JP2015050261A - 非接触充電装置用アンテナシート及び該シートを用いた充電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】充電中の送信側及び受信側の配置について高い自由度を許容し、かつ、受電コイルの共振周波数のずれを防止できる非接触充電装置用アンテナシート及び該シートを用いた充電装置を提供する。
【解決手段】送信側装置の送信側共振器又は受信側装置の受信側共振器として使用される、非接触型充電装置用アンテナシートであって、
共振コンデンサの容量をＣとしたとき、共振周波数ｆで共振するようなピックアップコイルとして機能するコイル状のアンテナが基材上に形成され、
前記基材の前記コイル状のアンテナとは反対側に磁性シートが貼着され、
前記磁性シートを前記基板とで挟み込むように前記磁性シートに均熱シートが貼着されたことを特徴とする。
【選択図】図２Ａ

Description

本発明は、広く給電・充電器側から非接触で電池・端末側に電力を伝送する非接触充電装置に関し、特に、磁気共振方式によって電力を供給する非接触充電装置用アンテナ及びこれを用いた充電装置に関する。

携帯電話や携帯端末、電気髭剃り機、電動歯ブラシ等の機器の電源に使用される二次電池に対する充電は、従来、充電器の接点と二次電池となる電池パックから配線された機器側の接点との導電接触によって通電させて行われていた。

近年、かかる機器等の二次電池に対する充電を非接触方式で行うものが増えている。

特許文献１には、送電側及び受電側には、それぞれ板状の軟磁性材料上に複数のコイルを、隣接するコイルによって形成される磁束の向きがそれぞれ逆方向となるように、送電側及び受電側のコイルを対向させて間隔を設けて配置するとともに、受電側の板状の軟磁性材料は電池缶に直接あるいは絶縁性部材を介して接触させて配置した電磁誘導作用によって非接触状態で電力を供給する非接触充電装置が開示されている。

また、特許文献２には、送電コイルから受電コイルに対して電磁誘導により電力の供給を行なう非接触電力伝送装置において、漏れ磁束の発生を抑え、１つの送電装置で必要とする電力の異なる複数の電子機器の充電に対応可能とする装置が記載されている。この装置は、略同心円状に配置した複数の送電コイル１１、１２を備え、受電コイル２１の外形に一番近い外形の送電コイルと、その内側の送電コイルのみを駆動する構成を備えている。これにより、１つの送電装置で外形の異なる受電コイルに対して電力伝送を行うときでも、漏れ磁束の発生を抑えることができるという効果を奏するものである。

しかしながら、かかる非接触型の充電装置ないし電力伝送装置は、電磁誘導作用を伴う電磁結合によって充電ないし電力伝送を行うものであり、送電側及び受電側の配置には制限があった。つまり、送電側コイルと受電側コイルとは、至近距離でほぼ対向するように配置しなければ充電効率が極端に低下してしまうという課題があった。

一方で、非接触型の充電装置であっても、一次コイル（送電コイル）と二次コイル（受電コイル）とを磁界結合させて充電器側の電力を充電池側に供給する装置がある（特許文献３）。

すなわち、特許文献３には、充電器１に一次コイル１０３と、この一次コイルに交流電力を供給する手段１０４、１０５が設けられ、充電池２１０を有する無線通信機２に一次コイル１０３と磁界結合される二次コイル２１２と、この二次コイルに発生した起電力を充電池２１０の充電電力とする手段２１１とが設けられ、一次コイル１０３と二次コイル２１２とを磁界結合して充電器１の電力を充電池２１０に供給して充電を行うようにした非接触型充電装置において、一次コイル１０３への電力の供給を停止するスイッチ等１０６、１０７、２１３を設け、無線通信機の充電中に、発信が必要とされたとき、あるいは着信があったときには、スイッチを操作することで充電を停止させ、無線通信機に及ぼす磁力の影響をなくして軽い力で無線通信機を充電機から持ち上げて使用することを可能とする装置が開示されている。

しかしながら、特許文献３に開示された装置は、上述の通り、充電時の一次コイルと二次コイルとの間の磁力が極めて大きいために、機器の充電中に、発信が必要とされたとき、あるいは着信があったときには、充電を停止させ、機器に及ぼす磁力の影響をなくして軽い力で機器を充電機から持ち上げることを可能にする必要があった。

また、機器に電力を供給するための基台ケースには、機器を挿入可能な凹部が設けられ、機器を立てた状態で充電装置に載置できるように構成されたものであり、送電側及び受電側の配置関係には制約があった。

更に、受電側については、発明者らの研究により別の課題も生じることが分かった。例えば、受電側の機器として代表的なものに、スマートフォンやタブレット端末などのモバイル機器が挙げられるが、これらのモバイル機器において非接触充電機能を実現しようとすると、その設計上の制約等から二次電池（バッテリー）の近傍に受電コイルを配置せざるを得ない場合が多い。

このように、金属ケースや金属箔等で覆われた二次電池の近傍に受電コイルが配置される場合には、コイルの共振周波数がずれてしまうことがある。また、金属に送電側からの電力（磁束）が漏れ流れてしまい、受電コイルにほとんど電力が伝わらなくなる場合もある。バッテリー等の二次電池は受電コイルの近くに配置されることが多いので、上述の影響を最も強く受けるが、二次電池の他にも、モバイル機器の筐体や内部部品からも二次電池と同様の影響を受けうる。

かかる影響を防止するために、受信コイルの裏側に磁性シートを配置し、電力（磁束）のシールドのような役割を果たさせようとする取り組みも存在する。図１５に、従来の非接触充電装置用アンテナに磁性シートを適用した場合の適用例を示すが、バッテリー等の二次電池１５０９に対し、コイル１５０１が付設された支持体（基板）を遮蔽するように、支持体の裏面（図１５中、支持体の上面）に磁性シートを接着剤等により貼付する構成を採用する。このように磁性シートを配置することによって、モバイル機器内の金属からの影響をある程度抑止することはできる。

