KR101052981B1 - 비접촉형의 수전 장치와 그것을 이용한 전자 기기 및 비접촉 충전 장치 - Google Patents

비접촉형의 수전 장치와 그것을 이용한 전자 기기 및 비접촉 충전 장치 Download PDF

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Abstract

전자 기기(1)는 수전 장치(2)와 전자 기기 본체(3)를 구비한다. 수전 장치(2)는 스파이럴 코일을 갖는 수전 코일(11)과 정류기(12)와 2차 전지(13)를 구비한다. 전자 기기 본체(3)는 전자 디바이스(14)와 회로 기판(15)을 구비한다. 스파이럴 코일(11)과 2차 전지(13), 정류기(12), 전자 디바이스(14), 회로 기판(15)의 사이 중 적어도 1개소에는 자성박체(16)가 배치되어 있다. 자성박체(16)는 포화 자속 밀도 Ms와 판 두께 t의 곱으로 표현되는 Ms·t값이 15 이상이다.
수전 장치, 전자 기기, 수전 장치, 전자 디바이스, 회로 기판

Description

비접촉형의 수전 장치와 그것을 이용한 전자 기기 및 비접촉 충전 장치{POWER RECEIVING DEVICE, ELECTRONIC APPARATUS USING SAME AND NON-CONTACT CHARGER}
본 발명은 비접촉 충전에 적용되는 수전 장치와 그것을 이용한 전자 기기 및 비접촉 충전 장치에 관한 것이다.
최근, 휴대형 통신 기기의 발전은 놀랄만한 것으로, 특히 휴대 전화기의 소형 경박화는 급속히 진행되고 있다. 휴대 전화기 이외에도, 핸디 카메라(휴대형 　비디오　카메라 등), 코드리스 전화기, 랩탑 PC(노트형 PC) 등의 전자 기기도 소형 경박화가 진행되고 있다. 이들은 전자 기기 본체에 2차 전지를 탑재함으로써, 콘센트에 연결하지 않고 사용 가능하게 되어 있어, 휴대성이나 편리성을 높이고 있다. 단，2차 전지에는 용량에 한계가 있어, 수일 내지 수주간에 1회는 충전을 행해야만 한다.
충전 방법에는 접촉 충전 방식과 비접촉 충전 방식이 있다. 접촉 충전 방식은, 수전 장치의 전극과 급전 장치의 전극을 직접 접촉시켜 충전을 행하는 방식이다. 접촉 충전 방식은 그 장치 구조가 단순하기 때문에 일반적으로 이용되고 있다. 그러나，최근의 전자 기기의 소형 경박화에 수반하여 전자 기기의 무게가 가벼워져서, 수전 장치의 전극과 급전 장치의 전극의 접촉압이 부족하여, 충전 불량 을 일으킨다고 하는 문제가 생기고 있다. 2차 전지는 열에 약하기 때문에, 전지의 온도 상승을 방지하기 위해서 과방전이나 과충전을 일으키지 않도록 회로를 설계할 필요가 있다.
이러한 점으로부터 비접촉 충전 방식의 적용이 검토되어 있다. 종래의 비접촉 충전 방식에서는 2차 전지로서 니켈-수소 전지가 주로 이용되고 있으며, 이 때문에 충전 시간이 8시간 정도 걸리는 것이 많다고 하는 난점을 갖고 있었다. 이와 같은 점에 대하여, Li 이온 2차 전지 등의 고용량 2차 전지의 출현에 의해, 휴대 전화기나 노트형 PC 등의 비교적 대소비 전력에서 고속 충전을 필요로 하는 전자 기기에서도 비접촉 충전 방식의 적용이 검토되고 있다.
비접촉 충전 방식은 수전 장치와 급전 장치의 양쪽에 코일을 설치하고, 전자 유도를 이용하여 충전하는 방식이다. 비접촉 충전 방식은 전극끼리의 접촉압을 고려할 필요가 없기 때문에, 전극끼리의 접촉 상태에 좌우되지 않고 안정적으로 충전 전압을 공급할 수 있다. 비접촉 충전 장치의 코일로서는, 페라이트 코어의 주위에 코일을 권회한 구조가 알려져 있다(특허 문헌 1, 2 참조). 페라이트분이나 아몰퍼스분을 혼합한 수지 기판에 코일을 실장한 구조도 알려져 있다(특허 문헌 3 참조). 그러나，페라이트는 얇게 가공하면 취약해지기 때문에, 내충격성이 약하여, 기기의 낙하 등에 의해 수전 장치에 의한 문제가 생기기 쉽다.
기기의 박형화에 대응하여 수전 부분을 박형화하기 위해서, 기판에 금속분 페이스트를 스파이럴형상으로 인쇄하여 형성된 평면 코일이 채용되어 있다. 또한，송전측의 평면 코일(1차 코일)과 수전측의 평면 코일(2차 코일)의 사이의 결합을 자성체로 강화하는 구조가 제안되어 있다(특허 문헌 4∼6 참조). 자성체(자성 시트)는 1차 코일과 2차 코일의 사이의 결합을 강화하는 코어재로서 사용되어 있다. 그러나, 송전 속도가 커지면 코일간의 결합뿐만 아니라, 주변의 부품의 발열을 고려할 필요가 생긴다.
즉, 평면 코일을 사용한 경우, 평면 코일을 통과하는 자속이 기기 내부의 기판 등과 쇄교(鎖交)하기 때문에, 전자 유도에 의해 발생하는 와전류로 장치 내가 발열한다. 이 때문에, 큰 전력을 송신할 수 없어, 충전 시간이 길어진다고 하는 문제가 있다. 예를 들면, 발열을 무시하여 송전 속도를 높이면, Li 이온 2차 전지의 내부에서 탄산 가스가 발생하여, 팽폭 등이 발생하는 것이 염려된다. 이 때문에, 비접촉 충전 장치에 의한 휴대 전화의 충전에는 접촉 충전 장치에 의한 충전 시간에 대하여 130％ 정도 걸리게 된다.
휴대 전화기, 디지탈 카메라, 휴대 게임기, 포터블 AV 기기 등에 이용되는 Li 이온 2차 전지는, 단위 시간당 충전 용량이 종래의 니켈-수소 전지에 비하여 5배 이상으로 되어 있다. 이 때문에, 비접촉 충전 방식에서 송전 속도를 높이고자 하였을 때에, 와전류에 의한 발열의 문제를 무시할 수 없다. 이와 같이, 종래의 비접촉 충전 방식을 적용한 수전 장치는 전자 유도로 발생하는 와전류, 그것에 기초한 발열에의 대책이 불충분하다. 와전류의 발생은 노이즈의 발생으로 이어져서, 충전 효율을 더욱 저하시키는 요인으로 된다.
[특허 문헌 1] 일본 특허 공개 평11-265814호 공보
[특허 문헌 2] 일본 특허 공개 제2000-023393 공보
[특허 문헌 3] 일본 특허 공개 평09-190938호 공보
[특허 문헌 4] 일본 실용 공개 소58-080753호 공보
[특허 문헌 5] 일본 특허 공개 평04-122007호 공보
[특허 문헌 6] 일본 특허 공개 평08-148360호 공보
<발명의 개시>
본 발명의 목적은, 전자 유도에 의해 수전측에 발생하는 와전류를 억제함으로써, 와전류에 기인하는 발열이나 수전 효율의 저하를 억제하는 것을 가능하게 한 수전 장치와 그것을 이용한 전자 기기 및 비접촉 충전 장치를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 양태에 따른 수전 장치는, 스파이럴 코일을 갖는 수전 코일과, 상기 수전 코일에 발생한 교류 전압을 정류하는 정류기와, 상기 정류기에서 정류된 직류 전압이 충전되는 2차 전지와, 상기 스파이럴 코일과 상기 2차 전지의 사이 및 상기 스파이럴 코일과 상기 정류기의 사이 중 적어도 1개소에 배치된 자성박체를 구비하고, 상기 자성박체의 포화 자속 밀도를 Ms[T], 상기 자성박체의 판 두께를 t[㎛]로 하였을 때, 상기 자성박체는 상기 포화 자속 밀도 Ms와 상기 판 두께 t의 곱으로 표현되는 값(Ms·t)이 15 이상인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 양태에 따른 전자 기기는, 스파이럴 코일을 갖는 수전 코일과, 상기 수전 코일에 발생한 교류 전압을 정류하는 정류기와, 상기 정류기에서 정류된 직류 전압이 충전되는 2차 전지를 구비하는 수전 장치와, 상기 2차 전지로부터 상기 직류 전압이 공급되어 동작하는 전자 디바이스와, 상기 전자 디바이스가 실장된 회로 기판을 구비하는 전자 기기 본체와, 상기 스파이럴 코일과 상기 2차 전지의 사이, 상기 스파이럴 코일과 상기 정류기의 사이, 상기 스파이럴 코일과 상기 전자 디바이스의 사이 및 상기 스파이럴 코일과 상기 회로 기판 사이 중 적어도 1개소에 배치된 자성박체를 구비하고, 상기 자성박체의 포화 자속 밀도를 Ms[T], 상기 자성박체의 판 두께를 t[㎛]로 하였을 때, 상기 자성박체는 상기 포화 자속 밀도 Ms와 상기 판 두께 t의 곱으로 표현되는 값(Ms·t)이 15 이상인 것을 특징으로 하고 있다.
