JP6736890B2 - インダクタ - Google Patents

Description

本発明はインダクタに関する。

コイルは、インダクタンスのみならず、分布容量を持つ。このインダクタンスと分布容量（浮遊容量）との共振現象（自己共振現象）が、ＥＭＣ（電磁両立性）対策回路に利用される。

下記の特許文献１に、複数の自己共振周波数を持ち、広帯域で使用可能な巻線型インダクタが開示されている。この巻線型インダクタにおいては、コアの巻線部を円錐状または角錐状にすることにより、単一部品で広帯域の共振特性が得られる。

下記の特許文献２に、薄膜型コモンモードフィルタが開示されている。第１の磁性基板、第１の積層体、第２の磁性基板、第２の積層体、及び第３の磁性基板が積み重ねられている。第１の積層体に１次コイルパターンが備えられ、第２の積層体に２次コイルパターンが備えられている。第１の積層体と第２の積層体との間に第２の磁性基板を配置することにより、１次コイルパターンと２次コイルパターンとの相互インダクタンスを大きくすることができる。

特開２００４−００６６９６号公報 特開２０１３−１８７５４０号公報

特許文献１に開示された巻線型インダクタンスにおいては、共振特性が円錐状または角錐状の巻線部の大径部と小径部との大きさの差に依存する。例えば、数十ＭＨｚ帯と数ＧＨｚ帯といった大きく離れた２つの周波数帯でのノイズ対策用インダクタンスを構成する場合、大径部と小径部との大きさの差を大きくしなければならない。このため、部品が大型化してしまう。

特許文献２に開示された薄膜型コモンモードフィルタに用いられている２つのコイルパターンの形状は、ほぼ合同である。このため、複数の共振周波数を持つことは困難である。

本発明の目的は、部品の大型化を避けつつ、少なくとも２つの自己共振周波数を持つインダクタを提供することである。

本発明の第１の観点によるインダクタは、
巻芯部、前記巻芯部の上端に設けられ、前記巻芯部の側面よりも外側に張り出した上鍔部、及び前記巻芯部の下端に設けられ、前記巻芯部の側面よりも外側に張り出した下鍔部を有するコアと、
前記巻芯部の前記側面に巻き付けられた第１のコイルと、
前記コアの上面に配置され、前記第１のコイルに直列に接続され、前記第１のコイルと共通の１本の導線で構成されたスパイラル型の第２のコイルと、
前記コアの底面に備えられた第１の外部電極及び第２の外部電極と
を有し、
前記第１のコイルと前記第２のコイルとの直列回路の両端が、それぞれ前記第１の外部電極及び前記第２の外部電極に接続されており、
前記第１のコイルと前記第２のコイルとは、相互に異なる自己共振周波数を持ち、前記第１のコイルと前記第２のコイルとを直列に接続した回路のアドミタンスは、前記第１のコイルの自己共振周波数と前記第２のコイルの自己共振周波数とにおいて極小値を示すインダクタ。

巻芯部の側面に巻き付けられた第１のコイルの自己共振周波数と、コアの上面に配置された第２のコイルの自己共振周波数とは異なる。このため、インダクタは、２つの自己共振周波数で自己共振現象が現れる。第２のコイルは、コアの上面に配置されるため、コアの大型化を回避することができる。上鍔部と下鍔部とにより、コアからの第１のコイルの脱落を防止することができる。

