JPWO2013172349A1 - 非接触充電装置用アンテナシート及び該シートを用いた充電装置 - Google Patents
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Abstract
充電中の送信側及び受信側の配置について高い自由度を許容する非接触充電装置用アンテナシート及び該シートを用いた充電装置を提供する。送信側装置の送信側共振器又は受信側装置の受信側共振器として使用される、非接触型充電装置用アンテナシートであって、共振コンデンサの容量をＣとしたとき、共振周波数ｆで共振するようなピックアップコイルとして機能するコイル状のアンテナが基材上に形成され、前記共振周波数ｆは、１３．５６ＭＨｚであり、前記送信側共振器の共振コンデンサの容量は、１〜５ｐＦであり、前記受信側共振器の共振コンデンサの容量は、７０〜１００ｐＦであることを特徴とする。
Description
本発明は、広く給電・充電器側から非接触で電池・端末側に電力を伝送する非接触充電装置に関し、特に、磁界結合によって電力を供給する非接触充電装置用アンテナ及びこれを用いた充電装置に関する。
携帯電話や携帯端末、電気髭剃り機、電動歯ブラシ等の機器の電源に使用される二次電池に対する充電は、従来、充電器の接点と二次電池となる電池パックから配線された機器側の接点との導電接触によって通電させて行われていた。
近年、かかる機器等の二次電池に対する充電を非接触方式で行うものが増えている。
特許文献１には、送電側および受電側には、それぞれ板状の軟磁性材料上に複数のコイルを、隣接するコイルによって形成される磁束の向きがそれぞれ逆方向となるように、送電側および受電側のコイルを対向させて間隔を設けて配置するとともに、受電側の板状の軟磁性材料は電池缶に直接あるいは絶縁性部材を介して接触させて配置した電磁誘導作用によって非接触状態で電力を供給する非接触充電装置が開示されている。
また、特許文献２には、送電コイルから受電コイルに対して電磁誘導により電力の供給を行なう非接触電力伝送装置において、漏れ磁束の発生を抑え、１つの送電装置で必要とする電力の異なる複数の電子機器の充電に対応可能とする装置が記載されている。この装置は、略同心円状に配置した複数の送電コイル１１、１２を備え、受電コイル２１の外形に一番近い外形の送電コイルと、その内側の送電コイルのみを駆動する構成を備えている。これにより、１つの送電装置で外形の異なる受電コイルに対して電力伝送を行うときでも、漏れ磁束の発生を抑えることができるという効果を奏するものである。
しかしながら、かかる非接触型の充電装置ないし電力伝送装置は、電磁誘導作用を伴う電磁結合によって充電ないし電力伝送を行うものであり、送電側および受電側の配置には制限があった。つまり、送電側コイルと受電側コイルとは、至近距離でほぼ対向するように配置しなければ充電効率が極端に低下してしまうという課題があった。
一方で、非接触型の充電装置であっても、一次コイル（送電コイル）と二次コイル（受電コイル）とを磁界結合させて充電器側の電力を充電池側に供給する装置がある（特許文献３）。
すなわち、特許文献３には、充電器１に一次コイル１０３と、この一次コイルに交流電力を供給する手段１０４、１０５が設けられ、充電池２１０を有する無線通信機２に一次コイル１０３と磁界結合される二次コイル２１２と、この二次コイルに発生した起電力を充電池２１０の充電電力とする手段２１１とが設けられ、一次コイル１０３と二次コイル２１２とを磁界結合して充電器１の電力を充電池２１０に供給して充電を行うようにした非接触型充電装置において、一次コイル１０３への電力の供給を停止するスイッチ等１０６、１０７、２１３を設け、無線通信機の充電中に、発信が必要とされたとき、或いは着信があったときには、スイッチを操作することで充電を停止させ、無線通信機に及ぼす磁力の影響をなくして軽い力で無線通信機を充電機から持ち上げて使用することを可能とする装置が開示されている。
しかしながら、特許文献３に開示された装置は、上述の通り、充電時の一次コイルと二次コイルとの間の磁力が極めて大きいために、機器の充電中に、発信が必要とされたとき、或いは着信があったときには、充電を停止させ、機器に及ぼす磁力の影響をなくして軽い力で機器を充電機から持ち上げることを可能にする必要があった。
