WO2018079402A1 - インダクタ - Google Patents

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WO2018079402A1
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coil
inductor
laminated
soft magnetic
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正剛 白井
佐藤　嘉千安
Original Assignee
株式会社村田製作所
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    • H01F17/04—Fixed inductances of the signal type  with magnetic core
    • H—ELECTRICITY
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    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
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    • H—ELECTRICITY
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    • H01F41/02—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets

Definitions

  • the present invention relates to an inductor.
  • inductors in which windings are sealed with a sealing material in which magnetic powder and resin are kneaded have been widely used.
  • a coil is sandwiched by a pressure-molded sealing material and further molded by being pressed.
  • the sealing material as described above has a lower magnetic permeability than ferrite or soft magnetic material, and it may be necessary to wind a large number of coils in order to obtain a desired inductance. For this reason, there existed a subject that the direct current
  • an object of the present invention is to provide an inductor having a low DC resistance and a reduced eddy current value.
  • An inductor includes a core including a laminated portion in which soft magnetic layers and insulator layers are alternately laminated, a coil including a conductor wound around the core, and the core and the coil. And the core is arranged so that the stacking direction of the stacked portions is orthogonal to the winding axis of the coil.
  • an inductor having a low direct current resistance and a suppressed eddy current value.
  • the inductor includes a core including a stacked portion in which soft magnetic layers and insulator layers are alternately stacked, a coil including a conductor wound around the core, and an element body that houses the core and the coil.
  • the core is arranged such that the stacking direction of the stacked portions is orthogonal to the winding axis of the coil.
  • the element body is a pressure-molded body of a sealing material containing magnetic powder and resin, and may have a lower magnetic permeability than the core. Thereby, direct current resistance is lower and the current value of the eddy current in the core is further suppressed.
  • the core includes a plurality of laminated portions and a plate-like gap portion having a lower magnetic permeability than the soft magnetic layer, and the gap portion is sandwiched between two of the plurality of laminated portions, and the outer periphery of the laminated portion It may be arranged extending to the part. Thereby, magnetic saturation is effectively suppressed. Moreover, there may be a plurality of gap portions, each of which may be sandwiched between stacked portions. Thereby, magnetic saturation is more effectively suppressed. Furthermore, the gap part may be arrange
  • the core may further include a ferrite portion disposed at each of both end portions in the stacking direction of the stacked portion. Thereby, the current value of the eddy current can be further suppressed.
  • the core includes a gap portion having a lower magnetic permeability than the soft magnetic layer of the core, and the gap portion is sandwiched between the two laminated portions and extends to the outer peripheral portion of the laminated portion.
  • the thickness direction of the laminated portion and the lamination direction of the laminated portions may be orthogonally arranged. Thereby, the magnetic saturation and the current value of the eddy current can be more effectively suppressed.
  • the ratio of the thickness of the insulator layer to the thickness of the soft magnetic layer may be 0.2 or less. This further improves the magnetic saturation characteristics.
  • the insulator layer may include at least one selected from the group consisting of an epoxy resin, a polyimide resin, and a polyimide amide resin.
  • each element constituting the present invention may be configured such that a plurality of elements are configured by the same member and the plurality of elements are shared by one member. It can also be realized by sharing.
  • the contents described in some embodiments may be used in other embodiments.
  • FIG. 1 is a transparent perspective view of the inductor according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a perspective view of a coil used in the inductor according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a perspective view of a core used in the inductor according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is an enlarged view of one of the upper surfaces of the core used in the inductor according to the first embodiment of the present invention, that is, one of the surfaces parallel to the stacking direction that is not surrounded by the coil.
  • the inductor 10 includes a coil 11 formed by winding a conductor, a core 12 disposed inside the coil 11, and an element body that seals the core 12 and the coil 11. 13.
  • the element body 13 is formed by applying pressure to a sealing material obtained by kneading magnetic substance powder and resin.
  • the two ends of the coil 11 are drawn out and exposed on the side surface of the element body 13, that is, the surface parallel to the winding axis direction of the coil, and are electrically connected to an external terminal (not shown).
  • Each end of the coil 11 may expose a cross section orthogonal to the length direction of the conductor, or may expose a side surface parallel to the length direction of the conductor.
  • the coil 11 is obtained by winding a conductor having a rectangular cross section (hereinafter referred to as a flat wire) with insulation coating along a unidirectional winding axis.
  • the outer shape of the coil 11 is elliptical, and the ends of the rectangular wires are drawn from the outermost circumference of the ellipse.
  • the coil 11 has a space for housing the core 12.
  • the core 12 is formed by alternately laminating thin flat-plate-shaped soft magnetic layers 12a and flat-plate-shaped insulator layers 12b that are thinner than the soft magnetic layers 12a. Form as part.
  • the surface of the soft magnetic layer 12a that is wide and that is the outermost layer among the surfaces orthogonal to the stacking direction is defined as a wide surface 12c.
  • the magnetic permeability of the soft magnetic material layer 12 a constituting the core 12 is higher than the magnetic permeability of the sealing material constituting the element body 13.
  • the magnetic permeability of the insulating layer 12 b is lower than the magnetic permeability of the sealing material constituting the element body 13.
