JP7443825B2 - コイル部品 - Google Patents

Description

本発明はコイル部品に関し、特に、ワイヤレス電力伝送装置に用いることができるコイル部品に関する。

ワイヤレス電力伝送装置に用いることができるコイル部品としては、特許文献１に記載されたコイル部品が知られている。特許文献１に記載されたコイル部品は、送電コイルと受電コイルの相対的な位置が横方向にずれた場合であっても電力伝送ができるよう、送電コイルを横長形状としている。

特開２０１４－９３７９５号公報

しかしながら、特許文献１に記載されたコイル部品では、送電コイルと受電コイルの相対的な位置にずれが生じていない場合、つまり、送電コイルの中心軸と受電コイルの中心軸が一致している場合に電力伝送効率が低下するという問題があった。

したがって、本発明は、ワイヤレス電力伝送装置に用いた場合に、送電コイルの中心軸と受電コイルの中心軸が一致している場合においても高い電力伝送効率を得ることが可能なコイル部品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設けられたスパイラル状の第１のコイルパターンとを備え、第１のコイルパターンの外形及び内形は、いずれも第１の方向における幅の方が第１の方向と直交する第２の方向における幅よりも大きく、第１のコイルパターンの外形は、第２の方向における幅が第１の外形幅である一対の第１の外形区間と、第１の方向において一対の第１の外形区間の間に位置し、第２の方向における幅が第１の外形幅よりも大きい第２の外形幅である第２の外形区間とを有し、第１のコイルパターンの内形は、第２の方向における幅が第１の内形幅である一対の第１の内形区間と、第１の方向において一対の第１の内形区間の間に位置し、第２の方向における幅が第１の内形幅よりも大きい第２の内形幅である第２の内形区間とを有し、第１の内形幅に対する第２の内形幅の比率である内形比は、第１の外形幅に対する第２の外形幅の比率である外形比よりも大き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外形及び内形が第１の方向に拡大されていることから、ワイヤレス電力伝送装置に用いた場合に、送電コイルの中心軸と受電コイルの中心軸が第１の方向にずれた場合であっても、高い電力伝送効率を得ることが可能となる。しかも、第１のコイルパターンの外形及び内形の第２の方向における幅が第１の方向における略中央部分において拡大されており、且つ、内形比が外形比よりも大きいことから、送電コイルの中心軸と受電コイルの中心軸が一致している場合における電力伝送効率の低下を抑えることが可能となる。

本発明において、外形比に対する内形比の比率は、１．２以上であっても構わない。これによれば、送電コイルの中心軸と受電コイルの中心軸が一致している場合における電力伝送効率の低下をより効果的に抑えることが可能となる。

本発明において、コイルパターンの内形の第１の方向における幅は、第２の内形幅よりも大きくても構わない。これによれば、送電コイルの中心軸と受電コイルの中心軸が第１の方向に大きくずれた場合であっても、高い電力伝送効率を得ることが可能となる。

本発明において、第１のコイルパターンを構成する複数のターンのそれぞれは、外周端から内周端に向かう延在方向が１８０°変化する第１及び第２の巻回領域と、延在方向が第１の方向と一致する第３の巻回領域と、延在方向が第１の方向に対して所定の傾きを有し、第１の巻回領域の一端と第３の巻回領域の一端を直線的に接続する第４の巻回領域と、延在方向が第１の方向に対して所定の傾きを有し、第２の巻回領域の一端と第３の巻回領域の他端を直線的に接続する第５の巻回領域とを含むものであっても構わない。これによれば、送電コイルの中心軸と受電コイルの中心軸のずれ量に応じた電力伝送効率の変化を小さく抑えることが可能となる。

本発明において、複数のターンのそれぞれは、第３の巻回領域における長さよりも第４及び第５の巻回領域におけるそれぞれの長さの方が短くても構わない。これによれば、全体のサイズの増大を抑えつつ、内形を拡大することが可能となる。

本発明において、複数のターンのそれぞれは、スパイラル状のスリットによって複数のラインに径方向に分割されていても構わない。これによれば、第１のコイルパターン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。

