JPH09213527A - コイル装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 鉄損および銅損の低減を図り、エネルギ−
効率の良いコイル装置の提供を目的とする。 【解決手段】 コイル装置は、一対のコアと、複数の
積層シ−トコイルとから構成される。コアは、外筒部
と、外筒部に設けられた底部と、外筒部の内側中央部に
設けられた柱部と、柱部を囲むように外筒部の内側に設
けられた内筒部とから形成される。積層シ−トコイル
は、複数のシ−トコイルを積層して形成され、中央部に
は装着孔を有する。積層シ−トコイルは、コアの外筒部
と内筒部の間、内筒部と柱部の間に装着され、それぞれ
の積層シートコイルは直列に接続されて、一対の組み合
わされたコアの内部に収容される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、トランスやインダ
クタ等として利用される、積層シ−トコイルを用いたコ
イル装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に電子機器等に用いられる電子回路
は、絶縁基板上に実装された種々の電子部品から構成さ
れる。電子回路として例えばトランスが必要な場合に
は、別途形成したトランスが絶縁基板に載置される。し
かし、この場合トランス自体が大きいため、取り付けス
ペ−スが大きくなってしまうという問題があった。

【０００３】このため、最近は複数のシ−トコイルを積
層形成した積層シ−トコイルを用いたコイル装置が種々
開発されている。図４乃至図６を用いて、トランスとし
て利用されるコイル装置の一例を説明する。

【０００４】コイル装置は、積層シ−トコイル１とコア
２とから構成される。

【０００５】積層シ−トコイル１は、図５に示すよう
に、二枚の一次コイル基板３と、一枚の二次コイル基板
４とから形成される。

【０００６】一次コイル基板３は、円板状の絶縁基板５
と、絶縁基板５の表裏面に対向するように設けられた一
次コイルとなるシ−トコイル６とから形成される。シ−
トコイル６は、外周側から中心側に向かってスパイラル
状に形成される。なお、シ−トコイル６は、例えば銅箔
のような導電性薄膜で形成される。表裏面のシ−トコイ
ル６の中心側の端部は、絶縁基板５に設けられたスル−
ホ−ル７を介して相互に電気的に接続される。表裏面の
シ−トコイル６の外周側の端部は、端子Ｔ１とＴ２、Ｔ
３とＴ４とにそれぞれ接続される。なお、絶縁基板５の
中央部には、開口形が円形の貫通孔８が設けられる。

【０００７】二次コイル基板４は、円板状の絶縁基板９
と、絶縁基板９の表裏面に対向するように設けられた二
次コイルとなるシ−トコイル１０とから形成される。シ
−トコイル１０は、一次コイルと同様に、外周側から中
心側に向かってスパイラル状に形成される。なお、シ−
トコイル１０は、例えば銅箔のような導電性薄膜で形成
される。表裏面のシ−トコイル１０の中心側の端部は、
絶縁基板９に設けられたスル−ホ−ル１１を介して相互
に電気的に接続される。表裏面に形成されたシ−トコイ
ル１０の外周側の端部は、端子Ｔ５とＴ６にそれぞれ接
続される。なお、絶縁基板９の中央部には、開口形が円
形の貫通孔１２が設けられる。また、二次コイル基板９
の外径および貫通孔１２の内径は、一次コイル基板５の
外径および貫通孔８の内径と同じ寸法に設定される。

【０００８】シ−トコイル６およびシ−トコイル１０の
タ−ン数は、トランスの特性に応じて定められる。な
お、シ−トコイル６と１０のパタ−ン幅は、シ−トコイ
ル６と１０のそれぞれの抵抗値およびタ−ン数とを考慮
して定められ、一般にタ−ン数が多くなればパタ−ン幅
は狭くなる。

