CN102741954B - 非接触充电装置用的磁气回路、供电装置、受电装置、及非接触充电装置 - Google Patents

非接触充电装置用的磁气回路、供电装置、受电装置、及非接触充电装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种非接触充电装置用磁气回路，该非接触充电装置用磁气回路具备：线圈、在所述线圈的后面侧所配置的线圈支架、在所述线圈支架的孔而经由面内方向及/或厚度方向的磁隙所配置的磁吸附装置。

Description

非接触充电装置用的磁气回路、供电装置、受电装置、及非接触充电装置
技术领域
本发明涉及电力传送效率几乎不降低而相对于供电装置的一次线圈使受电装置的二次线圈能够可靠地定位的非接触点充电装置、及用于其的磁气回路、供电装置及受电装置。 
背景技术
近年来，手机等小型信息通信设备的高性能化及高功能化进展，另外，也要求Web终端及音乐播放器等长时间的连续使用。这些小型信息通信设备或电子设备中，作为电源使用锂离子电池等二次电池。 
二次电池的充电方法有接触充电方式和非接触充电方式。接触充电方式是使受电装置的电极和供电装置的电极直接接触进行充电的方式，构成简单，所以目前被广泛采用，但需要与受电装置的电极形状吻合的连接插头和充电器。非接触充电方式是供电装置及受电装置两方具有线圈且利用电磁感应进行电力传送的方式。非接触充电方式中，不需要用于使供电装置和受电装置直接接触的电极，因此，可以用相同的供电装置对不同的受电装置进行充电。另外，非接触充电方式中，由于不使用可能会腐蚀的电极，所以能够稳定地进行电力的受供电的优点存在。 
非接触充电装置中，一次线圈中产生的磁通经由供电装置和受电装置的壳体在二次线圈中产生电动势。为提高电力传送效率，在一次线圈及二次线圈的后面设置防止充电中从线圈产生的磁通的泄漏的线圈支架。泄漏磁通流过其它零件或金属部件时，因涡电流而引起发热，但线圈支架作为抑制该发热的磁屏蔽材料起作用。例如特开平11-176677号中公开有在二次线圈和电路零件之间具备铁素体磁芯的非接触充电装置。 
在空芯的一次线圈及二次线圈的情况下，以得到高的电力传送效率的方式尽可能以宽的面积进行重叠，因此，需要使两者的中心轴一致。例如特开平11-176677号中记载有如果两线圈的中心轴错开半径量，则传送 电力成为零。为向供电装置可靠地定位受电装置，有将供电装置的壳体与受电装置的壳体嵌合的方式。但是，该方式中，供电装置需要具有与各受电装置相对应的供电面，相对于各种受电装置不能共用供电装置。 
特开2008-301553号中公开有一种装置，是对手机等被充电设备以非接触式进行充电的装置，在壳体内具备一次线圈的托架具有拥有可以以充裕空间载置被充电设备的面积的大致平板状的载置部，在載置部中与一次线圈的中心相对应的部分设有包含容许范围标记的镜面部，以表示被充电设备的二次线圈的中心位置的中心标记与载置部的容许范围标记相一致的方式将中心标记映射于镜面部，同时将被充电设备定位于载置部上。但是，该装置中，需要在各被充电设备中预先设置中心标记，在设计上不优选，而且使两标记一致的作业在黑暗的地方不能进行的不便存在。 
特开2009-159677号中公开有一种非接触充电适配器，其在供电装置的供电面及充电装置的充电面的背侧分别安装永久磁铁，且具有用于按照一次线圈和二次线圈的中心轴相一致的方式利用磁气吸附将两者进行定位的安装装置。安装装置由以沿装置的外周环状延伸的方式组合的细的L字型的两个永久磁铁构成。两装置均具有配置于线圈的外侧的环状的永久磁铁，因此，当在线圈的背面设置线圈支架时，从永久磁铁产生的磁通容易流过内侧的线圈支架，接近永久磁铁的线圈支架的部分容易磁饱和。磁饱和的线圈支架部分的磁导率大幅降低，因此，不能充分得到作为磁轭的功能，电力传送效率降低。而且，难以通过稀土类磁铁制作细的L字型的永久磁铁，另外，手操作容易破坏。另外，在利用例如橡胶磁铁制作细的L字型的永久磁铁时，磁力不充分，不能得到足够的定位精度。 
发明内容
因此，本发明的目的在于，提供几乎不降低电力传送效率而相对于供电装置的一次线圈能够可靠地定位受电装置的二次线圈且具有优异的实用性的非接触充电装置、及用于其的磁气回路、供电装置及受电装置。 
本发明的非接触充电装置用磁气回路的特征在于，具备：线圈、配置于所述线圈的后面侧的线圈支架、经由面内方向及/或厚度方向的磁隙配置于所述线圈支架的孔的磁吸附装置。 
优选的是，所述线圈支架为具有中央孔的环形板状，所述磁吸附装置同轴配置于所述线圈支架的中央孔内。 
