WO2012101730A1

WO2012101730A1 - 非接触充電モジュール及びこれを用いた受信側及び送信側非接触充電機器

Info

Publication number: WO2012101730A1
Application number: PCT/JP2011/007347
Authority: WO
Inventors: 健一郎田畑; 徳次西野; 晃男日高
Original assignee: パナソニック株式会社
Priority date: 2011-01-26
Filing date: 2011-12-28
Publication date: 2012-08-02
Also published as: US20140062393A1; EP2620961A1; US20120187904A1; US8547058B2; EP2620961A4; US8928278B2; KR101198880B1; CN203366973U; KR20120086669A

Abstract

　相手側非接触充電モジュールとの位置合わせに際し、相手側非接触充電モジュールに備えられたマグネットを利用する場合とマグネットを利用しない場合とがある非接触充電モジュールにおいて、非接触充電モジュールに設けられたコイルのＬ値を変化させないで使用できる非接触充電モジュール。この非接触充電モジュールは、導線が巻回された平面コイル部と、平面コイル部のコイル面を載置し、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、磁性シートには、平面コイル部の中空部に対応する位置内部に穴部を設けたことを特徴とする。

Description

非接触充電モジュール及びこれを用いた受信側及び送信側非接触充電機器

　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受信側及び送信側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、充電器側に送信側非接触充電モジュール、本体機器側に受信側非接触充電モジュールを配し、両モジュー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、送信側非接触充電モジュールや受信側非接触充電モジュー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。

特開２００６－４２５１９号公報

　この種の非接触充電モジュールは、１次側非接触充電モジュール（送信側非接触充電モジュール）の位置と２次側非接触充電モジュール（受信側非接触充電モジュール）の位置を正確に合わせる必要がある。これは、電力伝送のための電磁誘導を効率的に行うためである。

　１次側非接触充電モジュール（送信側非接触充電モジュール）と２次側非接触充電モジュール（受信側非接触充電モジュール）を正確に位置合わせする方法の１つとして、マグネットを利用する方法がある。これは、一方の非接触充電モジュールに備えられたマグネットにより他方の非接触充電モジュールが位置合わせされるものである。これは、１次側非接触充電モジュールもしくは２次側非接触充電モジュールの少なくとも一方にマグネットを搭載することで、お互いのマグネットもしくは一方のマグネットと他方の磁性シートとが引き付けあって位置合わせを行う方法である。

　また、１次側非接触充電モジュールと２次側非接触充電モジュールを正確に位置合わせする他の方法として、マグネットを利用しないで位置合わせをする方法がある。

　例えば、１次側非接触充電モジュールを搭載した充電器の充電面に凸部を形成し、２次側非接触充電モジュールを搭載した電子機器に凹部を形成し、凸部を凹部にはめ込むといった、物理的（形状的）に強制的な位置合わせを行う方法である。また、１次側非接触充電モジュールが２次側非接触充電モジュールのコイルの位置を検出することで、１次側非接触充電モジュールのコイルを自動的に２次側非接触充電モジュールのコイルの位置まで移動させる方法である。また充電器に多数のコイルを備えることで、携帯機器が充電器の充電面のどこにおいても充電可能とする方法である。

　しかしながら、１次側非接触充電モジュールと２次側非接触充電モジュールの位置合わせにマグネットを使用する場合と使用しない場合とでは、それぞれの非接触充電モジュールに設けられたコイルのＬ値が大きく変化する。電力伝送のための電磁誘導は、それぞれの非接触充電モジュールに設けられたコイルのＬ値を利用して、その共振周波数が決定される。

　そのため、１次側非接触充電モジュールと２次側非接触充電モジュールの位置合わせにマグネットを使用する場合と使用しない場合とでは、非接触充電モジュールを共用しにくいという問題があった。

　そこで、本発明は、上記の問題に鑑み、１次側非接触充電モジュールと２次側非接触充電モジュールの位置合わせに際し、他方の非接触充電モジュールに備えられたマグネットを使用する場合と使用しない場合のいずれの場合であっても、非接触充電モジュールに設けられたコイルのＬ値の変化を抑え、マグネットを使用する場合と使用しない場合のいずれの場合でも使用できる非接触充電モジュールを提供することを目的とする。また、これを用いた受信側及び送信側非接触充電機器を提供することを目的とする。

　上記課題を解決するために本発明は、相手側非接触充電モジュールとの位置合わせに際し、相手側非接触充電モジュールに備えられたマグネットを利用する場合と、マグネットを利用しない場合と、がある非接触充電モジュールにおいて、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、前記磁性シートには、前記平面コイル部の中空部に対応する位置内部に穴部を設けたものである。

　本発明によれば、１次側非接触充電モジュールと２次側非接触充電モジュールの位置合わせに際し、他方の非接触充電モジュール（１次側非接触充電モジュールあるいは２次側非接触充電モジュール）に備えられたマグネットを使用する場合と使用しない場合のいずれの場合であっても、非接触充電モジュールに設けられたコイルのＬ値を変化させないので、マグネットを使用する場合と使用しない場合のいずれの場合にも良好な位置合わせおよび電力伝送を行うことができる非接触充電モジュールを得ることができる。

