JP2014057023A - ワイヤレス充電台 - Google Patents

Abstract

【課題】電磁誘導を用いて携帯機器に非接触で電力伝送するワイヤレス充電台は、電力伝送効率の向上や磁束漏れの防止のため、送電コイルにフェライト板を配置するが、送電コイルのインダクタンス値は、送電コイルとフェライト板との間の距離により変化する。送電コイルとフェライト板との間の距離がばらつくと、ワイヤレス充電台の共振周波数がばらつき、電力伝送効率が低下する虞があるので、この距離を一定にする必要がある。
【解決手段】ワイヤレス充電台１０は、回路基板２０と送電コイル３０とフェライト板４０がケース内部に収納され、送電コイル３０が基板２０に固定され、フェライト板４０がケース内部の底面に固定されることにより送電コイル３０の下方に配置されるので、送電コイル３０とフェライト板４０の間の距離が一定となり、ワイヤレス充電台１０の共振周波数のばらつきによる電力伝送効率の低下を抑えることができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電磁誘導を用いて受電器に電力を伝送するワイヤレス充電台に関する。

近年、携帯電話などの電子機器端末に対して非接触で充電台から電力を伝送するワイヤレス充電台が普及してきている。ワイヤレス充電台に内蔵された送電コイルと、電子機器端末などの受電器に内蔵された受電コイルとの間に電磁誘導を生じさせることにより、受電器に非接触で電力伝送を行う。受電コイルに伝送された電力は、整流回路を介して受電器に内蔵された二次電池などの負荷に供給される。
この様なワイヤレス充電台は、ワイヤレス充電台上に受電器を載置するだけで充電することができ、電源コネクタを抜き差しする必要がないため便利性に優れ、受電器に充電するための電源コネクタを設ける必要がないため防水、防塵などを得やすいメリットがある。

ワイヤレス充電台の送電コイルには、電力伝送効率やコスト面のメリットが求められており、絶縁被覆された導線を渦巻き状に１層巻きした送電コイルが良く用いられている。この様な送電コイルは、外側の巻線端末は送電コイルの外周から直接引き出されているが、内側の巻線端末は送電コイルから送電コイルを横切って送電コイルの外周に引き出されるため、送電コイルの厚み方向には導線の直径による局所的な突起が生じている。

特願２０１２−０２６９３６号明細書 特許第４８３５８００号明細書 特開２０１２−１１９４９６号公報 特開２００９−２７０２５号公報

ワイヤレス充電台は、電力伝送効率の向上や磁束漏れの防止のため、送電コイルの受電器とは逆側にフェライト板を配置するが、送電コイルのインダクタンス値は、送電コイルとフェライト板との間の距離により変化する。送電コイルとフェライト板との間の距離がばらつくと、ワイヤレス充電台の共振周波数がばらつき、電力伝送効率が低下する虞がある。
従って、ワイヤレス充電台の共振周波数を所定の値とするためには、この距離を一定としなければならない。

図５は、従来のワイヤレス充電台を示す分解斜視図である。
図５に示すように、従来のワイヤレス充電台は、送電コイル３０と回路基板２１との間にフェライト板４２が配置されている。
送電コイル３０は、絶縁被覆された導線を渦巻き状に１層巻きした平面状のコイルであり、内側の巻線端末３１ａが送電コイル３０の平面部を横切って送電コイルの外周に引き出されている。
フェライト板４２には、巻線端末３１ａによる突起を収納するためのスリット９１が設けられており、送電コイル３０とフェライト板４２は、このスリット９１に巻線端末３１ａが収納されるように密着して固定されている。従って、従来のワイヤレス充電台は送電コイル３０とフェライト板４２の距離を一定にすることができ、ワイヤレス充電台の共振周波数のばらつきを抑えることができる。

しかし、図５に示した従来のワイヤレス充電台は、スリット９１から漏洩した僅かな磁束により、渦電流が発生したり、ノイズ発生の要因となったり、衝撃でフェライト板が破損する虞があるなどの問題がある。フェライト板４２の厚みを厚くして、スリット９１を窪みにする方法も考えられるが、巻線の直径より厚いフェライト板が必要となるため、ワイヤレス充電台の厚さが厚くなってしまう。

本発明のワイヤレス充電台は、回路基板と、該回路基板の下面に配置された送電コイルと、該送電コイルの下方に配置されたフェライト板とを具え、該回路基板と該送電コイルと該フェライト板がケース内部に収納され、該送電コイルが該回路基板に固定され、
該フェライト板がケースの内部の底面に固定されている。

本発明のワイヤレス充電台は、回路基板と送電コイルとフェライト板がケース内部に収納され、送電コイルが回路基板に固定され、フェライト板がケース内部の底面に固定されることにより送電コイルの下方に配置されるので、ワイヤレス充電台の共振周波数のばらつきによる電力伝送効率の低下を抑えるとともに、磁束漏れや、衝撃によるフェライト板の破損をなくすことができる。

本発明のワイヤレス充電台の実施例を示す分解斜視図である。 図１の断面図である。 回路基板の例を示す上面図である。 フェライト板とケースの固定方法の例を示す断面図である。 従来のワイヤレス充電台の分解斜視図である。

以下、図１乃至図４を参照して本発明のワイヤレス充電台の実施例を説明する。
図１は本発明のワイヤレス充電台の実施例を示す分解斜視図であり、図２は図１の断面図である。
ワイヤレス充電台１０は、回路基板２０と、回路基板２０の下面に配置された送電コイル３０と、送電コイル３０の下に配置された磁性体からなるフェライト板４０とが、下ケース５０ａと上ケース５０ｂからなるケース５０の内部に収納されている。下ケース５０ａと上ケース５０ｂとは、支持柱５０ｃにより接続されている。

