JP4835795B1

JP4835795B1 - 受信側非接触充電モジュール及び受信側非接触充電機器

Info

Publication number: JP4835795B1
Application number: JP2011013618A
Authority: JP
Inventors: 健一郎田畑; 徳次西野; 晃男日高
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2011-01-26
Filing date: 2011-01-26
Publication date: 2011-12-14
Anticipated expiration: 2031-01-26
Also published as: JP5845406B2; JP2012156482A; JP2012157147A

Abstract

【課題】位置合わせのためのマグネットを用いても、特にコイルの内側部分に対するマグネットからの悪影響を防止し、電力伝送効率を向上させる非接触充電モジュール及び非接触充電機器を提供することを目的とする。
【解決手段】マグネット３０を備える送信側非接触充電モジュール４１から、電磁誘導によって電力伝送される受信側非接触充電モジュール４２であって、導線がうずまき状に巻回された平面コイル部２１ｂと、平面コイル部２１ｂのコイルの面に対向するように設けられ、送信側非接触モジュール４１のマグネット３０と引き合う磁性シートと、を備え、平面コイル部２１ｂの内径が、マグネットよりも大きいことを特徴とする非接触充電モジュールである。
【選択図】図８

Description

本発明は、渦巻状の導線からなる平面コイル部と磁性シートとを有する非接触充電モジュール及び非接触充電機器に関する。

近年、本体機器を充電器で非接触充電することのできるものが多く利用されている。これは、充電器側に送電用コイル、本体機器側に受電用コイルを配し、両コイル間に電磁誘導を生じさせることにより充電器側から本体機器側に電力を伝送するものである。そして、上記本体機器として携帯端末機器等を適用することも提案されている。

この携帯端末機器等の本体機器や充電器は、薄型化や小型化が要望されるものである。この要望に応えるため、（特許文献１）のように、送電用コイルや受電用コイルとしての平面コイル部と、磁性シートとを備えることが考えられる。

特開２００６−４２５１９号公報

この種の非接触充電モジュールは１次側非接触充電モジュールと２次側非接触充電モジュールとの位置合わせにマグネットが利用されることある。しかしながら、（特許文献１）のように単線の平面コイル部と全面が平面状の磁性シートとを備えた非接触充電モジュールでは、これらの１次側非接触充電モジュールと２次側非接触充電モジュールとの位置あわせのためのマグネットを備えた場合、マグネットの影響を受けてしまう。すなわち、コイルのうち、最も強く磁界を発生する部分が内側部分である。１次側非接触充電モジュールのコイルと２次側非接触充電モジュールのコイルの内側部分はそれぞれ対向している。従って、例えばマグネットが内側部分と対向する部分の間にマグネットが存在すると、マグネットが内側部分の間の磁界を妨げ、非接触充電モジュールの電力伝送効率を低下させてしまう。

そこで、本発明は、上記の問題に鑑み、位置合わせのためのマグネットを用いても、特にコイルの内側部分に対するグネットからの悪影響を防止し、電力伝送効率を向上させる非接触充電モジュール及び非接触充電機器を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明は、送信側非接触充電モジュールから電磁誘導によって電力を受信する受信側非接触充電モジュールであって、前記送信側非接触充電モジュールとの位置合わせに際し、前記送信側非接触充電モジュールに備えられたマグネットを利用する場合と、マグネットを利用しない場合と、がある受信側非接触充電モジュールにおいて、導線が渦巻き状に巻回された平面コイル部と、前記平面コイル部のコイル面を載置し、前記平面コイル部のコイル面に対向するように設けられ、前記送信側非接触充電モジュールとの位置合わせに際しマグネットを使用する場合に前記送信側非接触充電モジュールのマグネットと引き合う磁性シートと、を備え、前記平面コイル部の内径が、前記送信側非接触充電モジュールに備えられたマグネットよりも大きいことを特徴とする受信側非接触充電モジュールとした。

本発明によれば、位置合わせのためのマグネットを用いても、特にコイルの内側部分に対するグネットからの悪影響を防止し、電力伝送効率を向上させる非接触充電モジュール及び非接触充電機器を提供することができる。

