JP2009158598A - 平面コイル及びこれを用いた非接触電力伝送機器 - Google Patents

Abstract

【課題】隣接する電線部同士が互いに発生させる渦電流を低減させて周囲の電気部品に発熱の影響を与えることを防止することのできる平面コイル、及びこれを用いた非接触電量伝送機器を提供する。
【解決手段】本発明の平面コイル１を、渦巻状の電線部７から成る平面コイル１であって、径方向に隣接する電線部７間に渦電流抑制用の隙間Ｓを設けたものとする。上記平面コイル１は、非接触電力伝送機器の送電用コイル又は受電用コイルとして好適に用いられる。
【選択図】図１

Description

本発明は、渦巻状の電線部から成る平面コイル及びこれを用いた非接触電力伝送機器に関する。

近年、本体機器を充電器で非接触充電することのできるものが多く利用されている。これは、充電器側に送電用コイルを配し、本体機器側に受電用コイルを配し、両コイル間に電磁誘導を生じさせることにより充電器側から本体機器側に電力を伝送するものである。

上記本体機器としては、コードレス電話機、シェーバ、歯ブラシ等が一般的であるが、上記本体機器として携帯端末機器等を適用することも提案されている（特許文献１等参照）。この携帯端末機器等の本体機器や充電器は、薄型化や小型化が要望されるものである。この要望に応えるためには、送電用コイルや受電用コイルとして平面コイルを用いることが考えられる。ここでの平面コイルとは、平面上で渦を描くように径方向に向けて電線部を巻いていくものであり、螺旋を描くように軸方向に向けて電線部を巻いていく一般的なコイルとは、その巻線方向において区別される。

一方、上記のように平面コイルを配して薄型化及び小型化を図った機器本体や充電器内においては、平面コイルと他の電気部品との距離が短くなるために、平面コイルの発する熱が他の電気部品に対して大きな影響を与えるという問題がある。特に本体機器側においては、薄型化及び小型化の要求が強いことや、他の電器部品として熱の影響を受け易い二次電池が配されることから、平面コイルの発熱を抑制することが問題となる。

ところが、従来の平面コイルは、径方向に隣接する電線部間に隙間を設けることなく密着させたものであるため、このような平面コイルを上記送電用コイルや受電用コイルに用いたときには、隣接する電線部同士が互いに渦電流を発生させるように作用し、渦電流損失により発熱を生じるという問題がある。上記問題を解決するために、機器内に冷却構造や放熱構造を備えることも考えられるが、この場合には機器全体が大型化及び高コスト化することになる。
特開２００６−３１１７１２号公報

本発明は上記問題点に鑑みて発明したものであって、隣接する電線部同士が互いに発生させる渦電流を低減させて周囲の電気部品に発熱の影響を与えることを防止することのできる平面コイル、及びこれを用いた非接触電量伝送機器を提供することを、課題とするものである。

上記課題を解決する本発明の平面コイル１は、非接触電力伝送機器５０の送電用コイル２又は受電用コイル４に用いられる渦巻状の電線部７から成る平面コイル１であって、径方向に隣接する電線部７間に渦電流抑制用の隙間Ｓを設けたことを特徴とする。このようにすることで、隣接する電線部７同士が互いに影響を及ぼし合って渦電流を発生させることが抑制され、渦電流損失により生じる平面コイル１の発熱が低減される。したがって、この平面コイル１を小型、薄型化された機器内に配した場合であっても、周囲の電気部品に発熱の影響を与えることが防止される。

上記構成の平面コイル１にあっては、電線部７間の隙間Ｓに絶縁体１３を介在させることが好適である。このようにすることで、隙間Ｓを確実に形成することができるとともに、絶縁体１３を介して渦電流の発生を更に効果的に抑制することができる。

このとき、電線部７と絶縁糸１２を束にして渦巻状に巻き込み、電線部７間に挟持されて位置する絶縁糸１２を上記絶縁体１３とすることが更に好適である。このようにすることで、非常に高い生産性で上記平面コイル１を製造することができ、コストダウンが達成される。

そして、上記課題を解決する本発明の非接触電力伝送機器５０は、上記構成の平面コイル１を、送電用コイル２と受電用コイル４の両方又は一方に用いたことを特徴とする。このようにすることで、非接触電力伝送機器５０を成す機器が非常に小型、薄型化されたものであっても、平面コイル１の発熱が他の電気部品に影響を及ぼすことは防止される。

請求項１に係る発明は、平面コイルにおいて隣接する電線部同士が渦電流損失により生じる発熱を、シンプルな構成により効果的に抑制することができるという効果を奏する。

また請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明の効果に加えて、絶縁体によって渦電流の発生を更に効果的に抑制することができるという効果を奏する。

