JPH03161998A - 平面コイル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 イ　発明の目的 「産業上の利用分野」 本発明は、磁気部品及び磁気シールドに関する。

「従来の技術及びその問題点」 線条導体を平面的に配置して構成される平面コイルは、
電子機器の高密度実装に適した平面形磁気部品（インダ
クタ等）の実現や、磁気シールドのシェイキング磁界発
生源として重要である。磁気シールドにおけるシェイキ
ング磁界の効果に関しては、例えば、電気学、会マグネ
ティックス研究会ｖＩ科）ＪＡＧ−８９−１４９、　ｒ
　Ｓｈａｋｉｎｇ法によるシールド特性の改善」に述べ
てある。平面形インダクタは板状磁性体上に平面コイル
を平行に置くが或は、２枚の板状磁性体により平面コイ
ルをサンドイッチ状に挟み込むことにより構或される。

ＭＨｚ帯で動作するＱ値並びにインダクタンス値の高い
平面形インダクタを実現するためには、平面コイルによ
る高周波励磁に伴う渦電流が小さくがっ励磁磁界に対す
る反磁界効果も小さくなければならない。更に又、磁気
部品からの不用な電磁界放射が小さくなければならない
。

一方、磁気シールドにおけるシェイキング磁界は、磁性
体を均一に励磁できること、シェイキング磁界がシール
ド対象空間内に漏洩しないことが要求される。又、磁気
シールドはあらゆる方向の外乱磁界をもシールドできる
ことが必要であり、このためシェイキング磁界は１方向
性でないものが望ましい。

以下に、従来の技術に関する問題点を明確にする。平面
的に配置された線条導体による平面コイルには、図３（
ａ）螺旋形、同（ｂ）フープ形、及び同（Ｃ）ミアンダ
形（つずら折れ形）がある。この内、螺旋形は螺旋の巻
数を増やすことにＪ；り低電流でも励磁磁界を大きくす
ることができる特徴を持つ。

しかし、螺旋の内側の電流端子を螺旋の外に引き出すた
めに線条導体を交差させねばならない構造上の問題があ
り、更に本質的なものとして、螺旋コイルはコイル全体
で唯１個のダイボール磁界を発生しそれにより励磁する
ため磁性体面に垂直方向の反磁界効果が大きく現れ、か
つ高周波におい゛Ｃ磁牲体に大きな渦電流が流れる欠点
を持つ。又、ダイボール磁界は螺旋コイル中心からの距
離の３乗に反比例して減衰するが密に実装された電子機
器内部では、この漏洩磁界が雑音の発生等に関与し問題
になる。（ｂ）のフープ形は、線条導体を交差させるこ
となく構威できる点が長所であるが、　１ターンの螺旋
形コイルと見なすことができ、螺旋形と同様渦電流損失
、反磁界効果、漏洩磁界等が大きい欠点を持つ。（Ｃ）
のミアンダ形は線条導体を平行に配置し、それを上下両
端点て順に接続した形式の平面コイルである。このコイ
ルは下記に述べるようにフープ形の欠点をある程度改善
したものであるが、接述するような問題点が残る。ミア
ンダ形では、線条導体を平面−Ｌにっずら折れに配置し
たことて、電流の向きは平行線条導体４ことに交互に反
転する。従って、　一対の平行線条導体４て挟まれた領
域毎に磁界の向きが逆転し、磁界分布が細分化される。

このため、渦電流の１！ｌｉ路は各１対の平行線条導体
４て挟まれた領域内に限定され、流路に鎖交ずる磁束が
減少して渦電流起電力が減少する。また、電流路長も長
くなり電気抵抗が増加する。これらの結果、電流密度の
２乗に比例し電気抵抗に反比例する渦電流損は減少する
ことになる。これが−・般に磁界分布を細分化すること
によって得られる渦電流損の低減効果である。

また反磁界効果や漏洩磁界も隣接する磁界同志で打ち消
し合い減少する。このように、ミアンダ形コイルは励磁
磁界分布を細分化することの利点を取り入れフープ形の
改良形となっているが、それは平行線条導体４の数を増
やし、かつそれらの間隔を互いに接近させる１次元的細
分化に過きない。