  • the core 12 is disposed inside the coil 11 so that the winding axis of the coil 11 and the wide surface 12c are parallel to each other. That is, the core 12 is disposed so that the stacking direction of the stacked portion and the winding axis of the coil 11 are orthogonal to each other. As shown in FIG. 4, the soft magnetic layers 12a and the insulator layers 12b are alternately arranged without a gap. The insulator layer 12b bonds the soft magnetic layers 12a to each other and electrically insulates the soft magnetic layers 12a from each other.
  • the ratio of the thickness b of the insulator layer 12b to the thickness a of the soft magnetic layer 12a is 0.2 or less. Preferably, it is 0.1 or less, and the thickness b of the insulator layer 12b is several ⁇ m.
  • the insulator layer 12b is formed of, for example, a material including at least one selected from the group consisting of an epoxy resin, a polyimide resin, and a polyimide amide resin.
  • the thickness ratio (b / a) is obtained by dividing the average value of the thickness b of the insulator layer 12b by the average value of the thickness a of the soft magnetic layer 12a constituting the laminated portion.
  • the average value of the thickness a is obtained as an average value of the measured values of 10 soft magnetic layers 12a arbitrarily selected in the cross-sectional observation image of the core.
  • the average value of the thickness b is obtained as an average value of the measured values obtained by measuring the minimum thicknesses of the 10 insulator layers 12b arbitrarily selected in the cross-sectional observation image of the core.
  • the core is formed so that the wide surface of the core 12 and the longitudinal direction of the elliptical coil 11 are parallel to each other, but the wide surface of the core 12 and the short direction of the elliptical coil 11 are
  • the core may be formed so as to be parallel, and the wide surface of the core 12 and the longitudinal direction of the elliptical coil 11 may intersect at an arbitrary angle.
  • the coil 11 is formed in a so-called ⁇ winding shape (see, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2009-239076).
  • the coil 11 may be formed in an edgewise winding, a plating conductor pattern, or the like. Good.
  • the inductor having such a structure has the following advantages.
  • the first merit is that the DC resistance of the inductor is low. Since the core is composed of the laminated portion including the soft magnetic layer having a high magnetic permeability, the number of turns of the coil for obtaining a predetermined inductance is small, and the direct current resistance can be reduced.
  • the second merit is that the inductor loss due to eddy current is small.
  • eddy current loss Pe caused by eddy current is proportional to the square of the thickness of the conductor plate.
  • the thickness of the conductor plate in the inductor of Example 1 that is, the thickness of the soft magnetic layer is sufficiently thin. Therefore, the eddy current loss Pe generated by the magnetic flux of the coil can be reduced.
  • the third merit is that magnetic saturation is difficult.
  • a material having a high saturation magnetic flux density Bs is used for the soft magnetic layer 12a.
  • FIG. 5 is an exploded perspective view of a core used in the inductor according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a perspective view of a core used in the inductor according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a transparent perspective view of the inductor according to the second embodiment of the present invention.
  • the core is divided by a plate-shaped gap portion having a low magnetic permeability.
  • the core 22 divides the core into two by being sandwiched between two stacked portions 22 a in which soft magnetic layers and insulator layers are alternately stacked and between the two stacked portions 22 a. It is comprised with the plate-shaped gap part 22b. And as shown in FIG. 6, the outer peripheral part of the gap part 22b is exposed to the exterior of the core by the core side surface. That is, the gap portion 22b extends to the outer peripheral portion of the stacked portion 22a. The gap portion 22b is disposed in contact with the stacked portion 22a so that the thickness direction thereof is orthogonal to each of the stacked directions of the two stacked portions 22a.
  • the laminated portion 22a is formed by alternately laminating the soft magnetic layers 12a and the insulator layers 12b, similarly to the core 12 of the first embodiment.
  • the gap 22b is made of a material that bonds the stacked portions 22a together.
  • the magnetic permeability of the gap part 22b is smaller than the magnetic permeability of the soft-magnetic layer of the laminated part 22a.
  • the magnetic permeability of the gap portion 22b may be higher, lower, or the same as the magnetic permeability of the insulator layer that constitutes the stacked portion 22a.
  • the two stacked portions 22 a sandwich the gap portion 22 b so that the respective stacked directions are parallel to each other, but the stacked directions of the two stacked portions 22 a intersect at right angles or at an arbitrary angle,
  • the gap 22b may be sandwiched so as to be orthogonal to the thickness direction of the gap 22b.
  • the inductor 20 includes a core 22, a coil 11 having the core 22 in an internal space, and an element body 13 that seals the coil 11 and the core 22.
  • the core 22 is disposed in the space inside the coil 11 so that the winding axis of the coil 11 and the wide surface 12c are parallel to each other.
  • the magnetic permeability of the sealing material constituting the element body 13 is equal to or higher than the magnetic permeability of the gap portion, and is lower than the magnetic permeability of the soft magnetic material layer constituting the core.
  • the core 22 is formed so that the wide surface of the core 22 and the longitudinal direction of the elliptical coil 11 are parallel to each other, but the wide surface of the core 22 and the short direction of the elliptical coil 11 are
  • the core 22 may be formed so as to be parallel to each other, and the wide surface of the core 22 and the longitudinal direction of the elliptical coil 11 may intersect at an arbitrary angle. Further, the wide surface of one laminated portion 22a constituting the core 22 and the longitudinal direction of the elliptical coil 11 are parallel, and the wide surface of the other laminated portion 22a and the short direction of the elliptical coil 11 are formed. It may be parallel.