また請求項３に係る発明は、請求項１に係る発明の効果に加えて、生産性を高めることでコストダウンを達成することができるという効果を奏する。

また請求項４に係る発明は、請求項１〜３のいずれか一項に係る発明の効果に加えて、平面コイルの発熱が他の電気部品に影響を及ぼすことを、特別な部材等を設けて機器全体を大型化及び高コスト化することなく防止することができるという効果を奏する。

以下、本発明を添付図面に示す実施形態に基づいて説明する。図１には、本発明の実施形態における一例の平面コイル１を示しており、図２及び図３には、この平面コイル１を用いた非接触電力伝送機器５０を示している。

上記非接触電力伝送機器５０は、送電用コイル２を備える充電器３と、受電用コイル４を備える本体機器５とから成るものであり、図示例では本体機器５が携帯電話となっている。図３の回路構成に示すように充電器３側の回路は、整流平滑回路部５１と、電圧変換回路部５２と、発振回路部５３と、表示回路部５４と、制御回路部５５と、上記送電用コイル２とで構成されている。また本体機器５側の回路は、上記受電用コイル４と、整流回路部２７と、制御回路部２８と、主として二次電池２９から成る負荷Ｌとで構成されている。図２中の符号５６は上記各回路部５１〜５５を搭載した回路基板であり、符号６は上記送電用コイル２と磁性体６２とから成る送電用コイルブロックを示している。

この充電器３から本体機器５への電力伝送は、１次側である充電器３の送電用コイル２と、２次側である本体機器５の受電用コイル４との間の電磁誘導作用を利用して行われる。なお、図示例において本体機器５の受電用コイル４は、二次電池２９を収納する収納スペース３０の開口を閉じる蓋部３１の裏面側に配設している。

図１に示す本例の平面コイル１は、本体機器５の受電用コイル４として用いたものである。この平面コイル１は、平面上で渦を描くように径方向に向けて電線部７を巻いたものであり、径方向に隣接する電線部７間には、渦電流抑制用の隙間Ｓを介在させている。電線部７は、単線、複数本の単線を束ねたもの、複数本の単線を撚り合わせたものの、いずれであってもよい。また上記隙間Ｓは、電線部７の渦巻き部分の全長に亘って径方向の内側及び外側に形成されたものであり、電線部７の渦巻き部分に沿った渦巻き状の空気層８を成している。

上記平面コイル１は、図示略の布線装置の布線ヘッドを用いて電線部７をシート９上に布線していくことで製造される。このとき、シート９の表面には接着層を設けておき、上記布線ヘッドから電線部７を順次繰り出しながら上記シート９の接着層にプロットしていく。上記プロットは予め設定した布線パターンに従って行う。電線部７を布線した後のシート９の接着層には、該シート９との間で電線部７を挟んで封止するように封止シート（図示せず）を貼り付ける。なお、本例の平面コイル１を製造する方式は上記布線方式に限定されず、エッチングにより隙間Ｓを設けながら渦巻状の電線部７を形成する製造するエッチング方式や、更に他の方式であってもよい。

図４には、外径３０［ｍｍ］、内径５［ｍｍ］の平面コイル１を用いて２．７５［Ｗ］の出力を得ようとしたときの、電線部７の幅ｄ１［ｍｍ］と隙間Ｓの幅ｄ２［ｍｍ］の組み合わせ（ｄ１／ｄ２＝１．１５／０．１、１．０５／０．２、０．７／０．６、０．５／０．８）と、温度上昇値［℃］と、２００［ｋＨｚ］での交流抵抗値［ｍΩ］と、交流抵抗値と直流抵抗値の比の関係を示している。

図示の結果から、この条件下ではｄ１＝０．７［ｍｍ］、ｄ２＝０．６［ｍｍ］としたときに平面コイル１の温度上昇が最も低くなることが分かる。交流抵抗値自体はｄ１＝１．１５［ｍｍ］、ｄ２＝０．１［ｍｍ］としたときが最も低いことから、ｄ１＝０．７［ｍｍ］、ｄ２＝０．６［ｍｍ］としたときには他の組み合わせの場合よりも電線部７の渦電流が抑制され、渦電流損失による発熱が低減されていると推測される。

なお、本例の平面コイル１を充電器３側の送電用コイル２として用いてもよい。送電用コイル２と受電用コイル４の両方に用いた場合には、充電器３と本体機器５の双方において平面コイル１の発熱が抑制され、他の電気部品に熱の影響を及ぼすことなく薄型化や小型化が達成されたものとなる。

次に、本発明の実施形態における他例の平面コイル１について説明するが、上記した一例の平面コイル１と同様の構成については詳しい説明を省略し、一例とは相違する特徴的な構成について以下に詳述する。