本発明の実施の形態における非接触充電モジュールの組立図本発明の実施の形態における非接触充電モジュールの概念図本発明の実施の形態における非接触充電モジュールの磁性シートの概念図本発明の実施の形態における非接触充電モジュールの磁性シートの概念図本発明の実施の形態における磁石の有無及び積層の有無によるコイルのＬ値を示す図本発明の実施の形態における非接触充電モジュールの磁性シートの概念図本実施の形態の非接触充電モジュールにおいて位置合わせにマグネットを利用する場合としない場合におけるコイルのＬ値と中央部の厚みの関係を示す図本発明の実施の形態における非接触充電モジュールのコイルとマグネットの断面図コイルの内径とコイルのＬ値の関係を示す図

請求項１に記載の発明は、送信側非接触充電モジュールから電磁誘導によって電力を受信する受信側非接触充電モジュールであって、前記送信側非接触充電モジュールとの位置合わせに際し、前記送信側非接触充電モジュールに備えられたマグネットを利用する場合と、マグネットを利用しない場合と、がある受信側非接触充電モジュールにおいて、導線が渦巻き状に巻回された平面コイル部と、前記平面コイル部のコイル面を載置し、前記平面コイル部のコイル面に対向するように設けられ、前記送信側非接触充電モジュールとの位置合わせに際しマグネットを使用する場合に前記送信側非接触充電モジュールのマグネットと引き合う磁性シートと、を備え、前記平面コイル部の内径が、前記送信側非接触充電モジュールに備えられたマグネットよりも大きいことを特徴とする受信側非接触充電モジュールであって、位置合わせのためのマグネットを用いても、特にコイルの内側部分に対するマグネットからの悪影響を防止し、電力伝送効率を向上させる非接触充電モジュール及び非接触充電機器を提供することができる。

請求項２に記載の発明は、前記平面コイル部の内径端部と前記マグネットの外側端部との距離は、０ｍｍより大きく６ｍｍよりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の受信側非接触充電モジュールであって、Ｌ値を１５μＨ以上としつつ、マグネットを利用する場合と利用しない場合でのＬ値を近づけることができる。

請求項３に記載の発明は、前記平面コイル部は、前記平面コイル部に平行な面において、前記マグネットの面積が、前記平面コイル部の内側円の面積の８０％〜９５％となるように構成されたことを特徴とする請求項１に記載の受信側非接触充電モジュールであって、位置合わせの精度にばらつきにも十分対応でき、更に１次側非接触充電モジュールと２次側非接触充電モジュールとの位置合わせの精度が向上できる。また、コイル２１の巻き数も確保することができる。

請求項４に記載の発明は、前記マグネットは円形であり、前記マグネットの径が１５．５ｍｍであることを特徴とする受信側非接触充電モジュールである。請求項５に記載の発明は、前記送信側非接触充電モジュールを備えた送信側非接触充電機器から電力を受信し、請求項１〜４のいずれかひとつに記載の受信側非接触充電モジュールを備えたことを特徴とする受信側非接触充電機器であって、位置合わせのためのマグネットを用いても、特にコイルの内側部分に対するマグネットからの悪影響を防止し、電力伝送効率を向上させる非接触充電機器を提供することを目的とする。

（実施の形態）
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態における非接触充電モジュールの組立図、図２は、本発明の実施の形態における非接触充電モジュールの概念図であって（ａ）は上面図、（ｂ）は図２（ａ）のＡ方向から見た断面図、（ｃ）及び（ｄ）は図２（ａ）のＢ方向から見た断面図である。図３は、本発明の実施の形態における非接触充電モジュールの磁性シートの概念図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は図３（ａ）のＡ方向から見た断面図、（ｃ）及び（ｄ）は図３（ａ）のＢ方向から見た断面図である。図４は、本発明の実施の形態における非接触充電モジュールの磁性シートの概念図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は図４（ａ）のＡ方向から見た断面図である。

本願発明の非接触充電モジュール１は、導線が渦巻き状に巻回された平面コイル部２と、平面コイル部２のコイル２１の面に対向するように設けられた磁性シート３とを備える。

図１に示すとおり、平面コイル部２は、面上で渦を描くように径方向に向けて導電体を巻いたコイル２１と、コイル２１の両端に設けられた端子２２、２３を備える。コイル２１は導線を平面上で平行に巻きまわしたものであり、コイルによって形成された面をコイル面と呼ぶ。なお、厚み方向とは、平面コイル部２と磁性シート３との積層方向である。本実施の形態では、コイル２１は直径が２０ｍｍの内径から外に向かって巻回され、外径が３０ｍｍとなっている。すなわち、コイル２１はドーナツ形状に巻回されている。なお、コイル２１は円形に巻回されてもよいし、多角形に巻回されてもよい。

