(57)【要約】【課題】近距離無線通信の通信性能の劣化を抑制することができる非接触充電器を提供する。【解決手段】近距離無線通信機能を備える非接触充電器２は、アレイ状に配列された複数の充電コイル４と、近距離無線アンテナ５と、磁気のシールド効果を有するフェライト９と、電界のシールド効果を有する金属板１０とを備える。近距離無線アンテナ５は、上段の充電コイル４ａと下段の充電コイル４ｂとの間にできる段差部８に配置されるとともに、アッパーケース７の裏面に取り付けられている。フェライト９は、近距離無線アンテナ５の投影位置に届くように、サイズが大きく形成されている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アレイ状に並び配置された複数の充電コイルと、当該充電コイルによって非接触で充電されるべくケースの上面に載置された端末と近距離無線通信が可能な通信アンテナとが設けられ、前記充電コイルの下面には磁界のシールド効果を有する磁性体が配置され、当該磁性体の下面には電界のシールド効果を有する金属体が配置された非接触充電器において、
前記通信アンテナを前記ケース、又は当該ケースの取付部品に設けることにより、当該通信アンテナを前記充電コイルから離して配置した
ことを特徴とする非接触充電器。
【請求項２】
前記磁性体は、当該磁性体及び前記金属体の重ね面の面方向において前記金属体以上のサイズで形成されている
ことを特徴とする請求項１に記載の非接触充電器。
【請求項３】
前記磁性体は、前記通信アンテナの投影位置まで延出して形成されている
ことを特徴とする請求項２に記載の非接触充電器。
【請求項４】
前記通信アンテナは、アレイ状に積み上げた前記充電コイルにおいて、その積み上げ方向にできる段差部に配置されている
ことを特徴とする請求項１〜３のうちいずれか一項に記載の非接触充電器。
【請求項５】
前記通信アンテナは、前記充電コイルを周囲から囲むように環状に形成されている
ことを特徴とする請求項１〜４のうちいずれか一項に記載の非接触充電器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、端末を非接触により充電可能な非接触充電器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば高機能携帯電話等の端末を非接触により充電する非接触充電器が周知である。この種の非接触充電器においては、充電のために載置された端末と近距離無線通信を可能とするために、近距離無線通信機能として例えばNFC（Near Field Communication）等の通信機能を搭載することが検討されている（例えば、特許文献１等参照）。この場合、非接触充電器には、電磁誘導で非接触充電を行うために必要な通信を行う充電コイルの他に、近距離無線用のアンテナが別途必要となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２４７１２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、非接触充電器には、例えば充電コイルの下面に、充電コイルから出力される充電電波をシールドするためのフェライトが配設されるが、近距離無線アンテナがフェライトの近傍に位置してしまうと、充電コイルの近傍に配置されることとなり、近距離無線アンテナから電波が送信された際、充電コイルに反磁界が発生してしまう可能性があった。これは、近距離無線通信の通信性能の悪化に繋がるので、何らかの対策が必要とされていた。
【０００５】
本発明の目的は、近距離無線通信の通信性能の劣化を抑制することができる非接触充電器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記問題点を解決する非接触充電器は、アレイ状に並び配置された複数の充電コイルと、当該充電コイルによって非接触で充電されるべくケースの上面に載置された端末と近距離無線通信が可能な通信アンテナとが設けられ、前記充電コイルの下面には磁界のシールド効果を有する磁性体が配置され、当該磁性体の下面には電界のシールド効果を有する金属体が配置された構成において、前記通信アンテナを前記ケース、又は当該ケースの取付部品に設けることにより、当該通信アンテナを前記充電コイルから離して配置した。
【０００７】
