JPWO2007080820A1 - 受電装置とそれを用いた電子機器および非接触充電装置 - Google Patents

Abstract

電子機器１は受電装置２と電子機器本体３とを具備する。受電装置２はスパイラルコイルを有する受電コイル１１と整流器１２と二次電池１３とを備える。電子機器本体３は電子デバイス１４と回路基板１５とを備える。スパイラルコイル１１と二次電池１３、整流器１２、電子デバイス１４、回路基板１５との間の少なくとも１箇所には磁性箔体１６が配置されている。

Description

本発明は非接触充電に適用される受電装置とそれを用いた電子機器並びに非接触充電装置に関する。

近年、携帯型通信機器の発展は目覚ましいものがあり、とりわけ携帯電話機の小型軽薄化は急速に進められている。携帯電話機以外にも、ビデオカメラ（ハンディカメラ等）、コードレス電話機、ラップトップパソコン（ノート型パソコン）等の電子機器も小型軽薄化が進められている。これらは電子機器本体に二次電池を搭載することで、コンセントに繋ぐことなく使用可能とされており、携帯性や利便性を高めている。現在のところ、二次電池には容量に限界があり、数日〜数週間に１回は充電を行わなければならない。

充電方法には接触充電方式と非接触充電方式とがある。接触充電方式は、受電装置の電極と給電装置の電極とを直接接触させて充電を行う方式である。接触充電方式はその装置構造が単純であることから一般的に用いられている。しかし、近年の電子機器の小型軽薄化に伴って電子機器の重さが軽くなり、受電装置の電極と給電装置の電極との接触圧が不足し、充電不良を起こすといった問題が生じている。さらに、二次電池は熱に弱いため、電池の温度上昇を防ぐために過放電や過充電を起こさないように回路を設計する必要がある。このような点から非接触充電方式の適用が検討されている。

非接触充電方式は受電装置と給電装置の両方にコイルを設け、電磁誘導を利用して充電する方式である。非接触充電方式は電極同士の接触圧を考慮する必要がない。このため、電極同士の接触状態に左右されずに安定して充電電圧を供給することができる。非接触充電装置のコイルとしては、フェライトコアの周りにコイルを巻回した構造が知られている（特許文献１、２参照）。フェライト粉やアモルファス粉を混合した樹脂基板にコイルを実装した構造も知られている（特許文献３参照）。しかし、フェライトは薄く加工すると脆くなるため、耐衝撃性に弱く、機器の落下等で受電装置に不具合が生じやすい。

さらに、機器の薄型化に対応して受電部分を薄型化するために、基板に金属粉ペーストをスパイラル状に印刷して形成された平面コイルの採用が検討されている。しかしながら、平面コイルを通る磁束が機器内部の基板等と鎖交するため、電磁誘導により発生する渦電流で装置内が発熱するという問題がある。このため、大きな電力を送信することができず、充電時間が長くなってしまう。具体的には、携帯電話機の充電に接触充電装置であれば９０分程度であるのに対して、非接触充電装置では１２０分程度かかってしまう。

上述したように、従来の非接触充電方式を適用した受電装置は電磁誘導で発生する渦電流への対策が不十分である。特に、受電装置は二次電池を具備していることから、熱の発生を極力抑えることが求められる。さらに、受電装置は電子機器本体に取り付けられることから、熱の発生は回路部品等に悪影響を与える。これらに起因して充電時に大きな電力を送信することができず、充電時間が長いといった問題が生じている。さらに、渦電流の発生はノイズの発生につながり、充電効率の低下要因となる。
特開平１１−２６５８１４公報 特開２０００−２３３９３公報 特開平９−１９０９３８公報

本発明の目的は、電磁誘導で受電側に発生する渦電流を抑えることによって、渦電流に起因する発熱や充電効率の低下を抑制することを可能にした受電装置とそれを用いた電子機器および非接触充電装置を提供することにある。

本発明の態様に係る受電装置は、スパイラルコイルを有する受電コイルと、前記受電コイルに発生した交流電圧を整流する整流器と、前記整流器で整流された直流電圧が充電される二次電池と、前記スパイラルコイルと前記二次電池との間、および前記スパイラルコイルと前記整流器との間の少なくとも１箇所に配置された磁性箔体とを具備することを特徴としている。

本発明の態様に係る電子機器は、スパイラルコイルを有する受電コイルと、前記受電コイルに発生した交流電圧を整流する整流器と、前記整流器で整流された直流電圧が充電される二次電池とを備える受電装置と、前記二次電池から前記直流電圧が供給されて動作する電子デバイスと、前記電子デバイスが実装された回路基板とを備える電子機器本体と、前記スパイラルコイルと前記二次電池との間、前記スパイラルコイルと前記整流器との間、前記スパイラルコイルと前記電子デバイスとの間、および前記スパイラルコイルと前記回路基板との間の少なくとも１箇所に配置された磁性箔体とを具備することを特徴としている。

本発明の態様に係る非接触充電装置は、本発明の態様に係る電子機器と、前記電子機器の前記受電コイルと非接触で配置される給電コイルと、前記給電コイルに交流電圧を印加する電源とを備える給電装置とを具備し、前記給電コイルに発生させた磁束を前記受電コイルに伝達して電力を非接触で伝送することを特徴としている。

