JP7073858B2 - コイル部品及びこれを備えたワイヤレス電力伝送回路 - Google Patents

Description

本発明はコイル部品に関し、特に、スパイラル状の平面導体を有するコイル部品に関する。また、本発明は、このようなコイル部品を用いたワイヤレス電力伝送回路に関する。

各種電子機器に用いられるコイル部品としては、磁性コアにワイヤ（被覆導線）を巻回したタイプのコイル部品の他、基板の表面にスパイラル状の平面導体を複数ターンに亘って形成したタイプのコイル部品が知られている。例えば、特許文献１には、スパイラル状の平面導体を複数ターンに亘って巻回するとともに、内周側及び外周側に位置する数ターンのパターン幅を狭くしたコイル部品が開示されている。内周側及び外周側に位置するコイルパターンは磁界の影響を強く受けることから、特許文献１に記載されているように、この部分におけるパターン幅を狭くすれば、磁界の影響に起因する損失を低減することが可能となる。

特許文献１においては、コイルパターンのパターン幅を内周側と外周側で対称としている。つまり、内周側から数えてｎ番目のターンのパターン幅と外周側から数えてｎ番目のターンのパターン幅が同じである。

特開平１１－０４０４３８号公報

しかしながら、磁界の強度はコイルパターンの内周側と外周側で異なるため、コイルパターンのパターン幅を内周側と外周側で単純に対称とするだけでは、十分に損失を低減することができず、このため、特に交流抵抗を十分に低減することができないという問題があった。

したがって、本発明は、磁界の影響に起因する損失をより効果的に低減することによって、交流抵抗をより低減することが可能なコイル部品及びこれを備えたワイヤレス電力伝送路を提供することを目的とする。

本発明によるコイル部品は、基板と、基板の一方の表面に形成され、複数ターンに亘ってスパイラル状に巻回された第１のコイルパターンとを備え、第１のコイルパターンは、最も内周に位置する最内周ターンと、最も外周に位置する最外周ターンと、最内周ターン又は最外周ターンから数えたターン数が全体の中間である中間ターンと、線路長の中心位置とを有し、最内周ターンのパターン幅及び最外周ターンのパターン幅よりも、中心位置におけるパターン幅の方が大きく、最内周ターンから中間ターンまでの各ターンのパターン幅の合計値又は平均値よりも、最外周ターンから中間ターンまでの各ターンのパターン幅の合計値又は平均値の方が大きいことを特徴とする。

本発明によれば、最内周ターンのパターン幅及び最外周ターンのパターン幅を狭くしていることから、磁界の影響に起因する損失を低減することができる。しかも、最内周ターンから中間ターンまでの各ターンのパターン幅の合計値又は平均値よりも、最外周ターンから中間ターンまでの各ターンのパターン幅の合計値又は平均値の方が大きいことから、磁界の影響をより強く受ける内周側における損失がより低減される。このため、コイルパターンのパターン幅を内周側と外周側で単純に対称とした場合と比べ、必要以上にパターン幅を狭くすることなく、交流抵抗をよりいっそう低減することが可能となる。

本発明において、中間ターンのパターン幅よりも中心位置におけるパターン幅の方が大きくても構わない。これによれば、磁界の影響が小さい部分のパターン幅が拡大されることから、磁界の影響による損失を低減しつつ、直流抵抗を低減することが可能となる。

本発明において、最外周ターンのパターン幅よりも最内周ターンのパターン幅の方が小さくても構わない。これによれば、磁界の影響を最も強く受ける最内周ターンにおける損失をより低減することが可能となる。

本発明において、径方向に隣接するターン間のスペースが一定幅であっても構わない。これによれば、パターン幅を十分に確保することができることから、直流抵抗を低減することが可能となる。

本発明において、複数ターンの径方向におけるピッチが一定であっても構わない。これによれば、パターン幅が一定である場合と同じインダクタンスを得ることが可能となる。

本発明において、最内周ターンのパターン幅は、第１のコイルパターンのパターン厚よりも大きくても構わない。これによれば、最内周ターンのパターン幅を狭くすることによる損失の低減効果が顕著となる。

本発明において、最内周ターンのパターン厚は、最外周ターンのパターン厚よりも薄くても構わない。この場合も、最内周ターンのパターン幅を狭くすることによる損失の低減効果が顕著となる。

本発明において、第１のコイルパターンを構成する各ターンは、スパイラル状のスリットによって径方向に分離された第１及び第２の導体パターンを含む複数の導体パターンからなるものであっても構わない。これによれば、電流密度の偏りが低減されるため、直流抵抗や交流抵抗を低減することが可能となる。

本発明によるコイル部品は、基板の他方の表面に形成され、複数ターンに亘ってスパイラル状に巻回された第２のコイルパターンをさらに備え、第１のコイルパターンの内周端と第２のコイルパターンの内周端が互いに接続され、第２のコイルパターンは、最も内周に位置する最内周ターンと、最も外周に位置する最外周ターンと、最内周ターン又は最外周ターンから数えたターン数が全体の中間である中間ターンと、線路長の中心位置とを有し、第２のコイルパターンは、最内周ターンのパターン幅及び最外周ターンのパターン幅よりも、中心位置におけるパターン幅の方が大きく、且つ、最内周ターンから中間ターンまでの各ターンのパターン幅の合計値又は平均値よりも、最外周ターンから中間ターンまでの各ターンのパターン幅の合計値又は平均値の方が大きくても構わない。これによれば、基板の両面にコイルパターンが形成されることから、合計のターン数をより多くすることが可能となる。