本発明によるコイル部品は、基板の他方の表面に設けられたスパイラル状の第２のコイルパターンをさらに備え、第２のコイルパターンを構成する複数のターンのそれぞれは、スパイラル状のスリットによって複数のラインに径方向に分割されており、第１のコイルパターンを構成する最内周ターンは、第１のラインと、第１のラインよりも外周側に位置する第２のラインを含み、第２のコイルパターンを構成する最内周ターンは、第３のラインと、第３のラインよりも外周側に位置する第４のラインを含み、第１のラインの内周端と第４のラインの内周端は、基板を貫通して設けられた第１の接続部を介して互いに接続され、第２のラインの内周端と第３のラインの内周端は、基板を貫通して設けられた第２の接続部を介して互いに接続されていても構わない。これによれば、第１のコイルパターンの内外周差と第２のコイルパターン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。

このように、本発明によるコイル部品は、ワイヤレス電力伝送装置に用いた場合に、送電コイルの中心軸と受電コイルの中心軸が一致している場合においても高い電力伝送効率を得ることが可能となる。

図１は、本発明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のコイルパターン１００のパターン形状を説明するための平面図であり、基板１０の一方の表面１１側から見た状態を示している。 図３は、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平面図であり、基板１０の一方の表面１１側から見た状態を示している。 図４は、コイル部品の等価回路図である。 図５は、第１のコイルパターン１００の外形及び内形を説明するための模式的な平面図である。 図６は、巻回領域１９１～１９８の形状を説明するための模式的な平面図である。 図７は、コイル部品１をワイヤレス電力伝送装置の送電コイルとして利用した場合において、送電コイルの中心軸と受電コイルの中心軸の位置関係を説明するための模式的な平面図である。 図８は、コイル部品１の代わりに比較例によるコイル部品１ａをワイヤレス電力伝送装置の送電コイルとして利用した例を示す模式的な平面図である。 図９は、実施形態によるコイル部品１と比較例によるコイル部品１ａの電力伝送効率を比較したグラフであり、受電コイル３のオフセット量と磁気結合度の関係を示している。 実施例の測定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。

図１は、本発明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。詳細については後述するが、第１のコイルパターン１００の内周端と第２のコイルパターン２００の内周端は、基板１０を貫通して設けられた複数の接続部（図１に示す断面には接続部３０２のみが現れている）を介して互いに接続されている。また、本実施形態によるコイル部品１をワイヤレス電力伝送装置の送電コイルとして用いる場合、基板１０の一方の表面１１と受電コイルが向かい合うように配置される。この場合、基板１０の他方の表面１２側には、フェライトなどの磁性体からなる磁性シート２０を配置することが好ましい。

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絶縁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２は、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平面図であり、基板１０の一方の表面１１側から見た状態を示している。

第１のコイルパターン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３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。

特に限定されるものではないが、本実施形態においては、ライン１１１～１１４，１２１～１２４のパターン幅Ｐ１よりも、ライン１３１～１３４，１４１～１４４、１５１～１５４，１６１，１６２のパターン幅Ｐ２の方が狭い。ここで、「パターン幅」とは、平面導体の径方向における幅を指す。

第１のコイルパターン１００の外周端はライン１１１～１１４の外周端によって構成され、これらは端子電極Ｅ１に共通に接続される。一方、第１のコイルパターン１００の内周端はライン１６１，１６２，１５３，１５４の内周端によって構成され、これらは、それぞれ接続部３０１～３０４に接続される。

図２に示すように、第１のコイルパターン１００の中心点Ｃ１から径方向に延在する仮想線Ｌ１を引いた場合、接続部３０１と接続部３０４は仮想線Ｌ１を基準として互いに対称となる位置に配置され、接続部３０２と接続部３０３は仮想線Ｌ１を基準として互いに対称となる位置に配置されている。

図３は、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平面図であり、基板１０の一方の表面１１側から見た状態、つまり、基板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のコイルパターン２００のパターン形状は、第１のコイルパターン１００のパターン形状と同一である。したがって、第１のコイルパターン１００と第２のコイルパターン２００は、同一のマスクを用いて作製することが可能であり、これによって製造コストを大幅に削減することが可能となる。

第２のコイルパターン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３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。

特に限定されるものではないが、本実施形態においては、ライン２１１～２１４，２２１～２２４のパターン幅Ｐ１よりも、ライン２３１～２３４，２４１～２４４、２５１～２５４，２６１，２６２のパターン幅Ｐ２の方が狭い。

