KR20140067957A - 휴대 기기 및 급전 시스템 - Google Patents

휴대 기기 및 급전 시스템 Download PDF

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Abstract

낮은 주파수에서의 비접촉 급전과 높은 주파수에서의 통신에 대하여 코일 위치를 공유할 때, 적절한 자성 실드를 제공할 수 있는 휴대 기기를 제공한다. 휴대 기기는, 하우징과, 하우징의 외면측에 위치하는 코일과, 하우징의 내부에 설치되어 코일을 통하여 제1 주파수에 기초하여 전력을 수취함과 함께 제2 주파수에 기초하여 통신을 행하는 회로와, 코일과 하우징의 내부 영역 사이에 배치되는 자성 실드를 포함하며, 제1 주파수는 제2 주파수보다도 낮고, 자성 실드는 내부 영역측의 제1 부분의 투자율이 코일측의 제2 부분의 투자율보다도 상기 제1 주파수에 있어서 높은 것을 특징으로 한다.

Description

휴대 기기 및 급전 시스템 {PORTABLE DEVICE AND POWER SUPPLY SYSTEM}
본원 개시는 일반적으로 전자 기기에 관한 것이며, 상세하게는 자기에 의해 급전을 행하는 휴대 기기 및 급전 시스템에 관한 것이다.
FeliCa 등의 비접촉형 IC 카드를 위한 통신 기술에 있어서는, 카드 리더ㆍ라이터에 의해 교류 자계를 생성하고, IC 카드측의 안테나 코일에 의해 자계의 변화를 유도 전류로 변환함으로써, 전력을 공급함과 함께 신호를 송수신한다. IC 카드를 카드 리더ㆍ라이터에 댄 순시의 사이에, 내부에 전원을 갖지 않는 IC 카드의 동작에 필요한 전력을 IC 카드측에 전송하고, 그 전력에 의해 데이터 통신을 행한다. 이 FliCa의 통신 기술이 이미 일부 휴대 전화에 탑재되어 있고, 요금 지급 등의 수속에 있어서 이용 가능하게 되어 있다. 휴대 전화 등의 휴대 기기의 경우, 내부에 배터리를 구비하고 있으므로, 통신시에 카드 리더ㆍ라이터로부터 전력 공급을 받는 일은 없다.
휴대 전화 등의 휴대 기기에 있어서는, 내부의 배터리를 충전하기 위하여, 현재는 접촉형 급전 방식이 사용되고 있다. 그러나, 가까운 장래에는 휴대 기기에 있어서도, 전자 유도나 자계 공명 등의 자계를 사용한 비접촉 급전 방식이 사용될 것으로 예상된다. 특히, 지근 거리에서의 전력 전송뿐만 아니라, 자계 공명 등을 사용한 어느 정도의 거리를 통한 전력 전송이 가능하게 되면, 휴대 기기를 책상 위 등에 보통 놓아 두는 것만으로 손쉽게 충전하는 것이 가능하게 되어 편리성이 높아진다. 기본적으로는, 비접촉 급전의 원리는 FeliCa의 전력 전송의 원리와 마찬가지이며, 전력 송신측에서 발생한 자계의 변화를 전력 수신측의 코일에 의해 유도 전류로 변환함으로써 전력 전송한다.
FeliCa를 탑재한 휴대 전화에 있어서, 안테나 코일과 휴대 본체 사이에는 자성 실드가 배치된다. 휴대 전화의 외측 케이스의 외표면 근처에 안테나 코일이 배치되는데, 케이스 내부의 휴대 전화를 구성하는 회로는 회로 기판이나 배터리 등의 금속을 포함하는 재료로 구성된다. 자성 실드가 설치되어 있지 않은 것으로 하면, 송신측에 의해 생성되어 수신용 안테나 코일을 통과한 자속이 내부의 금속 재료에 있어서 와전류(渦電流)를 발생시킨다. 이 와전류에 의해 반자계가 발생함과 함께, 와전류손에 의한 전력 손실이 발생한다. 이 결과, 통신 장해나 급전 효율의 저하 등의 문제가 일어난다.
따라서, 표면 근처에 배치된 안테나 코일의 배후, 즉 안테나 코일과 내부 회로 사이에 자성 실드를 배치한다. 이 자성 실드는 투자율(투자율 실부)이 크고 자기 손실(투자율 허부)이 작은 재료로 구성되므로, 자계가 자성 실드를 따라 환류하여 송신측에 복귀하게 된다. 따라서, 자계가 휴대 전화 내부의 금속 재료에 도달하지 않아, 와전류에 의한 반자계나 전력 손실이 발생하지 않는다.
자계를 빠짐없이 환류시키기 위해서는, 자성 실드의 체적과 투자율의 곱이 일정한 값 이상일 필요성이 있다. 또한, 자성 실드 내에서의 자계의 손실을 작게 하기 위하여 낮은 자기 손실이 필요하게 된다. 일반적으로 자성 재료의 자기 특성에는 주파수 의존성이 있으므로, FeliCa의 사용 주파수인 13.56MHz에 있어서 높은 투자율과 낮은 자기 손실을 구비할 필요가 있다.
상기와 같이 비접촉 급전에 의해 휴대 기기에 전력 전송하는 경우, FeliCa의 사용 주파수와 일치한 주파수를 사용한 것에서는 서로 간섭해 버린다고 하는 문제가 있음과 함께, FeliCa용 회로가 파괴되어 버릴 가능성이 있다. FeliCa에서는 전송 전력의 크기가 μ와트 정도인 것에 대하여, 충전용 전력 전송에는 수 와트 정도의 전력의 크기가 필요하게 되어 몇자리나 오더의 차이가 있다. 신규로 제조하는 기기에는 전력 전송계와 FeliCa계의 전환 기능을 갖게 하는 것이 가능하지만, 기존의 FeliCa의 기기에는 전혀 보호 기능이 없다. 따라서, FeliCa의 사용 주파수와 일치한 주파수를 사용하는 것은 타당하지 않다. 또한, 고주파에 있어서 교류 자계를 발생시키기 위한 증폭기를 제작하는 것은 곤란하며, 일반적으로 FeliCa의 사용 주파수인 13.56MHz보다도 낮은 주파수를 비접촉 급전용으로 사용하는 것이 바람직하다.
휴대 전화 등의 휴대 기기에서는, 한정된 스페이스 내에 많은 기능을 탑재하므로 공간 절약화가 매우 중요하다. 따라서, FeliCa 기능과 비접촉 급전 기능을 탑재하는 경우, FeliCa용 안테나 코일과 비접촉 급전용 코일을 별개로 상이한 개소에 배치하는 것이 아니라, 동일 개소에 겹쳐 배치하는 것이 바람직하다. 혹은 FeliCa용 안테나 코일과 비접촉 급전용 코일을 1개의 공유하는 코일로서 배치하는 것이 바람직하다. 그러나, 이 경우, 자성 실드의 주파수 특성이 문제가 된다.
