特開 2024-22799 プリント基板コイル、高周波トランス及び電磁誘導加熱装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024022799

(43)【公開日】2024-02-21

(54)【発明の名称】プリント基板コイル、高周波トランス及び電磁誘導加熱装置

(51)【国際特許分類】

   H01F 27/28 20060101AFI20240214BHJP

   H01F 17/00 20060101ALI20240214BHJP

   H01F 19/04 20060101ALI20240214BHJP

   H05K 1/16 20060101ALI20240214BHJP

   H05K 3/46 20060101ALI20240214BHJP

   H05B 6/12 20060101ALI20240214BHJP

【ＦＩ】

H01F27/28 104

H01F17/00 A

H01F19/04 Z

H05K1/16 B

H05K3/46 Q

H05B6/12 308

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022126152

(22)【出願日】2022-08-08

(71)【出願人】

【識別番号】000005108

【氏名又は名称】株式会社日立製作所

(71)【出願人】

【識別番号】504173471

【氏名又は名称】国立大学法人北海道大学

(74)【代理人】

【識別番号】110000350

【氏名又は名称】ポレール弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】河口 祐樹

(72)【発明者】

【氏名】庄司 浩幸

(72)【発明者】

【氏名】折川 幸司

(72)【発明者】

【氏名】小笠原 悟司

(72)【発明者】

【氏名】村上 直樹

【テーマコード（参考）】

3K151

4E351

5E043

5E070

5E316

【Ｆターム（参考）】

3K151AA21

3K151BA03

3K151BA12

4E351AA03

4E351BB15

4E351DD04

4E351GG06

4E351GG07

5E043AA08

5E043BA01

5E043BA03

5E070AA11

5E070AB10

5E070CB13

5E070CB17

5E316AA32

5E316AA43

5E316BB01

5E316BB13

5E316CC04

5E316CC09

5E316CC13

5E316CC32

5E316EE02

5E316FF01

5E316GG15

5E316GG28

5E316HH01

5E316HH06

5E316JJ14

(57)【要約】

【課題】
本発明の目的は、電流容量を増加させることができ、高周波交流損失の増加を抑制することができるプリント基板コイルを提供することにある。
【解決手段】
本発明のプリント基板コイル１は、第１巻線パターン１０１が形成された第１層と第２巻線パターン１０２が形成された第２層とが絶縁層１０を挟んで積層されることで複数ターンのコイルを構成するプリント基板コイルにおいて、第１層１０１，２０１，３０１と第２層１０２，２０２，３０２とを用いて構成される複数のコイル１００，２００，３００を備え、複数のコイル１００，２００，３００は第１層１０１，２０１，３０１と第２層１０２，２０２，３０２とが当該第１層と当該第２層との積層方向（Ｚ軸方向）に交互に配置されるように、絶縁層１０を挟んで積層され、複数のコイル１００，２００，３００は並列に接続されている。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１巻線パターンが形成された第１層と第２巻線パターンが形成された第２層とが絶縁層を挟んで積層されることで複数ターンのコイルを構成するプリント基板コイルにおいて、
前記第１層と前記第２層とを用いて構成される複数のコイルを備え、
前記複数のコイルは、前記第１層と前記第２層とが当該第１層と当該第２層との積層方向に交互に配置されるように、絶縁層を挟んで積層され、
前記複数のコイルは、並列に接続されていることを特徴とするプリント基板コイル。

【請求項2】

請求項１に記載のプリント基板コイルにおいて、
前記第１巻線パターン及び前記第２巻線パターンは、中心軸の周りを旋回しながら中心軸から遠ざかる曲線形状に形成された複数の導体パターンで構成され、
前記第２巻線パターンは、前記積層方向における前記第１巻線パターンの向きを、１８０度回転させた形態となっていることを特徴とするプリント基板コイル。

【請求項3】

請求項２に記載のプリント基板コイルにおいて、
前記導体パターンは、径方向に分割された複数の平面パターンで構成されることを特徴とするプリント基板コイル。

【請求項4】

請求項１に記載のプリント基板コイルにおいて、
前記第１巻線パターン及び前記第２巻線パターンは、中心軸の周りを旋回しながら中心軸から遠ざかるように巻回された複数のコイルターンを備え、
前記複数のコイルターンは前記コイルの径方向に分割された複数の導体パターンを備え、
前記複数の導体パターンは、所定の中心角θ毎に外周側に向かって遷移することを特徴とするプリント基板コイル。

【請求項5】

磁性体コアと、一次側コイル及び二次側コイルと、を備えた高周波トランスにおいて、
前記一次側コイル又は前記二次側コイルのいずれか一方、或いは前記一次側コイル及び前記二次側コイルの両方は、請求項１乃至４の何れか１項に記載のプリント基板コイルであることを特徴とする高周波トランス。

