JP6050667B2

JP6050667B2 - コイルモジュール、非接触電力伝送用アンテナユニット、及び電子機器

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Publication number: JP6050667B2
Application number: JP2012265135A
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Inventors: 久村　達雄; 達雄久村; 佑介久保
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Priority date: 2012-12-04
Filing date: 2012-12-04
Publication date: 2016-12-21
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Description

本発明は、スパイラルコイルと磁気シールド材からなる磁気シールド層とを備えるコイルモジュール、非接触電力伝送用アンテナユニット、及び電子機器に関し、特に磁気シールド層として磁性粒子を含有する磁性樹脂層を有するコイルモジュールに関する。

近年の無線通信機器においては、電話通信用アンテナ、ＧＰＳ用アンテナ、無線ＬＡＮ／ＢＬＵＥＴＯＯＴＨ（登録商標）用アンテナ、さらにはＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）といった複数のＲＦアンテナが搭載されている。これらに加えて、非接触充電の導入に伴って、電力伝送用のアンテナコイルも搭載されるようになってきた。非接触充電方式で用いられる電力伝送方式には、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。これらは、いずれも一次側コイルと二次側コイル間の電磁誘導や磁気共鳴を利用したものであり、上述したＲＦＩＤも電磁誘導を利用している。

これらのアンテナは、アンテナ単体で目的の周波数において最大の特性が得られるように設計されていても、実際に電子機器に実装されると、目的の特性を得ることは困難である。これは、アンテナ周辺の磁界成分が周辺に位置する金属等と干渉（結合）し、アンテナコイルのインダクタンスが実質的に減少するために、共振周波数がシフトしてしまうことによる。また、インダクタンスの実質的減少によって、受信感度が低下してしまう。これらの対策として、アンテナコイルとその周辺に存在する金属との間に磁気シールド材を挿入することによって、アンテナコイルから発生した磁束を磁気シールド材に集めることによって、金属による干渉を低減させることができる。

特開２００８−２１０８６１号公報

上述のアンテナ一般の問題に加えて、電磁誘導型の非接触充電においては、アンテナコイルの発熱を抑えつつ、一次側から二次側への伝送電力の伝送効率を向上させる必要がある。そして、携帯端末機器のような電子機器に搭載することを考慮すると、アンテナコイルの小型化及び薄型化を達成することが最重要である。たとえば特許文献１には、図７に示すように、スパイラルコイル状のループアンテナ素子２に磁束集束用の防磁シート（ここでは磁気シート４ｃとして説明する）を、接着剤を塗布した接着剤層４１を介して貼付した構成のコイルモジュール５０が記載されている。また、電磁誘導型の非接触充電用途に向けたコイルモジュールの薄型化のために、フェライト等によりシート状に形成された磁気シート４ｂに切欠部２１を設け、コイルの導線１の引出部３ａを切欠部２１に収容する技術が記載されている。

しかしながら、アンテナコイルとして用いられるスパイラルコイルと、これに隣接させて配設された磁気シートとを備える従来のコイルモジュールにおいては、コイルモジュールをさらに小型化し、薄型化するには、コイルの巻線を細くするか、磁気シールド材を薄くするしか方法がない。コイルの巻線を細くすると、導線（主としてＣｕが用いられる）の抵抗値が上昇し、コイルの温度が上昇してしまう。コイルの発熱により、電子機器の筐体内温度が上昇すると、冷却のためのスペースが必要となり、小型化、薄型化の妨げになる。また、磁気シートを小型化したり、薄くしたりすると、磁気シールド効果が減少し、アンテナコイルの周辺の金属（たとえばバッテリパックの外装ケース等）において渦電流が発生し、またコイルインダクタンスも下がるため伝送効率が低下するという問題が生じる。更にまた、強い磁場が印加されている環境下では磁気シートが磁気飽和することで磁気シールド特性及びコイルインダクタンスが大きく低下するという問題も生じる。

従来のコイルモジュールでは、製造工程において、磁気シートにスパイラルコイルを固定するのに接着剤を用いているため、製造工程が煩雑であり、さらには接着剤を塗布した層にも厚さがあるので、コイルモジュールの厚さを増大させてしまうという問題がある。さらに、従来のコイルモジュールでは、磁気シートにもろいフェライトを用いることが多く、この場合、外力による破損を防止する目的で絶縁性の材料からなる保護シートを磁気シートの両面に貼付する場合がある。そのために、保護シート貼付工程が必要となり、また、保護シートの厚さ分だけコイルモジュールの厚さが更に増大するという問題がある。

