無線電力送信装置用コアアセンブリ及びそれを備える無線電力送信装置
【課題】無線電力送信装置から電力を受信するための無線電力受信装置が載置されるべき定位置の自由度を高めると共に、その自由度を高めるための構成を備えることによる電力送信効率の低下を最小限に抑えることのできる、無線電力送信装置用コアアセンブリ及びそれを備える無線電力送信装置を提供する。
【解決手段】本発明の一実施形態による無線電力送信装置用コアアセンブリは、第１レベルに位置するように配置されるメインコイル１１１と、前記第１レベルより低い第２レベルに位置するようにメインコイル１１１の下側に配置され、それぞれの一部分がメインコイル１１１と重なり、それぞれのサイズがメインコイル１１１のサイズより小さい第１サブコイル１１２及び第２サブコイル１１３を備える補助コイルと、メインコイル１１１及び前記補助コイルを収容するように形成される磁性体のコアとを含む。
【解決手段】本発明の一実施形態による無線電力送信装置用コアアセンブリは、第１レベルに位置するように配置されるメインコイル１１１と、前記第１レベルより低い第２レベルに位置するようにメインコイル１１１の下側に配置され、それぞれの一部分がメインコイル１１１と重なり、それぞれのサイズがメインコイル１１１のサイズより小さい第１サブコイル１１２及び第２サブコイル１１３を備える補助コイルと、メインコイル１１１及び前記補助コイルを収容するように形成される磁性体のコアとを含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線電力送信装置に用いられるコアアセンブリ及びそれを備える無線電力送信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、移動通信端末機、ＰＤＡ（Personal Digital Assistants）などの携帯用電子機器には、再充電可能な二次電池がバッテリとして装着される。バッテリを充電するためには、家庭用商用電源を用いて携帯用電子機器のバッテリに電気エネルギーを供給する充電装置が必要である。
【０００３】
従来の接触式充電装置に加えて、その代案として、充電装置の端子とバッテリの端子とが接触しない非接触方式でバッテリが充電されるように電力伝達が無線で行われる無線電力通信システムが提案されている。
【０００４】
このような無線電力通信システムにおいては、端子間の結合がないので、充電効率を向上させるためには、無線電力送信装置に載置される無線電力受信装置を定位置に載置することが要求される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、使用者の行動や充電中の無線電力受信装置の振動などにより、上記要求が満たされないことがある。
【０００６】
そこで、本発明は、無線電力送信装置から電力を受信するための無線電力受信装置が載置されるべき定位置の自由度を高めると共に、その自由度を高めるための構成を備えることによる電力送信効率の低下を最小限に抑えることのできる、無線電力送信装置用コアアセンブリ及びそれを備える無線電力送信装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するための本発明の一実施形態による無線電力送信装置用コアアセンブリは、第１レベルに位置するように配置されるメインコイルと、前記第１レベルより低い第２レベルに位置するように前記メインコイルの下側に配置され、それぞれの一部分が前記メインコイルと重なり、それぞれのサイズが前記メインコイルのサイズより小さい第１サブコイル及び第２サブコイルを備える補助コイルと、前記メインコイル及び前記補助コイルを収容するように形成される磁性体のコアとを含んでもよい。
【０００８】
前記第１サブコイル及び前記第２サブコイルは、前記メインコイルの底面に接触するように配置されてもよい。
【０００９】
前記メインコイルの第１方向に沿った幅は、前記第１サブコイルの前記第１方向に沿った幅及び前記第２サブコイルの前記第１方向に沿った幅のそれぞれより大きくしてもよい。
【００１０】
前記メインコイルは、前記第１サブコイルの上面及び前記第２サブコイルの上面のそれぞれの一部分を覆ってそれぞれの残りの部分を露出させるように配置されてもよい。
【００１１】
前記メインコイルの前記第１方向に沿った幅は、前記第１サブコイルの前記第１方向に沿った幅と前記第２サブコイルの前記第１方向に沿った幅との和より小さくしてもよい。
【００１２】
前記メインコイルの前記第１方向に沿った幅は、前記第１サブコイルの前記第１方向に沿った幅と前記第２サブコイルの前記第１方向に沿った幅との和の６０〜８０％であってもよい。
【００１３】
前記メインコイルの第２方向に沿った幅は、前記第１サブコイルの前記第２方向に沿った幅及び前記第２サブコイルの前記第２方向に沿った幅のそれぞれと同一であってもよい。
【００１４】
前記第１サブコイルの前記第１方向に沿った幅と前記第２サブコイルの前記第１方向に沿った幅とが同一であってもよい。
【００１５】
前記第１サブコイルと前記第２サブコイルとの対向する側面同士が合わされることによって構成される線は、前記メインコイルの中心を通る線と一致するようにしてもよい。
【００１６】
前記第２方向は前記第１方向に対して垂直でもよい。
【００１７】
前記補助コイルは、前記メインコイルの下側に配置される絶縁体のベースと、前記ベースにおける前記メインコイルに対向する面に形成され、前記第１サブコイルを形成する第１導電パターン、及び前記第２サブコイルを形成する第２導電パターンを備える導電パターンとを含んでもよい。
【００１８】
前記コアの一面には、前記メインコイル及び前記補助コイルを収容する凹部と、前記凹部を区画する側壁とが形成されてもよい。
【００１９】
前記側壁には、前記メインコイル及び前記補助コイルの端部が前記凹部の外部に延びる通路を形成する複数の延長溝が形成されてもよい。
【００２０】
本発明の他の実施形態による無線電力送信装置は、前述したコアアセンブリと、前記メインコイル及び前記補助コイルからの無線電力信号の送信を制御する送信制御部とを含んでもよい。
【００２１】
前記送信制御部は、前記メインコイルと、前記第１サブコイル及び前記第２サブコイルのいずれか一方とに同時に電源が供給されるように制御することができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明による無線電力送信装置用コアアセンブリ及びそれを備える無線電力送信装置においては、メインコイルと、メインコイルとは異なるレベルに位置する２つのサブコイルとを備えて充電可能領域を広げることにより、無線電力送信装置から電力を受信するための無線電力受信装置が載置されるべき定位置の自由度を高めることができる。
【００２３】
また、２つのサブコイルが同一レベルに位置することにより、２つのサブコイルと無線電力受信装置との距離を最小限に抑え、メインコイルに比べて無線電力受信装置との距離が遠いサブコイルの電力送信効率の低下を最小限に抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の一実施形態による無線電力通信システムの構成を示すブロック図である。
【図２】図１の無線電力送信装置の主な構成を示す組立斜視図である。
【図３】図２の無線電力送信装置の分解斜視図である。
【図４】図２の一次側コイルを概念的に示す平面図である。
【図５】図４のＶ−Ｖ線断面図である。
【図６】図３の無線電力送信装置の一変形例を示す分解斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の好ましい実施形態による無線電力送信装置用コアアセンブリ及びそれを備える無線電力送信装置について添付図面を参照して詳細に説明する。本明細書においては、異なる実施形態であっても同一又は類似の構成要素には同一又は類似の符号を付し、その説明は最初の説明を援用する。
【００２６】
