(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
多層に配線が埋め込まれた基板と、
前記基板に固定されたコイルと、
前記基板に固定された電池と、
前記基板上に配置され、前記電池の温度を検出する第１の温度検出素子と、を備え、
前記基板の前記第１の温度検出素子直下の第１領域における前記配線の占有率は、
前記基板の前記第１領域以外の第２領域における前記配線の占有率よりも小さい、電池内蔵機器。
【請求項２】
前記基板は、前記電池の周辺において突出部を有し、
前記第１の温度検出素子が、前記突出部に配置されている、請求項１に記載の電池内蔵機器。
【請求項３】
前記第１領域内には、前記第１の温度検出素子に直結する配線しか存在しない、請求項１または２に記載の電池内蔵機器。
【請求項４】
前記第１の温度検出素子と前記コイルとの距離は、前記第１の温度検出素子と前記電池との距離に比べて長い、請求項１〜３のいずれか１項に記載の電池内蔵機器。
【請求項５】
前記基板の温度を検出する第２の温度検出素子を備え、
前記第２の温度検出素子と前記電池との距離は、前記第１の温度検出素子と前記電池との距離に比べて長い、請求項１〜４のいずれか１項に記載の電池内蔵機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、各種電子機器に使用される電池内蔵機器であって、特に、非接触充電機能を有する電池内蔵機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
電磁誘導の作用で送電コイルから受電コイルに電力を搬送して、非接触で内蔵する電池を充電する電池内蔵機器が、多くの電子機器に使用されている。このような電池内蔵機器では、内蔵電池が受電コイルや回路基板の発熱によって加熱される。そのため、特許文献１では、図７に示すように、充電台１１０の送電コイル１１１から受電コイル１０３へ電力を搬送する際の内蔵電池１０４の温度上昇を抑えるために、受電コイル１０３、回路基板１０２及び内蔵電池１０４を離して設置し、受電コイル１０３や回路基板１０２から内蔵電池１０４へ熱が伝わりにくいようにした構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−２２１８５４号公報
【発明の概要】
【０００４】
本開示の電池内蔵機器は、配線を有する基板と、基板に固定されたコイルと、基板に固定された電池と、基板上に配置され、電池の温度を検出する第１の温度検出素子と、を備えている。そして、基板の第１の温度検出素子直下の第１領域における配線の占有率は、基板の第１領域以外の第２領域における配線の占有率よりも小さい。
【０００５】
本開示によれば、基板における配線が発熱したとしても、第１の温度検出素子直下での配線の占有率が小さいため、配線の発熱による第１の温度検出素子の温度上昇が抑制される。そのため、第１の温度検出素子からの測定温度が、実際の電池の温度よりも高くなることが抑えられ、不必要に充電電流が低下することを防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】図１は、第１の実施形態における電池内蔵機器の外観を示す斜視模式図である。
【図２】図２は、第１の実施形態における電池内蔵機器を用いた充電システムの模式図である。
【図３Ａ】図３Ａは、第１の実施形態における電池内蔵機器の平面模式図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、図３Ａの３Ｂ−３Ｂ線における断面模式図である。
【図３Ｃ】図３Ｃは、図３Ｂの他の例における断面模式図である。
【図４Ａ】図４Ａは、第１の実施形態の第１の変形例における電池内蔵機器の平面模式図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、図４Ａの４Ｂ−４Ｂ線における断面模式図である。
