JP2019186303A - コイル部品 - Google Patents

Abstract

【課題】２以上のコイルパターンが並列に接続されてなるコイル部品において、磁性シートからの距離によるインピーダンスの差を低減する。【解決手段】複数ターンに亘ってスパイラル状に巻回され、平面視で磁性シートと重なるように配置されたコイルパターン１００，２００を備える。コイルパターン１００とコイルパターン２００は並列に接続され、コイルパターン１００はコイルパターン２００よりも磁性シート３の近くに配置され、コイルパターン２００の線路長はコイルパターン１００の線路長よりも長い。本発明によれば、コイルパターン１００とコイルパターン２００の線路長に差を設けていることから、各コイルパターンのインピーダンスを微調整することができる。これにより、コイルパターン１００とコイルパターン２００のインピーダンス差をより小さくすることができることから、コイル部品全体の損失を低減することが可能となる。【選択図】図１

Description

本発明はコイル部品に関し、特に、平面スパイラル状のコイルパターンを有するコイル部品に関する。

近年、電源ケーブルや電源コードを用いずに電力を伝送するワイヤレス電力伝送システムが注目されている。ワイヤレス電力伝送システムは、送電側から受電側にワイヤレスで電力を供給できることから、電車、電気自動車等の輸送機器、家電製品、電子機器、無線通信機器、玩具、産業機器といった様々な製品への応用が期待されている。ワイヤレス電力伝送システムには、送電コイル及び受電コイルが用いられ、送電コイルによって生成された磁束を受電コイルに鎖交させることによってワイヤレスで電力が伝送される。

ワイヤレス電力伝送システム用のコイル部品として、特許文献１及び２には、平面スパイラル状のコイルパターンを複数個並列に接続したコイル部品が開示されている。複数のコイルパターンを並列に接続すれば、送電コイル及び受電コイルにより大きな電流を流すことができることから、ワイヤレスに伝送可能な電力を増加させることが可能となる。

特開２０１６−９３０８８号公報 特開２００８−２０５２１５号公報

しかしながら、特許文献１及び２に記載されたコイル部品は、並列に接続される複数のコイルパターンのパターン形状が互いにほぼ同一であることから、磁性シートからの距離に応じたインダクタンス差によって、各コイルパターンのインピーダンスに差が生じ、インピーダンス差に起因する電流の偏りによって損失が大きくなるという問題があった。

これに関し、特許文献１では、磁性シートからの距離が最も近いコイルパターンと磁性シートからの距離が最も遠いコイルパターンを直列に接続することによって第１のコイルユニットを形成するとともに、磁性シートからの距離が２番目に近いコイルパターンと磁性シートからの距離が２番目に遠いコイルパターンを直列に接続することによって第２のコイルユニットを形成し、これら第１及び第２のコイルユニットを並列に接続することによってインピーダンスのバランスを取る方法が提案されている。しかしながら、この方法では、磁性シートと各コイルパターン位置関係によっては、第１のコイルユニットと第２のコイルユニットのインピーダンスが必ずしも一致しないという問題があった。

特許文献２についても同様であり、２つのコイルパターンを直列に接続することによって１つのコイルユニットを形成するとともに、２つのコイルユニットを並列に接続する構成が開示されているが、コイルユニットを構成する２つのコイルパターンの組み合わせを変えるだけでは、２つのコイルユニットのインピーダンスを一致させることは困難であり、インピーダンス差に起因する電流の偏りによって損失が大きくなるという問題があった。

また、特許文献１及び２に記載されたコイル部品は、４つ以上のコイルパターンの存在が前提であり、それ以下の数のコイルを並列に接続する場合には、インピーダンスのバランスを取ることはできない。

したがって、本発明は、２以上のコイルパターンが並列に接続されてなるコイル部品であって、磁性シートからの距離によるインピーダンスの差をより低減す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、磁性シートと、複数ターンに亘ってスパイラル状に巻回され、平面視で磁性シートと重なるように配置された第１及び第２のコイルパターンとを備え、第１のコイルパターンと第２のコイルパターンは並列に接続され、第１のコイルパターンは、第２のコイルパターンよりも磁性シートの近くに配置され、第２のコイルパターンの線路長は、第１のコイルパターンの線路長よりも長いことを特徴とする。

