JP5200494B2 - カップルドインダクタ - Google Patents
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Description
本発明は、特にＤＣ−ＤＣコンバータ等に使われるカップルドインダクタに関するものである。
近年、ＬＳＩ等は、消費電力低減を目的に駆動電圧を下げているが、これに伴い所要電流が数十Ａにまで達するようになり、マルチフェイズ方式のＤＣ−ＤＣコンバータが用いられるようになってきている。
従来は、このような目的で図４に示すように、２つのコイル導体１１を平行に設け、かつこの２つのコイル導体１１の上下をフェライト系磁性体１２で挟み込んだカップルドインダクタが使用されてきた。
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば特許文献１が知られている。
特開２００７−１８４５０９号公報
上記した背景技術の中で、複数のインダクタを使用して構成されるＤＣ−ＤＣコンバータは、大電流を流す必要があり、これにより回路が大型化する課題がある。これに対し、インダクタの小型化、低背化への要望も強くなってきているが、このインダクタの場合は、フェライト系磁性体を薄くすると機械的強度の劣化と磁気飽和の発生という課題がある。また、小型化のためにスイッチング周波数を高周波化する動きもあるが、この場合は、高周波化に伴って電力損失が増加するという課題が生じてきた。
本発明は上記従来の課題を解決するもので、高周波化されても電力損失が少ないカップルドインダクタを提供することを目的とするものである。
上記目的を達成するために、本発明は以下の構成を有するものである。
本発明の請求項１に記載の発明は、一方の端部を入力端子とし他方の端部を出力端子とした直線状の第１のコイル導体と、一方の端部を入力端子とし他方の端部を出力端子とした直線状の第２のコイル導体と、前記第１のコイル導体と第２のコイル導体を挟む第１の磁性体および第２の磁性体とを備え、前記第１のコイル導体と第２のコイル導体をそれぞれに流れる電流が逆向きになるように間隔を設けて平行に配置しており、前記第１の磁性体および第２の磁性体を金属磁性箔の積層体により構成し、かつこの金属磁性箔の積層方向を前記第１のコイル導体または第２のコイル導体の延伸方向と同じ方向に積層することにより、前記金属磁性箔の積層方向と前記第１のコイル導体と第２のコイル導体により発生する磁束の方向とを直交させるようにしたもので、この構成によれば、第１の磁性体および第２の磁性体を金属磁性箔の積層体により構成しているため、従来のフェライトに比べて、第１の磁性体および第２の磁性体を薄くしても磁気飽和は発生しにくくなり、また、前記金属磁性箔の積層方向と、前記第１のコイル導体と第２のコイル導体により発生する磁束の方向とを直交させるようにしているため、積層体の強度が強い方向である積層方向と垂直な方向をカップルドインダクタの高さ方向にすることができ、これにより、カップルドインダクタの強度を得ることができ、そしてまた、この直交構造により、金属磁性箔内に発生する渦電流も、金属磁性箔の厚さ程度の大きさの渦電流しか発生しないため、高周波化されても電力損失を少なくすることができるという作用効果を有するものである。
また、特に、第１のコイル導体と第２のコイル導体との間に金属磁性粉末を分散させてなる接着剤を設けたので、この構成によれば、第１のコイル導体１と第２のコイル導体２との間の相互インダクタンスを調整することができるとともに、第１のコイル導体１と第２のコイル導体２との間にできた空隙を接着剤で埋めることができるため、金属磁性箔の積層体の強度をより強くすることができ、これにより、小型低背化が可能になるという作用効果を有するものである。
本発明の請求項２記載の発明は、特に、相互インダクタンス調整手段を、第１のコイル導体と第２のコイル導体により発生する磁束が通る経路において、前記第１のコイル導体と第２のコイル導体との間に位置して第１の磁性体および第２の磁性体に切り欠き部を設けたもので、この構成によれば、第１のコイル導体と第２のコイル導体との間の相互インダクタンスを調整することができるという作用効果を有するものである。
