KR20130014546A

KR20130014546A - 무선 전력 전송용 자기 소자 및 전력 공급 장치

Info

Publication number: KR20130014546A
Application number: KR1020127026202A
Authority: KR
Inventors: 다케조 하타나카; 미츠루 혼조; 다케시 다나카; 마사미 이노우에
Original assignee: 닛토덴코 가부시키가이샤
Priority date: 2010-03-09
Filing date: 2011-03-02
Publication date: 2013-02-07
Also published as: US9390849B2; EP2546843B1; WO2011111585A1; CN102792401A; EP2546843A4; JP5364745B2; CN102792401B; US20130002041A1; DK2546843T3; EP2546843A1; JP2011211176A

Abstract

무선 전력 전송용 자기 소자(1)는, 자기 결합 방향과 일치하는 단면에 있어서, 도체부(2)와 도체부(2)에 인접한 자성체부(3)가 자기 결합 방향에 대하여 직교 방향으로 병렬 배치되어 있고, 도체부(2) 및 자성체부(3) 중 어느 한쪽이 다른 쪽보다 자기 결합 방향으로 돌출된 돌출 영역(61)을 갖고 있다.

Description

무선 전력 전송용 자기 소자 및 전력 공급 장치{MAGNETIC ELEMENT FOR WIRELESS POWER TRANSMISSION AND POWER SUPPLY DEVICE}

본 발명은 전자기 유도 작용에 의해 비접촉에서 전력을 전송하는 무선 전력 전송용 자기 소자 및 전력 공급 장치에 관한 것이다.

최근, 전동칫솔이나 코드레스 전화와 같이, 코드레스의 급전에 의해 작동하는 기기가 증가하고 있다. 또한, 벽걸이 텔레비전이나 퍼스널 컴퓨터에 대해서도, 코드레스의 급전에 의해 작동하는 기기가 개발되고 있다. 따라서, 종래부터, 높은 전송 효율로 급전을 행하는 것이 가능한 무선 전력 전송용 자기 소자나 전력 공급 장치가 개발 및 제안되어 있다. 예를 들어 특허문헌 1에 있어서는, 자성층의 한쪽 면에, 스파이럴형의 평면 코일을 매설함과 함께, 평면 코일의 중심부에 자성창을 배치하고, 자성창의 적어도 일부를 자성체로 구성함으로써, 높은 전송 효율과 소형화를 실현 가능하게 한 것이 제안되어 있다.

일본 특허 출원 공개 제2004-47700호 공보

그러나, 큰 소비 전력을 포함하는 각종 기기에 대하여 전력을 공급하기 위해서는, 상기 종래의 구성 이외에 있어서도, 높은 전송 효율에 의한 급전이 요망되고 있다.

본 발명은 상기한 문제를 감안해서 이루어진 것으로서 높은 전송 효율에 의한 급전이 가능한 무선 전력 전송용 자기 소자 및 전력 공급 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 자기 결합에 의해 유도 기전력을 일으키는 무선 전력 전송용 자기 소자로서, 상기 자기 결합 방향과 일치하는 단면에 있어서, 교류 전류가 동일 방향으로 유통하는 복수의 도체부와 이들 도체부간의 1 이상의 간극에 설치된 자성체부가 상기 자기 결합 방향에 대하여 직교 방향으로 병렬 배치되어 있고, 상기 도체부 및 상기 자성체부 중 어느 한쪽이 다른 쪽보다 상기 자기 결합 방향으로 돌출된 돌출 영역을 갖는다.

상기한 구성에 따르면, 돌출 영역이 설치되어 있지 않은 경우와 비교하여, 도체부 주변에 있어서의 자기 결합에 있어서 무효한 자계를 감소시킴과 함께, 전체적인 자계의 확대를 억제하는 것이 가능하게 되고, 결과적으로, 자속 밀도를 높일 수 있다. 또한, 도체부에의 교류 전류의 유통에 의해 생성된 자계가 다른 도체부에 대하여 착교(錯交)함으로써 유도 전류를 발생시키고, 이 유도 전류가 저항으로서 작용하는 현상을 돌출 영역에 있어서의 도체부 간의 간극에 설치된 자성체부에 의해 억제할 수 있다. 이에 의해, 높은 자속 밀도와 유도 전류에 의한 저항의 저감에 의해, 자기 결합시키는 측과 자기 결합되는 측 중 어느 측에 사용된 경우라도, 높은 전송 효율에 의한 급전 및 수전이 가능하게 된다.

또한, 본 발명에 있어서의 상기 돌출 영역은 상기 자기 결합 방향의 양측에 배치되어 있어도 된다.

상기한 구성에 따르면, 자기 결합 방향의 다른 쪽에 배치된 돌출 영역이 병렬 배치된 도체부의 배열 방향에 설치된 자성체와 동일 기능을 발휘시키는 것이 가능하게 되기 때문에, 한층 높은 전송 효율에 의한 급전 및 수전이 가능하게 된다.

또한, 본 발명에 있어서의 상기 돌출 영역은 상기 도체부의 배열 방향의 전체에 배치되어 있어도 된다.

상기한 구성에 따르면, 돌출 영역이 도체부의 배열 방향의 전체에 존재하는 것에 의해, 한층 높은 전송 효율에 의한 급전 및 수전이 가능하게 된다.

또한, 본 발명에 있어서의 상기 자성체부는 연자성 재료에 의해 형성되어 있어도 된다. 연자성 재료는 금속계 자성 재료이어도 된다. 금속계 자성 재료는 아몰퍼스 자성재이어도 된다.

상기한 구성에 따르면, 돌출 영역에 의한 한층 높은 전송 효율에 의한 급전 및 수전이 가능하게 된다.

또한, 본 발명의 무선 전력 전송용 자기 소자는 긴 형상의 도체부와 상기 도체부의 길이 방향을 따르도록 병렬 배치된 긴 형상의 자성체부와 상기 도체부 및 상기 자성체부 중 어느 한쪽의 폭 방향 단부가 다른 쪽의 폭 방향 단부보다 돌출된 돌출 영역을 갖는다.

상기한 구성에 따르면, 돌출 영역이 설치되어 있지 않은 경우와 비교하여, 도체부 주변에 있어서의 자기 결합에 있어서 무효한 자계를 감소시킴과 함께, 전체적인 자계의 확대를 억제하는 것이 가능하게 되고, 결과적으로, 자속 밀도를 높일 수 있다. 또한, 도체부에의 교류 전류의 유통에 의해 생성된 자계가, 다른 도체부에 대하여 착교함으로써 유도 전류를 발생시키고, 이 유도 전류가 저항으로서 작용하는 현상을 도체부를 따라 병렬 배치된 자성체부에 의해 억제할 수 있다. 이에 의해, 높은 자속 밀도와 유도 전류에 의한 저항의 저감에 의해, 자기 결합시키는 측과 자기 결합되는 측 중 어느 측에 사용된 경우라도, 높은 전송 효율에 의한 급전 및 수전이 가능하게 된다.

또한, 본 발명의 무선 전력 전송용 자기 소자에 있어서, 상기 도체부와 상기 자성체부는 적어도 일부가 전기적 절연 상태에서 일체화하도록 접합되어 있어도 된다.