FeliCa용 및 비접촉 급전용 코일의 배후에 배치하는 자성 실드로서는, FeliCa의 사용 주파수와 비접촉 급전의 사용 주파수의 양쪽에 있어서, 높은 투자율과 낮은 자기 손실을 구비하는 것이 요구된다. 그러나, 일반적으로, 전체 주파수에 걸쳐 투자율이 높고 자기 손실이 낮은 주파수 특성의 자성 실드는 존재하지 않는다. 자성원이 되는 것은 전자의 회전 운동에 의한 자기 모멘트이며, 자성체에 낮은 주파수의 교류 자계를 인가한 경우, 자기 모멘트의 움직임이 자계의 변화에 추종하여 높은 투자율(실부)이 얻어진다. 자성체에 인가하는 교류 자계의 주파수를 높여 가면, 자기 모멘트의 움직임이 자계의 변화에 추종하기 어려워져 투자율(실부)이 저하하고, 자기 손실(투자율 허부)이 높아져 간다. 더 높은 주파수가 되면, 자기 모멘트가 고주파에 전혀 추종할 수 없어 움직이지 않게 되어 투자율 및 자기 손실 모두 작아진다. 따라서, 고주파 영역에서 고투자율을 나타내는 자성체는 존재하기 어렵게 되어, 저역에서부터 고역까지 높은 투자율을 실현하는 이상적인 자성 실드를 개발하는 것은 곤란하게 된다.
또한, 자성 재료에서는 자기 공명 주파수 이상의 주파수에 있어서 투자율이 저하해 가지만, 이 자기 공명 주파수와 투자율 사이에는 투자율이 낮을수록 자기 공명 주파수가 높아진다고 하는 관계(스누크의 한계 법칙)가 있다. 따라서, 투자율이 비교적 높은 자성 실드의 경우, 자기 공명 주파수는 낮고, 비교적 낮은 주파수로부터 투자율이 저하하여 자기 손실이 증대되어 버린다. 또한, 투자율이 비교적 낮은 자성 실드의 경우, 자기 공명 주파수는 높고, 비교적 높은 주파수로부터 투자율이 저하하여 자기 손실이 증대되게 된다.
저주파수에서의 비접촉 급전 기능에 대한 자성 실드로서는, 비접촉 급전을 위한 강한 자계를 모두 환류시키기 위하여 매우 높은 투자율의 것이 요구된다. 그러나, 이렇게 높은 투자율의 자성 실드에서는 자기 공명 주파수가 낮아져, FeliCa 등에 사용하는 고주파수에서의 투자율이 대폭 저하되어 버린다. 또한, 반대로 FeliCa 등에 사용하는 고주파수에서의 투자율을 어느 정도 확보하고자 하면, 자기 공명 주파수가 높은 자성 실드를 사용하게 되어, 비접촉 급전을 위한 강한 자계를 모두 환류시킬 정도의 투자율의 크기가 얻어지지 않는다.
또한, 특허문헌 1에는 전력용 코일부와 신호용 코일부를 나란히 배치하고, 이들 전력용 코일부와 신호용 코일부 사이에 2개의 자기 실드판을 설치하는 구성이 개시되어 있다. 이 구성에서는 신호용 코일부로부터 발생하는 자기 신호에 전력용 코일부로부터의 누설 자계가 중첩하여 정확한 신호의 전송이 방해될 우려가 있기 때문에, 전력용 코일부와 신호용 코일부 사이에 2매의 자기 실드판을 설치하여 누설 자속의 영향을 제거 혹은 완화하고 있다. 한쪽의 자기 실드판은 와전류손이 큰, 즉 저항률이 작은 도전성 재료에 의해 구성되고, 다른쪽의 자기 실드판은, 예를 들어 Mn-Zn 페라이트 등의 연자성체 등 자속을 흡수하기 쉬운 고투자율 재료로 형성된다. 이들 2매의 자기 실드판은 전력용 코일부로부터 신호용 코일부에의 노이즈의 영향을 저감하기 위한 것이며, 전력용 및 신호용의 각각 상이한 주파수에서의 적절한 실드를 제공하기 위한 것은 아니다. 또한, 도전성 재료의 자기 실드판은, 현재의 비접촉 급전 기술에서 상정되는 높은 주파수에서는 와전류손이 지나치게 커서 실제 사용할 수 있는 것이 아니다.
일본 특허 공개 평8-241386호 공보
이상을 감안하면, 낮은 주파수에서의 비접촉 급전과 높은 주파수에서의 통신에 대하여 코일 위치를 공유할 때, 적절한 자성 실드를 제공할 수 있는 휴대 기기 및 급전 시스템이 요망된다.
휴대 기기는, 하우징과, 상기 하우징의 외면측에 위치하는 코일과, 상기 하우징의 내부에 설치되어 상기 코일을 통하여 제1 주파수에 기초하여 전력을 수취함과 함께 제2 주파수에 기초하여 통신을 행하는 회로와, 상기 코일과 상기 하우징의 내부 영역 사이에 배치되는 자성 실드를 포함하며, 상기 제1 주파수는 상기 제2 주파수보다도 낮고, 상기 자성 실드는 상기 내부 영역측의 제1 부분의 투자율이 상기 코일측의 제2 부분의 투자율보다도 상기 제1 주파수에 있어서 높은 것을 특징으로 한다.
급전 시스템은, 전력 송신 장치와, 상기 전력 송신 장치로부터 자기를 통하여 전력을 전송받는 휴대 기기를 포함하며, 상기 휴대 기기는, 하우징과, 상기 하우징의 외면측에 위치하는 코일과, 상기 하우징의 내부에 설치되어, 상기 코일을 통하여 상기 전력 송신 장치로부터 제1 주파수에 기초하여 전력을 수취함과 함께, 상기 코일을 통하여 제2 주파수에 기초하여 통신을 행하는 회로와, 상기 코일과 상기 하우징의 내부 영역 사이에 배치되는 자성 실드를 포함하며, 상기 제1 주파수는 상기 제2 주파수보다도 낮고, 상기 자성 실드는 상기 내부 영역측의 제1 부분의 투자율이 상기 코일측의 제2 부분의 투자율보다도 높은 것을 특징으로 한다.
본원 개시 중 적어도 하나의 실시예에 따르면, 낮은 주파수에서의 비접촉 급전과 높은 주파수에서의 통신에 대하여 코일 위치를 공유할 때, 적절한 자성 실드를 제공할 수 있는 휴대 기기 및 급전 시스템이 제공된다.
도 1은 휴대 기기에 급전하는 시스템의 개요를 도시하는 도면이다.
도 2는 휴대 기기와 전자 유도를 통하여 통신하는 시스템을 도시하는 도면이다.
도 3은 도 2의 통신 시스템의 기능 구성을 도시하는 블록도이다.
도 4는 도 1의 급전 시스템의 기능 구성을 도시하는 블록도이다.
도 5는 휴대 기기 내부의 통신용 코일 및 제어계 및 전력 전송용 코일 및 제어계의 구성의 일례를 도시하는 도면이다.
도 6은 휴대 기기 내부의 통신용 코일 및 제어계 및 전력 전송용 코일 및 제어계의 구성의 다른 일례를 도시하는 도면이다.
도 7은 전력 전송용 코일과 통신용 코일의 구체적인 배치의 일례를 도시하는 도면이다.
도 8은 전력 전송용 코일과 통신용 코일의 구체적인 배치의 다른 일례를 도시하는 도면이다.
