JP2015149833A - 電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】金属筐体に非接触給電アンテナ側から金属板を横断するように溝を設け、或いは金属筐体を非接触給電アンテナを囲むようにして複数に分割することで、送電アンテナからの磁束変化により金属筐体上に流れる渦電流が大きく迂回したループを形成して流れるようにして、非接触給電アンテナの伝送効率の低下を抑制した電子機器を提供すること。【解決手段】本発明の電子機器は、金属筐体の少なくとも一部を形成する金属部に窓部を設け、窓部に非接触給電アンテナを設置する電子機器であって、金属部に非接触給電アンテナ側から金属板を横断するように溝が設けられている、或いは金属筐体が非接触給電アンテナを囲むようにして複数に分割されていることを特徴とする。【選択図】 図４

Description

本発明は、例えば携帯端末機器等の電子機器に係り、特に例えば非接触給電用の受電コイル等を内包する金属筐体の構造に特徴を有する電子機器に関する。

近年、非接触給電の導入に伴って、スマートフォン等の携帯端末機器には電力伝送用のコイルアンテナが搭載されている。非接触給電に用いられる電力伝送方式としては、例えば、電磁誘導方式、電波受信方式、磁気共鳴方式等が挙げられる。

この中で、電磁誘導方式は、対をなすコイル間の電磁誘導を利用したもので、送電コイルで発生した磁束変化を受電コイルに鎖交させることで受電コイルに電圧を発生させるものである。この場合、送電コイル、受電コイルの近傍に金属が存在すると、送電コイルによる磁束変化により、当該金属に前記磁束変化を妨げるように電流が流れる（渦を巻くように流れるので一般に"渦電流"と称される）。

この現象は、送電コイル、受電コイル間の磁気的結合を低下させる。特に受電コイルの送電コイル側とは反対側に金属がある場合、この渦電流の影響が顕著となるので、一般的には、高透磁率の磁性体（磁気シールド材）を受電コイルと金属の間に挿入して当該金属に渦電流が発生するのを防いでいる。

尚、特許文献１では、基材の表面上にスパイラルコイルからなるアンテナ導体と、基材の裏面に金属面を備えたトランスポンダに用いるアンテナ回路が開示されており、金属面は中央部がくり抜かれたループ形状となっており、金属面に発生する渦電流がループして流れるのを回避するために、切り込みが設けられている。

特開２００７−３２４８６５号公報

上記のように、通常、非接触給電用アンテナは、送電コイル、受電コイル共に、その一方の面に磁気シールド材が設置された構成となっている。

ところで、携帯端末機器では、内部に電波通信用やＲＦＩＤ用、あるいは非接触給電用など種々のアンテナを搭載しているため、そのアンテナの通信や電力伝送を阻害しないように、従来より樹脂製の筺体が用いられることが多い。

このような中、最近では、電子機器の筐体には、デザイン性、強度等の観点から金属を用いたものもある。このような電子機器に非接触給電アンテナを搭載する場合、非接触給電アンテナを覆うように金属が配置されていると、前記のように金属筐体に渦電流が流れて送受電性能を阻害する。そのため、金属筐体の一部をくり抜いて窓部を設けて、当該窓部の内側に受電コイルを設置している。

しかしながら、この場合も、窓部を大きくしておかないと、送受電時においては受電コイルの周囲の金属筐体の窓部の周囲を周回するように渦電流が発生し、送電アンテナと受電アンテナとの間の伝送効率を悪化させてしまう。

尚、上述した特許文献１の技術は渦電流の影響を軽減するためのものであるが、非接触ＩＣカードとしてのトランスポンダへの適用を想定するもので、非接触給電アンテナの伝送効率の低下を抑制する目的でなされたものではない。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたもので、送電アンテナからの磁束変化により金属筐体上に流れる渦電流が大きく迂回したループを形成して流れるようにして、非接触給電アンテナの伝送効率の低下を抑制することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る電子機器は、金属筐体の少なくとも一部を形成する金属部に窓部を設け、前記窓部に非接触給電アンテナを設置する電子機器であって、前記金属部に前記非接触給電アンテナ側から前記金属板を横断するように溝が設けられていることを特徴としている。

