JP2023545624A - 無線充電装置およびそれを含む移動手段 - Google Patents

Abstract

一実現例による無線充電装置は、コイルと磁性体との間の距離を始めとする特性が特定の数式範囲内に調整されることにより、充電効率が高いとともに、組み立てが容易で耐久性が向上され得る。したがって、前記無線充電装置は、送信機と受信機との間の大容量の電力伝送を求める電気自動車のような移動手段に有用である。【選択図】図４

Description

実現例は、無線充電装置（wireless charging device）およびそれを含む移動手段（vehicle）に関するものである。より具体的に、実現例は、電気的および機械的特性の向上した無線充電装置およびそれを含む、電気自動車のような移動手段に関するものである。

昨今、情報通信分野は極めて速い速度で発展しており、電気、電子、通信、半導体などが総合的に組み合わされた多様な技術が持続的に開発される。また、電子機器のモバイル化傾向が増大するにつれ、通信分野においても無線通信および無線電力伝送技術に関する研究が盛んに行われている。特に、電子機器などに無線で電力を伝送する方案に関する研究が活発に進んでいる。

前記無線電力伝送は、電力を供給する送信機と、電力供給を受ける受信機との間に物理的な接触なく誘導結合（inductive coupling）、容量結合（capacitive coupling）またはアンテナなどの電磁場共振構造を利用して、空間を介して電力を無線で伝送するものである。前記無線電力伝送は、大容量のバッテリーが求められる携帯用通信機器、電気自動車などに適しており、接点が露出されないため漏電などの危険がほとんどなく、有線方式の充電不良現象を防ぐことができる。

一方、最近では、電気自動車への関心が急増するにつれ、充電インフラ構築に対する関心が増大している。既に、家庭用充電器を利用した電気自動車充電をはじめ、バッテリー交換、急速充電装置、無線充電装置などと、多様な充電方式が登場しており、新しい充電事業ビジネスモデルも登場し始めている（特許文献１参照）。また、欧州では試験運行中の電気自動車と充電所が目立ち始め、日本では自動車メーカーと電力会社が主導して電気自動車および充電所を試験的に運営している。

韓国特許公開第２０１１－００４２４０３号公報

電気自動車のような移動手段に送受信機として用いられる無線充電装置には、コイル、磁性体、およびシールド部が設けられ、それらの間の距離と、それぞれの大きさおよび成分のような様々な変数によって装置の性能が変わることとなる。

例えば、磁性体がコイルから離れると、インダクタンスが減少して無線充電装置のＱ因子が低くなるため、充電効率が低下し、発熱が激しくなり得る。逆に、コイルと磁性体との距離が近いほどインダクタンスは増加するが、コイルと磁性体が密着すると組立に困難があり、外部の衝撃に脆弱であり得る。

そこで、本発明者らが研究した結果、無線充電装置においてコイルと磁性体との間の距離を含む一部の特性を特定の数式範囲内に調整すると、充電効率が高いとともに、組み立てが容易で耐久性が向上することを見出した。

したがって、実現例の課題は、充電効率の向上した無線充電装置およびそれを含む移動手段を提供することである。

一実現例によると、導電性ワイヤを含むコイル部と、前記コイル部上に配置される磁性部と、前記磁性部上に配置されるシールド部とを含み、８５ｋＨｚの周波数にて下記式（１）を満足する、無線充電装置が提供される。
１≦（Ｑ＋Ｌｓ）／（Ｄ^２×Ｒｓ）．．．（１）
ここで、Ｑは前記無線充電装置のＱ因子（Ｑ factor）であり、Ｌｓは前記コイル部を介して測定されるインダクタンス（μＨ）であり、Ｒｓは前記コイル部を介して測定される抵抗（ｍΩ）であり、Ｄは前記コイル部と前記磁性部との間の距離（ｍｍ）であり、前記Ｑ、Ｌｓ、Ｒｓ、Ｄはそれぞれの単位を除いた数値のみが適用される。

他の実現例によると、導電性ワイヤを含むコイル部と、前記コイル部上に配置される磁性部と、前記磁性部上に配置されるシールド部とを含む無線充電装置であって、前記コイル部と前記磁性部との間の間隔は０．５ｍｍ～７ｍｍであり、８５ｋＨｚの周波数にて、前記無線充電装置のＱ因子は３００～１０００であり、前記コイル部を介して測定されるインダクタンスは３０μＨ～２００μＨであり、前記コイル部を介して測定される抵抗は４０ｍΩ～２００ｍΩである、無線充電装置が提供される。

また他の実現例によると、前記無線充電装置を含む移動手段が提供される。

前記実現例によると、コイルと磁性体との間の距離を含む特性を特定の数式範囲内に調整することにより、充電効率が高いとともに、組み立てが容易で耐久性の向上した無線充電装置を提供することができる。

したがって、前記無線充電装置は、送信機と受信機との間の大容量の電力伝送を求める電気自動車のような移動手段に有用である。

図１は、一実現例による無線充電装置の分解斜視図を示すものである。 図２は、一実現例による無線充電装置の斜視図を示すものである。 図３は、一実現例による無線充電装置の断面図を示すものである。 図４は、一実現例による無線充電装置の断面図を拡大して示すものである。 図５は、コイル部の平面図の例示を示すものである。 図６は、無線充電のための送信機と受信機の断面図の例示を示すものである。 図７は、一実現例による移動手段を示すものである。

