DE102022101674A1

DE102022101674A1 - Spulenkomponente und halter für mobile engeräte mit diesem

Info

Publication number: DE102022101674A1
Application number: DE102022101674.9A
Authority: DE
Inventors: Noritaka CHIYO; Takuya Yoshida; Michihisa Tokui; Tomohiro MORIKI; Takahiro Ohishi
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2021-01-29
Filing date: 2022-01-25
Publication date: 2022-08-04
Also published as: CN114823047A; JP2022116899A; US20220247453A1

Abstract

Hierin wird eine Spulenkomponente offenbart, die ein erstes Spulenmuster aufweist, wobei ein Öffnungsbereich, der von dem ersten Spulenmuster umgeben ist, eine erste Seite aufweist, die sich in einer ersten Richtung erstreckt, und eine zweite Seite, die sich in der ersten Richtung erstreckt, und wobei die erste Seite länger ist als die zweite Seite.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
--Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine Spulenkomponente und einen Halter für mobile Endgeräte, der dieses Bauteil enthält.
--Beschreibung des Standes der Technik
Eine Spulenkomponente mit einer spiralförmigen Wicklung kann als Sende-/Empfangsspule für eine drahtlose Leistungsübertragungsvorrichtung und als Antennenspule für die Nahfeldkommunikation (NFC) verwendet werden. Spulenkomponenten dieser Art können nicht nur eine kreisförmige Musterform, sondern auch verschiedene Musterformen aufweisen. So schlägt die JP 2015-231329 A ein Beispiel vor, in dem ein Draht in Form eines gleichschenkligen Dreiecks gewickelt ist, und die JP 2017-135828 A schlägt ein Beispiel vor, in dem eine Spule eine trapezförmige Außenform hat.
In dem in der JP 2015-231329 A beschriebenen Beispiel führt jedoch eine geringfügige Änderung der relativen Position zwischen einer Leistungsübertragungsspule und einer Leistungsempfangsspule in der Nähe der Spitze des gleichschenkligen Dreiecks zu einer großen Änderung der Leistungsübertragungseffizienz. Außerdem hat die Spulenform in dem in JP 2017-135828 A beschriebenen Beispiel eine kleine Öffnungsfläche, so dass der Wirkungsgrad der Leistungsübertragung gering ist.
ZUSAMMENFASSUNG
Es ist daher ein Ziel der vorliegenden Offenbarung, eine verbesserte Spulenkomponente und einen Halter für mobile Endgeräte mit einer solchen Spulenkomponente bereitzustellen.
Eine Spulenkomponente gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung umfasst ein erstes Spulenmuster. Ein Öffnungsbereich, der von dem ersten Spulenmuster umgeben ist, hat eine erste Seite, die sich in einer ersten Richtung erstreckt, und eine zweite Seite, die sich in der ersten Richtung erstreckt. Die erste Seite ist länger als die zweite Seite.
Gemäß der vorliegenden Offenbarung können eine Spulenkomponente, die einen hohen Kopplungsgrad erreichen kann, und ein Halter für mobile Endgeräte mit einer solchen Spulenkomponente bereitgestellt werden.
Figurenliste
Die obigen Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden aus der folgenden Beschreibung bestimmter bevorzugter Ausführungsformen in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen deutlicher, wobei:

1 eine schematische perspektivische Ansicht ist, die die äußere Form eines Halters für mobile Endgeräte 1 mit einer Spulenkomponente 30 gemäß einer Ausführungsform zeigt;
2 eine schematische Ansicht ist, die einen Zustand zeigt, in welchem ein Smartphone 10 oder 20 auf die Ablagefläche 2a des Halters für mobile Endgeräte 1 gelegt wird;
3 eine schematische Querschnittsansicht ist, die die Konfiguration der Spulenkomponente 30 veranschaulicht;
4 eine Draufsicht zur Erläuterung der Musterform des ersten Spulenmusters 100 ist, die von der Seite der Oberfläche 41 des Substrats 40 aus betrachtet wird;
5 eine Draufsicht zur Erläuterung der Musterform des zweiten Spulenmusters 200 ist, betrachtet von der Seite der Oberfläche 41 des Substrats 40;
6 ein Ersatzschaltbild der Spulenkomponente 30 ist;
7 eine schematische Querschnittsansicht der Spulenkomponente 30 ist;
8 eine schematische Draufsicht zur Erläuterung der äußeren Form und der inneren Form sowohl der ersten als auch der zweiten Spulenmuster 100 und 200 ist;
9 eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Definition der Länge L1 ist;
10 ein Blockdiagramm einer drahtlosen Leistungsübertragungsvorrichtung 60 mit der Spulenkomponente 30 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist; und
11A bis 11C Tabellen sind, die die Charakteristika der Beispiele zeigen.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen im Einzelnen erläutert.
1 ist eine schematische perspektivische Ansicht, die die äußere Form eines Halters für mobile Endgeräte 1 mit einer Spulenkomponente 30 gemäß einer Ausführungsform zeigt.