  • the coil 11 is formed in a so-called ⁇ winding shape, but may be formed in an edgewise winding, a plated conductor pattern, or the like.
  • the inductor 20 has the following characteristics.
  • the core 22 has a smaller shape magnetic anisotropy in the winding axis direction of the coil 11 than the core 12 of the first embodiment, and has a magnetic gap of a low permeability material or a nonmagnetic material inside the core 11.
  • the magnetic resistance in the winding axis direction becomes higher. Therefore, the magnetic flux density inside the laminated portion 22a constituting the core 22 is smaller than that of the inductor of the first embodiment. As a result, the core 22 is less likely to be magnetically saturated, and loss due to eddy current is reduced.
  • FIG. 8 is a perspective view of a core used in the inductor according to the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a transparent perspective view of the inductor according to the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a transmission diagram of the core visualizing the magnetic flux passing through the core of the inductor.
  • the core includes the ferrite portions on the wide surfaces that are both ends in the stacking direction of the stacked portions.
  • the core 32 is arranged at both ends of the laminated portion 32a in which the soft magnetic layer 12a and the insulating layer 12b are laminated, and the laminated portion 32a in the lamination direction, like the core 12 of the first embodiment. And a thin flat ferrite portion 32b.
  • the ferrite portion 32b is affixed so as to cover the wide surface 12c, which is a laminated surface at both ends of the core 32 in the lamination direction.
  • the magnetic permeability of the ferrite portion 32 b is lower than the magnetic permeability of the soft magnetic layer 12 a and higher than the magnetic permeability of the element body 13.
  • the ferrite portion 32b is disposed only at both ends in the stacking direction of the stacked portion 32a, but the ferrite portion 32b may be further disposed on the other surface of the stacked portion 32a.
  • the ferrite part 32b may be arrange
  • the inductor of Example 1 when the inductor of Example 1 is driven at a high frequency, the magnetic flux generated from the coil passes through the core. At this time, when the current amount of the coil is small, the magnetic flux passing through the core is concentrated at both ends of the core in the stacking direction. And an eddy current generate
  • the inductor 30 of the third embodiment has a structure described below.
  • the inductor 30 includes a core 32, a coil 11 having the core 32 in an internal space, and an element body 13 that seals the coil 11 and the core 32.
  • the core 32 is disposed in the space inside the coil so that the winding axis of the coil 11 and the wide surface 12c are parallel to each other.
  • the ferrite portions 32b made of a ferrite plate having a lower magnetic permeability than the soft magnetic layer 12a at both ends of the core 32 in the stacking direction, the magnetic flux density concentrated at both ends of the core 32 can be relaxed.
  • the ferrite portion 32b has a higher electrical resistivity than the soft magnetic layer 12a, eddy currents are less likely to occur. For the above reasons, the eddy current loss Pe of the inductor 30 can be suppressed and the Q value can be improved.
  • FIGS. 10A to 10D are permeation diagrams of the core visualizing the magnetic flux density obtained by harmonic magnetic field analysis at a frequency of 1 MHz using finite element method analysis software Femtte (Murata Software Co., Ltd.).
  • FIG. 10A shows a transmission perspective view of a core without a ferrite portion
  • FIG. 10B shows a transmission plan view of the core without a ferrite portion as viewed from above.
  • FIG. 10C shows a transmission perspective view of a core in which ferrite portions are arranged at both ends of the core
  • FIG. 10A shows a transmission perspective view of a core without a ferrite portion
  • FIG. 10B shows a transmission plan view of the core without a ferrite portion as viewed from above.
  • FIG. 10C shows a transmission perspective view of a core in which ferrite portions are arranged at both ends of the core
  • FIG. 10D shows a transmission plan view of the core in which ferrite portions are arranged at both ends of the core as viewed from above. And the magnetic permeability of the soft magnetic material layer constituting the core is higher than the magnetic permeability of the ferrite portion, and the magnetic permeability of the ferrite portion is higher than that of the sealing material constituting the element body.
  • the magnetic flux passing through the core in which the ferrite portion is not arranged is concentrated at both ends in the core stacking direction, and the magnetic flux density is large from about 10 mT to 32 mT at both ends, and about 12 mT.
  • the part which shows the above is increasing.
  • the magnetic flux passing through both ends in the stacking direction of the core on which the ferrite portion is disposed is concentrated at both ends in the stacking direction of the core, but less than in FIGS. 10A and 10B.
  • the magnetic flux density is about 12 mT or less at both ends.
  • the ferrite portions at both ends of the core in the stacking direction, the amount of magnetic flux concentrated on both ends of the core in the stacking direction can be suppressed. As a result, the eddy current loss Pe of the inductor can be suppressed and the Q value can be improved.
  • the core is formed so that the wide surface of the core 32, that is, the wide surface of the ferrite portion 32 b and the longitudinal direction of the elliptical coil 11 are parallel, but the wide surface of the core 32 and the elliptical shape are formed.
  • the core may be formed so that the short direction of the coil 11 is parallel. Further, the wide surface of the core 32 and the longitudinal direction of the elliptical coil 11 may intersect at an arbitrary angle.
  • the coil 11 is formed in a so-called ⁇ winding shape, but may be formed in an edgewise winding, a plated conductor pattern, or the like.
  • the core shape may not be a shape in which the entire inside of the coil is buried. It may have a prismatic shape, a cylindrical shape, or any shape as long as it is arranged inside the coil.
