JP2009005472A - 非接触電力伝送機器 - Google Patents

Abstract

【課題】 受電側機器の薄型化を阻害せずに、電力伝送の効率を高めると共に二次コイルでの発熱による不具合発生を防止できる非接触電力伝送機器を提供する。
【解決手段】 対向した給電側の一次コイル４と受電側の二次コイル５との間で電磁誘導による電力伝送が可能にされて成る非接触電力伝送機器１である。二次コイル５を平面コイルで構成すると共に、この二次コイル５の少なくとも片側の面に、磁性を有し且つ熱伝導性を有する機能層６を設ける。
【選択図】 図１

Description

本発明は、非接触電力伝送機器に関するものである。

従来一般に、携帯電話やデジタルカメラ等の携帯機器は、外部に露出する電気接点を有し、この電気接点を充電器の電気接点に接触させて給電し、充電など行わせているが、このような接触電力伝送機器では、電気接点が汚損したり、水に濡れて錆びたりすると充電ができなる恐れがあるため、近年では、対向した給電側の一次コイルと受電側の二次コイルとの間で電磁誘導による電力伝送が可能にされて成る非接触電力伝送機器が注目されている（たとえば特許文献１参照）。

しかしながら、この非接触型給電装置では電力伝送時にコイルで熱が発生するという問題がある。特に、携帯機器である受電側機器ではその携帯性能を向上させるべく薄型化が叫ばれているのであり、薄型化によると受電側機器の機能部品と二次コイルとが近接することとなるから、二次コイルでの発熱によって受電側機器に不具合が発生する恐れは大きい。
特開平９−１９０９３８号公報

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、受電側機器の薄型化を阻害せずに、電力伝送の効率を高めると共に二次コイルでの発熱による不具合発生を防止できる非接触電力伝送機器を提供することを課題とするものである。

上記課題を解決するために請求項１に係る非接触電力伝送機器にあっては、対向した給電側の一次コイル４と受電側の二次コイル５との間で電磁誘導による電力伝送が可能にされて成る非接触電力伝送機器１において、二次コイル５を平面コイルで構成すると共に、この二次コイル５の少なくとも片側の面に、磁性を有し且つ熱伝導性を有する機能層６を設けたことを特徴とする。

これによると、受電側機器３に内蔵される平面コイルで構成した二次コイル５の少なくとも片側の面に磁性を有し且つ熱伝導性を有する機能層６を設けたので、機能層６の磁性によって電力伝送の効率を高めつつ受電側機器３の薄型化を図ることができると共に、電力伝送の際に二次コイル５で発生した熱は機能層６の熱伝導性によって機能層６に速やかに逃すことができ、二次コイル５に熱が貯まることでの温度上昇による受電側機器３の不具合を回避することができる。

また、請求項２に係る非接触電力伝送機器にあっては、請求項１において、上記機能層６は、磁性体７と熱伝導体８とを区分して配置して成る複合層６ａ、または、磁性体７と熱伝導体８とが混ざり合う混合層６ｂ、によって構成されたことを特徴とする。これによると、混合層６ｂで構成された機能層６は層全体で磁性と熱伝導性を備えるようにでき、複合層６ａで構成された機能層６は必要に応じて所定部位に磁性または熱伝導性を備えるようにできる。

また、請求項３に係る非接触電力伝送機器にあっては、請求項２において、上記複合層６ａは、二次コイル５の中心部に磁性体７を配置させると共に、この磁性体７の側方周囲に熱伝導体８を配置させて成ることを特徴とする。これによると、磁束Ａが流れる二次コイル５の中心部に配置した磁性体７は磁束Ａの形成に資することができて電力の伝送効率を向上できると共に、二次コイル５で発生した熱は上記磁性体７の側方周囲に配置した熱伝導体８に効率よく逃すことができる。

また、請求項４に係る非接触電力伝送機器にあっては、請求項２において、上記混合層６ｂは、磁性体７と熱伝導体８とを混練して形成されたことを特徴とする。これによると、機能層６の製造性を向上できると共に、受電側機器３の薄型化も図ることができる。

