JP2008312434A - コイル装置、それを用いた受電装置及び送電装置並びに電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】 異常時に磁性体に鎖交する磁束量の相違に着目して、新規な手法により異常時にコイルに流れる電流を抑制できるコイル装置、それを用いた受電装置及び送電装置並びに電子機器を提供すること。
【解決手段】 コイル装置１００は、コイル１１０と、コイルの磁路を形成する磁性体１２０，１３０と、磁性体１３０と熱結合され、コイルに流れる電流を抑制する保護装置１４０とを有する。コイルが他のコイルと電磁的に結合された時を定常時の磁束量とし、コイルと他のコイルとの間に異物が介在した異常時に、定常時を越える磁束量が磁性体に鎖交して磁性体が昇温して、保護装置によりコイルに流れる電流を抑制する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、金属部分の接点がなくても電力伝送を可能にするコイル装置、それを用いた受電装置及び送電装置並びに電子機器等に関する。

近年、電磁誘導を利用し、金属部分の接点がなくても電力伝送を可能にする無接点電力伝送（非接触電力伝送）が脚光を浴びている。この無接点電力伝送の適用例として、携帯電話機や家庭用機器（例えば電話機の子機）の充電などが提案されている。

無接点電力伝送の従来技術として特許文献１がある。この特許文献１では、送電ドライバの出力に接続されたコンデンサと一次コイルとにより共振回路を構成して、送電装置（一次側）から受電装置（二次側）に電力を供給している。
特開２００６−６０９０９号公報

無接点電力伝送方式に用いられる受電装置は、接触式に比べて損失が多く、損失による発熱が生ずる。

また、無接点電力伝送では、一次コイル及びコイル間に金属等の異物が介在すると、この異物に渦電流が形成されて発熱する。

そこで、本発明の幾つかの態様では、異常時に磁性体に鎖交する磁束量の相違に着目して、新規な手法により異常時にコイルに流れる電流を抑制できるコイル装置、それを用いた受電装置及び送電装置並びに電子機器を提供することができる。

本発明の一態様に係るコイル装置は、
平面状空芯コイルと、
前記平面状空芯コイルの一面に配置された磁性体と、
前記磁性体と熱結合され、かつ、前記平面状空芯コイルに直列接続されて、昇温時に前記平面状空芯コイルに流れる電流を抑制する保護装置と、
を有すことを特徴とする。

本発明の他の態様に係るコイル装置は、
コイルと、
前記コイルの磁路を形成する磁性体と、
前記磁性体と熱結合され、かつ、前記コイルに直列接続されて、昇温時に前記イルに流れる電流を抑制する保護装置と、
を有すことを特徴とする。

本発明の一態様及び他の態様では、異常時に磁性体に鎖交する磁束量が増大することに着目した。磁性体には鉄損があり、磁束が鎖交することで発熱する。異物が介在して磁束量が増大すると、磁性体での発熱量も増えるので、磁性体の温度に基づいて保護装置を作動させれば、異常時にコイルに流れる電流を抑制できる。

つまり、本発明の一態様及び他の態様では、前記コイルが他のコイルと電磁的に結合された時を定常時の磁束量とし、前記コイルと前記他のコイルとの間に異物が介在した異常時に、前記定常時を越える磁束量が前記磁性体に鎖交して前記磁性体が昇温して、前記保護装置により前記コイルに流れる電流を抑制することができる。

本発明の一態様及び他の態様では、コイルには、コイルのインダクタンスを向上させて、他のコイルとの結合度を向上させるために、あるいは漏れ磁界を防ぐために、コイルの磁路を形成する磁性体が配置される。そして、本発明の一態様では、コイルが他のコイルと電磁的に結合された時を定常時の磁束量とした時、コイルと他のコイルとの間に異物が介在した異常時には、定常時を越える磁束量が磁性体に鎖交することに着目した。この異常時に昇温するような鉄損が比較的大きい磁性体であれば、磁性体の昇温により保護装置がコイルに流れる電流を抑制することができる。

本発明の一態様及び他の態様では、前記保護装置は、前記コイルに直列接続された温度ヒューズ素子とすることができる。磁性体と熱結合された温度ヒューズ素子は、磁性隊の昇温により溶断されて、異常時にコイルに流れる電流を遮断して抑制する。

