TW201401708A - 非接觸充電裝置用天線薄片及使用該薄片之充電裝置 - Google Patents

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TW201401708A
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Toshihiro Endou
Kazuhito Kobayashi
Masahiko Oota
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Hitachi Chemical Co Ltd
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Abstract

本發明提供一種非接觸充電裝置用天線薄片及使用該薄片之充電裝置,前述薄片對於充電中的發送側及接收側的配置容許高度的自由度。本發明是一種作為發送側裝置的發送側共振器或接收側裝置的接收側共振器來使用之非接觸型充電裝置用天線薄片,其特徵在於:在基材上形成有線圈狀的天線,且該天線作為當共振電容器的電容量為C時,以共振頻率f來共振之拾波線圈(pickup coil)來發揮功能,且前述共振頻率f為13.56MHz,前述發送側共振器的共振電容器的電容量為1~5pF,前述接收側共振器的共振電容器的電容量為70~100pF。

Description

非接觸充電裝置用天線薄片及使用該薄片之充電裝置
本發明廣泛關於一種以非接觸方式從供電或充電器側將電力傳送到電池或終端側的非接觸充電裝置,特別是關於藉由磁場耦合來供給電力的非接觸充電裝置用天線、以及使用此天線之充電裝置。
對攜帶電話、攜帶終端、電動刮鬍刀、電動牙刷等機器的電源中所使用之充電電池進行之充電,先前是藉由充電器的接點與機器側的接點之導電接觸,使其通電來進行充電,其中機器側的接點是從充電電池(二次電池)所成之電池包(battery pack)中配線出來。
近年來,以非接觸方式來對這些機器等的充電電池進行充電的製品有所增加。
在專利文獻1中,揭示了一種非接觸充電裝置,其中在送電側及受電側上,分別將複數線圈配置在板狀的軟磁性材料上,且複數線圈的配置形式,是以鄰接線圈所形成之磁束方向分別為相反方向之方式,設置(留出)間隔來使送電側及受電側的線圈對向配置,並且,受電側的板狀軟磁性材料,藉由配置成直接接觸電池罐或隔著絕緣性構件接觸電池罐之 電磁感應作用,而以非接觸狀態供給電力。
又,在專利文獻2中,記載一種非接觸電力傳送裝置,該裝置藉由電磁感應而從送電線圈對受電線圈進行電力供給,且該裝置抑制漏洩磁束的發生,並可以用一個送電裝置來對應複數個需要不同電力之電子機器。此裝置具備配置成大略同心圓狀的複數個送電線圈11、12,且具備僅驅動與受電線圈21的外形最相近之送電線圈和其內側之送電線圈之構成。藉此,可發揮以下之效果:即使在只以一個送電裝置來對外形不同的受電線圈進行電力傳送時,仍可抑制漏洩磁束的發生。
然而,上述這些非接觸型的充電裝置或電力傳送裝置,是藉由伴隨電磁感應作用之電磁耦合來進行充電或電力傳送,而在送電側及受電側的配置上有所限制。也就是說,有著送電側線圈與受電側線圈若不在極近距離下以幾乎對向之方式來配置,則充電效率會極度低下之問題。
另一方面,非接觸型的充電裝置中,也有使一次線圈(送電線圈)與二次線圈(受電線圈)磁場耦合,來將充電器側的電力供給至充電池側的裝置(專利文獻3)。
亦即,在專利文獻3中,揭示了一種非接觸型充電裝置,這種充電裝置在充電器1上設有:一次線圈103、供給交流電力至此一次線圈之手段104、105;並在具有充電池210之無線通訊機2上,設有:與一次線圈103磁場耦合之二次線圈212、將發生在此二次線圈上之起電力轉換成充電池210的充電電力之手段211;上述充電裝置,使一次線圈103與二 次線圈212磁場耦合,以將充電器1的電力供給至充電池210來進行充電;並且,上述充電裝置設有停止對一次線圈103之電力供給之開關等106、107、213,在無線通訊機的充電中,當需要發訊或是有來訊時,可操作開關以停止充電,而消除磁力對無線通訊機的影響,並可用輕輕的力氣將無線通訊機從充電機上拿起來使用。
