WO2013121729A1 - 非接触充電モジュール及びそれを備えた携帯端末 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a contactless charging module including a contactless charging module and an NFC antenna, and a portable terminal including the contactless charging module.
- a NFC antenna module is provided with a magnetic sheet that improves the efficiency of 13.56 MHz band communication.
- a contactless charging module in a communication device and perform the charging method of the communication device by contactless charging. This is a power transmission coil on the charger side, a power reception coil on the communication device side, and electromagnetic induction is generated between both coils in the band of about 100 kHz to 200 kHz to transmit power from the charger to the communication device side. It is.
- the non-contact charging module is provided with a magnetic sheet that improves the communication efficiency in the band of about 100 kHz to 200 kHz, and is a non-contact charging module.
- NFC is a short-range wireless communication that performs communication by electromagnetic induction using a frequency of 13.56 MHz band.
- power is transmitted by electromagnetic induction using a frequency in the range of about 100 kHz to 200 kHz. Therefore, the optimum magnetic sheet for improving the efficiency of communication (power transmission) in each frequency band differs between the NFC module and the non-contact charging module.
- both the NFC module and the non-contact charging module perform communication (power transmission) by electromagnetic induction, they tend to interfere with each other.
- both coils are wound in a flat shape to increase the opening area. As a result, there is a possibility that the other module takes away the magnetic flux during communication of one module, and an eddy current may be generated in the other coil to weaken the electromagnetic induction of one module.
- each of the NFC module and the non-contact charging module is provided with a magnetic sheet, and each is arranged as a module.
- miniaturization of the communication device is hindered.
- the communication directions are changed so as not to interfere with each other's communication, and the communication surface changes depending on the type of communication, which is very inconvenient.
- smartphones that use most of one surface of the housing as a display unit. When applied to a smartphone, one communication must be performed on the display unit side.
- the object of the present invention is to achieve downsizing by making the non-contact charging coil and the NFC antenna into one module, and in order to prevent mutual interference, the antenna axial direction is different, but communication in the same direction and It is an object to provide a non-contact charging module capable of transmitting power and a portable terminal including the same.
- a contactless charging module includes a charging coil around which a conductive wire is wound, and an NFC coil disposed around the charging coil, and the shaft of the charging coil and the winding of the NFC coil.
- the rotation axis is configured to intersect each other.
- the non-contact charging coil and the NFC antenna are made into a single module to achieve miniaturization, and in order to prevent mutual interference, communication in the same direction can be performed while changing the coil axis direction of the antenna.
- a non-contact charging module that enables power transmission and a portable terminal including the same can be obtained.
- FIG. 1 Schematic of the non-contact charging module in the embodiment of the present invention
- the invention of the present disclosure includes a charging coil around which a conducting wire is wound, and an NFC coil disposed around the charging coil, and the axis of the charging coil and the winding axis of the NFC coil intersect each other.
- This is a non-contact charging module that achieves downsizing by making the contact charging coil and NFC antenna into one module, and in the same direction while changing the coil axis direction of the antenna in order to prevent mutual interference It is possible to obtain a contactless charging module that enables communication and power transmission.
- the charging coil axis and the NFC coil axis are substantially orthogonal to each other, thereby preventing the mutual interference most.
- the contactless charging module includes a plurality of the NFC coils, and the plurality of NFC modules are disposed so as to sandwich the contactless charging module. Mutual interference can be prevented.
- the charging coil is wound in a rectangular shape, and at least two of the NFC coils are arranged along two opposing sides of the rectangular charging coil.
- the NFC communication possible area can be expanded in a balanced manner around the contactless charging module.
- the contactless charging module of the present disclosure includes a magnetic sheet having a surface on which the entire charging coil is placed, and the NFC coil is disposed outside the magnetic sheet, thereby efficiently communicating the NFC coil. Can do well.
- the contactless charging module of the present disclosure includes a magnetic sheet having a surface on which the entire charging coil is placed, and winds the NFC coil around a magnetic core, thereby generating a large amount of power over a short distance.
- the entire contactless charging module can be made thinner and smaller while ensuring a large opening for the charging coil to be transmitted.
- the magnetic sheet and the magnetic core are made of different materials, so that a charging coil that transmits a large amount of power over a short distance and a small amount over a long distance.
- the NFC coil that transmits power and communicates with each other can improve the intended effect by using a magnetic material suitable for each.
- the magnetic sheet and the magnetic core are made of different types of ferrite, so that a charging coil that transmits a large amount of power between distances and a long distance
- the target effect can be greatly improved by the ferrite material suitable for the NFC coil that transmits and communicates with a small electric power.
- the overall thickness in the stacking direction of the charging coil and the magnetic sheet is larger than the thickness of the NFC coil in the same direction, so that the NFC coil disposed on the outside is more By forming it thin, it is possible to effectively reduce the overall size and thickness.
- the length of the two opposing sides of the rectangular charging coil is shorter than the length of the NFC coil in the same direction, so that the magnetic field generated by the NFC coil is reduced. It can be made difficult to be disturbed by the charging coil.
- the number of turns of the charging coil is larger than the number of turns of the NFC coil, so that the inductance value of the charging coil that transmits higher power can be improved.
- the opening surface of the charging coil is larger than the opening surface of the NFC coil, so that the inductance value of the charging coil that transmits higher power can be improved.
- the contactless charging module of the present disclosure since the number of turns of the plurality of NFC coils is equal, a magnetic field is generated in a balanced manner from the plurality of NFC coils, so that NFC communication can be performed stably.
- the plurality of NFC coils have the same shape, so that magnetic fields are generated in a balanced manner from the plurality of NFC coils, so that NFC communication can be performed stably.
- the mobile terminal of the present disclosure is a mobile terminal characterized in that the non-contact charging module of the present disclosure is provided in a housing, and is small by making the contact charging coil and the NFC antenna into one module.
- the non-contact charging module that enables communication and power transmission in the same direction while changing the coil axis direction of the antenna in order to achieve mutualization and prevent mutual interference can be obtained.
- a metal body is provided in the housing, and the NFC coil is disposed at an end portion of the metal body, so that the magnetic field generated by the NFC antenna can be tilted. NFC communication can be performed efficiently.
- the opening of the NFC coil is substantially perpendicular to the metal body, thereby suppressing eddy currents generated in the metal body to the NFC antenna and more efficiently performing NFC communication. It can be performed.
- FIG. 1 is a schematic diagram of a contactless charging module according to an embodiment of the present invention.
- FIG. 1A is a top view of the contactless charging module, and
- FIG. 1B is a perspective view of the contactless charging module.
- the non-contact charging module 100 includes a charging coil 30 in which a conductive wire is wound in a planar shape, two NFC coils 40 arranged around the charging coil 30, and a magnetic sheet that supports the charging coil 30. 10.
- the number of NFC coils 40 may be one, three, four, or more.
- the non-contact charging module 100 includes a sheet-like magnetic sheet 10 having an upper surface and a lower surface facing each other, and the charging coil 30 is placed (adhered) on the upper surface of the magnetic sheet 10. At least one, preferably a plurality of NFC coils 40 are arranged around the magnetic sheet 10 and the charging coil 30. In the present embodiment, two NFC coils 40 facing each other with the magnetic sheet 10 and the charging coil 30 in between are provided. The NFC coil 40 may be placed on the upper surface of the magnetic sheet 10. The coil axes of the two NFC coils 40 are substantially parallel to each other (may intersect at an angle of about ⁇ 10 to +10 degrees), but may be in a substantially vertical or inclined relationship with each other.
- the NFC coil 40 is preferably wound around the magnetic body 20, thereby improving the communication efficiency of the NFC coil 40.
- the area of the upper surface of one magnetic body 20 is smaller than the area of the upper surface of the magnetic sheet 10.
- the coil axis A of the charging coil 30 and the coil axis B of the NFC coil 40 intersect with each other substantially at right angles (about 75 to 105 degrees).
- the magnetic sheet 10 and the magnetic body 20 are in contact via a protective tape or the like, but may be separated from each other. By being in contact with each other, the magnetic sheet 10 and the magnetic body 20 can be maximized in the miniaturized non-contact charging module 100.
- FIG. 2 is a schematic view of a charging coil and a magnetic sheet in the embodiment of the present invention.
- FIG. 2A is an exploded view showing an arrangement relationship between the charging coil and the magnetic sheet
- FIG. 2B is a top view of the charging coil and the magnetic sheet.
- the charging coil 30 is wound in a substantially square shape, but may have any shape such as a substantially rectangular shape including a substantially rectangular shape, a circular shape, an elliptical shape, or a polygonal shape.
- the charging coil 30 has two leg portions (terminals) 32a and 32b as the start and end, and about 8 to 15 lead wires or a plurality of wires (preferably 0.08 mm to 0.00 mm) having a wire diameter of about 0.1 mm. 2 to 15 conductors of 3 mm) are wound around the hollow portion so as to draw a vortex on the surface.
- a coil wound with a litz wire consisting of 12 conductors having a wire diameter of 0.1 mm has much higher AC resistance due to the skin effect than a coil wound with one conductor having the same cross-sectional area. Go down. If the AC resistance during the operation of the coil decreases, the heat generated by the coil decreases, and the charging coil 30 with good thermal characteristics can be obtained.
- the power transmission efficiency can be improved by using a litz wire composed of 8 to 15 conductive wires of 0.08 mm to 1.5 mm. If it is a single wire, it may be a conducting wire having a wire diameter of 0.2 mm to 1 mm. Further, for example, three 0.2 mm conducting wires and two 0.3 mm conducting wires may be used to form one conducting wire like a litz wire. Further, the legs 32 a and 32 b as current supply units supply current from a commercial power source that is an external power source to the charging coil 30. The amount of current flowing through the charging coil 30 is about 0.4 A to 2 A. In the present embodiment, it is 0.7 A.
- the charging coil 30 in the present embodiment has a distance between opposing sides (length of one side) of a substantially square hollow portion of 20 mm (preferably 15 mm to 25 mm), and a distance between opposing sides at the outer end of the substantially square ( The length of one side) is 30 mm (preferably 25 mm to 45 mm).
- the charging coil 30 is wound in a donut shape.
- the distance between the short sides (length of one side) of the substantially rectangular hollow portion is 15 mm (preferably 10 mm to 20 mm), and the distance between the long sides (one side) ) Is 23 mm (preferably 15 mm to 30 mm), the distance between opposing short sides (length of one side) at the outer end of a substantially square is 28 mm (preferably 15 mm to 35 mm), and the distance between long sides ( The length of one side) is 36 mm (preferably 20 mm to 45 mm).
- the diameter of the hollow portion is 20 mm (preferably 10 mm to 25 mm), and the diameter of the circular outer end is 35 mm (preferably 25 mm to 45 mm).
- stacked the charging coil 30 on the magnetic sheet 10 is 0.8 mm. In order to reduce the thickness, the thickness is preferably 0.6 mm to 1 mm or less.
- the charging coil 30 is a secondary side (power receiving side), and a magnet is used for alignment with the coil of the primary side non-contact charging module in the charger that supplies power to the charging coil 30 that is a partner of power transmission. May be used.
- the magnet is a circular (coin-shaped) neodymium magnet, the diameter is about 15.5 mm (about 10 mm to 20 mm), and the thickness is about 1.5 mm to 2 mm. It has been established.
- the strength of the magnet may be about 75 mT to 150 mT. Since the distance between the coil of the primary side non-contact charging module and the charging coil 30 is about 2 mm to 5 mm, the magnet can be positioned sufficiently.
- the magnet is disposed in the hollow portion of the primary side or secondary side non-contact charging module coil. You may arrange
- examples of the alignment method include the following methods. For example, a method of performing physical (formal) forced alignment, such as forming a protrusion on the charging surface of the charger and forming a recess on the secondary electronic device. Also, a method of performing alignment by attracting each other's magnets or one magnet and the other magnetic sheet by mounting magnets on at least one of the primary side and the secondary side. A method in which the primary side automatically moves the primary side coil to the position of the secondary side coil by detecting the position of the secondary side coil. A method that allows a portable device to be charged anywhere on the charging surface of the charger by providing the charger with a large number of coils.
- the non-contact charging module 100 can be applied to both a primary side (charging side) non-contact charging module using a magnet and a primary side non-contact charging module not using a magnet. Charging is possible regardless of the type of the non-contact charging module, and convenience is improved.
- the magnetic flux should avoid the magnet if there is a magnet between and around it. extend.
- the magnetic flux penetrating through the magnet becomes eddy current or heat generation in the magnet, resulting in loss.
- the magnet when the magnet is disposed in the vicinity of the magnetic sheet 10, the magnetic sheet 10 in the vicinity of the magnet is saturated and the magnetic permeability is lowered. Therefore, the magnet provided in the primary side non-contact charging module decreases the L value of the charging coil 30. As a result, the transmission efficiency between the non-contact charging modules decreases.
- the hollow portion of the charging coil 30 is made larger than the magnet.
- the area of the hollow portion is made larger than the area of the circular surface of the magnet on the coin so that the inner end of the charging coil 30 (the portion surrounding the hollow portion) is outside the outer end of the magnet.
- the diameter of a magnet is 15.5 mm or less, what is necessary is just to make a hollow part larger than the circle
- the charging coil 30 may be wound into a substantially rectangular shape (including a square), and the diagonal line of the hollow portion of the substantially rectangular shape may be longer than the diameter of the magnet (maximum 15.5 mm).
- FIG. 3 is a diagram showing a relationship between a primary side non-contact charging module including a magnet and a charging coil according to the embodiment of the present invention.
- 3A shows a case where a positioning magnet is used when the inner width of the charging coil is small
- FIG. 3B shows a case where a positioning magnet is used when the inner width of the charging coil is large
- FIG. 3C shows an inner width of the charging coil
- 3D shows a case where the alignment magnet is not used when the inner width of the charging coil is large.
- the primary side non-contact charging module 200 disposed in the charger includes a primary side coil 210, a magnet 220, and a magnetic sheet (not shown).
- FIG. 3 schematically shows the magnetic sheet 10, the charging coil 30, and the NFC coil 40 in the non-contact charging module 100.
- the contactless charging module 100 and the primary side contactless charging module 200 are aligned so that the primary side coil 210 and the charging coil 30 face each other.
- a magnetic field is also generated between the inner portion 211 of the primary coil 210 and the inner portion 33 of the charging coil 30 to transmit power.
- the inner part 211 and the inner part 33 are opposed to each other. Further, the inner portion 211 and the inner portion 33 are also portions close to the magnet 220, and are easily affected by the magnet 220.
- the magnet 220 when the magnet 220 is disposed in the vicinity of the magnetic sheet 10 and the magnetic body 20, the magnetic permeability of the magnetic sheet 10 in the vicinity of the magnet 220 is lowered.
- the magnetic sheet 10 is closer to the magnet 220 than the magnetic body 20 and is easily affected by the magnet 220. Therefore, the magnet 220 provided in the primary side non-contact charging module 200 weakens the magnetic fluxes of the primary side coil 210 and the charging coil 30, particularly the inner portion 211 and the inner portion 33, and has an adverse effect. As a result, the transmission efficiency of non-contact charging is reduced. Therefore, in the case of FIG. 3A, the inner portion 33 that is easily affected by the magnet 220 becomes larger.
- the L value increases because the number of turns of the charging coil 30 is large.
- the numerical value is greatly reduced from the L value in FIG. 3C to the L value in FIG. 3A, in the case of the coil having a small inner width, the magnet 220 is provided for alignment and the case where it is provided.
- the value reduction rate becomes very large.
- the inner width of the charging coil 30 is smaller than the diameter of the magnet 220, the charging coil 30 is directly affected by the magnet 220 by an area facing the magnet 220. Therefore, the inner width of the charging coil 30 is preferably larger than the diameter of the magnet 220.
- the inner width of the charging coil 30 is large as shown in FIG. 3B, the inner portion 33 that is easily affected by the magnet 220 becomes very small. 3D in which the magnet 220 is not used, the L value is smaller than that in FIG. 3C because the number of turns of the charging coil 30 is reduced. As a result, since the decrease in the numerical value is small from the L value in FIG. 3D to the L value in FIG. 3B, the L value reduction rate can be kept small in a coil having a large inner width. Moreover, since the edge part of the hollow part of the charging coil 30 leaves
- the charging coil 30 cannot be formed in a certain size or more. Accordingly, if the inner width of the charging coil 30 is increased to reduce the adverse effect from the magnet 220, the number of turns decreases, and the L value itself decreases regardless of the presence or absence of the magnet 220. Therefore, the area of the magnet 220 and the area of the hollow portion of the charging coil 30 are substantially the same (the outer diameter of the magnet 220 is smaller by about 0 to 2 mm than the inner width of the charging coil 30, or the area of the magnet 220 is that of the charging coil 30.
