WO2011111585A1

WO2011111585A1 - 無線電力伝送用磁気素子及び電力供給装置

Info

Publication number: WO2011111585A1
Application number: PCT/JP2011/054770
Authority: WO
Inventors: 畑中　武蔵; 満本上; 壮宗田中; 真弥井上
Original assignee: 日東電工株式会社
Priority date: 2010-03-09
Filing date: 2011-03-02
Publication date: 2011-09-15
Also published as: EP2546843A4; US9390849B2; DK2546843T3; CN102792401B; JP5364745B2; JP2011211176A; EP2546843B1; US20130002041A1; CN102792401A; KR20130014546A; EP2546843A1

Abstract

無線電力伝送用磁気素子１は、磁気結合方向に一致する断面において、導体部２と、導体部２に隣接された磁性体部３とが、磁気結合方向に対して直交方向に並列配置されており、導体部２及び磁性体部３の何れか一方が他方よりも磁気結合方向に突出された突出領域６１を有している。

Description

無線電力伝送用磁気素子及び電力供給装置

　本発明は、電磁誘導作用により非接触で電力を伝送する無線電力伝送用磁気素子及び電力供給装置に関する。

　近年、電動歯ブラシやコードレス電話のように、コードレスの給電により作動する機器が増えつつある。また、壁掛けテレビやパーソナルコンピュータについても、コードレスの給電により作動する機器が開発されつつある。従って、従来から、高い伝送効率で給電を行うことが可能な無線電力伝送用磁気素子や電力供給装置が開発及び提案されている。例えば特許文献１においては、磁性層の片面に、スパイラル型の平面コイルを埋設すると共に、平面コイルの中心部に磁性窓を配置し、磁性窓の少なくとも一部を磁性体で構成することによって、高い伝送効率と小型化とを実現可能にしたものが提案されている。

特開２００４－４７７００号公報

　しかしながら、大きな消費電力を含む各種の機器に対して電力を供給するためには、上記従来の構成以外においても、高い伝送効率による給電が要望されている。

　本発明は、上記の問題を鑑みてされたものであり、高い伝送効率による給電が可能な無線電力伝送用磁気素子及び電力供給装置を提供することを目的とする。

　本発明は、磁気結合により誘導起電力を引き起こす無線電力伝送用磁気素子であって、
　前記磁気結合方向に一致する断面において、交流電流が同一方向に流通する複数の導体部と、これら導体部間の１以上の隙間に設けられた磁性体部とが、前記磁気結合方向に対して直交方向に並列配置されており、前記導体部及び前記磁性体部の何れか一方が他方よりも前記磁気結合方向に突出された突出領域を有する。

　上記の構成によれば、突出領域が設けられていない場合と比較して、導体部周辺における磁気結合にとって無効な磁界を減少させると共に、全体的な磁界の広がりを抑制することが可能になり、結果として、磁束密度を高めることができる。また、導体部への交流電流の流通により生成された磁界が、他の導体部に対して錯交することにより誘導電流を発生させ、この誘導電流が抵抗として作用する現象を、突出領域における導体部間の隙間に設けられた磁性体部により抑制することができる。これにより、高い磁束密度と誘導電流による抵抗の低減とによって、磁気結合させる側と磁気結合される側との何れの側に用いられた場合でも、高い伝送効率による給電及び受電が可能になる。

　また、本発明における前記突出領域は、前記磁気結合方向の両側に配置されていてもよい。

　上記の構成によれば、磁気結合方向の他方側に配置された突出領域が並列配置された導体部の配列方向に設けられた磁性体と同一機能を発揮させることが可能になるため、一層高い伝送効率による給電及び受電が可能になる。

　また、本発明における前記突出領域は、前記導体部の配列方向の全体に配置されていてもよい。

　上記の構成によれば、突出領域が導体部の配列方向の全体に存在することによって、一層高い伝送効率による給電及び受電が可能になる。

　また、本発明における前記磁性体部は、軟磁性材料により形成されていてもよい。軟磁性材料は、金属系磁性材料であってもよい。金属系磁性材料は、アモルファス磁性材であってもよい。

　上記の構成によれば、突出領域による一層高い伝送効率による給電及び受電が可能になる。

　また、本発明の無線電力伝送用磁気素子は、長尺状の導体部と、前記導体部の長手方向に沿うように並列配置された長尺状の磁性体部と、前記導体部及び前記磁性体部の何れか一方の幅方向端部が他方の幅方向端部よりも突出された突出領域とを有する。

　上記の構成によれば、突出領域が設けられていない場合と比較して、導体部周辺における磁気結合にとって無効な磁界を減少させると共に、全体的な磁界の広がりを抑制することが可能になり、結果として、磁束密度を高めることができる。また、導体部への交流電流の流通により生成された磁界が、他の導体部に対して錯交することにより誘導電流を発生させ、この誘導電流が抵抗として作用する現象を、導体部に沿って並列配置された磁性体部により抑制することができる。これにより、高い磁束密度と誘導電流による抵抗の低減とによって、磁気結合させる側と磁気結合される側との何れの側に用いられた場合でも、高い伝送効率による給電及び受電が可能になる。

