(57)【要約】【課題】本発明は、電力を伝送する能力を維持しつつ、受電側のコイルを小型化することができる電力伝送システム、該電力伝送システムの給電装置及び携帯機器を提供する。【解決手段】本発明に係る電力伝送システム１は、電力を供給する充電台（給電装置）２と、電力の供給を受ける携帯電話機（受電装置）３とを備える。充電台２は、平板状のコイル（第一のコイル）２１と、該コイル２１の内径部分に配置された磁石２２とを備えている。携帯電話機３は、コイル２１の内径と略同じ又は該内径より小さい外径のスパイラルインダクタ（第二のコイル）３１を備え、該スパイラルインダクタ３１は、軟磁性体層３１ａとコイル導体３１ｂとで構成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力を供給する給電装置と、電力の供給を受ける受電装置とを備える電力伝送システムにおいて、
前記給電装置は、
平板状の第一のコイルと、
該第一のコイルの内径部分に配置された磁石と
を備え、
前記受電装置は、
前記第一のコイルの内径と略同じ又は該内径より小さい外径の第二のコイルを備え、
該第二のコイルは、軟磁性体層とコイル導体とで構成されたスパイラルインダクタであることを特徴とする電力伝送システム。
【請求項２】
前記スパイラルインダクタは、前記給電装置に対向している面側の漏れ磁束が、対向している該面側とは反対の面側の漏れ磁束より大きくなるようにしてあることを特徴とする請求項１記載の電力伝送システム。
【請求項３】
前記スパイラルインダクタは、前記給電装置に対向している面側とは反対の面側に、回路基板を実装するようにしてあることを特徴とする請求項１又は２に記載の電力伝送システム。
【請求項４】
軟磁性体層とコイル導体とで構成されたスパイラルインダクタを備える受電装置に対して、電力を供給する給電装置であって、
平板状のコイルと、
該コイルの内径部分に配置された磁石と
を備え、
前記コイルの内径は、前記受電装置の前記コイル導体の外径と略同じ又は該外径より大きいことを特徴とする給電装置。
【請求項５】
平板状のコイルと、
該コイルの内径部分に配置された磁石と
を備える給電装置から電力の供給を受ける携帯機器であって、
軟磁性体層とコイル導体とで構成されたスパイラルインダクタと、
該スパイラルインダクタと離隔して配置され、二次電池を収納している電池収納部と
を備え、
前記コイル導体の外径は、前記給電装置の前記コイルの内径と略同じ又は該内径より小さいことを特徴とする携帯機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物理的に接続することなく電力を伝送する電力伝送システム、該電力伝送システムの給電装置及び携帯機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、非接触で電力を伝送して充電する通信機等の電子機器が開発されている。電子機器において非接触で電力を伝送するためには、電力の給電側の電子機器と、電力の受電側の電子機器との双方に非接触型電力伝送用のコイルを設ける必要がある。
【０００３】
また、電力の給電側のコイルと、電力の受電側のコイルとで、位置合わせを行わないと、効果的に電力を伝送することができない。そこで、例えば特許文献１では、電力の給電側の電子機器、受電側の電子機器の双方のコイルの中心部分に磁石を配置し、両磁石間の引き合う力を利用して電力の給電側のコイルと、電力の受電側のコイルとで、位置合わせを行っていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−０９５０７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、電力の給電側の電子機器、受電側の電子機器の双方のコイルの中心部分に磁石を配置するためには、コイル自体をある程度の大きさにする必要があり、小型化することが困難になるという問題点があった。