JP2024145509A - コイル部品及びこれを用いたワイヤレス電力伝送デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】広い充電エリアを確保しつつ、受電コイルとの間の磁気結合度を向上させることが可能なコイル部品及びこれを用いた電力伝送デバイスを提供する。
【解決手段】本開示によるコイル部品は、平面形状が長手方向を有する第１コイル１１と、平面形状が長手方向を有し第１コイル１１から絶縁分離された第２コイル１２を有し、第１コイル１１の長手方向は第２コイル１２の長手方向と直交している。第１コイル１１の開口部１１ａは、第２コイル１２の開口部１２ａと重なる開口重複領域１１ａ_１と、開口重複領域１１ａ_１から見て第１コイル１１の長手方向の両方の外側に位置し第２コイル１２の開口部１２ａと重ならない開口非重複領域１１ａ_２、１１ａ_３を有する。
【選択図】図１

Description

本開示は、コイル部品及びこれを用いたワイヤレス電力伝送デバイスに関する。

スマートフォン等の携帯電子機器に電力を非接触で供給するワイヤレス電力伝送システムが広く利用されている。ワイヤレス電力伝送システムによれば、ＡＣアダプタのような電源装置のコネクタを対象機器に有線接続する必要がなく、充電対象機器（二次側機器）を充電トレー（一次側機器）上に置くだけで充電を開始することができるため、非常に便利である。

ワイヤレス電力伝送システムに関し、特許文献１には、受電コイルに対して電力を非接触で供給する給電装置が開示されている。給電装置は、磁界を用いて電力伝送を行うための送電コイルと、１又は複数の共振器を含む補助共振部とを有する送電部を備えている。電力伝送の際の送電コイルを用いた主共振動作における主共振周波数と、共振器における補助共振周波数とが、互いに異なっている。このような共振周波数の差異の調整により、給電装置（送電側）と電子機器（受電側）との相対的位置と電力伝送効率との関係が変化するので、電子機器の位置に対応した伝送効率の制御が可能となる。

特許文献２には、受電アンテナを有する受電装置との間で電力伝送を行う共振型電力伝送装置が開示されている。この共振型電力伝送装置は、送信アンテナと、電力を送信アンテナに出力する送信電源と、送信アンテナが配置された面内において当該送信アンテナの内側又は外側に配置された中継アンテナと、中継アンテナを短絡又は開放するよう切替え可能なスイッチと、受信アンテナへの鎖交磁束に対応するパラメータを検出し、当該検出結果により当該鎖交磁束が高くなるようにスイッチの切替え制御を行うスイッチ制御部とを備えている。

特許文献３には、インダクタ結合型の近接無線通信に用いられる非接触通信装置用アンテナ基板及びこれを用いた非接触通信装置が開示されている。非接触通信装置用アンテナ基板は、アンテナコイルと、アンテナコイルと絶縁分離された補助コイルとを備えている。補助コイルは容量素子と共に共振器を構成しており、この共振器の共振周波数はアンテナコイルの共振周波数よりも大きくなっている。補助コイルは、その開口部の一部がアンテナコイルの開口部の長手方向の一方の端部と対向するように配置されているので、アンテナコイル及び補助コイルそれぞれの共振周波数を適切に調整することにより、磁性体シートを用いなくても、アンテナ間距離によるアンテナ特性の変動を抑制でき、近接配置されたアンテナコイルとの間で安定した非接触通信を行うことが可能となる。

特開２０１７－５１０９６号公報国際公開第２０１６／０８８２６３号パンフレット特開２００９－９４５６４号公報

上記のように、ワイヤレス電力伝送システムにおいては一次側機器（送電側）と二次側機器（受電側）との間の相対的位置の自由度が高いことが望ましく、二次側機器の位置が一次側機器の充電エリアの中心から多少ずれていたとしても充電効率が低下しないことが求められる。

充電対象機器に対して広い充電エリアを提供するためには、送電コイルのループサイズをできるだけ大きくすることが望ましい。しかし、送電コイルのループサイズを大きくすると、コイル中央の磁気結合が弱くなるという問題がある。

したがって、本開示の目的は、広い充電エリアを確保しつつ、受電コイルとの間の磁気結合度を向上させることが可能なコイル部品及びこれを用いたワイヤレス電力伝送デバイスを提供することにある。