　また、本発明の無線電力伝送用磁気素子において、前記導体部と前記磁性体部とは、少なくとも一部が電気的絶縁状態で一体化するように接合されていてもよい。

　上記の構成によれば、導体部と磁性体部との少なくとも一部が接合により一体化されることによって、導体部及び磁性体部が振動や衝撃等の外力を受けた場合でも、導体部及び磁性体部の位置関係や突出領域の形態を初期状態に維持することができるため、初期の高い伝送効率を長期間に亘って維持することができる。また、導体部が発熱したときに、導体部の熱が一体的に接合された部位を介して磁性体部に効率的に移動するため、磁性体部において導体部の熱を効率良く放熱することができる。これにより、導体部と磁性体部とが離間されている場合よりも通電する電力量を増大することができる。この結果、導体部と磁性体部との少なくとも一部を一体化しただけの簡単な構成で、導体部の過熱を防止しつつ伝送量を高めることができる。さらに、導体部と磁性体部との一体化により取り扱いが容易になるため、各種機器への組み込み作業や保管が容易になる。

　また、本発明の無線電力伝送用磁気素子において、前記導体部は、電気的絶縁体からなる被膜を有し、前記磁性体部は、前記導体部と一体化するように前記皮膜に接合されていてもよい。即ち、前記導体部が電気的絶縁体からなる被膜を有し、該皮膜に前記磁性体部が接合されていてもよい。

　上記の構成によれば、絶縁皮膜が形成されたコイル等の一般的な部材を導体部に用いることができるため、容易に無線電力伝送用磁気素子を得ることができる。

　上記の構成によれば、熱伝導性に優れた磁性体部を容易に得ることができると共に、導体部と磁性体部とを容易に一体化することができる。

　また、本発明の電力供給装置は、上記の無線電力伝送用磁気素子を複数有し、これら無線電力伝送用磁気素子を同一平面上に位置するように配置している。

　上記の構成によれば、無線電力伝送用磁気素子の高さを最小厚みとするシート状やマット状、板状の電力供給装置を形成することができる。また、多数の無線電力伝送用磁気素子が平面的に配置されることによって、電力供給装置内の任意の場所において、同一条件で電力受信装置に給電することができる。

　本発明によると、高い伝送効率による給電が可能になる。

本発明の第１の実施形態に係る無線電力伝送用磁気素子及び電力供給装置の説明図である。磁場の状態を示す説明図である。磁場の状態を示す説明図である。磁場の状態を示す説明図である。無線電力伝送用磁気素子の断面図である。磁場の状態を示す説明図である。無線電力伝送用磁気素子の断面図である。磁場の状態を示す説明図である。本発明の第２の実施形態に係る無線電力伝送用磁気素子及び電力供給装置の説明図である。無線電力伝送用磁気素子の構成を示す説明図である。無線電力伝送用磁気素子の構成を示す説明図である。実施例１～３と比較例１・２の測定結果を示す説明図である。

（実施形態１）
　以下、本発明の好適な第１の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
（無線電力伝送用磁気素子１）
　図１に示すように、無線電力伝送用磁気素子１は、磁気結合により誘導起電力を引き起こすように構成されており、給電用及び受電用の何れにも用いることができる。給電用としては、送電電力が０．１Ｗ～５００Ｗ程度で送電距離が１ｍｍ～１０ｃｍの電力供給装置１０を例示することができる。例えば、無線電力伝送用磁気素子１は、壁掛け用薄型テレビ等の壁掛け型の機器に用いられる電力供給装置１０、パーソナルコンピュータやマウス等の載置型の機器に用いられる電力供給装置１０、体内に埋め込まれるペースメーカ等の小型医療機器に用いられる電力供給装置１０に適用可能である。尚、無線電力伝送用磁気素子１は、上記の送電電力及び送電距離を超えた電力供給装置１０、例えば、ロボットや電気自動車等の電力供給装置１０に適用することも可能である。

　一方、受電用としては、上記の電力供給装置１０に載置や接触される薄型テレビ等の壁掛け型の機器、パーソナルコンピュータやマウス等の載置型の機器、体内に埋め込まれるペースメーカ等の小型医療機器を例示することができる。さらに、無線電力伝送用磁気素子１は、ロボットや電気自動車等に適用することも可能である。

　上記の用途に用いられる無線電力伝送用磁気素子１は、磁気結合方向に一致する断面において、導体部２と、導体部２に隣接された磁性体部３とが、磁気結合方向に対して直交方向に並列配置されている。そして、無線電力伝送用磁気素子１は、導体部２及び磁性体部３の何れか一方が他方よりも磁気結合方向に突出された突出領域６１を有している。換言すれば、無線電力伝送用磁気素子１は、長尺状の導体部２と、導体部２の長手方向に沿うように並列配置された長尺状の磁性体部３と、導体部２及び磁性体部３の何れか一方の幅方向端部が他方の幅方向端部よりも突出された突出領域６１とを有している。

　ここで、『磁気結合方向』とは、例えば、同一サイズの無線電力伝送用磁気素子１の中心部同士が対向配置された場合のように、磁気結合させる側（給電側）と磁気結合される側（受電側）とを対向配置したときに最も強く磁気結合することによって、最も大きな誘導起電力を発生する位置関係となった場合における磁気結合させる側と磁気結合される側との中心部同士を結ぶ方向である。また、『直交方向』は、ほぼ直交するという程度である。

　上記のように構成された無線電力伝送用磁気素子１は、図２及び図３に示すように、導体部２及び磁性体部３の何れか一方が他方よりも磁気結合方向に突出された突出領域６１を有することによって、このような突出領域６１が設けられていない場合と比較して、導体部２周辺における磁気結合にとって無効な磁界を減少させると共に、全体的な磁界の広がりを抑制することが可能になっている。これにより、磁気結合時における磁束密度を高めることが可能になっている。さらに、無線電力伝送用磁気素子１は、磁気結合させる側と磁気結合される側との何れの側に用いられた場合でも、高い磁束密度により高い伝送効率による給電及び受電が可能になる。

