JP3212150U - 容量平衡化誘導充電コイル - Google Patents

Abstract

【課題】ポータブル電子デバイス内のノイズを低減することができる誘導コイルを提供する。【解決手段】インダクタコイル（４２）は、コイルの上又は下から見たそれぞれの巻線内のワイヤの表面積が、それぞれの層内の中心点（３０）を二等分する線（４５）により画定されるコイルのそれぞれの半分内で実質的に等しいように、交互になる層に巻かれたワイヤ（２８）を含む。層はまた、層の間のキャパシタンスを平衡化するように、曲がりくねった形で巻かれる。コイルの層のそれぞれの半分（４６、４７）内、及び隣接するコイルの層内で実質的に等しいワイヤの表面積は、結果として、コイルの平衡化されたキャパシタンスとなり、更には、結果として低減されたコモンモードノイズとなる。【選択図】図７

Description

関連出願の相互参照

本特許協力条約特許出願は、２０１４年９月２日に出願され、「Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅｌｙ Ｂａｌａｎｃｅｄ Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｃｈａｒｇｉｎｇ Ｃｏｉｌ」と題する米国特許仮出願第６２／０４４，９５７号に対する優先権を主張するものであり、その内容全体は参照により本明細書に組み込まれる。

説明する実施形態は、概して、誘導エネルギ伝送、より具体的には、ポータブル電子デバイス内のノイズを低減することができる誘導コイルの設計に関する。

ポータブルコンピューティングの最近の進展により、ポータブル電子デバイスのユーザにとって便利さが増大するという結果となっている。例えば、携帯電話、コンピュータタブレット、ウェアラブルデバイス、ラップトップコンピュータなどは、ユーザが移動している間にユーザが通信することを可能にする。すなわち、ユーザは、これらの電子デバイスを通信、インターネットアクセス、ナビゲーション、及び他の機能のために利用しながら自由に移動する能力を有する。そのような便利さとともに、ポータブル充電の要求が増大している。

採用されてきている１つのバッテリ充電技術は、無線充電器を使用する誘導充電である。無線送電は、電気を伝送するために磁界を使用して、適合するデバイスが、導電ワイヤ及びコードを使用するのではなく、この誘導電流により電力を受信するのを可能にする。誘導充電は、磁界が外部充電器から電話又はラップトップコンピュータなどのモバイルデバイスへ電気を伝送して、有線接続を不要にする方法である。誘導充電器は、一般的に、交流電磁場を生成するための誘導コイル、及び電磁場から電力を取出し、バッテリを充電するためにそれを電流に変換して戻すためのポータブルデバイス内の第２の誘導コイルを使用する。近接する２つの誘導コイルは、電気トランスを形成するように結合する。

場合により、誘導充電は、結果として不要な電磁効果となることがある。従来のコイルの巻線は、ポータブル電子デバイスの接地板上に不要なコモンモードノイズを発生させることがある、非平衡キャパシタンスを生成することがある。「コモンモードノイズ」は、一般的に、強く結合した電磁デバイスの２つ以上の要素に影響を及ぼす、コヒーレント干渉の形態である。この不要なノイズは、最適な動作のために接地板上の低ノイズを必要とするタッチセンサを含むポータブル電子デバイスにとって、特に問題である。結果は、ポータブル電子デバイスが誘導充電デバイスを用いて充電されている間、タッチセンサ及びスクリーンの使用が、著しく負の影響を受けることがあることである。したがって、場合により、ポータブル電子デバイスは、そのような誘導バッテリ充電の間、実際上動作しないことがある。

本明細書で説明する実施形態は、送電及び受電コイル内に生成される不要な容量損失及びコモンモードノイズを低減することができる、改善したコイル構成を含む。コイルの巻線は、コイルにより生成される容量効果が平衡化されて、それゆえにコモンモードノイズが実質的に低減されるために、コイルの各半分上のワイヤの表面積がほぼ等しいように適応されている。ポータブル電子デバイスは、送電デバイス又は受電デバイスとすることができる。

一実施形態は、第１の平面層内に少なくとも１つの巻線を形成する導電ワイヤを含む、誘導コイルの形態を取ることができ、この層は、中心点を含み、少なくとも１つの巻線は、巻線の第１の半分、及び第１の半分に隣接する巻線の第２の半分を含み、導電ワイヤは、第１の半分内の導電ワイヤの長さが第２の半分内の導電ワイヤの長さとほぼ等しいように、第１及び第２の半分の縁部でそれ自体を横切る。

別の実施形態は、単一の連続する長さのワイヤにより形成された第１及び第２の隣接する層を含む、誘導コイルの形態を取ることができ、第１の層は、平面の中心点を通る線により二等分される平面を画定し、この線は、第１の層の第１の半分及び第２の半分を画定し、第１の層は、複数の巻線を含み、ワイヤは、それ自体を横切る前に、第１の層の第１の半分上の第１の巻線部分を形成し、ワイヤは、それ自体を横切った後に、第１の層の第２の半分上の第２の巻線部分を形成する。

