TWI474773B - 線圈單元及電子機器 - Google Patents
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Description
本發明係關於使用線圈之無接點電力傳送之線圈單元及電子機器。
已知無接點電力傳送，其可使用電磁感應，傳送電力，而無須金屬部分的接點。該無接點電力傳送的適用例，係提案行動電話的充電或家庭用機器(電話機的子機)的充電等。
無接點電力傳送中，有傳送用線圈發熱之問題，而提案抑制其發熱之技術(專利文獻1-5)。專利文獻1係揭示可抑制非接觸充電發熱之技術。專利文獻2係揭示利用線圈及磁性材之構成，抑制發熱之技術。專利文獻3係揭示具有汽冷機構之無接點充電裝置。專利文獻4係揭示有關將陶瓷置於一次側線圈與二次側線圈之間，使之散熱之構造。專利文獻5係揭示提高散熱性之框體構造。
[專利文獻1]日本特開平8-103028號公報[專利文獻1]日本特開平8-148360號公報[專利文獻1]日本特開平11-98705號公報[專利文獻1]日本特開2003-272938號公報[專利文獻1]日本特開2005-110357號公報
本發明之幾個態樣係提供散熱性佳，且可薄型化之線圈單元及使用其之電子機器。
本發明一態樣之線圈單元，其特徵係具有以下構件：平面狀線圈，其係具有傳送面及非傳送面；磁性板，其係設於前述平面狀線圈的非傳送面側；及散熱/磁屏蔽板，其係積層於與前述磁性板面向前述平面狀線圈側之相反側面，將前述平面狀線圈的發熱散熱，且吸收前述磁性板未捕捉之磁通量而磁屏蔽；前述散熱/磁屏蔽板的板厚係比前述磁性板厚。
平面狀線圈的發熱係使用積層於該平面狀線圈之磁性板及散熱/磁屏蔽板的固體熱傳導而散熱。此時，散熱/磁屏蔽板兼具有作為散熱板之功能、及吸收磁性板未捕捉之磁通量而磁屏蔽之功能。具體而言，散熱/磁屏蔽板可使用抗磁性體、順磁性體及反鐵磁性體之總稱的非磁性體，最好使用鋁、銅。
該散熱/磁屏蔽板係形成比磁性板厚。以散熱/磁屏蔽板吸收磁性板未捕捉之磁通量。此時，利用磁性板未捕捉之磁通量，將散熱/磁屏蔽板感應加熱。但是，散熱/磁屏蔽板因具有特定厚度，故熱容量較大，發熱溫度低，且散熱特性上，易於散熱。因此，可使平面狀線圈的發熱有效發熱。再者，因該線圈單元的厚度係形成1.65mm左右，故可維持薄型化。
本發明之一態樣中，可進一步設置有：基板，其係固定前述散熱/磁屏蔽板；及溫度檢出元件，其係搭載於前述基板，並檢出經由前述磁性板及散熱/磁屏蔽板的固體熱傳導所傳熱之前述平面狀線圈的發熱溫度。
藉此，即使異物侵入而使平面狀線圈升溫，導致散熱/磁屏蔽板的溫度異常提高，也可檢出該異常。
本發明之一態樣中，在前述基板，在與前述散熱/磁屏蔽板對面之表面及其背面形成傳熱用導電圖案；前述溫度檢出元件係搭載於前述基板背面。
如此，平面狀線圈的發熱經由磁性板、散熱/磁屏蔽板、表面側傳熱用導電圖案、基板及背面側的傳熱用導電圖案之固體熱傳導而傳熱至溫度檢出元件。而且，藉由將溫度檢出元件設於基板背面，溫度檢出元件不會干擾散熱/磁屏蔽板。
此時，形成於前述基板的表面及背面之傳熱用導電圖案，最好藉由貫通前述基板之通孔而連接。基板係絕緣體，傳熱性低，但取而代之，利用通孔，可提高熱傳導性。
本發明之一態樣中，前述散熱/磁屏蔽板在與前述基板對向之面設置有凹部；前述溫度檢出元件也可搭載於前述基板表面，配置於前述散熱/磁屏蔽板的凹部內。如此，即使溫度檢出元件設於基板表面，溫度檢出元件也不會干擾散熱/磁屏蔽板。另外，平面狀線圈的中心具有空芯部時，與該空芯部對向之位置，在散熱/磁屏蔽板形成孔，可將該孔作為凹部。另外，本發明之一態樣中，因散熱/磁屏蔽板具有特定厚度，故亦有以下效果：可確保能收容溫度檢出元件之厚度。此外，上述構造之情況，最好在與前述基板的前述散熱/磁屏蔽板對面之表面，形成傳熱用導電圖案。