本発明において、第２のコイルパターンを構成する各ターンは、スパイラル状のスリットによって径方向に分離された第３及び第４の導体パターンを含む複数の導体パターンからなり、第１の導体パターンは、第２の導体パターンよりも外周側に位置し、第３の導体パターンは、第４の導体パターンよりも外周側に位置し、第１の導体パターンの内周端と第４の導体パターンの内周端が互いに接続され、第２の導体パターンの内周端と第３の導体パターンの内周端が互いに接続されていても構わない。これによれば、内周側に位置する導体パターンと外周側に位置する導体パターンの電流密度分布がより均一化されるため、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。

本発明によるコイル部品は、平面視で第１のコイルパターンと重なる磁性シートをさらに備えるものであっても構わない。これによれば、インダクタンスを高めることが可能となる。

本発明によるワイヤレス電力伝送回路は、上述したコイル部品と、該コイル部品に接続された共振回路とを備え、第１のコイルパターンのパターン厚は、第１のコイルパターンに流れる電流の共振周波数における表皮深さよりも小さいことを特徴とする。本発明によれば、第１のコイルパターンのパターン厚が表皮深さよりも小さいことから、最内周ターン及び最外周ターンのパターン幅を狭くすることによる損失の低減効果が顕著となる。これにより、ワイヤレス電力伝送システムの送電側回路または受電側回路として好ましく利用することが可能となる。

このように、本発明によれば、磁界の影響に起因する損失がより効果的に低減されることから、交流抵抗がより低減されたコイル部品及びこれを備えたワイヤレス電力伝送回路を提供することが可能となる。

図１は、本発明の第１の実施形態によるコイル部品１に含まれる第１のコイルパターン１００のパターン形状を説明するための略平面図である。 図２は、本発明の第１の実施形態によるコイル部品１に含まれる第２のコイルパターン２００のパターン形状を説明するための略平面図である。 図３は、図１及び図２に示すＤ－Ｄ線に沿った略断面図である。 図４は、コイル部品１の等価回路図である。 図５は、導体パターンの径方向位置とパターン幅の関係を示す第１の例を説明するためのグラフである。 図６は、総ターン数が奇数である場合の中間ターンの定義を説明するための模式的な断面図である。 図７は、総ターン数が偶数である場合の中間ターンの定義を説明するための模式的な断面図である。 図８は、総ターン数が偶数である場合の中間ターンの定義を説明するための模式的な平面図である。 図９は、総ターン数が奇数である場合の中間ターンの定義を説明するための模式的な平面図である。 図１０は、変形例によるコイル部品の略断面図である。 図１１は、導体パターンの径方向位置とパターン幅の関係を示す第２の例を説明するためのグラフである。 図１２は、導体パターンの径方向位置とパターン幅の関係を示す第３の例を説明するためのグラフである。 図１３は、導体パターンの径方向位置とパターン幅の関係を示す第４の例を説明するためのグラフである。 図１４は、導体パターンの径方向位置とパターン幅の関係を示す第５の例を説明するためのグラフである。 図１５は、コイル部品１を用いたワイヤレス電力伝送システムのブロック図である。 図１６は、２つのコイル部品１を並列に接続した場合の等価回路図である。 図１７は、本発明の第２の実施形態によるコイル部品２に含まれる第１のコイルパターン３００のパターン形状を説明するための略平面図である。 図１８は、本発明の第２の実施形態によるコイル部品２に含まれる第２のコイルパターン４００のパターン形状を説明するための略平面図である。 図１９は、コイル部品２の等価回路図である。 図２０は、実施例のシミュレーション条件を示す表である。 図２１は、実施例のシミュレーション結果を示す表である。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態について詳細に説明する。

＜第１の実施形態＞
図１及び図２は、それぞれ本発明の第１の実施形態によるコイル部品１に含まれる第１のコイルパターン１００及び第２のコイルパターン２００のパターン形状を説明するための略平面図である。また、図３は、図１及び図２に示すＤ－Ｄ線に沿った略断面図である。

本実施形態によるコイル部品１は、図３に示すように、基板１０と、基板１０の一方の表面１１に形成された第１のコイルパターン１００と、基板１０の他方の表面１２に形成された第２のコイルパターン２００とを備えている。基板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材料を用いることができる。また、基板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１に示すように、第１のコイルパターン１００は、複数ターンに亘ってスパイラル状に巻回された平面導体によって構成される。図１に示す例では、第１のコイルパターン１００がターン１１０～ターン１５０からなる５ターン構成であり、ターン１１０が最外周ターンを構成し、ターン１５０が最内周ターンを構成する。また、各ターン１１０～１５０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。これにより、ターン１１０は導体パターン１１１～１１４に分割され、ターン１２０は導体パターン１２１～１２４に分割され、ターン１３０は導体パターン１３１～１３４に分割され、ターン１４０は導体パターン１４１～１４４に分割され、ターン１５０は導体パターン１５１～１５４に分割される。したがって、分割された導体パターン単位で見れば、導体パターン１１１が最外周ターンを構成し、導体パターン１５４が最内周ターンを構成する。