- the magnet 220 can be maximized, so the alignment accuracy between the primary side non-contact charging module and the secondary side non-contact charging module Can be improved.
- the area of the magnet 220 is smaller than the area of the hollow portion of the charging coil 30 (the outer diameter of the magnet 220 is about 2 to 8 mm smaller than the inner width of the charging coil 30, or the area of the magnet 220 is hollow of the charging coil 30. (About 45% to 75% of the area of the portion), the magnet 220 can be made not to exist between the portions where the inner portion 211 and the inner portion 33 face each other even if the alignment accuracy varies.
- the influence of the magnet 220 can be suppressed when wound in a substantially rectangular shape rather than being wound in a circular shape. . That is, a comparison is made between a circular coil whose hollow portion has a diameter x and a substantially square coil whose distance between opposite sides (length of one side) of the hollow portion is x. At this time, when conducting wires having the same wire diameter are wound with the same number of turns, they are accommodated between the non-contact charging modules 100 having the same width. At this time, the diagonal length y of the hollow portion of the substantially square coil is y> x.
- the diameter of the magnet 220 is m
- the distance between the innermost end of the circular coil and the magnet 220 is always (x ⁇ m) constant (x> m).
- the minimum distance between the innermost end portion of the substantially rectangular coil and the magnet 220 is (x ⁇ m)
- the maximum is (ym) in the corner portions 31a to 31d.
- the size can be further reduced. That is, even if the short side of the hollow portion that is substantially rectangular is smaller than m, the four corner portions can be arranged outside the outer periphery of the magnet 220 if the long side is larger than m. Therefore, when the charging coil 30 is wound in a substantially rectangular shape around the substantially rectangular hollow portion, at least the long side of the hollow portion only needs to be larger than m.
- the innermost end of the charging coil 30 is outside the magnet 220 provided in the primary-side non-contact charging module 200, or the four corners of the substantially rectangular hollow portion of the charging coil 30 wound in a substantially rectangular shape. Being outside the magnet 220 means something like FIG. 3B. That is, when the end of the circular surface of the magnet 220 is extended in the stacking direction and extended to the non-contact charging module 100, the region surrounded by the extension line fits in the hollow portion of the charging coil 30.
- FIG. 4 shows the relationship between the charging coil inner diameter and the charging coil L value when the outer diameter of the charging coil is constant when the primary non-contact charging module is provided with a magnet and when the magnet is not provided.
- FIG. 4 shows the relationship between the charging coil inner diameter and the charging coil L value when the outer diameter of the charging coil is constant when the primary non-contact charging module is provided with a magnet and when the magnet is not provided.
- FIG. 4 shows the relationship between the charging coil inner diameter and the charging coil L value when the outer diameter of the charging coil is constant when the primary non-contact charging module is provided with a magnet and when the magnet is not provided.
- FIG. 4 shows the relationship between the charging coil inner diameter and the charging coil L value when the outer diameter of the charging coil is constant when the primary non-contact charging module is provided with a magnet and when the magnet is not provided.
- FIG. 4 shows the relationship between the charging coil inner diameter and the charging coil L value when the outer diameter of the charging coil is constant when the primary non-contact charging module is provided with a magnet and when the magnet
- the outer diameter of the coil is unified to 30 mm.
- the distance between the end of the hollow portion of the charging coil 30 (the innermost end of the charging coil 30) and the outer end of the magnet 220 is greater than 0 mm and smaller than 6 mm, so that the L value is 15 ⁇ H or more.
- the L value between when the magnet 220 is used and when it is not used can be made closer.
- the conducting wire of the charging coil 30 may be formed by laminating one conducting wire in a plurality of stages, and this laminating direction is the same as the laminating direction in which the magnetic sheet 10 and the charging coil 30 are laminated.
- the layers of the conductive wires arranged vertically are stacked so as to leave a space between each other, so that the stray capacitance between the upper conductive wire and the lower conductive wire is reduced, and the AC resistance of the charging coil 30 is reduced. be able to.
- the thickness of the charging coil 30 can be suppressed by being wound so as to close the space.
- corner portions (corners) 31a to 31d are provided as follows.
- the charging coil 30 wound in a substantially square shape is one in which the corners 31a to 31d at the corners 31a to 31d of the hollow portion have R (the radius of the curve at the four corners) of 30% or less of the side width of the hollow portion. That is, in FIG. 2B, the substantially square hollow portion has curved corners.
- the strength of the conducting wire at the four corners can be improved by being slightly curved rather than perpendicular. However, if R becomes too large, there is almost no change from the circular coil, and the effect unique to the substantially square charging coil 30 cannot be obtained.
- the side width of the hollow portion is 20 mm, for example, if the radius R of the curve at each corner is 6 mm or less, the influence of the magnet 220 can be more effectively suppressed.
- the effect of the most rectangular coil described above can be obtained because the radius R of the curve at each corner is 5 to 30% of the side width of the hollow portion of the substantially square shape. it can.
- the radius R of the curve at each of the four corners is 5 to 30% of the side width (either the short side or the long side) of the hollow portion of the substantially rectangular shape.
- the corners of the four corners of the innermost end (hollow part) of the charging coil 30 have R of 2 mm, preferably about 0.5 mm to 4 mm.
- the leg portions 32a and 32b are preferably provided in the vicinity of the corner portions 31a to 31d.
- the leg portions 32a and 32b can be provided at portions where the planar coil portion is wound in a curved line.
- the force with which the coil tries to maintain the shape of the coil itself differs between the side portion (straight portion) and the corner portion. That is, a large force for maintaining the shape of the charging coil 30 acts at the corner portions 31a to 31d in FIG. 2B.
- the force for maintaining the shape of the charging coil 30 is small at the side portion, and the conductive wire can be easily unwound from the charging coil 30 around the curves of the corner portions 31a to 31d.
- the number of turns of the charging coil 30 varies by, for example, about 1/8 turn, and the L value of the charging coil 30 varies.
- the conducting wire bends the corner portion 31a immediately after the winding start point on the leg portion 32a side is close to the corner portion 31a.
- the winding start point and the corner portion 31a may be adjacent to each other. And it winds several times and becomes a point of the end of winding just before turning the corner part 31a, and a conducting wire becomes the leg part 32b and is bent to the outer side of the charging coil 30. At this time, the bending of the conducting wire bends more slowly at the winding end point than at the winding start point. This is to improve the force for maintaining the shape of the leg portion 32b.
- the lead wire is a litz wire
- the force for maintaining the shape of the charging coil 30 is further improved. Since the litz wire has a large surface area, it is easy to fix the shape of the charging coil 30 with an adhesive or the like.
- the conducting wire is a single wire, since the surface area per conducting wire is small, the surface area to be bonded is small, and the shape of the charging coil 30 is easy to unwind.
- the charging coil 30 is formed using a conducting wire having a circular cross-sectional shape, but the conducting wire used may be a conducting wire having a square cross-sectional shape.
- the conducting wire used may be a conducting wire having a square cross-sectional shape.
- the magnetic sheet 10 includes a flat portion 12 on which the charging coil 30 is placed, a central portion 13 that is substantially in the center of the flat portion 12 and that corresponds to (opposes) the hollow region of the charging coil 30, and the charging coil 30.
- the slit 11 into which at least a part of the two leg portions 32a and 32b is inserted.
- the slit 11 may not be formed as shown in FIG. 1, and may be not only a slit shape penetrating but also a recess shape not penetrating as shown in FIG. 2.
- the central portion 13 has a convex shape, a flat shape, a concave shape, or a shape that is a through hole with respect to the flat portion 12, and may be any shape. If it is a convex shape, the magnetic flux of the charging coil 30 can be strengthened. If it is flat, it is easy to manufacture and easy to place the charging coil 30, and it is possible to balance the influence of an alignment magnet 220 described later and the L value of the charging coil 30.
- the concave shape and the through hole will be described in detail later.
- the magnetic sheet 10 a Ni—Zn based ferrite sheet (sintered body), a Mn—Zn based ferrite sheet (sintered body), a Mg—Zn based ferrite sheet (sintered body), or the like may be used. It can. A single-layer configuration may be used, a configuration in which a plurality of the same materials are stacked in the thickness direction, or a plurality of different magnetic sheets 10 may be stacked in the thickness direction. It is preferable that at least the magnetic permeability is 250 or more and the saturation magnetic flux density is 350 mT or more.
- An amorphous metal can also be used as the magnetic sheet 10.
- a ferrite sheet is used as the magnetic sheet 10
- the charging coil 30 can be made thin.
- the magnetic sheet 10 is substantially square and has a size of about 40 ⁇ 40 mm (35 mm to 50 mm). In the case of a substantially rectangular shape, the size is 35 mm (25 mm to 45 mm) on the short side and 45 mm (35 mm to 55 mm) on the long side. The thickness is 0.43 mm (actually between 0.4 mm and 0.55 mm and may be about 0.3 mm to 0.7 mm).
- the magnetic sheet 10 is desirably formed to be approximately the same or larger than the outer peripheral end of the magnetic body 20.
- the shape of the magnetic sheet 10 may be a circle, a rectangle, a polygon, a rectangle having a large curve at four corners, and a polygon.
- the slit 11 accommodates the conductive wire of the leg portion 32 a from the winding start point 32 aa (the innermost part of the coil) of the charging coil 30 to the lower end portion of the magnetic sheet 10. This prevents the conductive wire from the winding start point 32aa to the leg portion 32a of the charging coil 30 from overlapping the planar winding portion of the charging coil 30 in the stacking direction.
- the slit 11 is formed so as to be substantially perpendicular to the end portion (end side) of the magnetic sheet 10 at which one end thereof intersects and to contact the central portion 13 of the magnetic sheet 10.
- the leg portions 32a and 32b can be formed without bending the winding start point 32aa of the conducting wire by forming the slit 11 so as to overlap the tangent of the central portion 13 (circular).
- the legs 11a and 32b are formed without bending the winding start of the conducting wire by forming the slit 11 so as to overlap the extended line of the side of the central portion 13 (substantially rectangular). can do.
- the length of the slit 11 depends on the inner diameter of the charging coil 30 and the size of the magnetic sheet 10, and is about 15 mm to 30 mm in the present embodiment.
- the slit 11 may be formed at a portion where the end portion (end side) and the center portion 13 of the magnetic sheet 10 are closest to each other. That is, when the charging coil 30 is circular, the slit 11 is perpendicular to the tangent line of the end (end) of the magnetic sheet 10 and the center 13 (circular), and the slit 11 is formed short. Moreover, when the charging coil 30 is substantially rectangular, the slit 11 is formed to be short with respect to the end portion (end side) of the magnetic sheet 10 and the side of the center portion 13 (substantially rectangular shape). Thereby, the formation area of the slit 11 can be suppressed to the minimum, and the transmission efficiency of the non-contact power transmission device can be improved. In this case, the length of the slit 11 is about 5 mm to 20 mm. In either arrangement, the inner end of the slit 11 (slit) is connected to the central portion 13.
- the magnetic sheet 10 has a lower magnetic permeability particularly in the portion near the magnet 220 due to the influence of the magnet 220. Accordingly, the L value of the charging coil 30 varies greatly depending on whether or not the primary-side non-contact charging module 200 includes the magnet 220 for alignment. Therefore, it is necessary to make the magnetic sheet 10 the L value of the charging coil 30 that does not change as much as possible when the magnet 220 approaches or does not approach.
- the electronic device to be mounted is a mobile phone
- it is often arranged between the case constituting the exterior of the mobile phone and the battery pack located in the case, or on the case and the board located in the case.
- a battery pack is an aluminum casing, it adversely affects power transmission. This is because an eddy current is generated in aluminum in a direction in which the magnetic flux generated by the coil is weakened, so that the magnetic flux of the coil is weakened. Therefore, it is necessary to provide the magnetic sheet 10 between the aluminum that is the exterior of the battery pack and the charging coil 30 disposed on the exterior of the battery pack to reduce the influence on the aluminum.
- the electronic components mounted on the board may interfere with the power transmission of the charging coil 30 and adversely affect each other. Therefore, it is necessary to provide the magnetic sheet 10 or a metal film between the substrate and the charging coil 30 to suppress the mutual influence.
- the magnetic sheet 10 used in the non-contact charging module 100 is used with a high magnetic permeability and saturation magnetic flux density, and it is important to increase the L value of the charging coil 30 as much as possible.
- Any material having a magnetic permeability of 250 or more and a saturation magnetic flux density of 350 mT or more may be used.
- the sintered body of Mn—Zn ferrite has a magnetic permeability of 1500 to 2500, a saturation magnetic flux density of 400 to 500, and a thickness of about 400 ⁇ m to 700 ⁇ m.
- Ni—Zn ferrite may be used, and if the magnetic permeability is 250 or more and the saturation magnetic flux density is 350 or more, good power transmission with the primary side non-contact charging module 200 is possible.
- the charging coil 30 forms an LC resonance circuit using a resonance capacitor.
- the resonance frequency with the resonance capacitor also greatly increases. Will change. Since this resonance frequency is used for power transmission (charging) between the primary-side non-contact charging module 200 and the non-contact charging module 100, if the resonance frequency changes greatly depending on the presence or absence of the magnet 220, power transmission cannot be performed correctly. End up.
- variation in the resonance frequency due to the presence or absence of the magnet 220 is suppressed, and power transmission is highly efficient in any situation.
- the magnetic sheet 10 is a ferrite sheet and is based on Mn—Zn, it is possible to further reduce the thickness. That is, according to the standard (WPC), the frequency of electromagnetic induction is determined to be about 100 kHz to 200 kHz (for example, 120 kHz). In such a low frequency band, the Mn—Zn ferrite sheet has high efficiency. Note that the Ni—Zn ferrite sheet is highly efficient at high frequencies. Therefore, in this embodiment, the magnetic sheet 10 for non-contact charging that transmits power at about 100 kHz to 200 kHz is composed of a Mn—Zn ferrite sheet, and the magnetic sheet for NFC communication that performs communication at about 13.56 MHz.
- the body 20 is composed of a Ni—Zn ferrite sheet. As described above, by configuring the magnetic sheet 10 and the magnetic body 20 with different types of ferrite, each can efficiently perform communication and power transmission. Moreover, even if the magnetic sheet 10 and the magnetic body 20 are made thinner and smaller, sufficient efficiency can be obtained.
- a hole may be formed in the central portion 13 of the magnetic sheet 10.
- any of a through-hole and a recessed part may be sufficient as a hole.
- a hole may be larger than the center part 13 and may be small, the smaller one is good. That is, when the charging coil 30 is placed on the magnetic sheet 10, the charging coil 30 may be larger or smaller than the hollow portion of the charging coil 30. When it is small, the entire charging coil 30 is placed on the magnetic sheet 10.
- the contactless charging module 100 can be adapted to both the primary side (charging side) contactless charging module using a magnet and the primary side contactless charging module 200 not using a magnet.
- charging is possible regardless of the type of the primary side non-contact charging module 200, and convenience is improved.
- the L value of the charging coil 30 when the primary non-contact charging module 200 is provided with the magnet 220 and the L value of the charging coil 30 when the magnet 220 is not provided are brought close to each other, and both L values are improved. Desired.
- the magnet 220 is disposed in the vicinity of the magnetic sheet 10
- the magnetic permeability of the central portion 13 of the magnetic sheet 10 in the vicinity of the magnet 220 is lowered. Therefore, by providing a hole in the central portion 13, it is possible to suppress a decrease in magnetic permeability.
- FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the L value of the charging coil and the hollowing ratio of the central portion when the primary non-contact charging module is provided with a magnet and when it is not provided.
- the percentage of hollowing out means 100% means that the hole in the central portion 13 is a through hole, and the percentage of hollowing out means that no hole is provided.
- the percentage cut out means 50% means that a hole (concave portion) having a depth of 0.3 mm is provided on a magnetic sheet having a thickness of 0.6 mm, for example.
- the L value decreases as the cut-out ratio is increased when the magnet 220 is not provided in the primary-side non-contact charging module 200.
- the hollowing out ratio hardly decreases from 0% to 75%, but greatly decreases from 75% to 100%.
- the L value is improved as the hollowing ratio is increased. This is because it is less likely to be adversely affected by the magnet.
