JP6244538B2 - 非接触充電モジュール及びそれを備えた携帯端末 - Google Patents
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Description
〔非接触充電モジュールについて〕
以下、図1を用いて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要について説明する。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概略図である。図1(a)は、非接触充電モジュールの組立斜視図、図1(b)は、NFCコイルの上面図、図1(c)は、充電コイルの上面図、図1(d)は、第2の磁性シートの上面図、図1(e)は、第1の磁性シートの上面図である。
図1(b)を用いて充電コイルについて詳細に説明する。
を、マグネットよりも大きくしている。すなわち、中空部の面積をコイン上のマグネットの円形面の面積よりも大きくし、充電コイル30の内端(中空部を囲っている部分)がマグネットの外端よりも外側になるようにする。また、マグネットの直径は15.5mm以下であるため、中空部を、直径15.5mmの円よりも大きくすればよい。また、その他の方法としては、充電コイル30を略長方形に巻回し、略長方形の中空部の対角線がマグネットの直径(最大15.5mm)よりも長くすればよい。それにより、略長方形に巻回された充電コイル30のうち磁束が集中するコーナー部(四隅)がマグネットよりも外側に位置するため、マグネットの影響を抑えることができる。以下に、上記の構成による効果を示す。
図2(d)は充電コイル30の巻き数が少なくなるためL値は図2(c)に比べて小さくなる。その結果、図2(d)におけるL値から図2(b)におけるL値へは数値の減少が小さいため、内幅が大きいコイルではL値減少率を小さく抑えることができる。また、充電コイル30の内幅が大きいほど、マグネット220から充電コイル30の中空部の端部が離れるため、マグネット220の影響を抑えることができる。
を大きくしていくと、マグネット220の充電コイル30に対する影響が小さくなる。すなわち、マグネット220を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充電コイル30のL値が近づく。従って、マグネット220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。また、充電コイル30の中空部端部(充電コイル30の最内端部)とマグネット220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220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。
2aaとコーナー部32aは隣接していてもよい。そして、複数回巻回して、コーナー部31aを曲がる手前で巻き終わりの点32bbとなり、導線は脚部32bとなって充電コイル30の外側へ曲げられる。このとき、導線の曲がりは、巻き始めの点31aaよりも巻き終わりの点31bbのほうが緩やかに大きく曲がる。これは、脚部32bの形状を維持しようとする力を向上させるためである。
図1(c)に示される本実施の形態におけるNFCコイル40とは、13.56MHz帯の周波数を用いて電磁誘導により通信を行う近距離無線通信を行うアンテナであり、一般的にシートアンテナが用いられる。
また、第1の磁性シート10は、充電コイル30と第2の磁性シート20とを載置する平坦部21と、平坦部21の略中心部にあって充電コイル30の中空領域内に相当(対向)する中心部13と、充電コイル30の2本の脚部32a、32bの少なくとも一部が挿入されるスリット11とを備える。スリット11は図1(d)のように貫通したスリット形状だけでなく、貫通しない凹部形状であってもよい。スリット形状の方が製造も簡単で確実に導線を収納できる反面、凹部形状であることによって第1の磁性シート10の体積を大きくすることができるので充電コイル30のL値を向上させ、伝送効率を向上させることができる。中心部13は、平坦部12に対して凸部形状、平坦形状、凹部形状、貫通孔である形状となり、いずれであってもよい。凸部形状であれば、充電コイル21aの磁束を強めることができる。平坦であれば、製造しやすく充電コイル21aを載置しやすい上、後述する位置合わせのマグネットの影響と充電コイル21aのL値のバランスをとることができる。凹部形状、貫通孔に関しては、詳しく後述する。
ることが重要である。透磁率250以上、飽和磁束密度350mT以上を備えるものであればよい。本実施の形態においては、Mn−Zn系のフェライトの焼結体であって、透磁率1500以上2500以下、飽和磁束密度400以上500以下、厚みは約400μm以上700μm以下である。ただし、Ni−Zn系フェライトでもよく、透磁率250以上、飽和磁束密度350以上あれば、1次側非接触充電モジュール200と良好な電力伝送が可能である。
の割合が0%〜75%まではほとんど減少しないが75%〜100%にかけて大きく減少する。対して、1次側非接触充電モジュール200にマグネット220が備えられる場合は、くり抜きの割合を大きくするに従ってL値が向上する。マグネットの悪影響を受けにくくなるからである。このとき、くり抜きの割合が0%〜75%までは徐々にL値が向上し、75%〜100%にかけて大きく向上する。
図1(e)に示される第2の磁性シート20は、フェライトやパーマロイ、センダスト、珪素合板などの金属材料で構成される。第2の磁性シート20としては、Ni系軟磁性フェライトが好ましく、フェライト粉体を乾式プレス成形し、焼成することにより焼成体、高密度のフェライト焼成体とすることができ、軟磁性フェライトの密度が3.5g/cm3以上であることが好ましい。更に軟磁性フェライトの磁性体の大きさが、結晶粒界以上であることが好ましい。また第2の磁性シート20は、厚さ0.07mm〜0.5mm程度で形成されるシート状(あるいは板状、膜状、層状)のものである。外形のサイズはNFCコイル40の外形とほぼ同一である。ただし、NFCコイル40の外形よりも1〜3mm程度おおきくするとよい。第2の磁性シート20の厚みは0.1mmであり、第1の磁性シート10の厚みよりも薄く半分以下である。透磁率は少なくとも100〜200である。