また、導線はお互いに空間を空けるように巻回されることによって、上段の導線と下段の導線との間の浮遊容量が小さくなり、コイル２１の交流抵抗を小さく抑えることができる。また、空間を詰めるように巻回されることによって、コイル２１の厚みを抑えることができる。

また、図３のように本実施の形態においては、断面積が円形状の導線としているが、方形形状などの導線でもよい。ただし、断面積が方形状の導線と比較して円形状の導線とでは、隣り合う導線どうしの間に隙間が生じるため、導線間の浮遊容量が小さくなり、コイル２１の交流抵抗を小さく抑えることができる。

また、コイル２１は厚さ方向に２段で巻回するよりも１段で巻回した方がコイル２１の交流抵抗が低くなり、伝送効率を高くすることができる。これは、２段で導線を巻回すると、上段の導線と下段の導線との間に浮遊容量が発生するためである。従って、コイル２１は全体を２段で巻回するよりも、なるべく多くの部分を１段によって巻回した方がよい。また、１段で巻回することによって、非接触充電モジュール１として薄型化することができる。なお、コイル２１の交流抵抗が低いことでコイル２１における損失を防ぎ、Ｌ値を向上させることによって、Ｌ値に依存する非接触充電モジュール１の電力伝送効率を向上させることができる。

また、本実施の形態においては、図１に示すコイル２１の内側の内径ｘは１０ｍｍ〜２０ｍｍであり、外径は約３０ｍｍである。内径ｘが小さいほど、同じ大きさの非接触充電モジュール１においてコイル２１のターン数を増やすことができ、Ｌ値を向上させることができる。

なお、端子２２、２３はお互いに近接してもよく、離れて配置されてもよいが、離れて配置された方が非接触充電モジュール１を実装しやすい。

磁性シート３は電磁誘導作用を利用した非接触充電の電力伝送効率を向上させるために設けたものであって、図２に示す通り、平坦部３１と、中心であってコイル２１の内径に相当する中心部３２と、直線凹部３３とを備える。なお、図３に示すとおり、中心部３２は必ずしも凸型とする必要ない。直線凹部３３はスリット３４であってもよいし、直線凹部３３またはスリット３４は必ずしも必要であるわけではない。ただし、図２（ｃ）、（ｄ）にあるように、直線凹部３３またはスリット３４を設けることによって、コイル２１の巻き終わりから端子２３までの導線を直線凹部３３またはスリット３４内に収納することができるので、薄型化することができる。すなわち、直線凹部３３またはスリット３４は磁性シート３の端部とほぼ垂直であり、中心部３２の外周の接線と重なるように形成される。このように直線凹部３３またはスリット３４を形成することによって、導線を折り曲げることなく端子２２、２３を形成することができる。なお、この場合、直線凹部３３またはスリット３４の長さは約１５ｍｍ〜２０ｍｍである。ただし、直線凹部３３またはスリット３４の長さはコイル２１の内径に依存する。また、直線凹部３３またはスリット３４は、磁性シート３の端部と中心部３２の外周が最も近づく部分に形成してもよい。これによって、直線凹部３３またはスリット３４の形成面積を最低限に抑えることができ、非接触充電モジュール１の伝送効率を向上させることができる。なお、この場合、直線凹部３３またはスリット３４の長さは約５ｍｍ〜１０ｍｍである。どちらの配置であっても、直線凹部３３またはスリット３４の内側端部は中心部３２に接続している。また、直線凹部３３またはスリット３４は、他の配置にしてもよい。すなわち、コイル２１はなるべく１段構造であることが望ましく、その場合、コイル２１の半径方向のすべてのターンを１段構造とするか、１部を１段構造として他の部分を２段構造とすることが考えられる。従って、端子２２、２３のうち１方はコイル２１外周から引き出すことができるが、他方は内側から引き出さなくてはならない。従って、コイル２１が巻回されている部分と、コイル２１の巻き終わりから端子２２または２３までの部分とが、必ず厚さ方向において重なってしまう。従って、その重なる部分に直線凹部３３またはスリット３４を設ければよい。直線凹部３３であれば磁性シート３に貫通孔やスリットを設けないので磁束が漏れることを防ぎ、非接触充電モジュール１の電力伝送効率を向上させることができる。対して、スリット３４の場合は、磁性シート３の形成が容易となる。直線凹部３３である場合、図４に示すように断面形状が方形状となるような直線凹部３３に限定されず、円弧状や、丸みを帯びてもよい。