본 발명의 양태에 따른 비접촉 충전 장치는, 본 발명의 양태에 따른 전자 기기와, 상기 전자 기기의 상기 수전 코일과 비접촉으로 배치되는 급전 코일과, 상기 급전 코일에 교류 전압을 인가하는 전원을 구비하는 급전 장치를 구비하고, 상기 급전 코일에 발생시킨 자속을 상기 수전 코일에 전달하여 전력을 비접촉으로 전송하는 것을 특징으로 하고 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 전자 기기의 구성을 나타내는 도면.
도 2는 도 1에 도시한 전자 기기의 변형예의 구성을 나타내는 도면.
도 3은 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 전자 기기의 구성을 나타내는 도면.
도 4는 본 발명의 실시 형태에서의 자성박체의 외주부에 비어져나옴부를 형성한 예를 나타내는 단면도.
도 5는 본 발명의 실시 형태에서의 자성박체의 외주부에 비어져나옴부를 형성한 다른 예를 나타내는 단면도.
도 6은 본 발명의 실시 형태에의 자성박체의 외주부에 비어져나옴부를 형성 한 또 다른 예를 나타내는 단면도.
도 7은 본 발명의 실시 형태에서의 자성박체의 중앙부에 개방부를 형성한 예를 나타내는 단면도.
도 8은 본 발명의 실시 형태에서의 자성박체의 중앙부에 개방부를 형성한 다른 예를 나타내는 단면도.
도 9는 본 발명의 실시 형태에서의 자성박체의 중앙부에 개방부를 형성한 또 다른 예를 나타내는 단면도.
도 10은 본 발명의 실시 형태에서의 자성박체에 슬릿을 형성한 예를 나타내는 평면도.
도 11은 본 발명의 실시 형태에서의 자성박체에 슬릿을 형성한 다른 예를 나타내는 평면도.
도 12는 본 발명의 실시 형태에서의 자성박체에 슬릿을 형성한 또 다른 예를 나타내는 평면도.
도 13은 본 발명의 실시 형태에서의 자성박체에 슬릿을 형성한 또 다른 예를 나타내는 평면도.
도 14는 본 발명의 실시 형태에의 자성박체에 슬릿을 형성한 또 다른 예를 나타내는 평면도.
도 15는 본 발명의 실시 형태의 전자 기기에 복수의 자성박체를 배치한 예를 나타내는 단면도.
도 16은 본 발명의 실시 형태에 의한 비접촉 충전 장치의 구성을 나타내는 도면.
도 17은 도 16에 도시한 비접촉 충전 장치의 회로도.
<부호의 설명>
1: 전자 기기 2: 수전 장치
3: 전자 기기 본체 4: 케이스
11: 스파이럴 코일(수전 코일) 12: 정류기
13: 2차 전지 14: 전자 디바이스
15: 회로 기판 16: 자성박체
16a: 절곡부 16b: 개방부
17: 슬릿 20: 비접촉 충전 장치
30: 급전 장치 31: 급전 코일
32: 자심 33: 전원
<발명을 실시하기 위한 형태>
이하, 본 발명을 실시하기 위한 형태에 대하여 설명한다. 도 1 및 도 2는 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 전자 기기의 구성을 나타낸다. 도 1 및 도 2에 도시한 전자 기기(1)는 비접촉 충전 방식을 적용한 수전 장치(2)와 전자 기기 본체(3)를 구비하고 있다. 수전 장치(2)나 전자 기기 본체(3)는 케이스(4) 내에 배치되어 있으며, 이들에 의해 전자 기기(1)가 구성되어 있다.
수전 장치(2)는, 스파이럴 코일을 갖는 수전 코일(11)과, 수전 코일(11)에 발생한 교류 전압을 정류하는 정류기(12)와, 정류기(12)에서 정류된 직류 전압이 충전되는 2차 전지(13)를 구비하고 있다. 전자 기기 본체(3)는, 수전 장치(2)의 2차 전지(13)에 충전된 직류 전압이 공급되어 동작하는 전자 디바이스(14)와, 전자 디바이스(14)가 실장된 회로 기판(15)을 구비하고 있다. 전자 기기 본체(3)는 전자 디바이스(14)나 회로 기판(15) 이외에 전자 기기(1)의 기능이나 동작 등에 따른 부품이나 장치를 구비하고 있어도 된다.
수전 코일(11)을 구성하는 스파이럴 코일로서는, 동선 등의 금속 와이어를 평면 상태에서 권회한 평면 코일, 금속분 페이스트를 스파이럴형상으로 인쇄하여 형성한 평면 코일 등이 이용된다. 스파이럴 코일의 권취 형상은, 원형, 타원, 사각형, 다각형 등이며, 특별히 한정되는 것은 아니다. 스파이럴 코일의 권취수도 요구 특성에 따라서 적절히 설정된다.
정류기(12)로서는, 트랜지스터나 다이오드 등의 반도체 소자를 들 수 있다. 정류기(12)의 개수는 임의이며, 필요에 따라서 1개 또는 2개 이상의 정류기(12)가 이용된다. 정류기(12)는 TFT 등의 성막 기술에 의해 형성한 것이어도 된다. 도 1 및 도 2에서, 정류기(12)는 회로 기판(15)의 수전 코일(11)측에 설치된다. 정류기(12)는 회로 기판(15)의 수전 코일(11)과는 반대측의 면에 설치하여도 된다. 2차 전지(13)은 충방전이 가능한 것이며, 평판형이나 버튼형 등의 다양한 형상의 것을 사용할 수 있다.
전자 디바이스(14)에는, 저항 소자, 용량 소자, 인덕턴스 소자, 제어 소자, 기억 소자 등, 회로를 구성하는 각종 소자나 부품이 포함된다. 또한，이들 이외의 부품이나 장치이어도 된다. 회로 기판(15)은 수지 기판이나 세라믹스 기판 등의 절연 기판의 표면이나 내부에 회로를 형성한 것이다. 전자 디바이스(14)는 회로 기판(15)에 실장되어 있다. 전자 디바이스(14)는 회로 기판(15)에 실장되어 있지 않을 것을 포함하고 있어도 된다.
제1 실시 형태의 전자 기기(1)는, 예를 들면 도 1에 도시한 바와 같이, 스파이럴 코일(수전 코일)(11)과 2차 전지(13)의 사이에 설치된 자성박체(16)를 구비하고 있다. 즉, 스파이럴 코일(11)과 2차 전지(13)는 자성박체(16)를 사이에 두고 배치되어 있다. 스파이럴 코일(11)은 그 적어도 일부로서 평면부를 갖고，이 평면부는 자성박체(16)의 표면을 따라 배치되어 있다. 수전 장치(2)로서 본 경우, 그것을 구성하는 스파이럴 코일(11)과 2차 전지(13)의 사이에 자성박체(16)가 배치되어 있게 된다.
자성박체(16)는 도 2에 도시한 바와 같이, 2차 전지(13)와 회로 기판(15)의 사이에 설치하여도 된다. 이 경우, 자성박체(16)는 스파이럴 코일(11)과 회로 기판(15)의 사이에 배치되어 있게 된다. 또한，자성박체(16)는 스파이럴 코일(11)과 정류기(12)의 사이나 스파이럴 코일(11)과 전자 디바이스(14)의 사이에 배치하여도 된다. 자성박체(16)는 이들 각 개소 중 1개소 이상에 배치된다. 자성박체(16)는 2개소 혹은 그 이상의 개소에 배치되어 있어도 된다.
