WO2021049270A1 - 平面コイルおよびこれを備える変圧器、無線送電器、電磁石 - Google Patents
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Definitions
- the present disclosure relates to a flat coil and a transformer, a wireless transmitter, and an electromagnet equipped with the flat coil.
- Patent Document 1 discloses a laminated coil in which a coil pattern is formed on an insulating substrate by electroforming plating.
- the planar coil of the present disclosure includes a first surface, a substrate containing a magnetic material, and a first metal layer located on the first surface and having voids.
- FIG. 1 is a plan view of an example of the planar coil of the present disclosure as viewed from the first surface side.
- FIG. 2 is a diagram showing an example of a cross-sectional view taken along the line AA'of FIG.
- FIG. 3 is a diagram showing an example of an enlarged view in the S portion shown in FIG.
- FIG. 4 is a diagram showing an example of an enlarged view in the S portion shown in FIG.
- FIG. 5 is a diagram showing an example of a cross-sectional view taken along the line AA'of FIG.
- FIG. 6 is a plan view of another example of the planar coil of the present disclosure as viewed from the first surface side.
- FIG. 7 is a diagram showing an example of a cross-sectional view taken along the line BB'of FIG. FIG.
- FIG. 8 is a diagram showing an example of a cross-sectional view taken along the line BB'of FIG.
- FIG. 9 is a diagram showing an example of a cross-sectional view taken along the line BB'of FIG.
- FIG. 10 is a diagram showing an example of a cross-sectional view taken along the line BB'of FIG.
- FIG. 11 is a plan view of another example of the planar coil of the present disclosure as viewed from the second surface side.
- FIG. 12 is a diagram showing an example of a cross-sectional view taken along the line CC'of FIG.
- FIG. 13A is a perspective view of the transformer of the present disclosure.
- FIG. 13B is a cross-sectional view taken along the line DD'of FIG. 13A.
- FIG. 13C is a plan view of the first surface of the flat coil.
- FIG. 13D is a plan view of the first surface of the flat coil.
- FIG. 14A is a perspective view of the wireless transmitter of the present disclosure.
- FIG. 14B is a cross-sectional view taken along the line EE'of FIG. 14A.
- FIG. 14C is a plan view of the first surface of the flat coil.
- FIG. 15 is a perspective view of the electromagnet of the present disclosure.
- a flat coil can be obtained by forming a metal layer on an insulating substrate.
- a laminated coil in which a coil pattern is formed by electroforming on an insulating substrate is disclosed.
- a current flows through the metal layer, so that the metal layer tends to generate heat. Therefore, the realization of a flat coil having high heat dissipation is expected.
- planar coil of the present disclosure and the transformer, wireless transmitter, and electromagnet provided with the planar coil will be described in detail below with reference to the drawings.
- the planar coil 10 of the present disclosure includes a substrate 1 having a first surface 1a. Further, the flat coil 10 includes a first metal layer 2a located on the first surface 1a. Further, the first metal layer 2a has a plurality of voids 3 (see FIG. 3).
- the substrate 1 in the planar coil 10 of the present disclosure contains at least a magnetic material. Further, the substrate 1 in the planar coil 10 of the present disclosure may be made of a magnetic material.
- a magnetic material has magnetism or is magnetized by an external magnetic field.
- the magnetic material include ferrite, iron, silicon iron, iron-nickel alloys and iron-cobalt alloys.
- Permalloy is an example of an iron-nickel alloy.
- permendule can be mentioned.
- Examples of the substrate 1 containing a magnetic material include ceramics containing the above-mentioned various magnetic materials.
- the ceramics include aluminum oxide ceramics, silicon carbide ceramics, cordierite ceramics, silicon nitride ceramics, aluminum nitride ceramics, and mullite ceramics.
- Examples of ceramics containing this magnetic material include silicon carbide containing iron.
- the substrate 1 may be used as a magnetic core.
- the substrate 1 may have a plate shape.
- the substrate 1 may have a first surface 1a and a second surface 1b located on the opposite side of the first surface 1a.
- the first metal layer 2a may be located on the first surface 1a of the substrate 1 in a meandering or spiral shape. Further, the first metal layer 2a may be located on the first surface 1a of the substrate 1 in any arrangement.
- the first metal layer 2a has a gap 3. Therefore, the surface area of the first metal layer 2a is larger than that of the metal layer having no voids. Therefore, the flat coil 10 has high heat dissipation.
- the first metal layer 2a may have the first metal particles 4 and the second metal particles 5.
- the void 3 may be located between the first metal particles 4 and the second metal particles 5.
- the material of the first metal particles 4 and the second metal particles 5 constituting the first metal layer 2a may be, for example, stainless steel or copper.
- the shapes of the first metal particles 4 and the second metal particles 5 may be, for example, spherical, granular, whisker-shaped, or needle-shaped.