更に別の実施形態は、ポータブル電子デバイスの形態を取ることができ、このポータブル電子デバイスは、筐体と、筐体内の１つ以上の電子コンポーネントと、平面層内の少なくとも１つの巻線に形成された導電ワイヤの長さを含む誘導コイルとを含み、この層は、平面層内の中心点を含み、それぞれの巻線は、平面層に平行な中心点を通る線により判定されるような巻線のほぼ１つの半分を含む第１の部分、及び第１の部分と反対の平面層内の巻線の別の半分を含む第２の部分を含み、第１の部分を構成するワイヤの長さは、第２の部分を構成するワイヤの長さとほぼ等しい。

これら及び他の実施形態は、考案を実施するための形態の全体を読むことにより理解されるであろう。

添付の図面とともに以下の詳細な説明により本開示は容易に理解されるであろう。図中、同一の参照数字は同一の構造要素を示す。
ポータブル電子デバイス及び別個の充電デバイスを示す。 ポータブル電子デバイス及び充電デバイスを隣接して誘導結合した、図１のポータブル電子デバイス及び充電デバイスを示す。 デバイスの筐体内の誘導充電コイルの位置を示し、明確にするためにすべての他の内部構成要素を省略した、図２の線３−３に沿って取った、図２のポータブル電子デバイス及び充電デバイスの簡略化した概略断面図である。 誘導充電システムの一例の簡略化したブロック図を示す。 サンプルの誘導充電システムの簡略化した回路図を示す。 らせん状に巻いた誘導コイルの上面図である。 一実施形態に係る、容量平衡化誘導コイルの上面図である。 明確にするために間隔を空けた巻線を示す、一実施形態による、誘導充電コイル及び受電コイルの側断面図である。 一実施形態による、誘導コイルを製造する方法を示すフローチャートである。

添付図面において説明される代表的な実施形態が詳細に参照される。以下の説明は、実施形態を１つの好適な実施形態に限定することを意図してはいないことを理解されたい。反対に、以下の説明は、添付の実用新案登録請求の範囲により規定される記載された実施形態の趣旨及び範囲に含むことができるような、代替形態、修正形態、及び均等物をカバーすることを意図している。例えば、好適な電子デバイスは、誘導で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」）とすることができ、好適なドッキングデバイスは、誘導でエネルギを送電できる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充電デバイス（「送電デバイス」）とすることができる。

本明細書で説明する実施形態は、送電デバイスから受電デバイスに誘導でエネルギを伝送して、バッテリを充電する、又は受電デバイスを動作させる、誘導エネルギ伝送システムを提供する。加えて、又は代わりに、通信又は制御信号を、送電デバイスと受電デバイスとの間で誘導で送信することができる。よって、用語「エネルギ」、「電力」、及び／又は「信号（単数又は複数）」は、無線充電のためのエネルギの伝送、通信及び／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及び／若しくは制御信号の送信の両方を包含するように意味する。

具体的には、本明細書で説明する実施形態は、充電コイル又は受電コイルのいずれかとして誘導充電システム内で使用するための容量平衡化コイルの形態を取ることができる。そのようなコイルは、１つ以上の巻線、層、又はその両方を有することができる。本明細書で使用されるとき、「巻線」は、ワイヤの第１の部分がワイヤの第２の部分に隣接するように経路を通る導電ワイヤの長さを指す。巻線の例としては、円、曲がりくねったパターン、らせんの一部分、及び他の好適なパターン（幾何学的又は別の方法でか）に形成されたワイヤの長さ、が挙げられる。コイルは、一般的に、１つ以上のワイヤの巻線でできていて、一部のコイルは、それぞれが１つ以上の巻線から形成された複数の層を有することができる。例えば、導電ワイヤは、コイル、又はコイルの層を形成するように、らせんに巻くことができる。導電ワイヤは、単一の層内でそれ自体の上を１回以上通ることができる、又は導電ワイヤが層の間で交互になるように巻くことができる。例えば、ワイヤは、層又はコイル全体を形成してその後に次のコイルを形成するのではなく、第１の層から第２の層に、及び往復して移動することができる。

いくつかの実施形態では、導電ワイヤは、コイル又は層の中間点でそれ自体の上を通ることができる。そのような実施形態では、コイル又は層の各半分は、実質的に等しい長さの導電ワイヤを有する又は導電ワイヤから形成することができる。ワイヤ長さを誘導コイル（又は誘導コイルの層）の半分の間で等しくすることにより、コイルにより生成される寄生キャパシタンスは、実質的に等化して構成することができる。したがって、コイルにより生成されるノイズに対する補償を簡略化することができる。ゆえに、本明細書で説明するように形成された誘導充電（又は受電）コイルの負の効果は、低減することができ、コイルは、コイルを組み込んでいる電子デバイスの他の構成要素により小さな影響を有することができる。

図１に示すように、結合されていない構成での誘導エネルギ伝送システム１１の一実施例が示される。図示した実施形態は、ポータブル電子デバイス１３とすることができる受電デバイスに無線でエネルギを送るように構成された送電又は充電デバイス１２を示す。図１及び図２に示すようなシステム１１は、ポータブル電子デバイスとして携帯時計を描写しているが、任意の電子デバイスを、本明細書で説明する実施形態とともに使用するために構成することができる。本明細書で説明するような誘導充電を組み込むように構成することができるサンプルの電子デバイスとしては、タブレットコンピューティングデバイス、携帯電話、コンピュータ、健康モニタ、ウェアラブルコンピューティングデバイス（例えば、眼鏡、携帯時計、衣服など）、などが挙げられる。

