JPH03171705A - 平面トランス - Google Patents

平面トランス

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JPH03171705A
JPH03171705A JP1309150A JP30915089A JPH03171705A JP H03171705 A JPH03171705 A JP H03171705A JP 1309150 A JP1309150 A JP 1309150A JP 30915089 A JP30915089 A JP 30915089A JP H03171705 A JPH03171705 A JP H03171705A
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JP
Japan
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coil
transformer
layer
laminated
planar
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JP1309150A
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Inventor
Michio Hasegawa
長谷川 迪雄
Masashi Sahashi
政司 佐橋
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) 本発明は平面トランスに関する。
(従来の技術) 従来より、スバイラル状又はつづら折れ状の導体を有す
る平面状コイルからなる1次コイル及び2次コイルを絶
縁層を挟んで積層し、この積層体の両面に絶縁層及び強
磁性薄帯を順次積層した構造の平面トランスが知られて
いる。このような平面トランスは、例えば絶縁型DC−
DCコンバータなどに適用される。この場合、平面トラ
ンスの1次及び2次コイルには直流が重畳された高周波
電流が流れるので、インダクタンスの直流重畳特性が良
好であることが要求される。
ところが、従来の平面トランスでは、インダクタンスの
直流重畳特性が悪いという問題があった。
これは、従来使用されている強磁性薄帯の磁気特性が不
適当なためである。すなわち、平面トランスにおいては
、磁束は両面の強磁性体層の面内方向を流れるので、高
インダクタンスを得るためには高透磁率強磁性薄帯が用
いられる。しかしながら、高透磁率強磁性薄帯の飽和磁
化が低い場合には、小さな直流磁場が重畳されても磁束
密度が飽和してインダクタンスが低下し、入出力電圧が
低下してしまう。例えば、高透磁率強磁性薄・:i}と
してはCo系非晶質合金が知られているが、その飽和磁
化はフエライトよりも一般に高いものの充分とはいえず
、これを用いた場合にはインダクタンスの直流重畳特性
はあまりよくない。
なお、強磁性薄帯としてCo系非品質合金を用いる場合
でも、これを積層すれば直流′m畳特性をある程度改善
することができる。しかし、非晶質合金を積層すれば、
それだけ平面トランスの厚さが増すため、平面トランス
の薄形化という目的からすると好ましくない。
このように平面トランスの1次及び2次コイルのインダ
クタンスの直流重畳特性が悪いと、直流重畳により相互
インダクタンスも低下し、入出力電圧が低下するので、
そのままではDC−DCコンバータの効率が低下するた
め、そのままではDC−DCフンバータなどへ適用する
ことは不適当である。したがって、直流重畳特性の改善
には高透磁率強磁性薄罹の飽和磁化が高いことが要求さ
れる。
更に、1次及び2次コイルのインダクタンスの直流重畳
特性を改善した平面トランスを適用したとしても、DC
−DCコンバータの効率に関しては、強磁性薄帯の高周
波損失のために、その向上には限度がある。したがって
、従来のフエライト製磁心を使用した場合に匹敵する高
効率を得るためには、強磁性薄帯の高周波損失を少なく
する必要がある。
なお、強磁性薄帯として用いられる飽和磁化の高い非晶
質合金は、一般に正の飽和磁歪を有する。