図１は本発明の一実施形態による無線電力通信システムの構成を示すブロック図である。同図に示すように、本発明の一実施形態による無線電力通信システムは、無線電力送信装置１００と無線電力受信装置２００とを含む。電磁誘導方式により、無線電力送信装置１００が無線電力受信装置２００に無線電力信号を送信すると、前記無線電力信号を受信した無線電力受信装置２００は、前記無線電力信号の電力でバッテリを充電したり、無線電力受信装置２００に接続された電子機器に電源を供給する。
【００２７】
以下、無線電力送信装置１００及び無線電力受信装置２００の構成をそれぞれ説明する。
【００２８】
まず、本発明の一実施形態による無線電力送信装置１００は、図１に示すように、一次側コイル１１０と、送信制御部１２０と、ＡＣ／ＤＣコンバータ１３０とを含む。無線電力送信装置１００の一次側コイル１１０は、電磁誘導方式で電力信号を無線電力受信装置２００の二次側コイル２１０に送信するためのものであって、本実施形態においては、３つのコイル（すなわち、メインコイル１１１、第１サブコイル１１２及び第２サブコイル１１３）が適用される。３つのコイルは送信制御部１２０により制御されて選択的に作動する。
【００２９】
一次側コイル１１０を制御する送信制御部１２０は、オブジェクト感知部１２１、中央制御部１２２、スイッチング制御部１２３、駆動ドライバ１２４及び直列共振形コンバータ１２５を含んでもよい。
【００３０】
オブジェクト感知部１２１は、一次側コイル１１０の負荷の変化を感知し、その負荷の変化が無線電力受信装置２００による変化であるか否かを判断する（すなわち、ＩＤ確認部としての機能を有する）だけでなく、無線電力受信装置２００から受信した充電状態信号をフィルタリングして処理する機能を果たす。例えば、オブジェクト感知部１２１は、一次側コイル１１０から送信されたＩＤ呼出信号の応答信号であるＩＤ信号が受信されるとそれをフィルタリングして処理し、充電中にバッテリセルや充電電圧に関する情報を含む充電状態信号が受信されるとそれをフィルタリングして処理する機能を果たす。
【００３１】
中央制御部１２２は、オブジェクト感知部１２１の判断結果を受けて確認し、一次側コイル１１０で受信されたＩＤ信号を分析し、一次側コイル１１０から無線電力信号を送出するための電力信号を駆動ドライバ１２４に送る役割を果たす。また、中央制御部１２２は、一次側コイル１１０から充電状態信号が受信されると、それに基づいて駆動ドライバ１２４を制御して無線電力信号を変更する機能を果たす。
【００３２】
スイッチング制御部１２３は、直列共振形コンバータ１２５とコイル（メインコイル１１１、第１サブコイル１１２及び第２サブコイル１１３）との間に位置するスイッチのスイッチング動作を制御する。
【００３３】
駆動ドライバ１２４は、中央制御部１２２の制御により、直列共振形コンバータ１２５の動作を制御する。
【００３４】
直列共振形コンバータ１２５は、駆動ドライバ１２４の制御により、送出しようとする電力信号を発生するための送出電源を生成し、一次側コイル１１０に供給する。つまり、中央制御部１２２が要求される電力値を有する電力信号の送出のための電力制御信号を駆動ドライバ１２４に送ると、駆動ドライバ１２４は、その送られた電力制御信号に基づいて直列共振形コンバータ１２５の動作を制御し、直列共振形コンバータ１２５は、駆動ドライバ１２４の制御により、要求される電力値に対応する送出電源を一次側コイル１１０に印加して、要求される強度の無線電力信号が送出されるようにする。
【００３５】
また、直列共振形コンバータ１２５は、駆動ドライバ１２４の制御により、メインコイル１１１、第１サブコイル１１２及び第２サブコイル１１３からそれぞれ第１〜第３オブジェクト感知信号を発生するための電源を供給する役割を果たす。
【００３６】
ＡＣ／ＤＣコンバータ１３０は、１１０Ｖ又は２２０Ｖの交流電源を所定電圧の直流電源に変換する装置であり、前述したように、中央制御部１２２の制御により出力電圧値が変更される。
【００３７】
一方、電力信号を受信して電力の供給を受ける無線電力受信装置２００は、受信した電力信号により誘導電力を生成する二次側コイル２１０と、生成された誘導電力を整流する整流部２２０と、整流された電力で充電されるバッテリセルモジュール２３０と、二次側コイル２１０、整流部２２０及びバッテリセルモジュール２３０を制御する受信制御部２４０とを含む。
【００３８】
無線電力受信装置２００の二次側コイル２１０は、無線電力送信装置１００の一次側コイル１１０から送信される無線電力信号を受信するための構成要素である。
【００３９】
整流部２２０は、二次側コイル２１０から受信される無線電力を直流電圧に整流し、充電開始前までは充電電圧で充電状態を維持する。
【００４０】
バッテリセルモジュール２３０は、受信制御部２４０の制御により整流部２２０からの直流電源で充電される充電対象である。充電対象は、バッテリセルモジュール２３０に限定されるものではなく、ＰＭＰ、ＭＰ３、携帯電話などの電子機器であってもよい。バッテリセルモジュール２３０には、過電圧及び過電流防止回路や温度感知回路などの保護回路が含まれ、さらに、バッテリセルの充電状態などの情報を収集及び処理する充電管理モジュールが含まれる。
【００４１】
受信制御部２４０は、整流部２２０で充電された電源の電流を制御してバッテリセルモジュール２３０に適切な電流が流れるようにする構成要素である。
【００４２】
以下、無線電力送信装置１００及びその一部を構成するコアアセンブリについて、図２〜図６を参照してより具体的に説明する。
【００４３】
まず、図２は図１の無線電力送信装置１００の主な構成を示す組立斜視図であり、図３は図２の無線電力送信装置１００の分解斜視図である。
【００４４】
同図に示すように、無線電力送信装置１００は、一次側コイル１１０と、コア１５０と、回路基板１７０とを含んでもよい。一次側コイル１１０及びコア１５０はコアアセンブリを構成する。
【００４５】
一次側コイル１１０は、前述したように３つのコイルからなり、メインコイル１１１と、補助コイル（第１サブコイル１１２及び第２サブコイル１１３）とを含んでもよい。各コイル（メインコイル１１１、第１サブコイル１１２及び第２サブコイル１１３）は、一方向に巻回されてなり、全体として楕円形、四角形、トラック型などの形状を有する。例えば、第１サブコイル１１２及び第２サブコイル１１３を四角形にし、メインコイル１１１をトラック型にしてもよい。この場合、トラック型のメインコイル１１１は無線電力受信装置２００の位置自由度を高める。各コイル（メインコイル１１１、第１サブコイル１１２及び第２サブコイル１１３）は、複数本の電線を撚り合わせて形成されるリッツ（Litz）タイプのものであってもよい。各コイル（メインコイル１１１、第１サブコイル１１２及び第２サブコイル１１３）は２つの端部を有する。
【００４６】
メインコイル１１１、第１サブコイル１１２及び第２サブコイル１１３の位置関係を説明すると次の通りである。補助コイルである第１サブコイル１１２及び第２サブコイル１１３が下側に配置され、メインコイル１１１が第１サブコイル１１２及び第２サブコイル１１３の上側に配置される。それにより、メインコイル１１１は第１レベルに位置し、第１サブコイル１１２及び第２サブコイル１１３は第１レベルとは異なる、具体的には第１レベルより低い第２レベルに位置する。つまり、メインコイル１１１は、前記補助コイルよりも、充電面（無線電力送信装置１００の外面のうち無線電力受信装置２００が載置される面）に近い位置にある。このような配置において、前記補助コイル（第１サブコイル１１２及び第２サブコイル１１３）は、それぞれの一部分がメインコイル１１１と重なって外部に露出しない。また、前記補助コイル（第１サブコイル１１２及び第２サブコイル１１３）は、メインコイル１１１の下面に接触して配置されるので、前記補助コイル（第１サブコイル１１２及び第２サブコイル１１３）と無線電力受信装置２００との間隔を最小限に抑えることができる。
【００４７】
コア１５０は、磁性体からなるものであり、一次側コイル１１０を収容する。コア１５０は板状に形成されてもよい。本実施形態においては、略直方体状のコア１５０を例示する。具体的には、コア１５０は、直方体の４つの角部がラウンド処理された形状を有する。
【００４８】
