TWI435508B - Coil units and electronic machines - Google Patents

Description

線圈單元及電子機器

本發明係關於使用線圈之無接點電力傳輸之線圈單元及電子機器等。

近年來，利用電磁感應，即使無金屬部分之接點，也可施行電力傳輸之無接點電力傳輸(非接觸電力傳輸)開始嶄露頭角。作為此無接點電力傳輸之適用例，已有行動電話及家用機器(例如電話機之子機)之充電等之提案。

作為無接點電力傳輸之先前技術，有專利文獻1。在專利文獻1中，利用連接於輸電驅動器之輸出之諧振電容器與一次線圈構成串聯諧振電路，將電力由輸電裝置(一次側)供應至受電裝置(二次側)。

[專利文獻1]日本特開2006－60909號公報

在無接點電力傳輸中，在一次側及二次側配置線圈單元屬於不可或缺。尤其在將線圈單元收納於小型機器之情形，要求線圈單元本身之小型化。又，作為機器之組裝所需之一種零件，期望線圈單元本身呈現容易處理之形狀。另外，線圈單元本身也不得有異物混入而引起電氣的故障。

本發明之若干態樣係以提供作為零件之處理較簡易，且可防止異物之混入之線圈單元及使用其之電子機器為目 的。

本發明之一態樣之線圈單元之特徵在於包含：平面狀線圈；線圈收容框體，其係包含收容前述平面狀線圈之凹處，使前述平面狀線圈之傳輸面面對前述凹處之底面而配置；及基板，其係在前述平面狀線圈之非傳輸面側，包含裝載有安裝零件之安裝面，且連接有前述平面狀線圈之內端引出線及外端引出線；且前述基板係在前述線圈收容框體之前述凹處之開口端側，被固定作為前述線圈收容框體之蓋。

依據本發明之一態樣，線圈被線圈收容框體與基板所覆蓋，故作為線圈單元，平面狀線圈本身並不露出，作為電氣零件，呈現容易處理之形狀。而且，無需在線圈收容框體不必要地形成孔，故平面狀線圈之收容空間被線圈收容框體與基板所覆蓋，呈現異物不會由外部混入之構造。在線圈收容框體之內部空間，除了平面狀線圈以外，雖有安裝零件及安裝圖案等之存在，但也難以發生金屬異物之混入引起之電氣的故障。

在本發明之一態樣中，前述平面狀線圈係通過前述傳輸面上而引出前述內端引出線；且在前述線圈收容框體之前述底面，可設有收容前述內端引出線之收容部。如此，可使平面狀線圈之內端引出線之厚度不影響線圈單元之高度，至少可降低其影響，並可謀求線圈單元之小型化。

在本發明之一態樣中，前述平面狀線圈係包含空芯部；且在前述線圈收容框體，可設有將前述平面狀線圈之前述空芯部定位之定位突部。

如此，可利用平面狀線圈本身之形狀之空芯部而定位平面狀線圈。

在本發明之一態樣中，可進一步包含：磁性薄片，其係配置於前述平面狀線圈之前述非傳輸面側；且在前述線圈收容框體與前述基板之間，收容前述平面狀線圈及前述磁性薄片。

磁性薄片具有接受來自平面狀線圈之磁通之作用，可提高平面狀線圈之電感。

在本發明之一態樣中，前述磁性薄片可在與前述基板之安裝面面對之側積層磁氣屏蔽薄片所構成。

磁氣屏蔽薄片可吸收磁性薄片未能完全捕捉之磁通，以避免磁通對基板上之安裝零件之影響。

在本發明之一態樣中，可在前述磁性薄片之外周端部與前述線圈收容框體之內壁之間，封入封閉材料；且前述平面狀線圈之前述內端及外端引出線可通過前述封閉材料而連接至前述基板。