最外周に位置するターン１１０の導体パターン１１１～１１４は、径方向に延在する引き出しパターン１６１を介して、端子電極Ｅ１ａに接続される。また、引き出しパターン１６１に対して周方向に隣接する位置には、径方向に延在する引き出しパターン１６２が設けられており、その先端部は端子電極Ｅ２ｂに接続される。一方、最内周に位置するターン１５０の導体パターン１５１～１５４の内周端は、それぞれスルーホール導体Ｈ１～Ｈ４に接続される。

第１のコイルパターン１００を構成する各ターン１１０～１５０は、径方向における位置が変化しない円周領域Ａ１と、径方向における位置が遷移する遷移領域Ｂ１を有しており、この遷移領域Ｂ１を境界としてターン１１０～ターン１５０からなる５ターンが定義される。図１に示すように、本実施形態においては第１のコイルパターン１００の外周端及び内周端がいずれも遷移領域Ｂ１に位置している。さらに、第１のコイルパターン１００の中心点Ｃ１から放射状に延在し、引き出しパターン１６１と引き出しパターン１６２の間を通過する仮想線Ｌ１を引いた場合、遷移領域Ｂ１は仮想線Ｌ１上に位置している。また、スルーホール導体Ｈ１とスルーホール導体Ｈ４は、仮想線Ｌ１を軸として互いに対称となる位置に配置され、スルーホール導体Ｈ２とスルーホール導体Ｈ３は、仮想線Ｌ１を軸として互いに対称となる位置に配置されている。

図２に示すように、第２のコイルパターン２００は、複数ターンに亘ってスパイラル状に巻回された平面導体によって構成される。図２に示す例では、第２のコイルパターン２００がターン２１０～ターン２５０からなる５ターン構成であり、ターン２１０が最外周ターンを構成し、ターン２５０が最内周ターンを構成する。また、各ターン２１０～２５０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。これにより、ターン２１０は導体パターン２１１～２１４に分割され、ターン２２０は導体パターン２２１～２２４に分割され、ターン２３０は導体パターン２３１～２３４に分割され、ターン２４０は導体パターン２４１～２４４に分割され、ターン２５０は導体パターン２５１～２５４に分割される。したがって、分割された導体パターン単位で見れば、導体パターン２１１が最外周ターンを構成し、導体パターン２５４が最内周ターンを構成する。

最外周に位置するターン２１０の導体パターン２１１～２１４は、径方向に延在する引き出しパターン２６１を介して、端子電極Ｅ２ａに接続される。また、引き出しパターン２６１に対して周方向に隣接する位置には、径方向に延在する引き出しパターン２６２が設けられており、その先端部は端子電極Ｅ１ｂに接続される。一方、最内周に位置するターン２５０の導体パターン２５１～２５４の内周端は、それぞれスルーホール導体Ｈ４，Ｈ３，Ｈ２，Ｈ１に接続される。

第２のコイルパターン２００を構成する各ターン２１０～２５０は、径方向における位置が変化しない円周領域Ａ２と、径方向における位置が遷移する遷移領域Ｂ２を有しており、この遷移領域Ｂ２を境界としてターン２１０～ターン２５０からなる５ターンが定義される。図２に示すように、本実施形態においては第２のコイルパターン２００の外周端及び内周端がいずれも遷移領域Ｂ２に位置している。さらに、第２のコイルパターン２００の中心点Ｃ２から放射状に延在し、引き出しパターン２６１と引き出しパターン２６２の間を通過する仮想線Ｌ２を引いた場合、遷移領域Ｂ２は仮想線Ｌ２上に位置している。

このような構成を有する第１及び第２のコイルパターン１００，２００は、中心点Ｃ１，Ｃ２が重なり、且つ、仮想線Ｌ１，Ｌ２が重なるよう、それぞれ基板１０の一方の表面１１及び他方の表面１２に形成される。これにより、端子電極Ｅ１ａ，Ｅ１ｂが重なるとともに、端子電極Ｅ２ａ，Ｅ２ｂが重なる。端子電極Ｅ１ａ，Ｅ１ｂは、引き出しパターン１６１と引き出しパターン２６２を接続するスルーホール導体Ｈ５を介して短絡され、単一の端子電極Ｅ１として用いられる。同様に、端子電極Ｅ２ａ，Ｅ２ｂは、引き出しパターン１６２と引き出しパターン２６１を接続するスルーホール導体Ｈ６を介して短絡され、単一の端子電極Ｅ２として用いられる。

