JP2014036116A

JP2014036116A - 非接触給電用受信装置

Info

Publication number: JP2014036116A
Application number: JP2012176546A
Authority: JP
Inventors: Kazuya Itagaki; 一也板垣
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2012-08-08
Filing date: 2012-08-08
Publication date: 2014-02-24
Anticipated expiration: 2032-08-08
Also published as: JP6061067B2

Abstract

【課題】充電器側にマグネットがあっても磁気飽和しにくく、かつ薄型化の要求にも応えることの可能な、非接触給電用受信装置を提供する。
【解決手段】第１の磁性体１０は、フェライトシート等の軟磁性シートであり、磁気シールドとして作用する。第２の磁性体２０は、磁性金属圧粉体であり、コイル３０の内側に位置する。第１の磁性体１０の厚さは例えば０.１ｍｍとする。第１の磁性体１０の初透磁率μ_i1は、μ_i1＞５０とする。第２の磁性体２０の厚さは例えば０.３ｍｍとする。第２の磁性体２０の初透磁率μ_i2は、１０≦μ_i2≦１２０とする。印加磁界強度２０００Ａ／ｍでの第２の磁性体２０の微分透磁率Δμ（比透磁率の傾き）と初透磁率μ_i2の比Δμ／μ_i2は０.５以上とする。コイル３０の線径は例えば０.２５ｍｍとする。
【選択図】図１

Description

本発明は、非接触で電力を受信する非接触給電用受信装置に関する。

非接触で電力を伝送する非接触給電（Wireless Charging）は、近年では伝送効率が向上し、スマートフォン等の小型モバイル機器にも採用される流れとなっている。非接触給電では、一方のコイルを備える機器を前記一方のコイルと磁気的に結合する他方のコイルを備える充電器に近接させることで、非接触で電力を伝送できる。非接触給電は、電極が不要であるために、接触不良による充電エラーを避けることができ、また防水構造とするにも適している。非接触給電用のコイルは、一般的に、低抵抗化の観点から、比較的線径の大きい導線が用いられる。

特開平１０−１２４６８号公報

スマートフォンの消費電力は増大する一方であり、それに伴って電池容量も大きくなっている。現状では電池容量が大きくなると電池の体積も大きくならざるを得ない。その一方で、スマートフォン全体としては薄型化が要求されている。このため、非接触給電機能を搭載するために確保できる厚さは非常に薄くなっている。

他方、非接触給電の充電器側には、充電対象機器を位置合わせするためのマグネットが設けられることもある。このマグネットの発生する磁界は、充電対象機器のコイルの背後に設けられた磁気シールド用の磁性体に印加される。磁気飽和に近づくと磁性体は磁気シールドとしての機能が低下するため、磁性体には、マグネットの発生する磁界が印加されても磁気飽和しない性能が必要である。

こうした背景から、非接触給電の充電対象機器においては、非常に薄い限られた厚さの中で、充電器側のマグネットの発生する磁界によって磁気飽和しないことが条件として求められる。ここで、薄型化の点では例えばフェライトシートにコイルを設ける構成が考えられるが、この構成では薄型化は可能でも磁気飽和しやすいという問題がある。一方、磁気飽和しにくい点では例えば磁性金属圧粉体にコイルを設ける構成が考えられるが、この構成では強力な印加磁界の下でも磁気飽和しないものの、現状の製造技術では磁性金属圧粉体をフェライトシートのように薄型にすることができない。充電電流の大きさ（例えば１Ａ程度）を考慮するとコイルの線径はある程度大きいことが望ましいため、磁性金属圧粉体にコイルを設ける構成では厚さの要件を満たすのは困難である。

本発明はこうした状況を認識してなされたものであり、その目的は、充電器側にマグネットがあっても磁気飽和しにくく、かつ薄型化の要求にも応えることの可能な、非接触給電用受信装置を提供することにある。

本発明のある態様は、非接触給電用受信装置である。この装置は、シート状の第１の磁性体と、前記第１の磁性体の一方の面に設けられて周回するコイルと、前記コイルの内側に位置する第２の磁性体とを備え、前記第１の磁性体は、初透磁率μ_i1が５０より大きく、前記第２の磁性体は、前記第１の磁性体とは別素材であって印加磁界強度２０００Ａ／ｍでの微分透磁率Δμと初透磁率μ_i2の比Δμ／μ_i2が０.４以上である。

