DE102022112910A1

DE102022112910A1 - Spulenbauteil und drahtlose Energieübertragungsvorrichtung mit diesem Bauteil

Info

Publication number: DE102022112910A1
Application number: DE102022112910.1A
Authority: DE
Inventors: Shoma Kajikiya; Noritaka CHIYO
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2021-05-24
Filing date: 2022-05-23
Publication date: 2022-11-24
Also published as: CN115394520A; JP2022179867A; US20220375682A1; US11894182B2

Abstract

Hierin ist ein Spulenbauteil offenbart, das eine erste Spule und eine zweite Spule einschließt, die so angeordnet ist, dass sie die erste Spule umgibt. Die erste Spule schließt einen ersten Abschnitt, der sich in einer ersten Richtung erstreckt, einen zweiten Abschnitt, der sich in einer zweiten Richtung orthogonal zur ersten Richtung erstreckt, und einen dritten Abschnitt, der zwischen dem ersten und dem zweiten Abschnitt angeordnet ist, ein. Gaps zwischen dem ersten, dem zweiten und dem dritten Abschnitt der ersten Spule und der zweiten Spule haben, in Richtung der Spulenachse gesehen, eine erste Breite, eine zweite Breite beziehungsweise eine dritte Breite. Die zweite Breite ist größer als die erste Breite und kleiner als die dritte Breite.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
--Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf ein Spulenbauteil und eine drahtlose Energieübertragungsvorrichtung mit dem Spulenbauteil.
--Beschreibung von verwandter Technik
Das in JP 2015-092569A beschriebene Spulenbauteil hat eine Struktur, in der ein Spulenmuster für die Nahfeldkommunikation (NFC) so angeordnet ist, dass es ein Spulenmuster für die drahtlose Energieübertragung umgibt.
Jedoch hat in dem in JP 2015-92569A beschriebenen Spulenbauteil das Spulenmuster für die drahtlose Energieübertragung eine elliptische Form und hat das Spulenmuster für NFC eine im Wesentlichen rechteckige Form, was es schwierig macht, sowohl die Energieübertragungscharakteristik als auch die Kommunikationscharakteristik zu erfüllen.
ZUSAMMENFASSUNG
Es ist daher ein Ziel der vorliegenden Offenbarung, ein Spulenbauteil bereitzustellen, das in der Lage ist, die unterschiedlichen Charakteristiken zu erfüllen, die jeweils für zwei Spulen mit unterschiedlichen Funktionen erforderlich sind.
Ein Spulenbauteil gemäß der vorliegenden Offenbarung umfasst eine erste Spule und eine zweite Spule, die so angeordnet ist, dass sie die erste Spule umgibt. Die erste Spule umfasst einen ersten Abschnitt, der sich in einer ersten Richtung erstreckt, einen zweiten Abschnitt, der sich in einer zweiten Richtung orthogonal zur ersten Richtung erstreckt, und einen dritten Abschnitt, der zwischen dem ersten und dem zweiten Abschnitt angeordnet ist. Gaps zwischen dem ersten, dem zweiten und dem dritten Abschnitt der ersten Spule und der zweiten Spule haben, in Richtung der Spulenachse gesehen, eine erste Breite, eine zweite Breite bzw. eine dritte Breite, wobei die zweite Breite größer als die erste Breite und kleiner als die dritte Breite ist.
Mit dieser Konfiguration ist es möglich, beide Charakteristiken zu erfüllen, die von zwei Spulen mit unterschiedlicher Funktion gewünscht sind.
Figurenliste
Die obigen Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden anschaulicher aus der folgenden Beschreibung bestimmter bevorzugter Ausführungsformen in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen, in denen:

1 ist eine schematische Querschnittsansicht zur Erläuterung der Struktur eines Spulenbauteils 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
2 ist eine schematische Draufsicht, die die Form eines auf der Oberfläche 11 des Substrats 10 gebildeten Leitermusters veranschaulicht;
3 ist eine schematische transparente Draufsicht, die die Form eines auf der Oberfläche 12 des Substrats 10 gebildeten Leitermusters von der Seite der Oberfläche 11 des Substrats 10 aus gesehen veranschaulicht;
4 ist eine schematische Draufsicht, die einen Zustand veranschaulicht, in dem das erste und dritte Spulenmuster CP1 und CP3 und das zweite und vierte Spulenmuster CP2 und CP4 von der Oberfläche 11 des Substrats 10 aus gesehen überlappen;
5 ist eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Funktion des Spulenbauteils 1; und
6 ist ein Blockdiagramm einer drahtlosen Energieübertragungsvorrichtung 90 unter Verwendung des Spulenbauteils 1.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen im Einzelnen erläutert.