また、機器に電力を供給するための基台ケースには、機器を挿入可能な凹部が設けられ、機器を立てた状態で充電装置に載置できるように構成されたものであり、送電側および受電側の配置関係には制約があった。
そこで、本発明は、充電中の充電器側及び電池側の配置について高い自由度を許容する非接触充電装置用アンテナ及びこれを用いた充電装置を提供することを目的とする。
本発明にかかる非接触充電装置用アンテナシートは、送信側装置の送信側共振器又は受信側装置の受信側共振器として使用される、非接触型充電装置用アンテナシートであって、共振コンデンサの容量をＣとしたとき、共振周波数ｆで共振するようなピックアップコイルとして機能するコイル状のアンテナが基材上に形成されたことを特徴とする。
本発明にかかる非接触充電装置用アンテナシートは、前記共振周波数ｆは、１３．５６ＭＨｚであり、 前記送信側共振器の共振コンデンサの容量は、１〜５ｐＦであり、前記受信側共振器の共振コンデンサの容量は、７０〜１００ｐＦであることを特徴とする。
本発明にかかる非接触充電装置用アンテナシートは、前記共振周波数ｆは、６．７８ＭＨｚであり、前記送信側共振器の共振コンデンサの容量は、８〜２０ｐＦであり、前記受信側共振器の共振コンデンサの容量は、７０〜１２０ｐＦであることを特徴とする。
本発明にかかる非接触充電装置は、第１の磁性シート上に第１の基材が接着剤で接着され、第１の基材上に共振コイルが形成され、前記接着剤には給電コイルに埋設された送信側アンテナシートと、第２の磁性シート上に第２の基材が接着剤で接着され、第２の基材上に受信コイルが形成されてなる受信側アンテナシートとを備えたことを特徴とする。
本発明にかかる非接触充電装置は、前記共振コイル及び受信コイルの共振周波数は、１３．５６ＭＨｚであり、前記送信側アンテナシートの共振コンデンサの容量は、１〜５ｐＦであり、前記受信側アンテナシートの共振コンデンサの容量は、７０〜１００ｐＦであることを特徴とする。
本発明にかかる非接触充電装置は、前記共振コイル及び受信コイルの共振周波数は、６．７８ＭＨｚであり、前記送信側アンテナシートの共振コンデンサの容量は、８〜２０ｐＦであり、前記受信側アンテナシートの共振コンデンサの容量は、７０〜１２０ｐＦであることを特徴とする。
本発明にかかる非接触充電装置用アンテナにより、充電中の充電器側及び電池側の配置について高い自由度を許容する非接触充電装置用アンテナ及びこれを用いた充電装置を提供できるという効果を奏し、ひいては、送信側の電力を複数の受信側装置に対し、同時に供給できるという効果を奏する。
以下、本発明にかかる非接触充電装置用アンテナシート及び該シートを用いた充電装置を実施するための形態について、図を参照しながら詳述する。
図１に、本発明の一実施形態にかかる非接触充電装置の構成斜視図を示す。非接触充電装置１００は、給電シート１０１と、受信シート１０２と、共振シート１０３とを含み、それぞれのシートは、基材とコイルとを含む。すなわち、一実施例として、給電シート１０１は、基材１０１１上に給電コイル１０１２が形成されており、受信シート１０２は、基材１０２１上に受信コイル１０２２が形成されており、共振シート１０３は、基材１０３１上に共振コイル１０３２が形成されている。
以下、給電シート１０１、受信シート１０２、共振シート１０３を、それぞれ、給電用アンテナシート１０１、受信用アンテナシート１０２、共振用アンテナシート１０３とも言う。
また、給電コイル１０１２、受信コイル１０２２、共振コイル１０３２を、それぞれ、給電アンテナ１０１２、受信アンテナ１０２２、共振アンテナ１０３２、あるいは、給電コイル状アンテナ１０１２、受信コイル状アンテナ１０２２、共振コイル状アンテナ１０３２とも言う。
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図１の非接触充電装置において、各基材の材料には、ポリイミドやガラスエポシキシを用いることができる。また、コイル状アンテナの材料には、銅、アルミニウムを採用することができる。さらに、各コイル状アンテナは、基材上にエッチングして形成することができる。
