KR20140003636A

KR20140003636A - 자성 시트와 그것을 사용한 비접촉 수전 장치, 전자 기기 및 비접촉 충전 장치

Info

Publication number: KR20140003636A
Application number: KR1020137030734A
Authority: KR
Inventors: 다카오 사와; 가츠히코 야마다; 다다오 사이토
Original assignee: 가부시끼가이샤 도시바; 도시바 마테리알 가부시키가이샤
Priority date: 2011-04-25
Filing date: 2012-04-24
Publication date: 2014-01-09
Also published as: JP5917496B2; US20190027285A1; KR101559223B1; JPWO2012147341A1; CN103493158A; CN103493158B; US10083785B2; US20140049212A1; US11417449B2; WO2012147341A1

Abstract

실시 형태의 자성 시트(1)는, 복수의 얇은 자성 스트립(2)과 수지 필름부(3)의 적층체를 구비한다. 적층체는 5 내지 25개의 범위에서 적층된 얇은 자성 스트립(2)을 구비한다. 얇은 자성 스트립에는 1㎜ 이하(0을 포함함)의 폭을 갖는 절입부가 형성되어 있다. 1개의 수지 필름부(3) 상에 배치된 얇은 자성 스트립(2)의 외주 영역의 합계 외주 길이를 A, 얇은 자성 스트립(2)에 형성된 절입부의 합계 길이를 B로 하였을 때, 얇은 자성 스트립(2)의 합계 외주 길이 A에 대한 절입부의 합계 길이 B의 비(B/A)는 2 이상 25 이하의 범위이다.

Description

자성 시트와 그것을 사용한 비접촉 수전 장치, 전자 기기 및 비접촉 충전 장치{MAGNETIC SHEET, AND NON-CONTACT POWER RECEIVING DEVICE, ELECTRONIC INSTRUMENT, AND NON-CONTACT CHARGING DEVICE EMPLOYING SAME}

본 발명의 실시 형태는, 자성 시트와 그것을 사용한 비접촉 수전 장치, 전자 기기 및 비접촉 충전 장치에 관한 것이다.

최근, 휴대형 통신 기기의 발전은 눈부시며, 특히 휴대 전화기의 소형 경박화가 급속하게 진행되고 있다. 휴대 전화기 이외에도, 비디오 카메라(핸디 카메라 등), 코드리스 전화기, 랩탑 퍼스널 컴퓨터(노트북 퍼스널 컴퓨터) 등의 전자 기기도 소형 경박화가 진행되고 있다. 이들은 전자 기기 본체에 이차 전지를 탑재함으로써, 콘센트에 연결하지 않고 사용 가능하게 되어 있어, 휴대성이나 편리성을 높이고 있다. 현재, 이차 전지에는 용량에 한계가 있어, 수일 내지 수주일에 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 사용되고 있다. 그러나, 최근의 전자 기기의 소형 경박화에 수반하여 전자 기기의 무게가 가벼워져, 수전 장치의 전극과 급전 장치의 전극의 접촉압이 부족하여, 충전 불량을 일으킨다고 하는 문제가 발생하고 있다. 또한, 이차 전지는 열에 약하기 때문에, 전지의 온도 상승을 방지하기 위해서 과방전이나 과충전을 일으키지 않도록 회로를 설계할 필요가 있다. 이와 같은 점에서 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 구조나, 페라이트 분말이나 아몰퍼스 분말을 혼합한 수지 기판에 코일을 실장한 구조 등이 알려져 있다. 그러나, 페라이트는 얇게 가공하면 물러지기 때문에, 내충격성에 약하여, 기기의 낙하 등에 의해 수전 장치에 문제가 발생하기 쉽다는 문제를 갖고 있다.

또한, 기기의 박형화에 대응하여 수전 부분을 박형화하기 위해서, 기판에 금속 분말 페이스트를 스파이럴 형상으로 인쇄하여 형성된 평면 코일의 채용이 검토되고 있다. 그러나, 평면 코일을 통과하는 자속이 기기 내부의 기판 등과 쇄교하기 때문에, 전자 유도에 의해 발생하는 와전류에 의해 장치 내가 발열한다는 문제가 있다. 이 때문에, 큰 전력을 송신할 수 없어, 충전 시간이 길어져 버린다. 구체적으로는, 휴대 전화기의 충전에 접촉 충전 장치이면 90분 정도인 것에 반해, 비접촉 충전 장치에서는 120분 정도 걸려 버린다.

종래의 비접촉 충전 방식을 적용한 수전 장치는, 전자 유도에 의해 발생하는 와전류에의 대책이 충분하지 않다. 수전 장치는 이차 전지를 구비하고 있기 때문에, 열의 발생을 최대한 억제하는 것이 요구된다. 수전 장치는 전자 기기 본체에 설치되기 때문에, 열의 발생은 회로 부품 등에 악영향을 준다. 이들에 기인하여 충전 시에 큰 전력을 송신할 수 없어, 충전 시간이 길어져 버린다. 또한, 와전류의 발생은 노이즈의 발생으로 이어져, 충전 효율의 저하 요인으로 된다. 이와 같은 점에 대하여, 얇은 자성 스트립을 수전 장치의 소정의 위치에 설치하는 것이 제안되어 있다. 얇은 자성 스트립의 투자율과 판 두께, 혹은 얇은 자성 스트립의 포화 자속 밀도와 판 두께를 제어함으로써, 와전류에 의한 발열, 노이즈 발생, 수전 효율의 저하 등이 억제된다.

비접촉 충전 장치의 급전측에 자석을 배치하여, 수전측의 기기의 위치 정렬을 행하는 비접촉 충전 방식이 제안되어 있다. 예를 들면, 국제 규격인 WPC(Wireless Power Consortium)에 있어서는, 「System Description Wireless Power Transfer volume I : Low Power Part1 : interface Definition version 1.0 July 2010」에, 자석으로 위치 결정하는 비접촉 충전 장치가 기재되어 있다.

자석으로 위치 결정하는 경우, 종래의 얇은 자성 스트립에서는 자기 포화해 버려, 자기 실드 효과가 대폭 저감되어 버린다. 이 때문에, 충전 시의 이차 전지의 온도 상승을 초래하여, 이차 전지의 사이클 수명의 저하가 우려된다. 종래의 자기 실드는, 예를 들면 포화 자속 밀도가 0.55 내지 2T(5.5 내지 20kG)의 얇은 자성 스트립을 갖고, 이와 같은 얇은 자성 스트립을 1개 혹은 3개 이하의 범위로 적층하고 있다. 얇은 자성 스트립의 적층체를 자기 실드로서 사용해도, 급전 장치에 배치된 자석으로부터 발생하는 자장에 의해, 자기 실드가 용이하게 자기 포화를 일으켜 버려, 자기 실드로서의 기능이 발휘되지 않을 우려가 있다.

일본 특허 공개 평11-265814호 공보 일본 특허 공개 제2000-23393호 공보 일본 특허 공개 평9-190938호 공보 국제 공개 제2007/111019호 팸플릿 국제 공개 제2007/122788호 팸플릿

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 급전측에 자석을 배치한 비접촉 충전 방식에 있어서, 전자 유도에 의해 수전측에 발생하는 와전류를 억제함으로써, 와전류에 기인하는 이차 전지의 발열이나 충전 효율의 저하를 억제하는 것을 가능하게 하는 자성 시트와, 그것을 사용한 비접촉 수전 장치, 전자 기기 및 비접촉 충전 장치를 제공하는 것에 있다.

실시 형태의 자성 시트는, 복수의 얇은 자성 스트립과 수지 필름부의 적층체를 구비한다. 적층체는 5 내지 25개의 범위에서 적층된 얇은 자성 스트립을 구비한다. 얇은 자성 스트립에는 1㎜ 이하(0을 포함함)의 폭을 갖는 절입부가 형성되어 있다. 1개의 수지 필름부 상에 배치된 얇은 자성 스트립의 외주 영역의 합계 외주 길이를 A, 얇은 자성 스트립에 형성된 절입부의 합계 길이를 B로 하였을 때, 얇은 자성 스트립의 합계 외주 길이 A에 대한 절입부의 합계 길이 B의 비(B/A)는 2 이상 25 이하의 범위이다.

