JP6049165B2 - 非接触電力伝送装置および電子機器 - Google Patents

Description

本発明は、非接触電力伝送装置およびこの非接触電力伝送装置が実装された電子機器に関する。

近年、磁気的な結合を利用し、金属接点がなくても電力伝送を可能にする非接触電力伝送技術が注目されている。この非接触電力伝送技術は、例えばデジタルカメラや携帯電話といった電子機器の充電等に使用することができる。

非接触電力伝送装置は、送電装置と受電装置からなり、送電装置に設けられた送電アンテナと受電装置に設けられた受電アンテナとを電磁的に結合させて、受電装置に対して電力を送電し、非接触で電力伝送を行う装置である。送電装置と受電装置の電力伝送を行う場合、送電装置の載置面に受電装置を載置するのが一般的である。送電装置の載置面には、送電アンテナが配置され、電力伝送を行うときは、送電アンテナと受電アンテナが対向する構成となっている。

従来の非接触電力伝送装置において、送電装置と受電装置の間に、コイン等の金属性異物が挟まった場合、この金属性異物に渦電流が発生し、金属性異物の電気抵抗により発熱するという問題があった。この問題の対策が、例えば特許文献１等に提案されている。

特許文献１には、受電装置または送電装置に流れる電流が渦電流であるか否かを判断して、電力供給を制御する方法が開示されている。

特開２００１−２７５２８０号公報

上述した送電装置と受電装置の間に金属性異物が挟まった場合に対する対策は、特許文献１以外にも様々な方法によりなされている。しかしながら、送電装置の載置面に受電装置が載置され、電力伝送を行っているときに、外部からＩＣカードや携帯電話、コイン等の異物が、送電装置および受電装置に接近した場合や、載置された受電装置の隣に置かれた場合も、送電装置および受電装置から発生する漏れ磁界により、これらの異物が発熱するという課題があり、この対策も必要となっている。

そこで、本発明は、送電装置の載置面に受電装置が載置され、電力伝送を行っているときに、異物が接近または近接配置された場合においても、異物の発熱を抑制することが可能な非接触電力伝送装置および電子機器を提供することを目的とする。

本発明によれば、送電アンテナを内蔵した送電装置と、前記送電アンテナと電磁結合される受電アンテナを内蔵した受電装置を備え、前記送電アンテナと前記受電アンテナが対向配置されて電力伝送を行う非接触電力伝送装置であって、前記送電装置は、前記受電装置が載置される載置面を有し、前記載置面と実質的に平行に送電アンテナが配置され、前記送電アンテナの外側周囲には、電磁波シールド部材が並置され、前記送電アンテナの外側、かつ前記電磁波シールド部材の内側に異物検知センサを備え、前記電磁波シールド部材がフェライト、Ｎｉ−Ｆｅ合金、Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ合金から選択される軟磁性材料、または前記軟磁性材料の粉末に樹脂を混合した混合物から選択される１以上の材質からなることを特徴とする非接触電力伝送装置が得られる。

また、前記電磁波シールド部材は、板状またはシート状であるのが望ましい。

また、前記送電装置および前記受電装置は、さらに非接触通信を行ってもよい。

また、本発明によれば、上記の非接触電力伝送装置を実装した電子機器が得られる。

本発明によれば、送電装置の載置面に受電装置が載置され、電力伝送を行っているときに、異物が接近または近接配置された場合においても、異物の発熱を抑制することが可能な非接触電力伝送装置および電子機器を提供することが可能となる。

本発明の非接触電力伝送装置を示す断面図。 本発明の非接触電力伝送装置の送電装置を示す平面図。 本発明の非接触電力伝送装置の他の実施の形態を示す断面図。 本発明の非接触電力伝送装置の送電装置の他の実施の形態を示す平面図。

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、本発明の非接触電力伝送装置を示す断面図である。図２は、本発明の非接触電力伝送装置に係る送電装置を示す平面図である。図２では、説明を容易にするために、送電装置内の構成部材を透過させて示している。

