TW201015592A - Planar coil - Google Patents

Description

201015592 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 ... . 本發明係關於被用於非接觸式電力傳送裝置等之中的 平面線圈。 【先前技術】

先前，作為非接觸式電力傳送技術，例如日本特許公 P4 2006-42519號公報的記載所示，提出一種利用線圈的電 磁感應作甩而成的非接觸式電力傳送裝置。第15圖係表示 如此的裝置：非接觸式電力傳送裝置8〇,具備對向“送^ 側線圈81S與受電侧線圈81R(以下總稱線圈81)。藉由對 送電側線圈81S通電交流電流，依據電磁感應作用電力 會被傳送至受電側線圈81Re第16圖（a) (b)係表示被 用於線圈81中的平面線圈的形狀、平面線圈82，其線圈 被構成渴卷平面狀而被薄型化。 一般地，為了將非接觸式電力傳送裝置8〇小型化， 圈Η被小型化，並在數十〜數百KHz的錢^ ^ 17 ® ^ t m ^ ^ ^ ^ # ^ 0 繞-根單芯銅線而形成線圈的情況時’因表皮效應與近 效應的影響’在高頻領域中，有效電㈣ 因此’為了防止高頻中的有效電阻的增大，線圈8 採用一種捲繞鉸合線(litz wire)而形成者。第、8圖係: 欽合線83的剖面構成一般地，鉸合鍊83係束集複j 201015592 外徑細的鋼裸線“，扭絞而構妨 的構成，裸線84的總表面積變大，二線83係藉由如此 效電阻的增大（參照第17 K>。制高頻領^ 但是，若將此鉸合線83適用於面綠圈〇 较合線83是由複數根裸線扭絞而構二面^圈82，則因該 大，薄型化會被阻礙。 其絞線的外徑變 又’從電力傳送效率的觀點 大Α鲂估、 扪覜點來看’線圈81係線圈外徑 大為較佳。線圈81中使人給 仅 na . 13線 3的情況時，為確保線 圈卜桎，必須捲繞必要圈數以上後 19圖係表示於鉸合線83卷線間汉置間隔。第 1 85 μ- ϋ> ' 4叹置間隔而構成的平面 綠圈85。此平面線圈85必 貝使用間隔用的構件(屬於原本 不需要的構件）、或是藉由特 ^ 柯田行乃』的加工法而一邊確保卷線間 的間隔一邊進行捲繞。 e 另一方面，第20圖係表示使用印刷配線板而成的平面 線圈。此平面線圈86的線圈，係籍由印刷配線板Ρ的銅 箱圖樣8 8而被構成，並具有將線圈的内側端部引出的通孔 89平面線圈86 ’其銅箔圖樣的表面積大且高頻領域中 的有效電阻的增大少。第21圖係擴大表示平面線圈86的 X部分。銅箱圖樣88 ’其由交鏈磁通Β所造成的滿電流91 大’右銅箔圖樣88的寬度越大，則渦電流損失變得越大。 [先前技術文獻] ........... . (專利文獻） ., . ........ . ' , ： . • ... , . 專利文獻1 日本特開2006— 42519號公報 201015592 【發明内容】 [發明所欲解決的問題] ^ 7 ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ g ^ ^ # ^ ^ 圈，降低尚頻領域牛的有效電阻的增大，且薄型化。 為了達成上δ己目的，本發明的平面線圈，其互相平行 ㈣數根導線’排列成大約平面狀並被捲繞成涡卷狀，各 導線的端部之間’係藉由你始面？.丨I * 、精由於線圈引出部被電性連接而被並 _聯連接' β 若依此構成，導線被排列成大約平面狀，因此，線圈 厚:不、曰力'而被薄型化 '又，因複數根導線被並聯連接， 在同頻領域中的表皮效應所造成的有效電阻的增大會被 低。 上述發明中，前述導線，較佳是於捲繞途中，並聯連 接的線之間的内外周位置的排列係被調換。 若依此構成’在捲繞中途並聯連接的線之間的内外周 ^ ^ Ά ^ ^ ^ ^ ^ V ® ,b ^ f ^ ^ ^ ^ # ^ ^ .L V ^ ^ 損失會被抑制，當用於非接觸式電力傳送的情況時，電力 傳送的效率提高。 上述的被改良的發明中’較佳是前述導線的排列的調 換，係在每一圈中被進行偶數次。 . . . : : _. _ .. . .. 若依此構成，導線的排列的調換，於每一圈中被進行 偶數次’因此線圈直徑的變北的影響會被減輕，回路電流 精度佳地被抵消，線圈損失被降低。 ' 201015592 前述的被改良的發明中，前述複數根的調換位置，亦 可被配置成互相偏移、 若依此構成，調換位置被配置成適當地互相偏移，所 以調換位置不集中於一處，調换所造成的厚度的增加會被 ' 抑制於最小限度内。 .. _ : . " ... ... ......... 前述的發明中，前述平面線圈，亦可將並聯連接的根 數設成偶數倍的根數的導線，被捲繞以預定圏數除以該偶 數而得的圈數，且藉由内外周的位置的排列相異的前述導 © 線於線圈引出部作串聯連接，而作成預定圈數，且其端部 之間於線圈引出部被並聯連接。 若依此構成’於線圈引出部調換導線的排列，因此， 不必於線圈捲繞内調換導線的排列，線圈捲繞簡單，可容 易構成薄型的平面線圈。 前述的被改良的發明中’前述平面線圈亦可重疊偶數 個線圈直徑與圈數的至少一者為相等的線圈，且將内外周 巍 的位置的排列相異的前述導線，於線圈間調換排列並作串 . 聯連接。 昏 + + + + . 丨昏.昏 + . . -.. .. . . .. . .. .... . ； 若依此構成，於線圈間調換導線的排列，因此，於線 • 圈捲繞内不需要調換導線的排列，線圈捲僥簡單。 ... . - . • 前述的發明中，前述導線亦可為銅線。 若依此構成’藉由使用細銅線，平面線圈被薄型化。 刖述的發明中，前述導線亦可為銅齋圖樣。 若依此構成，銅箔圖樣的複數根的配線被並聯連接， 因此，可將各配線的寬度變細，渦電流減少。 201015592 前述的發明中，前述銅線較佳係鉸合線。 右依此構成，複數根鉸合線排列並被捲繞成满卷狀， 因此’平面線圈所必要的線圈外徑係被確保^ _ ' · 昏 昏 + + + . . ' ' ； . ......... . . . - . ... . . ι . . .... ..... ... 【實施方式】 第1圖（a) ( b)係表示將本發明具體化而成的有關第 一實施形態的平面線圈1〇的構成。此平面線圈1〇，其互 相平行的複數根導線1丨A、11 b、11C、11D (以下總稱導 魯 線11 )’大約排列成平面狀，且被捲繞成渦卷狀而形成。 導線11的端部13a、13b係位於平面線圈1〇的線圈引出部 12a、12b。導線U’其互相平行的導線11的端部13a之間， 於線圈引出部12a被電性連接，且相反側的端部13b之間， 於另一線圈引出部12b被電性連接，藉此而被並聯連接。 導線U ’係在端部13a與13b之間，互相被絕緣。導線11 的根數’不被限於四根，只要是二根以上，則幾根皆可， . ；- . ....... 能依使用頻率數中的有效電阻值以及平面線圈〗〇的線圈 . . . . . ... ..... . ' .... . ® 外徑和厚度等的規定，適當地選擇直徑與根數。

