【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、コア付きトランスやコア付きインダクタ等のコア付きコイル装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】周知のように、スイッチング電源等にはトランスやインダクタのコイル装置が使用されている。
近年においては、スイッチング電源の小型軽量化を図る観点から、スイッチング周波数を高くした高周波の回路駆動が行われている。

【０００３】一般に、スイッチング電源に使用されるインダクタは、コイル巻線を巻回することにより形成されており、コイル巻線の中心にコアを挿通することにより、コア付きのインダクタとして使用される。 また、トランスは、コイル巻線を巻回して形成される一次コイルの近傍に同じくコイル巻線を巻回して形成される二次コイルを巻装し、コイルにコアを装着することによりコア付きのトランスとして構成される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来のインダクタやトランスのコイル装置は、例えば、コイル巻線がコイルボビンの巻回面に沿って多数巻回されるために、コイル装置が大型化してしまうという問題がある。

【０００５】そこで、コイル装置の小型薄型化を図る観点からプレーナ型のコア付きコイル装置が提案されている。 このプレーナ型のコア付きコイル装置１は、図５や図６や図７に示すように、銅等の導体をプレス成型や印刷により渦巻き状に形成してコイル20としたものであり、インダクタは、前記コイル20を絶縁体の基板16の表面又は表裏両面側に設けてその基板16を必要に応じて積層し、複数のコイル20を直列に接続して形成される。 また、トランスは、前記コイル20が設けられた基板16を積層し、一方のコイル20の群を一次コイル群とし接続し、
他方のコイル20の群を二次コイル群として接続することにより形成される。

【０００６】そして、上記インダクタやトランスの１枚以上の積層基板16は、図７に示すように、表裏両面側にフェライト等の透磁率が高い材料で形成された平板状の基台コア４が装着されて、開磁路型のインダクタやトランスのコア付きコイル装置１が形成される。 また、図６
に示すように、基台コア４間に中足コア11および外足コア12が介設されて、閉磁路型のコア付きコイル装置１が形成される。 また、閉磁路型としては、図４に示すように、前記積層基板16をＥ型コア６で挟み込んだ形態のものも提案されている。

【０００７】ところで、図７に示すような開磁路型のコア付きコイル装置１では、コイル20を通電してコイル20
から磁束が発生すると、磁束は同図の矢印に示すような経路で基台コア４および基板16（ギャップ）を透過するが、磁束の一部に前記経路から外れた漏洩磁束が生じる。 特に、基板16は透磁率が低いギャップであることから、このギャップ位置で漏洩磁束が大きくなり、特に、
装置１が高周波駆動されると漏洩磁束がさらに大きくなる。

【０００８】また、図４や図６に示すような閉磁路型のコア付きコイル装置１では、磁束は図４の矢印に示すように透磁率が高いコアの閉磁路を透過するために、前記開磁路型に比べて漏洩磁束が小さくなるが、コア付きコイル装置１が高周波駆動されると、磁束がコアから漏れ出た漏洩磁束が大きくなり、特に、磁束の透過断面積が狭く、磁束が集中する図４の中足コア11の近傍や、図６
の中足コア11や外足コア12の近傍で漏洩磁束が大きくなる。

【０００９】以上のように、コア付きコイル装置１が高周波駆動されて漏洩磁束が大きくなると、コイル装置20
では、上記漏洩磁束による近接効果と、高周波電流通電時に電流が導体の表面領域に偏って集中して流れる表皮効果とが相乗的に作用し、導通損失等の悪影響の問題が生じてくる。

【００１０】上記問題を図３に基づいて説明する。 例えば、コイル20ａの部分に同図に示す向きの電流Ｉが流れているとき、漏洩磁束がコイル20ａを横切ると、コイル
20ａに、該コイル20ａのほぼ全幅を経路とする大きな渦電流Ｉ _aが発生する。 すると、コイル20ａの左端側では、主電流Ｉと渦電流Ｉ _aとが同じ向きであることから、主電流Ｉに渦電流Ｉ _aが加算される状態となり、右端側では、主電流Ｉと渦電流Ｉ _aとが互いに逆向きであることから、主電流Ｉが減殺される状態となり、コイル
20ａの電流は見かけ上左端側に偏り集中して流れ、コイル20ａの電流分布は、左端側が多く、右端側が少ないというアンバランスな状態となる。