本発明の実施の形態における非接触電力伝送機器を示すブロック図本発明の実施の形態における非接触充電器の構成を示す図本発明の実施の形態における１次側に利用された非接触充電モジュールを示す図本発明の実施の形態における１次側に利用された非接触充電モジュールを示す詳細図本発明の実施の形態における携帯端末機器の構成を示す図本発明の実施の形態における２次側に利用された非接触充電モジュールを示す図本発明の実施の形態における２次側に利用された非接触充電モジュールを示す詳細図本発明の実施の形態における非接触充電モジュールの磁性シートの概念図本実施の形態の他方の非接触充電モジュールにおいて位置合わせにマグネットを備える場合と備えない場合における非接触充電モジュールのコイルのＬ値と中心部の厚みの関係を示す図本発明によるコイルを矩形及び円形に巻回した非接触充電モジュールの上面図

　請求項１に記載の発明は、相手側非接触充電モジュールとの位置合わせに際し、相手側非接触充電モジュールに備えられたマグネットを利用する場合と、マグネットを利用しない場合と、がある非接触充電モジュールにおいて、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、前記磁性シートには、前記平面コイル部の中空部に対応する位置内部に穴部を設けたものである。これにより、１次側非接触充電モジュールと２次側非接触充電モジュールの位置合わせに際し、相手側非接触充電モジュールに備えられたマグネットを使用する場合と使用しない場合のいずれの場合であっても、非接触充電モジュールに設けられたコイルのＬ値を変化させないので、マグネットを使用する場合と使用しない場合のいずれの場合にも効率的に使用できる非接触充電モジュールを得ることができる。

　請求項２記載の発明は、前記穴部が、貫通孔であるものである。これにより、位置合わせに利用するマグネットの影響を最小限に抑えることができる。

　請求項３記載の発明は、前記穴部の深さが、前記磁性シートの厚みの４０～６０％であるものである。これにより、マグネットを位置合わせに利用する場合と利用しない場合でのコイルのＬ値を近い値とすると同時に、マグネットの位置合わせの効果も十分に得ることができる。

　請求項４記載の発明は、前記平面コイル部の導線は円形に巻回されているものである。これにより、磁束を均等に発生させることができ、安定した電力伝送を行うことができる。

　請求項５記載の発明は、前記穴部の上面の形状は、前記平面コイル部の中空部の形状と同一とした。これにより、マグネットと磁性シートの中心部がバランスよく引き合い、お互いの中心どうしの位置合せが精度よくできる。

　請求項６記載の発明は、前記穴部のすべての端部は、前記平面コイル部の中空部の端部より等距離であるとする。これにより、マグネットと磁性シートの中心部がバランスよく引き合い、お互いの中心どうしの位置合せが精度よくできる。

　請求項７記載の発明は、前記穴部が、前記マグネットよりも大きく形成されていることとする。これにより、マグネットの影響をバランスよく抑えることができる。

　請求項８記載の発明は、前記穴部の中心が、前記平面コイル部の中心部の中心と一致することとした。これにより、マグネットと磁性シートの中心部がバランスよく引き合い、お互いの中心どうしの位置合せが精度よくできる。

　請求項９記載の発明は、前記平面コイル部の導線は矩形に巻回されているものである。これにより、効率のよい電力伝送を行うことができる。

　（実施の形態）
　以下、本発明の実施の形態について図面をもちいて説明する。

　図１は、本発明の実施の形態における非接触電力伝送機器を示すブロック図である。

　非接触電力伝送機器は、１次側非接触充電モジュール１（送信側非接触充電モジュール）と、２次側非接触充電モジュール２（受信側非接触充電モジュール）とから構成され、電磁誘導作用を利用して１次側非接触充電モジュール１から２次側非接触充電モジュール２に電力伝送が行われる。この非接触電力伝送機器は、約５Ｗ以下の電力伝送に使用される。また、電力伝送の周波数は約１１０～２０５ｋＨｚである。１次側非接触充電モジュール１は例えば充電器に搭載され、２次側非接触充電モジュール２は例えば携帯電話、デジタルカメラ、ＰＣ等に搭載される。

　１次側非接触充電モジュール１は、１次側コイル１１ａ、磁性シート３、共振コンデンサ（図示せず）、電力入力部５を備える。電力入力部５は、外部電源としての商用電源３００に接続されて１００～２４０Ｖ程度の電力供給を受け、所定電流（直流１２Ｖ、１Ａ）に変換して１次側コイル１１ａに供給する。１次側コイル１１ａは、その形状、巻数及び供給を受けた電流に応じた磁界を発生させる。共振コンデンサは、１次側コイル１１ａに接続され、１次側コイル１１ａとの関係により１次側コイル１１ａから発生させる磁界の共振周波数を決定する。１次側非接触充電モジュール１から２次側非接触充電モジュール２に対する電磁誘導作用は、この共振周波数により行われる。

　一方、２次側非接触充電モジュール２は、２次側コイル１１ｂ、磁性シート４、共振コンデンサ（図示せず）、整流回路６、電力出力部７から構成される。２次側コイル１１ｂは、１次側コイル１１ａから発生した磁界を受けて、その磁界を電磁誘導作用により所定電流に変換して、整流回路６、電力出力部７を介して、２次側非接触充電モジュール２の外部に出力する。整流回路６は、交流電流である所定電流を整流して直流電流である所定電流（直流５Ｖ、１．５Ａ）に変換する。また、電力出力部７は２次側非接触充電モジュール２の外部出力部であり、この電力出力部７を介して、２次側非接触充電モジュール２に接続される電子機器２００に電力供給を行う。