本発明の一態様及び他の態様では、前記保護装置は、前記コイルに直列接続された正温度係数を有するサーミスタとすることができる。正温度係数を有するＰＴＣサーミスタは、昇温により抵抗値が急激に大きくなって、異常時にコイルに流れる電流を抑制することができる。

本発明の他の態様では、本発明の一態様と同様に前記コイルは平面状空芯コイルとし、前記磁性体を前記コイルの一面に配置することができる。この場合、前記保護装置を前記コイルの空芯部にて前記磁性体と接触して配置することができる。

熱結合方法としては接触が最も効果的であり、保護装置を磁性体のいずれかの箇所にて接触させれば良いが、磁束密度が高く昇温が激しい空芯部にて磁性体と保護装置を接触させると効果的である。なお、コイルは、空芯コイルに限らず、磁性体をコアとして用い、そのコアに巻回されて形成されてもよい。この場合、コアである磁性体に保護装置を接触させて配置すれば良い。

本発明の一態様及び他の態様では、前記磁性体は、単一の磁性体であっても良いが、鉄損の異なる第１，第２の磁性体を含んでも良い。この場合、鉄損の小さい前記第１の磁性体を、鉄損の大きい前記第２の磁性体と前記コイルとの間に介在配置することができる。

鉄損とは、例えば交流磁界で磁性材料を磁化するときに、磁性材料に熱が発生し、この熱となって消費されるエネルギーを言う。よって、定常時では鉄損つまり熱となって消費されるエネルギーが小さいほうが良いので、鉄損の低い前記第１の磁性体をコイルに接触させている。異常時には、磁束の絶対量の増加により第１の磁性体から漏れる磁束の絶対量も増加するためもれ磁束を鉄損の大きい第２の磁性体と結合する構造とし、鉄損の大きい第２の磁性体の昇温により保護装置を作動させることができる。

本発明の一態様及び他の態様では、前記第１の磁性体は、前記芯コイルの前記空芯部と対向する位置に孔が形成され、前記保護装置を前記孔内にて前記第２の磁性体と接触して配置することができる。こうすると、保護装置は第２の磁性体と直接接触して熱結合され、異常時に鉄損の大きい第２の磁性体の昇温により保護装置を作動させ易くなる。

本発明の一態様及び他の態様では、前記第１の磁性体の孔は、前記コイルの前記空芯部よりも小さくすることができる。異常時以外では、第１の磁性体を利用し、第２の磁性体の利用を極力少なくするためである。

本発明の一態様及び他の態様では、前記第１の磁性体は軟磁性体とすることができる。軟磁性体は、透磁率が大きく、抗磁力は小さく、鉄損の小さい代表的材料である。なお、磁性体の鉄損は、材料や製法（アモルファス磁性体、焼結磁性体、磁気異方性の制御など）の選択により異ならせることができる。

本発明の一態様及び他の態様では、前記第２の磁性体は、前記異常時での磁束量により磁気飽和するものであっても良い。第２の磁性体は異常時に磁気飽和し、系全体の特性の影響を最小限にする形で異常磁界による発熱を増やすことができ、第２の磁性体により保護装置を作動させることができるからである。

本発明の一態様及び他の態様では、前記第２の磁性体は、前記第１の磁性体よりも熱容量を小さくすることができる。第２の磁性体は、温度検出をするために必要であるから、熱容量を大きくすることは温度検出をするための材料として適切でないからである。

本発明のさらに他の態様は、送電装置側の一次コイルと電磁的に結合される二次コイルを含み、前記送電装置により電力が供給される受電装置において、前記二次コイルが上述したコイル装置にて形成されていることを特徴とする。
また、本発明のさらに他の態様では、この受電装置を含む電子機器を定義している。

本発明のさらに他の態様は、一次コイルを含み、前記一次コイルを受電装置側の二次コイルと電磁的に結合させて、前記受電装置の負荷に対して電力を供給する送電装置において、前記一次コイルが、上述したコイル装置にて形成されていることを特徴とする。

これにより、異常時には送電装置からの送電を停止することができ、その結果、受電装置も保護することができる。

本発明のさらに他の態様は、一次コイルと、前記一次コイルを送電制御する送電制御回路とを含み、前記一次コイルを受電装置側の二次コイルと電磁的に結合させて、前記受電装置の負荷に対して電力を供給する送電装置において、
前記一次コイルは、
平面状空芯コイルと、
前記平面状空芯コイルの一面に配置された磁性体と、
前記磁性体と熱結合された温度検出素子と、
を含み、
前記温度検出素子に接続された異常判定部が設けられ、前記異常判定部からの信号に基づいて、前記送電制御回路が送電停止することを特徴とする。

