JP2011181769A

JP2011181769A - 電磁波送受信特性改善用シート体

Info

Publication number: JP2011181769A
Application number: JP2010045718A
Authority: JP
Inventors: Hiroyasu Kawano; 浩康川野
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2010-03-02
Filing date: 2010-03-02
Publication date: 2011-09-15
Anticipated expiration: 2030-03-02
Also published as: JP5659504B2

Abstract

【課題】電力伝送比率の向上及び安定した電力伝送比率の確保を図る。
【解決手段】電磁的結合に応じて送電用コイル１２から受電用コイル１４へ電力を非接触に伝送するＷＰＳ機器１内の受電用コイル１４の磁界影響範囲Ｘ内に配置される特性改善シート体１５であって、磁界影響範囲Ｘ内の受電用コイル１４対向側に配置される磁気シールド層２１と、この磁気シールド層２１の背面に配置された導体層２３と、電力伝送比率を向上させるべく、磁気シールド層２１及び導体層２３間に配置された中間層２２とを積層して構成した。
【選択図】図２

Description

本発明は、電磁波送受信特性改善用シート体に関する。

従来、ケーブルを使用することなく、空間的に離れた２点間で電力を伝送するワイヤレス電力供給（Wireless Power Supply：以下、単にＷＰＳと称する）機能を備えた非接触型電力伝送機器、すなわちＷＰＳ機器が知られている。このＷＰＳ機器は、交流電源と接続した送電用コイルと、負荷と接続した受電用コイルとの間で磁界共鳴や電磁誘導等により高周波磁界を利用して負荷に対して電力を非接触で伝送するものである。

ＷＰＳ機器は、接点部の露出がないため、接点部分の劣化を気にせず、防水性の確保が容易になることや、送電側機器及び受電側機器間の接続がワイヤレス構成であるため、送電側機器及び受電側機器間の着脱が容易になるという利点が多々ある。

しかしながら、上記従来のＷＰＳ機器では、磁界共鳴や電磁誘導等により高周波磁界を利用して電力を伝送する際、送電用コイル又は受電用コイルの近傍の磁界影響範囲内に金属等の導体が配置されると、高周波磁界によって導体表面に渦電流が生じる。そして、ＷＰＳ機器は、導体表面に渦電流が生じると、例えば、渦電流起因の反磁界による減磁やジュール熱が発生し、導体による磁界エネルギの損失が生じ、大きな電力伝送損失や信号強度の低下が生じる。

そこで、このような事態に対処すべく、従来技術では、透磁率が大きく、磁気損失が小さく、しかも、渦電流防止のための電気抵抗が大きい磁気シールド体をコイル及び導体間に配置する技術が広く知られている。

従来技術では、コイル対向側の導体表面に磁気シールド体を密着積層した電磁波送受信特性改善用シート体をコイルの磁界影響範囲内に配置したので、磁界影響範囲内での導体による磁界エネルギの損失を抑制できる。

特開２００８−２９４３８５号公報特開２００９−７６５１３号公報

そこで、本出願人は、コイル、磁気シールド体及び導体間の配置関係を変えて電力伝送比率を測定する実験を行った。その結果、磁気シールド体及び導体間の距離を適正化することで、磁界エネルギの損失が抑制され、電力伝送比率の向上が図れることを見い出した。

更に、本出願人は、磁気シールド体及び導体間の距離を適正化した場合、磁界影響範囲内に新たな金属体等の導体を配置したとしても、新たな導体の影響を受けることなく、安定した電力伝送比率を確保できることも見い出した。

開示技術は上記点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、磁界エネルギの損失を抑制しながら、電力伝送比率の向上及び安定した電力伝送比率の確保を図ることができる電磁波送受信特性改善用シート体を提供することにある。

