JP3644175B2 - 空芯コイルの電磁シールド構造 - Google Patents
空芯コイルの電磁シールド構造 Download PDFInfo
- Publication number
- JP3644175B2 JP3644175B2 JP01748897A JP1748897A JP3644175B2 JP 3644175 B2 JP3644175 B2 JP 3644175B2 JP 01748897 A JP01748897 A JP 01748897A JP 1748897 A JP1748897 A JP 1748897A JP 3644175 B2 JP3644175 B2 JP 3644175B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- electromagnetic shield
- coil pattern
- coil
- air
- distance
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Regulation Of General Use Transformers (AREA)
- Coils Or Transformers For Communication (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スイッチング電源装置やインバータ等に組み込まれる空芯トランスや空芯インダクタ等の空芯コイルを電磁シールドする構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
スイッチング電源装置やインバータ等に組み込まれる空芯コイルは、図７の（ａ）に示すような平面状のコイルパターン１が、図７の（ｂ）に示すように、絶縁体２を介して積層形成されたもので、例えば、上記複数のコイルパターン１を直列に接続させることにより空芯インダクタとして機能する。また、上記複数のコイルパターン１を２グループに分け、一方のコイルパターン１のグループを一次コイル群として接続し、他方のコイルパターン１のグループを二次コイル群として接続することにより、上記空芯コイルは一次コイルと二次コイルから成る空芯トランスとして機能する。
【０００３】
上記空芯コイルは、コイルパターン１が平面状であるので、薄型化できるし、上記コイルパターン１は蒸着やスパッタ等の成膜形成技術を用いて形成できるので、非常に微細に形成することが可能である。これらのことから、空芯コイルは薄型化・小型化・軽量化を図るのが容易である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記空芯コイルのコイルパターン１に電流を通電すると、コイルパターン１から磁束が発生し、この磁束が上記空芯コイルの周辺に配設されている集積回路等の機器に及ぶと、上記磁束の悪影響を受けて空芯コイルの周辺機器が誤動作する等の問題が生じる。
【０００５】
そこで、例えば、空芯コイルを金属ケースで覆い、該金属ケースの内部に空芯コイルの磁束をシールドし、上記空芯コイルの磁束が上記金属ケースよりも外側に放射されるのを防止して上記磁束により空芯コイルの周辺機器が誤動作するのを回避する手段が提案されている。
【０００６】
しかし、上記のように空芯コイルを金属ケースで覆った場合、上記空芯コイルの磁束によって金属ケースに渦電流が発生する。この渦電流の大きさは前記金属ケースに及ぶ磁束が多くなるに従って大きくなる。前記空芯コイルの磁束は図７の（ａ）に示すコイルパターン１の渦巻き中心付近で磁束密度が最も高くなることから、前記金属ケースが上記コイルパターン１の渦巻き中心に近付くに従って前記金属ケースに及ぶ磁束が多くなり、金属ケースに発生する渦電流が大きくなる。
【０００７】
上記渦電流が大きくなるに従って空芯コイルのクォリティファクタＱ（つまり、空芯インダクタのインダクタ効率や空芯トランスのトランス効率）が低下するという現象が生じ、この空芯コイルのクォリティファクタＱの低下により空芯コイルでの電力損失が多くなる。このように低効率の空芯コイルをスイッチング電源装置やインバータ等の回路に組み込んだ場合、上記回路の電力損失を増加させるという問題が生じる。
【０００８】
そこで、コイルパターン１の渦巻き中心から大きく離れ磁束密度が低い位置に金属ケースを設けて空芯コイルの効率（クォリティファクタＱ）を高めることが考えられるが、空芯コイルを覆う金属ケースが大型化してしまうという問題が生じ、このように大型の金属ケースに電磁シールドされた空芯コイルをスイッチング電源装置やインバータ等の装置に組み込んだときには、上記空芯コイルを組み込んだ装置が大型化してしまうという問題がある。
【０００９】
この発明は上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、空芯コイルの高効率化が図れ、しかも、大型化を回避した空芯コイルの電磁シールド構造を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するためにこの発明は次のような構成をもって前記課題を解決する手段としている。すなわち、第１の発明は、平面状のコイルパターンが絶縁体を介して積層形成された空芯コイルを電磁シールド導体で覆って電磁シールドする構造であって、上記電磁シールド導体のコイルパターン対向面と該コイルパターン対向面に最も近いコイルパターンとの間の距離が前記空芯コイルのコイルパターンの外径の０．２倍以上、かつ、１．０倍以下となるように設定されている構成をもって前記課題を解決する手段としている。
【００１１】
第２の発明は、平面状のコイルパターンが絶縁体を介して積層形成された空芯コイルを電磁シールド導体で覆って電磁シールドする構造であって、上記電磁シールド導体のコイルパターン対向面と該コイルパターン対向面に最も近いコイルパターンとの間の距離が前記空芯コイルのコイルパターンの外径のほぼ０．５倍となるように設定されている構成をもって前記課題を解決する手段としている。
【００１２】
第３の発明は、平面状のコイルパターンが絶縁体を介して積層形成された空芯コイルを電磁シールド導体で覆って電磁シールドする構造であって、上記電磁シールド導体のコイルパターン対向面と該コイルパターン対向面に最も近いコイルパターンとの間の距離が前記空芯コイルのコイルパターンの外径のほぼ１．０倍となるように設定されている構成をもって前記課題を解決する手段としている。
【００１３】
第４の発明は、平面状のコイルパターンが絶縁体を介して積層形成された空芯コイルを電磁シールド導体で覆って電磁シールドする構造であって、上記電磁シールド導体は、上記コイルパターン積層体の上面側に上記コイルパターンと間隙を介して対向する上側電磁シールド面と、上記コイルパターン積層体の下面側に上記コイルパターンと間隙を介して対向する下側電磁シールド面とを有し、上記上側電磁シールド面と上記コイルパターン積層体の中心との間の距離、あるいは、上記下側電磁シールド面と上記コイルパターン積層体の中心との間の距離が、上記上側電磁シールド面と下側電磁シールド面の間の距離の０．２５倍以上、かつ、０．７５倍以下となるように設定されている構成をもって前記課題を解決する手段としている。
【００１４】
第５の発明は、平面状のコイルパターンが絶縁体を介して積層形成された空芯コイルを電磁シールド導体で覆って電磁シールドする構造であって、上記電磁シールド導体は、上記コイルパターン積層体の上面側に上記コイルパターンに間隙を介して対向する上側電磁シールド面と、上記コイルパターン積層体の下面側に上記コイルパターンに間隙を介して対向する下側電磁シールド面とを有し、上記上側電磁シールド面と上記コイルパターン積層体の中心との間の距離、あるいは、上記下側電磁シールド面と上記コイルパターン積層体の中心との間の距離が、上記上側電磁シールド面と下側電磁シールド面の間の距離のほぼ０．５倍となるように設定されている構成をもって前記課題を解決する手段としている。
【００１５】
上記構成の発明において、例えば、電磁シールド導体のコイルパターン対向面と該コイルパターン対向面に最も近いコイルパターンとの間の距離を、空芯コイルのコイルパターンの外径の０．２倍以上に設定することにより、空芯コイルの磁束密度が最も高い位置からコイルパターン対向面が離れ、電磁シールド導体は空芯コイルの磁束の影響を殆ど受けず、このことにより、電磁シールド導体に渦電流が発生するのをほぼ抑制することができ、渦電流の発生に起因した空芯コイルのクォリティファクタ（効率）の悪化が防止される。
【００１６】
その上、電磁シールド導体のコイルパターン対向面と該コイルパターン対向面に最も近いコイルパターンとの間の距離を、空芯コイルのコイルパターンの外径の１．０倍以下に設定することにより、空芯コイルの電磁シールド構造の小型化が図れる。
【００１７】