また、請求項５に係る非接触電力伝送機器にあっては、請求項４において、上記混合層６ｂは、粘着材１０を加えて混練して形成されたことを特徴とする。これによると、混練した粘着材１０によって磁性体７と熱伝導体８との一体性を高めることができると共に、混合層６ｂで成る機能層６を平面コイルや受電側機器３などに貼着できて配設強度を高めることができる。

また、請求項６に係る非接触電力伝送機器にあっては、請求項４において、磁性体７と熱伝導体８との間で平均粒径を異ならせたことを特徴とする。これによると、粉末の充填率を向上させることができるので、機能層６の透磁率や熱伝導性の向上を図ることができる。

本発明にあっては、受電側機器の薄型化を促進させつつ、電力伝送の効率を高めると共に二次コイルでの発熱による受電側機器の不具合発生を防止できる、という利点を有する。

以下、本発明を添付図面に示す実施形態に基いて説明する。

図１に本発明の実施形態の例の非接触電力伝送機器１を示す。

この非接触電力伝送機器１は、給電側機器２に内蔵した一次コイル４と受電側機器３に内蔵した二次コイル５とを対向させたときに、非接触状態の一次コイル４と二次コイル５との間で電磁誘導による電力伝送が可能にされた装置であり、本例では充電池（図示せず）を備えた受電側機器３への充電装置として用いている。すなわち、給電側機器２は受電側機器３用の充電器であり、充電器である給電側機器２の外殻ハウジングの上壁部２ａに受電側機器３の底壁部３ａを載置すると、給電側機器２の上壁部２ａの内面（下面）に沿設した一次コイル４と受電側機器３の外殻ハウジングの底壁部３ａの内面（上面）に沿設した二次コイル５とが対向配置され、一次コイル４と二次コイル５との間に磁束Ａが形成されて電磁誘導による電力伝送が為され、受電側機器３が充電されるようになっている。ここで、受電側機器３としては携帯電話やデジタルカメラや理容器などの携帯機器が挙げられる。受電側機器３としての携帯機器には携帯性を向上させるべく薄型化が本来的に求められているが、本例の非接触電力伝送機器１では携帯機器である受電側機器３の薄型化を阻害せず、薄型の受電側機器３で問題になりがちな二次コイル５で発生した熱による不具合を回避する工夫が施されている。

すなわち、本例の二次コイル５はコイル線５ａを平面内で巻回して成る上下方向に薄型の平面コイルで構成されている。また、二次コイル５の上面には磁性を有し且つ熱伝導性を有する機能層６が積層して設けられている。つまり、二次コイル５と機能層６との層構造は上下方向に薄型にできるのであり、受電側機器３の薄型化を促進できるのである。ここで、機能層６の磁性（透磁性）によると、一次コイル４と二次コイル５との間の磁束Ａの形成に資することができて、電力伝送の高い効率を確保できる。また、機能層６の熱伝導性によると、電力伝送の際に二次コイル５で発生した熱を機能層６に速やかに逃すことができ、二次コイル５に熱が貯まることでの温度上昇による受電側機器３の不具合を回避することができる。つまり、受電側機器３に内蔵される二次コイル５を平面コイルで構成すると共に、この平面コイルである二次コイル５の面に磁性を有し且つ熱伝導性を有する機能層６を設けたことで、二次コイル５で発生する熱による受電側機器３の不具合を回避しつつ、一次コイル４と二次コイル５との間の効率良い電力伝送も確保できた上で、受電側機器３の薄型化を促進することができたのである。

