JP3228995B2 - 平面型磁気素子 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は平面インダクタや平面ト
ランスなどの平面型磁気素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、各種電子機器の小形化が盛んに進
められ、これに伴って機器全体に占める電源部の容積比
率が増大する傾向にある。これは、各種の回路がＬＳＩ
化される一方で、電源部に必須の回路要素であるインダ
クタやトランスなどの磁気部品の小型・集積化が遅れて
いるためである。

【０００３】インダクタンスやトランスなどの磁気素子
を小型化するために、これらの磁気素子を平面型にする
ことが試みられている。従来、平面インダクタとして
は、スパイラル平面コイルの両面を絶縁層で挟み、さら
にこれらの両面を磁性体で挟んだ構造のものが知られて
いる。同様に、平面トランスとしては、絶縁層を介して
１次側のスパイラル平面コイルと２次側のスパイラル平
面コイルとを形成し、これらの両面を絶縁層で挟み、さ
らにこれらの両面を磁性体で挟んだ構造のものが知られ
ている。なお、スパイラル平面コイルは、１層のスパイ
ラル状コイル導体からなるものでもよいし、絶縁層の両
面に２層のスパイラル状コイル導体を形成して発生磁界
が同一方向となるように接続したものでもよい。これら
の平面型磁気素子については、例えば、“Ｈｉｇｈ−Ｆ
ｒｅｑｕｅｎｃｙ ｏｆ ａ Ｐｌａｎａｒ−Ｔｙｐｅ
Ｍｉｃｒｏｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ ａｎｄ Ｉｔｓ
Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｔｏ Ｍｕｌｔｉｌａｙｅ
ｒｅｄ ＳｗｉｔｃｈｉｎｇＲｅｇｕｒａｔｏｒｓ”；
Ｋ．Ｙａｍａｓａｗａ ｅｔ ａｌ．，ＩＥＥＥＴｒａ
ｎｓ．Ｍａｇ．Ｖｏｌ．２６，Ｎｏ．３，Ｍａｙ １９
９０，ｐｐ．１２０４−１２０９で報告されている。し
かし、従来の平面型磁気素子は、動作に対する損失が大
きいという欠点がある。

【０００４】また、平面型磁気素子を小形化するため
に、薄膜プロセスを利用して製造することが検討されて
いる。しかし、従来の薄膜プロセスにより製造された平
面型磁気素子は、平面コイルを構成するコイル導体の断
面積を大きくできないため、コイル抵抗が非常に大き
く、インダクタンスが小さく、漏れ磁束量が大きかっ
た。この結果、インダクタンスではＱが低く、トランス
ではゲインＧが低く電圧変動率が大きいため、実用化の
大きな障害となっていた。

【０００５】このような状況から、平面型磁気素子につ
いては、小型集積化、インダクタンスの向上、磁束の外
部漏洩の低減、高周波特性および直流重畳電流特性の改
善、電流容量の向上、端子の引出しの改良、外部から電
気的特性を調整できるトリミング機能の付与などに関す
る種々の提案がなされている。

【０００６】ところで、電源などのように大きな電力を
取り扱う場合に用いられる平面型磁気素子においては、
直流重畳特性が重要になってくる。平面型磁気素子の直
流重畳特性は、磁気素子の構造、平面コイルの抵抗、磁
性体の透磁率、磁性体の飽和磁束密度などに依存する
が、高出力を取り扱うためには、特に磁性体の透磁率が
平面コイルに流れる電流の範囲において一定で高い値を
示す必要がある。

【０００７】一般の磁性体における磁化反転は、磁化容
易軸方向では磁壁移動のモードにより、磁化困難軸方向
では磁化回転のモードによる。磁壁移動のモードの場
合、数ＭＨz 以上の高周波数帯では、磁壁の慣性質量の
ために磁壁は追従できなくなり、磁性体の特性は大きく
劣化する。このため、磁性体を高周波数帯で使用する場
合には、主に磁化回転モードを利用して磁化させる。磁
化回転モードを利用する場合に磁性体に必要な特性とし
て、（１）高飽和磁束密度Ｂｓ、（２）高透磁率μ、
（３）低Ｈｃ、および（４）高Ｈｋが挙げられる。

【０００８】高い品質係数Ｑを得るためには（１）、
（２）、（４）が、高いインダクタンスＬを得るために
は（１）、（２）が、良好な直流重畳特性を得るために
は（２）が、大振幅の交流励磁を可能にする観点からは
（４）が要求される。ただし、 μ＝Ｂｓ／Ｈｋ という関係があるので、（２）と（４）とは相反する要
求となる。