도 1은 실시 형태의 자성 시트를 도시하는 단면도이다.
도 2는 실시 형태의 자성 시트에 있어서의 얇은 자성 스트립의 절입부의 제1 예와 얇은 자성 스트립의 외주 길이 A의 측정예를 도시하는 평면도이다.
도 3은 실시 형태의 자성 시트에 있어서의 얇은 자성 스트립의 절입부의 합계 길이 B의 측정예를 도시하는 평면도이다.
도 4는 실시 형태의 자성 시트에 있어서의 얇은 자성 스트립의 절입부의 제2 예를 도시하는 평면도이다.
도 5는 실시 형태의 자성 시트에 있어서의 얇은 자성 스트립의 절입부의 제3 예를 도시하는 평면도이다.
도 6은 실시 형태의 자성 시트에 있어서의 얇은 자성 스트립의 절입부의 제4 예를 도시하는 평면도이다.
도 7은 실시 형태의 자성 시트에 있어서의 얇은 자성 스트립의 절입부의 제5 예를 도시하는 평면도이다.
도 8은 실시 형태의 자성 시트에 있어서의 얇은 자성 스트립의 절입부의 제6 예를 도시하는 평면도이다.
도 9는 실시 형태의 자성 시트에 있어서의 얇은 자성 스트립의 절입부의 제7 예를 도시하는 평면도이다.
도 10은 제1 실시 형태에 의한 전자 기기의 개략 구성을 도시하는 도면이다.
도 11은 제2 실시 형태에 의한 전자 기기의 개략 구성을 도시하는 도면이다.
도 12는 실시 형태에 의한 비접촉 충전 장치의 개략 구성을 도시하는 도면이다.

이하, 실시 형태의 자성 시트와 그것을 사용한 비접촉 수전 장치, 전자 기기 및 비접촉 충전 장치에 대하여 설명한다. 본 실시 형태의 자성 시트는, 복수의 얇은 자성 스트립과 수지 필름부의 적층체를 구비한다. 적층체는 5 내지 25개의 범위에서 적층된 얇은 자성 스트립을 구비한다. 얇은 자성 스트립에는 1㎜ 이하(0을 포함함)의 폭을 갖는 절입부가 형성되어 있다. 1개의 수지 필름부 상에 배치된 얇은 자성 스트립의 외주 영역의 합계 외주 길이를 A, 얇은 자성 스트립에 설치된 절입부의 합계 길이를 B로 하였을 때, 얇은 자성 스트립의 합계 외주 길이 A에 대한 절입부의 합계 길이 B의 비(B/A)는 2 이상 25 이하의 범위이다.

도 1은 실시 형태에 의한 자성 시트를 도시하는 단면도이다. 도 1에 있어서, 참조 부호 1은 자성 시트, 참조 부호 2는 얇은 자성 스트립, 참조 부호 3은 수지 필름부이다. 얇은 자성 스트립(2)과 수지 필름부(3)가 적층된 구조는, 도 1에 도시한 바와 같이, 자성 시트(1)의 두께 T에 대하여 복수의 얇은 자성 스트립(2)이 적층된 구조를 나타낸다. 얇은 자성 스트립(2)은 자성 시트(1)의 두께 T에 대하여 5 내지 25개의 범위에서 적층된다. 적층수가 4개 이하의 얇은 자성 스트립(2)에서는, 급전 장치에 배치된 자석에 의해 자기 포화되어 실드 효과가 얻어지지 않는다. 얇은 자성 스트립(2)의 적층수가 25개를 초과하면, 자성 시트(1)의 두께 T가 필요 이상으로 두꺼워지기 때문에, 수전 장치나 전자 기기에 탑재할 수 없게 될 우려가 있다. 자성 시트(1)의 두께 T는 0.1 내지 1㎜의 범위가 바람직하다.

자성 시트(1)는, 판 두께가 5 내지 30㎛의 얇은 자성 스트립(2)을 1개 이상 구비하는 것이 바람직하다. 얇은 자성 스트립(2)의 판 두께가 5㎛ 미만인 경우, 롤 급냉법 등에 의해 제작하는 것이 곤란하여, 비용 상승의 요인으로 된다. 얇은 자성 스트립(2)의 판 두께가 30㎛를 초과하면, 100㎑ 이상에서의 L값이 저하되어 버린다. 자성 시트(1)를 구성하는 복수의 얇은 자성 스트립(2)은, 그들 모두가 5 내지 30㎛의 범위의 판 두께를 갖는 것이 더욱 바람직하다. 얇은 자성 스트립(2)의 보다 바람직한 판 두께는 10 내지 25㎛의 범위이다.

수지 필름부(3)로서는, 미리 필름 형상으로 가공된 수지, 접착제를 필름 형상으로 굳게 한 것, 접착층을 형성한 수지 필름 등을 들 수 있다. 수지 필름부(3)는, 얇은 자성 스트립(2)이 노출되지 않도록, 얇은 자성 스트립(2) 전체를 덮는 형상을 갖는 것이 바람직하다. 후술하는 바와 같이, 얇은 자성 스트립(2)으로서 Fe계 얇은 아몰퍼스 합금 스트립을 사용하는 경우, 녹이 스는 것을 방지하기 위해서도, 얇은 자성 스트립(2) 전체를 수지 필름부(3)로 덮는 것이 바람직하다. 또한, 얇은 자성 스트립(2) 전체를 수지 필름부(3)로 덮음으로써, 자성 시트(1)의 강도가 향상되어, 자성 시트(1)의 취급성을 높일 수 있다.

수지 필름부(3)에는, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 필름, 폴리이미드 필름, 폴리에스테르 필름, 폴리페닐렌술피드(PPS) 필름, 폴리프로필렌(PP) 필름, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 필름 등을 사용할 수 있다. 수지 필름부(3)를 접착제 수지로 구성하는 경우, 접착제로서는 에폭시계 접착제, 실리콘계 접착제, 아크릴계 점착제 등을 들 수 있다.

얇은 자성 스트립(2)과 수지 필름부(3)는, 교대로 적층되어 있는 것이 바람직하다. 얇은 자성 스트립(2)을 5 내지 25개의 범위에서 적층하는 경우, 얇은 자성 스트립(2)과 수지 필름부(3)를 교대로 적층하는 것이 바람직하다. 자성 시트(1)가 얇은 자성 스트립(2)과 수지 필름부(3)를 교대로 적층한 구조를 가짐으로써, 얇은 자성 스트립(2)을 확실하게 고정할 수 있다. 또한, 후술하는 절입부의 폭을 1㎜ 이하로 조정하기 쉽다.

자성 시트(1)는, 포화 자기 왜곡 상수가 15ppm 이상인 얇은 자성 스트립(2)을 1개 이상 구비하는 것이 바람직하다. 얇은 자성 스트립(2)의 포화 자기 왜곡 상수가 15ppm 이상인 경우, 예를 들면 얇은 아몰퍼스 합금 스트립의 제작 시에 도입되는 급냉 왜곡과의 상호 작용에 의해 자기 이방성이 발생하고, 이 효과에 의해 인접하는 자석으로부터 초래되는 자장에 의해 발생하는 자기 포화가 억제된다. 즉, 필요한 L값을 보다 효과적으로 확보할 수 있다. 얇은 자성 스트립(2)의 포화 자기 왜곡 상수가 15ppm 미만이면, 급전 장치가 자석을 갖는 경우에 자기 포화하기 쉬워져, L값이 작아진다. 포화 자기 왜곡 상수의 상한은 특별히 한정되지 않지만, 제조성의 관점에서 50ppm 이하가 바람직하다.

포화 자기 왜곡 상수는, 예를 들면 조성 제어나 롤 급냉법에 의한 급냉 시의 왜곡에 의해 조정된다. 포화 자기 왜곡 상수를 크게 한 쪽이, 얇은 자성 스트립(2)이 자기 포화하기 어렵다. 얇은 자성 스트립(2)의 포화 자기 왜곡 상수를 크게 하는 방법으로서는, Fe기 아몰퍼스 합금의 경우에는 포화 자속 밀도를 높게 하거나, 희토류 원소를 미량 첨가하는 것 등을 들 수 있다. 후자의 경우, 지나치게 첨가량이 많아지면 대기 중에서의 롤 급냉법의 적용이 곤란해져, 얇은 자성 스트립(2)의 제조 비용을 증가시키는 요인으로 된다. 따라서, 얇은 자성 스트립(2)의 포화 자기 왜곡 상수는 15 내지 50ppm의 범위가 바람직하고, 보다 바람직하게는 20 내지 50ppm의 범위, 더욱 바람직하게는 25 내지 35ppm의 범위이다. 자성 시트(1)를 구성하는 복수의 얇은 자성 스트립(2)은, 그들 모두가 15ppm 이상의 포화 자기 왜곡 상수를 갖는 것이 더욱 바람직하다.