本願の開示する電磁波送受信特性改善用シート体は、一つの態様において、電磁的結合に応じて送電用コイルから受電用コイルへ電力を非接触に伝送する非接触型電力伝送機器内の前記送電用コイル及び前記受電用コイルの内、少なくとも一つのコイルの磁界影響範囲内のコイル対向側に配置された磁気シールド層と、当該磁気シールド層の背面に配置された導体層と、前記非接触に伝送する電力の伝送比率を向上させるべく、前記磁気シールド層及び前記導体層間に配置された中間層とを積層して構成するようにした。

本願の開示する電磁波送受信特性改善用シート体の一つの態様では、磁界影響範囲内の磁界エネルギの損失を抑制しながら、電力伝送比率の向上及び安定した電力伝送比率の確保を図ることができるという効果を奏する。

図１は、実施例１のＷＰＳ機器の概略構成を示す説明図である。図２は、実施例１のＷＰＳ機器の内部機器の配置関係を示す概略断面図である。図３は、実験に使用するＷＰＳ機器の概略構成を示す説明図である。図４は、実験例毎の受電電力及び電力伝送比率の測定結果を示す説明図である。図５は、実験例１の内部機器の配置構成を示す概略断面図である。図６は、実験例２の内部機器の配置構成（磁界影響範囲外に金属体を配置）を示す概略断面図である。図７は、実験例３の内部機器の配置構成（磁界影響範囲内に金属体を配置）を示す概略断面図である。図８は、実験例４の内部機器の配置構成（磁界影響範囲内に磁気シールド体及び金属体を積層配置）を示す概略断面図である。図９は、実験例５の内部機器の配置構成（磁界影響範囲内に磁気シールド体、間隙及び金属体を配置）を示す概略断面図である。図１０は、実験例６の内部機器の配置構成（磁界影響範囲内に磁気シールド体を配置、磁界影響範囲外に金属体を配置）を示す概略断面図である。図１１は、実施例２の特性改善シート体の一部を破断した平面図である。図１２は、図１１のＡ‐Ａ線断面図である。図１３は、実施例２のＷＰＳ機器の内部機器の配置関係を示す概略断面図である。図１４は、所定条件下で中間層及び導体層の材質毎の受電電力の測定結果を示す説明図である。図１５は、中間層がない場合の特性改善シート体、中間層がある場合の特性改善シート体を示す説明図である。図１６は、特性改善シート体が複数ユニットで構成する場合の説明図である。図１７は、受電用コイルと一体化した特性改善シート体を示す説明図である。図１８は、受電用コイル及び特性改善シート体間に間隙層を配置し、受電用コイルと一体化した特性改善シート体を示す説明図である。

以下、図面に基づいて、本願の開示する電磁波送受信特性改善用シート体を内蔵したＷＰＳ機器の実施例を詳細に説明する。尚、本実施例により、開示技術が限定されるものではない。

図１は、実施例１のＷＰＳ機器の概略構成を示す説明図、図２は、実施例１のＷＰＳ機器の内部機器の配置関係を示す概略断面図である。図１に示すＷＰＳ機器１は、交流電源１１と接続する送電用コイル１２と、負荷１３と接続する受電用コイル１４とを有する。送電用コイル１２は、受電用コイル１４との電磁的結合、例えば、高周波磁界に応じて受電用コイル１４に非接触で電力を伝送する。

更に、ＷＰＳ機器１は、受電用コイル１４の磁界影響範囲Ｘ内に電磁波送受信特性改善用シート体（以下、単に特性改善シート体と称する）１５を配置した。特性改善シート体１５は、磁界影響範囲Ｘ内の受電用コイル１４に対向するように配置する。尚、説明の便宜上、受電用コイル１４の磁界影響範囲Ｘ内に特性改善シート体１５を配置したが、送電用コイル１２の磁界影響範囲内に特性改善シート体１５を配置しても良い。

