CN102084440A - 平面线圈 - Google Patents

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CN102084440A CN2009801257227A CN200980125722A CN102084440A CN 102084440 A CN102084440 A CN 102084440A CN 2009801257227 A CN2009801257227 A CN 2009801257227A CN 200980125722 A CN200980125722 A CN 200980125722A CN 102084440 A CN102084440 A CN 102084440A
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太田智浩
加田恭平
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Abstract

针对平面线圈，降低在高频区域的有效电阻的增大并且使平面线圈薄型化。平面线圈(10)为：互相并行的多根导电线(11)排列成大致平面状地卷绕成螺旋状，并且通过各导电线(11)的各个端部(13a)、(13b)在线圈引出部(12a)、(12b)电连接，所述多根导电线并联连接。由此，因为导电线(11)排列成大致平面状，所以平面线圈(10)的线圈厚度并不增加，实现了薄型化。另外，因为多根导电线(11)并联连接，所以由高频区域的集肤效应所导致的有效电阻的增大得以降低。

Description

平面线圈
技术领域
本发明涉及非接触电力传输装置等所利用的平面线圈。
背景技术
以前，作为非接触电力传输技术，例如在日本国专利公开2006-42519号公报所记载那样，提出了利用线圈的电磁感应作用的非接触电力传输装置。图15表示此种装置。非接触电力传输装置80具有对置的送电侧线圈81S和受电侧线圈81R(以下，统称为线圈81)。通过在送电侧线圈81S中通以交流电流，并借助电磁感应作用，电力传输到受电侧线圈81R。图16的(a)、(b)表示线圈81所用的平面线圈的形状。平面线圈82的线圈构成为螺旋平面状并且被薄型化。
为了使非接触电力传输装置80小型化，一般而言，是将线圈81小型化，并且在数十至数百kHz的高频下使用。图17表示此种线圈的有效电阻的频率特性。在卷绕一根单铜线来形成线圈的情况下，由于集肤效应和邻近效应的影响，在高频区域下有效电阻将增大，并且电力传输效率将降低。
因此，为了防止在高频下的有效电阻增大，使用卷绕李兹线(litz wire)来形成的线圈81。图18表示李兹线83的截面结构。一般而言，李兹线83是将多根外径细的铜导线84捆起来并拧在一起而构成的。根据此种结构，李兹线83的导线84的总表面积变大，并且将会抑制在高频区域的有效电阻增大(参照图17)。
但是，如果在平面线圈82中使用该李兹线83，则由于李兹线是将多根导线拧在一起而构成的，因此其绞线的外径大，妨碍薄型化。
另外，根据电力传输效率的观点，线圈81的线圈外径越大越好。在线圈81中利用李兹线83时，为了确保线圈外径，需要卷绕必要圈数以上或者在绕线间设置空隙。图19是表示在李兹线83的绕线间设置有空隙而构成的平面线圈85。该平面线圈85需要为了设置空隙用而使用不必要的构件，或者借助特别的加工法在绕线间确保空隙并进行卷绕。
另一方面，图20表示利用了印刷布线板的平面线圈。该平面线圈86的线圈是利用印刷布线板87的铜箔图案88构成的，并且具有用于对线圈的内侧端部进行引出的通孔(through hole)89。平面线圈86的铜箔图案的表面积大，在高频区域的有效电阻增大较少。图21扩大表示平面线圈86的X部分。在铜箔图案88中，由交链的磁通B产生的涡电流91大，并且铜箔图案88的宽度越大，涡电流损失变得越大。
现有专利文献：
专利文献1：日本特开2006-42519号公报。
发明内容
发明所要解决的问题
为了解决上述问题，本发明的目的在于，针对平面线圈，降低高频区域的有效电阻增大并且使平面线圈薄型化。
用于解决问题的手段