本發明之一態樣中，前述溫度檢出元件係依據平面狀線圈的發熱溫度，遮斷或抑制電力供給至前述平面狀線圈。如此，異常時，可遮斷或抑制電力供給。該種溫度檢出元件，可列舉例如利用高溫增加電阻值而抑制或遮斷電流之熱敏電阻、或利用溫度而溶斷，以遮斷電流之保險絲等的元件。
本發明之一態樣中，可進一步具有披覆構件，其覆蓋前述磁性板的端部。磁性板的端部脆弱而易脫落，但藉由披覆構件披覆，可防止磁性板端部的材料飛散。該披覆構件可作為絕緣板或矽等的密封構件。
該披覆構件具有孔部，其收容前述平面狀線圈，也可作為保護板，其係覆蓋前述磁性板及前述散熱/磁屏蔽板各端部，並將前述磁性板及前述散熱/磁屏蔽板接著固定於前述基板表面。如此，披覆構件可兼用為磁性板及散熱/磁屏蔽板的固定構件。
本發明之一態樣中，也可設置複數片前述磁性板。如此，即使為大電流流動於平面狀線圈之例如電源啟動時只有一片磁性板磁力飽和之情況，藉由形成複數片，可減低漏洩磁通量。另外，散熱/磁屏蔽板的厚度係比複數片磁性板的總厚度厚。
本發明之一態樣中，前述平面狀線圈係具有內端及外端拉出線，前述內端拉出線經由前述平面狀線圈的前述非傳送面而取出；在前述平面狀線圈與前述磁性板之間配置有間隔構件，其實際上與前述內端拉出線的粗細相等。
如此，平面狀線圈的傳送面側形成平面，無接點電力傳送時，易於靠近配置一次．二次線圈。此外，平面狀線圈的非傳送面只突出內端拉出線之量，但利用間隔構件，可使平面狀線圈的非傳送面形成平面，與磁性板相密著。如此，可維持傳熱性。
本發明之一態樣中，前述基板在從與前述散熱/磁屏蔽板對面之區域而延伸之區域，設置有搭載安裝零件之安裝面，前述安裝面係與前述散熱/磁屏蔽板對面之表面相反側的背面。
如此，基板的表面側中，因只有平面狀線圈、磁性板及散熱/磁屏蔽板突出，故無接點電力傳送時，易於靠近配置一次．二次線圈。
此外，本發明一態樣之線圈單元，其特徵係包含：線圈；磁性材料，其係配置於前述線圈附近；及構件，其在前述線圈間，以夾有前述磁性材料之方式配置；前述磁性材料的厚度比前述構件的厚度厚。
本發明之其他態樣，係定義包含上述線圈單元之電子機器。
以下，詳細說明本發明之最佳實施形態。另外，以下說明之本實施形態，並非不當限於申請專利範圍所揭示之本發明之內容，本實施形態所說明之全部構成不必然為本發明之解決方法。
圖1係模式表示充電器10與被充電器20之圖。一次側電子機器，例如從充電器10至二次側電子機器，例如行動電話機20之充電，係利用充電器10的線圈單元12的線圈與行動電話機20的線圈單元22的線圈之間所產生的電磁感應作用，藉由無接點電力傳送而進行。
在此，如圖1所示，將與線圈單元12、22者對向而實施無接點電力傳送時的對向面側稱為傳送面。圖1之線圈單元12，其上側面係傳送面；線圈單元22，其下側面係傳送面。將與傳送面相反側之面稱為非傳送面。
線圈單元12、22之構成，例如參照圖2及圖3(A)(B)，說明線圈單元12。另外，圖2之構造也可適用於線圈單元22。
圖2係線圈單元12之分解安裝立體圖；圖3(A)係從表面側觀看線圈單元12的立體圖；圖3(B)係從背面側觀看線圈單元12的立體圖。
圖2中，線圈單元12的基本構成係包含以下構件：平面狀線圈30，其係具有傳送面31及非傳送面32；磁性板40，其係設於平面狀線圈30的非傳送面32側；及散熱/磁屏蔽板50，其係積層於與磁性板面向平面狀線圈30側之相反側面。
平面狀線圈30為平面的空芯線圈時，並無特別限制，例如，可使用在平面上捲回單芯或多芯的披覆線圈線之線圈。本實施形態中，平面狀線圈30於中心係具有空芯部33。此外，平面狀線圈30係包含以下構件：內端拉出線34，其係連接螺旋內端；及外端拉出線35，其係連接螺旋外端。本實施形態中，內端拉出線34經由平面狀線圈30的非傳送面32而朝半徑方向外側拉出。如此，平面狀線圈30的傳送面31形成平面，無接點電力傳送時，易於靠近配置一次．二次線圈。
