JP3488868B2

JP3488868B2 - 平面コイルおよび平面トランス

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Publication number: JP3488868B2
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Inventors: 正浩蒲生
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Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、平板状の導体が渦
巻き状に配置されて形成された巻線を有する平面コイル
および平面トランスに関する。

【０００２】

【従来の技術】平面コイルや平面トランスは、スイッチ
ング電源等におけるチョークコイルやトランスとして使
われている。平面コイルや平面トランスは、平板状の導
体が渦巻き状に配置されて形成された導体パターンより
なる巻線を有している。平面トランスや複数の巻線を有
する平面コイルでは、複数の巻線が絶縁層を介して厚さ
方向に積み重ねられている。

【０００３】平面コイルや平面トランスのうち、出力電
流が比較的小さなものは、例えば、スパッタ法等の薄膜
形成技術によって、渦巻き状の導体パターン、絶縁層お
よび磁性層を積み上げて形成される。また、平面コイル
や平面トランスのうち、出力電流が中程度のものは、例
えば、各面における導体層をエッチングして各面に渦巻
き状の導体パターンを形成した両面プリント基板を、絶
縁層を介して積層してなるプリントコイルや、導体板を
打ち抜いて形成した渦巻き状の導体パターンを絶縁層を
介して積層してなるコイルが用いられる。これらのコイ
ルには、渦巻き状の導体パターンの中心部分において厚
さ方向に貫通する孔が形成され、この孔に、ＥＥ型フェ
ライトコア等の磁性体が挿入される。

【０００４】上述のような平面コイルや平面トランス
は、薄型化が可能であるため、特に小型、薄型のスイッ
チング電源等に使われている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】近年、ＩＣ（集積回
路）の集積度の増大に伴うＩＣの動作電圧の低下、大電
流化等により、スイッチング電源には小型化と共に大電
流化が求められている。チョークコイルやトランスにお
ける導体の抵抗による損失、いわゆる銅損は、電流値の
二乗に比例して大きくなる。そのため、チョークコイル
やトランスとして用いられる平面コイルや平面トランス
では、導体の抵抗値の低減が重要な課題となっている。

【０００６】スイッチング電源の主要部品の一つである
ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）等のスイッチング素子
は、半導体技術の進歩と共に損失の低減および小型化が
進んでいる。これに対し、スイッチング電源のもう一つ
の主要部品であるチョークコイルやトランス等の磁性部
品は、小型化しにくい部品である。そのため、スイッチ
ング電源全体に対する磁性部品の体積比は大きくなる傾
向にある。磁性部品は小型化の方向に進歩しているもの
の、それは、上記のスイッチング素子の進歩に伴うスイ
ッチング周波数の高周波化に負うところが大きい。しか
し、スイッチング周波数が高周波化した場合には、コイ
ルやトランスのコアは小型化または低損失化できるもの
の、表皮効果の影響で導体における損失である銅損は逆
に大きくなるという問題が生じる。

【０００７】ところで、従来は、平面コイルや平面トラ
ンスにおける巻線の各ターン毎の部分の幅は一定である
場合が多かった。しかしながら、この場合には、巻線の
うちの外側の部分の抵抗が大きくなり、結果的に巻線全
体の抵抗が大きくなるという問題点があった。

【０００８】これに対し、特開平５−２２６１５５号公
報には、コイルにおける巻線の各部分の銅損が同一にな
るように、巻線の幅を、中心から遠ざかるに従って増大
させる技術が開示されている。この技術では、複雑な式
を使って巻線の各部分の幅を決定している。また、特開
平７−３７７２８号公報にも、コイルにおける巻線の各
部分の銅損が同一もしくは概ね同一になるように、巻線
の幅を、中心から遠ざかるに従って増大させる技術が開
示されている。これらの技術では、いずれも、巻線のう
ちの各ターン毎の部分の内周部の半径Ｒｉと各ターン毎
の部分の幅Ｗの比であるＲｉ／Ｗを一定にすることによ
って、コイルにおける巻線の各部分の銅損をいたるとこ
ろで同一にし、限られた空間的制約の下でコイル全体の
銅損が最小になるように図っている。

【０００９】しかしながら、上述のＲｉ／Ｗを一定にす
ることによって、コイルにおける巻線の各部分の銅損が
いたるところで同一になるのか、また、これにより、コ
イル全体の銅損が最小になるのかは証明されていない。