Der in 1 dargestellte Halter für mobile Endgeräte 1 umfasst einen Hauptkörperteil 2 mit einer Ablagefläche 2a, auf der ein mobiles Endgerät, wie z. B. ein Smartphone, platziert wird, einen unteren Stopper 3 zur Regulierung der Position des mobilen Endgeräts in y-Richtung auf der Ablagefläche 2a sowie einen linken und einen rechten Stopper 4 und 5 zur Regulierung der Position des mobilen Endgeräts in x-Richtung. Die Ablagefläche 2a hat eine xy-Ebene. Die Ablagefläche 2a ist geneigt, so dass das mobile Endgerät, wenn es auf der Ablagefläche 2a platziert wird, mit seinem unteren Ende durch sein Eigengewicht gegen den unteren Stopper 3 stößt, wodurch das mobile Endgerät in y-Richtung positioniert wird. In der x-Richtung wird das mobile Endgerät an einer beliebigen Stelle zwischen dem linken und dem rechten Anschlag 4 und 5 positioniert. Die x-Richtung ist ein Beispiel für eine erste Richtung, und die y-Richtung ist ein Beispiel für eine zweite Richtung.
Unterhalb (in z-Richtung) der Ablagefläche 2a ist eine leistungsübertragende Spulenkomponente 30 zur drahtlosen Leistungsübertragung angeordnet. Somit kann ein mobiles Endgerät, wie z. B. ein Smartphone, durch Auflegen auf den Halter für mobile Endgeräte 1 durch drahtlose Leistungsübertragung aufgeladen werden. Die Vorrichtung, die die Spulenkomponente gemäß der vorliegenden Offenbarung enthält, ist nicht auf den in 1 dargestellten Halter für ein mobile Endgeräte 1 beschränkt, sondern kann jede Vorrichtung sein, die in der Lage ist, ein mobiles Endgerät darauf zu platzieren, wie z. B. die in einem Fahrzeug vorgesehene Mittelkonsole.
2 ist eine schematische Ansicht, die einen Zustand zeigt, in dem ein Smartphone 10 oder 20 auf die Ablagefläche 2a des Halters für mobile Endgeräte 1 gelegt wird.
Wie in 2 dargestellt, ist das Smartphone 10 relativ klein, während das Smartphone 20 relativ groß ist. Das kleine Smartphone 10 ist an der linken Seite so angeordnet, dass es den linken Stopper 4 berührt, und das große Smartphone 20 ist an der rechten Seite so angeordnet, dass es den rechten Stopper 5 berührt. Die Position des Smartphones 10 in der x-Richtung kann im Bereich von X1 variieren, und die Position des Smartphones 20 in der x-Richtung kann im Bereich von X2 variieren. In y-Richtung werden die Smartphones 10 und 20 durch die Schwerkraft beeinflusst und somit durch den unteren Stopper 3 positioniert.
Nehmen wir an, dass die Größe des Smartphones 10 die Mindestgröße ist, die auf dem Halter für mobile Endgeräte 1 platziert werden kann, und dass die Größe des Smartphones 20 die maximale Größe ist, die auf dem Halter für mobile Endgeräte 1 platziert werden kann. In diesem Fall fallen für die Smartphones 10 und 20, die jeweils eine Leistungsempfangsspule für die drahtlose Leistungsübertragung etwa in ihrem mittleren Bereich aufweisen, die Mittelpositionen der Empfangsspulen 11 und 22 in den als trapezförmige Fläche A1 dargestellten Bereich der 2. Die Längen der unteren und oberen Seite der trapezförmigen Fläche A1 sind X1 bzw. X2. Daher sind die Position und die Form der Spulenkomponente 30, die in den Halter für mobile Endgeräte 1 eingebaut werden soll, zweckmäßigerweise unter der Annahme ausgelegt, dass die Mittelposition der Leistungsempfangsspule im Bereich der Trapezfläche A1 variieren kann.
3 ist eine schematische Querschnittsansicht, die die Konfiguration der Spulenkomponente 30 veranschaulicht.
Die in 3 dargestellte Spulenkomponente 30 umfasst ein Substrat 40, ein erstes Spulenmuster 100, das auf einer Oberfläche 41 des Substrats 40 ausgebildet ist, und ein zweites Spulenmuster 200, das auf der anderen Oberfläche 42 des Substrats 40 ausgebildet ist. Obwohl Einzelheiten später beschrieben werden, sind das innere periphere Ende des ersten Spulenmusters 100 und das innere periphere Ende des zweiten Spulenmusters 200 durch eine Vielzahl von Durchgangslochleitern (nur ein Durchgangslochleiter 305 ist im Querschnitt von 3 dargestellt), die das Substrat 40 durchdringen, miteinander verbunden. Die Spulenkomponente 30 ist so in den Hauptkörperteil 2 eingebettet, dass die Oberfläche 41 des Substrats 40 der Ablagefläche 2a zugewandt ist. Das heißt, die Spulenkomponente 30 ist in dem Hauptkörperteil 2 so angebracht, dass die axiale Richtung jedes der ersten und zweiten Spulenmuster 100 und 200 senkrecht zur Ablagefläche 2a verläuft. Ein magnetisches Blech 50 aus einem magnetischen Material wie Ferrit ist vorzugsweise auf der Oberfläche 42 des Substrats 40 angeordnet.
