【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、空芯トランスや空芯インダクタ等の空芯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やトランスは、導体の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やコア付きのトランスとして使用されている。 ところで、コイル巻線に通電すると、コイル巻線から磁束が発生し、磁束は空気より透磁率が高いコアを透過する。 しかし、上記のように、スイッチング電源の小型軽量化を図り、高周波の回路駆動が行われると、前記コイル巻線の磁束がコアを透過してコア内部に大きな渦電流を発生させてしまい、
コア内部の渦電流損失が非常に大きくなってインダクタやトランスのエネルギ効率が悪化してしまう。

【０００４】前記渦電流損失を低減させるために、電気抵抗率が高い材料を用いてコアを形成し、コアの大きな渦電流の発生を防止することが考えられるが、電気抵抗率を高くすると透磁率が低くなり、前記コイル巻線からの漏洩磁束は大きくなり、コアでのヒステリシス損失が増加し、やはり、インダクタやトランスのエネルギ効率が悪化してしまい、高周波駆動が行われる回路では、コア付きのインダクタやトランスのエネルギ効率と、コアを省略した空芯インダクタや空芯トランスのエネルギ効率とが同程度となってしまう。 このことから、コアを省略してその分低コストとなる空芯インダクタや空芯トランス等の空芯コイル装置を使用する場合も出てきている。

【０００５】図８には、特開昭６１−１０２００９号公報に開示されている円筒型の空芯トランス３の構成が示されている。 この空芯トランス３は、絶縁体のプラスチックフィルム17，18と、アルミニウムの導体箔膜15，16
と、鉄線や銅線等の端子13ａ，13ｂ，14ａ，14ｂとを有して構成されており、同図の（ｂ）に示すように、帯状の導体箔膜15，16の両端側に端子13ａ，13ｂ，14ａ，14
ｂをそれぞれ設け、導体箔膜15上に、プラスチックフィルム18、導体箔膜16、プラスチックフィルム17を順次積層させて、その積層体を一方側から巻回して渦巻き状のコイルを形成したものである。

【０００６】また、これを応用して、例えば、図９に示すように、導体箔膜16の両端側に端子14ａ，14ｂを設け、プラスチックフィルム17と導体箔膜16とを重ね巻きして空芯インダクタ４が形成される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図８に示す空芯トランス３や、図９に示す空芯インダクタ４
は、上記の如く、導体箔膜の両端側に端子を設け、導体箔膜とプラスチックフィルムを積層させて巻回するというように、空芯トランス３や空芯インダクタ４の製造作業に手間隙がかかってしまうという問題がある。

【０００８】そこで、本出願人は、簡単に製造できる図５に示すプレーナ型の空芯インダクタや図７に示すプレーナ型のトランス等の空芯コイル装置１を提案（未公開）した。 図５のプレーナ型空芯インダクタは、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11上に、印刷や蒸着や金属導体板成型やメッキ等で、銅等の導体を渦巻き状にパターン形成し、これをコイルパターン５とし、必要に応じて、このコイルパターン５が形成された基板11を複数個積層し、複数のコイルパターン５を接続して形成されるものである。 また、
図７のプレーナ型空芯トランスは、前記同様に、基板11
上に、例えば、一次コイルであるコイルパターン５Ａを形成し、さらに、コイルパターン５Ａの外周を囲むように二次コイルであるコイルパターン５Ｂを、コイルパターン５Ａと同時にパターン形成し、必要に応じて、この基板11を複数個積層させ、コイルパターン５Ａ同士、コイルパターン５Ｂ同士を接続したものである。

【０００９】また、プレーナ型の空芯トランスとしては、図５に示すようなコイルパターン５を形成した基板
11を複数個積層し、一方のコイルパターン５の群を一次コイル群として接続し、他方のコイルパターン５の群を二次コイル群として接続することにより、あるいは、基板11の表裏両面上に図５に示すようなコイルパターン５
を形成し、一方のコイルパターン５を一次コイルとし、
他方のコイルパターン５を二次コイルとすることにより作製することができる。

【００１０】このように、プレーナ型の空芯コイル装置１は、基板11上にコイルパターン５をパターン形成し、
簡単に手間隙をかけずに製造することができる。

【００１１】ところで、提案例の図５や図７の空芯コイル装置１では、高周波の回路駆動が行われると、コイルパターン５からの漏洩磁束による近接効果と、電流が導体のコイルパターン５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。

【００１２】上記問題を、図５に示すコイルパターン５
を例にして説明する。 例えば、コイルパターン５に図６
に示すような向きで電流Ｉが流れているとき、コイルパターン５ｂの部分で発生した漏洩磁束Ｂは近接して隣り合っているコイルパターン５ａ，５ｃを横切り、この漏洩磁束Ｂによって、コイルパターン５ａには同図に示すような左回りの渦電流Ｉ _aが発生し、コイルパターン５
ｃには右回りの渦電流Ｉ _cが発生する。 また、コイルパターン５ａ，５ｃで発生した漏洩磁束Ａ，Ｃは隣り合っているコイルパターン５ｂを横切るが、コイルパターン５ｂを横切るときの漏洩磁束ＡとＣの向きが互いに逆向きで打ち消し合うために、コイルパターン５ｂには渦電流は殆ど発生しない。

