CN101404203A - 线圈单元及电子设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了散热性卓越且可薄型化的线圈单元及使用该线圈单元的电子设备。线圈单元(22)包括：平面状线圈(30)，具有传送面(31)和非传送面(32)；磁片(40)，设置在平面状线圈的非传送面(32)侧；以及散热/磁性屏蔽板(50)，层叠在磁片的与平面状线圈面对一侧的相反侧的表面上，散热平面状线圈的发热，且吸收磁片未能捕获完全的磁通量，从而进行磁屏蔽，其中，散热/磁性屏蔽板(50)的厚度比磁片(40)的厚度厚。

Description

线圈单元及电子设备
技术领域
本发明涉及使用线圈的无触点输电的线圈单元及电子设备等。
背景技术
公知有利用电磁感应，且即使金属部分的接触点不存在也可以输送电力的无触点输电。作为这样的无触点输电的适用例，提案有进行便携式电话的充电、或家庭用设备(例如，电话机的子机)的充电等。
在无触点输电中，存在输送用线圈发热这样的问题，从而提案有抑制该发热的技术(专利文献1～5)。在专利文献1中公开有抑制非接触式充电的发热的设计方法。在专利文献2中公开有通过线圈和磁性材料的结构来抑制发热的技术。在专利文献3中公开有具有风冷设备的无触点充电装置。在专利文献4中公开有将陶瓷设置在原级侧的线圈和次级侧的线圈之间，从而使其散热的结构。在专利文献5中公开有提高散热性的框体的结构。
专利文献1：日本特开平8-103028号公报
专利文献2：日本特开平8-148360号公报
专利文献3：日本特开平11-98705号公报
专利文献4：日本特开2003-272938号公报
专利文献5：日本特开2005-110357号公报
发明内容
本发明的几个方面的目的在于提供散热性卓越且可以薄型化的线圈单元和使用该线圈单元的电子设备。
本发明的一个方面涉及的线圈单元包括：平面状线圈，具有传送面和非传送面；磁片，设置在上述平面状线圈的非传送面侧；以及散热/磁性屏蔽板，层叠在上述磁片的与上述平面状线圈面对一侧的相反侧的表面上，散热上述平面状线圈的发热，且吸收上述磁片未能捕获完全的磁通量，从而进行磁屏蔽，其中，上述散热/磁性屏蔽板的板厚厚于上述磁片的板厚。
平面状线圈的发热是通过重叠在该平面状线圈上的磁片和散热/磁性屏蔽板的固体热传导而被散热。这时，散热/磁性屏蔽板同时具有作为散热板的功能和吸收磁片未能捕获到的磁通量后进行磁屏蔽的功能。具体而言，散热/磁性屏蔽板可以使用抗磁体、常磁体和反铁磁体的总称、即非磁体，可以优选使用铝、铜。
该散热/磁性屏蔽板形成为厚于磁片。磁片未能捕获完全的磁通量被散热/磁性屏蔽板吸收。这时，散热/磁性屏蔽板通过磁片未能捕获完全的磁通量而被感应加热。但是，由于散热/磁性屏蔽板具有规定的厚度，因此热容量较大，发热温度较低，此外，散热/磁性屏蔽板根据其散热特征而易于散热。因此，可以高效率地发热平面状线圈的热量。并且，由于该线圈单元的厚度形成为1.65mm程度，所以可以维持薄型化。
在本发明的一个方面中，上述线圈单元还可以包括：基板，用于固定上述散热/磁性屏蔽板；以及温度检测元件，被安装在上述基板上，用于检测通过上述磁片及上述散热/磁性屏蔽板的固体热传导而被传热的上述平面状线圈的发热温度。
由此，即使由于杂物等混入且平面状线圈的温度上升，从而散热/磁性屏蔽板的温度异常变高，也可以检测到该异常。
在本发明的一方面中，在上述基板上，在与上述散热/磁性屏蔽板面对的表面及其背面上可以形成有传热用导电图案，上述温度检测元件可以被安装在上述基板的背面。