配置於平面狀線圈30的非傳送面32側之磁性板40係形成覆蓋平面狀線圈30之充分大小。該磁性板40接受來自平面狀線圈30的磁通量而作用，具有提升平面狀線圈30的電感功能。磁性板40的材質最好係軟磁性材，可使用鐵酸鹽軟磁性材或金屬軟磁性材。
此外，在磁性板40面向平面狀線圈30側的相反側，配置散熱/磁屏蔽板50。該散熱/磁屏蔽板50的板厚比磁性板40厚。散熱/磁屏蔽板50兼具作為散熱板的功能、及吸收磁性板40未捕捉的磁通量而磁屏蔽之功能。具體而言，散熱/磁屏蔽板50可使用抗磁性體、順磁性體及反鐵磁性體之總稱的非磁性體，最好使用鋁、銅。
平面狀線圈30通電時之平面狀線圈30的發熱，係使用積層於該平面狀線圈30之磁性板40及散熱/磁屏蔽板50的固體熱傳導而散熱。再者，以散熱/磁屏蔽板50吸收磁性板40未捕捉的磁通量。此時，藉由磁性板40未捕捉的磁通量，將散熱/磁屏蔽板50感應加熱。但是，因散熱/磁屏蔽板50具有特定厚度，熱容量比較大，發熱溫度低，且散熱/磁屏蔽板50因其散熱特性而易於散熱。因此，可有效率將平面狀線圈30的發熱散熱。本實施形態中，可使平面狀線圈30、磁性板40及散熱/磁屏蔽板50的總厚度很薄，為1.65mm左右。
本實施形態中，在平面狀線圈30與磁性板40之間，具有間隔構件60，其實際上與內端拉出線34的粗細相等。該間隔構件60係形成與平面狀線圈30大致相同直徑的圓形，至少在避開內端拉出線34的位置具有裂縫62。該間隔構件60，例如係兩面接著板，將平面狀線圈30接著於磁性板40上。
本實施形態中，平面狀線圈30的非傳送面32側只突出內端拉出線34的量，但利用間隔構件60，可使平面狀線圈30的非傳送面32側形成平面，與磁性板40相密著。如此，可維持傳熱性。
本實施形態中，進一步具有基板100，其係固定散熱/磁屏蔽板50。此時，散熱/磁屏蔽板50散熱於基板100。在基板100，具有線圈連接墊片103，其係連接平面狀線圈30的內端及外端拉出線34、35。
此外，具有保護板70，其係覆蓋磁性板40及散熱/磁屏蔽板50的各端部，將磁性板40及散熱/磁屏蔽板50接著固定於基板100的表面101。此時，平面狀線圈30的內端及外端拉出線34、35經由保護板70上而連接基板100的線圈連接墊片103(參照圖3(A))。保護板70係具有孔部71，其收容平面狀線圈30。保護板70亦作為覆蓋磁性板40的端部之披覆構件而作用。磁性板40的端部很脆弱而易脫落，但藉由作為披覆構件之保護板70覆蓋磁性板40的端部，可防止磁性板40的端部的材料飛散。該披覆構件也可由矽等密封構件形成，取代保護板70。
該線圈單元12的製造方法，首先在基板100上積層磁性板40及散熱/磁屏蔽板50而配置。此時，使用基板100四角的孔104，將基板100定位於未圖示的治具上。將基板100上的例如四處的孔104與散熱/磁屏蔽板50的例如四處的孔51、及與該孔51對向而設於基板100之孔107插入因治具而突出的定位銷。藉此，相對於治具上的基板100，將散熱/磁屏蔽板50定位。之後，在散熱/磁屏蔽板50上重疊磁性板40，其上進一步披覆保護板70，利用保護板70，將磁性板40及散熱/磁屏蔽板50固定於基板100上。
其次，形成於保護板70之孔71內，利用間隔構件60，將平面狀線圈30接著固定於磁性板40上。之後，藉由平面狀線圈30的內端及外端拉出線34、35連接基板100的線圈連接端子103，完成線圈單元12。