1 ist eine schematische Querschnittsansicht zur Erläuterung des Aufbaus eines Spulenbauteils 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
Wie in 1 dargestellt, umfasst das Spulenbauteil 1 gemäß der Ausführungsform ein Substrat 10, das beispielsweise aus einer PET-Folie gemacht ist, ein erstes Spulenmuster CP1 und ein drittes Spulenmuster CP3, die auf einer Oberfläche 11 des Substrats 10 vorgesehen sind, ein zweites Spulenmuster CP2 und ein viertes Spulenmuster CP4, die auf der anderen Oberfläche 12 des Substrats 10 vorgesehen sind, sowie eine Magnetfolie 30. Das dritte und vierte Spulenmuster CP3 und CP4 bilden eine Leistungsübertragungsspule C1 zur drahtlosen Leistungsübertragung, die ein Beispiel für eine erste Spule ist. Das erste und zweite Spulenmuster CP1 und CP2 bilden eine Antennenspule C2 für NFC, die ein Beispiel für eine zweite Spule ist. Die Richtung der Spulenachse der Leistungsübertragungsspule C1 und der Antennenspule C2 ist die z-Richtung, und das Substrat 10 und die Magnetfolie 30 sind so angeordnet, dass sie sich in der z-Richtung überlappen. Obwohl die Oberfläche 11 des Substrats 10 in dem in 1 veranschaulichten Beispiel der Magnetfolie 30 zugewandt ist, kann das Substrat 10 so gesetzt sein, dass die Oberfläche 12 des Substrats 10 der Magnetfolie 30 zugewandt ist.
2 ist eine schematische Draufsicht, die die Form eines auf der Oberfläche 11 des Substrats 10 gebildeten Leitermusters veranschaulicht.
Wie in 2 veranschaulicht, sind auf der Oberfläche 11 des Substrats 10 das erste Spulenmuster CP1, das dritte Spulenmuster CP3 und die ersten bis vierten Anschlusselektroden E1 bis E4 ausgebildet. Die erste und zweite Anschlusselektrode E1 und E2 sind so angeordnet, dass sie zwischen der dritten und vierten Anschlusselektrode E3 und E4 liegen, so dass der in der Stromübertragungsspule C1 fließende Strom im Wesentlichen den gleichen Einfluss auf die dritte und vierte Anschlusselektrode E3 und E4 hat, was den Einfluss des Rauschens der Stromübertragungsspule C1 im Vergleich zu einer Anordnung der ersten bis vierten Anschlusselektroden E1 bis E4 in dieser Reihenfolge verringert. Dies erleichtert auch den Anschluss an ein Gerät, in das das Spulenbauteil 1 eingebaut werden soll.
Das dritte Spulenmuster CP3 hat eine Konfiguration mit sechs Windungen, die aus Windungen 110, 120, 130, 140, 150 und 160 gebildet ist, wobei die Windungen 110 und 160 am äußeren bzw. inneren Umfang angeordnet sind. Die Windungen 110, 120, 130, 140 und 150 sind jeweils radial durch drei Spiralschlitze in vier unterteilt. Die Windung 160 ist durch einen einzelnen spiralförmigen Schlitz radial in zwei unterteilt. So ist die Windung 110 in vier Linien 111 bis 114, die Windung 120 in vier Linien 121 bis 124, die Windung 130 in vier Linien 131 bis 134, die Windung 140 in vier Linien 141 bis 144, die Windung 150 in vier Linien 151 bis 154 und die Windung 160 in zwei Linien 161 und 162 unterteilt.
Die Linien 111, 121, 131, 141, 151 und 161 sind fortlaufende Linien, die in sechs Windungen spiralförmig gewickelt sind und jeweils an der äußersten Peripherie in der entsprechenden Windung liegen. Die Linien 112, 122, 132, 142, 152 und 162 sind fortlaufende Linien, die in sechs Windungen spiralförmig gewickelt sind und jeweils die zweite Linie sind, die von der äußersten Umfangslinie in der entsprechenden Windung gezählt wird. Die Linien 113, 123, 133, 143 und 153 sind fortlaufende Linien, die in fünf Windungen spiralförmig gewickelt sind, und sind jeweils die zweite Linie, gezählt von der innersten Umfangslinie in ihrer entsprechenden Windung. Die Linien 114, 124, 134, 144 und 154 sind fortlaufende Linien, die in fünf Windungen spiralförmig gewickelt sind und sich jeweils an der innersten Umfangslinie in der entsprechenden Windung befinden.
Die äußeren peripheren Enden der Leitungen 111 bis 114 sind gemeinsam mit der ersten Anschlusselektrode E1 verbunden. Die inneren peripheren Enden der Leitungen 161, 162, 153 und 154 sind jeweils mit Durchgangsleitern 301 bis 304 verbunden, die das Substrat 10 durchdringen.
Das dritte Spulenmuster CP3 schließt einen ersten Abschnitt S1, der sich in y-Richtung (erste Richtung) erstreckt, einen zweiten Abschnitt S2, der sich in x-Richtung (zweite Richtung) erstreckt, und einen dritten Abschnitt S3, der zwischen dem ersten und dem zweiten Abschnitt S1 und S2 liegt, ein. Wenn die Position, in der die Anschlusselektroden E1 bis E4 angeordnet sind, als 6-Uhr-Position angenommen wird, ist der erste Abschnitt S1 in den 3-Uhr- und 9-Uhr-Positionen und der zweite Abschnitt S2 in der 12-Uhr-Position positioniert.