도 3은 제2 실시 형태에 따른 전자 기기를 나타내고 있다. 도 3에 도시한 전자 기기(1)에서, 스파이럴 코일(11)은 2차 전지(13)의 주위에 설치되어 있다. 다시 말하면, 2차 전지(13)는 스파이럴 코일(11)의 중앙 부근에 설치된 공동부 내에 설치되어 있다. 자성박체(16)는 스파이럴 코일(11)과 회로 기판(15)의 사이 외 에，스파이럴 코일(11)과 2차 전지(13)의 사이에도 존재하도록, 중앙 부근을 비어져나오게 한 형상을 갖고 있다. 또한，도 3에서는 정류기(12)나 전자 디바이스(13)의 도시를 생략하고 있다.
제2 실시 형태의 전자 기기(1)에서도, 자성박체(16)는 스파이럴 코일(11)과 회로 기판(15)의 사이, 스파이럴 코일(11)과 정류기(12)의 사이, 스파이럴 코일(11)과 전자 디바이스(14)의 사이에 배치하여도 된다. 자성박체(16)는 이들 각 개소 중 1개소 이상에 배치된다. 자성박체(16)는 2개소 혹은 그 이상의 개소에 배치되어 있어도 된다.
전자 기기(1)의 횡폭을 작게 하기 위해서는 제1 실시 형태의 구조가 바람직하다. 전자 기기(1)의 두께를 얇게 하기 위해서는 제2 실시 형태의 구조가 바람직하다. 이들 형태는 적용하는 전자 기기(1)의 구조 등에 맞춰서 적절히 선택된다. 전자 기기(1)의 구성은 도 1 내지 도 3에 한정되는 것은 아니다. 스파이럴 코일(11)과 2차 전지(13)와 회로 기판(15)의 배치는 다양하게 변경이 가능하다. 예를 들면, 상측으로부터 2차 전지, 회로 기판, 스파이럴 코일을 순서대로 배치하여도 된다. 자성박체는 예를 들면 회로 기판과 스파이럴 코일의 사이에 배치된다.
스파이럴 코일(11)과 회로 기판(15)의 사이에 자성박체(16)를 배치하는 경우, 단순히 스파이럴 코일(11)/자성박체(16)/회로 기판(15)을 적층하는 것만이어도 되고, 이들 사이를 접착제나 납재로 고정하여도 된다. 다른 경우에도 마찬가지로서, 각 구성 요소를 적층하는 것만이어도 되고, 그들 사이를 접착제나 납재로 고정하여도 된다.
전술한 바와 같이, 스파이럴 코일(11)과 2차 전지(13)의 사이, 스파이럴 코일(11)과 정류기(12)의 사이, 스파이럴 코일(11)과 전자 디바이스(14)의 사이, 스파이럴 코일(11)과 회로 기판(15)의 사이 중 적어도 1개소에 자성박체(16)를 배치함으로써, 충전 시에 스파이럴 코일(11)을 통하는 자속을 자성박체(16)로 실드할 수 있다. 이것에 의해, 전자 기기(1) 내부의 회로 기판(15) 등과 쇄교하는 자속이 감소하기 때문에, 전자 유도에 의한 와전류의 발생을 억제하는 것이 가능하게 된다.
따라서, 회로 기판(15)에 실장된 전자 디바이스(14)나 정류기(12)의 와전류에 의한 발열, 회로 기판(15)의 회로의 발열, 게다가 와전류에 기인하는 노이즈의 발생을 억제할 수 있다. 전자 기기(1) 내부에서의 발열의 억제는, 2차 전지(13)의 성능이나 신뢰성의 향상에 기여한다. 또한，와전류에 의한 발열을 억제함으로써, 수전 장치(2)에 공급하는 전력을 증대시킬 수 있다. 자성박체(16)는 스파이럴 코일(11)에 대한 자심으로서도 기능하기 때문에, 수전 효율 나아가서는 충전 효율을 높이는 것이 가능하게 된다. 이들은 전자 기기(1)에 대한 충전 시간의 단축에 기여한다.
자성박체(16)로서는, 자성 합금 박대(자성 합금 리본)나 자성 합금 박판 등이 이용된다. 자성박체(16)에는 각종 연자성 재료를 적용할 수 있다. 자성박체(16)의 구체적인 구성으로서는 이하에 기재하는 바와 같은 것을 예로 들 수 있다. 자성 합금 박대는, Co기 아몰퍼스 합금, Fe기 아몰퍼스 합금 또는 Fe기 미결정 합금으로 구성하는 것이 바람직하다. 이들 자성 재료는 어느 것이나 롤 급냉 법(단 롤 또는 쌍 롤)으로 제작할 수 있기 때문에, 평균 판 두께가 50㎛ 이하인 박대를 용이하게 얻을 수 있다.
자성 합금 박대를 구성하는 아몰퍼스 합금은,
(T1-aMa)100-bXb
(수학식 중, T는 Co 및 Fe로부터 선택되는 적어도 1종의 원소를, M은 Ni, Mn, Cr, Ti, Zr, Hf, Mo, V, Nb, W, Ta, Cu, Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt, Re 및 Sn으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소를, X는 B, Si, C 및 P으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소를 나타내며, a 및 b는 0≤a≤0.3, 10≤b≤35at％를 만족하는 수임)로 표현되는 조성을 갖는 것이 바람직하다. 수학식 1에서, 원소 T가 Co와 Fe의 양쪽을 함유하고 있는 경우, Co가 많으면 Co기 아몰퍼스 합금, Fe이 많으면 Fe기 아몰퍼스 합금으로 호칭한다.
수학식 1에서, 원소 T는 자속 밀도, 자왜값, 철손 등의 요구되는 자기특성에 따라서 조성 비율을 조정하는 것으로 한다. 원소 M은 열 안정성, 내식성, 결정화 온도의 제어 등을 위해 첨가되는 원소이다. 원소 M의 첨가량은 a의 값으로서 0.3 이하로 하는 것이 바람직하다. 원소 M의 첨가량이 지나치게 많으면 상대적으로 원소 T의 양이 감소하기 때문에, 아몰퍼스 자성 합금 박대의 자기 특성이 저하한다. 원소 M의 첨가량을 나타내는 a의 값은 실용적으로는 0.01 이상으로 하는 것이 바람직하다. a의 값은 0.15 이하로 하는 것이 보다 바람직하다.
원소 X는 아몰퍼스 합금을 얻기 위해서 필수적인 원소이다. 특히, B(붕소)는 자성 합금의 아몰퍼스화에 유효한 원소이다. Si(규소)는 아몰퍼스상의 형성을 조성하거나, 또는 결정화 온도의 상승에 유효한 원소이다. 원소 X의 함유량이 지나치게 많으면 투자율의 저하나 취약성이 생기고, 반대로 지나치게 적으면 아몰퍼스화가 곤란해진다. 이와 같은 점에서, 원소 X의 함유량은 10∼35at％의 범위로 하는 것이 바람직하다. 원소 X의 함유량은 15∼25at％의 범위로 하는 것이 보다 바람직하다.
Fe기 미결정 합금 박대로서는,
Fe100-c-d-e-f-g-hAcDdEeSifBgZh
(수학식에서, A는 Cu 및 Au으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소를, D는 Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Ni, Co 및 희토류 원소로부터 선택되는 적어도 1종의 원소를, E는 Mn, Al, Ga, Ge, In, Sn 및 백금족 원소로부터 선택되는 적어도 1종의 원소를, Z는 C, N 및 P으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소를 나타내며, c , d, e, f, g 및 h는 0. 01≤c≤8at％, 0.01≤d≤10at％, 0≤e≤10at％, 10≤f≤25at％, 3≤g≤12at％, 15≤f+g+h≤35at％를 만족하는 수임)로 실질적으로 표현되는 조성을 갖는 Fe기 합금으로 이루어지며, 또한 면적비로 금속 조직의 20％ 이상이 입경 50nm 이하인 미결정립으로 이루어지는 것을 예로 들 수 있다.
수학식 2에서, 원소 A는 내식성을 높이고, 결정립의 조대화를 방지함과 함 께, 철손이나 투자율 등의 자기 특성을 개선하는 원소이다. 원소 A의 함유량이 지나치게 적으면 결정립의 조대화 억제 효과를 충분히 얻을 수 없고, 반대로 지나치게 많으면 자기 특성이 열화한다. 따라서, 원소 A의 함유량은 0.01∼8at％의 범위로 하는 것이 바람직하다. 원소 D는 결정 입경의 균일화나 자왜의 저감 등에 유효한 원소이다. 원소 D의 함유량은 0.01∼10at％의 범위로 하는 것이 바람직하다.
