專利名稱：非接觸充電裝置用的磁氣回路、供電裝置、受電裝置、及非接觸充電裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及電力傳送效率幾乎不降低而相對于供電裝置的一次線圈使受電裝置的二次線圈能夠可靠地定位的非接觸點充電裝置、及用于其的磁氣回路、供電裝置及受電
>J-U ρ α裝直。
背景技術：
近年來，手機等小型信息通信設備的高性能化及高功能化進展，另外，也要求Web 終端及音樂播放器等長時間的連續(xù)使用。這些小型信息通信設備或電子設備中，作為電源使用鋰離子電池等二次電池。二次電池的充電方法有接觸充電方式和非接觸充電方式。接觸充電方式是使受電裝置的電極和供電裝置的電極直接接觸進行充電的方式，構成簡單，所以目前被廣泛采用，但需要與受電裝置的電極形狀吻合的連接插頭和充電器。非接觸充電方式是供電裝置及受電裝置兩方具有線圈且利用電磁感應進行電力傳送的方式。非接觸充電方式中，不需要用于使供電裝置和受電裝置直接接觸的電極，因此，可以用相同的供電裝置對不同的受電裝置進行充電。另外，非接觸充電方式中，由于不使用可能會腐蝕的電極，所以能夠穩(wěn)定地進行電力的受供電的優(yōu)點存在。非接觸充電裝置中，一次線圈中產(chǎn)生的磁通經(jīng)由供電裝置和受電裝置的殼體在二次線圈中產(chǎn)生電動勢。為提高電力傳送效率，在一次線圈及二次線圈的后面設置防止充電中從線圈產(chǎn)生的磁通的泄漏的線圈支架。泄漏磁通流過其它零件或金屬部件時，因渦電流而引起發(fā)熱，但線圈支架作為抑制該發(fā)熱的磁屏蔽材料起作用。例如特開平11-176677號中公開有在二次線圈和電路零件之間具備鐵素體磁芯的非接觸充電裝置。在空芯的一次線圈及二次線圈的情況下，以得到高的電力傳送效率的方式盡可能以寬的面積進行重疊，因此，需要使兩者的中心軸一致。例如特開平11-176677號中記載有如果兩線圈的中心軸錯開半徑量，則傳送電力成為零。為向供電裝置可靠地定位受電裝置，有將供電裝置的殼體與受電裝置的殼體嵌合的方式。但是，該方式中，供電裝置需要具有與各受電裝置相對應的供電面，相對于各種受電裝置不能共用供電裝置。特開2008-301553號中公開有一種裝置，是對手機等被充電設備以非接觸式進行充電的裝置，在殼體內具備一次線圈的托架具有擁有可以以充?？臻g載置被充電設備的面積的大致平板狀的載置部，在載置部中與一次線圈的中心相對應的部分設有包含容許范圍標記的鏡面部，以表示被充電設備的二次線圈的中心位置的中心標記與載置部的容許范圍標記相一致的方式將中心標記映射于鏡面部，同時將被充電設備定位于載置部上。但是，該裝置中，需要在各被充電設備中預先設置中心標記，在設計上不優(yōu)選，而且使兩標記一致的作業(yè)在黑暗的地方不能進行的不便存在。特開2009-159677號中公開有一種非接觸充電適配器，其在供電裝置的供電面及充電裝置的充電面的背側分別安裝永久磁鐵，且具有用于按照一次線圈和二次線圈的中心軸相一致的方式利用磁氣吸附將兩者進行定位的安裝裝置。安裝裝置由以沿裝置的外周環(huán)狀延伸的方式組合的細的L字型的兩個永久磁鐵構成。兩裝置均具有配置于線圈的外側的環(huán)狀的永久磁鐵，因此，當在線圈的背面設置線圈支架時，從永久磁鐵產(chǎn)生的磁通容易流過內側的線圈支架，接近永久磁鐵的線圈支架的部分容易磁飽和。磁飽和的線圈支架部分的磁導率大幅降低，因此，不能充分得到作為磁軛的功能，電力傳送效率降低。而且，難以通過稀土類磁鐵制作細的L字型的永久磁鐵，另外，手操作容易破壞。另外，在利用例如橡膠磁鐵制作細的L字型的永久磁鐵時，磁力不充分，不能得到足夠的定位精度。

發(fā)明內容
