CN115394520A

CN115394520A - 线圈部件和具备其的无线电力传输器件

Info

Publication number: CN115394520A
Application number: CN202210549352.7A
Authority: CN
Inventors: 梶木屋翔磨; 千代宪隆
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2021-05-24
Filing date: 2022-05-20
Publication date: 2022-11-25
Also published as: US11894182B2; DE102022112910A1; US20220375682A1; JP2022179867A

Abstract

本发明的技术问题在于，提供一种能够兼具电力传输特性和通信特性的线圈部件。本发明的线圈部件(1)具备：无线电力传输用的送电线圈(C1)、和以包围送电线圈(C1)的方式配置的近距离无线通信用的天线线圈(C2)。送电线圈(C1)包括：沿y方向延伸的第1区间(S1)、沿x方向延伸的第2区间(S2)、和位于第1区间(S1)与第2区间(S2)之间的第3区间(S3)。从z方向观察的送电线圈(C1)的第1、第2和第3区间(S1、S2、S3)与天线线圈(C2)之间的间隙分别具有第1、第2和第3宽度(W1、W2、W3)，第2宽度(W2)比第1宽度(W1)宽且比第3宽度(W3)窄。由此，能够兼具电力传输特性和通信特性。

Description

线圈部件和具备其的无线电力传输器件

技术领域

本公开涉及线圈部件和具备其的无线电力传输器件。

背景技术

专利文献1中记载的线圈部件具有以包围无线电力传输用的线圈图案的方式配置近距离无线通信(NFC)用的线圈图案的结构。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2015-92569号公报

发明内容

发明所要解决的问题

然而，在专利文献1中记载的线圈部件中，将无线电力传输用的线圈图案设为椭圆形，将NFC用的线圈图案设为大致矩形，因此，难以兼具电力传输特性和通信特性。

因此，本公开的目的在于，提供一种能够兼具功能不同的2个线圈所要求的特性的线圈部件和具备其的无线电力传输器件。

用于解决问题的手段

本公开的一个实施方式的线圈部件具备：第1线圈和以包围第1线圈的方式配置的第2线圈，第1线圈包含：沿第1方向延伸的第1区间、沿与第1方向正交的第2方向延伸的第2区间和位于第1区间与第2区间之间的第3区间，从线圈轴方向观察的第1线圈的第1、第2和第3区间与第2线圈之间的间隙分别具有第1、第2和第3宽度，第2宽度比第1宽度宽且比第3宽度窄。

发明的效果

根据本公开，能够兼具功能不同的2个线圈所要求的特性。

附图说明

图1是用于说明一个实施方式的线圈部件1的结构的概略截面图。

图2是示出形成于基材10的一个表面11的导体图案的形状的概略俯视图。

图3是示出形成于基材10的另一个表面12的导体图案的形状的概略俯视图，示出从基材10的一个表面11侧观察的状态，即，透过基材10观察的状态。

图4是从基材10的一个表面11侧观察将第1线圈图案CP1和第3线圈图案CP3与第2线圈图案CP2和第4线圈图案CP4重叠的状态的概略俯视图。

图5是用于说明线圈部件1的功能的示意图。

图6是使用线圈部件1的无线电力传输器件90的框图。

附图标记的说明

1 线圈部件

2 对方设备

3 空间

10 基材

11 基材的一个表面

12 基材的另一个表面

30 磁性片

41、42、45 导体图案

43、44 通孔导体

90 无线电力传输器件

91 送电电路

92 通信电路

93 控制电路

94 通信线

95 电源

110、120、130、140、150、160、210、220、230、240、250、260 匝

111～114、121～124、131～134、141～144、151～154、161、162、211～214、221～224、231～234、241～244、251～254、261、262 线