【００１０】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
ので、その目的は、限られた空間の中で損失が最小にな
るように巻線を配置した平面コイルおよび平面トランス
を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の平面コイルは、
平板状の導体が渦巻き状に配置されて形成された巻線を
備えたものであって、巻線はＮターン（Ｎは２以上の整
数）の巻線部分を含み、内側からｎターン（ｎは１以
上、Ｎ以下の整数）目の巻線部分の内周部の半径をｒ
_i(n)、外周部の半径をｒ_o(n)とし、最も内側の巻線部分
の内周部の半径ｒ_mi _n、最も外側の巻線部分の外周部の
半径と最も内側の巻線部分の内周部の半径との差Ｗ
_total、および隣接するターン間における巻線部分間の
距離Ｄが与えられたときに、式（１）で表されるＡの値
が最小となるようにｒ_i(n)およびｒ_o(n)が定められてい
るものである。ただし、ｒ_i(1)＝ｒ_min、ｒ_i(n+1)−ｒ_o
(n)＝Ｄ、ｒ_o(N)−ｒ_i(1)＝Ｗ_totalである。

【００１２】

【数３】

【００１３】本発明の平面コイルでは、式（１）で表さ
れるＡの値が最小となるようにｒ_i(n)およびｒ_o(n)を設
定することにより、巻線全体の抵抗値が最小になり、そ
の結果、巻線全体における損失が最小になる。なお、本
出願において、巻線部分とは、巻線全体のうちの１ター
ン分の部分を言う。

【００１４】本発明の平面コイルにおいて、巻線は複数
設けられ、この複数の巻線は、絶縁層を介して厚さ方向
に積層され、且つ並列または直列に接続されていてもよ
い。

【００１５】本発明の平面トランスは、平面的に形成さ
れ、厚さ方向に積層された複数の巻線と、各巻線間に配
置された絶縁層とを備え、複数の巻線のうちの一部の巻
線が一次巻線となり、複数の巻線のうちの他の一部の巻
線が二次巻線となっているものであって、複数の巻線の
うちの少なくとも１つは、平板状の導体が渦巻き状に配
置されて形成されたＮターン（Ｎは２以上の整数）の巻
線部分を含み、内側からｎターン（ｎは１以上、Ｎ以下
の整数）目の巻線部分の内周部の半径をｒ_i(n)、外周部
の半径をｒ_o(n)とし、最も内側の巻線部分の内周部の半
径ｒ_min、最も外側の巻線部分の外周部の半径と最も内
側の巻線部分の内周部の半径との差Ｗ_total、および隣
接するターン間における巻線部分間の距離Ｄが与えられ
たときに、上記式（１）で表されるＡの値が最小となる
ようにｒ_i(n)およびｒ_o(n)が定められているものであ
る。

【００１６】本発明の平面トランスでは、式（１）で表
されるＡの値が最小となるようにｒ _i(n)およびｒ_o(n)を
設定することにより、Ｎターンの巻線全体の抵抗値が最
小になり、その結果、Ｎターンの巻線全体における損失
が最小になる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。［第１の実施の形態］まず、図１および図２を参照し
て、本発明の第１の実施の形態に係る平面コイルの構成
について説明する。図１は本実施の形態に係る平面コイ
ルの平面図、図２は図１におけるＡ−Ａ線断面図であ
る。本実施の形態に係る平面コイルは、円板状の絶縁層
１０と、この絶縁層１０の一方の面に形成されたＮター
ン（Ｎは２以上の整数）の巻線１１とを備えている。図
１には、一例として５ターンの巻線１１を示している。
絶縁層１０の中心部分には円形の孔１０ａが形成されて
いる。巻線１１は、孔１０ａの外周部と絶縁層１０の外
周部との間の領域に配置されている。また、孔１０ａに
はコア（磁芯）を挿入できるようになっている。

【００１８】巻線１１は、箔状を含む平板状の導体が渦
巻き状に配置されて形成された導体パターンによって構
成されている。導体としては例えば銅が用いられる。巻
線１１の両端部の位置には、巻線１１と絶縁層１０とを
貫通するスルーホール１２が形成されている。このスル
ーホール１２は、例えば、平面コイルの端子として用い
られたり、複数の平面コイルを並列または直列に接続す
る際の接続部として用いられる。

【００１９】本実施の形態に係る平面コイルは、例え
ば、絶縁基板の一面に導体層が形成されたプリント基板
における導体層をエッチングすることによって製造して
もよいし、導体板を打ち抜いて製造してもよい。また、
スパッタ法等の薄膜形成技術によって絶縁基板の一面に
導体パターンを形成することによって製造してもよい。