도 9는 휴대 기기의 코일 및 자성 실드의 배치를 모식적으로 도시하는 도면이다.
도 10은 코일 및 자성 실드의 배치를 도시하는 휴대 기기의 단면도이다.
도 11은 제1 자성 실드와 제2 자성 실드의 자기 특성을 도시하는 도면이다.
도 12는 제1 자성 실드 및 제2 자성 실드의 특유한 배치에 의한 실드 효과를 도시하는 도면이다.
도 13은 비교 대상으로서 제1 자성 실드와 제2 자성 실드의 배치순을 역전시킨 경우의 실드 효과를 도시하는 도면이다.
도 14는 비교 대상으로서 제2 자성 실드만을 배치한 경우의 실드 효과를 도시하는 도면이다.
도 15는 비교 대상으로서 제1 자성 실드만을 배치한 경우의 실드 효과를 도시하는 도면이다.
도 16은 제1 자성 실드 또는 제2 자성 실드의 한쪽만을 배치한 경우의 자기 손실을 시뮬레이션에 의해 구한 결과를 도시하는 도면이다.
이하에, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 사용하여 상세하게 설명한다.
도 1은 휴대 기기에 급전하는 시스템의 개요를 도시하는 도면이다. 휴대 기기(10)는, 예를 들어 휴대 전화이어도 되고, 혹은 개인 정보 단말기(PDA: Personal Digital Assistance)나 휴대 음악 재생 기기 등이어도 된다. 휴대 기기(10)는, 전력 송신 장치(11)로부터 소정의 주파수의 교류 자계를 통하여 전력을 공급받는다. 도 1에 모식적으로 도시한 바와 같이, 전력 송신 장치(11)는 전력 송신용 코일(12)을 포함하고, 휴대 기기(10)는 전력 수신용 코일(13)을 포함한다. 코일(12)과 코일(13)은 각각 공진용 콘덴서에 접속되어도 된다. 전력 송신 장치(11)측과 휴대 기기(10)측에서 전력 전송용 공진 주파수를 동일하게 설정하면, 송신측과 수신측이 공진 결합되어, 어느 정도의 거리가 이격되어도 고효율로 전력 전송할 수 있는 것이 알려져 있다. 또한, 도 1에 도시하는 급전 시스템에서는 공진 결합을 이용하지 않아도 된다. 공진 결합을 이용하지 않는 경우에는, 휴대 기기(10)와 전력 송신 장치(11)는 물리적으로 접촉할 정도의 가까운 거리에 배치되어 전력 전송하게 된다. 전력 송신 장치(11)로부터 수신한 전력은, 휴대 기기(10) 내부의 배터리에 충전된다. 이 배터리는 휴대 기기(10)가 구동하는 전원으로서 기능한다.
도 2는 휴대 기기와 전자 유도를 통하여 통신하는 시스템을 도시하는 도면이다. 휴대 기기(10)는, 카드 리더/라이터(15)와 소정의 주파수의 교류 자계(혹은 전자파)를 통하여 통신을 행한다. 일례로서 FeliCa의 사양에 따른 통신이어도 된다. 도 2에 모식적으로 도시한 바와 같이, 휴대 기기(10)는 통신용 안테나로서 기능하는 코일(16)을 포함한다. 전력 송신 장치(11)측의 안테나와 휴대 기기(10)의 코일(16) 사이에서 전자 유도에 의해 신호를 송수신하여 정보의 교환을 행한다. 이때, 휴대 기기(10)의 동작에 필요한 전력은, 상술한 내부의 배터리로부터 공급되어도 된다. 또한, 도 1에 도시하는 급전 시스템(충전 시스템)과 도 2에 도시하는 통신 시스템은, 기본적으로 동시에 사용되는 일은 없다.
도 3은 도 2의 통신 시스템의 기능 구성을 도시하는 블록도이다. 통신 시스템은, 1차측 제어계(컨트롤 보드)(21), 1차측 안테나(22), 2차측 안테나(23) 및 통신 제어계(24)를 포함한다. 1차측 제어계(21) 및 1차측 안테나(22)가 카드 리더/라이터(15)측에 설치되고, 2차측 안테나(23) 및 통신 제어계(24)가 휴대 기기(10)측에 설치된다. 2차측 안테나(23)는 도 2의 코일(16)에 상당한다. 1차측 제어계(21)는 휴대 기기(10)에 송신하는 데이터나 커맨드를 변조하고, 얻어진 변조 신호를 1차측 안테나(22)로부터 송신한다. 통신 제어계(24)는 2차측 안테나(23)를 통하여 수취한 변조 신호를 복조하고, 이 복조에 의해 얻어진 데이터나 커맨드에 기초한 동작을 행한다. 또한, 통신 제어계(24)는 송신 대상의 데이터를 변조하고, 변조 신호를 2차측 안테나(23)로부터 송신한다.
도 4는 도 1의 급전 시스템의 기능 구성을 도시하는 블록도이다. 급전 시스템은, 1차측 제어계(발진기 및 증폭기)(25), 1차측 코일(26), 2차측 코일(27) 및 전원 제어계(28)를 포함한다. 1차측 제어계(25) 및 1차측 코일(26)이 전력 송신 장치(11)측에 설치되고, 1차측 코일(26) 및 2차측 코일(27)이 휴대 기기(10)측에 설치된다. 1차측 코일(26)은 도 1의 코일(12)에 상당하고, 2차측 코일(27)은 도 1의 코일(13)에 상당한다. 1차측 제어계(25)는, 발진기에 의해 소정의 주파수의 발진 신호를 생성하여 증폭기에 의해 증폭시키고 나서 증폭 후의 발진 신호를 1차측 코일(26)에 공급한다. 1차측 코일(26)은 인덕터와 캐패시터를 포함하는 공진계를 구성하고, 또한 2차측 코일(27)도 인덕터와 캐패시터를 포함하는 공진계를 구성한다. 1차측 코일(26)의 공진계의 공진 주파수와 2차측 코일(27)의 공진계의 공진 주파수는 동일하며, 이에 의해 거리가 이격된 효율적인 전력 전송이 가능하게 된다. 전원 제어계(28)는 2차측 코일(27)에 발생하는 유도 전류를 정류하고, 또한 DC-DC 변환하여 일정한 직류 전압을 생성하고, 이 직류 전압에 의해 내부 전원(배터리)을 충전한다.
도 1 및 도 4에 도시하는 시스템에서 비접촉 급전에 의해 전력 전송하는 경우, 도 2 및 도 3에 도시하는 FeliCa 등의 통신계의 사용 주파수와 일치한 주파수를 사용한 것에서는, 상술한 바와 같이 간섭이나 회로 파괴 등의 위험성이 있다. 따라서, 통신계의 사용 주파수와 일치한 주파수를 전력 전송에 사용하는 것은 타당하지 않다. 또한, 고주파에 있어서 교류 자계를 발생시키기 위한 증폭기를 제작하는 것은 곤란하다. 따라서, 통신계의 사용 주파수(예를 들어 FeliCa의 경우에는 13.56MHz)보다도 낮은 주파수(예를 들어 2MHz 이하 정도)를 비접촉 급전용에 사용하는 것이 바람직하다.