..V 第2圖係表示平面線圈1〇的等效電路。藉由向端部 ......... 13a、13b間的通電、或是由交鏈於平面線圈10中的磁通 • 的變化，電流會於線圈中流動。 . . . . ...+ . . - . . ....... .... ....... ........ . - _ . ... .... ..... . 平面線圈10，例如是將線狀的導線11捲繞於捲線用 線轴（未圖示）而被形成。捲線用線轴，是採用#種其線 . . . ' . ... . . . · . . 轴側板的間隔稍微比導線11的直徑大的狹小的線軸，複數 :， . ' 、: .. ..... 根導線11 ’被夾於線軸側板間，而被棬繞成渴卷狀。導線 201015592 11 ’係例如於漆包銅線的周圍設有融接材料層而成的自融 接性絕緣電線。融接材料有聚乙稀縮丁路制、共聚合聚 醢胺樹脂、I氧基樹脂等。自融接性絕緣電線，係藉由加 圈10 ’藉由導線11的融接，被保持為渦卷狀的排列。形 成後的平面線圈10，從捲線用線軸取下、 如此’本實施形態的平面線圈10,由於其導線η被 排列成大約平面狀’所以線圈厚度不增加而會被薄型化。 ❹ ❹ 又’因為複數根導線u被並聯連接，所關高頻領域中的 表皮效應而造成的有效電阻的增大，會被降低。再者，由 於互相平行的複數根導線11係被捲繞成渦卷狀，所以容易 確保必須的線圈外徑、 ㈣說明關於使用上記平面線圈10㈣接觸式電力 傳送。第3圖係表示非接觸式電力傳送中的平面線圈的配 置。由本實施形態的平面線圈1G所構成的送電側線圏los ^ 15 ^ ^ S& ^ ^ ^ ^ 〇^^ B ^ # ^ ^ t r〇s # ^ 電側線圈10R，電力傣從送電侧被傳送至受電側。 接著，以將二根導線捲繞一圈而成的平面線圈為例， ^ ^ ^ ^ # ^ ^ < t # iH t ^ ^ ^ ^ ^ s ^ ^ ^ 通。第4圖（a) ( b)係表示其平面線圈與磁通。另外，較 ^ ® ^ ^^ ^ ^ ^ ^ ^ , # ^ ,, ffl . 〇 ^ φ ^ ^ 1? ? ° 17 ^ 20 , 201015592 性連接導線1 8、1 9的端邱！ s '