【図５Ａ】図５Ａは、第１の実施形態の第２の変形例における電池内蔵機器の平面模式図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、図５Ａの５Ｂ−５Ｂ線における断面模式図である。
【図６】図６は、第２の実施形態における電池内蔵機器の外観を示す斜視模式図である。
【図７】図７は、従来の電池内蔵機器（バッテリーパック）を用いた充電システムの模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
近年の電子機器の小型化に伴い、電子機器に搭載される電池内蔵機器の小型化、薄型化が必要となってきている。そのため、特許文献１に開示された電池内蔵機器のように、受電コイルと回路基板を離して設置することができず、受電コイルと回路基板を近接して設置することが必要となる。しかしながら、受電コイルと回路基板を近接して設置すると、電力搬送のために受電コイルに送られる交番磁界により、回路基板中の金属配線等が誘導加熱され、温度上昇してしまう。そのため、電池の温度を計測している温度センサが、誘導加熱により温度上昇した回路基板中の金属配線等からの影響により、実際の温度よりも高い温度を計測してしまうという課題があった。
【０００８】
そこで、本開示は、受電コイルと回路基板を近接して設置した場合であっても、電池の温度を計測している温度センサの測定精度が悪化することを抑制できる電池内蔵機器を提供する。
【０００９】
以下、本開示の実施の形態について図面を用いて説明する。
【００１０】
（第１の実施形態）
図１は第１の実施形態における電池内蔵機器の外観を示す斜視模式図である。図１に示すように、電池内蔵機器１は、基板２と、受電コイル３と、電池４と、温度センサ５とを備える。基板２の上には、受電コイル３が配置され、基板２をコの字状に切り欠いた部分に、電池４が固定されている。また、基板２の切り欠きによってできた突出部２Ａには温度センサ５が配置されている。なお、基板２は、後述するように、配線を内部に埋め込んだ多層配線基板であり、その厚さは、およそ０．２ｍｍ〜２．０ｍｍである。また、突出部２Ａの幅は、およそ１ｍｍ〜５ｍｍである。
【００１１】
ここで、受電コイル３は、銅線等を楕円状に巻回して固定したものである。なお、受電コイル３は、基板２に直接接して配置されてもよいし、基板２との間に磁性体シート等を介して配置されてもよい。また、受電コイル３の形状としては、円形状や矩形状でもよい。なお、本開示において、「基板上に配置する」ということは、基板上に直接接して配置することだけを意味するのではなく、他の構成要素（例えば、磁性体シートや誘電体シート等）を介して基板上に配置することも意味する。
【００１２】
電池４としては、円筒型のリチウムイオン電池を用いることができる。電池４は、基板２に接着剤（図示せず）等を用いて固定される。また、電池４のプラス端子及びマイナス端子は、基板２の配線と電気的に接続されている。電池４の大きさは、直径３ｍｍ程度、長さ２０ｍｍ程度である。なお、電池４としては、図１に示す円筒型のリチウムイオン電池に限らず、角型のリチウムイオン電池、リチウムポリマー電池等の各種の二次電池を用いることができる。
【００１３】
温度センサ５は、サーミスタを用いた。サーミスタは、温度による抵抗値の変化を利用した温度検出素子である。なお、温度センサとしては、サーミスタに限らず、熱電対を用いたセンサ等の温度を検知できるものであれば、どのような構成のものであってもよい。温度センサ５の大きさとしては、例えば、幅０．２ｍｍ〜１．６ｍｍ、奥行０．４ｍｍ〜３．２ｍｍ、高さ０．１ｍｍ〜１ｍｍである。
【００１４】
図２は、本実施の形態における電池内蔵機器を用いた充電システムの模式図である。電池内蔵機器１を有する電子機器２０を充電する場合、送電コイル１１を有する充電台１０の上に、電池内蔵機器１の受電コイル３が送電コイル１１に接近するように電子機器２０を配置する。なお、電池内蔵機器１は、電子機器２０内部に設置される場合には、全体を保護樹脂（図示せず）等で覆う。
【００１５】