Obwohl es keine besonderen Beschränkungen hinsichtlich des Materials des Substrats 40 gibt, kann ein transparentes oder lichtdurchlässiges, flexibles Isoliermaterial, wie zum Beispiel PET-Harz, verwendet werden. Alternativ kann das Substrat 40 auch ein flexibles Substrat sein, das durch Tränken von Glasgewebe mit Harz auf Epoxidharzbasis hergestellt wird.
4 ist eine Draufsicht zur Erläuterung der Musterform des ersten Spulenmusters 100, die von der Seite der Oberfläche 41 des Substrats 40 aus betrachtet wird.
Das erste Spulenmuster 100 hat eine Konfiguration mit fünf Windungen, die aus den Windungen T1 bis T5 besteht. Die Windung T1 befindet sich an der äußersten Peripherie, die Windung T5 an der innersten Peripherie. Die Windungen T1 bis T5 sind jeweils durch neun Spiralschlitze in 10 Zeilen unterteilt. Im Einzelnen ist die Windung T1 in 10 Zeilen, 110 bis 119, die Windung T2 in 10 Zeilen, 120 bis 129, die Windung T3 in 10 Zeilen, 310 bis 139, die Windung T4 in 10 Zeilen, 140 bis 149, und die Windung T5 in 10 Zeilen, 150 bis 159, unterteilt.
Die Linien 110, 120, 130, 140 und 150 bilden eine in fünf Windungen spiralförmig gewickelte durchgehende Linie, die Linien 111, 121, 131, 141, und 151 bilden eine in fünf Windungen spiralförmig gewickelte durchgehende Linie, die Linien 112, 122, 132, 142 und 152 bilden eine in fünf Windungen spiralförmig gewickelte durchgehende Linie, die Linien 113, 123, 133, 143 und 153 bilden eine in fünf Windungen spiralförmig gewickelte durchgehende Linie, die Linien 114, 124, 134, 144 und 154 bilden eine in fünf Windungen spiralförmig gewickelte durchgehende Linie, die Linien 115, 125, 135, 145 und 155 bilden eine in fünf Windungen spiralförmig gewickelte durchgehende Linie, die Linien 116, 126, 136, 146 und bilden eine in fünf Windungen spiralförmig gewickelte durchgehende Linie, die Linien 117, 127, 137, 147 und 157 bilden eine in fünf Windungen spiralförmig gewickelte durchgehende Linie, die Linien 118, 128, 138, 148 und 158 bilden eine in fünf Windungen spiralförmig gewickelte durchgehende Linie, und die Linien 119, 129, 139, 149 und 159 bilden eine in fünf Windungen spiralförmig gewickelte durchgehende Linie. Die Linien 110, 120, 130, 140 und 150 sind Linien, die an der äußersten Peripherie ihrer entsprechenden Windungen liegen, und die Linien 119, 129, 139, 149 und 159 sind Linien, die an der innersten Peripherie ihrer entsprechenden Windungen liegen.
Die äußeren peripheren Enden der Leitungen 110 bis 119 sind gemeinsam mit einem ersten Anschlusselektrodenmuster 101 verbunden. Die innersten peripheren Enden der Leitungen 150 bis 159 sind jeweils mit Durchgangsleitern 300 bis 309 verbunden, die das Substrat 40 durchdringen. Ein zweites Anschlusselektrodenmuster 102 ist auf der Oberfläche 41 des Substrats 40 getrennt von dem ersten Spulenmuster 100 ausgebildet.
5 ist eine Draufsicht zur Erläuterung der Musterform des zweiten Spulenmusters 200, gesehen von der Seite der Oberfläche 41 des Substrats 40.
Das zweite Spulenmuster 200 hat eine Konfiguration mit fünf Windungen, bestehend aus den Windungen T6 bis T10. Die Windung T6 befindet sich an der äußersten Peripherie und die Windung T10 an der innersten Peripherie. Die Windungen T6 bis T10 sind jeweils durch neun spiralförmige Schlitze in 10 Zeilen unterteilt. Insbesondere ist die Windung T6 in 10 Zeilen, 210 bis 219, unterteilt, die Windung T7 in 10 Zeilen, 220 bis 229, die Windung T8 in 10 Zeilen, 230 bis 239, die Windung T9 in 10 Zeilen, 240 bis 249, und die Windung T10 in 10 Zeilen, 250 bis 259.