【００２０】本実施の形態に係る平面コイルにおいて巻
線１１は、Ｎターンの巻線部分を含み、内側からｎター
ン（ｎは１以上、Ｎ以下の整数）目の巻線部分の内周部
の半径（以下、内半径と言う。）をｒ_i(n)、外周部の半
径（以下、外半径と言う。）をｒ_o(n)とし、最も内側の
巻線部分の内半径ｒ_min、最も外側の巻線部分の外半径
と最も内側の巻線部分の内半径との差Ｗ_total、および
隣接するターン間における巻線部分間の距離Ｄが与えら
れたときに、以下の式（１）で表されるＡの値が最小と
なるようにｒ_i(n)およびｒ_o(n)が定められている。ただ
し、ｒ_i(1)＝ｒ _min、ｒ_i(n+1)−ｒ_o(n)＝Ｄ、ｒ_o(N)−
ｒ_i(1)＝Ｗ_totalである。また、logｘはｘの自然対数で
ある。

【００２１】

【数４】

【００２２】式（１）で表されるＡの値が最小となるよ
うにｒ_i(n)およびｒ_o(n)を設定することにより、巻線１
１の全体の抵抗値が最小になり、その結果、巻線１１の
全体における損失が最小になる。以下、このことを詳し
く説明する。

【００２３】まず、厚さｔ、内半径ｒ、外半径ｒ＋ｄｒ
のリング状の導体パターンを考える。この導体パターン
の抵抗値は、幅ｄｒが充分微小であるならば、（２πｒ
×ρ）／（ｔ×ｄｒ）で表してよい。ここで、ρは導体
の体積抵抗率である。従って、導体パターンのコンダク
タンス、つまり抵抗値の逆数は、（ｔ×ｄｒ）／（２π
ｒ×ρ）となる。

【００２４】内半径ｒ_i、外半径ｒ_oのリング状の導体パ
ターンは、上述のような微小な幅ｄｒを持つリング状の
導体パターンが並列に接続しているものと等価であると
考えられる。従って、厚さｔ、内半径ｒ_i、外半径ｒ_oの
リング状の導体パターンのコンダクタンスは、以下の式
（２）のように、（ｔ×ｄｒ）／（２πｒ×ρ）をｒ _i
〜ｒ_oの範囲で積分することによって求めることができ
る。

【００２５】

【数５】

【００２６】厚さｔ、内半径ｒ_i、外半径ｒ_oのリング状
の導体パターンの抵抗値Ｒは、この導体パターンのコン
ダクタンスの逆数であるから、以下の式（３）で表され
る。

【００２７】

【数６】

【００２８】Ｎターンの巻線部分よりなる巻線１１は、
Ｎ個のリング状の導体パターン（巻線部分）が直列に接
続されているものと同等と考えられる。従って、Ｎター
ンの巻線１１全体の抵抗値Ｒ_totalは、以下の式（４）
で表される。

【００２９】

【数７】

【００３０】従って、最も内側の巻線部分の内半径ｒ
_min、最も外側の巻線部分の外半径と最も内側の巻線部
分の内半径との差Ｗ_total、および隣接するターン間に
おける巻線部分間の距離Ｄが与えられたときに、巻線１
１全体の抵抗値を最小にするには、前記の式（１）で表
されるＡの値が最小となるようにｒ_i(n)およびｒ_o(n)を
設定すればよい。

【００３１】Ａの値が最小となるｒ_i(n)およびｒ_o(n)の
値は、解析的に求めるのは難しいが、コンピュータを利
用した数値計算によって求めることができる。

【００３２】次に、本実施の形態に係る平面コイルの実
施例について説明すると共に、実施例の平面コイルと比
較例の平面コイルとで、計算で求めた抵抗値を比較した
結果について説明する。

【００３３】第１の実施例の平面コイルは、図１および
図２に示したように、５ターンの巻線１１を備えたもの
である。この平面コイルでは、巻線１１を構成する導体
として銅を用い、導体の厚さｔを０．５ｍｍ、最も内側
の巻線部分の内半径ｒ_minを４ｍｍ、最も外側の巻線部
分の外半径と最も内側の巻線部分の内半径との差Ｗ_to
_talを１２ｍｍ、隣接するターン間における巻線部分間
の距離Ｄを０．７ｍｍとした。この平面コイルについ
て、コンピュータを利用した数値計算により式（１）で
表されるＡの値が最小となるときの各ターン毎の巻線部
分の内半径ｒ_i(n)および外半径ｒ_o(n)を求めると共に、
巻線１１全体の抵抗値Ｒ_totalを求めた。なお、銅の体
積抵抗率は１．７２×１０^-8（Ωｍ）とした。また、以
下、各ターン毎の巻線部分の幅ｒ_o(n)−ｒ_i(n)をＷ(n)
で表す。