第２のコイルパターン２００の外周端はライン２１１～２１４の外周端によって構成され、これらは端子電極Ｅ２に共通に接続される。一方、第２のコイルパターン２００の内周端はライン２６１，２６２，２５３，２５４の内周端によって構成され、これらは、それぞれ接続部３０４，３０３，３０２，３０１に接続される。

図３に示すように、第２のコイルパターン２００の中心点Ｃ２から径方向に延在する仮想線Ｌ２を引いた場合、接続部３０１と接続部３０４は仮想線Ｌ２を基準として互いに対称となる位置に配置され、接続部３０２と接続部３０３は仮想線Ｌ２を基準として互いに対称となる位置に配置されている。

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とＣ２が重なり、且つ、仮想線Ｌ１とＬ２が重なるよう、基板１０の表裏に形成される。

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、接続部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、接続部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、接続部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、接続部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、端子電極Ｅ１と端子電極Ｅ２の間には、１１ターンのラインが４本並列に接続されることになる。これにより、第１及び第２のコイルパターン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のコイルパターン１００の内外周差と第２のコイルパターン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、基板１０の表裏に形成された第１及び第２のコイルパターン１００，２００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、第１のコイルパターン１００の外形及び内形を説明するための模式的な平面図である。ここで、「外形」とは最外周に位置するライン１１１の外周エッジに沿った形状を意味し、「内形」とは最内周に位置するライン１６２の内周エッジに沿った形状を意味する。上述の通り、第１のコイルパターン１００と第２のコイルパターン２００の形状は互いに同一であることから、以下に説明する第１のコイルパターン１００の形状は、第２のコイルパターン２００の形状にも同じく当てはまる。

図５に示すように、第１のコイルパターン１００の外形は外形区間１７１～１７８を含み、第１のコイルパターン１００の内形は内形区間１８１～１８８を含む。外形区間１７１～１７８と内形区間１８１～１８８に挟まれた領域は、それぞれ第１のコイルパターン１００が巻回される巻回領域１９１～１９８である。

このうち、巻回領域１９１，１９２は、外周端から内周端（または内周端から外周端）に向かう各ラインの延在方向が１８０°変化する領域である。例えば、巻回領域１９１においては、符号Ｄ１で示すように＋ｘ方向に延在するラインの延在方向が９０°変化して－ｙ方向に延在し、さらに延在方向が９０°変化して－ｘ方向に延在する。同様に、巻回領域１９２においては、符号Ｄ２で示すように－ｘ方向に延在するラインの延在方向が９０°変化して＋ｙ方向に延在し、さらに延在方向が９０°変化して＋ｘ方向に延在する。

巻回領域１９３は、符号Ｄ３で示すように、各ラインが－ｘ方向に直線的に延在する領域である。巻回領域１９４は、巻回領域１９１と巻回領域１９３の間に位置し、巻回領域１９１に位置するラインの一端と、巻回領域１９３に位置するラインの一端を接続する領域である。巻回領域１９４においては、符号Ｄ４で示すように、各ラインが－ｘ方向に対して所定の傾き（例えば－ｙ方向へ４５°程度の傾き）をもって直線的に延在する。巻回領域１９５は、巻回領域１９２と巻回領域１９３の間に位置し、巻回領域１９２に位置するラインの一端と、巻回領域１９３に位置するラインの他端を接続する領域である。巻回領域１９５においては、符号Ｄ５で示すように、各ラインが－ｘ方向に対して所定の傾き（例えば＋ｙ方向へ４５°程度の傾き）をもって直線的に延在する。

巻回領域１９６は、符号Ｄ６で示すように、各ラインが＋ｘ方向に対して所定の傾き（例えば－ｙ方向へ３０°程度の傾き）をもって直線的に延在する領域である。巻回領域１９６は、各ターンの境界となる遷移領域であり、各ターンが－ｙ方向に１ターン分だけ斜行する。巻回領域１９７は、巻回領域１９１と巻回領域１９６の間に位置し、巻回領域１９１に位置するラインの他端と、巻回領域１９６に位置するラインの一端を接続する領域である。巻回領域１９７においては、符号Ｄ７で示すように、各ラインが＋ｘ方向に対して所定の傾き（例えば－ｙ方向へ４５°程度の傾き）をもって直線的に延在する。巻回領域１９８は、巻回領域１９２と巻回領域１９６の間に位置し、巻回領域１９２に位置するラインの他端と、巻回領域１９６に位置するラインの他端を接続する領域である。巻回領域１９８においては、符号Ｄ８で示すように、各ラインが＋ｘ方向に対して所定の傾き（例えば＋ｙ方向へ４５°程度の傾き）をもって直線的に延在する。