送電コイル３０は、絶縁被覆された導線を渦巻き状に１層巻きした平面状のコイルであり、巻線端末３１ａ、３１ｂのうち、内側の巻線端末３１ａは送電コイル３０の平面部を横切って送電コイル３０の外周に引き出されている。送電コイルに用いる導線には、表皮効果による抵抗値の増加を抑制するために、絶縁被膜された複数の導線が寄り合わされているリッツ線を用いてもよい。

送電コイル３０は、回路基板２０の下面に固定され、フェライト板４０は下ケース５０ａの上面に固定される。送電コイル３０は、耐衝撃性を高めるために、弾性を有する接着剤や可撓性を有する両面テープなどで固定されることが望ましい。

このような構造とすることにより、送電コイル３０の下側に突起があったとしても、送電コイル３０とフェライト板４０の距離を一定に保つことができ、ワイヤレス充電台１０の共振周波数のばらつきを小さくすることができる。

なお、ワイヤレス充電台において、送電コイルから受電コイルへの電力伝送効率を向上させるために、送電コイルと受電コイルとの位置を正確に合わせる必要があり、例えば、ワイヤレス充電台に受電コイルの位置を検出するための位置検出コイルを配置することによって、送電コイルと受電コイルの相対位置を検出し、ワイヤレス充電台に設けられたＬＥＤなどの位置表示手段で、受電器を適切な位置に配置するようにユーザを誘導するワイヤレス充電台がある。このようなワイヤレス充電台の場合には、回路基板に導体パターンを形成して位置検出コイルを設けてもよい。

図３は、回路基板に位置検出コイルを配置した場合の例である。
回路基板２０の表面の略中央部には、導体パターンで扇状の位置検出コイル８１が形成され、位置検出コイル８１のさらに外側には、ワイヤレス充電台の回路や、位置検出コイル８１で検出した受電器の位置をユーザに知らせるための位置表示手段や、充電の状態を知らせる状態表示手段が配置される。
このように、位置検出コイルと回路基板を一体化することによって、ワイヤレス充電台の薄型化が可能となる。

また、フェライト板は、製造時の焼結により、比較的大きな厚みのばらつきや反りが生じている。このようなフェライト板を使用した場合、フェライト板と送電コイルとの距離が一定にならないため、送電コイルのインダクタンス値が大きくばらつき、ワイヤレス充電台の共振周波数が著しくずれてしまう。そのため、フェライト板のばらつきを考慮してケースを設計しなければならない。そこで、フェライト板を研磨して厚みのばらつきや反りを矯正することが一般的だが、フェライト板が高価になってしまうという問題がある。

図４は、フェライト板４１を下ケース５１ａに固定する方法の一例を説明する図である。
下ケース５１ａには、フェライト板４１を収納するための凹部１１０が形成されている。
凹部１１０の底面には貫通孔１２０が設けられる。この凹部１１０の貫通孔１２０にピン７０を配置し、フェライト板４１の中央と外周に接着剤６０を塗布する。凹部１１０内にフェライト板４１を収納した下ケース５１ａの上面に圧着板１００を配置し、ピン７０でフェライト板４１を圧着板１００に押し付けて接着剤６０を硬化したのちに、ピン７０と圧着板１００を取り去る。このようにした場合、たとえフェライト板４１の厚みがばらついたとしても、フェライト板４１の上面を下ケース５１ａの上面の高さと同じにすることができる。

ピン７０は、フェライト板４１に均等に支持力を印加するために、３個以上使用することが望ましい。また、ピンの代わりにゴムやウールなどの弾性材を敷き詰めても良い。この場合、凹部１１０の底面の貫通孔１２０が不要となる。下ケース５１ａに形成された凹部１１０の深さは、フェライト板４１に厚みやばらつきや反りが生じた場合でも収納できることが望ましい。

１０ ワイヤレス充電台
２０、２１ 回路基板
３０ 送電コイル
３１ａ、３１ｂ 巻線端末
４０、４１、４２ フェライト板
５０ ケース
５０ａ、５１ａ 下ケース
５０ｂ 上ケース
５０ｃ 支持柱
６０ 接着剤
７０ ピン
８１ 位置検出コイル
９１ スリット
１００ 圧着板
１１０ 凹部
１２０ 貫通孔

Claims (5)

1. 受電器に対して電磁誘導により電力の供給を行うワイヤレス充電台において、
   該ワイヤレス充電台は、
   回路基板と、
   該回路基板の下面に配置された送電コイルと、
   該送電コイルの下方に配置されたフェライト板とを具え、
   該回路基板と該送電コイルと該フェライト板がケースの内部に収納され、
   該送電コイルが該回路基板に固定され、
   該フェライト板がケースの内部の底面に固定されていることを特徴とするワイヤレス充電台。
2. 前記回路基板は、基板面に受電コイルの位置を検出するための位置検出コイルと、該位置検出コイルで検出された位置情報をもとに受電器の位置を表示するための表示手段とが設けられている請求項１に記載のワイヤレス充電台。
3. 前記フェライト板は、前記ケースの底面に形成された凹部に収納されている請求項１乃至請求項２に記載のワイヤレス充電台。
4. 前記凹部に貫通孔を設け、貫通孔からピンを挿入して押圧することによりフェライト板の位置を調整可能にした請求項１乃至請求項３に記載のワイヤレス充電台。
5. 前記フェライト板と前記ケースとの間に弾性材を挟んだ請求項１乃至請求項４に記載のワイヤレス充電台。

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