【０００９】積層シ−トコイル１は、図６に示すよう
に、二次コイル基板４を２枚の一次コイル基板３、３で
挟むように、下から一次コイル基板３、二次コイル基板
４、一次コイル基板３の順番に積層することにより形成
される。なお、一次コイル基板３と二次コイル基板４の
間には両者の接着および絶縁のためにプリプレグ１３が
挟み込まれ、真空加熱加圧成形手段によって一体に形成
される。また、積層シ−トコイル１の表裏面には絶縁層
１４が形成される。一次コイル基板３および二次コイル
基板４に設けられた貫通孔８と１２が重なり合って、コ
ア２を装着するためのコア装着孔１５が形成される。端
子Ｔ２とＴ３はリ−ド線１６を介して接続される。この
結果、二枚の一次コイル基板３のシ−トコイル６が直列
に接続され、一次コイルのタ−ン数が増加する。

【００１０】コア２は、図４に示すように、例えばフェ
ライトを用いて形成された一対の上部コア部２Ａと下部
コア部２Ｂとから構成される。上部コア部２Ａは、有底
円筒部１７と、有底円筒部１７の内側底面の中央部に立
設して設けられた円柱部１８とから構成される。有底円
筒部１７の内径は、一次コイル基板３の外径よりやや大
きく設定される。下部コア部２Ｂも、上部コア部２Ａと
同様に構成されるが、有底円筒部１７の側面に切欠部１
９を設けた点で相違する。この切欠部１９からは、端子
Ｔ１、Ｔ４、Ｔ５、Ｔ６の各々に接続されたリ−ド線
（図示せず）が、コア２の外部に引き出される。なお、
積層シ−トコイル１は、コア２の内側に装着される。装
着に際しては、上部コア部２Ａと下部コア部２Ｂの円柱
部１８が積層シ−トコイル１のコア装着孔１５に挿入さ
れる。

【００１１】一般に、高周波の電流を導体に流すと、電
流は導体の表面領域に偏って流れるという表皮効果が生
じる。このため、導体における抵抗値が大きくなり、エ
ネルギ−損が生じる。しかしながら、コイル装置では、
シ−トコイル６と１０の厚みをあらかじめ設計すること
により、表皮効果の影響を低減することができる。ま
た、シ−トコイル６と１０は、絶縁基板５と９の表裏面
に位置精度良く形成することができるので、コイル装置
における特性値のばらつきが小さくなり、さらに一次コ
イルと二次コイルの結合度が高くなるという特徴を有し
ている。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、電子機
器の薄型化要求に対応するため扁平形状に形成された積
層シ−トコイルの場合にはエネルギ−効率が悪くなると
いう問題が生じる。図７（ａ）のように従来のバルク形
状のコイル装置における断面の縦横の寸法をｔ１とし、
図７（ｂ）のように積層シ−トコイルにおける断面の縦
の寸法をｔ２、横の寸法をｔ３とする。このとき、いわ
ゆるコアの鉄損の原因となる渦電流損やヒステリシス損
に影響を及ぼす、バルク形状のコイル装置における磁路
の長さＬ１は４×ｔ１となり、積層シ−トコイルにおけ
る磁路の長さＬ２は２×（ｔ２＋ｔ３）となる。また、
コイルの銅損に影響を及ぼす、バルク形状のコイル装置
における断面の面積Ｓ１はｔ１2となり、積層シ−トコ
イルにおける断面の面積Ｓ２はｔ２×ｔ３となる。ここ
で、バルク形状のコイル装置と積層シ−トコイルにおけ
る鉄損をほぼ同じにするため、磁路の長さＬ１とＬ２を
等しくすると、 ４×ｔ１＝２×（ｔ２＋ｔ３） の関係が成り立つ。従って、バルク形状のコイル装置の
断面積Ｓ１と積層シ−トコイルのトランスの断面積Ｓ２
の間には、 Ｓ１＝ｔ１2＝（ｔ２＋ｔ３）2／４＞ｔ２×ｔ３＝Ｓ２ の関係が成立する。すなわち、積層シ−トコイルの断面
の面積Ｓ２は、バルク形状のコイル装置の断面の面積Ｓ
１よりも小さくなる。この結果、バルク形状のコイル装
置と積層シ−トコイルの鉄損をほぼ同じに設計すると、
バルク形状のコイル装置に比べて積層シ−トコイルの銅
損は大きくなる。

