JP2023066001A - コイル部品及びワイヤレス電力伝送デバイス - Google Patents

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通久 得居
Michihisa Tokui
拓也 吉田
Takuya Yoshida
朋大 森木
Tomohiro Moriki
太洋 大石
Taiyo Oishi
滋樹 大塚
Shigeki Otsuka
宏司 吉積
Koji Yoshizumi
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Abstract

【課題】端子電極パターンに外部応力が加わった際のダメージが低減されたコイル部品を提供する。【解決手段】コイル部品1は、基材10と、基材10の両面に形成されたコイルパターン100,200とを備える。コイルパターン100,200の両端を構成する端子電極パターン101,102は、基材10の両面に形成され、基材10を貫通するスルーホール導体310,320を介して接続された第1部分S1と、基材10の表面12に形成されることなく、基材10の表面12に形成された第2部分S2と、基材10に覆われることなく基材10から突出する第3部分S3とをそれぞれ含む。第1部分S1、第2部分S2及び第3部分S3は、コイルパターン100,200の径方向における外側に向かってこの順に配置される。【選択図】図6

Description

本開示はコイル部品及びワイヤレス電力伝送デバイスに関する。
特許文献1には、基材の両面にコイルパターンが形成された構造を有するコイル部品が開示されている。特許文献1においては、コイルパターンの両端を構成する端子電極パターンが基材から突出している。
特開2020-194931号公報
本開示は、端子電極パターンに外部応力が加わった際のダメージが低減されたコイル部品を提供することを目的とする。
本開示の一実施態様によるコイル部品は、基材と、基材の表面に配置されるコイルパターンとを備え、コイルパターンの両端を構成する端子電極パターンは、基材の両面に配置され、基材を貫通するスルーホール導体を介して接続された第1部分と、基材の一方の表面に配置されることなく、基材の他方の表面に配置される第2部分と、平面視で基材に覆われることなく基材から突出する第3部分とをそれぞれ含み、第1部分、第2部分及び第3部分は、コイルパターンのコイル軸から離れる方向に向かってこの順に配置される。
本開示によれば、端子電極パターンに外部応力が加わった際のダメージが低減されたコイル部品を提供することが可能となる。
図1は、本開示の一実施形態によるコイル部品1の構成を示す略断面図である。 図2は、第1コイルパターン100のパターン形状を説明するための平面図であり、基材10の表面11側から見た状態を示している。 図3は、第2コイルパターン200のパターン形状を説明するための平面図であり、基材10の表面11側から見た状態、つまり、基材10を透過して見た状態を示している。 図4は、コイル部品1の等価回路図である。 図5は、端子電極パターン101,102にコネクタ部材400を接続した状態を示す略斜視図である。 図6は、第1コイルパターン100の端部近傍の構造の第1の例を説明するための模式的な断面図である。 図7は、第1コイルパターン100の端部近傍の構造の第2の例を説明するための模式的な断面図である。 図8は、コイル部品1を用いたワイヤレス電力伝送デバイス50のブロック図である。
以下、添付図面を参照しながら、本開示の好ましい実施形態について詳細に説明する。
図1は、本開示の一実施形態によるコイル部品1の構成を示す略断面図である。
図1に示すように、本実施形態によるコイル部品1は、基材10と、基材10の表面11に形成された第1コイルパターン100と、基材10の表面12に形成された第2コイルパターン200とを備えている。詳細については後述するが、第1コイルパターン100の内周端と第2コイルパターン200の内周端は、基材10を貫通して設けられた複数のスルーホール導体(図1に示す断面にはスルーホール導体302のみが現れている)を介して互いに接続されている。基材10の表面12は、第2コイルパターン200を介して磁性体層20で覆われる。磁性体層20と第2コイルパターン200の間には、両者を接着する絶縁部材30が設けられる。すなわち、絶縁部材30は、磁性体層20と基材10の表面12の間に設けられる。磁性体層20の絶縁部材30が設けられた面とは反対側の面には、絶縁部材40が設けられる。