そこで、本発明は、磁気飽和に強い材料、及び構造を取り入れることで小型・薄型化を実現したコイルモジュール、非接触電力伝送用アンテナユニット、及び電子機器を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するための手段として、本発明に係るコイルモジュールは、磁性材料を含む磁気シールド層と、スパイラルコイルとを備える。そして、磁気シールド層は、磁性粒子を含有する複数の磁性樹脂層を積層したもので、スパイラルコイルは、少なくともその一部が磁性樹脂層に埋設されている。

本発明に係るコイルモジュールは、磁気シールド層の少なくとも一部が磁性樹脂層に埋設されている磁性樹脂層を有しているので、磁性樹脂層による放熱効果を得つつ、小型化・薄型化が可能になる。また、磁気飽和に強い磁性樹脂層を有しているので強い磁場が印加されている環境下でもコイルインダクタンスの変化が少なく安定した通信ができる。

図１（Ａ）は、本発明が適用された第１の実施の形態におけるコイルモジュールの平面図である。図１（Ｂ）は、図１（Ａ）のＡＡ’線における断面図である。図２（Ａ）及び図２（Ｂ）は、コイルインダクタンスの測定に用いたコイルユニットの測定状態を示す簡略図である。図３（Ａ）〜図３（Ｄ）は、磁気シールド層の磁気飽和によるコイルインダクタンスの特性を示すグラフである。図４（Ａ）は、本発明が適用された第２の実施の形態におけるコイルモジュールを示す平面図である。図４（Ｂ）は、図４（Ａ）のＡＡ’線における断面図である。図５は、第２の実施の形態のコイルモジュールのコイルインダクタンスの特性を示すグラフである。図６（Ａ）は、本発明が適用された第２の実施の形態における変形例のコイルモジュールを示す平面図である。図６（Ｂ）は、図６（Ａ）のＡＡ’線における断面図である。図７（Ａ）は、特許文献１に記載された従来のコイルモジュールの平面図である。図７（Ｂ）は、図７（Ａ）のＡＡ’線における断面図である。

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もちろんである。

［第１の実施の形態］
＜コイルモジュールの構成＞
図１（Ａ）及び図１（Ｂ）に示すように、第１の実施の形態におけるコイルモジュール１１は、導線１を渦巻状に巻回して形成されたスパイラルコイル２と、磁性材料を含む磁気シールド層４とを備える。スパイラルコイル２は、導線１の端部に引出部３ａ，３ｂを有しており、引出部３ａ，３ｂに整流回路等を接続することによって、非接触充電回路の二次側回路を構成する。図１（Ｂ）に示すように、スパイラルコイル２の内径側の引出部３ａは、巻回されている導線１の下面側を通って、導線１に交差するようにしてスパイラルコイル２の外径側に引き出される。磁気シールド層４は、磁性粒子を含有する樹脂からなる磁性樹脂層４ａ、４ｂを有する。また、磁性樹脂層４ｂに磁性樹脂層４ａの磁性粒子含有樹脂からなる切欠部２１を設け、コイルの導線１の内径側の引出部３ａを切欠部２１に収容する。よって、磁性樹脂層４ａ、４ｂは、好ましくは、スパイラルコイル２の全体を埋設することによって形成される。ここで、磁性樹脂層４ａ、４ｂの総厚は、導線１の太さ×２以下とすることができるので、コイルモジュール１１の厚さは、導線１の太さ×２とすることができる。

磁性樹脂層４ａ，４ｂは、軟磁性粉末からなる磁性粒子と結合剤としての樹脂とを含んでいる。磁性粒子は、フェライト等の酸化物磁性体、Ｆｅ系、Ｃｏ系、Ｎｉ系、Ｆｅ−Ｎｉ系、Ｆｅ−Ｃｏ系、Ｆｅ−Ａｌ系、Ｆｅ−Ｓｉ系、Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ系、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｓｉ−Ａｌ系等の結晶系、微結晶系金属磁性体、あるいはＦｅ−Ｓｉ−Ｂ系、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ−Ｃｒ系、Ｃｏ−Ｓｉ−Ｂ系、Ｃｏ−Ｚｒ系、Ｃｏ−Ｎｂ系、Ｃｏ−Ｔａ系等のアモルファス金属磁性体の粒子である。また、磁性樹脂層４ａ、４ｂには、上記磁性粒子の他に、熱伝導性や粒子充填性等を向上させるため、フィラーを含むようにしても良い。