多くの実施形態では、図１に示すような電子デバイス１３などの着用可能なアクセサリとしては、メモリ、１つ以上の通信インタフェース、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、又はタッチに基づくインタフェースなどの１つ以上の入力デバイスと結合する又は通信するコントローラ、プロセッサ、又は他の処理ユニット（単数又は複数）を挙げることができる。通信インタフェース（単数又は複数）は、通信デバイスと、無線インタフェース、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）インタフェース、近距離通信インタフェース、赤外線インタフェース、ＵＳＢインタフェース、Ｗｉ−Ｆｉ（登録商標）インタフェース、ＴＣＰ／ＩＰインタフェース、ネットワーク通信インタフェース、又は任意の従来の通信インタフェースなどだがこれらに限定されない、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。ウェアラブルデバイスは、通信に加えて、時間、健康、外部に接続された若しくは通信するデバイス及び／又はそのようなデバイス上で実行されるソフトウェアの状態、メッセージ、ビデオ、動作コマンド、などに関する情報を提供することができる（並びに、外部デバイスから前記のもののいずれかを受信することができる）。

上述のように、電子デバイス１３は、コントローラ２６又は他の電子コンポーネントを含むことができる。コントローラは、命令を実行して、本明細書で説明するようなポータブル電子デバイスに関連付けられた動作を実行することができる。命令（デバイスのメモリから取得することができる）を使用して、コントローラは、電子デバイスの構成要素間の入力及び出力データの受信及び操作を調整することができる。コントローラは、コンピュータチップ（単数又は複数）内に実装することができる。マイクロプロセッサ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）などのコントローラのために、様々なアーキテクチャを使用することができる。コントローラは、オペレーティングシステムとともに、コンピュータコードを実行してデータを操作することができる。オペレーティングシステムは、ｉＯＳ（登録商標）、Ｗｉｎｄｏｗｓ（登録商標）、ＵＮＩＸ（登録商標）、若しくは特別な目的のオペレーティングシステムなどの周知のシステム、又は当該技術分野で既知のような他のシステムとすることができる。コントローラは、オペレーティングシステム及びデータを記憶するメモリ機能を含むことができる。コントローラはまた、ポータブル電子デバイスに関連付けられた様々な機能を実行するための、アプリケーションソフトウェアも含むことができる。

電子デバイス１３は、電子デバイス１３の電子部品、機械部品、及び構造部品を収容する筐体１４を含む。同様に、筐体１５は、充電デバイス１２の電子コンポーネントを収容することができる。いくつかの実施形態では、電子デバイス１３は、充電デバイス１２の横断面より大きな横断面を有することができるが、そのような構成が必要ではない。他の実施例では、充電デバイス１２は、受電デバイスの横断面より大きな横断面を有することができる。また更なる実施例では、充電デバイス及び受電デバイスの断面は、実質的に同じとすることができる。他の実施形態では、充電デバイス１２は、受電デバイス内の充電ポート（図示せず）に挿入するように適応させることができる。

図示された実施形態では、充電デバイス１２は、コード又はコネクタ１６により電源に接続することができる。例えば、充電デバイス１２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、電力を受取ることができる。加えて又は代わりに、充電デバイス１２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、充電デバイス１２の筐体に結合されたコネクタ１６を有して示されているが、コネクタ１６は、任意の好適な手段により電磁的に接続されてもよい。コネクタ１６は、着脱可能であってもよく、充電デバイス１２の筐体１５内に開いている開口又は置場内に適合する大きさのコネクタを含んでもよい。

電子デバイス１３は、充電デバイス１２の第２のインタフェース面１８に接続、整列、又は別の方法で接触することができる、第１のインタフェース面１７を含むことができる。実質的に曲線的（例えば、それぞれ凸状及び凹状）なように示されるが、インタフェース１７、１８は、矩形、三角形としてもよく、又は三次元若しくは断面で任意の他の好適な形状を有してもよい。いくつかの実施形態では、インタフェース面１７、１８の形状は、電子デバイス１３及び充電デバイス１２の位置調整を促進することができる。例えば、及び図に示すように、充電デバイス１２の第２のインタフェース面１８は、図２に示すように、電子デバイス１３の相補形状に結合する特定の形状を有するように構成することができる。現在の実施例では、第２のインタフェース面１８は、第１のインタフェース面１７の選択した曲線に従う凹面形状を含むことができる。すなわち、電子デバイス１３の第１のインタフェース面１７は、第２のインタフェース面１８の凹面形状と同じ又は実質的に同様な曲線に従う凸面形状を含むことができる。

図３は、図２の線３−３に沿って取られた、誘導エネルギ伝送システムの簡略化した概略側断面図である。先に説明したように、充電デバイス１２及びポータブル電子デバイス１３の両方は、電子部品、機械部品、及び／又は構造部品を含むことができ、両方は、簡単にするためにブロック形状で図示されている。図３の図示した実施形態は、説明を容易にするために、多くの電子部品、機械部品、及び構造部品を省略している。

