(57)【要約】【課題】受電時に生じる漏れ磁束を抑制できる非接触受電用コイル装置を提供する。【解決手段】  磁性体からなり給電側で形成された磁束が流入するコアと、前記磁束により誘導電流を生じる導線と、を有する非接触受電用コイル装置であって前記コアは、いずれも前記コアの中央穴の周りを前記導線に沿って延びており、前記導線の内周側に配置される内周壁部と、前記導線の外周側に配置される外周壁部と、前記内周壁部と前記外周壁部とを接続する接続壁部と、を有し、前記導線は、前記内周壁部、前記外周壁部及び前記接続壁部で囲まれる溝部に配置されていることを特徴とする非接触受電用コイル装置。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁性体からなり給電側で形成された磁束が流入するコアと、前記磁束により誘導電流を生じる導線と、を有する非接触受電用コイル装置であって、
前記コアは、いずれも前記コアの中央穴の周りを前記導線に沿って延びており、前記導線の内周側に配置される内周壁部と、前記導線の外周側に配置される外周壁部と、前記内周壁部と前記外周壁部とを接続する接続壁部と、を有し、
前記導線は、前記内周壁部、前記外周壁部及び前記接続壁部で囲まれる溝部に配置されていることを特徴とする非接触受電用コイル装置。
【請求項２】
前記溝部は、前記中央穴の径方向に沿う断面においてＵ字状であることを特徴とする請求項１に記載の非接触受電用コイル装置。
【請求項３】
前記内周壁部と前記外周壁部とは、前記溝部の深さ方向の長さが等しいことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の非接触受電用コイル装置。
【請求項４】
前記コアは、互いに別体である複数の分割コアを組み合わせてなることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれかに記載の非接触受電用コイル装置。
【請求項５】
前記複数の分割コアには、同じ形状を有する２以上の前記分割コアが含まれることを特徴とする請求項４に記載の非接触受電用コイル装置。
【請求項６】
前記コアは、前記中央穴の周りを２７０度以上３５０度未満の範囲で、前記導線を前記溝部に収容していることを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれかに記載の非接触受電用コイル装置。
【請求項７】
前記外周壁部及び前記内周壁部のうち少なくとも一方には、前記導線を前記溝部から外部へ引き出す切り欠きが形成されていることを特徴とする請求項１から請求項６までのいずれかに記載の非接触受電用コイル装置。
【請求項８】
前記接続壁部の前記溝部の幅方向の長さは、前記内周壁部及び前記外周壁部の前記溝部の深さ方向の長さより長いことを特徴とする請求項１から請求項７までのいずれかに記載の非接触受電用コイル装置。
【請求項９】
磁性体からなり給電側で形成された磁束が流入する非接触受電用コアであって、
いずれも中央穴の周りに延びており、内周側に配置される内周壁部と、外周側に配置される外周壁部と、前記内周壁部と前記外周壁部とを接続する接続壁部と、を有し、
前記内周壁部、前記外周壁部及び前記接続壁部で囲まれるリング状又は円弧状の溝部が形成されていることを特徴とする非接触受電用コア。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、給電側から非接触方式で電力を受け取る非接触受電用コイル装置及びこれに用いられる非接触受電用コアに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電磁誘導などの非接触方式で、給電側から受電側へ電力を送る充電方式を採用する電子機器が増加している。たとえば、二次電池を有する電子機器の充電方式として、非接触方式を採用することにより、例えば端子を接続する接触方式を採用する場合のように接続端子を設ける必要がないため、防水性等の観点で有利となる。
【０００３】