図１は本発明の第１の実施形態による電子機器の構成を示す図である。 図２は図１に示す電子機器の変形例の構成を示す図である。 図３は本発明の第２の実施形態による電子機器の構成を示す図である。 図４は本発明の実施形態における磁性箔体の外周部にはみ出し部を設けた例を示す断面図である。 図５は本発明の実施形態における磁性箔体の外周部にはみ出し部を設けた他の例を示す断面図である。 図６は本発明の実施形態における磁性箔体の外周部にはみ出し部を設けたさらに他の例を示す断面図である。 図７は本発明の実施形態における磁性箔体の中央部に開放部を設けた例を示す断面図である。 図８は本発明の実施形態における磁性箔体の中央部に開放部を設けた他の例を示す断面図である。 図９は本発明の実施形態における磁性箔体の中央部に開放部を設けたさらに他の例を示す断面図である。 図１０は本発明の実施形態における磁性箔体にスリットを形成した例を示す平面図である。 図１１は本発明の実施形態における磁性箔体にスリットを形成した他の例を示す平面図である。 図１２は本発明の実施形態における磁性箔体にスリットを形成したさらに他の例を示す平面図である。 図１３は本発明の実施形態における磁性箔体にスリットを形成したさらに他の例を示す平面図である。 図１４は本発明の実施形態における磁性箔体にスリットを形成したさらに他の例を示す平面図である。 図１５は本発明の実施形態の電子機器に複数の磁性箔体を配置した例を示す断面図である。 図１６は本発明の実施形態による非接触充電装置の構成を示す図である。 図１７は図１６に示す非接触充電装置の回路図である。

符号の説明

１…電子機器、２…受電装置、３…電子機器本体、４…筐体、１１…スパイラルコイル（受電コイル）、１２…整流器、１３…二次電池、１４…電子デバイス、１５…回路基板、１６…磁性箔体、１６ａ…折曲部、１６ｂ…開放部、１７…スリット、２０…非接触充電装置、３０…給電装置、３１…給電コイル、３２…磁心、３３…電源。

発明を実施するための形態

以下、本発明を実施するための形態について説明する。図１および図２は本発明の第１の実施形態による電子機器の構成を示している。図１および図２に示す電子機器１は非接触充電方式を適用した受電装置２と電子機器本体３とを具備している。受電装置２や電子機器本体３は筐体４内に配置されており、これらによって電子機器１が構成されている。

受電装置２は、スパイラルコイルを有する受電コイル１１と、受電コイル１１に発生した交流電圧を整流する整流器１２と、整流器１２で整流された直流電圧が充電される二次電池１３とを備えている。電子機器本体３は、受電装置２の二次電池１３に充電された直流電圧が供給されて動作する電子デバイス１４と、電子デバイス１４が実装された回路基板１５とを備えている。電子機器本体３は電子デバイス１４や回路基板１５以外に電子機器１の機能や動作等に応じた部品や装置を備えていてもよい。

受電コイル１１を構成するスパイラルコイルとしては、銅線等の金属ワイヤを平面状態で巻回した平面コイル、金属粉ペーストをスパイラル状に印刷して形成した平面コイル等が用いられる。スパイラルコイルの巻回形状は、円形、楕円、四角形、多角形等、特に限定されるものではない。スパイラルコイルの巻回数も要求特性に応じて適宜設定される。

整流器１２としては、トランジスタやダイオード等の半導体素子が挙げられる。整流器１２の個数は任意であり、必要に応じて１個または２個以上の整流器１２が用いられる。整流器１２はＴＦＴ等の成膜技術で形成したものであってもよい。図１および図２において、整流器１２は回路基板１５の受電コイル１１側に設置される。整流器１２は回路基板１５の受電コイル１１とは反対側の面に設けてもよい。二次電池１３は充放電が可能なものであり、平板型やボタン型等の種々の形状のものを使用することができる。

電子デバイス１４には、抵抗素子、容量素子、インダクタンス素子、制御素子、記憶素子等、回路を構成する各種の素子や部品が含まれる。さらに、これら以外の部品や装置であってもよい。回路基板１５は樹脂基板やセラミックス基板等の絶縁基板の表面や内部に回路を形成したものである。電子デバイス１４は回路基板１５に実装されている。電子デバイス１４は回路基板１５に実装されていないものを含んでいてもよい。

第１の実施形態の電子機器１は、例えば図１に示すように、スパイラルコイル（受電コイル）１１と二次電池１３との間に設置された磁性箔体１６を具備している。すなわち、スパイラルコイル１１と二次電池１３とは磁性箔体１６を挟んで配置されている。スパイラルコイル１１はその少なくとも一部として平面部を有し、この平面部は磁性箔体１６の表面に沿って配置されている。受電装置２として見た場合、それを構成するスパイラルコイル１１と二次電池１３との間に磁性箔体１６が配置されていることになる。

磁性箔体１６は図２に示すように、二次電池１３と回路基板１５との間に設置してもよい。この場合、磁性箔体１６はスパイラルコイル１１と回路基板１５との間に配置されていることになる。さらに、磁性箔体１６はスパイラルコイル１１と整流器１２との間やスパイラルコイル１１と電子デバイス１４との間に配置してもよい。磁性箔体１６はこれら各箇所のうち１箇所以上に配置される。磁性箔体１６は２箇所もしくはそれ以上の箇所に配置されていてもよい。

図３は第２の実施形態による電子機器を示している。図３に示す電子機器１において、スパイラルコイル１１は二次電池１３の周囲に設置されている。言い換えると、二次電池１３はスパイラルコイル１１の中央付近に設けられた空洞部内に設置されている。磁性箔体１６はスパイラルコイル１１と回路基板１５との間に加えて、スパイラルコイル１１と二次電池１３との間にも存在するように、中央付近を突出させた形状を有している。なお、図３では整流器１２や電子デバイス１３の図示を省略している。

第２の実施形態の電子機器１においても、磁性箔体１６はスパイラルコイル１１と回路基板１５との間、スパイラルコイル１１と整流器１２との間、スパイラルコイル１１と電子デバイス１４との間に配置してもよい。磁性箔体１６はこれら各箇所のうち１箇所以上に配置される。磁性箔体１６は２箇所もしくはそれ以上の箇所に配置されていてもよい。