また、上記電磁シールド導体の上側電磁シールド面とコイルパターン積層体の中心との間の距離、あるいは、下側電磁シールド面とコイルパターン積層体の中心との間の距離を、電磁シールド導体の上側電磁シールド面と下側電磁シールド面との間の距離の０．２５倍以上かつ０．７５倍以下に設定することにより、上側電磁シールド面と下側電磁シールド面は共に空芯コイルの最も磁束密度が高い位置から離れ、上記上側電磁シールド面と下側電磁シールド面の両面とも空芯コイルの磁束によって渦電流が発生するのをほぼ回避することができ、渦電流の発生に起因した空芯コイルのクォリティファクタの悪化が回避される。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下に、この発明に係る実施形態例を図面に基づき説明する。なお、以下に説明する実施形態例において、従来例と同一名称部分には同一符号を付し、その重複説明は省略する。
【００１９】
この実施形態例の空芯コイルの電磁シールド構造は、図１に示すように、平面状のコイルパターン１を絶縁体２を介して積層形成した空芯コイルを電磁シールド導体である金属ケース３により覆って電磁シールドする構成を有し、上記金属ケース３は、上記コイルパターン積層体の上面側に上記コイルパターン１に間隙を介して対向するコイルパターン対向面である上側電磁シールド面４と、上記コイルパターン積層体の下面側に上記コイルパターン１に間隙を介して対向するコイルパターン対向面である下側電磁シールド面５とを有している。
【００２０】
この実施形態例において特徴的なことは、上記上側電磁シールド面４と該上側電磁シールド面４に最も近いコイルパターン１との間の距離ｔ１が、コイルパターン１の外径ｔｄの０．２倍以上かつ１．０倍以下となるように設定され、かつ、上側電磁シールド面４とコイルパターン１の積層体の中心との間の距離ｔ２が、上側電磁シールド面４と下側電磁シールド面５の間の距離ｔｃの０．２５倍以上かつ０．７５倍以下となるように設定されている構成としたことである。
【００２１】
上記の如く、上側電磁シールド面４とコイルパターン１との間の最短距離ｔ１と、上側電磁シールド面４とコイルパターン１の積層体の中心との間の距離ｔ２と、上側電磁シールド面４と下側電磁シールド面５の間の距離ｔｃとを設定するのは次のような理由に因る。
【００２２】
本発明者は、上記上側電磁シールド面４とコイルパターン１と間の最短間隔ｔ１を様々に変化させて、そのコイルパターン１と上側電磁シールド面４との間隔毎に空芯コイルである空芯トランスのクォリティファクタＱを求める実験を行った。
【００２３】
上記クォリティファクタＱは次式（１）に示すように定義した。
【００２４】
Ｑ＝（２・π・ｆ・Ｌ）／Ｒ・・・・・（１）
【００２５】
ただし、上式（１）に示すｆはコイルパターン１に通電する交流電流の周波数であり、Ｌは一次コイルのインダクタンスであり、Ｒは一次コイル側から見た一次コイルと二次コイルの交流抵抗値の和である。
【００２６】
上記実験から本発明者は、空芯トランスのコイルパターン１の外径ｔｄに対する上側電磁シールド面４とコイルパターン１の間の最短間隔ｔ１の比（以下、第１の間隔比（ｔ１／ｔｄ）と記す）と、前記クォリティファクタＱとの関係に着目した。
【００２７】
図３と図４には本発明者が行った実験から得られた上記第１の間隔比（ｔ１／ｔｄ）とクォリティファクタＱの関係が示されており、図３には上記コイルパターン１の外径ｔｄが９．４ｍｍである空芯トランスを用い上側電磁シールド面４とコイルパターン１の間の最短距離ｔ１を変化させて上記最短距離ｔ１毎に上記クォリティファクタＱを求めたときの実験結果が示され、図４には上記コイルパターン１の外径ｔｄが１８．８ｍｍである空芯トランスを用い上側電磁シールド面４とコイルパターン１の間の最短距離ｔ１を変化させて上記最短距離ｔ１毎にクォリティファクタＱを求めたときの実験結果が示されている。
【００２８】
上記図３と図４に示すように、コイルパターン１の外径ｔｄが９．４ｍｍである場合とコイルパターン１の外径ｔｄが１８．８ｍｍである場合との両方とも、上記第１の間隔比（ｔ１／ｔｄ）が大きくなるに従って、つまり、上側電磁シールド面４がコイルパターン１から離れるに従って上側電磁シールド面４は磁束密度が高い位置から離れることになり、上側電磁シールド面４に及ぶ磁束が少なくなって上側電磁シールド面４に渦電流が発生するのが抑制されてクォリティファクタＱが向上し、上記第１の間隔比（ｔ１／ｔｄ）がほぼ０．５以上になると、クォリティファクタＱはほぼ飽和状態になっている。これら図３と図４に示されるように、コイルパターン１の外径ｔｄが異なっていても、前記第１の間隔比（ｔ１／ｔｄ）の変化に対するクォリティファクタＱの変化傾向はほぼ同様な傾向を示すことが分かる。
【００２９】
さらに、本発明者は、空芯トランスの一次コイルの巻回数Ｎ１に対する二次コイルの巻回数Ｎ２の巻数比（Ｎ２／Ｎ１）を変化させて、上記同様に、上記巻数比毎にクォリティファクタＱを求める実験を行ったところ、図３や図４に示すような第１の間隔比（ｔ１／ｔｄ）とクォリティファクタＱとの関係が得られた。また、空芯コイルである空芯インダクタについて、上記同様の実験を行ったところ、上記同様の実験結果が得られた。
【００３０】
上記のことから、第１の間隔比（ｔ１／ｔｄ）に基づいて高効率の空芯コイルを得ることができ、しかも、金属ケース３の小型化を図るための上側電磁シールド面４とコイルパターン１の間の最短距離ｔ１を設定することができることに本発明者は気付いた。
【００３１】
前記図３や図４に示すように、第１の間隔比（ｔ１／ｔｄ）が０．５以上となるように上側電磁シールド面４とコイルパターン１の間の最短距離ｔ１を設定することにより、空芯コイルはほぼ飽和状態のクォリティファクタＱを得ることができる。上記飽和状態のクォリティファクタＱの８０％以上のクォリティファクタＱが得られれば、空芯コイルでの電力損失を非常に小さく抑えることができることから、この実施形態例では、上記飽和状態のクォリティファクタＱの８０％のクォリティファクタＱを下限とし、この下限以上のクォリティファクタＱを得るためには、図３や図４に示すように、第１の間隔比（ｔ１／ｔｄ）が０．２以上となるように上側電磁シールド面４とコイルパターン１の間の最短距離ｔ１を設定すればよいことが分かる。
【００３２】
上記最短距離ｔ１が大きくなるに従って、つまり、上記第１の間隔比（ｔ１／ｔｄ）が大きくなるに従ってクォリティファクタＱは良くなるが、上記第１の間隔比（ｔ１／ｔｄ）が１．０より大きくなると、上側電磁シールド面４が空芯コイルから大きく離れ、金属ケース３が大型化してしまうという問題が生じるので、金属ケース３の小型化を図るためには上記第１の間隔比（ｔ１／ｔｄ）が１．０以下となるように上側電磁シールド面４とコイルパターン１の間の最短間隔ｔ１を設定する。
【００３３】
上記のように、第１の間隔比（ｔ１／ｔｄ）が０．２以上、かつ、１．０以下となるように上側電磁シールド面４とコイルパターン１の間の最短間隔ｔ１を設定することにより、高効率の空芯コイルを得ることができる上に、金属ケース３の大型化を回避できる。
【００３４】
より望ましくは、第１の間隔比（ｔ１／ｔｄ）がほぼ０．５となるように上側電磁シールド面４とコイルパターン１の間の最短間隔ｔ１を設定することである。それというのは、第１の間隔比（ｔ１／ｔｄ）がほぼ０．５となるように前記距離ｔ１が設定される場合には、クォリティファクタＱはほぼ飽和状態であり、しかも、第１の間隔比（ｔ１／ｔｄ）が１．０となるように前記距離ｔ１が設定された場合よりも前記距離ｔ１が半分となって金属ケース３のより小型化を図ることができるからである。
【００３５】
また、本発明者は、コイルパターン１の積層体の中心と上側電磁シールド面４との間の間隔ｔ２や、上側電磁シールド面４と下側電磁シールド面５の間の距離ｔｃを様々に可変して、前記クォリティファクタＱを求める実験を行った。
【００３６】
上記実験から本発明者は上側電磁シールド面４と下側電磁シールド面５の間の間隔ｔｃに対する上側電磁シールド面４とコイルパターン１の積層体の中心との間の間隔ｔ２の比（以下、第２の間隔比（ｔ２／ｔｃ）と記す）と、クォリティファクタＱとの関係に着目した。
【００３７】
図５には本発明者が行った実験から得られた上記第２の間隔比（ｔ２／ｔｃ）とクォリティファクタＱとの関係が示され、同図の曲線Ａは上側電磁シールド面４と下側電磁シールド面５との間の間隔ｔｃを１０．５５ｍｍに固定してコイルパターン１の積層体の中心と上側電磁シールド面４との間の距離ｔ２を可変させた場合に前記距離ｔ２毎に前記クォリティファクタＱを求めたときの実験結果であり、曲線Ｂは上側電磁シールド面４と下側電磁シールド面５との間の間隔ｔｃを４．５５ｍｍに固定してコイルパターン１の積層体の中心と上側電磁シールド面４との間の距離ｔ２を可変させた場合に前記距離ｔ２毎にクォリティファクタＱを求めたときの実験結果である。
【００３８】
