WO2012128027A1 - 無線電力伝送用磁気素子及びその製造方法 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a magnetic element for wireless power transmission that transmits power without contact.
- Patent Document 1 devices that operate by cordless power supply using electromagnetic induction, such as electric toothbrushes, cordless phones, and portable devices, are increasing (for example, Patent Document 1). Also, for wall-mounted televisions and personal computers, devices that operate by cordless power feeding using magnetic field resonance are being developed (for example, Patent Document 2). In these wireless power transmission technology fields, magnetic elements for wireless power transmission that can be fed with high power and high power transmission efficiency have been developed and proposed.
- a planar coil conductor serving as a heat source is covered with a magnetic layer, and a heat transfer conductor layer provided on the magnetic layer is interposed. It is also possible to adopt a configuration of a coil-embedded substrate that radiates heat to the outside. According to this, the heat generated in the planar coil can surely be dissipated to the outside.
- planar coil itself is covered with a magnetic layer, the magnetic field is blocked, and is not suitable for use in a magnetic element for wireless power transmission using electromagnetic induction or magnetic resonance.
- a planar coil and a heat transfer conductor layer must be incorporated in the magnetic layer, labor is required in the manufacturing process.
- an object of the present invention is to provide a magnetic element for wireless power transmission capable of supplying power with high power transmission efficiency while improving heat dissipation, and a method for manufacturing the same.
- One of the inventions for solving the above-described problems is a magnetic element for wireless power transmission that causes an induced electromotive force, and includes a conductor part through which an alternating current flows and a magnetic body part arranged in parallel to the conductor part.
- the magnetic body part has a resin in which magnetic particles are dispersed, and at least a part of the magnetic body part is joined and integrated with the conductor part in an electrically insulated state. To do.
- the conductor portion and the magnetic body portion are integrated by bonding, so that even when the conductor portion and the magnetic body portion receive external force such as vibration or impact, the conductor portion and Since the positional relationship of the magnetic body portions can be maintained in the initial state, the initial high power transmission efficiency can be maintained over a long period of time. Also, when the conductor part generates heat, the heat of the conductor part is efficiently transferred to the magnetic body part through the part where the conductor part is integrally joined. Can do. Thereby, the electric energy which supplies with electricity can be increased rather than the case where the conductor part and the magnetic body part are separated.
- the transmission amount can be increased while preventing overheating of the conductor portion with a simple configuration in which at least a part of the conductor portion and the magnetic body portion are integrated. Further, since the handling of the conductor portion and the magnetic body portion becomes easy, the work for assembling into various devices and storage becomes easy, and the manufacturing process of the magnetic element for wireless power transmission can be simplified.
- One of the inventions for solving the above problems is a magnetic element for wireless power transmission, wherein the resin is a thermosetting resin.
- one of the inventions for solving the above-mentioned problems is a magnetic element for wireless power transmission, wherein the resin is a thermoplastic resin.
- the heating process for softening the thermoplastic resin is added to the manufacturing process of the wireless power transmission magnetic element, the softened thermoplastic resin is sealed between the conductor parts, and the conductor part and the magnetic body are cooled by cooling. Since the joining state with the part can be fixed, simplification of the manufacturing process can be easily realized.
- One of the inventions for solving the above problems is a magnetic element for wireless power transmission, wherein the magnetic particles are soft magnetic particles.
- One of the inventions for solving the above problems is a magnetic element for wireless power transmission, wherein the soft magnetic particles are metal-based magnetic particles.
- the metal-based magnetic particles exhibit high magnetic permeability, the magnetic body portion can be held with high magnetic shielding rate.
- one of the inventions for solving the above-mentioned problems is a magnetic element for wireless power transmission, wherein the metallic magnetic particles are amorphous particles.
- the magnetic body portion can be thinned and held with a sufficiently high magnetic shielding rate.
- One of the inventions for solving the above-mentioned problems is a wireless power transmission magnetic element characterized in that a plurality of grooves are formed in the magnetic body portion.
- the surface area of the magnetic body portion increases, so that the heat dissipation can be enhanced.
- One of the inventions for solving the above problems is a method of manufacturing a magnetic element for wireless power transmission, comprising: a magnetic particle dispersion step of dispersing magnetic particles in a resin; and a resin in which the magnetic particles are dispersed.
- the magnetic particles are dispersed in the resin, the magnetic particles can be easily dispersed evenly in the resin.
- the resin is heated to be in the B stage state, when the conductor portion and the B stage resin are superimposed and pressed, the conductor portion and the B stage resin can be brought into close contact with each other and bonded. . That is, they can be integrated by joining the conductor portion and the B-stage resin. Then, by curing the B-stage resin bonded to the conductor portion, the manufactured wireless power transmission magnetic element can be fixed in a state where the conductor portion and the resin containing magnetic particles are integrated. .
- One of the inventions for solving the above problems is a method of manufacturing a magnetic element for wireless power transmission, wherein a plurality of grooves are formed in the B-stage resin in the pressurizing step.
- the surface area of the resin in which the magnetic particles are dispersed can be increased by forming a plurality of grooves in the resin, the heat dissipation can be improved.
- One of the inventions for solving the above-mentioned problems is that, in the pressurizing step, the conductor part molded body in which a gap exists between adjacent conductor parts and the B-stage resin are superposed and pressed. It is the manufacturing method of the magnetic element for wireless power transmission characterized by joining.
- the B-stage resin when the conductor part molded body having a gap between adjacent conductor parts and the B-stage resin are pressed and superimposed, the B-stage resin enters the gap and faces the gap.
- the B-stage resin can be adhered and bonded to the wall surface of the conductor portion.
- the resin is a thermosetting resin
- the B-staged thermosetting resin is cured by heat treatment.
- the bonding state between the conductor portion and the resin can be fixed only by performing a heat treatment for curing the thermosetting resin.
- the resin is a thermoplastic resin
- the thermoplastic resin softened by heat treatment is sealed between the conductor portions and cooled. It is a manufacturing method of the magnetic element for wireless power transmission characterized by fixing by solidifying.
- thermoplastic resin softened by heat treatment can be sealed between the conductor parts and cooled and solidified, the bonding state between the conductor part and the magnetic body part can be fixed. Simplification of the curing process can be easily realized.
- FIG. (B) It is a graph which shows the power transmission efficiency of the magnetic element for wireless power transmission. It is explanatory drawing which shows the structure at the time of measuring the surface temperature of the magnetic element for wireless power transmission.
- A It is a figure which shows the measurement result of the surface temperature of the magnetic element for wireless power transmission which concerns on Example 3.
- FIG. (B) It is a figure which shows the measurement result of the surface temperature of the planar coil which concerns on the comparative example 2.
- FIG. (C) It is a figure which shows the measurement result of the surface temperature of the planar coil which concerns on the comparative example 3.
- FIG. (D) It is a figure which shows the measurement result of the surface temperature of the magnetic element for wireless power transmission which concerns on the comparative example 4.
- the magnetic elements 1 and 2 for wireless power transmission are configured to cause an induced electromotive force by magnetic coupling, and can be used for both power feeding and power receiving.
- the magnetic element 1 for wireless power transmission can be applied to a power supply device used for powering a mounting type device such as a personal computer or a mouse that operates by cordless power supply using electromagnetic induction. is there.
- the wireless power transmission magnetic element 1 can also be applied to wall-mounted devices such as wall-mounted thin TVs that operate by cordless power supply using magnetic field resonance, power supply devices used for power supply of electric vehicles, and the like. .
- the magnetic element 2 for wireless power transmission is mounted on a device such as a personal computer or a mouse placed on or in contact with the power supply device described above, a wall-mounted device such as a wall-mounted thin TV, or an electric device. Applicable to automobiles.
- the above-described magnetic element 1 for wireless power transmission for power feeding includes a planar coil 3 (conductor portion) through which an alternating current flows and a planar surface as shown in the AA ′ sectional view of FIG.
- the power receiving wireless power transmission magnetic element 2 has the same configuration.
- the conductor part 3 through which the alternating current flows includes, for example, a spiral type or solenoid type coil.
- the magnetic body portion 5 is arranged in parallel to the conductor portion 3 to be magnetic in a cross section that coincides with the magnetic coupling direction of the power feeding wireless power transmission magnetic element 1 and the power receiving wireless power transmission magnetic element 2.
- the state in which the body part 5 is arranged adjacent to the conductor part 3 is said.
- the magnetic coupling direction refers to the side to be magnetically coupled as in the case where the center portions of the same size wireless power transmission magnetic element 1 for power feeding and the magnetic power transmission magnetic element 2 for power reception are opposed to each other.
- the initial high power transmission efficiency can be maintained over a long period of time.
- the planar coil 3 generates heat
- the heat of the planar coil 3 is efficiently transferred to the magnetic body part 5 through the part where the planar coil 3 is integrally joined. It can dissipate heat well. Thereby, the electric energy which supplies with electricity can be increased rather than the case where the plane coil 3 and the magnetic body part 5 are spaced apart.
- the transmission amount can be increased while preventing overheating of the planar coil 3 with a simple configuration in which at least a part of the planar coil 3 and the magnetic body portion 5 are integrated. Furthermore, since the handling of the planar coil 3 and the magnetic body portion 5 becomes easy, it is easy to install and store in various devices, and the manufacturing process of the magnetic element 1 for wireless power transmission is simplified. Can do.
- the above-described magnetic element 1 for wireless power transmission for power feeding includes a planar coil 3 (conductor portion) through which an alternating current flows and a cross-sectional view taken along the line AA ′ in FIGS.
- the planar coil 3 and the magnetic body portion 5 adjacent to the planar coil 3 are arranged in parallel in a direction orthogonal to the magnetic coupling direction.
- the magnetic part 5 is made of a resin in which magnetic particles are dispersed, and at least a part of the magnetic part 5 is joined and integrated with the planar coil 3 in an electrically insulated state.
- the wireless power transmission magnetic element 2 for receiving power has the same configuration and will not be described below.
- the “orthogonal direction” is a level that is almost orthogonal.
- the flat coil 3 has a coil inner diameter of 5 mm ⁇ and a coil outer diameter of 43 mm ⁇ that is obtained by winding a round copper wire (with an insulating coating) with a wire diameter of 500 ⁇ m ⁇ in a spiral shape so that a gap B of 500 ⁇ m is formed between the copper wires. It is formed as a planar coil.
- the planar coil 3 should just be metal materials, such as Cu and Al.
- the configuration of the planar coil 3 described above is merely an example, and the shape and size of the copper wire, the size of the gap, the number of turns, and the like can be changed as appropriate.
- the planar coil 3 of the magnetic element 1 for wireless power transmission on the power feeding side has one end on the outer peripheral side and the other end on the inner peripheral side connected to a pair of terminals not shown.
- the pair of terminals are connected to the power supply device so that AC power can be supplied to the planar coil 3 at an arbitrary frequency.
- the planar coil 4 of the magnetic element 2 for wireless power transmission on the power receiving side is also connected to a pair of terminals (not shown) at one end on the outer peripheral side and the other end on the inner peripheral side.
- the pair of terminals is directly connected to the driving device or connected to the rectifier. When connected to a rectifier, the rectifier is used for smoothing AC power formed by electromagnetic induction into DC power to charge a battery or for operating a drive device.
- the magnetic body portion 5 is formed in a sheet shape of 600 ⁇ m thickness having a square shape with a side of 50 mm, and the planar coil 3 is filled so as to fill a gap B of 500 ⁇ m provided in the planar coil 3 as shown in FIG. Are closely attached to the wall surface 3a.
- the planar coil 3 and the magnetic body portion 5 are alternately arranged in parallel in a direction orthogonal to the magnetic coupling direction. ing.
- the magnetic body portion 5 is joined and integrated with the planar coil 3 in an electrically insulated state.
- the configuration of the magnetic body portion 5 described above is an exemplification, and the shape, size, gap size, and the like can be changed as appropriate.
- the wireless power transmission magnetic element 1 has a part of the planar coil 3 exposed on the surface 5 a of the sheet-like magnetic body 5, and faces the device on the power receiving side or the power feeding side. It has a front surface 5a and a back surface 5b that can be a magnetic open surface.
- the magnetic part 5 is made of a resin in which magnetic particles are dispersed.
- the epoxy resin 10 which is a thermosetting resin is used as the resin, but it is not particularly limited as long as it does not deteriorate in a high temperature storage test or a high temperature high humidity storage test after being cured. Can be preferably used.
- an epoxy resin glycidylamine type epoxy resin, bisphenol A type epoxy resin, bisphenol F type epoxy resin, phenol novolac type epoxy resin, cresol novolac type epoxy resin, biphenyl type epoxy resin, naphthalene type epoxy resin, aliphatic epoxy resin , Halogenated epoxy resins and the like, and are used alone or in combination of two or more.
- thermosetting resin examples include phenol resin, melamine resin, vinyl ester resin, cyano ester resin, maleimide resin, and thermosetting acrylic resin. Alternatively, two or more types may be used in combination.
- phenol resin is added to the epoxy resin 10 as an epoxy curing agent.
- the phenol resin has an effect as a curing agent for the epoxy resin, and examples thereof include phenol novolak, naphthol novolak, and biphenyl novolak. These may be used alone or in combination of two or more.
- the mixing ratio of the epoxy resin 10 and the phenol resin is preferably such that the hydroxyl group equivalent in the phenol resin is 0.5 to 2.0 equivalents per equivalent of the epoxy group in the epoxy resin. More preferably, it is 0.8 to 1.2 equivalents.