本実施形態によるコイル部品1は、ワイヤレス電力伝送デバイスの送電コイルとして用いることができる。この場合、基材10の表面11と受電コイルが向かい合うように配置される。
基材10の材料については特に限定されないが、PET樹脂などの透明又は半透明なフレキシブル絶縁材料を用いることができる。また、基材10は、ガラスクロスにエポキシ系樹脂が含浸されたフレキシブル基板であっても構わない。
図2は、第1コイルパターン100のパターン形状を説明するための平面図であり、基材10の表面11側から見た状態を示している。
第1コイルパターン100は、ターン110,120,130,140,150,160からなる6ターン構成であり、ターン110が最外周に位置し、ターン160が最内周に位置する。このうち、ターン110,120,130,140,150は、スパイラル状の3本のスリットによって径方向に4分割されている。一方、ターン160は、スパイラル状の1本のスリットによって径方向に2分割されている。これにより、ターン110はライン111~114に4分割され、ターン120はライン121~124に4分割され、ターン130はライン131~134に4分割され、ターン140はライン141~144に4分割され、ターン150はライン151~154に4分割され、ターン160はライン161,162に2分割される。
ライン111,121,131,141,151,161は、スパイラル状に6ターン巻回された連続的なラインであり、各ターンにおける最外周に位置する。ライン112,122,132,142,152,162は、スパイラル状に6ターン巻回された連続的なラインであり、各ターンにおいて2番目に外周に位置する。ライン113,123,133,143,153は、スパイラル状に5ターン巻回された連続的なラインであり、各ターンにおいて2番目に内周に位置する。ライン114,124,134,144,154は、スパイラル状に5ターン巻回された連続的なラインであり、各ターンにおける最内周に位置する。
ライン111~114の外周端は、端子電極パターン101に共通に接続される。一方、ライン161,162,153,154の内周端は、基材10を貫通して設けられたスルーホール導体301~304にそれぞれ接続される。さらに、基材10の表面11には、コイルパターン100とは別に、端子電極パターン102も形成される。端子電極パターン101,102の一部は、基材10のエッジ13から突出している。また、端子電極パターン101の先端は2つの分割パターン101a,101bに分割され、端子電極パターン102の先端は2つの分割パターン102a,102bに分割されている。これにより、端子電極パターン101,102に後述するコネクタピンをそれぞれ2個接続することができるため、コネクタピンを介して加わる外部応力が分散される。ここで、端子電極パターン101,102が分割される分岐点は基材10の表面11上にある。したがって、分割パターン101a,101b,102a,102bは、基材10の表面11上に設けられた部分と、基材10から突出した部分を有している。また、分割パターン101a,101b,102a,102bの幅W1は、分割パターン101a,101b,102a,102b間のスペースW2よりも広い。これにより、分割パターン101a,101b,102a,102bの機械的強度やコネクタピンとの接合強度が高められるとともに、許容電流値が向上する。
図3は、第2コイルパターン200のパターン形状を説明するための平面図であり、基材10の表面11側から見た状態、つまり、基材10を透過して見た状態を示している。
図3に示すように、第2コイルパターン200の主要部のパターン形状は、第1コイルパターン100の主要部のパターン形状と同一である。第2コイルパターン200は、ターン210,220,230,240,250,260からなる6ターン構成であり、ターン210が最外周に位置し、ターン260が最内周に位置する。このうち、ターン210,220,230,240,250は、スパイラル状の3本のスリットによって径方向に4分割されている。一方、ターン260は、スパイラル状の1本のスリットによって径方向に2分割されている。これにより、ターン210はライン211~214に4分割され、ターン220はライン221~224に4分割され、ターン230はライン231~234に4分割され、ターン240はライン241~244に4分割され、ターン250はライン251~254に4分割され、ターン260はライン261,262に2分割される。