磁性樹脂層４ａに用いる磁性粒子には、粒径（Ｄ５０）が数μｍ〜１００μｍの球形、扁平、あるいは粉砕された粉末を用いるが、単体の磁性粉のみならず粉径、材質、形状の異なる粉末を混合して用いても良い。上述した磁性粒子のうち特に金属磁性粒子を用いる場合には、複素透磁率が周波数特性を有しており、動作周波数が高くなると表皮効果により損失が生じるので、使用する周波数の帯域に応じて粒径及び形状を調整する。また、コイルモジュール１１のインダクタンス値は、磁性樹脂層４ａ、４ｂの実部平均透磁率（以下、単に平均透磁率という。）によって決定されるが、この平均透磁率は磁性粒子と樹脂との混合比率により調整することができる。磁性樹脂層４ａ、４ｂの平均透磁率と、配合する磁性粒子の透磁率の関係は、配合量に対して一般的に対数混合則に従うので、磁性粒子の体積充填率は、粒子間の相互作用が増していく、４０ｖｏｌ％以上とすることが好ましい。なお、磁性樹脂層４ａ、４ｂの熱伝導特性も磁性粒子の充填率の増大とともに向上する。

磁性樹脂層４ｂに用いる磁性粒子には、粒径（Ｄ５０）が数μｍ〜２００μｍの球状、細長（葉巻型）、又は扁平（円盤型）の回転楕円体形状であることが好ましく、また、回転楕円体形状の寸法比（長径/短径）が６以下の粉末を用いることが好ましい。磁性樹脂層４ｂに用いる磁性粒子についても、単体の磁性粒子のみならず、粉径、材質、寸法比の異なる粉末を混合して用いても良い。磁性樹脂層４ａは、スパイラルコイル２が埋め込まれる層であるため、未硬化状態で流動性、変形性を確保するために磁性粒子の充填率を少なくしている。これに対し、磁性樹脂層４ｂは、スパイラルコイル２が食い込まないか、又は一部が食い込む程度に設計しており、上記流動性、変形性が少なくてもよいので磁性粒子の充填率を磁性樹脂層４ａよりも大きくし、磁気シールド特性が大きくなるようにしている。特に充填性を上げて磁気特性を改善する目的で、磁性樹脂層４ｂとして金属磁性粒子と樹脂及び潤滑剤等を混合し圧縮成型した圧粉磁心を用いることが好ましい。また、磁性樹脂層４ｂの粒子形状は、球形から寸法比の小さい回転楕円体としており反磁界係数が大きく外部からの磁場に対して飽和し難い形状となっている。これらの反磁界係数の大きい粒子が樹脂を介して磁性樹脂層４ｂを形成するため、磁場の大きな環境下においても磁気飽和の影響が少ない磁気特性を得ることができる。

磁性樹脂層４ａ，４ｂを形成する結合剤は、熱、紫外線照射等により硬化する樹脂等を用いる。結合剤としては、たとえばエポキシ樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ユリア樹脂、不飽和ポリエステル等の樹脂、あるいはシリコーンゴム、ウレタンゴム、アクリルゴム、ブチルゴム、エチレンブロピレンゴム等のゴム等周知の材料を用いることができる。これらに限られないことは言うまでもない。なお、上述の樹脂又はゴムに、難燃剤、反応調整材、架橋剤又はシランカップリング剤等の表面処理剤を適量加えてもよい。

スパイラルコイル２を形成する導線１は、５Ｗ程度の充電出力容量の場合であって、１２０ｋＨｚ程度の周波数で用いられるときには、０．２０ｍｍ〜０．４５ｍｍの径のＣｕ又はＣｕを主成分とする合金からなる単線を用いることが好ましい。あるいは、導線１の表皮効果を低減させるために、上述の単線よりも細い細線を複数本束ねた並行線、編線を用いてもよく、厚みの薄い平角線又は扁平線を用いて１層、又は２層のα巻としてもよい。更に、コイル部を薄くするために導体を誘電体基材の片面あるいは両面に薄くパターニングして作製したＦＰＣ（Flexible printed circuit）コイルを用いることもできる。

