專利名稱:無線電力傳輸用磁元件和電力供給裝置的制作方法
技術領域:
本發明涉及利用電磁感應作用以非接觸方式傳輸電力的無線電力傳輸用磁元件和電力供給裝置。
背景技術:
近年來,像電動牙刷、無線電話那樣,利用無線供電進行運轉的設備逐漸增加。另夕卜,關于壁掛電視、個人計算機,也正在開發利用無線供電進行運轉的設備。因而,以往,就提出并開發有能夠以高傳輸效率進行供電的無線電力傳輸 用磁元件、電力供給裝置。例如,在專利文獻I中,提出了如下裝置,即,在磁性層的一面上埋設螺旋型的平面線圈,并且在平面線圈的中心部配置磁性窗,而且以磁性體構成磁性窗的至少一部分,從而能夠實現高傳輸效率與小型化。專利文獻I :日本特開2004 - 47700號公報但是,為了對包括有耗電較大部件的各種設備供給電力,除了上述以往的結構以外,期望有利用高傳輸效率所進行的供電。
發明內容
本發明就是鑒于上述問題而做成的,其目的在于提供能夠利用高傳輸效率進行供電的無線電力傳輸用磁元件和電力供給裝置。本發明是利用磁耦合來引發感應電動勢的無線電力傳輸用磁元件,在與上述磁耦合方向相一致的截面上,沿與上述磁耦合方向相正交的方向并列配置有交流電流向同一方向流通流動的多個導體部和設在上述導體部間的間隙中I個以上間隙內的磁性體部,上述導體部和上述磁性體部中的任一者具有比另一者項向上述磁耦合方向突出的突出區域。采用上述結構,與未設有突出區域的情況相比較,能夠減少導體部周邊處的對于磁耦合無效的磁場,并且能夠抑制整體的磁場的擴張,作為結果,能夠提高磁通量密度。另夕卜,針對因交流電流在導體部中流動生成的磁場與其它導體部相交,使其它導體部內產生感應電流,該感應電流作為阻抗發揮作用的現象,能夠利用設在突出區域中的導體部間的間隙內的磁性體部來抑制該現象。由此,因為降低由感應電流所形成的阻抗并形成高磁通量密度,即使是將本發明用于形成磁稱合側(magnetically-coupling)與被磁I禹合(magnetically-coupled)側中的任一側的情況下,也能夠利用高傳輸效率進行供電和受電。另外,本發明中的上述突出區域也可以配置在上述磁耦合方向的兩側上。采用上述結構,由于能夠使配置在磁耦合方向的另一側的突出區域能夠與設在并列配置的導體部的排列方向上的磁性體發揮相同的功能,因此能夠利用更高的傳輸效率進行供電和受電。另外,也可以在排列方向上排列的所有的上述導體部上配置本發明中的上述突出區域。采用上述結構,突出區域存在于排列方向上排列的所有的導體部上,從而能夠利用更高的傳輸效率進行供電和受電。另外,本發明中的上述磁性體部也可以由軟磁性材料形成。軟磁性材料可以是金屬類磁性材料。金屬類磁性材料可以是非晶磁性材料。采用上述結構,能夠利用由突出區域所形成的更高的傳輸效率進行供電和受電。另外,本發明的無線電力傳輸用磁元件具有長條狀的導體部、以沿著上述導體部的長度方向的方式與上述導體部并列配置的長條狀的磁性體部、以及使上述導體部和上述磁性體部中的任一者的寬度方向端部比另一者的寬度方向端部突出而形成的突出區域。采用上述結構,與未設有突出區域的情況相比較,能夠減少導體部周邊處的對于磁耦合無效的磁場,并且能夠抑制整體的磁場的擴張,作為結果,能夠提高磁通量密度。另 夕卜,針對因交流電流在導體部上流動生成的磁場與其它導體部相交,使其它導體部中產生感應電流,該感應電流作為阻抗發揮作用的現象,能夠利用沿導體部并列配置的磁性體部來抑制該現象。由此,利用降低由感應電流形成的阻抗和形成高磁通量密度,即使是將本發明用于形成磁耦合側與被磁耦合側中的任一側的情況下,也能夠利用高傳輸效率進行供電和受電。另外,在本發明的無線電力傳輸用磁元件中,上述導體部與上述磁性體部以它們在至少一部分電絕緣狀態下一體化的方式相接合。采用上述結構,導體部與磁性體部通過至少使一部分相接合而一體化,從而即使是在導體部和磁性體部受到振動、沖擊等外力的情況下,也能夠將導體部和磁性體部的位置關系、突出區域的形態維持在最初狀態,因此能夠在長時間內維持初期的高傳輸效率。另夕卜,在導體部發熱時,導體部的熱經由接合成一體的部位高效地向磁性體部傳遞,因此在磁性體部上能夠高效地釋放導體部的熱。由此,與導體部與磁性體部分開時相比,能夠增大通電的電力。其結果,僅以使導體部與磁性體部的至少一部分一體化的簡單結構就能夠在防止導體部過熱的同時提高輸送量。而且,由于通過導體部與磁性體部的一體化使操作簡單化,因此向各種設備上的組裝操作、保管簡單化。