如此，可覆蓋磁性薄片之端部，或封閉磁性薄片之端部之材料掉落之路徑。因此，可防止金屬異物掉落在基板之安裝面上，以防止引起圖案短路等之電氣的弊害。

在本發明之一態樣中，前述基板可在與前述安裝面相反側之露出面，設有連接前述內端引出線及前述外端引出線 之連接圖案；且在前述基板之外周端形成缺口部，前述內端及外端引出線可經由前述缺口部而由前述安裝面引繞至前述露出面。

基板之露出面有連接圖案時，可在組裝線圈單元後，將平面狀線圈連接至連接圖案，可提高作業性。

在本發明之一態樣中，前述基板可在前述安裝面，具有連接前述內端引出線及前述外端引出線之連接圖案。

如此，無必要在基板設置缺口部及經由缺口部將內端引出線及外端引出線引繞至露出面，可藉由基板密閉線圈收容框體。

在本發明之一態樣中，前述線圈收容框體可形成有貫通於前述底面之真空吸引孔。如此，組裝時可使平面狀線圈真空吸附於線圈收容框體之底面而提高密接性。

本發明之一態樣之線圈單元之特徵在於包含：線圈；線圈收容框體，其係包含收容前述線圈之凹處；及基體，其係裝載有電性連接於前述線圈之電子零件；且前述基體係配置成覆蓋前述凹處。

本發明之另一態樣係定義包含上述之線圈單元之電子機器。

以下，詳細說明有關本發明之合適之實施型態。又，以下說明之本實施型態並非不當地限定申請專利範圍所記載之本發明之內容，本實施型態所說明之構成之全部未必為 本發明之解決手段所必須。

1.充電系統

圖1及圖2係模式地表示包含充電器10、與此充電器10所充電之電子機器，例如行動電話20之充電系統。圖1係表示橫置於充電器10A之行動電話20A。由充電器10A對行動電話20A之充電係利用在充電器10A之一次線圈單元12之線圈與行動電話20A之二次線圈單元22之線圈之間產生之電磁感應作用，並藉由無接點電力傳輸所施行。

在此，如圖1所示，線圈單元12、22彼此相對向而實施無接點電力傳輸之際之對向面側稱為傳輸面。圖1之線圈單元12之上側面為傳輸面，線圈單元22之下側面為傳輸面。與傳輸面相反側之面稱為非傳輸面。

2.線圈單元之構造

圖2係在圖1所示線圈單元12、22中，尤其表示適合於要求小型化之二次線圈單元22之構造之組裝分解立體圖。又，圖2所示之構造也可適用於線圈單元12。

在圖2中，本實施型態之線圈單元22在其基本的構成上，包含具有空芯部31之平面狀線圈30、收容平面狀線圈30之線圈收容框體40、及執行作為收容平面狀線圈30之線圈收容框體40之蓋之功能之基板50。

在圖2中，進一步包含配置於平面狀線圈30之非傳輸面側之磁性薄片60，在線圈收容框體40與基板50之間，收容著平面狀線圈30及磁性薄片60。又，磁性薄片60最好在基板50側積層有磁氣屏蔽薄片62(參照後述之圖5)。又，在圖 2中，為了將基板50固定作為線圈收容框體40之蓋，例如使用帶狀之雙面接著帶70。

平面狀線圈30只要是平面的空芯線圈，並無特別限定，例如，可適用在平面上捲繞單芯或多芯之包覆線圈線而成之線圈。

圖3(A)係線圈收容框體之平面圖，圖3(B)係線圈收容框體之背面圖，圖4係線圈收容框體之局部剖面圖，圖5係線圈單元之局部剖面圖。

線圈收容框體40例如係利用樹脂材料注塑成型而成。此線圈收容框體40如圖4所示，具有收容平面狀線圈30之凹處41。平面狀線圈30之傳輸面面對著凹處41之底面42被配置。在底面42之中心形成有定位突部43。使平面狀線圈30之空芯部31位於此定位突部43，而將平面狀線圈30定位於線圈收容框體40。

