JP2020080402A - 無線で電力を送受信するためのコイルプリント回路基板コイル - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、プリント回路基板のコイルを提供する。【解決手段】本発明の一実施の形態に係るプリント回路基板のコイルは、少なくとも複数の導体層と、中心からの距離がそれぞれ異なり、平面形状が対称である１回転ループ複数個が螺旋状に接続される第１経路と第２経路及び第１経路の第２末端と第２経路の第１末端を接続する第１層間コネクタを含み、平面に基づいて、第１経路の第１ループは、第１ループに対応する第２経路の第２ループと所定の角度をなすように配置されるか、第２ループから平行移動して配置されることができる。したがって、近接効果により、コイル電線の間に形成される逆起電力を相殺することにより、ＰＣＢコイルのＱ値を向上させることができるようになる。【選択図】図３Ａ

Description

本発明は、無線で電力を送受信するためのプリント回路基板コイルに関する。

通信及び情報処理技術が発達するにつれて、スマートフォンやタブレットＰＣなどのようなスマート端末の使用が徐々に増加しているが、現在、スマート端末に多く適用されている充電方式は、電源に接続されたアダプタをスマート端末に直接接続して、外部電源の供給を受け、充電したり、またはホストのＵＳＢ端子を介してスマート端末に接続して、ホストのＵＳＢ電源の供給を受け、充電する方式である。

最近では、接続線を介してアダプタまたはホストにスマート端末を直接接続すべき不便さを減らすために、電気的接触なしに、磁気結合を用いて、バッテリーを無線で充電する無線充電方式が徐々にスマート端末に適用されている。

誘導結合(Inductive Coupling) 方式に基づいて無線で電気エネルギーを供給したり、供給を受けるとき、伝送装置と受信装置にそれぞれリッツ（ＬＩＴＺ）電線（または銅単線）に１次コイルと２次コイルを設けて電力伝送チャンネルを形成するが、銅単線でコイルを形成することが価格的な面で有利であることができる。

しかし、銅単線の厚みがあるので、コイルの大きさを減らすには限界があり、最近ではＰＣＢ（Printed Circuit Board）の製造方法で多層の螺旋状経路のコイルパターンを形成して、このような限界を克服しようとする試みがある。

しかし、ＰＣＢの方法でコイルを製作すれば、生産性を向上させることができ、従来リッツ電線でコイルを製作するよりもコストを下げるメリットがあるが、リッツ電線コイルに比べて交流抵抗が大きくてＱ値が大幅に減少する問題がある。

本発明は、このような状況を勘案したものであり、本発明の目的は、PCBの方法でコイルを形成する際にＱ値の減少を最小化することにある。

前記の課題を実現するための本発明の一実施の形態に係るプリント回路基板のコイルは、少なくとも複数の導体層と、中心からの距離がそれぞれ異なり平面形状が対称である１回転ループ複数個が螺旋状に接続される第１経路と第２経路と、第１経路の第２末端と第２経路の第１末端を接続する第１層間コネクタを含み、平面に基づいて、第１経路の第１ループは、第１ループに対応する第２経路の第２ループと所定の角度をなすように配置されるか、第２ループから平行移動して配置されることを特徴とする。

一実施の形態において、１回転ループは、平面形状が長方形であり、第１ループと第２ループの内、少なくともいずれか一つは、対角方向に平行移動して配置されることができる。

一実施の形態において、１回転ループは、平面形状が長方形であり、第１ループと第２ループは、互いに９０度をなすように配置されることができる。

一実施の形態において、第１経路は、第１伝導体層に形成され、第２経路は、第２伝導体層に形成されることができる。

一実施の形態において、プリント回路基板のコイルは、第１伝導体層と第２伝導体層に交互に形成される第１経路と第２経路のセグメントを接続するための複数の第２層間コネクタをさらに含み、複数の第２層間コネクタは、平面に基づいて対称に配置されることができる。

一実施の形態において、第２層間コネクタは、4つ以上であり、隣接した二つの第２層間コネクタの間の距離が実質的に同じで有り得る。

一実施の形態において、中心からの距離が異なる少なくとも２つのループの対応する第２層間コネクタは円周方向に位置が異なることがある。

本発明の他の実施の形態に係る無線電力伝送装置は、交流電流によって磁界を変化させる伝送コイルと伝送コイルから発生する磁界の電波を制限するための遮蔽部と、伝送コイルと遮蔽部を包むケースを含みから構成され、伝送コイルは、中心からの距離がそれぞれ異なり平面形状が対称である１回転ループ複数個が螺旋状に接続される第１経路と第２経路と互いに異なる伝導体層に形成される第１経路の第２末端と第２経路の第１末端を接続する層間コネクタを含み、平面に基づいて、第１経路の第１ループは、第１ループに対応する第２経路の第２ループと所定の角度をなすように配置されたり、第２ループから平行移動して配置されることを特徴とする。