Vl , n P 18&、19a，而於另一線圈引出部 21 ’以相同的手段，電性連 杜 伐碣18b、19b。藉由從線圈

A "P 20 \21 17 B 於：力被傳送。魏” 的磁通之外’亦有無助益於力值认其士 力.傳送的磁通.存在於.導線 18、19之間。導線18、19間的磁、 导猓 * 間的磁通B，係於被並聯連接的 導線18、19，產生回路狀的雷 妖町 狀旳電流23。此回路電流23，會 於平面線圈17中產生線圈招土 e φ 猓圈知失，而降低電力的傳送效率。 又’因回路電流23而造成平面綠圃μ t 双十面線圈」7的溫度上升，變成 ㈣㈣1㈣非接觸式電力傳送裝置的小型化。 第5圖係表示平面線圈17的等效電路。-側的端部 18a與Μ係被電性連接，另一側的端部⑽與桃係被電 性連接’兩端部間則成為線圈。 第6圖係表示有關將本發明具體化而成的第二實施形 態的平面㈣24的構心此平面線圈Μ，除了與第一實 施形態相同_ .的'構_成之外.，.遙蝻.7 ς κ Μ . 導25、26係於捲繞途中的調換 ^ 27 t « ^^ ^ ； 導線25、26係分別於線圈引出部 如上記般地被構成的平面線圈24 r n ^ 27 <^ ( $ 6 w ^ ^^ 24 27與線圈引出部29之間（第6圖的線圈24_^ 動於導線25、26中的回路電流會成為相反方向而抵消，回 路電流係不流通。調換部27、 > 〇μ^ 201015592 27之間的對稱性變良好，回 線圈引出部28、29與調換部 路電流係精度佳地被抵消… 如此本實施形態的平面線圈24，係於捲繞中途，直 « it# ^ ^ ( 25 . 26) „ ^ ^ £ ^ 換’因此可防止回路電流的發生、抑制線圈損失，當用於 非接觸式電力傳送的情況時，電力傳送的效率提高… 第7圖係㈣將本發明具體化而成的第三實施形 態的平面線圈30的構成。此平面線圈3〇，除了與第二實 ® 施形態相同的構成之外，其導線31、32的排列的魅’於 -圈中被進行二次以上的偶數次。導線31、32的端部，分 別被電性連接（省略圖示，以下相同）。平面線圈 將複數根導線31、32捲繞複數圈而成㈣狀，其並聯連接 的線之間的内外周位置的排列，係於偶數的調換部33、34 巾被調換。偶數的調換部33、34，較佳是相對於平面線圈 30的中心，配置於大約對稱的位置。 複數圈的平面線圈，因渦卷狀的形狀而造成線圈直徑 _的變化’因此每-圈中—次的導線的排列的調換，係難以 將回路電流精度佳地抵消。本實施形態的平面線圈其 導線31、32的排列的調換，於一圈中被進行偶數次，因此 線圈直徑的變化所造成的影響會被減輕，於是回路電流精 度佳地被抵消，線圈損失被降低。 . . . . . .. . . . . .... % ^ ^ ^ ^ % m t ^ 0 態的平面線圈40的構成。此平面線圈4〇，除了與第二實 -施形態相同的樽成之外，其複數板導線4丨〜44的_換位置 10 201015592 45、46 ,被配置成互相偏移（錯開）。例如，四根導線^之 中’二根導線4卜44於調換位置45 (第8圖的線圈上方