ライン211,221,231,241,251,261は、スパイラル状に6ターン巻回された連続的なラインであり、各ターンにおける最外周に位置する。ライン212,222,232,242,252,262は、スパイラル状に6ターン巻回された連続的なラインであり、各ターンにおいて2番目に外周に位置する。ライン213,223,233,243,253は、スパイラル状に5ターン巻回された連続的なラインであり、各ターンにおいて2番目に内周に位置する。ライン214,224,234,244,254は、スパイラル状に5ターン巻回された連続的なラインであり、各ターンにおける最内周に位置する。
ライン211~214の外周端は、共通パターン202に接続される。共通パターン202は、基材10を貫通して設けられた複数のスルーホール導体320を介して端子電極パターン102に接続される。したがって、共通パターン202も端子電極パターン102の一部とみなしても構わない。一方、ライン261,262,253,254の内周端は、それぞれスルーホール導体304,303,302,301に接続される。さらに、基材10の表面12には、第2コイルパターン200とは別に、ダミーパターン201も形成される。ダミーパターン201は、基材10を貫通して設けられた複数のスルーホール導体310を介して、端子電極パターン101に接続される。したがって、ダミーパターン201も端子電極パターン101の一部とみなしても構わない。このように、基材10の表面11に設けられた端子電極パターン101は、複数のスルーホール導体310を介して基材10の表面12に形成されたダミーパターン201に接続されていることから、端子電極パターン101が基材10の表面11により強固に固定され、剥離が生じにくくなる。また、複数のスルーホール導体310,320は、基材10のエッジ13に対して傾斜して配列されている。これにより、端子電極パターン101,102に外部応力が加わった場合であっても、スルーホール導体310,320に加わる応力が分散される。
図4は、本実施形態によるコイル部品1の等価回路図である。
図4に示すように、ライン111,121,131,141,151,161からなる6ターンのライングループA1と、ライン214,224,234,244,254からなる5ターンのライングループB4は、スルーホール導体301を介して直列に接続され、合計で11ターン巻回された連続的なラインを構成する。ライン112,122,132,142,152,162からなる6ターンのライングループA2と、ライン213,223,233,243,253からなる5ターンのライングループB3は、スルーホール導体302を介して直列に接続され、合計で11ターン巻回された連続的なラインを構成する。ライン113,123,133,143,153からなる5ターンのライングループA3と、ライン212,222,232,242,252,262からなる6ターンのライングループB2は、スルーホール導体303を介して直列に接続され、合計で11ターン巻回された連続的なラインを構成する。ライン114,124,134,144,154からなる5ターンのライングループA4と、ライン211,221,231,241,251,261からなる6ターンのライングループB1は、スルーホール導体304を介して直列に接続され、合計で11ターン巻回された連続的なラインを構成する。
これにより、第1及び第2コイルパターン100,200の両端を構成する端子電極パターン101,102間には、11ターンのラインが4本並列に接続されることになる。その結果、第1及び第2コイルパターン100,200に流れる電流の密度分布が均一化されることから、直流抵抗や交流抵抗を低減することが可能となる。しかも、本実施形態においては、最も外周側に位置するライングループA1は最も内周側に位置するライングループB4に接続され、2番目に外周側に位置するライングループA2は2番目に内周側に位置するライングループB3に接続され、2番目に内周側に位置するライングループA3は2番目に外周側に位置するライングループB2に接続され、最も内周側に位置するライングループA4は最も外周側に位置するライングループB1に接続される。これにより、第1コイルパターン100の内外周差と第2コイルパターン200の内外周差が相殺されることから、直流抵抗や交流抵抗をよりいっそう低減することが可能となる。しかも、ライングループA1,A2,B1,B2を6ターン構成とし、ライングループA3,A4,B3,B4を5ターン構成としていることから、基材10の表裏に形成された第1及び第2コイルパターン100,200の主要部のパターン形状が互いに同一であるにもかかわらず、合計のターン数を奇数とすることが可能となる。