図１に示すように、本発明の送電装置１０１には、送電アンテナ１１が内蔵されている。送電アンテナ１１には、ガラスエポキシ基板やフレキシブルプリント基板等の平面基板上に作製される平面コイルや、巻き線のみで形成されるコイル等が使用可能である。また、平面コイルと直列にコンデンサや抵抗器等を接続して、共振周波数やインピーダンスの調整等を行なうことも可能である。本実施の形態では、送電装置用筐体１２の内部に、この送電装置用筐体１２の上面と平行またはほぼ平行となるように送電アンテナ１１を配置し、送電装置用筐体１２の上面を送電装置の載置面とした。すなわち、送電アンテナ１１は、送電装置１０１の載置面と平行またはほぼ平行に配置されるが、後述する受電アンテナ２１との電磁結合が行なわれる配置となるように適宜設計することが可能である。

また、受電装置２０１には、受電アンテナ２１が内蔵されている。受電アンテナ２１には、ガラスエポキシ基板やフレキシブルプリント基板等の平面基板上に作製される平面コイルや、巻き線のみで形成されるコイル等が使用可能である。また、平面コイルと直列にコンデンサや抵抗器等を接続して、共振周波数やインピーダンスの調整等を行なうことも可能である。本実施の形態では、受電装置用筐体２２の内部に、この受電装置用筐体２２の底面と平行またはほぼ平行となるように受電アンテナ２１を配置し、受電装置用筐体２２の底面を送電装置１０１の載置面と接触させて載置可能とした。送電装置１０１の載置面に受電装置２０１が載置され、受電アンテナ２１と送電アンテナ１１を対向させることにより、送電装置１０１と受電装置２０１との電力伝送を行うことができる。なお、図１では、送電装置１０１の載置面に載置された受電装置２０１の隣に異物３２が近接配置した場合の構成を示している。

図１および図２に示すように、送電装置１０１の送電アンテナ１１の外側周囲には、電磁波シールド部材３１が並置されている。ここで、送電アンテナ１１の外側周囲とは、送電アンテナ１１の外形から、送電装置１０１の外縁までの範囲を示し、送電アンテナ１１とは重ならないように配置される。この電磁波シールド部材３１は、送電アンテナ１１と必ずしも同一平面状に配置する必要は無く、上記の配置範囲において、送電装置用筐体１２の裏側に接着したり、送電アンテナ１１を形成する平面基板等の部材上に接着したり等の方法で配置することが可能である。このように電磁波シールド部材３１を配置することによって、送電装置１０１の載置面に受電装置２０１が載置され、電力伝送を行っている際に、送電装置１０１と受電装置２０１から発生する漏れ磁界を抑制することができる。したがって、送電装置１０１または受電装置２０１に接近する異物や、載置面に載置された受電装置２０１に近接して置かれた異物３２への、漏れ磁界の影響を低減し、異物３２の発熱を抑制することが可能となる。また、受電装置２０１の大きさによって、電磁波シールド部材３１の配置範囲を、上記の範囲内にて調整することも可能である。たとえば、受電装置２０１が送電アンテナ１１より大きい場合、送電装置１０１には、受電装置２０１を載置した部分より外側に電磁波シールド部材３１を配置すればよい。

電磁波シールド部材は、板状またはシート状であることが好ましく、この形状とすることにより、送電装置の低背小型化や、設計自由度の向上が図れる。

本実施の形態では、非接触電力伝送に使用される周波数である高周波帯域（数ＭＨｚ〜数十ＭＨｚ）の電磁波をシールドし、漏れ磁界を抑制している。したがって、本実施の形態の電磁波シールド部材は、高周波帯域の電磁波をシールドできる材料を用いればよく、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｌ合金、Ｃｕ合金、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｒ合金等からなる導電性を有する材料、フェライト、Ｎｉ−Ｆｅ合金、Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ合金等の軟磁性材料、およびこれらの軟磁性材料の粉末に樹脂を含有させた混合物からなる高透磁率材料を使用することができる。また、これらの材料を複数組み合わせて使用することも可能である。