したがって、近接効果により、コイル電線の間に形成される逆起電力を相殺することにより、ＰＣＢコイルのＱ値を向上させることができるようになる。

リッツ電線を模倣した従来ＰＣＢコイルの鳥瞰図とトレースの位置を変更する方法を示す図である。 リッツ電線を模倣した従来ＰＣＢコイルの鳥瞰図とトレースの位置を変更する方法を示す図である。 互いに平行に配置される２つのトレースで形成される１回転のループのペアに均一である外部磁界が印加されるときに発生する逆起電力の方向を示す図である。 本発明の一実施の形態に基づいて対角方向に平行移動させて配置したループのペアに均一な外部磁界が印加されるときに発生する逆起電力の方向を示す図である。 図３Ａのループのペアに囲まれた領域に形成される閉回路によって逆起電力が相殺される例を示す図である。 図３Ａのループのペアを螺旋状に巻いて形成するＰＣＢコイルを示す図である。 本発明の他の実施の形態に基づいて長方形を９０°回転させて十字状に配置したループのペアに均一な外部磁界が印加されるときに発生する逆起電力の方向を示す図である。 図４Ａのループのペアに囲まれた領域に形成される閉回路によって逆起電力が相殺される例を示す図である。 図４Ａのループのペアを螺旋状に巻いて形成するＰＣＢコイルを示す図である。 本発明のまた別の実施の形態に基づいて中心軸を基準に所定の角度回転させて配置したループのペアが螺旋状に巻かれて形成されるＰＣＢコイルを示す図である。 層間コネクタを用いて、図３Ａのループのペアを構成する各ループを層を変えながら複数の他の層に交互に形成するときに側面方向の磁界による逆起電力が相殺される例を示す図である。 図６のループのペアを螺旋状に巻いてコイルを形成する際に、ループの半径に応じて層間コネクタの位置を変える例を示す図である。 本発明に係るＰＣＢコイルを備える充電器の分解斜視図を示す図である。

以下、本発明に係るプリント回路基板のコイルの実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。

導体に交流電流が流れるとき導体の表面近くでの電流密度が導体の中心からより大きくなる傾向があり、このような現象を表皮（または表面）効果とし、このような表皮効果に基づいて導体の有効抵抗はＡＣ電流の周波数とともに増加する。表皮効果を克服するために、高周波が適用される分野で使用されるコイルは、個別的に絶縁フィルムでコーティングされ薄い複数の電線を互いに撚り合わせて形成するリッツ電線で巻く。多くの小さな電線がねじれたリッツ電線の総表面積がひとまとめの電線よりさらに広いので、表皮効果が減ってこれにより、高周波を伝送するときの電力損失を低減することができる。

しかし、リッツ電線は、薄い電線それぞれを絶縁体被覆で取り囲みまた薄い電線の間に空気層が形成されるので、コイルの抵抗が高く、薄い電線は被覆によって互いに断熱されて熱を伝達する経路がなく、製造コストが高く、絶縁のためのスペースのために必要以上に大きくなる問題がある。

このようなリッツ電線の問題を解決するために、銅箔で螺旋状経路を回路基板に形成するＰＣＢコイルが登場し、コイルの巻き回数を上げるためにビア（Ｖｉａ）（または層間コネクタ）を介して、複数の層で電線のストラン(strand)、すなわちトレース（Trace）を形成する試みがあるが、同様に、単一電線を使用するコイルから発生する不均一な誘導電流分布や不均一なインダクタンス分布などの問題が発生する。

ＰＣＢコイルの欠点を改善するためにひとターン（またはループ）を複数のトレースで構成して表皮効果の影響を減少させる方法や、図１のようにリッツ電線を真似て一つのターンに複数のトレースを使用するが、トレースの位置を変えてながら表皮効果と近接効果のすべてを減少させる方法が提案されている。

しかし、前記で提案された方法の最初の方法は、特定の状況でむしろＱ値がさらに低くなることがあるという欠点があるが、例えば、単に複数のトレースで構成する場合、渦電流が流れることができる、新しいループが形成されてむしろ不必要な損失が生じてＱ値がさらに減少することがある。

