JP4412402B2 - コイルユニット及び電子機器 - Google Patents

Description

本発明は、コイルを用いた無接点電力伝送に係るコイルユニット及び電子機器等に関する。

電磁誘導を利用し、金属部分の接点がなくても電力送信を可能にする無接点電力伝送が知られている。この無接点電力伝送の適用例として、携帯電話の充電や家庭用機器（たとえば電話機の子機）の充電などが提案されている。

電磁誘導による電力伝送において、コイルの同軸線上のズレ量は、その伝送量に大きく影響を及ぼす。そこで、被充電器が充電器の適切な位置に設置されることは重要である。それを実現しようとする技術として、特許文献１〜３に開示された技術が提案されている。

特許文献１は、被充電器と充電器との間に異物の挿入を防止し、適切な位置で充電するのを確保するための技術が開示されている。

特許文献２は、凸状コアに空芯ソレノイドコイルをはめ合わせて電磁結合をする技術が開示されている。

特許文献３は、１次側のコアを２次側コイルの空芯部に挿入し、１次／２次間の電磁結合をする技術が開示されている。
特開平６−３１１６５９号公報 特開平７−３２２５３４号公報 特開平６−３０３７２６号公報 しかしながら、特許文献１〜３に開示された技術は、いずれもコイルにコアが設けられたものである。

本発明の幾つかの態様は、薄型でかつ伝送効率を向上させたコイルユニット及びそれを用いた電子機器等を提供することにある。

本発明の一態様に係るコイルユニットは、空芯部を有する平面状空芯コイルと、前記平面状空芯コイルの伝送面側に配置された配線印刷基板と、前記平面状空芯コイルの前記伝送面とは逆の非伝送面に配置された磁性シートとを有し、前記平面状空芯コイルには、前記伝送面側から内端の配線を引き出すための引き出し線が設けられ、前記配線印刷基板には、前記引き出し線を収容する収容部が設けられていることを特徴とする。

コイル内端の引き出し線は平面状空芯コイルの厚さを増加する。しかし、この引き出し線が配線印刷基板の収容部に収容されるため、引き出し線の分の厚みのすべてがコイルユニット（平面状空芯コイル＋磁性シート＋配線印刷基板）の厚みに寄与してしまうのを防ぐことができ、薄型化が可能である。

本発明の一態様では、前記配線印刷基板には、前記平面状空芯コイルの前記空芯部と対向する貫通孔を設けることができきる。

配線印刷基板に貫通孔が設けると、このコイルユニットが収容される筐体にコイル位置決め突部を設けておくことで、このコイル位置決め突部が貫通孔を介して平面状空芯コイルの空芯部に突入されて、筐体に対してコイルユニットを位置決めできる。

この場合、前記配線印刷基板の貫通孔の径は、前記平面状空芯コイルの前記空芯部の径より小さくし、前記配線印刷基板が前記平面状空芯コイルと重ね合わされる面であって、前記貫通孔の周辺でかつ前記空芯部の周縁より内側に、温度検出部を設けることができる。

これに代えて、前記配線印刷基板が前記平面状空芯コイルと重ね合わされる面とは逆側の面であって、かつ、前記貫通孔の周縁位置に、温度検出部を設けることができる。

いずれの場合も、平面状空芯コイルの空芯部の付近で温度検出することができるので、電子機器と充電器との間に異物が混入した時の異物の温度を的確に測定でき、所定値以上に温度上昇した異常時に通電遮断などの対策ができる。

本発明の他の態様は、上述したコイルユニットを収容する筐体を含む電子機器を定義している。この場合、前記電子機器の筐体は、その内表面に形成され、前記配線印刷基板の前記貫通孔を介して前記平面状空芯コイルの前記空芯部に突入して、前記平面状空芯コイルを位置決めするコイル位置決め突部を有することができる。