优选的是，所述磁吸附装置的前面为与所述线圈的前面同高度。即，优选的是，所述磁吸附装置及所述线圈配置于尽可能接近平坦的供电面及充电面。 
优选的是，所述磁吸附装置的至少一部分从面内方向观察时，进入所述线圈支架的中央孔。 
优选的是，所述线圈支架由利用辊急冷法制造的厚度100μm以下的至少一层软磁性合金片构成，所述软磁性合金片的总厚为200μm以下。 
优选的是，所述磁吸附装置由圆板状永久磁铁和具有承受所述圆板状永久磁铁的凹部的具有圆形的帽形状的磁轭部件构成，所述圆板状永久磁铁位于前面侧。 
本发明的非接触充电装置用供电装置的特征在于，具有所述磁气回路。 
本发明的非接触充电装置用受电装置的特征在于，具有所述磁气回路。 
本发明的非接触充电装置的特征在于，具备具有所述磁气回路的供电装置和具有所述磁气回路的受电装置。 
本发明的非接触充电装置用磁气回路，磁吸附装置经由磁隙同轴配置于环形板状的线圈支架的中央孔内，因此，为简单的构造，并且能够抑制电力传送效率的降低，并且能够可靠地对供电装置的一次线圈的中心轴定位受电装置的二次线圈的中心轴。另外，本发明的非接触充电装置具有在线圈支架的中央孔的中心配置有小的磁吸附装置的构造，因此，具有优异的实用性，相对于各种受电装置能够由一个供电装置对应。具有这种特征的本发明的非接触充电装置适合手机、便携音乐播放器、便携信息终端、小型计算机、搭载电子电路的手表等小型便携电子制品、或电动牙刷、遥控器等小型电子制品等。 
附图说明
图1是表示本发明的非接触充电装置之一例的概略剖面图； 
图2是表示图1的非接触充电装置的供电装置的构成的局部剖面平面图； 
图3是表示用于本发明的非接触充电装置的供电装置之一例的分解立体图； 
图4是表示用于本发明的非接触充电装置的受电装置之一例的分解立体图； 
图5(a)是表示磁吸附装置和线圈支架的位置关系之一例的局部概略剖面图； 
图5(b)是表示磁吸附装置和线圈支架的位置关系的其它例的局部概略剖面图； 
图5(c)是表示磁吸附装置和线圈支架的位置关系的再其它例的局部概略剖面图； 
图5(d)是表示磁吸附装置和线圈支架的位置关系的再其它例的局部概略剖面图； 
图5(e)是表示磁吸附装置和线圈支架的位置关系的再其它例的局部概略剖面图； 
图5(f)是表示磁吸附装置和线圈支架的位置关系的再其它例的局部概略剖面图； 
图6(a)表示是磁吸附装置之一例的剖面图； 
图6(b)是表示磁吸附装置的其它例的剖面图； 
图6(c)是表示磁吸附装置的再其它例的剖面图； 
图6(d)是表示磁吸附装置的再其它例的剖面图； 
图7是表示本发明的非接触充电装置的其它例的概略剖面图； 
图8是表示实施例2中用于磁场解析的非接触充电装置的概略剖面图； 
图9是表示磁吸附装置的外径和线圈支架内的磁通密度的关系的图表； 
图10是表示实施例3中用于电力传送效率的测定的非接触充电装置的概略剖面图； 
图11是图10的局部放大图； 
图12是表示在电力传送效率的测定所使用的电路的框图； 
图13是表示磁隙和电力传送效率的关系的图表； 
图14是表示距线圈支架的中心的距离和线圈支架内的磁通密度的关系的图表； 
图15是表示非接触充电装置的电路之一例的框图。 
具体实施方式
可应用本发明的非接触充电装置，具有图15所示的电路构成。供电装置20具备：供给交流电流的供电部21；为将交流电流整流为直流电流而与供电部21连接的整流电路22；输入直流电流并变换成规定频率的高频电流的开关电路23；以流过高频电流的方式与开关电路23连接的一次线圈201；以在与开关电路23同频率下共振的方式与一次线圈201并联连接的共振用电容器26；与开关电路23连接的控制电路24；与控制电路24连接的控制用一次线圈25。控制电路24基于由控制用一次线圈25得到的感应电流来控制开关电路23的动作。 
受电装置30具备：接受从一次线圈201产生的磁通的二次线圈301；与二次线圈301连接的整流电路32；与整流电路32连接的二次电池33；根据二次电池33的电压检测蓄电状态而与二次电池33连接的电池控制电路34；与电池控制电路34连接的控制用二次线圈35。在二次线圈301上也可以并联连接共振用电容器(未图示)。被整流的电流除被蓄电于二次电池33外，还可以用于电子电路或驱动部件(未图示)等。电池控制电路34将用于根据二次电池33的蓄电状态进行最佳的充电的信号流过控制用二次线圈35。例如，在二次电池33为全充电的情况下，使该信息的信号流过控制用二次线圈35，经由与控制用二次线圈35电磁结合的控制用一次线圈25将信号传递给供电装置20的控制电路24。控制电路24基于该信号将开关电路23设为OFF。 