因此，本發(fā)明的目的在于，提供幾乎不降低電力傳送效率而相對于供電裝置的一次線圈能夠可靠地定位受電裝置的二次線圈且具有優(yōu)異的實用性的非接觸充電裝置、及用于其的磁氣回路、供電裝置及受電裝置。本發(fā)明的非接觸充電裝置用磁氣回路的特征在于，具備線圈、配置于所述線圈的后面?zhèn)鹊木€圈支架、經(jīng)由面內方向及/或厚度方向的磁隙配置于所述線圈支架的孔的磁吸附裝置。優(yōu)選的是，所述線圈支架為具有中央孔的環(huán)形板狀，所述磁吸附裝置同軸配置于所述線圈支架的中央孔內。優(yōu)選的是，所述磁吸附裝置的前面為與所述線圈的前面同高度。即，優(yōu)選的是，所述磁吸附裝置及所述線圈配置于盡可能接近平坦的供電面及充電面。優(yōu)選的是，所述磁吸附裝置的至少一部分從面內方向觀察時，進入所述線圈支架的中央孔。優(yōu)選的是，所述線圈支架由利用輥急冷法制造的厚度IOOiim以下的至少一層軟磁性合金片構成，所述軟磁性合金片的總厚為200i!m以下。 優(yōu)選的是，所述磁吸附裝置由圓板狀永久磁鐵和具有承受所述圓板狀永久磁鐵的凹部的具有圓形的帽形狀的磁軛部件構成，所述圓板狀永久磁鐵位于前面?zhèn)取１景l(fā)明的非接觸充電裝置用供電裝置的特征在于，具有所述磁氣回路。本發(fā)明的非接觸充電裝置用受電裝置的特征在于，具有所述磁氣回路。本發(fā)明的非接觸充電裝置的特征在于，具備具有所述磁氣回路的供電裝置和具有所述磁氣回路的受電裝置。本發(fā)明的非接觸充電裝置用磁氣回路，磁吸附裝置經(jīng)由磁隙同軸配置于環(huán)形板狀的線圈支架的中央孔內，因此，為簡單的構造，并且能夠抑制電力傳送效率的降低，并且能夠可靠地對供電裝置的一次線圈的中心軸定位受電裝置的二次線圈的中心軸。另外，本發(fā)明的非接觸充電裝置具有在線圈支架的中央孔的中心配置有小的磁吸附裝置的構造，因此，具有優(yōu)異的實用性，相對于各種受電裝置能夠由一個供電裝置對應。具有這種特征的本發(fā)明的非接觸充電裝置適合手機、便攜音樂播放器、便攜信息終端、小型計算機、搭載電子電路的手表等小型便攜電子制品、或電動牙刷、遙控器等小型電子制品等。


圖I是表示本發(fā)明的非接觸充電裝置之一例的概略剖面圖2是表示圖I的非接觸充電裝置的供電裝置的構成的局部剖面平面圖；圖3是表示用于本發(fā)明的非接觸充電裝置的供電裝置之一例的分解立體圖；圖4是表示用于本發(fā)明的非接觸充電裝置的受電裝置之一例的分解立體圖；圖5(a)是表示磁吸附裝置和線圈支架的位置關系之一例的局部概略剖面圖；圖5(b)是表示磁吸附裝置和線圈支架的位置關系的其它例的局部概略剖面圖；圖5(c)是表示磁吸附裝置和線圈支架的位置關系的再其它例的局部概略剖面圖；圖5(d)是表示磁吸附裝置和線圈支架的位置關系的再其它例的局部概略剖面圖； 圖5(e)是表示磁吸附裝置和線圈支架的位置關系的再其它例的局部概略剖面圖；圖5(f)是表示磁吸附裝置和線圈支架的位置關系的再其它例的局部概略剖面圖；圖6(a)表示是磁吸附裝置之一例的剖面圖；圖6(b)是表示磁吸附裝置的其它例的剖面圖；圖6(c)是表示磁吸附裝置的再其它例的剖面圖；圖6(d)是表示磁吸附裝置的再其它例的剖面圖；圖7是表示本發(fā)明的非接觸充電裝置的其它例的概略剖面圖；圖8是表示實施例2中用于磁場解析的非接觸充電裝置的概略剖面圖；圖9是表示磁吸附裝置的外徑和線圈支架內的磁通密度的關系的圖表；圖10是表示實施例3中用于電力傳送效率的測定的非接觸充電裝置的概略剖面圖；圖11是圖10的局部放大圖；圖12是表示在電力傳送效率的測定所使用的電路的框圖；圖13是表示磁隙和電力傳送效率的關系的圖表；圖14是表示距線圈支架的中心的距離和線圈支架內的磁通密度的關系的圖表；圖15是表示非接觸充電裝置的電路之一例的框圖。
具體實施例方式可應用本發(fā)明的非接觸充電裝置，具有圖15所示的電路構成。供電裝置20具備供給交流電流的供電部21 ;為將交流電流整流為直流電流而與供電部21連接的整流電路22 ;輸入直流電流并變換成規(guī)定頻率的高頻電流的開關電路23 ;以流過高頻電流的方式與開關電路23連接的一次線圈201 ;以在與開關電路23同頻率下共振的方式與一次線圈201并聯(lián)連接的共振用電容器26 ;與開關電路23連接的控制電路24 ;與控制電路24連接的控制用一次線圈25。控制電路24基于由控制用一次線圈25得到的感應電流來控制開關電路23的動作。受電裝置30具備接受從一次線圈201產(chǎn)生的磁通的二次線圈301 ;與二次線圈301連接的整流電路32 ;與整流電路32連接的二次電池33 ;根據(jù)二次電池33的電壓檢測蓄電狀態(tài)而與二次電池33連接的電池控制電路34 ;與電池控制電路34連接的控制用二次線圈35。