JP6246001B2 - 二次コイルモジュール - Google Patents

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Description

本発明は、無接点給電方式にて蓄電池を充電する電力が一次コイルを介して給電される二次コイルモジュールに関する。
従来、端末に内蔵される蓄電池に、端末と充電台とを端子で接続することなく給電する無接点給電（未接触給電）方式が利用されている。このような無接点給電方式として、例えば電磁誘導方式、電波方式、電磁界共鳴方式がある。電磁誘導方式では、端末側に二次コイルが備えられ、充電台側に一次コイルが備えられる。充電台から端末に給電する場合には、一次コイルと二次コイルとが対向するように充電台と端末とを配置する。この状態で、一次コイルに電流を供給して当該一次コイルに磁束を発生させ、当該磁束により二次コイルに電磁誘導による起電力を生じさせて蓄電池に給電する。このような電磁誘導方式に係る技術として例えば特許文献１及び２に記載のものがある。
特許文献１に記載の二次電池モジュールは、二次電池と、充電制御回路と、制御基板と、これらの部材を収容するケース体と、ケース体の外面に露出される入出力端子とを備えて構成される。充電制御回路には共振回路が設けられ、当該共振回路は充電器の給電コイルに対応して設けられる受電コイルと、当該受電コイルと並列に接続される共振コンデンサとを有して構成される。また、特許文献２に記載の非接触充電式電子機器は、筒状の外枠と、当該外枠の一方の開口を塞ぐ裏蓋と、当該裏蓋の内側に配置され、外枠の中心軸方向における厚さ寸法が当該中心軸と直交する方向の幅寸法よりも小さく、外部電源が備える一次コイルの電磁誘導によって発電する二次コイルと、を備えて構成される。
特開２０１３−１９６８８３号公報 特開２００８−２０６２８７号公報
特許文献１に記載の受電コイル、及び特許文献２に記載の二次コイルは、絶縁性材料で被覆された線材を同一平面上に巻いて形成した平面コイルが用いられ、蓄電池が内蔵された端末を蓄電池の鉛直上方から見た場合に、平面コイルが蓄電池の鉛直下方の側に配置される。一次コイルから平面コイルに効率良く給電するには、蓄電池の充電時に一次コイルと平面コイルとの間に蓄電池を配さないように、端末の鉛直下方の側の面を充電台側に向けて載置した方が良い。このため、特許文献１及び２に記載の技術では、充電時における端末の載置方向を考慮しなければならない。また、充電台から端末へ給電される電力を大きくするには、平面コイルの巻き数を多くすることが考えられるが、当該巻き数の増加に伴って平面コイルの外径が大きくなるので、平面コイルを配置する上で制約が生じたり、平面コイルを内蔵する端末のサイズが大きくなったりする可能性がある。
本発明の目的は、上記問題に鑑み、端末側ユニットに配置し易い小型の二次コイルモジュールを提供することにある。
上記目的を達成するための本発明に係る二次コイルモジュールの特徴構成は、無接点給電方式にて蓄電池を充電する電力が一次コイルを介して給電され、前記蓄電池と、前記蓄電池の充電を制御する充電制御回路と、前記蓄電池及び前記充電制御回路の少なくとも一方の外周面を覆う磁性材料からなる筒状のコアと、前記充電制御回路に接続されて前記コアの外周面に巻かれ、導電性材料からなる巻線とを、備え、前記筒状のコアは、前記蓄電池の充電時に、軸方向両端部のうち少なくとも前記一次コイルの側を向いて配置される側の端部が磁性材料からなる蓋部材で閉じられている点にある。
このような特徴構成とすれば、蓄電池及び充電制御回路の少なくとも一方がコアに内包されるので、二次コイルモジュールのサイズを小型化することができる。また、蓄電池や充電制御回路の大きさに応じて、二次コイルのサイズを適宜変更することもできる。このため、二次コイルモジュールを端末側ユニットに配置し易くすることができる。
また、このような構成とすれば、一次コイルからの磁束を効率良くコアの内部に導くことができるので、二次コイルモジュールによる集磁効果を高めることができる。また、コアの軸方向両端部を蓋部材で閉じた場合には、コアの内側の空間を遮蔽することができるので、コアに内包される部品の損傷を抑制できる。
また、前記充電制御回路が前記コアの筒内に設けられ、前記充電制御回路が搭載された基板が前記蓄電池に載置されていると好適である。このような構成とすれば、充電制御回路が搭載された基板を、コア内で容易に支持することができる。したがって、別途支持構造を設ける必要がないので、充電制御回路に起因して二次コイルモジュールがサイズアップすることがない。
