JP2014220953A - コイル装置と非接触充電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】接続信頼性が高いコイル装置と非接触充電装置を提供する。
【解決手段】コイル装置１１は、同一面上にスパイラル形状に巻かれた導線からなる給電側又は受電側の非接触充電装置用のコイル１２と、コイル１２とは対面して設けられる表面１３ａ、及び表面１３ａとは反対側の裏面１３ｂを有する基板１３と、コイル１２の導線が外部へ引き出された一対の引き出し線１２ａ，１２ｂと、一対の引き出し線１２ａ，１２ｂのそれぞれに固定された端子１６とを備えている。引き出し線１２ａ，１２ｂは、受電側又は給電側のコイルと対面する側から基板１３の裏面１３ｂ側に向けて巻き込むように折り返し可能な長さを有するとともに、端子１６が受電側又は給電側のコイルに向けて基板１３に差し込み固定されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、非接触で電力を伝送するためのコイル装置と非接触充電装置に関する。

非接触で電力を伝送する従来の非接触充電装置の一例としては、例えば充電側に設けた空芯コイルを搭載する空芯コイル搭載用の回路基板が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

上記特許文献１に記載された従来の回路基板は、環状に巻回してなる空芯コイルの巻き始めのリード線及び巻き終わりのリード線を基板上面側から両側縁辺部を介して基板底面側に通す二箇所の切欠き溝と、その切欠き溝を介して基板底面側に延長された２本のリード線を仮固定するための係止片とを備えている。この切欠き溝及び係止片の間に設けられた基板底面側の２つのランド面のそれぞれに各々のリード線を直接半田付けすることで、空芯コイルがランド面に電気的に接続されている。

特開２００２−５７４１５号公報

上記従来の回路基板及び空芯コイルの接続は、半田付けによる直接接続に依存している。そのため、上記従来の回路基板を車載用の非接触充電装置に用いた場合は、車両走行中においてリード線が振動や衝撃などによって揺れ動くことで、その半田付け部分に応力が加わり、クラックが発生し、断線してしまう場合があるという問題点があった。

従って、本発明の目的は、接続信頼性が高いコイル装置と非接触充電装置を提供することにある。

［１］本発明は、同一面上にスパイラル形状に巻かれた導線からなる給電側又は受電側の非接触充電装置用のコイルと、前記コイルとは対面して設けられる表面、及び前記表面とは反対側の裏面を有する基板と、前記コイルの前記導線が外部へ引き出された一対の引き出し線と、前記一対の引き出し線のそれぞれに固定された端子と、を備えており、前記引き出し線は、前記受電側又は給電側のコイルと対面する側から前記基板の裏面側に向けて巻き込むように折り返し可能な長さを有するとともに、前記端子が前記受電側又は給電側のコイルに向けて前記基板に差し込み固定されてなることを特徴とするコイル装置にある。

［２］上記［１］記載の前記端子は、前記基板の前記表面側に向けた状態で前記基板と半田付けして接合される半田接合部を有してなることを特徴とする。

［３］上記［１］又は［２］記載のコイル装置は、前記コイルを搭載する磁性部材と、前記磁性部材が前記コイルを搭載する面とは反対側の面及び前記基板の間に搭載される磁気シールド部材とを備えてなることを特徴とする。

［４］本発明は更に、上記［１］〜［３］のいずれかに記載のコイル装置を用いて構成されてなることを特徴とする給電側の非接触充電装置にある。

［５］本発明にあっては更に、上記［１］〜［３］のいずれかに記載のコイル装置を用いて構成されてなることを特徴とする受電側の非接触充電装置が提供される。

本発明によると、コイルと基板との接続信頼性を向上させることができる。

本発明の代表的な実施の形態に係るコイル装置を用いた非接触充電装置を説明するための模式図である。 実施の形態に係るコイル装置を説明するための模式図である。 （ａ）は実施の形態に係るコイル装置を表面側からみた平面模式図であり、（ｂ）はコイル装置を裏面側からみた平面模式図である。 実施の形態に係るコイル装置の接続構造を説明するための模式図である。 従来のコイル装置の接続構造を説明するための模式図である。

以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて具体的に説明する。なお、この実施の形態に係る図においては、非接触充電装置を構成する部材の比率は実際のものとは異なり、誇張して示している。

（非接触充電装置の構成）
図１において、全体を示す符号１は、この実施の形態に係る充電システムの構成を概略的に示している。この充電システム１は、例えば外部電源からの電力を用いて、車両用機器、家庭用機器や携帯端末機器などに搭載されたバッテリに充電する場合に適用される非接触型の充電システムである。