本発明の第２の観点によるインダクタは、第１の観点によるインダクタの構成に加えて、前記第１のコイルが」ヘリカルコイルである。

第２のコイルがスパイラルコイルであるため、第２のコイルを配置することによるインダクタの高さの増加を抑制することができる。

本発明の第３の観点によるインダクタは、
巻芯部、前記巻芯部の上端に設けられ、前記巻芯部の側面よりも外側に張り出した上鍔部、及び前記巻芯部の下端に設けられ、前記巻芯部の側面よりも外側に張り出した下鍔部を有するコアと、
前記巻芯部の前記側面に巻き付けられた第１のコイルと、
前記コアの上面に配置され、前記第１のコイルに直列に接続された第２のコイルと、
前記コアの底面に備えられた第１の外部電極及び第２の外部電極と
を有し、
前記第１のコイルと前記第２のコイルとの直列回路の両端が、それぞれ前記第１の外部電極及び前記第２の外部電極に接続されており、
さらに、前記コアの前記上面に形成された第１の接続端子を有し、
前記第１のコイル及び前記第２のコイルは巻線型コイルであり、前記第１のコイルの巻線の一方の端部及び前記第２のコイルの巻線の一方の端部が、前記第１の接続端子に接続されることにより、前記第１のコイルと前記第２のコイルとが接続される。

第１のコイルと第２のコイルとを、異なる巻線で構成することができる。このため、インダクタの製造途中段階におけるコイルの取り外しを容易に行うことができる。

コアの側面に巻き付けられた第１のコイルの自己共振周波数と、コアの上面に配置された第２のコイルの自己共振周波数とは異なる。このため、インダクタは、２つの自己共振周波数で自己共振現象が現れる。第２のコイルは、コアの上面に配置されるため、コアの大型化を回避することができる。上鍔部と下鍔部とにより、コアからの第１のコイルの脱落を防止することができる。

図１Ａは、実施例１によるインダクタに用いられるコアの斜視図であり、図１Ｂは、実施例１によるインダクタの断面図であり、図１Ｃは、実施例１によるインダクタの平面図である。 図２Ａは、実施例１によるインダクタの等価回路図であり、図２Ｂは、実施例１によるインダクタのアドミタンスの周波数特性の一例を示すグラフである。 図３Ａは、実施例１及び比較例によるインダクタのアドミタンスの周波数依存性を測定した結果を示すグラフであり、図３Ｂは、実施例１による測定対象のインダクタの断面図であり、図３Ｃは、比較例による測定対象のインダクタンスの断面図である。 図４は、実施例２によるインダクタの平面図である。 図５は、実施例３によるインダクタの平面図である。 図６Ａは、実施例４によるインダクタの平面図であり、図６Ｂは、図６Ａの一点鎖線６Ｂ−６Ｂにおける断面図である。 図７Ａは、実施例１〜実施例４によるインダクタの模式図であり、図７Ｂは、実施例５によるインダクタの模式図である。

［実施例１］
図１Ａから図３Ｃまでの図面を参照して、実施例１によるインダクタについて説明する。

図１Ａに、実施例１によるインダクタに用いられるコア１０の斜視図を示す。実施例１によるインダクタのコア１０は、巻芯部１０Ａ、上鍔部１０Ｂ、及び下鍔部１０Ｃで構成される。上鍔部１０Ｂ及び下鍔部１０Ｃは、それぞれ巻芯部１０Ａの上端及び下端に設けられており、巻芯部１０Ａの側面よりも外側に張り出している。巻芯部１０Ａ、上鍔部１０Ｂ、及び下鍔部１０Ｃは、磁性材料、例えばフェライトにより一体成型される。

図１Ｂに、実施例１によるインダクタの断面図を示す。第１のコイル１５が、上鍔部１０Ｂと下鍔部１０Ｃとの間の巻芯部１０Ａに巻かれている。上鍔部１０Ｂと下鍔部１０Ｃとはコア１０からの第１のコイル１５の脱落を防止する。コア１０の上面１１に第２のコイル１６が配置されている。底面１２に第１の外部電極２１及び第２の外部電極２２が備えられている。第１のコイル１５はヘリカルコイル（螺旋型コイル）であり、第２のコイル１６はスパイラルコイル（渦巻型コイル）である。

第１のコイル１５と第２のコイル１６とは、相互に直列に接続されている。第１の外部電極２１から第１のコイル１５に至る電流経路、第１のコイル１５から第２のコイル１６に至る電流経路、及び第２のコイル１６から第２の外部電極２２に至る電流経路を破線で示している。第１のコイル１５及び第２のコイル１６は共に巻線型コイルである。第１のコイル１５の巻き線、第２のコイル１６の巻き線、第１のコイル１５と第１の外部電極とを接続する導線、第１のコイル１５と第２のコイル１６とを接続する導線、第２のコイル１６と第２の外部電極２２とを接続する導線は、共通の１本の導線で構成される。