- the first metal particles 4 and the second metal particles 5 may be bent.
- the first metal particles 4 and the second metal particles 5 may have corners.
- the lengths of the first metal particles 4 and the second metal particles 5 in the longitudinal direction may be 0.5 ⁇ m or more and 200 ⁇ m or less. ..
- the diameter may be 1 ⁇ m or more and 100 ⁇ m or less, and the length may be 100 ⁇ m or more and 5 mm or less.
- the first metal particles 4 and the second metal particles 5 are granular. In FIG. 4, the first metal particles 4 and the second metal particles 5 are whisker-shaped.
- the average thickness of the first metal layer 2a may be 1 ⁇ m or more and 5 mm or less.
- the porosity of the first metal layer 2a may be, for example, 10% or more and 90% or less.
- the porosity is an index showing the proportion of the voids 3 in the first metal layer 2a.
- the porosity of the first metal layer 2a may be calculated by, for example, measuring using the Archimedes method.
- the planar coil 10 of the present disclosure may include a bonding layer 6 located between the first metal layer 2a and the first surface 1a. Since it has such a configuration, the first metal layer 2a is less likely to be peeled off from the substrate 1. Further, the bonding layer 6 can easily relieve the stress generated by the difference in the coefficient of thermal expansion between the first metal layer 2a and the substrate 1. Therefore, cracks are less likely to occur in the substrate 1. Therefore, the planar coil 10 of the present disclosure can withstand long-term use.
- the average thickness of the bonding layer 6 may be 1 ⁇ m or more and 0.5 mm or less.
- the bonding layer 6 in the flat coil 10 of the present disclosure may have resin or glass.
- the resin include silicone and imidoamide.
- the glass include boric acid-based glass and silicic acid-based glass.
- FIG. 5 is a diagram showing an example of a cross-sectional view taken along the line AA'of FIG.
- the substrate 1 in the planar coil 10 of the present disclosure may have a flow path 7 inside.
- the temperature of the first metal layer 2a can be adjusted by flowing a fluid through the flow path 7 of the substrate 1.
- FIG. 6 is a plan view of another example of the planar coil 10 of the present disclosure as viewed from the first surface 1a side
- FIG. 7 is a diagram showing an example of a cross-sectional view taken along the line BB'of FIG. .
- the substrate 1 in the planar coil 10 of the present disclosure may have a protruding portion 1c protruding from the first surface 1a.
- the height of the protruding portion 1c is higher than the height of the first metal layer 2a.
- the substrate 1 may have a protruding portion 1c protruding from the second surface 1b.
- the protruding portion 1c in the planar coil 10 of the present disclosure may be located around the first metal layer 2a located on the first surface 1a.
- the substrate 1 has a frame-shaped protrusion 1c1 in a plan view and a rectangular protrusion 1c2 in a plan view, and the first metal layer 2a is the protrusion 1c1 and the protrusion 1c1.
- An example of being located in the area surrounded by 1c2 is shown.
- a plurality of flat coils 10 can be stably stacked without damaging the first metal layer 2a.
- the planar coil 10 of the present disclosure may include an insulating layer 8 located between the first metal layer 2a and the first surface 1a.
- the first metal layer 2a is not short-circuited by the substrate 1 with the first metal layer 2a at another location.
- the first metal layer 2a can function as a coil on the first surface 1a.
- the insulating layer 8 in the flat coil 10 of the present disclosure may have glass, resin or ceramics.
- the glass include boric acid-based glass and silicic acid-based glass.
- the resin include silicone and imidoamide.
- the ceramics include aluminum oxide ceramics, silicon carbide ceramics, cordierite ceramics, silicon nitride ceramics, aluminum nitride ceramics, and mullite ceramics.
- the bonding layer 6 having an insulating property may be used as the insulating layer 8. Further, in the present disclosure, when the substrate 1 is insulating, the insulating layer 8 may not be arranged.
- FIG. 8 is a diagram showing an example of a cross-sectional view taken along the line BB'of FIG.
- the first metal layer 2a in the planar coil 10 of the present disclosure may be in contact with the side surface of the protruding portion 1c via the insulating layer 8.
- the heat generated by the first metal layer 2a of the flat coil 10 can be efficiently transferred to the protrusion 1c, so that the heat generated by the first metal layer 2a can be efficiently dissipated. it can. Therefore, the flat coil 10 has even higher heat dissipation.
- FIG. 9 is a diagram showing an example of a cross-sectional view taken along the line BB'of FIG.
- the protruding portion 1c in the planar coil 10 of the present disclosure may have a through hole 1d penetrating in the thickness direction (lateral direction in FIG. 9) of the protruding portion 1c.