【請求項6】

鍋を載置するトッププレートと、前記トッププレートの下方に位置して前記トッププレートに載置された鍋を加熱するコイルと、を備えた電磁誘導加熱装置において、
前記コイルは請求項１乃至４の何れか１項に記載のプリント基板コイルであることを特徴とする電磁誘導加熱装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、平面導体による巻線パターンを基板上に形成したプリント基板コイルと、このプリント基板コイルを用いた高周波トランス及び電磁誘導加熱装置と、に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、面方向に複数に分割された平板導体（平面導体）をビア又はスルーホールを介して他の層の平板導体と接続することで導体パターンを構成し、複数の導体パターンを用いてスパイラル状のコイルを形成するプリント基板コイルが記載されている。特許文献１のプリント基板コイルは、リッツ線と同様に面方向に複数に分割して配置された平板導体間に流れる電流を均等化することが可能となり、高周波磁界に起因する高周波交流損失を低減している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】ＵＳ２００９／００８５７０６Ａ１

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１のプリント基板コイルでは、面方向の表皮効果に起因した電流集中を抑制することは可能であるが、コイルの電流容量を増加させるためには、平板導体の厚みを増加させる、もしくは平板導体を複数積層して多並列化することで、導体の断面積を増加させる必要がある。しかし、平板導体の厚みを増加させた場合には、厚み方向の表皮効果により、高周波交流損失の増加が課題となる。また、平板導体を複数積層して多並列化した場合には、複数の同じパターンが並列に配置されるため、近接効果の影響により、導体パターン間のインピーダンスが不均等となる。このため、並列に配置されたパターン間で循環電流が発生し、高周波交流損失が増加する課題がある。

【0005】

本発明の目的は、電流容量を増加させることができ、高周波交流損失の増加を抑制することができるプリント基板コイルを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記目的を達成するために、本発明のプリント基板コイルは、
第１巻線パターンが形成された第１層と第２巻線パターンが形成された第２層とが絶縁層を挟んで積層されることで複数ターンのコイルを構成するプリント基板コイルにおいて、
前記第１層と前記第２層とを用いて構成される複数のコイルを備え、
前記複数のコイルは、前記第１層と前記第２層とが当該第１層と当該第２層との積層方向に交互に配置されるように、絶縁層を挟んで積層され、
前記複数のコイルは、並列に接続されている。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、コイルの並列化により、プリント基板コイルの電流容量を増加させることができると共に、コイルを並列化した場合でも、コイルを構成する複数の巻線パターン間でのインピーダンスを均等化できる。これにより、本発明では、循環電流を抑制し、高周波交流損失の抑制が可能となる。

【0008】

上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明に係る第１実施例（実施例１）のプリント基板コイルについて、構成の概略を示す分解図。

【図2】実施例１のプリント基板コイルを構成する１つのコイル（第１コイル）について、構成の概略を示す平面図。

【図3】図２のコイル（第１コイル）を第１層と第２層とに分解して示す平面図。

【図4】実施例１のプリント基板コイルの概略断面図。

【図5】実施例１のプリント基板コイルの引出し線の接続構造を示す概略断面図。

【図6】実施例１のプリント基板コイルを絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータの高周波トランスに適用した例を示す回路図。

【図7】実施例1のプリント基板コイルを絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータの高周波トランスに適用した例を示す概略断面図。

【図8】実施例１のプリント基板コイルとの比較例であるプリント基板コイルについて、構成の概略を示す分解図。

【図9】図８のプリント基板コイルの概略断面図。

【図10】実施例２のプリント基板コイルをＩＨクッキングヒータ用加熱コイルに適用した場合の概略断面図。

【図11】実施例２のプリント基板コイルをＩＨクッキングヒータ用加熱コイルに適用した場合の概略平面図。

【図12A】本発明に係る第２実施例（実施例２）のプリント基板コイルについて、１層目および３層目の巻線パターンの構成の概略を示す平面図。

【図12B】本発明の第２実施例（実施例２）に係るプリント基板コイルについて、２層目および４層目の巻線パターンの構成の概略を示す平面図。

【図13】実施例２のプリント基板コイルを説明する概略断面図。

【図14】実施例２のプリント基板コイルを説明する概略断面図。

【発明を実施するための形態】

【0010】

本発明は、平面導体による巻線パターンを基板上に形成したプリント基板コイルと、このプリント基板コイルを用いた機器に関する。本明細書では、プリント基板コイルの実施例の他、本発明に係るプリント基板コイルを用いた機器の例として、高周波トランス及び電磁誘導加熱装置の実施例を説明する。本発明に係るプリント基板コイルを適用可能な機器は高周波トランス及び電磁誘導加熱装置に限定される訳ではなく、その他の機器にも適用可能である。

【0011】

ＩＨクッキングヒータの加熱コイルや、絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータの高周波トランスに用いられる巻線には数十ｋＨｚの高周波電流が供給されるため、高周波磁界の影響により表皮効果や近接効果に起因した高周波交流損失が発生する。加熱コイルや高周波トランスの巻線は導体をスパイラル状に巻回して構成されており、近接するコイル間で相互に磁界の影響を強く受ける。このため、巻線の導体には高周波交流損失の抑制を目的に、絶縁された素線を複数撚り合わせたリッツ線が用いられる。しかし、リッツ線を用いたコイルは、撚り加工、巻回、端子処理など複数の製造工程が必要となる。また、リッツ線を用いたコイルは、量産時において電気特性のバラつきの管理が難しい課題がある。