자성 시트(1)는, 포화 자속 밀도가 1.2T(12kG) 이상 2.1T(21kG) 이하인 얇은 자성 스트립(2)을 1개 이상 구비하는 것이 바람직하다. 얇은 자성 스트립(2)의 포화 자속 밀도가 1.2T 미만이면, 급전 장치가 자석을 갖는 경우에 자기 포화하기 쉬워진다. 얇은 자성 스트립(2)의 포화 자속 밀도가 2.1T를 초과하면, 아몰퍼스상을 형성하기 어려워져, 포화 자기 왜곡 상수나 판 두께 등의 제어가 곤란해진다. 얇은 자성 스트립(2)의 포화 자속 밀도는 1.3T 이상 2.0T 이하인 것이 보다 바람직하다. 자성 시트(1)를 구성하는 복수의 얇은 자성 스트립(2)은, 그들 모두가 1.2 내지 2.1T의 포화 자속 밀도를 갖는 것이 더욱 바람직하다.

얇은 자성 스트립(2)은,

일반식 :

(식 중, M은 Ni 및 Co로부터 선택되는 적어도 1종의 원소, T는 Mn, Cr, Ti, Zr, Hf, Mo, V, Nb, W, Ta, Cu, Sn 및 희토류 원소로부터 선택되는 적어도 1종의 원소, X는 B, Si, C 및 P로부터 선택되는 적어도 1종의 원소이고, a, b 및 c는 0≤a≤25원자％, 10≤b≤35원자％, 0≤c≤5원자％를 만족시키는 수임)

로 나타내어지는 조성을 갖는 얇은 아몰퍼스 합금 스트립을 1개 이상 구비하는 것이 바람직하다.

식 1에 있어서, M 원소는 포화 자속 밀도나 포화 자기 왜곡 상수 등의 특성을 만족시키기 위해서 사용된다. T 원소는 열 안정성, 내식성, 급냉 상태에서의 인덕턴스값의 향상 등을 위해서 첨가된다. M 원소로서 Co를 선택하는 경우, 포화 자기 왜곡 상수 및 포화 자속 밀도가 높아지기 때문에 바람직하다. M 원소의 첨가량 a는 25원자％ 이하인 것이 바람직하다. 첨가량이 25원자％를 초과하면, 포화 자속 밀도나 포화 자기 왜곡 상수가 저하된다. T 원소의 첨가량 c는 5원자％ 이하인 것이 바람직하다. 첨가량 c가 5원자％를 초과하면, 포화 자속 밀도나 포화 자기 왜곡 상수가 저하되어, 급냉 상태에서 필요한 특성(인덕턴스)이 얻어지지 않게 된다.

X 원소는 아몰퍼스상을 얻는 데 필수의 원소이다. B(붕소)나 P(인)는 단독으로 자성 합금을 아몰퍼스화할 수 있고, 특히 B는 열 안정성이나 기계적 특성의 면에서 바람직하다. Si(규소)나 C(탄소)는 아몰퍼스상의 형성을 촉진하거나, 결정화 온도의 상승, 즉 아몰퍼스상의 안정화에 유효한 원소이다. X 원소의 함유량이 너무 지나치게 많으면 포화 자속 밀도나 포화 자기 왜곡 상수가 저하되기 쉬워진다. X 원소의 함유량이 지나치게 적으면 아몰퍼스화가 곤란해져, 얇은 아몰퍼스 합금 스트립의 투자율이 저하된다. 이러한 것으로부터, X 원소의 함유량은 10 내지 35원자％의 범위인 것이 바람직하다. X 원소의 함유량은 12 내지 30원자％의 범위로 하는 것이 더욱 바람직하다.

방청 효과의 관점에서는 P와 Cr을 동시에 사용하는 것이 바람직하다. 방청 효과를 갖는 얇은 자성 스트립(2)을 사용한 경우에는, 얇은 자성 스트립(2)의 단부까지 수지 필름부(3)로 완전히 덮지 않아도 된다. 장기적으로 본 경우, 수지 필름부(3)의 소재에 따라서는, 수분이 투과할 우려가 있다. 이 때문에, 방청 효과를 갖는 아몰퍼스 얇은 자성 스트립을 사용하는 것은 유효하다. 얇은 아몰퍼스 합금 스트립은, 식 1의 (100-a-b-c)의 값이 50 이상인 Fe 리치의 조성을 갖는 것이 바람직하다.

얇은 자성 스트립(2)으로서 사용하는 얇은 아몰퍼스 합금 스트립은, 예를 들면 롤 급냉법(용탕 급냉법)에 의해 제작할 수 있다. 구체적으로는, 소정의 조성비로 조정한 합금 소재를 용융하고, 이 합금 용탕을 고속 회전하는 냉각 롤의 표면에 분출하여 급냉함으로써, 얇은 자성 스트립(2)으로서 사용되는 얇은 아몰퍼스 합금 스트립이 제작된다.

자성 시트(1)는, 180도 밀착 절곡을 행하였을 때에 파괴되지 않는 얇은 자성 스트립(2)을 1개 이상 구비하는 것이 바람직하다. 밀착 절곡을 행하였을 때에 파괴되지 않는 얇은 자성 스트립(2)을 사용함으로써, 유연성을 갖는 자성 시트(1)를 제작할 수 있다. 유연성을 갖는 자성 시트(1)는, 후술하는 수전 장치에 만곡시킨 상태나 절곡한 상태로 배치할 수 있기 때문에, 자성 시트(1)의 사용 편의성이 향상된다. 이와 같은 얇은 자성 스트립(2)으로서는, 식 1에 의해 나타내어지는 조성을 갖는 얇은 아몰퍼스 합금 스트립에 열처리를 실시하지 않은 것을 들 수 있다.

얇은 아몰퍼스 합금 스트립을 열처리함으로써, 자기 왜곡 상수 등의 자기 특성을 조정할 수 있다. 단, 350℃ 이상의 열처리를 행하면, 박대 내부에 아주 작은 결정 배열이 발생하여 물러짐과 함께, 박대 제작 시에 도입된 급냉 왜곡이 완화되기 쉬워진다. 이 때문에, 자석이 인접한 경우에 자기 포화가 일어나기 쉬워진다. 얻어지는 인덕턴스값이 작아져, 자기 실드 효과가 저하된다. 또한, 얇은 자성 스트립(2)이 깨지기 쉬우면 자성 시트(1)로서 사용하였을 때에 파손이 발생하기 쉬워진다. 얇은 자성 스트립(2)이 파손되면 절입부의 양이 변화되어, 후에 상세하게 설명하는 B/A비가 25를 초과할 우려가 발생한다.

자성 시트(1)는, 얇은 아몰퍼스 합금 스트립을 5 내지 25개 적층한 구조를 갖는 것이 바람직하다. 단, 전체의 적층 개수의 20％ 이하의 개수에 있어서, 포화 자기 왜곡 상수가 거의 제로인 Co기 얇은 아몰퍼스 합금 스트립이나 Fe기 미결정 합금 박대(평균 결정 입경 10 내지 50㎚)를 사용해도 된다. 이 경우, 급전 장치의 자석과는 이격된 위치에 배치하는 것이 바람직하다. 포화 자기 왜곡 상수가 거의 제로인 얇은 자성 스트립은 절입부를 갖고 있지 않아도 된다.

얇은 자성 스트립(2)과 수지 필름부(3)의 적층체를 갖는 자성 시트(1)에 있어서, 얇은 자성 스트립(2)에는 폭 1㎜ 이하(0을 포함함)의 절입부가 형성되어 있다. 도 2에 1개의 수지 필름부(3) 상에 배치된 얇은 자성 스트립(2)의 제1 예를 도시한다. 도 2 내지 도 9에 있어서, 참조 부호 2는 얇은 자성 스트립, 참조 부호 3은 수지 필름, 참조 부호 4는 절입부이다. S는 절입부(4)의 폭이다. 절입부(4)의 형상은, 도 2에 도시한 얇은 자성 스트립(2)끼리를 분리하는 형상, 혹은 도 4에 도시한 얇은 자성 스트립(2)의 일부를 절단하는 슬릿 형상 중 어느 것이어도 된다.

도 2에서는 알기 쉽도록, 얇은 자성 스트립(2) 사이에 간극을 형성한 상태를 도시하고 있지만, 인접하는 얇은 자성 스트립(2)은 접촉 배치[절입부(4)의 폭 S : 0㎜]되어 있어도 된다. 폭 S가 1㎜를 초과하는 부분이 있는 경우, 그와 같은 절입부(4)는 전체의 10％ 이하가 바람직하고, 모든 폭 S가 1㎜ 이하(0을 포함함)인 것이 보다 바람직하다. 절입부(4)의 폭 S가 지나치게 크면, 자성 시트(1)에 의한 자기 실드 효과가 저하되어, 예를 들면 이차 전지의 케이스 표면에 발생하는 와전류가 커진다. 그 결과, 전지 특성에 악영향을 미친다. 절입부(4)의 폭 S는 0.5㎜ 이하가 바람직하다. 절입부(4)는 얇은 자성 스트립(2)의 표면으로부터 이면으로 관통한 형상을 갖는 것이 바람직하고, 이에 의해 높은 Q값을 얻을 수 있다. 예를 들면, 오목부나 홈과 같이 관통하지 않는 절입에서는, 충분한 특성이 얻어지지 않는다. 본 실시 형태에 있어서의 절입부(4)에는, 오목부나 홈과 같은 관통하지 않는 절입을 포함시키지 않는다.