図３は、結合して位置合わせされた構成での、一実施例の誘導エネルギ伝送システムを示す。ポータブル電子デバイス１３は、１つ以上の巻線を有する１つ以上の受電コイル１９を含む。同様に、充電デバイス１２は、１つ以上の巻線を有する１つ以上の送電コイル２１を含む。送電コイル２１は、電子デバイス１３内の受電コイル１９にエネルギを送信することができる。受電コイル１９は、充電デバイス１２からエネルギを受信することができ、電子デバイス１３の１つ以上の機能を実行若しくは調整するため、及び／又は電子デバイス１３内のバッテリ（図示せず）の電荷を補充するために、受信したエネルギを使用することができる。受電コイル１９及び送電コイル２１は、任意の数の行、列、巻線などを有することができる。

送電コイル２１及び受電コイル１９は、任意の好適な種類のインダクタを用いて実装することができ、それぞれのコイルは、多数の形状及び寸法の任意のものを有することができる。特定の実施形態に関して更に説明するように、送電コイル２１及び受電コイル１９は、同じ数の巻線、又は異なる数の巻線を有することができる。一般的に、送電コイル１９及び受電コイル２１は、磁束を所望の方向（例えば、他のコイルに向けて）に向けるために、エンクロージャにより囲われている。エンクロージャは、説明を簡単にするために図３では省略されている。

図４は、誘導充電システム構成の簡略化した一実施例を示す模式図である。図に示すように、充電デバイス１２は、電源ユニット及び制御回路２３を含む。送電コイル２１は、磁界２０を生成する。モバイルデバイスは、バッテリ２５及び関連付けられた制御回路２６を含むバッテリパック１０を含む。受電コイル１９は、充電デバイス１２から磁界２０を受信する。受電コイル１９が送電コイル２１に隣接して配置されて、バッテリ充電デバイス１２が通電されると、受電コイル１９は、磁界２０により内部に誘導された電流を有する。

送電コイル２１は、電流を印加することにより通電されて、受電コイル１９が送電コイル２１に充分近接していると電圧を受信することを可能にする磁束線２０を生成する。受電コイル１９内に受信された電圧は、内部に電流を誘導することができ、電流は、制御回路２６内で整流された後で、バッテリ２５を充電することができる。上述したように、充電コイル２１及び受電コイル１９は、充電コイル２１が磁束２０を介して受電コイル１９内に電流を誘導することを可能にするために、充分近くに近接していなければならない。

図５に示すように、誘導充電システムに関連付けられた回路の回路図が示される。充電デバイス１２は、一般的に、電源入力１６を含む。充電デバイス１２は、一般的に、制御回路２３を含み、制御回路は、充電コイル２１上の電圧及び／又は電流の周波数を増幅するためのスイッチング電源とすることができる。コイル２１を介して導通する交流電流は、近傍にある受電コイル１９が電圧を受信することを可能にするであろう磁束線２０を生成することができ、その電圧は、受電コイル１９内に電流を誘導することができる。特定の実施形態では、受電コイル１９は、充電コイル２１から誘導された電圧を、バッテリ２５を充電し更に電子デバイスの他の機能に電力を供給するのを可能にするのに充分な電圧レベル及び周波数で受け入れるために、充分なサイズとすることができる。受電コイル１９内に誘導された電流は、バッテリ２５に供給する前に制御回路２６により整流することができる。

誘導充電システム内のコイル形状は、ファントムコンデンサ２４ａ及び２４ｂにより表されるような寄生又は不要なキャパシタンスを生成することがある。これらのコンデンサは、実際には存在しないため、仮想線で示されているが、本明細書で説明するような、コイル１９及び２１により生成される寄生キャパシタンス作用（例えば、「ファントムキャパシタンス」）を表す。

結果として生じる互いの間に存在する電位差を有する任意の２つの隣接する導電体は、コンデンサと考えることができる。近くに近接する導電体は一般的に互いの間により大きなキャパシタンスを有し得るように、キャパシタンスは距離に反比例して、より大きな離間距離が結果としてより小さなキャパシタンスとなる。この漂遊キャパシタンスは、導電体が互いに近接している、広いエリアを覆っている、又はその両方でない限り、一般的に小さい。例えば、漂遊キャパシタンスは、単に互いに近接する導電ワイヤのため、インダクタの巻線の部分の間に存在することがある。インダクタの巻線にわたって電位差が存在する場合、コイルは、コンデンサの極板のように機能して電荷を蓄積することがある。

図５に示す実施形態では、寄生キャパシタンスは、コイル１９及び２１により生成されることがある。更に、コイルが従来のように巻かれている場合、寄生キャパシタンスは、非平衡であることがある。すなわち、コンデンサ２４ａにより表されるキャパシタンスは、コンデンサ２４ｂにより表されるキャパシタンスより大きい、又はその逆であることがある。この非平衡キャパシタンスは、ポータブル電子デバイス１３内に不要なノイズを生成することがあり、このノイズが、静電容量式タッチ感知、バイオメトリック感知、力感知、及び他の機能などの、ポータブル電子デバイス１３の様々な特徴及び機能の動作に干渉することがある。