【0012】

電気特性のバラつきを抑制する手段として、プリント基板上に巻線パターンを形成する手法が提案されている。プリント基板を用いることで、撚り加工などの製造工程が不要となるため、電気特性のバラつきを低減することが可能となる。しかし、単純な平面導体パターンによりスパイラル状のコイルを形成した場合、導体パターンを流れる電流がコイルの中心側に集中するため、リッツ線コイルと比較して高周波交流損失の抑制が難しい課題がある。

【0013】

以下で説明する本実施例の本発明のプリント基板コイルでは、導体パターンを複数積層して多並列化した場合でも、層間でのインピーダンスを均等化できるため、循環電流を抑制し、高周波交流損失の抑制が可能となる。これにより、多層化によるプリント基板コイルの大電流化を図ることができる。

【0014】

以下、本発明に係る実施例について、図面を参照しながら詳細に説明する。

【0015】

［実施例１］
本発明に係る第１実施例（実施例１）について、図１～図９を用いて説明する。

【0016】

図１は、本発明に係る第１実施例（実施例１）のプリント基板コイル１について、構成の概略を示す分解図である。本実施例では、プリント基板コイル１を形成する導体の層数を６層とした場合の例を示している。以下の説明で用いるＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向は、相互に直交する３つの座標軸を構成し、図１に示すように定義される。

【0017】

本実施例１のプリント基板コイル１は、複数のコイル１００，２００，３００で構成されている。本実施例では、３つのコイル１００，２００，３００でプリント基板コイル１を構成する例を示しているが、プリント基板コイル１を構成するコイルの個数は３つに限定されず、２つ以上であればよい。

【0018】

コイル（第１コイル）１００は、巻線パターン１０１と、巻線パターン１０２と、巻線パターン１０１から引き出された引出し線１１１と、巻線パターン１０２から引き出された引出し線１１２と、を有する。引出し線１１１及び引出し線１１２は、コイル１００の引出し部１１０を構成する。コイル（第２コイル）２００は、巻線パターン２０１と、巻線パターン２０２と、巻線パターン２０１から引き出された引出し線２１１と、巻線パターン２０２から引き出された引出し線２１２と、を有する。引出し線２１１及び引出し線２１２は、コイル２００の引出し部２１０を構成する。コイル（第３コイル）３００は、巻線パターン３０１と、巻線パターン３０２と、巻線パターン３０１から引き出された引出し線３１１と、巻線パターン３０２から引き出された引出し線３１２と、を有する。引出し線３１１及び引出し線３１２は、コイル３００の引出し部３１０を構成する。

【0019】

本実施例では、プリント基板コイル１を形成する巻線パターン（導体）の層数は６層であり、各コイル１００，２００，３００はそれぞれ２層の巻線パターンにより構成される。

【0020】

コイル２００，３００はコイル１００と同様に構成される。このため、以下の説明では、コイル１００について説明し、コイル２００，３００についてはコイル１００と異なる部分について説明する。

【0021】

コイル１００の巻線パターン１０１及び巻線パターン１０２は、Ｘ－Ｙ平面と平行に形成される。Ｚ軸方向は、図１において上下方向に設定されている。以下の説明では、図１に基づいて上下方向を設定して説明する場合がある。例えば、巻線パターン１０１は巻線パターン１０２に対して上層に形成される。逆に言えば、巻線パターン１０２は巻線パターン１０１に対して下層に形成される。この上下方向はプリント基板コイル１の実装状態における上下方向を限定するものではない。

【0022】

図２は、実施例１のプリント基板コイル１を構成する１つのコイル（第１コイル）１００について、構成の概略を示す平面図である。図３は、図２のコイル（第１コイル）１００を第１層（巻線パターン１０１）と第２層（巻線パターン１０２）とに分解して示す平面図である。

【0023】

巻線パターン１０１，１０２はともに、パターンの一端から引き出された引出し線１１１，１１２を介して、外部の回路と接続される。巻線パターン１０１は、中心軸１ｘの周りを旋回しながら中心軸１ｘから遠ざかる曲線形状に形成された複数の平面パターン（分割巻線）１３１，１３２，１３３で構成される導体パターン１３０を基本としている。言い換えれば、巻線パターン１０１，１０２は中心軸１ｘの周りを旋回しながら中心軸１ｘに近づく曲線形状に形成された複数の平面パターン（分割巻線）１３１，１３２，１３３で構成される導体パターン１３０を含む。なお、この説明における「旋回」は、一周（３６０°）に満たない角度の回転を含む。