上記課題を解決するため、本開示によるコイル部品は、平面形状が長手方向を有する第１コイルと、平面形状が長手方向を有し、前記第１コイルから絶縁分離された第２コイルを有し、前記第１コイルの長手方向は前記第２コイルの長手方向と直交しており、前記第１コイルの開口部は、前記第２コイルの開口部と重なる開口重複領域と、前記第１コイルの長手方向において前記第２コイルの両側に位置し前記第２コイルと重ならない開口非重複領域を有する。

本開示によれば、広い充電エリアを確保しつつ、受電コイルとの間の磁気結合度を向上させることが可能なコイル部品及びこれを用いたワイヤレス電力伝送デバイスを提供することができる。

図１は、本開示の第１の実施態様によるコイル部品の構成を示す略平面図である。図２は、図１のＸ－Ｘ線に沿ったコイル部品の略断面図である。図３は、コイル部品を含むワイヤレス電力伝送デバイスの構成を示す略ブロック図である。図４（ａ）及び（ｂ）は、整合回路の構成例を示す回路図である。図５（ａ）及び（ｂ）は、受電コイルが第１コイルの中心付近にあるときのワイヤレス電力伝送デバイスの動作説明図である。図６（ａ）及び（ｂ）は、受電コイルが第１コイルの中心から外れた位置にあるときのワイヤレス電力伝送デバイスの動作説明図である。図７は、本開示の第２の実施態様によるコイル部品の構成を示す略平面図である。図８は、本開示の第３の実施態様によるコイル部品の構成を示す略平面図である。

以下、添付図面を参照しながら、本開示の好ましい実施態様について詳細に説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、便宜上、本開示の特徴を分かりやすくするために要部を強調して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じとは限らない。

図１は、本開示の第１の実施態様によるコイル部品の構成を示す略平面図である。また図２は、図１のＸ－Ｘ線に沿ったコイル部品の略断面図である。

図１及び図２に示すように、コイル部品１は、基板１０と、基板１０上に設けられた第１コイル１１と、平面視で第１コイル１１と重なるように基板１０上に設けられた第２コイル１２とを備えている。図示のコイル部品１は第１コイル１１の上方に第２コイル１２が設けられた構成であるが、第１コイル１１の下方に第２コイル１２が設けられてもよい。

基板１０はＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）などの薄い樹脂基板からなり、第１コイル１１を支持する第１シート１０Ａと、第２コイル１２を支持する第２シート１０Ｂと、第１シート１０Ａと第２シート１０Ｂとの間に設けられた接着層１０Ｃとの積層体からなる。第２コイル１２と共に第２シート１０Ｂの上面を覆う第３シートがさらに設けられていてもよい。第１シート１０Ａは接着層１０Ｃを介して第２シート１０Ｂに貼り付けられており、第１コイル１１及び第２コイル１２は第２シート１０Ｂ及び接着層１０Ｃによって互いに絶縁分離されている。基板１０の平面サイズは、例えば１００ｍｍ×７０ｍｍとすることができる。

第１コイル１１は受電コイル（不図示）に電力を非接触供給する給電コイルとしての役割を果たす。第１コイル１１は第１シート１０Ａ上に設けられた平面スパイラル導体パターンである。第１コイル１１の配線パターンの線幅は２５０～４００μｍ、隣接する配線パターン間のスペース幅は８５～１００μｍであってもよい。第１コイル１１の配線パターンの厚さｔ_１は１０５～１５０μｍであってもよい。なお、第１コイル１１は、銅やアルミニウムなどから構成される導線を巻回させて構成しても構わない。

第１コイル１１は、長方形の基板１０内においてできるだけ大きなループが形成されるように略矩形状に形成されている。そのため、第１コイル１１の平面形状は略長方形であり、その長手方向は基板１０の長手方向（Ｘ方向）と平行である。第１コイル１１の最外周ターンは基板１０のエッジにできるだけ近づけて配置されている。これにより第１コイル１１の開口サイズを大きくすることができ、広い充電エリアを確保することができる。

第２コイル１２は第１コイル１１と受電コイルとの磁気結合度を高める中継コイル（補助コイル）としての役割を果たす。第２コイル１２は第２シート１０Ｂ上に設けられた平面スパイラル導体パターンである。第１コイル１１と同様、第２コイル１２の配線パターンの線幅は２５０～４００μｍ、配線間のスペース幅は８５～１００μｍであってもよい。また第２コイル１２の配線パターンの厚さは３５～１００μｍであってもよい。なお、第２コイル１２は、銅やアルミニウムなどから構成される導線を巻回させて構成しても構わない。