【００３４】図３は第１の比較例の平面コイルの平面図
である。第１の比較例の平面コイルは、円板状の絶縁層
１１０と、この絶縁層１１０の一方の面に形成された５
ターンの巻線１１１とを備えている。この平面コイルで
は、各ターン毎の巻線部分の幅Ｗ(n)を一定にしてい
る。第１の比較例の平面コイルにおけるその他の条件は
第１の実施例と同様である。

【００３５】図４は第２の比較例の平面コイルの平面図
である。第２の比較例の平面コイルは、円板状の絶縁層
１２０と、この絶縁層１２０の一方の面に形成された５
ターンの巻線１２１とを備えている。この平面コイルで
は、各ターン毎の巻線部分の内半径ｒ_i(n)と巻線部分の
幅Ｗ(n)との比ｒ_i(n)／Ｗ(n)を一定にしている。第２の
比較例の平面コイルにおけるその他の条件は第１の実施
例と同様である。

【００３６】第１の実施例、第１の比較例および第２の
比較例のそれぞれの平面コイルにおける各ターン毎の巻
線部分の幅Ｗ(n)と巻線全体の抵抗値Ｒ_totalは、下記の
表に示したようになる。

【００３７】

【表１】

【００３８】上記の表から分かるように、第１の実施例
の平面コイルでは、巻線全体の抵抗値Ｒ_totalを、第１
の比較例の平面コイルに比べて１０．６３％低減でき、
第２の比較例の平面コイルに比べて０．３８％低減でき
る。

【００３９】第２の実施例の平面コイルは、図示しない
が、４ターンの巻線１１を備えたものである。この平面
コイルでは、巻線１１を構成する導体として銅を用い、
導体の厚さｔを０．０６ｍｍ、最も内側の巻線部分の内
半径ｒ_minを３ｍｍ、最も外側の巻線部分の外半径と最
も内側の巻線部分の内半径との差Ｗ_totalを５ｍｍ、隣
接するターン間における巻線部分間の距離Ｄを０．２ｍ
ｍとした。この平面コイルについて、コンピュータを利
用した数値計算により式（１）で表されるＡの値が最小
となるときの各ターン毎の巻線部分の内半径ｒ_i(n)およ
び外半径ｒ_o(n)を求めると共に、巻線１１全体の抵抗値
Ｒ_totalを求めた。

【００４０】第３の比較例の平面コイルは、４ターンの
巻線を備え、各ターン毎の巻線部分の幅Ｗ(n)を一定に
したものである。第３の比較例の平面コイルにおけるそ
の他の条件は第２の実施例と同様である。

【００４１】第４の比較例の平面コイルは、４ターンの
巻線を備え、各ターン毎の巻線部分の内半径ｒ_i(n)と巻
線部分の幅Ｗ(n)との比ｒ_i(n)／Ｗ(n)を一定にしたもの
である。第４の比較例の平面コイルにおけるその他の条
件は第２の実施例と同様である。

【００４２】第２の実施例、第３の比較例および第４の
比較例のそれぞれの平面コイルにおける各ターン毎の巻
線部分の幅Ｗ(n)と巻線全体の抵抗値Ｒ_totalは、下記の
表に示したようになる。

【００４３】

【表２】

【００４４】上記の表から分かるように、第２の実施例
の平面コイルでは、巻線全体の抵抗値Ｒ_totalを、第３
の比較例の平面コイルに比べて６．３１％低減でき、第
４の比較例の平面コイルに比べては０．０５％とわずか
ではあるが低減できる。

【００４５】以上説明したように、本実施の形態に係る
平面コイルによれば、式（１）で表されるＡの値が最小
となるようにｒ_i(n)およびｒ_o(n)を設定したので、巻線
１１全体の抵抗値を最小にすることができる。従って、
本実施の形態によれば、限られた空間の中で損失が最小
になるように巻線１１を配置することができ、その結
果、導体の抵抗による損失を低減することができる。ま
た、本実施の形態に係る平面コイルによれば、各ターン
毎の巻線部分の幅Ｗ(n)を一定にした平面コイルや、各
ターン毎の巻線部分の内半径ｒ_i(n)と巻線部分の幅Ｗ
(n)との比ｒ_i(n)／Ｗ(n)を一定にした平面コイルに比べ
ても、巻線１１全体の抵抗値を低減することができる。