- an elastic body, a curing accelerator, or the like may be added to the resin constituting the magnetic body portion 5.
- Examples of elastic bodies include rubber components conventionally used for epoxy resin adhesives such as acrylonitrile-butadiene rubber (NBR) and acrylic rubber, acrylic resins, phenoxy resins, polyamide resins, and the like. Used together. From the viewpoint of sheet flexibility, it is preferable to use NBR or acrylic rubber, particularly preferably 5% by weight or more, more preferably 5 to 30% by weight, and particularly preferably 5 to 20% by weight.
- NBR acrylonitrile-butadiene rubber
- acrylic rubber particularly preferably 5% by weight or more, more preferably 5 to 30% by weight, and particularly preferably 5 to 20% by weight.
- Examples of the curing accelerator used together with the epoxy resin 10 and the phenol resin include amine type and phosphorus type.
- examples of the amine type include imidazoles such as 2-imidazole, triethanolamine, and the like.
- Examples of the phosphorus type include triphenylphosphine and tetraphenylphosphonium. These may be used alone or in combination of two or more.
- the blending amount of the curing accelerator is preferably set to a ratio of 0.1 to 2% by weight of the entire epoxy resin composition. Furthermore, when considering the fluidity of the epoxy resin composition, it is particularly preferably 0.15 to 0.35% by weight.
- epoxy curing agent in addition to the above epoxy resin, epoxy curing agent, elastic body, and curing accelerator, pigments, silane coupling agents, dispersants, antifoaming agents, flame retardants, ions, and the like within a range that does not deteriorate the various characteristics of the magnetic part 5.
- Various conventionally known additives such as trapping agents may be added.
- Magnetic part 5 magnetic particles
- magnetic particles are dispersed in the resin.
- soft magnetic particles are used.
- metallic magnetic particles are preferable.
- metal-based magnetic particles amorphous particles are preferable.
- spherical finemet manufactured by Hitachi Metals is used as the magnetic particles as iron-based amorphous particles. Since the iron-based amorphous particles to which this fine met belongs do not have a crystal structure and exhibits a high magnetic permeability, the magnetic part 5 can be made thin and held with a sufficiently high magnetic shielding rate.
- the soft magnetic particles are not particularly limited, and examples include permalloy particles, silicon steel particles, and iron magnetic particles.
- an iron-type magnetic particle if it shows high magnetic permeability and high heat conductivity, it can be used conveniently, without being limited.
- Any of Fe-Al based alloys such as Alpalm, Fe-Si based alloys such as silicon steel, or Fe-Al-Si based alloys such as Sendust, and mixed powders thereof can be used.
- any one of Fe-Ni alloy, Fe-Ni-Mo alloy, Fe-Ni-Mo-Cu alloy or Fe-Ni-Mo-Mn alloy, which is a permalloy alloy, or a mixed powder thereof Can be used.
- Fe-Zr-B alloys, Fe-Zr-Nb-B alloys, Fe-Zr-Cu-B, Fe-Si-B-Nb-Cu alloys that exhibit high magnetic permeability in nanocrystalline materials Any one of Fe—Co—Si—B—Nb—Cu based alloys, or a mixed powder thereof can be used.
- Amorphous particles include amorphous alloys such as Fe-B-Si alloys, Fe-Co-Si-B alloys, Fe-B-Si-C alloys, Fe-Co-Ni-Si-B alloys. Any alloy or mixed powder thereof can be used.
- the shape of the magnetic particles is spherical particles
- spherical magnetic particles having an average particle diameter of 1 ⁇ m to 300 ⁇ m, preferably 20 ⁇ m to 50 ⁇ m are mixed so that the amount added to the resin is 50 Vol% to 90 Vol%.
- the reason why the average particle size of the spherical particles is in the above range is that if the particle size is too small, the influence of the demagnetizing field becomes significant, the magnetic permeability is deteriorated, and good absorption characteristics cannot be obtained. Conversely, when the particle size is too large, the thickness of the magnetic body portion 5 cannot be reduced, and the smoothness of the surface of the magnetic body portion 5 may be inferior.
- the amount of the flat magnetic particle having a particle size of 50 ⁇ m or less and an aspect ratio of 10 or more added to the resin is 20 to 70 vol%, preferably 30 to 60 Vol%. Mix to be. If the particle size is smaller than 50 ⁇ m or the aspect ratio is smaller than 10, the influence of the demagnetizing field becomes significant and the magnetic field characteristics are inferior. Further, if the amount added to the resin is less than 20 vol%, excellent magnetic properties cannot be obtained, and if it is more than 70 vol%, the sheet becomes brittle.
- the magnetic element 1 for wireless power transmission is compared with the case where the magnetic body portion 5 is not arranged in parallel in the gap of the planar coil 3, It is possible to reduce the magnetic field ineffective for magnetic coupling around the planar coil 3 and to suppress the spread of the entire magnetic field. As a result, the magnetic element 1 for wireless power transmission can increase the magnetic flux density toward the magnetic element 2 for wireless power transmission on the power receiving side. Thus, the wireless power transmission magnetic element 1 can supply power to the wireless power transmission magnetic element 2 with high power transmission efficiency.
- the magnetic field generated by the flow of the alternating current to the planar coil 3 crosses with the other planar coils 3 arranged in parallel to generate an induced current.
- the phenomenon that the induced current acts as a resistance can be suppressed by the magnetic body portion 5 provided in the gap B of the planar coil 3. Thereby, it is possible to supply and receive power with high power transmission efficiency by high magnetic flux density and reduction of resistance due to induced current.
- the heat of the planar coil 3 is efficiently transferred to the magnetic body portion 5 through the wall surface 3a joined integrally with the magnetic body portion 5, so The heat of the planar coil 3 is efficiently radiated in the magnetic part 5 provided between the wires.
- the magnetic element 1 for wireless power transmission configured as described above is bonded closely to the wall surface 3a of the planar coil 3 so that the magnetic body portion 5 fills the gap B provided between the copper wires of the planar coil 3.
- the positional relationship between the planar coil 3 and the magnetic body portion 5 can be maintained in the initial state even when the planar coil 3 and the magnetic body portion 5 receive external forces such as vibration and impact.
- the initial high power transmission efficiency can be maintained over a long period of time.
- the heat of the planar coil 3 efficiently moves to the magnetic body part 5 through the wall surface 3a in which the magnetic body part 5 and the planar coil 3 are integrally joined.
- the heat of the planar coil 3 can be efficiently radiated in the magnetic part 5.
- the electric energy which supplies with electricity can be increased rather than the case where the plane coil 3 and the magnetic body part 5 are spaced apart.
- the transmission amount can be increased while preventing overheating of the planar coil 3 with a simple configuration in which the planar coil 3 and the magnetic body portion 5 are simply integrated by the wall surface 3 a of the planar coil 3.
- the handling of the planar coil 3 and the magnetic body portion 5 becomes easy, the assembling work and storage in various devices are facilitated.
- the magnetic part 5 having resin is easily deformed by an external force. Therefore, since the planar coil 3 and the magnetic part 5 can be joined with a relatively small external force, the manufacturing process of the wireless power transmission magnetic element 1 can be simplified.
- thermosetting resin used for the magnetic body portion 5
- the planar coil 3 and the magnetic body portion can be obtained simply by adding a heating process for curing the thermosetting resin to the manufacturing process of the magnetic element 1 for wireless power transmission. Since the joining state with 5 can be fixed, simplification of the manufacturing process can be easily realized.
- the compounding ratio of epoxy resin, acrylic rubber, phenol resin, curing accelerator, dispersant, and silane coupling agent is 55 parts by weight, 10 parts by weight, 35 parts by weight, 1 part by weight, 1 part by weight, and 1 part by weight, respectively.
- a container 20 containing methyl ethyl ketone (MEK) the solution was dissolved (liquefied).
- MEK methyl ethyl ketone
- methyl ethyl ketone which is a ketone solvent, is used as the organic solvent from the viewpoint of solubility.
- the fine met 11 as the iron-based amorphous particles is put in the container 20 containing the liquefied epoxy resin 10 so that the blending ratio becomes 700 parts by weight, and mixed by a disper (dispersing machine) to mix the epoxy resin 10. Finemet is dispersed inside (magnetic particle dispersion step).
- the liquefied epoxy resin 10 in which the fine met 11 is dispersed is applied to one side of the flat PET 24 whose surface is silicon-treated with an applicator 25 to a thickness of about 300 ⁇ m.
- the thickness of the liquefied epoxy resin 10 to be applied is not particularly limited, but is usually set to about 30 to 500 ⁇ m, preferably 50 to 300 ⁇ m from the viewpoint of film forming property.
- PET24 other plastic substrates such as polyester, polyamide, polyphenylene sulfide, polyimide, and polyethylene naphthalate, and these porous substrates, glass substrates such as glassine paper, high-quality paper, and Japanese paper, cellulose Metal film base materials such as non-woven fabrics such as polyamide, polyester, and aramid, copper foil, aluminum foil, SUS foil, and nickel foil may be used.
- plastic substrates such as polyester, polyamide, polyphenylene sulfide, polyimide, and polyethylene naphthalate
- glass substrates such as glassine paper, high-quality paper, and Japanese paper
- cellulose Metal film base materials such as non-woven fabrics such as polyamide, polyester, and aramid, copper foil, aluminum foil, SUS foil, and nickel foil may be used.
- the epoxy resin 10 applied to the surface of the PET 24 is dried at 110 ° C. for 12 minutes using a thermal dryer to form a B stage (B stage forming process).
- a thermal dryer to form a B stage (B stage forming process).
- an epoxy resin 10 having a B-stage shape on the surface of PET 24 and having a thickness of 250 ⁇ m is obtained.
- the temperature and time for drying with heat are adjusted depending on the type of resin used and the difference in the thickness of the resin to be applied.
- a plurality of B-stage epoxy resins 10 are stacked so as to have a desired thickness.
- two B-stage epoxy resins 10 are overlapped to have a thickness of 500 ⁇ m.
- another B-stage epoxy resin 10 is superimposed on the B-stage epoxy resin 10 on the surface of the PET 24.
- the planar coil 3 is superposed on the laminated B-stage epoxy resin 10.
- a planar PET 27 whose surface is silicon-treated is superimposed on the planar coil 3.
- the planar coil 3 (conductor portion molded body) is made of a round copper wire (with an insulating coating) having a wire diameter of 500 ⁇ m ⁇ in a spiral shape so that a gap B of 500 ⁇ m is formed between the copper wires. It is a flat coil with a coil inner diameter of 5 mm ⁇ and a coil outer diameter of 43 mm ⁇ .
- the plate 28 in which the PET 24, the laminated B-stage epoxy resin 10, the planar coil 3, and the PET 27 are stacked in this order is pressed from above and below (pressurizing step).
- a pressure-type vacuum laminator (V-130, manufactured by Nichigo Morton Co., Ltd.) was used, and after evacuating for 10 seconds at 3 hPa, the conditions were a temperature of 110 ° C., a pressure of 0.1 MPa, and a pressurization time of 90 seconds.
- the plate 28 is pressurized at.
- the pressure, pressurization time, and heating temperature are adjusted according to the type of resin used and the difference in resin thickness.
- the taken-out magnetic element 1 for wireless power transmission is post-cured (after-cured) at 150 ° C. for about 1 hour to thermally cure the B-stage epoxy resin 10 (curing step).
- the temperature and time are adjusted according to the difference in the type of resin used and the thickness of the resin.
- the magnetic element 1 for wireless power transmission has a flat plate shape embedded in a sheet-like magnetic part 5 with a part of the planar coil 3 exposed, and is on the power receiving side or the power feeding side. It has a shape having a front surface 5a and a back surface 5b that can be a magnetic open surface facing the device.
- the fine met 11 that is the iron-based amorphous particles that are magnetic particles is dispersed in the melted epoxy resin 10, so that the fine met 11 can be easily evenly dispersed in the epoxy resin 10. .
- the thermal conductivity and magnetism of the magnetic part 5 can be easily realized.
- the epoxy resin 10 has a B-stage shape
- the planar coil 3 and the B-stage epoxy resin 10 are superposed and pressed, the planar coil 3 and the B-stage epoxy resin 10 are brought into close contact with each other. Can be joined. That is, when the planar coil 3 having a gap B between adjacent copper wires and the B-stage epoxy resin 10 are superposed and pressed, the B-stage epoxy resin 10 enters the gap B, and the gap B
- the B-stage epoxy resin 10 can be brought into close contact with the wall surface 3a of the planar coil 3 facing the surface to be integrated.
- the epoxy resin 10 that is a thermosetting resin is used as the resin, and the B-stage epoxy resin 10 is cured (C stage) by post-cure (heat treatment) in the curing step.
- the B-stage epoxy resin 10 is cured (C stage) by post-cure (heat treatment) in the curing step.
- the B-stage epoxy resin 10 that has entered the gap B between the copper wires of the planar coil 3 is cured, The joining state of the planar coil 3 and the epoxy resin 10 can be fixed.
- the B-stage epoxy resin 10 bonded to the planar coil 3 is cured, so that the manufactured wireless power transmission magnetic element 1 integrates the planar coil 3 and the epoxy resin 10 including the fine met 11 together. It can be fixed in the state of becoming.