以上のように本発明のカップルドインダクタは、一方の端部を入力端子とし他方の端部を出力端子とした直線状の第１のコイル導体と、一方の端部を入力端子とし他方の端部を出力端子とした直線状の第２のコイル導体と、前記第１のコイル導体と第２のコイル導体を挟む第１の磁性体および第２の磁性体とを備え、前記第１のコイル導体と第２のコイル導体をそれぞれに流れる電流が逆向きになるように間隔を設けて平行に配置しており、前記第１の磁性体および第２の磁性体を金属磁性箔の積層体により構成し、かつこの金属磁性箔の積層方向を前記第１のコイル導体または第２のコイル導体の延伸方向と同じ方向に積層することにより、前記金属磁性箔の積層方向と前記第１のコイル導体と第２のコイル導体により発生する磁束の方向とを直交させるようにし、さらに、前記第１のコイル導体と前記第２のコイル導体との相互インダクタンスを調整する相互インダクタンス調整手段を設け、この相互インダクタンス調整手段を、前記第１のコイル導体と前記第２のコイル導体との間に金属磁性粉末を分散させてなる接着剤を設ける構成としているため、高周波化されても電力損失が少ないものが得られかつ、第１のコイル導体と第２のコイル導体との相互インダクタンスを調整することができるという優れた効果を奏するものである。
（実施の形態１）
以下、実施の形態１を用いて、本発明の特に請求項１に記載の発明について、図面を参照しながら説明する。
以下、実施の形態１を用いて、本発明の特に請求項１に記載の発明について、図面を参照しながら説明する。
図１は本発明の実施の形態１におけるカップルドインダクタの斜視図である。
図１に示すように、本発明の実施の形態１におけるカップルドインダクタは、銅板からなる第１のコイル導体１と第２のコイル導体２をそれぞれ所定の形に折り曲げ加工したものを平行に並べ、そして、これらを所定の形に成形した第１の磁性体３および第２の磁性体４で挟み込んで接着固定することにより構成しているものである。また、ここでは、第１の磁性体３と第２の磁性体４の同一面から出ている第１のコイル導体１の端部１ａを第１の入力端子とし、かつ第２のコイル導体２の端部２ａを第２の出力端子としているもので、すなわち、第１のコイル導体１を流れる電流の方向と、第２のコイル導体２を流れる信号の方向とを逆向きにしているものである。このようにすることにより、２つのコイル導体１，２の自己インダクタンスと相互インダクタンスの大きさを調整しているものである。
また、前記第１の磁性体３および第２の磁性体４は、金属磁性箔として鉄を主成分とするアモルファス金属箔５を２００枚程度接着剤を挟んで積層した積層体で構成しているもので、その積層方向は第１のコイル導体１と第２のコイル導体２により発生する磁束の方向と直交させる方向、すなわち、第１のコイル導体１と第２のコイル導体２の延伸方向（電流の流れる方向）としているものである。
従来のように磁性体としてフェライト系磁性体を用いた場合は、その厚さを薄くすると機械的強度が弱くなるとともに、磁気飽和密度が低いため、性能劣化が起こるものである。これに対し、本発明の実施の形態１においては、第１の磁性体３および第２の磁性体４を磁気飽和密度が高いアモルファス金属箔５を用いて構成しているため、その厚さを薄くしても磁気飽和が発生しにくいものである。また、アモルファス金属箔５を積層したものは、その積層方向に対しては強度的に弱いものとなるが、積層方向に対して垂直な方向に対しては十分な強度を得ることができるものである。したがって、本発明の実施の形態１のように積層方向を磁束の方向と直交させるようにすれば、高さ方向に対して十分な強度を得ることができ、これにより、低背化が可能となるものである。
また、金属磁性体を用いてカップルドインダクタを構成した場合は、ＤＣ−ＤＣコンバータのスイッチング周波数が、５ＭＨｚあるいは１０ＭＨｚと高周波になってくると、金属磁性体の内部に渦電流が発生しやすくなり、これが電力損失につながるものである。これに対し、本発明の実施の形態１においては、アモルファス金属箔５の積層方向と、前記第１のコイル導体１と第２のコイル導体２により発生する磁束の方向とを直交させるようにしているため、アモルファス金属箔５内に発生する渦電流も、アモルファス金属箔５の厚さ程度の大きさの渦電流しか発生しないため、高周波化されても電力損失を少なくすることができるもので、したがって、電力損失への影響は軽微なものとなるものである。
このように、アモルファス金属箔５の厚さは薄い方が本発明の効果を得やすいが、スイッチング周波数を１０ＭＨｚ程度とした場合には、アモルファス金属箔５の厚さは１５μｍ以下のものを用いるのが望ましい。
そしてまた、第１の磁性体３および第２の磁性体４を所定の形状に成形する場合は、アモルファス金属箔５を金型で打ち抜くことにより所定の形状に成形し、そして、これを接着剤を挟んで重ね合わせることにより、所定の形状のものを得ることができるため、量産性に優れたものとなるものである。
