JP2012114222A - コイルモジュールおよびこれを備えるコイルユニット - Google Patents

Abstract

【課題】アルファ巻きの平面コイルを形成するために用いられる巻線機のような複雑な巻線機を用いることなく、アルファ巻きを形成することのできるコイルモジュールおよびこれを備えるコイルユニットを提供する。
【解決手段】コイルモジュール２５は、第１導電線３１を巻き回すことにより形成される第１平面コイル３０と、第２導電線４１を巻き回すことにより形成される第２平面コイル４０とを備える。第１平面コイル３０は、第１導電線３１の第１内周端部３２と第１導電線３１の第１外周端部３３とを有し、第２平面コイル４０は、第２導電線４１の第２内周端部４２と第２導電線４１の第２外周端部４３とを有する。そして、第１導電線３１が右回りに巻き回された状態の第１平面コイル３０と、第２導電線４１が左回りに巻き回された状態の第２平面コイル４０が積層されるとともに、第１内周端部３２と第２内周端部４２とを電気的に接続する。
【選択図】図３

Description

本発明は、第１導電線を巻き回すことにより形成される第１平面コイルと、第２導電線を巻き回すことにより形成される第２平面コイルとを含むコイルモジュールおよびこれを備えるコイルユニットに関する。

近年、携帯電話等の電気機器の薄型化および高性能化に伴い、この電気機器に搭載される電子部品の数の増大、かつ電子部品を搭載する電気機器内のスペースの減少により、電子部品の小型化および薄型化の要求が高まっている。電気機器として例えば非接触給電装置では、送電装置の１次側コイルおよび受電装置の２次側コイルといった２つの平面コイルを送電装置および受電装置の対向方向に配置するため、非接触給電装置の薄型化を達成するためにはこれらコイルの薄型化が必要となる。

また、導電線を巻き回して形成する平面コイルは、一般にフライヤー方式の巻線機を用いて形成されることが知られている。この方式では、巻線機の導電線が吐出されるノズルをボビンの周囲で回転させることにより導電線を巻き回し、かつボビンを平面コイルから引き抜くことにより空芯部を有する平面コイルが形成される。

ところで、フライヤー方式の巻線機を用いて導電線が巻き回される部分（以下、「コイル形成部」）が２層に積層された平面コイルを形成する場合には、巻き始めの端部が平面コイルの内周縁から外周縁に向かい導電線が引き出されるため、コイル形成部の１層目は、この導電線の引き出し部分によって占められる。このため、コイル形成部が２層に積層された平面コイルを形成する場合に与えられたスペースを有効に使用しているとは言い難い。

このような問題に鑑み、平面コイルを配置するために与えられたスペースを有効に活用する平面コイルの形成方法として、アルファ巻きが提案されている（例えば、特許文献１参照）。このアルファ巻きは、導電線の巻き始めの端部および巻き終わりの端部が平面コイルの外周縁に設けられるものである。

特許第３６８２９５１号公報

ところで、アルファ巻きの平面コイルを形成するためには、従来の巻線機とは構造が大きく異なる専用の巻線機が必要となる。
本発明はこのような実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、アルファ巻きの平面コイルを形成するために用いられる専用の巻線機を用いることなく、アルファ巻きの平面コイルを形成することのできるコイルモジュールおよびこれを備えるコイルユニットを提供することにある。

本発明のコイルモジュールは、第１導電線を巻き回すことにより形成された第１平面コイルと、第２導電線を巻き回すことにより形成された第２平面コイルとを含み、前記第１平面コイルは、前記第１導電線が巻き回された部位である第１コイル形成部と、この第１コイル形成部の内周縁に形成された前記第１導電線の端部である第１内周端部と、前記第１コイル形成部の外周縁に形成された前記第１導電線の端部である第１外周端部とを含み、前記第２平面コイルは、前記第２導電線が巻き回された部位である第２コイル形成部と、この第２コイル形成部の内周縁に形成された前記第２導電線の端部である第２内周端部と、前記第２コイル形成部の外周縁に形成された前記第２導電線の端部である第２外周端部とを含み、前記第１導電線が右回りに巻き回された状態の前記第１平面コイルと前記第２導電線が左回りに巻き回された状態の前記第２平面コイルとが積層されるとともに、前記第１内周端部と前記第２内周端部とが電気的に接続されていることを特徴とする。