本発明のもう１つの態様は、非接触給電用受信装置である。この装置は、シート状の第１の磁性体と、前記第１の磁性体の一方の面に設けられて周回するコイルと、前記コイルの内側に位置する第２の磁性体とを備え、前記第１の磁性体はフェライトシート又はアモルファスシートであり、前記第２の磁性体は磁性金属圧粉体である。

前記第１の磁性体は前記コイルの内側に孔部を有し、前記第２の磁性体は前記孔部内に延在してもよい。

前記第２の磁性体は、前記孔部の一方の開口縁を全周に渡って覆う段付き部を有してもよい。

前記第２の磁性体の初透磁率μ_i2が１０≦μ_i2≦１５０であってもよい。

前記第１の磁性体の厚さが０.２ｍｍ以内であってもよい。

なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法やシステムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、充電器側にマグネットがあっても磁気飽和しにくく、かつ薄型化の要求にも応えることができる。

本発明の実施の形態１に係る非接触給電用受信装置の平面図。図１のII-II断面図。本発明の実施の形態２に係る非接触給電用受信装置の断面図。本発明の実施の形態３に係る非接触給電用受信装置の断面図。

以下、図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態を詳述する。なお、各図面に示される同一または同等の構成要素、部材等には同一の符号を付し、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は発明を限定するものではなく例示であり、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。

図１は、本発明の実施の形態１に係る非接触給電用受信装置の平面図である。図２は、図１のII-II断面図である。この非接触給電用受信装置は、スマートフォン等の小型モバイル機器に組み込まれ、例えば電池パック５０（図２に仮想線で示す）の主面上に位置する。

非接触給電用受信装置は、シート状の第１の磁性体１０と、第２の磁性体２０と、コイル３０とを備える。第１の磁性体１０は、フェライトシートやアモルファスシート（例えばＣｏ系アモルファス）等の軟磁性シートであり、主に磁気シールドとして作用する。第２の磁性体２０は、例えばＦｅＳｉＣｒ等の金属粉を加圧成型した磁性金属圧粉体（軟磁性体）であり、コイル３０の内側に位置する。第１の磁性体１０はコイル３０の内側が孔部１１（図２）となっていて、第２の磁性体２０は孔部１１内に延在する。コイル３０は、エナメル線等の絶縁被覆線を１本分の線径の厚みとなるように第１の磁性体１０の一方の面上で薄く平面的に周回させたものである。周回数は必要なインダクタンス等に応じて適宜設定される。コイル３０の巻線部は自動巻線機により作成可能である。コイル３０の両端末は第１の磁性体１０の外部に引き出される（図１）。第１の磁性体１０と第２の磁性体２０の底面は同一平面に存在しＰＥＴフィルム等の保護フィルム４０が接着されている（図２）。

第１の磁性体１０の厚さは、０.２ｍｍ以下とすることが好ましく、例えば０.１ｍｍとする。第１の磁性体１０の面積は、例えば５５ｍｍ×４５ｍｍとする。第１の磁性体１０の初透磁率μ_i1は、μ_i1＞５０が好ましく、例えばμ_i1＝１００とする。第２の磁性体２０の厚さは、例えば０.３ｍｍとする。第２の磁性体２０の面積は、４００ｍｍ²以上が好ましく、例えば３２ｍｍ×２２ｍｍとする。より好ましくは第２の磁性体２０の面積は７００ｍｍ²以上とする。第２の磁性体２０の初透磁率μ_i2は、１０≦μ_i2≦１２０あるいは１０≦μ_i2≦５０が好ましく、例えばμ_i2＝２５とする。また、印加磁界強度２０００Ａ／ｍでの第２の磁性体２０の微分透磁率Δμ（比透磁率の傾き）と初透磁率μ_i2の比Δμ／μ_i2は０.５以上が好ましく、例えばΔμ／μ_i2＝０.８５とする。コイル３０の巻数は例えば１５ｔｓとし、コイル３０の線径は例えば０.２５ｍｍとする（０.５ｍｍ以下が好ましい）。

