JP2013175734A - 通信装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】通信装置内に非接触充電モジュールおよびシートアンテナが存在する場合においても、非接触充電モジュールとシートアンテナとが共存が可能な通信装置を提供する。
【解決手段】装置は、筐体105と、筐体105に収納され、電磁誘導によって電力を受信し、導線が巻回された第1のコイルと、第1のコイルに対向する第1の磁性シートと、を有する2次側非接触充電モジュール42と、筐体105に収納され、導線が巻回された第2のコイルと、第2のコイルに対向する第2の磁性シートと、を有するNFCアンテナ51と、を備え、2次側非接触充電モジュール42とNFCアンテナ51とは積層しない。
【選択図】図1C

Description

本発明は、複数の平面コイルを備える通信装置に関し、特に非接触充電モジュールと、近距離通信用のアンテナを備える通信装置に関する。
近年、携帯端末機器等の通信装置には、近距離通信用のシートアンテナが搭載されている。シートアンテナとしては、例えばRFID(Radio Frequency IDentification)技術を用いた、13.56MHz帯域の電波を使用したNFC(Near Field Communication)アンテナ等が知られている(例えば、特許文献1参照)。
最近では、非接触充電モジュールを搭載して、非接触で充電を行うようにした通信装置も提案されている。この充電方式は、充電器側に送電用コイルを設け、通信装置側に受電用コイルを設け、両コイル間において電磁誘導により充電器側から通信装置側に電力を伝送するものである(例えば、特許文献2参照)。
以上より、上記の通信装置では、シートアンテナによって近距離通信が可能となるとともに、非接触充電モジュールによって非接触充電も可能となる。
特開2007−214754号公報 特開2006−42519号公報
一般に、受信側非接触充電モジュール及びシートアンテナは、コイルと磁性シートとを有している。非接触充電を行う場合、送信側非接触充電モジュール(1次側)と受信側非接触充電モジュール(2次側)との位置合わせが行われる。両者の位置合わせは、一般的に磁性シートまたはコイルを利用して行われる。このため、前述の位置合わせがうまく行われず、送信側非接触充電モジュールが誤ってシートアンテナと位置合わせを行ってしまう場合、非接触充電の伝送効率が低下するという課題があった。
上記課題に鑑み本発明は、通信装置内に非接触充電モジュールおよびシートアンテナが存在する場合においても、非接触充電モジュールとシートアンテナとが共存が可能な通信装置を提供することを目的とする。
本発明に係る通信装置は、筐体と、前記筐体内に収納され、導線が巻回された第1のコイルと前記第1のコイルに対向する第1の磁性シートとを有し、電磁誘導によって電力を受信する受信側非接触充電モジュールと、前記筐体内に収納され、導線が巻回された第2のコイルと前記第2のコイルに対向する第2の磁性シートと、を有するシートアンテナと、を備え、前記受信側非接触充電モジュールは、前記第1のコイルの中空部の少なくとも一部が前記第2のコイルの中空部に対向するように積層して配置されている。
この通信装置によれば、第1および第2のコイルの中空部が対向するため、非接触充電の位置合わせの誤差を抑制でき、第1のコイルは磁束を受けやすくなる。従って、非接触充電の電力伝送の効率低下を抑制することができる。
2次側非接触充電モジュールがNFCアンテナと電池パックとの間に配置される場合の本発明の実施の形態における携帯端末機器の組立斜視図 NFCアンテナが2次側非接触充電モジュールと電池パックとの間に配置される場合の本発明の実施の形態における携帯端末機器の組立斜視図 2次側非接触充電モジュールがNFCアンテナと積層しない場合の本発明の実施の形態における携帯端末機器の組立斜視図 NFCアンテナがスティック型である場合の本発明の実施の形態における携帯端末機器の組立斜視図 本発明の実施の形態における非接触電力伝送機器を示すブロック図 本発明の実施の形態における非接触充電器の構成を示す透視図 本発明の実施の形態における1次側非接触充電モジュールを示す図 本発明の実施の形態における1次側非接触充電モジュールを示す詳細図 本発明の実施の形態における2次側非接触充電モジュールを示す図 本発明の実施の形態における2次側非接触充電モジュールを示す詳細図 マグネットを備える1次側非接触充電モジュール及び2次側非接触充電モジュールの関係を示す図 コイルの内径とコイルのL値との関係を示す図 本発明の実施の形態における非接触充電モジュールと電力伝送を行う他方の非接触充電モジュールに備えられたマグネットの位置関係を示す模式図 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概念図 本実施の形態の他方の非接触充電モジュールにおいて位置合わせにマグネットを備える場合と備えない場合における非接触充電モジュールのコイルのL値と中心部の厚みの関係を示す図 本発明の実施の形態におけるNFCアンテナの斜視図 本発明の実施の形態におけるNFCアンテナの構造断面図 本発明の実施の形態におけるスティック型NFCアンテナのコイル部の概念図 本発明の実施の形態におけるスティック型NFCアンテナの概念図 本発明の実施の形態における非接触充電モジュールとNFCアンテナとの配置例を示す断面図 本発明の実施の形態における非接触充電モジュールとNFCアンテナとの配置例を示す断面図 本発明の実施の形態における非接触充電モジュールとNFCアンテナとの配置例を示す断面図 本発明の実施の形態における非接触充電モジュールとNFCアンテナとの配置例を示す断面図 発明の実施の形態における非接触充電モジュールとNFCアンテナとの配置例を示す断面図 本発明の実施の形態における非接触充電モジュールとNFCアンテナとの配置例を示す断面図 本発明の実施の形態における非接触充電モジュールとNFCアンテナとの配置例を示す断面図 本発明の実施の形態における非接触充電モジュールとNFCアンテナとの配置例を示す断面図 本発明の実施の形態におけるコイル形状の第1例を示す図 本発明の実施の形態におけるコイル形状の第2例を示す図 本発明の実施の形態におけるコイル形状の第3例を示す図 図15に示すNFCアンテナ及び2次側非接触充電モジュールから発生する磁力線を示す概念図 本発明の実施の形態におけるNFCアンテナと金属板との位置関係を示す図 本発明の実施の形態における2次側非接触充電モジュールとNFCアンテナの筐体内における配置を示す図 本実施の形態における2次側非接触充電モジュールとNFCアンテナとの配置を示す図 本実施の形態における下筐体と2次側非接触充電モジュールとを示す図 本実施の形態における下筐体とカメラモジュールと2次側非接触充電モジュールとを示す図
本発明に係る通信装置は、筐体と、前記筐体内に収納され、導線が巻回された第1のコイルと前記第1のコイルに対向する第1の磁性シートとを有し、電磁誘導によって電力を受信する受信側非接触充電モジュールと、前記筐体内に収納され、導線が巻回された第2のコイルと前記第2のコイルに対向する第2の磁性シートと、を有するシートアンテナと、を備え、前記受信側非接触充電モジュールは、前記第1のコイルの中空部の少なくとも一部が前記第2のコイルの中空部に対向するように積層して配置されている。
(実施の形態1)
〔通信装置についての説明〕
以下、図1A〜図1Dを用いて本発明の実施の形態における通信装置の概要について説明する。図1Aは、2次側非接触充電モジュールがNFCアンテナと電池パックとの間に配置される場合の本発明の実施の形態における携帯端末機器の組立斜視図である。図1Bは、NFCアンテナが2次側非接触充電モジュールと電池パックとの間に配置される場合の本発明の実施の形態における携帯端末機器の組立斜視図である。図1Cは、2次側非接触充電モジュールがNFCアンテナと積層しない場合の本発明の実施の形態における携帯端末機器の組立斜視図である。図1Dは、NFCアンテナがスティック型である場合の本発明の実施の形態における携帯端末機器の組立斜視図である。なお、図1A〜図1Dにおいては、分かりやすくするために2次側非接触充電モジュールとNFCアンテナとの表裏が逆方向となっている。すなわち、本来は、2次側非接触充電モジュールとNFCアンテナとにおいては、コイルが磁性シートよりも下筐体105a側に配置される。
通信装置の一例である携帯端末機器100は、液晶パネル(ディスプレイ)101と、操作ボタン(入力部)102と、基板103と、電池パック104と、筐体105(下筐体105aおよび上筐体105b)と、を備え、さらに、2次側非接触充電モジュール42およびNFCアンテナ51を備える。携帯端末機器100は、NFCアンテナ51によって近距離通信可能であると共に、2次側非接触充電モジュール42によって非接触充電可能である。なお、携帯端末機器100は、近距離通信以外にも通話または電子メール等を行う機能を追加してもよいことは言うまでもない。また、ディスプレイは、液晶パネル101に限られず、例えば有機ELディスプレイなどの液晶パネルとは別の方式であってもよい。なお、本実施の形態においては、最も大きな制御基板(メイン基板)を基板103と呼ぶ。
液晶パネル101は、上筐体105bに設けられている。液晶パネル101は、画像または動画等を表示する表示部である。液晶パネル101は、上筐体105bにおいて操作ボタン102と同じ面に設けられる。
操作ボタン102は、携帯端末機器100を操作するためのボタンである。ユーザが操作ボタン102を押すことによって携帯端末機器100を操作可能となる。例えば、ユーザは、相手先の電話番号の入力、または電子メールの文章作成等を操作ボタン102によって行うことができる。なお、本実施の形態のように、必ずしも機械的な構造の操作ボタンとしなくてもよい。液晶パネル101をタッチパネルとし、液晶パネル101に触れることで携帯端末機器100を操作可能な、ソフトキーとしてもよい。
基板103は、液晶パネル101(または操作ボタン102)が設けられた上筐体105bの裏面に設けられている。基板103には、操作ボタン102から入力された情報を受信すると共に必要な情報を液晶パネルに表示する等の、携帯端末機器100の制御を行う回路部品が搭載または形成されている。基板103は、例えば略正方形、略長方形、または略L字型などの形状を有する。なお、基板103は、一つである必要はない。
蓄電部の一例である電池パック104は、蓄電可能であると共に、携帯端末機器100(例えば、液晶パネル101または基板103等)に電力を供給する。すなわち、携帯端末機器100は、電池パック104に蓄電された電力によって駆動する。
2次側非接触充電モジュール(受信側非接触充電モジュール)42は、電磁誘導を利用して、後述する1次側非接触充電モジュール(送信側非接触充電モジュール)から電力の供給を受け、受電した電力を電池パック104に送電する。これにより、電池パック104は、1次側非接触充電モジュールを搭載する非接触充電器(詳細は後述する)に直接的に接続せずに充電可能となる。
シートアンテナの一例であるNFCアンテナ51は、近距離通信用のアンテナとして使用される。NFCアンテナ51も同様に電磁誘導を利用して送受信することにより通信を行うことができる。なお、シートアンテナは、NFCアンテナ51に限定されず、平面コイルを備え、磁界を利用して通信を行う磁界型のアンテナであればよい。NFCアンテナ51の駆動電力は、通信相手より電磁誘導によって得る場合と、携帯端末機器100内の電池パック104から得る場合とがある。
筐体105には、基板103、電池パック104、2次側非接触充電モジュール42およびNFCアンテナ51が格納されている。
また、筐体105内にカメラユニットが格納されることがある。カメラユニットの撮影方向は、2次側非接触充電モジュール42の電力伝送方向(充電方向)、またはNFCアンテナ51の通信方向と略同一であり、筐体105の裏面(液晶パネル101とは反対の面である下筐体105a)側において筐体105から離れる方向である。したがって、カメラユニットと下筐体105aとの間に部品が介入すると撮影が困難となる。また、2次側非接触充電モジュール42は、1次側非接触充電モジュール41(図3参照)となるべく近づかせることで電力伝送効率を高く維持することができる。すなわち、2次側非接触充電モジュール42は、なるべく下筐体105aに近接させる必要がある。さらに、NFCアンテナ51も、NFC通信の通信距離を大きく確保するためには下筐体105aに近接させることが必要である。
上記説明した携帯端末機器100において、図1A及び図1Bでは、2次側非接触充電モジュール42とNFCアンテナ51とは重なるように配置される。これにより、非接触充電の位置合わせの誤差を抑制することができる。すなわち、非接触充電の電力伝送効率の低下を抑制することができる。
また、図1Cでは、携帯端末機器100において、2次側非接触充電モジュール42はNFCアンテナ51の通信方向に配置されず、また、NFCアンテナ51は2次側非接触充電モジュール42の充電方向に配置されない。これにより、携帯端末機器100は、2次側非接触充電モジュール42とNFCアンテナ51とを互いに共存させることができる。
また、図1Dでは、通信装置の一例である携帯端末機器100は、液晶パネル(ディスプレイ)101と、操作ボタン(入力部)102と、例えば金属体である基板103と、電池パック104と、筐体105(下筐体105aおよび上筐体105b)と、を備え、さらに、2次側非接触充電モジュール42およびNFCアンテナ151を備える。なお、制御基板と金属体103とは別体であっても良い。すなわち、本願発明のNFCアンテナ151の通信範囲は、金属体とNFCアンテナ151との配置関係によって決まる。従って、金属体でない基板103のみの場合には、NFCアンテナ151の通信範囲を広げることが難しくなる。本実施の形態では、金属体103を制御基板として説明するが、金属体103以外の携帯端末機器100の他の金属体を利用して、NFCアンテナ151の通信範囲を広げても良い。
携帯端末機器100において、筐体105は、底面が略長方形の六面体である。筐体105は、下筐体105aおよび上筐体105bの積層方向において薄く形成されている。本実施の形態では、NFCアンテナ151は長方形である底面の短辺側の一方の端部105c側に配置され、2次側非接触充電モジュール42は底面の短辺側の他方の端部105d側に配置される。他方の端部105d側には、電池パック104が配置される。
また、NFCアンテナ151は下筐体105aに載置される。金属体103からNFCアンテナ151に向かって端子が伸びている。従って、NFCアンテナ151は、下筐体105aおよび上筐体105bを嵌合することにより、金属体103に接続される。もちろん、NFCアンテナ151は、金属体103に載置されていても良い。また、NFCアンテナ151は、金属体103の上筐体105b側に配置されていても良い。本願発明のNFCアンテナ151は、金属体103を回り込んで反対側にも磁束を発生させることができるためである。詳しくは後に説明する。
上記の構造により、携帯端末機器100は、2次側非接触充電モジュール42とNFCアンテナ151との双方を搭載させることができる。
2次側非接触充電モジュール42とNFCアンテナ151とを互いに共存させることができる理由を説明する前に、非接触電力伝送機器(2次側非接触充電モジュール42を含む)とNFCアンテナ51(シートアンテナ)及びNFCアンテナ151(スティック型)とについて説明する。以下の説明において、図2〜図9を用いて非接触電力伝送機器を説明し、図13および図14を用いてNFCアンテナ51を説明し、図15および図16用いてNFCアンテナ151を説明する。
〔非接触充電モジュールのシステムについての説明〕
図2は、本発明の実施の形態における非接触電力伝送機器を示すブロック図である。
非接触電力伝送機器は、1次側非接触充電モジュール41(送信側非接触充電モジュール)と、2次側非接触充電モジュール42(受信側非接触充電モジュール)とを備えている。この非接触電力伝送機器では、電磁誘導作用を利用して、1次側非接触充電モジュール41から2次側非接触充電モジュール42に電力伝送が行われる。この非接触電力伝送機器は、約1W〜約5W以下の電力伝送に使用される。また、電力伝送の周波数は約110〜205kHzである。1次側非接触充電モジュール41は例えば充電器に搭載され、2次側非接触充電モジュール42は例えば携帯電話、デジタルカメラまたはパーソナルコンピュータ(PC)等に搭載される。
1次側非接触充電モジュール41は、1次側コイル2a、1次側磁性シート3a、共振コンデンサ(図示せず)、電力入力部71を備えて構成される。電力入力部71は、外部電源としての商用電源300に接続されて100〜240V程度の電力供給を受け、第1の所定電流(直流12V、1A)に変換して1次側コイル2aに供給する。1次側コイル2aは、その形状、巻数および供給を受けた電流に応じた磁界を発生させる。共振コンデンサは、1次側コイル2aに接続されている。共振コンデンサと1次側コイル2aとの関係により、1次側コイル2aから発生される磁界の共振周波数が決定される。1次側非接触充電モジュール41から2次側非接触充電モジュール42に対する電磁誘導作用は、この共振周波数により行われる。
一方、2次側非接触充電モジュール42は、2次側コイル2bと、2次側磁性シート3bと、共振コンデンサ(図示せず)と、整流回路72と、電力出力部82とから構成される。2次側コイル2bは、1次側コイル2aから発生した磁界を、電磁誘導作用により第2の所定電流に変換し、整流回路72及び電力出力部82を介して、2次側非接触充電モジュール42の外部に出力する。整流回路72は、交流電流である第2の所定電流を整流して直流電流である第3の所定電流(直流5V、1.5A)に変換する。また、電力出力部82は、2次側非接触充電モジュール42の外部出力部である。2次側コイル2bは、この電力出力部82を介して、2次側非接触充電モジュール42に接続される電池パック104に電力供給を行う。これにより、電池パック104は充電(蓄電)される。2次側非接触充電モジュール42の共振コンデンサは、2次側非接触モジュール42に設けられてもいいし、携帯端末機器100内の基板103に実装されても良い。共振コンデンサが基板103に実装される場合は、2次側非接触充電モジュール42と共振コンデンサとが近距離に配置されることが好ましい。すなわち、基板103と2次側非接触充電モジュール42とを積層させるなど近距離に配置することが好ましい。
次に、1次側非接触充電モジュール41を非接触充電器に搭載する場合について説明する。
〔非接触充電器についての説明〕
図3は、本発明の実施の形態における非接触充電器の構成を示す透視図である。
非接触充電器400は、その外装を構成するケースの内部に1次側非接触充電モジュール41を有している。
非接触充電器400は、屋内もしくは屋外に設置された商用電源300のコンセント301に差し込み可能なプラグ401を有している。非接触充電器400は、プラグ401をコンセント301に差し込むことによって、商用電源300から電力供給を受けることができる。
非接触充電器400は机501の上に設置され、1次側非接触充電モジュール41は非接触充電器400の机面側とは反対側の充電面402の近傍に配置される。そして、1次側非接触充電モジュール41におけるコイル21aの主平面を、非接触充電器400の机面側とは反対側の充電面402に平行に配置する。このようにすることで、2次側非接触充電モジュール42を搭載した電子機器の電力受信作業エリアを確保することができる。なお、非接触充電器400は壁面に設置されても良く、この場合、非接触充電器400は壁面側とは反対側の面の近傍に配置される。
また、1次側非接触充電モジュール41は、2次側非接触充電モジュール42との位置合わせに用いるマグネット30aを有していてもよい。この場合、マグネット30aは、コイル21aの中央領域に位置する中空部に配置される。
〔非接触充電モジュールについての説明〕
次に、1次側非接触充電モジュール41について説明する。
図4は、本発明の実施の形態における1次側非接触充電モジュールを示す図であり、1次側コイルが円形コイルの場合を示す。なお、図4においては、1次側コイルは、円形コイルとして説明しているが、矩形コイルであっても良い。なお、以下において詳細に説明する1次側非接触充電モジュールについては、基本的に2次側非接触充電モジュールにも適用される。1次側非接触充電モジュールに対する2次側非接触充電モジュールの相違点は、後述する。
1次側非接触充電モジュール41は、導線が渦巻き状に巻回された1次側コイル2aと、1次側コイル2aのコイル21aの面に対向するように設けられた1次側磁性シート3aとを備える。
図4に示すとおり、1次側コイル2aは、同一平面上に渦巻き状に巻かれたコイル21aと、コイル21aの両端に設けられた電流供給部としての端子22a、23aを備えている。これらの端子22a、23aを介し、外部電源である商用電源300からの電流が1次側コイル2aに供給される。コイル21aにおいて、コイルによって形成された面をコイル面と呼ぶ。なお、厚み方向とは、1次側コイル2aと1次側磁性シート3aとの積層方向である。
また、1次側磁性シート3aは、1次側コイル2aが載置される平坦部31aと、平坦部31aの中心部にあってコイル21aの中空領域内に相当する中心部32aと、コイル21aの引き出し線の一部が挿入される直線凹部33aとを備える。中心部32aは、平坦部31aに対して凸部形状、平坦形状、凹部形状または貫通孔のいずれであっても良い。中心部32aは、凸部形状の場合には、コイル21aの磁束を強めることができる。中心部32aは、平坦形状の場合には、製造しやすくコイル21aを載置しやすい上、後述する位置合わせのマグネットの影響とコイル21aのL値とのバランスをとることができる。中心部32aが凹部形状、貫通孔である場合に関しては、後述する。
本実施の形態における1次側非接触充電モジュール41では、コイル21aは、直径が20mmの内径から外に向かってドーナツ状に巻回され、外径が30mmとなっている。なお、コイル21a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、導線はお互いに空間を空けるように巻回されることによって、上段の導線と下段の導線との間の浮遊容量が小さくなり、コイル21aの交流抵抗を小さく抑えることができる。また、導線は空間を詰めるように巻回されることによって、コイル21aの厚みを抑えることができる。
また、1次側非接触充電モジュール41は、2次側非接触充電モジュール42との位置合わせに用いるマグネット30aを有する場合がある。マグネット30aは、規格(WPC:Wireless Power Consortium)によって、円形であること、及び直径が15.5mm以下であることなどが定められている。マグネット30aは、コイン形状をしており、その中心が1次側コイル2aの巻回中心軸と一致するように配置されなければならない。これは、1次側コイル2aに対するマグネット30aの影響を軽減させるためである。
1次側非接触充電モジュール41と2次側非接触充電モジュール42との位置合わせの方法としては、例えば以下の方法が挙げられる。一例として、充電器の充電面に凸部を形成するとともに、2次側の電子機器に凹部を形成し、凸部を凹部にはめ込むといった、物理的(形状的)に強制的な位置合わせを行う方法がある。また、1次側の電子機器及び2次側の電子機器の少なくとも一方にマグネットを搭載することにより、お互いのマグネット、または一方のマグネットと他方の磁性シートとが引き付けあって位置合わせを行う方法がある。また、1次側の電子機器が2次側の電子機器のコイルの位置を検出することにより、1次側の電子機器のコイルを2次側の電子機器のコイルの位置まで自動的に移動させる方法がある。また、充電器に多数のコイルを備えることにより、電子機器を充電器の充電面の何れの位置においても充電可能とする方法がある。
このように、1次側非接触充電モジュール41及び2次側非接触充電モジュール42のコイルの位置合わせには様々な方法が挙げられるが、大まかにはマグネットを使用する方法とマグネットを使用しない方法とに分けられる。そして、1次側非接触充電モジュール41を、マグネットを使用する2次側非接触充電モジュール42及びマグネットを使用しない2次側非接触充電モジュール42の双方に適応できるようにすることにより、2次側非接触充電モジュール42のタイプに関わりなく充電ができ、利便性が向上する。同様に、2次側非接触充電モジュール42を、マグネットを使用する1次側非接触充電モジュール41及びマグネットを使用しない1次側非接触充電モジュール41の双方に適応できるようにすることにより、1次側非接触充電モジュール41のタイプに関わりなく充電ができ、利便性が向上する。すなわち、電磁誘導によって電力伝送を行う非接触充電モジュールと電力伝送を行う相手である他方の非接触充電モジュールとの位置合わせの方法として、他方の非接触充電モジュールに備えられたマグネットを利用して位置合わせを行う方法と、マグネットを利用しないで位置合わせを行う方法とがある。