また、前記充電制御回路の端子が、前記蓄電池の電極とフレキシブルプリント基板を介して接続され、前記フレキシブルプリント基板と前記蓄電池の電極とが導電性テープを介して接続されていると好適である。このような構成とすれば、充電制御回路と蓄電池とを容易に接続することができる。したがって、製造コストを低減することができる。
また、前記蓄電池の電極に接続され、前記蓄電池に充電された電力を出力する出力端子が、前記コアの外周面に設けられていると好適である。このような構成とすれば、蓄電池に充電された電力を容易に取り出し、当該電力を使用する部品の端子を容易に接続することができる。したがって、二次コイルモジュールの利便性を高めることができる。
二次コイルモジュールが有する二次コイルを模式的に示す図である。 コアの径方向外側から見た二次コイルモジュールの断面図である。 蓄電池の充電形態を示した模式図である。 蓄電池の充電形態を示した模式図である。 蓄電池の充電形態を示した模式図である。
本発明に係る二次コイルモジュールについて説明する。二次コイルモジュールは、充電台側ユニットと端末側ユニットとを有して構成される無接点給電方式の充電システムのうち、端末側ユニットに設けられ、当該端末側ユニットにおいて配置上の自由度を高めるべくコンパクトに構成される。以下、本実施形態の二次コイルモジュール２０について、詳細に説明する。
二次コイルモジュール２０は、無接点給電方式にて蓄電池を充電する電力が充電台側ユニットに設けられる一次コイル１を介して給電される。無接点充電方式とは、充電台側ユニットに設けられる一次コイルモジュール１０と端末側ユニットに設けられる二次コイルモジュール２０とを端子で接続することなく、充電台側ユニットに供給される交流電源からの電力を、充電台側ユニットに設けられた一次コイル１を介して、二次コイル２に伝達し、蓄電池３０を充電する方式である。一次コイル１と二次コイル２との電力の送受は電磁誘導により行われる。二次コイルモジュール２０にはこのような二次コイル２が備えられる。
１．二次コイル
図１には、二次コイル２の模式図が示される。図１に示されるように、二次コイル２は、コア２１、巻線２２、蓋部材２３を備えて構成される。コア２１は磁性材料からなる筒状で構成され、蓄電池３０の外周面を覆う。コア２１を構成する磁性材料としては、例えば板状のアモルファス磁性体や磁性体を含有した樹脂製シート等を用いることができる。この場合、板状のアモルファス磁性体や磁性体を含有した樹脂製シート等を筒状にし、端部を縫合してコア２１が形成される。このような縫合は、接着材を用いて行っても良いし、テープを用いて行っても良い。また、セラミック系のソフトフェライトを用いてコア２１を構成することもできる。他にも、磁性材の粉末を高濃度に含有した樹脂を用いて射出成形により成形しても良い。これにより厚さが１ｍｍ以下の円筒状のコア２１を形成することができる。また、セラミック系のソフトフェライトを用いてコア２１を構成する場合には、二次コイル２の放熱性を高めることができる。あるいは、樹脂系のフェライトを用いてコア２１を構成することもでき、この場合にはコア２１を軽量化できる。
特に本実施形態のコア２１は、図１に示されるように円筒状に構成される。蓄電池３０は二次コイルモジュール２０に備えられ、無接点給電方式による充電対象となる例えばリチウムポリマー電池である。蓄電池３０の形状は特に限定されるものではないが、本実施形態では図１に示されるように円柱状で構成される。コア２１は、内径が蓄電池３０の外径よりも大きくなるように構成され、蓄電池３０を径方向外側から覆うように配置される。また、コア２１は、軸方向の長さが蓄電池３０の軸方向の長さよりも長くなるように構成される。
巻線２２は導電性材料で構成され、コア２１の外周面に巻かれる。巻線２２を構成する導電性材料は、例えばエナメル線が用いられる。巻線２２は、このようなエナメル線をコア２１の外周面に複数回巻かれる。これにより、空芯コイルが構成される。もちろん、巻線２２を複数回巻いて空芯コイルを構成し、当該空芯コイルの径方向内側にコア２１を挿通して構成しても良い。空芯コイルは、軸方向の長さが蓄電池３０の軸方向の長さ以下で構成される。本実施形態では、巻線２２がコア２１の軸方向一方の端部の側に寄せて巻かれる。
蓋部材２３は、磁性材料で構成され、蓄電池の充電時に、筒状のコア２１の軸方向両端部のうち少なくとも一次コイル１の側を向いて配置される側の端部を閉じる。図１には蓋部材２３がコア２１の軸方向両端部を閉じる例が示される。蓋部材２３は、筒状に構成されたコア２１の軸方向両側の開口部の形状に合わせて形成され、本実施形態では円板状のものが用いられる。これにより、コア２１の軸方向両側の開口部に蓋をすることが可能となる。蓋部材２３を構成する磁性材料は、コア２１と同じ磁性材料を用いることができる。