又，底面42係形成於圓形之階差部44。此階差部44之直徑如圖5所示，大於平面狀線圈30之直徑。又，階差部44並非必須。

如圖3(A)、(B)所示，在線圈收容框體40之例如位於對角線上之緣部之2處，形成第1貫通孔45。此第1貫通孔44如後所述，在線圈單元22之組裝時，可供將線圈收容框體40定位於夾具之用。又，在線圈收容框體40之階差部44內之底面42，例如在3處形成第2貫通孔45。此第2貫通孔45如後所述，在線圈單元22之組裝時，可供將平面狀線圈30真空吸引至線圈收容框體40之底面42側。又，在線圈收容 框體40之中心形成第3貫通孔46。第3貫通孔46具有作為定位突部43之退讓部之功能，但第1、第3貫通孔44、46也可使用作為將此線圈單元22安裝於圖1所示之行動電話20之際之定位部。

如圖3(A)、(B)所示，在線圈收容框體40之階差部44內之底面42，形成有長孔(廣義上為收容部)47。如圖2所示，平面狀線圈30之內端引出線34係經由平面狀線圈30之傳輸面32上被取出。長孔47係用於收容位於傳輸面32上之內端引出線34。藉此，在平面狀線圈30之傳輸面32之全域，如圖5所示，可使平面狀線圈30之傳輸面32密接於線圈收容框體40之底面42。結果，可降低線圈單元22之全高而有助於薄型化。又，線圈收容框體40之底面42之厚度厚於內端引出線34之粗度，故可將內端引出線34收容於長孔47，而不會由長孔47突出於外部。

如此，將內端引出線34收容於長孔47時，內端引出線34對線圈單元22本身之厚度無助益。又，收容部並不限定於貫通之長孔47，也可為非貫通之凹部。此情形，可減低內端引出線34對線圈單元22之厚度之助益。

圖2及圖5所示之磁性薄片60係以可覆蓋平面狀線圈30之充分之大小所形成。磁性薄片60執行接受來自平面狀線圈30之磁通之作用，具有提昇平面狀線圈30之電感之功能。作為磁性薄片60之材質，以軟磁性材料為佳，可適用鐵氧體軟磁性材料及金屬軟磁性材料。

又，在磁性薄片60面對平面狀線圈30之側之相反側，必 要時可設置磁氣屏蔽薄片62。磁氣屏蔽薄片62具有可吸收磁性薄片60未能完全捕捉之磁通之任務。藉此，可避免磁通對基板50上之安裝零件52及行動電話20內之零件之不良影響。磁氣屏蔽薄片62之材質只要可吸收磁通，並無特別限定，可列舉非磁性體，例如鋁。

磁性薄片60與磁氣屏蔽薄片62例如可利用雙面接著帶等加以積層，如圖5所示，磁性薄片60可以與平面狀線圈30之非傳輸面33密接之方式被配置於線圈收容框體40內。

在此，磁性薄片60與磁氣屏蔽薄片62例如可利用接著帶(未圖示)等固定於平面狀線圈30或線圈收容框體40。又，如圖5所示，最好在線圈收容框體40之凹處41之內壁與磁氣屏蔽薄片62之端部之間，封入矽等接著性樹脂材料及模塑材料等之封閉材料80。如此，可覆蓋磁性薄片60之端部，或利用接著材料及模塑材料等之封閉材料80封閉磁性薄片60之材料(例如軟磁性金屬粉)掉落之路徑。藉此，可防止金屬異物掉落在基板50之安裝面51上，以防止引起圖案短路等之電氣的弊害。又，作為封閉材料80之二次的功能，可將磁性薄片60及磁氣屏蔽薄片62固定於線圈收容框體40。又，內端引出線34及外端引出線35雖未圖示，但通過封閉材料80被引出至基板50側。