원소 E는 연자기 특성이나 내식성의 개선에 유효한 원소이다. 원소 E의 함유량은 10at％ 이하로 하는 것이 바람직하다. Si 및 B는 박대 제조시에서의 합금의 아몰퍼스화를 조성하는 원소이다. Si의 함유량은 10∼25at％의 범위, B의 함유량은 3∼12at％의 범위로 하는 것이 바람직하다. Si 및 B 이외의 아몰퍼스화 조성 원소로서 원소 Z를 함유하고 있어도 된다. 그 경우, Si, B 및 원소 Z의 합계 함유량은 15∼35at％의 범위로 하는 것이 바람직하다. 미결정 구조는, 특히 입경이 5∼30nm인 결정립을 합금내에 면적비로 50∼90％의 범위에서 존재시킨 형태로 하는 것이 바람직하다.
아몰퍼스 합금 박대는, 예를 들면 롤 급냉법(용탕 급냉법)에 의해 제작된다. 구체적으로는, 소정의 조성비로 조정한 합금 소재를 용융 상태로부터 급냉함으로써 제작된다. 미결정 합금 박대는, 예를 들면 액체 급냉법에 의해 아몰퍼스 합금 박대를 제작한 후, 그 결정화 온도에 대하여 -50∼+120℃의 범위의 온도에서 1분∼5시간의 열 처리를 행하고, 미결정립을 석출시킴으로써 얻을 수 있다. 액체 급냉법의 급냉 속도를 제어하여 미결정립을 직접 석출시키는 방법에 의해서도, 미결정 합금 박대를 얻을 수 있다.
아몰퍼스 합금이나 Fe기 미결정 합금으로 이루어지는 자성 합금 박대의 평균 두께는 5∼50㎛의 범위로 하는 것이 바람직하다. 평균 판 두께가 50㎛ 이하인 자성 합금 박대는, 후술하는 절곡부나 개방부의 형성 가공을 행하기 쉽다고 하는 이점을 갖는다. 자성 합금 박대의 평균 두께가 50㎛를 초과하면 투자율이 낮아지고, 또한 손실이 커질 염려가 있다. 자성 합금 박대의 평균 두께를 5㎛ 미만으로 하여도, 그 이상의 효과가 얻어지지 않을 뿐만 아니라, 반대로 제조 코스트의 증가를 초래하게 된다. 자성 합금 박대의 두께는 5∼35㎛의 범위로 하는 것이 보다 바람직하며, 더욱 바람직하게는 10∼25㎛의 범위이다.
자성박체(16)는 아몰퍼스 합금이나 Fe기 미결정 합금 대신에, 퍼멀로이나 규소 강판 등으로 형성하여도 된다. 이 경우에는, 용해 잉곳이나 소결 잉곳에 단조나 압연 등의 가공을 실시하여 박판화한다. 퍼멀로이나 규소 강판 등으로 이루어지는 자성 합금 박판의 판 두께는 10∼40㎛의 범위로 하는 것이 바람직하다. 자성 합금 박판의 판 두께가 40㎛를 초과하면, 와전류에 의해 자성판 내부의 손실이 증대한다. 한편, 자성 합금 박판의 판 두께가 10㎛ 미만이면, 충분한 실드 효과가 얻어지지 않는다. 자성 합금 박판의 판 두께는 10∼25㎛의 범위로 하는 것이 보다 바람직하다.
전술한 자성박체(16)는 포화 자속 밀도 Ms와 판 두께 t의 곱으로 표현되는 Ms·t값이 15 이상이라는 특성을 갖고 있다. Ms는 자성박체(16)의 포화 자속 밀도, t는 자성박체(16)의 판 두께[㎛]이다. 자성박체(16)를 복수의 박체의 적층체로 구성하는 경우, 판 두께 t는 복수의 박체의 판 두께의 합계를 나타내는 것으로 한다. 일부에만 박체의 적층체를 적용하는 경우에는, 가장 많이 적층한 부분의 두께(합계한 판 두께)를 판 두께 t로 한다. 복수의 자성박체를 절연층 등의 비자성체 층을 개재하여 적층하는 경우, 비자성체층의 두께는 판 두께 t에 포함시키지 않는 것으로 한다.
Ms·t값이 15 이상인 자성박체(16)는 양호한 실드 효과를 갖기 때문에, 자성박체(16)로부터의 자속의 누설이 억제된다. 자성박체(16)로부터의 자속의 누설을 억제함으로써, 정류기(12), 전자 디바이스(14), 회로 기판(15) 등에 발생하는 와전류를 억제할 수 있다. 이것에 의해, 전자 기기(1) 내부에서의 발열을 억제하는 것이 가능하게 된다. 특히, 수전 속도를 0.25W/h 이상으로 하는 경우에, 그와 같은 수전 속도에 적당한 자속의 실드 효과를 높일 수 있다. 또한，자성박체(16)로부터의 자속의 누설을 억제함으로써, 수전 코일(11)에 의한 전력의 수전 효율이 향상한다. 이것에 의해서도, 전자 기기(1) 내부의 발열을 억제할 수 있다.
예를 들면, Li 이온 2차 전지와 같이 충전 용량이 큰 2차 전지에 충전하는 경우에는, 송신하는 전력을 크게 할 필요가 있다. 이것은, 비접촉 충전 방식에서는 송신하는 자속량이 증대하는 것을 의미한다. Ms·t값이 15 이상인 자성박체(16)를 이용함으로써, 증대한 자속을 확실하게 실드하는 것이 가능하게 된다. 따라서, 와전류에 기인하는 전자 기기(1) 내부의 발열을 확실하게 억제하는 것이 가능하게 된다. 한편, 자성박체(16)의 Ms·t값이 15 미만인 경우에는, 자속의 실드 효과가 불충분하게 되기 때문에, 자속의 누설이 증대하여 와전류에 기인하는 온도 상승이 커진다.
Ms·t값이 15 이상인 자성박체(16)는, 2차 전지(13)에 충전 용량이 큰 Li이온 2차 전지를 적용하는 경우에 바람직하다. 특히, 자성박체(16)는 수전 속도를 0.25W/h 이상으로 하는 경우에 유효하다. 자성박체(16)의 Ms·t값은 25 이상인 것이 보다 바람직하다. 또한，수전 코일(11)에 의한 수전 효율을 높이는 점에서, 자성박체(16)는 비투자율의 실 성분 μr'와 판 두께 t의 곱으로 표현되는 μr'·t값이 40000 이상이라는 특성을 갖는 것이 바람직하다. μr'는 자성박체(16)의 비투자율의 실 성분이다.
μr'·t값이 40000 이상인 경우에는, 자성박체(16)의 인덕턴스가 커지기 때문에, 자성박체(16)가 와전류에 의해 자기 포화하기 어려워진다. 또한，자성박체(16)의 포화, 비포화에 관계없이, 자성박체(16)로부터의 자속 누설이 억제되기 때문에, 정류기(12), 전자 디바이스(14), 회로 기판(15) 등에 발생하는 와전류를 억제할 수 있다. 이것에 의해, 전자 기기(1) 내부에서의 발열을 더욱 억제하는 것이 가능하게 된다. 자성박체(16)의 인덕턴스를 높임으로써, 수전 코일(11)에 의한 수전 효율을 향상시킬 수 있다. 이것에 의해서도, 와전류에 기인하는 발열이 억제된다.
자성박체(16)의 μr'·t값이 40000 미만이면, 와전류의 억제 효과가 불충분하게 되기 때문에, 예를 들면 송전 전력이 1W·h 이상으로 되었을 때에, 2차 전지(13)가 필요 이상으로 발열한다. 이것은 수전시에 생긴 와전류에 의해 자성박체(16)의 자기 특성이 포화하여, 와전류를 그 이상 억제할 수 없게 되기 때문이다. μr'·t값이 40000 이상인 자성박체(16)는, 2차 전지(13)에 충전 용량이 큰 Li 이 온 2차 전지를 적용하는 경우에 바람직하다. 특히, μr'·t값이 40000 이상인 자성박체(16)는, 수전 속도를 0.25W/h 이상으로 하는 경우에 유효하다. μr'·t값은 90000 이상인 것이 보다 바람직하다.