位置）調換，剩餘的二根導線42、43於調換位置^ (.第8 圖的線圈下方位置）調換Q

捲繞多數根並聯連接的導線而被形成的平面線圏，若 全部導線的排列的調換於—處進行，則於該部分的厚度會 變大。本實施形態的平面線圈4〇，其調換位置45、46適 當地.被配置成互相偏移，所以調換位置不集中於一處，調 換所造成的厚度增加，會被抑制於最小限度内。 第9圖係表示被用於有關將本發明具艘化而成的第五 實施形態的平面線圈中的導線51〜54的構成，第1〇圖係 表示連接該導線51〜54而成的本實施形態的平面線圈 5〇。此平面線圈50’除了與第二實施形態相同的構成之外， 其將並聯連接的根數設成偶數倍的板數的導線51〜54，捲 繞以預定的圈數除以該偶數而得的風數，且藉由内外周的 位置的排列相異的導線於線圈引出部被串聯連接，而成為 預定的圈數’且端部之間於線圈引出部被並聯連接。 如第9圖所示’例如’將平面線圈5〇的預定圈數設為 6圈’被並聯連接的導線數為二根。此處，選擇偶數中的 一’將被並聯連接的導線數二根的二倍也就是四根導線 51、52、53、54，捲徺以預定圈數六圈除以二而得的三圈。 平面線圈50的線倒引出部，其一侧為導線的端部51a、 52a、53a、54a，另一侧為導線的端部 51b、52b、53b、54b。 . . . ' .· . ..... - . . 接著’如第10圖所示，將導線51、52與導線53、54的端 ..... .... ... .....、. ............. ... : . .. ... ....... ... . . ' . .· . ' ' . .. . .. ' . . . ... . . . .... . . :..... ...... . . ' - . · · · . '1.1 .......- . 201015592 部，以串聯連接52b_53a、51b— Wa的方式，將内外位置 的排列調換’來構成線圈。其結果，因為是串聯連接，圈 數被加算而成為3+3=6圈’被並聯連接的導線數成為二 根此串聯連接的部分係調換部55。平面線圈，係藉由 調換如此的排列而成的連接，回路電流所造成的電流的方 向係於導線5 1、54與導線52、53之間相反，因此，電流 被抵消，回路電流不流通。 第11圖係表示平面線圈50的等效電路。一側的端部 0 51a與52a係電性連接’另一側的端部.53b與54b係電性連 接，兩端部間則成為線圈。 如此’本實施形態的平面線圈5〇，係於線圈引出部調 換導線的排列’因此，不必於線圈捲繞内調換導線的排列， 線圈捲繞簡單，可容易構成薄型的平面線圈》 第12圖（a)(b)係表示有關將本發明具體化而成的 第六實施形態的平面線圈60的構成。此平面線圈60，除 了與第二實施形態相同的構成之外，重疊偶數個線圈直徑 ® 與圈數的至少一者為相等的線圈61、62，並將内外周的位 置的排列相異導線(611、612)、導線（621、622)，於線圈 .. . .. . .. ..... ... .. .. .... . ' 昏.. ' . ' . 61、62間調換排列，.並作串聯連接。為了能精度良好地抵 消回路電流，線圈61、62較佳是設成線圈直徑與圈數兩者 皆相等。 第12圖（ a) ( b)中，線圈61 ’其導妹611於外周位 置，其導線612於内周位置被捲繞。線圈62，其導線621 . ... ' . '' .... 於外周位置，其導線622於内周位置被捲繞。導線611、 201015592 幻的侧的端部611a、612a，係從平面線圈⑼被引出的 . 611b. 6125 62 接端4導線621、622的一侧的端部62“，622玨，係與線 圈62的連接端部，另一側的端部621b、622b係引出部 部。外周位置的導線611的連接端部611b與内周位置的導 線622的連接端部622a，於調換部ο作串聯連接，内周 位置的導線612的連接端部㈣與外周位置的導線621的 連接端部62U，於調換部63作串聯連接。