回路基板１７０は、コア１５０の下面に対向するように、コア１５０の下方に位置する。回路基板１７０はコア１５０の面積より大きい面積を有する。回路基板１７０の一部分１７１はコア１５０を下方から支持し、回路基板１７０の他の部分１７３には一次側コイル１１０への電源供給を制御する制御回路が内蔵される。前記制御回路は、図１を参照して説明した送信制御部１２０及びＡＣ／ＤＣコンバータ１３０を含んでもよい。さらに、回路基板１７０とコア１５０との間には、１つ以上の遮蔽層及び絶縁層が備えられてもよい。前記遮蔽層及び絶縁層は、一次側コイル１１０から発生した磁場により回路基板１７０が影響を受ける可能性を低減する。
【００４９】
以下、一次側コイル１１０及びコア１５０の具体的な構成について図３を参照して説明する。
【００５０】
一次側コイル１１０は、前述したように、メインコイル１１１と、メインコイル１１１とは異なるサイズ（面積）を有する第１サブコイル１１２及び第２サブコイル１１３を備える補助コイルとを含む。本実施形態において、メインコイル１１１は、第１サブコイル１１２及び第２サブコイル１１３のそれぞれより大きいサイズを有し、第１サブコイル１１２及び第２サブコイル１１３より上方に位置する。
【００５１】
メインコイル１１１は２つの端部１１１ａ、１１１ｂを有し、第１サブコイル１１２は２つの端部１１２ａ、１１２ｂを有し、第２サブコイル１１３は２つの端部１１３ａ、１１３ｂを有する。
【００５２】
コア１５０の主面には、一次側コイル１１０を収容するための凹部１５１が形成される。凹部１５１は、当該凹部１５１を囲むように突設される側壁１５３により区画される。側壁１５３には、凹部１５１と外部とを連通させる複数の延長溝１５６ａ、１５６ｂ、１５７ａ、１５７ｂ、１５８ａ、１５８ｂが形成される。つまり、メインコイル１１１の両端部１１１ａ、１１１ｂは、延長溝１５６ａ、１５６ｂを通って凹部１５１の外部に延びて回路基板１７０に接続され、第１サブコイル１１２の両端部１１２ａ、１１２ｂは、延長溝１５７ａ、１５７ｂを通って凹部１５１の外部に延びて回路基板１７０に接続され、第２サブコイル１１３の両端部１１３ａ、１１３ｂは、延長溝１５８ａ、１５８ｂを通って凹部１５１の外部に延びて回路基板１７０に接続される。コア１５０は、磁性体で形成され、凹部１５１に収容された一次側コイル１１０に流れる電流による磁界のうち、無線電力受信装置（図１の符号２００）に向かう方向から外れた磁界を遮蔽する。
【００５３】
凹部１５１は、閉曲線状、具体的には長方形又は楕円形の輪郭線を有するようにリセスされて形成される。凹部１５１のサイズは、並んで配置された第１サブコイル１１２及び第２サブコイル１１３（並びにメインコイル１１１）が共に形成する外周がややきつく（tightly）収容される程度にしてもよい。このようにすることにより、第１サブコイル１１２及び第２サブコイル１１３は、凹部１５１に収容されるだけでコア１５０内の設定された位置に保持される。
【００５４】
側壁１５３は、凹部１５１がリセスされた深さに対応する高さを有する。側壁１５３は、一次側コイル１１０の厚さに対応するサイズを有し、一次側コイル１１０から発生した磁界が側壁１５３に向かう方向に漏れることを遮断又は緩和するように形成されてもよい。前述したように、側壁１５３の内面は、きつく収容される一次側コイル１１０の外周に接触し、一次側コイル１１０が所定の位置に装着されるようにする。
【００５５】
凹部１５１の底面には、サポート１５４、１５５が突設されてもよい。サポート１５４は、第１サブコイル１１２の中空部に対応する位置に形成されて第１サブコイル１１２の中空部に挿入され、サポート１５５は、第２サブコイル１１３の中空部に対応する位置に形成されて第２サブコイル１１３の中空部に挿入される。つまり、サポート１５４、１５５は、第１サブコイル１１２及び第２サブコイル１１３が設定された位置から離脱しないようにして、それらの配置関係が設定通りに維持されるようにする。サポート１５４、１５５の形状は、第１サブコイル１１２及び第２サブコイル１１３の中空部の内周面の形状に対応するように形成されてもよい。本実施形態において、サポート１５４、１５５の外周は、第１サブコイル１１２及び第２サブコイル１１３の曲線状の中空部の内周面に対応して、曲線区間を有する。第１サブコイル１１２及び第２サブコイル１１３とは異なり、メインコイル１１１の位置は、両面テープにより第１サブコイル１１２及び第２サブコイル１１３に取り付けられる方式で決定されるようにしてもよい。
【００５６】
また、側壁１５３には、凹部１５１と外部とを連通させる複数の延長溝１５６ａ、１５６ｂ、１５７ａ、１５７ｂ、１５８ａ、１５８ｂが形成される。一対の延長溝１５６ａ、１５６ｂは、メインコイル１１１の両端部１１１ａ、１１１ｂに対応する位置に形成され、他の一対の延長溝１５７ａ、１５７ｂは、第１サブコイル１１２の両端部１１２ａ、１１２ｂに対応する位置に形成され、さらに他の一対の延長溝１５８ａ、１５８ｂは、第２サブコイル１１３の両端部１１３ａ、１１３ｂに対応する位置に形成される。
【００５７】
回路基板１７０の上面１７１はコア１５０の下面に対向して配置される。回路基板１７０には、回路基板１７０の長辺に沿って延長溝１５６ａ、１５６ｂ、１５７ａ、１５７ｂ、１５８ａ、１５８ｂに対応する６つの貫通孔１７５が形成される。貫通孔１７５を貫通した一次側コイル１１０の端部は、回路基板１７０の底面で回路基板１７０の回路パターンに接続される。
【００５８】
以下、メインコイル１１１と第１サブコイル１１２及び第２サブコイル１１３の関係について図４及び図５を参照して説明する。図４は図２の一次側コイル１１０を概念的に示す平面図であり、図５は図４のＶ−Ｖ線断面図である。
【００５９】
同図に示すように、メインコイル１１１は、第１方向Ｗ１に沿った幅が、第１サブコイル１１２の幅及び第２サブコイル１１３の幅のそれぞれよりは大きく、第１サブコイル１１２の幅と第２サブコイル１１３の幅との和よりは小さい。従って、第１サブコイル１１２及び第２サブコイル１１３は、それぞれのメインコイル１１１から外れた部分が外部に露出する。ここで、メインコイル１１１の第１方向Ｗ１に沿った幅は、第１サブコイル１１２の幅と第２サブコイル１１３の幅との和の６０〜８０％にしてもよい。メインコイル１１１の第１方向Ｗ１に沿った幅が第１サブコイル１１２の幅と第２サブコイル１１３の幅との和の５０％未満であれば、メインコイル１１１の第１方向Ｗ１に沿った幅が第１サブコイル１１２と第２サブコイル１１３のいずれか一方より小さい。また、メインコイル１１１の第１方向Ｗ１に沿った幅が第１サブコイル１１２の幅と第２サブコイル１１３の幅との和の１００％であれば、少なくとも第１方向Ｗ１に沿っては第１サブコイル１１２と第２サブコイル１１３のいずれの一部分も外部に露出しない。本発明者は、メインコイル１１１が無線電力受信装置２００への電力信号送信を主に担当し、第１サブコイル１１２及び第２サブコイル１１３がメインコイル１１１を補助するようにするためには、上記２つの極端な場合の間の範囲で、前記比率が好ましいことを認識した。
【００６０】
例えば、第１サブコイル１１２及び第２サブコイル１１３の第１方向Ｗ１に沿った幅を５０ｍｍにし、メインコイル１１１の第１方向Ｗ１に沿った幅を７０ｍｍにしてもよい。この場合、第１サブコイル１１２及び第２サブコイル１１３は、それぞれ第１方向Ｗ１に沿って、３５ｍｍに該当する領域がメインコイル１１１により遮蔽され、残りの１５ｍｍに該当する領域が外部に露出する。それに対して、第２方向Ｗ２に沿った幅は、全てのコイル（メインコイル１１１、第１サブコイル１１２及び第２サブコイル１１３）を６０ｍｍと同一にしてもよい。
【００６１】
つまり、メインコイル１１１の幅は、第１方向Ｗ１に沿っては、第１サブコイル１１２及び第２サブコイル１１３の幅のそれぞれより大きくし、第２方向Ｗ２に沿っては、第１サブコイル１１２及び第２サブコイル１１３の幅のそれぞれと同一にしてもよい。また、第１サブコイル１１２と第２サブコイル１１３とは同一のサイズを有するようにしてもよい。ここで、第１方向Ｗ１は第２方向Ｗ２に対してほぼ垂直であり、メインコイル１１１、第１サブコイル１１２及び第２サブコイル１１３はそれぞれ略四角形状を有するようにしてもよい。
【００６２】
さらに、第１サブコイル１１２と第２サブコイル１１３との対向する側面同士がメインコイル１１１の中心Ｃを通る線Ｒで合わされるようにしてもよい。