本構成によれば、近距離無線通信機能を備えた非接触充電器において、通信アンテナをケース又はその取付部品に設けたので、通信アンテナと充電コイルとの間の距離をかせぐことが可能となる。よって、通信アンテナが電波を送信した際、充電コイルに反磁界が発生し難くなるので、近距離無線通信が可能な非接触充電器において、近距離無線通信の通信性能を確保することが可能となる。
【０００８】
前記非接触充電器において、前記磁性体は、当該磁性体及び前記金属体の重ね面の面方向において前記金属体以上のサイズで形成されていることが好ましい。この構成によれば、磁性体が少なくとも金属体以上のサイズであれば、通信アンテナと金属体との間に磁性体が配置されることとなる。このため、通信アンテナを金属体に対向させずに済むので、通信アンテナからの電波送信時、金属体に渦電流が発生し難くなる。よって、近距離無線通信が可能な非接触充電器において、近距離無線通信の通信性能の確保に一層寄与する。
【０００９】
前記非接触充電器において、前記磁性体は、前記通信アンテナの投影位置まで延出して形成されていることが好ましい。この構成によれば、磁性体が通信アンテナの投影位置以上の大きさで形成されることになり、金属体をできるだけ大きいサイズとすることが可能となるので、金属体における渦電流発生を防止しつつ、金属体の高い放熱効果と電界のシールド効果とを確保することも可能となる。
【００１０】
前記非接触充電器において、前記通信アンテナは、アレイ状に積み上げた前記充電コイルにおいて、その積み上げ方向にできる段差部に配置されていることが好ましい。ところで、この種の非接触充電では、高い充電効率を確保するためには、充電コイルの表面から端末の受電コイルまでの距離を短くする必要がある。また、非接触充電器のケースは、強度確保のため、なるべく肉厚に形成したい。以上のように、充電コイルの表面側には、部品を別途配置するスペースを設ける余地は少ない。そこで、上段の充電コイルと下段の充電コイルとの間にできる段差部のスペースに通信アンテナを配置するようにすれば、通信アンテナと充電コイルとの間の距離が確保されるとともに、充電コイルの表面から受電コイルまでの距離をなるべく短くしつつ、ケースを肉厚に形成することが可能となる。
【００１１】
前記非接触充電器において、前記通信アンテナは、前記充電コイルを周囲から囲むように環状に形成されていることが好ましい。ところで、仮に通信アンテナが充電コイルの内側に配置されたとすると、通信アンテナが充電コイルの送電に影響を及ぼし、充電効率の確保に支障を来す。しかし、通信アンテナを充電コイルの周囲を囲むように設ければ、通信アンテナが充電コイルの外側に位置することとなるので、充電コイルの充電効率に影響を及ぼし難くなる。
【００１２】
また、この構成によれば、通信アンテナのサイズを大きくとることが可能となるので、近距離無線通信の広いエリアがカバーされる。換言すると、端末を非接触充電器に置く際の自由度が増すことにもなる。なお、近距離無線通信は、通信ができればよいので、効率についてはそれほど考慮する必要はない。さらに、通信アンテナのサイズを大きくするといっても、単にサイズを大きくするのではなく、通信アンテナをケース側に設けることにより、充電コイルから効率よく離す。よって、非接触充電器のサイズの小型化にも寄与する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、近距離無線通信機能を備えた非接触充電器において、近距離無線通信の通信性能の劣化を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】一実施形態の非接触充電器が設置された車内を示す斜視図。
【図２】非接触充電器の平面図。
【図３】図２のII−II線断面図。
【図４】フェライトが近距離無線アンテナの投影位置まで延びていない構造をとる非接触充電器の縦断面図。
【図５】フェライト材の周波数特性依存を示すグラフ。
【図６】別例の近距離無線アンテナの一配置例を示すケースの側面図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、非接触充電器の一実施形態を図１〜図５に従って説明する。
図１に示すように、車内の例えばセンターコンソール等には、高機能形態電話等の端末１を非接触により充電可能な非接触充電器２が設けられている。本例の非接触充電器２には、前述の非接触による充電機能の他に、非接触充電器２に載置された端末１と近距離無線（通信距離：数〜10数cm）により通信が可能な近距離無線通信機能も設けられている。近距離無線としては、RFID（Radio Frequency Identification：電波による個体識別通信）の一種として、例えばNFCが使用されている。充電通信及び近距離無線通信は、ともに交流磁界による電磁誘導の無線通信である。
