JP5938559B2 - 非接触充電モジュール及びこれを用いた非接触充電機器 - Google Patents

Description

本発明は、平面コイル部と磁性シートとを有する非接触充電モジュール及びこれを用いた非接触充電機器に関する。

近年、本体機器を充電器で非接触充電することのできるものが多く利用されている。これは、充電器側に送信側非接触充電モジュール、本体機器側に受信側非接触充電モジュールを配し、両モジュール間に電磁誘導を生じさせることにより充電器側から本体機器側に電力を伝送するものである。そして、上記本体機器として携帯端末機器等を適用することも提案されている。

この携帯端末機器等の本体機器や充電器は、薄型化や小型化が要望されるものである。この要望に応えるため、（特許文献１）のように、非接触充電モジュールとしての平面コイル部と、磁性シートとを備えることが考えられる。

特開２００６−４２５１９号公報

この種の非接触充電モジュールは、１次側非接触充電モジュール（送信側非接触充電モジュール）の位置と２次側非接触充電モジュール（受信側非接触充電モジュール）の位置を正確に合わせる必要がある。これは、電力伝送のための電磁誘導を効率的に行うためである。

１次側非接触充電モジュール（送信側非接触充電モジュール）と２次側非接触充電モジュール（受信側非接触充電モジュール）を正確に位置合わせする方法の１つとして、マグネットを利用する方法がある。この一例として図１３に示す方法がある。図１３は、他方の非接触充電モジュールである２次側非接触充電モジュールに備えられたマグネットにより非接触充電モジュールが位置合わせされる様子を示す図である。これは、１次側非接触充電モジュールもしくは２次側非接触充電モジュールの少なくとも一方にマグネットを搭載することで、お互いのマグネットもしくは一方のマグネットと他方の磁性シートとが引き付けあって位置合わせを行う方法である。

また、１次側非接触充電モジュールと２次側非接触充電モジュールを正確に位置合わせする他の方法として、マグネットを利用しないで位置合わせをする方法がある。

例えば、１次側非接触充電モジュールを搭載した充電器の充電面に凸部、２次側非接触充電モジュールを搭載した電子機器に凹部を形成しはめ込むといった、物理的（形状的）に強制的な位置合わせを行う方法である。また、１次側非接触充電モジュールが２次側非接触充電モジュールのコイルの位置を検出することで、１次側非接触充電モジュールのコイルを自動的に２次側非接触充電モジュールのコイルの位置まで移動させる方法である。また充電器に多数のコイルを備えることで、携帯機器が充電器の充電面のどこにおいても充電可能とする方法である。

しかしながら、１次側非接触充電モジュールと２次側非接触充電モジュールの位置合わ
せにマグネットを使用する場合と、使用しない場合とでは、それぞれの非接触充電モジュールに設けられたコイルのＬ値が大きく変化する。電力伝送のための電磁誘導は、それぞれの非接触充電モジュールに設けられたコイルのＬ値を利用して、その共振周波数が決定される。

そのため、１次側非接触充電モジュールと２次側非接触充電モジュールの位置合わせにマグネットを使用する場合と使用しない場合とでは、非接触充電モジュールを共用しにくいという問題があった。

そこで、本発明は、上記の問題に鑑み、１次側非接触充電モジュールと２次側非接触充電モジュールの位置合わせに受信側非接触充電モジュールに備えられたマグネットを使用する場合、または使用しない場合のいずれの場合であっても、送信側非接触充電モジュールに設けられたコイルのＬ値の変化を抑え、マグネットを使用する場合とマグネットを使用しない場合のいずれの場合でも使用できる非接触充電モジュール及び非接触充電機器を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明は、他方の非接触充電モジュールと電磁誘導によって電力伝送を行なう非接触充電モジュールであって、前記他方の非接触充電モジュールとの位置合わせに際し、前記他方の非接触充電モジュールの平面コイル部の中空部に備えられたマグネットを利用して位置合わせを行う場合と、前記他方の非接触充電モジュールの平面コイル部の中空部に備えられたマグネットを利用しないで位置合わせを行う場合と、があり、かつ自らは位置合わせ用のマグネットを有さない非接触充電モジュールにおいて、導線が巻回された平面コイル部と、前記平面コイル部のコイル面を載置する磁性シートと、を備え、前記平面コイル部の中空部が、前記他方の非接触充電モジュールに備えられたマグネットよりも大きく、前記平面コイル部の外形が、前記磁性シートよりも小さいことを特徴とする非接触充電モジュールである。

本発明によれば、一方の非接触充電モジュールと他方の非接触充電モジュールの位置合わせに一方の非接触充電モジュールに備えられたマグネットを使用する場合、または使用しない場合のいずれの場合であっても、他方の非接触充電モジュールに設けられたコイルのＬ値を変化させないので、マグネットを使用する場合とマグネットを使用しない場合のいずれの場合にも位置合わせ及び電力伝送ができる。

本発明の実施の形態における非接触電力伝送機器を示すブロック図 本発明の実施の形態における非接触充電器の構成を示す図 本発明の実施の形態における１次側非接触充電モジュールを示す図 本発明の実施の形態における１次側非接触充電モジュールを示す詳細図 本発明の実施の形態における携帯端末機器の構成を示す図 本発明の実施の形態における２次側非接触充電モジュールを示す図 本発明の実施の形態における２次側非接触充電モジュールを示す詳細図 マグネットを備える１次側非接触充電モジュール及び２次側非接触充電モジュールの関係を示す図 コイルの内径とコイルのＬ値との関係を示す図 本発明の実施の形態における非接触充電モジュールと電力伝送を行う他方の非接触充電モジュールに備えられたマグネットの位置関係を示す模式図 本発明の実施の形態における非接触充電モジュールの磁性シートの概念図 本実施の形態の他方の非接触充電モジュールにおいて位置合わせにマグネットを備える場合と備えない場合における非接触充電モジュールのコイルのＬ値と中心部の厚みの関係を示す図 他方の非接触充電モジュールである２次側非接触充電モジュールに備えられたマグネットにより非接触充電モジュールが位置合わせされる様子を示す図

請求項１に記載の発明は、他方の非接触充電モジュールと電磁誘導によって電力伝送を行なう非接触充電モジュールであって、前記他方の非接触充電モジュールとの位置合わせに際し、前記他方の非接触充電モジュールの平面コイル部の中空部に備えられたマグネットを利用して位置合わせを行う場合と、前記他方の非接触充電モジュールの平面コイル部の中空部に備えられたマグネットを利用しないで位置合わせを行う場合と、があり、かつ自らは位置合わせ用のマグネットを有さない非接触充電モジュールにおいて、導線が巻回された平面コイル部と、前記平面コイル部のコイル面を載置する磁性シートと、を備え、前記平面コイル部の中空部が、前記他方の非接触充電モジュールに備えられたマグネットよりも大きく、前記平面コイル部の外形が、前記磁性シートよりも小さいことを特徴とする非接触充電モジュールであって、一方の非接触充電モジュールと他方の非接触充電モジュールの位置合わせに一方の非接触充電モジュールに備えられたマグネットを使用する場合、または使用しない場合のいずれの場合であっても、他方の非接触充電モジュールに設けられたコイルのＬ値を変化させないので、マグネットを使用する場合とマグネットを使用しない場合のいずれの場合にも位置合わせ及び電力伝送ができる。

請求項２に記載の発明は、他方の非接触充電モジュールへ電磁誘導によって電力伝送を行なう非接触充電モジュールであって、前記他方の非接触充電モジュールとの位置合わせに際し、前記他方の非接触充電モジュールの平面コイル部の中空部に備えられた直径を１５．５ｍｍ以下とする円形マグネットを利用して位置合わせを行う場合と、前記他方の非接触充電モジュールの平面コイル部の中空部に備えられた直径を１５．５ｍｍ以下とする円形マグネットを利用しないで位置合わせを行う場合と、があり、かつ自らは位置合わせ用のマグネットを有さない非接触充電モジュールにおいて、導線が巻回された平面コイル部と、前記平面コイル部のコイル面を載置する磁性シートと、を備え、前記平面コイル部の中空部が、直径を１５．５ｍｍとする円形よりも大きく、前記平面コイル部の外形が、前記磁性シートよりも小さいことを特徴とする非接触充電モジュールである。これにより、どのようなマグネットに対しても、マグネットを使用する場合とマグネットを使用しない場合のいずれの場合にも使用できる非接触充電モジュール及びこれを用いた非接触充電機器とすることができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２のいずれかに記載の非接触充電モジュールを送信側非接触充電モジュールもしくは受信側非接触充電モジュールとして備えたことを特徴とする非接触充電機器である。これにより、一方の非接触充電モジュールと他方の非接触充電モジュールの位置合わせにマグネットを利用する場合、または利用しない場合のいずれの場合であっても、非接触充電モジュールに設けられたコイルのＬ値を変化させないので、マグネットを利用する場合とマグネットを利用しない場合のいずれの場合でも非接触充電機器を使用できる。