【００６３】
このような構成によれば、メインコイル１１１は、一次側コイル１１０において中央に位置すると共に最も大きいサイズを有するので、無線電力信号の送信のための基本コイルに設定することができる。よって、使用者が無線電力受信装置２００を無線電力送信装置１００の充電面の略中央に載置すると、メインコイル１１１による充電が行われる。無線電力受信装置２００が無線電力送信装置１００の充電面の中央から外れると、補助的に第１サブコイル１１２又は第２サブコイル１１３が作動する。
【００６４】
ここで、第１サブコイル１１２及び第２サブコイル１１３がメインコイル１１１の直下のレベルに共に位置するため、第１サブコイル１１２と第２サブコイル１１３のどちらも無線電力受信装置２００から大きく離れることはない。これは、過度に離隔したコイルにより無線電力受信装置２００への電力信号の送信効率が低下することを最小限に抑える。
【００６５】
そして、図５を参照すると、送信制御部（図１の符号１２０）の制御により、メインコイル１１１の作動時に第１サブコイル１１２と第２サブコイル１１３の少なくとも一方を共に作動することができる。それにより、共に作動するコイルから発生した磁界が互いに補強し合い、無線電力受信装置（図１の符号２００）は均一な磁束による無線電力信号を受信することができる。
【００６６】
同図にはメインコイル１１１の作動時に第２サブコイル１１３が共に作動する場合を示す。メインコイル１１１による磁界密度Ｍ１はメインコイル１１１の中心Ｃから縁部に行くほど減少し、同様に、第２サブコイル１１３による磁界密度Ｍ２も第２サブコイル１１３の中心から縁部に行くほど減少する。ところが、メインコイル１１１による磁界と第２サブコイル１１３による磁界が互いに補強し合うことにより、メインコイル１１１のうち、第２サブコイル１１３と重なる部分では、より高いレベルの磁界密度Ｍ３を有する。
【００６７】
この場合、無線電力送信装置１００においては、メインコイル１１１と第２サブコイル１１３に電流を半分に分けて供給することができ、メインコイル１１１及び第２サブコイル１１３の熱的ストレスが低くなり、電力損失も減少する。
【００６８】
次に、無線電力送信装置１００の変形例について図６を参照して説明する。図６は図３の無線電力送信装置１００の一変形例である無線電力送信装置１００’を示す分解斜視図である。
【００６９】
同図に示すように、本変形例による無線電力送信装置１００’は、上記実施形態の無線電力送信装置１００と概ね類似し、上記実施形態の第１サブコイル１１２及び第２サブコイル１１３が他の形態に変更された点が異なる。
【００７０】
具体的には、本変形例においては、メインコイル１１１の下側に絶縁体のベース１１５がさらに備えられ、上記実施形態の第１サブコイル１１２及び第２サブコイル１１３がそれぞれベース１１５に形成される第１導電パターン１１２’及び第２導電パターン１１３’に置換される。第１導電パターン１１２’及び第２導電パターン１１３’は、それぞれ金属帯が螺旋状に延びる形状を有し、平面的に形成される。
【００７１】
第１導電パターン１１２’及び第２導電パターン１１３’は、ベース１１５に金属板、とりわけ銅板を取り付けてエッチング工程を行うことにより一度に形成することができる。第１導電パターン１１２’及び第２導電パターン１１３’がベース１１５を媒介として１つの部材からなる補助コイルを形成することにより、一次側コイル１１０の組立工程が簡単になる。また、コア１５０にサポート（図３の符号１５４、１５５）を形成する必要がなくなる。
【００７２】
さらに、第１導電パターン１１２’及び第２導電パターン１１３’は、上記実施形態の第１サブコイル１１２及び第２サブコイル１１３より薄く形成することができるので、それらの厚さ方向の中心から無線電力受信装置２００までの距離は、上記実施形態の第１サブコイル１１２及び第２サブコイル１１３よりも近くなる。これは、無線電力受信装置２００への無線電力信号の送信効率をさらに向上させるという利点がある。
【００７３】
本発明による無線電力送信装置用コアアセンブリ及びそれを備える無線電力送信装置は、上記実施形態の構成と作動方式に限定されるものではなく、各実施形態の全部又は一部を選択的に組み合わせて構成することで様々に変形することができる。
【符号の説明】
【００７４】
１００、１００’ 無線電力送信装置
１１０ 一次側コイル
１１１ メインコイル
１１２ 第１サブコイル
１１３ 第２サブコイル
１１２’ 第１導電パターン
１１３’ 第２導電パターン
１１５ ベース
１２０ 送信制御部
１３０ ＡＣ／ＤＣコンバータ
１５０ コア
１５１ 凹部
１７０ 回路基板
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線電力送信装置に用いられるコアアセンブリ及びそれを備える無線電力送信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、移動通信端末機、ＰＤＡ（Personal Digital Assistants）などの携帯用電子機器には、再充電可能な二次電池がバッテリとして装着される。バッテリを充電するためには、家庭用商用電源を用いて携帯用電子機器のバッテリに電気エネルギーを供給する充電装置が必要である。
【０００３】
従来の接触式充電装置に加えて、その代案として、充電装置の端子とバッテリの端子とが接触しない非接触方式でバッテリが充電されるように電力伝達が無線で行われる無線電力通信システムが提案されている。
【０００４】
このような無線電力通信システムにおいては、端子間の結合がないので、充電効率を向上させるためには、無線電力送信装置に載置される無線電力受信装置を定位置に載置することが要求される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、使用者の行動や充電中の無線電力受信装置の振動などにより、上記要求が満たされないことがある。
【０００６】
そこで、本発明は、無線電力送信装置から電力を受信するための無線電力受信装置が載置されるべき定位置の自由度を高めると共に、その自由度を高めるための構成を備えることによる電力送信効率の低下を最小限に抑えることのできる、無線電力送信装置用コアアセンブリ及びそれを備える無線電力送信装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するための本発明の一実施形態による無線電力送信装置用コアアセンブリは、第１レベルに位置するように配置されるメインコイルと、前記第１レベルより低い第２レベルに位置するように前記メインコイルの下側に配置され、それぞれの一部分が前記メインコイルと重なり、それぞれのサイズが前記メインコイルのサイズより小さい第１サブコイル及び第２サブコイルを備える補助コイルと、前記メインコイル及び前記補助コイルを収容するように形成される磁性体のコアとを含んでもよい。
【０００８】
前記第１サブコイル及び前記第２サブコイルは、前記メインコイルの底面に接触するように配置されてもよい。
【０００９】
前記メインコイルの第１方向に沿った幅は、前記第１サブコイルの前記第１方向に沿った幅及び前記第２サブコイルの前記第１方向に沿った幅のそれぞれより大きくしてもよい。
【００１０】
前記メインコイルは、前記第１サブコイルの上面及び前記第２サブコイルの上面のそれぞれの一部分を覆ってそれぞれの残りの部分を露出させるように配置されてもよい。
【００１１】
前記メインコイルの前記第１方向に沿った幅は、前記第１サブコイルの前記第１方向に沿った幅と前記第２サブコイルの前記第１方向に沿った幅との和より小さくしてもよい。
【００１２】
前記メインコイルの前記第１方向に沿った幅は、前記第１サブコイルの前記第１方向に沿った幅と前記第２サブコイルの前記第１方向に沿った幅との和の６０〜８０％であってもよい。
【００１３】
前記メインコイルの第２方向に沿った幅は、前記第１サブコイルの前記第２方向に沿った幅及び前記第２サブコイルの前記第２方向に沿った幅のそれぞれと同一であってもよい。
【００１４】
前記第１サブコイルの前記第１方向に沿った幅と前記第２サブコイルの前記第１方向に沿った幅とが同一であってもよい。
