(57)【要約】【課題】  電子機器に内蔵される２次電池を非接触で充電する電力伝送装置や、情報伝送装置等に使用するに適した空芯コイルであって、コンパクトで効率が高く、インダクタンスの調整も容易なものを提供する。【解決手段】    平面上で導線を螺旋状に巻回して構成した扁平な空芯コイル本体と、該コイル本体の一方の面を覆う平板状シールド部材とからなり、前記コイル本体の内周側のリード線は、前記空芯コイル本体の中央部に形成されている中空部から前記シールド材の中央部に形成されている通孔を通って該シールド材の外面に引き出されていることを特徴とする空芯コイル。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
平面上で導線を螺旋状に巻回して構成した扁平な空芯コイル本体と、該コイル本体の一方の面を覆う平板状シールド部材とからなり、前記コイル本体の内周側のリード線は、前記空芯コイル本体の中央部に形成されている中空部から前記シールド材の中央部に形成されている通孔を通って該シールド材の外面に引き出されていることを特徴とする空芯コイル。
【請求項２】
空芯コイル本体が円板状である請求項１に記載の空芯コイル。
【請求項３】
空芯コイル本体とシールド材とが合成樹脂のモールド材で包まれている請求項１に記載の空芯コイル。
【請求項４】
導線を螺旋状に巻回して構成した扁平な空芯コイル本体の一方の面をシールド材で覆ってなる空芯コイルとコンデンサとで構成され、前記空芯コイル本体の巻き線の両側の端部から引き出されたリード線が、前記コンデンサに電気的に接続され、これら空芯コイル本体とコンデンサとで共振回路が構成されている電気回路ユニット。
【請求項５】
前記空芯コイルとコンデンサがプリント基板に取り付けられ、該プリント基板が、コイル取り付け部とコンデンサ取り付け部との境界部に設けた切り目で分割可能に形成されている請求項４に記載の電気回路ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子機器に内蔵される２次電池を非接触で充電する電力伝送装置や、情報伝送装置等に使用するに適した空芯コイル、及びこれを用いたモジュールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
非接触で配置した１次側コイルと２次側コイルとを磁気的に結合し、電磁誘導を利用して電力を伝送する電力伝送装置が、例えば携帯電話機の充電等に使用されることが多くなっている。この種の携帯電話機の充電装置は、充電機側に一次コイルが、また携帯電話機側に二次コイルがそれぞれ設けられ、一次コイルから発生する交流磁力線が二次コイルを貫通して、二次コイルに交流の起電力が発生させるようになっている。この起電力は、直流の電力に変換され、携帯電話機の二次電池に充電されるのである。
【０００３】
上記のような非接触で電力を伝送する装置としては、例えば下記特許文献１に開示されている。また、導線を螺旋状に巻回した空芯コイルとしては、例えば特許文献２、３に記載されているようなものが知られている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−３４１６９号公報
【特許文献２】特開２００４−１８０３６７号公報
【特許文献３】特開平８−３３２８９号公報
【０００５】
この種の非接触式電力伝送装置に使用されるコイルは、用途上できるだけコンパクトで表皮効果と渦電流損の少ないものであるのが望ましい。コイルをできるだけコンパクトにするためには、形状が扁平な空芯コイルで、できるだけ薄いものが好ましい。しかしながら、上記特許文献２、３に記載されているものは、扁平な形状のものとは言えない。
【０００６】