　また、無線電力伝送用磁気素子１は、磁気結合方向に一致する断面において、複数の導体部２が並列配置された構成にされており、交流電流が同一方向に流通する複数の導体部２間の１以上の隙間に、磁性体部３が設けられている。尚、無線電力伝送用磁気素子１は、導体部２間の全ての隙間に磁性体部３が設けられ、導体部２と磁性体部３とが交互に配置されていることが好ましい。磁気結合方向に一致する断面において、複数の導体部２に交流電流が同一方向に流通する構成としては、長尺の導体部２及び磁性体部３が内周側から外周側にかけて巻回されていたり、複数の導体部２及び磁性体部３が中心点を一致した半径の異なる環状に形成されている構成が例示される。

　上記の構成の場合には、図４に示すように、導体部２への交流電流の流通により生成された磁界が、並列配置された他の導体部２に対して錯交することにより誘導電流を発生させ、この誘導電流が抵抗として作用する現象を、突出領域６１における導体部２間の隙間に設けられた磁性体部３により抑制することができる。これにより、高い磁束密度と誘導電流による抵抗の低減とによって、磁気結合させる側と磁気結合される側との何れの側に用いられた場合でも、高い伝送効率による給電及び受電が可能になる。

　詳細に説明すると、無線電力伝送用磁気素子１は、図１に示すように、導体集合部６を有している。導体集合部６は、平板形状の外形を有しており、受電側や給電側の機器に対向する磁気開放面となり得る表面６ａ及び裏面６ｂを有している。尚、導体集合部６は、任意の表面形状で形成することが可能である。例えば、導体集合部６は、上面視が三角形や四角形等の多角形の表面形状であってもよいし、楕円形状や円形状の表面形状であってもよい。

　導体集合部６は、長尺の導体部２と長尺の磁性体部３とを有している。これらの導体部２及び磁性体部３は、内周側から外周側にかけて一定間隔の隙間をあけて渦巻き状に形成されている。これにより、導体集合部６は、磁気結合方向に一致した縦断面（Ａ－Ａ’線矢視断面・Ｂ－Ｂ’線矢視断面）において、複数の導体部２と複数の磁性体部３とが磁気結合方向に対して直交方向に交互に並列配置された構成にされている。

　尚、導体集合部６の内周側には、磁性体からなる芯部が配置されていてもよい。この場合には、導体集合部６の内周側に磁場を集中させることができる。また、無線電力伝送用磁気素子１は、導体集合部６が外部に露出した形態であってもよいが、表面を保護するために、エポキシ樹脂やポリイミド樹脂等の絶縁樹脂、ガラス等の非磁性で且つ電気的絶縁体からなる保護材の被膜が導体集合部６の表面６ａや裏面６ｂに設けられていてもよい。

（磁性体部３）
　磁性体部３は、高透磁率の材料により形成されている。即ち、磁性体部３は、軟磁性材料により形成されていてもよい。軟磁性材料は、金属系磁性材料であってもよい。金属系磁性材料は、アモルファス磁性材であってもよい。具体的には、磁性体部３は、フェライト、センダスト、アモルファス（非晶質）、微細結晶を有する磁性材料等の磁性粉末を樹脂で固めたものを用いて形成されたり、或いは、急冷凝固法等によって得られた薄帯、絶縁フィルム上にスパッタや蒸着等の気相成長またはメッキにより成膜した磁性膜を用いて形成されている。また、アモルファスは、Ｃｏ系アモルファス、Ｆｅ系アモルファスが挙げられ、微細結晶を有する磁性材料は、３００オングストローム（０．０３μｍ）以下の微細結晶を有するＦｅ系磁性材料が挙げられる。また、気相成長またはメッキによる磁性膜としては、ＣｏＺｒＮｂ系、ＣｏＺｒＮｂＴａ系、ＦｅＢＮ系、ＣｏＦｅＢ－ＳｉＯ系、ＣｏＦｅＡｌＯ系、ＣｏＡｌＰｄＯ系、ＣｏＦｅＭｎ系、ＣｏＦｅＮ系、ＦｅＮｉ系等の軟磁性膜が挙げられる。

　磁性体部３は、磁気結合方向に一致する幅と、磁気結合方向に直交する方向（導体集合部６の半径方向）に一致する厚みとを有している。

（導体部２）
　導体部２は、長手方向の一端部と他端部とが図示しない一対の端子にそれぞれ接続されている。各端子は、無線電力伝送用磁気素子１が電力供給装置１０等の給電装置に適用される場合、電源装置８に接続される。電源装置８は、任意の周波数で交流電力を導体部２に供給可能にしている。一方、無線電力伝送用磁気素子１が受電装置に適用される場合には、各端子が整流装置に接続される。整流装置は、電磁誘導により形成された交流電力を直流電力に平滑化してバッテリを充電したり、駆動機器の作動に用いられる。

　導体部２は、Ｃｕ、Ａｌ等の金属材料で形成されていることが好ましい。導体部２は、気相成長やメッキ、エッチングにより形成することができる。導体部２は、磁気結合方向に一致する幅と、磁気結合方向に直交する方向（導体集合部６の半径方向）に一致する厚みとを有している。

　尚、上述の磁性体部３が、フェライト、アモルファス等の磁性材料の粉末を樹脂で固めたもの、即ち、磁性体部３が絶縁性を具備している場合は、磁性体部３と導体部２とを接触状態で配置してもよい。一方、アモルファスだけを固めたもののように磁性体部３が導電性を有している場合は、磁性体部３と導体部２の間に絶縁層を配置する必要がある。絶縁層は、ポリエチレンテレフタラート等の絶縁性樹脂、酸化物等の無機絶縁材料などが挙げられる。