1次側非接触充電モジュール41がマグネット30aを有する場合、マグネット30aを1次側磁性シート3aの中心部32aの上面に配置することができる。また、マグネット30aを1次側磁性シート3aの中心部32aの代わりに配置することができる。この場合、マグネット30aがコイル21aの中空領域に配置されるため、1次側非接触充電モジュール41を小型化することができる。
なお、1次側非接触充電モジュール41と2次側非接触充電モジュール42との位置合わせにマグネットを利用しない場合は、図4に示すマグネット30aは必要ない。
ここで、マグネットが非接触充電モジュールの電力伝送効率に与える影響について説明する。一般に、マグネットは、1次側非接触充電モジュール41及び2次側非接触充電モジュール42の少なくとも一方において、内蔵されるコイルの中心に形成された貫通孔に設けられる。これにより、1次側非接触充電モジュール41のマグネットと2次側非接触充電モジュール42のマグネット、または2次側非接触充電モジュール42のマグネットと1次側磁性シート3aとをなるべく近接させることができると同時に、1次側のコイル及び2次側のコイルを近接させることができる。マグネットが円形である場合、マグネットの直径は、コイル21aの内幅よりも小さくなる。本実施の形態においては、マグネットの直径は約15.5mm(約10mm〜20mm)であり、マグネットの厚みは約1.5〜2mmである。また、マグネットには、ネオジウム磁石を使用している。この場合、ネオジウム磁石の強さは、約75mTから150mT程度でよい。本実施の形態においては、1次側非接触充電モジュール41のコイルと2次側非接触充電モジュール42のコイルとの間隔が2〜5mm程度であるので、この程度のマグネットで十分位置合わせが可能となる。
電力伝送のために1次側コイルと2次側コイルとの間に磁束が発生している際、1次側コイルと2次側コイルとの間、または1次側コイル若しくは2次側コイルの周辺にマグネットが存在すると、磁束はマグネットを避けるように伸びる。また、この場合、マグネットの中を貫く磁束は、マグネットの中で渦電流または熱となり、損失する。更に、マグネットが磁性シートの近傍に配置されることによって、マグネット近傍の磁性シートの透磁率が低下してしまう。従って、1次側非接触充電モジュール41に備えられたマグネット30aは、1次側コイル2a及び2次側コイル2b双方のL値を低下させてしまう。その結果、非接触充電モジュール間の伝送効率が低下してしまう。
図5は、本発明の実施の形態における1次側非接触充電モジュールを示す詳細図である。図5(a)は1次側非接触充電モジュールの上面図であり、図5(b)は図5(a)における1次側非接触充電モジュールのA−A断面図である。図5(c)は、直線凹部を設けた場合の図5(a)における1次側非接触充電モジュールのB−B断面図である。図5(d)は、スリットを設けた場合の図5(a)における1次側非接触充電モジュールのB−B断面図である。なお、図5(a)及び図5(b)は、マグネット30aを備えない場合を示している。また、図5(a)及び図5(b)において、マグネット30aを備える場合の例として、マグネット30aを破線で示す。
コイル21aは、1次側非接触充電モジュール41が装着される非接触充電器400の薄型化を達成するため、コイル21aの中心領域に位置する巻始め部分から端子23aまでにおいて厚さ方向に2段とし、残りの領域を1段とした。このとき、コイル21aは、上段の導線と下段の導線との間に空間を空けるように巻回されることによって、上段の導線と下段の導線との間の浮遊容量が小さくなり、コイル21aの交流抵抗を小さく抑えることができる。
また、導線を積層してコイル21aを1次側非接触充電モジュール41の厚み方向に伸ばす場合、コイル21aの巻き数を増やして1次側コイル2aに流す電流を増加させることができる。コイル21aは、導線を積層する際、上段に位置する導線と下段に位置する導線との間の空間を詰めるように巻回されることにより、厚みを抑えつつ、1次側コイル2aに流す電流を増加させることができる。
なお、本実施の形態では、断面形状が円形状の導線を使用してコイル21aを形成しているが、使用する導線は断面形状が方形形状の導線でも良い。断面形状が円形状の導線を使用する場合、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21aの交流抵抗を小さく抑えることができる。
また、コイル21aは厚さ方向に2段で巻回するよりも1段で巻回した方がコイル21a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21aは全体において2段になるように巻回するよりも、なるべく多くの部分において1段になるように巻回した方がよい。また、コイル21aを1段で巻回することによって、1次側非接触充電モジュール41を薄型化することができる。なお、2本の導線で1次側コイル2aを構成する場合は、端子22a、23a部分において2本の導線が半田などによって電気的に接続されているので、2本の導線を1本の太い導線のようにしても良い。2本の導線は、コイル面に対して平行に並んで巻回されても良いし、コイル面に対して垂直に並んで巻回されても良い。すなわち、2本の導線は、コイル面に平行の場合、平面状で同一の中心を軸に巻きまわされており、半径方向において一方の導線が他方の導線に挟まれるようになる。このように2本の導線を端子22a、23a部分で電気的に接合して1本の導線のように機能させることによって、同じ断面積であっても厚みを抑えることができる。すなわち、例えば、直径が0.18mmの導線を2本準備することによって、直径が0.25mmの導線と同一の断面積を得ることができる。従って、直径が0.25mmの導線1本の場合には、コイル21aの1ターンの厚みは0.25mmであり、コイル21aの半径方向の幅は0.25mmである。一方、直径が0.18mmの導線2本の場合には、コイル21aの1ターンの厚みは0.18mmであり、半径方向の幅は0.36mmである。なお、厚み方向とは、1次側コイル2aと1次側磁性シート3aとの積層方向である。また、コイル21aは中心側の一部分のみ、厚さ方向に2段に重なっており、残りの外側の部分は1段としても良い。また、コイル面に垂直の場合は、非接触充電モジュールの厚みが増加するが、導線の断面積が事実上増加することで1次側コイル2aを流れる電流を増加させることができ、十分な巻き数も容易に確保することができる。なお、本実施の形態では、約0.18〜0.35mmの導線により1次側コイル2aを構成しており、その中でも1次側非接触充電モジュール41の1次側コイル2aには0.25〜0.35mmの導線が好適である。
なお、コイル21aの交流抵抗が低いことでコイル21aにおける損失を防ぎ、L値を向上させることによって、L値に依存する1次側非接触充電モジュール41の電力伝送効率を向上させることができる。
また、本実施の形態では、コイル21aは、環状(円形状)に形成されている。コイル21aの形状は、環状(円形状)に限定されず、楕円形状、矩形状、または多角形状でも良い。1次側非接触充電モジュール41と2次側非接触充電モジュール42との位置合わせを考慮すれば、コイル21aの形状は環状(円形状)が好ましい。その理由は、コイル21aの形状が環状(円形状)の場合、電力の送受信をより広範囲で行うこととなるため、1次側非接触充電モジュール41のコイル21aと2次側非接触充電モジュール42のコイル21bとの位置合わせが容易になるからである。すなわち、2次側非接触充電モジュール42は、電力の送受信をより広範囲で行うことにより、1次側非接触充電モジュール41に対する角度の影響を受け難くなるからである。
なお、端子22a、23aは、お互いに近接してもよく、または離れて配置されてもよい。端子22a、23aを離して配置した方が1次側非接触充電モジュール41を実装しやすい。
1次側磁性シート3a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ために設けられたものであって、平坦部31aと、中心であってコイル21aの内径に相当する中心部32aと、直線凹部33aとを備える。また、1次側非接触充電モジュール41と2次側非接触充電モジュール42とを位置合わせするためのマグネット30aを設ける場合、マグネット30aを中心部32aの上方に配置しても良いし、マグネット30aを中心部32aの代わりに配置しても良い。
また、1次側磁性シート3a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、またはMg−Zn系のフェライトシートなどを使うことができる。1次側磁性シート3aは、単層構成としても良いし、同一材料を厚み方向に複数枚積層した構成でも良いし、異なる磁性シートを厚み方向に複数枚積層しても良い。1次側磁性シート3aは、少なくとも、透磁率が250以上、飽和磁束密度が350mT以上のものであることが好ましい。
また、1次側磁性シート3aとして、アモルファス金属を用いることもできる。1次側磁性シート3aとしてフェライトシートを使用する場合はコイル21aの交流抵抗を低下させる点で有利となり、磁性シートとしてアモルファス金属を使用する場合はコイル21aを薄型化することができる。
1次側非接触充電モジュール41に用いる1次側磁性シート3aは、約50×50mm以内の大きさに収まる程度のサイズであり、厚みは約3mm以下である。本実施の形態において、1次側磁性シート3aは、略正方形であり、約33mm×33mmの大きさを有する。1次側磁性シート3aは、コイル21aと同程度、またはコイル21aより大きく形成されることが望ましい。また、1次側磁性シート3aの形状は、円形、矩形、多角形、または四隅に大きな曲線を備える矩形若しくは多角形でも良い。
直線凹部33aまたはスリット34aは、コイル21aの最内側部分から端子23aまでの導線を収納する。これにより、コイル21aの最内側部分から端子23aまでの導線がコイル21aの厚み方向に重なることを防ぎ、1次側非接触充電モジュール41の厚みを抑えることができる。また、直線凹部33aまたはスリット34aの大きさを、コイル21aの最内側部分から端子23aまでの導線を収納する最小限の大きさにすることで、漏れ磁束の発生を抑えることができる。また、直線凹部33aの断面形状は、矩形状に限定されず、円弧状、または丸みを帯びた形状でもよい。
直線凹部33aまたはスリット34aは、その一端が交わる1次側磁性シート3aの端部とほぼ垂直であり、中心部32aの外形(円形コイルでいえば接線上、矩形コイルでいえば辺上)と重なるように形成される。このように直線凹部33aまたはスリット34aを形成することによって、導線の最内側部分を折り曲げることなく端子22a、23aを形成することができる。直線凹部33aまたはスリット34aの長さは、コイル21aの内径に依存し、本実施の形態の場合、約15mm〜20mmである。
また、直線凹部33aまたはスリット34aは、1次側磁性シート3aの端部と中心部32aの外周とが最も近づく部分に形成してもよい。これによって、直線凹部33aまたはスリット34aの形成面積を最低限に抑えることができ、非接触電力伝送機器の伝送効率を向上させることができる。なお、この場合、直線凹部33aまたはスリット34aの長さは、約5mm〜10mmである。上記の何れの配置であっても、直線凹部33aまたはスリット34aの内側端部は、中心部32aに接続している。
また、直線凹部33aまたはスリット34aは、他の配置にしてもよい。すなわち、コイル21aは、なるべく1段構造であることが望ましい。その場合、直線凹部33aまたはスリット34aは、コイル21a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1段構造として他の部分を2段構造とすることが考えられる。従って、端子22a、23aのうち1方はコイル21a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。コイル21aが巻回されている部分と、コイル21aの巻き終わりから端子22aまたは23aまでの部分とが、必ず厚さ方向において重なる場合、その重なる部分に直線凹部33aまたはスリット34aを設ければよい。
直線凹部33aを用いる場合は、1次側磁性シート3a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、1次側非接触充電モジュール41の電力伝送効率を向上させることができる。一方、スリット34aを用いる場合は、1次側磁性シート3aの形成が容易となる。直線凹部33aを用いる場合は、断面形状が方形状に限定されず、断面形状が円弧状、または丸みを帯びた形状でもよい。
次に、マグネットが1次側非接触充電モジュール41及び後述する2次側非接触充電モジュール42に対して与える影響について説明する。1次側非接触充電モジュール41によって発生した磁界を2次側非接触充電モジュール42内の2次側コイル2bが受信して電力伝送を行う。ここで、1次側コイル2a及び2次側コイル2bの周辺にマグネットを配置すると、磁界がマグネットを避けるように発生するか、マグネットを通過しようとする磁界はなくなってしまうこともある。また、1次側磁性シート3aのうちマグネットに近い部分の透磁率が低下してしまう。すなわち、マグネットによって、磁界が弱められる。従って、マグネットによって弱められる磁界を最小限にするためには、1次側コイル2a及び2次側コイル2bとマグネットとの距離を離すか、またはマグネットの影響を受け難い1次側磁性シート3aを備えるなどの対策を講じる必要がある。
ここで、1次側非接触充電モジュール41は、電力供給の送信側として固定端末に用いられるため、1次側非接触充電モジュール41の固定端末内における占有スペースに余裕がある。また、1次側非接触充電モジュール41の1次側コイル2aに流れる電流は大きいため、1次側磁性シート3aの絶縁性が重要となる。これは、1次側磁性シート3aが導電性であると、1次側コイル2aを流れる大きな電流が1次側磁性シート3aを介してその他の部品に伝わる可能性があるからである。
以上の点を考慮して、1次側非接触充電モジュール41に搭載する1次側磁性シート3aは、その厚みが400μm以上(好ましくは600μm〜1mm)で、磁気特性として透磁率250以上、磁束飽和密度350mT以上を有するNi−Zn系のフェライトシート(絶縁性)が好ましい。但し、1次側磁性シート3aは、十分な絶縁処理を行うことで、Ni−Zn系のフェライトシートの代わりにMn−Zn系のフェライトシート(導電性)を使用することもできる。
また、1次側非接触充電モジュール41は、マグネット30aを位置合わせとして使用する場合と使用しない場合とでコイル21aのL値が大幅に変化する。すなわち、1次側非接触充電モジュール41にマグネット30aまたは2次側非接触充電モジュール42に同様のマグネットが存在することで1次側、2次側非接触充電モジュール間の磁束を妨げてしまい、マグネットがある場合ではコイル21aのL値が大幅に減少する。このマグネット30aによる影響を抑えるために、1次側磁性シート3aは高飽和磁束密度材(飽和磁束密度が350mT以上)であることが好ましい。高飽和磁束密度材は磁場が強くなっても磁束が飽和し難い。従って、1次側磁性シート3aを高飽和磁束密度材で形成することにより、マグネット30aの影響を受けにくく、マグネット30aが使用されている際のコイル21aのL値を向上させることができる。従って、1次側磁性シート3aを薄型化させることができる。
しかしながら、1次側磁性シート3aの透磁率が低くなりすぎるとコイル21aのL値が非常に低下してしまう。その結果、1次側非接触充電モジュール41の効率を低下させてしまうことがある。従って、1次側磁性シート3aの透磁率は、少なくとも250以上、好ましくは1500以上が好ましい。また、L値は、1次側磁性シート3aの厚みにも依存する。フェライトシート3の厚みは、400μm以上であれば良い。なお、フェライトシート3は、アモルファス金属の磁性シートと比較してコイル21aの交流抵抗を低下させることができるが、アモルファス金属であっても良い。このような1次側磁性シート3aを用いることで、1次側非接触充電モジュール41及び2次側非接触充電モジュール42の少なくとも一方がマグネットを備えていたとしても、1次側非接触充電モジュール41におけるマグネットの影響を低下させることができる。
また、フェライトシートをMn−Zn系にすることによって、更なる薄型化が可能となる。すなわち、規格(WPC)によって、電磁誘導の周波数は100kHz〜200kHz程度(例えば120kHz)と決まっている。Mn−Zn系のフェライトシートは、このような低周波数帯において、高効率となる。なお、Ni−Zn系のフェライトシートは高周波において高効率である。
次に、2次側非接触充電モジュール42について説明する。
図6は、本発明の実施の形態における2次側非接触充電モジュール42を示す図である。図6では、2次側コイルが円形コイルである場合を示す。
図7は、本発明の実施の形態における2次側非接触充電モジュール42を示す詳細図である。図7(a)は2次側非接触充電モジュール42の上面図、図7(b)は図7(a)における2次側非接触充電モジュール42のC−C断面図である。図7(c)は、直線状の凹部を設けた場合の図7(a)における2次側非接触充電モジュール42のD−D断面図である。図7(d)は、スリットを設けた場合の図7(a)における2次側非接触充電モジュール42のD−D断面図である。なお、図7(a)及び図7(b)において、マグネット30bを破線で示しているが、マグネット30bを備えていなくてもよい。
2次側非接触充電モジュール42を説明する図6〜図7は、1次側非接触充電モジュール41を説明する図4〜図5にそれぞれ対応するので、各部材および各部の詳細な説明は省略する。2次側非接触充電モジュール42の構成は、1次側非接触充電モジュール41と略同一である。
2次側非接触充電モジュール42が1次側非接触充電モジュール41との相違は、2次側磁性シート3bの大きさ及び材料である。2次側磁性シート3bは、約40×40mm以内の大きさに収まる程度のサイズであり、厚みは約2mm以下である。
1次側磁性シート3aと2次側磁性シート3bとのサイズは異なる。これは、一般に、2次側非接触充電モジュール42は、小型化が要求されるポータブル電子機器に搭載されるためである。本実施の形態において、2次側磁性シート3bは、略正方形であり、33mm×33mmの大きさに形成されている。2次側磁性シート3bは、コイル21bと同程度またはコイル21bよりも大きく形成されることが望ましい。また、1次側磁性シート3aの形状は、円形、矩形、多角形、四隅に大きな曲線を備える矩形または多角形の何れでも良い。
携帯端末に搭載される2次側非接触充電モジュール42の携帯端末内における占有スペースには余裕がない。このため、2次側非接触充電モジュール42の2次側コイル2bに流れる電流は、1次側コイル2aに流れる電流に比べて小さい。従って、2次側磁性シート3bの絶縁性は、1次側磁性シート3aに比べてあまり要求されない。なお、本実施の形態では、2次側コイル2bは、約0.18〜0.35mmの導線により形成されている。特に、2次側コイル2bは、0.18〜0.30mm程度の導線により形成されることが好ましい。
搭載される電子機器が携帯電話の場合、2次側非接触充電モジュール42は、携帯電話の外装を構成するケースとケースの内部に位置する電池パックとの間に配置されることが多い。一般に、電池パックは、アルミニウムの筐体であるため、電力伝送に悪影響を与える。その理由は、電池パックには、コイルから発生する磁束を弱める方向に渦電流が発生するためである。従って、電池パックの筐体と電池パックの筐体上に配置される2次側コイル2bとの間に2次側磁性シート3bを設け、電池パックから受ける影響を軽減する必要がある。
上記より、2次側磁性シート3bには、透磁率、及び飽和磁束密度の高いものが使用される。また、2次側コイル2bのL値をなるべく大きくする必要がある。基本的には、2次側磁性シート3bは、1次側磁性シート3aと同様に、透磁率250以上、及び飽和磁束密度350mT以上であればよい。本実施の形態においては、2次側磁性シート3bは、Mn−Zn系のフェライトの焼結体であって、透磁率1500以上、飽和磁束密度400以上、及び厚みは約400μm以上であることが好ましい。ただし、2次側磁性シート3bは、Ni−Zn系フェライトであって、透磁率250以上、及び飽和磁束密度350以上であれば、1次側非接触充電モジュール41との電力伝送が可能である。2次側コイル2bは、1次側コイル2aと同様に、円形または矩形に巻回されている。1次側コイル2aと2次側コイル2bとの位置合わせは、1次側非接触充電モジュール41内に設けられたマグネット30aを用いて行う場合、または1次側非接触充電モジュール41内にマグネット30aを設けずに行う場合がある。
次に、マグネット30aのサイズと1次側コイル2aの内径のサイズとの関係について説明する。以下では、1次側非接触充電モジュール41にマグネット30aを配置した場合について説明するが、2次側非接触充電モジュール42にマグネット30bを配置した場合も同様の関係が成り立つ。
図8は、マグネットを備える1次側非接触充電モジュール41及び2次側非接触充電モジュール42の関係を示す図である。図8(a)はコイルの内幅が小さいときに位置合わせのマグネットを用いた場合、図8(b)はコイルの内幅が大きいときに位置合わせのマグネットを用いた場合、図8(c)はコイルの内幅が小さいときに位置合わせのマグネットを用いない場合、図8(d)はコイルの内幅が大きいときに位置合わせのマグネットを用いない場合である。なお、図8では、マグネット30aを備える1次側非接触充電モジュール41と2次側非接触充電モジュール42の2次側コイル2bとについて説明する。しかしながら、2次側コイル2bについての説明は、マグネット30bを備える2次側非接触充電モジュール42と1次側非接触充電モジュール41の1次側コイル2aについても適用される。すなわち、電力伝送の相手である他方の非接触充電モジュールがマグネットを備える場合と備えない場合との双方において、位置合わせ及び電力伝送が可能となる非接触充電モジュールの平面コイル部について説明する。図9は、コイルの内径とコイルのL値との関係を示す図である。
図8では、マグネット30aは、1次側コイル2aの貫通孔内に収納されているが、2次側コイル2bの貫通孔内に収納されていても同様のことがいえる。
1次側コイル2aと2次側コイル2bとは対向している。コイル21a、21bは、内側部分211、212からも磁界が発生する。各内側部分211、212は、それぞれ対向している。また、内側部分211、212は、マグネット30aに近く、マグネット30aからの悪影響を受けやすい。すなわち、1次側コイル2aと2次側コイル2bとの間、または1次側コイル2aの周辺若しくは2次側コイル2bの周辺にマグネットが存在する場合、1次側コイル2aと2次側コイル2bとの間に発生する磁束は、マグネットを避けるように伸びる。または、1次側コイル2aと2次側コイル2bとの間に発生する磁束のうちマグネットの中を貫く磁束は、マグネットの中で渦電流または熱となり、損失となる。
更に、マグネットが磁性シートの近傍に配置されることによって、マグネット近傍の磁性シートの透磁率が低下してしまう。従って、1次側非接触充電モジュール41に備えられたマグネット30aは、特に1次側コイル2aの内側部分211及び2次側コイル2bの内側部分212の磁束を弱める。その結果、1次側非接触充電モジュール41と2次側非接触充電モジュール42との間の伝送効率が低下してしまう。従って、図8(a)の場合、マグネット30aの悪影響を受けやすい内側部分211、212が大きくなってしまう。
これに対して、マグネットを用いない図8(c)では、2次側コイル2bの巻き数が多いためL値は大きくなる。図8(c)におけるL値と図8(a)におけるL値とは大幅に異なる。従って、内径が小さいコイルでは、マグネット30aが設けられた場合と設けられない場合とで、L値が大きく異なる。
また、図8(a)に示すように、2次側コイル2bの内径がマグネット30aの直径よりも小さい場合、2次側コイル2bにおけるマグネット30aと対向する部分は、マグネット30aの悪影響を受けてしまう。従って、2次側コイル2bの内径は、マグネット30aの直径よりも大きい方がよい。