另外,在本發明的無線電力傳輸用磁元件中,可以是上述導體部具有由電絕緣體構成的覆膜,上述磁性體部以與上述導體部一體化的方式與上述覆膜相接合。即,可以是上述導體部具有由電絕緣體構成的覆膜,上述磁性體部與該覆膜相接合。采用上述結構,由于能夠將形成有絕緣皮膜的線圈等的一般的構件用于導體部,因此能夠簡單地獲得無線電力傳輸用磁元件。采用上述結構,能夠簡單地獲得導熱性優異的磁性體部,并且能夠簡單地容易將導體部與磁性體部一體化。另外,本發明的電力供給裝置具有多個上述無線電力傳輸用磁元件,并使上述無線電力傳輸用磁元件配置在同一平面上。采用上述結構,能夠形成將無線電力傳輸用磁元件的高度設為最小厚度的薄片狀、墊狀、板狀的電力供給裝置。另外,通過在平面上配置有多個無線電力傳輸用磁元件,在電力供給裝置內的任意的位置都能夠以相同條件對電力受信裝置進行供電。采用本發明,能夠利用高傳輸效率進行供電。
圖I是本發明的第I實施方式的無線電力傳輸用磁元件和電力供給裝置的說明圖。圖2是表示磁場的狀態的說明圖。圖3是表示磁場的狀態的說明圖。圖4是表示磁場的狀態的說明圖。圖5是無線電力傳輸用磁元件的剖視圖。圖6是表示磁場的狀態的說明圖。圖7是無線電力傳輸用磁元件的剖視圖。·圖8是表示磁場的狀態的說明圖。圖9是本發明的第2實施方式的無線電力傳輸用磁元件和電力供給裝置的說明圖。圖10是表示無線電力傳輸用磁元件的結構的說明圖。圖11是表示無線電力傳輸用磁元件的結構的說明圖。圖12是表示實施例I 3與比較例1、2的測量結果的說明圖。
具體實施例方式(實施方式I)以下,參照
本發明優選的第I實施方式。(無線電力傳輸用磁兀件I)如圖I所示,無線電力傳輸用磁元件I構成為利用磁耦合來引發感應電動勢,且能夠用于供電和受電中的任一者。作為供電用裝置,能夠不例出供電電力是O. Iff 500W左右,供電距離是Imm IOcm的電力供給裝置10。例如,無線電力傳輸用磁元件I能夠應用于如下裝置中,即,應用于壁掛用平板電視等壁掛型的設備的電力供給裝置10 ;應用于個人計算機、鼠標等載置型的設備的電力供給裝置10 ;應用于埋入體內的起搏器等小型醫療設備的電力供給裝置10。另外,無線電力傳輸用磁元件I也能夠應用于超過了上述供電電力和供電距離的電力供給裝置10,例如,機器人、電動汽車等的電力供給裝置10。另一方面,作為受電用設備,能夠示例有載置在上述電力供給裝置10上或與上述電力供給裝置10相接觸的平板電視等壁掛型的設備;個人計算機、鼠標等載置型的設備;埋入體內的起搏點等小型醫療設備。而且,無線電力傳輸用磁元件I也能夠應用于機器人、電動汽車等。用于上述用途的無線電力傳輸用磁元件1,在與磁耦合方向相一致的截面上,沿與磁耦合方向相正交的方向并列配置有導體部2和與導體部2相鄰的磁性體部3。而且,無線電力傳輸用磁元件I中,導體部2和磁性體部3中的任一者具有比另一者向磁耦合方向突出的突出區域61。換言之,無線電力傳輸用磁元件I具有長條狀的導體部2、以沿著導體部2的長度方向的方式與之并列配置的長條狀的磁性體部3、以及使導體部2和磁性體部3中的任一者的寬度方向端部比另一者的寬度方向端部突出而形成的突出區域61。在此,磁耦合方向”指的是,例如,如在相同尺寸的無線電力傳輸用磁元件I的中心部彼此相對配置的情況下,在利用在形成磁耦合側(供電側)與被磁耦合側(受電側)相對配置時的最強的磁耦合產生最大的感應電動勢的位置關系形成時,將形成磁耦合側與被磁耦合側的中心部連起來的方向。另外,“正交方向”指的是大致正交的程度。如圖2和圖3所示,如上所述地構成的無線電力傳輸用磁元件I中,導體部2和磁性體部3中的任一者具有比另一者向磁耦合方向突出的突出區域61,從而與未設有這樣的突出區域61的情況相比較,能夠減少導體部2周邊處的對于磁耦合無效的磁場,能夠抑制整體的磁場的擴張。由此,能夠提高磁耦合時的磁通量密度。而且,即使是在無線電力傳輸用磁元件I用于形成磁耦合側與被磁耦合側中任一側的情況下,也能夠利用高磁通量密度進行高傳輸效率的供電和受電。另外,無線電力傳輸用磁兀件I被設為,在與磁稱合方向相一致的截面上并列配置有多個導體部2的結構,且在交流電流向同一方向流動的多個導體部2間的間隙中的I個以上間隙內設有磁性體部3。另外,優選無線電力傳輸用磁元件I在導體部2間的所有間隙內都設有磁性體部3,且導體部2與磁性體部3交替配置。在與磁耦合方向相一致的截面 上,多個導體部2作為交流電流向同一方向流動的結構,示例有長條的導體部2和磁性體部3從內周側向外周側卷繞,或多個導體部2和磁性體部3形成為中心點一致的、半徑不同的環狀的結構。