图1～图4表示用于非接触充电装置的供电装置20及受电装置30的构造的优选的一例。非接触充电装置由供电装置20和受电装置30构成，供电装置20具有由一次线圈201、磁吸附装置211及线圈支架212构成的磁气回路，受电装置30具有由二次线圈301、磁吸附装置311及线圈支架 312构成的磁气回路。为简便说明，在供电装置20中将一次线圈201、磁吸附装置211及线圈支架212各自的供电面203侧的面称作“前面”，将供电面203的相反侧的面称作“后面”。另外，在受电装置30中将二次线圈301、磁吸附装置311及线圈支架312各自的受电面303侧的面称作“前面”，将受电面303的相反侧的面称作“后面”。另外，将各线圈201、301、磁吸附装置211、311及线圈支架212、312的厚度方向简称为“厚度方向”。 
供电装置20的壳体202利用由薄的非磁性树脂板构成的上壳体202a及下壳体202b构成。上壳体202a的上面构成供电面203，背面为平坦。在上壳体202a的平坦的背面中央部固定有：具有平坦的前面的磁吸附装置211、和以使磁吸附装置211经由磁隙得以同轴(同心圆状)地包围的平面螺旋状的且具有平坦的前面的一次线圈201。在此，“同轴”是指磁吸附装置211的中心轴和一次线圈201的中心轴一致，在两者为圆形的情况下，两者为同心圆。一次线圈201按照为了提高与二次线圈301的电磁结合而尽可能接近供电面203的方式配置。磁吸附装置211和一次线圈201的磁隙优选以实质上一次线圈201不受磁吸附装置211的磁通影响的方式增大。通过将一次线圈201设为平面线圈，可以将磁气回路薄型化，可以使供电装置低高度。也可以由绝缘性树脂模制一次线圈201。 
在一次线圈201的后面，同心圆状邻接有大致覆盖一次线圈201的大小的(具有比一次线圈201的外径大的外径和比一次线圈201的内径小的内径)环形板状的线圈支架212，防止由一次线圈201产生的磁通的泄漏。磁吸附装置211从厚度方向观察时，经由磁隙而同心圆状置于线圈支架212的中央孔。因此，磁吸附装置211也可以相对于线圈支架212同心圆状配置。 
在下壳体202b的内面(图3中的上面)固定有基板218。在由电介质构成的基板218上安装有连接一次线圈201的导线端部的线圈端子27、共振用电容器26、整流电路22、开关电路23等。图2中，将共振用电容器26、整流电路22、开关电路23等统一由207表示。 
图4表示在非接触充电装置所使用的受电装置30之一例。受电装置30的壳体302由具有充电时与供电装置20的供电面203相接的充电面303的薄的平坦的树脂板状的下壳体302a、和具有液晶显示部39等的上壳体 302b构成。在充电面303的平坦的背侧中央固定有：具有平坦的前面的磁吸附装置311、和以使磁吸附装置311经由磁隙得以同心圆状地包围的平面螺旋状的且具有平坦的前面的二次线圈301。二次线圈301在与一次线圈201对向的位置被配置于充电面303附近。磁吸附装置311和二次线圈301的磁隙，优选以实质上二次线圈301不受磁吸附装置311的磁通影响的方式增大。通过将二次线圈301设为平面线圈，可以将磁气回路薄型化，可以使供电装置低高度。也可以由绝缘性树脂模制二次线圈301。 
在二次线圈301的后面，同心圆状地邻接有大致覆盖二次线圈301的大小的(具有比二次线圈301的外径大的外径和比二次线圈301的内径小的内径)环形板状的线圈支架312，防止由二次线圈301产生的磁通的泄漏。从厚度方向观察时，磁吸附装置311经由磁隙而同心圆状地置于线圈支架312的中央孔。因此，磁吸附装置311也可以相对于线圈支架312同心圆状配置。 
在上壳体302b的背面(图4中上面)固定有基板318。在由电介质构成的基板318上，除连接二次线圈301的导线端部的线圈端子37、整流电路32及二次电池33外，根据需要还安置有驱动装置(未图示)等。线圈支架312优选以由从二次线圈301产生的磁通不会泄漏的方式与二次线圈301邻接。基板318和线圈支架312也可以不固定。 
在供电装置20及受电装置30的任一磁气回路中，优选磁吸附装置211、311的前面与线圈201、301的前面为相同高度。即，优选磁吸附装置211、311和传送线圈201、301被配置于平坦的供电面203及充电面303附近。配置于前面侧的二次线圈301容易与一次线圈201电磁结合，得到高的电力传送效率。另外，配置于前面侧的磁吸附装置311相对于供电装置20的磁吸附装置311具有大的吸附力，能够以小的永久磁铁容易且正确地进行供电装置20和受电装置30的定位，能够减少从磁吸附装置311泄漏的磁通量。因此，线圈支架312的磁饱和的范围减小，防止线圈支架312的磁导率的降低，得到高的电力传送效率。 