- Example 1 In the first embodiment, the wireless power transmission magnetic elements 1 and 2 described above are used. As shown in FIG. 6, the magnetic element 1 for wireless power transmission on the power feeding side and the magnetic element 2 for wireless power transmission on the power receiving side are arranged to face each other. At this time, the distance between the wireless power transmission magnetic element 1 and the wireless power transmission magnetic element 2 was 3 mm. Further, the axis of the planar coil 3 and the axis of the planar coil 4 are concentric. Thereafter, the wiring connected to one end portion on the outer peripheral side of the planar coil 3 and the wiring connected to the other end portion on the inner peripheral side are connected to the terminal 41 of the network analyzer 40 (manufactured by Agilent Technologies).
- the wiring connected to one end portion on the outer peripheral side of the planar coil 4 and the wiring connected to the other end portion on the inner peripheral side are connected to the terminal 42 of the network analyzer 40 (manufactured by Agilent Technologies).
- the insertion loss (S21) of S parameter and power transmission efficiency were measured at the measurement frequency of 300 kHz, 500 kHz, and 1000 kHz.
- the power transmission efficiency refers to the ratio of the power output from the power receiving side wireless power transmission magnetic element 2 to the power supplied to the power feeding side wireless power transmission magnetic element 1. That is, energy transfer efficiency when power is transmitted from the wireless power transmission magnetic element 1 to the wireless power transmission magnetic element 2.
- the insertion loss “S21” represents a signal that passes through the terminal 42 when a signal is input from the terminal 41, and is displayed in decibels. The larger the numerical value, the higher the power transmission efficiency. That is, the higher the insertion loss “S21”, the higher the power transmission efficiency.
- Comparative Example 1 a wireless power transmission magnetic element for feeding only the planar coil 3 that does not include the magnetic body portion 5 and a wireless power transmission for power reception that includes only the planar coil 4 that does not include the magnetic body portion 6.
- the planar coil 3 on the power feeding side and the planar coil 4 on the power receiving side are arranged so as to face each other. At this time, the distance between the planar coil 3 and the planar coil 4 was 3 mm. Further, the axis of the planar coil 3 and the axis of the planar coil 4 are concentric.
- the wiring connected to one end portion on the outer peripheral side of the planar coil 3 and the wiring connected to the other end portion on the inner peripheral side are connected to the terminal 41 of the network analyzer 40 (manufactured by Agilent Technologies). Further, the wiring connected to one end portion on the outer peripheral side of the planar coil 4 and the wiring connected to the other end portion on the inner peripheral side are connected to the terminal 42 of the network analyzer 40 (manufactured by Agilent Technologies). And the insertion loss (S21) of S parameter and power transmission efficiency were measured at the measurement frequency of 300 kHz, 500 kHz, and 1000 kHz.
- FIG. 7A shows the result of measuring the S-parameter insertion loss (S21) as described above.
- the horizontal axis is the measurement frequency
- the vertical axis is the insertion loss “S21”.
- the result of having measured the power transmission efficiency is shown in FIG.7 (B).
- the horizontal axis is the measurement frequency
- the vertical axis is the power transmission efficiency (%).
- the wireless power transmission magnetic element only for the planar coil 3 that does not include the magnetic body portion 5 and the wireless power transmission for power reception that includes only the planar coil 4 that does not include the magnetic body portion 6.
- a magnetic element 1 for power feeding wireless power transmission provided with a magnetic body portion 5 and a magnetic element for power reception wireless power transmission provided with a magnetic body portion 6 It was found that Example 1 using 2 had higher S-parameter insertion loss (S21) and higher power transmission efficiency.
- the magnetic elements for wireless power transmission 1 and 2 include the magnetic parts 5 and 6 to transmit power from the magnetic element for wireless power transmission 1 to the magnetic element for wireless power transmission 2. It turns out that the efficiency at the time of doing increases.
- Example 3 the temperature of the surface 5a of the magnetic element 1 for wireless power transmission provided with the magnetic part 5 was measured in Example 3.
- the surface temperature of the magnetic element for wireless power transmission using only the planar coil 3 not provided with the magnetic body portion 5 was measured as Comparative Example 2.
- the surface temperature of the magnetic element for wireless power transmission using only the closely wound flat coil 59 not provided with the magnetic body portion was measured as Comparative Example 3.
- the surface temperature of a magnetic element 58 for wireless power transmission in which a closely wound flat coil 59 is provided with a magnetic part 57 was measured as Comparative Example 4.
- Example 3 In Example 3, the magnetic element 1 for wireless power transmission described above is used. As shown in FIG. 8, it arrange
- the infrared thermography camera 54 is connected to a personal computer 55, and the surface temperature of the wireless power transmission magnetic element 1 can be observed by a monitor. Then, power of 2.5 W from the DC power supply 52 is converted into AC 200 kHz by the power supply circuit 51 and transmitted to the magnetic element 1 for wireless power transmission, and the surface temperature of the magnetic element 1 for wireless power transmission 5 minutes after the start of power transmission. was projected on the monitor of the personal computer 55 and observed.
- the surface temperature of the magnetic element 1 for wireless power transmission 5 minutes after the start of power transmission is measured because the surface temperature of the magnetic element 1 for wireless power transmission 5 is stabilized 5 minutes after the start of power transmission. In the measurement of the surface temperature of the wireless power transmission magnetic element 1, as shown in FIG.
- Comparative Example 2 a magnetic element for wireless power transmission using only the planar coil 3 that does not include the magnetic body portion 5 is used. Similar to the third embodiment, the planar coil 3 is disposed on the four support columns 50. Then, the wiring connected to one end on the outer peripheral side of the planar coil 3 and the wiring connected to the other end on the inner peripheral side are connected to the DC power source 52 via the power supply circuit 51. Then, the infrared thermography camera 54 is disposed above so as to face the surface of the planar coil 3. The infrared thermography camera 54 is connected to a personal computer 55 and can observe the surface temperature of the planar coil 3 by a monitor.
- Comparative Example 3 a magnetic element for wireless power transmission using only a closely wound planar coil 59 that does not include a magnetic body portion is used.
- the closely wound flat coil 59 has a coil inner diameter of 5 mm ⁇ obtained by winding a round copper wire (with an insulating coating) having a wire diameter of 500 ⁇ m ⁇ in a spiral shape so that there is no gap between the copper wires.
- the coil is formed as a planar coil having a coil outer diameter of 43 mm ⁇ .
- the planar coil 59 is disposed on the four support columns 50.
- the wiring connected to one end portion on the outer peripheral side of the planar coil 59 and the wiring connected to the other end portion on the inner peripheral side are connected to the DC power source 52 via the power supply circuit 51.
- the infrared thermography camera 54 is disposed above so as to face the surface of the planar coil 3.
- the infrared thermography camera 54 is connected to a personal computer 55, and the surface temperature of the planar coil 59 can be observed by a monitor.
- 2.5 W of electric power from the DC power supply 52 is converted into AC 200 kHz by the power supply circuit 51 and transmitted to the planar coil 59, and the surface temperature of the planar coil 59 5 minutes after the start of power transmission is displayed on the monitor of the personal computer 55. Observed.
- the surface temperature was measured at three locations near the middle T3.
- the magnetic element 58 for wireless power transmission provided with the magnetic body portion 57 in the above-described closely wound flat coil 59 is used.
- the magnetic body portion 57 is formed in a sheet shape having a square shape with a side of 50 mm and a thickness of 600 ⁇ m.
- the magnetic element 58 for wireless power transmission is in close contact so that the entire planar coil 59 is embedded in the magnetic body portion 57. It is joined. That is, unlike the third embodiment, the wireless power transmission magnetic element 58 according to the comparative example 4 has no gap between the copper wires of the planar coil 59.
- the magnetic body portions 57 are not alternately arranged in parallel in a direction orthogonal to the magnetic coupling direction.
- Example 3 it arrange
- the wiring connected to one end portion on the outer peripheral side of the planar coil 59 of the magnetic element 58 for wireless power transmission and the wiring connected to the other end portion on the inner peripheral side are connected to the DC power source 52 through the power supply circuit 51.
- the infrared thermography camera 54 is disposed above so as to face the surface of the wireless power transmission magnetic element 58.
- the infrared thermography camera 54 is connected to a personal computer 55, and the surface temperature of the wireless power transmission magnetic element 58 can be observed by a monitor.
- FIG. 9A shows the surface temperature of the wireless power transmission magnetic element 1 according to the third embodiment.
- FIG. 9B shows the surface temperature of the planar coil 3 according to Comparative Example 2.
- FIG. 10C shows the surface temperature of the planar coil 59 according to Comparative Example 3.
- FIG. 10D shows the surface temperature of the wireless power transmission magnetic element 58 according to Comparative Example 3.
- the surface temperatures near the outer edge T1, near the center T2, and near the middle T3 in the magnetic element 1 for wireless power transmission according to Example 3 are 45.2 ° C. and 52.2 ° C., respectively. 54.7 ° C.
- the surface temperatures near the outer edge T1, the center T2, and the middle T3 in the planar coil 3 according to Comparative Example 2 were 41.6 ° C., 58.8 ° C., and 64.9 ° C., respectively.
- the surface temperatures of the vicinity of the outer edge T1, the vicinity of the center T2, and the vicinity T3 of the planar coil 59 according to Comparative Example 3 were 40.7 ° C., 46.3 ° C., and 65.1 ° C., respectively.
- the surface temperatures of the vicinity T1, the center T2, and the middle T3 of the magnetic element 58 for wireless power transmission according to Comparative Example 4 are 38.9 ° C., 58.5 ° C., and 60.4 ° C., respectively. there were.
- the wireless power transmission magnetic element 1 including the magnetic body portion 5 according to the third embodiment is compared with the wireless power transmission magnetic element including only the planar coil 3 that does not include the magnetic body portion 5 according to the comparative example 2.
- the surface temperature is low at two locations near the center T2 and near the middle T3.
- the measured temperature in Comparative Example 2 is lower in the vicinity of the outer edge T1, but this is because the magnetic element for wireless power transmission according to Comparative Example 2 does not include the magnetic part, and therefore the vicinity of the outer edge T1. It is thought that this is mainly due to the measurement of atmospheric temperature.
- the wireless power transmission magnetic element 1 including the magnetic body portion 5 according to the third embodiment is compared with the wireless power transmission magnetic element including only the planar coil 3 that does not include the magnetic body portion 5 according to the comparative example 2. It can be seen that the heat dissipation is high.
- the wireless power transmission magnetic element 58 including the magnetic body portion 57 according to the comparative example 4 is compared with the wireless power transmission magnetic element including only the planar coil 59 that does not include the magnetic body portion 57 according to the comparative example 3. It can be seen that the surface temperature is low at two locations, near the outer edge T1 and near the middle T3. The measured temperature in Comparative Example 4 is lower in the vicinity of the center portion T2, but this is because the magnetic element for wireless power transmission according to Comparative Example 3 does not include the magnetic body portion. It is thought that this is mainly due to the measurement of atmospheric temperature.
- the wireless power transmission magnetic element 58 including the magnetic body portion 57 according to the comparative example 4 is compared with the wireless power transmission magnetic element including only the planar coil 59 that does not include the magnetic body portion 57 according to the comparative example 3. It can be seen that the heat dissipation is high. That is, the heat dissipation can be enhanced by providing the magnetic body portion 57 even in the closely wound planar coil 59 having no gap between the copper wires.
- the surface temperature of the planar coil 3 according to the comparative example 2 and the surface temperature of the closely wound planar coil 59 according to the comparative example 3 are substantially the same.
- the wireless power transmission magnetic element 1 using the planar coil 3 having a gap between the copper wires according to the third embodiment uses the planar power 59 using the planar coil 59 having no gap between the copper wires according to the comparative example 4.
- the surface temperature is lower at two locations near the center T2 and near the middle T3 than the magnetic element 58 for use.
- the measured temperature of Comparative Example 4 is lower near the outer edge T1, but this is because the magnetic element 58 for wireless power transmission according to Comparative Example 4 uses a planar coil 59 with no gap between copper wires.
- the magnetic element 1 for wireless power transmission using the planar coil 3 having a gap between the copper wires according to the third embodiment is the wireless power transmission using the planar coil 59 having no gap between the copper wires according to the comparative example 4. It can be seen that the heat dissipation is higher than the magnetic element 58 for use. That is, in a magnetic element for wireless power transmission provided with a magnetic body, heat dissipation can be improved by providing a gap between the copper wires of the planar coil.
- the magnetic element 1 for wireless power transmission has a flat plate shape in which a part of the planar coil 3 is exposed on the front surface 5a of the sheet-like magnetic body portion 5, and the back surface 5b is flat.
- a metal heat sink 101 may be provided on the back surface 5b of the magnetic element 1 for wireless power transmission.
- the heat sink 101 has a flat contact surface with the back surface 5b of the wireless power transmission magnetic element 1, but a plurality of concave grooves 115 are formed on the side 101a opposite to the contact surface.
- FIG. 11A is a perspective view showing the surface 5 a of the magnetic element for wireless power transmission provided with the heat sink 101.
- FIG. 11B is a perspective view showing the groove 115 of the heat sink 101 of the magnetic element 1 for wireless power transmission provided with the heat sink 101.
- the heat sink 101 has a plurality of concave grooves 115, so that heat dissipation is improved by increasing the surface area.
- heat is transferred from the back surface 5b of the wireless power transmission magnetic element 1 to the heat sink 101, and the efficiency is achieved through the plurality of concave grooves 115. It can dissipate heat well.
- FIGS. 12A and 12B a plurality of concave grooves 215 may be formed on the back surface 205b of the magnetic body portion 205 of the wireless power transmission magnetic element 201.