Das erste Spulenmuster CP1 schließt ein Leitermuster 41, das außerhalb des dritten Spulenmusters CP3 so angeordnet ist, dass es das dritte Spulenmuster CP3 umgibt, und ein Leitermuster 42, das außerhalb des dritten Spulenmusters CP3 getrennt vom Leitermuster 41 angeordnet ist, ein. Das Leitermuster 41 ist eine durchgehende Linie, die in etwa einer Windung gewickelt ist, und das dritte Spulenmuster CP3 ist im Öffnungsbereich (Innendurchmesserbereich) des Leitermusters 41 angeordnet. Ein Ende des Leitermusters 41 ist mit der dritten Anschlusselektrode E3 verbunden, und das andere Ende ist mit einem Durchgangsleiter 43 verbunden, der das Substrat 10 durchdringt. Ein Ende des Leitermusters 42 ist mit der vierten Anschlusselektrode E4 verbunden, und das andere Ende ist mit einem Durchgangsleiter 44 verbunden, der das Substrat 10 durchdringt.
Das erste Spulenmuster CP1 schließt einen vierten Abschnitt S4, der sich in y-Richtung erstreckt, einen fünften Abschnitt S5, der sich in x-Richtung erstreckt, und einen sechsten Abschnitt S6, der zwischen dem vierten und dem fünften Abschnitt S4 und S5 liegt, ein. Wenn die Position, in der die Anschlusselektroden E1 bis E4 angeordnet sind, als 6-Uhr-Position angenommen wird, ist der vierte Abschnitt S4 in den 3-Uhr- und 9-Uhr-Positionen und der fünfte Abschnitt S5 in der 12-Uhr-Position positioniert.
3 ist eine schematische transparente Draufsicht, die die Form eines auf der Oberfläche 12 des Substrats 10 gebildeten Leitermusters von der Seite der Oberfläche 11 des Substrats 10 aus gesehen veranschaulicht.
Wie in 3 veranschaulicht, sind auf der Oberfläche 12 des Substrats 10 das zweite Spulenmuster CP2 und das vierte Spulenmuster CP4 ausgebildet.
Das vierte Spulenmuster CP4 hat die gleiche Musterform wie das dritte Spulenmuster CP3. Das vierte Spulenmuster CP4 hat eine Konfiguration mit sechs Windungen, die aus Windungen 210, 220, 230, 240, 250 und 260 gebildet ist, wobei die Windungen 210 und 260 am äußeren bzw. inneren Umfang angeordnet sind. Die Windungen 210, 220, 230, 240 und 250 sind jeweils radial durch drei Spiralschlitze in vier unterteilt. Die Windung 260 ist durch einen einzelnen spiralförmigen Schlitz radial in zwei unterteilt. So ist die Windung 210 in vier Linien 211 bis 214, die Windung 220 in vier Linien 221 bis 224, die Windung 230 in vier Linien 231 bis 234, die Windung 240 in vier Linien 241 bis 244, die Windung 250 in vier Linien 251 bis 254 und die Windung 260 in zwei Linien 261 und 262 unterteilt.
Die Linien 211, 221, 231, 241, 251 und 261 sind fortlaufende Linien, die in sechs Windungen spiralförmig gewickelt sind und jeweils an der äußersten Peripherie in der entsprechenden Windung liegen. Die Linien 212, 222, 232, 242, 252 und 262 sind fortlaufende Linien, die in sechs Windungen spiralförmig gewickelt sind und jeweils die zweite Linie sind, die von der äußersten Umfangslinie in der entsprechenden Windung gezählt wird. Die Linien 213, 223, 233, 243 und 253 sind fortlaufende Linien, die in fünf Windungen spiralförmig gewickelt sind, und sind jeweils die zweite Linie, gezählt von der innersten Umfangslinie in ihrer entsprechenden Windung. Die Linien 214, 224, 234, 244 und 254 sind fortlaufende Linien, die in fünf Windungen spiralförmig gewickelt sind und jeweils an der innersten Peripherielinie in ihrer entsprechenden Windung liegen.
Die äußeren peripheren Enden der Leitungen 211 bis 214 sind über Durchgangsleiter gemeinsam mit der zweiten Anschlusselektrode E2 verbunden. Die inneren peripheren Enden der Leitungen 261, 262, 253 und 254 sind jeweils mit den Durchgangsleitern 304, 303, 302 und 301 verbunden. Folglich ist die Leistungsübertragungsspule C1 mit einer Konfiguration, bei der vier Leitungen mit jeweils 11 Windungen parallel geschaltet sind, zwischen der ersten und der zweiten Anschlusselektrode E1 und E2 angeschlossen.
Wie das dritte Spulenmuster CP3 umfasst auch das vierte Spulenmuster CP4 einen ersten Abschnitt S1, der sich in y-Richtung erstreckt, einen zweiten Abschnitt S2, der sich in x-Richtung erstreckt, und einen dritten Abschnitt S3, der zwischen dem ersten und dem zweiten Abschnitt S1 und S2 liegt.