本実施の形態において、送電装置には、さらに異物検知センサを配置することも可能である。この異物検知センサとしては、反射型センサ、焦電センサ等の赤外線センサを用いるのが好ましいが、光や熱により異物を検知できる機能を有するセンサであれば、これらに限定されない。この構成により、異物が送電装置および受電装置に接近した場合や、載置された受電装置の隣に置かれた場合に加え、送電装置および受電装置に挟まれた場合においても、異物の有無や発熱を検知し、異物が高温となる異常発熱を抑制することが可能である。

図３は、本発明の非接触電力伝送装置の他の実施の形態を示す断面図である。図４は、本発明の非接触電力伝送装置の送電装置の他の実施の形態を示す平面図である。図４では、説明を容易にするために、送電装置内の構成部材を透過させて示している。図３および図４に示すように、異物検知センサ３３は、送電装置１０１に設けられ、送電アンテナ１１の外側に配置される。また、異物検知センサ３３の上面は、送電装置用筐体１２の載置面からはみ出さないように面一に配置するのが好ましい。上述した異物検知センサ３３を備えることにより、異物３２が送電装置１０１と受電装置２０１の間に挟まった場合や、異物３２が電磁波シールド部材３１の内側に配置された場合においても、異物の有無や微小な発熱等を検知することが可能となる。なお、異物を検知した場合には、異物が異常発熱をする前に充放電を停止する等の信号処理回路を設けることも、当然可能である。

また、本実施の形態の非接触電力伝送装置は、送電装置の載置面に受電装置を載置し、電力伝送とともに、非接触で情報のやり取りをする非接触通信も同時に行なう構成とすることができる。

さらに、本実施の形態の非接触電力伝送装置を、携帯電話やデジタルカメラ等の携帯機器とその充電器からなる電子機器に実装することも可能である。

本発明の実施例について、詳細に説明する。

（実施例１）
送電アンテナとして、平面コイルを使用し、外形４０×４０ｍｍ、厚さ１ｍｍのガラスエポキシ基板に、銅箔のパターンを形成し作製した。送電アンテナの平面コイルは、３ターンで、コイルパターン幅１ｍｍ、コイルパターン間隔１ｍｍとした。また、外形３８×３８ｍｍ、内形２８×２８ｍｍとした。さらに、このアンテナパターンの外側周囲に、電磁波シールド部材として、外形１００×１００ｍｍ、内形４０×４０ｍｍ、厚さ０．５ｍｍからなるアルミニウム板を並置した。送電装置用筐体として、外形１０５×１０５ｍｍ、高さ２０ｍｍの直方体状の樹脂ケースを用いた。送電装置用筐体の上面を載置面として、筐体内部に送電アンテナを、載置面と平行に配置した。アルミニウム板も、載置面と平行になるように、送電アンテナの外側周囲に並置した。

受電アンテナとして、平面コイルを使用し、外形２０×２０ｍｍ、厚さ１ｍｍガラスエポキシ基板に、銅箔のパターンを形成し作製した。受電アンテナの平面コイルは、３ターンで、コイルパターン幅０．５ｍｍ、コイルパターン間隔０．５ｍｍとした。また、外形１９×１９ｍｍ、内形１４×１４ｍｍとした。受電装置用筐体として、外形３０×５０ｍｍ、高さ５０ｍｍの直方体状の樹脂ケースを用いた。受電装置用の外形を形成する一つの底面を、送電装置へ載置する面として、受電アンテナは、この底面に平行となるように配置した。

送電装置に受電装置を載置し、送電アンテナと受電アンテナを電磁結合させて電力伝送を行なった。この状態で、送電装置の載置面に、受電装置に隣接させて異物を配置した。異物として、共振周波数１３．５６ＭＨｚのＩＣカードを使用した。