このように正の飽和磁歪を有する非み晶質合金を通常の
トロイダル状磁心にして用いる場合には、曲げ応力によ
る逆磁歪効果により歪取り熱処理特に複雑な磁気異方性
が発生し、実効透磁串などの軟磁気特性が劣化する。一
方、これらの非品質合金を平面トランスに適用する場合
には、これらの薄帯を平面状態で使用するため、前述し
た逆磁歪効果による軟磁気特性の劣化は少なく、これら
合金の軟磁気特性を充分に活用することができる。
ただし、本発明に係る平面トランスは、丈際には外装用
モールド樹脂でモールド被覆された状態で使用される。
このため、正の飽和磁歪を有する非晶質合金薄脩を用い
ると、液状のモールド樹脂を表面に被覆して硬化させる
際に、モールド樹脂の収縮に伴って強磁性薄帯にも圧縮
応力が加わり、逆磁歪効果により実効透磁率が低下し、
インダクタンスが低下して入出力電圧が低下するという
問題点が生じる。
(発明が解決しようとする課題) 本発明は上記問題点を解決するためになされたものであ
り、直流重畳特性の良好な平面トランスを提供すること
を目的とする。また、強磁性体層の高周波損失を少な<
 L、DC−DCコンバータに適用されてもその効率を
低下させることのない平面トランスを提供することを目
的とする。更に、モールド被覆されても、インダクタン
スの低下を防止できる平面トランスを提供することを目
的とする。
[発明の構或コ (課題を解決するための手段と作用) 本発明の平面トランスは、1層又は複数層の平面状コイ
ルからなる1次コイル及び2次コイルを絶縁層を挟むな
どの手段で電気的に絶縁状態で積層し、この8I!f4
体に絶縁層を介するなどの手段で電気的に絶縁状態で強
磁性体層(薄帯、薄膜など)を積層した平面トランスに
おいて、前記強磁性体層として、飽和磁化4πMsが4
πM s ;a 10kGであり、厚さが100μ以下
のものを用いたことを特徴とするものである。なお、バ
ランス上、この強磁性体層はコイルの両面に設けること
が好ましい。
本発明の平面トランスにおける平面状コイルとは、例え
ば絶縁層の表面及び裏面にスパイラル状に導体を設けて
各導体をスルーホールを通して接続した構造の2層スバ
イラルコイルを指す。なお、端子の取出しに支障が生じ
なければ、スパイラル状の導体が1層だけのスパイラル
コイルでもよい。
また、導体の形状はスバイラル状に限らず、つづら折れ
状でもよい。
また、平面状コイルを積層するとインダクタンスが増大
して人出力電圧が増大するが、この場合平面状コイル間
には絶縁層のみを介在させ、強磁性体層を介在させない
ことが望ましい。これは、平面状コイル間に強磁性体層
を介在させてもインダクタンスの増大にはほとんど寄与
せず、かえって平面トランス全体の厚さを増大させて単
位体積当りの性能を低下させるためである。また、1次
コイルと2次コイルとの間に強磁性体層を設けると、1
次−2次コイル間のエネルギーの仏達がほとんどなくな
るので、1次コイルと2次コイルとの間には強磁性体層
を設けない方がよい。
本発明において、強磁性体層の飽和磁化4πMsをIO
k G以上としたのは、4πMSが10kG未満では直
流重畳特性が悪くなるためである。
本発明において、強磁性体層(積層体の場合には各層の
強磁性体層)の厚さをI−00AIOB以下としたのは
以下のような理由による。すなわち、一般に平面トラン
スをDC−DCコンバータなどに適用1,IOkl!z
以上の周波数帯で使用することを前提とした場合、強磁
性体層の厚さが100μを超えると表皮効果によって磁
束は内部まで入らなくなり、強磁性体層の厚さが増加し
た割にはインダクタンスは増加せず、単位体積当りのイ
ンダクタンスはかえって低下し、トランスの性能が低下
するためである。なお、強磁性体層の厚さは4n以上で
あることが望ましい。これは、強磁性体層の厚さが4n
未満であると、スパイラル状導体コイルに電流が流れる
ことによって生じる磁束がすべて通るのに必要な断而積
が得られないために漏れ磁束が多くなってインダクタン
スが著しく低下し、単位体積当りのインダクタンス値が
低下するためである。
本発明において、前記強磁性体層としては、10kHz