また、本実施の形態においては、磁性シート３としてＮｉ−Ｚｎ系のフェライトシート、Ｍｎ−Ｚｎ系のフェライトシート、Ｍｇ−Ｚｎ系のフェライトシートなどを使うことができる。フェライトシートは、アモルファス金属の磁性シートに比較してコイル２１の交流抵抗を低下させることができる。

図３に示すように、磁性シート３は少なくとも高飽和磁束密度材３ａと高透磁率材３ｂとを積層している。なお、高飽和磁束密度材３ａと高透磁率材３ｂとを積層しない場合でも、飽和磁束密度３５０ｍＴ以上、厚みは少なくとも３００μｍの高飽和磁束密度材３ａを使用するとよい。

また、高飽和磁束密度材３ａと高透磁率材３ｂとのどちらが平面コイル部２に近い側となってもよいが、図３などに示すように、高飽和磁束密度材３ａが平面コイル部２に近い方がよい。このような構成とすることによって、平面コイル部２の交流抵抗が低下させることができる。その結果、非接触充電モジュール１の電力伝送効率を向上させることができる。

また、本実施の形態において磁性シート３は約３３ｍｍ×３３ｍｍである。図２（ｃ）に示す中心部３２の厚みｄ１は０．２ｍｍである。また、図３（ｃ）に示すｄ２は磁性シート３の厚みであって０．６ｍｍ、ｄ３は０．１５ｍｍ、ｄ４は０．４５ｍｍとなるように、磁性シート３、高飽和磁束密度材３ａ、高透磁率材３ｂそれぞれの厚みを設定している。なお、コイル２１を構成する導線の直径とほぼ同一とし、最低限の深さでしか直線凹部３３を形成しないようにするとよい。これは、直線凹部３３が深くなるほど直線凹部３３部分の磁性シート３が薄くなるため、非接触充電モジュール１の伝送効率を下げてしまうからである。

次に、なぜ磁性シート３を多層構造とするのかを説明する。

一般的に、非接触充電モジュール１は１次側非接触充電モジュール（送信側非接触充電モジュール）と２次側非接触充電モジュール（受信側非接触充電モジュール）との位置合わせにマグネットが利用される場合と、そうでない場合とがある。そして、非接触充電モジュール１はそのどちらの場合においても安定した動作が要求される。なお、マグネットは一般的に１次側非接触充電モジュールに搭載され、マグネットが２次側非接触充電モジュールの磁性シート３を主に引き寄せることで位置合わせができる。

このとき、マグネットの影響によって、マグネットを位置合わせとして使用する場合と使用しない場合とで非接触充電モジュール１のコイル２１のＬ値が大幅に変化する。これは、マグネットが存在することで１次側、２次側非接触充電モジュール間の磁束を妨げてしまうからである。従って、マグネットがある場合、非接触充電モジュール１のコイル２１のＬ値が大幅に減少する。このマグネットによる影響を抑えるために、磁性シート３は高飽和磁束密度材３ａを備える。高飽和磁束密度材３ａは磁場が強くなっても磁束が飽和しにくいため、マグネットの影響を受けにくく、マグネットが使用されている際のコイル２１のＬ値を向上させることができる。

しかしながら、高飽和磁束密度材３ａは一般的に高い透磁率を得ることができないため、位置合わせのマグネットが使用されない場合、コイル２１のＬ値が高透磁率材３ｂに比べ低くなる。従って、高飽和磁束密度材３ａに高透磁率材３ｂを積層して磁性シート３を構成する。すなわち、高透磁率材３ｂは磁界を強めることができるため、コイル２１のＬ値を向上させることができる。これにより、マグネットがない場合においても、高透磁率材３ｂによってコイル２１のＬ値を向上させることができる。

高飽和磁束密度材３ａは、フェライトシートであり、透磁率は２５０以上、飽和磁束密度は一般的に約３４０ｍＴである。厚みは４００μ〜５００μｍであり、本実施の形態においては約４５０μｍである。本実施の形態では、例えばＭｎ−Ｚｎ系材料が好適であり、薄くても高い透磁率を実現するものが好ましい。