特に受電側の電子機器、例えば携帯電話機に組み込む場合、コイルが一定以上の大きさを要することから、裏蓋と一体化させる案が有力であるが、電池近傍における発熱の問題等があり、コイルの大きさが携帯電話機の設計上の大きな制約条件となっている。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、電力を伝送する能力を維持しつつ、受電側のコイルを小型化することができる電力伝送システム、該電力伝送システムの給電装置及び携帯機器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために第１発明に係る電力伝送システムは、電力を供給する給電装置と、電力の供給を受ける受電装置とを備える電力伝送システムにおいて、前記給電装置は、平板状の第一のコイルと、該第一のコイルの内径部分に配置された磁石とを備え、前記受電装置は、前記第一のコイルの内径と略同じ又は該内径より小さい外径の第二のコイルを備え、該第二のコイルは、軟磁性体層とコイル導体とで構成されたスパイラルインダクタである。
【０００８】
また、第２発明に係る電力伝送システムは、第１発明において、前記スパイラルインダクタは、前記給電装置に対向している面側の漏れ磁束が、対向している該面側とは反対の面側の漏れ磁束より大きくなるようにしてある。
【０００９】
また、第３発明に係る電力伝送システムは、第１又は第２発明において、前記スパイラルインダクタは、前記給電装置に対向している面側とは反対の面側に、回路基板を実装するようにしてある。
【００１０】
上記目的を達成するために第４発明に係る給電装置は、軟磁性体層とコイル導体とで構成されたスパイラルインダクタを備える受電装置に対して、電力を供給する給電装置であって、平板状のコイルと、該コイルの内径部分に配置された磁石とを備え、前記コイルの内径は、前記受電装置の前記コイル導体の外径と略同じ又は該外径より大きい。
【００１１】
上記目的を達成するために第５発明に係る携帯機器は、平板状のコイルと、該コイルの内径部分に配置された磁石とを備える給電装置から電力の供給を受ける携帯機器であって、軟磁性体層とコイル導体とで構成されたスパイラルインダクタと、該スパイラルインダクタと離隔して配置され、二次電池を収納している電池収納部とを備え、前記コイル導体の外径は、前記給電装置の前記コイルの内径と略同じ又は該内径より小さい。
【００１２】
第１発明では、給電装置が、平板状の第一のコイルと、該第一のコイルの内径部分に配置された磁石とを備え、受電装置が、第一のコイルの内径と略同じ又は該内径より小さい外径の第二のコイルを備えるので、給電装置の第一のコイルと受電装置の第二のコイルとの結合係数は低下するが、第一のコイルの内径部分に配置された磁石により、エネルギーの保持と損失との関係を示す指標であるＱ値を高くすることができるため、電力を伝送する能力を維持することができる。また、第一のコイルの内径部分に配置された磁石と受電装置の軟磁性体層との間の引き合う力を利用して、給電装置の第一のコイルと受電装置の第二のコイルとの位置合わせを容易に行うことができる。さらに、受電装置の第二のコイルをスパイラルインダクタとすることで、受電側（受電装置）のコイル（第二のコイル）を小型化することができる。
【００１３】
第２発明では、スパイラルインダクタは、給電装置に対向している面側の漏れ磁束が、対向している該面側とは反対の面側の漏れ磁束よりも大きくなるようにしてあるので、給電装置に対向している面側とは反対の面側からの磁束の漏れを抑えて、給電装置の第一のコイルとの電磁結合に利用される磁束を大きくすることができ、電力を伝送する能力を維持することができる。
【００１４】
第３発明では、スパイラルインダクタは、給電装置に対向している面とは反対の面側に、回路基板を実装するようにしてあるので、スパイラルインダクタと回路基板とで構成されるコイルモジュールを小型化して、受電装置を小型化することができる。
【００１５】