第２コイル１２は第１コイル１１の中心部に配置されている。通常、コイルの内側の磁束密度分布は、コイルの内周エッジ近傍で最も大きく、内周エッジから遠ざかるほど小さくなる。上記のように第１コイル１１の開口サイズを大きくすると、充電エリアを広くすることができるが、第１コイル１１の中心部の磁場が弱くなる。しかし、第２コイル１２を第１コイル１１の中心部に配置した場合には、第２コイル１２の作用によって第１コイル１１の中心部の磁場を増強することができる。

第２コイル１２の配線パターンの厚さｔ_２は第１コイル１１よりも小さくてもよい。或いは、第２コイル１２の配線パターンの厚さｔ_２は第１コイル１１の厚さの１／４以下であってもよい。第２コイル１２は補助的なものであるため薄くしても特性的に許容でき、これによりコイル部品１の薄型化に貢献することができる。

第２コイル１２は基板１０の略中央に配置されており、第２コイル１２の中心は第１コイル１１の中心とほぼ一致している。第２コイル１２の平面形状も略長方形であるが、その長手方向は基板１０の長手方向（Ｘ方向）と直交している。すなわち、第２コイル１２の長手方向は基板１０の短手方向（Ｙ方向）と平行であり、第１コイル１１の長手方向は第２コイル１２の長手方向と直交している。なお第１コイル１１の長手方向は、第２コイル１２の長手方向に対して厳密に９０°である必要はなく、少なくとも製造ばらつきにより生じる角度の誤差は直交の範囲内に含まれる。

第２コイル１２の外形サイズは第１コイル１１の外形サイズよりも小さく、第２コイル１２は第１コイル１１の形成領域内に収まっている。そのため、Ｘ方向の任意の位置において、第２コイル１２の外形のＹ方向の幅は、Ｘ方向の同じ比較位置における第１コイル１１の外形のＹ方向の幅よりも狭い。さらに、Ｙ方向の任意の位置において、第２コイル１２の外形のＸ方向の幅は、Ｙ方向の同じ比較位置における第１コイル１１の外形のＸ方向の幅よりも十分に小さい。なお、ここで言うコイルの外形サイズとは、コイルの最外周ターンで画定されるサイズである。

第１コイル１１及び第２コイル１２がこのような位置関係を有することにより、第１コイル１１の開口部１１ａは、第２コイル１２の開口部１２ａと重なる開口重複領域１１ａ_１と、第１コイル１１の長手方向（Ｘ方向）において第２コイル１２の左右両側にそれぞれ位置し、第２コイル１２と重ならない開口非重複領域１１ａ_２、１１ａ_３を有する。

第２コイル１２の最内周ターンから最外周ターンまでの径方向（パターン形成領域）の幅Ｗ_Ｆは第１コイル１１の最内周ターンから最外周ターンまでの径方向（パターン形成領域）の幅Ｗ_Ｅより小さくてもよい。これにより、第１コイル１１の中央付近に配置された受電コイルと当該第１コイル１１との間の結合係数の向上を図りつつ、充電エリアにおけるデッドポイントを抑制することができる。

本実施態様において、第２コイル１２の開口部１２ａの長手方向（Ｙ方向）の幅Ｗ_Ｂは、第１コイル１１の開口部１１ａの短手方向（Ｙ方向）の幅Ｗ_Ａより小さくてもよい。第２コイル１２の開口部１２ａが第１コイル１１のパターン形成領域と重複しないことで、第２コイル１２による磁気結合の改善効果が期待できる領域を無駄にすることなく、第１コイル１１の中央部における受電コイルとの磁気結合を高めることができる。

図３は、コイル部品１を含むワイヤレス電力伝送デバイス１００の構成を示す略ブロック図である。

図３に示すように、本実施態様によるワイヤレス電力伝送デバイス１００は、第１コイル１１及び第２コイル１２を有するコイル部品１と、コイル部品１の第１コイル１１に接続された送電回路２と、第２コイル１２に接続された整合回路３とを備えている。

