JP2012209997A - 非接触充電モジュール及び非接触充電機器 - Google Patents

Abstract

【課題】平面コイル部に使用する導線の信頼性を向上させるとともに非接触充電モジュールの組み立てを容易にすることができ、かつ薄型化を達成することができる非接触充電モジュール及び非接触充電機器を提供することを目的とする。
【解決手段】平面コイル部の巻始めもしくは巻終わりの点から磁性シートの端部にまで延びる溝３３ａ，３３ｂと、溝は２つの側壁とを備え、一方の側壁３３ａは平面コイルの円心部と第１の位置Ｐで、他方の側壁は円心部の第２の位置Ｒにそれぞれ接続し、第１の位置Ｐと第２の位置Ｑは円心部においてほぼ９０度に離間されていることを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、渦巻状の銅線からなる平面コイル部と磁性シートとを有する非接触充電モジュール及び非接触充電機器に関する。

近年、本体機器を充電器で非接触充電することのできるものが多く利用されている。これは、充電器側に送電用コイル、本体機器側に受電用コイルを配し、両コイル間に電磁誘導を生じさせることにより充電器側から本体機器側に電力を伝送するものである。そして、上記本体機器として携帯端末機器等を適用することも提案されている。

この携帯端末機器等の本体機器や充電器に用いられる非接触充電モジュールは、薄型化や小型化が要望されるものである。この要望に応えるため、（特許文献１）のように、この種の非接触充電モジュールは送電用コイルや受電用コイルとしての平面コイル部と、磁性シートとを備えることが考えられる。

特開２００６−４２５１９号公報

しかしながら、（特許文献１）のように１本の導線の平面コイル部と全面が平面状の磁性シートとを備えた非接触充電モジュールでは、コイルの巻き始めもしくは巻き終わりがコイルの内側に位置してしまうことがある。その場合、複数の導線を用いた場合にもありえるが、コイルの巻回された部分と、コイルの巻き始めもしくは巻き終わりから端子までの間の部分が厚み方向に重なってしまう。その結果、非接触充電モジュールの薄型化をすることができなくなってしまう。

そこで、本発明は、上記の問題に鑑み、薄型化を達成することを目的とする。さらに、本発明では上記の目的を達成するとともに、平面コイル部の導線を磁性シートの平面から急激に折り曲げることなく、その結果、加工しやすい非接触充電モジュール及び非接触充電機器を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明は、導線が渦巻き状に巻回され、その中心に円心部を備えた平面コイル部と、前記平面コイル部に対向するように設けられた磁性シートと、前記磁性シートに設けられ、前記平面コイル部の巻始めもしくは巻終わりの点から前記磁性シートの端部にまで延びる溝と、前記溝は２つの側壁とを備え、一方の側壁は前記円心部と第１の位置で、他方の側壁は前記円心部の第２の位置にそれぞれ接続し、前記第１の位置と前記第２の位置は前記円心部においてほぼ９０度に離間されており、前記平面コイル部から引き出された導線は前記スリット内にあって、前記他方の側壁に沿って配線されたことを特徴とする非接触充電モジュールとした。

本発明によれば、非接触充電モジュールの電力伝送効率を維持した状態で薄型化を達成することができる。さらに、平面コイル部の導線を磁性シートの平面から急激に折り曲げることなく、その結果、加工しやすい非接触充電モジュール及び非接触充電機器を提供することができる。

本発明の実施の形態における非接触充電モジュールの組立図 本発明の実施の形態における非接触充電モジュールの概念図 本発明の実施の形態における非接触充電モジュールの磁性シートの詳細図