如圖3(B)所示，本實施形態中，進一步具有溫度檢出構件80，其係搭載於基板100的例如背面102，檢出經由磁性板40及散熱/磁屏蔽板50之固體熱傳導所傳熱之平面狀線圈30的發熱溫度。即使異物等侵入一次．二次線圈間而使一次側平面狀線圈30的溫度異常提高，利用溫度檢出構件80，可檢出其異常。利用該溫度檢出構件80檢出平面狀線圈30的異常溫度時，可實行終止傳送之控制。該溫度檢出構件80最好具有溫度檢出功能，本實施形態中，係以利用高溫增加電阻值而控制或遮斷電流之熱敏電阻而構成。可使用以溫度溶斷而遮斷電流之保險絲等的元件，取代熱敏電阻。藉此，因異物等侵入使平面狀線圈30升溫而導致散熱/磁屏蔽板的溫度異常提高時，可遮斷或控制平面狀線圈30的通電。
圖4係基板100的表面101的布線圖案圖；圖5係基板100的背面102的布線圖案圖。如圖4及圖5所示，基板100的表面101及背面102，在與散熱/磁屏蔽板50對向之區域，大致經過前面而形成傳熱用導電圖案110、111。利用多數通孔112，連接基板100的表背面101、102的各傳熱用導電圖案110、111。
在圖4所示基板100的表面101，形成熱敏電阻布線圖案113A、113B，其係與散熱/磁屏蔽板50及傳熱用導電圖案110絕緣分離。該熱敏電阻布線圖案113經由二個通孔114、115而與形成於圖5所示基板100的背面102之熱敏電阻連接圖案116A、116B相連接。另外，該熱敏電阻連接圖案116A、116B亦與傳熱用導電圖案111絕緣分離。
如此，平面狀線圈30的發熱，經由磁性板40、散熱/磁屏蔽板50、基板100的表面101側的傳熱用導電圖案、通孔112及基板100的背面102側的傳熱用導電圖案111的固體熱傳導而傳熱至溫度檢出構件80(在圖5係省略)。而且，藉由溫度檢出構件80設於基板100的背面102，溫度檢出構件80不會干擾散熱/磁屏蔽板50。另外，熱敏電阻布線圖案113A、113B也可設於基板100的背面102，基板100的表面101也可形成傳熱用導電圖案110的整體圖案。
另外，形成於基板100的表面101及背面102之傳熱用導電圖案110、111係利用貫通基板100之通孔112而連接，但不限於此。例如基板100充分變薄時，也可經由其絕緣構件而傳熱。
如圖3(B)所示，本實施形態中，基板100在從與散熱/磁屏蔽板50對面之區域而延伸之區域，設置可搭載安裝零件106之安裝面，該安裝面係與散熱/磁屏蔽板50對面之表面101相反側的背面102。
因此，基板100的表面101側中，由於只有平面狀線圈30、磁性板40及散熱/磁屏蔽板50突出，故無接點電力傳送時，易於靠近配置一次．二次線圈。
另外，如上述係詳細說明本實施形態，但該業者可容易理解從本發明之新規事項及效果，可進行不超出實體之很多變形。因此，該種變形例均包含於本發明之申請專利範圍。例如，說明書或圖面中，至少一次與更廣義或同義的不同用語一同記載之用語，在說明書或圖面的任何地方，可置換為其不同用語。
本實施形態係有關無接點電力傳送者，但同樣也可適用於使用有電磁感應原理之無接點電力傳送。
如圖6所示，溫度檢出構件80也可搭載於基板200的表面201。此時，取代圖2之散熱/磁屏蔽板50，如圖6所示，可使用形成有孔211之散熱/磁屏蔽板210。該孔211與平面狀線圈30的空芯部33相對應而設置時，散熱效果不會劣化。藉由該孔211設於散熱/磁屏蔽板210，即使溫度檢出構件80設於基板200的表面201，溫度檢出構件80也不會干擾散熱/磁屏蔽板210。另外，此時，基板100中，最好在與散熱/磁屏蔽板210對面之表面201形成傳熱用導電圖案(圖6中係省略)。此外，不干擾溫度檢出構件80時，也可為形成凹處者，取代形成於散熱/磁屏蔽板210之孔211。反之，也可使用圖6所示散熱/磁屏蔽板210，取代圖2的散熱/磁屏蔽板50。
再者，也可設置複數片圖2及圖6所示磁性板40。如此，大電流流動於平面狀線圈30之例如電源啟動時，只有一片磁性板40中，即使為磁力飽和之情況，藉由複數片，也可減低漏洩磁通量。