本発明のさらに他の態様は、一次コイルと、前記一次コイルを送電制御する送電制御回路とを含み、前記一次コイルを受電装置側の二次コイルと電磁的に結合させて、前記受電装置の負荷に対して電力を供給する送電装置において、
前記一次コイルは、
コイルと、
前記コイルの磁路を形成する磁性体と、
前記磁性体と熱結合された温度検出素子と、
を含み、
前記温度検出素子に接続された異常判定部が設けられ、前記異常判定部からの信号に基づいて、前記送電制御回路が送電停止することを特徴とする。

これらの各態様でも、異常時に磁性体に鎖交する磁束量が増大することに着目した。磁性体には鉄損があり、磁束が鎖交することで発熱する。異物が介在して磁束量が増大すると、磁性体での発熱量も増えるので、磁性体の温度に基づいて異常判定部が異常を判定し、送電制御回路により送電停止することで、異常時にコイルに流れる電流を遮断できる。

つまり、本発明のさらに他の態様では、前記一次コイルが前記二次コイルと電磁的に結合された時を定常時の磁束量とし、前記一次コイルと前記二次コイルとの間に異物が介在した異常時に、前記定常時を越える磁束量が前記磁性体に鎖交して前記磁性体が昇温した時、前記異常判定部が異常と判定して、前記送電制御回路により前記一次コイルに流れる電流を抑制することができる。

上述した各態様のように磁性体と熱結合されるのが保護装置であるものとは異なり、磁性体と熱結合されるのは温度検出素子である。この場合も、一次コイルと二次コイルとの間に異物が介在した異常時に、定常時を越える磁束量が磁性体に鎖交して磁性体が昇温することに着目した点は、上述した各態様と同じである。本態様では、磁性体が昇温した時、異常判定部が異常と判定して、送電制御回路により一次コイルに流れる電流を抑制する点が異なる。

本発明のさらに他の態様に用いられる温度検出素子は、負温度係数を有するサーミスタとすることができる。この負温度係数の相関を利用して、磁性体の昇温を検出することができる。

本発明のさらに他の態様では、上述した送電装置を含む電子機器を定義している。

以下、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお以下に説明する本実施形態は特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではなく、本実施形態で説明される構成の全てが本発明の解決手段として必須であるとは限らない。

１．第１実施形態
（電子機器）
図１（Ａ）に本実施形態の無接点電力伝送手法が適用される電子機器の例を示す。電子機器の１つである充電器５００（クレードル）は送電装置１０を有する。また電子機器の１つである携帯電話機５１０は受電装置４０を有する。また携帯電話機５１０は、ＬＣＤなどの表示部５１２、ボタン等で構成される操作部５１４、マイク５１６（音入力部）、スピーカ５１８（音出力部）、アンテナ５２０を有する。

充電器５００にはＡＣアダプタ５０２を介して電力が供給され、この電力が、無接点電力伝送により送電装置１０から受電装置４０に送電される。これにより、携帯電話機５１０のバッテリを充電させて、携帯電話機５１０内のデバイスを動作させることができる。

なお本実施形態が適用される電子機器は携帯電話機５１０に限定されない。例えば腕時計、コードレス電話器、シェーバー、電動歯ブラシ、リストコンピュータ、ハンディターミナル、携帯情報端末、或いは電動自転車などの種々の電子機器に適用できる。

図１（Ｂ）に模式的に示すように、送電装置１０から受電装置４０への電力伝送は、送電装置１０側に設けられた一次コイルＬ１（送電コイル）と、受電装置４０側に設けられた二次コイルＬ２（受電コイル）を電磁的に結合させて電力伝送トランスを形成することで実現される。これにより非接触での電力伝送が可能になる。

ここで、図１（Ｂ）に示すように、一次コイルＬ１と二次コイルＬ２とが対向して無接点電力伝送を実施する際の対向面側を伝送面と称する。図１（Ｂ）の一次コイルＬ１の上側面が伝送面であり、二次コイルＬ２の下側面が伝送面である。伝送面とは逆側の面を非伝送面と称する。