本発明の他の態様に係るコイルユニットでは、空芯部を有する平面状空芯コイルと、前記平面状空芯コイルの伝送面とは逆の非伝送面側に配置された磁性シートと、前記磁性シートが前記平面状空芯コイルと重ね合わされる面とは逆の面にて前記磁性シート上に配置された配線印刷基板とを有し、前記平面状空芯コイルには、前記磁性シートと面する側からコイル内端の配線を引き出すための引き出し線が設けられ、前記配線印刷基板には、前記磁性シートを介して前記引き出し線を収容する収容部が設けられていることを特徴とする。

この場合も、引き出し線の分の厚みのすべてがコイルユニット（平面状空芯コイル＋磁性シート＋配線印刷基板）の厚みに寄与してしまうのを防ぐことができ、薄型化が可能である。

このコイルユニットを含む電子機器では、平面状空芯コイルと電子機器等の筐体との間に配線印刷基板が設けられないので、配線印刷基板に貫通孔を設けなくてもよい。電子機器の筐体に設けたコイル位置決め突部が平面状空芯コイルの空芯部に突入されて、筐体に対してコイルユニットを位置決めできる。また、平面状空芯コイルは筐体内表面に接して配置できるので、相手側のコイルユニットとの距離が短くなり、伝送効率が向上する。

本発明のさらに他の態様に係るコイルユニットは、上述した充電器または電子機器の筐体の一部となるコイル収容筐体を一体的に有することができる。

例えば、本発明のさらに他の態様に係るコイルユニットは、空芯部を有する平面状空芯コイルと、前記平面状空芯コイルの伝送面側に配置されるコイル収容筐体と、前記平面状空芯コイルの非伝送面側に配置される配線印刷基板とを有し、前記配線印刷基板が前記コイル収容筐体に固定されることで、前記コイル収容筐体と前記配線印刷基板との間に前記平面状空芯コイルが収容され、前記平面状空芯コイルには、前記伝送面側からコイル内端の配線を引き出すための引き出し線が設けられ、前記コイル収容筐体には、前記引き出し線を収容する収容部が設けられていることを特徴とする。

こうすると、電子機器や充電器の筐体に組み込む前に、コイル収容筐体と配線印刷機版との間に平面状空芯コイルを挟持した剛体構造を提供でき、コイルの組み込み性が向上する。しかも、引き出し線の分の厚みのすべてがコイルユニットの厚みに寄与してしまうのを防ぐことができ、薄型化が可能である。

特にこの構造では、輸送やコイル組み込み作業時に、コイルの巻回が解けたりコイルが変形することを防止でき、インダクタンス等の電気的特性に悪影響のあるコイルの変形を防止できる。

この構造では、前記コイル収容筐体に、前記平面状空芯コイルを位置決めする位置決め突部を設けることができる。

また、前記平面状空芯コイルの前記非伝送面側に配置される磁性シートをさらに有しもよい。こうすると、前記コイル収容筐体と前記配線印刷基板との間に、前記平面状空芯コイル及び前記磁性シートが収容される。

このコイルユニットを含む電子機器では、前記コイル収容筐体の外表面を、前記電子機器の筐体の外表面と面一とすることができる。つまり、コイル収容筐体は電子機器の筐体の一部となり、充電器に載置される面がフラットになる。

上述した電子機器の筐体には、充電器に位置決めされる被位置決め部を形成することができる。これにより、電子機器と充電器との位置決めが可能となり、伝送効率が向上する。

なお、上述した引き出し線の厚さを吸収するための構造は、充電器にも適用することが可能である。

本発明のさらに他の態様に係るコイルユニットは、空芯部を有する平面状空芯コイルと、前記平面状空芯コイルの伝送面側に配置された配線印刷基板と、前記平面状コイルの非伝送面側に配置された磁性シートと、を含み、前記平面状空芯コイルには、前記伝送面側に前記平面状空芯コイルの内端からの配線を引き出すための引き出し線が設けられ、前記配線印刷基板には、前記引き出し線を収容する収容部が設けられていることを特徴とする。