- the L value is gradually improved when the cut-out ratio is from 0% to 75%, and is greatly improved from 75% to 100%.
- the primary side non-contact charging module 200 has the magnet 220 while maintaining the L value when the primary side non-contact charging module 200 is not provided with the magnet 220. Can be improved. Further, when the cut-out ratio is 75% to 100%, the L value when the magnet 220 is not provided in the primary-side non-contact charging module 200 and the case where the magnet 220 is provided in the primary-side non-contact charging module 200. The L value can be made much closer. It is most effective when the cut-out ratio is 40 to 60%, and the primary side non-contact is maintained while maintaining the L value when the magnet 220 is not provided in the primary side non-contact charging module 200. When the magnet 220 is provided in the charging module 200, the L value is improved by 1 ⁇ H or more, and when the magnet 220 is further provided, the magnet 220 and the magnetic sheet can sufficiently attract each other.
- FIG. 6 is a perspective view when the NFC coil and the magnetic body in the present embodiment are assembled.
- FIG. 7 is an exploded view showing the arrangement of the NFC coil and the magnetic body in the present embodiment.
- the NFC coil 40 in the present embodiment shown in FIG. 6 is an antenna that performs short-range wireless communication that performs communication by electromagnetic induction using a frequency of 13.56 MHz band, and a sheet antenna is generally used.
- the NFC coil 40 of this embodiment is a coil pattern that is arranged so as to wrap around the magnetic body 20 formed of ferrite or the like, and is formed on a support mainly made of resin.
- a flexible substrate 41 is provided as a conductor arrangement portion.
- the NFC coil 40 generates magnetic field lines for NFC communication for communicating with a wireless communication medium such as an IC card or an IC tag (not shown).
- a wireless communication medium such as an IC card or an IC tag (not shown).
- 6 and 7 the specific shape of the coil pattern is not shown, but a coil pattern having a straight line S having an arrow as a coil axis is formed.
- the coil pattern and the adjustment pattern which will be described later, are usually formed by a copper foil formed between two resin layers of the flexible substrate 41, such as a polyimide film and a coverlay or a resist.
- the flexible substrate 41 is divided into two parts with the magnetic body 20 in between.
- the side having the external connection terminals 42a, 42b is defined as the lower flexible substrate (first arrangement portion) 41a, and the other side is defined as the upper flexible substrate.
- a substrate (second arrangement portion) 41b is assumed.
- the lower flexible board 41a and the upper flexible board 41b are joined by solder.
- the flexible substrate 41 is joined at two sides substantially parallel to the coil axis S.
- the “lower side” and “upper side” here are given for convenience in order to facilitate understanding in FIG. 7, and may be turned upside down when mounted on the device as the NFC coil 40. .
- the width of the upper flexible board 41b in the coil axis S direction is set so that the magnetic body 20 does not protrude. This is because, particularly when the magnetic body 20 is made of a ferrite that is easily broken, the fragments and residues are scattered in the communication device (for example, the portable terminal 1 in FIG. 1) in which the NFC coil 40 is incorporated, which adversely affects the communication device. This is to avoid giving them.
- the size of the magnetic body 20 is 5 mm ⁇ 36 mm ⁇ 0.21 mm.
- the width in the longitudinal direction is preferably 25 mm to 50 mm. As shown in FIG. 1, it is preferable to form the magnetic sheet 10 to be larger than the width in the same direction. As a result, in NFC communication, there are portions (both ends) that are not easily affected by the charging coil 30 (hard to be coupled), so the efficiency of NFC communication can be improved.
- the width in the short direction may be about 3 to 10 mm. It depends on the number of turns of the NFC coil 40.
- the thickness is preferably smaller than the thickness when the magnetic sheet 10 and the charging coil 30 are laminated, and is preferably about 0.15 to 1 mm.
- FIG. 8 is a diagram showing the wiring of the NFC coil in the present embodiment.
- 8A is a view of the lower flexible substrate 41a as viewed from the contact surface with the magnetic body 20
- FIG. 8B is a view of any of the upper flexible substrate 41b as viewed from the contact surface with the magnetic body 20.
- the arrow direction of the coil axis S is the front side in the perspective view of the flexible substrate 41 shown in FIGS.
- the lower flexible substrate 41a has external connection terminals 42a and 42b in addition to the division pattern 43a.
- these copper foils are also so-called “exposed” and soldered. A plating process is performed.
- a plurality of divided patterns 43a that are part of the NFC coil 40 are formed so as to be parallel to each other and intersect the coil axis S.
- a plurality of divided patterns 43b, which are also part of the coil pattern, are formed on the upper flexible substrate 41b so as to be parallel to each other and intersect the coil axis S.
- the copper foil is "exposed" at both ends of the plurality of divided patterns 43a and 43b by the pattern exposed portions 44a and 44b and the pattern exposed portions 45a and 45b, respectively.
- the conductor pattern starting from the external connection terminal 42a on the lower flexible substrate 41a by repeating the solder bonding of the plurality of conductor patterns 43a and 43b divided across the magnetic body 20 as described above, After going around the magnetic body 20, it is connected to the external connection terminal 42b.
- a helical conductor pattern is formed around the coil axis S of the magnetic body 20.
- This spiral conductor pattern is a so-called coil pattern, and can generate magnetic lines of force for communicating with a wireless communication medium such as an IC card or an IC tag.
- the conductor pattern formed on the flexible substrate 41 of this embodiment is not limited to the spiral coil pattern.
- FIG. 8A there is provided an adjustment pattern u which will be described in more detail, connected to the division pattern t located on one side of the outermost edge.
- the adjustment pattern u has a plurality of lead patterns v in which the divided pattern t and one end are connected. Further, the other end portions of the drawing patterns v not connected to the divided pattern t and the protruding side end portions (dotted lines) of the protruding portion drawing pattern z constituting a part of the protruding portion y of the divided pattern t. And an end portion located outside the outer shape of the magnetic body 20 shown in FIG.
- the adjustment pattern u is provided only on the lower flexible substrate 41a side.
- the plurality of divided patterns 43a and 43b forming the coil pattern shown in FIGS. 8A and 8B are divided and provided on both the lower flexible substrate 41a and the upper flexible substrate 41b.
- the lower flexible board 41a is provided with external connection terminals 42a and 42b in addition to the adjustment pattern u, and has a larger outer shape than the upper flexible board 41b.
- a part of these adjustment patterns u that is, all of the connection patterns w and a part of the lead pattern v), a part of the protruding portion y of the divided pattern t, and the external connection terminals 42a and 42b are dotted lines.
- the antenna device can be configured by connecting to the electronic circuit board disposed on the surface.
- the adjustment pattern not covered by the magnetic body 20 and the upper flexible substrate 41b has at least a connection pattern w.
- the NFC shown in FIG. When the assembly of the coil 40 is completed, the inductance can be adjusted.
- the inductance of the NFC coil 40 is one factor that determines the resonance frequency of the antenna device when the NFC coil 40 in FIG. 1 is connected to an electronic circuit board on which a matching circuit and other antenna control units are mounted to form an antenna device. Is.
- the inductance of the NFC coil 40 having the structure of the present embodiment is greatly influenced by the size variation of the magnetic body 20. This is because the apparent permeability is different when the size of the magnetic body 20 is different.
- the resonance frequency of the antenna device equipped with the NFC coil 40 also varies.
- the resonance frequency of the antenna device equipped with the NFC coil 40 By adjusting the resonance frequency within a predetermined range from the center frequency (for example, 13.56 MHz for RF-ID) defined in the communication standard, wireless communication can be performed with high probability and quality.
- the variation in inductance of the NFC coil 40 alone is reduced (for example, within ⁇ 2%)
- the adjustment range necessary for adjusting the resonance frequency of the antenna device on which the NFC coil 40 is mounted is reduced. can do. Therefore, the line length of the coil pattern is adjusted to suppress the inductance variation of the NFC coil 40 due to the size variation of the magnetic body 20.
- Trimming of the coil pattern for adjusting the inductance of the NFC coil 40 is performed at a portion outside the outer shape of the magnetic body 20 indicated by a dotted line in the lead pattern v or the protruding portion lead pattern z in FIG. Since these portions are not covered with the magnetic body 20 and the upper flexible substrate 41, the trimming operation can be easily performed.
- the difference in the number of turns of the coil pattern wound around is c.
- the protrusion lead-out pattern z constituting a part of the protrusion y also contributes to the adjustment of the inductance of the coil pattern. Since the divided pattern t constituting the coil pattern has the protruding portion y positioned outside the outer shape of the magnetic body 20, even if the NFC coil 40 shown in FIG. A sufficient margin can be secured. 8 is a part that contributes to the adjustment of the inductance of the coil pattern together with the adjustment pattern u, and therefore must be provided on the flexible substrate on the same side as the adjustment pattern u.
- FIG. 9 is a conceptual diagram showing an antenna device formed by an electronic circuit board and an NFC coil mounted on the portable terminal in the present embodiment, and magnetic lines generated from the antenna device.
- the antenna device in the present embodiment includes a magnetic body 20, an NFC coil 40, and an electronic circuit board disposed in the vicinity of the NFC coil 40.
- a wiring pattern for connecting terminals of circuit components mounted thereon is provided on the surface or inside of the electronic circuit board.
- the power supply line and the GND (ground) line supplied to each circuit component are often provided as a wiring layer different from the wiring pattern described above.
- these wiring patterns, power supply lines, and GND lines are conductors such as copper. That is, the electronic circuit board (metal body 50) can be regarded as a metal body. As described above, when the power supply line and the GND line are provided as separate wiring layers, these are formed over almost the entire surface of the assigned wiring layer, so that a particularly high-quality metal body is obtained.
- the opening of the coil part of the NFC coil 40 is perpendicular to the electronic circuit board.
- 40 is disposed at the end of the electronic circuit board.
- the end of the electronic circuit board refers to the case where the end of the NFC coil 40 protrudes from the outermost end of the electronic circuit board, and the end of the NFC coil 40 than the outermost end of the electronic circuit board. Including both cases of being located inside.
- the NFC coil 40 is arranged so that the opening of the NFC coil 40 is perpendicular to the electronic circuit board and the longitudinal direction of the NFC coil 40 is substantially parallel to the endmost part of the electronic circuit board (NFC coil 40 Are arranged along the extreme end of the electronic circuit board). Thereby, for example, even if the non-contact type IC card is positioned not only in the area P but also in the area Q, good communication can be performed.
- the opening of the NFC coil 40 is perpendicular to the electronic circuit board, when a signal is input to the NFC coil 40 and a current flows, all the lines of magnetic force M generated from the NFC coil 40 are generated from the NFC coil 40 in the region Q.
- the magnetic field lines M pass only in one direction.
- a current flows through, for example, the non-contact type IC card located in the region Q, and the portable terminal equipped with the antenna device of this embodiment including the electronic circuit board and the NFC coil 40 communicates with the non-contact type IC card. It can be performed.
- the magnetic field lines M are either in the direction away from the NFC coil 40 or in the direction toward the NFC coil 40. This is because the magnetic force lines M generated from the NFC coil 40 are attenuated near the electronic circuit board, so that the axis C of the magnetic force lines M is not perpendicular to the electronic circuit board and is inclined.
- a current flows through, for example, a non-contact type IC card located in the region P, and the portable terminal equipped with the antenna device of the present embodiment including the electronic circuit board and the NFC coil 40 communicates with the non-contact type IC card. It can be performed.
- the magnetic field lines M shown in FIG. 9 have an axis C that connects the boundary between the magnetic field lines in the direction away from the NFC coil 40 and the magnetic field lines in the direction toward the NFC coil 40.
- a non-contact type IC card is positioned in the vicinity of the axis C of the magnetic force lines M, both the magnetic lines in the direction away from the antenna and the direction toward the antenna act on the non-contact type IC card and cancel each other. As a result, no current flows through the non-contact type IC card, and communication between the portable terminal equipped with the antenna device of this embodiment and the non-contact type IC card is not performed.
- the NFC coil 40 is arranged at the end of the electronic circuit board, the magnetic field lines M on the electronic circuit board side (right side in FIG. 6) of the NFC coil 40 are attenuated and the NFC coil 40 is away from the electronic circuit board ( The magnetic field lines M on the left side in FIG. 6 are relatively strengthened. As a result, the axis C of the magnetic force line M is inclined with respect to the electronic circuit board. In the configuration of this embodiment, the angle ⁇ of the axis C of the magnetic lines of force M is inclined to be about 40 ° to 85 ° with respect to the electronic circuit board.
- the NFC coil 40 is not disposed at the end of the electronic circuit board, the magnetic field lines in the direction perpendicular to the electronic circuit board surface due to the eddy current on the electronic circuit board surface are reduced, and the axis C of the magnetic force lines M is the electronic circuit board. Remains almost perpendicular to. In that case, even if communication is possible in region Q, communication cannot be performed in region P.
- the end of the NFC coil 40 and the electronic circuit board may be arranged with their ends aligned, or the end of the NFC coil 40 may protrude beyond the end of the electronic circuit board. Further, the end portion of the NFC coil 40 may be located inside the end portion of the electronic circuit board.
- the NFC coil 40 at the end of the electronic circuit board, the current flowing through the electronic circuit board can be fully utilized. Further, if the angle ⁇ is about 85 °, the effect of the present invention can be obtained, and preferably 80 ° or less.
- FIG. 10 is a schematic diagram of lines of magnetic force generated by the charging coil and the NFC coil in the present embodiment.
- the opening of the NFC coil 40 in the present embodiment is perpendicular to the metal body 50 and is arranged at the end of the metal body 50.
- the distance between the outer end of the NFC coil 40 and the outermost end of the metal body 50 is about ⁇ 5 mm to +5 mm.
- d is a negative value means that the outer end portion of the NFC coil 40 is located on the inner side of the outermost end portion of the metal body 50, and in this case, it is 2 cm inside. Indicates. Conversely, if d is a positive value, it indicates that the outer end portion of the NFC coil 40 protrudes outward from the outermost end portion of the metal body 50.
- ⁇ 5 mm to +5 mm is caused by the width of the magnetic body 20 in the short direction. That is, assuming that the width of the magnetic body 20 in the short direction is d, the distance between the outer end portion of the NFC coil 40 and the outermost end portion of the metal body 50 is about ⁇ dmm to + dmm. Thereby, the NFC communication as described above can be performed satisfactorily.
- the opening surface is directed in the same direction. This is because both of them are coiled in a plane, and in order to improve communication efficiency and charging efficiency, it is necessary to enlarge the respective openings, so that electronic devices that are required to be smaller and thinner This is because the above-mentioned configuration is inevitably obtained. That is, since both the non-contact charging module and the NFC sheet antenna mounted on the miniaturized electronic device casing are communication (power transmission) using electromagnetic induction, the charging coil and the opening surface of the NFC sheet antenna This is because the L value is improved by increasing.
- the NFC sheet antenna takes away the magnetic flux for power transmission between the contactless charging module of the charger for contactless charging and the charging coil on the charged side. Furthermore, the NFC sheet antenna also receives magnetic flux generated when the charging coil receives power. Therefore, the power transmission efficiency of the NFC sheet antenna is reduced, and the charging time is increased. Also, when short-range communication is performed using the NFC sheet antenna, an eddy current is generated in the charging coil in the direction of weakening the magnetic flux generated by the NFC sheet antenna.
- the charging coil for flowing a large current has a larger conductor thickness than an NFC sheet antenna that performs communication by flowing a small current. Therefore, when viewed from the NFC sheet antenna, the charging coil becomes a huge metal, and when viewed from the NFC sheet antenna, the eddy current generated in the charging coil cannot be ignored. Therefore, it has an adverse effect on the short-range communication efficiency and communication distance of the NFC sheet antenna.
- the charging coil and the NFC sheet antenna are completely stacked centered on each other, there will be two large planar coils on the surface of the housing, and whichever is covered when viewed from the non-contact charging module on the charger side. It is difficult to determine whether the charging coil is for charging. When the alignment accuracy is lowered, the power transmission efficiency is lowered accordingly.
- the non-contact charger detects the position of the charging coil to automatically move the planar coil of the non-contact charger (primary side) to the position of the charging coil.
- the detection method such as using the resonance frequency of the charging coil, but there is a possibility that the resonance frequency of the NFC sheet antenna is detected and aligned with the NFC sheet antenna.
- a mobile terminal device can be charged anywhere on the charging surface of the non-contact charger (primary side) by arranging a large number of coils on the non-contact charger (primary side).
