JP3210770U - 誘導エネルギ伝送を向上させるためのコイル構造 - Google Patents

Abstract

【課題】誘導エネルギ伝送システムのためのインダクタコイルを提供する。【解決手段】インダクタコイル１１００は、巻線を有する単一ワイヤ９００の複数の層を含む。ワイヤ９００の入力端１１０２及び出力端１１０４の双方がコイルの同じ側にてコイル１１００に入り、コイル１１００を出るように、巻線を複数の層のうちの少なくとも２つ内にて交錯させている。ワイヤ９００の入力端１１０２及び出力端１１０４は、入力ワイヤ及び出力ワイヤがインダクタコイル１１００に入り、インダクタコイル１１００を出る位置にて互いに当接してもよい。ワイヤ９００はストランドの１つ以上のバンドルを含むことができ、各バンドル内のストランドはワイヤ９００の長さに沿って延びる軸線の周りで撚られている。少なくとも２つのバンドルがある場合、バンドルは軸線の周りで撚られてもよい。インダクタコイル１１００の少なくとも１つの辺は湾曲した形状などの様々な形状へと形成することができる。【選択図】図１１

Description

関連出願の相互参照

特許協力条約に基づく本出願は、この参照によりその全部が本明細書内に組み込まれる、２０１４年５月３０日付けで出願され、「Ｃｏｉｌ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｓ ｆｏｒ Ｉｍｐｒｏｖｅｄ Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｅｎｅｒｇｙ Ｔｒａｎｓｆｅｒ」と題された米国非暫定特許出願第１４／２９１，０２４号に対する優先権を主張するものである。

本考案は、概して、誘導エネルギ伝送に関し、より具体的には、誘導エネルギ伝送システムにおける誘導エネルギ伝送を向上させるためのコイル構造に関する。

多くの電子デバイスは、再充電のために外部電源を時折必要とする１つ以上の充電式バッテリを備えている。多くの場合、これらデバイスは類似する電源コード又はコネクタ、例えば、ユニバーサルシリアルバス（「ＵＳＢ」）コネクタを用いて充電され得る。しかしながら、共通の接続タイプを有するにもかかわらず、デバイスは異なる電力出力を有する別個の電源を必要とすることが多い。これら複数の電源を、使用すること、保管すること及びあちこちに運ぶことが煩わしい場合がある。このため、デバイスのポータビリティの利点が大幅に制限される場合がある。

更に、ある状況においては、充電コードを使用することが安全でない場合がある。例えば、車両の運転手は電子デバイスを車両の充電器に差し込もうとして気が散る場合がある。別の例においては、充電コードが放置されたままの場合はつまずく危険があり得る。

ポータブル電子デバイスのこれら及び他の欠点に対処するために、いくつかのデバイスは誘導充電デバイスを備えている。ユーザは、エネルギを充電デバイスから電子デバイスへと伝送するために、充電デバイスの誘導充電面に電子デバイスを置くだけでよい。充電デバイスは、充電デバイス内の送電コイルと電子デバイス内の受電コイルとの間を誘導的に結合することにより、電子デバイスにエネルギを伝送する。しかしながら、ある状況下では、送電コイル及び受電コイル内の損失により、エネルギ伝送の効率が低下する。一例として、損失はコイル内のワイヤ（単数又複数）の抵抗によって生じる場合がある。

本明細書中に記載される実施形態は、送電コイル及び受電コイル内の損失を低減することができるワイヤ及びコイル構造を提供する。一態様においては、ポータブル電子デバイス内のインダクタコイルは、単一ワイヤの３つ以上の層を含む。ワイヤの入力端及び出力端の双方がコイルの同じ側にてコイルに入り、コイルを出るように、コイルの巻線を３つ以上の層のうちの少なくとも２つ内にて交錯させている。ポータブル電子デバイスは送電デバイスであっても受電デバイスであってもよい。ワイヤの入力端及び出力端は、入力端及び出力端がコイルに入り、コイルを出る位置にて互いに当接することができる。インダクタコイルの少なくとも１つの辺の形状は電子デバイスの表面を補完してもよい。

別の態様においては、インダクタコイルのワイヤは、ワイヤの長さに沿って延びる軸線の周りで撚られたストランドの２つ以上のバンドルによって作製され得る。各バンドルは、同様に、ワイヤの長さに沿って延びる軸線の周りで撚られてもよい複数の個々の導電性ストランドを含み得る。一例として、バンドルは、ワイヤの長さに沿って延びる軸線の周りで撚られた７つの個々の導電性ストランドを含み得る。ワイヤは軸線の周りで撚られた４つのバンドルを含んでもよい。