基板50如圖2所示，具有安裝面51、與其相反側之露出面52，在安裝面51裝載有各種安裝零件53。此基板50係經由雙面接著帶70被接著於圖5所示之線圈收容框體40之開口端面48，而蓋住線圈收容框體40之凹處41。藉此，可防 止異物混入於裝載平面狀線圈30及安裝零件53之基板50之安裝面51側。又，線圈單元22被線圈收容框體40與基板50之露出面52所覆蓋，故作為零件之處理也相當簡便。另外，在基板50與磁性薄片60或磁氣屏蔽薄片62之間，確保著可收容安裝零件53之空間，故安裝零件53不會露出。

圖6係線圈單元22之背面圖。也就是說，基板50之露出面52側之圖。在本實施型態中，在基板50之露出面52，具有藉由焊接而連接平面狀線圈30之內端引出線34及外端引出線35之線圈連接墊54。

在此，基板50之緣部之一部分具有由安裝面51側向露出面52側引出平面狀線圈30之內端引出線34及外端引出線35用之缺口部55。另外，在線圈收容框體40，於對應於缺口部55之位置，如圖3(B)及圖6所示，將開口端面48之一部分形成作為薄壁部49。藉此，如圖6所示，可由缺口部55中未被薄壁部49覆蓋之區域之開口，由安裝面51側向露出面52側引出平面狀線圈30之內端引出線34及外端引出線35。又，在基板50之露出面52也形成有另一連接墊56，可將線圈單元22電性連接至行動電話20內之其他電路。又，連接墊54、56例如經由通孔連接至安裝面51側之布線圖案。

在位於基板50之對角線上之緣部之2處，與線圈收容框體40之第2貫通孔44對應之位置形成有第4貫通孔57。又，在雙面接著帶70，於對應於第2、第4貫通孔44、57之位置形成有狹縫71。再此等第2、第4貫通孔及狹縫71中嵌入後 述之夾具之定位銷。

又，帶狀之雙面接著帶70具備有避免與平面狀線圈30之內端引出線34及外端引出線35干擾用之切斷部72。

3.線圈單元之組裝方法

圖7係表示組裝線圈單元22用之第1、第2夾具100,200。在第1夾具100，具備有由基板載置面110突出之2支銷110。基板50之貫通孔57與雙面接著帶70之狹縫71被第1夾具100之2支銷120插通而將基板50及雙面接著帶70定位並配置於第1夾具100上。

另一方面，第2夾具200具備有可收容線圈收容框體40之凹部210。此第2夾具200另外具有第1、第2真空吸引孔220、230。第1真空吸引孔200係用於吸引線圈收容框體40而將線圈收容框體40密接配置於凹部210。第2真空吸引孔230係連通於線圈收容框體40之3個貫通孔45。此結果，第2真空吸引孔230之吸引力經由線圈收容框體40之3個貫通孔45而作用於平面狀線圈30之傳輸面31。此結果，藉由第1、第2真空吸引孔220、230真空吸引時，線圈收容框體40密接於第2夾具200之凹部210，另外，平面狀線圈30之傳輸面31密接於線圈收容框體40之底面42。如此，可防止平面狀線圈30登上線圈收容框體40之定位突部43等之組裝異常。

在線圈收容框體40及平面狀線圈30之真空吸引後，利用接著帶(未圖示)將磁性薄片60及磁氣屏蔽薄片62安裝於平面狀線圈30或線圈收容框體40。又，在線圈收容框體40之凹處41之內壁與磁氣屏蔽薄片62之端部之間，封入矽等接 著性樹脂材料及模塑材料等之封閉材料80。其後，使第1、第2夾具100,200相對地移動而經由雙面接著帶70，即可在線圈收容框體40之開口端面48蓋上基板50。

