(57)【要約】  インダクタ（１）は、軸（Ｃ）周りに配置された複数の巻線（１００）と、巻線（１００）の各々の一方端に接続された第１電極（１１０）と、巻線（１００）の各々の他方端に接続された第２電極（１２０）と、を備え、巻線（１００）の各々は、径を徐々に増やしながら軸方向に変位する外巻き螺旋部（１０２）と、径を徐々に減らしながら軸方向に変位する内巻き螺旋部（１０４）と、外巻き螺旋部（１０２）の端と前記内巻き螺旋部（１０４）の端とを軸方向の異なる位置で接続する外周接続部（１０３）と、を有する。
2019107236.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸周りに配置された複数の巻線と、
前記複数の巻線の各々の一方端に接続された第１電極と、
前記複数の巻線の各々の他方端に接続された第２電極と、を備え、
前記複数の巻線の各々は、
径を徐々に増やしながら軸方向に変位する外巻き螺旋部と、
径を徐々に減らしながら軸方向に変位する内巻き螺旋部と、
前記外巻き螺旋部の端と前記内巻き螺旋部の端とを軸方向の異なる位置で接続する接続部と、を有する、
インダクタ。
【請求項２】
前記複数の巻線のうち所定数の巻線の前記外巻き螺旋部が径方向に並んで配置され、前記接続部の軸周りでの一方側と他方側とで前記所定数の巻線が循環的に入れ替わり、
前記複数の巻線のうち前記所定数の巻線の前記内巻き螺旋部が径方向に並んで配置され、前記接続部の軸周りでの一方側と他方側とで前記所定数の巻線が循環的に入れ替わる、
請求項１に記載のインダクタ。
【請求項３】
前記外巻き螺旋部が軸周りに１周する部分の軸方向の長さおよび前記内巻き螺旋部が軸周りに１周する部分の軸方向の長さは、いずれも第１の長さであり、
前記接続部の軸方向の長さである第２の長さは、前記第１の長さの半分である、
請求項１または２に記載のインダクタ。
【請求項４】
前記接続部は、前記外巻き螺旋部の端と前記内巻き螺旋部の端とを軸周りの異なる位置で接続する、
請求項１から３のいずれか１項に記載のインダクタ。
【請求項５】
前記複数の巻線は、軸周りの回転移動および軸方向の平行移動により重なり合う合同な部分を有している、
請求項１から４のいずれか１項に記載のインダクタ。
【請求項６】
各々が請求項１から５のいずれか１項に記載のインダクタである複数のインダクタを、互いに磁気結合させたトランス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の巻線を同軸に配置したインダクタおよびそのようなインダクタを用いたトランスに関し、特には、インダクタおよびトランスにおける損失を低減するための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、複数の巻線を同軸に配置したインダクタがある（例えば、特許文献１、２）。【０００３】
特許文献１、２に開示されるインダクタは、いずれも、径または厚みが小さい導体を個々の巻線として用いることにより、高周波信号に対する表皮効果を緩和している。また、周回の途中で、内周に位置する巻線と外周に位置する巻線とを入れ替えること、つまり、巻線の径方向の並び順を逆転させることにより、巻線長（つまり、巻線抵抗）を統一して巻線の電流分布の均一化を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−１８７６００号公報
【特許文献２】特開２０１５−１８８０３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１、２のインダクタによれば、巻線長の統一を目的として、巻線の径方向の並び順を単純に逆転させている。そのため、径方向での中間部に位置する巻線は内周または外周へ出ることはなく、また、内周または外周に位置する巻線は、径方向での中間部に入ることがない。その結果、巻線長が正確に統一されず、巻線の電流分布に偏りが残る可能性がある。巻線の電流分布の偏りは、交流電流によるジュール損失の要因になり得る。【０００６】
そこで、本発明は、複数の巻線を同軸に配置したインダクタにおいて、巻線の電流分布の偏りを低減した低損失なインダクタ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】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明の一態様に係るインダクタは、軸周りに配置された複数の巻線と、前記複数の巻線の各々の一方端に接続された第１電極と、前記複数の巻線の各々の他方端に接続された第２電極と、を備え、前記複数の巻線の各々は、径を徐々に増やしながら軸方向に変位する外巻き螺旋部と、径を徐々に減らしながら軸方向に変位する内巻き螺旋部と、前記外巻き螺旋部の端と前記内巻き螺旋部の端とを軸方向の異なる位置で接続する接続部と、を有する。【０００８】
また、本発明の一態様に係るトランスは、各々が前述のインダクタである複数のインダクタを、互いに磁気結合させたものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、巻線の電流分布の偏りを低減した低損失なインダクタ、および、そのようなインダクタを用いた低損失かつ高効率なトランスが得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、実施の形態１に係るインダクタの構成の一例を示す斜視図である。
【図２】図２は、実施の形態１に係る巻線の形状の一例を示す斜視図である。
