JP4915579B2 - 非接触電力伝送機器 - Google Patents

Description

本発明は、充電器側から本体機器側にまで電力を非接触で伝送する非接触電力伝送機器に関する。

近年、本体機器を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、充電器側に送電コイルを配し、本体機器側に受電コイルを配し、両コイル間で電磁誘導を生じさせることにより非接触で電力を伝送するものである。このような非接触電力伝送機器にあっては、機器内に熱がたまるとバッテリ等の各種の電気部品に悪影響を及ぼすため、充電時のコイルの発熱を効果的に逃がすことが課題となる。特に、本体機器側においては携帯性の向上が望まれるために多くの（又は大型の）部材を備えることは困難であり、省スペースで且つ効果的に熱を逃がすことのできる構造が要求される。

これに対して例えば特許文献１には、螺旋状に巻線される受電コイルの軸方向一端側に伝熱用のセラミック部材を積層させた構造が記載されている。しかしこの構造では、受電コイル自体が螺旋状であって薄型とならないために省スペース化が困難であるとともに、この受電コイルと接触するセラミック部材についても、螺旋状を成す受電コイルの一端部としか接触できないために受電コイルの熱を速やかに伝えることは困難である。

また、受電コイルの発熱を抑制するための技術としては、例えば特許文献２に記載されるような構造も知られている。これは、冷媒を循環させて熱交換を行う特殊なコイルを、受電コイルに積層させて備える構造である。しかし、この構造では受電コイル自体が大型化するとともに、本体機器側に備えるべき部材も増加し、本体機器側が大型化して携帯性が大幅に低下するといった問題がある。
特開２００３−２７２９３８号公報 特開平８−５１０４０号公報

本発明は上記問題点に鑑みて発明したものであって、受電コイルが発する熱を省スペースで設置可能な構造により効果的に逃がすことができ、これにより本体機器側を薄型コンパクトに形成することが可能となる非接触電力伝送機器を提供することを課題とするものである。

上記課題を解決するために本発明を、送電コイル４を有する充電器１と、受電コイル６を有する本体機器２とを具備し、両コイル間４，６の電磁誘導により非接触で電力を伝送し、この受電コイル６として、巻線部８ａを薄型の平面状に形成した平面コイル８を備え、該平面コイル８の少なくとも一面側において巻線部８ａの全てに接触する熱伝導層９を備えた非接触電力伝送装置であって、本体機器２の外郭をなす本体ケース５の内面によって平面コイル８を支持し、この平面コイル８に対して本体ケース５の内面が位置する側とは反対側の位置に熱伝導層９を配し、この熱伝導層９の周縁部分を本体ケース５の内面に接着させたものとする。このようにすることで、受電コイル６自体を薄型に形成することができ、しかも、受電コイル６である平面コイル８の発熱を、その巻線部８ａの全てに対して接触する熱伝導層９と本体ケース５を通じて速やかに放熱することができる。

また、本体ケース５に放熱用の貫通孔１３を設けることや、本体ケース５の平面コイル８が配置される側の面とは反対側の面に放熱用の凹凸部分１４を設けることも好適である。このようにすることで、本体ケース５にまで伝わった熱を効率よく放熱することができる。

また、本体ケース５の少なくとも平面コイル８近傍の部分を、高熱伝導性の材料を用いて形成することも好適である。このようにすることで、本体ケース５にまで伝わった熱を更に効率よく放熱することができる。

なお、以上述べた各構成は、本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜組合せ可能である。

請求項１に係る発明は、受電コイルとして、巻線部を薄型の平面状に形成した平面コイルを備えるとともに、この平面コイルに対して本体ケースの内面が位置する側とは反対側の位置に、巻線部の全てに接触する熱伝導層を配し、この熱伝導層の周縁部分を本体ケースの内面に接着させたことで、薄型コンパクトな本体機器であっても、受電コイルが発する熱を効果的に逃がして発熱を抑制することができるという効果を奏する。

また請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明の効果に加えて、放熱用の貫通孔を設けたことで、本体ケースにまで伝わった熱を更に効率よく放熱することができるという効果を奏する。

また請求項３に係る発明は、請求項１に係る発明の効果に加えて、放熱用の凹凸部分を設けたことで、本体ケースにまで伝わった熱を更に効率よく放熱することができるという効果を奏する。

また請求項４に係る発明は、請求項１〜３のいずれか一項に係る発明の効果に加えて、高熱伝導性の材料を用いて本体ケースを形成したことで、本体ケースにまで伝わった熱を更に効率よく放熱することができるという効果を奏する。