本発明によれば、第１のコイルパターンと第２のコイルパターンの線路長に差を設けていることから、各コイルパターンのインピーダンスを微調整することができる。これにより、第１のコイルパターンと第２のコイルパターンのインピーダンス差をより小さくすることができることから、コイル部品全体のインピーダンス差を低減することが可能となる。その結果、インピーダンス差に起因する損失を低減することが可能となる。

本発明において、第２のコイルパターンの内径は第１のコイルパターンの内径よりも大きくても構わない。これによれば、第２のコイルパターンの内径が第１のコイルパターンの内径よりも大きい分、第２のコイルパターンの線路長を拡大することができる。

本発明において、第２のコイルパターンの外径は第１のコイルパターンの外径よりも大きくても構わない。これによれば、第２のコイルパターンの外径が第１のコイルパターンの外径よりも大きい分、第２のコイルパターンの線路長を拡大することができる。

本発明において、第１のコイルパターンと第２のコイルパターンのターン数は互いに同じであっても構わない。この場合であっても、第２のコイルパターンの内径又は外径を第１のコイルパターンよりも大きくすることにより、第２のコイルパターンの線路長を拡大することができる。

本発明において、第２のコイルパターンは第１のコイルパターンよりもターン数が多くても構わない。これによれば、第２のコイルパターンのターン数が第１のコイルパターンのターン数よりも多い分、第２のコイルパターンの線路長を拡大することができる。

本発明において、第１及び第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１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、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、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、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、第１のコイルパターンは、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、第２のコイルパターンは、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、第１のコイルパターンは、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、第２のコイルパターンは、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。

本発明によるコイル部品は、平面視で磁性シートと重なるように配置された第１及び第２の基板をさらに備え、第１のコイルパターンは、第１の基板の一方の表面に形成され、第２のコイルパターンは、第２の基板の一方の表面に形成されていても構わない。これによれば、線路長の異なる２つのコイルパターンをそれぞれ異なる基板に形成することが可能となる。

本発明によるコイル部品は、複数ターンに亘ってスパイラル状に巻回された第３及び第４のコイルパターンをさらに備え、第３のコイルパターンは、第１の基板の他方の表面に形成され、第４のコイルパターンは、第２の基板の他方の表面に形成され、第１のコイルパターンの内周端と第３のコイルパターンの内周端が互いに接続され、第２のコイルパターンの内周端と第４のコイルパターンの内周端が互いに接続され、第４のコイルパターンの線路長は、第３のコイルパターンの線路長よりも長くても構わない。これによれば、直列に接続された第１及び第３のコイルパターンによって第１のコイルユニットが形成され、直列に接続された第２及び第４のコイルパターンによって第２のコイルユニットが形成されるとともに、これら２つのコイルユニット間におけるインダクタンスの差を低減す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、第３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より低減することが可能となる。

本発明において、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。

このように、本発明によるコイル部品は、磁性シートからの距離によるインピーダンスの差をより低減できることから、交流での抵抗損失の小さいコイル部品を提供することが可能となる。したがって、本発明によるコイル部品をワイヤレス電力伝送システムの受電コイル又は送電コイルに用いれば、電力伝送に伴う発熱を低減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の構成を説明するための略断面図である。 図２は、コイルユニットＵ１を構成するコイルパターン１００のパターン形状を説明するための略平面図である。 図３は、コイルユニットＵ１を構成するコイルパターン３００のパターン形状を説明するための略平面図である。 図４は、コイル部品１の等価回路図である。 図５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６は、第１の実施形態の第１の変形例によるコイル部品１ａの構成を説明するための略断面図である。 図７は、第１の実施形態の第２の変形例によるコイル部品１ｂの構成を説明するための略断面図である。 図８は、図２及び図３に示すＤ−Ｄ線に沿った略断面図である。 図９は、導体パターンの径方向位置とパターン幅の関係を説明するためのグラフである。 図１０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１１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１２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１３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１４は、変形例によるコイルユニットの略断面図である。 図１５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１００ａのパターン形状を説明するための略平面図である。 図１６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３のコイルパターン３００ａのパターン形状を説明するための略平面図である。 図１７は、コイル部品２の等価回路図である。

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は、本発明の第１の実施形態によるコイル部品１の構成を説明するための略断面図である。