然而,專利文獻3所揭示之裝置,由於如上述在充電時之一次線圈與二次線圈間的磁力非常大,而必須要能夠在機器的充電中,當需要發訊或是有來訊時,可停止充電以消除磁力對無線通訊機的影響,並用輕輕的力氣將機器從充電機上拿起來。
又,用來供給電力至機器的基台外殼上,要設有可讓機器插入之凹部,並構成為可使機器在站立狀態下載置於充電裝置上,而在送電側及受電側的配置關係上有著侷限。
[先行技術文獻] (專利文獻)
專利文獻1:日本特開平11-103531號公報。
專利文獻2:日本特開2012-60812號公報。
專利文獻3:日本特開平8-19185號公報。
於是,本發明的目的在於提供一種非接觸充電裝置用天線及使用該天線之充電裝置,上述天線對於充電中的充電器側及電池側的配置,容許高度的自由度。
本發明之非接觸充電裝置用天線薄片,是一種作為發送側裝置的發送側共振器或接收側裝置的接收側共振器來使用之非接觸型充電裝置用天線薄片,其特徵在於:在基材上形成有線圈狀的天線,且該天線作為當共振電容器的電容量為C時,以共振頻率f來共振之拾波線圈(pickup coil)來發揮功能。
本發明之非接觸充電裝置用天線薄片,其前述共振頻率f為13.56MHz,前記發送側共振器的共振電容器的電容量為1~5pF,前記接收側共振器的共振電容器的電容量為70~100pF。
本發明之非接觸充電裝置用天線薄片,其前述共振頻率f為6.78MHz,前記發送側共振器的共振電容器的電容量為8~20pF,前記接收側共振器的共振電容器的電容量為70~120pF。
本發明之非接觸充電裝置,具備:發送側天線薄片,其以黏著劑將第1基材黏著於第1磁性薄片上,並在第1基材上形成共振線圈,且在前述黏著劑中埋設供電線圈;以及接收側天線薄片,其以黏著劑將第2基材黏著於第2磁性薄片上,並在第2基材上形成接收線圈。
本發明之非接觸充電裝置,其前述共振線圈及接收線圈的前述共振頻率為13.56MHz,前記發送側天線薄片的共振電容器的電容量為1~5pF,前記接收側天線薄片的共振電容器的電容量為70~100pF。
本發明之非接觸充電裝置,其前述共振線圈及接收 線圈的前述共振頻率為6.78MHz,前記發送側天線薄片的共振電容器的電容量為8~20pF,前記接收側天線薄片的共振電容器的電容量為70~120pF。
藉由本發明之非接觸充電裝置用天線而發揮以下功效:提供一種非接觸充電裝置用天線及使用該天線之充電裝置,上述天線對於充電中的充電器側及電池側的配置容許高度的自由度;並且,進而發揮以下功效:可同時將發送側的電力供給至複數個接收側裝置。
100、500、550、700、800‧‧‧非接觸充電裝置
101‧‧‧供電薄片(供電用天線薄片)
1011、1021、1031‧‧‧基材
1012、255‧‧‧供電線圈(供電線圈狀天線)
102、200‧‧‧接收薄片(接收用天線薄片)
1022、201‧‧‧接收線圈(接收線圈狀天線)
103‧‧‧共振薄片(共振用天線薄片)
1032、251‧‧‧共振線圈(共振線圈狀天線)
202、282a、282b‧‧‧基材
203‧‧‧黏著劑
204、204a、204b‧‧‧磁性薄片
2041‧‧‧基質樹脂
2042‧‧‧扁平軟磁性材料粉末
501、551、801‧‧‧發送側裝置
5011、5511、8011‧‧‧發送側控制電路基板
5012、5512、8012‧‧‧磁性薄片
5013、5513、8013‧‧‧黏著劑
5014、5514、8014‧‧‧基材
5015、5515‧‧‧發送線圈(狀天線)
502、552、802‧‧‧接收側裝置
5021、5521、8021‧‧‧接收側控制電路基板
5022、5522、8022‧‧‧磁性薄片
5023、5523、8023‧‧‧黏著劑
5024、5524、8024‧‧‧基材