【０００９】図３８に、磁性体の磁化困難軸方向の磁化
履歴曲線を示す。平面コイルに直流電流Ｉ_DCおよびこれ
に重畳して交流電流Ｉ_ACが流される場合、磁性体には常
に直流磁界Ｈ_DCが印加され、そこに交流磁界Ｈ_ACが印加
されるので、図３８に示される２点鎖線で挟まれた範囲
内の磁化曲線上で磁化が進行する。このとき、磁性体の
ＨｋがＨ_DCに比べあまり大きくないときは、磁性体が飽
和する。図３８をもとにして、Ｈ_ACとＢとの関係を図３
９に示す。また、図３８をもとにして、Ｈ_ACとμとの関
係を図４０に示す。図４０に示されるように、磁性体が
飽和することにより、μは急激に減少するため、飽和磁
界以上の交流磁界で励起することは損失を増加させるこ
とになる。このため、通常の磁性体をそのまま用いる場
合、μおよびＨｋのそれぞれについて中庸な特性を有す
る磁性体を用いるか、交流励磁により磁性体に印加され
る磁界がＨｋより小さいなるような電流の範囲で使用す
る必要がある。

【００１０】以上のように、特に直流重畳したときに
は、直流重畳した交流成分により発生する磁界により磁
性体が磁気飽和することにより諸特性が大きく劣化す
る。したがって、従来の平面型磁気素子は、電源のよう
に大電流を流す用途では、効率を保持することが困難で
あるという問題があった。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、コイ
ルに大電流を流して使用した場合にも、磁性体の特性が
劣化することがなく、高効率の平面型磁気素子を提供す
ることにある。

【００１２】本発明に係る平面型磁気素子は、平面コイ
ルと、この平面コイルの両面に設けられた絶縁層と、こ
れらの両面に設けられた磁性体とを具備した平面型磁気
素子において、前記磁性体は一方向を磁化容易軸としこ
れに垂直な方向を磁化困難軸とする一軸磁気異方性が付
与されており、前記平面コイルは、これに通電される直
流成分により、前記磁性体に対して磁化困難軸に沿う磁
界を発生するように配置されており、さらに前記平面コ
イルに通電される直流成分により前記磁性体に作用する
磁化困難軸に沿う磁界の向きと反平行なバイアス磁界を
印加する手段が設けられていることを特徴とする。

【００１３】本発明において、磁性体の困難軸方向かつ
平面コイルに通電される直流成分により発生し磁性体に
作用する磁界と反平行な方向にバイアス磁界を印加する
ためには、永久磁石を設ける、導体を設けて電流を流
す、またはコイルを設けて電流を流す、という手段が用
いられる。

【００１４】本発明の平面型磁気素子を構成する磁性体
は、平面コイルに通電される直流成分により発生し磁性
体に作用する磁界の方向が反転する位置で、不連続にな
っていてもよい。

【００１５】

【作用】以下、本発明の平面型磁気素子の作用を図面を
参照して説明する。図１は本発明の原理を示す模式図で
ある。磁性体２１にはＥ．Ａ方向を容易磁化軸とする一
軸磁気異方性が付与されている。コイル導体２２には、
直流電流Ｉ_DCとこれに重畳される交流電流Ｉ_ACとが通電
される。この結果、磁性体２１には、直流電流により発
生する磁界Ｈ_DCと交流電流により発生する磁界Ｈ_ACとが
印加される。そして、磁性体２１には、磁化困難軸方向
（Ｅ．Ａに対して垂直な方向）に、直流電流により発生
する磁界Ｈ_DCと反平行となるようにバイアス磁界Ｈ_bias
が印加されている。

【００１６】図２にコイル導体の通電される電流により
発生し磁性体に作用する磁界Ｈ_coilと磁性体の磁束密度
Ｂとの関係を示す。図２中、実線は本発明の平面型磁気
素子に関する特性を示し、破線は従来の平面型磁気素子
に関する特性を示す。本発明の平面型磁気素子では、磁
性体に印加されるバイアス磁界Ｈ_biasにより、磁束Ｂｒ
が発生している。このため、異方性磁界Ｈｋはみかけ上
大きくなるが、透磁率μは無バイアス時と同等である。
すなわち、その磁化曲線は、バイアス磁界が印加されて
いない場合の破線で示される磁化曲線を、図の右方向に
平行移動したのと等価な曲線となる。コイル導体に通電
される電流により、磁性体に直流磁界Ｈ_DCおよび交流磁
界Ｈ_ACが印加される結果、図中の２点鎖線で挟まれた範
囲内の磁化曲線上で磁化が進行するが、本発明の平面型
磁気素子では磁性体が飽和しにくい。

【００１７】図３に、コイル導体に通電される交流成分
Ｉ_ACと平面インダクタのインダクタンスＬとの関係を示
す。バイアス磁界を印加した場合には、バイアス磁界を
印加しない場合に比べ、インダクタンスＬが高Ｉ_ACまで
一定に保たれる。したがって、本発明の平面型磁気素子
は、より大きな電流密度で使用することができ、高出力
の電源にも対応可能となる。