- FIG. 12A is a perspective view showing the surface 205a of the magnetic element 201 for wireless power transmission.
- FIG. 12B is a perspective view showing the back surface 205b of the magnetic element 201 for wireless power transmission.
- a plurality of convex shapes are formed on the surface in contact with the back surface of the epoxy resin that has become a B stage shape (the portion that will later become the back surface 205 b of the magnetic body portion 205) in the pressing step.
- a mold provided with a groove forming portion is applied. And it can form by pressing from above and below the plate which piled up the metal mold, the epoxy resin which became B-stage shape, and the plane coil in order from the bottom.
- a plurality of concave grooves 215 can be formed on the back surface 205b of the magnetic body 205 of the magnetic element 201 for wireless power transmission.
- the surface area of the magnetic body portion 205 can be increased, so that heat dissipation can be improved.
- the shape of the groove is not limited to the concave groove shown in FIG. 12, but a plurality of concave vertical grooves 315 are formed on the back surface 305b of the magnetic body portion 305 of the wireless power transmission magnetic element 301 as shown in FIG.
- a plurality of protrusions 320 may be formed by providing a plurality of concave lateral grooves 317.
- the magnetic part 5 is not limited to a thermosetting resin, and a thermoplastic resin can also be used.
- the thermoplastic resin can be repeatedly softened when heat is applied and solidified when cooled. Specifically, it can be softened by heating up to the melting point and molded into a desired shape, and a thermoplastic resin can be filled between the copper wires of the planar coil 3.
- the thermoplastic resin include PP (polypropylene), ABS (acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer), PET (polyethylene terephthalate), PE (polyethylene), and PC (polycarbonate).
- thermoplastic resin softened by the heat treatment can be fixed in a space B between the copper wires of the planar coil 3 and cooled and solidified.
- thermoplastic resin softened by the heat treatment is simply sealed in the gap B between the copper wires of the planar coil 3 and cooled and solidified, so that the planar coil 3 and the thermoplastic resin as the magnetic body portion are The joining state can be fixed.
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Abstract
放熱性を高めつつ高送電効率で給電が可能な無線電力伝送用磁気素子及びその製造方法を提供するために、無線電力伝送用磁気素子１・２は、交流電流が流通する平面コイル３・４と、断面視で平面コイル３・４の銅線間の隙間Ｂに並列配置された磁性体部５・６とを有する構成とし、磁性体部５・６は、磁性粒子としての鉄系アモルファス粒子としてのファインメット１１が分散されたエポキシ樹脂１０を有し、エポキシ樹脂１０により平面コイル３に対して電気的に絶縁状態で接合されて一体化された構成とする。
Description
本発明は、非接触で電力を送電する無線電力伝送用磁気素子に関する。
近年、電動歯ブラシやコードレス電話や携帯機器のように、電磁誘導を利用したコードレスの給電により作動する機器が増えつつある（例えば、特許文献１）。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、磁界共鳴を利用した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（例えば、特許文献２）。そして、これらの無線電力伝送技術分野では、高電力・高送電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が開発及び提案されている。
もっとも、このような無線電力伝送用磁気素子において、高電力・高送電効率で給電を行うと過剰な熱が発生するという問題がある。この無線電力伝送用磁気素子の発熱により当該無線電力伝送用磁気素子自体や周辺の機能部品に不具合を発生させる恐れがある。
そこで、この発熱問題を解消すべく、例えば、特許文献３に開示されているように、熱源となる平面コイル導体を磁性体層で覆い、磁性体層に設けられた伝熱用導体層を介して外部に放熱するコイル内蔵基板の構成を採用することも考えられる。これによれば、確かに、平面コイルで発生した熱を外部に放熱することができる。
しかしながら、平面コイル自体が磁性体層によって覆われているため磁界が遮られてしまい、電磁誘導や磁界共鳴を利用する無線電力伝送用磁気素子への使用には不向きである。また、磁性体層に平面コイル及び伝熱用導体層を組み込まなければならないため、その製造加工工程において手間を要する。
そこで、本発明の目的は、放熱性を高めつつ高送電効率で給電が可能な無線電力伝送用磁気素子及びその製造方法を提供することにある。
上記課題を解決するための発明の一つは、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、交流電流が流通する導体部と、前記導体部に並列配置された磁性体部とを有し、前記磁性体部は、磁性粒子が分散された樹脂を有し、該樹脂により少なくとも一部が前記導体部に対して電気的に絶縁状態で接合されて一体化していることを特徴とするものである。
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を初期状態に維持することができるため、初期の高い送電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り、無線電力伝送用磁気素子の製造工程を簡単化することができる。
また、上記課題を解決するための発明の一つは、前記樹脂が、熱硬化性樹脂であることを特徴とする無線電力伝送用磁気素子である。
上記の構成によれば、熱硬化性樹脂を硬化させる加熱処理を無線電力伝送用磁気素子の製造工程に加えるだけで、導体部と磁性体部との接合状態を固定化することができるため、製造工程の簡単化を容易に実現することができる。
また、上記課題を解決するための発明の一つは、前記樹脂が、熱可塑性樹脂であることを特徴とする無線電力伝送用磁気素子である。
上記の構成によれば、熱可塑性樹脂を軟化させる加熱工程を無線電力伝送用磁気素子の製造工程に加えるだけで、軟化した熱可塑性樹脂を導体部間に封入し、冷却により導体部と磁性体部との接合状態を固定化することができるため、製造工程の簡単化を容易に実現することができる。
また、上記課題を解決するための発明の一つは、前記磁性粒子は、軟磁性粒子であることを特徴とする無線電力伝送用磁気素子である。
また、上記課題を解決するための発明の一つは、前記軟磁性粒子は、金属系磁性粒子であることを特徴とする無線電力伝送用磁気素子である。
上記の構成によれば、金属系磁性粒子は、高い透磁率を呈することから、磁性体部を高い磁気遮蔽率で保持することができる。
また、上記課題を解決するための発明の一つは、前記金属系磁性粒子は、アモルファス粒子であることを特徴とする無線電力伝送用磁気素子である。
上記の構成によれば、アモルファス粒子は結晶構造を持たず高い透磁率を呈することから、磁性体部を薄くして充分に高い磁気遮蔽率で保持することができる。
また、上記課題を解決するための発明の一つは、前記磁性体部には、複数の溝が形成されていることを特徴とする無線電力伝送用磁気素子である。
上記の構成によれば、磁性体部に複数の溝が形成されていることにより、磁性体部の表面積が増えることによって、放熱性を高めることができる。
また、上記課題を解決するための発明の一つは、無線電力伝送用磁気素子の製造方法であって、樹脂に磁性粒子を分散させる磁性粒子分散工程と、前記磁性粒子を分散させた樹脂をＢステージ化させる工程と、前記導体部と前記Ｂステージ状樹脂とを重ね合わせて加圧することにより接合する加圧工程と、前記導体部に接合された前記Ｂステージ状樹脂を硬化させる硬化工程と、を含むことを特徴とするものである。
上記の方法によれば、樹脂に磁性粒子を分散させるため、樹脂中に磁性粒子を均等に散在させることが容易にできる。これにより、製造された無線電力伝送用磁気素子において、磁性体部の熱伝導率及び磁気特性の均一化を容易に実現することができる。
また、樹脂を加熱してＢステージ状態にしているため、導体部とＢステージ状樹脂とを重ね合わせて加圧した場合に、導体部とＢステージ状樹脂とを密着させて接合することができる。即ち、導体部とＢステージ状樹脂とを接合することにより一体化することができる。そして、導体部に接合されたＢステージ状樹脂が硬化されることによって、製造された無線電力伝送用磁気素子は、導体部と磁性粒子を含む樹脂とを一体化した状態で固定することができる。
また、樹脂を加熱してＢステージ状態にしているため、導体部とＢステージ状樹脂とを重ね合わせて加圧した場合に、導体部とＢステージ状樹脂とを密着させて接合することができる。即ち、導体部とＢステージ状樹脂とを接合することにより一体化することができる。そして、導体部に接合されたＢステージ状樹脂が硬化されることによって、製造された無線電力伝送用磁気素子は、導体部と磁性粒子を含む樹脂とを一体化した状態で固定することができる。
また、上記課題を解決するための発明の一つは、前記加圧工程において、前記Ｂステージ状樹脂に複数の溝を形成することを特徴とする無線電力伝送用磁気素子の製造方法である。
上記の方法によれば、樹脂に複数の溝を形成することにより、磁性粒子を分散させた樹脂の表面積を増やすことができるため、放熱性を高めることができる。
また、上記課題を解決するための発明の一つは、前記加圧工程において、隣接する導体部間に隙間が存在する導体部成形体と前記Ｂステージ状樹脂とを重ね合わせて加圧することにより接合することを特徴とする無線電力伝送用磁気素子の製造方法である。
上記の方法によれば、隣接する導体部間に隙間が存在する導体部成形体とＢステージ状樹脂とを重ね合わせて加圧した場合に、隙間にＢステージ状樹脂が入り込み、隙間に面する導体部の壁面にＢステージ状樹脂を密着させて接合することができる。
また、上記課題を解決するための発明の一つは、前記樹脂は熱硬化性樹脂であって、前記硬化工程では、加熱処理によってＢステージ状の前記熱硬化性樹脂を硬化させることを特徴とする無線電力伝送用磁気素子の製造方法である。
上記の方法によれば、熱硬化性樹脂を硬化させる加熱処理をするだけで、導体部と樹脂との接合状態を固定化することができる。
また、上記課題を解決するための発明の一つは、前記樹脂は、熱可塑性樹脂であって、前記硬化工程では、加熱処理によって軟化させた前記熱可塑性樹脂を前記導体部間に封入し冷却固化させることで固定化することを特徴とする無線電力伝送用磁気素子の製造方法である。
上記の方法によれば、加熱処理によって軟化させた熱可塑性樹脂を導体部間に封入し冷却固化させるだけで、導体部と磁性体部との接合状態を固定化することができるため、樹脂の硬化処理の簡単化を容易に実現することができる。
放熱性を高めつつ高送電効率で給電が可能な無線電力伝送用磁気素子及びその製造方法を提供することができる。
まず、本発明に係る無線電力伝送用磁気素子１・２を図面に基づいて説明する。