基材上に形成された各コイル状アンテナは、給電装置（不図示）から供給される電力を送信側から受信側へ伝送する役割を持っている。なお、図１において、一実施形態として、給電コイル１０１２のインピーダンスＺは５０Ωであり、受信コイル１０２２の容量はＣ１であり、共振コイル１０３２の容量はＣ２（可変）である。Ｃ１及びＣ２は、充電装置の設計によって可変の値をとる。なお、受信コイル１０２２の抵抗値Ｒ１は５０Ωである。
図１の非接触充電装置において、給電コイル１０１２と共振コイル１０３２との間隔は、０．５ｍｍになるよう設計されている。伝送距離Ｈは、後述するようにかなりの自由度をもたせても効率の良い充電が可能である。また、図１には示していないが、本発明にかかる非接触充電装置用アンテナシートには、後述する通り、磁性シートを用いることができる。
図２Ａに、本発明の一実施形態にかかる非接触充電装置用アンテナシート（受信側）の断面構造を示す。図２Ａに示す通り、非接触充電装置用アンテナシート２００は、その構成部材として、受信コイル（状アンテナ）２０１と、基材２０２と、磁性シート２０４とからなる。より詳細には、アンテナシート２００は、磁性シート２０４上に基材２０２が接着剤２０３で接着され、基材２０２上に受信コイル（状アンテナ）２０１がエッチング等により形成されて構成されている。
なお、アンテナシート２００は、送信側のアンテナシートとして使用することもできる（図５Ａ及びその関連説明として後述）。
接着剤２０３には、酢酸ビニルや塩化ビニル等の熱可塑性樹脂あるいは、熱可塑性樹脂成分を有する溶剤を用いることができる。
磁性シート２０４には、扁平軟磁性材料粉末と樹脂とからなる磁性シートを用いることができる。図４に磁性シート２０４の詳細構造を示す。図４において、磁性シート２０４は、マトリクス樹脂２０４１に扁平軟磁性材料粉末２０４２が混合されている。磁性シート２０４には、扁平軟磁性材料粉末と樹脂とからなる様々な磁性シートを使用することができるが、一例として、出願人により別途出願された特開２００９−５９７５２号公報に開示されているように、（Ａ）扁平軟磁性材料粉末１０００重量部、（Ｂ）エポキシ樹脂１０〜３０重量部、（Ｃ）エポキシ樹脂硬化剤１〜６０重量部、（Ｄ）硬化促進剤０．０３〜１．５重量部、（Ｅ）グリシジル（メタ）アクリレート２〜６重量％を含むＴｇ（ガラス転移温度）が−１０℃以上でかつ重量平均分子量が８０万以上であるエポキシ基含有アクリル系共重合体４５〜２００重量部、（Ｆ）分散剤３〜２０重量部、（Ｇ）有機ホスフィン酸塩化合物３０〜７０重量部及び（Ｉ）金属水酸化物５０〜９０重量部を含有することを特徴とする難燃化ノイズ抑制シートを用いることができる。
図２Ｂに、本発明の一実施形態にかかる非接触充電装置用アンテナシート（送信側）の断面構造を示す。図２Ｂに示す通り、送信側の非接触充電装置用アンテナシート２５０は、その構成部材として、共振コイル（状アンテナ）２５１と、基材２０２と、磁性シート２０４とからなる。より詳細には、アンテナシート２５０は、磁性シート２０４上に基材２０２が接着剤２０３で接着され、基材２０２上に共振コイル（状アンテナ）２５１がエッチング等により形成されて構成されている。また、給電コイル（状アンテナ）２５５が接着剤２０３に埋設されている。
接着剤２０３や磁性シート２０４の材料については、上述した通りである。
図２Ｃに、本発明の他の実施形態にかかる非接触充電装置用アンテナシート（送信側）の断面構造を示す。図２Ｃに示す通り、送信側の非接触充電装置用アンテナシート２８０は、その構成部材として、共振コイル（状アンテナ）２５１と、基材２８２ａ、２８２ｂと、磁性シート２０４とからなる。より詳細には、アンテナシート２８０は、磁性シート２０４上に基材２８２ｂが接着剤２０３で接着され、空隙層２８３を挟んで設けられた基材２８２ａ上に共振コイル（状アンテナ）２５１がエッチング等により形成されて構成されている。また、給電コイル（状アンテナ）２５５が接着剤２０３に埋設されている。
実装上、空隙層２８３には、発砲スチロールが充填される。
ここで、アンテナシート２５０とアンテナシート２８０の作用効果上の相違について説明する。発明者らの実験によれば、共振コイル２５１における共振周波数が６．７８ＭＨｚの条件下では、アンテナシート２５０のように給電コイルと共振コイルとの距離が近いほうが伝送効率が良く、共振コイル２５１における共振周波数が１３．５６ＭＨｚの条件下では、アンテナシート２８０のように給電コイル２５５と共振コイル２５１との間（又は、基材２８２ａと基材２８２ｂとの間）に空隙層（厚み５ｍｍ程度）設けた方が、伝送効率が良い。
