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JP2009200174A - 非接触電力伝送機器 - Google Patents

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JP2009200174A JP2008039209A JP2008039209A JP2009200174A JP 2009200174 A JP2009200174 A JP 2009200174A JP 2008039209 A JP2008039209 A JP 2008039209A JP 2008039209 A JP2008039209 A JP 2008039209A JP 2009200174 A JP2009200174 A JP 2009200174A
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孝太 北村
Masayuki Suzuki
誠之 鈴木
Hidekazu Yabuuchi
英一 薮内
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Abstract

【課題】磁性材での渦電流の発生を抑制して電力伝送効率を高める。
【解決手段】一次側送電用コイルからの電力を受けるための二次側受電用のコイル１を備え、該コイル１の少なくとも片面に磁性材２が配設されている。上記磁性材２は上記両コイルの対向面と平行な面にスリット４が形成されている。電力伝送効率の向上のための磁性材に設けたスリットは、磁束が磁性材を通ることによって発生する渦電流を抑制するために、熱損失を低減する。
【選択図】図１

Description

本発明は、非接触で電力伝送を行う非接触電力伝送機器、殊にその受電側の機器に関するものである。
非接触電力伝送機器として、充電器側に設けた一次側送電用コイルと、負荷機器側に設けた二次側受電用コイルとの間でトランスを構成し、上記両コイル間の電磁誘導作用を利用して非接触で電力伝送を行う非接触充電器がある。非接触電力伝送では接点部分の露出がないために接点部分の劣化を気にしなくて良いことや防水性の確保が容易になること、電力送電側機器に対する電力受電側機器の着脱を容易に行うことができるなどの点からコードレス電話機、シェーバー、歯ブラシなど様々な商品に用いられている。
また、これらの商品に搭載されている電力伝送用コイル及び電力受電用コイルは、コアに巻き線を巻いたものや成型品で形成されたボビンに巻き線を巻いたものが一般的に用いられているが、携帯端末機器を初めとした機器や先に述べた商品に対して、小型化、薄型化、高機能化が要求されており、このために負荷機器側の機器に設ける二次側受電用のコイルとして、薄型化のために平面コイルを用いることが提案されている。しかし平面コイルにした場合、コアに巻き線を巻いたコイルと比較すれば磁気特性が劣るために二次側から取り出せる電力が低減してしまう。
この点を補うために、二次側受電用のコイルを平面コイルで形成する場合、その背面側（一次側送電用コイルと反対側）に磁性材を配置することで、電力伝送効率を向上させているのであるが、導電性である磁性材は、送電用コイルと受電用コイルとの対向面を貫く磁気によって渦電流が流れ、この渦電流が磁性材を発熱させてしまうとともに、発熱損失によって電力伝送効率が低下するという問題があった。
特開２００６−３１１７１２号公報
本発明は上記の従来の問題点に鑑みて発明したものであって、磁性材での渦電流の発生を抑制して電力伝送効率を高めることが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ある。
上記課題を解決するために本発明に係る非接触電力伝送機器は、一次側送電用コイルからの電力を受けるための二次側受電用のコイルを備えた非接触電力伝送機器であって、上記二次側受電用コイルの少なくとも片面に磁性材が配設されているとともに、上記磁性材は上記両コイルの対向面と平行な面にスリットが形成されたものであることに特徴を有している。電力伝送効率の向上のための磁性材に設けたスリットは、磁束が磁性材を通ることによって発生する渦電流を抑制するために、熱損失を低減する。
上記スリットは磁性材の二次側受電用コイル側の面に磁性材を貫通しないものとして形成されていると、磁性材の取り扱い性が向上する。
上記スリットは、磁性材内を流れる磁束の方向に沿った方向のものであれば、磁束の流れをスリットが阻害することがないと同時に、渦電流を効果的に抑制することができる。
また上記スリットは、磁性材内を流れる磁束の密度が高い部分に密に設けられていることが渦電流の抑制に効果的である。
本発明の非接触電力伝送機器は、その二次側受電用のコイルに磁性材が設けられている上に、この磁性材に磁束が流れることによって磁性材に流れる渦電流は磁性材に設けたスリットで抑制されるために、渦電流による熱損失を低減することができるものであり、磁性材を設けたことによる電力伝送効率の向上を効果的に得ることができる。
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と、図１は非接触電力伝送機器における受電側の構成を示しており、平面コイルで形成された二次側受電用のコイル１と、このコイル１における一次側送電用コイル（図示せず）との対向面と反対側である背面側に配された磁性材２と、磁性材２上に更に配された磁束漏れ防止用のシールド板３とで構成され、これらコイル１と磁性材２とシールド板３とは積層接着されている。
ここにおける磁性材２は、一次側送電用コイルから二次側受電用コイル１への電磁誘導作用を利用した非接触電力伝送の効率を高めるために設けたもので、たとえばアモルファス系の導電性を有するものからなり、図２にも示すように、０．１〜５．０ｍｍ間隔で多数のスリット４が格子状に形成されている。なお、図２に示すものでは周縁部にスリット４を形成せずに周縁部が枠として機能するようにしているが、これは取り扱いの便を考えてのものであり、周縁部までスリット４が形成されていてもよい。