在上述結構的情況中,如圖4所示,對于因交流電流在導體部2流動而生成的磁場同與該導體部并列配置的其它導體部2相交,是其它導體部2產生感應電流,該感應電流作為阻抗發揮作用的現象,能夠利用設在突出區域61中的導體部2間的間隙內的磁性體部3抑制該現象。由此,因為降低由感應電流形成的阻抗和形成高磁通量密度,即使是在該結構用于形成磁耦合側與被耦合側中的任一側的情況下,也能夠利用高傳輸效率進行供電和受電。若詳細地說明,則如圖I所示,無線電力傳輸用磁元件I具有導體集合部6。導體集合部6具有平板形狀的外形,且具有能夠形成為與受電側或供電側的設備相對的磁開放面的表面6a和背面6b。另外,導體集合部6能夠形成為任意的表面形狀。例如,導體集合部6既可以是在俯視呈三角形、四邊形等多邊形的表面形狀,也可以是在俯視呈橢圓形狀、圓形狀的表面形狀。導體集合部6具有長條的導體部2與長條的磁性體部3。上述導體部2和磁性體部3從內周側至外周側隔開恒定間隔的間隙形成為漩渦狀。由此,導體集合部6被設為,在與磁耦合方向相一致的縱截面(A — A’線向截面、B - B’線向截面)上,沿與磁耦合方向相正交的方向交替地并列配置有多個導體部2與多個磁性體部3的結構。另外,也可以在導體集合部6的內周側配置有由磁性體構成的芯部。在該情況下,能夠使磁場集中在導體集合部6的內周側。另外,無線電力傳輸用磁元件I也可以是導體集合部6向外部暴露的形態,但是為了保護表面,也可以在導體集合部6的表面6a、背面6b上設有由環氧樹脂、聚酰亞胺樹脂等絕緣樹脂、玻璃等的非磁性的并且為電絕緣體的材料構成的保護材料的覆膜。(磁性體部3)磁性體部3由高透磁率的材料形成。即,磁性體部3也可以由軟磁性材料形成。軟磁性材料也可以是金屬類磁性材料。金屬類磁性材料也可以是非晶磁性材。具體地說,磁性體部3是使用以樹脂固定具有鐵氧體、鋁硅鐵粉、非晶體(非晶質)、微結晶的磁性材料等的磁性粉末而形成的,或者是使用在由快速凝固法等獲得的薄帶、絕緣薄膜上利用濺射、蒸鍍等氣相沉積或鍍敷進行成膜的磁性膜而形成的。另外,非晶列舉有Co類非晶體、Fe類非晶體,具有微結晶的磁性材料列舉有具有300埃(O. 03 μ m)以下的微結晶的Fe類磁性材料。另外,作為由氣相沉積或電鍍鍍敷所形成的磁性膜,列舉有CoZrNb類、CoZrNbTa類、FeBN類、CoFeB 一 SiO 類、CoFeAlO 類、CoAlPdO 類、CoFeMn 類、CoFeN 類、FeNi 類等軟磁性膜。磁性體部3具有與磁I禹合方向相一致的寬度和與磁I禹合方向相正交的方向(導體集合部6的半徑方向)相一致的厚度。(導體部2) 導體部2的長度方向的一端部與另一端部分別與未圖示的一對端子相連接。在無線電力傳輸用磁元件I應用于電力供給裝置10等的供電裝置中的情況下,各端子與電源裝置8相連接。電源裝置8設為能夠以任意頻率向導體部2供給交流電力。另一方面,在無線電力傳輸用磁元件I應用于受電裝置的情況下,各端子與整流裝置相連接。整流裝置將由電磁感應形成的交流電力轉化為直流電力并對電池充電,或用于運轉驅動設備。導體部2優選以Cu、Al等金屬材料來形成。導體部2能夠利用氣相沉積、鍍敷、蝕刻來形成。導體部2具有與磁耦合方向相一致的寬度和與磁耦合方向相正交的方向(導體集合部6的半徑方向)相一致的厚度。另外,上述磁性體部3是以樹脂固定鐵氧體、非晶體等磁性材料的粉末而形成的構件,即,在磁性體部3具有絕緣性的情況下,也可以以接觸狀態配置磁性體部3與導體部2。另一方面,在如僅固定非晶體而形成的構件那樣使磁性體部3具有導電性的情況下,需要在磁性體部3與導體部2之間配置絕緣層。絕緣層列舉有聚對苯二甲酸乙二醇酯等絕緣性樹脂、氧化物等無機絕緣材料等。(突出區域61)無線電力傳輸用磁元件I中,磁性體部3的寬度方向端部與導體部2的寬度方向端部中的任一端部具有比另一端部突出的突出區域61。突出區域61被設定為導體集合部6的整個表面6a。另外,突出區域61既可以被設定為導體集合部6的表面6a和背面6b中的任一面,也可以被設定為表面6a和背面6b的局部。換言之,突出區域61只要被設定在導體集合部6的表面6a和背面6b的至少一個面上的至少一部分即可。優選突出區域61為如下狀態,通過使磁性體部3的寬度方向端部比導體部2的寬度方向端部突出,磁性體部3的表面與磁性體部3突出的側面被向外部暴露。