(57)【要約】【課題】給電効率の高い無接点給電を実現するための無接点給電装置用電磁誘導コイルを提供する。【解決手段】磁性材料からなるコア１と、コア１に巻かれた導電性材料からなる巻線２と、を備えている。コア１は、基部１１と、基部１１の両端から延出する一対の延出部１２と、を備えている。一対の延出部１２のそれぞれは対向部１３を備えている。一対の対向部１３は、互いの端部の間に空間Ｓが形成され、各々の軸心が平行となるように構成されている。巻線２は、少なくとも一対の対向部１３に巻かれている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁性材料からなるコアと、当該コアに巻かれた導電性材料からなる巻線と、を備え、
前記コアは、
基部と、
当該基部の両端から延出する一対の延出部と、を備え、
前記一対の延出部のそれぞれは対向部を備え、
一対の前記対向部は、互いの端部の間に空間が形成され、各々の軸心が平行となるように構成され、
前記巻線は、少なくとも前記一対の対向部に巻かれている無接点給電装置用電磁誘導コイル。
【請求項２】
前記基部の前記巻線の巻密度よりも、前記対向部の前記巻線の巻密度が高い請求項１記載の無接点給電装置用電磁誘導コイル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無接点給電装置用電磁誘導コイルに関し、特に、給電側の電磁誘導コイル（一次コイル）に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、携帯電話をはじめとする携帯機器等のコードレス電気機器は、充電池を内蔵しており、クレードルやＡＣアダプタ等の充電機器を用いて充電を行っていた。このような充電方式では、電気機器側の接点と充電機器側の接点とを接触させ、電気的に導通させることによって給電および充電が行われている。
【０００３】
近年、このような接点どうしを接触させることなく給電を行う無接点給電（無接触給電）方式が採用されつつある。無接点給電方式では、外部に露出する接点がないため、接点の接触不良が生じるおそれがなく、また、防水が容易になる等の利点がある。
【０００４】
現在、無接点給電には、電磁誘導方式，電波方式，電磁界共鳴方式が用いられている。電磁誘導方式では、電気機器側に二次コイルを備え、充電機器側に一次コイルを備えている。充電機器から電気機器に給電する際には、一次コイルと二次コイルとが対向するように、充電機器と電気機器とを配置する。そして、一次コイルに電流を供給し、一次コイルに磁束を発生させる。この磁束によって二次コイルに電磁誘導による起電力が生じる。これにより、電気機器は電力供給を受けることができる。
【０００５】
特許文献１，２には、このような電磁誘導方式を用いた充電機構が開示されている。特許文献１では、トロイダルコアを２つに分割し、一方を一次コイルのコアとして用い、他方を二次コイルのコアとして用いている。電気機器に給電する際には、これらのコアの切断面が対向するように、電気機器と受電機器とを配置している。
【０００６】
また、特許文献２では、給電側コイル（一次コイル）のコアを、棒状の基部と、基部の両端から延出する脚部と、備え、脚部の先端を内側に屈曲するように構成している。一方、受電側コイル（二次コイル）のコアは棒状となっている。電気機器に給電する際には、受電側コイルのコアの端面と、給電側コイルのコアの内側に屈曲する部分の端面とが対向するように、電気機器と充電機器とを配置している。これにより、充電機器の高さおよび充電機器からの電気機器の高さを抑制することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平９−２３８４２８号公報
【特許文献２】特開２００５−１３７１７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述の特許文献１，２では、一次コイルの巻線がコアに対してわずかな部分にしか巻かれておらず、給電効率が低くなるおそれがある。