Das Leitermuster 45, das das zweite Spulenmuster CP2 bildet, ist eine durchgehende Linie, die in etwa einer Windung gewickelt und außerhalb des vierten Spulenmusters CP4 angeordnet ist, so dass es das vierte Spulenmuster CP4 umgibt. Das heißt, das vierte Spulenmuster CP4 ist im Öffnungsbereich (Innendurchmesserbereich) des Leitermusters 45 angeordnet, das das zweite Spulenmuster CP2 bildet. Ein Ende und das andere Ende des Leiterbildes 45 sind jeweils mit den Durchgangsleitern 43 und 44 verbunden. Folglich hat die Antennenspule C2, die aus dem ersten und zweiten Spulenmuster CP1 und CP2 gebildet ist, insgesamt etwa zwei Windungen.
Wie das erste Spulenmuster CP1 schließt auch das zweite Spulenmuster CP2 einen vierten Abschnitt S4, der sich in y-Richtung erstreckt, einen fünften Abschnitt S5, der sich in x-Richtung erstreckt, und einen sechsten Abschnitt S6, der zwischen dem vierten und fünften Abschnitt S4 und S5 liegt, ein.
4 ist eine schematische Draufsicht, die einen Zustand veranschaulicht, in dem das erste und dritte Spulenmuster CP1 und CP3 und das zweite und vierte Spulenmuster CP2 und CP4 von der Oberfläche 11 des Substrats 10 aus gesehen überlappen.
Wie in 4 veranschaulicht, überlappen sich bei dem ersten und zweiten Spulenmuster CP1 und CP2, die die Antennenspule C2 bilden, die vierten Abschnitte S4 in z-Richtung und die fünften Abschnitte S5 in z-Richtung, während die sechsten Abschnitte S6 sich nicht in z-Richtung überlappen. Obwohl nicht besonders begrenzt, ist in jedem der sechsten Abschnitte S6 das Leitermuster 45, das das zweite Spulenmuster CP2 bildet, an der äußeren Umfangsseite des Leitermusters 41, das das erste Spulenmuster CP1 bildet, angeordnet. Durch die Verwendung der Konfiguration, in der die ersten und zweiten Spulenmuster CP1 und CP2 einander teilweise überlappen, ist es möglich, die Größe der Antennenspule C2 zu verringern und gleichzeitig eine Streukapazität zu reduzieren, die zwischen dem ersten und zweiten Spulenmuster CP1 und CP2 erzeugt wird. Insbesondere überlappen die linear verlaufenden Abschnitte S4 und S5 die des Gegenspulenmusters, wodurch das Musterdesign erleichtert ist.
Die sechsten Abschnitte S6 haben jeweils einen gebogenen Teil S6a und einen Übergangsteil S6b. Der gekrümmte Teil S6a befindet sich in der Nähe des vierten Abschnitts S4 und seine Erstreckungsrichtung ändert sich im Verlauf vom vierten Abschnitt S4 zum fünften Abschnitt S5 allmählich von der y-Richtung zur x-Richtung. Das Übergangsteil Sb6 befindet sich in der Nähe des fünften Abschnitts S5 und verschiebt die Position des fünften Abschnitts S5 in y-Richtung nach außen in Richtung der Ebene des Substrats 10. Infolgedessen ist die Öffnungsfläche der Antennenspule C2 in der y-Richtung an ihrem Mittelteil in der x-Richtung in der Breite vergrößert, so dass selbst dann, wenn die Position der Antennenspule C2 und die Position einer Antennenspule als Kommunikationsziel in der y-Richtung relativ zueinander verschoben sind, die Kommunikation ordnungsgemäß durchgeführt werden kann.