以下の実現例の説明において、１つの構成要素が他の構成要素の上または下に配置されるものと記載されることは、１つの構成要素が他の構成要素の上または下に直接、またはさらに他の構成要素を介して間接的に形成されるものを全て含む。

本明細書において、各構成要素の上／下関係は、理解を容易にするために添付の図面を参照して記述される。しかし、図面と異なる方法で対象を観察する際には、これらの構成要素の上／下関係が観察方向によって変わるものと理解すべきである。また、図面における各構成要素の大きさは、説明のために誇張されることがあり、実際に適用される大きさとは異なり得る。

本明細書において、ある構成要素を「含む」ということは、特に反する記載がない限り、その外に他の構成要素を除外するのではなく、他の構成要素をさらに含み得ることを意味する。

また、本明細書に記載された構成要素の特性値、寸法などを示す全ての数値範囲は、特に記載がない限り、全ての場合において「約」という用語で修飾されるものと理解すべきである。

本明細書において単数表現は、特に説明がなければ、文脈上解釈される単数または複数を含む意味として解釈されるべきである。

［無線充電装置］
図１、２および３は、一実現例による無線充電装置の分解斜視図、斜視図および断面図をそれぞれ示すものである。

一実現例による無線充電装置１０は、導電性ワイヤを含むコイル部２００と、前記コイル部２００上に配置される磁性部３００と、前記磁性部３００上に配置されるシールド部４００とを含む。前記無線充電装置１０は、その外にも前記コイル部２００を支持する支持部１００と、前記構成要素を保護するハウジング６１０、６２０、６３０などをさらに含み得る。

［装置の構成および特性間の関係］
前記実現例による無線充電装置は、８５ｋＨｚの周波数にて下記式（１）を満足する。
１≦（Ｑ＋Ｌｓ）／（Ｄ^２×Ｒｓ）．．．（１）
ここで、Ｑは前記無線充電装置のＱ因子であり、Ｌｓは前記コイル部を介して測定されるインダクタンス（μＨ）であり、Ｒｓは前記コイル部を介して測定される抵抗（ｍΩ）であり、Ｄは前記コイル部と前記磁性部との間の距離（ｍｍ）である。

前記Ｑ、Ｌｓ、Ｒｓ、およびＤは、それぞれの単位を除いた数値のみが適用される。すなわち、前記式（１）に適用される特性のうち、Ｑ因子を除くインダクタンス（μＨ）、抵抗（ｍΩ）および距離（ｍｍ）はそれぞれの単位を有する特性であるが、前記式（１）には単位を除いた数値のみが適用され、それにより前記式（１）の計算値は単位を有しない。

前記実現例による無線充電装置は、コイルと磁性体との間の距離を含む一部の特性が、特定の数式範囲内に調節されることにより、充電効率が高いとともに、組み立てが容易で耐久性が向上され得る。

前記式（１）の計算値は１以上であり、例えば、１．２以上、１．３以上、１．５以上、または２以上であり得る。また、前記式（１）の計算値は、１００以下、５０以下、４０以下、３０以下、１０以下、５以下、または３以下であり得る。具体的に、前記式（１）の計算値は、１～１００、１～５０、１～３０、１～１０、または１～５であり得る。

前記式（１）の計算値は、前記無線充電装置のＱ因子、前記コイル部と前記磁性部との間の距離、および前記コイル部を介して測定されるインダクタンスおよび抵抗により決定される。

［装置の特性例示］
前記Ｑ因子は、この技術分野で周知のように品質因子（quality factor）とも呼ばれ、共振回路（resonance circuit）において電流の周波数または共振周波数による品質を表す。Ｑ因子は、共振器に貯蔵されるエネルギーと損失するエネルギーとの比で算出されるので、Ｑ因子が高いほど、当該周波数にて共振特性が良好であることを意味する。前記Ｑ因子は、ＬＣＲメータなどを用いて測定された特定周波数におけるインダクタンスおよび抵抗から算出され、単位を有しない値である。

前記無線充電装置は、電気自動車の無線充電標準周波数付近で高いＱ因子を有し得る。前記電気自動車の無線充電標準周波数は１００ｋＨｚ未満であり、例えば７９ｋＨｚ～９０ｋＨｚ、具体的に８１ｋＨｚ～９０ｋＨｚ、より具体的に約８５ｋＨｚであり得る。これは、携帯電話のようなモバイル電子機器に適用する周波数とは区別される帯域である。

前記無線充電装置のＱ因子は、８５ｋＨｚの周波数にて３００以上であり得る。例えば、前記無線充電装置のＱ因子は、８５ｋＨｚの周波数にて４００以上であり得る。具体的に、前記無線充電装置のＱ因子は、８５ｋＨｚの周波数にて、４３０以上、４５０以上、５００以上、５５０以上、６００以上、６２０以上、または６３０以上であり得る。また、前記無線充電装置のＱ因子は、８５ｋＨｚの周波数にて、２０００以下、１０００以下、９００以下、８００以下、７００以下、６００以下、または５００以下であり得る。より具体的に、前記無線充電装置のＱ因子は、８５ｋＨｚの周波数にて、３００～１０００、３００～６００、または４００～９００であり得る。

前記無線充電装置のＱ因子は、各構成要素の材料および配置によって変わり得る。例えば、前記無線充電装置のＱ因子は、磁性部の材料がフェライト焼結体または高分子磁性体からなることによって変わり得る。また、前記コイル部を構成する導電性ワイヤの直径または導電性ワイヤが巻きつけられた回数によって、コイル部を介して測定されるインダクタンスおよび抵抗が変わるので、それに応じてＱ因子も変わり得る。