301～304 通孔导体

C1 送电线圈

C2 天线线圈

C3 受电线圈

C4 天线线圈

E1～E4 端子电极

S1 第1区间

S2 第2区间

S3 第3区间

S4 第4区间

S5 第5区间

S6 第6区间

S6a 弯曲部

S6b 过渡部

磁通

具体实施方式

以下，一边参照附图，一边对本公开的优选实施方式进行详细说明。

如图1所示，一个实施方式的线圈部件1具备：由PET薄膜等构成的基材10、设置在基材10的一个表面11的第1线圈图案CP1和第3线圈图案CP3、设置在基材10的另一个表面12的第2线圈图案CP2和第4线圈图案CP4、以及磁性片30。第3线圈图案CP3和第4线圈图案CP4构成作为第1线圈的一例的无线电力传输用的送电线圈C1。第1线圈图案CP1和第2线圈图案CP2构成作为第2线圈的一例的NFC用的天线线圈C2。送电线圈C1和天线线圈C2的线圈轴方向为z方向，基材10与磁性片30以在z方向上重叠的方式配置。在图1所示的例子中，基材10的一个表面11面向磁性片30，也可以基材10的另一个表面12面向磁性片30。

如图2所示，在基材10的一个表面11，形成有：第1线圈图案CP1、第3线圈图案CP3和第1～第4端子电极E1～E4。第1和第2端子电极E1、E2以被第3端子电极E3与第4端子电极E4夹持的方式配置，由此，由送电线圈C1中流动的电流而引起的影响对于第3端子电极E3与第4端子电极E4大致均等，因此，例如与将第1～第4端子电极E1～E4依次排列配置的情况相比，由送电线圈C1引起的噪声的影响变小。此外，与组装线圈部件1的设备的连接也变得容易。

第3线圈图案CP3为由匝110、120、130、140、150、160构成的6匝结构，匝110位于最外周，匝160位于最内周。其中，匝110、120、130、140、150被螺旋状的3个狭缝在径向上分割为4份。另一方面，匝160被螺旋状的1个狭缝在径向上分割为2份。由此，匝110被4份分割为线111～114，匝120被4份分割为线121～124，匝130被4份分割为线131～134，匝140被4份分割为线141～144，匝150被4份分割为线151～154，匝160被2份分割为线161、162。

线111、121、131、141、151、161为螺旋状地卷绕6匝的连续的线，位于各匝的最外周。线112、122、132、142、152、162为螺旋状地卷绕6匝的连续的线，在各匝位于外周起第2周。线113、123、133、143、153为螺旋状地卷绕5匝的连续的线，在各匝位于内周起第2周。线114、124、134、144、154为螺旋状地卷绕5匝的连续的线，位于各匝的最内周。

线111～114的外周端与端子电极E1共同连接。另一方面，线161、162、153、154的内周端与贯通基材10的通孔导体301～304分别连接。

第3线圈图案CP3包括：沿作为第1方向的y方向延伸的第1区间S1、沿作为第2方向的x方向延伸的第2区间S2、和位于第1区间S1与第2区间S2之间的第3区间S3。此处，在将配置有端子电极E1～E4的位置设为时钟的6点钟方向的情况下，第1区间S1位于3点钟方向和9点钟方向，第2区间S2位于12点钟方向。

第1线圈图案CP1包括：以包围第3线圈图案CP3的方式配置在第3线圈图案CP3的外侧的导体图案41、和与导体图案41分开地配置在第3线圈图案CP3的外侧的导体图案42。其中，导体图案41为卷绕约1匝的连续的线，在其开口区域(内径区域)配置有第3线圈图案CP3。导体图案41的一端与第3端子电极E3连接，导体图案41的另一端与贯通基材10的通孔导体43连接。此外，导体图案42的一端与第4端子电极E4连接，导体图案42的另一端与贯通基材10的通孔导体44连接。

第1线圈图案CP1包括：沿y方向延伸的第4区间S4、沿x方向延伸的第5区间S5、和位于第4区间S4与第5区间S5之间的第6区间S6。此处，在将配置有端子电极E1～E4的位置设为时钟的6点钟方向的情况下，第4区间S4位于3点钟方向和9点钟方向，第5区间S5位于12点钟方向。