図３に、本発明の一実施形態にかかる非接触充電装置用アンテナシートの平面構造を示す。図３に示すように、アンテナシート２００は、基材２０２上に渦巻き状のアンテナ２０１がエッチング等によって形成されている。アンテナ２０１が薄膜エッチング等で基材２０２上に形成された場合には、アンテナ２０１は、基材２０２と略同一平面内に形成されることとなり、薄型のシートを実現できる。また、アンテナ２０１を基材２０２に埋設するよう形成することもできる。また、図３においては、コイル状アンテナ２０１に電気回路上必要な抵抗（Ｒ）やコンデンサ（Ｃ）は、外部素子として接続されることにより実現される。
図５Ａに、本発明の一実施形態にかかる非接触充電装置の外観構成を示す。図５Ａに示すように、非接触充電装置５００は、送信側装置５０１と受信側装置５０２とで構成されている。送信側装置５０１は、図２Ａで示したものと同様のアンテナシートが、送信側制御回路基板５０１１の上に実装されている。また、受信側装置５０２も、図２Ａで示したものと同様のアンテナシートが受信側制御回路基板５０２１の上に実装されている。
すなわち、送信側装置５０１は、磁性シート５０１２上に基材５０１４が接着剤５０１３で接着され、基材５０１４上に送信コイル（状アンテナ）５０１５がエッチング等により形成されて構成されたアンテナシートが、送信側制御回路基板５０１１の上に実装されている。また、受信側装置５０２は、磁性シート５０２２上に基材５０２４が接着剤５０２３で接着され、基材５０２４上に受信コイル（状アンテナ）５０２５がエッチング等により形成されて構成されたアンテナシートが、受信側制御回路基板５０２１の上に実装されている。そして、図５Ａにおいて、非接触充電装置５００は、送信側装置５０１と受信側装置５０２とが、それぞれのアンテナ面が対向するように配置されている。また、送信側装置５０１のアンテナの巻き方向と、受信側装置５０２のアンテナの巻き方向とは、互いに逆向きになっている。
図５Ｂに、本発明の他の実施形態にかかる非接触充電装置の外観構成を示す。図５Ｂに示すように、非接触充電装置５５０は、送信側装置５５１と受信側装置５５２とで構成されている。受信側装置５５２は、図２Ａで示したものと同様のアンテナシートが受信側制御回路基板５５２１の上に実装されている。すなわち、受信側装置５５２は、磁性シート５５２２上に基材５５２４が接着剤５５２３で接着され、基材５５２４上に受信コイル（状アンテナ）５５２５がエッチング等により形成されて構成されたアンテナシートが、送信側制御回路基板５５２１の上に実装されている。
送信側装置５５１は、図２Ｂで示したものと同様のアンテナシートが、送信側制御回路基板５５１１の上に実装されている。すなわち、送信側装置５５１は、磁性シート５５１２上に基材５５１４が接着剤５５１３で接着され、基材５５１４上に送信コイル（状アンテナ）５５１５がエッチング等により形成されている。なお、給電コイル（状アンテナ）５５１６は、接着剤５５１３内に埋設されており、図５Ｂにおいて、接着剤５５１３の層から取り出された給電コイルの両端が送信側制御回路基板５５１１へ接続されている。以上のアンテナシート層が、送信側制御回路基板５５１１の上に実装されている。
そして、図５Ｂにおいて、非接触充電装置５５０は、送信側装置５５１と受信側装置５５２とが、それぞれのアンテナ面が対向するように配置されている。また、送信側装置５５１のアンテナの巻き方向と、受信側装置５５２のアンテナの巻き方向とは、互いに逆向きになっている。
図６に、本発明の他の実施形態にかかる非接触充電装置用アンテナシートの断面構造を示す。アンテナシート６００は、コイル（状アンテナ）と制御回路基板との間の配線を簡便かつ容易なものとするために、磁性シートと接着剤と基板とからなる層に穴あけを行い、コイル（状アンテナ）から層の下部へ抜ける端子を設けたことが特徴となっている。
図６において、コイル（状アンテナ）６０４から外部接続用端子６０５ａ、６０５ｂが基材６０３を貫通して磁性シート６０１と接着剤６０２に開けられた穴から突出している様子が示されている。外部接続用端子６０５ａ、６０５ｂは、磁性シート６０１の下部に設置される制御回路基板との電気的接続を簡便かつ容易なものとする。