無接点電磁誘導式充電機構のように非接触方式の電送を行う場合において、受電側の装置には、給電側で形成された磁束が流入するコアを、誘導電流を生じるコイルと伴に用いる技術が提案されている（特許文献１等参照）。このようなコアとコイルとを有する非接触受電用コイル装置を用いることで、電力の伝送効率を向上させる技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１２３９４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の非接触受電用コイル装置では、給電側と受電側のコアとの間に形成される磁束の広がりが広く、特に、給電側と受電側のコアの距離が遠くなると漏れ磁束が多くなり、伝送効率の低下等の問題を生じるおそれがあった。
【０００６】
本発明は、このような課題に鑑みてなされ、その目的は、受電時に生じる漏れ磁束を抑制できる非接触受電用コイル装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る非接触受電用コイル装置は、
磁性体からなり給電側で形成された磁束が流入するコアと、前記磁束により誘導電流を生じる導線と、を有する非接触受電用コイル装置であって、
前記コアは、いずれも前記コアの中央穴の周りを前記導線に沿って延びており、前記導線の内周側に配置される内周壁部と、前記導線の外周側に配置される外周壁部と、前記内周壁部と前記外周壁部とを接続する接続壁部と、を有し、
前記導線は、前記内周壁部、前記外周壁部及び前記接続壁部で囲まれる溝部に配置されていることを特徴とする。
【０００８】
本発明に係る非接触受電用コイル装置は、コアが内周壁部と外周壁部と接続壁部を有しており、導線がこれらの壁部で囲まれる溝部に配置されているため、給電側と受電側の間に形成される磁束の広がりを抑制し、漏れ磁束を抑制することができる。すなわち、このような非接触受電用コイル装置は、給電側と受電側のコア間の距離を、給電側から受電側への磁束の流入部分と、受電側から給電側への磁束の流入部分との両方で小さくすることができるので、漏れ磁束を抑制することが可能である。また、磁束の広がりを抑制したことにより、給電側と受電側の距離を広げても、電力の伝送効率を高く保つことが可能である。
【０００９】
また、例えば、前記溝部は、前記中央穴の径方向に沿う断面においてＵ字状であってもよく、前記内周壁部と前記外周壁部とは、前記溝部の深さ方向の長さが等しくてもよい。
【００１０】
コア及びコアに形成される溝部の形状をＵ字状とすることにより、漏れ磁束をより好適に抑制することが可能である。
【００１１】
例えば、前記コアは、互いに別体である複数の分割コアを組み合わせて構成されていてもよい。
【００１２】
このようなコアは、一体の連続するコアに比べて、耐衝撃性の点で有利である。
【００１３】
また、前記複数の分割コアには、互いに形状の等しい第１コアと第２コアとが含まれていてもよい。
【００１４】
形状の等しい第１コアと第２コアとを組み合わせてコアを構成することにより、非接触受電用コイル装置に含まれる部品の種類を低減し、製造を容易にできるとともにコストを低減できる。
【００１５】
また、例えば、前記コアは、前記中央穴の周りを２７０度以上３５０度未満の範囲で、前記導線を前記溝部に収容していてもよい。
【００１６】
コアは、中央穴の周りを完全に囲む環状（円環、楕円環、角リング状）である必要はなく、円弧状、Ｃリング状、Ｌ字状のような中央穴の周りを囲む形状であれば、どのような形状であってもよい。ただし、中央穴の周りを２７０度以上の範囲で、その溝部に導線を収容していることにより、導線に生じる誘導電流を増加させることができる。また、中央穴の周りを３５０度未満の範囲で、その溝部に導線を収容していることにより、コアを小さくして小型化、軽量化できるとともに、溝部の外部へ導線を容易に引き出すことが可能である。
【００１７】
また、例えば、前記外周壁部及び前記内周壁部のうち少なくとも一方には、前記導線を前記溝部から外部へ引き出す切り欠きが形成されていてもよい。
【００１８】
コアに切り欠きを形成することにより、導線の配線のために、コアの外部に溝の深さ方向のスペースを確保する必要がないため、このような非接触受電用コイルは、搭載対象の装置の小型化に資する。