即,優選突出區域61增大磁性體部3的暴露面積。在該情況下,磁性體部3是高透磁率的材料,此外,因較大的暴露面積而易于受到磁場的影響,并且如圖4所示,能夠防止在相鄰的導體部2、導體部2間由磁場相交導致產生感應電流進而引發的降低磁場的產生效率的情況。另外,突出區域61也可以使導體部2的寬度方向端部比磁性體部3的寬度方向端部突出。即使是在該情況下,相鄰的導體部2、導體部2間的磁性體部3,也能夠防止由各導體部2、導體部2中產生感應電流弓I發降低磁場的產生效率的情況。當將磁性體部3的寬度設為Dm,將導體部2的寬度設為d時,優選磁性體部3或導體部2的突出長度Dm / d是O. 2 3. O。若突出長度過小,則難以發揮防止磁場的產生效率的降低這樣的效果,若突出長度過大,則會產生突出部彼此間的接觸等機械性的問題。
(電力供給裝置10)說明如上所述構成的無線電力傳輸用磁元件I應用于供電用裝置的情況。如圖I所示,在電力供給裝置10上具有無線電力傳輸用磁元件I。電力供給裝置10形成為薄片狀,能夠載置移動電話、個人計算機等I個以上利用無線供電進行運轉的設備9。在電力供給裝置10的整個面上配置有多個無線電力傳輸用磁元件I。另外,無線電力傳輸用磁元件I是利用蝕刻處理、噴射液狀的材料的印刷處理來形成的。優選無線電力傳輸用磁元件I如矩陣狀的配置形態那樣,以均勻地分布密度呈平面地配置。在該情況下,在電力供給裝置10的整體中,能夠均等地以高傳送效率供給電力。另外,電力供給裝置10也可以具有變更了無線電力傳輸用磁元件I的分布密度的多個載置區域。在該情況下,能夠根據設備9的載置位置調整供電量。例如,若設備9是可調光的發光裝置,則能夠變更載置位置來調整發光量。另外,無線電力傳輸用磁兀件I設定為,磁放出面(磁開放面)的表面6a為與電力 供給裝置10的上表面(載置面)相一致的朝向。另外,磁開放面是指供電側、受電側的面,是無線電力傳輸用磁元件I的表面6a和背面6b中的至少一個面。電力供給裝置10直接與設備9相接觸,并且具有固定和保持導體部2和磁性體部3的載置層101、形成有無線電力傳輸用磁元件I的支承層103、設在支承層103的下表面上的遮蔽層104以及設在遮蔽層104的下表面上的保護層105。載置層101、支承層103以及保護層105由非磁性的合成樹脂等形成。另外,遮蔽層104由導電材料和磁性材料中的至少一種材料形成,且能夠防止從電力供給裝置10的下側(背面側)泄漏磁場。而且,在支承層103上設有未圖示的薄片狀的電源電路基板。電源電路基板能夠向各無線電力傳輸用磁元件I供給來自電源裝置8的高頻的交流電力。(操作)在上述結構中,在組裝有無線電力傳輸用磁元件I的電力供給裝置10上連接有電源裝置8,當供給有高頻的交流電流(交流電力)時,各無線電力傳輸用磁元件I生成交變磁場。此時,如圖2所不,在與磁稱合方向相一致的截面上,各無線電力傳輸用磁兀件I在交流電流向同一方向流通流動的多個導體部2間的間隙中的I個以上間隙內設有磁性體部3,導體部2和磁性體部3中的任一者具有比另一者向磁耦合方向突出的突出區域61。因而,如圖3所示,與未設有突出區域61的情況相比較,各無線電力傳輸用磁元件I能夠減少導體部2周邊處對于磁耦合無效的磁場,從而能夠抑制整體的磁場的擴張。其結果,各無線電力傳輸用磁元件I能夠提高朝向載置在電力供給裝置10上的設備9的磁通量密度。由此,具有多個無線電力傳輸用磁元件I的電力供給裝置10能夠對設備9以高傳輸效率供給電力。另外,如圖4所示,在各無線電力傳輸用磁元件I的內部,由在導體部2中流動交流電流生成的磁場與相鄰的其它的導體部2相交,從而產生感應電流。但是,感應電流作為阻抗發揮作用的現象能夠利用導體部2、導體部2間的間隙內的磁性體部3上的突出區域61來抑制。由此,利用由感應電流所造成的阻抗的降低和高磁通量密度,能夠利用高傳送效率進行供電。這樣,在所有的無線電力傳輸用磁元件I中,當磁場從作為表面6a的磁開放面放出時,具有上述無線電力傳輸用磁元件I的電力供給裝置10在整個面上輸出與交流電力的頻率對應的頻率的交變磁場。因而,當利用感應電動勢運轉的設備9載置在電力供給裝置10上時,如圖2所不,內置于設備9內的線圈磁I禹合而與交變磁場相交,產生感應電動勢。然后,整流交流狀態的電力并向控制芯片等供給。另外,設備9也可以具有作為受電用裝置的無線電力傳輸用磁元件1,在該情況下,能夠以更高的效率進行供電和受電。(變形例)如上所述,如圖I和圖3所示,說明了本實施方式的無線電力傳輸用磁元件I在導體集合部6的表面6a上配置有突出區域61的結構,但是并不限定于此。即,如圖5所示,無線電力傳輸用磁元件I也可以在表面6a與背面6b上都配置有突出區域61。在該情況下,如圖6所示,無線電力傳輸用磁元件I能夠提高磁耦合方向上的磁通量密度。另外,如圖7所示,無線電力傳輸用磁元件I也可以僅在與磁開放面相反一側的背面6b上配置有突出區域61。在該情況上,如圖8所示,無線電力傳輸用磁元件I也能夠提高磁耦合方向上的磁通量密度。