在二次線圈301上也可以并聯(lián)連接共振用電容器(未圖示)。被整流的電流除被蓄電于二次電池33外，還可以用于電子電路或驅動部件(未圖示)等。電池控制電路34將用于根據(jù)二次電池33的蓄電狀態(tài)進行最佳的充電的信號流過控制用二次線圈35。例如，在二次電池33為全充電的情況下，使該信息的信號流過控制用二次線圈35，經(jīng)由與控制用二次線圈35電磁結合的控制用一次線圈25將信號傳遞給供電裝置20的控制電路24?？刂齐娐?4基于該信號將開關電路23設為OFF。圖I 圖4表示用于非接觸充電裝置的供電裝置20及受電裝置30的構造的優(yōu)選的一例。非接觸充電裝置由供電裝置20和受電裝置30構成，供電裝置20具有由一次線圈201、磁吸附裝置211及線圈支架212構成的磁氣回路，受電裝置30具有由二次線圈301、磁吸附裝置311及線圈支架312構成的磁氣回路。為簡便說明，在供電裝置20中將一次線圈201、磁吸附裝置211及線圈支架212各自的供電面203側的面稱作“前面”，將供電面203的相反側的面稱作“后面”。另外，在受電裝置30中將二次線圈301、磁吸附裝置311及線圈支架312各自的受電面303側的面稱作“前面”，將受電面303的相反側的面稱作“后面”。另外，將各線圈201、301、磁吸附裝置211、311及線圈支架212、312的厚度方向簡稱為“厚度方向”。供電裝置20的殼體202利用由薄的非磁性樹脂板構成的上殼體202a及下殼體202b構成。上殼體202a的上面構成供電面203，背面為平坦。在上殼體202a的平坦的背面中央部固定有具有平坦的前面的磁吸附裝置211、和以使磁吸附裝置211經(jīng)由磁隙得以同軸(同心圓狀)地包圍的平面螺旋狀的且具有平坦的前面的一次線圈201。在此，“同軸”是指磁吸附裝置211的中心軸和一次線圈201的中心軸一致，在兩者為圓形的情況下，兩者為同心圓。一次線圈201按照為了提高與二次線圈301的電磁結合而盡可能接近供電面203的方式配置。磁吸附裝置211和一次線圈201的磁隙優(yōu)選以實質上一次線圈201不受磁吸附裝置211的磁通影響的方式增大。通過將一次線圈201設為平面線圈，可以將磁氣回路薄型化，可以使供電裝置低高度。也可以由絕緣性樹脂模制一次線圈201。在一次線圈201的后面，同心圓狀鄰接有大致覆蓋一次線圈201的大小的(具有比一次線圈201的外徑大的外徑和比一次線圈201的內徑小的內徑)環(huán)形板狀的線圈支架212，防止由一次線圈201產(chǎn)生的磁通的泄漏。磁吸附裝置211從厚度方向觀察時，經(jīng)由磁隙而同心圓狀置于線圈支架212的中央孔。因此，磁吸附裝置211也可以相對于線圈支架212同心圓狀配置。在下殼體202b的內面(圖3中的上面)固定有基板218。在由電介質構成的基板218上安裝有連接一次線圈201的導線端部的線圈端子27、共振用電容器26、整流電路22、開關電路23等。圖2中，將共振用電容器26、整流電路22、開關電路23等統(tǒng)一由207表不。圖4表示在非接觸充電裝置所使用的受電裝置30之一例。受電裝置30的殼體302由具有充電時與供電裝置20的供電面203相接的充電面303的薄的平坦的樹脂板狀的下殼體302a、和具有液晶顯示部39等的上殼體302b構成。在充電面303的平坦的背側中央固定有具有平坦的前面的磁吸附裝置311、和以使磁吸附裝置311經(jīng)由磁隙得以同心圓狀地包圍的平面螺旋狀的且具有平坦的前面的二次線圈301。二次線圈301在與一次線圈201對向的位置被配置于充電面303附近。磁吸附裝置311和二次線圈301的磁隙，優(yōu)選以實質上二次線圈301不受磁吸附裝置311的磁通影響的方式增大。通過將二次線圈301設為平面線圈，可以將磁氣回路薄型化，可以使供電裝置低高度。也可以由絕緣性樹脂模制二次線圈301。在二次線圈301的后面，同心圓狀地鄰接有大致覆蓋二次線圈301的大小的(具有比二次線圈301的外徑大的外徑和比二次線圈301的內徑小的內徑)環(huán)形板狀的線圈支架312，防止由二次線圈301產(chǎn)生的磁通的泄漏。從厚度方向觀察時，磁吸附裝置311經(jīng)由磁隙而同心圓狀地置于線圈支架312的中央孔。