本発明の他の態様に係る電子機器は、金属筐体の少なくとも一部を形成する金属部に窓部を設け、前記窓部に非接触給電アンテナを設置する電子機器であって、前記金属筐体が前記非接触給電アンテナを囲むようにして複数に分割されていることを特徴としている。

本発明によれば、金属筐体に非接触給電アンテナ側から金属板を横断するように溝等を設け、或いは金属筐体を非接触給電アンテナを囲むようにして複数に分割することで、送電アンテナからの磁束変化により金属筐体上に流れる渦電流が大きく迂回したループを形成して流れるようにして、非接触給電アンテナの伝送効率の低下を抑制した電子機器を提供することができる。

（ａ）は非接触給電の様子を説明するための説明図であって送電アンテナと受電アンテナの相対的な位置関係を示す斜視図、（ｂ）は（ａ）の断面図。 解析に用いた受電アンテナの形状を示す平面図であって、金属筐体がない例を示す図。 解析に用いた受電アンテナの形状を示す平面図であって、金属筐体がある例を示す図。 解析に用いた受電アンテナの形状を示す平面図で、本発明を適用した例であって、金属筐体に溝を設けた例を示す図。 解析に用いた受電アンテナの形状を示す平面図で、本発明を適用した別の例であって、金属筐体が二つに分断されている例を示す図。 （ａ）は本発明を適用した電子機器としての携帯端末機器の概念図、（ｂ）は当該携帯端末機器における金属筺体及び受信アンテナの設置状態を示す図、（ｃ）は当該携帯端末機器における金属筺体及び受信アンテナの設置状態を示す図。 図３の金属筐体に流れる渦電流のベクトル分布を解析して描画した分布図。 図４の金属筐体に流れる渦電流のベクトル分布を解析して描画した分布図。 図５の金属筐体に流れる渦電流のベクトル分布を解析して描画した分布図。

以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更が可能であることは勿論である。本発明は、金属筐体に窓部を設け、当該窓部に非接触給電アンテナを設置する、スマートフォン等の携帯電子機器等を概念上含む電子機器に適用されるものである。

はじめに、本発明の一実施形態に係る電子機器の特徴について概説すると、本発明の実施形態は、携帯端末機器等への適用を想定しており、当該機器の筺体の裏面を形成する金属板に、受電コイルの外形よりも大きい開口を設け、この開口に樹脂板を接合して窓部を形成する。そして、当該窓部から金属板の周辺端部に向けてスリット（或いは溝）を形成する。或いは、このスリットの形成に替えて、窓部を挟んで金属板を２つ以上の領域に分割する。受電コイルは、このスリットの形成された、或いは２つ以上の領域に分割された窓部の筺体内部側に配置される。以下、詳述する。

図１（ａ），（ｂ）には、本発明の一実施形態に係る非接触給電機能を備えた電子機器の非接触給電を実現する送電アンテナと受電アンテナとの相対的な位置関係を示し、説明する。ここでは図示を省略するが、受電アンテナは例えば携帯端末機器等の筐体の中に収納され、後述するように筐体としては金属筐体を採用する。一方、送電アンテナは、詳細な説明は省略するが、送電用の送電ボックスの筐体の中に収納される。

図１（ａ），（ｂ）に示されるように、受電アンテナ１０は、スパイラルコイル等の受電コイル１が、磁気シールド材２に積層された構成となっている。即ち、ここでは不図示であるが、受電コイル１は接着層を介して磁気シールド材２に接着されている。受電アンテナ１０を上面からみた様子は図２に示される通りである。同図に示されるように、磁気シールド材２は、受電コイル１の外形よりも少し大きい領域を形成している。それは、後述する金属筐体への収納を見込んだものである。