この図５に示すように、上記曲線Ａと曲線Ｂの両曲線共に、上記第２の間隔比（ｔ２／ｔｃ）がほぼ０．５であるときをピークとした放物線を描くようなカーブを描いている。それというのは、第２の間隔比（ｔ２／ｔｃ）が０．５よりも低下するに従って上側電磁シールド面４が空芯コイルの磁束密度が最も高い位置に近付いていき、上側電磁シールド面４に発生する渦電流が大きくなってクォリティファクタＱを低下させ、反対に、第２の間隔比（ｔ２／ｔｃ）が０．５よりも増加するに従って下側電磁シールド面５が磁束密度が最も高い位置に近付いていき、下側電磁シールド面５に発生する渦電流が大きくなってクォリティファクタＱを低下させるからである。
【００３９】
上記曲線Ａと曲線Ｂに示すように、上側電磁シールド面４と下側電磁シールド面５との間の間隔ｔｃが異なっても、上記第２の間隔比（ｔ２／ｔｃ）の変化に対するクォリティファクタＱの変化傾向はほぼ同様な傾向を示すことが分かる。
【００４０】
上記実験結果から上記第２の間隔比（ｔ２／ｔｃ）に基づいて高効率の空芯コイルを得るためのコイルパターン１の積層体の中心と上側電磁シールド面４との間の距離ｔ２と、上側電磁シールド面４と下側電磁シールド面５の間の距離ｔｃとを設定することができることに本発明者は気付いた。
【００４１】
前述したように、ピーク（飽和状態）のクォリティファクタＱの８０％以上のクォリティファクタＱを得ることができれば、空芯トランスでの電力損失を非常に小さく抑えることができることから、この実施形態例では、ピークのクォリティファクタＱの８０％を下限とし、この下限以上のクォリティファクタＱを得るためには、上記第２の間隔比（ｔ２／ｔｃ）が０．２５以上、かつ、０．７５以下となるようにコイルパターン１の積層体の中心と上側電磁シールド面４との間の距離ｔ２と、上側電磁シールド面４と下側電磁シールド面５との間の距離ｔｃとを設定すればよいことが前記実験結果より分かる。
【００４２】
上記のように、前記距離ｔ２と距離ｔｃを設定することにより、高効率の空芯コイルを得ることができる。
【００４３】
より望ましくは、上記第２の間隔比（ｔ２／ｔｃ）がほぼ０．５となるように、コイルパターン１の積層体の中心と上側電磁シールド面４の間の間隔ｔ２と、上側電磁シールド面４と下側電磁シールド面５の間の距離ｔｃとを設定する。それというのは、図５に示すように、第２の間隔比（ｔ２／ｔｃ）がほぼ０．５となるときにクォリティファクタＱが最も高くなるからである。
【００４４】
図６には、上記のように、上側電磁シールド面４とコイルパターン１の間の最短距離ｔ１と、コイルパターン１の積層体の中心と上側電磁シールド面４との間の距離ｔ２と、上側電磁シールド面４と下側電磁シールド面５の間の距離ｔｃとを設定して形成された金属ケース３の内部にスイッチング電源装置を構成する素子を収容した場合の一例が示されている。
【００４５】
図６に示す７は主スイッチ素子であり、８は上記主スイッチ素子７をスイッチング制御する制御回路であり、１０は空芯トランスであり、１１は整流ダイオードであり、１２は空芯インダクタであり、１３は平滑コンデンサであり、１４は入力端子であり、１７は出力端子である。
【００４６】
図６に示す例では、コイルパターン１を形成した絶縁基板が積層して空芯トランス１０と空芯インダクタ１２を形成し、上記空芯トランス１０と空芯インダクタ１２を構成している積層基板体１５の表面に上記主スイッチ素子７と整流ダイオード１１が実装され、上記積層基板体１５の裏面に制御回路８と平滑コンデンサ１３が実装され、また、上記積層基板体１５に上記各素子を接続するための導体パターン（図示せず）やスルーホール１６等が形成されて、スイッチング電源装置が構成されている。
【００４７】
上記の如く、空芯トランス１０と空芯インダクタ１２を形成している積層基板体１５に、スイッチング電源装置を構成する主スイッチ素子７と制御回路８と整流ダイオード１１と平滑コンデンサ１３を実装することにより、空芯トランス１０と空芯インダクタ１２を上記主スイッチ素子７等が実装されている実装基板に組み込むというアセンブリ工程を省略することができ、スイッチング電源装置の製造工程の簡略化を図ることができる。
【００４８】
この場合にも、もちろん、空芯トランス１０と空芯インダクタ１２は、前記の如く、上側電磁シールド面４とコイルパターン１の間の最短距離ｔ１と、コイルパターン１の積層体の中心と上側電磁シールド面４との間の距離ｔ２と、上側電磁シールド面４と下側電磁シールド面５の間の距離ｔｃとを設定した金属ケース３により電磁シールドされているので、上記空芯トランス１０と空芯インダクタ１２を確実に電磁シールドすることができる上に、クォリティファクタＱの低下を回避でき、かつ、金属ケース３の大型化を防止することができる。
【００４９】
この実施形態例によれば、前記第１の間隔比（ｔ１／ｔｄ）が０．２以上かつ１．０以下となるように、上側電磁シールド面４とコイルパターン１の間の最短間隔ｔ１が設定され、かつ、第２の間隔比（ｔ２／ｔｃ）が０．２５以上かつ０．７５以下となるように、コイルパターン１の積層体の中心と上側電磁シールド面４との間の間隔ｔ２と、上側電磁シールド面４と下側電磁シールド面５の間の距離ｔｃとが設定されているので、上側電磁シールド面４と下側電磁シールド面５が共に空芯コイルの磁束密度が最も高い位置から離れ、磁束の影響を小さくすることができ、上側電磁シールド面４と下側電磁シールド面５の両面共に渦電流の発生をほぼ抑制することができ、空芯コイルの高効率化を図ることができる。しかも、金属ケース３の大型化を防止することができる。
【００５０】
なお、この発明は上記実施形態例に限定されるものではなく、様々な実施の形態を採り得る。例えば、上記実施形態例では、空芯コイルを覆う電磁シールド導体は金属ケースにより構成されていたが、ケースはプラスチックで形成し、このプラスチックの表面に電磁シールド導体としての金属メッキ層を施したものでもよく、あるいはプラスチックのケースの表面に蒸着等の手段を用いて電磁シールド導体としての金属蒸着層を形成したものでもよく、さらには、プラスチックのケース表面に電磁シールド導体としての金属メッキ層や金属蒸着層が設けられたシールを貼り付けたものでもよい。
【００５１】
また、空芯コイルを電磁シールド導体として機能するシールド板で覆う構成としてもよい。この場合は、シールド板は金属板で形成してもよく、又は、プラスチックの板の表面に電磁シールド導体としての金属メッキ層を施したものでもよく、あるいは、プラスチックの板の表面に蒸着等の手段を用いて電磁シールド導体としての金属蒸着層を形成したものでもよく、さらには、プラスチックの板の表面に電磁シールド導体としての金属メッキ層や金属蒸着層が設けられたシールを貼り付けたものでもよい。
【００５２】
なお、空芯コイルをシールド板で覆う場合には、シールド板の上にケースが設けられる場合もあるし、設けられない場合もある。ケースが設けられる場合は、空芯コイル等を物理的に保護するために設けられる。
【００５３】
上記のように、電磁シールド導体は、金属板、金属メッキ層、金属蒸着層等により形成されるが、金属メッキ層や金属蒸着層は金属板よりは導体の厚みが薄くなる。しかしながら、空芯コイルの駆動周波数が高周波になるほど電磁波が導体に浸透する深さ、すなわち、スキン・デップス（Skin Depth）が薄くなる。したがって、電磁シールド導体と金属メッキ層や金属蒸着層のような薄い層によって形成した場合であっても十分な電磁シールド効果が得られる。
【００５４】
また、上記コイルパターン１は円形状であったが、図２の（ａ）に示す楕円形状や、図２の（ｂ）に示す四角形状等、円形状以外の形状にコイルパターン１を形成してもよい。上記図２の（ａ）や（ｂ）に示すように、コイルパターン１が楕円形や四角形である場合には、最も短いコイルパターン１の外径が上記実施形態例に示したコイルパターン１の外径ｔｄに対応し、このコイルパターン１の外径ｔｄに基づいた第１の間隔比（ｔ１／ｔｄ）により上側電磁シールド面４とコイルパターン１の間の最短距離ｔ１が設定される。
【００５５】
さらに、上記実施形態例では、コイルパターン１の外径ｔｄに対する上側電磁シールド面４とコイルパターン１の間の最短距離ｔ１の比（第１の間隔比（ｔ１／ｔｄ））が０．２以上かつ１．０以下となるように、上側電磁シールド面４とコイルパターン１の間の最短距離ｔ１が設定されていたが、コイルパターン１の外径ｔｄに対する下側電磁シールド面５と該下側電磁シールド面５に最も近いコイルパターン１との間の距離ｔ３の比（ｔ３／ｔｄ）が０．２以上かつ１．０以下となるように、下側電磁シールド面５と該下側電磁シールド面５に最も近いコイルパターン１の間の距離ｔ３を設定してもよい。
【００５６】