第４発明では、軟磁性体層とコイル導体とで構成されたスパイラルインダクタを備える受電装置に対して、電力を供給する給電装置であって、平板状のコイルと、該コイルの内径部分に配置された磁石とを備え、コイルの内径は、受電装置のコイル導体の外径と略同じ又は該外径より大きいので、給電装置のコイルと受電装置のコイル導体との結合係数は低下するが、コイルの内径部分に配置された磁石により、Ｑ値を高くすることができるため、電力を伝送する能力を維持することができる。また、コイルの内径部分に配置された磁石と受電装置の軟磁性体層との間の引き合う力を利用して、給電装置のコイルと受電装置のコイル導体との位置合わせを容易に行うことができる。
【００１６】
第５発明では、平板状のコイルと、該コイルの内径部分に配置された磁石とを備える給電装置から電力の供給を受ける携帯機器であって、軟磁性体層とコイル導体とで構成されたスパイラルインダクタと、該スパイラルインダクタと離隔して配置され、二次電池を収納している電池収納部とを備えるので、給電装置から電力の供給を受けてスパイラルインダクタが発熱しても電池収納部に熱が伝わりにくく、二次電池の劣化を抑えることができる。また、スパイラルインダクタのコイル導体の外径は、給電装置のコイルの内径と略同じ又は該内径より小さいので、携帯機器を小型化することができる。さらに、給電装置の磁石とスパイラルインダクタの軟磁性体層との間の引き合う力を利用して、給電装置のコイルとスパイラルインダクタのコイル導体との位置合わせを容易に行うことができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る電力伝送システムでは、給電装置が、平板状の第一のコイルと、該第一のコイルの内径部分に配置された磁石とを備え、受電装置が、第一のコイルの内径と略同じ又は該内径より小さい外径の第二のコイルを備えるので、給電装置の第一のコイルと受電装置の第二のコイルとの結合係数は低下するが、第一のコイルの内径部分に配置された磁石により、エネルギーの保持と損失との関係を示す指標であるＱ値を高くすることができるため、電力を伝送する能力を維持することができる。また、第一のコイルの内径部分に配置された磁石と受電装置の軟磁性体層との間の引き合う力を利用して、給電装置の第一のコイルと受電装置の第二のコイルとの位置合わせを容易に行うことができる。さらに、受電装置の第二のコイルをスパイラルインダクタとすることで、受電側（受電装置）のコイル（第二のコイル）を小型化することができる。
【００１８】
また、本発明に係る給電装置は、軟磁性体層とコイル導体とで構成されたスパイラルインダクタを備える受電装置に対して、電力を供給する給電装置であって、平板状のコイルと、該コイルの内径部分に配置された磁石とを備え、コイルの内径は、受電装置のコイル導体の外径と略同じ又は該外径より大きいので、給電装置のコイルと受電装置のコイル導体との結合係数は低下するが、コイルの内径部分に配置された磁石により、Ｑ値を高くすることができるため、電力を伝送する能力を維持することができる。
【００１９】
さらに、本発明に係る携帯機器は、平板状のコイルと、該コイルの内径部分に配置された磁石とを備える給電装置から電力の供給を受ける携帯機器であって、軟磁性体層とコイル導体とで構成されたスパイラルインダクタと、該スパイラルインダクタと離隔して配置され、二次電池を収納している電池収納部とを備えるので、給電装置から電力の供給を受けてスパイラルインダクタが発熱しても電池収納部に熱が伝わりにくく、二次電池の劣化を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施の形態に係る電力伝送システムの構成を示す模式図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る充電台が備えるコイル、磁石、回路基板の構成を示す模式図である。
【図３】本発明の実施の形態に係るスパイラルインダクタの構成を示す断面図である。
【図４】本発明の実施の形態に係るスパイラルインダクタの構成を分解して示す平面図である。