【図３】図３は、実施の形態１に係る巻線の形状の一例を示す側面図である。
【図４】図４は、実施の形態１に係る巻線の形状の一例を示す正面図である。
【図５Ａ】図５Ａは、実施の形態１に係る巻線の形状の一例を示す斜視図および側面図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、実施の形態１に係る巻線の形状の一例を示す斜視図および側面図である。
【図５Ｃ】図５Ｃは、実施の形態１に係る巻線の形状の一例を示す斜視図および側面図である。
【図５Ｄ】図５Ｄは、実施の形態１に係る巻線の形状の一例を示す斜視図および側面図である。
【図５Ｅ】図５Ｅは、実施の形態１に係る巻線の形状の一例を示す斜視図および側面図である。
【図５Ｆ】図５Ｆは、実施の形態１に係る巻線の形状の一例を示す斜視図および側面図である。
【図６】図６は、実施の形態１に係る巻線の並びの一例を示す一部切り欠き斜視図である。
【図７】図７は、実施の形態１に係る巻線の並びの一例を示す断面図である。
【図８Ａ】図８Ａは、実施の形態１に係る巻線の並びの一例を示す正面図である。
【図８Ｂ】図８Ｂは、実施の形態１に係る巻線の並びの一例を示す正面図である。
【図８Ｃ】図８Ｃは、実施の形態１に係る巻線の並びの一例を示す正面図である。
【図８Ｄ】図８Ｄは、実施の形態１に係る巻線の並びの一例を示す正面図である。
【図８Ｅ】図８Ｅは、実施の形態１に係る巻線の並びの一例を示す正面図である。
【図８Ｆ】図８Ｆは、実施の形態１に係る巻線の並びの一例を示す正面図である。
【図９】図９は、実施の形態２に係る巻線の形状の一例を示す斜視図である。
【図１０】図１０は、実施の形態２に係る巻線の形状の一例を示す側面図である。
【図１１】図１１は、実施の形態２に係る巻線の形状の一例を示す正面図である。
【図１２】図１２は、実施の形態３に係る巻線の形状の一例を示す斜視図である。
【図１３】図１３は、実施の形態３に係る巻線の形状の一例を示す側面図である。
【図１４】図１４は、実施の形態３に係る巻線の形状の一例を示す正面図である。
【図１５】図１５は、実施の形態４に係る巻線の形状の一例を示す斜視図である。
【図１６】図１６は、実施の形態５に係る巻線の形状の一例を示す斜視図である。
【図１７】図１７は、実施の形態５に係る巻線の形状の一例を示す正面図である。
【図１８】図１８は、実施の形態５に係る巻線の形状の一例を示す側面図である。
【図１９Ａ】図１９Ａは、実施の形態６に係るシミュレーションモデルを示す斜視図である。
【図１９Ｂ】図１９Ｂは、実施の形態６に係るシミュレーションモデルを示す側面図である。
【図１９Ｃ】図１９Ｃは、実施の形態６に係るシミュレーションモデルを示す正面図である。
【図２０Ａ】図２０Ａは、実施の形態６に係るシミュレーション結果を示す斜視図である。
【図２０Ｂ】図２０Ｂは、実施の形態６に係るシミュレーション結果を示す側面図である。
【図２１】図２１は、実施の形態７に係るシミュレーションモデルを示す斜視図である。
【図２２】図２２は、実施の形態７に係るシミュレーション結果を示すグラフである。
【図２３】図２３は、実施の形態７に係るシミュレーション結果を示す図である。
【図２４】図２４は、実施の形態８に係るトランスの構成の一例を示す斜視図である。
【図２５】図２５は、実施の形態８に係るトランスの構成の一例を示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的又は具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置、および接続形態などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。以下の実施の形態における構成要素のうち、独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
【００１２】
（実施の形態１）
実施の形態１に係るインダクタは、複数の巻線を同軸に配置したインダクタであって、巻線間の電流分布の偏りを低減するための特徴的な巻線構造を有している。
【００１３】
（インダクタの全体構成）
図１は、実施の形態１に係るインダクタの全体構成の概略を示す斜視図である。
【００１４】
図１に示されるように、インダクタ１は、複数の巻線１００と、第１電極１１０と、第２電極１２０と、を備えている。複数の巻線１００は、軸Ｃの周りに配置されている。第１電極１１０は、複数の巻線１００の各々の一方端に接続され、第２電極１２０は、複数の巻線１００の各々の他方端に接続されている。これにより、インダクタ１は、２端子のインダクタ素子として構成されている。
【００１５】
本明細書では、軸Ｃの方向を軸方向と言い、軸Ｃを中心とする周方向を軸周りと言うことがある。また、説明の便宜上、軸方向での位置を、第１電極１１０から第２電極１２０へ向かって増加するＺ座標で表す。また、軸周りでの位置を、Ｙ軸の負方向を０°とし、Ｚ軸方向に見て時計回りに増加する角度θで表す。
【００１６】
インダクタ１の寸法の一例として、巻線幅が２μｍ、径方向のピッチ（径方向に隣接する配線の芯間距離）が６μｍ、軸方向のピッチ（軸方向に隣接する配線の芯間距離）が１０μｍ、コイル径が１２０μｍである。インダクタ１の作製方法は、特には限定されないが、一例として、金属３Ｄプリンタを用いて作製してもよい。
【００１７】
（巻線の形状）
図２は、インダクタ１が備える巻線１００の形状の一例を示す斜視図である。
【００１８】