- the coil (primary side) close to the NFC sheet antenna transmits a large amount of magnetic flux that is not necessary for the NFC sheet antenna. As a result, there is a risk of wasteful power consumption or malfunction.
- the magnet provided in the non-contact charger may be attracted to the magnet provided in the hollow portion of the magnetic sheet or the charging coil for alignment.
- the magnetic sheet for the NFC sheet antenna since the magnetic sheet for the NFC sheet antenna is saturated by the magnet and the magnetic permeability may be lowered, the L value of the NFC sheet antenna may be lowered. In that case, the communication distance and communication efficiency of the NFC sheet antenna may be reduced.
- the NFC sheet antenna faces the opening surface in substantially the same direction as the charging coil and generates magnetic flux in substantially the same direction. Therefore, regardless of the alignment method, the communication performance of the NFC sheet antenna and the charging coil The power transmission performance is adversely affected.
- the coil axis A of the charging coil 30 is in the vertical direction in the figure.
- the coil axis B of the NFC coil 40 is in the left-right direction in the drawing.
- they are in a substantially vertical relationship with each other.
- the charging coil 30 and the NFC coil 40 can communicate in substantially the same direction. This is because the NFC coil 40 behaves as described in FIG.
- the NFC coils 40 may be wound so that the magnetic fluxes of all the NFC coils 40 extend in the same direction (for example, upward in FIG. 10B). That is, both of the two NFC coils 40 in FIG. 10A are wound clockwise as viewed from the outside.
- the NFC coil 40 is preferably arranged on the outer side of the charging coil 30 because it is preferable to be arranged on the end side rather than the center side of the metal body 50. As shown in FIG. 10, it is not always necessary to arrange the charging coil 30 around the charging coil 30. However, since the axis C of the magnetic flux is inclined by the metal body 50, the charging coil 30 is preferably arranged on both sides. In FIG. 10, two NFC coils 40 are connected in a loop shape so as to surround the charging coil 30.
- the non-contact charging module 100 can be reduced in size. If the width in the longitudinal direction of the NFC coil 40 is substantially the same as the width in the same direction of the charging coil 30, the contactless charging module 100 can be reduced in size. Further, in order to sufficiently tilt the magnetic flux axis C of the NFC coil 40, it is preferable that the magnetic sheet 10 is not disposed under the NFC coil 40.
- FIG. 11 is a perspective view showing a portable terminal including a contactless charging module according to the present embodiment and a contactless charging module including a loop-shaped NFC coil for comparison.
- FIG. 12 is a diagram illustrating frequency characteristics of induced voltages of the two contactless charging modules illustrated in FIG. 11.
- FIG. 13 is a diagram showing the magnetic field in the YZ plane of each of the two contactless charging modules shown in FIG.
- FIG. 14 is a diagram illustrating the magnetic field in the ZX plane of each of the two contactless charging modules illustrated in FIG. 11.
- 11A, FIG. 13A, and FIG. 14A show the case of a non-contact charging module provided with a loop-shaped NFC antenna for comparison
- FIGS. 11B, 13B, and 14B show the non-contact charging module in the embodiment. This case is shown.
- the non-contact charging module 100 and the non-contact charging module 400 provided with a loop-shaped NFC antenna in the present embodiment are placed on the battery pack 303 so as to be stacked.
- the power transmission direction of the charging coil 30 and the communication direction of the NFC coil 40 of the contactless charging modules 100 and 400 are the back surface of the portable terminal (the surface on which a display unit such as a liquid crystal screen is disposed is the front surface).
- the induced electromotive force of the NFC coil 40 of the non-contact charging module 100 is larger than the induced electromotive force of the loop-shaped NFC coil of the non-contact charging module 400.
- the NFC coil 40 of the contactless charging module 100 has higher communication efficiency than the loop-shaped NFC coil of the contactless charging module 400.
- the NFC coil 40 of the non-contact charging module 100 has a wider communication area than the loop-shaped NFC coil of the non-contact charging module 400.
- the non-contact charging module 400 of FIG. 11A and the non-contact charging module of FIG. 11B have substantially the same area (40 mm ⁇ 40 mm ⁇ 0.4 mm).
- the power transmission efficiency of the charging coil 30 does not change greatly. This is because the charging coil 30 is sufficiently larger than the antenna for NFC communication.
- the charging coil 30 is for power transmission in non-contact charging, and transmits stage power for a long time.
- the communication by the NFC coil 40 is shorter in time than the charging coil 30 and requires less power during communication.
- the conducting wire constituting the charging coil 30 is thicker than the conducting wire constituting the NFC coil 40 and the number of turns is increased. Therefore, the charging coil 30 viewed from the NFC coil 40 is a large metal body, and the influence of the charging coil 30 on the NFC coil 40 is large.
- the NFC coil 40 viewed from the charging coil 30 is small, and the influence of the NFC coil 40 on the charging coil 30 is small.
- the power transmission efficiency of the charging coil 30 is independent of the shape of the coil (antenna) for NFC communication. Does not change significantly.
- the charging coil 30 and the NFC coil 40 can be prevented from interfering with each other.
- the axis A of the charging coil 30 and the axis B of the NFC coil 40 are substantially orthogonal to each other, mutual interference can be most prevented.
- the charging coil 30 is wound in a rectangular shape, and at least two NFC coils 40 are arranged along two opposing sides of the rectangular charging coil 30, thereby enabling a non-contact charging module to perform an NFC communication possible region. It can be spread in a balanced manner around 100. In particular, when mounted on a mobile terminal, even if the center of the charging coil 30 is arranged on the center side of the mobile terminal, the center of the plurality of NFC coils 40 as a whole can also be the center side of the mobile terminal. As a result, it is possible to prevent the chargeable area and the NFC communicable area around the portable terminal from being biased.
- the NFC coil 40 is disposed outside the magnetic sheet 10, the communication of the NFC coil 40 can be made efficient. Furthermore, since the magnetic sheet 10 and the magnetic body 20 are made of different types of ferrite, non-contact charging and NFC communication can be performed efficiently, respectively.
- FIG. 15 is a cross-sectional view schematically showing a portable terminal provided with the contactless charging module of the present embodiment. 15A to 15E, the display unit is provided on the upper surface side, and the lower surface side is a communication surface. Further, in the mobile terminal 300 of FIG. 15, components other than the housing 301, the substrate 302, the battery pack 303, and the non-contact charging module 100 are omitted, and FIG. 15 shows the housing 301, the substrate 302, and the battery pack 303. The arrangement relationship of the non-contact charging module 100 will be schematically described.
- the mobile terminal 300 includes a substrate 302 that controls at least a part of the mobile terminal 300, a battery pack (power holding unit) 303 that temporarily stores received power, and the non-contact charging described above.
- a module 100 is provided.
- the display unit may have a touch panel function. In that case, the user operates the portable terminal by touching the display unit.
- the contactless charging module 100 is oriented so that the magnetic sheet 10 is on the display unit side (upper side in FIG. 15), and the charging coil 30 and the NFC coil 40 are on the back side of the housing 301 (lower side in FIG. 15). Placed in. Thereby, both the transmission direction of non-contact charging and the communication direction of the NFC coil can be on the back side of the housing 301 (the lower side in FIG. 15).
- the substrate 302 is disposed on the display unit side (upper side in FIG. 15), and the battery pack 303 is disposed on the back side of the substrate 302.
- the contactless charging module 100 is closest to the back side of the body 301.
- the substrate 302 and the battery pack 303 are at least partially stacked, and the battery pack 303 and the non-contact charging module 100 are at least partially stacked. Thereby, it can prevent that the non-contact charge module 100, the electronic component mounted in the board
- the battery pack 303 and the non-contact charging module 100 are arranged close to each other, they can be easily connected to each other.
- the areas of the substrate 302, the battery pack 303, and the non-contact charging module 100 can be sufficiently secured, and the degree of freedom in design is high. L values of the charging coil 30 and the NFC coil 40 can be sufficiently secured.