另外,無線電力傳輸用磁元件I也可以僅在導體集合部6的內周側配置有突出區域61。無線電力傳輸用磁元件I也可以僅在導體集合部6的外周側配置有突出區域61。無線電力傳輸用磁元件I為了使磁性體部3的在導體集合部6的內周側上的突出面積形成為最大,也可以具有從內周側至外周側減少突出長度的突出區域61。而且,也可以在導體部
2、導體部2間隔開間隙配置有多個磁性體部3、磁性體部3,也可以在磁性體部3、磁性體部3間隔開間隙配置有多個導體部2。另外,無線電力傳輸用磁元件I也可以任意地組合上述結構。(實施方式2)以下,參照
本發明優選的第2實施方式。另外,對于與第I實施方式相同的構件標注相同的附圖標記,省略其說明。(無線電力傳輸用磁元件201)如圖9所示,本實施方式的無線電力傳輸用磁元件201具有層疊體204的卷繞體206,并且具有磁性體層203的寬度方向端部比導體層202的寬度方向端部突出的突出區域261,該層疊體204具有供交流電流流動的導體層202和與導體層202的長度方向平行地配置的磁性體層203。另外,突出區域261只要是磁性體層203的寬度方向端部和導體層202的寬度方向端部中的任一個端部比另一個端部突出即可。若詳細地說明,則無線電力傳輸用磁元件201具有卷繞體206。卷繞體206具有圓柱形狀的外形,且具有側周面206a和配置在側周面206a的兩端并能夠形成為磁開放面的端面206b、206b。另外,卷繞體206能夠形成為任意的外形形狀,例如,也可以是具有三角形、四邊形等的端面206b的多邊形的棱柱形狀等。卷繞體206是通過多次卷繞薄帶狀的層疊體204而形成的。由此,卷繞體206被設為在軸向的縱截面(A — A’線向截面)上,沿半徑方向相互平行地配置有多個層疊體204的結構。層疊體204卷繞在圓筒形狀的卷芯構件207的外周面上。卷芯構件207可以是非磁性體和磁性體中的任一種,但是在使磁場能夠集中在卷繞體206的配置有卷芯構件207的內周側上的點來看,芯構件207優選是磁性體。另外,層疊體204也可以卷繞成不存在卷芯構件207的中空狀。另外,卷繞的形狀也可以是圓形、橢圓形、長方形等任意的成卷形狀。層疊體204具有導體層202和磁性體層203。導體層202和磁性體層203被相互平行地配置。具體地說,如圖10所示,層疊體204具有在聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET :Polyethylene Terephthalate)的保護薄片411、保護薄片412間夾設了磁性體層203的磁性薄片41和在聚酰亞胺(PI polyimide)制的基材431上形成有導體層202的導體薄片43。另外,無線電力傳輸用磁元件201也可以是卷繞體206向外部暴露的形態,但是為了保護表面,也可以在卷繞體206的側周面206a、端面206b上設有環氧樹脂、聚酰亞胺樹脂等絕緣樹脂、玻璃等的非磁性的并且為電絕緣體材料構成的保護材料的覆膜。而且,無線電力傳輸用磁元件201為了防止在半徑方向上相鄰的磁性體層203、磁性體層203彼此間的接觸、變形,也可以在上述磁性體層203、磁性體層203間填充有保護材料。(磁性體層203)磁性體層203由與第I實施方式中的磁性體部3相同的材料形成。磁性體層203形成為具有與作為卷繞體206的卷方向(周向)的長度方向相正交的寬度和與卷繞體206的半徑方向相一致的厚度的帶狀。磁性體層203的厚度優選是100 μ m以下。在磁特性這一點·上,即使超過100 μ m也不會產生問題,但是若考慮到卷繞的問題,磁性體層的厚度優選是100 μ m以下,更加優選是50 μ m以下。另外,磁性體層203的厚度的下限值優選是O. Iym以上。若不足0.1 μ m,則磁性層較薄,有可能無法獲得充分的磁特性。另外,對于均勻地制作較薄的磁性層而言,在制造上的管理復雜,因此優選O. I μπι以上。若考慮這樣的磁性層的厚度,則優選以能夠由快速凝固法獲得薄帶(帶)的非晶作為材料。特別是若是Co類非晶,則磁特性也良好。(導體層202)導體層202由與第I實施方式中的導體部2相同的材料形成。導體層202優選由CiuAl等金屬材料形成。導體層202的形態除了薄帶狀(帶狀)之外,也可以是氣相沉積、鍍