【００１３】このように、漏洩磁束によってコイルパターン５ａ，５ｃに渦電流Ｉ _a ，Ｉ _cが発生すると、例えば、コイルパターン５ａの外端側では、主電流Ｉと前記渦電流Ｉ _aとが逆向きであることから、主電流Ｉが減殺される状態となって見かけ上インピーダンスが大きくなり、内端側では、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って見かけ上インピーダンスが小さくなる。 すると、コイルパターン５ａに流れる電流は見かけ上のインピーダンスが小さい内端側に集中して流れ、コイルパターン５ａの電流分布は、内端側が多く、外端側が少ないというアンバランスな状態となる。 しかも、高周波電流通電時には、電流が導体の表面領域を流れる表皮効果が生じ、上記電流分布のアンバランスを生じさせる近接効果と、前記表皮効果とが相乗的に作用し、コイルパターン５ａでは電流が内端側の表面のごく限られた領域に集中する。

【００１４】上記のような電流の集中はコイルパターン５ｃでも生じ、外端側の表面領域に集中して電流が流れる。 特に、コイルパターン５の中央（中心）側（内側）
には漏洩磁束が収集し、前記局部領域への電流集中の度合は強くなることから、コイルパターン５ａよりも５ｃ
の方が局部領域への電流集中の度合は強くなる。 図６では、電流が偏り集中して流れる局部領域を黒く塗り表している。

【００１５】また、一次コイル群としてのコイルパターン５の群と、二次コイル群としてのコイルパターン５の群とが設けられている空芯トランスでは、一次コイル群や二次コイル群の内部で隣り合っているコイルパターン５間で上記近接効果が起こる以外に、近接している一次コイルと二次コイルとの間にも近接効果が起こる。

【００１６】したがって、上記の如く、コイルパターン５の限定された表面領域に電流が集中して流れるために、コイルパターン５の導体断面中心領域に流れる電流が少なくてコイルパターン５の利用効率が低下し、また、コイルパターン５の導通損失が非常に大きく、空芯インダクタや空芯トランスの空芯コイル装置１におけるエネルギ効率が低いという問題がある。

【００１７】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、コイルパターンにおいて近接効果と表皮効果との相乗的作用によって生じる電流集中を防止して、コイルパターンの電流分布の均一化を図り、コイルパターンの導通損失を低減させ、エネルギ効率の高い空芯インダクタや空芯トランス等の空芯コイル装置を提供することである。

【００１８】

【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の発明の空芯コイル装置は、一個以上の導体のコイルパターンを有して形成される空芯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に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。

【００１９】また、第２の発明の空芯コイル装置は、一個以上の導体のコイルパターンを有して形成される空芯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。

【００２０】

【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、空芯コイル装置が高周波駆動し、コイルパターンから発生した漏洩磁束が他のコイルパターンを横切るとき、他の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。

【００２１】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。

【００２２】

【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、本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。
図１には、第１の実施例の空芯コイル装置１であるプレーナ型の空芯インダクタや空芯トランスのコイルパターン５が示されている。 この図１のコイルパターン５が、
提案例のコイルパターン５と異なる特徴的なことは、コイルパターン５に、線長方向、つまり、電流の流れる方向に沿って伸びるスリット７を全長に渡って連続的に設けたことである。

【００２３】なお、本実施例の空芯コイル装置１は、上記スリット７を設けたコイルパターン５の基板11が、必要に応じて、提案例同様に複数個積層されて空芯インダクタや空芯トランスが構成されるものである。

【００２４】前記のように、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および図２に示すように、コイルパターン５は幅方向に同幅で複数刻まれた格好の複数の導体部分Ｌ ₁ ，Ｌ ₂ ，Ｌ 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５ａを横切ったときに、コイルパターン５ａに渦電流Ｉ _aが図６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５ａ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Ｌ ₁ ，Ｌ ₂ ，Ｌ ₃にＬ ₁ ，Ｌ ₂ ，Ｌ 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５ａの各Ｌ ₁ ，Ｌ ₂ ，Ｌ ₃の内端側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５ａの全幅に渡り見たときに、内端側への電流集中は改善されている。

【００２５】しかし、このように、コイルパターン５の小さい部分だけを見ると、例えば、コイルパターン５ａ
では、コイルパターン５ａの内端側への電流集中が緩和されたとはいえ、まだなお、コイルパターン５ａの内端側の導体部分Ｌ ₃は外端側の導体部分Ｌ ₁より電流が集中し易い。 言い換えれば、コイルパターン５ａでは、導体部分Ｌ ₃の見かけ上のインピーダンスはＬ ₁の見かけ上のインピーダンスより小さい。 同様の理由により、コイルパターン５ｃでは、導体部分Ｌ ₁の見かけ上のインピーダンスはＬ ₃の見かけ上のインピーダンスより小さくなっている。