상기한 구성에 따르면, 도체부와 자성체부의 적어도 일부가 접합에 의해 일체화됨으로써, 도체부 및 자성체부가 진동이나 충격 등의 외력을 받은 경우라도, 도체부 및 자성체부의 위치 관계나 돌출 영역의 형태를 초기 상태로 유지할 수 있기 때문에, 초기의 높은 전송 효율을 장기간에 걸쳐서 유지할 수 있다. 또한, 도체부가 발열했을 때에, 도체부의 열이 일체적으로 접합된 부위를 통해서 자성체부에 효율적으로 이동하기 때문에, 자성체부에 있어서 도체부의 열을 효율적으로 방열할 수 있다. 이에 의해, 도체부와 자성체부가 이격되어 있는 경우보다 통전하는 전력량을 증대할 수 있다. 이 결과, 도체부와 자성체부의 적어도 일부를 일체화하기만 한 간단한 구성으로, 도체부의 과열을 방지하면서 전송량을 높일 수 있다. 또한, 도체부와 자성체부의 일체화에 의해 취급이 용이해지기 때문에, 각종 기기에의 내장 작업이나 보관이 용이해진다.

또한, 본 발명의 무선 전력 전송용 자기 소자에 있어서, 상기 도체부는, 전기적 절연체를 포함하는 피막을 갖고, 상기 자성체부는 상기 도체부와 일체화하도록 상기 피막에 접합되어 있어도 된다. 즉, 상기 도체부가 전기적 절연체를 포함하는 피막을 갖고, 이 피막에 상기 자성체부가 접합되어 있어도 된다.

상기한 구성에 따르면, 절연 피막이 형성된 코일 등의 일반적인 부재를 도체부에 사용할 수 있기 때문에, 용이하게 무선 전력 전송용 자기 소자를 얻을 수 있다.

상기한 구성에 따르면, 열전도성이 우수한 자성체부를 용이하게 얻을 수 있음과 함께, 도체부와 자성체부를 용이하게 일체화할 수 있다.

또한, 본 발명의 전력 공급 장치는 상기한 무선 전력 전송용 자기 소자를 복수 갖고, 이들 무선 전력 전송용 자기 소자를 동일 평면 상에 위치하도록 배치하고 있다.

상기한 구성에 따르면, 무선 전력 전송용 자기 소자의 높이를 최소 두께로 하는 시트 형상이나 매트 형상, 판 형상의 전력 공급 장치를 형성할 수 있다. 또한, 다수의 무선 전력 전송용 자기 소자가 평면적으로 배치되는 것에 의해, 전력 공급 장치 내의 임의의 장소에 있어서, 동일 조건으로 전력 수신 장치에 급전할 수 있다.

본 발명에 따르면, 높은 전송 효율에 의한 급전이 가능하게 된다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 무선 전력 전송용 자기 소자 및 전력 공급 장치의 설명도.
도 2는 자장의 상태를 도시하는 설명도.
도 3은 자장의 상태를 도시하는 설명도.
도 4는 자장의 상태를 도시하는 설명도.
도 5는 무선 전력 전송용 자기 소자의 단면도.
도 6은 자장의 상태를 도시하는 설명도.
도 7은 무선 전력 전송용 자기 소자의 단면도.
도 8은 자장의 상태를 도시하는 설명도.
도 9는 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 무선 전력 전송용 자기 소자 및 전력 공급 장치의 설명도.
도 10은 무선 전력 전송용 자기 소자의 구성을 도시하는 설명도.
도 11은 무선 전력 전송용 자기 소자의 구성을 도시하는 설명도.
도 12는 실시예 1~3과 비교예 1·2의 측정 결과를 도시하는 설명도.

(실시 형태 1)

이하, 본 발명의 적합한 제1 실시 형태에 대해서, 도면을 참조하면서 설명한다.

(무선 전력 전송용 자기 소자(1))

도 1에 도시하는 바와 같이, 무선 전력 전송용 자기 소자(1)는 자기 결합에 의해 유도 기전력을 일으키도록 구성되어 있고, 급전용 및 수전용의 어느 쪽에도 사용할 수 있다. 급전용으로서는, 송전 전력이 0.1W~500W 정도이고 송전 거리가 1㎜~10㎝인 전력 공급 장치(10)를 예시할 수 있다. 예를 들어, 무선 전력 전송용 자기 소자(1)는 벽걸이용 박형 텔레비전 등의 벽걸이형 기기에 사용되는 전력 공급 장치(10), 퍼스널 컴퓨터나 마우스 등의 적재형 기기에 사용되는 전력 공급 장치(10), 체내에 매립되는 페이스메이커 등의 소형 의료기기에 사용되는 전력 공급 장치(10)에 적용 가능하다. 또한, 무선 전력 전송용 자기 소자(1)는 상기한 송전 전력 및 송전 거리를 초과한 전력 공급 장치(10), 예를 들어 로봇이나 전기 자동차 등의 전력 공급 장치(10)에 적용하는 것도 가능하다.

한편, 수전용으로서는, 상기한 전력 공급 장치(10)에 적재되거나 접촉되는 박형 텔레비전 등의 벽걸이형 기기, 퍼스널 컴퓨터나 마우스 등의 적재형 기기, 체내에 매립되는 페이스메이커 등의 소형 의료기기를 예시할 수 있다. 또한, 무선 전력 전송용 자기 소자(1)는, 로봇이나 전기 자동차 등에 적용하는 것도 가능하다.

상기한 용도에 사용되는 무선 전력 전송용 자기 소자(1)는, 자기 결합 방향과 일치하는 단면에 있어서, 도체부(2)와 도체부(2)에 인접한 자성체부(3)가 자기 결합 방향에 대하여 직교 방향으로 병렬 배치되어 있다. 그리고, 무선 전력 전송용 자기 소자(1)는 도체부(2) 및 자성체부(3) 중 어느 한쪽이 다른 쪽보다 자기 결합 방향으로 돌출된 돌출 영역(61)을 갖고 있다. 바꾸어 말하면, 무선 전력 전송용 자기 소자(1)는 긴 형상의 도체부(2)와 도체부(2)의 길이 방향을 따르도록 병렬 배치된 긴 형상의 자성체부(3)와 도체부(2) 및 자성체부(3) 중 어느 한쪽의 폭 방향 단부가 다른 쪽의 폭 방향 단부보다 돌출된 돌출 영역(61)을 갖고 있다.

여기서, 『자기 결합 방향』이란, 예를 들어 동일 사이즈의 무선 전력 전송용 자기 소자(1)의 중심부끼리가 대향 배치된 경우와 같이, 자기 결합시키는 측(급전측)과 자기 결합되는 측(수전측)을 대향 배치했을 때에 가장 강하게 자기 결합하는 것에 의해, 가장 큰 유도 기전력을 발생하는 위치 관계로 된 경우에 있어서의 자기 결합시키는 측과 자기 결합되는 측의 중심부끼리를 연결하는 방향이다. 또한, 『직교 방향』은 거의 직교한다고 하는 정도이다.