特性改善シート体１５は、磁気シールド層２１、中間層２２及び導体層２３を積層することで構成する。磁気シールド層２１は、透磁率が大きく、磁気損失が小さく、渦電流防止のための電気抵抗が大きい磁性体又は複合磁性体である。導体層２３は、非磁性の導体である。中間層２２は、磁気シールド層２１及び導体層２３の電気抵抗率よりも大きい物質で構成し、磁気シールド層２１及び導体層２３間を離間する中空部を備えたものである。更に、中間層２２は、高周波磁界を利用した非接触の電力伝送比率を向上させるものである。

実施例１では、磁気シールド層２１、中間層２２及び導体層２３を順次積層して構成した特性改善シート体１５を受電用コイル１４の磁界影響範囲Ｘ内に配置する。その結果、実施例１では、磁界影響範囲Ｘでの磁界エネルギの消費を抑制できるため、従来の磁気シールド層２１及び導体層２３を密接積層して構成した特性改善シート体に比較しても、受電電力の向上、すなわち電力伝送比率の向上を図ることができる。

図３は、実験に使用するＷＰＳ機器１Ａの概略構成を示す説明図である。図３に示すＷＰＳ機器１Ａは、交流電源１１と接続する送電用コイル１２Ａと、負荷１３と接続する受電用コイル１４Ａとを有する。送電用コイル１２Ａは、第１コイル３１と第２コイル３２とを有する。第１コイル３１は、交流電源１１と接続し、第２コイル３２と電磁誘導的結合することで、第２コイル３２に対して電力を非接触に伝送する。第２コイル３２は、コンデンサ３２Ａを配置し、ＬＣ共振回路を構成する。

また、受電用コイル１４Ａは、第３コイル３３と第４コイル３４とを有する。第３コイル３３は、コンデンサ３３Ａを配置し、ＬＣ共振回路を構成する。第２コイル３２及び第３コイル３３は、ＬＣ共振回路を使用して磁界共鳴的結合することで、第２コイル３２から第３コイル３３へ電力を非接触に伝送する。更に、第３コイル３３は、第４コイル３４と電磁誘導的結合することで、第４コイル３４に対して電力を非接触に伝送する。第４コイル３４は、第３コイル３３からの電力を負荷１３に供給する。

次の各種条件下、すなわち実験環境下でＷＰＳ機器１Ａの受電電力及び電力伝送比率を測定した。条件として、第１コイル３１は材質を銅、直径φ８０ｍｍ、第２コイル３２は材質を銅、直径φ１００ｍｍ、第３コイル３３は材質を銅、直径φ１００ｍｍ、第４コイル３４は材質を銅、直径φ８０ｍｍとした。更に、送電用コイル１２Ａ及び受電用コイル１４Ａ間の距離を１００ｍｍ、交流電源１１を±１０Ｖの１．８ＭＨｚ、負荷１３を１０Ω、後述する金属体４１をアルミ板(幅１５０ｍｍ、厚さ１ｍｍ)、後述する磁気シールド体４２の厚みを０．５ｍｍとした。図４は、実験例毎の受電電力及び電力伝送比率の測定結果を示す説明図である。尚、電力伝送比率は、実験例４の受電電力を基準（１００％）にする。

図５は、実験例１の内部機器の配置構成を示す概略断面図である。実験例１の配置構成は、送電用コイル１２Ａ及び受電用コイル１４Ａの磁界が主に分布する方向Ｙに、磁界影響範囲Ｘが存在する。実験例１の配置構成では、受電用コイル１４Ａの磁界影響範囲Ｘ内に金属体や磁気シールド体も存在しない場合である。第１コイル３１は、第２コイル３２との電磁誘導的結合に応じて、第２コイル３２に対して電力を非接触で伝送する。第２コイル３２は、第３コイル３３との磁界共鳴的結合に応じて、第３コイル３３に対して電力を非接触で伝送する。第３コイル３３は、第４コイル３４との電磁誘導的結合に応じて、第４コイル３４に対して電力を非接触で伝送する。この際、受電用コイル１４Ａの磁界影響範囲Ｘ内には金属体や磁気シールド体も存在しないため、磁界エネルギが吸収及び消費されるものは無く、最も大きな受電電力及び電力伝送比率を取得できる。図４に示す実験例１では、受電電力が３．４５Ｗ、電力伝送比率が１５７％の測定結果を得た。