도 5는 휴대 기기(10) 내부의 통신용 코일 및 제어계 및 전력 전송용 코일 및 제어계의 구성의 일례를 도시하는 도면이다. 도 5에 도시하는 전력 제어계 및 통신 제어계의 회로는, 전환 제어 회로(30), 정류 회로(31), DC-DC 회로(32), 논리 회로(34) 및 데이터 제어 회로(35)를 포함한다. 또한, 도 5 및 이후의 마찬가지의 도면에 있어서, 각 블록(박스)으로 나타내어지는 각 회로와 다른 회로의 경계는 기본적으로는 기능적인 경계를 나타내는 것이며, 물리적인 위치의 분리, 전기적인 신호의 분리, 제어 논리적인 분리 등에 대응한다고는 할 수 없다. 각 블록은 다른 블록과 물리적으로 어느 정도 분리된 하나의 회로나 하드웨어 모듈이어도 되고, 혹은 다른 블록과 물리적으로 일체가 된 회로나 하드웨어 모듈 중 하나의 기능을 나타낸 것이어도 된다. 또한, 도 5에 있어서는 도시의 편의상, 코일(13)과 코일(16)이 각각 별개의 배치 개소에 설치되도록 도시되지만, 실제로는 후술하는 바와 같이 적어도 일부가 서로 겹치도록 배치된다.
정류 회로(31) 및 DC-DC 회로(32)가 전력 제어계이며, 코일(13) 및 콘덴서(13a)를 포함하는 공진계 코일(13)을 통하여 수취한 전력을 제어한다. 구체적으로는, 이 수취한 전력에 의해 배터리(33)에 직류 전압을 공급하여 충전한다. 이 배터리(33)를 전원으로 하여 전환 제어 회로(30), 논리 회로(34) 및 데이터 제어 회로(35) 등의 각 회로가 동작한다. 또한, 도 5에서는 도시의 편의를 고려하여, 배터리(33)로부터 논리 회로(34)에의 전력 공급만을 화살표로 나타내고 있다. 논리 회로(34) 및 데이터 제어 회로(35)가 통신 제어계이며, 코일(16)을 통하여 수신한 신호에 기초하여 통신 제어를 실행한다.
또한, 전환 제어 회로(30)는, 스위치(37 및 38)의 한쪽을 온으로 함으로써, 통신 제어계 또는 전력 제어계 중 어느 한쪽만을 대응하는 코일에 접속한다. 예를 들어, 통상은 스위치(37)를 개방하고, 또한 스위치(38)를 도통하여 통신 제어계만을 코일(16)에 접속하고, 통신 동작 가능한 상태로 하여도 된다. 충전할 때에는 스위치(37)를 개방하고, 또한 스위치(38)를 도통하여 전력 제어계만을 코일(13)에 접속하고, 전력 수신 가능한 상태로 하여도 된다. 전력 전송계와 통신계에서 사용하는 주파수가 상이하기 때문에 간섭이나 회로 파손 등의 위험이 없는 경우에는, 전환 제어 회로(30) 및 스위치(37 및 38)를 설치하지 않고, 코일(13 및 16)을 전력 제어계 및 통신계에 접속한 채의 구성으로 하여도 된다.
코일(13)이 수신하는 전력은 교류 전압으로서 정류 회로(31)에 공급된다. 정류 회로(31)는 코일(13)로부터 공급되는 교류 전압을 정류하여 직류 전압을 생성한다. 정류 회로(31)가 생성한 직류 전압은, DC-DC 회로(32)를 통하여 배터리(33)에 충전 전압으로서 공급된다. 또한, DC-DC 회로(32)는 평활용 캐패시터나 전압 조정용 회로를 포함하며, 소정 전압의 직류 전압을 안정하게 공급하는 기능을 갖는다.
논리 회로(34)는 통신 동작을 제어한다. 데이터 제어 회로(35)는, 안테나 코일(16)을 통하여 공급되는 변조 신호로부터 데이터 신호를 복조한다. 복조된 데이터 신호는 논리 회로(34)에 공급된다. 데이터 제어 회로(35)는, 또한 논리 회로(34)로부터의 데이터 신호를 변조하여 변조 신호를 안테나 코일(13)에 공급한다. 이에 의해, 도 2의 카드 리더/라이터(15)에 대한 데이터 통신이 행해진다.
도 6은 휴대 기기(10) 내부의 통신용 코일 및 제어계 및 전력 전송용 코일 및 제어계의 구성의 다른 일례를 도시하는 도면이다. 도 5와 동일한 구성 요소는 동일한 번호로 참조하고, 그 설명은 생략한다. 도 6에 있어서는, 도 5에 도시하는 전력 전송용 코일(13)과 통신용 코일(16) 대신에 통신용 및 전력 전송용에 공용인 코일(18)을 사용하고 있다. 또한, 공용 코일(18)을 설치한 것에 수반하여, 도 5의 전환 제어 회로(30) 대신에 전환 제어 회로(30A)가 설치되어 있다. 전환 제어 회로(30A)는 용량 전환 회로(18a)를 제어함으로써, 공용 코일(18)에 접속되는 공진용 콘덴서를 전환한다(혹은 콘덴서의 용량을 변화시킨다). 통신시에 있어서, 전환 제어 회로(30A)는, 공진용 콘덴서를 없음(혹은 콘덴서의 용량을 0)으로 하여 공용 코일(18)을 통신용 안테나 코일로서 사용한다. 또한, 전력 전송시에 있어서, 전환 제어 회로(30A)는, 전송측과 동일한 공진 주파수가 되는 콘덴서를 접속(혹은 콘덴서의 용량값을 설정)하고, 공용 코일(18)을 전력 전송용 코일로서 사용한다. 또한, 도 5의 경우와 마찬가지로 전환 제어 회로(30A)는, 통상은 스위치(37)를 개방하고, 또한 스위치(38)를 도통하여 통신 제어계만을 코일(18)에 접속하고, 통신 동작 가능한 상태로 하여도 된다. 충전할 때에는 스위치(37)를 개방하고, 또한 스위치(38)를 도통하여 전력 제어계만을 코일(13)에 접속하고, 전력 수신 가능한 상태로 하여도 된다.
도 7은 전력 전송용 코일과 통신용 코일의 구체적인 배치의 일례를 도시하는 도면이다. 도 7에 있어서, 도 5와 동일한 구성 요소는 동일한 번호로 참조한다. 도 7에 도시한 바와 같이 전력 전송용 코일(13)과 통신용 코일(16)은, 휴대 기기(10)의 소정의 코일 배치 개소에 서로 겹쳐 배치되어도 된다. 도 7에 도시하는 예에서는, 전력 전송용 코일(13)과 통신용 코일(16)은 중심을 동일하게 하는 동심원 형상으로 겹쳐져 있다. 이렇게 배치함으로써, 코일 1개분의 배치 스페이스에 전력 전송용 코일(13)과 통신용 코일(16)을 내장하여 공간 절약화를 실현할 수 있다. 휴대 전화 등의 휴대 기기에서는 한정된 스페이스 내에 많은 기능을 탑재하므로, 이러한 공간 절약화를 실현하는 배치가 바람직하다. 또한, 도 7에 도시한 바와 같이 코일 중심을 동일하게 하여 완전히 겹치는 것이 아니라, 서로의 코일의 중심이 어긋나는 형태로 서로 코일의 적어도 일부가 겹치도록 배치되어도 된다. 이 경우에도 겹침분에 대해서는 공간 절약화가 실현되게 된다.