【００４６】［第２の実施の形態］次に、本発明の第２
の実施の形態に係る平面コイルの構成について説明す
る。図５は本実施の形態に係る平面コイルの平面図、図
６は図５に示した平面コイルの右側面図、図７は図５に
おけるＢ−Ｂ線断面図である。これらの図に示したよう
に、本実施の形態に係る平面コイルは、それぞれ箔状を
含む平板状の導体によって形成された導体パターンより
なり、厚さ方向に積層された４つの巻線２１〜２４と、
各巻線間に配置された３つの絶縁層２０と、これら巻線
２１〜２４および絶縁層２０の積層体に装着されたＥ型
のコア２５Ａ，２５Ｂとを備えている。導体としては例
えば銅が用いられる。

【００４７】図８は最上層の巻線２１とその下の絶縁層
２０とを示す平面図、図９は上から２番目の巻線２２と
その下の絶縁層２０とを示す平面図、図１０は上から３
番目の巻線２３とその下の絶縁層２０とを示す平面図、
図１１は最下層の巻線２４を示す平面図、図１２は絶縁
層２０を示す平面図である。

【００４８】図１２に示したように、絶縁層２０は、ほ
ぼ円板状をなしている。絶縁層２０の中心部分には円形
の孔２０ａが形成されている。また、絶縁層２０は、外
周部の一部が半径方向外側に膨出した膨出部２０ｂを有
している。各巻線２１〜２４は、孔２０ａの外周部と絶
縁層２０の外周部との間の領域に配置されている。

【００４９】巻線２１〜２４は、それぞれ、箔状を含む
平板状の導体が渦巻き状に配置されて形成された導体パ
ターンによって構成されている。また、巻線２１〜２４
はＮターン（Ｎは２以上の整数）の巻線となっている。
図８ないし図１１には、一例として、５ターンの巻線２
１〜２４を示している。

【００５０】図８および図１０に示したように、巻線２
１，２３は内側から外側にかけて時計回り方向に巻回さ
れている。また、巻線２１，２３の外側の端部は、絶縁
層２０の膨出部２０ｂにおいて右側の位置に配置されて
いる。この巻線２１，２３の外側の端部が配置された位
置には、３つの絶縁層２０および巻線２１，２３を貫通
するスルーホール２６ａが形成されている。巻線２１，
２３の外側の各端部は、このスルーホール２６ａを介し
て互いに電気的に接続されている。

【００５１】一方、図９および図１１に示したように、
巻線２２，２４は内側から外側にかけて反時計回り方向
に巻回されている。また、巻線２２，２４の外側の端部
は、絶縁層２０の膨出部２０ｂにおいて左側の位置に配
置されている。この巻線２２，２４の外側の端部が配置
された位置には、３つの絶縁層２０および巻線２２，２
４を貫通するスルーホール２６ｂが形成されている。巻
線２２，２４の外側の各端部は、このスルーホール２６
ｂを介して互いに電気的に接続されている。

【００５２】図８ないし図１１に示したように、巻線２
１〜２４の内側の端部は、互いに重なる位置に配置され
ている。この巻線２１〜２４の内側の端部が配置された
位置には、３つの絶縁層２０および巻線２１〜２４を貫
通するスルーホール２８が形成されている。巻線２１〜
２４の内側の各端部は、このスルーホール２８を介して
互いに電気的に接続されている。

【００５３】このようにして、巻線２１と巻線２３は並
列に接続され、巻線２２と巻線２４も並列に接続されて
いる。巻線２１，２３と巻線２２，２４は直列に接続さ
れている。従って、巻線２１〜２４が全て５ターンの場
合には、巻線２１〜２４によって１０ターンの巻線が構
成される。

【００５４】図６に示したように、スルーホール２６
ａ、２６ｂには、例えば、端子２７が挿入されるように
なっている。

【００５５】また、図７に示したように、Ｅ型のコア２
５Ａ，２５Ｂは、中央の凸部同士が絶縁層２０の孔２０
ａを通って突き合わされるように配置されている。

【００５６】巻線２１と巻線２２は、絶縁基板の両面に
導体層が形成された両面プリント基板における各導体層
をエッチングすることによって形成してもよい。巻線２
３と巻線２４も同様の方法で形成してもよい。この場合
には、絶縁層２０を介して２枚の両面プリント基板を積
層することによって、巻線２１〜２４および絶縁層２０
の積層体を形成することができる。あるいは、巻線２２
と巻線２３を、両面プリント基板における各導体層をエ
ッチングすることによって形成し、この両面プリント基
板の上下に絶縁層を介して片面プリント基板を積層した
後、表面に出ている２つの片面プリント基板の各導体層
をエッチングして巻線２１と巻線２４を形成すること
で、巻線２１〜２４および絶縁層２０の積層体を形成し
てもよい。あるいは、導体板を打ち抜いて巻線２１〜２
４を形成し、これらを、ポリイミドフィルム等の絶縁層
を介して積層することで、巻線２１〜２４および絶縁層
２０の積層体を形成してもよい。また、スパッタ法等の
薄膜形成技術によって、巻線２１〜２４および絶縁層２
０の積層体を形成してもよい。

