非接触充電モジュール及びこれを備えた送信側非接触充電機器と受信側非接触充電機器
【課題】位置合わせのためのマグネットによる悪影響を受けにくく、薄型化が可能な磁性シートを備えることで、位置合わせのためのマグネットを用いても、マグネットからの悪影響を防止し、電力伝送効率を向上させる非接触充電モジュール及び非接触充電機器を提供することができる。また、電力伝送効率を向上させた状態でモジュール全体の薄型を達成した非接触充電モジュール及び非接触充電機器を提供することができる。
【解決手段】導線が巻回された平面コイル部２と、平面コイル部２のコイル２１の面に対向するように設けられた磁性シート３と、を備え、磁性シート３は、Ｍｎ−Ｚｎ系のフェライトシートであって、透磁率が２５０以上、飽和磁束密度が３５０ｍＴ以上、厚みが４００μｍ以上であることを特徴とする非接触充電モジュールである。
【解決手段】導線が巻回された平面コイル部２と、平面コイル部２のコイル２１の面に対向するように設けられた磁性シート３と、を備え、磁性シート３は、Ｍｎ−Ｚｎ系のフェライトシートであって、透磁率が２５０以上、飽和磁束密度が３５０ｍＴ以上、厚みが４００μｍ以上であることを特徴とする非接触充電モジュールである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、渦巻状の導線からなる平面コイル部と磁性シートとを有する非接触充電モジュール及び非接触充電機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、本体機器を充電器で非接触充電することのできるものが多く利用されている。これは、充電器側に送電用コイル、本体機器側に受電用コイルを配し、両コイル間に電磁誘導を生じさせることにより充電器側から本体機器側に電力を伝送するものである。そして、上記本体機器として携帯端末機器などを適用することも提案されている。
【０００３】
この携帯端末機器などの本体機器や充電器は、薄型化や小型化が要望されるものである。この要望に応えるため、（特許文献１）のように、送電用コイルや受電用コイルとしての平面コイル部と、磁性シートとを備えることが考えられる。また、この種の非接触充電モジュールは１次側非接触充電モジュールと２次側非接触充電モジュールとの位置合わせにマグネットが利用されることがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−２８４０５９号公報
【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、（特許文献１）のような非接触充電モジュールでは、マグネットによって磁性シートの透磁率が低下してコイルのＬ値が低下してしまう。これは、マグネットが存在することで１次側、２次側非接触充電モジュール間の磁束を妨げてしまうからである。一定の透磁率を維持するためには、磁性シートを厚く形成しなくてはならない。一方で、非接触充電モジュールを搭載する電子機器に対しては小型化が要求され、非接触充電モジュールに対しても小型化、薄型化が要求されている。すなわち、磁性シートの薄型化が必須となる。しかしながら、磁性シートを薄く形成するとコイルのＬ値が低下してしまう。
【０００６】
そこで、本願発明は、上記の問題に鑑み、位置合わせのためのマグネットによる悪影響を受けにくく、薄型化が可能な磁性シートを備えることで、位置合わせのためのマグネットを用いても、マグネットからの悪影響を防止し、電力伝送効率を向上させる非接触充電モジュール及び非接触充電機器を提供することを目的とする。また、電力伝送効率を向上させた状態でモジュール全体の薄型を達成した非接触充電モジュール及び非接触充電機器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために本発明は、他方の非接触充電モジュールと電磁誘導によって電力伝送を行う非接触充電モジュールであって、前記他方の非接触充電モジュールとの位置合わせに際し、前記他方の非接触充電モジュールに備えられたマグネットを利用して位置合わせを行う場合と、及びマグネットを利用しないで位置合わせを行う場合とのどちらの場合においても前記他方の非接触充電モジュールと位置合わせ可能な非接触充電モジュールにおいて、導線が巻回された平面コイル部と、前記平面コイル部のコイルの面に対向するように設けられ、前記マグネットを位置合わせに使う際は前記マグネットと引き合うことのできる磁性シートと、を備え、前記磁性シートは、Ｍｎ−Ｚｎ系のフェライトシートであって、透磁率が２５０以上、飽和磁束密度が３５０ｍＴ以上、厚みが４００μｍ以上であることを特徴とする非接触充電モジュールとした。
【発明の効果】
【０００８】
位置合わせのためのマグネットによる悪影響を受けにくく、薄型化が可能な磁性シートを備えることで、位置合わせのためのマグネットを用いても、マグネットからの悪影響を防止し、電力伝送効率を向上させる非接触充電モジュール及び非接触充電機器を提供することができる。また、電力伝送効率を向上させた状態でモジュール全体の薄型を達成した非接触充電モジュール及び非接触充電機器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態における非接触充電モジュールの組立図
【図２】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念図
【図３】本発明の実施の形態における非接触充電モジュールの磁性シートの概念図
【図４】本発明の実施の形態における非接触充電モジュールの断面を示す概念図
【図５】本発明の実施の形態における磁性シートの厚みと平面コイル部のL値との関係を示す図
【図６】本発明の実施の形態における磁性シートの厚みと位置合わせのマグネットを使用する場合と使用しない場合におけるL値減少率との関係を示す図
【図７】本発明の実施の形態におけるコイルが円形の場合と矩形の場合の磁性シートの厚みと平面コイル部のL値との関係を示す図
【図８】本発明の実施の形態におけるコイルが円形の場合と矩形の場合のコイルの内径とＬ値減少率との関係を示す図
【図９】本発明の実施の形態における磁性シートの厚みと平面コイル部のL値との関係を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
請求項１に記載の発明は、他方の非接触充電モジュールと電磁誘導によって電力伝送を行う非接触充電モジュールであって、前記他方の非接触充電モジュールとの位置合わせに際し、前記他方の非接触充電モジュールに備えられたマグネットを利用して位置合わせを行う場合と、及びマグネットを利用しないで位置合わせを行う場合とのどちらの場合においても前記他方の非接触充電モジュールと位置合わせ可能な非接触充電モジュールにおいて、導線が巻回された平面コイル部と、前記平面コイル部のコイルの面に対向するように設けられ、前記マグネットを位置合わせに使う際は前記マグネットと引き合うことのできる磁性シートと、を備え、前記磁性シートは、Ｍｎ−Ｚｎ系のフェライトシートであって、透磁率が２５０以上、飽和磁束密度が３５０ｍＴ以上、厚みが４００μｍ以上であることを特徴とする非接触充電モジュールであって、位置合わせのためのマグネットによる悪影響を受けにくく、薄型化が可能な磁性シートを備えることで、位置合わせのためのマグネットを用いても、マグネットからの悪影響を防止し、電力伝送効率を向上させる非接触充電モジュール及び非接触充電機器を提供することができる。また、電力伝送効率を向上させた状態でモジュール全体の薄型を達成した非接触充電モジュールを提供することができる。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、前記平面コイル部は、略円形状に巻回され、前記磁性シートは、透磁率が１８００以上、飽和磁束密度が４００ｍＴ以上、厚みが６００μｍ以上であることを特徴とする請求項１に記載の非接触充電モジュールであって、非常に効率的な電力伝送をすることができる。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、前記平面コイル部は、略矩形状に巻回され、前記磁性シートは、透磁率が１８００以上、飽和磁束密度が４００ｍＴ以上、厚みが４００μｍ以上であることを特徴とする請求項１に記載の非接触充電モジュールであって、非常に効率的な電力伝送をすることができる。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、前記磁性シートは、磁性部材の小片がシート上に敷き詰められることで柔軟性を備えたことを特徴とする請求項１に記載の非接触充電モジュールであって、柔軟性のためのスリットによる電力伝送の悪影響をカバーすることができる磁性シートとすることができる。また、電力伝送効率を向上させた状態でモジュール全体の薄型を達成した非接触充電モジュールとすることができる。
【００１４】