更に別の態様においては、インダクタコイルを形成するための方法は、ワイヤをマンドレル上又はマンドレルの周りに巻くことによってインダクタコイルをマンドレル上で形成することを含み得る。インダクタコイルは第１のインダクタコイル構造へと形成される。通常、インダクタコイル構造を固着させる又は固定するために、巻線に結合剤又は接着剤が配置される。結合剤を展延可能にするために、結合剤は、その後、処理されてもよい。いくつかの実施形態では、結合剤は柔軟な結合剤を生じさせるために加熱することができる。インダクタコイルは、その後、インダクタコイルを型又は面上にて形成することによって第２のインダクタコイル構造へと形成される。例えば、インダクタコイルは矩形形状に作製され得る。コイル内の結合剤は加熱し、インダクタコイルを曲面に押し付けて台形形状を作製することができる。コイルの少なくとも１つの辺又は面（辺は曲面に接触している）は曲面を補完する形状へと形成される。

本考案の実施形態は、以下の図面を参照することによってよりよく理解される。図面の要素は、必ずしも互いに対して正確な縮尺ではない。同一の参照番号は、可能な場合に、各図面に共通する同一の特徴を示すために使用されている。
誘導エネルギ伝送システムの一例の斜視図である。 誘導エネルギ伝送システムの一例の斜視図である。 図２の線３−３に沿って切った誘導エネルギ伝送システムの断面図である。 図１及び図２に示される誘導式充電システム１００の一例の簡略ブロック図である。 図４に示される送電コイル４０６及び／又は受電コイル４０８での使用に適したバンドルの斜視図である。 図５の線６−６に沿って切ったバンドル５０６の断面図である。 図５の線７−７に沿って切ったバンドル５０６の断面図である。 図５の線８−８に沿って切ったバンドル５０６の断面図である。 図４に示される送電コイル４０６及び／又は受電コイル４０８での使用に適したワイヤの一例の斜視図である。 図９の線１０−１０に沿って切ったワイヤ９００の断面図である。 図４に示される送電コイル４０６及び／又は受電コイル４０８として使用するのに適したコイルの一例の斜視図である。 図１１の線１２−１２に沿って切ったコイル１１００の断面図である。 図１及び図２に示される送電デバイス１０２の拡大図である。 送電デバイスの他の例の拡大図である。 送電デバイスの他の例の拡大図である。 図１３から図１５に示されるインダクタコイルを形成するための方法のフローチャートである。

本明細書中に記載される実施形態は、誘導エネルギ伝送システムを提供する。誘導エネルギ伝送システムは、送電デバイスから受電デバイスに誘導的にエネルギを伝送し、バッテリを充電する又は受電デバイスを動作する。加えて又は代わりに、通信信号又は制御信号は送電デバイスと受電デバイスとの間で誘導的に伝送され得る。例えば、充電中、充電及び通信の両方を可能にするために、誘導充電周波数の上に高周波パルスを付加することができる。あるいは、伝送されたエネルギは単に通信のために使用できる。したがって、用語「エネルギ」、「電力」又は「信号（単数及び複数）」は、無線充電のためのエネルギ伝送、通信信号及び／若しくは制御信号としてのエネルギの伝送、又は無線充電並びに通信信号及び／若しくは制御信号の伝送の両方を含むことになっている。

ここで図１を参照すると、結合されていない構成における誘導エネルギ伝送システムの一例の斜視図が示される。図示される実施形態は、受電デバイス１０４にエネルギを無線で送るように構成された送電デバイス１０２を示す。受電デバイス１０４は、ポータブル電子デバイス又は着用可能なアクセサリなどの１つ以上のインダクタを含む任意の電子デバイスとされ得る。

図１に示されるような着用可能なアクセサリは、心拍数データ、血圧データ、温度データ、酸素レベルデータ、食事／栄養情報、医学的助言、健康関連のヒント若しくは情報、又は他の健康関連データなどだがこれらに限定されない健康関連情報若しくはデータを提供するように構成されてもよい。対応するモニタリングデバイスは、例えば、タブレットコンピューティングデバイス、電話、パーソナルデジタルアシスタント、コンピュータ等であってもよい。