这样，通过磁片、散热/磁性屏蔽板、表面侧的传热用导电图案、基板及背面侧的传热用导电图案的固体热传导，平面状线圈的发热被传热给温度检测元件。并且，由于将温度检测元件设置于基板背面，所以温度检测元件与散热/磁性屏蔽板互不干涉。
在这种情况下，优选形成在上述基板表面和背面上的传热用导电图案通过贯通上述基板的通孔连接。虽然基板为绝缘体且导热性较低，但是可以取而代之地通过通孔来提高热传导性。
在本发明的一个方面中，在上述散热/磁性屏蔽板的相对上述基板的表面上设置有凹部，上述温度检测元件可以被安装在上述基板的表面上，配置在上述散热/磁性屏蔽板的凹部内。这样，即使将温度检测元件设置在基板表面上，温度检测元件与散热/磁性屏蔽板也互不干涉。此外，当在平面状线圈的中心包括空芯部时，可以在与上述空芯部相对的位置上，在散热/磁性屏蔽板上形成孔，将该孔用作凹部。此外，在本发明的一个方面中，通过散热/磁性屏蔽板具有规定的厚度，因此带来可以确保可以收容温度检测元件的厚度的效果。并且，在具有上述结构时，只要在上述基板的与上述散热/磁性屏蔽板面对的表面上形成传热用导电图案即可。
在本发明的一个方面中，上述温度检测元件可以根据平面状线圈的发热温度来切断或者抑制提供给上述平面状线圈的电力。这样，可以在异常时，切断或者抑制电力供给。作为这种温度检测元件，可以列举有例如根据高温电阻值变大由此抑制或者切断电流的热敏电阻、或者因温度而被熔断由此切断电流的熔断器(fuse)等元件。
在本发明的一个方面中，上述线圈单元还可以包括覆盖上述磁片的端部的包覆部件。磁片的端部虽然脆弱且容易脱落，但是通过包覆部件进行包覆，从而可以防止磁片的端部材料飞散。该包覆部件可以设定为绝缘片或硅等密封部件。
上述包覆部件也可以被用作保护片，上述保护片具有用于收容上述平面状线圈的孔部，且覆盖上述磁片和上述散热/磁性屏蔽板的各端部，将上述磁片和上述散热/磁性屏蔽板贴紧固定在上述基板的表面上。由此，可以将包覆部件兼用作磁片和散热/磁性屏蔽板的固定部件。
在本发明的一个方面中，也可以设置有多张上述磁片。这样，当在平面状线圈中流过较大电流、例如电源启动时，即使在仅通过一张磁片磁性饱和的情况下，也可通过设置多张磁片来降低漏磁通量。此外，散热/磁性屏蔽板的厚度厚于多张磁片的总厚度。
在本发明的一个方面中，上述平面状线圈可以包括内端引出线和外端引出线，上述内端引出线经由上述平面状线圈的上述非传送面被拉出，在上述平面状线圈和上述磁片之间可以配置有与上述内端引出线的粗细实质上相同的隔离部件。
由此，平面状线圈的传送面侧为平面，从而在进行无触点输电时，易于邻接配置原线圈和次级线圈。并且，虽然平面状线圈的非传送面侧突出相当于内端引出线的量，但是可以通过隔离部件将平面状线圈的非传送面侧变为平面并与磁片贴紧。这样，可以维持传热性。
在本发明的一个方面中，上述基板可以在从面对上述散热/磁性屏蔽板的区域延伸的区域上设置有用于安装有安装部件的安装面，上述安装面被作为与上述散热/磁性屏蔽板面对的表面相反侧的背面。
由此，由于在基板的表面侧上仅突出平面状线圈、磁片和散热/磁性屏蔽板，因此，在进行无触点输电时，易于将原线圈和次级线圈邻接配置。
并且，本发明的一个方面涉及的线圈单元包括：线圈；磁性材料，配置在上述线圈的附近；以及部件，被配置为在上述部件与上述线圈之间隔着上述磁性材料，其中，上述部件的厚度厚于上述磁性材料的厚度。
本发明的另一方面定义包括上述线圈单元的电子设备。
附图说明
图1是模式地示出充电器和被充电器的图；
图2是线圈单元的分解安装的立体图；
图3(A)是从表面侧观察线圈单元12的立体图，图3(B)是从背面侧观察线圈单元12的立体图；