因此，磁吸附裝置311也可以相對于線圈支架312同心圓狀配置。在上殼體302b的背面(圖4中上面)固定有基板318。在由電介質構成的基板318上，除連接二次線圈301的導線端部的線圈端子37、整流電路32及二次電池33外，根據(jù)需要還安置有驅動裝置(未圖示)等。線圈支架312優(yōu)選以由從二次線圈301產(chǎn)生的磁通不會泄漏的方式與二次線圈301鄰接。基板318和線圈支架312也可以不固定。在供電裝置20及受電裝置30的任一磁氣回路中，優(yōu)選磁吸附裝置211、311的前面與線圈201、301的前面為相同高度。即，優(yōu)選磁吸附裝置211、311和傳送線圈201、301被配置于平坦的供電面203及充電面303附近。配置于前面?zhèn)鹊亩尉€圈301容易與一次線圈201電磁結合，得到高的電力傳送效率。另外，配置于前面?zhèn)鹊拇盼窖b置311相對于供電裝置20的磁吸附裝置311具有大的吸附力，能夠以小的永久磁鐵容易且正確地進行供電裝置20和受電裝置30的定位，能夠減少從磁吸附裝置311泄漏的磁通量。因此，線圈支架312的磁飽和的范圍減小，防止線圈支架312的磁導率的降低，得到高的電力傳送效率。供電裝置20的一次線圈201的卷數(shù)也可以比受電裝置30的二次線圈301的卷數(shù)多。在未如受電裝置30那樣要求小型化的供電裝置20，可使用卷數(shù)多的一次線圈201，通過利用相互感應作用而在二次線圈301產(chǎn)生的電壓可以在二次電池33中以短時間蓄積電力。磁吸附裝置211也可以與受電裝置30的磁吸附裝置311相同。用于線圈支架的軟磁性材料優(yōu)選通過輥急冷制造的厚度100 μ m以下的Fe系非晶合金、Co系非晶合金、Fe系納米結晶合金、Co系納米結晶合金等薄帶。例如,在Fe系納米結晶合金或Co系納米結晶合金的情況下，優(yōu)選具有由TaAbMciSidBe(其中，T為Fe及/或Co，A為Cu及/或Au，M為選自Mo、Mn、Cr、Ti、Nb、Ta、W、Al及Sn構成的組中的至少一種元素，a、b、c、d及e以原子％計，分別滿足65彡a彡80,0. 3彡b彡5、1彡c彡10、5彡d彡15、及5彡e彡15的條件。)表現(xiàn)的基本組成，且平均結晶粒徑為50nm以下的微細結晶粒占50體積％以上。A元素在Fe中大致非固溶，是凝集而促進微結晶群的形成的元素。A元素不足O. 3原子％時，不能充分發(fā)揮其作用，超過5原子％時，容易形成粗大結晶粒，使磁氣特性惡化。B及Si是非晶質形成元素。M元素優(yōu)先進入熱處理后殘留的非晶相中，因此，輔助Fe濃度高的微細結晶粒的生成，有助 于軟磁氣特性的改善。M元素不足I原子％時，不能充分發(fā)揮其作用，超過10原子％時，帶來飽和磁通密度的降低。非接觸充電裝置以較高的頻率進行受供電，當由軟磁性金屬構成的線圈支架厚時，渦電流損失增大，電力傳送效率降低。因此，這些薄帶的厚度優(yōu)選為50 μ m以下，更優(yōu)選為30 μ m以下，特別優(yōu)選為25 μ m以下。為抑制渦電流的發(fā)生，線圈支架也可以將多個軟磁性薄帶經(jīng)由非導電性樹脂層層疊而形成。由于供電裝置20中不要求薄壁化，所以為降低成本,也可以由具有高飽和磁通密度的鐵素體形成線圈支架。
非晶合金及納米結晶合金在低頻率帶域得到高的磁導率，因此，能夠充分抑制泄漏磁通的發(fā)生。由納米結晶合金構成的線圈支架優(yōu)選在180kHz以下、特別優(yōu)選在150kHz以下的頻率帶域使用，由鐵素體構成的線圈支架優(yōu)選在超過180kHz的頻率帶域使用。線圈支架的總厚(線圈支架內的軟磁性片的合計厚度)優(yōu)選為200m以下，更優(yōu)選為150 iim以下，最為優(yōu)選為IOOiim以下，特別優(yōu)選為50 iim以下。例如在手機等便攜設備的情況下，通過重疊了兩片厚度25pm以下的軟磁性片的線圈支架實現(xiàn)本發(fā)明的效果。軟磁性片越薄，接近線圈支架的磁吸附裝置的部分越容易磁飽和，因此，通過在線圈支架和磁吸附裝置之間介設磁隙，縮小磁飽和的線圈支架的范圍。特別是，由于要求低高度化的非接觸充電裝置用的磁氣回路在厚度方向沒有空 間上的富裕，所以優(yōu)選相比厚度方向更在面內方向在線圈支架和磁吸附裝置之間形成磁隙。