＜コイルモジュールの製造方法＞
次に、コイルモジュール１１の製造方法について説明する。先ず、磁性樹脂層４ｂのシートを作製する。磁性粒子と結合剤である樹脂やゴムとを混錬したものをＰＥＴ等の剥離処理されたシートの上に塗布し、ドクターブレード法等により所定の厚みの未硬化シートを得る。この上に同様にして作製した磁性樹脂層４ａのシートを重ね、スパイラルコイル２を押し込み、加熱あるいは加圧加熱することで上記結合剤を硬化させてコイルモジュール１１を完成させる。磁性粒子充填量の多い磁性樹脂層４ｂは、スパイラルコイル２の下に配置させることで磁気シールド性を高めることができるので、シート状にした後、あらかじめ加熱、あるいは加圧加熱して流動性が少なくスパイラルコイル２が食い込みにくい状態としてもよい。そして、その上に磁性樹脂層４ａのシートを重ね、スパイラルコイル２を押し込んで、加熱、加圧加熱することで結合剤を硬化させてコイルモジュール１１を完成させても良い。完成されたコイルモジュール１１は、スパイラルコイル２に熱伝導性を有する磁性樹脂層４ａが密着しているので、スパイラルコイル２で発生した熱を効果的に放散することができる。

他の作製方法として型枠を用いることもできる。まず磁性樹脂層４ｂを形成するために所定の配合比に調整された磁性粒子と結合剤等の混合物を型枠に注入して乾燥させる。その後、磁性樹脂層４ａを形成するために所定の配合比に調整された磁性粒子と結合剤等の混合物を型枠の磁性樹脂層４ｂの上に注入し乾燥させ、更にスパイラルコイル２を所定の位置に配置し、スパイラルコイル２の上から加圧加熱することでコイルモジュール２０を完成させることができる。この場合も、上記シートを重ねて作製する方法同様、磁性樹脂層４ｂを加熱あるいは加圧加熱して流動性の少ない層を形成したのち、磁性樹脂層４ａを形成するようにしてもよい。

スパイラルコイル２は、図１に示すように磁気シールド層４に完全に埋設させてもよく、あるいは導線１と引出部３ｂの一部が露出する構造であってもよい。また、磁気シールド層４が導体１の下面側の領域とスパイラルコイル２の外形部を充填する構造であってもよく、導体１の下面側の領域とスパイラルコイル２の内径部を充填する構造であってもよい。

このような製造方法によれば、スパイラルコイル２と磁気シールド層４とを固定する場合に、磁気シールド層４自体が接着性を有するので、従来例のようにコイルと磁気シールドの接合に接着層を用いる必要がない。したがって、接着層を設ける工程が削減され、またスパイラルコイル２を磁気シールド層４に埋設する際、加圧して硬化させるのでスパイラルコイル２の反りも矯正され、厚みバラツキの少ないコイルモジュール１１を作製することができる。更に接着層がない分だけコイルモジュール１１の薄型化が可能になる。また、磁性樹脂層４ａ、４ｂには、上述のような樹脂が混錬されているために、外部からの衝撃に対して、フェライト等で生じるような割れ等の破損を生じるリスクが少なく、表面に保護シートを貼付する必要がない。したがって、保護シート貼付工程を削減でき、保護シートにかかるコイルモジュール１１の厚さの増大を抑えることができる。

＜第１の実施の形態のコイルモジュールの特性＞
第１の実施の形態のコイルモジュールの特性を、コイルインダクタンスに与える磁気飽和の影響という形で評価した。ここでは非接触給電用途を想定した評価とした。図２（Ａ）及び図２（Ｂ）は、測定時の評価コイルの構成を示す図である。図２（Ａ）は、外部直流磁界のない状態であり、受電コイルユニット３０の磁気シールド層４側に電池パック３１を張り付けて測定する状態を示す図である。また、図２（Ｂ）は、外部直流磁界がある状態であり、図２（Ａ）に示す受電コイルユニット３０に、マグネットを装着した送信コイルユニット４０（ＷＰＣ規格 System Description Wireless Power Transfer Volume1:Low Power 記載のデザインＡ１）を互いのコイル中心を合わせるように２．５ミリのアクリル板を介して付き合わせて測定する状態を示す図である。インダクタンスの測定には、アジレント社のインピーダンスアナライザ４２９４Ａを用いた。