図１に示すように、本実施形態によるコイル部品１は、磁性シート３と、磁性シート３と重なるように配置された３つのコイルユニットＵ１〜Ｕ３によって構成されている。磁性シート３は、フェライト、パーマロイ、複合磁性材料などの高透磁率材料からなるシート部材であり、コイルユニットＵ１〜Ｕ３に鎖交する磁束の磁路として機能する。

コイルユニットＵ１〜Ｕ３は、基板の両面にコイルパターンが形成されてなるユニットであり、平面視でそれぞれの内径領域が重なるよう、磁性シート３上に配置されている。磁性シート３からの距離はコイルユニットＵ１が最も近く、コイルユニットＵ３が最も遠い。つまり、磁性シート３とコイルユニットＵ１〜Ｕ３のコイル軸方向における距離をそれぞれＤ１〜Ｄ３とした場合、
Ｄ１＜Ｄ２＜Ｄ３
である。

コイルユニットＵ１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３のコイルパターン３００とを備えている。コイルユニットＵ２は、基板２０と、基板２０の一方の表面２１に形成された第２のコイルパターン２００と、基板２０の他方の表面２２に形成された第４のコイルパターン４００とを備えている。コイルユニットＵ３は、基板３０と、基板３０の一方の表面３１に形成された第５のコイルパターン５００と、基板３０の他方の表面３２に形成された第６のコイルパターン６００とを備えている。基板１０，２０，３０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１０，２０，３０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。また、本実施形態においては、コイルパターン１００，２００，３００，４００，５００，６００のターン数は互いに同じである。

図１に示すように、コイルユニットＵ１を構成するコイルパターン１００，３００の内径をφ１Ａ、外径をφ１Ｂとし、コイルユニットＵ２を構成するコイルパターン２００，４００の内径をφ２Ａ、外径をφ２Ｂとし、コイルユニットＵ３を構成するコイルパターン５００，６００の内径をφ３Ａ、外径をφ３Ｂとした場合、本実施形態においては、
φ１Ａ＜φ２Ａ＜φ３Ａ
を満たし、且つ、
φ１Ｂ＜φ２Ｂ＜φ３Ｂ
を満たしている。つまり、磁性シート３からの距離が最も近いコイルユニットＵ１の内径φ１Ａ及び外径φ１Ｂが最も小さく、磁性シート３からの距離が最も遠いコイルユニットＵ３の内径φ３Ａ及び外径φ３Ｂが最も大きい。

そして、コイルパターン１００，２００，３００，４００，５００，６００のターン数は互いに同じであることから、コイルユニットＵ１を構成するコイルパターン１００，３００の線路長よりもコイルユニットＵ２を構成するコイルパターン２００，４００の線路長の方が長く、コイルユニットＵ２を構成するコイルパターン２００，４００の線路長よりもコイルユニットＵ３を構成するコイルパターン５００，６００の線路長の方が長くなる。なお、本実施形態では、後述するように、コイルパターン１００，２００，３００，４００，５００，６００はスパイラル状のスリットによって径方向に分割された複数の並列線路を有するが、この場合、各コイルパターン１００，２００，３００，４００，５００，６００の分割された複数の線路の平均線路長を各コイルパターン１００，２００，３００，４００，５００，６００の線路長として考えてもよい。

図２及び図３は、それぞれコイルユニットＵ１を構成するコイルパターン１００，３００のパターン形状を説明するための略平面図である。

図２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２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１７１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１７１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１７２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２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１７１と引き出しパターン１７２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３に示すように、第３のコイルパターン３００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３に示す例では、第３のコイルパターン３００がターン３１０〜ターン３５０からなる５ターン構成であり、ターン３１０が最外周ターンを構成し、ターン３５０が最内周ターンを構成する。また、各ターン３１０〜３５０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３１０は導体パターン３１１〜３１４に分割され、ターン３２０は導体パターン３２１〜３２４に分割され、ターン３３０は導体パターン３３１〜３３４に分割され、ターン３４０は導体パターン３４１〜３４４に分割され、ターン３５０は導体パターン３５１〜３５４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３１１が最外周ターンを構成し、導体パターン３５４が最内周ターンを構成する。

