JP2021057554A - コイル部品 - Google Patents

Abstract

【課題】スパイラル状の平面導体からなるコイルの特性を最適化する。【解決手段】コイル部品は、分割パターンＡ１から分岐した分割パターンＡ１１、Ａ１２と、分割パターンＢ２から分岐した分割パターンＢ１３、Ｂ１４を備え、外周側に位置する分割パターンＡ１１が内周側に位置する分割パターンＢ１４に接続され、内周側に位置する分割パターンＡ１２が外周側に位置する分割パターンＢ１３に接続される。このように、分割パターンＡ１、Ｂ２が途中で分岐していることから、内周側においては渦電流の影響を低減することができ、外周側においてはスリットによるパターン幅の減少を抑えることが可能となる。内外周差が相殺されることから、電流密度の偏りも低減する。【選択図】図６

Description

本発明はコイル部品に関し、特に、基板上に形成されたスパイラル状のコイルパターンを有するコイル部品に関する。

各種電子機器に用いられるコイル部品としては、磁性コアにワイヤ（被覆導線）を巻回したタイプのコイル部品の他、基板の表面にスパイラル状のコイルパターンを複数ターンに亘って形成したタイプのコイル部品が知られている。例えば、特許文献１には、絶縁基板の表面にスパイラル状のコイルパターンを形成し、このコイルパターンをスパイラル状のスリットによって径方向に３分割した構成が開示されている。このように、コイルパターンをスパイラル状のスリットによって径方向に分割すれば、電流密度の偏りが低減されることから、直流抵抗や交流抵抗を低減することが可能となる。しかしながら、特許文献１においては、内周側に位置するラインと外周側に位置するラインの電気長に大きな差が生じることから、これによって交流抵抗が増大するという問題があった。

これに対し、特許文献２に記載されたコイル部品は、基板の両面にスパイラル状のコイルパターンを形成するとともに、各ターンをスパイラル状のスリットによって径方向に２分割し、且つ、一方のコイルパターンにおいて内周側に位置するラインを他方のコイルパターンにおいて外周側に位置するラインに接続し、一方のコイルパターンにおいて外周側に位置するラインを他方のコイルパターンにおいて内周側に位置するラインに接続している。これにより、内外周差が相殺されることから、交流抵抗を低下させることが可能となる。しかしながら、コイルパターンの内周側と外周側とでは最適なパターン形状が異なることから、特許文献２のように、各ターンを構成するラインの数が一定であると、最適な特性を得ることは困難である。

一方、特許文献３には、スパイラル状の平面導体を部分的に複数ラインに分割した構成が開示されている（ＦＩＧ．６参照）。これにより、１ラインからなるターン（ＦＩＧ．６の符号２０２）と２ラインに分割されたターン（ＦＩＧ．６の符号２１２）が１つのコイルパターン内において混在する。

特開平８−２０３７３９号公報 特開２０１９−００３９９３号公報 米国特許第８８６６２５９号明細書

しかしながら、また、特許文献３においては、２ラインに分割されたターンの一方（ＦＩＧ．６の符号２１２ａ）が内周端において導体プラグ（ＦＩＧ．６の符号２０６ａ）に接続され、別のコイルパターンを構成する２つのライン（ＦＩＧ．７の符号２１１ａ，２１１ｂ）に共通に接続されている。このため、導体プラグから流れる電流は、２つのラインのうち内側に位置するライン（ＦＩＧ．７の符号２１１ｂ）に偏ってしまうという問題があった。

したがって、本発明は、スパイラル状の平面導体をスパイラル状のスリットによって複数のラインに分割した構成を有するコイル部品において、電流密度の偏りを低減するとともに、内周側と外周側とでコイルパターンのパターン形状を異ならせることによって、よりいっそう良好なコイル特性を確保することを目的とする。