着用可能なアクセサリは、ユーザに固定するのに役立つストラップ又はバンドを接続するための結合機構を含んでもよい。例えば、スマートウォッチは、ユーザの手首に固定するためのバンド又はストラップを含んでもよい。別の例では、着用可能な健康アシスタントは、ユーザの胸の周囲に接続するためのストラップを含んでもよく、又は代わりに、着用可能な健康アシスタントは、首紐又はネックレスを用いて使用するように適応してもよい。更なる例では、着用可能なデバイスは、ユーザの体の別の部分に又は内に固定してもよい。これら及び他の実施形態では、ストラップ、バンド、首紐、又は他の固定機構は、アクセサリと無線若しくは有線通信する、１つ以上の電子コンポーネント又はセンサを含んでもよい。例えば、スマートウォッチに固定されたバンドは、１つ以上のセンサ、補助バッテリ、カメラ、又は任意の他の適した電子コンポーネントを含んでもよい。

多くの例では、図１に示すような着用可能なアクセサリは、メモリ、１つ以上の通信インターフェース、ディスプレイ及びスピーカなどの出力デバイス、バイオメトリックセンサ及び撮像センサなどの１つ以上のセンサ、並びに、ボタン、ダイアル、マイクロフォン、又はタッチベースのインターフェースなどの１つ以上の入力デバイスと結合する若しくは通信するプロセッサを含んでもよい。通信インターフェース（単数又は複数）は、無線インターフェース、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）インターフェース、近距離通信インターフェース、赤外線インターフェース、ＵＳＢインターフェース、Ｗｉ−Ｆｉ（登録商標）インターフェース、ＴＣＰ／ＩＰインターフェース、ネットワーク通信インターフェース、又は任意の既存の通信インターフェースなどだがこれらに限定されない、通信デバイスと、任意の外部通信ネットワーク、デバイス又はプラットフォームとの間の電子通信を提供できる。着用可能なデバイスは、通信に加えて、時間、健康、状態、又は外部に接続された若しくは通信するデバイス及び／若しくはそのようなデバイス上で実行されるソフトウェア、メッセージ、動画、動作コマンド、などに関する情報を提供してもよい（並びに、外部デバイスから前述のもののいずれかを受信してもよい）。

図１及び図２に示すシステム１００は、腕時計又はスマートウォッチを示しているが、任意の電子デバイスが、送電デバイスから誘導的にエネルギを受信するのに適し得る。例えば、適した電子デバイスは、誘導的にエネルギを受信できる任意のポータブル又は準ポータブル電子デバイス（「受電デバイス」）であってよく、適したドックデバイスは、任意のポータブル若しくは準ポータブルドッキングステーション又は誘導的にネルギを送電できる充電デバイス（「送電デバイス」）であってよい。

送電デバイス１０２及び受電デバイス１０４のそれぞれは、電子的、機械的及び構造的部品を中に収容するためのハウジング１０６、１０８をそれぞれ含んでもよい。多くの例では、及び図示されているように、受電デバイス１０４は、送電デバイス１０２の横断面よりも大きな横断面を有してもよい。しかし、こうした構成は必須ではない。他の例では、送電デバイス１０２は受電デバイス１０４の横断面よりも大きな横断面を有してもよい。更に別の例では、断面は実質的に同じであってもよい。また、他の実施形態では、送電デバイスは、受電デバイスの充電ポートに挿入されるように構成することができる。

図示した実施形態では、送電デバイス１０２は、コード又はコネクタ１１０により電源に接続されてよい。例えば、送電デバイス１０２は、壁コンセントから、又はＵＳＢコネクタなどのコネクタを介して別の電子デバイスから、電力を受け取ることができる。加えて又は代わりに、送電デバイス１０２は、バッテリで動作してもよい。同様に、図示された実施形態は、送電デバイス１０２のハウジングに結合されたコネクタ１１０を有して示されているが、コネクタ１１０は、任意の適した手段により接続されてもよい。例えば、コネクタ１１０は、着脱可能であってもよく、送電デバイス１０２のハウジング１０６内に開いた開口又はレセプタクル内に適合する大きさのコネクタを含んでもよい。

受電デバイス１０４は、送電デバイス１０２の第２のインターフェース面１１４に整合、位置合わせ、又は他の方法で接触する、第１のインターフェース面１１２を含んでよい。このようにして、受電デバイス１０４及び送電デバイス１０２は、互いに対して位置決め可能であってよい。特定の実施形態では、送電デバイス１０２の第２のインターフェース面１１４は、受電デバイス１０４の相補形状に結合する特定の形状に構成されていてもよい（図２を参照）。図示された第２のインターフェース面１１４は、選択した曲線に従う凹面形状を含んでもよい。受電デバイス１０４の第１のインターフェース面１１２は、第２のインターフェース面１１４と同じ又は実質的に同様な曲線に従う凸面形状を含んでもよい。

