(57)【要約】【課題】磁性体シートの厚さを厚くすることなく、位置決め磁石を用いた充電台に載置しても、損失を抑制し、充電可能とする。【解決手段】位置決め磁石を備える充電台１００に載置されて、充電台１００に内蔵される送電コイル１０１から電力を受ける二次側受電機器であって、充電台１００に内蔵される送電コイル１０１と電磁結合可能な中空の受電コイル１１と、前記受電コイル１１で受けた電力を、整流して出力する整流制御回路と、前記受電コイル１１の背面に配置された磁性体シート１７と、を備え、前記受電コイル１１の中空部と、位置決め磁石１０２とを磁力により位置あわせすることができる。これにより、磁性体シートが、位置決め磁石に吸引されて位置決めできるので、別途、磁石、磁性体等を配置する必要がない。【選択図】図２
2014187724.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
位置決め磁石を備える充電台に載置されて、充電台に内蔵される送電コイルから電力を受信可能な二次側受電機器であって、
充電台(100)に内蔵される送電コイル(101)と電磁結合可能な中空の受電コイル(11)と、
前記受電コイル(11)で受けた電力を、整流して出力する整流制御回路と、
前記受電コイル(11)の背面に配置された磁性体シート(17)と、
を備え、
前記受電コイル(11)の中空部と、位置決め磁石(102)とを磁力により位置合わせ可能に構成してなることを特徴とする二次側受電機器。
【請求項２】
請求項１に記載の二次側受電機器であって、
前記受電コイル(11)の中空部の内径を、位置決め磁石(102)の外径(DM)とほぼ等しく又はこれよりも大きくしてなることを特徴とする二次側受電機器。
【請求項３】
請求項１または２に記載の二次側受電機器であって、
前記受電コイル(11)が、外形を角型状としてなることを特徴とする二次側受電機器。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一に記載の二次側受電機器であって、
前記受電コイル(11)の中空部が、空芯状であることを特徴とする二次側受電機器。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一に記載の二次側受電機器であって、
前記受電コイル(11)を構成するワイヤに細線を用いてなる
ことを特徴とする二次側受電機器。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一に記載の二次側受電機器であって、
前記磁性体シート(17)を、位置決め磁石(102)の磁力により吸引力を発生させる軟磁性体のフェライトとしてなることを特徴とする二次側受電機器。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか一に記載の二次側受電機器であって、さらに、
前記受電コイル(11)と直列に接続されて共振回路を構成するための直列コンデンサ(13)を有し、
前記直列コンデンサ(13)のキャパシタンスを、前記受電コイル(11)と所定の共振周波数となる値に調整してなることを特徴とする二次側受電機器。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか一に記載の二次側受電機器であって、
前記整流制御回路からの出力にて、磁性体シート(17)の背面に設置された二次電池セル(12)を充電することを特徴とする二次側受電機器。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか一に記載の二次側受電機器であって、さらに、
充電可能な二次電池セル(12)を備えており、
前記二次側受電機器は、
電池駆動機器に接続されて、該電池駆動機器を駆動する電力を前記二次電池セル(12)から供給する一方、
充電台(100)に載置されて、充電台(100)に内蔵される送電コイルから電力を受けて充電可能な電池パック(10)であることを特徴とする二次側受電機器。
【請求項１０】
充電台(100)と、
前記充電台(100)に載置されて、電力を受信可能な二次側受電機器あって、
前記充電台(100)は、
位置決め磁石(102)と、
送電コイル(101)と、
を備えており、
前記二次側受電機器は、
前記送電コイル(101)と電磁結合可能な中空の受電コイル(11)と、
前記受電コイル(11)で受けた電力を、整流して出力する整流制御回路と、
前記受電コイル(11)の背面に配置された磁性体シート(17)と、
を備え、
前記受電コイル(11)は、前記二次側受電機器を前記充電台(100)に載置した状態で、前記受電コイル(11)の中空部内に位置決め磁石を配置できるよう、