本発明によるコイル部品は、基板と、基板の一方の表面に形成され、複数ターンに亘ってスパイラル状に巻回された第１のコイルパターンと、基板の他方の表面に形成され、複数ターンに亘ってスパイラル状に巻回された第２のコイルパターンとを備え、第１のコイルパターンは、第１のラインと、第１のラインよりも内周側に位置し、第１のラインから分岐した第２及び第３のラインを含み、第２のコイルパターンは、第４のラインと、第４のラインよりも内周側に位置し、第４のラインから分岐した第５及び第６のラインを含み、第３のラインは第２のラインよりも内周側に位置し、第６のラインは第５のラインよりも内周側に位置し、第２のラインの内周端は、基板を貫通して設けられた第１の接続部を介して第６のラインの内周端に接続され、第３のラインの内周端は、基板を貫通して設けられた第２の接続部を介して第５のラインの内周端に接続されることを特徴とする。

本発明によれば、第１及び第２のコイルパターンが途中で分岐していることから、内周側におけるライン数を選択的に増やすことが可能となる。これにより、内周側においては渦電流の影響を低減することができるとともに、外周側においてはスリットによるパターン幅の減少を抑えることが可能となる。しかも、外周側に位置する第２のラインを内周側に位置する第６のラインに接続し、内周側に位置する第３のラインを外周側に位置する第５のラインに接続していることから、内外周差も相殺され、電流密度の偏りを低減することが可能となる。

本発明において、第１及び第４のラインのパターン幅よりも、第２，第３、第５及び第６のラインのパターン幅の方が小さくても構わない。これによれば、内周側における渦電流の影響をより低減することができるとともに、外周側におけるパターン幅を十分に確保することが可能となる。

本発明において、第１及び第４のラインのパターン厚よりも、第２，第３、第５及び第６のラインのパターン厚の方が小さくても構わない。これによれば、内周側における渦電流の影響をよりいっそう低減することができるとともに、外周側におけるパターン断面積を十分に確保することが可能となる。

本発明において、第１のコイルパターンの最外周ターンは、スパイラル状のスリットによって第１のラインを含む複数のラインに径方向に分割されており、第２のコイルパターンの最外周ターンは、スパイラル状のスリットによって第４のラインを含む複数のラインに径方向に分割されていても構わない。これによれば、外周側における渦電流の影響を低減することが可能となる。

本発明において、第１のラインは、第２及び第３のラインに分岐する部分に近づくにつれてパターン幅が連続的に拡大し、第４のラインは、第５及び第６のラインに分岐する部分に近づくにつれてパターン幅が連続的に拡大するものであっても構わない。これによれば、分岐する部分に隣接するラインのパターン形状の滑らかさを維持することが可能となる。

このように、本発明によれば、電流密度の偏りを低減することができるとともに、内周側においては渦電流の影響を低減し、外周側においてはスリットによるパターン幅の減少を抑えることが可能となる。

図１は、本発明の一実施形態によるコイル部品の構成を示す略断面図である。 図２は、第１のコイルパターン１００のパターン形状を説明するための平面図である。 図３は、第１のコイルパターン１００の等価回路図である。 図４は、第２のコイルパターン２００のパターン形状を説明するための平面図である。 図５は、第２のコイルパターン２００の等価回路図である。 図６は、本発明の一実施形態によるコイル部品の等価回路図である。 図７は、分割の前後におけるパターン形状の第１の例を説明するための模式図である。 図８は、分割の前後におけるパターン形状の第２の例を説明するための模式図である。 図９は、分割の前後におけるパターン形状の第３の例を説明するための模式図である。 図１０は、分割の前後におけるパターン形状の第４の例を説明するための模式図である。 図１１は、分割の前後におけるパターン形状の第５の例を説明するための模式図である。 図１２は、分割の前後におけるパターン形状の第６の例を説明するための模式図である。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態について詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態によるコイル部品の構成を示す略断面図である。

図１に示すように、本実施形態によるコイル部品は、基板１０と、基板１０の一方の表面１１に形成された第１のコイルパターン１００と、基板１０の他方の表面１２に形成された第２のコイルパターン２００とを備えている。詳細については後述するが、第１のコイルパターン１００の内周端と第２のコイルパターン２００の内周端は、基板１０を貫通して設けられた複数の接続部３０１〜３０４（図１に示す断面には現れない）を介して互いに接続されている。