このコイルモジュールは、前記第１コイル形成部と前記第２コイル形成部とが互いに接触していることが好ましい。
このコイルモジュールは、前記第１内周端部と前記第２内周端部とが半田付けおよび溶接のいずれかにより互いに接続されていることが好ましい。

このコイルモジュールは、前記第１平面コイルの中央の空間および前記第２平面コイルの中央の空間により形成された当該コイルモジュールの空間に前記第１内周端部と前記第２内周端との接続部分が設けられていることが好ましい。

第１コイルモジュールおよび第２コイルモジュールが積層されたコイルユニットは、前記第１コイルモジュールとして、本発明のコイルモジュールが用いられ、前記第２コイルモジュールとして、本発明のコイルモジュールが用いられ、前記第１コイルモジュールの第１外周端部と前記第２コイルモジュールの第２外周端部とが電気的に接続されていることが好ましい。

本発明のコイルモジュールの製造方法としては、フライヤー方式の巻線機により前記第１平面コイルおよび前記第２平面コイルを形成する工程と、前記第１平面コイルと前記第２平面コイルとを積層する工程と、前記第１平面コイルの前記第１内周端部と前記第２平面コイルの前記第２内周端部とを電気的に接続する工程とを含むことが好ましい。

本発明によれば、アルファ巻きの平面コイルを形成するために用いられる専用の巻線機を用いることなく、アルファ巻きを形成することのできるコイルモジュールおよびこれを備えるコイルユニットを提供することができる。

本発明の第１実施形態のコイルモジュールを備える非接触給電装置について、同装置の断面構造を示す断面図。 同実施形態のコイルモジュールについて、（ａ）はコイルモジュールの平面構造を示す平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線の断面構造を示す断面図。 同実施形態のコイルモジュールについて、（ａ）は第１平面コイルの平面構造を示す平面図、（ｂ）は第２平面コイルの平面構造を示す平面図、（ｃ）は第１平面コイルおよび第２平面コイルの斜視構造を示す斜視図。 同実施形態のコイルモジュールについて、（ａ）は半田付けされる前の第１導電線および第２導電線の先端部の斜視構造を示す斜視図、（ｂ）は半田付けされた後の第１導電線および第２導電線の先端部の斜視構造を示す斜視図。 本発明の第２実施形態のコイルモジュールを備えるコイルユニットについて、第１コイルモジュールおよび第２コイルモジュールの斜視構造を示す斜視図。

（第１実施形態）
図１〜図４を参照して、本発明の第１実施形態について説明する。
非接触給電装置１は、充電装置２に二次電池２３が内蔵された携帯電話３が搭載されることにより、二次電池２３が充電されるものである。

樹脂材料等、非磁性体からなる充電装置２のハウジング１０には、１次側コイル１１が内蔵されている。１次側コイル１１は、コイルモジュール１２とこれを収容する磁性体からなるヨーク１３とにより構成されている。

樹脂材料等、非磁性体からなる携帯電話３のハウジング２０には、各種情報を表示する表示部２１と、携帯電話３を操作する操作部２２とが設けられている。ハウジング２０には、２次側コイル２４が内蔵されている。携帯電話３の電源となる二次電池２３は、このハウジング２０に着脱可能に収納されている。この二次電池２３は、２次側コイル２４と電気的に接続されている。２次側コイル２４は、コイルモジュール２５とこれを収容する磁性体からなるヨーク２６とにより構成されている。

充電装置２による携帯電話３の充電動作について説明する。
携帯電話３が充電装置２に載置されるとき、充電装置２の１次側コイル１１と携帯電話３の２次側コイル２４とが対向し、かつ近接した状態となる。この状態において、１次側コイル１１に交流電力が供給されると１次側コイル１１に交番電力が誘起されるため、１次側コイル１１に高周波の交番磁束が発生する。２次側コイル２４は、１次側コイル１１の交番磁束と鎖交することにより交番電力が発生する。この交番電力は、図示しない整流回路により平滑および整流されて二次電池２３に供給される。これにより、二次電池２３が充電される。

図２〜図４を参照して、コイルモジュール２５の構成について説明する。
図２（ａ）に示されるように、コイルモジュール２５は、第１導電線３１を巻き回すことにより形成される第１平面コイル３０と、第２導電線４１を巻き回すことにより形成される第２平面コイル４０とにより構成されている。このコイルモジュール２５の中央には、中空の空間により構成される中空部２５Ａが設けられている。