（実施の形態）
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。

図１は、本発明の実施の形態における非接触電力伝送機器を示すブロック図である。

非接触電力伝送機器は、１次側非接触充電モジュール４１（送信側非接触充電モジュール）と、２次側非接触充電モジュール４２（受信側非接触充電モジュール）とから構成さ
れ、電磁誘導作用を利用して１次側非接触充電モジュール４１から２次側非接触充電モジュール４２に電力伝送が行われる。この非接触電力伝送機器は、約５Ｗ以下の電力伝送に使用される。また、電力伝送の周波数は約１１０〜２０５ｋＨｚである。１次側非接触充電モジュール４１は例えば充電器に搭載され、２次側非接触充電モジュール４２は例えば携帯電話、デジタルカメラ、ＰＣ等に搭載される。

１次側非接触充電モジュール４１は、１次側コイル２１ａ、磁性シート５１、共振コンデンサ（図示せず）、電力入力部７１を備えて構成される。電力入力部７１は、外部電源としての商用電源３００に接続されて１００〜２４０Ｖ程度の電力供給を受け、所定電流１（直流１２Ｖ、１Ａ）に変換して１次側コイル２１ａに供給する。１次側コイル２１ａは、その形状、巻数及び供給を受けた電流に応じた磁界を発生させる。共振コンデンサは、１次側コイル２１ａに接続され、１次側コイル２１ａとの関係により１次側コイル２１ａから発生させる磁界の共振周波数を決定する。１次側非接触充電モジュール４１から２次側非接触充電モジュール４２に対する電磁誘導作用は、この共振周波数により行われる。

一方、２次側非接触充電モジュール４２は、２次側コイル２１ｂ、磁性シート５２、共振コンデンサ（図示せず）、整流回路７２、電力出力部８２から構成される。２次側コイル２１ｂは、１次側コイル２１ａから発生した磁界を受けて、その磁界を電磁誘導作用により所定電流２に変換して、整流回路７２、電力出力部８２を介して、２次側非接触充電モジュール４２の外部に出力する。整流回路７２は、交流電流である所定電流２を整流して直流電流である所定電流３（直流５Ｖ、１．５Ａ）に変換する。また、電力出力部８２は２次側非接触充電モジュール４２の外部出力部であり、この電力出力部８２を介して、２次側非接触充電モジュール４２に接続される電子機器２００に電力供給を行う。

次に、１次側非接触充電モジュール４１を非接触充電器に搭載する場合について説明する。

図２は、本発明の実施の形態における非接触充電器の構成を示す図である。なお、図２に示す非接触充電器は、その内部が分かるように示したものである。

電磁誘導作用を利用して電力を送信する非接触充電器４００は、その外装を構成するケースの内部に１次側非接触充電モジュール４１を有する。

非接触充電器４００は、屋内もしくは屋外に設置された商用電源３００のコンセント３０１に差し込むプラグ４０１を有する。このプラグ４０１をコンセント３０１に差し込むことによって、非接触充電器４００は商用電源３００から電力供給を受けることができる。

非接触充電器４００は机上５０１に設置され、１次側非接触充電モジュール４１は非接触充電器４００の机面側とは反対側の面４０２の近傍に配置される。そして、１次側非接触充電モジュール４１における１次側コイル２１ａの主平面を、非接触充電器４００の机面側とは反対側の面４０２に平行に配置する。このようにすることで、２次側非接触充電モジュール４２を搭載した電子機器の電力受信作業エリアを確保することができる。なお、非接触充電器４００は壁面に設置されてもよく、この場合、非接触充電器４００は壁面側とは反対側の面の近傍に配置される。

また、１次側非接触充電モジュール４１は、２次側非接触充電モジュール４２との位置合わせに用いるマグネット３０ａを有する場合がある。この場合、１次側コイル２１ａの中央領域に位置する中空部に配置される。

次に、１次側非接触充電モジュール４１について説明する。

図３は、本発明の実施の形態における１次側非接触充電モジュールを示す図であり、１次側コイルが円形コイルの場合を示す。なお、図３においては円形に巻回された円形コイルにて説明しているが、略矩形状に巻回された矩形コイルであってもよい。なお、これから説明する１次側非接触充電モジュールの詳細については、基本的に２次側非接触充電モジュールに適応される。１次側非接触充電モジュールに対する２次側非接触充電モジュールの相違点は、詳しく後述する。

１次側非接触充電モジュール４１は、導線が渦巻き状に巻回された１次側コイル２１ａと、１次側コイル２１ａの面に対向するように設けられた磁性シート５１とを備える。

図３に示すとおり、１次側コイル２１ａは、面上で渦を描くように径方向に向けて導電体を巻いたコイル２１ａと、コイル２１ａの両端に設けられた電流供給部としての端子２２ａ、２３ａを備える。すなわち、電流供給部としての端子２２ａ、２３ａは、外部電源である商用電源３００からの電流を１次側コイル２１ａに供給する。コイル２１ａは導線を平面上で平行に巻きまわしたものであり、コイルによって形成された面をコイル面と呼ぶ。なお、厚み方向とは、１次側コイル２１ａと磁性シート５１との積層方向である。

また、磁性シート５１は、１次側コイル２１ａを載置する平坦部３１ａと、平坦部３１ａの中心部にあってコイル２１ａの中空領域内に相当する中心部３２ａと、コイル２１ａの引き出し線の一部が挿入される直線凹部３３ａとから構成されている。中心部３２ａは、平坦部３２ａに対して凸部形状、平坦形状、凹部形状、貫通孔である形状となり、いずれであってもよい。凸部形状であれば、コイル２１ａの磁束を強めることができる。平坦であれば、製造しやすくコイル２１ａを載置しやすい上、後述する位置合わせのマグネットの影響とコイル２１ａのＬ値のバランスをとることができる。凹部形状、貫通孔に関しては、詳しく後述する。

本実施の形態における１次側非接触充電モジュール４１では、コイル２１ａは直径が２０ｍｍの内径から外に向かって巻回され、外径が３０ｍｍとなっている。すなわち、コイル２１ａはドーナツ形状に巻回されている。なお、コイル２１ａは円形に巻回されてもよいし、多角形に巻回されてもよい。

また、導線はお互いに空間を空けるように巻回されることによって、上段の導線と下段の導線との間の浮遊容量が小さくなり、コイル２１ａの交流抵抗を小さく抑えることができる。また、空間を詰めるように巻回されることによって、コイル２１ａの厚みを抑えることができる。

また、１次側非接触充電モジュール４１は、２次側非接触充電モジュール４２との位置合わせに用いるマグネット３０ａを有する場合がある。これは、規格（ＷＰＣ）によって、円形であること、直径が１５．５ｍｍ以下であること等が定められている。マグネット３０ａはコイン形状をしており、その中心が１次側コイル２１ａの巻回中心軸と一致するように配置されなければならない。これは、１次側コイル２１ａに対するマグネット３０ａの影響を軽減させるためである。

すなわち、位置合わせの方法としては、例えば以下の方法が挙げられる。例えば充電器の充電面に凸部、２次側の電子機器に凹部を形成しはめ込むといった、物理的（形状的）に強制的な位置合わせを行う方法。また、少なくとも１次側及び２次側の一方にマグネットを搭載することで、お互いのマグネットもしくは一方のマグネットと他方の磁性シート
とが引き付けあって位置合わせを行う方法。１次側が２次側のコイルの位置を検出することで、１次側のコイルを自動的に２次側のコイルの位置まで移動させる方法。充電器に多数のコイルを備えることで、携帯機器が充電器の充電面のどこにおいても充電可能とする方法等。

このように、１次側（充電側）非接触充電モジュール及び２次側（被充電側）非接触充電モジュールのコイルの位置合わせには様々な方法が挙げられるが、マグネットを使用する方法とマグネットを使用しない方法とに分けられる。そして、１次側（充電側）非接触充電モジュールであれば、マグネットを使用する２次側（被充電側）非接触充電モジュール及びマグネットを使用しない２次側（被充電側）非接触充電モジュールの双方に適応できるようにすることで２次側（被充電側）非接触充電モジュールのタイプに関係せず充電ができ利便性が向上する。同様に、２次側（被充電側）非接触充電モジュールであれば、マグネットを使用する１次側（充電側）非接触充電モジュール及びマグネットを使用しない１次側（充電側）非接触充電モジュールの双方に適応できるようにすることで１次側（充電側）非接触充電モジュールのタイプに関係せず充電ができ利便性が向上する。すなわち、電力伝送を行う相手である他方の非接触充電モジュールと電磁誘導によって電力伝送を行う非接触充電モジュールにおいて、他方の非接触充電モジュールとの位置合わせに際し、他方の非接触充電モジュールに備えられたマグネットを利用して位置合わせを行う第１の手段、及びマグネットを利用しないで位置合わせを行う第２の手段、双方の手段により他方の非接触充電モジュールと位置合わせ可能であって、電力伝送が可能となるように構成することが必要である。

１次側非接触充電モジュール４１がマグネット３０ａを有する場合、マグネット３０ａを配置する１番目の方法として、マグネット３０ａを磁性シート５１の中心部３２ａの上面に配置する方法がある。また、マグネット３０ａを配置する２番目の方法として、マグネット３０ａを磁性シート５１の中心部３２ａの代わりに配置する方法がある。２番目の方法では、マグネット３０ａがコイル２１ａの中空領域に配置されるため、１次側非接触充電モジュール４１を小型化できる。