前記コイル部を介して測定されるインダクタンスは、３０μＨ以上、５０μＨ以上、７０μＨ以上、または９０μＨ以上であり、また、１２０μＨ以下、１００μＨ以下、８０μＨ以下、７０μＨ以下、または６０μＨ以下であり得る。具体的に、３０μＨ～６０μＨ、または７０μＨ～１２０μＨであり得るが、これに限定されない。また、前記コイル部を介して測定される抵抗は、４０ｍΩ以上、５０ｍΩ以上、６０ｍΩ以上、または７０ｍΩ以上であり、また、１００ｍΩ以下、９０ｍΩ以下、８０ｍΩ以下、または７０ｍΩ以下であり、具体的に、４０ｍΩ～７０ｍΩ、または７０ｍΩ～１００ｍΩであり得る。また、前記コイル部を介して測定されるインダクタンスが、８５ｋＨｚの周波数にて４０μＨ以上であり、前記コイル部を介して測定される抵抗が８５ｋＨｚの周波数にて９０ｍΩ以下であり得る。ただし、前記コイル部を介して測定されるインダクタンスと抵抗とは、コイル部の種類によって、そして磁性体との距離によって変わることもあり、前記例示の範囲に限定されない。また、前記インダクタンスおよび抵抗は、特定の電圧条件、例えば約５Ｖの電圧にて測定されたものであり得るが、特に限定されない。

［装置の構成要素間の関係］
図４は、一実現例による無線充電装置の断面図を拡大して示すものである。図４を参照すると、コイル部２００と磁性部３００との間の距離Ｄは、一定範囲内に調整され得る。例えば、磁性部がコイル部から離れるほどインダクタンスが減少して無線充電装置のＱ因子を下げることにより、充電効率が低下し発熱が激しくなり得る。逆に、コイル部と磁性部との距離が近いほどインダクタンスは増加するが、コイルと磁性体が密着すると、組立に困難があり、外部の衝撃に脆弱であり得る。

具体的に、前記コイル部と前記磁性部との間の距離は、０ｍｍ超、０．５ｍｍ以上、１ｍｍ以上、１．５ｍｍ以上、２ｍｍ以上、または２．５ｍｍ以上であり得る。また、前記コイル部と前記磁性部との間の距離は、１０ｍｍ以下、７ｍｍ以下、５ｍｍ以下、４ｍｍ以下、３．５ｍｍ以下、３ｍｍ以下、または２．５ｍｍ以下であり得る。例えば、前記コイル部と前記磁性部との間の距離は、０．５ｍｍ～７ｍｍ、１ｍｍ～５ｍｍ、１．５ｍｍ～４ｍｍ、１．５ｍｍ～３．５ｍｍ、２ｍｍ～３．５ｍｍ、２．５ｍｍ～３．５ｍｍであり得る。より具体的に、前記コイル部と前記磁性部との間の距離は、１．５ｍｍ～２．５ｍｍであり得る。

［コイル部］
前記コイル部は導電性ワイヤを含む。前記導電性ワイヤは導電性物質を含む。例えば、前記導電性ワイヤは導電性金属を含み得る。具体的に、前記導電性ワイヤは、銅、ニッケル、金、銀、亜鉛、および錫からなる群より選択される１種以上の金属を含み得る。

前記導電性ワイヤは、多数の微細線がねじれた後被覆されたリッツワイヤ(litz wire)であり得る。例えば、前記リッツワイヤは、１０本以上、１００本以上、または５００本以上の微細線からなり、具体的に５００本～１５００本の微細線からなり得る。

また、前記導電性ワイヤは、絶縁性外皮により被覆され得る。例えば、前記絶縁性外皮は、絶縁性高分子樹脂を含み得る。具体的に、前記絶縁性外皮は、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）樹脂、ポリエチレン（ＰＥ）樹脂、テフロン樹脂、シリコーン樹脂、ポリウレタン樹脂などを含み得る。

前記導電性ワイヤは、平面コイル状で巻き付けられ得る。具体的に、前記平面コイルは、平面螺旋コイル(planar spiral coil)を含み得る。また、前記コイル部の平面形状は、円形、楕円形、多角形、または角の丸い多角形の形状であり得るが、特に限定されない。

図５は、コイル部の平面図の例示を示す。図５を参照すると、前記コイル部２００は、平面上で内部が中空の形状を有し、これにより、外部寸法（または外径）Ｏｄおよび内部寸法（または内径）Ｉｄを有し得る。例えば、前記外部寸法および内部寸法は、前記コイル部が平面上で円形ドーナツ状の場合には、外部の径および内部の径のことを意味し、前記コイル部が平面上で四角ドーナツ状である場合には、外部四角形状の辺の長さおよび内部の中空の四角領域の辺の長さのことを意味し得る。

具体的に、前記コイル部２００の外部寸法Ｏｄは、５０ｍｍ～１０００ｍｍ、１００ｍｍ～５００ｍｍ、１００ｍｍ～３００ｍｍ、２００ｍｍ～８００ｍｍ、３００ｍｍ～４００ｍｍ、または５００ｍｍ～１０００ｍｍであり得る。また、前記コイル部２００の内部寸法Ｉｄは、５ｍｍ～３００ｍｍ、１０ｍｍ～２００ｍｍ、１００ｍｍ～２００ｍｍ、１５０ｍｍ～２５０ｍｍ、または２０ｍｍ～１５０ｍｍであり得る。