さらに、上記実施形態例では、上側電磁シールド面４と下側電磁シールド面５との間の距離ｔｃに対するコイルパターン１の積層体の中心と上側電磁シールド面４との間の距離ｔ２の比（ｔ２／ｔｃ）が０．２５以上かつ０．７５以下となるように、コイルパターン１の積層体の中心と上側電磁シールド面４の間の距離ｔ２と、上側電磁シールド面４と下側電磁シールド面５の間の距離ｔｃとが設定されていたが、上側電磁シールド面４と下側電磁シールド面５との間の距離ｔｃに対するコイルパターン１の積層体の中心と下側電磁シールド面５との間の距離ｔ４の比（ｔ４／ｔｃ）が０．２５以上かつ０．７５以下となるように、コイルパターン１の積層体の中心と下側電磁シールド面５の間の距離ｔ４と、上側電磁シールド面４と下側電磁シールド面５の間の距離ｔｃとを設定してもよい。
【００５７】
【発明の効果】
この発明によれば、電磁シールド導体のコイルパターン対向面と該コイルパターン対向面に最も近いコイルパターンとの間の距離が空芯コイルのコイルパターンの外径の０．２倍以上、かつ、１．０倍以下となるように設定されているので、電磁シールド導体によって空芯コイルの電磁シールドを確実に行うことができるのはもちろんのこと、空芯コイルの磁束密度が最も高くなる位置から電磁シールド導体のコイルパターン対向面が離れ、磁束によって電磁シールド導体に渦電流が発生するのをほぼ抑制することができ、このことにより、空芯コイルはほぼ最高のクォリティファクタを得ることができる。しかも、電磁シールド導体の大型化を防止することができる。
【００５８】
上記のように、空芯コイルの高効率化を図ることができることから、空芯コイルでの電力損失が低減し、空芯コイルが組み込まれるスイッチング電源装置やインバータ等の回路の電力損失の増加を抑制することができる。また、電磁シールド導体の大型化を防止できるので、空芯コイルが組み込まれるスイッチング電源装置やインバータ等の装置の大型化を回避することが容易となる。
【００５９】
また、上記コイルパターン対向面と該コイルパターン対向面に最も近いコイルパターンとの間の距離がコイルパターンの外径のほぼ０．５倍となるように設定されている場合には、空芯コイルはほぼ最高のクォリティファクタを得ることができる上に、上記コイルパターン対向面と該コイルパターン対向面に最も近いコイルパターンとの間の距離がコイルパターンの外径のほぼ１．０倍となるように設定されている場合よりもコイルパターン対向面と該コイルパターン対向面に最も近いコイルパターンとの間の距離が半分になるという如く、電磁シールド導体のより小型化を図ることができる。
【００６０】
さらに、上記コイルパターン対向面と該コイルパターン対向面に最も近いコイルパターンとの間の距離がコイルパターンの外径のほぼ１．０倍となるように設定されている場合には、空芯コイルの磁束の影響がコイルパターン対向面に殆ど及ばず、コイルパターン対向面の渦電流の発生が抑制され、空芯コイルはより高効率のクォリティファクタを得ることができる。
【００６１】
電磁シールド導体の上側電磁シールド面とコイルパターン積層体の中心との間の距離、あるいは、電磁シールド導体の下側電磁シールド面とコイルパターン積層体の中心との間の距離が、上記上側電磁シールド面と下側電磁シールド面の間の距離の０．２５倍以上、かつ、０．７５倍以上に設定されているものにあっては、上記同様に、空芯コイルの電磁シールドを確実に行うことができるのはもちろんのこと、電磁シールド導体の上側電磁シールド面と下側電磁シールド面が共に空芯コイルの磁束密度が最も高い位置から離れ、上記上側電磁シールド面と下側電磁シールド面の両面に上記磁束による渦電流の発生をほぼ抑制することができ、空芯コイルはほぼ最高のクォリティファクタを得ることができる。その上、電磁シールド導体の大型化を防止することができる。
【００６２】
また、電磁シールド導体の上側電磁シールド面とコイルパターン積層体の中心との間の距離、あるいは、電磁シールド導体の下側電磁シールド面とコイルパターン積層体の中心との間の距離が、上記上側電磁シールド面と下側電磁シールド面の間の距離のほぼ０．５倍に設定されている場合には、上側電磁シールド面と下側電磁シールド面の両面とも渦電流の発生が抑制され、空芯コイルはより高効率のクォリティファクタを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係る一実施形態例を示す説明図である。
【図２】コイルパターンのその他の形状を示す説明図である。
【図３】コイルパターンの外径ｔｄが９．４ｍｍである場合に第１の間隔比（ｔ１／ｔｄ）の変化に対するクォリティファクタＱの変化傾向の一例を示すグラフである。
【図４】コイルパターンの外径ｔｄが１８．８ｍｍである場合に第１の間隔比（ｔ１／ｔｄ）の変化に対するクォリティファクタＱの変化傾向の一例を示すグラフである。
【図５】第２の間隔比（ｔ２／ｔｃ）とクォリティファクタＱとの関係例を上側電磁シールド面と下側電磁シールド面との間の間隔毎に示すグラフである。
【図６】空芯コイルの電磁シールド構造の一例を示す説明図である。
【図７】空芯コイルの一例を示す説明図である。
【符号の説明】
１ コイルパターン
２ 絶縁体
３ 金属ケース
４ 上側電磁シールド面
５ 下側電磁シールド面
１０ 空芯トランス
１１ 空芯インダクタ
【発明の属する技術分野】
本発明は、スイッチング電源装置やインバータ等に組み込まれる空芯トランスや空芯インダクタ等の空芯コイルを電磁シールドする構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
スイッチング電源装置やインバータ等に組み込まれる空芯コイルは、図７の（ａ）に示すような平面状のコイルパターン１が、図７の（ｂ）に示すように、絶縁体２を介して積層形成されたもので、例えば、上記複数のコイルパターン１を直列に接続させることにより空芯インダクタとして機能する。また、上記複数のコイルパターン１を２グループに分け、一方のコイルパターン１のグループを一次コイル群として接続し、他方のコイルパターン１のグループを二次コイル群として接続することにより、上記空芯コイルは一次コイルと二次コイルから成る空芯トランスとして機能する。
【０００３】
上記空芯コイルは、コイルパターン１が平面状であるので、薄型化できるし、上記コイルパターン１は蒸着やスパッタ等の成膜形成技術を用いて形成できるので、非常に微細に形成することが可能である。これらのことから、空芯コイルは薄型化・小型化・軽量化を図るのが容易である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記空芯コイルのコイルパターン１に電流を通電すると、コイルパターン１から磁束が発生し、この磁束が上記空芯コイルの周辺に配設されている集積回路等の機器に及ぶと、上記磁束の悪影響を受けて空芯コイルの周辺機器が誤動作する等の問題が生じる。
【０００５】
そこで、例えば、空芯コイルを金属ケースで覆い、該金属ケースの内部に空芯コイルの磁束をシールドし、上記空芯コイルの磁束が上記金属ケースよりも外側に放射されるのを防止して上記磁束により空芯コイルの周辺機器が誤動作するのを回避する手段が提案されている。
【０００６】
しかし、上記のように空芯コイルを金属ケースで覆った場合、上記空芯コイルの磁束によって金属ケースに渦電流が発生する。この渦電流の大きさは前記金属ケースに及ぶ磁束が多くなるに従って大きくなる。前記空芯コイルの磁束は図７の（ａ）に示すコイルパターン１の渦巻き中心付近で磁束密度が最も高くなることから、前記金属ケースが上記コイルパターン１の渦巻き中心に近付くに従って前記金属ケースに及ぶ磁束が多くなり、金属ケースに発生する渦電流が大きくなる。
【０００７】
上記渦電流が大きくなるに従って空芯コイルのクォリティファクタＱ（つまり、空芯インダクタのインダクタ効率や空芯トランスのトランス効率）が低下するという現象が生じ、この空芯コイルのクォリティファクタＱの低下により空芯コイルでの電力損失が多くなる。このように低効率の空芯コイルをスイッチング電源装置やインバータ等の回路に組み込んだ場合、上記回路の電力損失を増加させるという問題が生じる。
【０００８】
そこで、コイルパターン１の渦巻き中心から大きく離れ磁束密度が低い位置に金属ケースを設けて空芯コイルの効率（クォリティファクタＱ）を高めることが考えられるが、空芯コイルを覆う金属ケースが大型化してしまうという問題が生じ、このように大型の金属ケースに電磁シールドされた空芯コイルをスイッチング電源装置やインバータ等の装置に組み込んだときには、上記空芯コイルを組み込んだ装置が大型化してしまうという問題がある。
【０００９】
この発明は上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、空芯コイルの高効率化が図れ、しかも、大型化を回避した空芯コイルの電磁シールド構造を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するためにこの発明は次のような構成をもって前記課題を解決する手段としている。すなわち、第１の発明は、平面状のコイルパターンが絶縁体を介して積層形成された空芯コイルを電磁シールド導体で覆って電磁シールドする構造であって、上記電磁シールド導体のコイルパターン対向面と該コイルパターン対向面に最も近いコイルパターンとの間の距離が前記空芯コイルのコイルパターンの外径の０．２倍以上、かつ、１．０倍以下となるように設定されている構成をもって前記課題を解決する手段としている。