コイルモジュール２５には、図示しない電子部品と電気的にそれぞれ接続する第１接続端部２５Ｂと第２接続端部２５Ｃとが設けられている。第１接続端部２５Ｂは、コイルモジュール２５の図中の左側の外周端部から引き出されている。第２接続端部２５Ｃは、コイルモジュール２５の図中の右側の外周端部から引き出されている。

図２（ｂ）に示されるように、第１平面コイル３０と第２平面コイル４０とは、第１導電線３１および第２導電線４１を巻き回すときの回転軸に沿う方向（以下、「軸方向」）に積層されている。

第１導電線３１は、単線の銅線３１Ａとこの銅線３１Ａを被覆する電気的絶縁体の被覆体３１Ｂとにより構成されている。第２導電線４１は、単線の銅線４１Ａとこの銅線４１Ａを被覆する電気的絶縁体の被覆体４１Ｂとにより構成されている。

図３（ａ）に示されるように、第１平面コイル３０には、第１導電線３１が右回り（時計回り）に、かつ渦巻状に巻き回される部分である第１コイル形成部３４が設けられている。第１コイル形成部３４の内周縁には、巻き始めの端部となる第１内周端部３２が設けられている。第１コイル形成部３４の外周縁には、巻き終わりの端部となる第１外周端部３３が設けられている。第１平面コイル３０の中央、すなわち第１コイル形成部３４の中央には、中空の空間により構成される中空部３５が形成されている。第１内周端部３２は中空部３５に引き出されている。なお、第１外周端部３３は、コイルモジュール２５の第１接続端部２５Ｂに相当する。

図３（ｂ）に示されるように、第２平面コイル４０には、第２導電線４１が左回り（反時計回り）に、かつ渦巻状に巻き回される部分である第２コイル形成部４４が設けられている。第２コイル形成部４４の内周縁には、巻き始めの端部となる第２内周端部４２が設けられている。第２コイル形成部４４の外周縁には、巻き終わりの端部となる第２外周端部４３が設けられている。第２平面コイル４０の中央、すなわち第２コイル形成部４４の中央には、中空の空間により構成される中空部４５が形成されている。第２内周端部４２は中空部４５に引き出されている。なお、第２外周端部４３は、コイルモジュール２５の第２接続端部２５Ｃに相当する。

図３（ｃ）に示されるように、第１平面コイル３０の第１内周端部３２と第２平面コイル４０の第２内周端部４２とを電気的に接続することにより、第１平面コイル３０と第２平面コイル４０とは電気的に接続される。また、第１平面コイル３０の中空部３５と第２平面コイル４０の中空部４５とにより、コイルモジュール２５の中空部２５Ａが構成される。

図４（ａ）に示されるように、第１内周端部３２の先端部３６は、第１導電線３１の被覆体３１Ｂが取り除かれた銅線３１Ａにて構成されている。第２内周端部４２の先端部４６は、第２導電線４１の被覆体４１Ｂが取り除かれた銅線４１Ａにて構成されている。

両内周端部３２，４２との電気的な接続は、第１内周端部３２の先端部３６と第２内周端部４２の先端部４６とを重ね合わせた状態において、半田５０（図４（ｂ）参照）を用いて両先端部３６，４６を接合する、いわゆる半田付けにより行われる。このような先端部３６，４６の接続部分５１は、図２（ａ）に示されるように、コイルモジュール２５の中空部２５Ａに配置されている。

図３および図４を参照して、コイルモジュール２５の製造方法について説明する。
まず、図３に示されるように、フライヤー方式の巻線機によって第１平面コイル３０および第２平面コイル４０を製造する。この状態において、第１平面コイル３０の第１内周端部３２を第１平面コイル３０の中空部３５に引き出す。また第２平面コイル４０の第２内周端部４２を第２平面コイル４０の中空部４５に引き出す。

次いで、第１平面コイル３０および第２平面コイル４０を軸方向に積層する。そして、図４に示されるように、第１内周端部３２および第２内周端部４２を半田付けする。このとき、第１内周端部３２および第２内周端部４２は、各平面コイル３０，４０の中空部３５，４５、すなわちコイルモジュール２５の中空部２５Ａ（図３（ｂ）参照）において半田付けが行われる。