4.線圈單元之變形例

圖8及圖9係表示異於上述實施型態之線圈單元。與上述實施型態相異之點在於：使用於本實施型態之線圈單元之基板58係在裝載安裝零件53之安裝面51側具有藉由焊接而連接平面狀線圈30之內端引出線34及外端引出線35之線圈連接墊54之點上。但，也可使基板50、58共通化而使用在安裝面51及露出面52之雙方具有線圈連接墊54之基板。

在本實施型態中，並無必要由安裝面51側向露出面52側引出平面狀線圈30之內端引出線34及外端引出線35。故，在圖8所示之基板58，不需要設置設於圖2所示之基板50之缺口部55。另外，在使用於本實施型態之線圈收容框體40，無必要在與缺口部55對應之位置，將圖3(B)及圖6所示之開口端面48之一部分形成作為薄壁部49。但，為線圈收容框體40之共通化，也可在本實施型態使用形成有薄壁部49之構造。加之，在使用於本實施型態之雙面帶76，不需要圖2所示之切斷部72。

圖9雖表示線圈外端引出線35，但線圈外端引出線35係通過線圈收容框體40與磁性薄片60及磁氣屏蔽薄片62之間之間隙(有封閉材料80存在時通過封閉材料80)被引出至基板58之安裝面51側，連接至線圈連接圖案54(參照圖8)。因此，在本實施型態中，可利用基板58毫無間隙地將線圈收 容框體40之開口端側密閉。故可進一步提高異物混入之防止效果。又，作為線圈單元之零件，基板58之露出面52呈現平面狀，故作為零件，較容易處理。但在線圈收容框體40內，有必要將內端引出線34及外端引出線35連接至基板58之安裝面51上之線圈連接圖案54。

5.電子機器之適用例

本實施型態可適用於施行電力傳輸及信號傳輸之所有之電子機器，例如，手錶、電動牙刷、電動刮鬍刀、無線電話、個人手機、攜帶式電腦、PDA(Personal Digital Assistants；個人數位助理)、電動自行車等具有二次電池之被充電機器與充電機器。

也可使線圈收容框體40露出，以作為電子機器之框體之一部分。如此，適合於縮短一次．二次線圈間之距離，提高傳輸效率。此際，若覺得內端線圈引出線34由長孔47露出有問題，則只要貼上覆蓋長孔47之膠帶等即可。

又，如以上所述，雖已詳述有關本實施型態，但對同業業者而言，當可容易瞭解：實體上不脫離本發明之新潁事項及效果之諸多變形皆可予以實施。因此，此種變形例全部包含於本發明之範圍。例如，在專利說明書或圖式中，至少一度與更廣義或同義之不同之用語同時被記載之用語在專利說明書或圖式之任何處，均可置換為該不同之用語。

本實施型態雖與無接點電力傳輸有關，但也同樣適用於使用電磁感應原理之無接點信號傳輸。

10‧‧‧充電器

12‧‧‧線圈單元

20‧‧‧電子機器(行動電話)

22‧‧‧線圈單元

30‧‧‧平面狀線圈

31‧‧‧空芯部

32‧‧‧傳輸面

33‧‧‧非傳輸面

34‧‧‧內端引出線

35‧‧‧外端引出線

40‧‧‧線圈收容框體

41‧‧‧凹處

42‧‧‧底面

43‧‧‧定位突部

44‧‧‧貫通孔

45‧‧‧真空吸引貫通孔

47‧‧‧長孔(收容部)