（コイル装置）
図２（Ａ）及び図２（Ｂ）は、図１（Ａ）に示す送電装置１０及び受電装置４０の一方または双方に用いることができるコイル装置１００を示している。図２（Ａ）及び図２（Ｂ）に示すコイル装置１００は、コイルと、そのコイル磁路を形成してインダクタンスを向上させる磁性体とを含む。本実施形態では、コイル装置１００は、例えば平面状空芯コイル１１０と、第１の磁性体１２０と、第２の磁性体１３０とをその順番で積層して構成される。なお、図２（Ｂ）において、平面状空芯コイル１１０が伝送面側に配置され、第２の磁性体１３０が非伝送面側に配置される。また、このコイル装置１００の例えば中心位置には、保護装置として機能する温度ヒューズ素子１４０が配置されている。

平面状空芯コイル１１０は、中央に空芯部１１２を有する平面的なコイルであれば特に限定されないが、たとえば、単芯または多芯の被覆コイル線を平面上で巻回した空芯コイルを適用することができる。

平面状空芯コイル１１０には、その内端を例えば非伝送面側（つまり、第１の磁性体１２０と面する側）から引き出すための引き出し線１１４が設けられている。こうすると、伝送面をフラットにすることができる。なお、引き出し線１１４を伝送面側から引き出しても良い。また、引き出し線１１６は平面状空芯コイル１１０の外端から引き出されている。

第１の磁性体１２０は、例えば、平面状空芯コイル１１０の外径よりも長い四辺を有する矩形に形成されている。第１の磁性体１２０は、平面状空芯コイル１１０よりも大きければ、その形状は問わない。第１の磁性体１２０が平面状空芯コイル１１０と対向する位置に、貫通孔１２２が形成されている。この貫通孔１２２は通常時は、第１の磁性体１２０を利用するため、空芯部１１２の直径よりも小さくする必要がある。温度ヒューズ素子１４０は、異常時には第２の磁性体１３０へのもれ磁束を利用するため、平面状空芯コイル１１０の中心部に配置し、且つ強磁界の集中する線材付近を避けるように、平面状空芯コイル１１０の内径を一定範囲拡げた寸法関係にすることが望ましい。温度ヒューズ素子１４０を第２の磁性体１３０の非伝送面側と熱結合させる場合には、第１の磁性体１２０に貫通孔１１２は必ずしも要しない。

第２の磁性体１３０も、例えば、平面状空芯コイル１１０の外径よりも長い四辺を有する矩形に形成されている。第２の磁性体１３０もまた、平面状空芯コイル１１０よりも大きければ、その形状は問わない。ただし、定常時の機能は第１の磁性体１２０で賄うべきで、第２の磁性体１３０が温度検出をする意味において必要以上の大きさは熱容量を大きくするので、温度検出をするための材料として適切でない。このため、第２の磁性体１３０は、第１の磁性体１２０よりも小さいほうが望ましい。

なお、コイル装置１００が、小型化が要求される携帯電話機等の電子機器に受電装置として搭載される場合には、コイル装置１００の非伝送面側に、充電池、回路基板、電子部品または金属等が配置されることがある。もし、これらの部品に磁束が鎖交すると、渦電流が発生して予期しない発熱の問題や、ノイズの問題が生ずる。そこで、これらの部品を被保護部材として、磁束より保護する必要がある。このような場合には、第１の磁性体１２０を、被保護部材をカバーできる大きさとすれば良い。この他、第２の磁性体１３０の非伝送面側に磁気シールド部材を配置しても良い。

第２の磁性体１３０には貫通孔が形成されないので、空芯部１１２及び貫通孔１２２より配置される温度ヒューズ素子１４０は、第２の磁性体１３０上に直接配置されて、第２の磁性体１３０と熱結合される。

平面状空芯コイル１１０の内端からの引き出し線１１４は、空芯部１１２内の一端よりその対向端側を経由して引き出されており、その途中の空芯部１１２内の位置にて温度ヒューズ素子１４０が直列に挿入接続されている。つまり、平面状空芯コイル１１０の電流経路に直列に温度ヒューズ素子１４０が配置されるので、昇温によって温度ヒューズ素子１４０が溶断されると、平面状空芯コイルに流れる電流は遮断される。これが、温度ヒューズ素子１４０による保護機能である。