図5は、端子電極パターン101,102にコネクタ部材400を接続した状態を示す略斜視図である。
図5に示すように、コネクタ部材400は、4つのコネクタピン401~404と、コネクタピン401~404が挿入される樹脂ケース405を有している。コネクタピン401~404は、端子電極パターン101,102を構成する分割パターン101a,101b,102a,102bにそれぞれ接続される。コネクタピン401~404は、銅などの金属からなる棒状体であり、90°折り曲げられた形状を有している。コネクタピン401~404は、超音波接合などの方法で分割パターン101a,101b,102a,102bにそれぞれ接合されている。本実施形態においては、コネクタピン401~404が分割パターン101a,101b,102a,102bの表面のうち基材10と接する側の表面(下面)に接合されているため、コネクタピン401~404が基材10の表面11側に突出しない。これにより、基材10の表面11側に配置される受電コイルとコネクタピン401~404が干渉しないことから、第1及び第2コイルパターン100,200と受電コイルとの距離を短縮することができる。
このようなコネクタ部材400を用いることにより、本実施形態によるコイル部品1と、コイル部品1を搭載する機器(スイッチング電源回路など)との接続が容易となる。一方、コネクタ部材400に外部応力が加わると、コネクタピン401~404を介してコイル部品1に応力が加わり、場合によってコイル部品1が破損するおそれが生じる。しかしながら、本実施形態によるコイル部品1は、以下説明するようにこのような外部応力が特定の箇所に集中しにくい構造を有している。
図6は、第1コイルパターン100の端部近傍の構造の第1の例を説明するための模式的な断面図である。
図6に示すように、第1コイルパターン100の端部は、スルーホール導体310を介して互いに接続された端子電極パターン101及びダミーパターン201からなる第1部分S1と、端子電極パターン101のうちダミーパターン201とは重ならない第2部分S2と、平面視で基材10に覆われることなく基材10から突出する第3部分S3とを含んでいる。つまり、第1部分S1は基材10の両面に形成された部分であり、第2部分S2は基材10の一方の表面12に形成されることなく基材10の他方の表面11に形成された部分であり、第3部分S3は基材10と重ならない部分である。ここで、第1部分S1、第2部分S2、第3部分S3は、第1コイルパターン100のコイル軸から離れる方向に向かってこの順に配置される。言い換えれば、第1部分S1、第2部分S2、第3部分S3は、第1コイルパターン100の径方向における外側に向かってこの順に配置される。つまり、第2部分S2は、第1部分S1と第3部分S3の間に位置する。コネクタピン401は、第3部分S3に接合される。このように、基材10と重ならない第3部分S3にコネクタピン401を接合することにより、基材10と重なる部分に接合する場合と比べて接合強度を高めることができる。
ここで、コイル部品1の機械的強度は、厚みの厚い部分ほど強く、厚みの薄い部分ほど弱くなる。このため、コネクタピン401を介して外部応力が加わると、厚みの薄い部分と厚みの厚い部分の境界に応力が集中し、この部分において破損が生じやすくなる。しかしながら、本実施形態によるコイル部品1においては、もっとも厚みが薄い第3部分S3が最も外側に位置し、第3部分S3よりも厚みの厚い第2部分S2が第3部分S3よりも内側に位置し、第2部分S2よりも厚みの厚い第1部分S1が第2部分S2よりも内側に位置していることから、応力が境界C1,C2に分散される。ここで、境界C1とは第1部分S1と第2部分S2の境界であり、境界C2とは第2部分S2と第3部分S3の境界である。境界C2は、基材10のエッジ13と一致する。