図8(b)に示すように、2次側コイル2bの内径が大きいと、マグネット30aの悪影響を受けやすい内側部分212が非常に小さくなる。また、マグネットを用いない図8(d)では、2次側コイル2bの巻き数が少なくなるため、図8(c)に比べてL値は小さくなる。その結果、図8(d)におけるL値と図8(b)におけるL値との差は小さいため、内径が大きいコイルではL値の減少率を小さく抑えることができる。また、2次側コイル2bの内径が大きいほど、2次側コイル2bの内側部分212がマグネット30aから離れるため、マグネット30aの影響を抑えることができる。
しかしながら、非接触充電モジュールは、充電器または電子機器等に搭載されるため、所定の大きさ以上に形成することができない。従って、1次側コイル2a内径及び2次側コイル2bの内径を大きくしてマグネット30aからの悪影響を小さくしようとすると、巻き数が減ってしまい、L値が減少してしまう。マグネット30aが円形の場合、以下のようになる。すなわち、マグネット30aの外径と1次側コイル2a(または2次側コイル2b)の内径とがほぼ同一である(マグネット30aの外径が1次側コイル2a(または2次側コイル2b)の内径よりも0〜2mm程度小さい)場合、マグネット30aを最大限に大きくすることができる。この結果、1次側非接触充電モジュール41と2次側非接触充電モジュール42との位置合わせの精度を向上させることができる。
また、マグネット30aの外径と1次側コイル2a(または2次側コイル2b)の内径とがほぼ同一である場合、1次側コイル2a(または2次側コイル2b)の内径を最小にすることができる。この結果、1次側コイル2a(または2次側コイル2b)の巻き数が増大してL値を向上させることができる。また、マグネット30aの外径が1次側コイル2a(または2次側コイル2b)の内径よりも小さい(マグネット30aの外径が1次側コイル2a(または2次側コイル2b)の内幅よりも2〜8mm程度小さい)場合、位置合わせの精度にばらつきがあっても、内側部分211と内側部分212との間にマグネット30aが存在しないようにすることができる。
マグネット30aの外径が1次側コイル2a(または2次側コイル2b)の内径の70%〜95%である場合、位置合わせの精度のばらつきにも十分対応でき、更に1次側非接触充電モジュール41と2次側非接触充電モジュール42との位置合わせの精度を向上させることができる。また、1次側コイル2a(または2次側コイル2b)の巻き数も確保することができる。この場合、1次側コイル2a(または2次側コイル2b)に平行な面において、マグネット30aの面積は、1次側コイル2a(または2次側コイル2b)の中心の貫通孔の面積の70%〜95%である。
このように構成することによって、電力伝送の相手である他方の非接触充電モジュールがマグネットを備える場合と備えない場合とでL値の変動が小さくなる。すなわち、2次側非接触充電モジュール42は、1次側非接触充電モジュール41にマグネット30aを備えた場合と備えない場合の何れの場合も、1次側非接触充電モジュール41との位置合わせ及び電力伝送を効率よく行うことができる。また、1次側非接触充電モジュール41は、2次側非接触充電モジュール42にマグネット30bを備えた場合と備えない場合との何れの場合も、2次側非接触充電モジュール42との位置合わせ及び電力伝送を効率よく行うことができる。
1次側コイル2aは、1次側非接触充電モジュール41において、共振コンデンサを用いてLC共振回路をつくる。この際、L値が大幅に変化すると、共振コンデンサの共振周波数も大幅に変化してしまう。この共振周波数は、1次側非接触充電モジュール41と2次側非接触充電モジュール42との電力伝送に用いられるため、マグネットの有無によって共振周波数が大幅に変化すると、正しく電力伝送ができなくなってしまう。従って、上記本実施の形態の構成とすることにより、電力伝送を高効率化することができる。
更に、図9に示すように、マグネット30aのサイズ及び2次側コイル2bの外径を一定にした場合、2次側コイル2bの巻き数を減らして2次側コイル2bの内径を大きくしていくと、マグネット30aの2次側コイル2bに対する影響が小さくなる。すなわち、図9の場合、1次側非接触充電モジュール41と2次側非接触充電モジュール42との位置合わせにマグネット30aを利用する場合と利用しない場合とで、2次側コイル2bのL値の差が小さくなる。従って、図9の場合、マグネット30aを利用する場合と利用しない場合との共振周波数が非常に近い値となる。なお、コイルの外径を30mmに統一し、1次側コイル2aの中空部端部とマグネット30aの外側端部との距離を、0mmより大きく、かつ6mmよりも小さくすることにより、L値を15μH以上としつつ、マグネット30aを利用する場合のL値とマグネット30aを利用しない場合のL値とを近づけることができる。図9の結果は、2次側非接触充電モジュール42にマグネット30bを設けた場合の1次側非接触充電モジュール41の1次側コイル2aのL値についても、同様のことが言える。
図10は、本発明の実施の形態における非接触充電モジュールと電力伝送を行う他方の非接触充電モジュールに備えられたマグネットの位置関係を示す模式図であり、1次側非接触充電モジュールに1次側非接触充電モジュールと2次側非接触充電モジュールの位置合わせに利用するマグネットを有するものである。なお、図10(a)は2次側コイルが矩形コイルの場合を示し、図10(b)は2次側コイルが円形コイルの場合を示す。
このとき、マグネットと非接触充電モジュールとの関係は、1次側非接触充電モジュール41と2次側非接触充電モジュール42に設けられたマグネット30bとの関係と、2次側非接触充電モジュール42と1次側非接触充電モジュール41に設けられたマグネット30aとの関係との、双方の関係において当てはまる。従って、2次側非接触充電モジュール42と1次側非接触充電モジュール41に設けられたマグネット30aとの関係を例として説明するが、1次側非接触充電モジュール41と2次側非接触充電モジュール42に設けられたマグネット30bとの関係にも適用される。すなわち、電力伝送の相手である他方の非接触充電モジュールに備えられたマグネットの影響を抑え、他方の非接触充電モジュールにマグネットが備えられる場合であっても、備えられない場合であっても、位置合わせ及び電力伝送が可能である非接触充電モジュールについて説明する。
図10(a)に示す2次側コイル2c及び図10(b)に2次側コイル2bは、その中心が位置合わせのマグネット30aの中心と合うように位置合わせされる。また、1次側非接触充電モジュール41がマグネット30aを設けない場合であっても、2次側非接触充電モジュール42がマグネットを備えることもある。
位置合わせのマグネット30aは直径mの円形状であり、磁性シート52は正方形である。なお、磁性シート52は、正方形以外の多角形、矩形状、または角に曲線(コーナー)がある形状であってもよいが、1次側非接触充電モジュール41の性能を確保しながら小型化するには正方形のほうが好ましい。
位置合わせのマグネット30aは、非接触充電モジュール41、42を使用するに当たって規格提案されているもので、非接触充電モジュール41と非接触充電モジュール42との間の電力伝送を確実にし、送受信コイルの中心合わせを行なうために使用される。
同じ巻線数の矩形の2次側コイル2cまたは円形の2次側コイル2bを同じ大きさの磁性シート52上に設置した場合、両者とも同一の面積の磁性シート52内に納まる。すなわち、図10(a)及び(b)に示す通り、同じ巻線数の矩形の2次側コイル2cまたは円形の2次側コイル2bを1辺の長さの磁性シート52上に設置した場合、矩形の2次側コイル2cの対向する内辺間の最短距離y1と円形の2次側コイル2bの内径y2を同じ長さにすることができる。
一方、矩形の2次側コイル2c内側の対角線長xは円形の2次側コイル2bの内径y2と同じ長さである矩形の2次側コイル2bの対向する内辺間の最短距離y1より長いxとなる。すなわち、矩形の2次側コイル2cでは、円形の2次側コイル2bに比べて位置合わせのマグネット30aと2次側コイル2cとの間隔を大きく取れる領域が多くなる。すなわち、x>y1、y1=y2の関係である。
そして、1次側非接触充電モジュール41または2次側非接触充電モジュール42に備えるマグネットの影響を抑えるためには、矩形のコイルはx>=m、好ましくはy1>=mとなる必要がある。
2次側コイル2bまたは2cと、位置合わせのマグネット30aとの間隔が大きくなると、位置合わせマグネット30aの影響が小さくなるため、2次側コイル2bまたは2cのL値の減少率を小さくできる。2次側コイルが矩形の場合、2次側コイル2cの内側の対角線寸法xが円形の2次側コイル2bの内径寸法y2と同じ値のとき、2次側コイル2cのL値減少率が2次側コイル2bと略同じ値になる。
そのため、非接触充電器400の1次側非接触充電モジュール41を収納するスペースが方形状であり、しかもそのスペースが限られている場合には、磁性シート52を方形状として2次側コイル2cを矩形状に形成することが好ましい。これにより、円形コイルと比較して、矩形の2次側コイル2cをマグネット30aから遠ざけることができ、矩形の2次側コイル2cはマグネット30aからの影響を受けにくい。また、矩形の2次側コイル2cは、磁束がコーナー部に集中するが、そのコーナー部とマグネット30aとの距離を大きく確保できるため、マグネット30aの影響を軽減できる。
すなわち、2次側コイル2bが円形に巻回される場合は、2次側コイル2b全体がほぼ同じ磁界の強さを示す。しかし、2次側コイル2bが略矩形に巻回される場合は、その角部(コーナー)において磁界が集中する。従って、2次側コイル2cの内側の対角線寸法xが位置合わせマグネット30aの外径よりも外側に位置すること(x>=m)で、マグネット30aの影響を抑えて電力送信することができる。また、2次側コイル2bの対向する内辺間の最短距離y1が位置合わせマグネット30aの外径よりも外側に位置すること(y1>=m)で、2次側コイル2c全体が位置合わせマグネット30aの外径よりも外側に位置し、更に2次側コイル2bの角部(コーナー)がマグネット30aから一定距離を開けて位置することとなる。従って、よりマグネット30aが2次側コイル2bに与える影響を低減させることができる。
なお、本実施の形態では、前述した関係を満足するように矩形の2次側コイル2cの対角線寸法(x)をおよそ23mmにし、位置合わせのマグネット30aの径(m)を15.5mmφに設定した。位置合わせのマグネット30aは、一般に、15.5mmを最大の直径とし、それよりも小さく構成される。小型化と、位置合わせの精度を鑑みた場合に、マグネット30aの直径を約10mm〜15.5mmとし、マグネット30aの厚みを約1.5〜2mmとすることで、バランスよく位置合わせをすることができるからである。また、マグネット30aは、ネオジウム磁石であり、強さは約75mTから150mT程度でよい。本実施の形態においては、1次側非接触充電モジュールのコイルと2次側非接触充電モジュールのコイルとの間隔が2〜5mm程度であるので、この程度のマグネットで十分位置合わせが可能となる。従って、2次側コイル2cが円形状に巻回されていれば、中空部の直径を15.5mm以上、矩形に巻回していれば中空部の対角線を15.5mm以上、好ましくは中空部の辺幅を15.5mm以上とすることで、基本的に、相手側に備えられたマグネット30aの大きさに関わらずマグネット30aの影響を低減することができる。
上述したように、矩形コイルの方が円形コイルよりもマグネットの影響を受けにくいが、2次側コイル2b及び後述する2次側コイル2bの両方が矩形コイルであると、充電時の位置合わせの際にお互いのコーナーどうしの位置合わせをしなくてはならなくなる。従って、位置合わせの際の角度合わせが難しいため、一方が円形コイル、他方が矩形コイルであるとよい。すなわち、角度調整も必要なく、更に矩形コイルがマグネットの影響を抑えることができるためである。なお、1次側非接触充電モジュール41及び2次側非接触充電モジュール42のいずれが矩形コイルを備え、いずれが円形コイルを備えても構わないが、円形コイルは電力伝送の相手となるコイルの形状によらず効率的な電力伝送が可能であるため、1次側非接触充電モジュール41に円形コイルを備えるとよい。
なお、円形コイルに比較して、矩形コイルとは、中空部四隅の角のR(四隅の曲線の半径)が中空部の辺幅(図10(a)のy1)の30%以下のものをいう。すなわち、図10(a)において、略矩形の中空部は四隅が曲線状となっている。直角であるよりも、多少でも曲線であることで、四隅における導線の強度を向上させることができる。しかしながら、Rが大きくなりすぎると円形コイルとほとんど変化なく、矩形コイルならではの効果を得ることができなくなる。検討の結果、中空部の辺幅y1が例えば20mmであった場合、各四隅の曲線の半径Rが6mm以下であれば、マグネットの影響をより効果的に抑えることができることがわかった。また、前述したように四隅の強度まで考慮すると、各四隅の曲線の半径Rが略矩形の中空部の辺幅の5〜30%であることによって、前述したもっとも矩形コイルの効果を得ることができる。
次に、磁性シート52の中心部の厚みについて説明する。
図11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概念図であり、例として2次側非接触充電モジュール42に備えられる磁性シート52とする。図11(a)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上面図であり、図11(b)は図11(a)の磁性シートの直線凹部の位置を変更した上面図である。図11(c)は図11(a)のE−E断面図、図11(c)は中心部を凹部とした場合の図11(a)のF−F断面図、図11(d)は中心部を貫通孔とした場合の図11(a)のF−F断面図である。中心部32bが凹部形状または貫通孔となっている。例えば、中心部32bは凸形状であることで2次側コイル2bの磁束密度を向上させ、2次側非接触充電モジュール42の伝送効率を向上させる。
しかしながら、中心部32bを凹部形状または貫通孔とするような穴部を設けることで、1次側非接触充電モジュール41に備えられるマグネット30aの影響を小さくすることができる。以下にその理由を説明する。
なお、図11では、例として、マグネット30aを備える1次側非接触充電モジュール41と電力伝送を行う2次側非接触充電モジュール42の磁性シート52について説明する。しかしながら、下記で説明する2次側非接触充電モジュール42の磁性シート52についての説明は、マグネット30bを備える2次側非接触充電モジュール42と電力伝送を行う1次側非接触充電モジュール41の磁性シート52についても適用される。すなわち、電力伝送の相手である他方の非接触充電モジュールがマグネットを備える場合と備えない場合との双方において、位置合わせ及び電力伝送が可能となる非接触充電モジュールの磁性シートの中心部について説明する。
前述したように、非接触電力伝送機器は、1次側非接触充電モジュール41と2次側非接触充電モジュール42との位置合わせにマグネットが利用される場合と、そうでない場合とがある。そして、マグネットが存在することで1次側、2次側非接触充電モジュール間の磁束を妨げてしてしまうため、マグネットがある場合に1次側非接触充電モジュール41の1次側コイル2a及び2次側非接触充電モジュール42の2次側コイル2bのL値が大幅に減少する。
また、1次側コイル2aは1次側非接触充電モジュール41において、共振コンデンサをもちいてLC共振回路をつくる。このとき、マグネット30aを位置合わせに利用する場合と利用しない場合とでL値が大幅に変化すると、共振コンデンサとの共振周波数も大幅に変化してしまう。この共振周波数は、1次側非接触充電モジュール41と2次側非接触充電モジュール42との電力伝送に用いられるため、マグネット30aの有無によって共振周波数が大幅に変化すると正しく電力伝送ができなくなってしまう。
従って、マグネット30aを位置合わせに利用する場合と利用しない場合との共振周波数を近い値とするために、マグネット30aを位置合わせに利用する場合と利用しない場合での2次側コイル2bのL値を近い値とすることが必要である。
次に、1次側非接触充電モジュールにマグネット30aを備える場合と備えない場合とにおいて、磁性シート52の中心部の厚みと2次側コイル2bのL値との関係について説明する。
図12は、本実施の形態の他方の非接触充電モジュールにおいて位置合わせにマグネットを備える場合と備えない場合における非接触充電モジュールのコイルのL値と中心部の厚みの関係を示す図である。なお、くり抜きの度合いとは、0%は中心部32bを凹型形状とせずに平坦図であることを示し、100%とは中心部32bを貫通孔としていることを示す。
マグネット30aを利用しない場合では、磁性シート52の中心部32bを薄くするほど、2次側コイル2bの磁界が小さくなってL値が減少する。これに対して、マグネット30aを利用する場合では、磁性シート52の中心部32bを薄くするほど、磁性シート52とマグネット30aとの積層方向の距離が大きくなるため、マグネット30aの影響が小さくなり、2次側コイル2bの磁界が大きくなってL値が上昇する。そして、中心部32bを貫通孔に形成した場合が最もL値が近づく。すなわち、中心部32bを貫通孔とすることによって、位置合わせに利用するマグネット30aの影響を最小限に抑えることができる。
また、マグネット30aは磁性シート52と引き合うことによって位置合わせを行うため、中心部32bにある程度の厚みがあるほうが位置合わせの精度が向上する。特に、くり抜きの度合いを60%以下とすることで、位置合わせの精度を安定させることができる。
従って、くり抜きの度合いを40〜60%とすることによって、マグネット30aを位置合わせに利用する場合と利用しない場合での2次側コイル2bのL値を近い値とすると同時に、マグネット30aの位置合わせの効果も十分に得ることができる。すなわち、マグネット30aと磁性シート52の中心部32bが引き合い、お互いの中心どうしを位置合せできる。
なお、本実施の形態では約50%としており、最も効果的に双方の効果を得ることができる。また、半分程度厚みを残すことを、貫通孔を形成した後に貫通孔内に磁性体を半分の深さまで充填してもよい。また、中心部32bに設ける穴部(凹部または貫通孔)は、必ずしも中心部32aと同じ形状、及び同じサイズである必要はない。中心部32bすなわちコイルの中空部の形状が略矩形や略円形形状であっても、それに依存せず穴部は様々な形状でよい。すなわち、矩形形状や円形形状である。また、穴部は中心部32bよりも小さいことが好ましく、少なくとも中心部32bの面積の30%以上の面積を確保するとよい。
また、磁性シート52は高飽和磁束密度材と高透磁率材を積層してもいいので、例えば高飽和磁束密度材の中心部を平坦に形成し、高透磁率材の中心部に貫通孔に形成して、磁性シート52として中心部32aを凹型形状に形成してもよい。なお、高飽和磁束密度材とは、高透磁率材に比べて飽和磁束密度が高く透磁率が低い磁性シートをいい、特にフェライトシートであるとよい。
また、凹部、または貫通孔の直径は、2次側コイル2bの内径よりも小さくするとよい。凹部または貫通孔の直径を2次側コイル2bの内径と略同一(コイルの内径よりも0〜2mm小さい)とすることで、2次側コイル2bの内周円内の磁界を高めることができる。
また、凹部または貫通孔の直径をコイルの内径よりも小さくして(コイルの内径よりも2〜8mm小さい)階段状にすることで、階段状の外側は位置合わせのために利用でき、内側はマグネット30aを位置合わせに利用する場合と利用しない場合での1次側コイル2aのL値を近い値とするために利用できる。また、凹部または貫通孔は、マグネット30aのサイズよりも大きくするとよい。すなわち、マグネット30aの径よりも大きく、2次側コイル2bの中空部よりも小さい穴部とするとよい。
更に、凹部または貫通孔の上面の形状は、2次側コイル2bの中空部の形状と同一であることにより、マグネット30aと磁性シート52の中心部32bがバランスよく引き合い、お互いの中心どうしの位置合せが精度よくできる。
凹部または貫通孔のすべての端部は、2次側コイル2bの内径から等距離であることにより、マグネット30aと磁性シート52の中心部32bがバランスよく引き合い、お互いの中心どうしの位置合せが更に精度よくできる。
また、更に、凹部または貫通孔の上面の形状の中心は、2次側コイル2bの中空部の中心と一致であることにより、マグネット30aと磁性シート52の中心部32bがバランスよく引き合い、お互いの中心どうしの位置合せが精度よくできる。また、凹部または貫通孔が、マグネット30aよりも大きく形成されることで、マグネット30aの影響をバランスよく抑えることができる。
上記のように中心部を穴部とする構成は1次側非接触充電もジュールの磁性シート52にも適応され、効果は、1次側非接触充電モジュール41の磁性シート52の中心部32aに穴部を備えても得られる。すなわち、2次側非接触充電モジュール42がマグネット30bを備えている場合と備えていない場合とのどちらであっても位置合わせ及び効率的な電力伝送ができる1次側非接触充電モジュール41とすることができる。
また、磁性シート52の四隅であって、平坦部31a、31b上のコイル21a、21bが配置されていない領域に肉厚部を形成してもよい。すなわち、磁性シート52の四隅であって平坦部31a、31b上のコイル21a、21bの外周よりも外側は、磁性シート52の上に何も載せられていない。従って、そこに肉厚部を形成することによって磁性シート52の厚みを増加させ、非接触電力伝送機器の電力伝送効率を向上させることができる。肉厚部の厚みは厚ければ厚いほうがよいが、薄型化のため、導線の厚みとほぼ同一とする。
〔NFCアンテナ(シートアンテナ)についての説明〕
次に、NFCアンテナ51について説明する。図13は、本発明の実施の形態におけるNFCアンテナの斜視図、図14は、本発明の実施の形態におけるNFCアンテナの構造断面図である。また、図14は図13のE−E断面を示す図でもある。
NFCアンテナ51は、フェライト系磁性体を主成分とした磁性シート52、磁性シートを挟むようにし配置された保護部材57、58および(平面)コイル53や整合回路54や端子接続部55、基材56、整合用チップコンデンサ60a、60bを備えており、ICカードやICタグ等の無線通信媒体に格納されてもよく、リーダやリーダライタ等の無線通信媒体処理装置に格納されてもよい。
磁性シート52はNFCアンテナ51の素子を構成する形態を有するものであり、フェライトやパーマロイ、センダスト、珪素合板等の金属材料で構成される。磁性シート52としては、軟磁性フェライトが好ましく、フェライト粉体を乾式プレス成形し、焼成することにより焼成体、高密度のフェライト焼成体とすることができ、軟磁性フェライトの密度が3.5g/cm3以上であることが好ましい。更に軟磁性フェライトの磁性体の大きさが、結晶粒界以上であることが好ましい。また磁性シート52は、0.05mm〜3mm程度で形成されるシート状(あるいは板状、膜状、層状)のものである。
コイル53はアンテナパターンであり、スパイラル状の導体で形成される(すなわち、導線が巻回される)。スパイラルの構造としては、中央に開口部を備えたスパイラル形状であればよく、その形状は円形または略矩形または多角形のいずれであってもよい。スパイラル構造とすることで、十分な磁界を発生させて、誘導電力の発生と相互インダクタンスによる無線通信媒体と無線通信媒体処理装置との通信を可能とするものである。磁性シート52は、少なくともコイル53と対向する部分に配置されれば良く、コイル53の中空部に対応する部分は磁性シート52にも中空部を形成しても良い。従って、磁性シート52とコイル53との中空部には、他部品を配置してもよい。
また、磁性シート52の表面抵抗が大きいことから、磁性シート52の表面もしくは内部に直接回路を形成できるので、コイル53や整合回路54や端子接続部55を直接磁性シート52に形成することが可能である。
整合回路54は、基材56に形成されたスパイラル状のコイル53の導体を橋渡しするように実装されたチップコンデンサ60a、60bで構成されるものであり、このことにより整合回路54をコイル53上に形成することができる。
整合回路54はコイル53に接続することで、アンテナの共振周波数を所望の周波数に調整し不整合による定在波の発生を抑えることで動作の安定した損失の少ないNFCアンテナ51となる。整合素子として使用するチップコンデンサ60a、60bはスパイラル状のアンテナの導体を橋渡しするように実装されている。
端子接続部55は、磁性シート52の表面抵抗が大きいことから、磁性シート52の表面に直接形成できる。端子接続部55は、ループの両側に形成されてもよく、ループの端部で対向するように形成されてもよい。