（突出領域６１）
　無線電力伝送用磁気素子１は、磁性体部３の幅方向端部と導体部２の幅方向端部との何れか一方が他方よりも突出された突出領域６１を有している。突出領域６１は、導体集合部６の表面６ａの全部に設定されている。尚、突出領域６１は、導体集合部６の表面６ａ及び裏面６ｂの何れか一方に設定されていてもよいし、表面６ａ及び裏面６ｂの一部に設定されていてもよい。換言すれば、突出領域６１は、導体集合部６の表面６ａ及び裏面６ｂの少なくとも一方における少なくとも一部に設定されていればよい。

　突出領域６１は、磁性体部３の幅方向端部が導体部２の幅方向端部よりも突出されることによって、磁性体部３の表面と、突出した磁性体部３の側面とが外部に露出した状態にされていることが好ましい。即ち、突出領域６１は、磁性体部３の露出面積が増大されていることが好ましい。この場合には、磁性体部３が高透磁率の材料であることに加えて、大きな露出面積により磁界の影響を受け易くされていると共に、図４に示すように、隣接する導体部２・２間で磁界が錯交することによる誘導電流の発生に起因する磁界の発生効率の低下を防止することが可能になる。尚、突出領域６１は、導体部２の幅方向端部が磁性体部３の幅方向端部よりも突出されていてもよい。この場合においても、隣接する導体部２・２間の磁性体部３が、各導体部２・２における誘導電流の発生に起因する磁界の発生効率の低下を防止することが可能になる。

　磁性体部3又は導体部2の突出長は、磁性体部3の幅をDm、導体部2の幅をdとすると、Dm／dが0.2～3.0であることが好ましい。突出長が過小であると、磁界の発生効率の低下の防止という効果を発揮させ難くなるからであり、突出長が過大であると、突出部同士の接触等の機械的な問題が発生するからである。

（電力供給装置１０）
　上記のように構成された無線電力伝送用磁気素子１が給電用に適用された場合を説明する。無線電力伝送用磁気素子１は、図１に示すように、電力供給装置１０に備えられている。電力供給装置１０は、携帯電話やパーソナルコンピュータ等のコードレスの給電により作動する１以上の機器９を載置可能にシート状に形成されている。電力供給装置１０の全面には、多数の無線電力伝送用磁気素子１が配置されている。尚、無線電力伝送用磁気素子１は、エッチング処理や液状の材料を噴射する印刷処理により形成されている。

　無線電力伝送用磁気素子１は、マトリックス状の配置形態のように、均一な分布密度で平面的に配置されていることが好ましい。この場合には、電力供給装置１０の全体において均等に高い伝送効率で電力を供給することができる。また、電力供給装置１０は、無線電力伝送用磁気素子１の分布密度を変更した複数の載置領域を備えていてもよい。この場合には、機器９の載置場所により給電量を調整することが可能になる。例えば、機器９が調光可能な発光装置であれば、発光量を載置場所の変更で調整することができる。

　また、無線電力伝送用磁気素子１は、磁気的な放出面（磁気開放面）となる表面６ａが電力供給装置１０の上面（載置面）に一致する向きとなるように設定されている。尚、磁気開放面は、給電側や受電側の面を意味し、無線電力伝送用磁気素子１の表面６ａ及び裏面６ｂの少なくとも一方である。

　電力供給装置１０は、機器９に直接的に接触すると共に導体部２及び磁性体部３を固定及び保持する載置層１０１と、無線電力伝送用磁気素子１が形成された支持層１０３と、支持層１０３の下面に設けられた遮蔽層１０４と、遮蔽層１０４の下面に設けられた保護層１０５とを有している。載置層１０１、支持層１０３及び保護層１０５は、非磁性の合成樹脂等により形成されている。また、遮蔽層１０４は、導電材料及び磁性材料の少なくとも一方により形成されており、電力供給装置１０の下側（裏面側）からの磁場の漏洩を防止するようになっている。さらに、支持層１０３には、図示しないシート状の電源回路基板が設けられている。電源回路基板は、電源装置８からの高周波の交流電力を各無線電力伝送用磁気素子１に供給可能にしている。

（動作）
　上記の構成において、無線電力伝送用磁気素子１が組み込まれた電力供給装置１０に対して電源装置８が接続され、高周波の交流電流（交流電力）が供給されると、各無線電力伝送用磁気素子１が交番磁場を生成する。この際、図２に示すように、各無線電力伝送用磁気素子１は、磁気結合方向に一致する断面において、交流電流が同一方向に流通する複数の導体部２間の１以上の隙間に磁性体部３が設けられ、導体部２及び磁性体部３の何れか一方が他方よりも磁気結合方向に突出された突出領域６１を有している。従って、図３に示すように、各無線電力伝送用磁気素子１は、突出領域６１が設けられていない場合と比較して、導体部２周辺における磁気結合にとって無効な磁界を減少させると共に、全体的な磁界の広がりを抑制することが可能になる。この結果、各無線電力伝送用磁気素子１は、電力供給装置１０に載置された機器９に向かう磁束密度を高めることが可能になる。これにより、多数の無線電力伝送用磁気素子１を備えた電力供給装置１０は、機器９に対して高い伝送効率で電力を給電することができる。

　また、図４に示すように、各無線電力伝送用磁気素子１の内部においては、導体部２への交流電流の流通により生成された磁界が、隣接する他の導体部２に対して錯交することにより誘導電流を発生させる。ところが、誘導電流が抵抗として作用する現象は、突出領域６１における導体部２・２間の隙間に設けられた磁性体部３により抑制される。これにより、高い磁束密度と誘導電流による抵抗の低減とによって、高い伝送効率による給電が可能になる。