詳しくは、本例の機能層６としては、機能層６に磁性を付与する磁性体７と機能層６に熱伝導性を付与する熱伝導体８とを区分して配置して成る複合層６ａによって構成されている。なお、熱伝導体８にはアルミナや窒化アルミを好適に用いることができ、また磁性体７には鉄やフェライトを好適に用いることができる。そして、本例の複合層６ａは、平面内の中央部に配置された磁性体７とこの磁性体７の側方周囲に配置された熱伝導体８とが単層状に一体化されて構成されており、この複合層６ａで成る機能層６を二次コイル５に沿設したときには、平面視で、コイル線５ａで囲まれた部位である二次コイル５の中心部に重なるように磁性体７が位置されると共に、二次コイル５を含めてその外縁部に亙る部位に重なるように熱伝導体８が位置される。つまり、磁性体７は磁束Ａが流れる二次コイル５の中心部に配置されたので、この磁性体７が磁束Ａの形成に資することとなって電力の伝送効率が向上されている。また、二次コイル５に重ねて接触した熱伝導体８によると、二次コイル５で発生した熱を熱伝導体８に効率よく逃すことができて、二次コイル５で発生する熱による受電側機器３の不具合が効果的に防止されているのである。

なお、特に図示はしないが、受電側機器３には機能層６から受電側機器３の外部に放熱する放熱構造を備えることが好ましい。放熱構造としては、たとえば機能層６の側外端を受電側機器３の外部に露出させて外気への放熱部としたり、この放熱部に別途放熱フィンを備えたり、機能層６の側外端を受電側機器３の外殻ハウジングに接地させて外殻ハウジングを通じて受電側機器３の外部に放熱させる構造が挙げられる。放熱構造によって、二次コイル５で発生した熱を機能層６を介して受電側機器３の外部に放熱させ得るようにすれば、二次コイル５により熱が貯まりにくくでき、二次コイル５で発生する熱による受電側機器３の不具合を効果的に防止させることができる。

以下、本発明の実施の形態の他例を列挙する。ここで、先例と同様部分には同符号を付して説明を省き、異なる部位につき説明をしていく。

図２の例は、一対の機能層６を平面コイルである二次コイル５の上下両面に沿わせるようにそれぞれ積層配置した例である。これによると、二次コイル５で発生した熱を機能層６の熱伝導体８を介して受電側機器３の底壁部３ａに対して均一的に逃すようにでき、二次コイル５で発生する熱による受電側機器３の不具合を効果的に防止させることができる。

図３の例は、機能層６を二次コイル５と同様に受電側機器３の底壁部３ａの内面（上面）に積層配置すると共に、この機能層６内に平面コイルである二次コイル５を埋設させた例である。具体的に、この機能層６と二次コイル５とは各々粉末状の磁性体７及び熱伝導体８と二次コイル５とをプレス等することで一体成形してあり、機能層６内に平面コイルである二次コイル５が取り込まれた単層物であって薄型化が為されているから、受電側機器３の薄型化を図り得る利点を有する。また、この機能層６は先例と同構造の複合層６ａであって、二次コイル５の中央部に磁性体７が配置されると共に、磁性体７の側方周囲の熱伝導体８内に二次コイル５が埋設されている。つまり、粉末状の磁性体７や熱伝導体８によると二次コイル５をくまなく包み込むようにできるから、特に二次コイル５からの熱伝導体８への伝熱性能が向上する利点を有する。

図４の例は、機能層６を層全体で粉末状の磁性体７と熱伝導体８とが均一に混ざり合う混合層６ｂで構成した例である。この混合層６ｂにあって、磁性体７には鉄粉やフェライト粉を、熱伝導体８にはアルミナ粉末や窒化アルミナ粉末をそれぞれ好適に用いることができると共にその粉末粒径は１０〜１００μｍ程度のものが好ましく、また体積混合比は磁性体：熱伝導体＝２：１〜３０：１であるのが好ましい。本例の混合層６ｂである機能層６は二次コイル５を層内に埋設させてあり、図３の例と同様に受電側機器３の薄型化が図られている。また、この二次コイル５を埋設した機能層６を得るには、図３の例と同様に各々粉末状の磁性体７及び熱伝導体８と二次コイル５とをプレス等することで一体成形してあるが、磁性体７と熱伝導体８とを区分して配置した複合層６ａ（図３の例）とは異なり、本例は機能層６が層全体で粉末状の磁性体７と熱伝導体８とが均一に混ざり合う混合層６ｂで構成されるので、プレス時の機能層６全体の物性が均一であって複合層６ａの場合に比べて良好な製造性を確保できる。なお詳しくは、磁性体７と熱伝導体８との混練時にはバインダー材９が添加され、形成した混合層６ｂに高い一体性を備えるようにしてある。

