平面線圈和使用該平面線圈的非接觸電力傳輸裝置的製作方法

2024-01-31 00:27:15 1

專利名稱：平面線圈和使用該平面線圈的非接觸電力傳輸裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種由螺旋狀電線製成的平面線圈和使用該平面線圈的非接觸電力 傳輸裝置。
背景技術：
近年來，許多非接觸充電裝置可被廣泛使用。這些非接觸充電裝置均配備有本體 和用於對本體進行非接觸充電的充電器。這些非接觸充電裝置均包括充電器中的電力傳輸 線圈和本體中的電力接收線圈，並且均被配置為通過在這些線圈之間產生的電磁感應而從 充電器向本體傳輸電力。通常，該本體已被應用於無繩電話、剃鬚刀、牙刷等。如在日本未審專利申請公開 2006-311712中提出的，該本體還可以應用於蜂窩電話終端裝置等。本體和充電器需要是薄 型化或小型化的，以便在蜂窩電話終端裝置中使用。為了滿足這種需要，電力傳輸線圈和電 力接收線圈可以均由平面線圈形成。平面線圈由螺旋狀電線形成，其中相鄰匝在徑向方向 上被間隔開，以在一個平面上具有螺旋結構。該平面線圈在繞線方向上與均由軸向盤繞的 電線形成的一般線圈不相同。為了滿足本體和充電器是薄型化或小型化的需要，如上所述，將平面線圈布置在 本體和充電器中的每個中。在本體和充電器中，其它電氣設備被布置為靠近該平面線圈，並 且容易受到在該平面線圈中產生的熱的負面影響。特別地，對本體是薄型化或小型化的需 要是強烈的，並且本體還配備有作為易受外部的熱的影響的電氣設備之一的二次電池。鑑 於這些需要，必須抑制在該平面線圈中產生的熱。在傳統的平面線圈中，電線的相鄰匝在其徑向方向上彼此未被間隔開，而是彼此 緊密接觸。在用於電力傳輸線圈和電力接收線圈時，傳統的平面線圈遭受了由於電線的相 鄰匝之間的渦電流的產生而導致的過熱。當被設置冷卻單元或散熱單元以解決該問題時， 本體需要被大型化並被以高成本製造。

發明內容
本發明被實現以克服上述問題，本發明的一個目的是提供平面線圈和使用該平面 線圈的非接觸電力傳輸裝置。該平面線圈被配置為抑制電線的相鄰匝之間的渦電流的產 生，以防止過熱對周圍的電氣設備的負面影響。本發明中的平面線圈是由螺旋狀電線製成的平面線圈。該平面線圈的特徵在於線 圈的相鄰匝被以這種預定間隔間隔開，從而不產生渦電流。儘管具有簡單的結構，但是本發 明中的平面線圈使得能夠防止由於電線的相鄰匝之間的相互作用而導致的渦電流的產生， 從而有效地抑制過熱的產生。即使當被布置在薄型化和小型化的裝置中時，本發明中的平 面線圈也使得能夠防止發熱對周圍的電氣設備的負面影響。在該平面線圈中，電線優選地滿足以下關係0. Imm 彡 d2 彡 0. 8mm,以及
0. 625 ≤ dl/d2 ≤ 11. 5，其中，dl被定義為電線的直徑，d2被定義為電線的相鄰匝之間的間隔。該配置使 得能夠進一步抑制渦電流的產生，從而使得由渦電流導致的發熱最小化。優選地，該平面線圈包括布置在電線的相鄰匝之間的絕緣體，用於保持相鄰匝之 間的各個預定間隔以及進一步防止渦電流的產生。在上述平面線圈中，優選地，電線由多個細絲(filament)構成。該細絲被以彼此 緊密相鄰的關係而並排布置。此外，優選地，該絕緣體由多個纖維構成。通過這種布置，可 以使電線與絕緣體成束，並且使用繞線裝置自動地將電線盤繞成螺旋結構，由此可以以非 常高的生產率和降低的成本來製造平面線圈。在本發明中，非接觸電力傳輸裝置包括用於電力傳輸線圈和電力接收線圈中的一 個或這二者的上述平面線圈。可以製造本發明中的非接觸電力傳輸裝置而不需要特別的部 件，這使得能夠減小其尺寸並降低其製造成本。即使當電氣部件被設計為薄型化且小型化 時，該非接觸電力傳輸裝置也使得能夠防止由於平面線圈的發熱而導致的對其它電氣設備 的負面影響。