送電回路２はコイル部品１の第１コイル１１に接続されており、第１コイル１１に電力伝送用の駆動電力を供給する。送電回路２から供給される交流電力の周波数は、第１コイル１１の共振周波数又は共振周波数近傍の周波数に設定されている。

整合回路３はコイル部品１の第２コイル１２に接続されており、第２コイル１２と共に構成されるＬＣ共振回路の共振周波数を調整するために設けられている。第２コイル１２に接続された整合回路３は閉ループ回路を構成しており、送電回路２には接続されていない。第２コイル１２は第１コイル１１の磁束を受けて動作する補助コイルであり、第２コイル１２には送電回路２からの電力は直接供給されない。

図４（ａ）及び（ｂ）は、整合回路３の構成例を示す回路図である。

図４（ａ）に示す整合回路３は、第２コイル１２に直列接続された第１キャパシタＣ_１と、第１キャパシタＣ_１に並列接続された第２キャパシタＣ_２と、第１キャパシタＣ_１のオンオフ状態を制御する第１スイッチＳＷ_１と、第２キャパシタＣ_２のオンオフ状態を制御する第２スイッチＳＷ_２とを備えている。また、第２コイル１２は、インダクタンスＬ及び寄生抵抗Ｒ_１を含む。第１キャパシタＣ_１は第１スイッチＳＷ_１を介して第２コイル１２に直列接続されており、第２キャパシタＣ_２は第２スイッチＳＷ_２を介して第２コイル１２に直列接続されている。このように、第２コイル１２は、整合回路３の第１キャパシタＣ_１及び第２キャパシタＣ_２と共にＬＣ共振回路を構成している。

図４（ｂ）に示す整合回路３は、第１キャパシタＣ_１と第２キャパシタＣ_２の並列回路に第３キャパシタＣ_３が直接接続された構成を有している。そのため、第２コイル１２は、整合回路３の第１キャパシタＣ_１、第２キャパシタＣ_２及び第３キャパシタＣ_３と共にＬＣ共振回路を構成している。その他の構成は図４（ａ）の整合回路３と同じである。

図４（ａ）及び（ｂ）の整合回路３において、第１スイッチＳＷ_１及び第２スイッチＳＷ_２を切り替えると、ＬＣ共振回路のキャパシタンスが変化する。第１スイッチＳＷ_１をオンにしたときと、第２スイッチＳＷ_２をオンにしたときでＬＣ共振回路の共振周波数を変化させることができる。このように、第２コイル１２に対する第１キャパシタＣ_１及び第２キャパシタＣ_２の接続状態を変化させることでＬＣ共振回路の共振周波数を変化させることができ、これにより第２コイル１２に流れる電流位相を変化させることができる。

本実施態様によるワイヤレス電力伝送デバイス１００は、第１コイル１１に対する受電コイルの位置ずれの程度に応じて第２コイル１２を含むＬＣ共振回路の共振状態を変化させることを特徴とする。以下、ワイヤレス電力伝送デバイス１００の動作について詳細に説明する。

図５（ａ）及び（ｂ）は、受電コイル２１が第１コイル１１の中心付近にあるときのワイヤレス電力伝送デバイス１００の動作説明図である。また、図６（ａ）及び（ｂ）は、受電コイル２１が第１コイル１１の中心から外れた位置にあるときのワイヤレス電力伝送デバイス１００の動作説明図である。

図５（ａ）に示すように、受電コイル２１が第１コイル１１の中心付近にあるときには、第２コイル１２に流れる電流Ｉ_２の位相が第１コイル１１に流れる電流Ｉ_１と同相となるように、第１スイッチＳＷ_１及び第２スイッチＳＷ_２を制御する。これにより、図５（ｂ）に示すように第２コイル１２に流れる電流Ｉ_２の向きが第１コイル１１に流れる電流Ｉ_１の向きと同じになり、第２コイル１２から発生する磁束の向きは第１コイル１１から発生する磁束の向きと同じになるので、第１コイル１１の中心付近の磁束密度は大きくなる。したがって、第１コイル１１の中心付近に配置された受電コイル２１に対して電力を効率よく供給することができる。