インダクタへの応用を考えた場合、平行線条導体４を互
いに接近させることにより線間容量が増加し高周波励磁
において問題となる。また、励磁磁界方向が平行線条導
体４に直角な１方向であることは、インダクタンス値が
磁性体の１軸磁気異方性の影響や外部磁界の影響を受け
易くなる問題がある。同時に、あらゆる方向に高いシー
ルド比が要求される磁気シールドのシェイキング磁界と
しても好ましくない。更に、コイル面からの距離に対す
る磁界の減衰特性は、ミアンダ形のような１次元的周期
をもって細分化された磁界分布では、２次元的周期をも
って細分化された磁界分布ほど急峻ではない。従って、
不用な漏洩磁界も生じ易い。

以」二のように、平面インダクタや磁気シールドヘの応
用という観点から従来の平面コイルを見た場合、改良さ
れるべき問題点が多々ある。

本発明は、」二記従来技術の問題点を解決すべくなされ
たもので、板状磁性体を効率よく励磁することの可能な
２次元的周期構造を有する平面コイルを提供することを
目的とする。

口　発明の構成 「問題を解決するための手段」 平面上に２次元的周期構造をなすよう線条導体を配置し
、それによる励磁磁界が、ダイボール様磁界を２次元的
に密に配置させた磁界となるようにし、かつ各ダイボー
ル様磁界の極性が隣接するダイボール様磁界間で互いに
逆極性となるようにする。このような励磁磁界を発生す
るための線条導体の配置方法は、例えば、ミアンダ形コ
イルの平行線条導体部分を正弦波状或は３角波状等の周
期的曲線パターンとする。特に、隣接する曲線パターン
が互いに凸となるところで接近させた構造とするのが良
い。更にこの場合、周期的曲線パターンが隣接して配置
される時の繰り返し周期と曲線自身の周期をてきるたけ
一致させるようにすればダイボール様磁界の分布は直交
する２方向に等しい周期性を示し、均一かつ密になる。

このＪ：うな構造を有する平面コイルは、例えば、薄膜
技術とホトリソグラフィによる微細加工技術によって作
製できる。また磁気シールドにシェイキング磁界を与え
るための大面積の平面コイルは、例えば、被覆導線を網
の目状に織ることにより作製可能である。

「作用」 本発明になる平面コイルによる励磁磁界は、ダイボール
様磁界を２次元的に密に配置させた磁界であり、かつ各
ダイボール様磁界の極性が隣接するダイポール様磁界間
で互いに逆極性となることを特徴とする。このような特
徴を有する励磁磁界を発生ずる平面コイルは、唯１通り
ではないがその作用の本質は種々の変形例に共通である
から、第ｌ図第１実施例を用いて説明する。第１図は、
ミアンダ形コイルの長い方の平行線条導体部分４を３角
波状の周期的曲線パターン１とした平面コイルてある。

図のように電流を流した時、導体゛（取り囲まれた各四
角形領域は四角形の辺上を一巡する閉路電流に取り囲ま
れるのと等価になる。この時電流の循環方向３は、例え
ば、四角形領域Ａては反時計回りとなり、隣接する４つ
の四角形領域Ｂ．Ｃ．Ｄ，　　Ｅでは時計方向となる。