실시 형태의 자성 시트(1)에 있어서는, 1개의 수지 필름(3) 상에 배치된 얇은 자성 스트립(2)의 외주 영역의 합계 외주 길이 A에 대한 얇은 자성 스트립(2)에 형성된 절입부(4)의 합계 길이 B의 비(B/A)가 2 이상 25 이하의 범위로 되어 있다. 얇은 자성 스트립(2)의 외주 영역의 합계 외주 길이 A란, 자성 시트(1)의 어떤 한 면에 배치된 얇은 자성 스트립(2)(분할된 경우, 분할되어 있지 않은 경우를 불문함)의 최외주 길이이다. 얇은 자성 스트립(2)의 외주 영역의 합계 외주 길이 A는, 도 2에 도시한 바와 같이 「A1+A2+A3+A4」로부터 구해진다. 도 2에서는 얇은 자성 스트립(2)을 사각형 형상으로 배치한 예를 나타냈지만, 다른 형상의 경우도 마찬가지로 외주의 길이를 외주 길이 A로 한다. 얇은 자성 스트립(2) 간의 간극으로 되는 절입부(4)는 폭이 1㎜ 이하로 작기 때문에, 상기한 산출 방법에 의해 얇은 자성 스트립(2)의 외주 영역의 합계 외주 길이 A를 구하는 것으로 한다.

얇은 자성 스트립(2)에 형성된 절입부(4)의 합계 길이 B의 산출 방법을 도 3에 도시한다. 도 3에 도시한 절입부(4)의 폭이 모두 1㎜ 이하인 경우, 절입부(4)의 합계 길이 B는 「B1+B2+B3+B4+B5+B6+B7+B8+B9」로부터 구해진다. 만약, B1 내지 B8의 폭이 0.5㎜이고, B9의 폭이 2㎜인 경우, 절입부(4)의 합계 길이 B는 「B1+B2+B3+B4+B5+B6+B7+B8」로 된다. 도 4에 도시한 바와 같이, 얇은 자성 스트립(2) 간을 분리하는 간극 형상의 절입부(4)와 얇은 자성 스트립(2) 자체에 형성한 슬릿 형상의 절입부(4)를 갖는 경우, 간극 및 슬릿 중에서 폭 S가 1㎜ 이하(0을 포함함)인 절입부(4)의 합계 길이를 B로 한다. 슬릿은 표면으로부터 이면까지 관통한 것이다.

도 4에 도시한 바와 같이, 슬릿 형상의 절입부(4)를 갖는 얇은 자성 스트립(2)은 취급성이 좋다. 얇은 자성 스트립(2)끼리에 간극을 두고 배치함으로써 형성되는 절입부(4)는 폭 S를 0 내지 1㎜의 범위로 조정하기 쉽다. 1개의 얇은 자성 스트립(2)을 복수 조각으로 분할하여 사용하는 경우, 한 조각의 크기는 0.5㎜×0.5㎜ 이상인 것이 바람직하다. 얇은 자성 스트립(2)의 1변의 길이가 0.5㎜ 미만이면 취급성이 나쁘고, 절입부(4)의 폭 S가 0 내지 1㎜의 범위로 되도록 배열하는 것이 어렵다. 도시하지 않지만, 1개의 얇은 자성 스트립(2)을 수지 필름부(3)의 전체면에 배치하고, 얇은 자성 스트립(2)에 슬릿을 다수 형성해도 된다. 절입부(4)의 형상은 직선 형상에 한하지 않고, 곡선 형상이나 지그재그 형상이어도 된다.

절입부의 다른 예를 도 5 내지 도 9에 도시한다. 도 5는 1개의 얇은 자성 스트립(2)에 복수의 슬릿[절입부(4)]을 형성한 예이다. 도 5는 슬릿[절입부(4)]을 얇은 자성 스트립(2)의 단부까지 형성하지 않은 예이다. 이 경우, 1개의 얇은 자성 스트립(2)에 모든 절입부(4)를 형성할 수 있으므로, 수지 필름부(3)에 얇은 자성 스트립(2)을 올려놓는 것만이어도 된다. 따라서, 얇은 자성 스트립(2)과 수지 필름부(3)의 적층체를 형성하기 쉽다.

도 6은 얇은 자성 스트립(2)의 한쪽의 단부로부터 반대측의 단부까지 복수의 슬릿[절입부(4)]을 형성한 예이다. 이 경우, 미리 수지 필름부(3)에 절입부(4)를 형성하기 전의 얇은 자성 스트립(2)을 부착하고, 계속해서 얇은 자성 스트립(2)에 슬릿 가공함으로써, 폭 S가 일정한 절입부(4)를 한번에 다수 형성할 수 있어, 절입부(4)를 형성하기 쉽다. 도 7은 얇은 자성 스트립(2)에 십자 형상의 절입부(4)를 다수 형성한 예이다. 절입부(4)의 형상은 도 5나 도 6에 도시한 바와 같은 직선 형상의 것에 한정되지 않고, 도 7에 도시된 바와 같은 십자 형상이어도 된다. 십자 형상의 절입부(4)는 에칭법에 의해 형성할 수 있다.

도 5 내지 도 7은 1개의 얇은 자성 스트립(2)에 복수의 절입부(4)를 형성한 예이다. 도 4에 절입부(4)를 형성한 얇은 자성 스트립(2)을 수지 필름부(3) 상에 복수개 배열한 예를 나타냈지만, 이 이외에 도 8이나 도 9에 도시한 형상이어도 된다. 도 8은 복수의 슬릿[절입부(4)]을 형성한 삼각형 형상의 얇은 자성 스트립(2)을 4개 사용하여, 사각형 형상으로 배치한 예이다. 1개의 수지 필름부(3) 상에 복수의 얇은 자성 스트립(2)을 배치한 구조에 의하면, 절입부(4)의 폭 S를 슬릿 폭과 인접하는 얇은 자성 스트립(2) 간의 간극의 양쪽에 의해 제어할 수 있다. 도 9는 얇은 자성 스트립(2)에 비스듬한 슬릿[절입부(4)]을 형성한 예이다. 슬릿은 비스듬하게 형성해도 된다.

절입부(4)의 형성 방법은, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들면 긴 얇은 자성 스트립을 목적의 크기로 절단날에 의해 절단하는 방법, 에칭에 의해 슬릿을 형성하는 방법, 레이저 가공에 의해 슬릿을 형성하는 방법 등을 들 수 있다. 절입부(4)는 이들 방법을 조합하여 형성해도 된다. 수지 필름부(3) 상에 얇은 자성 스트립(2)을 배치하고 나서 절입부(4)를 형성해도 되고, 미리 절입부(4)를 형성한 얇은 자성 스트립(2)을 수지 필름부(3)에 배치해도 된다. 절입부(4)는 얇은 자성 스트립(2) 전체에 균일하게 형성해도 되고, 예를 들면 얇은 자성 스트립(2)의 중심 근방이 밀하게 되도록 소밀 상태로 형성해도 된다. 적층 구조 중에서 개개의 얇은 자성 스트립(2)에 형성되는 절입부(4)의 형상은 상이해도 된다.

본 실시 형태의 자성 시트(1)는 B/A비가 2 내지 25의 범위로 제어되어 있기 때문에, 자성 시트(1)의 L값 및 Q값을 향상시킬 수 있다. 예를 들면, 125㎑에 있어서 L값이 11μH 이상, Q값이 10 이상인 자성 시트를 얻을 수 있다. B/A비가 2 미만에서는 Q값이 향상되지 않고, B/A비가 25를 초과하면 L값이 저하된다. B/A비가 2 미만에서는 와전류의 발생을 억제할 수 없고, B/A비가 25를 초과하면 수전 효율이 저하된다. 수전 효율의 저하는, 충전 시간을 장시간화시키는 요인으로 된다. 자성 시트(1)가 얇은 자성 스트립(2)과 수지 필름부(3)를 교대로 적층한 적층 구조를 갖는 경우, 개개의 수지 필름부(3) 상의 B/A비가 2 내지 25의 범위로 되어 있는 것이 바람직하다. 각각의 수지 필름부(3) 상의 B/A비는 모두 동일해도 되고, 수지 필름부마다 B/A비를 변화시켜도 된다.