【００１５】
前記第１サブコイルと前記第２サブコイルとの対向する側面同士が合わされることによって構成される線は、前記メインコイルの中心を通る線と一致するようにしてもよい。
【００１６】
前記第２方向は前記第１方向に対して垂直でもよい。
【００１７】
前記補助コイルは、前記メインコイルの下側に配置される絶縁体のベースと、前記ベースにおける前記メインコイルに対向する面に形成され、前記第１サブコイルを形成する第１導電パターン、及び前記第２サブコイルを形成する第２導電パターンを備える導電パターンとを含んでもよい。
【００１８】
前記コアの一面には、前記メインコイル及び前記補助コイルを収容する凹部と、前記凹部を区画する側壁とが形成されてもよい。
【００１９】
前記側壁には、前記メインコイル及び前記補助コイルの端部が前記凹部の外部に延びる通路を形成する複数の延長溝が形成されてもよい。
【００２０】
本発明の他の実施形態による無線電力送信装置は、前述したコアアセンブリと、前記メインコイル及び前記補助コイルからの無線電力信号の送信を制御する送信制御部とを含んでもよい。
【００２１】
前記送信制御部は、前記メインコイルと、前記第１サブコイル及び前記第２サブコイルのいずれか一方とに同時に電源が供給されるように制御することができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明による無線電力送信装置用コアアセンブリ及びそれを備える無線電力送信装置においては、メインコイルと、メインコイルとは異なるレベルに位置する２つのサブコイルとを備えて充電可能領域を広げることにより、無線電力送信装置から電力を受信するための無線電力受信装置が載置されるべき定位置の自由度を高めることができる。
【００２３】
また、２つのサブコイルが同一レベルに位置することにより、２つのサブコイルと無線電力受信装置との距離を最小限に抑え、メインコイルに比べて無線電力受信装置との距離が遠いサブコイルの電力送信効率の低下を最小限に抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の一実施形態による無線電力通信システムの構成を示すブロック図である。
【図２】図１の無線電力送信装置の主な構成を示す組立斜視図である。
【図３】図２の無線電力送信装置の分解斜視図である。
【図４】図２の一次側コイルを概念的に示す平面図である。
【図５】図４のＶ−Ｖ線断面図である。
【図６】図３の無線電力送信装置の一変形例を示す分解斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の好ましい実施形態による無線電力送信装置用コアアセンブリ及びそれを備える無線電力送信装置について添付図面を参照して詳細に説明する。本明細書においては、異なる実施形態であっても同一又は類似の構成要素には同一又は類似の符号を付し、その説明は最初の説明を援用する。
【００２６】
図１は本発明の一実施形態による無線電力通信システムの構成を示すブロック図である。同図に示すように、本発明の一実施形態による無線電力通信システムは、無線電力送信装置１００と無線電力受信装置２００とを含む。電磁誘導方式により、無線電力送信装置１００が無線電力受信装置２００に無線電力信号を送信すると、前記無線電力信号を受信した無線電力受信装置２００は、前記無線電力信号の電力でバッテリを充電したり、無線電力受信装置２００に接続された電子機器に電源を供給する。
【００２７】
以下、無線電力送信装置１００及び無線電力受信装置２００の構成をそれぞれ説明する。
【００２８】
まず、本発明の一実施形態による無線電力送信装置１００は、図１に示すように、一次側コイル１１０と、送信制御部１２０と、ＡＣ／ＤＣコンバータ１３０とを含む。無線電力送信装置１００の一次側コイル１１０は、電磁誘導方式で電力信号を無線電力受信装置２００の二次側コイル２１０に送信するためのものであって、本実施形態においては、３つのコイル（すなわち、メインコイル１１１、第１サブコイル１１２及び第２サブコイル１１３）が適用される。３つのコイルは送信制御部１２０により制御されて選択的に作動する。
【００２９】
一次側コイル１１０を制御する送信制御部１２０は、オブジェクト感知部１２１、中央制御部１２２、スイッチング制御部１２３、駆動ドライバ１２４及び直列共振形コンバータ１２５を含んでもよい。
【００３０】
オブジェクト感知部１２１は、一次側コイル１１０の負荷の変化を感知し、その負荷の変化が無線電力受信装置２００による変化であるか否かを判断する（すなわち、ＩＤ確認部としての機能を有する）だけでなく、無線電力受信装置２００から受信した充電状態信号をフィルタリングして処理する機能を果たす。例えば、オブジェクト感知部１２１は、一次側コイル１１０から送信されたＩＤ呼出信号の応答信号であるＩＤ信号が受信されるとそれをフィルタリングして処理し、充電中にバッテリセルや充電電圧に関する情報を含む充電状態信号が受信されるとそれをフィルタリングして処理する機能を果たす。
【００３１】
中央制御部１２２は、オブジェクト感知部１２１の判断結果を受けて確認し、一次側コイル１１０で受信されたＩＤ信号を分析し、一次側コイル１１０から無線電力信号を送出するための電力信号を駆動ドライバ１２４に送る役割を果たす。また、中央制御部１２２は、一次側コイル１１０から充電状態信号が受信されると、それに基づいて駆動ドライバ１２４を制御して無線電力信号を変更する機能を果たす。
【００３２】
スイッチング制御部１２３は、直列共振形コンバータ１２５とコイル（メインコイル１１１、第１サブコイル１１２及び第２サブコイル１１３）との間に位置するスイッチのスイッチング動作を制御する。
【００３３】
駆動ドライバ１２４は、中央制御部１２２の制御により、直列共振形コンバータ１２５の動作を制御する。
【００３４】
直列共振形コンバータ１２５は、駆動ドライバ１２４の制御により、送出しようとする電力信号を発生するための送出電源を生成し、一次側コイル１１０に供給する。つまり、中央制御部１２２が要求される電力値を有する電力信号の送出のための電力制御信号を駆動ドライバ１２４に送ると、駆動ドライバ１２４は、その送られた電力制御信号に基づいて直列共振形コンバータ１２５の動作を制御し、直列共振形コンバータ１２５は、駆動ドライバ１２４の制御により、要求される電力値に対応する送出電源を一次側コイル１１０に印加して、要求される強度の無線電力信号が送出されるようにする。
【００３５】
また、直列共振形コンバータ１２５は、駆動ドライバ１２４の制御により、メインコイル１１１、第１サブコイル１１２及び第２サブコイル１１３からそれぞれ第１〜第３オブジェクト感知信号を発生するための電源を供給する役割を果たす。
【００３６】
ＡＣ／ＤＣコンバータ１３０は、１１０Ｖ又は２２０Ｖの交流電源を所定電圧の直流電源に変換する装置であり、前述したように、中央制御部１２２の制御により出力電圧値が変更される。
【００３７】
一方、電力信号を受信して電力の供給を受ける無線電力受信装置２００は、受信した電力信号により誘導電力を生成する二次側コイル２１０と、生成された誘導電力を整流する整流部２２０と、整流された電力で充電されるバッテリセルモジュール２３０と、二次側コイル２１０、整流部２２０及びバッテリセルモジュール２３０を制御する受信制御部２４０とを含む。
【００３８】
無線電力受信装置２００の二次側コイル２１０は、無線電力送信装置１００の一次側コイル１１０から送信される無線電力信号を受信するための構成要素である。
【００３９】
整流部２２０は、二次側コイル２１０から受信される無線電力を直流電圧に整流し、充電開始前までは充電電圧で充電状態を維持する。
【００４０】
バッテリセルモジュール２３０は、受信制御部２４０の制御により整流部２２０からの直流電源で充電される充電対象である。充電対象は、バッテリセルモジュール２３０に限定されるものではなく、ＰＭＰ、ＭＰ３、携帯電話などの電子機器であってもよい。バッテリセルモジュール２３０には、過電圧及び過電流防止回路や温度感知回路などの保護回路が含まれ、さらに、バッテリセルの充電状態などの情報を収集及び処理する充電管理モジュールが含まれる。