【００１８】次に、図４は本発明の変形例の原理を示す
模式図である。磁性体２１ａ、２１ｂにはＥ．Ａ方向を
容易磁化軸とする一軸磁気異方性が付与されている。コ
イル導体２２ａ、２２ｂにはそれぞれ逆方向に、直流電
流Ｉ_DCとこれに重畳される交流電流Ｉ_ACとが通電され
る。この結果、磁性体２１ａ、２１ｂにはそれぞれ、直
流電流により発生する磁界Ｈ_DCと交流電流により発生す
る磁界Ｈ_ACとが印加される。このように、平面コイルが
スパイラルコイルである場合には、コイル導体２２ａ、
２２ｂにより発生する磁界の方向がコイルの中央を境に
して反転する。すなわち、磁性体２１ａ、２１ｂは、コ
イル導体２２ａ、２２ｂに通電される直流成分により発
生し各磁性体２１ａ、２１ｂに作用する磁界の方向が反
転する位置で不連続になっている。そして、磁性体２１
ａ、２１ｂにはそれぞれ、磁化困難軸方向（Ｅ．Ａに対
して垂直な方向）に、直流電流により発生する磁界Ｈ_DC
と反平行となるようにバイアス磁界Ｈ_biasが印加されて
いる。

【００１９】このような平面型磁気素子でも、図２、３
に示したのと同様な効果が得られる。また、前述したよ
うに平面コイルがスパイラルコイルである場合には、平
面コイルから磁性体に印加される磁界の方向がコイルの
中央を境にして反転するので、バイアス磁界もコイルの
中央近傍を境にして反転させる必要がある。この場合、
磁性体が連続していると、バイアス磁界をコイルの中央
近傍を境にして反転させて効率的に印加することが困難
となる。これに対して、図４に示すように磁性体２１
ａ、２１ｂが不連続であると、それぞれの磁性体２１
ａ、２１ｂにバイアス磁界を効率的に印加できる。

【００２０】

【実施例】

実施例１

【００２１】図５、６、７はそれぞれ本実施例の平面イ
ンダクタを示す斜視図、縦断面図、平面図である。図５
〜７において、スパイラル平面コイル１の両面には絶縁
層２、３が設けられ、これらの両面には磁性体４、５が
設けられている。これらの磁性体４、５には、Ｅ．Ａ方
向を磁化容易軸とする一軸磁気異方性が付与されてい
る。スパイラル平面コイル１には、図７の破線矢印で示
す方向に直流電流Ｉ_DCが通電され、これに重畳して交流
電流Ｉ_ACが通電される。この結果、磁性体４、５には、
磁化容易軸に垂直な方向に、直流電流Ｉ_DCにより発生す
る磁界Ｈ_DCと、交流電流Ｉ_ACにより発生する磁界Ｈ_ACと
が作用する。直流電流Ｉ_DCにより発生する磁界Ｈ_DCは、
磁性体４に対しては端部から中央部へ向かって内向き、
磁性体５に対しては中央部から端部へ向かって外向きと
なる。磁性体４、５の外側（磁性体４の上部および磁性
体５の下部）には、各磁性体の容易軸と平行になるよう
に端部の近傍に永久磁石６ａ、６ｂ、７ａ、７ｂが設け
られている。図５の端面に永久磁石６ａ、６ｂ、７ａ、
７ｂの磁化の方向を示す。すなわち、永久磁石の磁化方
向に関しては、６ａと７ｂとが平行、６ｂと７ａとが平
行、６ａおよび７ｂと６ｂおよび７ａとが反平行に設定
されている。この結果、磁性体４、５には平面コイル１
に通電される直流成分により発生する磁界と反平行にバ
イアス磁界が印加される。

【００２２】このようにバイアス磁界を印加することに
より、異方性磁界Ｈｋはみかけ上大きくなるが、透磁率
μは無バイアス時と同等である。この場合、平面インダ
クタのインダクタンスＬは、平面コイル１に通電される
交流成分Ｉ_ACがより高い領域まで一定に保たれる。つま
り、より大きな電流密度で使用することができ、高出力
の電源などに対応できる。また、磁性体の透磁率μを高
く維持できるので、インダクタンスの絶対値を大きくす
ることができ、高効率を実現できる。したがって、大電
流で使用しても高効率の平面型磁気素子を提供できる。 実施例２

【００２３】図８、図９はそれぞれ本実施例の平面イン
ダクタを示す斜視図、平面図である。本実施例の平面イ
ンダクタでは、実施例１の構成に加えて、磁性体４、５
の外側（磁性体４の上部および磁性体５の下部）におい
て、各磁性体の容易軸と平行になるように中央部（平面
コイルから磁性体に印加される磁界の方向が反転する位
置）の近傍に永久磁石６ｃ、６ｄ、７ｃ、７ｄが設けら
れている。永久磁石６ａ〜６ｄ、７ａ〜７ｄの磁化の方
向は図８の端面に示すように設定されており、磁性体
４、５には平面コイル１に通電される直流成分により発
生する磁界と反平行にバイアス磁界が印加される。この
ような構成でも、実施例１と同様な効果が得られる。 実施例３