電子機器１の横幅を小さくするためには第１の実施形態の構造が好ましい。電子機器１の厚さを薄くするためには第２の実施形態の構造が好ましい。これらの形態は適用する電子機器１の構造等に併せて適宜選択される。電子機器１の構成は図１ないし図３に限られるものではない。スパイラルコイル１１と二次電池１３と回路基板１５との配置は種々に変更が可能である。例えば、上側から二次電池、回路基板、スパイラルコイルを順に配置してもよい。磁性箔体は例えば回路基板とスパイラルコイルとの間に配置される。

スパイラルコイル１１と回路基板１５との間に磁性箔体１６を配置する場合、単にスパイラルコイル１１／磁性箔体１６／回路基板１５を積層するだけでもよいし、これらの間を接着剤やろう材で固定してもよい。他の場合も同様であり、各構成要素を積層するだけでもよいし、それらの間を接着剤やろう材で固定してもよい。

上述したように、スパイラルコイル１１と二次電池１３との間、スパイラルコイル１１と整流器１２との間、スパイラルコイル１１と電子デバイス１４との間、スパイラルコイル１１と回路基板１５との間の少なくとも１箇所に磁性箔体１６を配置することによって、充電時にスパイラルコイル１１を通る磁束を磁性箔体１６でシールドすることができる。従って、電子機器１内部の回路基板１５等と鎖交する磁束が減少するため、電磁誘導による渦電流の発生を抑制することが可能となる。磁性箔体１６の厚さは設置性や磁束の遮断性等を考慮して５〜５００μｍの範囲とすることが好ましい。この厚さは複数の磁性シートを積層した際の絶縁層や基材等の厚さを含めたものである。

渦電流の影響を抑制することによって、回路基板１５に実装された電子デバイス１４や整流器１２の発熱、また回路基板１５の回路の発熱、さらに渦電流に起因するノイズの発生を抑制することができる。電子機器１内部における発熱の抑制は、二次電池１３の性能や信頼性の向上に寄与する。さらに、渦電流による発熱を抑制することで、受電装置２に供給する電力を増大させることができる。磁性箔体１６はスパイラルコイル１１に対する磁心としても機能するため、受電効率ひいては充電効率を高めることが可能となる。これらは電子機器１に対する充電時間の短縮に寄与する。

磁性箔体１６としては、磁性合金薄帯（磁性合金リボン）、磁性粒子を樹脂フィルム中に分散させた磁性シート、樹脂フィルムのようなフレキシブル基材上に磁性薄膜を設けた磁性シート等が用いられる。磁性合金薄帯は樹脂フィルムのようなフレキシブル基材と接着して磁性シートとして用いてもよい。磁性箔体１６には各種の軟磁性材料を適用することができる。磁性箔体１６の具体的な構成としては以下に示すようなものが挙げられる。

磁性合金薄帯は、Ｃｏ基アモルファス合金、Ｆｅ基アモルファス合金、またはＦｅ基微結晶合金で構成することが好ましい。これら磁性材料はいずれもロール急冷法（単ロールまたは双ロール）で作製できることから、平均板厚が５０μｍ以下の薄帯を容易に得ることができる。平均板厚が５０μｍ以下の磁性合金薄帯は、後述する折曲部や開放部の形成加工が行いやすいために好ましい。折曲等の加工性を考慮すると、平均板厚は３５μｍ以下がさらに好ましい。平均板厚は５μｍ以上とすることが好ましい。平均板厚が５μｍ未満の磁性合金薄帯は、折曲加工を行った際に薄帯の破断等の不具合が生じやすい。

磁性合金薄帯を構成するアモルファス合金は、
一般式：（Ｔ_１−ａＭ_ａ）_{１００−ｂ}Ｘ_ｂ …（１）
（式中、ＴはＣｏおよびＦｅから選ばれる少なくとも１種の元素を、ＭはＮｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｍｏ、Ｖ、Ｎｂ、Ｗ、Ｔａ、Ｃｕ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、ＲｅおよびＳｎから選ばれる少なくとも１種の元素を、ＸはＢ、Ｓｉ、ＣおよびＰから選ばれる少なくとも１種の元素を示し、ａおよびｂは０≦ａ≦０．３、１０≦ｂ≦３５ａｔ％を満足する数である）
で表される組成を有することが好ましい。（１）式において、元素ＴがＣｏとＦｅの両方を含んでいる場合、Ｃｏが多ければＣｏ基アモルファス合金、Ｆｅが多ければＦｅ基アモルファス合金と呼称する。

（１）式において、元素Ｔは磁束密度、磁歪値、鉄損等の要求される磁気特性に応じて組成比率を調整するものとする。元素Ｍは熱安定性、耐食性、結晶化温度の制御等のために添加される元素である。元素Ｍの添加量はａの値として０．３以下とすることが好ましい。元素Ｍの添加量があまり多すぎると相対的に元素Ｔの量が減少することから、アモルファス磁性合金薄帯の磁気特性が低下する。元素Ｍの添加量を示すａの値は実用的には０．０１以上とすることが好ましい。ａの値は０．１５以下とすることがより好ましい。

元素Ｘはアモルファス合金を得るために必須の元素である。特に、Ｂ（ホウ素）は磁性合金のアモルファス化に有効な元素である。Ｓｉ（けい素）はアモルファス相の形成を助成したり、また結晶化温度の上昇に有効な元素である。元素Ｘの含有量があまり多すぎると透磁率の低下や脆さが生じ、逆に少なすぎるとアモルファス化が困難になる。このようなことから、元素Ｘの含有量は１０〜３５ａｔ％の範囲とすることが好ましい。元素Ｘの含有量は１５〜２５ａｔ％の範囲とすることがさらに好ましい。