本実施形態によれば、以下の効果を奏することができる。
（１）本実施形態では、第１平面コイル３０が第１内周端部３２および第１外周端部３３を有し、かつ第２平面コイル４０が第２内周端部４２および第２外周端部４３を有する。このため、フライヤー方式の巻線機によって各平面コイル３０，４０を製造することができる。そして、第１平面コイル３０および第２平面コイル４０を軸方向に積層した状態において、第１内周端部３２および第２内周端部４２を電気的に接続することにより、コイルモジュール２５は、いわゆるアルファ巻きとなる。したがって、単一の導電線を用いてアルファ巻きの平面コイルを形成するための専用の巻線機を用いることなく、アルファ巻きのコイルモジュール２５を製造することができる。

（２）本実施形態では、第１平面コイル３０と第２平面コイル４０とが積層した状態において、各平面コイル３０，４０が接触している。したがって、第１平面コイル３０と第２平面コイル４０との軸方向の間に回路基板が介在する等の理由により第１平面コイル３０と第２平面コイル４０とが互いに離間する場合と比較して、コイルモジュール２５の軸方向の薄型化を図ることができる。

（３）本実施形態では、第１平面コイル３０の中空部３５に第１内周端部３２が配置され、かつ第２平面コイル４０の中空部４５に第２内周端部４２が配置される。このため、第１内周端部３２および第２内周端部４２の接続部分５１がコイルモジュール２５の中空部２５Ａに配置される。したがって、軸方向において第１コイル形成部３４と第２コイル形成部４４との間に第１内周端部３２および第２内周端部４２の接続部分５１が配置される場合よりもコイルモジュール２５の軸方向の薄型化を図ることができる。

加えて、コイルモジュール２５の中空部２５Ａにおいて、第１内周端部３２および第２内周端部４２を半田付けすることにより、作業者が両内周端部３２，４２の接続作業を行うためのスペースを確保することができる。

（第２実施形態）
図５を参照して、本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態では、第１実施形態と比較して異なる部分について詳細に説明するとともに、同一構成には同一符号を付してその説明を省略する。

第１実施形態では、コイルモジュール２５を１個形成した。これに対して、本実施形態は、２個の第１コイルモジュール６０および第２コイルモジュール７０を軸方向に積層し、これらを電気的に接続することによりコイルユニット８０を形成する。第１コイルモジュール６０および第２コイルモジュール７０は、コイルモジュール２５と概ね共通の構成を有している。このため、各コイルモジュール６０，７０において、コイルモジュール２５と同一構成には同一符号を付してその説明を省略する。

第１コイルモジュール６０は、第２接続端部６２の長さが第１接続端部６１の長さよりも短くなるように形成されている。第２コイルモジュール７０は、第１接続端部７１の長さが第２接続端部７２の長さよりも短くなるように形成されている。そして、第１コイルモジュール６０と第２コイルモジュール７０とを軸方向に積層した状態において、第２接続端部６２の先端部６２Ａの周方向の位置と第１接続端部７１の先端部７１Ａの周方向の位置とが一致する。なお、第２接続端部６２は、「第１コイルモジュール６０の第１外周端部」に相当する。また、第１接続端部７１は、「第２コイルモジュール７０の第２外周端部」に相当する。

第１コイルモジュール６０の第２接続端部６２と第２コイルモジュール７０の第１接続端部７１とは半田付けされている。この半田付けは、図４に示される第１実施形態の第１内周端部３２と第２内周端部４２との半田付けと同様である。

本実施形態によれば、第１実施形態の効果（１）〜（３）に加え、以下の効果を奏することができる。
（４）本実施形態によれば、第１コイルモジュール６０の第２接続端部６２と第２コイルモジュール７０の第１接続端部７１を接続することにより４層のアルファ巻きの平面コイルを容易に形成することができる。

（その他の実施形態）
本発明のコイルモジュールおよびこれを備えるコイルユニットの具体的な構成は、上記各実施形態の内容に限定されるものではなく、例えば以下の変更が可能である。また、以下の変形例は、上記各実施形態についてのみ適用されるものではなく、異なる変形例同士を互いに組み合わせて実施することもできる。

・第１実施形態では、２次側コイル２４のコイルモジュール２５に本発明を適用したが、１次側コイル１１のコイルモジュール１２に本発明を適用することもできる。また、コイルモジュール１２，２５の両方に本発明を適用することもできる。

