電磁誘導部品および電源装置
【課題】寄生容量が少なくしかも小型かつ薄型に形成することができる電磁誘導部品を提供する。
【解決手段】半導体基板からなるコイル基板１０の厚み方向の各一面に導電層の電路パターン１２ａ，１２ｂがそれぞれ形成される。各電路パターン１２ａ，１２ｂは、１ターンコイルの半円弧を１個の基本パターンとして複数個の基本パターンが連続する蛇行状に形成される。平面視では複数個の１ターンコイルが並んだ形になる。２層の電路パターン１２ａ，１２ｂはコイル基板１０内を通る接続導体１３により一端同士が電気的に接続され、複数個の１ターンコイルを直列接続したコイルパターン１１を形成する。
【解決手段】半導体基板からなるコイル基板１０の厚み方向の各一面に導電層の電路パターン１２ａ，１２ｂがそれぞれ形成される。各電路パターン１２ａ，１２ｂは、１ターンコイルの半円弧を１個の基本パターンとして複数個の基本パターンが連続する蛇行状に形成される。平面視では複数個の１ターンコイルが並んだ形になる。２層の電路パターン１２ａ，１２ｂはコイル基板１０内を通る接続導体１３により一端同士が電気的に接続され、複数個の１ターンコイルを直列接続したコイルパターン１１を形成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄型の電磁誘導部品およびその電磁誘導部品を用いた電源装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、平面型インダクタあるいは平面型トランスと称する薄型の電磁誘導部品が種々提案されている。また、コイル基板として半導体基板を用いることにより半導体製造プロセスを利用して小型化することも考えられている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１では、電源の小型軽量化のために半導体基板を用いる電磁誘導部品において、磁気誘導型銅損を減少させるためにコイル導体の厚みを大きくすることが考えられており、コイル基板上にコイル導体を形成した２個の平面コイルをコイル面同士が電気的に接続されるように重ね合わせた構造を有している。また、コイル基板とコイル導体との間に磁性薄膜を配置した構成が記載されている。
【特許文献１】特開平１１−１７６６３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、この種の電磁誘導部品をスイッチング電源に用いる場合に、電磁誘導部品が小型であるからスイッチング周波数を高周波化する必要がある。したがって、寄生容量を低減して損失を少なくすることが必要になる。一方、特許文献１に記載された電磁誘導部品では、コイル導体が一平面内でスパイラル状に形成され、またコイル導体を形成している平面に平行な磁性薄膜を有しているから、磁性薄膜とコイル導体との間に比較的大きい寄生容量が発生するという問題を有している。
【０００５】
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、寄生容量が少なくしかも小型かつ薄型に形成することができる電磁誘導部品およびその電磁誘導部品を用いた電源装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１の発明は、コイル基板の厚み方向に離間した複数層の導電層がコイル基板に形成され、各導電層により形成される電路パターンはコイル基板の厚み方向に離間する２層の一端同士がコイル基板内を通る接続導体により電気的に接続され、かつコイル基板の厚み方向に離間する２層の電路パターンの各一方は１ターンコイルの半周形状を１個の基本パターンとして複数個の基本パターンが連続する形状であり、両層の電路パターンにより複数個の１ターンコイルを直列接続したコイルパターンが形成されることを特徴とする。
【０００７】
この構成によれば、２層の導電層を用いて複数個の１ターンコイルを直列接続したコイルパターンを形成するので、一平面内での巻き数が多く面積当たりの導電層の密度が高い電磁誘導部品に比較すると、面積当たりの寄生容量ないし浮遊容量が小さくなり、容量成分により生じる損失の低減に寄与する。また、最小構成では２層の導電層を設ければよく、しかも導電層は薄膜で形成すれば薄型かつ微細加工による小型化が可能である。
【０００８】
請求項２の発明では、請求項１の発明において、前記基本パターンは円環の半周分の形状であり、一つの導電層において隣接する２個の基本パターンは弦に対して弧が互いに逆向きに配置されていることを特徴とする。
【０００９】
この構成によれば、一つの導電層における電路パターンは、一平面内で半円を交互に反転させて結合した形の波形に形成され、隣り合う各一対の１ターンコイルの間で互いに他方の１ターンコイルの磁束を利用することができるから、磁気効率が高くなる。
【００１０】
請求項３の発明は、請求項１または請求項２の発明において、前記コイル基板が半導体基板であることを特徴とする。
【００１１】
この構成によれば、半導体基板を用いているから他の回路部品とともに１チップに集積回路化することが可能になる。
【００１２】
請求項４の発明は、請求項１ないし請求項３のいずれかの発明において、前記コイル基板に３層以上の電路パターンが形成されていることを特徴とする。
【００１３】
この構成では、３層の電路パターンの接続の仕方によって、インダクタンスの大きいインダクタを形成したり、トランスを形成したりすることができる。電路パターンを４層以上の偶数層設ければ、絶縁型のトランスを構成することができる。
【００１４】
請求項５の発明では、請求項１ないし請求項４のいずれかの発明において、前記コイル基板において前記１ターンコイルの内側に対応する部位に穴部が形成され、当該穴部内に磁性体材料からなるコアが配置されることを特徴とする。
【００１５】
この構成によれば、各１ターンコイルの内側にコアが配置されることにより、コアを設けない場合よりもインダクタンスを高めることができる。また、トランスを構成する場合には１次側と２次側との結合度が高くなる。
【００１６】
請求項６の発明は、電源装置であって、請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の電磁誘導部品とスイッチング素子とスイッチング素子のオンオフを制御する制御回路とを備えることを特徴とする。
【００１７】
この構成によれば、小型かつ薄型に形成された電磁誘導部品を用いるから電源装置の小型化かつ薄型化が可能になる。
【００１８】
請求項７の発明では、請求項５の発明において、前記電磁誘導部品を除く回路部品を実装する実装基板に前記コイル基板が積層され、前記コイル基板の表裏に貫通する貫通導体からなる接続部により前記コイル基板と実装基板とが電気的に接続されていることを特徴とする。
【００１９】
この構成によれば、電源装置を構成する際に電磁誘導部品を除く回路部品を実装する実装基板を電磁誘導部品を形成するコイル基板とは別に設けているから、電磁誘導部品と他の回路部品とを異なる工程で製造することができ、電磁誘導部品の検査を別途に行うことができる。また、電磁誘導部品と他の回路部品とが熱的に分離され熱設計が容易になる。しかも、他の回路部品を実装した実装基板に電磁誘導部品を形成するコイル基板を積層するから、電磁誘導部品を他の回路部品とともに実装基板に実装することが可能になる。さらに、コイル基板と実装基板とを貫通導体からなる接続部により接続しているから、コイル基板と実装基板とを一方の投影面内に配置したことになり、電源装置の占有面積を小さくすることができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の構成によれば、２層の導電層を用いて複数個の１ターンコイルを直列接続したコイルパターンを形成するので、一平面内での巻き数が多く面積当たりの導電層の密度が高い電磁誘導部品に比較すると、面積当たりの寄生容量ないし浮遊容量が小さくなって、容量成分により生じる損失の低減に寄与するという利点がある。また、最小構成では２層の導電層を設ければよく、また導電層を薄膜で形成すれば薄型かつ微細加工による小型化が可能であるという利点を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本実施形態では、電磁誘導部品として、図１、図２に示すように、コイル基板１０の厚み方向の各一面に薄膜の導電層からなる電路パターン１２ａ，１２ｂを形成したインダクタを例示する。導電層の材料としては電気伝導度の良好な銅が望ましいがアルミニウムを用いてもよい。