為防止受電裝置及供電裝置的落下、沖擊等帶來的破損，也可以在線圈支架上固定樹脂片作為保護片?？紤]到受供電時的發(fā)熱，優(yōu)選樹脂片具有高耐熱性。與線圈支架同樣地也可以將保護片設為環(huán)形板狀。磁吸附裝置211、311和線圈支架212、312之間的各磁隙，也可以是空隙，也可以由磁導率為10以下的材料形成。各磁隙的寬度優(yōu)選設定為(a)充分發(fā)揮相對于線圈的磁軛功能，并且，(b)防止線圈支架的附近部分的磁飽和并抑制磁導率的降低，以抑制電力傳送效率的降低的范圍，具體而言，優(yōu)選設定為0. I 15_的范圍。如果各磁隙的寬度為0. Imm以上，則充分得到線圈支架的磁飽和的抑制效果。各磁隙的寬度優(yōu)選為0. 3mm以上，更優(yōu)選為0. 5mm以上,特別優(yōu)選為Imm以上。另外,如果各磁隙的寬度為15mm以下,貝U能夠大幅確保線圈支架的面積，因此，能夠不使非接觸充電裝置大型化而得到高的電力傳送效率。各磁隙的寬度的上限更優(yōu)選為IOmm,最為優(yōu)選為8mm。例如在為了提高磁吸附裝置211、311的吸附力并使磁吸附裝置211、311比線圈201,301厚的情況下，為了使磁氣回路低高度化，優(yōu)選使磁吸附裝置211、311的至少一部分在面內方向上位于線圈支架212、312的中央孔的內側。圖5(a) 圖5(f)中，以受電裝置30為例表示磁吸附裝置311和線圈支架312的各種位置關系。任一磁吸附裝置311的前面位于與線圈301的前面同一平面上。圖5(a)表示磁吸附裝置311的后面位于與線圈支架312的后面同一平面上的例子。圖5(b)表示磁吸附裝置311的后面位于比線圈支架312的后面更后方的例子。如圖5(a)及圖5(b)所示，如果磁吸附裝置311位于線圈支架312的中央孔內或向其后方突出，則磁通容易從磁吸附裝置311的后面流向線圈支架312的后面?zhèn)龋€圈支架312的磁飽和的面積減小。圖5(c)表示磁吸附裝置311的后面位于與線圈支架312的前面同一平面上的例子。圖5(d)所示的例子中，從厚度方向觀察，磁吸附裝置311的至少一部分與線圈支架312重疊，從面內方向觀察，兩者間有磁隙。為了防止線圈支架312的磁飽和，磁吸附裝置311的前面和線圈支架312的后面之間的磁隙T優(yōu)選為0. Imm以上，更優(yōu)選為0. 2mm以上，最為優(yōu)選為0. 3mm以上。為了受電裝置的低高度化，磁隙T的上限優(yōu)選為1mm，更優(yōu)選為0. 8_。在線圈支架312的前面?zhèn)仁褂脴渲那闆r下，也可以與樹脂片分開設置磁隙T。圖5(e)所示的例子中，磁吸附裝置311由具有中央凸部311c的圓板部d構成，中央凸部311c經(jīng)由磁隙W置于線圈支架312的中央孔，圓板部d從厚度方向觀察經(jīng)由磁隙T與線圈支架312重疊。優(yōu)選中央凸部311c為圓形。如果中央凸部311c位于線圈支架312的中央孔內，則磁通容易從凸部311c流入線圈支架312的后面?zhèn)?從而線圈支架312的磁飽和的面積減小。圖5(f)所示的例子中，線圈支架312的中央孔由樹脂片312a覆蓋，或者其至少一部分充填有樹脂片312a。如果中央孔的磁導率非常低(例如如果為10以下)，則能夠充分抑制線圈支架312的磁飽和。在由樹脂片312a覆蓋的情況下，例如在由通過輥急冷制造的軟磁性合金薄帶構成的線圈支架312上設置的孔的至少一側粘貼樹脂片312a。通過由樹脂片312a覆蓋中央孔，能夠防止金屬粉或塵埃等混入磁氣回路的內部，另外也能夠提高線圈支架312的機械強度。當中央孔的兩側由樹脂片312a覆蓋時，相對于內部的軟磁性金屬得到防銹效果。磁吸附裝置311可以是圓形，也可以是正方形等多角形。供電裝置30當然也可以使用與上述相同構造的磁氣回路。但是，在供電裝置20的情況下，磁吸附裝置211也可以向比一次線圈201更上方(供電面203側)錯開，例如磁吸附裝置211的后面也可以在與一次線圈201的前面同一平面上。