敷等薄膜。(突出區域26I)無線電力傳輸用磁元件201具有突出區域261。突出區域261被設定為卷繞體206的整個兩端面206b、206b。另外,突出區域261也可以被設定為卷繞體206中的任一側的端面206b、206b,也可以被設定為端面206b的局部。換言之,突出區域261可以被設定在卷繞體206的至少一側的端面206b、206b的至少一部分。(電力供給裝置210)如圖9所示,在電力供給裝置210上具有如上所述地構成的無線電力傳輸用磁元件201。電力供給裝置210形成為薄片狀或平板狀,能夠載置移動電話、個人計算機等I個以上利用無線供電進行運轉的設備9。在電力供給裝置210的整個面上埋入有多個無線電力傳輸用磁元件201。無線電力傳輸用磁元件201被設定為以形成為磁放出面(磁開放面)的一側的端面206b為上表面。電力供給裝置210具有與設備9直接接觸的載置層101、固定和保持無線電力傳輸用磁元件201的側周面206a的保持層102、支承形無線電力傳輸用磁元件201的成為下表面的端面206b的支承層103、設在支承層103的下表面上的遮蔽層104和設在磁性體層104的下表面上的保護層105。載置層101、保持層102、支承層103和保護層105由非磁性的合成樹脂等形成。另外,遮蔽層104由導電材料和磁性材料中的至少一種材料形成,且防止從電力供給裝置210的下側泄漏磁場。而且,在遮蔽層104與支承層103之間,設有與各無線電力傳輸用磁元件201中的導體層202的內周側和外周側相連接的未圖示的薄片狀的電路基板。電路基板能夠將來自電源裝置8的高頻的交流電力向各無線電力傳輸用磁元件201供給。另外,上述實施方式I (實施方式2)中的無線電力傳輸用磁元件I (201)以導體部2 (導體層202)與磁性體部3 (磁性體層203)中的至少一部分在電絕緣狀態下一體化的方式相接合。在此,電絕緣狀態能夠通過在導體部2 (導體層202)和磁性體部3 (磁性體層203)間夾設絕緣物來實現。作為夾設絕緣物的方法,能夠列舉有在導體 部2 (導體層202)和磁性體部3 (磁性體層203)的至少一者上接合經蒸鍍處理、鍍敷處理過由絕緣材料構成的覆膜得到的材料的方法、在導體部2 (導體層202)和磁性體部3 (磁性體層203)間夾入絕緣薄片的方法。另外,絕緣物和磁性體部3 (磁性體層203)的導熱率當然比空氣層的導熱率聞。采用上述結構,通過使導體部2 (導體層202)與磁性體部3 (磁性體層203)中的至少一部分一體化,即使是在導體部2 (導體層202)和磁性體部3 (磁性體層203)受到了振動、沖擊等外力的情況下,也能夠將導體部2 (導體層202)和磁性體部3 (磁性體層203)的位置關系、突出區域61 (261)的形態維持在初期狀態,因此能夠在長時間內維持初期的
高傳輸效率。另外,當導體部2 (導體層202)發熱時,導體部2 (導體層202)的熱經由接合成一體的部位高效地向磁性體部3 (磁性體層203)傳遞,因此在磁性體部3 (磁性體層203)中,能夠高效地釋放導體部2 (導體層202)的熱。由此,與導體部2 (導體層202)與磁性體部3 (磁性體層203)分開的情況相比,能夠增大通電的電力。其結果,僅以導體部2 (導體層202)與磁性體部3 (磁性體層203)的至少一部分一體化的簡單的結構就能夠在防止導體部2 (導體層202)的過熱的同時提高傳送量。而且,通過導體部2 (導體層202)與磁性體部3 (磁性體層203)的一體化而使操作簡單化,因此向各種設備上的組裝操作、保管簡單化。另外,上述實施方式I (實施方式2)中的無線電力傳輸用磁元件I (201)的導體部2 (導體層202)具有由電絕緣體構成的覆膜,磁性體部3 (磁性體層203)可以以與導體部2 (導體層202) —體化的方式與覆膜相接合。S卩,導體部2 (導體層202)具有由電絕緣體構成的覆膜,磁性體部3 (磁性體層203)可以與該覆膜相接合。采用上述結構,由于能夠將形成有絕緣皮膜的線圈等的一般的構件用于導體部2(導體層202),因此能夠簡單地獲得無線電力傳輸用磁元件I (201)。