JP2013197141A - ワイヤレス電力伝送用コイル - Google Patents

Abstract

【課題】ノイズが発生するのを抑制するとともに、巻線のほつれが生じるのを防止し、量産化に適するワイヤレス電力伝送用コイルを提供する。
【解決手段】導線が渦巻き状に巻回された巻線部Ｗａを備え、導線の第１の口出し線Ｌａは巻線部Ｗａの内周円の接線方向にまっすぐ引き出され、導線の第２の口出し線Ｌｂは巻線部Ｗａの外周円の接線方向にまっすぐ引き出され、第１の口出し線Ｌａと第２の口出し線Ｌｂを交差させるとともに、少なくとも一方の口出し線が各口出し線Ｌａ、Ｌｂの交点Ｐａより導線の端子部Ｔａ、Ｔｂ側で曲げ加工されることを特徴とする。
【選択図】 図４

Description

本発明はワイヤレス電力伝送用コイルに関する。

近年、携帯機器向けの電磁誘導型ワイヤレス電力伝送装置が普及しつつある。送電器に内蔵される送電コイルから発生する交流磁界により、携帯機器などの受電器に内蔵される受電コイルに電力を伝送する。電磁誘導によりワイヤレス電力伝送を行う場合、ワイヤレス電力伝送用コイルとして、送電コイルおよび受電コイルが必要となる。携帯機器は薄型化や軽量化が求められており、送電コイルや受電コイルには平面状の空芯コイルが用いられることが多い。例えば、携帯電話などに平面状の空芯コイルを搭載するときは、バッテリーの背面に実装されている。バッテリーは一般に金属ケース、つまり鉄やアルミニウム等の材質で構成されている。平面状の空芯コイルで受ける磁束がバッテリーの金属ケースを通過すると、熱となり損失となる、そのため、一般に平面状の空芯コイルとバッテリーの金属ケースとの間に磁性シートが設けられている。

ここで、従来のワイヤレス電力伝送用コイルを図１に示す。ワイヤレス電力伝送用コイルは、平面状の空芯コイル１０、磁性シート１１を備える。磁性シート１１は空芯コイル１０の一方の面に貼り付けられている。また、磁性シート１１にはスリット１２が設けられている。空芯コイル１０の一方の口出し線は、空芯コイル１０の内周側からスリット１２を通って引き出されている。

空芯コイル１０の巻数が少なく、二層構成にできない場合などは、いずれか一方の口出し線が空芯コイル１０の内周側に形成されることになる。そのため、磁性シート１１にスリット１２を設け、空芯コイル１０の厚み方向に口出し線が突出するのを抑える対策がなされている。空芯コイルを二層構成にする場合には、口出し線がそれぞれ空芯コイルの外周側に形成されるアルファ巻きにすることができる。この場合は、特に磁性シートにスリットや凹部などを設ける必要はない。

次に、従来のワイヤレス電力伝送用コイルの他の例を図２に示す。ワイヤレス電力伝送用コイルは、平面状の空芯コイル２０、磁性シート２１を備える。空芯コイル２０の各口出し線は同一の方向に平行に引き出されている。

特開２００８−２１０８６１号公報 特開２００９−１５８５９８号公報

ワイヤレス電力伝送用コイルには、一例として１００ｋＨｚ〜２００ｋＨｚ程度の高周波電圧が印加される。よって、Ｑを高くするとともに、損失を小さくして発熱を抑える目的で、高周波抵抗の少ないリッツ線を用いて空芯コイル１０、２０を構成するのが一般的である。しかし、自己融着タイプのリッツ線を用いた場合、表面が撚ってあるためにリッツ線同士の融着力が弱く、巻線がほつれてしまう場合がある。

ここで、従来のワイヤレス電力伝送用コイルの巻線がほつれた状態を示す図を図３に示す。各口出し線を引き出す方向を揃えるために、空芯コイル１０の内周や外周に沿った位置で折り曲げ加工される。巻線同士が融着されている箇所の近くで曲げ加工されてしまうため、巻線間に大きいストレスが生じ、巻線同士の融着が外れてしまう。特にリッツ線を用いた場合、適切な位置で曲げ加工をしないと、このような巻線のほつれが生じやすい。よって、このような形状のワイヤレス電力伝送用コイルは量産化に不適切であった。

一方、図２に示したような従来のワイヤレス電力伝送用コイルの他の例では、特に口出し線の曲げ加工は行われていない。空芯コイル２０の口出し線を曲げ加工せず、平行に引き出せば巻線のほつれの問題は生じないが、各口出し線間の距離Ｄが空芯コイル２０の外径の半径Ｒより大きくなる。それぞれの口出し線で形成されるループの面積が大きくなると、ノイズが発生する原因となってしまう。ノイズを抑えるためには、各口出し線を近接させて引き出す必要があるが、そのための曲げ加工を行うと、上述したような巻線のほつれが生じてしまう。また、最外周の巻線が完全に１ターンとならないため、空芯コイル２０の巻数が少ない場合にインダクタンスの低下が顕著に現れてしまう。