- the substrate 302 is disposed on the display unit side (upper side in FIG. 15), and the battery pack 303 and the non-contact charging module are disposed on the back side of the substrate 302. 100 are arranged in parallel. That is, the battery pack 303 and the non-contact charging module 100 are not stacked and are arranged side by side in the horizontal direction of FIG.
- the substrate 302 and the battery pack 303 are at least partially stacked, and the substrate 302 and the non-contact charging module 100 are at least partially stacked.
- the casing 301 can be thinned.
- the areas of the substrate 302, the battery pack 303, and the non-contact charging module 100 can be sufficiently secured, and the degree of freedom in design is high. L values of the charging coil 30 and the NFC coil 40 can be sufficiently secured.
- the substrate 302 and the battery pack 303 are disposed on the most display portion side (the upper side in FIG. 15), and the back side of the battery pack 303 is non-contact.
- Charging module 100 is arranged. That is, the battery pack 303 and the substrate 302 are not stacked and are arranged side by side in the horizontal direction of FIG. Battery pack 303 and non-contact charging module 100 are at least partially stacked. Accordingly, since the battery pack 303 and the substrate 302 are not stacked, the casing 301 can be thinned.
- the battery pack 303 and the non-contact charging module 100 are stacked and the battery pack 303 and the non-contact charging module 100 are arranged close to each other, it is easy to connect each other. Moreover, the area of the board
- the substrate 302 and the battery pack 303 are arranged on the most display side (the upper side in FIG. 15), and non-contact charging is performed on the back side of the substrate 302.
- a module 100 is arranged. That is, the battery pack 303 and the substrate 302 are not stacked and are arranged side by side in the horizontal direction of FIG. At least a part of the substrate 302 and the non-contact charging module 100 are stacked. Accordingly, since the battery pack 303 and the substrate 302 are not stacked, the casing 301 can be thinned. Generally, the battery pack 303 is the thickest among the substrate 302, the battery pack 303, and the non-contact charging module 100.
- the case 301 can be made thinner by stacking the substrate 302 and the non-contact charging module 100 than by stacking the battery pack and other components. Moreover, the area of the board
- the substrate 302, the battery pack 303, and the non-contact charging module 100 are arranged on the display unit side (upper side in FIG. 15). That is, the substrate 302, the battery pack 303, and the non-contact charging module 100 are not stacked on each other, and are arranged side by side in the horizontal direction of FIG. Thereby, the housing
- various electronic devices such as a mobile terminal including a non-contact charging module including a non-contact charging module and an NFC antenna, particularly a mobile phone, a portable audio device, a personal computer, a digital camera, and a video camera, which are portable devices.
- a mobile terminal including a non-contact charging module including a non-contact charging module and an NFC antenna
- a mobile phone particularly a mobile phone, a portable audio device, a personal computer, a digital camera, and a video camera, which are portable devices.
- Non-contact charge module 10
- Magnetic sheet 11
- Slit 12
- Center part 20
- Magnetic body 30
- Charging coil 31a, 31b, 31c, 31d Corner part 32a, 32b Leg part 33
- Inner part 40
- NFC coil 50
- Metal body 200
- Non primary side Contact charging module 210
- Primary coil 220 Magnet 300
- Mobile terminal 301
- Housing 302
- Substrate 303
- Battery pack
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Abstract
非接触充電コイルとNFCアンテナとをひとつのモジュール化とすることで小型化を達成し、お互いの干渉を防ぎながらも同一方向の通信及び電力伝送が可能である非接触充電モジュール。この装置では、導線が巻回された充電コイル(30)と、充電コイル(30)の周囲に配置されたNFCコイル(40)と、を備え、充電コイル(30)の軸とNFCコイル(40)の軸とが、互いに交差する。
Description
本発明は、非接触充電モジュールとNFCアンテナとを備えた非接触充電モジュール及びそれを備えた携帯端末に関する。
近年、携帯端末機器などの通信装置に搭載されているアンテナとして、RFID(Radio Frequency IDentification)技術を利用し、13.56MHz帯域の電波を使用したNFC(Near Field Communication)アンテナなどがある。NFCアンテナは、その通信効率を向上させるために、13.56MHz帯域の通信の効率を向上させる磁性シートを備え、NFCアンテナモジュールとする。また、通信装置に非接触充電モジュールを搭載し、通信装置の充電方式を非接触充電で行うことも提案されている。これは、充電器側に送電用コイル、通信装置側に受電用コイルを配し、約100kHz~200kHz帯域において両コイル間に電磁誘導を生じさせ、充電器から通信装置側に電力を伝送するものである。非接触充電モジュールもまた、その通信効率を向上させるために、約100kHz~200kHz帯域の通信の効率を向上させる磁性シートを備え、非接触充電モジュールとする。
そして、これらNFCモジュールと非接触充電モジュールとを備える携帯端末が提案されている(例えば特許文献1)。
NFCは13.56MHz帯の周波数を用いて電磁誘導により通信を行う近距離無線通信である。また、非接触充電は、約100kHz~200kHz帯域の周波数を用いて電磁誘導により電力伝送を行う。従って、それぞれの周波数帯域の通信(電力伝送)を高効率化させる最適な磁性シートは、NFCモジュールと非接触充電モジュールとで異なる。その一方で、NFCモジュールと非接触充電モジュールとの双方とも電磁誘導によって通信(電力伝送)を行うため、お互いに干渉しやすい。また、電磁誘導の効率を向上させるため、一般的に双方のコイルは平面状に巻回され、開口面積を大きくする。この結果、一方のモジュールの通信時に他方のモジュールが磁束を奪う可能性や、他方のコイルに渦電流が発生して一方のモジュールの電磁誘導を弱める可能性がある。
そのため、(特許文献1)では、NFCモジュールと非接触充電モジュールとをそれぞれが磁性シートを備え、それぞれをモジュールとして配置している。しかしながら、通信装置の小型化を妨げてしまう。また、お互いの通信を干渉しあわないよう、通信方向を異ならせており、通信の種類によって通信面が変わってしまうため非常に不便となる。更に、近年では筐体の一方の面のほとんどを表示部とするスマートフォンがあり、スマートフォンに適用した場合は一方の通信を表示部側で行わなくてはならなくなる。
本発明の目的は、非接触充電コイルとNFCアンテナとをひとつのモジュール化とすることで小型化を達成し、お互いの干渉を防ぐためにアンテナのコイル軸方向を異ならせながらも同一方向の通信及び電力伝送が可能である非接触充電モジュール及びそれを備えた携帯端末を提供することである。
本発明の一態様に係る非接触充電モジュールは、導線が巻回された充電コイルと、前記充電コイルの周囲に配置されたNFCコイルと、を備え、前記充電コイルの軸と前記NFCコイルの巻回軸とが、互いに交差する構成を採る。
本発明によれば、非接触充電コイルとNFCアンテナとをひとつのモジュール化とすることで小型化を達成し、お互いの干渉を防ぐためにアンテナのコイル軸方向を異ならせながらも同一方向の通信及び電力伝送が可能とする非接触充電モジュール及びそれを備えた携帯端末を得ることができる。
本開示の発明は、導線が巻回された充電コイルと、前記充電コイルの周囲に配置されたNFCコイルと、を備え、前記充電コイルの軸と前記NFCコイルの巻回軸とが、互いに交差する、非接触充電モジュールであって、接触充電コイルとNFCアンテナとをひとつのモジュール化とすることで小型化を達成し、お互いの干渉を防ぐためにアンテナのコイル軸方向を異ならせながらも同一方向の通信及び電力伝送を可能とする非接触充電モジュールを得ることができる。
また、本開示の非接触充電モジュールにおいて、前記充電コイルの軸と前記NFCコイルの軸とが、互いに略直交することにより、お互いの干渉を最も防ぐことができる。
また、本開示の非接触充電モジュールにおいて、前記非接触充電モジュールは、前記NFCコイルを複数備え、前記複数のNFCモジュールは前記非接触充電モジュールを挟むように配置されることにより、小型化しつつ、お互いの干渉を防ぐことができる。
また、本開示の非接触充電モジュールにおいて、前記充電コイルは、矩形に巻回され、前記NFCコイルは、矩形の前記充電コイルの対向する2辺に沿うように、少なくとも2つ配置されていることにより、NFC通信の可能領域を、非接触充電モジュールの周りにおいてバランスよく広げることができる。
また、本開示の非接触充電モジュールにおいて、前記充電コイル全体を載置する面を備える磁性シートを備え、前記NFCコイルは、前記磁性シートの外側に配置されることにより、NFCコイルの通信を効率よくすることができる。
また、本開示の非接触充電モジュールにおいて、前記充電コイル全体を載置する面を備える磁性シートを備え、前記NFCコイルを磁性体コアの周りに巻回することにより、短距離間において大電力を伝送する充電コイルの開口部を大きく確保しつつ、非接触充電モジュール全体を薄型化、小型化することができる。
また、本開示の非接触充電モジュールにおいて、前記磁性シートと、前記磁性体コアとは、異なる材料で構成されることにより、短距離間において大電力を伝送する充電コイルと、長距離間において小電力を伝送して通信するNFCコイルと、を、それぞれ適した磁性材料によって目的の効果を向上させることができる。
また、本開示の非接触充電モジュールにおいて、前記磁性シートと前記磁性体コアとは、それぞれ異なる種類のフェライトで構成されることにより、距離間において大電力を伝送する充電コイルと、長距離間において小電力を伝送して通信するNFCコイルと、を、それぞれ適したフェライト材料によって目的の効果を非常に向上させることができる。
また、本開示の非接触充電モジュールにおいて、前記充電コイルと前記磁性シートとの積層方向における全体厚みは、同一方向における前記NFCコイルの厚みよりも大きいことにより、外側に配置されるNFCコイルをより薄く形成することで、全体の小型化、薄型化を効果的に実現できる。
また、本開示の非接触充電モジュールにおいて、前記矩形の充電コイルの対向する2辺の長手方向の長さは、同一方向における前記NFCコイルの長さよりも短いことにより、NFCコイルの発生させる磁界が充電コイルにより妨げられにくくすることができる。
また、本開示の非接触充電モジュールにおいて、前記充電コイルの巻回数は、前記NFCコイルの巻回数よりも多いことにより、より大電力を伝送させる充電コイルのインダクタンス値を向上させることができる。
また、本開示の非接触充電モジュールにおいて、前記充電コイルの開口面は、前記NFCコイルの開口面よりも大きいことにより、より大電力を伝送させる充電コイルのインダクタンス値を向上させることができる。
また、本開示の非接触充電モジュールにおいて、前記複数のNFCコイルの巻回数が、等しいことにより、複数のNFCコイルからバランスよく磁界が発生されるので、NFC通信を安定し行うことができる。
また、本開示の非接触充電モジュールにおいて、前記複数のNFCコイルは、同一形状であることにより、複数のNFCコイルからバランスよく磁界が発生されるので、NFC通信を安定し行うことができる。
また、本開示の携帯端末は、本開示の非接触充電モジュールを筐体内に備えたことを特徴とする携帯端末であって、接触充電コイルとNFCアンテナとをひとつのモジュール化とすることで小型化を達成し、お互いの干渉を防ぐためにアンテナのコイル軸方向を異ならせながらも同一方向の通信及び電力伝送が可能とする非接触充電モジュールを得ることができる。
また、本開示の携帯端末において、前記筐体内に金属体を備え、前記NFCコイルは、前記金属体の端部に配置されることにより、NFCアンテナが発生させる磁界を傾かせることができ、より効率的にNFC通信を行うことができる。
また、本開示の携帯端末において、前記NFCコイルの開口部は、前記金属体に対して略垂直であることにより、金属体内に発生するNFCアンテナに対する渦電流を抑制し、より効率的にNFC通信を行うことができる。
(実施の形態)
〔非接触充電モジュールについて〕
以下、図1を用いて本発明の実施の形態における非接触充電モジュールの概要について説明する。図1は、本発明の実施の形態における非接触充電モジュールの概略図である。図1Aは、非接触充電モジュールの上面図、図1Bは、非接触充電モジュールの斜視図である。
〔非接触充電モジュールについて〕
以下、図1を用いて本発明の実施の形態における非接触充電モジュールの概要について説明する。図1は、本発明の実施の形態における非接触充電モジュールの概略図である。図1Aは、非接触充電モジュールの上面図、図1Bは、非接触充電モジュールの斜視図である。
本実施の形態の非接触充電モジュール100は、導線が平面状に巻回された充電コイル30と、充電コイル30の周囲に配置された2つのNFCコイル40と、充電コイル30を支持する磁性シート10と、を備えたことを特徴とする。NFCコイル40は1つ、3つ、4つ、それ以上であってもよい。
非接触充電モジュール100は、対向する上面及び下面を備えるシート状の磁性シート10を備え、磁性シート10の上面に充電コイル30を載置(接着)する。磁性シート10及び充電コイル30の周囲には、少なくともひとつ、好ましくは複数のNFCコイル40が配置される。本実施の形態においては、磁性シート10及び充電コイル30を挟んで対向する2つのNFCコイル40を備える。磁性シート10の上面にNFCコイル40を載置してもよい。2つのNFCコイル40のコイル軸はお互いに略平行(-10~+10度程度の角度で交差してもよい)であるが、お互いに略垂直や傾いた関係であってもよい。NFCコイル40は磁性体20に巻回されると良く、それによりNFCコイル40の通信効率が向上する。1つの磁性体20の上面の面積は、磁性シート10の上面の面積よりも小さい。充電コイル30のコイル軸AとNFCコイル40のコイル軸Bとは、お互いに略直交(約75度~105度程度)に交差している。本実施の形態では、磁性シート10と磁性体20とは保護テープなどを介して接しているが、離れていてもよい。接していることで、小型化された非接触充電モジュール100内で磁性シート10と磁性体20とを最大に構成できる。
〔充電コイルについて〕
図2を用いて充電コイルについて詳細に説明する。
図2を用いて充電コイルについて詳細に説明する。
図2は、本発明の実施の形態における充電コイル及び磁性シートの概略図である。図2Aは、充電コイルと磁性シートとの配置関係を表した分解図、図2Bは、充電コイル及び磁性シートの上面図である。
本実施の形態においては、充電コイル30は略正方形に巻回されているが、略長方形を含める略矩形、円形、楕円形、多角形など、どのような形状であってもよい。
充電コイル30は、2つの脚部(端子)32a、32bを始端及び終端として、線径が0.1mm程度の導線8~15本程度のリッツ線や複数線(好ましくは0.08mm~0.3mmの導線を2~15本程度)を、中空部を中心に面上で渦を描くように巻回されている。例えば、線径が0.1mmの導線12本からなるリッツ線で巻回されたコイルは、同一の断面積をもつ導線1本で巻回されたコイルよりも、表皮効果によりはるかに交流抵抗が下がる。コイルの動作中の交流抵抗が下がればコイルによる発熱が下がり、熱特性の良好な充電コイル30とすることができる。このとき、0.08mm~1.5mmの導線8~15本からなるリッツ線であることで、電力伝送効率を良好にすることができる。単線であれば、線径が0.2mm~1mmである導線であるとよい。また、例えば、0.2mmの導線を3本、0.3mmの導線を2本用いてリッツ線のように1本の導線として構成してもよい。また、電流供給部としての脚部32a、32bは、外部電源である商用電源からの電流を充電コイル30に供給する。なお、充電コイル30を流れる電流量は、約0.4A~2A程度である。本実施の形態においては、0.7Aである。