従って、四角形領域Ａでは紙面上方をＮ極とするグイボ
ール様磁界が生し、Ｂ．Ｃ．Ｄ．Ｅ４つの隣接領域では
逆に紙面上方をＳ極とするダイボール様磁界が生じる。

このように、互いに隣接する領域におけるダイボール様
磁界の極性は互いに逆となる。

別の冒いＨをすれば、２次元的に分布するダイボール様
磁界の極性のパターンは、Ｓ．Ｎの領域が市松模様の如
くになっていることが理解される。

この場合、磁界分布は２方向性てあり、１方向性のミア
ンダ形コイルの磁界分布に比べよりシＪ−イキング磁界
とし゛（適している。この平面コイルを板状磁性体上に
置き高周波励磁する場合渦電流は各ダイボール様磁界毎
に発生し局所的となる。即ち、第１図の各四角形領域内
に励磁電流の循環方向３と逆の方向に発生する。磁束密
度に関する条件が同してあれば、渦電流分布が細分化さ
れることにより渦電流損は小さくなる。従って、本発明
のコイルにおける渦電流損はミアンダ形コイルの渦電流
損より小さくなる。従って高周波特性が向」―ずる。ま
た、反磁界効果や漏洩磁界を隣接する磁界同志で打ち消
し合う効果は、磁界分布がより層細分化された本発明の
コイルにおいてミアンダ形コイルに比べより一層顕著に
現れる。ミアンダ形コイルに比べ、導体経路が２倍近く
長くなり導体の電気抵抗が増すが、これは渦電流｛０失
を低く抑える効果の大きさに比べれば無視てきる。

以し、本発明の平面コイルは従来の平面コイルの問題点
を解決するものてある。

「実施例」 第１図に本発明の第１実施例を示す。ミアンダ形コイル
の平行線条導体部分４を三角波状の周期的曲線パターン
導体１で置き換えた構造からなる。

このパターンは導体が互いに交差する部分が無いので、
ホ１−リソグラフィ技術により微細加工てきる。また、
磁気シールド用の大面積平面コイルを作製する時は、三
角波状の周期的曲線パターン導体ｌの凸部２で隣接する
ものと交差させることにより網を織るようにして作製可
能である。本実施例の変形例として三角波状の周期的曲
線パターンの代わりに、正弦波状のパターンとすること
も可能である。或は他の周期的曲線パターンとすること
も同様に可能てある。

第２図は本発明の第２実施例である。線条導体を三角形
状に配置したものである。第１実施例と同様この場合も
導体が全く交差すること無く構或できる。

本発明の平面コイルを実現するための線条導体の配線順
序は種々存在し、第１図、及び第２図の線条導体の配線
順序に限定するものではない。

ハ　発明の効果 本発明の平面コイルの励磁磁界は、ダイボール様磁界を
２次元的に密に配置させ、かつ各ダイボル様磁界の極性
が隣接するダイボール様磁界間で互いに逆極性となるよ
うにして、磁界分布を細分化したものであり以下のよう
な効果を発揮する。

即ち、板状磁性体を高周波励磁する場合に、渦電流損を
抑制できる。又、励磁磁界に対する反磁界効果を小さく
することができる。更に又、本コイルによる励磁磁界は
コイル面から遠ざかるに連れ急速に減衰するため、磁性
体のみに効果的に印加され、磁気部品からの不用な電磁
界放射を小さくすることができる。これらの結果、ＭＨ
ｚ帯で動作するＱ値並びにインダクタンス値の高い平面
形インダクタを実現することができる。

一方、本コイルによる励磁磁界はコイル面から遠ざかる
に連れ急速に減衰すること、又、磁界分布が２軸以上の
対称性を持ったことのため、磁気シールドにおけるシエ
イキング磁界としても最適てある。従って、本発明の平
面コイルによりシェイキング磁界を与えれば、高性能の
磁気シールドが実現される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明第１実施例の導体パターンの平面図、第
２図は本発明第２実施例の導体パターン１ の平面図、第３図は従来の平面コイルの遵体パターンの
構成図である。 ］．三角波状の周期的曲線パターン導体２．周期的曲線
パターン導体の凸部 ３．電流の循環Ｊｊ向 ４．平行線条導体 ５．電流の方向を示す矢印 特３１出願人 原田耕介 他１名 ＋２− 第 １ 図 第 ２ 図 （ａ） ４ １ （ｂ） 第３ 図 （Ｃ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）線条導体を平面的に配置し、前記線条導体に電流
   を流すことによって磁界を発生し、前記磁界によって磁
   性体を磁化する方式のコイル（以下平面コイル）におい
   て、前記線条導体に流れる電流によってできる磁界がダ
   イボール様磁界を２次元的に密に配置させたものであり
   、かつ隣接する前記ダイボール様磁界の極性が互いに逆
   極性であることを特徴とする平面コイル。