本発明はこのような問題を考慮してなされたものであり、ノイズが発生するのを抑制するとともに、巻線のほつれが生じるのを防止し、量産化に適するワイヤレス電力伝送用コイルを提供することを目的とする。

本発明はこのような目的を達成するため、導線が渦巻き状に巻回された巻線部を備え、該導線の第１の口出し線は該巻線部の内周円の接線方向にまっすぐ引き出され、該導線の第２の口出し線は該巻線部の外周円の接線方向にまっすぐ引き出され、該第１の口出し線と該第２の口出し線を交差させるとともに、少なくとも一方の口出し線が各口出し線の交点より該導線の端子部側で曲げ加工されることを特徴とする。

本発明のワイヤレス電力伝送用コイルは、ノイズが発生するのを抑制するとともに、巻線のほつれが生じるのを防止し、量産化に適した形状とすることができる。

従来のワイヤレス電力伝送用コイル 従来のワイヤレス電力伝送用コイルの他の例 従来のワイヤレス電力伝送用コイルの巻線がほつれた状態を示す図 本発明のワイヤレス電力伝送用コイル 本発明のワイヤレス電力伝送用コイルに磁性シートを貼り合わせた状態を示す図 本発明のワイヤレス電力伝送用コイルの他の例

図４は、本発明のワイヤレス電力伝送用コイルを示す図である。空芯コイル３０は、第１の端子部Ｔａ、第１の口出し線Ｌａ、巻線部Ｗａ、第２の口出し線Ｌｂ、第２の端子部Ｔｂから構成されている。巻線部Ｗａは導線が渦巻き状に巻回された部分である。巻線部Ｗａの内周から引き出されているのが導線の第１の口出し線Ｌａで、巻き始めの口出し線である。巻線部Ｗａの外周から引き出されているのが導線の第２の口出し線Ｌｂで、巻き終わりの口出し線である。第１の口出し線Ｌａと第２の口出し線Ｌｂが交差している点を交点Ｐａとする。また、第１の口出し線Ｌａ側の端部を第１の端子部Ｔａ、第２の口出し線Ｌｂ側の端部を第２の端子部Ｔｂとする。空芯コイル３０を形成する導線として、絶縁された複数の細い導体素線を集めて撚り合わせられた自己融着タイプのリッツ線が用いられている。空芯コイル３０は渦巻き状に巻回され、平面状に形成されている。

第１の口出し線Ｌａは、巻線部Ｗａの内周円の接線方向にまっすぐ引き出されている。同様に、第２の口出し線Ｌｂは、巻線部Ｗａの外周円の接線方向にまっすぐ引き出されている。各口出し線Ｌａ、Ｌｂは、巻線部Ｗａの外周部より外側で交差するように引き出されており、各口出し線Ｌａ、Ｌｂの交点Ｐａよりそれぞれ導線の端子部Ｔａ、Ｔｂ側で曲げ加工されている。

このように、各口出し線Ｌａ、Ｌｂは巻線部Ｗａの内周円もしくは外周円の接線方向にまっすぐ引き出されるため、巻線の付け根の部分に負担がかからない。各口出し線Ｌａ、Ｌｂが曲げ加工される位置が巻線の付け根から離れた位置になるため、曲げ加工時に巻線同士の融着が外れ、巻線がほつれてしまうのを抑制できる。これにより、量産時の歩留まりを向上させることができる。また、巻線部Ｗａの最外周の巻線が完全に１ターンとなるため、空芯コイル３０のインダクタンスを確実に確保できる。空芯コイル３０を平面状に１層で形成する場合に好ましい。特に、巻数が５〜６ターン以下のように少ない場合は、この効果が顕著に現れる。また、各口出し線Ｌａ、Ｌｂ間の距離Ｄａは、空芯コイル３０の外径の半径Ｒａ以下に抑えることが可能となる。よって、各口出し線Ｌａ、Ｌｂで形成されるループの面積を小さくすることができるため、ノイズが発生するのを抑えることができる。

次に、本発明のワイヤレス電力伝送用コイルに磁性シートを貼り合わせた状態を示す図を図５に示す。空芯コイル３０の一方の面に磁性シート３１が貼り付けられている。磁性シート３１にはスリット３２が設けられている。スリット３２は方形状に形成されており、巻線部Ｗａの巻き始めの点から磁性シート３１の端部まで形成されている。第１の口出し線Ｌａは、空芯コイル３０の内周側からスリット３２を通って引き出されている。これにより、磁性シート３１の厚みを口出し線Ｌａの幅より大きくすることで、空芯コイル３０の厚み方向に口出し線Ｌａが突出するのを抑えている。