【００１１】
第２の発明は、平面状のコイルパターンが絶縁体を介して積層形成された空芯コイルを電磁シールド導体で覆って電磁シールドする構造であって、上記電磁シールド導体のコイルパターン対向面と該コイルパターン対向面に最も近いコイルパターンとの間の距離が前記空芯コイルのコイルパターンの外径のほぼ０．５倍となるように設定されている構成をもって前記課題を解決する手段としている。
【００１２】
第３の発明は、平面状のコイルパターンが絶縁体を介して積層形成された空芯コイルを電磁シールド導体で覆って電磁シールドする構造であって、上記電磁シールド導体のコイルパターン対向面と該コイルパターン対向面に最も近いコイルパターンとの間の距離が前記空芯コイルのコイルパターンの外径のほぼ１．０倍となるように設定されている構成をもって前記課題を解決する手段としている。
【００１３】
第４の発明は、平面状のコイルパターンが絶縁体を介して積層形成された空芯コイルを電磁シールド導体で覆って電磁シールドする構造であって、上記電磁シールド導体は、上記コイルパターン積層体の上面側に上記コイルパターンと間隙を介して対向する上側電磁シールド面と、上記コイルパターン積層体の下面側に上記コイルパターンと間隙を介して対向する下側電磁シールド面とを有し、上記上側電磁シールド面と上記コイルパターン積層体の中心との間の距離、あるいは、上記下側電磁シールド面と上記コイルパターン積層体の中心との間の距離が、上記上側電磁シールド面と下側電磁シールド面の間の距離の０．２５倍以上、かつ、０．７５倍以下となるように設定されている構成をもって前記課題を解決する手段としている。
【００１４】
第５の発明は、平面状のコイルパターンが絶縁体を介して積層形成された空芯コイルを電磁シールド導体で覆って電磁シールドする構造であって、上記電磁シールド導体は、上記コイルパターン積層体の上面側に上記コイルパターンに間隙を介して対向する上側電磁シールド面と、上記コイルパターン積層体の下面側に上記コイルパターンに間隙を介して対向する下側電磁シールド面とを有し、上記上側電磁シールド面と上記コイルパターン積層体の中心との間の距離、あるいは、上記下側電磁シールド面と上記コイルパターン積層体の中心との間の距離が、上記上側電磁シールド面と下側電磁シールド面の間の距離のほぼ０．５倍となるように設定されている構成をもって前記課題を解決する手段としている。
【００１５】
上記構成の発明において、例えば、電磁シールド導体のコイルパターン対向面と該コイルパターン対向面に最も近いコイルパターンとの間の距離を、空芯コイルのコイルパターンの外径の０．２倍以上に設定することにより、空芯コイルの磁束密度が最も高い位置からコイルパターン対向面が離れ、電磁シールド導体は空芯コイルの磁束の影響を殆ど受けず、このことにより、電磁シールド導体に渦電流が発生するのをほぼ抑制することができ、渦電流の発生に起因した空芯コイルのクォリティファクタ（効率）の悪化が防止される。
【００１６】
その上、電磁シールド導体のコイルパターン対向面と該コイルパターン対向面に最も近いコイルパターンとの間の距離を、空芯コイルのコイルパターンの外径の１．０倍以下に設定することにより、空芯コイルの電磁シールド構造の小型化が図れる。
【００１７】
また、上記電磁シールド導体の上側電磁シールド面とコイルパターン積層体の中心との間の距離、あるいは、下側電磁シールド面とコイルパターン積層体の中心との間の距離を、電磁シールド導体の上側電磁シールド面と下側電磁シールド面との間の距離の０．２５倍以上かつ０．７５倍以下に設定することにより、上側電磁シールド面と下側電磁シールド面は共に空芯コイルの最も磁束密度が高い位置から離れ、上記上側電磁シールド面と下側電磁シールド面の両面とも空芯コイルの磁束によって渦電流が発生するのをほぼ回避することができ、渦電流の発生に起因した空芯コイルのクォリティファクタの悪化が回避される。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下に、この発明に係る実施形態例を図面に基づき説明する。なお、以下に説明する実施形態例において、従来例と同一名称部分には同一符号を付し、その重複説明は省略する。
【００１９】
この実施形態例の空芯コイルの電磁シールド構造は、図１に示すように、平面状のコイルパターン１を絶縁体２を介して積層形成した空芯コイルを電磁シールド導体である金属ケース３により覆って電磁シールドする構成を有し、上記金属ケース３は、上記コイルパターン積層体の上面側に上記コイルパターン１に間隙を介して対向するコイルパターン対向面である上側電磁シールド面４と、上記コイルパターン積層体の下面側に上記コイルパターン１に間隙を介して対向するコイルパターン対向面である下側電磁シールド面５とを有している。
【００２０】
この実施形態例において特徴的なことは、上記上側電磁シールド面４と該上側電磁シールド面４に最も近いコイルパターン１との間の距離ｔ１が、コイルパターン１の外径ｔｄの０．２倍以上かつ１．０倍以下となるように設定され、かつ、上側電磁シールド面４とコイルパターン１の積層体の中心との間の距離ｔ２が、上側電磁シールド面４と下側電磁シールド面５の間の距離ｔｃの０．２５倍以上かつ０．７５倍以下となるように設定されている構成としたことである。
【００２１】
上記の如く、上側電磁シールド面４とコイルパターン１との間の最短距離ｔ１と、上側電磁シールド面４とコイルパターン１の積層体の中心との間の距離ｔ２と、上側電磁シールド面４と下側電磁シールド面５の間の距離ｔｃとを設定するのは次のような理由に因る。
【００２２】
本発明者は、上記上側電磁シールド面４とコイルパターン１と間の最短間隔ｔ１を様々に変化させて、そのコイルパターン１と上側電磁シールド面４との間隔毎に空芯コイルである空芯トランスのクォリティファクタＱを求める実験を行った。
【００２３】
上記クォリティファクタＱは次式（１）に示すように定義した。
【００２４】
Ｑ＝（２・π・ｆ・Ｌ）／Ｒ・・・・・（１）
【００２５】
ただし、上式（１）に示すｆはコイルパターン１に通電する交流電流の周波数であり、Ｌは一次コイルのインダクタンスであり、Ｒは一次コイル側から見た一次コイルと二次コイルの交流抵抗値の和である。
【００２６】
上記実験から本発明者は、空芯トランスのコイルパターン１の外径ｔｄに対する上側電磁シールド面４とコイルパターン１の間の最短間隔ｔ１の比（以下、第１の間隔比（ｔ１／ｔｄ）と記す）と、前記クォリティファクタＱとの関係に着目した。
【００２７】
図３と図４には本発明者が行った実験から得られた上記第１の間隔比（ｔ１／ｔｄ）とクォリティファクタＱの関係が示されており、図３には上記コイルパターン１の外径ｔｄが９．４ｍｍである空芯トランスを用い上側電磁シールド面４とコイルパターン１の間の最短距離ｔ１を変化させて上記最短距離ｔ１毎に上記クォリティファクタＱを求めたときの実験結果が示され、図４には上記コイルパターン１の外径ｔｄが１８．８ｍｍである空芯トランスを用い上側電磁シールド面４とコイルパターン１の間の最短距離ｔ１を変化させて上記最短距離ｔ１毎にクォリティファクタＱを求めたときの実験結果が示されている。
【００２８】
上記図３と図４に示すように、コイルパターン１の外径ｔｄが９．４ｍｍである場合とコイルパターン１の外径ｔｄが１８．８ｍｍである場合との両方とも、上記第１の間隔比（ｔ１／ｔｄ）が大きくなるに従って、つまり、上側電磁シールド面４がコイルパターン１から離れるに従って上側電磁シールド面４は磁束密度が高い位置から離れることになり、上側電磁シールド面４に及ぶ磁束が少なくなって上側電磁シールド面４に渦電流が発生するのが抑制されてクォリティファクタＱが向上し、上記第１の間隔比（ｔ１／ｔｄ）がほぼ０．５以上になると、クォリティファクタＱはほぼ飽和状態になっている。これら図３と図４に示されるように、コイルパターン１の外径ｔｄが異なっていても、前記第１の間隔比（ｔ１／ｔｄ）の変化に対するクォリティファクタＱの変化傾向はほぼ同様な傾向を示すことが分かる。
【００２９】
さらに、本発明者は、空芯トランスの一次コイルの巻回数Ｎ１に対する二次コイルの巻回数Ｎ２の巻数比（Ｎ２／Ｎ１）を変化させて、上記同様に、上記巻数比毎にクォリティファクタＱを求める実験を行ったところ、図３や図４に示すような第１の間隔比（ｔ１／ｔｄ）とクォリティファクタＱとの関係が得られた。また、空芯コイルである空芯インダクタについて、上記同様の実験を行ったところ、上記同様の実験結果が得られた。
【００３０】