48‧‧‧開口端面

50、58‧‧‧基板

51‧‧‧安裝面

52‧‧‧露出面

53‧‧‧安裝零件

60‧‧‧磁性薄片

62‧‧‧磁氣屏蔽薄片

70、76‧‧‧雙面接著帶

72‧‧‧切斷部

80‧‧‧封閉材料

圖1係表示具有充電器與橫置於此之行動電話之充電系統之圖。

圖2係使用於圖1之充電系統之線圈單元之組裝分解立體圖。

圖3(A)係線圈收容框體之平面圖，圖3(B)係線圈收容框體之背面圖。

圖4係線圈收容框體之局部剖面圖。

圖5係線圈單元之局部剖面圖。

圖6係線圈單元之背面圖。

圖7係表示線圈單元之組裝方法之圖。

圖8係變形例之線圈單元之組裝分解立體圖。

圖9係變形例之線圈單元之局部剖面圖。

22‧‧‧線圈單元

30‧‧‧平面狀線圈

31‧‧‧空芯部

32‧‧‧傳輸面

33‧‧‧非傳輸面

34‧‧‧內端引出線

35‧‧‧外端引出線

40‧‧‧線圈收容框體

44‧‧‧貫通孔

45‧‧‧真空吸引貫通孔

47‧‧‧長孔(收容部)

50‧‧‧基板

51‧‧‧安裝面

52‧‧‧露出面

53‧‧‧安裝零件

55‧‧‧缺口部

57‧‧‧第4貫通孔

60‧‧‧磁性薄片

70‧‧‧雙面接著帶

71‧‧‧狹縫

72‧‧‧切斷部

Claims (11)

1. 一種線圈單元，其特徵在於包含：平面狀線圈；線圈收容框體，其係包含收容前述平面狀線圈之凹處，使前述平面狀線圈之傳輸面面對前述凹處之底面而配置；及基板，其係在前述平面狀線圈之非傳輸面側，包含裝載有安裝零件之安裝面，且連接前述平面狀線圈之內端引出線及外端引出線；前述基板係在前述線圈收容框體之前述凹處之開口端側，被固定作為前述線圈收容框體之蓋；前述平面狀線圈係通過前述傳輸面上而引出前述內端引出線；且在前述線圈收容框體之前述底面，設有收容前述內端引出線之收容部。
2. 如請求項1之線圈單元，其中前述平面狀線圈係包含空芯部；且在前述線圈收容框體，設有將前述平面狀線圈之前述空芯部定位之定位突部。
3. 如請求項1之線圈單元，其中進一步包含：磁性薄片，其係配置於前述平面狀線圈之前述非傳輸面側；且在前述線圈收容框體與前述基板之間，收容前述平面狀線圈及前述磁性薄片。
4. 如請求項3之線圈單元，其中前述磁性薄片係在與前述基板之安裝面面對之側積層磁氣屏蔽薄片所構成。
5. 如請求項3之線圈單元，其中在前述磁性薄片之外周端部與前述線圈收容框體之內壁之間，封入封閉材料；且前述平面狀線圈之前述內端引出線及前述外端引出線係通過前述封閉材料而連接至前述基板。
6. 如請求項1之線圈單元，其中前述基板係在與前述安裝面相反側之露出面，設有連接前述內端及外端引出線之連接圖案；且在前述基板之外周端形成缺口部，前述內端引出線及前述外端引出線係經由前述缺口部而由前述安裝面引繞至前述露出面。
7. 如請求項1之線圈單元，其中前述基板係在前述安裝面，具有連接前述內端及外端引出線之連接圖案。
8. 如請求項1之線圈單元，其中前述線圈收容框體係形成有貫通於前述底面之真空吸引孔。
9. 一種電子機器，其係包含如請求項1至8中任一項之線圈單元。
10. 一種線圈單元，其包含：平面狀線圈； 線圈收容框體，其係包含收容前述平面狀線圈之凹處；及基體，其係裝載有電性連接於前述平面狀線圈之電子零件，前述平面狀線圈之內端引出線及外端引出線係連接至前述基體，前述基體係配置成覆蓋前述線圈收容框體之前述凹處；且前述線圈收容框體包含：收容部，其係前述線圈收容框體之一部分，且收容設於前述平面狀線圈之傳輸面上之前述內端引出線，以減低前述內端引出線所造成之前述線圈單元之厚度之增加。
11. 一種電子機器，其係包含如請求項10之線圈單元。