5025、5525‧‧‧接收線圈(狀天線)
5516‧‧‧供電線圈(狀天線)
600、900‧‧‧天線薄片
601‧‧‧磁性薄片
602‧‧‧黏著劑
603‧‧‧基材
604‧‧‧線圈(狀天線)
605a、605b‧‧‧外部連接用端子
701‧‧‧控制電路基板
702a、702b‧‧‧連接端子
703a、703b‧‧‧焊料
8015‧‧‧共振天線
8025‧‧‧接收天線
8515‧‧‧供電天線
901a、901b‧‧‧天線部分
9011a、9011b、9011c‧‧‧電容器元件
9012a、9012b、9012c‧‧‧電容器元件
902‧‧‧基材
1001、1201a、1201b、1201c‧‧‧發送側裝置
1002a、1002b、1002c、1002d、1002e、1202a、1202b‧‧‧接收側裝置
第1圖是作為斜視圖來說明本發明之一實施形態之非接觸充電裝置的構成之說明圖。
第2A圖是說明本發明之一實施形態之非接觸充電裝置用天線薄片(接收側)的剖面構造之說明圖。
第2B圖是說明本發明之一實施形態之非接觸充電裝置用天線薄片(發送側)的剖面構造之說明圖。
第2C圖是說明本發明之另一實施形態之非接觸充電裝置用天線薄片(發送側)的剖面構造之說明圖。
第3圖是說明本發明之一實施形態之非接觸充電裝置用天線薄片的平面構造之說明圖。
第4圖是說明本發明之一實施形態之非接觸充電裝置用天線薄片(接收側)中所使用的磁性薄片的剖面構造之說明圖。
第5A圖是說明本發明之一實施形態之非接觸充電裝置 的外觀構成之說明圖。
第5B圖是說明本發明之另一實施形態之非接觸充電裝置的外觀構成之說明圖。
第6圖是說明本發明之另一實施形態之非接觸充電裝置用天線薄片的剖面構造之說明圖。
第7圖是說明本發明之另一實施形態之非接觸充電裝置的剖面構造之說明圖。
第8A圖是說明本發明之另一實施形態之非接觸充電裝置的外觀構成之說明圖。
第8B圖是說明本發明之另一實施形態之非接觸充電裝置的外觀構成之說明圖。
第9A圖是說明本發明之另一實施形態之非接觸充電裝置用天線薄片的平面構造之說明圖。
第9B圖是說明第9A圖之非接觸充電裝置用天線薄片的詳細構造之說明圖。
第10圖是說明磁性薄片相對於本發明之一實施形態之非接觸充電裝置用天線薄片(接收側)之附著位置與大小的變化例之說明圖。
第11圖是說明本發明之另一實施形態之非接觸充電裝置中廣範圍的薄片配置自由度之說明圖。
第12圖是說明使用一個或複數個本發明之發送側裝置之情況的例子之說明圖。
以下一邊參照圖式,一邊詳述用於實施本發明之非 接觸充電裝置用天線薄片、以及使用該薄片之充電裝置之形態。
第1圖表示本發明之一實施形態之非接觸充電裝置的構成斜視圖。非接觸充電裝置100,包含:供電薄片101、接收薄片101、共振薄片103,其中各薄片包含基材與線圈。亦即,作為一實施例,供電薄片101,在基材1011上形成有供電線圈1012;接收薄片102,在基材1021上形成有接收線圈1022;共振薄片103,在基材1031上形成有共振線圈1032。
以下,亦分別將供電薄片101、接收薄片102、共振薄片103稱為供電用天線薄片101、接收用天線薄片102、共振用天線薄片103。
又,亦分別將供電線圈1012、接收線圈1022、共振線圈1032稱為供電天線1012、接收天線1022、共振天線1032,或者是供電線圈狀天線1012、接收線圈狀天線1022、共振線圈狀天線1032。
第1圖之非接觸充電裝置中,各基材的材料,可使用聚醯亞胺或玻璃環氧。又,線圈狀天線的材料,可採用銅、鋁。進而,各線圈狀天線,可在基材上透過蝕刻來形成。
形成於基材上之各線圈狀天線,具有將從供電裝置(未圖示)供給而來之電力,從發送側傳送至接收側之任務。此外,第1圖中,作為一實施形態,供電線圈1012的阻抗Z為50Ω,接收線圈1022的電容量為C1,共振線圈1032的電容量為C2(可變)。C1及C2,根據充電裝置的設計而採用可變之值。此外,受線線圈1022的電阻值R1為50Ω。