【０００９】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、給電効率の高い無接点給電を実現するための無接点給電装置用電磁誘導コイルを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の無接点給電装置用電磁誘導コイルの好適な実施形態の一つでは、磁性材料からなるコアと、当該コアに巻かれた導電性材料からなる巻線と、を備え、前記コアは、基部と、当該基部の両端から延出する一対の延出部と、を備え、前記一対の延出部のそれぞれは対向部を備え、一対の前記対向部は、互いの端部の間に空間が形成され、各々の軸心が平行となるように構成され、前記巻線は、少なくとも前記一対の対向部に巻かれている。
【００１１】
この構成では、コアの一対の対向部の間に空間が形成されており、給電時には、この空間に二次コイルを位置させ、巻線に電流を供給する。このとき、コアの対向部に巻線が巻かれているため、特許文献１，２のように対向部に巻線が巻かれていないコイルに比べて、対向部の磁束密度を高めることができる。上述したように、この対向部の間に二次コイルが位置しているため、対向部の高い磁束密度により、二次コイルに効率的に起電力を発生させることができる。
【００１２】
一般的に、無接点給電装置用電磁誘導コイルを小型化すると給電効率が低下するため、無接点給電装置用電磁誘導コイルに供給する電流を大きくする必要がある。しかし、この場合には、無接点給電装置用電磁誘導コイルが発熱する問題が生じる。これに対して、本発明の無接点給電装置用電磁誘導コイルであれば、給電効率が高いため、無接点給電装置用電磁誘導コイルに供給する電流を必要以上に大きくする必要がない。したがって、発熱の問題を回避することができる。
【００１３】
なお、本発明における一対の対向部の軸心の平行とは、厳密な意味での平行だけでなく、本発明の目的から逸脱しない程度に軸心がずれている場合を含む。例えば、トロイダルコアの一部を切断して、本発明のコアとした場合、切断部分の両端部が対向部となり、対向部の端部の接線方向を軸心方向とみなすことができる。このとき、対向部の軸心は厳密には平行にはなり得ない。しかし、このような場合であっても、一対の対向部において発生された磁束は略同方向であり、ともに二次コイルに作用する。そのため、一対の対向部の間に配置された二次コイルに対して効率的に起電力を生じさせることができる。すなわち、本発明における一対の対向部の軸心の平行とは、厳密な平行のみを意味するのではなく、上述の目的を達成できる限りにおいて、平行性が低下した状態をも含む概念である。
【００１４】
本発明の無接点給電装置用電磁誘導コイルの好適な実施形態の一つでは、前記基部の前記巻線の巻密度よりも、前記対向部の前記巻線の巻密度が高くなっている。このように構成することで、対向部における磁束密度が基部における磁束密度よりも高くなる。すなわち、給電に寄与する割合の大きい部分の磁束密度が、給電に寄与する割合が小さい部分の磁束密度よりも小さくなっている。これにより、給電効率を高めることができる。
【００１５】
なお、基部の巻線の巻密度なる文言は、巻密度が０、すなわち、基部に巻線が巻かれていない場合をも含んでいる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】無接点給電装置用電磁誘導コイルと二次コイルの概略図である。
【図２】対向部の拡大図である。
【図３】実施例２における無接点給電装置用電磁誘導コイルの概略図である。
【図４】別実施形態における無接点給電装置用電磁誘導コイルの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に図面を用いて、本実施形態における無接点給電装置用電磁誘導コイル（以下、一次コイルと称する）を説明する。
【実施例１】
【００１８】
図１は一次コイルＡと二次コイルＢとの概略図である。一次コイルＡは、電気機器に電力を供給する充電器等の電力供給機器（図示せず）に内蔵される。一方、二次コイルＢは、電力供給を受ける電気機器（図示せず）に内蔵される。また、一次コイルＡには、図示しない電力源および給電回路が接続されている。一方、二次コイルＢには、図示しない受電回路が接続されている。受電回路からの電力は、電気機器の充電池等の電気的負荷に供給される。