基板１０の材料については特に限定されないが、ＰＥＴ樹脂などの透明又は半透明なフレキシブル絶縁材料を用いることができる。また、基板１０は、ガラスクロスにエポキシ系樹脂が含浸されたフレキシブル基板であっても構わない。

図２は、第１のコイルパターン１００のパターン形状を説明するための平面図であり、基板１０の一方の表面１１側から見た状態を示している。

図２に示すように、第１のコイルパターン１００は、ターン１１０〜ターン１５０からなる５ターン構成であり、ターン１１０が最外周に位置し、ターン１５０が最内周に位置する。ターン１１０〜１５０のうち、外周側に位置するターン１１０〜１３０は、スパイラル状の１本のスリットによって径方向に２分割されている。つまり、ターン１１０はライン１１１，１１２に２分割され、ターン１２０はライン１２１，１２２に２分割され、ターン１３０はライン１３１，１３２に２分割される。ここで、ライン１１１，１２１，１３１は、ライン１１２，１２２，１３２よりも外周側に位置する。これに対し、内周側に位置するターン１４０，１５０は、スパイラル状の３本のスリットによって径方向に４分割されている。つまり、ターン１４０はライン１４１〜１４４に４分割され、ターン１５０はライン１５１〜１５４に４分割される。ここで、ライン１４１，１５１は当該ターンにおいて最も外周側に位置し、ライン１４２，１５２は当該ターンにおいて２番目に外周側に位置し、ライン１４３，１５３は当該ターンにおいて２番目に内周側に位置し、ライン１４４，１５４は当該ターンにおいて最も内周側に位置する。

分割数は、ターン１３０とターン１４０の境界部分において変化する。具体的には、ターン１３０を構成するライン１３１が境界部分においてライン１４１，１４２に２分岐し、ターン１３０を構成するライン１３２が境界部分においてライン１４３，１４４に２分岐する。

第１のコイルパターン１００の外周端１０５は、径方向に引き出される。また、第１のコイルパターン１００の内周端は４つ存在する。つまり、ライン１５１の端部である内周端１０１と、ライン１５２の端部である内周端１０２と、ライン１５３の端部である内周端１０３と、ライン１５４の端部である内周端１０４が存在する。これらの内周端１０１〜１０４は、それぞれ接続部３０１〜３０４に接続される。

これにより、図３に示すように、ライン１１１，１２１，１３１からなる分割パターンＡ１は、ライン１４１，１５１からなる分割パターンＡ１１とライン１４２，１５２からなる分割パターンＡ１２に分岐し、ライン１１２，１２２，１３２からなる分割パターンＡ２は、ライン１４３，１５３からなる分割パターンＡ１３とライン１４４，１５４からなる分割パターンＡ１４に分岐する。このように、第１のコイルパターン１００は、外周端１０５から内周端１０１〜１０４に向かって、分岐により分割パターン数が増加する。つまり、外周端１０５においては単一のパターンであるのに対し、ターン１１０〜１３０においては２つの分割パターンＡ１，Ａ２に分岐し、ターン１４０，１５０においては４つの分割パターンＡ１１〜Ａ１４に分岐する。外周端から内周端に向かって一旦分岐した複数の分割パターンは、面内で再び合流することなく分岐したまま内周端に向かうことが好ましい。これは、一旦分岐した複数の分割パターンを面内で再び合流させると、合流部分に電流が集中し、電流密度に偏りが生じるからである。

図２に示すように、第１のコイルパターン１００の中心点Ｃ１から放射状に延在する仮想線Ｌ１を引いた場合、接続部３０１と接続部３０４は、仮想線Ｌ１を基準として互いに対称となる位置に配置され、且つ、接続部３０２と接続部３０３は、仮想線Ｌ１を基準として互いに対称となる位置に配置される。

図４は、第２のコイルパターン２００のパターン形状を説明するための平面図であり、基板１０の他方の表面１２側から見た状態を示している。

図４に示すように、第２のコイルパターン２００のパターン形状は、第１のコイルパターン１００のパターン形状と同一である。したがって、第１のコイルパターン１００と第２のコイルパターン２００は、同一のマスクを用いて作製することが可能であり、これによって製造コストを大幅に削減することが可能となる。