（無線電力伝送用磁気素子の概要）
図１に示すように、無線電力伝送用磁気素子１・２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、例えば、無線電力伝送用磁気素子１は、電磁誘導を利用したコードレスの給電により作動するパーソナルコンピュータやマウス等の載置型の機器の給電に用いられる電力供給装置等に適用可能である。また、無線電力伝送用磁気素子１は、磁界共鳴を利用したコードレスの給電により作動する壁掛け用薄型テレビ等の壁掛け型の機器や電気自動車の給電に用いられる電力供給装置等にも適用可能である。
図１に示すように、無線電力伝送用磁気素子１・２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、例えば、無線電力伝送用磁気素子１は、電磁誘導を利用したコードレスの給電により作動するパーソナルコンピュータやマウス等の載置型の機器の給電に用いられる電力供給装置等に適用可能である。また、無線電力伝送用磁気素子１は、磁界共鳴を利用したコードレスの給電により作動する壁掛け用薄型テレビ等の壁掛け型の機器や電気自動車の給電に用いられる電力供給装置等にも適用可能である。
一方、受電用としては、無線電力伝送用磁気素子２は、上記の電力供給装置に載置や接触されるパーソナルコンピュータやマウス等の載置型機器や壁掛け用薄型テレビ等の壁掛け型の機器や電気自動車に適用可能である。
上記の給電用の無線電力伝送用磁気素子１は、図１に示すように、交流電流が流通する平面コイル３（導体部）と、図１のＡ－Ａ´断面図に示すように、平面コイル３に並列配置された磁性体部５とを有し、磁性体部５は、磁性粒子が分散された樹脂を有し、該樹脂により少なくとも一部が導体部に対して電気的に絶縁状態で接合されて一体化している。なお、受電用の無線電力伝送用磁気素子２も同様の構成をしている。
ここで、交流電流が流通する導体部３とは、例えば、スパイラル型やソレノイド型のコイルが挙げられる。磁性体部５は導体部３に対して並列配置されているとは、給電用の無線電力伝送用磁気素子１と受電用の無線電力伝送用磁気素子２の磁気結合方向に一致する断面において磁性体部５が導体部３に隣接して配置された状態をいう。また、磁気結合方向とは、同一サイズの給電用の無線電力伝送用磁気素子１と受電用の無線電力伝送用磁気素子２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。
上記の構成によれば、平面コイル３と磁性体部５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、平面コイル３及び磁性体部５が振動や衝撃等の外力を受けた場合でも、平面コイル３及び磁性体部５の位置関係を初期状態に維持することができるため、初期の高い送電効率を長期間に亘って維持することができる。また、平面コイル３が発熱したときに、平面コイル３の熱が一体的に接合された部位を介して磁性体部５に効率的に移動するため、磁性体部５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、平面コイル３と磁性体部５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、平面コイル３と磁性体部５との少なくとも一部を一体化しただけの簡単な構成で、平面コイル３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、平面コイル３と磁性体部５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り、無線電力伝送用磁気素子１の製造工程を簡単化することができる。
次に、実施例に係る無線電力伝送用磁気素子１・２について、電磁誘導を利用して無線電力伝送用磁気素子１から無線電力伝送用磁気素子２に給電がなされる構成を詳細に説明する。
（無線電力伝送用磁気素子１の構成）
上記の給電用の無線電力伝送用磁気素子１は、図１に示すように、交流電流が流通する平面コイル３（導体部）と、図１及び図２のＡ－Ａ´断面図に示すように、磁気結合方向に一致する断面において、平面コイル３と、平面コイル３に隣接された磁性体部５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、磁性体部５は、磁性粒子が分散された樹脂で構成され、該樹脂により少なくとも一部が平面コイル３に対して電気的に絶縁状態で接合されて一体化している。なお、受電用の無線電力伝送用磁気素子２も同様の構成をしているため以後説明を省略する。なお、『直交方向』とは、ほぼ直交するという程度である。
上記の給電用の無線電力伝送用磁気素子１は、図１に示すように、交流電流が流通する平面コイル３（導体部）と、図１及び図２のＡ－Ａ´断面図に示すように、磁気結合方向に一致する断面において、平面コイル３と、平面コイル３に隣接された磁性体部５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、磁性体部５は、磁性粒子が分散された樹脂で構成され、該樹脂により少なくとも一部が平面コイル３に対して電気的に絶縁状態で接合されて一体化している。なお、受電用の無線電力伝送用磁気素子２も同様の構成をしているため以後説明を省略する。なお、『直交方向』とは、ほぼ直交するという程度である。
（平面コイル３）
平面コイル３は、線径５００μｍφの丸形タイプの銅線材（絶縁被膜付）を銅線間に５００μｍの隙間Ｂができるように渦巻き状に１９周巻回したコイル内径５ｍｍφ、コイル外径４３ｍｍφの平面コイルとして形成されている。また、平面コイル３は、Ｃｕ、Ａｌ等の金属材料であればよい。また、上記した平面コイル３の構成は例示であり、銅線材の形状やサイズ、隙間のサイズ、巻回数等は適宜変更可能である。
平面コイル３は、線径５００μｍφの丸形タイプの銅線材（絶縁被膜付）を銅線間に５００μｍの隙間Ｂができるように渦巻き状に１９周巻回したコイル内径５ｍｍφ、コイル外径４３ｍｍφの平面コイルとして形成されている。また、平面コイル３は、Ｃｕ、Ａｌ等の金属材料であればよい。また、上記した平面コイル３の構成は例示であり、銅線材の形状やサイズ、隙間のサイズ、巻回数等は適宜変更可能である。
また、給電側の無線電力伝送用磁気素子１の平面コイル３は、外周側の一端部と内周側の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。その一対の端子は、電源装置に接続されて、任意の周波数で交流電力を平面コイル３に供給可能にしている。一方、受電側の無線電力伝送用磁気素子２の平面コイル４も、外周側の一端部と内周側の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。そして、その一対端子が直接駆動機器に接続されるか、整流装置に接続される。整流装置に接続される場合、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。
（磁性体部５）
磁性体部５は、一辺が５０ｍｍの正方形状をした、厚さ６００μｍのシート状に形成され、図２に示すように、平面コイル３に設けられた５００μｍの隙間Ｂを埋めるように平面コイル３の壁面３ａに密着して接合している。これにより、磁気結合方向に一致した縦断面（Ａ－Ａ'断面図）において、平面コイル３と磁性体部５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。また、平面コイル３の壁面３ａにおいて、磁性体部５が平面コイル３に対して電気的に絶縁状態で接合されて一体化されることになる。尚、上記した磁性体部５の構成は例示であり、形状やサイズ、隙間のサイズ等は適宜変更可能である。
磁性体部５は、一辺が５０ｍｍの正方形状をした、厚さ６００μｍのシート状に形成され、図２に示すように、平面コイル３に設けられた５００μｍの隙間Ｂを埋めるように平面コイル３の壁面３ａに密着して接合している。これにより、磁気結合方向に一致した縦断面（Ａ－Ａ'断面図）において、平面コイル３と磁性体部５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。また、平面コイル３の壁面３ａにおいて、磁性体部５が平面コイル３に対して電気的に絶縁状態で接合されて一体化されることになる。尚、上記した磁性体部５の構成は例示であり、形状やサイズ、隙間のサイズ等は適宜変更可能である。
また、無線電力伝送用磁気素子１は、図１に示すように、シート状の磁性体部５の表面５ａに平面コイル３の一部が露出しており、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５ａ及び裏面５ｂを有している。
（磁性体部５：樹脂）
磁性体部５は、磁性粒子が分散された樹脂で構成されている。本実施例では、樹脂には熱硬化性樹脂であるエポキシ樹脂１０を使用しているが、硬化した後に高温放置試験や高温高湿放置試験などで劣化しないものであれば特に限定されることなく、好適に使用する
ことができる。例えば、エポキシ樹脂としてはグリシジルアミン型エポキシ樹脂、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂、脂肪族エポキシ樹脂、ハロゲン化エポキシ樹脂などがあげられ、単独もしくは２種類以上併せて用いられる。
磁性体部５は、磁性粒子が分散された樹脂で構成されている。本実施例では、樹脂には熱硬化性樹脂であるエポキシ樹脂１０を使用しているが、硬化した後に高温放置試験や高温高湿放置試験などで劣化しないものであれば特に限定されることなく、好適に使用する
ことができる。例えば、エポキシ樹脂としてはグリシジルアミン型エポキシ樹脂、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂、脂肪族エポキシ樹脂、ハロゲン化エポキシ樹脂などがあげられ、単独もしくは２種類以上併せて用いられる。
なお、熱硬化性樹脂として、エポキシ樹脂の他に、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ビニルエステル樹脂、シアノエステル樹脂、マレイミド樹脂、及び、熱硬化性アクリル樹脂などが挙げられ、樹脂にはこれらを単独でも又は２種類以上を組み合わせて用いてもよい。
また、エポキシ樹脂１０にはエポキシ硬化剤としてフェノール樹脂を添加している。フェノール樹脂は、エポキシ樹脂の硬化剤としての作用を奏するものであり、フェノールノボラック、ナフトールノボラック、ビフェニルノボラック等があげられる。これらは単独でもしくは２種以上併せて用いられる。上記エポキシ樹脂１０とフェノール樹脂の配合割合は、エポキシ樹脂中のエポキシ基１当量あたり、フェノール樹脂中の水酸基当量が０．５～２．０当量となるように配合する事が好ましい。より好ましくは０．８～１．２当量である。
更に、磁性体部５を構成する樹脂には、弾性体や硬化促進剤などを添加してもよい。
弾性体としては、アクリロニトリル－ブタジエンゴム（NBR）、アクリルゴム等のエポキシ樹脂系接着剤に従来から使用されるゴム成分、アクリル樹脂、フェノキシ樹脂、ポリアミド樹脂などが挙げられ、単独でもしくは２種以上併せて用いられる。シートの柔軟性の観点から、ＮＢＲやアクリルゴム を用いる事が好ましく、特に５重量％以上、より好ましくは５～３０重量％、特に好ましくは５～２０重量％共重合したものが好ましい。
上記エポキシ樹脂１０とフェノール樹脂とともに用いられる硬化促進剤は、アミン型、リン型などのものがあげられる。上記アミン型としては、２－イミダゾール等のイミダゾール類、トリエタノールアミン、などがあげられる。また、上記リン型としては、トリフェニルホスフィン、テトラフェニルホスホニウム、などがあげられる。これらは単独でもしくは２種以上併せて用いられる。そして、上記硬化促進剤の配合量はエポキシ樹脂組成物全体の０．１～２重量％の割合に設定する事が好ましい。さらに、エポキシ樹脂組成物の流動性を考慮すると、特に好ましくは、０．１５～０．３５重量％である。
さらに上記エポキシ樹脂、エポキシ硬化剤、弾性体、硬化促進剤以外に、磁性体部５の諸特性を劣化させない範囲内で、顔料、シランカップリング剤、分散剤、消泡剤、難燃剤、イオントラップ剤などの従来公知の各種添加剤を添加してもよい。
（磁性体部５：磁性粒子）
また、磁性体部５は、上記樹脂中に磁性粒子が分散されている。磁性粒子には、軟磁性粒子を使用するが、軟磁性粒子の中でも金属系磁性粒子が好ましい。更には、金属系磁性粒子の中でもアモルファス粒子が好ましい。なお、本実施形態では、磁性粒子には、鉄系アモルファス粒子として球状のファインメット（日立金属社製）を使用している。このファインメットが属する鉄系アモルファス粒子は結晶構造を持たず高い透磁率を呈することから、磁性体部５を薄くして充分に高い磁気遮蔽率で保持することができる。
また、磁性体部５は、上記樹脂中に磁性粒子が分散されている。磁性粒子には、軟磁性粒子を使用するが、軟磁性粒子の中でも金属系磁性粒子が好ましい。更には、金属系磁性粒子の中でもアモルファス粒子が好ましい。なお、本実施形態では、磁性粒子には、鉄系アモルファス粒子として球状のファインメット（日立金属社製）を使用している。このファインメットが属する鉄系アモルファス粒子は結晶構造を持たず高い透磁率を呈することから、磁性体部５を薄くして充分に高い磁気遮蔽率で保持することができる。
軟磁性粒子としては、特に限定されるものではないが、パーマロイ系粒子、ケイ素鋼系粒子、鉄系磁性粒子などが挙げられる。また、鉄系磁性粒子としては、高透磁率、高熱伝導を示すものであれば限定されることなく好適に使用する事ができる。Fe-Al系合金、例えばアルパーム、Fe-Si系合金、例えばケイ素鋼、又はFe-Al-Si系合金、例えばセンダストのいずれか、またそれらの混合粉末を用いることができる。また、パーマロイ系合金であるFe-Ni系合金、Fe-Ni-Mo系合金、Fe-Ni-Mo-Cu系合金、又はFe-Ni-Mo-Mn系合金のいずれか、またそれらの混合粉末を用いる事が出来る。また、ナノ結晶材料で高透磁率を発現するFe-Zr-B系合金や、Fe-Zr-Nb-B系合金、Fe-Zr-Cu-B、Fe-Si-B-Nb-Cu系合金、Fe-Co-Si-B-Nb-Cu系合金のいずれか、またそれらの混合粉末を用いることが出来る。また、アモルファス粒子としては、アモルファス合金である、Fe-B-Si系合金、Fe-Co-Si-B系合金、Fe-B-Si-C系合金、Fe-Co-Ni-Si-B系合金のいずれか、またそれらの混合粉末を用いることが出来る。