における実効透磁率μlokがμ,。,≧1×104で
あるものが望ましい。このような強磁性体層を用いれば
、高インダクタンスの平面トランスを得ることができる
本発明において用いられる強磁性体層としては、例えば
一般式 (F e l−* Ma ) too−b Xb(ただ
し、MはT i,v..C r,MnSCo,Ni,Z
rSNbSMo,Hf,Ta,W,Cuのうち少なくと
も1種、XはS i,B,P..C,Ge%A,17の
うち少なくとも1種、0≦a50.15、125 b≦
30)で表わされる非品質合金薄帯が用いられる。
この非品質合金薄帯を構戊する各元素の作用及び組成に
ついて説明する。
Mは畠周波領域における透磁率の向上及び結晶化温度の
上昇に寄与する或分である。a>0.15の場急にはキ
ュリー温度が低くなりすぎ、実川上好ましくない。
Xは非品質化に必須の元素である。ただし、実用上熱安
定性を考慮した場合、SiとBとの組み合わせが好まし
い。なお、b < 12及びb〉28では非品質化が困
難となるため、l2≦b≦28が好ましく、更に15≦
b≦25が好ましい。
このような組或を有する非品質合金の大部分は10k 
G以上の飽和磁化を有し、最適歪取り熱処理によって、
IXIO’以上の実効透磁率が得られる。
本発明の目的を達成するためには、飽和磁化及び透磁率
がともに高い強磁性体層を用いることが特に望ましい。
このような高透磁率、高飽和磁化を有する磁性体層とし
て、例えば F  eys.scul  Nb3  S  i  1
3.589なる組成の非品質合金を結晶化温度よりも高
い温度で熱処理することにより得られる超微細結晶粒合
金薄帯が挙げられる。この磁性合金は高透磁率(10k
Hzにおける実効透磁率u 1ok” 5 XIO’ 
)、高飽和磁化(4πM s = 13.5k G )
を有する。このような磁性合金薄帯を用いることにより
、高インダクタンス値をHし、直流重畳特性が良好であ
り、DC−DCコンバータなどの適用可能な平面トラン
スが得られる。
本発明において、平面トランスを構成する1層又は複数
層の強磁性体層は複数の部分に分割することが望ましい
。強磁性体層を複数の部分に分割すると、高周波損失を
減少することができるので、平面トランスの効率が向上
する。
本発明に係る平面トランスは、通常、その全体を外装用
モールド樹脂で被覆した形態で使用される。この場合、
平面トランスを構成する両面の強磁性体層の外側に、モ
ールド樹脂の収縮力緩和層として、例えばモールド樹脂
の硬化温度よりも熱変形温度が高いh“機高分子フィル
ムを積層し、平面トランスの側面を接着剤で塞いだ状態
で、全体を液状のモールド樹脂に浸し、取出して乾燥・
硬化させてモールド樹脂を被覆することが望ましい。
このように強磁性体層の外側に、モールド樹脂の硬化温
度よりも熱変形温度が高い有機高分子フィルムを積層し
ておけば、モールド樹脂が硬化して収縮する際に生じる
収縮力を緩和することができ、収縮力が強磁性体層に伝
わるのを防止して、逆磁歪効果によるインダクタンスの
低下を防ぐことができ、それに基づく゛Y面トランスの
効率の低下を防止することができる。
収縮力緩和層として用いられる熱変形温度が高いH機高
分子フィルムとしては、例えばポリフエニレンサルファ
イド(P P S)が挙げられる。なお、同様の効果が
得られれば、収縮力緩和層はa機高分子フィルムに限ら
ないことはいうまでもない。このような収縮力緩和層の
厚さは20μ以上であることが望ましい。これは、収縮
力緩和層の厚さが20μ未満であると、しわが入りやす
くなり、モールド樹脂が硬化して収縮する際に生じる収
縮力を緩和することができず、収縮力が強磁性体層に伝
わって、逆磁歪効果によるインダクタンスの低下を防ぐ
ことができなくなるためである。
(実施例) 以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。
実施例1〜3、比較例1 実施例1〜3、比較例1においては、第1図(A) 、
(B)に示すlIt層タイプの平面トランスを作製した
。なお、同図(^)はこの平面トランスのqi面図であ
り、同図(B)は同図(A)のA−A’線に沿う断面図