【００１３】また、積層シ−トコイルを構成するシ−ト
コイルは通常スパイラル状に形成されるため、シ−トコ
イルを流れる電流によって生じる磁界はコイルの中心を
向いた方向となる。このため、積層シ−トコイルの中心
部での磁束密度が大きくなり、積層シ−トコイル周辺に
おける磁界は著しく不均一となる。すなわち、図６にお
ける領域Ａの近傍でのコアの磁束密度が著しく高くな
り、鉄損が大きくなる。また、この強め合った磁界の一
部は、コア２２の磁路を外れて積層シ−トコイルの中心
側のシ−トコイルの内部を通過するので、シ−トコイル
には銅損が生じる。

【００１４】従って、積層シ−トコイルにおけるエネル
ギ−損は、従来のトランスに比べて大きくなる。

【００１５】そこで本発明は、上記問題を解決するため
のコイル装置の提供を目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明のコイル装置は、
上記目的を解決するため次のように構成される。すなわ
ち、複数のシ−トコイルを積層してなる積層シ−トコイ
ルを用いたコイル装置において、一対のコアと、該コア
に装着される複数の積層シ−トコイルとを備え、前記コ
アは外筒部と、該外筒部に設けられた底部と、前記外筒
部の内側中央部に設けられた柱部と、該柱部を取り囲む
ように前記外筒部の内側に設けられた少なくとも一つの
内筒部とからなり、前記積層シ−トコイルは中央部に各
々装着孔を有し、前記一の積層シ−トコイルは前記柱部
に装着され、前記他の積層シ−トコイルは前記内筒部に
装着され、それぞれの積層シートコイルは直列に接続さ
れ、組み合わされた前記一対のコア内部に収容されたも
のである。

【００１７】複数の積層シ−トコイルは、組み合わされ
た一対のコアの内部に収容され、各積層シ−トコイル
は、コアによって覆われる。このため、各積層シ−トコ
イルの間には内筒部を介して磁路が形成される。従っ
て、積層シ−トコイルによって発生する磁界は、柱部だ
けでなく内筒部も通るので磁界の不均一性が緩和され
る。

【００１８】

【発明の実施の形態】図１乃至図３を用いて本発明に係
るコイル装置の実施例を説明する。なお、従来の積層シ
−トコイル１と同じ構成部分は同じ番号を用いる。

【００１９】コイル装置は、積層シ−トコイル２０、２
１と、コア２２とから構成される。積層シ−トコイル２
０は、図２に示すように、二枚の一次コイル基板２３
と、一枚の二次コイル基板２４とから形成される。一次
コイル基板２３は、円板状の絶縁基板５と、絶縁基板５
の表裏面に対向するように設けられた一次コイルとなる
シ−トコイル２５とから形成される。シ−トコイル２５
は、外周側から中心側に向かってスパイラル状に形成さ
れる。シ−トコイル２５は、例えば銅箔のような導電性
薄膜で形成され、表裏面のシ−トコイル２５の中心側の
端部は、絶縁基板５に設けられたスル−ホ−ル７を介し
て相互に電気的に接続される。表裏面のシ−トコイル２
５の外周側の端部は、それぞれ端子Ｔ７とＴ８、Ｔ９と
Ｔ１０とに接続される。また、絶縁基板５の中央部は、
開口形が円形の大口径の貫通孔２６が設けられる。

【００２０】二次コイル基板２４は、円板状の絶縁基板
９と、絶縁基板９の表裏面に対向するように設けられた
二次コイルとなるシ−トコイル２７とから形成される。
シ−トコイル２７は、外周側から中心側に向かってスパ
イラル状に形成される。シ−トコイル２７は、例えば銅
箔のような導電性薄膜で形成され、表裏面のシ−トコイ
ル２７の中心側の端部は、絶縁基板９に設けられたスル
−ホ−ル１１を介して相互に電気的に接続される。表裏
面のシ−トコイル２７の外周側の端部は、それぞれ端子
Ｔ１１とＴ１２に接続される。また、絶縁基板９の中央
部は、開口形が円形の大口径の貫通孔２８が設けられ
る。なお、二次コイル基板２４の外径および貫通孔２８
の内径は、一次コイル基板２３の外径および貫通孔２６
の内径と同じ寸法に設定される。シ−トコイル２７のタ
−ン数は、シ−トコイル２６のタ−ン数との関係から定
められる。