【００２２】
コイル基板１０にはガラス基板やフェライトのような磁性体基板を用いることが可能であるが、本実施形態では半導体基板であるシリコン基板を用いている。シリコン基板を用いる場合には、電路パターン１２ａ，１２ｂとコイル基板１０との間を酸化膜または窒化膜により絶縁する。コイル基板１０の厚み方向の一面に形成される電路パターン１２ａは、円環の半周分の形状（つまり、半円周）を基本パターンとし、複数個の基本パターンの弦を一直線上に配列するとともに、隣接する２個の基本パターンについては弦に対して弧が互いに逆向きになるように配列し、かつ隣接する基本パターン同士を連続させて１本の電路になるように形成してある。言い換えると、電路パターン１２ａは半円弧をつなぎ合わせた蛇行状になる。
【００２３】
コイル基板１０の厚み方向の他面に形成される電路パターン１２ｂも同様の形状であるが、電路パターン１２ａを形成する基本パターンと組み合わせることによって１個の円環を形成するように配置される。つまり、図３に示すように、平面視において、電路パターン１２ａにおける基本パターンの弦を配列した直線上に電路パターン１２ｂにおける基本パターンの弦を配列し、かつ電路パターン１２ａにおける基本パターンの弧と電路パターン１２ｂにおける基本パターンの弧とが互いに逆向きになるように配置している。
【００２４】
コイル基板１０の厚み方向の各一面において電路パターン１２ａ，１２ｂを上述のように配置することによって、平面視では両電路パターン１２ａ，１２ｂにより１ターンコイルを直列接続した形のコイルパターン１１が形成されることになる。両電路パターン１２ａ，１２ｂは１つの電路を形成するように、一端部においてコイル基板１０内を通る接続導体１３により電気的に接続される。また、図１に示す例では２層の電路パターン１２ａ，１２ｂによりコイルパターン１１を形成しているから、各電路パターン１２ａ，１２ｂの他端部には他部品と接続するための引出パターン１１ａが形成される。
【００２５】
ところで、上述の構成では複数個の空芯の１ターンコイルを直列に接続した構成であるから、インダクタンスは比較的小さい。そこで、図４に示すように、コイル基板１０において各１ターンコイルの内側に対応する部位に穴部１０ａを形成し、この穴部１０ａにフェライトなどの磁性体材料からなるコア１４を充填してある。コア１４を形成する磁性体材料は穴部１０ａに充填する際には流動性を有し、その後に硬化するものを用いる。この種の磁性体材料としては合成樹脂材料にフェライトの粉体を分散させたコンパウンド状の材料がある（いわゆる流動性フェライト粉）。
【００２６】
また、図５に示すように、コイル基板１０に積層される背板部１４ａの一面に複数本の脚部１４ｂが突設された形状のコア１４を２枚設け、一方のコア１４を背板部１４ａがコイル基板１０の一面に重なるようにして脚部１４ｂを穴部１０ａに挿入し、他方のコア１４を背板部１４ａがコイル基板１０の他面に重なるようにして脚部１４ｂを穴部１０ａに挿入してもよい。１個のコア１４における隣接する脚部１４ｂのピッチを、穴部１０ａのピッチの２倍に設定しておき、２枚のコア１４をコイル基板１０に装着した状態で一方のコア１４の脚部１４ｂの先端が他方のコア１４の背板部１４ａに当接するようにしておけば、両コア１４を磁気結合させることができ、磁束漏れを少なくすることで磁気効率が高くなる。また、脚部１４ｂのピッチを穴部１０ａのピッチに一致させ、脚部１４ｂの先端面同士が穴部１０ａの内部において対向するようにしてもよい。なお、両コア１４の間にギャップを形成するように脚部１４ｂの寸法を設定すれば、リーケージギャップとして機能させることも可能である。
【００２７】
上述した例では、２層の電路パターン１２ａ，１２ｂを用いることにより１回路のコイルパターン１１を形成しているが、３層以上の電路パターン１２ａ，１２ｂを形成すれば、ターン数が増加するからインダクタンスを増加させることができる。３層以上の電路パターン１２ａ，１２ｂを形成する場合には、コイル基板１０を貫通しない接続導体１３を用いて電路パターン１２ａ，１２ｂの間を電気的に接続する。たとえば、コイル基板１０を半導体基板ではなく多層配線板で形成する場合には、ビアホールメッキを接続導体１３に用いることができる。
【００２８】
また、図６に示すように、１枚のコイル基板１０に２回路以上のコイルパターン１１を形成し、各回路のコイルパターン１１を電磁結合する程度に近接させて配置すれば、トランスとして用いることができる。トランスとして用いる場合にはコア１４によってコイルパターン１１の間の結合度を高めれば磁気効率が高くなる。なお、上述した各例では電路パターン１２ａ，１２ｂをコイル基板１０の表面に形成した例を示したが、図６のように電路パターン１２ａ，１２ｂをコイル基板１０に埋め込む形で形成してもよい。
【００２９】
トランスとして機能させる場合には、図７に示すように、１次巻線となる電路パターン１２ａと２次巻線となる電路パターン１２ｂとをコイル基板１０の厚み方向において交互に配列すれば、１次巻線と２次巻線との結合度を高めることができる。
【００３０】
なお、上述した構成例では基本パターンを半円弧としているが、多角形（四角形、六角形、八角形など）を半分にした形状を基本パターンとして採用することも可能である。また、コア１４の断面形状も上述の例では円形を想定しているが、多角形（四角形、六角形、八角形など）としてもよい。
【００３１】
ところで、上述した実施形態ではコイル基板１０が半導体基板であるから、コイル基板１０に他の素子を形成することが可能であり、電磁誘導部品を備える回路を集積回路化することが可能である。もっとも、電磁誘導部品をスイッチング電源のような電源装置の部品として用いる場合には、巻線に大きな電流が流れるから、電磁誘導部品が発熱部品になり、またスイッチング素子も発熱部品になる。放熱効率を高めるには、電磁誘導部品と他の発熱部品とは分離することが望ましい。
【００３２】
そこで、電源装置のような何らかの回路を構成する部品のうち、図８に示すように、電磁誘導部品を除く部品を実装する実装基板１５を設け、実装基板１５とコイル基板１０とを積層してもよい。実装基板１５として半導体基板を用いる場合には、スイッチング素子のような部品を実装基板１５に形成すればよく、この場合にはコイル基板１０と実装基板１５とを陽極接合などの技術を用いて接合することが可能である。また、実装基板１５としてプリント基板を用いることもできる。プリント基板を用いる場合は面実装部品を用いるのが望ましい。
【００３３】
この場合、実装基板１５において部品が実装ないし形成されていない面にコイル基板１０を貼り合わせる。コイル基板１０と実装基板１５との間の電気的接続には、コイル基板１０と実装基板１５とを貫通する貫通導体である接続部１６ａ，１６ｂを用いる。ここに、コイル基板１０と実装基板１５とにそれぞれ接続部１６ａ，１６ｂを形成しておき、接続部１６ａ，１６ｂ同士を接合することによって、コイル基板１０と実装基板１５との電気的接続と同時に機械的結合を行うようにしてもよい。また、図示例ではコイル基板１０において実装基板１５との対向面に設けた電路パターン１２ｂをコイル基板１０に埋め込んであり、コイル基板１０において実装基板１５とは反対側の面に設けた電路パターン１２ａはコイル基板１０の表面に形成してある。
【００３４】
ところで、上述した電磁誘導部品を用いて構成される電源装置としては、降圧型、昇圧型、極性反転型などのチョッパ回路と、フライバック型、フォワード型などのＤＣ−ＤＣコンバータとが広く知られている。チョッパ回路ではインダクタに蓄積した電磁エネルギを利用するからインダクタを用い、ＤＣ−ＤＣコンバータではトランスを用いる。