비접촉 충전 장치에 있어서, 수전 장치(충전되는 전자 기기)에는 수전 효율을 높이기 위해서 공진 회로가 적용되어 있다. L(인덕터)과 C(콘덴서)를 직렬 또는 병렬로 접속하여 구성된 공진 회로는, 특정한 공진 주파수에서 회로에 흐르는 전류를 최대 또는 최소로 하는 것이다. 공진 회로의 첨예화(주파수 선택성)를 얻기 위한 중요한 특성으로서 공진의 Q값이 있다. Q값은, Q=2πfL/R로 나타내어진다. π는 원주율 3.14, f는 주파수, L은 L값(인덕턴스), R은 손실이다. Q값을 올리기 위해서는 주파수 f를 크게 하고, L을 크게 하고, 손실 R을 작게 한다. 주파수 f는 회로 설계에서 크게 할 수 있지만, 주파수 f가 커지면 와전류 손실이 커져, 손실 R이 커져 버린다.

따라서, 본 실시 형태에서는 소정량(B/A가 2 내지 25)의 절입부(4)를 형성한 얇은 자성 스트립(2)을 갖는 자성 시트(1)를 사용함으로써, 와전류 손실의 증대를 방지하고 있다. 와전류란, 도체에 가해지는 자계의 크기가 변화된 경우에 전자 유도에 의해 도체 중에 여기되는 환상 전류이며, 이것에 수반하여 발생하는 손실이 와전류 손실이다. 전자 유도를 수반하므로 와전류가 커지면 발열이 발생한다. 예를 들면, 이차 전지를 탑재한 수전 장치에서는, 와전류에 의해 이차 전지의 케이스가 발열하여, 충방전 사이클 수명이 짧아지거나, 방전 용량의 열화가 촉진된다. 필요 이상으로 발열하면 전자 디바이스의 고장의 원인으로도 된다.

와전류의 발생을 억제하기 위해서는, 자기 시트(1)의 자기 실드 효과를 높일 필요가 있다. 고자기 왜곡을 갖는 얇은 자성 스트립(2)에 왜곡을 도입하고, 5 내지 25개의 범위에서 적층한 경우에, 외부 자장이 존재한 상태에서도 자기 포화하지 않고, 높은 L이 얻어진다. 따라서, 우수한 자기 실드 효과가 얻어진다. 얇은 자성 스트립(2)에는 전술한 바와 같이 절입부(4)를 형성하는 것이 유효하다. 절입부(4)의 폭 S를 0 내지 1㎜ 이하로 작게 함으로써, 얇은 자성 스트립(2)의 간극을 자속이 통과하여 이차 전지의 케이스 표면 등에 와전류가 발생하는 것을 방지할 수 있다.

다음에, 실시 형태의 수전 장치, 전자 기기 및 비접촉 충전 장치에 대하여 설명한다. 도 10 및 도 11은 제1 및 제2 실시 형태에 의한 전자 기기의 구성을 도시하고 있다. 도 10 및 도 11에 도시한 전자 기기(10)는, 비접촉 충전 방식을 적용한 수전 장치(11)와 전자 기기 본체(12)를 구비하고 있다. 전자 기기(12) 본체는, 회로 기판(13)과 그것에 탑재된 전자 디바이스(14)를 구비하고 있다. 수전 장치(11)나 전자 기기 본체(12)는, 하우징(15) 내에 배치되어 있고, 이들에 의해 전자 기기(10)가 구성되어 있다.

수전 장치(11)는, 스파이럴 코일을 갖는 수전 코일(16)과, 수전 코일(16)에 발생한 교류 전압을 정류하는 정류기(17)와, 정류기(17)에서 정류된 직류 전압이 충전되는 이차 전지(18)를 구비하고 있다. 전자 기기 본체(12)는, 수전 장치(11)의 이차 전지(18)에 충전된 직류 전압이 공급되어 동작하는 전자 디바이스(14)를 구비하고 있다. 전자 기기 본체(12)는 전자 디바이스(14)나 회로 기판(13) 이외에, 전자 기기(10)의 기능이나 동작 등에 따른 부품이나 장치 등을 구비하고 있어도 된다.

수전 코일(16)을 구성하는 스파이럴 코일로서는, 구리선 등의 금속 와이어를 평면 상태에서 권회한 평면 코일, 금속 분말 페이스트를 스파이럴 형상으로 인쇄하여 형성한 평면 코일 등이 사용된다. 스파이럴 코일의 권회 형상은, 원형, 타원, 사각형, 다각형 등, 특별히 한정되는 것은 아니다. 스파이럴 코일의 권회수도 요구 특성에 따라서 적절히 설정된다.

정류기(17)로서는, 트랜지스터나 다이오드 등의 반도체 소자를 들 수 있다. 정류기(17)의 개수는 임의이며, 필요에 따라서 1개 또는 2개 이상의 정류기(17)가 사용된다. 정류기(17)는 TFT 등의 성막 기술에 의해 형성한 것이어도 된다. 도 10 및 도 11에 있어서, 정류기(17)는 회로 기판(13)의 수전 코일(16)측에 설치된다. 정류기(17)는 회로 기판(13)의 수전 코일(16)과는 반대측의 면에 설치해도 된다. 이차 전지(18)는 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(13)은 수지 기판이나 세라믹스 기판 등의 절연 기판의 표면이나 내부에 회로를 형성한 것이다. 전자 디바이스(14)는 회로 기판(13) 상에 실장되어 있다. 전자 디바이스(14)는 회로 기판(13)에 실장되어 있지 않은 것을 포함하고 있어도 된다.

제1 실시 형태의 전자 기기(10)는, 도 10에 도시한 바와 같이, 스파이럴 코일(수전 코일)(16)과 이차 전지(18) 사이에 설치된 자성 시트(1)를 구비하고 있다. 즉, 스파이럴 코일(16)과 이차 전지(18)는 자성 시트(1)를 사이에 두고 배치되어 있다. 스파이럴 코일(16)은 그 적어도 일부로서 평면부를 갖고, 이 평면부는 자성 시트(1)의 표면을 따라서 배치되어 있다. 수전 장치(11)로서 본 경우, 그것을 구성하는 스파이럴 코일(16)과 이차 전지(18) 사이에 자성 시트(1)가 배치되어 있게 된다.

제2 실시 형태의 전자 기기(10)는, 도 11에 도시한 바와 같이, 이차 전지(18)와 회로 기판(13) 사이에 설치된 자성 시트(1)를 구비하고 있다. 또한, 자성 시트(1)는 스파이럴 코일(16)과 정류기(17) 사이나 스파이럴 코일(16)과 전자 디바이스(14) 사이에 배치해도 된다. 자성 시트(1)는 이들 각 개소 중 1개소 이상에 배치된다. 자성 시트(1)는 2개소 혹은 그 이상의 개소에 배치되어 있어도 된다.

전자 기기(10)의 구성은, 도 10 또는 도 11에 한정되는 것은 아니다. 스파이럴 코일(16)과 이차 전지(18)와 회로 기판(13)의 배치는 다양하게 변경이 가능하다. 예를 들면, 상측으로부터 이차 전지, 회로 기판, 스파이럴 코일을 순서대로 배치해도 된다. 자성 시트(1)는, 예를 들면 회로 기판과 스파이럴 코일 사이에 배치된다. 스파이럴 코일(16)과 회로 기판(13) 사이에 자성 시트(1)를 배치하는 경우, 단순히 스파이럴 코일(16)/자성 시트(1)/회로 기판(13)을 적층하는 것만이어도 되고, 이들 사이를 접착제나 납재로 고정해도 된다. 다른 경우도 마찬가지이며, 각 구성 요소를 적층하는 것만이어도 되고, 그들 사이를 접착제나 납재로 고정해도 된다.

상술한 바와 같이, 스파이럴 코일(16)과 이차 전지(18) 사이, 스파이럴 코일(16)과 정류기(17) 사이, 스파이럴 코일(16)과 전자 디바이스(14) 사이, 스파이럴 코일(16)과 회로 기판(13) 사이 중 적어도 1개소에 자성 시트(1)를 배치함으로써, 충전 시에 스파이럴 코일(16)을 통과하는 자속을 자성 시트(1)로 실드할 수 있다. 따라서, 전자 기기(10) 내부의 회로 기판(13) 등과 쇄교하는 자속이 감소하기 때문에, 전자 유도에 의한 와전류의 발생을 억제하는 것이 가능해진다. 자성 시트(1)의 두께는 설치성이나 자속의 차단성 등을 고려하여 1㎜ 이하의 범위로 하는 것이 바람직하다.