（異常時にコイル電流を遮断できる理由）
図３（Ａ）に定常時の電力伝送を、図３（Ｂ）に異常時の電力伝送を、それぞれ模式的に記している。図３（Ｂ）に示す異常時には、一次、二次コイルＬ１，Ｌ２間に異物金属１５０が介在している。

図３（Ａ）及び図３（Ｂ）では共に、送電回路１６０からの送電電力がＰＬ１である。また、図３（Ａ）及び図３（Ｂ）ではともに、一次コイルＬ１、二次コイルＬ２、受電回路１７０を経由して、電力が負荷１８０に伝送される。

ここで、図３（Ａ）において、一次コイルＬ１での損失電力をＰＬ１、二次コイルＬ２での損失電力をＰＬ２、負荷１８０に伝送される電力をＰＬ３とすると、Ｐ１＝ＰＬ１＋ＰＬ２＋ＰＬ３が成立する。

一方、図３（Ａ）において、一次コイルＬ１での損失電力をＰＬ１’、異物金属１５０での損失電力をＰＬ４、二次コイルＬ２での損失電力をＰＬ２’、負荷１８０に伝送される電力をＰＬ３’とすると、Ｐ１＝ＰＬ１’＋ＰＬ４＋ＰＬ２’＋ＰＬ３’が成立する。ＰＬ１≒ＰＬ１’、ＰＬ２≒ＰＬ２’とすると、ＰＬ３＝ＰＬ４＋ＰＬ３’となる。ただし、負荷１８０の抵抗ＲＬに対して異物金属の抵抗ｒは、ｒ≪ＲＬが成立するほど低抵抗値であるので、ＰＬ４≫ＰＬ３’となり、ＰＬ３’は無視しえるほど小さい。よって、この場合は、ＰＬ３（実負荷への電力供給）＝ＰＬ４（異物発熱）となり、システム全体の消費電力からは異物判定ができなくなる。

本発明者は、たとえＰＬ３（実負荷）＝ＰＬ４（異物発熱）であっても、一次、二次コイルＬ１，Ｌ２の空芯部に鎖交する磁束量が、定常時と異常時とでは異なることに着目した。一次、二次コイルＬ１，Ｌ２間に異物金属１５０が介在する異常時には、異物金属１５０が介在していない定常時よりも、一次、二次コイルＬ１，Ｌ２の空芯部に鎖交する磁束量は多くなる。この理由は、異物１５０の挿入により、磁束の絶対量が増加し、送電装置１０の皮相電力が増加してこれによる磁界の増加と、鉄損の増加との差が、定常時と異常時との差となる。よって、一次コイルＬ１または二次コイルＬ２が磁性体を有していれば、この磁性体に鎖交する磁束量も異なっている。

本実施形態は、磁性体に鎖交する磁束量の相違が、磁性体の温度に明確に反映するようにするために、鉄損の異なる第１，第２の磁性体１２０，１３０を設けたものである。

（第１，第２の磁性体の特性）
次に、第１，第２の磁性体１２０，１３０についてより詳細に説明する。第１の磁性体１２０の設置意義は、平面状空芯コイル１１０と他のコイルとが、異物の介在なしに電磁的に結合された時を定常時とした時、その定常時に平面状空芯コイル１１０が他のコイルとの結合度を向上させ、さらに磁気漏れを防止することにある。

第２の磁性体１３０の設置意義は、平面状空芯コイル１１０と他のコイルとの間に金属などの異物が介在した異常時に、定常時を越える磁束量が第２の磁性体１３０に鎖交するが、この際に第２の磁性体１３０が定常時とは明確に異なるように昇温することにある。第２の磁性体１３０が昇温すれば、これと熱結合された温度ヒューズ素子１４０が確実に溶断されて、平面状空芯コイル１１０に流れる電流を遮断できるからである。

このような機能を第１，第２の磁性体１２０，１３０に持たせためには、両者の鉄損を異ならせればよい。つまり、第１の磁性体１２０は定常時に本来の磁性体としての役目を果たすことから、鉄損はなるべく少ないほうが良い。定常時に磁性体が発熱することは好ましくないからである。一方、第２の磁性体１３０は、異常時に昇温させるため、鉄損がある程度大きく、且つ熱容量が小さくなければならない。本実施形態では、この２つの機能を一種類の磁性体に持たせるのではなく、各機能を第１，第２の磁性体１２０，１３０が分担して発揮するものである。