前記受電コイル(11)の中空部の内径を、位置決め磁石(102)の外径(DM)とほぼ等しく又はこれよりも大きくしてなることを特徴とする充電台と二次側受電機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、充電台に載せられた二次側受電機器の受電コイルと、充電台の送電コイルとを電磁結合し、送電コイルから受電コイルに磁気誘導作用で電力搬送して、内蔵電池を充電可能な二次側受電機器、及びこの二次側受電機器に送電する充電台と二次側受電機器の組み合わせに関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話や携帯音楽プレーヤ等のモバイル機器に代表される電池駆動機器は、携帯に便利なように、充電できる電池により駆動されるものが多い。このような電池駆動機器は、電池を素電池の状態で、あるいは電池パックの状態で収納している。電池駆動機器は、電池を収納する状態で充電器に接点を接続して充電される。一方で、このように接点を接続することなく、電磁誘導の作用を利用して充電台に内蔵された送電コイルから、受電コイルに対して電力を搬送して、電池を充電する充電台が開発されている（特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１に示す充電台は、図１１に示すように、充電台９１０に、交流電源で励磁される送電コイル９１１を内蔵し、この送電コイル９１１に電磁結合される受電コイル９２１を電池パック９３０に設けて、受電コイル９２１に誘導される電力で電池パック９３０の二次電池セル９３１を充電する。電池パック９３０は、受電コイル９２１に誘導される交流を整流し、これを二次電池セル９３１に供給して充電する充電回路を内蔵している。この電池パック９３０は、電力を供給のために電池駆動機器９２０に内蔵されている。これらの電池パック９３０や電池駆動機器９２０には、充電台９１０との位置決めのための凹部９２２を有している。さらに充電台９１０側には、この凹部９２２と対向する位置に、位置決めのための凸部９１２を有している。この構造によると、充電台９１０の上に電池駆動機器９２０を載せて、凹部９２２を凸部９１２に挿入させ、電気接続のための物理的な接点を接続することなく無接点な状態で二次電池セル９３１を充電できる。しかしながら、この電池駆動機器９２０や電池パック９３０には、凹部や凸部を必要とするために、外観的に見栄えが良くない構造となる。また、凸部が凹部に完全に挿入されない場合、電池駆動機器が充電台から浮き上がった状態となって、受電コイルと送電コイルの距離が離れて、電磁結合効率が悪くなるという問題もあった。
【０００４】
このような無接点充電においては、充電台の送電コイルと、充電台に載置された電池駆動機器の受電コイルとを近接させること、言い換えるとこれらのコイル間の位置決めが重要となる。このような位置決めを実現するために、複数の方式が提案されており、例えば送電コイルを充電台の内部でＸＹ方向に移動させる方式、送電コイルを充電台に平面状に複数敷き詰めておき、この内で受電コイルと接近した送電コイルを選択させる方式、あるいはこのような送電コイルの位置を受電コイルの載置位置に合わせて調整する方式とは逆に、受電コイル側を送電コイルに合わせるため、例えば充電台に位置決め用の磁石を設けて、電池駆動機器側の金属板や磁性体シートや磁石と吸引させることで位置決めを行う方式などが開発されている。
【０００５】
しかしながら、このような磁性体シートを配置した電池駆動機器に対して、上述した位置決め磁石を用いた位置決め方式で無接点充電を行う場合、図９に示すように、充電台１００に配置された位置決め磁石１０２と磁性体シールド３７が重なり、この重なり部分の磁性体シート３７が飽和し透磁率も低下し、送電コイル、受電コイル、位置決め磁石１０２からの磁束が磁性体シート３７を通過するため、磁性体シート３７の背面に配置した二次電池セル１２の外装缶を遮蔽する機能が損なわれる。さらに受電コイル３１の一部が磁性体シールド３７の磁束が通過する部分と重なり、磁性体シールド３７の背面に配置した二次電池セル１２の外装缶で渦電流損が発生する結果、受電コイル３１のインダクタンスＬ値が低下し、無接点充電が正常動作しなくなり、損失が大きくなるという問題がある。
【０００６】
このような問題を解決するには、磁性体シートの遮蔽効果を高め、部分的に磁性体シートが充電台の位置決め磁石と重なって配置されても、十分な遮蔽能力を発揮できるようにすることが考えられる。しかしながら、磁性体シートの遮蔽効果を高めるには、磁性体シートの厚さを厚くする必要があり、この場合は電池パックの厚さが厚くなり、電池パックの小型化を図れなくなるという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−１４１９４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、従来のこのような問題点を解決するためになされたものである。本発明の主な目的は、磁性体シートの厚さを厚くすることなく、位置決め磁石を用いた充電台に載置しても、損失を抑制し、充電可能とした二次側受電機器及び受電台と二次側受電機器を提供することにある。
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
