WO2012073427A1 - 非接触充電モジュール及び非接触充電機器 - Google Patents

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wound
charging module
contact charging
planar coil
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健一郎 田畑
晃男 日高
徳次 西野
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パナソニック株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a non-contact charging module having a planar coil portion made of a spiral conductive wire and a magnetic sheet, and a non-contact charging device using the same.
  • a power transmission coil is arranged on the charger side
  • a power reception coil is arranged on the main device side
  • electromagnetic induction is generated between the two coils to transmit power from the charger side to the main device side. It has also been proposed to apply a mobile terminal device or the like as the main device.
  • the main device such as the portable terminal device and the charger are required to be thin and small.
  • a planar coil portion as a power transmission coil or a power reception coil and a magnetic sheet as in Patent Document 1.
  • a planar coil portion as a power transmission coil or a power reception coil and a magnetic sheet as in Patent Document 1.
  • a planar coil in order to reduce the increase in effective resistance in the high frequency region, as in Patent Document 2, in a planar coil, a plurality of conductive wires parallel to each other are arranged in a plane and wound in a spiral shape, There is one in which the ends are electrically connected by a coil lead-out portion.
  • An object of the present invention is to provide a non-contact charging module and a non-contact charging device capable of reducing the thickness of the non-contact charging module in a state in which the cross-sectional area of the planar coil portion is sufficiently secured and the power transmission efficiency is improved. It is to be.
  • the non-contact charging module of the present invention has a planar coil portion around which a plurality of conducting wires are wound and a coil surface of the planar coil portion, and is provided so as to face the coil surface of the planar coil portion.
  • a plurality of conductive wires connected to each other at both ends thereof, and the planar coil portion is wound with a first portion stacked in a plurality of stages, other than the first portion.
  • the second portion is wound with a number of steps smaller than the number of steps wound on the first portion, and the magnetic sheet is wound on the first portion that is wound on the plurality of steps of the planar coil portion.
  • An annular recess or slit that thins the magnetic sheet is provided in the facing portion, and the plurality of conducting wires are accommodated in the annular recess.
  • the non-contact charging module can be reduced in size and thickness in a state where the cross-sectional area of the planar coil portion is sufficiently secured and the power transmission efficiency is improved.
  • the conceptual diagram of the magnetic sheet of the non-contact charging module whose coil of the non-contact charging module which concerns on the said embodiment is a 1 step
  • the conceptual diagram of the magnetic sheet of the non-contact charging module whose coil of the non-contact charging module which concerns on the said embodiment is a 1 step
  • FIG. 1 is an assembly diagram of a contactless charging module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a conceptual diagram of the non-contact charging module according to the present embodiment, FIG. 2 (a) is a top view, FIG. 2 (b) is a cross-sectional view as seen from the A direction of FIG. 2 (c) and (d) are cross-sectional views seen from the B direction in FIG. 2 (a).
  • FIG. 3 is a conceptual diagram showing how to wind the coil of the non-contact charging module according to the present embodiment.
  • FIG. 4 is a conceptual diagram of the magnetic sheet of the non-contact charging module according to the present embodiment, FIG. 4 (a) is a top view, and FIG. 4 (b) is a cross section viewed from the A direction of FIG. 4 (a).
  • FIGS. 4 (c) and 4 (d) are cross-sectional views seen from the direction B of FIG. 4 (a).
  • FIG. 5 is a top view of the magnetic sheet of the contactless charging module according to
  • the contactless charging module 1 of the present invention includes a planar coil portion 2 in which a plurality of conductive wires are wound in a spiral shape, and a magnetic sheet 3 provided so as to face the surface of the coil 21 of the planar coil portion 2.
  • the plurality of conductive wires are connected to each other at both ends thereof, and the planar coil portion 2 is wound with a part thereof being stacked in a plurality of stages and the other part being wound in a single stage. It is a non-contact charging module.
  • the planar coil unit 2 includes a coil 21 in which a conductor is wound in a radial direction so as to draw a vortex on the surface, and terminals 22 and 23 provided at both ends of the coil 21. .
  • the coil 21 is obtained by winding two conductive wires in parallel on a plane, and a surface formed by the coil is called a coil surface. Further, since the two conductors are electrically connected by solder or the like at the terminals 22 and 23, the two conductors become one thick conductor. That is, the two conducting wires are planar and are wound around the same center, and one conducting wire is sandwiched between the other conducting wires in the radial direction.
  • the cross-sectional area of a conducting wire having a diameter of 0.25 mm can be obtained by preparing two conducting wires having a diameter of 0.18 mm. Therefore, if the diameter of one conducting wire is 0.25 mm, the thickness of one turn of the coil 21 is 0.25 mm, the radial width of the coil 21 is 0.25 mm, but the conducting wire 2 having a diameter of 0.18 mm. In the case of a book, the thickness of one turn of the coil 21 is 0.18 mm, and the width in the radial direction is 0.36 mm. In addition, the thickness direction is a stacking direction of the planar coil portion 2 and the magnetic sheet 3.
  • the coil 21 is overlapped in two stages in the thickness direction only in a part on the center side, and the remaining outer part is one stage. At this time, a part of the coil 21 on the center side is wound so as to overlap as shown in FIG. 3 (a) or FIG. 3 (b). As shown in FIG. 3 (a), the upper conductor and the lower conductor are wound so as to leave a space between each other, thereby reducing the stray capacitance between the upper conductor and the lower conductor, and the coil 21.
  • the AC resistance can be kept small.
  • the upper conductor and the lower conductor are wound so as to close each other, so that the thickness of the coil 21 can be suppressed.
  • the cross-sectional area is a circular conducting wire, but a conducting wire having a rectangular shape or the like may be used.