比較例として、上記の実施例と同様の構成で、アルミニウム板からなる電磁波シールド部材を設置しない構造の送電装置も準備した。それ以外の構成は、上記の実施例と同一とした。

上記の実施例および比較例に対して、異物を送電装置上の受電装置に接触させて配置した場合（間隔０）、受電装置から５ｍｍ、１０ｍｍ、２０ｍｍ、３０ｍｍ、４０ｍｍの間隔を空けて配置した場合の、異物の温度を測定した。温度測定箇所は、ＩＣカードのＩＣチップ部とした。表１は、本発明の実施例と比較例における、異物の温度測定結果を示す。

表１に示すとおり、実施例では、異物の発熱を大幅に抑制できた。すなわち、本発明によると、送電装置の載置面に受電装置が載置され、電力伝送を行っているときに、異物が接近または近接配置された場合においても、異物の発熱を抑制することが可能な非接触電力伝送装置および電子機器を提供することが可能となった。

（実施例２）
実施例２では、送電装置および受電装置の基本構成は実施例１と同様とし、送電装置において、送電アンテナの外側にφ３ｍｍ×５ｍｍの反射型センサを設置した。反射型センサは、図３および図４に示すように、矩形状の送電アンテナ１１の外側四隅、かつ電磁波シールド部材３１の内側に４つ配置した。また、反射型センサ（異物検知センサ３３）の上面が送電装置用筐体１２の上面と面一になるように、送電装置用筐体１２に穴を空けて、筐体内部に反射型センサを設置した。

実施例１と同様に、送電装置に受電装置を載置し、送電アンテナと受電アンテナを電磁結合させて電力伝送を行なった。このとき、送電装置の載置面に異物を配置し、送電装置と受電装置の間に異物を挟めた状態とした。異物として、実施例１と同様のＩＣカードを使用した。その結果、本実施例において設けた反射型センサにより異物を検出し、異物が高温となる前に除去することが可能であった。また、さらに異物を受電装置に隣接させて配置した場合においても、実施例１と同様の効果が得られた。

以上、本発明の実施の形態および実施例を用いて説明したが、本発明は、これらに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、部材や構成の変更があっても本発明に含まれる。例えば、非接触電力伝送装置は、図示したものに限定されず、他の構成要素を追加したりする等の変形実施が可能である。すなわち、当業者であれば当然なしえるであろう各種変形や修正もまた、本発明に含まれるものである。

１１ 送電アンテナ
１２ 送電装置用筐体
２１ 受電アンテナ
２２ 受電装置用筐体
３１ 電磁波シールド部材
３２ 異物
３３ 異物検知センサ （反射型センサ）
１０１ 送電装置
２０１ 受電装置

Claims (4)

1. 送電アンテナを内蔵した送電装置と、前記送電アンテナと電磁結合される受電アンテナを内蔵した受電装置を備え、前記送電アンテナと前記受電アンテナが対向配置されて電力伝送を行う非接触電力伝送装置であって、
   前記送電装置は、前記受電装置が載置される載置面を有し、前記載置面と実質的に平行に送電アンテナが配置され、前記送電アンテナの外側周囲には、電磁波シールド部材が並置され、前記送電アンテナの外側、かつ前記電磁波シールド部材の内側に異物検知センサを備え、前記電磁波シールド部材がフェライト、Ｎｉ−Ｆｅ合金、Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ合金から選択される軟磁性材料、または前記軟磁性材料の粉末に樹脂を混合した混合物から選択される１以上の材質からなることを特徴とする非接触電力伝送装置。
2. 前記電磁波シールド部材が、板状またはシート状であることを特徴とする請求項１に記載の非接触電力伝送装置。
3. 前記送電装置および前記受電装置が、さらに非接触通信を行うことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の非接触電力伝送装置。
4. 請求項１〜請求項３のいずれかに記載の非接触電力伝送装置を実装した電子機器。

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