しかしながら、磁性シートを配置すると、受電コイルの共振周波数は変化するので、防磁シールドの目的で配置した磁性シートが配置された状態で受電コイルの共振周波数の調整を再度行う必要が生じる。

更に、モバイル機器内の特定の回路部品からは、局所的に高い温度での発熱がある場合（いわゆるヒートスポット）があり、これを防ぐために均熱シートと呼ばれる熱伝送性の高い素材を適宜配置して、ヒートスポットからの局所的な熱を放熱することも行われている。図１４に、従来のモバイル機器に均熱シートを提供した場合の適用例を示すが、図１４において、モバイル機器の筐体１４０１表面のディスプレイ部１４０２及びボタン操作部１４０３の下部にメイン基板１４０４が実装されるものとして、このメイン基板１４０４に２カ所のヒートスポットＨＳ３及びＨＳ４が発生するものとする。メイン基板１４０４の下部であって、筐体１４０１の底部に当たる位置には二次電池（バッテリ）１４０５が配置されているので、メイン基板１４０４の２カ所のヒートスポットからの熱伝導を遮蔽するように均熱シート１４０７ａ及び１４０７ｂが設けられる（図１４）。

しかしながら、一般に均熱シートの厚みは、効果的な放熱性を確保しようとすると、１．６〜２．５ｍｍ程度の厚みを要する上に、受電コイルの共振周波数が高周波側へ大きくずれてしまうという課題があった。具体的には、従来の受電コイル及び基板に磁性シートを貼付し、共振周波数１３．５６ＭＨｚ（±０．５ＭＨｚ）を実現しようとすると、単純に従来の均熱シートを貼付しただけでは、共振周波数が高周波側へ１ＭＨｚ程度もずれてしまう場合がある。

フラットコイルの性能を決める重要な指標の一つとして共振周波数がずれないことが挙げられ、このような要請に対し、受電コイルに対する共振周波数のずれを発生させることなく、コンパクトな設計空間の中で磁束の影響及び熱伝導の影響を適切に抑制できる技術が望まれていた。

特開平１１−１０３５３１号公報 特開２０１２−６０８１２号公報 特開平８−１９１８５号公報

そこで、本発明は、充電中の充電器側及び電池側の配置について高い自由度を許容し、かつ、防磁目的での磁性シートや放熱目的での均熱シートを用いた場合に生じやすい受電コイルの共振周波数のずれを防止できる非接触充電装置用アンテナ及びこれを用いた充電装置を提供することを目的とする。

本発明にかかる非接触充電装置用アンテナシートは、送信側装置の送信側共振器又は受信側装置の受信側共振器として使用される、非接触型充電装置用アンテナシートであって、共振コンデンサの容量をＣとしたとき、共振周波数ｆで共振するようなピックアップコイルとして機能するコイル状のアンテナが基材上に形成され、前記基材の前記コイル状のアンテナとは反対側に磁性シートが貼着され、前記磁性シートを前記基板とで挟み込むように前記磁性シートに均熱シートが貼着されたことを特徴とする。

加えて、本発明にかかる非接触充電装置用アンテナシートは、前記共振周波数ｆは、１３．５６ＭＨｚであり、前記送信側共振器の共振コンデンサの容量は、１〜５ｐＦであり、前記受信側共振器の共振コンデンサの容量は、７０〜１００ｐＦであることを特徴とする。

加えて、本発明にかかる非接触充電装置用アンテナシートは、前記共振周波数ｆは、６．７８ＭＨｚであり、前記送信側共振器の共振コンデンサの容量は、８〜２０ｐＦであり、前記受信側共振器の共振コンデンサの容量は、７０〜１２０ｐＦであることを特徴とする。

本発明にかかる非接触充電装置は、第１の磁性シート上に第１の基材が接着剤で接着され、第１の基材上に共振コイルが形成され、前記接着剤には給電コイルに埋設された送信側アンテナシートと、第２の磁性シート上に第２の基材が接着剤で接着され、第２の基材上に受信コイルが形成され、前記受信側アンテナシートは、前記第２の磁性シートを前記第２の基材とで挟み込むように前記第２の磁性シートに均熱シートが貼着されてなる受信側アンテナシートとを備えたことを特徴とする。

加えて、本発明にかかる非接触充電装置は、前記共振コイル及び受信コイルの共振周波数は、１３．５６ＭＨｚであり、前記送信側アンテナシートの共振コンデンサの容量は、１〜５ｐＦであり、前記受信側アンテナシートの共振コンデンサの容量は、７０〜１００ｐＦであることを特徴とする。

加えて、本発明にかかる非接触充電装置は、前記共振コイル及び受信コイルの共振周波数は、６．７８ＭＨｚであり、前記送信側アンテナシートの共振コンデンサの容量は、８〜２０ｐＦであり、前記受信側アンテナシートの共振コンデンサの容量は、７０〜１２０ｐＦであることを特徴とする。

本発明にかかる非接触充電装置用アンテナにより、充電中の充電器側及び電池側の配置について高い自由度を許容し、かつ、コイルに金属が近接する場合に生じやすい共振周波数のずれを防止できる非接触充電装置用アンテナ及びこれを用いた充電装置を提供できるという効果を奏する。更に、本発明にかかる非接触充電装置用アンテナ等によれば、送信側の電力を複数の受信側装置に対して同時に供給できるという効果をも奏する。