図３（Ａ）〜図３（Ｄ）は、１４Ｔの長方形コイル（外径３１×４３ｍｍ）に各種磁気シールド層４を張り付けたコイルユニットのコイルインダクタンスを測定したものある。図２（Ａ）に示すような外部直流磁界がない状態での測定値に対し、図２（Ｂ）に示すような外部直流磁界がある状態で測定値がどれだけ変化したかをパーセントで表した。ここで、マイナスは、インダクタンスの低下を意味する。図３（Ａ）に示すグラフは、コイルモジュール１１の磁気シールド層４として、球状のアモルファス粉を配合した平均透磁率１０程度を有する磁性樹脂層４ａと、球状アモルファス粉を配合した平均透磁率２０程度を有する磁性樹脂層４ｂとを用い、磁性樹脂層４ｂの厚みを変えて測定したものである。また、図３（Ｂ）は、コイルモジュール１１の磁気シールド層４として、球状のアモルファス粉を配合した平均透磁率１０程度を有する磁性樹脂層４ａと、球状センダスト粉を配合した平均透磁率１６程度を有する磁性樹脂層４ｂを用い、磁性樹脂層４ｂの厚みを変えて測定したものである。また、図３（Ｃ）は、磁気シールド層４として、センダスト系の寸法比５０程度の扁平粉を結合剤と混合して作製した、平均透磁率１００程度を有する磁性シートを用い、磁性シートの厚さを変えて測定したものである。また、図３（Ｄ）は、磁気シールド層４として、透磁率１５００程度のＭｎＺｎ系のバルクフェライトを用い、バルクフェライトの厚さを変えて測定したものである。

図３（Ｄ）に示すように磁気シールド層４にバルクフェライトを用いた場合、送信コイルユニットに装着されたマグネットの影響でフェライトに磁気飽和が生じ、インダクタンスが大きく低下した。シールド層が薄くなるほど磁気飽和し易くなるので、この傾向は更に顕著となる。また、図３（Ｃ）に示すように磁性シールド層４に磁性シートを用いた場合も、図３（Ｄ）と同様な結果となっている。一方、図３（Ａ）及び図３（Ｂ）に示すように球状粉を用いた磁性樹脂層を磁性シールド層４とした実施例では、インダクタンスの低下は小さいものとなっている。ちなみにインダクタンスがプラスになるのは送電コイルユニットを構成する磁気シールド層が大きいため、磁束が受電コイルユニット近傍に集束したことによる。このように第１の実施の形態のコイルモジュールの構成にすることで、マグネット装着の送信コイルユニットに対しても、あるいは大きな直流磁場のある環境においてもコイルインダクタンスの変化が少ない。したがって、受電モジュールの共振周波数の変化が少なく安定した電力伝送が可能となる。

［第２の実施の形態］
＜コイルモジュールの構成＞
図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に示すように、第２の実施の形態におけるコイルモジュール１２は、導線１を渦巻状に巻回して形成されたスパイラルコイル２と、磁性材料を含む磁気シールド層４として、磁性粒子を含有する樹脂からなる磁性樹脂層４ａ、４ｂと、磁性層４ｃとを備える。スパイラルコイル２は、導線１の端部に引出部３ａ，３ｂを有しており、引出部３ａ，３ｂに整流回路等を接続することによって、非接触充電回路の二次側回路を構成する。図４（Ｂ）に示すように、スパイラルコイル２の内径側の引出部３ａは、巻回されている導線１の下面側を通って、導線１に交差するようにしてスパイラルコイル２の外径側に引き出される。また、磁性樹脂層４ｂ及び磁性層４ｃに磁性樹脂層４ａの磁性粒子含有樹脂からなる切欠部２１を設け、コイルの導線１の内径側の引出部３ａを切欠部２１に収容する。よって、磁性樹脂層４ａ、４ｂ及び磁性層４ｃは、好ましくは、スパイラルコイル２の全体を埋設することによって形成される。ここで、磁性樹脂層４ａ、４ｂ及び磁性層４ｃの総厚は、導線１の太さ×２以下とすることができるので、コイルモジュール１２の厚さは、導線１の太さ×２とすることができる。