【００４１】
受信制御部２４０は、整流部２２０で充電された電源の電流を制御してバッテリセルモジュール２３０に適切な電流が流れるようにする構成要素である。
【００４２】
以下、無線電力送信装置１００及びその一部を構成するコアアセンブリについて、図２〜図６を参照してより具体的に説明する。
【００４３】
まず、図２は図１の無線電力送信装置１００の主な構成を示す組立斜視図であり、図３は図２の無線電力送信装置１００の分解斜視図である。
【００４４】
同図に示すように、無線電力送信装置１００は、一次側コイル１１０と、コア１５０と、回路基板１７０とを含んでもよい。一次側コイル１１０及びコア１５０はコアアセンブリを構成する。
【００４５】
一次側コイル１１０は、前述したように３つのコイルからなり、メインコイル１１１と、補助コイル（第１サブコイル１１２及び第２サブコイル１１３）とを含んでもよい。各コイル（メインコイル１１１、第１サブコイル１１２及び第２サブコイル１１３）は、一方向に巻回されてなり、全体として楕円形、四角形、トラック型などの形状を有する。例えば、第１サブコイル１１２及び第２サブコイル１１３を四角形にし、メインコイル１１１をトラック型にしてもよい。この場合、トラック型のメインコイル１１１は無線電力受信装置２００の位置自由度を高める。各コイル（メインコイル１１１、第１サブコイル１１２及び第２サブコイル１１３）は、複数本の電線を撚り合わせて形成されるリッツ（Litz）タイプのものであってもよい。各コイル（メインコイル１１１、第１サブコイル１１２及び第２サブコイル１１３）は２つの端部を有する。
【００４６】
メインコイル１１１、第１サブコイル１１２及び第２サブコイル１１３の位置関係を説明すると次の通りである。補助コイルである第１サブコイル１１２及び第２サブコイル１１３が下側に配置され、メインコイル１１１が第１サブコイル１１２及び第２サブコイル１１３の上側に配置される。それにより、メインコイル１１１は第１レベルに位置し、第１サブコイル１１２及び第２サブコイル１１３は第１レベルとは異なる、具体的には第１レベルより低い第２レベルに位置する。つまり、メインコイル１１１は、前記補助コイルよりも、充電面（無線電力送信装置１００の外面のうち無線電力受信装置２００が載置される面）に近い位置にある。このような配置において、前記補助コイル（第１サブコイル１１２及び第２サブコイル１１３）は、それぞれの一部分がメインコイル１１１と重なって外部に露出しない。また、前記補助コイル（第１サブコイル１１２及び第２サブコイル１１３）は、メインコイル１１１の下面に接触して配置されるので、前記補助コイル（第１サブコイル１１２及び第２サブコイル１１３）と無線電力受信装置２００との間隔を最小限に抑えることができる。
【００４７】
コア１５０は、磁性体からなるものであり、一次側コイル１１０を収容する。コア１５０は板状に形成されてもよい。本実施形態においては、略直方体状のコア１５０を例示する。具体的には、コア１５０は、直方体の４つの角部がラウンド処理された形状を有する。
【００４８】
回路基板１７０は、コア１５０の下面に対向するように、コア１５０の下方に位置する。回路基板１７０はコア１５０の面積より大きい面積を有する。回路基板１７０の一部分１７１はコア１５０を下方から支持し、回路基板１７０の他の部分１７３には一次側コイル１１０への電源供給を制御する制御回路が内蔵される。前記制御回路は、図１を参照して説明した送信制御部１２０及びＡＣ／ＤＣコンバータ１３０を含んでもよい。さらに、回路基板１７０とコア１５０との間には、１つ以上の遮蔽層及び絶縁層が備えられてもよい。前記遮蔽層及び絶縁層は、一次側コイル１１０から発生した磁場により回路基板１７０が影響を受ける可能性を低減する。
【００４９】
以下、一次側コイル１１０及びコア１５０の具体的な構成について図３を参照して説明する。
【００５０】
一次側コイル１１０は、前述したように、メインコイル１１１と、メインコイル１１１とは異なるサイズ（面積）を有する第１サブコイル１１２及び第２サブコイル１１３を備える補助コイルとを含む。本実施形態において、メインコイル１１１は、第１サブコイル１１２及び第２サブコイル１１３のそれぞれより大きいサイズを有し、第１サブコイル１１２及び第２サブコイル１１３より上方に位置する。
【００５１】
メインコイル１１１は２つの端部１１１ａ、１１１ｂを有し、第１サブコイル１１２は２つの端部１１２ａ、１１２ｂを有し、第２サブコイル１１３は２つの端部１１３ａ、１１３ｂを有する。
【００５２】
コア１５０の主面には、一次側コイル１１０を収容するための凹部１５１が形成される。凹部１５１は、当該凹部１５１を囲むように突設される側壁１５３により区画される。側壁１５３には、凹部１５１と外部とを連通させる複数の延長溝１５６ａ、１５６ｂ、１５７ａ、１５７ｂ、１５８ａ、１５８ｂが形成される。つまり、メインコイル１１１の両端部１１１ａ、１１１ｂは、延長溝１５６ａ、１５６ｂを通って凹部１５１の外部に延びて回路基板１７０に接続され、第１サブコイル１１２の両端部１１２ａ、１１２ｂは、延長溝１５７ａ、１５７ｂを通って凹部１５１の外部に延びて回路基板１７０に接続され、第２サブコイル１１３の両端部１１３ａ、１１３ｂは、延長溝１５８ａ、１５８ｂを通って凹部１５１の外部に延びて回路基板１７０に接続される。コア１５０は、磁性体で形成され、凹部１５１に収容された一次側コイル１１０に流れる電流による磁界のうち、無線電力受信装置（図１の符号２００）に向かう方向から外れた磁界を遮蔽する。
【００５３】
凹部１５１は、閉曲線状、具体的には長方形又は楕円形の輪郭線を有するようにリセスされて形成される。凹部１５１のサイズは、並んで配置された第１サブコイル１１２及び第２サブコイル１１３（並びにメインコイル１１１）が共に形成する外周がややきつく（tightly）収容される程度にしてもよい。このようにすることにより、第１サブコイル１１２及び第２サブコイル１１３は、凹部１５１に収容されるだけでコア１５０内の設定された位置に保持される。
【００５４】
側壁１５３は、凹部１５１がリセスされた深さに対応する高さを有する。側壁１５３は、一次側コイル１１０の厚さに対応するサイズを有し、一次側コイル１１０から発生した磁界が側壁１５３に向かう方向に漏れることを遮断又は緩和するように形成されてもよい。前述したように、側壁１５３の内面は、きつく収容される一次側コイル１１０の外周に接触し、一次側コイル１１０が所定の位置に装着されるようにする。
【００５５】
凹部１５１の底面には、サポート１５４、１５５が突設されてもよい。サポート１５４は、第１サブコイル１１２の中空部に対応する位置に形成されて第１サブコイル１１２の中空部に挿入され、サポート１５５は、第２サブコイル１１３の中空部に対応する位置に形成されて第２サブコイル１１３の中空部に挿入される。つまり、サポート１５４、１５５は、第１サブコイル１１２及び第２サブコイル１１３が設定された位置から離脱しないようにして、それらの配置関係が設定通りに維持されるようにする。サポート１５４、１５５の形状は、第１サブコイル１１２及び第２サブコイル１１３の中空部の内周面の形状に対応するように形成されてもよい。本実施形態において、サポート１５４、１５５の外周は、第１サブコイル１１２及び第２サブコイル１１３の曲線状の中空部の内周面に対応して、曲線区間を有する。第１サブコイル１１２及び第２サブコイル１１３とは異なり、メインコイル１１１の位置は、両面テープにより第１サブコイル１１２及び第２サブコイル１１３に取り付けられる方式で決定されるようにしてもよい。
【００５６】
また、側壁１５３には、凹部１５１と外部とを連通させる複数の延長溝１５６ａ、１５６ｂ、１５７ａ、１５７ｂ、１５８ａ、１５８ｂが形成される。一対の延長溝１５６ａ、１５６ｂは、メインコイル１１１の両端部１１１ａ、１１１ｂに対応する位置に形成され、他の一対の延長溝１５７ａ、１５７ｂは、第１サブコイル１１２の両端部１１２ａ、１１２ｂに対応する位置に形成され、さらに他の一対の延長溝１５８ａ、１５８ｂは、第２サブコイル１１３の両端部１１３ａ、１１３ｂに対応する位置に形成される。
【００５７】