- the cooling gas can flow from the through hole 1d toward the first metal layer 2a, so that the first metal layer 2a can be efficiently cooled. Therefore, the flat coil 10 has even higher heat dissipation.
- FIG. 10 is a diagram showing an example of a cross-sectional view taken along the line BB'of FIG.
- the through hole 1d in the planar coil 10 of the present disclosure may have an insulating layer 8 on the inner wall surface on the first metal layer 2a side.
- the gas when the cooling gas is flowed from the through hole 1d toward the first metal layer 2a, the gas can be accelerated at the portion where the inner diameter is reduced by the insulating layer 8. The gas can be distributed throughout the first metal layer 2a. Therefore, the flat coil 10 has even higher heat dissipation.
- FIG. 11 is a plan view of another example of the planar coil 10 of the present disclosure as viewed from the second surface 1b side
- FIG. 12 is a diagram showing an example of a cross-sectional view taken along the line CC'of FIG. ..
- the planar coil 10 of the present disclosure may include a first metal layer 2a located on the first surface 1a and a second metal layer 2b located on the second surface 1b. ..
- the second metal layer 2b may be located on the second surface 1b of the substrate 1 in a meandering or spiral shape.
- the second metal layer 2b may be located on the second surface 1b of the substrate 1 in any arrangement.
- the second metal layer 2b may be made of the same material as the first metal layer 2a. That is, the second metal layer 2b may have a plurality of voids 3 (see FIG. 3), and is composed of the first metal particles 4 (see FIG. 3) and the second metal particles 5 (see FIG. 3). You may be.
- the substrate 1 containing the magnetic material is located between the coil located on the first surface 1a and the coil located on the second surface 1b, the coils interfere with each other. Can be suppressed.
- the planar coil 10 of the present disclosure is electrically connected between the first metal layer 2a located on the first surface 1a and the second metal layer 2b located on the second surface 1b.
- a via 9 for connecting to a target may be provided.
- the material constituting the via 9 may be a metal, but may be the same material as the first metal particles 4 and the second metal particles 5 constituting the first metal layer 2a and the second metal layer 2b.
- the first metal layer 2a, the via 9 and the second metal layer 2b form one metal layer, and the length of the metal layer can be extended on the limited surface of the substrate 1. ..
- the planar coil 10 of the present disclosure has an insulating layer 8 located between the first metal layer 2a and the first surface 1a, and between the second metal layer 2b and the second surface 1b.
- the insulating layer 8 located may be provided, and the insulating layer 8 located between the via 9 and the substrate 1 may be provided.
- the substrate 1 is made of a conductive material such as iron
- the first metal layer 2a and the second metal layer 2b are not short-circuited by the substrate 1 and are not short-circuited.
- the 1 metal layer 2a and the 2nd metal layer 2b can function as coils.
- the planar coil 10 of the present disclosure may be provided in the transformer 100.
- the transformer 100 includes one or more flat coils 10 on the power supply side or the power supply / supply side, and the transformer 100 can be used to convert a voltage by flowing a current through the first metal layer 2a.
- the transformer 100 may include a planar coil 10 on the power supply side.
- the transformer 100 may be provided with a flat coil 20 on the power supply / demand side. Electromagnetic induction is generated by connecting an external power source to the flat coil 10 and passing a current through the first metal layer 2a. Therefore, a current flows through the first metal layer 2a of the flat coil 20.
- the number of turns of the first metal layer 2a in the flat coil 10 may be different from the number of turns of the first metal layer 2a in the flat coil 20.
- the voltage can be changed by adjusting the number of turns in the flat coil 10 and the flat coil 20.
- the planar coil 20 of the present disclosure may be provided in the wireless transmitter 200.
- the wireless transmitter 200 may include one or more planar coils 20 on the power supply side or the power supply / supply side. In this case, electric power can be transmitted by the current flowing through the first metal layer 2a. Therefore, the planar coil 20 of the present disclosure can be used as a wireless transmitter 200.
- the wireless transmitter 200 of FIGS. 14A and 14B may include a flat coil 20 on the power supply side and a flat coil 20 on the power supply / supply side. Electromagnetic induction occurs by connecting an external power source to the flat coil 20 and passing a current through the first metal layer 2a. Therefore, a current flows through the first metal layer 2a of the flat coil 20. In this way, the planar coil 20 of the present disclosure can be used as a wireless transmitter 200 that transfers electric power.
- the planar coil 10 of the present disclosure may be provided in the electromagnet 300.
- the electromagnet 300 includes one or more flat coils 10, and when electricity is passed through the first metal layer 2a, a magnetic force is generated in the magnetic core. Therefore, the planar coil 10 of the present disclosure can be used as an electromagnet.
- the flow path 7 may be provided inside the soft magnetic substrate 1. Further, the substrate 1 may be provided with a protruding portion 1c and a through hole 1d.