以下、本発明を添付図面に示す実施形態に基づいて説明する。本発明の実施形態における第１例の非接触電力伝送機器は、図１に概略的に示すような充電器１と、この充電器１により非接触充電される本体機器２とで構成されている。

充電器１は、その外郭を成す充電器ケース３の内面近傍に、巻線された送電コイル４を配したものである。本体機器２は例えば携帯電話であり、その外郭を成す本体ケース５の内面近傍に、巻線された受電コイル６を配してある。本体ケース５内であって受電コイル６の裏側となる箇所（即ち、充電時に受電コイル６を挟んで充電器１側とは逆側となる箇所）には、受電コイル６が受電した電力をためるバッテリ７等の、各種電気部品が内蔵してある。

図示の如く、本体機器２を充電器１上に載置し、送電コイル４と受電コイル６が両ケース３，５を介して対向する位置にセットしたうえで送電コイル４に電流を流せば、図１中の矢印に示すような磁束の磁場が生じ、電磁誘導によって受電コイル６に電流が流れる（即ち、非接触で電力が伝送される）構造である。

本体機器２に内蔵される受電コイル６は、その巻線部８ａが薄型の平面状となるように渦巻状に形成した平面コイル８により構成している。そして、この平面コイル８と本体ケース５との間には、平面コイル８と接触するシート状の熱伝導層９を介在させている。上記熱伝導層９としては、シリコンシートや、アルミナフィラーを含有したポリイミド、ＰＥＴフィルム等の樹脂フィルムや、アルミナ、窒化アルミ等のセラミック板を用いることができる。

以下、本発明の特徴部分のみを示す図２に基づいて、この熱伝導層９について説明する。熱伝導層９は、平面コイル８の平面状に形成される巻線部８ａに対して、全ての巻線部８ａの本体ケース５側の面と接触するように配してある。この熱伝導層９は、平面コイル８と接触する側と逆側の面全体において、筐体１０の内面と接触している。なお、図２に示す上記筐体１０は、平面コイル８をその一面側にて支持する部材であり、本例においては本体機器２の外郭を成す本体ケース５自体が筐体１０を構成しているが、例えば本体ケース５とは別に筐体１０を備え、これを本体ケース５内に収納する構成であっても構わない。

上記構成によれば、受電コイル６である平面コイル８の発熱は、その巻線部８ａの全ての領域に対して一面側から接触する熱伝導層９を通じて放熱され、これにより本体機器２内が局所的に高熱化することが防止される。しかも、この熱伝導層９は受電コイル６と筐体１０の間に挟持された配置なので、熱伝導層９に伝わった熱は速やかに筐体１０にまで伝わり、効率よく放熱される。この筐体１０は本体ケース５であるから、筐体１０に伝わった熱は該筐体１０の外表面全体から速やかに外気に放熱されることとなる。

したがって、受電コイル６自体を薄型に形成するとともに、該受電コイル６の全体と接触するシート状の熱伝導層９を通じて放熱をすることができる。これにより、本体機器２全体を非常に薄型コンパクトに形成することができ、しかも受電コイル６の発熱は効果的に放熱されるものとなる。

図３〜図１０には、本発明の他の実施形態の特徴部分を示している。以下、各実施形態について説明するが、第１例において述べた構成と同様の構成については説明を省略し、各図に示す特徴的な構成についてのみ説明する。

図３には、本発明の実施形態における第２例の非接触電力伝送機器の、本体機器２の特徴部分を示している。本例にあっては、受電コイル６を成す平面コイル８に対して、該平面コイル８を支持する筐体１０が位置する側とは反対側の位置に、熱伝導層９を配している。つまり、この熱伝導層９と筐体１０との間で平面コイル８を挟持する構造であって、平面コイル８はその全ての巻線部８ａが、筐体１０側とは反対側の面にて熱伝導層９と接するようになっている。この熱伝導層９は、その周縁部分を筐体１０に接着させてある。

上記構成によっても、第１例と同様に、受電コイル６である平面コイル８の発熱は、その巻線部８ａの全てに一面側から接触する熱伝導層９を通じて放熱される。しかも、熱伝導層９に伝わった熱は速やかに筐体１０にまで伝わり、該筐体１０の外表面全体から外気に向けて放熱される。即ち、本体機器２全体が非常に薄型コンパクトに形成され、しかも本体機器２内の充電時の発熱が効果的に放熱される構造となる。

図４には、本発明の実施形態における第３例の非接触電力伝送機器の、本体機器２の特徴部分を示している。本例にあっては、受電コイル６を成す平面コイル８に対して、該平面コイル８を支持する筐体１０側の位置と、筐体１０側とは反対側の位置の両方に、それぞれ熱伝導層９を配している。つまり、両側の熱伝導層９の間で平面コイル８を挟持する構造であって、平面コイル８はその全ての巻線部８ａが、両平面側にて熱伝導層９と接するようになっている。上記一対の熱伝導層９は互いの周縁部分にて接着されるとともに、一方の熱伝導層９が全面に亘って筐体１０に密着されている。