【００５７】本実施の形態に係る平面コイルにおいて、
各巻線２１〜２４は、第１の実施の形態における巻線１
１と同様に、Ｎターンの巻線部分を含み、内側からｎタ
ーン目の巻線部分の内半径をｒ_i(n)、外半径をｒ_o(n)と
し、最も内側の巻線部分の内半径ｒ_min、最も外側の巻
線部分の外半径と最も内側の巻線部分の内半径との差Ｗ
_total、および隣接するターン間における巻線部分間の
距離Ｄが与えられたときに、式（１）で表されるＡの値
が最小となるようにｒ_i(n)およびｒ_o(n)が定められてい
る。

【００５８】本実施の形態におけるその他の構成、作用
および効果は、第１の実施の形態と同様である。

【００５９】［第３の実施の形態］次に、本発明の第３
の実施の形態に係る平面トランスの構成について説明す
る。図１３は本実施の形態に係る平面トランスの平面
図、図１４は図１３に示した平面トランスの右側面図、
図１５は図１３におけるＣ−Ｃ線断面図である。これら
の図に示したように、本実施の形態に係る平面トランス
は、それぞれ箔状を含む平板状の導体によって形成され
た導体パターンよりなり、厚さ方向に積層された４つの
巻線３１〜３４と、各巻線間に配置された３つの絶縁層
３０と、これら巻線３１〜３４および絶縁層３０の積層
体に装着されたＥ型のコア３５Ａ，３５Ｂとを備えてい
る。導体としては例えば銅が用いられる。巻線３１〜３
４は、本発明における「平面的に形成され、厚さ方向に
積層された複数の巻線」に対応する。

【００６０】図１６は最上層の巻線３１とその下の絶縁
層３０とを示す平面図、図１７は上から２番目の巻線３
２とその下の絶縁層３０とを示す平面図、図１８は上か
ら３番目の巻線３３とその下の絶縁層３０とを示す平面
図、図１９は最下層の巻線３４を示す平面図、図２０は
絶縁層３０を示す平面図である。

【００６１】図２０に示したように、絶縁層３０は、ほ
ぼ円板状をなしている。絶縁層３０の中心部分には円形
の孔３０ａが形成されている。また、絶縁層３０は、外
周部の一部が半径方向外側に膨出した膨出部３０ｂ，３
０ｃを有している。膨出部３０ｂ，３０ｃは、孔３０ａ
中心として互いに対称な位置に配置されている。各巻線
３１〜３４は、孔３０ａの外周部と絶縁層３０の外周部
との間の領域に配置されている。なお、図２０では図示
していないが、巻線３２，３３の間に配置された絶縁層
３０には、後述するスルーホール３８が形成されてい
る。

【００６２】図１６および図１９に示したように、巻線
３１，３４は、それぞれ、１ターンの巻線になってい
る。巻線３１，３４のそれぞれの一端部は、絶縁層３０
の膨出部３０ｃにおいて右側の位置に配置されている。
この巻線３１，３４の一端部が配置された位置には、３
つの絶縁層３０および巻線３１，３４を貫通するスルー
ホール３９ａが形成されている。巻線３１，３４の一端
部は、このスルーホール３９ａを介して互いに電気的に
接続されている。また、巻線３１，３４のそれぞれの他
端部は、絶縁層３０の膨出部３０ｃにおいて左側の位置
に配置されている。この巻線３１，３４の他端部が配置
された位置には、３つの絶縁層３０および巻線３１，３
４を貫通するスルーホール３９ｂが形成されている。巻
線３１，３４の他端部は、このスルーホール３９ｂを介
して互いに電気的に接続されている。従って、巻線３
１，３４は並列に接続されている。

【００６３】一方、図１７および図１８に示したよう
に、巻線３２，３３は、それぞれ、箔状を含む平板状の
導体が渦巻き状に配置されて形成された導体パターンに
よって構成されている。また、巻線３２，３３はＮター
ン（Ｎは２以上の整数）の巻線となっている。図１７お
よび図１８には、一例として、５ターンの巻線３２，３
３を示している。