【００３５】
図９に一例として降圧型のチョッパ回路の基本的な構成を示す。この構成では、商用電源をダイオードブリッジで整流することなどにより得られる直流電源（図示せず）の両端間にスイッチング素子（ＭＯＳＦＥＴなど）Ｑ１とインダクタＬと平滑コンデンサＣ１との直列回路が接続され、インダクタＬと平滑コンデンサＣ１との直列回路に環流用のダイオードＤ１が並列接続された構成を有している。また、スイッチング素子Ｑ１のオンオフは制御回路ＣＮ１により制御される。
【００３６】
この種のチョッパ回路は周知のものであるが、簡単に動作を説明すると、スイッチング素子Ｑ１のオン期間において直流電源からインダクタＬを通して平滑コンデンサＣ１が充電され、この間にインダクタＬに電磁エネルギが蓄積される。また、インダクタＬに蓄積された電磁エネルギは、スイッチング素子Ｑ１のオフ期間において平滑コンデンサＣ１とダイオードＤ１とを通るループ回路を通して流れ、平滑コンデンサＣ１に充電電流を流す。この電源装置の出力は平滑コンデンサＣ１の両端から取り出される。
【００３７】
上述した電源装置を構成する際に、インダクタＬとして上述したインダクタを採用すれば、小型かつ薄型の電源装置を構成することができる。ここに、インダクタはごく小型であるから、蓄積できる電磁エネルギは比較的小さいものである。したがって、スイッチング素子Ｑ１のオンオフの周波数（つまり、スイッチング周波数）は１００ｋＨｚ〜数ＭＨｚ程度の高周波とするのが望ましい。
【００３８】
このような電源装置を構成する場合に、半導体基板であるコイル基板１０に、スイッチング素子Ｑ１とダイオードＤ１と制御回路ＣＮ１とを形成して集積回路化しておけば、平滑コンデンサＣ１を外付するだけで電源装置を構成することが可能になる。実装基板１５が半導体基板であるときには、実装基板１５にこれらの素子を形成すればよい。また、上述したインダクタＬを電源装置に用いることにより、電源装置の構成部品のうちの大型部品であったインダクタＬを小型化することができる。しかも、スイッチング素子Ｑ１とともにインダクタＬを集積回路化することによりスイッチング素子Ｑ１の近傍にインダクタＬを設けることができ、結果的に、スイッチング素子Ｑ１のオンオフを高周波で行う場合に問題となる寄生容量の影響を軽減することができる。
【００３９】
ＤＣ−ＤＣコンバータを構成する場合も同様であって、代表的な構成のＤＣ−ＤＣコンバータでは、トランスの１次巻線にスイッチング素子を直列接続し、トランスの２次巻線に整流用のダイオードと平滑コンデンサとの直列回路を接続し、スイッチング素子のオンオフを制御回路により制御する。半導体基板であるコイル基板に、スイッチング素子、ダード、制御回路などを集積回路化することができる。トランスを構成する場合も半導体基板からなる実装基板を用いる場合には、これらの素子を実装基板に形成すればよい。
【００４０】
上述した小型の電源装置を用いた配線システムの例を図１０に示す。図示する配線システムでは、建物内の適所に埋込配置されたスイッチボックス３にゲート装置４と称する配線器具を収納する。ゲート装置４には壁内に先行配線された電力線Ｌｐと情報線Ｌｉとが接続される。スイッチボックス３およびゲート装置４は１個ずつでもよいが、以下では複数個設ける場合について説明する。また、図示例では、ルータとハブとを内蔵したゲートウェイの機能を有している基本モジュール１と、メインブレーカＭＢおよび分岐ブレーカＢＢとを内蔵した配線盤５を用いている。
【００４１】
基本モジュール１には、複数系統（図示例では３系統）の情報線Ｌｉが接続され、ゲートウェイとして各情報線Ｌｉを外部のインターネット網ＮＴに接続する。基本モジュール１は、情報線Ｌｉを複数系統に分岐したり情報線Ｌｉをインターネット網ＮＴに接続するだけでなく、情報線Ｌｉを通して後述する各機能モジュール２の動作状態を監視する機能も備えている。また、メインブレーカＭＢは商用電源ＡＣに接続され、分岐ブレーカＢＢに電力線Ｌｐが接続される。図示例では分岐ブレーカＢＢを１系統で代表して示しているが通常は複数系統の分岐ブレーカＢＢを設ける。
【００４２】
図１０に示す例では、機能モジュール２として、コンセントあるいはスイッチのように負荷制御を主な機能とするものと、スピーカあるいは表示器のように情報の授受を主な機能とするものとを示している。本実施形態の構成では、負荷制御を主な機能とする場合であっても、コンセントに接続した負荷で使用した電力量やスイッチを操作した回数などを情報として情報線Ｌｉを介して監視することが可能になる。
【００４３】
各系統のゲート装置４の間は電力線Ｌｐおよび情報線Ｌｉの送り配線によって接続される。また、各系統のゲート装置４のうちの１個は配線盤５との間で電力線Ｌｐおよび情報線Ｌｉを介して接続される。つまり、各系統のゲート装置４は電力線Ｌｐに並列接続され、また情報線Ｌｉに並列接続されることになる。
【００４４】
ゲート装置４は、電力線Ｌｐと情報線Ｌｉとに接続されたコネクタからなる接続口６（図１１参照）を備える。したがって、後述する機能モジュール２のコネクタをゲート装置４の接続口６に接続するだけで、機能モジュール２に電力を供給する電力路と、機能モジュール２との間で通信するための情報路とを同時に確保することができる。しかも、ゲート装置４は電力線Ｌｐと情報線Ｌｉとにそれぞれ並列接続されているだけであるから、機能モジュール２はどのゲート装置４にも接続することができる。つまり、機能モジュール２は、ゲート装置４の配置されている範囲内で自由に配置することができるから、レイアウトの自由度が高い施工性に優れた配線システムを提供することができる。
【００４５】
スイッチボックス３は、たとえばＪＩＳ規格（Ｃ ８３７５）に規定する取付枠９（図１１参照）を取り付けることができるものを用いる。図示する取付枠９は一連形と呼ばれており、ＪＩＳ規格（Ｃ ８３０４）において大角連用形スイッチの１個モジュールとして規格化されている埋込形の配線器具を３個取り付けることができる。
【００４６】
取付枠９は、図１１に示すように、中央部に表裏に貫通した器具取付用の矩形状の窓孔９ａを備える。取付枠９に取付対象である配線器具を取り付けるには、窓孔９ａの後方から配線器具の前部を挿入し、取付枠９の左右両側の枠片９ｂに設けた器具係止部に配線器具の左右両側に設けた被係止部を結合させる。図示例では、配線器具に被係止部として爪を設け取付枠９の枠片９ｂに器具係止部として間隙を設けている。ただし、配線器具に被係止部として穴を設け取付枠９の枠片９ｂに器具係止部として爪を設けた構成もある。取付枠９の上下の枠片９ｃには挿入孔９ｄが貫設されている。取付枠９をスイッチボックス３に取り付けるには、取付枠９に配線器具を装着した状態で、図示しない取付ねじを挿入孔９ｄに前方から挿入してスイッチボックス３に設けたねじ受け（図示せず）に螺入させる。
【００４７】
なお、取付枠９を壁パネルに取り付ける場合には、壁パネルに取付孔を貫設し、挿入孔９ｄに挿入される引締ねじを挟み金具（図示せず）と称する部材に螺合させ、壁パネルに貫設した取付孔の周部を取付枠９と挟み金具との間で挟持するように引締ねじを締め付けてもよい。あるいはまた、取付枠９を通して壁材に木ねじを螺合させることによって、取付枠９を壁に取り付けることも可能である。
【００４８】
本実施形態では、各スイッチボックス３の上部からは、配電ボックス１または他のスイッチボックス３に接続された電力線Ｌｐおよび情報線Ｌｉが導入され、各系統の末端に位置するスイッチボックス３を除いた各スイッチボックス３の下部からは他のスイッチボックス３への送り配線である電力線Ｌｐおよび情報線Ｌｉが導出される。また、ゲート装置４を取り付けた取付枠９を各スイッチボックス３に取り付けることによって、上述したように、各スイッチボックス３にそれぞれゲート装置４が収納される。ここにおいて、ゲート装置４には、電力線Ｌｐと情報線Ｌｉとが接続されるから、電力線Ｌｐと情報線Ｌｉとの混触を防止するために、電力線Ｌｐと情報線Ｌｉとのスイッチボックス３への導入口および導出口はそれぞれ個別に設けるのが望ましい。