送電コイル１１は、交流電源（図示せず）に接続され、交番磁界を発生する。その交番磁界による電磁誘導作用によって、受電コイル３に誘導電流が発生する。この誘導電流は、整流され、電池４の充電に用いられる。ここで、電池４が過充電による発熱によって損傷しないように、充電制御回路（図示せず）を用いて充電電流を制御している。
【００１６】
充電制御回路は、電池４の温度を計測している温度センサ５からの計測温度が、所定の温度を超えると、充電電流を低下する、あるいは充電を停止する等により、電池４の温度上昇を抑えるための制御を行う。また、充電制御回路は、温度センサ５からの測定温度が、所定の温度以下になると、充電電流を元に戻す、あるいは充電を再開する等の制御を行う。
【００１７】
なお、充電制御回路は、充電電流を低下する、あるいは充電を停止する等の制御を行う際には、その充電電流の低下度合に応じて、送電コイル１１からの交番磁界の強さを弱めるように、充電台の制御回路（図示せず）に受電コイルを通じて、信号を送る。これにより、充電されない無駄な電力を送ることを抑制できる。
【００１８】
ここで、例えば、温度センサ５が、基板２の温度上昇の影響を受けて、実際の電池４の温度よりも高い温度を計測していると、実際には電池４が所定温度に達していないのに、充電制御回路は電池４が所定温度に達したと判断して、充電電流の低下や充電停止を行う。そのため、不必要に多くの充電時間がかかってしまう等の不都合が生じる。
【００１９】
図３Ａは第１の実施形態における電池内蔵機器の平面模式図であり、図３Ｂは、図３Ａの３Ｂ−３Ｂ線における断面模式図である。なお、図３Ａでは、基板２の内部に埋め込まれた配線を点線で表している。
【００２０】
図３Ａ及び図３Ｂに示すように、基板２は、その内部に多層に配線６が埋め込まれた多層配線基板である。配線６は、導電性材料からなり、例えば、銅（Ｃｕ）等の金属が用いられる。配線６の大きさは、例えば、幅０．０７ｍｍ〜０．５ｍｍ、高さ０．０２ｍｍ〜０．０４ｍｍ、長さ０．５ｍｍ〜３０ｍｍである。また、基板２の配線６の間は、エポキシ樹脂等の絶縁性材料が埋め込まれており、配線６は、基板内で互いに短絡することなく、基板２上に配置された受電コイル３や温度センサ５などの電子部品、充電制御回路等の電子回路（図示せず）、あるいは電池４等を電気的に接続している。なお、電池４は、円筒形状の側面及び両端面（電池４のプラス端子とマイナス端子がそれぞれ設けられる面）において、接着剤等を用いて基板２に固定されている。即ち、電池４は、３面で基板２と固定されるため、強固に基板２に固定できる。なお、電池４の両端子と基板２の配線６とは、接触端子あるいはリード線等を介して電気的に接続されている。
【００２１】
ここで、基板２内の配線６は、導電性材料からなるため、送電コイル１１から受電コイル３へ送られる交番磁界により、誘導加熱される。誘導加熱とは、交番磁界により、導電性材料内に渦電流が発生し、その渦電流による抵抗加熱によって発熱することを意味している。そのため、基板２の配線６近傍は、温度上昇し、その近くに温度センサ５があれば、その影響を受けて、電池４の実際の温度以上の温度を計測する恐れがある。
【００２２】
そこで、本実施形態では、図３Ｂに示すように、配線６は、基板２の温度センサ５の直下の領域２Ｂをできるだけ通らないように、配置されている。即ち、温度センサ５の直下の領域２Ｂにおける配線６の占有率は、温度センサ５の直下の領域２Ｂ以外の領域２Ｃにおける配線６の占有率よりも小さい。ここで、本開示における配線の占有率とは、対象となる領域の体積全体に対する配線の占める体積の割合を示している。
【００２３】
これにより、送電コイル１１から受電コイル３へ送られる交番磁界が基板２に付加される場合でも、温度センサ５の直下の領域２Ｂでの配線６の占有率が低いため、交番磁界によって温度上昇した配線６による温度センサ５への影響を低く抑えることができる。
【００２４】
ここで、図３Ｃに示すように、温度センサ５の直下の領域２Ｂ内に存在する配線６として、温度センサ５に接続する配線６Ａ以外存在しないようにすることが好ましい。これにより、温度センサ５の直下の領域２Ｂにおける発熱をより低く抑えることができ、交番磁界によって温度上昇した配線６による温度センサ５への影響をより低く抑えることができる。