圖1示出了本發明的第一實施例中的平面線圈的平面圖。圖2示出了使用上述平面線圈的非接觸電力傳輸裝置的側視圖。圖3示出了非接觸電力傳輸裝置的電路。圖4示出了溫度上升值、交流電阻值以及交流電阻值相對於直流電阻值的比率的變化。圖5示出了(a)在自動繞線期間和(b)在繞線之後的本發明第二實施例中的平面 線圈。圖6示出了上述平面線圈的示意性截面圖。圖7示出了用於在上述平面線圈中使用的絕緣纖維的(a)截面圖和(b)透視圖。圖8示出了被布置為與磁性層緊密接觸的上述平面線圈。
具體實施例方式(第一實施例)下文中參考附圖對本實施例中的平面線圈給出說明。圖1示出了本實施例中的平 面線圈1。圖2和圖3均示出了使用該平面線圈1的非接觸電力傳輸裝置50。該非接觸電力傳輸裝置50包括具有電力傳輸線圈2的再充電器3和具有電力接 收線圈4的本體5。圖2中的本體5是行動電話。如圖3所示，再充電器3包括整流和平滑 電路51、電壓轉換電路52、振蕩電路53、顯示電路54、控制電路55和電力傳輸線圈2。本體 5包括電力接收線圈4、整流電路27、控制電路28和主要由二次電池29構成的負載L。圖 2中由56指示的部件是印刷基板，電路51至55安裝在印刷基板上。由6指示的部件是由 電力傳輸線圈2和磁體62構成的電力傳輸線圈塊。再充電器3設置有作為主線圈的電力傳輸線圈2，本體5設置有作為二次線圈的電 力接收線圈4。在這種配置中，允許再充電器3經由在這些線圈之間發生的電磁感應而向本體5提供電力。如圖2所示，本體5的電力接收線圈4布置在蓋子3的背面側，並利用蓋子 3覆蓋容納空間30的開口，容納空間30在其中容納二次電池29。使用圖1所示的本實施例中的平面線圈1作為本體5的電力接收線圈4。平面線 圈1的螺旋狀電線7被覆有具有非常小的厚度的絕緣膜(在本實施例中為釉質(enamel))， 並被盤繞成單個平面上的螺旋結構。電線7的相鄰匝在徑向方向上被以這種預定間隔而彼 此間隔開，從而不產生渦電流。電線7可以由單個細絲、一束的多個細絲或一股的多個細絲 構成。電線7的相鄰匝被以這種預定間隔而間隔開，以形成螺旋狀空氣層8。在製造本實施例中的平面線圈1時，使用繞線裝置的繞線頭(未示出)將電線7 放置至片材9上。具體地，從繞線頭中依次拉出電線7，然後將電線7布線到預先在片材9 上設置的附著層上。根據預定的繞線方式進行布線。然後，將封裝片材(未示出)附著到 設置在片材9上的附著層上，以利用該封裝片材對電線7進行封裝。不需要通過上述繞線 來製造本實施例中的平面線圈1，但是可以通過進行蝕刻以使得相鄰匝被彼此間隔開等來 將本實施例中的平面線圈1形成為螺旋狀電線7。圖4示出了均具有30mm的外徑和5mm的內徑的尺寸的平面線圈1的溫度上升值 (°C)、在200kHz處的交流(AC)電阻值(πιΩ)以及交流電阻值相對於直流(DC)電阻值的比 率的變化。這些平面線圈由具有不同的dl/d2比率(dl/d2 = 1. 15/0. 1,1.05/0.2,0. 7/0.6 和0. 5/0. 8)的電線7形成，以提供2. 75W的電氣輸出，其中dl被定義為電線的直徑(mm)， d2被定義為電線的相鄰匝之間的間隔(mm)。圖4示出了 dl為0. 7mm且d2為0. 6mm的平面線圈1顯示出最低的溫度上升值。 鑑於dl為1. 15mm且d2為0. Imm的平面線圈被發現顯示出最低的交流電阻值，在這些平面 線圈中，dl為0. 7mm且d2為0. 6mm的平面線圈1最不可能發生渦電流，並且大概幾乎不遭 受由於渦電流的產生而導致的溫度上升。在本實施例中，可以使用平面線圈1作為再充電器3的電力傳輸線圈2。通過將 這些平面線圈1用於電力傳輸線圈2和電力接收線圈4這兩者，非接觸電力傳輸裝置使得 能夠抑制平面線圈的發熱。該非接觸電力傳輸裝置可以被形成為具有薄型化且小型化的結 構，而不會引起對其它電氣部分的由發熱而導致的負面影響。(第二實施例)下文中對本實施例中的平面線圈1的不同部件進行說明。用相似的附圖標記表示 與第一實施例中的平面線圈1中的部分相似的部分，並且重複的說明被視為是不必要的。圖5和圖6示出了本實施例中的平面線圈1。