【００４９】
ゲート装置４は、板ばねのばね力を利用して電線を結線する、いわゆる速結端子構造の端子を器体に内蔵しており、器体の背面に開口する電線挿入口に電線を挿入することにより、電線の機械的保持と電気的接続とがなされる構成を採用している。電線挿入口は、電力線Ｌｐと情報線Ｌｉとについて２対ずつ設けてある。各１対は送り配線を接続するために用いられる。ゲート装置４の器体の前面には、電力線Ｌｐが接続される端子に電気的に接続されている接触部を設けた電力路接続口６ａと、情報線Ｌｉが接続される端子に電気的に接続されている接触部を設けた情報路接続口６ｂとが配置される。
【００５０】
電力路接続口６ａと情報路接続口６ｂとは１個の接続口６としてモジュール化されている。配線システム内の各ゲート装置４において、各電力路接続口６ａと各情報路接続口６ｂとはそれぞれ同仕様（接触部の配列や接続口のサイズなど）であり、また電力路接続口６ａおよび情報路接続口６ｂの位置関係は統一されている。接続口６には、機能モジュール２の背面に設けた接続体７が着脱可能に結合される。すなわち、機能モジュール２の接続体７には、電力路接続口６ａに着脱可能に結合される電力路接続体７ａと、情報路接続口６ｂに着脱可能に結合される情報路接続体７ｂとをモジュール化した接続体７が設けられる。機能モジュール２の接続体７をゲート装置４の接続口６に接続した状態において、機能モジュール２はゲート装置４の前面を覆う。ここに、接続口６と接続体７とはコネクタを構成する。
【００５１】
機能モジュール２は、図１２に示すように、ゲート装置４に対して１台だけ接続することによって単独で用いることができる基本機能モジュール２ａと、基本機能モジュール２ａに対して壁面に沿う面内で配列され基本機能モジュール２ａと組み合わせて用いることにより基本機能モジュール２ａの機能を拡張する拡張機能モジュール２ｂとがある。拡張機能モジュール２ａは、基本機能モジュール２ａに対して１台接続するだけではなく、複数台を接続することも可能である。
【００５２】
以下の説明においては、基本機能モジュール２ａを単独で用いるか、基本機能モジュール２ａに拡張機能モジュール２ｂを結合して用いるかにかかわらず、どちらの場合についても機能モジュール２として説明する。
【００５３】
機能モジュール２は、図１３、図１４に示すように、合成樹脂製の扁平なハウジング８ａを備える。すなわち、ゲート装置４に取り付けたときに壁面からの突出寸法が小さく、かつハウジング８ａの前面側に露出する表示、報知、操作などの各種機能を持つ機能部に割り当てる面積を大きくとることができる薄型に形成されている。ハウジング８ａの背面には接続体７が設けられ、接続体７をゲート装置４の接続口６に結合すれば、機能モジュール２が電力線Ｌｐおよび情報線Ｌｉと電気的に接続される。ハウジング８ａの上部および下部には取付用孔８ｃが開口しており、ハウジング８ａをゲート装置４に結合した状態で、ハウジング８ａの前面側から取付用孔８ｃに取付ねじ（図示せず）を挿入し、取付枠９の取付ねじ孔１０ｅに取付ねじを螺入することにより、機能モジュール２が取付枠９に対して機械的に固定され、結果的に機能モジュール２のゲート装置４に対する結合強度を高めることができる。ハウジング８ａの前面部には化粧カバー８ｂが着脱可能に被着され、化粧カバー８ｂをハウジング８ａに装着した状態では、取付ねじの頭部が隠される。
【００５４】
上述の構成から明らかなように、機能モジュール２には電力線Ｌｐを通して商用電源ＡＣから電力が供給されるから、機能モジュール２の内部回路の動作用の電源を生成するために商用電源ＡＣから内部回路の動作用に用いる直流電圧を生成する電源装置が必要である。また、ハウジング８ａは扁平で小型であるから、このようなハウジング８ａに収納可能な薄型かつ小型の電源装置が必要である。したがって、実施形態１、実施形態２において説明した平面型インダクタや実施形態３において説明した平面型トランスを用いる電源装置は、この種の機能モジュール２に用いるのに適した電源装置になる。
【００５５】
機能モジュール２が、基本機能モジュール２ａだけではなく拡張機能モジュール２ｂも含んでいる場合には、電源装置は拡張機能モジュール２ｂにも電力を供給する。基本機能モジュール２ａから拡張機能モジュール２ｂへの電力の供給は交流を用いる。また、基本機能モジュール２ａと拡張機能モジュール２ｂとの内部においては、交流−直流変換を行って直流電力を内部回路に供給する。そのため、基本機能モジュール２ａと拡張機能モジュール２ｂとには、それぞれ電源装置が設けられる。拡張機能モジュール２ｂに設けた電源装置においても実施形態１、実施形態２において説明した電磁誘導部品を用いることにより、拡張機能モジュール２ｂのハウジングに収納可能な薄型かつ小型の電源装置を構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の実施形態を示す斜視図である。
【図２】同上の断面図である。
【図３】同上の平面図である。
【図４】同上においてコアを設けた場合の一例を示す断面図である。
【図５】同上においてコアを設けた場合の他例を示す断面図である。
【図６】同上においてトランスの構成例を示す断面図である。
【図７】同上においてトランスの他の構成例を示す断面図である。
【図８】電磁誘導部品を用いた電源装置の構成例を示す断面図である。
【図９】電磁誘導部品を用いた電源装置の構成例を示す回路図である。
【図１０】電磁誘導部品を用いる配線システムの全体構成を示す構成図である。
【図１１】機能モジュールを取付枠に取り付けた状態の正面図である。
【図１２】機能モジュールの他の構成例を示す構成図である。
【図１３】ゲート装置と機能モジュールとを示す斜視図である。
【図１４】機能モジュールを示す分解斜視図である。
【符号の説明】
【００５７】
１ 基本モジュール
２ 機能モジュール
１０ コイル基板
１０ａ 穴部
１１ コイルパターン
１２ａ，１２ｂ 電路パターン
１３ 接続導体
１４ コア
１５ 実装基板
１６ａ，１６ｂ 接続部
ＣＮ１ 制御回路
Ｌ インダクタ
Ｌｉ 情報線
Ｌｐ 電力線
Ｑ１ スイッチング素子
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄型の電磁誘導部品およびその電磁誘導部品を用いた電源装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、平面型インダクタあるいは平面型トランスと称する薄型の電磁誘導部品が種々提案されている。また、コイル基板として半導体基板を用いることにより半導体製造プロセスを利用して小型化することも考えられている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１では、電源の小型軽量化のために半導体基板を用いる電磁誘導部品において、磁気誘導型銅損を減少させるためにコイル導体の厚みを大きくすることが考えられており、コイル基板上にコイル導体を形成した２個の平面コイルをコイル面同士が電気的に接続されるように重ね合わせた構造を有している。また、コイル基板とコイル導体との間に磁性薄膜を配置した構成が記載されている。
【特許文献１】特開平１１−１７６６３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、この種の電磁誘導部品をスイッチング電源に用いる場合に、電磁誘導部品が小型であるからスイッチング周波数を高周波化する必要がある。したがって、寄生容量を低減して損失を少なくすることが必要になる。一方、特許文献１に記載された電磁誘導部品では、コイル導体が一平面内でスパイラル状に形成され、またコイル導体を形成している平面に平行な磁性薄膜を有しているから、磁性薄膜とコイル導体との間に比較的大きい寄生容量が発生するという問題を有している。
【０００５】