Unter der Annahme, dass eine erste Breite eines Gaps zwischen dem ersten Abschnitt S1 der Leistungsübertragungsspule C1 und dem vierten Abschnitt S4 der Antennenspule C2 W1 ist, eine zweite Breite eines Gaps zwischen dem zweiten Abschnitt S2 der Leistungsübertragungsspule C1 und dem fünften Abschnitt S5 der Antennenspule C2 W2 ist und eine dritte Breite eines Gaps zwischen dem dritten Abschnitt S3 der Leistungsübertragungsspule C1 und dem sechsten Abschnitt S6 der Antennenspule C2 W3 ist, ist W1 < W2 < W3 erfüllt. Das heißt, die zweite Breite W2 ist größer als die Breite W1 und kleiner als die dritte Breite W3. Dies gewährleistet eine ausreichende Breite in der x-Richtung der Leistungsübertragungsspule C1, so dass selbst dann, wenn die Position der Leistungsübertragungsspule C1 und die Position einer Leistungsempfangsspule in der x-Richtung relativ zueinander verschoben sind, die Leistungseinspeisung ordnungsgemäß durchgeführt werden kann. Weiterhin, da die zweite und dritte Breite W2 und W3 größer sind als die erste Breite W1, wird die Kopplung zwischen der Leistungsübertragungsspule C1 und der Antennenspule C2 an den Lücken mit der zweiten und dritten Breite W2 und W3 reduziert, so dass zufriedenstellende Kommunikationscharakteristiken erhalten werden können. Insbesondere ist die dritte Breite W3 größer als die zweite Breite W2, was es dem von der Antennenspule C2 erzeugten Magnetfluss erleichtert, den Spalt mit der dritten Breite W3 zu passieren, was die Kommunikationscharakteristiken weiter verbessert. Der Gap zwischen der Stromübertragungsspule C1 und der Antennenspule C2 hat die dritte Breite W3 nicht nur in der 1-Uhr-Richtung, 2-Uhr-Richtung, 10-Uhr-Richtung und 11-Uhr-Richtung, sondern auch in der 4-Uhr-Richtung, 5-Uhr-Richtung, 7-Uhr-Richtung und 8-Uhr-Richtung. Das heißt, ein Teil der Antennenspule C2, der an der Position in 4-Uhr-Richtung, in 5-Uhr-Richtung, in 7-Uhr-Richtung und in 8-Uhr-Richtung positioniert ist, hat die gleiche Musterform wie der sechste Abschnitt, der an der Position in 1-Uhr-Richtung, in 2-Uhr-Richtung, in 10-Uhr-Richtung und in 11-Uhr-Richtung positioniert ist, und hat den oben erwähnten gekrümmten Teil S6a und den Übergangsteil S6b. In der vorliegenden Ausführungsform haben die Stromübertragungsspule C1 und die Antennenspule C2 jeweils eine Breite, die in der x-Richtung größer ist als in der y-Richtung.
Unter der Annahme, dass der Abstand zwischen dem sechsten Abschnitt S6 der Antennenspule C2 und einem Eckteil der Magnetfolie 30, in z-Richtung gesehen, W4 beträgt, ist W3 < W4 erfüllt. Das heißt, der Abstand zwischen dem sechsten Abschnitt S6 der Antennenspule C2 und dem Eckteil der Magnetfolie 30, in z-Richtung gesehen, ist größer als der Abstand zwischen dem dritten Abschnitt S3 der Leistungsübertragungsspule C1 und dem sechsten Abschnitt S6 der Antennenspule C2, in z-Richtung gesehen. Somit ist der Bereich der Magnetfolie 30, der sich in z-Richtung gesehen außerhalb der Antennenspule C2 befindet, ausreichend sichergestellt, so dass selbst bei Vorhandensein eines Metallelements auf der Rückseite der Magnetfolie 30 der Einfluss eines von dem Metallelement erzeugten Entmagnetisierungsfelds reduziert ist.
Ferner ist, wie in 1 veranschaulicht, unter der Annahme, dass der Abstand zwischen der Antennenspule C2 und der Magnetfolie 30 in der z-Richtung W0 ist, W0 < W4 erfüllt. Das heißt, der Abstand zwischen der Antennenspule C2 und der Endkante der Magnetfolie 30 in der Richtung der Ebene des Substrats 10 ist größer als der Abstand zwischen der Antennenspule C2 und der Magnetfolie 30 in der z-Richtung. Der Abstand zwischen der Antennenspule C2 und der Magnetfolie 30 in z-Richtung ist somit gering, so dass selbst bei Vorhandensein eines Metallelements auf der Rückseite der Magnetfolie 30 der Einfluss eines von dem Metallelement erzeugten Entmagnetisierungsfelds reduziert ist.
Ferner überlappt ein Teil des Leitermusters 41, das das erste Spulenmuster CP1 bildet und in der Nähe des Durchgangsleiters 43 positioniert ist, das vierte Spulenmuster CP4 in der z-Richtung, um die Nähe des äußeren Umfangsendes des vierten Spulenmusters CP4 zu kreuzen, d.h. um zwischen dem äußeren Umfangsende des vierten Spulenmusters CP4 und der äußersten Windung davon zu kreuzen. In ähnlicher Weise überlappt ein Teil des Leitermusters 45, das das zweite Spulenmuster CP2 bildet und in der Nähe des Durchgangsleiters 43 positioniert ist, das dritte Spulenmuster CP3 in der z-Richtung, so dass es die Nähe des äußeren Umfangsendes des dritten Spulenmusters CP3 kreuzt, d.h. zwischen dem äußeren Umfangsende des dritten Spulenmusters CP3 und der äußersten Windung davon. Dies minimiert eine Überlappung zwischen der Leistungsübertragungsspule C1 und der Antennenspule C2, wodurch eine Verschlechterung der Kommunikationscharakteristiken, die auf eine Streukapazität dazwischen zurückzuführen ist, verhindert werden kann.
5 ist eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Funktion des Spulenbauteils 1.