  • a gap is formed between adjacent conductors, so that the stray capacitance between the conductors is reduced, and the AC resistance of the coil 21 is reduced. Can do.
  • the coil 21 is wound in one stage rather than being wound in two stages in the thickness direction, and the alternating current resistance of the coil 21 is lowered, and the transmission efficiency can be increased. This is because when a conducting wire is wound in two stages, stray capacitance is generated between the upper conducting wire and the lower conducting wire. Therefore, it is better to wind as many portions as possible in one stage rather than winding the entire coil 21 in two stages. Moreover, it can reduce in thickness as the non-contact charge module 1 by winding in 1 step
  • the inner diameter x inside the coil 21 shown in FIG. 1 is 10 mm to 20 mm, and the outer diameter is about 30 mm. As the inner diameter x is smaller, the number of turns of the coil 21 can be increased in the contactless charging module 1 of the same size, and the L value can be improved.
  • the terminals 22 and 23 may be close to each other or may be disposed apart from each other, the contactless charging module 1 is easier to mount if they are disposed apart.
  • the magnetic sheet 3 is provided in order to improve the power transmission efficiency of the non-contact charging using the electromagnetic induction action.
  • the recess 33 may be a slit 34.
  • a Ni—Zn ferrite sheet, a Mn—Zn ferrite sheet, a Mg—Zn ferrite sheet, or the like can be used as the magnetic sheet 3.
  • the ferrite sheet can reduce the AC resistance of the coil 21 as compared with the amorphous metal magnetic sheet.
  • the center convex part 32 is not necessarily required.
  • the magnetic sheet 3 is approximately 33 mm ⁇ 33 mm.
  • the thicknesses of the flat portion 31, the convex portion 32, and the concave portion 33 are set so that d1 shown in FIG. 4B is 0.2 mm, d2 is 0.2 mm, and d3 is 0.4 mm.
  • the power transmission efficiency of the contactless charging module is improved. Therefore, the larger the height d1 of the convex portion 32 is, the higher the transmission efficiency of the contactless charging module 1 is.
  • the thickness of the non-contact charging module 1 increases by an amount corresponding to the convex portion 32 being made larger than the diameter of the conducting wire, the diameter of the conducting wire constituting the coil 21 is made substantially the same.
  • the diameter of the convex portion 32 is substantially the same as the inner diameter of the coil 21. That is, the center of the axis of the coil 21 and the center of the convex part 32 substantially coincide, and the coil 21 is wound around the convex part 32.
  • d2 is also substantially the same as the diameter of the conducting wire constituting the coil 21, and the concave portion 33 is formed only with a minimum depth. This is because the magnetic sheet 3 becomes thinner as the concave portion 33 becomes deeper, so that the transmission efficiency of the non-contact charging module 1 is lowered.
  • the concave portion 33 includes a circular portion 33 a formed so as to surround the convex portion 32 and a linear portion 33 b extending from the circular portion 33 a to the end of the magnetic sheet 3.
  • the width of the circular portion 33a is about 1 mm to 2 mm
  • the width of the straight portion 33b is about 0.4 mm to 1 mm (conducting wire diameter + about 0.1 mm).
  • the straight portion 33b is substantially perpendicular to the end portion of the magnetic sheet 3, and is formed so as to overlap the tangent line on the outer periphery of the circular portion.
  • the length of the straight portion 33b is about 15 mm to 20 mm.
  • the straight portion 33b may be formed at a portion where the end of the magnetic sheet 3 and the outer periphery of the circular portion 33a are closest to each other. Thereby, the formation area of the recessed part 33 can be suppressed to the minimum, and the transmission efficiency of the non-contact charge module 1 can be improved.
  • the length of the straight portion 33b is about 5 mm to 10 mm. In either arrangement, the inner end portion of the straight portion 33b is connected to the circular portion 33a. Moreover, you may make the linear part 33b other arrangement
  • all the turns in the radial direction of the coil 21 have a one-stage structure, or a part has a one-stage structure and the other part has a two-stage structure. It is possible to do. Accordingly, one of the terminals 22 and 23 can be pulled out from the outer periphery of the coil 21, but the other must be pulled out from the inside. Accordingly, the portion around which the coil 21 is wound and the portion from the end of winding of the coil 21 to the terminal 22 or 23 always overlap in the thickness direction. Therefore, the straight portion 33b may be provided in the overlapping portion.
  • the straight portion 33b may be a recess 33 as shown in FIG. 4C, or may be a slit 34 as shown in FIG. 4D. That is, if it is the recessed part 33, since a through-hole and a slit are not provided in the magnetic sheet 3, it can prevent that a magnetic flux leaks and can improve the electric power transmission efficiency of the non-contact charge module 1.
  • FIG. 4 (c) the recessed part 33 whose cross-sectional shape becomes a square shape, It may be circular arc shape or roundish.
  • d1, d2, the width of the circular portion 33a, and the like depend on the diameter of the conducting wire, and are not limited to the above values. Moreover, d1 and d2 do not necessarily need to be the same. This is because the coil may be wound in three or more stages in the circular portion 33a.
  • FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the thickness of the ferrite sheet and the L value of the coil 21 of the non-contact charging module according to the present embodiment.
  • the thickness of the ferrite sheet referred to here is the sum of d2 and d3 in FIG. 4B, and the protrusion 32 is not relevant. Therefore, in this embodiment, the thickness of the ferrite sheet is 0.6 mm.
  • the number of turns of the coil 21 is 30 turns, and the inner diameter of the coil 21 is 10 mm.
  • the L value of the coil 21 exceeds 34 ⁇ H at about 0.6 mm.
  • the WPC standard which is the standard for the non-contact charging module 1, can be satisfied.
  • the whole thickness of the non-contact charging module 1 will increase if it is 0.6 mm or more thick, it is set to 0.6 mm in this embodiment.