他の実施形態では、第１及び第２のインターフェース面１１２、１１４は、任意の所与の形状及び寸法を有することができる。例えば、第１及び第２のインターフェース面１１２、１１４は、実質的に平坦であってもよい。加えて又は代わりに、送電及び受電デバイス１０２、１０４は、１つ以上の位置調整機構を用いて、互いに対して位置決めすることができる。一例として、１つ以上の磁気デバイスが、送電及び／又は受電デバイス１０２内に含まれて、送電及び受電デバイスを位置合わせするために用いられてもよい。別の例では、送電及び／又は受電デバイス内の１つ以上のアクチュエータを、送電及び受電デバイス１０２を位置合わせするために用いることができる。更に別の例では、送電及び受電デバイスのハウジング内の突起及び対応するくぼみなどの位置調整機能が、送電及び受電デバイスを位置合わせするために用いられてもよい。インターフェース面の設計又は構成、１つ以上の位置調整機構、及び１つ以上の位置調整機能は、個別に又はそれらの様々な組み合わせで用いることができる。

図３は、図２の線３−３に沿って切った誘導エネルギ伝送システムの側断面図を示す。上で記載したように、送電デバイス１０２及び受電デバイス１０４の両方は、電子的、機械的及び／又は構造的部品を含み得る。例えば、受電デバイス１０４は、１つ以上の処理デバイス、メモリ、ディスプレイ、１つ以上の入力／出力デバイス（ボタン、マイクロフォン及び／又はスピーカ（単数及び複数）、有線及び／又は無線通信のための通信インターフェース、並びにタッチ入力デバイス（ディスプレイに組み込まれても組み込まれなくてもよい）など）を含み得る。図３の図示した実施形態は、簡略化及び明確化のために電子的、機械的及び／又は構造的部品を省略している。

図３は、結合されかつ位置合わせされた構成の例示的な誘導エネルギ伝送システムを示す。受電デバイス１０４は、１つ以上の巻線を有する１つ以上の受電コイルを含む。受電コイル３００は、送電デバイス１０２からエネルギを受け取ってもよく、受け取ったエネルギを、受電デバイス１０４の１つ以上の機能を実行する若しくは調整するために及び／又は受電デバイス１０４内のバッテリ（図示せず）の充電を補充するために用いてもよい。図示される実施形態においては、受電コイル３００は、２つの層又は行にて配置された１６個の巻線を含む。他の実施形態においては、受電コイル３００は、１つ以上の層にて配置された異なる数の巻線を有し得る。

同様に、送電デバイス１０２は１つ以上の巻線を有する１つ以上の送電コイルを含む。送電コイル３０２は、受電デバイス１０４にエネルギを伝送してもよい。図示される実施形態においては、送電コイル３０２は、３層に配置された１２個の巻線を含む。他の実施形態においては、送電コイル３００は、１つ以上の層に配置された異なる数の巻線を有し得る。

送電コイル及び受電コイルは任意の好適な種類のインダクタで実装され得る。それぞれのコイルは、任意の所望の形状及び寸法を有し得る。送電コイル及び受電コイルは同じ数の巻線又は異なる数の巻線を有し得る。通常、送電コイル及び受電コイルは、磁束を所望の方向に（例えば、もう一方のコイルの方に）誘導するためにエンクロージャによって取り囲まれている。エンクロージャは簡略化のために図３では省略されている。例示的なエンクロージャが図１３に示されている。

ここで図４を参照すると、図１及び図２に示される誘導エネルギ伝送システム１００の一例の簡略ブロック図が示されている。送電デバイス１０２は、ＤＣ−ＡＣコンバータ４０２に動作可能に接続された電源４００を含む。任意の好適な種類のＤＣ−ＡＣコンバータを用いてもよい。例えば、一実施形態においては、ＤＣ−ＡＣコンバータはＨブリッジとして構成され得る。ＤＣ−ＡＣコンバータ４０２は送電共振回路４０４に動作可能に接続されている。送電共振回路４０４は送電コイル４０６に動作可能に接続されている。ＤＣ−ＡＣコンバータ４０２は電源４００から受信したＤＣ信号をＡＣ信号に変換し、ＡＣ信号が送電コイル４０６に及び送電コイル４０６内を流れる。