本発明のさらに他の態様に係るコイルユニットは、空芯部を有する平面状空芯コイルと、前記平面状空芯コイルの非伝送面側に配置され、第１の面が前記平面状空芯コイルと重ね合わされる磁性シートと、前記磁性シートの第２の面上に配置された配線印刷基板と、
を含み、前記平面状空芯コイルには、前記非伝送面側に前記平面状空芯コイルの内端からの配線を引き出すための引き出し線が設けられ、前記配線印刷基板には、前記引き出し線を収容する収容部が設けられていることを特徴とする。

これら２つの態様に係るコイルユニットにおいても、本発明の一態様に係るコイルユニットと同等の作用・効果を奏することができる。

本発明のさらに他の態様に係るコイルユニットは、空芯部を有する平面状空芯コイルと、前記平面状空芯コイルの伝送面側に配置されるコイル収容筐体と、前記平面状空芯コイルの非伝送面側に配置される配線印刷基板と、を含み、前記配線印刷基板は前記コイル収容筐体に固定され、前記平面状空芯コイルは前記コイル収容筐体と前記配線印刷基板との間に収容され、前記平面状空芯コイルには、前記伝送面側に前記平面状空芯コイルの内端からの配線を引き出すための引き出し線が設けられ、前記コイル収容筐体には、前記引き出し線を収容する収容部が設けられていることを特徴とする。

この態様に係るコイルユニットにおいても、本発明のさらに他の態様に係る上述のコイルユニットであって、コイル収容筐体に収容部を備えたものと同等の作用・効果を奏することができる。

本発明のさらに他の態様に係る電子機器は、これらのコイルユニットを含むことを定義している。

以下、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお以下に説明する本実施形態は特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではなく、本実施形態で説明される構成の全てが本発明の解決手段として必須であるとは限らない。

１．充電システム
図１及び図２は、充電器１０と、この充電器１０により充電される電子機器例えば携帯電話機２０とから成る充電システムを模式的に示す図である。図１は、充電器１０Ａに横置きされる携帯電話機２０Ａを示している。充電器１０Ａから携帯電話機２０Ａへの充電は、充電器１０Ａのコイルユニット１２のコイルと携帯電話機２０Ａのコイルユニット２２のコイルとの間に生じる電磁誘導作用を利用し、無接点電力伝送により行われる。

携帯電話機２０Ａは、図１では図示が省略されている位置決め凹部（広義には被位置決め部）が、充電器１０Ａの位置決め突部（広義には位置決め部）１４により位置決めされて装着される。このように位置決めして携帯電話機２０Ａを充電器１０Ａに装着するため、適切な位置に携帯電話機２０Ａを充電器１０Ａに装着することができ、伝送効率を向上させることができる。

ここで、図１に示すように、コイルユニット１２，２２同士が対向して無接点電力伝送を実施する際の対向面側を伝送面と称する。図１のコイルユニット１２は上側面が伝送面であり、コイルユニット２２は下側面が伝送面である。伝送面とは逆側の面を非伝送面と称する。

２．コイルユニットの構造
２．１．コイル内端の引き出し線を伝送面側としたコイルユニット
以下、コイルユニット１２，２２について、特に携帯電話機２０に好適な薄型のコイルユニット２２を例にとり、より具体的に説明する。

図２は、コイルユニット２２の斜視図である。図３（Ａ）及び図３（Ｂ）は、図２のＶ１１−Ｖ１１線に沿った２種類のコイルユニット２２の断面をそれぞれ模式的に示す断面図である。図４および図５は、図３（Ａ）及び図３（Ｂ）に示すコイルユニット２２の分解斜視図である。

コイルユニット２２は、配線印刷基板（たとえばフレキシブル配線基板）６０の筐体２０ａ側とは逆の側に、両面テープ７０を介して、平面状空芯コイル３０Ｂ、磁性シート４０Ｂおよび磁束漏れ防止部材５０が順次設けられている。

