JP6547239B2 - 平面コイルユニット - Google Patents

Description

本発明は、非接触電力伝送等に用いられる平面コイルユニットに関する。

非接触電力伝送の方式の一つとして、磁界共鳴方式が知られている。磁界共鳴方式は、送電側コイルと受電側コイルを同一の周波数で共振するようにしておき、送電側コイルに電流が流れることにより発生した磁界の振動を磁界共鳴により受電側コイルに伝え、非接触で電力を伝送する。磁界共鳴方式の非接触電力伝送では、トランスミッタ（充電器）とレシーバ（携帯型機器）が数１０ｃｍ離れていても充電が可能である。

非接触電力伝送における送電側コイル及び受電側コイルとしては、導体を平面的かつ渦巻き状（スパイラル状）に周回させた平面コイルが用いられる。前述の磁界共鳴方式の非接触電力伝送に用いられる平面コイルは、径方向に隣り合う導体同士が相互に所定距離離間している必要があり、前記導体同士の相互離間距離が変動するとコイルとしての特性が不安定になる。

特開２０１３−２２９９３７号公報 特開平９−６９４５７号公報

銅線やアルミ線等の導線を周回させた平面コイルは、直流抵抗が小さく安価であるが、径方向に隣り合う導線同士の相互離間距離を維持するのが難しい。特許文献２は、巻回治具を用いて所望形状の平面コイルを成形しようとするものであるが、巻回治具から取り外した後の平面コイルは、密着巻きではないため巻線のテンションを維持できない。そのため、平面コイル単体では形状を維持することが難しく、コイルとしての特性が不安定になる。

一方、フレキシブル基板等のプリント基板にコイル状の導体パターンを形成して平面コイルとすれば、径方向に隣り合う導体同士の相互離間距離は高精度かつ一定に維持することができる。しかし、プリント基板上の導体パターンからなる平面コイルは、導線を周回させた平面コイルと比較して高価であり、また、導体パターンの厚さが例えば７０μｍ程度であるため電流経路の断面積が小さく、直流抵抗による損失が大きくなるという欠点がある。直流抵抗を低くするために導体パターンを厚くすれば、一層コスト高となる。

本発明はこうした状況を認識してなされたものであり、その目的は、導線により平面コイルを形成しながら特性を安定させることが可能な平面コイルユニットを提供することにある。

本発明のある態様は、平面コイルユニットである。この平面コイルユニットは、
板状部を有するベースと、
前記板状部に形成された所定コイル形状の溝と、
前記溝上に設けられた導線からなる平面コイルとを備え、
前記平面コイルの径方向に隣り合う前記導線同士が相互に所定距離離間し、
前記平面コイルの内周側端部が、前記ベースの平面コイル形成面と反対側の面に引き出される。

前記導線が前記溝に接着されていてもよい。

前記導線が前記溝の内面に密着していてもよい。

前記導線が前記溝に圧入されていてもよい。

前記板状部の前記溝の形成面が平面であってもよい。

前記ベースが熱可塑性樹脂からなってもよい。

なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法やシステムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、導線により平面コイルを形成しながら特性を安定させることが可能な平面コイルユニットを提供することができる。

本発明の実施の形態に係る平面コイルユニット１の平面図。 平面コイルユニット１の一部拡大断面図（その１）。 平面コイルユニット１の一部拡大断面図（その２）。 平面コイルユニット１の製造工程の一例を示す説明図。 平面コイルユニット１の製造工程の他の例を示す説明図。

以下、図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態を詳述する。なお、各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理等には同一の符号を付し、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は発明を限定するものではなく例示であり、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。

図１は、本発明の実施の形態に係る平面コイルユニット１の平面図である。図２は、平面コイルユニット１の一部拡大断面図（その１）である。図３は、平面コイルユニット１の一部拡大断面図（その２）である。図４は、平面コイルユニット１の製造工程の一例を示す説明図である。図５は、平面コイルユニット１の製造工程の他の例を示す説明図である。

平面コイルユニット１は、磁界共鳴方式の非接触電力伝送に使用可能な送電コイル又は受電コイルである。平面コイルユニット１は、ベース２と、平面コイル３とを備える。ベース２は、例えば樹脂製の板状部材（例えば平板状部材）である。ベース２の一方の面には、コイル形状の溝４が形成される。溝４は、ベース２の一方の面を渦巻き状（スパイラル状）に周回する。平面コイル３の径方向に隣り合う溝４同士は、相互に所定距離離間する。平面コイル３は、溝４上に設けられた導線５からなる。導線５は、溝４に沿って渦巻き状に周回する。導線５は、例えば銅線やアルミ線である。平面コイル３の径方向に隣り合う導線５同士は、相互に所定距離離間する。平面コイル３の外周側端部３ａは、ベース２の表面（平面コイル３の形成面）から外側に引き出され、内周側端部３ｂは、ベース２の裏面から外側に引き出される。ベース２の裏面に、内周側端部３ｂをガイドする溝を設けてもよい。