为了达成上述目的，本发明的平面线圈为：互相并行的多根导电线排列成大致平面状而卷绕成螺旋状，并且通过使各导电线的各个端部在线圈引出部电连接，从而使得多根所述导电线并联连接。
根据该结构，因为导电线排列成大致平面状，所以线圈厚度并不增加，实现了薄型化。另外，因为多根导电线并联连接，所以因高频区域的集肤效应所导致的有效电阻增大得以降低。
在上述的发明中，所述导电线，在卷绕途中对并联连接的各线的内外周位置的排列进行变换。
根据该结构，因为在卷绕途中变换并联连接的各根线的内外周位置的排列，所以防止环电流的产生，抑制线圈损耗，并且若利用于非接触电力传输，则电力传输的效率会提高。
在上述的改良后的发明中，优选地，在每一圈进行偶数次所述导电线的排列的变换。
根据该结构，因为在每一圈进行偶数次导电线的排列的变换，所以螺旋形状对线圈直径的变化的影响得以减轻，并且环电流得以高精度地抵消，线圈损耗得以低減。
在上述的改良后的发明中，所述多根导电线的变换位置可以配置成互相错开。
根据该结构，因为变换位置被恰当地配置成互相错开，所以变换位置并不集中在一个位置，变换所导致的厚度的增加被抑制到最小限度。
在上述的发明中，所述平面线圈可以这样构成：使特定根数的导电线卷绕特定圈数，并且通过使内外周的位置排列不同的所述导电线在线圈引出部串联连接以达到需要圈数，各端部在线圈引出部并联连接，上述特定根数是并联连接的导电线根数的偶数倍，上述特定圈数是上述需要圈数除以该偶数得到的圈数。
根据该结构，因为在线圈引出部变换导电线的排列，所以在线圈卷绕中无须变换导电线的排列，卷绕线圈变得简单，并且能够容易地构成薄型的平面线圈。
在上述的改良后的发明中，所述平面线圈可以这样构成：将线圈直径和圈数这两个参数中至少一个参数相同的偶数个线圈重叠，并且将内外周的位置排列不同的所述导电线在线圈间变换排列并进行串联连接。
根据该结构，因为在线圈间变换导电线的排列，所以在线圈卷绕中无须变换导电线的排列，卷绕线圈变得简单。
在上述的发明中，所述导电线可以为铜线。
根据该结构，通过使用细铜线，平面线圈得以薄型化。
在上述的发明中，所述导电线可以为铜箔图案。
根据该结构，因为多根铜箔图案的布线并联连接，所以能够使各布线的宽度变细，减少涡电流。
在上述的发明中，所述铜线优选为李兹线。
根据该结构，因为多根李兹线排列着卷绕成螺旋状，所以平面线圈所需要的线圈外径得以确保。
附图说明
图1的(a)是本发明的第一实施方式涉及的平面线圈的俯视图，图1的(b)是该平面线圈的侧视图。
图2是该平面线圈的等效电路图。
图3是表示非接触电力传输的该平面线圈的配置的侧视图。
图4的(a)是表示与该平面线圈交链的磁通的俯视图，图4(b)是表示该磁通的侧视图。
图5是该平面线圈的等效电路图。
图6是本发明的第二实施方式涉及的平面线圈的俯视图。
图7是本发明的第三实施方式涉及的平面线圈的俯视图。
图8是本发明的第四实施方式涉及的平面线圈的俯视图。
图9是表示本发明的第五实施方式涉及到平面线圈的导电线的结构的俯视图。
图10是表示该平面线圈的导电线的连接的俯视图。
图11是该平面线圈的等效电路图。
图12的(a)是本发明的第六实施方式涉及的平面线圈的俯视图，图12的(b)是该平面线圈的侧视图。
图13是该平面线圈的等效电路图。
图14是利用铜箔图案为导电线的本发明的平面线圈的俯视图。
图15是现有的非接触电力传输装置的结构图。
图16的(a)是该装置的平面线圈的俯视图，图16的(b)是该平面线圈的侧视图。
图17是线圈的有效电阻的一般的频率特性图。
图18是李兹线的截面图。
图19是利用了李兹线的现有的平面线圈的俯视图。
图20是利用了印刷布线板的现有的平面线圈的俯视图。
图21是图20的X部的放大图。
具体实施方式
图1的(a)及图1的(b)表示将本发明具体化后的第一实施方式涉及的平面线圈10的结构。该平面线圈10是互相并行的多根导电线11A、11B、11C及11D(以下，统称为导电线11)排列成大致平面状并卷绕成螺旋状而形成的。导电线11的端部13a、13b位于平面线圈10的线圈引出部12a、12b上。各互相并行的导电线11的端部13a在线圈引出部12a电连接，并且另一端的各个端部13b在另一个线圈引出部12b电连接，从而导电线11并联连接。在端部13a与端部13b之间导电线11相互绝缘。导电线11的根数并不限定为四根，可以是两根以上的几根，可根据使用频率下的有效电阻值、平面线圈10的线圈外径以及线圈厚度等制约来适宜选择径和根数。