図４および図５に示すように、平面状空芯コイル３０Ｂには、その内端を伝送面側から引き出すための引き出し線３２が設けられている。なお、引き出し線３４は平面状空芯コイル３０Ｂの外端から引き出されている。引き出し線３２が引き出されるコイル面側に配置される両面テープ７０および配線印刷基板６０には、その引き出し線３２を収容する収容部６０ａ，７０ａが切り欠かれて設けられている。収容部６０ａ，７０ａは例えば長孔で形成されている。引き出し線３２は、図６に示すように配線印刷基板６０側から見たとき、収容部６０ａ内に収まるように収容される。このように収容部６０ａ，７０ａに引き出し線３２を収容することで、引き出し線３２がコイルユニット２２自体の厚みに寄与しないか、または、その厚みに寄与してしまうのを低減することができる。

また、図４および図５に示すように、配線印刷基板６０には、平面状空芯コイル３０Ｂの空芯部３１Ｂに面する位置に、貫通孔６０ｂが設けられている。この貫通孔６０ｂの径は、平面状空芯コイル３０Ｂの空芯部３１Ｂの径より小さく設定されている。そして、配線印刷基板６０が平面状空芯コイル３０Ｂと面する側（図３（Ａ）及び図４の例）またはその逆側（図３（Ｂ）及び図５の例）で、かつ、空芯部３１Ｂより内側に例えばサーミスタ等の温度検出部８０が設けられている。このように、空芯部３１Ｂより内側に温度検出部８０を設けることで、充電器１０と携帯電話機２０との間に入り込んだ異物の温度を検出することができる。特に、磁束密度の大きな空芯部３１Ｂ付近に入り込んだ異物は渦電流により発熱が激しいので、この異物温度を的確に検出できる。

磁性シート４０Ｂの側面は、図３（Ａ）及び図３（Ｂ）に示すように磁束漏れ防止部材５０によって覆うことができる。これにより、磁性シート４０Ｂが腐食すること、磁性シートが欠けたりなどして磁性粉が散らばることを防ぐことができる。

また、携帯電話機２０の磁性シート４０Ｂは、充電器１０の平面状空芯コイル３０Ａの外形より大きくすることができる。これにより、コイルユニット２２の内側にある充電池や回路基板の金属に渦電流損が生じるのを防止することができ、電力の伝送効率を向上させることができる。

２．２．コイル内端の引き出し線を非伝送面側としたコイルユニット
図７は、第２の構成例を示す分解斜視図である。この構成例は、平面状空芯コイル３０の内端からの引き出し線３２を伝送面側（筐体側）とは逆の非伝送面側に設けた場合の例である。

図７に示すように、平面状空芯コイル３０Ｂの伝送面側とは逆の非伝送面側（図７において下側）に、両面テープ７２を介して磁性シート４０Ｂが設けられている。磁性シート４０Ｂの下に、配線印刷基板６４が設けられている。つまり、磁性シート４０Ｂが平面状空芯コイル３０Ｂと重ねあわされる面を第１の面と称すると、磁性シート４０Ｂの第２の面上に配線印刷基盤６４が重ねあわされる。配線印刷基板６４には、引き出し線３２に対応する位置に、収容部（貫通孔または凹部）６４ａが設けられている。このように収容部６４ａが設けられていることで、引き出し線３２による厚み分を磁性シート４０Ｂの変形を介してその収容部６４ａにて吸収することができる。

また、図７の構造では、平面状空芯コイル３０の伝送面が、携帯電話機２０の筐体内表面に対面して配置されるので、一次コイルユニット１２と二次コイルユニット２２の各コイル間距離が前例より短くなるため伝送効率向上が期待できる。さらに、携帯電話機２０の筐体内表面より突出する位置決め突部を平面状空芯コイル３０の空芯部に突入させれば、筐体に対して平面状空芯コイル３０を位置決めできる。よって、この場合は配線印刷基板６４には位置決めのための貫通孔は不要である。