本発明の一実施形態にかかる非接触充電装置の送電系統の構成を斜視図として説明する説明図である。 本発明の一実施形態にかかる非接触充電装置用アンテナシート（受信側）の断面構造を説明する説明図である。 本発明の一実施形態にかかる非接触充電装置用アンテナシート（送信側）の断面構造を説明する説明図である。 本発明の他の実施形態にかかる非接触充電装置用アンテナシート（送信側）の断面構造を説明する説明図である。 本発明の一実施形態にかかる非接触充電装置用アンテナシートの平面構造を説明する説明図である。 本発明の一実施形態にかかる非接触充電装置用アンテナシート（受信側）において使用される磁性シートの断面構造を説明する説明図である。 本発明の一実施形態にかかる非接触充電装置の外観構成を説明する説明図である。 本発明の他の実施形態にかかる非接触充電装置の外観構成を説明する説明図である。 本発明の他の実施形態にかかる非接触充電装置用アンテナシートの断面構造を説明する説明図である。 本発明の他の実施形態にかかる非接触充電装置の断面構造を説明する説明図である。 本発明の他の実施形態にかかる非接触充電装置の外観構成を説明する説明図である。 本発明の他の実施形態にかかる非接触充電装置の外観構成を説明する説明図である。 本発明の他の実施形態にかかる非接触充電装置用アンテナシートの平面構造を説明する説明図である。 図９Ａにかかる非接触充電装置用アンテナシートの詳細構造を説明する説明図である。 本発明の一実施形態にかかる非接触充電装置用アンテナシート（受信側）に対する磁性シートの添付位置と大きさのバリエーションを説明する説明図である。 本発明の他の実施形態にかかる非接触充電装置における広範なシート配置の自由度を説明する説明図である。 本発明にかかる送信側装置を１又は複数用いた場合の例を説明する説明図である。 本発明の一実施形態にかかる非接触充電装置用アンテナをモバイル機器に適用した例を説明する説明図である。 従来のモバイル機器に均熱シートを提供した場合の適用例を説明する説明図である。 従来の非接触充電装置用アンテナに磁性シートを適用した場合の適用例を説明する説明図である。

以下、本発明にかかる非接触充電装置用アンテナシート及び該シートを用いた充電装置を実施するための形態について、図を参照しながら詳述する。

図１に、本発明の一実施形態にかかる非接触充電装置の送電系統を説明するための構成斜視図を示す。非接触充電装置１００は、給電シート１０１と、受信シート１０２と、共振シート１０３とを含み、それぞれのシートは、基材とコイルとを含む。すなわち、一実施例として、給電シート１０１は、基材１０１１上に給電コイル１０１２が形成されており、受信シート１０２は、基材１０２１上に受信コイル１０２２が形成されており、共振シート１０３は、基材１０３１上に共振コイル１０３２が形成されている。

以下、給電シート１０１、受信シート１０２、共振シート１０３を、それぞれ、給電用アンテナシート１０１、受信用アンテナシート１０２、共振用アンテナシート１０３とも言う。
また、給電コイル１０１２、受信コイル１０２２、共振コイル１０３２を、それぞれ、給電アンテナ１０１２、受信アンテナ１０２２、共振アンテナ１０３２、あるいは、給電コイル状アンテナ１０１２、受信コイル状アンテナ１０２２、共振コイル状アンテナ１０３２とも言う。

図１の非接触充電装置において、各基材の材料には、ポリイミドやガラスエポキシを用いることができる。また、コイル状アンテナの材料には、銅、アルミニウムを採用することができる。更に、各コイル状アンテナは、基材上にエッチングして形成することができる。

基材上に形成された各コイル状アンテナは、給電装置（不図示）から供給される電力を送信側から受信側へ伝送する役割を持っている。なお、図１において、一実施形態として、給電コイル１０１２のインピーダンスＺは５０Ωであり、受信コイル１０２２の容量はＣ１であり、共振コイル１０３２の容量はＣ２（可変）である。Ｃ１及びＣ２は、充電装置の設計によって可変の値をとる。なお、受信コイル１０２２の抵抗値Ｒ１は５０Ωである。

図１の非接触充電装置において、給電コイル１０１２と共振コイル１０３２との間隔は、０．５ｍｍになるよう設計されている。伝送距離Ｈ₀は、後述するようにかなりの自由度をもたせても効率の良い充電が可能である。また、図１には示していないが、本発明にかかる非接触充電装置用アンテナシートには、後述する通り、磁性シートを用いることができ、更に、均熱シートを所与の条件で用いることができる。

図２Ａに、本発明の一実施形態にかかる非接触充電装置用アンテナシート（受信側）の断面構造を示す。図２Ａに示す通り、非接触充電装置用アンテナシート２００は、その構成部材として、受信コイル（状アンテナ）２０１と、基材２０２と、磁性シート２０４と、均熱シート２０６と、絶縁材２０７からなる。より詳細には、アンテナシート２００は、絶縁材２０７及び均熱シート２０６上に磁性シート２０４が接着剤２０５で接着され、磁性シート２０４上に基材２０２が接着剤２０３で接着され、基材２０２上に受信コイル（状アンテナ）２０１がエッチング等により形成されて構成されている。
なお、後述するように、絶縁材２０７は省略することができる。

接着剤２０３には、酢酸ビニルや塩化ビニル等の熱可塑性樹脂あるいは、熱可塑性樹脂成分を有する溶剤を用いることができる。

磁性シート２０４には、扁平軟磁性材料粉末と樹脂とからなる磁性シートを用いることができる。図４に磁性シート２０４の詳細構造を示す。図４において、磁性シート２０４は、マトリクス樹脂２０４１に扁平軟磁性材料粉末２０４２が混合されている。磁性シート２０４には、扁平軟磁性材料粉末と樹脂とからなる様々な磁性シートを使用することができるが、一例として、出願人により別途出願された特開２００９−５９７５２号公報に開示されているように、（Ａ）扁平軟磁性材料粉末１０００重量部、（Ｂ）エポキシ樹脂１０〜３０重量部、（Ｃ）エポキシ樹脂硬化剤１〜６０重量部、（Ｄ）硬化促進剤０．０３〜１．５重量部、（Ｅ）グリシジル（メタ）アクリレート２〜６重量％を含むＴｇ（ガラス転移温度）が−１０℃以上でかつ重量平均分子量が８０万以上であるエポキシ基含有アクリル系共重合体４５〜２００重量部、（Ｆ）分散剤３〜２０重量部、（Ｇ）有機ホスフィン酸塩化合物３０〜７０重量部及び（Ｉ）金属水酸化物５０〜９０重量部を含有することを特徴とする難燃化ノイズ抑制シートを用いることができる。

