JP2008294385A

JP2008294385A - 非接触電力伝送機器及びその受電用コイルブロックの製造方法

Info

Publication number: JP2008294385A
Application number: JP2007163058A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Suzuki; 誠之鈴木; Hiroyasu Kitamura; 浩康北村; Satoru Inakagata; 悟田舎片; Atsushi Isaka; 篤井坂; Tatsuhiko Keishu; 竜彦慶秀
Original assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2007-04-24
Filing date: 2007-06-20
Publication date: 2008-12-04

Abstract

【課題】薄型化に対応しつつ電力伝送の効率低下を防ぐ。
【解決手段】一次側送電用コイルからの電力を受けるための二次側受電用のコイル２１を備える。平面コイルとして形成された上記二次側受電用コイル２１に、該コイルの少なくとも片面に位置する磁性層２２と、電磁ノイズの遮断用のシールド層２３と、断熱層２４のうちの少なくとも磁性層が積層一体化されている。磁性層を積層することで電力伝送の効率化を図ったものであり、シールド層を設けることで電磁ノイズの遮蔽を、断熱層を設けることでコイル発熱の影響を低減することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、非接触で電力伝送ができる非接触電力伝送機器とその受電用コイルブロックの製造方法に関するものである。

非接触電力伝送機器として、充電器側に設けた一次側送電用コイルと、負荷機器側に設けた二次側受電用コイルとの間でトランスを構成して両コイル間の電磁誘導作用を利用して電力伝送を行う非接触充電器がある。非接触電力伝送では接点部分の露出がないために接点部分の劣化を気にしなくて良いことや防水性の確保が容易になること、電力送電側機器に対する電力受電側機器の着脱を容易に行うことができるなどの点からコードレス電話機、シェーバー、歯ブラシなど様々な商品に用いられている。

また、これらの商品に搭載されている電力伝送用コイル及び電力受電用コイルは、コアに巻き線を巻いたものや成型品で形成されたボビンに巻き線を巻いたものが一般的に用いられている。

携帯端末機器を初めとした機器や先に述べた商品に対して、小型化、薄型化、高機能化が近年要求されている。この要求に従おうとすれば、負荷機器側の機器に設ける二次側受電用のコイルも薄型化を図る必要があり、このために二次側受電用のコイルとして平面コイルを用いることが提案されている。しかし平面コイルにした場合、コアに巻き線を巻いたコイルと比較すれば磁気特性が劣るために二次側から取り出せる電力が低減してしまう。

また、二次側受電用のコイルと、機器がその内部に備える部品との距離が短くなるために、上記部品が熱やノイズに対して弱いもの、たとえばリチウムイオン二次電池などである場合、二次側受電用のコイルから発生する熱やノイズの影響が上記部品に与える影響が大きくなってしまう。

磁性層を設けることで電力伝送効率を高めるとしても、効率を高めることができる磁性層を薄く形成しなくてはならず、この点が問題となる。
特開２００６−３１１７１２号公報

本発明は上記の従来の問題点に鑑みて発明したものであって、薄型化に対応しつつ電力伝送の効率低下を防いだ非接触電力伝送機器とその受電用コイルブロックを容易に製造することができる製造方法を提供することを課題とするものであり、また二次側受電用コイルが発生する熱やノイズが機器内部の部品に及ぼす影響を低減することができる非接触電力伝送機器を提供することを課題とするものである。

上記課題を解決するために本発明に係る非接触電力伝送機器は、一次側送電用コイルからの電力を受けるための二次側受電用のコイルを備えた非接触電力伝送機器であって、平面コイルとして形成された上記二次側受電用コイルに、該コイルの少なくとも片面に位置する磁性層と、電磁ノイズの遮断用のシールド層と、断熱層のうちの少なくとも磁性層が積層一体化されていることに特徴を有している。

磁性層を積層することで電力伝送の効率化を図ったものであり、シールド層を設けることで電磁ノイズの遮蔽を、断熱層を設けることでコイル発熱の影響を低減することができる。