  • the optimum value when the thickness is 0.6 mm is because the above-described ferrite sheet is used. When an amorphous metal magnetic sheet is used, the value is different.
  • FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the inner diameter and the L value of the coil 21 of the contactless charging module in the embodiment of the present invention
  • FIG. 8 shows the number of turns of the coil 21 of the contactless charging module in the embodiment of the present invention. It is a figure which shows the relationship with L value.
  • the number of turns of the coil 21 is 30 turns
  • the inner diameter of the coil 21 is 10 mm.
  • the L value of the coil 21 As the L value of the coil 21 is higher, the transmission efficiency of the non-contact charging module 1 is improved. In order to satisfy the WPC standard described above, the L value needs to be about 30 ⁇ H. Therefore, as apparent from FIGS. 7 and 8, the coil 21 needs to have at least about 30 turns and the coil 21 has an inner diameter of at least about 10 mm. However, since the thickness and size of the non-contact charging module 1 are regulated by, for example, the size of the battery pack of the mobile phone on which the non-contact charging module 1 is mounted, it is necessary to reduce the size and thickness.
  • two conductors are electrically connected at the terminals 22 and 23 so that one conductor having a large diameter is obtained, and the thinning is realized while ensuring the same cross-sectional area of the conductor.
  • the width of the coil 21 in the radial direction is larger than that of one conductor by using two conductors, only a part of the innermost part has a two-stage structure. Thereby, even if it is the magnetic sheet 3 of a limited magnitude
  • the area of the recess 33 can be minimized by setting the two-stage structure to the inside, the power transmission efficiency of the non-contact charging module 1 can be maintained.
  • the two-stage structure as an inner side and as many portions of the coil 21 as possible as a single-stage structure, the AC resistance can be suppressed low and the L value can be increased.
  • an annular recess 33 for thinning the magnetic sheet 3 in a portion of the magnetic sheet that faces the portion of the planar coil portion 2 that is wound on the plurality of steps of the planar coil portion 2 a plurality of steps of the coil are provided. It is possible to offset the difference in thickness between the portion overlapped with the one-step portion and the one-step portion, thereby further reducing the thickness.
  • convex portions 31 a may be formed at the four corners of the magnetic sheet 3 in the region where the coil 21 on the flat portion 31 is not disposed. That is, nothing is placed on the magnetic sheet 3 at the four corners of the magnetic sheet 3 and outside the outer periphery of the coil 2 on the flat portion 31. Therefore, by forming the convex portion 31a there, the thickness of the magnetic sheet 3 can be increased, and the power transmission efficiency of the non-contact charging module can be improved.
  • the thickness of the convex portion 31a is preferably as thick as possible, but for the purpose of thinning, the thickness of the conductive wire is made substantially the same as that of the central convex portion 32.
  • the coil 21 is not limited to being annularly wound, and may be wound in a square shape or a polygonal shape.
  • the inner side has a three-stage structure
  • the outer side has a two-stage structure
  • the inner side is wound in multiple stages
  • the outer side is wound with a number of stages smaller than the number of stages wound on the inner side. An effect can be obtained.
  • the convex portion 32, the concave portion 33, and the slit 34 when the circular portion 33a is not provided will be described in detail. 9 to 11, it is assumed that the coil 21 is formed by winding one conductive wire, but the present embodiment is not limited to this.
  • FIG. 9 is a conceptual diagram of a non-contact charging module having a one-stage coil structure according to the present embodiment, where (a) is a top view and (b) is a cross-sectional view as viewed from the direction A in FIG. 9 (a). (C) And (d) is sectional drawing seen from the B direction of Fig.9 (a).
  • FIG. 10 is a conceptual diagram of a magnetic sheet of a non-contact charging module having a one-stage coil structure in this embodiment, where (a) is a top view and (b) is a cross section viewed from the direction A in FIG. 10 (a).
  • FIGS. 10C and 10D are cross-sectional views seen from the direction B in FIG. FIG.
  • FIG. 11 is a conceptual diagram of a magnetic sheet of a non-contact charging module having a one-stage coil structure in this example, where (a) is a top view and (b) is viewed from the A direction in FIG. 11 (a). It is sectional drawing. 9 to 11 are not provided with the circular portion 33a, and the coil 21 is also formed of a single copper wire.
  • the coil 21 has a one-stage structure as much as possible. In that case, all the turns in the radial direction of the coil have a one-stage structure, or one part has a one-stage structure and the other part has a two-stage structure. It can be considered. Therefore, one of the terminals 22 and 23 can be pulled out from the outer periphery of the coil 21, but the other must be pulled out from the inside. Accordingly, the portion around which the coil 21 is wound and the portion from the end of winding of the coil 21 to the terminal 22 or 23 always overlap in the thickness direction.
  • the concave portion 33 or the slit 34 is provided linearly in the overlapping portion.
  • FIG. 10 is a straight line extending in the shortest distance from the winding start point or the winding end point of the coil surface to the end of the magnetic sheet 3, which is parallel to the circumference of the inner circumference of the coil 21 surface.
  • a recess 33 or a slit 34 is provided.
  • the terminal 23 can be formed on the magnetic sheet 3 without bending the conducting wire.
  • the straight portion 33b is perpendicular to the tangent to the circumference of the inner circumference of the coil 21 surface as shown in FIG. It can also be formed as a recess 33 extending at the shortest distance to the end of the magnetic sheet 3.
  • FIG. 11A discloses only the recess 33, it may be formed by a slit 34 as disclosed in FIG. 10D. Thereby, the formation area of the recessed part 33 or the slit 34 can be suppressed to the minimum, and the transmission efficiency of the non-contact charging module 1 can be improved. That is, by providing the concave portion 33 or the slit 34, a part of the magnetic sheet 3 is missing or thinned.
