(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のコイルと第２のコイルを近接させた状態で、前記第１のコイルにスイッチング電流を流して電力を供給し、電磁誘導により前記第２のコイルに発生した電力を第１、第２の電源供給部を介して機器に出力するように構成した電源装置において、前記機器が多層プリント基板を有し、この多層プリント基板は第１、第２の部品実装層と、木の枝形状のアースパターン層と、木の枝形状の電源パターン層とを有し、前記アースパターン層における木の幹にあたる部分に前記第１の電源供給部を配置するとともに、木の枝部にあたる部分に前記第１の部品実装層における各回路ブロックを配置し、前記電源パターン層における木の幹にあたる部分に前記第２の電源供給部を配置するとともに、木の枝部にあたる部分に前記第２の部品実装層における各回路ブロックを配置した電源装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は機器への電力を接点なしで変換供給する電源装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、部品の小型化、ＩＣの高集積化、低電圧低電力および高密度実装により機器及び機能部品の小型化、インテリジェント化が可能となった。
【０００３】
その結果、小型軽量のコードレスホンや携帯電話、モバイルコンピュータ等のポータブル機器が爆発的に普及しつつある。これらのポータブル機器は内蔵する充電電池に充電器から接点を介して充電するのが一般的である。
【０００４】
又、システム機器内でも各機能部品がインテリジェント化しているが、回転する機能部品にも電力を供給する必要があるが、これも電力供給には接点方式を用いるのが一般的である。
【０００５】
しかし、接点方式は使用環境での微粉末や使用経過とともに接点の磨耗・酸化等により接触不良が発生するようになる。その接触不良を減らすために、接点に金メッキやバネによる接触圧力等の安定化等や防水対策、防塵対策等を行うことで対応されている。
【０００６】
そこで、上記接点の欠点をなくすために、非接触方式で機器への充電や電力供給を行う方法を用いた機器が増えつつある。
【０００７】
更に、電力を非接触で供給しつつ、制御信号や情報信号の伝達も機器間で非接触で行うことが必要となりつつある。
【０００８】
以下に図面を参照しながら、従来の非接触方式の電源装置の一例について説明する。
【０００９】
図６は、従来の電源装置と機器の信号処理部のブロック図である。
【００１０】
図６において、電源供給部１は、供給電力を制御する出力制御回路１０と発振出力回路９と第１のコイル８、それに信号を送受信する信号制御Ａ回路１２と送受信Ａ回路１１から構成される。そして電源供給部１の第１のコイル８からの電磁誘導エネルギーは近接した電力受電機器部２内の第２のコイル５で電気エネルギーに変換され整流安定化回路４を経て機器回路３を駆動する。又、センサ２０、機器回路３は信号制御Ｂ回路６と接続し送受信Ｂ回路７で変調後送信素子１６を駆動しケースに開けた窓から信号を送信する。そして対向する電源供給部１にもケースに開けた窓から内蔵した受信素子１７で受信し送受信Ａ回路１１で復調し信号制御Ａ回路１２で信号の処理を行い本体機器１３と情報をやり取りする。
【００１１】
また、電力受電機器部２を制御する場合は上記と信号の流れが逆となり、信号制御Ａ回路１２から送受信Ａ回路１１で変調後送信素子１９を駆動し信号を送信する。そして対向する電力受電機器部２に内蔵した受信素子１４で受信し送受信Ｂ回路７で復調し信号制御Ｂ回路６で信号の処理を行い機器回路３を制御する。
【００１２】