图4是从表面侧观察基板的平面图；
图5是从背面侧观察基板的背面图；以及
图6是将温度检测元件装载在基板的表面侧的变形例的示意图。
具体实施方式
下面，详细说明本发明的优选实施例。此外，下面说明的本实施例并不是用于不当地限定本发明的保护范围所记载的本发明的内容，且作为本发明的发明内容，在本实施例中说明的所有结构并不是必须的。
1.充电系统
图1是模式地示出充电器10和被充电器20的图。利用充电器10的线圈单元12的线圈和便携式电话机20的线圈单元22的线圈之间产生的电磁感应作用，通过无触点输电来进行从原级侧电子设备例如充电器10向次级侧电子设备例如被充电器20的充电。
在这里，如图1所示，将线圈单元12、22彼此相对进行无触点输电时的相对面侧称为传送面。图1的线圈单元12是以上侧面为传送面，线圈单元22是以下侧面为传送面。将与传送面相反侧的面称为非传送面。
2、线圈单元的结构
参照图2和图3(A)、(B)，对作为线圈单元12、22的结构例如线圈单元12进行说明。此外，也可以将图2的结构适用于线圈单元22中。
图2是线圈单元12的分解安装的立体图，图3(A)是从表面观察线圈单元12的立体图，图3(B)是从背面观察线圈单元12的立体图。
在图2中，作为线圈单元12的基本结构包括：平面状线圈30，包括传送面31和非传送面32；磁片(magnetic sheet)40，被设置在平面状线圈30的非传送面32侧；散热/磁性屏蔽板50，被层叠在磁片的与面对平面状线圈30侧的相反侧的面上。
只要平面状线圈30是平面的空芯线圈，则对其没有特别的限定，例如可以适用在平面上缠绕单芯或多芯的包覆线圈线的空芯线圈。在本实施方式中，平面状线圈30在中心包括空芯部33。并且，平面状线圈30包括连接于螺线的内端的内端引出线34、以及连接在螺线的外端的外端引出线35。在本实施方式中，内端引出线34经由平面状线圈30的非传送面32而被引出到半径方向外侧。这样，平面状线圈30的传送面31侧为平面(flat)，从而在进行无触点输电时，易于邻接配置原线圈和次级线圈。
配置在平面状线圈30的非传送面32侧的磁片40形成为足够大以覆盖平面状线圈30。该磁片40具有以下功能：进行接受来自平面状线圈30的磁通量的动作，并提高平面状线圈30的电感。作为磁片40的材料，优选为软磁材料，可以适用软磁铁氧体材料或软磁金属材料。
并且，在磁片40面对平面状线圈30侧的相反侧上配置有散热/磁性屏蔽板50。该散热/磁性屏蔽板50的板厚比磁片40厚。散热/磁性屏蔽板50兼具有作为散热板的功能、和吸收磁片40未能捕获完全的磁通量之后进行磁屏蔽的功能。具体而言，散热/磁性屏蔽板50可以采用抗磁性体、顺磁性体和反铁磁性体的总称、即非磁体，可以适当地使用铝、铜。
对于接通平面状线圈30电源时的平面状线圈30的发热，是通过层叠在该平面状线圈30上的磁片40和散热/磁性屏蔽板50的固体热传导而进行散热的。并且，磁片40未能捕获完全的磁通量被散热/磁性屏蔽板50吸收。这时，散热/磁性屏蔽板50通过磁片40未能捕获完全的磁通量而被感应加热。但是，由于散热/磁性屏蔽板50具有规定的厚度，因此热容量较大，发热温度较低，此外，散热/磁性屏蔽板50根据其散热特征而易于散热。因此，可以高效率地扩散平面状线圈30的发热。在本实施方式中，平面状线圈30、磁片40和散热/磁性屏蔽板50的总厚度可以薄为1.65mm程度(左右)。
在本实施方式中，在平面状线圈30和磁片40之间具有实质上与内端引出线34的粗细相等的隔离部件60。该隔离部件60形成为与平面状线圈30大致相同直径的圆形，至少在避开内端引出线34的位置上具有切口62。该隔离部件60例如是双面粘结片，将平面状线圈30粘着在磁片40上。