また、上記磁性粒子の形状が球状粒子の場合、平均粒径が１μｍ～３００μｍ、好ましくは２０μｍ～５０μｍの球状の磁性粒子を、樹脂に対する添加量が５０Ｖｏｌ％～９０Ｖｏｌ％になるように混合する。球状粒子の平均粒径を上記範囲にするのは、もし、粒径が小さすぎる場合は、反磁界の影響が著しくなり、透磁率が劣化し良好な吸収特性が得られなくなるからであり、また逆に、粒径が大きすぎる場合、磁性体部５の厚みを薄くできない他、磁性体部５の表面の平滑性が劣る場合があるからである。
また、上記磁性粒子の形状が扁平粒子の場合、粒径が５０μｍ以下で、アスペクト比が１０以上の扁平状の磁性粒子を、樹脂に対する添加量が２０～７０ｖｏｌ％、好ましくは３０～６０Ｖｏｌ％になるように混合する。もし、粒径が５０μｍよりも小さい場合、あるいはアスペクト比が１０より小さい場合、反磁界の影響が著しくなり磁界特性が劣る。また、樹脂に対する添加量が２０ｖｏｌ％よりも少ないと優れた磁気特性を得られず、７０ｖｏｌ％よりも多いとシートが脆くなる。
（動作）
上記の構成において、無線電力伝送用磁気素子１に対して電源装置が接続され、高周波の交流電流（交流電力）が供給されると、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３に示すように、無線電力伝送用磁気素子１は、磁気結合方向に一致する断面において、平面コイル３と磁性体部５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をしていることによって、図４に示すように、無線電力伝送用磁気素子１は、平面コイル３の隙間に磁性体部５が並列配置されていない場合と比較して、平面コイル３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、無線電力伝送用磁気素子１は、受電側の無線電力伝送用磁気素子２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、無線電力伝送用磁気素子１は、無線電力伝送用磁気素子２に対して高い送電効率で電力を給電することができる。
上記の構成において、無線電力伝送用磁気素子１に対して電源装置が接続され、高周波の交流電流（交流電力）が供給されると、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３に示すように、無線電力伝送用磁気素子１は、磁気結合方向に一致する断面において、平面コイル３と磁性体部５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をしていることによって、図４に示すように、無線電力伝送用磁気素子１は、平面コイル３の隙間に磁性体部５が並列配置されていない場合と比較して、平面コイル３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、無線電力伝送用磁気素子１は、受電側の無線電力伝送用磁気素子２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、無線電力伝送用磁気素子１は、無線電力伝送用磁気素子２に対して高い送電効率で電力を給電することができる。
また、無線電力伝送用磁気素子１の内部においては、平面コイル３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平面コイル３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、平面コイル３の隙間Ｂに設けられた磁性体部５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、高い送電効率による給電及び受電が可能になる。
更に、平面コイル３が発熱したときに、平面コイル３の熱が磁性体部５と一体的に接合された壁面３ａを介して磁性体部５に効率的に移動するため、平面コイル３の銅線間に設けられた磁性体部５において平面コイル３の熱を効率良く放熱する。
上記のように構成された無線電力伝送用磁気素子１は、磁性体部５が平面コイル３の銅線間に設けられた隙間Ｂを埋めるように平面コイル３の壁面３ａに密着して接合して一体化されることによって、平面コイル３及び磁性体部５が振動や衝撃等の外力を受けた場合でも、平面コイル３及び磁性体部５の位置関係を初期状態に維持することができるため、初期の高い送電効率を長期間に亘って維持することができる。また、平面コイル３が発熱したときに、平面コイル３の熱が磁性体部５と平面コイル３とが一体的に接合された壁面３ａを介して磁性体部５に効率的に移動するため、磁性体部５において平面コイル３の熱を効率良く放熱することができる。これにより、平面コイル３と磁性体部５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、平面コイル３と磁性体部５とを平面コイル３の壁面３ａで一体化しただけの簡単な構成で、平面コイル３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、平面コイル３と磁性体部５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。さらに、樹脂を有する磁性体部５は、外力により変形し易い。従って、平面コイル３と磁性体部５とを比較的に小さな外力で接合することができることから、無線電力伝送用磁気素子１の製造工程を簡単化することができる。
また、磁性体部５に熱硬化性樹脂を使用しているため、熱硬化性樹脂を硬化させる加熱工程を無線電力伝送用磁気素子１の製造工程に加えるだけで、平面コイル３と磁性体部５との接合状態を固定化することができるため、製造工程の簡単化を容易に実現することができる。
（無線電力伝送用磁気素子１の製造方法）
次に、無線電力伝送用磁気素子１の製造方法について説明する。なお、無線電力伝送用磁気素子２の製造方法も同様である。
次に、無線電力伝送用磁気素子１の製造方法について説明する。なお、無線電力伝送用磁気素子２の製造方法も同様である。
まず、エポキシ樹脂、アクリルゴム、フェノール樹脂、硬化促進剤、分散剤、シランカップリング剤を配合比率が、それぞれ５５重量部、１０重量部、３５重量部、１重量部、１重量部、１重量部となるように、メチルエチルケトン(MEK)が入った容器２０に入れて溶解（液状化）させた。なお、以下の説明では、エポキシ樹脂１０を上記容器２０で溶解させたもの全てを含んだものとして説明する。また、本実施形態では有機溶剤として、溶解性の観点から、ケトン系溶剤のメチルエチルケトンを用いている。
次に、液状化したエポキシ樹脂１０が入った容器２０に鉄系アモルファス粒子としてのファインメット１１を配合比率が７００重量部となるように入れて、ディスパー（分散機）によって混ぜ合わせてエポキシ樹脂１０中にファインメットを分散させる（磁性粒子分散工程）。
次に、表面がシリコン処理された平板状のＰＥＴ２４の片面に、ファインメット１１を分散させた液状化したエポキシ樹脂１０をアプリケータ２５を使用して厚さ約３００μｍで塗布する。この塗布する液状化したエポキシ樹脂１０の厚みは特に限定されるものではないが、製膜性の観点から、通常３０～５００um程度、好ましくは、５０～３００umの範囲に設定される。なお、ＰＥＴ２４としては、他に、ポリエステル、ポリアミド、ポリフェニレンスルフィド、ポリイミド、ポリエチレンナフタレート等のプラスチック製基材、およびこれら多孔質基材、グラシン紙、上質紙、和紙等の紙製基材、セルロース、ポリアミド、ポリエステル、アラミド等の不織布、銅箔、アルミニウム箔、SUS箔、ニッケル箔などの金属製フィルム基材を使用してもよい。
次に、ＰＥＴ２４の表面に塗布されたエポキシ樹脂１０を温熱乾燥機を使用して１１０℃で１２分間乾燥させてＢステージ状にする（Ｂステージ化工程）。その結果、ＰＥＴ２４の表面でＢステージ状になった厚さ２５０μｍのエポキシ樹脂１０が得られる。なお、Ｂステージ化工程では、使用する樹脂の種類や塗布する樹脂の厚みの差異により、温熱乾燥させる温度、時間を調整する。
次に、所望の厚みになるようにＢステージ状のエポキシ樹脂１０を複数枚重ね合わせる。本実施形態では、厚さ５００μｍにするため、２枚のＢステージ状のエポキシ樹脂１０を重ね合わせる。具体的には、図５に示すように、ＰＥＴ２４表面でＢステージ状になったエポキシ樹脂１０の上に、別のＢステージ状になったエポキシ樹脂１０を重ね合わせる。そして、積層されたＢステージ状のエポキシ樹脂１０の上に平面コイル３を重ね合わせる。更に、平面コイル３の上に表面がシリコン処理された平板状のＰＥＴ２７を重ね合わせる。なお、平面コイル３（導体部成形体）は、上述したように線径５００μｍφの丸形タイプの銅線材（絶縁被膜付）を銅線間に５００μｍの隙間Ｂができるように渦巻き状に１９周巻回したコイル内径５ｍｍφ、コイル外径４３ｍｍφの平面コイルである。
そして、下から、ＰＥＴ２４、積層されたＢステージ状のエポキシ樹脂１０、平面コイル３、ＰＥＴ２７の順に重ね合わせたプレート２８を上下から加圧する（加圧工程）。この加圧工程では、加圧式真空ラミネーター装置(ニチゴーモートン株式会社製 Ｖ－１３０）を用い、３ｈＰａにて１０秒間真空引きした後、温度１１０℃、圧力０．１ＭＰａで加圧時間９０秒の条件にてプレート２８を加圧する。なお、加圧工程でも、使用する樹脂の種類や樹脂の厚みの差異に合わせて、加圧力、加圧時間、加熱温度を調整する。
最後に、取り出した無線電力伝送用磁気素子１を１５０℃で１時間ほどポストキュア（アフターキュア）をしてＢステージ状のエポキシ樹脂１０を熱硬化させる（硬化工程）。なお、硬化工程でも、使用する樹脂の種類や樹脂の厚みの差異に合わせて、温度、時間を調整する。この無線電力伝送用磁気素子１は、図１に示すように、平面コイル３の一部が露出した状態でシート状の磁性体部５に埋まった平板形状をしており、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５ａ及び裏面５ｂを有した形状となる。
上記の製造方法によれば、溶解したエポキシ樹脂１０に磁性粒子である鉄系アモルファス粒子であるファインメット１１を分散させるため、エポキシ樹脂１０中にファインメット１１を均等に散在させることが容易にできる。これにより、製造された無線電力伝送用磁気素子１において、磁性体部５の熱伝導率及び磁性の均一化を容易に実現することができる。
また、エポキシ樹脂１０をＢステージ状にしているため、平面コイル３とＢステージ状のエポキシ樹脂１０とを重ね合わせて加圧した場合に、平面コイル３とＢステージ状のエポキシ樹脂１０とを密着させて接合することができる。即ち、隣接する銅線間に隙間Ｂが存在する平面コイル３とＢステージ状のエポキシ樹脂１０とを重ね合わせて加圧した場合に、隙間ＢにＢステージ状のエポキシ樹脂１０が入り込み、隙間Ｂに面する平面コイル３の壁面３ａにＢステージ状のエポキシ樹脂１０を密着させて接合することにより一体化することができる。
また、樹脂には熱硬化性樹脂であるエポキシ樹脂１０を使用して、硬化工程において、ポストキュア（加熱処理）によってＢステージ状のエポキシ樹脂１０を硬化状態（Ｃステージ）にする。これによれば、Ｂステージ状のエポキシ樹脂１０をポストキュア（加熱処理）することで、平面コイル３の銅線間にある隙間Ｂに入り込ませたＢステージ状のエポキシ樹脂１０を硬化させて、平面コイル３とエポキシ樹脂１０との接合状態を固定化することができる。そして、平面コイル３に接合されたＢステージ状のエポキシ樹脂１０が硬化されることによって、製造された無線電力伝送用磁気素子１は、平面コイル３とファインメット１１を含むエポキシ樹脂１０とを一体化した状態で固定することができる。
（送電効率及び放熱性の測定）
以上、無線電力伝送用磁気素子１の構成、及び、その製造方法について説明した。次に、無線電力伝送用磁気素子１のＳパラメータの挿入損失（Ｓ２１）及び送電効率の比較実験、及び、放熱性の比較実験について説明する。
以上、無線電力伝送用磁気素子１の構成、及び、その製造方法について説明した。次に、無線電力伝送用磁気素子１のＳパラメータの挿入損失（Ｓ２１）及び送電効率の比較実験、及び、放熱性の比較実験について説明する。
（Ｓパラメータの挿入損失（Ｓ２１）及び送電効率の比較）
まず、上記磁性体部５を備えた無線電力伝送用磁気素子１・２のＳパラメータの挿入損失（Ｓ２１）及び送電効率を実施例１で測定すると共に、磁性体部５を備えていない平面コイル３だけの無線電力伝送用磁気素子のＳパラメータの挿入損失（Ｓ２１）及び送電効率を比較例１で測定した。
まず、上記磁性体部５を備えた無線電力伝送用磁気素子１・２のＳパラメータの挿入損失（Ｓ２１）及び送電効率を実施例１で測定すると共に、磁性体部５を備えていない平面コイル３だけの無線電力伝送用磁気素子のＳパラメータの挿入損失（Ｓ２１）及び送電効率を比較例１で測定した。
（実施例１）
実施例１では、上記で説明した無線電力伝送用磁気素子１・２を使用する。図６に示すように、給電側の無線電力伝送用磁気素子１と受電側の無線電力伝送用磁気素子２とが向い合うように配置する。この際、無線電力伝送用磁気素子１と無線電力伝送用磁気素子２とが対向する間隔は、３ｍｍの距離とした。また、平面コイル３の軸芯と平面コイル４の軸芯とが同芯となるようにしている。この後、平面コイル３の外周側の一端部に接続された配線と内周側の他端部に接続された配線とをネットワークアナライザ４０（アジレント・テクノロジー株式会社製）の端子４１に接続する。また、平面コイル４の外周側の一端部に接続された配線と内周側の他端部に接続された配線とをネットワークアナライザ４０（アジレント・テクノロジー株式会社製）の端子４２に接続する。そして、３００ｋＨｚ、５００ｋＨｚ、及び１０００ｋＨｚの測定周波数でＳパラメータの挿入損失（Ｓ２１）及び送電効率を測定した。