第1圖之非接觸充電裝置中,供電線圈1012與共振線圈1032之間隔,被設計為0.5mm。傳送距離H,如後述般,即使帶有相當大之自由度仍可達成效率良好之充電。又,第1圖中雖未圖示,本發明之非接觸充電用天線薄片中,如後述般,可使用磁性薄片。
第2A圖表示本發明之一實施形態之非接觸充電裝置用天線薄片(接收側)的剖面構造。如第2A圖所示,非接觸充電裝置用天線薄片200,作為其構成構件,是由接收線圈(狀天線)201、基材202、磁性薄片204所構成。更詳細來說,天線薄片200,被構成為以黏著劑203將基材202黏著於磁性薄片204上,並藉由蝕刻等在基材202上形成接收線圈(狀天線)201。
此外,天線薄片200,亦可使用來作為發送側的天線薄片(留待第5A圖及其關聯說明後述)。
黏著劑203中,可使用乙酸乙烯酯或氯乙烯等熱可塑性樹脂,或是具有熱可塑性樹脂成分的溶劑。
對於磁性薄片204,可使用由扁平軟磁性材料粉末與樹脂所構成之磁性薄片。第4圖表示磁性薄片204的詳細構造。第4圖中,磁性薄片204,在基質樹脂2041中混合有扁平軟磁性材料粉末2042。對於磁性薄片204,可使用由扁平軟磁性材料粉末與樹脂所構成之各種磁性薄片,而作為一例,如申請人在別件申請之日本特開2009-59752號公報中所揭示,可使用含有以下要素之難燃化噪訊抑制薄片:(A)扁平軟磁性材料粉末1000重量份,(B)環氧樹脂10~30重量份, (C)環氧樹脂硬化劑1~60重量份,(D)硬化促進劑0.03~1.5重量份,(E)含環氧基之丙烯酸系共聚合體45~200重量份,其中含有甲基丙烯酸縮水甘油酯2~6重量份,且Tg(玻璃轉移溫度)在-10℃以上,重量平均分子量在80萬以上,(F)分散劑3~20重量份,(G)有機次磷酸鹽化合物30~70重量份,及(I)金屬氫氧化物50~90重量份。
第2B圖表示本發明之一實施形態之非接觸充電裝置用天線薄片(發送側)的剖面構造。如第2B圖所示,發送側之非接觸充電裝置用天線薄片250,作為其構成構件,是由共振線圈(狀天線)251、基材202、磁性薄片204所構成。更詳細來說,天線薄片250,被構成為以黏著劑203將基材202黏著於磁性薄片204上,並藉由蝕刻等在基材202上形成共振線圈(狀天線)251。又,供電線圈(狀天線)255,被埋設於黏著劑203中。
關於黏著劑203或磁性薄片204的材料,如前述段落所述。
第2C圖表示本發明之另一實施形態之非接觸充電裝置用天線薄片(發送側)的剖面構造。如第2C圖所示,發送側的非接觸充電裝置用天線薄片280,作為其構成構件,是由共振線圈(狀天線)251、基材282a、282b、磁性薄片204所構成。更詳細來說,天線薄片280,被構成為以黏著劑203將基材282b黏著於磁性薄片204上,並藉由蝕刻等在夾著空隙層283而設之基材282a上形成共振線圈(狀天線)251。又,供電線圈(狀天線)255,被埋設於黏著劑203中。
實際構裝上,在空隙層283中,充填有聚苯乙烯發泡體(保麗龍)。
此處,說明天線薄片250與天線薄片280在作用效果上的差異。根據發明者們的實驗,在共振線圈251中的共振頻率為6.78MHz的條件下,如天線薄片250這樣,供電線圈與共振線圈間的距離較近者的傳送效率較佳;而在共振線圈251中的共振頻率為13.56MHz的條件下,如天線薄片280這樣,在供電線圈255與共振線圈251之間(或者,基材282a與基材282b之間)設置空隙層(厚度5mm程度)者的傳送效率較佳。
第3圖表示本發明之一實施形態之非接觸充電裝置用天線薄片的平面構造。如第3圖所示,天線薄片200,是在基材202上藉由蝕刻等形成漩渦狀的天線201。在天線201是以薄膜蝕刻等方式形成於基材202上之情況下,天線201,會被形成在與基材202大略同一平面內,而可實現薄型的薄片。又,亦可將天線201形成為埋設於基材202中。又,第3圖中,線圈狀天線201在電性電路上所必要之電阻(R)或電容器(C),是藉由作為外部元件來連接而實現。