上記構成によれば、受電コイル６である平面コイル８の発熱は、その巻線部８ａの全てに両平面側から接触する一対の熱伝導層９を通じて放熱される。しかも、両熱伝導層９に伝わった熱は速やかに筐体１０にまで伝わり、該筐体１０の外表面全体から外気に向けて放熱される。ここで、筐体１０が位置する側とは反対側の熱伝導層９は、他方の熱伝導層９と平面コイル８を確実に筐体１０に固定する枠体１１としての機能をも果たすこととなる。

図５には、本発明の実施形態における第４例の非接触電力伝送機器の、本体機器２の特徴部分を示している。本例にあっては、受電コイル６を成す平面コイル８の少なくとも巻線部８ａを、熱伝導層９内に埋設している。該熱伝導層９は、筐体１０の内面に積層されるようにその全面に亘って該筐体１０と密着している。

上記のように、平面コイル８の巻線部８ａの全てに接触する熱伝導層９を備えることで、受電コイル６である平面コイル８の発熱は、その巻線部８ａの全表面を介して熱伝導層９に速やかに放熱される。熱伝導層９に伝わった熱は速やかに筐体１０にまで伝わり、該筐体１０の外表面全体から外気に向けて放熱される。

図６には、本発明の実施形態における第５例の非接触電力伝送機器の、本体機器２の特徴部分を示している。本例にあっては、第１例と同様に、平面コイル８の巻線部８ａとこれを支持する筐体１０との間に熱伝導層９を配置するとともに、更に、この熱伝導層９と筐体１０との間には、熱伝導層９よりも柔軟な第２の熱伝導層１２を介在させている。

上記熱伝導層９としては、第１例と同様に、シリコンシートや、アルミナフィラーを含有したポリイミド、ＰＥＴフィルム等の樹脂フィルムや、アルミナ、窒化アルミ等のセラミック板を用いる。そして、第２の熱伝導層１２としては、熱伝導性グリス、ジェルを用いることや、或いは熱伝導性の接着剤、熱伝導性粘着テープを用いることが好ましい。

即ち、筐体１０の内面に、比較的柔軟であって筐体１０に隙間なく密着する第２の熱伝導層１２、比較的剛性の高い熱伝導層９、平面コイル８の順に積層することで、剛性の高い熱伝導層９により平面コイル８を確実に支持するとともに、この熱伝導層９及び筐体１０と隙間なく密着する第２の熱伝導層１２を介して、平面コイル８の発熱を速やかに筐体１０にまで伝えることができる。なお、本例の第２の熱伝導層１２の構成は、他の実施形態の本体機器２においても適用可能である。

図７には、本発明の実施形態における第６例の非接触電力伝送機器の、本体機器２の特徴部分を示している。本例にあっては、第５例の構成に加えて、熱伝導層９が位置する側とは平面コイル８を挟んで反対側の位置に、平面コイル８を熱伝導層９に確実に固定するための枠体１１を配している。上記枠体１１はポリイミド、ＰＥＴフィルム等を用いて形成したもので、その周縁部にて熱伝導層９と接着される。

即ち、本例は剛性の高い熱伝導層９と枠体１１との間で平面コイル８を挟持させ、且つ熱伝導層９と筐体１０との間は柔軟な第２の熱伝導層１２を介して隙間なく密着させた構造である。このような積層構造とすることで、平面コイル８を、熱伝導層９に密着した状態に容易且つ確実に固定することができ、しかも平面コイル８の発熱は周囲に隙間なく密着する第２の熱伝導層１２を介して速やかに筐体１０にまで伝わることとなる。

図８には、本発明の実施形態における第７例の非接触電力伝送機器の、本体機器２の特徴部分を示している。本例にあっては、筐体１０の熱伝導層９が密着する部分に、複数の放熱用の貫通孔１３を、互いに等間隔を介して形成してある。

上記貫通孔１３を設けることで、筐体１０にまで伝わった熱を更に効率よく放熱することができる（図中の矢印参照）。なお、この筐体１０は本体ケース５であるから、熱伝導層９はその一部が貫通孔１３を介して外気に触れる構造であり、熱伝導層９に伝導された熱は直接、又は筐体１０を介して、速やかに外気に放熱されることとなる。