【図５】本発明の実施の形態に係る電力伝送システムの回路構成の一部を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態における電力伝送システム、該電力伝送システムの給電装置及び携帯機器について、図面を用いて具体的に説明する。以下の実施の形態は、特許請求の範囲に記載された発明を限定するものではなく、実施の形態の中で説明されている特徴的事項の組み合わせの全てが解決手段の必須事項であるとは限らないことは言うまでもない。
【００２２】
なお、本発明の実施の形態に係る電力伝送システムの携帯機器には、例えばミュージックプレイヤー、携帯電話機、キーレスシステムの携帯機等が含まれるが、以下の説明では、携帯機器が携帯電話機である場合について説明する。
【００２３】
図１は、本発明の実施の形態に係る電力伝送システムの構成を示す模式図である。図１（ａ）は、充電台に携帯電話機を載置した状態の断面を示す模式図、図１（ｂ）は、携帯電話機の充電台に載置する側の面の断面を示す模式図である。本発明の実施の形態に係る電力伝送システム１は、電力を供給する給電装置である充電台２、電力の供給を受ける受電装置である携帯電話機３を備える。充電台２は、平板状のコイル（第一のコイル）２１、コイル２１の内径部分に配置された磁石２２、コイル２１から供給する電力を制御する複数の電子部品２３ａを実装した回路基板２３を備える。回路基板２３は、電源であるＡＣアダプタ４と接続されている。
【００２４】
図２は、本発明の実施の形態に係る充電台２が備えるコイル２１、磁石２２、回路基板２３の構成を示す模式図である。コイル２１は、銅線等の導体を、同一平面で渦巻状に形成している。コイル２１の外形は、略円形に形成しているが、略楕円形に形成しても、略四角形に形成しても良い。コイル２１は、フェライト等の磁性体材料を粉体にして混練した硬化性樹脂で形成された樹脂構造体２４に内蔵されている。ただし、コイル２１は、携帯電話機３を載置する側の面にて、樹脂構造体２４から露出している。なお、樹脂構造体２４に代えて、コイル２１の一面に磁性体シートを固着しても良い。
【００２５】
磁石２２は、アルニコ磁石、フェライト磁石、ネオジム磁石等の永久磁石を用いて、コイル２１の内径部分に配置されている。磁石２２の外径は、コイル２１の内径の約８０％以下で、コイル２１の中心を含むコイル２１の内径に磁石２２が配置されている。なお、磁石２２の外径をコイル２１の内径の約８０％以下に限定しているのは、充電台２と後述する携帯電話機３との位置合わせを行う場合に、携帯電話機３のスパイラルインダクタ３１をコイル２１の中心に引き込むためである。
【００２６】
回路基板２３は、コイル２１で伝送する電力を制御する複数の電子部品２３ａが実装してあり、例えば、少なくとも電力制御回路、インバータ回路を構成する電子部品２３ａを実装してある。回路基板２３は、コイル２１との接続のためのコネクタ２３ｂと、ＡＣアダプタ４との接続のためのコネクタ２３ｃとを設けてある。
【００２７】
図１に戻って、携帯電話機３は、スパイラルインダクタ（第二のコイル）３１、スパイラルインダクタ３１と離隔して配置され、二次電池３２を収納している電池収納部３３を備える。スパイラルインダクタ３１は、軟磁性体層３１ａ、コイル導体３１ｂとで構成され、コイル導体３１ｂの外径は、充電台２のコイル２１の内径と略同じであるか、又は該内径より小さい。コイル導体３１ｂの外径を、充電台２のコイル２１の内径と略同じ又は該内径より小さくすることでスパイラルインダクタ３１を小型化することができ、スパイラルインダクタ３１を組み込んだ携帯電話機３を小型化することができる。なお、充電台２のコイル２１に対してスパイラルインダクタ３１のコイル導体３１ｂを小さくすると、充電台２のコイル２１と携帯電話機３のスパイラルインダクタ３１とを電磁結合させて電力を伝送する場合の結合係数が低下して、電力を伝送する能力（伝送効率）が低下する。しかし、本発明の実施の形態に係る電力伝送システム１では、充電台２のコイル２１の内径部分に磁石２２を配置することにより、エネルギーの保持と損失との関係を示す指標であるＱ値を高くすることができるため、電力を伝送する能力を維持することができる。
【００２８】