Die Linien 210, 220, 230, 240 und 250 bilden eine in fünf Windungen spiralförmig gewickelte durchgehende Linie, die Linien 211, 221, 231, 241 und 251 bilden eine in fünf Windungen spiralförmig gewickelte durchgehende Linie, die Linien 212, 222, 232, 242 und 252 bilden eine in fünf Windungen spiralförmig gewickelte durchgehende Linie, die Linien 213, 223, 233, 243 und 253 bilden eine in fünf Windungen spiralförmig gewickelte durchgehende Linie, die Linien 214, 224, 234, 244 und 254 bilden eine in fünf Windungen spiralförmig gewickelte durchgehende Linie, die Linien 215, 225,2 35, 245 und 255 bilden eine in fünf Windungen spiralförmig gewickelte durchgehende Linie, die Linien 216, 226, 236, 246 und 256 bilden eine in fünf Windungen spiralförmig gewickelte durchgehende Linie, die Linien 217, 227, 237, 247 und 257 bilden eine in fünf Windungen spiralförmig gewickelte durchgehende Linie, die Linien 218, 228, 238, 248 und 258 bilden eine in fünf Windungen spiralförmig gewickelte durchgehende Linie, und die Linien 219, 229, 239, 249 und 259 bilden eine in fünf Windungen spiralförmig gewickelte durchgehende Linie. Die Linien 210,2 20,2 30, 240 und 250 sind Linien, die an den äußersten Peripherien ihrer entsprechenden Windungen liegen, und die Linien 219,2 29, 239, 249 und 259 sind Linien, die an den innersten Peripherien ihrer entsprechenden Windungen liegen.
Die äußeren peripheren Enden der Leitungen 210 bis 219 sind gemeinsam an ein gemeinsames Muster 202 angeschlossen. Das gemeinsame Muster 202 ist mit dem zweiten Anschlusselektrodenmuster 102 durch eine Vielzahl von das Substrat 40 durchdringenden Durchgangslochleitern 320 verbunden. Die innersten peripheren Enden der Leitungen 259, 258, 257, 256, 255, 254, 253, 251252, und 250 sind jeweils mit den inneren peripheren Enden der Leitungen 150 bis 159 durch die Durchgangslochleiter 300 bis 309 verbunden. Ein Blindmuster 201 wird auf der Oberfläche 42 des Substrats 40 getrennt von dem zweiten Spulenmuster 200 gebildet. Das Blindmuster 201 ist mit dem ersten Anschlusselektrodenmuster 101 durch eine Vielzahl von Durchgangslochleitern 310 verbunden, die das Substrat 40 durchdringen.
So sind, wie in 6 dargestellt, die ersten und zweiten Spulenmuster 100 und 200 in Reihe zwischen den ersten und zweiten Anschlusselektrodenmustern 101 und 102 geschaltet. Da das erste Spulenmuster 100 eine Konfiguration mit fünf Windungen aufweist, die aus den Windungen T1 bis T5 besteht, und das zweite Spulenmuster 200 eine Konfiguration mit fünf Windungen aufweist, die aus den Windungen T6 bis T10 besteht, erhält man eine Spule mit einer Konfiguration mit insgesamt 10 Windungen. Darüber hinaus sind die äußersten peripheren Zeilen 110, 120, 130, 140 und 150 jeweils mit den innersten peripheren Zeilen 219, 229, 239, 249 und 259 verbunden, und die innersten peripheren Zeilen 119, 129, 139, 149 und 159 sind jeweils mit den äußersten peripheren Zeilen 210, 220, 230, 240 und 250 verbunden, wodurch der innere und äußere periphere Unterschied beseitigt wird.
Ferner ist, wie in der schematischen Querschnittsansicht von 7 dargestellt, das erste Anschlusselektrodenmuster 101, das auf der Oberfläche 41 des Substrats 40 ausgebildet ist, mit dem Blindmuster 201, das auf der Oberfläche 42 des Substrats 40 ausgebildet ist, durch die Vielzahl von Durchgangslochleitern 310 verbunden, und somit ist das erste Anschlusselektrodenmuster 101 fester an der Oberfläche 41 des Substrats 40 fixiert, so dass das Auftreten von Ablösungen weniger wahrscheinlich ist.
8 ist eine schematische Draufsicht zur Erläuterung der äußeren Form und der inneren Form der ersten und zweiten Spulenmuster 100 und 200. Der Begriff „äußere Form“ bezieht sich auf die Form entlang der äußeren peripheren Kanten der äußersten peripheren Linien 110 und 210, und der Begriff „innere Form“ bezieht sich auf die Form entlang der inneren peripheren Kanten der innersten peripheren Linien 159 und 259 . An dem äußeren peripheren Abschnitt, an dem die Linien 110 oder 210 fehlen, wird jedoch ein Teil der äußeren Form durch die äußeren peripheren Enden der Linien 111 bis 119 oder 211 bis 219 gebildet. In ähnlicher Weise wird an dem inneren peripheren Abschnitt, in welchem die Linie 159 oder 259 fehlt, ein Teil der inneren Form durch die inneren peripheren Enden der Linien 150 bis 158 oder 250 bis 258 gebildet.