도 8은 전력 전송용 코일과 통신용 코일의 구체적인 배치의 다른 일례를 도시하는 도면이다. 도 8에 도시하는 예에서는 전력 전송용 코일과 통신용 코일을 별개의 코일로서 배치하는 것이 아니라 단일한 코일(18)을 배치하고, 이 단일한 코일(18)을 전력 전송용과 통신용으로 겸용한다. 이렇게 공용 코일(18)을 1개만 설치하는 경우에는, 코일 1개분의 배치 스페이스만이 사용됨으로써 공간 절약화를 실현할 수 있을 뿐만 아니라, 비용 삭감이나 중량 삭감의 효과도 기대할 수 있다.
도 7이나 도 8에 도시한 바와 같이, 소정의 코일 배치 개소에 전력 전송용 및 통신용 코일을 겹쳐 배치 혹은 공용하여 배치한 경우에는, 이 코일 배치 개소에 있어서, 전력 전송용 및 통신용의 양쪽의 주파수에 대한 적절한 자성 실드를 설치하는 것이 필요하게 된다. 이하에, 이 자성 실드의 구성에 대하여 설명한다.
도 9는 휴대 기기의 코일 및 자성 실드의 배치를 모식적으로 도시하는 도면이다. 도 10은 코일 및 자성 실드의 배치를 도시하는 휴대 기기의 단면도이다. 도 10에 있어서, 휴대 기기(10)의 하우징(40) 내에 제1 자성 실드(41), 제2 자성 실드(42) 및 코일(43)이 하우징(40)의 내부 영역측으로부터 외면측을 향하여 이 순서대로 배치된다. 또한, 하우징(40) 내에는 내부 회로(44)가 수용되어 있다. 내부 회로(44)는 회로 기판, 기판 상의 회로 소자, 나아가 배터리 등을 포함하여도 된다. 내부 회로(44)는 또한 액정 표시 패널 등의 표시 장치 등을 포함하여도 된다. 도 9에 도시된 바와 같이, 휴대 기기(10)를 하면측으로부터 보았을 때, 코일(43)은 하우징(40)의 하면 전체 중 일부의 배치 영역에만 배치되어 있다. 따라서, 하우징(40)의 하면의 다른 개소는, 예를 들어 적외선 통신, CCD 카메라, 소형 액정 표시창 등의 다른 기능을 설정하기 위하여 사용할 수 있다.
코일(43)은 겹쳐 배치된 전력 전송용 코일 및 통신용 코일이어도 되고, 혹은 1개의 공용 코일이어도 된다. 휴대 기기(10)의 하우징(40)에 대하여, 그 하우징(40)의 외면측(도 10의 예에서는 하우징(40)의 하면의 측)에 코일(43)이 위치된다. 여기서, 하우징(40)의 외면측에 코일(43)이 위치된다고 하는 것은, 하우징(40) 내부의 회로나 자성 실드(41 및 42)에 대하여 보다 하우징(40)의 외면에 가까운 측에 코일(43)이 위치된다고 하는 의미이며, 코일(43)이 하우징(40)의 외표면 상에 설치된다고 하는 의미가 아니다. 물론, 도 1에 도시하는 카드 리더/라이터(15) 등과의 통신을 행하기 위하여, 하우징(40)의 외면에 가까운 위치에 코일(43)이 설치되게 된다. 단, 코일(43)이 노출 상태로 되지 않도록, 하우징(40)에 의해, 또는 하우징(40)과는 상이한 재료에 의해 코일(43)의 표면이 덮여진다.
상술한 바와 같이, 전력 전송용 제1 주파수는, 통신용 제2 주파수(예를 들어 FeliCa의 경우에는 13.56MHz)보다도 낮은 주파수(예를 들어 2MHz 이하 정도)인 것이 바람직하다. 단, 공진 회로의 효율(Q값)을 고려하면, 어느 정도 높은 주파수 쪽이 효율이 좋으며, 전력 전송용 제1 주파수로서는 1 내지 2MHz 정도의 주파수가 실용적이다. 하우징(40)의 내부에 설치되는 내부 회로(44)는, 코일(43)을 통하여 상기 제1 주파수에 기초하여 전력을 수취함과 함께 상기 제2 주파수에 기초하여 통신을 행하는 회로를 포함하여도 된다. 이 회로는, 구체적으로는 예를 들어 도 5 및 도 6에 도시하는 정류 회로(31), DC-DC 회로(32), 논리 회로(34) 및 데이터 제어 회로(35) 등이다.
자성 실드는 코일(43)과 하우징(40)의 내부 영역 사이에 배치된다. 이 자성 실드는 내부 영역측의 제1 부분(예를 들어, 제1 자성 실드(41))의 투자율이 코일측의 제2 부분(예를 들어, 제2 자성 실드(42))의 투자율보다도 높다. 또한, 자성 실드는 제1 자성 실드(41) 및 제2 자성 실드(42)와 같이 특성(투자율)이 상이한 2매의 시트이어도 되고, 혹은 상이한 특성(투자율)의 시트가 서로 밀착하여 경계가 명확하지 않게 되어 1매의 시트 형상으로 된 것이어도 된다. 혹은, 1매의 시트의 한쪽 면측으로부터 다른쪽 면측으로 향하여 연속적으로 혹은 단계적으로 특성(투자율)이 변화하는 자성 실드이어도 된다. 혹은, 3매 혹은 그 이상의 상이한 특성(투자율)의 시트가 순서대로 배치된 것이어도 되고, 이들 시트가 서로 밀착하여 경계가 명확하지 않게 되어 1매의 시트 형상으로 된 것이어도 된다. 이와 같이, 코일(43)과 하우징(40)의 내부 영역 사이에 배치되는 자성 실드는, 그 구조에 상관없이 내부 영역측의 제1 부분의 투자율이 코일측의 제2 부분의 투자율보다도 높은 것이면 된다.
도 11은 제1 자성 실드(41)와 제2 자성 실드(42)의 자기 특성을 도시하는 도면이다. 도 11에 있어서 횡축은 주파수를 나타내고, 종축은 투자율(투자율 실부) 및 자기 손실(투자율 허부)을 나타낸다. 상술한 바와 같이, 자성체에 낮은 주파수의 교류 자계를 인가한 경우, 자기 모멘트의 움직임이 자계의 변화에 추종하여 높은 투자율(실부)이 얻어진다. 자성체에 인가하는 교류 자계의 주파수를 높여 가면, 자기 모멘트의 움직임이 자계의 변화에 추종하기 어려워져 투자율(실부)이 저하하고, 자기 손실(투자율 허부)이 높아져 간다. 더 높은 주파수가 되면, 자기 모멘트가 고주파에 전혀 추종할 수 없어 움직이지 않게 되어 투자율 및 자기 손실 모두 작아진다. 또한, 자성 재료에서는 자기 공명 주파수 이상의 주파수에 있어서 투자율이 저하되어 가는데, 이 자기 공명 주파수와 투자율 사이에는 투자율이 낮을수록 자기 공명 주파수가 높아진다고 하는 관계(스누크의 한계 법칙)가 있다. 따라서, 투자율이 비교적 높은 자성 실드의 경우, 자기 공명 주파수는 낮고, 비교적 낮은 주파수로부터 투자율이 저하하여 자기 손실이 증대된다. 또한, 투자율이 비교적 낮은 자성 실드의 경우, 자기 공명 주파수는 높고, 비교적 높은 주파수로부터 투자율이 저하하여 자기 손실이 증대된다.
