JP2009005474A

JP2009005474A - 非接触電力伝送機器

Info

Publication number: JP2009005474A
Application number: JP2007163050A
Authority: JP
Inventors: Kentaro Kobayashi; 健太郎小林; Yukio Matsushita; 幸生松下; Kota Kitamura; 孝太北村
Original assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2007-06-20
Filing date: 2007-06-20
Publication date: 2009-01-08
Anticipated expiration: 2027-06-20
Also published as: JP4900077B2

Abstract

【課題】送電用コイルからの磁束を閉じ込める効果を高めることによって、受電用コイルに発生する誘導起電力を大きくでき、電力伝送効率が飛躍的に向上する非接触電力伝送機を提供すること。
【解決手段】充電側Ｃに送電用コイル１を備え、被充電側Ｂに受電用コイル２と充電用バッテリー３とを備え、対向する両コイル１，２間の電磁誘導を利用して充電側Ｃから被充電側Ｂに電力エネルギーを伝送する非接触電力伝送機器であって、上記受電用コイル２の周辺に磁性体粉末４を配置して、電力伝送効率を高めるようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、携帯電話やデジタルカメラ等の携帯機器に内蔵される充電用バッテリーの充電を行なうための非接触電力伝送機器に関するものである。

従来から、携帯電話やデジタルカメラ等の携帯機器は、外部に露出する電気接点を有し、この電気接点を充電器の電気接点に接触させて充電させているが、このような接触型給電装置では、電気接点が汚損したり、水に濡れて錆びたりすると充電ができなくなる恐れがあるため、近年では、充電器に送電用コイル（一次側コイル）を備えると共に被充電機器に受電用コイル（二次側コイル）を備え、対向する両コイル間で電磁誘導を利用して電力搬送することにより被充電側に内蔵した充電用バッテリーに充電を行なうようにした非接触電力伝送機器が注目されている（たとえば特許文献１参照）。

しかしながら、上記特許文献１に見られる従来例では、被充電側の受電用コイルの周辺には隙間が生じており、この隙間によって電力伝送効率が低下する。つまり、受電用コイルの周辺に隙間があると、送電用コイルからの磁束を閉じ込める効果が低減することによって、受電用コイルに発生する誘導起電力が小さくなることから、電力伝送効率を向上させるのに限界があった。
特開平９−１９０９３８号公報

本発明は上記の従来の問題点に鑑みて発明したものであって、送電用コイルからの磁束を閉じ込める効果を高めることによって、受電用コイルに発生する誘導起電力を大きくでき、電力伝送効率が飛躍的に向上する非接触電力伝送機器を提供することを課題とするものである。

前記課題を解決するために本発明は、充電側Ｃに送電用コイル１を備え、被充電側Ｂに受電用コイル２と充電用バッテリー３とを備え、対向する両コイル１，２間の電磁誘導を利用して充電側Ｃから被充電側Ｂに電力エネルギーを伝送する非接触電力伝送機器であって、上記受電用コイル２の周辺に磁性体粉末４を配置したことを特徴としている。

このような構成とすることで、受電用コイル２の周辺を磁性体粉末４により遮蔽することができ、これにより送電用コイル１からの磁束６を閉じ込める効果を高めることができるので、受電用コイル２の周辺からの漏れ磁束を大幅に低減でき、受電用コイル２に発生する誘導起電力を大きく確保できるようになる。

また、上記磁性体粉末４を圧縮成形して磁性体圧粉体４Ａとするのが好ましく、この場合、透磁率の高い磁性体圧粉体４Ａが受電用コイル２の周辺に配置されることで、磁性体圧粉体４Ａによる磁気の閉じ込め効果を増大させることができる。

また、上記磁性体圧粉体４Ａにおける受電用コイル２近傍の圧粉体密度をその周囲の圧粉体密度よりも高くするのが好ましく、この場合、受電用コイル２近傍において磁性体圧粉体４Ａ１の透磁率がその周囲の透磁率と比較して高くなり、磁性体圧粉体４Ａによる磁気の閉じ込め効果を更に増大させることができる。

また、上記磁性体粉末４を受電用コイル２と共に封止層５で封止するのが好ましく、この場合、磁性体粉末４の飛散を封止層５にて防止でき、従って、製造性が良好になると共に、磁性体粉末４による磁気の閉じ込め効果を長期に亘って持続できるものである。

本発明にあっては、送電用コイルからの電磁誘導により電流を発生する受電用コイルの周辺に磁性体粉末を配置したことにより、送電用コイルからの磁束を閉じ込める効果が増大して、受電用コイルに発生する誘導起電力を大きくできるようになり、この結果、電力伝送効率が飛躍的に向上する非接触電力伝送機器が得られる。