  • the height of the core may not be the same as the height of the coil. Depending on the desired properties of the inductor, the core height may be larger or smaller than the coil height.
  • the stacking direction of the stacked portion forming the core may be not only perpendicular to the longitudinal direction of the elliptical coil as shown in FIG. 1 but also parallel to the longitudinal direction of the coil. The angle in the longitudinal direction can be set arbitrarily. It is only necessary that the wide surface of the soft magnetic layer is parallel to the winding axis of the coil. That is, the stacking direction of the stacked portion and the winding axis of the coil need only be orthogonal to each other.
  • the laminated portion of the core divided into two in Example 2 may not have the same lamination direction.
  • the number of stacked portions is not limited to two, and may be three or more, and the stacking directions of the stacked portions may not be the same.
  • the number of gap portions is not limited to one, and may be two or more.
  • the soft magnetic layer constituting the core is made of, for example, iron, silicon steel, permalloy, sendust, permendur, soft ferrite, amorphous magnetic alloy, nanocrystal magnetic alloy, or an alloy thereof. Moreover, as long as it has high magnetic permeability, you may use not only a soft magnetic body but another material.
  • the shape of the insulator layer forming the core is not limited to a flat plate shape, and may be any shape as long as insulation between the soft magnetic layers can be obtained.
  • the conductor constituting the coil is not limited to a rectangular wire, but may be a round wire having a circular cross section or another shape.
  • the shape of the coil is not limited to an elliptical shape, and may be a substantially circular shape.
  • the material constituting the element body is a sealing material in which magnetic powder and resin are kneaded, but the magnetic powder may be metal magnetic powder or ferrite magnetic powder.
  • the element body is not limited to a sealing material in which magnetic powder and resin are kneaded, and the element body may be composed of other materials such as ferrite.
  • the inductor is not limited to the embodiment.
  • an inductor using a core that is a combination of the second and third embodiments and includes both a gap portion and a ferrite portion may be used.

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Abstract

直流抵抗が低く、渦電流の電流値が抑制されるインダクタが提供される。インダクタは、軟磁性体層と絶縁体層とが交互に積層された積層部を含むコアと、前記コアの周囲に巻回された導体を含むコイルと、前記コア及び前記コイルを収容する素体と、を備え、前記コアは、前記積層部の積層方向が前記コイルの巻軸と直交して配置されている。