供电装置20的一次线圈201的卷数也可以比受电装置30的二次线圈301的卷数多。在未如受电装置30那样要求小型化的供电装置20，可使用卷数多的一次线圈201，通过利用相互感应作用而在二次线圈301产生 的电压可以在二次电池33中以短时间蓄积电力。磁吸附装置211也可以与受电装置30的磁吸附装置311相同。 
用于线圈支架的软磁性材料优选通过辊急冷制造的厚度100μm以下的Fe系非晶合金、Co系非晶合金、Fe系纳米结晶合金、Co系纳米结晶合金等薄带。例如，在Fe系纳米结晶合金或Co系纳米结晶合金的情况下，优选具有由TaAbMcSidBe(其中，T为Fe及/或Co，A为Cu及/或Au，M为选自Mo、Mn、Cr、Ti、Nb、Ta、W、Al及Sn构成的组中的至少一种元素，a、b、c、d及e以原子％计，分别满足65≤a≤80、0.3≤b≤5、1≤c≤10、5≤d≤15、及5≤e≤15的条件。)表现的基本组成，且平均结晶粒径为50nm以下的微细结晶粒占50体积％以上。A元素在Fe中大致非固溶，是凝集而促进微结晶群的形成的元素。A元素不足0.3原子％时，不能充分发挥其作用，超过5原子％时，容易形成粗大结晶粒，使磁气特性恶化。B及Si是非晶质形成元素。M元素优先进入热处理后残留的非晶相中，因此，辅助Fe浓度高的微细结晶粒的生成，有助于软磁气特性的改善。M元素不足1原子％时，不能充分发挥其作用，超过10原子％时，带来饱和磁通密度的降低。 
非接触充电装置以较高的频率进行受供电，当由软磁性金属构成的线圈支架厚时，涡电流损失增大，电力传送效率降低。因此，这些薄带的厚度优选为50μm以下，更优选为30μm以下，特别优选为25μm以下。为抑制涡电流的发生，线圈支架也可以将多个软磁性薄带经由非导电性树脂层层叠而形成。由于供电装置20中不要求薄壁化，所以为降低成本，也可以由具有高饱和磁通密度的铁素体形成线圈支架。 
非晶合金及纳米结晶合金在低频率带域得到高的磁导率，因此，能够充分抑制泄漏磁通的发生。由纳米结晶合金构成的线圈支架优选在180kHz以下、特别优选在150kHz以下的频率带域使用，由铁素体构成的线圈支架优选在超过180kHz的频率带域使用。 
线圈支架的总厚(线圈支架内的软磁性片的合计厚度)优选为200m以下，更优选为150μm以下，最为优选为100μm以下，特别优选为50μm以下。例如在手机等便携设备的情况下，通过重叠了两片厚度25μm以下的软磁性片的线圈支架实现本发明的效果。软磁性片越薄，接近 线圈支架的磁吸附装置的部分越容易磁饱和，因此，通过在线圈支架和磁吸附装置之间介设磁隙，缩小磁饱和的线圈支架的范围。特别是，由于要求低高度化的非接触充电装置用的磁气回路在厚度方向没有空间上的富裕，所以优选相比厚度方向更在面内方向在线圈支架和磁吸附装置之间形成磁隙。 
为防止受电装置及供电装置的落下、冲击等带来的破损，也可以在线圈支架上固定树脂片作为保护片。考虑到受供电时的发热，优选树脂片具有高耐热性。与线圈支架同样地也可以将保护片设为环形板状。 
磁吸附装置211、311和线圈支架212、312之间的各磁隙，也可以是空隙，也可以由磁导率为10以下的材料形成。各磁隙的宽度优选设定为：(a)充分发挥相对于线圈的磁轭功能，并且，(b)防止线圈支架的附近部分的磁饱和并抑制磁导率的降低，以抑制电力传送效率的降低的范围，具体而言，优选设定为0.1～15mm的范围。如果各磁隙的宽度为0.1mm以上，则充分得到线圈支架的磁饱和的抑制效果。各磁隙的宽度优选为0.3mm以上，更优选为0.5mm以上，特别优选为1mm以上。另外，如果各磁隙的宽度为15mm以下，则能够大幅确保线圈支架的面积，因此，能够不使非接触充电装置大型化而得到高的电力传送效率。各磁隙的宽度的上限更优选为10mm，最为优选为8mm。 
例如在为了提高磁吸附装置211、311的吸附力并使磁吸附装置211、311比线圈201、301厚的情况下，为了使磁气回路低高度化，优选使磁吸附装置211、311的至少一部分在面内方向上位于线圈支架212、312的中央孔的内侧。图5(a)～图5(f)中，以受电装置30为例表示磁吸附装置311和线圈支架312的各种位置关系。任一磁吸附装置311的前面位于与线圈301的前面同一平面上。 
