JP5266665B2 - Electronic equipment, charger and charging system - Google Patents
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Description
本発明は、コイルを用いた無接点電力伝送に係る電子機器、充電器および充電システムに関する。 The present invention relates to an electronic device, a charger, and a charging system related to contactless power transmission using a coil.
電磁誘導を利用し、金属部分の接点がなくても電力送信を可能にする無接点電力伝送が知られている。この無接点電力伝送の適用例として、携帯電話の充電や家庭用機器(たとえば電話機の子機)の充電などが提案されている。 Contactless power transmission is known that uses electromagnetic induction to enable power transmission even without a metal part contact. As an application example of this non-contact power transmission, charging of a mobile phone or charging of household equipment (for example, a handset of a telephone) has been proposed.
この無接点電力伝送を、充電器の平面状空芯コイルと、電子機器の平面状空芯コイル間で行う技術が提案されている。この技術においては、充電器の平面状空芯コイルと、電子機器の平面状空芯コイルとの相対的位置ずれをどのように許容するかは重要な問題である。つまり、コイル同士が適切な位置に配置されないと、伝送効率が低下するため、コイル間の位置ずれの影響をどう許容するかは重要な事項である。コイル間に位置ずれが生じてもその影響を受けなくする技術として特許文献1に記された技術がある。特許文献1には、一次・二次空芯コイルのうち、一方の内径が他方の内径よりも1mm以上大きくして、さらには、一次・二次空芯コイルの各々の内径/外径の比を共に0.3以上0.7以下に設定して、さらには、一次空芯コイル外径/二次空芯コイル外径の比を0.7以上1.3以下に設定して、位置ずれを許容する技術が開示されている。
本発明に係る幾つかの態様は、伝送効率をさらに高めることができる電子機器、充電器および充電システムを提供することを目的とする。 An object of some aspects according to the present invention is to provide an electronic device, a charger, and a charging system that can further increase transmission efficiency.
本発明の一態様に係る電子機器は、外径がD1で空芯部の径がd1である一次空芯コイルを含む充電器により、電磁誘導に基づく電力伝送に従って充電される電子機器であって、
外径がD2(D2<D1)で空芯部の径がd2(d2>d1)である二次空芯コイルを含み、
前記二次空芯コイルは、d2−d1≧D1−D2…式(1)を満たすことを特徴とする。
An electronic device according to an aspect of the present invention is an electronic device that is charged according to power transmission based on electromagnetic induction by a charger including a primary air-core coil having an outer diameter of D1 and an air-core portion of d1. ,
A secondary air-core coil having an outer diameter of D2 (D2 <D1) and an air-core portion having a diameter of d2 (d2>d1);
The secondary air-core coil satisfies d2-d1 ≧ D1-D2 (1).
本発明によれば、充電器側の一次空芯コイルの中心に対して、電子機器側の二次空芯コイルの中心がずれたとしても、一次・二次空芯コイルの内径差がその外径差と等しいか大きいことで、電子機器側の二次空芯コイルの空芯部は充電器側の二次空芯コイルの空芯部とが最大面積(つまり一次空芯コイルの空芯部の面積)で重なっている限りにおいて、外径の小さい二次空芯コイルは外径の大きい一次空芯コイルと完全に重なっている状態を維持できる。よって、充電器から電子機器への電力伝送効率を高めることができる。 According to the present invention, even if the center of the secondary air-core coil on the electronic device side deviates from the center of the primary air-core coil on the charger side, the inner diameter difference between the primary and secondary air-core coils is The air core part of the secondary air core coil on the electronic device side is the largest area (that is, the air core part of the primary air core coil) because the air core part of the secondary air core coil on the electronic device side is equal to or larger than the diameter difference. The secondary air-core coil having a small outer diameter can be maintained in a state of being completely overlapped with the primary air-core coil having a large outer diameter. Therefore, the power transmission efficiency from the charger to the electronic device can be increased.
本発明の一態様では、前記一次空芯コイルの中心に対する前記二次空芯コイルの中心の位置ずれ許容量を規格上でGとしたとき、G≦(D1−D2)/2…式(2)を満たすことができる。 In one aspect of the present invention, when the positional deviation tolerance of the center of the secondary air-core coil with respect to the center of the primary air-core coil is G in the standard, G ≦ (D1-D2) / 2 Formula (2 ) Can be satisfied.