図２に示されるように、インダクタ１は、符号Ｗ１〜Ｗ１８で識別される１８本の巻線１００を備えている。巻線１００の巻き数はいずれも２である。図２では、形状の具体例を明確にするため、巻線Ｗ１、Ｗ２を、太実線、太破線でそれぞれ強調して示している。
【００１９】
図３および図４は、巻線１００の形状の詳細な一例を示す側面図および正面図である。
【００２０】
巻線１００は、第１引き出し部１１１、外巻き螺旋部１０２、外周接続部１０３、内巻き螺旋部１０４、内周接続部１０５、および第２引き出し部１２１からなる。外巻き螺旋部１０２、外周接続部１０３、内巻き螺旋部１０４、および内周接続部１０５を、巻線本体部１０１と総称する。
【００２１】
第１引き出し部１１１は、軸方向に延びる直線状の部分であり、第１電極１１０と巻線本体部１０１とを接続している。
【００２２】
第２引き出し部１２１は、軸方向に延びる直線状の部分であり、巻線本体部と第２電極１２０とを接続している。
【００２３】
第１引き出し部１１１および第２引き出し部１２１を、引き出し部と総称する。
【００２４】
外巻き螺旋部１０２は、径を徐々に増やしながら軸方向に変位する部分である。巻線Ｗ１の外巻き螺旋部１０２は、Ｚ＝０にある内周端から軸方向に進みながら軸周りを１周してＺ＝ａにある外周端に至る。外巻き螺旋部１０２は、例えば、軸周りに６０°回転する間に軸方向にａ／６進むとしてもよい。
【００２５】
外巻き螺旋部１０２が径を徐々に増やしながら軸方向に変位する、とは、外巻き螺旋部１０２が、軸方向に変位する間に径が全く増えない区間や、他の区間と比べて急激に径が増える区間を有しないことを意味する。これは、一例として、外巻き螺旋部１０２の任意の区間において、外巻き螺旋部１０２の径が軸方向の変位量に対して略一定の比率で増加すること、として定義されてもよい。
【００２６】
内巻き螺旋部１０４は、径を徐々に減らしながら軸方向に変位する部分である。巻線Ｗ１の内巻き螺旋部１０４は、Ｚ＝３ａ／２にある外周端から軸方向に進みながら軸周りを１周してＺ＝５ａ／２にある内周端に至る部分である。内巻き螺旋部１０４は、例えば、軸周りに６０°回転する間に軸方向にａ／６進むとしてもよい。
【００２７】
内巻き螺旋部１０４が径を徐々に減らしながら軸方向に変位する、とは、内巻き螺旋部１０４が、軸方向に変位する間に径が全く減らない区間や、他の区間と比べて急激に径が減る区間を有しないことを意味する。これは、一例として、内巻き螺旋部１０４の任意の区間において、内巻き螺旋部１０４の径が軸方向の変位量に対して略一定の比率で減少すること、として定義されてもよい。
【００２８】
外周接続部１０３は、外巻き螺旋部１０２の外周端と内巻き螺旋部１０４の外周端とを軸方向の異なる位置で接続する部分である。巻線Ｗ１の外周接続部１０３は、軸方向に延びる直線状の部分であり、Ｚ＝ａにある外巻き螺旋部１０２の外周端と、Ｚ＝３ａ／２にある内巻き螺旋部１０４の外周端とを接続している。
【００２９】
内周接続部１０５は、内巻き螺旋部１０４の内周端と外巻き螺旋部１０２の内周端とを接続する部分である。巻線Ｗ１では、内巻き螺旋部１０４の後に外巻き螺旋部１０２がないため、内周接続部１０５は、内巻き螺旋部１０４の内周端と第２引き出し部１２１とを接続している。
【００３０】
ここで、外周接続部１０３および内周接続部１０５が、外巻き螺旋部の端と内巻き螺旋部の端とを軸方向の異なる位置で接続する接続部の一例である。ただし、軸方向で巻線本体部１０１の端に位置する接続部（例えば、巻き線Ｗ１、Ｗ２の内周接続部１０５）は、外巻き螺旋部１０２の端および内巻き螺旋部１０４の端の一方と引き出し部とを接続する。
【００３１】
外巻き螺旋部１０２が軸周りに１周する部分の軸方向の長さおよび内巻き螺旋部１０４が軸周りに１周する部分の軸方向の長さは、いずれも第１の長さａであり、外周接続部１０３の軸方向の長さである第２の長さｂは、第１の長さａの半分ａ／２である。
【００３２】
巻線Ｗ１のこのような特徴形状は、巻線Ｗ２〜Ｗ１８にも適用される。
【００３３】
例えば、巻線Ｗ２は、巻線Ｗ１を軸周りに６０°回転移動し、軸方向にａ／６平行移動し、元の巻線の終端からはみ出す（つまり、Ｚ＞３ａとなる）内周接続部１０５を先頭へ移動した形状で形成されている。
【００３４】
同様に、巻線Ｗ３〜Ｗ１８は、それぞれ巻線Ｗ２〜Ｗ１７を、軸周りに６０°回転移動し、軸方向にａ／６平行移動し、元の巻線の終端からはみ出す（つまり、Ｚ＞３ａとなる）末尾部分を先頭へ移動した形状で形成されている。
【００３５】
図５Ａ〜図５Ｆは、巻線Ｗ１〜Ｗ１８の形状の一例を示す斜視図（上段）および側面図（下段）である。巻線Ｗ１〜Ｗ１８をすべて組み合わせることにより、図１のインダクタ１が得られる。
【００３６】
このように、インダクタ１では、外巻き螺旋部と接続部と内巻き螺旋部とを有している複数の巻線を、軸周りの回転移動、軸方向の平行移動、および末尾部分の先頭への移動によって順次ずらしながら配置している。
【００３７】
これにより、複数の巻線の外巻き螺旋部同士を互いに接触しないように径方向に並べ、複数の巻線の内巻き螺旋部同士を互いに接触しないように径方向に並べた上で、異なる巻線の外巻き螺旋部と内巻き螺旋部との接触を接続部で回避できる。そのため、実質的に同一の形状の複数の巻線を並べて、インダクタを構成することが可能になる。
【００３８】
巻線形状が統一されることにより、単に巻線の全長が統一されるだけでなく、径方向での内周、中間部、および外周に位置する巻線の各部分の長さの比率も統一されるので、巻線の電気特性は効果的に統一される。その結果、巻線の電流分布の偏りが低減し、低損失なインダクタが得られる。
【００３９】
（巻線の並び）
次に、インダクタ１における巻線１００の並びについて説明する。