- the first metal layer 2a is formed on the first surface 1a of the substrate.
- a mask having a desired shape made of resin is formed on the first surface 1a.
- a mixed liquid in which a plurality of metal particles including the first metal particles 4 and the second metal particles 5 made of stainless steel or copper are mixed with a liquid such as water is prepared, and in the space formed by this mask. Pour in. Next, the mixed solution is evaporated. The mask is then removed by burning or using a solvent. Further, after pressurizing with a predetermined pressure, the substrate 1 is heated or ultrasonic vibration is applied. As a result, the first metal particles 4 and the second metal particles 5 are joined to obtain the first metal layer 2a having the voids 3.
- the bonding layer 6 is formed on the first surface 1a, and then the first metal layer 2a is formed on the bonding layer 6. It may be formed.
- the bonding layer 6 is resin or glass.
- the bonding layer 6 may be formed before the mask is formed.
- the resin or glass may be formed by applying a paste containing each as a main component to the first surface 1a and heat-treating it. Further, the resin or glass may be formed so as to cover the entire first surface 1a of the substrate 1.
- the bonding layer 6 gets wet with respect to the first metal layer 2a. It is joined with.
- the first metal layer 2a is prepared separately, and the first metal layer 2a is placed on the bonding layer 6 formed in advance on the first surface 1a, or the first metal layer 2a is combined with the bonding layer 6. After applying the paste, the paste may be placed on the first surface 1a and the substrate may be heated to obtain the substrate 1 having the first metal layer 2a.
- the first metal layer 2a is prepared in advance by the following method. First, for example, a mixed solution in which a plurality of metal particles made of stainless steel or copper is mixed with a liquid such as water is prepared and poured into a mold in the shape of the first metal layer 2a. Next, the mixed solution is evaporated.
- the first metal particles 4 and the second metal particles 5 are joined by pressurizing and heating at a predetermined pressure or by applying ultrasonic vibration. Then, when it is taken out from the mold, the first metal particles 4 and the second metal particles 5 are joined to obtain a first metal layer 2a having a void 3. Further, by inserting the insulating layer 8 into the through hole 1d, the insulating layer 8 can be formed on the inner wall surface on the first metal layer 2a side.