第１のコイル１５と第２のコイル１６とからなる直列回路の両端が、それぞれ第１の外部電極２１及び第２の外部電極２２に接続されている。例えば、第１のコイル１５及び第２のコイル１６を構成する１本の巻線の一端が第１の外部電極２１に接続され、他端が第２の外部電極２２に接続される。

第１のコイル１５を流れる電流により誘導される磁束と、第２のコイル１６を流れる電流により誘導される磁束とが相互に強め合うように、第１のコイル１５及び第２のコイル１６の巻き方向が定められている。

図１Ｃに、実施例１によるインダクタの平面図を示す。コア１０の上面１１に、スパイラル状の第２のコイル１６が配置されている。図１Ｃでは、第２のコイル１６のスパイラル形状が長方形状または正方形状である例を示している。長方形状または正方形状のスパイラルの屈曲部に対応する各位置に、コア１０の上面１１から突出する突起１７が形成されている。突起１７を支持点として巻線を巻き付けることにより、第２のコイル１６を形成するときの巻き付け作業を容易に行うことができる。

図２Ａに、実施例１によるインダクタの等価回路図を示す。第１のコイル１５に、分布容量Ｃ１が並列に接続され、第２のコイル１６に、分布容量Ｃ２が並列に接続される。第１のコイル１５と分布容量Ｃ１との並列回路、第２のコイル１６と分布容量Ｃ２との並列回路、及び巻線の寄生抵抗Ｒが直列に接続される。

第１のコイル１５と第２のコイル１６とは、形状、巻き方、巻き数等が異なるため、両者のインダクタンス及び分布容量も異なる。一例として、第２のコイル１６のインダクタンスは、第１のコイル１５のインダクタンスより小さい。第２のコイル１６の分布容量Ｃ２は、第１のコイル１５の分布容量Ｃ１より小さい。このため、第２のコイルの自己共振周波数ｆｒ２は、第１のコイル１５の自己共振周波数ｆｒ１より高い。

図２Ｂに、実施例１によるインダクタのアドミタンスの周波数特性の一例を示す。横軸は周波数を表し、縦軸はアドミタンスを表す。第１のコイル１５の自己共振周波数ｆｒ１及び第２のコイル１６の自己共振周波数ｆｒ２において、アドミタンスが極小値を示している。

図３Ａに、実施例１及び比較例によるインダクタのアドミタンスの周波数依存性を測定した結果を示す。

図３Ｂに、実施例１による測定対象のインダクタの断面図を示し、図３Ｃに、比較例による測定対象のインダクタンスの断面図を示す。図３Ｂに示した実施例１によるインダクタは、コア１０、第１のコイル１５、及び第２のコイル１６を含む。図３Ｃに示した比較例によるインダクタは、図３Ｂに示した実施例１によるインダクタから第２のコイル１６を取り除いた構造と同一である。

図３Ｂに示した実施例１及び図３Ｃに示した比較例のいずれにおいても、第１のコイル１５の自己共振周波数が約７０ＭＨｚ以上８０ＭＨｚ以下となるように第１のコイル１５を調整した。図３Ｂに示した実施例１によるインダクタおいては、第２のコイル１６の自己共振周波数が約１．１ＧＨｚになるように第２のコイル１６を調整した。

図３Ａの横軸は周波数を単位「ＭＨｚ」で表し、縦軸は、直流に対するアドミタンスを基準としたときの相対的なアドミタンスを単位「ｄＢ」で表す。図３Ａの実線３Ｂは図３Ｂに示した実施例１によるインダクタのアドミタンスを示し、図３Ａの破線３Ｃは、図３Ｃに示した比較例によるインダクタのアドミタンスを示す。