請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれかひとつに記載の非接触充電モジュールを送信側非接触充電モジュールとして備えたことを特徴とする送信側非接触充電機器であって、位置合わせのためのマグネットによる悪影響を受けにくく、薄型化が可能な磁性シートを備えることで、位置合わせのためのマグネットを用いても、マグネットからの悪影響を防止し、電力伝送効率を向上させる送信側非接触充電モジュール及び送信側非接触充電機器を提供することができる。また、電力伝送効率を向上させた状態でモジュール全体の薄型を達成した送信側非接触充電機器を提供することができる。
【００１５】
請求項６に記載の発明は、請求項１〜４のいずれかひとつに記載の非接触充電モジュールを受信側非接触充電モジュールとして備えたことを特徴とする受信側非接触充電機器であって、位置合わせのためのマグネットによる悪影響を受けにくく、薄型化が可能な磁性シートを備えることで、位置合わせのためのマグネットを用いても、マグネットからの悪影響を防止し、電力伝送効率を向上させる受信側非接触充電モジュール及び受信側非接触充電機器を提供することができる。また、電力伝送効率を向上させた状態でモジュール全体の薄型を達成した受信側非接触充電機器を提供することができる。
【００１６】
（実施の形態）
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。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組立図、図２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念図であって（ａ）は上面図、（ｂ）は図２（ａ）のＡ方向から見た断面図、（ｃ）及び（ｄ）は図２（ａ）のＢ方向から見た断面図である。図３は、本発明の実施の形態における非接触充電モジュールの磁性シートの概念図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は図３（ａ）のＡ方向から見た断面図、（ｃ）及び（ｄ）は図３（ａ）のＢ方向から見た断面図である。
【００１７】
本願発明の非接触充電モジュール１は、導線が渦巻き状に巻回された平面コイル部２と、平面コイル部２のコイル２１の面に対向するように設けられた磁性シート３とを備える。
【００１８】
図１に示すとおり、平面コイル部２は、面上で渦を描くように径方向に向けて導電体を巻いたコイル２１と、コイル２１の両端に設けられた端子２２、２３を備える。コイル２１は導線を平面上で平行に巻きまわしたものであり、コイルによって形成された面をコイル面と呼ぶ。なお、厚み方向とは、平面コイル部２と磁性シート３との積層方向である。本実施の形態では、コイル２１は直径が２０ｍｍの内径から外に向かって巻回され、外径が３０ｍｍとなっている。すなわち、コイル２１はドーナツ形状に巻回されている。なお、コイル２１は円形に巻回されてもよいし、多角形に巻回されてもよい。
【００１９】
また、導線はお互いに空間を空けるように巻回されることによって、上段の導線と下段の導線との間の浮遊容量が小さくなり、コイル２１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、コイル２１の厚みを抑えることができる。
【００２０】
また、図３のように本実施の形態においては、断面積が円形状の導線としているが、方形形状などの導線でもよい。ただし、断面積が方形状の導線と比較して円形状の導線とでは、隣り合う導線どうしの間に隙間が生じるため、導線間の浮遊容量が小さくなり、コイル２１の交流抵抗を小さく抑えることができる。
【００２１】
また、コイル２１は厚さ方向に２段で巻回するよりも１段で巻回した方がコイル２１の交流抵抗が低くなり、伝送効率を高くすることができる。これは、２段で導線を巻回すると、上段の導線と下段の導線との間に浮遊容量が発生するためである。従って、コイル２１は全体を２段で巻回するよりも、なるべく多くの部分を１段によって巻回した方がよい。また、１段で巻回することによって、非接触充電モジュール１として薄型化することができる。なお、コイル２１の交流抵抗が低いことでコイル２１における損失を防ぎ、Ｌ値を向上させることによって、Ｌ値に依存する非接触充電モジュール１の電力伝送効率を向上させることができる。
【００２２】
また、本実施の形態においては、図１に示すコイル２１の内側の内径ｘは１０ｍｍ〜２０ｍｍであり、外径は約３０ｍｍであり、一般的には２０ｍｍ〜４０ｍｍ程度であるが、これに限られるものではない。内径ｘが小さいほど、同じ大きさの非接触充電モジュール１においてコイル２１のターン数を増やすことができ、Ｌ値を向上させることができる。
【００２３】
なお、端子２２、２３はお互いに近接してもよく、離れて配置されてもよいが、離れて配置された方が非接触充電モジュール１を実装しやすい。
【００２４】
磁性シート３は電磁誘導作用を利用した非接触充電の電力伝送効率を向上させるために設けたものであって、図２に示す通り、平坦部３１と、中心であってコイル２１の内径に相当する中心部３２と、直線凹部３３とを備える。なお、図３に示すとおり、中心部３２は必ずしも凸型とする必要なく、平坦でもよいし、貫通孔でも、凹型でも良い。また、直線凹部３３はスリット３４であってもよいし、直線凹部３３またはスリット３４は必ずしも必要であるわけではない。ただし、図２（ｃ）、（ｄ）にあるように、直線凹部３３またはスリット３４を設けることによって、コイル２１の巻き終わりから端子２３までの導線を直線凹部３３またはスリット３４内に収納することができるので、薄型化することができる。すなわち、直線凹部３３またはスリット３４は磁性シート３の端部とほぼ垂直であり、中心部３２の外周の接線と重なるように形成される。このように直線凹部３３またはスリット３４を形成することによって、導線を折り曲げることなく端子２２、２３を形成することができる。なお、この場合、直線凹部３３またはスリット３４の長さは約７ｍｍ〜２０ｍｍである。ただし、直線凹部３３またはスリット３４の長さはコイル２１の内径に依存する。また、直線凹部３３またはスリット３４は、磁性シート３の端部と中心部３２の外周が最も近づく部分に形成してもよい。これによって、直線凹部３３またはスリット３４の形成面積を最低限に抑えることができ、非接触充電モジュール１の伝送効率を向上させることができる。なお、この場合、直線凹部３３またはスリット３４の長さは約５ｍｍ〜１０ｍｍである。どちらの配置であっても、直線凹部３３またはスリット３４の内側端部は中心部３２に接続している。また、直線凹部３３またはスリット３４は、他の配置にしてもよい。すなわち、コイル２１はなるべく１段構造であることが望ましく、その場合、コイル２１の半径方向のすべてのターンを１段構造とするか、１部を１段構造として他の部分を２段構造とすることが考えられる。従って、端子２２、２３のうち１方はコイル２１外周から引き出すことができるが、他方は内側から引き出さなくてはならない。従って、コイル２１が巻回されている部分と、コイル２１の巻き終わりから端子２２または２３までの部分とが、必ず厚さ方向において重なってしまう。従って、その重なる部分に直線凹部３３またはスリット３４を設ければよい。直線凹部３３であれば磁性シート３に貫通孔やスリットを設けないので磁束が漏れることを防ぎ、非接触充電モジュール１の電力伝送効率を向上させることができる。対して、スリット３４の場合は、磁性シート３の形成が容易となる。直線凹部３３である場合、図５に示すように断面形状が方形状となるような直線凹部３３に限定されず、円弧状や、丸みを帯びてもよい。
【００２５】
また、本実施の形態においては、磁性シート３としてＮｉ−Ｚｎ系のフェライトシート、Ｍｎ−Ｚｎ系のフェライトシート、Ｍｇ−Ｚｎ系のフェライトシートなどを使うことができる。フェライトシートは、アモルファス金属の磁性シートに比較してコイル２１の交流抵抗を低下させることができる。また、磁性シート３は、特に、Ｍｎ−Ｚｎ系のフェライトシートであって、透磁率が２５０以上、飽和磁束密度が３５０ｍＴ以上であることが好ましい。本実施の形態においては、透磁率が１５００〜２０００、飽和磁束密度が約４００ｍＴとなっている。このようなＭｎ−Ｚｎ系のフェライトシートで磁性シート３を構成することによって、マグネットの悪影響を受けにくく、薄型化することができる。すなわち、マグネットを位置合わせとして使用する場合と使用しない場合とで非接触充電モジュール１のコイル２１のＬ値が大幅に変化する。これは、マグネットが存在することで１次側、２次側非接触充電モジュール間の磁束を妨げてしまうからである。従って、マグネットがある場合、非接触充電モジュール１のコイル２１のＬ値が大幅に減少する。このマグネットによる影響を抑えるために、磁性シート３は高飽和磁束密度材（飽和磁束密度が３５０ｍＴ以上）を備える。高飽和磁束密度材は磁場が強くなっても磁束が飽和しにくいため、マグネットの影響を受けにくく、マグネットが使用されている際のコイル２１のＬ値を向上させることができる。従って、磁性シート３を薄型化させることができる。しかしながら、磁性シート３の透磁率が低くなりすぎるとコイル２１のＬ値が非常に低下してしまう。その結果、非接触充電モジュール１の効率を低下させてしまうことがある。従って、透磁率は少なくとも２５０以上、好ましくは１５００以上が好ましい。また、Ｌ値は磁性シート３の厚みにも依存するが、フェライトシートの厚み４００μｍ以上であれば良い。