【００１９】
また、例えば、前記接続壁部の前記溝部の幅方向の長さは、前記内周壁部及び前記外周壁部の前記溝部の深さ方向の長さより長くてもよい。
【００２０】
このような非接触受電用コイルは薄型であり、搭載対象の装置の薄型化に資する。
【００２１】
また、本発明に係るコアは、磁性体からなり給電側で形成された磁束が流入する非接触受電用コアであって、
いずれも中央穴の周りに延びており、内周側に配置される内周壁部と、外周側に配置される外周壁部と、前記内周壁部と前記外周壁部とを接続する接続壁部と、を有し、
前記内周壁部、前記外周壁部及び前記接続壁部で囲まれるリング状又は円弧状の溝部が形成されていることを特徴とする。
【００２２】
このような非接触受電用コアは、上記の非接触受電用コイル装置に好適に用いられる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る非接触受電用コイル装置及びこれに対応する非接触給電用コイル装置を表す断面図である。
【図２】図２は、図１に示す非接触受電用コイル装置の平面図である。
【図３】図３は、図２に示す非接触受電用コイル装置に含まれるコアの平面図である。
【図４】図４は、変形例に係る非接触受電用コイルに含まれる分割コアの斜視図である。
【図５】図５は、図４に示す分割コアの使用状態を表す概念図である。
【図６】図６は、非接触受電用コイル装置に対応する非接触給電用コイル装置の変形例を表す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、図面に基づき、本発明の実施形態について説明する。
【００２５】
図１は、本発明の一実施形態に係る非接触受電用コイル装置１０（以下、コイル装置１０という）及びコイル装置１０に対応する非接触給電用コイル装置６０（以下、給電側コイル装置６０という）を表す断面図である。コイル装置１０は、コイル装置１０を介して受け取った電力を用いて動作する受電側機器５０に搭載されており、受電側機器５０の筐体５１の内部に収容されている。
【００２６】
コイル装置１０が搭載される受電側機器５０としては、携帯電話、スマートフォン及びタブレットのような携帯型移動端末や、電子時計のようないわゆるウェアラブル端末その他の電子機器が挙げられるが、特に限定されない。なお、本実施形態では、受電側機器５０として、いわゆるスマートウォッチと呼ばれる通信機能を有する電子時計を例に説明を行う。受電側機器５０の筐体５１には、コイル装置１０の他に、コイル装置１０を介して受け取った電力を蓄えるための二次電池（不図示）や、表示装置（不図示）等が備えられる。
【００２７】
コイル装置１０は、磁性体からなり給電側（給電側コイル装置６０）で形成された磁束が流入するコア２０と、給電側で形成された磁束により誘導電流を生じる導線３０とを有している。図２は、図１に示すコイル装置１０を給電側（Ｚ軸負方向側）から見た平面図である。
【００２８】
図２に示すように、コア２０は、Ｚ軸方向から見てコア２０の中央に位置する中央穴２１の周りを囲む円環状の外形状を有している。コア２０のみの平面図である図３及び図１に示すように、コア２０は、導線３０の内周側に配置される内周壁部２２と、導線３０の外周側に配置される外周壁部２４と、内周壁部２２と外周壁部２４とを接続する接続壁部２６とを有する。
【００２９】
図３に示すように、内周壁部２２、外周壁部２４及び接続壁部２６は、いずれもコア２０の中央穴２１の周りを導線３０に沿って延びており、円環状の外形状を有している。ただし、外周壁部２４には、他の部分より溝部２８の深さ方向（Ｚ軸方向）の高さが低くなっている切り欠き２４ｃが形成されている。
【００３０】
図１〜図３に示すように、コア２０には、内周壁部２２と、外周壁部２４と、接続壁部２６とに３方向（中央穴２１の径方向内側、径方向外側、及びＺ軸正方向）を囲まれる溝部２８が形成されている。図３に示すように、Ｚ軸負方向側から見て溝部２８はリング状であり、図２に示すように、導線３０は溝部２８に配置されている。
【００３１】