以上、説明したように、二次コイル２が蓄電池３０を内包して構成されるので、二次コイルモジュール２０を小型化することができる。また、コア２１に巻線２２を巻いて構成される空芯コイルを低背にすることができるので、蓄電池３０やコア２１を低背のものを使用すれば、二次コイルモジュール２０を極めて薄く形成することも可能となる。したがって、端末側ユニットに二次コイルモジュール２０を配置し易くすることができる。なお、上述した蓄電池３０、コア２１、巻線２２、及び蓋部材２３の夫々の間に、接着剤を充填して接着しても良い。
２．二次コイルモジュール
次に、本実施形態に係る二次コイルモジュール２０について説明する。二次コイルモジュール２０は、上述したように充電システムの端末側ユニットに設けられる。このような二次コイルモジュール２０は、上述した二次コイル２と、蓄電池３０と、充電制御回路４０が搭載された基板４１とを有して構成される。二次コイル２及び蓄電池３０については、上述したのでここでの説明は省略する。
充電制御回路４０は、巻線２２に接続されてコア２１の筒内に設けられ、蓄電池３０の充電を制御する。巻線２２には、電磁誘導により電力が生じる。充電制御回路４０にはこの電力が伝達される。充電制御回路４０は、このような電力を、蓄電池３０を充電するのに適した所定の電圧値からなる直流電力に変換する。
このような充電制御回路４０は基板４１に搭載される。基板４１は、本実施形態ではフレキシブルプリント基板（FPC : Flexible printed circuits）を用いて構成される。基板４１は蓄電池３０に載置され、コア２１及び蓋部材２３により形成される柱状の空間内に設けられる。
充電制御回路４０の端子は、蓄電池３０の電極とフレキシブルプリント基板５０を介して接続され、当該フレキシブルプリント基板５０と蓄電池３０の電極とが導電性テープ６０を介して接続される。本実施形態では充電制御回路４０の端子は基板４１に設けられ、電磁誘導により二次コイル２に生じる電力が伝達される。蓄電池３０の電極とは、蓄電池３０が有する陽極端子及び陰極端子である。蓄電池３０の端子には、導電性テープ６０によりフレキシブルプリント基板５０の電極が接続される。このフレキシブルプリント基板５０は基板４１に設けられた充電制御回路４０の端子とも接続される。これにより、充電制御回路４０の端子と蓄電池３０の電極とが接続される。
また、コア２１の外周面には、蓄電池３０の電極に接続され、蓄電池３０に充電された電力を出力する出力端子７０が設けられる。すなわち、コア２１の外周面には、蓄電池３０の陽極端子及び陰極端子に夫々接続された一対の出力端子７０が設けられる。これにより、蓄電池３０に充電された電力を容易に取り出すことが可能となる。
例えば既存の電池ケースに収容されている非無接点給電方式で給電される蓄電池を、上述した二次コイルモジュール２０に置き換えることにより、給電方式を非無接点給電方式から無接点給電方式に変更することが可能となる。
３．充電形態
図３には、このように構成された二次コイルモジュール２０に設けられる蓄電池３０を充電する際の形態が示される。図３に示されるように、充電台側ユニットに設けられる一次コイルモジュール１０が、コアの円柱状部１１に巻線１２を巻いて形成された一次コイル１を有する場合には、一次コイル１に通電された場合に、円柱状部１１の軸方向に沿って磁束が生じる。このため、当該磁束が二次コイル２の径方向内側を貫通するように二次コイルモジュール２０を配置すると、効率良く二次コイル２に電磁誘導による電力を伝達することができる。したがって、コアの円柱状部１１に巻線１２を巻いて一次コイル１を形成している場合には、二次コイルモジュール２０は、二次コイル２が一次コイル１の軸心上に位置するように一次コイルモジュール１０に配置される。これにより、蓄電池３０を充電することが可能となる。
また、本発明に係る二次コイルモジュール２０を用いる場合には、図４に示されるように、二次コイル２が一次コイル１の軸心上に位置し、巻線２２が巻かれた側が一次コイル１の側とは反対側を向くように二次コイルモジュール２０を一次コイルモジュール１０に載置しても良い。この場合でも、蓄電池３０を充電することが可能である。
一方、図５に示されるように、一次コイルモジュール１０が、周方向の一部にギャップ１３を有するＣ形状のコア１４に巻線１２を巻いて形成された一次コイル１を有する場合には、一次コイル１が通電された際に、ギャップ１３においてコア１４の周方向に沿って磁束が生じる。このため、当該磁束が二次コイル２の径方向内側を貫通するように二次コイルモジュール２０を配置すると、効率良く二次コイル２に電磁誘導による電力を伝達することができる。したがって、Ｃ形状のコア１４を用いて一次コイル１を形成している場合には、二次コイルモジュール２０は、ギャップ１３に生じる磁束が二次コイル２の径方向内側を貫通するように一次コイルモジュール１０に載置される。これにより、効率良く蓄電池３０を充電することが可能となる。なお、ギャップ１３に生じる磁束が二次コイル２の径方向内側を貫通するようにすれば、巻線２２が巻かれた側がギャップ１３におけるコア１４の周方向端部のどちらの側を向いていても良い。