そして、上記で構成される電源装置と機器の信号処理部は図６のように、第１のコイル８と第２のコイル５以外は小型化するために多層基板２１および２２に部品実装し、第１のコイル８と第２のコイル５の近くに配置する必要があった。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の構成では、図７に示すように多層基板２２を分解すると、４層基板では部品を実装する表面２２ｄと裏面２２ａ及び全面アースパターンとする内層２２ｂと電源パターンとする内層２２ｃから構成される。ここで、第１のコイル８にスイッチング電流を流すと、磁界が発生し、第２のコイル５でその磁界を電気エネルギーに変換するが、第２のコイル５の近くに多層基板２２が在ると、多層基板２２の全面アースパターンがある内層２２ｂと電源パターンとする内層２２ｃにも第１のコイル８からの磁界が伝わり、渦電流が発生する。その結果、第２のコイル５の出力が大きく低下してしまうという問題点を有していた。又、その渦電流を減らすために、コイルと多層基板の距離を離す必要があった。
【００１４】
本発明は上記従来の問題点を解決するもので、第１のコイル又は第２のコイルの近くに配置するプリント基板の配線に第１のコイル又は第２のコイルから発生する磁束によって生ずるループ電流が小さくなる配線手段を設けることにより、渦電流の発生を大きく減少させ、第２のコイル５の出力が低下するのを防止する電源装置を提供することを目指すものである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明の電源装置は、第１のコイルと第２のコイルを近接させた状態で、前記第１のコイルにスイッチング電流を流して電力を供給し、電磁誘導により前記第２のコイルに発生した電力を第１、第２の電源供給部を介して機器に出力するように構成した電源装置において、前記機器が多層プリント基板を有し、この多層プリント基板は第１、第２の部品実装層と、木の枝形状のアースパターン層と、木の枝形状の電源パターン層とを有し、前記アースパターン層における木の幹にあたる部分に前記第１の電源供給部を配置するとともに、木の枝部にあたる部分に前記第１の部品実装層における各回路ブロックを配置し、前記電源パターン層における木の幹にあたる部分に前記第２の電源供給部を配置するとともに、木の枝部にあたる部分に前記第２の部品実装層における各回路ブロックを配置した電源装置としたものである。
【００１６】
この構成により、第２のコイルの出力の低下を防止することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、第１のコイルと第２のコイルを近接させた状態で、前記第１のコイルにスイッチング電流を流して電力を供給し、電磁誘導により前記第２のコイルに発生した電力を第１、第２の電源供給部を介して機器に出力するように構成した電源装置において、前記機器が多層プリント基板を有し、この多層プリント基板は第１、第２の部品実装層と、木の枝形状のアースパターン層と、木の枝形状の電源パターン層とを有し、前記アースパターン層における木の幹にあたる部分に前記第１の電源供給部を配置するとともに、木の枝部にあたる部分に前記第１の部品実装層における各回路ブロックを配置し、前記電源パターン層における木の幹にあたる部分に前記第２の電源供給部を配置するとともに、木の枝部にあたる部分に前記第２の部品実装層における各回路ブロックを配置したものであり、第２のコイルに発生した電力を機器にロスを減らし出力できるとともに、ノイズや各回路間のクロストークなどの改善を可能とするものである。
【００１８】
以下本発明の実施の形態について図１、図２、図３、図４、図５により説明する。なお、説明に当たっては従来技術と同一部分は同一番号を付し、説明を省略して説明する。
【００１９】
（実施の形態１）
図１は本発明の第一の実施の形態における電源装置の斜視図を示すものである。
【００２０】
まず、図１によると、電源供給部１は、本発明の多層基板３１に実装された出力制御回路１０と発振出力回路９に接続した第１のコイル８の巻線８ｃの一部または下部に巻いた補助巻線８ｃｂで自励発振を行い発振出力回路９内のコンデンサとにより共振電流を流し、近接させた電力受電機器部２内の第２のコイル５に電磁誘導でエネルギーが伝達され第２のコイル５により電気エネルギーに変換され、その出力を本発明の多層基板３２内で整流安定化回路４を経て機器回路３、信号制御Ｂ回路６を駆動する。
【００２１】
ここで、本発明の多層基板３２は４層基板として各層を展開すると、ＩＣ等の電気部品を実装し配線を行う表面３２ｄ及び裏面３２ａと全面アースパターンを櫛形にスリットを入れた内層３２ｃと同様に電源パターンを櫛形にスリットを入れた内層３２ｂで構成する。