【００２１】積層シ−トコイル２０は、図３に示すよう
に、下から一次コイル基板２３、二次コイル基板２４、
一次コイル基板２３の順番に積層することにより形成さ
れる。この結果、一次コイル基板２３および二次コイル
基板２４に設けられた貫通孔２６と２８が重なり合っ
て、積層シ−トコイル２０の中心部には装着孔２９が形
成される。なお、積層シ−トコイル２０を構成するシ−
トコイル２５と２７がスパイラル状に形成される方向が
同一の場合を示したが、一方を時計回りに形成し、他方
を反時計回りに形成して積層しても良い。

【００２２】積層シ−トコイル２１も、積層シ−トコイ
ル２０と同様に、一次コイルとなるシ−トコイルが形成
された一次コイル基板と、二次コイルとなるシ−トコイ
ルが形成された二次コイル基板とを積層して形成され
る。なお、積層シ−トコイル２１の一次コイル基板と二
次コイル基板の外径は、装着孔２９の内径よりも一回り
小さく形成される。また、積層シ−トコイル２１の中心
部には装着孔３０が形成される。一次コイルとなるシ−
トコイルの外周側の端部は、端子Ｔ１３とＴ１４に、Ｔ
１５とＴ１６にそれぞれ接続され、二次コイルとなるシ
−トコイルの外周側の端部は、端子Ｔ１７とＴ１８に接
続される。

【００２３】コア２２は、例えばフェライトを用いて形
成された一対の有底筒状に構成される。コア２２は、外
円筒部３１と、底部３２と、円柱部３３と、内円筒部３
４とから構成される。底部３２は、外円筒部３１の一端
面に設けられる。外円筒部３１の内側の中央部には、円
柱部３３が底部３２から立設して設けられる。また、内
円筒部３４は、外円筒部３１の内側に、同心円状に底部
３２から立設して設けられる。なお、外円筒部３１の内
径は積層シ−トコイル２０の外径よりやや大きく、ま
た、内円筒部３４の外径は積層シ−トコイル２０の装着
孔２９の内径よりもやや小さく設定される。内円筒部３
４の内径は積層シ−トコイル２１の外径よりもやや大き
く、また、円柱部３３の外径は、装着孔３０の内径より
もやや小さく設定される。また、コア２２には、外円筒
部３１、内円筒部３４、底部３２の一部を切除して、内
円筒部３４の内側まで切り込みが設けられる。この結
果、外円筒部３１と、底部３２と、内円筒部３４にはそ
れぞれ、切欠部３５Ａ、３５Ｂ、３５Ｃが形成される。

【００２４】積層シ−トコイル２０は、外円筒部３１と
内円筒部３４の間に挿入され、コア２２に装着される。
また、積層シ−トコイル２１は、内円筒部３４と円柱部
３３の間に挿入され、コア２２に装着される。この結
果、積層シ−トコイル２１の装着孔３０の内部には円柱
部３３が挿入され、積層シ−トコイル２０と２１の間に
は内円筒部３４が挿入される。

【００２５】積層シ−トコイル２０と積層シ−トコイル
２１を構成する一次コイルおよび二次コイルは、切欠部
３５Ｃを介して配線されたリ−ド線（図示せず）によっ
て、端子Ｔ８とＴ１３、端子Ｔ１４とＴ１５、端子Ｔ１
６とＴ９、端子Ｔ１２とＴ１７が接続される。この結
果、一次コイルおよび二次コイルは直列接続され、タ−
ン数が増大する。端子Ｔ７、Ｔ１０、Ｔ１１、Ｔ１８に
それぞれ接続されたリ−ド線（図示せず）は、切欠部３
５Ａを介してコア２２の外部に引き出される。なお、積
層シ−トコイル２０と積層シ−トコイル２１をコア２２
に装着する場合、積層シ−トコイル２０および積層シ−
トコイル２１を構成する一次コイルがスパイラル状に形
成される方向が反対向きとなるように装着しても良い。