  • the length of the straight portion 33b is about 5 mm to 10 mm.
  • the concave portion 33 extends from the tangent line on the outer periphery of the convex portion 32 and extends to the end portion of the magnetic sheet 3 so that the length thereof is the shortest distance, and thus is parallel to the end portion of the magnetic sheet 3. This is because the magnetic sheet 3 is square or rectangular.
  • the recess 33 has a rectangular shape when viewed from above, but is not limited thereto. In other words, it is more preferable that the inner end is rounded or polygonal so that the conductor can be easily inserted.
  • the magnetic sheet 3 of this example is square.
  • the shape of the magnetic sheet 3 is not limited to a square, and various shapes such as a circle and a polygon can be considered. Therefore, for example, the shape of the magnetic sheet 3 is polygonal, and the concave portion 33 or the slit 34 is perpendicular to the side against which one end of the concave portion 33 or the slit 34 abuts. The area of 33 or the slit 34 can be minimized.
  • the shape of the magnetic sheet 3 is square, parallel to one pair of opposing end sides of the magnetic sheet 3 and perpendicular to the other pair of opposing end sides, In the rectangular magnetic sheet that is easy to use, the area of the recess 33 or the slit 34 can be minimized.
  • the non-contact power transmission device includes a charger including a power transmission coil and a magnetic sheet, and a main device including a power receiving coil and a magnetic sheet.
  • the main device is an electronic device such as a mobile phone.
  • the circuit on the charger side includes a rectifying / smoothing circuit unit, a voltage conversion circuit unit, an oscillation circuit unit, a display circuit unit, a control circuit unit, and the power transmission coil.
  • the circuit on the main device side includes the power receiving coil, a rectifier circuit unit, a control circuit unit, and a load L mainly composed of a secondary battery.
  • the power transmission from the charger to the main device is performed using an electromagnetic induction action between the power transmission coil of the charger on the primary side and the power receiving coil of the main device on the secondary side.
  • the non-contact charging device includes the non-contact charging module described above, the non-contact charging device in a state where the cross-sectional area of the planar coil portion is sufficiently secured to improve the power transmission efficiency. Can be reduced in size and thickness.
  • the contactless charging module of the present invention can be reduced in size and thickness in a state in which the cross-sectional area of the planar coil portion is sufficiently secured and the power transmission efficiency is improved. It is useful for electronic devices that are portable, and is useful as a non-contact charging module for various electronic devices such as portable terminals such as mobile phones, portable audios, portable computers, digital cameras, and video cameras.