- the first metal layer 2a may be produced by the following method. First, a plurality of metal particles including the first metal particles 4 and the second metal particles 5 are mixed with a binder, and then a molded product is produced by a mechanical press method. Next, the binder is evaporated by drying the molded product. Then it is heated or ultrasonically vibrated. As a result, the first metal particles 4 and the second metal particles 5 are joined to obtain the first metal layer 2a having the voids 3.
- the procedure is as follows.
- a paste in which a plurality of metal particles including the first metal particles 4 and the second metal particles 5 and a binder are mixed is prepared and embedded in a hole formed in advance in the substrate 1.
- the wall surface of the hole may be covered with glass or resin in advance.
- the via 9 can be formed by evaporating the binder by heat-treating the first metal layer 2a and the second metal layer 2b after or before the formation.
- Base 1a First surface 1b: Second surface 1c: Protruding part 1d: Through hole 2a: First metal layer 2b: Second metal layer 3: Void 4: First metal particle 5: Second metal particle 6: Bonding layer 7: Flow path 8: Insulating layer 9: Vias 10, 20: Flat coil 100: Transformer 200: Wireless transmitter 300: Electromagnet
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Abstract
本開示の平面コイル(10)は、第1面(1a)を有しており、磁性体を含む基体(1)と、第1面(1a)の上に位置しており、空隙(3)を有する第1金属層(2a)と、を備える。
Description
本開示は、平面コイルおよびこれを備える変圧器、無線送電器、電磁石に関する。
絶縁性の基体上に、金属層を形成することで平面コイルが得られる。例えば、特許文献1には、絶縁基板上に電鋳メッキによってコイルパターンを形成した積層コイルが開示されている。
本開示の平面コイルは、第1面を有しており、磁性体を含む基体と、前記第1面の上に位置しており、空隙を有する第1金属層と、を備える。
絶縁性の基体上に、金属層を形成することで平面コイルが得られる。例えば、絶縁基板上に電鋳メッキによってコイルパターンを形成した積層コイルが開示されている。一方で、かかる積層コイルをコイルとして利用する場合、金属層に電流が流れるため、金属層が発熱しやすい。そこで、高い放熱性を有する平面コイルの実現が期待されている。
本開示の平面コイルおよびこれを備える変圧器、無線送電器、電磁石について、図面を参照しながら、以下に詳細に説明する。
なお、図面は模式的なものであり、各要素の寸法の関係、各要素の比率などは、現実と異なる場合があることに留意する必要がある。また、図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。
本開示の平面コイル10は、図1および図2に示すように、第1面1aを有する基体1を備える。また、平面コイル10は、第1面1a上に位置する第1金属層2aを備える。また、第1金属層2aは、複数の空隙3(図3参照)を有する。
ここで、本開示の平面コイル10における基体1は、少なくとも磁性体を含んでいる。また、本開示の平面コイル10における基体1は、すべての材質が磁性体であってもよい。
例えば、磁性体とは、磁性を有するか、または、外部磁場によって磁性を有するものである。磁性体としては、例えば、フェライト、鉄、ケイ素鉄、鉄-ニッケル系合金および鉄-コバルト系合金が挙げられる。鉄-ニッケル系合金の例としてはパーマロイが挙げられる。また、鉄-コバルト系合金の例としてはパーメンデユールが挙げられる。
磁性体を含んだ基体1としては、例えば、上記の各種磁性体を含んだセラミックスが挙げられる。セラミックスとしては、例えば、酸化アルミニウム質セラミックス、炭化珪素質セラミックス、コージェライト質セラミックス、窒化珪素質セラミックス、窒化アルミニウム質セラミックスまたはムライト質セラミックス等が挙げられる。この磁性体を含んだセラミックスの例としては、鉄を含んだ炭化ケイ素等が挙げられる。
なお、基体1は磁心(コア)として使用してもよい。
