JPH10199734A - 空芯コイルの電磁シールド構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高効率の空芯コイルが得られ、しかも、小型
の空芯コイルの電磁シールド構造を提供する。 【解決手段】 コイルパターン１が絶縁体２を介して積
層形成された空芯コイルを金属ケース３で覆い電磁シー
ルドする。コイルパターン１に対向する上側電磁シール
ド面４とコイルパターン１との最短距離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
なるように設定し、また、コイルパターン積層体の中心
と上側電磁シールド面４との距離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０．２
５倍以上かつ０．７５倍以下となるように設定する。空
芯コイルの磁束密度が高い位置から金属ケース３が離
れ、金属ケース３に渦電流が発生するのを回避でき、空
芯コイルはほぼ最高の効率を得ることができる。その
上、金属ケース３の大型化を防止できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、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１８．８ｍ
ｍ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／ｔ
ｄ）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／ｔ
ｄ）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ｔ
１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／ｔ
ｄ）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／ｔ
ｃ）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１
０．５５ｍｍ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ｔ
ｃ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ｔ
２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１
０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ｔ
３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０．２
５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ｔ
２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)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 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。
2. 【請求項２】 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。
3. 【請求項３】 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。
4. 【請求項４】 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。
5. 【請求項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。