【０００９】
上記の目的を達成するため、本発明の第１の側面に係る二次側受電機器は、位置決め磁石を備える充電台に載置されて、充電台に内蔵される送電コイルから電力を受信可能な二次側受電機器であって、充電台１００に内蔵される送電コイル１０１と電磁結合可能な中空の受電コイル１１と、前記受電コイル１１で受けた電力を、整流して出力する整流制御回路と、前記受電コイル１１の背面に配置された磁性体シート１７と、を備え、前記受電コイル１１の中空部と、位置決め磁石１０２とを磁力により位置合わせ可能に構成できる。これにより、磁性体シートが、位置決め磁石に吸引されて位置決めできるので、別途、磁石、磁性体等を配置する必要がない。
【００１０】
また第２の側面に係る二次側受電機器によれば、前記受電コイル１１の中空部の内径を、位置決め磁石１０２の外径ＤＭとほぼ等しく又はこれよりも大きくしてなる。これにより、電池パックを充電時に充電台に載置した際に、位置決め磁石と受電コイルとの重なりを回避して、位置決め磁石によって、電池駆動機器側に内蔵される磁性体シートおよび前記受電コイル１１の特性が低下する影響を緩和できる。この結果、電池パックの無接点充電方式を、位置決め磁石を用いて位置決めする方式と共用する場合でも、磁性体シートの厚さを薄く維持でき、電池パックの小型化が図られる。
【００１１】
さらにまた第３の側面に係る二次側受電機器によれば、前記受電コイル１１が、外形を角型状としてなる。これにより、角型状の受電コイルは、充電台の位置決め磁石に対し、円形状の受電コイルと同じ内径でも、より離すことができる。さらに、コイルの形状を変えることで磁性体シートを薄くできる。
【００１２】
さらにまた第４の側面に係る二次側受電機器によれば、前記受電コイル１１の中空部が、空芯状である。これにより、受電コイルの中空部で磁性体シートを露出させ、位置決め磁石の磁力を直接受けて吸引力を高めることができる。
【００１３】
さらにまた第５の側面に係る二次側受電機器によれば、前記受電コイル１１を構成するワイヤに細線を用いることができる。これにより、必要とされる充電効率、抵抗値を得られるワイヤの線径を、従来よりも細くすることができる。またこの結果、、磁性体シートと位置決め磁石の距離が縮まるため、位置決め磁石の磁力を直接受けて吸引力を高めることができる。
【００１４】
さらにまた第６の側面に係る二次側受電機器によれば、前記磁性体シート１７を、位置決め磁石１０２の磁力により吸引力を発生させる軟磁性体のフェライトとしてなる。これにより、磁性体シートは、軟磁性体のフェライトとすることで、位置決め磁石の磁力を最大限に受けることができ、吸引力を増加させることができる。
【００１５】
さらにまた第７の側面に係る二次側受電機器によれば、前記受電コイル１１と直列に接続されて共振回路を構成するための直列コンデンサ１３を有し、前記直列コンデンサ１３のキャパシタンスを、前記受電コイル１１と所定の共振周波数となる値に調整してなる。これにより、受電コイルの内径を従来よりも大きくして巻き数およびインダクタンスが低下する分を、直列コンデンサのキャパシタンスを増やし望ましい共振周波数に調整して、電力伝送を効率よくすることができる。
【００１６】
さらにまた第８の側面に係る二次側受電機器によれば、前記整流制御回路からの出力にて、磁性体シート１７の背面に設置された二次電池セル１２を充電することができる。これにより、二次側受電機器と二次電池セルを一セットとした電池パックとすることができる。さらに、磁性体シートにより二次電池セルの加熱を防ぐことができる。
【００１７】
さらにまた第９の側面に係る二次側受電機器によれば、さらに、充電可能な二次電池セル１２を備えており、前記二次側受電機器は、電池駆動機器に接続されて、該電池駆動機器を駆動する電力を前記二次電池セル１２から供給する一方、充電台１００に載置されて、充電台１００に内蔵される送電コイルから電力を受けて充電可能な電池パック１０とできる。
【００１８】
さらにまた第１０の側面に係る充電台と二次側受電機器によれば、充電台１００と、前記充電台１００に載置されて、電力を受信可能な二次側受電機器あって、前記充電台１００は、位置決め磁石１０２と、送電コイル１０１と、を備えており、前記二次側受電機器は、前記送電コイル１０１と電磁結合可能な中空の受電コイル１１と、前記受電コイル１１で受けた電力を、整流して出力する整流制御回路と、前記受電コイル１１の背面に配置された磁性体シート１７と、を備え、前記受電コイル１１は、前記二次側受電機器を前記充電台１００に載置した状態で、前記受電コイル１１の中空部内に位置決め磁石を配置できるよう、前記受電コイル１１の中空部の内径を、位置決め磁石１０２の外径ＤＭとほぼ等しく又はこれよりも大きくしてなる。これにより、電池パックを充電時に充電台に載置した際に、位置決め磁石と受電コイルとの重なりを回避して、位置決め磁石によって磁性体シートおよび受電コイルの特性が低下する影響を緩和できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施例に係る電池パックが充電台に設置された状態を示す斜視図である。