なお、１次側非接触充電モジュール４１と２次側非接触充電モジュール４２の位置合わせにマグネットを利用しない場合は、図３に示すマグネット３０ａは必要ない。

ここで、マグネットが非接触充電モジュールの電力伝送効率に与える影響について説明する。一般的に、マグネットは１次側非接触充電モジュール及び２次側非接触充電モジュールの少なくとも一方において、内蔵されるコイルの貫通孔の中に設けられる。これにより、マグネットとマグネットまたはマグネットと磁性シート５１をなるべく近接させることができると同時に、１次側及び２次側のコイルを近接させることができる。マグネットは円形であり、この場合、マグネットの直径はコイル２１ａの内幅よりも小さくなる。本実施の形態においてはマグネットの直径は約１５．５ｍｍ（約１０ｍｍ〜２０ｍｍ）であり、厚みは約１．５〜２ｍｍである。また、ネオジウム磁石を使用しており、強さは約７５ｍＴから１５０ｍＴ程度でよい。本実施の形態においては、１次側非接触充電モジュールのコイルと２次側非接触充電モジュールのコイルとの間隔が２〜５ｍｍ程度であるので、この程度のマグネットで十分位置合わせが可能となる。

電力伝送のために１次側コイルと２次側コイルとの間に磁束が発生している際、その間や周辺にマグネットが存在すると磁束はマグネットを避けるように伸びる。もしくは、マグネットの中を貫く磁束はマグネットの中で渦電流や発熱となり、損失となる。更に、マグネットが磁性シートの近傍に配置されることによって、マグネット近傍の磁性シートの透磁率が低下してしまう。従って、１次側非接触充電モジュール４１に備えられたマグネット３０ａは、１次側コイル２１ａ及び２次側コイル２１ｂ双方のＬ値を低下させてしま
う。その結果、非接触充電モジュール間の伝送効率が低下してしまう。

図４は、本発明の実施の形態における１次側非接触充電モジュールを示す詳細図である。図４（ａ）は１次側非接触充電モジュールの上面図、図４（ｂ）は図４（ａ）における１次側非接触充電モジュールのＡ−Ａ断面図である。図４（ｃ）は、直線凹部を設けた場合の図４（ａ）における１次側非接触充電モジュールのＢ−Ｂ断面図である。図４（ｄ）は、スリットを設けた場合の図４（ａ）における１次側非接触充電モジュールのＢ−Ｂ断面図である。なお、図４（ａ），図４（ｂ）は、マグネット３０ａを備えない場合を示している。なお、備える場合には、点線で示したマグネット３０ａを備える。

コイル２１ａは、１次側非接触充電モジュール４１が装着される非接触充電器４００の薄型化を達成するため、コイル２１ａの中心領域に位置する巻始め部分から端子２３ａまでを厚さ方向に２段とし、残りの領域を１段とした。このとき、上段の導線と下段の導線どうしがお互いに空間を空けるように巻回されることによって、上段の導線と下段の導線との間の浮遊容量が小さくなり、コイル２１ａの交流抵抗を小さく抑えることができる。

また、導線を積層してコイル２１ａを１次側非接触充電モジュール４１の厚み方向に伸ばす場合、コイル２１ａの巻き数を増やして１次側コイル２１ａに流す電流を増加できる。導線を積層する際、上段に位置する導線と下段に位置する導線がお互いの空間を詰めるように巻回されることにより、コイル２１ａの厚みを抑えつつ、１次側コイル２１ａに流す電流を増加できる。

なお、本実施の形態では、断面形状が円形状の導線を使用してコイル２１ａを形成しているが、使用する導線は断面形状が方形形状の導線でもよい。断面形状が円形状の導線を使用する場合、隣り合う導線どうしの間に隙間が生じるため、導線間の浮遊容量が小さくなり、コイル２１ａの交流抵抗を小さく抑えることができる。

また、コイル２１ａは厚さ方向に２段で巻回するよりも１段で巻回した方がコイル２１ａの交流抵抗が低くなり、伝送効率を高くすることができる。これは、２段で導線を巻回すると、上段の導線と下段の導線との間に浮遊容量が発生するためである。従って、コイル２１ａは全体を２段で巻回するよりも、なるべく多くの部分を１段によって巻回した方がよい。また、１段で巻回することによって、１次側非接触充電モジュール４１として薄型化することができる。なお、２本の導線で平面コイル部２を構成する場合は、端子２２ａ、２３ａ部分において２本の導線が半田等によって電気的に接続されているので、２本の導線が１本の太い導線のようにしてもよい。２本の導線は、コイル面に対して平行に並んで巻回されてもよいし、コイル面に対して垂直に並んで巻回されてもよい。すなわち、コイル面に平行の場合は、２本の導線は平面状で同一の中心を軸に巻きまわされており、半径方向において一方の導線が他方の導線に挟まれるようになる。このように２本の導線を端子２２ａ、２３ａ部分で電気的に接合して１本の導線のように機能させることによって、同じ断面積であっても厚みを抑えることができる。すなわち、例えば、直径が０．２５ｍｍの導線の断面積を、直径が０．１８ｍｍの導線を２本準備することによって得ることができる。従って、直径が０．２５ｍｍの導線１本であると、コイル２１の１ターンの厚みは０．２５ｍｍ、コイル２１の半径方向の幅は０．２５ｍｍであるが、直径が０．１８ｍｍの導線２本であると、コイル２１の１ターンの厚みは０．１８ｍｍ、半径方向の幅は０．３６ｍｍとなる。なお、厚み方向とは、平面コイル部２と磁性シート５１との積層方向である。また、コイル２１は中心側の一部分のみ、厚さ方向に２段に重なっており、残りの外側の部分は１段としてもよい。また、コイル面に垂直の場合は、非接触充電モジュール１の厚みが増加するが、導線の断面積が事実上増加することで平面コイル部２を流れる電流を増加させることができ、十分な巻き数も容易に確保することができる。なお、本実施の形態では、約０．１８〜０．３５ｍｍの導線により１次側コイル２１ａを構成し
ており、その中でも１次側非接触充電モジュール４１の１次側コイル２１ａには０．２５〜０．３５ｍｍの導線が好適である。

なお、コイル２１ａの交流抵抗が低いことでコイル２１ａにおける損失を防ぎ、Ｌ値を向上させることによって、Ｌ値に依存する１次側非接触充電モジュール４１の電力伝送効率を向上させることができる。

また、本実施の形態では、コイル２１ａは環状（円形状）に形成されている。コイル２１ａの形状は環状（円形状）に限定されず、楕円形状、矩形状、多角形状でもよい。１次側非接触充電モジュール４１と２次側非接触充電モジュール４２の位置合わせを考慮すれば、コイル２１ａの形状は環状（円形状）が好ましい。これは、コイル２１ａの形状が環状（円形状）の場合、電力の送受信がより広範囲で可能となるため、１次側非接触充電モジュール４１のコイル２１ａと２次側非接触充電モジュール４２のコイル２１ｂの位置合わせが容易になる。すなわち、電力の送受信をより広範囲で可能とするため、２次側非接触充電モジュール４２は１次側非接触充電モジュール４１に対する角度の影響を受けにくくなる。

なお、端子２２ａ、２３ａはお互いに近接してもよく、離れて配置されてもよいが、離れて配置された方が１次側非接触充電モジュール４１を実装しやすい。

磁性シート５１は、電磁誘導作用を利用した非接触充電の電力伝送効率を向上させるために設けたものであって、平坦部３１ａと、中心であってコイル２１の内径に相当する中心部３２ａと、直線凹部３３ａとを備える。また、１次側非接触充電モジュール４１と２次側非接触充電モジュール４２の位置合わせのマグネット３０ａを設ける場合、マグネット３０ａを中心部３２ａの上方に配置してもよいし、マグネット３０ａを中心部３２ａの代わりに配置してもよい。

また、磁性シート５１として、Ｎｉ−Ｚｎ系のフェライトシート、Ｍｎ−Ｚｎ系のフェライトシート、Ｍｇ−Ｚｎ系のフェライトシート等を使うことができる。磁性シート５１は、単層構成としてもよいし、同一材料を厚み方向に複数枚積層した構成でもよいし、異なる磁性シートを厚み方向に複数枚積層してもよい。少なくとも、透磁率が２５０以上、飽和磁束密度が３５０ｍＴ以上のものであると好ましい。

また、アモルファス金属も磁性シート５１として用いることができる。磁性シート５１としてフェライトシートを使用する場合はコイル２１ａの交流抵抗を低下させる点で有利となり、磁性シートとしてアモルファス金属を使用する場合はコイル２１ａを薄型化することができる。

１次側非接触充電モジュール４１に用いる磁性シート５１は、約５０×５０ｍｍ以内の大きさに収まる程度のサイズであり、厚みは約３ｍｍ以下である。本実施の形態において磁性シート５１は略正方形の約３３ｍｍ×３３ｍｍである。磁性シート５１がコイル２１ａの外周端よりも同程度または大きく形成されることが望ましい。また、磁性シート５１の形状は、円形、矩形、多角形、四隅に大きな曲線を備える矩形及び多角形でもよい。