４．その他の実施形態
上記実施形態では、巻線２２がコア２１の軸方向一方の側の端部に寄せて巻かれているとして説明したが、コア２１の軸方向に対して巻線２２を一様に巻くことも可能である。このような構成であっても上述したように二次コイルモジュール２０を構成することが可能である。
上記実施形態では、筒状のコア２１の軸方向両端部が磁性材料からなる蓋部材２３で閉じられているとして説明したが、蓄電池の充電時に、筒状のコア２１の軸方向両端部のうち一次コイル１の側を向いて配置される側の端部のみ蓋部材２３で閉じるように構成することも可能であるし、コア２１の軸方向両側を蓋部材２３で閉じないように構成することも可能である。
上記実施形態では、コア２１は、蓄電池３０及び充電制御回路４０の外周面を覆うとして説明したが、コア２１が蓄電池３０及び充電制御回路４０の一方の外周面を覆うように構成することも可能である。例えばコア２１が蓄電池３０のみの外周面を覆うように構成されている場合には、充電制御回路４０が搭載された基板４１がコア２１の筒外に設けられる。
上記実施形態では、基板４１が蓄電池３０に載置されているとして説明したが、蓄電池３０から浮いた状態で筒内に基板４１を設けることも可能である。
上記実施形態では、充電制御回路４０の端子が、蓄電池３０の電極とフレキシブルプリント基板５０を介して接続されているとして説明したが、電線を用いて接続することも可能である。また、上記実施形態では、フレキシブルプリント基板５０と蓄電池３０の電極とが導電性テープ６０を介して接続されているとして説明したが、例えばソケット等を用いて接続することも可能である。
上記実施形態では、コア２１の外周面に、蓄電池３０の電極に接続され、蓄電池３０に充電された電力を出力する出力端子７０が設けられているとして説明したが、出力端子７０を他の部位に設けることも可能である。
上記実施形態では、無接点給電方式として電磁誘導方式に適用した場合の例を挙げて説明したが、本発明は電磁界共鳴方式にも適用することが可能である。また、二次コイル２をアンテナ部品のコイルに適用することも可能である。この場合、アンテナ部品が有する蓄電池の外周面を覆う磁性材料からなる筒状のコアと、当該コアの外周面に巻かれ、導電性材料からなる巻線と、を備えたコイルとして記載することができる。もちろん、筒状のコアの軸方向両端部を磁性材料からなる蓋部材で閉じて構成することも可能である。
上述した無接点給電方式で用いられる部品は、所定の規格を具備するように構成される。本発明によれば、当該規格を具備するように構成することを可能であるし、当該規格に依存せずに構成することも可能である。
本発明は、無接点給電方式にて蓄電池を充電する電力が一次コイルを介して給電される二次コイルモジュールに用いることが可能である。
１：一次コイル
２０：二次コイルモジュール
２１：コア
２２：巻線
２３：蓋部材
３０；蓄電池
４０：充電制御回路
４１：基板
５０：フレキシブルプリント基板
６０：導電性テープ
７０：出力端子

Claims (4)

  1. 無接点給電方式にて蓄電池を充電する電力が一次コイルを介して給電される二次コイルモジュールであって、
    前記蓄電池と、
    前記蓄電池の充電を制御する充電制御回路と、
    前記蓄電池及び前記充電制御回路の少なくとも一方の外周面を覆う磁性材料からなる筒状のコアと、
    前記充電制御回路に接続されて前記コアの外周面に巻かれ、導電性材料からなる巻線と、
    を備え、
    前記筒状のコアは、前記蓄電池の充電時に、軸方向両端部のうち少なくとも前記一次コイルの側を向いて配置される側の端部が磁性材料からなる蓋部材で閉じられている二次コイルモジュール。
  2. 前記充電制御回路が前記コアの筒内に設けられ、
    前記充電制御回路が搭載された基板が前記蓄電池に載置されている請求項１に記載の二次コイルモジュール。
  3. 前記充電制御回路の端子が、前記蓄電池の電極とフレキシブルプリント基板を介して接続され、前記フレキシブルプリント基板と前記蓄電池の電極とが導電性テープを介して接続されている請求項１又は２に記載の二次コイルモジュール。
  4. 前記蓄電池の電極に接続され、前記蓄電池に充電された電力を出力する出力端子が、前記コアの外周面に設けられている請求項１から３のいずれか一項に記載の二次コイルモジュール。
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