Ｆｅ基微結晶合金薄帯としては、
一般式：Ｆｅ_{１００−ｃ−ｄ−ｅ−ｆ−ｇ−ｈ}Ａ_ｃＤ_ｄＥ_ｅＳｉ_ｆＢ_ｇＺ_ｈ …（２）
（式中、ＡはＣｕおよびＡｕから選ばれる少なくとも１種の元素を、ＤはＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｎｉ、Ｃｏおよび希土類元素から選ばれる少なくとも１種の元素を、ＥはＭｎ、Ａｌ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｉｎ、Ｓｎおよび白金族元素から選ばれる少なくとも１種の元素を、ＺはＣ、ＮおよびＰから選ばれる少なくとも１種の元素を示し、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇおよびｈは０．０１≦ｃ≦８ａｔ％、０．０１≦ｄ≦１０ａｔ％、０≦ｅ≦１０ａｔ％、１０≦ｆ≦２５ａｔ％、３≦ｇ≦１２ａｔ％、１５≦ｆ＋ｇ＋ｈ≦３５ａｔ％を満足する数である）
で実質的に表される組成を有するＦｅ基合金からなり、かつ面積比で金属組織の２０％以上が粒径５０ｎｍ以下の微結晶粒からなるものが挙げられる。

（２）式において、元素Ａは耐食性を高め、結晶粒の粗大化を防ぐと共に、鉄損や透磁率等の磁気特性を改善する元素である。元素Ａの含有量があまり少ないと結晶粒の粗大化抑制効果を十分に得ることができず、逆にあまり多すぎると磁気特性が劣化する。従って、元素Ａの含有量は０．０１〜８ａｔ％の範囲とすることが好ましい。元素Ｄは結晶粒径の均一化や磁歪の低減等に有効な元素である。元素Ｄの含有量は０．０１〜１０ａｔ％の範囲とすることが好ましい。

元素Ｅは軟磁気特性や耐食性の改善に有効な元素である。元素Ｅの含有量は１０ａｔ％以下とすることが好ましい。ＳｉおよびＢは薄帯製造時における合金のアモルファス化を助成する元素である。Ｓｉの含有量は１０〜２５ａｔ％の範囲、Ｂの含有量は３〜１２ａｔ％の範囲とすることが好ましい。ＳｉおよびＢ以外のアモルファス化助成元素として元素Ｚを含んでいてもよい。その場合、Ｓｉ、Ｂおよび元素Ｚの合計含有量は１５〜３５ａｔ％の範囲とすることが好ましい。微結晶構造は、特に粒径が５〜３０ｎｍの結晶粒を合金中に面積比で５０〜９０％の範囲で存在させた形態とすることが好ましい。

アモルファス合金薄帯は、例えばロール急冷法（溶湯急冷法）により作製される。具体的には、所定の組成比に調整した合金素材を溶融状態から急冷することにより作製される。微結晶合金薄帯は、例えば液体急冷法によりアモルファス合金薄帯を作製した後、その結晶化温度に対して−５０〜＋１２０℃の範囲の温度で１分〜５時間の熱処埋を行い、微結晶粒を析出させることにより得ることができる。液体急冷法の急冷速度を制御して微結晶粒を直接析出させる方法によっても、微結晶合金薄帯を得ることができる。

アモルファス合金薄帯やＦｅ基微結晶合金薄帯からなる磁性合金薄帯の平均厚さは５〜５０μｍの範囲とすることが好ましい。磁性合金薄帯の平均厚さが５０μｍを超えると透磁率が低くなり、また損失が大きくなるおそれがある。磁性合金薄帯の平均厚さを５μｍ未満としても、それ以上の効果が得られないばかりでなく、逆に製造コストの増加を招くことになる。磁性合金薄帯の厚さは５〜３５μｍの範囲とすることがより好ましく、さらに好ましくは１０〜２５μｍの範囲である。

磁性粒子を樹脂フィルム中に分散させた磁性シートを磁性箔体１６として用いる場合、磁性粒子としてはセンダスト粉末（Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ系磁性合金粉末）、Ｆｅ−Ｎｉ系磁性合金粉末、Ｆｅ−Ｃｒ系磁性合金粉末、Ｃｏ基アモルファス合金粉末、Ｆｅ基アモルファス合金粉末等の金属系磁性粉末や、フェライト粉末等の酸化物系磁性粉末が用いられる。磁性粒子を分散させる樹脂としては、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ポリイミド樹脂、塩化ビニル樹脂等が用いられる。必要に応じてビヒクルやＳｉＯ_２粒子のような無機充填材等を添加してもよい。

樹脂フィルム上に磁性薄膜を形成した磁性シートを磁性箔体１６として用いる場合、磁性薄膜としてはＦｅ_６８Ｃｏ_１７Ｚｒ_１５等のＦｅ−Ｃｏ系合金、Ｃｏ_３５．６Ｆｅ_５０Ｂ_１４．４のようなＣｏ−Ｆｅ−Ｂ系合金、Ｆｅ−Ｎｉ系合金等の薄膜が用いられる。磁性薄膜には軟磁性を示す各種材料が適用可能である。磁性薄膜はスパッタ法、蒸着法、ＣＶＤ法、メッキ法等で形成される。膜構造はアモルファス、グラニュラ、ナノクリスタル、ヘテロアモルファス等、特に限定されるものではない。磁性薄膜を形成する樹脂フィルムには、ポリイミド樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂等が用いられる。樹脂フィルム上に磁性薄膜をスパッタ法等の成膜することによって、磁性箔体１６を薄型化することができる。

磁性粒子を有する磁性シートにおいて、磁性粒子の平均粒子径は３０μｍ以下であることが好ましい。平均粒子径とは粒子体積と同等の体積を有する球状粒子の粒子径の平均値を示すものである。平均粒子径が３０μｍ以下の磁性粒子によれば、薄い可塑性を有する磁性シートを作製しやすい。磁性シートを構成する樹脂フィルムの厚さは２０〜５００μｍの範囲とすることが好ましい。また、磁性薄膜を有する磁性シートにおいて、磁性薄膜の厚さは２〜１００μｍの範囲とすることが好ましい。磁性薄膜を形成する樹脂フィルムの厚さは５〜５０μｍの範囲とすることが好ましい。