図６は、巻回領域１９１～１９８の形状を説明するための模式的な平面図である。

図６に示すように、巻回領域１９１～１９８のｘ方向における外形幅をＷｘ２ｏｕｔとし、巻回領域１９１～１９８のｙ方向における外形幅をＷｙ２ｏｕｔとした場合、本実施形態によるコイル部品は、
Ｗｘ２ｏｕｔ＞Ｗｙ２ｏｕｔ
を満たしている。つまり、コイル部品１の外形は、ｙ方向における外形よりもｘ方向における外形の方が大きい横長形状を有している。ここで、外形幅Ｗｘ２ｏｕｔは、外形区間１７１と外形区間１７２のｘ方向における距離によって定義される。また、外形幅Ｗｙ２ｏｕｔは、外形区間１７３と外形区間１７６のｙ方向における距離によって定義される。

また、巻回領域１９１～１９８のｘ方向における内形幅をＷｘ２ｉｎとし、巻回領域１９１～１９８のｙ方向における内形幅をＷｙ２ｉｎとした場合、本実施形態によるコイル部品は、
Ｗｘ２ｉｎ＞Ｗｙ２ｉｎ
を満たしている。つまり、コイル部品１の内形は、ｙ方向における内形よりもｘ方向における内形の方が大きい横長形状を有している。ここで、内形幅Ｗｘ２ｉｎは、内形区間１８１と内形区間１８２のｘ方向における距離によって定義される。また、内形幅Ｗｙ２ｉｎは、内形区間１８３と内形区間１８６のｙ方向における距離によって定義される。

さらに、本実施形態によるコイル部品は、巻回領域の一部が＋ｙ方向又は－ｙ方向に膨らむよう変形した形状を有している。具体的には、巻回領域１９１，１９２に対して巻回領域１９３が－ｙ方向に変形し、巻回領域１９１，１９２に対して巻回領域１９６が＋ｙ方向に変形している。巻回領域１９１，１９２と巻回領域１９３の間には、外周端から内周端（または内周端から外周端）に向けて変形量がリニアに変化する巻回領域１９４，１９５が配置される。同様に、巻回領域１９１，１９２と巻回領域１９６の間には、外周端から内周端（または内周端から外周端）に向けて変形量がリニアに変化する巻回領域１９７，１９８が配置される。

このように、巻回領域１９３～１９５は－ｙ方向へ膨らむように変形した形状を有し、巻回領域１９６～１９８は＋ｙ方向へ膨らむように変形した形状を有している。これに対し、巻回領域１９１，１９２は＋ｙ方向又は－ｙ方向に変形した形状を有していない。このため、巻回領域１９１，１９２のｙ方向における外形幅をＷｙ１ｏｕｔとした場合、
Ｗｙ２ｏｕｔ＞Ｗｙ１ｏｕｔ
を満たしている。ここで、外形幅Ｗｙ１ｏｕｔは、外形区間１７１，１７２のｙ方向における幅によって定義される。

同様に、巻回領域１９１，１９２のｙ方向における内形幅をＷｙ１ｉｎとした場合、
Ｗｙ２ｉｎ＞Ｗｙ１ｉｎ
を満たしている。ここで、内形幅Ｗｙ１ｉｎは、内形区間１８１，１８２のｙ方向における幅によって定義される。さらに、外形区間１７３～１７５（又は外形区間１７６～１７８）のｘ方向における外形幅はＷｘ１ｏｕｔであり、内形区間１８３～１８５（又は内形区間１８６～１８８）のｘ方向における内形幅はＷｘ１ｉｎである。

ここで、外形幅Ｗｙ１ｏｕｔに対する外形幅Ｗｙ２ｏｕｔの比を外形比Ｒｏｕｔ（＝Ｗｙ２ｏｕｔ／Ｗｙ１ｏｕｔ）とし、内形幅Ｗｙ１ｉｎに対する内形幅Ｗｙ２ｉｎの比を内形比Ｒｉｎ（＝Ｗｙ２ｉｎ／Ｗｙ１ｉｎ）とした場合、
Ｒｉｎ＞Ｒｏｕｔ
を満たしている。つまり、コイル部品１の外形がｙ方向へ膨らむ比率よりも、コイル部品１の内形がｙ方向へ膨らむ比率の方が大きい。これにより、外形幅Ｗｙ２ｏｕｔの増加を抑えつつ、内形幅Ｗｙ２ｉｎが十分に増加することから、コイル部品１の全体サイズの増大を抑えつつ、内形を拡大することができる。