図１に示したように、従来、口出し線は巻線部の内周に沿った位置で折り曲げ加工されていた。そのため、口出し線の曲げ加工した部分もスリットに収納している構成であった。そのため、スリットを方形状に形成する場合、スリットの幅を口出し線の幅より必要以上に大きく形成しなければならなかった。本発明のワイヤレス電力伝送用コイルにおいて、第１の口出し線Ｌａは巻線部Ｗａの内周円の接線方向にまっすぐ引き出されているため、スリット３２の幅を口出し線Ｌａの幅に合わせて形成することができる。磁性シート３１に形成するスリット３２の面積が減少し、インダクタンスの低下を抑制することができる。

次に、本発明のワイヤレス電力伝送用コイルの他の例を図６に示す。上述した実施形態とは、各口出し線の曲げ加工の処理が異なる。空芯コイル４０は、第１の端子部Ｔｃ、第１の口出し線Ｌｃ、巻線部Ｗｃ、第２の口出し線Ｌｄ、第２の端子部Ｔｄから構成されている。巻線部Ｗｃは導線が渦巻き状に巻回された部分である。巻線部Ｗｃの内周から引き出されているのが導線の第１の口出し線Ｌｃで、巻き始めの口出し線である。巻線部Ｗｃの外周から引き出されているのが導線の第２の口出し線Ｌｄで、巻き終わりの口出し線である。第１の口出し線Ｌｃと第２の口出し線Ｌｄが交差している点を交点Ｐｃとする。また、第１の口出し線Ｌｃ側の端部を第１の端子部Ｔｃ、第２の口出し線Ｌｄ側の端部を第２の端子部Ｔｄとする。

第１の口出し線Ｌｃは、巻線部Ｗｃの内周円の接線方向にまっすぐ引き出されている。同様に、第２の口出し線Ｌｄは、巻線部Ｗｃの外周円の接線方向にまっすぐ引き出されている。各口出し線Ｌｃ、Ｌｄは、巻線部Ｗｃの外周部より外側で交差するように引き出されている。

各口出し線Ｌｃ、Ｌｄは略直交するように交差している。第２の口出し線Ｌｄは、巻線部Ｗｃの外周側の巻線の付け根付近で曲げ加工されていない。他方、第１の口出し線Ｌｃは、交点Ｐｃより導線の端子部Ｔｃ側で第２の口出し線Ｌｄに沿うように曲げ加工されている。

このように、巻線部Ｗｃの内周側から引き出した第１の口出し線Ｌｃを曲げ加工し、各口出し線Ｌｃ、Ｌｄ間が接するもしくは近接するように空芯コイル４０を形成する。これにより、各口出し線Ｌｃ、Ｌｄで形成されるループの面積をより小さくすることができるため、ノイズが発生するのをさらに抑えることができる。また、第２の口出し線Ｌｄは、巻線部Ｗｃの外周側の巻線の付け根付近で曲げ加工されておらず、巻線部Ｗｃの外周側では巻線同士の融着が外れてしまう心配がない。第１の口出し線Ｌｃは曲げ加工されているが、巻線部Ｗｃの内周側の巻線の付け根から第１の口出し線Ｌｃの曲げ加工部までの距離は、空芯コイル４０の外径の半径Ｒｃ以上離すことができる。よって、曲げ加工時に巻線間にかかるストレスが低減し、巻線同士の融着が外れ、巻線がほつれてしまうのを抑制することができる。一方の口出し線を曲げ加工しないことで、量産時の歩留まりを向上させることができるとともに、工数を低減し、生産性を向上させることができる。また、巻線部Ｗｃの最外周の巻線が完全に１ターンとなるため、空芯コイル４０のインダクタンスを確実に確保できる。

上述した例では、内周側から引き出した第１の口出し線Ｌｃを曲げ加工したが、外周側から引き出した第２の口出し線Ｌｄを曲げ加工するようにしてもよい。その場合、第１の口出し線Ｌｃは、巻線部Ｗｃの内周側の巻線の付け根付近において曲げ加工しないようにする。そして、第２の口出し線Ｌｄは、交点Ｐｃより導線の端子部Ｔｄ側で口出し線Ｌｃに沿うように曲げ加工する。各口出し線Ｌｃ、Ｌｄが略直交するように交差させた場合、巻線部Ｗｃの外周側の巻線の付け根から第２の口出し線Ｌｄの曲げ加工部までの距離は、空芯コイル４０の内径の半径Ｒｄ以上離すことができる。各口出し線Ｌｃ、Ｌｄが接するようにしてもよいし、巻線部Ｗｃの外周側の巻線の付け根から曲げ加工部までの距離を離すために、各口出し線Ｌｃ、Ｌｄ間の距離を離すようにしてもよい。