さらに、スルーホール導体Ｈ１を介して導体パターン１５１，２５４が互いに短絡され、スルーホール導体Ｈ２を介して導体パターン１５２，２５３が互いに短絡され、スルーホール導体Ｈ３を介して導体パターン１５３，２５２が互いに短絡され、スルーホール導体Ｈ４を介して導体パターン１５４，２５１が互いに短絡されることから、第１のコイルパターン１００と第２のコイルパターン２００は図４に示すように直列接続され、合計で１０ターンのスパイラルコイルが構成されることになる。

特に限定されるものではないが、図３に示すように、第１のコイルパターン１００の円周領域Ａ１に位置する各導体パターンと、第２のコイルパターン２００の円周領域Ａ２に位置する各導体パターンは、平面方向における位置が完全に一致している。これにより、平面視で基板１０が導体パターンで覆われる部分の面積が小さくなることから、渦電流損を低減することが可能となる。しかも、円周領域Ａ１に位置する各導体パターンと円周領域Ａ２に位置する各導体パターンが重なることにより、第１のコイルパターン１００と第２のコイルパターン２００の視覚的な干渉を最小限に抑えることができる。つまり、基板１０が透明又は半透明であっても、第１のコイルパターン１００を外観検査する際に第２のコイルパターン２００が視覚的な障害とならず、逆に、第２のコイルパターン２００を外観検査する際に第１のコイルパターン１００が視覚的な障害とならない。これにより、検査装置を用いた外観検査を正しく実行することが可能となる。

さらに、本実施形態によるコイル部品１は、図３に示すように、第１及び第２のコイルパターン１００，２００のパターン幅が一定ではなく、内周側及び外周側においてパターン幅が狭く、中心側においてパターン幅が広いという特徴を有している。

より具体的に説明すると、最内周ターンを構成する導体パターン１５４，２５４のパターン幅をＷ１、最外周ターンを構成する導体パターン１１１，２１１のパターン幅をＷ２、最内周ターン又は最外周ターンから数えてターン数が全体の中間である中間ターンを構成する導体パターン１３３，２３３（又は１３２，２３２）のパターン幅をＷ３，導体パターンに沿ったコイルパターンの線路長の中心位置となる導体パターン１２４，２２４のパターン幅をＷ４とした場合、
Ｗ１，Ｗ２＜Ｗ３，Ｗ４
を満たしている。

最内周ターン及び最外周ターンのパターン幅Ｗ１，Ｗ２を縮小しているのは、この部分における磁界が強く、渦電流による発熱によって大きな損失が発生するからである。つまり、最内周ターン及び最外周ターンのパターン幅Ｗ１，Ｗ２を縮小することにより、最内周ターン及び最外周ターンと干渉する磁束が減少することから、発生する渦電流を低減することができる。最内周ターンのパターン幅Ｗ１は、コイルパターン１００，２００のパターン厚よりも大きいことが好ましい。これによれば、コイルパターン１００，２００に流れる渦電流は導体パターンの径方向における両側に集中することから、コイルパターン１００，２００のパターン幅を狭くすることによる損失の低減効果を顕著に得ることが可能となる。

さらに、導体パターンのパターン厚は、最外周ターンよりも最内周ターンの方が薄くても構わない。特に、最外周ターンから最内周ターンに向かって、パターン厚が徐々に又は段階的に薄くなる構成とすることが好ましい。これによれば、渦電流の影響をより強く受ける内周側において、パターン幅を狭くすることによる損失の低減効果が顕著となる。

図５は、導体パターンの径方向位置とパターン幅の関係を示す第１の例を説明するためのグラフである。図５において、実線は本実施形態におけるコイル部品１のパターン幅を示し、破線は比較例におけるパターン幅を示している。比較例は、導体パターンのパターン幅を一定とした例である。

図５に示すように、本実施形態においては、最内周ターンのパターン幅Ｗ１が最も小さく、最内周ターンから線路長の中心位置に向かってパターン幅が徐々にまたは段階的に拡大し、線路長の中心位置におけるパターン幅Ｗ４が最大となる。そして、線路長の中心位置から最外周ターンに向かってパターン幅が徐々にまたは段階的に縮小し、最外周ターンにおいてパターン幅がＷ２となる。図５に示す例では、最内周ターンのパターン幅Ｗ１が最外周ターンのパターン幅Ｗ２よりも小さい。これは、最内周ターンの方が最外周ターンよりも磁界が強いためであり、これをパターン幅に反映させたものである。これにより、本実施形態においては、
Ｗ１＜Ｗ２＜Ｗ３＜Ｗ４
を満たしている。比較例では全てのターンにおいて導体パターンのパターン幅がＷ０である。

また、線路長の中心位置は中間ターンよりも外周側に位置し、この部分においてパターン幅Ｗ４が最大となる。これは、線路長の中心の方が中間ターンよりも磁界が弱いためであり、これをパターン幅に反映させたものである。本実施形態においては、線路長の中心位置が最大のパターン幅Ｗ４を有しており、ここから離れるにしたがってパターン幅が減少することから、中間ターンを中心に考えると、中間ターンから見て内周側に位置する各ターンのパターン幅の合計値又は平均値よりも、中間ターンから見て外周側に位置する各ターンのパターン幅の合計値又は平均値の方が大きくなる。つまり、図５に示すグラフの領域Ｆ２よりも領域Ｆ１の方が大きい。このように、本実施形態においては、中間ターンを中心に考えると、パターン幅が内周側と外周側で対称ではない。