図７に、本発明の他の実施形態にかかる非接触充電装置の断面構造を示す。非接触充電装置７００は、制御回路基板７０１と、その上に接続されたアンテナシート６００とで構成されており、図７に示すように、制御回路基板７０１上の接続端子７０２ａ、７０２ｂと、アンテナシート６００の外部接続用端子６０５ａ、６０５ｂとが、はんだ７０３ａ、７０３ｂによって電気的に接続されている。
図８Ａ及び図８Ｂに、本発明の他の実施形態にかかる非接触充電装置の外観構成を示す。非接触充電装置８００は、図６に示したアンテナシート６００を使った非接触充電装置７００と同様のものを送受信側装置８０１及び８０２として適用した実施例である。なお、図示の便宜上、図８Ａに示した送信側装置８０１は、給電アンテナの図示を省略し、共振アンテナ８０１５の配線がよく分かるように図示している。一方で、図８Ｂに示した送信側装置８０１は、共振アンテナの図示を省略し、給電アンテナ８５１５の配線がよく分かるように図示した。
図８Ｂにおいて、給電アンテナ８５１５の両端は、磁性シート８０１２、接着剤８０１３（及び、必要に応じて基材８０１４）の層に開けられた穴から突出した外部接続用端子（図８Ｂにおいて不図示）から送信側制御回路基板８０１１上の接続端子（図８Ｂにおいて不図示）まで、はんだを介して電気的に接続されている。
また、図８Ａ及び図８Ｂにおいて、受信側装置８０２は、受信アンテナ８０２５の両端が、磁性シート８０２２、接着剤８０２３及び基材８０２４の層に開けられた穴から突出した外部接続用端子（図８Ａ、図８Ｂにおいて不図示）から受信側制御回路基板８０２１上の接続端子（図８Ａ、図８Ｂにおいて不図示）まで、はんだを介して電気的に接続されている。
図９Ａに、本発明の他の実施形態にかかる非接触充電装置用アンテナシートの平面構造を示す。アンテナシート９００は、基材９０２上にアンテナ９０１がエッチング等により配線されているが、アンテナ９０１は、コンデンサ素子９０１１ａ〜９０１１ｃを有するアンテナ部分９０１ａと、コンデンサ素子９０１２ａ〜９０１２ｃ（図９Ａにおいて不図示）を有するアンテナ部分９０１ｂとから構成されている。図３に示したアンテナシート２００は、電気回路上必要な抵抗（Ｒ）やコンデンサ（Ｃ）は、外部素子として接続されることにより実現されることを説明したが、アンテナ９０１は、アンテナ部分９０１ａ、９０１ｂがそれぞれコンデンサ素子を有しているので、外部素子を接続する必要はない。
図９Ｂに、アンテナ部分９０１ａ、９０１ｂのコンデンサ素子部分の構造を更に詳細に示す。図９Ｂにおいて、アンテナ部分９０１ａはコンデンサ素子９０１１ａ、９０１１ｂ、９０１１ｃを有し、アンテナ部分９０１ｂは、コンデンサ素子９０１２ａ、９０１２ｂ、９０１２ｃを有し、コンデンサ素子９０１１ａとコンデンサ素子９０１２ａとが容量素子として機能する。同様に、コンデンサ素子９０１１ｂとコンデンサ素子９０１２ｂとが容量素子として機能し、コンデンサ素子９０１２ｃとコンデンサ素子９０１２ｃとが容量素子として機能する。
図９Ａ、図９Ｂにおいて、説明の便宜上、コンデンサは３つとして記載したが本発明はこれに限定されるものではなく、必要に応じて１以上の任意の数のコンデンサ素子を備えることができる。
また、図９Ａ、図９Ｂにおいて説明したコンデンサ素子は、アンテナとの配線を断線することで簡単にコンデンサ機能を除去することができるので、容量調整が容易であるという利点を有する。例えば、コンデンサ素子を多めに形成し、容量を測定しながら、所望の容量が得られるまで、コンデンサ素子を１つずつ断線することで、簡便に容量を調整することができる。
図１０に、本発明の一実施形態にかかる非接触充電装置用アンテナシート（受信側）に対する磁性シートの添付位置と大きさのバリエーションを示す。図１０（Ａ）は、縦Ｈ、横Ｗの基材２０２上にコイル状アンテナ２０１が幾重にも巻かれて配線されている様子を示している。アンテナ２０１が幾重にも巻かれた結果、幅はＴになっている。