【００２６】
また、フェライトシートがＭｎ−Ｚｎ系であることによって、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。
【００２７】
図４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断面を示す概念図である。更に、本実施の形態の磁性シート３は柔軟性を備えるために、図４に示されるような（特許第４４００５０９号公報）の技術のように磁性シート３にスリットが入れられ、磁性部材の小片３０１がシート状にしきつめられて形成されている。そのため、磁性部材の小片３０１の間のスリット（割れ目）からコイル２１の磁束が漏れやすくなり、L値が低下し、伝送効率が低下しやすくなる。しかしながら、上記のように磁性シート３の飽和磁束密度及び透磁率を決定することで、柔軟性のためのスリットが入った磁性シート３であっても、位置合わせのためのマグネットによる悪影響を受けにくく、薄型化が可能となる。すなわち、柔軟性のためのスリットによる悪影響をカバーすることができる磁性シートとすることができる。また、電力伝送効率を向上させた状態でモジュール全体の薄型を達成した非接触充電モジュールとすることができる。
【００２８】
上記のように、磁性シート３を、Ｍｎ−Ｚｎ系のフェライトシートであって透磁率が２５０以上、飽和磁束密度が３５０ｍＴ以上であることによって初めて、位置合わせのためのマグネットを用いても、マグネットからの悪影響を防止し、電力伝送効率を向上させる非接触充電モジュール及び非接触充電機器を提供することができる。また、電力伝送効率を向上させた状態でモジュール全体の薄型を達成した非接触充電モジュール及び非接触充電機器を提供することができる。すなわち、磁性シート３の透磁率を上げることでコイル２１のＬ値が向上する。しかしながら、位置合わせのマグネットを使用する場合を考えると、例え透磁率が高くても飽和磁束密度が低いと高いＬ値を得ることができない。すなわち、飽和磁束密度が低いので、マグネットの影響を受けやすい。しかしながた、飽和磁束密度が高いと、透磁率が比較的に低めであっても高いＬ値を得ることができる。それは、マグネットの影響を受けにくくなるからである。但し、透磁率及び飽和磁束密度の双方が高いことで、マグネットの使用の有無に関わらず高いＬ値を得ることが出来る。このような結果から、少なくとも透磁率が２５０以上、飽和磁束密度が３５０ｍＴ以上であれば、マグネットの有無に関わらず一定以上の高いＬ値を得ることができる。それによって、電力伝送をする十分な値のＬ値を得ることが出来る。
【００２９】
次に、磁性シート３の厚みと平面コイル部２のL値との関係について説明する。なお、ここでいう磁性シート３の厚みとは、図３（ｃ）のｄ２、すなわち平坦部の厚みのことをいう。中心部３２の厚みや直線凹部３３の厚みではなく、平面コイル部２のコイル２１が載置される部分の磁性シート３の厚みである。平坦部３１の厚みが一定でない場合は、その平均をいう。
【００３０】
図５は、本発明の実施の形態における磁性シートの厚みと平面コイル部のL値との関係を示す図（位置合わせのためのマグネットを使用した場合）であり、図６は、本発明の実施の形態における磁性シートの厚みと位置合わせのマグネットを使用する場合と使用しない場合におけるL値減少率との関係を示す図である。すなわち、L値減少率とは、一定の条件のコイルをマグネットが近くに存在しない場合に測定したL値に対して、同じの条件のコイルをマグネットの近くに配置して測定したL値の減少の割合を示す。従って、L値減少率が小さいほど、コイルのL値がマグネットの有無に影響を受けない。また、図５、図６においては、円形状に巻いたコイルを使用している。また、磁性シート３は、Ｍｎ−Ｚｎ系のフェライトシートを主成分としている。
【００３１】
また、交流飽和磁束密度が４００ｍＴの材料は、透磁率が１８００程度である。交流飽和磁束密度が３５０ｍＴの材料は、透磁率が２５０程度である。交流飽和磁束密度が２８５ｍＴの材料は、透磁率が２２００程度である。
【００３２】
図５、図６から明らかな通り、磁性シートの厚みが４００μｍ以上であって、交流飽和磁束密度が３５０ｍＴ以上、透磁率が２５０以上以上であれば、位置合わせのためのマグネットが近接した場合でもコイル２１のＬ値が８μＨ以上となり、Ｌ値減少率も半分以下に抑えることができる。すなわち、位置合わせのためのマグネットが近接した場合、コイル２１のＬ値は低下するが、そのときに最低でもＬ値が８μＨなければ、電磁誘導により充電することが難しくなる。また、Ｌ値が大きいほど、送信側及び受信側非接触充電モジュール間の電力伝送効率が向上する。また、Ｌ値減少率が５０%以上となると、位置合わせのためのマグネットが使用される場合と使用されない場合とで、コイル２１のＬ値が２倍以上はなれることとなる。このコイル２１のＬ値は、送信側及び受信側非接触充電モジュール間の電力伝送における送受信の周波数を決定するものであり、コイル２１のＬ値が２倍以上はなれてしまうと周波数がかなり変化してしまう。位置合わせのためのマグネットが使用される場合と使用されない場合の双方において効率的に電力伝送をすることができる非接触充電モジュールとするためには、Ｌ値減少率を５０%以下に抑え、位置合わせのためのマグネットが使用される場合と使用されない場合での周波数を近い値にすることが必要である。
【００３３】
また、磁性シート３の厚みを６００μｍ以上にすることで、コイル２１のＬ値が１０μＨ以上となる。また、飽和密度が３５０ｍＴ及び４００ｍＴの場合ではＬ値減少率が約３０％以下となる。従って、非接触充電モジュールのサイズが許す限り、磁性シート３の厚みは６００μｍ以上であることが好ましい。特に、交流飽和磁束密度が４００ｍＴ、透磁率が１８００の材料の厚みを６００μｍ以上とすると、Ｌ値は１２μＨを越え、Ｌ値減少率は２０％以下となるので、非常に効率的な電力伝送をすることができる。
【００３４】
次に、コイル２１を円形状に巻回した場合と、矩形上に巻回した場合との、磁性シート３の厚みと平面コイル部２のL値との関係について説明する。
【００３５】
図７は、本発明の実施の形態におけるコイルが円形の場合と矩形の場合の磁性シートの厚みと平面コイル部のL値との関係を示す図（位置合わせのためのマグネットを使用した場合）であって、図８は、本発明の実施の形態におけるコイルが円形の場合と矩形の場合のコイルの内径とＬ値減少率との関係を示す図である。
【００３６】
また、図７においては、Ｌ値とは平面コイル部２のインダクタンス値であり、その値が大きいほど非接触充電モジュールの電力伝送の効率が高くなる。
【００３７】
非接触充電モジュールの電力伝送の性能を満足させるには、コイル２１のＬ値は８μＨ程度必要であるが、位置合わせマグネットが有る場合には位置合わせマグネットの影響で磁性シートの磁界強度アップの効果が低減する。
【００３８】
図７によると、位置合わせマグネットがある時には円形の平面コイル部が６〜８μＨ発生するには磁性シート３のフェライト厚みは５００μｍ必要である。それに比較し、同じフェライト厚みを持つ矩形の平面コイル部２のＬ値は１２μＨとなる（矢印Ａ）。
【００３９】
磁性シート３のフェライト厚みと面積が同一の条件下では矩形の平面コイル部のＬ値のほうが円形の平面コイル部に比べて大きい値になっている。したがって、矩形の平面コイル部で生じる磁界は大きく、非接触充電モジュールの電力伝送効率は大きくなることとなる。
【００４０】
矩形の平面コイル部と円形の平面コイル部のＬ値を同じにしようとした場合では矩形の平面コイル部のほうが磁性シート３のフェライト厚みを薄く設定することができる。すなわち、Ｌ値の目標値にするには、矩形の平面コイル部の磁性シート３のフェライト厚みを３００μｍにすることができ（矢印Ｂ）、フェライトの厚みを薄くすることができる。したがって、非接触充電モジュール１の厚さを薄くすることができ、小型化しやすくなる。
【００４１】
このように、非接触充電モジュールの用いる平面コイルを矩形にすることで位置合わせマグネットの磁界の影響を避け、非接触充電モジュールの電力伝送効率を向上させることにより非接触充電モジュールの小型化を達成することができる。
【００４２】
なお、コイル２１は矩形に巻回されることに限定されず、角にＲを有した方形状や多角形状に巻回される場合もある。すなわち、コイル２１の形状は、その全体が磁性シート３上にあって、コイル２１の内縁が位置合わせマグネットの外縁から離れる部分を多く有する形状であればよい。その中でも、矩形の形状は上述した効果を得られるとともに、矩形コイルを容易に作成することができるものである。
【００４３】
図８に示す通り、コイルの内寸法が大きいほど平面コイル部２のＬ値減少率が少ない。位置合わせマグネット４と平面コイル部２の内側との間隔を余分に取れる領域が多くなるので位置合わせマグネット４の影響が小さくなるためである。一方、矩形の平面コイル部２内側の対角線寸法と円形の平面コイル部２の内径寸法とが同じ値の場合には平面コイル部２のＬ値減少率も同じ値である。
【００４４】