第5A圖表示本發明之一實施形態之非接觸充電裝置的外觀構成。如第5A圖所示,非接觸充電裝置500,是由發送側裝置501與接收側裝置502所構成。發送側裝置501,是將與第2A圖所示者相同之天線薄片,構裝於發送側控制電路基板5011上。又,接收側裝置502,也是將與第2A圖所示者相同之天線薄片,構裝於接收側控制電路基板5021上。
亦即,發送側裝置501,是將被構成為以黏著劑5013將基材5014黏著於磁性薄片5012上,並藉由蝕刻等在基材5014上形成發送線圈(狀天線)5015之天線薄片,構裝於發送側控制電路基板5011上。又,接收側裝置502,是將被構成為以黏著劑5023將基材5024黏著於磁性薄片5022上,並藉由蝕刻等在基材5024上形成接收線圈(狀天線)5025之天線薄片,構裝於接收側控制電路基板5021上。並且,第5A圖中,非接觸充電裝置500,被配置成使發送側裝置501與接收側裝置502各自的天線面彼此對向。又,發送側裝置501的天線的捲繞方向與接收側裝置502的天線的捲繞方向,相互成為相反方向。
第5B圖表示本發明之另一實施形態之非接觸充電裝置的外觀構成。如第5B圖所示,非接觸充電裝置550,是由發送側裝置551與接收側裝置552所構成。接收側裝置552,是將與第2A圖所示者相同之天線薄片,構裝於接收側控制電路基板5521上。亦即,接收側裝置552,是將被構成為以黏著劑5523將基材5524黏著於磁性薄片5522上,並藉由蝕刻等在基材5524上形成接收線圈(狀天線)5525之天線薄片,構裝於接收側控制電路基板5521上。
發送側裝置551,是將與第2B圖所示者相同之天線薄片,構裝於發送側控制電路基板5511上。亦即,發送側裝置551,是以黏著劑5513將基材5514黏著於磁性薄片5512上,並藉由蝕刻等在基材5514上形成發送線圈(狀天線)5515。此外,供電線圈(狀天線)5516,被埋設於黏著劑5513 內,在第5B圖中,從黏著劑5513的層中取出之供電線圈的兩端,連接至發送側控制電路基板5511。以上之天線薄片層,被構裝於發送側控制電路基板5511上。
並且,第5B圖中,非接觸充電裝置550,被配置成使發送側裝置551與接收側裝置552各自的天線面彼此對向。又,發送側裝置551的天線的捲繞方向與接收側裝置552的天線的捲繞方向,相互成為相反方向。
第6圖表示本發明之另一實施形態之非接觸充電裝置用天線薄片的剖面構造。天線薄片600的特徵在於,為了使線圈(狀天線)與控制電路基板之間的配線變得簡便且容易,而在由磁性薄片、黏著劑、基板所構成的層上進行開孔,並設置從線圈(狀天線)穿到層的下部之端子。
第6圖中,表示出外部連接用端子605a、605b從線圈(狀天線)604貫穿基材603,並從開設於磁性薄片601與黏著劑602之孔中突出的樣子。外部連接用端子605a、606b,使得要與設置於磁性薄片601下部之控制電路基板作電性連接變得簡便且容易。
第7圖表示本發明之另一實施形態之非接觸充電裝置的剖面構造。非接觸充電裝置700,是由控制電路基板701與連接於其上之天線薄片600所構成,如第7圖所示,控制電路基板701上的連接端子702a、702b,與天線薄片600的外部連接用端子605a、605b,是藉由焊料703a、703b來作電性連接。
第8A圖及第8B圖表示本發明之另一實施形態之非 接觸充電裝置的外觀構成。非接觸充電裝置800,是將與使用了第6圖所示之天線薄片600之非接觸充電裝置700相同的裝置,作為送接收側裝置801及802來應用之實施例。此外,為了圖示方便,第8A圖所示之發送側裝置801,省略供電天線之圖示,而以容易了解共振天線8015的配線之方式來圖示。另一方面,第8B圖所示之發送側裝置801,省略共振天線之圖示,而以容易了解供電天線8515的配線之方式來圖示。
第8B圖中,供電天線8515的兩端,經由焊料,將從開設於磁性薄片8012、黏著劑8013(以及若需要的話再加上基材8014)的層之孔突出之外部連接端子(第8B圖中未圖示),電性連接至發送側控制電路基板8011上的連接端子(第8B圖中未圖示)。