【００２５】
また、温度センサ５の直下の領域２Ｂ内に、温度センサ５に接続する配線６Ａを設けず、領域２Ｂ外の周辺部における基板２の表面へ配線６Ａを露出させ、リード線等で温度センサ５と配線６Ａを電気的に接続してもよい。その場合、温度センサ５の直下の領域２Ｂ内には、配線６が存在しない。これにより、温度センサ５の直下の領域２Ｂにおける発熱をさらに低く抑えることができ、交番磁界によって温度上昇した配線６による温度センサ５への影響をさらに低く抑えることができる。
【００２６】
ここで、温度センサ５の直下の領域２Ｂ以外の領域２Ｃ内での配線６の占有率は、おおよそ２０％〜１００％であるのに対し、温度センサ５の直下の領域２Ｂでの配線６の占有率は、２０％以下であることが好ましい。
【００２７】
また、送電コイル１１から受電コイル３への送電効率を上げるため、充電する際の送電コイル１１と受電コイル３の平面上での位置は、ほぼ一致するように電子機器２０が配置される。そのため、基板２上において、受電コイル３の位置において交番電界の強度が最大となり、受電コイル３から離れるに従って交番電界の強度は低下していく。即ち、基板２の配線６は、受電コイル３に近い位置において発熱が大きく、受電コイル３から離れるに従って、発熱量も低下する。
【００２８】
その結果、温度センサ５から受電コイル３への距離Ｌ１が大きいほど、交番磁界によって温度上昇した配線６による温度センサ５への影響をより低く抑えることができる。一方で、電池４の正確な温度を計測するためには、温度センサ５から電池４への距離Ｌ２は、できるだけ小さくすることが好ましい。即ち、温度センサ５と受電コイル３との距離Ｌ１を、温度センサ５と電池４との距離Ｌ２に比べて長くなるように、温度センサ５を配置することにより、交番磁界によって温度上昇した配線６による温度センサ５への影響をより低く抑えることができる。なお、本開示における温度センサ５と受電コイル３との距離Ｌ１とは、温度センサ５と受電コイル３との間の最短距離を意味し、温度センサ５と電池４との距離Ｌ２とは、温度センサ５と電池４との間の最短距離を意味する。
【００２９】
ここで、温度センサ５と電池４との距離Ｌ２は、おおよそ１ｍｍ〜３ｍｍであることが好ましく、温度センサ５と受電コイル３との距離Ｌ１は、２ｍｍ以上であることが好ましい。即ち、温度センサ５と受電コイル３との距離Ｌ１は、温度センサ５と電池４との距離Ｌ２に比べて、２倍以上長くすることが好ましい。
【００３０】
なお、通常、温度センサ５と電池４との間には、接着剤や保護樹脂が充填されており、電池の温度は、それらの樹脂中の熱伝導により、温度センサ５に伝えられる。
【００３１】
本実施形態においては、基板２が突出部２Ａを有するため、温度センサ５を基板２の突出部２Ａに配置することにより、全体のサイズを大きくすることなく、温度センサ５と受電コイル３との距離Ｌ１を大きくすることができる。さらに、電池４の端面は突出部２Ａに固定されるため、電池４に接近して温度センサ５を配置することができる。これにより、電池内蔵機器全体大きくすることなく、送電コイル１１からの交番磁界によって温度上昇した配線６による温度センサ５への影響を低く抑えることができる。
【００３２】
以上のように、本実施形態の電池内蔵機器は、送電コイル１１からの交番磁界によって温度上昇した配線６による温度センサ５への影響を低く抑えることができるため、受電コイル３を基板２上に設置した場合であっても、電池４の温度を計測している温度センサ５の測定精度が悪化することを抑制できる。
【００３３】
（第１の変形例）
図４Ａは第１の実施形態の第１の変形例における電池内蔵機器の平面模式図であり、図４Ｂは、図４Ａの４Ｂ−４Ｂ線における断面模式図である。なお、図４Ａでは、基板１２の内部に埋め込まれた配線を点線で表している。
【００３４】
本変形例は、第１の実施形態の基板２に対して基板１２の形状が異なっている。また、基板１２の形状の違いに伴って、温度センサ５の配置も異なる。その他の構成は、第１の実施形態と同様であり、同一の構成要素については、同一の符号を用いている。