图5(a)表示磁吸附装置311的后面位于与线圈支架312的后面同一平面上的例子。图5(b)表示磁吸附装置311的后面位于比线圈支架312的后面更后方的例子。如图5(a)及图5(b)所示，如果磁吸附装置311位于线圈支架312的中央孔内或向其后方突出，则磁通容易从磁吸附装置311的后面流向线圈支架312的后面侧，线圈支架312的磁饱和的面积减小。图5(c)表示磁吸附装置311的后面位于与线圈支架312的前面同一 平面上的例子。 
图5(d)所示的例子中，从厚度方向观察，磁吸附装置311的至少一部分与线圈支架312重叠，从面内方向观察，两者间有磁隙。为了防止线圈支架312的磁饱和，磁吸附装置311的前面和线圈支架312的后面之间的磁隙T优选为0.1mm以上，更优选为0.2mm以上，最为优选为0.3mm以上。为了受电装置的低高度化，磁隙T的上限优选为1mm，更优选为0.8mm。在线圈支架312的前面侧使用树脂片的情况下，也可以与树脂片分开设置磁隙T。 
图5(e)所示的例子中，磁吸附装置311由具有中央凸部311c的圆板部d构成，中央凸部311c经由磁隙W置于线圈支架312的中央孔，圆板部d从厚度方向观察经由磁隙T与线圈支架312重叠。优选中央凸部311c为圆形。如果中央凸部311c位于线圈支架312的中央孔内，则磁通容易从凸部311c流入线圈支架312的后面侧，从而线圈支架312的磁饱和的面积减小。 
图5(f)所示的例子中，线圈支架312的中央孔由树脂片312a覆盖，或者其至少一部分充填有树脂片312a。如果中央孔的磁导率非常低(例如如果为10以下)，则能够充分抑制线圈支架312的磁饱和。在由树脂片312a覆盖的情况下，例如在由通过辊急冷制造的软磁性合金薄带构成的线圈支架312上设置的孔的至少一侧粘贴树脂片312a。通过由树脂片312a覆盖中央孔，能够防止金属粉或尘埃等混入磁气回路的内部，另外也能够提高线圈支架312的机械强度。当中央孔的两侧由树脂片312a覆盖时，相对于内部的软磁性金属得到防锈效果。 
磁吸附装置311可以是圆形，也可以是正方形等多角形。供电装置30当然也可以使用与上述相同构造的磁气回路。但是，在供电装置20的情况下，磁吸附装置211也可以向比一次线圈201更上方(供电面203侧)错开，例如磁吸附装置211的后面也可以在与一次线圈201的前面同一平面上。 
磁吸附装置211、311优选(a)利用由圆板状永久磁铁211a、311a和软磁性材料构成的磁轭部件211b、311b构成、或(b)仅由圆板状永久磁铁211a、311a构成、或(c)仅由磁轭部件211b、311b构成。图6(a) 所示的磁吸附装置211、311由圆板状永久磁铁211a、311a和在前面侧有开口的帽形状的磁轭部件211b、311b构成。磁轭部件211b、311b的开口端优选位于与二次线圈301的前面同一面上。图6(b)所示的磁吸附装置211、311由圆板状永久磁铁211a、311a和圆板状磁轭部件211b、311b构成。图6(c)所示的磁吸附装置211、311仅由圆板状永久磁铁211a、311a构成，图6(d)所示的磁吸附装置211、311仅由圆板状磁轭部件211b、311b构成。在使用图6(d)的磁吸附装置211、311的情况下，供电装置20的磁吸附装置211需要具有永久磁铁3。如果使用圆形的磁吸附装置，则与线圈支架的磁隙均匀，另外受电装置30和供电装置20在任何方向都能够得到一定的吸附力，故而优选。 
永久磁铁211a、311a可以使用铁素体磁铁、稀土类磁铁等，但考虑到供电装置20和受电装置30的磁气吸附力、小型化及低高度化，优选NdFeB系稀土类烧结磁铁。作为永久磁铁，即使磁气吸附力比各向同性磁铁强，且供电装置和受电装置在任何方向均接触，也能够产生一定的吸附力，因此，优选在厚度方向配向的各向异性磁铁。如果使用在厚度方向着磁的永久磁铁，则从磁吸附装置的前面出来的磁通量多，但从侧面(与线圈支架的对向面)出来的磁通量少，因此，如果用于图5(a)及图5(b)那样的磁气回路，则能够在抑制线圈支架的磁饱和的同时，发挥大的磁气吸附力。就对稀土类磁铁实施的防氧化用的被覆处理而言，考虑到由线圈201、301产生的磁通对涡电流的影响，优选金属镀敷改为树脂被覆。 
优选在供电装置的一次线圈及受电装置的二次线圈的至少一方，连接有构成共振电路的共振用电容器，更优选在两方连接。特别是在线圈不使用磁芯的非接触充电装置，通过利用共振电路，可以提高电力传送效率。在充电装置具有共振电路的情况下，适宜调整线圈的卷数。 