一方、扁平な空芯コイルは、インダクタンスにバラツキ（例えば、直径４５ｍｍ程度のコイルでは、２％程度のバラツキが生じる）があり、コンデンサの容量にもバラツキがあるため、空芯コイルをコンデンサと組み合わせて電気回路を構成する場合は、コイルのインダクタンスを調整してバランスをとる必要がある。空芯コイルのインダクタンスの調整は、外周側（巻き終わり側）の巻き線の巻き付け量を増やしたり減らしたりすることによって行うことができるが、コイルの巻き量を増減してインダクタンスの調整を行うと、コイルの巻き終わり位置がコイルの周方向に沿ってずれることになるので、当然ながら該巻き終わり位置から引き出すリード線の引き出し位置がコイルの外周に沿って移動しする。このため、所定の位置に設けられた端子に接続するのに都合が悪く、例えばリード線が不必要に長くなって弛んだりするという問題が生じる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで、本発明は、できるだけコンパクトな空芯コイルを提供しながら、当該空芯コイルのインダクタンスを簡単に調整することができ、しかも巻き始め側と巻き終わり側からそれぞれ引き出したリード線を、所定の位置に設けられたそれぞれの接続用端子に弛まないように接続することができるようにすることを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記課題を解決するため、次のような構成を採用した。すなわち、請求項１に記載の空芯コイルは、平面上で導線を螺旋状に巻回して構成した扁平な空芯コイル本体と、該コイル本体の一方の面を覆う平板状シールド部材とからなり、前記コイル本体の内周側のリード線は、前記空芯コイル本体の中央部に形成されている中空部から前記シールド材の中央部に形成されている通孔を通って該シールド材の外面に引き出されていることを特徴としている。この空芯コイル本体は、請求項２に記載したように、円板状としておくのが好ましい。また、請求項３に記載のように、この空芯コイル本体とシールド材とを合成樹脂のモールド材で包み込んでおくのが好ましい。
【０００９】
次に、請求項４に記載の発明は、導線を螺旋状に巻回して構成した扁平な空芯コイル本体の一方の面をシールド材で覆ってなる空芯コイルと、コンデンサとで構成され、前記空芯コイル本体の巻き線の両側の端部から引き出されたリード線が、前記コンデンサに電気的に接続され、これら空芯コイル本体とコンデンサとで共振回路が構成されている電気回路ユニットである。この場合、前記空芯コイルとコンデンサとをプリント基板に取り付け、このプリント基板を、コイル取り付け部とコンデンサ取り付け部との境界部に設けた切り目で分割可能に形成しておくのが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本願発明に係る空芯コイルは、その外周側のリード線の引き出し位置（コイルの巻き終わり位置）をコイルの巻き方向（周方向）に沿って前後に変化させることにより、コイルの巻き量を増減し、インダクタンスを調整することができる。したがって、インダクタンスの調整は簡単である。一方、中心側（通常は巻き始め側である）のリード線を、中央に形成されている中空部を通してシールド材の外面側に引き出し、該シールド材の外面に沿ってコイルの外周側の所定位置（接続端子の位置）に向かって引き出すので、３６０度の範囲でいずれの方向にも引き出すことが可能である。このため、外周側の巻き上がり位置がコイル外周部のどの位置にあっても、両リード線を互いに接近させて並列に並べた状態で所定の位置に設けられた端子に接続することができる。
【００１１】
また、この空芯コイルは、片面がシールド材で覆われるので、当該片面側からの電磁波の影響を受けず、良好な性能を確保することができる。なお、上記コイルの中心側のリード線は、シールド材の外側を通して所定位置まで引き出すことができるので、当該リード線によるインダクタンスへの悪影響が避けられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の好ましい実施形態について具体的に説明する。図１は本発明に係る空芯コイルの一例を表すもので、この空芯コイル１は、コイル本体２と、シールド材３とを備えた扁平な円板状に形成されている。コイル本体２は、導線２ａを平面上で螺旋状に巻回してなるもので、その中央部に表裏に通ずる中空部５が形成されている。図示例では、螺旋状の巻き線部が１層で、全体的に薄いものとなっているが、場合によっては巻き線部を２層以上に重ねた複合コイルとしてもよい。なお、図示例ではコイル本体２が円形に形成されているが、４角形もしくはそれ以上の多角形とすることもできる。コイル本体２における巻き線は、互いに密着するように巻かれていてもよく、隣接する線同士の間に隙間が形成されていてもよい。