平行板コンデンサでは、キャパシタンスは、導電体極板の表面積に直接比例し、極板間の離間距離に反比例する。この効果は、「寄生キャパシタンス」と呼ばれることがある。図５に示す実施形態では、コイル１９及び２１により生成される寄生キャパシタンスは、コンデンサ２４ａ及び２４ｂにより表される。これらのコンデンサ２４ａ、２４ｂは、実施形態内に存在する実際の物理的要素又は構造体ではなく、代わりに前述した寄生キャパシタンスを表し模擬する「ファントムコンデンサ」であることが理解されるべきである。

寄生キャパシタンスの存在は、デバイスのグラウンド基準とアースのグラウンド基準との間の漂遊キャパシタンス（例えば、図５のコンデンサ２４ｃ）内に変位電流を導入する。これは、更には、デバイスのグラウンド基準とアースのグラウンド基準との間の電圧差を生成する。電圧差は、ポータブル電子デバイス１３内の様々な回路に対してノイズとして見えることがあり、それらの機能及び／又は動作に影響を与えることがある。例えば、ポータブル電子デバイス１３の静電容量式タッチセンサ、生体センサ、力センサ、及び他の回路又は構造体が、影響を受けることがある。

寄生キャパシタンスの効果は、送電コイル２１の２つの端子を相補的電圧（すなわち、同じ振幅及び形状を有するが、逆極性を有する電圧）により駆動して、寄生コンデンサ２４ａ及び２４ｂが値が近いことを確実にすることにより、大幅に低減することができる。これは、実質的に等しい大きさだが反対の符号の電流をコンデンサ２４ｃに注入し、更には、結果として実質的にデバイスのグラウンド基準とアースのグラウンド基準との間の電圧差をなくすることができる。

誘導充電デバイス用の従来のワイヤ巻線コイル２７の平面図を図６に示すが、コイルの巻線間の距離は、図の見え及び理解を簡単にするために増大してある。導電ワイヤ２８（又は単に「ワイヤ」）の単一の長さは、ワイヤ２８のそれぞれの巻線の半径が中心点３０から増大するように、従来の誘導コイル２７内でらせん状に巻かれている。図６で、線３４−３４及び３８−３８は、コイル２７の中心点３０を通って延びており、これらの線は一般的に同一平面内にある。巻線は、コイルの中心を通る任意の他の線の線３４−３４の半分などの、コイル２７の中心点から延びる二等分半径の交点で始まって終わる、ワイヤ２８の１回転として定義される。例えば、ワイヤ２８は、線３４と、線上の所与の点で交わる。単一のコイルの巻線は、交点で始まり、コイルの周囲を線３４を通って続き、ワイヤ２８がその同じ線３４と３回目に交わるところで終わる。

電流は、それぞれ＋及び−符号３１及び３２により示すように、ワイヤ２８を通って伝導する。（電流の流れの方向は、実施形態により、又は動作の間に変わることがあるため、定まらないことを理解されるべきである。）ワイヤ２８は、ワイヤの中心点を通って取った断面表面寸法３３を有する。ワイヤの長さ×ｒ（ワイヤの幅３３の半分）×２Ｐｉ（２πｒｈ、ここでｒはワイヤの半径で、ｈはワイヤの長さ）は、ワイヤの表面積を与え、そのため、より長いワイヤは、より大きな表面積を有する。ワイヤのキャパシタンスは、一般的にワイヤの表面積に比例し、そのため、表面積が大きいほど、キャパシタンスが大きくなる。

線３４−３４に沿って見ると、コイル２７の右側３５は、左側３６上より多くのワイヤの表面積を含む。これは、主に、反対側のより短い対応する巻線とは反対に、外側の巻線３７のワイヤの長さの増大による。すなわち、巻線の各半分内のワイヤ２８の長さは、中心３０からのラジアル距離が増大すると、増大する。同様に、線３８−３８に沿って見ると、コイル２７の第２（又は下側）の半分３９は、第１（又は上側）の半分４１より多くのワイヤを含み、したがって、ワイヤ２８の表面積が、より大きい。線３４−３４又は３８−３８に沿うか、中心点２９を二等分する任意の他の軸に沿うかに関わらず、コイル２７の各半分からそのような不均衡が存在する。ワイヤの長さ及びそれゆえの表面積のこの不均衡は、中心点から拡がるにつれた巻線の半径の増大のため、らせん状に巻いたコイルの形状に固有のものである。したがって、多くのらせん状に巻いた誘導コイルは、他方より大きなキャパシタンスを有する片側を有することがあり、更には、誘導性結合にわたり及び電子デバイス内に、ノイズを注入することがある。このノイズは、前述したように、電子デバイス及び／又は充電デバイス内の静電容量式センサを含む様々なセンサの動作及び精度に、有害な影響を与えることがある。