第13圖係表示平面線圈6〇的等效電路。一側的引出 部端部611a、612a，被並聯連接，另一側的引出部端部 622b，被並聯連接，連接端部6iib、m、621&、 622a係如前述般地作串聯連接。 如此，本實施形態的平面線圈6〇，係將内外周的位置 的排列相異的導線611與612、以及621與622 ,於線圈 6H2之間調換排列’並作串聯連接，因此，回路電流被 抵消。又，於線圈61、62之間調換導線的排列，因此，於 線圈捲繞内不需要調換導線的排列，線圈捲繞簡^ 本發明係不被限於上述實施形態的構成，而可為各稂 的變化。例如’各實施形態中的導線的根數與線圈的圈數 不被限疋於圖式表示的根數與圈數。又，導線亦可為銅以 外的導電性料’例如，亦可為鋁線、鋁箔圖樣等。 v又’上記的實施形態中，可以導線可設為單銅線、或 是將複數根單鋼線並列地捲繞而成者，亦可以將導線設為 鉸:線、或是將複數根鉸合線並列地捲鐃而成者，可產生 13 201015592 同樣的效果=»根據平面線圈所應用的商品形態而決定的線 圈厚度等的限制，單銅線（單線）或鉸合線係被選擇作為導 .線、 • - : · . - - . - 又，導線亦可為銅箔圖樣。第14圖係表示以銅箔圖樣 作為導線而成的平面線圈70的構成。此平面線圈7〇，係 以銅箔圖樣的配線71作為導線而被形成。將各配線71的 圖樣寬度變細，於基板72上形成複數根配線71A、71B、 71C、71D，並進行配線71的排列的調換、引出部中的連 ⑩ 揍之際妁調換等/因複數根的配線71被並聯連接，所以各 基板72，係於配線 設有貫通表背面而 配線的圖樣寬度可變細，渦電流減少。 71的捲繞途中（線圈内）及引出部中， 逆接的逋孔，配線71的排列的調換，係藉由線圈内的通 孔、或是引出部的通孔73等而被進行。 本發明係不被限於被應用於非接觸式電力傳送裝置中 的平两線圈’例如’亦可以是被應用於AC_ DC變換器或 被用於非接觸式通信裝置中的平面線圈。