Wie in 5 veranschaulicht, ist, wenn das Spulenbauteil 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform und eine Gegenvorrichtung 2 als Kommunikationsziel einander durch einen Raum 3 gegenübergestellt sind, von der Leistungsübertragungsspule C1 erzeugter Magnetfluss ϕ1 mit einer in der Gegenvorrichtung 2 eingeschlossenen Leistungsempfangsspule C3 verlinkt, wodurch eine drahtlose Leistungsübertragung erreicht wird. Ferner verlinkt von der Antennenspule C2 erzeugter Magnetfluss ϕ2 eine in der Gegenvorrichtung 2 enthaltene Antennenspule C4, wodurch eine NFC-basierte drahtlose Kommunikation erreicht wird.
Wie oben beschrieben, bilden in dem Spulenbauteil 1 der vorliegenden Ausführungsform die auf den Oberflächen des Substrats 10 ausgebildeten Leitermuster sowohl die Stromübertragungsspule C1 für die drahtlose Stromübertragung als auch die Antennenspule C2 für NFC, was eine Reduzierung der Anzahl der Bauteile ermöglicht.
6 ist ein Blockdiagramm einer drahtlosen Energieübertragungsvorrichtung 90, die das Spulenbauteil 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform verwendet.
Die in 6 veranschaulichte drahtlose Stromübertragungsvorrichtung 90 schließt das Spulenbauteil 1 mit der Stromübertragungsspule C1 und der Antennenspule C2, eine mit der Stromübertragungsspule C1 verbundene Stromübertragungsschaltung 91 und eine mit der Antennenspule C2 verbundene Kommunikationsschaltung 92. Die Leistungsübertragungsschaltung 91 und die Kommunikationsschaltung 92 sind mit einer Steuerschaltung 93 verbunden. So können die über eine Kommunikationsleitung 94 zu übertragenden/empfangenden Daten über die Antennenspule C2 für NFC kommunizieren, und von einer Stromversorgung 95 gelieferter Strom kann drahtlos über die Stromübertragungsspule C1 für die drahtlose Stromübertragung übertragen werden.
Obwohl die bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung beschrieben wurde, ist die vorliegende Offenbarung nicht auf die obige Ausführungsform beschränkt, und verschiedene Modifikationen können im Rahmen der vorliegenden Offenbarung vorgenommen werden, und alle diese Modifikationen sind in der vorliegenden Offenbarung enthalten.
Die Technologie gemäß der vorliegenden Offenbarung schließt die folgenden Konfigurationsbeispiele ein, ist aber nicht darauf beschränkt.
Ein Spulenbauteil gemäß der vorliegenden Offenbarung umfasst eine erste Spule und eine zweite Spule, die so angeordnet ist, dass sie die erste Spule umgibt. Die erste Spule umfasst einen ersten Abschnitt, der sich in einer ersten Richtung erstreckt, einen zweiten Abschnitt, der sich in einer zweiten Richtung orthogonal zur ersten Richtung erstreckt, und einen dritten Abschnitt, der zwischen dem ersten und dem zweiten Abschnitt angeordnet ist. Gaps zwischen dem ersten, zweiten und dritten Abschnitt der ersten Spule und der zweiten Spule haben, in Richtung der Spulenachse gesehen, eine erste Breite, eine zweite Breite bzw. eine dritte Breite, wobei die zweite Breite größer als die erste Breite und kleiner als die dritte Breite ist. Mit dieser Konfiguration ist es möglich, sowohl die Leistungsübertragungscharakteristiken als auch die Kommunikationscharakteristiken zu erfüllen, indem die erste und zweite Spule als Leistungsübertragungsspule bzw. als Antennenspule verwendet sind.
Das Spulenbauteil gemäß der vorliegenden Offenbarung kann ferner ein Substrat umfassen, auf dem die erste und die zweite Spule ausgebildet sind, wobei die zweite Spule ein erstes Spulenmuster, das auf einer Oberfläche des Substrats vorgesehen ist, und ein zweites Spulenmuster, das auf der anderen Oberfläche des Substrats vorgesehen ist, umfassen kann, und das erste und das zweite Spulenmuster weisen einen Abschnitt auf, der sich in Richtung der Spulenachse überlappt, und einen anderen Abschnitt, der sich in Richtung der Spulenachse nicht überlappt. Dies reduziert die Größe der zweiten Spule während eine Streukapazität reduziert ist, die zwischen dem ersten und dem zweiten Spulenmuster erzeugt wird.
Jedes des ersten und zweiten Spulenmusters kann einen vierten Abschnitt, der sich in der ersten Richtung erstreckt, einen fünften Abschnitt, der sich in der zweiten Richtung erstreckt, und einen sechsten Abschnitt, der zwischen dem vierten und fünften Abschnitt angeordnet ist, umfassen, wobei der vierte Abschnitt des ersten Spulenmusters den vierten Abschnitt des zweiten Spulenmusters überlappen kann, der fünfte Abschnitt des ersten Spulenmusters den fünften Abschnitt des zweiten Spulenmusters überlappen kann und der sechste Abschnitt des ersten Spulenmusters den sechsten Abschnitt des zweiten Spulenmusters nicht überlappen muss. Dies kann die Größe der zweiten Spule weiter reduzieren.