２．３．コイル収容筐体を有するコイルユニット
図８及び図９は、図１に示す例えば携帯電話機２０の筐体２０ａの一部をコイル収容筺体として含んだコイルユニットを、それぞれ異なる角度から見た分解斜視図である。コイル収容筐体は、上述した充電器１０または電子機器２０の外部筐体の一部となり、しかも、外部筐体の外表面とコイル収容筐体の外表面とは面一となる。なお、図８及び図９に示す構成例は、平面状空芯コイル３０Ｂの内端からの引き出し線３２を伝送面側（筐体側）に設けた場合の例である。これに代えて、平面状空芯コイル３０Ｂの内端からの引き出し線３２を非伝送面側（磁性シート側）に設けてもよい。

図８及び図９に示すように、コイル収容筐体２０ａと配線印刷基板６６との間に、平面状空芯コイル３０Ｂ、磁性シート４０Ｂおよび片面テープ７４が設けられている。ただし、本実施形態では磁性シート４０ｂは必須でない。コイル収容筐体２０ａには、平面状空芯コイル３０Ｂの内端からの引き出し線３２を収容する収容部２０ｂと、平面状空芯コイル３０Ｂの外端からの引き出し線３４を収容する収容部２０ｃが設けられている。なお、コイル内端の引き出し線３２は、伝送面とは反対側にさらに引き出されて配線印刷基板６６に接続されている。

図１０〜図１３は、コイルユニットの製造工程を模式的に示す図である。図１０に示すように、コイル収容筐体２０ａのリング状のリブ２０ｄの内側に平面状空芯コイル３０Ｂを収容して組み込む。この位置決めは、コイル収容筐体２０ａに設けられた位置決め突部２８を利用して行う。次に、図１１に示すように、平面状空芯コイル３０Ｂと重なるように、磁性シート４０Ｂを貼り付ける。次に、図１２に示すように、磁性シート４０Ｂの外形端から軟磁性金属紛がそれより下に設けられる基板に脱落しないように片面テープ７４で蓋をする。次に、図１３に示すように、基板６６を貼り付ける。その後、筐体２０ａに設けられた収容部２０ｂ，２０ｃから磁性シートの材料（軟磁性金属粉）が漏れるのを防ぐために、その収容部２０ｂ，２０ｃを接着材やモールド材で封止する。

特にこの構造では、図２〜図７のコイルユニットと比較して、輸送やコイル組み込み作業時に、コイルの巻回が解けたりコイルが変形することを防止でき、インダクタンス等の電気的特性に悪影響のあるコイルの変形を防止できる。

なお、図２〜図１３の構造は、充電器１０のコイルユニット１２にも適用できる。

（電子機器の適用例）
本実施の形態は、電力伝送や信号伝送を行うすべての電子機器に適用可能であり、たとえば、腕時計、電動歯ブラシ、電動ひげ剃り、コードレス電話、パーソナルハンディフォン、モバイルパソコン、ＰＤＡ（Personal Digital Assistants）、電動自転車などの二
次電池を備える被充電機器と充電機器とに適用可能である。

なお、上記のように本実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できるものである。従って、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。例えば、明細書又は図面において、少なくとも一度、より広義または同義な異なる用語と共に記載された用語は、明細書又は図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えることができる。

本実施の形態は、無接点電力伝送に係るものであったが、電磁誘導原理を用いた無接点信号伝送にも同様に適用することができる。

充電器とそれに横置きされる携帯電話機とを有する第１の実施形態を示す図である。 コイルユニットの斜視図である。 図２のV11−V11線に沿ったコイルユニットの断面を模式的に示す断面図である。 コイルユニットの分解斜視図である。 コイルユニットの他の例の分解斜視図である。 配線印刷基板の収容部と引き出し線との関係を示す図である。 コイルユニットのさらに他の例を示す分解斜視図である。 コイル収容筐体を有するコイルユニットを示す分解斜視図である。 図８に示すコイルユニットを別の角度から見た分解斜視図である。 図８に示すコイルユニットの第１製造工程を模式的に示す図である。 図８に示すコイルユニットの第２製造工程を模式的に示す図である。 図８に示すコイルユニットの第３製造工程を模式的に示す図である。 図８に示すコイルユニットの第４製造工程を模式的に示す図である。