実施例１では、上記で説明した無線電力伝送用磁気素子１・２を使用する。図６に示すように、給電側の無線電力伝送用磁気素子１と受電側の無線電力伝送用磁気素子２とが向い合うように配置する。この際、無線電力伝送用磁気素子１と無線電力伝送用磁気素子２とが対向する間隔は、３ｍｍの距離とした。また、平面コイル３の軸芯と平面コイル４の軸芯とが同芯となるようにしている。この後、平面コイル３の外周側の一端部に接続された配線と内周側の他端部に接続された配線とをネットワークアナライザ４０（アジレント・テクノロジー株式会社製）の端子４１に接続する。また、平面コイル４の外周側の一端部に接続された配線と内周側の他端部に接続された配線とをネットワークアナライザ４０（アジレント・テクノロジー株式会社製）の端子４２に接続する。そして、３００ｋＨｚ、５００ｋＨｚ、及び１０００ｋＨｚの測定周波数でＳパラメータの挿入損失（Ｓ２１）及び送電効率を測定した。
ここで、送電効率とは、給電側の無線電力伝送用磁気素子１に供給される電力に対する受電側の無線電力伝送用磁気素子２から出力される電力の比率のことをいう。即ち、電力が、無線電力伝送用磁気素子１から無線電力伝送用磁気素子２に伝送される際のエネルギー転送効率のことである。挿入損失『Ｓ２１』とは、端子４１から信号を入力したときの端子４２を通過する信号を表しており、デシベル表示され、数値が大きいほど送電効率が高いことを表す。即ち、挿入損失『Ｓ２１』が高いほど、送電効率が高くなることを意味する。
（比較例１）
次に、比較例１では、磁性体部５を備えていない平面コイル３だけの給電用の無線電力伝送用磁気素子と磁性体部６を備えていない平面コイル４だけの受電用の無線電力伝送用磁気素子を使用する。給電側の平面コイル３と受電側の平面コイル４とが向い合うように配置する。この際、平面コイル３と平面コイル４とが対向する間隔は、３ｍｍの距離とした。また、平面コイル３の軸芯と平面コイル４の軸芯とが同芯となるようにしている。この後、平面コイル３の外周側の一端部に接続された配線と内周側の他端部に接続された配線とをネットワークアナライザ４０（アジレント・テクノロジー株式会社製）の端子４１に接続する。また、平面コイル４の外周側の一端部に接続された配線と内周側の他端部に接続された配線とをネットワークアナライザ４０（アジレント・テクノロジー株式会社製）の端子４２に接続する。そして、３００ｋＨｚ、５００ｋＨｚ、及び１０００ｋＨｚの測定周波数でＳパラメータの挿入損失（Ｓ２１）及び送電効率を測定した。
次に、比較例１では、磁性体部５を備えていない平面コイル３だけの給電用の無線電力伝送用磁気素子と磁性体部６を備えていない平面コイル４だけの受電用の無線電力伝送用磁気素子を使用する。給電側の平面コイル３と受電側の平面コイル４とが向い合うように配置する。この際、平面コイル３と平面コイル４とが対向する間隔は、３ｍｍの距離とした。また、平面コイル３の軸芯と平面コイル４の軸芯とが同芯となるようにしている。この後、平面コイル３の外周側の一端部に接続された配線と内周側の他端部に接続された配線とをネットワークアナライザ４０（アジレント・テクノロジー株式会社製）の端子４１に接続する。また、平面コイル４の外周側の一端部に接続された配線と内周側の他端部に接続された配線とをネットワークアナライザ４０（アジレント・テクノロジー株式会社製）の端子４２に接続する。そして、３００ｋＨｚ、５００ｋＨｚ、及び１０００ｋＨｚの測定周波数でＳパラメータの挿入損失（Ｓ２１）及び送電効率を測定した。
（実施例１と比較例１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）を測定した結果を図７（Ａ）に示す。図７（Ａ）では、横軸を測定周波数とし、縦軸を挿入損失『Ｓ２１』としている。また、送電効率を測定した結果を図７（Ｂ）に示す。図７（Ｂ）では、横軸を測定周波数とし、縦軸を送電効率（％）としている。
上記のようにしてＳパラメータの挿入損失（Ｓ２１）を測定した結果を図７（Ａ）に示す。図７（Ａ）では、横軸を測定周波数とし、縦軸を挿入損失『Ｓ２１』としている。また、送電効率を測定した結果を図７（Ｂ）に示す。図７（Ｂ）では、横軸を測定周波数とし、縦軸を送電効率（％）としている。
上記の測定結果によれば、磁性体部５を備えていない平面コイル３だけの給電用の無線電力伝送用磁気素子と磁性体部６を備えていない平面コイル４だけの受電用の無線電力伝送用磁気素子とを使用した比較例１に比べて、磁性体部５を備えている給電用の無線電力伝送用磁気素子１と磁性体部６を備えている受電用の無線電力伝送用磁気素子２を使用した実施例１の方がＳパラメータの挿入損失（Ｓ２１）及び送電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１・２は、磁性体部５・６を備えることによって、送電効率、即ち、無線電力伝送用磁気素子１から無線電力伝送用磁気素子２へ電力を送電する際の効率が高まることがわかる。
（放熱性の比較）
次に、上記磁性体部５を備えた無線電力伝送用磁気素子１の表面５ａの温度を実施例３で測定した。また、磁性体部５を備えていない平面コイル３だけの無線電力伝送用磁気素子の表面温度を比較例２として測定した。また、磁性体部を備えていない密巻きにした平面コイル５９だけの無線電力伝送用磁気素子の表面温度を比較例３として測定した。更に、密巻きにした平面コイル５９に磁性体部５７を備えた無線電力伝送用磁気素子５８の表面温度を比較例４として測定した。
次に、上記磁性体部５を備えた無線電力伝送用磁気素子１の表面５ａの温度を実施例３で測定した。また、磁性体部５を備えていない平面コイル３だけの無線電力伝送用磁気素子の表面温度を比較例２として測定した。また、磁性体部を備えていない密巻きにした平面コイル５９だけの無線電力伝送用磁気素子の表面温度を比較例３として測定した。更に、密巻きにした平面コイル５９に磁性体部５７を備えた無線電力伝送用磁気素子５８の表面温度を比較例４として測定した。
（実施例３）
実施例３では、上記で説明した無線電力伝送用磁気素子１を使用する。図８に示すように、４つの支柱５０の上に無線電力伝送用磁気素子１の裏面５ｂが下になるように配置する。そして、無線電力伝送用磁気素子１の平面コイル３の外周側の一端部に接続された配線と内周側の他端部に接続された配線とを電源回路５１を介して直流電源５２に接続する。そして、赤外線サーモグラフィーカメラ５４を無線電力伝送用磁気素子１の表面５ａと対向するように上方に配置する。赤外線サーモグラフィーカメラ５４は、パーソナルコンピュータ５５に接続されており、モニターにより無線電力伝送用磁気素子１の表面温度を観測することができる。そして、直流電源５２からの２．５Ｗの電力を電源回路５１で交流２００ｋＨｚに変換して無線電力伝送用磁気素子１に送電し、送電開始５分後の無線電力伝送用磁気素子１の表面温度をパーソナルコンピュータ５５のモニターに映して観測した。ここで、送電開始５分後の無線電力伝送用磁気素子１の表面温度を測定しているのは、送電開始５分後に無線電力伝送用磁気素子１の表面温度が安定したためである。なお、無線電力伝送用磁気素子１の表面温度測定では、図９（Ａ）に示すように、無線電力伝送用磁気素子１の外縁部付近Ｔ１、無線電力伝送用磁気素子１の中心部付近Ｔ２、及び、無線電力伝送用磁気素子１の外縁部から中心部の中間付近Ｔ３の３箇所で表面温度を計測した。
実施例３では、上記で説明した無線電力伝送用磁気素子１を使用する。図８に示すように、４つの支柱５０の上に無線電力伝送用磁気素子１の裏面５ｂが下になるように配置する。そして、無線電力伝送用磁気素子１の平面コイル３の外周側の一端部に接続された配線と内周側の他端部に接続された配線とを電源回路５１を介して直流電源５２に接続する。そして、赤外線サーモグラフィーカメラ５４を無線電力伝送用磁気素子１の表面５ａと対向するように上方に配置する。赤外線サーモグラフィーカメラ５４は、パーソナルコンピュータ５５に接続されており、モニターにより無線電力伝送用磁気素子１の表面温度を観測することができる。そして、直流電源５２からの２．５Ｗの電力を電源回路５１で交流２００ｋＨｚに変換して無線電力伝送用磁気素子１に送電し、送電開始５分後の無線電力伝送用磁気素子１の表面温度をパーソナルコンピュータ５５のモニターに映して観測した。ここで、送電開始５分後の無線電力伝送用磁気素子１の表面温度を測定しているのは、送電開始５分後に無線電力伝送用磁気素子１の表面温度が安定したためである。なお、無線電力伝送用磁気素子１の表面温度測定では、図９（Ａ）に示すように、無線電力伝送用磁気素子１の外縁部付近Ｔ１、無線電力伝送用磁気素子１の中心部付近Ｔ２、及び、無線電力伝送用磁気素子１の外縁部から中心部の中間付近Ｔ３の３箇所で表面温度を計測した。
（比較例２）
比較例２では、磁性体部５を備えていない平面コイル３だけの無線電力伝送用磁気素子を使用する。実施例３同様に、４つの支柱５０の上に平面コイル３を配置する。そして、平面コイル３の外周側の一端部に接続された配線と内周側の他端部に接続された配線とを電源回路５１を介して直流電源５２に接続する。そして、赤外線サーモグラフィーカメラ５４を平面コイル３の表面と対向するように上方に配置する。赤外線サーモグラフィーカメラ５４は、パーソナルコンピュータ５５に接続されており、モニターにより平面コイル３の表面温度を観測することができる。そして、直流電源５２からの２．５Ｗの電力を電源回路５１で交流２００ｋＨｚに変換して平面コイル３に送電し、送電開始５分後の平面コイル３の表面温度をパーソナルコンピュータ５５のモニターに映して観測した。なお、平面コイル３の表面温度測定では、図９（Ｂ）に示すように、平面コイル３の外縁部付近Ｔ１、平面コイル３の中心部付近Ｔ２、及び、平面コイル３の外縁部と中心部との中間付近Ｔ３の３箇所で表面温度を計測した。
比較例２では、磁性体部５を備えていない平面コイル３だけの無線電力伝送用磁気素子を使用する。実施例３同様に、４つの支柱５０の上に平面コイル３を配置する。そして、平面コイル３の外周側の一端部に接続された配線と内周側の他端部に接続された配線とを電源回路５１を介して直流電源５２に接続する。そして、赤外線サーモグラフィーカメラ５４を平面コイル３の表面と対向するように上方に配置する。赤外線サーモグラフィーカメラ５４は、パーソナルコンピュータ５５に接続されており、モニターにより平面コイル３の表面温度を観測することができる。そして、直流電源５２からの２．５Ｗの電力を電源回路５１で交流２００ｋＨｚに変換して平面コイル３に送電し、送電開始５分後の平面コイル３の表面温度をパーソナルコンピュータ５５のモニターに映して観測した。なお、平面コイル３の表面温度測定では、図９（Ｂ）に示すように、平面コイル３の外縁部付近Ｔ１、平面コイル３の中心部付近Ｔ２、及び、平面コイル３の外縁部と中心部との中間付近Ｔ３の３箇所で表面温度を計測した。
（比較例３）
比較例３では、磁性体部を備えていない密巻きにした平面コイル５９だけの無線電力伝送用磁気素子を使用する。具体的には、密巻にした平面コイル５９は、線径５００μｍφの丸形タイプの銅線材（絶縁被膜付）を銅線間に隙間ができないように渦巻き状に３６周巻回したコイル内径５ｍｍφ、コイル外径４３ｍｍφの平面コイルとして形成されている。そして、実施例３同様に、４つの支柱５０の上に平面コイル５９を配置する。そして、平面コイル５９の外周側の一端部に接続された配線と内周側の他端部に接続された配線とを電源回路５１を介して直流電源５２に接続する。そして、赤外線サーモグラフィーカメラ５４を平面コイル３の表面と対向するように上方に配置する。赤外線サーモグラフィーカメラ５４は、パーソナルコンピュータ５５に接続されており、モニターにより平面コイル５９の表面温度を観測することができる。そして、直流電源５２からの２．５Ｗの電力を電源回路５１で交流２００ｋＨｚに変換して平面コイル５９に送電し、送電開始５分後の平面コイル５９の表面温度をパーソナルコンピュータ５５のモニターに映して観測した。なお、平面コイル５９の表面温度測定では、図１０（Ｃ）に示すように、平面コイル５９の外縁部付近Ｔ１、平面コイル５９の中心部付近Ｔ２、及び、平面コイル５９の外縁部と中心部との中間付近Ｔ３の３箇所で表面温度を計測した。
比較例３では、磁性体部を備えていない密巻きにした平面コイル５９だけの無線電力伝送用磁気素子を使用する。具体的には、密巻にした平面コイル５９は、線径５００μｍφの丸形タイプの銅線材（絶縁被膜付）を銅線間に隙間ができないように渦巻き状に３６周巻回したコイル内径５ｍｍφ、コイル外径４３ｍｍφの平面コイルとして形成されている。そして、実施例３同様に、４つの支柱５０の上に平面コイル５９を配置する。そして、平面コイル５９の外周側の一端部に接続された配線と内周側の他端部に接続された配線とを電源回路５１を介して直流電源５２に接続する。そして、赤外線サーモグラフィーカメラ５４を平面コイル３の表面と対向するように上方に配置する。赤外線サーモグラフィーカメラ５４は、パーソナルコンピュータ５５に接続されており、モニターにより平面コイル５９の表面温度を観測することができる。そして、直流電源５２からの２．５Ｗの電力を電源回路５１で交流２００ｋＨｚに変換して平面コイル５９に送電し、送電開始５分後の平面コイル５９の表面温度をパーソナルコンピュータ５５のモニターに映して観測した。なお、平面コイル５９の表面温度測定では、図１０（Ｃ）に示すように、平面コイル５９の外縁部付近Ｔ１、平面コイル５９の中心部付近Ｔ２、及び、平面コイル５９の外縁部と中心部との中間付近Ｔ３の３箇所で表面温度を計測した。
（比較例４）
比較例４では、上記密巻きにした平面コイル５９に磁性体部５７を備えた無線電力伝送用磁気素子５８を使用する。磁性体部５７は、一辺が５０ｍｍの正方形状をした、厚さ６００μｍのシート状に形成され、無線電力伝送用磁気素子５８は、平面コイル５９全体が磁性体部５７に埋まるように密着して接合されている。即ち、比較例４に係る無線電力伝送用磁気素子５８は、実施例３とは異なり、平面コイル５９の銅線間に隙間がないため、磁気結合方向に一致した縦断面において、平面コイル５９と磁性体部５７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ていない構成になる。