直線凹部３３ａまたはスリット３４ａは、コイルの巻始め部分（コイルの最内側部分）から端子までの導線を収納する。これにより、コイルの巻始め部分から端子までの導線がコイル２１ａの厚み方向に重なることを防ぎ、１次側非接触充電モジュール４１の厚みを抑えることができる。また、直線凹部３３ａまたはスリット３４ａの大きさをコイルの巻始め部分から端子までの導線を収納する最小限の大きさにすることで、漏れ磁束の発生を抑えることができる。また、直線凹部３３ａの断面形状は、矩形状に限定されず、円弧状
や、丸みを帯びてもよい。

直線凹部３３ａまたはスリット３４ａはその一端が交わる磁性シート５１の端部とほぼ垂直であり、中心部３２ａの外形（円形コイルでいえば接線上、矩形コイルでいえば辺上）と重なるように形成される。このように直線凹部３３ａまたはスリット３４ａを形成することによって、導線の巻始めを折り曲げることなく端子２２ａ、２３ａを形成することができる。直線凹部３３ａまたはスリット３４ａの長さはコイル２１の内径に依存し、本実施の形態の場合、約１５ｍｍ〜２０ｍｍとしている。

また、直線凹部３３ａまたはスリット３４ａは、磁性シート５１の端部と中心部３２ａの外周が最も近づく部分に形成してもよい。これによって、直線凹部３３ａまたはスリット３４ａの形成面積を最低限に抑えることができ、非接触電力伝送機器の伝送効率を向上させることができる。なお、この場合、直線凹部３３ａまたはスリット３４ａの長さは約５ｍｍ〜１０ｍｍである。どちらの配置であっても、直線凹部３３ａまたはスリット３４ａの内側端部は中心部３２ａに接続している。

また、直線凹部３３ａまたはスリット３４ａは、他の配置にしてもよい。すなわち、コイル２１ａはなるべく１段構造であることが望ましく、その場合、コイル２１ａの半径方向のすべてのターンを１段構造とするか、１部を１段構造として他の部分を２段構造とすることが考えられる。従って、端子２２ａ、２３ａのうち１方はコイル２１ａ外周から引き出すことができるが、他方は内側から引き出さなくてはならない。コイル２１ａが巻回されている部分と、コイル２１ａの巻き終わりから端子２２ａまたは２３ａまでの部分とが、必ず厚さ方向において重なる場合、その重なる部分に直線凹部３３ａまたはスリット３４ａを設ければよい。

直線凹部３３ａを用いる場合であれば、磁性シート５１に貫通孔やスリットを設けないので磁束が漏れることを防ぎ、１次側非接触充電モジュール４１の電力伝送効率を向上させることができる。対して、スリット３４ａの場合は、磁性シート５１の形成が容易となる。直線凹部３３ａである場合、断面形状が方形状となるような直線凹部３３ａに限定されず、円弧状や、丸みを帯びてもよい。

次に、マグネットが１次側非接触充電モジュール４１及び後述する２次側非接触充電モジュール４２に対して与える影響について説明する。１次側非接触充電モジュール４１によって発生した磁界を２次側非接触充電モジュール４２内の２次側コイル２１ｂが受信して電力伝送を行う。ここで、１次側コイル２１ａ及び２次側コイル２１ｂの周辺にマグネットを配置すると、磁界がマグネットを避けるように発生するか、マグネットを通過しようとする磁界はなくなってしまうこともある。また、磁性シート５１のうちマグネットに近い部分の透磁率が低下してしまう。すなわち、マグネットによって、磁界が弱められるのである。従って、マグネットによって弱められる磁界を最小限にするためには、１次側コイル２１ａ及び２次側コイル２１ｂとマグネットの距離を離す、マグネットの影響を受けにくい磁性シート５１を備える、等の対策を講じる必要がある。

ここで、１次側非接触充電モジュール４１は、電力供給の送信側として固定端末に用いられるため、１次側非接触充電モジュール４１の固定端末内における占有スペースに余裕がある。また、１次側非接触充電モジュール４１の１次側コイル２１ａに流れる電流は大きいため、磁性シート５１の絶縁性が重要となる。これは、磁性シート５１が導電性であると、１次側コイル２１ａを流れる大きな電流が磁性シート５１を介してその他の部品に伝わる可能性があるからである。

以上の点を考慮して、１次側非接触充電モジュール４１に搭載する磁性シート５１は、
その厚みが４００μｍ以上（好ましくは６００μｍ〜１ｍｍ）で、磁気特性として透磁率２５０以上、磁束飽和密度３５０ｍＴ以上を有するＮｉ−Ｚｎ系のフェライトシート（絶縁性）が好ましい。ただし、十分な絶縁処理を行うことで、Ｎｉ−Ｚｎ系のフェライトシートの代わりにＭｎ−Ｚｎ系のフェライトシート（導電性）を使用することもできる。

また、１次側非接触充電モジュール４１は、マグネット３０ａを位置合わせとして使用する場合と使用しない場合とで１次側非接触充電モジュール４１のコイル２１ａのＬ値が大幅に変化する。すなわち、１次側非接触充電モジュール４１にマグネット３０ａまたは２次側非接触充電モジュール４２に同様のマグネットが存在することで１次側、２次側非接触充電モジュール間の磁束を妨げてしまい、マグネットがある場合では１次側非接触充電モジュール４１のコイル２１ａのＬ値が大幅に減少する。このマグネット３０ａによる影響を抑えるために、磁性シート５１は高飽和磁束密度材（飽和磁束密度が３５０ｍＴ以上）であることが好ましい。高飽和磁束密度材は磁場が強くなっても磁束が飽和しにくいため、マグネット３０ａの影響を受けにくく、マグネット３０ａが使用されている際のコイル２１のＬ値を向上させることができる。従って、磁性シート５１を薄型化させることができる。

しかしながら、磁性シート５１の透磁率が低くなりすぎるとコイル２１ａのＬ値が非常に低下してしまう。その結果、１次側非接触充電モジュール４１の効率を低下させてしまうことがある。従って、磁性シート５１の透磁率は少なくとも２５０以上、好ましくは１５００以上が好ましい。また、Ｌ値は磁性シート５１の厚みにも依存するが、フェライトシート３の厚み４００μｍ以上であればよい。なお、フェライトシートは、アモルファス金属の磁性シートに比較してコイル２１の交流抵抗を低下させることができるが、アモルファス金属であってもよい。このような磁性シート５１とすることで、１次側非接触充電モジュール４１及び２次側非接触充電モジュール４２の少なくとも一方がマグネットを備えていたとしても、１次側非接触充電モジュール４１はマグネットの影響を低下させることができる。

また、フェライトシートがＭｎ−Ｚｎ系であることによって、更なる薄型化が可能となる。すなわち、規格（ＷＰＣ）によって、電磁誘導の周波数は１００ｋＨｚ〜２００ｋＨｚ程度（例えば１２０ｋＨｚ）と決まっている。このような低周波数帯において、Ｍｎ−Ｚｎ系のフェライトシートは高効率となる。なお、Ｎｉ−Ｚｎ系のフェライトシートは高周波において高効率である。

次に、２次側非接触充電モジュール４２を携帯端末機器に搭載する場合について、説明する。

図５は、本発明の実施の形態における携帯端末機器の構成を示す図であり、携帯端末機器を分解した場合の斜視図である。

携帯端末機器５２０は、液晶パネル５２１、操作ボタン５２２、基板５２３、電池パック５２４等で構成されている。電磁誘導作用を利用して電力を受信する携帯端末機器５２０は、その外装を形成する筐体５２５と筐体５２６の内部に２次側非接触充電モジュール４２を有する携帯端末機器である。

液晶パネル５２１、操作ボタン５２２が設けられた筐体５２５の裏面には、操作ボタン５２２から入力された情報を受信するともに必要な情報を液晶パネル５２１に表示して携帯端末機器５２０全体を制御する制御部を備える基板５２３が設けられている。また、基板５２３の裏面には電池パック５２４が設けられている。電池パック５２４は、基板５２３と接続されて基板５２３に電力供給を行う。

更に、電池パック５２４の裏面、すなわち筐体５２６側には２次側非接触充電モジュール４２が設けられている。２次側非接触充電モジュール４２は、電磁誘導作用により１次側非接触充電モジュール４１から電力供給を受け、その電力を利用して電池パック５２４を充電する。

２次側非接触充電モジュール４２は、２次側コイル２１ｂ、磁性シート５２等から構成される。電力供給を受ける方向を筐体５２６側とする場合、筐体５２６側から順に２次側コイル２１ｂ、磁性シート５２を配置すると、基板５２３と電池パック５２４の影響を軽減して電力供給を受けることができる。