【図２】図１に示す充電台と電池パックに係る垂直断面図である。
【図３】変形例に係るマークを表示した充電台を示す斜視図である。
【図４】電池パックの回路に係る回路図である。
【図５】図５（ａ）は円形状の受電コイル、図５（ｂ）は実施例１に係る角型状の受電コイルを、それぞれ示す平面図である。
【図６】図１の電池パックを接続した電池駆動機器を充電台に載置した状態を示す斜視図である。
【図７】変形例に係る電池パックを内蔵した電池駆動機器を充電台に載置した状態を示す斜視図である。
【図８】従来の受電コイルをＸＹ方向に移動可能とした充電台へ実施例の電池パックを載置した斜視図である。
【図９】本発明者らが試作した電池パックを充電台に載置した垂直断面図である。
【図１０】本発明の実施例に係る円形状受電コイルを備える電池パックを充電台に載置した垂直断面図である。
【図１１】従来の無接点充電にて電池駆動機器を充電台にセットした状態を示す垂直断面図である。
【図１２】本発明の他の実施例に係る二次側受電機器を電池駆動機器に接続し充電台に設置する状態を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施の形態は、本発明の技術思想を具体化するための二次側受電機器及び充電台と二次側受電機器を例示するものであって、本発明は二次側受電機器及び充電台と二次側受電機器を以下のものに特定しない。さらに、本明細書においては、特許請求の範囲を理解しやすいように、実施例に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲」および「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施の形態の部材に特定するものでは決してない。特に実施の形態に記載されている構成部材の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。また、一部の実施例、実施形態において説明された内容は、他の実施例、実施形態等に利用可能なものもある。
【００２１】
本発明の実施の形態に係る二次側受電機器は、無接点の一次側充電器と電磁結合できる二次側の受電機器である。この二次側受電機器は、受電コイルと整流制御回路を備えており、外部の負荷機器に電力を供給できる電力とすることができる。このような二次側受電機器としては、例えば二次電池セルを内蔵する電池パックが利用できる。電池パックとした二次側受電機器は、充電台から受信した電力を二次電池セルへ供給してこれを充電する。また二次側受電機器が電池パックを一体化したものに限らず、例えば負荷機器に直接電力を供給するアダプタとしてもよい。図１２に示す二次側受電機器の例では、充電台１００’に内蔵される送電コイルと電磁結合可能な受電コイルを内蔵した充電アダプタ１０’としている。二次側受電機器を充電アダプタ１０’とすることで、充電台１００’から無接点で送電される電力を、電池駆動機器５０’である携帯電話に対して供給し、携帯電話に内蔵される二次電池を充電したり、携帯電話を駆動することができる。この構成であれば、電池駆動機器５０’が無接点充電に対応していなくても、二次側受電機器である充電アダプタを介在させることで充電可能とでき、既存の機器を無接点充電対応とすることができる。
【００２２】
この二次側受電機器は、送電コイルから磁束を受ける受電コイルを備え、さらに受電コイルの背部に磁性体シートを備えている。この磁性体シートの背部には、受電コイルが受電した電力を整流する板金、プリント基板及び電子回路等を備えた整流制御回路を配置している。これにより、二次側受電機器は、誘導起電力を二次電力として利用することができ、さらに、磁性体シートにより磁束による整流制御回路の加熱等を防ぐことができる。
【００２３】
以下、二次側受電機器の例として、充電台に載置して無接点又はワイヤレスで充電可能な電池パックの例を、図１〜図７に基づいて説明する。これらの図において、図１は実施例に係る充電台に載置された電池パックの斜視図、図２は図１に示す充電台と電池パックの垂直断面図、図３は変形例に係るマークを表示した充電台に係る斜視図、図４は電池パックの充電回路に係る回路図、図５（ａ）は円形状の受電コイルの平面図、図５（ｂ）は角型状の受電コイルの平面図、図６は図１の電池パックを接続した電池駆動機器を充電台に載置した状態を示す斜視図、図７は変形例に係る電池パックを内蔵した電池駆動機器を充電台に載置した状態を示す斜視図をそれぞれ示している。さらに、本発明者らが試作した電池パックの例を、図９から図１０に示し、対比して説明する。
（充電台１００）
【００２４】
図１は、充電台１００の上に載置された二次側受電機器としての電池パック１０を示している。この充電台１００は、無接点での充電を行う無接点充電台である。充電台１００には、電力の入力端子として電源入力コネクタ１０３を設けている。さらにこの電源入力コネクタ１０３への電力供給は、商用電源をＡＣ／ＤＣアダプタ（図示せず）により直流電力に変換し、ＤＣ出力コネクタ１０４を接続し供給している。