一方、図６（ａ）に示すように、受電コイル２１が第１コイル１１の中心から外れた位置にあるときには、第２コイル１２に流れる電流Ｉ_２の位相が第１コイル１１に流れる電流Ｉ_１と逆相となるように、第１スイッチＳＷ_１及び第２スイッチＳＷ_２を制御する。これにより、図６（ｂ）に示すように第２コイル１２に流れる電流Ｉ_２の向きが第１コイル１１に流れる電流のＩ_１の向きと逆になり、第２コイル１２から発生する磁束の向きは第１コイル１１から発生する磁束の向きと逆になるので、第１コイル１１の中心付近の磁束密度は小さくなる。

これに対し、第２コイル１２のＸ方向の両側においては、第１コイル１１の一部と第２コイル１２の一部の組み合わせによる電流ループＩ_３が形成され、第１コイル１１の長手方向の両端部の磁束密度が大きくなる。このように、第１コイル１１と第２コイル１２の電流位相差を大きくした場合には、たとえ第１コイル１１の中心部に第２コイル１２が設けられていたとしても、第１コイル１１の長手方向の両端部に磁束を集中させることができる。したがって、第１コイル１１の中心から外れた配置された受電コイル２１に対して電力を効率よく供給することができる。

第２コイル１２に接続されるキャパシタの容量は、例えば、第１スイッチＳＷ_１及び第２スイッチＳＷ_２を実際に切り替えたときの受電コイル２１側の受電レベルに基づいて決定することができる。すなわち、第１スイッチＳＷ_１及び第２スイッチＳＷ_２のオンオフ状態の組み合わせを試した中で、受電コイル２１の受電レベルが最大となったときのキャパシタの容量を採用することができる。ワイヤレス電力伝送システムのＱｉ規格では送電側と受電側との間でデータを送受信する機能を有するので、この通信機能を利用して、受電装置側の受電レベルを送電側にフィードバックすることができる。

以上説明したように、本実施態様によるコイル部品１は、送電コイルとして機能する第１コイル１１と、中継コイルとして機能する第２コイル１２を有し、第１コイル１１の長手方向は第２コイル１２の長手方向と直交しており、第１コイル１１の開口部１１ａは、第２コイル１２の開口部１２ａと重なる開口重複領域１１ａ_１と、開口重複領域１１ａ_１から見て第１コイル１１の長手方向の両側に位置し第２コイル１２と重ならない開口非重複領域１１ａ_２、１１ａ_３を有する。この構成によれば、第１コイル１１の開口サイズを広げたときに生じる第１コイル１１の中央部の磁界強度の低下を補うように第２コイル１２を配置することができる。したがって、広い充電エリアを確保しつつ、第１コイル１１と受電コイル２１との間の磁気結合度を向上させることができる。

また本実施態様によるコイル部品１は、第１キャパシタＣ_１及び第２キャパシタＣ_２と、第２コイル１２と第１キャパシタＣ_１との接続状態を切り替える第１スイッチＳＷ_１と、第２コイル１２と第２キャパシタＣ_２との接続状態を切り替える第２スイッチＳＷ_２をさらに有し、第１スイッチＳＷ_１及び第２スイッチＳＷ_２は第１コイル１１と第２コイル１２との間の電流位相差がゼロ又はゼロに極めて近い第１状態と、第１コイル１１と第２コイル１２との間の電流位相差が１８０度となる第２状態との間で第２コイル１２に接続される第１キャパシタＣ_１及び第２キャパシタＣ_２の接続状態を切り替えるので、受電コイルの位置に合わせて適切な電力供給を行うことができる。

図７は、本開示の第２の実施態様によるコイル部品の構成を示す略平面図である。

図７に示すように、このコイル部品１の特徴は、第２コイル１２がより丸みを帯びた外形を有する点にある。すなわち、第２コイル１２は長円形状を有し、そのコーナー部の曲率半径は、第１コイル１１のコーナー部の曲率半径よりも大きい。その他の構成は第１の実施態様と同様である。

長方形の基板１０上の限られた領域内で第１コイル１１の開口サイズをできるだけ広げるためには、第１コイル１１のコーナー部を角張らせる必要があるが、受電コイル２１に円形コイル（図５（ａ）、図６（ａ）参照）を使用する場合、第２コイル１２が丸みを帯びた形状としたほうが受電コイル２１との相性がよく、第２コイル１２と受電コイル２１との間の磁場分布を整合させることができる。すなわち、第２コイル１２のコーナー部の曲率半径を第１コイル１１のコーナー部よりも大きくし、より丸みを帯びた形状にする場合には、第２コイル１２を介して第１コイル１１と受電コイル２１との間の結合係数を向上させることができる。