　次に、１次側非接触充電モジュール１を非接触充電器に搭載する場合について説明する。

　図２は、本発明の実施の形態における非接触充電器の構成を示す図である。なお、図２に示す非接触充電器は、その内部が分かるように示したものである。

　電磁誘導作用を利用して電力を送信する非接触充電器４００は、その外装を構成するケースの内部に１次側非接触充電モジュール１を有する。

　非接触充電器４００は、屋内もしくは屋外に設置された商用電源３００のコンセント３０１に差し込むプラグ４０１を有する。このプラグ４０１をコンセント３０１に差し込むことによって、非接触充電器４００は商用電源３００から電力供給を受けることができる。

　非接触充電器４００は机上５０１に設置され、１次側非接触充電モジュール１は非接触充電器４００の机面側とは反対側の面４０２の近傍に配置される。そして、１次側非接触充電モジュール１における１次側コイル１１ａの主平面を、非接触充電器４００の机面側とは反対側の面４０２に平行に配置する。このようにすることで、２次側非接触充電モジュール２を搭載した電子機器の電力受信作業エリアを確保することができる。なお、非接触充電器４００は壁面に設置されてもよく、この場合、非接触充電器４００は壁面側とは反対側の面の近傍に配置される。

　また、１次側非接触充電モジュール１は、２次側非接触充電モジュール２との位置合わせに用いるマグネット３０ａを有する場合がある。この場合、１次側コイル１１ａの中央領域に位置する中空部に配置される。

　次に、１次側非接触充電モジュール１について説明する。

　図３は、本発明の実施の形態における１次側非接触充電モジュールを示す図であり、１次側コイルが円形コイルの場合を示す。なお、図３においては円形に巻回された円形コイルにて説明しているが、略矩形状に巻回された矩形コイルであってもよい。なお、これから説明する１次側非接触充電モジュールの詳細については、基本的に２次側非接触充電モジュールに適応される。１次側非接触充電モジュールに対する２次側非接触充電モジュールの相違点は、詳しく後述する。

　１次側非接触充電モジュール１は、導線が渦巻き状に巻回された１次側コイル１１ａと、１次側コイル１１ａの面に対向するように設けられた磁性シート３とを備える。

　図３に示すとおり、１次側コイル１１ａ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と、コイルの両端に設けられた電流供給部としての端子２２ａ、２３ａを備える。すなわち、電流供給部としての端子２２ａ、２３ａは、外部電源である商用電源３００からの電流を１次側コイル１１ａに供給する。コイルは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。なお、厚み方向とは、１次側コイル１１ａと磁性シート３との積層方向である。

　また、磁性シート３は、１次側コイル１１ａを載置する平坦部３１ａと、平坦部３１ａの中心部にあって１次側コイル１１ａの中空領域内に相当する中心部３２ａと、１次側コイル１１ａの引き出し線の一部が挿入される直線凹部３３ａと、から構成されている。中心部３２ａは、平坦部３１ａに対して凹部あるいは貫通孔が形成されている。

　本実施の形態における１次側非接触充電モジュール１では、１次側コイル１１ａは直径が２０ｍｍの内径から外に向かって巻回され、外径が３０ｍｍとなっている。すなわち、１次側コイル１１ａはドーナツ形状に巻回されている。なお、１次側コイル１１ａは円形に巻回されてもよいし、多角形に巻回されてもよい。

　また、導線は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、１次側コイル１１ａの交流抵抗を小さく抑えることができる。また、空間を詰めるように巻回されることによって、１次側コイル１１ａの厚みを抑えることができる。

　また、１次側非接触充電モジュール１は、２次側非接触充電モジュール２との位置合わせに用いるマグネット３０ａを有する場合がある。これは、規格（ＷＰＣ）によって、マグネット３０ａは円形であること、直径が１５．５ｍｍ以下であること等が定められている。マグネット３０ａはコイン形状をしており、その中心が１次側コイル１１ａの巻回中心軸と一致するように配置されなければならない。これは、１次側コイル１１ａに対するマグネット３０ａの影響を軽減させるためである。

　すなわち、位置合わせの方法としては、例えば以下の方法が挙げられる。例えば充電器の充電面に凸部、２次側の電子機器に凹部を形成しはめ込むといった、物理的（形状的）に強制的な位置合わせを行う方法、少なくとも１次側及び２次側の一方にマグネットを搭載することで、お互いのマグネットもしくは一方のマグネットと他方の磁性シートとが引き付けあって位置合わせを行う方法、１次側が２次側のコイルの位置を検出することで、１次側のコイルを自動的に２次側のコイルの位置まで移動させる方法、充電器に多数のコイルを備えることで、携帯機器が充電器の充電面のどこにおいても充電可能とする方法等である。