Description

インダクタ
　本発明は、インダクタに関する。
　従来から、磁性体粉末と樹脂とを混練した封止材で巻線を封止したインダクタが、広く利用されている。特開２０１６－１１９３８５号公報に示されるインダクタでは、加圧成形した封止材でコイルが挟まれ、さらに加圧されることによって成形される。
　しかし、上記のような封止材は、フェライトや軟磁性体に比べて透磁率が低く、所望のインダクタンスを得るために、コイルの巻数を多く巻かなければならない場合がある。このため、インダクタの直流抵抗が高くなり易いという課題があった。また、封止材の代わりにフェライトや軟磁性体を使用すると、磁気飽和しやすくなるため、インダクタに流すことのできる電流が小さくなる傾向があった。さらに、高い周波数で駆動すると、渦電流による損失が大きくなり、効率が落ちてしまうという課題があった。
　上記の課題を鑑み、本発明は、直流抵抗が低く、渦電流の電流値が抑制されるインダクタの提供を目的とする。
　本発明のインダクタは、軟磁性体層と絶縁体層とが交互に積層された積層部を含むコアと、前記コアの周囲に巻回された導体を含むコイルと、前記コア及び前記コイルを収容する素体と、を備え、前記コアは、前記積層部の積層方向が前記コイルの巻軸と直交して配置されている。
　本発明によれば、直流抵抗が低く、さらに、渦電流の電流値が抑制されるインダクタを提供することができる。
本発明の実施例１のインダクタの透過斜視図である。 本発明の実施例１のインダクタに使用するコイルの斜視図である。 本発明の実施例１のインダクタに使用するコアの斜視図である。 本発明の実施例１のインダクタに使用するコア上面の拡大図である。 本発明の実施例２のインダクタに使用するコアの、分解斜視図である。 本発明の実施例２のインダクタに使用するコアの斜視図である。 本発明の実施例２のインダクタの透過斜視図である。 本発明の実施例３のインダクタに使用するコアの斜視図である。 本発明の実施例３のインダクタの透過斜視図である。 インダクタのコアを通過する磁束を可視化した、コアの透過斜視図である。 インダクタのコアを通過する磁束を可視化した、コアの透過平面図である。 インダクタのコアを通過する磁束を可視化した、コアの透過斜視図である。 インダクタのコアを通過する磁束を可視化した、コアの透過平面図である。
　インダクタは、軟磁性体層と絶縁体層とが交互に積層された積層部を含むコアと、コアの周囲に巻回された導体を含むコイルと、コア及びコイルを収容する素体と、を備え、コアは、積層部の積層方向がコイルの巻軸と直交して配置されている。これにより、所望のインダクタンスを達成しても、直流抵抗が低く、コアにおける渦電流の電流値が抑制される。
　前記素体は、磁性粉と樹脂とを含む封止材の加圧成形体であって、コアよりも低い透磁率を有していてもよい。これにより、直流抵抗がより低く、コアにおける渦電流の電流値がより抑制される。
　コアは、複数の積層部と前記軟磁性体層よりも低い透磁率を有する板状のギャップ部とを備え、ギャップ部は複数の積層部のうちの２つに挟まれ、前記積層部の外周部まで延在して配置されていてもよい。これにより磁気飽和が効果的に抑制される。またギャップ部が複数であって、それぞれが積層部に挟まれていてもよい。これにより磁気飽和がより効果的に抑制される。さらにギャップ部は、ギャップ部の厚み方向と積層部の積層方向とが直交して配置されていてもよい。これにより磁気飽和がさらに効果的に抑制される。
　コアは、積層部の積層方向の両端部のそれぞれに配置されるフェライト部をさらに備えていてもよい。これにより渦電流の電流値をより抑制することができる。またコアはフェライト部に加えて、コアの軟磁性体層よりも低い透磁率を有するギャップ部を備え、ギャップ部が２つの積層部に挟まれて積層部の外周部まで延在し、ギャップ部の厚み方向と積層部の積層方向とが直交して配置されていてもよい。これにより磁気飽和と渦電流の電流値をより効果的に抑制することができる。
　積層部は、軟磁性体層の厚みに対する絶縁体層の厚みの比率が、０．２以下であってもよい。これにより磁気飽和特性がより向上する。また絶縁体層は、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂及びポリイミドアミド樹脂からなる群から選択される少なくとも１種を含んでいてもよい。これにより、絶縁体層を薄く形成することができるので、コア全体の体積に対する軟磁性体層の体積割合が増加し、磁気飽和をより効果的に抑制することができる。また、コアの透磁率も向上するため、所定のインダクタンスを得るために必要な、コイルの巻数が減り、直流抵抗値をより低くすることが可能になる。
　以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するための、インダクタを例示するものであって、本発明は、インダクタを以下のものに限定しない。なお、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に限定するものでは決してない。特に実施例に記載されている構成部材の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。また、一部の実施例において説明された内容は、他の実施例に利用可能なものもある。
　実施例１のインダクタを、図１から図４を参照して説明する。
　図１は、本発明の実施例１のインダクタの透過斜視図である。図２は、本発明の実施例１のインダクタに使用するコイルの斜視図である。図３は本発明の実施例１のインダクタに使用するコアの斜視図である。図４は本発明の実施例１のインダクタに使用するコアの上面、すなわち積層方向に平行な面のうち、コイルに包囲されない面の一方の面の拡大図である。