Ms·t값을 크게 하기 위해서는, 자성박체(16)의 포화 자속 밀도 Ms를 크게 한다, 혹은 판 두께 t를 두껍게 한다. 자성박체(16)의 포화 자속 밀도 Ms를 높이는 방법으로서는, 포화 자속 밀도가 큰 재료 조성을 자성박체(16)에 적용하는 것을 들 수 있다. μr'·t값을 크게 하는 경우에도 마찬가지이고, 재료조성이나 열 처리에 의해 자성박체(16)의 비투자율의 실 성분 μr'를 크게 하거나, 판 두께 t를 두껍게 한다. 아몰퍼스 자성 합금 박대로 이루어지는 자성박체(16)이면, 200℃∼(결정화 온도 -10℃)의 온도에서 10∼120분의 열 처리를 실시하는 것이 유효하다. 이들은 적절히 조합하여 적용된다. 자성박체(16)의 포화 자속 밀도 Ms는 판 두께 t의 과잉 증가를 억제한다고 하는 관점으로부터 0.5T 이상인 것이 바람직하다. 마찬가지로, 자성박체(16)의 비투자율의 실 성분 μr'는 120 이상인 것이 바람직하다.
자성박체(16)의 평균 판 두께가 지나치게 두꺼우면, 전술한 바와 같이 자성박체(16)의 투자율이나 가공성이 저하한다. 이 때문에, 자성박체(16)의 평균 판 두께는 전술한 범위 내로 하는 것이 바람직하다. 그와 같은 조건을 만족시킨 다음에, 판 두께 t를 크게 하기 위해서는, 자성박체(16)에 자성 합금 박대나 자성 합금 박판의 적층체를 적용하는 것이 바람직하다. 자성 합금 박대나 자성 합금 박판을 적층하여 이용함으로써, 각 박대나 박판의 두께의 증가를 억제하면서, 자성박 체(16)의 판 두께 t를 두껍게 할 수 있다. 이들에 의해, Ms·t값이 15 이상인 자성박체(16), 나아가서는 μr'·t값이 40000 이상인 자성박체(16)를 얻을 수 있다.
또한，자성박체(16)의 전기 저항값 R[Ω·m]은 R·μr'≥1.01×10-3을 만족하는 것이 바람직하다. 자성박체(16)의 판 두께를 표피 효과에 의한 스킨 뎁스의 두께보다 두껍게 설정하여도, 그 이상의 부분은 자성체로서의 효과를 거의 나타내지 않는다. 따라서, 자성박체(16)의 판 두께는 스킨 뎁스의 두께 이하로 하는 것이 바람직하다. 상기한 R·μr'값은, 스킨 뎁스의 두께=δ, μr'·t=40000, μ0=진공의 투자율=4π×10-7, 막 두께=t, ω=각주파수로 하였을 때, (μo·μr'·δ)=(μo·〃r')(2·R/(μo·μr'·ω)1/2≥(μo·μr'·t)=μo·40000으로부터 구한 것이다. 이것은, 투자율이 낮은 재료에서는 충분한 μo·μr'를 얻을 수 없어, 충분히 발열을 억제할 수 없는 것을 의미한다.
다음으로，와전류에 의한 문제점을 더욱 억제하는 방법 및 구조에 대하여 설명한다. 자성박체(16)는 도 4에 도시한 바와 같이, 그 외주 단부를 스파이럴 코일(11)의 외주부보다 외측으로 연장시키는 것이 바람직하다. 도 4에서, do는 자성박체(16)의 스파이럴 코일(11)의 외측으로 비어져나온 부분이다. 이와 같은 구조로 함으로써, 스파이럴 코일(11)에 생긴 자속을 보다 효과적으로 자성박체(16)로 차단할 수 있다. 이것은 기판 등과 쇄교하는 자속에 기초하는 와전류의 억제, 나아가서는 와전류에 의한 발열이나 수전 효율의 저하의 억제에 기여하는 것이다.
자성박체(16)의 비어져나온 부분 do는 도 5나 도 6에 도시한 바와 같이, 회로 기판(15)과는 반대측(스파이럴 코일(11)측)으로 절곡되어도 된다. 도 5 및 도 6에서, 자성박체(16)는 그 외주 단부를 회로 기판(15)과는 반대측으로 절곡된 절곡부(16a)를 갖고 있다. 절곡부(16a)의 형상은, 도 5에 도시한 바와 같이 복수회 절곡되어도 되고, 도 6에 도시한 바와 같이 1회 절곡되는 것만이어도 된다. 자성박체(16)의 외주부를 스파이럴 코일(11)측으로 절곡시킴으로써, 와전류의 억제 효과를 더욱 높일 수 있다.
또한, 자성박체(16)는 스파이럴 코일(11)의 자심으로서도 기능한다. 이 경우, 자성박체(16)의 외주 단부를 스파이럴 코일(11)측으로 절곡시킴으로써, 자심으로서의 자성박체(16)과 급전 코일(1차 코일)의 갭을 작게 할 수 있다. 이것에 의해, 수전 효율을 높이는 것이 가능하게 된다. 이 때, 급전 코일에 근접시키는 자성박체(16)의 면적이 클수록 효과가 있다. 이 때문에, 도 5에 도시한 바와 같이, 자성박체(16)의 외주 단부를 급전 코일의 권회면 법선과 대략 평행한 방향을 향함으로써, 보다 효과적으로 자기 회로를 형성하여 수전 효율을 높이는 것이 가능하게 된다.
자성박체(16)의 중앙부에는, 도 7, 도 8 및 도 9에 도시한 바와 같이 개방부(16b)를 형성하여도 된다. 자성박체(16)의 개방부(16b)는, 스파이럴 코일(11)의 중심부에 대응하는 위치에 형성된다. 개방부(16b)의 형상은, 도 7에 도시한 바와 같은 자성박체(16)의 중앙부를 스파이럴 코일(11)의 방향으로 움푹 들어가게 한 형상(볼록 형상), 도 8에 도시한 바와 같은 자성박체(16)의 중앙부에 구멍을 뚫은 형 상, 도 9에 도시한 바와 같은 자성박체(16)의 중앙부를 절곡한 형상 등을 들 수 있다. 개방부(16b)를 형성하여 급전 코일(1차 코일)과의 갭을 작게 함으로써, 보다 효과적으로 자기 회로를 형성하여 수전 효율을 높이는 것이 가능하게 된다.
도 8에서, di는 자성박체(16)의 스파이럴 코일(11)로부터 내측에 존재시킨 부분을 나타내고 있다. 도 9에 도시한 절곡 부분은, 자성박체(16)의 스파이럴 코일(11)로부터 내측에 존재시킨 부분 di를 스파이럴 코일(11)의 방향으로 절곡된 것이다. 자성박체(16)의 외주부를 스파이럴 코일(11)의 외측으로 비어져나오게 한 구조와 중앙부에 개방부를 형성한 구조는 각각 단독으로 이용하여도 되고, 또한 양쪽을 채용하여도 된다. 이들 구조를 양쪽 채용한 쪽이 수전 효율의 향상 효과가 보다 현저하게 된다. 또한，도 4 내지 도 9에서는 정류기(12), 2차 전지(13), 전자 디바이스(13)의 도시를 생략하고 있다. 도 15도 마찬가지이다.
또한，자성박체(16) 내의 와전류를 억제하기 위해서, 자성박체(16)에는 슬릿을 형성하는 것이 바람직하다. 자성박체(16)는 슬릿으로 복수로 분할하고, 전기로(또는 전류 경로)를 분단하는 것이 보다 유효하다. 슬릿을 형성한 자성박체(16)의 예를 도 10 내지 도 14에 나타낸다. 이들 도면에서, 참조 부호 17은 슬릿을 나타내고 있다. 슬릿(17)이 자성박체(16)를 절단하고 있는 경우, 그것은 자성박체(16)의 분할선에 상당한다.