・第２実施形態において、３個以上のコイルモジュール２５を積層することによりコイルユニット８０を形成することもできる。
・上記各実施形態では、第１平面コイル３０の第１内周端部３２と第２平面コイル４０の第２内周端部４２とを半田付けにより接続したが、これら内周端部３２，４２の接続方法はこれに限られない。例えば、レーザー溶接、アーク溶接等の溶接によりこれら内周端部３２，４２を接続することもできる。

・上記各実施形態では、第１導電線３１が単線の銅線３１Ａを用いたが、単線の銅線３１Ａに代えて、複数の銅線により構成される、いわゆるリッツ線を用いることもできる。この場合、複数の銅線の全体を覆うように被覆体３１Ｂが形成される。これは、第２導電線４１についても同様である。

・上記各実施形態では、第１導電線３１の断面形状が円形状となる、いわゆる丸線を用いたが、丸線に代えて、第１導電線３１の断面形状が矩形状となる、いわゆる平角線を用いることもできる。

・上記各実施形態において、２次側コイル２４のヨーク２６を省略することもできる。
・上記各実施形態において、携帯電話３に代えて、携帯ゲーム機、電動歯ブラシ、デジタルカメラ、腕時計、コードレス電話機、電気かみそり、ノートパソコン等であってもよい。

２５…コイルモジュール、３０…第１平面コイル、３１…第１導電線、３２…第１内周端部、３３…第１外周端部、３４…第１コイル形成部、３５…中空部、４０…第２平面コイル、４１…第２導電線、４２…第２内周端部、４３…第２外周端部、４４…第２コイル形成部、４５…中空部、５０…半田、５１…接続部分、６０…第１コイルモジュール、６２…第２接続端部、７０…第２コイルモジュール、７１…第１接続端部、８０…コイルユニット。

Claims (6)

1. 第１導電線を巻き回すことにより形成された第１平面コイルと、第２導電線を巻き回すことにより形成された第２平面コイルとを含むコイルモジュールにおいて、
   前記第１平面コイルは、前記第１導電線が巻き回された部位である第１コイル形成部と、この第１コイル形成部の内周縁に形成された前記第１導電線の端部である第１内周端部と、前記第１コイル形成部の外周縁に形成された前記第１導電線の端部である第１外周端部とを含み、
   前記第２平面コイルは、前記第２導電線が巻き回された部位である第２コイル形成部と、この第２コイル形成部の内周縁に形成された前記第２導電線の端部である第２内周端部と、前記第２コイル形成部の外周縁に形成された前記第２導電線の端部である第２外周端部とを含み、
   前記第１導電線が右回りに巻き回された状態の前記第１平面コイルと前記第２導電線が左回りに巻き回された状態の前記第２平面コイルとが積層されるとともに、前記第１内周端部と前記第２内周端部とが電気的に接続されている
   ことを特徴とするコイルモジュール。
2. 請求項１に記載のコイルモジュールにおいて、
   前記第１コイル形成部と前記第２コイル形成部とが互いに接触している
   ことを特徴とするコイルモジュール。
3. 請求項１または２に記載のコイルモジュールにおいて、
   前記第１内周端部と前記第２内周端部とが半田付けおよび溶接のいずれかにより互いに接続されている
   ことを特徴とするコイルモジュール。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載のコイルモジュールにおいて、
   前記第１平面コイルの中央の空間および前記第２平面コイルの中央の空間により形成された当該コイルモジュールの空間に前記第１内周端部と前記第２内周端との接続部分が設けられている
   ことを特徴とするコイルモジュール。
5. 第１コイルモジュールおよび第２コイルモジュールが積層されたコイルユニットにおいて、
   前記第１コイルモジュールとして、請求項１〜４のいずれか一項に記載のコイルモジュールが用いられ、
   前記第２コイルモジュールとして、請求項１〜４のいずれか一項に記載のコイルモジュールが用いられ、
   前記第１コイルモジュールの第１外周端部と前記第２コイルモジュールの第２外周端部とが電気的に接続されている
   ことを特徴とするコイルユニット。
6. 請求項１〜４のいずれか一項に記載のコイルモジュールの製造方法として、
   フライヤー方式の巻線機により前記第１平面コイルおよび前記第２平面コイルを形成する工程と、
   前記第１平面コイルと前記第２平面コイルとを積層する工程と、
   前記第１平面コイルの前記第１内周端部と前記第２平面コイルの前記第２内周端部とを電気的に接続する工程とを含む
   ことを特徴とするコイルモジュールの製造方法。

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