図６は、実験例２の内部機器の配置構成（磁界影響範囲Ｘ外に金属体４１を配置）を示す概略断面図である。実験例２の配置構成は、受電用コイル１４Ａの磁界影響範囲Ｘ外に金属体４１が存在する場合である。第２コイル３２は、第３コイル３３との磁界共鳴的結合に応じて、第３コイル３３に対して電力を非接触で伝送する。第３コイル３３は、第４コイル３４との電磁誘導的結合に応じて、第４コイル３４に対して電力を非接触で伝送する。この際、金属体４１が受電用コイル１４Ａの磁界影響範囲Ｘ外に存在するため、磁界エネルギが吸収及び消費されるものは無く、実験例１と同等の受電電力及び電力伝送比率を確保できる。図４に示す実験例２では、受電電力が３．４３Ｗ、電力伝送比率が１５６％の測定結果を得た。

図７は、実験例３の内部機器の配置構成（磁界影響範囲Ｘ内に金属体４１を配置）を示す概略断面図である。実験例３の配置構成は、受電用コイル１４Ａの磁界影響範囲Ｘ内に金属体４１が存在する場合である。第２コイル３２は、第３コイル３３との磁界共鳴的結合に応じて、第３コイル３３に対して電力を非接触で伝送する。第３コイル３３は、第４コイル３４との電磁誘導的結合に応じて、第４コイル３４に対して電力を非接触で伝送する。この際、金属体４１が受電用コイル１４Ａの磁界影響範囲Ｘ内に存在して磁界エネルギを消費するため、受電電力及び電力伝送比率が格段に低下することが判明した。図４に示す実験例３では、受電電力が０．０２Ｗ、電力伝送比率が０．９％の測定結果を得た。

図８は、実験例４の内部機器の配置構成（磁界影響範囲Ｘ内に磁気シールド体４２及び金属体４１を積層配置）を示す概略断面図である。実験例４の配置構成は、受電用コイル１４Ａの磁界影響範囲Ｘ内に磁気シールド体４２及び金属体４１が積層配置した場合である。尚、磁気シールド体４２及び金属体４１は密接積層したものである。第２コイル３２は、第３コイル３３との磁界共鳴的結合に応じて、第３コイル３３に対して電力を非接触で伝送する。第３コイル３３は、第４コイル３４との電磁誘導的結合に応じて、第４コイル３４に対して電力を非接触で伝送する。この際、金属体４１が受電用コイル１４Ａの磁界影響範囲Ｘ内に存在するが、磁界影響範囲Ｘ内に存在する磁気シールド体４２で磁束を吸収し、磁界エネルギの消費が小さい状態で磁界に磁束を還流させる。その結果、実験例４では、実験例３に比較して受電電力及び電力伝送比率が回復する。図４に示す実験例４では、受電電力が２．２０Ｗ、電力伝送比率が１００％の測定結果を得た。