【００４０】
図６は、インダクタ１における巻線１００の並びの一例を示す一部切り欠き斜視図である。
【００４１】
図７は、図６の切断面を見た断面図であり、図２での符号を用いて切断面に見られる巻線Ｗ１〜Ｗ１８を示している。
【００４２】
図６、図７では、巻線１００の外巻き螺旋部での断面Ｓ１１〜Ｓ１６を実線枠で示し、巻線１００の内巻き螺旋部での断面Ｓ２１〜Ｓ２６を破線枠で示している。
【００４３】
図７に見られるように、断面Ｓ１１〜Ｓ１６では、巻線の外巻き螺旋部が、外周から内周へ符号の昇順に並び、断面Ｓ２１〜Ｓ２６では、巻線の内巻き螺旋部が、内周から外周へ符号の昇順に並んでいる。なお、ここでの符号の昇順とは、両端の符号間にＷ１８＜Ｗ１なる関係を定めた循環的な順序での昇順を意味する。
【００４４】
図８Ａ〜図８Ｆは、図６、図７における巻線１００の並びの一例をより詳細に示す正面図である。図８Ａ〜図８Ｆにおいて、太線は巻線、黒丸は外周接続部および内周接続部の始点（軸方向の手前側端点）、白丸は外周接続部および内周接続部の終点（軸方向の奥側端点）を表す。また、図８Ａ〜図８Ｆでは同じ径方向にある点のＺ座標を同一であるとして示しているが、これは理解の便宜のためであり、同じ径方向にあるすべての点が同じＺ座標にあることを要求するものではない。巻線同士が接触しない限り、巻線の配置のずれは許容される。
【００４５】
図８Ａには、軸方向に０≦Ｚ≦ａの範囲に位置する外巻き螺旋部が示されている。
【００４６】
径方向に０°≦θ≦６０°の範囲では、巻線Ｗ１４、Ｗ１５、Ｗ１６、Ｗ１７、Ｗ１８、Ｗ１の外巻き螺旋部が、外周から内周へこの順に並ぶ。
【００４７】
巻線Ｗ１４、Ｗ１５、Ｗ１６、Ｗ１７、Ｗ１８、Ｗ１の外巻き螺旋部は、径を徐々に増やしながら軸周りおよび軸方向に変位する。径方向６０°において、巻線Ｗ１４の外巻き螺旋部は外周端に到達し、外周接続部を介して巻線Ｗ１４の内巻き螺旋部（図８Ｂ）に接続される。空いた内周端に、内周接続部から接続される巻線Ｗ２の外巻き螺旋部が配置される。
【００４８】
径方向に６０°≦θ≦１２０°の範囲では、巻線Ｗ１５、Ｗ１６、Ｗ１７、Ｗ１８、Ｗ１、Ｗ２の外巻き螺旋部が、外周から内周へこの順に並ぶ。
【００４９】
巻線１５、Ｗ１６、Ｗ１７、Ｗ１８、Ｗ１、Ｗ２の外巻き螺旋部は、径を徐々に増やしながら軸周りおよび軸方向に変位する。径方向１２０°において、巻線Ｗ１５の外巻き螺旋部は外周端に到達し、外周接続部を介して巻線Ｗ１５の内巻き螺旋部（図８Ｂ）に接続される。空いた内周端に、内周接続部から接続される巻線Ｗ３の外巻き螺旋部が配置される。
【００５０】
径方向に１２０°≦θ≦１８０°の範囲では、巻線Ｗ１６、Ｗ１７、Ｗ１８、Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３の外巻き螺旋部が、外周から内周へこの順に並ぶ。以下同様に、複数の巻線の外巻き螺旋部が配置されていく。
【００５１】
図８Ａの例では、複数の巻線のうち、６本の巻線の外巻き螺旋部が径方向に並んで配置され、接続部の軸周りでの一方側と他方側とで（つまり、接続部が位置する半径を周方向に挟む両側の領域で）６本の巻線が循環的に入れ替わる。
【００５２】
図８Ｂには、軸方向に０≦Ｚ≦ａの範囲に位置する内巻き螺旋部が示されている。
【００５３】
径方向に１８０°≦θ≦２４０°の範囲では、巻線Ｗ５、Ｗ６、Ｗ７、Ｗ８、Ｗ９、Ｗ１０の内巻き螺旋部が、内周から外周へこの順に並ぶ。
【００５４】
巻線Ｗ５、Ｗ６、Ｗ７、Ｗ８、Ｗ９、Ｗ１０の内巻き螺旋部は、径を徐々に減らしながら軸周りおよび軸方向に変位する。径方向２４０°において、巻線Ｗ５の内巻き螺旋部は内周端に到達し、内周接続部を介して巻線Ｗ５の外巻き螺旋部（図８Ａ）に接続される。空いた外周端に、外周接続部から接続される巻線Ｗ１１の内巻き螺旋部が配置される。
【００５５】
径方向に２４０°≦θ≦３００°の範囲では、巻線Ｗ６、Ｗ７、Ｗ８、Ｗ９、Ｗ１０、Ｗ１１の内巻き螺旋部が、内周から外周へこの順に並ぶ。
【００５６】
巻線Ｗ６、Ｗ７、Ｗ８、Ｗ９、Ｗ１０、Ｗ１１の内巻き螺旋部は、径を徐々に減らしながら軸周りおよび軸方向に変位する。径方向３００°において、巻線Ｗ６の内巻き螺旋部は内周端に到達し、内周接続部を介して巻線Ｗ６の外巻き螺旋部（図８Ａ）に接続される。空いた外周端に、外周接続部から接続される巻線Ｗ１２の内巻き螺旋部が配置される。
【００５７】
径方向に３００°≦θ≦３６０°の範囲では、巻線Ｗ７、Ｗ８、Ｗ９、Ｗ１０、Ｗ１１、Ｗ１２の内巻き螺旋部が、内周から外周へこの順に並ぶ。以下同様に、複数の巻線の内巻き螺旋部が配置されていく。
【００５８】
図８Ｂの例では、複数の巻線のうち、６本の巻線の内巻き螺旋部が径方向に並んで配置され、接続部の軸周りでの一方側と他方側とで（つまり、接続部が位置する半径を周方向に挟む両側の領域で）６本の巻線が循環的に入れ替わる。
【００５９】
図８Ｃおよび図８Ｄには、軸方向にａ≦Ｚ≦２ａの範囲に位置する外巻き螺旋部および内巻き螺旋部がそれぞれ示されている。
【００６０】
図８Ｅおよび図８Ｆには、軸方向に２ａ≦Ｚ≦３ａの範囲に位置する外巻き螺旋部および内巻き螺旋部が示されている。
【００６１】
図８Ａ〜図８Ｆに示されるように、インダクタ１の全体において、複数の巻線のうち所定数の巻線の外巻き螺旋部が径方向に並べて配置され、接続部の軸周りでの一方側と他方側とで、複数の巻線のうち所定数の巻線が循環的に入れ替わる。また、複数の巻線のうち所定数の巻線の内巻き螺旋部が径方向に並べて配置され、接続部の軸周りでの一方側と他方側とで、複数の巻線のうち所定数の巻線が循環的に入れ替わる。