在製造該平面線圈1時，電線7被繞 著繞線設備的繞線軸10而自動地盤繞成螺旋結構。繞線軸10被布置為從旋轉盤11的平 滑平面Ila的旋轉中心突出。隨著繞線軸10和旋轉盤11旋轉而電線7被固定在其一端， 電線7被繞著繞線軸10而自動地盤繞在盤11的平滑表面Ila上。如圖5所示，多個(本實施例中為3個)細絲7a與單個絕緣纖維12—起被成束並 被盤繞，使得如圖6所示一組細絲7a和單個絕緣纖維12被在徑向方向上交替地布置。結 果，多個細絲7a被成束並被盤繞，以形成螺旋狀電線7，並且絕緣纖維12被插入在徑向方向 上彼此相鄰的電線7的匝之間。多個細絲7a不需要如圖6所示布置成一行，而是可以排列 成多行。絕緣纖維12在被插入在電線7的相鄰匝之間的同時被盤繞成螺旋結構，使得強制地將電線7的相鄰匝以恆定的間隔而間隔開。絕緣體13由絕緣纖維12形成，並被插入在 電線7的相鄰匝之間，以有效地抑制渦電流的產生。與第一實施例中的具有被插入在相鄰 匝之間的空氣層的平面線圈相比，本實施例中的平面線圈使得能夠通過與電線7緊密接觸 的絕緣體13(即，絕緣纖維12)而快速地散熱。另外，在製造本實施例中的平面線圈時，電線7和絕緣纖維12被繞著繞線軸10而 盤繞在一起。與第一實施例中通過繞線或蝕刻製造平面線圈相比，可以以更高的生產率和 顯著更低的成本來製造本實施例中的平面線圈。絕緣纖維12可以由諸如尼龍6和聚脂之類的樹脂形成。為了實現快速散熱，優選 地，本實施例中的平面線圈1由熱傳導材料形成。絕緣纖維12不需要由單個纖維形成，而 是可以由一束的多個細絲或一股的多個細絲形成。另外，絕緣纖維12不需要具有圖中示出 的矩形截面，而是可以具有圓形或者橢圓形的截面。圖7中的絕緣纖維12可以由一束的許多細絲12a形成。每個細絲12a包括芯14 和覆蓋芯的殼部15。芯14由具有高粘性和250°C的高熔點的聚脂製成。殼部15由具有 160°C的低熔點的聚脂聚合物製成。在製作該絕緣纖維時，通過加熱熔融殼部15以顯示其 附著性。例如，優選地，如圖8所示地布置磁性層16，以經由平面線圈1的電力接收線圈4 而有效地接收電力。磁性層16被穩固地布置到電力接收線圈4，以遠離電力傳輸線圈2。磁 性層16可以被穩固地布置到由第一實施例的平面線圈1製成的電力接收線圈4或由第一 實施例或第二實施例中的平面線圈1製成的電力傳輸線圈2。
權利要求
一種平面線圈，包括螺旋狀電線，其中所述電線的相鄰匝被以預定的間隔而間隔開。
2.根據權利要求1所述的平面線圈，其中， 所述電線滿足以下關係0. Imm 彡 d2 彡 0. 8mm,以及 0. 625 彡 dl/d2 彡 11. 5，其中，dl被定義為所述電線的直徑，d2被定義為所述電線的所述相鄰匝之間的間隔。
3.根據權利要求1或2所述的平面線圈，還包括被插入在所述電線的所述相鄰匝之間 的絕緣體。
4.根據權利要求3所述的平面線圈，其中，所述電線由多個細絲構成，所述細絲被以彼此緊密相鄰的關係而並排布置。
5.根據權利要求3或4所述的平面線圈，其中， 所述絕緣體由多個纖維構成。
6.一種非接觸電力傳輸裝置，包括根據權利要求1至5之一所述的平面線圈，所述平面 線圈用於電力傳輸線圈和電力接收線圈中的一個或這二者。
全文摘要
提供了平面線圈和使用該平面線圈的非接觸電力傳輸裝置，該平面線圈能夠減小在電氣線圈的相鄰電氣部分之間產生的渦電流，以由此防止周圍的電氣部分受到所產生的熱的負面影響。該平面線圈(1)由被覆有極薄的絕緣覆膜的螺旋狀電線(7)構成，其中電線(7)的徑向上相鄰的部分被以預定的距離而間隔開以抑制渦電流。適當地使用該平面線圈(1)作為該非接觸電力傳輸裝置的電力傳輸線圈或者電力接收線圈。
文檔編號H01F27/28GK101911224SQ20088012250
公開日2010年12月8日 申請日期2008年12月24日 優先權日2007年12月25日
發明者北村孝太, 北村浩康, 小林健太郎, 田村秀樹, 藪內英一, 鈴木誠之 申請人:松下電工株式會社