上記磁性層は、二次側受電用コイルの素線間の隙間にも埋め込まれているものが磁束密度の向上及び電力伝送効率の向上の点で好ましい。

上記二次側受電用コイルに少なくとも磁性層が積層された受電用コイルブロックが、機器の外殻構成部材に設けられていたり、機器内に配接されている機能部材の一面に設けられていたりしてもよく、また機器に対して着脱自在なカード型部材として設けられていることが取り扱いの簡便性に優れている点で好ましい。

そしてシールド層と断熱層とを有するものにおいては、二次側受電用コイルの片面側に磁性層とシールド層と断熱層がこの順で積層されていることが最も好ましい。

また、片面側に磁性層が積層された二次側受電用コイルの他面側に層状の放熱材が取り付けられていてもよい。

上記非接触電力伝送機器における二次側受電用コイルと磁性層の積層物としての受電用コイルブロックの製造に際しては、結晶性金属材料あるいは非結晶性金属材料で構成された磁性材をプレス成形して磁性層を形成していることが好ましい。

また、上記非接触電力伝送機器における二次側受電用コイルと磁性層とシールド層と断熱層の積層物としての受電用コイルブロックの製造方法については、シールド材の片面に断熱材を塗工後、乾燥固定させ、次いでシールド材の他面に磁性層を介して二次側受電用コイルを貼り合わせることが好ましい。

本発明の非接触電力伝送機器は、その二次側受電用のコイルが平面コイルで形成されている上に磁性層が積層されているために、薄型化を図ることができると同時に、電力伝送の効率化を図ることができるものであり、シールド層と断熱層が更に積層されている場合、コイルからのノイズ抑制と、コイルが発生する熱の機器内部の部品への影響低減を図ることができる。

そして本発明に係る非接触電力伝送機器の受電用コイルブロックの製造方法において、磁性層をプレス成形するものでは、受電用コイルの素線間の隙間に磁性層を構成する磁性体を埋め込むことができて、磁束密度を向上させることができる点で有利である。

また、本発明に係る非接触電力伝送機器の受電用コイルブロックの製造方法において、シールド材の片面に断熱材を塗工後、乾燥固定させ、次いでシールド材の他面に磁性層を介して二次側受電用コイルを貼り合わせると、二次側受電用コイルブロックを簡便に製造することができる。

以下、本発明を添付図面に示す実施形態に基いて説明すると、図１は送電側が充電器５、受電側が携帯電話１である場合の一例を示しており、図１５は充電器５側と携帯電話１側での回路構成を示している。充電器５は整流平滑回路部５１と電圧変換回路部５２と発信回路部５３、表示回路部５４、制御回路部５４、そして送電用コイル６１で構成され、携帯電話１側は受電用コイル２１と整流回路部２７と制御回路部２８、そして負荷Ｌ（主として二次電池）で構成される。図１中の５０は上記回路部５１〜５４を搭載した回路基板、６は上記送電用コイル６１と磁性体６２とからなる送電用コイルブロックを示している。

この充電器５からの携帯電話１側への電力伝送は、充電器５の一次側送電用のコイル６１と携帯電話２側の二次側受電用のコイル２１との間の電磁誘導作用を利用して行われるのであるが、携帯電話２側の二次側受電用コイル２１は、携帯電話２における電池パック収納スペース１０における電池パック着脱用の開口を閉じる裏蓋１１の裏面側に設けた受電用コイルブロック２に配設されている。

上記受電用コイルブロック２は、図２に示すように、平面コイルとして形成された上記二次側受電用コイル２１と、このコイル２１の片面側に順次積層された磁性層２２とシールド層２３と断熱層２３とからなるもので、上記裏蓋１１の裏面側にコイル２１側が接着固定されている。