図７は、本実施形態によるコイル部品１をワイヤレス電力伝送装置の送電コイルとして利用した場合において、送電コイルの中心軸と受電コイルの中心軸の位置関係を説明するための模式的な平面図である。

図７に示す例では、コイル部品１が枠体４のｘ方向における中央部に埋め込まれている。そして、枠体４に囲まれた載置領域に携帯型電子デバイス２を載置すると、携帯型電子デバイス２がワイヤレスで充電される。このようなワイヤレス電力伝送は、本実施形態によるコイル部品１と、携帯型電子デバイス２に内蔵された受電コイル３を介して行われる。

枠体４のｙ方向における内形サイズは、携帯型電子デバイス２のｙ方向における外形サイズとほぼ同じかやや大きく設計されている。このため、枠体４に携帯型電子デバイス２を載置した場合、枠体４に対する携帯型電子デバイス２のｙ方向における位置は、大きくずれることなく中央に位置決めされる。これに対し、枠体４のｘ方向における内形サイズは、携帯型電子デバイス２のｘ方向における外形サイズよりもかなり大きく設計されている。このため、枠体４に携帯型電子デバイス２を載置した場合、枠体４に対する携帯型電子デバイス２のｘ方向における位置は、載置位置によって大きく異なる。

ここで、図７（ａ）に示すように、携帯型電子デバイス２がｘ方向における略中央部に載置された場合には、送電コイルであるコイル部品１の中心軸と受電コイル３の中心軸がほぼ一致することから、コイル部品１から生じる磁束が受電コイル３に鎖交し、ワイヤレスで電力が伝送される。

一方、図７（ｂ）に示すように、携帯型電子デバイス２が＋ｘ方向（右方向）にオフセットして載置された場合や、図７（ｃ）に示すように、携帯型電子デバイス２が－ｘ方向（左方向）にオフセットして載置された場合には、送電コイルであるコイル部品１の中心軸と受電コイル３の中心軸にずれが生じる。しかしながら、本実施形態によるコイル部品１は、外形幅Ｗｘ２ｏｕｔが外形幅Ｗｙ２ｏｕｔよりも拡大され、且つ、内形幅Ｗｘ２ｉｎが内形幅Ｗｙ２ｉｎよりも拡大されていることから、コイル部品１の中心軸と受電コイル３の中心軸がｘ方向にずれている場合であっても、コイル部品１から生じる磁束を受電コイル３に鎖交させることができる。このため、携帯型電子デバイス２を枠体４のどの領域に載置しても、正しくワイヤレス電力伝送を行うことが可能となる。

ここで、比較例である図８に示すように、巻回領域の一部が＋ｙ方向及び－ｙ方向に膨らむように変形していないコイル部品１ａ、つまり、外形及び内形を単純にｘ方向に拡大させた形状を有するコイル部品１ａを用いると、コイル部品１ａの中心軸と受電コイル３の中心軸がほぼ一致している状態において、電力伝送効率が低下することがある。

図９は、本実施形態によるコイル部品１と比較例によるコイル部品１ａの電力伝送効率を比較したグラフであり、受電コイル３のオフセット量と磁気結合度の関係を示している。図９において実線で示す特性は本実施形態によるコイル部品１の特性を示し、図９において破線で示す特性は比較例によるコイル部品１ａの特性を示している。

図９に示すように、本実施形態によるコイル部品１では、ｘ方向のオフセット量に関わらず、広い範囲でフラットな磁気結合度が得られているのに対し、比較例によるコイル部品１ａでは、ｘ方向のオフセットが小さい場合（つまり、コイル部品１ａと受電コイル３の中心軸がほぼ一致している場合）に磁気結合度が大きく低下してしまう。このような現象が生じるのは次の理由による。つまり、コイルの内径領域を通過する磁束は、内径領域のエッジ部分において特に密度が高くなるため、比較例によるコイル部品１ａでは、ｘ方向のオフセットが小さい場合、受電コイル３の内径領域と重なるコイル部品１ａの内径領域のエッジが不足するためである。