【００６２】
これにより、全ての巻線が、径方向での内周、中間部、および外周を偏りなく通ることになるので、巻線の電気特性が効果的に統一され、かつ、巻線の配置密度も向上する。その結果、巻線の電流分布の偏りが低減し、小型でかつ低損失なインダクタが得られる。
【００６３】
（実施の形態２）
実施の形態２に係るインダクタは、実施の形態１に係るインダクタ１と比べて、巻線構造の細部において相違する。以下では、実施の形態１と共通する事項については適宜説明を省略し、実施の形態２に係るインダクタの特徴について主に説明する。
【００６４】
（巻線の形状）
図９は、実施の形態２に係るインダクタが備える巻線の形状の一例を示す斜視図である。
【００６５】
図９に示されるように、インダクタ２は、複数の巻線２００と、第１電極１１０と、第２電極１２０と、を備えている。複数の巻線２００は、軸Ｃの周りに配置されている。第１電極１１０は、複数の巻線２００の各々の一方端に接続され、第２電極１２０は、複数の巻線２００の各々の他方端に接続されている。これにより、インダクタ２は、２端子のインダクタ素子として構成されている。
【００６６】
インダクタ２の寸法の一例として、巻線幅が２μｍ、径方向のピッチが６μｍ、軸方向のピッチが２０μｍ、コイル径が１２０μｍである。また、巻線２００の本数は１６であり、巻線２００の巻き数はいずれも３である。
【００６７】
図９では、形状の具体例を明確にするため、巻線Ｗ１、Ｗ２を、太実線、太破線でそれぞれ強調して示している。
【００６８】
図１０および図１１は、巻線２００の形状の詳細な一例を示す側面図および正面図である。
【００６９】
巻線２００は、第１引き出し部１１１、外巻き螺旋部２０２、外周接続部２０３、内巻き螺旋部２０４、内周接続部２０５、および第２引き出し部１２１からなる。外巻き螺旋部２０２、外周接続部２０３、内巻き螺旋部２０４、および内周接続部２０５を、巻線本体部２０１と総称する。
【００７０】
外巻き螺旋部２０２は、径を徐々に増やしながら軸方向に変位する部分である。巻線Ｗ１の外巻き螺旋部２０２は、Ｚ＝０にある内周端から軸方向に進みながら軸周りを１．５周してＺ＝３ａ／２にある外周端に至る。外巻き螺旋部２０２は、例えば、軸周りに９０°回転する間に軸方向にａ／４進むとしてもよい。
【００７１】
外巻き螺旋部２０２が径を徐々に増やしながら軸方向に変位する、とは、外巻き螺旋部２０２が、軸方向に変位する間に径が全く増えない区間や、他の区間と比べて急激に径が増える区間を有しないことを意味する。これは、一例として、外巻き螺旋部２０２の任意の区間において、外巻き螺旋部２０２の径が軸方向の変位量に対して略一定の比率で増加すること、として定義されてもよい。
【００７２】
内巻き螺旋部２０４は、径を徐々に減らしながら軸方向に変位する部分である。巻線Ｗ１の内巻き螺旋部２０４は、Ｚ＝２ａにある外周端から軸方向に進みながら軸周りを１．５周してＺ＝７ａ／２にある内周端に至る部分である。内巻き螺旋部２０４は、例えば、軸周りに９０°回転する間に軸方向にａ／４進むとしてもよい。
【００７３】
内巻き螺旋部２０４が径を徐々に減らしながら軸方向に変位する、とは、内巻き螺旋部２０４が、軸方向に変位する間に径が全く減らない区間や、他の区間と比べて急激に径が減る区間を有しないことを意味する。これは、一例として、内巻き螺旋部２０４の任意の区間において、内巻き螺旋部２０４の径が軸方向の変位量に対して略一定の比率で減少すること、として定義されてもよい。
【００７４】
外周接続部２０３は、外巻き螺旋部２０２の外周端と内巻き螺旋部２０４の外周端とを軸方向の異なる位置で接続する部分である。巻線Ｗ１の外周接続部２０３は、軸方向に延びる直線状の部分であり、Ｚ＝３ａ／２にある外巻き螺旋部２０２の外周端と、Ｚ＝２ａにある内巻き螺旋部２０４の外周端とを接続している。
【００７５】
内周接続部２０５は、内巻き螺旋部２０４の内周端と外巻き螺旋部２０２の内周端とを接続する部分である。巻線Ｗ１では、内巻き螺旋部２０４の後に外巻き螺旋部２０２がないため、内周接続部２０５は、内巻き螺旋部２０４の内周端と第２引き出し部１２１とを接続している。
【００７６】
ここで、外周接続部２０３および内周接続部２０５が、外巻き螺旋部の端と内巻き螺旋部の端とを軸方向の異なる位置で接続する接続部の一例である。ただし、軸方向で巻線本体部２０１の端に位置する接続部（例えば、巻き線Ｗ１、Ｗ２の内周接続部２０５）は、外巻き螺旋部２０２の端および内巻き螺旋部２０４の端の一方と引き出し部とを接続する。
【００７７】
外巻き螺旋部２０２が軸周りに１周する部分の軸方向の長さおよび内巻き螺旋部２０４が軸周りに１周する部分の軸方向の長さは、いずれも第１の長さａであり、外周接続部２０３の軸方向の長さである第２の長さｂは、第１の長さａの半分ａ／２である。
【００７８】
巻線Ｗ１のこのような特徴形状は、巻線Ｗ２〜Ｗ１６にも適用される。
【００７９】
例えば、巻線Ｗ２は、巻線Ｗ１を軸周りに９０°回転移動し、軸方向にａ／４平行移動し、元の巻線の終端からはみ出す（つまり、Ｚ＞４ａとなる）内周接続部２０５を先頭へ移動した形状で形成されている。
【００８０】
同様に、巻線Ｗ３〜Ｗ１６は、それぞれ巻線Ｗ２〜Ｗ１５を、軸周りに９０°回転移動し、軸方向にａ／４平行移動し、元の巻線の終端からはみ出す（つまり、Ｚ＞４ａとなる）末尾部分を先頭へ移動した形状で形成されている。
【００８１】
このように、インダクタ２では、インダクタ１と同様、外巻き螺旋部と接続部と内巻き螺旋部とを有している複数の巻線を、軸周りの回転移動、軸方向の平行移動、および末尾部分の先頭への移動によって順次ずらしながら配置している。