回路基板１７０の上面１７１はコア１５０の下面に対向して配置される。回路基板１７０には、回路基板１７０の長辺に沿って延長溝１５６ａ、１５６ｂ、１５７ａ、１５７ｂ、１５８ａ、１５８ｂに対応する６つの貫通孔１７５が形成される。貫通孔１７５を貫通した一次側コイル１１０の端部は、回路基板１７０の底面で回路基板１７０の回路パターンに接続される。
【００５８】
以下、メインコイル１１１と第１サブコイル１１２及び第２サブコイル１１３の関係について図４及び図５を参照して説明する。図４は図２の一次側コイル１１０を概念的に示す平面図であり、図５は図４のＶ−Ｖ線断面図である。
【００５９】
同図に示すように、メインコイル１１１は、第１方向Ｗ１に沿った幅が、第１サブコイル１１２の幅及び第２サブコイル１１３の幅のそれぞれよりは大きく、第１サブコイル１１２の幅と第２サブコイル１１３の幅との和よりは小さい。従って、第１サブコイル１１２及び第２サブコイル１１３は、それぞれのメインコイル１１１から外れた部分が外部に露出する。ここで、メインコイル１１１の第１方向Ｗ１に沿った幅は、第１サブコイル１１２の幅と第２サブコイル１１３の幅との和の６０〜８０％にしてもよい。メインコイル１１１の第１方向Ｗ１に沿った幅が第１サブコイル１１２の幅と第２サブコイル１１３の幅との和の５０％未満であれば、メインコイル１１１の第１方向Ｗ１に沿った幅が第１サブコイル１１２と第２サブコイル１１３のいずれか一方より小さい。また、メインコイル１１１の第１方向Ｗ１に沿った幅が第１サブコイル１１２の幅と第２サブコイル１１３の幅との和の１００％であれば、少なくとも第１方向Ｗ１に沿っては第１サブコイル１１２と第２サブコイル１１３のいずれの一部分も外部に露出しない。本発明者は、メインコイル１１１が無線電力受信装置２００への電力信号送信を主に担当し、第１サブコイル１１２及び第２サブコイル１１３がメインコイル１１１を補助するようにするためには、上記２つの極端な場合の間の範囲で、前記比率が好ましいことを認識した。
【００６０】
例えば、第１サブコイル１１２及び第２サブコイル１１３の第１方向Ｗ１に沿った幅を５０ｍｍにし、メインコイル１１１の第１方向Ｗ１に沿った幅を７０ｍｍにしてもよい。この場合、第１サブコイル１１２及び第２サブコイル１１３は、それぞれ第１方向Ｗ１に沿って、３５ｍｍに該当する領域がメインコイル１１１により遮蔽され、残りの１５ｍｍに該当する領域が外部に露出する。それに対して、第２方向Ｗ２に沿った幅は、全てのコイル（メインコイル１１１、第１サブコイル１１２及び第２サブコイル１１３）を６０ｍｍと同一にしてもよい。
【００６１】
つまり、メインコイル１１１の幅は、第１方向Ｗ１に沿っては、第１サブコイル１１２及び第２サブコイル１１３の幅のそれぞれより大きくし、第２方向Ｗ２に沿っては、第１サブコイル１１２及び第２サブコイル１１３の幅のそれぞれと同一にしてもよい。また、第１サブコイル１１２と第２サブコイル１１３とは同一のサイズを有するようにしてもよい。ここで、第１方向Ｗ１は第２方向Ｗ２に対してほぼ垂直であり、メインコイル１１１、第１サブコイル１１２及び第２サブコイル１１３はそれぞれ略四角形状を有するようにしてもよい。
【００６２】
さらに、第１サブコイル１１２と第２サブコイル１１３との対向する側面同士がメインコイル１１１の中心Ｃを通る線Ｒで合わされるようにしてもよい。
【００６３】
このような構成によれば、メインコイル１１１は、一次側コイル１１０において中央に位置すると共に最も大きいサイズを有するので、無線電力信号の送信のための基本コイルに設定することができる。よって、使用者が無線電力受信装置２００を無線電力送信装置１００の充電面の略中央に載置すると、メインコイル１１１による充電が行われる。無線電力受信装置２００が無線電力送信装置１００の充電面の中央から外れると、補助的に第１サブコイル１１２又は第２サブコイル１１３が作動する。
【００６４】
ここで、第１サブコイル１１２及び第２サブコイル１１３がメインコイル１１１の直下のレベルに共に位置するため、第１サブコイル１１２と第２サブコイル１１３のどちらも無線電力受信装置２００から大きく離れることはない。これは、過度に離隔したコイルにより無線電力受信装置２００への電力信号の送信効率が低下することを最小限に抑える。
【００６５】
そして、図５を参照すると、送信制御部（図１の符号１２０）の制御により、メインコイル１１１の作動時に第１サブコイル１１２と第２サブコイル１１３の少なくとも一方を共に作動することができる。それにより、共に作動するコイルから発生した磁界が互いに補強し合い、無線電力受信装置（図１の符号２００）は均一な磁束による無線電力信号を受信することができる。
【００６６】
同図にはメインコイル１１１の作動時に第２サブコイル１１３が共に作動する場合を示す。メインコイル１１１による磁界密度Ｍ１はメインコイル１１１の中心Ｃから縁部に行くほど減少し、同様に、第２サブコイル１１３による磁界密度Ｍ２も第２サブコイル１１３の中心から縁部に行くほど減少する。ところが、メインコイル１１１による磁界と第２サブコイル１１３による磁界が互いに補強し合うことにより、メインコイル１１１のうち、第２サブコイル１１３と重なる部分では、より高いレベルの磁界密度Ｍ３を有する。
【００６７】
この場合、無線電力送信装置１００においては、メインコイル１１１と第２サブコイル１１３に電流を半分に分けて供給することができ、メインコイル１１１及び第２サブコイル１１３の熱的ストレスが低くなり、電力損失も減少する。
【００６８】
次に、無線電力送信装置１００の変形例について図６を参照して説明する。図６は図３の無線電力送信装置１００の一変形例である無線電力送信装置１００’を示す分解斜視図である。
【００６９】
同図に示すように、本変形例による無線電力送信装置１００’は、上記実施形態の無線電力送信装置１００と概ね類似し、上記実施形態の第１サブコイル１１２及び第２サブコイル１１３が他の形態に変更された点が異なる。
【００７０】
具体的には、本変形例においては、メインコイル１１１の下側に絶縁体のベース１１５がさらに備えられ、上記実施形態の第１サブコイル１１２及び第２サブコイル１１３がそれぞれベース１１５に形成される第１導電パターン１１２’及び第２導電パターン１１３’に置換される。第１導電パターン１１２’及び第２導電パターン１１３’は、それぞれ金属帯が螺旋状に延びる形状を有し、平面的に形成される。
【００７１】
第１導電パターン１１２’及び第２導電パターン１１３’は、ベース１１５に金属板、とりわけ銅板を取り付けてエッチング工程を行うことにより一度に形成することができる。第１導電パターン１１２’及び第２導電パターン１１３’がベース１１５を媒介として１つの部材からなる補助コイルを形成することにより、一次側コイル１１０の組立工程が簡単になる。また、コア１５０にサポート（図３の符号１５４、１５５）を形成する必要がなくなる。
【００７２】
さらに、第１導電パターン１１２’及び第２導電パターン１１３’は、上記実施形態の第１サブコイル１１２及び第２サブコイル１１３より薄く形成することができるので、それらの厚さ方向の中心から無線電力受信装置２００までの距離は、上記実施形態の第１サブコイル１１２及び第２サブコイル１１３よりも近くなる。これは、無線電力受信装置２００への無線電力信号の送信効率をさらに向上させるという利点がある。
【００７３】
本発明による無線電力送信装置用コアアセンブリ及びそれを備える無線電力送信装置は、上記実施形態の構成と作動方式に限定されるものではなく、各実施形態の全部又は一部を選択的に組み合わせて構成することで様々に変形することができる。
【符号の説明】
【００７４】
１００、１００’ 無線電力送信装置
１１０ 一次側コイル
１１１ メインコイル
１１２ 第１サブコイル
１１３ 第２サブコイル
１１２’ 第１導電パターン
１１３’ 第２導電パターン
１１５ ベース
１２０ 送信制御部
１３０ ＡＣ／ＤＣコンバータ
１５０ コア
１５１ 凹部
１７０ 回路基板
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１レベルに位置するように配置されるメインコイルと、