すなわち、矩形の平面コイル部内側の対角線寸法ｘおよび円形の平面コイル部２の内径寸法ｙが位置合わせマグネット４の直径ｍより大きいと（ｘ＝ｙ＞ｍ）、平面コイル部の内辺と位置合わせマグネットの外周辺との間に隙間ができる。ところが、この場合平面コイルの平面の面積は矩形の平面コイル部のほうが円形の平面コイル部に比較して小さい。そこで、磁性シート３の大きさに合うように矩形の平面コイル部内側の対角寸法を大きくすることができる。そうすることで、磁性シート３内に平面コイル部２を設置した場合矩形の平面コイル部のほうが円形の平面コイル部に比較して平面コイル部２の内辺と位置合わせマグネットの外周辺との間に隙間が作ることができ、位置合わせマグネットの影響を小さくすることができる。
【００４５】
要するに、上述した円形の平面コイル部ではコイル内径のどこでもマグネットとの距離が一定であり、円形の平面コイル部で生じる磁界は小さい。すなわち電磁誘導の相互インダクタンスに影響を与える円形の平面コイル部のＬ値は小さくなり、非接触充電モジュールの電力伝送効率は低い。一方、上述した矩形の平面コイル部ではコイルの内径がマグネットとの距離が狭い部分と広い部分ができ、矩形の平面コイル部で生じる磁界はマグネットと離れている部分で大きくなる。すなわち電磁誘導の相互インダクタンスに影響を与える矩形の平面コイル部のＬ値は円形の平面コイル部のＬ値より大きくなり、それで非接触充電モジュールの電力伝送効率は円形の平面コイル部に比べ大きく向上することになる。
【００４６】
以上のことから、コイル２１が略矩形形状である場合は、磁性シート３の厚みを４００μｍ以上にすることで、コイル２１が円形形状である場合での磁性シート３の厚みが６００μｍであるのとほとんど同じ効果が得られる。すなわち、コイル２１は、略矩形状に巻回され、磁性シート３は、透磁率が３６０以上、飽和磁束密度が１８００ｍＴ以上、厚みが４００μｍ以上であることによって、非常に効率的な電力伝送をすることができる。
【００４７】
次に、本発明の非接触充電モジュール１を備えた非接触充電機器について説明する。非接触電力伝送機器は、送電用コイル及び磁性シートを備える充電器と、受電用コイル及び磁性シートを備える本体機器とから成るものであり、本体機器が携帯電話などの電子機器となっている。充電器側の回路は、整流平滑回路部と、電圧変換回路部と、発振回路部と、表示回路部と、制御回路部と、上記送電用コイルとで構成されている。また本体機器側の回路は、上記受電用コイルと、整流回路部と、制御回路部と、主として２次電池から成る負荷Ｌとで構成されている。
【００４８】
この充電器から本体機器への電力伝送は、１次側である充電器の送電用コイルと、２次側である本体機器の受電用コイルとの間の電磁誘導作用を利用して行われる。
【００４９】
本実施の形態の非接触充電機器は、上記で説明した非接触充電モジュール１を備えるため、平面コイル部の断面積を十分に確保して電力伝送効率を向上させた状態で、非接触充電機器を小型化及び薄型化することができる。
【００５０】
なお、前述した交流飽和磁束密度が４００ｍＴの材料、交流飽和磁束密度が３５０ｍＴの材料、交流飽和磁束密度が２８５ｍＴの材料は、マグネットが位置合わせに使用されていないと、図９のようなＬ値となる。図９は、本発明の実施の形態における磁性シートの厚みと平面コイル部のL値との関係を示す図（位置合わせのためのマグネットを使用しない場合）である。マグネットが位置合わせに使用されている場合と比較して、３種類の材料のＬ値が高く、その差が小さくなる。そして、磁性シート３の厚みが４００μｍ以上では、どれも１２μＨを超えているため、十分に電力伝送が可能となる。
【００５１】
また、マグネットによって平面コイル部２のＬ値が下がるのは、以下の理由による。すなわち、マグネットによって磁性シート３の透磁率が低下して、それに応じて平面コイル部２のＬ値も低下する。また、平面コイル部２が発生させる磁束の多くが、マグネットを避けるように伸び、マグネットを突き抜けようとする磁束は消滅してしまうこともあるので、さらに磁束が弱まってしまうからである。
【００５２】
したがって、例えば送信側非接触充電モジュールにマグネットを備え、受信側非接触充電モジュールに備えられた磁性シートとマグネットが引き合うことによって位置合わせを行う場合であっても、送信側非接触充電モジュールにマグネットを備えずにほかの方法で位置合わせを行う場合であっても、どちらの場合であっても、Ｍｎ−Ｚｎ系のフェライトシートであって、透磁率が２５０以上、飽和磁束密度が３５０ｍＴ以上、磁性シートの厚みである平坦部（コイル２１が載置される面）の厚みが４００μｍ以上の磁性シートであれば、送信側非接触充電モジュール及び受信側非接触充電モジュール間の位置合わせ及び効率的な電力伝送が可能となる。また、受信側非接触充電モジュールにマグネットを備え、送信側非接触充電モジュールに備えられた磁性シートとマグネットが引き合うことによって位置合わせを行う場合であっても、受信側非接触充電モジュールにマグネットを備えずにほかの方法で位置合わせを行う場合であっても、どちらの場合であっても、同様に位置合わせ及び効率的な電力伝送が可能となる。なお、二次側非接触充電モジュールにはマグネットを配置しないことのほうが、一般的である。
【００５３】
以上の結果から、他方の非接触充電モジュールと電磁誘導によって電力伝送を行う非接触充電モジュールであって、他方の非接触充電モジュールとの位置合わせに際し、他方の非接触充電モジュールに備えられたマグネットを利用して位置合わせを行う場合と、及びマグネットを利用しないで位置合わせを行う場合とにおいて、他方の非接触充電モジュールと位置合わせ可能な非接触充電モジュールにおいて、導線が巻回された平面コイル部２と、平面コイル部２のコイルの面に対向するように設けられた磁性シート３と、を備え、磁性シート３は、Ｍｎ−Ｚｎ系のフェライトシートであって、透磁率が２５０以上、飽和磁束密度が３５０ｍＴ以上、厚みが４００μｍ以上であることを特徴とする非接触充電モジュールとすることで、位置合わせのマグネットの有無によらず、磁性シート３の薄型化、効率的な電力伝送（特に低周波数において）を実現することが分かる。さらに、好ましくは、透磁率が４００以上、飽和磁束密度が１８００ｍＴ以上であると良い。すなわち、位置合わせのためのマグネットによる悪影響を受けにくく、薄型化が可能な磁性シートを備えることで、位置合わせのためのマグネットを用いても、マグネットからの悪影響を防止し、電力伝送効率を向上させる非接触充電モジュール及び非接触充電機器を提供することができる。また、電力伝送効率を向上させた状態でモジュール全体の薄型を達成した非接触充電モジュールを提供することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明の非接触充電モジュールによれば、平面コイル部の断面積を十分に確保して電力伝送効率を向上させた状態で、非接触充電モジュールを小型化及び薄型化することができるため、特にポータブルである電子機器に有用であり、携帯電話、ポータブルオーディオ、携帯用のコンピュータなどの携帯端末、デジタルカメラ、ビデオカメラなどの携帯機器などの様々な電子機器の非接触充電モジュールとして有用である。
【符号の説明】
【００５５】
１ 非接触充電モジュール
２ 平面コイル部
２１ コイル
２２、２３ 端子
３ 磁性シート
３１ 平坦部
３２ 中心部
３３ 直線凹部
３４ スリット
【技術分野】
【０００１】
本発明は、渦巻状の導線からなる平面コイル部と磁性シートとを有する非接触充電モジュール及び非接触充電機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、本体機器を充電器で非接触充電することのできるものが多く利用されている。これは、充電器側に送電用コイル、本体機器側に受電用コイルを配し、両コイル間に電磁誘導を生じさせることにより充電器側から本体機器側に電力を伝送するものである。そして、上記本体機器として携帯端末機器などを適用することも提案されている。
【０００３】
この携帯端末機器などの本体機器や充電器は、薄型化や小型化が要望されるものである。この要望に応えるため、（特許文献１）のように、送電用コイルや受電用コイルとしての平面コイル部と、磁性シートとを備えることが考えられる。また、この種の非接触充電モジュールは１次側非接触充電モジュールと２次側非接触充電モジュールとの位置合わせにマグネットが利用されることがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−２８４０５９号公報
【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、（特許文献１）のような非接触充電モジュールでは、マグネットによって磁性シートの透磁率が低下してコイルのＬ値が低下してしまう。これは、マグネットが存在することで１次側、２次側非接触充電モジュール間の磁束を妨げてしまうからである。一定の透磁率を維持するためには、磁性シートを厚く形成しなくてはならない。一方で、非接触充電モジュールを搭載する電子機器に対しては小型化が要求され、非接触充電モジュールに対しても小型化、薄型化が要求されている。すなわち、磁性シートの薄型化が必須となる。しかしながら、磁性シートを薄く形成するとコイルのＬ値が低下してしまう。