【００８２】
これにより、複数の巻線の外巻き螺旋部同士を互いに接触しないように径方向に並べ、複数の巻線の内巻き螺旋部同士を互いに接触しないように径方向に並べた上で、異なる巻線の外巻き螺旋部と内巻き螺旋部との接触を接続部で回避できる。そのため、実質的に同一の形状の複数の巻線を並べて、インダクタを構成することが可能になる。
【００８３】
巻線形状が統一されることにより、単に巻線の全長が統一されるだけでなく、径方向での内周、中間部、および外周に位置する巻線の各部分の長さの比率も統一されるので、巻線の電気特性は効果的に統一される。その結果、巻線の電流分布の偏りが低減し、低損失なインダクタが得られる。
【００８４】
（実施の形態３）
実施の形態３に係るインダクタは、実施の形態１に係るインダクタ１と比べて、巻線構造の細部において相違する。以下では、実施の形態１と共通する事項については適宜説明を省略し、実施の形態３に係るインダクタの特徴について主に説明する。
【００８５】
（巻線の形状）
図１２は、実施の形態３に係るインダクタが備える巻線の形状の一例を示す斜視図である。
【００８６】
図１２に示されるように、インダクタ３は、複数の巻線３００と、第１電極１１０と、第２電極１２０と、を備えている。複数の巻線３００は、軸Ｃの周りに配置されている。第１電極１１０は、複数の巻線３００の各々の一方端に接続され、第２電極１２０は、複数の巻線３００の各々の他方端に接続されている。これにより、インダクタ３は、２端子のインダクタ素子として構成されている。
【００８７】
インダクタ３の寸法の一例として、巻線幅が２μｍ、径方向のピッチが６μｍ、軸方向のピッチが６μｍ、コイル径が１２０μｍである。また、巻線３００の本数は１８であり、巻線３００の巻き数はいずれも２である。
【００８８】
図１２では、形状の具体例を明確にするため、巻線Ｗ１を太実線で強調して示している。
【００８９】
図１３および図１４は、巻線３００の形状の詳細な一例を示す側面図および正面図である。
【００９０】
巻線３００は、図２に示される巻線１００の外周接続部１０３および内周接続部１０５を、外周接続部３０３および内周接続部３０５にそれぞれ変更して構成されている。
【００９１】
外周接続部３０３は、外巻き螺旋部１０２の外周端と内巻き螺旋部１０４の外周端とを軸周りの異なる位置で接続する。外周接続部３０３は、滑らかな曲線であってもよい。
【００９２】
内周接続部３０５は、内巻き螺旋部１０４の内周端と外巻き螺旋部１０２の内周端とを軸周りの異なる位置で接続する。内周接続部３０５は、滑らかな曲線であってもよい。
【００９３】
巻線３００の形状によれば、外周接続部３０３と、外巻き螺旋部１０２の外周端および内巻き螺旋部１０４の外周端の各々との接続点で巻線３００に生じる角度を大きくできる。また、内周接続部３０５と、内巻き螺旋部１０４の内周端および外巻き螺旋部１０２の内周端の各々との接続点で巻線３００に生じる角度を大きくできる。これにより、巻線３００の急峻な折れ曲がりを緩和し、高次モードの発生を抑制できるので、低損失でかつ周波数特性に優れたインダクタが得られる。
【００９４】
（実施の形態４）
実施の形態４に係るインダクタは、実施の形態１に係るインダクタ１と比べて、巻線構造の細部において相違する。以下では、実施の形態１と共通する事項については適宜説明を省略し、実施の形態４に係るインダクタの特徴部分について主に説明する。
【００９５】
（巻線の形状）
図１５は、実施の形態４に係るインダクタが備える巻線の形状の一例を示す斜視図である。
【００９６】
図１５に示されるように、インダクタ４は、複数の巻線４００と、第１電極１１０と、第２電極１２０と、を備えている。複数の巻線４００は、丸み付けがなされた滑らかな（例えば、節の数を増やした折れ線形状の）配線導体で構成されている。
【００９７】
（実施の形態５）
実施の形態５に係るインダクタは、実施の形態１に係るインダクタ１と比べて、巻線構造の細部において相違する。以下では、実施の形態１と共通する事項については適宜説明を省略し、実施の形態５に係るインダクタの特徴について主に説明する。
【００９８】
（巻線の形状）
図１６は、実施の形態５に係るインダクタが備える巻線の形状の一例を示す斜視図である。
【００９９】
図１６に示されるように、インダクタ５は、複数の巻線５００と、第１電極５１０と、第２電極５２０と、を備えている。
【０１００】
図１７および図１８は、巻線５００の形状の詳細な一例を示す側面図および正面図である。
【０１０１】
複数の巻線５００は、板状の配線導体で構成され、第１電極５１０と第２電極５２０とは側面（ＸＺ面）に配置されている。
【０１０２】
このような構成により、低背化されたインダクタ素子が得られる。また、薄い配線導体を用いることで、高周波信号に対する表皮効果を緩和することができる。
【０１０３】
（実施の形態６）
実施の形態６では、前述した巻線構造を有するインダクタにおける巻線間の電流分布の偏りについて、シミュレーションによる検証結果を説明する。
【０１０４】
図１９Ａ、図１９Ｂ、図１９Ｃは、それぞれ、検証に用いたシミュレーションモデルを示す斜視図、側面図、正面図である。
【０１０５】
図１９Ａ、図１９Ｂ、図１９Ｃに示されるように、底面が導電性のアース電極６２０で構成され、空気で満たされた一辺３００μｍの立方空間６３０内にインダクタ６を配置したシミュレーションモデル６００を設定した。
【０１０６】