又,第8A圖及第8B圖中,接收側裝置802,在接收天線8025的兩端,經由焊料,將從開設於磁性薄片8022、黏著劑8023及基材8024的層之孔突出之外部連接端子(第8A圖、第8B圖中未圖示),電性連接至接收側控制電路基板8021上的連接端子(第8A圖、第8B圖中未圖示)。
第9A圖表示本發明之另一實施形態之非接觸充電裝置用天線薄片的平面構造。天線薄片900,是在基材902上藉由蝕刻等對天線901進行配線,而天線901是由天線部分901a與天線部分901b所構成,其中天線部分901a具有電容器元件9011a~9011c,天線部分901b具有電容器元件9012a~9012c(第9A圖中未圖示)。先前說明過,第3圖所示之天線薄片200,其對於電性電路上所必要之電阻(R)或電容器(C), 是藉由作為外部元件來連接而實現,然而天線901,因為天線部分901a、901b分別具有電容器元件,而不需要連接外部元件。
第9B圖更詳細地表示天線部分901a、901b的電容器元件部分的構造。第9B圖中,天線部分901a具有電容器元件9011a、9011b、9011c,天線部分901b具有電容器元件9012a、9012b、9012c。電容器元件9011a與電容器元件9012a作為容量元件來發揮功能,同樣地,電容器元件9011b與電容器元件9012b作為容量元件來發揮功能,且電容器元件9011c與電容器元件9012c作為容量元件來發揮功能。
第9A圖與第9B圖中,為了說明方便而記載3個電容器,但本發明並不限定於這種實施例,可根據需要而具備1個以上的任意數量個電容器元件。
又,第9A圖與第9B圖中所說明之電容器元件,可藉由使電容器元件與天線間之配線斷線而簡單地消除電容器功能,因此具有容易進行容量調整的優點。例如,可形成較多個電容器元件,然後一邊測量容量,一邊逐個使電容器元件斷線,直到得到所需要的容量為止,藉此簡便地調整容量。
第10圖表示磁性薄片相對於本發明之一實施形態之非接觸充電裝置用天線薄片(接收側)之附著位置與大小的變化例。第10圖(A),表示將線圈狀天線201捲繞多圈而配線在縱H橫W之基材202上的樣子。捲繞多圈天線201的結果,使寬度成為T。
如第2圖所示,磁性薄片,從第10圖來看是以黏著 劑而黏貼於基材202的下側,關於要以怎樣的大小及形狀來進行黏貼,有如第10圖(B)所示,以完全覆蓋線圈狀天線201的外周之方式來黏貼磁性薄片204a之樣式,以及如第10圖(C)所示,配合線圈狀天線201的形狀來黏貼中空環狀的磁性薄片204b之樣式。此時,中空環狀的磁性薄片204b的環寬被設計成與T相同,或者是比T稍微多一點(+α)。
第11圖表示本發明之另一實施形態之非接觸充電裝置中廣範圍的薄片配置自由度。本發明之非接觸充電裝置,具有在其發送側裝置與接收側裝置的配置關係上容許較大自由度之特徵。為了說明方便,第1圖、第5A圖、第5B圖第8A圖、第8B圖中,說明過將送接收裝置配置成使各自的天線面彼此對向,但本發明並不限定為這種形式。例如,即使如第11圖(A)所示,接收側裝置1002a相對於發送側裝置1001之傳送距離H比第1圖所示之H0更長,仍然可以效率良好地傳送電力。或者,即使如第11圖(B)所示,使接收側裝置1002b相對於發送側裝置1001斜向平行移動,或是如第11圖(C)所示,將接收側裝置1002c配置在相對於發送側裝置1001為從接收側裝置1002b的位置旋轉略90度,仍然可以效率良好地傳送電力。
進而,還有以下的重大優點:對於以各種距離與角度相對於發送側裝置1001來配置的複數個接收裝置(舉例來說,如第11圖(C)中的1002c、1002d及1002e),雖然電力會對應各自的距離與角度而被分配,但可同時將發送側的電力進行供給。
(共振條件等)
如以上所述,本發明之非接觸充電裝置用天線薄片及使用該薄片的充電裝置,可達成高度配置自由度的非接觸充電,而關於達成上述充電之共振條件等,詳述如下。