【００１３】
コイル本体２の巻き線を構成する導線２ａは、絶縁被覆を施した高電導度を有する銅等の金属線であり、単線でもよく、撚り線でもよく、複数の細い絶縁導線を撚り合わせて１本とし、その上に絶縁被覆をしたいわゆるリッツ線でもよい。場合によっては、平角線でもよい。コイル本体２おける導線２ａの巻き数は、例えば携帯電話機の電力伝送装置用コイル等では、１０〜５０回とするのが好ましく、１５〜２５回とするのがより好ましい。この巻き数が少な過ぎると、磁界の発生状態が悪くなって伝送効率が低下し、逆に巻き数が多過ぎると、直流抵抗が増大して効率が悪化するとともに、電力を短時間で伝送するのが難しくなるので、上記範囲が好ましい。
【００１４】
コイル本体２の片面を覆うシールド材３は、銅、亜鉛等の軟磁性体金属又は合金を含む公知のシールド材を円板状に成形したもので、コイル本体２と同様に、中央部に通孔６が穿孔されている。この通孔６の径は、上記コイル本体２の中空部５の直径よりも小さく、後述のリード線をそれほど遊び無く挿通できるような大きさとなっている。シールド材３は、できるだけ軽量で磁界に対するシールド効果の高いものを使用するのが好ましい。シールド材３は、コイル本体に接着剤で接着しておけばよい。
【００１５】
コイル本体２のリード線（導線２ａを螺旋状の巻き線部分から引き出した線）７のうち、巻き始め側（図示例では中心側）のリード線７ａは、前記シールド材３の通孔６を通して該シールド材３の外面側に引き出されている。また、巻き上がり側（図示例では外周側）のリード線７ｂは、コイル本体２の巻き上がり位置から屈曲させて引き出されている。巻き始め側のリード線７ａは、中央部に設けられている通孔６からコイル本体２の外周に向かって３６０の範囲であらゆる方向に引き出すことができる。
【００１６】
このコイル本体２のインダクタンスの調節は、巻き線の量を増減することによって行うことができる。具体的には、外周側の巻き終わり位置をコイル本体２の周方向に沿って前後に移動させること（導線２ａの巻き量が増減する）により調節できる。インダクタンスを小さくするためには最外周側の巻き線を必要長さだけ解き、インダクタンスを大きくするためには、導線２ａをさらに巻き足せばよい。
【００１７】
次に、図２は、この空芯コイル１を用いて形成する電気回路の例を表す。この電気回路は共振回路であり、図３に示す空芯コイル１と２個のコンデンサＣ１、Ｃ２とで構成される。コンデンサの数は１個でもよく、３個以上でもよい。これらの部品を、図４に示すプリント基板１０に図５、図６に示すように取り付けて、配線１２の端子１３に電気的に接続する。この場合、プリント基板１０とコイル本体２との間にシールド材３が介装され、コイル本体２の中心側からのリード線７ａが当該シールド材３の中央部に設けられている通孔６を通ってシールド材３の外面側に引き出され、プリント基板１０設けられた電気配線に接続される。これにより、図５に示すようなモジュール（電気回路ユニット）２０が得られる。
【００１８】
図５に示すモジュール（電気回路ユニット）では、巻き終わり側のリード線７ｂが巻き始め側のリード線７ａと平行となっているが、図７に示すモジュールでは、巻き上がりの位置が９０度ずれて、巻き上がり側のリード線７ｂが巻き始め側のリード線７ａに対し直角に延びている。また、図８に示すモジュールでは、巻き上がり位置がさらに９０度ずれて、両リード線７ａ，７ｂが平行となっている。さらに図９に示すモジュールでは、巻き上がり位置がさらに９０度ずれて、両リード線７ａ，７ｂが直角となっている。なお、以上の例では、両リード線７ａ，７ｂの位置が９０度づつずれた例について述べたが、図１０、図１１に示すモジュールのように、両リード線の角度が任意の角度（α）となるように巻き上がり位置がずれていてもよい。
【００１９】