平面コイルである受電用コイル２１は、ポリウレタン銅線、ポリエステル銅線、エナメル銅線などの単線、もしくは上記単線を２本以上撚り合わせたもの、もしくは上記単線を２以上本束ねたもの、もしくは上記単線に熱可塑性樹脂、熱硬化型樹脂などの融着皮膜を焼き付けた融着銅線、もしくは上記単線を２本以上平行に並べ接着させた多本平行線などで形成されるているが、単線については導体断面形状が角形形状のものがより好ましい。受電用コイル２１は回路配線板上にパターン配線にて形成したもの、成形品上にパターンニング、めっき、エッチングを施して形成したものであってもよい。また、コイル形状としては、図３に示すように、円形形状や角形形状、長円形形状等、どのようなものであってもよい。

磁性層２２を構成する磁性材としては、薄型化や取り扱いの簡便性、そして磁性層２２の厚みと比透磁率との結合係数に関して得られた知見からすれば、厚み０．１ｍｍ〜０．１５ｍｍで比透磁率が１０００以上であるニッケル系フェライトのシートを好適に用いることができる。受電用コイルブロック２の厚みを更に薄くするために磁性層２２の厚みを０．０５ｍｍ〜０．１ｍｍとする時は、比透磁率が２０００以上である磁性材を用いるのが好ましい。図４は磁性層２２の厚みと比透磁率との結合係数を示しており、図中イは厚み０．１５ｍｍ、ロは厚み０．１ｍｍ、ハは厚み０．０５ｍｍの場合を示す。この図から明らかなように、上記厚み及び比透磁率に設定することで伝送効率を高くすることができる。

磁性層２２を構成する磁性材料としては、上述のニッケル系フェライトの他に、マンガン系フェライト、アモルファス磁性合金、Ｆｅ−Ｎｉ系合金であるパーマロイ、ナノ結晶磁性材料などを用いることができ、また上記磁性材料はシート状のもののほか、磁性塗料の形態のもの、上記材料の磁性体フィラーや磁性粉を樹脂に混合したものであってもよい。

また、磁性層２２の配設形態は、図５(a)にも示すように、平面コイルである受電用コイル２１の片面及び中央部に加えて受電用コイル２１の外周部にも配設することが好ましいが、図５(b)に示すように受電用コイル２１の片面と外周部のみに配設したり、図５(c)に示すように受電用コイル２１の片面と中央部のみに配設したり、図５(d)に示すように受電用コイル２１の片面のみ配設したものであってもよい。図５(e)に示すように、受電用コイル２１の中央開口部内に嵌り込む嵌合部を備えた磁性層２２とすると、受電用コイル２２の中心部の磁束経路の効率化の点でより好ましいものとなる。

前記シールド層２３は、銅箔もしくはアルミニウム箔からなるもので、図６(a)(b)に示すように、受電用コイル２１を覆う磁性層２２の片面側と外周面とを覆うものとする。ただし、図６(c)に示すように受電用コイル２１の片面側のみに配したものであってもよい。

そして前記断熱層２４には樹脂に真空ビーズを混入した断熱材を好適に用いることができるが、このほか、エアロゲル、ガラスクロス、真空セルなどであってもよい。この断熱層２４は、携帯電話１内の機器、図示例においては特に電池パック３が受電用コイル２１からの熱で劣化することを防ぐ。

裏蓋１１の一面上に設けた受電用コイルブロック２は、次のようにして製造することができる。すなわち、シールド層２３である銅箔上に真空ビーズを樹脂に混入した断熱材を塗工後、乾燥固定させ、次いで銅箔の下部に磁性材であるＮｉ系フェライトシートを接着剤または粘着材で貼り合わせ、更に磁性材の下部に磁性体フィラーや磁性粉が混合された接着剤または粘着材で受電用コイル２１を貼り合わせて、受電用コイル２１と磁性層２２とシールド層２３及び断熱層２４が積層されたものを得る。

シールド層２３である銅箔上に真空ビーズを樹脂に混入した断熱材を塗工後、乾燥固定させ、銅箔下部と平面コイルの間にＦｅ系やＮｉ系の偏平粉や粒径粉を配置し、銅箔と受電用コイル２１とを磁性体フィラーや磁性粉が混合された接着剤または粘着材で貼り合わせるようにしてもよい。図７中の２２’は磁性粉を示す。