高透磁率材３ｂは、フェライトシートであり、透磁率は３０００以上、飽和磁束密度は約３００ｍＴである。厚みは１００μ〜２００μｍであり、本実施の形態においては約１５０μｍである。厚みが１００μ〜２００μｍ程度あれば、コイル２１のＬ値を向上させることができる。本実施の形態では、例えばＭｎ−Ｚｎ系材料が好適であり、非接触充電モジュールの近くにマグネットが存在しても、磁性シート３としてコイル２１のＬ値を大きく変化させないものが好ましい。

このように、磁性シート３の積層方向において、高飽和磁束密度材３ａが高透磁率材３ｂの厚みの約３倍であることによって、コイル２１のＬ値を向上させることができるとともに、薄型化を達成することができる。すなわち、限られた薄さのなかで高飽和磁束密度材３ａ及び高透磁率材３ｂそれぞれの効果を奏するためには、上記のような比の厚さで積層することが望ましい。更に、磁性シート３の厚みが、約６００μｍであることで、コイル２１のＬ値を向上させることができるとともに、更なる薄型化を達成することができる。

なお、非接触充電モジュール１の薄型化、小型化を考慮しなければ、高飽和磁束密度材３ａは５００μｍ以上であってもいいし、高透磁率材３ｂは２００μｍ以上であってもよい。しかしながら、高飽和磁束密度材３ａを約４５０μｍ、高透磁率材３ｂを約１５０μｍとすることによって、薄型化を達成しつつ、高飽和磁束密度材３ａと高透磁率材３ｂそれぞれの効果を得ることができる。

なお、磁性シート３は、高飽和磁束密度材３ａ、高透磁率材３ｂそれぞれを焼成した後に接着シートによって積層してもよいし、高飽和磁束密度材３ａ、高透磁率材３ｂそれぞれの成形体を積層した後に焼成して積層してもよい。

また、高透磁率材３ｂは高飽和磁束密度材３ａの全表面に積層しなくてもよい。すなわち、コイル２１と対向する部分にのみ形成、もしくはコイル２１の内周円の中に形成してもよい。

更に、高透磁率材３ｂはアモルファス磁性シートであってもよい。この場合、厚みを８０μ〜１００μｍとすることができ、セラミックを使用するよりも薄型化させることができる。ただし、アモルファス磁性シートを使うと渦電流損が発生し、コイル２１の交流抵抗が上昇してしまう。対して、セラミックスの磁性シートを使うと、交流抵抗を抑えることができ、充電効率を上昇させることができる。

図５は、本発明の実施の形態における磁石の有無及び積層の有無によるコイルのＬ値を示す図である。なお、このとき、高飽和磁束密度材３ａと高透磁率材３ｂとを積層して６００μｍの磁性シート３と、高飽和磁束密度材のみで６００μｍの磁性シート３とで比較している。図５に示すとおり、マグネットを位置合わせとして使用した場合は、どちらの場合もＬ値が変わらない。しかしながら、マグネットを位置合わせとして使用しない場合は、高飽和磁束密度材３ａと高透磁率材３ｂとを積層した磁性シート３の方が、Ｌ値が大きくなる。なお、一般に非接触充電モジュール１としては、Ｌ値が１５〜３５μＨであることが求められる。すなわち、Ｌ値が３５μＨ以上となると、磁界が強すぎて交流抵抗が大きくなり、コイル２１における発熱量が大きくなってしまう。また、Ｌ値が１５μＨ以下となると、磁界が弱すぎて電力伝送が不可能となる。ただし、磁石が位置合わせのために使用される際はＬ値が非常に低下してしまうため、Ｌ値は８〜３５μＨであることが求められる。

次に、磁性シート３の中心部の厚みについて説明する。図６は、本発明の実施の形態における非接触充電モジュールの磁性シートの概念図であり、中心部３２が凹部形状または貫通孔となっている。図２のように中心部３２は凸形状であることでコイル２１の磁束密度を向上させ、非接触充電モジュール１の伝送効率を向上させる。