この鉄損が相違する観点から言えば、第１，第２の磁性体１２０，１３０のヒステリシス特性は、例えば図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に示すようになる。図４（Ａ）は、軟磁性体の理想的なヒステリシス曲線を示している。図４（Ａ）では、ヒステリシス曲線の勾配に相当する透磁率が大きく、残留磁化が０となる磁場を示す抗磁力Ｈｓ１が小さく、ヒステリシス曲線で囲まれた領域の面積に相当する鉄損が小さい軟磁性体の理想的特性を示している。

一方、図４（Ｂ）に示すヒステリシス曲線では、図４（Ａ）と比較して残留磁化が０となる磁場を示す抗磁力Ｈｓ２が大きく、ヒステリシス曲線で囲まれた領域の面積に相当する鉄損が大きい。

従って、ヒステリシス曲線の特性からいえば、図４（Ａ）は第１の磁性体１２０に相応しく、図４（Ｂ）は第２の磁性体１３０に相応しいと言える。なお、磁性体の鉄損は、材料や製法（アモルファス磁性体、焼結磁性体、磁気異方性の制御など）の選択により異ならせることができる。

また、図４（Ｂ）に示すヒステリシス曲線では、第２の磁性体１３０は磁気飽和し易い磁性体を使用してもよい。異物が介在した異常時には、第２の磁性体１３０は温度さえ測定可能であれば機能しなくて良いからである。

２．第２実施形態
図５は、本発明の第２実施形態に係る送電装置３００の概略説明図である。この送電装置３００は、一次コイルＬ１と、一次コイルＬ１を送電制御する送電制御回路３１０とを含み、一次コイルＬ１を受電装置側の二次コイルＬ２と電磁的に結合させて、受電装置側の負荷（図示せず）に対して電力を供給する。

図５に示す一次コイルを含むコイル装置３２０は、図２に示すコイル装置１００の温度ヒューズ素子１４０を、温度検出素子３３０に置き換えたものである。従って、コイル装置３２０は、図２に示すコイル装置１００の第２の磁性体１３０と熱結合された温度検出素子３３０を有する。

図２に示す温度ヒューズ１４０は、平面状空芯コイル１１０（Ｌ１）の内端の引き出し線１１４途中に直列接続され、昇温により一次コイルＬ１に流れる電流を遮断する保護装置として機能した。一方、温度検出素子３３０は、保護装置としての機能は無く、熱結合された第２の磁性体１３０の温度を検出する機能のみを有する。

この種の温度検出素子として、例えば、負の温度係数（ＮＴＣ）を有し、温度が上昇するとその抵抗値が減少することで温度を測定するＮＴＣサーミスタを挙げることができる。もちろん、熱結合された第２の磁性体１３０の温度を検出できる小型化可能な温度検出素子であれば、ＮＴＣサーミスタに限定されない。

送電装置３００は、異常を検出して送電制御回路３１０での送電制御を例えば停止させる異常判定部３４０を有する。この異常判定部３４０は、温度検出素子３３０と接続された温度検出回路３５０と、電流計３６０及び電圧計３７０に接続されて送電電力を検出する電力検出回路３８０と、２つの検出回路３５０，３８０からの情報に基づいて異常判定する異常判定部３９０を有することができる。なお、電流計３６０、電圧計３７０及び電力検出回路３８０は必須ではない。

第２実施形態では特に、一次コイルＬ１と二次コイルＬ２との間に異物が介在した異常時に、定常時を越える磁束量が磁性体１３０に鎖交して磁性体が昇温すると、この温度が温度検出素子３３０、温度検出回路３５０を介して異常判定部３９０に入力される。異常判定部３９０は、例えば定常時における磁性体の温度を比較情報として有し、定常時の磁性体の温度を超えたときに異常と判定できる。この異常時には、送電制御回路３１０により一次コイルＬ１に流れる電流が遮断される。一次コイルＬ１側からの送電が停止されれば、二次コイルＬ２での受電も停止できる。

なお、上記のように本実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できるものである。従って、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。例えば、明細書又は図面において、少なくとも一度、より広義または同義な異なる用語と共に記載された用語は、明細書又は図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えることができる。