第１コイル１１と円形の受電コイル２１との結合度を高めるためには、第２コイル１２の形状はできるだけ円形に近いほうがよく、第２コイル１２の長手方向の両端部のコーナー部は半円形状であってもよい。第２コイル１２の形状をできるだけ円形に近づけることにより、第２コイル１２と受電コイル２１との磁気結合が強くなるため、受電効率を高めることができる。

図８は、本開示の第３の実施態様によるコイル部品の構成を示す略平面図である。

図８に示すように、このコイル部品１の特徴は、第１コイル１１の長手方向（Ｘ方向）の中央部のパターン形成領域が外側に張り出している点にある。すなわち、第１コイル１１の長手方向の中央部には当該第１コイル１１の長手方向の両端部よりも短手方向（Ｙ方向）の幅を拡大させた拡大部１１ｄが設けられている。そのため、開口重複領域１１ａ_１における第１コイル１１の短手方向（Ｙ方向）の外径幅Ｗ_Ｇ'は、開口非重複領域１１ａ_２、１１ａ_３における第１コイル１１の短手方向（Ｙ方向）の外径幅Ｗ_Ｇよりも大きい。また開口重複領域１１ａ_１における第１コイル１１の開口部１１ａの短手方向（Ｙ方向）の幅Ｗ_Ａ'は、開口非重複領域１１ａ_２、１１ａ_３における第１コイル１１の開口部１１ａの短手方向（Ｙ方向）の幅Ｗ_Ａよりも大きい。その他の構成は第２の実施態様と同様である。

本実施態様において、第２コイル１２の開口部１２ａの長手方向（Ｙ方向）の幅Ｗ_Ｂは、開口非重複領域１１ａ_２、１１ａ_３における第１コイル１１の開口部１１ａの短手方向（Ｙ方向）の幅Ｗ_Ａよりも大きく、開口重複領域１１ａ_１における第１コイル１１の開口部１１ａの短手方向（Ｙ方向）の幅Ｗ_Ａ'よりも小さくてもよい。すなわち、開口重複領域１１ａ_１のＹ方向の幅は、開口非重複領域１１ａ_２、１１ａ_３のＹ方向の幅よりも大きくてもよい。これにより、第２コイル１２の開口サイズを広げて受電効率を向上させることができる。なお、第２コイル１２についてはその輪郭だけが示されている。

第１コイル１１の拡大部１１ｄの長手方向（Ｘ方向）の幅Ｗ_Ｄは、第２コイル１２の短手方向（Ｘ方向）の幅Ｗ_Ｃよりも小さくてもよい。第１コイル１１がこのような形状を有することにより、第１コイル１１の中央部において第１コイル１１と受電コイルとの間の結合係数を高めつつ、充電エリアをさらに広げることができる。

第１コイル１１の拡大部１１ｄのＹ方向の拡大幅Ｗ_Ｈは、０．１ｍｍ以上５ｍｍ以下であってもよい。拡大部１１ｄの拡大幅Ｗ_Ｈが０．１ｍｍよりも小さい場合には充電エリアの拡大効果がほとんど得られないからであり、５ｍｍよりも大きい場合には充電エリアが広くなりすぎることで第１コイル１１の中心部での受電効率が低下するおそれがある。

第１コイル１１の中央部に第２コイル１２を設けた場合、第１コイル１１の中央部の磁場が増強されるため、第１コイル１１の長手方向（Ｘ方向）の中央部において短手方向（Ｙ方向）の幅を多少広げても第１コイル１１と受電コイルとの間の結合係数は低下しない。したがって、本実施態様によれば、第２の実施態様の効果に加えて、充電エリアのさらなる拡大を図ることができる。

以上、本開示の好ましい実施態様について説明したが、本開示は、上記の実施態様に限定されることなく、本開示の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であり、それらも本開示の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。

例えば、上記の実施態様においては、第２コイル１２の電流位相を制御する整合回路３が第１キャパシタＣ_１及び第２キャパシタＣ_２を備え、第１スイッチＳＷ_１及び第２スイッチＳＷ_２で切り替えることで第１コイル１１に対する第２コイル１２の電流位相差を変更しているが、整合回路３の構成は特に限定されず、種々の回路構成を採用することができる。また上記実施態様ではスイッチを切り替えて第１コイル１１と第２コイル１２との電流位相差を第１状態のときにはゼロとし、第２状態のときには１８０度としているが、必ずしも電流位相差を１８０度変化させる必要はない。すなわち、第１状態は、第１コイル１１に流れる電流位相と第２コイル１２に流れる電流位相との位相差が第２状態よりも小さければよい。