【０００６】
そこで、本願発明は、上記の問題に鑑み、位置合わせのためのマグネットによる悪影響を受けにくく、薄型化が可能な磁性シートを備えることで、位置合わせのためのマグネットを用いても、マグネットからの悪影響を防止し、電力伝送効率を向上させる非接触充電モジュール及び非接触充電機器を提供することを目的とする。また、電力伝送効率を向上させた状態でモジュール全体の薄型を達成した非接触充電モジュール及び非接触充電機器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために本発明は、他方の非接触充電モジュールと電磁誘導によって電力伝送を行う非接触充電モジュールであって、前記他方の非接触充電モジュールとの位置合わせに際し、前記他方の非接触充電モジュールに備えられたマグネットを利用して位置合わせを行う場合と、及びマグネットを利用しないで位置合わせを行う場合とのどちらの場合においても前記他方の非接触充電モジュールと位置合わせ可能な非接触充電モジュールにおいて、導線が巻回された平面コイル部と、前記平面コイル部のコイルの面に対向するように設けられ、前記マグネットを位置合わせに使う際は前記マグネットと引き合うことのできる磁性シートと、を備え、前記磁性シートは、Ｍｎ−Ｚｎ系のフェライトシートであって、透磁率が２５０以上、飽和磁束密度が３５０ｍＴ以上、厚みが４００μｍ以上であることを特徴とする非接触充電モジュールとした。
【発明の効果】
【０００８】
位置合わせのためのマグネットによる悪影響を受けにくく、薄型化が可能な磁性シートを備えることで、位置合わせのためのマグネットを用いても、マグネットからの悪影響を防止し、電力伝送効率を向上させる非接触充電モジュール及び非接触充電機器を提供することができる。また、電力伝送効率を向上させた状態でモジュール全体の薄型を達成した非接触充電モジュール及び非接触充電機器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態における非接触充電モジュールの組立図
【図２】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念図
【図３】本発明の実施の形態における非接触充電モジュールの磁性シートの概念図
【図４】本発明の実施の形態における非接触充電モジュールの断面を示す概念図
【図５】本発明の実施の形態における磁性シートの厚みと平面コイル部のL値との関係を示す図
【図６】本発明の実施の形態における磁性シートの厚みと位置合わせのマグネットを使用する場合と使用しない場合におけるL値減少率との関係を示す図
【図７】本発明の実施の形態におけるコイルが円形の場合と矩形の場合の磁性シートの厚みと平面コイル部のL値との関係を示す図
【図８】本発明の実施の形態におけるコイルが円形の場合と矩形の場合のコイルの内径とＬ値減少率との関係を示す図
【図９】本発明の実施の形態における磁性シートの厚みと平面コイル部のL値との関係を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
請求項１に記載の発明は、他方の非接触充電モジュールと電磁誘導によって電力伝送を行う非接触充電モジュールであって、前記他方の非接触充電モジュールとの位置合わせに際し、前記他方の非接触充電モジュールに備えられたマグネットを利用して位置合わせを行う場合と、及びマグネットを利用しないで位置合わせを行う場合とのどちらの場合においても前記他方の非接触充電モジュールと位置合わせ可能な非接触充電モジュールにおいて、導線が巻回された平面コイル部と、前記平面コイル部のコイルの面に対向するように設けられ、前記マグネットを位置合わせに使う際は前記マグネットと引き合うことのできる磁性シートと、を備え、前記磁性シートは、Ｍｎ−Ｚｎ系のフェライトシートであって、透磁率が２５０以上、飽和磁束密度が３５０ｍＴ以上、厚みが４００μｍ以上であることを特徴とする非接触充電モジュールであって、位置合わせのためのマグネットによる悪影響を受けにくく、薄型化が可能な磁性シートを備えることで、位置合わせのためのマグネットを用いても、マグネットからの悪影響を防止し、電力伝送効率を向上させる非接触充電モジュール及び非接触充電機器を提供することができる。また、電力伝送効率を向上させた状態でモジュール全体の薄型を達成した非接触充電モジュールを提供することができる。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、前記平面コイル部は、略円形状に巻回され、前記磁性シートは、透磁率が１８００以上、飽和磁束密度が４００ｍＴ以上、厚みが６００μｍ以上であることを特徴とする請求項１に記載の非接触充電モジュールであって、非常に効率的な電力伝送をすることができる。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、前記平面コイル部は、略矩形状に巻回され、前記磁性シートは、透磁率が１８００以上、飽和磁束密度が４００ｍＴ以上、厚みが４００μｍ以上であることを特徴とする請求項１に記載の非接触充電モジュールであって、非常に効率的な電力伝送をすることができる。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、前記磁性シートは、磁性部材の小片がシート上に敷き詰められることで柔軟性を備えたことを特徴とする請求項１に記載の非接触充電モジュールであって、柔軟性のためのスリットによる電力伝送の悪影響をカバーすることができる磁性シートとすることができる。また、電力伝送効率を向上させた状態でモジュール全体の薄型を達成した非接触充電モジュールとすることができる。
【００１４】
請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれかひとつに記載の非接触充電モジュールを送信側非接触充電モジュールとして備えたことを特徴とする送信側非接触充電機器であって、位置合わせのためのマグネットによる悪影響を受けにくく、薄型化が可能な磁性シートを備えることで、位置合わせのためのマグネットを用いても、マグネットからの悪影響を防止し、電力伝送効率を向上させる送信側非接触充電モジュール及び送信側非接触充電機器を提供することができる。また、電力伝送効率を向上させた状態でモジュール全体の薄型を達成した送信側非接触充電機器を提供することができる。
【００１５】
請求項６に記載の発明は、請求項１〜４のいずれかひとつに記載の非接触充電モジュールを受信側非接触充電モジュールとして備えたことを特徴とする受信側非接触充電機器であって、位置合わせのためのマグネットによる悪影響を受けにくく、薄型化が可能な磁性シートを備えることで、位置合わせのためのマグネットを用いても、マグネットからの悪影響を防止し、電力伝送効率を向上させる受信側非接触充電モジュール及び受信側非接触充電機器を提供することができる。また、電力伝送効率を向上させた状態でモジュール全体の薄型を達成した受信側非接触充電機器を提供することができる。
【００１６】
（実施の形態）
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。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組立図、図２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念図であって（ａ）は上面図、（ｂ）は図２（ａ）のＡ方向から見た断面図、（ｃ）及び（ｄ）は図２（ａ）のＢ方向から見た断面図である。図３は、本発明の実施の形態における非接触充電モジュールの磁性シートの概念図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は図３（ａ）のＡ方向から見た断面図、（ｃ）及び（ｄ）は図３（ａ）のＢ方向から見た断面図である。
【００１７】
本願発明の非接触充電モジュール１は、導線が渦巻き状に巻回された平面コイル部２と、平面コイル部２のコイル２１の面に対向するように設けられた磁性シート３とを備える。
【００１８】
図１に示すとおり、平面コイル部２は、面上で渦を描くように径方向に向けて導電体を巻いたコイル２１と、コイル２１の両端に設けられた端子２２、２３を備える。コイル２１は導線を平面上で平行に巻きまわしたものであり、コイルによって形成された面をコイル面と呼ぶ。なお、厚み方向とは、平面コイル部２と磁性シート３との積層方向である。本実施の形態では、コイル２１は直径が２０ｍｍの内径から外に向かって巻回され、外径が３０ｍｍとなっている。すなわち、コイル２１はドーナツ形状に巻回されている。なお、コイル２１は円形に巻回されてもよいし、多角形に巻回されてもよい。
【００１９】
また、導線はお互いに空間を空けるように巻回されることによって、上段の導線と下段の導線との間の浮遊容量が小さくなり、コイル２１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、コイル２１の厚みを抑えることができる。
【００２０】