【００２４】図１０は本実施例の平面インダクタを示す
斜視図である。本実施例の平面インダクタでは、磁性体
４の上部において容易軸と平行になるように中央部の近
傍に永久磁石６ｃ、６ｄが、磁性体５の下部において容
易軸と平行になるように端部の近傍に永久磁石７ａ、７
ｂがそれぞれ設けられている。永久磁石６ｃ、６ｄ、７
ａ、７ｂの磁化の方向は図１０の端面に示すように設定
されており、磁性体４、５には平面コイル１に通電され
る直流成分により発生する磁界と反平行にバイアス磁界
が印加される。このような構成でも、実施例１と同様な
効果が得られる。 実施例４

【００２５】図１１は本実施例の平面インダクタを示す
斜視図である。本実施例の平面インダクタでは、磁性体
４の上部において容易軸と平行になるように中央部の近
傍に永久磁石６ｃ、６ｄが、磁性体５の下部において容
易軸と平行になるように中央部の近傍に永久磁石７ｃ、
７ｄがそれぞれ設けられている。永久磁石６ｃ、６ｄ、
７ｃ、７ｄの磁化の方向は図１１の端面に示すように設
定されており、磁性体４、５には平面コイル１に通電さ
れる直流成分により発生する磁界と反平行にバイアス磁
界が印加される。このような構成でも、実施例１と同様
な効果が得られる。 実施例５

【００２６】図１２、図１３はそれぞれ本実施例の平面
インダクタを示す斜視図、平面図である。本実施例の平
面インダクタでは、各磁性体の容易軸と平行になるよう
に磁性体４と磁性体５との端部の間に永久磁石８ａ、８
ｂが設けられている。永久磁石８ａ、８ｂの磁化の方向
は図１２に示すようにいずれも下向きに設定されてお
り、磁性体４、５には平面コイル１に通電される直流成
分により発生する磁界と反平行にバイアス磁界が印加さ
れる。ここで、本実施例では磁性体間に永久磁石を設け
た関係上、実施例１〜４とは平面コイルの端子を取り出
す位置が異なっているが、平面コイルに通電される直流
電流により発生し磁性体に印加される磁界の方向はこれ
らの実施例と同一である。このような構成でも、実施例
１と同様な効果が得られる。 実施例６

【００２７】図１４は本実施例の平面インダクタを示す
斜視図である。本実施例の平面インダクタでは、磁性体
４と磁性体５との端部の間に永久磁石８ａ、８ｂが設け
られ、かつ磁性体４の上部および磁性体５の下部におい
て各磁性体の容易軸と平行になるように中央部の近傍に
永久磁石６ｃおよび７ｄが設けられている。永久磁石８
ａ、８ｂ、６ｃ、７ｄの磁化の方向は図１４に示すよう
に設定されており、磁性体４、５には平面コイル１に通
電される直流成分により発生する磁界と反平行にバイア
ス磁界が印加される。このような構成でも、実施例１と
同様な効果が得られる。 実施例７

【００２８】図１５は本実施例の平面インダクタを示す
斜視図である。本実施例の平面インダクタでは、磁性体
４と磁性体５との端部の間に永久磁石８ａ、８ｂが設け
られ、かつ磁性体４の上部および磁性体５の下部に各磁
性体の容易軸と平行になるように中央部の近傍に永久磁
石６ｃ、６ｄ、７ｃ、７ｄが設けられている。永久磁石
８ａ、８ｂ、６ｃ、６ｄ、７ｃ、７ｄの磁化の方向は図
１５に示すように設定されており、磁性体４、５には平
面コイル１に通電される直流成分により発生する磁界と
反平行にバイアス磁界が印加される。このような構成で
も、実施例１と同様な効果が得られる。 実施例８

【００２９】図１６および図１７はそれぞれ本実施例の
平面インダクタを示す斜視図および平面図である。本実
施例の平面インダクタでは、平面コイル１の両面に絶縁
層を介して設けられる磁性体が、磁性体４ａ、４ｂ、５
ａ、５ｂからなっていること以外は実施例１と同様の構
成を有する。すなわち、平面コイル１の両面の磁性体
は、平面コイル１に通電される直流成分により発生して
磁性体に作用する磁界の方向が反転する位置（平面コイ
ル１の中央部）で不連続になっている。このような構成
でも実施例１と同様な効果が得られる。さらに、永久磁
石６ａ、６ｂ、７ａ、７ｂから、磁性体４ａ、４ｂ、５
ａ、５ｂへ効率的にバイアス磁界を印加できる。 実施例９

【００３０】図１８は本実施例の平面インダクタを示す
斜視図である。本実施例の平面インダクタは、平面コイ
ル１の両面に絶縁層を介して設けられる磁性体が磁性体
４ａ、４ｂ、５ａ、５ｂからなり、平面コイル１に通電
される直流成分により発生して磁性体に作用する磁界の
方向が反転する位置（平面コイル１の中央部）で不連続
になっていること以外は実施例２（図８、図９）と同様
の構成を有する。このような構成でも実施例８と同様な
効果が得られる。 実施例１０