【００２２】
ここで、上記図１から図２（ａ），（ｂ）の上面図と側面断面図に示した図で動作を説明する。
【００２３】
まず、図２（ｂ）の側面断面図で、本発明の多層基板３１に実装された出力制御回路１０と発振出力回路９から第１のコイル８の巻線８ｃにスイッチング電流を流すと、第１のコイル８の中心部から周辺に交流磁界２５が発生する。その交流磁界２５が第２のコイル５と鎖交することにより電気エネルギーに変換され、その出力を本発明の多層基板３２内で整流安定化回路４を経て機器回路３、信号制御Ｂ回路６を駆動する。
【００２４】
しかし、上記交流磁界２５は同時に第２のコイル５の上部にある多層基板３２とも鎖交することになり多層基板３２内の銅箔パターンに電流が誘起される。特に従来の全面電源パターンは第１のコイル８が発生した交流磁界２５のほとんどと大きな面積で鎖交することになり上記全面電源パターンに大きな渦電流が発生し、電力ロスが発生すると共に回路のノイズや誤動作の原因となる。
【００２５】
そこで、本発明の多層基板３２はその銅箔が櫛形になるスリットを入れた電源パターン３２ｂｗで構成する。図２（ａ）の上面図は多層基板３２の内層３２ｂとその上に張ってある電源パターン３２ｂｗを模式図で示したものである。
【００２６】
上記構成により、第１のコイル８が発生した交流磁界２５は第２のコイル５を通過し、櫛形の電源パターン３２ｂｗと鎖交する。その時鎖交する磁界の面積２６は櫛形のパターン幅で制限されそこで発生する渦電流は面積２６に比例する。さらに、渦電流の電力ロスは電流の２乗に比例するので、小さい面積２６の集合体である櫛形の電源パターン３２ｂｗに発生する渦電流ロスは大きく低減される。極力渦電流を減らすには、上記櫛形の電源パターン３２ｂｗの櫛部のパターン幅をより狭くし、スリット幅を広くする。さらに必要でない櫛部は長さを短くすることでより渦電流ロスを削減できる電源装置を提供できる特有の効果が得られるものである。
【００２７】
尚、櫛形の電源パターン３２ｂｗの先端部と他の先端部を、多層基板のその他の配線箔で接続すると効果が半減する。
【００２８】
（実施の形態２）
図３は本発明の実施の形態２の多層基板の構造図を示すものであり、実施の形態１の図１から第１のコイル８と第２のコイル５及び多層基板３１は省略し、本発明の特徴とする多層基板の分解斜視図のみを表す。
【００２９】
まず、図３によると、本発明の多層基板３３はその内層の電源パターン３３ｂとアースパターン３３ｃの各銅箔を歯車の歯のかみ合わせ状として構成する。
【００３０】
上記構成により、多層基板３３の下に位置する第１のコイル８が発生した交流磁界２５は第２のコイル５を通過し、歯車のかみ合わせ状の電源パターン３３ｂｗと鎖交する。その時鎖交する磁界の面積２７は歯車の歯のパターン幅で制限されそこで発生する渦電流は面積２７に比例する。さらに、渦電流の電力ロスは電流の２乗に比例するので、小さい面積２７の集合体である歯車の歯の形状の電源パターン３３ｂｗに発生する渦電流ロスは大きく低減される。極力渦電流を減らすには、上記櫛形の電源パターン３３ｂｗの歯部のパターン幅をより狭くし、スリット部を広くする。さらに必要でない歯部は長さを短くすることでより渦電流ロスを削減できる電源装置を提供できる特有の効果が得られるものである。
【００３１】
上記形状の更なる効果は、電源パターンが２つに分離することができる構造であるため、２種類の電源に対応する回路構成が可能となる。又、アースパターン３３ｃｗも同様の効果を有するが、互いの歯の一部を接続すれば単一のアースパターンとなる。
【００３２】
（実施の形態３）
図４は本発明の実施の形態３の多層基板の構造図を示すものであり、実施の形態１の図１から第１のコイル８と第２のコイル５及び多層基板３１は省略し、本発明の特徴とする多層基板の分解斜視図のみを表す。
【００３３】
まず、図４によると、本発明の多層基板３４はその内層の電源パターン３４ｂとアースパターン３４ｃの各銅箔を木の枝の形状にして構成する。
【００３４】