상기와 같이 구성된 무선 전력 전송용 자기 소자(1)는, 도 2 및 도 3에 도시하는 바와 같이, 도체부(2) 및 자성체부(3) 중 어느 한쪽이 다른 쪽보다 자기 결합 방향으로 돌출된 돌출 영역(61)을 가짐으로써 이러한 돌출 영역(61)이 설치되어 있지 않은 경우와 비교하여 도체부(2) 주변에 있어서의 자기 결합에 있어서 무효한 자계를 감소시킴과 함께, 전체적인 자계의 확대를 억제하는 것이 가능하게 되어 있다. 이에 의해, 자기 결합시에 있어서의 자속 밀도를 향상시키는 것이 가능하게 되어 있다. 또한, 무선 전력 전송용 자기 소자(1)는 자기 결합시키는 측과 자기 결합되는 측 중 어느 측에 사용된 경우라도, 높은 자속 밀도에 의해 높은 전송 효율에 의한 급전 및 수전이 가능하게 된다.

또한, 무선 전력 전송용 자기 소자(1)는 자기 결합 방향과 일치하는 단면에 있어서, 복수의 도체부(2)가 병렬 배치된 구성으로 되어 있고, 교류 전류가 동일 방향으로 유통하는 복수의 도체부(2) 사이의 1 이상의 간극에 자성체부(3)가 설치되어 있다. 또한, 무선 전력 전송용 자기 소자(1)는 도체부(2) 사이의 모든 간극에 자성체부(3)가 설치되고, 도체부(2)와 자성체부(3)가 교대로 배치되어 있는 것이 바람직하다. 자기 결합 방향과 일치하는 단면에 있어서, 복수의 도체부(2)에 교류 전류가 동일 방향으로 유통하는 구성으로서는 장척의 도체부(2) 및 자성체부(3)가 내주측으로부터 외주측에 걸쳐서 권회되어 있거나, 복수의 도체부(2) 및 자성체부(3)가 중심점을 일치한 반경의 서로 다른 환형상으로 형성되어 있는 구성이 예시된다.

상기한 구성의 경우에는, 도 4에 도시하는 바와 같이, 도체부(2)에의 교류 전류의 유통에 의해 생성된 자계가 병렬 배치된 다른 도체부(2)에 대하여 착교함으로써 유도 전류를 발생시키고, 이 유도 전류가 저항으로서 작용하는 현상을 돌출 영역(61)에 있어서의 도체부(2) 사이의 간극에 설치된 자성체부(3)에 의해 억제할 수 있다. 이에 의해, 높은 자속 밀도와 유도 전류에 의한 저항의 저감에 의해, 자기 결합시키는 측과 자기 결합되는 측 중 어느 측에 사용된 경우라도, 높은 전송 효율에 의한 급전 및 수전이 가능하게 된다.

상세하게 설명하면, 무선 전력 전송용 자기 소자(1)는, 도 1에 도시하는 바와 같이, 도체 집합부(6)를 갖고 있다. 도체 집합부(6)는 평판 형상의 외형을 갖고 있고, 수전측이나 급전측의 기기에 대향하는 자기 개방면이 될 수 있는 표면(6a) 및 이면(6b)을 갖고 있다. 또한, 도체 집합부(6)는 임의의 표면 형상으로 형성하는 것이 가능하다. 예를 들어, 도체 집합부(6)는 상면에서 보아 삼각형이나 사각형 등의 다각형의 표면 형상이어도 되고, 타원 형상이나 원 형상의 표면 형상이어도 된다.

도체 집합부(6)는 장척의 도체부(2)와 장척의 자성체부(3)를 갖고 있다. 이들 도체부(2) 및 자성체부(3)는 내주측으로부터 외주측에 걸쳐서 일정 간격의 간극을 두고 소용돌이 형상으로 형성되어 있다. 이에 의해, 도체 집합부(6)는 자기 결합 방향과 일치한 종단면(A-A’선 화살표 단면·B-B’선 화살표 단면)에 있어서 복수의 도체부(2)와 복수의 자성체부(3)가 자기 결합 방향에 대하여 직교 방향으로 교대로 병렬 배치된 구성으로 되어 있다.

또한, 도체 집합부(6)의 내주측에는 자성체를 포함하는 코어부가 배치되어 있어도 된다. 이 경우에는, 도체 집합부(6)의 내주측에 자장을 집중시킬 수 있다. 또한, 무선 전력 전송용 자기 소자(1)는, 도체 집합부(6)가 외부에 노출된 형태이어도 되지만, 표면을 보호하기 위해서, 에폭시 수지나 폴리이미드 수지 등의 절연 수지, 유리 등의 비자성이고 또한 전기적 절연체를 포함하는 보호재의 피막이 도체 집합부(6)의 표면(6a)이나 이면(6b)에 형성되어 있어도 된다.

(자성체부(3))

자성체부(3)는 고 투자율의 재료에 의해 형성되어 있다. 즉, 자성체부(3)는 연자성 재료에 의해 형성되어 있어도 된다. 연자성 재료는 금속계 자성 재료이어도 된다. 금속계 자성 재료는, 아몰퍼스 자성재이어도 된다. 구체적으로는, 자성체부(3)는 페라이트, 센다스트, 아몰퍼스(비정질), 미세 결정을 갖는 자성 재료 등의 자성 분말을 수지로 굳힌 것을 사용해서 형성되거나, 또는 급냉 응고법 등에 의해 얻어진 얇은 띠, 절연 필름 상에 스퍼터나 증착 등의 기상 성장 또는 도금에 의해 성막한 자성막을 사용해서 형성되어 있다. 또한, 아몰퍼스는 Co계 아몰퍼스, Fe계 아몰퍼스를 들 수 있고, 미세 결정을 갖는 자성 재료는 300옹스트롬(0.03㎛) 이하의 미세 결정을 갖는 Fe계 자성 재료를 들 수 있다. 또한, 기상 성장 또는 도금에 의한 자성막으로서는 CoZrNb계, CoZrNbTa계, FeBN계, CoFeB-SiO계, CoFeAlO계, CoAlPdO계, CoFeＭn계, CoFeN계, FeNi계 등의 연자성막을 들 수 있다.

자성체부(3)는, 자기 결합 방향과 일치하는 폭과, 자기 결합 방향과 직교하는 방향(도체 집합부(6)의 반경 방향)과 일치하는 두께를 갖고 있다.

(도체부(2))

도체부(2)는, 길이 방향의 일 단부와 다른 단부가 도시하지 않은 한 쌍의 단자에 각각 접속되어 있다. 각 단자는, 무선 전력 전송용 자기 소자(1)가 전력 공급 장치(10) 등의 급전 장치에 적용되는 경우, 전원 장치(8)에 접속된다. 전원 장치(8)는 임의의 주파수에서 교류 전력을 도체부(2)에 공급 가능하게 하고 있다. 한편, 무선 전력 전송용 자기 소자(1)가 수전 장치에 적용되는 경우에는, 각 단자가 정류 장치에 접속된다. 정류 장치는 전자기 유도에 의해 형성된 교류 전력을 직류 전력으로 평활화해서 배터리를 충전하거나, 구동 기기의 작동에 사용된다.

도체부(2)는 Cu, Al 등의 금속 재료로 형성되어 있는 것이 바람직하다. 도체부(2)는 기상 성장이나 도금, 에칭에 의해 형성할 수 있다. 도체부(2)는, 자기 결합 방향과 일치하는 폭과 자기 결합 방향과 직교하는 방향(도체 집합부(6)의 반경 방향)과 일치하는 두께를 갖고 있다.