上記のことから、第１の間隔比（ｔ１／ｔｄ）に基づいて高効率の空芯コイルを得ることができ、しかも、金属ケース３の小型化を図るための上側電磁シールド面４とコイルパターン１の間の最短距離ｔ１を設定することができることに本発明者は気付いた。
【００３１】
前記図３や図４に示すように、第１の間隔比（ｔ１／ｔｄ）が０．５以上となるように上側電磁シールド面４とコイルパターン１の間の最短距離ｔ１を設定することにより、空芯コイルはほぼ飽和状態のクォリティファクタＱを得ることができる。上記飽和状態のクォリティファクタＱの８０％以上のクォリティファクタＱが得られれば、空芯コイルでの電力損失を非常に小さく抑えることができることから、この実施形態例では、上記飽和状態のクォリティファクタＱの８０％のクォリティファクタＱを下限とし、この下限以上のクォリティファクタＱを得るためには、図３や図４に示すように、第１の間隔比（ｔ１／ｔｄ）が０．２以上となるように上側電磁シールド面４とコイルパターン１の間の最短距離ｔ１を設定すればよいことが分かる。
【００３２】
上記最短距離ｔ１が大きくなるに従って、つまり、上記第１の間隔比（ｔ１／ｔｄ）が大きくなるに従ってクォリティファクタＱは良くなるが、上記第１の間隔比（ｔ１／ｔｄ）が１．０より大きくなると、上側電磁シールド面４が空芯コイルから大きく離れ、金属ケース３が大型化してしまうという問題が生じるので、金属ケース３の小型化を図るためには上記第１の間隔比（ｔ１／ｔｄ）が１．０以下となるように上側電磁シールド面４とコイルパターン１の間の最短間隔ｔ１を設定する。
【００３３】
上記のように、第１の間隔比（ｔ１／ｔｄ）が０．２以上、かつ、１．０以下となるように上側電磁シールド面４とコイルパターン１の間の最短間隔ｔ１を設定することにより、高効率の空芯コイルを得ることができる上に、金属ケース３の大型化を回避できる。
【００３４】
より望ましくは、第１の間隔比（ｔ１／ｔｄ）がほぼ０．５となるように上側電磁シールド面４とコイルパターン１の間の最短間隔ｔ１を設定することである。それというのは、第１の間隔比（ｔ１／ｔｄ）がほぼ０．５となるように前記距離ｔ１が設定される場合には、クォリティファクタＱはほぼ飽和状態であり、しかも、第１の間隔比（ｔ１／ｔｄ）が１．０となるように前記距離ｔ１が設定された場合よりも前記距離ｔ１が半分となって金属ケース３のより小型化を図ることができるからである。
【００３５】
また、本発明者は、コイルパターン１の積層体の中心と上側電磁シールド面４との間の間隔ｔ２や、上側電磁シールド面４と下側電磁シールド面５の間の距離ｔｃを様々に可変して、前記クォリティファクタＱを求める実験を行った。
【００３６】
上記実験から本発明者は上側電磁シールド面４と下側電磁シールド面５の間の間隔ｔｃに対する上側電磁シールド面４とコイルパターン１の積層体の中心との間の間隔ｔ２の比（以下、第２の間隔比（ｔ２／ｔｃ）と記す）と、クォリティファクタＱとの関係に着目した。
【００３７】
図５には本発明者が行った実験から得られた上記第２の間隔比（ｔ２／ｔｃ）とクォリティファクタＱとの関係が示され、同図の曲線Ａは上側電磁シールド面４と下側電磁シールド面５との間の間隔ｔｃを１０．５５ｍｍに固定してコイルパターン１の積層体の中心と上側電磁シールド面４との間の距離ｔ２を可変させた場合に前記距離ｔ２毎に前記クォリティファクタＱを求めたときの実験結果であり、曲線Ｂは上側電磁シールド面４と下側電磁シールド面５との間の間隔ｔｃを４．５５ｍｍに固定してコイルパターン１の積層体の中心と上側電磁シールド面４との間の距離ｔ２を可変させた場合に前記距離ｔ２毎にクォリティファクタＱを求めたときの実験結果である。
【００３８】
この図５に示すように、上記曲線Ａと曲線Ｂの両曲線共に、上記第２の間隔比（ｔ２／ｔｃ）がほぼ０．５であるときをピークとした放物線を描くようなカーブを描いている。それというのは、第２の間隔比（ｔ２／ｔｃ）が０．５よりも低下するに従って上側電磁シールド面４が空芯コイルの磁束密度が最も高い位置に近付いていき、上側電磁シールド面４に発生する渦電流が大きくなってクォリティファクタＱを低下させ、反対に、第２の間隔比（ｔ２／ｔｃ）が０．５よりも増加するに従って下側電磁シールド面５が磁束密度が最も高い位置に近付いていき、下側電磁シールド面５に発生する渦電流が大きくなってクォリティファクタＱを低下させるからである。
【００３９】
上記曲線Ａと曲線Ｂに示すように、上側電磁シールド面４と下側電磁シールド面５との間の間隔ｔｃが異なっても、上記第２の間隔比（ｔ２／ｔｃ）の変化に対するクォリティファクタＱの変化傾向はほぼ同様な傾向を示すことが分かる。
【００４０】
上記実験結果から上記第２の間隔比（ｔ２／ｔｃ）に基づいて高効率の空芯コイルを得るためのコイルパターン１の積層体の中心と上側電磁シールド面４との間の距離ｔ２と、上側電磁シールド面４と下側電磁シールド面５の間の距離ｔｃとを設定することができることに本発明者は気付いた。
【００４１】
前述したように、ピーク（飽和状態）のクォリティファクタＱの８０％以上のクォリティファクタＱを得ることができれば、空芯トランスでの電力損失を非常に小さく抑えることができることから、この実施形態例では、ピークのクォリティファクタＱの８０％を下限とし、この下限以上のクォリティファクタＱを得るためには、上記第２の間隔比（ｔ２／ｔｃ）が０．２５以上、かつ、０．７５以下となるようにコイルパターン１の積層体の中心と上側電磁シールド面４との間の距離ｔ２と、上側電磁シールド面４と下側電磁シールド面５との間の距離ｔｃとを設定すればよいことが前記実験結果より分かる。
【００４２】
上記のように、前記距離ｔ２と距離ｔｃを設定することにより、高効率の空芯コイルを得ることができる。
【００４３】
より望ましくは、上記第２の間隔比（ｔ２／ｔｃ）がほぼ０．５となるように、コイルパターン１の積層体の中心と上側電磁シールド面４の間の間隔ｔ２と、上側電磁シールド面４と下側電磁シールド面５の間の距離ｔｃとを設定する。それというのは、図５に示すように、第２の間隔比（ｔ２／ｔｃ）がほぼ０．５となるときにクォリティファクタＱが最も高くなるからである。
【００４４】
図６には、上記のように、上側電磁シールド面４とコイルパターン１の間の最短距離ｔ１と、コイルパターン１の積層体の中心と上側電磁シールド面４との間の距離ｔ２と、上側電磁シールド面４と下側電磁シールド面５の間の距離ｔｃとを設定して形成された金属ケース３の内部にスイッチング電源装置を構成する素子を収容した場合の一例が示されている。
【００４５】
図６に示す７は主スイッチ素子であり、８は上記主スイッチ素子７をスイッチング制御する制御回路であり、１０は空芯トランスであり、１１は整流ダイオードであり、１２は空芯インダクタであり、１３は平滑コンデンサであり、１４は入力端子であり、１７は出力端子である。
【００４６】
図６に示す例では、コイルパターン１を形成した絶縁基板が積層して空芯トランス１０と空芯インダクタ１２を形成し、上記空芯トランス１０と空芯インダクタ１２を構成している積層基板体１５の表面に上記主スイッチ素子７と整流ダイオード１１が実装され、上記積層基板体１５の裏面に制御回路８と平滑コンデンサ１３が実装され、また、上記積層基板体１５に上記各素子を接続するための導体パターン（図示せず）やスルーホール１６等が形成されて、スイッチング電源装置が構成されている。
【００４７】
上記の如く、空芯トランス１０と空芯インダクタ１２を形成している積層基板体１５に、スイッチング電源装置を構成する主スイッチ素子７と制御回路８と整流ダイオード１１と平滑コンデンサ１３を実装することにより、空芯トランス１０と空芯インダクタ１２を上記主スイッチ素子７等が実装されている実装基板に組み込むというアセンブリ工程を省略することができ、スイッチング電源装置の製造工程の簡略化を図ることができる。
【００４８】
この場合にも、もちろん、空芯トランス１０と空芯インダクタ１２は、前記の如く、上側電磁シールド面４とコイルパターン１の間の最短距離ｔ１と、コイルパターン１の積層体の中心と上側電磁シールド面４との間の距離ｔ２と、上側電磁シールド面４と下側電磁シールド面５の間の距離ｔｃとを設定した金属ケース３により電磁シールドされているので、上記空芯トランス１０と空芯インダクタ１２を確実に電磁シールドすることができる上に、クォリティファクタＱの低下を回避でき、かつ、金属ケース３の大型化を防止することができる。
【００４９】
この実施形態例によれば、前記第１の間隔比（ｔ１／ｔｄ）が０．２以上かつ１．０以下となるように、上側電磁シールド面４とコイルパターン１の間の最短間隔ｔ１が設定され、かつ、第２の間隔比（ｔ２／ｔｃ）が０．２５以上かつ０．７５以下となるように、コイルパターン１の積層体の中心と上側電磁シールド面４との間の間隔ｔ２と、上側電磁シールド面４と下側電磁シールド面５の間の距離ｔｃとが設定されているので、上側電磁シールド面４と下側電磁シールド面５が共に空芯コイルの磁束密度が最も高い位置から離れ、磁束の影響を小さくすることができ、上側電磁シールド面４と下側電磁シールド面５の両面共に渦電流の発生をほぼ抑制することができ、空芯コイルの高効率化を図ることができる。しかも、金属ケース３の大型化を防止することができる。