前記平面コイルにおいて、導電性ワイヤの巻き回数は、５回～５０回、１０回～３０回、５回～３０回、１５回～５０回、または２０回～５０回であり得る。

具体的な一例として、前記コイル部は、前記導電性ワイヤが５回～１５回巻きつけられた平面螺旋コイルであって、３００ｍｍ～４００ｍｍの外部寸法および１００ｍｍ～２００ｍｍの内部寸法を有し得る。

前記のような好ましい平面コイル寸法および規格範囲内であるとき、電気自動車のような大容量電力伝送を求める分野に好適であり得る。

前記平面コイル形状内で前記導電性ワイヤ間の間隔は、０．１ｃｍ～１ｃｍ、０．１ｃｍ～０．５ｃｍ、または０．５ｃｍ～１ｃｍであり得る。

図４を参照すると、コイル部２００を構成する導電性ワイヤの直径Ｃも一定範囲内に調整され得る。例えば、前記導電性ワイヤの直径は、１ｍｍ以上、２ｍｍ以上、３ｍｍ以上、４ｍｍ以上、または５ｍｍ以上であり得る。また、前記導電性ワイヤの直径は、１０ｍｍ以下、８ｍｍ以下、７ｍｍ以下、６ｍｍ以下、または５ｍｍ以下であり得る。具体的に、前記導電性ワイヤの直径は、１ｍｍ～１０ｍｍまたは２ｍｍ～８ｍｍであり得る。より具体的に、前記導電性ワイヤの直径は３ｍｍ～７ｍｍであり得る。

［磁性部］
前記磁性部は、前記コイル部上に配置され、無線充電の効率を増大させる。
前記磁性部の材料は特に限定されず、無線充電装置に用いられる磁性体であり得る。

例えば、前記磁性部は、フェライト磁性体および高分子磁性体のうち少なくとも１つを含み得る。

一例として、前記磁性部は、フェライト系磁性体を含み得る。例えば、前記フェライト系磁性体の具体的な化学式は、ＭＯＦｅ_２Ｏ_３（ここで、Ｍは、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｃｕ、Ｎｉなどの１種以上の２価金属元素である）で表され得る。前記フェライト系磁性体は、焼結されたものが透磁率のような磁性特性の面から有利である。前記焼結フェライト系磁性体は、原料成分を混合してか焼後粉砕し、これをバインダー樹脂と混合して成形し焼成して、シート状またはブロック状に製造され得る。具体的に、前記フェライト系磁性体は、Ｎｉ－Ｚｎ系、Ｍｇ－Ｚｎ系、またはＭｎ－Ｚｎ系フェライトを含んでよく、特に、Ｍｎ－Ｚｎ系フェライトは、８５ｋＨｚの周波数にて室温乃至１００℃以上の温度範囲にわたって高い透磁率、低い透磁損失、および高い飽和磁束密度を示し得る。

他の例として、前記磁性部は、磁性粉末およびバインダー樹脂を含み得る。これにより、前記磁性部は、バインダー樹脂によって磁性粉末が互いに結合されることによって、広い面積において全体的に欠陥が少ないとともに、衝撃による損傷が少なくあり得る。前記磁性粉末は、酸化物系磁性粉末、金属系磁性粉末、またはこれらの混合粉末であり得る。例えば、前記酸化物系磁性粉末はフェライト系粉末、具体的にＮｉ－Ｚｎ系、Ｍｇ－Ｚｎ系、Ｍｎ－Ｚｎ系フェライト粉末であり得る。また、前記金属系磁性粉末は、Ｆｅ－Ｓｉ－Ａｌ合金磁性粉末、またはＮｉ－Ｆｅ合金磁性粉末であり、より具体的に、センダスト（sendust）粉末またはパーマロイ（permalloy）粉末であり得る。また、前記磁性粉末は、ナノ結晶質（nanocrystalline）磁性粉末であり、例えば、Ｆｅ系ナノ結晶質磁性粉末であり、具体的にＦｅ－Ｓｉ－Ａｌ系ナノ結晶質磁性粉末、Ｆｅ－Ｓｉ－Ｃｒ系ナノ結晶質磁性粉末、または、Ｆｅ－Ｓｉ－Ｂ－Ｃｕ－Ｎｂ系ナノ結晶質磁性粉末であり得る。前記磁性粉末の平均粒径は、３ｎｍ～１ｍｍ、１μｍ～３００μｍ、１μｍ～５０μｍ、または１μｍ～１０μｍの範囲であり得る。前記磁性部は、前記磁性粉末を１０重量％以上、５０重量％以上、７０重量％以上、または８５重量％以上の量で含み得る。例えば、前記磁性部は、前記磁性粉末を１０重量％～９９重量％、１０重量％～９５重量％、または５０重量％～９５重量％の量で含み得る。前記バインダー樹脂として、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリカーボネート樹脂、アクリロニトリル－ブタジエン－スチレン（ＡＢＳ）樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリフェニルスルフィド（ＰＳＳ）樹脂、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、イソシアネート樹脂、エポキシ樹脂などが例示され得るが、これに限定されるものではない。