在本实施方式中，虽然平面状线圈30的非传送面32侧突出相当于内端引出线34的量，但是可以通过隔离部件60将平面状线圈30的非传送面32侧变为平面并与磁片40贴紧。这样，可以维持传热性。
在本实施方式中，还包括固定有散热/磁性屏蔽板50的基板100。在这种情况下，散热/磁性屏蔽板50向基板100散热。在基板100上包括连接有平面状线圈30的内端引出线34和外端引出线35的线圈连接凸起(pad)103。
并且，还包括保护片70，该保护片70覆盖磁片40和散热/磁性屏蔽板50的每个端部，且将磁片40和散热/磁性屏蔽板50粘结固定在基板100的表面101上。这时，平面状线圈30的内端引出线34和外端引出线35经由保护片70上而连接在基板100的线圈连接凸起103上(参照图3(A))。保护片70包括用于收容平面状线圈30的孔部71。保护片70还发挥覆盖磁片40的端部的包覆部件的功能。磁片40的端部虽然脆弱且容易脱落，但是通过由作为包覆部件的保护片70包覆磁片40的端部，从而可以防止磁片40的端部材料飞散。可以通过硅等密封部件形成该包覆部件来代替保护片70。
作为该线圈单元12的制造方法，首先，在基板100上层叠配置磁片40和散热/磁性屏蔽板50。这时，利用基板100的四个角落的孔104，基板100被定位配置在未图示的装配架(jig)上。将突出于装配架的定位销插入到基板100上的例如四个孔104、散热/磁性屏蔽板50的例如四个孔51和与该孔51相对地设置在基板100上的孔107中。由此，相对于夹具上的基板100，散热/磁性屏蔽板50被定位。然后，在散热/磁性屏蔽板50上重叠磁片40，且进一步从其上面覆盖保护片70，通过保护片70，将磁片40和散热/磁性屏蔽板50固定在基板100上。
接下来，在形成在保护片70上的孔部71内，通过隔离部件60将平面状线圈30粘结固定在磁片40上。然后，将平面状线圈30的内端引出线34和外端引出线35连接于基板100的线圈连接端子103，从而完成线圈单元12。
在本实施方式中，如图3(B)所示，还包括温度检测元件80，该温度检测元件80被安装在基板100的例如背面102上，其用于检测通过基于磁片40和散热/磁性屏蔽板50的固体热传导而被传热后的平面状线圈30的发热温度。即使在原线圈·次级线圈之间混入杂物且原级侧的平面状线圈30的温度异常变高，也可以通过温度检测元件80检测到该异常。当通过该温度检测元件80检测到平面状线圈30的异常温度时，可以进行中止传送的控制。只要温度检测元件80具有温度检测功能即可，但是在本实施方式中，构成为包括例如根据高温电阻值变大，由此抑制或者切断电流的热敏电阻。也可以使用因温度而被熔断，由此切断电流的熔断器(fuse)等元件来代替热敏电阻。由此，在由于杂物等混入且平面状线圈30升温，从而散热/磁性屏蔽板的温度异常升高时，可以切断或者抑制平面状线圈30中的通电。
图4是基板100的表面101的配线图案图，图5是基板100的背面102的配线图案图。如图4和图5所示，在基板100的表面101和背面102上，在与散热/磁性屏蔽板50相对的区域上，大致跨越前面地形成有传热用导电图案110、111。基板100的表面101和背面102的每个传热用导电图案110、111通过多个通孔112连接。
在图4所示的基板100的表面101上形成有与散热/磁性屏蔽板50和传热用导电图案110绝缘分离的热敏电阻配线图案113A、113B。该热敏电阻配线图案113通过两个通孔114、115连接于形成在图5所示的基板100的背面102上的热敏电阻连接图案116A、116B。此外，该热敏电阻连接图案116A、116B同样与传热用导电图案111绝缘分离。