非接觸供電裝置的基本動作,一般而言,是在具有400kHz~20MHz之頻率環境之電磁場中,藉由發送側裝置的發送側共振器(具有規定之共振頻率f1)與接收側裝置的接收側共振器(具有規定之共振頻率f2)之間所發生的磁場耦合,以非接觸方式將發送側的送電裝置中所發生的電力,從發送裝置側供給至接收裝置側。
一般而言,送電裝置的構成,具備:送電側共振器、發信器、電力放大器、方向性耦合器、帶通濾波器(作為一例,如進行波用帶通濾波器、反射波用帶通濾波器等)、分配器(作為一例,如進行波用分配器、反射波用分配器)、運算器、低通濾波器、相位變化檢測器、振幅差檢測電路、平滑電容器、環狀線圈、可變電阻、控制部等,因為本發明中的送電裝置可使用已知的送電裝置,此處省略對送電裝置的詳細說明。
並且,發送側共振器中,當設共振頻率為f1、拾波線圈的電感為L1、共振電容器的電容量為C1時,會滿足下列(1)之關係。
又,接收側共振器中,當設共振頻率為f2、拾波線圈的電感為L2、共振電容器的電容量為C2時,會滿足下列(2) 之關係。
接收側裝置中藉由電磁感應而以非接觸方式從拾波線圈L2取出之電流,藉由控制部(未圖示)控制作為定電流,並根據需要經過阻抗轉換而將電力供給至負載。
基於上述基本原理,本發明中,將共振頻率設定成13.56MHz及6.78MHz的2種,並對發送側(共振)線圈的共振電容器C1及接收側線圈(準備類型1、類型2的2種)的共振電容器C2進行各種設定,來檢證可充分發明上述之本發明功效的條件。結果總結於下表1。
此外,接收側線圈(類型1),其外形為60mm×60mm,線圈粗L為1mm,且線圈線的間隔S為0.5mm。接收側線圈(類型2),其外形為30mm×40mm,線圈粗L為0.4mm,且線圈線的間隔S為0.2mm。線圈的捲繞數,是捲成相對於共振電容器的電容量,能夠分別得到滿足共振頻率之電感的捲繞數。
又,在檢證中,將各種類型的磁性薄片貼附於接收側天線薄片上,一併檢討能夠得到高電力效率的條件。
檢證的結果,若未使用磁性薄片,當共振頻率為13.56MHz時,在共振線圈的電容器容量C1為1~5Pf,且接收線圈的電容器容量於類型1、類型2中均為70~100pF的情況下,能夠得到良好的電力供給效率。
另一方面,當共振頻率為6.78MHz時,在共振線圈的電容器容量C1為8~20Pf,且接收線圈的電容器容量於類型1、類型2中均為70~120pF的情況下,能夠得到良好的電力供給效率。
又,若有使用磁性薄片,則對於基於第10圖說明過之薄片樣式(第10圖(B)、第10圖(C))兩者,均在磁性薄片的厚度為大略70μm的情況下能夠得到良好的電力供給效率。
進而,若將磁性薄片的厚度作成大略200μm,則可更強力地抑止在接收側的磁束漏洩,而能夠得到更高的電力供給效率。
此外,磁性薄片的厚度,可廣泛使用10~500μm程度的薄片。
此處,將描述磁性薄片的厚度與供電效率的關係。磁性薄片的厚度,在上述實驗的規則中,被認為在磁性薄片較厚的情況下能夠得到高電力供給效率。又,在磁性薄片較厚的情況下,可減輕漏洩磁束,而可期待減低對控制電路基板之不良影響的效果。
進而,將磁性薄片作成越厚,則對線圈的影響會越大,結果上具有使共振頻率減少之傾向,因此要提供應用了本發明之「磁性體一體化線圈」時,可從設計階段起便考慮磁性薄片的影響所造成之頻率偏移來設計線圈,故比起使用者要分別購入線圈與磁性薄片並組合起來的情況,具有在運用容易性上變得較容易的優點。
(使用複數個發送側裝置時的傳送效率)
本發明之發送側裝置,亦可使用複數個。第12圖(A),如上述使發送側裝置1201a與接收側裝置1202a隔著一定間隔而彼此對向。作為一例,在使用3個發送側裝置的情況下,如第12圖(B)所示,將發送側裝置1201a~1201c並排配置,並將接收側裝置1202b配置成隔著一定間隔而與發送側裝置1201b彼此對向。
第12圖(A)的配置、第12圖(B)的配置中,各自從發送側裝置到接收側裝置的傳送效率總結於下表。
如此,在使用複數個發送側裝置的情況下,接收側裝置可從全部發送側裝置同時接受到電力的供給,例如,在將多個發送側裝置以平面或是立體的方式來配置的情況下,可更加提高如第11圖所示之配置自由度。