另外,能夠獲得與作為上述實施方式例中的卷繞的形狀的輥狀的線圈相同的效果。在以上詳細的說明中,為了更加簡單地理解本發明,以特征的部分為中心進行了說明,但是本發明并不限定于以上詳細的說明中所述的實施方式,也能夠應用于其它的實施方式,能夠盡可能大地解釋該應用范圍。另外,在本說明書中所使用的用語和語法是為了可靠地說明本發明而使用的用語和語法,并不是為了限制本發明的解釋而使用的用語和語法。另外,若是本領域技術人員,則普遍認為能夠根據本說明書中所述的發明的概念,簡單地推想出本發明的概念所包括的其它的結構、系統、方法等。因而,普遍認為權利要求所記載的是在不脫離本發明的技術思想的范圍內包括等同的結構的設備。另外,為了充分理解本發明的目的和本發明的效果,期望充分地參考已公開的文獻等。實施例將具有突出區域261的無線電力傳輸用磁元件201的傳送狀態作為實施例I 3進行測量,并且將不具有突出區域261的無線電力傳輸用磁元件的傳送狀態作為比較例I、2進行測量。(實施例I)具體地說,如圖10所示,準備了在由50 μ m的聚對苯二甲酸乙二醇酯構成的保護薄片411、保護薄片412間,夾設有由以鐵為主要成分的非晶磁性合金制構成的18 μπι的磁性體層203的磁性薄片41。另外,準備了在25 μπι的聚酰亞胺制的基材431上形成有由35 μ m的銅箔而構成的導體層202的導體薄片43。
接著,切出寬度7mmX長度300mm的磁性薄片41。另外,切出寬度5mmX長度300mm的導體薄片43。以對齊磁性薄片41與導體薄片43的寬度方向的一端,且磁性薄片41的另一端從導體薄片43突出2mm的方式層疊兩薄片41、43。然后,以20 μ m的粘接層接合兩薄片41、43并作為層疊體204。通過在層疊體204的基材431側涂敷粘著劑,形成20 μ m的粘著層42,在由直徑Φ 13mm的軟木塞構成的卷芯構件207上,以6. 5圈的圈數進行纏繞,從而形成了在一側存在有突出區域261的卷繞體206。分別與卷繞體206中的導體層202的內周側端部與外周側端部分別與信號線的一端相連接。之后,準備2個卷繞體206、206,以上述卷繞體206、卷繞體206中的磁性薄片41、磁性薄片41的突出2mm的部分彼此相對的方式,左右對稱地配置卷繞體206、卷繞體206。即,以突出區域261彼此相對的方式配置卷繞體206、卷繞體206。此時,將導體層202彼此相對的間隔設為5mm。另外,以卷繞體206、卷繞體206的軸心形成為同心的方式保持卷繞體206、卷繞體206。之后,使與卷繞體206、卷繞體206相連接的信號線的另一端分別與矢量網絡分析儀(安捷倫科技有限公司制)的端子I和端子2相連接,以300kHz、500kHz以及IOOOkHz的測量頻率測量了 S參數的插入損失(S21)。在此,“S21”表示從端子I輸入信號時的通過端子2的信號,用分貝表示,數值越大表示傳送效率越高。(實施例2)準備與實施例I相同的2個卷繞體206、206,以對齊上述卷繞體206、卷繞體206中的一端后的部分彼此相對的方式,左右對稱地配置卷繞體206、卷繞體206。S卩,以突出區域261彼此不相對的方式配置卷繞體206、卷繞體206。此時,將導體層202彼此相對的間隔設為5mm。然后,以與實施例I相同的條件,以300kHz、500kHz以及IOOOkHz的測量頻率測量了 S參數的插入損失(S21)。(實施例3)接著,切出寬度9mmX長度300mm的與實施例I相同的磁性薄片41。另外,切出寬度5mmX長度300mm的與實施例I相同的導體薄片43。然后,以對齊磁性薄片41與導體薄片43的中心,且磁性薄片41的兩端從銅箔突出2mm的方式層疊兩薄片41、43,從而形成層疊體204。通過在由直徑Φ 13mm的軟木塞構成的卷芯構件207上,以6. 5圈的圈數纏繞層疊體204,形成了在兩側存在有突出區域261的卷繞體206。準備2個卷繞體206、206,以上述卷繞體206、卷繞體206中的一端彼此相對的方式,左右對稱地配置卷繞體206、卷繞體206。此時,將導體層202彼此相對的間隔設為5mm。然后,以與實施例I相同的條件,以300kH z,500kHz以及1000kHz的測量頻率測量了 S參數的插入損失(S21)。(比較例I)接著,制作不存在突出區域261的無線電力傳輸用磁元件100。即,切出寬度5mmX長度300mm的與實施例I相同的磁性薄片41和導體薄片43。