【００１１】しかも、高周波電流通電時には、前記表皮効果が生じ、この表皮効果と、上記電流分布のアンバランスを生じさせる近接効果とが相乗的に作用して、コイル20ａでは電流が左端側の表面のごく限られた領域に集中する。

【００１２】このようなコイル20における局部領域への電流集中は、図７に示すような開磁路型ではギャップの近傍であるコイル20の渦巻き内周および外周の部分で、
図４に示すような閉磁路型では磁束が集中する中足コア
11の近傍の渦巻き内周部分で、図６に示すような閉磁路型では中足コア11の近傍の渦巻き内周部分や外足コア12
の近傍の渦巻き外周部で、特に強く生じる。

【００１３】このような局部領域への電流集中を緩和するために、例えば、図６に示すような閉磁路型では、漏洩磁束が大きくなる中足コア11および外足コア12と、コイル20との間隔を広くする手段が考えられるが、そのために、中足コア11および外足コア12を細くすると、磁束の透過抵抗が大きくなってしまい、コイル20でのエネルギ効率が低下してしまう。 また、コア11，12とコイル20
との間隔を広くするために、コイル20の導体幅と導体間の間隔を狭くして中足コア11と外足コア12間の中央部分にコイル20の導体を集めると、コイル20の導通面積が小さくなるために、コイル20の導通損失が増加するという問題が生じてしまう。

【００１４】以上のように、プレーナ型のコア付きコイル装置１では、近接効果と表皮効果とが相乗的に作用してコイル20の限定された表面領域に電流が集中して流れるために、コイル20の導体断面中心領域に流れる電流が少なくてコイル20の利用効率が低下し、また、コイル20
の導通損失が非常に大きく、プレーナ型のインダクタやトランス等のコア付きコイル装置１におけるエネルギ効率が低いという問題がある。

【００１５】本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、高周波の回路駆動が行われても、コイルにおいて近接効果と表皮効果との相乗作用によって生じる電流集中を防止してコイルの電流分布の均一化を図り、コイルの導通損失を低減させ、エネルギ効率の高いコア付きインダクタやコア付きトランス等のコア付きコイル装置を提供することである。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するために、本発明は次のように構成されている。 すなわち、第１の発明のコア付きコイル装置は、一個以上の導体のコイルパターンを有して形成されるコア付きコイル装置において、前記コイルパターンには電流の流れる方向に沿って伸びるスリットがコイルパターンの幅方向をきざむ形態で形成されていることを特徴として構成されている。

【００１７】また、第２の発明のコア付きコイル装置は、一個以上の導体のコイルパターンを有して形成されるコア付きコイル装置において、前記コイルパターンには複数の穴が形成されていることを特徴として構成されている。

【００１８】

【作用】上記構成の本発明において、コイルパターンにスリットや複数の穴を設けたことによって、コア付きコイル装置が高周波駆動し、漏洩磁束がコイルパターンを横切るとき、コイルパターンでは、漏洩磁束によるコイルパターンのほぼ全幅を経路とする大きな渦電流が発生しようとするが、この渦電流の経路がスリットや複数の穴で分断されるために、前記大きな渦電流が生じない。
このことから、大きな渦電流に起因するコイルパターンの電流分布のアンバランスが改善される。

【００１９】また、表皮効果が起こり電流がコイルパターンの表面領域に集中して流れるが、スリットや複数の穴を設けたことにより、コイルパターンの表面積が増加し、この増加した表面領域にも電流が流れるために、その分だけ電流が分散され、前記電流分布のアンバランスの改善作用とあいまって、コイルパターンの局部領域への電流集中が緩和され、コイルパターンの電流分布がより均一化してコイルパターンの利用効率が向上し、また、コイルパターンの導通損失が低減する。

【００２０】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。 なお、各実施例の説明において、提案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。

【００２１】図１には、第１の実施例のコア付きコイル装置１のインダクタやトランスのコイルパターン５が模式的に示されている。 本実施例に特徴的なコイルパターン５は、セラミックやガラスエポキシやプラスチックフィルム等の絶縁体の基板16上に、印刷や蒸着や金属導体成型やめっき等で、銅等の導体を渦巻き状にパターン形成して作製し、コイルの作製作業の簡素化を図り、また、漏洩磁束による近接効果が強く生じる部分に、電流の流れる方向に沿って伸びるスリット７が、同図の（ａ）および（ｂ）に示すように、コイルパターン５の幅方向を刻むように形成されている。