또한, 상술한 자성체부(3)가 페라이트, 아몰퍼스 등의 자성 재료의 분말을 수지로 굳힌 것, 즉, 자성체부(3)가 절연성을 구비하고 있는 경우에는, 자성체부(3)와 도체부(2)를 접촉 상태로 배치해도 된다. 한편, 아몰퍼스만을 굳힌 것과 같이 자성체부(3)가 도전성을 갖고 있는 경우에는, 자성체부(3)와 도체부(2) 사이에 절연층을 배치할 필요가 있다. 절연층은 폴리에틸렌 테레프탈레이트 등의 절연성 수지, 산화물 등의 무기 절연 재료 등을 들 수 있다.

(돌출 영역(61))

무선 전력 전송용 자기 소자(1)는 자성체부(3)의 폭 방향 단부와 도체부(2)의 폭 방향 단부 중 어느 한쪽이 다른 쪽보다 돌출된 돌출 영역(61)을 갖고 있다. 돌출 영역(61)은 도체 집합부(6)의 표면(6a)의 전부에 설정되어 있다. 또한, 돌출 영역(61)은 도체 집합부(6)의 표면(6a) 및 이면(6b) 중 어느 한쪽에 설정되어 있어도 되고, 표면(6a) 및 이면(6b)의 일부에 설정되어 있어도 된다. 바꾸어 말하면, 돌출 영역(61)은 도체 집합부(6)의 표면(6a) 및 이면(6b) 중 적어도 한쪽에 있어서의 적어도 일부에 설정되어 있으면 된다.

돌출 영역(61)은 자성체부(3)의 폭 방향 단부가 도체부(2)의 폭 방향 단부보다 돌출되는 것에 의해, 자성체부(3)의 표면과 돌출한 자성체부(3)의 측면이 외부에 노출된 상태로 되어 있는 것이 바람직하다. 즉, 돌출 영역(61)은 자성체부(3)의 노출 면적이 증대되어 있는 것이 바람직하다. 이 경우에는, 자성체부(3)가 고 투자율의 재료인 것에 부가하여, 큰 노출 면적에 의해 자계의 영향을 받기 쉽게 되어 있음과 함께, 도 4에 도시하는 바와 같이, 인접하는 도체부(2·2) 사이에서 자계가 착교하는 것에 의한 유도 전류의 발생에 기인하는 자계의 발생 효율의 저하를 방지하는 것이 가능하게 된다. 또한, 돌출 영역(61)은 도체부(2)의 폭 방향 단부가 자성체부(3)의 폭 방향 단부보다 돌출되어 있어도 된다. 이 경우에 있어서도, 인접하는 도체부(2·2) 사이의 자성체부(3)가 각 도체부(2·2)에 있어서의 유도 전류의 발생에 기인하는 자계의 발생 효율의 저하를 방지하는 것이 가능하게 된다.

자성체부(3) 또는 도체부(2)의 돌출 길이는, 자성체부(3)의 폭을 Dm, 도체부(2)의 폭을 d로 하면, Dm/d가 0.2~3.0인 것이 바람직하다. 돌출 길이가 과소이면, 자계의 발생 효율의 저하의 방지라고 하는 효과를 발휘시키기 어려워지기 때문이며, 돌출 길이가 과대이면, 돌출부끼리의 접촉 등의 기계적인 문제가 발생하기 때문이다.

(전력 공급 장치(10))

상기와 같이 구성된 무선 전력 전송용 자기 소자(1)가 급전용에 적용된 경우를 설명한다. 무선 전력 전송용 자기 소자(1)는, 도 1에 도시하는 바와 같이, 전력 공급 장치(10)에 구비되어 있다. 전력 공급 장치(10)는 휴대 전화나 퍼스널 컴퓨터 등의 코드레스의 급전에 의해 작동하는 1 이상의 기기(9)를 적재 가능하게 시트 형상으로 형성되어 있다. 전력 공급 장치(10)의 전면에는 다수의 무선 전력 전송용 자기 소자(1)가 배치되어 있다. 또한, 무선 전력 전송용 자기 소자(1)는, 에칭 처리나 액상의 재료를 분사하는 인쇄 처리에 의해 형성되어 있다.

무선 전력 전송용 자기 소자(1)는 매트릭스 형상의 배치 형태와 같이, 균일한 분포 밀도로 평면적으로 배치되어 있는 것이 바람직하다. 이 경우에는, 전력 공급 장치(10)의 전체에 있어서 균등하게 높은 전송 효율로 전력을 공급할 수 있다. 또한, 전력 공급 장치(10)는 무선 전력 전송용 자기 소자(1)의 분포 밀도를 변경한 복수의 적재 영역을 구비하고 있어도 된다. 이 경우에는, 기기(9)의 적재 장소에 따라 급전량을 조정하는 것이 가능하게 된다. 예를 들어, 기기(9)가 광조절 가능한 발광 장치이면, 발광량을 적재 장소의 변경으로 조정할 수 있다.

또한, 무선 전력 전송용 자기 소자(1)는 자기적인 방출면(자기 개방면)으로 되는 표면(6a)이 전력 공급 장치(10)의 상면(적재면)과 일치하는 방향으로 되도록 설정되어 있다. 또한, 자기 개방면은 급전측이나 수전측의 면을 의미하고, 무선 전력 전송용 자기 소자(1)의 표면(6a) 및 이면(6b)의 적어도 한쪽이다.

전력 공급 장치(10)는 기기(9)에 직접적으로 접촉함과 함께 도체부(2) 및 자성체부(3)를 고정 및 보유 지지하는 적재층(101)과 무선 전력 전송용 자기 소자(1)가 형성된 지지층(103)과 지지층(103)의 하면에 설치된 차폐층(104)과 차폐층(104)의 하면에 설치된 보호층(105)을 갖고 있다. 적재층(101), 지지층(103) 및 보호층(105)은, 비자성의 합성 수지 등에 의해 형성되어 있다. 또한, 차폐층(104)은 도전 재료 및 자성 재료의 적어도 한쪽에 의해 형성되어 있고, 전력 공급 장치(10)의 하측(이면측)으로부터의 자장의 누설을 방지하게 되어 있다. 또한, 지지층(103)에는 도시하지 않은 시트 형상의 전원 회로 기판이 설치되어 있다. 전원 회로 기판은 전원 장치(8)로부터의 고주파의 교류 전력을 각 무선 전력 전송용 자기 소자(1)에 공급 가능하게 하고 있다.

(동작)

상기한 구성에 있어서, 무선 전력 전송용 자기 소자(1)가 내장된 전력 공급 장치(10)에 대하여 전원 장치(8)가 접속되고, 고주파의 교류 전류(교류 전력)이 공급되면, 각 무선 전력 전송용 자기 소자(1)가 교번 자장을 생성한다. 이때, 도 2에 도시하는 바와 같이, 각 무선 전력 전송용 자기 소자(1)는 자기 결합 방향과 일치하는 단면에 있어서, 교류 전류가 동일 방향으로 유통하는 복수의 도체부(2) 사이의 1 이상의 간극에 자성체부(3)가 설치되고, 도체부(2) 및 자성체부(3) 중 어느 한쪽이 다른 쪽보다 자기 결합 방향으로 돌출된 돌출 영역(61)을 갖고 있다. 따라서, 도 3에 도시하는 바와 같이, 각 무선 전력 전송용 자기 소자(1)는 돌출 영역(61)이 설치되어 있지 않은 경우와 비교하여, 도체부(2) 주변에 있어서의 자기 결합에 있어서 무효한 자계를 감소시킴과 함께, 전체적인 자계의 확대를 억제하는 것이 가능하게 된다. 이 결과, 각 무선 전력 전송용 자기 소자(1)는, 전력 공급 장치(10)에 적재된 기기(9)를 향하는 자속 밀도를 향상시키는 것이 가능하게 된다. 이에 의해, 다수의 무선 전력 전송용 자기 소자(1)를 구비한 전력 공급 장치(10)는 기기(9)에 대하여 높은 전송 효율로 전력을 급전할 수 있다.