第２のコイルパターン２００は、ターン２１０〜ターン２５０からなる５ターン構成であり、ターン２１０が最外周に位置し、ターン２５０が最内周に位置する。ターン２１０〜２５０のうち、外周側に位置するターン２１０〜２３０は、スパイラル状の１本のスリットによって径方向に２分割されている。つまり、ターン２１０はライン２１１，２１２に２分割され、ターン２２０はライン２２１，２２２に２分割され、ターン２３０はライン２３１，２３２に２分割される。ここで、ライン２１１，２２１，２３１は、ライン２１２，２２２，２３２よりも外周側に位置する。これに対し、内周側に位置するターン２４０，２５０は、スパイラル状の３本のスリットによって径方向に４分割されている。つまり、ターン２４０はライン２４１〜２４４に４分割され、ターン２５０はライン２５１〜２５４に４分割される。ここで、ライン２４１，２５１は当該ターンにおいて最も外周側に位置し、ライン２４２，２５２は当該ターンにおいて２番目に外周側に位置し、ライン２４３，２５３は当該ターンにおいて２番目に内周側に位置し、ライン２４４，２５４は当該ターンにおいて最も内周側に位置する。

分割数は、ターン２３０とターン２４０の境界部分において変化する。具体的には、ターン２３０を構成するライン２３１が境界部分においてライン２４１，２４２に２分岐し、ターン２３０を構成するライン２３２が境界部分においてライン２４３，２４４に２分岐する。

第２のコイルパターン２００の外周端２０５は、径方向に引き出される。また、第２のコイルパターン２００の内周端は４つ存在する。つまり、ライン２５１の端部である内周端２０１と、ライン２５２の端部である内周端２０２と、ライン２５３の端部である内周端２０３と、ライン２５４の端部である内周端２０４が存在する。これらの内周端２０１〜２０４は、それぞれ接続部３０４，３０３，３０２，３０１に接続される。

これにより、図５に示すように、ライン２１１，２２１，２３１からなる分割パターンＢ１は、ライン２４１，２５１からなる分割パターンＢ１１とライン２４２，２５２からなる分割パターンＢ１２に分岐し、ライン２１２，２２２，２３２からなる分割パターンＢ２は、ライン２４３，２５３からなる分割パターンＢ１３とライン２４４，２５４からなる分割パターンＢ１４に分岐する。このように、第２のコイルパターン２００は、外周端２０５から内周端２０１〜２０４に向かって、分岐により分割パターン数が増加する。つまり、外周端２０５においては単一のパターンであるのに対し、ターン２１０〜２３０においては２つの分割パターンＢ１，Ｂ２に分岐し、ターン２４０，２５０においては４つの分割パターンＢ１１〜Ｂ１４に分岐する。

図４に示すように、第２のコイルパターン２００の中心点Ｃ２から放射状に延在する仮想線Ｌ２を引いた場合、接続部３０１と接続部３０４は、仮想線Ｌ２を基準として互いに対称となる位置に配置され、且つ、接続部３０２と接続部３０３は、仮想線Ｌ２を基準として互いに対称となる位置に配置される。

このような構成を有する第１のコイルパターン１００と第２のコイルパターン２００は、中心点Ｃ１とＣ２が重なり、且つ、仮想線Ｌ１とＬ２が重なるよう、基板１０の表裏に形成される。これにより、図６に示すように、第１のコイルパターン１００と第２のコイルパターン２００は接続部３０１〜３０４を介して直列に接続され、合計で１０ターンのスパイラルコイルが構成されることになる。ここで、分割パターンＡ１１，Ａ１２，Ａ１３，Ａ１４は、それぞれ分割パターンＢ１４，Ｂ１３，Ｂ１２，Ｂ１１に接続される。つまり、最も外周側に位置する分割パターンＡ１１は最も内周側に位置する分割パターンＢ１４に接続され、２番目に外周側に位置する分割パターンＡ１２は２番目に内周側に位置する分割パターンＢ１３に接続され、２番目に内周側に位置する分割パターンＡ１３は２番目に外周側に位置する分割パターンＢ１２に接続され、最も内周側に位置する分割パターンＡ１４は最も外周側に位置する分割パターンＢ１１に接続される。これにより、内外周差が相殺されることから、直流抵抗や交流抵抗を低減することが可能となる。