受電デバイス１０４は、受電共振回路４１０に動作可能に接続された受電コイル４０８を含んでよい。受電共振回路４１０はＡＣ−ＤＣコンバータ４１２に動作可能に接続されている。任意の適切な種類のＡＣ−ＤＣコンバータを用いてもよい。例えば、一実施形態においては、ＡＣ−ＤＣコンバータはダイオードブリッジとして構成され得る。負荷４１４が、ＡＣ−ＤＣコンバータ４１２の出力に動作可能に接続されている。一実施形態においては、負荷４１４は充電式バッテリである。他の実施形態においては、異なる種類の負荷を用いることができる。

送電コイル４０６と受電コイル４０８はともにトランス４１６を形成する。トランス４１６は送電コイル４０６と受電コイル４０８との間の誘導結合により電力又はエネルギを伝送する（エネルギ伝送は矢印４１８によって示される）。本質的に、エネルギは、受電コイル４０８の電流を誘導する、送電コイル４０６でのＡＣ信号による変動磁束の生成を通じて送電コイル４０６から受電コイル４０８へと伝送される。受電コイル４０８で誘導されたＡＣ信号はＡＣ−ＤＣコンバータ４１２によって受信され、ＡＣ−ＤＣコンバータ４１２はＡＣ信号をＤＣ信号に変換する。負荷４１４が充電式バッテリである実施形態においては、ＤＣ信号はバッテリを充電するために用いられる。加えて又は代わりに、伝送されたエネルギは、通信信号（通信信号は矢印４２０によって示される）を受電デバイスへと又は受電デバイスから伝送するために用いられる。

概して、送電及び受電共振回路４０４、４１０は、キャパシタンス値及びインダクタンス値が共振周波数近辺である場合、漏れインダクタンスの一部又はすべてを排除するために誘導式充電システム１００に含まれてもよい。任意の適切な種類の共振回路を用いてもよい。いくつかの実施形態においては、送電共振回路４０４は、ＤＣ−ＡＣコンバータ４０２と送電コイル４０６との間に直列接続された共振コンデンサであり、受電共振回路４１０は、受電コイル４０８とＡＣ−ＤＣコンバータ４１２との間に直列接続された共振コンデンサである。

トランスにおけるエネルギ伝送の効率は、送電コイル及び受電コイル双方のインダクタンス及び抵抗を含む様々な要因に左右される。通常、導電性ワイヤのＡＣ電流の分布又は電流密度はワイヤの表面近傍で最大となる。電流密度は導電性ワイヤ内へと深さが増すにつれて減少する。この現象は表皮効果として知られている。周波数が高くなると、表皮効果によりワイヤの実効抵抗の増加が発生し、インダクタ（例えば、送電コイル）の巻線（単数及び複数）内の抵抗損失が増加することとなる。

近接効果もまた、トランスにおけるエネルギ伝送の効率に不利に作用する。ＡＣ信号が導電性ワイヤ内を流れるとき、ＡＣ信号は対応する交番磁界をワイヤの周りに生成する。交番磁界は隣接するワイヤ内に渦電流を誘導し、２つのワイヤ内を流れる電流の全体的な分布を変更する。この結果は、同じ方向に電流が流れている隣接するワイヤから最も遠く離れたワイヤの領域に電流が集中するというものである。これは近接効果として知られている。近接効果は隣接するワイヤの交流抵抗を大幅に増加させる場合がある。加えて、近接効果は周波数とともに増加する。

導電性ワイヤの表皮効果及び近接効果から生じる損失を低減するために、個々のワイヤストランドが撚られても、織られても、ともに編み込まれてもよい。こうしたストランド構造の一例を図５に示している。個々の導電性ストランド５００は軸線ｘの周りで回転される又は撚られる。軸線ｘはワイヤの長さに沿って延びており、図示される実施形態においては、中間行の中間位置にあるストランドに関連づけられる。各導電性ストランド５００は、通常、導電性ワイヤストランド５０２を含み、導電性ワイヤストランド５０２の周りに絶縁層５０４を有する。撚られた個々のストランドはバンドル５０６を集合的に形成している。

図示される実施形態においては、バンドル５０６は７つの導電性ストランドを含む。他の実施形態は、異なる数の導電性ストランドを含み得る。例えば、バンドルは、１３本又は１９本のストランドを含み得る。