図７に示すように、例えば、第１の半分と第２の半分（又は第１の部分と第２の部分）との間の、コイル４２の各半分上に含まれるワイヤ２８の表面積を実質的に等しくするようにワイヤ２８が巻かれている、コイル４２の一実施形態が示される。再び、図の見え及び理解を簡単にするために、コイルの巻線間の距離は誇張されていることが理解されるべきである。コイル２７と同様に、コイル４２は、コイルを形成するように１つ以上の巻線に巻かれた、単一の長さのワイヤから成る。この実施形態では、しかし、ワイヤ２８は、コイルのそれぞれの巻線が、実質的に円形状であり、中心２９を二等分する線のそれぞれの側上で実質的に同じ表面積を提示する（例えば、図７の方向で、上から見たとき）ように巻くことができる。この表面積の等化は、巻線の他の半分を形成するために、ワイヤ２８をそれ自体の上又は下を通るように巻くことにより実現される。場合により、必ずしもではないが、ワイヤは、第１及び第２の半分の共通の縁部でそれ自体を横切る。図に示すように、点４３及び４４で、ワイヤ２８は、実質的に円形状で平衡化された巻線を有するコイル４２を形成するために、それ自体の上及び下を通る。したがって、特定の実施形態では、ワイヤは、それぞれの層内で２回以上、それ自体を横切ることができる。更に、そのような交差は、第１及び第２の半分の共通の縁部又は隣接する部分で生じることがある。複数の巻線から形成された複数の層を有する実施形態では、導電ワイヤは、複数の層内の共通の縁部でそれ自体を横切ることができる。例えば、ワイヤは、共通の縁部で第１の層内で１回（又はそれより多く）、及び共通の縁部で第２の層内で１回（又はそれより多く）、それ自体を横切ることができる。

この実施形態では、コイル４２の中心３０を通って引かれた線４５で、結果として、ほぼ同じ長さのワイヤ２８を含む、コイル４２の第１の半分４６及び第２の半分４７になる。したがって、コイル４２の各半分により生成されるキャパシタンスは、等化され、第１と第２の半分との間の不均衡の結果として生じる寄生キャパシタンスは、実質的に取り除かれる。図７に示す実施形態は、あらゆる巻線の回転でそれ自体の上を通る（「交差」）ワイヤ２８を含むが、製造の容易さのために、他の実施形態では、１つ以上の従来のらせん状巻線を、この実施形態で説明した円形状巻線に挿入することができる。したがって、いくつかの実施形態では、２巻き、３巻き、４巻きなど毎の巻線のみが、交差を含むことができる。すなわち、従来のらせん状に巻いた巻線（例えば、図６に示すような）は、平衡化又はほぼ平衡化されたキャパシタンスを提供するために、図７に示す巻線と交互にする又は挿入することができる。

これらの代替の実施形態はまた、コイル内の漂遊キャパシタンスを低減することができ、それゆえにコモンモードノイズを低減することができる。図５に示すように、コンデンサ２４ａ及び２４ｂにより表されるキャパシタンスは、これらの実施形態では実質的に等化されていて、したがって、不要なコモンモードノイズを低減して又は取り除いている。これらの実施形態は、結果として、生産性の向上及び結果としてできるコイルのサイズの低減をすることができる。図７のコイル４２は、実質的に円形状として示されているが、巻線の隣接する半分上の導電ワイヤ２８の表面積が、上から見たときにほぼ又は実質的に等しいのであれば、それは任意の対称形状（正方形、長方形、楕円形などの）又は軸対称形状とすることができる。

図８に示すように、別の実施形態では、再び、隣接するワイヤ間の距離を誇張して、受電コイル１９及び送電コイル２１の側面図を示す。従来の誘導コイルでは、巻線の２つの層は、図８に示すように隣接することがあり、これらの巻線間に生成された寄生キャパシタンスがあることがある。図８に示す実施形態では、コイル１９は、２つの巻線の層４８及び４９を含むことがある。送電コイル２１もまた、２つの巻線の層５０及び５１を含む。図８に示す実施形態などの複数の層のコイルでは、寄生キャパシタンスもまた、単一の送電若しくは受電コイルの層の間、又は２つのコイルの層の間に生成されることがある。

例えば、場合により、受電コイル１９のコイル層４８と４９との間、送電コイル２１の層５０と５１との間、受電コイルの層４８と送電コイル２１の層５１との間、受電コイルの層４８と送電コイル２１の層５０との間、受電コイル１９の層４９と送電コイル２１の層５０との間、及び受電コイル１９の層４９と送電コイル２１の層５１との間に、寄生キャパシタンスがあることがある。比較として、より近い層の対の間のキャパシタンスは、より遠い層の対の間のキャパシタンスより大きい。したがって、任意の所与の層は、層のすべての特性が等しいと仮定して、より遠いコイルによるより、より近いコイルによってより大きい寄生キャパシタンスを有する。そのため、例えば、コイルの層４８と層５０との間のキャパシタンス２４ａは、一般的に、コイルの層４９と層５０との間のキャパシタンス２４ｂより小さい。これは、誘導送電及び受電コイルの層の間の非平衡なキャパシタンスをもたらし、結果として、上述したようにポータブル電子デバイスの特定の機能に有害な影響を与えることがあるコモンモードノイズの生成となる。

上述したように、キャパシタンスは、導電体の表面積及び導電体間の距離の両方に関連することがある。図８で説明した実施形態では、受電コイル１９を形成する単一の長さのワイヤ２８は、隣接する巻線の層４８及び４９内で曲がりくねった形で交互になる。同じことが、送電コイル２１の巻線の層５０及び５１を形成するワイヤ２８に対して当てはまる。参照を容易にするために、隣接する巻線は、＋及び／の記号を付けて示し、巻線がワイヤにより形成される順序（例えば、ワイヤの経路）は、一連の矢印５２／５３により示している。すなわち、矢印５２／５３は、巻線がワイヤ２８により形成される順序を示す。