上記プリント基板１０には、コイル本体装着部１０ａと、コンデンサ装着部１０ｂとの境界部にミシン目状の切り目１５が形成されている。このため、この切り目１５でプリント基板１０を切り離して、空芯コイル１又はコンデンサＣ１，Ｃ２を他の回路に使用することができる。このように、空芯コイル１を現在使用されている電気回路から切り離して、他の電気回路の構成に流用できるようにしておくと、汎用性が増すので便利である。
【００２０】
以上の例では、コイル本体２とシールド材３とを結合した空芯コイル１が裸の状態となっているが、両者を結合した状態で、リード線の先端部を除く全体をモールド材に埋め込んでもよい。図１２は、このようにモールド材２０で被覆した空芯コイルを表すもので、このモールド材２０としては、例えばエポキシ系樹脂等公知のモールド材を使用することができる。なお、この場合のモールド材は、誘電率の低いものが好ましい。このようにすると、コイルが保護されるため、傷つきにくく、寿命が長くなることが期待できる。また、コイルの巻き線部分や巻き始め位置や巻き上がり位置の位置ずれが生じにくくなるので、性能的にも安定する。
【００２１】
この空芯コイル１は、平面状で螺旋状に巻回した扁平なコイルであるから、これを用いる電気機器をコンパクトなものとすることができる。また、巻き線からなるコイル本体２の片面がシールド材３で覆われているので、この面側からの電磁波等の影響を受けず、高精度を維持することができる。さらにインダクタンスを簡単に調整することができるので、例えばコンデンサと組み合わせて高効率の共振回路を構成することができる。この場合、巻き線を減らすことにより共振周波数の調整を容易に行うことができる。
【００２２】
また、上記扁平な空芯コイル１を用いたモジュールは、コイル本体の巻き量を調節しても、巻き始め側のリード線を常に巻き終わり側のリード線に沿わせることができるので、コンパクトな配線を行うことができる。さらに、図示例のように、モジュールに用いられているプリント基板１０を、コイル装着部１０ａとコンデンサ装着部１０ｂとの境界部で分割し、両者を切り離すことができるようにしておけば、空芯コイル１やコンデンサをそのまま他の電気回路に流用することが可能となるので、実用上便利なものとなる。
【産業上の利用可能性】
【００２３】
本発明に係る係る空芯コイルは、携帯電話機の充電装置等、非接触式電力伝送装置のコイルとして効果的に利用することができる。また、この空芯コイルを用いた電気回路ユニット（モジュール）は、非接触で電力やデータを伝送する装置として携帯電話機等の分野で有効に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】空芯コイルの平面図（ａ）及び断面図（ｂ）である。
【図２】空芯コイルを用いた共振回路の回路図である。
【図３】共振回路に使用される部品の平面図である。
【図４】プリント基板の裏面図である。
【図５】電気回路ユニットの平面図である。
【図６】その正面断面図である。
【図７】上記と異なる電気回路ユニットの平面図である。
【図８】さらに異なる電気回路ユニットの平面図である。
【図９】さらに異なる電気回路ユニットの平面図である。
【図１０】さらに異なる電気回路ユニットの平面図である。
【図１１】その正面断面図である。
【図１２】モールド材で被覆した空芯コイルの平面図（ａ）、および一部断面側面図（ｂ）である。
【符号の説明】
【００２５】
１            空芯コイル
２            コイル本体
３            シールド材
５            中空部
６            通孔
７            リード線
１０            プリント基板
１５            切り目
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2007317914.tif 000009
【図８】
2007317914.tif 000010
【図９】
2007317914.tif 000011
【図１０】
2007317914.tif 000012
【図１１】
2007317914.tif 000013
【図１２】
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