図６から図８は、個々のストランドの撚りを示すバンドル５０６の断面図である。各ストランドは単なる識別目的のために異なるクロスハッチパターンによって示されている。図６は、個々のストランドのバンドルの周りの外部絶縁体６００を示す。外部絶縁体６００は任意選択のため、図７及び図８には図示されていない。

図６を図７及び図８と比較すると、個々のストランドがストランド６０２に対し反時計回り方向（矢印７００によって示される）に回転している又は撚られている。他の実施形態ではストランドを時計回り方向に撚ることができる。バンドル５０６内の個々のストランドを撚ることで、ストランド６０２の周りの個々のストランドがバンドル内の異なる位置を所与の距離にて占めることとなる。各ストランドが同等のインピーダンスを有する場合、電流はバンドル内の各ストランドの間で等しく分配され、これにより、表皮効果及び近接効果の影響を低減する又は排除する。

ストランドの異なる位置を図示するために、ストランド６０２の周りのストランドは、バンドル内の左上位置、左中央位置、左下位置、右下位置、左中央位置及び左上位置を占めることができる。バンドル内の特定のストランド６０４を見ると、図６では、ストランド６０４はバンドルの左中央位置に配置されている。図７では、ストランド６０４はバンドル内の右下位置に撚られている。また、図８では、ストランド６０４はバンドル内の右上位置に撚られている。したがって、ストランド６０２の周りのストランドはすべて、バンドルの長さにわたってバンドル内の様々な位置を占めている。

図９は、図４に示される送電コイル４０６及び／又は受電コイル４０８での使用に適したワイヤの一例の斜視図である。ワイヤ９００は、軸線ｘの周りで複数のバンドルを撚ることによって作製されている。図示される実施形態においては、軸線ｘの周りで４つのバンドル５０６が撚られている。バンドル５０６を撚ることで、各バンドル内のストランドのほとんどが、ある距離の間はワイヤ９００の外側にあり、ある距離の間はワイヤ９００の内側にあることになる。これにより、エネルギ伝送の効率への表皮効果及び近接効果の影響を更に低減することができる。

先に記載したように、図示される実施形態においては、ワイヤ９００は４つのバンドルを含む。他の実施形態は異なる数のバンドルを含み得る。例えば、ワイヤは２つ、３つ又は６つのバンドルを含み得る。

図１０は、図９の線１０−１０に沿って切ったワイヤ９００の断面図である。任意選択の外部絶縁層１０００がワイヤ内のバンドルを取り囲むことができる。先に記載したように、各バンドル内のストランドは、ワイヤの長さにわたって中心軸線の周りの様々な位置を通じ回転する。

ワイヤ９００の構造の１つの利点は、詰め込み（compaction）により、コイルにしたときの導体の有効断面利用（effective cross-section usage）が高くなり、送電コイル及び／又は受電コイルの全体的なＱファクタが高くなることである。加えて、いくつかの実施形態では、近接効果を低減することによってワイヤの交流抵抗を低下させるために、送電コイル並びに／又は受電コイル内のストランド及び／若しくはバンドルは、鉄、ニッケル又はコバルトなどの軟質磁性材料で被覆され得る。

ここで図１１を参照すると、図４に示される送電コイル４０６及び／又は受電コイル４０８として使用するのに適したコイルの一例の斜視図が示されている。コイル１１００は単一ワイヤ９００から形成してもよい。例示的なコイル１１００は、円形構造に詰め込まれた３つの行又は層及び４つの列のワイヤ９００を含む。したがって、コイルは１２個の巻線を有する。他の実施形態は任意の数の層及び列を含み得る。

入力端（例えば、端部１１０２）及び出力端（例えば、端部１１０４）が実質的に同じ位置にて又はコイルの実質的に同じ側１１０６にてコイルに入り、コイルを出るように、ワイヤ９００を層内にて交錯させている。図示される実施形態においては、ワイヤを２つの層にて交錯させており、入力端１１０２と出力端１１０４は、入力端がコイルに入り、出力端がコイルを出る位置にて互いに当接している。他の実施形態はワイヤを任意の数の層内にて交錯させることができる。加えて、ワイヤの入力端及び出力端は、互いに当接することなく実質的に同じ位置にて又はコイルの実質的に同じ側１１０６にてコイルに入ってもよく、コイルから出てもよい。