である。
この平面トランスの構造を説明する。第1図(^)及び
(B)におい′て、1次コイル1は絶縁層■1の両面に
スパイラルコイル12a , 12bを設け、これらス
パイラルコイル12a及び12bをスルーホール13を
通して各スパイラルコイル12aS12bに同方向の電
流が流れるように接続した構造の平面状コイル(2層ス
パイラルコイル)からなっている。
ここで、第1図(A)中の太線及び破線はそれぞれ絶縁
層11の表面側及び裏面側にあるスパイラルコイル12
a%12bの中心の軌跡を表わしている。同様に、2次
コイル2は絶縁層2lの両面にスパイラルコイル22a
,22bを設け、これらスパイラルコイル22a及び2
2bをスルーホール23を通して各スパイラルコイル2
2a,22bに間方向の電流が流れるように接続した構
造の平面状コイル(2層スパイラルコイル)からなって
いる。これら1次コイル1と2次コイル2が絶縁層3を
挟んで積層され、更にこの積層体の両面に絶縁層4及び
強磁性体層5が順次積層されることにより平面トランス
が構成されている。
この平面トランスは、以下のようにして作製したもので
ある。すなわち、1次コイル1及び2次コイル2は、2
5n厚のポリイミドフィルム(絶縁層11、21)の両
面に35廂厚のCu箔を両張りして中央部のスルーホー
ルを通して接続した両面FPC板(フレキシブルプリン
ト回路板)を用意し、両面のCu箔をエッチングして外
周部の寸法が2hm X 20wm sコイル線幅25
0,n,コイルビッチ500trm,コイル巻線数40
回(各面20回)のスパイラルコイルに加工することに
より作製した。これら1次コイル1及び2次コイル2を
7um厚のポリイミドフィルム(絶縁層3)を挟んで積
層し、更にこの積層体の両面に7μ厚のポリイミドフィ
ルム(絶縁層4)及び1辺の長さ25m+*の正方形の
強磁性薄帯(強磁性体層5)を順次積層することにより
、巻線比が1=1の平面トランスを作製した。
実施例1 弔ロール法により作製された、 (F e o.esN b 0.05) 82S f 
6 B +2なる組成を有し、平均厚さ16μ、幅25
mmの非品質合金薄帯から1辺の長さ2 5 mmの正
方形に切り出したものを強磁性体層として用いた。この
非品質合金薄帯については、飽和磁化4πM s = 
12.3k G、10kllzにおける実効透磁率μ1
。t−IXIO’である。
実施例2 +1jロール法により作製された、 F e,.S i , B,, なる組成をHし、平均厚さ16即、幅25mmの非品質
合金薄帯から1辺の長さ25mmの正方形に切り出した
ものを強磁性体層として用いた。この非品質合金薄帯に
ついては、飽和磁化4πM s = 15.6 k G
 ,10kllzにおける失効透磁率μ1ok− 2 
X 10’である。
丈施例3 単ロール法により作製された、 F e7).qCul Nbl S i+3.qB,な
る組成を有し、平均厚さl 8 uts ,幅25+u
の非品質合金薄帯を窒素雰囲気中、550℃で1時間熱
処理することにより得られた超微結晶粒合金薄帯から1
辺の長さ25IIII1の正方形に切り出したものを強
磁性体層として用いた。この合金薄帯については、飽和
磁化4 πMs − 13.5k G , Ink H
zにおける実効透磁率μ+om = 5 X 10’で
ある。
比較例I Itロール法により作製された、 ( C O o.ssF e o.obN b O.0
2N I O.04) 75S i +oB +s なる組或をHし、平均厚さ16μ、幅25+uの非品質
合金薄帯から1辺の長さ25nosの正方形に切り出し
たものを強磁性体層として用いた。この非品質合金薄帯
については、飽和磁化4πMs=6.7kG,10kl
lzにおける失効透磁率μ+oi””2X10’である
実施例1〜3及び比較例1の平面トランスについて、2
次コイルに100Ωの抵抗を接続した場合の、1次コイ
ル電流( f − 30kHz 、実効値[1.2A)
に重畳される直流電流と1次コイル電圧との関係を調べ
た結果を第2図に、人出力電圧比を第3図に示す。
これらの図から、実施例1〜3の平面トランスでは、比