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、寄生容量が少なくしかも小型かつ薄型に形成することができる電磁誘導部品およびその電磁誘導部品を用いた電源装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１の発明は、コイル基板の厚み方向に離間した複数層の導電層がコイル基板に形成され、各導電層により形成される電路パターンはコイル基板の厚み方向に離間する２層の一端同士がコイル基板内を通る接続導体により電気的に接続され、かつコイル基板の厚み方向に離間する２層の電路パターンの各一方は１ターンコイルの半周形状を１個の基本パターンとして複数個の基本パターンが連続する形状であり、両層の電路パターンにより複数個の１ターンコイルを直列接続したコイルパターンが形成されることを特徴とする。
【０００７】
この構成によれば、２層の導電層を用いて複数個の１ターンコイルを直列接続したコイルパターンを形成するので、一平面内での巻き数が多く面積当たりの導電層の密度が高い電磁誘導部品に比較すると、面積当たりの寄生容量ないし浮遊容量が小さくなり、容量成分により生じる損失の低減に寄与する。また、最小構成では２層の導電層を設ければよく、しかも導電層は薄膜で形成すれば薄型かつ微細加工による小型化が可能である。
【０００８】
請求項２の発明では、請求項１の発明において、前記基本パターンは円環の半周分の形状であり、一つの導電層において隣接する２個の基本パターンは弦に対して弧が互いに逆向きに配置されていることを特徴とする。
【０００９】
この構成によれば、一つの導電層における電路パターンは、一平面内で半円を交互に反転させて結合した形の波形に形成され、隣り合う各一対の１ターンコイルの間で互いに他方の１ターンコイルの磁束を利用することができるから、磁気効率が高くなる。
【００１０】
請求項３の発明は、請求項１または請求項２の発明において、前記コイル基板が半導体基板であることを特徴とする。
【００１１】
この構成によれば、半導体基板を用いているから他の回路部品とともに１チップに集積回路化することが可能になる。
【００１２】
請求項４の発明は、請求項１ないし請求項３のいずれかの発明において、前記コイル基板に３層以上の電路パターンが形成されていることを特徴とする。
【００１３】
この構成では、３層の電路パターンの接続の仕方によって、インダクタンスの大きいインダクタを形成したり、トランスを形成したりすることができる。電路パターンを４層以上の偶数層設ければ、絶縁型のトランスを構成することができる。
【００１４】
請求項５の発明では、請求項１ないし請求項４のいずれかの発明において、前記コイル基板において前記１ターンコイルの内側に対応する部位に穴部が形成され、当該穴部内に磁性体材料からなるコアが配置されることを特徴とする。
【００１５】
この構成によれば、各１ターンコイルの内側にコアが配置されることにより、コアを設けない場合よりもインダクタンスを高めることができる。また、トランスを構成する場合には１次側と２次側との結合度が高くなる。
【００１６】
請求項６の発明は、電源装置であって、請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の電磁誘導部品とスイッチング素子とスイッチング素子のオンオフを制御する制御回路とを備えることを特徴とする。
【００１７】
この構成によれば、小型かつ薄型に形成された電磁誘導部品を用いるから電源装置の小型化かつ薄型化が可能になる。
【００１８】
請求項７の発明では、請求項５の発明において、前記電磁誘導部品を除く回路部品を実装する実装基板に前記コイル基板が積層され、前記コイル基板の表裏に貫通する貫通導体からなる接続部により前記コイル基板と実装基板とが電気的に接続されていることを特徴とする。
【００１９】
この構成によれば、電源装置を構成する際に電磁誘導部品を除く回路部品を実装する実装基板を電磁誘導部品を形成するコイル基板とは別に設けているから、電磁誘導部品と他の回路部品とを異なる工程で製造することができ、電磁誘導部品の検査を別途に行うことができる。また、電磁誘導部品と他の回路部品とが熱的に分離され熱設計が容易になる。しかも、他の回路部品を実装した実装基板に電磁誘導部品を形成するコイル基板を積層するから、電磁誘導部品を他の回路部品とともに実装基板に実装することが可能になる。さらに、コイル基板と実装基板とを貫通導体からなる接続部により接続しているから、コイル基板と実装基板とを一方の投影面内に配置したことになり、電源装置の占有面積を小さくすることができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の構成によれば、２層の導電層を用いて複数個の１ターンコイルを直列接続したコイルパターンを形成するので、一平面内での巻き数が多く面積当たりの導電層の密度が高い電磁誘導部品に比較すると、面積当たりの寄生容量ないし浮遊容量が小さくなって、容量成分により生じる損失の低減に寄与するという利点がある。また、最小構成では２層の導電層を設ければよく、また導電層を薄膜で形成すれば薄型かつ微細加工による小型化が可能であるという利点を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本実施形態では、電磁誘導部品として、図１、図２に示すように、コイル基板１０の厚み方向の各一面に薄膜の導電層からなる電路パターン１２ａ，１２ｂを形成したインダクタを例示する。導電層の材料としては電気伝導度の良好な銅が望ましいがアルミニウムを用いてもよい。
【００２２】
コイル基板１０にはガラス基板やフェライトのような磁性体基板を用いることが可能であるが、本実施形態では半導体基板であるシリコン基板を用いている。シリコン基板を用いる場合には、電路パターン１２ａ，１２ｂとコイル基板１０との間を酸化膜または窒化膜により絶縁する。コイル基板１０の厚み方向の一面に形成される電路パターン１２ａは、円環の半周分の形状（つまり、半円周）を基本パターンとし、複数個の基本パターンの弦を一直線上に配列するとともに、隣接する２個の基本パターンについては弦に対して弧が互いに逆向きになるように配列し、かつ隣接する基本パターン同士を連続させて１本の電路になるように形成してある。言い換えると、電路パターン１２ａは半円弧をつなぎ合わせた蛇行状になる。
【００２３】
コイル基板１０の厚み方向の他面に形成される電路パターン１２ｂも同様の形状であるが、電路パターン１２ａを形成する基本パターンと組み合わせることによって１個の円環を形成するように配置される。つまり、図３に示すように、平面視において、電路パターン１２ａにおける基本パターンの弦を配列した直線上に電路パターン１２ｂにおける基本パターンの弦を配列し、かつ電路パターン１２ａにおける基本パターンの弧と電路パターン１２ｂにおける基本パターンの弧とが互いに逆向きになるように配置している。
【００２４】
コイル基板１０の厚み方向の各一面において電路パターン１２ａ，１２ｂを上述のように配置することによって、平面視では両電路パターン１２ａ，１２ｂにより１ターンコイルを直列接続した形のコイルパターン１１が形成されることになる。両電路パターン１２ａ，１２ｂは１つの電路を形成するように、一端部においてコイル基板１０内を通る接続導体１３により電気的に接続される。また、図１に示す例では２層の電路パターン１２ａ，１２ｂによりコイルパターン１１を形成しているから、各電路パターン１２ａ，１２ｂの他端部には他部品と接続するための引出パターン１１ａが形成される。
【００２５】
ところで、上述の構成では複数個の空芯の１ターンコイルを直列に接続した構成であるから、インダクタンスは比較的小さい。そこで、図４に示すように、コイル基板１０において各１ターンコイルの内側に対応する部位に穴部１０ａを形成し、この穴部１０ａにフェライトなどの磁性体材料からなるコア１４を充填してある。コア１４を形成する磁性体材料は穴部１０ａに充填する際には流動性を有し、その後に硬化するものを用いる。この種の磁性体材料としては合成樹脂材料にフェライトの粉体を分散させたコンパウンド状の材料がある（いわゆる流動性フェライト粉）。
【００２６】