如图3所示，在基材10的另一个表面12，形成有第2线圈图案CP2和第4线圈图案CP4。

第4线圈图案CP4的图案形状与第3线圈图案CP3的图案形状相同。第4线圈图案CP4为由匝210、220、230、240、250、260构成的6匝结构，匝210位于最外周，匝260位于最内周。其中，匝210、220、230、240、250被螺旋状的3个狭缝在径向上分割为4份。另一方面，匝260被螺旋状的1个狭缝在径向上分割为2份。由此，匝210被4份分割为线211～214，匝220被4份分割为线221～224，匝230被4份分割为线231～234，匝240被4份分割为线241～244，匝250被4份分割为线251～254，匝260被2份分割为线261、262。

线211、221、231、241、251、261为螺旋状地卷绕6匝的连续的线，位于各匝的最外周。线212、222、232、242、252、262为螺旋状地卷绕6匝的连续的线，在各匝位于外周起第2周。线213、223、233、243、253为螺旋状地卷绕5匝的连续的线，在各匝位于内周起第2周。线214、224、234、244、254为螺旋状地卷绕5匝的连续的线，位于各匝的最内周。

线211～214的外周端经由通孔导体，与第2端子电极E2共同连接。另一方面，线261、262、253、254的内周端与通孔导体304、303、302、301分别连接。由此，在第1端子电极E1与第2端子电极E2之间，连接有具有并联连接有4个11匝的线的结构的送电线圈C1。

与第3线圈图案CP3一样，第4线圈图案CP4包括：沿y方向延伸的第1区间S1、沿x方向延伸的第2区间S2、和位于第1区间S1与第2区间S2之间的第3区间S3。

构成第2线圈图案CP2的导体图案45为卷绕约1匝的连续的线，以包围第4线圈图案CP4的方式配置在第4线圈图案CP4的外侧。即，第4线圈图案CP4配置在构成第2线圈图案CP2的导体图案45的开口区域(内径区域)。导体图案45的一端和另一端分别与通孔导体43、44连接。由此，由第1线圈图案CP1和第2线圈图案CP2构成的天线线圈C2为共计约2匝。

与第1线圈图案CP1一样，第2线圈图案CP2包括：沿y方向延伸的第4区间S4、沿x方向延伸的第5区间S5、和位于第4区间S4与第5区间S5之间的第6区间S6。

如图4所示，构成天线线圈C2的第1线圈图案CP1与第2线圈图案CP2的第4区间S4彼此在z方向上重叠，且第5区间S5彼此在z方向上重叠，另一方面，第6区间S6彼此在z方向不重叠。虽然不是特别限定，但是在第6区间S6，与构成第1线圈图案CP1的导体图案41相比，构成第2线圈图案CP2的导体图案45位于更靠外周侧。以此种方式，通过将第1线圈图案CP1与第2线圈图案CP2设为部分重叠的结构，能够降低在第1线圈图案CP1与第2线圈图案CP2之间产生的杂散电容，并且将天线线圈C2的尺寸小型化。特别地，由于直线地延伸的区间S4、S5重叠，因此，图案设计也容易进行。

此外，第6区间S6具有：弯曲部S6a，其位于第4区间S4侧、随着从第4区间S4朝向第5区间S5而延伸方向从y方向向x方向逐渐变化；和过渡部S6b，其位于第5区间S5侧、将第5区间S5的y方向上的位置向基材10的面内方向上的外侧扩展。由此，天线线圈C2的开口区域在x方向上的中央部，y方向上的宽度扩大，因此，即使在与作为通信对象的天线线圈的y方向上的相对位置偏离的情况下，也能够正确地进行通信。

进一步，在将送电线圈C1的第1区间S1与天线线圈C2的第4区间S4之间的间隙的第1宽度设为W1，将送电线圈C1的第2区间S2与天线线圈C2的第5区间S5之间的间隙的第2宽度设为W2，并且将送电线圈C1的第3区间S3与天线线圈C2的第6区间S6之间的间隙的第3宽度设为W3的情况下，满足：