【００３１】図１９は本実施例の平面インダクタを示す
斜視図である。本実施例の平面インダクタは、平面コイ
ル１の両面に絶縁層を介して設けられる磁性体が磁性体
４ａ、４ｂ、５ａ、５ｂからなり、平面コイル１に通電
される直流成分により発生して磁性体に作用する磁界の
方向が反転する位置（平面コイル１の中央部）で不連続
になっていること以外は実施例３（図１０）と同様の構
成を有する。このような構成でも実施例８と同様な効果
が得られる。 実施例１１

【００３２】図２０は本実施例の平面インダクタを示す
斜視図である。本実施例の平面インダクタは、平面コイ
ル１の両面に絶縁層を介して設けられる磁性体が磁性体
４ａ、４ｂ、５ａ、５ｂからなり、平面コイル１に通電
される直流成分により発生して磁性体に作用する磁界の
方向が反転する位置（平面コイル１の中央部）で不連続
になっていること以外は実施例４（図１１）と同様の構
成を有する。このような構成でも実施例８と同様な効果
が得られる。 実施例１２

【００３３】図２１は本実施例の平面インダクタを示す
斜視図である。本実施例の平面インダクタは、平面コイ
ル１の両面に絶縁層を介して設けられる磁性体が磁性体
４ａ、４ｂ、５ａ、５ｂからなり、平面コイル１に通電
される直流成分により発生して磁性体に作用する磁界の
方向が反転する位置（平面コイル１の中央部）で不連続
になっていること以外は実施例５（図１２、図１３）と
同様の構成を有する。このような構成でも実施例８と同
様な効果が得られる。 実施例１３

【００３４】図２２は本実施例の平面インダクタを示す
斜視図である。本実施例の平面インダクタは、平面コイ
ル１の両面に絶縁層を介して設けられる磁性体が磁性体
４ａ、４ｂ、５ａ、５ｂからなり、平面コイル１に通電
される直流成分により発生して磁性体に作用する磁界の
方向が反転する位置（平面コイル１の中央部）で不連続
になっていること以外は実施例６（図１４）と同様の構
成を有する。このような構成でも実施例８と同様な効果
が得られる。 実施例１４

【００３５】図２３は本実施例の平面インダクタを示す
斜視図である。本実施例の平面インダクタは、平面コイ
ル１の両面に絶縁層を介して設けられる磁性体が磁性体
４ａ、４ｂ、５ａ、５ｂからなり、平面コイル１に通電
される直流成分により発生して磁性体に作用する磁界の
方向が反転する位置（平面コイル１の中央部）で不連続
になっていること以外は実施例７（図１５）と同様の構
成を有する。このような構成でも実施例８と同様な効果
が得られる。 実施例１５

【００３６】図２４および図２５はそれぞれ本実施例の
平面インダクタを示す斜視図および平面図である。図２
４、２５において、スパイラル平面コイル１の両面には
絶縁層が設けられ、これらの両面には磁性体４、５が設
けられている。これらの磁性体４、５には、Ｅ．Ａ方向
を磁化容易軸とする一軸磁気異方性が付与されている。
スパイラル平面コイル１には、図２５の矢印で示す方向
に直流電流Ｉ_DCが通電され、これに重畳して交流電流Ｉ
_ACが通電される。この結果、磁性体４、５には、磁化容
易軸に垂直な方向に、直流電流Ｉ_DCにより発生する磁界
Ｈ_DCと、交流電流Ｉ_ACにより発生する磁界Ｈ_ACとが作用
する。直流電流Ｉ_DCにより発生する磁界Ｈ_DCは、磁性体
４に対しては端部から中央部へ向かって内向き、磁性体
５に対しては中央部から端部へ向かって外向きとなる。
本実施例でも、磁性体間に導体を設けた関係上、他の実
施例とは平面コイルの端子を取り出す位置が異なってい
るが、平面コイルに通電される直流電流により発生し磁
性体に印加される磁界の方向は他の実施例と同一であ
る。磁性体４、５の端部の間には、各磁性体の容易軸と
平行になるように導体９ａ、９ｂが設けられている。こ
れらの導体９ａ、９ｂにはそれぞれ図２５の矢印で示す
方向に電流が流され、磁性体４、５には図２４の端面に
矢印で示す方向にバイアス磁界が印加される。この結
果、磁性体４、５には平面コイル１に通電される直流成
分により発生する磁界と反平行にバイアス磁界が印加さ
れる。

【００３７】このようにバイアス磁界を印加することに
より、異方性磁界Ｈｋはみかけ上大きくなるが、透磁率
μは無バイアス時と同等である。この場合、平面インダ
クタのインダクタンスＬは、平面コイル１に通電される
交流成分Ｉ_ACがより高い領域まで一定に保たれる。つま
り、より大きな電流密度で使用することができ、高出力
の電源などに対応できる。また、磁性体の透磁率μを高
く維持できるので、インダクタンスの絶対値を大きくす
ることができ、高効率を実現できる。したがって、大電
流で使用しても高効率の平面型磁気素子を提供できる。