また、２次側非接触充電モジュール４２は、１次側非接触充電モジュール４１との位置合わせに用いるマグネット３０ｂを有する場合がある。この場合、２次側コイル２１ｂの中央領域に位置する中空部に配置される。これは、規格（ＷＰＣ）によって、円形であること、直径が１５．５ｍｍ以下であること等が定められている。マグネット３０ａはコイン形状をしており、その中心が１次側コイル２１ａの巻回中心軸と一致するように配置されなければならない。これは、１次側コイル２１ａに対するマグネット３０ａの影響を軽減させるためである。２次側非接触充電モジュール４２に備えられたマグネット３０ｂは、１次側コイル２１ａ及び２次側コイル２１ｂ双方のＬ値を低下させてしまう。

２次側非接触充電モジュール４２がマグネット３０ｂを有する場合、マグネット３０ｂを配置する１番目の方法として、マグネット３０ｂを磁性シート５２の中心部３２ｂの上面に配置する方法がある。また、マグネット３０ｂを配置する２番目の方法として、マグネット３０ｂを磁性シート５２の中心部３２ｂの代わりに配置する方法がある。２番目の方法では、マグネット３０ｂがコイル２１ｂの中空領域に配置されるため、２次側非接触充電モジュール４２を小型化できる。

なお、１次側非接触充電モジュール４１と２次側非接触充電モジュール４２の位置合わせにマグネットを利用しない場合は、マグネット３０ｂは必要ない。

次に、２次側非接触充電モジュール４２について説明する。

図６は、本発明の実施の形態における２次側非接触充電モジュールを示す図であり、２次側コイルが円形コイルの場合を示す。

図７は、本発明の実施の形態における２次側非接触充電モジュールを示す詳細図である。図７（ａ）は２次側非接触充電モジュールの上面図、図７（ｂ）は図７（ａ）における２次側非接触充電モジュールのＣ−Ｃ断面図である。図７（ｃ）は、直線凹部を設けた場合の図７（ａ）における２次側非接触充電モジュールのＤ−Ｄ断面図である。図７（ｄ）は、スリットを設けた場合の図７（ａ）における２次側非接触充電モジュールのＤ−Ｄ断面図である。なお、図７（ａ），図７（ｂ）は、マグネット３０ｂを備えない場合を示している。なお、備える場合には、点線で示したマグネット３０ｂを備える。

２次側非接触充電モジュール４２を説明する図６〜図７は、１次側非接触充電モジュール４１を説明する図３〜図４にそれぞれ対応する。２次側非接触充電モジュール４２の構成は、１次側非接触充電モジュール４１と略同一である。

２次側非接触充電モジュール４２が１次側非接触充電モジュール４１と異なる点として、磁性シート５２の大きさと材料が挙げられる。２次側非接触充電モジュール４２に用いる磁性シート５２は、約４０×４０ｍｍ以内の大きさに収まる程度のサイズであり、厚み
は約２ｍｍ以下である。

１次側非接触充電モジュール４１に用いる磁性シート５１と、２次側非接触充電モジュール４２に用いる磁性シート５２のサイズは異なる。これは、２次側非接触充電モジュール４２が一般的にポータブル電子機器に搭載されるためであり、小型化が要求されるからである。本実施の形態において磁性シート５２は略正方形の約３３ｍｍ×３３ｍｍである。磁性シート５２がコイル２１ｂの外周端よりも同程度または大きく形成されることが望ましい。また、磁性シート５１の形状は、円形、矩形、多角形、四隅に大きな曲線を備える矩形及び多角形でもよい。

また、２次側非接触充電モジュール４２は、電力供給の受信側として携帯端末に用いられるため、２次側非接触充電モジュール４２の携帯端末内における占有スペースに余裕がない。また、２次側非接触充電モジュール４２の２次側コイル２１ｂに流れる電流は小さいため、磁性シート５２の絶縁性はあまり要求されない。なお、本実施の形態では、約０．１８〜０．３５ｍｍの導線により２次側コイル２１ｂを構成しており、その中でも２次側非接触充電モジュール４２の２次側コイル２１ｂには０．１８〜０．３０ｍｍ程度の導線が好適である。

搭載される電子機器が携帯電話の場合、携帯電話の外装を構成するケースとその内部に位置する電池パックとの間に配置されることが多い。一般的に、電池パックはアルミニウムの筐体であるため、電力伝送に悪影響を与える。これは、コイルが発生させる磁束を弱める方向にアルミニウムに渦電流が発生するため、コイルの磁束が弱められることに起因する。そのため、電池パックの外装であるアルミニウムとその外装の上に配置される２次側コイル２１ｂとの間に磁性シート５２を設け、アルミニウムに対する影響を軽減する必要がある。

以上の点を考慮して、２次側非接触充電モジュール４２に用いる磁性シート５２は、透磁率、飽和磁束密度の高いものが使用され、２次側コイル２１ｂのＬ値をなるべく大きくすることが重要である。基本的には磁性シート５１と同様に透磁率２５０以上、飽和磁束密度３５０ｍＴ以上を備えるものであればよい。本実施の形態においては、Ｍｎ−Ｚｎ系のフェライトの焼結体であって、透磁率１５００以上、飽和磁束密度４００以上、厚みは約４００μｍ以上であることが好ましい。ただし、Ｎｉ−Ｚｎ系フェライトでもよく、透磁率２５０以上、飽和磁束密度３５０以上あれば、１次側非接触充電モジュール４１と電力伝送が可能である。また、２次側コイル２１ｂも１次側コイル２１ａと同様で略円形や略矩形に巻回される。１次側非接触充電モジュール４１内にマグネット３０ａを備えて位置合わせを行う場合と、マグネット３０ａを備えずに位置合わせを行う場合とがある。

次に、マグネット３０ａのサイズと１次側コイル２１ａの内径のサイズとの関係について説明する。ここでは、１次側非接触充電モジュール４１にマグネット３０ａを配置した場合について説明するが、２次側非接触充電モジュール４２にマグネット３０ｂを配置した場合も同様の関係が成り立つ。その場合は、マグネット３０ｂはマグネット３０ａに相当する。

図８は、マグネットを備える１次側非接触充電モジュール及び２次側非接触充電モジュールの関係を示す図である。図８（ａ）はコイルの内幅が小さいときに位置合わせのマグネットを用いた場合、図８（ｂ）はコイルの内幅が大きいときに位置合わせのマグネットを用いた場合、図８（ｃ）はコイルの内幅が小さいときに位置合わせのマグネットを用いない場合、図８（ｄ）はコイルの内幅が大きいときに位置合わせのマグネットを用いない場合である。なお、図８では、マグネット３０ａを備える１次側非接触充電モジュール４１と電力伝送を行う２次側非接触充電モジュール４２の２次側コイル部２１ｂについて説
明する。しかしながら、下記で説明する２次側非接触充電モジュール４２の関係の２次側コイル部２１ｂについての説明は、マグネット３０ｂを備える２次側非接触充電モジュール４２と電力伝送を行う１次側非接触充電モジュール４２の２次側コイル２ａについても適用される。すなわち、電力伝送の相手である他方の非接触充電モジュールがマグネットを備える場合と備えない場合との双方において、位置合わせ及び電力伝送が可能となる非接触充電モジュールの平面コイル部について説明する。図９は、コイルの内径とコイルのＬ値との関係を示す図である。

図中ではマグネット３０ａは１次側コイル２１ａの貫通孔内のみに収まっているが、２次側コイル２１ｂの貫通孔内に収まっていても同様のことがいえる。

１次側コイル２１ａと２次側コイル２１ｂは対向している。コイル２１ａ、２１ｂのうち、内側部分２１１、２１２においても磁界が発生し、電力伝送されるである。各内側部分２１１、２１２はそれぞれ対向している。また、内側部分２１１、２１２はマグネット３０ａに近い部分でもあり、マグネット３０ａからの悪影響を受けやすい。すなわち、電力伝送のために１次側コイルと２次側コイルとの間に磁束が発生している際、その間や周辺にマグネットが存在すると磁束はマグネットを避けるように伸びる。もしくは、マグネットの中を貫く磁束はマグネットの中で渦電流や発熱となり、損失となる。更に、マグネットが磁性シートの近傍に配置されることによって、マグネット近傍の磁性シートの透磁率が低下してしまう。従って、１次側非接触充電モジュール４１に備えられたマグネット３０ａは、１次側コイル２ａ及び２次側コイル２１ｂの特に内側部分２１１、２１２の磁束を弱めてしまい悪影響を及ぼす。その結果、非接触充電モジュール間の伝送効率が低下してしまう。従って、図８（ａ）の場合、マグネット３０ａの悪影響を受けやすい内側部分２１１、２１２が大きくなってしまう。それに対して、マグネットを用いない図８（ｃ）は２次側コイル２１ｂの巻き数が多いためＬ値は大きくなる。その結果、（ｃ）におけるＬ値から図８（ａ）におけるＬ値へは大幅に数値が減少するため、内幅が小さいコイルでは、マグネット３０ａが位置合わせのために備えられる場合と備えられる場合とで、Ｌ値減少率が非常に大きくなってしまう。また、図８（ａ）のように２次側コイル２１ｂの内幅がマグネット３０ａの直径よりも小さいと、マグネット３０ａと対向する面積だけ２次側コイル２１ｂはダイレクトにマグネット３０ａの悪影響を受けてしまう。従って、２次側コイル２１ｂの内幅はマグネット３０ａの直径よりも大きい方がよい。