図３Ｃに示した比較例によるインダクタのアドミタンスは、約７０ＭＨｚの１か所において極小値を示している。これに対し、図３Ｂに示した実施例１によるインダクタのアドミタンスは、第１のコイル１５の自己共振周波数（図２Ｂの周波数ｆｒ１に相当）に対応する約８０ＭＨｚ、及び第２のコイル１６の自己共振周波数（図２Ｂの周波数ｆｒ２に相当）に対応する約１．１ＧＨｚの２か所において極小値を示している。

実施例１によるインダクタをノイズ低減回路に用いることにより、自己共振周波数ｆｒ１を含む周波数域、及び自己共振周波数ｆｒ２を含む周波数域において、ノイズを低減することができる。

実施例１においては、第２のコイル１６がスパイラルコイルである。スパイラルコイルは、ヘリカルコイルより軸方向（高さ方向）の寸法が小さい。このため、コア１０に第１のコイル１５のみが設けられた部品にヘリカル型の第２のコイルを追加する場合と比べて、実施例１によるインダクタの構造を採用することにより、部品の高さの増加を抑制することができる。

［実施例２］
図４に、実施例２によるインダクタの平面図を示す。実施例１では、第２のコイル１６が、正方形状または長方形状に巻かれていた。実施例２においては、第２のコイル１６が円周形状に巻かれている。

第２のコイル１６は、コア１０の上面１１とは異なる場所でスパイラル形状に整形され、その後、コア１０の上面１１に装着される。第２のコイル１６は、例えば接着剤でコア１０の上面１１に固定することができる。実施例２では、コア１０の上面１１に突起１７（図１Ｃ）が設けられていない。実施例２においても、実施例１と同様の効果が得られる。

図４では、コア１０の上面１１の形状がほぼ正方形である例を示したが、他の形状としてもよい。例えば、第２のコイル１６の形状に合わせて円形状にしてもよい。上面１１を円形状にすると、第２のコイル１６が配置されていない不要な部分が取り除かれるため、インダクタの重量を低減することができる。

［実施例３］
次に、図５を参照して、実施例３によるインダクタについて説明する。以下、実施例１及び実施例２との相違点について説明し、共通の構成については説明を省略する。実施例１及び実施例２では、第１のコイル１５と第２のコイル１６（図１Ｂ〜図１Ｃ、図４）とが、１本の連続する巻線で形成されている。これに対し、実施例３においては、第１のコイル１５と第２のコイル１６とが異なる巻線で形成される。

図５に、実施例３によるインダクタの平面図を示す。コア１０の上面１１に第１の接続端子３１及び第２の接続端子３２が形成されている。第１の接続端子３１及び第２の接続端子３２には、例えばスクリーン印刷された導体パターンが用いられる。スパイラル状の第２のコイル１６を構成する巻線の一方の端部が第１の接続端子３１に接続され、他方の端部が第２の接続端子３２に接続されている。

第１のコイル１５を構成する巻線の一方の端部が第１の接続端子３１に接続されている。第１のコイル１５と第２のコイル１６とは、第１の接続端子３１を介して直列に接続される。第２の接続端子３２は、導線３３により第２の外部電極２２（図１Ｂ）に接続されている。

実施例３においては、第１のコイル１５と第２のコイル１６とが異なる巻線で構成される。このため、第１のコイル１５と第２のコイル１６とが１本の巻線で構成される実施例１及び実施例２と比べて、インダクタの製造段階において、第１のコイル１５とは別に形成された第２のコイル１６を第１の接続端子３１及び第２の接続端子３２に接続するのみで容易にインダクタを形成することができる。

また、実施例３においても、実施例１及び実施例２と同様に、アドミタンスが２つの周波数で極小値を示す。このため、実施例１及び実施例２と同様に、実施例３によるインダクタをノイズ低減回路に用いることにより、自己共振周波数ｆｒ１を含む周波数域、及び自己共振周波数ｆｒ２を含む周波数域において、ノイズを低減することができる。