シールド層２３である銅箔上に、真空ビーズを樹脂に混入した断熱材を塗工後、乾燥固定させ、銅箔の下部に磁性材である磁性塗料もしくは磁性体フィラーや磁性粉を樹脂に混合したものを塗工後、乾燥させ、更に磁性材の下部に磁性体フィラーや磁性粉が混合された接着剤または粘着材で受電用コイル２１を貼り合わせるようにしてもよく、更にはシールド層２３である銅箔の上部に真空ビーズを樹脂に混入した断熱材を塗工後、乾燥固定させ、銅箔の下部に磁性めっきが施された二次側受電用コイル２１を磁性体フィラーや磁性粉が混合された接着剤または粘着材で貼り合わせるようにしてもよい。

いずれにしても、上述の貼り合わせはプレスによる一括処理のプロセスで形成することが好ましく、受電用コイル２１の貼り合わせ時に裏蓋１１も同時に貼り合わせるようにしてもよい。また、平面コイルである受電用コイル２１は裏蓋１１にインサート成形したものを用いることができるほか、上記受電用コイルブロック２と裏蓋１１とを一体成形してもよい。

なお、裏蓋１１を携帯電話１に取り付けた時、受電用コイルブロック２における受電用コイル２１が携帯電話１内に配された回路部に接続されるように受電用コイルブロック２には接続端子部（図示せず）を設けてある。

図８に示すように、二次側受電用コイル２１と裏蓋１１との間に放熱材２５を配して裏蓋１１側からの放熱特性を向上させるようにしてもよい。この放熱材２５としては、一次側送電用コイル６１と二次側受電用コイル２１との磁束結合を妨げない材料で且つ熱伝導性の高いもの、たとえばシリコンからなるシートを好適に用いることができる。

図９及び図１０に他の実施形態の一例を示す。ここでは受電用回路ブロック２を電池パック３と一体化してある。受電用コイルブロック２そのものは前記実施例と同様のものを用いることができ、電池パック３と受電用コイルブロック２との一体化は、両者を接着剤または粘着材にて固定したり、電池パック３を包む外装フィルムで受電用コイルブロック２も包んでしまったり、電池パック３と受電用コイルブロック２とを一括成形することで行うことができる。

図１１及び図１２に更に他の実施形態の一例を示す。これは受電コイルブロック２を携帯電話１に対して着脱自在なカード型部材として形成して、電池パック３と共に電池パック収納スペース１０内に納めたものを示している。この場合も受電用コイルブロック２そのものは前記実施例と同様のものを用いることができるとともに、カード形状のケース内に収納するほか、受電用コイルブロック２そのものをカード型に成形したものを用いることができる。受電用コイルブロック２に設ける端子部は、スライドインで携帯電話１に装着することに対応できるものが好ましいが、他の着脱自在な取り付け形式に対応したものであってもよいのはもちろんである。

図１３に別の例を示す。基本的構成は図５(e)に示したものと同じであるが、ここでは磁性層２２として、受電用コイル２１の素線間の隙間にも磁性材が入り込んで磁束密度を高くできるものを用いている。受電用コイル２１と磁性層２２との厚みを薄くすることができる点についても効果を有しているこのような磁性層２２は、結晶性金属や非結晶性金属の軟磁性材料からなる磁性体を受電用コイル２１上にプレス成形することで容易に得ることができる。なお、このプレス成形にあたっては、図１４に示すようにシールド層２３（や断熱層２４）も同時にプレス成形してもよい。

もっとも、プレス成形に際して受電用コイル２１の他面側（送電用コイル６１側）に磁性材２２’がコイル素線間の隙間から漏れてしまわないように、コイル２１と磁性材との間には図１３(c)に示すように絶縁薄膜フィルム（たとえばＰＥＴフィルム）２９を配した状態でプレス成形することが好ましい。このようにすることで、受電用コイル２１の素線間の隙間のうち、背面側の隙間にのみ磁性体を埋め込むことができる。