また、スパイラルインダクタ３１を小型化することで、スパイラルインダクタ３１を、二次電池３２を収納している電池収納部３３と離隔して配置することが可能となる。つまり、スパイラルインダクタ３１を電池収納部３３に接触することなく配置することで、充電台２から電力の供給を受けてスパイラルインダクタ３１が発熱しても電池収納部３３に熱が伝わりにくく、二次電池３２の劣化を抑えることができる。
【００２９】
さらに、スパイラルインダクタ３１について詳しく説明する。図３は、本発明の実施の形態に係るスパイラルインダクタ３１の構成を示す断面図である。図４は、本発明の実施の形態に係るスパイラルインダクタ３１の構成を分解して示す平面図である。図４（ａ）は第一層３１１を、図４（ｂ）は第二層３１２を、図４（ｃ）は第三層３１３を、図４（ｄ）は第四層３１４を、図４（ｅ）は第五層３１５を、図４（ｆ）は第六層３１６を、図４（ｇ）は第七層３１７を、図４（ｈ）は第八層３１８を、それぞれ示している。図３に示すように、スパイラルインダクタ３１は、八つの層３１１〜３１８、第一層３１１の一方の面に形成されたランド電極３２０で構成されている。第一層３１１は、非磁性フェライトからなる非磁性体層３１ｃである。第二層３１２は、透磁率の高い軟磁性材料（例えば、Ｎｉ−Ｚｎ−Ｃｕフェライト等のフェライト系材料）からなる軟磁性体層３１ａである。透磁率の高い軟磁性材料からなる軟磁性体層３１ａの第三層３１３、第四層３１４、第六層３１６及び第七層３１７に、導電性材料（例えば、Ｃｕ等）からなるコイル導体３１ｂが形成されている。非磁性フェライトからなる非磁性体層３１ｃの第五層３１５及び第八層３１８に、導電性材料からなるコイル導体３１ｂが形成されている。
【００３０】
軟磁性体層３１ａ及び非磁性体層３１ｃに形成されているコイル導体３１ｂは、半径ｒ１の円形の一部を欠いた形状を有し、それぞれの層に形成されたコイル導体３１ｂは、互いに電気的に接続されて一つのコイルを構成している。第三層３１３及び第八層３１８に形成されているコイル導体３１ｂには引き出し配線３１ｄが設けられている。第一層３１１乃至第八層３１８は、それぞれの層に形成されたコイル導体３１ｂは、中心を通る法線を共有するように積層され、スパイラルインダクタ３１を構成している。第三層３１３のコイル導体３１ｂに設けられた引き出し配線３１ｄが一つのコイルの一端であり一方のランド電極３２０に接続されている。第八層３１８に形成されているコイル導体３１ｂに設けられた引き出し配線３１ｄが一つのコイルの他端であり他方のランド電極３２０に接続されている。なお、図３及び図４で示したスパイラルインダクタ３１の構成は例示であり、軟磁性体層３１ａとコイル導体３１ｂとで構成されたスパイラルインダクタ３１であれば、特に限定されない。
【００３１】
また、図３に示すスパイラルインダクタ３１は、コイル導体３１ｂが形成されていない軟磁性体層３１ａの第二層３１２を備えることで、ランド電極３２０が形成されている面側から漏れる磁束を、ランド電極３２０が形成されていない面側から漏れる磁束に比べて小さくすることができる。ランド電極３２０が形成されていない面側が、充電台２に対向している面側となるので、スパイラルインダクタ３１は、充電台２に対向している面側の漏れ磁束が、対向している該面側とは反対の面側の漏れ磁束に比べて大きくしてある。そのため、本発明の実施の形態に係る電力伝送システム１は、スパイラルインダクタ３１の、充電台２に対向している面側とは反対の面側からの磁束の漏れを抑えて、充電台２のコイル２１との電磁結合に利用される磁束を大きくすることができ、電力を伝送する能力を維持することができる。
【００３２】
図１に戻って、スパイラルインダクタ３１は、充電台２に対向している面側とは反対の面側に、回路基板３４を実装するようにしてある。回路基板３４は、スパイラルインダクタ３１で伝送する電力を制御する複数の電子部品を実装しており、少なくとも整流回路、レギュレータ回路、充電制御回路を構成する電子部品が実装されている。図５は、本発明の実施の形態に係る電力伝送システム１の回路構成の一部を示す回路図である。図５に示す電力伝送システム１では、充電台２のコイル２１と携帯電話機３のスパイラルインダクタ３１とを電磁結合させて電力を伝送する場合に、スパイラルインダクタ３１に接続される回路構成が図示されている。具体的には、整流回路を構成するダイオードＤ及びコンデンサＣが回路基板３４に実装され、該回路基板３４を、スパイラルインダクタ３１の、充電台２に対向している面側とは反対の面側に実装してある。そのため、スパイラルインダクタ３１と回路基板３４とで構成されるコイルモジュールを小型化して、携帯電話機３を小型化することができる。