ここで、中間ターンとは、図６に示すようにコイルパターンＴのターン数が奇数（例えば１１ターン）である場合は、最内周ターンＴｉから数えたターン数と最外周ターンＴｏから数えたターン数が一致するターンＴ１（例えば第６ターン）が該当する。

また、図７に示すようにコイルパターンＴのターン数が偶数（例えば１０ターン）である場合は、最内周ターンＴｉから数えたターン数が総ターン数の半分に相当するターンＴ２（例えば内周端から数えて第５ターン）、或いは、最外周ターンＴｏから数えたターン数が総ターン数の半分に相当するターンＴ３（例えば外周端から数えて第５ターン）が該当する。コイルパターンＴのターン数が偶数である場合、ターンＴ２とターンＴ３の両方を中間ターンと見なしても構わないし、いずれか一方を中間ターンと見なしても構わない。また、ターンＴ２のパターン幅とターンＴ３のパターン幅の平均値を中間ターンのパターン幅Ｗ３と見なしても構わない。

さらには、図８に示すように、ターン数の中心位置における導体パターンのパターン幅を中間ターンのパターン幅Ｗ３と見なしても構わない。図８に示す例では、コイルパターンＴの総ターン数が４ターンであることから、内周端又は外周端から数えてちょうど２ターン目となる位置Ｔ４のパターン幅を中間ターンのパターン幅Ｗ３と見なしても構わない。この点は、総ターン数が奇数である場合も同様であり、図９に示すように、コイルパターンＴの総ターン数が５ターンであれば、内周端又は外周端から数えてちょうど２．５ターン目となる位置Ｔ５のパターン幅を中間ターンのパターン幅Ｗ３と見なしても構わない。

一方、本実施形態のように、各ターンがスパイラル状のスリットによって径方向に分割されている場合には、各導体パターンを１ターンと見なして中間ターンを特定すれば良い。つまり、１ターンが複数の導体パターンに分割されているか否かにかかわらず、断面に現れる導体パターンの数（図３に示す例では２０個）に基づいて中間ターンを特定すれば良い。

線路長の中心位置については、各ターンがスパイラル状のスリットによって径方向に分割されていない場合、つまり、コイルパターンが単純なスパイラルパターンである場合には、コイルパターンに沿ったコイル長のちょうど中間位置がこれに該当する。一方、本実施形態のように、各ターンがスパイラル状のスリットによって径方向に分割されている場合には、全導体パターンが内周端から外周端に向かって一筆書き可能な単純なスパイラルパターンであると仮定した場合における、コイルパターンに沿ったコイル長のちょうど中間位置が線路長の中心位置に該当する。つまり、図１に示す例では、導体パターン１１１～１１４，１２１～１２４，１３１～１３４，１４１～１４４，１５１～１５４からなる計２０個の導体パターンがスパイラル状に接続され、これによりコイルパターン１００のターン数が２０ターンであると仮定した場合における線路長の中心位置がこれに該当する。

このように、本実施形態によるコイル部品は、磁界の強度に応じてコイルパターンのパターン幅を設計していることから、コイルパターンのパターン幅を内周側と外周側で単純に対称とした場合と比べ、交流抵抗をより低減することが可能となる。

しかも、本実施形態によるコイル部品は、各ターンがスパイラル状のスリットによって径方向に４分割されていることから、このようなスリットを設けない場合と比べて、電流密度の偏りが低減される。その結果、直流抵抗や交流抵抗を低減することができる。しかも、第１のコイルパターン１００と第２のコイルパターン２００との間で導体部分の径方向位置が完全に入れ替えられていることから、内外周差が相殺される。これにより、電流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よりいっそう低減することが可能となる。

また、本実施形態においては、図３に示すように、径方向に隣接するターン間のスペースＳが一定幅とされている。これにより、パターン幅の狭い内周端近傍または外周端近傍において無駄なスペースが生じないことから、パターン幅を十分に確保することができ、直流抵抗が低減される。但し、本発明においてこの点は必須でなく、図１０に示す変形例のように、パターン幅に応じてスペースＳを変化させても構わない。図１０に示す例では、各導体パターンの径方向におけるピッチＰが一定であり、これにより、パターン幅が狭いほどスペースＳが大きく、パターン幅が広いほどスペースＳが小さくなるよう設計されている。これによれば、パターン幅を一定とした場合と同じインダクタンスを得ることが可能となる。

図１１は、導体パターンの径方向位置とパターン幅の関係を示す第２の例を説明するためのグラフである。図１１に示す例では、最内周ターンのパターン幅Ｗ１と最外周ターンのパターン幅Ｗ２が一致している。本例が例示するように、本発明において、最内周ターンのパターン幅Ｗ１が最外周ターンのパターン幅Ｗ２よりも狭いことは必須でない。つまり、
Ｗ１＝Ｗ２
であっても構わない。