磁性樹脂層４ａ，４ｂは、軟磁性粉末からなる磁性粒子と結合剤としての樹脂とを含んでいる。磁性粒子は、フェライト等の酸化物磁性体、Ｆｅ系、Ｃｏ系、Ｎｉ系、Ｆｅ−Ｎｉ系、Ｆｅ−Ｃｏ系、Ｆｅ−Ａｌ系、Ｆｅ−Ｓｉ系、Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ系、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｓｉ−Ａｌ系等の結晶系、微結晶系金属磁性体、あるいはＦｅ−Ｓｉ−Ｂ系、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ−Ｃ系、Ｃｏ−Ｓｉ−Ｂ系、Ｃｏ−Ｚｒ系、Ｃｏ−Ｎｂ系、Ｃｏ−Ｔａ系等のアモルファス金属磁性体の粒子である。また、磁性樹脂層４ａ、４ｂには、上記磁性粒子の他に、熱伝導性や粒子充填性等を向上させるため、フィラーを含むようにしても良い。

磁性樹脂層４ｂに用いる磁性粒子には、粒径（Ｄ５０）が数μｍ〜２００μｍの球状、細長（葉巻型）、又は扁平（円盤型）の回転楕円体形状であることが好ましく、また、回転楕円体形状の寸法比（長径/短径）が６以下の粉末を用いることが好ましい。磁性樹脂層４ｂに用いる磁性粒子についても、単体の磁性粒子のみならず、粉径、材質、寸法比の異なる粉末を混合して用いても良い。磁性樹脂層４ａは、スパイラルコイル２が埋め込まれる層であるため、未硬化状態で流動性、変形性を確保するために磁性粒子の充填率を少なくしている。これに対し、磁性樹脂層４ｂは、スパイラルコイル２が食い込まないか、又は一部が食い込む程度に設計しており、上記流動性、変形性が少なくてもよいので磁性粒子の充填率を磁性樹脂層４ａよりも大きくし、磁気シールド特性が大きくなるようにしている。また、磁性樹脂層４ｂの粒子形状は、球形から寸法比の小さい回転楕円体としており反磁界係数が大きく外部からの磁場に対して飽和し難い形状となっている。これらの反磁界係数の大きい粒子が樹脂を介して磁性樹脂層４ｂを形成するため、磁場の大きな環境下においても磁気飽和の影響が少ない磁気特性を得ることができる。

磁性層４ｃには、透磁率の高いセンダスト、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、あるいは磁性樹脂層４ａ、４ｂに用いられる磁性粒子に少量のバインダーを加えて圧縮成型して作製した圧粉成型材料を用いることができる。また、磁性粒子を樹脂等に高充填した磁性樹脂層であっても良い。磁性層４ｃは、コイルインダクタンスを更に高めるために設けられており、平均透磁率は、磁性樹脂層４ａ、４ｂよりも大きくなるように設計されている。このような関係が保てるものであれば、磁性体の種類、形状、大きさ、構造等によらず磁性層４ｃとして採用することができる。

磁性層４ｃは、磁気シールド性能を向上させ、コイルインダクタンスを効果的に向上させるために設けられたものである。したがって、図４に示す構成では、磁性樹脂層４ｂの下に設けられているが、磁性樹脂層４ａと磁性樹脂層４ｂの間に設けることもでき、また磁性樹脂層４ａあるいは磁性樹脂層４ｂの中に一部あるいは全部が埋め込まれた形態であっても良い。

＜第２の実施の形態のコイルモジュールの特性＞
第２の実施の形態のコイルモジュール１２の効果をみるためにコイルインダクタンスを測定した。測定は、第１の実施の形態のコイルモジュール１１の特性評価と同様に、図２（Ａ）及び図２（Ｂ）にそれぞれ示す外部直流磁界のない状態と外部直流磁界がある状態とを測定した。インダクタンスの測定には、アジレント社のインピーダンスアナライザ4294Ａを用いた。