さらに、図6に示す例では、磁性体層20のエッジD1が第3部分S3と重なっている。絶縁部材30,40については、磁性体層20の両面の全面を覆うとともに、これらのエッジC2が第3部分S3と重なっている。このように、磁性体層20のエッジD1や絶縁部材30,40のエッジD2を境界C2とは異なる位置とすることにより、境界C2に加わる応力をより緩和することができる。また、絶縁部材30,40のエッジD2についても、磁性体層20のエッジD1と異なる位置とすることにより、より応力を緩和することができる。
図7は、第1コイルパターン100の端部近傍の構造の第2の例を説明するための模式的な断面図である。
図7に示す例では、磁性体層20のエッジD1及び絶縁部材30,40のエッジD2が第2部分S2と重なっている。この場合であっても、エッジD1,D2の位置と境界C2の位置が異なっていることから、境界C2に加わる応力をより緩和することができる。
他のコネクタピン402~404に接続される部分についても、図6又は図7に示した構造と同様の構造を有している。
以上説明したように、本実施形態によるコイル部品1によれば、外側に向かって第1部分S1、第2部分S2、第3部分S3の順に配列されていることから、端子電極パターン101,102に外部応力が加わった際のダメージを低減することができる。端子電極パターン101,102に加わる外部応力は、スルーホール導体310,320にも加わるが、スルーホール導体310,320が基材10のエッジ13に対して傾斜して配列されていることから、スルーホール導体310,320に加わる応力も分散される。
図8は、本実施形態によるコイル部品1を用いたワイヤレス電力伝送デバイス50のブロック図である。
図8に示すワイヤレス電力伝送デバイス50は、送電コイルを構成するコイル部品1と、コイル部品1に接続された送電回路51とを備えている。送電回路51は、制御回路52に接続されている。これにより、電源53によって供給される電力は、ワイヤレス電力伝送用の送電コイルであるコイル部品1を介してワイヤレスで送電することができる。
以上、本開示の好ましい実施形態について説明したが、本開示は、上記の実施形態に限定されることなく、本開示の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であり、それらも本開示の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。例えば、本開示に係る技術は、NFC(近距離無線通信)に用いるアンテナコイルに適用しても構わない。
本開示に係る技術には、以下の構成例が含まれるが、これに限定されるものではない。
本開示によるコイル部品は、基材と、基材の表面に配置されるコイルパターンとを備え、コイルパターンの両端を構成する端子電極パターンは、基材の両面に配置され、基材を貫通するスルーホール導体を介して接続された第1部分と、基材の一方の表面に配置されることなく、基材の他方の表面に配置される第2部分と、平面視で基材に覆われることなく基材から突出する第3部分とをそれぞれ含み、第1部分、第2部分及び第3部分は、コイルパターンのコイル軸から離れる方向に向かってこの順に配置される。これによれば、第3部分に加わる外部応力が第3部分と第2部分の境界と、第2部分と第1部分の境界に分散されることから、端子電極パターンに外部応力が加わった際のダメージが低減される。
本開示によるコイル部品は、第3部分に接合されたコネクタピンをさらに備えていても構わない。これによれば、コイル部品と外部機器との接続が容易となる。
コネクタピンは、端子電極パターンの表面のうち基材と接する側の表面に接合されていても構わない。これによれば、コネクタピンが基材の他方の表面側から突出しないことから、基材の他方の表面側に配置する機器との距離を短縮することができる。
第3部分は、複数の分割パターンに分割されていても構わない。これによれば、端子電極パターンに加わる外部応力を分散することができる。
分割パターンのパターン幅は、分割パターン間のスペースよりも広くても構わない。これによれば、分割パターンの強度が高められるとともに、許容電流値を高めることができる。
第2部分は、複数の分割パターンに分割されていても構わない。これによれば、端子電極パターンに加わる外部応力を分散することができる。