基材56は、ポリイミド、PET、ガラエポ基板等で形成することが可能であり、ポリイミド、PET等に形成することで薄くて柔軟性を有するコイル53を形成することができる。
保護部材57、58は、樹脂、紫外線硬化型樹脂、可視光硬化型樹脂、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、耐熱性樹脂、合成ゴム、両面テープ、粘着層、またはフィルムの少なくとも1つの手段がもちいられ、NFCアンテナ51およびNFCアンテナ51を構成する各部品の曲げやたわみ等に対する柔軟性だけではなく、耐熱性、耐湿性等の耐候性を考慮して選定をおこなってもよい。また、NFCアンテナ51およびNFCアンテナ51を構成する各部品の片面、両面、片側面、両側面または全面が、保護部材57、58によりコーティングされていてもよい。
なお、上記説明したNFCアンテナ51はあくまで一例であり、上述の構成、素材等に限定されるわけではない。
〔NFCアンテナ(スティック型)について〕
次に、スティック型NFCアンテナ151について説明する。
図15、本発明の実施の形態におけるスティック型NFCアンテナのコイル部の概念図である。図16は、本発明の実施の形態におけるスティック型NFCアンテナの概念図である。
スティック型NFCアンテナ151は、アンテナ入出力用端子154(あるいは155)からもう片方のアンテナ入出力用端子155(あるいは154)までの電流が流れる経路を提供する。このアンテナ入出力用端子154、155を含むコイル部152の経路で囲まれた面をコイル部152の開口面と定義する。またコイル部152が電流によって生じる磁界、あるいは外界からの磁界によって生じた電流によって信号の送受を行うものと定義する。
つまり、本実施の形態では、アンテナ装置によって、例えばRFID、特に本実施の形態においてはNFC(13.56MHz)の電波を送受信できるように調整してある。
本実施の形態では、アンテナ入出力用端子154、155間の線路の途中に、コイル部152が、コア153(鉄心)とともに1ヶ所挿入されている。コア153はフェライトや金属などからなる。
また、コイル部152は、アンテナ入出力用端子154、155に対向する位置に挿入されている。これにより、コイル部152とアンテナ入出力用端子154、155をつないでアンテナ装置を形成する際に自由に形成することができる。ただし、対向する位置に限定されるものではない。
更に、コイル部152のコイル軸(コイルの巻回の軸)をAとすると、コイル部152の配置は、コイル軸Aが、スティック型NFCアンテナ151の開口面に垂直であり、かつ、NFCアンテナ151の線路のコイル部152が挿入された前後の部分を流れる電流の向き(Cの方向)に垂直になっている。
なお、本実施の形態ではコイル軸AはC方向に対して垂直となっているが、平行となっていなければよい。
また、本実施の形態では、コイル部152は、距離Dを隔てて配置された基板(金属体)103の端面Bに垂直となるように配置されている。距離Dは0mmから∞まで考えられるが、後述するように、いずれの場合もアンテナ装置として良好な通信性能を有する。なお、図16においては、距離Dは4mmである。
また、コア153には、磁性体を用いることでコイル部152を通過する磁束を増やすことができ、基板(金属体)103が近接した場合の通信性能がよくなるので好ましいが、磁性体に限らずセラミックや樹脂などで構成されていてもかまわない。なお、本実施の形態においてはフェライトコアであり、サイズは8×20×0.2mmである。
また、コイル部152の導体の巻回数を本実施の形態では約2.5ターンである。コア153の金属体に面する面に巻回されている導体の本数(コア153の金属体に面する面において、コア153に導体を巻回す際に導体が面上に巻かれる本数)がコア153の金属体に面する面と反対側の面に巻回されている導体の本数より少なくしている。
このように構成することで、少ない巻回数で効率のよいアンテナ装置にすることができる。
なお、図16においては、直方体のコア153の長手方向をアンテナ装置のループ上に配置したが、短辺方向を配置してもよく、所望する特性や、搭載するスペースに合わせてコイル部152とコア153の形状は自由に選ぶことができる。
ただし、短辺方向を配置した場合には、コア153の短辺方向にコイル部152を巻き回して形成することはいうまでもない。
また、磁界強度は巻回数が増えるに伴い増加する。しかし、増加率を考えると、巻回数が整数から半周分増えるときに大きく増える。
ただし、巻回数は限定されるものではなく、巻回数は図15に図示している約2.5ターンより多くても少なくてもかまわない。
なお、巻回数を整数倍より約0.5ターン増やす、または減らすことは、コイル部152の両端(アンテナ装置との接続部)がコア153を挟んで両サイドにできるため、基板である基板(金属体)103と接続しやすくなる。
つまり、通常のループアンテナの直線部分を置き換えるような形で挿入することができるため、挿入しやすくなる。
また、コイル部152の巻き方については、右巻きでも左巻きでもよく、配置する位置に応じて適宜選択することができる。
また、コイル部152とアンテナ入出力用端子154、155との間の接続は、はんだやコネクタによる接続など、通常利用される接続方法を使用できる。あるいは、コイル部152からアンテナ入出力用端子154、155まで、1本の繋がった導体で形成してもかまわない。アンテナ入出力用端子154、155は、一般的に知られているように整合回路及びICの入出力端子に接続されるものとし、接続方法はピンやバネによる接触やはんだ付け、コネクタによる接続など通常利用される接続方法を用いることができる。
〔非接触充電モジュールとシートアンテナとの配置についての説明〕
以下、実施の形態1について図17を用いて詳細に説明する。図17は本発明の実施の形態1における非接触充電モジュールとNFCアンテナとの配置例を示す断面図である。また図17に示す携帯端末機器100は、図1に示す携帯端末機器100を厚さ方向(下筐体105aと上筐体105bの積層方向)に切ったときの断面を概念的に示した図でもある。説明を簡略化するために、図17は液晶パネル101、操作ボタン102、基板103、電池パック104を図示せず、2次側非接触充電モジュール42とNFCアンテナ51との配置関係を示している。なお、2次側非接触充電モジュール42およびNFCアンテナ51は簡略的にコイルと磁性シートのみで図示する。また、上述の説明において、同一の構成、機能を備えた部材には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
まず、携帯端末機器100と非接触充電器400との概要について説明する。
携帯端末機器100内の電池パック104(図1参照)は、1次側非接触充電モジュール41および2次側非接触充電モジュール42を介して充電される。具体的には、非接触充電器400内において、1次側コイル2aに電流を流すことによって発生した磁界により2次側コイル2bに電流が流れ、2次側非接触充電モジュール42に電気的に接続される電池パック104は充電される。これにより、非接触充電器400は、携帯端末機器100に電気的に接続することなく(非接触で)、携帯端末機器100を充電することができる。
また、携帯端末機器100は上述のNFCアンテナ51を備える。NFCアンテナ51は、1次側非接触充電モジュール41および2次側非接触充電モジュール42と同様に電磁誘導(磁束)を利用して、電力を得、データ伝送を行う。なお、NFCアンテナ51の駆動電力は、電池パック104から得る場合と、NFC通信の相手から得る場合などがある。
また、NFCアンテナ51の通信面は背面(下筐体105a側の面)である。すなわち、NFCアンテナ51の構造として、コイル53は磁性シート52よりも下筐体105a側に積層される。したがって、NFCアンテナ51は、コイル53側の方向および磁性シート52の反対側の方向を通信方向とする。換言すると、NFCアンテナ51の非通信方向とは、磁性シート52側の方向であると共に、コイル53の反対側の方向である。以上のことから、NFCアンテナ51は筐体105の背面側を通信方向としており、この背面側にNFCアンテナ51の通信先を近づけることによって通信可能となる。
また、本実施の形態において、2次側非接触充電モジュール42の充電面は、背面(下筐体105a側の面)である。すなわち、2次側非接触充電モジュール42の構造として、2次側コイル2bは2次側磁性シート3bよりも下筐体105a側に積層される、したがって、2次側非接触充電モジュール42は、2次側コイル2b側の方向および2次側磁性シート3bの反対側の方向を充電方向とする。換言すると、2次側非接触充電モジュール42の非充電方向とは、2次側磁性シート3b側の方向であると共に、2次側コイル2bの反対側の方向である。以上のことから、2次側非接触充電モジュール42は筐体105の背面側を充電方向としており、この背面側に1次側非接触充電モジュール41を近づけることによって非接触充電を行う。
次に、携帯端末機器100内における2次側非接触充電モジュール42とNFCアンテナ51との配置について詳細に説明する。
上述したように、1次側非接触充電モジュール41(または、2次側非接触充電モジュール42)には、1次側コイル2aと2次側コイル2bの位置合わせのためのマグネットが存在する場合と、存在しない場合とがある。図17に示すように1次側非接触充電モジュール41がマグネット30aを有する場合、マグネット30aは2次側非接触充電モジュール42の2次側磁性シート3bと主に引き合うことによって、位置合わせを行うことができる。すなわち、いずれの位置合わせの方法であっても、非接触充電の位置合わせは1次側コイル2aの中空部と2次側コイル2bの中空部とが対向するように行われる。
しかしながら、本実施の形態における携帯端末機器100は、2次側非接触充電モジュール42およびNFCアンテナ51を備えるため、磁性シート(磁性体)および共振コンデンサを用いてLC共振回路を形成するコイルを備えるモジュールが複数存在することとなる。
そこで、図17に示すように本実施の形態では、2次側非接触充電モジュール42及びNFCアンテナ51は積層するように配置される。さらに、2次側非接触充電モジュール42は、2次側コイル2bの中空部の少なくとも一部がコイル53の中空部に対向するように配置されると良い。換言すると、NFCアンテナ51は、コイル53の中空部の少なくとも一部が2次側コイル2bの中空部に対向するように配置される。すなわち、2次側コイル2bの中空部から露出する2次側磁性シート3bとコイル53の中空部から露出する磁性シート52とは対向する。つまり、2次側コイル2bの中空部における、2次側磁性シート3bの垂直方向の射影はコイル53の中空部と交わる。すなわち、それぞれの通信方向または充電方向において、少なくとも中空部の一部が一直線上になる。
このような配置とすることにより、マグネット30aから携帯端末機器100を見たときにおける2つの磁性体(2次側磁性シート3bおよびNFCアンテナ51の磁性シート52)の総面積は小さくなる。このため、仮に、マグネット30aと磁性シート52とが引き合い、1次側非接触充電モジュール41がNFCアンテナ51(位置合わせの対象でないモジュール)と位置合わせを行ったとしても、2次側非接触充電モジュール42は、1次側非接触充電モジュールの近傍に位置する。すなわち、コイル53の中空部及び2次側コイルの中空部の少なくとも一部は重なるため、携帯端末機器100が2次側非接触充電モジュール42及びNFCアンテナ51を備える場合でも、1次側非接触充電モジュール41及び2次側非接触充電モジュール42の位置合わせのずれを小さくすることができる。従って、位置合わせの精度を向上させることができ、2次側磁性シート3bは1次側非接触充電モジュール41からの磁束を受信しやすくなる。更に、2次側非接触充電モジュール42の中空部とは、2次側コイル2bに囲まれた部分である。すなわち、中空部とは2次側コイル2bによって形成される磁界が、非常に強い部分である。従って、1次側非接触充電モジュール41がNFCアンテナ51(位置合わせの対象でないモジュール)と位置合わせを行ったとしても、NFCアンテナ51と2次側非接触充電モジュール42との中空部が重なっているため、1次側非接触充電モジュール41と2次側非接触充電モジュール42との中空部も重なる。従って、1次側非接触充電モジュール41と2次側非接触充電モジュール42との中空部が重なることによって、これらの間の電力伝送効率を一定以上に維持することができる。なお、電力伝送効率の維持のため、NFCアンテナ51と2次側非接触充電モジュール42との中空部の重なる面積が、2次側非接触充電モジュール42の中空部の面積の50%以上であることが好ましい。これによって、非接触充電モジュール間の電力伝送効率を十分に確保することができる。
また、2次側非接触充電モジュール42のうち、少なくともNFCアンテナ51と重なっている部分が確実に1次側非接触充電モジュール41の磁束を受信することができる。特に、2次側非接触充電モジュール42の2次側コイル2bと、NFCアンテナ51のコイル53とが重なっていれば、2次側非接触充電モジュール42は磁束を受信することができる。それぞれのコイル部が磁束を発生するからである。
以上のことから、2次側コイル2bの中空部及びコイル53の中空部が重なるように2次側非接触充電モジュール42及びNFCアンテナ51を配置することによって、2次側非接触充電モジュール42は1次側非接触充電モジュール41からの磁束を受信しやすくなるため、非接触充電の伝送効率の低下を抑制することができる。
なお、位置合わせの方法はマグネット30aを用いた場合に限定されず、後述する他の位置合わせの方法においても同様である。
また、2次側コイル2bの導線とコイル53の導線とが少なくとも一部積層する。これにより、例え1次側非接触充電モジュール41がNFCアンテナ51を基準に位置合わせをしたとしても、2次側非接触充電モジュール42へより効率よく電力伝送することができる。
さらに、図17の断面図において、2次側コイル2bを、筐体105の一方側(図17の左側)に位置する断面部2baと筐体105の他方側(図17の右側)に位置する断面部2bbとに分類し、同様に、コイル53を、筐体の105の一方側(図17の左側)に位置する断面部53aと筐体105の他方側(図17の右側)に位置する断面部53bに分類すると、断面部2ba及び断面部53aは対向する。すなわち、筐体105の断面において、2次側コイル2b及びコイル53の共に左側(筐体105の一方側)である断面部が対向するため、2次側コイル2bの中空部及びコイル53の中空部も対向するようになる。従って、非接触充電の伝送効率の低下を抑制することができる。もちろん、筐体105の他方側の断面部が対向するようにしてもよい。
なお、図17の断面図に示すように本実施の形態では、2次側非接触充電モジュール42およびNFCアンテナ51は、ほぼ左右対称の構成としたがこの限りではない。換言すると、磁性シートの中心部とコイルの中心部(すなわち、コイルの中空部の中心部)とが一致しなくてもよい。すなわち、コイルが磁性シートのいずれかの端部に片寄って配置されてもよい。このような場合においても、2次側コイル2bの中空部及びコイル53の中空部を対向させることによって、位置合わせの誤差を抑制することができる。
さらに、本実施の形態では、2次側非接触充電モジュール42をNFCアンテナ51の上側(上筐体105b側)に配置した。すなわち、2次側非接触充電モジュール42の方がNFCアンテナ51に比べて、液晶パネル101および操作ボタン102に近い位置に配置される。また、他の言い方をすると、NFCアンテナ51は2次側非接触充電モジュール42の充電方向(1次側非接触充電モジュール41側)に配置される。すなわち、2次側非接触充電モジュール42は、2次側コイル2bが2次側磁性シート3bと磁性シート52との間となるように配置される。
これにより、携帯端末機器100は、2次側非接触充電モジュール42とNFCアンテナ51とが重なるように配置されるだけでなく、さらに、NFCアンテナ51の通信面(すなわち、通信方向)側に2次側非接触充電モジュール42を配置しないように構成される。上述のように通信方向とは、NFCアンテナ51のコイル53側であるため、2次側非接触充電モジュール42はコイル53側に配置されない。したがって、2次側非接触充電モジュール42はNFCアンテナ51にとって、コイル53側ではなく、磁性シート52側に配置される。
これにより、NFCアンテナ51の通信方向に導体である2次側コイル2bが存在しないため、良好な近距離通信の環境を提供することができる。特に、大電力を扱う2次側非接触充電モジュール42の磁性シート3bと比較して、磁性シート52は薄い。従って、非接触充電モジュール間の電力伝送においても、NFCアンテナ51はあまり障害とはならない。
また、NFCアンテナ51が2次側非接触充電モジュール42の上側(上筐体105b側)に配置されてもよい。すなわち、NFCアンテナ51の方が2次側非接触充電モジュール42に比べて、液晶パネル101および操作ボタン102に近い位置に配置される。また、他の言い方をすると、2次側非接触充電モジュール42はNFCアンテナ51の通信方向側に配置される。すなわち、NFCアンテナ51は、コイル53が磁性シート52と2次側磁性シート3bとの間となるように配置される。
これにより、2次側非接触充電モジュール42の充電方向に導体であるコイル53が存在しないため、非接触充電の伝送効率さらに向上させることができる。これは、電力伝送(通信)時間の違いが重要となる。すなわち、2次側非接触充電モジュール42は、電池パック104に充電することを目的とするため、数時間の間電力伝送を行う。対して、NFCアンテナ51の通信は約数秒である。従って、2次側非接触充電モジュール42の電力伝送をNFCアンテナ51が邪魔しないことが重要となる。
また、本実施の形態のように、筐体105の充電方向も近距離通信方向も同じであれば、ユーザは状況によって携帯端末機器100の近接させる面を変化させる必要がなくなるため、携帯端末機器100の操作性を向上させることができる。すなわち、2次側非接触充電モジュール42は2次側磁性シート3bよりも2次側コイル2bが磁性シート52に近接するように配置されることによって、携帯端末機器100の操作性を向上させることができる。
また、2次側非接触充電モジュール42の2次側磁性シート3bおよびNFCアンテナ51の磁性シート52は表示部である液晶パネル101側に位置する。すなわち、2次側非接触充電モジュール42の電力伝送方向(充電方向)及び、NFCアンテナ51の通信方向のどちらもが、液晶パネル101とは逆方向となっている。これにより、充電中や近距離通信中であっても、液晶パネル101を問題なく使用することができる。また、通信のための磁束が液晶パネル101を通過することがない。
さらに、本実施の形態のように、非接触充電方向および近距離通信方向は共に筐体105の背面側(下筐体105a側)であるため、換言すると、液晶パネル101(図1参照)を有する筐体105の上面側(上筐体105b側)でないため、非接触充電または近距離通信を行うことによって液晶パネル101(図1参照)に傷が付くこと抑制することができる。
なお、本実施の形態において、2次側コイル2bおよびコイル53の少なくとも一部、特に2次側コイル2bの中空部およびコイル53の中空部の少なくとも一部が対向すればよく、2次側非接触充電モジュール42とNFCアンテナ51との上下関係などはどちらでもよいことは言うまでもない。例えば、2次側非接触充電モジュール42が下筐体105a側に、NFCアンテナ51が上筐体105b側に配置され、充電方向および通信方向は共に上筐体105b側としてもよい。また、充電方向は下筐体105a側でも、上筐体105b側でもよく、同様に、通信方向も下筐体105a側でも、上筐体105b側でもよい。すなわち、本実施の形態とは異なり、充電方向および通信方向が相対する方向であってもよい。
なお、通信装置の一例である携帯端末機器100は、例えば、携帯電話、パーソナルコンピュータ、デジタルカメラ、等のポータブル機器であるが、特にこれら限定する必要はない。
また、本実施の形態のように、携帯端末機器100の充電方式を非接触充電とすることで、携帯端末機器100は充電用の接続端子を設けなくてよくなる。したがって、筐体105の外部に露出する電子的な部材は低減されるため、携帯端末機器100の防水性を向上させることができる。
また、2次側非接触充電モジュール42の2次側磁性シート3bは、NFCアンテナ51の磁性シート52よりも薄い。従って、非接触充電モジュール間の電力伝送も、薄い磁性シート52を容易に突き抜けて電力伝送することができる。すなわち、シートアンテナの近距離通信だけでなく、非接触充電モジュール間の電力伝送も、どちらも良好な通信(電力伝送)効率を得ることができる。また、2次側磁性シート3bは、電力伝送を行う共振周波数100〜200kHzに良い特性がでるような材料となっており、磁性シート52は、RFIDの近距離通信に使用される周波数、すなわち電力伝送の共振周波数よりも高い共振周波数において良い特性がでるような材料となっている。なお、NFCアンテナ51であれば共振周波数は13.56MHzである。すなわち、それぞれ、異なる材料または組成のフェライトシートを使用している。
また、2次側コイル2bの巻回幅(すなわち、断面部2baまたは断面部2bbの巻回幅)は、NFCアンテナ51のコイル53の巻回幅(すなわち断面部53aまたは53bの巻回幅)よりも太くなる。従って、どのように積層しても、2次側コイル2bは、コイル53からはみ出るため、十分に電力伝送を行うことができる。
さらに、2次側非接触充電モジュール42は、NFCアンテナ51よりも大きく構成すると、さらにそれぞれの通信の効率を向上させることができる。すなわち、2次側非接触充電モジュール42は必ずNFCアンテナ51からはみ出す部分があるため、1次側非接触充電モジュール41から発生される磁束を、NFCアンテナ51を介さずに受電することができる部分を確保することができる。
(実施の形態2)
以下、実施の形態2について図18を用いて説明する。図18は本発明の実施の形態における非接触充電モジュールとNFCアンテナとの配置例を示す断面図である。また図18に示す携帯端末機器100は、図1に示す携帯端末機器100を厚さ方向(下筐体105aと上筐体105bの積層方向)に切ったときの断面を概念的に示した図でもある。なお、実施の形態1と同一の構成、機能を備えた部材には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
まず、直線G−Gおよび直線H−Hについて説明する。図18に示す直線G−Gは2次側コイル2bの中空部の中心軸であり、筐体105の断面における2次側コイル2bの中空部の中心である。すなわち、図18を用いて説明すると、直線G−Gは、断面部2baの最内部と断面部2bbの最内部との中心となる。また、直線H−Hはコイル53の中空部の中心軸であり、上述と同一の断面において、コイル53の中空部の中心である。すなわち、図18を用いて説明すると、直線H−Hは、断面部53aの最内部と断面部53bの最内部との中心となる。
なお、上述の中心軸(直線G−G及び直線H−H)は、コイルの中空部が円形であれば、その円形の中心でもよい。あるいは、コイルの中空部が多角形であれば、上述の中空部は多角形の重心や、対角線の交点などでもよい。
次に、本実施の形態の特徴的な点について説明する。
一般的に、非接触充電の位置合わせでは、1次側と2次側とのコイルの中空部を重なり合わせることによって、電力伝送の効率低下は抑制される。すなわち、1次側と2次側の互いのコイルの中空部の中心を合わせるように位置合わせが行われる。
そこで、本実施の形態では、図18に示すように2次側非接触充電モジュールは、2次側コイル2bの中空部が直線H−Hに交わるように配置される。このため、仮に、1次側非接触充電モジュール41がNFCアンテナ51と位置合わせを行ったとしても、すなわち、1次側コイル2aの中空部の中心軸とコイル53の中空部の中心軸(直線H−H)とが一致するように位置合わせが行われたとしても、1次側コイル2aの中空部および2次側コイル2bの中空部は直線H−H上に位置する。従って、1次側コイル2aの中空部の少なくとも一部は2次側コイル2bの中空部と対向することができる。以上から、位置合わせの誤差はさらに抑制されるため、2次側非接触充電モジュール42はより磁束を受信可能となる。つまり、非接触充電の電力伝送の効率低下を抑制することができる。