図１に示すように、溝部２８は、中央穴２１の径方向に沿う断面においてＵ字状である。コア２０は、筐体５１の表面近傍に、溝部２８の開口が表面側（Ｚ軸負方向側）を向く姿勢で配置されている。コア２０の内周壁部２２は、導線３０を中央穴２１の径方向に挟んで外周壁部２４に対向している。
【００３２】
図１に示すように内周壁部２２における溝部２８の深さ方向（Ｚ軸方向）の長さＬ１は、外周壁部２４における溝部２８の深さ方向（Ｚ軸方向）の長さＬ２と等しくなっている。また、内周壁部２２と外周壁部２４のＺ軸正方向端部を接続する接続壁部２６における溝部２８の幅方向の長さＬ３は、内周壁部２２及び外周壁部２４における溝部２８の深さ方向の長さＬ１、Ｌ２より長くなっている。
【００３３】
図２に示すように、溝部２８に配置されている導線３０は、中央穴２１の周りを周回するリング状のコイル（受電側コイル）を構成している。溝部２８に配置されている導線３０は、外周壁部２４に形成された切り欠き２４ｃを介して溝部２８の外部へ引き出されている。導線３０の巻数は特に限定されず、受電側機器５０の回路等に応じて適宜決定される。
【００３４】
コア２０は磁性体からなり、フェライトや金属等の材料を用いて形成される。コア２０は、例えばフェライトや金属などの磁性粉を結合する炭素や樹脂等の材料を含んでいてもよい。また、コア２０は、焼結体で構成されていてもよく、磁性シートで構成されていてもよく、焼結体と磁性シートを接合して構成されていてもよい。
【００３５】
導線３０としては、Ｃｕ等を含む導電性の芯材の外周を樹脂等の絶縁被膜で被覆した被覆電線を用いることができるが、磁束の変化により誘導電流を生じる電線であれば特に限定されない。また、導線３０の芯材は、単線であってもよく、撚線であってもよい。
【００３６】
図１に示す給電側コイル装置６０は、給電側機器９０の筐体９１の内部に収容されている。給電側機器９０としては、例えば受電側機器５０に備えられる二次電池を充電するための充電器が挙げられるが、受電側機器５０に対して給電を行うものであれば特に限定されない。
【００３７】
給電側コイル装置６０は、給電側コア７０と給電側コイル８０とを有している。給電側コア７０は、受電側のコア２０と同様に、Ｚ軸正方向から見て給電側コア７０の中央に位置する給電側中央穴７１の周りを囲む円環状の外形状を有している。給電側コア７０には、受電側のコア２０の溝部２８に対向するように、Ｚ軸正方向側から見てリング状である給電側コア溝部７８が形成されており、給電側コア溝部７８には、給電側コイル８０が配置されている。
【００３８】
給電側コア７０は、給電側コイル８０の内周側に配置される給電側内周壁部７２と、給電側コイル８０の外周側に配置される給電側外周壁部７４と、給電側内周壁部７２と給電側外周壁部７４とを接続する給電側接続壁部７６とを有している。給電側コイル８０には、給電側機器９０に備えられる図示しない二次電池又は給電側機器９０を介して接続される交流電源から、電力が供給される。
【００３９】
給電側コア７０の外径及び給電側中央穴７１の径は、受電側のコア２０の外径及び中央穴２１の径と略等しい。給電側コア７０も、コイル装置１０のコア２０と同様に磁性体からなり、フェライトや金属等の材料を用いて形成される。給電側コイル８０も、導線３０によるコイルと同様に、給電側中央穴７１の周りを周回するように巻回された被覆電線等により構成される。
【００４０】
図１に示す給電側機器９０から受電側機器５０への給電及び受電は、給電側機器９０の表面と、受電側機器５０の表面とを接触又は近接させた状態で行われる。すなわち、図１に示すように、導線３０が収容される溝部２８と、給電側コイル８０が収容される給電側コア溝部７８とが互いに対向するように配置された状態で、給電及び受電が行われる。この際、コア２０における内周壁部２２の先端である内壁先端２２ａは、給電側コア７０の給電側内周壁部７２に対向しており、コア２０における外周壁部２４の先端である外壁先端２４ａは、給電側コア７０の給電側外周壁部７４に対向している。
【００４１】
図１に示す状態で、給電側コイル８０に所定の周波数の交流電流を流すことにより、給電側コイル装置６０で磁束が形成される。給電側コイル装置６０で形成された磁束は、給電側コア７０に対向して配置されるコア２０に流入し、さらに、コア２０から給電側コア７０に流入することにより、コア２０と給電側コア７０とを通る磁束のループが形成される。