　このように、１次側（充電側）非接触充電モジュール及び２次側（被充電側）非接触充電モジュールのコイルの位置合わせには様々な方法が挙げられるが、マグネットを使用する方法とマグネットを使用しない方法とに分けられる。そして、１次側（充電側）非接触充電モジュールであれば、マグネットを備えた２次側（被充電側）非接触充電モジュール及びマグネットを備えていない２次側（被充電側）非接触充電モジュールの双方に適応できるようにすることで２次側（被充電側）非接触充電モジュールのタイプに関係せず充電ができ利便性が向上する。同様に、２次側（被充電側）非接触充電モジュールであれば、マグネットを備えてこれを位置あわせに使用する１次側（充電側）非接触充電モジュール及びマグネットを備えずにマグネットを位置あわせに使用しない１次側（充電側）非接触充電モジュールの双方に適応できるようにすることで１次側（充電側）非接触充電モジュールのタイプに関係せず充電ができ利便性が向上する。すなわち、電力伝送を行う相手である他方の非接触充電モジュールと電磁誘導によって電力伝送を行う非接触充電モジュールにおいて、他方の非接触充電モジュールとの位置合わせに際し、他方の非接触充電モジュールに備えられたマグネットを利用して位置合わせを行う場合、及びマグネットを利用しないで位置合わせを行う場合とがある非接触充電モジュールにおいて、電力伝送が良好に行えるように構成することが必要である。

　１次側非接触充電モジュール１がマグネット３０ａを有する場合、マグネット３０ａを配置する１番目の方法として、マグネット３０ａを磁性シート３の中心部３２ａの上面に配置する方法がある。また、マグネット３０ａを配置する２番目の方法として、マグネット３０ａを磁性シート３の中心部３２ａの代わりに配置する方法がある。２番目の方法では、マグネット３０ａがコイルの中空領域に配置されるため、１次側非接触充電モジュール１を小型化できる。

　なお、１次側非接触充電モジュール１と２次側非接触充電モジュール２の位置合わせにマグネットを利用しない場合は、図３に示すマグネット３０ａは必要ない。

　ここで、マグネットが非接触充電モジュールの電力伝送効率に与える影響について説明する。一般的に、マグネットは１次側非接触充電モジュール及び２次側非接触充電モジュールの少なくとも一方において、内蔵されるコイルの中空部の中に設けられる。これにより、マグネットとマグネット、または、マグネットと磁性シートをなるべく近接させることができると同時に、１次側及び２次側のコイルを近接させることができる。マグネットは円形であり、この場合、マグネットの直径はコイルの内幅よりも小さくなる。本実施の形態においてはマグネットの直径は約１５．５ｍｍ（約１０ｍｍ～２０ｍｍ）であり、厚みは約１．５～２ｍｍである。また、ネオジウム磁石を使用しており、強さは約７５ｍＴから１５０ｍＴ程度でよい。本実施の形態においては、１次側非接触充電モジュールのコイルと２次側非接触充電モジュールのコイルとの間隔が２～５ｍｍ程度であるので、この程度のマグネットで十分位置合わせが可能となる。

　電力伝送のために１次側コイルと２次側コイルとの間に磁束が発生している際、その間や周辺にマグネットが存在すると磁束はマグネットを避けるように伸びる。もしくは、マグネットの中を貫く磁束はマグネットの中で渦電流や発熱となり、損失となる。更に、マグネットが磁性シートの近傍に配置されることによって、マグネット近傍の磁性シートの透磁率が低下してしまう。従って、１次側非接触充電モジュール１に備えられたマグネット３０ａは、１次側コイル１１ａ及び２次側コイル１１ｂ双方のＬ値を低下させてしまう。その結果、非接触充電モジュール間の伝送効率が低下してしまう。

　図４は、本発明の実施の形態における１次側非接触充電モジュールを示す詳細図である。図４（ａ）は１次側非接触充電モジュールの上面図、図４（ｂ）は図４（ａ）における１次側非接触充電モジュールのＡ－Ａ断面図である。図４（ｃ）は、直線凹部を設けた場合の図４（ａ）における１次側非接触充電モジュールのＢ－Ｂ断面図である。図４（ｄ）は、スリットを設けた場合の図４（ａ）における１次側非接触充電モジュールのＢ－Ｂ断面図である。なお、図４（ａ），図４（ｂ）は、マグネット３０ａを備えない場合を示している。なお、備える場合には、点線で示したマグネット３０ａを備える。

　１次側コイル１１ａは、１次側非接触充電モジュール１が装着される非接触充電器４００の薄型化を達成するため、１次側コイル１１ａの中心領域に位置する巻始め部分から端子２３ａまでを厚さ方向に２段とし、残りの領域を１段とした。このとき、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、１次側コイル１１ａの交流抵抗を小さく抑えることができる。

　また、導線を積層して１次側コイル１１ａを１次側非接触充電モジュール１の厚み方向に伸ばす場合、１次側コイル１１ａの巻き数を増やして１次側コイル１１ａに流す電流を増加できる。導線を積層する際、上段に位置する導線と下段に位置する導線がお互いの空間を詰めるように巻回されることにより、１次側コイル１１ａの厚みを抑えつつ、１次側コイル１１ａに流す電流を増加できる。

　なお、本実施の形態では、断面形状が円形状の導線を使用して１次側コイル１１ａを形成しているが、使用する導線は断面形状が方形形状の導線でもよい。断面形状が円形状の導線を使用する場合、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、１次側コイル１１ａの交流抵抗を小さく抑えることができる。

　また、１次側コイル１１ａ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１次側コイル１１ａ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、１次側コイル１１ａ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よい。また、１段で巻回することによって、１次側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、２本の導線で平面コイル部を構成する場合は、端子２２ａ、２３ａ部分において２本の導線が半田等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してもよい。２本の導線は、コイル面に対して平行に並んで巻回されてもよいし、コイル面に対して垂直に並んで巻回されてもよい。すなわち、コイル面に平行の場合は、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２２ａ、２３ａ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、コイルの１ターンの厚みは０．２５ｍｍ、コイルの半径方向の幅は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、平面コイル部と磁性シート３との積層方向である。また、コイル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段としてもよい。また、コイル面に垂直の場合は、１次側非接触充電モジュール１の厚みが増加するが、導線の断面積が事実上増加することで平面コイル部を流れる電流を増加させることができ、十分な巻き数も容易に確保することができる。なお、本実施の形態では、約０．１８～０．３５ｍｍの導線により１次側コイル１１ａを構成しており、その中でも１次側非接触充電モジュール１の１次側コイル１１ａには０．２５～０．３５ｍｍの導線が好適である。