また、前記の提案された方法の第二の方法は、多くの数のビアを要求するので、製作が難しく、価格が高くなることの欠点がある。すなわち、図１Ｂに示すように、トレースの層を変更するとき、下層と、上層のトレースが重なることがあるので、重ならないように形状や配置を複雑に構成するべきであり、また、多くの数のビアを使用するため、ビアによって抵抗が大きくなり、コストが増加することがある。

図２は、互いに平行に配置される２つのトレースで形成される１回転のループのペアに均一な外部磁界が印加されるときに発生する逆起電力の方向を示したもので、図２の１つのループのペアを形成する第１ループ（Ｌ１）と第２ループ（Ｌ２）は、それぞれ長方形で、互いに平行に配置される。

第１ループ（Ｌ１）の外側に印加される磁界や第２ループ（Ｌ２）の内側に印加される磁界は、第１ループ（Ｌ１）と第２ループ（Ｌ２）に同じ方向に逆起電力を発生させるので、互いに相殺されるので、考慮の対象ではない。

しかし、第１ループ（Ｌ１）の内側と第２ループ（Ｌ２）の外側、すなわち、第１ループ（Ｌ１）と第２ループ（Ｌ２）との間に印加される磁界は、第１ループ（Ｌ１）と第２ループ（Ｌ２）が形成する閉回路に逆起電力を発生させる。

図２において磁界は、ページに垂直に下から上に向かう方向であり、これにより、第１ループ（Ｌ１）は、時計方向に電界が発生し、第２ループ（Ｌ２）には、反時計方向に電界が発生する。変わる磁界によって発生する逆起電力は、次式のように定義される。

ここで、ｅは逆起電力、Ｂは磁界、ａは電線が囲む面積、Ｅは電界、ｌは、ワイヤの長さである。

図２において太い矢印は線積分の方向であり、細い矢印は逆起電力（または電界）の方向で、第１ループ（Ｌ１）の四辺のすべて、線積分の方向と逆起電力の方向が一致して、第１ループ（Ｌ１）に外部磁界による逆起電力が発生し、同様に、第２ループ（Ｌ２）の四辺のすべて、線積分の方向と逆起電力の方向が一致して、第２ループ（Ｌ２）に外部磁界による逆起電力が発生する。

すなわち、図２に示すように、第１ループ（Ｌ１）と第２ループ（Ｌ２）の内、１つ以上が単純平行移動した二重線でループのペアが形成される場合、ループの全領域で、外部磁界による逆起電力がすべて一体となって大きなループ電流が流れるようになり、これは、電力損失の増加につながる。

本発明は、表皮効果を減らすために1つのループを２つ以上の電線のストランドまたはトレースで構成するが、トレースのパターンを垂直方向の外部磁界による逆起電力が相殺することができる形態とする。

図３Ａは、本発明の一実施の形態に基づいて対角方向に平行移動させて配置したループのペアに均一な外部磁界が印加されるときに発生する逆起電力の方向を示したものである。

図３Ａにおいて長方形の第１ループ（Ｌ１）と第２ループ（Ｌ２）が互い違いに配置されるが、第２ループ（Ｌ２）を第１ループ（Ｌ１）から斜め方向に移動させ、ループのペアを形成させる。

図２を参照して説明したことと同様に、第１ループ（Ｌ１）と第２ループ（Ｌ２）との間に印加される磁界のみが第１ループ（Ｌ１）と第２ループ（Ｌ２）に逆起電力を発生させるので、 第１ループ（Ｌ１）と第２ループ（Ｌ２）のすべての外側と内側の磁界は、考慮する必要がない。磁界は、下から上に向かう方向であるから、磁界を囲む電線には時計方向に逆起電力が発生する。

第１ループ（Ｌ１）において、左辺と上部辺では線積分の方向と逆起電力の方向が一致し、下辺と右辺では線積分の方向と逆起電力の方向が逆になる。つまり、左辺と右辺から生成される逆起電力が大きさが同じで符号が逆であるから、互いに相殺され、また、上辺と下辺から生成される逆起電力が大きさが同じで符号が逆であるから、互いに相殺される。これにより、磁界によって、第１ループ（Ｌ１）に流れるループ電流がないか、または少なく損失がないか、減少する。

同様に、第２ループ（Ｌ１）において、左辺と上辺では線積分の方向と逆起電力の方向が一致し、下辺と右辺では線積分の方向と逆起電力の方向が逆になる。つまり、左辺と右辺から生成される逆起電力は、互いに相殺され、また、上辺と下辺から生成される逆起電力も互いに相殺され、磁界によって、第２ループ（Ｌ２）に流れるループ電流がないか、または少なく損失がないか減少する。