しかしながら、中心部３２を凹部形状または貫通孔とするような穴部を設けることで、マグネットの影響を小さくすることができる。以下にその理由を説明する。

前述したように、非接触充電モジュール１は１次側非接触充電モジュールと２次側非接触充電モジュールとの位置合わせにマグネットが利用される場合と、そうでない場合とがある。そして、マグネットが存在することで１次側、２次側非接触充電モジュール間の磁束を妨げてしてしまうため、マグネットがある場合に非接触充電モジュール１のコイル２１のＬ値が大幅に減少する。また、コイル２１は非接触充電モジュール１において図示しないコンデンサを用いてＬＣ共振回路をつくる。このとき、マグネットを位置合わせに利用する場合と利用しない場合とでＬ値が大幅に変化すると、コンデンサとの共振周波数も大幅に変化してしまう。この共振周波数は、１次側非接触充電モジュールと２次側非接触充電モジュールとの電力伝送に用いられるため、マグネットの有無によって共振周波数が大幅に変化すると正しく電力伝送ができなくなってしまう。

従って、マグネットを位置合わせに利用する場合と利用しない場合との共振周波数を近い値とするために、マグネットを位置合わせに利用する場合と利用しない場合でのコイル２１のＬ値を近い値とすることが必要である。

図７は、本実施の形態の非接触充電モジュールにおいて位置合わせにマグネットを利用する場合としない場合におけるコイルのＬ値と中央部の厚みの関係を示す図である。なお、くり抜きの度合いとは、０％は中心部３２を凹型形状とせずに平坦図であることを示し、１００％とは中心部３２を貫通孔としていることを示す。図７に示す通り、磁石を利用しない場合では、磁性シート３の中心部３２を薄くするほど、コイル２１の磁界が小さくなってＬ値が減少する。対して、磁石を利用する場合では、磁性シート３の中心部３２を薄くするほど、磁性シート３とマグネットとの積層方向の距離が大きくなるため、マグネットの影響が小さくなり、コイル２１の磁界が大きくなってＬ値が上昇する。そして、中心部３２を貫通孔に形成した場合が最もＬ値が近づく。すなわち、中心部３２を貫通孔とすることによって、位置合わせに利用するマグネットの影響を最小限に抑えることができる。

また、マグネットは磁性シート３と引き合うことによって位置合わせを行うため、中央部にある程度の厚みがあるほうが位置合わせの精度が向上する。特に、くり抜きの度合いを６０％以上にすると、位置合わせの精度が落ちる。従って、くり抜きの度合いを４０〜６０％とすることによって、マグネットを位置合わせに利用する場合と利用しない場合でのコイル２１のＬ値を近い値とすると同時に、マグネットの位置合わせの効果も十分に得ることができる。すなわち、マグネットと磁性シート３の中央部３２が引き合い、お互いの中心どうしを位置合せできる。なお、本実施の形態では約５０％としており、最も効果的に双方の効果を得ることができる。また、半分程度厚みを残すことを、貫通孔を形成した後に貫通孔内に磁性体を半分の深さまで充填してもよい。

また、磁性シート３は高飽和磁束密度材３ａと高透磁率材３ｂを積層してもいいので、例えば一方の中心部３２を平坦に形成し、他方の中心部３２に貫通孔に形成して、磁性シート３として中心部３２を凹型形状に形成してもよい。また、凹部、または貫通孔の直径は、コイルの内径よりも小さくするとよい。凹部または貫通孔の直径をコイルの内径と略同一（コイルの内径よりも０〜２ｍｍ小さい）とすることで、コイルの内周円内の磁界を高めることができる。

また、凹部または貫通孔の直径をコイルの内径よりも小さくして（コイルの内径よりも２〜８ｍｍ小さい）階段状にすることで、階段状の外側は位置合わせのために利用でき、内側はマグネットを位置合わせに利用する場合と利用しない場合でのコイル２１のＬ値を近い値とするために利用できる。また、凹部または貫通孔は、マグネットのサイズよりも大きくするとよい。

更に、凹部または貫通孔の上面の形状は、コイル２１の内側円の形状と同一であることにより、マグネットと磁性シート３の中央部３２がバランスよく引き合い、お互いの中心どうしの位置合せが精度よくできる。

凹部または貫通孔のすべての端部は、コイル２１の内径から等距離であることにより、マグネットと磁性シート３の中央部３２がバランスよく引き合い、お互いの中心どうしの位置合せが更に精度よくできる。

次に、マグネットのサイズとコイル２１の内径のサイズとの関係について説明する。図８は、本発明の実施の形態における非接触充電モジュールのコイルとマグネットの断面図である。図９は、コイルの内径とコイルのＬ値の関係を示す図である。