最外周に位置するターン３１０の導体パターン３１１〜３１４は、径方向に延在する引き出しパターン３７１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３７１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３７２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３５０の導体パターン３５１〜３５４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３のコイルパターン３００を構成する各ターン３１０〜３５０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３１０〜ターン３５０からなる５ターンが定義される。図３に示すように、本実施形態においては第３のコイルパターン３００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３のコイルパターン３００の中心点Ｃ２から放射状に延在し、引き出しパターン３７１と引き出しパターン３７２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３のコイルパターン１００，３００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１７１と引き出しパターン３７２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１７２と引き出しパターン３７１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１５１，３５４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１５２，３５３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１５３，３５２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１５４，３５１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３のコイルパターン３００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。

他のコイルユニットＵ２，Ｕ３についても、内径及び外径が異なる他はコイルユニットＵ１と同じ構成を有している。つまり、コイルユニットＵ２を構成するコイルパターン２００，４００も直列に接続され、コイルユニットＵ３を構成するコイルパターン５００，６００も直列に接続される。そして、これらコイルユニットＵ１〜Ｕ３は、図４に示すように互いに並列に接続される。これにより、１つのコイルユニットのみを使用する場合と比べて約３倍の電流を流すことが可能となる。

本実施形態によるコイル部品１は、図５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５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５１とワイヤレス受電装置ＲＸに含まれる受電コイル６１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５１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５２に接続され、送電回路５２から交流の電流が供給される。受電コイル６１は、共振回路、整流回路、平滑回路などを含む受電回路６２に接続される。そして、送電コイル５１と受電コイル６１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５１や受電コイル６１として本実施形態によるコイル部品１のコイルユニットＵ１〜Ｕ３を利用することができる。この場合、送電コイル５１から見て空間４０の反対側に配置された磁性シート５３や、受電コイル６１から見て空間４０の反対側に配置された磁性シート６３は、図１に示す磁性シート３に対応する。磁性シート５３，６３（磁性シート３）を配置すれば、送電コイル５１及び受電コイル６１（コイルユニットＵ１〜Ｕ３）のインダクタンスが高められ、より効率的な電力伝送を行うことが可能となる。

その一方で、磁性シート３が存在すると、コイルユニットＵ１〜Ｕ３のターン数が互いに同一であっても、磁性シート３からの距離に応じたインダクタンス差によって、各コイルユニットＵ１〜Ｕ３のインピーダンスに差が生じる。コイルユニットＵ１〜Ｕ３にインピーダンス差が存在すると、インピーダンス差に起因する電流の偏りによって損失が大きくなってしまう。その結果、図５に示すワイヤレス電力伝送システムの受電コイル５１又は送電コイル６１に用いた場合、電力伝送に伴う発熱が大きくなってしまう。

この点を考慮し、本実施形態においては、コイルユニットＵ１〜Ｕ３間において線路長に差を設けている。つまり、磁性シート３からの距離が最も近く、これにより最もインピーダンスの大きいコイルユニットＵ１の線路長をコイルユニットＵ２の線路長よりも短くすることによってインダクタンスを小さくし、且つ、磁性シート３からの距離が最も遠く、これにより最もインピーダンスの小さいコイルユニットＵ３の線路長をコイルユニットＵ２の線路長よりも長くすることによってインダクタンスを大きくしている。これにより、３つのコイルユニットＵ１〜Ｕ３のインダクタンス差が縮小することから、インピーダンス差に起因する電流の偏りが低減され、理想的には一致する。その結果、図４に示す回路全体の損失を低減することが可能となる。

そして、本実施形態においては、各コイルユニットＵ１〜Ｕ３のインピーダンスをコイルパターンの線路長によって調整していることから、インピーダンスの微調整が可能である。このため、磁性シート３からの距離やターン数などのパラメータに応じて線路長を適切に設計することにより、コイルユニットＵ１〜Ｕ３のインピーダンス差を確実に縮小することが可能となる。