【0024】

さらに巻線パターン１０１，１０２は、中心軸１ｘを基準として所定の回転角度θ毎に形成された複数の導体パターン１３０で構成される。すなわち、隣接する２つの導体パターン１３０の端部ＶＨ２３，ＶＨ２４は、中心軸１ｘを中心とする円周上に配置されると共に、端部ＶＨ２３と端部ＶＨ２４とが中心角θを成すように配置される。導体パターン１３０のその他の端部ＶＨ１１～ＶＨ２２，ＶＨ２５～ＶＨ３３も同様に配置される。

【0025】

本実施例のプリント基板コイル１では、導体パターン１３０は１２個設けられ、各導体パターン１３０は周方向に３０度ずつずらして配置される。すなわち角度θは３０度に設定されている。導体パターン１３０の個数は１２に限定される訳ではなく、導体パターン１３０の個数を１２以外の数に設定し、角度θを３０度とは異なる大きさに設定してもよい。

【0026】

上述した様に本実施例のプリント基板コイル１では、導体パターン１３０は、径方向に分割された複数の平面パターン１３１，１３２，１３３で構成される。本実施例のプリント基板コイル１では、導体パターン１３０を構成する平面パターン１３１，１３２，１３３の分割数を３としているが、平面パターンの分割数は３に限定されない。平面パターン１３１，１３２，１３３の分割数は、表皮効果による高周波交流損失を低減する観点から、平面パターン１３１，１３２，１３３の幅がコイル１００に供給される電流の周波数により決まる表皮深さの２倍以下となることを目安に決定することが好ましい。表皮深さｄは下記式で表すことができる。

【0027】

ｄ＝√（２ρ／ωμ） …（式１）
式１中のρは電気抵抗率、ωはコイル１００に流れる電流の角周波数を示し、μはコイルパターンの絶対透磁率を示している。角周波数ωはコイル１００に流れる電流の周波数をｆとした場合、２πｆで表される。

【0028】

式１より、例えばコイルパターンの材料に銅を用いた場合の電流の周波数が２０ｋＨｚにおける表皮深さは約０．４６ｍｍとなるため、平面パターン１３１，１３２，１３３の幅は表皮深さの２倍以下を目安として０．９ｍｍ以下とするのが好ましい。

【0029】

回転角度θは、式２を参考に求めることができる。

【0030】

θ＝３６０／（Ｎ＋１） …（式２）
式２中のＮはコイルのターン数を示しており、コイル１００を設計する際にあらかじめ与えられる定数を用いればよい。

【0031】

巻線パターン１０２は、巻線パターン１０１と同様に、中心軸１ｘの周りを旋回しながら中心軸１ｘから遠ざかる曲線形状に形成された複数の平面パターン（分割巻線）１４１，１４２，１４３で構成される導体パターン１４０を基本とし、中心軸１ｘを基準として所定の回転角度（中心角）θ毎に形成された複数の導体パターン１４０で構成される。本実施例のプリント基板コイル１では、導体パターン１４０は、径方向に分割された複数の平面パターン１４１，１４２，１４３で構成される。

【0032】

巻線パターン１０２は、Ｚ軸方向における巻線パターン１０１の向きを、１８０度回転させた形態となっている。図３において、巻線パターン１０１の導体パターン１３０は中心軸１ｘの周りを右向きに旋回しながら中心軸１ｘから遠ざかる曲線形状に形成されているのに対して、巻線パターン１０２の導体パターン１４０は中心軸１ｘの周りを左向きに旋回しながら中心軸１ｘから遠ざかる曲線形状に形成されている。すなわち巻線パターン１０１と巻線パターン１０２とは、Ｚ軸方向の同じ側から見た場合に、中心軸１ｘの周りを旋回する向きが逆向きとなるように形成されている。

【0033】

すなわち本実施例のプリント基板コイル１は、
第１巻線パターン１０１及び第２巻線パターン１０２は、中心軸１ｘの周りを旋回しながら中心軸１ｘから遠ざかる曲線形状に形成された複数の導体パターン１３０，１４０で構成され、
第２巻線パターン１０２は、積層方向（Ｚ軸方向）における第１巻線パターン１０１の向きを、１８０度回転させた形態となっている。

【0034】

本実施例では、巻線パターン１０１，１０２を構成するすべての導体パターン１３０，１４０が構造的に対称性を持って構成されている。これにより、導体パターン１３０，１４０を貫く磁束を均等化することが可能となるため、リッツ線コイルと同様に近接効果に起因した高周波交流損失の抑制効果が期待できる。

【0035】

なお導体パターン１３０，１４０は、図面においてコイル１００のみに図示しているが、コイル２００，３００の巻線パターン２０１，２０２，３０１，３０２にも、図３に図示した形態と同様に構成されているものとする。