　このようにして全ての無線電力伝送用磁気素子１において、磁場が表面６ａである磁気開放面から放出されると、これらの無線電力伝送用磁気素子１を備えた電力供給装置１０は、交流電力の周波数に対応した周波数の交番磁場を面全体において出力する。従って、誘導起電力を利用して作動する機器９が電力供給装置１０に載置されると、図２に示すように、機器９に内蔵されたコイルが磁気結合して交番磁場と鎖交し、誘導起電力が発生する。そして、交流状態の電力が整流され、制御チップ等に供給される。尚、機器９は、無線電力伝送用磁気素子１を受電用として備えていてもよく、この場合には、一層高い効率で給電及び受電を行うことが可能になる。

（変形例）
　以上のように、本実施形態の無線電力伝送用磁気素子１は、図１及び図３に示すように、突出領域６１が導体集合部６の表面６ａに配置された構成について説明しているが、これに限定されるものではない。即ち、無線電力伝送用磁気素子１は、図５に示すように、突出領域６１が表面６ａと裏面６ｂとに配置されていてもよい。この場合には、図６に示すように、無線電力伝送用磁気素子１は、磁気結合方向における磁束密度を高めることが可能になる。

　また、図７に示すように、無線電力伝送用磁気素子１は、磁気開放面とは反対側となる裏面６ｂにだけ突出領域６１が配置されていてもよい。この場合においても、図８に示すように、無線電力伝送用磁気素子１は、磁気結合方向における磁束密度を高めることが可能になる。

　また、無線電力伝送用磁気素子１は、突出領域６１が導体集合部６の内周側にだけ配置されていてもよい。無線電力伝送用磁気素子１は、突出領域６１が導体集合部６の外周側にだけ配置されていてもよい。無線電力伝送用磁気素子１は、導体集合部６の内周側における磁性体部３の突出面積が最大となるように、内周側から外周側にかけて突出長が減少された突出領域６１を有していてもよい。さらに、導体部２・２間に複数の磁性体部３・３が隙間をあけて配置されていてもよいし、磁性体部３・３間に複数の導体部２が隙間をあけて配置されていてもよい。尚、無線電力伝送用磁気素子１は、上記の構成を任意に組み合わせたものでもよい。

（実施形態２）
　以下、本発明の好適な第２の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。尚、第１の実施形態と同一の部材には同一の符号を付記して、その説明を省略する。

（無線電力伝送用磁気素子２０１）
　図９に示すように、本実施形態に係る無線電力伝送用磁気素子２０１は、交流電流が流通する導体層２０２と、導体層２０２の長手方向に平行に配置された磁性体層２０３とを有した積層体２０４の巻回体２０６を備えていると共に、磁性体層２０３の幅方向端部が導体層２０２の幅方向端部よりも突出された突出領域２６１を有している。尚、突出領域２６１は、磁性体層２０３の幅方向端部及び導体層２０２の幅方向端部の何れか一方が他方よりも突出されていればよい。

　詳細に説明すると、無線電力伝送用磁気素子２０１は、巻回体２０６を有している。巻回体２０６は、円柱形状の外形を有しており、側周面２０６ａと、側周面２０６ａの両端に配置され、磁気開放面となり得る端面２０６ｂ・２０６ｂとを有している。尚、巻回体２０６は、任意の外形形状で形成することが可能であり、例えば、三角形や四角形等の端面２０６ｂを有した多角形の角柱形状等であってもよい。巻回体２０６は、薄帯状の積層体２０４が複数回数で巻回されることにより形成されている。これにより、巻回体２０６は、軸方向の縦断面（Ａ－Ａ’線矢視断面）において、複数の積層体２０４が半径方向に互いに平行に配置された構成にされている。

　積層体２０４は、円筒形状の巻芯部材２０７の外周面に巻回されている。巻芯部材２０７は、非磁性体及び磁性体の何れであってもよいが、巻芯部材２０７が配置された巻回体２０６の内周側に磁場を集中させることができる点で磁性体であることが好ましい。尚、積層体２０４は、巻芯部材２０７の存在しない中空状に巻回されていてもよい。また、巻回の形状は、円形、楕円形、長方形等の任意の巻形状であってよい。

　積層体２０４は、導体層２０２と磁性体層２０３とを有している。導体層２０２及び磁性体層２０３は、互いに平行に配置されている。具体的には、図１０に示すように、積層体２０４は、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ：Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ　Ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ）の保護シート４１１・４１２間に磁性体層２０３を介装した磁性シート４１と、ポリイミド（ＰＩ：ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ）製の基材４３１に導体層２０２が形成された導体シート４３とを有している。

　尚、無線電力伝送用磁気素子２０１は、巻回体２０６が外部に露出した形態であってもよいが、表面を保護するために、エポキシ樹脂やポリイミド樹脂等の絶縁樹脂、ガラス等の非磁性で且つ電気的絶縁体からなる保護材の被膜が巻回体２０６の側周面２０６ａや端面２０６ｂに設けられていてもよい。さらに、無線電力伝送用磁気素子２０１は、半径方向に隣接する磁性体層２０３・２０３同士の接触や変形を防止するため、これら磁性体層２０３・２０３間に保護材が充填されていてもよい。