すなわち、第１ループ（Ｌ１）と第２ループ（Ｌ２）を互い違いに配置することにより、積分経路と逆起電力の方向が逆になる経路が発生し、その長さの合が積分経路と逆起電力の方向が同じ経路の長さの合と同じにすることができて、磁界によって発生する逆起電力を相殺したり、最小にすることができる。

図３Ｂは、図３Ａのループのペアに囲まれた領域に形成される閉回路によって逆起電力が相殺される例を示したものである。

図３Ｂにおいて、第１ループ（Ｌ１）と第２ループ（Ｌ２）の上辺と左辺により第１閉回路（ＣＣ１）が形成され、第１ループ（Ｌ１）と第２ループ（Ｌ２）の下辺と右辺により第２閉回路（ＣＣ２）が形成され、第１閉回路（ＣＣ１）から生成される逆起電力が第２閉回路（ＣＣ２）から生成される逆起電力によって相殺することができる。

図３Ｃは、図３Ａのループのペアを螺旋状に巻いて形成するＰＣＢコイルを示したものである。中心からの距離が互いに異なる複数の第１ループを螺旋状に接続した第１螺旋状経路をプリント回路基板（ＰＣＢ）の第１伝導体層に形成し、中心からの距離が互いに異なる複数の第２ループを螺旋状に接続した第２螺旋状経路をＰＣＢの第２伝導体層に形成してＰＣＢコイルを形成することができる。

第１螺旋状経路で外周に位置する第２末端は、第２螺旋状経路で内周に位置する第１末端に接続され、第１螺旋状経路と第２螺旋状経路を介して電力供給または電力受信のための電流が円周方向に基づいて同じ方向に流れることができるようにするが、第１螺旋状経路と第２螺旋状経路がそれぞれ第１伝導体層と第２伝導体層に形成されるので、第１螺旋状経路の第２末端と第２螺旋状経路の第１末端を接続するためのビアまたは層間コネクタが第１伝導体層と第２伝導体層との間に形成される。ビアは、垂直に形成され平面に基づいて第１螺旋状経路の第２末端と第２螺旋状経路の第１末端の位置が一致しないので、第１螺旋状経路の第２末端で第２螺旋状経路の第１末端に対応する位置に内周の方向に延長された線が形成されることができる。

このように、中心からの距離が同じ第１ループと第２ループがループのペアを成すが互い違いに配置して、外部磁界によって逆起電力が発生することに減らすことができる。

参考で、ループのペアの間に印加される磁界は、同じ伝導体層や他の伝導体層に形成される別のループに電流が印加されるときに形成される磁界に対応する。

本発明のコイルが形成されるプリント回路基板は、複数の伝導体層と伝導体層との間の絶縁層で構成され、層間コネクタを介して他の伝導体層のパターンが互いに接続することができる。本発明のコイルは、フレキシブルプリント回路基板（Flexible ＰＣＢ）で形成されることもできる。

図３において３つ以上の複数のループが３つ以上の複数の伝導体層に形成され、互いにグループを成して互い違いに配置され、それらの内、選択される２つのループで構成されるループのペアが外部磁界によって逆起電力が発生することに抑制することができる。

図４Ａは、本発明の他の実施の形態に基づいて長方形を９０°回転させて十字状に配置したループのペアに均一な外部磁界が印加されるときに発生する逆起電力の方向を示したものである。

第１ループ（Ｌ１）は、横方向に細長い 長方形の形であり、第２ループ（Ｌ２）は、縦方向に細長い長方形の形で、互いに重畳して配置されると、十字架の形になる。第１ループ（Ｌ１）を９０°回転させると、第２ループ（Ｌ２）となる。

第１ループ（Ｌ１）の右辺と左辺が第２ループ（Ｌ２）より外側にあり、第２ループ（Ｌ２）の上辺と下辺が第１ループ（Ｌ１）より外側にある。

第１ループ（Ｌ１）において、第２ループ（Ｌ２）より外側の左辺と右辺においては線積分の方向と逆起電力の方向が一致し、第２ループ（Ｌ２）より内側にある上辺と下辺においては線積分の方向と逆起電力の方向が逆になる。したがって、第１ループ（Ｌ１）に沿って線積分をすると逆起電力の方向が一致する辺の長さの合と反対の辺の長さの合がほぼ一致して、第１ループ（Ｌ１）と第２ループ（Ｌ２）との間に印加される磁界によって、第１ループ（Ｌ１）に逆起電力がほとんど発生しなくなる。