【００３８】さらに、バイアス磁界の大きさは導体９
ａ、９ｂに通電される直流電流によって制御できるの
で、平面コイル１において直流電流に重畳される交流電
流の大きさに応じて、最適なバイアス磁界を印加でき
る。したがって、使用条件を広範囲に設定できる。 実施例１６

【００３９】図２６は本実施例の平面インダクタを示す
斜視図である。本実施例の平面インダクタでは、実施例
１５（図２４、図２５）の構成に加えて、磁性体４の上
部および磁性体５の下部において、各磁性体の容易軸と
平行になるように中央部の近傍にそれぞれ導体１０ｃ、
１０ｄ、１１ｃ、１１ｄが設けられている。これらの導
体１０ｃ、１０ｄ、１１ｃ、１１ｄには、磁性体に、平
面コイル１に通電される直流成分により発生し磁性体に
作用する磁界と反平行なバイアス磁界を印加できるよう
に電流が流される。このような構成でも、実施例１５と
同様な効果を得ることができる。 実施例１７

【００４０】図２７は本実施例の平面インダクタを示す
斜視図である。本実施例の平面インダクタでは、磁性体
４の上部および磁性体５の下部において、各磁性体の容
易軸と平行になるように端部の近傍および中央部の近傍
にそれぞれ導体１０ａ〜１０ｄ、１１ａ〜１１ｄが設け
られている。これらの導体１０ａ〜１０ｄ、１１ａ〜１
１ｄには、磁性体に、平面コイル１に通電される直流成
分により発生し磁性体に作用する磁界と反平行なバイア
ス磁界を印加できるように電流が流される。このような
構成でも、実施例１５と同様な効果を得ることができ
る。 実施例１８

【００４１】図２８は本実施例の平面インダクタを示す
斜視図である。本実施例の平面インダクタは、平面コイ
ル１の両面に絶縁層を介して設けられる磁性体が、磁性
体４ａ、４ｂ、５ａ、５ｂからなっていること以外は実
施例１５（図２４、図２５）と同様の構成を有する。す
なわち、平面コイル１の両面の磁性体は、平面コイル１
に通電される直流成分により発生して磁性体に作用する
磁界の方向が反転する位置（平面コイル１の中央部）で
不連続になっている。このような構成でも実施例１５と
同様な効果が得られる。さらに、導体９ａ、９ｂに電流
を流すことにより、磁性体４ａ、４ｂ、５ａ、５ｂへ効
率的にバイアス磁界を印加できる。 実施例１９

【００４２】図２９は本実施例の平面インダクタを示す
斜視図である。本実施例の平面インダクタは、平面コイ
ル１の両面に絶縁層を介して設けられる磁性体が、磁性
体４ａ、４ｂ、５ａ、５ｂからなり、平面コイル１に通
電される直流成分により発生して磁性体に作用する磁界
の方向が反転する位置（平面コイル１の中央部）で不連
続になっていること以外は実施例１６（図２６）と同様
の構成を有する。このような構成でも実施例１８と同様
な効果が得られる。 実施例２０

【００４３】図３０は本実施例の平面インダクタを示す
斜視図である。本実施例の平面インダクタは、平面コイ
ル１の両面に絶縁層を介して設けられる磁性体が、磁性
体４ａ、４ｂ、５ａ、５ｂからなり、平面コイル１に通
電される直流成分により発生して磁性体に作用する磁界
の方向が反転する位置（平面コイル１の中央部）で不連
続になっているっていること以外は実施例１７（図２
７）と同様の構成を有する。このような構成でも実施例
１８と同様な効果が得られる。 実施例２１

【００４４】図３１および図３２は本実施例の平面イン
ダクタの斜視図および縦断面図である。図３１および図
３２において、スパイラル平面コイル１上には絶縁層１
２を介して、スパイラル平面コイル１と同一のパターン
形状を有するスパイラル平面コイル１３が積層されてい
る。これらの両面には絶縁層２、３が設けられ、さらに
これらの両面には磁性体４、５が設けられている。これ
らの磁性体４、５には、Ｅ．Ａ方向を磁化容易軸とする
一軸磁気異方性が付与されている。スパイラル平面コイ
ル１には、例えば実施例１の場合と同じ方向に直流電流
Ｉ_DCが通電され、これに重畳して交流電流Ｉ_ACが通電さ
れる。この結果、磁性体４、５には、磁化容易軸に垂直
な方向に、直流電流Ｉ_DCにより発生する磁界Ｈ_DCと、交
流電流Ｉ_ACにより発生する磁界Ｈ_ACとが作用する。直流
電流Ｉ_DCにより発生する磁界Ｈ_DCは、磁性体４に対して
は端部から中央部へ向かって内向き、磁性体５に対して
は中央部から端部へ向かって外向きとなる。一方、スパ
イラル平面コイル１３には、スパイラル平面コイル１に
通電される直流電流の方向と反対方向に直流電流が通電
される。この結果、磁性体４、５には平面コイル１に通
電される直流成分により発生する磁界と反平行にバイア
ス磁界が印加される。