Abstract

　平面コイル部の断面積を十分に確保して電力伝送効率を向上させた状態で、非接触充電モジュールを薄型化することができる非接触充電モジュール及び非接触充電機器を提供すること。非接触充電モジュールは、複数の導線が渦巻き状に巻回された平面コイル部（２）と、平面コイル部２のコイル（２１）の面に対向するように設けられた磁性シートとを備え、複数の導線は、お互いにその両端でそれぞれ接続しており、平面コイル部（２）は、一部を複数段に重ねて巻回しており、他の一部を一段で巻回した。

Description

非接触充電モジュール及び非接触充電機器
　本発明は、渦巻状の導線からなる平面コイル部と磁性シートとを有する非接触充電モジュール、及びこれを用いた非接触充電機器に関する。
　近年、本体機器を充電器で非接触充電することのできるものが多く利用されている。これは、充電器側に送電用コイル、本体機器側に受電用コイルを配し、両コイル間に電磁誘導を生じさせることにより充電器側から本体機器側に電力を伝送するものである。そして、上記本体機器として携帯端末機器等を適用することも提案されている。
　この携帯端末機器等の本体機器や充電器は、薄型化や小型化が要望されるものである。この要望に応えるため、特許文献１のように、送電用コイルや受電用コイルとしての平面コイル部と、磁性シートとを備えることが考えられる。また、高周波領域での実効抵抗の増大を低減するために、特許文献２のように、平面コイルにおいて、互いに並行な複数本の導電線を平面状に並べて渦巻状に巻回し、各導電線の端部同士がコイル引出し部で電気的に接続されるようにしたものがある。
特開２００６－４２５１９号公報 特開２０１０－１６２３５号公報
　しかしながら、特許文献１記載の装置のように単線の平面コイル部と全面が平面状の磁性シートとを備えた非接触充電モジュールでは、必要な平面コイル部の導線の断面積を確保するために導線の直径が大きくなり、その分だけ薄型化を妨げている。これは、コイルの断面積が小さくなるとコイルの交流抵抗ＡＣＲが大きくなってしまい、非接触充電モジュールの伝送効率が低下してしまうからである。従って、一般的にコイルは少なくとも約０．２５ｍｍ程度の直径が必要となり、磁性シートと合わせると厚みが非常に大きくなってしまう。
　また、特許文献２に記載された構成の非接触充電モジュールにおいても平面コイル部の断面積を十分確保しているとは言えず、そのために電力伝送効率を向上させた状態で、小型化及び薄型化を実現することはできなかった。
　本発明の目的は、平面コイル部の断面積を十分に確保して電力伝送効率を向上させた状態で、非接触充電モジュールを薄型化することができる非接触充電モジュール及び非接触充電機器を提供することである。
　本発明の非接触充電モジュールは、複数の導線が巻回された平面コイル部と、前記平面コイル部のコイル面を載置し、前記平面コイル部のコイル面に対向するように設けられた磁性シートと、を備え、前記複数の導線は、お互いにその両端でそれぞれ接続しており、前記平面コイル部は、第１の部分を複数段に重ねて巻回しており、前記第１の部分以外の第２の部分を前記第１の部分で巻回した段数よりも少ない段数で巻回し、前記磁性シートは、前記平面コイル部の複数段に重ねて巻回されている前記第１の部分に対向する部分に、前記磁性シートを薄くするような環状の凹部またはスリットを備え、前記環状の凹部の内部に前記複数の導線を収納する構成を採る。
　本発明によれば、平面コイル部の断面積を十分に確保して電力伝送効率を向上させた状態で、非接触充電モジュールを小型化及び薄型化することができる。
本発明の実施の形態に係る非接触充電モジュールの組立図 上記実施の形態に係る非接触充電モジュールの概念図 上記実施の形態に係る非接触充電モジュールのコイルの巻き方を示す概念図 上記実施の形態に係る非接触充電モジュールの磁性シートの概念図 上記実施の形態に係る非接触充電モジュールの磁性シートの上面図 上記実施の形態に係る非接触充電モジュールのフェライトシートの厚みとコイルのＬ値との関係を示す図 上記実施の形態に係る非接触充電モジュールのコイルの内径とＬ値との関係を示す図 上記実施の形態に係る非接触充電モジュールのコイルのターン数とＬ値との関係を示す図 上記実施の形態に係る非接触充電モジュールのコイルが１段構造の非接触充電モジュールの概念図 上記実施の形態に係る非接触充電モジュールのコイルが１段構造の非接触充電モジュールの磁性シートの概念図 上記実施の形態に係る非接触充電モジュールのコイルが１段構造の非接触充電モジュールの磁性シートの概念図
　（実施の形態）
　以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
　図１は、本発明の実施の形態に係る非接触充電モジュールの組立図である。図２は、本実施の形態に係る非接触充電モジュールの概念図であり、図２（ａ）は上面図、図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ方向から見た断面図、図２（ｃ）及び（ｄ）は図２（ａ）のＢ方向から見た断面図である。図３は、本実施の形態に係る非接触充電モジュールのコイルの巻き方を示す概念図である。図４は、本実施の形態に係る非接触充電モジュールの磁性シートの概念図であり、図４（ａ）は上面図、図４（ｂ）は図４（ａ）のＡ方向から見た断面図、図４（ｃ）及び（ｄ）は図４（ａ）のＢ方向から見た断面図である。図５は、本実施の形態に係る非接触充電モジュールの磁性シートの上面図である。
　本願発明の非接触充電モジュール１は、複数の導線が渦巻き状に巻回された平面コイル部２と、平面コイル部２のコイル２１の面に対向するように設けられた磁性シート３とを備え、複数の導線は、お互いにその両端でそれぞれ接続しており、平面コイル部２は、一部を複数段に重ねて巻回しており、他の一部を一段で巻回したことを特徴とする非接触充電モジュールである。