（磁性体層２０３）
　磁性体層２０３は、第１の実施形態における磁性体部３と同様の材料により形成されている。磁性体層２０３は、巻回体２０６の巻方向（周方向）である長手方向に直交する幅と、巻回体２０６の半径方向に一致する厚みとを有した帯状に形成されている。磁性体層２０３の厚みは、１００μｍ以下が好ましい。磁気特性と言う点では１００μｍを超えても問題はないが、巻回することを考慮すると磁性体層の厚みは１００μｍ以下が好ましく、さらには５０μｍ以下が好ましい。また、磁性体層２０３の厚みの下限値は、０．１μｍ以上が好ましい。０．１μｍ未満では、磁性層が薄く充分な磁気特性が得られない恐れがあるからである。また、薄い磁性層を均一に作製するのは製造上の管理が煩雑になることから０．１μｍ以上が好ましい。このような磁性層の厚みを考慮すると、急冷凝固法により薄帯（リボン）を得ることのできるアモルファスが好ましい材料となる。特にＣｏ系アモルファスであれば磁気特性も良好である。

（導体層２０２）
　導体層２０２は、第１の実施形態における導体部２と同様の材料により形成されている。導体層２０２は、Ｃｕ、Ａｌ等の金属材料で形成されていることが好ましい。導体層２０２の形態は、薄帯状（リボン状）の他、気相成長やメッキ等の薄膜であってもよい。

（突出領域２６１）
　無線電力伝送用磁気素子２０１は、突出領域２６１を有している。突出領域２６１は、巻回体２０６の両端面２０６ｂ・２０６ｂの全部に設定されている。尚、突出領域２６１は、巻回体２０６の何れか一方の端面２０６ｂ・２０６ｂに設定されていてもよいし、端面２０６ｂの一部に設定されていてもよい。換言すれば、突出領域２６１は、巻回体２０６の少なくとも一方の端面２０６ｂ・２０６ｂの少なくとも一部に設定されていればよい。

（電力供給装置２１０）
　上記のように構成された無線電力伝送用磁気素子２０１は、図９に示すように、電力供給装置２１０に備えられている。電力供給装置２１０は、携帯電話やパーソナルコンピュータ等のコードレスの給電により作動する１以上の機器９を載置可能にシート状や平板状に形成されている。電力供給装置２１０の全面には、多数の無線電力伝送用磁気素子２０１が埋め込まれている。無線電力伝送用磁気素子２０１は、磁気的な放出面（磁気開放面）となる一方の端面２０６ｂが上面となるように設定されている。

　電力供給装置２１０は、機器９に直接的に接触する載置層１０１と、無線電力伝送用磁気素子２０１の側周面２０６ａを固定及び保持する保持層１０２と、無線電力伝送用磁気素子２０１の下面となる端面２０６ｂを支持する支持層１０３と、支持層１０３の下面に設けられた遮蔽層１０４と、磁性体層１０４の下面に設けられた保護層１０５とを有している。載置層１０１、保持層１０２、支持層１０３及び保護層１０５は、非磁性の合成樹脂等により形成されている。また、遮蔽層１０４は、導電材料及び磁性材料の少なくとも一方により形成されており、電力供給装置２１０の下側からの磁場の漏洩を防止するようになっている。さらに、遮蔽層１０４と支持層１０３との間には、各無線電力伝送用磁気素子２０１における導体層２０２の内周側と外周側とに接続された図示しないシート状の回路基板が設けられている。回路基板は、電源装置８からの高周波の交流電力を各無線電力伝送用磁気素子２０１に供給可能にしている。

　尚、上記した実施形態１（実施形態２）における無線電力伝送用磁気素子１（２０１）は、導体部２（導体層２０２）と磁性体部３（磁性体層２０３）との少なくとも一部が電気的絶縁状態で一体化するように接合されていてもよい。

　ここで、電気的絶縁状態は、導体部２（導体層２０２）及び磁性体部３（磁性体層２０３）間に絶縁物を介在することで実現することができる。絶縁物を介在させる方法としては、導体部２（導体層２０２）及び磁性体部３（磁性体層２０３）の少なくとも一方に絶縁材料からなる皮膜を蒸着処理やメッキ処理したものを接合する方法や、導体部２（導体層２０２）及び磁性体部３（磁性体層２０３）間に絶縁シートを挟み込む方法を挙げることができる。また、絶縁物及び磁性体部３（磁性体層２０３）は、熱伝導率が空気層の熱伝導率よりも高いことは勿論である。

　上記の構成によれば、導体部２（導体層２０２）と磁性体部３（磁性体層２０３）との少なくとも一部が一体化されることによって、導体部２（導体層２０２）及び磁性体部３（磁性体層２０３）が振動や衝撃等の外力を受けた場合でも、導体部２（導体層２０２）及び磁性体部３（磁性体層２０３）の位置関係や突出領域６１（２６１）の形態を初期状態に維持することができるため、初期の高い伝送効率を長期間に亘って維持することができる。

　また、導体部２（導体層２０２）が発熱したときに、導体部２（導体層２０２）の熱が一体的に接合された部位を介して磁性体部３（磁性体層２０３）に効率的に移動するため、磁性体部３（磁性体層２０３）において導体部２（導体層２０２）の熱を効率良く放熱することができる。これにより、導体部２（導体層２０２）と磁性体部３（磁性体層２０３）とが離間されている場合よりも、通電する電力量を増大することができる。この結果、導体部２（導体層２０２）と磁性体部３（磁性体層２０３）との少なくとも一部を一体化しただけの簡単な構成で、導体部２（導体層２０２）の過熱を防止しつつ伝送量を高めることができる。さらに、導体部２（導体層２０２）と磁性体部３（磁性体層２０３）との一体化により取り扱いが容易になるため、各種機器への組み込み作業や保管が容易になる。

　また、上記した実施形態１（実施形態２）における無線電力伝送用磁気素子１（２０１）は、導体部２（導体層２０２）が電気的絶縁体からなる被膜を有し、磁性体部３（磁性体層２０３）が導体部２（導体層２０２）と一体化するように皮膜に接合されていてもよい。即ち、導体部２（導体層２０２）が電気的絶縁体からなる被膜を有し、この皮膜に磁性体部３（磁性体層２０３）が接合されていてもよい。