由此，通过磁片40、散热/磁性屏蔽板50、基板100的表面101侧的传热用导电图案、通孔112和基板100的背面102侧的传热用导电图案111的固体热传导，将平面状线圈30的发热被传热给温度检测元件80(在图5中省略)。并且，通过将温度检测元件80设置在基板100的背面102上，因此温度检测元件80与散热/磁性屏蔽板50互不干涉。此外，也可以将热敏电阻配线图案113A、113B设置在基板100的背面102上，并将基板100的表面101作为传热用导电图案110的全面图案。
此外，虽然通过贯通基板100的通孔112来连接形成在基板100的表面101和背面102上的传热用导电图案110、111，但是并不限定于此。例如，若基板100足够薄，则可以通过该绝缘材料进行导热。
在本实施方式中，如图3(B)所示，基板100在从面对散热/磁性屏蔽板50的区域延伸的区域上设置有用于装载安装部件106的安装面，该安装面用作与散热/磁性屏蔽板50面对的表面101相反侧的背面102。
因此，在基板100的表面101侧只突出有平面状线圈30、磁片40和散热/磁性屏蔽板50，从而在进行无触点输电时，易于邻接配置原线圈和次级线圈。
3.变形例
此外，如上所述，虽然对上述的本实施例进行了详细地说明，但是只要实质上不脱离本发明的发明点及效果可以进行各种变形，这对本领域的技术人员来说是显而易见的。因此，这样的变形例也全部包含在本发明的保护范围之内。例如，在说明书或者附图中，至少有一次与更广义或者同义不同术语同时记载的用词，在说明书或附图的任何地方可以替换为不同术语。
在本实施方式中，虽然涉及无触点输电，但是同样可以适用于使用电磁感应原理的无触点信号输送。
如图6所示，也可以将温度检测元件80安装在基板200的表面201上。在这种情况下，如图6所示，可以以形成有孔211的散热/磁性屏蔽板210来代替图2的散热/磁性屏蔽板50。只要将孔211与平面状线圈30的空芯部33对应设置，则其散热效果不会下降。通过将该孔211设置在散热/磁性屏蔽板210上，从而即使将温度检测元件80设置在基板200的表面201上，温度检测元件80也与散热/磁性屏蔽板210互不干涉。此外，在这种情况下，只要在基板100的与散热/磁性屏蔽板210面对的表面201上形成传热用导电图案(在图6中省略)即可。并且，只要与温度检测元件80互不干涉，则可以以形成凹处的部件来代替形成在散热/磁性屏蔽板210上的孔211。相反，可以以图6所示的散热/磁性屏蔽板210来代替图2的散热/磁性屏蔽板50。
并且，也可以设置多张如图2和图6所示的磁片40。这样，当在平面状线圈30中流过较大电流、例如电源启动(turn on)时，即使在仅通过一张磁片40磁性饱和的情况下，也可通过设置多张磁片来降低漏磁通量。
附图标记
10原级侧电子设备              12原级侧线圈单元
20次级侧电子设备              22次级侧线圈单元
30平面状线圈                  31传送面
32非传送面                    33空芯部
34内端引出线                  35外端引出线
40磁片                        50散热/磁性屏蔽板
60隔离部件                    70保护片(包覆部件)
80温度检测元件(热敏电阻)      100基板
110、111传热用导电图案        112通孔