さらに、本実施の形態では、NFCアンテナ51は、コイル53の中空部が直線G−G上に位置するように配置される。また、断面部2baおよび断面部53aが対向するだけでなく、断面部2bbおよび断面部53bが対向する。これらにより、2次側コイル2bの中空部とコイル53の中空部とが対向する面積を増加させることができる。すなわち、位置合わせの誤差を抑制することができ、非接触充電の電力伝送の効率低下を抑制することができる。
また、本実施の形態では、コイル53の中空部は、2次側コイル2bの中空部を包含するように、2次側コイル2bの中空部に対向する。詳細に説明すると、磁性シート52の垂直方向(直線H−H方向)へのコイル53の中空部の射影は、2次側コイル2bの中空部を包含する。これにより、1次側非接触充電モジュール41が発生させる磁束を渦電流や、発熱の要因となるコイル53の導線ではなく、コイル53の中空部を通りやすくなるため、非接触充電の効率低下を抑制することができる。
これとは逆に、2次側コイル2bの中空部が、コイル53の中空部を包含するように、コイル53の中空部と対向してもよい。すなわち、2次側磁性シート3bの垂直方向(直線G−G方向)への2次側コイル2bの中空部の射影は、コイル53の中空部を包含する。このように配置される場合、マグネット30aが磁性シート52のどの位置と位置合わせを行ったとしても、マグネット30aとコイル53の中空部とを結ぶ直線方向上に2次側コイル2bの中空部は存在する。したがって、2次側コイル2bの中空部はマグネット30a(すなわち、1次側コイル2aの中空部の少なくとも一部)と対向する。これにより、非接触充電の効率低下をさらに抑制することができる。
なお、NFCアンテナ51が2次側非接触充電モジュール42の上側(上筐体105b側)に配置されてもよい。すなわち、NFCアンテナ51の方が2次側非接触充電モジュール42に比べて、液晶パネル101および操作ボタン102に近い位置に配置される。また、他の言い方をすると、2次側非接触充電モジュール42はNFCアンテナ51の通信方向側に配置される。すなわち、NFCアンテナ51は、コイル53が磁性シート52と2次側磁性シートとの間となるように配置される。
これにより、2次側非接触充電モジュール42の充電方向に導体であるコイル53が存在しないため、非接触充電の伝送効率さらに向上させることができる。
(実施の形態3)
以下、実施の形態3について図19を用いて説明する。図19は本発明の実施の形態における非接触充電モジュールとNFCアンテナとの配置例を示す断面図である。また図19に示す携帯端末機器100は、図1に示す携帯端末機器100を厚さ方向(下筐体105aと上筐体105bの積層方向)に切ったときの断面を概念的に示した図でもある。なお、実施の形態1、2と同一の構成、機能を備えた部材には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
本実施の形態において、2次側非接触充電モジュール42とNFCアンテナ51とは完全に重なるように配置される。すなわち、本実施の形態の場合、主平面はNFCアンテナ51よりも2次側非接触充電モジュール42の方が大きいため、2次側非接触充電モジュール42の主平面の垂直方向の射影はNFCアンテナ51を包含する。逆に、NFCアンテナ51の主平面の垂直方向の射影は2次側非接触充電モジュール42に包含される。
したがって、マグネット30aから見たときの2つの磁性体(2次側磁性シート3bおよび磁性シート52)の面積はさらに小さくなるので、マグネット30aに位置合わせの誤差をさらに抑制することができる。
また、本実施の形態では、2次側非接触充電モジュール42とNFCアンテナ51とは2次側コイル2bを含む平面の垂直方向の射影がコイル53を包含するように配置される。そして、2次側コイル2bの中空部とコイル53の中空部とは対向する。さらに、直線I−Iは2次側非接触充電モジュール42の中心軸であると共に、NFCアンテナ51の中心軸である。すなわち、2次側非接触充電モジュール42の中心軸(直線I−I)上にNFCアンテナ51の中心軸が重なるようにNFCアンテナ51は配置される。本実施の形態の場合、中空部は2次側コイル2bよりもコイル53の方が大きいため、2次側コイル2bは、その中空部がコイル53の中空部に包含されるように重ねて配置される。また、中空部が、コイル53よりも2次側コイル2bの方が大きい場合、コイル53は、その中空部が2次側コイル2bの中空部に包含されるように重ねて配置される。
したがって、マグネット30aがNFCアンテナ51の中心軸に合うように位置合わせをしたとしても、1次側コイル2a中空部は2次側コイル2bの中空部と対向するため、2次側非接触充電モジュール42は1次側非接触充電モジュール41との位置合わせを行うことができる。
以上のように2次側非接触充電モジュール42とNFCアンテナ51とを配置することにより、マグネット30aによる位置合わせの精度を向上させることができる。したがって、非接触充電の効率低下を抑制することができる。
なお、1次側コイル2a、2次側コイル2b、および、コイル53の中空部の形状は特に限定されず、環状(円形状)、楕円形状、矩形上、多角形状など、何でもよい。
なお、実施の形態1〜3では、1次側非接触充電モジュール41と2次側非接触充電モジュール42との位置合わせ方法としてマグネットが使用された場合について説明したが、他の方法を用いたとしても、2次側非接触充電モジュール42とNFCアンテナ51との互いの中空部を重ねて配置する方が好ましい。
例えば、非接触充電器400(または1次側非接触充電モジュール41)が2次側非接触充電モジュール42の2次側コイル2bの位置を検出することで、1次側コイル2aを自動的に2次側コイル2bの位置まで移動させる方法の場合でも同様である。
仮に非接触充電器400が1次側コイル2aをコイル53(位置合わせの対象ではないコイル)の位置に合わせたとしても、2次側非接触充電モジュール42は、コイル53を備えるNFCアンテナ51に対向するように配置される。したがって、1次側コイル2aとコイル53とで位置合わせが行われたとしても、1次側コイル2aと2次側コイル2bとの位置合わせの誤差を抑制することができる。
また、非接触充電器400に多数のコイルを備えることで、携帯端末機器100が非接触充電器400の充電面402のどこにおいても充電可能とする方法の場合でも同様である。この方法は、非接触充電器400は多数のコイルのすべてに磁束を発生させる場合と、そうでない場合とがある。非接触充電器400は多数のコイルのすべてに磁束を発生させない場合、2次側非接触充電モジュール42の2次側コイル2bを検出することで、2次側コイル2bの位置に合うコイルを多数のコイルの中から(1つまたは複数)選択する。そして、選択したコイル(以下、1次側コイル2aと称する)に電流を流すことで、2次側に電力を送信する。
仮に、非接触充電器400がコイル53(位置合わせの対象ではないコイル)の位置に合うコイル(1次側コイル2a)を選択したとしても、2次側非接触充電モジュール42は、コイル53を備えるNFCアンテナ51に対向するように配置される。したがって、1次側コイル2aとコイル53とで位置合わせが行われたとしても、1次側コイル2aと2次側コイル2bとの位置合わせの誤差を抑制することができる。
以上から、様々な位置合わせの方法においても、2次側コイル2bの中空部およびコイル53の中空部の少なくとも一部を対向させることで、位置合わせの誤差を抑制することができ、2次側コイル2bに多くの磁束を送ることができる。したがって、非接触充電の効率低下を抑制することができる。
なお、実施の形態1〜3は適宜組み合わせ可能である。
(実施の形態4)
本実施の形態4では、実施の実施1にて説明した図17に示すように、携帯端末機器100内において、2次側非接触充電モジュール42(2次側磁性シート3b)の少なくとも一部がNFCアンテナ51(磁性シート52)に重なるように配置される。すなわち、2次側非接触充電モジュール42(2次側磁性シート3b)の主平面の垂直方向の射影の少なくとも一部はNFCアンテナ51(磁性シート52)に重なる。他の言い方をすると、2次側非接触充電モジュール42(2次側磁性シート3b)とNFCアンテナ51(磁性シート52)との少なくとも一部は対向する。なお、本実施の形態の場合、2次側磁性シート3bは2次側非接触充電モジュール42の主平面を覆うように形成されるため、2次側磁性シート3bと対向するということは、実質的に2次側非接触充電モジュール42と対向することとなる。磁性シート52も同様であり、磁性シート52と対向するということは、実質的にNFCアンテナ51と対向することとなる。なお、実施の形態1〜3と同一の構成、機能を備えた部材には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
以上のように配置されることにより、マグネット30aから携帯端末機器100を見たときにおける2つの磁性体(2次側磁性シート3bおよびNFCアンテナ51の磁性シート52)の面積は小さくなるため、マグネット30aによる位置合わせの誤差を小さくすることができる。すなわち、換言すると、仮にマグネット30aが磁性シート52(位置合わせの対象でない磁性体)と引き合ったとしても(すなわち、1次側コイル2aとコイル53とで位置合わせが行われたとしても)、2次側非接触充電モジュール42は磁性シート52を備えるNFCアンテナ51に対向するように配置されるため、1次側コイル2aと2次側コイル2bとの位置合わせの誤差を抑制することができる。また、2次側非接触充電モジュール42のうち、少なくともNFCアンテナ51と重なっている部分が確実に1次側非接触充電モジュール41の磁束を受信することができる。特に、2次側非接触充電モジュール42の2次側コイル2bと、NFCアンテナ51のコイル53が重なっていれば、2次側非接触充電モジュール42は磁束を受信することができる。したがって、2次側非接触充電モジュール42とNFCアンテナ51とが重ねずに配置される場合に比べて、2次側非接触充電モジュール42は1次側非接触充電モジュール41が発生させる磁束を受信しやすくなるため、非接触充電の効率低下を抑制することができる。
さらに、本実施の形態では、2次側非接触充電モジュール42をNFCアンテナ51の上側(上筐体105b側)に配置した。すなわち、2次側非接触充電モジュール42の方がNFCアンテナ51に比べて、液晶パネル101および操作ボタン102に近い位置に配置される。また、他の言い方をすると、NFCアンテナ51は2次側非接触充電モジュール42の充電方向(1次側非接触充電モジュール41側)に配置される。
これにより、NFCアンテナ51はより良好な通信を行うことができる。以下、この理由について説明する。充電方向とは、2次側非接触充電モジュール42にとって1次側非接触充電モジュール41側の方向であり、1次側非接触充電モジュール41にとって2次側非接触充電モジュール42側の方向である。すなわち、2次側非接触充電モジュール42にとって充電方向とは、2次側コイル2b側の方向であると共に、2次側磁性シート3bの反対側の方向である。換言すると、2次側非接触充電モジュール42にとって非充電方向とは、2次側磁性シート3bの方向であると共に、2次側コイル2bの反対側の方向である。
上述のように、NFCアンテナ51は筐体105の背面側(下筐体105a側)を通信方向としている。すなわち、NFCアンテナ51はコイル53から見て筐体105の上面側(上筐体105b側)に磁性シート52が存在する。
2次側非接触充電モジュール42はNFCアンテナ51よりも大きい。2次側非接触充電モジュール42は充電を行うために大きい電流が必要であり、この電流を流すための2次側コイル2bも、この電流を発生される磁束の漏れを抑制するための2次側磁性シート3bも、1次側コイル2aおよび1次側磁性シート3aに比べて大きくなる。このため、2次側非接触充電モジュール42がNFCアンテナ51に与える影響は、NFCアンテナ51が2次側非接触充電モジュール42に与える影響に比べて大きくなる。
そこで、本実施の形態の携帯端末機器100は、2次側非接触充電モジュール42とNFCアンテナ51とが重なるように配置されるだけでなく、さらに、NFCアンテナ51の通信面(すなわち、通信方向)に2次側非接触充電モジュール42を配置しないように構成される。上述のように通信方向とは、NFCアンテナ51のコイル53側であるため、2次側非接触充電モジュール42はコイル53側に配置されない。したがって、2次側非接触充電モジュール42はNFCアンテナ51にとって、コイル53側ではなく、磁性シート52側に配置される。
これにより、非接触充電の効率低下を抑制することができると共に、NFCアンテナ51の通信を阻害する要因を低減させることができる。したがって、非接触充電および近距離通信が可能な携帯端末機器100を構成することができる。
以上より、本実施の形態の携帯端末機器100は、2次側非接触充電モジュール42による非接触充電およびNFCアンテナ51による近距離通信を行うことができる。すなわち、2次側非接触充電モジュール42とNFCアンテナ51との互いの干渉を緩和することで、1つの携帯端末機器100の中に2次側非接触充電モジュール42とNFCアンテナ51とを共存させることができる。
また、本実施の形態のように、筐体105の充電方向も近距離通信方向も同じであれば、ユーザは状況によって携帯端末機器100の近接させる面を変化させる必要がなくなるため、携帯端末機器100の操作性を向上させることができる。すなわち、2次側非接触充電モジュール42は2次側コイル2bが2次側磁性シート3bよりも磁性シート52に近接するように配置されることによって、携帯端末機器100の操作性を向上させることができる。
さらに、本実施の形態のように、非接触充電方向および近距離通信方向は共に筐体105の背面側(下筐体105a側)であるため、換言すると、液晶パネル101(図1参照)を有する筐体105の上面側(上筐体105b側)でないため、非接触充電または近距離通信を行うことによって液晶パネル101(図1参照)に傷が付くこと抑制することができる。
なお、図17の断面図に示すように本実施の形態では、2次側非接触充電モジュール42およびNFCアンテナ51は、ほぼ左右対称の構成としたがこの限りではない。換言すると、磁性シートの中心部とコイルの中心部(すなわち、コイルの中空部の中心部)とが一致しなくてもよい。すなわち、コイルが磁性シートのいずれかの端部に片寄って配置されてもよい。
しかしながらこのように2次側非接触充電モジュール42またはNFCアンテナ51が構成される場合、重ね方によっては、2次側磁性シート3bの2次側コイル2bが片寄っていない部分と、磁性シート52のコイル53が片寄っていない部分とが重なり合うように、2次側非接触充電モジュール42およびNFCアンテナ51とは配置される場合がある。
よって、2次側非接触充電モジュール42とNFCアンテナ51とは2次側コイル2b(中空部を含む)とコイル53(中空部を含む)とが対向するように配置される方が好ましい。このような配置とすることによって、2次側非接触充電モジュール42とNFCアンテナ51との構成および重なり方によらず、2つのコイルを近接させることができる。すなわち、仮にマグネット30aが磁性シート52と引き合ったとしても、コイル53に近接する2次側磁性シート3bは1次側非接触充電モジュール41からの磁束を受信しやすく、非接触充電の効率低下を抑制することができる。
なお、2次側非接触充電モジュール42とNFCアンテナ51との関係が逆でもよいことは言うまでもない。この場合、2次側非接触充電モジュール42が下筐体105a側に、NFCアンテナ51が上筐体105b側に配置され、充電方向および通信方向は共に上筐体105b側となる。
なお、通信装置の一例である携帯端末機器は、例えば、携帯電話、パーソナルコンピュータ、デジタルカメラ、等のポータブル機器であるが、特にこれら限定する必要はない。
また、本実施の形態のように、携帯端末機器100の充電方式を非接触充電とすることで、携帯端末機器100は充電用の接続端子を設けなくてよくなる。したがって、筐体105の外部に露出する電子的な部材は低減されるため、携帯端末機器100の防水性を向上させることができる。
また、2次側非接触充電モジュール42の2次側磁性シート3bは、NFCアンテナ51の磁性シート52よりも薄い。従って、非接触充電モジュール間の電力伝送も、薄い磁性シート52を容易に突き抜けて電力伝送することができる。すなわち、シートアンテナの近距離通信だけでなく、非接触充電モジュール間の電力伝送も、どちらも良好な通信(電力伝送)効率を得ることができる。また、2次側磁性シート3bは、電力伝送を行う共振周波数100〜200kHzに良い特性がでるような材料となっており、磁性シート52は、RFIDの近距離通信に使用される周波数、すなわち電力伝送の共振周波数よりも高い共振周波数において良い特性がでるような材料となっている。なお、NFCであれば共振周波数は13.56MHzである。すなわち、それぞれ、異なる材料または組成のフェライトシートを使用している。
また、2次側コイル2bの巻回幅は、NFCアンテナ51のコイル53の巻回幅よりも太くなる。従って、どのように積層しても、2次側コイル2bは、コイル53からはみ出るため、十分に電力伝送を行うことができる。
また、2次側非接触充電モジュールの磁性シート3bは表示部である液晶パネル101側に配置され、2次側コイル2bはNFCアンテナ51に対向する。すなわち、2次側非接触充電モジュール42の電力伝送方向及び、NFCアンテナ51の通信方向のどちらもが、液晶パネル101とは逆方向となっている。これにより、充電中や近距離通信中であっても、液晶パネル101を問題なく使用することができる。また、通信のための磁束が液晶パネル101を通過することがない。
また、2次側コイル2bの中空部と、コイル53の中空部が積層する、すなわちそれぞれの通信方向において、少なくとも一部が一直線上になる。双方の中空部が一部であっても積層することによって、位置合わせの精度が向上する。位置合わせのためにマグネットを使用する場合はもちろんのこと、他の位置合わせの方法であってもである。中空部が積層することによって、2次側非接触充電モジュール42とNFCアンテナ51との実質的位置がほとんど一致するため、位置合わせの精度が向上する。
また、2次側コイル2bの導線とコイル53の導線とが少なくとも一部積層する。これにより、例え1次側非接触充電モジュール41がシートアンテナ53を基準に位置合わせをしたとしても、2次側非接触充電モジュール42へより効率よく電力伝送することができる。
さらに、2次側非接触充電モジュール42は、NFCアンテナ51よりも大きく構成すると、さらにそれぞれの通信の効率を向上させることができる。すなわち、2次側非接触充電モジュール42は必ずNFCアンテナ51からはみ出す部分があるため、1次側非接触充電モジュール41から発生される磁束を、NFCアンテナ51を介さずに受電することができる部分を確保することができる。
(実施の形態5)
以下、実施の形態5について図19を用いて説明する。また図19に示す携帯端末機器100は、図1に示す携帯端末機器100を厚さ方向(下筐体105aと上筐体105bの積層方向)に切ったときの断面を概念的に示した図でもある。なお、実施の形態1〜4と同一の構成、機能を備えた部材には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
本実施の形態と実施の形態4との異なる点は、2次側非接触充電モジュール42とNFCアンテナ51との位置関係である。
2次側非接触充電モジュール42とNFCアンテナ51とは完全に重なるように配置される。すなわち、本実施の形態の場合、主平面はNFCアンテナ51よりも2次側非接触充電モジュール42の方が大きいため、2次側非接触充電モジュール42の主平面の垂直方向の射影はNFCアンテナ51を包含する。逆に、NFCアンテナ51の主平面の垂直方向の射影は2次側非接触充電モジュール42に包含される。
したがって、マグネット30aから見たときの2つの磁性体(2次側磁性シート3bおよび磁性シート52)の面積はさらに小さくなるので、マグネット30aに位置合わせの誤差をさらに抑制することができる。
また、本実施の形態では、2次側非接触充電モジュール42とNFCアンテナ51とは2次側コイル2bを含む平面の垂直方向の射影がコイル53を包含するように配置される。そして、2次側コイル2bの中空部とコイル53の中空部とは対向する。さらに、直線I−Iは2次側非接触充電モジュール42の中心軸であると共に、NFCアンテナ51の中心軸である。すなわち、2次側非接触充電モジュール42の中心軸(直線I−I)上にNFCアンテナ51の中心軸が重なるようにNFCアンテナ51は配置される。本実施の形態の場合、中空部は2次側コイル2bよりもコイル53の方が大きいため、2次側コイル2bは、その中空部がコイル53の中空部に包含されるように重ねて配置される。
したがって、マグネット30aがNFCアンテナ51の中心軸に合うように位置合わせをしたとしても、1次側コイル2a中空部は2次側コイル2bの中空部と対向するため、2次側非接触充電モジュール42は1次側非接触充電モジュール41との位置合わせを行うことができる。
以上のように2次側非接触充電モジュール42とNFCアンテナ51とを配置することにより、マグネット30aによる位置合わせの精度を向上させることができる。したがって、非接触充電の効率低下を抑制することができる。
また、本実施の形態では、2次側コイル2bの中空部の垂直方向の射影はコイル53の中空部に包含される。これにより、1次側非接触充電モジュール41が発生させる磁束を渦電流や、発熱の要因となるコイル53の導線ではなく、コイル53の中空部を通りやすくすることができる。すなわち、非接触充電の効率低下を抑制することができる。
これとは逆に、コイル53の中空部の垂直方向の射影が2次側コイル2bの中空部に包含されるように配置されてもよい。このように配置される場合、マグネット30aが磁性シート52と位置合わせを行ったとしても、マグネット30aとコイル53の中空部とを結ぶ直線方向上に2次側コイル2bの中空部は存在する。したがって、2次側コイル2bの中空部はマグネット30a(すなわち、1次側コイル2aの中空部の少なくとも一部)と対向する。これにより、非接触充電の効率低下をさらに抑制することができる。
なお、1次側コイル2a、2次側コイル2b、および、コイル53の中空部の形状は特に限定されず、環状(円形状)、楕円形状、矩形上、多角形状など、何でもよい。
なお、実施の形態1〜5では、1次側非接触充電モジュール41と2次側非接触充電モジュール42との位置合わせ方法としてマグネットが使用された場合について説明したが、他の方法を用いたとしても、2次側非接触充電モジュール42とNFCアンテナ51とを重ねて配置する方が好ましい。
例えば、非接触充電器400(または1次側非接触充電モジュール41)が2次側非接触充電モジュール42の2次側コイル2bの位置を検出することで、1次側コイル2aを自動的に2次側コイル2bの位置まで移動させる方法の場合でも同様である。
仮に非接触充電器400が1次側コイル2aをコイル53(位置合わせの対象ではないコイル)の位置に合わせたとしても、2次側非接触充電モジュール42は、コイル53を備えるNFCアンテナ51に対向するように配置される。したがって、1次側コイル2aとコイル53とで位置合わせが行われたとしても、1次側コイル2aと2次側コイル2bとの位置合わせの誤差を抑制することができる。
また、非接触充電器400に多数のコイルを備えることで、携帯端末機器100が非接触充電器400の充電面402のどこにおいても充電可能とする方法の場合でも同様である。この方法は、非接触充電器400は多数のコイルのすべてに磁束を発生させる場合と、そうでない場合とがある。非接触充電器400は多数のコイルのすべてに磁束を発生させない場合、2次側非接触充電モジュール42の2次側コイル2bを検出することで、2次側コイル2bの位置に合うコイルを多数のコイルの中から(1つまたは複数)選択する。そして、選択したコイル(以下、1次側コイル2aと称する)に電流を流すことで、2次側に電力を送信する。
仮に、非接触充電器400がコイル53(位置合わせの対象ではないコイル)の位置に合うコイル(1次側コイル2a)を選択したとしても、2次側非接触充電モジュール42は、コイル53を備えるNFCアンテナ51に対向するように配置される。したがって、1次側コイル2aとコイル53とで位置合わせが行われたとしても、1次側コイル2aと2次側コイル2bとの位置合わせの誤差を抑制することができる。
以上から、様々な位置合わせの方法においても、1次側コイル2aと2次側コイル2bとの位置合わせとの誤差を抑制することができる。すなわち、2次側コイル2bに多くの磁束を送ることができる。したがって、非接触充電の効率低下を抑制することができる。
なお、実施の形態1〜5は適宜組み合わせ可能である。