W1＜W2＜W3。

即，第2宽度W2比第1宽度W1宽，且比第3宽度W3窄。由此，由于可充分地确保送电线圈C1的x方向上的宽度，因此，即使在送电线圈C1与受电线圈的x方向上的相对位置产生偏离的情况下，也能够正确地供电，并且由于与第1宽度W1相比，第2宽度W2和第3宽度W3更宽，因此，在该部分送电线圈C1与天线线圈C2的耦合弱，其结果是，能够获得良好的通信特性。特别地，对于第3宽度W3，由于比第2宽度W2更宽，因此，由天线线圈C2产生的磁通变得容易通过第3宽度W3，通信特性进一步提高。送电线圈C1与天线线圈C2之间的间隙成为第3宽度W3，不仅1点钟方向、2点钟方向、10点钟方向和11点钟方向，4点钟方向、5点钟方向、7点钟方向和8点钟方向也一样。即，天线线圈C2的4点钟方向、5点钟方向、7点钟方向和8点钟方向具有与位于1点钟方向、2点钟方向、10点钟方向和11点钟方向的第6区间同样的图案形状，具有上述的弯曲部S6a过渡部S6b。另外，在本实施方式中，送电线圈C1和天线线圈C2的x方向上的宽度尺寸大于y方向上的宽度尺寸。

此外，在将从z方向观察的天线线圈C2的第6区间S6与磁性片30的角部的距离设为W4的情况下，满足：

W3＜W4。

即，与从z方向观察的送电线圈C1的第3区间S3与天线线圈C2的第6区间S6的距离相比，从z方向观察的天线线圈C2的第6区间S6与磁性片30的角部的距离更大。由此，即使在磁性片30的背面存在金属构件的情况下，也可充分地确保从z方向观察位于天线线圈C2的外侧的磁性片30的面积，由此，可降低金属构件产生的退磁场的影响。

进一步，如图1所示，在将天线线圈C2与磁性片30的z方向上的距离设为W0的情况下，满足：

W0＜W4。

即，与天线线圈C2与磁性片30的z方向上的距离相比，天线线圈C2与磁性片30的端缘的基材10的面内方向上的距离更大。由此，天线线圈C2与磁性片30的z方向上的距离变近，因此，即使在磁性片30的背面存在金属构件的情况下，也可降低金属构件产生的退磁场的影响。

此外，构成第1线圈图案CP1的导体图案41中的、位于通孔导体43的附近的部分，以在第4线圈图案CP4的外周端的附近，即，横穿第4线圈图案CP4的外周端与最外周匝之间的方式，与第4线圈图案CP4在z方向上重叠。同样地，构成第2线圈图案CP2的导体图案45中的、位于通孔导体43的附近的部分，以在第3线圈图案CP3的外周端的附近，即，横穿第3线圈图案CP3的外周端与最外周匝之间的方式，与第3线圈图案CP3在z方向上重叠。由此，送电线圈C1与天线线圈C2的重叠抑制为最小限度，因此，能够防止由于两者间的杂散电容引起的通信特性的劣化。

图5是用于说明线圈部件1的功能的示意图。

如图5所示，当使本实施方式的线圈部件1与作为通信对象的对方设备2隔着空间3相对时，由送电线圈C1产生的磁通

与对方设备2中包含的受电线圈C3交链，由此，实现利用无线的电力传输。此外，由天线线圈C2产生的磁通

与对方设备2中包含的天线线圈C4交链，由此，实现利用NFC的无线通信。

如上所示，本实施方式的线圈部件1通过形成于基材10的表面的导体图案来构成无线电力传输用的送电线圈C1和NFC用的天线线圈C2双方，因此，能够削减零件个数。

图6是使用本实施方式的线圈部件1的无线电力传输器件90的框图。

图6所示的无线电力传输器件90具备：具有送电线圈C1和天线线圈C2的线圈部件1、与送电线圈C1连接的送电电路91和与天线线圈C2连接的通信电路92。送电电路91和通信电路92与控制电路93连接。由此，经由通信线94发送和接收的数据能够经由NFC用的天线线圈C2进行通信，并且由电源95供给的电力能够经由无线电力传输用的送电线圈C1无线地传输。