また、第１コイル１１及び第２コイル１２を基板１０上に設けられた平面スパイラル導体パターンで構成する場合、導体パターンと基板１０との間に導電性樹脂などの他の部材を介して設けられていてもよい。

本開示に係る技術には、以下の構成例が含まれるが、これに限定されるものではない。

本開示によるコイル部品は、平面形状が長手方向を有する第１コイルと、平面形状が長手方向を有し、前記第１コイルから絶縁分離された第２コイルを有し、前記第１コイルの長手方向は前記第２コイルの長手方向と直交しており、前記第１コイルの開口部は、前記第２コイルの開口部と重なる開口重複領域と、前記第１コイルの長手方向において前記第２コイルの両側に位置し前記第２コイルと重ならない開口非重複領域を有する。本開示によれば、第１コイルの中央の結合が弱い部分を補うように第２コイルを配置することができる。

本開示によるコイル部品は、複数のキャパシタと、前記第２コイルと前記複数のキャパシタとの接続を切り替えるスイッチをさらに有し、前記スイッチは、第１状態と、前記第１状態よりも前記第２コイルに接続されるキャパシタ容量が多い第２状態を切り替え、前記第１状態は、前記第１コイルに流れる電流位相と前記第２コイルに流れる電流位相との位相差が前記第２状態よりも小さくてもよい。第１コイルと第２コイルの電流位相差が小さい第１状態を採用した場合には、第１コイルと当該第１コイルの中央部に置かれた受電コイルとの間の結合係数を高めることができる。また、第１コイルと第２コイルの電流位相差が大きい第２状態を採用した場合には、第２コイルの両側に電流ループが形成され、第１コイルの長手方向の両端部において受電コイルとの間の磁気結合が強まるので、第１コイルと当該第１コイルの中央部からずれた位置に置かれた受電コイルとの間の結合係数を高めることができる。さらに、第２コイルは電流量が多いため、スイッチの切り替えによるキャパシタの寄生抵抗の変化の影響を小さくすることができる。

本開示において、前記開口重複領域における前記第１コイルの短手方向の幅（Ｗ_Ａ'）は、前記開口非重複領域における前記第１コイルの短手方向の幅（Ｗ_Ａ）よりも大きくてもよい。これにより、第１コイルと当該第１コイルの中央部に置かれた受電コイルとの間の磁気結合の向上を図りつつ、充電エリアを拡大することができる。

本開示において、前記第２コイルの最内周ターンから最外周ターンまでの径方向の幅（Ｗ_Ｆ）は、前記第１コイルの最内周ターンから最外周ターンまでの径方向の幅（Ｗ_Ｅ）よりも小さくてもよい。第２コイルのパターン形成領域の幅を小さくすることで充電エリア内のデッドポイントを抑制することができる。

本開示において、前記第２コイルの開口部の長手方向の幅（Ｗ_Ｂ）は、前記第１コイルの開口部の短手方向の幅（Ｗ_Ａ）よりも小さくてもよい。第２コイルの開口部が第１コイルのパターン形成領域と重ならないことにより、第２コイルによる磁気結合の改善効果が期待される領域を無駄にすることなく、第１コイルの中央部の磁気結合を高めることができる。

本開示において、前記第１コイルの長手方向の中央部には当該第１コイルの短手方向の幅を拡大させた拡大部が設けられており、前記第２コイルの短手方向の外形幅（Ｗ_Ｃ）は、前記第１コイルの長手方向に沿った前記拡大部の幅（Ｗ_Ｄ）よりも大きくてもよい。これにより、第１コイルの中央部における磁気結合をさらに高めることができる。

本開示において、前記第２コイルの厚さ（ｔ_２）は、前記第１コイルの厚さ（ｔ_２）よりも小さくてもよい。これにより、電力伝送特性を低下させることなく、コイル部品の薄型化を図ることができる。