次に、渦電流による不具合をさらに抑制する方法および構造について説明する。磁性箔体１６は図４に示すように、その外周端部をスパイラルコイル１１の外周部より外側まで延在させることが好ましい。図４において、ｄｏは磁性箔体１６のスパイラルコイル１１の外側にはみ出した部分（はみ出し部）である。このような構造とすることによって、スパイラルコイル１１に生じた磁束をより効果的に磁性箔体１６で遮断することができる。これは基板等と鎖交する磁束に基づく渦電流の抑制、さらに渦電流による発熱や受電効率の低下の抑制に大きく寄与するものである。

磁性箔体１６のはみ出し部分ｄｏは図５や図６に示すように、回路基板１５とは反対側（スパイラルコイル１１側）に折り曲げてもよい。図５および図６において、磁性箔体１６はその外周端部を回路基板１５とは反対側に折り曲げた折曲部１６ａを有している。折曲部１６ａの形状は、図５に示すように複数回折り曲げてもよいし、図６に示すように１回折り曲げるだけでもよい。磁性箔体１６の外周部をスパイラルコイル１１側に折り曲げることによって、渦電流の抑制効果をさらに高めることができる。

さらに、磁性箔体１６はスパイラルコイル１１の磁心としても機能する。この場合、磁性箔体１６の外周端部をスパイラルコイル１１側に折り曲げることによって、磁心としての磁性箔体１６と給電コイル（１次コイル）とのギャップを小さくすることができる。これによって、受電効率を高めることが可能となる。この際、給電コイルに近接させる磁性箔体１６の面積が大きいほど効果がある。このため、図５に示すように、磁性箔体１６の外周端部を給電コイルの巻回面法線と略平行な方向に向けることによって、より効果的に磁気回路を形成して受電効率を高めることが可能となる。

磁性箔体１６の中央部には、図７、図８および図９に示すように開放部１６ｂを設けてもよい。磁性箔体１６の開放部１６ｂは、スパイラルコイル１１の中心部に対応する位置に設けられる。開放部１６ｂの形状は、図７に示すような磁性箔体１６の中央部をスパイラルコイル１１の方向に窪ませた形状（凸形状）、図８に示すような磁性箔体１６の中央部に穴を開けた形状、図９に示すような磁性箔体１６の中央部を折り曲げた形状等が挙げられる。開放部１６ｂを設けて給電コイル（１次コイル）とのギャップを小さくすることによって、より効果的に磁気回路を形成して受電効率を高めることが可能となる。

図８において、ｄｉは磁性箔体１６のスパイラルコイル１１より内側に存在させた部分を示している。図９に示す折り曲げ部分は、磁性箔体１６のスパイラルコイル１１より内側に存在させた部分ｄｉをスパイラルコイル１１の方向に折り曲げたものである。磁性箔体１６の外周部をスパイラルコイル１１の外側にはみ出させた構造と中央部に開放部を設けた構造はそれぞれ単独で用いてもよいし、また両方を採用してもよい。これらの構造を両方採用した方が受電効率の向上効果がより顕著になる。なお、図４ないし図９では整流器１２、二次電池１３、電子デバイス１３の図示を省略している。図１５も同様である。

さらに、磁性箔体１６内の渦電流を抑制するために、磁性箔体１６にはスリットを設けることが好ましい。磁性箔体１６はスリットで複数に分割し、電気路（または電流路）を分断することがより有効である。スリットを設けた磁性箔体１６の例を図１０ないし図１４に示す。これらの図において、符号１７はスリットを示している。スリット１７が磁性箔体１６を切断している場合、それは磁性箔体１６の分割線に相当する。

図１０は磁性箔体１６の縦横に直交するスリット１７を形成した状態を示している。図１０に示す磁性箔体１６は四分割されている。図１１は磁性箔体１６の縦横にそれぞれ複数本のスリット１７を形成した状態を示している。図１１に示すように、複数本のスリット１７を形成する場合、スリット１７のサイズやスリット１７同士の間隔は任意である。図１２は磁性箔体１６の対角線方向に直交するスリット１７を形成した状態を示している。このように、スリット１７は水平や垂直に限らず、角度を付けて形成してもよい。図示しないが、スリットは放射線状に形成してもよい。

図１３は磁性箔体１６の片方の端から途中までスリット１７を設けた状態を示している。スリット１７は対向する辺の両方から反対側の辺に向けてそれぞれ形成されている。図１４は磁性箔体１６の両端から途中までのスリット１７を形成し、さらに中央付近にもスリット１７を形成した状態を示している。電気路を分断する際、スパイラルコイル１１の中央部になるほど磁束が大きくなるため、分割後の磁性箔体１６の面積が中央部になるほど小さくなるように、スリット１７を設けることが効果的である。ただし、スリット数（分割数）を多くすると磁気抵抗が大きくなるために受電効率は低下する。このため、渦電流の抑制効果と受電効率の両方を考慮してスリット１７を設けることが好ましい。

渦電流の抑制効果と受電効率の両方を向上させためには、複数枚の磁性箔体を用いることが有効である。複数枚の磁性箔体を用いた例を図１５に示した。図１５に示す電子機器１においては、スパイラルコイル１１と回路基板１５との間に３枚の磁性箔体１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃを配置している。磁性箔体１６Ａは図１０に示したようなスリット１７を有している。磁性箔体１６Ｂは図１１に示したスリット１７を有している。磁性箔体１６Ｃはスリットを有しておらず、外周部を折り曲げたものである。