도 11에 있어서, 투자율 특성(50) 및 자기 손실 특성(52)은 제1 자성 실드(41)의 특성이며, 투자율 특성(51) 및 자기 손실 특성(53)은 제2 자성 실드(42)의 특성이다. 제1 자성 실드(41)는, 저주파수에 있어서 투자율 200 정도의 높은 투자율을 가지며, 예를 들어 2MHz 정도의 전력 전송용 주파수 f1에 있어서 이 높은 투자율을 유지한다. 높은 투자율을 갖는 제1 자성 실드(41)의 자기 공명 주파수는 낮고, 비교적 낮은 주파수로부터 투자율이 저하하여 자기 손실이 증대된다. 도 11에 도시하는 예에서는, 2MHz를 초과한 즈음부터 투자율 특성(50)이 하강하고, 자기 손실 특성(52)이 상승하고 있다. 통신용 주파수 f2(예를 들어 FeliCa의 경우에는 13.56MHz)에 있어서, 제1 자성 실드(41)의 투자율은 낮고, 또한 무시할 수 없을 정도의 자기 손실이 발생한다. 따라서, 제1 자성 실드(41)는, 전력 전송용 주파수 f1의 자장을 손실없이 유도한다고 하는 기능에 있어서 전력 전송용 실드로서 적절하지만, 통신용 주파수 f2의 자장에 대하여 손실이 있기 때문에 통신용 실드로서는 적절하지 않다. 또한, 일반적으로 자성체의 자기 공명 주파수는, 자성 실드의 투자율이 하강을 개시하는 주파수보다도 약간 낮은 주파수 위치(예를 들어 투자율 특성 50의 경우이면 2MHz 근방)에 존재한다.
제2 자성 실드(42)는, 저주파수에 있어서 투자율 50 정도의 중간 정도의 투자율을 가지며, 예를 들어 2MHz 정도의 전력 전송용 주파수 f1에 있어서 이 중간 정도의 투자율을 발휘한다. 이 중간 정도의 투자율을 갖는 제2 자성 실드(42)의 자기 공명 주파수는 그다지 낮지는 않아(제1 자성 실드(41)의 자기 공명 주파수보다는 높아), 중간 정도의 투자율을 어느 정도의 주파수까지 유지할 수 있다. 도 11에 도시하는 예에서는 통신용 주파수 f2(예를 들어 FeliCa의 경우에는 13.56MHz)에 있어서, 중간 정도의 투자율을 그대로 유지하고 있다. 그 후, 제2 자성 실드(42)의 투자율 특성(51)은 하강하고, 자기 손실 특성(53)이 상승하고 있다. 제2 자성 실드(42)는, 통신용 주파수 f2의 자장을 손실없이 유도한다고 하는 기능에 있어서 통신용 실드로서 적절하지만, 투자율 50 정도에서는 주파수 f1에서의 전력 전송을 위한 강한 자장을 유도할 필요가 있는 전력 전송용 실드로서는 적절하지 않다.
또한, 자성 실드의 자기 특성은 재료와 그 조성 및 제조 방법에 의해 정해진다. 조성 재료로서는 예를 들어 Ni계 페라이트이며, NiO, ZnO, Fe2O3 등을 여러가지 비율로 조성하여 만들어진다. 또한, 금속 자성 재료를 표피 두께 이하의 미소편(微小片)으로 하여 수지 중에 포함시켜 제조한 자성 실드 등도 사용된다. 또한, 제조 방법의 파라미터로서 재료의 입자 직경(소결(燒結) 전의 분말 입자의 미세함이나 크기 편차)을 제어하거나, 소결시의 온도나 시간 등을 제어하거나 함으로써 자기 실드의 자기 특성을 조정할 수 있다.
도 12는 제1 자성 실드(41) 및 제2 자성 실드(42)의 특유한 배치에 의한 실드 효과를 도시하는 도면이다. 상술한 바와 같이, 도 10에 도시하는 휴대 기기(10)에서는, 하우징(40) 내부측에 투자율이 비교적 높은 제1 자성 실드(41)가 배치되고, 코일(43)측(하우징(40)의 외면에 가까운 측)에 투자율이 비교적 낮은 제2 자성 실드(42)가 배치된다. 도 12의 (a) 및 (b)에 있어서, 코일(60)은 하우징(40) 외부에 있는 카드 리더/라이터측 혹은 전력 송신측의 코일이다. 제1 자성 실드(41) 및 제2 자성 실드(42)는, 도 11에서 설명한 투자율 특성 및 자기 손실 특성을 갖는 것으로 한다.
도 12의 (a)에는 도 11에 도시하는 통신용 주파수 f2에서의 교류 자계의 자속의 흐름이 모식적으로 도시된다. 상술한 바와 같이, 제2 자성 실드(42)는, 통신용 주파수 f2의 자장을 손실없이 유도한다고 하는 기능에 있어서 통신용 실드로서 적절하다. 따라서, 도 12의 (a)에 있어서 화살표로 나타내는 자속은, 제2 자성 실드(42)를 따라 손실없이 진행되어, 송신측의 코일(60)을 향하여 손실없이 환류된다. 이때, 제1 자성 실드(41)는, 코일(43)로부터 보아 제2 자성 실드(42)의 배후에 위치하므로, 자계의 흐름에 전혀 영향을 미치지 않는다.
도 12의 (b)에는 도 11에 도시하는 전력 전송용 주파수 f1에서의 교류 자계의 자속의 흐름이 모식적으로 도시된다. 상술한 바와 같이, 제2 자성 실드(42)는 투자율이 충분히 높지 않아 주파수 f1에서의 전력 전송을 위한 강한 자장을 모두 유도할 수는 없다. 한편, 제1 자성 실드(41)는, 전력 전송용 주파수 f1의 자장을 손실없이 유도한다고 하는 기능에 있어서 전력 전송용 실드로서 적절하다. 따라서, 도 12의 (b)에 있어서, 화살표로 나타내는 전력 전송용 자속 중 극히 일부분은 제2 자성 실드(42)를 통하여 손실없이 환류되는데, 그 대부분은 제1 자성 실드(41)를 따라 손실없이 진행되어, 송신측의 코일(60)을 향하여 손실없이 환류된다. 이와 같이, 제1 자성 실드(41)와 제2 자성 실드(42)에 의해 전력 전송용 자계에 대한 적절한 실드 효과를 발휘한다. 바꾸어 말하면, 제1 자성 실드(41)가 전력 전송용 자계에 대한 적절한 실드 효과를 발휘하는 한편, 제2 자성 실드(42)는 손실을 초래하지 않고 어느 정도 추가의 실드 효과를 제공할 수 있다.