図１２は、図１１の線１２−１２に沿って切ったコイル１１００の断面図である。コイル内のそれぞれの巻線には１から１２までの数が付されており、コイルの交錯パターン又は巻線構成を示している。層１内の巻線は列の端から端まで直線状である。換言すると、巻線１から４は層の端から端まで連続している。層２及び層３では、巻線は層２にて開始及び終了しており、ひとつおきの列（例えば、列１及び列３）にて第２の層から第３の層へと上がっており、残りの列（例えば、列２及び列４）にて第３の層から第２の層へと下がっている。

ここで図１３を参照すると、図１及び図２に示される誘導送電デバイス１０２の拡大図が示されている。受電コイル３０２はエンクロージャ１３００内に収容されている。エンクロージャ１３００はコイルの４つの面のうちの３つを取り囲んでいる。エンクロージャは送電コイル３０２によって発生した磁束を形成し、受電コイルに向かって誘導する。図示される実施形態においては、送電コイルの形状は非矩形である。先に記載したように、送電デバイス１０２の第２のインターフェース面１１４の少なくとも一部は選択した曲線に従う凹面形状を有してもよい。このため、コイルの１つの辺が第２のインターフェース面１１４の形状に一致するように、図１３に示される実施形態において送電コイルは台形形状(trapezoid shape)を有する。

図１４及び図１５は、送電デバイスの他の例の拡大図である。図１４では、送電コイル１４００は３つの層を有することができる。この３つの層は、１層が３つの列を有し、中間層が４つの列を有し、最後の層が５つの列を有する。図１３に示される実施形態と同様に、送電コイル１４００は第２のインターフェース面１１４に相補的な形状を有し得る（又は送電コイルの少なくとも１つの辺は第２のインターフェース面１１４に相補的な形状を有し得る）、又は、送電コイルは異なる形状を有してもよい。

図１５では、送電コイル１５００は、各層が３つの列を有する４つの層を有し得る。この場合も、送電コイル１５００は第２のインターフェース面１１４に相補的な形状を有し得る（又は送電コイルの少なくとも１つの辺は第２のインターフェース面１１４に相補的な形状を有し得る）、又は、送電コイルは異なる形状を有してもよい。

他の実施形態においては、第２のインターフェース面１１４及び／又は送電コイルは異なる形状を有し得る。例えば、第２のインターフェース面１１４は、実質的に平坦とされ得る。これらの実施形態においては、送電コイルの形状は矩形であってもよい。あるいは、送電コイルは螺旋形状などの異なる形状を有し得る。コイルの形状は、コイルによって発生した磁束を誘導するように及び／又は送電コイルと受電コイルとの間の距離を低減するように設計され得る。

図１３から図１５の実施形態は送電コイルを参照しながら記載してきたが、図示するコイルは、受電デバイス内に含まれてもよい。加えて、送電コイル及び／又は受電コイルは、入力端（例えば、端部１１０２）と出力端（例えば、端部１１０４）を実質的に同じ位置に又はコイルの実質的に同じ側１１０６に位置決めする巻線構成を有し得る。

ここで図１６を参照すると、図１３から図１５に示されるコイルを形成するための方法のフローチャートが示されている。初めに、ワイヤをマンドレル上又はマンドレルの周りに巻くことによってインダクタコイルがマンドレル上で形成される（ブロック１６００）。インダクタコイルは第１のインダクタコイル構造へと形成される。通常、巻線をインダクタコイル構造内で固着させる又は固定するために、巻線に結合剤又は接着剤が配置される。

次に、ブロック１６０２に示すように、結合剤を処理して結合剤を展延可能にする。いくつかの実施形態では、加熱して結合剤は柔軟な結合剤を生じさせることができる。インダクタコイルは、その後、インダクタコイルを型又は面上で形成することによって第２のインダクタコイル構造へと形成される（ブロック１６０４）。

例えば、インダクタコイルは矩形形状に作製され得る。コイル内の結合剤は加熱することができ、インダクタコイルを曲面に押し付けて台形形状を作製する。コイルの少なくとも１つの辺又は面（辺は曲面に接触している）は曲面を補完する形状へと形成される。

様々な実施形態について、その特定の特徴を具体的に参照しながら詳細に説明してきたが、本開示の趣旨及び範囲内で、変形及び変更を実施してもよいことが理解されるであろう。更に、本明細書では具体的な実施形態について説明してきたが、適用例はこれらの実施形態に限定されないことに留意されたい。具体的には、一実施形態に関連して説明されている任意の特徴は、入れ替え可能な場合、他の実施形態において使用されてもよい。同様に、異なる実施形態の特徴は、入れ替え可能な場合、交換されてもよい。