図２の断面図は、ベース２の表面に予め溝４を形成しておき、溝４に導線５を嵌め込んだ例を示している。この場合、導線５の外径を溝４の幅よりも僅かに大きくし、導線５を溝４に圧入してもよい。あるいは、導線５の外径を溝４の幅以下とし、導線５を溝４の内面に接着してもよい。接着には、両面テープを用いてもよいし、接着剤を用いてもよい。隣り合う導線５同士の相互離間距離を高精度にする観点で、導線５の外径は、溝４の幅より僅かに小さい程度以上にすることが望ましい。

図３の断面図は、溝４の無いベース２の一方の面（平面）に導線５を加熱しながら押し付けることで、ベース２を部分的に溶かして溝４を形成しながら溝４を導線５で埋めていった例を示している。図４の例では、加熱子６を導線５に接触させて導線５を加熱し、ベース２（熱可塑性樹脂）の溶融温度を超えた導線５によりベース２の一方の面を押圧して導線５をベース２の一方の面上で渦巻き状に周回させる。その結果、導線５は、ベース２に例えば線径の1/2〜1/3程度埋設される（埋め込まれる）。その際にできた溝４の内面は導線５と密着する（図３）。図５の例では、加熱子７ａを有する上ラム７に所定コイル形状に成形済みの導線５を真空吸引等の任意の方法で密着保持させ、導線５の吸着面に対向して熱可塑性樹脂からなるベース２を配置しておき、加熱子７ａの熱によりベース２の溶融温度を超えた導線５をベース２の一方の面に押し付ける。その結果、導線５は、ベース２に例えば線径の1/2〜1/3程度埋設される（埋め込まれる）。その際にできた溝４の内面は導線５と密着する（図３）。加熱子７ａはコイル形状に倣っていることが望ましい。なお、図４及び図５のいずれの製法においても、ベース２に対する導線５の埋設量（埋込量）は、導線５が所定コイル形状を保持できる程度（径方向に隣り合う導線５同士の相互離間距離が維持される程度）に溝４の内面と導線５とを密着させられる量であればよい。

本実施の形態によれば、ベース２の一方の面に所定コイル形状の溝４を形成し、溝４上に設けた導線５により平面コイル３を成しているため、平面コイル３の径方向に隣接する導線５同士の相互離間距離を高精度かつ一定に維持することができる。このため、導線５により平面コイル３を形成しながらコイルとしての特性を安定させることができる。また、導線５により平面コイル３を形成しているため、プリント基板上の導体パターンを平面コイルとする場合と比較して安価であり、かつ、電流経路の断面積を大きく確保できて直流抵抗による損失が小さい。

以上、実施の形態を例に本発明を説明したが、実施の形態の各構成要素や各処理プロセスには請求項に記載の範囲で種々の変形が可能であることは当業者に理解されるところである。

１ 平面コイルユニット、２ ベース（板状部材）、３ 平面コイル、３ａ 外周側端部、３ｂ 内周側端部、４ 溝、５ 導線、６ 加熱子、７ 上ラム、７ａ 加熱子

Claims (6)

1. 板状部を有するベースと、
   前記板状部に形成された所定コイル形状の溝と、
   前記溝上に設けられた導線からなる平面コイルとを備え、
   前記平面コイルの径方向に隣り合う前記導線同士が相互に所定距離離間し、
   前記平面コイルの内周側端部が、前記ベースの平面コイル形成面と反対側の面に引き出される、平面コイルユニット。
2. 前記導線が前記溝に接着されている請求項１に記載の平面コイルユニット。
3. 前記導線が前記溝の内面に密着している請求項１に記載の平面コイルユニット。
4. 前記導線が前記溝に圧入されている請求項１に記載の平面コイルユニット。
5. 前記板状部の前記溝の形成面が平面である請求項１から４のいずれか一項に記載の平面コイルユニット。
6. 前記ベースが熱可塑性樹脂からなる請求項１から５のいずれか一項に記載の平面コイルユニット。