【００２５】
さらに、この充電台１００は、その外形の上面をほぼ平坦面の載置面とした矩形状の充電台ケース１０５で構成されている。この充電台ケース１０５は、例えば磁束を阻害しない樹脂製等とすることができる。充電台１００には、図示はしないが、電源入力コネクタ１０３より供給された電力を高周波電力とする高周波発振回路を有している。
【００２６】
この高周波電力は、図２の断面図に示す送電コイル１０１へ高周波発振された電力として供給される。この高周波発振された電力は、送電コイル１０１に通電されることにより、磁束を発生させ、近接して配置されている電池パック１０の受電コイル１１にて誘導起電力を発生させることができる。
（位置決め磁石１０２）
【００２７】
送電コイルは、図５の平面図に示すような、中心部分に中空部を形成した平面状コイルである。さらに、図２の断面図に示す充電台１００は、送電コイル１０１の中空部に、位置決め磁石１０２を配置している。この位置決め磁石１０２は、送電コイル１０１の中空部の大きさと略同等か少し小さい外径ＤＭとした円柱形の形状としている。例えばこの実施例の位置決め磁石１０２は、充電台ケース１０５の上面で対局する電池パック１０側の円面をＮ極又はＳ極としている。後述するように、図２においては、図５の（ｂ）のような受電コイルの外形を角型状の受電コイル１１を利用している。
【００２８】
さらに、この位置決め磁石１０２は、磁力による吸引力を利用し、電池パック１０の受電コイル１１との位置決めを行っている。これにより、電池パック１０内の受電コイル１１は、充電台１００の送信コイル１０１と近接させることができ、送信コイル１０１より発生する磁束を効率よく誘導起電力に変換することができる。
【００２９】
この位置決め磁石１０２を利用した充電台１００は、例えば図３に示すように充電台ケース１０５の上面に、所定の位置に電池パック又は電池駆動機器を載置し易いように、載置位置を示すマーク１０６を設けることが好ましい。ユーザーは、充電台のマーク１０６に従って、大まかな位置に電池パック又は電池駆動機器を載置することで、位置決め磁石１０２の磁力により、電池パック又は電池駆動機器が位置決めをでき、電磁結合できる。
【００３０】
さらにここで利用される位置決め磁石１０２は、強力な磁力を備えていることが好ましい。例えば、充電台１００の載置面に置かれる電池パック又は電池駆動機器が、磁力によってその位置を補正できる程度とすることが好ましい。言い換えれば、電池パック又は電池駆動機器の重量を、充電台１００の載置面上で移動できる程度の磁力とし、好ましくはネオジウム系の位置決め磁石１０２とする。
（電池パック）
【００３１】
受電コイル１１は、図４に示す直列コンデンサ１３を直列に接続され、送電コイル１０１に同調し、共振周波数を最大付近とした誘導起電力を発生させることができる。この誘導起電力は、電池パック１０の複数の制御回路を有する整流制御回路としての同期整流制御回路１４を経由し、二次電池セル１２へ電力を出力、供給することができる。
【００３２】
さらにこの同期整流制御回路１４は、図示はしないが、受電コイル１１及び直列コンデンサ１３からの高周波電力を、整流回路と平滑回路により直流電力に変換される。二次電池セル１２は、この変換された直流電力を同期整流制御回路１４内の充電回路（図示せず）により充電することができる。
【００３３】
さらにまた、この同期整流制御回路１４は、二次電池セル１２の充電電圧、充放電電流及び電池温度を監視している。この監視情報により二次電池セル１２が所定の閾値を超えた場合は、二次電池セル１２への充電を停止することができ、電池パック１０の安全性を向上させることができる。
【００３４】
この図２に示す実施例での電池パック１０は、受電コイル１１と二次電池セル１２とを絶縁している磁性体シート１７を有し、受電コイル１１の内形が中空状の空隙１６を有している。この実施例での電池パックは、外装をプラスチック等の樹脂製とすることができ、または受電コイル側が充電台との接合部分の面のみをプラスチックフィルムとすることもできる。
（二次電池セル１２）
【００３５】
この電池パック１０に内蔵される二次電池セル１２は、幅よりも薄い角型の直方体で、各面を一体成型した外装缶で形成し、金属ケースとすることができる。たとえば、金属ケースは、アルミニウム等とすることができ、外因性の衝撃から保護することができ、さらに軽量化・放熱性にも優れた効果を得ることができる。このような二次電池セル１２は、部品として、電磁誘導の影響を受けるものである。
【００３６】
この実施例での二次電池セルは、体積エネルギー密度の大きいリチウムイオン二次電池又はリチウムポリマー電池を使用することで、全体を軽く、薄く、小さくして利便性を良く、さらに出力電力容量を大きくできるため、電池駆動機器等に利用できる特徴がある。ただこれに限るものではなく、二次電池セルは、ニッケル水素電池やニッケルカドミウム電池等の充電できる全ての二次電池とすることもできる。