　図１に示すように、実施例１のインダクタ１０は、導体が巻回されてなるコイル１１と、コイル１１の内部に配置されたコア１２と、コア１２とコイル１１とを封止する素体１３と、を備えている。素体１３は、磁性体粉末と樹脂とを混練して得られる封止材に圧力をかけて形成される。素体１３の側面、すなわちコイルの巻軸方向と平行な面には、コイル１１の２つの末端がそれぞれ引き出されて露出し、図示しない外部端子と電気的に接続される。コイル１１の末端はそれぞれ、導体の長さ方向に直交する断面を露出していてもよく、導体の長さ方向に平行な側面を露出してもよい。
　図２に示すように、コイル１１は、絶縁被覆がなされた、断面矩形の導体（以下、平角線と呼ぶ）を、単方向の巻軸に沿って巻回したものである。コイル１１の外形は楕円形状であり、楕円の最外周からそれぞれ、平角線の末端が引き出されている。そして、コイル１１の内部には、コア１２を収納する空間を有している。
　図３と図４に示すように、コア１２は、薄い平板形状の軟磁性体層１２ａと、軟磁性体層１２ａよりもさらに薄い平板形状の絶縁体層１２ｂとを交互に積層してなる積層部として形成する。そして、軟磁性体層１２ａの幅の広い面であって、積層方向に直交する面のうち最表層の面を、幅広面１２ｃとする。コア１２を構成する軟磁性体層１２ａの透磁率は、素体１３を構成する封止材の透磁率よりも高い。また絶縁体層１２ｂの透磁率は、素体１３を構成する封止材の透磁率よりも低い。
　コア１２は、コイル１１の巻軸と幅広面１２ｃとが平行となるよう、コイル１１の内部に配置される。すなわち、コア１２は積層部の積層方向とコイル１１の巻軸とが直交するように配置される。そして、図４に示すように、軟磁性体層１２ａと絶縁体層１２ｂとは、隙間なく交互に配置されている。絶縁体層１２ｂは、軟磁性体層１２ａ同士を接着するとともに、軟磁性体層１２ａ同士の間を電気的に絶縁する。
　コア１２が高い飽和磁束密度を保有するためには、軟磁性体層１２ａの厚みａに対する絶縁体層１２ｂの厚みｂの比率（ｂ／ａ、以下「厚み比率」ともいう）が０．２以下、好ましくは０．１以下、かつ、絶縁体層１２ｂの厚みｂが数μｍであることが望ましい。絶縁体層１２ｂは、例えば、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂及びポリイミドアミド樹脂からなる群から選択される少なくとも１種を含む材料で形成される。
　ここで厚み比率（ｂ／ａ）を求める方法の一例を説明する。厚み比率（ｂ／ａ）は、積層部を構成する軟磁性体層１２ａの厚みａの平均値で、絶縁体層１２ｂの厚みｂの平均値を除して求められる。厚みａの平均値は、コアの断面観察画像において任意に選択される１０層の軟磁性体層１２ａについてそれぞれの最大厚みを測定し、その測定値の平均値として求められる。厚みｂの平均値は、コアの断面観察画像において任意に選択される１０層の絶縁体層１２ｂについてそれぞれの最小厚みを測定し、その測定値の平均値として求められる。
　図１では、コア１２の幅広面と楕円形状のコイル１１の長手方向とが平行になるようにコアが形成されているが、コア１２の幅広面と楕円形状のコイル１１の短手方向とが平行になるようにコアが形成されていてもよく、コア１２の幅広面と楕円形状のコイル１１の長手方向とが任意の角度で交差していてもよい。
　また図１及び図２では、コイル１１は、いわゆるα巻線形状（例えば、特開２００９－２３９０７６号公報参照）で形成されているが、エッジワイズ巻、めっき導体パターン等で形成されていてもよい。
　このような構造のインダクタは、以下のメリットを有する。
　第１のメリットは、インダクタの直流抵抗が低いことである。透磁率の高い軟磁性体層を含む積層部でコアを構成しているので、所定のインダクタンスを得るためのコイルの巻数が少なく、直流抵抗を低減することができる。
　第２のメリットは、渦電流によるインダクタの損失が小さいことである。一般的に、導体板を積層したコアを用いたインダクタにおいて、渦電流が原因で発生する渦電流損失Ｐｅは、導体板の厚みの２乗に比例する。実施例１のインダクタにおける導体板の厚み、すなわち、軟磁性体層の厚みは十分に薄い。したがって、コイルの磁束によって発生する渦電流損失Ｐｅを低減することができる。
　第３のメリットは、磁気飽和しにくいことである。軟磁性体層１２ａには高い飽和磁束密度Ｂｓを持った材料を使用する。軟磁性体層１２ａと絶縁体層１２ｂの厚みにおいて、軟磁性体層１２ａの比率を大きくすることで高い磁気飽和特性を持つコアとなる。例えば、厚みを軟磁性体層１２ａの厚みａ＝１９に対して、絶縁体層１２ｂの厚みｂ＝１とすると、軟磁性体層を構成する材料の飽和磁束密度Ｂｓの９５％の磁気飽和特性を持ったコアとなる。
　このようなインダクタは、磁気回路的に、高透磁率の軟磁性体層１２ａと低透磁率の磁気抵抗の高い素体１３との直列接続となり、素体１３の高磁気抵抗特性により磁束が抑制され、その結果、磁気飽和しにくい構造となっている。そして、前述した通り、絶縁体層に対する軟磁性体層の割合を増やし、コア１２そのものの飽和磁束密度Ｂｓを高くすることによって、より磁気飽和しにくいインダクタとなる。
　実施例２のインダクタを、図５から図７を参照して説明する。
　図５は、本発明の実施例２のインダクタに使用するコアの分解斜視図である。図６は、本発明の実施例２のインダクタに使用するコアの斜視図である。図７は、本発明の実施例２のインダクタの透過斜視図である。実施例２のインダクタでは、コアが透磁率の低い板状のギャップ部で分割されている。
　実施例２のインダクタに使用するコアについて説明する。図５に示すように、コア２２は、軟磁性体層と絶縁体層とが交互に積層されてなる２つの積層部２２ａと、２つの積層部２２ａに挟まれてコアを２つに分割する板状のギャップ部２２ｂとで構成される。そして、図６に示すように、ギャップ部２２ｂの外周部は、コア側面でコアの外部に露出している。すなわち、ギャップ部２２ｂは積層部２２ａの外周部まで延在している。またギャップ部２２ｂは、その厚み方向が２つの積層部２２ａの積層方向のそれぞれと直交するように積層部２２ａと接して配置される。