この充電システム１は、図１に示すように、給電側に設けた一次側非接触充電装置１０と、受電側に設けた二次側非接触充電装置２０とにより構成されている。一次側非接触充電装置１０の一次側コイル装置１１の送電コイル１２と二次側非接触充電装置２０の二次側コイル装置２１の受電コイル２２との間に生じる電磁誘導作用を利用することで、一次側非接触充電装置１０から二次側非接触充電装置２０に非接触で充電が行われる。

この一次側コイル装置１１は、図１に示すように、平面状の送電コイル１２と回路基板１３とを備えている。この一次側コイル装置１１は更に、送電コイル１２に設けられた磁性部材１４と、その磁性部材１４が送電コイル１２を搭載する面とは反対側の面に設けられた磁気シールド部材１５とを備えている。

この送電コイル１２、磁性部材１４、及び磁気シールド部材１５を互いに貼り合わせて積層することで、図１に示すように、磁気シールド部材１５の一面側が回路基板１３に搭載されており、これらの部材が一次側コイル装置１１の構成部品として構成されている。

一方の二次側コイル装置２１は、図１に示すように、一次側コイル装置１１と同様に、受電コイル２２、回路基板２３、磁性部材２４、及び磁気シールド部材２５を備えている。

（コイル装置の構成）
図示例にあっては、一次側コイル装置１１を二次側コイル装置２１に適用することができる。従って、以下の説明においては、一次側コイル装置１１について説明する。

図２〜図４を参照すると、これらの図には、この実施の形態に係る典型的な一次側コイル装置１１の構成が模式的に示されている。

この回路基板１３には、一次側非接触充電装置１０から二次側非接触充電装置２０へ非接触で充電するための各種の電子部品２が搭載されている。回路基板１３の材質は、例えば樹脂やセラミックス等の絶縁性基板からなる。

この一次側コイル装置１１の送電コイル１２は、図２〜図４に示すように、同一面上にスパイラル形状に巻かれた導線からなり、導線の内端側から外部へ引き出された内端引き出し線１２ａと導線の外端側から外部へ引き出された外端引き出し線１２ｂとを有している。

この送電コイル１２としては、例えばエナメル線等の複数本の素線を撚り合わせたリッツ線が用いられる。送電コイル１２の形状としては、例えば円形、楕円形、矩形や多角形などの各種のスパイラル形状であってもよいことは勿論である。

この送電コイル１２の内端引き出し線１２ａと外端引き出し線１２ｂとのそれぞれの先端部には、図２〜図４に示すように、プラス電極又はマイナス電極となるピン状のボードイン端子１６（以下、単に「端子１６」ともいう。）が固定されている。この端子１６は、金属板を曲げ加工と打抜き加工を施すことで一体的に形成されており、応力吸収部となる機械的接合部１６ａと、導通部となる半田接合部１６ｂとに分離された構成を備えている。

この端子１６の機械的接合部１６ａは、図４に示すように、送電コイル１２の引き出し線１２ａ，１２ｂをカシメ固定する部分であり、半田接合部１６ｂの半田３による電気接続状態を保障する。この半田接合部１６ｂは、引き出し線１２ａ，１２ｂをカシメ固定することで回路基板１３に貫通して形成されたスルーホール１３ｃに挿入される部分であり、引き出し線１２ａ，１２ｂと回路基板１３とを導通させる。

この回路基板１３のスルーホール１３ｃから突出した端子１６の半田接合部１６ｂに半田３を付与することで、送電コイル１２が回路基板１３の図示しない配線に半田３を介して電気的に接続される。この端子１６の半田接合部１６ｂに対応する引き出し線１２ａ，１２ｂに半田３を付与することで、半田３による固定の際には引き出し線１２ａ，１２ｂの素線束の中に半田３を溶融させて染み込ませることから、半田付け性を高めることができる。

この端子１６は、機械的接合部１６ａとは異なる部位に半田接合部１６ｂを有することから、送電コイル１２の半田付け部分に加わる局部的な応力を軽減することができるようになり、半田３にクラックが発生することを防止することができる。よって、導通の信頼性が確保される。

一方、磁性部材１４は、送電コイル１２で発生する磁束が通る磁路を形成するものであり、送電コイル１２と受電コイル２２との間に磁路を形成する入出力領域となっている。磁性部材１４の材質としては、例えばフェライト軟磁性材や金属軟磁性材等の軟磁性材が用いられる。