請求項１に記載の発明は、導線が渦巻き状に巻回され、その中心に円心部を備えた平面コイル部と、前記平面コイル部に対向するように設けられた磁性シートと、前記磁性シートに設けられ、前記平面コイル部の巻始めもしくは巻終わりの点から前記磁性シートの端部にまで延びる溝と、前記溝は２つの側壁とを備え、一方の側壁は前記円心部と第１の位置で、他方の側壁は前記円心部の第２の位置にそれぞれ接続し、前記第１の位置と前記第２の位置は前記円心部においてほぼ９０度に離間されており、前記平面コイル部から引き出された導線は前記スリット内にあって、前記他方の側壁に沿って配線されたことを特徴とする非接触充電モジュールであって、平面コイル部の導線を磁性シートの平面から急激に折り曲げる必要もなく、さらに複雑な加工を行なう必要もなく、非接触接触モジュールの組み立てを容易に行なうことができる。

請求項２に記載の発明は、前記一方の側壁は前記第１の位置で前記円心部と接し、前記他方の側壁は前記第２の位置で前記円心部と接することを特徴とする請求項１に記載の非接触充電モジュールであって、平面コイル部の導線を磁性シートの平面から急激に折り曲げる必要もなく、さらに複雑な加工を行なう必要もなく、非接触接触モジュールの組み立てを容易に行なうことができる。

請求項３に記載の発明は、前記他方の側壁は直線部と曲線部とで構成され、前記直線部と前記曲線部とが連続して滑らかに接続することを特徴とする請求項２に記載の非接触充電モジュールであって、平面コイル部の導線を磁性シートの平面から急激に折り曲げる必要もなく、さらに複雑な加工を行なう必要もなく、非接触接触モジュールの組み立てを容易に行なうことができる。

請求項４に記載の発明は、前記直線部は前記磁性シートの端部と垂直に交わることを特徴とする請求項３に記載の非接触充電モジュールであって、磁性シート内に溝を設ける部分を最小限にすることにより、非接触充電モジュールの電力伝送特性を悪化させることを防止し、そして非接触充電モジュールの電力伝送効率を低下させることを防止することができる。

請求項５に記載の発明は、前記曲線部は前記第２の位置まで最短距離で構成されることを特徴とする請求項３に記載の非接触充電モジュールであって、磁性シートに溝を設ける部分を最小限にすることにより、非接触充電モジュールの電力伝送特性を悪化させることを防止し、そして非接触充電モジュールの電力伝送効率を低下させることを防止することができる。

請求項６に記載の発明は、請求項１〜５のいずれかひとつに記載の非接触充電モジュールに備えられた平面コイル部を、送電用コイルまたは受電用コイルの少なくともいずれかひとつに用いたことを特徴とする非接触充電機器であって、平面コイル部の導線を磁性シートの平面から急激に折り曲げる必要もなく、さらに複雑な加工を行なう必要もなく、非接触接触モジュールの組み立てを容易な非接触充電機器を提供することができる。

（実施の形態）
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態における非接触充電モジュールの組立図、図２は、本発明の実施の形態における非接触充電モジュールの概念図であって（ａ）は上面図、（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ´方向から見た断面図、（ｃ）及び（ｄ）は図２（ａ）のＢ−Ｂ´方向から見た断面図である。図３は、本発明の実施の形態における非接触充電モジュールの磁性シートの詳細図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は図３（ａ）のＡ方向から見た断面図、（ｃ）及び（ｄ）は図３（ａ）のＢ方向から見た断面図である。

図１に示すとおり、本願発明の非接触充電モジュール１は、導線が渦巻き状に巻回された平面コイル部２と、平面コイル部２のコイル２１の面に対向するように設けられた磁性シート３とを備える。

平面コイル部２は、面上で渦を描くように径方向に向けて導電体を巻いたコイル２１と、コイル２１の両端に設けられた端子２２、２３を備える。コイル２１は導線を平面上で平行に巻回したものであり、コイルによって形成された面をコイル面と呼ぶ。本実施の形態では、コイル２１は直径が２０ｍｍの内径から外に向かって巻回され、外径が３０ｍｍとなっている。すなわち、コイル２１はドーナツ形状に巻回されている。なお、コイル２１は円形に巻回されてもよいし、多角形に巻回されてもよい。