Der sechste Abschnitt jedes des ersten und zweiten Spulenmusters kann enthalten: einen gekrümmten Teil, der in der Nähe des vierten Abschnitts positioniert ist und dessen Erstreckungsrichtung sich im Verlauf vom vierten Abschnitt zum fünften Abschnitt allmählich von der ersten Richtung in die zweite Richtung ändert; und einen Übergangsteil, der in der Nähe des fünften Abschnitts positioniert ist und der die Position des fünften Abschnitts in der ersten Richtung in der Ebene des Substrats nach außen verschiebt. Somit ermöglicht die Verwendung der zweiten Spule als Antennenspule eine ordnungsgemäße Kommunikation, selbst wenn die Position der zweiten Spule und die Position einer Antennenspule als Kommunikationsziel in der ersten Richtung relativ zueinander verschoben sind.
Das Spulenbauteil gemäß der vorliegenden Offenbarung kann eine Magnetfolie enthalten, die die erste und die zweite Spule in Richtung der Spulenachse überlappt, wobei der Abstand zwischen dem sechsten Abschnitt der zweiten Spule und einem Eckteil der Magnetfolie in Richtung der Spulenachse gesehen größer sein kann als der Abstand zwischen dem dritten Abschnitt der ersten Spule und dem sechsten Abschnitt der zweiten Spule in Richtung der Spulenachse gesehen. So wird der Einfluss eines von dem Metallelement erzeugten Entmagnetisierungsfeldes verringert, selbst wenn sich auf der Rückseite der Magnetfolie ein Metallelement befindet.
Weiterhin kann der Abstand zwischen der zweiten Spule und der Endkante der Magnetfolie in der Richtung der Substratebene größer sein als der Abstand zwischen der zweiten Spule und der Magnetfolie in der Richtung der Spulenachse. So wird der Einfluss eines von dem Metallelement erzeugten Entmagnetisierungsfeldes verringert, selbst wenn sich auf der Rückseite der Magnetfolie ein Metallelement befindet.
Weiterhin kann die erste Spule ein drittes Spulenmuster, das auf der einen Oberfläche des Substrats vorgesehen ist, und ein viertes Spulenmuster, das auf der anderen Oberfläche des Substrats vorgesehen ist, umfassen, wobei das innere Umfangsende des dritten Spulenmusters mit dem inneren Umfangsende des vierten Spulenmusters durch einen Durchgangsleiter, der das Substrat durchdringt, verbunden sein kann, das äußere Umfangsende des dritten Spulenmusters mit einer ersten Anschlusselektrode verbunden sein kann, das äußere Umfangsende des vierten Spulenmusters mit einer zweiten Anschlusselektrode verbunden sein kann, ein Teil des ersten Spulenmusters das vierte Spulenmuster in Richtung der Spulenachse überlappen kann, so dass es zwischen dem äußeren Umfangsende des vierten Spulenmusters und der äußersten Windung des vierten Spulenmusters kreuzt, und ein Teil des zweiten Spulenmusters das dritte Spulenmuster in Richtung der Spulenachse überlappen kann, so dass es zwischen dem äußeren Umfangsende des dritten Spulenmusters und der äußersten Windung des dritten Spulenmusters kreuzt. Somit kann die Verwendung der zweiten Spule als Antennenspule eine Verschlechterung der Kommunikationscharakteristiken verhindern, die auf eine Streukapazität zwischen der ersten und zweiten Spule zurückzuführen ist.
Weiterhin ist ein Ende der zweiten Spule mit einer dritten Anschlusselektrode verbunden, ist das andere Ende der zweiten Spule mit einer vierten Anschlusselektrode verbunden, und können die erste und die zweite Anschlusselektrode so angeordnet sein, dass sie zwischen der dritten und der vierten Anschlusselektrode sind. Dies verringert den Einfluss des Rauschens der ersten Spule und erleichtert einen Anschluss an ein Gerät, in das das Spulenbauteil eingebaut werden soll.
Weiterhin schließt eine drahtlose Energieübertragungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung ein: das oben beschriebene Spulenbauteil; eine mit der ersten Spule verbundene Energieübertragungsschaltung; und eine mit der zweiten Spule verbundene Kommunikationsschaltung. Mit dieser Konfiguration kann eine drahtlose Energieübertragung und NFC-basierte Kommunikation erreicht werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2015092569 A [0002, 0003]

Claims

Ein Spulenbauteil, aufweisend: eine erste Spule; und eine zweite Spule, die so angeordnet ist, dass sie die erste Spule umgibt, wobei die erste Spule einen ersten Abschnitt, der sich in einer ersten Richtung erstreckt, einen zweiten Abschnitt, der sich in einer zweiten Richtung orthogonal zur ersten Richtung erstreckt, und einen dritten Abschnitt, der zwischen dem ersten und dem zweiten Abschnitt angeordnet ist, einschließt, wobei Gaps zwischen dem ersten, dem zweiten und dem dritten Abschnitt der ersten Spule und der zweiten Spule, in Richtung der Spulenachse gesehen, eine erste Breite, eine zweite Breite bzw. eine dritte Breite aufweisen, und wobei die zweite Breite größer als die erste Breite und kleiner als die dritte Breite ist.