113A、113B热敏电阻连接配线    114、115通孔
116A、116B热敏电阻连接图案

Claims (15)

1.一种线圈单元，其特征在于，包括：
平面状线圈，具有传送面和非传送面；
磁片，设置在所述平面状线圈的非传送面侧；以及
散热/磁性屏蔽板，层叠在所述磁片的与所述平面状线圈面对一侧的相反侧的表面上，散热所述平面状线圈的发热，且吸收所述磁片未能捕获完全的磁通量，从而进行磁屏蔽，
其中，所述散热/磁性屏蔽板的板厚厚于所述磁片的板厚。
2.根据权利要求1所述的线圈单元，其特征在于，所述线圈单元还包括：
基板，用于固定所述散热/磁性屏蔽板；以及
温度检测元件，被安装在所述基板上，用于检测通过所述磁片及所述散热/磁性屏蔽板的固体热传导而被传热的所述平面状线圈的发热温度。
3.根据权利要求2所述的线圈单元，其特征在于，
在所述基板上，在与所述散热/磁性屏蔽板面对的表面及其背面上形成有传热用导电图案，
所述温度检测元件被安装在所述基板的背面。
4.根据权利要求3所述的线圈单元，其特征在于，
形成在所述基板表面和背面上的传热用导电图案通过贯通所述基板的通孔被连接。
5.根据权利要求2所述的线圈单元，其特征在于，
在所述散热/磁性屏蔽板的相对所述基板的表面上设置有凹部，
所述温度检测元件被安装在所述基板的表面上，配置在所述散热/磁性屏蔽板的凹部内。
6.根据权利要求5所述的线圈单元，其特征在于，
在所述基板上，在与所述散热/磁性屏蔽板面对的表面上形成有传热用导电图案。
7.根据权利要求2至6中任一项所述的线圈单元，其特征在于，
所述温度检测元件是根据所述平面状线圈的发热温度来切断或者抑制提供给所述平面状线圈的电力的元件。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的线圈单元，其特征在于，所述线圈单元还包括：
包覆部件，用于覆盖所述磁片的端部。
9.根据权利要求2至7中任一项所述的线圈单元，其特征在于，所述线圈单元还包括：
保护片，具有用于收容所述平面状线圈的孔部，所述保护片覆盖所述磁片和所述散热/磁性屏蔽板的各个端部，将所述磁片和所述散热/磁性屏蔽板粘结固定在所述基板的表面上。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的线圈单元，其特征在于，
设置有多张所述磁片，
所述散热/磁性屏蔽板的厚度比所述多张磁片的总厚度厚。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的线圈单元，其特征在于，
所述平面状线圈包括内端引出线和外端引出线，所述内端引出线经由所述平面状线圈的所述非传送面被拉出，
在所述平面状线圈和所述磁片之间配置有与所述内端引出线的粗细实质上相同的隔离部件。
12.根据权利要求3至11中任一项所述的线圈单元，其特征在于，
所述基板在从面对所述散热/磁性屏蔽板的区域延伸的区域上设置有用于安装有安装部件的安装面，所述安装面被作为与所述散热/磁性屏蔽板面对的表面的相反侧的背面。
13.一种电子设备，其特征在于，包括根据权利要求1至12中任一项所述的线圈单元。
14.一种线圈单元，包括：线圈；磁性材料，配置在所述线圈的附近；以及部件，被配置为在所述部件与所述线圈之间隔着所述磁性材料，所述线圈单元的特征在于，
所述部件的厚度厚于所述磁性材料的厚度。
15.一种电子设备，其特征在于，包括根据权利要求14所述的线圈单元。
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