１次側非接触充電モジュール４１と２次側非接触充電モジュール４２が対向している。平面状に巻回されたコイル２１のうち、１次側用コイル２１ａと２次側コイル２１ｂは対向している。コイル２１ａ、２１ｂのうち、最も強く磁界を発生する部分が内側部分２１１、２１２である。各内側部分２１１、２１２はそれぞれ対向している。従って、図８（ａ）のようにマグネット３０が内側部分２１１、２１２と対向する部分の間にマグネット３０が存在すると、マグネット３０が内側部分２１１、２１２の間の磁界を妨げ、非接触充電モジュール１の電力伝送効率を低下させてしまう。しかしながら、図８（ｂ）のようにマグネット３０がコイル２１ａ、２１ｂの内周円よりも小さいと、位置合わせされることによって内側部分２１１、２１２とが対向する部分の間にはマグネット３０が存在しない。従って、マグネット３０が内側部分２１１、２１２の間の磁界を妨げ、非接触充電モジュール１の電力伝送効率を低下させてしまうことがない。

例えばマグネット３０が円形の場合、以下のようになる。すなわち、マグネット３０の外径とコイル２１の内径とが同一である場合、マグネット３０を最大限に大きくすることができるので、１次側非接触充電モジュールと２次側非接触充電モジュールとの位置合わせの精度が向上できる。また、コイル２１の内径を最小にすることができるので、コイル２１の巻き数が増大してＬ値を向上させることができる。また、マグネット３０の外径がコイル２１の内径よりも小さい場合、位置合わせの精度にばらつきがあっても内側部分２１１、２１２が対向する部分の間にはマグネット３０が存在しないようにすることができる。このとき、マグネット３０の外径がコイル２１の内径の８０％〜９５％であることによって、位置合わせの精度にばらつきにも十分対応でき、更に１次側非接触充電モジュールと２次側非接触充電モジュールとの位置合わせの精度が向上できる。また、コイル２１の巻き数も確保することができる。これは、平面コイル部２に平行な面において、マグネット３０の面積は、平面コイル部２の内側円の面積の８０％〜９５％であることを意味する。

更に、図９に示すように、マグネット３０のサイズ及びコイル２１の外径を一定にした場合、コイル２１の巻き数を減らしてコイル２１の内径を大きくしていくと、マグネット３０のコイル２１に対する影響が小さくなる。すなわち、マグネット３０を１次側非接触充電モジュールと２次側非接触充電モジュールとの位置合わせに利用する場合と利用しない場合におけるコイル２１のＬ値が近い値となる。従って、マグネット３０を使用するときと使用しないときとの共振周波数が非常に近い値となる。なお、このとき、コイルの外径は３０ｍｍに統一している。

ＷＰＣ規格では、マグネット３０の径を１５．５ｍｍとしており、その強さは１００ｍＴ程度である。本実施の形態においては、コイル２１の内径を２０ｍｍ、外径を３０ｍｍとしている。また、凹型または貫通孔とした中心部３２の外径を１８ｍｍとしている。すなわち、平面コイル部２のコイル２１の内径端部とマグネット３０の外側端部との距離は、約４．５ｍｍである。図９に示すように、距離を約４．５ｍｍとすることで、マグネット３０を使用する場合としない場合とのコイル２１のＬ値を１５μＨ以上としつつ、近づけることができる。また、平面コイル部２のコイル２１の内径端部とマグネット３０の外側端部との距離は、０ｍｍより大きく、６ｍｍよりも小さくすることで、Ｌ値を１５μＨ以上としつつ、マグネット３０を利用する場合と利用しない場合でのＬ値を近づけることができる。

なお、磁性シート３は、他の磁性材を積層してもよいし、例えば高飽和磁束密度材３ａを２層とし、高透磁率材３ｂを高飽和磁束密度材３ａで挟む、または高透磁率材３ｂを２層とし、高飽和磁束密度材３ａを高透磁率材３ｂで挟むなどしてもよい。すなわち、少なくとも１層の高飽和磁束密度材３ａと、少なくとも１層の高透磁率材３ｂとを備えるとよい。磁性シート３が厚いほど非接触充電モジュール１としては電力伝送効率が向上する。