磁吸附裝置211、311優(yōu)選(a)利用由圓板狀永久磁鐵211a、311a和軟磁性材料構成的磁軛部件211b、311b構成、或(b)僅由圓板狀永久磁鐵211a、311a構成、或(c)僅由磁軛部件211b、311b構成。圖6 (a)所示的磁吸附裝置211、311由圓板狀永久磁鐵211a、311a和在前面?zhèn)扔虚_口的帽形狀的磁軛部件21 Ib、31 Ib構成。磁軛部件21 Ib、31 Ib的開口端優(yōu)選位于與二次線圈301的前面同一面上。圖6(b)所示的磁吸附裝置211、311由圓板狀永久磁鐵21 la、31 Ia和圓板狀磁軛部件21 Ib、31 Ib構成。圖6 (c)所示的磁吸附裝置211、311僅由圓板狀永久磁鐵21 la、31 Ia構成，圖6 (d)所示的磁吸附裝置211、311僅由圓板狀磁軛部件21 lb、31 Ib構成。在使用圖6(d)的磁吸附裝置211、311的情況下，供電裝置20的磁吸附裝置211需要具有永久磁鐵3。如果使用圓形的磁吸附裝置，則與線圈支架的磁隙均勻，另外受電裝置30和供電裝置20在任何方向都能夠得到一定的吸附力，故而優(yōu)選。永久磁鐵211a、311a可以使用鐵素體磁鐵、稀土類磁鐵等，但考慮到供電裝置20和受電裝置30的磁氣吸附力、小型化及低高度化，優(yōu)選NdFeB系稀土類燒結磁鐵。作為永久磁鐵，即使磁氣吸附力比各向同性磁鐵強，且供電裝置和受電裝置在任何方向均接觸，也能夠產(chǎn)生一定的吸附力，因此，優(yōu)選在厚度方向配向的各向異性磁鐵。如果使用在厚度方向著磁的永久磁鐵，則從磁吸附裝置的前面出來的磁通量多，但從側面(與線圈支架的對向面)出來的磁通量少，因此，如果用于圖5(a)及圖5(b)那樣的磁氣回路，則能夠在抑制線圈支架的磁飽和的同時，發(fā)揮大的磁氣吸附力。就對稀土類磁鐵實施的防氧化用的被覆處理而言，考慮到由線圈201、301產(chǎn)生的磁通對渦電流的影響，優(yōu)選金屬鍍敷改為樹脂被覆。優(yōu)選在供電裝置的一次線圈及受電裝置的二次線圈的至少一方，連接有構成共振電路的共振用電容器，更優(yōu)選在兩方連接。特別是在線圈不使用磁芯的非接觸充電裝置，通過利用共振電路，可以提高電力傳送效率。在充電裝置具有共振電路的情況下，適宜調整線圈的卷數(shù)。磁軛部件211b、311b使來自永久磁鐵211a、311a的磁通局部集中，提高供電裝置20和受電裝置30的磁氣吸附力，同時，防止來自永久磁鐵211a、311a的磁通流入線圈支架212、312。因此，相比磁軛部件211b、311b設為圓板狀，如圖6(a)所示，優(yōu)選設為前面?zhèn)扔虚_口的圓形的帽狀。因此，在使用由永久磁鐵21 la、31 Ia和磁軛部件21 Ib、31 Ib構成的磁吸附裝置211、311的情況下，優(yōu)選將永久磁鐵211a、311a配置于前面?zhèn)?，將磁軛部?11b、311b配置于后面?zhèn)?。磁軛部?11b、311b只要是軟磁性材料即可，如電磁鋼板那樣優(yōu)選為高飽和磁通密度。另外，如果使用磁軛部件21 lb、311b，則得到相比單獨永久磁鐵311a的情況可以減薄磁吸附裝置的優(yōu)點。優(yōu)選供電裝置20的供電面203和受電裝置30的充電面303均平坦，特別優(yōu)選供電裝置30的供電面203平坦。通過平面的供電面203，可以由一個供電裝置20對應各種尺寸的受電裝置30。如果將線圈支架212、312的外徑設為比線圈201、301的外徑大，則電力傳送效率提高，但如果線圈支架212、312的外徑過大，則不僅磁氣回路大型化，而且電力傳送效率飽和。因此，線圈支架212、312的大小根據(jù)必要的電力傳送效率、及供電裝置及受電裝置的大小來決定。圖7表示僅受電裝置30內的線圈支架312為環(huán)形板狀且供電裝置20內的線圈支 架212為平板狀的本發(fā)明的非接觸充電裝置的其它例。該例中，供電裝置20的線圈支架212可以使用較厚的鐵素體板。圖7中，將整流電路32、二次電池33、電池控制電路34等匯總用307表示。另外，也可以將磁吸附裝置211設為圖6(a) 圖6(c)所示的使用永久磁鐵211a的構造，將磁吸附裝置311設為圖6(d)所示的磁軛部件311b單獨的構造。由于薄型化的要求在受電裝置30 —方強，所以也可以由薄的磁軛部件311b單獨構成磁吸附裝置311。