この点を考慮し、本実施形態によるコイル部品１では、ｘ方向における中央部分において、巻回領域のｘ方向における中央部を＋ｙ方向及び－ｙ方向に膨らむように変形させていることから、図７（ａ）に示すように、コイル部品１の中心軸と受電コイル３の中心軸がほぼ一致している場合であっても、受電コイル３の内径領域と重なるコイル部品１の内径領域のエッジが増加する。これにより、図９に示すように、広い範囲でフラットな特性を得ることが可能となる。

以上説明したように、本実施形態によるコイル部品１は、ワイヤレス電力伝送装置の送電コイルとして用いた場合、コイル部品１の中心軸と受電コイル３の中心軸がｘ方向にずれている場合であっても、正しくワイヤレス電力伝送を行うことが可能となる。このような効果を十分に得るためには、内形幅Ｗｘ２ｉｎを内形幅Ｗｙ２ｉｎよりも大きく設計することが好ましい。しかも、本実施形態によるコイル部品１は、コイル部品１の中心軸と受電コイル３の中心軸がほぼ一致している場合であっても磁気結合度が大きく低下しないことから、フラットな特性を得ることが可能となる。特に、本実施形態においては、Ｒｉｎ＞Ｒｏｕｔが満たされていることから、コイル部品１の中心軸と受電コイル３の中心軸がほぼ一致している場合に十分な磁気結合度を得ることが可能となる。

内径比Ｒｉｎを外形比Ｒｏｕｔより大きくするためには、例えば外形区間１７６と内形区間１８６のｙ方向における距離で定義される巻幅を大きくしても構わない。このとき、各ターンのパターン幅を単純に大きくすると、渦電流損失が増加するおそれがあるが、本実施形態においては、各ターンをスパイラル状のスリットによって複数のラインに径方向に分割していることから、各ラインのパターン幅が細くなり、渦電流損失の増加を抑制することができる。

また、本実施形態によるコイル部品１は、巻回領域１９４，１９５，１９７，１９８において各ラインが斜め方向に直線的に延在していることから、受電コイル３に対するｘ方向のオフセット量の変化に対する磁気結合度の変化が抑えられる。これは、巻回領域１９４，１９５，１９７，１９８においてｙ方向に延在するラインが存在すると、ｘ方向におけるオフセット量が僅かに変化しただけで磁気結合度が急激に変化するのに対し、本実施形態によるコイル部品１では、巻回領域１９４，１９５，１９７，１９８においてｙ方向に延在するラインが存在せず、各ラインが斜め方向に直線的に延在していることから、ｘ方向におけるオフセット量が変化しても磁気結合度が急激に変化することがない。

しかも、本実施形態によるコイル部品１においては、巻回領域１９４，１９５，１９７，１９８における各ラインの長さが巻回領域１９３，１９６における各ラインの長さよりも短い。巻回領域１９４，１９５，１９７，１９８は、ｙ方向における径の拡大に要する区間であり、この区間が長いとコイル部品１のサイズが必要以上に大きくなってしまうからである。

さらに、本実施形態によるコイル部品１においては、パターン幅Ｐ１よりもパターン幅Ｐ２の方が狭いことから、渦電流による発熱に起因する損失も低減される。つまり、内周側のパターン幅Ｐ１を縮小することにより、磁束密度の高い内周側のライ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。

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。

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、上記実施形態では、基板１０の表裏にそれぞれ第１及び第２のコイルパターン１００，２００を形成しているが、本発明においてこの点は必須でない。また、第１及び第２のコイルパターン１００，２００からなる組を複数重ね、これらを並列接続することによって端子電極Ｅ１，Ｅ２間に流れる電流を増加させても構わない。

さらに、上記実施形態では、第１及び第２のコイルパターン１００，２００の各ターンをスパイラル状のスリットによって４つのラインに分割しているが、本発明においてこのような分割を行うことは必須でない。また、分割を行う場合であっても、分割数が４に限定されるものではない。