この交互する巻線は、デバイスの接地とアースの接地との間に発生するノイズ電圧を実質的に低減するように、巻線の層４８と４９との間及び層５０と５１との間のキャパシタンスを実質的に又は完全に平衡化することができる。同じことが、より多い又はより少ない層、及びより多い又はより少ない巻線を有する実施形態に当てはまる。

連続する長さのワイヤ２８が矢印５２の方向に層４８と４９との間に交互になって示されているが、別の実施形態では、矢印５３により示されるように、ワイヤ２８は、階段の段のパターンで層の間、及び次に隣接する巻線の間を交互になって巻線を形成することができる。非限定的な実施例として、矢印５３により示すように、ワイヤは、隣接するコイルの層５０からコイルの層５１に垂直に、次に隣接する巻線間で層５１内で水平に、その後層５０に戻り水平に、交互になることができる。このパターンはまた、層及び／又はコイルの間のキャパシタンスを平衡化するのに役立つ。

図７に対して説明したように、連続する長さのワイヤ２８の巻線は、それぞれの巻線内のワイヤの長さが巻線の各半分上でほぼ又は実質的に等しいように、半分の巻線それぞれの中で交互になる。別の実施形態では、図７の巻線の実施形態は、図８に示す４８／４９及び５０／５１などの複数の巻線の層を含むコイル用に、図８の巻線の実施形態と組み合わせることができる。実際上、図７及び図８に示す実施形態を組み合わせることによりコイルを構成することにより、キャパシタンスがコイルの層内及び複数のコイルの層の間で平衡化されるため、系統接地とアース接地との間の漂遊キャパシタンスにより生成されるノイズは、低減する又は取り除くことができる。したがって、ファントムコンデンサ２４ａ及び２４ｂの容量値は、実質的に等しい。

図９に示すように、コイル１９又は２１の一実施形態を製造するための方法を示すフローチャートが示されている。作業５４では、回転マンドレルが利用される。作業５５で、導電ワイヤの長さは、マンドレル上に巻き付けられる。この巻き付けは、それぞれ半分の巻線内で、図７に対して説明したように、実質的に円形状の巻線を形成するためにワイヤがそれ自体の上を通るように、連続するワイヤの長さを巻き付けることを含むことができる。作業５６では、ワイヤは、複数の巻線の層のコイル用に、交互になる巻線内で連続するワイヤの長さを交互にするように巻き付ける作業と連動して、並進移動する。この作業５６では、図７及び図８の両方に対して説明した実施形態を実現することができる。すなわち、連続する長さのワイヤ２８は、図７に対して説明したように、巻線内でそれ自体の上又は下に並進移動することができる、及び／又は、連続する長さのワイヤ２８は、代わりに、図８に対して説明したように、隣接する層４８／４９又は５０／５１内で織り交ぜることができる。代わりに、作業５５又は作業５６のいずれかは、図７又は図８の実施形態のいずれかによりコイルの巻線を形成するように、取り除くことができる。すなわち、作業５５が取り除かれる場合、複数の巻線の層のコイルを製造することができるが、連続するワイヤの長さは、図７に対して説明したようにそれぞれの半分の巻線内で交互にはされない。作業５６が取り除かれる場合、単一の巻線の層のコイルを、連続するワイヤの長さをそれぞれの半分の巻線内で交互にして製造することができる。上記の実施形態のいずれかでは、作業５７で、巻き付けたワイヤは、ポータブル電子デバイスに組み込まれる誘導コイル構造体に形成される。

前述の説明は、記述される実施形態の完全な理解を提供するために、説明を目的として特定の専門用語を使用した。しかし、記述される実施形態を実践するために、特定の詳細が必要とされないことが当業者にとって明らかであろう。それゆえ、本明細書で説明した具体的な実施形態の上述の説明は、例示及び説明の目的のために提示されるものである。それらの説明は、網羅的であることも、又は開示される厳密な形態に実施形態を限定することも、目的とするものではない。例えば、送電コイル２１及び受電コイル１９は、一般的に円形形状であるように説明したが、本明細書で説明する実施形態は、他の幾何学的形状のコイルを用いることができることを明白に理解されるべきである。更に、誘導充電コイルに関する、説明する、又は別の方法で参照する本明細書の説明は、誘導受電コイルに等しく適用できることを理解されるべきである。ゆえに、任意の充電コイルに対する参照は、受電コイルもまた包含することを意図している。上記の教示を考慮して多くの変更及び変形が可能であることが当業者には明らかとなるであろう。

Claims (20)