【００３７】
図９から図１０に、本発明者らが試作した電池パック３０、４０を示す。この電池パック３０、４０は、充電台１００に設けた位置決め磁石１０２の吸引力を利用し、受電コイル３１、４１の位置決めができる。まず、図９の電池パック３０は、二次電池セル１２と受電コイル３１との間に、磁性体シート３７を配置し、受電コイル３１の中空部を空芯状の空隙３６としている。これにより磁性体シート３７は、充電台１００の位置決め磁石１０２により、吸引された状態となる。さらに、受電コイル３１の中心軸は、位置決め磁石１０２の吸引力により送電コイル１０１と受電コイル３１の中心軸と一致させることができる。これにより、送電コイル１０１と受電コイル３１は、電磁結合することができる。
【００３８】
しかしながら、図９に示すように、受電コイル３１の一部が、充電台１００に配置された位置決め磁石１０２と重なる結果となる。このため、受電コイル３１を介して位置決め磁石１０２と磁性体シート３７とが一体化して磁性体シールド３７が飽和し透磁率が低下して、送電コイル、受電コイル、位置決め磁石１０２からの磁束が磁性体シート３７を通過するため、つまり、磁性体シールド３７の特性が低下し、二次電池セル１２の外装缶を遮蔽する機能が損なわれる結果、受電コイル３１の一部でインダクタンスのＬ値が低下し、損失を生じる。つまり、受電コイル３１の特性が低下する。この図では、受電コイル３１の外径Ｄと、内径ｄ’と、位置決め磁石１０２の外径ＤＭとしている。この図に示すように、受電コイル３１及び磁性体シート３７には、位置決め磁石１０２と重なった重置部ＯＬを生じてしまう。これを解決するためには、磁性体シート３７の厚みを増した磁性体シートの厚さｔ３とする必要性が生じる。これにより、電池駆動機器等の薄型化の傾向に対して、この電池パック３０の厚みが増す結果となり、逆行してしまう可能性が懸念される。
【００３９】
さらに他の試作の電池パック４０は、図１０に示すように二次電池セル１２と受電コイル４１との間に、磁性体シート４７を配置している。この図では、受電コイル４１の外径Ｄと、内径ｄと、位置決め磁石１０２の外径ＤＭとしている。さらに、受電コイル４１は、受電コイル４１の内径ｄの寸歩が、位置決め磁石１０２の外径とほぼ等しく又はこれよりも大きく、空芯状の空隙４６を設けられている。このため磁性体シート４７は、位置決め磁石１０２により磁化状態となる範囲が広くなる。これにより、電池パック４０は、磁化状態の範囲を広くしたことにより、位置決め磁石１０２への吸引力が増すため、磁性体シート４７を薄くした磁性体シートの厚さｔ２とすることができる。この構成であれば、磁性体シートの特性を向上させずとも、十分な遮蔽効果を発揮できるため、高価な磁性体シートを利用することなく、安価に構成できる上、磁性体シートをより薄くすることができる。本発明者らの試作によれば、図９に示す電池パック３０の受電コイル３１は、内径ｄ’＝１０ｍｍφ、外径Ｄ＝３０ｍｍφの円形状のコイルを利用している。これに対し、充電台１００の位置決め磁石１０２は、外径ＤＭが１５ｍｍであったため、約５ｍｍの重なり部分である重置部ＯＬが発生した。これを抑制するために磁性体シート３７の厚さｔ３が約０．９ｍｍ必要であった。これに対して、図１０に示す電池パック４０は、円形状の受電コイル４１の外径Ｄを３０ｍｍφ、内径ｄを２０ｍｍφとした。これにより、受電コイル４１と位置決め磁石１０２とが、重なり部分である重置部ＯＬを無くすことができ、磁性体シート４７の透磁率の低下等の問題を無くすことがでる。このため、磁性体シート４７の厚さｔ２を０．６ｍｍ厚にまで薄型化することが可能となった。このように、受電コイルの空芯部分の内径である空隙４６を大きくすることで、磁性体シート４７の薄型化が可能となり、電池パックのより一層の薄型化が実現できる。
【００４０】
さらに、図５の（ａ）に示されるように受電コイル４１は、平面円形としたコイル形成をし、受電コイル４１の外径Ｄと内径ｄとしている。この受電コイル４１では、内径ｄが、充電台１００の位置決め磁石１０２とほぼ等しい又はこれよりも大きな径としている。上述の図９、図１０の比較においては、外径が同一で、図１０で内径が大きくなっていることより、内径が狭い場合に比べ線長が短くなる分抵抗が下がり、受電コイル４１で発生する損失は改善されている。一方で、コイルの巻き数が減少し、インダクタンスが低下することとなる。
【００４１】
図２においては、図５の（ｂ）のような受電コイルの外形を角型状の受電コイル１１を利用している。そこで、この実施例では、電磁結合を効率よく行うために、図５の（ｂ）のような受電コイルの外形を角型状の受電コイル１１とすることが好ましい。この受電コイル１１は、外形の一辺の長さＬが受電コイル４１の外形Ｄと等しく、更に内形の一辺の長さｌが受電コイル４１の内径ｄと等しくしている。受電コイル１１の内形の一辺の長さｌは、受電コイル４１の内径ｄの面積に対して、約１．２７倍の面積を有することになる。これにより、図２に示す受電コイル１１は、更に拡張した空芯部を形成することができ、充電台１００の位置決め磁石１０２から離間され、磁界の影響を減少させることができる。さらに受電コイル１１は、内径ｄの円形に比べ線長が増える分コイルのインダクタンス低下を低減することができる。