前記磁性部は、シート状またはブロック状を有し得る。図４を参照すると、前記磁性部３００の厚さＭは、０．５ｍｍ～１０ｍｍであり、具体的に１ｍｍ～９ｍｍ、２ｍｍ～８ｍｍ、または３ｍｍ～７ｍｍであり得る。前記磁性部の面積は、２００ｃｍ^２以上、４００ｃｍ^２以上、または６００ｃｍ^２以上であり、また、１００００ｃｍ^２以下であり得る。また、前記磁性部は、多数の磁性単位体が組み合わされて構成され、この際、前記磁性単位体の面積は、６０ｃｍ^２以上、９０ｃｍ^２以上、または９５ｃｍ^２～９００ｃｍ^２であり得る。

前記磁性部は、前記コイル部と平行な方向に延びる形状を有し得る。例えば、前記磁性部が平面シートの形状を有し、前記コイル部が平面コイルの形状を有し、前記磁性部と前記コイル部とが互いに平行に配置され得る。前記磁性部の平面形状は、多角形、角の丸い多角形、または円形の形状であり得る。例えば、前記磁性部は、四角シート形状の場合、一辺の長さが１００ｍｍ～７００ｍｍ、２００ｍｍ～５００ｍｍ、または３００ｍｍ～３５０ｍｍであり得る。具体的な一例として、前記磁性部は、一辺の長さが３００ｍｍ～３５０ｍｍの四角シートであって、３ｍｍ～７ｍｍの厚さを有し得る。

前記磁性部は、電気自動車の無線充電標準周波数近傍において、一定レベルの磁性特性を有し得る。前記磁性部の８５ｋＨｚにおける透磁率は、材料によって変わり得るが５以上、例えば、５～１５００００であり、具体的な材料により５～３００、５００～３５００、または１００００～１５００００であり得る。また、前記磁性部の８５ｋＨｚにおける透磁損失は、材料によって変わり得るが０以上、例えば、０～５００００であり、具体的な材料により０～１０００、１～１００、１００～１０００、または５０００～５００００であり得る。

［シールド部］
前記シールド部は、前記磁性部上に配置され、電磁波遮蔽によって外部に電磁波が漏れて発生し得る電磁干渉（ＥＭＩ）を抑制する。

前記シールド部は、前記コイル部と一定間隔離間して配置され得る。例えば、前記シールド部と前記コイル部との離間距離は、１０ｍｍ以上または１５ｍｍ以上であり、具体的に１０ｍｍ～３０ｍｍまたは１０ｍｍ～２０ｍｍであり得る。

また、シールド部は、前記磁性部、例えば磁性部と一定間隔離間して配置され得る。図４を参照すると、前記シールド部４００と前記磁性部３００との離間距離Ｖは、３ｍｍ以上、５ｍｍ以上、３ｍｍ～１０ｍｍ、または４ｍｍ～７ｍｍであり得る。

前記シールド部は金属を含んで良く、具体的に、前記シールド部は金属板であり得るが、特に限定されない。具体的な一例として、前記シールド部の材料はアルミニウムであり、その外、電磁波遮蔽能を有する金属または合金材料が使用され得る。

図４を参照すると、前記シールド部４００の厚さは、０．２ｍｍ～１０ｍｍ、０．５ｍｍ～５ｍｍ、または１ｍｍ～３ｍｍであり得る。また、前記シールド部の面積は、２００ｃｍ^２以上、４００ｃｍ^２以上、または６００ｃｍ^２以上であり得る。

前記シールド部は、前記磁性部と平行な方向に延びる形態を有し得る。例えば、前記磁性部と前記シールド部とが平面シート状であり、互いに平行に配置され得る。前記シールド部の平面形状は、多角形、角の丸い多角形、または円形の形状であり得る。例えば、前記シールドが四角シートの形状である場合、一辺の長さは１００ｍｍ～７００ｍｍ、２００ｍｍ～５００ｍｍ、または３００ｍｍ～４００ｍｍであり得る。具体的な一例として、前記磁性部は、一辺の長さが３００ｍｍ～４００ｍｍの四角シートであって、１ｍｍ～３ｍｍの厚さを有し得る。

［その他の構成要素］
図１～図３を参照して、前記無線充電装置１０は、コイル部２００を支持する支持部１００をさらに含み得る。前記支持部は、平板構造またはコイル部を固定させ得るよう、コイル部の形状に沿って溝が掘られた構造を有し得る。例えば、前記支持部１００は、コイルトレイであり得る。

また、前記実現例による無線充電装置１０は、前記シールド部４００と前記磁性部３００との間の空間を確保するためのスペーサをさらに含み得る。前記スペーサの材質および構造は、無線充電装置に用いられる通常のスペーサの材質および構造を採用し得る。

前記実現例による無線充電装置１０は、前述の構成要素を保護するハウジング６００をさらに含み得る。例えば、前記ハウジングは、下面ハウジング６１０、側面ハウジング６２０、および上面ハウジング６３０が結合された構成を有し得るが、これに特に限定されない。

前記ハウジングは、前記コイル部、シールド部、磁性部などの構成要素が適切に配置され組み立てられ得るようにする。前記ハウジングの材質および構造は、無線充電装置に使用される通常のハウジングの材質および構造を採用し得る。例えば、前記ハウジングは、耐久性に優れるプラスチック材料を利用して作製し得る。

