JP2019110252A - 非接触給電用伝送コイルおよびその製造方法ならびに非接触給電装置 - Google Patents
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Abstract
Description
(第1の実施の形態)
図1は、第1及び第2の実施の形態に係る伝送コイルのコイル部分のみの平面概略図である。磁性膜の部分については省略して図示していない。伝送コイル1は、基板2上にアルミニウム、銅又はマンガニン(登録商標)(銅、マンガン及びニッケルの合金)の金属からなるコイル導体11が渦巻状に巻回された平面コイル(巻き数は3巻)を備えている。
ω:電流の角周波数(=2π×周波数f)
μ:コイル導体の透磁率(=コイル導体の比透磁率μr×真空の透磁率μ0)
図3は、第2の実施の形態に係る伝送コイルの断面概略図である。第2の実施の形態に係る伝送コイル(磁性膜を省略したもの)の平面概略図は、図1と同じであり、図3は、平面概略図の図1のA−A′断面に磁性膜を追加して図示したものである。
第3の実施の形態に係る伝送コイルは、第1又は第2の実施の形態に係る伝送コイルにおいて、基板にフレキシブル基板を用いたものである。薄いフレキシブル基板を使用することにより、基板を含む伝送コイルの厚みさらに薄くでき、伝送コイルの小型化・薄型化を実現できる。さらにフレキシブル基板は可撓性を有するので、伝送コイルについて優れた耐衝撃性を実現することができる。
(磁性材塗布による磁性膜の製造プロセス)
図4は、一実施の形態に係る伝送コイルの製造プロセス、特に磁性材塗布による第一磁性膜の製造プロセスを説明する図である。渦巻状に3巻に巻回され形成された薄膜の伝送コイルの断面を図示している。
図5は、他の実施の形態に係る伝送コイルの製造プロセス、特に磁性材めっきによる第一磁性膜の製造プロセスを説明する図である。図4と同様に、渦巻状に3巻に巻回され形成された薄膜の伝送コイルの断面を図示している。
図7は、一実施の形態に係る非接触給電装置を説明する回路ブロック図である。この例では、携帯電子機器に適用したものである。この非接触給電装置は、充電器として機能する送電装置5と携帯電子機器本体7の電源となる二次電池64を含む受電装置6とを備えている。送電装置5と受電装置6は、電磁的に結合することにより、非接触で電力送電を行う非接触給電装置を形成するようになっている。
本発明に係る伝送コイルのシミュレーションによる適用例を説明する前に、まず、コイルの特性(交流抵抗、インダクタンス、Q値、結合係数k、伝送効率η)について解析するためのシミュレーションモデルについて説明する。シミュレーション用の解析ソフトには、電磁場解析ソフトウェアのANSYS Maxwell(ANSYS社製)を用いた。表1に解析の諸条件をまとめる。
本発明に係る伝送コイルを送電コイルとして適用した場合、磁性膜の膜厚やコイル導体上の長さを変化させてコイル特性(交流抵抗、インダクタンス、Q値)を計算する。送電コイルの外径ODはφ73mm、内径IDはφ47mmであり、コイルに通電する交流電流の周波数は13.56MHzである。
図9は、第一磁性膜のみを有し、第二磁性膜は有しない場合の送電コイルの断面概略図である。図8のA−A′断面図に相当する。ただし図8では磁性膜を省略したが、図9では磁性膜(第一磁性膜)の断面も図示している。
図11は、第一磁性膜31及び第二磁性膜32を有する場合の送電コイルの断面概略図である。図8のA−A′断面図に相当する。ただし図8では磁性膜を省略していたが、図11では磁性膜(第一磁性膜及び第二磁性膜)の断面も図示している。
図13は、磁性膜をコイル導体11の断面の両側面にのみに配置した送電コイルの断面概略図である。図8のA−A′断面図に相当する。ただし図8では磁性膜を省略していたが、図13では磁性膜(側面磁性膜)の断面も図示している。側面磁性膜33は、断面が矩形でありコイル導体11の断面の両側面に配置されている。側面磁性膜33の膜厚はコイル導体断面の厚さに等しい。
本発明に係る伝送コイル部品を送電コイルと受電コイルとして使用する。両コイルの中心を一致させて両コイルを互いに向い合せ、両コイルを10mmの距離(伝送距離)を離して対向させた場合のコイル特性(結合係数kと伝送効率η)を計算する。結合係数kは、トランスを構成する送電コイルと受電コイルとの結合の度合いを表す数である。また伝送効率ηは、結合係数kとQ値の積により求めることができる。
送電コイルは、実施例1で用いたものを使用する。
送電コイルは、実施例2で用いたものを使用する。
送電コイルは、比較例3で用いたものを使用する。
11 コイル導体
2 基板
31 第一磁性膜
32 第二磁性膜
33 側面磁性膜
41 レジスト
42 磁性材
43 絶縁層
44 めっきベース
5 送電装置
51 電源
52 整流回路
53 送電回路
54 送電コイル
6 受電装置
61 受電コイル
62 受電回路
63 充放電制御回路
64 二次電池
7 携帯電子機器本体
Claims (6)
- 基板と、前記基板上に配置され渦巻状に巻回されたコイルとを備えた非接触給電用伝送コイルであって、
前記コイルのコイル導体断面の両側面および両端部上に第一磁性膜を設けた
ことを特徴とする非接触給電用伝送コイル。 - 前記基板の裏面において前記第一磁性膜に対向する位置に第二磁性膜を設けた
ことを特徴とする請求項1記載の非接触給電用伝送コイル。 - 前記第一磁性膜における前記コイル導体断面の片端部上の磁性膜部分の長さがコイル導体の表皮深さの1倍以上20倍以下である
ことを特徴とする請求項1又は2記載の非接触給電用伝送コイル。 - 前記基板がフレキシブル基板である
ことを特徴とする請求項1乃至3記載の非接触給電用伝送コイル。 - 前記コイル導体上のレジスト感光材の開口部分に磁性コンポジット材を充填し、前記磁性コンポジット材の不要部分を除去して前記第一磁性膜及び前記第二磁性膜を形成する
ことを特徴とする請求項1乃至4記載の非接触給電用伝送コイルの製造方法。 - 請求項1乃至4のいずれか1項記載の非接触給電用伝送コイルを送電コイルとして又は送電コイルおよび受電コイルとして用いる
ことを特徴とする非接触給電装置。
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