【００１６】
非接触充電器２は、近距離無線通信を通じて、車両情報を端末１に無線送信し、車両情報を端末１のディスプレイに表示可能である。車両情報としては、例えばガソリン残量、バッテリ残量、各輪のタイヤ空気圧などがある。このように、非接触充電器２に近距離無線通信機能を搭載すれば、端末１のバッテリを充電しながら、車両情報を端末１に表示したり、或いは車両情報を端末１に登録（メモリ）したりすることが可能である。
【００１７】
図２に示すように、非接触充電器２には、薄い直方体状のケース３が設けられている。ケース３の内部には、アレイ状に配列された複数（本例は３つ）の充電コイル４が設けられている。充電コイル４は、例えばワイヤ（リッツ線）を複数周巻回することにより形成されている。非接触充電器２に端末１が載置されたとき、複数の充電コイル４のうち、端末１の受電コイル（図示略）と位置の合うものが選択的に有効に切り替わり、有効となった充電コイル４によって端末１のバッテリが充電される。
【００１８】
ケース３の内部には、端末１と近距離無線通信を行う近距離無線アンテナ５が設けられている。近距離無線アンテナ５は、全ての充電コイル４を周囲から囲むように環状に形成されている。充電の電力伝送は効率確保のため、充電コイル４と端末１の受電コイルとの正確な位置合わせが要求されるが、一方の近距離無線通信は通信の成立性は重要であるが、短時間の通信であり、かつ送電電力も小さく済むことから、効率は重視されない。よって、近距離無線アンテナ５は、充電コイル４よりも平面方向（図２のＸ−Ｙ面方向）においてサイズが大きく形成されることにより、広い通信範囲が確保される。即ち、端末１の種類に応じて近距離無線通信の受信アンテナが位置が異なっていても、それぞれの通信エリアがカバーされるので、多種の端末１に対応することが可能である。なお、近距離無線アンテナ５が通信アンテナの一例である。
【００１９】
図３に示すように、ケース３は、非接触充電器２の各種部品を収納する有底箱状のロアケース６と、ロアケース６の開口を閉じる略平板状のアッパーケース７とからなる。近距離無線アンテナ５は、端末１の載置面となるアッパーケース７の裏面に取り付けられている。本例の複数の充電コイル４は、アレイ状に積み上げられることにより、上段に位置する１つの充電コイル４ａと、下段に位置する２つの充電コイル４ｂとを備える。上段の充電コイル４ａと下段の充電コイル４ｂとの間には、充電コイル４をアレイ状に積み上げることによってできる段差部８が設けられている。近距離無線アンテナ５は、この段差部８によってできるスペースに配置されている。
【００２０】
充電コイル４の下面には、磁界のシールド効果を有する四角平板状のフェライト９が設けられている。フェライト９は、充電コイル４の電力送電効率を確保するとともに、磁界の漏洩も防止する。フェライト９で磁界漏洩が防止されると、周囲の金属部に磁界が鎖交し難くなるので、渦電流の発生が抑えられ、発熱やノイズの抑制に効果がある。フェライト９の下面には、電界のシールド効果を有する四角平板状の金属板１０が設けられている。金属板１０は、高周波電界ノイズの電界シールドを確保する機能の他に、例えば充電コイル４やフェライト９に発生する熱を外に逃がす放熱機能もある。なお、フェライト９が磁性体の一例であり、金属板１０が金属体の一例である。
【００２１】
フェライト９及び金属板１０は、互いに密着するように重ね合わせて配置されている。フェライト９は、近距離無線アンテナ５の投影位置（図３の矢印Ｘ１の領域）に届くように延出形成されている。本例の場合、フェライト９及び金属板１０は、重ね合わせの面方向（重ね面：図３のＸ−Ｙ面方向）において同一サイズに形成されている。
【００２２】
次に、図３及び図４を用いて、本例の非接触充電器２の作用を説明する。
図３に示すように、本例の非接触充電器２においては、近距離無線アンテナ５をアッパーケース７に設けたので、充電コイル４ｂと近距離無線アンテナ５との間の距離Ｌを確保すること、つまり近距離無線アンテナ５を充電コイル４ｂから離すことが可能となる。このため、近距離無線アンテナ５が電波を送信したとき、充電コイル４ｂに反磁界が発生し難くなるので、送信電波の出力強度が確保される。よって、非接触充電器２の近距離無線通信機能において、通信成立性が確保される。
【００２３】