　なお、１次側コイル１１ａの交流抵抗が低いことで１次側コイル１１ａ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１次側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、本実施の形態では、１次側コイル１１ａは環状（円形状）に形成されている。１次側コイル１１ａの形状は環状（円形状）に限定されず、楕円形状、矩形状、多角形状でもよい。１次側非接触充電モジュール１と２次側非接触充電モジュール２の位置合わせを考慮すれば、１次側コイル１１ａの形状は環状（円形状）が好ましい。これは、１次側コイル１１ａの形状が環状（円形状）の場合、電力の送受信がより広範囲で可能となるため、１次側非接触充電モジュール１の１次側コイル１１ａと２次側非接触充電モジュール２の２次側コイル１１ｂの位置合わせが容易になる。すなわち、電力の送受信をより広範囲で可能とするため、２次側非接触充電モジュール２は１次側非接触充電モジュール１に対する角度の影響を受けにくくなる。

　なお、端子２２ａ、２３ａ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１次側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、平坦部３１ａと、中心であって１次側コイル１１ａの内径に相当する中心部３２ａと、直線凹部３３ａとを備える。また、１次側非接触充電モジュール１と２次側非接触充電モジュール２の位置合わせのマグネット３０ａを設ける場合、マグネット３０ａを中心部３２ａの上方に配置してもよいし、マグネット３０ａを中心部３２ａの代わりに配置してもよい。また、磁性シート３の１次側コイル１１ａの中空部に対応する部分に凹部または貫通孔が備えられている。なお、直線凹部３３ａは、図４（ｄ）のスリット３４ａに置き換えられても良い。

　また、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等を使うことができる。磁性シート３は、単層構成としてもよいし、同一材料を厚み方向に複数枚積層した構成でもよいし、異なる磁性シートを厚み方向に複数枚積層してもよい。少なくとも、透磁率が２５０以上、飽和磁束密度が３５０ｍＴ以上のものであると好ましい。

　また、アモルファス金属も磁性シート３として用いることができる。磁性シート３としてフェライトシートを使用する場合は１次側コイル１１ａの交流抵抗を低下させる点で有利となり、磁性シートとしてアモルファス金属を使用する場合は１次側コイル１１ａを薄型化することができる。また、磁性シート３の形状は、円形、矩形、多角形、四隅に大きな曲線を備える矩形及び多角形でもよい。

　次に、マグネットが１次側非接触充電モジュール１及び後述する２次側非接触充電モジュール２に対して与える影響について説明する。１次側非接触充電モジュール１によって発生した磁界を２次側非接触充電モジュール２内の２次側コイル１１ｂが受信して電力伝送を行う。ここで、１次側コイル１１ａ及び２次側コイル１１ｂの周辺にマグネットを配置すると、磁界がマグネットを避けるように発生するか、マグネットを通過しようとする磁界はなくなってしまうこともある。また、磁性シート３のうちマグネットに近い部分の透磁率が低下してしまう。すなわち、マグネットによって、磁界が弱められるのである。従って、マグネットによって弱められる磁界を最小限にするためには、１次側コイル１１ａ及び２次側コイル１１ｂとマグネットの距離を離す、マグネットの影響を受けにくい磁性シート３を備える、等の対策を講じる必要がある。

　次に、２次側非接触充電モジュール２を携帯端末機器に搭載する場合について、説明する。

　図５は、本発明の実施の形態における携帯端末機器の構成を示す図であり、携帯端末機器を分解した場合の斜視図である。

　携帯端末機器５２０は、液晶パネル５２１、操作ボタン５２２、基板５２３、電池パック５２４等で構成されている。電磁誘導作用を利用して電力を受信する携帯端末機器５２０は、その外装を形成する筐体５２５と筐体５２６の内部に２次側非接触充電モジュール２を有する携帯端末機器である。

　液晶パネル５２１、操作ボタン５２２が設けられた筐体５２５の裏面には、操作ボタン５２２から入力された情報を受信するともに必要な情報を液晶パネル５２１に表示して携帯端末機器５２０全体を制御する制御部を備える基板５２３が設けられている。また、基板５２３の裏面には電池パック５２４が設けられている。電池パック５２４は、基板５２３と接続されて基板５２３に電力供給を行う。

　更に、電池パック５２４の裏面、すなわち筐体５２６側には２次側非接触充電モジュール２が設けられている。２次側非接触充電モジュール２は、電磁誘導作用により１次側非接触充電モジュール１から電力供給を受け、その電力を利用して電池パック５２４を充電する。

　２次側非接触充電モジュール２は、２次側コイル１１ｂ、磁性シート４等から構成される。電力供給を受ける方向を筐体５２６側とする場合、筐体５２６と基板５２３との間で、筐体５２６側から順に２次側コイル１１ｂ、磁性シート４を配置すると、基板５２３と電池パック５２４の影響を軽減して電力供給を受けることができる。なお、図５においては、磁性シート４が２次側コイル１１ｂよりも筐体５２６側に配置されているように見えるが、わかりやすくするために模式的に示したものであって、実際は、上述したとおり、筐体５２６側から２次側コイル１１ｂ、磁性シート４の順で配置される。