Claims (20)

1. 誘導エネルギ伝送システムにて使用するためのインダクタコイルであって、前記インダクタコイルはポータブル電子デバイス内に含まれており、前記インダクタコイルは巻線を有する単一ワイヤの３つ以上の層を備え、前記ワイヤの入力端及び出力端の双方が前記コイルの同じ側にて前記コイルに入り、前記コイルを出るように、前記巻線を前記３つ以上の層のうちの少なくとも２つ内にて交錯させている、インダクタコイル。
2. 前記ワイヤの前記入力端と前記出力端が互いに当接している、請求項１に記載のインダクタコイル。
3. 前記ワイヤがストランドの１つ以上のバンドルを含み、各バンドル内の前記ストランドが、前記ワイヤの長さに沿って延びる軸線の周りで撚られている、請求項１に記載のインダクタコイル。
4. 前記ワイヤが、前記軸線の周りで撚られた４つのバンドルを含む、請求項３に記載のインダクタコイル。
5. 前記インダクタコイルの少なくとも１つの辺の形状が前記電子デバイスの表面を補完している、請求項１に記載のインダクタコイル。
6. 前記インダクタコイルが台形形状に配置されており、前記インダクタコイルの１つの辺の形状が曲面を補完している、請求項５に記載のインダクタコイル。
7. 前記コイルが３つの層及び１２個の巻線を含む、請求項１に記載のインダクタコイル。
8. 前記インダクタコイル内の各層が他の層と等しい数の列を有する、請求項１に記載のインダクタコイル。
9. 誘導エネルギ伝送システムにて使用するためのインダクタコイルであって、前記インダクタコイルはポータブル電子デバイス内に含まれており、前記インダクタコイルは巻線を有する単一ワイヤの３つ以上の層を備え、前記ワイヤの入力端及び出力端の双方が実質的に１つの位置にて前記コイルに入り、前記コイルを出て、互いに当接するように、前記巻線は、交錯パターンにて配置されており、前記インダクタコイルの少なくとも１つの辺の形状が前記電子デバイスの表面を補完している、インダクタコイル。
10. 前記ワイヤがストランドの１つ以上のバンドルを含み、各バンドル内の前記ストランドが前記ワイヤの長さに沿って延びる軸線の周りで撚られている、請求項９に記載のインダクタコイル。
11. 前記ワイヤが、前記軸線の周りで撚られた４つのバンドルを含む、請求項１０に記載のインダクタコイル。
12. 前記インダクタコイルが台形形状に配置されており、前記インダクタコイルの１つの辺の形状が曲面を補完している、請求項９に記載のインダクタコイル。
13. 前記コイルが３つの層及び１２個の巻線を含む、請求項９に記載のインダクタコイル。
14. 巻線の前記交錯パターンが、
    

    

    であり、巻線１及び巻線１２が前記入力端及び前記出力端を含む、請求項１３に記載のインダクタコイル。
15. 前記インダクタコイル内の各層が他の層と等しい数の列を有する、請求項９に記載のインダクタコイル。
16. ポータブル電子デバイスのためのインダクタコイルを提供するための方法であって、
    前記インダクタコイル内に単一ワイヤの３つ以上の層を提供することを含み、前記インダクタコイルが巻線を有しており、前記ワイヤの入力端及び出力端の双方が前記コイルの同じ側にて前記コイルに入り、前記コイルを出るように、前記巻線を前記３つ以上の層のうちの少なくとも２つ内にて交錯させており、前記インダクタコイルの少なくとも１つの辺の形状が前記電子デバイスの表面を補完している、方法。
17. 前記ワイヤの前記入力端と前記出力端が互いに当接している、請求項１６に記載の方法。
18. 単一ワイヤの複数の層を有するインダクタコイルを形成するための方法であって、
    前記インダクタコイルを加熱して、展延可能な結合剤を生じさせることであって、前記インダクタコイルが第１のインダクタコイル構造に構成されている、ことと、
    前記インダクタコイルの少なくとも１つの辺を型上で成形して、前記第１のインダクタコイル構造とは異なる第２のインダクタコイル構造を作製することと、
    を含む、方法。
19. 前記インダクタコイルをマンドレル上で形成して、前記第１のインダクタコイル構造を作製することを更に含む、請求項１８に記載の方法。
20. 前記型が曲面を含む、請求項１８に記載の方法。

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