와전류의 영향을 억제함으로써, 회로 기판(13)에 실장된 전자 디바이스(14)나 정류기(17)의 발열, 회로 기판(13)의 회로의 발열, 또한 와전류에 기인하는 노이즈의 발생을 억제할 수 있다. 전자 기기(10) 내부에 있어서의 발열의 억제는, 이차 전지(18)의 성능이나 신뢰성의 향상에 기여한다. 와전류 손실에 의한 Q값의 저하를 억제함으로써, 수전 장치(11)에 공급하는 전력을 증대시킬 수 있다. 자성 시트(1)는 스파이럴 코일(16)에 대한 자심으로서도 기능하기 때문에, 수전 효율이나 충전 효율을 높일 수 있다. 이들은 전자 기기(10)에 대한 충전 시간의 단축에 기여한다. 또한, 이차 전지(18)의 케이스에 발생하는 와전류도 억제할 수 있기 때문에, 충전 시의 이차 전지의 온도 상승이 적어, 수명 특성의 열화를 초래하지 않는다.

상술한 실시 형태의 자성 시트(1)는, 예를 들면 인덕터용 자성체나 자기 실드용 자성체(노이즈 대책 시트를 포함함)로서 사용된다. 특히, 100㎑ 이상의 주파수대에서 사용되는 자성 시트에 적합하다. 즉, 절입부(4)를 갖는 얇은 자성 스트립(2)에 기초하는 Q값의 향상 효과나 와전류 손실의 저감 효과는, 100㎑ 이상의 주파수 대역에서 보다 양호하게 발휘된다. 따라서, 자성 시트(1)는 100㎑ 이상의 주파수대에서 사용되는 인덕터용 자성체나 자기 실드용 자성체로서 적합하다.

실시 형태의 수전 장치(11)와 그것을 사용한 전자 기기(10)에 있어서는, 스파이럴 코일(16)을 쇄교한 자속에 기인하는 와전류가 억제되기 때문에, 기기 내부의 발열을 저하시킬 수 있음과 함께, 수전 효율을 향상시키는 것이 가능해진다. 이들에 의해, 급전 시의 전력을 크게 할 수 있어, 충전 시간의 단축을 도모할 수 있다. 본 실시 형태의 전자 기기(10)는 휴대 전화기, 휴대형 오디오 기기, 디지털 카메라, 게임기 등에 적합하다. 이와 같은 전자 기기(10)는 급전 장치에 세트하여 비접촉 충전이 행해진다.

도 12는 실시 형태에 의한 비접촉 충전 장치의 구성을 도시하고 있다. 비접촉 충전 장치(20)는, 전자 기기(10)와 급전 장치(30)를 구비하고 있다. 비접촉 충전 장치(20)에 있어서, 전자 기기(10)는 전술한 실시 형태에서 나타낸 것이다. 급전 장치(30)는, 급전 코일(31)과 수전 장치(11)의 위치 정렬을 행하는 자석(32)과 도시하지 않지만 급전 코일(31)에 교류 전압을 인가하는 전원 등을 구비하고 있다. 전자 기기(10)를 급전 장치(30) 상에 세트하였을 때에, 급전 코일(31)은 수전 코일(11)과 비접촉으로 배치된다.

비접촉 충전 장치(20)에 의한 충전은 이하와 같이 하여 행해진다. 급전 장치(30)의 급전 코일(31)에 전원으로부터 교류 전압을 인가하여, 급전 코일(31)에 자속을 발생시킨다. 급전 코일(31)에 발생시킨 자속은, 급전 코일(31)과 비접촉으로 배치된 수전 코일(16)에 전달된다. 수전 코일(16)에는 자속을 받아 전자 유도에 의해 교류 전압이 발생한다. 이 교류 전압은 정류기(17)에서 정류된다. 정류기(17)에서 정류된 직류 전압은 이차 전지(18)에 충전된다.

비접촉 충전 장치(20)에 있어서는, 비접촉으로 전력의 전송이 행해진다. 도 12에 도시한 급전 장치(30)는, 수전 장치(11)의 위치 결정을 행하기 위한 자석(32)을 구비하고 있다. 자석(32)은 급전 코일(31)의 중심에 1개 배치하였지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 자석(32)은 영구 자석이면 특별히 한정되는 것은 아니지만, Nd-Fe-B기재 자석인 것이 바람직하다. 영구 자석으로서는, Sm-Co기재 자석이나 Sm-Fe-N기재 자석 등의 다양한 것이 알려져 있지만, Nd-Fe-B기재 자석은 비교적 저렴하기 때문에 범용성이 높다. Nd-Fe-B기재 자석은 소결체이어도 되고, 본드 자석(Nd-Fe-B기재 자석 분말과 수지의 혼합물)이어도 된다. 실시 형태의 자성 시트(1)이면, 급전 장치(30)에 자석(32)이 탑재되어 있었다고 해도 자기 포화하지 않아, 자기 실드나 인덕터로서 기능한다. 게다가, 수전 장치(11)의 수전 효율을 향상시킬 수 있다. 급전 장치(30)에는, 자속을 제어하기 위한 자심 등의 도시하지 않은 부품이 탑재되어 있어도 된다.

실시예

다음에, 본 발명의 구체적인 실시예 및 그 평가 결과에 대하여 설명한다.

(비접촉 충전 장치)

비접촉 충전 장치로서 휴대 전화기용의 충전 시스템을 준비하였다. 급전 장치는 AC 전원으로부터의 전력을 제어 회로를 통하여 일정한 전자파로 변환하고, 이 전자파를 송신하는 1차 코일(급전 코일)을 거치대의 근방에 배치한 것이다. 또한, 1차 코일의 중심부에는 직경 15㎜, 두께 0.5㎜의 NdFeB계 본드 자석[잔류 자속 밀도(Br) : 0.75T, 보자력(Hc) : 760kA/m]을 배치하였다. 휴대 전화기는 수전 장치로서 스파이럴 코일로 이루어지는 2차 코일(수전 코일)과 2차 코일에 발생한 교류 전력을 정류하는 정류기가 실장된 회로 기판과 이차 전지를 구비하고 있다. 2차 코일은 구리선을 외주 30㎜, 내주 23㎜로 평면 형상으로 권회한 것이다.

(비교예 A)

상기한 휴대 전화기에 있어서, 자성 시트를 사용하지 않고 수전 장치를 구성하였다. 이것을 사용한 휴대 전화기와 비접촉 충전 장치를 비교예 A로 하였다.

(실시예 1 내지 7, 비교예 1 내지 3)

Fe₆₆Co₁₈Si₁B₁₅ 조성을 갖고, 두께가 20㎛, 폭이 50㎜인 긴 얇은 아몰퍼스 합금 스트립(얇은 자성 스트립)을 단롤법에 의해 제작하였다. 이 얇은 자성 스트립의 포화 자화는 1.8T이고, 포화 자기 왜곡 상수는 32ppm이었다. 얻어진 얇은 자성 스트립은 열처리하지 않고 사용하기 때문에, 180°로 절곡 가능하였다.

다음에, 긴 얇은 자성 스트립을 42㎜×42㎜로 절단한 후, 에칭법에 의해 얇은 자성 스트립의 두께 방향으로 관통하는 30 내지 40㎜ 길이의 슬릿(절입부)을 각종 개수 형성하여 얇은 자성 스트립을 제작하였다. 그 후, 아크릴계 접착제(두께 10㎛)를 도포한 PET 필름(두께 80㎛)에 부착하였다. 슬릿(절입부)의 폭은 모두 0.1 내지 0.5㎜의 범위 내로 하였다. A(동일 수지 필름부 상에 배치된 얇은 자성 스트립의 외주 영역의 합계 외주 길이)와 B(얇은 자성 스트립에 형성된 폭이 1㎜ 이하(0을 포함함)의 절입부의 합계 길이)의 비(B/A)는 표 1에 나타낸 범위이다. 이들을 12개 적층하여 실시예에 따른 자성 시트를 제작하였다. 자성 시트는 수지 필름부로 얇은 자성 스트립을 완전히 덮는 형상으로 하였다. 자성 시트의 두께는 모두 0.54 내지 0.56㎜의 범위이다.

동일한 얇은 자성 스트립으로 슬릿(절입부)을 형성하지 않은 것을 비교예 1, B/A비를 1로 한 것을 비교예 2, B/A비를 28로 한 것을 비교예 3으로 하고, 이들을 실시예와 마찬가지로 12개 적층한 자성 시트를 제작하였다. 자성 시트는 수지 필름부로 얇은 자성 스트립을 완전히 덮는 형상으로 하였다.