また、図３のように本実施の形態においては、断面積が円形状の導線としているが、方形形状などの導線でもよい。ただし、断面積が方形状の導線と比較して円形状の導線とでは、隣り合う導線どうしの間に隙間が生じるため、導線間の浮遊容量が小さくなり、コイル２１の交流抵抗を小さく抑えることができる。
【００２１】
また、コイル２１は厚さ方向に２段で巻回するよりも１段で巻回した方がコイル２１の交流抵抗が低くなり、伝送効率を高くすることができる。これは、２段で導線を巻回すると、上段の導線と下段の導線との間に浮遊容量が発生するためである。従って、コイル２１は全体を２段で巻回するよりも、なるべく多くの部分を１段によって巻回した方がよい。また、１段で巻回することによって、非接触充電モジュール１として薄型化することができる。なお、コイル２１の交流抵抗が低いことでコイル２１における損失を防ぎ、Ｌ値を向上させることによって、Ｌ値に依存する非接触充電モジュール１の電力伝送効率を向上させることができる。
【００２２】
また、本実施の形態においては、図１に示すコイル２１の内側の内径ｘは１０ｍｍ〜２０ｍｍであり、外径は約３０ｍｍであり、一般的には２０ｍｍ〜４０ｍｍ程度であるが、これに限られるものではない。内径ｘが小さいほど、同じ大きさの非接触充電モジュール１においてコイル２１のターン数を増やすことができ、Ｌ値を向上させることができる。
【００２３】
なお、端子２２、２３はお互いに近接してもよく、離れて配置されてもよいが、離れて配置された方が非接触充電モジュール１を実装しやすい。
【００２４】
磁性シート３は電磁誘導作用を利用した非接触充電の電力伝送効率を向上させるために設けたものであって、図２に示す通り、平坦部３１と、中心であってコイル２１の内径に相当する中心部３２と、直線凹部３３とを備える。なお、図３に示すとおり、中心部３２は必ずしも凸型とする必要なく、平坦でもよいし、貫通孔でも、凹型でも良い。また、直線凹部３３はスリット３４であってもよいし、直線凹部３３またはスリット３４は必ずしも必要であるわけではない。ただし、図２（ｃ）、（ｄ）にあるように、直線凹部３３またはスリット３４を設けることによって、コイル２１の巻き終わりから端子２３までの導線を直線凹部３３またはスリット３４内に収納することができるので、薄型化することができる。すなわち、直線凹部３３またはスリット３４は磁性シート３の端部とほぼ垂直であり、中心部３２の外周の接線と重なるように形成される。このように直線凹部３３またはスリット３４を形成することによって、導線を折り曲げることなく端子２２、２３を形成することができる。なお、この場合、直線凹部３３またはスリット３４の長さは約７ｍｍ〜２０ｍｍである。ただし、直線凹部３３またはスリット３４の長さはコイル２１の内径に依存する。また、直線凹部３３またはスリット３４は、磁性シート３の端部と中心部３２の外周が最も近づく部分に形成してもよい。これによって、直線凹部３３またはスリット３４の形成面積を最低限に抑えることができ、非接触充電モジュール１の伝送効率を向上させることができる。なお、この場合、直線凹部３３またはスリット３４の長さは約５ｍｍ〜１０ｍｍである。どちらの配置であっても、直線凹部３３またはスリット３４の内側端部は中心部３２に接続している。また、直線凹部３３またはスリット３４は、他の配置にしてもよい。すなわち、コイル２１はなるべく１段構造であることが望ましく、その場合、コイル２１の半径方向のすべてのターンを１段構造とするか、１部を１段構造として他の部分を２段構造とすることが考えられる。従って、端子２２、２３のうち１方はコイル２１外周から引き出すことができるが、他方は内側から引き出さなくてはならない。従って、コイル２１が巻回されている部分と、コイル２１の巻き終わりから端子２２または２３までの部分とが、必ず厚さ方向において重なってしまう。従って、その重なる部分に直線凹部３３またはスリット３４を設ければよい。直線凹部３３であれば磁性シート３に貫通孔やスリットを設けないので磁束が漏れることを防ぎ、非接触充電モジュール１の電力伝送効率を向上させることができる。対して、スリット３４の場合は、磁性シート３の形成が容易となる。直線凹部３３である場合、図５に示すように断面形状が方形状となるような直線凹部３３に限定されず、円弧状や、丸みを帯びてもよい。
【００２５】
また、本実施の形態においては、磁性シート３としてＮｉ−Ｚｎ系のフェライトシート、Ｍｎ−Ｚｎ系のフェライトシート、Ｍｇ−Ｚｎ系のフェライトシートなどを使うことができる。フェライトシートは、アモルファス金属の磁性シートに比較してコイル２１の交流抵抗を低下させることができる。また、磁性シート３は、特に、Ｍｎ−Ｚｎ系のフェライトシートであって、透磁率が２５０以上、飽和磁束密度が３５０ｍＴ以上であることが好ましい。本実施の形態においては、透磁率が１５００〜２０００、飽和磁束密度が約４００ｍＴとなっている。このようなＭｎ−Ｚｎ系のフェライトシートで磁性シート３を構成することによって、マグネットの悪影響を受けにくく、薄型化することができる。すなわち、マグネットを位置合わせとして使用する場合と使用しない場合とで非接触充電モジュール１のコイル２１のＬ値が大幅に変化する。これは、マグネットが存在することで１次側、２次側非接触充電モジュール間の磁束を妨げてしまうからである。従って、マグネットがある場合、非接触充電モジュール１のコイル２１のＬ値が大幅に減少する。このマグネットによる影響を抑えるために、磁性シート３は高飽和磁束密度材（飽和磁束密度が３５０ｍＴ以上）を備える。高飽和磁束密度材は磁場が強くなっても磁束が飽和しにくいため、マグネットの影響を受けにくく、マグネットが使用されている際のコイル２１のＬ値を向上させることができる。従って、磁性シート３を薄型化させることができる。しかしながら、磁性シート３の透磁率が低くなりすぎるとコイル２１のＬ値が非常に低下してしまう。その結果、非接触充電モジュール１の効率を低下させてしまうことがある。従って、透磁率は少なくとも２５０以上、好ましくは１５００以上が好ましい。また、Ｌ値は磁性シート３の厚みにも依存するが、フェライトシートの厚み４００μｍ以上であれば良い。
【００２６】
また、フェライトシートがＭｎ−Ｚｎ系であることによって、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。
【００２７】
図４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断面を示す概念図である。更に、本実施の形態の磁性シート３は柔軟性を備えるために、図４に示されるような（特許第４４００５０９号公報）の技術のように磁性シート３にスリットが入れられ、磁性部材の小片３０１がシート状にしきつめられて形成されている。そのため、磁性部材の小片３０１の間のスリット（割れ目）からコイル２１の磁束が漏れやすくなり、L値が低下し、伝送効率が低下しやすくなる。しかしながら、上記のように磁性シート３の飽和磁束密度及び透磁率を決定することで、柔軟性のためのスリットが入った磁性シート３であっても、位置合わせのためのマグネットによる悪影響を受けにくく、薄型化が可能となる。すなわち、柔軟性のためのスリットによる悪影響をカバーすることができる磁性シートとすることができる。また、電力伝送効率を向上させた状態でモジュール全体の薄型を達成した非接触充電モジュールとすることができる。
【００２８】
上記のように、磁性シート３を、Ｍｎ−Ｚｎ系のフェライトシートであって透磁率が２５０以上、飽和磁束密度が３５０ｍＴ以上であることによって初めて、位置合わせのためのマグネットを用いても、マグネットからの悪影響を防止し、電力伝送効率を向上させる非接触充電モジュール及び非接触充電機器を提供することができる。また、電力伝送効率を向上させた状態でモジュール全体の薄型を達成した非接触充電モジュール及び非接触充電機器を提供することができる。すなわち、磁性シート３の透磁率を上げることでコイル２１のＬ値が向上する。しかしながら、位置合わせのマグネットを使用する場合を考えると、例え透磁率が高くても飽和磁束密度が低いと高いＬ値を得ることができない。すなわち、飽和磁束密度が低いので、マグネットの影響を受けやすい。しかしながた、飽和磁束密度が高いと、透磁率が比較的に低めであっても高いＬ値を得ることができる。それは、マグネットの影響を受けにくくなるからである。但し、透磁率及び飽和磁束密度の双方が高いことで、マグネットの使用の有無に関わらず高いＬ値を得ることが出来る。このような結果から、少なくとも透磁率が２５０以上、飽和磁束密度が３５０ｍＴ以上であれば、マグネットの有無に関わらず一定以上の高いＬ値を得ることができる。それによって、電力伝送をする十分な値のＬ値を得ることが出来る。
【００２９】
次に、磁性シート３の厚みと平面コイル部２のL値との関係について説明する。なお、ここでいう磁性シート３の厚みとは、図３（ｃ）のｄ２、すなわち平坦部の厚みのことをいう。中心部３２の厚みや直線凹部３３の厚みではなく、平面コイル部２のコイル２１が載置される部分の磁性シート３の厚みである。平坦部３１の厚みが一定でない場合は、その平均をいう。
【００３０】