このように、折曲部１６ａを設けた磁性箔体１６Ｃとスリット１７を設けた磁性箔体１６Ａ、１６Ｂの両方を用いることによって、渦電流の抑制効果と受電効率の両方を高めることができる。スリット１７を形成した磁性箔体１６は開放部１６ｂを設けた磁性箔体１６組合せてもよいし、折曲部１６ａと開放部１６ｂの両方を具備する磁性箔体１６とスリット１７を形成した磁性箔体１６とを組合せてもよい。３枚以上（ｎ枚以上）の磁性箔体１６を用いる場合、そのうち２枚（（ｎ−１）枚）を同一形状（構造）の磁性箔体１６としてもよいし、３枚（ｎ枚）の磁性箔体１６全てに同じものを用いてもよい。

上述した実施形態の受電装置２とそれを用いた電子機器１においては、スパイラルコイル１１を鎖交した磁束に起因する渦電流が抑制されるため、機器内部の発熱を低下させることができると共に、受電効率を向上させることが可能となる。これによって、給電時の電力を大きくすることができ、充電時間の短縮を図ることができる。この実施形態の電子機器１は携帯電話機、携帯型オーディオ機器、デジタルカメラ、ゲーム機等に好適である。このような電子機器１は給電装置にセットして非接触充電が行われる。

図１６は本発明の実施形態による非接触充電装置の構成を示している。図１７は図１６に示す非接触充電装置の回路図である。図１６および図１７に示す非接触充電装置２０において、電子機器１は前述した実施形態で示したものである。図１６において、矢印は磁束の流れを示している。図１７において、符号２１は平滑用のコンデンサである。給電装置３０は給電コイル３１と給電コイル用磁心３２と給電コイル３１に交流電圧を印加する電源３３とを備えている。電子機器１を給電装置３０上にセットした際、給電コイル３１は受電コイル１１と非接触で配置される。

非接触充電装置２０による充電は以下のようにして行われる。まず、給電装置３０の給電コイル３１に電源３３から交流電圧を印加し、給電コイル３１に磁束を生じさせる。給電コイル３１に発生させた磁束は、給電コイル３１と非接触で配置された受電コイル１１に伝達される。受電コイル１１では磁束を受けて電磁誘導で交流電圧が生じる。この交流電圧は整流器１２で整流される。整流器１２で整流された直流電圧は二次電池１３に充電される。このように、非接触充電装置２０においては非接触で電力の伝送が行われる。

次に、本発明の具体的な実施例およびその評価結果について述べる。

（充電システム）
非接触充電システムとして携帯電話機用の充電システムを用意した。給電装置はＡＣ電源からの電力を制御回路を通して一定の電磁波に変換し、この電磁波を送信する一次コイル（給電コイル）を置き台の近傍に配置したものである。携帯電話機は受電装置としてスパイラルコイルからなる二次コイル（受電コイル）と二次コイルに生じた交流電力を整流する整流器が実装された回路基板と二次電池とを具備している。二次コイルは銅線を外周３０ｍｍ、内周２３ｍｍに平面状に巻回したものである。

（比較例１）
上記した携帯電話機において、磁性箔体を用いずに受電装置を構成した。これを用いた携帯電話機と非接触充電装置を比較例１とした。

（比較例２）
回路基板にフェライト粉を含有させた樹脂基板を用いる以外は、比較例１と同様の受電装置を構成した。これを用いた携帯電話機と非接触充電装置を比較例２とした。

（実施例１）
磁性箔体として、平均厚さが１５μｍで、組成がＣｏ_７４Ｆｅ_４Ｓｉ_８Ｂ_１４（原子比）のアモルファス合金薄帯を用意した。アモルファス合金薄帯の外周部のはみ出し量をｄｏ＝６ｍｍとし、これを３枚積層して配置した。３枚のアモルファス合金薄帯は図１に示したように、二次コイル（受電コイル１１）と二次電池１３との間に配置した。このような磁性箔体を有する受電装置を用いた携帯電話機と非接触充電装置を実施例１とした。

（実施例２〜５）
実施例２では外周部のはみ出し量がｄｏ＝３ｍｍのアモルファス合金薄帯を３枚積層した。実施例３ではｄｏ＝０ｍｍのアモルファス合金薄帯を３枚積層した。実施例４では外周部のはみ出し量がｄｏ＝−３ｍｍのアモルファス合金薄帯を３枚積層した。実施例５では外周部のはみ出し量がｄｏ＝６ｍｍのアモルファス合金薄帯を単層で用いた。これらアモルファス合金薄帯を実施例１と同様に、二次コイル（受電コイル１１）と回路基板１５との間に配置して受電装置をそれぞれ構成した。これらの受電装置を用いた携帯電話機と非接触充電装置を実施例２〜５とした。

（実施例６）
実施例１と同一のアモルファス合金薄帯のはみ出し部（ｄｏ＝６ｍｍ）を、図５に示したように折り曲げて折曲部を形成した。このようなアモルファス合金薄帯を３枚積層し、実施例１と同様に二次コイル（受電コイル１１）と回路基板１５との間に配置して受電装置を構成した。この受電装置を用いた携帯電話機と非接触充電装置を実施例６とした。

（実施例７）
平均粒子径が２０μｍのセンダスト粉末を体積占有率が５０％となるようにシリコーン樹脂に分散させ、これを厚さ５０μｍのシート状に成形した。このような磁性シートを磁性箔体として用いる以外は、実施例６と同様にして受電装置を構成した。この受電装置を用いた携帯電話機と非接触充電装置を実施例７とした。