図２に示したように、磁性シートは、図１０から見ると基材２０２の下側に接着剤で貼り付けられるが、どの大きさ及び形状で貼り付けられるについては、図１０（Ｂ）に示すように、コイル状アンテナ２０１の外周を完全に覆う形で磁性シート２０４ａを貼り付けるパターンと、図１０（Ｃ）に示すように、コイル状アンテナ２０１の形状に合わせて中抜き環状の磁性シート２０４ｂを貼り付けるパターンとがある。このとき、中抜き環状の磁性シート２０４ｂの環の幅はＴと同じか、あるいは若干多め（＋α）に設計される。
図１１に、本発明の他の実施形態にかかる非接触充電装置における広範なシート配置の自由度を示す。本発明にかかる非接触充電装置は、その送信側装置と受信側装置の配置関係に関し、大きな自由度を許容するという特徴を有している。説明の便宜上、図１、図５Ａ、図５Ｂ、図８Ａ、図８Ｂにおいて、送受信側装置は、それぞれのアンテナ面が対向するように配置して説明したが、本発明はこれに限定されることなく、例えば、図１１（Ａ）のように送信側装置１００１に対して受信側装置１００２ａまでの伝送距離Ｈが、図１に示したＨ0よりも長くなっても効率よく電力を送信することができる。あるいは、図１１（Ｂ）に示すように、送信側装置１００１に対して受信側装置１００２ｂを斜めに平行移動させても、あるいは、図１１（Ｃ）に示すように、送信側装置１００１に対し、受信側装置１００２ｂの位置から略９０度回転させるように受信側装置１００２ｃを配置しても効率よく電力を送信することができる。
さらに、送信側装置１００１に対し、様々な距離と角度をもって配置された複数の受信側装置（一例として、図１１（Ｃ）における１００２ｃ、１００２ｄ及び１００２ｅ）に対しても、それぞれの距離と角度に応じて電力が配分されるものの、送信側の電力を同時に供給できるという大きな利点を有する。
［共振条件等］
以上述べた通り、本発明にかかる非接触充電装置用アンテナシート及び該シートを用いた充電装置は、配置自由度の高い非接触充電が可能となるが、かかる充電を可能にする共振条件等について、以下に詳述する。
以上述べた通り、本発明にかかる非接触充電装置用アンテナシート及び該シートを用いた充電装置は、配置自由度の高い非接触充電が可能となるが、かかる充電を可能にする共振条件等について、以下に詳述する。
非接触給電装置の基本的動作は、一般的に、４００ｋＨｚ〜２０ＭＨｚの周波数環境を有する電磁界において、所定の共振周波数ｆ１を有する送信側装置の送信側共振器と、所定の共振周波数ｆ２を有する受信側装置の受信側共振器との間で発生する磁界結合により、送信側の送電装置にて発生する電力を非接触で送信装置側から受信装置側に供給するものである。
一般に、送電装置の構成は、送電側共振器、発信器、電力増幅器、方向性結合器、バンドパスフィルタ（一例として、進行波用ＢＰＦ、反射波用ＢＰＦ等）、分配器（一例として、進行波用分配器、反射波用分配器）、演算器、ローパスフィルタ、位相変化検出器、振幅差検出回路、平滑コンデンサ、リンクコイル、インピーダンス可変素子、制御部等を備えるものであるが、本発明における送電装置には既知のものを使用できるので、ここでは、送電装置についての詳細説明は省略する。
そして、送信側共振器では、共振周波数をｆ１とし、ピックアップコイルのインダクタンスをＬ１、共振コンデンサの容量をＣ１としたとき、次式（１）の関係を満たす。
また、受信側共振器では、共振周波数をｆ２とし、ピックアップコイルのインダクタンスをＬ２、共振コンデンサの容量をＣ２としたとき、次式（２）の関係を満たす。
受信側装置で電磁誘導によってピックアップコイルＬ２において非接触により取り出された電流は、制御部（不図示）によって定電流として制御され、必要に応じてインピーダンス変換されて負荷に電力を供給する。
かかる基本原理に基づいて、本発明では、共振周波数を１３．５６ＭＨｚ及び６．７８ＭＨｚの２種類設定し、送信側（共振）コイルの共振コンデンサＣ１及び受信側コイル（タイプ１、タイプ２の２種類を用意）の共振コンデンサＣ２を様々に設定し、上述する本発明の効果を十分奏することができる条件を検証した。その結果を下表１にまとめる。
なお、受信側コイル（タイプ１）は、外形が６０ｍｍ×６０ｍｍで、コイルの太さＬは、１ｍｍであり、コイル線の間隔Ｓは、０．５ｍｍである。また、受信側コイル（タイプ２）は、外形が３０ｍｍ×４０ｍｍで、コイルの太さＬは、０．４ｍｍであり、コイル線の間隔Ｓは、０．２ｍｍである。コイルの巻き数は、共振コンデンサの容量に対し、それぞれ共振周波数を満たすようなインダクタンスが得られる巻き数となっている。