図５は、本発明の実施の形態における磁性シートの厚みと平面コイル部のL値との関係を示す図（位置合わせのためのマグネットを使用した場合）であり、図６は、本発明の実施の形態における磁性シートの厚みと位置合わせのマグネットを使用する場合と使用しない場合におけるL値減少率との関係を示す図である。すなわち、L値減少率とは、一定の条件のコイルをマグネットが近くに存在しない場合に測定したL値に対して、同じの条件のコイルをマグネットの近くに配置して測定したL値の減少の割合を示す。従って、L値減少率が小さいほど、コイルのL値がマグネットの有無に影響を受けない。また、図５、図６においては、円形状に巻いたコイルを使用している。また、磁性シート３は、Ｍｎ−Ｚｎ系のフェライトシートを主成分としている。
【００３１】
また、交流飽和磁束密度が４００ｍＴの材料は、透磁率が１８００程度である。交流飽和磁束密度が３５０ｍＴの材料は、透磁率が２５０程度である。交流飽和磁束密度が２８５ｍＴの材料は、透磁率が２２００程度である。
【００３２】
図５、図６から明らかな通り、磁性シートの厚みが４００μｍ以上であって、交流飽和磁束密度が３５０ｍＴ以上、透磁率が２５０以上以上であれば、位置合わせのためのマグネットが近接した場合でもコイル２１のＬ値が８μＨ以上となり、Ｌ値減少率も半分以下に抑えることができる。すなわち、位置合わせのためのマグネットが近接した場合、コイル２１のＬ値は低下するが、そのときに最低でもＬ値が８μＨなければ、電磁誘導により充電することが難しくなる。また、Ｌ値が大きいほど、送信側及び受信側非接触充電モジュール間の電力伝送効率が向上する。また、Ｌ値減少率が５０%以上となると、位置合わせのためのマグネットが使用される場合と使用されない場合とで、コイル２１のＬ値が２倍以上はなれることとなる。このコイル２１のＬ値は、送信側及び受信側非接触充電モジュール間の電力伝送における送受信の周波数を決定するものであり、コイル２１のＬ値が２倍以上はなれてしまうと周波数がかなり変化してしまう。位置合わせのためのマグネットが使用される場合と使用されない場合の双方において効率的に電力伝送をすることができる非接触充電モジュールとするためには、Ｌ値減少率を５０%以下に抑え、位置合わせのためのマグネットが使用される場合と使用されない場合での周波数を近い値にすることが必要である。
【００３３】
また、磁性シート３の厚みを６００μｍ以上にすることで、コイル２１のＬ値が１０μＨ以上となる。また、飽和密度が３５０ｍＴ及び４００ｍＴの場合ではＬ値減少率が約３０％以下となる。従って、非接触充電モジュールのサイズが許す限り、磁性シート３の厚みは６００μｍ以上であることが好ましい。特に、交流飽和磁束密度が４００ｍＴ、透磁率が１８００の材料の厚みを６００μｍ以上とすると、Ｌ値は１２μＨを越え、Ｌ値減少率は２０％以下となるので、非常に効率的な電力伝送をすることができる。
【００３４】
次に、コイル２１を円形状に巻回した場合と、矩形上に巻回した場合との、磁性シート３の厚みと平面コイル部２のL値との関係について説明する。
【００３５】
図７は、本発明の実施の形態におけるコイルが円形の場合と矩形の場合の磁性シートの厚みと平面コイル部のL値との関係を示す図（位置合わせのためのマグネットを使用した場合）であって、図８は、本発明の実施の形態におけるコイルが円形の場合と矩形の場合のコイルの内径とＬ値減少率との関係を示す図である。
【００３６】
また、図７においては、Ｌ値とは平面コイル部２のインダクタンス値であり、その値が大きいほど非接触充電モジュールの電力伝送の効率が高くなる。
【００３７】
非接触充電モジュールの電力伝送の性能を満足させるには、コイル２１のＬ値は８μＨ程度必要であるが、位置合わせマグネットが有る場合には位置合わせマグネットの影響で磁性シートの磁界強度アップの効果が低減する。
【００３８】
図７によると、位置合わせマグネットがある時には円形の平面コイル部が６〜８μＨ発生するには磁性シート３のフェライト厚みは５００μｍ必要である。それに比較し、同じフェライト厚みを持つ矩形の平面コイル部２のＬ値は１２μＨとなる（矢印Ａ）。
【００３９】
磁性シート３のフェライト厚みと面積が同一の条件下では矩形の平面コイル部のＬ値のほうが円形の平面コイル部に比べて大きい値になっている。したがって、矩形の平面コイル部で生じる磁界は大きく、非接触充電モジュールの電力伝送効率は大きくなることとなる。
【００４０】
矩形の平面コイル部と円形の平面コイル部のＬ値を同じにしようとした場合では矩形の平面コイル部のほうが磁性シート３のフェライト厚みを薄く設定することができる。すなわち、Ｌ値の目標値にするには、矩形の平面コイル部の磁性シート３のフェライト厚みを３００μｍにすることができ（矢印Ｂ）、フェライトの厚みを薄くすることができる。したがって、非接触充電モジュール１の厚さを薄くすることができ、小型化しやすくなる。
【００４１】
このように、非接触充電モジュールの用いる平面コイルを矩形にすることで位置合わせマグネットの磁界の影響を避け、非接触充電モジュールの電力伝送効率を向上させることにより非接触充電モジュールの小型化を達成することができる。
【００４２】
なお、コイル２１は矩形に巻回されることに限定されず、角にＲを有した方形状や多角形状に巻回される場合もある。すなわち、コイル２１の形状は、その全体が磁性シート３上にあって、コイル２１の内縁が位置合わせマグネットの外縁から離れる部分を多く有する形状であればよい。その中でも、矩形の形状は上述した効果を得られるとともに、矩形コイルを容易に作成することができるものである。
【００４３】
図８に示す通り、コイルの内寸法が大きいほど平面コイル部２のＬ値減少率が少ない。位置合わせマグネット４と平面コイル部２の内側との間隔を余分に取れる領域が多くなるので位置合わせマグネット４の影響が小さくなるためである。一方、矩形の平面コイル部２内側の対角線寸法と円形の平面コイル部２の内径寸法とが同じ値の場合には平面コイル部２のＬ値減少率も同じ値である。
【００４４】
すなわち、矩形の平面コイル部内側の対角線寸法ｘおよび円形の平面コイル部２の内径寸法ｙが位置合わせマグネット４の直径ｍより大きいと（ｘ＝ｙ＞ｍ）、平面コイル部の内辺と位置合わせマグネットの外周辺との間に隙間ができる。ところが、この場合平面コイルの平面の面積は矩形の平面コイル部のほうが円形の平面コイル部に比較して小さい。そこで、磁性シート３の大きさに合うように矩形の平面コイル部内側の対角寸法を大きくすることができる。そうすることで、磁性シート３内に平面コイル部２を設置した場合矩形の平面コイル部のほうが円形の平面コイル部に比較して平面コイル部２の内辺と位置合わせマグネットの外周辺との間に隙間が作ることができ、位置合わせマグネットの影響を小さくすることができる。
【００４５】
要するに、上述した円形の平面コイル部ではコイル内径のどこでもマグネットとの距離が一定であり、円形の平面コイル部で生じる磁界は小さい。すなわち電磁誘導の相互インダクタンスに影響を与える円形の平面コイル部のＬ値は小さくなり、非接触充電モジュールの電力伝送効率は低い。一方、上述した矩形の平面コイル部ではコイルの内径がマグネットとの距離が狭い部分と広い部分ができ、矩形の平面コイル部で生じる磁界はマグネットと離れている部分で大きくなる。すなわち電磁誘導の相互インダクタンスに影響を与える矩形の平面コイル部のＬ値は円形の平面コイル部のＬ値より大きくなり、それで非接触充電モジュールの電力伝送効率は円形の平面コイル部に比べ大きく向上することになる。
【００４６】
以上のことから、コイル２１が略矩形形状である場合は、磁性シート３の厚みを４００μｍ以上にすることで、コイル２１が円形形状である場合での磁性シート３の厚みが６００μｍであるのとほとんど同じ効果が得られる。すなわち、コイル２１は、略矩形状に巻回され、磁性シート３は、透磁率が３６０以上、飽和磁束密度が１８００ｍＴ以上、厚みが４００μｍ以上であることによって、非常に効率的な電力伝送をすることができる。
【００４７】
次に、本発明の非接触充電モジュール１を備えた非接触充電機器について説明する。非接触電力伝送機器は、送電用コイル及び磁性シートを備える充電器と、受電用コイル及び磁性シートを備える本体機器とから成るものであり、本体機器が携帯電話などの電子機器となっている。充電器側の回路は、整流平滑回路部と、電圧変換回路部と、発振回路部と、表示回路部と、制御回路部と、上記送電用コイルとで構成されている。また本体機器側の回路は、上記受電用コイルと、整流回路部と、制御回路部と、主として２次電池から成る負荷Ｌとで構成されている。
【００４８】
この充電器から本体機器への電力伝送は、１次側である充電器の送電用コイルと、２次側である本体機器の受電用コイルとの間の電磁誘導作用を利用して行われる。
【００４９】
本実施の形態の非接触充電機器は、上記で説明した非接触充電モジュール１を備えるため、平面コイル部の断面積を十分に確保して電力伝送効率を向上させた状態で、非接触充電機器を小型化及び薄型化することができる。
【００５０】
なお、前述した交流飽和磁束密度が４００ｍＴの材料、交流飽和磁束密度が３５０ｍＴの材料、交流飽和磁束密度が２８５ｍＴの材料は、マグネットが位置合わせに使用されていないと、図９のようなＬ値となる。図９は、本発明の実施の形態における磁性シートの厚みと平面コイル部のL値との関係を示す図（位置合わせのためのマグネットを使用しない場合）である。マグネットが位置合わせに使用されている場合と比較して、３種類の材料のＬ値が高く、その差が小さくなる。そして、磁性シート３の厚みが４００μｍ以上では、どれも１２μＨを超えているため、十分に電力伝送が可能となる。