　上記の構成によれば、絶縁皮膜が形成されたコイル等の一般的な部材を導体部２（導体層２０２）に用いることができるため、容易に無線電力伝送用磁気素子１（２０１）を得ることができる。また、上記した実施形態例における巻回した形状であるロール状コイルと同等の効果を得ることができる。

　以上の詳細な説明では、本発明をより容易に理解できるように、特徴的部分を中心に説明したが、本発明は、以上の詳細な説明に記載する実施形態に限定されず、その他の実施形態にも適用することができ、その適用範囲は可能な限り広く解釈されるべきである。また、本明細書において用いた用語及び語法は、本発明を的確に説明するために用いたものであり、本発明の解釈を制限するために用いたものではない。また、当業者であれば、本明細書に記載された発明の概念から、本発明の概念に含まれる他の構成、システム、方法等を推考することは容易であると思われる。従って、請求の範囲の記載は、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲で均等な構成を含むものであるとみなされるべきである。また、本発明の目的及び本発明の効果を充分に理解するために、すでに開示されている文献等を充分に参酌することが望まれる。

　突出領域２６１を備えた無線電力伝送用磁気素子２０１の伝送状態を実施例１～３として測定すると共に、突出領域２６１を備えない無線電力伝送用磁気素子の伝送状態を比較例１・２として測定した。

（実施例１）
　具体的には、図１０に示すように、５０μｍのポリエチレンテレフタラートからなる保護シート４１１・４１２間に、鉄を主成分としたアモルファス磁性合金製からなる１８μｍの磁性体層２０３が介装された磁性シート４１を準備した。また、２５μｍのポリイミド製の基材４３１に、３５μｍの銅箔からなる導体層２０２が形成された導体シート４３を準備した。

　次に、磁性シート４１を幅７ｍｍ×長さ３００ｍｍに切り出した。また、導体シート４３を幅５ｍｍ×長さ３００ｍｍに切り出した。磁性シート４１と導体シート４３との幅方向の一端を揃え、磁性シート４１の他端が導体シート４３から２ｍｍ出るように積層した。そして、両シート４１・４３を２０μｍの接着層で接合して積層体２０４とした。積層体２０４の基材４３１側に粘着剤を塗布することによって、２０μｍの粘着層４２を形成し、径１３ｍｍφのコルクからなる巻芯部材２０７に、６．５回の巻回数で巻き付けることによって、一方側に突出領域２６１が存在する巻回体２０６を形成した。巻回体２０６における導体層２０２の内周側端部と外周側端部とに信号線の一端をそれぞれ接続した。

　この後、２個の巻回体２０６・２０６を準備し、これらの巻回体２０６・２０６における磁性シート４１・４１の２ｍｍ出た部分同士が向い合うように、巻回体２０６・２０６を左右対称に配置した。即ち、突出領域２６１同士が対向するように巻回体２０６・２０６を配置した。この際、導体層２０２同士が対向する間隔は、５ｍｍの距離とした。また、巻回体２０６・２０６の軸芯が同芯となるように、巻回体２０６・２０６を保持した。この後、巻回体２０６・２０６に接続された信号線の他端をネットワークアナライザ（アジレント・テクノロジー株式会社製）の端子１及び端子２にそれぞれ接続し、３００ｋＨｚ、５００ｋＨｚ、及び１０００ｋＨｚの測定周波数でＳパラメータの挿入損失（Ｓ２１）を測定した。ここで、『Ｓ２１』は、端子１から信号を入力したときの端子２を通過する信号を表しており、デシベル表示され、数値が大きいほど伝送効率が高いことを表す。

（実施例２）
　実施例１と同一の２個の巻回体２０６・２０６を準備し、これらの巻回体２０６・２０６における一端を揃えた部分同士が向い合うように、巻回体２０６・２０６を左右対称に配置した。即ち、突出領域２６１同士が対向しないように巻回体２０６・２０６を配置した。この際、導体層２０２同士が対向する間隔は、５ｍｍの距離とした。そして、実施例１と同一の条件で、３００ｋＨｚ、５００ｋＨｚ、及び１０００ｋＨｚの測定周波数でＳパラメータの挿入損失（Ｓ２１）を測定した。

（実施例３）
　次に、実施例１と同一の磁性シート４１を幅９ｍｍ×長さ３００ｍｍに切り出した。また、実施例１と同一の導体シート４３を幅５ｍｍ×長さ３００ｍｍに切り出した。そして、磁性シート４１と導体シート４３との中心を揃え、磁性シート４１の両端が銅箔から２ｍｍ出るように積層することにより積層体２０４を形成した。積層体２０４を径１３ｍｍφのコルクからなる巻芯部材２０７に、６．５回の巻回数で巻き付けることによって、両側に突出領域２６１が存在する巻回体２０６を形成した。

　２個の巻回体２０６・２０６を準備し、これらの巻回体２０６・２０６における一端同士が向い合うように、巻回体２０６・２０６を左右対称に配置した。この際、導体層２０２同士が対向する間隔は、５ｍｍの距離とした。そして、実施例１と同一の条件で、３００ｋＨｚ、５００ｋＨｚ、及び１０００ｋＨｚの測定周波数でＳパラメータの挿入損失（Ｓ２１）を測定した。