図５の例は、混合層６ｂを磁性体７と熱伝導体８に加えて粘着材１０を混練して形成した例である。これによると、混合層６ｂ内の磁性体７と熱伝導体８との結合強度（一体性強度）、混合層６ｂで成る機能層６への二次コイル５の配設強度（埋設強度）、機能層６の受電側機器３への配設強度（本例では受電側機器３の底壁部３ａの内面（上面）への機能層６の貼着強度）を、それぞれ向上できる利点を有する。

図６の例は、混合層６ｂを構成する粉末状の磁性体７と熱伝導体８との間でその平均粒径を異ならせた例である。ここで、磁性体７の平均粒径は３０〜１００μm、熱伝導体８の平均粒径は数μm〜３０μmが好ましく、本例では磁性体７の平均粒径を５０μｍ程度に、熱伝導体８の平均粒径を１０μｍ程度にしてある。このように粉末状の磁性体７の平均粒径を大きく、粉末状の熱伝導体８の平均粒径を小さくすることによって、機能層６の透磁率を高めて電力伝送の為の磁束形成機能（磁性機能）を基本的に発揮させながら、磁性体７の間に隈なく熱伝導体８を行き渡らせて機能層６の熱伝導性を向上できることとなる。

なお、上記実施形態において複合層６ａは磁性体７と熱伝導体８とを完全に区分けして配置したものを例示したが、磁性体７と熱伝導体８との配合密度を偏らせることで（磁性体７が相対的に多くて透磁機能の強い箇所と、熱伝導体８が相対的に多くて熱伝導機能の強い箇所とを区分けすることで）複合層６ａとしてもよいのは言うまでもない。

本発明の実施の形態の例の非接触電力伝送機器の要部の側断面図である。 同上の他例の非接触電力伝送機器の要部の側断面図である。 同上の更に他例の非接触電力伝送機器の要部の側断面図である。 同上の更に他例であり、（ａ）は非接触電力伝送機器の要部の側断面図であり、（ｂ）は機能層の拡大図である。 同上の更に他例であり、機能層の拡大図である。 同上の更に他例であり、機能層の拡大図である。

符号の説明

１ 非接触電力伝送機器
２ 給電側機器
２ａ 上壁部
３ 受電側機器
３ａ 底壁部
４ 一次コイル
５ 二次コイル
６ 機能層
６ａ 複合層
６ｂ 混合層
７ 磁性体
８ 熱伝導体
９ バインダー材
１０ 粘着材
Ａ 磁束

Claims (6)

1. 対向した給電側の一次コイルと受電側の二次コイルとの間で電磁誘導による電力伝送が可能にされて成る非接触電力伝送機器において、二次コイルを平面コイルで構成すると共に、この二次コイルの少なくとも片側の面に、磁性を有し且つ熱伝導性を有する機能層を設けたことを特徴とする非接触電力伝送機器。
2. 上記機能層は、磁性体と熱伝導体とを区分して配置して成る複合層、または、磁性体と熱伝導体とが混ざり合う混合層、によって構成されたことを特徴とする請求項１記載の非接触電力伝送機器。
3. 上記複合層は、二次コイルの中心部に磁性体を配置させると共に、この磁性体の側方周囲に熱伝導体を配置させて成ることを特徴とする請求項２記載の非接触電力伝送機器。
4. 上記混合層は、磁性体と熱伝導体とを混練して形成されたことを特徴とする請求項２記載の非接触電力伝送機器。
5. 上記混合層は、粘着材を加えて混練して形成されたことを特徴とする請求項４記載の非接触電力伝送機器。
6. 磁性体と熱伝導体との間で平均粒径を異ならせたことを特徴とする請求項４記載の非接触電力伝送機器。

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