然后,以磁性薄片41與導體薄片43的兩端面形成為相同的方式層疊兩薄片41、43,從而形成了層疊體204。通過在由直徑Φ 13mm的軟木塞構成的卷芯構件207上,以6. 5圈的圈數纏繞層疊體204而作為卷繞體206。以2個卷繞體206、206中的一端彼此相對的方式,左右對稱地配置卷繞體206、卷繞體206。此時,將導體層202彼此相對的間隔設為5mm。然后,以與實施例I相同的條件,以300kHz、500kHz以及IOOOkHz的測量頻率測量了 S參數的插入損失(S21)。(比較例2)接著,如圖11所示,制作不存在磁性體層203的無線電力傳輸用磁元件100。即,使用了相同厚度的保護薄片411來取代實施例I的磁性薄片41,形成了層疊體204。通過在由直徑Φ 13mm的軟木塞構成的卷芯構件207上,以6. 5圈的圈數纏繞層疊體204而作為卷繞體206。以2個卷繞體206、206中的一端彼此相對的方式,左右對稱地配置卷繞體206、卷繞體206。此時,將卷繞體206、卷繞體206的間隔設為5mm。然后,以與實施例I相同的條件,以300kHz、500kHz以及IOOOkHz的測量頻率測量了 S參數的插入損失(S21)。(實施例I 3與比較例1、2的測量結果)如上所述,在表I中表示測量了 S參數的插入損失(S21)的結果,并且在圖12進行表示該結果。[表 I]
權利要求
1.一種無線電力傳輸用磁元件,其利用磁耦合來引發感應電動勢,其特征在于, 在與上述磁耦合方向相一致的截面上,沿與上述磁耦合方向相正交的方向并列配置有交流電流向同一方向流動的多個導體部和設在上述導體部間的間隙中的I個以上間隙內的磁性體部, 上述導體部和上述磁性體部中的任一者具有比另一者向上述磁耦合方向突出的突出區域。
2.根據權利要求I所述的無線電力傳輸用磁元件,其特征在于, 上述突出區域配置在上述磁耦合方向的兩側。
3.根據權利要求2所述的無線電力傳輸用磁元件,其特征在于, 上述突出區域配置于在排列方向上排列的所有上述導體部。
4.根據權利要求3所述的無線電力傳輸用磁元件,其特征在于, 上述磁性體部由軟磁性材料形成。
5.根據權利要求4所述的無線電力傳輸用磁元件,其特征在于, 上述軟磁性材料是金屬類磁性材料。
6.根據權利要求5所述的無線電力傳輸用磁元件,其特征在于, 上述金屬類磁性材料是非晶磁性材料。
7.根據權利要求4所述的無線電力傳輸用磁元件,其特征在于, 上述導體部與上述磁性體部以至少一部分在電絕緣狀態下一體化的方式相接合。
8.根據權利要求7所述的無線電力傳輸用磁元件,其特征在于, 上述導體部具有由電絕緣體構成的覆膜,且上述磁性體部與該覆膜相接合。
9.根據權利要求I所述的無線電力傳輸用磁元件,其特征在于, 上述突出區域配置于在排列方向上排列的所有上述導體部。
10.根據權利要求I所述的無線電力傳輸用磁元件,其特征在于, 上述磁性體部由非晶磁性材料形成。
11.根據權利要求I所述的無線電力傳輸用磁元件,其特征在于, 上述導體部與上述磁性體部在電絕緣狀態下以一體化的方式相接合。
12.—種無線電力傳輸用磁兀件,其特征在于, 該無線電力傳輸用磁元件具有 長條狀的導體部、 以沿著上述導體部的長度方向的方式與上述導體部并列配置的長條狀的磁性體部、使上述導體部和上述磁性體部中的任一者的寬度方向端部比另一者的寬度方向端部突出而形成的突出區域。
13.根據權利要求12所述的無線電力傳輸用磁元件,其特征在于, 上述導體部與上述磁性體部,以至少一部分在電絕緣狀態下一體化的方式相接合。
14.根據權利要求13所述的無線電力傳輸用磁元件,其特征在于, 上述導體部具有由電絕緣體構成的覆膜,上述磁性體部與該覆膜相接合。
15.一種電力供給裝置,其特征在于, 其具有權利要求I 14中任一項所述的多個無線電力傳輸用磁兀件,并以位于同一平面上的方式配置上述無線電力傳輸用磁元件。
全文摘要
本發明提供一種無線電力傳輸用磁元件和電力供給裝置,無線電力傳輸用磁元件(1)在與磁耦合方向相一致的截面上,沿與磁耦合方向相正交的方向并列配置有導體部(2)和與導體部(2)相鄰的磁性體部(3),導體部(2)和磁性體部(3)中的任一者具有比另一者向磁耦合方向突出的突出區域(61)。
文檔編號H01F38/14GK102792401SQ201180013298
公開日2012年11月21日 申請日期2011年3月2日 優先權日2010年3月9日
發明者井上真彌, 本上滿, 田中壯宗, 畑中武藏 申請人:日東電工株式會社