［装置の具体的構成および特性の例示］
具体的な一例による無線充電装置は、導電性ワイヤを含むコイル部と、前記コイル部上に配置される磁性部と、前記磁性部上に配置されるシールド部とを含み、前記コイル部と前記磁性部との間隔は０．５ｍｍ～７ｍｍであり、８５ｋＨｚの周波数にて、前記無線充電装置のＱ因子は３００～１０００であり、前記コイル部を介して測定されるインダクタンスは３０μＨ～２００μＨであり、前記コイル部を介して測定される抵抗は４０ｍΩ～２００ｍΩである。

より具体的な一例として、８５ｋＨｚの周波数にて前記Ｑ因子が３００～６００であり、前記コイル部を介して測定されるインダクタンスが３０μＨ～７０μＨであり、前記コイル部を介して測定される抵抗が４０ｍΩ～７０ｍΩであり得る。また、前記コイル部は、前記導電性ワイヤが５回～１５回巻きつけられた平面螺旋コイルであって、３００ｍｍ～４００ｍｍの外部寸法および１００ｍｍ～２００ｍｍの内部寸法を有し、前記導電性ワイヤの直径が３ｍｍ～７ｍｍであり得る。また、前記磁性部は、一辺の長さが３００ｍｍ～３５０ｍｍの四角シートであって３ｍｍ～７ｍｍの厚さを有し、前記シールド部は、一辺の長さが３００ｍｍ～４００ｍｍの四角シートであって１ｍｍ～３ｍｍの厚さを有し得る。また、前記コイル部と前記磁性部との間の距離は１．５ｍｍ～２．５ｍｍであり得る。

より具体的な他の例として、８５ｋＨｚの周波数にて前記Ｑ因子が５００～８００であり、前記コイル部を介して測定されるインダクタンスが７０μＨ～１３０μＨであり、前記コイル部を介して測定される抵抗が７０ｍΩ～１００ｍΩであり得る。また、前記コイル部は、前記導電性ワイヤが１０回～２０回巻きつけられた平面螺旋コイルであって、３００ｍｍ～４００ｍｍの外部寸法および７０ｍｍ～１７０ｍｍの内部寸法を有し、前記導電性ワイヤの直径が３ｍｍ～７ｍｍであり得る。また、前記磁性部は、一辺の長さが３００ｍｍ～３５０ｍｍの四角シートであって３ｍｍ～７ｍｍの厚さを有し、前記シールド部は、一辺の長さが３００ｍｍ～４００ｍｍの四角シートであって１ｍｍ～３ｍｍの厚さを有し得る。また、前記コイル部と前記磁性部との間の距離は１．５ｍｍ～２．５ｍｍであり得る。

（移動手段）
前記無線充電装置は、送信機と受信機との間の大容量の電力伝送を求める電気自動車のような移動手段などに有用である。

また、前記無線充電装置は、前記移動手段に対応して無線電力送信を行うステーションに適用され得る。つまり、一実現例によるステーションもまた、前述のような構成および特徴を有する無線充電装置を含み得る。

図６は、無線充電のための受信機２１と送信機２２との断面図の例を示す。前記受信機２１および前記送信機２２は、それぞれ前述の実現例による無線充電装置と同じ構造を有する。無線充電の際に送信機２２に電力が印加されると、磁束３０によって誘導された電力が受信機２１に発生し、無線電力伝送が行われることとなる。

図７は、無線充電装置が適用された移動手段、具体的に電気自動車を示すものであり、下部に無線充電装置を備え、電気自動車用無線充電システムが設けられた駐車区域において無線で充電され得る。

図７を参照して、一実現例による移動手段１は、前記実現例による無線充電装置を受信機２１として含む。前記無線充電装置は、移動手段１の無線充電の受信機２１として機能し、無線充電の送信機２２から電力供給を受け得る。

一実現例による移動手段は、無線充電装置を含み、前記無線充電装置は、導電性ワイヤを含むコイル部と、前記コイル部上に配置される磁性部と、前記磁性部上に配置されるシールド部とを含み、８５ｋＨｚの周波数にて、下記式（１）を満足する。
１≦（Ｑ＋Ｌｓ）／（Ｄ^２×Ｒｓ）．．．（１）
ここで、Ｑは前記無線充電装置のＱ因子であり、Ｌｓは前記コイル部を介して測定されるインダクタンス（μＨ）であり、Ｒｓは前記コイル部を介して測定される抵抗（ｍΩ）であり、Ｄは前記コイル部と前記磁性部との間の距離（ｍｍ）であり、前記Ｑ、Ｌｓ、Ｒｓ、Ｄは、それぞれの単位を除いた数値のみが適用される。

前記移動手段に含まれる無線充電装置の各構成要素の構成および特徴は、前述の通りである。また、前記移動手段に含まれる無線充電装置は、前記式（１）の値が１以上であり、これにより可能な利となる効果も前述のものと同様に適用され得る。

前記移動手段は、前記無線充電装置から電力伝送を受けるバッテリーをさらに含み得る。前記無線充電装置は、無線で電力伝送を受けて前記バッテリーに伝達し、前記バッテリーは前記電気自動車の駆動系に電力を供給し得る。前記バッテリーは、前記無線充電装置またはその他追加の有線充電装置から伝達される電力によって充電され得る。

また、前記移動手段は、充電に関する情報を無線充電システムの送信機に伝達する信号伝送機をさらに含み得る。このような充電に関する情報は、充電速度のような充電効率、充電状態などであり得る。