図5は、本実施の形態における非接触充電モジュールを示す図であり、図5(a)は非接触充電モジュールの上面図、図5(b)は非接触充電モジュールの下面図、図5(c)は図5(a)のA−A断面図、図5(d)は図5(c)におけるB−Bより右側の拡大断面図である。
コイル40が受電して、充電コイル30の受電するパワーが低下する可能性がある。その結果、電力伝送効率が低下する可能性がある。また、NFCコイル40にとっては、1次側非接触充電モジュール200の発生させる磁束が非常に大きく、更に長時間発生される。従って、NFCコイル40にとって大きすぎる電流がNFCコイル40に発生する可能性があり、NFCコイル40に悪影響をもたらすことがある。一方で、NFCコイル40が通信する際は、充電コイル30に渦電流が発生してNFCコイル40の通信を妨げる。すなわち、伝送する電力の大きさの違いから、NFCコイル40と比べて充電コイル30は導線の線径も巻数も全体大きさも大きくなる。その結果、NFCコイル40から見ると充電コイル30は大きな金属体である。NFCコイル40の通信時に発せされる磁束を打ち消そうとする磁束が充電コイル30に流れてしまい、NFCコイル40の通信効率を大幅に低下させてしまう。
イル30の巻回部分(平面コイル部分)の巻き始め(内側)の点32aaに接続する脚部32aの少なくとも一部は、充電コイル30の巻回部分(平面コイル部分)及びNFCコイル40の双方と積層する。また、充電コイル30の巻回部分(平面コイル部分)の巻き終わり(外側)の点32bbに接続する脚部32bの少なくとも一部は、NFCコイル40と積層する。従って、スリット11を、図5(b)に示す下端部14から少なくとも充電コイル30の巻回部分(平面コイル部分)の巻き始め(内側)の点32bbまで伸ばす。脚部32aのうち、充電コイル30の巻回部分(平面コイル部分)及びNFCコイルと積層する部分がスリット11に収納される。また、脚部32bのうち、NFCコイルと積層する部分がスリット11に収納される。その結果、導線どうしが積層した分だけ厚みが増してしまうのを、スリット11に脚部32a、32bの双方を収納することによって解消することができる。前述したようにスリット11は貫通したスリットであっても底部を備える凹部のスリットであってもよい。少なくとも、充電コイル30の導線の直径よりも深く形成すればよい。スリット11の横幅(短手方向の幅)は、5mmであり、2mm〜10mmが好ましい。なお、本実施の形態の場合、脚部32a、32b双方を収納するのに最低限必要な幅が2mmであった。スリット11の横幅は充電コイル30の導線2本分の線径の2倍以上5倍以下であることが好ましい。すなわち、導線がリッツ線など複数線であっても、スリット11を、充電コイル30の端子4本程度が収まるくらいの幅を備えることが好ましい。また、スリット11の幅がこれ以上大きくなると、充電コイル30の電力伝送効率を低下させてしまう。また、最低限必要な幅の2倍以上としたのは、脚部32aと32bとの間に隙間を設けるためである。それによって、脚部32aと32bとの間の浮遊容量を低下させることができる。その結果、充電コイル30の効率を向上させることができる。また、脚部32aと32bとをスリット11内に収納することが簡単となり、脚部32aと32bとの強度を向上させることができる。
当し、脚部32a、32bを収納する。領域y、領域zまでスリット11aの領域を拡大しているのは、前述したとおり、図1(b)の導線を、巻き始めの点31aaよりも巻き終わりの点31bbのほうが緩やかに大きく曲がるように形成するためである。導線を巻き終わりの点31bbにおいて緩やかに曲げるため、その曲線部分を収納するためにスリット11aを領域yまで拡大している。しかし、領域zまではスリット11aを拡大させる必要はない。しかしながら、本実施の形態においては第1の磁性シート10をフェライトシート(焼結体)で構成しているため、領域zをスリット11aの一部とせずに第1の磁性シート10の一部としてしまうと、領域zのシート部分が破損してしまう。そのため、領域zまでもスリット11aとし、第1の磁性シート10の破損を防ぎ、第1の磁性シート10の特性を安定させる。なお、第1の磁性シート10が破損してしまうと、第1の磁性シート10は大幅に特性が変化し、充電コイル30の特性も大幅に変化してしまう。例えば、L値が低下し、非接触充電の電力伝送効率が低減する。
図8は、本実施の形態の非接触充電モジュールを備えた携帯端末を模式的に示した断面図である。図8(a)〜図8(e)においては、上面側に表示部を備え、下面側を通信面とする。また、図8の携帯端末300においては、筐体301、基板302、電池パック303、非接触充電モジュール100以外の部品を省略しており、図8は、筐体301、基板302、電池パック303、非接触充電モジュール100の配置関係を模式的に説明するものである。
十分に確保することができる。
10 第1の磁性シート
11 スリット
12 平坦部
13 中心部
14 下端部
20 第2の磁性シート
30 充電コイル
31a、31b、31c、31d コーナー部
32a、32b 脚部
33 内側部分
40 NFCコイル
41a、41b、41c、41d コーナー部
50 保護テープ
200 1次側非接触充電モジュール
210 1次側コイル
220 マグネット
300 携帯端末
301 筐体
302 基板
303 電池パック
Claims (1)
- 導線が巻回された充電コイルと、
前記充電コイルを囲むように導線が巻回されたNFCコイルと、
前記充電コイルと前記NFCコイルとを同一方向から支持する磁性シートと、を備え、
前記充電コイルの巻回数が、前記NFCコイルの巻回数よりも多く、
前記磁性シートはスリットを有し、
前記充電コイルの脚部は、前記スリットに収められ、
前記充電コイルの脚部は、前記NFCコイルの巻回部分と重複する部分において、前記NFCコイルと前記磁性シートとの間を通り、前記スリットに収められることを特徴とする非接触充電モジュール。
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