以下、本発明を添付図面に示す実施形態に基いて説明する。

本発明の非接触電力伝送機器Ａは、図１に示すように、充電側Ｃに送電用コイル１（一次側コイル）を設け、被充電側Ｂに受電用コイル２（二次側コイル）を設け、対向する両コイル１，２間の電磁誘導を利用して充電側Ｃから被充電側Ｂに設けた充電用バッテリー３（２次電池）３に電力エネルギーを伝送するものである。受電用コイル２の一端が充電用バッテリー３のプラス端子、他端が充電用バッテリー３のマイナス端子にそれぞれ接続される。電源からの電流により送電用コイル１に生じる磁束６が受電用コイル２に鎖交して電圧が誘起されると共に、当該誘起電圧による電流がダイオード等の整流回路素子により整流されて充電用バッテリー３に供給される。図１の矢印は磁束６の方向を示している。

上記受電用コイル２は、例えば同一平面内で渦巻き状に形成された平面コイルで構成されており、上方に開口した扁平箱状の枠体８内に位置決めされている。枠体８の材質は、例えばＰＰＳ、ＡＢＳ、ＰＢＴ、ＰＣ等で選ばれるいずれか一種の成形品からなる。なお枠体８は成形品には限らず、例えばＰＥＴフィルム等の樹脂フィルムであってもよい。

ここで本発明においては、上記受電用コイル２の周辺に磁性体粉末４が配置されている。磁性体粉末４は、受電用コイル２の周辺の隙間を埋めることにより送電用コイル１からの磁束６を閉じ込める効果を増大させる働きをするものであり、材質として例えばフェライト系粉末が選ばれる。なお磁性体粉末４を受電用コイル２の周辺に供給する方法として、枠体８内部に受電用コイル２を位置決めしてから、枠体８の上面開口から磁性体粉末４をスキージ等のヘラで塗布する方法、或いは、噴射装置を用いて磁性体粉末４を一定量噴射する方法が挙げられる。

上記枠体８の上面開口は封止層５で封止される。封止層５は、磁性体粉末４の飛散を防止する働きをし、さらに受電用コイル２を保護する働きをするものであり、材質は例えばＰＥＴフィルムなどの熱可塑性樹脂フィルムで構成される。封止層５を枠体８に取り付ける方法は、熱可塑性樹脂フィルムを枠体８の周壁部８ａにプレス成形する方法、或いは、熱可塑性樹脂フィルムを枠体８の周壁部８ａにラミネートで貼着する方法が挙げられる。

しかして、上記枠体８内部に位置決めされる受電用コイル２を、高透磁率のフェライト系粉末からなる磁性体粉末４により埋設したことにより、送電用コイル１からの磁束６を閉じ込める効果が高まる。従って、受電用コイル２の周辺からの漏れ磁束を大幅に低減できるので、受電用コイル２内の磁束密度が大きくなり、受電用コイル２に発生する誘導起電力を充分に確保できるようになる。しかも、磁性体粉末４を用いることにより、受電用コイル２の周辺に隙間が生じるのを確実に防止できると共に、磁性体粉末４を封止層５で密閉することで磁性体粉末４の飛散を防止でき、結果、製造性が良好になると共に、磁性体粉末４による磁気の閉じ込め効果を長期に亘って持続でき、電力伝送効率の飛躍的向上が図られる。

また、受電用コイル２として平面コイルを用いることにより、平面コイル自身が持つ漏れ磁束の軽減効果も同時に得られるものであり、そのうえ、充電用バッテリー３を電源とする電子機器において小形、薄型、かつ軽量となり、信頼性が高くなるものであり、そのうえ充電用バッテリー３の性能を充分発揮させることができるものである。

図２は、受電用コイル２の周辺に配置される磁性体粉末４を圧縮成形して磁性体圧粉体４Ａとした場合の一例を示している。他の構成は図１と同様であり、図１と対応する部分には同一の符号を付与し、具体的説明及び充電側Ｃの図示は省略する。本例では、磁性体圧粉体４Ａの製造方法として、例えば、枠体８の所定位置に受電用コイル２を位置決めしてから所定量の磁性体粉末４を所定位置に供給して、熱間或いは冷間でプレスする方法、或いは、枠体８の所定位置に受電用コイル２を位置決めして所定量の磁性体粉末４を所定位置に供給してから封止層５で覆い、上下方向にプレス成形する方法、或いは、枠体８と封止層５とで受電用コイル２と磁性体粉末４とを覆い、熱間或いは冷間で等方圧加圧法により圧縮する方法等が挙げられる。しかして、圧縮成形された磁性体圧粉体４Ａを受電用コイル２の周辺に配置することにより、磁性体粉末４の場合と比較して、送電用コイル１からの磁束６の漏れを大幅に低減でき、磁気を閉じ込める効果が増大する。また、例えば等方圧加圧成形で磁性体粉末４を圧縮する方法においては、上下前後左右均等な圧力で圧縮できるので、磁性体粉末４の充填率を均等にできる利点が得られる。