磁轭部件211b、311b使来自永久磁铁211a、311a的磁通局部集中，提高供电装置20和受电装置30的磁气吸附力，同时，防止来自永久磁铁211a、311a的磁通流入线圈支架212、312。因此，相比磁轭部件211b、311b设为圆板状，如图6(a)所示，优选设为前面侧有开口的圆形的帽状。因此，在使用由永久磁铁211a、311a和磁轭部件211b、311b构成的磁吸附装置211、311的情况下，优选将永久磁铁211a、311a配置于前面 侧，将磁轭部件211b、311b配置于后面侧。磁轭部件211b、311b只要是软磁性材料即可，如电磁钢板那样优选为高饱和磁通密度。另外，如果使用磁轭部件211b、311b，则得到相比单独永久磁铁311a的情况可以减薄磁吸附装置的优点。 
优选供电装置20的供电面203和受电装置30的充电面303均平坦，特别优选供电装置30的供电面203平坦。通过平面的供电面203，可以由一个供电装置20对应各种尺寸的受电装置30。 
如果将线圈支架212、312的外径设为比线圈201、301的外径大，则电力传送效率提高，但如果线圈支架212、312的外径过大，则不仅磁气回路大型化，而且电力传送效率饱和。因此，线圈支架212、312的大小根据必要的电力传送效率、及供电装置及受电装置的大小来决定。 
图7表示仅受电装置30内的线圈支架312为环形板状且供电装置20内的线圈支架212为平板状的本发明的非接触充电装置的其它例。该例中，供电装置20的线圈支架212可以使用较厚的铁素体板。图7中，将整流电路32、二次电池33、电池控制电路34等汇总用307表示。另外，也可以将磁吸附装置211设为图6(a)～图6(c)所示的使用永久磁铁211a的构造，将磁吸附装置311设为图6(d)所示的磁轭部件311b单独的构造。由于薄型化的要求在受电装置30一方强，所以也可以由薄的磁轭部件311b单独构成磁吸附装置311。另外，如果内装有复杂的电路的受电装置30使用仅由磁轭部件311b构成的磁吸附装置，则设计电路的稳定动作。另外，如果在受电装置30上设置仅由非晶合金或纳米结晶合金构成的线圈支架312且供电装置20使用廉价的铁素体板，则在成本降低方面有效。 
通过以下的实施例更详细说明本发明，但本发明不限于此。 
实施例1 
通过图1所示的构造制作具有下述尺寸的非接触充电装置，且进行磁场解析。 
(1)供电装置 
将一次线圈201和环形板状的线圈支架212同心圆状粘接，在线圈支架212的中央孔同心圆状配置图6(a)所示的磁吸附装置211，由此制作图1所示的供电装置20。一次线圈201由卷数20匝且线径0.5mm的铜线 构成，为内径15mm、外径35mm及厚度1mm。环形板状的线圈支架212为内径10mm及外径40mm、且使两片厚度20μm的Fe基纳米结晶合金薄带(日立金属株式会社制的“フアインメツトFT1”)层叠、并在其两面层叠厚度50μm的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)薄膜而形成。磁吸附装置211由外径8mm、内径7mm、壁厚0.5mm及凹部的深度0.5mm的帽形状的磁轭部件211b；固定于磁轭部件211b的凹部的内径6mm及外径7mm的磁隙形成用非磁性环；固定于非磁性环的内侧的直径6mm及厚度0.5mm的圆板状永久磁铁211a所构成。永久磁铁211a由树脂被覆的NdFeB系稀土类磁铁(日立金属株式会社制的“NEOMAX(NMX-S36UH)”、Br＝1.2T)构成。磁吸附装置211的前面和一次线圈201的前面为相同高度。 
(2)受电装置 
将二次线圈301和环形板状的线圈支架312同心圆状粘接，在线圈支架312的中央孔同心圆状地配置图6(a)所示的磁吸附装置311，由此制作图1所示的受电装置30。二次线圈301由卷数10匝且线径0.5mm的铜线构成，为内径20mm、外径30mm及厚度1mm。环形板状线圈支架312为内径10mm及外径35mm、且使两片厚度20μm的Fe基纳米结晶合金薄带(日立金属株式会社制的“フアインメツトFT1”)层叠、并在其两面层叠厚度50μm的PET薄膜而形成。磁吸附装置311为与磁吸附装置211相同的构成。磁吸附装置311的前面和二次线圈301的前面为相同高度。 
(3)磁场解析结果 
将供电装置20及受电装置30的接触面侧的壳体的厚度分别设为0.5mm，将两磁吸附装置211、311间的距离设为1mm，进行磁场解析，其结果是，磁吸附装置211、311间的吸附力为1.1N，受电装置30的线圈支架312内的最大磁通密度为0.4T。 