図５は、１５Ｔの長方形コイル（外形２８×４９ｍｍ）を用いたコイルモジュール１２の磁性樹脂層４ｂ側に５０μｍ、１００μｍ厚の磁性層４ｃを貼り付けてコイルインダクタンスを測定したグラフである。評価用コイルユニットの磁気シールド層４は、球状のアモルファス粉を配合した平均透磁率１０程度を有する磁性樹脂層４ａと、球状アモルファス粉を配合した平均透磁率２０程度を有する磁性樹脂層４ｂ（厚み０．４ｍｍ）からなり、更にこれに磁性層４ｃを加えたものとした。磁性層４ｃには、センダスト系の寸法比５０程度の扁平粉を結合剤と混合して作製した透磁率１００程度を有する磁性シートを用いた。図５から分かるように薄い磁性層４ｃを加えることでコイルインダクタンスを大きく向上させることができる。但し、図３（Ｃ）で示したようにマグネットによる磁気飽和が大きいので、強い磁場が印加された状態ではインダクタンスを向上させる効果は少ない。同じ厚みで比較した場合、磁性層４ｃは磁性樹脂層４ｂよりもインダクタンスを増加させる効果が高く、逆に強い磁場が印加された状態では磁性樹脂層４ｂの方がインダクタンスを向上させる効果が高いので、上記２つの層の割合を調整することで、磁気シールド性や回路の共振条件に強く影響するコイルインダクタンスとその磁気飽和特性を所望の性能に調整することができる。

［変形例］
＜コイルモジュールの構成＞
図６（Ａ）及び図６（Ｂ）に示すように、変形例として示すコイルモジュール１３は、磁気シールド層４として、磁性粒子を含有する樹脂からなる磁性樹脂層４ａ、４ｂ、磁性層４ｃ、磁性樹脂層４ｄとを備える以外は、第２の実施の形態のコイルモジュール１２と同様の構成である。スパイラルコイル２は、導線１の端部に引出部３ａ，３ｂを有しており、引出部３ａ，３ｂに整流回路等を接続することによって、非接触充電回路の二次側回路を構成する。図６（Ｂ）に示すように、スパイラルコイル２の内径側の引出部３ａは、巻回されている導線１の下面側を通って、導線１に交差するようにしてスパイラルコイル２の外径側に引き出される。また、磁性樹脂層４ｂ及び磁性層４ｃに磁性樹脂層４ａの磁性粒子含有樹脂からなる切欠部２１を設け、コイルの導線１の内径側の引出部３ａを切欠部２１に収容する。よって、磁性樹脂層４ａ、４ｂ、４ｄ及び磁性層４ｃは、好ましくは、スパイラルコイル２の全体を埋設することによって形成される。ここで、磁性樹脂層４ａ、４ｂ、４ｄ及び磁性層４ｃの総厚は、導線１の太さ×２以下とすることができるので、コイルモジュール１３の厚さは、導線１の太さ×２とすることができる。

磁性樹脂層４ｄは、スパイラルコイル２と磁性樹脂層４ａの間に設置される。磁性樹脂層４ａは流動性、変形性を有しているため、スパイラルコイル２を加圧して埋め込む際に、スパイラルコイル２の導線間の接合力が弱い場合、導線１の隙間に侵入しスパイラルコイル２を押し広げる場合がある。磁性樹脂層４ｄは、この磁性樹脂層４ａのスパイラルコイル２への侵入を防ぎ、かつコイルモジュール２０の磁気特性を改善するために設けられたものである。

磁性樹脂層４ｄは、軟磁性粉末からなる磁性粒子と結合剤としての樹脂とを含んでいる。磁性粒子は、フェライト等の酸化物磁性体、Ｆｅ系、Ｃｏ系、Ｎｉ系、Ｆｅ−Ｎｉ系、Ｆｅ−Ｃｏ系、Ｆｅ−Ａｌ系、Ｆｅ−Ｓｉ系、Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ系、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｓｉ−Ａｌ系等の結晶系、微結晶系金属磁性体、あるいはＦｅ−Ｓｉ−Ｂ系、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ−Ｃ系、Ｃｏ−Ｓｉ−Ｂ系、Ｃｏ−Ｚｒ系、Ｃｏ−Ｎｂ系、Ｃｏ−Ｔａ系等のアモルファス金属磁性体の粒子である。また、磁性樹脂層４ｄには、上記磁性粒子の他に、熱伝導性や粒子充填性等を向上させるため、フィラーを含むようにしても良い。