一方、送電アンテナ２０は、スパイラルコイル等の送電コイル１１が、磁気シールド材１２に積層された構成となっている。ここでも、送電コイル１１は、不図示の接着層を介して磁気シールド材１２に接着されている。送電アンテナ２０は、電子機器とは別体の送電ボックスに収納されることになる。

ここで、磁気シールド材２，１２としては、Ｆｅ系、Ｆｅ−Ｓｉ系、センダスト、パーマロイ、アモルファス等の金属磁性体や、ＭｎＺｎ系フェライト、ＮｉＺｎ系フェライト、或いは、上記磁性材からなる磁性粒子に結合剤としての樹脂を加えて作製した磁性樹脂材や、磁性粒子に少量のバインダーを加えて圧縮成型して作成する圧粉成型材料を用いることができる。これらの磁性体は単独あるいは混合して用いることができる。

また、上記接着用の不図示の接着層としては、粘着性を有するものであればよく、例えば両面粘着テープや磁性樹脂シートを用いることもできる。

図３に示されるように、受電アンテナ１０は、ステンレス板等からなる金属筐体３に形成された窓部４に格納される。この窓部４は、金属筐体３の開口に樹脂板を接合して形成されたもので、搭載される受電アンテナ１０の外形よりも大きい開口となるように形成されている。受電アンテナ１０は、窓部４の中に不図示の接着層により接着されるか、或いは樹脂等により封止される。

そして、本実施形態では、金属筐体３にスリット（又は溝）を入れて、送電アンテナ２０からの磁束変化により金属筐体３上に流れる渦電流が、大きく迂回したループを形成するように流れるようにすることを特徴としている。そして、図４に示されるように、ステンレス板等の金属筐体３の窓部４から金属筐体３の端部まで達するスリット（又は溝）５を形成している。換言すれば、金属筐体３に窓部４を設け、当該窓部４に受電アンテナ１０を設置する電子機器において、金属筐体３に受電アンテナ１０側から金属筐体３を横断するように１本のスリット（又は溝）５が設けられている。

また、他の態様では、図５に示されるように、窓部４より金属筐体の端部に向けて形成されたスリット（又は溝）５ａ，５ｂにより当該金属筐体を２つの領域３ａ，３ｂに分割している。換言すれば、金属筐体３に窓部４を設け、当該窓部４に受電アンテナ１０を設置する電子機器において、金属筐体３が非接触給電用の受電アンテナ１０を囲むようにしてスリット（又は溝）５ａ，５ｂにより複数の領域（この例では、領域３ａ，３ｂ）に分割されている。

ここで、受電アンテナ１０の金属筐体への実装の様子は、図６（ａ）乃至（ｃ）に示される。即ち図６（ａ）は本発明を適用した実施形態に係る電子機器の金属筐体３の様子を示し、図６（ｂ）には当該金属筺体３への受電アンテナ１０の設置の様子を示し、図６（ｃ）には当該金属筺体３への受電アンテナ１０の他の設置の様子を示し説明する。

この例では、図６（ａ）に示されるように、金属筐体３は、スリット５ａ，５ｂにより２つの領域３ａ，３ｂに分割されている。そして、図６（ｂ）に示される関係では、金属筐体３の窓部４が樹脂封止材７で封止され、この封止材７に対して電子機器の内面から接着層６を介して受電アンテナ１０が受電コイル１側から接着される。この接着層６としては、両面テープや接着剤を用いることができる。一方、図６（ｃ）に示される他の関係では、金属筐体３の窓部４の電子機器外面側に保護板８が配置され、当該保護板８に受電アンテナ１０の受電コイル１側から当接するように配置され、受電アンテナ１０も含めて窓部４内が樹脂封止材７により封止される。

このように、本発明の実施形態に係る電子機器では、金属筐体３に非接触給電用の受電アンテナ１０側から金属筺体３を横断するようにスリット（又は溝）５が設けられており（図４参照）、或いは金属筐体３が非接触給電用の受電アンテナ１０を囲むようにしてスリット（又は溝）５ａ，５ｂにより複数に分割（領域３ａ，３ｂ）されているので、送電アンテナからの磁束変化により金属筐体３上に流れる渦電流が、大きく迂回したループを形成するように流れることになり、非接触給電アンテナの伝送効率の低下を抑制することができる。