实施例2 
图8所示的非接触充电装置中，通过磁场解析求出磁吸附装置311的外径和线圈支架312内的磁通密度的关系。一次线圈201由卷数16匝且线径0.5mm的铜线构成，为内径17mm、外径36mm及厚度1.0mm，二 次线圈301由卷数8匝且线径0.5mm的铜线构成，为内径22mm、外径32mm及厚度0.5mm。内径10mm及外径40mm及厚度1.0mm的环形板状线圈支架212由Mn-Zn系铁素体形成。内径10mm及外径35mm的环形板状线圈支架312通过经由厚度10μm的粘接带层叠两片厚度20μm的Fe基纳米结晶合金薄带(日立金属株式会社制的“フアインメツトFT1”)而形成。将磁吸附装置211的前面设为与线圈201的前面相同高度，将磁吸附装置311的前面也设为与线圈301的前面相同高度。磁吸附装置211、311均为表1所示的尺寸且具有图6(a)所示的形状。将磁吸附装置211的后面设为与线圈支架212的前面相同高度，将磁吸附装置311的厚度方向中心设为与线圈支架312的厚度方向中心相同高度。图9表示以在20℃下输入频率120kHz的电流的条件进行磁场解析的结果。 
表1] 
磁轭部件的外径与线圈支架312的中央孔的直径相同，且在磁吸附装置和线圈支架312之间没有磁隙的试样1中，接近磁吸附装置的线圈支架312的部分饱和(达到与Fe基纳米结晶合金的饱和磁通密度相同的约1.2T)，另外，即使施加磁通，也不能起到作为磁轭的作用，从而非接触充电装置的电力传送效率降低。 
与之相对，在磁吸附装置和线圈支架312的中央孔内面之间介设磁隙的试样2～6中，成为比试样1低的磁通密度，抑制了线圈支架312的磁饱和。磁隙越大，线圈支架312内的磁通密度越低。通过抑制线圈支架的磁导率降低，非接触充电装置的电力传送效率提高。线圈支架内的磁通密度通过磁隙、磁吸附装置的永久磁铁等发生变动，因此，需要将这些尺寸最佳化。 
实施例3 
图10所示的非接触充电装置中，求出磁吸附装置和线圈支架之间的磁隙的宽度和非接触充电装置的电力传送效率的关系。 
(1)供电装置 
将外径40mm及厚度1mm的由铁素体圆板构成的线圈支架212固定于树脂制的基板218上。在线圈支架212上，作为一次线圈201同心圆状地重叠卷数16匝且由线径0.5mm的铜线构成且被覆了外径40mm、内径20mm及厚度0.5mm的树脂的平面线圈。作为磁吸附装置211，将外径15mm、及厚度0.5mm的圆板状永久磁铁(表面磁通密度＝150mT)与一次线圈201同心圆状地配置。将磁吸附装置211的前面和线圈201的前面设为同高度。 
(2)受电装置 
环形板状线圈支架312通过将厚度18μm的Fe基纳米结晶合金薄带(日立金属株式会社制的“フアインメツトFT3”)经由厚度10μm的粘接片分别层叠三层、六层、九层而形成。线圈支架312固定于厚度3mm的铝合金基板318上。表2表示各层数的线圈支架312的外径及内径。 
表2] 
作为二次线圈301，使用卷数8匝且由线径0.5mm的铜线构成且被覆了外径40mm、内径20mm及厚度0.5mm的树脂的平面线圈。作为磁吸附装置311，与线圈支架312同心圆状地配置直径15mm及厚度0.5mm 的软磁性冷轧钢圆板。将磁吸附装置311的前面以与二次线圈301的前面同高度的方式固定于树脂板11上。图11中放大表示受电装置30的磁吸附装置311的外周面和线圈支架312的中央孔的内周面之间的磁隙W。 
(3)电力传送效率的测定 
使一次线圈201和二次线圈301经由厚度1.5mm的树脂板11同轴对向，如图12所示与测定器连接。调整共振用电容器26的电容，使一次线圈201和二次线圈301可共振。向供电装置20的一次线圈201在20℃下输入频率120kHz的电流，通过下式求出电力传送效率。结果示于图13。 
电力传送效率P＝(V2×A2)/(V1×A1) 
(其中，V1是一次线圈201和共振用电容器26的串联共振电路的两端间的电压值，A1是流过一次线圈201的电流值，V2是二次线圈301的两端间的电压值，A2是流过二次线圈301的电流值。) 
自图13表明，电力传送效率在比0mm大的磁隙W下为极大。伴随线圈支架312的中央孔的直径增大且磁隙W增大，线圈支架312的面积减小，因此，预想到电力传送效率降低，但通过在磁吸附装置311和线圈支架312之间设置磁隙，可知电力传送效率反而提高。该趋势在使用图6(a)、图6(b)及图6(c)所示的磁吸附装置的情况下也能够看到。 