また、図２のように本実施の形態においては、コイル２１の導線の断面は円形状としているが、方形状などでもよい。ただし、断面積が方形状の導線と比較して円形状の導線では、隣り合う導線どうしの間に隙間が生じるため、導線間の浮遊容量が小さくなり、コイル２１の交流抵抗を小さく抑えることができる。

また、コイル２１はコイル面に垂直方向に２段で巻回するよりも１段で巻回した方がコイル２１の交流抵抗が低くなり、伝送効率を高くすることができる。これは、２段で導線を巻回すると、上段の導線と下段の導線との間に浮遊容量が発生するためである。従って、コイル２１は全体を２段で巻回するよりも、なるべく多くの部分を１段によって巻回した方がよい。１段で巻回することによって、非接触充電モジュール１として薄型化することができる。

また、コイル２１の交流抵抗が低いことでコイル２１における損失を防ぎ、コイル２１のインダクタンス値であるＬ値を向上させることによって、Ｌ値に依存する非接触充電モジュール１の電力伝送効率を向上させることができる。

また、本実施の形態においては、図２に示すコイル２１の内側の内径Ｘは１０ｍｍ〜２０ｍｍであり、外径は約３０ｍｍである。内径ｘが小さいほど、同じ大きさの非接触充電モジュール１においてコイル２１のターン数を増やすことができ、Ｌ値を向上させることができる。

なお、端子２２、２３はお互いに近接してもよく、離れて配置されてもよいが、離れて配置された方が非接触充電モジュール１を実装しやすい。

磁性シート３は電磁誘導作用を利用した非接触充電の電力伝送効率を向上させるとともに磁性シート３裏面への磁束漏れを低減するために設けたものであって、図２（ａ）に示す通り、平坦部３１と、中心であってコイル２１の内径に相当する中心部３２と、溝を構成する凹部３３（図２（ｃ）参照）とを備える。

なお、中心部３２は必ずしも凸型とする必要ない。また、凹部３３はスリット３４（図２（ｄ）参照）であってもよい。すなわち、図２（ｃ）、（ｄ）にあるように、凹部３３またはスリット３４を設けることによって、コイル２１の巻き終わりから端子２３までの導線を凹部３３またはスリット３４内に収納することができるので、薄型化することができる。すなわち、凹部３３またはスリット３４は磁性シート３の端部とほぼ垂直であり、中心部３２の外周の接線と重なるように形成される（詳細は後述する）。

このように凹部３３またはスリット３４を形成することによって、導線を折り曲げることなく端子２２、２３を形成することができる。なお、凹部３３またはスリット３４の長さは約１５ｍｍ〜２０ｍｍである。ただし、凹部３３またはスリット３４の長さはコイル２１の内径に依存する。

なお、凹部３３の場合は、磁性シート３に貫通孔やスリットを設けないので磁束が漏れることを防ぎ、非接触充電モジュール１の電力伝送効率を向上させることができる。対して、スリット３４の場合は、磁性シート３のスリット加工が容易となる。

また、凹部３３である場合、図３（ｃ）に示すように断面形状が方形状となるような凹部３３に限定されず、Ｕ字状であってもよい。

また、コイル２１はなるべく１段構造であることが望ましく、その場合、コイル２１の半径方向のすべてのターンを１段構造とするか、１部を２段構造として他の部分を１段構造とすることが考えられる。そのように構成すると、端子２２、２３のうち１方はコイル２１外周から引き出すことができるが、他方は内側から引き出さなくてはならない。すなわち、コイル２１が巻回されている部分と、足部２４とが、必ずコイル面に垂直方向において重なってしまう。そこで、その重なる部分に凹部３３またはスリット３４を設け、足部２４をその中に収納すればよい。なお、足部２４とは、コイル２１の巻き終わりから端子２２または２３までの部分をいう。