Die ersten und zweiten Spulenmuster 100 und 200 haben die gleiche Form und sind auf der Vorder- und Rückseite des Substrats 40 so ausgebildet, dass ihre Öffnungsbereiche 400 miteinander übereinstimmen. Der Öffnungsbereich 400 bezieht sich auf den Bereich, der von dem Spulenmuster 100 oder 200 umgeben ist. Die Öffnungsbereiche 400 der Spulenmuster 100 und 200 sind jeweils im Wesentlichen trapezförmig und haben jeweils eine in x-Richtung verlaufende Unterseite 401, eine in x-Richtung verlaufende Oberseite 402, eine erste schräge Seite 403, die ein Ende der Unterseite 401 und ein Ende der Oberseite 402 verbindet, und eine zweite schräge Seite 404, die das andere Ende der Unterseite 401 und das andere Ende der Oberseite 402 verbindet. Der Öffnungsbereich 400 muss nicht streng trapezförmig sein, und seine Ecken können abgerundet sein. Die axialen Richtungen der ersten und zweiten Spulenmuster 100 und 200 sind jeweils orthogonal zu den x- und y-Richtungen. Die untere Seite 401 ist ein Beispiel für eine erste Seite, die obere Seite 402 ist ein Beispiel für eine zweite Seite, die erste schräge Seite 403 ist ein Beispiel für eine dritte Seite, und eine zweite schräge Seite 404 ist ein Beispiel für eine vierte Seite.
Unter der Annahme, dass die Längen der unteren und oberen Seiten 401 und 402 L1 bzw. L2 betragen, ist L1 > L2 erfüllt. Wenn die Ecken des Öffnungsbereichs 400 abgerundet sind, wie in 9 dargestellt, werden Endabschnitte 401a und 401b des linearen Abschnitts der unteren Seite 401, ein imaginärer Punkt Pa auf dem Schnittpunkt zwischen der Verlängerungslinie der unteren Seite 401 und der schrägen Seite 403 und ein imaginärer Punkt Pb auf dem Schnittpunkt zwischen der Verlängerungslinie der unteren Seite 401 und der schrägen Seite 404 definiert, und die Länge L1 der unteren Seite 401 wird durch den Abstand zwischen einem Mittelpunkt Qa des imaginären Punktes Pa und dem Endabschnitt 401a und einem Mittelpunkt Qb des imaginären Punktes Pb und dem Endabschnitt 401b definiert. Die Länge L2 der Oberseite 402 wird auf die gleiche Weise definiert.
Wie oben beschrieben, ist bei der vorliegenden Ausführungsform der Öffnungsbereich 400 der Spulenkomponente 30 im Wesentlichen trapezförmig, so dass, wenn die Spulenkomponente 30 in den Hauptkörperteil 2 des Halters für mobile Endgeräte 1 eingebaut wird, wobei die untere Seite 401 auf der Seite des unteren Anschlags 3, wie in 1 dargestellt, verortet wird und die obere Seite 402 auf der dem unteren Anschlag 3 gegenüberliegenden Seite verortet wird, dann können der trapezförmige Bereich A1, der die Mittelposition der Leistungsempfangsspule sein kann, und der Öffnungsbereich 400 der Spulenkomponente 30 für die Leistungsübertragung so gestaltet werden, dass sie einander überlappen. Das heißt, die mittlere Position der Leistungsempfangsspule überlappt den Öffnungsbereich 400 der Spulenkomponente 30 auf jeden Fall, unabhängig von der Größe und Position des Smartphones, das auf dem Halter für mobile Endgeräte 1 platziert ist, so dass eine hohe Leistungsübertragungseffizienz erreicht werden kann.
Um eine drahtlose Leistungsübertragung unabhängig von der Größe und Position des auf dem Halter für mobile Endgeräte 1 platzierten Smartphones zu ermöglichen, ist die Vergrößerung der Spulenkomponente 30 für die Leistungsübertragung die einfachste Methode. Die einfache Vergrößerung der Spulenkomponente 30 reicht jedoch nicht aus, um die Effizienz der Leistungsübertragung in einem Fall zu verbessern, in dem der relative Abstand zwischen der Leistungsempfangsspule und der Leistungsübertragungsspule gering ist. Andererseits ist in der Spulenkomponente 30 gemäß der vorliegenden Ausführungsform der Öffnungsbereich 400 so gestaltet, dass er in Übereinstimmung mit dem trapezförmigen Bereich A1, welcher die zentrale Position der Leistungsempfangsspule sein kann, im Wesentlichen trapezförmig ist, wodurch eine drahtlose Leistungsübertragung unabhängig von der Größe und Position des Smartphones ermöglicht wird und eine hohe Leistungsübertragungseffizienz in einem Fall erreicht wird, in dem die relative Verschiebung zwischen der Leistungsempfangsspule und der Leistungsübertragungsspule klein ist.
Der von der Unterseite 401 und der ersten schrägen Seite 403 gebildete Winkel ist vorzugsweise gleich dem Winkel, der von der Unterseite 401 und der zweiten schrägen Seite 404 gebildet wird. Dies bedeutet, dass die trapezförmige Fläche A1 ein gleichschenkliges Trapez ist.
Unter der Annahme, dass die Wicklungsbreite jedes der Spulenmuster 100 und 200 als W definiert ist, wird L1/W = 0,8 bis 1,2 vorzugsweise eingehalten. Die Wicklungsbreite W bezieht sich auf den radialen Abstand zwischen der äußeren peripheren Kante jeder der äußersten peripheren Linien 110 und 210 und der inneren peripheren Kante jeder der innersten peripheren Linien 159 und 259. Die Wicklungsbreite W ist nahezu konstant. Wenn die Wicklungsbreite W nicht konstant ist, wird die Wicklungsbreite W von der schrägen Seite 403 oder 404 aus gemessen, wie in 8 dargestellt. Wenn L1/W = 0,8 bis 1,2 erfüllt ist, können die Wechselstromwiderstandswerte (ACR) der Spulenmuster 100 und 200 verringert werden. Außerdem kann der Kopplungskoeffizient k zwischen den Spulenmustern 100 und 200 und der Leistungsempfangsspule aufgrund der Kompaktheit der Spulenmuster 100 und 200 erhöht werden.