10．．．一次側電子機器
12．．．一次側線圈單元
20．．．二次側電子機器
22．．．二次側線圈單元
30．．．平面狀線圈
31．．．傳送面
32．．．非傳送面
33．．．空芯部
34．．．內端拉出線
35．．．外端拉出線
40．．．磁性板
50．．．散熱/磁屏蔽板
60．．．間隔構件
70．．．保護板(披覆構件)
80．．．溫度檢出構件(熱敏電阻)
100．．．基板
110、111．．．傳熱用導電圖案
112．．．通孔
113A、113B．．．熱敏電阻連接布線
114、115．．．通孔
116A、116B．．．熱敏電阻連接圖案
圖1係模式表示充電器與被充電器之圖。
圖2係線圈單元之分解安裝立體圖。
圖3(A)係從表面側觀看線圈單元12的立體圖；圖3(B)係從背面側觀看線圈單元12的立體圖。
圖4係從表面側觀看基板的平面圖。
圖5係從背面側觀看基板的背面圖。
圖6係表示溫度檢出元件搭載於基板表面側之變形例圖。
30．．．平面狀線圈
31．．．傳送面
32．．．非傳送面
33．．．空芯部
34．．．內端拉出線
35．．．外端拉出線
40．．．磁性板
50．．．散熱/磁屏蔽板
51、71、107．．．孔
60．．．間隔構件
62．．．裂縫
70．．．保護板(披覆構件)
100．．．基板
101．．．基板表面
103．．．線圈連接墊片
Claims (12)
- 一種線圈單元，其特徵係具有以下構件：平面狀線圈，其係具有傳送面及非傳送面；磁性板，其係設於前述平面狀線圈的非傳送面側；及散熱/磁屏蔽板，其係積層於與前述磁性板面向前述平面狀線圈側之相反側面，將前述平面狀線圈的發熱散熱，且吸收前述磁性板未捕捉之磁通量而磁屏蔽；前述平面狀線圈係具有內端及外端拉出線，前述內端拉出線經由前述平面狀線圈與前述磁性板之間而取出；在前述平面狀線圈與前述磁性板之間配置有間隔構件，該間隔構件在避開前述內端拉出線之位置形成有裂縫；前述散熱/磁屏蔽板的板厚比前述磁性板厚。
- 如請求項1之線圈單元，其中進一步設置有：基板，其係固定前述散熱/磁屏蔽板；及溫度檢出元件，其係搭載於前述基板，並檢出經由前述磁性板及散熱/磁屏蔽板的固體熱傳導所傳熱之前述平面狀線圈的發熱溫度。
- 如請求項2之線圈單元，其中在前述基板，在與前述散熱/磁屏蔽板對面之表面及其背面形成傳熱用導電圖案；前述溫度檢出元件係搭載於前述基板背面。
- 如請求項3之線圈單元，其中形成於前述基板的表面及背面之傳熱用導電圖案，係 藉由貫通前述基板之通孔而連接。
- 如請求項2之線圈單元，其中前述散熱/磁屏蔽板在與前述基板對向之面設置有凹部；前述溫度檢出元件係搭載於前述基板表面，配置於前述散熱/磁屏蔽板的凹部內。
- 如請求項5之線圈單元，其中在前述基板，在與前述散熱/磁屏蔽板對面之表面形成傳熱用導電圖案。
- 如請求項2之線圈單元，其中前述溫度檢出元件係依據前述平面狀線圈的發熱溫度，遮斷或抑制對前述平面狀線圈之電力供給之元件。
- 如請求項1之線圈單元，其中進一步具有披覆構件，其覆蓋前述磁性板的端部。
- 如請求項2至7中任一項之線圈單元，其中進一步具有保護板，其係具有收容前述平面狀線圈之孔部，且覆蓋前述磁性板及前述散熱/磁屏蔽板各端部，並將前述磁性板及前述散熱/磁屏蔽板接著固定於前述基板表面。
- 如請求項1之線圈單元，其中設置複數片前述磁性板，前述散熱/磁屏蔽板的厚度係比前述複數片磁性板的總厚度厚。
- 如請求項3之線圈單元，其中 前述基板在從與前述散熱/磁屏蔽板對面之區域而延伸之區域，設置有搭載安裝零件之安裝面，前述安裝面係與前述散熱/磁屏蔽板對面之表面相反側的背面。
- 一種電子機器，其特徵係包含請求項1至11中任一項之線圈單元。
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