【００５０】
なお、この発明は上記実施形態例に限定されるものではなく、様々な実施の形態を採り得る。例えば、上記実施形態例では、空芯コイルを覆う電磁シールド導体は金属ケースにより構成されていたが、ケースはプラスチックで形成し、このプラスチックの表面に電磁シールド導体としての金属メッキ層を施したものでもよく、あるいはプラスチックのケースの表面に蒸着等の手段を用いて電磁シールド導体としての金属蒸着層を形成したものでもよく、さらには、プラスチックのケース表面に電磁シールド導体としての金属メッキ層や金属蒸着層が設けられたシールを貼り付けたものでもよい。
【００５１】
また、空芯コイルを電磁シールド導体として機能するシールド板で覆う構成としてもよい。この場合は、シールド板は金属板で形成してもよく、又は、プラスチックの板の表面に電磁シールド導体としての金属メッキ層を施したものでもよく、あるいは、プラスチックの板の表面に蒸着等の手段を用いて電磁シールド導体としての金属蒸着層を形成したものでもよく、さらには、プラスチックの板の表面に電磁シールド導体としての金属メッキ層や金属蒸着層が設けられたシールを貼り付けたものでもよい。
【００５２】
なお、空芯コイルをシールド板で覆う場合には、シールド板の上にケースが設けられる場合もあるし、設けられない場合もある。ケースが設けられる場合は、空芯コイル等を物理的に保護するために設けられる。
【００５３】
上記のように、電磁シールド導体は、金属板、金属メッキ層、金属蒸着層等により形成されるが、金属メッキ層や金属蒸着層は金属板よりは導体の厚みが薄くなる。しかしながら、空芯コイルの駆動周波数が高周波になるほど電磁波が導体に浸透する深さ、すなわち、スキン・デップス（Skin Depth）が薄くなる。したがって、電磁シールド導体と金属メッキ層や金属蒸着層のような薄い層によって形成した場合であっても十分な電磁シールド効果が得られる。
【００５４】
また、上記コイルパターン１は円形状であったが、図２の（ａ）に示す楕円形状や、図２の（ｂ）に示す四角形状等、円形状以外の形状にコイルパターン１を形成してもよい。上記図２の（ａ）や（ｂ）に示すように、コイルパターン１が楕円形や四角形である場合には、最も短いコイルパターン１の外径が上記実施形態例に示したコイルパターン１の外径ｔｄに対応し、このコイルパターン１の外径ｔｄに基づいた第１の間隔比（ｔ１／ｔｄ）により上側電磁シールド面４とコイルパターン１の間の最短距離ｔ１が設定される。
【００５５】
さらに、上記実施形態例では、コイルパターン１の外径ｔｄに対する上側電磁シールド面４とコイルパターン１の間の最短距離ｔ１の比（第１の間隔比（ｔ１／ｔｄ））が０．２以上かつ１．０以下となるように、上側電磁シールド面４とコイルパターン１の間の最短距離ｔ１が設定されていたが、コイルパターン１の外径ｔｄに対する下側電磁シールド面５と該下側電磁シールド面５に最も近いコイルパターン１との間の距離ｔ３の比（ｔ３／ｔｄ）が０．２以上かつ１．０以下となるように、下側電磁シールド面５と該下側電磁シールド面５に最も近いコイルパターン１の間の距離ｔ３を設定してもよい。
【００５６】
さらに、上記実施形態例では、上側電磁シールド面４と下側電磁シールド面５との間の距離ｔｃに対するコイルパターン１の積層体の中心と上側電磁シールド面４との間の距離ｔ２の比（ｔ２／ｔｃ）が０．２５以上かつ０．７５以下となるように、コイルパターン１の積層体の中心と上側電磁シールド面４の間の距離ｔ２と、上側電磁シールド面４と下側電磁シールド面５の間の距離ｔｃとが設定されていたが、上側電磁シールド面４と下側電磁シールド面５との間の距離ｔｃに対するコイルパターン１の積層体の中心と下側電磁シールド面５との間の距離ｔ４の比（ｔ４／ｔｃ）が０．２５以上かつ０．７５以下となるように、コイルパターン１の積層体の中心と下側電磁シールド面５の間の距離ｔ４と、上側電磁シールド面４と下側電磁シールド面５の間の距離ｔｃとを設定してもよい。
【００５７】
【発明の効果】
この発明によれば、電磁シールド導体のコイルパターン対向面と該コイルパターン対向面に最も近いコイルパターンとの間の距離が空芯コイルのコイルパターンの外径の０．２倍以上、かつ、１．０倍以下となるように設定されているので、電磁シールド導体によって空芯コイルの電磁シールドを確実に行うことができるのはもちろんのこと、空芯コイルの磁束密度が最も高くなる位置から電磁シールド導体のコイルパターン対向面が離れ、磁束によって電磁シールド導体に渦電流が発生するのをほぼ抑制することができ、このことにより、空芯コイルはほぼ最高のクォリティファクタを得ることができる。しかも、電磁シールド導体の大型化を防止することができる。
【００５８】
上記のように、空芯コイルの高効率化を図ることができることから、空芯コイルでの電力損失が低減し、空芯コイルが組み込まれるスイッチング電源装置やインバータ等の回路の電力損失の増加を抑制することができる。また、電磁シールド導体の大型化を防止できるので、空芯コイルが組み込まれるスイッチング電源装置やインバータ等の装置の大型化を回避することが容易となる。
【００５９】
また、上記コイルパターン対向面と該コイルパターン対向面に最も近いコイルパターンとの間の距離がコイルパターンの外径のほぼ０．５倍となるように設定されている場合には、空芯コイルはほぼ最高のクォリティファクタを得ることができる上に、上記コイルパターン対向面と該コイルパターン対向面に最も近いコイルパターンとの間の距離がコイルパターンの外径のほぼ１．０倍となるように設定されている場合よりもコイルパターン対向面と該コイルパターン対向面に最も近いコイルパターンとの間の距離が半分になるという如く、電磁シールド導体のより小型化を図ることができる。
【００６０】
さらに、上記コイルパターン対向面と該コイルパターン対向面に最も近いコイルパターンとの間の距離がコイルパターンの外径のほぼ１．０倍となるように設定されている場合には、空芯コイルの磁束の影響がコイルパターン対向面に殆ど及ばず、コイルパターン対向面の渦電流の発生が抑制され、空芯コイルはより高効率のクォリティファクタを得ることができる。
【００６１】
電磁シールド導体の上側電磁シールド面とコイルパターン積層体の中心との間の距離、あるいは、電磁シールド導体の下側電磁シールド面とコイルパターン積層体の中心との間の距離が、上記上側電磁シールド面と下側電磁シールド面の間の距離の０．２５倍以上、かつ、０．７５倍以上に設定されているものにあっては、上記同様に、空芯コイルの電磁シールドを確実に行うことができるのはもちろんのこと、電磁シールド導体の上側電磁シールド面と下側電磁シールド面が共に空芯コイルの磁束密度が最も高い位置から離れ、上記上側電磁シールド面と下側電磁シールド面の両面に上記磁束による渦電流の発生をほぼ抑制することができ、空芯コイルはほぼ最高のクォリティファクタを得ることができる。その上、電磁シールド導体の大型化を防止することができる。
【００６２】
また、電磁シールド導体の上側電磁シールド面とコイルパターン積層体の中心との間の距離、あるいは、電磁シールド導体の下側電磁シールド面とコイルパターン積層体の中心との間の距離が、上記上側電磁シールド面と下側電磁シールド面の間の距離のほぼ０．５倍に設定されている場合には、上側電磁シールド面と下側電磁シールド面の両面とも渦電流の発生が抑制され、空芯コイルはより高効率のクォリティファクタを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係る一実施形態例を示す説明図である。
【図２】コイルパターンのその他の形状を示す説明図である。
【図３】コイルパターンの外径ｔｄが９．４ｍｍである場合に第１の間隔比（ｔ１／ｔｄ）の変化に対するクォリティファクタＱの変化傾向の一例を示すグラフである。
【図４】コイルパターンの外径ｔｄが１８．８ｍｍである場合に第１の間隔比（ｔ１／ｔｄ）の変化に対するクォリティファクタＱの変化傾向の一例を示すグラフである。
【図５】第２の間隔比（ｔ２／ｔｃ）とクォリティファクタＱとの関係例を上側電磁シールド面と下側電磁シールド面との間の間隔毎に示すグラフである。
【図６】空芯コイルの電磁シールド構造の一例を示す説明図である。
【図７】空芯コイルの一例を示す説明図である。
【符号の説明】
１ コイルパターン
２ 絶縁体
３ 金属ケース
４ 上側電磁シールド面
５ 下側電磁シールド面
１０ 空芯トランス
１１ 空芯インダクタ
Claims (5)