任一线圈支架312均是Fe基纳米结晶合金薄带的总厚越大则电力传送效率P越大。具体而言，在9层线圈支架312(Fe基纳米结晶合金薄带的总厚为150μm以上)的情况下，磁隙W为2.5mm及5mm时的电力传送效率P比磁隙W为0mm时的电力传送效率P大8％以上。在6层线圈支架312(Fe基纳米结晶合金薄带的总厚为100μm以上)的情况下，磁隙W为5mm时的电力传送效率P比磁隙W为0mm时的电力传送效率P大10％以上。在3层线圈支架312(Fe基纳米结晶合金薄带的总厚为50μm以上)的情况下，磁隙W为2.5mm、5mm及7.5mm时的电力传送效率P比磁隙W为0mm时的电力传送效率P大10％以上。特别是，磁隙W为7.5mm时的电力传送效率P比磁隙W为0mm时的电力传送效率P大20％以上。 
实施例4 
对于图8所示的非接触充电装置的供电装置20及受电装置30有定位用的磁吸附装置211、311和没有定位用磁吸附装置211、311的情况，通过磁场解析求电力传送效率。作为磁吸附装置211、311，使用表1所示的试样2。向供电装置20的一次线圈201在20℃下输入频率120kHz的电流，根据使用图12所示的测定器得到的V1、V2、A1及A2，利用与实施例3相同的式求出电力传送效率。
没有磁吸附装置的情况下的电力传送效率为89.0％，与之相对，有磁吸附装置的情况下的电力传送效率为88.6％。用于磁吸附装置的永久磁铁及金属制磁轭部件成为电力传送效率降低的原因，但由于经由磁隙将线圈支架及线圈配置，所以可知其影响极小。 
实施例5 
图8所示的构造的供电装置20及受电装置30中，使用具有10mm的外径的图6(b)所示的磁吸附装置211、311、和具有6mm的外径的图6(c)所示的磁吸附装置211、311，通过磁场解析求出距受电装置30的线圈支架312的中央孔(半径5mm)中心的距离和线圈支架312内的磁通密度的关系。图14表示结果。 
在各磁吸附装置的外径为10mm的情况下，各磁吸附装置和线圈支架接触，因此，线圈支架局部磁饱和。另一方面，在各磁吸附装置的外径为6mm的情况下，在线圈支架和磁吸附装置之间有2mm的磁气间隙，因此，线圈支架未饱和。另外，由永久磁铁和磁轭部件构成的图6(a)所示的磁吸附装置一方相比由永久磁铁単体构成的图6(c)所示的磁吸附装置，线圈支架内部的磁通密度大，但磁气吸附力高。通过减小永久磁铁，可以降低线圈支架内的磁通密度。 
参照附图对本发明进行了详细说明，但本发明不限于此，在本发明的范围内可以实施各种变更。例如一次线圈及二次线圈不限于图示的圆形，也可以是四角形那样的多角形。根据线圈的形状，线圈支架也可以为多角形的环状。另外，磁吸附装置也不限于圆形，也可以是正方形等多角形。一次线圈及二次线圈的卷线在厚度方向可以是一段也可以是多段。线圈不限于卷绕铜线，也可以是印刷而成。另外，以在中央具有孔的情况为例说明了线圈支架，但本发明不限于此，例如也可以为在四方的线圈支架的各角设置孔，在各孔配置磁吸附装置的构造。 

Claims (8)

1.一种非接触充电装置用磁气回路，其特征在于，具备：
线圈；
线圈支架，其配置在所述线圈的后面侧；
磁吸附装置，
所述磁吸附装置的至少一部分，从面内方向观察时，进入所述线圈支架的中央孔，并且在所述磁吸附装置与所述线圈支架之间具有面内方向及/或厚度方向的磁隙。
2.如权利要求1所述的非接触充电装置用磁气回路，其特征在于，
所述线圈支架为具有所述中央孔的环形板状，所述磁吸附装置在所述线圈支架的所述中央孔内被同轴配置。
3.如权利要求1所述的非接触充电装置用磁气回路，其特征在于，
所述磁吸附装置的前面与所述线圈的前面为相同高度。
4.如权利要求1所述的非接触充电装置用磁气回路，其特征在于，
所述线圈支架由利用辊急冷法制造的厚度100μm以下的至少一层的软磁性合金片构成，所述软磁性合金片的总厚为200μm以下。
5.如权利要求1～4中任一项所述的非接触充电装置用磁气回路，其特征在于，
所述磁吸附装置由圆板状永久磁铁和圆形的帽形状磁轭部件构成，该磁轭部件具有承受所述圆板状永久磁铁的凹部，所述圆板状永久磁铁位于前面侧。
6.一种非接触充电装置用供电装置，其特征在于，
具有权利要求1～5中任一项所述的磁气回路。
7.一种非接触充电装置用受电装置，其特征在于，
具有权利要求1～5中任一项所述的磁气回路。
8.一种非接触充电装置，其特征在于，
具备权利要求6所述的供电装置和权利要求7所述的受电装置。
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