（実施例８）
厚さ２５μｍのポリイミドフィルム上にスパッタ法でＳｉＯ_２膜とＴｉ膜を順に成膜した。次いで、Ｆｅ_６８Ｃｏ_１７Ｚｒ_１５（原子比）組成のスパッタターゲットとＳｉＯ_２ターゲットとを用いて、ＲＦスパッタ法で磁性薄膜を成膜し、さらにその上にＳｉＯ_２膜を成膜した。磁性薄膜の成膜とＳｉＯ_２膜の成膜を４回繰り返した。成膜した膜の構造は、［ＳｉＯ_２（０．０５）／ＦｅＣｏＺｒＳｉＯ（０．５）］×４／Ｔｉ（０．０１）／ＳｉＯ_２（０．０３）／ポリイミドフィルム（２５）／ＳｉＯ_２（０．０３）／Ｔｉ（０．０１）／［ＦｅＣｏＺｒＳｉＯ（０．５）／ＳｉＯ_２（０．０５）］×４である。括弧内の数字は厚さ（μｍ）である。

上述した成膜工程をポリイミドフィルムの両面に対して行って磁性シートを作製した。このような磁性シートを磁性箔体として用いる以外は、実施例６と同様にして受電装置を構成した。この受電装置を用いた携帯電話機と非接触充電装置を実施例８とした。

（実施例９）
実施例８と同一構成の磁性シートの中央部に、図７に示したような開放部を設けた。これを磁性箔体として用いる以外は、実施例８と同様にして受電装置を構成した。この受電装置を用いた携帯電話機と非接触充電装置を実施例９とした。

（実施例１０）
実施例８と同一構成の磁性シートの中央部に、図８に示したような開放部を設けた。中央部のはみ出し量はｄｉ＝３ｍｍとした。このような磁性シートを磁性箔体として用いる以外は、実施例８と同様にして受電装置を構成した。この受電装置を用いた携帯電話機と非接触充電装置を実施例９とした。

（実施例１１）
実施例１０による磁性シートの中央部のはみ出し量をｄｉ＝０ｍｍとする以外は、実施例８と同様にして受電装置を構成した。この受電装置を用いた携帯電話機と非接触充電装置を実施例１１とした。

（実施例１２）
実施例１０による磁性シートの中央部のはみ出し量をｄｉ＝−３ｍｍとする以外は、実施例８と同様にして受電装置を構成した。この受電装置を用いた携帯電話機と非接触充電装置を実施例１２とした。

（実施例１３）
実施例１０による磁性シートの中央のはみ出し部（ｄｉ＝３ｍｍ）を、図９に示したように折り曲げた。これを磁性箔体として用いる以外は、実施例８と同様にして受電装置を構成した。この受電装置を用いた携帯電話機と非接触充電装置を実施例１３とした。

（実施例１４）
実施例８と同一構成の磁性シートに、図１０に示したように縦横にスリットを１本ずつ形成した。スリットの幅は１００μｍとした。このようなスリットを有する磁性シートを磁性箔体として用いる以外は、実施例８と同様にして受電装置を構成した。この受電装置を用いた携帯電話機と非接触充電装置を実施例１４とした。

（実施例１５）
実施例８と同一構成の磁性シートに、図１１に示したように縦横それぞれに複数のスリットを形成した。スリットは中央に行くにしたがって周期（形成ピッチ）が狭くなるようにした。スリットの幅は５０〜１０００μｍの範囲とした。このようなスリットを有する磁性シートを磁性箔体として用いる以外は、実施例８と同様にして受電装置を構成した。この受電装置を用いた携帯電話機と非接触充電装置を実施例１５とした。

（実施例１６）
実施例８と同一構成の磁性シートに複数本のスリットを放射状に形成した。この磁性シートを磁性箔体として用いる以外は、実施例８と同様にして受電装置を構成した。この受電装置を用いた携帯電話機と非接触充電装置を実施例１６とした。

（実施例１７）
実施例８と同一構成の磁性シートに、図１３に示したように箔体の端部から途中までのスリットを複数本形成した。このようなスリットを有する磁性シートを磁性箔体として用いる以外は、実施例８と同様にして受電装置を構成した。この受電装置を用いた携帯電話機と非接触充電装置を実施例１７とした。

（実施例１８）
実施例８と同一構成の磁性シートに、図１４に示したように箔体の端部から途中までのスリットと独立したスリットの両方を複数本形成した。このようなスリットを有する磁性シートを磁性箔体として用いる以外は、実施例８と同様にして受電装置を構成した。この受電装置を用いた携帯電話機と非接触充電装置を実施例１８とした。

（実施例１９）
実施例１で用いた３枚のアモルファス合金薄帯のうち、２枚はそのままとし、１枚は外周部を折り曲げて折曲部を形成した（図１５参照）。このような３枚のアモルファス合金薄帯を用いる以外は、実施例１と同様にして受電装置を構成した。この受電装置を用いた携帯電話機と非接触充電装置を実施例１９とした。

（実施例２０）
図３に示したように、スパイラルコイルを二次電池の周囲に配置した。さらに、実施例１と同一構成の３枚のアモルファス合金薄帯を、図３に示したようにスパイラルコイルと回路基板との間とスパイラルコイルと二次電池との間に存在するように折り曲げて配置した。このようなアモルファス合金薄帯を用いる以外は、実施例１と同様にして受電装置を構成した。この受電装置を用いた携帯電話機と非接触充電装置を実施例２０とした。

上述した実施例１〜２０および比較例１〜２の構成を表１にまとめて示す。さらに、各実施例および比較例について、受電効率、発熱量、厚さ・自由度を測定並びに評価した。その結果を表２に示す。受電効率は、比較例１の充電時間を１００としたとき、充電時間が比較例１に対して改善を確認できなかったものを×、充電時間が１０％未満の範囲で短くなったものを△、充電時間が１０％以上５０％未満の範囲で短くなったものを○、充電時間が５０％以上の範囲で短くなったものを◎と表示した。なお、充電時間の測定の際には給電側の電力を一定にして比較を行った。