図５及び図６には、本例の平面コイル１を示している。この平面コイル１は、巻線装置の巻軸１０に電線部７を渦巻状に自動巻線して製造するものである。上記巻軸１０は、平坦面１１ａを有する回転盤１１の該平坦面１１ａ上の回転中心に突設されたもので、電線部７にテンションをかけながら回転盤１１ごと巻軸１０を回転させていくことで、巻軸１０を中心として回転盤１１の平坦面１１ａに沿って径方向に順次巻線されていくようになっている。

ここで、本例では複数本（図示例では３本）の電線７ａと１本の絶縁糸１２を束にして一体に巻き上げていくことで、図６に示すように、複数本の電線７ａと１本の絶縁糸１２を径方向に交互に配置させている。これにより、複数本の電線７ａが束になって形成される渦巻状の電線部７を形成するとともに、径方向に隣接する電線部７間に絶縁糸１２を介在させている。なお、複数本の電線７ａは図示例のように径方向に一列に並設された配列に限定されず、複数列で並設された配列としてもよい。

上記絶縁糸１２は、径方向に隣接する電線部７間に挟持されながら巻き上げられることで渦巻状に形成されており、隣接する電線部７間に強制的に一定幅の隙間Ｓを介在させている。この絶縁糸１２は、隣接する電線部７間の絶縁体１３を成すものであり、該絶縁体１３が位置することによって渦電流の発生が効果的に抑制されている。また、一例のように空気層８を介在させた場合に比べて、電線部７と密着する絶縁体１３（即ち絶縁糸１２）を通じて放熱が行われるため、平面コイル１の熱を速やかに拡散させることにもなる。

加えて、上記平面コイル１を製造するに際しては、巻軸１０に電線部７と絶縁糸１２を共に巻き込んでゆけばよいので、一例にて示した布線方式やエッチング方式と比較しても非常に生産性が高く、大幅なコストダウンが達成される。

上記絶縁糸１２の材質としては、ナイロン６、ポリエステル等の樹脂が用いられる。なお、上記した平面コイル１の速やかな熱拡散の点からは、熱伝導性の高い材質を用いることが好ましい。絶縁糸１２は１本の線材で形成されるものに限定されず、複数本の線材を束にしたものや、複数本の線材を撚り合わせたものであってもよい。また。絶縁糸１２の断面形状も図示例の矩形状に限定されず、円形状や楕円形状等の他の形状であってもよい。

図７に示す絶縁糸１２は、多数の線材１２ａを束にすることで形成している。各線材１２ａは、融点が２５０［℃］と高い高粘度ポリエステルから成る芯部１４を、融点が１６０［℃］と低い共重合ポリエステルから成る鞘部１５で覆ったものであり、熱加工により鞘部１５が溶融して接着するようになっている。

上記平面コイル１から成る受電用コイル４の受電効率を向上させるためには、例えば図８に示す磁性層１６を設けることが好適である。この磁性層１６は、受電用コイル４の送電用コイル２と対向する側とは反対側の面に密着配置されるものである。なお、同様の磁性層１６を一例の平面コイル１から成る受電用コイル４に密着配置させてもよいし、或いは、送電用コイル２として備えた本例又は一例の平面コイル１に密着配置させてもよい。

本発明の実施形態における一例の平面コイルを示す平面図である。 同上の平面コイルを用いた非接触電力伝送機器の側面図である。 同上の非接触電力伝送機器の回路図である。 平面コイルの隙間の幅を変更した場合の実験結果を示すグラフ図である。 本発明の実施形態における他例の平面コイルを示し（ａ）は自動巻線中の状態、（ｂ）は巻線完了後の状態を示している。 同上の平面コイルの概略断面図である。 同上の平面コイルに用いる絶縁糸を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は斜視図である。 同上の平面コイルに磁性層を密着配置した場合の説明図である。

符号の説明

１ 平面コイル
２ 送電用コイル
４ 受電用コイル
７ 電線部
８ 空気層
１２ 絶縁糸
１３ 絶縁体
Ｓ 隙間

Claims (4)

1. 非接触電力伝送機器の送電用コイル又は受電用コイルに用いられる渦巻状の電線部から成る平面コイルであって、径方向に隣接する電線部間に渦電流抑制用の隙間を設けたことを特徴とする平面コイル。
2. 電線部間の隙間に絶縁体を介在させたことを特徴とする請求項１に記載の平面コイル。
3. 電線部と絶縁糸を束にして渦巻状に巻き込み、電線部間に挟持されて位置する絶縁糸を上記絶縁体としたことを特徴とする請求項２に記載の平面コイル。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の平面コイルを、送電用コイルと受電用コイルの両方又は一方に用いたことを特徴とする非接触電力伝送機器。

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