インダクタ６には、インダクタ３を次のように変形して用いた。すなわち、巻線幅が２μｍ、径方向のピッチが４μｍ、軸方向のピッチが４μｍ、コイル径が１２０μｍであるとした。また、巻線の本数は１８であり、各巻線の巻き数をいずれも３とした。
【０１０７】
インダクタ６の第１電極１１０および第２電極１２０間に、ポート６１０からアース電極６２０を介して、１Ｖの直流電圧Ｐ１を印加した。
【０１０８】
図２０Ａは、電流密度のシミュレーション結果を表す斜視図である。
【０１０９】
図２０Ｂは、電流密度、磁界、電界のシミュレーション結果を表す側面図である。
【０１１０】
図２０Ａおよび図２０Ｂから、電流密度が巻線全体でほぼ均一となり、所望の結果が得られた。また、磁界および電界についても、大きな偏りのない良好な結果が得られた。
【０１１１】
（実施の形態７）
前述したインダクタによれば、巻線の微細化および高密度配置が可能となることから、所望の周波数の高周波信号に対して非常に高いＱ値が得られることが期待される。そこで、実施の形態７では、巻線を微細化したインダクタにおいて、１ＧＨｚの高周波信号に対してどの程度のＱ値が得られるかを検証した。
【０１１２】
図２１は、検証に用いたシミュレーションモデルを示す斜視図である。図２１に示されるように、シミュレーションモデル７００は、内径５０μｍ、外径１００μｍ、高さ１００μｍの、正方断面の円環状の配線領域７１０に、線幅ａの配線導体７２０を、ピッチｂで所定数配置したものである。配線導体以外の空間は空気で満たされていると想定して誘電率は１とし、誘電損失はないものとした。配線導体７２０の電気伝導率は５．３×１０７［Ｓ／ｍ］とした。
【０１１３】
図２１に示すように、配線導体７２０の線幅ａ、ピッチｂ、および本数が異なる４つのモデルＡ〜Ｄを設定し、モデルごとに、配線領域全体で１Ａとなる可変周波数の高周波信号を印加したシミュレーションにより、Ｑ値の周波数特性を求めた。
【０１１４】
図２２は、Ｑ値の周波数特性のシミュレーション結果である。図２２から、モデルＤは、１ＧＨｚの高周波信号に対し９２という高いＱ値を発揮することが分かった。
【０１１５】
また、モデルごとに、配線領域全体で１Ａとなる１ＧＨｚの高周波信号を印加したシミュレーションにより、配線領域７１０の断面に見られる電流密度、および左上端の１つの配線導体の断面に見られる電流密度を求めた。
【０１１６】
図２３は、シミュレーション結果を示す図である。図２３から、モデルＡ、Ｂ、Ｃでは、表皮効果および近接効果の影響が顕著で、電流密度分布に大きな偏りが見られるのに対し、モデルＤでは、均一化された良好な電流密度分布が得られることが分かった。
【０１１７】
したがって、１ＧＨｚの高周波信号に対して良好なＱ値を得るには、モデルＤのパラメータを用いて、線幅１．３μｍ、ピッチ２．６μｍのインダクタを構成することが有効であると確かめられた。
【０１１８】
（実施の形態８）
実施の形態８では、各々が前述したインダクタである複数のインダクタを互いに磁気結合させたトランスについて説明する。
【０１１９】
図２４および図２５は、実施の形態８に係るトランスの構成の一例を示す斜視図および側面図である。
【０１２０】
図２４および図２５に示されるように、トランス８００は、インダクタ８１、８２を互いに磁気結合させて（図２５の矢印Ｍ）構成されている。インダクタ８１は、複数の巻線８０１、第１電極８１１、第２電極８１２を備える。インダクタ８２は、複数の巻線８０２、第１電極８１３、第２電極８１４を備える。インダクタ８１、８２のそれぞれには、前述したインダクタのいずれかが用いられる。
【０１２１】
これにより、巻線の電流分布の偏りを低減した低損失なインダクタを用いるので、低損失かつ高効率なトランスが得られる。
【０１２２】
（変形例）
以上、本発明の実施の形態に係るインダクタおよびトランスについて説明したが、本発明は、個々の実施の形態には限定されない。本発明の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態に施したものや、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本発明の一つ又は複数の態様の範囲内に含まれてもよい。
【０１２３】
（まとめ）
以上説明したように、本発明の一態様に係るインダクタは、軸周りに配置された複数の巻線と、前記複数の巻線の各々の一方端に接続された第１電極と、前記複数の巻線の各々の他方端に接続された第２電極と、を備え、前記複数の巻線の各々は、径を徐々に増やしながら軸方向に変位する外巻き螺旋部と、径を徐々に減らしながら軸方向に変位する内巻き螺旋部と、前記外巻き螺旋部の端と前記内巻き螺旋部の端とを軸方向の異なる位置で接続する接続部と、を有する。
【０１２４】
このような形状の巻線によれば、複数の巻線の外巻き螺旋部同士を互いに接触しないように径方向に並べ、複数の巻線の内巻き螺旋部同士を互いに接触しないように径方向に並べた上で、異なる巻線の外巻き螺旋部と内巻き螺旋部との接触を接続部で回避できる。そのため、実質的に同一の形状の複数の巻線を並べて、インダクタを構成することが可能になる。巻線形状が統一されることにより、単に巻線の全長が統一されるだけでなく、巻線の、径方向での内周、中間部、および外周に位置する各部分の長さの比率も統一されるので、巻線の電気特性は効果的に統一される。その結果、巻線の電流分布の偏りが低減し、低損失なインダクタが得られる。
【０１２５】
また、前記複数の巻線のうち所定数の巻線の前記外巻き螺旋部が径方向に並んで配置され、前記接続部の軸周りでの一方側と他方側とで、前記所定数の巻線が循環的に入れ替わり、前記複数の巻線のうち前記所定数の巻線の前記内巻き螺旋部が径方向に並んで配置され、前記接続部の軸周りでの一方側と他方側とで、前記所定数の巻線が循環的に入れ替わってもよい。