また、図５に示すように、コイル基板１０に積層される背板部１４ａの一面に複数本の脚部１４ｂが突設された形状のコア１４を２枚設け、一方のコア１４を背板部１４ａがコイル基板１０の一面に重なるようにして脚部１４ｂを穴部１０ａに挿入し、他方のコア１４を背板部１４ａがコイル基板１０の他面に重なるようにして脚部１４ｂを穴部１０ａに挿入してもよい。１個のコア１４における隣接する脚部１４ｂのピッチを、穴部１０ａのピッチの２倍に設定しておき、２枚のコア１４をコイル基板１０に装着した状態で一方のコア１４の脚部１４ｂの先端が他方のコア１４の背板部１４ａに当接するようにしておけば、両コア１４を磁気結合させることができ、磁束漏れを少なくすることで磁気効率が高くなる。また、脚部１４ｂのピッチを穴部１０ａのピッチに一致させ、脚部１４ｂの先端面同士が穴部１０ａの内部において対向するようにしてもよい。なお、両コア１４の間にギャップを形成するように脚部１４ｂの寸法を設定すれば、リーケージギャップとして機能させることも可能である。
【００２７】
上述した例では、２層の電路パターン１２ａ，１２ｂを用いることにより１回路のコイルパターン１１を形成しているが、３層以上の電路パターン１２ａ，１２ｂを形成すれば、ターン数が増加するからインダクタンスを増加させることができる。３層以上の電路パターン１２ａ，１２ｂを形成する場合には、コイル基板１０を貫通しない接続導体１３を用いて電路パターン１２ａ，１２ｂの間を電気的に接続する。たとえば、コイル基板１０を半導体基板ではなく多層配線板で形成する場合には、ビアホールメッキを接続導体１３に用いることができる。
【００２８】
また、図６に示すように、１枚のコイル基板１０に２回路以上のコイルパターン１１を形成し、各回路のコイルパターン１１を電磁結合する程度に近接させて配置すれば、トランスとして用いることができる。トランスとして用いる場合にはコア１４によってコイルパターン１１の間の結合度を高めれば磁気効率が高くなる。なお、上述した各例では電路パターン１２ａ，１２ｂをコイル基板１０の表面に形成した例を示したが、図６のように電路パターン１２ａ，１２ｂをコイル基板１０に埋め込む形で形成してもよい。
【００２９】
トランスとして機能させる場合には、図７に示すように、１次巻線となる電路パターン１２ａと２次巻線となる電路パターン１２ｂとをコイル基板１０の厚み方向において交互に配列すれば、１次巻線と２次巻線との結合度を高めることができる。
【００３０】
なお、上述した構成例では基本パターンを半円弧としているが、多角形（四角形、六角形、八角形など）を半分にした形状を基本パターンとして採用することも可能である。また、コア１４の断面形状も上述の例では円形を想定しているが、多角形（四角形、六角形、八角形など）としてもよい。
【００３１】
ところで、上述した実施形態ではコイル基板１０が半導体基板であるから、コイル基板１０に他の素子を形成することが可能であり、電磁誘導部品を備える回路を集積回路化することが可能である。もっとも、電磁誘導部品をスイッチング電源のような電源装置の部品として用いる場合には、巻線に大きな電流が流れるから、電磁誘導部品が発熱部品になり、またスイッチング素子も発熱部品になる。放熱効率を高めるには、電磁誘導部品と他の発熱部品とは分離することが望ましい。
【００３２】
そこで、電源装置のような何らかの回路を構成する部品のうち、図８に示すように、電磁誘導部品を除く部品を実装する実装基板１５を設け、実装基板１５とコイル基板１０とを積層してもよい。実装基板１５として半導体基板を用いる場合には、スイッチング素子のような部品を実装基板１５に形成すればよく、この場合にはコイル基板１０と実装基板１５とを陽極接合などの技術を用いて接合することが可能である。また、実装基板１５としてプリント基板を用いることもできる。プリント基板を用いる場合は面実装部品を用いるのが望ましい。
【００３３】
この場合、実装基板１５において部品が実装ないし形成されていない面にコイル基板１０を貼り合わせる。コイル基板１０と実装基板１５との間の電気的接続には、コイル基板１０と実装基板１５とを貫通する貫通導体である接続部１６ａ，１６ｂを用いる。ここに、コイル基板１０と実装基板１５とにそれぞれ接続部１６ａ，１６ｂを形成しておき、接続部１６ａ，１６ｂ同士を接合することによって、コイル基板１０と実装基板１５との電気的接続と同時に機械的結合を行うようにしてもよい。また、図示例ではコイル基板１０において実装基板１５との対向面に設けた電路パターン１２ｂをコイル基板１０に埋め込んであり、コイル基板１０において実装基板１５とは反対側の面に設けた電路パターン１２ａはコイル基板１０の表面に形成してある。
【００３４】
ところで、上述した電磁誘導部品を用いて構成される電源装置としては、降圧型、昇圧型、極性反転型などのチョッパ回路と、フライバック型、フォワード型などのＤＣ−ＤＣコンバータとが広く知られている。チョッパ回路ではインダクタに蓄積した電磁エネルギを利用するからインダクタを用い、ＤＣ−ＤＣコンバータではトランスを用いる。
【００３５】
図９に一例として降圧型のチョッパ回路の基本的な構成を示す。この構成では、商用電源をダイオードブリッジで整流することなどにより得られる直流電源（図示せず）の両端間にスイッチング素子（ＭＯＳＦＥＴなど）Ｑ１とインダクタＬと平滑コンデンサＣ１との直列回路が接続され、インダクタＬと平滑コンデンサＣ１との直列回路に環流用のダイオードＤ１が並列接続された構成を有している。また、スイッチング素子Ｑ１のオンオフは制御回路ＣＮ１により制御される。
【００３６】
この種のチョッパ回路は周知のものであるが、簡単に動作を説明すると、スイッチング素子Ｑ１のオン期間において直流電源からインダクタＬを通して平滑コンデンサＣ１が充電され、この間にインダクタＬに電磁エネルギが蓄積される。また、インダクタＬに蓄積された電磁エネルギは、スイッチング素子Ｑ１のオフ期間において平滑コンデンサＣ１とダイオードＤ１とを通るループ回路を通して流れ、平滑コンデンサＣ１に充電電流を流す。この電源装置の出力は平滑コンデンサＣ１の両端から取り出される。
【００３７】
上述した電源装置を構成する際に、インダクタＬとして上述したインダクタを採用すれば、小型かつ薄型の電源装置を構成することができる。ここに、インダクタはごく小型であるから、蓄積できる電磁エネルギは比較的小さいものである。したがって、スイッチング素子Ｑ１のオンオフの周波数（つまり、スイッチング周波数）は１００ｋＨｚ〜数ＭＨｚ程度の高周波とするのが望ましい。
【００３８】
このような電源装置を構成する場合に、半導体基板であるコイル基板１０に、スイッチング素子Ｑ１とダイオードＤ１と制御回路ＣＮ１とを形成して集積回路化しておけば、平滑コンデンサＣ１を外付するだけで電源装置を構成することが可能になる。実装基板１５が半導体基板であるときには、実装基板１５にこれらの素子を形成すればよい。また、上述したインダクタＬを電源装置に用いることにより、電源装置の構成部品のうちの大型部品であったインダクタＬを小型化することができる。しかも、スイッチング素子Ｑ１とともにインダクタＬを集積回路化することによりスイッチング素子Ｑ１の近傍にインダクタＬを設けることができ、結果的に、スイッチング素子Ｑ１のオンオフを高周波で行う場合に問題となる寄生容量の影響を軽減することができる。
【００３９】
ＤＣ−ＤＣコンバータを構成する場合も同様であって、代表的な構成のＤＣ−ＤＣコンバータでは、トランスの１次巻線にスイッチング素子を直列接続し、トランスの２次巻線に整流用のダイオードと平滑コンデンサとの直列回路を接続し、スイッチング素子のオンオフを制御回路により制御する。半導体基板であるコイル基板に、スイッチング素子、ダード、制御回路などを集積回路化することができる。トランスを構成する場合も半導体基板からなる実装基板を用いる場合には、これらの素子を実装基板に形成すればよい。
【００４０】