図９には、本発明の実施形態における第８例の非接触電力伝送機器の、本体機器２の特徴部分を示している。本例にあっては、筐体１０の少なくとも熱伝導層９が密着する部分の外面（即ち、筐体１０の平面コイル８が配置される側の面とは反対側の面）に、多数の凹凸が連続形成されて成る放熱用の凹凸部分１４を設けている。

上記凹凸部分１４は、筐体１０の外面積を増加させて放熱効率を上昇させるものであり、この筐体１０は本体ケース５であるから、上記凹凸部分１４を設けたことで筐体１０の外気との接触面積が増加する。したがって、熱伝導層９を介して筐体１０にまで伝わった熱は、更に効率よく外気に放熱されることとなる（図中の矢印参照）。

図１０には、本発明の実施形態における第９例の非接触電力伝送機器の、本体機器２の特徴部分を示している。本例にあっては、平面コイル８の巻線部８ａの全体とその一面側にて接触する熱伝導層９として、平面コイル８の熱を巻線部８ａの外周側に向けて速やかに伝えるヒートパイプ１５を配置している。

上記ヒートパイプ１５は、その一端側を平面コイル８の巻線部８ａの一面側に接触させるとともに、該接触部分から巻線部８ａの外周側に向けて伸びた他端側を筐体１０の内面に接触させたものであり、このヒートパイプ１５を通じて平面コイル８の発熱を速やかに周囲に伝え（図中の矢印参照）、筐体１０を介して外気に放熱することができる。上記ヒートパイプ１５は金属製であるので、平面コイル８の巻線部８ａの中心部近傍であって多くの磁束が通る箇所には位置しないように配している。

なお、上記各例において、熱伝導層９や第２の熱伝導層１２は、非磁性体で構成してある。これにより、伝送効率を低下させることなく熱を伝導し、平面コイル８の発熱を抑制することができる。

また、筐体１０の少なくとも平面コイル８近傍となる部分は、高熱伝導性の材料を用いて形成することが好ましい。この高熱伝導性の材料としては、アルミニウム、マグネシウム等の金属材料や、アルミナ等の金属フィラーを含有する材料が挙げられる。これにより筐体１０の熱伝導を高め、平面コイル８の発熱を更に抑制することができる。

本発明の実施形態における第１例の非接触電力伝送機器を概略的に示す一部断面図である。 同上の非接触電力伝送機器の本体機器の特徴部分を示す説明用断面図である。 本発明の実施形態における第２例の非接触電力伝送機器の本体機器の特徴部分を示す説明用断面図である。 本発明の実施形態における第３例の非接触電力伝送機器の本体機器の特徴部分を示す説明用断面図である。 本発明の実施形態における第４例の非接触電力伝送機器の本体機器の特徴部分を示す説明用断面図である。 本発明の実施形態における第５例の非接触電力伝送機器の本体機器の特徴部分を示す説明用断面図である。 本発明の実施形態における第６例の非接触電力伝送機器の本体機器の特徴部分を示す説明用断面図である。 本発明の実施形態における第７例の非接触電力伝送機器の本体機器の特徴部分を示す説明用断面図である。 本発明の実施形態における第８例の非接触電力伝送機器の本体機器の特徴部分を示す説明用断面図である。 本発明の実施形態における第９例の非接触電力伝送機器の本体機器の特徴部分を示す説明用断面図である。

符号の説明

１ 充電器
２ 本体機器
４ 送電コイル
６ 受電コイル
８ 平面コイル
８ａ 巻線部
９ 熱伝導層
１０ 筐体
１２ 第２の熱伝導層
１３ 貫通孔
１４ 凹凸部分
１５ ヒートパイプ

Claims (4)

1. 送電コイルを有する充電器と、受電コイルを有する本体機器とを具備し、両コイル間の電磁誘導により非接触で電力を伝送し、この受電コイルとして、巻線部を薄型の平面状に形成した平面コイルを備え、該平面コイルの少なくとも一面側において巻線部の全てに接触する熱伝導層を備えた非接触電力伝送装置であって、本体機器の外郭をなす本体ケースの内面によって平面コイルを支持し、この平面コイルに対して本体ケースの内面が位置する側とは反対側の位置に熱伝導層を配し、この熱伝導層の周縁部分を本体ケースの内面に接着させたことを特徴とする非接触電力伝送機器。
2. 本体ケースに、放熱用の貫通孔を設けることを特徴とする請求項１に記載の非接触電力伝送機器。
3. 本体ケースの平面コイルが配置される側の面とは反対側の面に、放熱用の凹凸部分を設けることを特徴とする請求項１に記載の非接触電力伝送機器。
4. 本体ケースの少なくとも平面コイル近傍の部分を、高熱伝導性の材料を用いて形成することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の非接触電力伝送機器。

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