スルーホール導体は、コイルパターンの両端にそれぞれ複数個設けられ、複数のスルーホール導体は、第2部分と第3部分の境界に位置する基材のエッジに対して傾斜して配列されていても構わない。これによれば、複数のスルーホール導体に加わる応力を分散することができる。
本開示によるコイル部品は、基材の一方の表面を覆う磁性体層をさらに備え、磁性体層のエッジは、基材のエッジとは異なる位置であって、第2又は第3部分と重なる部分に位置しても構わない。これによれば、コイルパターンのインダクタンスが高められるとともに、端子電極パターンに加わる外部応力をより分散することができる。
本開示によるコイル部品は、基材と磁性体層の間に位置する絶縁部材をさらに備え、絶縁部材のエッジは、基材のエッジ及び磁性体層のエッジとは異なる部分に位置しても構わない。これによれば、端子電極パターンに加わる外部応力をより分散することができる。
本開示によるワイヤレス電力伝送デバイスは、上記コイル部品と、コイルパターンに接続される送電回路とを備える。これによれば、端子電極パターンに外部応力が加わった際のダメージが低減されたコイル部品を備えたワイヤレス電力伝送デバイスを提供できる。
1 コイル部品
10 基材
11,12 基材の表面
13 基材のエッジ
20 磁性体層
30,40 絶縁部材
40 絶縁部材
50 ワイヤレス電力伝送デバイス
51 送電回路
52 制御回路
53 電源
100,200 コイルパターン
101,102 端子電極パターン
101a,101b,102a,102b 分割パターン
110,120,130,140,150,160,210,220,230,240,250,260 ターン
111~114,121~124,131~134,141~144,151~154,161,162,211~214,221~224,231~234,241~244,251~254,261,262 ライン
201 ダミーパターン
202 共通パターン
301~304 スルーホール導体
400 コネクタ部材
401~404 コネクタピン
405 樹脂ケース
A1~A4,B1~B4 ライングループ
C1,C2 境界
D1,D2 エッジ

Claims (10)

  1. 基材と、
    前記基材の表面に配置されるコイルパターンと、を備え、
    前記コイルパターンの両端を構成する端子電極パターンは、前記基材の両面に配置され、前記基材を貫通するスルーホール導体を介して接続された第1部分と、前記基材の一方の表面に配置されることなく、前記基材の他方の表面に配置される第2部分と、平面視で前記基材に覆われることなく前記基材から突出する第3部分とをそれぞれ含み、
    前記第1部分、前記第2部分及び前記第3部分は、前記コイルパターンのコイル軸から離れる方向に向かってこの順に配置される、コイル部品。
  2. 前記第3部分に接合されたコネクタピンをさらに備える、請求項1に記載のコイル部品。
  3. 前記コネクタピンは、前記端子電極パターンの表面のうち前記基材と接する側の表面に接合されている、請求項2に記載のコイル部品。
  4. 前記第3部分は、複数の分割パターンに分割されている、請求項1乃至3のいずれか一項に記載のコイル部品。
  5. 前記分割パターンのパターン幅は、前記分割パターン間のスペースよりも広い、請求項4に記載のコイル部品。
  6. 前記第2部分は、複数の分割パターンに分割されている、請求項4又は5に記載のコイル部品。
  7. 前記スルーホール導体は、前記コイルパターンの両端にそれぞれ複数個設けられ、
    前記複数のスルーホール導体は、前記第2部分と前記第3部分の境界に位置する前記基材のエッジに対して傾斜して配列されている、請求項1乃至6のいずれか一項に記載のコイル部品。
  8. 前記基材の前記一方の表面を覆う磁性体層をさらに備え、
    前記磁性体層のエッジは、前記基材のエッジとは異なる位置であって、前記第2又は第3部分と重なる部分に位置する、請求項1乃至7のいずれか一項に記載のコイル部品。
  9. 前記基材と前記磁性体層の間に位置する絶縁部材をさらに備え、
    前記絶縁部材のエッジは、前記基材のエッジ及び前記磁性体層のエッジとは異なる部分に位置する、請求項8に記載のコイル部品。
  10. 請求項1乃至9のいずれか一項に記載のコイル部品と、
    前記コイルパターンに接続される送電回路と、を備えるワイヤレス電力伝送デバイス。
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