上述した小型の電源装置を用いた配線システムの例を図１０に示す。図示する配線システムでは、建物内の適所に埋込配置されたスイッチボックス３にゲート装置４と称する配線器具を収納する。ゲート装置４には壁内に先行配線された電力線Ｌｐと情報線Ｌｉとが接続される。スイッチボックス３およびゲート装置４は１個ずつでもよいが、以下では複数個設ける場合について説明する。また、図示例では、ルータとハブとを内蔵したゲートウェイの機能を有している基本モジュール１と、メインブレーカＭＢおよび分岐ブレーカＢＢとを内蔵した配線盤５を用いている。
【００４１】
基本モジュール１には、複数系統（図示例では３系統）の情報線Ｌｉが接続され、ゲートウェイとして各情報線Ｌｉを外部のインターネット網ＮＴに接続する。基本モジュール１は、情報線Ｌｉを複数系統に分岐したり情報線Ｌｉをインターネット網ＮＴに接続するだけでなく、情報線Ｌｉを通して後述する各機能モジュール２の動作状態を監視する機能も備えている。また、メインブレーカＭＢは商用電源ＡＣに接続され、分岐ブレーカＢＢに電力線Ｌｐが接続される。図示例では分岐ブレーカＢＢを１系統で代表して示しているが通常は複数系統の分岐ブレーカＢＢを設ける。
【００４２】
図１０に示す例では、機能モジュール２として、コンセントあるいはスイッチのように負荷制御を主な機能とするものと、スピーカあるいは表示器のように情報の授受を主な機能とするものとを示している。本実施形態の構成では、負荷制御を主な機能とする場合であっても、コンセントに接続した負荷で使用した電力量やスイッチを操作した回数などを情報として情報線Ｌｉを介して監視することが可能になる。
【００４３】
各系統のゲート装置４の間は電力線Ｌｐおよび情報線Ｌｉの送り配線によって接続される。また、各系統のゲート装置４のうちの１個は配線盤５との間で電力線Ｌｐおよび情報線Ｌｉを介して接続される。つまり、各系統のゲート装置４は電力線Ｌｐに並列接続され、また情報線Ｌｉに並列接続されることになる。
【００４４】
ゲート装置４は、電力線Ｌｐと情報線Ｌｉとに接続されたコネクタからなる接続口６（図１１参照）を備える。したがって、後述する機能モジュール２のコネクタをゲート装置４の接続口６に接続するだけで、機能モジュール２に電力を供給する電力路と、機能モジュール２との間で通信するための情報路とを同時に確保することができる。しかも、ゲート装置４は電力線Ｌｐと情報線Ｌｉとにそれぞれ並列接続されているだけであるから、機能モジュール２はどのゲート装置４にも接続することができる。つまり、機能モジュール２は、ゲート装置４の配置されている範囲内で自由に配置することができるから、レイアウトの自由度が高い施工性に優れた配線システムを提供することができる。
【００４５】
スイッチボックス３は、たとえばＪＩＳ規格（Ｃ ８３７５）に規定する取付枠９（図１１参照）を取り付けることができるものを用いる。図示する取付枠９は一連形と呼ばれており、ＪＩＳ規格（Ｃ ８３０４）において大角連用形スイッチの１個モジュールとして規格化されている埋込形の配線器具を３個取り付けることができる。
【００４６】
取付枠９は、図１１に示すように、中央部に表裏に貫通した器具取付用の矩形状の窓孔９ａを備える。取付枠９に取付対象である配線器具を取り付けるには、窓孔９ａの後方から配線器具の前部を挿入し、取付枠９の左右両側の枠片９ｂに設けた器具係止部に配線器具の左右両側に設けた被係止部を結合させる。図示例では、配線器具に被係止部として爪を設け取付枠９の枠片９ｂに器具係止部として間隙を設けている。ただし、配線器具に被係止部として穴を設け取付枠９の枠片９ｂに器具係止部として爪を設けた構成もある。取付枠９の上下の枠片９ｃには挿入孔９ｄが貫設されている。取付枠９をスイッチボックス３に取り付けるには、取付枠９に配線器具を装着した状態で、図示しない取付ねじを挿入孔９ｄに前方から挿入してスイッチボックス３に設けたねじ受け（図示せず）に螺入させる。
【００４７】
なお、取付枠９を壁パネルに取り付ける場合には、壁パネルに取付孔を貫設し、挿入孔９ｄに挿入される引締ねじを挟み金具（図示せず）と称する部材に螺合させ、壁パネルに貫設した取付孔の周部を取付枠９と挟み金具との間で挟持するように引締ねじを締め付けてもよい。あるいはまた、取付枠９を通して壁材に木ねじを螺合させることによって、取付枠９を壁に取り付けることも可能である。
【００４８】
本実施形態では、各スイッチボックス３の上部からは、配電ボックス１または他のスイッチボックス３に接続された電力線Ｌｐおよび情報線Ｌｉが導入され、各系統の末端に位置するスイッチボックス３を除いた各スイッチボックス３の下部からは他のスイッチボックス３への送り配線である電力線Ｌｐおよび情報線Ｌｉが導出される。また、ゲート装置４を取り付けた取付枠９を各スイッチボックス３に取り付けることによって、上述したように、各スイッチボックス３にそれぞれゲート装置４が収納される。ここにおいて、ゲート装置４には、電力線Ｌｐと情報線Ｌｉとが接続されるから、電力線Ｌｐと情報線Ｌｉとの混触を防止するために、電力線Ｌｐと情報線Ｌｉとのスイッチボックス３への導入口および導出口はそれぞれ個別に設けるのが望ましい。
【００４９】
ゲート装置４は、板ばねのばね力を利用して電線を結線する、いわゆる速結端子構造の端子を器体に内蔵しており、器体の背面に開口する電線挿入口に電線を挿入することにより、電線の機械的保持と電気的接続とがなされる構成を採用している。電線挿入口は、電力線Ｌｐと情報線Ｌｉとについて２対ずつ設けてある。各１対は送り配線を接続するために用いられる。ゲート装置４の器体の前面には、電力線Ｌｐが接続される端子に電気的に接続されている接触部を設けた電力路接続口６ａと、情報線Ｌｉが接続される端子に電気的に接続されている接触部を設けた情報路接続口６ｂとが配置される。
【００５０】
電力路接続口６ａと情報路接続口６ｂとは１個の接続口６としてモジュール化されている。配線システム内の各ゲート装置４において、各電力路接続口６ａと各情報路接続口６ｂとはそれぞれ同仕様（接触部の配列や接続口のサイズなど）であり、また電力路接続口６ａおよび情報路接続口６ｂの位置関係は統一されている。接続口６には、機能モジュール２の背面に設けた接続体７が着脱可能に結合される。すなわち、機能モジュール２の接続体７には、電力路接続口６ａに着脱可能に結合される電力路接続体７ａと、情報路接続口６ｂに着脱可能に結合される情報路接続体７ｂとをモジュール化した接続体７が設けられる。機能モジュール２の接続体７をゲート装置４の接続口６に接続した状態において、機能モジュール２はゲート装置４の前面を覆う。ここに、接続口６と接続体７とはコネクタを構成する。
【００５１】
機能モジュール２は、図１２に示すように、ゲート装置４に対して１台だけ接続することによって単独で用いることができる基本機能モジュール２ａと、基本機能モジュール２ａに対して壁面に沿う面内で配列され基本機能モジュール２ａと組み合わせて用いることにより基本機能モジュール２ａの機能を拡張する拡張機能モジュール２ｂとがある。拡張機能モジュール２ａは、基本機能モジュール２ａに対して１台接続するだけではなく、複数台を接続することも可能である。
【００５２】
以下の説明においては、基本機能モジュール２ａを単独で用いるか、基本機能モジュール２ａに拡張機能モジュール２ｂを結合して用いるかにかかわらず、どちらの場合についても機能モジュール２として説明する。
【００５３】
機能モジュール２は、図１３、図１４に示すように、合成樹脂製の扁平なハウジング８ａを備える。すなわち、ゲート装置４に取り付けたときに壁面からの突出寸法が小さく、かつハウジング８ａの前面側に露出する表示、報知、操作などの各種機能を持つ機能部に割り当てる面積を大きくとることができる薄型に形成されている。ハウジング８ａの背面には接続体７が設けられ、接続体７をゲート装置４の接続口６に結合すれば、機能モジュール２が電力線Ｌｐおよび情報線Ｌｉと電気的に接続される。ハウジング８ａの上部および下部には取付用孔８ｃが開口しており、ハウジング８ａをゲート装置４に結合した状態で、ハウジング８ａの前面側から取付用孔８ｃに取付ねじ（図示せず）を挿入し、取付枠９の取付ねじ孔１０ｅに取付ねじを螺入することにより、機能モジュール２が取付枠９に対して機械的に固定され、結果的に機能モジュール２のゲート装置４に対する結合強度を高めることができる。ハウジング８ａの前面部には化粧カバー８ｂが着脱可能に被着され、化粧カバー８ｂをハウジング８ａに装着した状態では、取付ねじの頭部が隠される。