【００４２】
さらに、受電コイル１１に用いられる線材は、絶縁金属線とし線材表皮を絶縁皮膜で絶縁しているホルマル線やエナメル線としている。送電コイル１０１は、高周波電源により高周波電流が流れ、それに伴った磁束を発生させ、その磁束を受電コイル１１が電磁誘導することにより誘導起電力を生じることとなる。この高周波は、例えば２０ｋＨｚから１ＭＨｚが用いられる。このような、高周波電力を受ける受電コイル４１は、磁束を受ける面積が広ければ広いほど、効率よく電磁結合し誘導起電力を生じさせることができる。これにより、角型状の受電コイル１１は、円形状の受電コイル４１に対し、約１．２７倍の磁束を受ける面積を広くすることができるため、インダクタンスの低下を抑制でき、誘導起電力を効率よく生じさせることができる。
【００４３】
ここで、図２及び図５（ｂ）は、例えば四角形状の受電コイル１１の内形の一辺の長さｌを２０ｍｍ、外形の一辺の長さＬを３０ｍｍとしている。これによって、受電コイル１１と位置決め磁石１０２とを一層離間させることができる結果、磁性体シート１７の厚さｔ１は０．５２ｍｍまでに薄型化させることができた。なお図５（ｂ）の例では、全体の外形を正方形状としつつ、隅部を面取りした八角形状となっているが、この例に限定されるものでない。例えば長方形状や六角形状など、他の角型状とすることもできる。また、角型コイルの方が円形状の受電コイル４１よりもコイルの線材が長くなる分、インダクタンスを大きくできる利点も得られる。このように、受電コイルの内径又は内形を調整することによって、磁性体シートの厚さを調整できる。なお、本明細書においては、図５（ｂ）に示すように外形が面取りされた状態のものも、「角型状のコイル」に含める。
（空隙１６）
【００４４】
さらに、受電コイル１１は、二次電池セル１２との間に磁性体シート１７を設置し、コイルの中空部が空芯状であり、これを間隙１６としている。さらに、受電コイル１１の磁性体シート１７は、充電台１００の位置決め磁石１０２の磁力を、間隙１６の空間形成により直接、障害物がない状態で受けることができる。これにより、充電台１００に載置された電池パック１１は、位置決め磁石１０２の磁力を直接的に磁性体シート１７を吸引し、送電コイル１０１の中心軸に、受電コイル１１の中心軸を一致させることができる。この近接した送電コイル１０１と受電コイル１１は、効率よく電磁結合することができ、誘導起電力を発生させることができる。
【００４５】
さらにまた、受電コイル１１の空芯部である空隙１６が、円形状の受電コイル４１の空隙４６よりも拡張することができる。このため、位置決め磁石１０２は、受電コイル１１を更に離間させることができ、コイルと位置決め磁石１０２の重なりによる磁性体シート１７の透磁率も低下を防ぎ、二次電池セル２の外装缶への影響を減少させることができる。
（磁性体シート１７）
【００４６】
ここで使用される磁性体シートは、磁気抵抗が小さい部材、例えば透磁率の高い軟磁性体のフェライトで構成する。さらに磁性体シートは、フェライトをシート状としたものが利用できる。また、軟磁性材料の粉末や薄片を樹脂中に塗布、混入したシートを利用することもできる。さらにまた、磁性体シートは、透磁率を高くしつつ、磁気損失係数を抑えることが好ましい。これにより、電磁誘導による渦電流損で二次電池パック１２の外装缶が加熱される自体を磁性体シートによって効果的に阻止できる。
【００４７】
さらに、磁性体シートを薄くした電池パック１０は、電池パック自体の薄型化を可能とすることができる。軟磁性体のフェライトをシート状とした磁性体シート１７は、充電台１００の位置決め磁石１０２の磁力を効率よく吸引力とすることができる。さらにまた、前述したように、外径が同一で、内径を大きくした内径ｄにおいては、内径ｄ’に比べて内径ｄの受電コイルの抵抗値は低くなり受電コイル部の抵抗損失が減り充電効率が内径ｄ’に比べ有利となっているが、内径ｄ’と同等の必要とされる充電効率・抵抗値を得られるた場合には、受電コイルの線径を細くすることが出来る。コイル線径を細くすることで磁性体シート１７と位置決め磁石１０２間の距離を縮めることができ、充電台１００の位置決め磁石１０２の磁力を効率よく吸引力とすることができる。例えば、充電台１００の載置面に置かれる電池パック又は電池駆動機器が、磁力によってその位置を補正できる程度とすることが好ましい。言い換えれば、磁性体シートは、電池パック又は電池駆動機器の重量を、充電台１００の載置面上で移動できる程度の磁力を吸引力に変換できる軟磁性体のフェライトすることができる。
（直列コンデンサ１３）
【００４８】