【００５１】
また、マグネットによって平面コイル部２のＬ値が下がるのは、以下の理由による。すなわち、マグネットによって磁性シート３の透磁率が低下して、それに応じて平面コイル部２のＬ値も低下する。また、平面コイル部２が発生させる磁束の多くが、マグネットを避けるように伸び、マグネットを突き抜けようとする磁束は消滅してしまうこともあるので、さらに磁束が弱まってしまうからである。
【００５２】
したがって、例えば送信側非接触充電モジュールにマグネットを備え、受信側非接触充電モジュールに備えられた磁性シートとマグネットが引き合うことによって位置合わせを行う場合であっても、送信側非接触充電モジュールにマグネットを備えずにほかの方法で位置合わせを行う場合であっても、どちらの場合であっても、Ｍｎ−Ｚｎ系のフェライトシートであって、透磁率が２５０以上、飽和磁束密度が３５０ｍＴ以上、磁性シートの厚みである平坦部（コイル２１が載置される面）の厚みが４００μｍ以上の磁性シートであれば、送信側非接触充電モジュール及び受信側非接触充電モジュール間の位置合わせ及び効率的な電力伝送が可能となる。また、受信側非接触充電モジュールにマグネットを備え、送信側非接触充電モジュールに備えられた磁性シートとマグネットが引き合うことによって位置合わせを行う場合であっても、受信側非接触充電モジュールにマグネットを備えずにほかの方法で位置合わせを行う場合であっても、どちらの場合であっても、同様に位置合わせ及び効率的な電力伝送が可能となる。なお、二次側非接触充電モジュールにはマグネットを配置しないことのほうが、一般的である。
【００５３】
以上の結果から、他方の非接触充電モジュールと電磁誘導によって電力伝送を行う非接触充電モジュールであって、他方の非接触充電モジュールとの位置合わせに際し、他方の非接触充電モジュールに備えられたマグネットを利用して位置合わせを行う場合と、及びマグネットを利用しないで位置合わせを行う場合とにおいて、他方の非接触充電モジュールと位置合わせ可能な非接触充電モジュールにおいて、導線が巻回された平面コイル部２と、平面コイル部２のコイルの面に対向するように設けられた磁性シート３と、を備え、磁性シート３は、Ｍｎ−Ｚｎ系のフェライトシートであって、透磁率が２５０以上、飽和磁束密度が３５０ｍＴ以上、厚みが４００μｍ以上であることを特徴とする非接触充電モジュールとすることで、位置合わせのマグネットの有無によらず、磁性シート３の薄型化、効率的な電力伝送（特に低周波数において）を実現することが分かる。さらに、好ましくは、透磁率が４００以上、飽和磁束密度が１８００ｍＴ以上であると良い。すなわち、位置合わせのためのマグネットによる悪影響を受けにくく、薄型化が可能な磁性シートを備えることで、位置合わせのためのマグネットを用いても、マグネットからの悪影響を防止し、電力伝送効率を向上させる非接触充電モジュール及び非接触充電機器を提供することができる。また、電力伝送効率を向上させた状態でモジュール全体の薄型を達成した非接触充電モジュールを提供することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明の非接触充電モジュールによれば、平面コイル部の断面積を十分に確保して電力伝送効率を向上させた状態で、非接触充電モジュールを小型化及び薄型化することができるため、特にポータブルである電子機器に有用であり、携帯電話、ポータブルオーディオ、携帯用のコンピュータなどの携帯端末、デジタルカメラ、ビデオカメラなどの携帯機器などの様々な電子機器の非接触充電モジュールとして有用である。
【符号の説明】
【００５５】
１ 非接触充電モジュール
２ 平面コイル部
２１ コイル
２２、２３ 端子
３ 磁性シート
３１ 平坦部
３２ 中心部
３３ 直線凹部
３４ スリット
【特許請求の範囲】
【請求項１】
他方の非接触充電モジュールと電磁誘導によって電力伝送を行う非接触充電モジュールであって、
前記他方の非接触充電モジュールとの位置合わせに際し、前記他方の非接触充電モジュールに備えられたマグネットを利用して位置合わせを行う場合と、及びマグネットを利用しないで位置合わせを行う場合とのどちらの場合においても前記他方の非接触充電モジュールと位置合わせ可能な非接触充電モジュールにおいて、
導線が巻回された平面コイル部と、
前記平面コイル部のコイルの面に対向するように設けられ、前記マグネットを位置合わせに使う際は前記マグネットと引き合うことのできる磁性シートと、を備え、
前記磁性シートは、Ｍｎ−Ｚｎ系のフェライトシートであって、透磁率が２５０以上、飽和磁束密度が３５０ｍＴ以上、厚みが４００μｍ以上であることを特徴とする非接触充電モジュール。
【請求項２】
前記平面コイル部は、略円形状に巻回され、
前記磁性シートは、透磁率が１８００以上、飽和磁束密度が４００ｍＴ以上、厚みが６００μｍ以上であることを特徴とする請求項１に記載の非接触充電モジュール。
【請求項３】
前記平面コイル部は、略矩形状に巻回され、
前記磁性シートは、透磁率が１８００以上、飽和磁束密度が４００ｍＴ以上、厚みが４００μｍ以上であることを特徴とする請求項１に記載の非接触充電モジュール。
【請求項４】
前記磁性シートは、磁性部材の小片がシート上に敷き詰められることで柔軟性を備えたことを特徴とする請求項１に記載の非接触充電モジュール。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかひとつに記載の非接触充電モジュールを送信側非接触充電モジュールとして備えたことを特徴とする送信側非接触充電機器。
【請求項６】
請求項１〜４のいずれかひとつに記載の非接触充電モジュールを受信側非接触充電モジュールとして備えたことを特徴とする受信側非接触充電機器。
【請求項１】
他方の非接触充電モジュールと電磁誘導によって電力伝送を行う非接触充電モジュールであって、
前記他方の非接触充電モジュールとの位置合わせに際し、前記他方の非接触充電モジュールに備えられたマグネットを利用して位置合わせを行う場合と、及びマグネットを利用しないで位置合わせを行う場合とのどちらの場合においても前記他方の非接触充電モジュールと位置合わせ可能な非接触充電モジュールにおいて、
導線が巻回された平面コイル部と、
前記平面コイル部のコイルの面に対向するように設けられ、前記マグネットを位置合わせに使う際は前記マグネットと引き合うことのできる磁性シートと、を備え、
前記磁性シートは、Ｍｎ−Ｚｎ系のフェライトシートであって、透磁率が２５０以上、飽和磁束密度が３５０ｍＴ以上、厚みが４００μｍ以上であることを特徴とする非接触充電モジュール。
【請求項２】
前記平面コイル部は、略円形状に巻回され、
前記磁性シートは、透磁率が１８００以上、飽和磁束密度が４００ｍＴ以上、厚みが６００μｍ以上であることを特徴とする請求項１に記載の非接触充電モジュール。
【請求項３】
前記平面コイル部は、略矩形状に巻回され、
前記磁性シートは、透磁率が１８００以上、飽和磁束密度が４００ｍＴ以上、厚みが４００μｍ以上であることを特徴とする請求項１に記載の非接触充電モジュール。
【請求項４】
前記磁性シートは、磁性部材の小片がシート上に敷き詰められることで柔軟性を備えたことを特徴とする請求項１に記載の非接触充電モジュール。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかひとつに記載の非接触充電モジュールを送信側非接触充電モジュールとして備えたことを特徴とする送信側非接触充電機器。
【請求項６】
請求項１〜４のいずれかひとつに記載の非接触充電モジュールを受信側非接触充電モジュールとして備えたことを特徴とする受信側非接触充電機器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−１９９５０５（Ｐ２０１２−１９９５０５Ａ）
【公開日】平成２４年１０月１８日（２０１２．１０．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１３５９４６（Ｐ２０１１−１３５９４６）
【出願日】平成２３年６月２０日（２０１１．６．２０）
【特許番号】特許第４９００５２５号（Ｐ４９００５２５）
【特許公報発行日】平成２４年３月２１日（２０１２．３．２１）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月１８日（２０１２．１０．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月２０日（２０１１．６．２０）
【特許番号】特許第４９００５２５号（Ｐ４９００５２５）
【特許公報発行日】平成２４年３月２１日（２０１２．３．２１）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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