Ferner erfüllt das Verhältnis zwischen der Länge L1 der Unterseite 401 und der Länge L2 der Oberseite 402 vorzugsweise die Bedingung L1/L2 = 2,8 bis 3,4. Unter der Annahme, dass die Höhe des Öffnungsbereichs 400 in y-Richtung h ist, wird vorzugsweise W/h = 1,2 bis 1,6 erfüllt. Mit den obigen Beziehungen kann der Kopplungskoeffizient k mit der Leistungsempfangsspule erhöht werden. Die Höhe des Öffnungsbereichs 400 in y-Richtung ist ein Beispiel für die Länge des Öffnungsbereichs in der zweiten Richtung orthogonal zur ersten Richtung.
Die Windungen T1 bis T5 (T6 bis T10), die das Spulenmuster 100 (200) bilden, haben jeweils einen ersten Abschnitt S1, der sich entlang der Oberseite 402, der ersten schrägen Seite 403 und der zweiten schrägen Seite 404 erstreckt, und einen zweiten Abschnitt S2, der sich entlang der Unterseite 401 erstreckt. Wie in den 4 und 5 dargestellt, erstreckt sich der erste Abschnitt S1 parallel zur Oberseite 402, zur ersten schrägen Seite 403 und zur zweiten schrägen Seite 404, während der zweite Abschnitt S2 einen Teil aufweist, der sich schräg zur Unterseite 401 erstreckt. Das liegt daran, dass, wenn das äußere und das innere periphere Ende als Start- bzw. Endpunkt festgelegt werden, sich jede Windung nach innen zur nächsten Windung im zweiten Abschnitt S2 verschiebt. In diesem Abschnitt sind die Linien, die jede Windung bilden, für die radiale Verschiebung eng zueinander angeordnet. In der vorliegenden Ausführungsform ist der zweite Abschnitt S2 daher entlang der unteren Seite 401 mit einer größeren Länge angeordnet, so dass jeder Linie, die den zweiten Abschnitt S2 durchläuft, eine ausreichende Musterbreite zugeordnet werden kann, verglichen mit einem solchen Fall, in welchem der zweite Abschnitt S2 entlang der oberen Seite 402 angeordnet ist. Unter der Annahme, dass die Länge eines Teils des zweiten Abschnitts S2, der sich schräg zur unteren Seite 401 entlang der unteren Seite 401 erstreckt, L3 ist und dass die Anzahl der Windungen jedes der Spulenmuster 100 und 200 T ist, ist L3 > W/T erfüllt. Das heißt, L3 ist größer als die Wicklungsbreite der einzelnen Windungen, die die Spulenmuster 100 und 200 bilden. Dadurch kann jeder Leitung, die den zweiten Abschnitt S2 durchläuft, eine ausreichende Musterbreite zugewiesen werden.
10 ist ein Blockdiagramm einer drahtlosen Leistungsübertragungsvorrichtung 60 mit der Spulenkomponente 30 gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
Die in 10 dargestellte drahtlose Leistungsübertragungsvorrichtung 60 umfasst die oben beschriebene Spulenkomponente 30, eine mit der Spulenkomponente 30 verbundene Leistungsübertragungsschaltung 61 und eine mit der Leistungsübertragungsschaltung 61 verbundene Steuerschaltung 62. So kann die von einer Stromquelle 63 gelieferte Leistung drahtlos über die Spulenkomponente 30 zur drahtlosen Leistungsübertragung an das Smartphone 10 oder 20 übertragen werden.
Während die bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben wurde, ist die vorliegende Erfindung nicht auf die obige Ausführungsform beschränkt, und verschiedene Modifikationen können innerhalb des Anwendungsbereichs der vorliegenden Erfindung gemacht werden, und alle diese Modifikationen sind in der vorliegenden Erfindung enthalten.
Die Technologie gemäß der vorliegenden Offenbarung umfasst die folgenden Konfigurationsbeispiele, ist aber nicht darauf beschränkt.
Eine Spulenkomponente gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung umfasst ein erstes Spulenmuster. Ein Öffnungsbereich, der von dem ersten Spulenmuster umgeben ist, hat eine erste Seite, die sich in einer ersten Richtung erstreckt, und eine zweite Seite, die sich in der ersten Richtung erstreckt. Die erste Seite ist länger als die zweite Seite.
Wenn die so konfigurierte Spulenkomponente in ein Halter für mobile Endgeräte eingebaut wird, kann unabhängig von der Größe und Position des mobilen Endgeräts ein hoher magnetischer Kopplungsgrad erzielt werden.