［実施例４］
次に、図６Ａ及び図６Ｂを参照して、実施例４によるインダクタについて説明する。以下、実施例１〜実施例３との相違点について説明し、共通の構成については説明を省略する。実施例１〜実施例３では、第２のコイル１６（図１Ｃ、図４、図５）が巻線で形成されているが、実施例４では、導体パターンで形成される。

図６Ａに、実施例４によるインダクタの平面図を示す。図６Ｂに、図６Ａの一点鎖線６Ｂ−６Ｂにおける断面図を示す。コア１０の上面１１に、絶縁膜３５を介してスパイラル状の導体パターンからなる第２のコイル１６が形成されている。第２のコイル１６の外周側の端部が第１の接続端子３１に連続している。第２のコイル１６及び第１の接続端子３１の他に、絶縁膜３５の上に第２の接続端子３２が形成されている。第２の接続端子３２は、絶縁膜３５とコア１０との間に配置された接続導体パターン３６を介して、第２のコイル１６の内周側の端部に接続されている。

第２のコイル１６、第１の接続端子３１、及び第２の接続端子３２は、例えばスクリーン印刷工法、厚膜フォトリソグラフィ工法等を用いて同時に形成することができる。同様に、接続導体パターン３６の形成にも、例えばスクリーン印刷工法、厚膜フォトリソグラフィ工法等を用いることができる。絶縁膜３５は、例えばセラミックグリーンシートを焼成することにより形成することができる。

第２のコイル１６、第１の接続端子３１、及び第２の接続端子３２が、保護膜４０で覆われている。保護膜４０は、例えば絶縁性の樹脂で形成される。

第１のコイル１５の一方の端部が第１の接続端子３１を介して第２のコイル１６に接続されている。第２のコイル１６は、第２の接続端子３２及び導線３３を介して第２の外部電極２２に接続されている。

実施例４においても、実施例１〜実施例３と同様に、アドミタンスが２つの周波数で極小値を示す。このため、実施例１〜実施例３と同様に、実施例４によるインダクタをノイズ低減回路に用いても、自己共振周波数ｆｒ１を含む周波数域、及び自己共振周波数ｆｒ２を含む周波数域において、ノイズを低減することができる。

さらに、実施例４においては、巻線コイルを用いる場合に比べて、第２のコイル１６の高さを低くすることができる。その結果、インダクタの小型化を図ることが可能になる。その他の効果として、第２のコイル１６の幾何学的形状の精度を高めることができる。このため、第２のコイル１６の自己共振周波数のばらつきを低減することができる。

図６Ａ及び図６Ｂでは、接続導体パターン３６を絶縁膜３５の下に配置し、第２のコイル１６を絶縁膜３５の上に配置したが、接続導体パターン３６と第２のコイル１６との上下関係を逆にしてもよい。

［実施例５］
次に、図７Ａ及び図７Ｂを参照して、実施例５によるインダクタについて説明する。以下、図１Ａ〜図６Ｂに示した実施例１〜実施例４との相違点について説明し、共通の構成については説明を省略する。

図７Ａに、実施例１〜実施例４によるインダクタの模式図を示す。実施例１〜実施例４では、第２のコイル１６の一方の端部が第１のコイル１５を介して第１の外部電極２１に接続され、他方の端部が導線３３を介して第２の外部電極２２に接続されている。

図７Ｂに、実施例５によるインダクタの模式図を示す。実施例５では、第１のコイル１５が、第１の外部電極２１と第２のコイル１６とを接続する巻き線部分１５ａと、第２の外部電極２２と第２のコイル１６とを接続する巻き線部分１５ｂとで構成される。巻き線部分１５ａを流れる電流により発生する磁束の向きと、巻き線部分１５ｂを流れる電流により発生する磁束の向きとは同一である。

実施例５のように、第２のコイル１６の両端にそれぞれ接続される巻き線部分１５ａと巻き線部分１５ｂとで第１のコイル１５を構成してもよい。実施例５によるインダクタは、第１のコイル１５と第２のコイル１６が直列に接続されており、その直列回路の両端がそれぞれ第１の外部電極２１及び第２の外部電極２２に接続されているという点で、実施例１〜実施例４と同一である。このため、実施例１〜実施例４と同様に、実施例５によるインダクタをノイズ低減回路に用いても、自己共振周波数ｆｒ１を含む周波数域、及び自己共振周波数ｆｒ２を含む周波数域において、ノイズを低減することができる。