【００３３】
以上のように、本発明の実施の形態に係る電力伝送システム１では、充電台２が、平板状のコイル（第一のコイル）２１と、コイル２１の内径部分に配置された磁石２２とを備え、携帯電話機３が、コイル２１の内径と略同じ又は該内径より小さい外径のスパイラルインダクタ（第二のコイル）３１を備える。スパイラルインダクタ３１がコイル２１より小さいため、充電台２のコイル２１と携帯電話機３のスパイラルインダクタ３１との結合係数は低下するが、コイル２１の内径部分に配置された磁石２２により、エネルギーの保持と損失との関係を示す指標であるＱ値を高くすることができるため、電力を伝送する能力を維持することができる。具体的に、コイル２１の外径を４ｃｍ、スパイラルインダクタ３１のコイル導体３１ｂの外径を１ｃｍとした場合、充電台２から２．５Ｗの電力を供給すると、携帯電話機３で１Ｗの電力の供給を受けることができ、本発明の実施の形態に係る電力伝送システム１の電力を伝送する能力（伝送効率）は４０％となる。
【００３４】
また、本発明の実施の形態に係る電力伝送システム１では、充電台２のコイル２１の内径部分に配置された磁石２２と、携帯電話機３のスパイラルインダクタ３１の軟磁性体層３１ａとの間の引き合う力を利用して、充電台２のコイル２１と携帯電話機３のスパイラルインダクタ３１との位置合わせを容易に行うことができる。さらに、本発明の実施の形態に係る電力伝送システム１では、携帯電話機３のコイルをスパイラルインダクタ３１とすることで、携帯電話機３側のコイルを小型化することができる。
【００３５】
また、本発明の実施の形態に係る充電台２は、軟磁性体層３１ａとコイル導体３１ｂとで構成されたスパイラルインダクタ３１を備える携帯電話機３に対して、電力を供給する充電台である。そして、充電台２は、平板状のコイル２１と、該コイル２１の内径部分に配置された磁石２２とを備える。コイル２１の内径は、携帯電話機３のコイル導体３１ｂの外径と略同じ又は該外径より大きいので、充電台２のコイル２１と携帯電話機３のコイル導体３１ｂとの結合係数は低下するが、コイル２１の内径部分に配置された磁石２２により、Ｑ値を高くすることができるため、電力を伝送する能力を維持することができる。
【００３６】
さらに、本発明の実施の形態に係る携帯電話機３は、平板状のコイル２１と、該コイル２１の内径部分に配置された磁石２２とを備える充電台２から電力の供給を受ける携帯電話機３である。そして、携帯電話機３は、軟磁性体層３１ａとコイル導体３１ｂとで構成されたスパイラルインダクタ３１と、スパイラルインダクタ３１と離隔して配置され、二次電池３２を収納している電池収納部３３とを備えるので、充電台２から電力の供給を受けてスパイラルインダクタ３１が発熱しても電池収納部３３に熱が伝わりにくく、二次電池３２の劣化を抑えることができる。
【符号の説明】
【００３７】
１  電力伝送システム
２  充電台
３  携帯電話機
４  ＡＣアダプタ
２１  コイル
２２  磁石
２３、３４  回路基板
２３ａ  電子部品
２３ｂ、２３ｃ  コネクタ
２４  樹脂構造体
３１  スパイラルインダクタ
３１ａ  軟磁性体層
３１ｂ  コイル導体
３１ｃ  非磁性体層
３１ｄ  引き出し配線
３２  二次電池
３３  電池収納部
３２０  ランド電極
【図１】
2012010533.tif 000003
【図２】
2012010533.tif 000004
【図３】
2012010533.tif 000005
【図４】
2012010533.tif 000006
【図５】
2012010533.tif 000007