図１２は、導体パターンの径方向位置とパターン幅の関係を示す第３の例を説明するためのグラフである。図１２に示す例では、最内周ターンのパターン幅Ｗ１と最外周ターンのパターン幅Ｗ２が一致しており、且つ、このパターン幅が複数ターンに亘って維持されている。本例が例示するように、本発明において、パターン幅が最小となる導体パターンが複数ターンに亘って連続していても構わない。

図１３は、導体パターンの径方向位置とパターン幅の関係を示す第４の例を説明するためのグラフである。図１３に示す例では、線路長の中心におけるパターン幅Ｗ４と同じパターン幅が複数ターンに亘って維持されている。本例が例示するように、本発明において、パターン幅が最大となる導体パターンが複数ターンに亘って連続していても構わない。

図１４は、導体パターンの径方向位置とパターン幅の関係を示す第５の例を説明するためのグラフである。図１４に示す例では、線路長の中心におけるパターン幅Ｗ４と同じパターン幅が中間ターンを含む複数ターンに亘って維持されている。本例が例示するように、本発明において、パターン幅が最大となる導体パターンが中間ターンを含んでいても構わない。つまり、
Ｗ３＝Ｗ４
であっても構わない。

本実施形態によるコイル部品１は、図１５に示すワイヤレス電力伝送システムに応用することが可能である。図１５に示すワイヤレス電力伝送システムは、ワイヤレス送電装置ＴＸとワイヤレス受電装置ＲＸからなるシステムであり、空間４０を介して、ワイヤレス送電装置ＴＸに含まれる送電コイル２１とワイヤレス受電装置ＲＸに含まれる受電コイル３１を対向させることにより、ワイヤレスで電力伝送を行うことができる。送電コイル２１は、電源回路、インバータ回路、共振回路などを含む送電回路２２に接続され、送電回路２２から交流の電流が供給される。受電コイル３１は、共振回路、整流回路、平滑回路などを含む受電回路３２に接続される。そして、送電コイル２１と受電コイル３１を向かい合わせることにより両者を磁気結合させれば、ワイヤレス送電装置ＴＸからワイヤレス受電装置ＲＸへ空間４０を介してワイヤレスに電力を伝送することができる。

このような構成を有するワイヤレス電力伝送システムにおいて、送電コイル２１や受電コイル３１として本実施形態によるコイル部品１を利用することができる。この場合、送電コイル２１から見て空間４０の反対側には、磁性シート２３を配置することが好ましく、受電コイル３１から見て空間４０の反対側には、磁性シート３３を配置することが好ましい。磁性シート２３，３３を配置すれば、送電コイル２１及び受電コイル３１のインダクタンスを高められ、より効率的な電力伝送を行うことが可能となる。なお、磁性シート２３や磁性シート３３を用いると送電コイル２１や受電コイル３１の磁界が大きくなるため、磁界の影響による送電コイル２１や受電コイル３１の交流抵抗の増加が顕著となるが、本実施形態によるコイル部品１を送電コイル２１や受電コイル３１に適用することで、効率よく交流抵抗を低減することができる。

ここで、送電コイル２１や受電コイル３１に流れる電流の角周波数をω、コイルパターン１００，２００の電気抵抗率をρ、コイルパターン１００，２００の絶対透磁率をμとした場合、コイルパターン１００，２００に流れる電流の表皮深さｄは、下記式によって表すことができる。角周波数ωは、共振周波数をｆとした場合、２πｆで表すことができる。

この場合、コイルパターン１００，２００のパターン厚は、上記表皮深さｄよりも小さいことが好ましい。コイルパターン１００，２００のパターン厚が表皮深さｄよりも小さい場合、コイルパターン１００，２００に流れる渦電流は導体パターンの径方向における両側に集中する。このため、コイルパターン１００，２００のパターン幅を狭くすることによる損失の低減効果が顕著となる。一例として、共振周波数が１００ｋＨｚである場合、銅線路コイルの表皮深さｄは約０．２ｍｍであり、この場合、コイルパターン１００，２００のパターン厚を０．２ｍｍ未満、例えば、５０～１００μｍ程度とすれば、パターン幅を狭くすることによる損失の低減効果を顕著に得ることが可能となる。

また、２つのコイルパターン１００，２００では必要な交流抵抗の低減効果が不足する場合は、図１６に示すように、本実施形態によるコイル部品１を複数個（図１６に示す例では２個）並列に接続することにより、より一層交流抵抗を低減することができる。なお、一般的なパターンコイルでは複数個並列に接続しても磁界の影響に起因する損失が生じる部分も増加するため、効果的な交流抵抗値の低減が難しかったが、本発明に係るコイルでは磁界の影響に起因する損失を低減できるため、複数個並列に接続した場合の交流抵抗低減効果はより顕著となる。

＜第２の実施形態＞
図１７及び図１８は、それぞれ本発明の第２の実施形態によるコイル部品２に含まれる第１のコイルパターン３００及び第２のコイルパターン４００のパターン形状を説明するための略平面図である。