また、本実施形態においては、外周側に位置し２分割されたターン１１０〜１３０，２１０〜２３０の各ライン１１１，１１２，１２１，１２２，１３１，１３２，２１１，２１２，２２１，２２２，２３１，２３２のパターン幅よりも、内周側に位置し４分割されたターン１４０，１５０，２４０，２５０の各ライン１４１〜１４４，１５１〜１５４，２４１〜２４４，２５１〜２５４のパターン幅の方が狭い。このように、本実施形態においては、内周側における分割数を増やし、各ラインのパターン幅を縮小していることから、磁界が強く渦電流による発熱が大きい内周側における損失を低減することができる。一方、外周側においては分割数を減らしていることから、分割に必要なスリットによるパターン幅の減少を抑制することができる。ここで、「パターン幅」とは、平面導体の径方向における幅を指す。

ここで、図７に示すように、分割前のライン４１０のパターン幅Ｗ１０は、２分割されたライン４１１，４１２のそれぞれのパターン幅Ｗ１１，Ｗ１２よりも大きく、且つ、ライン４１１，４１２とスリットＳＬ１の合計幅Ｗ１３と同じであっても構わない。これによれば、分割の前後において当該ターンの径方向における占有幅が変化しないことから、パターンレイアウトが容易となる。

或いは、図８に示すように、分割前のライン４２０のパターン幅Ｗ２０は、２分割されたライン４２１，４２２のそれぞれのパターン幅Ｗ２１，Ｗ２２よりも大きく、且つ、ライン４２１，４２２とスリットＳＬ２の合計幅Ｗ２３よりも小さくても構わない。この場合、パターン幅Ｗ２０は、パターン幅Ｗ２１，Ｗ２２の合計値と同じであっても構わない。これによれば、分割の前後において合計のパターン幅が極端に変化しないことから、電流密度の均一性が高められる。

さらに、１本のラインからの分割数は２本に限られず、図９に示すように、１本のライン４３０を３本のライン４３１〜４３３に分割しても構わない。また、図１０に示すように、１本のライン４４０を２本のライン４４１，４４２に分割することにより、分割前においては２本のライン４４０，４４３によって１ターンを構成し、分割後においては３本のライン４４１〜４４３によって１ターンを構成しても構わない。つまり、あるターンが複数のラインからなる場合、すべてのラインが分割することは必須でなく、分割されないライン（例えばライン４４３）が存在しても構わない。さらに、図１１に示すように、１本のライン４５０を２本のライン４５１，４５２に分割し、さらに、ライン４５１をライン４５３，４５４に分割し、ライン４５２をライン４５５，４５６に分割しても構わない。つまり、コイルパターンを複数箇所において階層的に分割しても構わない。

また、図１２に示すように、ライン４６０がライン４６１，４６２に分岐する部分に近づくにつれて、パターン幅が連続的に拡大する形状としても構わない。これによれば、ライン４６０，４６１に隣接するライン４７１とのスペースや、ライン４６０，４６２に隣接するライン４７２との間のスペースをほぼ一定に保ちながら、パターン形状の滑らかさを維持することが可能となる。

さらに、図１に示すように、コイルパターン１００，２００のパターン厚は、最外周ターンよりも最内周ターンの方が薄くても構わない。特に、最外周ターンから最内周ターンに向かって、パターン厚が徐々に又は段階的に薄くなる構成とすることが好ましい。これによれば、渦電流の影響をより強く受ける内周側において、パターン幅を狭くすることによる損失の低減効果が顕著となる。