一方で、無接点充電可能な電池パックは、充電台の送信コイルからの共振周波数に、同調するよう受電側の受電コイルと直列コンデンサのインダクタンスＬ値とキャパシタンスＣ値を整合する必要性がある。受電コイルの内径を大きくすると、いいかえると空芯径を大きくすると、受電コイルの巻き数が少なくなってインダクタンスＬ値が相対的に低下する。例えば円形状の受電コイルの内径を、コイル線の長さが同じで、１５．５ｍｍφから１７．５ｍｍφに変化させると、インダクタンスＬ値は３３μＨから２０μＨに低下する。このため、図４に示すように受電コイルと直列に接続した直列コンデンサ１３のキャパシタンスＣ値を高めることで、ＬＣ直列共振周波数を維持できる。ここでは、直列コンデンサのキャパシタンスＣ値を６０ｎＦから１００ｎＦに変更している。これにより、電池パックの共振周波数は、送電コイル側の共振周波数に同調させることができる。磁性体シート１７は、図２に示すように、二次電池セル１２の外装缶を被覆するために、電池パックの厚さ方向に配置する必要がある。これに対し、直列コンデンサの配置位置は、このような制約がなく、電池パック内の空間内に配置できるので、コンデンサ１３のキャパシタンスＣ値の増加は電池パックの薄型化に殆ど影響を与えない利点が得られる。
【００４９】
実施例の電池パック１０は、携帯電話や携帯音楽プレーヤ等の電池駆動機器５０の動力源として、着脱可能な電池パックとして利用可能である。図６は、実施例の電池パック１０を接続した電池駆動機器５０を充電台１００に載置した状態を示す斜視図である。この電池駆動機器５０に装着された電池パック１０は、電池駆動機器５０を充電台１００に載置し、無接点充電が可能である。電池駆動機器５０は、例えば充電台１００の載置位置を示すマーク１０６に大まかな位置に載置することで、位置決め磁石１０２の磁力により、電池駆動機器５０内の電池パック１０が位置決めをでき、電磁結合できる。これにより、ユーザは容易に電池駆動機器５０を充電台１００に載置し充電を行うことができる。さらに、電池パック１０は、単体で無接点充電が可能なため、予備の電池パック１０として用意しておくことができる。
【００５０】
さらに、図７は、変形例に係る電池パックを内蔵した電池駆動機器を充電台に載置した状態を示す斜視図である。電池の着脱が不可能な電池駆動機器６０は、内部に電池パック１０を内蔵させておくことにより、無接点の充電台１００に載置することで充電することができる。この電池内蔵型の電池駆動機器６０は、例えば充電台１００の載置位置を示すマーク１０６に大まかな位置に載置することで、位置決め磁石１０２の磁力により、電池駆動機器６０に内蔵された電池パック１０が位置決めをでき、電磁結合できる。これにより、ユーザは容易に電池駆動機器６０を充電台１００に載置し充電を行うことができる。
【００５１】
さらにまた、本発明にかかる電池パック１０は、このような磁性体シート１７を用いることで、従来の方式による無接点充電も可能となる。上述した図２に示すように、磁性体シート１７を充電台１００の位置決め磁石１０２の磁力で吸引させることが可能である。このため、この電池パック１０は、他の位置決め磁石を用いた充電台への位置決めが可能である。
【００５２】
その一方で、図８に示すように、電池駆動機器５０、６０及び電池パック１０は、送電コイル２０１をＸＹ方向に移動可能とした充電台２００を用いても、充電できる。このように、電池パックを複数の充電規格に対応させることで、ユーザは、充電台を別の規格のものと交換しても、同じ電池パックや電池駆動機器を継続して使用できるようになる。また外出先等での充電に際しても、利用可能な充電台の種類が増え、より便利に使用できる利点が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明に係る二次側受電機器及び充電台と二次側受電機器は、携帯電話や携帯型音楽プレーヤ等の電池駆動機器を無接点で充電可能な電池パック及び充電台として、好適に利用できる。
【符号の説明】
【００５４】
１０、３０、４０…電池パック
１０’…充電アダプタ
１１、３１、４１…受電コイル
１２…二次電池セル
１３…直列コンデンサ
１４…同期整流制御回路
１６、３６、４６…空隙
１７、３７、４７…磁性体シート
５０、５０’、６０…電池駆動機器
１００、１００’、２００…充電台
１０１、２０１…送電コイル
１０２…位置決め磁石
１０３…電源入力コネクタ
１０４…ＤＣ出力コネクタ
１０５…充電台ケース
１０６…マーク
９１０…充電台
９１１…送電コイル
９１２…凸部
９２０…電池駆動機器
９２１…受電コイル
９２２…凹部
９３０…電池パック
９３１…二次電池セル
Ｄ…（受電コイルの）外径
ｄ…（受電コイル４１の）内径
ｄ’…（受電コイル３１の）内径
Ｌ…（受電コイル１１の）外形の一辺の長さ
ｌ…（受電コイル１１の）内形の一辺の長さ
ＤＭ…（位置決め磁石１０２の）外径
ＯＬ…重置部
ｔ１、ｔ２、ｔ３…磁性体シートの厚さ
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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