도 10은 자성박체(16)의 종횡으로 직교하는 슬릿(17)을 형성한 상태를 나타내고 있다. 도 10에 도시한 자성박체(16)는 4분할되어 있다. 도 11은 자성박체(16)의 종횡으로 각각 복수개의 슬릿(17을) 형성한 상태를 나타내고 있다. 도 11에 도시한 바와 같이, 복수개의 슬릿(17)을 형성하는 경우, 슬릿(17)의 사이즈나 슬릿(17)끼리의 간격은 임의이다. 도 12는 자성박체(16)의 대각선 방향에 직교하는 슬릿(17)을 형성한 상태를 나타내고 있다. 이와 같이, 슬릿(17)은 수평이나 수직에 한하지 않고, 각도를 주어 형성하여도 된다. 도시하지 않지만, 슬릿은 방사선 형상으로 형성하여도 된다.
도 13은 자성박체(16)의 한쪽의 끝부터 도중까지 슬릿(17)을 형성한 상태를 나타내고 있다. 슬릿(17)은 대향하는 변의 양쪽으로부터 반대측의 변을 향하여 각각 형성되어 있다. 도 14는 자성박체(16)의 양단부터 도중까지의 슬릿(17)을 형성하고，또한 중앙 부근에도 슬릿(17)을 형성한 상태를 나타내고 있다. 전기로를 분단할 때, 스파이럴 코일(11)의 중앙부로 될수록 자속이 커지기 때문에, 분할 후의 자성박체(16)의 면적이 중앙부로 될수록 작아지도록, 슬릿(17)을 형성하는 것이 효과적이다. 단，슬릿수(분할수)를 많게 하면 자기 저항이 커지기 때문에 수전 효율은 저하한다. 이 때문에, 와전류의 억제 효과와 수전 효율의 양쪽을 고려하여 슬릿(17)을 형성하는 것이 바람직하다.
와전류의 억제 효과와 수전 효율의 양쪽을 향상시키기 위해서는, 복수매의 자성박체를 이용하는 것이 유효하다. 복수매의 자성박체를 이용한 예를 도 15에 나타내었다. 도 15에 도시한 전자 기기(1)에서는， 스파이럴 코일(11)과 회로 기판(15)의 사이에 3매의 자성박체(16A, 16B, 16C)를 배치하고 있다. 자성박체(16A)는 도 10에 도시한 바와 같은 슬릿(17)을 갖고 있다. 자성박체(16B)는 도 11에 도시한 슬릿(17)을 갖고 있다. 자성박체(16C)는 슬릿을 갖고 있지 않고, 외주부를 절곡한 것이다.
이와 같이, 절곡부(16a)를 설치한 자성박체(16C)와 슬릿(17)을 형성한 자성박체(16A, 16B)의 양쪽을 이용함으로써, 와전류의 억제 효과와 수전 효율의 양쪽을 높일 수 있다. 슬릿(17)을 형성한 자성박체(16)는 개방부(16b)를 형성한 자성박체(16)와 조합하여도 되고, 절곡부(16a와) 개방부(16b)의 양쪽을 구비하는 자성박체(16)과 슬릿(17)을 형성한 자성박체(16)를 조합하여도 된다. 3매이상(n매 이상)의 자성박체(16)를 이용하는 경우, 그 중 2매((n-1)매)를 동일 형상(구조)의 자성박체(16)로 하여도 되고, 3매(n매)의 자성박체(16) 모두 동일한 것을 이용하여도 된다.
전술한 실시 형태의 수전 장치(2)와 그것을 이용한 전자 기기(1)에서는， 스파이럴 코일(11)을 쇄교한 자속에 기인하는 와전류가 억제되기 때문에, 기기 내부의 발열을 저하시키는 것이 가능함과 함께, 수전 효율을 향상시키는 것이 가능하게 된다. 이것에 의해, 급전시의 전력을 크게 할 수가 있어， 충전 시간의 단축을 도모할 수 있다. 이 실시 형태의 전자 기기(1)는 휴대 전화기, 휴대형 오디오 기기, 디지탈 카메라, 게임기 등에 바람직하다. 이와 같은 전자 기기(1)는 급전 장치에 세트하여 비접촉 충전이 행해진다.
도 16은 본 발명의 실시 형태에 따른 비접촉 충전 장치의 구성을 나타내고 있다. 도 17은 도 16에 도시한 비접촉 충전 장치의 회로도이다. 도 16 및 도 17에 도시한 비접촉 충전 장치(20)에서, 전자 기기(1)는 전술한 실시 형태에서 나타낸 것이다. 도 16에서, 화살표는 자속의 흐름을 나타내고 있다. 도 17에서, 참조 부호 21은 평활용의 컨덴서이다. 급전 장치(30)는 급전 코일(31)과 급전 코일용 자심(32)과 급전 코일(31)에 교류 전압을 인가하는 전원(33)을 구비하고 있다. 전자 기기(1)를 급전 장치(30) 상에 세트하였을 때, 급전 코일(31)은 수전 코일(11)과 비접촉으로 배치된다.
비접촉 충전 장치(20)에 의한 충전은 이하와 같이 하여 행해진다. 우선，급전 장치(30)의 급전 코일(31)에 전원(33)으로부터 교류 전압을 인가하고, 급전 코일(31)에 자속을 발생시킨다. 급전 코일(31)에 발생시킨 자속은, 급전 코일(31)과 비접촉으로 배치된 수전 코일(11)에 전달된다. 수전 코일(11)에서는 자속을 수취하여 전자 유도로 교류 전압이 생긴다. 이 교류 전압은 정류기(12)에서 정류된다. 정류기(12)에서 정류된 직류 전압은 2차 전지(13)에 충전된다. 이와 같이, 비접촉 충전 장치(20)에서는 비접촉으로 전력의 전송이 행해진다.
다음으로，본 발명의 구체적인 실시예 및 그 평가 결과에 대하여 설명한다.
<충전 시스템>
비접촉 충전 시스템으로서 휴대 전화기용의 충전 시스템을 준비하였다. 급전 장치는 AC 전원으로부터의 전력을 제어 회로를 통하여 일정한 전자파로 변환하고, 그 전자파를 송신하는 １차 코일(급전 코일)을 거치대의 근방에 배치한 것이다. 휴대 전화기는 수전 장치로서 스파이럴 코일로 이루어지는 ２차 코일(수전 코일)과 ２차 코일에 생긴 교류 전력을 정류하는 정류기가 실장된 회로 기판과 2차 전지(Li 이온 2차 전지)를 구비하고 있다. 2차 코일은 동선을 외주 30㎜, 내주 23㎜로 평면 형상으로 권회한 것이다.
<비교예 1>
상기한 휴대 전화기에서, 자성박체를 이용하지 않고 수전 장치를 구성하였다. 이 수전 장치를 이용한 휴대 전화기와 비접촉 충전 장치를 비교예 1로 하였다.
<실시예 1>
자성박체로서, 포화 자속 밀도 Ms가 0.55, 비투자율의 실 성분 μr'가 18000, 평균 판 두께가 9.5㎛이며, 조성이 Co70Fe5Si5B20(원자비)인 아몰퍼스 합금 박대를 준비하였다. 이 아몰퍼스 합금 박대에 440℃×30min의 조건에서 열 처리를 실시하였다. 아몰퍼스 합금 박대는 외주부의 비어져나옴량 do가 6㎜인 형상을 갖는다. 이와 같은 아몰퍼스 합금 박대를 3매 적층하고, 도 1에 도시한 바와 같이 ２차 코일(수전 코일(11))과 2차 전지(13)의 사이에 배치하였다. 이와 같은 자성박체를 갖는 수전 장치를 이용한 휴대 전화기와 비접촉 충전 장치를 실시예 1로 하였다.
<실시예 2∼3>
실시예 1과 동일 조성의 아몰퍼스 합금 박대를 이용하여, 열 처리 조건, 평균 판 두께, 적층 수를 표 1에 나타내는 조건으로 변경하는 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하여 수전 장치를 구성하였다. 이들 수전 장치를 이용한 휴대 전화기와 비접촉 충전 장치를 실시예 2∼3으로 하였다.
<실시예 4∼7>
자성박체로서, Fe78Si8B14(원자비)의 조성을 갖는 아몰퍼스 합금 박대를 준비하였다. 아몰퍼스 합금 박대의 열 처리 조건, 평균 판 두께, 적층 수는 표 1에 나타내는 바와 같다. 이 아몰퍼스 합금 박대를 이용하는 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하여 수전 장치를 구성하였다. 이들 수전 장치를 이용한 휴대 전화기와 비접촉 충전 장치를 실시예 4∼7로 하였다.