以上説明したように、本実施形態によるコイル部品は、第１及び第２のコイルパターン１００，２００の各ターンがスパイラル状のスリットによって径方向に分割されていることから、このようなスリットを設けない場合と比べて、電流密度の偏りが低減される。その結果、本実施形態によるコイル部品が例えばワイヤレス電力伝送装置の受電コイルを構成し、このため電流量が大きい場合であっても、直流抵抗や交流抵抗を低減することができる。しかも、第１及び第２のコイルパターン１００，２００の分割数は、外周側において２分割、内周側において４分割であることから、磁界が強く渦電流による発熱が大きい内周側における損失を低減することができる。一方、外周側においては分割数を減らしていることから、スリットによるパターン幅の減少を抑制することができる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。

例えば、上記実施形態では、外周側に位置するターン１１０〜１３０，２１０〜２３０をそれぞれ２つのラインに分割しているが、本発明においてこの点は必須でなく、外周側に位置するターンが複数のラインに分割されていなくても構わない。

１０ 基板
１１ 基板の一方の表面
１２ 基板の他方の表面
１００ 第１のコイルパターン
２００ 第２のコイルパターン
１０１〜１０４，２０１〜２０４ 内周端
１０５，２０５ 外周端
１１０〜１５０，２１０〜２５０ ターン
１１１，１１２，１２１，１２２，１３１，１３２，１４１〜１４４，１５１〜１５４，２１１，２１２，２２１，２２２，２３１，２３２，２４１〜２４４，２５１〜２５４，４１０〜４１２，４２０〜４２２，４３０〜４３３，４４０〜４４３，４５０〜４５６，４６０〜４６２，４７１，４７２ ライン
３０１〜３０４ 接続部
Ａ１，Ａ２，Ａ１１，Ａ１２，Ａ１３，Ａ１４，Ｂ１，Ｂ２，Ｂ１１，Ｂ１２，Ｂ１３，Ｂ１４ 分割パターン
Ｃ１，Ｃ２ 中心点
Ｌ１，Ｌ２ 仮想線
ＳＬ１，ＳＬ２ スリット
Ｗ１０〜Ｗ１２，Ｗ２０〜Ｗ２２ パターン幅
Ｗ１３，Ｗ２３ 合計幅

Claims (5)

1. 基板と、
   前記基板の一方の表面に形成され、複数ターンに亘ってスパイラル状に巻回された第１のコイルパターンと、
   前記基板の他方の表面に形成され、複数ターンに亘ってスパイラル状に巻回された第２のコイルパターンと、を備え、
   前記第１のコイルパターンは、第１のラインと、前記第１のラインよりも内周側に位置し、前記第１のラインから分岐した第２及び第３のラインを含み、
   前記第２のコイルパターンは、第４のラインと、前記第４のラインよりも内周側に位置し、前記第４のラインから分岐した第５及び第６のラインを含み、
   前記第３のラインは、前記第２のラインよりも内周側に位置し、
   前記第６のラインは、前記第５のラインよりも内周側に位置し、
   前記第２のラインの内周端は、前記基板を貫通して設けられた第１の接続部を介して前記第６のラインの内周端に接続され、
   前記第３のラインの内周端は、前記基板を貫通して設けられた第２の接続部を介して前記第５のラインの内周端に接続されることを特徴とするコイル部品。
2. 前記第１及び第４のラインのパターン幅よりも、前記第２，第３、第５及び第６のラインのパターン幅の方が小さいことを特徴とする請求項１に記載のコイル部品。
3. 前記第１及び第４のラインのパターン厚よりも、前記第２，第３、第５及び第６のラインのパターン厚の方が小さいことを特徴とする請求項１又は２に記載のコイル部品。
4. 前記第１のコイルパターンの最外周ターンは、スパイラル状のスリットによって前記第１のラインを含む複数のラインに径方向に分割されており、
   前記第２のコイルパターンの最外周ターンは、スパイラル状のスリットによって前記第４のラインを含む複数のラインに径方向に分割されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のコイル部品。
5. 前記第１のラインは、前記第２及び第３のラインに分岐する部分に近づくにつれてパターン幅が連続的に拡大し、
   前記第４のラインは、前記第５及び第６のラインに分岐する部分に近づくにつれてパターン幅が連続的に拡大することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のコイル部品。

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