また、図1および図2に示すように、基体1は、板状であってもよい。基体1は、第1面1aと、第1面1aの反対側に位置する第2面1bと、を有していてもよい。また、第1金属層2aは、基体1の第1面1a上に、蛇行状または渦状に位置していてもよい。また、第1金属層2aは、基体1の第1面1a上に、どのような配置で位置していてもよい。
図3に示すように、第1金属層2aは、空隙3を有している。そのため、第1金属層2aは、空隙のない金属層に比べ表面積が大きい。したがって、平面コイル10は高い放熱性を有する。
また、図3に示すように、第1金属層2aは、第1金属粒子4と、第2金属粒子5と、を有していてもよい。空隙3は、第1金属粒子4と第2金属粒子5との間に位置していてもよい。このような構成を有する場合、第1金属粒子4および第2金属粒子5で生じた熱が空隙3に吸収されるため、平面コイル10は高い放熱性を有する。
ここで、第1金属層2aを構成する第1金属粒子4および第2金属粒子5の材質は、例えば、ステンレスまたは銅であってもよい。
また、図3および図4に示すように、第1金属粒子4および第2金属粒子5の形状は、例えば、球状、粒状、ウィスカ状または針状であってもよい。第1金属粒子4および第2金属粒子5がウィスカ状または針状である場合は、第1金属粒子4および第2金属粒子5は屈曲していてもよい。第1金属粒子4および第2金属粒子5は角部を有していてもよい。また、第1金属粒子4および第2金属粒子5が球状または粒状である場合、第1金属粒子4および第2金属粒子5の長手方向の長さは0.5μm以上200μm以下であってもよい。第1金属粒子4および第2金属粒子5がウィスカ状または針状である場合、直径は1μm以上100μm以下であってもよく、長さが100μm以上5mm以下であってもよい。
図3においては、第1金属粒子4および第2金属粒子5が粒状である。図4においては、第1金属粒子4および第2金属粒子5がウィスカ状である。
また、第1金属層2aの平均厚みは、1μm以上5mm以下であってもよい。
また、第1金属層2aの気孔率は、例えば、10%以上90%以下であってもよい。気孔率は、第1金属層2aにおいて空隙3が占める割合を表す指標となる、ここで、第1金属層2aの気孔率は、例えば、アルキメデス法を用いて測定することで算出すればよい。
また、本開示の平面コイル10は、図3および図4に示すように、第1金属層2aおよび第1面1aの間に位置する接合層6を備えていてもよい。このような構成を有するため、第1金属層2aが基体1から剥がれにくくなる。また、接合層6が、第1金属層2aと基体1との熱膨張係数の差によって発生する応力を緩和しやすい。そのため、基体1に亀裂が生じにくくなる。したがって、本開示の平面コイル10は長期間の使用に耐えうる。なお、接合層6の平均厚みは、1μm以上0.5mm以下であってもよい。
また、本開示の平面コイル10における接合層6は、樹脂またはガラスを有していてもよい。ここで、樹脂としては、例えば、シリコーンまたはイミドアミドが挙げられる。ガラスとしては、例えば、ホウ硅酸系ガラスまたは珪酸系ガラスが挙げられる。接合層6が上記の材料を含む場合、第1金属層2aと基体1とが強固に接合され、第1金属層2aが基体1から剥がれにくくなる。
また、図5は、図1のA-A’線における断面図の一例を示す図である。図5に示すように、本開示の平面コイル10における基体1は、内部に流路7を有してもよい。このような構成を有する場合、基体1の流路7に流体を流すことで、第1金属層2aの温度調整が可能となる。
図6は、本開示の平面コイル10の別の一例を第1面1a側から視た平面図であり、図7は、図6のB-B’線における断面図の一例を示す図である。図6および図7に示すように、本開示の平面コイル10における基体1は、第1面1aから突出する突出部1cを有してもよい。ここで、突出部1cの高さは、図7に示すように、第1金属層2aの高さよりも高いものである。
このような構成を有する場合、複数の平面コイル10を積み重ねて積層コイルとする場合に、突出部1cが積み重ねられた他の平面コイルの基体1と接触することとなる。そのため、第1金属層2aを損傷させることなく、複数の平面コイル10を積み重ねることができる。なお、基体1は、第2面1b上に第2金属層2bが存在する場合、第2面1bから突出した突出部1cを有していてもよい。
また、本開示の平面コイル10における突出部1cは、図6に示すように、第1面1a上に位置する第1金属層2aの周囲に位置していてもよい。ここで、図6では、基体1が、平面視で枠形状の突出部1c1と、平面視で矩形状の突出部1c2とを有し、第1金属層2aが、この突出部1c1および突出部1c2に囲まれた領域内に位置している例を示している。
このような構成を有する場合、第1金属層2aを損傷させることなく、安定して、複数の平面コイル10を積み重ねることができる。
また、図7に示すように、本開示の平面コイル10は、第1金属層2aおよび第1面1aの間に位置する絶縁層8を備えていてもよい。このような構成を有する場合、基体1が鉄などの導電性を有する材質で構成されている場合でも、第1金属層2aが基体1によって別の箇所の第1金属層2aと短絡することなく、第1金属層2aが第1面1a上でコイルとして機能することができる。
また、本開示の平面コイル10における絶縁層8は、ガラス、樹脂またはセラミックスを有していてもよい。ここで、ガラスとしては、例えば、ホウ硅酸系ガラスまたは珪酸系ガラスが挙げられる。樹脂としては、例えば、シリコーンまたはイミドアミドが挙げられる。セラミックスとしては、例えば、酸化アルミニウム質セラミックス、炭化珪素質セラミックス、コージェライト質セラミックス、窒化珪素質セラミックス、窒化アルミニウム質セラミックスまたはムライト質セラミックス等が挙げられる。
なお、本開示では、絶縁性を有する接合層6が絶縁層8として用いられてもよい。また、本開示では、基体1が絶縁性である場合、絶縁層8は配置されなくともよい。