<실시예 8>
자성박체로서, 평균 판 두께가 25㎛이며, 조성이 Fe78Ni22(원자비)의 퍼멀로이 박판을 준비하였다. 이 퍼멀로이 박판에 수소 분위기중에서 열 처리를 실시하였다. 열 처리 조건은, 1200℃×30분 → 100℃/h로 서냉 → 600℃×60분 → 100℃/h로 하였다. 이와 같은 퍼멀로이 박판을 이용하는 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하여 수전 장치를 구성하였다. 이 수전 장치를 이용한 휴대 전화기와 비접촉 충전 장치를 실시예 8로 하였다.
<실시예 9∼10>
자성박체로서, F74Cu1Ni1Mn1Si15B8(원자비)의 조성을 갖는 Fe기 미결정 합금 박대를 준비하였다. Fe기 미결정 합금 박대는, 금속 조직의 95％(면적비)가 입경 40nm 이하의 미결정립으로 이루어진다. 이와 같은 Fe기 미결정 합금 박대를 단층으로, 혹은 3매 적층하여 이용하는 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하여 수전 장치를 각각 구성하였다. 이들 수전 장치를 이용한 휴대 전화기와 비접촉 충전 장치를 실시예 9∼10으로 하였다.
<실시예 11>
자성박체로서, 3질량％의 Si를 함유하고, 잔부가 실질적으로 Fe로 이루어지는 규소 강판을 준비하였다. 규소 강판의 평균 판 두께는 200㎛이다. 이와 같은 규소 강판을 이용하는 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하여 수전 장치를 구성하였다. 이 수전 장치를 이용한 휴대 전화기와 비접촉 충전 장치를 실시예 11로 하였다.
<비교예 2∼7>
실시예 1과 동일 조성의 아몰퍼스 합금 박대를 이용하여, 열 처리 조건, 평균 판 두께, 적층 수를 표 1에 나타내는 조건으로 변경하는 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하여 수전 장치를 구성하였다. 자성박체의 Ms·t값은 어느 것이나 15 미만이다. 이들 수전 장치를 이용한 휴대 전화기와 비접촉 충전 장치를 비교예 2∼7로 하였다.
<비교예 8∼10>
자성박체로서, Co76Fe4Ni3Si6B11(원자비)의 조성을 갖는 아몰퍼스 합금 박대를 준비하였다. 이 아몰퍼스 합금 박대의 열 처리 조건, 평균 판 두께, 적층 수는 표 1에 나타내는 바와 같다. 아몰퍼스 합금 박대의 Ms·t값은 어느 것이나 15 미만이다. 이와 같은 아몰퍼스 합금 박대를 이용하는 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하여 수전 장치를 각각 구성하였다. 이들 수전 장치를 이용한 휴대 전화기와 비접촉 충전 장치를 비교예 8∼10으로 하였다.
<비교예 11>
수지 필름 상에 스퍼터법으로 Co65Zr19Nb16(원자비) 조성의 박막을 형성하여 자성 시트를 제작하였다. 자성 시트의 Ms·t값은 15 미만이다. 이와 같은 자성 시트를 이용하는 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하여 수전 장치를 구성하였다. 이 수전 장치를 이용한 휴대 전화기와 비접촉 충전 장치를 비교예 13으로 하였다.
전술한 실시예 1∼11 및 비교예 1∼13의 Ms·t값 및 μr'·t값은 표 2에 나타낸 바와 같다. 각 예의 비접촉 충전 장치의 결합 효율과 발열량을 측정 및 평가하였다. 평가 결과를 표 2에 나타낸다.
결합 효율은, 1차 코일(급전 코일)로부터 일정한 전력(여기서는 1W)을 송신하였을 때, 얼마만큼의 전력이 ２차 코일(수전 코일)에 전해지는지에 의해 평가하였다. 비교예 1의 결합 효율(２차 코일에 전해진 전력량)을 100으로 하였을 때, 2할 이상 향상된 것(120 이상 140 미만)을 ○, 4할 이상 향상된 것(140 이상)을 ◎, 2할 미만인 것(120 미만)을 ×로 표시하였다.
발열량은, 0.4W/h의 송전 속도와 1.5W/h의 송전 속도에 의한 송전을 각각 2시간 행하고, 2시간 후의 온도 상승을 측정하였다. 온도 상승이 25℃ 이하인 것을 ◎, 온도 상승이 25℃를 초과하고 40℃ 이하인 것을 ○, 온도 상승이 40℃를 초과한 것을 ×로 표시하였다. 송전 전의 온도는 실온(25℃)으로 통일하였다. 수전 속도는 송전 속도가 0.4W/h일 때에 0.25W/h, 송전 속도가 1.5W/h일 때에 0.9W/h로 하였다.
Figure 112008073597834-pct00001
Figure 112008073597834-pct00002
* 수전 속도는, 송전 속도가 0.4W/h일 때에 0.25W/h, 1.5W/h일 때에 0.9W/h로 한다.
표 2로부터 분명한 바와 같이, Ms·t값이 15 이상인 자성 박체를 이용함으로써, 양호한 특성을 얻는 것이 가능하게 된다. 실시예에 관해서는, 2시간의 충전으로 거의 충전이 완료하였다. 또한，2시간 이상 충전한 상태를 5시간 유지하였지만, 온도는 그만큼 상승하지 않았다. 이것은 과충전하여도 온도 상승이 포화하는 것을 의미한다. 온도 상승(발열량)에 관해서는, 전지 용량을 만족하기 위한 충전(충전 속도)이 중요하다는 것을 알 수 있다. 한편，비교예에서는 발열량이 컸다. 이와 같은 경우에는, 송전량을 작게 하여 장시간 충전하지 않으면 문제가 생기게 된다.
<실시예 12>
실시예 1의 자성박체(아몰퍼스 합금 박대를 3매 적층한 것)에서, 외주측의 비어져나옴부(do=6㎜)를 절곡하여 절곡부를 형성하였다. 이와 같은 자성박체를 이용하는 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하여 수전 장치를 구성하였다. 이 수전 장치의 특성을 실시예 1과 마찬가지로 해서 측정 및 평가하였다. 그 결과를 표 3에 나타낸다.
<실시예 13>
실시예 1의 자성박체에서, 종횡으로 슬릿을 1개씩 형성하였다(도 10 참조). 슬릿의 폭은 100㎛로 하였다. 이와 같은 자성박체를 이용하는 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하여 수전 장치를 구성하였다. 이 수전 장치의 특성을 실시예 1과 마찬가지로 하여 측정 및 평가하였다. 그 결과를 표 3에 나타낸다.
<실시예 14>
실시예 1의 자성박체에서, 종횡 각각에 복수의 슬릿을 형성하였다(도 11참조). 슬릿은 중앙으로 감에 따라서 주기(형성 피치)가 좁아지게 하였다. 슬릿의 폭은 50∼1000㎛의 범위로 하였다. 이와 같은 자성박체를 이용하는 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하여 수전 장치를 구성하였다. 이 수전 장치의 특성을 실시예 1과 마찬가지로 하여 측정 및 평가하였다. 그 결과를 표 3에 나타낸다.
<실시예 15>
실시예 1의 자성박체에서, 복수개의 슬릿을 방사형으로 형성하였다(도 12참조). 이와 같은 자성박체를 이용하는 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하여 수전 장치를 구성하였다. 이 수전 장치의 특성을 실시예 1과 마찬가지로 하여 측정 및 평가하였다. 그 결과를 표 3에 나타낸다.
<실시예 16>
실시예 1의 자성박체에서, 박체의 단부부터 도중까지의 슬릿을 복수개 형성하였다(도 13 참조). 이와 같은 자성박체를 이용하는 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하여 수전 장치를 구성하였다. 이 수전 장치의 특성을 실시예 1과 마찬가지로 하여 측정 및 평가하였다. 그 결과를 표 3에 나타낸다.
<실시예 17>
실시예 1의 자성박체에서, 박체의 단부부터 도중까지의 슬릿과 독립된 슬릿의 양쪽을 복수개 형성하였다(도 14 참조). 이와 같은 자성박체를 이용하는 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하여 수전 장치를 구성하였다. 이 수전 장치의 특성을 실시예 1과 마찬가지로 하여 측정 및 평가하였다. 그 결과를 표 3에 나타낸다.