Der Öffnungsbereich kann ferner eine dritte Seite aufweisen, die ein Ende der ersten Seite und ein Ende der zweiten Seite verbindet, und eine vierte Seite, die das andere Ende der ersten Seite und das andere Ende der zweiten Seite verbindet, und der von der ersten und dritten Seite gebildete Winkel kann gleich dem von der ersten und vierten Seite gebildeten Winkel sein. Bei dieser Konfiguration ändern sich die Merkmale gleichmäßig in Bezug auf die Verschiebung in Links-Rechts-Richtung. In diesem Fall kann jede Windung, die das erste Spulenmuster bildet, einen ersten Abschnitt aufweisen, der sich entlang der zweiten, dritten und vierten Seite erstreckt, und einen zweiten Abschnitt, der sich entlang der ersten Seite erstreckt. Ferner kann sich der erste Abschnitt parallel zur zweiten, dritten und vierten Seite erstrecken, und der zweite Abschnitt kann einen Teil aufweisen, der sich schräg zur ersten Seite erstreckt. Mit dieser Konfiguration ist es möglich, einen ausreichenden Bereich für den Bereich zu gewährleisten, in dem die Linien, die jede Windung bilden, eng zueinander angeordnet sind, damit sich jede Windung radial verschieben kann. In diesem Fall kann die Länge des Teils, der sich schräg entlang der ersten Seite erstreckt, größer sein als die Wicklungsbreite der einzelnen Windungen, die das erste Spulenmuster bilden. Auf diese Weise kann für jede Linie, die durch den zweiten Abschnitt verläuft, eine ausreichende Breite des Musters gewährleistet werden.
Unter der Annahme, dass die Länge der ersten Seite L1 und die Wicklungsbreite des ersten Spulenmusters W beträgt, kann L1/W = 0,8 bis 1,2 erfüllt werden. Dadurch können der Wechselstromwiderstand und die Größe des Spulenmusters verringert werden. Unter der Annahme, dass die Länge der zweiten Seite L2 ist, kann L1/L2 = 2,8 bis 3,4 erfüllt werden. Unter der Annahme, dass die Länge der Öffnungsfläche in einer zweiten Richtung orthogonal zur ersten Richtung h ist, kann W/h = 1,2 bis 1,6 erfüllt werden. Dadurch kann der Kopplungskoeffizient k erhöht werden.
Jede Windung, die das erste Spulenmuster bildet, kann in eine Vielzahl von Linien unterteilt werden. Dadurch kann der Wechselstromwiderstand verringert werden.
Die Spulenkomponente kann ferner ein Substrat umfassen, auf dessen einer Oberfläche das erste Spulenmuster ausgebildet ist, sowie ein zweites Spulenmuster und ein Blindmuster, die auf der anderen Oberfläche des Substrats ausgebildet sind. Das innere periphere Ende des ersten Spulenmusters und das innere periphere Ende des zweiten Spulenmusters können durch einen ersten Durchgangslochleiter, der das Substrat durchdringt, miteinander verbunden sein, und das äußere periphere Ende des ersten Spulenmusters und das Blindmuster können durch einen zweiten Durchgangslochleiter, der das Substrat durchdringt, miteinander verbunden sein. Bei dieser Konfiguration ist das äußere periphere Ende des ersten Spulenmusters fester mit der Oberfläche des Substrats verbunden, so dass ein Ablösen weniger wahrscheinlich ist.
Ein Halter für mobile Endgeräte gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung umfasst einen Hauptkörperteil mit einer Ablagefläche, auf der ein mobiles Endgerät platziert wird, einen unteren Anschlag, gegen den das auf der Ablagefläche platzierte mobile Endgerät an seinem unteren Ende durch sein Eigengewicht zur Positionierung anliegt, und die oben beschriebene Spulenkomponente, die in den Hauptkörperteil eingebaut ist, um die erste Seite auf der Seite des unteren Anschlags und die zweite Seite auf der dem unteren Anschlag gegenüberliegenden Seite anzuordnen.
Mit dem oben beschriebenen Halter für mobile Endgeräte kann unabhängig von der Größe und Position des mobilen Endgeräts ein hoher magnetischer Kopplungsgrad erreicht werden.
BEISPIELE
Mit der Spulenkomponente 30, die die in den 3 bis 5 dargestellte Struktur aufweist und als Leistungsübertragungsspule verwendet wird, und mit einer kreisförmigen Spule mit einem Innendurchmesser von 20 mm und einem Außendurchmesser von 40 mm, die als Leistungsempfangsspule verwendet wird, wurden Simulationen für die Eigenschaften durchgeführt, wenn die Länge L1 der unteren Seite 401, die Länge L2 der oberen Seite 402 und die Höhe h des Öffnungsbereichs 400 variiert wurden. Der Abstand zwischen der Leistungsübertragungsspule und der Leistungsempfangsspule in z-Richtung wurde auf 4 mm festgelegt.