例えば、第１実施形態における保護装置は温度ヒューズ素子１４０に限らず、平面状空芯コイル１１０に直列接続された正温度係数（ＰＴＣ）を有するサーミスタとすることができる。ＰＴＣサーミスタは、図６に示すように昇温により抵抗値が急激に大きくなって、異常時に平面状空芯コイルに流れる電流を抑制することができる。よって、異常時の磁性体１３０の温度の時に大抵抗となるような特性を有するＰＴＣサーミスタを用いれば、異常時に平面状空芯コイル１１０に流れる電流を抑制できる。

また、図２に示す保護装置１４０や図５に示す温度検出素子３３０は、必ずしも平面状空芯コイル１１０の空芯部１１２内にて磁性体１３０の伝送面側にて熱結合させるものに限らない。温度検出素子３３０を、平面状空芯コイル１１０の空芯部１１２の中または外の位置にて、磁性体１３０の伝送面または非伝送面のどちらかにて熱結合させればよい。

さらに、磁性体としては、必ずしも第１，第２の磁性体１２０，１３０を用いるものに限らず、単一の磁性体であっても良い。この場合、単一の磁性体もまた、コイルの磁路を形成するものであれば良い。本発明では特に、磁性体は、定常時には平面状空芯コイル１１０と他のコイルとの結合度を向上させ、さらに磁気漏れを防止し、異常時には、定常時を越える磁束量が鎖交されることで、定常時とは異なるように昇温すれば良い。

図７は、上述した実施形態とは異なるタイプのコイル装置２００を示している。このコイル装置２００は、例えば平板状の磁性体コア２１０の周囲にコイル線２２０を巻回して構成されている。このコイル装置２００のコイル線２２０に交流電流を流すと、磁性体コア２１０に磁路が形成されると共に、この磁性体コア２１０と平行に磁束線が形成される。このコイル装置２００を一次コイルＬ１として用いても、二次コイルＬ２との磁気結合により無接点電力伝送が可能である。

図７に示すコイル装２００置に本発明を適用する場合、コイル線２２０途中に保護素子１４０を設けることができ、あるいは磁性体コア２１０と接触させて温度検出素子３３０を搭載することができる。それにより、異物混入時には、第１実施形態と同様にコイル線２２０に流れる電流を抑制（遮断含む）することができ、第２実施形態と同様に送電停止することができる。

つまり、本発明は、コイルの一面に磁性体を有するものに限らず、磁性体をコアとして使用するものであっても良い。コイルとそのコイルの磁路を形成する磁性体との組み合わせは、上述したものに限らず、他の種々の形状のコイル及び磁性体を組み合わせても良く、必ずしも平面的な薄型コイル装置でなくてもよい。

図１（Ａ）、図１（Ｂ）は無接点電力伝送の説明図である。 図２（Ａ）、図２（Ｂ）は、本発明の第１実施形態に係るコイル装置の平面図、断面図である。 図３（Ａ）、図３（Ｂ）は、定常時及び異常時の電力損失を説明するための図である。 図４（Ａ）、図４（Ｂ）は、第１，第２の磁性体のヒステリシス曲線を示す特性図である。 本発明の第２実施形態に係る送電装置の概略説明図である。 本発明の第２実施形態に用いられる温度検出素子の一例であるＮＴＣサーミスタの温度−抵抗特性を示す特性図である。 本発明に適用できるコイル装置の他の例を示す概略説明図である。

符号の説明

１０ 送電装置、４０ 受電装置、１００ コイル装置、１１０ 平面状空芯コイル、
１１２ 空芯部、１２０ 第１の磁性体、１２２ 貫通孔、１３０ 第２の磁性体、
１４０ 温度ヒューズ素子（保護装置）、１５０ 異物金属、１６０ 送電回路、
１７０ 受電回路、１８０ 負荷、２００ コイル装置、２１０ コイル、
２２０ 磁性体コア、３００ 送電装置、３１０ 送電製制御回路、
３２０ コイル装置、３３０ 温度検出素子、３４０ 異常判定部、
３５０ 温度検出回路、３６０ 電流計、３７０ 電圧計、３９０ 異常判定回路

Claims (19)