同様に、第２ループ（Ｌ２）において、第１ループ（Ｌ１）より外側にある上辺と下辺では線積分の方向と逆起電力の方向が逆であり、第１ループ（Ｌ１）より内側にある右辺と左辺では線積分の方向と逆起電力の方向が同じになる。したがって、第２ループ（Ｌ２）に沿って線積分をすると逆起電力の方向が一致する辺の長さの合と反対の辺の長さの合がほぼ同じで、第１ループ（Ｌ１）と第２ループ（Ｌ２）との間に印加される磁界によって、第２ループ（Ｌ２）に逆起電力がほとんど発生しなくなる。

図４Ｂは、図４Ａのループのペアに囲まれた領域に形成される閉回路によって逆起電力が相殺される例を示したものである。

図４Ｂにおいて、第１ループ（Ｌ１）と第２ループ（Ｌ２）の左辺によって第１閉回路（ＣＣ１）が形成され、第１ループ（Ｌ１）と第２ループ（Ｌ２）の下辺によって第２閉回路（ＣＣ２）が形成され、第１ループ（Ｌ１）と第２ループ（Ｌ２）の右辺によって第３閉回路（ＣＣ３）が形成され、第１ループ（Ｌ１）と第２ループ（Ｌ２）の上辺によって第４閉回路（ＣＣ４）が形成され、第１閉回路（ＣＣ１）で生成される逆起電力が第２閉回路（ＣＣ２）で生成される逆起電力によって相殺され、第３平価色（ＣＣ３）で生成される逆起電力が第４閉回路（ＣＣ４）で生成される逆起電力によって相殺することができる。

図４Ｃは、図４Ａのループのペアを螺旋状に巻いて形成するＰＣＢコイルを示したものである。中心からの距離が互いに異なり、横方向に長い長方形の形の複数の第１ループを螺旋状に接続して、第１伝導体層に形成し、中心からの距離が互いに異なり、縦方向に長い複数の第２ループを螺旋状に接続して第２伝導体層に形成し、十字の形のループのペアが複数形成されるＰＣＢコイルを形成することができる。

図３Ａと図４Ａに示すように、第１ループ（Ｌ１）と第２ループ（Ｌ２）が１つのループのペアを成すとき、第１ループ（Ｌ１）で第２ループ（Ｌ２）より外側にあるの辺の長さと第２ループ（Ｌ２）より内側にある辺の長さを同じにし、第２ループ（Ｌ２）で第１ループ（Ｌ１）より外側にある辺の長さと第１ループ（Ｌ１）より内側にある辺の長さを同じにすると、他のループが生成される磁界によって逆起電力が発生することを最小化することができる。

図４においては、長方形の第１ループ（Ｌ１）を９０°回転させた第２ループ（Ｌ２）を第１ループ（Ｌ１）と一緒に十字の形に配置したが、第２ループ（Ｌ２）を９０°ではなく任意の角度で回転させても、磁界によって逆起電力が発生することを防止することができる。

図５は、本発明のまた別の実施の形態に基づいて中心軸に基づいて所定の角度回転させて配置したループのペアが螺旋状に巻かれて形成されるＰＣＢコイルを示したものである。

第１ループ（Ｌ１）をループの中心に基づいて所定の角度（θ）だけ回転させて第２ループ（Ｌ２）を配置すると、図４の実施の形態と同様に、第１ループ（Ｌ１）と第２ループ（Ｌ２）のすべて相対的にさらに外側の辺の長さと相対的にさらに内側にある辺の長さがほぼ同じになり、他のループが生成する磁界によって逆起電力が発生することを最小化することができる。

ループが中心に基づいて線対称または点対称であれば、任意の角度だけ回転させても、ループのペアの他のループより内側にある辺の長さと外側の辺の長さが同じになって逆起電力の発生を最小化することができる。

図６は、層間コネクタを用いて、図３Ａのループのペアを構成する各ループを層を変えながら複数の他の層に交互に形成するとき、側面方向の磁界による逆起電力が相殺される例を示したものである。

図３乃至図５の実施の形態は、平面に垂直な方向（Ｚ方向）に進行する磁界によって発生する逆起電力を最小化するためのものであるのに対し、図６は、側面に進行する磁界（Ｘ方向またはＹ方向）による逆起電力を最小化するためのものである。

図６において、上にある図は、第１ループ（Ｌ１）と第２ループ（Ｌ２）の内、いずれか１つが斜め方向に所定の距離だけ移動して、互いにすれ違い配置されるループのペアを平面図で示したものであり、下にある図は、ループのペアを下辺の側から見て示したものである。

図３乃至図５の実施の形態においては、第１ループ（Ｌ１）は、プリント回路基板（ＰＣＢ）の第１伝導体層または第１層（Ｌａｙｅｒ＃１）に形成され、第２ループ（Ｌ２）は、第２伝導体層または第２層（Ｌａｙｅｒ＃２）に形成することを仮定としている。