【００４５】このようにバイアス磁界を印加することに
より、異方性磁界Ｈｋはみかけ上大きくなるが、透磁率
μは無バイアス時と同等である。この場合、平面インダ
クタのインダクタンスＬは、平面コイル１に通電される
交流成分Ｉ_ACがより高い領域まで一定に保たれる。つま
り、より大きな電流密度で使用することができ、高出力
の電源などに対応できる。また、磁性体の透磁率μを高
く維持できるので、インダクタンスの絶対値を大きくす
ることができ、高効率を実現できる。したがって、大電
流で使用しても高効率の平面型磁気素子を提供できる。

【００４６】さらに、バイアス磁界の大きさは平面コイ
ル１３に通電される直流電流によって制御できるので、
平面コイル１において直流電流に重畳される交流電流の
大きさに応じて、最適なバイアス磁界を印加できる。し
たがって、使用条件を広範囲に設定できる。 実施例２２

【００４７】図３３は本実施例の平面インダクタを示す
斜視図である。本実施例の平面インダクタは、スパイラ
ル平面コイル１の両面に絶縁層を介して、スパイラル平
面コイル１と同一のパターン形状を有するスパイラル平
面コイル１３ａおよび１３ｂが設けられ、これらの両面
に絶縁層２、３が設けられ、さらにこれらの両面に磁性
体４、５が設けられた構成を有する。スパイラル平面コ
イル１３ａおよび１３ｂには、スパイラル平面コイル１
に通電される直流電流の方向と反対方向に直流電流が通
電され、磁性体４、５には平面コイル１に通電される直
流成分により発生する磁界と反平行にバイアス磁界が印
加される。このような構成でも、実施例２１と同様な効
果が得られる。 実施例２３

【００４８】図３４は本実施例の平面インダクタを示す
斜視図である。本実施例の平面インダクタは、スパイラ
ル平面コイル１の両面に絶縁層が設けられ、これらの両
面に磁性体４、５が設けられた、さらにこれらの両面に
スパイラル平面コイル１と同一のパターン形状を有する
スパイラル平面コイル１３ａおよび１３ｂが設けられた
構成を有する。スパイラル平面コイル１３ａおよび１３
ｂには、スパイラル平面コイル１に通電される直流電流
の方向と反対方向に直流電流が通電され、磁性体４、５
には平面コイル１に通電される直流成分により発生する
磁界と反平行にバイアス磁界が印加される。このような
構成でも、実施例２１と同様な効果が得られる。 実施例２４

【００４９】図３５は本実施例の平面インダクタを示す
斜視図である。本実施例の平面インダクタにおいては、
平面コイル１の両面に絶縁層を介して設けられる磁性体
が、磁性体４ａ、４ｂ、５ａ、５ｂからなっていること
以外は実施例２０（図３１、図３２）と同様の構成を有
する。すなわち、平面コイル１の両面の磁性体は、平面
コイル１に通電される直流成分により発生して磁性体に
作用する磁界の方向が反転する位置（平面コイル１の中
央部）で不連続になっている。このような構成でも実施
例２１と同様な効果が得られる。さらに、永久磁石６
ａ、６ｂ、７ａ、７ｂから、磁性体４ａ、４ｂ、５ａ、
５ｂへ効率的にバイアス磁界を印加できる。 実施例２５

【００５０】図３６は本実施例の平面インダクタを示す
斜視図である。本実施例の平面インダクタにおいては、
平面コイル１の両面に絶縁層を介して設けられる磁性体
が磁性体４ａ、４ｂ、５ａ、５ｂからなり、平面コイル
１に通電される直流成分により発生して磁性体に作用す
る磁界の方向が反転する位置（平面コイル１の中央部）
で不連続になっていること以外は実施例２２（図３３）
と同様の構成を有する。このような構成でも実施例２４
と同様な効果が得られる。 実施例２６

【００５１】図３７は本実施例の平面インダクタを示す
斜視図である。本実施例の平面インダクタにおいては、
平面コイル１の両面に絶縁層を介して設けられる磁性体
が磁性体４ａ、４ｂ、５ａ、５ｂからなり、平面コイル
１に通電される直流成分により発生して磁性体に作用す
る磁界の方向が反転する位置（平面コイル１の中央部）
で不連続になっていること以外は実施例２３（図３４）
と同様の構成を有する。このような構成でも実施例２４
と同様な効果が得られる。

【００５２】

【発明の効果】以上詳述したように本発明の平面型磁気
素子は、平面コイルに大電流を流して使用した場合に
も、磁性体の特性が劣化することがなく、高効率が得ら
れ、高出力の電源にも対応できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理を説明する模式図。