【００１９】
給電時には、一次コイルＡと二次コイルＢとが図１に示す位置関係となるように、電気機器および電力供給機器が配置される。
【００２０】
二次コイルＢは、図１における横方向の軸心周りに、導電性材料からなる巻線が巻かれた空芯コイルとして形成されている。なお、二次コイルＢは、フェライト等の磁性材料のコアを備えた有芯コイルであっても構わない。
【００２１】
一次コイルＡは、フェライト等の磁性材料からなるコア１とコア１に巻かれた導電性材料からなる巻線２とを備えている。また、コア１は、基部１１と、一対の延出部１２と、一対の対向部１３と、を備えている。
【００２２】
一対の延出部１２は、基部１１の両端部のそれぞれから延出している。また、対向部１３は、それぞれの延出部１２の端部から互いに略対向するように延出している。対向部１３はそれぞれ端部としての端面１３ａを備え、互いの端面１３ａの間には空間Ｓが形成されている。本実施例では、一対の端面１３ａは互いに平行かつ対向するように構成されている。
【００２３】
本実施例におけるコア１は、トロイダルコアの一部を切断することにより形成している。これにより、基部１１，延出部１２，対向部１３のいずれが円弧状であり、それぞれが滑らかに接続されたコア１を形成することができる。なお、一対の端面１３ａどうしを平行かつ対向させるためには、切断中心の前後が均等となり、切断面が平行となるように、切断すればよい。このように、トロイダルコアの一部を切断することによりコア１を形成すれば、安価にコア１を製造することができる。
【００２４】
上述したように、一対の対向部１３は互いに対向するように構成されているが、より具体的には、互いの軸心が平行となるように構成されている。なお、ここでの平行とは、厳密な平行だけではなく、互いの軸心が微小角度δで交差する場合も含まれている。
【００２５】
図２は、コア１の対向部１３付近の拡大図である。上述したように、本実施例における対向部１３は円弧状であるため、軸心も円弧状となる。しかし、対向部１３を微小領域に分割し、各微小領域における軸心方向は各微小領域における接線方向で近似することができる。例えば、端面１３ａにおける軸心方向は、端面１３ａにおける対向部１３の接線方向となる。図２では、端面１３ａの接線方向を対向部１３の軸心方向として表している。図に示すように、本実施例のコア１では、一対の対向部１３のそれぞれの軸心ｘ１，ｘ２は微小角度δで交差している。このような場合であって、一対の対向部１３の軸心は平行であるとみなす。
【００２６】
一対の対向部１３の軸心が厳密に平行でなくとも、本実施例のコア１では、一対の対向部１３において発生された磁束は略同方向となる。そのため、一対の対向部１３の間の空間Ｓに二次コイルＢを位置させると、一対の対向部１３において発生された磁束はともに二次コイルＢに作用する。これにより、効率的に二次コイルＢに起電力を生じさせることができる。
【００２７】
すなわち、本発明における、一対の対向部１３の軸心が平行であるとは、この作用効果を奏するための条件であり、この作用効果を奏する限りにおいて、一対の対向部１３の軸心が微小角度δで交差する状態をも含み得る。
【００２８】
図１に示すように、給電時には、二次コイルＢは端面１３ａの間の空間Ｓ内に位置している。また、二次コイルＢの端面３は、端面１３ａに対向している。なお、本実施例では、二次コイルＢの端面３の面積は、コア１の端面１３ａの面積よりも小さくなっている。電磁誘導方式の無接点給電では、一次コイルと二次コイルとの位置によって給電効率が低下するという問題があるが、本実施例ではこのように構成することで、二次コイルＢの軸心方向に直交する方向への位置ずれによる給電効率の低下を低減している。
【００２９】
巻線２は、図に示すように、コア１全体に巻かれている。すなわち、基部１１，延出部１２，対向部１３に巻線が巻かれている。なお、一対の対向部１３には、発生する互いの磁束の方向が略同じになるように、巻線２が巻かれている。
【００３０】
給電回路は、公知の方法によって、このように構成された一次コイルＡを駆動する。このとき、一次コイルＡのコア１内には、右ねじの法則に基づく方向への磁束が発生する。すなわち、一次コイルＡの微小領域では、巻線２の巻方向に応じて、その微小領域のコア１の接線方向に沿った磁界が発生する。