この磁性部材１４に貼り付け固定された磁気シールド部材１５は、放熱機能と磁気シールド機能を有する放熱・磁気シールドからなり、磁性部材１４及び磁気シールド部材１５を介して送電コイル１２の発熱が放熱される。磁気シールド部材１５の材質としては、熱伝導性に優れた金属材料が好適であり、例えばアルミニウムや銅等の非磁性材料が用いられる。

この磁気シールド部材１５により、磁性部材１４で吸収されなかった余分な磁束が遮られる。磁気シールド部材１５としては、例えば回路基板１３に形成された半田４を介して、回路基板１３に形成された図示しないグランドパターンに導通させることが好適である。

この半田４は、回路基板１３の送電コイル１２と対面する表面１３ａから膨出する凸形状に形成してもよい。半田４により磁気シールド部材１５を回路基板１３に固定することができるとともに、シールド効果を高めることが可能となる。

この一次側非接触充電装置１０は、図４に示すように、非磁性樹脂等からなる外装ケース１７の内部に収容される。この一次側非接触充電装置１０の送電コイル１２の対向面側には、外装ケース１７が配置されており、その外装ケース１７の給電面には、二次側非接触充電装置２０が対向して配置される。

（送電コイルの接続構造）
ところで、送電コイル１２と回路基板１３の接続を半田付けによる直接接続に依存する場合は、上述したように、送電コイル１２の半田付け部分に加わる局部的な応力を軽減することが困難になる。

図示例では、端子１６を介して送電コイル１２と回路基板１３とを接続する構成を採用しているが、回路基板１３に送電コイル１２を強固に固定するためには、端子１６の機械的接合部１６ａにはある程度の高さを確保することで、送電コイル１２を端子１６に固定することが肝要である。

しかしながら、この送電コイル１２の対向面には、図５に示すように、外装ケース１７が配置される。そのため、端子１６の高さを高くするとともに、回路基板１３の送電コイル１２と対面する表面１３ａから電子部品２の搭載面となる裏面１３ｂ側に向けて回路基板１３のスルーホール１３ｃに端子１６を差し込み固定する接続構造を採用すると、その端子１６が外装ケース１７に収容される際の妨げとなる。

その結果、外装ケース１７の高さを端子１６の高さよりも高く形成することが必要となり、一次側コイル装置１１の送電コイル１２と二次側コイル装置２１の受電コイル２２との間を充電可能な所定の距離をもって配置することは困難になる。

従って、この実施の形態に係る一次側コイル装置１１は、端子１６と外装ケース１７との相互干渉を防止することを可能とし、充電可能な所定の距離を確保することができる送電コイル１２の接続構造を主要な構成としている。

この実施の形態によれば、送電コイル１２の内端引き出し線１２ａと外端引き出し線１２ｂとは、図２〜図４に示すように、受電コイル２２と対面する側にあって回路基板１３の送電コイル１２と対面する表面１３ａから側縁辺部を介して電子部品２の搭載面となる裏面１３ｂ側に巻き込むように折り返し可能な長さを有する。

この内端引き出し線１２ａと外端引き出し線１２ｂの端子１６，１６のそれぞれは、図２〜図４に示すように、回路基板１３の電子部品２の搭載面となる裏面１３ｂから送電コイル１２と対面する表面１３ａ側に向けて回路基板１３のスルーホール１３ｃに差し込み固定する接続構造としている。これにより、回路基板１３の半田付け面は、回路基板１３の送電コイル１２と対面する側に設定されることになる。

この端子１６は、回路基板１３の表面１３ａを上方に向けた状態で回路基板１３のスルーホール１３ｃから表面１３ａ側へ突出した半田接合部１６ｂを半田付けすることで回路基板１３の配線と電気的に接続される。回路基板１３から突出する高さが機械的接合部１６ａよりも小さい半田接合部１６ｂを回路基板１３の外装ケース１７と対向する表面１３ａ側に配置することで、端子１６と外装ケース１７との相互干渉を防止することができるとともに、二次側コイル装置２１の受電コイル２２に対して充電可能な所定の距離を確保することができる。

（一次側コイル装置の取付）
この一次側コイル装置１１の送電コイル１２を回路基板１３に取り付ける作業は、例えば端子載置工程、半田塗布工程、半田溶融工程、及び基板貼付工程等を経て行われる。

この一次側コイル装置１１の取付作業にあたっては、先ず、送電コイル１２、磁性部材１４及び磁気シールド部材１５を互いに貼り合わせて積層し、この送電コイル１２の内端引き出し線１２ａ及び外端引き出し線１２ｂのそれぞれの先端部にカシメ固定した端子１６を備えた一次側コイル装置１１の構成部品を準備しておく。