(実施の形態6)
以下、実施の形態6について図20を用いて詳細に説明する。図20は、本発明の実施の形態における非接触充電モジュールとNFCアンテナとの配置例を示す断面図である。また図20に示す携帯端末機器100は、図1に示す携帯端末機器100を厚さ方向(下筐体105aと上筐体105bの積層方向)に切ったときの断面を概念的に示した図でもある。説明を簡略化するために、図20は液晶パネル101、操作ボタン102、基板103、電池パック104を図示せず、2次側非接触充電モジュール42とNFCアンテナ51との配置関係を示している。なお、2次側非接触充電モジュール42およびNFCアンテナ51は簡略的にコイルと磁性シートのみで図示する。また、上述の説明において、実施の形態1〜5と同一の構成、機能を備えた部材には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
まず、携帯端末機器100と非接触充電器400との概要について説明する。
携帯端末機器100内の電池パック104(図1参照)は、1次側非接触充電モジュール41および2次側非接触充電モジュール42を介して充電される。具体的には、非接触充電器400内において、1次側コイル2aに電流を流すことによって発生した磁界により2次側コイル2bに電流が流れ、2次側非接触充電モジュール42に電気的に接続される電池パック104は充電される。これにより、非接触充電器400は、携帯端末機器100に電気的に接続することなく(非接触で)、携帯端末機器100を充電することができる。
また、携帯端末機器100は上述のNFCアンテナ51を備える。NFCアンテナ51は、1次側非接触充電モジュール41および2次側非接触充電モジュール42と同様に電磁誘導(磁束)を利用して、電力を供給したり、データ伝送を行う。
また、本実施の形態において、NFCアンテナ51の通信面は下筐体105a側である。すなわち、NFCアンテナ51の構造として、コイル53は磁性シート52よりも下筐体105a側に積層される。したがって、NFCアンテナ51にとっての通信方向とは、コイル53側の方向であると共に、磁性シート52の反対側の方向である。換言すると、NFCアンテナ51の非通信方向とは、磁性シート52側の方向であると共に、コイル53の反対側の方向である。以上のことから、NFCアンテナ51は筐体105の背面側を通信方向としており、この背面側にNFCアンテナ51の通信先を近づけることによって通信可能となる。
次に、携帯端末機器100内における2次側非接触充電モジュール42とNFCアンテナ51との配置について詳細に説明する。
上述したように、1次側非接触充電モジュール41(または、2次側非接触充電モジュール42)には、1次側コイル2aと2次側コイル2bの位置合わせのためのマグネットが存在する場合と、存在しない場合とがある。図20に示すように1次側非接触充電モジュール41がマグネット30aを有する場合、マグネット30aは2次側非接触充電モジュール42の2次側磁性シート3bと主に引き合うことによって、位置合わせを行うことができる。
しかしながら、本実施の形態における携帯端末機器100は、2次側非接触充電モジュール42およびNFCアンテナ51を備えるため、磁性シート(磁性体)および共振コンデンサを用いてLC共振回路を形成するコイルを備えるモジュールが複数存在することとなる。
そこで、本実施の形態では、図20に示すように、携帯端末機器100内において、2次側非接触充電モジュール42(2次側磁性シート3b)の少なくとも一部がNFCアンテナ51(磁性シート52)に重なるように配置される。すなわち、2次側非接触充電モジュール42(2次側磁性シート3b)の主平面の垂直方向の射影の少なくとも一部はNFCアンテナ51(磁性シート52)に重なる。他の言い方をすると、2次側非接触充電モジュール42(2次側磁性シート3b)とNFCアンテナ51(磁性シート52)との少なくとも一部は対向する。なお、本実施の形態の場合、2次側磁性シート3bは2次側非接触充電モジュール42の主平面を覆うように形成されるため、2次側磁性シート3bと対向するということは、実質的に2次側非接触充電モジュール42と対向することとなる。磁性シート52も同様であり、磁性シート52と対向するということは、実質的にNFCアンテナ51と対向することとなる。
以上のように配置されることにより、マグネット30aから携帯端末機器100を見たときにおける2つの磁性体(2次側磁性シート3bおよびNFCアンテナ51の磁性シート52)の面積は小さくなるため、マグネット30aによる位置合わせの誤差を小さくすることができる。すなわち、換言すると、仮にマグネット30aが磁性シート52(位置合わせの対象でない磁性体)と引き合ったとしても(すなわち、1次側コイル2aとコイル53とで位置合わせが行われたとしても)、2次側非接触充電モジュール42は磁性シート52を備えるNFCアンテナ51に対向するように配置されるため、1次側コイル2aと2次側コイル2bとの位置合わせの誤差を抑制することができる。したがって、2次側非接触充電モジュール42とNFCアンテナ51とが重ねずに配置される場合に比べて、2次側非接触充電モジュール42は1次側非接触充電モジュール41が発生させる磁束を受信しやすくなるため、非接触充電の効率低下を抑制することができる。
さらに、本実施の形態では、NFCアンテナ51を2次側非接触充電モジュールの上側(上筐体105b側)に配置した。すなわち、NFCアンテナ51の方が2次側非接触充電モジュール42に比べて、液晶パネル101および操作ボタン102に近い位置に配置される。また、他の言い方をすると、2次側非接触充電モジュール42はNFCアンテナ51の通信方向側に配置される。
これにより、非接触充電の効率低下を抑制することができる。以下、この理由について詳細に説明する。
本実施の形態において、2次側非接触充電モジュール42は下筐体105a側を充電方向としている。充電方向とは、2次側非接触充電モジュール42にとって、電力を送信する1次側非接触充電モジュール41が存在する方向である。すなわち、2次側非接触充電モジュールにとって充電方向とは、2次側コイル2b側の方向であると共に、2次側磁性シート3b側の反対方向である。換言すると、2次側非接触充電モジュールにとって非充電方向とは、2次側磁性シート3b側の方向であると共に、2次側コイル2b側の反対方向である。
2次側非接触充電モジュール42がNFCアンテナ51に与える影響は、NFCアンテナ51が2次側非接触充電モジュール42に与える影響に比べて大きくなる。すなわち、2次側非接触充電モジュール42の非充電方向にNFCアンテナ51を配置した場合、近距離通信による磁束が2次側非接触充電モジュール42を貫く時間はわずかであり、これに対して、NFCアンテナ51の非通信方向に2次側非接触充電モジュール42を配置した場合、非接触充電による磁束がNFCアンテナ51を貫く時間は長時間となる。なお、近距離通信および非接触充電に要する時間が上述の時間に当てはまらない場合であっても、非接触充電に要する時間が近距離通信に要する時間より長い場合であれば同様に、お互いが与える影響の大小は異なる。
さらに、2次側非接触充電モジュール42は充電を行うために大きい電流が必要であり、この電流を流すために発生される非接触充電時の磁束は、近距離通信時の磁束に比べて大きくなる。すなわち、非接触充電による磁束がNFCアンテナ51に与える影響は、近距離通信による磁束が2次側非接触充電モジュール42に与える影響よりも大きくなる。
これらのような課題に対して、図20に示すように本実施の形態では、NFCアンテナ51は、2次側非接触充電モジュール42の2次側磁性シート3b側(非充電方向)に配置される。すなわち、2次側非接触充電モジュール42の2次側コイル2b側(充電方向)に配置されない。これにより、長時間の、かつ、強力な磁束がNFCアンテナ51を貫くことを抑制することができる。したがって、通信動作に関係ない電流がNFCアンテナ51に流れることを抑制できるため、NFCアンテナ51を制御する携帯端末機器100における誤動作発生を抑制することができる。
以上より、本実施の形態の携帯端末機器100は、2次側非接触充電モジュール42による非接触充電の効率低下を抑制しつつも、NFCアンテナ51による近距離通信への悪影響を抑制することができる。すなわち、2次側非接触充電モジュール42とNFCアンテナ51との互いの干渉を緩和することで、1つの携帯端末機器100の中に2次側非接触充電モジュール42とNFCアンテナ51とを共存させることができる。
また、本実施の形態のように、筐体105の非接触充電方向も近距離通信方向も同じであれば、ユーザは状況によって携帯端末機器100の近接させる面を変化させる必要がなくなるため、携帯端末機器100の操作性を向上させることができる。すなわち、NFCアンテナ51は、コイル53が磁性シート52よりも2次側磁性シート3bに近接するように配置されることによって、携帯端末機器100の操作性を向上させることができる。
さらに、本実施の形態のように、充電方向および近距離通信方向は共に筐体105の背面側(下筐体105a側)であるため、換言すると、液晶パネル101(図1参照)を有する筐体105の上面側(上筐体105b側)でないため、非接触充電または近距離通信を行うことによって液晶パネル101(図1参照)に傷が付くこと抑制することができる。
なお、図20の断面図に示すように本実施の形態では、2次側非接触充電モジュール42およびNFCアンテナ51は、ほぼ左右対称の構成としたがこの限りではない。換言すると、磁性シートの中心部とコイルの中心部(すなわち、コイルの中空部の中心部)とが一致しなくてもよい。すなわち、コイルが磁性シートのいずれかの端部に片寄って配置されてもよい。
しかしながらこのように2次側非接触充電モジュール42またはNFCアンテナ51が構成される場合、重ね方によっては、2次側磁性シート3bの2次側コイル2bが片寄っていない部分と、磁性シート52のコイル53が片寄っていない部分とが重なり合うように、2次側非接触充電モジュール42およびNFCアンテナ51とは配置される場合がある。
よって、2次側非接触充電モジュール42とNFCアンテナ51とは2次側コイル2b(中空部を含む)とコイル53(中空部を含む)とが対向するように配置される方が好ましい。このような配置とすることによって、2次側非接触充電モジュール42とNFCアンテナ51との構成および重なり方によらず、2つのコイルを近接させることができる。すなわち、仮にマグネット30aが磁性シート53と引き合ったとしても、コイル53に近接する2次側磁性シート3bは1次側非接触充電モジュール42からの磁束を受信しやすく、非接触充電の効率低下を抑制することができる。
なお、2次側非接触充電モジュール42とNFCアンテナ51との関係が逆でもよいことは言うまでもない。この場合、2次側非接触充電モジュール42が下筐体105a側に、NFCアンテナ51が上筐体105b側に配置され、充電方向および通信方向は共に上筐体105b側となる。
なお、通信装置の一例である携帯端末機器は、例えば、携帯電話、パーソナルコンピュータ、デジタルカメラ、等のポータブル機器であるが、特にこれら限定する必要はない。
また、本実施の形態のように、携帯端末機器100の充電方式を非接触充電とすることで、携帯端末機器100は充電用の接続端子を設けなくてよくなる。したがって、筐体105の外部に露出する電子的な部材は低減されるため、携帯端末機器100の防水性を向上させることができる。
また、2次側非接触充電モジュール42の2次側磁性シート3bは、NFCアンテナ51の磁性シート52よりも薄い。前述したように、非接触充電モジュール間の電力伝送は、数分から数時間ほどかけて充電を行う。対して、NFCアンテナ51の近距離通信は1秒以下から数秒で終了する。このような通信時間の違いから、非接触充電中において、2次側非接触充電モジュール42の漏れ磁束がNFCアンテナ51へ悪影響を及ぼすことを防がなくてはならない。従って、このような構成とすることで、NFCアンテナ51への悪影響を抑えることができる。また、2次側磁性シート3bは、電力伝送を行う共振周波数100〜200kHzに良い特性がでるような材料となっており、磁性シート52は、RFIDの近距離通信に使用される周波数、すなわち電力伝送の共振周波数よりも高い共振周波数において良い特性がでるような材料となっている。なお、NFCあれば共振周波数は13.56MHzである。すなわち、それぞれ、異なる材料または組成のフェライトシートを使用している。
また、2次側コイル2bの巻回幅は、NFCアンテナ51のコイル53の巻回幅よりも太くなる。
また、2次側非接触充電モジュール42の2次側磁性シート3bやNFCアンテナ51の磁性シート52は表示部である液晶パネル101側に配置され、2次側コイル2bはNFCアンテナ51に対向する。すなわち、2次側非接触充電モジュール42の電力伝送方向及び、NFCアンテナ51の通信方向のどちらもが、液晶パネル101とは逆方向となっている。これにより、充電中や近距離通信中であっても、液晶パネル101を問題なく使用することができる。また、通信のための磁束が液晶パネル101を通過することがない。
また、2次側コイル2bの中空部と、コイル53の中空部が積層する、すなわちそれぞれの通信方向において、少なくとも一部が一直線上になる。双方の中空部が一部であっても積層することによって、位置合わせの精度が向上する。位置合わせのためにマグネットを使用する場合はもちろんのこと、他の位置合わせの方法であってもである。中空部が積層することによって、2次側非接触充電モジュール42とNFCアンテナ51との実質的位置がほとんど一致するため、位置合わせの精度が向上する。
また、2次側コイル2bの導線とコイル53の導線とが少なくとも一部積層する。これにより、例え1次側非接触充電モジュール41がNFCアンテナ51を基準に位置合わせをしたとしても、2次側非接触充電モジュール42へより効率よく電力伝送することができる。
さらに、NFCアンテナ51は、2次側非接触充電モジュール42よりも大きく構成すると、さらにそれぞれの通信の効率を向上させることができる。すなわち、NFCアンテナ51は必ず2次側非接触充電モジュール42からはみ出す部分があるため、NFCアンテナ51が、2次側非接触充電モジュール42を介さずに受電することができる部分を確保することができる。
また、NFCアンテナ51は、2次側非接触充電モジュール42の2次側コイル2bの中空部よりも小さく、中空部内に納まるように構成すると、さらにそれぞれの通信の効率を向上させることができる。すなわち、NFCアンテナ51は必ず2次側非接触充電モジュール42の2次側コイル2bと積層しないため、NFCアンテナ51が、2次側コイル2bを介さずに通信することができる。
(実施の形態7)
以下、実施の形態7について図21を用いて説明する。図21は、本発明の実施の形態における非接触充電モジュールとNFCアンテナとの配置例を示す断面図である。また図21に示す携帯端末機器100は、図1に示す携帯端末機器100を厚さ方向(下筐体105aと上筐体105bの積層方向)に切ったときの断面を概念的に示した図でもある。なお、実施の形態1と同一の構成、機能を備えた部材には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
本実施の形態と実施の形態6との異なる点は、2次側非接触充電モジュール42とNFCアンテナ51との位置関係である。
2次側非接触充電モジュール42とNFCアンテナ51とは完全に重なるように配置される。すなわち、本実施の形態の場合、主平面はNFCアンテナ51よりも2次側非接触充電モジュール42の方が大きいため、2次側非接触充電モジュール42の主平面の垂直方向の射影はNFCアンテナ51を包含する。逆に、NFCアンテナ51の主平面の垂直方向の射影は2次側非接触充電モジュール42に包含される。
したがって、マグネット30aから見たときの2つの磁性体(2次側磁性シート3bおよび磁性シート52)の面積はさらに小さくなるので、マグネット30aに位置合わせの誤差をさらに抑制することができる。
また、本実施の形態では、2次側非接触充電モジュール42とNFCアンテナ51とは2次側コイル2bを含む平面の垂直方向の射影がコイル53を包含するように配置される。そして、2次側コイル2bの中空部とコイル53の中空部とは対向する。さらに、直線J−Jは2次側非接触充電モジュール42の中心軸であると共に、NFCアンテナ51の中心軸である。すなわち、2次側非接触充電モジュール42の中心軸(直線J−J)上にNFCアンテナ51の中心軸が重なるようにNFCアンテナ51は配置される。本実施の形態の場合、中空部は2次側コイル2bよりもコイル53の方が大きいため、2次側コイル2bは、その中空部がコイル53の中空部に包含されるように重ねて配置される。
したがって、マグネット30aがNFCアンテナ51の中心軸に合うように位置合わせをしたとしても、1次側コイル2aの中空部は2次側コイル2bの中空部と対向するため、2次側非接触充電モジュール42は1次側非接触充電モジュール41との位置合わせを行うことができる。
以上のように2次側非接触充電モジュール42とNFCアンテナ51とを配置することにより、マグネット30aによる位置合わせの精度を向上させることができる。したがって、非接触充電の効率低下を抑制することができる。
また、本実施の形態では、2次側コイル2bの中空部の垂直方向の射影はコイル53の中空部に包含される。これにより、1次側非接触充電モジュール41が発生させる磁束を渦電流や、発熱の要因となるコイル53の導線ではなく、コイル53の中空部を通りやすくすることができる。すなわち、非接触充電の効率低下を抑制することができる。
これとは逆に、コイル53の中空部の垂直方向の射影が2次側コイル2bの中空部に包含されるように配置されてもよい。このように配置される場合、マグネット30aが磁性シート52と位置合わせを行ったとしても、マグネット30aとコイル53の中空部とを結ぶ直線方向上に2次側コイル2bの中空部は存在する。したがって、2次側コイル2bの中空部はマグネット30a(すなわち、1次側コイル2aの中空部の少なくとも一部)と対向する。これにより、非接触充電の効率低下をさらに抑制することができる。
なお、1次側コイル2a、2次側コイル2b、および、コイル53の中空部の形状は特に限定されず、環状(円形状)、楕円形状、矩形上、多角形状など、何でもよい。
なお、実施の形態1〜7では、1次側非接触充電モジュール41と2次側非接触充電モジュール42との位置合わせ方法としてマグネットが使用された場合について説明したが、他の方法を用いたとしても、2次側非接触充電モジュール42とNFCアンテナ51とを重ねて配置する方が好ましい。
例えば、非接触充電器400(または1次側非接触充電モジュール41)が2次側非接触充電モジュール42の2次側コイル2bの位置を検出することで、1次側コイル2aを自動的に2次側コイル2bの位置まで移動させる方法の場合でも同様である。
仮に非接触充電器400が1次側コイル2aをコイル53(位置合わせの対象ではないコイル)の位置に合わせたとしても、2次側非接触充電モジュール42は、コイル53を備えるNFCアンテナ51に対向するように配置される。したがって、1次側コイル2aとコイル53とで位置合わせが行われたとしても、1次側コイル2aと2次側コイル2bとの位置合わせの誤差を抑制することができる。
また、非接触充電器400に多数のコイルを備えることで、携帯端末機器100が非接触充電器400の充電面402のどこにおいても充電可能とする方法の場合でも同様である。この方法は、非接触充電器400は多数のコイルのすべてに磁束を発生させる場合と、そうでない場合とがある。非接触充電器400は多数のコイルのすべてに磁束を発生させない場合、2次側非接触充電モジュール42の2次側コイル2bを検出することで、2次側コイル2bの位置に合うコイルを多数のコイルの中から(1つまたは複数)選択する。そして、選択したコイル(以下、1次側コイル2aと称する)に電流を流すことで、2次側に電力を送信する。
仮に、非接触充電器400がコイル53(位置合わせの対象ではないコイル)の位置に合うコイル(1次側コイル2a)を選択したとしても、2次側非接触充電モジュール42は、コイル53を備えるNFCアンテナ51に対向するように配置される。したがって、1次側コイル2aとコイル53とで位置合わせが行われたとしても、1次側コイル2aと2次側コイル2bとの位置合わせの誤差を抑制することができる。
以上から、様々な位置合わせの方法においても、1次側コイル2aと2次側コイル2bとの位置合わせとの位置合わせの誤差を抑制することができる。すなわち、2次側コイル2bに多くの磁束を送ることができる。したがって、非接触充電の効率低下を抑制することができる。
なお、実施の形態1〜7は適宜組み合わせ可能である。
(実施の形態8)
以下、実施の形態8について図22を用いて詳細に説明する。図22は本発明の実施の形態における非接触充電モジュールとNFCアンテナとの配置例を示す断面図である。また図22に示す携帯端末機器100は、図1に示す携帯端末機器100を厚さ方向(下筐体105aと上筐体105bの積層方向)に切ったときの断面を概念的に示した図でもある。説明を簡略化するために、図22は液晶パネル101、操作ボタン102、基板103、電池パック104を図示せず、2次側非接触充電モジュール42とNFCアンテナ51との配置関係を示している。なお、2次側非接触充電モジュール42及びNFCアンテナ51は簡略的にコイルと磁性シートのみで図示する。また、上述の説明において、同一の構成、機能を備えた部材には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
まず、携帯端末機器100と非接触充電器400との概要について説明する。
携帯端末機器100内の電池パック104(図1参照)は、1次側非接触充電モジュール41及び2次側非接触充電モジュール42を介して充電される。具体的には、非接触充電器400内において、1次側コイル2aに電流を流すことによって発生した磁界により2次側コイル2bに電流が流れ、2次側非接触充電モジュール42に電気的に接続される電池パック104(図1参照)は充電される。これにより、非接触充電器400は、携帯端末機器100に電気的に接続することなく(非接触で)、携帯端末機器100を充電することができる。
また、携帯端末機器100は上述のNFCアンテナ51を備える。NFCアンテナ51は、1次側非接触充電モジュール41及び2次側非接触充電モジュール42と同様に電磁誘導(磁束)を利用して、電力を供給したり、データ伝送を行う。
次に、携帯端末機器100内における2次側非接触充電モジュール42とNFCアンテナ51との配置について説明する。
本実施の形態において、2次側非接触充電モジュール42はNFCアンテナ51の通信方向に配置されず、また、NFCアンテナ51は2次側非接触充電モジュール42充電方向に配置されない。すなわち、NFCアンテナ51と2次側非接触充電モジュール42とは、積層しない。また、NFCアンテナ51のコイル53と2次側非接触充電モジュール42の2次側コイル2bとの両方が、何か他部品を挟むなどもあるが、下筐体105bが有する面(背面)に対向している。
通信方向とは、NFCアンテナ51にとって、近距離通信を行う通信先が存在する方向である。NFCアンテナ51は少なくともコイル53と磁性シート52とが積層されるため、NFCアンテナにとっての通信方向とは、磁性シート52から見たコイル53側の方向であるとともに、磁性シート52の反対側の方向である。換言すると、NFCアンテナ51の非通信方向(通信方向の反対方向)とは、コイル53から見た磁性シート52側の方向であるとともに、コイル53の反対側の方向である。
ここで、上筐体105bが液晶パネル101(または操作ボタン102)を有する面を携帯端末機器100の上面とし、この上面に対極する(下筐体105bが有する)面を携帯端末機器100の背面とすると、本実施の形態における携帯端末機器100の通信面は背面となる。通信面とは、携帯端末機器100がNFCアンテナ51を利用して近距離通信を行わせる際に、通信先に近接させる(または、向ける)面である。すなわち、本実施の形態の場合、携帯端末機器100の背面を通信先に近接させることで、近距離通信は行われる。また、通信面とは、筐体105におけるNFCアンテナ51の通信方向に位置する面でもある。すなわち、コイル53は磁性シート52と通信面との間に位置する。なお、上面及び背面は平面に限定されず、丸みのある形状であってもよい。