上述した例はあくまで一例であり、各口出し線Ｌｃ、Ｌｄが略直交するように交差させなくてもよい。各口出し線Ｌｃ、Ｌｄ同士が交差するのであれば、各口出し線Ｌｃ、Ｌｄの引き出す方向を変更することもできる。巻線部Ｗｃの外周側および内周側の巻線の付け根と交点Ｐｃとの間で曲げ加工をしなければよい。各口出し線Ｌｃ、Ｌｄの端子部Ｔｃ、Ｔｄをプリント基板等の電極と接続するために、巻線部Ｗｃの内周側もしくは外周側の巻線の付け根から離れた位置で別途各口出し線Ｌｃ、Ｌｄの曲げ加工処理を行ってもよい。

本発明のワイヤレス電力伝送用コイルは、送電コイルと受電コイルのいずれにも適用することができる。空芯コイル３０、４０の巻線部Ｗａ、Ｗｃは略円形状に形成したが、楕円形状になるよう形成してもよい。空心コイル３０、４０は自己融着線で巻回したものを用いたが、絶縁被膜電線を用いて巻回した後、融着した空心コイルを用いてもよい。

一般に磁性シート３１、４１は電力伝送効率を向上させるために設けられ、スリット３２、４２の部分を除いて、巻線部Ｗａ、Ｗｃの一方の面の全体を覆うように配置される。このような磁性シート３１、４１を設けた場合、磁性シート３１、４１の外形の範囲内で曲げ加工を行わないようにするのが好ましい。これにより、巻線部Ｗａ、Ｗｃの内周側および外周側の巻線の付け根から各口出し線Ｌａ〜Ｌｄの曲げ加工部までの距離を離すことができ、巻線のほつれを抑制することができる。また、スリット３２、４２の形状がＳ字やＬ字などの複雑な形状にならず、略方形状に形成できる。そのため、磁性シート４１に形成するスリット４２の面積が減少し、インダクタンスの低下を抑制することができる。

磁性シート３１、４１に設けたスリット３２、４２は、磁性シート３１、４１の端部から垂直方向に形成してもよいし、斜め方向に形成してもよい。スリット３２、４２の代わりに溝状の凹部を形成し、凹部内に第１の口出し線Ｌａ、Ｌｃを収納するようにしてもよい。また、磁性シート３１、４１の外形は、方形に形成する以外に円形や楕円形状等にしてもよい。空心コイル３０、４０の一方の面を覆うことができればどのような形状にしても構わない。

また、磁性シート３１、４１の厚みは、第１の口出し線Ｌａ、Ｌｃの幅より小さくしてもよい。その場合は、磁性シート３１、４１の空芯コイル３０、４０が貼り付けられる面の逆側に設けられる基板やアルミ板等にもスリットまたは凹部を設ける。基板やアルミ板等に設けるスリットまたは凹部と、磁性シート３１、４１のスリット３２、４２の位置は、それぞれ合致するように配置される。つまり、口出し線Ｌａ、Ｌｃを、磁性シート３１、４１に設けたスリット３２、４２と基板やアルミ板に設けたスリットまたは凹部にまたがって収納すればよい。また、スリット３２、４２から第１の口出し線Ｌａ、Ｌｃがはみ出た部分にスペースを設けるようにしてもよい。

上述した実施形態においては磁性シート３１、４１を用いたが、代わりにフェライトコアやフェライトシートを用いてもよい。

３０、４０ 空芯コイル
３１、４１ 磁性シート
３２、４２ スリット

Claims (6)

1. 導線が渦巻き状に巻回された巻線部を備え、
   該導線の第１の口出し線は該巻線部の内周円の接線方向にまっすぐ引き出され、
   該導線の第２の口出し線は該巻線部の外周円の接線方向にまっすぐ引き出され、
   該第１の口出し線と該第２の口出し線を交差させるとともに、少なくとも一方の口出し線が各口出し線の交点より該導線の端子部側で曲げ加工されることを特徴とするワイヤレス電力伝送用コイル。
2. 前記第１の口出し線と前記第２の口出し線が略平行になるように、前記各口出し線がそれぞれ曲げ加工される請求項１に記載のワイヤレス電力伝送用コイル。
3. 前記第２の口出し線が該第１の口出し線と接するもしくは近接するように、前記第２の口出し線のみが曲げ加工される請求項１に記載のワイヤレス電力伝送用コイル。
4. 前記導線はリッツ線である請求項１〜３に記載のワイヤレス電力伝送用コイル。
5. 前記導線は自己融着線である請求項１〜４に記載のワイヤレス電力伝送用コイル。
6. スリットまたは凹部が形成された磁性シートをさらに備え、前記第２の口出し線は該スリットまたは凹部を通って引き出される請求項１〜５に記載のワイヤレス電力伝送用コイル。
   

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