图2表示平面线圈10的等效电路。通过使端部13a、13b之间通电或者与平面线圈10交链的磁通变化，从而使得电流在线圈中流动。
平面线圈10，例如是将线状的导电线11卷绕在绕线用线轴(bobbin：未图示)上而形成的。对于绕线用线轴，使用线轴侧板的间隔略微比导电线11的径大的狭窄线轴，多根导电线11被夹在线轴侧板间并被卷绕成螺旋状。导电线11例如为在漆包(enamel)铜线的周围设置有热粘材料层的自粘性绝缘电线。热粘材料为聚乙烯醇缩丁醛树脂(polyvinyl butyral resin)、共聚聚酰胺树脂(copolyamide resin)及苯氧基树脂(phenoxy resin)等。通过加热处理或者溶剂处理，自粘性绝缘电线的各根线迅速并且容易地粘接在一起。通过导电线11的熔接，平面线圈10保持螺旋状排列。从绕线用线轴上取下所形成的平面线圈10。
这样，本实施方式的平面线圈10的导电线11排列成大致平面状，所以线圈厚度并不增加，实现了薄型化。另外，因为多根导电线11并联连接，所以由高频区域的集肤效应所导致的有效电阻的增大得以降低。并且，因为互相并行的多根导电线11卷绕成螺旋状，所以易于确保所需要的线圈外径。
接着，对利用了上述平面线圈10的非接触电力传输进行说明。图3表示非接触电力传输中的平面线圈的配置。由本实施方式的平面线圈10构成的送电侧线圈10S和受电侧线圈10R，例如夹着送电侧机壳14和受电侧机壳15而相对配置。磁通B与送电侧线圈10S和受电侧线圈10R交链，并且从送电侧向受电侧传输电力。
接着，以将两根导电线卷绕一圈而成的平面线圈为例，对非接触电力传输中的与各平面线圈交链的磁通进行详细说明。图4的(a)和图4的(b)表示该平面线圈和磁通。另外，平面线圈外周的外侧的磁通省略图示。平面线圈17是将互相并行的两根导电线18、19排列成大致平面状而卷绕一圈而成的。用焊锡等将导电线18、19的端部18a、19a电连接在平面线圈17的线圈引出部20上，同样地将端部18b、19b电连接在另一个线圈引出部21上。通过从线圈引出部20、21中流出电流，使得平面线圈17成为与磁通B交链的状态，从而传输电力。对于磁通B，除了为电力传输作出贡献的磁通以外，在导电线18、19间还存在未对电力传输作出贡献的磁通。导电线18、19间的磁通B在并联连接的导电线18、19上产生环状的电流23。该环电流23将在平面线圈17上产生线圈损耗，导致电力传输效率降低。另外，环电流23使平面线圈17的温度上升，所以需要散热，导致妨碍非接触电力传输装置的小型化。
图5表示平面线圈17的等效电路。一侧的端部18a和19a电连接，另一侧的端部18b和19b电连接，并且在两端部间形成线圈。
图6表示将本发明具体化后的第二实施方式涉及的平面线圈24的结构。该平面线圈24在与第一实施方式相同的结构的基础上，导电线25、26在卷绕途中的变换部27变换并联连接的各根线的内外周位置的排列。导电线25、26分别与线圈引出部28、29电连接。
在线圈引出部28与变换部27之间(图6的线圈24左侧)以及变换部27与线圈引出部29之间(图6的线圈24右侧)，导电线25、26中流动的环电流方向相反从而抵消，在如上所述构成的平面线圈24上并未流动环电流。变换部27优选配置在距离平面线圈24的线圈引出部28、29的线长大致相同的位置。由此，线圈引出部28、29与变换部27之间的对称性变好，环电流得以高精度地抵消。
这样，因为卷绕途中，本实施方式的平面线圈24的并联连接的各根线(25、26)的内外周位置的排列发生变换，所以防止环电流的产生，并且抑制线圈损耗，用于非接触电力传输中，会提高电力传输的效率。