　次に、２次側非接触充電モジュール２について説明する。

　図６は、本発明の実施の形態における２次側非接触充電モジュールを示す図であり、２次側コイルが円形コイルの場合を示す。

　図７は、本発明の実施の形態における２次側非接触充電モジュールを示す詳細図である。図７（ａ）は２次側非接触充電モジュールの上面図、図７（ｂ）は図７（ａ）における２次側非接触充電モジュールのＣ－Ｃ断面図である。図７（ｃ）は、直線凹部を設けた場合の図７（ａ）における２次側非接触充電モジュールのＤ－Ｄ断面図である。図７（ｄ）は、スリットを設けた場合の図７（ａ）における２次側非接触充電モジュールのＤ－Ｄ断面図である。なお、図７（ａ），図７（ｂ）は、マグネット３０ｂを備えない場合を示している。なお、備える場合には、点線で示したマグネット３０ｂを備える。

　２次側非接触充電モジュール２を説明する図６～図７は、１次側非接触充電モジュール１を説明する図３～図４にそれぞれ対応する。２次側非接触充電モジュール２の構成は、１次側非接触充電モジュール１と略同一である。

　２次側非接触充電モジュール２が１次側非接触充電モジュール１と異なる点として、磁性シート４の大きさと材料が挙げられる。２次側非接触充電モジュール２に用いる磁性シート４は、約４０×４０ｍｍ以内の大きさに収まる程度のサイズであり、厚みは約２ｍｍ以下である。

　１次側非接触充電モジュール１に用いる磁性シート３と、２次側非接触充電モジュール２に用いる磁性シート４のサイズは異なる。これは、２次側非接触充電モジュール２が一般的にポータブル電子機器に搭載されるためであり、小型化が要求されるからである。本実施の形態において磁性シート４は略正方形の約３３ｍｍ×３３ｍｍである。磁性シート４が２次側コイル１１ｂの外周端よりも同程度または大きく形成されることが望ましい。また、磁性シート４の形状は、円形、矩形、多角形、四隅に大きな曲線を備える矩形及び多角形でもよい。

　また、２次側非接触充電モジュール２は、電力供給の受信側として携帯端末に用いられるため、２次側非接触充電モジュール２の携帯端末内における占有スペースに余裕がない。また、２次側非接触充電モジュール２の２次側コイル１１ｂに流れる電流は小さいため、磁性シート４の絶縁性はあまり要求されない。なお、本実施の形態では、約０．１８～０．３５ｍｍの導線により２次側コイル１１ｂを構成しており、その中でも２次側非接触充電モジュール２の２次側コイル１１ｂには０．１８～０．３０ｍｍ程度の導線が好適である。

　搭載される電子機器が携帯電話の場合、携帯電話の外装を構成するケースとその内部に位置する電池パックとの間に配置されることが多い。一般的に、電池パックはアルミニウムの筐体であるため、電力伝送に悪影響を与える。これは、コイルが発生させる磁束を弱める方向にアルミニウムに渦電流が発生するため、コイルの磁束が弱められることに起因する。そのため、電池パックの外装であるアルミニウムとその外装の上に配置される２次側コイル１１ｂとの間に磁性シート４を設け、アルミニウムに対する影響を軽減する必要がある。

　次に、磁性シート３、４の中心部の厚みについて説明する。

　図８は、本発明の実施の形態における非接触充電モジュールの磁性シートの概念図であり、例として２次側非接触充電モジュール２に備えられる磁性シート４とする。図８（ａ）は本発明の実施の形態における非接触充電モジュールの磁性シートの上面図であり、図８（ｂ）は図８（ａ）の磁性シートの直線凹部の位置を変更した上面図である。これらにおいて、中心部３２ｂに凹部形状または貫通孔とするような穴部を設けている。図８（ｃ）は図８（ａ）のＥ－Ｅ断面図、図８（ｄ）は中心部を凹部とした場合の図８（ａ）のＦ－Ｆ断面図、図８（ｅ）は中心部を貫通孔とした場合の図８（ａ）のＦ－Ｆ断面図である。中心部３２ｂが凹部形状または貫通孔となっている。

　中心部３２ｂを凹部形状または貫通孔とするような穴部を設けることで、１次側非接触充電モジュール１に備えられるマグネット３０ａの影響を小さくすることができる。以下にその理由を説明する。

　なお、例として、マグネット３０ａを備える１次側非接触充電モジュール１と電力伝送を行う２次側非接触充電モジュール２の磁性シート４について説明する。しかしながら、下記で説明する２次側非接触充電モジュール２の磁性シート４についての説明は、マグネット３０ｂを備える２次側非接触充電モジュール２と電力伝送を行う１次側非接触充電モジュール１の磁性シート３についても適用される。すなわち、電力伝送の相手である他方の非接触充電モジュールがマグネットを備える場合と備えない場合との双方において、位置合わせ及び電力伝送が可能となる非接触充電モジュールの磁性シートの中心部について説明する。