【００２２】なお、本実施例のコア付きコイル装置１
は、上記スリット７を設けたコイルパターン５の基板16
が必要に応じて提案例同様に積層されてインダクタやトランスが構成され、このインダクタやトランスの積層基板16に図４と同様なＥ型コア６を装備するものである。

【００２３】図１では、コイルパターン５の渦巻き中心の穴に中足コア11が挿通されており、中足コア11の近傍で漏洩磁束が大きくなることから、中足コア11に近接しているコイルパターン５の渦巻き最内周の部分に複数のスリット７が設けられている。

【００２４】上記のように、コイルパターン５にスリット７を設けることにより、図１に示すように、コイルパターン５は幅方向に複数刻まれた格好の複数の導体部分３に分割されることになる。 したがって、例えば、漏洩磁束がコイルパターン５を横切ったときに、コイルパターン５に渦電流Ｉ _aが図３に示すように発生しようとしても、この渦電流Ｉ _aの経路がスリット７によって分断されるため、コイルパターン５のほぼ全幅を経路とする大きな渦電流Ｉ _aの発生がなくなり、各導体部分３に各導体部分３の幅を経路とする小さな渦電流が発生する。
この小さな渦電流によってコイルパターン５の各導体部分３の局部領域に電流が集中し易くなるが、渦電流が小さいことからその電流集中の度合は弱く、また、コイルパターン５の全幅に渡り見たときに、局部領域への電流集中は改善されている。

【００２５】以上のことから、コイルパターン５の電流分布のアンバランスが緩和され、より均一化する。 しかも、前記表皮効果により電流は表面領域に集中して流れるが、スリット７を設けたことにより、コイルパターン５の表面積が増加し、電流の通電領域が広がり、コイルパターン５の導通損失が低減する。

【００２６】ところで、コイルパターン５の各導体部分３間に電位差がないことから、スリット７の幅を広くして、各導体部分３間の絶縁耐圧を高める考慮をする必要がなく、スリット７の幅は、例えば約10μｍと非常に細くすることが可能である。 したがって、細いスリット７
を設ければ、コイルパターン５の有効な導通断面積が大幅に削減されることはない。 このことから、コイルパターン５に、上記細いスリット７を数多く設けて、漏洩磁束による渦電流をより小さくし、表面積を増加して、よりコイルパターン５の電流分布の均一化を推し進め、また、導通損失の低減を図ることもできる。 もちろん、スリット７の数は１本設けただけでも、十分に電流分布の均一化や導通損失の低減は成されている。

【００２７】本実施例では、図４に示されるような閉磁路型のコア付きコイル装置１のコイルパターン５について説明したが、図６に示すような閉磁路型のコイルパターン５では、本実施例同様に、中足コア11の近傍の渦巻き内周部分にスリット７を設け、さらに、漏洩磁束が大きくなる外足コア12の近傍である渦巻き外周部分にもスリット７を設ける。 また、図７に示すような開磁路型のコイルパターン５では、渦巻き外周部分および内周部分にスリット７を設ける。

【００２８】このように、開磁路型や閉磁路型のコイルパターン５には、漏洩磁束による近接効果が強く生じる部分にスリット７が設けられることになるが、もちろん、コイルパターン５の全長に渡りスリット７を設けてもよい。 漏洩磁束は、コイルパターン５の渦巻き外周あるいは内周の近傍で特に大きく生じるが、他の箇所でも小さいながら生じており、上記のようにコイルパターン５の全長に渡りスリット７を設けると、全長に渡り渦電流の発生を防止でき、電流分布の均一化や導通損失の低減をさらに高めることができる。

【００２９】本実施例によれば、漏洩磁束による近接効果が強く生じるコイルパターン５の部分に電流の流れる方向に沿って伸びるスリット７を設けたので、コイルパターン５はスリット７で複数の導体部分３に分割され、
漏洩磁束がコイルパターン５を横切ったときに、スリット７によってコイルパターン５のほぼ全幅を経路とする大きな渦電流の発生が防止され、渦電流に起因する局部領域への電流集中を緩和することができ、コイルパターン５の電流分布をより均一化することが可能となり、利用効率を向上させることができる。

【００３０】しかも、コイルパターン５の表面積が増加することから、表皮効果による電流の流れ易い表面領域が多くなり、コイルパターン５の導通損失を低減することができる。