また、図8は、図6のB-B’線における断面図の一例を示す図である。図8に示すように、本開示の平面コイル10における第1金属層2aは、突出部1cの側面と絶縁層8を介して接触していてもよい。
このような構成を有する場合、平面コイル10の第1金属層2aで発した熱を突出部1cに効率よく伝えることができることから、第1金属層2aで発した熱を効率よく放熱することができる。したがって、平面コイル10はさらに高い放熱性を有する。
また、図9は、図6のB-B’線における断面図の一例を示す図である。図9に示すように、本開示の平面コイル10における突出部1cは、かかる突出部1cの厚み方向(図9では横方向)に貫通する貫通孔1dを有していてもよい。
このような構成を有する場合、かかる貫通孔1dから冷却用の気体を第1金属層2aに向けて流すことができるので、第1金属層2aを効率よく冷却することができる。したがって、平面コイル10はさらに高い放熱性を有する。
また、図10は、図6のB-B’線における断面図の一例を示す図である。図10に示すように、本開示の平面コイル10における貫通孔1dは、第1金属層2a側の内壁面に絶縁層8を有していてもよい。
このような構成を有する場合、かかる貫通孔1dから冷却用の気体を第1金属層2aに向けて流す場合に、絶縁層8によって内径が小さくなった部位で気体を加速させることができるので、第1金属層2aの全体に気体を行き渡らせることができる。したがって、平面コイル10はさらに高い放熱性を有する。
図11は、本開示の平面コイル10の別の一例を第2面1b側から視た平面図であり、図12は、図11のC-C’線における断面図の一例を示す図である。図12に示すように、本開示の平面コイル10は、第1面1a上に位置する第1金属層2aと、第2面1b上に位置する第2金属層2bとを備えていてもよい。
図11に示すように、第2金属層2bは、基体1の第2面1b上に蛇行状または渦状に位置していてもよい。第2金属層2bは、基体1の第2面1b上に、どのような配置で位置していてもよい。第2金属層2bは、第1金属層2aと同じ材質で構成されていてもよい。すなわち、第2金属層2bは、複数の空隙3(図3参照)を有していてもよく、第1金属粒子4(図3参照)および第2金属粒子5(図3参照)で構成されていてもよい。
このような構成を有する場合、第1面1a上に位置するコイルと、第2面1b上に位置するコイルとの間に磁性体を含んだ基体1が位置するので、互いのコイルが干渉することを抑制できる。
また、図12に示すように、本開示の平面コイル10は、第1面1a上に位置する第1金属層2aと、第2面1b上に位置する第2金属層2bとの間を電気的に接続するビア9を備えていてもよい。ビア9を構成する材質は、金属であればよいが、第1金属層2aおよび第2金属層2bを構成する第1金属粒子4および第2金属粒子5と同じ材質であってもよい。
このような構成を有する場合、第1金属層2a、ビア9および第2金属層2bで1つの金属層となり、限られた基体1の表面上において、金属層の長さを延伸することができる。
また、図12に示すように、本開示の平面コイル10は、第1金属層2aおよび第1面1aの間に位置する絶縁層8と、第2金属層2bおよび第2面1bの間に位置する絶縁層8と、ビア9および基体1の間に位置する絶縁層8とを備えていてもよい。
このような構成を有する場合、基体1が鉄などの導電性を有する材質で構成されている場合でも、第1金属層2aと第2金属層2bとが基体1によって互いに短絡することなく、第1金属層2aおよび第2金属層2bがコイルとして機能することができる。
また、図13Aに示すように、本開示の平面コイル10は、変圧器100に備えられていてもよい。変圧器100が、1個以上の平面コイル10を電力供給側または電力需給側に備えており、第1金属層2aに電流が流れることで、電圧を変換する変圧器100とすることができる。図13Aおよび図13Bに示すように、変圧器100は、電力供給側に平面コイル10を備えていてもよい。また、変圧器100は、電力需給側に平面コイル20を備えていてもよい。外部電源を平面コイル10に接続し、第1金属層2aに電流を流すことで電磁誘導が生じる。そのため、平面コイル20の第1金属層2aに電流が流れる。図13Cおよび図13Dに示すように、平面コイル10における第1金属層2aの巻き数は、平面コイル20における第1金属層2aの巻き数と異なっていてもよい。平面コイル10および平面コイル20における巻き数を調整することで、電圧を変化させることができる。
また、図14Aに示すように、本開示の平面コイル20は、無線送電器200に備えられていてもよい。無線送電器200が、1個以上の平面コイル20を電力供給側または電力需給側に備えていてもよい。この場合、第1金属層2aに電流が流れることで、電力を送電することができる。そのため、本開示の平面コイル20は、無線送電器200として使用することができる。図14Aおよび図14Bの無線送電器200は、電力供給側に平面コイル20を、電力需給側に平面コイル20を備えていてもよい。外部電源を平面コイル20に接続し、第1金属層2aに電流を流すことで、電磁誘導が生じる。そのため、平面コイル20の第1金属層2aに電流が流れる。このようにして、本開示の平面コイル20は、電力の受け渡しを行う無線送電器200として使用できる。
また、図15に示すように、本開示の平面コイル10は、電磁石300に備えられてもよい。電磁石300が、1個以上の平面コイル10を備えており、第1金属層2aに電気を流すことで、磁心に磁力が発生する。そのため、本開示の平面コイル10は、電磁石として使用することができる。
次に、本開示の平面コイルの製造方法の一例について説明する。
まず、軟磁性体の基体1を用意する。なお、軟磁性体の基体1の内部に流路7を備えてもよい。また、基体1は突出部1cや貫通孔1dを備えても良い。