또한, 도 4에 도시하는 바와 같이, 각 무선 전력 전송용 자기 소자(1)의 내부에 있어서는 도체부(2)에의 교류 전류의 유통에 의해 생성된 자계가 인접하는 다른 도체부(2)에 대하여 착교함으로써 유도 전류를 발생시킨다. 그런데, 유도 전류가 저항으로서 작용하는 현상은 돌출 영역(61)에 있어서의 도체부(2·2) 사이의 간극에 설치된 자성체부(3)에 의해 억제된다. 이에 의해, 높은 자속 밀도와 유도 전류에 의한 저항의 저감에 의해 높은 전송 효율에 의한 급전이 가능하게 된다.

이와 같이 하여 모든 무선 전력 전송용 자기 소자(1)에 있어서 자장이 표면(6a)인 자기 개방면으로부터 방출되면, 이들 무선 전력 전송용 자기 소자(1)를 구비한 전력 공급 장치(10)는 교류 전력의 주파수에 대응한 주파수의 교번 자장을 면 전체에 있어서 출력한다. 따라서, 유도 기전력을 이용해서 작동하는 기기(9)가 전력 공급 장치(10)에 적재되면, 도 2에 도시하는 바와 같이, 기기(9)에 내장된 코일이 자기 결합해서 교번 자장과 쇄교하고, 유도 기전력이 발생한다. 그리고, 교류 상태의 전력이 정류되고 제어 칩 등에 공급된다. 또한, 기기(9)는 무선 전력 전송용 자기 소자(1)를 수전용으로서 구비하고 있어도 되고, 이 경우에는 한층 높은 효율로 급전 및 수전을 행하는 것이 가능하게 된다.

(변형예)

이상과 같이, 본 실시 형태의 무선 전력 전송용 자기 소자(1)는, 도 1 및 도 3에 도시하는 바와 같이, 돌출 영역(61)이 도체 집합부(6)의 표면(6a)에 배치된 구성에 대해서 설명하고 있지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 즉, 무선 전력 전송용 자기 소자(1)는, 도 5에 도시하는 바와 같이, 돌출 영역(61)이 표면(6a)과 이면(6b)에 배치되어 있어도 된다. 이 경우에는, 도 6에 도시하는 바와 같이, 무선 전력 전송용 자기 소자(1)는, 자기 결합 방향에 있어서의 자속 밀도를 높이는 것이 가능하게 된다.

또한, 도 7에 도시하는 바와 같이, 무선 전력 전송용 자기 소자(1)는 자기 개방면과는 반대측으로 되는 이면(6b)에만 돌출 영역(61)이 배치되어 있어도 된다. 이 경우에 있어서도, 도 8에 도시하는 바와 같이, 무선 전력 전송용 자기 소자(1)는 자기 결합 방향에 있어서의 자속 밀도를 높이는 것이 가능하게 된다.

또한, 무선 전력 전송용 자기 소자(1)는 돌출 영역(61)이 도체 집합부(6)의 내주측에만 배치되어 있어도 된다. 무선 전력 전송용 자기 소자(1)는 돌출 영역(61)이 도체 집합부(6)의 외주측에만 배치되어 있어도 된다. 무선 전력 전송용 자기 소자(1)는, 도체 집합부(6)의 내주측에 있어서의 자성체부(3)의 돌출 면적이 최대가 되도록, 내주측으로부터 외주측에 걸쳐서 돌출 길이가 감소된 돌출 영역(61)을 갖고 있어도 된다. 또한, 도체부(2·2) 사이에 복수의 자성체부(3·3)가 간극을 두고 배치되어 있어도 되고, 자성체부(3·3) 사이에 복수의 도체부(2)가 간극을 두고 배치되어 있어도 된다. 또한, 무선 전력 전송용 자기 소자(1)는, 상기한 구성을 임의로 조합한 것이어도 된다.

(실시 형태 2)

이하, 본 발명의 적합한 제2 실시 형태에 대해서, 도면을 참조하면서 설명한다. 또한, 제1 실시 형태와 동일한 부재에는 동일한 부호를 부기하여, 그 설명을 생략한다.

(무선 전력 전송용 자기 소자(201))

도 9에 도시하는 바와 같이, 본 실시 형태에 따른 무선 전력 전송용 자기 소자(201)는 교류 전류가 유통하는 도체층(202)과 도체층(202)의 길이 방향으로 평행하게 배치된 자성체층(203)을 가진 적층체(204)의 권회체(206)를 구비하고 있음과 함께, 자성체층(203)의 폭 방향 단부가 도체층(202)의 폭 방향 단부보다 돌출된 돌출 영역(261)을 갖고 있다. 또한, 돌출 영역(261)은 자성체층(203)의 폭 방향 단부 및 도체층(202)의 폭 방향 단부 중 어느 한쪽이 다른 쪽보다 돌출되어 있으면 된다.

상세하게 설명하면, 무선 전력 전송용 자기 소자(201)는 권회체(206)를 갖고 있다. 권회체(206)는 원기둥 형상의 외형을 갖고 있고 측주면(側周面)(206a)과 측주면(206a)의 양단부에 배치되고, 자기 개방면으로 될 수 있는 단부면(206b·206b)을 갖고 있다. 또한, 권회체(206)는 임의의 외형 형상으로 형성하는 것이 가능하며, 예를 들어 삼각형이나 사각형 등의 단부면(206b)을 가진 다각형의 각기둥 형상 등이어도 된다. 권회체(206)는 얇은 띠 형상의 적층체(204)가 복수 횟수로 권회됨으로써 형성되어 있다. 이에 의해, 권회체(206)는 축 방향의 종단면(A-A’선 화살표 단면)에 있어서 복수의 적층체(204)가 반경 방향으로 서로 평행하게 배치된 구성으로 되어 있다.

적층체(204)는, 원통 형상의 와인딩 코어 부재(207)의 외주면에 권회되어 있다. 와인딩 코어 부재(207)는 비자성체 및 자성체 중 어느 쪽이어도 되지만, 와인딩 코어 부재(207)가 배치된 권회체(206)의 내주측에 자장을 집중시킬 수 있다는 점에서 자성체인 것이 바람직하다. 또한, 적층체(204)는 와인딩 코어 부재(207)가 존재하지 않는 중공 형상으로 권회되어 있어도 된다. 또한, 권회의 형상은, 원형, 타원형, 장방형 등의 임의의 두루마리 형상이어도 된다.

적층체(204)는 도체층(202)과 자성체층(203)을 갖고 있다. 도체층(202) 및 자성체층(203)은, 서로 평행하게 배치되어 있다. 구체적으로는, 도 10에 도시하는 바와 같이, 적층체(204)는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET:Polyethylene Terephthalate)의 보호 시트(411·412) 사이에 자성체층(203)을 개재해서 장착한 자성 시트(41)와, 폴리이미드(PI:polyiｍide)제의 기재(431)에 도체층(202)이 형성된 도체 시트(43)를 갖고 있다.