　積層部２２ａは、実施例１のコア１２と同様に、軟磁性体層１２ａと絶縁体層１２ｂを交互に積層して形成される。ギャップ部２２ｂは、積層部２２ａ同士を接着する物質で構成される。そして、ギャップ部２２ｂの透磁率は、積層部２２ａの軟磁性体層の透磁率よりも小さい。またギャップ部２２ｂの透磁率は、積層部２２ａを構成する絶縁体層の透磁率よりも高くても、低くても、または同じでもよい。
　図６では、２つの積層部２２ａは、それぞれの積層方向が平行になるようにギャップ部２２ｂを挟んでいるが、２つの積層部２２ａのそれぞれの積層方向が直交または任意の角度で交差し、ギャップ部２２ｂの厚み方向とそれぞれ直交するようにギャップ部２２ｂを挟んでいてもよい。
　図７に示すように、インダクタ２０は、コア２２と、コア２２を内部の空間に有するコイル１１と、コイル１１とコア２２を封止する素体１３と、を備えている。コア２２は、コイル１１の巻軸と幅広面１２ｃとが平行となるように、コイル１１の内部の空間に配置される。素体１３を構成する封止材の透磁率は、ギャップ部の透磁率以上であり、コアを構成する軟磁性体層の透磁率よりも低い。
　図７では、コア２２の幅広面と楕円形状のコイル１１の長手方向とが平行になるようにコア２２が形成されているが、コア２２の幅広面と楕円形状のコイル１１の短手方向とが平行になるようにコア２２が形成されていてもよく、コア２２の幅広面と楕円形状のコイル１１の長手方向とが任意の角度で交差していてもよい。また、コア２２を構成する一方の積層部２２ａの幅広面と楕円形状のコイル１１の長手方向とが平行であり、他方の積層部２２ａの幅広面と楕円形状のコイル１１の短手方向とが平行であってもよい。
　また図７では、コイル１１は、いわゆるα巻線形状で形成されているが、エッジワイズ巻、めっき導体パターン等で形成されていてもよい。
　インダクタ２０は、以下の特性を持つ。コア２２は実施例１のコア１２に比べ、コイル１１の巻軸方向における形状磁気異方性が小さくなるとともに、コア内部に低透磁率の材料または非磁性材料の磁気ギャップを持つので、コイル１１の巻軸方向における磁気抵抗も高くなる。そのため、コア２２を構成する積層部２２ａ内部の磁束密度は、実施例１のインダクタに比べ小さくなる。その結果、コア２２は磁気飽和しにくくなるうえ、渦電流による損失が小さくなる。
　インダクタとしては、実施例１で述べたメリットである、低い直流抵抗をある程度保ちながら、磁気飽和しにくくなり、または、直流電流の重畳によるＬ値の低下が緩和され、交流損失が小さくなる。これによりＱ値は上昇する。
　実施例３のインダクタを、図８から図１０を参照して説明する。
　図８は、本発明の実施例３のインダクタに使用するコアの斜視図である。図９は、本発明の実施例３のインダクタの透過斜視図である。図１０は、インダクタのコアを通過する磁束を可視化した、コアの透過図である。実施例３のインダクタでは、コアが積層部の積層方向の両端部である幅広面上にそれぞれフェライト部を備えている。
　図８に示すように、コア３２は、実施例１のコア１２と同様に、軟磁性体層１２ａと絶縁体層１２ｂを積層した積層部３２ａと、積層部３２ａの積層方向の両端部に配置された、薄い平板状のフェライト部３２ｂと、から成る。フェライト部３２ｂは、コア３２の積層方向の両端の積層面である幅広面１２ｃを覆うように貼り付けられている。フェライト部３２ｂの透磁率は、軟磁性体層１２ａの透磁率よりも低く、素体１３の透磁率よりも高い。
　図８では、フェライト部３２ｂは積層部３２ａの積層方向の両端部にのみ配置されているが、積層部３２ａの他の面にフェライト部３２ｂがさらに配置されていてもよい。例えば、積層部３２ａの両端部を含む側面にフェライト部３２ｂが配置されていてもよい。
　一般的に、実施例１のインダクタを高周波で駆動すると、コイルから発生する磁束がコアを通過する。この時、コイルの電流量が小さい場合、コアを通過する磁束は、コアの積層方向の両端に集中する。そして、磁束が集中する部分には渦電流が発生し、渦電流損失Ｐｅが増加する。渦電流損失Ｐｅを低減するために、実施例３のインダクタ３０は、以下に記載する構造となっている。
　図９に示すように、インダクタ３０は、コア３２と、コア３２を内部の空間に有するコイル１１と、コイル１１とコア３２を封止する素体１３と、を備えている。コア３２は、コイル１１の巻軸と、幅広面１２ｃとが平行となるように、コイルの内部の空間に配置される。軟磁性体層１２ａよりも透磁率の低いフェライト板からなるフェライト部３２ｂを、コア３２の積層方向の両端に配置することによって、コア３２の両端に集中していた磁束密度を緩和することができる。さらに、フェライト部３２ｂは軟磁性体層１２ａよりも電気抵抗率が高いので、渦電流が発生しにくい。以上の理由から、インダクタ３０の渦電流損失Ｐｅを抑え、Ｑ値の改善ができる。
　コアの磁束密度についてシミュレーションを行ったので、図１０ＡからＤを用いて説明する。図１０ＡからＤは、有限要素法解析ソフトウエアＦｅｍｔｅｔ（ムラタソフトウエア社製）を用いた周波数１ＭＨｚの調和磁場解析で得られる磁束密度を、可視化したコアの透過図である。図１０Ａは、フェライト部を配置していないコアの透過斜視図を示し、図１０Ｂは、フェライト部を配置していないコアを上方から見た透過平面図を示す。図１０Ｃは、コアの両端にフェライト部を配置したコアの透過斜視図を示し、図１０Ｄは、コアの両端にフェライト部を配置したコアを上方から見た透過平面図を示す。そして、コアを構成する軟磁性体層の透磁率はフェライト部の透磁率よりも高く、フェライト部の透磁率は素体を構成する封止材よりも高い。