また、磁性シート３の四隅であって、平坦部３１上のコイル２１が配置されていない領域に肉厚部を形成してもよい。すなわち、磁性シート３の四隅であって平坦部３１上のコイル２の外周よりも外側は、磁性シート３の上に何も載せられていない。従って、そこに肉厚部を形成することによって磁性シート３の厚みを増加させ、非接触充電モジュール１の電力伝送効率を向上させることができる。肉厚部の厚みは厚ければ厚いほうがよいが、薄型化のため、導線の厚みとほぼ同一とする。

また、コイル２１は環状に巻回されることに限定されず、方形状や多角形状に巻回される場合もある。更に、内側を３段構造とし、外側を２段構造とするように、内側を複数段に重ねて巻回し、外側を内側で巻回した段数よりも少ない段数で巻回することでも、本願の効果を得ることができる。

次に、本発明の非接触充電モジュール１を備えた非接触充電機器について説明する。非接触電力伝送機器は、送電用コイル及び磁性シートを備える充電器と、受電用コイル及び磁性シートを備える本体機器とから成るものであり、本体機器が携帯電話などの電子機器となっている。充電器側の回路は、整流平滑回路部と、電圧変換回路部と、発振回路部と、表示回路部と、制御回路部と、上記送電用コイルとで構成されている。また本体機器側の回路は、上記受電用コイルと、整流回路部と、制御回路部と、主として２次電池から成る負荷Ｌとで構成されている。

この充電器から本体機器への電力伝送は、１次側である充電器の送電用コイルと、２次側である本体機器の受電用コイルとの間の電磁誘導作用を利用して行われる。

本実施の形態の非接触充電機器は、上記で説明した非接触充電モジュール１を備えるため、平面コイル部の断面積を十分に確保して電力伝送効率を向上させた状態で、非接触充電機器を小型化及び薄型化することができる。

本発明の非接触充電モジュールによれば、平面コイル部の断面積を十分に確保して電力伝送効率を向上させた状態で、非接触充電モジュールを小型化及び薄型化することができるため、特にポータブルである電子機器に有用であり、携帯電話、ポータブルオーディオ、携帯用のコンピュータなどの携帯端末、デジタルカメラ、ビデオカメラなどの携帯機器などの様々な電子機器の非接触充電モジュールとして有用である。

１非接触充電モジュール
２平面コイル部
２１コイル
２１１、２１２内側部分
２１ｂ２次側コイル（平面コイル部）
２２、２３端子
３磁性シート
３ａ高飽和磁束密度材（第２の層）
３ｂ高透磁率材（第１の層）
３０マグネット
３１平坦部
３２中心部
３３直線凹部
３４スリット
４１１次側非接触充電モジュール（送信側非接触充電モジュール）
４２２次側非接触充電モジュール（受信側非接触充電モジュール）

Claims

送信側非接触充電モジュールから電磁誘導によって電力を受信する受信側非接触充電モジュールであって、
前記送信側非接触充電モジュールとの位置合わせに際し、前記送信側非接触充電モジュールに備えられたマグネットを利用する場合と、マグネットを利用しない場合と、がある受信側非接触充電モジュールにおいて、
導線が渦巻き状に巻回された平面コイル部と、
前記平面コイル部のコイル面を載置し、前記平面コイル部のコイル面に対向するように設けられ、前記送信側非接触充電モジュールとの位置合わせに際しマグネットを使用する場合に前記送信側非接触充電モジュールのマグネットと引き合う磁性シートと、を備え、
前記平面コイル部の内径が、前記送信側非接触充電モジュールに備えられたマグネットよりも大きいことを特徴とする受信側非接触充電モジュール。
前記平面コイル部の内径端部と前記マグネットの外側端部との距離は、０ｍｍより大きく６ｍｍよりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の受信側非接触充電モジュール。
前記平面コイル部は、前記平面コイル部に平行な面において、前記マグネットの面積が、前記平面コイル部の内側円の面積の８０％〜９５％となるように構成されたことを特徴とする請求項１に記載の受信側非接触充電モジュール。
前記マグネットは円形であり、前記マグネットの径が１５．５ｍｍであることを特徴とする受信側非接触充電モジュール。
前記送信側非接触充電モジュールを備えた送信側非接触充電機器から電力を受信し、請求項１〜４のいずれかひとつに記載の受信側非接触充電モジュールを備えたことを特徴とする受信側非接触充電機器。