本実施の形態における充電コイル30は略正方形の中空部の対向する辺間距離(一辺の長さ)が20mm(好ましくは15mm~25mm)であり、略正方形の外端における対向する辺間距離(一辺の長さ)が30mm(好ましくは25mm~45mm)となっている。充電コイル30はドーナツ形状に巻回されている。また、充電コイル30が略長方形に巻回される場合は、略長方形の中空部の対向する短辺間距離(一辺の長さ)が15mm(好ましくは10mm~20mm)、長辺間距離(一辺の長さ)が23mm(好ましくは15mm~30mm)、であり、略正方形の外端における対向する短辺間距離(一辺の長さ)が28mm(好ましくは15mm~35mm)、長辺間距離(一辺の長さ)が36mm(好ましくは20mm~45mm)、となっている。また、充電コイル30が円形に巻回される場合、中空部の直径が20mm(好ましくは10mm~25mm)であり、円形の外端の径が35mm(好ましくは25mm~45mm)となっている。なお、充電コイル30を磁性シート10に積層した状態で、充電コイル30と磁性シート10とを合わせた厚みは0.8mmである。薄型化するため、0.6mm~1mm以下であることが好ましい。
また、充電コイル30は2次側(受電側)であり、電力伝送の相手であり充電コイル30に電力供給する充電器内の1次側非接触充電モジュールのコイルとの位置合わせに、マグネットを利用する場合がある。これは、規格(WPC)によって、マグネットは円形(コイン形状)のネオジウム磁石であり、直径が約15.5mm(約10mm~20mm)であり、厚みは約1.5mm~2mmであることなどが定められている。また、マグネットの強さは約75mTから150mT程度でよい。1次側非接触充電モジュールのコイルと充電コイル30との間隔は、2mm~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。マグネットは1次側または2次側非接触充電モジュールコイルの中空部内に配置される。本実施の形態における充電コイル30の中空部内に配置してもよい。
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。また、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など。
このように、一般的な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、非接触充電モジュール100としては、マグネットを使用する1次側(充電側)非接触充電モジュール及びマグネットを使用しない1次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。
ここで、マグネットが非接触充電モジュール100の電力伝送効率に与える影響について説明する。
電力伝送のために1次側非接触充電モジュールと非接触充電モジュール100との間に電磁誘導のための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10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10が飽和して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に備えられたマグネットは、充電コイル30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。これを防ぐために、本実施の形態においては、充電コイル30の中空部を、マグネットよりも大きくしている。すなわち、中空部の面積をコイン上のマグネットの円形面の面積よりも大きくし、充電コイル30の内端(中空部を囲っている部分)がマグネットの外端よりも外側になるようにする。また、マグネットの直径は15.5mm以下であるため、中空部を、直径15.5mmの円よりも大きくすればよい。また、その他の方法としては、充電コイル30を略長方形(正方形を含む)に巻回し、略長方形の中空部の対角線がマグネットの直径(最大15.5mm)よりも長くすればよい。それにより、略長方形に巻回された充電コイル30のうち磁束が集中するコーナー部(四隅)がマグネットよりも外側に位置するため、マグネットの影響を抑えることができる。以下に、上記の構成による効果を示す。
図3は、本発明の実施の形態におけるマグネットを備える1次側非接触充電モジュール及び充電コイルの関係を示す図である。図3Aは充電コイルの内幅が小さいときに位置合わせのマグネットを用いた場合、図3Bは充電コイルの内幅が大きいときに位置合わせのマグネットを用いた場合、図3Cは充電コイルの内幅が小さいときに位置合わせのマグネットを用いない場合、図3Dは充電コイルの内幅が大きいときに位置合わせのマグネットを用いない場合である。
充電器内に配置される1次側非接触充電モジュール200は1次側コイル210、マグネット220、磁性シート(図示せず)を備える。また、図3においては、非接触充電モジュール100内の磁性シート10と充電コイル30とNFCコイル40とを模式的に示す。
非接触充電モジュール100と1次側非接触充電モジュール200は、1次側コイル210と充電コイル30とが対向するように位置合わせされている。1次側コイル210の内側部分211と、充電コイル30の内側部分33との間においても磁界が発生し、電力伝送される。内側部分211と内側部分33とは対向している。また、内側部分211と内側部分33とはマグネット220に近い部分でもあり、マグネット220からの悪影響を受けやすい。
更に、マグネット220が磁性シート10、磁性体20の近傍に配置されることによって、マグネット220近傍の磁性シート10の透磁率が低下してしまう。もちろん、磁性体20よりも磁性シート10の方がマグネット220に近接し、マグネット220の影響を受けやすい。従って、1次側非接触充電モジュール200に備えられたマグネット220は、1次側コイル210及び充電コイル30の特に内側部分211と内側部分33の磁束を弱めてしまい、悪影響を及ぼす。その結果、非接触充電の伝送効率が低下してしまう。従って、図3Aの場合、マグネット220の悪影響を受けやすい内側部分33が大きくなってしまう。
それに対して、マグネットを用いない図3Cは充電コイル30の巻き数が多いためL値は大きくなる。その結果、図3CにおけるL値から図3AにおけるL値へは大幅に数値が減少するため、内幅が小さいコイルでは、マグネット220が位置合わせのために備えられる場合と備えられる場合とで、L値減少率が非常に大きくなってしまう。
また、図3Aのように充電コイル30の内幅がマグネット220の直径よりも小さいと、マグネット220と対向する面積だけ充電コイル30はダイレクトにマグネット220の悪影響を受けてしまう。従って、充電コイル30の内幅はマグネット220の直径よりも大きい方がよい。
対して、図3Bのように充電コイル30の内幅が大きいと、マグネット220の悪影響を受けやすい内側部分33が非常に小さくなる。また、マグネット220を用いない図3Dは充電コイル30の巻き数が少なくなるためL値は図3Cに比べて小さくなる。その結果、図3DにおけるL値から図3BにおけるL値へは数値の減少が小さいため、内幅が大きいコイルではL値減少率を小さく抑えることができる。また、充電コイル30の内幅が大きいほど、マグネット220から充電コイル30の中空部の端部が離れるため、マグネット220の影響を抑えることができる。
一方で、非接触充電モジュール100は電子機器などに搭載されるため、充電コイル30はある一定以上の大きさに形成することが出来ない。従って、充電コイル30の内幅を大きくしてマグネット220からの悪影響を小さくしようとすると、巻き数が減ってしまいマグネット220有り無しに関係せずL値そのものが減少してしまう。従って、マグネット220の面積と充電コイル30の中空部の面積とがほぼ同一(マグネット220の外径が充電コイル30の内幅よりも0~2mm程度小さい、またはマグネット220の面積が充電コイル30の中空部の面積の75%~95%程度)である場合、マグネット220を最大限に大きくすることができるので、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との位置合わせの精度が向上できる。また、マグネット220の面積が充電コイル30の中空部の面積よりも小さい(マグネット220の外径が充電コイル30の内幅よりも2~8mm程度小さい、またはマグネット220の面積が充電コイル30の中空部の面積の45%~75%程度)場合、位置合わせの精度にばらつきがあっても内側部分211と内側部分33が対向する部分の間にはマグネット220が存在しないようにすることができる。
また、同じ横幅及び縦幅をもつ非接触充電モジュール100に組み込まれる充電コイル30としては、円形に巻回されるよりも、略矩形に巻回された方がマグネット220の影響を抑えることができる。すなわち、中空部の直径がxである円形コイルと、中空部の対向する辺間距離(一辺の長さ)がxである略正方形コイルと、で比較する。このとき、同一の線径の導線を同一の巻数で巻回すると、同じ幅の大きさの非接触充電モジュール100間に収納される。このとき、略正方形コイルの中空部の対角線長yは、y>xである。従って、マグネット220の直径をmとすると、円形コイルの最内端部とマグネット220との距離は、常に(x-m)一定である(x>m)。一方、略矩形コイルの最内端部とマグネット220との距離は、最小が(x-m)であり、コーナー部31a~31dにおいて最大の(y-m)となる。また、充電コイル30にコーナー部31a~31dのような角があると、電力伝送時には角に磁束が集中する。すなわち、もっとも磁束が集中するコーナー部31a~31dが、もっともマグネット220から離れており、なおかつ非接触充電モジュール100の幅(サイズ)は変化しない。従って、非接触充電モジュール100を大型化することなく、充電コイル30の電力伝送効率を向上させることができる。
また、充電コイル30を略長方形に巻回すると、更に小型化が可能になる。すなわち、略長方形である中空部の短辺がmより小さくても、長辺がmよりも大きければ、4つのコーナー部をマグネット220の外周の外側に配置させることができる。従って、略長方形の中空部を中心に略長方形に充電コイル30を巻回した場合は、すくなくとも中空部の長辺がmよりも大きければよい。なお、充電コイル30の最内端部が1次側非接触充電モジュール200に備えられたマグネット220の外側であったり、略矩形に巻回された充電コイル30の略矩形の中空部の四隅がマグネット220の外側であるとは、図3Bのようなことをいう。すなわち、マグネット220の円形面の端部を積層方向に伸ばして非接触充電モジュール100にまで延長させたとき、延長線で囲まれる領域が充電コイル30の中空部内におさまることをいう。
図4は、1次側非接触充電モジュールにマグネットを備える場合と備えない場合とにおける充電コイルの外径を一定にしたときの充電コイルの内径の大きさと充電コイルのL値との関係を示す図である。図4に示すように、マグネット220のサイズ及び充電コイル30の外径を一定にした場合、充電コイル30の巻き数を減らして充電コイル30の内径を大きくしていくと、マグネット220の充電コイル30に対する影響が小さくなる。すなわち、マグネット220を1次側非接触充電モジュール200と(2次側)非接触充電モジュール100との位置合わせに利用する場合と利用しない場合における充電コイル30のL値が近づく。従って、マグネット220を使用するときと使用しないときとの共振周波数が非常に近い値となる。なお、このとき、コイルの外径は30mmに統一している。また、充電コイル30の中空部端部(充電コイル30の最内端部)とマグネット220の外側端部との距離は、0mmより大きく、6mmよりも小さくすることで、L値を15μH以上としつつ、マグネット220を利用する場合と利用しない場合でのL値を近づけることができる。
また、充電コイル30の導線は1本の導線を複数段に積層してもよく、この積層方向は磁性シート10と充電コイル30とが積層する積層方向と同一の方向である。このとき、上下に並ぶ導線の層は、お互いに空間を空けるように積層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、充電コイル30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、充電コイル30の厚みを抑えることができる。このように導線を積層することによって、充電コイル30の巻き数を増やしてL値を向上させることができる。ただし、充電コイル30は積層方向に複数段で巻回するよりも、1段で巻回した方が充電コイル30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。
また、充電コイル30を多角形に巻回した場合は、以下のようにコーナー部(角)31a~31dを設ける。略正方形に巻回された充電コイル30は、中空部四隅のコーナー部31a~31dのR(四隅の曲線の半径)が中空部の辺幅の30%以下のものをいう。すなわち、図2Bにおいて、略正方形の中空部は四隅が曲線状となっている。直角であるよりも、多少でも曲線であることで、四隅における導線の強度を向上させることができる。しかしながら、Rが大きくなりすぎると円形コイルとほとんど変化なく、略正方形の充電コイル30ならではの効果を得ることができなくなる。中空部の辺幅が例えば20mmであった場合、各四隅の曲線の半径Rが6mm以下であれば、マグネット220の影響をより効果的に抑えることができることがわかった。また、前述したように四隅の強度まで考慮すると、各四隅の曲線の半径Rが略正方形の中空部の辺幅の5~30%であることによって、前述したもっとも矩形コイルの効果を得ることができる。なお、略長方形に巻回された充電コイル30であっても、各四隅の曲線の半径Rが略長方形の中空部の辺幅(短辺及び長辺のいずれか)の5~30%であることによって、前述した略長方形コイルの効果を得ることができる。なお、本実施の形態においては、充電コイル30の最内端(中空部)の四隅の角はRが2mmであり、0.5mm~4mm程度が好ましい。
また、充電コイル30を矩形に巻回する場合は、脚部32a、32bは、コーナー部31a~31dの近傍に設けられることが好ましい。充電コイル30を円形に巻回した場合は、どこに脚部32a、32bを設けても、平面コイル部が曲線に巻回されている部分に脚部32a、32bを設けることができる。曲線状に導線が巻回されていると、その曲線形状を維持しようとする力が働き、脚部32a、32bを形成しても全体の形状が崩れにくい。対して矩形に導線が巻回されたコイルの場合は、辺部分(直線部分)とコーナー部分とで、コイルがコイル自体の形状を維持しようとする力が異なる。すなわち、図2Bのコーナー部31a~31dにおいては、充電コイル30の形状を維持しようとする力が大きく働く。しかしながら、辺部分においては充電コイル30の形状を維持しようとする力が小さく、コーナー部31a~31dの曲線を軸に、導線が充電コイル30からほどけやすくなる。その結果、充電コイル30の巻き数が例えば1/8ターン分程度変動し、充電コイル30のL値が変動する。すなわち、充電コイル30のL値がばらついてしまう。従って、導線は脚部32a側の巻き始めの点はコーナー部31aに近接し、導線は巻き始めの点からすぐにコーナー部31aを曲がるとよい。巻き始めの点とコーナー部31aは隣接していてもよい。そして、複数回巻回して、コーナー部31aを曲がる手前で巻き終わりの点となり、導線は脚部32bとなって充電コイル30の外側へ曲げられる。このとき、導線の曲がりは、巻き始めの点よりも巻き終わりの点のほうが緩やかに大きく曲がる。これは、脚部32bの形状を維持しようとする力を向上させるためである。
また、導線がリッツ線であれば、より充電コイル30の形状を維持しようとする力が向上する。リッツ線は1本あたりの表面積が大きいため、接着剤などで充電コイル30の形状を固定すると固定されやすい。対して導線が単線であると、導線1本あたりの表面積が小さくなるため、接着される表面積が少なく、充電コイル30の形状はほどけやすい。
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充電コイル30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、充電コイル30の交流抵抗を小さく抑えることができる。
〔磁性シートについて〕
また、磁性シート10は、充電コイル30を載置する平坦部12と、平坦部12の略中心部にあって充電コイル30の中空領域内に相当(対向)する中心部13と、充電コイル30の2本の脚部32a、32bの少なくとも一部が挿入されるスリット11とを備える。スリット11は図1のように形成されなくても良く、また貫通したスリット形状だけでなく、図2のような貫通しない凹部形状であってもよい。スリット形状の方が製造も簡単で確実に導線を収納できる反面、凹部形状であることによって磁性シート10の体積を大きくすることができるので充電コイル30のL値を向上させ、伝送効率を向上させることができる。中心部13は、平坦部12に対して凸部形状、平坦形状、凹部形状、貫通孔である形状となり、いずれであってもよい。凸部形状であれば、充電コイル30の磁束を強めることができる。平坦であれば、製造しやすく充電コイル30を載置しやすい上、後述する位置合わせのマグネット220の影響と充電コイル30のL値のバランスをとることができる。凹部形状、貫通孔に関しては、詳しく後述する。
また、磁性シート10は、充電コイル30を載置する平坦部12と、平坦部12の略中心部にあって充電コイル30の中空領域内に相当(対向)する中心部13と、充電コイル30の2本の脚部32a、32bの少なくとも一部が挿入されるスリット11とを備える。スリット11は図1のように形成されなくても良く、また貫通したスリット形状だけでなく、図2のような貫通しない凹部形状であってもよい。スリット形状の方が製造も簡単で確実に導線を収納できる反面、凹部形状であることによって磁性シート10の体積を大きくすることができるので充電コイル30のL値を向上させ、伝送効率を向上させることができる。中心部13は、平坦部12に対して凸部形状、平坦形状、凹部形状、貫通孔である形状となり、いずれであってもよい。凸部形状であれば、充電コイル30の磁束を強めることができる。平坦であれば、製造しやすく充電コイル30を載置しやすい上、後述する位置合わせのマグネット220の影響と充電コイル30のL値のバランスをとることができる。凹部形状、貫通孔に関しては、詳しく後述する。
また、磁性シート10として、Ni-Zn系のフェライトシート(焼結体)、Mn-Zn系のフェライトシート(焼結体)、Mg-Zn系のフェライトシート(焼結体)などを使うことができる。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10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10として用いることができる。磁性シート10としてフェライトシートを使用する場合は充電コイル30の交流抵抗を低下させる点で有利となり、磁性シート10としてアモルファス金属を使用する場合は充電コイル30を薄型化することができる。
磁性シート10は、略正方形であり、約40×40mm(35mm~50mm)程度のサイズである。略長方形の場合は、サイズを、短辺が35mm(25mm~45mm)、長辺が45mm(35mm~55mm)とする。厚みは0.43mmである(実際は0.4mm~0.55mmの間で、0.3mm~0.7mm程度であればよい)。磁性シート10は磁性体20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10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。
スリット11は、充電コイル30の巻始めの点32aa(コイルの最内側部分)から磁性シート10の下端部までの脚部32aの導線を収納する。これにより、充電コイル30の巻始めの点32aaから脚部32aまでの導線が、充電コイル30の平面巻回部分に積層方向に重なることを防ぐ。
スリット11は、その一端が交差する磁性シート10の端部(端辺)とほぼ垂直であり、磁性シート10の中心部13と接するように形成される。充電コイル30が円形の場合、スリット11を中心部13(円形)の接線と重なるように形成することによって、導線の巻始めの点32aaを折り曲げることなく脚部32a、32bを形成することができる。また、充電コイル30が略矩形の場合、スリット11を中心部13(略矩形)の辺の延長線と重なるように形成することによって、導線の巻始めを折り曲げることなく脚部32a、32bを形成することができる。スリット11の長さは充電コイル30の内径と磁性シート10の大きさに依存し、本実施の形態の場合、約15mm~30mmとしている。
また、スリット11は、磁性シート10の端部(端辺)及び中心部13が最も近づく部分に形成してもよい。すなわち、充電コイル30が円形の場合、磁性シート10の端部(端辺)及び中心部13(円形)の接線に対して垂直なスリット11とし、スリット11を短く形成する。また、充電コイル30が略矩形の場合、磁性シート10の端部(端辺)及び中心部13(略矩形)の辺に対して垂直なスリット11とし、スリット11を短く形成する。これによって、スリット11の形成面積を最低限に抑えることができ、非接触電力伝送機器の伝送効率を向上させることができる。なお、この場合、スリット11の長さは約5mm~20mmである。どちらの配置であっても、スリット11(スリット)の内側端部は中心部13に接続している。