ところで、この種の非接触充電は、近接電磁誘導を想定しており、充電効率の確保のために、充電コイル４ａの表面から端末１の受電コイルまでの距離をなるべく短くする必要がある。しかし、強度確保のためにアッパーケース７をなるべく肉厚に形成する必要もあることから、近距離無線アンテナ５を充電コイル４ａから離そうとしても、充電コイル４ａの表面側には、部品配置のスペースの余地がない。そこで、本例の場合、充電コイル４をアレイ状に組んだ際にできる段差部８のスペースに近距離無線アンテナ５を配置したので、近距離無線アンテナ５を充電コイル４ｂから離して配置することが可能となり、充電コイル４ａの表面から端末１の受電コイルまでの距離をなるべく短くしつつ、アッパーケース７の肉厚をできるだけ厚くとることが可能となる。
【００２４】
図４に、例えば図３の構造において、フェライト９を近距離無線アンテナ５の投影位置まで延出させない構造例を図示する。ところで、一般的な非接触充電器２においては、金属板１０は放熱等の観点からサイズが大きい方が効果的であることから、通常、金属板１０はフェライト９よりもサイズが大きい。この形状の下、本例のように近距離無線アンテナ５をアッパーケース７に設けたとするならば、結果として、近距離無線アンテナ５が金属板１０と対向する位置状態をとってしまう。こうなると、近距離無線アンテナ５が電波を送信した際、金属板１０に渦電流が発生してしまい、通信性能が劣化する可能性がある。これは、通信できないエリアが増加したり、通信距離が短くなったりするなどの諸問題に繋がる。最悪の場合、必要な出力強度が得られず、全く通信ができない可能性もある。
【００２５】
そこで、本例の場合は、図３に示すように、フェライト９を近距離無線アンテナ５の投影位置に届くようにサイズを大きくしたので、近距離無線アンテナ５から送信される電波が金属板１０に至り難くなる。よって、金属板１０に渦電流が生じ難くなるので、その分、通信劣化を抑制することが可能となる。
【００２６】
図５に、一般的なフェライト材の周波数依存性「ｆ−μ’」を示す。図５では、円環状のトロイダルコアの周波数依存性を実線で示し、平板状のフェライトの周波数依存性を一点鎖線で示す。近距離無線アンテナ５の投影位置までフェライト９を延設したとき、近距離無線アンテナ５専用のフェライトは不要である。これは、スネークの法則により近距離無線アンテナ５の高周波特性が向上するからである。
【００２７】
以下、スネークの法則を説明する。トロイダルコアの場合、磁束は透磁率の高いコア内だけを通過するので、透磁率は高い値となる。一方、本例のようにフェライト９が平板状の場合、磁束が空間（空気中）を通るオープン磁路となるので、トロイダルコアに比べて透磁率が低くなる。しかし、透磁率が低くなる反面、その代わりに高周波まで高い透磁率が維持される。よって、充電コイル４における通信（例えば、周波数100〜200ｋＨｚ）に最適化されたフェライト９を、近距離無線アンテナ５の通信（例えば、周波数13.56ＭＨｚ）の磁路の一部に利用することにより、近距離無線通信の電波強度が確保される。
【００２８】
本実施形態の構成によれば、以下に記載の効果を得ることができる。
（１）近距離無線通信機能を備えた非接触充電器２において、近距離無線アンテナ５をアッパーケース７に設けたので、充電コイル４ｂと近距離無線アンテナ５との間の距離Ｌをかせぐことができる。よって、近距離無線アンテナ５からの電波送信時、充電コイル４ｂに反磁界が発生し難くなるので、近距離無線通信の高い通信性能を確保することができる。
【００２９】
（２）近距離無線アンテナ５の投影位置に届くようにフェライト９を延出形成したので、近距離無線アンテナ５と金属板１０との間にフェライト９が介在されることとなる。このため、アッパーケース７に配置した近距離無線アンテナ５を金属板１０に対向させずに済むので、近距離無線アンテナ５からの電波送信時、金属板１０に渦電流が発生し難くなる。よって、近距離無線通信機能を備えた非接触充電器２において、近距離無線通信の通信性能の確保に一層寄与する。
【００３０】
（３）近距離無線アンテナ５の投影位置に届くようにフェライト９を延出形成することにより、近距離無線アンテナ５を金属板１０に対向させない対策をとる場合、金属板１０をできるだけ大きいサイズとすることができる。よって、金属板１０における渦電流発生を防止しつつ、かつ金属板１０の高い放熱効果と電界シールド効果とを確保することができる。
【００３１】