図１７に示すように、第１のコイルパターン３００は、図１に示した第１のコイルパターン１００に導体パターン３６１，３６２を追加し、導体パターン３６１，３６２の内周端にそれぞれスルーホール導体Ｈ７，Ｈ８を設けた構成を有している。導体パターン３６１は導体パターン１５１から連続する１ターンの導体パターンであり、導体パターン３６２は導体パターン１５２から連続する１ターンの導体パターンである。本実施形態においては、スルーホール導体Ｈ３とスルーホール導体Ｈ８が仮想線Ｌ１を軸として互いに対称となる位置に配置され、スルーホール導体Ｈ４とスルーホール導体Ｈ７が仮想線Ｌ１を軸として互いに対称となる位置に配置されている。その他の基本的な構成は、図１に示した第１のコイルパターン１００と同一であることから、同一の要素には同一の部号を付し、重複する説明は省略する。

図１８に示すように、第２のコイルパターン４００は、図２に示した第２のコイルパターン２００に導体パターン４６１，４６２を追加し、導体パターン４６１，４６２の内周端にそれぞれスルーホール導体Ｈ４，Ｈ３を設けた構成を有している。導体パターン４６１は導体パターン２５１から連続する１ターンの導体パターンであり、導体パターン４６２は導体パターン２５２から連続する１ターンの導体パターンである。また、導体パターン２５３，２５４の内周端は、それぞれスルーホール導体Ｈ８，Ｈ７に接続されている。その他の基本的な構成は、図２に示した第２のコイルパターン２００と同一であることから、同一の要素には同一の部号を付し、重複する説明は省略する。

このような構成を有する第１及び第２のコイルパターン３００，４００は、中心点Ｃ１，Ｃ２が重なり、且つ、仮想線Ｌ１，Ｌ２が重なるよう、それぞれ基板１０の一方の表面１１及び他方の表面１２に形成される。これにより、スルーホール導体Ｈ３を介して導体パターン１５３，４６２が互いに短絡され、スルーホール導体Ｈ４を介して導体パターン１５４，４６１が互いに短絡され、スルーホール導体Ｈ７を介して導体パターン３６１，２５４が互いに短絡され、スルーホール導体Ｈ８を介して導体パターン３６２，２５３が互いに短絡されることから、第１のコイルパターン３００と第２のコイルパターン４００は図１９に示すように直列接続され、合計で１１ターンのスパイラルコイルが構成されることになる。

このように、本実施形態においては、表裏で同一のパターン形状を用いているにもかかわらず、奇数ターンのスパイラルコイルを実現することが可能となる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であり、それらも本発明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、上記各実施形態においては、コイルパターンを構成する各ターンをスパイラル状のスリットによって４つの導体パターンに分離しているが、本発明において、コイルパターンを構成する各ターンを複数の導体パターンに分離することは必須でない。また、複数の導体パターンに分離する場合であっても、その数は４つに限定されるものではない。

第１の実施形態によるコイル部品１と同様の構造（５ターン×４分割）を有する３つのコイル部品（実施例１、実施例２及び比較例）を想定し、シミュレーションによって共振周波数が１００ｋＨｚである場合の交流抵抗及びインダクタンスを算出した。導体パターンの材料は銅（Ｃｕ）であり、各サンプルにおけるパターン幅、パターン厚、スペースについては図２０に示す通りとした。図２０において、Ｔｕｒｎ１は最外周ターンであり、Ｔｕｒｎ２０は最内周ターンである。また、コイルパターンの内径は１０．２８５ｍｍ、外径は２３．６３ｍｍとした。

シミュレーションの結果を図２１に示す。図２１に示すように、実施例１及び２のサンプルは比較例のサンプルと比べて交流抵抗値が低かった。特に、実施例１のサンプルにおける交流抵抗値は、比較例のサンプルと比べて大幅に改善されることが確認された。一方、インダクタンスについては、実施例２のサンプルと比較例のサンプルは同じ値であった。

１，２ コイル部品
１０ 基板
１１ 基板の一方の表面
１２ 基板の他方の表面
２１ 送電コイル
２２ 送電回路
２３ 磁性シート
３１ 受電コイル
３２ 受電回路
３３ 磁性シート
４０ 空間
１００，３００ 第１のコイルパターン
２００，４００ 第２のコイルパターン
１１０～１５０、２１０～２５０ ターン
１１１～１１４，１２１～１２４，１３１～１３４，１４１～１４４，１５１～１５４，２１１～２１４，２２１～２２４，２３１～２３４，２４１～２４４，２５１～２５４，３６１，３６２，４６１，６４２ 導体パターン
１６１，１６２，２６１，２６２ 引き出しパターン
Ａ１，Ａ２ 円周領域
Ｂ１，Ｂ２ 遷移領域
Ｃ１，Ｃ２ 中心点
Ｅ１，Ｅ１ａ，Ｅ１ｂ，Ｅ２，Ｅ２ａ，Ｅ２ｂ 端子電極
Ｆ１，Ｆ２ 領域
Ｈ１～Ｈ８ スルーホール導体
Ｌ１，Ｌ２ 仮想線
Ｐ ピッチ
ＲＸ ワイヤレス受電装置
Ｓ スペース
Ｔ コイルパターン
ＴＸ ワイヤレス送電装置
Ｔｉ 最内周ターン
Ｔｏ 最外周ターン
Ｗ１～Ｗ４ パターン幅