また、本実施の形態においては、磁性シート３としてＮｉ−Ｚｎ系のフェライトシート、Ｍｎ−Ｚｎ系のフェライトシート、Ｍｇ−Ｚｎ系のフェライトシートなどを使うことができる。フェライトシートは、アモルファス金属の磁性シートに比較してコイル２１の交流抵抗を低下させることができる。

磁性シート３は大きさが約３３ｍｍ×３３ｍｍであり、少なくとも高飽和磁束密度材３ａと高透磁率材３ｂとを積層している。図３（ｃ）における中心部３２の厚みｄ１は０．２ｍｍ、磁性シート３の厚みｄ２は０．６ｍｍ、高飽和磁束密度材３ａの厚みｄ４は０．４５ｍｍ、高透磁率材３ｂの厚みｄ３は０．１５ｍｍである。なお、高飽和磁束密度材３ａと高透磁率材３ｂとを積層しない場合でも、飽和磁束密度３５０ｍＴ以上、厚みは少なくとも３００μｍの高飽和磁束密度材３ａを使用するとよい。

図３を用いて磁性シート３に形成された凹部３３またはスリット３４の溝形状について詳細に説明する。なお、以後代表として凹部の形状（図３（ｃ））で説明を行なうが、スリットなどの形状でも同様な構成をとり、同様な効果を得ることができる。

図３（ａ）と図３（ｃ）に示すように、凹部３３は直線状の側壁３３ａ及び側壁３３ｂとその側壁３３ｂから続く曲線状の側壁３３ｃを有している。なお参考として、溝の形状がスリットである場合は、図３（ａ）と図３（ｄ）に示すように、スリット３４は直線状の側壁３４ａ及び側壁３４ｂとその側壁３４ｂから続く曲線状の側壁３４ｃを有している。

凹部３３の側壁３３ａは磁性シート３の端部から垂直に中心部３２方向へ延び、中心部３２の円周上で接する（図３（ａ）点Ｐ）。

一方、凹部３３の側壁３３ｂは磁性シート３の端部から側壁３３ａと平行に中心部３２方向へ、中心部３２の中心と点Ｐを結ぶ線の延長線と交わる点（図３（ａ）点Ｑ）まで延びている。

そして、凹部３３の側壁３３ｃは側壁３３ｂと連続的に滑らかに繋がっており、点Ｑから中心部３２の円周上ほぼ９０度離れた点（図３（ａ）点Ｒ）まで曲線で延び、点Ｒで中心部３２の円周上で接する。

このような形状を表わす曲線の代表的なものには、中心部３２の半径の大きさを直径として持つ円を中心部３２の中心と点Ｑを結ぶ直線上を転がした場合の点Ｑに相当する位置にある点のサイクロイド曲線がある。すなわち、サイクロイド曲線を用いることにより、直線部である側壁３３ｂは点Ｑで曲線部である側壁３３ｃと接するように滑らかに接続され、曲線部である側壁３３ｃは点Ｒで中心部３２の円周上で接するように接続される。

そして、上述した凹部３３にコイル２１の導線の巻始めもしくは巻き終わりを設置することにより、コイル２１の導線は滑らかな面に沿って設置されるので、導線を折り曲げる必要がなく、導線に不必要な加重が加わらず、異常な曲げも発生しない端子２２、２３を形成することができる。すなわち、上述した凹部３３を設け、凹部３３に導線をはめ込むため、平坦部３１から凹部３３に向かって導線を磁性シート３の厚み方向に屈折させなくてはならない。本実施の形態では、導線が平坦部３１から凹部３３に向かってはめ込まれる部分において、磁性シート３上で導線を折り曲げることがなく滑らかに凹部３３に向かってはめ込まれるため、導線の強度を維持したまま薄型化を達成することができる。コイル２１の導線の信頼性を向上させることができる。

また、凹部３３の側壁の一部を曲線状にしているために磁性シート３の凹部３３の占める部分を最小限に留めることができる。すなわち、磁性シート３に凹部３３を設ける部分を最小限にすることにより、非接触充電モジュール１の電力伝送特性を悪化させることを防止し、そして非接触充電モジュール１の電力伝送効率を低下させることを防止することができる。