　図１、２に示すとおり、平面コイル部２は、面上で渦を描くように径方向に向けて導電体を巻いたコイル２１と、コイル２１の両端に設けられた端子２２、２３を備える。コイル２１は２本の導線を平面上で平行に巻きまわしたものであり、コイルによって形成された面をコイル面と呼ぶ。また、端子２２、２３部分において２本の導線が半田などによって電気的に接続されているので、２本の導線が１本の太い導線のようになる。すなわち、２本の導線は平面状で同一の中心を軸に巻きまわされており、半径方向において一方の導線が他方の導線に挟まれるようになる。このように２本の導線を端子２２、２３部分で電気的に接合して１本の導線のように機能させることによって、同じ断面積であっても厚みを抑えることができる。すなわち、例えば、直径が０．２５ｍｍの導線の断面積を、直径が０．１８ｍｍの導線を２本準備することによって得ることができる。従って、直径が０．２５ｍｍの導線１本であると、コイル２１の１ターンの厚みは０．２５ｍｍ、コイル２１の半径方向の幅は０．２５ｍｍであるが、直径が０．１８ｍｍの導線２本であると、コイル２１の１ターンの厚みは０．１８ｍｍ、半径方向の幅は０．３６ｍｍとなる。なお、厚み方向とは、平面コイル部２と磁性シート３との積層方向である。
　また、コイル２１は中心側の一部分のみ、厚さ方向に２段に重なっており、残りの外側の部分は１段である。このとき、コイル２１の中心側の一部分は図３（ａ）または図３（ｂ）のように重なるように巻回される。図３（ａ）のように上段の導線と下段の導線どうしがお互いに空間を空けるように巻回されることによって、上段の導線と下段の導線との間の浮遊容量が小さくなり、コイル２１の交流抵抗を小さく抑えることができる。
　また、図３（ｂ）のように上段の導線と下段の導線どうしがお互いに空間を詰めるように巻回されることによって、コイル２１の厚みを抑えることができる。
　また、図３のように本実施例においては、断面積が円形状の導線としているが、方形形状などの導線でも良い。ただし、断面積が方形状の導線と比較して円形状の導線とでは、隣り合う導線どうしの間に隙間が生じるため、導線間の浮遊容量が小さくなり、コイル２１の交流抵抗を小さく抑えることができる。
　また、コイル２１は厚さ方向に２段で巻回するよりも１段で巻回した方がコイル２１の交流抵抗が低くなり、伝送効率を高くすることができる。これは、２段で導線を巻回すると、上段の導線と下段の導線との間に浮遊容量が発生するためである。従って、コイル２１は全体を２段で巻回するよりも、なるべく多くの部分を１段によって巻回した方が良い。また、１段で巻回することによって、非接触充電モジュール１として薄型化することができる。なお、コイル２１の交流抵抗が低いことでコイル２１における損失を防ぎ、Ｌ値を向上させることによって、Ｌ値に依存する非接触充電モジュール１の電力伝送効率を向上させることができる。
　また、本実施例においては、図１に示すコイル２１の内側の内径ｘは１０ｍｍ～２０ｍｍであり、外径は約３０ｍｍである。内径ｘが小さいほど、同じ大きさの非接触充電モジュール１においてコイル２１のターン数を増やすことができ、Ｌ値を向上させることができる。
　なお、端子２２、２３はお互いに近接してもよく、離れて配置されてもよいが、離れて配置された方が非接触充電モジュール１を実装しやすい。
　磁性シート３は電磁誘導作用を利用した非接触充電の電力伝送効率を向上させるために設けたものであって、図４に示す通り、平坦部３１と、中心の凸部３２と、凹部３３とを備える。凹部３３はスリット３４であっても良い。また、本実施例においては、磁性シート３としてＮｉ－Ｚｎ系のフェライトシート、Ｍｎ－Ｚｎ系のフェライトシート、Ｍｇ－Ｚｎ系のフェライトシートなどを使うことができる。フェライトシートは、アモルファス金属の磁性シートに比較してコイル２１の交流抵抗を低下させることができる。なお、中心の凸部３２は必ずしも必要ではない。
　本実施例において磁性シート３は約３３ｍｍ×３３ｍｍである。図４（ｂ）に示すｄ１は０．２ｍｍ、ｄ２は０．２ｍｍ、ｄ３は０．４ｍｍとなるように、平坦部３１、凸部３２、凹部３３それぞれの厚みを設定している。磁性シート３が厚いほど非接触充電モジュールとしては電力伝送効率が向上するので、凸部３２の高さｄ１は大きければ大きいほど非接触充電モジュール１の伝送効率を向上させる。しかしながら、凸部３２を導線の直径よりも大きくした分だけ非接触充電モジュール１としての厚みが増加してしまうため、コイル２１を構成する導線の直径とほぼ同一にしている。また、凸部３２の径は、コイル２１の内径とほぼ同一である。すなわち、コイル２１の軸の中心と凸部３２の中心はほぼ一致し、コイル２１が凸部３２を中心に巻回されているようになる。また、ｄ２もコイル２１を構成する導線の直径とほぼ同一とし、最低限の深さでしか凹部３３を形成しない。これは、凹部３３が深くなるほど磁性シート３が薄くなるため、非接触充電モジュール１の伝送効率を下げてしまうからである。
　凹部３３は、凸部３２の周りを囲むように形成された円形部３３ａと、円形部３３ａから磁性シート３の端部までのびる直線部３３ｂとを備える。円形部３３ａの幅は約１ｍｍ～２ｍｍであり、直線部３３ｂの幅は０．４ｍｍ～１ｍｍ程度（導線の径＋約０．１ｍｍ）である。直線部３３ｂは磁性シート３の端部とほぼ垂直であり、円形部の外周の接線と重なるように形成される。このように直線部３３ｂを形成することによって、導線を折り曲げることなく端子２２、２３を形成することができる。なお、この場合、直線部３３ｂの長さは約１５ｍｍ～２０ｍｍである。また、直線部３３ｂは、図５に示すように磁性シート３の端部と円形部３３ａの外周が最も近づく部分に形成しても良い。これによって、凹部３３の形成面積を最低限に抑えることができ、非接触充電モジュール１の伝送効率を向上させることができる。なお、この場合、直線部３３ｂの長さは約５ｍｍ～１０ｍｍである。どちらの配置であっても、直線部３３ｂの内側端部は円形部３３ａに接続している。また、直線部３３ｂは、他の配置にしてもよい。すなわち、コイル２１はなるべく１段構造であることが望ましく、その場合、コイル２１の半径方向のすべてのターンを１段構造とするか、一部を１段構造として他の部分を２段構造とすることが考えられる。従って、端子２２、２３のうち一方はコイル２１外周から引き出すことができるが、他方は内側から引き出さなくてはならない。従って、コイル２１が巻回されている部分と、コイル２１の巻き終わりから端子２２または２３までの部分とが、必ず厚さ方向において重なってしまう。従って、その重なる部分に直線部３３ｂを設ければよい。