較例1の平面トランスに比べて、直流重畳特性が大幅4
こ改善されていることがわかる。
次に、飽和磁化の値が光なる強磁性体層を用いて作製さ
れた前記実施例と同一構造の平面トランスについて、飽
和磁化4πMsと、1次側に30kHz、実効値0.2
 Aの高周波電流を流し、2次側に直流0.2Aが重畳
された場合の2次側の出力電圧との関係を第4図に示す
第4図より、4πM,≧IOk Gの非品質合金薄帯を
用いた場合には実効値5Vの出力電圧が得られるが、4
πM.<IOkGの非品質合金薄帯を用いた場合には4
πM,の低下とともに出力電圧が低下する。したがって
、このような構造の平面トランスには4πMs≧lok
Gの高透磁率磁性体層を用いるとよいことがわかる。
丈施例4、比較例2 丈施例4、比較例2においては、以下のような積層タイ
プの2次コイルを有する平面トランスを作製した。
実施例4 2次コイルとして、2個の2層スパイラルコイルを絶縁
層(74厚のポリイミドフィルム)を挟んでa層し、電
気的に直列に接続したものを用い、その他の構成は前記
実施例1と同一とすることにより、1次−2次コイルの
巻線比が1:2の平面トランスを作製した。
比較例2 構造は実施例4と同一であるが、強磁性体層として比較
例1で用いたのと同一のものを用いて1次−2次コイル
の巻線比が1:2の平面トランスを作製した。
丈施例4及び比較例2の平面トランスについて、2次コ
イルに100Ωの抵抗を接続した場合の、1次コイル電
流( f = 30kHz ,実効値0.2A)に重畳
される直流電流と1次コイル電圧との関係を調べた結果
を第5図に、人出力電江比を第6図にホす。
これらの図から、実施例4の平面トランスでは、比較例
2の平面トランスに比べて、直流重畳特性が大幅に改善
されていることがわかる。
実施例5、比較例3 実施例5及び比較例3では強磁性体層として複数層の非
品質合金薄帯を用いて平面トランスを作製した。
実施例5 強磁性体層として、実施例1で用いたのと同一の非品質
合金薄帯を5層積層したものを用いた以外は、実施例1
と同一構造の平面トランスを作製した。
比較例3 強磁性体層として、丈施例1で用いたのと同一の非晶質
合金薄・:;シを5層積層したものを用いた以外は、比
較例1と同一構造の平面トランスを作製した。
実施例5及び比較例3の・1ろ面トランスについて、2
次コイルにl00Ωの批抗を接続した場合の、1次コイ
ル電流( f − 30kHz ,実効値0.2A)に
重畳される直流電流と1次コイル電圧との関係を調べた
結果を第7図に、人出力電圧比を第8図に示す。
これらの図から、実施例5の平面トランスでは、比較例
3の平面トランスに比べて、直流重畳特性が大幅に改善
されていることがわかる。
実施例6 実施例1と同一の組成、平均厚さ、幅を有する非品質合
金薄帯から25關Xl2.5mmの矩形状に切り出した
ものを歪取り熱処理した後、1つの面について2個を同
一平面上に隙間なく横に並べて1辺2 5 mmの正方
形とし、これを強磁性体層として用いた以外は、実施例
1と同一構造の平面トランスを作製した。
実施例6及び実施例1の平面トランスについて、2次コ
イルに100Ωの抵抗を接続し、1次コイルに30kl
lz 1実効値0,2Aの電流を流したときの、平面ト
ランスの効率を調べた。その結果、火施例1の平面トラ
ンスでは83.5%であったのに対し、実施例6の平面
トランスでは88,0%という値が得られた。このこと
から、実施例6の平面トランスのように、強磁性体層を
平面的に複数の部分に分割することにより、効率を向上
できることがわかる。
実施例7 第9図に示すように、実施例6で作製した平面トランス
の両面の強磁性体層の外側に外周部の寸法3h+* X
 30111%厚さl 0 0aのPPS (ボリフエ
ニレンサルファイド樹脂)フィルム3lを設け、側面を
接着剤32(セメダインスーパー、セメダイン株式会社
製)で塞ぎ、次工程で液状のモールド樹脂に浸した時に
モールド樹脂がコイル及び強磁性体層に直接触れないよ
うにした。次に、これをモールド樹脂(セラコート64
0−43、北陸塗装株式会冫{製)に浸した後、取り出
した。これを約1時間自然乾燥させた後、150℃で1