比較例４では、上記密巻きにした平面コイル５９に磁性体部５７を備えた無線電力伝送用磁気素子５８を使用する。磁性体部５７は、一辺が５０ｍｍの正方形状をした、厚さ６００μｍのシート状に形成され、無線電力伝送用磁気素子５８は、平面コイル５９全体が磁性体部５７に埋まるように密着して接合されている。即ち、比較例４に係る無線電力伝送用磁気素子５８は、実施例３とは異なり、平面コイル５９の銅線間に隙間がないため、磁気結合方向に一致した縦断面において、平面コイル５９と磁性体部５７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ていない構成になる。
そして、実施例３同様に、４つの支柱５０の上に無線電力伝送用磁気素子５８の平面コイル５９が見える面が上になるように配置する。そして、無線電力伝送用磁気素子５８の平面コイル５９の外周側の一端部に接続された配線と内周側の他端部に接続された配線とを電源回路５１を介して直流電源５２に接続する。そして、赤外線サーモグラフィーカメラ５４を無線電力伝送用磁気素子５８の表面と対向するように上方に配置する。赤外線サーモグラフィーカメラ５４は、パーソナルコンピュータ５５に接続されており、モニターにより無線電力伝送用磁気素子５８の表面温度を観測することができる。そして、直流電源５２からの２．５Ｗの電力を電源回路５１で交流２００ｋＨｚに変換して無線電力伝送用磁気素子５８に送電し、送電開始５分後の無線電力伝送用磁気素子５８の表面温度をパーソナルコンピュータ５５のモニターに映して観測した。なお、無線電力伝送用磁気素子５８の表面温度測定では、図１０（Ｄ）に示すように、無線電力伝送用磁気素子５８の外縁部付近Ｔ１、無線電力伝送用磁気素子５８の中心部付近Ｔ２、及び、無線電力伝送用磁気素子５８の外縁部から中心部の中間付近Ｔ３の３箇所で表面温度を計測した。
（実施例３、比較例２、比較例３、比較例４の測定結果）
上記のようにして測定した結果を図９及び図１０に示す。図９（Ａ）は、実施例３に係る無線電力伝送用磁気素子１の表面温度を表示したものである。図９（Ｂ）は、比較例２に係る平面コイル３の表面温度を表示したものである。図１０（Ｃ）は、比較例３に係る平面コイル５９の表面温度を表示したものである。図１０（Ｄ）は、比較例３に係る無線電力伝送用磁気素子５８の表面温度を表示したものである。
上記のようにして測定した結果を図９及び図１０に示す。図９（Ａ）は、実施例３に係る無線電力伝送用磁気素子１の表面温度を表示したものである。図９（Ｂ）は、比較例２に係る平面コイル３の表面温度を表示したものである。図１０（Ｃ）は、比較例３に係る平面コイル５９の表面温度を表示したものである。図１０（Ｄ）は、比較例３に係る無線電力伝送用磁気素子５８の表面温度を表示したものである。
上記の測定結果によれば、実施例３に係る無線電力伝送用磁気素子１での外縁部付近Ｔ１、中心部付近Ｔ２、中間付近Ｔ３の表面温度は、それぞれ４５．２℃、５２．２℃、５４．７℃であった。また、比較例２に係る平面コイル３での外縁部付近Ｔ１、中心部付近Ｔ２、中間付近Ｔ３の表面温度は、それぞれ４１．６℃、５８．８℃、６４．９℃であった。また、また、比較例３に係る平面コイル５９での外縁部付近Ｔ１、中心部付近Ｔ２、中間付近Ｔ３の表面温度は、それぞれ４０．７℃、４６．３℃、６５．１℃であった。また、比較例４に係る無線電力伝送用磁気素子５８での外縁部付近Ｔ１、中心部付近Ｔ２、中間付近Ｔ３の表面温度は、それぞれ３８．９℃、５８．５℃、６０．４℃であった。
これにより、実施例３に係る磁性体部５を備えた無線電力伝送用磁気素子１は、比較例２に係る磁性体部５を備えていない平面コイル３だけの無線電力伝送用磁気素子に比べて、中心部付近Ｔ２及び中間付近Ｔ３の２箇所で表面温度が低いことがわかる。なお、外縁部付近Ｔ１で比較例２の方の測定温度が低くなっているが、これは、比較例２に係る無線電力伝送用磁気素子は磁性体部を備えていないため、外縁部付近Ｔ１では主に大気の温度を測定したことによるものと考えられる。従って、実施例３に係る磁性体部５を備えた無線電力伝送用磁気素子１は、比較例２に係る磁性体部５を備えていない平面コイル３だけの無線電力伝送用磁気素子に比べて、放熱性が高いことがわかる。
また、比較例４に係る磁性体部５７を備えた無線電力伝送用磁気素子５８は、比較例３に係る磁性体部５７を備えていない平面コイル５９だけの無線電力伝送用磁気素子に比べて、外縁部付近Ｔ１及び中間付近Ｔ３の２箇所で表面温度が低いことがわかる。なお、中心部付近Ｔ２で比較例４の方の測定温度が低くなっているが、これは、比較例３に係る無線電力伝送用磁気素子は磁性体部を備えていないため、中心部付近Ｔ２では主に大気の温度を測定したことによるものと考えられる。従って、比較例４に係る磁性体部５７を備えた無線電力伝送用磁気素子５８は、比較例３に係る磁性体部５７を備えていない平面コイル５９だけの無線電力伝送用磁気素子に比べて、放熱性が高いことがわかる。即ち、銅線間に隙間がない密巻きの平面コイル５９でも磁性体部５７を備えることにより放熱性を高めることができる。
また、比較例３に係る密巻きにした平面コイル５９と比較例２に係る平面コイル３の外縁部付近Ｔ１及び中間付近Ｔ３での表面温度がほぼ同じであることがわかる。なお、平面コイル５９と平面コイル３との中心部付近Ｔ２での表面温度にかなり差があるが、これは、比較例３では平面コイル５９の中心部のコイルがない大気の温度を測定したことによってかなり低い温度（４６．３℃）が測定されたものと考えられる。従って、比較例２に係る平面コイル３の表面温度と比較例３に係る密巻きにした平面コイル５９の表面温度はほぼ変わらないといえる。
上記のように、比較例２に係る平面コイル３の表面温度と比較例３に係る密巻きにした平面コイル５９の表面温度はほぼ変わらないとして、比較例２に係る平面コイル３に磁性体部５を備えた実施形態３に係る無線電力伝送用磁気素子１と、比較例３に係る密巻きにした平面コイル５９に磁性体部５７を備えた比較例４に係る無線電力伝送用磁気素子５８を比較する。即ち、実施形態３と比較例４との相違点は、平面コイルの銅線間に隙間があるかないかの違いに集約される。すると、実施例３に係る銅線間に隙間を有する平面コイル３を使用した無線電力伝送用磁気素子１は、比較例４に係る銅線間に隙間がない平面コイル５９を使用した無線電力伝送用磁気素子５８に比べて、中心部付近Ｔ２及び中間付近Ｔ３の２箇所で表面温度が低いことがわかる。なお、外縁部付近Ｔ１で比較例４の方の測定温度が低くなっているが、これは、比較例４に係る無線電力伝送用磁気素子５８は銅線間に隙間がない平面コイル５９を使用しているため、平面コイル５９と磁性体部５７との接触面積が少なくなり、磁性体部５７への熱伝導が送電開始５分では十分ではなかったことによるものと考えられる。従って、実施例３に係る銅線間に隙間を有する平面コイル３を使用した無線電力伝送用磁気素子１は、比較例４に係る銅線間に隙間がない平面コイル５９を使用した無線電力伝送用磁気素子５８に比べて、放熱性が高いことがわかる。即ち、磁性体を備えた無線電力伝送用磁気素子において、平面コイルの銅線間に隙間を設けた方が放熱性を高めることができる。
（その他の実施例）
上記実施例に係る無線電力伝送用磁気素子１は、シート状の磁性体部５の表面５ａに平面コイル３の一部が露出した平板形状をしており、裏面５ｂは平面であるが、図１１（Ａ）（Ｂ）に示すように、この無線電力伝送用磁気素子１の裏面５ｂに金属製のヒートシンク１０１を設けた構成としてもよい。このヒートシンク１０１は、無線電力伝送用磁気素子１の裏面５ｂとの接触面は平面であるが、接触面とは反対側１０１ａには複数の凹状の溝１１５が形成されている。なお、図１１（Ａ）は、ヒートシンク１０１を備えた無線電力伝送用磁気素子の表面５ａを示す斜視図である。図１１（Ｂ）は、ヒートシンク１０１を備えた無線電力伝送用磁気素子１のヒートシンク１０１の溝１１５を示す斜視図である。
上記実施例に係る無線電力伝送用磁気素子１は、シート状の磁性体部５の表面５ａに平面コイル３の一部が露出した平板形状をしており、裏面５ｂは平面であるが、図１１（Ａ）（Ｂ）に示すように、この無線電力伝送用磁気素子１の裏面５ｂに金属製のヒートシンク１０１を設けた構成としてもよい。このヒートシンク１０１は、無線電力伝送用磁気素子１の裏面５ｂとの接触面は平面であるが、接触面とは反対側１０１ａには複数の凹状の溝１１５が形成されている。なお、図１１（Ａ）は、ヒートシンク１０１を備えた無線電力伝送用磁気素子の表面５ａを示す斜視図である。図１１（Ｂ）は、ヒートシンク１０１を備えた無線電力伝送用磁気素子１のヒートシンク１０１の溝１１５を示す斜視図である。
上記のヒートシンク１０１は、複数の凹状の溝１１５が形成されていることにより、その表面積を増やすことで放熱性を高めている。このヒートシンク１０１を無線電力伝送用磁気素子１の裏面５ｂに設けることにより、無線電力伝送用磁気素子１の裏面５ｂから、ヒートシンク１０１に熱を伝達させて、複数の凹状の溝１１５を介して効率よく放熱することができる。
また、図１２（Ａ）（Ｂ）に示すように、無線電力伝送用磁気素子２０１の磁性体部２０５の裏面２０５ｂに複数の凹状の溝２１５を形成してもよい。なお、図１２（Ａ）は、無線電力伝送用磁気素子２０１の表面２０５ａを示す斜視図である。図１２（Ｂ）は、無線電力伝送用磁気素子２０１の裏面２０５ｂを示す斜視図である。
この複数の凹状の溝２１５の形成方法としては、加圧工程において、Ｂステージ状になったエポキシ樹脂の裏面（後に、磁性体部２０５の裏面２０５ｂになる箇所）に接する面に複数の凸状の溝形成部が設けられた金型をあてがう。そして、下から、当該金型、Ｂステージ状になったエポキシ樹脂、平面コイルの順に重ね合わせたプレートを上下から加圧することで形成可能である。
これにより、無線電力伝送用磁気素子２０１の磁性体部２０５の裏面２０５ｂに複数の凹状の溝２１５を形成することができる。この複数の凹状の溝２１５を形成することにより、磁性体部２０５の表面積を増やすことができるため、放熱性を高めることができる。
なお、溝の形状としては、図１２に示す凹状の溝に限らず、図１３に示すように、無線電力伝送用磁気素子３０１の磁性体部３０５の裏面３０５ｂに複数の凹状の縦溝３１５と複数の凹状の横溝３１７を設けて突起物３２０を複数形成した構成としてもよい。
また、磁性体部５には、熱硬化性樹脂に限らず、熱可塑性樹脂も使用することができる。熱可塑性樹脂は熱を加えると軟化し冷却すると固化することを繰り返すことができる。具体的には、融点まで加熱する事によって軟化し、目的の形状にて成型することができ、平面コイル３の銅線間へ熱可塑性樹脂を充填することが可能となる。この熱可塑性樹脂には、例えば、PP(ポリプロピレン)・ABS(アクリロニトリルーブタジエンースチレン共重合体)・PET(ポリエチレンテレフタレート)・PE(ポリエチレン)・PC(ポリカーボネート)などが挙げられる。
磁性体部に、熱可塑性樹脂を使用した場合、加熱処理によって軟化させた熱可塑性樹脂を平面コイル３の銅線間の隙間Ｂに封入し冷却固化させることで固定化することが可能である。
上記の方法によれば、加熱処理によって軟化させた熱可塑性樹脂を平面コイル３の銅線間の隙間Ｂに封入し冷却固化させるだけで、平面コイル３と磁性体部としての熱可塑性樹脂との接合状態を固定化することができる。
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。
１・２ 無線電力伝送用磁気素子
３・４ 平面コイル
３ａ・４ａ 壁面
５・６ 磁性体部
Ｂ 隙間
３・４ 平面コイル
３ａ・４ａ 壁面
５・６ 磁性体部
Ｂ 隙間
Claims (12)
- 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、
交流電流が流通する導体部と、
前記導体部に並列配置された磁性体部とを有し、
前記磁性体部は、磁性粒子が分散された樹脂を有し、該樹脂により少なくとも一部が前記導体部に対して電気的に絶縁状態で接合されて一体化していることを特徴とする無線電力伝送用磁気素子。 - 前記樹脂は、熱硬化性樹脂であ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。
- 前記樹脂は、熱可塑性樹脂であ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。
- 前記磁性粒子は、軟磁性粒子であることを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の無線電力伝送用磁気素子。
- 前記軟磁性粒子は、金属系磁性粒子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。
- 前記金属系磁性粒子は、アモルファス粒子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。
- 前記磁性体部には、複数の溝が形成されていることを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の無線電力伝送用磁気素子。
- 請求項１に記載の無線電力伝送用磁気素子の製造方法であって、
樹脂に磁性粒子を分散させる磁性粒子分散工程と、
前記磁性粒子を分散させた樹脂を加熱してＢステージ化させることによりＢステージ状樹脂にするＢステージ化工程と、
前記導体部と前記Ｂステージ状樹脂とを重ね合わせて加圧することにより接合する加圧工程と、
前記導体部に接合された前記Ｂステージ状樹脂を硬化させる硬化工程と、
を含むことを特徴とする無線電力伝送用磁気素子の製造方法。 - 前記加圧工程において、
前記Ｂステージ状樹脂に複数の溝を形成することを特徴とする請求項８に記載の無線電力伝送用磁気素子の製造方法。 - 前記加圧工程において、
隣接する導体部間に隙間が存在する導体部成形体と前記Ｂステージ状樹脂とを重ね合わせて加圧することにより接合することを特徴とする請求項８に記載の無線電力伝送用磁気素子の製造方法。 - 前記樹脂は熱硬化性樹脂であって、
前記硬化工程では、加熱処理によってＢステージ状の前記熱硬化性樹脂を硬化させることを特徴とする請求項８～１０のいずれか１項に記載の無線電力伝送用磁気素子の製造方法。 - 前記樹脂は、熱可塑性樹脂であって、
前記硬化工程では、加熱処理によって軟化させた前記熱可塑性樹脂を前記導体部間に封入し冷却固化させることで固定化することを特徴とする請求項８～１０のいずれか１項に記載の無線電力伝送用磁気素子の製造方法。
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