本発明では、実施例として、先に図１（ａ），（ｂ）に示した位置関係で、図２乃至図５の各状態を電磁界解析ソフトウェアを用いて解析した。

即ち、送電アンテナ２０と受電アンテナ１０を対向させて、送電コイル１１に磁界を発生させた（送電）ときの受電コイル１に発生する電流をシミュレーションによって解析した。このとき、金属筺体に相当するステンレス板を受電コイルに近接させている。

解析にあたっては、金属筐体は、厚さ０．２５ｍｍのステンレスとし、窓部の寸法及び受電アンテナの大きさはそれぞれ３１×３１ｍｍ、３０×３０ｍｍとした。また、送電アンテナ２０はＷＰＣ規格 「System Description Wireless Power Transfer Volume1 :Low Power」記載のデザインＡ１０に準じたものとした。但し、解析では、受電コイル１、送電コイル１１共に１Ｔで解析している。その解析結果を表１に示す。

ここでは、図２に示したように金属筐体に入れない場合に受電コイル１に流れる電流を１として、各構成（図３乃至図５）での受電コイル１に流れる電流を比較している。図３に示すように金属筐体３に収納した構成の場合では電流が約５％低下するのに対し、図４に示すように金属筺体３にスリット５を入れた構成、図５に示すように金属筐体３をスリット５ａ，５ｂにより２つの領域（３ａ，３ｂ）に分割した構成では、ほとんど電流の低下がみられなかった。これは、スリット（又は溝）を入れた構成が、渦電流の影響を軽減していることを意味する。

一方、図７乃至９は、送電アンテナ側で発生した磁束の変化に伴い、金属筐体３に発生した電流を解析したものである。

これらの図７乃至９からも、金属筐体３にスリット、分割がない場合、金属筐体窓部に沿って強い電流が流れているのに対し（図７参照）、金属筺体３にスリット、分割があるものでは、金属筐体３に流れる電流が大きく迂回していることが分かる（図８，９参照）。このため、スリット、分割があるものでは、送電アンテナ２０で発生した磁束を打ち消す効果が抑制され、金属筐体３がない場合と略同程度の電流が受電コイル１に流れることが明らかとなった。

このように、図７乃至図９の比較からも、金属筺体３としてのステンレス板にスリットを設けることで、或いは複数領域に分割することで、渦電流の影響が軽減され、受電効率が向上することが明らかとなった。

以上詳述したように、本発明に係る電子機器では、金属筐体に前記非接触給電アンテナ側から前記金属筺体を横断するように溝が設けられており、また前記金属筐体が前記非接触給電アンテナを囲むようにして複数に分割されているので、送電アンテナユニットからの磁束変化により金属筐体上に流れる渦電流が、大きく迂回したループを形成するように流れることになり、非接触給電アンテナの伝送効率の低下を抑制することができる。

１ 受電コイル
２，１２ 磁気シールド材
３，３ａ，３ｂ 金属筐体
４ 受電アンテナ用窓
５ 溝
６ 接着層
７ 樹脂封止材
８ 保護板
１０ 受電アンテナ
１１ 送電コイル
２０ 送電アンテナ

Claims (2)

1. 金属筐体の少なくとも一部を形成する金属部に窓部を設け、前記窓部に非接触給電アンテナを設置する電子機器であって、
   前記金属部に前記非接触給電アンテナ側から前記金属板を横断するように溝が設けられていること
   を特徴とする電子機器。
2. 金属筐体の少なくとも一部を形成する金属部に窓部を設け、前記窓部に非接触給電アンテナを設置する電子機器であって、
   前記金属筐体が前記非接触給電アンテナを囲むようにして複数に分割されていること
   を特徴とする電子機器。