図９は、実験例５の内部機器の配置構成（磁界影響範囲Ｘ内に磁気シールド体４２、間隙及び金属体４１を配置）を示す概略断面図である。実験例５の配置構成は、受電用コイル１４Ａの磁界影響範囲Ｘ内に磁気シールド体４２及び金属体４１を配置した場合である。尚、磁気シールド体４２及び金属体４１間は中空の間隙で離間したものである。第２コイル３２は、第３コイル３３との磁界共鳴的結合に応じて、第３コイル３３に対して電力を非接触で伝送する。第３コイル３３は、第４コイル３４との電磁誘導的結合に応じて、第４コイル３４に対して電力を非接触で伝送する。この際、金属体４１及び磁気シールド体４２が受電用コイル１４Ａの磁界影響範囲Ｘ内に存在するものの、金属体４１及び磁気シールド体４２間に中空の間隙が存在するため、実験例４に比較して受電電力及び電力伝送比率が向上する。尚、図４に示す実験例５では、間隙が１ｍｍの場合、受電電力を２．３１Ｗ、電力伝送比率を１０５％、間隙が２ｍｍの場合、受電電力を２．４１Ｗ、電力伝送比率を１１０％の測定結果を得た。また、実験例５では、間隙が４ｍｍの場合、受電電力を２．１８Ｗ、電力伝送比率を９９％、間隙が１０ｍｍの場合、受電電力を１．９６Ｗ、電力伝送比率を８９％の測定結果を得た。この結果、後述するが、磁界影響範囲Ｘ内で金属体４１及び磁気シールド体４２間の間隙の距離を適正化しないと、実験例４よりも大きな受電電力及び電力伝送比率を得ることができないことも判明した。

図１０は、実験例６の内部機器の配置構成（磁界影響範囲Ｘ内に磁気シールド体４２を配置、磁界影響範囲Ｘ外に金属体４１を配置）を示す概略断面図である。実験例６の配置構成は、受電用コイル１４Ａの磁界影響範囲Ｘ内に磁気シールド体４２、更に、磁界影響範囲Ｘ外に金属体４１を配置した場合である。第２コイル３２は、第３コイル３３との磁界共鳴的結合に応じて、第３コイル３３に対して電力を非接触で伝送する。第３コイル３３は、第４コイル３４との電磁誘導的結合に応じて、第４コイル３４に対して電力を非接触で伝送する。この際、金属体４１は磁界影響範囲Ｘ外であるため、磁界エネルギを吸収及び消費するものは無いが、磁気シールド体４２が磁界影響範囲Ｘ内に存在するため、磁界エネルギが消費し、受電電力及び電力伝送比率が低下してしまう。尚、図１０に示す実験例６では、受電電力が１．７６Ｗ、電力伝送比率が８０％の測定結果を得た。

本出願人は、上記実験結果に基づき、磁気シールド体４２及び導体４２を密着積層した場合(実験例４)に比較して、磁気シールド体４２及び金属体４１間に間隙を備えた場合(実験例５)の方が受電電力及び電力伝送比率が向上することが判明した。

そこで、実験例５を反映した特性改善シート体、すなわち、磁気シールド層２１、中間層２２及び導体層２３を順次積層して構成した特性改善シート体１５について詳細に説明する。図１１は、実施例２の特性改善シート体１５の一部を破断した平面図、図１２は、図１１のＡ−Ａ線断面図である。図１１及び図１２に示す特性改善シート体１５は、磁気シールド層２１、中間層２２及び導体層２３を積層配置することで構成する。更に、中間層２２は、中空部２２Ａ及び支柱部２２Ｂを有する。中空部２２Ａは、磁気シールド層２１及び導体層２３間を離間する中空部位である。支柱部２２Ｂは、磁気シールド層２１及び導体層２３間を連結する部位である。

図１３は、実施例２のＷＰＳ機器１Ａの内部機器の配置関係を示す概略断面図である。受電用コイル１４Ａの磁界影響範囲Ｘ内に特性改善シート体１５を配置した場合、当該磁界影響範囲Ｘ内の金属体４１の有無に関係なく、受電電力及び電力伝送比率が同等である。尚、磁界影響範囲Ｘ内に金属体４１が有る場合、受電電力が２．３８Ｗ、電力伝送比率が１０８％、磁界影響範囲Ｘ内に金属体４１がない場合、受電電力が２．３９Ｗ、電力伝送比率が１０９％であるため、その受電電力及び電力伝送比率はほぼ同等である。