また、検証においては、受信側アンテナシートに様々なタイプの磁性シートを貼付して、高い電力効率が得られる条件も検討した。
また、検証においては、受信側アンテナシートに様々なタイプの磁性シートを貼付して、高い電力効率が得られる条件も検討した。
検証の結果、磁性シートを使用しない場合には、共振周波数１３．５６ＭＨｚの場合で、共振コイルのコンデンサ容量Ｃ１が１〜５ｐＦで、受信コイルのコンデンサ容量が、タイプ１、タイプ２共に７０〜１００ｐＦである場合に、良好な電力供給効率が得られた。
一方で、共振周波数が６．７８ＭＨｚの場合では、共振コイルのコンデンサ容量Ｃ１が８〜２０ｐＦで、受信コイルのコンデンサ容量が、タイプ１、タイプ２共に７０〜１２０ｐＦである場合に、良好な電力供給効率が得られた。
また、磁性シートを使用する場合には、図１０に基づいて説明したシートパターン（図１０（Ｂ）、図１０（Ｃ））の双方で、磁性シートの厚みが略７０μｍの場合に良好な電力供給効率が得られた。
さらに、磁性シートの厚みを略２００μｍとすると、受信側での磁束漏れをより強力に抑止することができ、さらに高い電力供給効率が得られた。
なお、磁性シートの厚みは、１０〜５００μｍ程度のものを広く使用可能である。
なお、磁性シートの厚みは、１０〜５００μｍ程度のものを広く使用可能である。
ここで、磁性シートの厚みと給電効率との関係について述べる。磁性シートの厚みは、上記実験のオーダーでは、磁性シートが厚い場合に高い電力供給効率が得られるものと考えられる。また、磁性シートが厚い場合には、漏れ磁束を軽減することができ、制御回路基板への悪い影響を低減させる効果が期待できる。
さらに、磁性シートを厚くすればするほど、コイルへの影響が大きくなり、その結果として共振周波数が減少する傾向があるので、本発明を適用した「磁性体一体化コイル」を提供する場合には、設計段階から磁性シートの影響による周波数シフトを考慮してコイルを設計可能であるため、ユーザがコイルと磁性シートとを別々に購入して組み合わせる場合に比べ、取り扱い易いが容易になるという利点がある。
［複数の送信側装置を用いた場合の伝送効率］
本発明にかかる送信側装置は、複数用いることもできる。図１２（Ａ）は、上述したように、送信側装置１２０１ａと受信側装置１２０２ａとが一定の間隔を隔てて対向している。一例として、３つの送信側装置を用いる場合は、図１２（Ｂ）に示すように、送信側装置１２０１ａ〜１２０１ｃを並べて配置し、受信側装置１２０２ｂを送信側装置１２０１ｂと一定の間隔を隔てて対向するように配置する。
本発明にかかる送信側装置は、複数用いることもできる。図１２（Ａ）は、上述したように、送信側装置１２０１ａと受信側装置１２０２ａとが一定の間隔を隔てて対向している。一例として、３つの送信側装置を用いる場合は、図１２（Ｂ）に示すように、送信側装置１２０１ａ〜１２０１ｃを並べて配置し、受信側装置１２０２ｂを送信側装置１２０１ｂと一定の間隔を隔てて対向するように配置する。
図１２（Ａ）の配置、図１２（Ｂ）の配置それぞれにおける、送信側装置から受信側装置への伝送効率を下表にまとめる。
このように、複数の送信側装置を用いた場合には、受信側装置は全ての送信側装置から同時に電力の供給を受けることができ、例えば、多数の送信側装置を平面的あるいは立体的に配置した場合には、図１１に示した配置の自由度を一層高めることができる。
また、以下に、発明者が実験により得た条件等について付記する。受信コイルの外径＝αとしたとき、受信側装置と送信側装置の距離は０以上α以下が好ましく、０以上０．７５×α以下がより好ましく、０．２５×α以上０．５×α以下が更に好ましい。ここで、受信コイルの外径αとは、長方形の場合は長辺：短辺＝１：１〜２：１の比率の場合に限りα＝（最外辺の長辺の長さ＋最外辺の短辺の長さ）／２である。また、受信コイルの外径αと送信コイルの外径βとの関係については、α＞β／３、かつ、α＜β×３の関係が成り立つものとする。
１００ 非接触充電装置
１０１ 給電シート（給電用アンテナシート）
１０１１、１０２１、１０３１、２０２、２８２ａ、２８２ｂ 基材
１０１２、２５５ 給電コイル（給電コイル状アンテナ）