発熱量は、比較例１を１００としたとき、熱ロスの改善が確認できなかったものを×、熱ロスの改善が５％未満のものを△、熱ロスの改善が５％以上２０％未満のものを○、熱ロスの改善が２０％以上のものを◎と表記した。なお、発熱量の測定は上記した充電効率を測定した際の発熱量を測定した。すなわち、渦電流による不具合が生じない程度に電力を大きくしたときの発熱量である。「厚さ・自由度」については、磁性箔体や磁性基板の厚さを５０μｍ以下と薄型にできるか、回路基板や二次電池等の各パーツの配置に制限がないかについて検討した。薄型化が可能で各パーツの配置に制限がないものを○、どちらか一方または両方が制限されるものを×と表記した。

表２から明らかなように、磁性箔体を配置することで発熱量を抑制できると共に、受電効率を高めることが可能となる。さらに、磁性箔体の外周部にはみ出し部を設けたり、はみ出し部に折曲部を形成したり、また磁性箔体の中央部に開放部を設ける等によって、発熱量の抑制効果や受電効率の向上効果をさらに高めることができる。磁性箔体にスリットを形成することも有効である。これらは組合せることで効果が向上する。

なお、本発明は上記した実施形態に限られるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。また、各実施形態は可能な範囲で適宜組合せて実施することができ、その場合には組合せた効果が得られる。さらに、上記実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組合せにより種々の発明が抽出され得る。

本発明の態様に係る受電装置および電子機器は、スパイラルコイルと二次電池、整流器、電子デバイス、回路基板等との間の１箇所以上に磁性箔体を配置し、電磁誘導に起因する渦電流の発生を抑制している。従って、渦電流による発熱、ノイズ発生、受電効率の低下等を抑制することが可能となる。このような受電装置および電子機器は、非接触充電を適用した各種の電子機器に有効に利用されるものである。

Claims (20)

1. スパイラルコイルを有する受電コイルと、
   前記受電コイルに発生した交流電圧を整流する整流器と、
   前記整流器で整流された直流電圧が充電される二次電池と、
   前記スパイラルコイルと前記二次電池との間、および前記スパイラルコイルと前記整流器との間の少なくとも１箇所に配置された磁性箔体と
   を具備することを特徴とする受電装置。
2. 請求項１記載の受電装置において、
   前記磁性箔体の外周端部は前記スパイラルコイルの外周部より外側まで延在していることを特徴とする受電装置。
3. 請求項１記載の受電装置において、
   前記磁性箔体は前記スパイラルコイルの中心部に対応する位置に設けられた開放部を有することを特徴とする受電装置。
4. 請求項１記載の受電装置において、
   前記磁性箔体はスリットを有することを特徴とする受電装置。
5. 請求項１記載の受電装置において、
   前記磁性箔体は複数に分割されていることを特徴とする受電装置。
6. 請求項１記載の受電装置において、
   前記磁性箔体はアモルファス合金薄帯またはＦｅ基微結晶合金薄帯を有することを特徴とする受電装置。
7. 請求項１記載の受電装置において、
   前記磁性箔体は磁性粒子を樹脂フィルム中に分散させた磁性シートを有することを特徴とする受電装置。
8. 請求項１記載の受電装置において、
   前記磁性箔体は樹脂フィルム上に磁性薄膜を設けた磁性シートを有することを特徴とする受電装置。
9. スパイラルコイルを有する受電コイルと、前記受電コイルに発生した交流電圧を整流する整流器と、前記整流器で整流された直流電圧が充電される二次電池とを備える受電装置と、
   前記二次電池から前記直流電圧が供給されて動作する電子デバイスと、前記電子デバイスが実装された回路基板とを備える電子機器本体と、
   前記スパイラルコイルと前記二次電池との間、前記スパイラルコイルと前記整流器との間、前記スパイラルコイルと前記電子デバイスとの間、および前記スパイラルコイルと前記回路基板との間の少なくとも１箇所に配置された磁性箔体と
   を具備することを特徴とする電子機器。
10. 請求項９記載の電子機器において、
    前記磁性箔体は前記スパイラルコイルと前記回路基板との間に配置されていることを特徴とする電子機器。
11. 請求項９記載の電子機器において、
    前記スパイラルコイルは前記二次電池の周囲に配置されており、かつ前記磁性箔体は前記スパイラルコイルと前記回路基板との間に配置されていることを特徴とする電子機器。
12. 請求項９記載の電子機器において、
    前記磁性箔体はその外周端部を前記回路基板と反対方向に折り曲げた折曲部を有することを特徴とする電子機器。
13. 請求項９記載の電子機器において、
    前記磁性箔体の外周端部は前記スパイラルコイルの外周部より外側まで延在していることを特徴とする電子機器。
14. 請求項９記載の電子機器において、
    前記磁性箔体は前記スパイラルコイルの中心部に対応する位置に設けられた開放部を有することを特徴とする電子機器。
15. 請求項９記載の電子機器において、
    前記磁性箔体はスリットを有することを特徴とする電子機器。
16. 請求項９記載の電子機器において、
    前記磁性箔体は複数に分割されていることを特徴とする電子機器。
17. 請求項９記載の電子機器において、
    前記磁性箔体はアモルファス合金薄帯またはＦｅ基微結晶合金薄帯を有することを特徴とする電子機器。
18. 請求項９記載の電子機器において、
    前記磁性箔体は磁性粒子を樹脂フィルム中に分散させた磁性シートを有することを特徴とする電子機器。
19. 請求項９記載の電子機器において、
    前記磁性箔体は樹脂フィルム上に磁性薄膜を設けた磁性シートを有することを特徴とする電子機器。
20. 請求項１０記載の電子機器と、
    前記電子機器の前記受電コイルと非接触で配置される給電コイルと、前記給電コイルに交流電圧を印加する電源とを備える給電装置とを具備し、
    前記給電コイルに発生させた磁束を前記受電コイルに伝達して電力を非接触で伝送することを特徴とする非接触充電装置。

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