도 13은 비교 대상으로서 제1 자성 실드(41)와 제2 자성 실드(42)의 배치순을 역전시킨 경우의 실드 효과를 도시하는 도면이다. 도 13의 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같이, 제1 자성 실드(41)가 코일(43)측에 배치되고, 제2 자성 실드(42)가 하우징의 내부 영역측에 배치된다. 또한, 제1 자성 실드(41) 및 제2 자성 실드(42)는, 도 11에서 설명한 투자율 특성 및 자기 손실 특성을 갖는 것으로 한다.
도 13의 (a)에는 도 11에 도시하는 통신용 주파수 f2에서의 교류 자계의 자속의 흐름이 모식적으로 도시된다. 상술한 바와 같이, 제1 자성 실드(41)는, 통신용 주파수 f2의 자장에 대하여 손실이 있기 때문에 통신용 실드로서는 적절하지 않다. 도 13의 (a)의 배치에서는, 이 제1 자성 실드(41)가 코일(43)측에 배치되어 있다. 따라서, 도 13의 (a)에 있어서 화살표로 나타내는 자속은, 제1 자성 실드(41) 내에서의 손실에 의해 그 대부분이 상실되고, 일부만 송신측의 코일(60)에 환류된다. 그 결과, 송신측의 코일(60)로부터 송신한 신호 전력 중 상당 부분이 상실되어 극히 신호 강도가 약한 통신이 되어, 정상적인 통신이 불가능할 가능성이 있다. 또한, 도 13의 (a)에서는 손실의 효과를 과장하여 제1 자성 실드(41) 내에서의 손실에 의해 자속이 완전히 상실된 것 같이 도시되어 있다.
도 13의 (b)에는 도 11에 도시하는 전력 전송용 주파수 f1에서의 교류 자계의 자속의 흐름이 모식적으로 도시된다. 상술한 바와 같이, 제1 자성 실드(41)는, 전력 전송용 주파수 f1의 자장을 손실없이 유도한다고 하는 기능에 있어서 전력 전송용 실드로서 적절하다. 따라서, 도 12의 (b)에 있어서, 화살표로 나타내는 전력 전송용 자속은, 제1 자성 실드(41)를 따라 손실없이 진행되어, 송신측의 코일(60)을 향하여 손실없이 환류된다.
이와 같이, 제1 자성 실드(41)를 코일(43)측에 배치하고, 제2 자성 실드(42)를 하우징의 내부 영역측에 배치한 경우에는, 전력 전송시에는 문제가 없지만, 통신시의 손실이 커서 정상적인 통신이 불가능할 가능성이 있다. 따라서, 도 12에 도시한 바와 같이 제1 자성 실드(41)를 하우징의 내부 영역측에 배치하고, 제2 자성 실드(42)를 코일(43)측에 배치하는 것이 바람직하다.
도 14는 비교 대상으로서 제2 자성 실드(42)만을 배치한 경우의 실드 효과를 도시하는 도면이다. 또한, 제2 자성 실드(42)는, 도 11에서 설명한 투자율 특성 및 자기 손실 특성을 갖는 것으로 한다.
도 14의 (a)에는 도 11에 도시하는 통신용 주파수 f2에서의 교류 자계의 자속의 흐름이 모식적으로 도시된다. 상술한 바와 같이, 제2 자성 실드(42)는, 통신용 주파수 f2의 자장을 손실없이 유도한다고 하는 기능에 있어서 통신용 실드로서 적절하다. 따라서, 도 14의 (a)에 있어서 화살표로 나타내는 자속은, 제2 자성 실드(42)를 따라 손실없이 진행되어, 송신측의 코일(60)을 향하여 손실없이 환류된다. 이때, 내부 회로(44)는 코일(43)로부터 보아 제2 자성 실드(42)의 배후에 위치하므로, 자계의 흐름에 전혀 영향을 미치지 않는다.
도 14의 (b)에는, 도 11에 도시하는 전력 전송용 주파수 f1에서의 교류 자계의 자속의 흐름이 모식적으로 도시된다. 상술한 바와 같이, 제2 자성 실드(42)는 투자율이 충분히 높지 않아 주파수 f1에서의 전력 전송을 위한 강한 자장을 모두 유도할 수는 없다. 따라서, 도 12의 (b)에 있어서, 화살표로 나타내는 전력 전송용 자속의 대부분은 제2 자성 실드(42)를 관통하여 내부 회로(44)에 도달해 버린다. 이 통과한 자속이 내부 회로(44)의 금속 재료에 있어서 와전류를 발생시킨다. 이 와전류에 의해 하향의 화살표로 도시되는 반자계가 발생함과 함께, 와전류손에 의한 전력 손실이 발생한다. 이 결과, 통신 장해나 급전 효율의 저하 등의 문제가 일어난다.
이와 같이, 제2 자성 실드(42)만을 배치한 경우에는, 당연히 통신용 주파수 f2의 교류 자계에 대해서는 적절한 실드 효과가 얻어지고, 전력 전송용 주파수 f1에서의 교류 자계에 대해서는 적절한 실드 효과가 얻어지지 않는다. 따라서, 도 12에 도시한 바와 같이 제1 자성 실드(41)를 하우징의 내부 영역측에 배치하고, 제2 자성 실드(42)를 코일(43)측에 배치하는 것이 바람직하다.
도 15는 비교 대상으로서 제1 자성 실드(41)만을 배치한 경우의 실드 효과를 도시하는 도면이다. 또한, 제1 자성 실드(41)는, 도 11에서 설명한 투자율 특성 및 자기 손실 특성을 갖는 것으로 한다.
도 15의 (a)에는 도 11에 도시하는 통신용 주파수 f2에서의 교류 자계의 자속의 흐름이 모식적으로 도시된다. 상술한 바와 같이, 제1 자성 실드(41)는, 통신용 주파수 f2의 자장에 대하여 손실이 있기 때문에 통신용 실드로서는 적절하지 않다. 따라서, 도 15의 (a)에 있어서 화살표로 나타내는 자속은, 제1 자성 실드(41) 내에서의 손실에 의해 그 대부분이 상실되고, 일부만 송신측의 코일(60)에 환류된다. 그 결과, 송신측의 코일(60)로부터 송신한 신호 전력 중 상당 부분이 상실되어 극히 신호 강도가 약한 통신이 되어, 정상적인 통신이 불가능할 가능성이 있다. 또한, 도 15의 (a)에서는 손실의 효과를 과장하여 제1 자성 실드(41) 내에서의 손실에 의해 자속이 완전히 상실된 것 같이 도시되어 있다.
도 15의 (b)에는 도 11에 도시하는 전력 전송용 주파수 f1에서의 교류 자계의 자속의 흐름이 모식적으로 도시된다. 상술한 바와 같이, 제1 자성 실드(41)는, 전력 전송용 주파수 f1의 자장을 손실없이 유도한다고 하는 기능에 있어서 전력 전송용 실드로서 적절하다. 따라서, 도 15의 (b)에 있어서, 화살표로 나타내는 전력 전송용 자속은, 제1 자성 실드(41)를 따라 손실없이 진행되어, 송신측의 코일(60)을 향하여 손실없이 환류된다.