【００５４】
上述の構成から明らかなように、機能モジュール２には電力線Ｌｐを通して商用電源ＡＣから電力が供給されるから、機能モジュール２の内部回路の動作用の電源を生成するために商用電源ＡＣから内部回路の動作用に用いる直流電圧を生成する電源装置が必要である。また、ハウジング８ａは扁平で小型であるから、このようなハウジング８ａに収納可能な薄型かつ小型の電源装置が必要である。したがって、実施形態１、実施形態２において説明した平面型インダクタや実施形態３において説明した平面型トランスを用いる電源装置は、この種の機能モジュール２に用いるのに適した電源装置になる。
【００５５】
機能モジュール２が、基本機能モジュール２ａだけではなく拡張機能モジュール２ｂも含んでいる場合には、電源装置は拡張機能モジュール２ｂにも電力を供給する。基本機能モジュール２ａから拡張機能モジュール２ｂへの電力の供給は交流を用いる。また、基本機能モジュール２ａと拡張機能モジュール２ｂとの内部においては、交流−直流変換を行って直流電力を内部回路に供給する。そのため、基本機能モジュール２ａと拡張機能モジュール２ｂとには、それぞれ電源装置が設けられる。拡張機能モジュール２ｂに設けた電源装置においても実施形態１、実施形態２において説明した電磁誘導部品を用いることにより、拡張機能モジュール２ｂのハウジングに収納可能な薄型かつ小型の電源装置を構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の実施形態を示す斜視図である。
【図２】同上の断面図である。
【図３】同上の平面図である。
【図４】同上においてコアを設けた場合の一例を示す断面図である。
【図５】同上においてコアを設けた場合の他例を示す断面図である。
【図６】同上においてトランスの構成例を示す断面図である。
【図７】同上においてトランスの他の構成例を示す断面図である。
【図８】電磁誘導部品を用いた電源装置の構成例を示す断面図である。
【図９】電磁誘導部品を用いた電源装置の構成例を示す回路図である。
【図１０】電磁誘導部品を用いる配線システムの全体構成を示す構成図である。
【図１１】機能モジュールを取付枠に取り付けた状態の正面図である。
【図１２】機能モジュールの他の構成例を示す構成図である。
【図１３】ゲート装置と機能モジュールとを示す斜視図である。
【図１４】機能モジュールを示す分解斜視図である。
【符号の説明】
【００５７】
１ 基本モジュール
２ 機能モジュール
１０ コイル基板
１０ａ 穴部
１１ コイルパターン
１２ａ，１２ｂ 電路パターン
１３ 接続導体
１４ コア
１５ 実装基板
１６ａ，１６ｂ 接続部
ＣＮ１ 制御回路
Ｌ インダクタ
Ｌｉ 情報線
Ｌｐ 電力線
Ｑ１ スイッチング素子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コイル基板の厚み方向に離間した複数層の導電層がコイル基板に形成され、各導電層により形成される電路パターンはコイル基板の厚み方向に離間する２層の一端同士がコイル基板内を通る接続導体により電気的に接続され、かつコイル基板の厚み方向に離間する２層の電路パターンの各一方は１ターンコイルの半周形状を１個の基本パターンとして複数個の基本パターンが連続する形状であり、両層の電路パターンにより複数個の１ターンコイルを直列接続したコイルパターンが形成されることを特徴とする電磁誘導部品。
【請求項２】
前記基本パターンは円環の半周分の形状であり、一つの導電層において隣接する２個の基本パターンは弦に対して弧が互いに逆向きに配置されていることを特徴とする請求項１記載の電磁誘導部品。
【請求項３】
前記コイル基板が半導体基板であることを特徴とする請求項１または請求項２記載の電磁誘導部品。
【請求項４】
前記コイル基板に３層以上の電路パターンが形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の電磁誘導部品。
【請求項５】
前記コイル基板において前記１ターンコイルの内側に対応する部位に穴部が形成され、当該穴部内に磁性体材料からなるコアが配置されることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の電磁誘導部品。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の電磁誘導部品とスイッチング素子とスイッチング素子のオンオフを制御する制御回路とを備えることを特徴とする電源装置。
【請求項７】
前記電磁誘導部品を除く回路部品を実装する実装基板に前記コイル基板が積層され、前記コイル基板の表裏に貫通する貫通導体からなる接続部により前記コイル基板と実装基板とが電気的に接続されていることを特徴とする請求項６記載の電源装置。
【請求項１】
コイル基板の厚み方向に離間した複数層の導電層がコイル基板に形成され、各導電層により形成される電路パターンはコイル基板の厚み方向に離間する２層の一端同士がコイル基板内を通る接続導体により電気的に接続され、かつコイル基板の厚み方向に離間する２層の電路パターンの各一方は１ターンコイルの半周形状を１個の基本パターンとして複数個の基本パターンが連続する形状であり、両層の電路パターンにより複数個の１ターンコイルを直列接続したコイルパターンが形成されることを特徴とする電磁誘導部品。
【請求項２】
前記基本パターンは円環の半周分の形状であり、一つの導電層において隣接する２個の基本パターンは弦に対して弧が互いに逆向きに配置されていることを特徴とする請求項１記載の電磁誘導部品。
【請求項３】
前記コイル基板が半導体基板であることを特徴とする請求項１または請求項２記載の電磁誘導部品。
【請求項４】
前記コイル基板に３層以上の電路パターンが形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の電磁誘導部品。
【請求項５】
前記コイル基板において前記１ターンコイルの内側に対応する部位に穴部が形成され、当該穴部内に磁性体材料からなるコアが配置されることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の電磁誘導部品。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の電磁誘導部品とスイッチング素子とスイッチング素子のオンオフを制御する制御回路とを備えることを特徴とする電源装置。
【請求項７】
前記電磁誘導部品を除く回路部品を実装する実装基板に前記コイル基板が積層され、前記コイル基板の表裏に貫通する貫通導体からなる接続部により前記コイル基板と実装基板とが電気的に接続されていることを特徴とする請求項６記載の電源装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２００７−１８０４３６（Ｐ２００７−１８０４３６Ａ）
【公開日】平成１９年７月１２日（２００７．７．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−３７９７９５（Ｐ２００５−３７９７９５）
【出願日】平成１７年１２月２８日（２００５．１２．２８）
【出願人】（０００００５８３２）松下電工株式会社 (17,916)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年７月１２日（２００７．７．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１２月２８日（２００５．１２．２８）
【出願人】（０００００５８３２）松下電工株式会社 (17,916)
【Ｆターム（参考）】
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