以上，对公开的优选实施方式进行了说明，但本公开并不限定于上述的实施方式，而能够在不脱离本公开的主旨的范围进行各种变更，这些变更当然也包含在本发明的范围内。

在本公开所涉及的技术中包含以下的结构例，但并不限定于此。

本公开的线圈部件具备：第1线圈、和以包围第1线圈的方式配置的第2线圈，第1线圈包括：沿第1方向延伸的第1区间、沿与第1方向正交的第2方向延伸的第2区间、和位于第1区间与第2区间之间的第3区间，从线圈轴方向观察的第1线圈的第1、第2和第3区间与第2线圈之间的间隙分别具有第1、第2和第3宽度，第2宽度比第1宽度宽且比第3宽度窄。由此，在将第1线圈用作送电线圈，将第2线圈用作天线线圈的情况下，能够兼具电力传输特性和通信特性。

也可以为，本公开的线圈部件还具备：形成有第1线圈和第2线圈的基材，第2线圈包括：设置在基材的一个表面的第1线圈图案和设置在基材的另一个表面的第2线圈图案，第1线圈图案与第2线圈图案具有在线圈轴方向上重叠的区间和不重叠的区间。由此，能够降低在第1线圈图案与第2线圈图案之间产生的杂散电容，并且将第2线圈的尺寸小型化。

此外，也可以为，第1和第2线圈图案包括：沿第1方向延伸的第4区间、沿第2方向延伸的第5区间、和位于第4区间与第5区间之间的第6区间，第1线圈图案的第4区间与第2线圈图案的第4区间重叠，第1线圈图案的第5区间与第2线圈图案的第5区间重叠，第1线圈图案的第6区间与第2线圈图案的第6区间不重叠。由此，能够将第2线圈的尺寸进一步小型化。

此外，也可以为，第1和第2线圈图案的第6区间包括：弯曲部，其位于第4区间侧，随着从第4区间朝向第5区间而延伸方向从第1方向向第2方向逐渐变化；和过渡部，其位于第5区间侧，将第5区间的第1方向上的位置向基材的面内方向上的外侧扩展。由此，在将第2线圈用作天线线圈的情况下，即使在与作为通信对象的对方天线线圈的第1方向上的相对位置偏离的情况下，也能够正确地进行通信。

也可以为，本公开的线圈部件还具备：与第1线圈和第2线圈在线圈轴方向上重叠的磁性片，与从线圈轴方向观察的第1线圈的第3区间与第2线圈的第6区间的距离相比，从线圈轴方向观察的第2线圈的第6区间与磁性片的角部的距离更大。由此，即使在磁性片的背面存在金属构件的情况下，也可降低金属构件产生的退磁场的影响。

此外，也可以为，与第2线圈与磁性片的线圈轴方向上的距离相比，第2线圈与磁性片的端缘的基材的面内方向上的距离更大。由此，即使在磁性片的背面存在金属构件的情况下，也可降低金属构件产生的退磁场的影响。

此外，也可以为，第1线圈包括：设置在基材的一个表面的第3线圈图案、和设置在基材的另一个表面的第4线圈图案，第3线圈图案的内周端经由贯通基材而设置的通孔导体与第4线圈图案的内周端连接，第3线圈图案的外周端与第1端子电极连接，第4线圈图案的外周端与第2端子电极连接，从线圈轴方向观察，第1线圈图案的一部分以横穿第4线圈图案的外周端与第4线圈图案的最外周匝之间的方式，与第4线圈图案重叠，从线圈轴方向观察，第2线圈图案的一部分以横穿第3线圈图案的外周端与第3线圈图案的最外周匝之间方式，与第3线圈图案重叠。由此，在将第2线圈用作天线线圈的情况下，能够防止由第1线圈与第2线圈之间的杂散电容而引起的通信特性的劣化。

此外，也可以为，第2线圈的一端与第3端子电极连接，第2线圈的另一端与第4端子电极连接，第1和第2端子电极以被第3端子电极与第4端子电极夹持的方式配置。由此，第1线圈引起的噪声的影响变小，并且与组装线圈部件的设备的连接也变得容易。