또한, 무선 전력 전송용 자기 소자(201)는 권회체(206)가 외부에 노출된 형태이어도 되지만, 표면을 보호하기 위해서, 에폭시 수지나 폴리이미드 수지 등의 절연 수지, 유리 등의 비자성이고 또한 전기적 절연체를 포함하는 보호재의 피막이 권회체(206)의 측주면(206a)이나 단부면(206b)에 형성되어 있어도 된다. 또한, 무선 전력 전송용 자기 소자(201)는 반경 방향에 인접하는 자성체층(203·203)끼리의 접촉이나 변형을 방지하기 위해서, 이들 자성체층(203·203) 사이에 보호재가 충전되어 있어도 된다.

(자성체층(203))

자성체층(203)은 제1 실시 형태에 있어서의 자성체부(3)와 같은 재료에 의해 형성되어 있다. 자성체층(203)은 권회체(206)의 와인딩 방향(둘레 방향)인 길이 방향과 직교하는 폭과 권회체(206)의 반경 방향과 일치하는 두께를 가진 띠 형상으로 형성되어 있다. 자성체층(203)의 두께는 100㎛ 이하가 바람직하다. 자기 특성이라고 하는 점에서는 100㎛을 초과해도 문제는 없지만, 권회하는 것을 고려하면 자성체층의 두께는 100㎛ 이하가 바람직하고, 나아가서는 50㎛ 이하가 바람직하다. 또한, 자성체층(203)의 두께의 하한값은 0.1㎛ 이상이 바람직하다. 0.1㎛미만에서는 자성층이 얇아 충분한 자기 특성이 얻어지지 않을 우려가 있기 때문이다. 또한, 얇은 자성층을 균일하게 제작하는 것은 제조상의 관리가 번잡해지기 때문에 0.1㎛ 이상이 바람직하다. 이러한 자성층의 두께를 고려하면, 급냉 응고법에 의해 얇은 띠(리본)를 얻을 수 있는 아몰퍼스가 바람직한 재료가 된다. 특히 Co계 아몰퍼스이면 자기 특성도 양호하다.

(도체층(202))

도체층(202)은 제1 실시 형태에 있어서의 도체부(2)와 마찬가지의 재료에 의해 형성되어 있다. 도체층(202)은 Cu, Al 등의 금속 재료로 형성되어 있는 것이 바람직하다. 도체층(202)의 형태는 얇은 띠 형상(리본 형상) 외에 기상 성장이나 도금 등의 박막이어도 된다.

(돌출 영역(261))

무선 전력 전송용 자기 소자(201)는 돌출 영역(261)을 갖고 있다. 돌출 영역(261)은 권회체(206)의 양단부면(206b·206b)의 전부에 설정되어 있다. 또한, 돌출 영역(261)은 권회체(206) 중 어느 한쪽의 단부면(206b·206b)에 설정되어 있어도 되고, 단부면(206b)의 일부에 설정되어 있어도 된다. 바꾸어 말하면, 돌출 영역(261)은 권회체(206)의 적어도 한쪽의 단부면(206b·206b)의 적어도 일부에 설정되어 있으면 된다.

(전력 공급 장치(210))

상기와 같이 구성된 무선 전력 전송용 자기 소자(201)는 도 9에 도시하는 바와 같이, 전력 공급 장치(210)에 구비되어 있다. 전력 공급 장치(210)는 휴대 전화나 퍼스널 컴퓨터 등의 코드레스의 급전에 의해 작동하는 1 이상의 기기(9)를 적재 가능하게 시트 형상이나 평판 형상으로 형성되어 있다. 전력 공급 장치(210)의 전면에는 다수의 무선 전력 전송용 자기 소자(201)가 매립되어 있다. 무선 전력 전송용 자기 소자(201)는 자기적인 방출면(자기 개방면)으로 되는 한쪽의 단부면(206b)이 상면이 되도록 설정되어 있다.

전력 공급 장치(210)는 기기(9)에 직접적으로 접촉하는 적재층(101)과 무선 전력 전송용 자기 소자(201)의 측주면(206a)을 고정 및 보유 지지하는 보유 지지층(102)과 무선 전력 전송용 자기 소자(201)의 하면이 되는 단부면(206b)을 지지하는 지지층(103)과 지지층(103)의 하면에 설치된 차폐층(104)과 자성체층(104)의 하면에 설치된 보호층(105)을 갖고 있다. 적재층(101), 보유 지지층(102), 지지층(103) 및 보호층(105)은 비자성의 합성 수지 등에 의해 형성되어 있다. 또한, 차폐층(104)은, 도전 재료 및 자성 재료 중 적어도 한쪽에 의해 형성되어 있고, 전력 공급 장치(210)의 하측으로부터의 자장의 누설을 방지하게 되어 있다. 또한, 차폐층(104)과 지지층(103) 사이에는 각 무선 전력 전송용 자기 소자(201)에 있어서의 도체층(202)의 내주측과 외주측에 접속된 도시하지 않은 시트 형상의 회로 기판이 설치되어 있다. 회로 기판은 전원 장치(8)로부터의 고주파의 교류 전력을 각 무선 전력 전송용 자기 소자(201)에 공급 가능하게 하고 있다.

또한, 상기한 실시 형태 1(실시 형태 2)에 있어서의 무선 전력 전송용 자기 소자(1)(201)는 도체부(2)(도체층(202))와 자성체부(3)(자성체층(203))의 적어도 일부가 전기적 절연 상태에서 일체화하도록 접합되어 있어도 된다.

여기서, 전기적 절연 상태는 도체부(2)(도체층(202)) 및 자성체부(3)(자성체층(203)) 사이에 절연물을 개재함으로써 실현할 수 있다. 절연물을 개재시키는 방법으로서는, 도체부(2)(도체층(202)) 및 자성체부(3)(자성체층(203))의 적어도 한쪽이 절연 재료를 포함하는 피막을 증착 처리나 도금 처리한 것을 접합하는 방법이나 도체부(2)(도체층(202)) 및 자성체부(3)(자성체층(203)) 사이에 절연 시트를 끼워 넣는 방법을 들 수 있다. 또한, 절연물 및 자성체부(3)(자성체층(203))는 열전도율이 공기층의 열전도율보다 높은 것은 물론이다.

상기한 구성에 따르면, 도체부(2)(도체층(202))와 자성체부(3)(자성체층(203))의 적어도 일부가 일체화됨으로써, 도체부(2)(도체층(202)) 및 자성체부(3)(자성체층(203))가 진동이나 충격 등의 외력을 받은 경우라도, 도체부(2)(도체층(202)) 및 자성체부(3)(자성체층(203))의 위치 관계나 돌출 영역(61)(261)의 형태를 초기 상태로 유지할 수 있기 때문에, 초기의 높은 전송 효율을 장기간에 걸쳐서 유지할 수 있다.