図２Ｂに、本発明の一実施形態にかかる非接触充電装置用アンテナシート（送信側）の断面構造を示す。図２Ｂに示す通り、送信側の非接触充電装置用アンテナシート２５０は、その構成部材として、共振コイル（状アンテナ）２５１と、基材２０２と、磁性シート２０４とからなる。より詳細には、アンテナシート２５０は、磁性シート２０４上に基材２０２が接着剤２０３で接着され、基材２０２上に共振コイル（状アンテナ）２５１がエッチング等により形成されて構成されている。また、給電コイル（状アンテナ）２５５が接着剤２０３に埋設されている。

接着剤２０３や磁性シート２０４の材料については、上述した通りである。

図２Ｃに、本発明の他の実施形態にかかる非接触充電装置用アンテナシート（送信側）の断面構造を示す。図２Ｃに示す通り、送信側の非接触充電装置用アンテナシート２８０は、その構成部材として、共振コイル（状アンテナ）２５１と、基材２８２ａ、２８２ｂと、磁性シート２０４とからなる。より詳細には、アンテナシート２８０は、磁性シート２０４上に基材２８２ｂが接着剤２０３で接着され、空隙層２８３を挟んで設けられた基材２８２ａ上に共振コイル（状アンテナ）２５１がエッチング等により形成されて構成されている。また、給電コイル（状アンテナ）２５５が接着剤２０３に埋設されている。

実装上、空隙層２８３には、発砲スチロールが充填される。

ここで、アンテナシート２５０とアンテナシート２８０の作用効果上の相違について説明する。発明者らの実験によれば、共振コイル２５１における共振周波数が６．７８ＭＨｚの条件下では、アンテナシート２５０のように給電コイルと共振コイルとの距離が近いほうが伝送効率が良く、共振コイル２５１における共振周波数が１３．５６ＭＨｚの条件下では、アンテナシート２８０のように給電コイル２５５と共振コイル２５１との間（又は、基材２８２ａと基材２８２ｂとの間）に空隙層（厚み５ｍｍ程度）設けた方が、伝送効率が良い。

図３に、本発明の一実施形態にかかる非接触充電装置用アンテナシートの平面構造を示す。図３に示すように、アンテナシート２００は、基材２０２上に渦巻き状のアンテナ２０１がエッチング等によって形成されている。アンテナ２０１が薄膜エッチング等で基材２０２上に形成された場合には、アンテナ２０１は、基材２０２と略同一平面内に形成されることとなり、薄型のシートを実現できる。また、アンテナ２０１を基材２０２に埋設するよう形成することもできる。また、図３においては、コイル状アンテナ２０１に電気回路上必要な抵抗（Ｒ）やコンデンサ（Ｃ）は、外部素子として接続されることにより実現される。

図５Ａに、本発明の一実施形態にかかる非接触充電装置の外観構成を示す。図５Ａに示すように、非接触充電装置５００は、送信側装置５０１と受信側装置５０２とで構成されている。

すなわち、送信側装置５０１は、磁性シート５０１２上に基材５０１４が接着剤５０１３で接着され、基材５０１４上に送信コイル（状アンテナ）５０１５がエッチング等により形成されて構成されたアンテナシートが、送信側制御回路基板５０１１の上に実装されている。また、受信側装置５０２は、均熱シート５０２７上に磁性シート５０２２が接着剤５０２６で接着され、磁性シート５０２２上に基材５０２４が接着剤５０２３で接着され、基材５０２４上に受信コイル（状アンテナ）５０２５がエッチング等により形成されて構成されたアンテナシートが、受信側制御回路基板５０２１の上に実装されている。そして、図５Ａにおいて、非接触充電装置５００は、送信側装置５０１と受信側装置５０２とが、それぞれのアンテナ面が対向するように配置されている。また、送信側装置５０１のアンテナの巻き方向と、受信側装置５０２のアンテナの巻き方向とは、互いに逆向きになっている。

図５Ｂに、本発明の他の実施形態にかかる非接触充電装置の外観構成を示す。図５Ｂに示すように、非接触充電装置５５０は、送信側装置５５１と受信側装置５５２とで構成されている。受信側装置５５２は、均熱シート５５２７上に磁性シート５５２２が接着剤５５２６で接着され、磁性シート５５２２上に基材５５２４が接着剤５５２３で接着され、基材５５２４上に受信コイル（状アンテナ）５５２５がエッチング等により形成されて構成されたアンテナシートが、受信側制御回路基板５５２１の上に実装されている。

送信側装置５５１は、図２Ｂで示したものと同様のアンテナシートが、送信側制御回路基板５５１１の上に実装されている。すなわち、送信側装置５５１は、磁性シート５５１２上に基材５５１４が接着剤５５１３で接着され、基材５５１４上に送信コイル（状アンテナ）５５１５がエッチング等により形成されている。なお、給電コイル（状アンテナ）５５１６は、接着剤５５１３内に埋設されており、図５Ｂにおいて、接着剤５５１３の層から取り出された給電コイルの両端が送信側制御回路基板５５１１へ接続されている。以上のアンテナシート層が、送信側制御回路基板５５１１の上に実装されている。

そして、図５Ｂにおいて、非接触充電装置５５０は、送信側装置５５１と受信側装置５５２とが、それぞれのアンテナ面が対向するように配置されている。また、送信側装置５５１のアンテナの巻き方向と、受信側装置５５２のアンテナの巻き方向とは、互いに逆向きになっている。

図６に、本発明の他の実施形態にかかる非接触充電装置用アンテナシートの断面構造を示す。アンテナシート６００は、コイル（状アンテナ）と制御回路基板との間の配線を簡便かつ容易なものとするために、磁性シートと接着剤と基板とからなる層に穴あけを行い、コイル（状アンテナ）から層の下部へ抜ける端子を設けたことが特徴となっている。

図６において、コイル（状アンテナ）６０４から外部接続用端子６０５ａ、６０５ｂが基材６０３を貫通して磁性シート６０１と接着剤６０２に開けられた穴から突出している様子が示されている。外部接続用端子６０５ａ、６０５ｂは、磁性シート６０１の下部に設置される制御回路基板との電気的接続を簡便かつ容易なものとする。なお、最下層には、均熱シート６０７が接着剤６０６で磁性シート６０１に貼着されている。

図７に、本発明の他の実施形態にかかる非接触充電装置の断面構造を示す。非接触充電装置７００は、制御回路基板７０１と、その上に接続されたアンテナシート６００とで構成されており、図７に示すように、制御回路基板７０１上の接続端子７０２ａ、７０２ｂと、アンテナシート６００の外部接続用端子６０５ａ、６０５ｂとが、はんだ７０３ａ、７０３ｂによって電気的に接続されている。また、図７において、磁性シート６０１と制御回路基板７０１とを遮蔽するように、均熱シート７０７が磁性シート６０１の下面（図中）に接着剤７０６で貼着されている。

図８Ａ及び図８Ｂに、本発明の他の実施形態にかかる非接触充電装置の外観構成を示す。非接触充電装置８００は、図６に示したような外部接続用端子を備えたアンテナシートや、図７に示したような接続端子を備えた非接触充電装置を８０１及び／又は８０２として適用した実施例である。なお、図示の便宜上、図８Ａに示した送信側装置８０１は、給電アンテナの図示を省略し、共振アンテナ８０１５の配線がよく分かるように図示している。一方で、図８Ｂに示した送信側装置８０１は、共振アンテナの図示を省略し、給電アンテナ８５１５の配線がよく分かるように図示した。
また、受信側装置８０２は、均熱シート８０２７上に磁性シート８０２２が接着剤８０２６で接着され、磁性シート８０２２上に基材８０２４が接着剤８０２３で接着され、基材８０２４上に受信コイル（状アンテナ）８０２５がエッチング等により形成されて構成されたアンテナシートが、受信側制御回路基板８０２１の上に実装されている。

図８Ｂにおいて、給電アンテナ８５１５の両端は、磁性シート８０１２、接着剤８０１３（及び、必要に応じて基材８０１４）の層に開けられた穴から突出した外部接続用端子（図８Ｂにおいて不図示）から送信側制御回路基板８０１１上の接続端子（図８Ｂにおいて不図示）まで、はんだを介して電気的に接続されている。

また、図８Ａ及び図８Ｂにおいて、受信側装置８０２は、受信アンテナ８０２５の両端が、均熱シート８０２７、接着剤８０２６、磁性シート８０２２、接着剤８０２３及び基材８０２４の層に開けられた穴から突出した外部接続用端子（図８Ａ、図８Ｂにおいて不図示）から受信側制御回路基板８０２１上の接続端子（図８Ａ、図８Ｂにおいて不図示）まで、はんだを介して電気的に接続されている。

図９Ａに、本発明の他の実施形態にかかる非接触充電装置用アンテナシートの平面構造を示す。アンテナシート９００は、基材９０２上にアンテナ９０１がエッチング等により配線されているが、アンテナ９０１は、コンデンサ素子９０１１ａ〜９０１１ｃを有するアンテナ部分９０１ａと、コンデンサ素子９０１２ａ〜９０１２ｃ（図９Ａにおいて不図示）を有するアンテナ部分９０１ｂとから構成されている。図３に示したアンテナシート２００は、電気回路上必要な抵抗（Ｒ）やコンデンサ（Ｃ）は、外部素子として接続されることにより実現されることを説明したが、アンテナ９０１は、アンテナ部分９０１ａ、９０１ｂがそれぞれコンデンサ素子を有しているので、外部素子を接続する必要はない。

図９Ｂに、アンテナ部分９０１ａ、９０１ｂのコンデンサ素子部分の構造を更に詳細に示す。図９Ｂにおいて、アンテナ部分９０１ａはコンデンサ素子９０１１ａ、９０１１ｂ、９０１１ｃを有し、アンテナ部分９０１ｂは、コンデンサ素子９０１２ａ、９０１２ｂ、９０１２ｃを有し、コンデンサ素子９０１１ａとコンデンサ素子９０１２ａとが容量素子として機能する。同様に、コンデンサ素子９０１１ｂとコンデンサ素子９０１２ｂとが容量素子として機能し、コンデンサ素子９０１２ｃとコンデンサ素子９０１２ｃとが容量素子として機能する。

図９Ａ、図９Ｂにおいて、説明の便宜上、コンデンサは３つとして記載したが本発明はこれに限定されるものではなく、必要に応じて１以上の任意の数のコンデンサ素子を備えることができる。

また、図９Ａ、図９Ｂにおいて説明したコンデンサ素子は、アンテナとの配線を断線することで簡単にコンデンサ機能を除去することができるので、容量調整が容易であるという利点を有する。例えば、コンデンサ素子を多めに形成し、容量を測定しながら、所望の容量が得られるまで、コンデンサ素子を１つずつ断線することで、簡便に容量を調整することができる。

図１０に、本発明の一実施形態にかかる非接触充電装置用アンテナシート（受信側）に対する磁性シートの添付位置と大きさのバリエーションを示す。図１０（Ａ）は、縦Ｈ、横Ｗの基材２０２上にコイル状アンテナ２０１が幾重にも巻かれて配線されている様子を示している。アンテナ２０１が幾重にも巻かれた結果、幅はＴになっている。

図２に示したように、磁性シートは、図１０から見ると基材２０２の下側に接着剤で貼り付けられるが、どの大きさ及び形状で貼り付けられるについては、図１０（Ｂ）に示すように、コイル状アンテナ２０１の外周を完全に覆う形で磁性シート２０４ａを貼り付けるパターンと、図１０（Ｃ）に示すように、コイル状アンテナ２０１の形状に合わせて中抜き環状の磁性シート２０４ｂを貼り付けるパターンとがある。このとき、中抜き環状の磁性シート２０４ｂの環の幅はＴと同じか、あるいは若干多め（＋α）に設計される。

図１１に、本発明の他の実施形態にかかる非接触充電装置における広範なシート配置の自由度を示す。本発明にかかる非接触充電装置は、その送信側装置と受信側装置の配置関係に関し、大きな自由度を許容するという特徴を有している。説明の便宜上、図１、図５Ａ、図５Ｂ、図８Ａ、図８Ｂにおいて、送受信側装置は、それぞれのアンテナ面が対向するように配置して説明したが、本発明はこれに限定されることなく、例えば、図１１（Ａ）のように送信側装置１００１に対して受信側装置１００２ａまでの伝送距離Ｈが、図１に示したＨ₀よりも長くなっても効率よく電力を送信することができる。あるいは、図１１（Ｂ）に示すように、送信側装置１００１に対して受信側装置１００２ｂを斜めに平行移動させても、あるいは、図１１（Ｃ）に示すように、送信側装置１００１に対し、受信側装置１００２ｂの位置から略９０度回転させるように受信側装置１００２ｃを配置しても効率よく電力を送信することができる。

更に、送信側装置１００１に対し、様々な距離と角度をもって配置された複数の受信側装置（一例として、図１１（Ｃ）における１００２ｃ、１００２ｄ及び１００２ｅ）に対しても、それぞれの距離と角度に応じて電力が配分されるものの、送信側の電力を同時に供給できるという大きな利点を有する。

［共振条件等］
以上述べた通り、本発明にかかる非接触充電装置用アンテナシート及び該シートを用いた充電装置は、配置自由度の高い非接触充電が可能となるが、かかる充電を可能にする共振条件等について、以下に詳述する。

非接触給電装置の基本的動作は、一般的に、４００ｋＨｚ〜２０ＭＨｚの周波数環境を有する電磁界において、所定の共振周波数ｆ１を有する送信側装置の送信側共振器と、所定の共振周波数ｆ２を有する受信側装置の受信側共振器との間で発生する磁界結合により、送信側の送電装置にて発生する電力を非接触で送信装置側から受信装置側に供給するものである。

一般に、送電装置の構成は、送電側共振器、発信器、電力増幅器、方向性結合器、バンドパスフィルタ（一例として、進行波用ＢＰＦ、反射波用ＢＰＦ等）、分配器（一例として、進行波用分配器、反射波用分配器）、演算器、ローパスフィルタ、位相変化検出器、振幅差検出回路、平滑コンデンサ、リンクコイル、インピーダンス可変素子、制御部等を備えるものであるが、本発明における送電装置には既知のものを使用できるので、ここでは、送電装置についての詳細説明は省略する。

そして、送信側共振器では、共振周波数をｆ１とし、ピックアップコイルのインダクタンスをＬ１、共振コンデンサの容量をＣ１としたとき、次式（１）の関係を満たす。

また、受信側共振器では、共振周波数をｆ２とし、ピックアップコイルのインダクタンスをＬ２、共振コンデンサの容量をＣ２としたとき、次式（２）の関係を満たす。

受信側装置で電磁誘導によってピックアップコイルＬ２において非接触により取り出された電流は、制御部（不図示）によって定電流として制御され、必要に応じてインピーダンス変換されて負荷に電力を供給する。

かかる基本原理に基づいて、本発明では、共振周波数を１３．５６ＭＨｚ及び６．７８ＭＨｚの２種類設定し、送信側（共振）コイルの共振コンデンサＣ１及び受信側コイル（タイプ１、タイプ２の２種類を用意）の共振コンデンサＣ２を様々に設定し、上述する本発明の効果を十分奏することができる条件を検証した。その結果を下表１にまとめる。

なお、受信側コイル（タイプ１）は、外形が６０ｍｍ×６０ｍｍで、コイルの太さＬは、１ｍｍであり、コイル線の間隔Ｓは、０．５ｍｍである。また、受信側コイル（タイプ２）は、外形が３０ｍｍ×４０ｍｍで、コイルの太さＬは、０．４ｍｍであり、コイル線の間隔Ｓは、０．２ｍｍである。コイルの巻き数は、共振コンデンサの容量に対し、それぞれ共振周波数を満たすようなインダクタンスが得られる巻き数となっている。
また、検証においては、受信側アンテナシートに様々なタイプの磁性シートを貼付して、高い電力効率が得られる条件も検討した。

検証の結果、磁性シートを使用しない場合には、共振周波数１３．５６ＭＨｚの場合で、共振コイルのコンデンサ容量Ｃ１が１〜５ｐＦで、受信コイルのコンデンサ容量が、タイプ１、タイプ２共に７０〜１００ｐＦである場合に、良好な電力供給効率が得られた。

一方で、共振周波数が６．７８ＭＨｚの場合では、共振コイルのコンデンサ容量Ｃ１が８〜２０ｐＦで、受信コイルのコンデンサ容量が、タイプ１、タイプ２共に７０〜１２０ｐＦである場合に、良好な電力供給効率が得られた。

また、磁性シートを使用する場合には、図１０に基づいて説明したシートパターン（図１０（Ｂ）、図１０（Ｃ））の双方で、磁性シートの厚みが略７０μｍの場合に良好な電力供給効率が得られた。

更に、磁性シートの厚みを略２００μｍとすると、受信側での磁束漏れをより強力に抑止することができ、更に高い電力供給効率が得られた。
なお、磁性シートの厚みは、１０〜５００μｍ程度のものを広く使用可能である。

ここで、磁性シートの厚みと給電効率との関係について述べる。磁性シートの厚みは、上記実験のオーダーでは、磁性シートが厚い場合に高い電力供給効率が得られるものと考えられる。また、磁性シートが厚い場合には、漏れ磁束を軽減することができ、制御回路基板への悪い影響を低減させる効果が期待できる。

更に、磁性シートを厚くすればするほど、コイルへの影響が大きくなり、その結果として共振周波数が減少する傾向があるので、本発明を適用した「磁性体一体化コイル」を提供する場合には、設計段階から磁性シートの影響による周波数シフトを考慮してコイルを設計可能であるため、ユーザがコイルと磁性シートとを別々に購入して組み合わせる場合に比べ、取り扱い易いが容易になるという利点がある。

［複数の送信側装置を用いた場合の伝送効率］
本発明にかかる送信側装置は、複数用いることもできる。図１２（Ａ）は、上述したように、送信側装置１２０１ａと受信側装置１２０２ａとが一定の間隔を隔てて対向している。一例として、３つの送信側装置を用いる場合は、図１２（Ｂ）に示すように、送信側装置１２０１ａ〜１２０１ｃを並べて配置し、受信側装置１２０２ｂを送信側装置１２０１ｂと一定の間隔を隔てて対向するように配置する。

図１２（Ａ）の配置、図１２（Ｂ）の配置それぞれにおける、送信側装置から受信側装置への伝送効率を下表にまとめる。

このように、複数の送信側装置を用いた場合には、受信側装置は全ての送信側装置から同時に電力の供給を受けることができ、例えば、多数の送信側装置を平面的あるいは立体的に配置した場合には、図１１に示した配置の自由度を一層高めることができる。

また、以下に、発明者が実験により得た条件等について付記する。受信コイルの外径＝αとしたとき、受信側装置と送信側装置の距離は０以上α以下が好ましく、０以上０．７５×α以下がより好ましく、０．２５×α以上０．５×α以下が更に好ましい。ここで、受信コイルの外径αとは、長方形の場合は長辺：短辺＝１：１〜２：１の比率の場合に限りα＝（最外辺の長辺の長さ＋最外辺の短辺の長さ）／２である。また、受信コイルの外径αと送信コイルの外径βとの関係については、α＞β／３、かつ、α＜β×３の関係が成り立つものとする。

［伝送効率を踏まえた均熱シート及び接着剤の厚みの決め方］
フラットコイルの性能を決める重要な指標の１つが「伝送効率」である。伝送効率は、出力電力／入力電力（％）であらわされ、典型的には、その目標値はフラットコイル単体で９０％以上、回路に組み込まれた状態で６０％以上とされる。また、上述したように均熱シートを貼着することによって伝送効率を下げてしまわないように均熱シートの厚みを決定する必要がある。
一例として、基板と磁性シートとの間の距離（接着剤または粘着剤の厚み）及び磁性シートと均熱シートとの間の距離（接着剤または粘着剤の厚み）を長くする（厚くする）ことで調整される。より具体的には、磁性体がない状態での伝送効率を１００％としたとき、磁性体がある状態の伝送効率が９５％以上となるように接着剤（粘着剤）厚みを決定することができる。
なお、本実施例における実装環境では、均熱シートの厚みは、１５０μｍ程度である。

また、フラットコイルの性能を決める重要な他の指標の１つは、共振周波数がずれていないことであり、本実施例における共振周波数は、１３．５６ＭＨｚ程度に設定される。そして、この共振周波数に対し、±０．５ＭＨｚのずれまでは許容範囲とされる。従来の受電コイル、基板、磁性シートの層構成において、上記共振スペック（共振周波数１３．５６ＭＨｚ）を達成するものがあったとすると、単純に均熱シートを添付しただけでは、共振周波数が高周波数側へ１ＭＨｚ程度もずれてしまう場合があった。

そこで、低周波数側へ共振周波数を戻すためにコイルの巻き数を「増やす」わけだが、何巻き増やすかは、一実施形態として、次のように決定される。

（第１段階）
Ｓ１１（反射損失）を測定してその損失がもっとも小さくなってサチレーションを起こす程度まで小さくなるように接着剤の厚みを決める。一般に、接着剤の厚みは、厚くなればなるほどいいが、製品として適当な薄さで実現される。厚みの定量的な決め方としては、上述したように、磁性体がない状態での伝送効率を１００％としたとき、磁性体がある状態の伝送効率が９５％以上となるように接着剤（粘着剤）厚みを決定することができる。

なお、反射損失とは、高周波回路の１つのポートについて入力電力に対する反射電力の比をｄＢ (デシベル)であらわしたものである。

（第２段階）
次に、共振周波数が１３．５６ＭＨｚ±０．５ＭＨｚに収まるようにコイルの巻き数を増やす。
ここまでの段階で目標の仕様を実現できなかった場合には、更に次の段階へ進む。

（第３段階）
伝送効率をフラットコイル単体で９０％以上、回路に組み込まれた状態で６０％以上となるように、基板と磁性シートとの間の距離（接着剤または粘着剤の厚み）及び磁性シートと均熱シートとの間の距離（接着剤または粘着剤の厚み）を更に厚くする。

［磁性シート及び均熱シートを一体の層として実装することの技術的意義］
上述したように、磁性シート及び均熱シートは一体の層（隣接した層）として形成されることにより、設計当所から磁性シート及び均熱シートを一体化した状態でコイルの共振周波数の設計を行っているため（すなわち、均熱シートの影響を折り込み済みで、コイルの巻き数が決定される）、従来、設計後のコイルを実際にモバイル機器に組み込んだときに発生する共振周波数のずれを修正するよう再度チューニングを要していたが、本発明に係るアンテナシートは、磁性シート及び均熱シートという強いシールド部材を考慮した設計がなされるため、バッテリーや機器筐体内の他の部品などからの悪影響を略なくすことができ、組み込み後のチューニングを要することなく当所設計仕様通りの性能を発揮させることができる。

図１３（Ａ）に、本発明の一実施形態にかかる非接触充電装置用アンテナをモバイル機器に適用した例を示す。図１３（Ｂ）は、図１３（Ａ）における非接触充電装置用アンテナの詳細構成図である。図１３（Ａ）において、モバイル機器の筐体１３０１表面のディスプレイ部１３０２及びボタン操作部１３０３の下部にメイン基板１３０４が実装されており、このメイン基板１３０４に２カ所のヒートスポットＨＳ１及びＨＳ２が発生している。メイン基板１３０４の下部には二次電池（バッテリ）１３０５が配置されており、まずは、メイン基板１３０４のヒートスポットＨＳ１からの熱伝導を遮蔽するように均熱シート１３０７が設けられ、二次電池１３０５の下部には、本発明の一実施形態にかかる非接触充電装置用アンテナ１３０６が配置される。

図１３（Ｂ）において、非接触充電装置用アンテナ１３０６は、更に詳細には、受信コイル（状アンテナ）１３０６１と、基材１３０６２と、磁性シート１３０６４と、均熱シート１３０６６とからなる。より詳細には、受信コイル１３０６１から最も遠い層から順に、図中、均熱シート１３０６６の直下に磁性シート１３０６４が接着剤１３０６５で接着され、磁性シート１３０６４の直下に基材１３０６２が接着剤１３０６３で接着され、基材１３０６２の直下に受信コイル（状アンテナ）１３０６１がエッチング等により形成されて構成される。

１００ 非接触充電装置
１０１ 給電シート（給電用アンテナシート）
１０１１、１０２１、１０３１、２０２、２８２ａ、２８２ｂ 基材
１０１２、２５５ 給電コイル（給電コイル状アンテナ）
１０２、２００ 受信シート（受信用アンテナシート）
１０２２、２０１ 受信コイル（受信コイル状アンテナ）
１０３ 共振シート（共振用アンテナシート）
１０３２、２５１ 共振コイル（共振コイル状アンテナ）
２０３ 接着剤
２０４、２０４ａ、２０４ｂ 磁性シート

Claims (13)

1. 送信側装置の送信側共振器又は受信側装置の受信側共振器として使用される、非接触型充電装置用アンテナシートであって、
   共振コンデンサの容量をＣとしたとき、共振周波数ｆで共振するようなピックアップコイルとして機能するコイル状のアンテナが基材上に形成され、
   前記基材の前記コイル状のアンテナとは反対側に磁性シートが貼着され、
   前記磁性シートを前記基板とで挟み込むように前記磁性シートに均熱シートが貼着されたことを特徴とするアンテナシート。
2. 前記共振周波数ｆは、１３．５６ＭＨｚであり、
   前記送信側共振器の共振コンデンサの容量は、１〜５ｐＦであり、前記受信側共振器の共振コンデンサの容量は、７０〜１００ｐＦであることを特徴とする請求項１に記載のアンテナシート。
3. 前記共振周波数ｆは、６．７８ＭＨｚであり、
   前記送信側共振器の共振コンデンサの容量は、８〜２０ｐＦであり、前記受信側共振器の共振コンデンサの容量は、７０〜１２０ｐＦであることを特徴とする請求項１に記載のアンテナシート。
4. 前記磁性シートは、コイル状の前記アンテナの外周を覆うように前記基材に貼付されたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のアンテナシート。
5. 前記磁性シートは、コイル状の前記アンテナの形状に合わせて中抜き環状であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のアンテナシート。
6. 前記磁性シート層の厚みは、１０〜５００μｍであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のアンテナシート。
7. 第１の磁性シート上に第１の基材が接着剤で接着され、第１の基材上に共振コイルが形成され、前記接着剤には給電コイルに埋設された送信側アンテナシートと、
   第２の磁性シート上に第２の基材が接着剤で接着され、第２の基材上に受信コイルが形成され、
   前記受信側アンテナシートは、前記第２の磁性シートを前記第２の基材とで挟み込むように前記第２の磁性シートに均熱シートが貼着されてなる受信側アンテナシートと
   を備えたことを特徴とする非接触充電装置。
8. 前記共振コイル及び受信コイルの共振周波数は、１３．５６ＭＨｚであり、
   前記送信側アンテナシートの共振コンデンサの容量は、１〜５ｐＦであり、前記受信側アンテナシートの共振コンデンサの容量は、７０〜１００ｐＦであることを特徴とする請求項７に記載の非接触充電装置。
9. 前記共振コイル及び受信コイルの共振周波数は、６．７８ＭＨｚであり、
   前記送信側アンテナシートの共振コンデンサの容量は、８〜２０ｐＦであり、前記受信側アンテナシートの共振コンデンサの容量は、７０〜１２０ｐＦであることを特徴とする請求項７に記載の非接触充電装置。
10. 前記第２の磁性シートは、コイル状の前記アンテナの外周を覆うように前記第２の基材に貼付されたことを特徴とする請求項７〜９のいずれか１項に記載の非接触充電装置。
11. 前記第２の磁性シートは、コイル状の前記アンテナの形状に合わせて中抜き環状であることを特徴とする請求項７〜９のいずれか１項に記載の非接触充電装置。
12. 前記第２の磁性シート層の厚みは、１０〜５００μｍであることを特徴とする請求項８〜１１のいずれか１項に記載の非接触充電装置。
13. 前記第１の磁性シート及び接着剤に開けられた穴から突出した外部接続用端子を備えたことを特徴とする請求項７〜１２のいずれか１項に記載の非接触充電装置。

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