图7表示将本发明具体化后的第三实施方式涉及的平面线圈30的结构。该平面线圈30，在与第二实施方式相同的结构的基础上，在每一圈进行两次以上的偶数次导电线31、32排列的变换。导电线31、32的端部分别电连接(省略图示：以下同样)。平面线圈30将多根导电线31、32卷绕多圈形成螺旋状，偶数个变换部33、34，对并联连接的各线的内外周位置的排列进行变换。偶数个变换部33、34优选配置在相对于平面线圈30的中心大致对称的位置。
对于多圈的平面线圈而言，因螺旋状的形状而导致线圈直径的变化，因此若每一圈进行一次导电线排列的变换，则难以使环电流高精度地抵消。本实施方式的平面线圈30因为在每一圈进行偶数次导电线31、32排列的变换，所以线圈直径的变化的影响得以减轻，环电流得以高精度地抵消，并且线圈损耗得以降低。
图8表示将本发明具体化后的第四实施方式涉及的平面线圈40的结构。该平面线圈40，在与第二实施方式相同的结构的基础上，将多根导电线41至44的变换位置45、46配置成互相错开。例如，在四根导电线11中，将两根导电线41、44在变换位置45(图8的线圈上方位置)处变换，将剩余的两根导电线42、43在变换位置46(图8的线圈下方位置)处变换。
将并联连接的多根导电线卷绕而形成的平面线圈，如果在一处进行全部的导电线排列的变换，则平面线圈的厚度在该变换部分变大。本实施方式的平面线圈40，因为将变换位置45、46恰当地配置成互相错开，所以变换位置并不集中在一个地方，由变换导致的厚度的增加被抑制到最小限度。
图9表示将本发明具体化后的第五实施方式涉及的平面线圈所利用的导电线51至54的结构，图10表示连接上述导电线51至54的本实施方式的平面线圈50。该平面线圈50，在与第二实施方式相同的结构的基础上，将特定根数的导电线51至54卷绕特定圈数，并且，通过使内外周的位置排列不同的导电线在线圈引出部串联连接以达到所需要的圈数，并且使各个端部在线圈引出部并联连接，其中，上述特定根数是并联连接的根数的偶数倍，上述特定圈数是用所需要的圈数除以该偶数而得到的圈数。
如图9所示，例如，假设平面线圈50所需要的圈数为六圈，并且并联连接的导电线数为二根。这里，偶数选为二，所以将并联连接的导电线数即两根的二倍即四根导电线51、52、53及54卷绕成需要圈数六除以二所得到的三圈。在平面线圈50的线圈引出部上，一侧有导电线的端部51a、52a、53a及54a，另一侧有导电线的端部51b、52b、53b及54b。接着，如图10所示，将导电线51、52的端部和导电线53、54的端部，以52b连接53a而且51b连接54a的方式，来变换内外位置的排列并进行串联连接，从而构成线圈。其结果，因为是串联连接，所以圈数加起来计算，变为3+3＝6圈，并联连接的导电线数变为二根。该串联连接的部分为变换部55。通过此种变换排列的连接，环电流的电流方向在导电线51、54和导电线52、53之间为相反方向，因此平面线圈50上的电流抵消，并不流动环电流。
图11表示平面线圈50的等效电路。一侧的端部51a和52a电连接，另一侧的端部53b和54b电连接，并且在两端部间形成线圈。
这样，本实施方式的平面线圈50在线圈引出部变换导电线的排列，所以在线圈卷绕中无须变换导电线的排列，卷绕线圈变得简单，并且能够容易地构成薄型的平面线圈。
图12的(a)及图12的(b)表示将本发明具体化后的第六实施方式涉及的平面线圈60的结构。该平面线圈60，在与第二实施方式相同的结构的基础上，将线圈直径和圈数这两个参数中至少一个参数相同的偶数个线圈61、62重叠，并且将内外周的位置排列不同的导电线611、612以及导电线621、622，在线圈61、62间变换排列并串联连接。为了将环电流高精度地抵消，优选使线圈61、62的线圈直径以及圈数这两者都相同。
在图12的(a)及图12的(b)中，线圈61是导电线611卷绕在外周位置、而导电线612卷绕在内周位置而成的。线圈62是导电线621卷绕在外周位置、而导电线622卷绕在内周位置而成的。导电线611、612的一侧的端部611a、612a是从平面线圈60引出的引出端部，而另一侧的端部611b、612b是与线圈62连接的连接端部。导电线621、622的一侧的端部621a、622a是与线圈62连接的连接端部，而另一侧的端部621b、622b是引出端部。通过变换部63将外周位置的导电线611的连接端部611b和内周位置的导电线622的连接端部622a串联连接，并且通过变换部63将内周位置的导电线612的连接端部612b和外周位置的导电线621的连接端部621a串联连接。