対して、図８（ｂ）のようにコイルの内幅が大きいと、マグネット３０ａの悪影響を受けやすい内側部分２１１、２１２が非常に小さくなる。また、マグネットを用いない図８（ｄ）は２次側コイル２１ｂの巻き数が少なくなるためＬ値は図８（ｃ）に比べて小さくなる。その結果、図８（ｄ）におけるＬ値から図８（ｂ）におけるＬ値へは数値の減少が小さいため、内幅が大きいコイルではＬ値減少率を小さく抑えることができる。また、２次側コイル２１ｂの内幅が大きいほど、マグネット３０ａからコイル２１の中空部の端部が離れるため、マグネット３０ａの影響を抑えることができる。しかしながら、非接触充電モジュールは充電器もしくは電子機器等に搭載されるため、ある一定以上の大きさに形成することができない。従って、コイル２１ａ、２１ｂの内幅を大きくしてマグネット３０ａからの悪影響を小さくしようとすると、巻き数が減ってしまいマグネット有り無しに関係せずＬ値そのものが減少してしまう。マグネット３０ａが円形の場合、以下のようになる。すなわち、マグネット３０ａの外径とコイル２１の内幅とがほぼ同一（マグネット３０ａの外径がコイル２１の内幅よりも０〜２ｍｍ程度小さい）である場合、マグネット３０ａを最大限に大きくすることができるので、１次側非接触充電モジュールと２次側非接触充電モジュールとの位置合わせの精度が向上できる。また、コイル２１の内径を最小にすることができるので、コイル２１の巻き数が増大してＬ値を向上させることができる。また、マグネット３０ａの外径がコイル２１の内径よりも小さい（マグネット３０ａの外径がコイル２１の内幅よりも２〜８ｍｍ程度小さい）場合、位置合わせの精度にばらつ
きがあっても内側部分２１１、２１２が対向する部分の間にはマグネット３０ａが存在しないようにすることができる。このとき、マグネット３０ａの外径がコイル２１の内幅の７０％〜９５％であることによって、位置合わせの精度にばらつきにも十分対応でき、更に１次側非接触充電モジュールと２次側非接触充電モジュールとの位置合わせの精度が向上できる。また、コイル２１の巻き数も確保することができる。これは、平面コイル部２に平行な面において、マグネット３０ａの面積は、平面コイル部２の中心の貫通孔の面積の７０％〜９５％であることを意味する。このように構成することによって、電力伝送の相手である他方の非接触充電モジュールに位置合わせのためのマグネットを備える場合であっても備えない場合であっても、マグネットの有無による非接触充電モジュール内の平面コイルのＬ値の変動が小さくなり、位置合わせや電力伝送をすることができる。すなわち、１次側非接触充電モジュール４１にマグネット３０ａを備えた場合であっても備えない場合であっても、２次側非接触充電モジュールはどちらの場合も、１次側非接触充電モジュール４１との位置合わせ及び電力伝送を効率よくすることができる。また、２次側非接触充電モジュール４２にマグネット３０ｂを備えた場合であっても備えない場合であっても、１次側非接触充電モジュールはどちらの場合も、２次側非接触充電モジュール４２との位置合わせ及び電力伝送を効率よくすることができる。そして、１次側コイル２１ａは１次側非接触充電モジュール４１において、共振コンデンサをもちいてＬＣ共振回路をつくる。このとき、マグネットを位置合わせに利用する場合と利用しない場合とでＬ値が大幅に変化すると、共振コンデンサとの共振周波数も大幅に変化してしまう。この共振周波数は、１次側非接触充電モジュール４１と２次側非接触充電モジュール４２との電力伝送に用いられるため、マグネットの有無によって共振周波数が大幅に変化すると正しく電力伝送ができなくなってしまうが、上記の構成とすることで、電力伝送が高効率化する。

更に、図９に示すように、マグネット３０ａのサイズ及び２次側コイル２１ｂの外径を一定にした場合、２次側コイル２１ｂの巻き数を減らして２次側コイル２１ｂの内径を大きくしていくと、マグネット３０ａの２次側コイル２１ｂに対する影響が小さくなる。すなわち、マグネット３０ａを１次側非接触充電モジュール４１と２次側非接触充電モジュール４２との位置合わせに利用する場合と利用しない場合における２次側コイル２１ｂのＬ値が近い値となる。従って、マグネット３０ａを使用するときと使用しないときとの共振周波数が非常に近い値となる。なお、このとき、コイルの外径は３０ｍｍに統一している。また、１次側コイル２１ａの中空部端部とマグネット３０ａの外側端部との距離は、０ｍｍより大きく、６ｍｍよりも小さくすることで、Ｌ値を１５μＨ以上としつつ、マグネット３０ａを利用する場合と利用しない場合でのＬ値を近づけることができる。図９の結果は、２次側非接触充電モジュール４２にマグネット３０ｂを備えた場合の１次側非接触充電モジュール４１の１次側コイル２１ａのＬ値としても、同様のことがいえる。

図１０は、本発明の実施の形態における非接触充電モジュールと電力伝送を行う他方の非接触充電モジュールに備えられたマグネットの位置関係を示す模式図であり、１次側非接触充電モジュールに１次側非接触充電モジュールと２次側非接触充電モジュールの位置合わせに利用するマグネットを有するものである。なお、図１０（ａ）は２次側コイルが矩形コイルの場合を示し、図１０（ｂ）は２次側コイルが円形コイルの場合を示す。

このとき、マグネットと非接触充電モジュールとの関係は、１次側非接触充電モジュール４１と２次側非接触充電モジュール４２に設けられたマグネット３０ｂとの関係と、２次側非接触充電モジュール４２と１次側非接触充電モジュール４１に設けられたマグネット３０ａとの関係との、双方の関係において当てはまる。従って、２次側非接触充電モジュール４２と１次側非接触充電モジュール４１に設けられたマグネット３０ａとの関係を例として説明するが、１次側非接触充電モジュール４１と２次側非接触充電モジュール４２に設けられたマグネット３０ｂとの関係にも適用される。すなわち、電力伝送の相手である他方の非接触充電モジュールに備えられたマグネットの影響を抑え、他方の非接触充
電モジュールにマグネットが備えられる場合であっても、備えられない場合であっても、位置合わせ及び電力伝送が可能である非接触充電モジュールについて説明する。

図１０（ａ）に示す２次側コイル２ｃ及び図１０（ｂ）に２次側コイル２１ｂは、その中心が位置合わせのマグネット３０ａの中心と合うように位置合わせされる。また、１次側非接触充電モジュールがマグネット３０ａを設けない場合であっても、２次側非接触充電モジュール４２がマグネットを備えることもある。

位置合わせのマグネット３０ａは直径ｍの円形状であり、磁性シート５２は正方形である。なお、磁性シート５２は正方形以外の多角形や矩形状、角に曲線（コーナー）であってもよいが、１次側非接触充電モジュール４１の性能を確保しながら小型化するには正方形のほうが好ましい。

位置合わせのマグネット３０ａは、非接触充電モジュール４１、４２を使用するに当たって規格提案されているもので、非接触充電モジュール４１、４２間の電力伝送を確実にし、送受信コイルの中心合わせを行なうために使用される。

同じ巻線数の矩形の２次側コイル２ｃまたは円形の２次側コイル２１ｂを同じ大きさの磁性シート５２上に設置した場合、両者とも同一の面積の磁性シート５２内に納まる。すなわち、図１０（ａ）及び（ｂ）に示す通り、同じ巻線数の矩形の２次側コイル２ｃまたは円形の２次側コイル２１ｂを１辺の長さの磁性シート５２上に設置した場合、矩形の２次側コイル２ｃの対向する内辺間の最短距離ｙ１と円形の２次側コイル２１ｂの内径ｙ２を同じ長さにすることができる。

一方、矩形の２次側コイル２ｃ内側の対角線長ｘは円形の２次側コイル２１ｂの内径ｙ２と同じ長さである矩形の２次側コイル２１ｂの対向する内辺間の最短距離ｙ１より長いｘとなる。すなわち、矩形の２次側コイル２ｃでは、円形の２次側コイル２１ｂに比べて位置合わせのマグネット３０ａと２次側コイル２ｃとの間隔を大きく取れる領域が多くなる。すなわち、ｘ＞ｙ１、ｙ１＝ｙ２の関係である。

そして、１次側非接触充電モジュール４１または２次側非接触充電モジュール４２に備えるマグネットの影響を抑えるためには、矩形のコイルはｘ＞＝ｍ、好ましくはｙ１＞＝ｍとなる必要がある。

２次側コイル２１ｂまたは２ｃと、位置合わせのマグネット３０ａとの間隔が大きくなると、位置合わせマグネット３０ａの影響が小さくなるため、２次側コイル２１ｂまたは２ｃのＬ値減少率を小さくできる。２次側コイルが矩形の場合、２次側コイル２ｃの内側の対角線寸法ｘが円形の２次側コイル２１ｂの内径寸法ｙ２と同じ値のとき、２次側コイル２ｃのＬ値減少率が２次側コイル２１ｂと略同じ値になる。