【００６４】図１７に示したように、巻線３２は内側か
ら外側にかけて反時計回り方向に巻回されている。ま
た、巻線３２の外側の端部は、絶縁層３０の膨出部３０
ｂにおいて左側の位置に配置されている。この巻線３２
の外側の端部が配置された位置には、３つの絶縁層３０
および巻線３２を貫通するスルーホール３６ｂが形成さ
れている。

【００６５】図１８に示したように、巻線３３は内側か
ら外側にかけて時計回り方向に巻回されている。また、
巻線３３の外側の端部は、絶縁層３０の膨出部３０ｂに
おいて右側の位置に配置されている。この巻線３３の外
側の端部が配置された位置には、３つの絶縁層３０およ
び巻線３３を貫通するスルーホール３６ａが形成されて
いる。

【００６６】図１７および図１８に示したように、巻線
３２，３３の内側の端部は、互いに重なる位置に配置さ
れている。この巻線３２，３３の内側の端部が配置され
た位置には、巻線３２，３３とこれらの間に配置された
絶縁層３０とを貫通するスルーホール３８が形成されて
いる。巻線３２，３３の内側の各端部は、このスルーホ
ール３８を介して互いに電気的に接続されている。従っ
て、巻線３２と巻線３３は直列に接続されている。巻線
３２，３３がそれぞれ５ターンの場合には、巻線３２，
３３によって１０ターンの巻線が構成される。

【００６７】図１４に示したように、スルーホール３６
ａ、３６ｂには、例えば、端子３７が挿入され、スルー
ホール３９には、例えば、端子４０が挿入されるように
なっている。

【００６８】また、図１５に示したように、Ｅ型のコア
３５Ａ，３５Ｂは、中央の凸部同士が絶縁層３０の孔３
０ａを通って突き合わされるように配置されている。

【００６９】巻線３１と巻線３２は、絶縁基板の両面に
導体層が形成された両面プリント基板における各導体層
をエッチングすることによって形成してもよい。巻線３
３と巻線３４も同様の方法で形成してもよい。この場合
には、絶縁層３０を介して２枚の両面プリント基板を積
層することによって、巻線３１〜３４および絶縁層３０
の積層体を形成することができる。あるいは、巻線３２
と巻線３３を、両面プリント基板における各導体層をエ
ッチングすることによって形成し、この両面プリント基
板の上下に絶縁層を介して片面プリント基板を積層した
後、表面に出ている２つの片面プリント基板の各導体層
をエッチングして巻線３１と巻線３４を形成すること
で、巻線３１〜３４および絶縁層３０の積層体を形成し
てもよい。あるいは、導体板を打ち抜いて巻線３１〜３
４を形成し、これらを、ポリイミドフィルム等の絶縁層
を介して積層することで、巻線３１〜３４および絶縁層
３０の積層体を形成してもよい。また、スパッタ法等の
薄膜形成技術によって、巻線３１〜３４および絶縁層３
０の積層体を形成してもよい。

【００７０】本実施の形態に係る平面トランスでは、巻
線３１，３４と、巻線３２，３３のうちの一方が一次巻
線となり、他方が二次巻線となる。

【００７１】本実施の形態に係る平面トランスにおい
て、巻線３２，３３は、第１の実施の形態における巻線
１１と同様に、Ｎターンの巻線部分を含み、内側からｎ
ターン目の巻線部分の内半径をｒ_i(n)、外半径をｒ_o(n)
とし、最も内側の巻線部分の内半径ｒ_min、最も外側の
巻線部分の外半径と最も内側の巻線部分の内半径との差
Ｗ_total、および隣接するターン間における巻線部分間
の距離Ｄが与えられたときに、式（１）で表されるＡの
値が最小となるようにｒ_i(n)およびｒ_o(n)が定められて
いる。

【００７２】本実施の形態におけるその他の構成、作用
および効果は、第１の実施の形態と同様である。

【００７３】なお、本発明は上記各実施の形態に限定さ
れず、種々の変更が可能である。例えば、巻線のターン
数や巻線の数は、実施の形態に示されたものに限定され
ず、任意に設定可能である。

【００７４】また、本発明は、複数の巻線の一部が、平
板状以外の導体、例えば丸線の導体によって構成された
平面トランスにも適用することができる。

【００７５】

【発明の効果】以上説明したように請求項１または２記
載の平面コイルもしくは請求項３記載の平面トランスに
よれば、式（１）で表されるＡの値が最小となるように
ｒ_i(n)およびｒ_o(n)を設定することにより、限られた空
間の中で損失が最小になるように巻線を配置することが
でき、その結果、導体の抵抗による損失を低減すること
ができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係る平面コイルの
平面図である。