另外，如果內裝有復雜的電路的受電裝置30使用僅由磁軛部件311b構成的磁吸附裝置，則設計電路的穩(wěn)定動作。另外，如果在受電裝置30上設置僅由非晶合金或納米結晶合金構成的線圈支架312且供電裝置20使用廉價的鐵素體板，則在成本降低方面有效。通過以下的實施例更詳細說明本發(fā)明，但本發(fā)明不限于此。實施例I通過圖I所示的構造制作具有下述尺寸的非接觸充電裝置，且進行磁場解析。(I)供電裝置將一次線圈201和環(huán)形板狀的線圈支架212同心圓狀粘接，在線圈支架212的中央孔同心圓狀配置圖6(a)所示的磁吸附裝置211，由此制作圖I所示的供電裝置20。一次線圈201由卷數(shù)20阻且線徑0. 5mm的銅線構成，為內徑15mm、夕卜徑35mm及厚度1mm。環(huán)形板狀的線圈支架212為內徑IOmm及外徑40mm、且使兩片厚度20 y m的Fe基納米結晶合金薄帶(日立金屬株式會社制的7 4 ^ 卜FT1”)層疊、并在其兩面層疊厚度50的聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)薄膜而形成。磁吸附裝置211由外徑8mm、內徑7mm、壁厚
0.5mm及凹部的深度0. 5mm的帽形狀的磁軛部件21 Ib ;固定于磁軛部件21 Ib的凹部的內徑6mm及外徑7_的磁隙形成用非磁性環(huán)；固定于非磁性環(huán)的內側的直徑6_及厚度0. 5mm的圓板狀永久磁鐵211a所構成。永久磁鐵211a由樹脂被覆的NdFeB系稀土類磁鐵(日立金屬株式會社制的“NE0MAX(NMX-S36UH) ”、Br = I. 2T)構成。磁吸附裝置211的前面和一次線圈201的前面為相同高度。(2)受電裝置將二次線圈301和環(huán)形板狀的線圈支架312同心圓狀粘接，在線圈支架312的中央孔同心圓狀地配置圖6(a)所示的磁吸附裝置311，由此制作圖I所示的受電裝置30。二次線圈301由卷數(shù)10阻且線徑0. 5mm的銅線構成，為內徑20mm、外徑30mm及厚度1mm。環(huán)形板狀線圈支架312為內徑IOmm及外徑35mm、且使兩片厚度20 y m的Fe基納米結晶合金薄帶(日立金屬株式會社制的7 4 ^ 卜FT1”)層疊、并在其兩面層疊厚度50的PET薄膜而形成。磁吸附裝置311為與磁吸附裝置211相同的構成。磁吸附裝置311的前面和二次線圈301的前面為相同高度。(3)磁場解析結果將供電裝置20及受電裝置30的接觸面?zhèn)鹊臍んw的厚度分別設為0. 5mm,將兩磁吸附裝置211、311間的距離設為1_，進行磁場解析，其結果是，磁吸附裝置211、311間的吸附力為I. IN，受電裝置30的線圈支架312內的最大磁通密度為0. 4T。實施例2圖8所示的非接觸充電裝置中，通過磁場解析求出磁吸附裝置311的外徑和線圈 支架312內的磁通密度的關系。一次線圈201由卷數(shù)16匝且線徑0.5mm的銅線構成，為內徑17mm、外徑36mm及厚度I. Omm, 二次線圈301由卷數(shù)8阻且線徑0. 5mm的銅線構成，為內徑22mm、外徑32mm及厚度0. 5mm。內徑IOmm及外徑40mm及厚度I. Omm的環(huán)形板狀線圈支架212由Mn-Zn系鐵素體形成。內徑IOmm及外徑35mm的環(huán)形板狀線圈支架312通過經(jīng)由厚度10 ii m的粘接帶層疊兩片厚度20 ii m的Fe基納米結晶合金薄帶(日立金屬株式會社制的“7 7 4卜FT1”)而形成。將磁吸附裝置211的前面設為與線圈201的前面相同高度，將磁吸附裝置311的前面也設為與線圈301的前面相同高度。磁吸附裝置211、311均為表I所示的尺寸且具有圖6(a)所示的形狀。將磁吸附裝置211的后面設為與線圈支架212的前面相同高度，將磁吸附裝置311的厚度方向中心設為與線圈支架312的厚度方向中心相同高度。圖9表示以在20°C下輸入頻率120kHz的電流的條件進行磁場解析的結果。表I]
試樣磁軛部件的尺寸(mm)永久磁鐵的尺寸磁吸附
No.(mm)裝置間
外徑內徑壁厚凹部的直徑厚度的吸附_____Wf1___力(N)
J__10 9__0.5 0.5 8__0.5 .3.5