上記実施形態によるコイル部品１と同じ構造を有する実施例１のコイル部品を作製し、基板１０の他方の表面１２側に比透磁率が１０００、厚みが０．５ｍｍである焼結フェライトを配置するとともに、基板１０の一方の表面１１側に受電コイルを配置した。受電コイルは、外形４０ｍｍ、内形１０ｍｍの円形コイルであり、実施例１のコイル部品から４ｍｍ離間させるとともに、実施例１のコイル部品とは反対側に比透磁率が１０００、厚みが０．５ｍｍである焼結フェライトを配置した。実施例１における外形幅及び内形幅は次の通りである。
外形幅Ｗｘ２ｏｕｔ：８０ｍｍ
外形幅Ｗｘ１ｏｕｔ：４０ｍｍ
外形幅Ｗｙ２ｏｕｔ：６０ｍｍ
外形幅Ｗｙ１ｏｕｔ：５０ｍｍ
内形幅Ｗｘ２ｉｎ：３２ｍｍ
内形幅Ｗｘ１ｉｎ：２０．１ｍｍ
内形幅Ｗｙ２ｉｎ：１２ｍｍ
内形幅Ｗｙ１ｉｎ：２ｍｍ
したがって、外形比Ｒｏｕｔは１．２、内形比Ｒｉｎは６であり、Ｒｉｎ／Ｒｏｕｔの値は５．００である。

このようなパラメータを有する実施例１のコイル部品に対し、中心軸が一致するように受電コイルを配置した場合の磁気結合度を測定するとともに、中心軸がｘ方向に２０ｍｍずらして受電コイルを配置した場合の磁気結合度を測定した。

内形幅が次の通りである他は、実施例１と同じパラメータを有する実施例２のコイル部品を作製し、実施例１と同じ条件で磁気結合度を測定した。
内形幅Ｗｘ２ｉｎ：３７ｍｍ
内形幅Ｗｘ１ｉｎ：２２．２ｍｍ
内形幅Ｗｙ２ｉｎ：１７ｍｍ
内形幅Ｗｙ１ｉｎ：７ｍｍ
したがって、内形比Ｒｉｎは２．４３であり、Ｒｉｎ／Ｒｏｕｔの値は２．０２である。

内形幅が次の通りである他は、実施例１と同じパラメータを有する実施例３のコイル部品を作製し、実施例１と同じ条件で磁気結合度を測定した。
内形幅Ｗｘ２ｉｎ：５０ｍｍ
内形幅Ｗｘ１ｉｎ：２７．６ｍｍ
内形幅Ｗｙ２ｉｎ：３０ｍｍ
内形幅Ｗｙ１ｉｎ：２０ｍｍ
したがって、内形比Ｒｉｎは１．５であり、Ｒｉｎ／Ｒｏｕｔの値は１．２５である。

内形幅が次の通りである他は、実施例１と同じパラメータを有する実施例４のコイル部品を作製し、実施例１と同じ条件で磁気結合度を測定した。
内形幅Ｗｘ２ｉｎ：５３ｍｍ
内形幅Ｗｘ１ｉｎ：２８．８ｍｍ
内形幅Ｗｙ２ｉｎ：３３ｍｍ
内形幅Ｗｙ１ｉｎ：２３ｍｍ
したがって、内形比Ｒｉｎは１．４３であり、Ｒｉｎ／Ｒｏｕｔの値は１．２である。

内形幅が次の通りである他は、実施例１と同じパラメータを有する実施例５のコイル部品を作製し、実施例１と同じ条件で磁気結合度を測定した。
内形幅Ｗｘ２ｉｎ：６０ｍｍ
内形幅Ｗｘ１ｉｎ：３１．７ｍｍ
内形幅Ｗｙ２ｉｎ：４０ｍｍ
内形幅Ｗｙ１ｉｎ：３０ｍｍ
したがって、内形比Ｒｉｎは１．３３であり、Ｒｉｎ／Ｒｏｕｔの値は１．１１である。

図８に示した比較例によるコイル部品１ａと同じ構造を有する比較例１のコイル部品を作製し、実施例１と同じ条件で磁気結合度を測定した。比較例１における外形幅及び内形幅は次の通りである。
外形幅Ｗｘ２ｏｕｔ：８０ｍｍ
外形幅Ｗｙ２ｏｕｔ：６０ｍｍ
内形幅Ｗｘ２ｉｎ：６０ｍｍ
内形幅Ｗｙ２ｉｎ：４０ｍｍ

測定の結果を図１０に示す。図１０に示すように、比較例１のコイル部品では、中心軸が受電コイルのコイル軸に対して２０ｍｍオフセットしている場合に比べ、中心軸が受電コイルのコイル軸と一致している場合（図１０では「オフセットなし」と表記）の磁気結合度が１８％低下する。これに対し、実施例１～５のコイル部品では、このような磁気結合度の低下が抑えられ、特に、Ｒｉｎ／Ｒｏｕｔの値が１．２以上である実施例１～４のコイル部品では、磁気結合度の低下が生じなかった。