Das Spulenbauteil wie in Anspruch 1 beansprucht, weiterhin aufweisend ein Substrat, auf dem die erste und die zweite Spule ausgebildet sind, wobei die zweite Spule ein erstes Spulenmuster, das auf einer Oberfläche des Substrats vorgesehen ist, und ein zweites Spulenmuster, das auf einer anderen Oberfläche des Substrats vorgesehen ist, einschließt, und wobei das erste und das zweite Spulenmuster einen Abschnitt haben, die sich in Richtung der Spulenachse überlappen, und einen anderen Abschnitt, die sich in Richtung der Spulenachse nicht überlappen.
Das Spulenbauteil wie in Anspruch 2 beansprucht, wobei jedes der ersten und zweiten Spulenmuster einen vierten Abschnitt, der sich in der ersten Richtung erstreckt, einen fünften Abschnitt, der sich in der zweiten Richtung erstreckt, und einen sechsten Abschnitt, der zwischen dem vierten und fünften Abschnitt angeordnet ist, einschließt, wobei der vierte Abschnitt des ersten Spulenmusters den vierten Abschnitt des zweiten Spulenmusters überlappt, wobei der fünfte Abschnitt des ersten Spulenmusters den fünften Abschnitt des zweiten Spulenmusters überlappt, und wobei der sechste Abschnitt des ersten Spulenmusters den sechsten Abschnitt des zweiten Spulenmusters nicht überlappt.
Das Spulenbauteil wie in Anspruch 3 beansprucht, wobei der sechste Abschnitt jedes des ersten und zweiten Spulenmusters einschließt: ein gekrümmtes Teil, das in der Nähe des vierten Abschnitts angeordnet ist und dessen Erstreckungsrichtung sich im Verlauf vom vierten Abschnitt zum fünften Abschnitt allmählich von der ersten Richtung in die zweite Richtung ändert; und ein Übergangsteil, das in der Nähe des fünften Abschnitts angeordnet ist und das die erste Richtungsposition des fünften Abschnitts in einer Richtung in der Ebene des Substrats nach außen verschiebt.
Das Spulenbauteil wie in Anspruch 3 oder 4 beansprucht, weiterhin aufweisend eine Magnetfolie, die die erste und zweite Spule in Richtung der Spulenachse überlappt, wobei ein Abstand zwischen dem sechsten Abschnitt der zweiten Spule und einem Eckteil der Magnetfolie in Richtung der Spulenachse gesehen größer ist als ein Abstand zwischen dem dritten Abschnitt der ersten Spule und dem sechsten Abschnitt der zweiten Spule in Richtung der Spulenachse gesehen.
Das Spulenbauteil wie in Anspruch 5 beansprucht, wobei ein Abstand zwischen der zweiten Spule und einer Endkante der Magnetfolie in einer Richtung in der Ebene des Substrats größer ist als ein Abstand zwischen der zweiten Spule und der Magnetfolie in der Richtung der Spulenachse.
Das Spulenbauteil wie in einem der Ansprüche 2 bis 6 beansprucht, wobei die erste Spule ein drittes Spulenmuster, das auf der einen Oberfläche des Substrats vorgesehen ist, und ein viertes Spulenmuster, das auf der anderen Oberfläche des Substrats vorgesehen ist, einschließt, wobei ein inneres peripheres Ende des dritten Spulenmusters mit einem inneren peripheren Ende des vierten Spulenmusters durch einen Durchgangsleiter verbunden ist, der das Substrat durchdringt, wobei ein äußeres peripheres Ende des dritten Spulenmusters mit einer ersten Anschlusselektrode verbunden ist, wobei ein äußeres peripheres Ende des vierten Spulenmusters mit einer zweiten Anschlusselektrode verbunden ist, wobei ein Teil des ersten Spulenmusters das vierte Spulenmuster in der Richtung der Spulenachse überlappt, so dass es sich zwischen dem äußeren Umfangsende des vierten Spulenmusters und einer äußersten Windung des vierten Spulenmusters kreuzt, und wobei ein Teil des zweiten Spulenmusters das dritte Spulenmuster in der Richtung der Spulenachse überlappt, so dass es sich zwischen einem äußeren Umfangsende des dritten Spulenmusters und einer äußersten Windung des dritten Spulenmusters kreuzt.
Das Spulenbauteil wie in Anspruch 7 beansprucht, wobei ein Ende der zweiten Spule mit einer dritten Anschlusselektrode verbunden ist, wobei das andere Ende der zweiten Spule mit einer vierten Anschlusselektrode verbunden ist, und wobei die erste und die zweite Anschlusselektrode so angeordnet sind, dass sie zwischen der dritten und der vierten Anschlusselektrode sind.
Eine Vorrichtung zur drahtlosen Energieübertragung umfassend: ein Spulenbauteil wie in einem der Ansprüche 1 bis 8 beansprucht; eine Stromübertragungsschaltung, die mit der ersten Spule verbunden ist; und eine Kommunikationsschaltung, die mit der zweiten Spule verbunden ist.