次に、先述した位置合わせのためのマグネットによる磁性シートへの悪影響について説明する。先述したように、位置合わせのために1次側非接触充電モジュール200にマグネットが備えられると、マグネット220の影響で、磁性シート10のうち特にマグネット220に近い部分の透磁率が低下する。従って、1次側非接触充電モジュール200に、位置合わせのためのマグネット220が備えられる場合と備えられない場合とでは、充電コイル30のL値が大きく変化してしまう。そこで、充電コイル30のL値が、マグネット220が近づいた場合と近づかない場合とで、なるべく変化しない磁性シート10とすることが必要となる。
また、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や、ケースとその内部に位置する基板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充電コイル30との間に磁性シート10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。また、基板に実装された電子部品は、充電コイル30の電力伝送と干渉しあい、お互いに悪影響を及ぼしあう可能性がある。そのため、基板と充電コイル30との間に磁性シート10や金属膜を設け、お互いの影響を抑える必要がある。
以上の点を考慮して、非接触充電モジュール100に用いる磁性シート10は、透磁率、飽和磁束密度の高いものが使用され、充電コイル30のL値をなるべく大きくすることが重要である。透磁率250以上、飽和磁束密度350mT以上を備えるものであればよい。本実施の形態においては、Mn-Zn系のフェライトの焼結体であって、透磁率1500以上2500以下、飽和磁束密度400以上500以下、厚みは約400μm以上700μm以下である。ただし、Ni-Zn系フェライトでもよく、透磁率250以上、飽和磁束密度350以上あれば、1次側非接触充電モジュール200と良好な電力伝送が可能である。
そして、充電コイル30は、共振コンデンサを用いてLC共振回路をつくる。このとき、1次側非接触充電モジュール200に備えられるマグネット220を位置合わせに利用する場合と利用しない場合とで、充電コイル30の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200と非接触充電モジュール100との電力伝送(充電)に用いられるため、マグネット220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。しかしながら、上記の構成とすることで、マグネット220の有無による共振周波数のばらつきが抑えられ、いずれの情況であっても、電力伝送が高効率化する。
また、磁性シート10がフェライトシートであってMn-Zn系である場合は、更なる薄型化が可能となる。すなわち、規格(WPC)によって、電磁誘導の周波数は100kHz~200kHz程度(例えば120kHz)と決まっている。このような低周波数帯において、Mn-Zn系のフェライトシートは高効率となる。なお、Ni-Zn系のフェライトシートは高周波において高効率である。従って、本実施の形態においては、約100kHz~200kHzで電力伝送を行う非接触充電用の磁性シート10をMn-Zn系フェライトシートで構成し、約13.56MHzで通信を行うNFC通信用の磁性体20をNi-Zn系フェライトシートで構成する。このように、磁性シート10と磁性体20とを、異なる種類のフェライトで構成することによって、それぞれが効率的に通信及び電力伝送を行うことができる。また、磁性シート10と磁性体20とを薄型化、小型化しても、それぞれ十分な効率を得ることができる。
また、磁性シート10の中心部13の中に穴を形成してもよい。なお、穴とは貫通孔及び凹部のいずれであってもよい。また、穴は中心部13よりも大きくてもいいし、小さくてもよいが、小さい方がよい。すなわち、充電コイル30を磁性シート10に載置した際に、充電コイル30の中空部よりも大きくてもよいし、小さくてもよい。小さい場合は、充電コイル30全体が磁性シート10上に載る。
前述したように、非接触充電モジュール100としては、マグネットを使用する1次側(充電側)非接触充電モジュール及びマグネットを使用しない1次側非接触充電モジュール200の双方に適応できるようにすることで1次側非接触充電モジュール200のタイプに関係せず充電ができ利便性が向上する。そして、1次側非接触充電モジュール200にマグネット220が備えられる場合の充電コイル30のL値と、備えられない場合の充電コイル30のL値を近づけ、かつ双方のL値を向上させることが求められる。また、マグネット220が磁性シート10の近傍に配置されることによって、マグネット220近傍である磁性シート10の中心部13の透磁率が低下してしまう。そこで、中心部13に穴を設けることによって、透磁率の低下を抑えることができる。
図5は、1次側非接触充電モジュールにマグネットを備える場合と備えない場合とにおいて充電コイルのL値と中心部のくり抜きの割合との関係を示した図である。なお、くり抜きの割合が100%であるとは、中心部13の穴が貫通口であることを意味し、くり抜きの割合が0%であるとは、穴が設けられないことをいう。更に、くり抜きの割合が50%であるとは、例えば0.6mmの厚さの磁性シートに対して、0.3mmの深さの穴(凹部)を設けることを意味する。
図5に示すように、くり抜きの割合を大きくするに従って、1次側非接触充電モジュール200にマグネット220が備えられない場合はL値が減少する。このとき、くり抜きの割合が0%~75%まではほとんど減少しないが75%~100%にかけて大きく減少する。対して、1次側非接触充電モジュール200にマグネット220が備えられる場合は、くり抜きの割合を大きくするに従ってL値が向上する。マグネットの悪影響を受けにくくなるからである。このとき、くり抜きの割合が0%~75%までは徐々にL値が向上し、75%~100%にかけて大きく向上する。
従って、くり抜きの割合が0%~75%までは、1次側非接触充電モジュール200にマグネット220が備えられない場合のL値を維持させたまま、1次側非接触充電モジュール200にマグネット220が備えられる場合のL値を向上させることができる。また、くり抜きの割合が75%~100%では、1次側非接触充電モジュール200にマグネット220が備えられない場合のL値と、1次側非接触充電モジュール200にマグネット220が備えられる場合のL値とを、大幅に近づけることができる。そして、くり抜きの割合が40~60%のときに最も効果的であって、1次側非接触充電モジュール200にマグネット220が備えられない場合のL値を維持させたまま、1次側非接触充電モジュール200にマグネット220が備えられる場合のL値が1μH以上向上し、更にマグネット220が備えられる場合にマグネット220と磁性シートとが十分に引き合うことができる。
〔NFCコイルと磁性体について〕
図6~図8を用いて、NFCコイルについて詳細に説明する。
図6~図8を用いて、NFCコイルについて詳細に説明する。
図6は、本実施の形態におけるNFCコイルと磁性体を組み立てた際の斜視図である。図7は、本実施の形態におけるNFCコイルと磁性体の配置を示す分解図である。
図6に示される本実施の形態におけるNFCコイル40とは、13.56MHz帯の周波数を用いて電磁誘導により通信を行う近距離無線通信を行うアンテナであり、一般的にシートアンテナが用いられる。
図6に示すように、本実施例のNFCコイル40は、フェライトなどにより形成された磁性体20の周囲を包み込むように配置され、主に樹脂からなる支持体上に形成されたコイルパターンであり、導体配置部としてのフレキシブル基板41を備える。NFCコイル40は、図示しないICカードやICタグなどの無線通信媒体と通信を行うためのNFC通信用の磁力線を発生させるものである。図6及び図7において、コイルパターンの具体的な形状は図示されていないが、矢印を有する直線Sをコイル軸としたコイルパターンが形成されている。コイルパターンと、後ほど説明する調整パターンは、例えばフレキシブル基板41が有する、ポリイミドフィルムとカバーレイあるいはレジストという2つの樹脂層の間に形成される銅箔によって形成されるのが通常である。
実際には図7に示すように、フレキシブル基板41は、磁性体20を挟んで2つに分割された形となっている。本実施例においては便宜上、これら2つに分割されたフレキシブル基板41のうち、外部接続端子42a、42bを有する側を下側フレキシブル基板(第1の配置部)41aとし、そうでない側を上側フレキシブル基板(第2の配置部)41bとする。これら下側フレキシブル基板41aと上側フレキシブル基板41bとは半田により接合されている。本実施例においては、コイル軸Sと略平行なフレキシブル基板41の二辺において接合されている。また、ここでいう「下側」「上側」は、図7において理解しやすくするために便宜上付与したものであり、NFCコイル40として機器に搭載する際には上下が逆になっても構わない。
なお、本実施例において、上側フレキシブル基板41bがコイル軸S方向に有する幅は、磁性体20がはみ出さないように設定されている。これは、特に磁性体20が割れやすいフェライトで構成されている場合、NFCコイル40が組み込まれる通信装置(例えば図1における携帯端末1)内にその破片や残渣が飛散し、通信装置に悪影響を与えないようにするためである。
また、磁性体20のサイズは、5mm×36mm×0.21mmである。長手方向の幅は、25mm~50mmが好適である。図1に示すとおり、磁性シート10の同一方向の幅よりも大きく形成することが好ましい。これにより、NFC通信の際に、充電コイル30に影響されにくい(結合しにくい)部分(両端)ができるため、NFC通信の効率を向上させることができる。また、短手方向の幅は、3~10mm程度であればよい。NFCコイル40の巻数に依存する。厚みは、磁性シート10及び充電コイル30とを積層した際の厚みよりも薄いことが好ましく、0.15~1mm程度であることが好ましい。
図8は、本実施の形態におけるNFCコイルの配線を示す図である。図8Aは、下側フレキシブル基板41aを磁性体20との当接面より見た図であり、図8Bは、上側フレキシブル基板41bのいずれも磁性体20との当接面より見た図である。これらの図において、コイル軸Sの矢印方向は、図6及び図7に示すフレキシブル基板41の斜視図において手前側となる。さらに、下側フレキシブル基板41aは、分割パターン43aの他に、外部接続端子42a及び42bを有しているが、本実施例においては、これらの銅箔も、いわゆる「露出して」おり、半田メッキ処理が施される。
下側フレキシブル基板41aには、NFCコイル40の一部となる複数の分割パターン43aが、互いに平行に、かつコイル軸Sと交わるように形成されている。そして、上側フレキシブル基板41bには、やはりコイルパターンの一部となる複数の分割パターン43bが、互いに平行に、かつコイル軸Sと交わるように形成されている。これら複数の分割パターン43a及び43bの各両端が、それぞれパターン露出部44aと44b及びパターン露出部45aと45bにより、銅箔が「露出された」状態になっている。
以上のような、磁性体20を挟んで分割された複数の導体パターン43aと43bとの半田接合が繰り返されることにより、下側フレキシブル基板41a上にある外部接続端子42aを出発した導体パターンは、磁性体20を周回した後、外部接続端子42bへと接続される。そして、磁性体20のコイル軸Sの周囲には、らせん状の導体パターンが形成される。このらせん状の導体パターンが、いわゆるコイルパターンであり、ICカードやICタグなどの無線通信媒体と通信を行うための磁力線を発生可能とする。
ちなみに、本実施例のフレキシブル基板41に形成されている導体パターンは、らせん状のコイルパターンのみではない。図8Aに示すように、最外縁部の片側に位置する分割パターンtに接続された、これより詳細に説明する調整パターンuが設けられている。この調整パターンuは、分割パターンtと片側端部が接続されている複数の引き出しパターンvを有する。そしてさらに、これら引き出しパターンvの、分割パターンtと接続していないもう片側の各端部と、分割パターンtの突出部yの一部を構成する突出部引き出しパターンzの突出側端部(点線で示される磁性体20の外形の外側に位置する端部)とを結んで接続される接続パターンwと、を有する。
なお、本実施例において、この調整パターンuは、下側フレキシブル基板41a側にのみ設けられている。これに対して、図8A及び図8Bに示すコイルパターンを形成する複数の分割パターン43a及び43bは、下側フレキシブル基板41aと上側フレキシブル基板41bの両方に、分割されて設けられている。下側フレキシブル基板41aには、調整パターンuの他に、外部接続端子42a及び42bも設けられており、上側フレキシブル基板41bよりも大きな外形を有する。そして、これらの調整パターンuの一部(すなわち、接続パターンw全てと引き出しパターンvの一部)と、分割パターンtの突出部yの一部と、外部接続端子42a及び42bとは、点線で示す磁性体20及び上側フレキシブル基板41bの外形よりも外側に配置されている。言い替えれば、これら調整パターンuの一部は、磁性体20及び上側フレキシブル基板41bの外形周囲よりも離れて配置している、とも言える。
これにより、図6に示すNFCコイル40の組み立て完了時において、外部接続端子42a及び42bは、磁性体20及び上側フレキシブル基板41bに覆い隠されることがないので、図1に示すように、その対向面に配置される電子回路基板と接続可能となり、接続することによりアンテナ装置を構成することができる。
また、磁性体20及び上側フレキシブル基板41bに覆われない調整パターンは、少なくとも接続パターンwを有している。そして、調整パターンを構成する複数の引き出しパターンvか、または分割パターンtの突出部yの一部を構成する突出部引き出しパターンzのいずれかを、トリミングなどにより断線させると、図6に示すNFCコイル40の組み立て完了時において、そのインダクタンスを調整することができる。
NFCコイル40のインダクタンスは、図1においてNFCコイル40が整合回路その他のアンテナ制御部を搭載する電子回路基板と接続されてアンテナ装置となった時に、そのアンテナ装置の共振周波数を決める一因となるものである。そして、本実施例の構造を有するNFCコイル40のインダクタンスは、磁性体20のサイズのバラツキに大きく影響される。これは、磁性体20のサイズが異なると見かけの透磁率も異なるためである。
このように、磁性体20のバラツキによりNFCコイル40のインダクタンスには個体差があるので、このNFCコイル40を搭載したアンテナ装置の共振周波数にもバラツキが出る。この共振周波数を、通信規格で定められた中心周波数(例えばRF-IDであれば、13.56MHz)から所定の範囲内に調整することにより、高い確率と品質で無線通信を行うことができる。この時、NFCコイル40単体でのインダクタンスのバラツキを小さくすれば(例えば±2%以内に抑えれば)、そのNFCコイル40が搭載されたアンテナ装置の共振周波数の調整に必要な調整範囲を小さくすることができる。従って、磁性体20のサイズのバラツキに起因するNFCコイル40のインダクタンスのバラツキを抑えるために、コイルパターンの線路長を調整する。
NFCコイル40のインダクタンスを調整するためのコイルパターンのトリミングは、図8における引き出しパターンvまたは突出部引き出しパターンzのうち、点線で示す磁性体20の外形よりも外側の部分で行われる。これらの部分は、磁性体20及び上側フレキシブル基板41に覆い隠されることがないため、トリミング作業を容易に行うことができる。
例えば、図8の突出部引き出しパターンzのみ残し、引き出しパターンvは全て切断した場合と、突出部引き出しパターンzに隣接する引き出しパターンvのみ残し、他は全て切断した場合との、磁性体20の周囲に巻かれるコイルパターンの巻数の差分はcである。
そして、その差分に相当する分だけNFCコイル40のインダクタンスが変化する。
なお、図8において、コイルパターンを構成する分割パターンtには、磁性体20の外形よりも外側に位置する突出部yを必ずしも設ける必要はない。しかしながら、この突出部yがあれば、先にも説明したように、その突出部yの一部を構成する突出部引き出しパターンzもコイルパターンのインダクタンスの調整に寄与する。コイルパターンを構成する分割パターンtが、この磁性体20の外形よりも外側に位置する突出部yを有することで、図6に示すNFCコイル40が小型であっても、コイルパターンのインダクタンスの調整マージンを十分に確保することができる。そして図8の突出部yは、調整パターンuと共にコイルパターンのインダクタンスの調整に寄与する部分であるので、調整パターンuと同じ側のフレキシブル基板になくてはならない。
図9は、本実施の形態における携帯端末に搭載された電子回路基板及びNFCコイルにより形成されるアンテナ装置、及びそのアンテナ装置から発生する磁力線を示す概念図である。
図9に示すように、本実施例におけるアンテナ装置は、磁性体20とNFCコイル40と、NFCコイル40に近接して配置された電子回路基板とを備える。一般に知られているように、電子回路基板の表面または内部には、そこに実装される各回路部品の端子同士を接続する配線パターンが設けられている。今日の回路の集積化による小型化に伴い、電子回路基板は複数の配線層を有することが殆どである。従って、各回路部品に供給される電源ラインやGND(接地)ラインは、先に述べた配線パターンとは別の配線層として設けられることが多い。当然のことながら、これらの配線パターン、電源ライン及びGNDラインは銅などの導体である。つまり、電子回路基板(金属体50)は、金属体としてみなすことができる。先に述べたように、電源ラインやGNDラインが別の配線層として設けられる場合、これらは、割り当てられた配線層の殆ど全面にわたって形成されるので、特に良質な金属体となる。
このように、NFCコイル40と、殆ど金属体としてみなすことのできる電子回路基板とを備えたアンテナ装置において、NFCコイル40のコイル部の開口部は電子回路基板に対して垂直であり、NFCコイル40は電子回路基板の端部に配置される。なお、電子回路基板の端部とは、NFCコイル40の端部が電子回路基板の最外端部よりも突出する場合及び、NFCコイル40の端部が電子回路基板の最外端部よりも内側に位置する場合の双方を含む。
NFCコイル40の開口部が電子回路基板に対して垂直であり、NFCコイル40の長手方向が電子回路基板の最端部と略平行となるように、NFCコイル40が配置される(NFCコイル40は電子回路基板の最端部に沿うように配置される)とよい。これにより、例えば非接触型ICカードを、領域Pだけでなく領域Qに位置させても、良好な通信を行うことができる。
すなわち、NFCコイル40の開口部は電子回路基板に対して垂直であるため、NFCコイル40に信号が入力され電流が流れると、領域QではNFCコイル40から発生する磁力線Mが全てNFCコイル40から離れる方向であり、一方向にのみ磁力線Mが通過する。その結果、領域Qに位置する例えば非接触型ICカードには電流が流れ、電子回路基板とNFCコイル40とからなる本実施例のアンテナ装置を搭載した携帯端末と非接触型ICカードとは通信を行うことができる。
また、領域Pにおいても、NFCコイル40に信号が入力され電流が流れると、領域Pでは磁力線MがNFCコイル40から離れる方向もしくはNFCコイル40に向かう方向のいずれか一方向となっている。それは、NFCコイル40から発生する磁力線Mが、電子回路基板付近において減衰することにより、磁力線Mの軸Cが電子回路基板に対して垂直ではなくなり、傾いているからである。その結果、領域Pに位置する例えば非接触型ICカードには電流が流れ、電子回路基板とNFCコイル40とからなる本実施例のアンテナ装置を搭載した携帯端末と非接触型ICカードとは通信を行うことができる。
なお、図9に示す磁力線Mには、NFCコイル40から離れる方向の磁力線とNFCコイル40へ向かう方向の磁力線の境を結んだ軸Cが存在する。この、磁力線Mの軸C付近に、例えば非接触型ICカードを位置させると、アンテナから離れる方向とアンテナへ向かう方向の磁力線の双方が非接触型ICカードに働いて打ち消しあう。その結果、非接触型ICカードには電流が流れず、本実施例のアンテナ装置を搭載した携帯端末と、非接触型ICカードとの通信は行われない。
次に、なぜ磁力線Mの軸Cが電子回路基板に対して傾くかについて説明する。NFCコイル40により発生した磁力線によって、電子回路基板のNFCコイル40との対向面に誘起された渦電流は、この電子回路基板のNFCコイル40との対向面に垂直な方向の磁力線を生み出す。そのため、NFCコイル40より発生する磁力線Mと、電子回路基板のNFCコイル40との対向面に誘起された渦電流から発生する磁力線とが合成され、NFCコイル40から発生する磁力線Mは電子回路基板付近において垂直方向に変化する。その結果、磁力線Mの軸Cが電子回路基板とは離れる側に傾く。
また、NFCコイル40は電子回路基板の端部に配置されるため、NFCコイル40の電子回路基板側(図6における右側)の磁力線Mを減衰し、NFCコイル40の電子回路基板から離れる側(図6における左側)の磁力線Mを相対的に強める。その結果、磁力線Mの軸Cが電子回路基板に対して傾くことになる。本実施例の構成では、磁力線Mの軸Cの角度αは、電子回路基板に対して40°~85°程度となり傾いている。もし、NFCコイル40が電子回路基板の端部に配置されなければ、電子回路基板面上の渦電流による電子回路基板面に垂直な方向の磁力線が小さくなり、磁力線Mの軸Cは電子回路基板に対してほぼ垂直のままとなる。その場合、領域Qでは通信可能であっても、領域Pでは通信することができない。