１，１ａ コイル部品
２ 携帯型電子デバイス
３ 受電コイル
４ 枠体
１０ 基板
１１ 基板の一方の表面
１２ 基板の他方の表面
２０ 磁性シート
１００ 第１のコイルパターン
２００ 第２のコイルパターン
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
１７１～１７８ 外形区間
１８１～１８８ 内形区間
１９１～１９８ 巻回領域
３０１～３０４ 接続部
Ａ１～Ａ４，Ｂ１～Ｂ４ ライングループ
Ｃ１，Ｃ２ 中心点
Ｅ１，Ｅ２ 端子電極
Ｌ１，Ｌ２ 仮想線
Ｐ１，Ｐ２ パターン幅

Claims (7)

1. 基板と、
   前記基板の一方の表面に設けられたスパイラル状の第１のコイルパターンと、を備え、
   前記第１のコイルパターンの外形及び内形は、いずれも第１の方向における幅の方が前記第１の方向と直交する第２の方向における幅よりも大きく、
   前記第１のコイルパターンの外形は、前記第２の方向における幅が第１の外形幅である一対の第１の外形区間と、前記第１の方向において前記一対の第１の外形区間の間に位置し、前記第２の方向における幅が前記第１の外形幅よりも大きい第２の外形幅である第２の外形区間とを有し、
   前記第１のコイルパターンの内形は、前記第２の方向における幅が第１の内形幅である一対の第１の内形区間と、前記第１の方向において前記一対の第１の内形区間の間に位置し、前記第２の方向における幅が前記第１の内形幅よりも大きい第２の内形幅である第２の内形区間とを有し、
   前記第１の内形幅に対する前記第２の内形幅の比率である内形比は、前記第１の外形幅に対する前記第２の外形幅の比率である外形比よりも大きいことを特徴とするコイル部品。
2. 前記外形比に対する前記内形比の比率は、１．２以上であることを特徴とする請求項１に記載のコイル部品。
3. 前記コイルパターンの内形の前記第１の方向における幅は、前記第２の内形幅よりも大きい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. 前記第１のコイルパターンを構成する複数のターンのそれぞれは、外周端から内周端に向かう延在方向が１８０°変化する第１の巻回領域と、前記外周端から前記内周端に向かう延在方向が前記第１の巻回領域における変化の向きとは逆向きに１８０°変化する第２の巻回領域と、前記延在方向が前記第１の方向と一致する第３の巻回領域と、前記延在方向が前記第１の方向に対して所定の傾きを有し、前記第１の巻回領域の一端と前記第３の巻回領域の一端を直線的に接続する第４の巻回領域と、前記延在方向が前記第１の方向に対して所定の傾きを有し、前記第２の巻回領域の一端と前記第３の巻回領域の他端を直線的に接続する第５の巻回領域とを含むことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のコイル部品。
5. 前記複数のターンのそれぞれは、前記第３の巻回領域における長さよりも前記第４及び第５の巻回領域におけるそれぞれの長さの方が短いことを特徴とする請求項４に記載のコイル部品。
6. 前記複数のターンのそれぞれは、スパイラル状のスリットによって複数のラインに径方向に分割されていることを特徴とする請求項４又は５に記載のコイル部品。
7. 前記基板の他方の表面に設けられたスパイラル状の第２のコイルパターンをさらに備え、
   前記第２のコイルパターンを構成する複数のターンのそれぞれは、スパイラル状のスリットによって複数のラインに径方向に分割されており、
   前記第１のコイルパターンを構成する最内周ターンは、第１のラインと、前記第１のラインよりも外周側に位置する第２のラインを含み、
   前記第２のコイルパターンを構成する最内周ターンは、第３のラインと、前記第３のラインよりも外周側に位置する第４のラインを含み、
   前記第１のラインの内周端と前記第４のラインの内周端は、前記基板を貫通して設けられた第１の接続部を介して互いに接続され、
   前記第２のラインの内周端と前記第３のラインの内周端は、前記基板を貫通して設けられた第２の接続部を介して互いに接続されていることを特徴とする請求項６に記載のコイル部品。

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