또한, 도체부(2)(도체층(202))가 발열했을 때에, 도체부(2)(도체층(202))의 열이 일체적으로 접합된 부위를 통해서 자성체부(3)(자성체층(203))에 효율적으로 이동하기 때문에, 자성체부(3)(자성체층(203))에 있어서 도체부(2)(도체층(202))의 열을 효율적으로 방열할 수 있다. 이에 의해, 도체부(2)(도체층(202))와 자성체부(3)(자성체층(203))가 이격되어 있는 경우보다도, 통전하는 전력량을 증대할 수 있다. 이 결과, 도체부(2)(도체층(202))와 자성체부(3)(자성체층(203))의 적어도 일부를 일체화하기만 한 간단한 구성으로 도체부(2)(도체층(202))의 과열을 방지하면서 전송량을 높일 수 있다. 또한, 도체부(2)(도체층(202))와 자성체부(3)(자성체층(203))의 일체화에 의해 취급이 용이해지기 때문에, 각종 기기에의 내장 작업이나 보관이 용이해진다.

또한, 상기한 실시 형태 1(실시 형태 2)에 있어서의 무선 전력 전송용 자기 소자(1)(201)는, 도체부(2)(도체층(202))가 전기적 절연체를 포함하는 피막을 갖고, 자성체부(3)(자성체층(203))가 도체부(2)(도체층(202))와 일체화하도록 피막에 접합되어 있어도 된다. 즉, 도체부(2)(도체층(202))가 전기적 절연체를 포함하는 피막을 갖고, 이 피막에 자성체부(3)(자성체층(203))가 접합되어 있어도 된다.

상기한 구성에 따르면, 절연 피막이 형성된 코일 등의 일반적인 부재를 도체부(2)(도체층(202))에 사용할 수 있기 때문에, 용이하게 무선 전력 전송용 자기 소자(1)(201)를 얻을 수 있다. 또한, 상기한 실시 형태예에 있어서의 권회한 형상인 롤 형상 코일과 동등한 효과를 얻을 수 있다.

이상의 상세한 설명에서는, 본 발명을 보다 용이하게 이해할 수 있도록, 특징적 부분을 중심으로 설명했지만, 본 발명은, 이상의 상세한 설명에 기재하는 실시 형태에 한정되지 않고, 그 다른 실시 형태에도 적용할 수 있고, 그 적용 범위는 가능한 한 넓게 해석되어야 한다. 또한, 본 명세서에 있어서 사용한 용어 및 어법은, 본 발명을 적확하게 설명하기 위해서 사용한 것이며, 본 발명의 해석을 제한하기 위해서 사용한 것이 아니다. 또한, 당업자라면 본 명세서에 기재된 발명의 개념으로부터, 본 발명의 개념에 포함되는 다른 구성, 시스템, 방법 등을 추고하는 것은 용이하다고 생각된다. 따라서, 청구의 범위의 기재는 본 발명의 기술적 사상을 일탈하지 않는 범위에서 균등한 구성을 포함하는 것이다라고 간주되어야 한다. 또한, 본 발명의 목적 및 본 발명의 효과를 충분히 이해하기 위해서, 이미 개시되어 있는 문헌 등을 충분히 참작하는 것이 기대된다.

실시예

돌출 영역(261)을 구비한 무선 전력 전송용 자기 소자(201)의 전송 상태를 실시예 1~3으로서 측정함과 함께, 돌출 영역(261)을 구비하지 않는 무선 전력 전송용 자기 소자의 전송 상태를 비교예 1·2로서 측정하였다.

(실시예 1)

구체적으로는, 도 10에 도시하는 바와 같이, 50㎛의 폴리에틸렌 테레프탈레이트를 포함하는 보호 시트(411·412) 사이에, 철을 주성분으로 한 아몰퍼스 자성 합금제를 포함하는 18㎛의 자성체층(203)이 개재해서 장착된 자성 시트(41)를 준비하였다. 또한, 25㎛의 폴리이미드제의 기재(431)에, 35㎛의 동박을 포함하는 도체층(202)이 형성된 도체 시트(43)를 준비하였다.

다음에, 자성 시트(41)를 폭 7㎜×길이 300㎜로 잘라냈다. 또한, 도체 시트(43)를 폭 5㎜×길이 300㎜로 잘라냈다. 자성 시트(41)와 도체 시트(43)의 폭 방향의 일단부를 정렬시키고, 자성 시트(41)의 다른 단부가 도체 시트(43)로부터 2㎜ 나오도록 적층하였다. 그리고, 양쪽 시트(41·43)를 20㎛의 접착층으로 접합해서 적층체(204)로 하였다. 적층체(204)의 기재(431) 측에 점착제를 도포함으로써, 20㎛의 점착층(42)을 형성하고, 직경 13㎜φ의 코르크를 포함하는 와인딩 코어 부재(207)에 6.5회의 권회수로 감는 것에 의해 한 쪽에 돌출 영역(261)이 존재하는 권회체(206)를 형성하였다. 권회체(206)에 있어서의 도체층(202)의 내주 측단부와 외주 측단부에 신호선의 일단부를 각각 접속하였다.

이 후, 2개의 권회체(206·206)를 준비하고, 이들 권회체(206·206)에 있어서의 자성 시트(41·41)의 2㎜ 나온 부분끼리가 마주보도록, 권회체(206·206)를 좌우 대칭으로 배치하였다. 즉, 돌출 영역(261)끼리가 대향하도록 권회체(206·206)를 배치하였다. 이때, 도체층(202)끼리가 대향하는 간격은 5㎜의 거리로 하였다. 또한, 권회체(206·206)의 축심이 동일 코어가 되도록, 권회체(206·206)를 보유 지지하였다. 이 후, 권회체(206·206)에 접속된 신호선의 다른 단부를 네트워크 애널라이저(아지렌트·테크놀로지 주식회사제)의 단자(1) 및 단자(2)에 각각 접속하고, 300㎑, 500㎑ 및 1000㎑의 측정 주파수에서 S파라미터의 삽입 손실(S21)을 측정하였다. 여기서, 『S21』은 단자(1)로부터 신호를 입력했을 때의 단자(2)를 통과하는 신호를 나타내고 있고, 데시벨 표시되고, 수치가 클수록 전송 효율이 높은 것을 나타낸다.

(실시예 2)

실시예 1과 동일한 2개의 권회체(206·206)를 준비하고, 이들 권회체(206·206)에 있어서의 일단부를 정렬시킨 부분끼리가 마주보도록, 권회체(206·206)를 좌우 대칭으로 배치하였다. 즉, 돌출 영역(261)끼리가 대향하지 않도록 권회체(206·206)를 배치하였다. 이때, 도체층(202)끼리가 대향하는 간격은 5㎜의 거리로 하였다. 그리고, 실시예 1과 동일한 조건으로 300㎑, 500㎑ 및 1000㎑의 측정 주파수에서 S파라미터의 삽입 손실(S21)을 측정하였다.

(실시예 3)

다음에, 실시예 1과 동일한 자성 시트(41)를 폭 9㎜×길이 300㎜로 잘라냈다. 또한, 실시예 1과 동일한 도체 시트(43)를 폭 5㎜×길이 300㎜로 잘라냈다. 그리고, 자성 시트(41)와 도체 시트(43)의 중심을 정렬시키고, 자성 시트(41)의 양단부가 동박으로부터 2㎜ 나오도록 적층함으로써 적층체(204)를 형성하였다. 적층체(204)를 직경 13㎜φ의 코르크를 포함하는 와인딩 코어 부재(207)에 6.5회의 권회수로 감는 것에 의해 양측에 돌출 영역(261)이 존재하는 권회체(206)를 형성하였다.