図３は、受電用コイル２近傍の圧粉体密度がその周囲の圧粉体密度よりも高くなるように、磁性体圧粉体４Ａの圧粉体密度を受電用コイル２近傍とその周囲とで異ならせた場合の一例を示している。他の構成は図１と同様であり、図１と対応する部分には同一の符号を付与し、具体的説明及び充電側Ｃの図示は省略する。本例では、受電用コイル２近傍の圧粉体密度をその周囲の圧粉体密度よりも高くする方法として、例えば、所定量の磁性体粉末４を受電用コイル２の周辺に供給し、高圧力で圧縮して圧粉体密度が高い磁性体圧粉体４Ａ１を形成し、その後、磁性体粉末４を追加供給して低圧力で圧縮することで磁性体圧粉体４Ａ１よりも圧粉体密度の低い磁性体圧粉体４Ａ２を形成する。このとき最初の圧縮力を高めることで、受電用コイル２近傍の磁性体圧粉体４Ａ１の圧粉体密度を高密度化することが可能となる。しかして、受電用コイル２近傍において磁性体圧粉体４Ａ１の透磁率がその周囲の透磁率と比較して高くなることにより、磁性体圧粉体４Ａ１による磁気の閉じ込め効果を更に高めることができる利点があり、また、最初の高圧力で圧縮して圧粉体密度を高くする場合には磁性体粉末４の量が少ないため、プレス金型にかかる負荷を軽減でき、またその後の磁性体粉末４の分量を増やしたときは低い圧力で圧縮すればよいため、やはりプレス金型にかかる負荷を軽減できるので、プレス金型を保護するうえできわめて有効である。

前記図１〜図３の各実施形態では、周壁部８ａ付き枠体８と封止層５との組み合わせを例示したが、例えば周壁部８ａを省略して、図４（ａ）に示すように、フラットな枠体８と封止層５との間に受電用コイル２及び磁性体粉末４を挟み込み、枠体８の外周部と封止層５の外周部とを溶着部７とし、図４（ｃ）に示すように、上下型からの加圧によって磁性体粉末４を圧縮して磁性体圧粉体４Ａとする製造方法を採用することも可能である。また枠体８として、例えばＰＥＴフィルム等の樹脂フィルムを用いてもよい。さらに他例として磁性体粉末４に代えて、図４（ｂ）に示すペースト状の磁性体４Ｃを充填することも可能であり、この場合、ペースト状の磁性体４Ｃを用いると受電用コイル２への塗布が容易となり、しかも磁性体粉末４のような粉末飛散も防止できる利点がある。

本発明に係る非接触電力伝送機器Ａは、携帯機器やデジタルカメラなどの充電機器、あるいは、各種家電などの充電機器に広い範囲で利用可能である。

本発明の一実施形態の非接触電力伝送機器を説明する断面図である。他の実施形態であり、同上の磁性体粉末を圧縮した磁性体圧粉体を受電用コイルの周辺に配置した場合の説明図である。更に他の実施形態であり、同上の磁性体圧粉体における受電用コイル近傍の圧粉体密度をその周囲の圧粉体密度よりも高くした場合の説明図である。更に他の実施形態であり、（ａ）は枠体と封止層との間に受電用コイル及び磁性体粉末を挟み込んだ状態の説明図であり、（ｂ）は磁性体粉末に代えてペースト状の磁性体を充填した場合の説明図であり、（ｃ）は圧縮成形の説明図である。

符号の説明

１送電用コイル
２受電用コイル
３充電用バッテリー
４磁性体粉末
４Ａ，４Ａ１磁性体圧粉体
５封止層
Ａ非接触電力伝送機器
Ｂ被充電側
Ｃ充電側

Claims

充電側に送電用コイルを備え、被充電側に受電用コイルと充電用バッテリーとを備え、対向する両コイル間の電磁誘導を利用して充電側から被充電側に電力エネルギーを伝送する非接触電力伝送機器であって、上記受電用コイルの周辺に磁性体粉末を配置したことを特徴とする非接触電力伝送機器。
上記磁性体粉末を圧縮成形して磁性体圧粉体としたことを特徴とする請求項1記載の非接触電力伝送機器。
上記磁性体圧粉体における受電用コイル近傍の圧粉体密度をその周囲の圧粉体密度よりも高くしたことを特徴とする請求項２記載の非接触電力伝送機器。
上記磁性体粉末を受電用コイルと共に封止層で封止したことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の非接触電力伝送機器。