　前述したように、非接触電力伝送機器は、１次側非接触充電モジュール１と２次側非接触充電モジュール２との位置合わせにマグネットが利用される場合と、そうでない場合とがある。そして、マグネットが存在することで１次側、２次側非接触充電モジュール間の磁束を妨げてしてしまうため、マグネットがある場合に１次側非接触充電モジュール１の１次側コイル１１ａ及び２次側非接触充電モジュール２の２次側コイル１１ｂのＬ値が大幅に減少する。

　また、１次側コイル１１ａは１次側非接触充電モジュール１において、共振コンデンサをもちいてＬＣ共振回路をつくる。このとき、マグネット３０ａを位置合わせに利用する場合と利用しない場合とでＬ値が大幅に変化すると、共振コンデンサとの共振周波数も大幅に変化してしまう。この共振周波数は、１次側非接触充電モジュール１と２次側非接触充電モジュール２との電力伝送に用いられるため、マグネット３０ａの有無によって共振周波数が大幅に変化すると正しく電力伝送ができなくなってしまう。

　従って、マグネット３０ａを位置合わせに利用する場合と利用しない場合との共振周波数を近い値とするために、マグネット３０ａを位置合わせに利用する場合と利用しない場合での２次側コイル１１ｂのＬ値を近い値とすることが必要である。

　次に、１次側非接触充電モジュール１にマグネット３０ａを備える場合と備えない場合とにおいて、磁性シート４の中心部の厚みと２次側コイル１１ｂのＬ値との関係について説明する。

　図９は、本実施の形態の他方の非接触充電モジュールにおいて位置合わせにマグネットを備える場合と備えない場合における非接触充電モジュールのコイルのＬ値と中心部の厚みの関係を示す図である。なお、くり抜きの度合いとは、０％は中心部３２ｂを凹型形状とせずに平坦図であることを示し、１００％とは中心部３２ｂを貫通孔としていることを示す。

　マグネット３０ａを利用しない場合では、磁性シート４の中心部３２ｂを薄くするほど、２次側コイル１１ｂの磁界が小さくなってＬ値が減少する。これに対して、マグネット３０ａを利用する場合では、磁性シート４の中心部３２ｂを薄くするほど、磁性シート４とマグネット３０ａとの積層方向の距離が大きくなるため、マグネット３０ａの影響が小さくなり、２次側コイル１１ｂの磁界が大きくなってＬ値が上昇する。そして、中心部３２ｂを貫通孔に形成した場合が最もＬ値が近づく。すなわち、中心部３２ｂを貫通孔とすることによって、位置合わせに利用するマグネット３０ａの影響を最小限に抑えることができる。

　また、マグネット３０ａは磁性シート４と引き合うことによって位置合わせを行うため、中心部３２ｂにある程度の厚みがあるほうが位置合わせの精度が向上する。特に、くり抜きの度合いを６０％以下とすることで、位置合わせの精度を安定させることができる。

　従って、くり抜きの度合いを４０～６０％とすることによって、マグネット３０ａを位置合わせに利用する場合と利用しない場合での２次側コイル１１ｂのＬ値を近い値とすると同時に、マグネット３０ａの位置合わせの効果も十分に得ることができる。すなわち、マグネット３０ａと磁性シート４の中心部３２ｂが引き合い、お互いの中心どうしを位置合せできる。

　なお、本実施の形態では約５０％としており、最も効果的に双方の効果を得ることができる。また、半分程度厚みを残すことを、貫通孔を形成した後に貫通孔内に磁性体を半分の深さまで充填してもよい。また、中心部３２ｂに設ける穴部（凹部または貫通孔）は、必ずしも中心部３２ａと同じ形状、及び同じサイズである必要はない。中心部３２ｂすなわちコイルの中空部の形状が略矩形や略円形形状であっても、それに依存せず穴部は様々な形状でよい。すなわち、矩形形状や円形形状である。また、穴部は中心部３２ｂよりも小さいことが好ましく、少なくとも中心部３２ｂの面積の３０％以上の面積を確保するとよい。

　また、磁性シート３、４は高飽和磁束密度材と高透磁率材を積層してもいいので、例えば高飽和磁束密度材の中心部を平坦に形成し、高透磁率材の中心部に貫通孔に形成して、磁性シート３、４として中心部３２ａを凹型形状に形成してもよい。なお、高飽和磁束密度材とは、高透磁率材に比べて飽和磁束密度が高く透磁率が低い磁性シートをいい、特にフェライトシートであるとよい。

　また、凹部、または貫通孔の直径は、２次側コイル１１ｂの内径よりも小さくするとよい。凹部または貫通孔の直径を２次側コイル１１ｂの内径と略同一（コイルの内径よりも０～２ｍｍ小さい）とすることで、２次側コイル１１ｂの内周円内の磁界を高めることができる。

　また、凹部または貫通孔の直径をコイルの内径よりも小さくして（コイルの内径よりも２～８ｍｍ小さい）階段状にすることで、階段状の外側は位置合わせのために利用でき、内側はマグネット３０ａを位置合わせに利用する場合と利用しない場合での１次側コイル１１ａのＬ値を近い値とするために利用できる。また、凹部または貫通孔は、マグネット３０ａのサイズよりも大きくするとよい。すなわち、マグネット３０ａの径よりも大きく、２次側コイル１１ｂの中空部よりも小さい穴部とするとよい。

　更に、凹部または貫通孔の上面の形状は、２次側コイル１１ｂの中空部の形状と同一であることにより、マグネット３０ａと磁性シート４の中心部３２ｂがバランスよく引き合い、お互いの中心どうしの位置合せが精度よくできる。