（比較例１）
　次に、突出領域２６１が存在しない無線電力伝送用磁気素子１００を作成した。即ち、実施例１と同一の磁性シート４１及び導体シート４３を幅５ｍｍ×長さ３００ｍｍに切り出した。そして、磁性シート４１と導体シート４３との両端面が同一となるように積層することにより積層体２０４を形成した。積層体２０４を径１３ｍｍφのコルクからなる巻芯部材２０７に、６．５回の巻回数で巻き付けることにより巻回体２０６とした。２個の巻回体２０６・２０６における一端同士が向い合うように、巻回体２０６・２０６を左右対称に配置した。この際、導体層２０２同士が対向する間隔は、５ｍｍの距離とした。そして、実施例１と同一の条件で、３００ｋＨｚ、５００ｋＨｚ、及び１０００ｋＨｚの測定周波数でＳパラメータの挿入損失（Ｓ２１）を測定した。

（比較例２）
　次に、図１１に示すように、磁性体層２０３が存在しない無線電力伝送用磁気素子１００を作成した。即ち、実施例１の磁性シート４１の代わりに、同一厚みの保護シート４１１を用いた積層体２０４を形成した。積層体２０４を径１３ｍｍφのコルクからなる巻芯部材２０７に、６．５回の巻回数で巻き付けることにより巻回体２０６とした。２個の巻回体２０６・２０６における一端同士が向い合うように、巻回体２０６・２０６を左右対称に配置した。この際、巻回体２０６・２０６の間隔は、５ｍｍの距離とした。そして、実施例１と同一の条件で、３００ｋＨｚ、５００ｋＨｚ、及び１０００ｋＨｚの測定周波数でＳパラメータの挿入損失（Ｓ２１）を測定した。

（実施例１～３と比較例１・２の測定結果）
　上記のようにしてＳパラメータの挿入損失（Ｓ２１）を測定した結果を表１に示すと共に図１２に示す。

　上記の測定結果によれば、突出領域２６１の存在しない比較例１及び磁性体層２０３の存在しない比較例２に比べて、突出領域２６１の存在する実施例１～３の方が伝送効率が高いことが判明した。このことから、無線電力伝送用磁気素子２０１は、導体層２０２よりも磁性体層２０３が幅方向に突出された突出領域２６１を備えることによって、伝送効率が高まることが明らかになった。

　また、両側に突出領域２６１が存在する巻回体２０６を備えた実施例３が、一方側にだけ突出領域２６１が存在する巻回体２０６を備えた実施例１・２よりも伝送効率が高いことが判明した。さらに、突出領域２６１を対向させていない実施例２が、突出領域２６１を対向させている実施例１よりも、伝送効率が高いことが判明した。これにより、突出領域２６１が磁気開放面を含む両側に存在することが伝送効率を高める上で重要であると共に、突出領域２６１が磁気開放面側に配置されていなくても、伝送効率が高まることが明らかになった。

１　無線電力伝送用磁気素子
２　導体部
３　磁性体部
６　導体集合部
８　電源装置
９　機器
１０　電力供給装置
６１　突出領域
２０１　無線電力伝送用磁気素子
２０２　導体層
２０３　磁性体層
２０４　積層体

Claims

　磁気結合により誘導起電力を引き起こす無線電力伝送用磁気素子であって、
　前記磁気結合方向に一致する断面において、交流電流が同一方向に流通する複数の導体部と、これら導体部間の１以上の隙間に設けられた磁性体部とが、前記磁気結合方向に対して直交方向に並列配置されており、
　前記導体部及び前記磁性体部の何れか一方が他方よりも前記磁気結合方向に突出された突出領域を有することを特徴とする無線電力伝送用磁気素子。
　前記突出領域は、前記磁気結合方向の両側に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の無線電力伝送用磁気素子。
　前記突出領域は、前記導体部の配列方向の全体に配置されていることを特徴とする請求項２に記載の無線電力伝送用磁気素子。
　前記磁性体部は、軟磁性材料により形成されていることを特徴とする請求項３に記載の無線電力伝送用磁気素子。
　前記軟磁性材料は、金属系磁性材料であることを特徴とする請求項４に記載の無線電力伝送用磁気素子。
　前記金属系磁性材料は、アモルファス磁性材であることを特徴とする請求項５に記載の無線電力伝送用磁気素子。
　前記導体部と前記磁性体部とは、少なくとも一部が電気的絶縁状態で一体化するように接合されていることを特徴とする請求項４に記載の無線電力伝送用磁気素子。
　前記導体部が電気的絶縁体からなる被膜を有し、該皮膜に前記磁性体部が接合されていることを特徴とする請求項７に記載の無線電力伝送用磁気素子。
　前記突出領域は、前記導体部の配列方向の全体に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の無線電力伝送用磁気素子。
　前記磁性体部は、アモルファス磁性材により形成されていることを特徴とする請求項１に記載の無線電力伝送用磁気素子。
　前記導体部と前記磁性体部とは、電気的絶縁状態で一体化するように接合されていることを特徴とする請求項１に記載の無線電力伝送用磁気素子。
　長尺状の導体部と、
　前記導体部の長手方向に沿うように並列配置された長尺状の磁性体部と、
　前記導体部及び前記磁性体部の何れか一方の幅方向端部が他方の幅方向端部よりも突出された突出領域とを有することを特徴とする無線電力伝送用磁気素子。
　前記導体部と前記磁性体部とは、少なくとも一部が電気的絶縁状態で一体化するように接合されていることを特徴とする請求項１２に記載の無線電力伝送用磁気素子。
　前記導体部が電気的絶縁体からなる被膜を有し、該皮膜に前記磁性体部が接合されていることを特徴とする請求項１３に記載の無線電力伝送用磁気素子。
　請求項１乃至１４の何れか１項に記載の無線電力伝送用磁気素子を複数有し、これら無線電力伝送用磁気素子を同一平面上に位置するように配置したことを特徴とする電力供給装置。