前記第１レベルより低い第２レベルに位置するように前記メインコイルの下側に配置され、それぞれの一部分が前記メインコイルと重なり、それぞれのサイズが前記メインコイルのサイズより小さい第１サブコイル及び第２サブコイルを備える補助コイルと、
前記メインコイル及び前記補助コイルを収容するように形成される磁性体のコアと
を含む、無線電力送信装置用コアアセンブリ。
【請求項２】
前記第１サブコイル及び前記第２サブコイルは、前記メインコイルの底面に接触するように配置される、請求項１に記載の無線電力送信装置用コアアセンブリ。
【請求項３】
前記メインコイルの第１方向に沿った幅は、前記第１サブコイルの前記第１方向に沿った幅及び前記第２サブコイルの前記第１方向に沿った幅のそれぞれより大きい、請求項２に記載の無線電力送信装置用コアアセンブリ。
【請求項４】
前記メインコイルは、前記第１サブコイルの上面及び前記第２サブコイルの上面のそれぞれの一部分を覆ってそれぞれの残りの部分を露出させるように配置される、請求項３に記載の無線電力送信装置用コアアセンブリ。
【請求項５】
前記メインコイルの前記第１方向に沿った幅は、前記第１サブコイルの前記第１方向に沿った幅と前記第２サブコイルの前記第１方向に沿った幅との和より小さい、請求項３に記載の無線電力送信装置用コアアセンブリ。
【請求項６】
前記メインコイルの前記第１方向に沿った幅は、前記第１サブコイルの前記第１方向に沿った幅と前記第２サブコイルの前記第１方向に沿った幅との和の６０〜８０％である、請求項５に記載の無線電力送信装置用コアアセンブリ。
【請求項７】
前記メインコイルの第２方向に沿った幅は、前記第１サブコイルの前記第２方向に沿った幅及び前記第２サブコイルの前記第２方向に沿った幅のそれぞれと同一である、請求項３に記載の無線電力送信装置用コアアセンブリ。
【請求項８】
前記第１サブコイルの前記第１方向に沿った幅と前記第２サブコイルの前記第１方向に沿った幅とが同一である、請求項７に記載の無線電力送信装置用コアアセンブリ。
【請求項９】
前記第１サブコイルと前記第２サブコイルとの対向する側面同士が合わされることによって構成される線は、前記メインコイルの中心を通る線と一致する、請求項８に記載の無線電力送信装置用コアアセンブリ。
【請求項１０】
前記第２方向は前記第１方向に対して垂直である、請求項７に記載の無線電力送信装置用コアアセンブリ。
【請求項１１】
前記補助コイルは、
前記メインコイルの下側に配置される絶縁体のベースと、
前記ベースにおける前記メインコイルに対向する面に形成され、前記第１サブコイルを形成する第１導電パターン、及び前記第２サブコイルを形成する第２導電パターンを備える導電パターンと
を含む、請求項１に記載の無線電力送信装置用コアアセンブリ。
【請求項１２】
前記コアの一面には、前記メインコイル及び前記補助コイルを収容する凹部と、前記凹部を区画する側壁とが形成される、請求項１に記載の無線電力送信装置用コアアセンブリ。
【請求項１３】
前記側壁には、前記メインコイル及び前記補助コイルの端部が前記凹部の外部に延びる通路を形成する複数の延長溝が形成される、請求項１２に記載の無線電力送信装置用コアアセンブリ。
【請求項１４】
請求項１に記載のコアアセンブリと、
前記メインコイル及び前記補助コイルからの無線電力信号の送信を制御する送信制御部と
を含む、無線電力送信装置。
【請求項１５】
前記送信制御部は、前記メインコイルと、前記第１サブコイル及び前記第２サブコイルのいずれか一方とに同時に電源が供給されるように制御する、請求項１４に記載の無線電力送信装置。
【請求項１】
第１レベルに位置するように配置されるメインコイルと、
前記第１レベルより低い第２レベルに位置するように前記メインコイルの下側に配置され、それぞれの一部分が前記メインコイルと重なり、それぞれのサイズが前記メインコイルのサイズより小さい第１サブコイル及び第２サブコイルを備える補助コイルと、
前記メインコイル及び前記補助コイルを収容するように形成される磁性体のコアと
を含む、無線電力送信装置用コアアセンブリ。
【請求項２】
前記第１サブコイル及び前記第２サブコイルは、前記メインコイルの底面に接触するように配置される、請求項１に記載の無線電力送信装置用コアアセンブリ。
【請求項３】
前記メインコイルの第１方向に沿った幅は、前記第１サブコイルの前記第１方向に沿った幅及び前記第２サブコイルの前記第１方向に沿った幅のそれぞれより大きい、請求項２に記載の無線電力送信装置用コアアセンブリ。
【請求項４】
前記メインコイルは、前記第１サブコイルの上面及び前記第２サブコイルの上面のそれぞれの一部分を覆ってそれぞれの残りの部分を露出させるように配置される、請求項３に記載の無線電力送信装置用コアアセンブリ。
【請求項５】
前記メインコイルの前記第１方向に沿った幅は、前記第１サブコイルの前記第１方向に沿った幅と前記第２サブコイルの前記第１方向に沿った幅との和より小さい、請求項３に記載の無線電力送信装置用コアアセンブリ。
【請求項６】
前記メインコイルの前記第１方向に沿った幅は、前記第１サブコイルの前記第１方向に沿った幅と前記第２サブコイルの前記第１方向に沿った幅との和の６０〜８０％である、請求項５に記載の無線電力送信装置用コアアセンブリ。
【請求項７】
前記メインコイルの第２方向に沿った幅は、前記第１サブコイルの前記第２方向に沿った幅及び前記第２サブコイルの前記第２方向に沿った幅のそれぞれと同一である、請求項３に記載の無線電力送信装置用コアアセンブリ。
【請求項８】
前記第１サブコイルの前記第１方向に沿った幅と前記第２サブコイルの前記第１方向に沿った幅とが同一である、請求項７に記載の無線電力送信装置用コアアセンブリ。
【請求項９】
前記第１サブコイルと前記第２サブコイルとの対向する側面同士が合わされることによって構成される線は、前記メインコイルの中心を通る線と一致する、請求項８に記載の無線電力送信装置用コアアセンブリ。
【請求項１０】
前記第２方向は前記第１方向に対して垂直である、請求項７に記載の無線電力送信装置用コアアセンブリ。
【請求項１１】
前記補助コイルは、
前記メインコイルの下側に配置される絶縁体のベースと、
前記ベースにおける前記メインコイルに対向する面に形成され、前記第１サブコイルを形成する第１導電パターン、及び前記第２サブコイルを形成する第２導電パターンを備える導電パターンと
を含む、請求項１に記載の無線電力送信装置用コアアセンブリ。
【請求項１２】
前記コアの一面には、前記メインコイル及び前記補助コイルを収容する凹部と、前記凹部を区画する側壁とが形成される、請求項１に記載の無線電力送信装置用コアアセンブリ。
【請求項１３】
前記側壁には、前記メインコイル及び前記補助コイルの端部が前記凹部の外部に延びる通路を形成する複数の延長溝が形成される、請求項１２に記載の無線電力送信装置用コアアセンブリ。
【請求項１４】
請求項１に記載のコアアセンブリと、
前記メインコイル及び前記補助コイルからの無線電力信号の送信を制御する送信制御部と
を含む、無線電力送信装置。
【請求項１５】
前記送信制御部は、前記メインコイルと、前記第１サブコイル及び前記第２サブコイルのいずれか一方とに同時に電源が供給されるように制御する、請求項１４に記載の無線電力送信装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１３−２６６２３（Ｐ２０１３−２６６２３Ａ）
【公開日】平成２５年２月４日（２０１３．２．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−１５７８４６（Ｐ２０１２−１５７８４６）
【出願日】平成２４年７月１３日（２０１２．７．１３）
【出願人】（５１２０７６３１３）ハンリム ポステック カンパニー リミテッド (7)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月４日（２０１３．２．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年７月１３日（２０１２．７．１３）
【出願人】（５１２０７６３１３）ハンリム ポステック カンパニー リミテッド (7)
【Ｆターム（参考）】
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