【００３５】
図４Ａに示すように、本変形例の基板１２は、突出部を有しておらず、平面視で矩形形状をしている。基板１２の幅は、電池４の長さとほぼ同じである。このため、電池内蔵機器全体を電池４のサイズに合わせて小さくすることができる。なお、電池４は、円筒形状の側面において、接着剤（図示せず）等を用いて、基板１２に固定されている。電池４のプラス端子とマイナス端子は、リード線等により基板１２の配線６と電気的に接続されている。
【００３６】
また、温度センサ５は、基板１２の電池４側の角部近くに配置される。これにより、温度センサ５は、電池４の近くに配置され、電池４の温度を計測できると共に、受電コイル３からの距離を大きくして配置することができる。なお、基板１２の厚さや他の構成要素は、第１の実施形態と同様である。
【００３７】
また、第１の実施形態と同様、図４Ｂに示すように、配線６は、基板１２の温度センサ５の直下の領域１２Ｂをできるだけ通らないように、配置されている。即ち、温度センサ５の直下の領域１２Ｂにおける配線６の占有率は、温度センサ５の直下の領域１２Ｂ以外の領域１２Ｃにおける配線６の占有率よりも小さい。
【００３８】
これにより、送電コイル１１から受電コイル３へ送られる交番磁界が基板１２に付加される場合でも、温度センサ５の直下の領域１２Ｂでの配線６の占有率が低いため、交番磁界によって温度上昇した配線６による温度センサ５への影響を低く抑えることができる。
【００３９】
なお、本変形例の基板１２においても、図３Ｃに示すように、温度センサ５の直下の領域１２Ｂ内に存在する配線６として、温度センサ５に接続する配線６Ａ以外存在しないようにすることが好ましい。また、第１の実施形態での説明と同様に、温度センサ５の直下の領域１２Ｂ内には、配線６が存在しない構成とすることもできる。
【００４０】
また、本変形例においても、温度センサ５と受電コイル３との距離Ｌ１１は、温度センサ５と電池４との距離Ｌ１２に比べて長くなるように、温度センサ５が配置される。これにより、交番磁界によって温度上昇した配線６による温度センサ５への影響をより低く抑えることができる。
【００４１】
以上のように、本実施の形態の電池内蔵機器は、全体のサイズを小さくできると共に、送電コイル１１からの交番磁界によって温度上昇した配線６による温度センサ５への影響を低く抑えることができるため、受電コイル３を基板１２上に設置した場合であっても、電池４の温度を計測している温度センサ５の測定精度が悪化することを抑制できる。
【００４２】
（第２の変形例）
図５Ａは第１の実施形態の第２の変形例における電池内蔵機器の平面模式図であり、図５Ｂは、図５Ａの５Ｂ−５Ｂ線における断面模式図である。なお、図５Ａでは、基板２２の内部に埋め込まれた配線を点線で表している。
【００４３】
本変形例は、第１の実施形態の基板２に対して基板２２の形状が異なっている。その他の構成は、第１の実施形態と同様であり、同一の構成要素については、同一の符号を用いている。
【００４４】
図５Ａに示すように、本変形例の基板２２は、電池の一方側にしか突出部２２Ａを有しておらず、温度センサ５は、突出部２２Ａ上に配置される。これにより、温度センサ５を電池４の近くに配置して、電池４の温度を計測できるようにすると共に、受電コイル３からの距離も大きくすることができる。一方、第１の実施形態と異なり、温度センサ５を配置しない突出部を設けていないため、全体のサイズを小さくすることができる。なお、基板２２の厚さや他の構成は、第１の実施形態と同様である。
【００４５】
また、第１の実施形態と同様、図５Ｂに示すように、配線６は、基板２２の温度センサ５の直下の領域２２Ｂをできるだけ通らないように、配置されている。即ち、温度センサ５の直下の領域２２Ｂにおける配線６の占有率は、温度センサ５の直下の領域２２Ｂ以外の領域２２Ｃにおける配線６の占有率よりも小さい。
【００４６】
これにより、送電コイル１１から受電コイル３へ送られる交番磁界が基板２２に付加される場合でも、温度センサ５の直下の領域２２Ｂでの配線６の占有率が低いため、交番磁界によって温度上昇した配線６による温度センサ５への影響を低く抑えることができる。