【0036】

図４は、実施例１のプリント基板コイル１の概略断面図である。
コイル（第１コイル）１００の巻線パターン１０１はプリント基板コイル１の１層目の巻線パターンを構成し、巻線パターン１０２はプリント基板コイル１の２層目の巻線パターンを構成する。コイル（第２コイル）２００の巻線パターン２０１はプリント基板コイル１の３層目の巻線パターンを構成し、巻線パターン２０２はプリント基板コイル１の４層目の巻線パターンを構成する。コイル（第３コイル）３００の巻線パターン３０１はプリント基板コイル１の５層目の巻線パターンを構成し、巻線パターン３０２はプリント基板コイル１の６層目の巻線パターンを構成する。

【0037】

第１コイル１００は、巻線パターン１０１と巻線パターン１０２とを用いて形成され、巻線パターン１０１は巻線パターン１０２に対して基板（絶縁層）１０の一端面側（上面側）に形成され、巻線パターン１０２は巻線パターン１０２に対して基板１０の他端面側（下面側）に形成される。巻線パターン１０１と巻線パターン１０２とは相互間に介在する基板１０により電気的に絶縁される。

【0038】

第２コイル２００は、巻線パターン２０１と巻線パターン２０２とを用いて形成され、巻線パターン２０１は巻線パターン２０２に対して基板１０の一端面側（上面側）に形成され、巻線パターン２０２は巻線パターン２０２に対して基板１０の他端面側（下面側）に形成される。巻線パターン２０１と巻線パターン２０２とは相互間に介在する基板１０により電気的に絶縁される。

【0039】

第３コイル３００は、巻線パターン３０１と巻線パターン３０２とを用いて形成され、巻線パターン３０１は巻線パターン３０２に対して基板１０の一端面側（上面側）に形成され、巻線パターン３０２は巻線パターン３０２に対して基板１０の他端面側（下面側）に形成される。巻線パターン３０１と巻線パターン３０２とは相互間に介在する基板１０により電気的に絶縁される。

【0040】

第１コイル１００の巻線パターン１０１は基板１０の一端面（上端面）に形成され、コイル（第３コイル）３００の巻線パターン３０２は基板１０の他端面（下端面）に形成される。第１コイル１００と第２コイル２００とは相互間に介在する基板１０により電気的に絶縁される。第２コイル２００と第３コイル３００とは相互間に介在する基板１０により電気的に絶縁される。すなわち、第１コイル１００の巻線パターン１０２と第２コイル２００の巻線パターン２０１との間には基板１０が介在し、第２コイル２００の巻線パターン２０２と第３コイル３００の巻線パターン３０１との間には基板１０が介在する。

【0041】

巻線パターン１０１の導体パターン１３０（図３参照）と巻線パターン１０２の導体パターン１４０（図３参照）とは、ビアＶＨ１１～ＶＨ３３（図２参照）により電気的に接続されることで、複数ターンの第１コイル１００を形成している。第２コイル２００及び第３コイル３００も、第１コイル１００と同様に、二層を成す巻線パターンの導体パターンがビアＶＨ１１～ＶＨ３３により電気的に接続される。

【0042】

なお本実施例では、ビアＶＨ１１～ＶＨ２２は巻線パターン１０１，１０２，２０１，２０２，３０１，３０２を構成する導体パターン１３０，１４０の径方向内側（内周側）の端部に位置し、ビアＶＨ２３～ＶＨ３３は巻線パターン１０１，１０２，２０１，２０２，３０１，３０２を構成する導体パターン１３０，１４０の径方向外側（外周側）の端部に位置する。また、引出し線１１１，１１２は、巻線パターン１０１，１０２，２０１，２０２，３０１，３０２を構成する導体パターン１３０，１４０の径方向外側（外周側）の端部から引き出される。

【0043】

第２コイル２００の巻線パターン２０１及び巻線パターン２０２と第３コイル３００の巻線パターン３０１及び巻線パターン３０２とは、第１コイル１００の巻線パターン１０１及び巻線パターン１０２と同様に構成される。このため、複数のコイル１００，２００，３００は、第１巻線パターン１０１が形成された第１層１０１，２０１，３０１と第２巻線パターン１０２が形成された第２層１０２，２０２，３０２とが、当該第１層と当該第２層との積層方向に交互に配置されるように、基板（絶縁層）１０を挟んで積層される構成と見なすことができる。

【0044】

すなわち本実施例のプリント基板コイル１は、
第１巻線パターン１０１が形成された第１層と第２巻線パターン１０２が形成された第２層とが絶縁層１０を挟んで積層されることで複数ターンのコイルを構成するプリント基板コイルにおいて、
第１層１０１，２０１，３０１と第２層１０２，２０２，３０２とを用いて構成される複数のコイル１００，２００，３００を備え、
複数のコイル１００，２００，３００は、第１層１０１，２０１，３０１と第２層１０２，２０２，３０２とが当該第１層と当該第２層との積層方向（Ｚ軸方向）に交互に配置されるように、絶縁層１０を挟んで積層され、
複数のコイル１００，２００，３００は、並列に接続されている。