１０２、２００ 受信シート（受信用アンテナシート）
１０２２、２０１ 受信コイル（受信コイル状アンテナ）
１０３ 共振シート（共振用アンテナシート）
１０３２、２５１ 共振コイル（共振コイル状アンテナ）
２０３ 接着剤
２０４、２０４ａ、２０４ｂ 磁性シート
１０１ 給電シート（給電用アンテナシート）
１０１１、１０２１、１０３１、２０２、２８２ａ、２８２ｂ 基材
１０１２、２５５ 給電コイル（給電コイル状アンテナ）
１０２、２００ 受信シート（受信用アンテナシート）
１０２２、２０１ 受信コイル（受信コイル状アンテナ）
１０３ 共振シート（共振用アンテナシート）
１０３２、２５１ 共振コイル（共振コイル状アンテナ）
２０３ 接着剤
２０４、２０４ａ、２０４ｂ 磁性シート
Claims (15)
- 送信側装置の送信側共振器又は受信側装置の受信側共振器として使用される、非接触型充電装置用アンテナシートであって、
共振コンデンサの容量をＣとしたとき、共振周波数ｆで共振するようなピックアップコイルとして機能するコイル状のアンテナが基材上に形成されたことを特徴とするアンテナシート。 - 前記共振周波数ｆは、１３．５６ＭＨｚであり、
前記送信側共振器の共振コンデンサの容量は、１〜５ｐＦであり、前記受信側共振器の共振コンデンサの容量は、７０〜１００ｐＦであることを特徴とする請求項１に記載のアンテナシート。 - 前記共振周波数ｆは、６．７８ＭＨｚであり、
前記送信側共振器の共振コンデンサの容量は、８〜２０ｐＦであり、前記受信側共振器の共振コンデンサの容量は、７０〜１２０ｐＦであることを特徴とする請求項１に記載のアンテナシート。 - 前記受信側受信側共振器として使用されるアンテナシートの基材には、形成されたアンテナと反対側に接着剤で貼付された磁性シート層を備えることを特徴とする請求項２又は３に記載のアンテナシート。
- 前記磁性シートは、コイル状の前記アンテナの外周を覆うように前記基材に貼付されたことを特徴とする請求項４に記載のアンテナシート。
- 前記磁性シートは、コイル状の前記アンテナの形状に合わせて中抜き環状であることを特徴とする請求項４に記載のアンテナシート。
- 前記磁性シート層の厚みは、１０〜５００μｍであることを特徴とする請求項４〜６のいずれか１項に記載のアンテナシート。
- 前記基材を貫通し、前記磁性シート及び接着剤に開けられた穴から突出した外部接続用端子を備えたことを特徴とする請求項４〜７のいずれか１項に記載のアンテナシート。
- 第１の磁性シート上に第１の基材が接着剤で接着され、第１の基材上に共振コイルが形成され、前記接着剤には給電コイルに埋設された送信側アンテナシートと、
第２の磁性シート上に第２の基材が接着剤で接着され、第２の基材上に受信コイルが形成されてなる受信側アンテナシートと
を備えたことを特徴とする非接触充電装置。 - 前記共振コイル及び受信コイルの共振周波数は、１３．５６ＭＨｚであり、
前記送信側アンテナシートの共振コンデンサの容量は、１〜５ｐＦであり、前記受信側アンテナシートの共振コンデンサの容量は、７０〜１００ｐＦであることを特徴とする請求項９に記載の非接触充電装置。 - 前記共振コイル及び受信コイルの共振周波数は、６．７８ＭＨｚであり、
前記送信側アンテナシートの共振コンデンサの容量は、８〜２０ｐＦであり、前記受信側アンテナシートの共振コンデンサの容量は、７０〜１２０ｐＦであることを特徴とする請求項９に記載の非接触充電装置。 - 前記第２の磁性シートは、コイル状の前記アンテナの外周を覆うように前記第２の基材に貼付されたことを特徴とする請求項９〜１１のいずれか１項に記載の非接触充電装置。
- 前記第２の磁性シートは、コイル状の前記アンテナの形状に合わせて中抜き環状であることを特徴とする請求項９〜１１のいずれか１項に記載の非接触充電装置。
- 前記第２の磁性シート層の厚みは、１０〜５００μｍであることを特徴とする請求項１０〜１３のいずれか１項に記載の非接触充電装置。
- 前記第１の磁性シート及び接着剤に開けられた穴から突出した外部接続用端子を備えたことを特徴とする請求項９〜１４のいずれか１項に記載の非接触充電装置。
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