実施例１の図２Ｂ及び図３Ａでは、第１のコイル１５の自己共振周波数ｆｒ１と、第２のコイル１６の自己共振周波数ｆｒ２とが離れており、両者のピークが明確に分離している例を示した。第１のコイル１５の自己共振周波数ｆｒ１と、第２のコイル１６の自己共振周波数ｆｒ２とが近づくと、両者のピークが明確に分離されなくなるとともに、ピークがブロードになる。このインダクタをノイズ低減回路に適用することにより、より広い周波数帯域において、ノイズ低減効果を得ることができる。

上述の各実施例は例示であり、異なる実施例で示した構成の部分的な置換または組み合わせが可能であることは言うまでもない。複数の実施例の同様の構成による同様の作用効果については実施例ごとには逐次言及しない。さらに、本発明は上述の実施例に制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。

１０ コア
１０Ａ 巻芯部
１０Ｂ 上鍔部
１０Ｃ 下鍔部
１１ 上面
１２ 底面
１３ 側面
１５ 第１のコイル
１５ａ、１５ｂ 巻き線部分
１６ 第２のコイル
１７ 突起
２１ 第１の外部電極
２２ 第２の外部電極
３１ 第１の接続端子
３２ 第２の接続端子
３３ 導線
３５ 絶縁膜
３６ 接続導体パターン
４０ 保護膜
Ｃ１、Ｃ２ 分布容量
Ｒ 寄生抵抗
ｆｒ１、ｆｒ２ 自己共振周波数

Claims (3)

1. 巻芯部、前記巻芯部の上端に設けられ、前記巻芯部の側面よりも外側に張り出した上鍔部、及び前記巻芯部の下端に設けられ、前記巻芯部の側面よりも外側に張り出した下鍔部を有するコアと、
   前記巻芯部の前記側面に巻き付けられた第１のコイルと、
   前記コアの上面に配置され、前記第１のコイルに直列に接続され、前記第１のコイルと共通の１本の導線で構成されたスパイラル型の第２のコイルと、
   前記コアの底面に備えられた第１の外部電極及び第２の外部電極と
   を有し、
   前記第１のコイルと前記第２のコイルとの直列回路の両端が、それぞれ前記第１の外部電極及び前記第２の外部電極に接続されており、
   前記第１のコイルと前記第２のコイルとは、相互に異なる自己共振周波数を持ち、前記第１のコイルと前記第２のコイルとを直列に接続した回路のアドミタンスは、前記第１のコイルの自己共振周波数と前記第２のコイルの自己共振周波数とにおいて極小値を示すインダクタ。
2. 前記第１のコイルはヘリカルコイルである請求項１に記載のインダクタ。
3. 巻芯部、前記巻芯部の上端に設けられ、前記巻芯部の側面よりも外側に張り出した上鍔部、及び前記巻芯部の下端に設けられ、前記巻芯部の側面よりも外側に張り出した下鍔部を有するコアと、
   前記巻芯部の前記側面に巻き付けられた第１のコイルと、
   前記コアの上面に配置され、前記第１のコイルに直列に接続された第２のコイルと、
   前記コアの底面に備えられた第１の外部電極及び第２の外部電極と
   を有し、
   前記第１のコイルと前記第２のコイルとの直列回路の両端が、それぞれ前記第１の外部電極及び前記第２の外部電極に接続されており、
   さらに、前記コアの前記上面に形成された第１の接続端子を有し、
   前記第１のコイル及び前記第２のコイルは巻線型コイルであり、前記第１のコイルの巻線の一方の端部及び前記第２のコイルの巻線の一方の端部が、前記第１の接続端子に接続されることにより、前記第１のコイルと前記第２のコイルとが接続されるインダクタ。
   

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