図１４は、所定条件下で中間層２２及び導体層２３の材質毎に受電電力の測定結果の一例を示す説明図である。尚、所定条件では、磁気シールド層２１の透磁率μ’を５０、磁気損失μ”を１、表面抵抗を１０ｋΩ、厚さを０．５ｍｍとする。更に、中間層２２は、アクリル樹脂の場合に厚さ２ｍｍ、ガラスの場合に厚さ２ｍｍ、空気の場合に厚さ２ｍｍ、アルミ板(非磁性金属)の場合に厚さ２ｍｍ、磁性セラミック(絶縁体)の場合に厚さ２ｍｍとする。更に、導体層２３は、アルミ膜(非磁性金属膜)の場合に厚さ０．０１ｍｍ、鉄膜(磁性金属膜)の場合に厚さ０．０１ｍｍとする。更に、第１コイル３１は材質を銅、直径φ８０ｍｍ、第２コイル３２は材質を銅、直径φ１００ｍｍ、第３コイル３３は材質を銅、直径φ１００ｍｍ、第４コイル３４は材質を銅、直径φ８０ｍｍとした。更に、送電用コイル１２Ａ及び受電用コイル１４Ａ間の距離を１００ｍｍ、交流電源１１を±１０Ｖの１．８ＭＨｚ、負荷１３を１０Ω、金属体４１をアルミ板(幅１５０ｍｍ、厚さ１ｍｍ)、磁気シールド層２１の厚みを０．５ｍｍとした。

図１４に示すように、導体層２３が「アルミ」で中間層２２がない特性改善シート体１５を使用した場合の受電電力は２．１８Ｗである。これに対して、導体層２３が「アルミ」で、中間層２２が「アクリル樹脂」の特性改善シート体１５を使用した場合の受電電力は２．４２Ｗ、また、導体層２３が「アルミ」で中間層２２が「ガラス」の特性改善シート体１５を使用した場合の受電電力は２．３９Ｗである。更に、導体層２３が「アルミ」で中間層２２が「空気」の特性改善シート体１５を使用した場合の受電電力は２．４１Ｗである。その結果、導体層２３が「アルミ」の場合、中間層２２がない場合に比べて、受電電力が向上していることが解る。しかしながら、導体層２３が「アルミ」で中間層２２が「アルミ」の場合の受電電力は２．１７Ｗ、導体層２３が「アルミ」で中間層２２が「磁性セラミック」の場合の受電電力は２．１０Ｗである。その結果、導体層２３が「アルミ」の場合でも、中間層２２がない場合に比べて、受電電力が若干ながら低下していることが判明した。

また、導体層２３が「鉄」で中間層２２がない特性改善シート体１５を使用した場合の受電電力は１．１２Ｗである。これに対して、導体層２３が「鉄」で、中間層２２が「アクリル樹脂」の特性改善シート体１５を使用した場合の受電電力は１．３０Ｗ、また、導体層２３が「鉄」で中間層２２が「ガラス」の場合の受電電力は１．３５Ｗである。更に、導体層２３が「鉄」で中間層２２が「空気」の場合の受電電力は１．２７Ｗである。その結果、導体層２３が「鉄」の場合でも、中間層２２がない場合に比べて、受電電力が向上していることが判明した。

従って、図４の実験例５の測定結果に示すように、特性改善シート体１５の磁気シールド層２１及び導体層２３間に中間層２２を配置する場合でも、その中間層２２の厚みを調整する必要がある。そこで、このような適切な中間層２２の厚みを算出する方法について説明する。図１５（Ａ）は、中間層２２がない場合の特性改善シート体１５を示す説明図、図１５（Ｂ）は、中間層２２がある場合の特性改善シート体１５を示す説明図である。