次に、送電コイル１２の端子１６の半田接合部１６ｂを回路基板１３の電子部品２の搭載面となる裏面１３ｂから回路基板１３のスルーホール１３ｃに挿入して位置決め固定する。次に、この回路基板１３及び送電コイル１２の表裏面を反転させ、回路基板１３の送電コイル１２と対面する表面１３ａを上方に向けた状態で図示しない治具にセットする。

次に、回路基板１３の表面１３ａに突出した端子１６の半田接合部１６ｂに半田ペーストをロボット塗布する。続いて、回路基板１３の配線と端子１６の半田接合部１６ｂとをロボット半田付けする。

そして、送電コイル１２の内端引き出し線１２ａ及び外端引き出し線１２ｂを回路基板１３の裏面１３ｂから側縁辺部を介して表面１３ａ側に巻き込むように折り返し、回路基板１３の表面１３ａに送電コイル１２の磁気シールド部材１５を貼り付けて固定する。これにより、一次側コイル装置１１の取付作業が終了する。このように、一次側コイル装置１１の取付作業効率を簡単な工程で向上させることができるようになる。

（実施の形態の効果）
上記のように構成された一次側コイル装置１１は、回路基板１３に端子１６を差し込む方向が回路基板１３の送電コイル１２と対面する表面１３ａとは反対側の裏面１３ｂから受電コイル２２と対面する側に向かう構成となっており、回路基板１３から突出する高さが機械的接合部１６ａよりも小さい半田接合部１６ｂを回路基板１３の外装ケース１７と対向する表面１３ａ側に配置することから、上記効果に加えて以下の効果が得られる。

（１）一次側コイル装置１１の外装ケース１７と対向する側の低背化が可能となる。
（２）ボードイン端子の構成を設計変更することなく、既存構成の端子を用いることができるので、コストの高騰を抑えることができる。
（３）送電コイル１２及び回路基板１３における接続部における接続信頼性と耐クラック性を向上させることができる。

［変形例］
本発明のコイル装置１１，２１と非接触充電装置１０，２０とを上記実施の形態及び図示例に基づいて説明したが、本発明は上記実施の形態及び図示例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の態様において実施することが可能である。本発明にあっては、コイル装置１１，２１のコイル１２，２２の数は、非接触充電装置１０，２０の充電可能な範囲等に応じて適宜に設定することができるものであり、１個に限られるものではないことは勿論である。

以上の説明からも明らかなように、上記実施の形態、変形例、及び図示例の中で説明した特徴の組合せの全てが本発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。

１…充電システム、２…電子部品、３，４…半田、１０…一次側非接触充電装置、１１…一次側コイル装置、１２…送電コイル、１２ａ…内端引き出し線、１２ｂ…外端引き出し線、１３，２３…回路基板、１３ａ…表面、１３ｂ…裏面、１３ｃ…スルーホール、１４，２４…磁性部材、１５，２５…磁気シールド部材、１６…端子、１６ａ…機械的接合部、１６ｂ…半田接合部、１７…外装ケース、２０…二次側非接触充電装置、２１…二次側コイル装置、２２…受電コイル

Claims (5)

1. 同一面上にスパイラル形状に巻かれた導線からなる給電側又は受電側の非接触充電装置用のコイルと、
   前記コイルとは対面して設けられる表面、及び前記表面とは反対側の裏面を有する基板と、
   前記コイルの前記導線が外部へ引き出された一対の引き出し線と、
   前記一対の引き出し線のそれぞれに固定された端子と、
   を備えており、
   前記引き出し線は、前記受電側又は給電側のコイルと対面する側から前記基板の裏面側に向けて巻き込むように折り返し可能な長さを有するとともに、前記端子が前記受電側又は給電側のコイルに向けて前記基板に差し込み固定されてなることを特徴とするコイル装置。
2. 前記端子は、前記基板の前記表面側に向けた状態で前記基板と半田付けして接合される半田接合部を有してなることを特徴とする請求項１記載のコイル装置。
3. 前記コイルを搭載する磁性部材と、前記磁性部材が前記コイルを搭載する面とは反対側の面及び前記基板の間に搭載される磁気シールド部材とを備えてなることを特徴とする請求項１又は２記載のコイル装置。
4. 上記請求項１〜３のいずれかに記載のコイル装置を用いて構成されてなることを特徴とする給電側の非接触充電装置。
5. 上記請求項１〜３のいずれかに記載のコイル装置を用いて構成されてなることを特徴とする受電側の非接触充電装置。

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