이와 같이, 제1 자성 실드(41)만을 배치한 경우에는, 당연히 전력 전송용 주파수 f1에서의 교류 자계에 대해서는 적절한 실드 효과가 얻어지고, 통신용 주파수 f2의 교류 자계에 대해서는 적절한 실드 효과가 얻어지지 않는다. 따라서, 도 12에 도시한 바와 같이 제1 자성 실드(41)를 하우징의 내부 영역측에 배치하고, 제2 자성 실드(42)를 코일(43)측에 배치하는 것이 바람직하다.
도 16은 제1 자성 실드(41) 또는 제2 자성 실드(42)의 한쪽만을 배치한 경우의 자기 손실을 시뮬레이션에 의해 구한 결과를 도시하는 도면이다. 간단하게 하기 위하여 자기 손실로서는 복소 투자율의 tanΔ=0.01로 가정하고, 투자율 및 자성 실드의 두께를 변화시키면서 송전 효율을 계산하였다. 횡축이 투자율이고, 종축이 송전 효율이다. 송전 효율 특성(61, 62, 63 및 64)은 각각 자성 실드의 두께가 0.05mm, 0.1mm, 0.2mm 및 0.5mm인 것이다. 또한, 송전 효율의 저하는, 통신에 있어서는 통신 장해나 손실과 등가이다. 또한, 크기에 제한이 큰 휴대 기기에 비접촉의 모듈(코일+자성 실드)을 내장하기 위해서는, 공간 절약화를 위하여 가능한 한 얇은 자성 실드를 사용하는 것이 바람직하다. 송전 효율 특성(61)에 도시된 바와 같이 0.05mm 두께의 자성 실드의 경우, 투자율이 낮은 영역에서는 송전 효율의 저하가 현저하다.
도 14에 도시되는 제2 자성 실드(42)만을 배치하는 경우, 전력 전송용 주파수 f1 및 통신용 주파수 f2 중 어느 것에 있어서도 투자율 50이므로, 화살표 B로 나타내는 위치의 송전 효율이 된다. 자성 실드의 두께가 0.05mm인 경우에는 송전 효율이 75％이며, 최선값인 90％보다도 15％ 정도 저하되어 있다. 통신시의 이 정도의 효율 저하는 신호 증폭에 의해 대응할 수 있기 때문에 문제가 되지 않지만, 전력 전송시에 15％의 효율 저하가 있었던 것에서는 극히 효율이 나쁘다고 할 수 있다.
도 15에 도시되는 제1 자성 실드(41)만을 배치하는 경우, 전력 전송용 주파수 f1에 있어서는 투자율 200이므로, 화살표 C로 나타내는 위치의 송전 효율이 된다. 또한, 통신용 주파수 f2에 있어서는 투자율 10이므로, 화살표 A로 나타내는 위치의 송전 효율이 된다. 자성 실드의 두께가 0.05mm인 경우, 전력 전송시에는 송전 효율 90％로 문제가 없지만, 통신시에는 송전 효율이 36％로 되어 효율 저하가 현저하다. 이 결과, 정상적인 통신을 유지하는 것은 곤란하게 된다.
그에 대하여, 도 12에 도시한 바와 같이 제1 자성 실드(41)를 하우징의 내부 영역측에 배치하고, 제2 자성 실드(42)를 코일(43)측에 배치한 경우, 전력 전송용 주파수 f1에 있어서는 투자율 200+α, 통신용 주파수 f2에 있어서는 투자율 50％가 된다. 즉, 전력 전송시에는 송전 효율 90％가 얻어지고, 통신시에도 도 16에 화살표 B로 나타내는 송전 효율이 얻어진다. 따라서, 효율적인 전력 전송과 양호한 통신을 양립시키는 것이 가능하게 된다.
이상, 본 발명을 실시예에 기초하여 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것이 아니며, 특허청구범위에 기재된 범위 내에서 여러가지 변형이 가능하다.
10: 휴대 기기
11: 전력 송신 장치
12, 13: 코일
15: 카드 리더/라이터
16: 코일
40: 하우징
41: 제1 자성 실드
42: 제2 자성 실드
43: 코일
44: 내부 회로

Claims (8)

  1. 상자 형상의 하우징과,
    상기 하우징의 내측에 위치하는 코일과,
    상기 하우징의 내부에 설치되어 상기 코일을 통하여 제1 주파수에 기초하여 전력을 수취함과 함께, 상기 제1 주파수보다도 높은 제2 주파수에 기초하여 통신을 행하는 회로와,
    상기 코일과 상기 하우징의 내부 영역 사이에 상기 코일에 대하여 수직 방향으로 적층된 제1 부분과 제2 부분을 갖는 자성 실드
    를 포함하며,
    상기 제1 부분의 투자율이, 상기 코일측의 제2 부분의 투자율보다도 상기 제1 주파수에 대하여 높은 것을 특징으로 하는 휴대 기기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 코일은 단일의 코일 또는 적어도 일부가 겹쳐 배치되는 2개의 코일인 것을 특징으로 하는 휴대 기기.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 자성 실드는,
    상기 내부 영역 측에 배치되어 상기 제1 부분을 이루는 제1 실드와,
    상기 코일 측에 배치되어 상기 제2 부분을 이루는 제2 실드를 포함하며,
    상기 제1 실드의 투자율이 상기 제2 실드의 투자율보다도 상기 제1 주파수에서 높은 것을 특징으로 하는 휴대 기기.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 부분이 특성을 갖는 주파수는 상기 제2 부분이 특성을 갖는 주파수보다도 낮은 것을 특징으로 하는 휴대 기기.
  5. 전력 송신 장치와,
    상기 전력 송신 장치로부터 자기를 통하여 전력을 전송받는 휴대 기기
    를 포함하며,
    상기 휴대 기기는,
    상자 형상의 하우징과,
    상기 하우징의 내측에 위치하는 코일과,
    상기 하우징의 내부에 설치되어 상기 코일을 통하여 상기 전력 송신 장치로부터 제1 주파수에 기초하여 전력을 수취함과 함께, 상기 제1 주파수보다도 높은 제2 주파수에 기초하여 통신을 행하는 회로와,
    상기 코일과 상기 하우징의 내부 영역 사이에 상기 코일에 대하여 수직 방향으로 적층된 제1 부분과 제2 부분을 갖는 자성 실드를 포함하며,
    상기 제1 부분의 투자율이 상기 코일측의 제2 부분의 투자율보다도 상기 제1 주파수에 대하여 높은 것을 특징으로 하는 급전 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 코일은 단일의 코일 또는 적어도 일부가 겹쳐 배치되는 2개의 코일인 것을 특징으로 하는 급전 시스템.
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서,
    상기 자성 실드는,
    상기 내부 영역 측에 배치되어 상기 제1 부분을 이루는 제1 실드와,
    상기 코일 측에 배치되어 상기 제2 부분을 이루는 제2 실드를 포함하며,
    상기 제1 실드의 투자율이 상기 제2 실드의 투자율보다도 상기 제1 주파수에서 높은 것을 특징으로 하는 급전 시스템.
  8. 제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 부분의 주파수는 상기 제2 부분의 주파수보다도 낮은 것을 특징으로 하는 휴대 기기.
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