また、充電方向とは、2次側非接触充電モジュール42にとって、電力を送信する1次側非接触充電モジュール41が存在する方向である。すなわち、2次側非接触充電モジュール42にとって充電方向とは、2次側コイル2b側の方向であるとともに、2次側磁性シート3b側の反対方向である。換言すると、2次側非接触充電モジュールにとって非充電方向(充電方向の反対方向)とは、2次側磁性シート3b側の方向であるとともに、2次側コイル2b側の反対方向である。
従って、本実施の形態の場合、携帯端末機器100の背面を非接触充電器400に近接させる(または、向ける)ことで、非接触充電は行われる。すなわち、本実施の形態における携帯端末機器100の充電面は背面である。また、充電面とは、筐体105における2次側非接触充電モジュール42の充電方向に位置する面である。すなわち、2次側コイル2bは2次側磁性シート3bと充電面との間に位置する。
次に、上述のように2次側非接触充電モジュール42及びNFCアンテナ51が配置されることによる効果を説明する。
上述のように、2次側非接触充電モジュール42はNFCアンテナ51の通信方向に配置されない。すなわち、NFCアンテナ51のコイル53側において、2次側非接触充電モジュール42とNFCアンテナ51とは対向しない(非対向となる)。従って、2次側非接触充電モジュール42はコイル53と向かい合わない。また、他の言い方とすると、2次側非接触充電モジュール42はNFCアンテナ51と通信面(または通信先)との間に配置されない。すなわち、2次側非接触充電モジュール42はNFCアンテナ51の通信方向の射影に重ならないように配置される。
従って、近距離通信の際に発生する磁束が2次側非接触充電モジュール42を通過しにくくなるように携帯端末機器100は構成される。これにより、近距離通信時の磁束が2次側コイル2bを貫きにくくなり、2次側コイル2bの中で渦電流や発熱となり、損失となる磁束を低減することができる。すなわち、NFCアンテナ51は磁束を受信しやくなくなり、近距離通信を妨げる要因を低減させることができる。
また、上述のように、NFCアンテナ51は2次側非接触充電モジュール42の充電方向に配置されない。すなわち、2次側非接触充電モジュール42の2次側コイル2b側において、2次側非接触充電モジュール42とNFCアンテナ51とは対向しない(非対向となる)。従って、NFCアンテナ51は2次側コイル2bと向かい合わない。また、他の言い方とすると、NFCアンテナ51は2次側非接触充電モジュール42と充電面(または1次側非接触充電モジュール41)との間に配置されない。すなわち、NFCアンテナ51は2次側非接触充電モジュール42の充電方向の射影に重ならないように配置される。
従って、非接触充電の際に発生する磁束がNFCアンテナ51を通過しにくくなるように携帯端末機器100は構成される。これにより、非接触充電時の磁束がコイル53を貫きにくくなり、コイル53の中で渦電流や発熱となり、損失となることを抑制することができる。すなわち、2次側非接触充電モジュール42は磁束を受信しやすくなり、非接触充電の効率低下を抑制することができる。
以上をまとめると、図22のように構成されることにより、2次側非接触充電モジュール42とNFCアンテナ51とはお互いにお互いの動作を干渉(妨害)しないように配置
される。従って、1つの携帯端末機器100の中に2次側非接触充電モジュール42とNFCアンテナ51とを共存させることができる。
なお、近距離通信の際に磁束を受信するのはコイル53であり、磁束の損失となる主な要因は2次側コイル2bであるため、2次側非接触充電モジュール42は少なくとも2次側コイル2bがコイル53の通信方向の射影に重ならない(交わらない)ように配置されればよい。もちろん、NFCアンテナ51と2次側非接触充電モジュール42とが重ならないように配置される方が、お互いを遠ざけることができ、お互いの動作の干渉を抑制できるため好ましい。
なお、磁束を受信するのは2次側コイル2bであり、磁束の損失となる主な要因はコイル53であるため、NFCアンテナ51は少なくともコイル53が2次側コイル2bの充電方向の射影に重ならないように配置されればよい。もちろん、NFCアンテナ51と2次側非接触充電モジュール42とが重ならない(交わらない)ように配置される方が、お互いを遠ざけることができ、お互いの動作の干渉を抑制できるため好ましい。
さらに、本実施の形態において、2次側非接触充電モジュール42とNFCアンテナ51とは重ならない(対向しない)ように配置されるため、NFCアンテナ51にとって、近距離通信を妨げる要因をさらに低減させることができる。以下、この理由について説明する。
本実施の形態における携帯端末機器100は、2次側非接触充電モジュール42及びNFCアンテナ51を備えるため、磁性シート(磁性体)及び共振コンデンサを用いてLC共振回路を形成するコイルを備えるモジュールが複数存在することとなる。
そして、上述したように、1次側非接触充電モジュール41はマグネット30aを備える場合と、備えない場合とがある。図22に示すように、1次側非接触充電モジュール41がマグネット30aを有する場合、マグネット30aは近接する磁性シートの磁化、さらには飽和を促し、磁性シートの透磁率を低下させる。これにより、漏れ磁束が増加し、磁性シートのL値が低下する。従って、マグネット30aはLC共振回路(コイル)の共振周波数は変化させ、近距離通信または非接触充電に悪影響を与える可能性がある。
従って、NFCアンテナ51を2次側非接触充電モジュール42から遠ざけて配置する方が好ましい。これにより、1次側非接触充電モジュール41がマグネット30aを利用して2次側非接触充電モジュール42と位置合わせを行ったとしても、マグネット30aのNFCアンテナ51への影響を低減することができる。
しかしながら、一般的に、携帯端末機器100のようなポータブルの電子機器は小型化、さらには薄型化の傾向にあるため筐体105の厚さ(高さ)は小さい。すなわち、NFCアンテナ51が2次側非接触充電モジュール42の非充電方向に積層されるように配置されるとしても、NFCアンテナ51と2次側非接触充電モジュール42と近接して配置される。このため、NFCアンテナ51をマグネット30aから厚さ方向に遠ざけることは困難であった。
そこで本実施の形態では、NFCアンテナ51が2次側非接触充電モジュール42に重ならないように配置することにより、NFCアンテナ51は2次側非接触充電モジュール42と位置合わせを行うためのマグネット30aから遠ざけられる。これにより、マグネット30aのNFCアンテナ51への悪影響を抑制することができる。
また、本実施の形態のように、筐体105の充電方向(充電面)も通信方向(通信面)
も同じであれば、ユーザは状況によって携帯端末機器100の近接させる面を変化させる必要がなくなるため、携帯端末機器100の操作性を向上させることができる。すなわち、NFCアンテナのコイル53側に位置する筐体105の面(本実施の形態では背面)と2次側非接触充電モジュール42の2次側コイル2b側に位置する筐体105の面(本実施の形態では背面)とが同一である場合、携帯端末機器100の操作性を向上させることができる。
さらに、本実施の形態のように、携帯端末機器100の充電面及び通信面はともに筐体105の背面側(下筐体105a側)であるため、換言すると、液晶パネル101(図1参照)を有する筐体105の上面側(上筐体105b側)でないため、非接触充電または近距離通信を行うことによって液晶パネル101(図1参照)に傷が付くこと抑制することができる。
なお、通信装置の一例である携帯端末機器は、例えば、携帯電話、パーソナルコンピュータ、デジタルカメラ、などのポータブル機器であるが、特にこれら限定する必要はない。なお、上面を充電面及び通信面にしてもよい。
また、本実施の形態のように、携帯端末機器100の充電方式を非接触充電とすることで、携帯端末機器100は充電用の接続端子を設けなくてよくなる。従って、筐体105の外部に露出する電子的な部材は低減されるため、携帯端末機器100の防水性を向上させることができる。
なお、本願発明は、位置合わせにマグネット30aを使用しない場合であっても、大きな効果を得ることができる。すなわち、2次側非接触充電モジュール42とNFCアンテナ51を積層すると、以下のような悪影響が起こる。
例えば、NFCアンテナ51の通信方向側に2次側非接触充電モジュール42が配置される場合、NFCアンテナ51が通信するときに発生する磁束は2次側非接触充電モジュール42を貫くため、2次側非接触充電モジュール42の中で渦電流や発熱となる。これは、NFCアンテナ51の発生する磁束を弱める方向に、2次側非接触充電モジュール42の2次側コイル2bに渦電流が流れる。これは、NFCアンテナ51のコイル53に比較して2次側非接触充電モジュール42の2次側コイル2bが面積的、体積的に非常に大きいからである。また、このコイルの大きさの違いは、2次側コイル2bは充電を目的として使用されるコイルであるため、長時間、電流を多く流し、大きな電力を扱う。対してコイル53は短時間の小電流通信のためのものであるため、例えば配線パターンなどの細い導線でよいからである。このため、NFCアンテナ51が通信に使用する磁束は2次側非接触充電モジュール42によって損失し、NFCアンテナ51の近距離通信は妨害される。
また、仮に、2次側非接触充電モジュール42の充電方向(すなわち、2次側コイル2b側)にNFCアンテナ51が配置される場合、2次側非接触充電モジュール42の非接触充電時に発生する磁束はNFCアンテナ51を貫くため、NFCアンテナ51の中で渦電流や発熱となる。すなわち、NFCアンテナ51が非接触充電モジュール間の電力伝送を行う磁束を受信してしまう。このため、2次側非接触充電モジュール42が非接触充電を行うための磁束はNFCアンテナ51によって損失し、非接触充電の効率は低下する。
さらに、NFCアンテナ51による近距離通信が行われる時間は、2次側非接触充電モジュール42による非接触充電が行われる時間に比べて格段に短くなる。一般的に、近距離通信に要する時間は数秒または数分もかからないが、非接触充電に要する時間は数時間となる。
従って、2次側非接触充電モジュール42がNFCアンテナ51に与える影響は、NFCアンテナ51が2次側非接触充電モジュール42に与える影響に比べて大きくなる。すなわち、2次側非接触充電モジュール42の非充電方向にNFCアンテナ51を配置した場合、近距離通信による磁束が2次側非接触充電モジュール42を貫く時間はわずかであり、これに対して、NFCアンテナ51の非通信方向に2次側非接触充電モジュール42を配置した場合、非接触充電による磁束がNFCアンテナ51を貫く時間は長時間となる。なお、近距離通信及び非接触充電に要する時間が上述の時間に当てはまらない場合であっても、非接触充電に要する時間が近距離通信に要する時間より長い場合であれば同様に、お互いが与える影響の大小は異なる。
このように、2次側非接触充電モジュール42とNFCアンテナ51とが積層すると、一方の通信(電力伝送)のための磁束を、他方が受信(受電)してしまう。更に、渦電流による通信(電力伝送)効率の低下も起こる。
しかしながら、本願発明のように2次側非接触充電モジュール42とNFCアンテナ51とを積層しないように配置することで、上記のような問題を解決し、両者を小さな筐体105内で共存させることができる。確かに、小さな筐体105内で、平面状な形状をする(平面部分が大きく、厚みが薄い)2次側非接触充電モジュール42とNFCアンテナ51とは積層した方が収納効率はよいが、お互いに通信(電力伝送)の際に磁束を利用するため、積層しない方がよい。
(実施の形態9)
以下、実施の形態9について図23を用いて説明する。図23は本発明の実施の形態における非接触充電モジュールとNFCアンテナとの配置例を示す断面図、図24は本発明の実施の形態における非接触充電モジュールとNFCアンテナとの配置例を示す断面図である。また図23に示す携帯端末機器100は、図1に示す携帯端末機器100を厚さ方向(下筐体105aと上筐体105bの積層方向)に切ったときの断面を概念的に示した図でもある。なお、実施の形態1〜8と同一の構成、機能を備えた部材には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
以下、本実施の形態と実施の形態1との異なる点について説明する。
NFCアンテナ51は、2次側非接触充電モジュール42を含む平面よりも上面側(すなわち、充電方向の反対方向)に配置される。換言すると、2次側非接触充電モジュール42を含む平面は、NFCアンテナ51と充電面(背面)との間に位置する。さらに、NFCアンテナ51は背面よりも上面に近接するように配置される。すなわち、NFCアンテナ51は、充電面(本実施の形態では背面)よりも充電面に対極する面(本実施の形態では上面)に近接するように配置される。これにより、NFCアンテナ51をマグネット30aから厚さ方向にも遠ざけることができる。
また、NFCアンテナ51が近接する側面と2次側非接触充電モジュール42が近接する側面とは異なる。すなわち、図23に示すように、NFCアンテナ51は、2次側非接触充電モジュール42が近接する側面(第1の側面)に対極する側面(第2の側面)に近接するように配置される。換言すると、NFCアンテナ51は第1の側面よりも第2の側面の近くに配置され、2次側非接触充電モジュール42は第2の側面よりも第1の側面に近くに配置される。これにより、NFCアンテナ51をマグネット30aから厚さ方向の垂直方向(平面方向)にさらに遠ざけることができる。なお、第1の側面及び第2の側面とは平面に限定されず、丸みのなる形状であってもよい。
また、2次側非接触充電モジュール42は上面よりも背面に近接するように配置される。すなわち、2次側非接触充電モジュール42は非接触充電時に1次側非接触充電モジュール41と近接されるため、多くの磁束を受信でき、非接触充電の効率低下を抑制することができる。
また、本実施の形態の場合、2つの平面コイル(2次側コイル2b及びコイル53)は略平行となるように配置される。よって、2つの平面コイルの磁界の向きは同一であるため、一方のコイルは他方のコイルの磁束を結合しやすい。このため、2つの平面コイルが例え重ならないように配置されていたとしても、2つの平面コイルの距離は遠ざけられる方が好ましい。
従って、本実施の形態の携帯端末機器100は、図23のように構成されることにより、2次側非接触充電モジュール42とNFCアンテナ51との距離が遠ざけられる。これにより、2次側非接触充電モジュール42とNFCアンテナ51とがお互いに干渉することを抑制することができる。
また、図24は、図23のうちNFCアンテナ51の方向が反対を向いている。このように、2次側非接触充電モジュール42とNFCアンテナ51は、積層していなければよく、異なる面にそれぞれの2次側コイル2b及びコイル53が対向していてもよい。この場合、2次側非接触充電モジュール42の2次側コイル2bは背面に対向しており、NFCアンテナ51のコイル53は上面(通信面)に対向している。上面と下面は対向している。また、上面に表示部を備えてもよい。このようにすることで、お互いの磁束が発生する向きを異ならせることができるため、よりお互いの悪影響を抑えることができる。すなわち、一方の通信時に、他方が一方の通信のための磁束を捕らえにくくなる。
なお、図22、図23のように、通信方向と充電方向を同一の面に向けることで、2次側非接触充電モジュール42の充電方向と磁界シートアンテナ51の通信方向を同一の面に向けることができ、通信装置100の利便性を向上させることができる。また、更に、充電方向または通信方向から表示部を避けることによって、充電中または通信中であっても、容易に通信装置を操作することができる。
(実施の形態10)
以下、実施の形態10について図25〜27を用いて説明する。なお、実施の形態1〜9と同一の構成、機能を備えた部材には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
2次側非接触充電モジュール42とNFCアンテナ51とが重ならないように(積層しないように)配置される場合、2次側コイル2bのコイル53に近接する端部はNFCアンテナ周辺の磁束を結合しやすく、また、コイル53の2次側コイル2bに近接する端部は2次側非接触充電モジュール42周辺の磁束を結合しやすい。このため、一方のコイルの端部は、他方のコイルの端部に近接する部分を少なくするように配置または形成される方が好ましい。そこで、本実施の形態では、2次側コイル2b及びコイル53の好ましい形状及び配置について説明する。
まず、図25を用いて第1例について説明する。図25は、本発明の実施の形態におけるコイル形状の第1例を示す図である。また、図25は携帯端末機器100の上面図でもある。
図25に示すように、2次側コイル2bは円形状であるため、コイル53に近接する部分を少なくしている。これにより、磁束の結合を抑制することができる。
なお、コイル53が円形状であってもよい。もちろん、お互いのコイルが円形状である方が好ましいが、少なくともいずれか一方のモジュールのコイルを円形状とすることで、他方のコイルに近接する部分を少なくすることができる。なお、一方のコイルを円形状でなくても、一方のコイルの他方のコイル側が曲線状であればよい。
次に、図26について説明する。図26は、本発明の実施の形態におけるコイル形状の第2例を示す図である。また、図26は携帯端末機器100の上面図でもある。
図26に示すように、2次側コイル2b及びコイル53は多角形である。そして、コイル53は角部が2次側コイル2bに近接するように配置される。すなわち、多角形に形成される2次側コイル2bとコイル53との近接する(隣り合う)辺は平行ではない。これにより、コイル53が2次側コイル2bに近接する部分を少なくなるため、磁束の結合を抑制することができる。
なお、2次側コイル2bの角部がコイル53に近接するように配置されてもよい。もちろん、お互いのコイルが角部を近接させるように配置される方が好ましいが、少なくとも一方のモジュールのコイルの角部を他方のモジュールのコイルに近接されるように配置すればよい。
次に、図27について説明する。図27は、本発明の実施の形態におけるコイル形状の第3例を示す図である。また、図27は携帯端末機器100の上面図でもある。
図27に示すように、2次側コイル2b及びコイル53は多角形である。そして、コイル53はすべての辺が同一長さを有するように形成されず、最も短い辺が2次側コイル2bに近接するように配置される。これにより、コイル53が2次側コイル2bに近接する部分を少なくなるため、磁束の結合を抑制することができる。
なお、2次側コイル2bが長さの異なる辺で構成され、最も短い辺をコイル53に近接するように配置されてもよい。もちろん、最も短い辺がお互いに近接されるように配置される方が好ましいが、少なくとも一方のモジュールのコイルの最も短い辺が他方のモジュールのコイルに近接されるように配置すればよい。
なお、一方のコイルが他方のコイルに近接させる辺は最短の辺であることが好ましいが、一方のコイルが他方に近接させる辺は最長の辺でなければよい。例えば、一方のコイルが第1の辺と第1の辺よりも短い第2の辺を有する場合、一方のコイルが第1の辺よりも第2の辺を他方のコイルに近接させるように配置されればよい。
以上のように、一方のコイルの端部が他方のコイルの端部に近接する部分を少なくすることにより、磁束の結合を抑制することができる。従って、2次側非接触充電モジュール42とNFCアンテナ51とがお互いに干渉することを抑制することができる。
なお、1次側コイル2a、2次側コイル2b、及び、コイル53の中空部の形状は特に限定されず、環状(円形状)、楕円形状、矩形上、多角形状など、何でもよい。
また、上述の第1〜3例のコイル形状は適宜組み合わせ可能である。また、実施の形態1〜10は適宜組み合わせ可能である。
(実施の形態11)
以下、実施の形態11について、図28を用いてNFCアンテナ(スティック型)が発生させる磁界について説明する。図28は図15に示すNFCアンテナ及び2次側非接触充電モジュールから発生する磁力線を示す概念図である。図29は、本発明の実施の形態におけるNFCアンテナと金属板との位置関係を示す図である。また図28に示す携帯端末機器100は、図1に示す携帯端末機器100を厚さ方向(下筐体105aと上筐体105bの積層方向)に切ったときの断面を概念的に示した図でもある。なお、実施の形態1〜10と同一の構成、機能を備えた部材には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
図28に示すように、本実施の形態におけるNFCアンテナ151は、コイル部152と、コイル部152に近接して配置された金属体(例えば、本実施の形態では、基板103が金属体であるものとする)とを備え、コイル部152の開口部は基板103に対して垂直であり、コイル部152を基板103の端部に配置することを特徴とする。
なお、NFCアンテナ151が基板103の最外端部Aよりも突出する場合及び、NFCアンテナ151が基板103の最外端部Aよりも内側に位置する場合の双方があり、好ましくは、後述するNFCアンテナ151の外側端部151xと基板103の最外端部Aとの距離dが約−8mm〜+8mmである。本実施の形態では、d=−2cm程度である。なお、dがマイナスの値であるとは、NFCアンテナ151の外側端部151xが基板103の最外端部Aよりも内側に位置していることを示し、この場合、内側に2cm入り込んでいることを示す。逆に、dがプラスの値であれば、NFCアンテナ151の外側端部151aが基板103の最外端部Aよりも外側に突出していることを示す。従って、距離dが約−8mm〜+8mmの範囲であるということは、NFCアンテナ151の幅(外側端部151xと内側端部151yとの間の幅)が前述したとおり8mmであるので、NFCアンテナ151の内側端部151yが基板103の最外端部Aの位置に配置されるところから、NFCアンテナ151の外側端部151xが基板103の最外端部Aから8mm(NFCアンテナ151の幅(外側端部151xと内側端部151yとの間の幅)とほぼ同一)だけ内側に配置されるところまでを含む。
対して、図28に示すように、NECアンテナ151を使用すると、2次側非接触充電モジュール42とNFCアンテナ151の通信方向を異ならせることができるため、上記のような問題が生じなくなり、お互いに良好な通信(電力伝送)をすることができる。
まず、本願発明のNFCアンテナ151がどのように近距離通信を行うかを説明する。
アンテナ入出力端子154、155へ入った信号によりNFCアンテナ151に電流が流れる。NFCアンテナ151の開口部は基板103に対して垂直であるため、領域BではNFCアンテナ151から発生する磁力線がNFCアンテナ151から離れる方向に一方向である。すなわち、開口部の軸は領域Bに向かって伸びている。その結果、領域Bに位置する例えば非接触型ICカードには一方向の磁力線が働き、非接触型ICカードに電流が発生して、本実施の形態のアンテナ装置を搭載する携帯端末などと非接触型ICカードとが通信を行うことができる。
また、領域Aにおいても、磁力線がNFCアンテナ151から離れる方向もしくはNFCアンテナ151に向かう方向のいずれか一方向に伸びる。それは、NFCアンテナ151から発生する磁界8が、基板103付近では減衰することにより、磁界8の軸Xが基板103に対して垂直ではなく、基板103の外側へ傾くからである。なお、磁界8の軸XとはNFCアンテナ151から離れる方向の磁力線とNFCアンテナ151へ向かう方向の磁力線の境を結んだ直線である。従って、磁界8の軸X付近に例えば非接触型ICカードを位置させると、アンテナから離れる方向とアンテナへ向かう方向の磁力線の双方が例えば非接触型ICカードに働く。その結果、お互いに打ち消しあってしまうため、実施の形態のアンテナ装置を搭載する携帯端末などと通信することができない。しかし、図28のようにすると磁束の軸Xが傾くため、NFCシートアンテナ151と同じ方向(領域A)で近距離通信が可能な上に、NFCアンテナ151の開口部の軸を、2次側非接触充電モジュール42の開口部の軸の向きとは異なる向きにすることができる。更に、領域Bの方向においても、NFCアンテナ151は通信を行うことができる。
次に、なぜ磁界8の軸Xが基板103に対して傾くかについて説明する。すなわち、基板103面に誘起された渦電流が基板103面に垂直な方向の磁界を生み出す。そのため、NFCアンテナ151から発生する磁界と、基板103面に誘起された渦電流から発生する磁界とが合成され、その結果、NFCアンテナ151から発生する磁界8は基板103付近では垂直方向に変化し、磁界8の軸Xが基板103とは離れる側に傾く。