图13表示平面线圈60的等效电路。一侧的各个引出端部611a、612a并联连接，另一侧的各个引出端部621b、622b并联连接，并且连接端部611b、612b、621a及622a如前所述串联连接。
这样，本实施方式的平面线圈60，将内外周的位置排列不同的导电线611和612以及621和622在线圈61、62间变换排列，并进行串联连接，所以环电流得以抵消。另外，因为在线圈61、62间变换导电线的排列，所以在线圈卷绕中无须变换导电线的排列，卷绕线圈变得简单。
本发明并不限于上述的实施方式的结构，能够进行各种变形。例如，各实施方式中的导电线的根数和线圈的圈数，并不限于附图所示的根数和圈数。另外，导电线也可以是铜以外的导电性材料，例如，可以是铝线、铝箔图案等。
另外，在上述的实施方式中，导电线可以为单铜线，并将多根单铜线并排卷绕，导电线也可以是李兹线，并将多根李兹线并排卷绕，能够达到同样的效果。对于导电线，能够根据利用平面线圈的商品的线圈厚度等的制约，来适宜选择单铜线或者李兹线。
另外，导电线可以为铜箔图案。图14表示导电线为铜箔图案的平面线圈70的结构。该平面线圈70是以铜箔图案的布线71作为导电线而形成的。使各布线71的图案宽度变细，在基板72上形成多根布线71A、71B、71C及71D，并且进行布线71的排列变换以及在引出部进行连接时的变换等。因为多根布线71并联连接，所以能够使各布线的图案宽度变细，并且涡电流将会减少。对于基板72而言，在布线71的卷绕途中(线圈内)以及引出部设置有贯通表面和背面而连接的通孔，通过线圈内的通孔或者引出部的通孔73等进行布线71排列的变换。
本发明并不限于非接触电力传输装置所使用的平面线圈，例如，也可以是AC/DC变换器或者非接触通信装置所使用的平面线圈。
另外，借助参照了附图的实施方式，本发明得到充分地记载，但对于具有该领域普通知识的本领域技术人员来说，显然还能够进行各种变更和变形。因此，此种变更以及变形并不超出本发明的范围，应该解释为包含在本发明的范围中。
附图标记说明：
10、24、30、40、50、60、70：平面线圈；
11(11A、11B、11C及11D)、25、26、31、32、41至44、51至54、611、612：导电线；
12a、12b、20、21、28、29：线圈引出部；
13a、13b：端部；
27、33、34、45、46、55、63：变换部。

Claims (9)

1.一种平面线圈，其特征在于，
互相并行的多根导电线排列成大致平面状且卷绕成螺旋状，并且各导电线的端部在线圈引出部彼此电连接，使得多根所述导电线并联连接。
2.根据权利要求1所述的平面线圈，其特征在于，
所述导电线在卷绕途中被实施了对并联连接的各线的内外周位置的排列变换。
3.根据权利要求2所述的平面线圈，其特征在于，
卷绕每一圈都进行偶数次的所述导电线的排列变换。
4.根据权利要求2所述的平面线圈，其特征在于，
多根所述导电线的排列变换的位置互相错开。
5.根据权利要求1所述的平面线圈，其特征在于，
使特定根数的导电线卷绕特定圈数，并且通过使内外周位置的排列不同的所述导电线在线圈引出部串联连接，以此达到需要圈数，各端部在线圈引出部并联连接，上述特定根数是并联连接的导电线根数的偶数倍，上述特定圈数是上述需要圈数除以该偶数得到的圈数。
6.根据权利要求2所述的平面线圈，其特征在于，
线圈直径和圈数这两个参数中至少一个参数相同的偶数个线圈相重叠，并且内外周位置的排列不同的所述导电线在线圈间实施排列变换来实现串联连接。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的平面线圈，其特征在于，
所述导电线为铜线。
8.根据权利要求1至6中任一项所述的平面线圈，其特征在于，
所述导电线为铜箔图案。
9.根据权利要求7所述的平面线圈，其特征在于，
所述铜线为李兹线。
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