2__1.15 6.15 0.5 0.5 5.15 0.5 1.5
_3__1.5 6.5 0.5 0.5 5.5 0.5 1.4
J__7.25 6.25 0.5 0.5 5.25 0.5 1.3
_5__7__6__0.5 0.5 5__0.5 1.1
6 I 6 丨 5 I 0.5 I 0.5 丨 40.5 0.7磁軛部件的外徑與線圈支架312的中央孔的直徑相同，且在磁吸附裝置和線圈支架312之間沒有磁隙的試樣I中，接近磁吸附裝置的線圈支架312的部分飽和(達到與Fe基納米結晶合金的飽和磁通密度相同的約I. 2T)，另外，即使施加磁通，也不能起到作為磁軛的作用，從而非接觸充電裝置的電力傳送效率降低。與之相對，在磁吸附裝置和線圈支架312的中央孔內面之間介設磁隙的試樣2 6中，成為比試樣I低的磁通密度，抑制了線圈支架312的磁飽和。磁隙越大，線圈支架312內的磁通密度越低。通過抑制線圈支架的磁導率降低，非接觸充電裝置的電力傳送效率提高。線圈支架內的磁通密度通過磁隙、磁吸附裝置的永久磁鐵等發(fā)生變動，因此，需要將這些尺寸最佳化。實施例3圖10所示的非接觸充電裝置中，求出磁吸附裝置和線圈支架之間的磁隙的寬度和非接觸充電裝置的電力傳送效率的關系。(I)供電裝置將外徑40mm及厚度Imm的由鐵素體圓板構成的線圈支架212固定于樹脂制的基板218上。在線圈支架212上，作為一次線圈201同心圓狀地重疊卷數(shù)16匝且由線徑O. 5mm的銅線構成且被覆了外徑40mm、內徑20mm及厚度O. 5mm的樹脂的平面線圈。作為磁吸附裝置211，將外徑15mm、厚度I. 5mm及厚度O. 5mm的圓板狀永久磁鐵(表面磁通密度=150mT)與一次線圈201同心圓狀地配置。將磁吸附裝置211的前面和線圈201的前面設為同高度。(2)受電裝置環(huán)形板狀線圈支架312通過將厚度18 μ m的Fe基納米結晶合金薄帶(日立金屬株式會社制的“7^ 7卜FT3”)經(jīng)由厚度10 μ m的粘接片分別層疊三層、六層、九層而形成。線圈支架312固定于厚度3_的鋁合金基板318上。表2表示各層數(shù)的線圈支架312的外徑及內徑。表2]
權利要求
1.一種非接觸充電裝置用磁氣回路，其特征在于，具備 線圈； 在所述線圈的后面?zhèn)人渲玫木€圈支架； 在所述線圈支架的孔、經(jīng)由面內方向及/或厚度方向的磁隙所配置的磁吸附裝置。
2.如權利要求I所述的非接觸充電裝置用磁氣回路，其特征在于， 所述線圈支架為具有中央孔的環(huán)形板狀，所述磁吸附裝置在所述線圈支架的中央孔內被同軸配置。
3.如權利要求I或2所述的非接觸充電裝置用磁氣回路，其特征在于， 所述磁吸附裝置的前面與所述線圈的前面為相同高度。
4.如權利要求I 3中任一項所述的非接觸充電裝置用磁氣回路，其特征在于， 所述磁吸附裝置的至少一部分，從面內方向觀察時，進入所述線圈支架的中央孔。
5.如權利要求I 4中任一項所述的非接觸充電裝置用磁氣回路，其特征在于， 所述線圈支架由利用輥急冷法制造的厚度lOOym以下的至少一層的軟磁性合金片構成，所述軟磁性合金片的總厚為200 iim以下。
6.如權利要求I 5中任一項所述的非接觸充電裝置用磁氣回路，其特征在于， 所述磁吸附裝置由圓板狀永久磁鐵和圓形的帽形狀磁軛部件構成，該磁軛部件具有承受所述圓板狀永久磁鐵的凹部，所述圓板狀永久磁鐵位于前面?zhèn)取?br> 7.一種非接觸充電裝置用供電裝置，其特征在于， 具有權利要求I 6中任一項所述的磁氣回路。
8.一種非接觸充電裝置用受電裝置，其特征在于， 具有權利要求I 6中任一項所述的磁氣回路。
9.一種非接觸充電裝置，其特征在于， 具備權利要求7所述的供電裝置和權利要求8所述的受電裝置。
全文摘要
本發(fā)明提供一種非接觸充電裝置用磁氣回路，該非接觸充電裝置用磁氣回路具備線圈、在所述線圈的后面?zhèn)人渲玫木€圈支架、在所述線圈支架的孔而經(jīng)由面內方向及/或厚度方向的磁隙所配置的磁吸附裝置。
文檔編號H02J7/00GK102741954SQ201180007508
公開日2012年10月17日 申請日期2011年2月7日 優(yōu)先權日2010年2月5日
發(fā)明者板橋弘光, 森山義幸 申請人:日立金屬株式會社