【００３１】
したがって、一対の対向部１３には略同方向の磁束が発生し、それらの磁束は空間Ｓ内に配置された二次コイルＢに作用する。すなわち、このような構成では、給電に寄与する磁束のほとんどが対向部１３からの磁束である。本発明では、その対向部１３に巻線２が巻かれているため、給電に寄与する磁束を強くすることができる。すなわち、全磁束のうち給電に寄与する磁束の割合を大きくすることができ、給電効率を高めることができる。また、給電に寄与する磁束が強いため、受電コイルＢがその軸心方向に最適位置から多少ずれたとしても、給電を行うことができる。
【００３２】
また、本実施例のように、コア１を円弧状に形成することにより、コア１の内側（コア１を形成する円の内側方向）への漏れ磁束が、コア１に還流しやすくなる。そのため、漏れ磁束を低減することができ、給電効率を高めることができる。
【実施例２】
【００３３】
図３に示す一次コイルＡは、実施例１における一次コイルＡと基本構成は同じである。すなわち、本実施例における一次コイルＡは、実施例１と同様に、コア１全体、すなわち、基部１１，延出部１２，対向部１３に巻線２が巻かれている。しかし、本実施例では、巻線２の密度を部分的に異ならせている。具体的には、基部１１の巻線２の巻密度よりも、対向部１３の巻線２の巻密度を高くしている。
【００３４】
コイルに生じる磁束の密度は、巻線の巻密度に比例する。そのため、コイルの巻密度を部分的に異ならせれば、磁束密度が部分的に異なるコイルを形成することができる。
【００３５】
したがって、上述のように構成した本実施例の一次コイルＡでは、基部１１の磁束密度よりも、対向部１３の磁束密度の方が高くなる。実施例１で説明したように、本発明の一次コイルＡでは、主に対向部１３に生じる磁束が給電に寄与している。すなわち、本実施例における一次コイルＡでは、基部１１の磁束密度よりも、対向部１３の磁束密度を高くすることができる。これにより、一次コイルＡに生じる磁束のうち、給電に寄与する割合を高めることができ、給電効率を高めることができる。
【００３６】
本実施形態のように円弧状に形成されたコア１では、一次コイルＡから発生する漏れ磁束は、磁束ループが小さくなるようにコア１の内側（径内側）へ還流する特性を持つ。そのため、コア１の内側における磁束はコア１の外側（径外側）よりも磁束が集中する。これにより、対向部１３の磁束を強くすることができ、給電効率を高めることができる。
【００３７】
〔別実施形態〕
（１）上述の実施形態では、コア１の一対の対向部１３の端面１３ａどうしが平行となるように構成したが、対向部１３の端部どうしが対向していれば端面１３ａどうしが平行とならなくとも構わない。また、対向部１３の端部を平面形状以外の形状としても構わない。
【００３８】
（２）上述の実施形態では、コア１の基部１１，延出部１２，対向部１３はいずれも円弧状に形成したが、直線状に形成しても構わない。例えば、図４に示すように、直線状の基部１１の両端部から略直角に延出部１２を延出させ、延出部１２の端部から略直角に対向部１３を内側に延出させる。このように、コア１を構成した場合、コア１を円弧状に形成した場合と比べて、コア１の内側への漏れ磁束のコア１への還流効率が若干低下するが、上述の実施形態と同様に、対向部１３の磁束を強くすることができ、給電効率を高めることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明は、携帯電話，携帯端末，電動歯ブラシ，無線ヘッドセット等の小型電気機器の無接点給電機構の無接点給電装置用電磁誘導コイルに利用することができる。
【符号の説明】
【００４０】
Ａ：一次コイル（無接点給電装置用電磁誘導コイル）
Ｓ：空間
ｘ１，ｘ２：軸心
１：コア
１１：基部
１２：延出部
１３：対向部
２：巻線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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