本開示において、前記第２コイルの厚さ（ｔ_２）は、前記第１コイルの厚さ（ｔ_１）の１／４以下であってもよい。これにより、コイル部品をより薄型化できる。

本開示において、前記第２コイルのコーナー部の曲率半径は、前記第１コイルのコーナー部の曲率半径よりも大きくてもよい。これにより、第２コイルを介して第１コイルと当該第１コイルの中央部に置かれた受電コイルとの間の磁気結合をさらに高めることができる。

また、本開示によるワイヤレス電力伝送デバイスは、コイル部品と、前記コイル部品に接続された送電回路とを備え、前記コイル部品は、平面形状が長手方向を有する第１コイルと、平面形状が長手方向を有し、前記第１コイルから絶縁分離された第２コイルを有し、前記第１コイルの長手方向は前記第２コイルの長手方向と直交しており、前記第１コイルの開口部は、前記第２コイルの開口部と重なる開口重複領域と、前記開口重複領域から見て前記第１コイルの長手方向の両方の外側に位置し、前記第２コイルの開口部と重ならない開口非重複領域を有し、前記送電回路は、前記第１コイルに交流電力を供給することを特徴とする。本開示によれば、第１コイルの中央の結合が弱い部分を補うように第２コイルを配置することができる。

１ コイル部品
２ 送電回路
３ 整合回路
１０ 基板
１０Ａ 第１シート
１０Ｂ 第２シート
１０Ｃ 接着層
１１ 第１コイル
１１ａ 第１コイルの開口部
１１ａ_１ 開口重複領域
１１ａ_２、１１ａ_３ 開口非重複領域
１１ｄ 拡大部
１２ 第２コイル
１２ａ 第２コイルの開口部
２１ 受電コイル
１００ ワイヤレス電力伝送デバイス
Ｃ_１ 第１キャパシタ
Ｃ_２ 第２キャパシタ
Ｃ_３ 第３キャパシタ
ＳＷ_１ 第１スイッチ
ＳＷ_２ 第２スイッチ
Ｒ_１ 寄生抵抗

Claims (10)

1. 平面形状が長手方向を有する第１コイルと、
   平面形状が長手方向を有し、前記第１コイルから絶縁分離された第２コイルを有し、
   前記第１コイルの長手方向は前記第２コイルの長手方向と直交しており、
   前記第１コイルの開口部は、
   前記第２コイルの開口部と重なる開口重複領域と、
   前記第１コイルの長手方向において前記第２コイルの両側に位置し前記第２コイルと重ならない開口非重複領域を有するコイル部品。
2. 複数のキャパシタと、
   前記第２コイルと前記複数のキャパシタの接続を切り替えるスイッチをさらに有し、
   前記スイッチは、第１状態と、前記第１状態よりも前記第２コイルに接続されるキャパシタ容量が多い第２状態を切り替え、
   前記第１状態は、前記第１コイルに流れる電流位相と前記第２コイルに流れる電流位相との位相差が前記第２状態よりも小さい、請求項１に記載のコイル部品。
3. 前記開口重複領域における前記第１コイルの短手方向の幅は、前記開口非重複領域における前記第１コイルの短手方向の幅よりも大きい、請求項１に記載のコイル部品。
4. 前記第２コイルの最内周ターンから最外周ターンまでの径方向の幅は、前記第１コイルの最内周ターンから最外周ターンまでの径方向の幅よりも小さい、請求項１に記載のコイル部品。
5. 前記第２コイルの開口部の長手方向の幅は、前記第１コイルの開口部の短手方向の幅よりも小さい、請求項１に記載のコイル部品。
6. 前記第１コイルの長手方向の中央部には当該第１コイルの短手方向の幅を拡大させた拡大部が設けられており、
   前記第２コイルの短手方向の外形幅は、前記第１コイルの長手方向に沿った前記拡大部の幅よりも大きい、請求項１に記載のコイル部品。
7. 前記第２コイルの厚さは、前記第１コイルの厚さよりも小さい、請求項１に記載のコイル部品。
8. 前記第２コイルの厚さは、前記第１コイルの厚さの１／４以下である、請求項１に記載のコイル部品。
9. 前記第２コイルのコーナー部の曲率半径は、前記第１コイルのコーナー部の曲率半径よりも大きい、請求項１に記載のコイル部品。
10. 請求項１乃至９のいずれか一項に記載のコイル部品と、
    前記コイル部品に接続された送電回路とを備えるワイヤレス電力伝送デバイス。

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