ここにおける上記スリット４は、磁性材２を貫く磁束Ｍによって磁性材２を流れる渦電流を抑制するものとして働く。すなわち、上記スリット４が無い場合、磁性材２には図３(a)に示すように磁束Ｍによって大きな渦電流Ｉが流れるが、スリット４が形成されることで細かく分割されている場合、図３(b)に示すように渦電流Ｉは細かく分割された部分で夫々生じるだけで、大きな渦電流Ｉが流れにくくなるために、渦電流が生じることによって発生する熱損失による電力伝送効率の低下を抑えることができるものであり、このために磁性材２を設けることによる電力伝送効率の向上を効果的に得られるものである。
磁性材２の厚み方向に貫通するスリット４を設けた場合、スリット４によって磁性材２が完全に分断されるために取り扱い性が問題となるが、Ｖ字形の切り込みとしてスリット４を形成し、図４(a)に示すようにシールド板３や粘着性シートに貼り付けた後にローラ圧延等で圧力を加えることで磁性材２を割ったり、あるいは図４(b)に示すようにコイル１とともにラミネートシート６で包んだ後に圧力を加えて磁性材２を割るとよい。
図５に示すように磁性材２を厚み方向に貫通しないスリット４でもよく、この場合、磁性材２はその形状を自己保持するために、取り扱いが容易となる。また、スリット４のない他面側は、漏れ磁束を防ぐシールド板３としての機能を果たすことになるために、この場合、別途シールド板３を設けなくても済むものとなる。なお、この場合のスリット４は、磁性板２の厚みの２５〜９５％程度の範囲で形成するのが好ましい。
このほか、図６に示すように、磁性材２の両面から磁性材２を貫通しないスリット４を設けるとともに、一面側のスリット４と他面側のスリット４の位置とをずらして設けるようにしたものを用いてもよい。
また、磁性材２としては、コイル１の一面側にのみ位置するのではなく、図７に示すように、コイル１の中央や周囲にも位置するものを好適に用いることができる。この場合、磁性材２による磁束の補足が効果的になされるために電力伝送効率が更に向上する。
スリット４を格子状に設けたものを示したが、スリット４の配列はこの格子状に限るものではない。図８(a)は一筆書きとすることで磁性材２を貫通するにもかかわらず、分断されてしまうことがないようにしたスリット４の一例を示しており、図８(b)は十字状の多数のスリット４を設けた一例を示しており、図８(c)は平行線状の多数のスリット４を設けた例を示しており、図８(d)は図８(c)に示した平行線状のスリット４に交叉するスリット４を付加した例を示している。
また、磁性材２に流れる磁束Ｍは、図９に示すように、コイル１の中心に該当する位置から放射状に広がるとともに、渦電流は該磁束Ｍと直交する方向に流れることから、図１０に示すように、磁束Ｍと平行となるスリット４を多数設けると、スリット４が磁束Ｍの流れを阻害することなく、効果的に渦電流を抑制することができるものとなる。
ここで、図１０(a)は放射状にスリット４を設けて磁束Ｍの密度が高い部分にはスリット４の配置密度も高くなるようにしたものを示しており、図１０(b)は放射状スリット４を設けた場合に外周部のスリット４の配置密度が低くなってしまうことに鑑みて、外周部に更にスリット４を付加した例を示しており、図１０(c)は磁性材２の剛性確保のために、渦電流が流れないように留意しつつ、放射状のスリット４を内周側と外周側とで分けて形成した例を示している。ちなみに、このような放射状のスリット４は、渦電流による損失の低減効果が大きく、電力伝送効率の向上という点で極めて効果的であった。
磁性材２は一枚だけを配置するのではなく、図１１に示すように、複数枚の磁性材２をコイル１の片面側に積層して配置してもよい。この場合、積層する磁性材２に設けるスリット４は、その位置をずらしておくことが好ましく、図１１(b)に示すものでは、平行線状のスリット４を備えた２枚の磁性材２をスリット４が公差するように設けており、図１１(c)に示すものでは２枚の磁性材２に設けた平行線状のスリット４の位置をずらしたものを示している。
なお、このように複数枚の磁性材２を重ねて配置する場合においても、スリット４が磁性材２を厚み方向に貫通するものでは、図１２に示すようにシールド板３を配置しておくことが磁束漏れの防止という点で好ましく、この場合、シールド板３には放熱板としての機能も持たせておくことが好ましい。なお、シールド板３は磁性材２と同じ材料からなるものでも、別材料のものでもよい。
本発明の実施の形態の一例を示す分解斜視図である。 同上の磁性材の平面図である。 磁性材を磁束が通る際の渦電流の流れを示す説明図であり、(a)はスリットがない場合、(b)はスリットがある場合を示している。 (a)(b)は夫々スリット作成についての説明図である。 他例を示すもので、(a)は表面側の斜視図、(b)は裏面側の斜視図である。 更に他例を示すもので、(a)は斜視図、(b)は断面図である。 別の例の断面図である。 (a)(b)(c)は夫々スリットの配列例を一部拡大模式で示している平面図、(c)はスリットの他の配列例を示している平面図、(d)はスリットの他の配列例を一部拡大模式で示している平面図である。 磁束の流れと渦電流の流れとを示した平面図である。 (a)(b)(c)は夫々スリットの放射状配列例を一部拡大模式で示している平面図である。 (a)(b)(c)は夫々他の例を示す分解斜視図である。 シールド板を更に付加した場合の分解斜視図である。
符号の説明
１ 受電用コイル
２ 磁性材
３ シールド材
４ スリット

Claims (4)

  1. 一次側送電用コイルからの電力を受けるための二次側受電用のコイルを備えた非接触電力伝送機器であって、上記二次側受電用コイルの少なくとも片面に磁性材が配設されているとともに、上記磁性材は上記両コイルの対向面と平行な面にスリットが形成されたものであることを特徴とする非接触電力伝送機器。
  2. 上記スリットは磁性材の二次側受電用コイル側の面に磁性材を貫通しないものとして形成されている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. 上記スリットは、磁性材内を流れる磁束の方向に沿った方向のものであることを特徴とする請求項１または２記載の非接触電力伝送機器。
  4. 上記スリットは、磁性材内を流れる磁束の密度が高い部分に密に設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の非接触電力伝送機器。
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