(실시예 8 내지 12, 비교예 4 내지 9)

Fe₆₆Co₁₈Si₁B₁₅ 조성을 갖고, 두께가 22㎛, 폭이 50㎜인 긴 얇은 아몰퍼스 합금 스트립(얇은 자성 스트립)을 단롤법에 의해 제작하였다. 이 얇은 자성 스트립의 포화 자화는 1.8T이고, 포화 자기 왜곡 상수는 32ppm이었다. 얻어진 얇은 자성 스트립은 열처리하지 않고 사용하기 때문에, 180°로 절곡 가능하였다.

다음에, 긴 얇은 자성 스트립을 20㎜×20㎜로 절단한 후, 에칭법에 의해 얇은 자성 스트립의 두께 방향으로 관통하는 10 내지 15㎜ 길이의 슬릿(절입부)을, 폭을 0.1㎜로 통일하여 형성하였다. 그 후, 아크릴계 접착제(두께 10㎛)를 도포한 PET 필름(두께 80㎛) 상에, 도 4에 도시한 바와 같이 4개 부착하였다. 이때, 간격은 0.5㎜로 하였다. B/A비는 15로 통일하였다. 이 시료로부터 PET 필름을 박리하고, 접착층을 개재하여 얇은 자성 스트립을 적층하여 자성 시트를 제작하였다. 얇은 자성 스트립의 적층 개수는 표 2에 나타내는 바와 같다. 수지 필름부로 얇은 자성 스트립을 완전히 덮는 형상으로 하고, 상하면은 PET 필름으로 보호하였다. 자성 시트의 두께를 표 2에 나타낸다.

비교예로서, 포화 자기 왜곡 상수가 제로인 Co₆₈Fe₄ _.5Cr₂ _.5Si₁₅B₁₀ 조성을 갖는 얇은 아몰퍼스 합금 스트립(판 두께 17㎛)을 제작하였다. 이것에 B/A비가 1로 되는 절입부(폭은 0.5㎜로 통일)를 형성하였다. 이 얇은 자성 스트립을 표 2에 나타내는 개수로 적층하여, 비교예 4 내지 9의 자성 시트를 제작하였다. 자성 시트의 두께를 표 2에 나타낸다.

(실시예 13 내지 38, 비교예 10 내지 28)

표 3에 나타내는 조성을 갖고, 폭이 50㎜인 얇은 아몰퍼스 합금 스트립을 단롤법에 의해 제작하였다. 각 박대의 포화 자화, 포화 자기 왜곡 상수, 판 두께는 표 3에 나타내는 바와 같다. 얻어진 얇은 자성 스트립은 열처리하지 않고 사용하기 때문에, 180°로 절곡 가능하였다.

다음에, 얇은 자성 스트립을 20㎜×20㎜로 절단한 후, 에칭법에 의해 얇은 자성 스트립의 두께 방향으로 관통하는 10 내지 15㎜ 길이의 슬릿(절입부)을 각종 개수 형성하여 얇은 자성 스트립을 제작하였다. 에칭에 의해 형성한 슬릿(절입부)의 폭은 0.1㎜로 통일하였다. 그 후, 아크릴계 접착제(두께 10㎛)를 도포한 PET 필름(두께 80㎛) 상에, 도 4에 도시한 바와 같이 4개 부착하였다. 이때, 간격은 0(접촉 배치) 내지 1㎜로 하였다. B/A비는 표 3에 나타내는 바와 같다. 이 시료로부터 PET 필름을 박리하고, 접착층을 개재하여 얇은 자성 스트립을 10개 적층하여, 실시예 13 내지 38의 자성 시트를 제작하였다. 자성 시트의 두께를 표 3에 나타낸다.

표 4에 나타내는 조성을 갖는 얇은 자성 스트립을 사용하여, 비교예 10 내지 28의 자성 시트를 제작하였다. 비교예 26 내지 28에서는, Fe₇₄Cu₁Nb₃Si₁₄B₈로 이루어지는 미세 결정 합금 박대(평균 결정 입경 30㎚)를 사용하였다. 자성 시트의 두께를 표 4에 나타낸다.

(실시예 39)

Fe₆₆Co₁₈Si₁B₁₅ 조성을 갖고, 판 두께가 16㎛, 폭이 50㎜인 얇은 아몰퍼스 합금 스트립(얇은 자성 스트립)을 단롤법에 의해 제작하였다. 얇은 자성 스트립의 포화 자화, 포화 자기 왜곡 상수는 표 3에 나타내는 바와 같다. 얻어진 얇은 자성 스트립은 열처리하지 않고 사용하기 때문에, 180°로 절곡 가능하였다. 다음에, 얇은 자성 스트립을 세로 41㎜×가로 1㎜로 절단하였다. 절단 후의 얇은 자성 스트립 41개를, 간극이 0㎜(접촉 배치)로 되도록, 아크릴계 접착제(두께 10㎛)를 도포한 PET 필름(두께 25㎛) 상에 배열하였다. 이것을 10개 적층하여 실시예 39의 자성 시트를 제작하였다. 얇은 자성 스트립의 표면은 모두 수지 필름부로 덮은 구조로 하였다. 자성 시트의 두께는 0.34㎜이다.

실시예 1 내지 39 및 비교예 1 내지 28의 자성 시트에 대하여, 임피던스 애널라이저(HP4192A)를 사용하여 Q값과 L값을 측정하였다. 비접촉 충전 장치의 특성을 평가하기 위해서, 결합 효율(수전 효율)과 발열량을 측정하였다. 결합 효율은, 1차 코일(급전 코일)로부터 일정한 전력(1W)을 송신하였을 때, 어느 만큼의 전력을 2차 코일(수전 코일)에 전달할 수 있는지에 의해 평가하였다. 비교예 A(자성 시트를 사용하지 않은 구조)의 결합 효율(2차 코일에 전달된 전력량)을 100으로 하였을 때, 20％ 이상 40％ 미만 향상된 것(120 이상 140 미만)을 ○, 40％ 이상 향상된 것(140 이상)을 ◎, 20％ 미만이었던 것(120 미만)을 ×로 나타낸다. 결합 효율이 높다고 하는 것은, 수전 효율이 좋은 것을 의미한다.

발열량은, 송전 속도 0.4W/h, 1.5W/h에 의한 송전을 2시간 행하고, 2시간 후의 온도 상승을 측정하였다. 온도 상승이 25℃ 이하인 것을 ◎, 온도 상승이 25℃ 를 초과하여 40℃ 이하인 것을 ○, 온도 상승이 40℃를 초과한 것을 ×로 나타낸다. 또한, 송전 전에는 실온 25℃로 통일하였다. 온도 상승이 작다고 하는 것은, 와전류의 발생이 방지되어 있는 것을 의미한다. 측정 결과를 표 1 내지 표 4에 나타낸다.

표 1 내지 표 4로부터 명백해지는 바와 같이, 실시예의 자성 시트를 사용한 비접촉 충전 장치는, 결합 효율이 높고, 또한 발열량도 낮게 억제되어 있다. 급전 장치에 자석이 배치되어, 자기 포화하기 쉬운 환경 하이어도, 우수한 특성을 나타내는 것이 확인되었다.

이에 반해, 비교예의 자성 시트를 사용한 비접촉 충전 장치는, 결합 효율이 작고, 발열량이 컸다. 이것은 급전 장치에 자석이 배치되어 있기 때문에, 비교예의 자성 시트는 자기 포화하였기 때문이다. 바꿔 말하면, 실시예의 자성 시트는 급전 장치에 자석이 배치된(자석에 의해 수전 장치의 위치 정렬을 하는) 비접촉 충전 장치에 대하여, 특히 유효하다고 할 수 있다. 자성 시트의 상하면의 PET 필름을 얇은 재료로 하거나, 접착층을 얇게 함으로써, 더욱 얇은 자성 시트를 제공할 수 있다.

(실시예 40 내지 50, 비교예 29 내지 30)

표 5에 나타내는 실시예 40 내지 50 및 비교예 29 내지 30의 자성 시트를 준비하였다. 다음에, 임피던스 애널라이저(HP4192A)를 사용하여, 자성 시트의 Q값과 L값을 측정하였다. 그 결과를 표 5에 아울러 나타낸다.

다음에, 비접촉 충전 장치로서 휴대 전화기용의 충전 시스템을 준비하였다. 급전 장치는 AC 전원(0.5A 또는 1.0A)으로부터의 전력을 제어 회로를 통하여 일정한 전자파로 변환하고, 이 전자파를 송신하는 1차 코일(급전 코일)을 거치대의 근방에 배치한 것이다. 또한, 1차 코일의 중심부에는 직경 15㎜, 두께 0.5㎜의 NdFeB계 소결 자석, 페라이트 소결 자석, SmCo계 소결 자석 중 어느 1개를 배치하였다. 휴대 전화기는 수전 장치로서 스파이럴 코일로 이루어지는 2차 코일(수전 코일)과 2차 코일에 발생한 교류 전력을 정류하는 정류기가 실장된 회로 기판과 이차 전지를 구비하고 있다. 2차 코일은 구리선을 외주 30㎜, 내주 23㎜로 평면 형상으로 권회한 것이다.