【図２】図１におけるＡ−Ａ線断面図である。

【図３】第１の比較例の平面コイルの平面図である。

【図４】第２の比較例の平面コイルの平面図である。

【図５】本発明の第２の実施の形態に係る平面コイルの
平面図である。

【図６】図５に示した平面コイルの右側面図である。

【図７】図５におけるＢ−Ｂ線断面図である。

【図８】本発明の第２の実施の形態に係る平面コイルに
おける最上層の巻線とその下の絶縁層とを示す平面図で
ある。

【図９】本発明の第２の実施の形態に係る平面コイルに
おける上から２番目の巻線とその下の絶縁層とを示す平
面図である。

【図１０】本発明の第２の実施の形態に係る平面コイル
における上から３番目の巻線とその下の絶縁層とを示す
平面図である。

【図１１】本発明の第２の実施の形態に係る平面コイル
における最下層の巻線を示す平面図である。

【図１２】本発明の第２の実施の形態に係る平面コイル
における絶縁層を示す平面図である。

【図１３】本発明の第３の実施の形態に係る平面トラン
スの平面図である。

【図１４】図１３に示した平面トランスの右側面図であ
る。

【図１５】図１３におけるＣ−Ｃ線断面図である。

【図１６】本発明の第３の実施の形態に係る平面トラン
スにおける最上層の巻線とその下の絶縁層とを示す平面
図である。

【図１７】本発明の第３の実施の形態に係る平面トラン
スにおける上から２番目の巻線とその下の絶縁層とを示
す平面図である。

【図１８】本発明の第３の実施の形態に係る平面トラン
スにおける上から３番目の巻線とその下の絶縁層とを示
す平面図である。

【図１９】本発明の第３の実施の形態に係る平面トラン
スにおける最下層の巻線を示す平面図である。

【図２０】本発明の第３の実施の形態に係る平面トラン
スにおける絶縁層を示す平面図である。

【符号の説明】

１０…絶縁層、１１…巻線、１２…スルーホール。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01F 27/28 H01F 19/00 H01F 30/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】平板状の導体が渦巻き状に配置されて形
成された巻線を備えた平面コイルであって、前記巻線はＮターン（Ｎは２以上の整数）の巻線部分を
含み、内側からｎターン（ｎは１以上、Ｎ以下の整数）
目の巻線部分の内周部の半径をｒ_i(n)、外周部の半径を
ｒ_o(n)とし、最も内側の巻線部分の内周部の半径
ｒ_min、最も外側の巻線部分の外周部の半径と最も内側
の巻線部分の内周部の半径との差Ｗ_total、および隣接
するターン間における巻線部分間の距離Ｄが与えられた
ときに、式（１）で表されるＡの値が最小となるように
ｒ_i(n)およびｒ_o(n)が定められていることを特徴とする
平面コイル。【数１】（ただし、ｒ_i(1)＝ｒ_min、ｒ_i(n+1)−ｒ_o(n)＝Ｄ、ｒ_o
(N)−ｒ_i(1)＝Ｗ_total）
【請求項２】前記巻線は複数設けられ、この複数の巻
線は、絶縁層を介して厚さ方向に積層され、且つ並列ま
たは直列に接続されていることを特徴とする請求項１記
載の平面コイル。
【請求項３】平面的に形成され、厚さ方向に積層され
た複数の巻線と、各巻線間に配置された絶縁層とを備
え、複数の巻線のうちの一部の巻線が一次巻線となり、
複数の巻線のうちの他の一部の巻線が二次巻線となって
いる平面トランスであって、複数の巻線のうちの少なくとも１つは、平板状の導体が
渦巻き状に配置されて形成されたＮターン（Ｎは２以上
の整数）の巻線部分を含み、内側からｎターン（ｎは１
以上、Ｎ以下の整数）目の巻線部分の内周部の半径をｒ
_i(n)、外周部の半径をｒ_o(n)とし、最も内側の巻線部分
の内周部の半径ｒ_min、最も外側の巻線部分の外周部の
半径と最も内側の巻線部分の内周部の半径との差Ｗ
_total、および隣接するターン間における巻線部分間の
距離Ｄが与えられたときに、式（１）で表されるＡの値
が最小となるようにｒ_i(n)およびｒ_o(n)が定められてい
ることを特徴とする平面トランス。【数２】（ただし、ｒ_i(1)＝ｒ_min、ｒ_i(n+1)−ｒ_o(n)＝Ｄ、ｒ_o
(N)−ｒ_i(1)＝Ｗ_total）