　凹部または貫通孔のすべての端部は、２次側コイル１１ｂの内径から等距離であることにより、マグネット３０ａと磁性シート４の中心部３２ｂがバランスよく引き合い、お互いの中心どうしの位置合せが更に精度よくできる。

　また、更に、凹部または貫通孔の上面の形状の中心は、２次側コイル１１ｂの中空部の中心と一致であることにより、マグネット３０ａと磁性シート４の中心部３２ｂがバランスよく引き合い、お互いの中心どうしの位置合せが精度よくできる。また、凹部または貫通孔が、マグネット３０ａよりも大きく形成されることで、マグネット３０ａの影響をバランスよく抑えることができる。

　上記のように中心部を穴部とする構成は１次側非接触充電モジュールの磁性シート３にも適応され、効果は、１次側非接触充電モジュール１の磁性シート３の中心部３２ａに穴部を備えても得られる。すなわち、２次側非接触充電モジュール２がマグネット３０ｂを備えている場合と備えていない場合とのどちらであっても位置合わせ及び効率的な電力伝送ができる１次側非接触充電モジュール１とすることができる。

　また、磁性シート３、４の四隅であって、平坦部３１ａ、３１ｂ上のコイル１１ａ、１１ｂが配置されていない領域に肉厚部を形成してもよい。すなわち、磁性シート３、４の四隅であって平坦部３１ａ、３１ｂ上のコイル１１ａ、１１ｂの外周よりも外側は、磁性シート３、４の上に何も載せられていない。従って、そこに肉厚部を形成することによって磁性シート３、４の厚みを増加させ、非接触電力伝送機器の電力伝送効率を向上させることができる。肉厚部の厚みは厚ければ厚いほうがよいが、薄型化のため、導線の厚みとほぼ同一とする。

　図１０は、コイル１１ｂを矩形及び円形に巻回した非接触充電モジュールの上面図であり、図１０（ａ）はコイル１１ｂを矩形に、図１０（ｂ）はコイル１１ｂを円形にそれぞれ巻回した場合を示す。矩形及び円形にコイル１１ｂを巻回した場合であって、コイル１１ｂの中空部には凹部あるいは貫通孔が形成されており、これらの穴部によって上述した効果を得られる。なお、図１０では２次側非接触モジュールについて説明したが、１次側非接触充電モジュールであっても同様の効果を有する。

　本発明の非接触充電モジュールによれば、１次側非接触充電モジュールと２次側非接触充電モジュールの位置合わせに相手側非接触充電モジュールのマグネットを使用する場合と使用しない場合のいずれの場合であっても、非接触充電モジュールに設けられたコイルのＬ値の変化を抑えるので、マグネットを使用する場合と使用しない場合のいずれの場合でも使用でき、携帯電話、ポータブルオーディオ、携帯用のコンピュータ等の携帯端末、デジタルカメラ、ビデオカメラ等の携帯機器を充電する際の受信側充電機器として有用である。

　１　１次側非接触充電モジュール
　２　２次側非接触充電モジュール
　３　磁性シート（１次側）
　４　磁性シート（２次側）
　１１ａ　　１次側コイル
　１１ｂ　　２次側コイル
　２２ａ、２３ａ　　端子（１次側）
　２２ｂ、２３ｂ　　端子（２次側）
　３０ａ　　マグネット（１次側）
　３０ｂ　　マグネット（２次側）
　３１ａ　　平坦部（１次側）
　３１ｂ　　平坦部（２次側）
　３２ａ　　中心部（１次側）
　３２ｂ　　中心部（２次側）
　３３ａ　　直線凹部（１次側）
　３３ｂ　　直線凹部（２次側）
　３４ａ　　スリット（１次側）
　３４ｂ　　スリット（２次側）

Claims

　相手側非接触充電モジュールとの位置合わせに際し、相手側非接触充電モジュールに備えられたマグネットを利用する場合とマグネットを利用しない場合とがある非接触充電モジュールにおいて、
　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、
　前記磁性シートには、前記平面コイル部の中空部に対応する位置内部に穴部を設けた、
　非接触充電モジュール。
　前記穴部は、貫通孔である請求項１に記載の非接触充電モジュール。
　前記穴部の深さは、前記磁性シートの厚みの４０～６０％である請求項１に記載の非接触充電モジュール。
　前記平面コイル部の導線は円形に巻回されている請求項１に記載の非接触充電モジュール。
　前記穴部の上面の形状は、前記平面コイル部の中空部の形状と同一である請求項１から請求項４のいずれかひとつに記載の非接触充電モジュール。
　前記穴部のすべての端部は、前記平面コイル部の中空部の端部より等距離である請求項５に記載の非接触充電モジュール。
　前記穴部が、前記マグネットよりも大きく形成されている請求項１から請求項６のいずれかひとつに記載の非接触充電モジュール。
　前記穴部の中心が、前記平面コイル部の中心部の中心と一致する請求項１から請求項７のいずれかひとつに記載の非接触充電モジュール。
　前記平面コイル部の導線は矩形に巻回されている請求項１に記載の非接触充電モジュール。
　請求項１から請求項９のいずれかひとつに記載の非接触充電モジュールを備えた受信側非接触充電機器。
　請求項１から請求項９のいずれかひとつに記載の非接触充電モジュールを備えた送信側非接触充電機器。