【0045】

図５は、実施例１のプリント基板コイルの引出し部１１０～３１０の接続構造を示す概略断面図である。
各コイル１００，２００，３００は、引出し部１１０～３１０でスルーホールＴＨ１１，ＴＨ１２（図５参照）により並列接続されている。すなわち、第１コイル１００の引出し線１１１と第２コイル２００の引出し線２１１と第３コイル３００の引出し線３１１とがスルーホールＴＨ１１で接続され、第１コイル１００の引出し線１１２と第２コイル２００の引出し線２１２と第３コイル３００の引出し線３１２とがスルーホールＴＨ１２で電気的に接続されている。

【0046】

図６および図７を用いて本実施例１のプリント基板コイル１を絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ６０の高周波トランスＴｒに適用した場合の例を説明する。図６は、実施例１のプリント基板コイルを絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ６０の高周波トランスＴｒに適用した例を示す回路図である。図７は、実施例1のプリント基板コイル１を絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ６０の高周波トランスＴｒに適用した例を示す概略断面図である。

【0047】

絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータは、平滑コンデンサＣ１１と、ＩＧＢＴＱ１～Ｑ４で構成されたフルブリッジ回路と、高周波トランスＴｒと、整流ダイオードＤ２１～Ｄ２４と、平滑リアクトルＬｒと、平滑コンデンサＣ２１で構成される。高周波トランスＴｒは、一次側コイルＮ１と、二次側コイルＮ２と、磁性体コアＴ１，Ｔ２とを備える。プリント基板コイル１は、一次側コイルＮ１又は二次側コイルＮ２のいずれか一方、或いは一次側コイルＮ１及び二次側コイルＮ２の両方として用いられる。

【0048】

すなわち本実施例の高周波トランスＴｒは、磁性体コアＴ１，Ｔ２と、一次側コイルＮ１及び二次側コイルＮ２と、を備えた高周波トランスにおいて、一次側コイルＮ１又は二次側コイルＮ２のいずれか一方、或いは一次側コイルＮ１及び二次側コイルＮ２の両方が上述した本実施例のプリント基板コイル１により構成される。

【0049】

以上のように、本実施例のプリント基板コイル１では、上下２層の巻線パターン１０１，１０２，２０１，２０２，３０１，３０２で構成されたコイルを複数形成し、巻線パターンの一端の引出し部１１０～３１０を並列接続した構成において、同一の巻線パターンが隣り合って配置されることがない。このような構成とすることで、多層基板を用いて巻線パターンを並列化した場合でも、巻線パターン間のインピーダンスの均等化を図ることができるため、巻線パターンを平行に配置した場合に問題となる近接効果の影響、すなわち巻線パターン間のインピーダンス差に起因する循環電流を低減し、高周波交流損失の抑制が期待できる。

【0050】

次に、図８及び図９を用いて比較対象とする従来のプリント基板コイル２の構成について説明する。図８は、実施例１のプリント基板コイル１との比較例であるプリント基板コイル４００について、構成の概略を示す分解図である。図９は、図８のプリント基板コイル４００の概略断面図である。

【0051】

プリント基板コイル１’は、本実施例のプリント基板コイル１と同様に６層の基板で構成されている。プリント基板コイル１’のコイル４００は、巻線パターン４０１と巻線パターン４０２とを用いて構成される。巻線パターン４０１の導体パターン４３０を構成する平面パターン４３１～４３３は本実施例の巻線パターン１０１の導体パターン１３０（図３参照）と同様な形状に形成され、巻線パターン４０２の導体パターン４４０を構成する平面パターン４４１～４４３は本実施例の巻線パターン１０２の導体パターン１４０（図３参照）と同様な形状に形成されている。なお、巻線パターン４０１からは引出し線４１１が引き出され、巻線パターン４０２からは引出し線４１２が引き出されている。

【0052】

本実施例と異なる点は、図９に示すように、巻線パターン４０１の導体パターン４３０を構成する平面パターン４３１ａ，４３１ｂ，４３１ｃが１層目から３層目に纏めて配置され、巻線パターン４０２の導体パターン４４０を構成する平面パターン４４１ａ，４４１ｂ，４４１ｃが４層目から６層目に纏めて配置されている点である。巻線パターン４０１の平面パターン４３１ａ，４３１ｂ，４３１ｃと巻線パターン４０２の平面パターン４４１ａ，４４１ｂ，４４１ｃとがスルーホールＴＨ４１，ＴＨ４２で電気的に接続されることで、平面パターン４３１ａ，４３１ｂ，４３１ｃおよび平面パターン４４１ａ，４４１ｂ，４４１ｃのそれぞれが並列化される。

【0053】

比較例のような構成とした場合、例えば平面パターン４３１ａ，４３１ｂ，４３１ｃでは、各パターンにおける巻線パターン４０２に対するＺ方向（積層方向）の位置関係が構造的な対称性を保つことが出来ない。すなわち、平面パターン４３１ａと巻線パターン４０２とのＺ軸方向距離と、平面パターン４３１ｂと巻線パターン４０２とのＺ軸方向距離と、平面パターン４３１ｃと巻線パターン４０２とのＺ軸方向距離とは、異なる大きさになる。このため、各平面パターンを貫く磁束密度が不均等になる。これにより、並列接続された導体パターン間で循環電流が発生し、高周波交流損失が増加するため多層化による導体断面積を増加させる効果を得ることが難しい課題がある。