そのため、非接触充電器４００の１次側非接触充電モジュール４１を収納するスペースが方形状であり、しかもそのスペースが限られている場合には、磁性シート５２を方形状として２次側コイル２０ｃを矩形状に形成することが好ましい。これにより、円形コイルと比較して、矩形の２次側コイル２ｃをマグネット３０ａから遠ざけることができ、矩形の２次側コイル２ｃはマグネット３０ａからの影響を受けにくい。また、矩形の２次側コイル２ｃは、磁束がコーナー部に集中するが、そのコーナー部とマグネット３０ａとの距離を大きく確保できるため、マグネット３０ａの影響を軽減できる。

すなわち、２次側コイル２１ｂが円形に巻回される場合は、２次側コイル２１ｂ全体がほぼ同じ磁界の強さを示す。しかし、２次側コイル２１ｂが略矩形に巻回される場合は、
その角部（コーナー）において磁界が集中する。従って、２次側コイル２ｃの内側の対角線寸法ｘが位置合わせマグネット３０ａの外径よりも外側に位置すること（ｘ＞＝ｍ）で、マグネット３０ａの影響を抑えて電力送信することができる。また、２次側コイル２１ｂの対向する内辺間の最短距離ｙ１が位置合わせマグネット３０ａの外径よりも外側に位置すること（ｙ１＞＝ｍ）で、２次側コイル２ｃ全体が位置合わせマグネット３０ａの外径よりも外側に位置し、更に２次側コイル２１ｂの角部（コーナー）がマグネット３０ａから一定距離を開けて位置することとなる。従って、よりマグネット３０ａが２次側コイル２１ｂに与える影響を低減させることができる。

なお、本実施の形態では、前述した関係を満足するように矩形の２次側コイル２ｃの対角線寸法（ｘ）をおよそ２３ｍｍにし、位置合わせのマグネット３０ａの径（ｍ）を１５．５ｍｍφに設定した。位置合わせのマグネット３０ａは一般的に、１５．５ｍｍを最大の直径とし、それよりも小さく構成される。小型化と、位置合わせの精度を鑑みた場合に、マグネット３０ａの直径が約１０ｍｍ〜１５．５ｍｍであり、厚みは約１．５〜２ｍｍとなることでバランスよく位置合わせをすることができるからである。また、ネオジウム磁石を使用しており、強さは約７５ｍＴから１５０ｍＴ程度でよい。本実施の形態においては、１次側非接触充電モジュールのコイルと２次側非接触充電モジュールのコイルとの間隔が２〜５ｍｍ程度であるので、この程度のマグネットで十分位置合わせが可能となる。従って、２次側コイル２ｃが円形状に巻回されていれば、中空部の直径を１５．５ｍｍ以上、矩形に巻回していれば中空部の対角線を１５．５ｍｍ以上、好ましくは中空部の辺幅を１５．５ｍｍ以上とすることで、基本的に、相手側に備えられたマグネット３０ａの大きさに関わらずマグネット３０ａの影響を低減することができる。

上述したように、矩形コイルの方が円形コイルよりもマグネットの影響を受けにくいが、２次側コイル２１ｂ及び後述する２次側コイル２１ｂの両方が矩形コイルであると、充電時の位置合わせの際にお互いのコーナーどうしの位置合わせをしなくてはならなくなる。従って、位置合わせの際の角度合わせが難しいため、一方が円形コイル、他方が矩形コイルであるとよい。すなわち、角度調整も必要なく、更に矩形コイルがマグネットの影響を抑えることができるためである。なお、１次側非接触充電モジュール４１及び２次側非接触充電モジュール４２のいずれが矩形コイルを備え、いずれが円形コイルを備えても構わないが、円形コイルは電力伝送の相手となるコイルの形状によらず効率的な電力伝送が可能であるため、１次側非接触充電モジュール４１に円形コイルを備えるとよい。

なお、円形コイルに比較して、矩形コイルとは、中空部四隅の角のＲ（四隅の曲線の半径）が中空部の辺幅（図１０（ａ）のｙ１）の３０％以下のものをいう。すなわち、図１０（ａ）において、略矩形の中空部は四隅が曲線状となっている。直角であるよりも、多少でも曲線であることで、四隅における導線の強度を向上させることができる。しかしながら、Ｒが大きくなりすぎると円形コイルとほとんど変化なく、矩形コイルならではの効果を得ることができなくなる。検討の結果、中空部の辺幅ｙ１が例えば２０ｍｍであった場合、各四隅の曲線の半径Ｒが６ｍｍ以下であれば、マグネットの影響をより効果的に抑えることができることがわかった。また、前述したように四隅の強度まで考慮すると、各四隅の曲線の半径Ｒが略矩形の中空部の辺幅の５〜３０％であることによって、前述したもっとも矩形コイルの効果を得ることができる。

次に、磁性シート５１、５２の中心部の厚みについて説明する。

図１１は、本発明の実施の形態における非接触充電モジュールの磁性シートの概念図であり、例として２次側非接触充電モジュール４２に備えられる磁性シート５１とする。図１１（ａ）は本発明の実施の形態における非接触充電モジュールの磁性シートの上面図であり、図１１（ｂ）は図１１（ａ）の磁性シートの直線凹部の位置を変更した上面図であ
る。図１１（ｃ）は図１１（ａ）のＥ−Ｅ断面図、図１１（ｃ）は中心部を凹部とした場合の図１１（ａ）のＦ−Ｆ断面図、図１１（ｄ）は中心部を貫通孔とした場合の図１１（ａ）のＦ−Ｆ断面図である。中心部３２ｂが凹部形状または貫通孔となっている。例えば、中心部３２ｂは凸形状であることで２次側コイル２１ｂの磁束密度を向上させ、２次側非接触充電モジュール４２の伝送効率を向上させる。

しかしながら、中心部３２ｂを凹部形状または貫通孔とするような穴部を設けることで、１次側非接触充電モジュール４１に備えられるマグネット３０ａの影響を小さくすることができる。以下にその理由を説明する。

なお、図１１では、例として、マグネット３０ａを備える１次側非接触充電モジュール４１と電力伝送を行う２次側非接触充電モジュール４２の磁性シート５２について説明する。しかしながら、下記で説明する２次側非接触充電モジュール４２の磁性シート５２についての説明は、マグネット３０ｂを備える２次側非接触充電モジュール４２と電力伝送を行う１次側非接触充電モジュール４１の磁性シート５１についても適用される。すなわち、電力伝送の相手である他方の非接触充電モジュールがマグネットを備える場合と備えない場合との双方において、位置合わせ及び電力伝送が可能となる非接触充電モジュールの磁性シートの中心部について説明する。

前述したように、非接触電力伝送機器は、１次側非接触充電モジュール４１と２次側非接触充電モジュール４２との位置合わせにマグネットが利用される場合と、そうでない場合とがある。そして、マグネットが存在することで１次側、２次側非接触充電モジュール間の磁束を妨げてしてしまうため、マグネットがある場合に１次側非接触充電モジュール４１の１次側コイル２１ａ及び２次側非接触充電モジュール４２の２次側コイル２１ｂのＬ値が大幅に減少する。

また、１次側コイル２１ａは１次側非接触充電モジュール４１において、共振コンデンサをもちいてＬＣ共振回路をつくる。このとき、マグネット３０ａを位置合わせに利用する場合と利用しない場合とでＬ値が大幅に変化すると、共振コンデンサとの共振周波数も大幅に変化してしまう。この共振周波数は、１次側非接触充電モジュール４１と２次側非接触充電モジュール４２との電力伝送に用いられるため、マグネット３０ａの有無によって共振周波数が大幅に変化すると正しく電力伝送ができなくなってしまう。

従って、マグネット３０ａを位置合わせに利用する場合と利用しない場合との共振周波数を近い値とするために、マグネット３０ａを位置合わせに利用する場合と利用しない場合での２次側コイル２１ｂのＬ値を近い値とすることが必要である。

次に、１次側非接触充電モジュールにマグネット３０ａを備える場合と備えない場合とにおいて、磁性シート５２の中心部の厚みと２次側コイル２１ｂのＬ値との関係について説明する。

図１２は、本実施の形態の他方の非接触充電モジュールにおいて位置合わせにマグネットを備える場合と備えない場合における非接触充電モジュールのコイルのＬ値と中心部の厚みの関係を示す図である。なお、くり抜きの度合いとは、０％は中心部３２ｂを凹型形状とせずに平坦図であることを示し、１００％とは中心部３２ｂを貫通孔としていることを示す。

マグネット３０ａを利用しない場合では、磁性シート５２の中心部３２ｂを薄くするほど、２次側コイル２１ｂの磁界が小さくなってＬ値が減少する。これに対して、マグネット３０ａを利用する場合では、磁性シート５２の中心部３２ｂを薄くするほど、磁性シー
ト５２とマグネット３０ａとの積層方向の距離が大きくなるため、マグネット３０ａの影響が小さくなり、２次側コイル２１ｂの磁界が大きくなってＬ値が上昇する。そして、中心部３２ｂを貫通孔に形成した場合が最もＬ値が近づく。すなわち、中心部３２ｂを貫通孔とすることによって、位置合わせに利用するマグネット３０ａの影響を最小限に抑えることができる。