（実施例）
以下、前記実現例をより具体的な例示を挙げて説明するが、前記実現例の範囲がこれらの範囲に限定されるものではない。

（無線充電装置の製造例）
図１、２および３は、一実現例による無線充電装置の分解斜視図、斜視図および断面図をそれぞれ示すものであり、これらの図面のように無線充電装置を作製した。

（装置Ａ）
支持部１００としてコイルトレイを用い、前記コイルトレイの溝にコイル部２００を安着させ固定した。コイル部２００は、図５を参照して、外部寸法Ｏｄが３２０ｍｍ×３２０ｍｍ、内部寸法Ｉｄが１６０ｍｍ×１６０ｍｍであり、全体的に角の丸い四角形状の平面螺旋コイル（planar spiral coil）であって、直径５ｍｍの導電性ワイヤ（１０００本からなるリッツワイヤ）が９回巻きつけられたものを用意した。

磁性部３００は、３２０ｍｍ×３２０ｍｍ×５ｍｍ（横×縦×厚さ）の寸法で用意し、磁性部の材料はフェライト焼結体または高分子磁性体にした。まず、フェライト焼結体の場合、フェライトスラリーをシート状に成形し焼結して、８０ｍｍ×８０ｍｍ×５ｍｍ（横×縦×厚さ）のフェライト単位体１６個を得た後、これらを結合して３２０ｍｍ×３２０ｍｍ×５ｍｍ（横×縦×厚さ）の磁性部を作製した。また、高分子磁性体の場合、当該寸法（３２０ｍｍ×３２０ｍｍ×５ｍｍ）の形状を成形し得るモールドを先に作製した後、磁性粉末スラリーを射出成形機により前記モールドに注入して磁性部を得た。

シールド部４００は、３５０ｍｍ×３５０ｍｍ×２ｍｍ（横×縦×厚さ）の寸法を有するアルミニウム板を用いた。

（装置Ｂ）
コイル部２００として、図５を参照して、外部寸法Ｏｄが３２０ｍｍ×３２０ｍｍ、内部寸法Ｉｄが１２５ｍｍ×１２５ｍｍで、全体的に角の丸い四角形状の平面螺旋コイルであって、直径５ｍｍの導電性ワイヤ（１０００本からなるリッツワイヤ）が１６回巻きつけられたものを用いたことを除いては、前記装置Ａの製造方法と同様の手順を繰り返して、無線充電装置を製造した。

（装置Ｃ）
支持部１００としてコイルトレイを用い、前記コイルトレイの溝にコイル部２００を安着させ固定した。コイル部２００は、図５を参照して、外部寸法Ｏｄが６７５ｍｍ×５３４ｍｍ、内部寸法Ｉｄが３００ｍｍ×１６０ｍｍであり、全体的に角の丸い矩形の平面螺旋コイルであって、直径５ｍｍの導電性ワイヤ（１０００本からなるリッツワイヤ）が１６回巻きつけられたものを用意した。

磁性部３００は、フェライトスラリーをシート状に成形し焼結して、厚さ５ｍｍのフェライト単位体１６個を得た後、これらを結合して６７５ｍｍ×５３４ｍｍ×５ｍｍ（横×縦×厚）の磁性部を作製した。

シールド部４００は、６７５ｍｍ×５３４ｍｍ×２ｍｍ（横×縦×厚さ）の寸法を有するアルミニウム板を用いた。

（実験例１：コイル部－磁性部間の距離による特性変化）
先般製造した無線充電装置（装置ＡまたはＢ）において、図４を参照して、スペーサにより磁性部－シールド部間の距離Ｖを５．５ｍｍに固定し、コイル部－磁性部間の距離Ｄを多様に変化させながら、ＬＣＲメータを用いて８５ｋＨｚの周波数にてコイル部におけるインダクタンスおよび抵抗を測定した後、これに基づいてＱ因子および式１の値を計算して下記表に示した。
Ｑ因子＝２×π×ｆ×Ｌｓ／Ｒｓ
ここで、ｆは周波数（ｋＨｚ）であり、Ｌｓは前記コイル部を介して測定されるインダクタンス（μＨ）であり、Ｒｓは前記コイル部を介して測定される抵抗（ｍΩ）である。

［式１］（Ｑ＋Ｌｓ）／（Ｄ^２×Ｒｓ）
ここで、Ｑは無線充電装置のＱ因子であり、Ｌｓは前記コイル部を介して測定されるインダクタンス（μＨ）であり、Ｒｓは前記コイル部を介して測定される抵抗（ｍΩ）であり、Ｄは前記コイル部と前記磁性部との間の距離（ｍｍ）であり、前記Ｑ、Ｌｓ、Ｒｓ、Ｄはそれぞれの単位を除いた数値のみが適用される。

（実験例２：充填効率の測定）
充電効率を測定するための受信機として、先般製造した無線充電装置ＡまたはＢを用い、送信機として、先般製造した無線充電装置Ｃを用いた。送信機の電圧を３８０Ｖに固定し、受信機の電流を２０Ａに固定した状態で、送信機の電流を変化して送信電力を調整し、受信機の受信電力が８．８ｋＷになったとき、下記式に従って充電効率を計算した。その結果を下記表に示す。
充電効率（％）＝（受信電力（ｋＷ）／送信電力（ｋＷ））×１００