【0054】

本実施例では、図４に示すように、コイル１００，２００，３００において、巻線パターン１０１と巻線パターン１０２とのＺ軸方向距離が均等化され、各巻線パターン１０１，１０２，２０１，２０２，３０１，３０２を構成する平面パターン１３０と平面パターン１４０とのＺ軸方向距離が均等化される。このため本実施例では、各平面パターン１３０，１４０を貫く磁束密度を均等化することができる。

【0055】

［実施例２］
本発明に係る第２実施例（実施例２）について、図１０～図１４を用いて説明する。上述した実施例１の説明と重複する部分は記載を省略する。

【0056】

図１０は、実施例２のプリント基板コイル２をＩＨクッキングヒータ用加熱コイルに適用した場合の概略断面図である。図１１は、実施例２のプリント基板コイル２をＩＨクッキングヒータ用加熱コイルに適用した場合の概略平面図である。図１０は上下方向に沿う断面を図示しており、図１１は図１０からトッププレート７及び鍋８を取り除いた状態で図示している。

【0057】

コイル５２１及び５２２は、基板（絶縁層）１０と、基板１０の一方の表面に形成された巻線パターン５０１と、基板１０の他方の表面に形成された巻線パターン５０２と、を備えており、コイル５２１とコイル５２２とを基板（絶縁層）１１を挟んで積層することでプリント基板コイル２が構成される。基板１１は、紙やガラス布にフェノール樹脂やエポキシ樹脂などを含侵した材料が用いられる。ＩＨクッキングヒータ（電磁誘導加熱装置）７０は、調理器具である鍋８を載置するトッププレート７を備え、このトッププレート７の下方には鍋８を加熱するプリント基板コイル２を備えている。プリント基板コイル２は、プリント基板コイル２から生じる磁束の磁路となるフェライトコア５の上面に配置される。トッププレート７の上面に置かれた鍋８は、プリント基板コイル２から発生した磁束により誘導加熱される。プリント基板コイル２及びフェライトコア５は支持部材６により支持される。図１１に示すように、フェライトコア５は、プリント基板コイル３の中心から放射状に配置される。

【0058】

すなわち本実施例の電磁誘導加熱装置７０は、鍋８を載置するトッププレート７と、トッププレート７の下方に位置してトッププレート７に載置された鍋８を加熱するコイル５２１，５２２と、を備えた電磁誘導加熱装置において、コイル５２１，５２２は図１２Ａ及び図１２Ｂで説明するプリント基板コイルを備える。

【0059】

図１２Ａは、本発明に係る第２実施例（実施例２）のプリント基板コイル２について、１層目および３層目の巻線パターン５０１の構成の概略を示す平面図である。図１２Ｂは、本発明の第２実施例（実施例２）に係るプリント基板コイルについて、２層目および４層目の巻線パターンの構成の概略を示す平面図である。

【0060】

プリント基板コイル２は、複数ターンに亘ってスパイラル状に巻回された巻線パターン５０１，５０２を用いて構成される。巻線パターン５０１，５０２は、コイルターン５１０～５６０からなる６ターン構成であり、コイルターン５１０が最内周ターンを構成し、コイルターン５６０が最外周ターンを構成する。各コイルターン５１０～５６０は、径方向に分割された５本の導体パターン５１１～５１５で構成されている。導体パターン５１１～５１５は、基板１０を挟んで複数の層に分割して配置された複数の平面導体をスルーホール(例えば図１２Ａ及び図１２Ｂに示すＨ１１，Ｈ１２)を用いて接続することでコイルとして形成される。

【0061】

なお導体パターン５１１～５１５は、スルーホールＨ１１～Ｈ５２の径方向列によって区別される。各スルーホールＨ１１～Ｈ５２はそれぞれ径方向に列を成すように複数配置されており、例えば、スルーホールＨ１１としては、径方向に並んだ６個のスルーホールがある。またスルーホールＨ１２としては、径方向に並んだ５個（ＴＨ５１，ＴＨ５２を含めて７個）のスルーホールがある。例えば、導体パターン５１１のうち最内周に配置されるものは、スルーホールＴＨ５１とこのスルーホールＴＨ５１に対して径方向外側で隣接するスルーホールＨ１２との間に形成される。さらにその外周側に配置される導体パターン５１１は、径方向に隣接する２つのスルーホールＨ１２の間に形成される。

【0062】

コイルターン（第１コイルターン）５１０を一例として、撚り線構造の詳細を説明する。

【0063】

図１３は、実施例２のプリント基板コイルを説明する概略断面図である。図１４は、実施例２のプリント基板コイルを説明する概略断面図である。
実施例２の第１コイルターン５１０は、図１２Ａ及び図１２Ｂに示すように、導体パターン５１１～５１６が周方向に分割して形成され、基板１０の一方の面と他方の面とにそれぞれ分割して形成された導体パターンを、スルーホールＨ１１～Ｈ５２を介して接続することで、コイルが構成される。