側面方向の磁界による逆起電力を相殺するために、第１ループ（Ｌ１）と第２ループ（Ｌ２）をずっと同じ層に形成せず、円周方向に進行する間、第１層と第２層に交互に形成されるようにするが、層のクロスのためにビアまたは層間コネクタを採用する。

図６において、実線は、ループを形成するセグメント（Segment）が第１層（Ｌａｙｅｒ＃１）に形成されることを意味し、点線は、セグメントが第２層（Ｌａｙｅｒ＃２）に形成されることを意味する。

図６の第１ループ（Ｌ１）で、反時計回りに進むとき、第１層（Ｌａｙｅｒ＃１）に形成された左上の第１セグメンと（Ｓ１１）が、左辺の中央にある層間コネクタ（ＬＣ）により、第２層（Ｌａｙｅｒ＃２）に層間移動して、左下の第２セグメント（Ｓ１２）に接続され、第２層（Ｌａｙｅｒ＃２）に形成された左下の第２セグメント（Ｓ１２）が下辺の中央にある層間コネクタによって第１層（Ｌａｙｅｒ＃１）に層間移動して、右下の第３セグメント（Ｓ１３）に接続され、第１層（Ｌａｙｅｒ＃１）に形成された右下のセグメント（Ｓ１３）が右辺の中央にある層間コネクタによって第２層（Ｌａｙｅｒ＃２）に層間移動して右上の第４セグメント（Ｓ１４）に接続され、第２層（Ｌａｙｅｒ＃２）に形成された右上の第４セグメント（Ｓ１４）が上辺の中央にある層間コネクタによって第１層（Ｌａｙｅｒ＃１）に層間移動して第１ループ（Ｌ１）より中心からの距離がさらに遠い、次のループの左上の第１セグメント（Ｓ１１’）に接続することができる。

同様に、図６の第２ループ（Ｌ２）で、反時計回りに進む時、第２層（Ｌａｙｅｒ＃２）に形成された左上の第１セグメント（Ｓ２１）が、左辺の中央にある層間コネクタ（ＬＣ）により、第１層（Ｌａｙｅｒ＃１）に層間移動して、左側の下の第２セグメント（Ｓ２２）に接続され、第１層（Ｌａｙｅｒ＃１）に形成された左下の第２セグメント（Ｓ２２）が下辺の中央にある層間コネクタによって第２層（Ｌａｙｅｒ＃２）に層間移動して、右下の第３セグメント（Ｓ２３）に接続され、第２層（Ｌａｙｅｒ＃２）に形成された右下の第３セグメント（Ｓ２３）が、右辺の中央にある層間コネクタによって第１層（Ｌａｙｅｒ＃１）に層間移動して右上の第４セグメント（Ｓ２４）に接続され、第１層（Ｌａｙｅｒ＃１）に形成された右上の第４セグメント（Ｓ２４）が上辺の中央にある層間コネクタによって第２層（Ｌａｙｅｒ＃２）に層間移動して第２ループ（Ｌ２）より中心からの距離がさらに遠い、次のループの左上の第１セグメント（Ｓ２１’）に接続することができる。

ループの下辺の側面から見た図６の下の図において、磁界は、ループの中心から外側に向かう（−Ｙ方向）。第２層（Ｌａｙｅｒ＃２）に形成された第１ループ（Ｌ１）の第２セグメント（Ｓ１２）においては、線積分の方向と逆起電力の方向が逆であり、第１層（Ｌａｙｅｒ＃１）に形成された第１ループ（Ｌ１）の第３セグメント（Ｓ１３）では、線積分の方向と逆起電力の方向が同じで、中心から下辺に向かう磁界によって、第１ループ（Ｌ１）の下辺に生成される逆起電力が互いに相殺される。

同様に、第１層（Ｌａｙｅｒ＃１）に形成された第２ループ（Ｌ２）の第２セグメント（Ｓ２２）では、線積分の方向と逆起電力の方向が同じであり、第２層に形成された第２ループ（Ｌ２）の第３セグメント（Ｓ２３）では、線積分の方向と逆起電力の方向が逆なので、中心から下辺に向かう磁界によって、第２ループ（Ｌ２）の下辺に生成される逆起電力が互いに相殺される。