また、NFCアンテナ151は基板103の端部に配置されるため、NFCアンテナ151の基板103側(図3における右側)の磁界を減衰し、NFCアンテナ151の基板103から離れる側(図3における左側)の磁界を相対的に強めることができる。その結果、磁界8の軸Xを基板103に対して傾けることができる。本実施の形態の構成では、磁界8の軸Xの角度αは、基板103に対して40〜85度程度となり傾いている。すなわち、NFCアンテナ151が基板103の端部に配置されなければ、基板103面上の渦電流による基板103面に垂直な方向の磁界は小さくなり、磁界8の軸Xは基板103に対してほぼ垂直のままである。その場合、領域Bでは通信可能であっても、領域Aでは通信することができない。
また、図16に示すようにNFCアンテナ151と基板103との距離Dは0mm〜8mmであるのが好ましい。図16では、NFCアンテナ151の端部と基板103の端部との距離dは−2mmである。Dは0mm〜12mm程度であることが好ましく、特に、Dが0mm〜4mmである場合は磁界8の軸Xの角度αを55度〜80度と大きく傾けることができる。また、Dが8mm〜12mmであっても、85度程度に傾けることができる。これは、NFCアンテナ151と基板103とが離れすぎると、基板103の影響が小さくなり基板103が磁界8の軸Xを傾ける力が薄れてしまうからである。また、通信距離は基板103の大きさにも影響され、基板103が大きく、アンテナを搭載する辺が長いほど通信距離は延びる。
また、d=+2mmのとき最も角度αが傾き、70度となっている。ただし、d=+8mmほど突出させても角度αは85度と傾かせることができる。また、NFCアンテナ151の端部の位置が基板103の最外端部よりも内側すぎると、領域B側の磁界8も減衰され、全体の磁界8が弱まってしまう上、磁界が減衰されるので磁界8の軸Xは基板103に対して垂直に近づいてしまう。従って、d=0mmのとき角度αは78度であり、d=−8mmのとき角度αは85度である。
以上のことから、NFCアンテナ151を、基板103の端部(d=−8mm〜+8mm程度)に位置することにより、基板103に流れる電流を最大限活用することができる。また、角度αが85度程度であれば本発明の効果は得られ、好ましくは80度以下であるとよい。
また、NFCアンテナ151は基板103の端部に配置されるため、NFCアンテナ151の基板103の内側の磁界を減衰し、NFCアンテナ151の基板103の外側の磁界を相対的に強めることができる。その結果、磁界8の軸Xを基板103に対して傾けることができるので、例えば非接触型ICカードを領域A及び領域Bのどちらに位置させても、良好な通信を行うことができる。
なお、基板103は例えば携帯端末内の基板となるが、他の金属体、例えばバッテリーや液晶表示パネルなどであってもかまわない。
また、コイル部152を構成する導体は、被覆銅線などで構成されてもよいが、基板103上に形成された電極パターンなどでもかまわない。コイル部152とコア153も基板103上に実装されている構成としてもよい。
また、コイル部152の開口部に平行なNFCアンテナ151の端面と基板103の端部とが一直線上に揃っている(d=0)ことで、製造しやすいアンテナ装置とすることができる。
また、コイル部52の開口部に平行なNFCアンテナ151の端面が基板103の端部から突出している(dがプラス)ことで、基板103の真横(領域B側)の磁界8が強くなる。
また、NFCアンテナ151と基板103が接触して配置されることで、磁界8の軸Xの角度αをもっとも小さくすることができる。
また、コイル部152は、基板103の端部に位置するように配置されており、これにより、基板103に流れる電流を最大限活用することができる。また、コイル部152のコイルの巻き方向が基板103の端部に平行であることで、基板103の端部に多く流れる電流をコイル部152が効率よく拾うことができ、アンテナ装置の特性を良好にすることができる。
NFCアンテナ151及びコイル部152、コア153、アンテナ入出力用端子154、155は筐体105内側の形成されている。NFCアンテナ151の線路、アンテナ入出力用端子154、155は板金や金属箔テープ、あるいは印刷などによって形成され、コイル部152は粘着テープによる貼り付けやビスによる固定などで筐体105の所定の場所に取り付ける。NFCアンテナ151の線路とコイル部152の接続は、コネクタや圧着などの接触接続、あるいは、はんだ付けや溶接などによって行われ、アンテナ入出力用端子154、155とICの接続はピンによる接触やコネクタ接続、導線のはんだ付けなどが考えられる。
なお、図16においては、基板103にNFCアンテナ151の線路、及びアンテナ入出力用端子154、155を備え、筐体105に設けられたコイル部152にピンにより接続され、NFCアンテナ151が形成されている。
筐体105と基板の間にできる空間にはRF−ID用ICや整合回路、他周波用アンテナ、カメラユニット、スピーカー、RFモジュールなどの部品が配置され、これらの部品とアンテナ装置及びコイル部152、コア153が接していても離れていても良好な通信ができる。なお、本実施の形態では筐体105の平坦な部分に配置しているが、筐体105の局面に沿って配置することも可能である。
以上のように、本願発明のようなNFCアンテナ151を用いると、2次側非接触充電モジュール42を備えた携帯端末機器100であっても、1次側非接触充電モジュール41及び2次側非接触充電モジュール42からの悪影響を抑えて通信することができる。更に、1次側非接触充電モジュール41及び2次側非接触充電モジュール42間の電力伝送の効率を、NFCアンテナ151が低下させることを抑えることができる。
次に、2次側非接触充電モジュール42とNFCアンテナ151との位置関係について説明する。
まず、本願発明は、導線が巻回された2次側コイル2bと2次側コイル2bに対向する磁性シート3bとを有する2次側非接触充電モジュール42(受信側非接触充電モジュール)と、基板103の面上に位置し、一対の開口部を有するコイル部152を有するNFCアンテナ151と、を備える。一対の開口部とは、NFCアンテナ151の外側端部151xにおける開口部(他方の開口部)と、NFCアンテナ151の内側端部151yにおける開口部(一方の開口部)とがある。NFCアンテナ151は、その開口部が基板103の面に対して略垂直である。略垂直であるというのは、開口部と基板103との角度が、75〜100度であることをいう。一対の開口部は、一方の開口部が基板103の中心側、他方の開口部が基板103の外側に向かうように配置される。すなわち、NFCアンテナ151は、基板103の中心よりも外側に配置されており、他方の開口部側の基板103の面積よりも一方の開口部側の基板103の面積の方が大きくなる。その結果、磁束の軸を基板103に対して傾けることができる。なお、他方の開口部側の基板103の面積はゼロであることもある。そして、2次側非接触充電モジュール42の2次側コイル2bの開口部の面と、NFCアンテナ151のコイル部52の開口部の面とが、互いに略垂直である。これにより、2次側非接触充電モジュール42の電力伝送時の磁束の向きと、NFCアンテナ151の通信時の磁束の向きを異ならせることができる。これにより、NFCアンテナ151と2次側非接触充電モジュール42とが、お互いに悪影響を及ぼしあうのを抑えることができる。更に、従来のシートアンテナと同様に、2次側非接触充電モジュール42の電力伝送面と、NFCアンテナ151の通信面をも、同じ面にすることも可能となる(図28の上側が通信面)。更に、NFCアンテナをシートアンテナで構成する場合に比較して、物理的に2次側非接触充電モジュール42とNFCアンテナ151との距離を放すことができるため、よりお互いの影響を低減することができる。更に、NFCアンテナ151は2方向において通信が可能となるため、携帯端末機器(通信機器)100を、1次側非接触充電モジュール41を搭載した非接触充電器400に載置した場合においても、NFCアンテナ151の通信がしやすい。
図30は、本発明の実施の形態における2次側非接触充電モジュールとNFCアンテナの筐体内における配置を示す図である。
また、NFCアンテナ151の一対の開口部のうち、基板103の中心側に向く一方の開口部が、受信側非接触充電モジュール41に対向する。すなわち、図30(a)のようになる。これにより、NFCアンテナ151の通信を、2次側非接触充電モジュール42が位置する方向とは逆の方向で行うことができるため、お互いに与える影響を更に低減することができる。
更に、2次側非接触充電モジュール42とNFCアンテナ151とを収納する、略長方形の底面を備えた筐体105を備える。なお、略長方形であるため、角部が丸みを帯びていたり、多少の凹凸があったりしてもよい。基板103の外側に向く他方の開口部は、略長方形の底面の四辺のうち筐体端辺105dに対向し、2次側非接触充電モジュール42は、略長方形の底面の中心よりも筐体端辺105f側に位置する。このような配置とすることによって、NFCアンテナ151と2次側非接触充電モジュール42とを、最も離して配置することができる。その結果、お互いの影響を低減することができる。
または、図30(b)に示すように、基板103の外側に向く他方の開口部は、略長方形の底面の四辺のうち筐体端辺105eに対向し、2次側非接触充電モジュール42は、略長方形の底面の中心よりも筐体端辺105f側に位置する。筐体端辺105eと筐体端辺105fとは、垂直の関係となる。このような配置とすることによって、NFCアンテナ151が通信時に発生させる磁束が、2次側非接触充電モジュール42側に届くことがなく、お互いの影響を更に低減することができる。すなわち、NFCアンテナ151の通信方向の延長線状に2次側非接触充電モジュール42がなく、2次側非接触充電モジュール42の電力伝送の延長線上にNFCアンテナ151がなく、更に、NFCアンテナ151の通信方向と2次側非接触充電モジュール42の電力伝送方向を異ならせることができる。
更に、図28に示すように、携帯端末機器100を制御する基板103(本実施の形態においては、金属体)を備え、2次側非接触充電モジュール42とNFCアンテナ151とは、筐体105のうち基板103の同じ面側に配置される。図28においては、基板103の上側に両方が配置されている。もちろん、逆側に配置しても良いが、同じ側に配置することによって、お互いの悪影響を最小限とした上で小型化が可能となる。さらに、2次側非接触充電モジュール42の電力伝送面と、NFCアンテナ151の通信面とを、図28で言えば上側に統一することができる。なお、それぞれを基板103のそれぞれの面に配置することによって、NFCアンテナ151と2次側非接触充電モジュール42との間に基板103が位置する分それぞれの悪影響を抑えることができる。
また、1次側非接触充電モジュール41と2次側非接触充電モジュール42との位置合わせの際に、NFCアンテナ151によって位置合わせの精度が落ちることを低減することができる。本願発明においては、近距離通信の方法としてNFCアンテナ151を搭載しているため、非接触充電モジュール間の位置合わせの精度を維持することができる。すなわち、1次側非接触充電モジュール41から見ても、2次側非接触充電モジュール42とNFCアンテナ151とを区別するのは容易である。その理由の一つに、2次側非接触充電モジュール42とNFCアンテナ151とが、異なる方向に開口面を向けているからである。
更に、NFCアンテナ151はコア153が広い面積でむき出しになっていることもなく、マグネットによって透磁率が減少することも低減することができる。そのため、NFCシートアンテナ151よりも、L値が変動する可能性を低減することができる。
(実施の形態12)
本実施の形態においては、実施の形態1〜11に記載された2次側非接触充電モジュール42と、NFCアンテナ51(シートアンテナ)またはNFCアンテナ151(スティック型)と、を携帯端末内でいかに配置するかについて説明する。図31は、本実施の形態における2次側非接触充電モジュールとNFCアンテナとの配置を示す図である。
まず、NFCアンテナ51(シートアンテナ)を備える場合について説明する。筐体105では、2次側非接触充電モジュール42及びNFCアンテナ51は主に図31の領域P、領域Q、または領域Rのいずれかに配置される。領域Pでは、2次側コイル2bまたは/及びコイル53がカメラモジュール106の周りに巻回される。領域Qでは、2次側コイル2bまたは/及びコイル53がカメラモジュール106と電池パック104との間に配置される。領域Rでは、2次側コイル2bまたは/及びコイル53が電池パック104に積層される。配置はこれだけに限られないが、これらについて主に説明する。また、図31では基板103と電池パック104とは積層していないが、基板103を電池パック104側へ伸ばして積層させても良い。
2次側非接触充電モジュール42または/及びNFCアンテナ51を領域Pに配置することによって、2次側非接触充電モジュール42の2次側コイル2bの中空部をデットスペースとしないため、携帯端末機器100全体を小型化することができる。また、カメラに2次側非接触充電モジュール42または/及びNFCアンテナ51の外形の大きさを制限されないため、開口部を大きくすることができる。
2次側非接触充電モジュール42または/及びNFCアンテナ51を領域Qに配置することによって、2次側非接触充電モジュール42または/及びNFCアンテナ51の効率を維持しつつ、携帯端末機器100全体を小型化することができる。すなわち、カメラモジュール106は、2次側非接触充電モジュール42及びNFCアンテナ51から見て金属体である。すなわち、2次側非接触充電モジュール42及びNFCアンテナ51の電力伝送(通信)を妨げる方向の渦電流を発生させることがある。また、電池パック104は一般的に基板103よりも厚いため、基板103と2次側非接触充電モジュール42または/及びNFCアンテナ51とを積層させることで全体の厚みを抑えることができる。
2次側非接触充電モジュール42を領域Rに配置することによって、2次側非接触充電モジュール42と電池パック104との接続を単純、容易にすることができる。NFCアンテナ51を領域Rに配置することによって、筐体105内のスペースを有効活用することができる。すなわち、NFCアンテナ51は2次側非接触充電モジュール42に比べて非常に薄いため、電池パック104と積層しても厚みの増加が気にならない。したがって、筐体105と電池パック104の間のわずかな隙間に配置することができる。また、一般的に筐体105内において電池パック104の占有率はかなり大きいため、2次側非接触充電モジュール42または/及びNFCアンテナ51も大きく構成することができる。
2次側非接触充電モジュール42及びNFCアンテナ51は、適宜、領域R、領域Q、または領域Pに配置される。お互いに積層していても積層しなくともよい。従って、少なくとも2次側非接触充電モジュール42の配置場所3パターンと、少なくともNFCアンテナ51の配置場所3パターンと、で、少なくとも9パターンの配置が考えられる。それぞれの配置パターンに関しては、実施の形態1〜10で詳しく説明したとおりである。すなわち、領域R、領域Q、または領域Pのいずれで積層してもよいし、積層しない場合はそれぞれが領域R、領域Q、または領域Pのいずれか1箇所ずつに配置される。ただし、積層しない場合は、2次側非接触充電モジュール42に比べてNFCアンテナ51は薄く、基板103に比べて電池パック104が厚いという関係から、2次側非接触充電モジュール42は基板103側に、NFCアンテナ51は電池パック104側に配置するとよい。また、2次側非接触充電モジュール42とNFCアンテナ51とを積層する場合には、基板103側に配置した方が、全体を薄型化することができる。このとき、例えばNFCアンテナ51のみをカメラモジュール106の周りに巻回して、2次側非接触充電モジュール42はカメラモジュール106の周りに巻回しない、などとしてもよい。
次に、2次側非接触充電モジュール42の2次側コイル2bと下筐体105aとを直接対向させて固定する場合について、その接合について説明する。図32は、本実施の形態における下筐体と2次側非接触充電モジュールとを示す図であり、図33は、本実施の形態における下筐体とカメラモジュールと2次側非接触充電モジュールとを示す図である。
図32において、2次側非接触充電モジュール42は、2次側コイル2bが下筐体105aと直接対向し、それを覆うように2次側磁性シート3bの周端が下筐体105aに固定されている。下筐体105aは、2次側コイル2bの巻回部分と対向する部分が薄く形成され、2次側コイル2bの中空部と対向する部分は厚く形成されている。図32(b)のように、2次側コイル2bの中空部と対向する部分の凸部が下筐体105aの他の部分よりも厚くなるように形成しても良いし、図32(c)のように、2次側コイル2bの中空部と対向する部分の凸部が下筐体105aの他の部分と同じ厚さになるように形成しても良い。このような構成とすることで、2次側コイル2bの中空部と対向する部分の凸部と2次側磁性シート3bが接触し、お互いがより強固に固定される。また、凸部を形成することによって、一部薄くなった下筐体105aの強度を向上させることができる。また、下筐体105aのうち、2次側コイル2bの巻回部分と対向する部分を薄く形成することによって、2次側非接触充電モジュール42の2次側コイル2bと1次側非接触充電モジュール41とをより近づけることができ、非接触充電の効率を向上させることができる。
また、図33(a)のように2次側非接触充電モジュール42をカメラモジュール106の周囲に巻回する際は、図33(b)のようにカメラモジュール106の周りに形成される凸部に2次側コイル2bの少なくとも一部を収納するとよい。カメラモジュール106の位置をユーザが指で認識できるよう、カメラモジュール106の周囲を外側に飛び出させた形状に形成することがある。従って、カメラモジュール106の周りに形成される凸部に2次側コイル2bの少なくとも一部を収納すると、デットスペースを有効利用することができ、携帯端末機器100全体の小型化へつながる。また、カメラモジュール106と電池パック104とはそれぞれが大きな厚みを持っており、お互いに積層することはない。従って、2次側非接触充電モジュール42が、電池パック104と積層せず、携帯端末機器100全体の薄型化へつながる。
また、2次側非接触充電モジュール42を下筐体105aに固定し、基板103とは離す場合、基板103と2次側コイル2bとの接続は、例えばピンやバネなどによって行われる。すなわち、基板103側から下筐体105a側に向かって導電性のピンやバネなどを立て、そのピンやバネが2次側コイル2bの端子に接触または接続することによって、電気的に接続される。
更に、2次側非接触充電モジュール42とNFCアンテナ51とが積層しない場合、2次側コイル2bと対向する下筐体105aの一部は、コイル53と対向する下筐体105aの他の一部よりも、薄く形成される。2次側非接触充電モジュール42は大きな電流の電力伝送であり、なるべく1次側非接触充電モジュール41と近づけることが重要となる。対してNFCアンテナ51は非接触充電よりも長距離の低電力通信である。従って、2次側非接触充電モジュール42のように、下筐体105a側に近づける必要が無い。この結果、2次側コイル2bと対向する下筐体105aの一部は、コイル53と対向する下筐体105aの他の一部よりも、薄く形成することにより、下筐体105aの強度を確保しつつ、2次側非接触充電モジュール42を1次側非接触充電モジュール41に近づけることができる。
また、基板103と2次側非接触充電モジュール42との間には、例えばグラファイトを材料とした熱拡散シートを配置すると良い。これにより、2次側非接触充電モジュール42が発生させる熱が、基板103の2次側非接触充電モジュール42に近い部分にのみ伝わることを防ぐことができる。その結果、一部の部品などに偏って伝熱することを防ぐことができる。
また、携帯端末機器100内に搭載されるNFC通信用のアンテナ以外のアンテナは、2次側非接触充電モジュール42と積層しないほうが良い。これは、NFC通信用のアンテナと比較して、その他のアンテナは非接触充電中に駆動する可能性が大きいからである。NFC通信は電磁誘導を利用するため、通信相手と携帯端末機器100の通信面が比較的近距離で対向する必要がある。対して他のアンテナは他方式であるため、充電中であっても容易に通信が可能である。その結果、充電中に通信が始まる可能性がある。しかしながら、1次側非接触充電モジュール41を搭載する非接触充電器400は大きな金属を備える可能性が多く、非接触充電器400内の金属が携帯端末機器100内の他のアンテナに悪影響を及ぼす可能性がある。従って、携帯端末機器100内において、2次側非接触充電モジュール42は、NFCアンテナ51以外とは積層しないと良い。携帯端末機器100は、基本的に2次側非接触充電モジュール42が1次側非接触充電モジュール41と対向するように非接触充電器400上に配置されるため、2次側非接触充電モジュール42が最も非接触充電器400に近づけられる。従って、2次側非接触充電モジュール42と積層しないことで、他のアンテナは非接触充電器400内の金属部品と距離を離れることができ、その結果影響を抑えることができる。
また、実施の形態12は、実施の形態1〜11に適宜組み合わせ可能である。
2011年8月31日出願の特願2011−188413の日本出願、2011年7月14日出願の特願2011−155334の日本出願、2011年7月13日出願の特願2011−154555の日本出願、2011年7月13日出願の特願2011−154554の日本出願、2011年7月13日出願の特願2011−154550の日本出願、2011年6月14日出願の特願2011−131948の日本出願、及び2011年6月14日出願の特願2011−131950の日本出願に含まれる明細書、図面及び要約書の開示内用は、すべて本願に援用される。
本発明によれば、非接触充電モジュールおよびシートアンテナを備える通信装置、特にポータブル機器である携帯電話、ポータブルオーディオ、パーソナルコンピュータ、デジタルカメラ、ビデオカメラ等の様々な電子機器やバイク、自動車などに有用である。
2a 1次側コイル
2b 2次側コイル
2ba、2bb 断面部
3a 1次側磁性シート
3b 2次側磁性シート
21a コイル(1次側)
21b コイル(2次側)
22a、23a 端子(1次側)
22b、23b 端子(2次側)
30a マグネット(1次側)
30b マグネット(2次側)
31a 平坦部(1次側)
31b 平坦部(2次側)
32a 中心部(1次側)
32b 中心部(2次側)
33a 直線凹部(1次側)
33b 直線凹部(2次側)
34a スリット(1次側)
34b スリット(2次側)
41 1次側非接触充電モジュール(送信側非接触充電モジュール)
42 2次側非接触充電モジュール(受信側非接触充電モジュール)
51 NFCアンテナ
52 磁性シート
53 コイル
53a、53b 断面部
54 整合回路
55 端子接続部
56 基材
57、58 保護部材
60a、60b チップコンデンサ
71 電力入力部
72 整流回路
82 電力出力部
100 携帯端末機器
101 液晶パネル
102 操作ボタン
103 基板
104 電池パック
105 筐体
211 内側部分(1次側)
212 内側部分(2次側)
300 商用電源
301 コンセント
400 非接触充電器
401 プラグ
402 充電面
501 机

Claims (5)

  1. 筐体と、
    前記筐体内に収納され、導線が巻回された第1のコイルと前記第1のコイルに対向する第1の磁性シートとを有し、電磁誘導によって電力を受信する受信側非接触充電モジュールと、
    前記筐体内に収納され、導線が巻回された第2のコイルと前記第2のコイルに対向する第2の磁性シートと、を有するシートアンテナと、を備え、
    前記受信側非接触充電モジュールは、前記第1のコイルの中空部の少なくとも一部が前記第2のコイルの中空部に対向するように積層して配置されていることを特徴とする通信装置。
  2. 請求項1記載の通信装置であって、
    前記受信側非接触充電モジュールは、前記第1のコイルの中空部が前記第2のコイルの中空部の中心軸と交わるように配置される通信装置。
  3. 請求項2記載の通信装置であって、
    前記シートアンテナは、前記第2のコイルの中空部が前記第1のコイルの中空部の中心軸と交わるように配置される通信装置。
  4. 請求項3記載の通信装置であって、
    前記第2のコイルの中空部は、前記第1のコイルの中空部を包含するように前記第1のコイルの中空部に対向する通信装置。
  5. 請求項3記載の通信装置であって、
    前記第1のコイルの中空部は、前記第2のコイルの中空部を包含するように前記第2のコイルの中空部に対向する通信装置。
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