なお、コイル２１は多角形状に巻回されてもよく、その場合、コイル２１面の内側端部が形成する空間の形状に平行である部分に凹部３３の点Ｐ、点Ｑ及び点Ｒを設けるとよい。

次に、本発明の非接触充電モジュール１を備えた非接触充電機器について説明する。非接触電力伝送機器は、送電用コイル及び磁性シートを備える充電器と、受電用コイル及び磁性シートを備える本体機器とから成るものであり、本体機器が携帯電話などの電子機器となっている。充電器側の回路は、整流平滑回路部と、電圧変換回路部と、発振回路部と、表示回路部と、制御回路部と、上記送電用コイルとで構成されている。また本体機器側の回路は、上記受電用コイルと、整流回路部と、制御回路部と、主として二次電池から成る負荷Ｌとで構成されている。

この充電器から本体機器への電力伝送は、１次側である充電器の送電用コイルと、２次側である本体機器の受電用コイルとの間の電磁誘導作用を利用して行われる。

本実施の形態の非接触充電機器は、上記で説明した非接触充電モジュール１を備えるため、磁性シート上で導線を折り曲げることがなく滑らかに凹部に向かってはめ込まれるため、導線の強度を維持したまま薄型化を達成することができる。コイルの導線の信頼性を向上させることができる。非接触充電機器を小型化及び薄型化することができる。

本発明の非接触充電モジュール及び非接触充電機器によれば、平面コイル部に使用する導線の信頼性を向上させるとともに非接触充電モジュールの組み立てを容易にすることができ、かつ非接触充電モジュールを薄型化することができるため、携帯電話、携帯用のコンピュータなどの携帯端末、ビデオカメラなどの携帯機器などの様々な電子機器の非接触充電モジュールとして有用である。

１ 非接触充電モジュール
２ 平面コイル部
２１ コイル
２２、２３ 端子
２４ 足部
３ 磁性シート
３１ 平坦部
３２ 中心部
３３ 凹部
３３ａ、３３ｂ、３３ｃ 側壁
３４ スリット
３４ａ、３４ｂ、３４ｃ 側壁

Claims (6)

1. 導線が渦巻き状に巻回され、その中心に円心部を備えた平面コイル部と、
   前記平面コイル部に対向するように設けられた磁性シートと、
   前記磁性シートに設けられ、前記平面コイル部の巻始めもしくは巻終わりの点から前記磁性シートの端部にまで延びるスリットと、
   前記スリットは相対する２つの側壁と、を備え、
   一方の側壁は前記円心部と第１の位置で、他方の側壁は前記円心部の第２の位置にそれぞれ接続し、前記第１の位置と前記第２の位置は前記円心部においてほぼ９０度に離間されており、
   前記平面コイル部から引き出された導線は前記スリット内にあって、前記他方の側壁に沿って配線されたことを特徴とする非接触充電モジュール。
2. 前記一方の側壁は前記第１の位置で前記円心部と接し、前記他方の側壁は前記第２の位置で前記円心部と接することを特徴とする請求項１に記載の非接触充電モジュール。
3. 前記他方の側壁は直線部と曲線部とで構成され、前記直線部と前記曲線部とが連続して滑らかに接続することを特徴とする請求項２に記載の非接触充電モジュール。
4. 前記直線部は前記磁性シートの端部と垂直に交わることを特徴とする請求項３に記載の非接触充電モジュール。
5. 前記曲線部は前記第２の位置まで最短距離で構成されることを特徴とする請求項３に記載の非接触充電モジュール。
6. 請求項１〜５のいずれかひとつに記載の非接触充電モジュールに備えられた平面コイル部を、送電用コイルまたは受電用コイルの少なくともいずれかひとつに用いたことを特徴とする非接触充電機器。

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