1. 平面状空芯コイルと、
   前記平面状空芯コイルの一面に配置された磁性体と、
   前記磁性体と熱結合され、かつ、前記平面状空芯コイルに直列接続されて、昇温時に前記平面状空芯コイルに流れる電流を抑制する保護装置と、
   を有することを特徴とするコイル装置。
2. コイルと、
   前記コイルの磁路を形成する磁性体と、
   前記磁性体と熱結合され、かつ、前記コイルに直列接続されて、昇温時に前記コイルに流れる電流を抑制する保護装置と、
   を有することを特徴とするコイル装置。
3. 請求項２において、
   前記コイルが他のコイルと電磁的に結合された時を定常時の磁束量とし、前記コイルと前記他のコイルとの間に異物が介在した異常時に、前記定常時を越える磁束量が前記磁性体に鎖交して前記磁性体が昇温して、前記保護装置により前記コイルに流れる電流を抑制することを特徴とするコイル装置。
4. 請求項２または３において、
   前記保護装置は、前記コイルに直列接続された温度ヒューズ素子であることを特徴とするコイル装置。
5. 請求項２または３において、
   前記保護装置は、前記コイルに直列接続された正温度係数を有するサーミスタであることを特徴とするコイル装置。
6. 請求項２乃至５のいずれかにおいて、
   前記コイルは平面状空芯コイルであり、前記磁性体は前記コイルの一面に配置され、
   前記保護装置が前記コイルの空芯部にて前記磁性体と接触して配置されていることを特徴とするコイル装置。
7. 請求項２乃至５のいずれかにおいて、
   前記磁性体は、鉄損の異なる第１，第２の磁性体を含み、鉄損の小さい前記第１の磁性体が、鉄損の大きい前記第２の磁性体と前記コイルとの間に介在配置されていることを特徴とするコイル装置。
8. 請求項７において、
   前記第１の磁性体は、前記コイルの前記空芯部と対向する位置に孔が形成され、前記保護装置は前記孔内にて前記第２の磁性体と接触して配置されることを特徴とするコイル装置。
9. 請求項８において、
   前記孔は、前記コイルの前記空芯部よりも小さいことを特徴とするコイル装置。
10. 請求項７乃至９のいずれかにおいて、
    前記第１の磁性体は軟磁性体であることを特徴とするコイル装置。
11. 請求項７乃至１０のいずれかにおいて、
    前記第２の磁性体は、前記異常時での磁束量により磁気飽和することを特徴とするコイル装置。
12. 請求項７乃至１１のいずれかにおいて、
    前記第２の磁性体は、前記第１の磁性体よりも熱容量が小さいことを特徴とするコイル装置。
13. 送電装置側の一次コイルと電磁的に結合される二次コイルを含み、前記送電装置により電力が供給される受電装置において、
    前記二次コイルが、請求項１乃至１２のいずれかに記載のコイル装置にて形成されていることを特徴とする受電装置。
14. 請求項１３に記載の受電装置を有することを特徴とする電子機器。
15. 一次コイルを含み、前記一次コイルを受電装置側の二次コイルと電磁的に結合させて、前記受電装置の負荷に対して電力を供給する送電装置において、
    前記一次コイルが、請求項１乃至１２のいずれかに記載のコイル装置にて形成されていることを特徴とする送電装置。
16. 一次コイルと、前記一次コイルを送電制御する送電制御回路とを含み、前記一次コイルを受電装置側の二次コイルと電磁的に結合させて、前記受電装置の負荷に対して電力を供給する送電装置において、
    前記一次コイルは、
    平面状空芯コイルと、
    前記平面状空芯コイルの一面に配置された磁性体と、
    前記磁性体と熱結合された温度検出素子と、
    を含み、
    前記温度検出素子に接続された異常判定部が設けられ、前記異常判定部からの信号に基づいて、前記送電制御回路が送電停止することを特徴とする送電装置。
17. 一次コイルと、前記一次コイルを送電制御する送電制御回路とを含み、前記一次コイルを受電装置側の二次コイルと電磁的に結合させて、前記受電装置の負荷に対して電力を供給する送電装置において、
    前記一次コイルは、
    コイルと、
    前記コイルの磁路を形成する磁性体と、
    前記磁性体と熱結合された温度検出素子と、
    を含み、
    前記温度検出素子に接続された異常判定部が設けられ、前記異常判定部からの信号に基づいて、前記送電制御回路が送電停止することを特徴とする送電装置。
18. 請求項１６または１７において、
    前記温度検出素子は、負温度係数を有するサーミスタであることを特徴とする送電装置。
19. 請求項１６乃至１８のいずれかに記載の送電装置を有することを特徴とする電子機器。

Images