次に、基体の第1面1aに第1金属層2aを形成する。まず、第1面1aに樹脂からなる所望形状のマスクを形成する。次に、例えば、ステンレスまたは銅からなる、第1金属粒子4および第2金属粒子5を含む複数の金属粒子を水等の液体に混合した混合液を用意し、このマスクによって形成された空間に流し込む。次に、混合液を蒸発させる。その後、焼失または溶剤の使用によりマスクを除去する。さらに、所定の圧力で加圧した後、基体1を加熱するか、超音波振動を与える。これにより、第1金属粒子4および第2金属粒子5が接合され、空隙3を有する第1金属層2aを得る。
なお、基体1の第1面1aに第1金属層2aを直接形成するのではなく、まず、第1面1aに接合層6を形成した後、この接合層6上に第1金属層2aを形成してもよい。ここで、接合層6は、樹脂またはガラスである。一方、接合層6が、樹脂またはガラスである場合、上記マスク形成前に接合層6を形成すればよい。この場合、樹脂またはガラスは、それぞれを主成分としたペーストを第1面1aに塗布し、熱処理することで形成すればよい。また、樹脂またはガラスは、基体1の第1面1a全てを覆うように形成しても構わない。
そして、接合層6上に第1金属層2aを形成した後、基体1を加熱することによって、接合層6が、樹脂またはガラスならば、第1金属層2aに対して接合層6が濡れることで接合される。
なお、第1金属層2aを別途準備し、第1面1a上に予め形成しておいた接合層6上に第1金属層2aを載置するか、第1金属層2aに接合層6となるペーストを塗布した後に第1面1a上に載置し、基体を加熱することで第1金属層2aを有する基体1を得てもよい。この場合、第1金属層2aは、以下の方法で予め作製しておく。まず、例えば、ステンレスまたは銅からなる複数の金属粒子を水等の液体に混合した混合液を用意し、第1金属層2aの形状をした型に流し込む。次に、混合液を蒸発させる。次に、所定の圧力で加圧し、加熱するか、超音波振動を与えることにより、第1金属粒子4および第2金属粒子5が接合される。そして、型から取り出せば、第1金属粒子4および第2金属粒子5が接合され、空隙3を有する第1金属層2aを得る。また、貫通孔1dに絶縁層8が入り込むことによって、第1金属層2a側の内壁面に絶縁層8を形成することができる。
なお、第1金属層2aは、以下の方法で作製してもよい。まず、第1金属粒子4および第2金属粒子5を含む複数の金属粒子とバインダとを混ぜ合わせた後に、メカプレス法により成型体を作製する。次に、成形体を乾燥させることでバインダを蒸発させる。その後、加熱するか、超音波振動を与える。これにより、第1金属粒子4および第2金属粒子5が接合され、空隙3を有する第1金属層2aを得る。
なお、第1金属層2aおよび第2金属層2bの間を電気的に接続するビア9を備える場合は、次のように行う。第1金属粒子4および第2金属粒子5を含む複数の金属粒子とバインダとを混ぜ合わせたペーストを準備し、基体1にあらかじめ形成した穴に埋め込む。このとき、あらかじめ穴の壁面にガラスや樹脂で覆っていても良い。そして、第1金属層2aや第2金属層2bを形成後または形成前に熱処理することでバインダを蒸発させることで、ビア9を形成することができる。
なお、本開示は上述の実施形態に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良等が可能である。また、本開示では、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
1:基体
1a:第1面
1b:第2面
1c:突出部
1d:貫通孔
2a:第1金属層
2b:第2金属層
3:空隙
4:第1金属粒子
5:第2金属粒子
6:接合層
7:流路
8:絶縁層
9:ビア
10、20:平面コイル
100:変圧器
200:無線送電器
300:電磁石
1a:第1面
1b:第2面
1c:突出部
1d:貫通孔
2a:第1金属層
2b:第2金属層
3:空隙
4:第1金属粒子
5:第2金属粒子
6:接合層
7:流路
8:絶縁層
9:ビア
10、20:平面コイル
100:変圧器
200:無線送電器
300:電磁石
Claims (15)
- 第1面を有しており、磁性体を含む基体と、
前記第1面の上に位置しており、空隙を有する第1金属層と、
を備える、平面コイル。 - 前記基体は、磁性体である、請求項1に記載の平面コイル。
- 前記第1金属層は、第1金属粒子と、第2金属粒子と、を有しており、
前記空隙は、前記第1金属粒子と前記第2金属粒子との間に位置する、請求項1または請求項2に記載の平面コイル。 - 前記第1金属層および前記第1面の間に位置する接合層を備える、請求項1乃至請求項3のいずれか1つに記載の平面コイル。
- 前記接合層は、樹脂またはガラスを有する、請求項4に記載の平面コイル。
- 前記基体は、内部に流路を有する、請求項1乃至請求項5のいずれか1つに記載の平面コイル。
- 前記基体は、前記第1面から突出した突出部を有しており、前記突出部の高さは、前記第1金属層の高さよりも高い、請求項1乃至請求項6のいずれか1つに記載の平面コイル。
- 前記突出部は、前記第1面の上に位置する前記第1金属層の周囲に位置する、請求項7に記載の平面コイル。
- 前記突出部は、前記突出部の厚み方向に貫通する貫通孔を有する、請求項7または請求項8に記載の平面コイル。
- 前記第1金属層および前記第1面の間に位置する絶縁層を備える、請求項1乃至請求項9のいずれか1つに記載の平面コイル。
- 前記基体において前記第1面に対向する第2面の上に位置しており、空隙を有する第2金属層を備える、請求項1乃至請求項10のいずれか1つに記載の平面コイル。
- 前記第1金属層および前記第2金属層の間を電気的に接続するビアを備える、請求項11に記載の平面コイル。
- 請求項1乃至請求項12のいずれか1つに記載の平面コイルを備える、変圧器。
- 請求項1乃至請求項12のいずれか1つに記載の平面コイルを備える、無線送電器。
- 請求項1乃至請求項12のいずれか1つに記載の平面コイルを備える、電磁石。
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