（実験例３：組立性および耐久性の評価）
先般製造した無線充電装置の組立性と耐久性を評価し、以下の基準に基づいて下記表に示した。前記組立性は、各構成要素を当該規格に基づいて配置して結合する製造過程における難易度として評価しており、前記耐久性は、製造された無線充電装置に一定の時間繰り返し衝撃を与えたとき、内部の構成要素間の結合が維持されるか否かをもって評価した。
－○：組立性と耐久性とがいずれも良い
－△：組立性と耐久性とのいずれか１つが悪い
－×：組立性と耐久性とがいずれも悪い
前記実験例１～３の結果を下記表１および表２に示す。

前記表１および表２に示すように、コイル－磁性部間の距離の変化によりインダクタンス、抵抗およびＱ因子が変化しており、それによりこれらから計算された式１の値が変化した。特に、実験例１で式１の計算値が１以上の場合、実験例２において充填効率が最も優れて測定された。また、コイル部と磁性部との間の距離が１．５ｍｍ～２．５ｍｍ以内の場合、実験例３において組立性および耐久性が最も優れて評価された。

１：移動手段
１０：無線充電装置
２１：受信機
２２：送信機
３０：磁束
１００：支持部
２００：コイル部
３００：磁性部
４００：シールド部
６００：ハウジング
６１０：下面ハウジング
６２０：側面ハウジング
６３０：上面ハウジング
Ｉｄ：内部寸法
Ｏｄ：外部寸法、
Ｃ：導電性ワイヤの直径
Ｄ：コイル部と磁性部との間の距離
Ｍ：磁性部の厚さ
Ｓ：シールド部の厚さ
Ｖ：シールド部と磁性部との間の距離

Claims (11)

1. 導電性ワイヤを含むコイル部と、
   前記コイル部上に配置される磁性部と、
   前記磁性部上に配置されるシールド部とを含み、
   ８５ｋＨｚの周波数にて下記式（１）を満足する、無線充電装置：
   １≦（Ｑ＋Ｌｓ）／（Ｄ^２×Ｒｓ）．．．（１）
   ここで、Ｑは、前記無線充電装置のＱ因子（Q factor）であり、
   Ｌｓは、前記コイル部を介して測定されるインダクタンス（μＨ）であり、
   Ｒｓは、前記コイル部を介して測定される抵抗（ｍΩ）であり、
   Ｄは、前記コイル部と前記磁性部との間の距離（ｍｍ）であり、
   前記Ｑ、Ｌｓ、ＲｓおよびＤは、それぞれの単位を除いた数値のみが適用される。
2. 前記無線充電装置のＱ因子が、８５ｋＨｚの周波数にて４００以上である、請求項１に記載の無線充電装置。
3. 前記コイル部を介して測定されるインダクタンスが８５ｋＨｚの周波数にて４０μＨ以上であり、前記コイル部を介して測定される抵抗が８５ｋＨｚの周波数にて９０ｍΩ以下である、請求項１に記載の無線充電装置。
4. 前記コイル部と前記磁性部との間の距離が１．５ｍｍ～２．５ｍｍである、請求項１に記載の無線充電装置。
5. 前記導電性ワイヤの直径が３ｍｍ～７ｍｍである、請求項１に記載の無線充電装置。
6. 前記シールド部は、前記コイル部と１０ｍｍ以上離間して配置される、請求項１に記載の無線充電装置。
7. 前記コイル部は、前記導電性ワイヤが５回～１５回巻きつけられた平面螺旋コイルであって、３００ｍｍ～４００ｍｍの外部寸法および１００ｍｍ～２００ｍｍの内部寸法を有する、請求項１に記載の無線充電装置。
8. 前記磁性部は、一辺の長さが３００ｍｍ～３５０ｍｍの四角シートであって、３ｍｍ～７ｍｍの厚さを有し、
   前記シールド部は、一辺の長さが３００ｍｍ～４００ｍｍの四角シートであって、１ｍｍ～３ｍｍの厚さを有する、請求項１に記載の無線充電装置。
9. 前記磁性部は、フェライト磁性体および高分子磁性体の少なくとも１つを含み、前記シールド部は金属を含む、請求項１に記載の無線充電装置。
10. 導電性ワイヤを含むコイル部と、
    前記コイル部上に配置される磁性部と、
    前記磁性部上に配置されるシールド部とを含む無線充電装置であって、
    前記コイル部と前記磁性部との間の間隔は０．５ｍｍ～７ｍｍであり、
    ８５ｋＨｚの周波数にて、
    前記無線充電装置のＱ因子は３００～１０００であり、
    前記コイル部を介して測定されるインダクタンスは３０μＨ～２００μＨであり、
    前記コイル部を介して測定される抵抗は４０ｍΩ～２００ｍΩである、無線充電装置。
11. 無線充電装置を含む移動手段であって、
    前記無線充電装置は、
    導電性ワイヤを含むコイル部と、
    前記コイル部上に配置される磁性部と、
    前記磁性部上に配置されるシールド部とを含み、
    ８５ｋＨｚの周波数にて下記式（１）を満足する、移動手段：
    １≦（Ｑ＋Ｌｓ）／（Ｄ^２×Ｒｓ）．．．（１）
    ここで、Ｑは、前記無線充電装置のＱ因子であり、
    Ｌｓは、前記コイル部を介して測定されるインダクタンス（μＨ）であり、
    Ｒｓは、前記コイル部を介して測定される抵抗（ｍΩ）であり、
    Ｄは、前記コイル部と前記磁性部との間の距離（ｍｍ）であり、
    前記Ｑ、Ｌｓ、Ｒｓ、Ｄは、それぞれの単位を除いた数値のみが適用される。