【００４２】
コア２０の溝部２８に配置された導線３０は、導線３０の周辺に配置されたコア２０等における磁束の変動により、誘導電流を生じる。導線３０で生じた誘導電流は、受電側機器５０に備えられる二次電池等に蓄えられたのち、受電側機器５０の動作に使用される。このようにして、給電側コイル装置６０から受電側のコイル装置１０への非接触給電及び非接触受電が行われる。
【００４３】
以上のようなコイル装置１０では、誘導電流を生じる導線３０が、給電側コイル装置６０に対向する以外の３方向、すなわち中央穴２１の径方向内側、径方向外側、及び給電側コイル装置６０とは反対側の３方向を、内周壁部２２、外周壁部２４及び接続壁部２６に囲まれた溝部２８に配置されている。したがって、コア２０における内壁先端２２ａ及び外壁先端２４ａと給電側コア７０との距離が、いずれも近くなる。これにより、コイル装置１０は、給電側と受電側の間に形成される磁束の広がりを抑制し、漏れ磁束を抑制することができる。
【００４４】
また、図１に示すようなＵ字状の断面形状を有する溝部２８に導線３０を配置することにより、コア２０の周辺のＸＹ方向に磁束が広がることを防止し、コア２０と給電側コア７０とが対向する位置に磁束を集中させることができる。したがって、コイル装置１０は、漏れ磁束を抑制して伝送効率を高めることができるとともに、許容される伝送効率を達成可能な伝送距離を延長することが可能である。
【００４５】
また、コイル装置１０において、導線３０に対して内周側に位置する内周壁部２２と、外周側に位置する外周壁部２４とは、溝部２８の深さ方向の長さが等しい。このようなコイル装置１０では、内壁先端２２ａと外壁先端２４ａの高さを揃えることにより、給電側から受電側への磁束の流入部分と、受電側から給電側への磁束の流入部分の両方で、給電側と受電側のコア２０、７０の間の距離が小さくなる。したがって、コイル装置１０は、漏れ磁束を抑制し、許容される伝送効率を達成可能な伝送距離（給電側コイル装置６０と受電側コイル装置１０との最短距離）を延長することが可能である。
【００４６】
また、コイル装置１０において、コア２０の接続壁部２６における溝部２８の幅方向の長さＬ３は、内周壁部２２及び外周壁部２４における溝部２８の深さ方向の長さＬ１、Ｌ２より長くなっている。これにより、導線３０を収容する溝部２８の容積を確保しつつ、コイル装置１０を薄型化することができる。
【００４７】
なお、コア２０における内周壁部２２、外周壁部２４及び接続壁部２６の厚みは特に限定されないが、例えば、内周壁部２２と外周壁部２４と接続壁部２６は、おなじ厚みとすることができる。
【００４８】
また、図２又は図３に示すように、コイル装置１０の外周壁部２４に、導線３０を溝部２８から外部へ引き出す切り欠き２４ｃが形成されていることにより、図１に示す内壁先端２２ａ及び外壁先端２４ａを筐体５１に接触または近接させることができる。このようなコイル装置１０は、給電・受電時におけるコア２０と給電側コア７０との距離を短縮し、漏れ磁束を抑制することができる。また、このようなコア２０の切り欠き２４ｃは、受電側機器５０の小型化に資する。なお、コア２０の切り欠きは、内周壁部２２に設けられていてもよく、内周壁部２２と外周壁部２４の両方に設けられていてもよい。
【００４９】
以上、実施形態を挙げて本発明のコイル装置を説明したが、本発明に係るコイル装置は実施形態に限定されず、他の多くの変形例が本発明の技術範囲に含まれることは言うまでもない。たとえば、コイル装置１０において、コア２０はＺ軸方向から見て円環状であるが、コアは楕円環、角リング状のような他の環状形状であってもよく、Ｃリング状のように、一部が繋がっていない環状であってもよい。また、コイル装置１０のコアは、円弧状、Ｌ字状のように、中央穴の一部のみを囲む形状であってもよい。
【００５０】
図４は、変形例に係るコイル装置（受電側コイル装置）に含まれる分割コア１２０ａを表す斜視図である。分割コア１２０ａは円弧状であり、分割コア１２０ａには、外形状と同様に円弧状に延びる溝部１２８が形成されている。溝部１２８には、誘導電流を生じる導線が配置される。