- 平面状のコイルパターンが絶縁体を介して積層形成された空芯コイルを電磁シールド導体で覆って電磁シールドする構造であって、上記電磁シールド導体のコイルパターン対向面と該コイルパターン対向面に最も近いコイルパターンとの間の距離が前記空芯コイルのコイルパターンの外径の０．２倍以上、かつ、１．０倍以下となるように設定されていることを特徴とする空芯コイルの電磁シールド構造。
- 平面状のコイルパターンが絶縁体を介して積層形成された空芯コイルを電磁シールド導体で覆って電磁シールドする構造であって、上記電磁シールド導体のコイルパターン対向面と該コイルパターン対向面に最も近いコイルパターンとの間の距離が前記空芯コイルのコイルパターンの外径のほぼ０．５倍となるように設定されていることを特徴とする空芯コイルの電磁シールド構造。
- 平面状のコイルパターンが絶縁体を介して積層形成された空芯コイルを電磁シールド導体で覆って電磁シールドする構造であって、上記電磁シールド導体のコイルパターン対向面と該コイルパターン対向面に最も近いコイルパターンとの間の距離が前記空芯コイルのコイルパターンの外径のほぼ１．０倍となるように設定されていることを特徴とする空芯コイルの電磁シールド構造。
- 平面状のコイルパターンが絶縁体を介して積層形成された空芯コイルを電磁シールド導体で覆って電磁シールドする構造であって、上記電磁シールド導体は、上記コイルパターン積層体の上面側に上記コイルパターンと間隙を介して対向する上側電磁シールド面と、上記コイルパターン積層体の下面側に上記コイルパターンと間隙を介して対向する下側電磁シールド面とを有し、上記上側電磁シールド面と上記コイルパターン積層体の中心との間の距離、あるいは、上記下側電磁シールド面と上記コイルパターン積層体の中心との間の距離が、上記上側電磁シールド面と下側電磁シールド面の間の距離の０．２５倍以上、かつ、０．７５倍以下となるように設定されていることを特徴とする空芯コイルの電磁シールド構造。
- 平面状のコイルパターンが絶縁体を介して積層形成された空芯コイルを電磁シールド導体で覆って電磁シールドする構造であって、上記電磁シールド導体は、上記コイルパターン積層体の上面側に上記コイルパターンに間隙を介して対向する上側電磁シールド面と、上記コイルパターン積層体の下面側に上記コイルパターンに間隙を介して対向する下側電磁シールド面とを有し、上記上側電磁シールド面と上記コイルパターン積層体の中心との間の距離、あるいは、上記下側電磁シールド面と上記コイルパターン積層体の中心との間の距離が、上記上側電磁シールド面と下側電磁シールド面の間の距離のほぼ０．５倍となるように設定されていることを特徴とする空芯コイルの電磁シールド構造。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP01748897A JP3644175B2 (ja) | 1997-01-14 | 1997-01-14 | 空芯コイルの電磁シールド構造 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP01748897A JP3644175B2 (ja) | 1997-01-14 | 1997-01-14 | 空芯コイルの電磁シールド構造 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10199734A JPH10199734A (ja) | 1998-07-31 |
| JP3644175B2 true JP3644175B2 (ja) | 2005-04-27 |
Family
ID=11945397
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP01748897A Expired - Fee Related JP3644175B2 (ja) | 1997-01-14 | 1997-01-14 | 空芯コイルの電磁シールド構造 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3644175B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100513348B1 (ko) * | 2004-03-31 | 2005-09-07 | 삼성전기주식회사 | 에어전극패턴을 갖는 칩 부품 및 그 제조방법 |
| JP2010093180A (ja) * | 2008-10-10 | 2010-04-22 | Showa Aircraft Ind Co Ltd | 非接触給電装置 |
| JP2011151367A (ja) | 2009-12-25 | 2011-08-04 | Sony Corp | 回路基板積層モジュール及び電子機器 |
| KR20130046254A (ko) * | 2011-10-27 | 2013-05-07 | 삼성전기주식회사 | 인덕터 |
| CN105655113B (zh) * | 2014-11-12 | 2018-04-17 | 台达电子工业股份有限公司 | Pcb平面变压器及使用这种变压器的变换器 |
-
1997
- 1997-01-14 JP JP01748897A patent/JP3644175B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH10199734A (ja) | 1998-07-31 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP2485225B1 (en) | Electronic unit | |
| US7212094B2 (en) | Inductive components and electronic devices using the same | |
| JP2018098270A (ja) | インダクタ、および、ｄｃ−ｄｃコンバータ | |
| JP5939274B2 (ja) | 電源装置 | |
| JP2011520259A (ja) | 結合インダクタとその製造方法 | |
| JP3614816B2 (ja) | 磁性素子およびそれを用いた電源 | |
| TWI740091B (zh) | 電子裝置及其製作方法 | |
| JP5058120B2 (ja) | トランス | |
| EP3108723A1 (en) | System and method for reducing partial discharge in high voltage planar transformers | |
| JPH08181018A (ja) | コイル装置 | |
| KR101251843B1 (ko) | 변압기 | |
| JPWO2018221131A1 (ja) | 電子部品 | |
| JP3644175B2 (ja) | 空芯コイルの電磁シールド構造 | |
| JP2009038297A (ja) | 半導体装置 | |
| JPH09162035A (ja) | コイル装置 | |
| JP2004235709A (ja) | 分布定数型フィルタ素子 | |
| JPH0786754A (ja) | 積層型混成集積回路部品 | |
| JP2001196229A (ja) | 複合型磁気素子 | |
| JP2003197439A (ja) | 電磁装置 | |
| JP3698206B2 (ja) | スイッチング電源装置 | |
| JPH05145266A (ja) | スイツチング電源の実装構造 | |
| JP2002164235A (ja) | リーケージトランス、電源装置および照明器具 | |
| JP2023184134A (ja) | トランス | |
| JPH09182432A (ja) | スイッチング電源装置 | |
| JP2001144250A (ja) | パワーモジュール |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20050104 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20050111 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20050124 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090210 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090210 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100210 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110210 Year of fee payment: 6 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |