JP2016046446A

JP2016046446A - 非接触給電用コイル装置

Info

Publication number: JP2016046446A
Application number: JP2014170989A
Authority: JP
Inventors: 斎藤　裕; Yutaka Saito; 裕斎藤; 一也板垣; Kazuya Itagaki; 日隈　慎二; Shinji Hikuma; 慎二日隈
Original assignee: TDK Corp; TDK Taiwan Corp
Current assignee: TDK Corp; TDK Taiwan Corp
Priority date: 2014-08-25
Filing date: 2014-08-25
Publication date: 2016-04-04

Abstract

【課題】薄型化が可能で磁気シールド性が良く、かつ磁気飽和しにくい磁性シートを備えた非接触給電用コイル装置を提供する。【解決手段】非接触給電用コイル装置１は、磁性シート１０と、磁性シート１０上に設けられたコイル２０とを備える。コイル２０は、絶縁被覆された導線を平面的かつ渦巻き状に周回させたものである。磁性シート１０は、扁平状磁性粉と、球状磁性粉と、樹脂とから構成される。扁平状磁性粉及び球状磁性粉はそれぞれ、金属磁性粉及びアモルファス磁性粉の一方又は両方からなる。磁性シート１０を構成する磁性粉に占める扁平状磁性粉の重量比率を３〜５％とし、残りを球状磁性粉とする。【選択図】図１

Description

本発明は、磁性シート上にコイルを設けた構造の非接触給電用コイル装置に関する。

非接触給電用コイル装置の磁性シートとしては、一般に、フェライトコアや金属圧粉コア、あるいは磁性粉と樹脂を含有した磁性シートが用いられる。磁性シート上には、平面的に巻線されたコイルが、例えば両面テープや接着剤で貼り付けられる。非接触給電用コイル装置の特性は、磁性シートを構成する磁性粉の特性に依存する。例えば、扁平状のフェライト粉と樹脂を含んだ磁性シートは、磁気シールド性は良いが磁気飽和しやすい。一方、球状の金属磁性粉からなる金属圧粉コアは、磁気飽和しにくいが磁気シールド性は悪い。非接触給電に用いられる送電側コイル装置には、中央部に位置合わせ用のマグネットが配置されているものがある。このため、受電側コイル装置の磁性シートには、磁気シールド性が良いことに加え、磁気飽和しにくいことが求められる。下記特許文献１は、請求項１１及び段落［００７７］において、球状磁性材料層と扁平状磁性材料層の２層構造として磁気シールド特性を改善した磁性部材を開示している。

特開２００８ー１３１１１５号公報

磁気飽和特性の悪いフェライト材料の場合、磁気飽和しにくくするためには、磁性シートの厚みを厚くしなければならない。一方、特許文献１のような２層構造の場合、層同士の積層ないし貼り合わせの工程が余分に必要になり、また２層であるために厚みが増大する。マーケットにおいて薄型化の要求は強く、特性改善のためであっても厚みの増大は避けることが求められる。

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、薄型化が可能で磁気シールド性が良く、かつ磁気飽和しにくい磁性シートを備えた非接触給電用コイル装置を提供することにある。

本発明のある態様は、非接触給電用コイル装置であり、磁性粉及び樹脂を含有する磁性シートと、前記磁性シート上に設けられたコイルとを備え、前記磁性粉は、金属磁性粉及びアモルファス磁性粉の一方又は両方からなる球状磁性粉と、金属磁性粉及びアモルファス磁性粉の一方又は両方からなる扁平状磁性粉とで構成されている。

前記磁性粉に占める前記扁平状磁性粉の重量比率が３〜５％であってもよい。

前記球状磁性粉の平均粒径が、前記扁平状磁性粉の平均厚さより大きくてもよい。

前記球状磁性粉の平均粒径が、前記扁平状磁性粉の平均長さより小さくてもよい。

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、薄型化が可能で磁気シールド性が良く、かつ磁気飽和しにくい磁性シートを備えた非接触給電用コイル装置を提供することができる。

本発明の実施の形態に係る非接触給電用コイル装置１の平面図。図１の磁性シート１０の断面写真図。送電側コイル装置の中央部に位置合わせ用のマグネットが有る場合と無い場合の各々における、磁性シート１０を構成する磁性粉に占める扁平状磁性粉１１の重量比率と磁性シート１０のインダクタンス値（Ｌ値）との関係を示す特性図。

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に係る非接触給電用コイル装置１の平面図である。非接触給電用コイル装置１は、磁性シート１０と、磁性シート１０上に設けられたコイル２０とを備える。コイル２０は、絶縁被覆された銅線やアルミ線等の導線を平面的かつ渦巻き状（スパイラル状）に周回させたものであり、例えば両面テープや接着剤によって磁性シート１０に貼り付けられる。コイル２０の両端は、磁性シート１０の外側にそれぞれ引き出される。非接触給電用コイル装置１は、非接触給電（非接触電力伝送）の受電側に用いられる受電用コイル装置（受電用コイルユニット）であり、磁性シート１０の背面側（コイル２０の配置面の反対面側）には充電対象となるバッテリ（図示せず）が配置される。

図２は、図１の磁性シート１０の断面写真図である。磁性シート１０は、扁平状磁性粉１１と、球状磁性粉１２と、樹脂１３とから構成される。図２より、球状磁性粉１２同士の間に扁平状磁性粉１１が存在する様子が分かる。扁平状磁性粉１１は、例えばアスペクト比が１０以上の粒子形状である。球状磁性粉１２の平均粒径は、扁平状磁性粉１１の平均厚さより大きく、扁平状磁性粉１１の平均長さ（長辺の平均長さ）より小さい。なお、球状とは、厳密な球に限定されず、近似的に球とみなせる形状を含む広い概念とする。扁平状磁性粉１１及び球状磁性粉１２はそれぞれ、金属磁性粉及びアモルファス磁性粉の一方又は両方からなる。金属磁性粉は、例えばセンダスト（鉄、珪素、アルミニウムからなる合金）である。アモルファス磁性粉は、例えば、大部分が鉄で、珪素、クロム、ホウ素、炭素などを含有する。

送電側コイル装置からの磁束は図２において上下どちらかの方向から到来するが、磁性シート１０にぶつかった磁束は図２の左右方向へ進行する。磁束の進行方向に対する断面積が、球状磁性粉１２では大きく、扁平状磁性粉１１では小さい。よって、球状磁性粉１２は磁気飽和ににくく、扁平状磁性粉１１は磁気飽和しやすい。一方、球状磁性粉１２では、粉と粉の間に樹脂が介在し、磁気シールド性が劣る。これに対して、扁平状磁性粉１１は幾重にも重なり、繋がる形状であるため、磁気シールド性は良好である。これらを踏まえ、本実施の形態では、磁性シート１０に扁平状磁性粉１１及び球状磁性粉１２を混在させる。好ましくは、磁性シート１０を構成する磁性粉に占める扁平状磁性粉１１の重量比率を３〜５％とし、残りを球状磁性粉１２とする（磁性シート１０を構成する磁性粉に占める球状磁性粉１２の重量比率を９５〜９７％とする）。

図３は、送電側コイル装置の中央部に位置合わせ用のマグネットが有る場合と無い場合の各々における、磁性シート１０を構成する磁性粉に占める扁平状磁性粉１１の重量比率と磁性シート１０のインダクタンス値（Ｌ値）との関係を示す特性図である。図中、実線は送電側コイル装置の中央部に位置合わせ用のマグネットが無い場合、一点鎖線は同マグネットが有る場合を示す。図３に示す特性は、下記の条件下で測定されたものである。
・磁性シート１０の背後にバッテリあり
・磁性シート１０のサイズ：４３.５ｍｍ×３９.５ｍｍ×０.３ｍｍ
・扁平状磁性粉１１：センダスト
・球状磁性粉１２：大部分が鉄のアモルファス
・樹脂１３の含有率：磁性シート１０全体の２.４％
・コイル２０のターン数：平面的に１６ターン
・コイル２０の導線：線径０.１５ｍｍの銅線３本のパラレル線
・コイル２０のサイズ：４１.５ｍｍ×３７.５ｍｍ×０.２ｍｍ

磁性シート１０は、Ｌ値が高いほどの磁気シールド性が高くなる（良好となる）。図３から明らかなように、磁性シート１０のＬ値に関して、送電側コイル装置のマグネットの有無により相反する傾向が示される。すなわち、送電側コイル装置にマグネットが有る場合は、扁平状磁性粉１１の重量比率が高いほど磁気飽和特性が悪いため、Ｌ値が下がる。一方、送電側コイル装置にマグネットの無い場合には、扁平状磁性粉１１の重量比率が高いほど磁気シールド性が高いため、Ｌ値が高くなる。これは、扁平状磁性粉１１が、磁気シールド性は高いが磁気飽和しやすいことを意味する。以下、送電側コイル装置にマグネットが無い場合の磁気シールド性を高めつつ、マグネットが有る場合においても一定の磁気シールド性を確保することが可能な、扁平状磁性粉１１の重量比率について検討する。

図３に実線で示す特性より、送電側コイル装置にマグネットが無い場合、磁性シート１０を構成する磁性粉に占める扁平状磁性粉１１の重量比率を３％以上とすれば、球状磁性粉１２のみ（扁平状磁性粉１１の重量比率が０％）の場合と比較して、磁性シート１０のＬ値を約１５％以上高めることができ、磁気シールド性と受電効率が良好となる。また、重量比率５％までは、扁平状磁性粉１１の重量比率を高めるにつれて磁性シート１０のＬ値が有意に高くなる。しかし、重量比率５％を超えると、扁平状磁性粉１１の重量比率を高めても磁性シート１０のＬ値は殆ど高まらない。

図３に一点鎖線で示す特性より、送電側コイル装置にマグネットが有る場合、磁性シート１０を構成する磁性粉に占める扁平状磁性粉１１の重量比率を高めるほど磁性シート１０のＬ値は低下し、重量比率５％を超えた範囲でも扁平状磁性粉１１の重量比率を高めると磁性シート１０のＬ値は低下する。扁平状磁性粉１１の重量比率が５％の場合、磁性シート１０のＬ値は１０μＨであり、必要値に対して余裕のある値となっている。すなわち、扁平状磁性粉１１の重量比率５％までの範囲では、送電側コイル装置にマグネットが有る場合でも必要な磁気シールド性を確保することができる。

以上より、磁性シート１０を構成する磁性粉に占める扁平状磁性粉１１の重量比率は、３〜５％とすることが好ましいといえる。また、図３より、重量比率４〜５％の範囲で扁平状磁性粉１１の重量比率を高めると、送電側コイル装置にマグネットが有る場合の磁性シート１０のＬ値の低下が、マグネットが無い場合のＬ値の上昇と比較して大きくなる。したがって、磁性シート１０を構成する磁性粉に占める扁平状磁性粉１１の重量比率は、３〜４％としてもよい。なお、磁性シート１０の厚さを変更すると、図３に示す特性が全体的に上下にシフトするが、特性のカーブは変わらない。また、扁平状磁性粉１１を大部分が鉄のアモルファスにしたり、球状磁性粉１２をセンダストにしたり、樹脂１３の組成やコイル２０のターン数等を変更したりしても、図３に示す特性のカーブの傾向は同様である。

本実施の形態によれば、下記の効果を奏することができる。

(1) 磁性シート１０は、磁性粉として金属磁性粉及びアモルファス磁性粉の一方又は両方からなる扁平状磁性粉１１と球状磁性粉１２を含むため、薄型の単層構造でありながら磁気シールド性が良く、かつ磁気飽和しにくい。したがって、非接触給電用コイル装置１を薄型かつ高性能にすることができる。

(2) 磁性シート１０を構成する磁性粉に占める扁平状磁性粉１１の重量比率を３〜５％とすることで、送電側コイル装置にマグネットが無い場合において球状磁性粉１２のみ（扁平状磁性粉１１の重量比率が０％）の場合と比較してＬ値を大きく高めることができ、また送電側コイル装置にマグネットがある場合でも必要な磁気シールド性を余裕を持って確保することができる。

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。

１非接触給電用コイル装置、１０磁性シート、１１扁平状磁性粉、１２球状磁性粉、１３樹脂、２０コイル

Claims

磁性粉及び樹脂を含有する磁性シートと、前記磁性シート上に設けられたコイルとを備え、前記磁性粉は、金属磁性粉及びアモルファス磁性粉の一方又は両方からなる球状磁性粉と、金属磁性粉及びアモルファス磁性粉の一方又は両方からなる扁平状磁性粉とで構成されている、非接触給電用コイル装置。
前記磁性粉に占める前記扁平状磁性粉の重量比率が３〜５％である、請求項１に記載の非接触給電用コイル装置。
前記球状磁性粉の平均粒径が、前記扁平状磁性粉の平均厚さより大きい、請求項１又は２に記載の非接触給電用コイル装置。
前記球状磁性粉の平均粒径が、前記扁平状磁性粉の平均長さより小さい、請求項１から３のいずれか一項に記載の非接触給電用コイル装置。