【００３１】また、中足コア11や外足コア12を細くしたり、コイル20の導体幅を狭くする等の手段を講じる必要がなく、これらの手段を講じることにより新たに生じる、磁束の透過抵抗増大や、導通損失増加の問題を回避できる。

【００３２】以上のことから、エネルギ効率の高いコア付きインダクタやコア付きトランスのコア付きコイル装置１を作製することができる。

【００３３】図２には、第２の実施例のコア付きコイル装置１のコイルパターン５が模式的に示されている。 第２の実施例が前記第１の実施例と異なる特徴的なことは、コイルパターン５に図１に示すようなスリット７を設けるのではなく、複数の穴９を設けたことであり、それ以外の構成は前記第１の実施例と同様である。 本実施例では、穴９を設け、第１の実施例と同様に、渦電流の経路を分断することによって、漏洩磁束による大きな渦電流の発生を防止し、コイルパターン５における電流分布の集中を緩和してコイルパターン５の利用効率を向上させることができ、さらに、コイルパターン５の表面積が増加して、つまり、電流の流れ易い表面領域が増加して、導通損失を低減させることが可能となり、エネルギ効率の高いコア付きインダクタやコア付きトランスのコア付きコイル装置１を作製することができる。

【００３４】もちろん、コイルパターン５の全長に渡り穴９を設けてもよく、このように全長に渡り穴９を設けると、全長に渡りスリットを設ける場合と同様に、大きな渦電流の発生を防止でき、コイルパターン５の電流分布をより均一化することができる。

【００３５】なお、本発明は上記各実施例に限定されることはなく、様々な実施の態様を採り得る。 例えば、上記第１の実施例では、スリット７はコイルパターン５のスリット形成部分で連続的に設けられていたが、不連続的に設けてもよい。 このように、スリット７を不連続に設けても、第１の実施例同様の効果を得ることができる。

【００３６】さらに、上記各実施例では、コイルパターン５を基板16上に形成したが、例えば、銅等の導体金属を成型してコイルパターン５を形成してもよく、基板16
は省略されることもある。 このような場合においても、
コイルパターン５にスリット７や複数の穴９が設けられることになる。

【００３７】さらに、第１の実施例でのスリット７の内部や第２の実施例での穴９の内部は空間としたが、このスリット７や穴９の内部（空間部）に磁性粉を充填してもよい。 そうすることによって漏洩磁束はスリット７や穴９内の磁性粉を通って逃げるので、コイルパターン５
を横切る磁束が少くなり、渦電流の発生をほとんど無くすことができる。

【００３８】

【発明の効果】本発明によれば、コイルパターンにスリットや複数の穴を設けたので、漏洩磁束がコイルパターンを横切り、コイルパターンに該コイルパターンのほぼ全幅を経路とする大きな渦電流が発生しようとしても、
この渦電流の経路がスリットや複数の穴によって分断され、コイルパターンには大きな渦電流は発生しない。 このことから、渦電流に起因するコイルパターンの局部領域への電流集中を緩和することができ、しかも、コイルパターンの表面積が増加していることから、表皮効果が生じて表面領域に電流が集中しても、スリットや穴を設けない場合に比べて表面積の増加分だけ電流が分散し、
上記効果とあいまって、コイルパターンの電流分布を均一化することができる。

【００３９】したがって、コイルパターンの利用効率が向上し、導通損失が低減して、高周波の回路駆動が行われても、エネルギ効率の高いコア付きインダクタやコア付きトランス等のコア付きコイル装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施例のコア付きコイル装置におけるコイルパターンの一例を示す説明図である。

【図２】第２の実施例のコア付きコイル装置におけるコイルパターンの一例を示す説明図である。

【図３】渦電流の発生モデルの一例を示す説明図である。

【図４】Ｅ型コアを用いたプレーナ型のコア付きコイル装置の一例を示す説明図である。

【図５】図４のコア付きコイル装置のコイルのモデル例を示す説明図である。

【図６】閉磁路型のコア付きコイル装置の一例を示す説明図である。

【図７】開磁路型コア付きコイル装置の一例を示す説明図である。

【符号の説明】

１ コア付きコイル装置 ４ 基台コア ５ コイルパターン ６ Ｅ型コア ７ スリット ９ 穴 11 中足コア 12 外足コア