連接的通孔，配德7 1 66 M S丨丨沾抽

—實施形態的平面線圈 面‘圖。 201015592 第2圖係該平面線圈的等效電路圖。 第3圖係表示非接觸式傳送電力中的平面線圈的配置 的侧面圖。 . . ...... . . . . 第4圖（a )係表示交鏈於該平面線圈中的磁通的平面 圖、（b)係表示該磁通的側面周、 第5圖係該平面線圈的等效電路圖。 第6圖係有關本發明的第二實施形態的平面線圈的 面圖。 .· 第7圖係有關本發明的第三實施形態的平面線圈的平 面圓。 第8圖係有關本發明的第四實施形態的平面線圈的平 面圖。_ 第9圖係有關表示本發明的第五實施形態的平面線圈 的導線構成的平面圖。 第1〇圖係表示該平面線圈的導線的連接的平面圖。 第11圖係該平面線圏的等效電路圖。 第12圖（a)像有關本發明的第六實施形態的平面線 圈的平面圖、（b)係該平面線圈的側面圖。 第13圖係該平面線圈的尊效電路圖。 第14圖係將銅箱圖樣應甩於導線而成的本發明的平 面線圈的平面圖。 ^ 15 ® ^ ^ # ^ ^ t ^ # ^ ^ 4 ^ 0 第16圖（a )係該F要λα τ 褒置的平面線圈的平面圖、(b)係 該平面線圈的側面圖。^ 201015592 第1 7圖係線圈的有效電阻的一般頻率數特性圖。 第18圖係鉸合線的刳面圖。 • . * . . . . ... . . . 第.19圖係利用欽合.旅而_成的習知的平面線圈的平.面· ...圖。 - . . . . . . ... - · . 第20圖係利用印刷配線板而成的習知的平面線圈的 平面圖。 第21圖係第20圖的X部的擴大圖、 【主要元件符號說明】 10 :平面線圈 10R :送電側線圈 10S :受電侧線圈 11:導線 11Α :導線 11B:導線 11C :導線 11D:導線 12a :引出部 12b:?丨出部 13 a :端部 13b;端部 14 :送電側殼體 15 :受電側殼體 17 :平面線圈 18 :導線 18a :端部 18b :端部 19 :導線 19a :端部 19b :端部 20 :弓丨出部 21 :引出部 23 :回路電流 24 :平面線圈 25 :導線 26 :導線 27__.· 調換_部 28 :引出部 29 丨出部 201015592 30 ： 平面線 圈 32 ： 導線 34 : 調換部 41 : 導線 43 ： 導線 45 ： 調換位 置 50 ： 平面線 圈 51a : 端部 52 ： 導線 52b 端部 53a : 端部 54 ： 導線 54b 端部 60 ： 平面線 圈 611 導線 611a :端部 612a :端部 62 : 線圈 622 :導線 621b .端部 622b :端部 70 : 平面線 圈 71A :配線 71C :配線/

31 :導線 33 :調換部 40 :平面線圈 42 :導線 44 :導線 46 :調換位置 51 :導線 5 1 b :端部 52a :端部 53 :導線 53b :端部 54a :端部 55 :調換部 61 :線圈 6 12 :導線 6 11 b :端部 612b :端部 621 :導線 621a :端部 622a :端部 63 :調換部 71 :配線 7 1B :配線 7 1D :配線 17 201015592 72 ： 基板 73 ： 80 ： 非接觸 式電力傳送裝置 81 ： 81R :送電側線圈 81S 82 ： 平面線 圈 83 ： 84 ： 裸線 85 ： 86 ： 平面線 圈 87 ： 88 ： 銅圖 樣 89 ： 91 ： 渦電流 通孔 線圈 :受電側線圈 鉸合線 平面線圈 印刷配線板 通孔 18

Claims (1)

1. 201015592 七、申請專利範圍： L一種平面線圈，其特徵在於： 成'7¾卷狀ϋ複數根導線’排列成大約平面狀並被捲繞 MS被 端部之間，係藉由於 性連接而被亚聯連接，^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ 2.如申請專利範所 φ 列儀被調換 導線，於捲繞途中，並I速^相平面線圈，其中前域 義址心· 以接的線之間的内外周位置的朝 導艘的mU利㈣第2項所述的平面線圈，其中前述 導線的排㈣㈣’係在每—圈中被進行偶數次。 如申明專利範圍第2項所述的平面線圈，其中前述 複數根的調換位置’係被配置成互相偏移。 參 中叫專利範圍第1項所述的平面鍊圈，其中將並 ^ ^ ^ ^ ^ # ^ ^ ^ # ^ ^ ^ ^ χ # 數，且其端部之間於線圈引出部被並聯連接。 ..... ......... ... .. -' ..... ... . ... . . .如申明專利範圍第2項所述的平面線圈，其中重疊 偶數個線圈直徑與圈數的Μ 201015592 外周的位置的排列相異的前述導線’於線圈間調換排列並 :作串聯連接：。.： . ..... . . ... : . . . . ' ' . . .. . ' ... ... • . . · . + ... 7.如申請專利範圍第丨至6項中任一項所述的平面線 圈’其中前述導線係銅線。 圈 8.如申請專利範圍第Μ至6項中任 其中前述導線係銅箔圖樣。 項所述的平面線 ❹ 銅線專利範圍第7項所述的平面線圈，其中前述