此外，本公开的无线电力传输器件具备：上述线圈部件、与第1线圈连接的送电电路、和与第2线圈连接的通信电路。由此，能够进行利用无线的电力传输和利用NFC的通信。

Claims

1.一种线圈部件，其中，

具备：

第1线圈；和

以包围所述第1线圈的方式配置的第2线圈，

所述第1线圈包括：沿第1方向延伸的第1区间、沿与所述第1方向正交的第2方向延伸的第2区间、和位于所述第1区间与所述第2区间之间的第3区间，

从线圈轴方向观察的所述第1线圈的所述第1、第2和第3区间与所述第2线圈之间的间隙分别具有第1、第2和第3宽度，

所述第2宽度比所述第1宽度宽，且比所述第3宽度窄。

2.根据权利要求1所述的线圈部件，其中，

还具备：形成有所述第1线圈和所述第2线圈的基材，

所述第2线圈包括：设置在所述基材的一个表面的第1线圈图案、和设置在所述基材的另一个表面的第2线圈图案，

所述第1线圈图案与所述第2线圈图案具有在所述线圈轴方向上重叠的区间和不重叠的区间。

3.根据权利要求2所述的线圈部件，其中，

所述第1和第2线圈图案包括：沿所述第1方向延伸的第4区间、沿所述第2方向延伸的第5区间、和位于所述第4区间与所述第5区间之间的第6区间，

所述第1线圈图案的第4区间与所述第2线圈图案的第4区间重叠，

所述第1线圈图案的第5区间与所述第2线圈图案的第5区间重叠，

所述第1线圈图案的第6区间与所述第2线圈图案的第6区间不重叠。

4.根据权利要求3所述的线圈部件，其中，

所述第1和第2线圈图案的所述第6区间包括：弯曲部，其位于所述第4区间侧，随着从所述第4区间朝向所述第5区间而延伸方向从所述第1方向朝向所述第2方向逐渐变化；和过渡部，其位于所述第5区间侧，将所述第5区间的所述第1方向上的位置向所述基材的面内方向上的外侧扩展。

5.根据权利要求3或4所述的线圈部件，其中，

还具备：与所述第1线圈和所述第2线圈在所述线圈轴方向上重叠的磁性片，

与从所述线圈轴方向观察的所述第1线圈的所述第3区间与所述第2线圈的所述第6区间的距离相比，从所述线圈轴方向观察的所述第2线圈的所述第6区间与所述磁性片的角部的距离更大。

6.根据权利要求5所述的线圈部件，其中，

与所述第2线圈与所述磁性片的所述线圈轴方向上的距离相比，所述第2线圈与所述磁性片的端缘的所述基材的面内方向上的距离更大。

7.根据权利要求2～6中任一项所述的线圈部件，其中，

所述第1线圈包括：设置在所述基材的所述一个表面的第3线圈图案、和设置在所述基材的所述另一个表面的第4线圈图案，

所述第3线圈图案的内周端经由贯通所述基材而设置的通孔导体与所述第4线圈图案的内周端连接，

所述第3线圈图案的外周端与第1端子电极连接，

所述第4线圈图案的外周端与第2端子电极连接，

从所述线圈轴方向观察，所述第1线圈图案的一部分，以横穿所述第4线圈图案的所述外周端与所述第4线圈图案的最外周匝之间的方式，与所述第4线圈图案重叠，

从所述线圈轴方向观察，所述第2线圈图案的一部分，以横穿所述第3线圈图案的所述外周端与所述第3线圈图案的最外周匝之间的方式，与所述第3线圈图案重叠。

8.根据权利要求7所述的线圈部件，其中，

所述第2线圈的一端与第3端子电极连接，

所述第2线圈的另一端与第4端子电极连接，

所述第1和第2端子电极，以被所述第3端子电极与所述第4端子电极夹持的方式配置。

9.一种无线电力传输器件，其中，

具备：

权利要求1～8中任一项所述的线圈部件；

与所述第1线圈连接的送电电路；和

与所述第2线圈连接的通信电路。