尚、図１に示す例では、内径及び外径ともに、コイルユニットＵ１，Ｕ２，Ｕ３の順に大きくなる構成を有しているが、本発明においてこの点は必須でない。したがって、図６に示す第１の変形例によるコイル部品１ａのように、コイルユニットＵ１〜Ｕ３の内径φＡを一致させ、コイルユニットＵ１〜Ｕ３の外径を
φ１Ｂ＜φ２Ｂ＜φ３Ｂ
とすることによって、コイルユニットＵ１，Ｕ２，Ｕ３の順に線路長を長くしても構わないし、図７に示す第２の変形例によるコイル部品１ｂのように、コイルユニットＵ１〜Ｕ３の外径φＢを一致させ、コイルユニットＵ１〜Ｕ３の内径を
φ１Ａ＜φ２Ａ＜φ３Ａ
とすることによって、コイルユニットＵ１，Ｕ２，Ｕ３の順に線路長を長くしても構わない。さらには、図示しないが、コイルユニットＵ１〜Ｕ３の内径又は外径に差を設けるのに加え、又はこれに代えて、コイルユニットＵ１，Ｕ２，Ｕ３の順にターン数を多くしても構わない。

図８は、図２及び図３に示すＤ−Ｄ線に沿った略断面図である。尚、図２及び図３に示すＤ−Ｄ断面はコイルユニットＵ１の断面に対応するが、他のコイルユニットＵ２，Ｕ３の断面についても、内径又は外径が異なる他は、図２及び図３に示すＤ−Ｄ断面と同じである。

特に限定されるものではないが、図８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３のコイルパターン３００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３のコイルパターン３００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３のコイルパターン３００が視覚的な障害とならず、逆に、第３のコイルパターン３００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。

特に限定されるものではないが、本実施形態によるコイル部品１は、図８に示すように、第１及び第３のコイルパターン１００，３００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１５４，３５４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１１１，３１１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１３３，３３３（又は１３２，３３２）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１２４，３２４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１００，３００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１００，３００に流れる渦電流が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１００，３００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９は、導体パターンの径方向位置とパターン幅の関係を説明するためのグラフである。図９において、実線はコイルユニットＵ１〜Ｕ３のパターン幅を示し、破線は参考例におけるパターン幅を示している。参考例は、導体パターンのパターン幅を一定とした例である。

図９に示す例では、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９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、図９に示す例では、
Ｗ１＜Ｗ２＜Ｗ３＜Ｗ４
を満たしている。参考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。図９に示す例では、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９に示すグラフの領域Ｆ１よりも領域Ｆ２の方が大きい。このように、図９に示す例では、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１０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１１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１２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１２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１３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８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を線路長の中心位置としても構わない。この場合、図２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。或いは、各ターンを構成する複数の導体パターンの長さを平均化して、その合計を線路長とし、これに基づいて中心位置を定義しても構わない。

このように、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すれば、パターン幅を一定とした場合と比べ、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３のコイルパターン３００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、図８に示す例では、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１４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１４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。

＜第２の実施形態＞
図１５及び図１６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１００ａ及び第３のコイルパターン３００ａのパターン形状を説明するための略平面図である。

第１及び第３のコイルパターン１００ａ，３００ａは、図２及び図３に示した第１及び第３のコイルパターン１００，３００の代わりに用いられるパターンであり、他のコイルユニットＵ２，Ｕ３についても、内径又は外径が異なる他は、同様のパターンが用いられる。

図１５に示すように、第１のコイルパターン１００ａは、図２に示した第１のコイルパターン１００に導体パターン１６１，１６２を追加し、導体パターン１６１，１６２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１６１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１６２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２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。コイルユニットＵ２に含まれるコイルパターン２００や、コイルユニットＵ３に含まれるコイルパターン５００についても、内径又は外径が異なる他は、図１５に示す第１のコイルパターン１００ａと同じパターン形状を有している。

図１６に示すように、第３のコイルパターン３００ａは、図３に示した第３のコイルパターン３００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Ｈ４，Ｈ３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３５１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３５２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３５３，３５４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３に示した第３のコイルパターン３００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。コイルユニットＵ２に含まれるコイルパターン４００や、コイルユニットＵ３に含まれるコイルパターン６００についても、内径又は外径が異なる他は、図１６に示す第３のコイルパターン３００ａと同じパターン形状を有している。

このような構成を有する第１及び第３のコイルパターン１００ａ，３００ａ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１５３，３６２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１５４，３６１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１６１，３５４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１６２，３５３が互いに短絡されることから、第１のコイルパターン１００ａと第３のコイルパターン３００ａは図１７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。