Claims (12)

1. 基板と、
   前記基板の一方の表面に形成され、複数ターンに亘ってスパイラル状に巻回された第１のコイルパターンと、を備え、
   前記第１のコイルパターンは、最も内周に位置する最内周ターンと、最も外周に位置する最外周ターンと、前記最内周ターン又は前記最外周ターンから数えたターン数が全体の中間である中間ターンと、線路長の中心位置とを有し、
   前記最内周ターンのパターン幅、前記最外周ターンのパターン幅及び前記中間ターンのパターン幅よりも、前記中心位置におけるパターン幅の方が大きく、
   前記最内周ターンから前記中間ターンまでの各ターンのパターン幅の合計値又は平均値よりも、前記最外周ターンから前記中間ターンまでの各ターンのパターン幅の合計値又は平均値の方が大きいことを特徴とするコイル部品。
2. 前記最外周ターンのパターン幅よりも前記最内周ターンのパターン幅の方が小さいことを特徴とする請求項１に記載のコイル部品。
3. 径方向に隣接するターン間のスペースが一定幅であることを特徴とする請求項１又は２に記載のコイル部品。
4. 前記複数ターンの径方向におけるピッチが一定であることを特徴とする請求項１又は２に記載のコイル部品。
5. 前記最内周ターンのパターン幅は、前記第１のコイルパターンのパターン厚よりも大きいことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のコイル部品。
6. 前記最内周ターンのパターン厚は、前記最外周ターンのパターン厚よりも薄いことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載のコイル部品。
7. 前記第１のコイルパターンを構成する各ターンは、スパイラル状のスリットによって径方向に分離された第１及び第２の導体パターンを含む複数の導体パターンからなることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載のコイル部品。
8. 前記基板の他方の表面に形成され、複数ターンに亘ってスパイラル状に巻回された第２のコイルパターンをさらに備え、
   前記第１のコイルパターンの内周端と前記第２のコイルパターンの内周端が互いに接続され、
   前記第２のコイルパターンは、最も内周に位置する最内周ターンと、最も外周に位置する最外周ターンと、前記最内周ターン又は前記最外周ターンから数えたターン数が全体の中間である中間ターンと、線路長の中心位置とを有し、
   前記第２のコイルパターンは、前記最内周ターンのパターン幅及び前記最外周ターンのパターン幅よりも、前記中心位置におけるパターン幅の方が大きく、且つ、前記最内周ターンから前記中間ターンまでの各ターンのパターン幅の合計値又は平均値よりも、前記最外周ターンから前記中間ターンまでの各ターンのパターン幅の合計値又は平均値の方が大きいことを特徴とする請求項７に記載のコイル部品。
9. 前記第２のコイルパターンを構成する各ターンは、スパイラル状のスリットによって径方向に分離された第３及び第４の導体パターンを含む複数の導体パターンからなり、
   前記第１の導体パターンは、前記第２の導体パターンよりも外周側に位置し、
   前記第３の導体パターンは、前記第４の導体パターンよりも外周側に位置し、
   前記第１の導体パターンの内周端と前記第４の導体パターンの内周端が互いに接続され、
   前記第２の導体パターンの内周端と前記第３の導体パターンの内周端が互いに接続されることを特徴とする請求項８に記載のコイル部品。
10. 平面視で前記第１のコイルパターンと重なる磁性シートをさらに備えることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載のコイル部品。
11. 基板と、
    前記基板の一方の表面に形成され、複数ターンに亘ってスパイラル状に巻回された第１のコイルパターンと、を備え、
    前記第１のコイルパターンは、最も内周に位置する最内周ターンと、最も外周に位置する最外周ターンと、前記最内周ターン又は前記最外周ターンから数えたターン数が全体の中間である中間ターンと、線路長の中心位置とを有し、
    前記最内周ターンのパターン幅及び前記最外周ターンのパターン幅よりも、前記中心位置におけるパターン幅の方が大きく、
    前記最内周ターンから前記中間ターンまでの各ターンのパターン幅の合計値又は平均値よりも、前記最外周ターンから前記中間ターンまでの各ターンのパターン幅の合計値又は平均値の方が大きく、
    前記第１のコイルパターンを構成する各ターンは、スパイラル状のスリットによって径方向に分離された第１及び第２の導体パターンを含む複数の導体パターンからなり、
    前記第２の導体パターンは、前記第１の導体パターンよりも内周側に位置し、
    前記最内周ターンを構成する前記第２の導体パターンのパターン幅は、前記最内周ターンを構成する前記第１の導体パターンのパターン幅よりも狭いことを特徴とするコイル部品。
12. 請求項１乃至１１のいずれか一項に記載のコイル部品と、前記コイル部品に接続された共振回路とを備え、
    前記第１のコイルパターンのパターン厚は、前記第１のコイルパターンに流れる電流の共振周波数における表皮深さよりも小さいことを特徴とするワイヤレス電力伝送回路。

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