2개의 권회체(206·206)를 준비하고, 이들 권회체(206·206)에 있어서의 일단부끼리가 마주보도록, 권회체(206·206)를 좌우 대칭으로 배치하였다. 이때, 도체층(202)끼리가 대향하는 간격은 5㎜의 거리로 하였다. 그리고, 실시예 1과 동일한 조건으로 300㎑, 500㎑ 및 1000㎑의 측정 주파수에서 S파라미터의 삽입 손실(S21)을 측정하였다.

(비교예 1)

다음에, 돌출 영역(261)이 존재하지 않는 무선 전력 전송용 자기 소자(100)를 작성하였다. 즉, 실시예 1과 동일한 자성 시트(41) 및 도체 시트(43)를 폭 5㎜×길이 300㎜로 잘라냈다. 그리고, 자성 시트(41)와 도체 시트(43)의 양단부면이 동일하게 되도록 적층함으로써 적층체(204)를 형성하였다. 적층체(204)을 직경 13㎜φ의 코르크를 포함하는 와인딩 코어 부재(207)에 6.5회의 권회수로 감는 것에 의해 권회체(206)로 하였다. 2개의 권회체(206·206)에 있어서의 일단부끼리가 마주보도록, 권회체(206·206)를 좌우 대칭으로 배치하였다. 이때, 도체층(202)끼리가 대향하는 간격은, 5㎜의 거리로 하였다. 그리고, 실시예 1과 동일한 조건으로 300㎑, 500㎑ 및 1000㎑의 측정 주파수에서 S파라미터의 삽입 손실(S21)을 측정하였다.

(비교예 2)

다음으로, 도 11에 도시하는 바와 같이, 자성체층(203)이 존재하지 않는 무선 전력 전송용 자기 소자(100)를 작성하였다. 즉, 실시예 1의 자성 시트(41) 대신에, 동일 두께의 보호 시트(411)를 사용한 적층체(204)를 형성하였다. 적층체(204)를 직경 13㎜φ의 코르크를 포함하는 와인딩 코어 부재(207)에 6.5회의 권회수로 감는 것에 의해 권회체(206)로 하였다. 2개의 권회체(206·206)에 있어서의 일 단부끼리가 마주보도록 권회체(206·206)를 좌우 대칭으로 배치하였다. 이때, 권회체(206·206)의 간격은 5㎜의 거리로 하였다. 그리고, 실시예 1과 동일한 조건으로 300㎑, 500㎑ 및 1000㎑의 측정 주파수에서 S파라미터의 삽입 손실(S21)을 측정하였다.

(실시예 1 내지 3과 비교예 1·2의 측정 결과)

상기와 같이 해서 S파라미터의 삽입 손실(S21)을 측정한 결과를 표 1에 나타냄과 함께 도 12에 도시한다.

상기한 측정 결과에 따르면, 돌출 영역(261)의 존재하지 않는 비교예 1 및 자성체층(203)의 존재하지 않는 비교예 2에 비해 돌출 영역(261)이 존재하는 실시예 1~3 쪽이 전송 효율이 높은 것이 판명되었다. 이것으로부터, 무선 전력 전송용 자기 소자(201)는 도체층(202)보다 자성체층(203)이 폭 방향으로 돌출된 돌출 영역(261)을 구비함으로써 전송 효율이 높아지는 것이 명확하게 되었다.

또한, 양측에 돌출 영역(261)이 존재하는 권회체(206)를 구비한 실시예 3이 한 쪽으로만 돌출해서 영역(261)이 존재하는 권회체(206)를 구비한 실시예 1·2보다 전송 효율이 높은 것이 판명되었다. 또한, 돌출 영역(261)을 대향시키지 않고 있는 실시예 2가, 돌출 영역(261)을 대향시키고 있는 실시예 1보다 전송 효율이 높은 것이 판명되었다. 이에 의해, 돌출 영역(261)이 자기 개방면을 포함하는 양측에 존재하는 것이 전송 효율을 향상시킴에 있어서 중요함과 함께, 돌출 영역(261)이 자기 개방면측에 배치되어 있지 않아도, 전송 효율이 높아지는 것이 명확하게 되었다.

1 : 무선 전력 전송용 자기 소자
2 : 도체부
3 : 자성체부
6 : 도체 집합부
8 : 전원 장치
9 : 기기
10 : 전력 공급 장치
61 : 돌출 영역
201 : 무선 전력 전송용 자기 소자
202 : 도체층
203 : 자성체층
204 : 적층체

Claims

자기 결합에 의해 유도 기전력을 일으키는 무선 전력 전송용 자기 소자로서,
상기 자기 결합 방향과 일치하는 단면에 있어서, 교류 전류가 동일 방향으로 유통하는 복수의 도체부와 이들 도체부 간의 1 이상의 간극에 설치된 자성체부가 상기 자기 결합 방향에 대하여 직교 방향으로 병렬 배치되어 있고,
상기 도체부 및 상기 자성체부 중 어느 한쪽이 다른 쪽보다 상기 자기 결합 방향으로 돌출된 돌출 영역을 갖는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송용 자기 소자.
제1항에 있어서, 상기 돌출 영역은 상기 자기 결합 방향의 양측에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송용 자기 소자.
제2항에 있어서, 상기 돌출 영역은 상기 도체부의 배열 방향의 전체에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송용 자기 소자.
제3항에 있어서, 상기 자성체부는 연자성 재료에 의해 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송용 자기 소자.
제4항에 있어서, 상기 연자성 재료는 금속계 자성 재료인 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송용 자기 소자.
제5항에 있어서, 상기 금속계 자성 재료는 아몰퍼스 자성재인 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송용 자기 소자.
제4항에 있어서, 상기 도체부와 상기 자성체부는 적어도 일부가 전기적 절연 상태에서 일체화하도록 접합되어 있는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송용 자기 소자.
제7항에 있어서, 상기 도체부가 전기적 절연체를 포함하는 피막을 갖고, 이 피막에 상기 자성체부가 접합되어 있는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송용 자기 소자.
제1항에 있어서, 상기 돌출 영역은 상기 도체부의 배열 방향의 전체에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송용 자기 소자.
제1항에 있어서, 상기 자성체부는 아몰퍼스 자성재에 의해 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송용 자기 소자.
제1항에 있어서, 상기 도체부와 상기 자성체부는 전기적 절연 상태에서 일체화하도록 접합되어 있는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송용 자기 소자.
긴 형상의 도체부와,
상기 도체부의 길이 방향을 따르도록 병렬 배치된 긴 형상의 자성체부와,
상기 도체부 및 상기 자성체부 중 어느 한쪽의 폭 방향 단부가 다른 쪽의 폭 방향 단부보다 돌출된 돌출 영역을 갖는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송용 자기 소자.
제12항에 있어서, 상기 도체부와 상기 자성체부는 적어도 일부가 전기적 절연 상태에서 일체화하도록 접합되어 있는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송용 자기 소자.
제13항에 있어서, 상기 도체부가 전기적 절연체를 포함하는 피막을 갖고, 이 피막에 상기 자성체부가 접합되어 있는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송용 자기 소자.
제1항 내지 제14항 중 어느 한 항의 무선 전력 전송용 자기 소자를 복수 갖고, 이들 무선 전력 전송용 자기 소자를 동일 평면 상에 위치하도록 배치한 것을 특징으로 하는 전력 공급 장치.