【００４７】
なお、本変形例の基板２２においても、図３Ｃに示すように、温度センサ５の直下の領域２２Ｂ内に存在する配線６として、温度センサ５に接続する配線６Ａ以外存在しないようにすることが好ましい。また、第１の実施形態での説明と同様に、温度センサ５の直下の領域２２Ｂ内には、配線６が存在しない構成とすることもできる。
【００４８】
また、本変形例においても、温度センサ５と受電コイル３との距離Ｌ２１は、温度センサ５と電池４との距離Ｌ２２に比べて長くなるように、温度センサ５が配置される。これにより、交番磁界によって温度上昇した配線６による温度センサ５への影響をより低く抑えることができる。
【００４９】
以上のように、本実施の形態の電池内蔵機器は、全体のサイズを小さくできると共に、送電コイル１１からの交番磁界によって温度上昇した配線６による温度センサ５への影響を低く抑えることができるため、受電コイル３を基板２２上に設置した場合であっても、電池４の温度を計測している温度センサ５の測定精度が悪化することを抑制できる。
【００５０】
（第２の実施形態）
図６は第２の実施形態における電池内蔵機器の外観を示す斜視模式図である。図６に示すように、電池内蔵機器３１は、基板２と、受電コイル３と、電池４と、第１の温度センサ５に加えて、電池４とは離れた基板２上に第２の温度センサ１５を備える。その他の構成は、第１の実施形態と同様であり、同一の構成要素については、同一の符号を用いている。
【００５１】
本実施形態においては、第１の温度センサ５は、電池４の近くに配置され、電池４の温度を計測している一方、第２の温度センサ１５は、電池４とは離れた位置における基板２の温度を計測している。即ち、第２の温度センサ１５と電池４との距離は、第１の温度センサ５と電池４との距離に比べて長い。これにより、第１の温度センサ５による第１の計測温度と第２の温度センサ１５による第２の計測温度とを比較することにより、例えば、第１の計測温度が高くなった場合、第１の計測温度と第２の計測温度との差から、電池４の過熱状態にあるのか、基板２全体の温度が高くなったことが原因なのかを判断することができる。あるいは、第２の計測温度が、第１の計測温度よりも高くなった場合に、基板２の熱伝導により電池４の温度が高くなることが予想できる。
【００５２】
以上のように、本実施形態では、２つの温度センサからの測定温度を用いることで、より適切な充電制御を行うことができる。
【００５３】
なお、その他の第１の実施形態と同様の構成による効果は、第１の実施形態の場合と同様である。また、本実施形態の構成に対して、上記の第１の変形例や第２の変形例のような変形を加えることもできる。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本開示の電池内蔵機器は、電池温度の計測精度悪化による不適切な充電制御を抑制するという効果を有し、各種電子機器において有用である。
【符号の説明】
【００５５】
１，３１  電池内蔵機器
２，１２，２２  基板
２Ａ，２２Ａ  突出部
２Ｂ，１２Ｂ，２２Ｂ  温度センサ直下の領域
２Ｃ，１２Ｃ，２２Ｃ  温度センサ直下の領域以外の領域
３  受電コイル
４  電池
５  温度センサ，第１の温度センサ（第１の温度検出素子）
６，６Ａ  配線
１０  充電台
１１  送電コイル
１５  第２の温度センサ（第２の温度検出素子）
１００  電池内蔵機器（バッテリーパック）
１０２  回路基板
１０３  受電コイル
１０４  内蔵電池
１１０  充電台
１１１  送電コイル
【図１】
0006617296.tif 000002
【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
0006617296.tif 000006
【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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