AC 전원의 전류를 0.5A 또는 1.0A로 바꾸고, 또한 자석을 NdFeB계 소결 자석, 페라이트 소결 자석 또는 SmCo계 소결 자석으로 바꾼 경우의 결합 효율과 발열량을 측정하였다. 자석 특성은 표 6에 나타내는 바와 같다.

결합 효율은, 전술한 비접촉 충전 장치를 사용하여, AC 전원의 전류값을 0.5A 또는 1.0A로 하고, 1차 코일(급전 코일)로부터 일정한 전력(1W)을 송신하였을 때, 어느 만큼의 전력을 2차 코일(수전 코일)에 전달할 수 있는지에 의해 평가하였다. 비교예 A(자성 시트를 사용하지 않는 구조)의 결합 효율(2차 코일에 전달된 전력량)을 100으로 하였을 때, 20％ 이상 40％ 미만 향상된 것(120 이상 140 미만)을 ○, 40％ 이상 향상된 것(140 이상)을 ◎, 20％ 미만이었던 것(120 미만)을 ×로 나타낸다. 결합 효율이 높다고 하는 것은 수전 효율이 좋은 것을 의미한다.

발열량은, AC 전원의 전류값을 0.5A 또는 1.0A로 하였을 때의 송전을 2시간 행하고, 2시간 후의 온도 상승을 측정하였다. 온도 상승이 25℃ 이하인 것을 ◎, 온도 상승이 25℃를 초과하여 40℃ 이하인 것을 ○, 온도 상승이 40℃를 초과한 것을 ×로 나타낸다. 또한, 송전 전에는 실온 25℃로 통일하였다. 온도 상승이 작다고 하는 것은, 와전류의 발생이 방지되어 있는 것을 의미한다. 측정 결과를 표 7에 나타낸다.

표 7로부터 명백해지는 바와 같이, 실시예의 자성 시트는 AC 전원의 전류값을 바꾼 경우라도 우수한 특성을 나타냈다. 또한, 자석의 종류를 바꾼 경우라도 우수한 특성을 나타냈다. 이들에 의해, AC 전원이나 위치 결정용 자석의 재질이 변화된 경우에 있어서도, 실시예의 자성 시트에 의하면, 수전 효율의 향상이나 발열량의 저감을 도모하는 것이 가능하다. 이 때문에, 수전 장치나 비접촉 충전 장치의 신뢰성을 대폭 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 몇 가지의 실시 형태를 설명하였지만, 이들 실시 형태는 예로서 제시한 것이며, 발명의 범위를 한정하는 것은 의도하고 있지 않다. 이들 신규의 실시 형태는, 그 밖의 다양한 형태로 실시할 수 있는 것이며, 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서, 다양한 생략, 치환, 변경을 행할 수 있다. 이들 실시 형태나 그 변형은, 발명의 범위나 요지에 포함됨과 함께, 특허 청구 범위에 기재된 발명과 그 균등의 범위에 포함된다.

Claims

복수의 얇은 자성 스트립과 수지 필름부의 적층체를 구비하는 자성 시트로서,
상기 적층체는 5 내지 25개의 범위에서 적층된 상기 얇은 자성 스트립을 구비하고, 상기 얇은 자성 스트립에는 1㎜ 이하(0을 포함함)의 폭을 갖는 절입부가 형성되어 있고,
1개의 상기 수지 필름부 상에 배치된 상기 얇은 자성 스트립의 외주 영역의 합계 외주 길이를 A, 상기 얇은 자성 스트립에 형성된 상기 절입부의 합계 길이를 B로 하였을 때, 상기 얇은 자성 스트립의 합계 외주 길이 A에 대한 상기 절입부의 합계 길이 B의 비(B/A)가 2 이상 25 이하의 범위인 것을 특징으로 하는 자성 시트.
제1항에 있어서,
상기 얇은 자성 스트립과 상기 수지 필름부는 교대로 적층되어 있는 것을 특징으로 하는 자성 시트.
제1항에 있어서,
상기 적층체는 상기 절입부의 폭이 모두 1㎜ 이하(0을 포함함)인 상기 얇은 자성 스트립을 1개 이상 구비하는 것을 특징으로 하는 자성 시트.
제1항에 있어서,
상기 적층체는, 상기 얇은 자성 스트립으로서,
일반식 :

(식 중, M은 Ni 및 Co로부터 선택되는 적어도 1종의 원소, T는 Mn, Cr, Ti, Zr, Hf, Mo, V, Nb, W, Ta, Cu, Sn 및 희토류 원소로부터 선택되는 적어도 1종의 원소, X는 B, Si, C 및 P로부터 선택되는 적어도 1종의 원소이고, a, b 및 c는 0≤a≤25원자％, 10≤b≤35원자％, 0≤c≤5원자％를 만족시키는 수임)
로 나타내어지는 조성을 갖는 얇은 아몰퍼스 합금 스트립을 1개 이상 구비하는 것을 특징으로 하는 자성 시트.
제1항에 있어서,
상기 절입부는 상기 얇은 자성 스트립을 분리하는 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 자성 시트.
제1항에 있어서,
상기 절입부는 상기 얇은 자성 스트립의 일부를 절단하는 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 자성 시트.
제1항에 있어서,
상기 적층체는 5 내지 30㎛의 범위의 두께를 갖는 상기 얇은 자성 스트립을 1개 이상 구비하는 것을 특징으로 하는 자성 시트.
제1항에 있어서,
상기 적층체는 180도 밀착 절곡을 행하였을 때에 파괴되지 않는 상기 얇은 자성 스트립을 1개 이상 구비하는 것을 특징으로 하는 자성 시트.
제1항에 있어서,
상기 적층체는 15ppm 이상의 포화 자기 왜곡 상수를 갖는 상기 얇은 자성 스트립을 1개 이상 구비하는 것을 특징으로 하는 자성 시트.
제1항에 있어서,
상기 적층체는 1.2T 이상 2.1T 이하의 범위의 포화 자속 밀도를 갖는 상기 얇은 자성 스트립을 1개 이상 구비하는 것을 특징으로 하는 자성 시트.
스파이럴 코일을 갖는 수전 코일과,
상기 수전 코일에 발생한 교류 전압을 정류하는 정류기와,
상기 정류기에서 정류된 직류 전압이 충전되는 이차 전지와,
상기 스파이럴 코일과 상기 이차 전지 사이 및 상기 스파이럴 코일과 상기 정류기 사이의 적어도 1개소에 배치된 제1항 기재된 자성 시트를 구비하는 것을 특징으로 하는 비접촉 수전 장치.
스파이럴 코일을 갖는 수전 코일과, 상기 수전 코일에 발생한 교류 전압을 정류하는 정류기와, 상기 정류기에서 정류된 직류 전압이 충전되는 이차 전지를 구비하는 비접촉 수전 장치와,
상기 이차 전지로부터 상기 직류 전압이 공급되어 동작하는 전자 디바이스와, 상기 전자 디바이스가 실장된 회로 기판을 구비하는 전자 기기 본체와,
상기 스파이럴 코일과 상기 이차 전지 사이, 상기 스파이럴 코일과 상기 정류기 사이, 상기 스파이럴 코일과 상기 전자 디바이스 사이 및 상기 스파이럴 코일과 상기 회로 기판 사이의 적어도 1개소에 배치된 제1항에 기재된 자성 시트를 구비하는 것을 특징으로 하는 전자 기기.
제12항에 기재된 전자 기기와,
상기 전자 기기의 상기 수전 코일과 비접촉으로 배치되는 급전 코일과, 상기 급전 코일에 교류 전압을 인가하는 전원과, 위치 정렬용의 자석을 구비하는 급전 장치를 구비하고,
상기재 자석에 의해 상기 전자 기기를 위치 정렬한 후에, 상기 급전 코일에 발생시킨 자속을 상기 수전 코일에 전달하여 전력을 비접촉으로 전송하는 것을 특징으로 하는 비접촉 충전 장치.
제13항에 있어서,
상기재 자석은 Nd-Fe-B기재 자석인 것을 특징으로 하는 비접촉 충전 장치.
제13항에 있어서,
상기 자성 시트는 자기 실드 또는 인덕터로서 배치되는 것을 특징으로 하는 비접촉 충전 장치.