（４）ところで、この種の非接触充電では、高い充電効率を確保するためには、充電コイル４ａの表面から端末１の受電コイルまでの距離を短くする必要がある。また、アッパーケース７は、強度確保のため、なるべく肉厚で形成したいニーズもある。以上のことから、充電コイル４ａの表面側には、部品を別途配置するスペースを設ける余地は少ない。そこで、上段の充電コイル４ａと下段の充電コイル４ｂとの間にできる段差部８のスペースに近距離無線アンテナ５を配置するようにすれば、近距離無線アンテナ５を充電コイル４ｂから離すことができるとともに、充電コイル４ｂの表面から端末１の受電コイルまでの距離をなるべく短くしつつ、アッパーケース７を肉厚に形成することができる。
【００３２】
（５）ところで、仮に近距離無線アンテナ５が充電コイル４の内側に配置されたとすると、近距離無線アンテナ５が充電コイル４の送電に影響を及ぼし、充電効率の確保に支障を来す。そこで、本例の場合は、アレイ状に配置された全ての充電コイル４を周囲から覆るようなサイズに近距離無線アンテナ５を形成し、近距離無線アンテナ５の内部に全ての充電コイル４が収まるように配置した。よって、近距離無線アンテナ５が充電コイル４の送電に影響を及ぼし難くなる。
【００３３】
また、この場合、近距離無線アンテナ５のサイズを大きくとることが可能となるので、近距離無線通信の広いエリアがカバーされる。よって、端末１を非接触充電器２に置く際の自由度が増すことになる。なお、近距離無線通信は、通信ができればよいので、効率についてはそれほど考慮する必要はない。さらに、近距離無線アンテナ５のサイズを大きくするといっても、単にサイズを大きくするのではなく、アッパーケース７側に設けることにより、充電コイル４ｂから効率よく離すので、非接触充電器２のサイズの小型化にも寄与する。
【００３４】
なお、実施形態はこれまでに述べた構成に限らず、以下の態様に変更してもよい。
・図６に示すように、アッパーケース７の裏面にフレキシブル基板２１が設けられている場合、フレキシブル基板２１に近距離無線アンテナ５を設けてもよい。なお、フレキシブル基板２１が取付部品の一例である。
【００３５】
・近距離無線アンテナ５を金属板１０と対向させない方法は、例えば小さめのフェライト９（例えば、図４参照）に合わせて金属板１０を小さくすることにより、フェライト９と同じサイズとすることによって実現してもよい。
【００３６】
・近距離無線通信は、NFC規格の通信に限定されず、例えばイモビライザー通信やMifare等、種々の通信に変更可能である。
・アレイ状に配列された充電コイル４の段数は、２段に限定されず、３段以上でもよい。
【００３７】
・アッパーケース７は、ロアケース６の開口を閉じる蓋に限定されず、端末１が載置される部材であればよい。
・近距離無線アンテナ５は、アレイ状に配列された充電コイル４の段差部８以外の箇所に配置されてもよい。
【００３８】
・フェライト９や金属板１０の形状は、平板状に限定されず、他の形状に適宜変更可能である。
・磁性体は、フェライト９以外の他の種類に変更可能である。
【００３９】
・金属体は、金属板１０に限定されず、金属を素材した部材であればよい。
・フェライト９は、金属板１０と同一サイズに形成されることに限定されず、金属板１０のサイズ以上の大きさであればよい。
【００４０】
・取付部品は、前述したフレキシブル基板２１に限定されず、アッパーケース７に取り付いた部材であればよい。
・端末１は、高機能携帯電話に限定されず、例えば車両の電子キーなど、他のものに変更可能である。
【００４１】
・充電コイル４及び近距離無線アンテナ５の配置態様は、環状の近距離無線アンテナ５の中にアレイ状の充電コイル４を配置する態様に限定されず、例えば近距離無線アンテナ５の外に充電コイル４を配置するなど、他の態様に変更可能である。
【００４２】
・非接触充電器２の配置向きは、横向きに限らず、例えば縦向きに配置してもよい。
・非接触充電器２の車内における配置場所は、センターコンソール以外の場所に変更可能である。
【００４３】
・非接触充電器２は、車両に搭載されることに限定されず、他のシステムや装置に置き替え可能である。
【符号の説明】
【００４４】
１…端末、２…非接触充電器、３…ケース（アッパーケース）、４（４ａ，４ｂ）…充電コイル、５…通信アンテナとしての近距離無線アンテナ、８…段差部、９…磁性体としてのフェライト、１０…金属体としての金属板、２１…ケースの取付部品としてのフレキシブル基板。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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