さらに、図２に示すように、本発明の実施の形態１におけるカップルドインダクタは、第１のコイル導体１と第２のコイル導体２を所定の形状に折り曲げ加工したものを平行に並べ、そしてこの第１のコイル導体１と第２のコイル導体２との間に金属磁性粉末を分散させてなる接着剤６を設けたものである。これは、表面を絶縁処理した金属磁性粉末を分散させてなる接着剤６を第１のコイル導体１と第２のコイル導体２との間に挟んで加熱硬化することにより得られるものである。このような構成にすれば、第１のコイル導体１と第２のコイル導体２との間の相互インダクタンスを調整することができるとともに、第１のコイル導体１と第２のコイル導体２との間にできた空隙を接着剤６で埋めることができるため、アモルファス金属箔５の積層体の強度をより強くすることができ、これにより、小型低背化が可能になるものである。
（実施の形態２）
以下、実施の形態２を用いて、本発明の特に請求項２に記載の発明について、図面を参照しながら説明する。
以下、実施の形態２を用いて、本発明の特に請求項２に記載の発明について、図面を参照しながら説明する。
図３は本発明の実施の形態２におけるカップルドインダクタの断面図である。
図３に示すように、本発明の実施の形態２におけるカップルドインダクタは、第１のコイル導体１と第２のコイル導体２により発生する磁束が通る経路において、第１のコイル導体１と第２のコイル導体２との間に位置して第１の磁性体３と第２の磁性体４に切り欠き部７をそれぞれ設けたものである。このような構成にすれば、第１のコイル導体１と第２のコイル導体２との間の相互インダクタンスを調整することができるものである。また、この形状は、金型で打ち抜くことにより得られ、そしてこれらを積層することにより所望の形状を得ることができるものである。
なお、上記本発明の実施の形態１，２においては、金属磁性箔としてアモルファス金属箔５を用いているが、これに限定されるものではなく、磁気飽和密度が高く箔化が可能であれば、ナノ結晶金属磁性箔のような材料を用いても良いものである。
本発明に係るカップルドインダクタは、金属磁性箔の積層方向と、第１のコイル導体と第２のコイル導体により発生する磁束の方向とを直交させることにより、高周波化されても電力損失の少ないものが得られかつ、第１のコイル導体と第２のコイル導体との相互インダクタンスを調整することができるという効果を有するものであり、特に、各種の電子機器に適用して有用となるものである。
１ 第１のコイル導体
２ 第２のコイル導体
３ 第１の磁性体
４ 第２の磁性体
５ アモルファス金属箔
６ 接着剤
７ 切り欠き部
２ 第２のコイル導体
３ 第１の磁性体
４ 第２の磁性体
５ アモルファス金属箔
６ 接着剤
７ 切り欠き部
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- 一方の端部を入力端子とし他方の端部を出力端子とした直線状の第１のコイル導体と、一方の端部を入力端子とし他方の端部を出力端子とした直線状の第２のコイル導体と、前記第１のコイル導体と第２のコイル導体を挟む第１の磁性体および第２の磁性体とを備え、前記第１のコイル導体と第２のコイル導体をそれぞれに流れる電流が逆向きになるように間隔を設けて平行に配置しており、前記第１の磁性体および第２の磁性体を金属磁性箔の積層体により構成し、かつこの金属磁性箔の積層方向を前記第１のコイル導体または第２のコイル導体の延伸方向と同じ方向に積層することにより、前記金属磁性箔の積層方向と前記第１のコイル導体と第２のコイル導体により発生する磁束の方向とを直交させるようにし、さらに、前記第１のコイル導体と前記第２のコイル導体との相互インダクタンスを調整する相互インダクタンス調整手段を設け、この相互インダクタンス調整手段を、前記第１のコイル導体と前記第２のコイル導体との間に金属磁性粉末を分散させてなる接着剤を設ける構成としたカップルドインダクタ。
- 前記相互インダクタンス調整手段を、前記第１のコイル導体と前記第２のコイル導体により発生する磁束が通る経路において、前記第１のコイル導体と第２のコイル導体との間に位置して前記第１の磁性体および前記第２の磁性体に切り欠き部を設けた請求項１記載のカップルドインダクタ。
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