【００２６】ところが、図１から明らかなように、各導体部分Ｌ ₁ ，Ｌ ₂ ，Ｌ ₃はコイルパターン５の先端から末端まで連続して形成されているために、導体部分Ｌ ₁
は、外側のコイルパターン５ａでは見かけ上電流が流れ難い（インピーダンスが大きい）けれども、内側のコイルパターン５ｃに向かうに従って電流が流れ易く（インピーダンスが小さく）なり、反対に、導体部分Ｌ ₃は、
外側から内側に向かうに従い、見かけ上電流が流れ難く（インピーダンスが大きく）なり、コイルパターン５の全長に渡って見てみると、導体部分Ｌ ₁とＬ ₃との全長のインピーダンスはほぼ等しく、ほぼ同量の電流が流れる。

【００２７】以上のように、コイルパターン５の小さな部分だけを見ると各導体部分Ｌ ₁ ，Ｌ ₂ ，Ｌ ₃の見かけ上のインピーダンスは異なっているが、コイルパターン５の全長に渡って見てみると、各導体部分Ｌ ₁ ，Ｌ ₂ ，
Ｌ ₃の全長のインピーダンスはほぼ等しくなり、各導体部分Ｌ ₁ ，Ｌ ₂ ，Ｌ ₃にはほぼ同量の電流が流れることになり、コイルパターン５の電流分布のアンバランスが改善され、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、この増加した表面領域も電流が流れ易くなるため、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。

【００２８】ところで、コイルパターン５の幅方向に導体部分Ｌ ₁とＬ ₂とＬ ₃との間に電位差がないことから、スリット７の幅を広くして、Ｌ ₁とＬ ₂とＬ ₃間の絶縁を確実にする等のスリット７における絶縁耐圧を考慮する必要がなく、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な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本だけでもよく、本実施例のように、スリット７を２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。

【００２９】本実施例によれば、コイルパターン５に電流の流れる方向に沿って伸びるスリット７を全長に渡って連続的に設けたので、コイルパターン５はスリット７
で導体部分Ｌ ₁ ，Ｌ ₂ ，Ｌ 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る。 また、上記各導体部分Ｌ
₁ ，Ｌ ₂ ，Ｌ ₃は見かけ上インピーダンスが大きい部分と小さい部分とを同程度有しており、Ｌ ₁ ，Ｌ ₂ ，Ｌ ₃
の全長のインピーダンスはほぼ等しくなることから、各Ｌ ₁ ，Ｌ ₂ ，Ｌ ₃にはほぼ同量の電流が流れ、コイルパターン５の電流分布を均一化することができ、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】以上のことから、エネルギ効率の高い空芯インダクタや空芯トランスの空芯コイル装置１を作製することができる。

【００３２】図４には、第２の実施例の空芯コイル装置１のコイルパターン５が示されている。 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空芯インダクタや空芯トランスの空芯コイル装置１を作製することができる。

【００３３】なお、本発明は上記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の全長に渡り連続的に設けられていたが、不連続的に設けられてもよい。 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。

【００３４】また、上記第１の実施例では、コイルパターン５をスリット７で同幅に刻んでいたが、同幅でなくてもよく、このような場合でも第１の実施例同様の効果を得ることできる。

【００３５】さらに、図８に示す円筒型の空芯トランス３や図９に示す円筒型の空芯インダクタ４においても、
図３に示すように、プラスチックフィルム等のフレキシブル基板12上に銅等の導体８をパターン形成し、この導体８上にスリット７や複数の穴９を設けて、空芯トランス３であれば、同図に示すように、上記フレキシブル基板12を２個重ねて巻回し渦巻き状のコイルパターン５を２個形成し、一方を一次コイルとし、他方を二次コイルとして作製し、また、空芯インダクタ４であれば、上記フレキシブル基板12を単体で巻回して渦巻き状のコイルパターン５を１個形成して、空芯インダクタと成すことで、上記各実施例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11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11
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、従来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空芯コイル装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施例の空芯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】図１のコイルパターンの断面形状を示す説明図である。

【図３】本発明によるその他の実施例を示す説明図である。

【図４】第２の実施例の空芯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５】提案例のコイルパターンを示す説明図である。

【図６】渦電流の発生モデルの一例を示す説明図である。

【図７】プレーナ型の空芯トランスにおけるコイルパターンの一例を示す説明図である。

【図８】従来例の円筒型の空芯トランスを示す説明図である。

【図９】円筒型の空芯インダクタの一例を示す説明図である。

【符号の説明】

１ 空芯コイル装置 ３ 空芯トランス ４ 空芯インダクタ ５ コイルパターン ７ スリット ９ 穴