11A ist eine Tabelle, die die Eigenschaften bei Änderung der Länge L1 zeigt. In diesem Beispiel verschiebt sich die Leistungsempfangsspule um 4 mm in negativer y-Richtung und um 10 mm in positiver x-Richtung von der Mitte der Leistungsübertragungsspule. Wie in 11A dargestellt, wird ein Leistungsübertragungswirkungsgrad von 85 % oder mehr erreicht, wenn der Wert von L1/W in den Bereich von 0,8 bis 1,2 fällt.
11B ist eine Tabelle, die die Eigenschaften bei Änderung der Länge L2 zeigt. In diesem Beispiel verschiebt sich die Leistungsempfangsspule um 4 mm in negativer y-Richtung bzw. 4 mm in positiver x-Richtung von der Mitte der Leistungsübertragungsspule. Wie in 11B dargestellt, wird ein Leistungsübertragungswirkungsgrad von 85 % oder mehr erreicht, wenn der Wert von L1/L2 in den Bereich von 2,8 bis 3,4 fällt.
11C ist eine Tabelle, die die Eigenschaften bei Änderung der Höhe h zeigt. In diesem Beispiel verschiebt sich die Leistungsempfangsspule um 4 mm in negativer y-Richtung und 4 mm in positiver x-Richtung von der Mitte der Leistungsübertragungsspule. Wie in 11C dargestellt, wird ein Leistungsübertragungswirkungsgrad von 85 % oder mehr erreicht, wenn der Wert von W/h in den Bereich von 1,2 bis 1,6 fällt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2015231329 A [0002, 0003]
JP 2017135828 A [0002, 0003]

Claims

Spulenkomponente mit einem ersten Spulenmuster, wobei ein von dem ersten Spulenmuster umgebener Öffnungsbereich eine erste Seite, die sich in eine erste Richtung erstreckt, und eine zweite Seite, die sich in die erste Richtung erstreckt, aufweist, und wobei die erste Seite länger ist als die zweite Seite.
Spulenkomponente nach Anspruch 1, wobei der Öffnungsbereich ferner eine dritte Seite aufweist, die ein Ende der ersten Seite und ein Ende der zweiten Seite verbindet, und eine vierte Seite, die das andere Ende der ersten Seite und das andere Ende der zweiten Seite verbindet, und wobei ein von der ersten und dritten Seite gebildeter Winkel gleich einem von der ersten und vierten Seite gebildeten Winkel ist.
Spulenkomponente nach Anspruch 2, wobei jede Windung, die das erste Spulenmuster bildet, einen ersten Abschnitt aufweist, der sich entlang der zweiten, dritten und vierten Seite erstreckt, und einen zweiten Abschnitt, der sich entlang der ersten Seite erstreckt, wobei sich der erste Abschnitt parallel zu der zweiten, dritten und vierten Seite erstreckt, und wobei der zweite Abschnitt einen Teil aufweist, der sich schräg zur ersten Seite erstreckt.
Spulenkomponente nach Anspruch 3, wobei eine Länge des Teils, der sich schräg entlang der ersten Seite erstreckt, größer ist als eine Wicklungsbreite jeder Windung, die das erste Spulenmuster bildet.
Spulenkomponente nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei unter der Annahme, dass eine Länge der ersten Seite L1 und eine Wicklungsbreite des ersten Spulenmusters W ist, L1/W = 0,8 bis 1,2 erfüllt ist.
Spulenkomponente nach Anspruch 5, wobei unter der Annahme, dass eine Länge der zweiten Seite L2 ist, L1/L2 = 2,8 bis 3,4 erfüllt ist.
Spulenkomponente nach Anspruch 5 oder 6, wobei unter der Annahme, dass eine Länge der Öffnungsfläche in einer zweiten Richtung orthogonal zur ersten Richtung h ist, W/h = 1,2 bis 1,6 erfüllt ist.
Spulenkomponente nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei jede Windung, die das erste Spulenmuster bildet, in eine Vielzahl von Linien unterteilt ist.
Spulenkomponente nach einem der Ansprüche 1 bis 8, ferner umfassend: ein Substrat, auf dessen einer Oberfläche das erste Spulenmuster ausgebildet ist; und ein zweites Spulenmuster und ein Blindmuster, die auf einer anderen Oberfläche des Substrats ausgebildet sind, wobei ein inneres peripheres Ende des ersten Spulenmusters und ein inneres peripheres Ende des zweiten Spulenmusters durch einen ersten Durchgangslochleiter, der das Substrat durchdringt, miteinander verbunden sind, und wobei ein äußeres peripheres Ende des ersten Spulenmusters und des Blindmusters durch einen zweiten, das Substrat durchdringenden Durchgangslochleiter miteinander verbunden sind.
Ein Halter für mobile Endgeräte umfassend: ein Hauptkörperteil mit einer Aufstellfläche, auf die ein mobiles Endgerät platziert ist; einen unteren Anschlag, gegen den das auf der Ablagefläche platzierte mobile Endgerät an seinem unteren Ende durch sein Eigengewicht zur Positionierung anstößt; und die Spulenkomponente nach einem der Ansprüche 1 bis 9, die so in das Hauptkörperteil eingebaut ist, dass die erste Seite auf der Seite des unteren Anschlags und die zweite Seite auf einer dem unteren Anschlag gegenüberliegenden Seite angeordnet ist.