同様に、Ｙ方向の磁界と関連して、第１ループ（Ｌ１）と第２ループ（Ｌ２）の上辺に対しても辺の中央に形成された層間コネクタ（ＬＣ）によって上辺に別の層に形成された複数のセグメントが存在するので、他の層にあるセグメントが一つは線積分方向と逆起電力の方向が同じで、他のものは線積分の方向と逆起電力の方向が異なり逆起電力が相殺されることができる。

図６において層間コネクタが辺の中央に位置することで示されているが、層間コネクタがループの中心に基づいて点対称形に配置されば、各辺から生成される逆起電力は相殺されないことがあるが、対応する辺で生成される逆起電力の合は、互いに相殺されることがある。

ループの中央から右または左に向かう磁界、すなわちＸ方向成分の磁界に対しても、層間コネクタが点対称形で設けられると、ループの右辺と左辺で生成される逆起電力が互いに相殺されることがある。
図６においては、ループが長方形である場合を示したが、ループが円形である場合に、各ループに４つ以上の偶数個の層間コネクタが点対称形に配置されると側面方向の磁界による逆起電力を最小化することがあり、層間コネクタがループの円周に沿って実質的に同じ間隔で配置されると逆起電力の最小化にさらに有利することがある。

図７は、図６のループのペアを螺旋状に巻いてコイルを形成する際に、ループの半径に応じて層間コネクタの位置を変える例を示すものである。

図７において、各層の螺旋状経路（ＳＰ１、ＳＰ２）は、サイズがますます大きくなる（または中心からの距離が互いに異なり、ますます遠くなる）長方形の形のループが順次接続されて螺旋状の軌跡を形成する。

図７において、第１螺旋状経路（ＳＰ１）は、３つのループ（Ｌ１１、Ｌ１２、Ｌ１３）が接続されて形成され、第２螺旋状経路（ＳＰ２）は、３つのループ（Ｌ２１、Ｌ２２、Ｌ２３）が接続されて形成される。第１螺旋状経路（ＳＰ１）の第１〜第３ループ（Ｌ１１、Ｌ１２、Ｌ１３）は、それぞれ第２螺旋状経路（ＳＰ２）の第１〜第３ループ（Ｌ２１、Ｌ２２、Ｌ２３）に対応し、二つの対応するループは対角方向に所定距離だけ互いに離隔してすれ違い配置される。

各ループは、第１層（Ｌａｙｅｒ＃１）に２つのセグメントと第２層（Ｌａｙｅｒ＃２）に２つのセグメントを含み、層間コネクタ（ＬＣ）でセグメントが層間移動して経路が第１層（Ｌａｙｅｒ＃１）と第２層（Ｌａｙｅｒ＃２）を交互する。 二つの対応するループで１つのループのセグメントが第１層（Ｌａｙｅｒ＃１）に形成されると、他のループの対応するセグメントは、第２層（Ｌａｙｅｒ＃２）に形成されることができる。

各ループには、４辺それぞれに層間コネクタ（ＬＣ）が１つずつ形成されているが、これに制限されず、各辺に複数の層間コネクタが互いに線対称または点対称形に形成されることもできる。ループで層間コネクタ間のギャップは、実質的に同じことができるが、各ループが互いに接続されて螺旋状経路を形成するため、各ループが閉じられていないようにられて層間コネクタの位置が円周方向を中心に同じであるとまたは点対称であるとしても、その間のギャップが同じではないが、同じループにおいては、実質的に同じであるとすることができる。

図７において、第１螺旋状経路（ＳＰ１）の中心に基づいて、第１螺旋状経路（ＳＰ１）の第２ループ（Ｌ１２）の各辺の中央に層間コネクタが形成され、第１ループ（Ｌ１１）と第３ループ（Ｌ１３）の各辺には、中にではなく、中から互いに対称に離隔された位置に層間コネクタが形成されることができる。

即ち、対応する層間コネクタの円周方向への位置が半径が異なるループごとに互いに異なることがあるが、図７の左辺で半径方向に中央の第２ループ（Ｌ１２）の層間コネクタが最も内側の第１ループ（Ｌ１１）の層間コネクタより時計回りに、さらに進行した位置にあり、最も外側の第３ループ（Ｌ１３）の層間コネクタが中央の第２ループ（Ｌ１２）の層間コネクタより時計回りにさらに進行した位置に配置されることができる。

図３〜図７の実施の形態は、長方形の形のループで螺旋状経路の１回転ターン（turn）を形成するが、本発明はこれに制限されず、ループの平面形状は、対称形となる様々な多角形、例えば、三角形、四角形 、五角形、六角形、八角形や楕円形、円形なども可能である。