　また、直線部３３ｂは図４（ｃ）に示すように凹部３３であっても良いし、図４（ｄ）に示すようにスリット３４であっても良い。すなわち、凹部３３であれば磁性シート３に貫通孔やスリットを設けないので磁束が漏れることを防ぎ、非接触充電モジュール１の電力伝送効率を向上させることができる。対して、スリット３４の場合は、磁性シート３の形成が容易となる。凹部３３である場合、図４（ｃ）に示すように断面形状が方形状となるような凹部３３に限定されず、円弧状であったり、丸みを帯びてもよい。
　なお、前述したｄ１、ｄ２、円形部３３ａの幅などは、導線の直径に依存するため、上記の値に限定されるものではない。また、ｄ１とｄ２は必ずしも同一である必要もない。なぜならば、円形部３３ａの部分ではコイルが３段以上に巻かれることもあるからである。
　図６は、本実施の形態に係る非接触充電モジュールのフェライトシートの厚みとコイル２１のＬ値との関係を示す図である。ここで言うフェライトシートの厚みとは、図４（ｂ）におけるｄ２とｄ３を合わせたものを言い、凸部３２は関係ない。従って、本実施例においてはフェライトシートの厚みは０．６ｍｍである。また、このとき、コイル２１の巻き数は３０ターン、コイル２１の内径は１０ｍｍである。図６に示すとおり、約０．６ｍｍ程度においてコイル２１のＬ値が３４μＨを越える。これによって初めて、非接触充電モジュール１の規格であるＷＰＣ規格を満足させることができる。また、０．６ｍｍ以上厚くすると非接触充電モジュール１の全体の厚みが増してしまうため、本実施例では０．６ｍｍとしている。なお、厚みが０．６ｍｍで最適値であるのは上記のフェライトシートであるからであって、アモルファス金属の磁性シートを使用した場合は別の値となる。
　次に、コイル２１の内径とＬ値との関係、及びコイル２１のターン数とＬ値との関係について説明する。図７は、本発明の実施例における非接触充電モジュールのコイル２１の内径とＬ値との関係を示す図、図８は、本発明の実施例における非接触充電モジュールのコイル２１のターン数とＬ値との関係を示す図である。なお、図７においてコイル２１の巻き数は３０ターンであり、図８においてコイル２１の内径は１０ｍｍである。
　コイル２１のＬ値が高いほど非接触充電モジュール１の伝送効率は向上し、前述したＷＰＣ規格を満足させるためにも、Ｌ値は３０μＨ程度必要となる。従って、図７、図８から明らかなとおり、コイル２１の巻き数は少なくとも約３０ターン、コイル２１の内径は少なくとも約１０ｍｍが必要である。しかしながら、非接触充電モジュール１の厚み、大きさは非接触充電モジュール１を搭載する例えば携帯電話の電池パックの大きさなどに規制されるため、小型化、薄型化が必要となる。
　従って、本願発明は、２本の導線を端子２２、２３部分において電気的に接続することで直径の大きな導線１本のようにし、同程度の導線の断面積を確保した上で薄型化を実現する。また、２本の導線とすることで、コイル２１の半径方向における幅が１本の導線分よりも大きくなってしまうため、最も内側の部分を一部だけ２段構造とする。これによって、限られた大きさの磁性シート３であっても、コイル２１の巻き数を十分に確保することができる。また、２段構造とするのを内側とすることによって、凹部３３の面積を最小限に抑えることができるので、非接触充電モジュール１の電力伝送効率を保つことができる。また、２段構造とするのを内側としてコイル２１のうちなるべく多くの部分を１段構造とすることで、交流抵抗を低く抑え、Ｌ値を高くすることができる。また、磁性シートの、平面コイル部２の複数段に重ねて巻回されている部分に対向する部分に、磁性シート３を薄くするような環状の凹部３３を設けたことによって、コイルの複数段に重ねられた部分と一段の部分との厚みの違いを相殺し、より薄型化させることができる。
　また、図５に示すように磁性シート３の四隅であって、平坦部３１上のコイル２１が配置されていない領域に凸部３１ａを形成しても良い。すなわち、磁性シート３の四隅であって平坦部３１上のコイル２の外周よりも外側は、磁性シート３の上に何も載せられていない。従って、そこに凸部３１ａを形成することによって磁性シート３の厚みを増加させ、非接触充電モジュールの電力伝送効率を向上させることができる。凸部３１ａの厚みは厚ければ厚いほうが良いが、薄型化のため、中央の凸部３２と同様導線の厚みとほぼ同一とする。
　また、コイル２１は環状に巻回されることに限定されず、方形状や多角形状に巻回される場合もある。更に、内側を３段構造とし、外側を２段構造とするように、内側を複数段に重ねて巻回し、外側を内側で巻回した段数よりも少ない段数で巻回することでも、本願の効果を得ることができる。
　次に、別の実施の形態である、円形部３３ａが設けられない場合の凸部３２、凹部３３、スリット３４について詳細に説明する。図９～１１では、コイル２１は１本の導線を巻回して形成されていることを前提としているが、本実施の形態はそれに限定されるものではない。
　図９は、本実施の形態におけるコイルが１段構造の非接触充電モジュールの概念図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は図９（ａ）のＡ方向から見た断面図、（ｃ）及び（ｄ）は図９（ａ）のＢ方向から見た断面図である。図１０は、本実施例におけるコイルが１段構造の非接触充電モジュールの磁性シートの概念図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は図１０（ａ）のＡ方向から見た断面図、（ｃ）及び（ｄ）は図１０（ａ）のＢ方向から見た断面図である。図１１は、本実施例におけるコイルが１段構造の非接触充電モジュールの磁性シートの概念図であって、（ａ）は上面図、（ｂ）は図１１（ａ）のＡ方向から見た断面図である。なお、図９から図１１には円形部３３ａを設けておらず、コイル２１も単線の銅線によって形成している。
　前述したとおり、コイル２１はなるべく１段構造であることが望ましく、その場合、コイルの半径方向のすべてのターンを１段構造とするか、一部を１段構造として他の部分を２段構造とすることが考えられる。従って、端子２２、２３のうち一方はコイル２１の外周から引き出すことができるが、他方は内側から引き出さなくてはならない。従って、コイル２１が巻回されている部分と、コイル２１の巻き終わりから端子２２または２３までの部分とが、必ず厚さ方向において重なってしまう。
　従って、本願発明はその重なる部分において直線状に凹部３３またはスリット３４を設ける。特に、図１０は、コイル２１面の内周円の円周の接線に平行であって、コイル面の巻き始めもしくは巻き終わりの点から磁性シート３の端部にまで最短距離で伸びる直線状の凹部３３またはスリット３４を設ける。