また、プレス成形によって磁性層２２を形成する際の磁性体として、粒度の異なるものや偏平形状のもの、これらの混合物等を用いると、上記隙間への充填率を高くすることができて好ましい。粘度も適切な値のものを選択することが、隙間からの漏れが生じないようにする点で有効である。

磁性層２２はこのほか鋳造や成形などで形成した後、受電用コイル２１に積層するものであってもよい。積層は前述のように成形、プレスによる一体加工、接着樹脂による貼り合わせなど、いずれの方法で行ってもよい。

上記各例では、受電側の機器として携帯電話１を示したが、これに限定されるものでないことはもちろんであり、負荷Ｌも電池に限るものではない。また上記各例では裏蓋１１もしくは裏蓋１１近辺に受電用コイルブロック２を配しているが、受電側の機器の外殻の他の部分に配してもよい。

本発明の実施の形態の一例を示すもので、(a)は概略断面図、(b)は概略裏蓋の斜視図である。同上の要部断面図である。 (a)(b)(c)は夫々受電用コイルの各例の平面図である。磁性材厚みと比透磁率と結合係数の相関を示す説明図である。 (a)(b)(c)(d)(e)は夫々磁性材の各例の概略断面図である。 (a)(b)(c)は夫々シールド材の各例の概略断面図である。同上の他例の概略断面図である。更に他例の要部断面図である。他の実施形態の一例の概略断面図である。同上の要部断面図である。別の実施形態の一例の概略断面図である。同上の要部断面図である。 (a)(b)は別の例の断面図と拡大断面図、(c)は更に別の例の拡大断面図である。 (a)(b)は異なる例の分解断面図と断面図である。同上の回路構成のブロック図である。

符号の説明

１携帯電話
２受電用回路ブロック
３電池パック
２１受電用コイル
２２磁性層
２３シールド層
２４断熱層

Claims

一次側送電用コイルからの電力を受けるための二次側受電用のコイルを備えた非接触電力伝送機器であって、平面コイルとして形成された上記二次側受電用コイルに、該コイルの少なくとも片面に位置する磁性層と、電磁ノイズの遮断用のシールド層と、断熱層のうちの少なくとも磁性層が積層一体化されていることを特徴とする非接触電力伝送機器。
上記磁性層は、二次側受電用コイルの素線間の隙間にも埋め込まれていることを特徴とする請求項１記載の非接触電力伝送機器。
上記二次側受電用コイルに少なくとも磁性層が積層された受電用コイルブロックが機器の外殻構成部材に設けられていることを特徴とする請求項１または２記載の非接触電力伝送機器。
上記二次側受電用コイルに少なくとも磁性層が積層された受電用コイルブロックが機器内に配接されている機能部材の一面に設けられていることを特徴とする請求項１または２記載の非接触電力伝送機器。
上記二次側受電用コイルに少なくとも磁性層が積層された受電用コイルブロックが機器に対して着脱自在なカード型部材として設けられていることを特徴とする請求項１または２記載の非接触電力伝送機器。
二次側受電用コイルの片面側に磁性層とシールド層と断熱層がこの順で積層されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の非接触電力伝送機器。
片面側に磁性層が積層された二次側受電用コイルの他面側に層状の放熱材が取り付けられていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の非接触電力伝送機器。
請求項１〜５のいずれか１項に記載の非接触式電力伝送機器における二次側受電用コイルと磁性層の積層物としての受電用コイルブロックの製造方法であって、結晶性金属材料あるいは非結晶性金属材料で構成された磁性材のプレス成形で磁性層を形成しているとを特徴とする非接触電力伝送機器の受電用コイルブロックの製造方法。
請求項６に記載の非接触電力伝送機器における二次側受電用コイルと磁性層とシールド層と断熱層の積層物としての受電用コイルブロックの製造方法であって、シールド材の片面に断熱材を塗工後、乾燥固定させ、次いでシールド材の他面に磁性層を介して二次側受電用コイルを貼り合わせていることを特徴とする非接触電力伝送機器の受電用コイルブロックの製造方法。