まず、図１５（Ａ）に示す中間層２２がない場合の特性改善シート体１５を基準にし、磁気シールド層２１の厚みをｔ１、導体層２３の厚みをｔ０とする。更に、磁気シールド層２１の透磁率(複素透磁率の実数項)μ’として、μ’１＜μ’２＜μ’３＜μ’４とし、磁気損失ｔａｎδ＝μ”／μ’を一定とする。磁気シールド層２１の透磁率がμ’１の場合に得られる受電電力をＰ１、磁気シールド層２１の透磁率がμ’２の場合に得られる受電電力をＰ２とする。更に、磁気シールド層２１の透磁率がμ’３の場合に得られる受電電力をＰ３、磁気シールド層２１の透磁率がμ’４の場合に得られる受電電力をＰ４とする。この場合、Ｐ１＜Ｐ２＜Ｐ３＝Ｐ４が成立するため、磁気シールド層２１の適正な透磁率はμ’３となる。その結果、磁束の吸い込み能はｔ１μ’３となる。

また、図１５（Ｂ）に示す中間層２２がある場合の特性改善シート体１５内の磁気シールド層２１の厚みをｔ２、中間層２２の厚みをｔ３、導体層２３の厚みをｔ０とする。この場合、中間層２２の適切な厚さｔ３は、α（ｔ１−ｔ２）μ’３＝α（ｔ１μ’３−ｔ２μ’３）で算出できる。但し、α＝１／２０〜１／１０＝０．０５〜０．１ということになる。尚、中間層２２の有無に関係なく、磁気シールド層２１の透磁率がμ’３の場合は、係数αを１／２０とする。

例えば、ｔ１＝１ｍｍ、ｔ２＝０．２ｍｍとした場合、透磁率μ’１＝１０に対してｔ３＝１／２０＊（１−０．２）＊１０＝０．４ｍｍ、透磁率μ’２＝２５に対してｔ３＝１／２０＊（１−０．２）＊２５＝１ｍｍとなる。更に、透磁率μ’３＝５０に対してｔ３＝１／２０＊（１−０．２）＊５０＝２ｍｍとなる。その結果、図４に示す実験例５で調べると、間隙が２ｍｍの場合に受電電力が２．４１Ｗ、電力伝送比率が１１０％と一番適正であることが解る。

また、ｔ１＝１ｍｍ、ｔ２＝０．５ｍｍとした場合、透磁率μ’３＝５０に対してｔ３＝１／２０＊（１−０．５）＊５０＝１．２５ｍｍが最適な中間層２２の厚みとなる。

また、中間層２２がある場合の磁気シールド層２１にμ’１を適用し、ｔ１＝１ｍｍ、ｔ２＝０．２ｍｍとした場合、ｔ３＝α（ｔ１μ’３−ｔ２μ’１）＝１／１０＊（１＊５０−０．２＊１０）＝４．８ｍｍが最適な中間層２２の厚みとなる。尚、μ’１がμ’３に比べてかなり小さい場合には係数α＝１／１０となる。

また、中間層２２がある場合の磁気シールド層２１にμ’２を適用し、ｔ１＝１ｍｍ、ｔ２＝０．２ｍｍとした場合、ｔ３＝α（ｔ１μ’３−ｔ２μ’２）＝１／１０＊（１＊５０−０．２＊２５）＝３ｍｍが最適な中間層２２の厚みとなる。尚、μ’１がμ’３に比べて小さい場合には係数α＝１／１５となる。

従って、上記数式ｔ３＝α（ｔ１−ｔ２）μ’３＝α（ｔ１μ’３−ｔ２μ’３）を使用することで、受電電力及び電力伝送比率が最適な中間層２２の厚みｔ３を算出することができる。

実施例２では、磁気シールド層２１、中間層２２及び導体層２３を順次積層して構成する特性改善シート体１５を磁界影響範囲Ｘ内に配置する。その結果、実施例２では、磁界エネルギが消費されることなく、実験例４を反映した従来の特性改善シート体に比較して、最適な受電電力及び電力伝送比率を確保できる。

尚、上記実施例２では、受電用コイル１４Ａの磁界影響範囲Ｘ内に１ユニットの特性改善シート体１５を配置したが、非接触の電力伝送量に応じて、図１６に示すように、複数ユニットの特性改善シート体１５を重ねて配置するようにしても良い。この場合、送電用コイル１２Ａから受電用コイル１４Ａへの電力伝送量が大電力の場合に適用可能である。