符号の説明

１０，１０Ａ 充電器、１０ａ 筐体、１２ コイルユニット、
１４ 位置決め部（位置決め突部）、２０，２０Ａ 電子機器（携帯電話機）、
２０ａ 筐体、２２ コイルユニット、２８ コイル用位置決め突部、
３０，３０Ａ，３０Ｂ 平面状空芯コイル、３０ａ 空芯部、
３２ コイル内端引き出し線、３４ コイル外端引き出し線、
４０Ａ，４０Ｂ 磁性シート、５０ 磁束漏れ防止部材、６０ 配線印刷基板、
６２ａ 収容部、６２ｂ 貫通孔、６４ 配線印刷基板、６４ａ 収容部、６６ 基板、
７０ 両面テープ、７０ａ 収容部、７２ 両面テープ，７４ 片面テープ、
８０ 温度検出部

Claims (8)

1. 空芯部を有するコイルと、
   前記コイルの伝送面側に配置された配線印刷基板と、
   前記コイルの前記伝送面とは逆の非伝送面に配置された磁性部材と、
   を有し、
   前記コイルは、前記伝送面側から前記コイルの内端からの配線が引き出され、
   前記配線印刷基板には、前記配線を収容する収容部が設けられ、
   前記配線印刷基板の一面に垂直な方向から見て、前記印刷配線基板が前記空芯部と重なる領域における前記配線印刷基板の一面側または他面側の少なくとも一部に温度検出部が設けられていることを特徴とするコイルユニット。
2. 請求項１において、
   前記配線印刷基板には、前記コイルの前記空芯部と対向する貫通孔が設けられていることを特徴とするコイルユニット。
3. 請求項２において、
   前記配線印刷基板の貫通孔の径は、前記コイルの前記空芯部の径より小さく、
   前記配線印刷基板が前記コイルと重ね合わされる前記一面であって、前記貫通孔の周辺でかつ前記空芯部の周縁より内側に、前記温度検出部が設けられていることを特徴とするコイルユニット。
4. 請求項２において、
   前記配線印刷基板が前記コイルと重ね合わされる前記一面とは逆側の前記他面であって、かつ、前記貫通孔の周辺でかつ前記空芯部の周縁より内側に、前記温度検出部が設けられていることを特徴とするコイルユニット。
5. 請求項２乃至４のいずれかに記載のコイルユニットを収容する筐体を含む電子機器であって、
   前記電子機器の筐体は、その内表面に形成され、前記配線印刷基板の前記貫通孔を介して前記コイルの前記空芯部に突入して、前記コイルを位置決めするコイル位置決め突部を有することを特徴とする電子機器。
6. 請求項５において、
   前記電子機器の筐体には、充電器に位置決めされる被位置決め部が形成されていることを特徴とする電子機器。
7. 空芯部を有するコイルと、
   前記コイルの伝送面側に配置された配線印刷基板と、
   前記コイルの非伝送面側に配置された磁性部材と、
   を含み、
   前記コイルは、前記伝送面側から前記コイルの内端からの配線が引き出され、
   前記配線印刷基板には、前記配線を収容する収容部が設けられ、
   前記配線印刷基板の一面に垂直な方向から見て、前記印刷配線基板が前記空芯部と重なる領域における前記配線印刷基板の一面側または他面側の少なくとも一部に温度検出部が設けられていることを特徴とするコイルユニット。
8. 請求項７に記載のコイルユニットを含む電子機器。

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