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公開番号2024168875
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-12-05
出願番号2023085898
出願日2023-05-25
発明の名称インダクタ素子
出願人国立大学法人信州大学
代理人個人
主分類H01F 37/00 20060101AFI20241128BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】小型化・薄型化することができ、高い周波数でQ値の高い高性能なインダクタ素子を提供する。
【解決手段】インダクタ素子1は、磁性体で形成されたコア4の内部の収容室5に、平面型のスパイラルインダクタ2が収容されているものであって、スパイラルインダクタ2は巻線21同士が間隔を開けて巻回されており、収容室5はスパイラルインダクタの一側の平面部31a、他側の平面部31b、内周部31c及び外周部31dをコア4で囲む形状に形成されており、収容室5内にスパイラルインダクタ2がコア4から間隔を開けるように配置されていて、スパイラルインダクタ2の巻線21同士の間、及びスパイラルインダクタ2とコア4との間に、磁性紛及びマトリックス材を含む磁性複合材3が充填されている。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
磁性体で形成されたコアの内部の収容室に、平面型のスパイラルインダクタが収容されているインダクタ素子であって、
前記スパイラルインダクタは、巻線同士が間隔を開けて巻回されており、
前記収容室は、前記スパイラルインダクタの一側の平面部、他側の平面部、内周部及び外周部を前記コアで囲む形状に形成されており、
前記収容室内に、前記スパイラルインダクタが前記コアから間隔を開けるように配置されていて、
前記スパイラルインダクタの巻線同士の間、及び前記スパイラルインダクタと前記コアとの間に、磁性紛及びマトリックス材を含む磁性複合材が充填されていることを特徴とするインダクタ素子。
続きを表示（約 930 文字）【請求項２】
磁性体で形成されたコアの内部の収容室に、平面型のスパイラルインダクタを複数層に積層した構造の積層インダクタが収容されているインダクタ素子であって、
前記スパイラルインダクタは、巻線同士が間隔を開けて巻回されており、
前記積層インダクタは、前記スパイラルインダクタ同士が間隔を開けて積層されていて、
前記収容室は、前記積層インダクタの一側の平面部、他側の平面部、内周部及び外周部を前記コアで囲む形状に形成されており、
前記収容室内に、前記積層インダクタが前記コアから間隔を開けるように配置されていて、
前記スパイラルインダクタの巻線同士の間、積層された前記スパイラルインダクタ同士の間、及び前記スパイラルインダクタと前記コアとの間に、磁性紛及びマトリックス材を含む磁性複合材が充填されていることを特徴とするインダクタ素子。
【請求項３】
前記収容室における前記スパイラルインダクタの半径方向の長さが、前記収容室における前記積層インダクタの積層方向の長さの少なくとも２倍の長さで形成されていることを特徴とする請求項２に記載のインダクタ素子。
【請求項４】
前記スパイラルインダクタの巻き数が、前記積層インダクタの積層数よりも大きな数で構成されていることを特徴とする請求項２に記載のインダクタ素子。
【請求項５】
磁性体で形成されたコアの内部の収容室に、平面型の巻き数１ターンの１ターンインダクタを複数層に積層した構造の積層インダクタが収容されているインダクタ素子であって、
前記積層インダクタは、前記１ターンインダクタ同士が間隔を開けて積層されていて、
前記収容室は、前記積層インダクタの一側の平面部、他側の平面部、内周部及び外周部を前記コアで囲む形状に形成されており、
前記収容室内に、前記積層インダクタが前記コアから間隔を開けるように配置されていて、
前記１ターンインダクタ同士の間、及び前記１ターンインダクタと前記コアとの間に、磁性紛及びマトリックス材を含む磁性複合材が充填されていることを特徴とするインダクタ素子。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁性体で形成されたコアの内部の収容室に、平面型のインダクタ、又は平面型のインダクタを積層した構造の積層インダクタが収容されているインダクタ素子に関する。
続きを表示（約 1,600 文字）【０００２】
インダクタ（コイル）は種々の電気回路に用いられている。例えば、電気回路として直流-直流（ＤＣ－ＤＣ）コンバータなどの電源回路が挙げられる。炭化ケイ素（SiC）や窒化ガリウム（GaN）パワーデバイスの高速スイッチングと低オン抵抗特性は、スイッチング電源の駆動周波数を高め、ＤＣ－ＤＣコンバータの小型化を可能にする。ＤＣ－ＤＣコンバータの小型化及び高周波数化に伴い、小型化や薄型化が可能であり、高い周波数でＱ値（品質係数）の高い高性能なインダクタの開発が求められている。
【０００３】
Ｑ値は以下の式（１）で算出される。
Ｑ値＝２πｆＬ／Ｒ・・・・（１）式
ここで、ｆは周波数（Ｈｚ）、Ｌはインダクタンス（Ｈ）、Ｒは抵抗（Ω）である。
インダクタのＱ値を高くするためには、インダクタの巻き数が同じであれば、インダクタンスをより大きくすることや、抵抗をより小さくすることが必要である。
【０００４】
小型化や薄型化できるインダクタとして平面型インダクタがある。平面型インダクタの巻線構造には、巻線を平面上に１ターンずつ巻いて多段に積み上げる積層構造（例えば、特許文献１）、巻線を同一平面上に並べるスパイラル構造（例えば、特許文献２）、積層構造とスパイラル構造を組み合わせたハイブリッド構造（例えば、特許文献３）がある。
【０００５】
積層構造の場合、巻線は１ターンあたりのインダクタンスが同じなので、巻線間に発生する漏れ磁束は相殺される。そのため、漏れ磁束による近接効果の影響を受けにくいため、積層構造の交流抵抗は小さくなる。また、巻線が多段に配置されているため、すべての巻線が同一平面上にあるスパイラル構造よりも、積層構造の方が熱放散が少なくなる。
【０００６】
スパイラル構造は放熱性に優れているが、１ターンあたりのインダクタンスが異なるため、巻線間に発生する漏れ磁束を打ち消すことができない。そのため、巻線に鎖交する漏れ磁束による渦電流が各巻線内部で発生し、交流抵抗が増加する。つまり、スパイラル構造は近接効果の影響を受けやすく、交流抵抗が大きくなる。近接効果による交流抵抗は、周波数が高くなるにつれて大きくなるため、高い周波数で使用する場合、近接効果を低減する必要がある。
【０００７】
磁性体で形成されたコアでインダクタを覆う構造（例えば、特許文献１）とすることで、漏れ磁束をコアに回避させ、近接効果による渦電流の発生を抑制することも行われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
特開２０２１－０２２５８１号公報
特開２０１０－１５３４１６号公報
特開２０１４－０２３３２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、前記の課題を解決するためになされたもので、小型化や薄型化することができ、高い周波数でＱ値の高い高性能なインダクタ素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１に記載のインダクタ素子は、磁性体で形成されたコアの内部の収容室に、平面型のスパイラルインダクタが収容されているインダクタ素子であって、前記スパイラルインダクタは、巻線同士が間隔を開けて巻回されており、前記収容室は、前記スパイラルインダクタの一側の平面部、他側の平面部、内周部及び外周部を前記コアで囲む形状に形成されており、前記収容室内に、前記スパイラルインダクタが前記コアから間隔を開けるように配置されていて、前記スパイラルインダクタの巻線同士の間、及び前記スパイラルインダクタと前記コアとの間に、磁性紛及びマトリックス材を含む磁性複合材が充填されていることを特徴とする。
（【００１１】以降は省略されています）

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