また、上記実施例では、受電用コイル１４Ａ及び特性改善シート体１５間を離間したが、受電用コイル１４Ａ及び特性改善シート体１５間を密接して、図１７に示すように受電用コイル１４Ａと一体化した特性改善シート体１５Ａとしても良い。この場合、部品個数の削減を図りながら、実装スペースを抑制することができる。

また、上記実施例では、受電用コイル１４Ａ及び特性改善シート体１５間を離間したが、受電用コイル１４Ａ及び特性改善シート体１５間に間隙層２４を積層して、図１８に示すように、受電用コイル１４Ａと一体化した特性改善シート体１５Ｂとしても良い。この場合、部品個数の削減を図ることができる。

また、上記実施例では、送電用コイル１２Ａを第１コイル３１及び第２コイル３２、受電用コイル１４Ａを第３コイル３３及び第４コイル３４で構成した。しかしながら、第１コイル３１及び第４コイル３４を無くし、第２コイル３２に交流電源１１、第３コイル３３に負荷１３を接続し、第２コイル３２及び第３コイル３３間を磁界共鳴的結合で電力を伝送するようにしても良い。

また、上記実施例では、第２コイル３２及び第３コイル３３を無くし、第１コイル３１及び第４コイル３４間を電磁誘導的結合で電力を伝送するようにしても良い。

また、図示した各部の各構成要素は、必ずしも物理的に図示の如く構成されていることを要しない。すなわち、各部の分散・統合の具体的形態は図示のものに限られず、その全部又は一部を、各種の負荷や使用状況等に応じて、任意の単位で機能的又は物理的に分散・統合して構成することができる。

１ＷＰＳ機器
１ＡＷＰＳ機器
１２送電用コイル
１２Ａ送電用コイル
１４受電用コイル
１４Ａ受電用コイル
１５特性改善シート体
２１磁気シールド層
２２中間層
２３導体層
Ｘ磁界影響範囲

Claims

電磁的結合に応じて送電用コイルから受電用コイルへ電力を非接触に伝送する非接触型電力伝送機器内の前記送電用コイル及び前記受電用コイルの内、少なくとも一つのコイルの磁界影響範囲内のコイル対向側に配置された磁気シールド層と、当該磁気シールド層の背面に配置された導体層と、前記非接触に伝送する電力の伝送比率を向上させるべく、前記磁気シールド層及び前記導体層間に配置された中間層とを積層して構成することを特徴とする電磁波送受信特性改善用シート体。
前記中間層は、
前記磁気シールド層及び前記導体層の電気抵抗率よりも大きい非磁性体で構成することを特徴とする請求項１記載の電磁波送受信特性改善用シート体。
前記中間層は、
前記磁気シールド層及び前記導体層間を離間する中空部を備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の電磁波送受信特性改善用シート体。
前記導体層は、
非磁性の導体で構成することを特徴とする請求項１〜３の何れか一つに記載の電磁波送受信特性改善用シート体。
前記磁気シールド層は、
複素透磁率の実数部が大きく、複素透磁率の虚数部が小さく、かつ、表面抵抗の大きな磁性体又は複合磁性体で構成することを特徴とする請求項１〜４の何れか一つに記載の電磁波送受信特性改善用シート体。
前記磁気シールド層及び前記導体層間に前記中間層を配置しない場合の当該磁気シールド層の厚みをｔ１、最大電力伝送比率を得る際の当該磁気シールド層の最低の複素透磁率の実数部をμ、複素透磁率の虚数部を一定とした場合を基準にし、前記磁気シールド層及び前記導体層間に前記中間層を配置する際の当該磁気シールド層の厚みをｔ２とした場合、所定係数α＊（ｔ１−ｔ２）＊μに基づき、最大電力伝送比率を得る際の中間層の厚みｔ３を算出することを特徴とする請求項１〜５の何れか一つに記載の電磁波送受信特性改善用シート体。