【００２６】このように構成した結果、従来は一体に形
成されていた積層シ−トコイルが小さくブロック化され
る。このため、従来の積層シ−トコイルでは積層シ−ト
コイルの中心側のみで強め合っていた磁界が、積層シ−
トコイル２１の中心側だけでなく積層シ−トコイル２０
と２１の間隙でも強め合うこととなり、磁界の不均一性
が緩和される。従って、従来の積層シ−トコイルのよう
に、コア２２の中心部で磁束密度が著しく高くなってい
た現象が緩和され、鉄損が減少する。また、従来の積層
シ−トコイルでは、磁束密度が著しく高い領域ではコア
２２の磁路を外れて積層シ−トコイル２０、２１を通過
する磁束が生じるため、銅損の原因となっていた。しか
し、本発明では、強め合う磁束が分散されるために磁束
密度が小さくなる。このため、コア２２の磁路を外れて
積層シ−トコイル２０、２１を通過する磁束が少なくな
り、銅損が減少する。

【００２７】なお、上述した実施例では内円筒部を一つ
設けた場合を示したが、複数設けても良い。この場合
は、隣接する外円筒部と内円筒部の間、隣接する内円筒
部の間、隣接する内円筒部と柱部の間に複数の積層シ−
トコイルが装着される。また、外円筒部、内円筒部は円
筒に限ることなく、四角形、五角形、六角形等の多角形
であっても良い。更に、円柱部についても、断面が多角
形の柱であっても良い。

【００２８】

【発明の効果】本発明は、上述のような構成にしたこと
により、コイル装置を構成する積層シ−トコイルは小さ
くブロック化され、かつその周辺に磁路が形成される。
このため、積層シ−トコイルの周辺における磁界が均一
化され、積層シ−トコイルの鉄損および銅損が減少す
る。このため、エネルギ−損の小さい高効率のコイル装
置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかるコイル装置の分解斜視図であ
る。

【図２】本発明にかかるコイル装置を構成する積層シ−
トコイルの分解斜視図である。

【図３】本発明にかかるコイル装置の断面図である。

【図４】従来のコイル装置の分解斜視図である。

【図５】従来のコイル装置を構成する積層シ−トコイル
の分解斜視図である。

【図６】従来のコイル装置の断面図である。

【図７】従来のトランスと、積層シ−トコイルのそれぞ
れの断面積と、磁路の長さとの関係を示す図である。

【符号の説明】

２０、２１ 積層シ−トコイル ２２ コア ２３ 一次コイル基板 ２４ 二次コイル基板 ２５、２７ シ−トコイル ２６、２８ 貫通孔 ２９、３０ 装着孔 ３１ 外円筒部 ３２ 底部 ３３ 円柱部 ３４ 内円筒部 ３５Ａ、３５Ｂ、３５Ｃ 切欠部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数のシ−トコイルを積層してなる積層
   シ−トコイルを用いたコイル装置において、一対のコア
   と、該コアに装着される複数の積層シ−トコイルとを備
   え、前記コアは外筒部と、該外筒部に設けられた底部
   と、前記外筒部の内側中央部に設けられた柱部と、該柱
   部を取り囲むように前記外筒部の内側に設けられた少な
   くとも一つの内筒部とからなり、前記積層シ−トコイル
   は中央部に各々装着孔を有し、前記一の積層シ−トコイ
   ルは前記柱部に装着され、前記他の積層シ−トコイルは
   前記内筒部に装着され、それぞれの積層シートコイルは
   直列に接続され、組み合わされた前記一対のコア内部に
   収容されたことを特徴とするコイル装置。