<실시예 18>
실시예 1의 자성박체에서, 3매의 아몰퍼스 합금 박대 중 2매는 그대로로 하고, 1매는 외주부를 절곡하여 절곡부를 형성하였다(도 15 참조). 이와 같은 자성박체를 이용하는 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하여 수전 장치를 구성하였다. 이 수전 장치의 특성을 실시예 1과 마찬가지로 하여 측정 및 평가하였다. 그 결과를 표 3에 나타낸다.
<실시예 19>
도 3에 도시한 바와 같이， 스파이럴 코일을 2차 전지의 주위에 배치하였다. 또한，실시예 1과 동일 구성의 자성박체를, 스파이럴 코일과 회로 기판의 사이와 스파이럴 코일과 2차 전지 사이에 존재하도록 절곡하여 배치하였다. 이와 같은 구성을 적용하는 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하여 수전 장치를 구성하였다. 이 수전 장치의 특성을 실시예 1과 마찬가지로 하여 측정 및 평가하였다. 그 결과를 표 3에 나타낸다.
Figure 112008073597834-pct00003
* 수전 속도는, 송전 속도가 0.4W/h일 때에 0.25W/h, 1.5W/h일 때에 0.9W/h로 한다.
표 3으로부터 분명한 바와 같이, 자성박체에는 각종 형상을 적용할 수 있다. 그와 같은 자성박체의 형상을 적절하게 사용함으로써, 한층 더한 효과가 얻어진다.
<실시예 20, 비교예 12>
표 4에 도시한 바와 같이, R·μr'값이 서로 다른 자성박체(퍼멀로이)를 준비하였다. 이들 자성 박체를 이용하는 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하여 수전 장치를 구성하였다. 이들 수전 장치의 특성을 실시예 1과 마찬가지로 하여 측정 및 평가하였다. 그 결과를 표 4에 함께 나타낸다. 표 4로부터, R·μr'값은 1.01×10-3 이상인 것이 바람직하다는 것을 알았다.
Figure 112008073597834-pct00004
* 수전 속도는, 송전 속도가 0.4W/h일 때에 0.25W/h, 1.5W/h일 때에 0.9W/h로 한다.
또한，본 발명은 상기한 실시 형태에 한정되는 것이 아니라, 실시 단계에서는 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 다양하게 변형하는 것이 가능하다. 또한，각 실시 형태는 가능한 범위에서 적절하게 조합하여 실시할 수가 있고，그 경우에는 조합한 효과가 얻어진다. 또한, 상기 실시 형태에는 다양한 단계의 발명이 포함되어 있으며, 개시되는 복수의 구성 요건에서의 적절한 조합에 의해 다양한 발명이 추출될 수 있다.
본 발명의 양태에 관한 수전 장치 및 전자 기기는, 스파이럴 코일과 2차 전지, 정류기, 전자 디바이스, 회로 기판 등의 사이의 1개소 이상에 자성 박체를 배치하고, 전자 유도에 기인하는 와전류의 발생을 억제하고 있다. 따라서, 와전류에 의한 발열, 노이즈 발생, 수전 효율의 저하 등을 억제하는 것이 가능하게 된다. 이와 같은 수전 장치 및 전자 기기는, 비접촉 충전을 적용한 각종의 전자 기기에 유효하게 이용되는 것이다.

Claims (20)

  1. 스파이럴 코일을 갖는 수전 코일과,
    상기 수전 코일에 발생한 교류 전압을 정류하는 정류기와,
    상기 정류기에서 정류된 직류 전압이 충전되는 2차 전지와,
    상기 스파이럴 코일과 상기 2차 전지의 사이 및 상기 스파이럴 코일과 상기 정류기의 사이 중 적어도 1개소에 배치된, 평균 판 두께가 5㎛ 이상 50㎛ 이하의 아몰퍼스 합금 박대 또는 Fe기 미결정 합금 박대를 1매 또는 복수매 갖는 자성박체
    를 구비하고,
    상기 자성박체의 포화 자속 밀도를 Ms[T], 상기 자성박체의 합계 판 두께를 t[㎛]로 하였을 때, 상기 자성박체는 상기 포화 자속 밀도 Ms와 상기 합계 판 두께 t의 곱으로 표현되는 값(Ms·t)이 15 이상인 것을 특징으로 하는 비접촉형의 수전 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 자성박체의 비투자율의 실 성분을 μr'로 하였을 때, 상기 자성박체는 상기 비투자율의 실 성분 μr'와 상기 합계 판 두께 t의 곱으로 표현되는 값(μr'·t)이 40000 이상인 것을 특징으로 하는 비접촉형의 수전 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 자성박체의 전기 저항값 R[Ω·m]이 R·μr'≥1.01×10-3을 만족하는 것을 특징으로 하는 비접촉형의 수전 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 자성박체의 외주 단부는 상기 스파이럴 코일의 외주부보다 외측으로 연장되어 있는 것을 특징으로 하는 비접촉형의 수전 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 자성박체는 슬릿을 갖는 것을 특징으로 하는 비접촉형의 수전 장치.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 2차 전지는 Li 이온 2차 전지인 것을 특징으로 하는 비접촉형의 수전 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 수전 코일에 의한 수전 속도가 0.25W/h 이상인 것을 특징으로 하는 비접촉형의 수전 장치.
  9. 스파이럴 코일을 갖는 수전 코일과, 상기 수전 코일에 발생한 교류 전압을 정류하는 정류기와, 상기 정류기에서 정류된 직류 전압이 충전되는 2차 전지를 구비하는 비접촉형의 수전 장치와,
    상기 2차 전지로부터 상기 직류 전압이 공급되어 동작하는 전자 디바이스와, 상기 전자 디바이스가 실장된 회로 기판을 구비하는 전자 기기 본체와,
    상기 스파이럴 코일과 상기 2차 전지의 사이, 상기 스파이럴 코일과 상기 정류기의 사이, 상기 스파이럴 코일과 상기 전자 디바이스의 사이 및 상기 스파이럴 코일과 상기 회로 기판 사이 중 적어도 1개소에 배치된, 평균 판 두께가 5㎛ 이상 50㎛ 이하의 아몰퍼스 합금 박대 또는 Fe기 미결정 합금 박대를 1매 또는 복수매 갖는 자성박체
    를 구비하고,
    상기 자성박체의 포화 자속 밀도를 Ms[T], 상기 자성박체의 합계 판 두께를 t[㎛]로 하였을 때, 상기 자성박체는 상기 포화 자속 밀도 Ms와 상기 합계 판 두께 t의 곱으로 표현되는 값(Ms·t)이 15 이상인 것을 특징으로 하는 전자 기기.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 자성박체의 비투자율의 실 성분을 μr'로 하였을 때, 상기 자성박체는 상기 비투자율의 실 성분 μr'와 상기 합계 판 두께 t의 곱으로 표현되는 값(μr'·t)이 40000 이상인 것을 특징으로 하는 전자 기기.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 자성박체의 전기 저항값 R[Ω·m]이 R·μr'≥1.01×10-3을 만족하는 것을 특징으로 하는 전자 기기.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 스파이럴 코일은 상기 2차 전지의 주위에 배치되어 있으며, 또한 상기 자성박체는 상기 스파이럴 코일과 상기 회로 기판의 사이에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 전자 기기.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 자성박체는 그 외주 단부를 상기 회로 기판과 반대 방향으로 절곡한 절곡부를 갖는 것을 특징으로 하는 전자 기기.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 자성박체의 외주 단부는 상기 스파이럴 코일의 외주부보다 외측으로 연장되어 있는 것을 특징으로 하는 전자 기기.
  15. 제9항에 있어서,
    상기 자성박체는 슬릿을 갖는 것을 특징으로 하는 전자 기기.
  16. 삭제
  17. 제9항에 있어서,
    상기 2차 전지는 Li 이온 2차 전지인 것을 특징으로 하는 전자 기기.
  18. 제9항에 있어서,
    상기 수전 코일에 의한 수전 속도가 0.25W/h 이상인 것을 특징으로 하는 전자 기기.
  19. 제9항의 전자 기기와,
    상기 전자 기기의 상기 수전 코일과 비접촉으로 배치되는 급전 코일과, 상기 급전 코일에 교류 전압을 인가하는 전원을 구비하는 급전 장치를 구비하고,
    상기 급전 코일에 발생시킨 자속을 상기 수전 코일에 전달하여 전력을 비접촉으로 전송하는 것을 특징으로 하는 비접촉 충전 장치.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 수전 코일에 의한 수전 속도가 0.25W/h 이상인 것을 특징으로 하는 비접촉 충전 장치.
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