　このように図１０のような直線部３３ｂを形成することによって、磁性シート３上で導線を折り曲げることなく端子２３を形成することができる。
　また、直線部３３ｂは、図１１（ａ）に示すように磁性シート３に、コイル２１面の内周円の円周の接線に垂直であって、コイル面の巻き始めもしくは巻き終わりの点から磁性シート３の端部にまで最短距離で伸びる凹部３３のように形成することもできる。また、図１１（ａ）は凹部３３のみ開示しているが、図１０（ｄ）に開示されているようにスリット３４で形成してもよい。これによって、凹部３３あるいはスリット３４の形成面積を最低限に抑えることができ、非接触充電モジュール１の伝送効率を向上させることができる。すなわち、凹部３３またはスリット３４を設けることで、磁性シート３の一部分が欠落、または薄くなってしまう。従って、凹部３３またはスリット３４から磁束が漏れ、非接触充電モジュールの電力伝送効率が多少であるが低下する恐れがある。従って、凹部３３またはスリット３４の形成面積を最低限に抑えることで磁束の漏れを最小限に抑えて非接触充電装置の電力伝送効率を維持したまま、薄型化を達成することができる。なお、この場合、直線部３３ｂの長さは約５ｍｍ～１０ｍｍである。なお、図１１においては、凹部３３は凸部３２の外周の接線から伸びて、磁性シート３の端部まで、その長さが最短距離となるように設けるため、磁性シート３の端部と平行な形状であるが、これは磁性シート３が正方形もしくは長方形のためである。
　以上から、円形部３３ａがない場合も同様の直線部３３ｂを形成するが、円形部３３ａがない分だけ凹部３３を延ばすと良い。また、図１１（ａ）では凹部３３は上面から見て長方形形状となっているが、それに限られるものではない。すなわち、導線を入れやすいように内側端部に丸みを持たせたり、多角形にするとなお良い。
　また、図１０及び図１１どちらも、方形の磁性シート３の一方の一対の対向する端部の辺に平行であり、他方の一対の対向する端部の辺には垂直である。これは、本実施例の磁性シート３が方形であるからである。しかしながら、磁性シート３の形状は方形に限定されず、円形、多角形など様々な形状が考えられる。従って、例えば磁性シート３の形状は多角形であり、凹部３３またはスリット３４は、凹部３３またはスリット３４の一端が突き当たる辺に対して垂直であることによって、利用しやすい多角形の磁性シートにおいて凹部３３またはスリット３４の面積を最小限に抑えることができる。特に、磁性シート３の形状は方形であり、磁性シート３の一方の一対の対向する端部の辺に平行であり、他方の一対の対向する端部の辺には垂直であることによって、最も利用しやすい方形形状の磁性シートにおいて凹部３３またはスリット３４の面積を最小限に抑えることができる。
　次に、本発明の非接触充電モジュール１を備えた非接触充電機器について説明する。非接触電力伝送機器は、送電用コイルおよび磁性シートを備える充電器と、受電用コイルおよび磁性シートを備える本体機器とから成るものであり、本体機器が携帯電話などの電子機器となっている。充電器側の回路は、整流平滑回路部と、電圧変換回路部と、発振回路部と、表示回路部と、制御回路部と、上記送電用コイルとで構成されている。また本体機器側の回路は、上記受電用コイルと、整流回路部と、制御回路部と、主として二次電池から成る負荷Ｌとで構成されている。
　この充電器から本体機器への電力伝送は、１次側である充電器の送電用コイルと、２次側である本体機器の受電用コイルとの間の電磁誘導作用を利用して行われる。
　本実施の形態に係る非接触充電機器は、上記で説明した非接触充電モジュールを備えるため、平面コイル部の断面積を十分に確保して電力伝送効率を向上させた状態で、非接触充電機器を小型化及び薄型化することができる。
　２０１０年１２月１日出願の特願２０１０－２６７９８５及び２０１０年１２月１日出願の特願２０１０－２６７９８６の日本出願に含まれる明細書、図面及び要約書の開示内容は、すべて本願に援用される。
　本発明の非接触充電モジュールによれば、平面コイル部の断面積を十分に確保して電力伝送効率を向上させた状態で、非接触充電モジュールを小型化及び薄型化することができるため、特にポータブルである電子機器に有用であり、携帯電話、ポータブルオーディオ、携帯用のコンピュータなどの携帯端末、デジタルカメラ、ビデオカメラなどの携帯機器などの様々な電子機器の非接触充電モジュールとして有用である。
１　非接触充電モジュール
２　平面コイル部
２１　コイル
２２、２３　　端子
３　磁性シート
３１　平坦部
３２　凸部
３３　凹部
３４　スリット
 

Claims (9)

  1. 　複数の導線が巻回された平面コイル部と、
    　前記平面コイル部のコイル面を載置し、前記平面コイル部のコイル面に対向するように設けられた磁性シートと、を備え、
    　前記複数の導線は、お互いにその両端でそれぞれ接続しており、
    　前記平面コイル部は、第１の部分を複数段に重ねて巻回しており、前記第１の部分以外の第２の部分を前記第１の部分で巻回した段数よりも少ない段数で巻回し、
    　前記磁性シートは、前記平面コイル部の複数段に重ねて巻回されている前記第１の部分に対向する部分に、前記磁性シートを薄くするような環状の凹部またはスリットを備え、前記環状の凹部の内部に前記複数の導線を収納する、非接触充電モジュール。
  2. 　前記第１の部分は前記平面コイル部の内側部であり、前記第２の部分は前記平面コイル部の残りの外側部である、請求項１記載の非接触充電モジュール。
  3. 　前記平面コイル部の前記第２の部分で巻回される段数は一段である、請求項１記載の非接触充電モジュール。
  4. 　前記平面コイル部は、その内側を複数段に重ねて巻回しており、残りの外側を一段で巻回した、請求項２記載の非接触充電モジュール。
  5. 　前記平面コイル部の複数段に重ねて巻回した部分は、一段で巻回した部分よりも面積が小さい、請求項３記載の非接触充電モジュール。
  6. 　前記平面コイル部の内側部は二段に重ねて巻回されており、上段の導線と下段の導線どうしがお互いに空間を空けるように巻回される、請求項３記載の非接触充電モジュール。
  7. 　前記平面コイル部の内側部は二段に重ねて巻回されており、上段の導線と下段の導線どうしがお互いに空間を詰めるように巻回される、請求項３記載の非接触充電モジュール。
  8. 　請求項１記載の非接触充電モジュールを備える非接触充電機器。
  9. 　請求項１記載の非接触充電モジュールを備える携帯端末。
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