　図１０Ａと図１０Ｂに示すように、フェライト部を配置していないコアを通過する磁束は、コアの積層方向の両端部に集中し、磁束密度も両端部において約１０ｍＴから３２ｍＴと大きく、約１２ｍＴ以上を示す部分が多くなっている。そして、図１０Ｃと図１０Ｄに示すように、フェライト部を配置したコアの積層方向の両端を通過する磁束は、コアの積層方向の両端に集中しているものの、図１０Ａと図１０Ｂよりも少なく、磁束密度は両端部においても約１２ｍＴ以下となっている。以上より、コアの積層方向の両端にフェライト部を配置することにより、コアの積層方向の両端に集中する磁束の量を抑制することができる。その結果、インダクタの渦電流損失Ｐｅを抑え、Ｑ値の改善ができる。
　図９では、コア３２の幅広面、すなわちフェライト部３２ｂの幅広面と楕円形状のコイル１１の長手方向とが平行になるようにコアが形成されているが、コア３２の幅広面と楕円形状のコイル１１の短手方向とが平行になるようにコアが形成されていてもよい。また、コア３２の幅広面と楕円形状のコイル１１の長手方向とが任意の角度で交差していてもよい。
　また図９では、コイル１１は、いわゆるα巻線形状で形成されているが、エッジワイズ巻、めっき導体パターン等で形成されていてもよい。
　以上、実施例について説明したが、本発明は実施例に限るものではない。
　コア形状は、コイルの内側を全て埋めた形状でなくてもよい。角柱形状でもよいし、円柱形状でもよいし、コイルの内側に配置されていれば、どのような形状でもよい。また、コアの高さ寸法はコイルの高さと同じでなくてもよい。インダクタに望む特性によって、コアの高さ寸法はコイルの高さより大きくても小さくてもよい。さらに、コアを形成する積層部の積層方向は、図１のような楕円形状のコイルの長手方向と垂直だけでなく、コイルの長手方向と平行になってもよく、積層部の積層方向とコイルの長手方向の角度は任意に設定できる。軟磁性体層の幅広面がコイルの巻軸と平行でさえあればよい。すなわち、積層部の積層方向とコイルの巻軸とが直交していればよい。
　更に言えば、実施例２における２分割にしたコアの積層部は、積層方向が同じで無くてもよい。また、積層部は２つに限らず、３つ以上でもよいし、それぞれの積層部の積層方向は同じでなくてもよい。ギャップ部は１つに限らず、２つ以上でもよい。コアが、積層方向が異なる複数の積層部から構成される場合、ギャップがあることによって渦電流損失をより小さくできるため、ギャップ部を設けることが好ましい。
　コアを構成する軟磁性体層は、例えば、鉄、ケイ素鋼、パーマロイ、センダスト、パーメンジュール、ソフトフェライト、アモルファス磁性合金、ナノクリスタル磁性合金、もしくはこれらの合金からなる。また、高い透磁率を有していれば、軟磁性体に限らず、他の材料を用いてもよい。
　コアを形成する絶縁体層の形状は平板形状に限らず、軟磁性体層同士の間の絶縁を取ることができれば、どのような形状でもよい。
　コイルを構成する導体は、平角線に限らず、断面が円状の丸線でもよく、また、他の形状でも良い。またコイルの形状は、楕円形状に限らず、略円形状等であってもよい。
　素体を構成する材料は、磁性粉と樹脂を混練した封止材としたが、磁性粉は、金属磁性粉であっても、フェライト系磁性粉等であってもよい。また、素体は磁性粉と樹脂を混練した封止材に限らず、フェライトなど、他の材料で素体を構成してもよい。
　インダクタは、実施例の形態に限らない。たとえば、実施例２と実施例３とを組み合わせ、ギャップ部とフェライト部との両方を備えたコアを使用したインダクタでも良い。
　日本国特許出願２０１６－２１３５７８号（出願日：２０１６年１０月３１日）の開示はその全体が参照により本明細書に取り込まれる。本明細書に記載された全ての文献、特許出願、及び技術規格は、個々の文献、特許出願、及び技術規格が参照により取り込まれることが具体的かつ個々に記された場合と同程度に、本明細書に参照により取り込まれる。

Claims (10)

  1. 　軟磁性体層と絶縁体層とが交互に積層された積層部を含むコアと、
    　前記コアの周囲に巻回された導体を含むコイルと、
    　前記コア及び前記コイルを収容する素体と、
    　を備え、
    　前記コアは、前記積層部の積層方向が前記コイルの巻軸と直交して配置されているインダクタ。
  2. 　前記素体は、磁性粉と樹脂とを含む封止材の加圧成形体であり、前記コアよりも低い透磁率を有している、請求項１に記載のインダクタ。
  3. 　前記コアは、複数の積層部と、前記軟磁性体層よりも低い透磁率を有するギャップ部とを備え、
    　前記ギャップ部は、前記複数の積層部の内の２つに挟まれ、前記積層部の外周部まで延在して配置されている、請求項１又は請求項２に記載のインダクタ。
  4. 　前記コアは、前記ギャップ部を複数備える、請求項３に記載のインダクタ。
  5. 　前記ギャップ部は、その厚み方向と前記積層部の積層方向とが直交して配置される、請求項３又は請求項４に記載のインダクタ。
  6. 　前記コアは、積層部の積層方向の両端部のそれぞれに配置されるフェライト部をさらに備える、請求項１から請求項５のいずれかに記載のインダクタ。
  7. 　前記フェライト部の透磁率は、前記素体の透磁率よりも高く、前記軟磁性体層の透磁率よりも低い、請求項６に記載のインダクタ。
  8. 　前記コアは、前記フェライト部を有する複数の積層部と、前記軟磁性体層よりも低い透磁率を有する板状のギャップ部とを備え、
    　前記ギャップ部は、前記積層部の２つに挟まれて前記積層部の外周部まで延在し、前記ギャップ部の厚み方向と前記積層部の積層方向とが直交して配置される、請求項６又は請求項７に記載のインダクタ。
  9. 　前記積層部は、前記軟磁性体層の厚みに対する前記絶縁体層の厚みの比率が、０．２以下である、請求項１から請求項８のいずれかに記載のインダクタ。
  10. 　前記絶縁体層は、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂及びポリイミドアミド樹脂からなる群から選択される少なくとも１種を含む、請求項１から請求項９のいずれかに記載のインダクタ。
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