図８は、本発明に係るＰＣＢコイルを備える充電器の分解斜視図を示したものである。

図８の充電器１００は、誘導電力を提供する無線電力送信装置を含み、上面に充電対象の受信装置を含む電子機器が置かれ、動作領域を有する安着面が形成されることができ、 定着面に電子機器が置かれれば充電器がこれを感知して、無線充電を開始することができる。

充電器１００は、前面ケース１１１と後面ケース１１２との間に、図７のようなＰＣＢ伝送コイル１２０が装着されることができ、伝送コイル１２０の下にも遮蔽部１３０が形成されることができる。つまり、遮蔽部１３０は、充電器１００の後面ケース１１２と伝送コイル１２０の間に形成されることができ、伝送コイル１２０の外郭に基づいて少なくとも一部が超過するように形成されることができる。

遮蔽部１３０は、伝送コイル１２０の動作により、回路基板（図示せず）に装着されたマイクロプロセッサ、メモリなどの素子が電磁気的影響を受けたり、回路基板に装着された素子の動作によって伝送コイル１２０が電磁気的影響を受けることを防止することができるが、メッキが必要ないステンレスやチタン素材からなることができる。

充電器１００は、伝送コイルを含む電力変換部、通信部、制御部、電源部などが一つのボディに備えられる構造で形成されるか、または伝送コイル１２０と遮蔽部１３０が装着される第１ボディ及び第１ボディと接続されて伝送コイル１２０の動作を制御するための変換部、通信部、制御部、電源部などを含む第２ボディに分離されて構成されることができる。

また、充電器１００のボディには、ディスプレイやスピーカのような出力部、ユーザ入力部、電源を供給するためのソケットや外部機器が結合されるインターフェースなどが配置されることができる。ディスプレイは、前面ケース１１１の上面に形成されることができ、ユーザ入力部とソケットなどはボディ側面に配置されることができる。

本発明は、記載された実施の形態に限定されるものではなく、本発明の思想及び範囲を逸脱することなく様々な修正及び変形することができることは、この技術の分野における通常の知識を有する者にとって自明である。したがって、そのような修正例または変形例は、本発明の特許請求の範囲に属するべきである。

Claims (8)

1. 少なくとも複数の伝導体層と、
   中心からの距離がそれぞれ異なり平面形状が対称である１回転ループ複数個が螺旋状に接続される第1経路と第２経路及び、
   前記第１経路の第２末端と前記第２経路の第１末端を接続する第１層間コネクタを含み、
   平面に基づいて、前記第１経路の第１ループは、前記第１ループに対応する第２経路の第２ループと所定の角度をなすように配置されるか、前記第２ループから平行移動して配置されることを特徴とするプリント回路基板コイル。
2. 前記１回転ループは、平面形状が長方形であり、前記第１ループと第２ループのうち、少なくともいずれか１つが対角方向に平行移動して配置されることを特徴とする、請求項１に記載のプリント回路基板コイル。
3. 前記１回転ループは、平面形状が長方形であり、前記第１ループと第２ループは、互いに９０°をなすように配置されることを特徴とする、請求項１に記載のプリント回路基板コイル。
4. 前記第１経路は、第１伝導体層に形成され、前記第２経路は、第２伝導体層に形成されることを特徴とする、請求項１に記載のプリント回路基板コイル。
5. 第１伝導体層と第２伝導体層に交互に形成される前記第１経路と第２経路のセグメントを接続するための複数個の第２層間コネクタをさらに含み、
   前記複数個の第２層間コネクタは、前記平面に基づいて対称に配置されることを特徴とする、請求項１に記載のプリント回路基板コイル。
6. 前記第２層間コネクタは、４つ以上であり、隣接した二つの第２層間コネクタの間の距離が実質的に同じことを特徴とする、請求項５に記載のプリント回路基板コイル。
7. 中心からの距離が異なる少なくとも２つのループの対応する第２層間コネクタは円周方向に位置が異なることを特徴とする、請求項６に記載のプリント回路基板コイル。
8. 交流電流によって磁界を変化させる伝送コイルと
   前記伝送コイルから発生する磁界の電波を制限するための遮蔽部と、
   前記伝送コイルと遮蔽部を包むケースを含みから構成され、
   前記伝送コイルは、中心からの距離がそれぞれ異なり平面形状が対称である１回転ループ複数個が螺旋状に接続される第１経路と第２経路と互いに異なる伝導体層に形成される前記第１経路の第２末端と、前記第２経路の第１末端を接続する層間コネクタを含み、
   平面に基づいて、前記第１経路の第１ループは、前記第１ループに対応する第２経路の第２ループと所定の角度をなすように配置されるか、前記第２ループから平行移動して配置されることを特徴とする無線電力伝送装置。