NFCコイル40の端部と電子回路基板とは、その端部を揃えて配置されてもよいし、NFCコイル40の端部が電子回路基板の端部よりも突出してもよい。また、NFCコイル40の端部が電子回路基板の端部よりも内側に位置してもよい。
以上のことから、NFCコイル40を電子回路基板の端部に位置することにより、電子回路基板に流れる電流を最大限活用することができる。また、角度αが85°程度であれば本発明の効果は得られ、好ましくは80°以下であるとよい。
〔非接触充電モジュールの構成について〕
次に、非接触充電モジュールの構成について説明する。図10は、本実施の形態における充電コイルとNFCコイルとが発生させる磁力線の模式図である。
次に、非接触充電モジュールの構成について説明する。図10は、本実施の形態における充電コイルとNFCコイルとが発生させる磁力線の模式図である。
図10に示すように、本実施の形態におけるNFCコイル40の開口部は金属体50に対して垂直であり、金属体50の端部に配置する。
なお、NFCコイル40が金属体50の最外端部よりも突出する場合及び、NFCコイル40が金属体50の最外端部よりも内側に位置する場合の双方があり、好ましくは、後述するNFCコイル40の外側端部と金属体50の最外端部との距離が約-5mm~+5mmである。なお、dがマイナスの値であるとは、NFCコイル40の外側端部が金属体50の最外端部よりも内側に位置していることを示し、この場合、内側に2cm入り込んでいることを示す。逆に、dがプラスの値であれば、NFCコイル40の外側端部が金属体50の最外端部よりも外側に突出していることを示す。なお、-5mm~+5mmというのは、磁性体20の短手方向の幅に起因している。すなわち、磁性体20の短手方向の幅をdとすると、NFCコイル40の外側端部と金属体50の最外端部との距離が約-dmm~+dmmであることで、磁束の軸。これによって、上述したようなNFC通信を良好に行うことができる。
次に、比較説明のため、NFCコイルがシートアンテナであるときについて説明する。
非接触充電用の充電コイルと、NFC通信用のNFCシートアンテナは、逆向きであったとしても同じ方向に開口面を向けることとなる。なぜならば、双方が平面的にコイルを巻回しており、しかも通信効率、充電効率を向上させるためにはそれぞれの開口部を大きくする必要があるため、小型化、薄型化が要望される電子機器においては必然的に上記の構成となるからである。すなわち、小型化された電子機器の筐体に搭載された非接触充電モジュール及びNFCシートアンテナの双方が、電磁誘導を利用した通信(電力伝送)であるため、充電コイル及びNFCシートアンテナの開口面を大きくすることでL値を向上させるためである。
このように、通信の方向(開口部の軸)が略同一であると、お互いに相手の影響を受けやすい。すなわち、非接触充電用充電器の非接触充電モジュールと被充電側の充電コイルとの電力伝送のための磁束をNFCシートアンテナが奪ってしまう。さらに、充電コイルが電力を受電したときに発生させる磁束も、NFCシートアンテナが受電してしまう。従って、NFCシートアンテナの電力伝送効率が低下してしまい、充電時間が増大してしまう。また、NFCシートアンテナで近距離通信を行う際も、NFCシートアンテナが発生させた磁束を弱める方向に、充電コイルに渦電流が発生する。すなわち、大電流を流す充電コイルは、小電流を流して通信を行うNFCシートアンテナに比較して、導線の太さが大きくなる。そのため、NFCシートアンテナから見ると充電コイルは巨大な金属となり、NFCシートアンテナからすると、充電コイルに発生する渦電流が無視できないほどとなる。従って、NFCシートアンテナの近距離通信の効率や通信距離に悪影響を及ぼしてしまう。
更に、充電コイルとNFCシートアンテナとが中心を合わせて完全に積層されていない限り、筐体の面に2つの大きな平面コイルがあることとなり、充電器側非接触充電モジュールから見ると、どちらが被充電用の充電コイルであるかを判断するのが困難となる。位置合わせの精度が低下すると、その分だけ電力伝送効率が低下する。
例えば位置合わせの際に、非接触充電器(1次側)が充電コイルの位置を検出することで、非接触充電器(1次側)の平面コイルを自動的に充電コイルの位置まで移動させる方法がある。このとき、充電コイルの共振周波数を利用するなどの検出方法があるが、NFCシートアンテナの共振周波数を検出してNFCシートアンテナに位置合わせしてしまう可能性がある。
また、非接触充電器(1次側)に多数のコイルを並べることで、携帯端末機器が非接触充電器(1次側)の充電面のどこにおいても充電可能とする方法がある。この場合、NFCシートアンテナに近いコイル(1次側)がNFCシートアンテナに必要のない磁束を大量に送電してしまう。その結果、無駄な電力消費や誤作動などの恐れがある。
さらに、非接触充電器(1次側)に備えられたマグネットが、磁性シートまたは充電コイルの中空部に備えられたマグネットと引き合って位置合わせを行う場合がある。この場合、マグネットによってNFCシートアンテナ用の磁性シートが飽和し、透磁率が下がる可能性があるため、NFCシートアンテナのL値が低下することがある。その場合、NFCシートアンテナの通信距離や通信効率が低下する恐れがある。
上記の結果、NFCシートアンテナは、充電コイルと略同じ方向に開口面を向け、略同じ方向に磁束を発生させるため、位置合わせの方法によらず、NFCシートアンテナの通信性能や、充電コイルの電力伝送性能に悪影響を与える。
対して、図10に示すように、本実施の形態のNFCコイル40を使用すると、充電コイル30とNFCコイル40の開口面の方向及びコイルの巻回の軸A、Bの方向を異ならせることができるため、上記のような問題が生じなくなり、お互いに結合しにくく、それぞれが良好な通信(電力伝送)をすることができる。
すなわち、図10Bに示すとおり、充電コイル30のコイル軸Aは、図中上下方向である。対して、NFCコイル40のコイル軸Bは、図中左右方向である。このように、お互いに略垂直の関係となっている。この結果、お互いのコイルが結合しにくくなっている。なお、お互いのコイル軸が、80~100度の範囲で交差する程度であればよい。
更に、本実施の形態の非接触充電モジュール100であれば、充電コイル30とNFCコイル40はほぼ同一方向にて通信が可能となる。なぜならば、NFCコイル40が図9で説明したようにふるまうからである。なお、そのためには、NFCコイル40を複数設けた場合、すべてのNFCコイル40の磁束が同一方向(例えば図10Bの上方向)に向かって伸びるように巻回するとよい。すなわち、図10Aの2つのNFCコイル40は、どちらも、外側から見て時計回りに巻回されている。
なお、NFCコイル40は、金属体50の中心部側よりも端部側に配置されたほうが好ましいため、充電コイル30の外側に配置されると良い。図10に示すとおり、必ずしも充電コイル30の周り2箇所に配置する必要はないが、金属体50によって磁束の軸Cが傾けられているため、両サイドに配置したほうが好ましい。また、図10では2つのNFCコイル40を、充電コイル30の周りを囲むようにループ形状に接続している。
例えば、充電コイル30を略長方形に巻回し、その長辺に沿うようにしてNFCコイル40を配置すると、非接触充電モジュール100を小型化して形成することができる。そして、NFCコイル40の長手方向の幅が、充電コイル30の同一方向の幅とほぼ同一であると、非接触充電モジュール100を小型化することができる。また、NFCコイル40の磁束の軸Cを十分に傾けるため、NFCコイル40の下に磁性シート10が配置されないほうが好ましい。
次に、図11~図14を用いて、本実施の形態の非接触充電モジュールにおけるNFCコイルの通信特性について説明する。
図11は、本実施の形態における非接触充電モジュール及び比較のためのループ形状NFCコイルを備えた非接触充電モジュールを備えた携帯端末を示す斜視図である。図12は、図11に示される2つの非接触充電モジュールそれぞれの誘導電圧の周波数特性を示す図である。図13は、図11に示される2つの非接触充電モジュールそれぞれのYZ面における磁場を示す図である。図14は、図11に示される2つの非接触充電モジュールそれぞれのZX面における磁場を示す図である。なお、図11A、図13A、図14Aは、比較のためのループ形状NFCアンテナを備えた非接触充電モジュールの場合を示し、図11B、図13B、図14Bは、実施の形態における非接触充電モジュールの場合を示す。
図11A及び図11Bにおいて、本実施の形態における非接触充電モジュール100とループ形状NFCアンテナを備えた非接触充電モジュール400とは電池パック303上に積層するように載置される。非接触充電モジュール100、400の充電コイル30の電力伝送方向及びNFCコイル40の通信方向は、携帯端末の裏面(液晶画面などの表示部が配置される側を表面とする)である。
このとき、図12に示すように、非接触充電モジュール100のNFCコイル40の誘導起電力は、非接触充電モジュール400のループ形状NFCコイルの誘導起電力よりも大きい。その結果、非接触充電モジュール100のNFCコイル40の方が非接触充電モジュール400のループ形状NFCコイルよりも通信効率が高くなる。また、図13、図14からも明らかな通り、非接触充電モジュール100のNFCコイル40の方が非接触充電モジュール400のループ形状NFCコイルよりも通信できる領域が広くなる。
なお、このとき、図11Aの非接触充電モジュール400と図11Bの非接触充電モジュールとは、面積がほぼ同一のサイズである(40mm×40mm×0.4mm)。
なお、非接触充電モジュール100と非接触充電モジュール400において同一の磁性シート10と充電コイル30とを使用すると、充電コイル30の電力伝送効率は大きく変化しない。なぜならば、充電コイル30はNFC通信用のアンテナに比較して十分に大きいからである。
充電コイル30は非接触充電における電力伝送のためのものであり、長時間にわたり段電力を伝送する。それに対してNFCコイル40による通信は、充電コイル30に比較して短時間の上、通信の際の電力も小さい。その結果、充電コイル30を構成する導線はNFCコイル40を構成する導線よりも太く、巻回数も多くなる。従って、NFCコイル40から見た充電コイル30は大きな金属体であり、充電コイル30がNFCコイル40に与える影響は大きい。対して充電コイル30から見たNFCコイル40は小さく、NFCコイル40が充電コイル30に与える影響は小さい。
従って、非接触充電モジュール100と非接触充電モジュール400において同一の磁性シート10と充電コイル30とを使用すると、NFC通信用のコイル(アンテナ)の形状に関係なく、充電コイル30の電力伝送効率は大きく変化しない。
以上のように、充電コイル30の軸AとNFCコイル40の軸Bとがお互いに交差することによって、充電コイル30とNFCコイルがお互いに干渉しあうことを防ぐことができる。特に、充電コイル30の軸AとNFCコイル40の軸Bとがお互いに略直交することで、お互いの干渉を最も防ぐことができる。
充電コイル30は矩形に巻回され、NFCコイル40が矩形の充電コイル30の対向する2辺に沿うように、少なくとも2つ配置されていることで、NFC通信の可能領域を、非接触充電モジュール100の周りにおいてバランスよく広げることができる。特に、携帯端末に搭載された場合、充電コイル30の中心を携帯端末の中心側に配置しても、複数のNFCコイル40全体の中心も携帯端末の中心側にすることができる。その結果、携帯端末の周囲の充電可能領域及びNFC通信可能領域がひどく偏ることを防ぐことができる。
また、NFCコイル40が磁性シート10の外側に配置されることで、NFCコイル40の通信を効率よくすることができる。さらに、磁性シート10と磁性体20とは、それぞれ異なる種類のフェライトで構成されることで、非接触充電とNFC通信とを、それぞれ、効率的に行うことができる。
〔携帯端末について〕
図15は、本実施の形態の非接触充電モジュールを備えた携帯端末を模式的に示した断面図である。図15A~図15Eにおいては、上面側に表示部を備え、下面側を通信面とする。また、図15の携帯端末300においては、筐体301、基板302、電池パック303、非接触充電モジュール100以外の部品を省略しており、図15は、筐体301、基板302、電池パック303、非接触充電モジュール100の配置関係を模式的に説明するものである。
図15は、本実施の形態の非接触充電モジュールを備えた携帯端末を模式的に示した断面図である。図15A~図15Eにおいては、上面側に表示部を備え、下面側を通信面とする。また、図15の携帯端末300においては、筐体301、基板302、電池パック303、非接触充電モジュール100以外の部品を省略しており、図15は、筐体301、基板302、電池パック303、非接触充電モジュール100の配置関係を模式的に説明するものである。
携帯端末300は、筐体301内に、携帯端末300の少なくとも一部の制御を行う基板302、受電した電力を一時的に保存する電池パック(電力保持部)303、上記で説明した非接触充電モジュール100を備える。表示部はタッチパネル機能を備える場合があり、その場合、ユーザーは表示部をタッチ操作することにより携帯端末を操作する。もちろん、非接触充電モジュール100の向きは、磁性シート10が表示部側(図15の上側)となり、充電コイル30やNFCコイル40が筐体301の裏面側(図15の下側)に向くように配置される。これにより、非接触充電の伝送方向も、NFCコイルの通信方向も筐体301の裏面側(図15の下側)にすることができる。
図15Aにおいては、基板302、電池パック303、非接触充電モジュール100のうち、最も表示部側(図15の上側)に基板302が配置され、基板302の裏側に電池パック303が配置され、筐体301の裏面側に最も近いのが非接触充電モジュール100である。基板302と電池パック303とは少なくとも一部が積層し、電池パック303と非接触充電モジュール100とは少なくとも一部が積層する。これにより、非接触充電モジュール100と基板302及び基板302に搭載された電子部品とがお互いに悪影響(例えば干渉)を及ぼしあうことを防ぐことができる。また、電池パック303と非接触充電モジュール100とが近接配置されるため、お互いの接続が容易である。また、特に基板302、電池パック303、非接触充電モジュール100の面積を十分に確保することができ、設計の自由度が高い。充電コイル30及びNFCコイル40のL値を十分に確保することができる。
図15Bにおいては、基板302、電池パック303、非接触充電モジュール100のうち、最も表示部側(図15の上側)に基板302が配置され、基板302の裏側に電池パック303及び非接触充電モジュール100が並列に配置される。すなわち、電池パック303及び非接触充電モジュール100は積層せず、図15の横方向に並んで配置される。基板302と電池パック303とは少なくとも一部が積層し、基板302と非接触充電モジュール100とは少なくとも一部が積層する。これにより、電池パック303と非接触充電モジュール100とを積層しないので、筐体301を薄型化することができる。また、特に基板302、電池パック303、非接触充電モジュール100の面積を十分に確保することができ、設計の自由度が高い。充電コイル30及びNFCコイル40のL値を十分に確保することができる。
図15Cにおいては、基板302、電池パック303、非接触充電モジュール100のうち、最も表示部側(図15の上側)に基板302と電池パック303とが配置され、電池パック303の裏側に非接触充電モジュール100が配置される。すなわち、電池パック303及び基板302は積層せず、図15の横方向に並んで配置される。電池パック303と非接触充電モジュール100とは少なくとも一部が積層する。これにより、電池パック303と基板302とを積層しないので、筐体301を薄型化することができる。また、電池パック303と非接触充電モジュール100とを積層して、電池パック303と非接触充電モジュール100とが近接配置されるため、お互いの接続が容易である。また、基板302、電池パック303、非接触充電モジュール100の面積を十分に確保することができ、充電コイル30及びNFCコイル40のL値を十分に確保することができる。
図15Dにおいては、基板302、電池パック303、非接触充電モジュール100のうち、最も表示部側(図15の上側)に基板302と電池パック303とが配置され、基板302の裏側に非接触充電モジュール100が配置される。すなわち、電池パック303及び基板302は積層せず、図15の横方向に並んで配置される。基板302と非接触充電モジュール100とは少なくとも一部が積層する。これにより、電池パック303と基板302とを積層しないので、筐体301を薄型化することができる。一般的には、基板302、電池パック303、非接触充電モジュール100のうち、電池パック303が最も厚い。従って、電池パックと他部品を積層させるよりも、基板302と非接触充電モジュール100とを積層させたほうが筐体301を薄型化することができる。また、基板302、電池パック303、非接触充電モジュール100の面積を十分に確保することができ、充電コイル30及びNFCコイル40のL値を十分に確保することができる。
図15Eにおいては、基板302、電池パック303、非接触充電モジュール100を、表示部側(図15の上側)に配置する。すなわち、基板302、電池パック303、非接触充電モジュール100はお互いに一切積層せず、図15の横方向に並んで配置される。これにより、筐体301を最も薄型化することができる。
2012年2月17日出願の特願2012-032317の日本出願に含まれる明細書、図面および要約書の開示内容は、すべて本願に援用される。
本発明によれば、非接触充電モジュールとNFCアンテナとを備えた非接触充電モジュールを備える携帯端末、特にポータブル機器である携帯電話、ポータブルオーディオ、パーソナルコンピュータ、デジタルカメラ、ビデオカメラ等の様々な電子機器に有用である。
100 非接触充電モジュール
10 磁性シート
11 スリット
12 平坦部
13 中心部
20 磁性体
30 充電コイル
31a、31b、31c、31d コーナー部
32a、32b 脚部
33 内側部分
40 NFCコイル
50 金属体
200 1次側非接触充電モジュール
210 1次側コイル
220 マグネット
300 携帯端末
301 筐体
302 基板
303 電池パック
10 磁性シート
11 スリット
12 平坦部
13 中心部
20 磁性体
30 充電コイル
31a、31b、31c、31d コーナー部
32a、32b 脚部
33 内側部分
40 NFCコイル
50 金属体
200 1次側非接触充電モジュール
210 1次側コイル
220 マグネット
300 携帯端末
301 筐体
302 基板
303 電池パック
Claims (17)
- 導線が巻回された充電コイルと、
前記充電コイルの周りに配置されたNFCコイルと、を備え、
前記充電コイルの巻回軸と前記NFCコイルの巻回軸とが、互いに交差する、
非接触充電モジュール。 - 前記充電コイルの軸と前記NFCコイルの軸とが、互いに略直交する、
請求項1に記載の非接触充電モジュール。 - 前記非接触充電モジュールは、前記NFCコイルを複数備え、
前記複数のNFCモジュールは前記非接触充電モジュールを挟むように配置される、
請求項1に記載の非接触充電モジュール。 - 前記充電コイルは、略矩形に巻回され、
前記NFCコイルは、矩形の前記充電コイルの対向する2辺に沿うように、少なくとも2つ配置されている、
請求項1に記載の非接触充電モジュール。 - 前記充電コイル全体を載置する面を備える磁性シートを備え、
前記NFCコイルは、前記磁性シートの外側に配置される、
請求項1に記載の非接触充電モジュール。 - 前記充電コイル全体を載置する面を備える磁性シートを備え、
前記NFCコイルを磁性体コアの周りに巻回する、
請求項1に記載の非接触充電モジュール。 - 前記磁性シートと、前記磁性体コアとは、異なる材料で構成される、
請求項6に記載の非接触充電モジュール。 - 前記磁性シートと前記磁性体コアとは、それぞれ異なる種類のフェライトで構成される、
請求項6に記載の非接触充電モジュール。 - 前記充電コイルと前記磁性シートとの積層方向における全体厚みは、同一方向における前記NFCコイルの厚みよりも大きい、
請求項6に記載の非接触充電モジュール。 - 前記矩形の充電コイルの対向する2辺の長手方向の長さは、同一方向における前記NFCコイルの長さよりも短い、
請求項4に記載の非接触充電モジュール。 - 前記充電コイルの巻回数は、前記NFCコイルの巻回数よりも多い、
請求項1に記載の非接触充電モジュール。 - 前記充電コイルの開口面は、前記NFCコイルの開口面よりも大きい、
請求項1に記載の非接触充電モジュール。 - 前記複数のNFCコイルの巻回数が、等しい、
請求項3に記載の非接触充電モジュール。 - 前記複数のNFCコイルは、同一形状である、
請求項3に記載の非接触充電モジュール。 - 請求項1に記載された非接触充電モジュールを筐体内に備えた、
携帯端末。 - 前記筐体内に金属体を備え、
前記NFCコイルは、前記金属体の端部に配置される、
請求項15に記載の携帯端末。 - 前記NFCコイルの開口部は、前記金属体に対して略垂直である、
請求項15に記載の携帯端末。
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