【0064】

ここでは、図１３に示すように、第１コイルターン５１０を構成する導体パターンの位置を、基板１０の上面側の最内周側から外周側に向かって、レーンＡ、レーンＢ、レーンＣ、と定義し、基板１０の下面側の最外周側から内周側に向かってレーンＤ、レーンＥ、レーンＦと定義する。

【0065】

次に、図１２Ａ及び図１２Ｂと共に図１４を用いて、第１コイルターン５１０を構成する導体パターンの遷移を導体パターン５１１に着目して説明する。

【0066】

＜Ｓｔａｔｅ１～Ｓｔａｔｅ３＞
導体パターン５１１は、最内周側に位置するレーンＡを始点として、コイルパターン５０１の中心軸から所定の角度θ１毎に外周側に向かって順次レーンを遷移する。すなわち、導体パターン５１１はＳｔａｔｅ２でレーンＢに遷移し、Ｓｔａｔｅ３でレーンＣに遷移する。

【0067】

導体パターン５１１が最外周側のレーンＣに到達するとＳｔａｔｅ４に移行する。このとき、所定の角度（中心角）θ１は式３を参考に決定される。式３中のＮｓｔｄは導体パターンの分割数を示している。

【0068】

θ１＝１８０／Ｎｓｔｄ …（式３）
＜Ｓｔａｔe４＞
導体パターン５１１は、最外周側に位置するレーンＣに位置しており、スルーホールＨ１１を介して他方の面のレーンＤに接続される。

【0069】

＜Ｓｔａｔｅ５～Ｓｔａｔｅ８＞
導体パターン５１１は、他方の面においてレーンＤを始点として、所定の角度θ１毎に内周側に向かって順次レーンを遷移する。すなわち、導体パターン５１１はＳｔａｔｅ６でレーンＥに遷移し、Ｓｔａｔｅ７でレーンＦに遷移する。

【0070】

導体パターン５１１がレーンＦに到達すると、スルーホールＨ１２を介してコイルターン（第２コイルターン）５２０に接続される。

【0071】

さらに本実施例のプリント基板コイル２では、
巻線パターン５０１，５０２は、中心軸１ｘの周りを旋回しながら中心軸１ｘから遠ざかるように巻回された複数のコイルターン５１０～５６０を備え、
複数のコイルターン５１０～５６０はコイルの径方向に分割された複数の導体パターン５１１～５１５を備え、
複数の導体パターン５１１～５１５は、所定の中心角θ１毎に外周側に向かって遷移する。

【0072】

また、巻線パターン５０１の導体パターン５１１～５１５は、所定の中心角θ１毎に外周側に向かって遷移する遷移部５９１を有し、巻線パターン５０２の導体パターン５１１～５１５は、所定の中心角θ１毎に内周側に向かって遷移する遷移部５９１を有する。

【0073】

詳細な説明は省略するが、導体パターン５１２～５１５も同様である。導体パターン５１２～５１５は、外周側に向かって順次レーンを遷移し、レーンＣに到達後、スルーホールＨ２１，Ｈ３１，Ｈ４１，Ｈ５１を介して他方の面のレーンＤに接続し、他方の面において内周側に向かって順次レーンを推移し、レーンＦに到達後、スルーホールＨ２２，Ｈ３２，Ｈ４２，Ｈ５２を介してコイルターン（第２コイルターン）１２０に接続される。

【0074】

このように、実施例２に記載のプリント基板コイル３では、コイルターンを構成する導体パターンに撚り線構造を用いることで、所定の角度毎に導体パターンの位置を内周側と外周側に入れ替えることでインピーダンスの均等化を図っている。このため、実施例１に記載のプリント基板コイルと比べて楕円や四角形などコイル形状を同心円以外とした場合においても導体パターン間でのインピーダンスの均等化が容易となる。

【0075】

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成を置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

【符号の説明】

【0076】

１…プリント基板コイル、１ｘ…中心軸、７…トッププレート、１０…絶縁層（基板）、７０…電磁誘導加熱装置、１００…コイル（第１コイル）、１０１…第１巻線パターン（第１層）、１０２…第２巻線パターン（第２層）、１３０…導体パターン、１３１，１３２，１３３…平面パターン、１４０…導体パターン、１４１，１４２，１４３…平面パターン、２００…コイル（第２コイル）、３００…コイル（第３コイル）、５０１，５０２…巻線パターン、５１０～５６０…コイルターン、５１１～５１５…導体パターン、５２１，５２２…コイル、Ｎ１…一次側コイル、Ｎ２…二次側コイル、Ｔ１，Ｔ２…磁性体コア、Ｔｒ…高周波トランス、θ１…中心角。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12A】

【図12B】

【図13】

【図14】