1. 誘導コイルであって、
   第１の平面層内に少なくとも１つの巻線を形成する導電ワイヤであって、前記少なくとも１つの巻線は、
   前記巻線の第１の半分と、
   前記第１の半分に隣接する前記巻線の第２の半分と、
   を含む、導電ワイヤを備え、
   前記導電ワイヤは、前記第１の半分内の導電ワイヤの長さが前記第２の半分内の導電ワイヤの長さとほぼ等しいように、前記第１及び第２の半分の共通の縁部でそれ自体を横切る、誘導コイル。
2. 前記巻線が、ほぼ円形状である、請求項１に記載の誘導コイル。
3. 前記巻線が、対称な幾何学的形状を形成する、請求項１に記載の誘導コイル。
4. 前記導電ワイヤが、前記第１の平面層に隣接して配設された、少なくとも第２の平面層を形成する、請求項１に記載の誘導コイル。
5. 前記第２の平面層が、らせん状に巻かれている、請求項４に記載の誘導コイル。
6. 前記第１及び第２の平面層の両方が、連続する長さの前記導電ワイヤからできている巻線を含み、
   前記第２の層内で、前記第１の半分からの前記導電ワイヤの一部分が、前記第１及び第２の半分の共通の縁部で、前記第２の半分からの前記導電ワイヤの一部分を横切る、請求項５に記載の誘導コイル。
7. 誘導コイルであって、
   単一の連続する長さのワイヤにより形成された第１の層を備え、
   前記第１の層は、平面を画定し、前記平面は前記平面の中心点を通る線により二等分され、前記線は、前記第１の層の第１の半分及び第２の半分を画定し、
   前記第１の層は、複数の巻線を含み、
   前記ワイヤは、それ自体を横切る前に、前記第１の層の前記第１の半分上の第１の巻線部分を形成し、
   前記ワイヤは、それ自体を横切った後に、前記第１の層の前記第２の半分上の第２の巻線部分を形成する、誘導コイル。
8. 前記単一の連続する長さのワイヤにより形成された第２の層を更に備え、
   前記第２の層は、
   前記第２の層の第１の半分と、
   前記第２の層の前記第１の半分に隣接する、前記第２の層の第２の半分と、を含み、
   前記第２の層の前記第１の半分を構成する前記ワイヤの表面積は、前記第２の層の前記第２の半分を構成する前記ワイヤの表面積とほぼ等しく、
   前記ワイヤは、巻線の間でそれ自体を横切る、請求項７に記載の誘導コイル。
9. 前記コイルの層が、ほぼ円形状である、請求項７に記載の誘導コイル。
10. 前記コイルの層が、対称な幾何学的形状を形成する、請求項７に記載の誘導コイル。
11. 前記第２のコイルの層が、らせん状に巻かれている、請求項７に記載の誘導コイル。
12. ポータブル電子デバイスであって、
    筐体と、
    前記筐体内の誘導充電機構であって、
    平面層内の少なくとも１つの巻線に成型された、導電ワイヤの長さにより形成された誘導コイルを含み、前記層は、中心点を有し、前記少なくとも１つの巻線は、
    前記平面層に平行な前記中心点を通る線に対して判定されるような、前記巻線のほぼ１つの半分を含む第１の部分と、
    前記第１の部分と反対の前記平面層内の前記巻線の第２の半分を含む第２の部分と、
    を含む、誘導充電機構と、を備え、
    前記第１の部分を構成する前記導電ワイヤの長さは、前記第２の部分を構成する前記導電ワイヤの長さとほぼ等しい、ポータブル電子デバイス。
13. 前記第１の部分のキャパシタンスが、前記第２の部分のキャパシタンスと実質的に等しい、請求項１２に記載のポータブル電子デバイス。
14. 前記第１の部分に関連付けられた寄生キャパシタンスが、前記第２の部分に関連付けられた寄生キャパシタンスと実質的に等しい、請求項１３に記載のポータブル電子デバイス。
15. 前記導電ワイヤが、層当たり少なくとも２回それ自体を横切る、請求項１２に記載のポータブル電子デバイス。
16. 少なくとも１つの隣接する平面層を更に備え、
    前記層の両方が、連続する長さのワイヤからできた複数の巻線を含み、前記１つの半分からの前記ワイヤは、前記第２の半分からの前記ワイヤの上を横切り、前記隣接する平面層内の巻線の第１の半分を形成する、請求項１２に記載のポータブル電子デバイス。
17. 誘導コイルを形成するための方法であって、
    回転マンドレルを動作させることと、
    ワイヤの長さを前記マンドレル上に巻き付けることと、
    前記ワイヤを隣接する層内で交互にするように、前記巻き付ける作業に連動して前記ワイヤを並進移動させることと、
    前記巻き付けたワイヤを誘導コイルに形成することと、
    を含む方法。
18. 前記並進移動させる作業が、
    前記ワイヤを第１の巻線の層の第１の半分に巻くことと、
    前記ワイヤを第２の巻線の層の第２の半分に巻くことと、
    前記ワイヤをそこから前記第１の巻線の層の第１の半分に巻くことと、
    を含み、前記ワイヤが、曲がりくねった形で層の間で交互になる、請求項１７に記載の方法。
19. 前記並進移動させる作業が、前記巻線の第１の半分の部分を構成する前記ワイヤの長さが、前記巻線の第２の半分の部分を構成する前記ワイヤの長さとほぼ等しいように、ワイヤの巻線のほぼそれぞれ半分を交互にすることを含む、請求項１７に記載の方法。
20. 前記並進移動させる作業が、少なくとも１つの隣接する層内に従来のらせんに巻いた巻線を形成することを含む、請求項１７に記載の方法。

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