磁性樹脂層４ｄは、コイルモジュール１３の磁気的性能を上げることと、流動性、変形性の高い磁性樹脂層４ａのスパイラルコイル２の導線間の隙間への侵入を防止することが目的であるので、磁性樹脂層４ａよりも未硬化時の流動性、変形性が小さくなるように磁性体と結合剤を選択する。また、層の強度をより高めるために細かい棒状、板状のフィラーを混合しても良い。

このように、本実施の形態のコイルモジュールでは、コイルと磁性材のみにより構成されるのでコイルモジュールを小型化し、薄型化することができる。また、コイルの多くの部分が熱伝導性を有する磁性樹脂層に接しているので、コイルで発生した熱を効果的に放散することができる。更に、磁気飽和に強い磁性樹脂層を有しているので、強い磁場が印加されている環境下においてもコイルインダクタンスの変化が少なく安定した電力供給が可能である。更にまた、磁性樹脂層と磁性層の厚みを調整することでコイルインダクタンスの大きさと強い磁場環境下でのコイルインダクタンスの変化率のバランスを調整することができる。

なお、上述したコイルモジュールでは、一つのスパイラルコイル２を有するものとして説明したが、これに限られるものではなく、例えば、コイルモジュールの内径側、又は外形側に他のアンテナモジュールを備えるように構成してもよい。また、上述したコイルモジュールは、非接触電力伝送用アンテナユニットに適用可能であり、様々な電子機器に搭載することができる。

１導線、２スパイラルコイル、３ａ，３ｂ引出部、４磁気シールド層、４ａ、４ｂ、４ｄ磁性樹脂層、４ｃ磁性層、１１、１２、１３、５０コイルモジュール、２１切欠部、３０受電コイルユニット、３１電池パック、４０送信コイルユニット、４１接着剤層

Claims

磁性材料を含む磁気シールド層と、
スパイラルコイルとを備え、
上記磁気シールド層は、磁性粒子を含有する複数の磁性樹脂層を有し、
上記スパイラルコイルは、少なくとも一部が上記磁性樹脂層の一部に埋設されていることを特徴とするコイルモジュール。
磁性材料を含む磁気シールド層と、
スパイラルコイルとを備え、
上記磁気シールド層は、磁性粒子を含有する複数の磁性樹脂層と磁性層を有し、
上記スパイラルコイルは、少なくとも一部が上記磁性樹脂層の一部に埋設されていることを特徴とするコイルモジュール。
上記複数の磁性樹脂層のうち、スパイラルコイルと接する磁性樹脂層が他の磁性樹脂層よりも未硬化時の強度が高いことを特徴とする請求項１又は２に記載のコイルモジュール。
上記複数の磁性樹脂層のうち、少なくとも一つが金属磁性粉末と樹脂及び潤滑剤を含むように混合して圧縮成型した圧粉磁心であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のコイルモジュール。
上記スパイラルコイルは、該スパイラルコイルの内径部が上記磁性樹脂層の一部で充填されるように埋設されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のコイルモジュール。
上記スパイラルコイルは、その全体が上記磁性樹脂層の一部に埋設されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のコイルモジュール。
上記磁気シールド層を形成する複数の磁性樹脂層のうち、少なくとも一つの磁性樹脂層が球状又は寸法比（長径/短径）６以下の回転楕円体の磁性材料を含むことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のコイルモジュール。
上記磁気シールド層は、上記スパイラルコイルの当該コイルモジュールの厚さ方向に突出する端子を収容することを特徴とする請求項１乃至４記載のコイルモジュール。
上記スパイラルコイルが、誘電体基板の片面、あるいは両面に導電層をパターニングにより形成したＦＰＣ（Flexible printed circuit）コイルであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のコイルモジュール。
上記コイルモジュールの内径側、又は外形側に他のアンテナモジュールを備えることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載のコイルモジュール。
請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のコイルモジュールを含むことを特徴とする非接触電力伝送用アンテナユニット。
請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のコイルモジュールを含むことを特徴とする電子機器。