また、マグネット３０ａは磁性シート５２と引き合うことによって位置合わせを行うため、中心部３２ｂにある程度の厚みがあるほうが位置合わせの精度が向上する。特に、くり抜きの度合いを６０％以下とすることで、位置合わせの精度を安定させることができる。

従って、くり抜きの度合いを４０〜６０％とすることによって、マグネット３０ａを位置合わせに利用する場合と利用しない場合での２次側コイル２１ｂのＬ値を近い値とすると同時に、マグネット３０ａの位置合わせの効果も十分に得ることができる。すなわち、マグネット３０ａと磁性シート５２の中心部３２ｂが引き合い、お互いの中心どうしを位置合せできる。

なお、本実施の形態では約５０％としており、最も効果的に双方の効果を得ることができる。また、半分程度厚みを残すことを、貫通孔を形成した後に貫通孔内に磁性体を半分の深さまで充填してもよい。また、中心部３２ｂに設ける穴部（凹部または貫通孔）は、必ずしも中心部３２ａと同じ形状、及び同じサイズである必要はない。中心部３２ｂすなわちコイルの中空部の形状が略矩形や略円形形状であっても、それに依存せず穴部は様々な形状でよい。すなわち、矩形形状や円形形状である。また、穴部は中心部３２ｂよりも小さいことが好ましく、少なくとも中心部３２ｂの面積の３０％以上の面積を確保するとよい。

また、磁性シート５１、５２は高飽和磁束密度材と高透磁率材を積層してもいいので、例えば高飽和磁束密度材の中心部を平坦に形成し、高透磁率材の中心部に貫通孔に形成して、磁性シート５１、５２として中心部３２ａを凹型形状に形成してもよい。なお、高飽和磁束密度材とは、高透磁率材に比べて飽和磁束密度が高く透磁率が低い磁性シートをいい、特にフェライトシートであるとよい。

また、凹部、または貫通孔の直径は、２次側コイル２１ｂの内径よりも小さくするとよい。凹部または貫通孔の直径を２次側コイル２１ｂの内径と略同一（コイルの内径よりも０〜２ｍｍ小さい）とすることで、２次側コイル２１ｂの内周円内の磁界を高めることができる。

また、凹部または貫通孔の直径をコイルの内径よりも小さくして（コイルの内径よりも２〜８ｍｍ小さい）階段状にすることで、階段状の外側は位置合わせのために利用でき、内側はマグネット３０ａを位置合わせに利用する場合と利用しない場合での１次側コイル２１ａのＬ値を近い値とするために利用できる。また、凹部または貫通孔は、マグネット３０ａのサイズよりも大きくするとよい。すなわち、マグネット３０ａの径よりも大きく、２次側コイル２１ｂの中空部よりも小さい穴部とするとよい。

更に、凹部または貫通孔の上面の形状は、２次側コイル２１ｂの中空部の形状と同一であることにより、マグネット３０ａと磁性シート５２の中心部３２ｂがバランスよく引き合い、お互いの中心どうしの位置合せが精度よくできる。

凹部または貫通孔のすべての端部は、２次側コイル２１ｂの内径から等距離であることにより、マグネット３０ａと磁性シート５２の中心部３２ｂがバランスよく引き合い、お
互いの中心どうしの位置合せが更に精度よくできる。

また、更に、凹部または貫通孔の上面の形状の中心は、２次側コイル２１ｂの中空部の中心と一致であることにより、マグネット３０ａと磁性シート５２の中心部３２ｂがバランスよく引き合い、お互いの中心どうしの位置合せが精度よくできる。また、凹部または貫通孔が、マグネット３０ａよりも大きく形成されることで、マグネット３０ａの影響をバランスよく抑えることができる。

上記のように中心部を穴部とする構成は１次側非接触充電もジュールの磁性シート５１にも適応され、効果は、１次側非接触充電モジュール４１の磁性シート５１の中心部３２ａに穴部を備えても得られる。すなわち、２次側非接触充電モジュール４２がマグネット３０ｂを備えている場合と備えていない場合とのどちらであっても位置合わせ及び効率的な電力伝送ができる１次側非接触充電モジュール４１とすることができる。

また、磁性シート５１、５２の四隅であって、平坦部３１ａ、３１ｂ上のコイル２１ａ、２１ｂが配置されていない領域に肉厚部を形成してもよい。すなわち、磁性シート５１、５２の四隅であって平坦部３１ａ、３１ｂ上のコイル２１ａ、２１ｂの外周よりも外側は、磁性シート５１、５２の上に何も載せられていない。従って、そこに肉厚部を形成することによって磁性シート５１、５２の厚みを増加させ、非接触電力伝送機器の電力伝送効率を向上させることができる。肉厚部の厚みは厚ければ厚いほうがよいが、薄型化のため、導線の厚みとほぼ同一とする。

本発明の非接触充電モジュール及びそれを用いた非接触充電機器によれば、１次側非接触充電モジュールと２次側非接触充電モジュールの位置合わせにマグネットを使用する場合、または使用しない場合のいずれの場合であっても、非接触充電モジュールに設けられたコイルのＬ値の変化を抑えるので、マグネットを使用する場合とマグネットを使用しない場合のいずれの場合でも使用でき、携帯電話、ポータブルオーディオ、携帯用のコンピュータ等の携帯端末、デジタルカメラ、ビデオカメラ等の携帯機器を充電する際の送信側充電機器として有用である。

１ 非接触充電モジュール
２ 平面コイル部
２１ コイル
２１ａ １次側コイル
２１ｂ ２次側コイル
２１１、２１２ 内側部分
２２ａ、２３ａ 端子（１次側）
２２ｂ、２３ｂ 端子（２次側）
３０ａ マグネット（１次側）
３０ｂ マグネット（２次側）
３１ａ 平坦部（１次側）
３１ｂ 平坦部（２次側）
３２ａ 中心部（１次側）
３２ｂ 中心部（２次側）
３３ａ 直線凹部（１次側）
３３ｂ 直線凹部（２次側）
３４ａ スリット（１次側）
３４ｂ スリット（２次側）
４１ １次側非接触充電モジュール（送信側非接触充電モジュール
４２ ２次側非接触充電モジュール（受信側非接触充電モジュール）
５１ 磁性シート（１次側）
５２ 磁性シート（２次側）
７１ 電力入力部
７２ 整流回路
８２ 電力出力部
２００ 電子機器
３００ 商用電源
３０１ コンセント
４００ 非接触充電器
４０１ プラグ
４０２ 面
５０１ 机上
５２０ 携帯端末
５２１ 液晶パネル
５２２ 操作ボタン
５２３ 基板
５２４ 電池パック（電力保持部）
５２５、５２６ 筐体

Claims (3)

1. 他方の非接触充電モジュールと電磁誘導によって電力伝送を行なう非接触充電モジュールであって、
   前記他方の非接触充電モジュールとの位置合わせに際し、前記他方の非接触充電モジュールの平面コイル部の中空部に備えられたマグネットを利用して位置合わせを行う場合と、前記マグネットを利用しないで位置合わせを行う場合と、がある非接触充電モジュールにおいて、
   導線が巻回された平面コイル部と、
   前記平面コイル部のコイル面を載置すると共に、前記平面コイルの中空部に対応する位置に穴部が設けられた磁性シートと、を備え、
   前記平面コイル部の中空部の面積は、前記他方の非接触充電モジュールに備えられたマグネットの面積よりも大きく、
   前記平面コイル部の外形は、前記磁性シートよりも小さく、
   前記磁性シートの穴部の面積は、前記中空部の面積よりも小さく、
   前記磁性シートは、前記穴部の端部から前記平面コイル部の最内側の間に磁性体を有し、
   前記平面コイル部の中空部には、磁性体が存在しないことを特徴とする非接触充電モジュール。
2. 他方の非接触充電モジュールと電磁誘導によって電力伝送を行なう非接触充電モジュールであって、
   前記他方の非接触充電モジュールとの位置合わせに際し、前記他方の非接触充電モジュールの平面コイル部の中空部に備えられた直径を１５．５ｍｍ以下とする円形マグネットを利用して位置合わせを行う場合と、前記円形マグネットを利用しないで位置合わせを行う場合と、がある非接触充電モジュールにおいて、
   導線が巻回された平面コイル部と、
   前記平面コイル部のコイル面を載置すると共に、前記平面コイルの中空部に対応する位置に穴部が設けられた磁性シートと、を備え、
   前記平面コイル部の中空部の直径は、直径を１５．５ｍｍとする円形よりも大きく、
   前記平面コイル部の外形は、前記磁性シートよりも小さく、
   前記磁性シートの穴部の面積は、前記中空部の面積よりも小さく、
   前記磁性シートは、前記穴部の端部から前記平面コイル部の最内側の間に磁性体を有し、
   前記平面コイル部の中空部には、磁性体が存在しないことを特徴とする非接触充電モジュール。
3. 請求項１または２のいずれかに記載の非接触充電モジュールを送信側非接触充電モジュールもしくは受信側非接触充電モジュールとして備えたことを特徴とする非接触充電機器。