【図２】本発明に係る平面インダクタを構成する磁性体
の磁化曲線図。

【図３】平面インダクタを構成する磁性体にバイアス磁
界を印加した場合とバイアス磁界を印加しない場合とに
ついて、平面コイルに通電される交流成分とインダクタ
ンスとの関係を示す特性図。

【図４】本発明の変形例の原理を説明する模式図。

【図５】本実施例の実施例１における平面インダクタを
示す斜視図。

【図６】本実施例の実施例１における平面インダクタを
示す縦断面図。

【図７】本実施例の実施例１における平面インダクタを
示す平面図。

【図８】本実施例の実施例２における平面インダクタを
示す斜視図。

【図９】本実施例の実施例２における平面インダクタを
示す縦断面図。

【図１０】本実施例の実施例３における平面インダクタ
を示す斜視図。

【図１１】本実施例の実施例４における平面インダクタ
を示す斜視図。

【図１２】本実施例の実施例５における平面インダクタ
を示す斜視図。

【図１３】本実施例の実施例５における平面インダクタ
を示す平面図。

【図１４】本実施例の実施例６における平面インダクタ
を示す斜視図。

【図１５】本実施例の実施例７における平面インダクタ
を示す斜視図。

【図１６】本実施例の実施例８における平面インダクタ
を示す斜視図。

【図１７】本実施例の実施例８における平面インダクタ
を示す平面図。

【図１８】本実施例の実施例９における平面インダクタ
を示す斜視図。

【図１９】本実施例の実施例１０における平面インダク
タを示す斜視図。

【図２０】本実施例の実施例１１における平面インダク
タを示す斜視図。

【図２１】本実施例の実施例１２における平面インダク
タを示す斜視図。

【図２２】本実施例の実施例１３における平面インダク
タを示す斜視図。

【図２３】本実施例の実施例１４における平面インダク
タを示す斜視図。

【図２４】本実施例の実施例１５における平面インダク
タを示す平面図。

【図２５】本実施例の実施例１５における平面インダク
タを示す斜視図。

【図２６】本実施例の実施例１６における平面インダク
タを示す斜視図。

【図２７】本実施例の実施例１７における平面インダク
タを示す斜視図。

【図２８】本実施例の実施例１８における平面インダク
タを示す斜視図。

【図２９】本実施例の実施例１９における平面インダク
タを示す斜視図。

【図３０】本実施例の実施例２０における平面インダク
タを示す斜視図。

【図３１】本実施例の実施例２１における平面インダク
タを示す斜視図。

【図３２】本実施例の実施例２１における平面インダク
タを示す縦断面図。

【図３３】本実施例の実施例２２における平面インダク
タを示す斜視図。

【図３４】本実施例の実施例２３における平面インダク
タを示す斜視図。

【図３５】本実施例の実施例２４における平面インダク
タを示す斜視図。

【図３６】本実施例の実施例２５における平面インダク
タを示す斜視図。

【図３７】本実施例の実施例２６における平面インダク
タを示す斜視図。

【図３８】従来の平面インダクタを構成する磁性体の磁
化曲線図。

【図３９】従来の平面インダクタを構成する磁性体につ
いて、平面コイルに通電される直流成分によって印加さ
れる磁界Ｈ_ACと磁束との関係を示す特性図。

【図４０】従来の平面インダクタを構成する磁性体につ
いて、平面コイルに通電される直流成分によって印加さ
れる磁界Ｈ_ACと透磁率との関係を示す特性図。

【符号の説明】

１…スパイラル平面コイル、２、３、１２…絶縁層、
４、４ａ、４ｂ、５、５ａ、５ｂ…磁性体、６ａ〜６
ｄ、７ａ〜７ｄ、８ａ、８ｂ…永久磁石、９ａ、９ｂ、
１０ａ〜１０ｄ、１１ａ〜１１ｄ…導体、１３、１３
ａ、１３ｂ…スパイラル平面コイル。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 富田 宏 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株式会社東芝総合研究所内 (72)発明者 溝口 徹彦 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株式会社東芝総合研究所内 (56)参考文献 特開 平３−276604（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01F 17/04,30/00,37/00

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 平面コイルと、この平面コイルの両面に
   設けられた絶縁層と、これらの両面に設けられた磁性体
   とを具備した平面型磁気素子において、 前記磁性体は一方向を磁化容易軸としこれに垂直な方向
   を磁化困難軸とする一軸磁気異方性が付与されており、 前記平面コイルは、これに通電される直流成分により、
   前記磁性体に対して磁化困難軸に沿う磁界を発生するよ
   うに配置されており、 さらに前記平面コイルに通電される直流成分により前記
   磁性体に作用する磁化困難軸に沿う磁界の向きと反平行
   なバイアス磁界を印加する手段が設けられていることを
   特徴とする平面型磁気素子。
2. 【請求項２】 前記バイアス磁界を印加する手段が、永
   久磁石、電流が流される導体、または電流が流されるコ
   イルであることを特徴とする請求項１記載の平面型磁気
   素子。