又,以下附註發明者從實驗得到的條件等。當接收線圈的外徑=α時,接收側裝置與發送側裝置的距離較佳為0以上α以下,更佳為0以上0.75×α以下,最佳為0.25×α以上0.5×α以下。此處,所謂接收線圈的外徑α,在長方形的情況下,於長邊:短邊=1:1~2:1之比例之下,α=(最外邊的長邊的長度+最外邊的短邊的長度)/2。又,關於接收線圈的外徑α與發送線圈的外徑β的關係,會成立α>β/3,且α<β×3之關係。
550‧‧‧非接觸充電裝置
551‧‧‧發送側裝置
5511‧‧‧發送側控制電路基板
5512‧‧‧磁性薄片
5513‧‧‧黏著劑
5514‧‧‧基材
5515‧‧‧發送線圈(狀天線)
5516‧‧‧供電線圈(狀天線)
552‧‧‧接收側裝置
5521‧‧‧接收側控制電路基板
5522‧‧‧磁性薄片
5523‧‧‧黏著劑
5524‧‧‧基材
5525‧‧‧接收線圈(狀天線)

Claims (15)

  1. 一種非接觸型充電裝置用天線薄片,作為發送側裝置的發送側共振器或是接收側裝置的接收側共振器來使用,其特徵在於:在基材上形成有線圈狀的天線,且該天線作為當共振電容器的電容量為C時,以共振頻率f來共振之拾波線圈來發揮功能。
  2. 如請求項1所述之天線薄片,其中,前述共振頻率f為13.56MHz;前述發送側共振器的共振電容器的電容量為1~5pF,前述接收側共振器的共振電容器的電容量為70~100pF。
  3. 如請求項1所述之天線薄片,其中,前述共振頻率f為6.78MHz;前述發送側共振器的共振電容器的電容量為8~20pF,前述接收側共振器的共振電容器的電容量為70~120pF。
  4. 如請求項2或請求項3所述之天線薄片,其中,作為前述接收側共振器來使用之天線薄片的基材,具備磁性薄片層,該磁性薄片層被黏著劑貼附在所述基材之與所形成的天線相反的一側。
  5. 如請求項4所述之天線薄片,其中,前述磁性薄片,是以 覆蓋線圈狀的前述天線的外周之方式,被貼附於前述基材上。
  6. 如請求項4所述之天線薄片,其中,前述磁性薄片,是配合線圈狀的前述天線的形狀之中空環狀。
  7. 如請求項4~6中的任一項所述之天線薄片,其中,前述磁性薄片層的厚度為10~500μm。
  8. 如請求項4~7中的任一項所述之天線薄片,其中,具備外部連接用端子,該外部連接用端子貫穿前述基材,並且從開設於前述磁性薄片及黏著劑之孔中突出。
  9. 一種非接觸充電裝置,其具備:發送側天線薄片,其以黏著劑將第1基材黏著於第1磁性薄片上,並在前述第1基材上形成共振線圈,且在前述黏著劑中埋設供電線圈;接收側天線薄片,其以黏著劑將第2基材黏著於第2磁性薄片上,並在前述第2基材上形成接收線圈。
  10. 如請求項9所述之非接觸充電裝置,其中,前述共振線圈及接收線圈的共振頻率為13.56MHz;前述發送側天線薄片的共振電容器的電容量為1~5pF,前述接收側天線薄片的共振電容器的電容量為70~100pF。
  11. 如請求項9所述之非接觸充電裝置,其中,前述共振線圈及接收線圈的共振頻率為6.78MHz;前述發送側天線薄片的共振電容器的電容量為8~20pF,前述接收側天線薄片的共振電容器的電容量為70~120pF。
  12. 如請求項9~11中的任一項所述之非接觸充電裝置,其中,前述第2磁性薄片,是以覆蓋線圈狀的前述天線的外周之方式,被貼附於前述第2基材上。
  13. 如請求項9~11中的任一項所述之非接觸充電裝置,其中,前述第2磁性薄片,是配合線圈狀的前述天線的形狀之中空環狀。
  14. 如請求項10~13中的任一項所述之非接觸充電裝置,其中,前述第2磁性薄片層的厚度為10~500μm。
  15. 如請求項9~14中的任一項所述之非接觸充電裝置,其中具備外部連接用端子,該外部連接用端子從開設於前述第1磁性薄片及黏著劑之孔中突出。
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