他のコイルユニットＵ２，Ｕ３についても、内径及び外径が異なる他はコイルユニットＵ１と同じ構成を有している。つまり、コイルユニットＵ２を構成するコイルパターン２００，４００も直列に接続されて１１ターンのスパイラルコイルを構成し、コイルユニットＵ３を構成するコイルパターン５００，６００も直列に接続されて１１ターンのスパイラルコイルを構成する。そして、これらコイルユニットＵ１〜Ｕ３は、図１７に示すように互いに並列に接続される。これにより、１つのコイルユニットのみを使用する場合と比べて約３倍の電流を流すことが可能となる。

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、３つのコイルユニットＵ１〜Ｕ３を用いているが、本発明がこれに限定されるものではなく、並列接続された２以上のコイルユニット又はコイルパターンを備えていれば足りる。

また、上記各実施形態においては、基板の表裏に形成された２つのコイルパターンを直列に接続することによって１つのコイルユニットを構成しているが、本発明がこれに限定されるものではなく、各コイルユニットが少なくとも１つのコイルパターンを含んでいれば足りる。

さらに、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。

１，１ａ，１ｂ，２ コイル部品
３ 磁性シート
１０，２０，３０ 基板
１１，２１，３１ 基板の一方の表面
１２，２２，３２ 基板の他方の表面
４０ 空間
５１ 送電コイル
５１ 受電コイル
５２ 送電回路
５３ 磁性シート
６１ 受電コイル
６１ 送電コイル
６２ 受電回路
６３ 磁性シート
１００，１００ａ 第１のコイルパターン
２００ 第２のコイルパターン
３００，３００ａ 第３のコイルパターン
４００ 第４のコイルパターン
５００ 第５のコイルパターン
６００ 第６のコイルパターン
１１０〜１５０、３１０〜３５０ ターン
１１１〜１１４，１２１〜１２４，１３１〜１３４，１４１〜１４４，１５１〜１５４，１６１，１６２，３１１〜３１４，３２１〜３２４，３３１〜３３４，３４１〜３４４，３５１〜３５４，３６１，３４２ 導体パターン
１７１，１７２，３７１，３７２ 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
Ｕ１〜Ｕ３ コイルユニット
Ｗ１〜Ｗ４ パターン幅

Claims (12)

1. 磁性シートと、
   複数ターンに亘ってスパイラル状に巻回され、平面視で前記磁性シートと重なるように配置された第１及び第２のコイルパターンと、を備え、
   前記第１のコイルパターンと前記第２のコイルパターンは並列に接続され、
   前記第１のコイルパターンは、前記第２のコイルパターンよりも前記磁性シートの近くに配置され、
   前記第２のコイルパターンの線路長は、前記第１のコイルパターンの線路長よりも長いことを特徴とするコイル部品。
2. 前記第２のコイルパターンの内径は前記第１のコイルパターンの内径よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載のコイル部品。
3. 前記第２のコイルパターンの外径は前記第１のコイルパターンの外径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のコイルパターンと前記第２のコイルパターンのターン数は互いに同じであることを特徴とする請求項２又は３に記載のコイル部品。
5. 前記第２のコイルパターンは前記第１のコイルパターンよりもターン数が多い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。
6. 前記第１及び第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１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く、
   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のコイルパターンは、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、
   前記第２のコイルパターンは、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いことを特徴とする請求項６に記載のコイル部品。
8. 前記第１のコイルパターンは、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く、
   前記第２のコイルパターンは、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６又は７に記載のコイル部品。
9. 平面視で前記磁性シートと重なるように配置された第１及び第２の基板をさらに備え、
   前記第１のコイルパターンは、前記第１の基板の一方の表面に形成され、
   前記第２のコイルパターンは、前記第２の基板の一方の表面に形成されていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載のコイル部品。
10. 複数ターンに亘ってスパイラル状に巻回された第３及び第４のコイルパターンをさらに備え、
    前記第３のコイルパターンは、前記第１の基板の他方の表面に形成され、
    前記第４のコイルパターンは、前記第２の基板の他方の表面に形成され、
    前記第１のコイルパターンの内周端と前記第３のコイルパターンの内周端が互いに接続され、
    前記第２のコイルパターンの内周端と前記第４のコイルパターンの内周端が互いに接続され、
    前記第４のコイルパターンの線路長は、前記第３のコイルパターンの線路長よりも長いことを特徴とする請求項９に記載のコイル部品。
11. 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３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ることを特徴とする請求項１０に記載のコイル部品。
12. 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１１に記載のコイル部品。

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