上記構成により、多層基板３３の下に位置する第１のコイル８が発生した交流磁界２５は第２のコイル５を通過し、木の枝の形状の電源パターン３４ｂｗと鎖交する。その時鎖交する磁界の面積２８は木の枝の形状のパターン幅で制限され、そこで発生する渦電流は面積２８に比例する。さらに、渦電流の電力ロスは電流の２乗に比例するので、小さい面積２８の集合体である木の枝の形状の電源パターン３４ｂｗに発生する渦電流ロスは大きく低減される。極力渦電流を減らすには、上記木の枝の形状の電源パターン３４ｂｗの枝部のパターン幅をより狭くし、スリット部を広くする。特に、この構造はスリット幅を広くすることが可能である。さらに必要でない枝部は長さを短くすることでより渦電流ロスを削減できる電源装置を提供できる特有の効果が得られるものである。
【００３５】
上記形状の更なる効果は、電源パターンの木の幹にあたる部分に電源供給部を配置するとパターンの枝部を通して各回路ブロック毎に電源を供給できる構造となりノイズや各回路間のクロストーク等を改善することが可能となる。又、アースパターン３４ｃｗも同様の効果を有し、一点アースのアースパターンとすることが可能である。
【００３６】
（実施の形態４）
図５は本発明の実施の形態４の多層基板の構造図を示すものであり、実施の形態１の図１から第１のコイル８と第２のコイル５及び多層基板３１は省略し、本発明の特徴とする多層基板の分解斜視図のみを表す。
【００３７】
まず、図５によると、本発明の多層基板３５はその表面、裏面のパターンをコイルから発生する磁束によって生ずるループ電流が流れないように基板の外周等の配線をループにせず、途中を切断する構成とし、その内層基板は請求項１又は請求項２又は請求項３を組み合わせた形状にして構成する。
【００３８】
ここで、多層基板３５の下に位置する第１のコイル８が発生した交流磁界２５は第２のコイル５を通過し、第２のコイル５に最も近い多層基板の裏面のパターン３５ａｗと鎖交する。その時、前記パターン３５ａｗが基板の周囲を囲むようにアースパターンを形成すると鎖交する磁界の面積は基板全体となり、そのアースパターンに大きなループ電流が発生してしまう。そこで、本発明は、図５のパターン３５ａｗのようにループを形成しないようにパターンの右端部をカットする形状３５ｃｕｔを構成することにより渦電流ロスを削減できる電源装置を提供できる特有の効果が得られるものである。
【００３９】
更に、その内層基板は請求項１又は請求項２又は請求項３に示した櫛形パターン、歯車の歯のかみ合わせ形状、木の枝形状を組み合わせた形状にして構成することにより、コイルから多層基板を離す必要がなくなるので、小型化でき、しかも安価に渦電流ロスを削減でき、ノイズの発生を押さえた電源装置を提供できるものである。
【００４０】
【発明の効果】
以上のように本発明の電源装置は、第１のコイルと第２のコイルの近くにある多層基板の配線パターンを櫛形、歯車の歯のかみ合わせ形状、木の枝形状を組み合わせた形状にして構成することにより、コイルから多層基板を離す必要がなくなるので、小型化でき、しかも安価に渦電流ロスを削減でき、ノイズの発生を押さえた電源装置を提供できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第一の実施の形態における電源装置の構成図
【図２】  （ａ）同主要部の第一の実施の形態における電源装置の上面図
（ｂ）同側断面図
【図３】  同他の実施の形態の主要部である電源装置の多層基板の構造図
【図４】  同他の実施の形態である電源装置の多層基板の構造図
【図５】  同他の実施の形態である電源装置の多層基板の構造図
【図６】  従来の電源装置と機器の信号処理部のブロック図
【図７】  従来の電源装置の構造図
【符号の説明】
１  電源供給部
２  電力受電機器部
３  機器回路
４  整流安定化回路
５  第２のコイル
６  信号制御Ｂ回路
７  送受信Ｂ回路
８  第１のコイル
９  発振出力回路
１０  出力制御回路
１１  送受信Ａ回路
１２  信号制御Ａ回路
１３  本体機器
１４、１７  受信素子
１６，１９  送信素子
２０  センサ
３１，３２，３３，３４，３５  多層基板
【図１】
0003815079.tif 000002
【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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