時間加熱してモールド樹脂33を硬化させ、モールド平
面トランスを作製した。
比較例4 実施例6で作製した平面トランスの両面の強磁性体層の
外側にPPSフィルムを設ける工程、及び側面を接着剤
で塞ぐ工程を行わなかった以外は、実施例7と同様にし
てモールド平面トランスを作製した。
実施例6及び比較例4の甲面トランスについて、2次コ
イルにl00Ωの抵抗を接続した場合の、1次コイル電
流( f’ − 30kHz ,実効値0.2A)に重
畳される直流電流と1次コイル電圧との関係を調べた結
果を第lO図に、人出力電圧比を第11図に示す。
これらの図から、強磁性体層の外側にPPSフィルムを
設けることにより、モールドによる性能の劣化を防止で
きることがわかる。
なお、以上の実施例では平面状コイルとしてスパイラル
コイルを用いた場合について述べたが、平面状コイルと
してはつづら折れ状コイルなど他の形状のものでもよい
[発明の効果] 以上詳述したよう,に本発明によれば、直流重畳特性が
改善され、強磁性体層の高周波損失が少なく、モールド
被覆されても性能の劣化が少ない平面トランスが得られ
、DC−DCコンバータなどに適用することが可能で、
その工業的価値は大きい。
【図面の簡単な説明】
第1図(A)は本発明に係る平面トランスの平面図、同
図(B)は同図(A)のA−A’線に沿う断面図、第2
図は本発明の実施例1〜3及び比較例]の平面トランス
について直流重!!電流と1次コイル電圧との関係を示
す特性図、第3図は本発明の実施例1〜3及び比較例1
の平面トランスについて直流重畳電流ε入出力電圧比と
の関係を示す特性図、第4図は本発明に係る平面トラン
スを構成する強磁性体層の飽和磁化と2次コイルの出力
電圧との関係を示す特性図、第5図は本発明の実施例4
及び比較例2の平面トランスについて直流重畳電流と1
次コイル電圧との関係を示す特性図、第6図は本発明の
丈施例4及び比較例2の平面トランスについて直流重畳
電流と人出力電圧比との関係を示す特性図、第7図は本
発明の実施例5及び比較例3の平面トランスについて直
流重畳電流と1次コイル電圧との関係を示す特性図、第
8図は本発明の実施例5及び比較例3の平面トランスに
ついて直流重!!電流と人出力電圧比との関係を示す特
性図、第9図は本発明の実施例7のモールド平面トラン
スの断面図、第lO図は本発明の実施例7及び比較例4
の平面トランスについて直流重畳電流と1次コイル電圧
との関係を示す特性図、第H図は本発明の実施例7及び
比較例4の甲而トランスについて直流重畳電流と入出力
電圧比との関係を示す特性図である。 1・・・1次コイル、2・・・2次コイル、3、4・・
・絶縁層、5・・・強磁性体層、11、21・・・絶縁
層、12a、12b , 22a , 22b−・・ス
バイラルコイル、13、2 3 −・・スルーホール、
31・・・PPSフィルム、32・・・接着剤、33・
・・モールド樹脂。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 平面状コイルからなる1次コイル及び2次コイルを積層
    し、この積層体に強磁性体層を積層した平面トランスに
    おいて、前記強磁性体層として、飽和磁化4πMsが 4πMs≧10kG であり、厚さが100μm以下のものを用いたことを特
    徴とする平面トランス。
JP1309150A 1989-11-30 1989-11-30 平面トランス Pending JPH03171705A (ja)

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JP1309150A JPH03171705A (ja) 1989-11-30 1989-11-30 平面トランス

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JP1309150A JPH03171705A (ja) 1989-11-30 1989-11-30 平面トランス

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