本実施の形態によれば、薄型に形成可能なフェライトシート等の第１の磁性体１０の一方の面にコイル３０を設けるとともに、薄型に形成するのは困難であるが強力な印加磁界の下でも磁気飽和しにくい磁性金属圧粉体等の第２の磁性体２０をコイル３０の内側に設けたことで、全体の厚さを薄くしながら（例えば０.５ｍｍ以下）、充電器側にマグネットがあっても磁気飽和しにくい非接触給電用受信装置を実現可能である。

第２の磁性体２０を設けないと、充電器側にマグネットがある場合のインダクタンスＬ１は、充電器側にマグネットが無い場合のインダクタンスＬ０の２５％まで低下する。これに対し、本実施の形態のように第２の磁性体２０（上記寸法例のもの）を設けると、インダクタンスＬ１はＬ０の５５％まで低下するが第２の磁性体２０を設けない場合と比較すれば２倍以上のインダクタンスとなる。第２の磁性体２０の面積は大きい方が良く、例えば３０ｍｍ×３０ｍｍにするとインダクタンスＬ１のＬ０に対する低下は２２％まで軽減される（第２の磁性体２０を設けない場合の３倍以上のインダクタンスとなる）。

図３は、本発明の実施の形態２に係る非接触給電用受信装置の断面図である。本図の断面の取り方は図２と同じである。本実施の形態の非接触給電用受信装置は、実施の形態１のものと比較して、第２の磁性体２０が段付き部２１を有する点で相違し、その他の点で一致する。段付き部２１は、第２の磁性体２０の側面と底面とが成す角部の全周に渡って設けられ、孔部１１の上方の開口縁を全周に渡って覆う。本実施の形態によれば、孔部２１と第２の磁性体２０との隙間が無くなるため、裏側に漏れる磁束を減らすことができて好ましい。

図４は、本発明の実施の形態３に係る非接触給電用受信装置の断面図である。本図の断面の取り方は図２と同じである。本実施の形態の非接触給電用受信装置は、実施の形態１のものと比較して、第１の磁性体１０の孔部１１が無くなり、第２の磁性体２０が第１の磁性体１０上に載置されている点で相違し、その他の点で一致する。第１の磁性体１０と第２の磁性体２０の厚さを合計しても許容範囲内に抑えられる場合は、本実施の形態の構成としてもよい。

以上、実施の形態を例に本発明を説明したが、実施の形態の各構成要素や各処理プロセスには請求項に記載の範囲で種々の変形が可能であることは当業者に理解されるところである。以下、変形例について触れる。

第２の磁性体２０の平面視の形状は、長方形に限らず、楕円形や長円形等の他の形状であってもよい。また、コイル３０の巻線部は角形形状であるとスペース効率がよいが、円形や長円形を始め、その他の形状としてもよい。

１０第１の磁性体
１１孔部
２０第２の磁性体
２１段付き部
３０コイル
４０保護フィルム

Claims

シート状の第１の磁性体と、前記第１の磁性体の一方の面に設けられて周回するコイルと、前記コイルの内側に位置する第２の磁性体とを備え、前記第１の磁性体は、初透磁率μ_i1が５０より大きく、前記第２の磁性体は、前記第１の磁性体とは別素材であって印加磁界強度２０００Ａ／ｍでの微分透磁率Δμと初透磁率μ_i2の比Δμ／μ_i2が０.４以上である、非接触給電用受信装置。
シート状の第１の磁性体と、前記第１の磁性体の一方の面に設けられて周回するコイルと、前記コイルの内側に位置する第２の磁性体とを備え、前記第１の磁性体はフェライトシート又はアモルファスシートであり、前記第２の磁性体は磁性金属圧粉体である、非接触給電用受信装置。
前記第１の磁性体は前記コイルの内側に孔部を有し、前記第２の磁性体は前記孔部内に延在する、請求項１又は２に記載の非接触給電用受信装置。
前記第２の磁性体は、前記孔部の一方の開口縁を全周に渡って覆う段付き部を有する、請求項３に記載の非接触給電用受信装置。
前記第２の磁性体の初透磁率μ_i2が１０≦μ_i2≦１５０である請求項１から４のいずれか一項に記載の非接触給電用受信装置。
前記第１の磁性体の厚さが０.２ｍｍ以内である請求項１から５のいずれか一項に記載の非接触給電用受信装置。