【０１２６】
これにより、全ての巻線が、径方向での内周、中間部、および外周を偏りなく通ることになるので、巻線の電気特性が効果的に統一され、かつ、巻線の配置密度も向上する。その結果、巻線の電流分布の偏りが低減し、小型でかつ低損失なインダクタが得られる。
【０１２７】
また、前記外巻き螺旋部が軸周りに１周する部分の軸方向の長さおよび前記内巻き螺旋部が軸周りに１周する部分の軸方向の長さは、いずれも第１の長さであり、前記接続部の軸方向の長さである第２の長さは、前記第１の長さの半分であってもよい。
【０１２８】
これにより、外巻き螺旋部と内巻き外螺旋部とが正確に均等配置されるので、巻線の電気特性が効果的に統一される。その結果、巻線の電流分布の偏りが低減し、低損失なインダクタが得られる。
【０１２９】
また、前記接続部は、前記外巻き螺旋部の端と前記内巻き螺旋部の端とを軸周りの異なる位置で接続してもよい。
【０１３０】
これにより、接続部と外巻き螺旋部および内巻き螺旋部の各々との接続点で巻線に生じる角度を大きくし、高次モードの発生を抑制できるので、低損失でかつ周波数特性に優れたインダクタが得られる。
【０１３１】
また、前記複数の巻線は、軸周りの回転移動および軸方向の平行移動により重なり合う合同な部分を有していてもよい。
【０１３２】
これにより、巻線同士の幾何学的な合同に基づいて、巻線の電流分布の偏りを正確に除去した低損失なインダクタが得られる。
【０１３３】
また、本発明の一態様に係るトランスは、各々が前述のインダクタである複数のインダクタを、互いに磁気結合させたものである。
【０１３４】
これにより、巻線の電流分布の偏りを低減した低損失なインダクタを用いるので、低損失かつ高効率なトランスが得られる。
【産業上の利用可能性】
【０１３５】
本発明は、インダクタおよびトランスとして、携帯情報端末や無線通信装置などの電子機器に広く利用できる。
【符号の説明】
【０１３６】
１、２、３、４、５、６、８１、８２    インダクタ
１００、２００、３００、４００、５００、８０１、８０２    巻線
１０１、２０１    巻線本体部
１０２、２０２    外巻き螺旋部
１０３、２０３、３０３    外周接続部
１０４、２０４    内巻き螺旋部
１０５、２０５、３０５    内周接続部
１１０、５１０、８１１、８１３    第１電極
１１１    第１引き出し部
１２０、５２０、８１２、８１５    第２電極
１２１    第２引き出し部
６００、７００    シミュレーションモデル
６１０    ポート
６２０    アース電極
６３０    立方空間
７１０    配線領域
７２０    配線導体
８００    トランス
【図１】
2019107236.tif 000003
【図２】
2019107236.tif 000004
【図３】
2019107236.tif 000005
【図４】
2019107236.tif 000006
【図５Ａ】
2019107236.tif 000007
【図５Ｂ】
2019107236.tif 000008
【図５Ｃ】
2019107236.tif 000009
【図５Ｄ】
2019107236.tif 000010
【図５Ｅ】
2019107236.tif 000011
【図５Ｆ】
2019107236.tif 000012
【図６】
2019107236.tif 000013
【図７】
2019107236.tif 000014
【図８Ａ】
2019107236.tif 000015
【図８Ｂ】
2019107236.tif 000016
【図８Ｃ】
2019107236.tif 000017
【図８Ｄ】
2019107236.tif 000018
【図８Ｅ】
2019107236.tif 000019
【図８Ｆ】
2019107236.tif 000020
【図９】
2019107236.tif 000021
【図１０】
2019107236.tif 000022
【図１１】
2019107236.tif 000023
【図１２】
2019107236.tif 000024
【図１３】
2019107236.tif 000025
【図１４】
2019107236.tif 000026
【図１５】
2019107236.tif 000027
【図１６】
2019107236.tif 000028
【図１７】
2019107236.tif 000029
【図１８】
2019107236.tif 000030
【図１９Ａ】
2019107236.tif 000031
【図１９Ｂ】
2019107236.tif 000032
【図１９Ｃ】
2019107236.tif 000033
【図２０Ａ】
2019107236.tif 000034
【図２０Ｂ】
2019107236.tif 000035
【図２１】
2019107236.tif 000036
【図２２】
2019107236.tif 000037
【図２３】
2019107236.tif 000038
【図２４】
2019107236.tif 000039
【図２５】
2019107236.tif 000040
【国際調査報告】
2019107236.tif 000041
2019107236.tif 000042
2019107236.tif 000043
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