【００５１】
分割コア１２０ａは、導線の内周側に配置される内周壁部１２２と、導線の外周側に配置される外周壁部１２４と、内周壁部１２２と外周壁部１２４とを接続する接続壁部１２６とを有している。溝部１２８は、内周壁部１２２と外周壁部１２４と接続壁部１２６とによって囲まれている。溝部１２８は、図１に示す溝部２８と同様に、中央穴１２１（分割コア１２０ａにおいては、円弧の中心と共通の中心を有する穴）の径方向に沿う断面においてＵ字状である。
【００５２】
図５は、変形例に係るコイル装置のコアを表す概念図である。変形例に係るコイル装置のコアは、互いに別体である複数（図５に示す例では３つ）の分割コア１２０ａを組み合わせてなる。なお、３つの分割コア１２０ａは同じ形状を有しており、図５に示すコアには、同じ形状を有する２以上（図５に示す例では３）の分割コア１２０ａが含まれる。
【００５３】
図５に示すコアは、Ｃリング状の外形状を有しているのに対して、溝部１２８に配置される導線は図２に示す導線３０と同様に円環状であるため、導線の一部は、溝部１２８の外に配置されている。分割コア１２０ａを組み合わせてなるコアは、導線の一部を溝部１２８に収容していれば足りるが、このようなコアは、中央穴１２１の周りを２７０度以上３５０度未満の範囲で、導線を溝部１２８に収容していることが好ましい。導線が溝部１２８に収容されている範囲を示す角度Θを、２７０度以上とすることで、導線に生じる誘導電流を効果的に増加させることができる。また、導線が溝部１２８に収容されている範囲を示す角度Θを、３５０度未満とすることにより、コアを小さくして小型化、軽量化できるとともに、溝部１２８の外部へ導線を容易に引き出すことが可能である。
【００５４】
図４及び図５に示すような変形例に係る分割コア１２０ａを有するコイル装置も、コイル装置１０と同様の効果を奏する。また、複数の分割コア１２０ａを組み合わせてなるコアは、外部からの衝撃を受けてもワレやカケ等を発生し難く、耐衝撃性の点で有利である。また、組み合わせる分割コア１２０ａの数を増減させることにより、コイル装置の特性を容易に調整することができる。
【００５５】
上述した受電側のコア２０に対応して用いられる給電側コア７０の形状は、図１に示すようなリング状に限定されず、例えば、図６に示すような給電側コア１７０であってもよい。図６に示すように、給電側コア１７０は、受電側のコア２０の外径に略等しい外径を有する円盤状の外形状を有しており、中央部に形成される円筒状の中央凸部１７２と、給電側コア１７０の外周部分を構成するリング状の外周凸部１７４とを有している。
【００５６】
給電側コア１７０には、中央凸部１７２と外周凸部１７４との間に形成されており、Ｚ軸正方向へ向かって開口するリング状の給電側コア溝部１７８が形成されている。給電側コア溝部１７８には、給電側コイル８０が配置されている。受給電の際、内壁先端２２ａは、給電側コア１７０の中央凸部１７２に対向し、外壁先端２４ａは、給電側コア１７０の外周凸部１７４に対向するように配置される。コイル装置１０は、図６に示すような給電側コア１７０を有する給電装置コイル装置との組み合わせであっても、効率的な受給電を行うことができる。
【符号の説明】
【００５７】
１０…コイル装置
２０…コア
２１、１２１…中央穴
２２、１２２…内周壁部
２２ａ…内壁先端
２４、１２４…外周壁部
２４ａ…外壁先端
２４ｃ…切り欠き
２６、１２６…接続壁部
２８、１２８…溝部
３０…導線
１２０ａ…分割コア
５０…受電側機器
８０…給電側コイル
６０…給電側コイル装置
【図１】
2017147306.tif 000003
【図２】
2017147306.tif 000004
【図３】
2017147306.tif 000005
【図４】
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【図５】
2017147306.tif 000007
【図６】
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