G≦(D1−D2)/2を満たす限り、d2−d1≧D1−D2を前提とすると、G≦(D1−D2)/2≦(d2−d1)/2が成立して、G≦(d2−d1)/2…式(3)も満たしていることは明らかである。よって、一次空芯コイルの中心に対する二次空芯コイルの中心の位置ずれ許容量を規格上でGとしたとき、電子機器側の二次空芯コイルの空芯部は充電器側の二次空芯コイルの空芯部とが最大面積(つまり一次空芯コイルの空芯部の面積)で重なっており、かつ、外径の小さい二次空芯コイルは外径の大きい一次空芯コイルと完全に重なっている状態を維持できる。このため、充電器から電子機器への電力伝送効率を高めることができる。 As long as G ≦ (D1-D2) / 2 is satisfied, assuming d2-d1 ≧ D1-D2, G ≦ (D1-D2) / 2 ≦ (d2-d1) / 2 holds, and G ≦ ( It is clear that d2-d1) / 2 ... Formula (3) is also satisfied. Therefore, when the allowable displacement of the center of the secondary air-core coil relative to the center of the primary air-core coil is G in the standard, the air-core portion of the secondary air-core coil on the electronic device side is the secondary side on the charger side. The air core portion of the air core coil overlaps with the maximum area (that is, the area of the air core portion of the primary air core coil), and the secondary air core coil with a small outer diameter is a primary air core coil with a large outer diameter. It can maintain a completely overlapping state. For this reason, the power transmission efficiency from a charger to an electronic device can be improved.
本発明の他の態様は、外径がD1で空芯部の径がd1である一次空芯コイルを含む充電器により、電磁誘導に基づく電力伝送に従って充電される電子機器であって、
外径がD2(D2<D1)で空芯部の径がd2(d2>d1)である二次空芯コイルを含み、
前記一次空芯コイルの中心に対する前記二次空芯コイルの中心の位置ずれ許容量を規格上でGとしたとき、D1≧D2+G×2…式(4)でかつd2≧d1+G×2…式(5)を満たすことを特徴とする。
Another aspect of the present invention is an electronic device that is charged according to power transmission based on electromagnetic induction by a charger including a primary air-core coil having an outer diameter D1 and an air-core portion diameter d1.
A secondary air-core coil having an outer diameter of D2 (D2 <D1) and an air-core portion having a diameter of d2 (d2>d1);
When the allowable displacement of the center of the secondary air-core coil with respect to the center of the primary air-core coil is G in the standard, D1 ≧ D2 + G × 2 (4) and d2 ≧ d1 + G × 2 (4) 5) is satisfied.
式(4)は上述した式(2)を、式(5)は上述した式(3)をそれぞれ変形させたものである。従って、上述した本発明の一態様に係る式(1)(2)に代えて、式(4)(5)が成立する場合にも、電子機器側の二次空芯コイルの空芯部と充電器側の二次空芯コイルの空芯部とが最大面積(つまり一次空芯コイルの空芯部の面積)で重なっており、かつ、外径の小さい二次空芯コイルは外径の大きい一次空芯コイルと完全に重なっている状態を維持できる。よって、充電器から電子機器への電力伝送効率を高めることができる。 Equation (4) is obtained by modifying Equation (2) described above, and Equation (5) is obtained by modifying Equation (3) described above. Therefore, instead of the formulas (1) and (2) according to one embodiment of the present invention described above, the air core portion of the secondary air core coil on the electronic device side can be used even when the formulas (4) and (5) are established. The secondary air-core coil of the secondary air-core coil on the charger side overlaps with the maximum area (that is, the area of the air-core part of the primary air-core coil), and the secondary air-core coil with a small outer diameter A state where it completely overlaps with the large primary air-core coil can be maintained. Therefore, the power transmission efficiency from the charger to the electronic device can be increased.
本発明の一態様および他の態様においては、前記二次空芯コイルは、前記一次空芯コイルより電力伝送を受ける側の伝送面とは逆側の非伝送面に設けられた磁性部材を有することができる。この場合、前記磁性部材は、前記二次空芯コイルの中心と同心であって、かつH2≧D1+G×2…式(6)を満たす外径H2の円の面積以上とすることができる。 In one aspect and another aspect of the present invention, the secondary air-core coil has a magnetic member provided on a non-transmission surface opposite to a transmission surface on the side receiving power transmission from the primary air-core coil. be able to. In this case, the magnetic member may be concentric with the center of the secondary air-core coil and be equal to or larger than the area of a circle with an outer diameter H2 that satisfies H2 ≧ D1 + G × 2 (6).
こうすると、一次空芯コイルの中心に対する二次空芯コイルの中心の位置ずれ許容量を規格上でGとしたとき、電子機器の磁性部材が充電器の一次空芯コイルを覆うことになり、電子機器側での漏れ磁界を抑え、伝送効率の向上を図ることができる。 In this way, when the positional deviation allowable amount of the center of the secondary air-core coil with respect to the center of the primary air-core coil is G in the standard, the magnetic member of the electronic device covers the primary air-core coil of the charger, The leakage magnetic field on the electronic device side can be suppressed and the transmission efficiency can be improved.
本発明の一態様および他の態様においては、前記磁性部材の一方の面であって、前記二次空芯コイルが設けられる面とは逆の面に設けられ、漏れ磁束から保護されるべき金属、電子部品または回路基板である被保護部材をさらに含み、前記磁性部材は、前記被保護部材より大きな形状を有すると共に、前記被保護部材の側部を覆うように形成することができる。あるいは、前記磁性部材は、前記二次空芯コイルより大きな形状を有すると共に、前記二次空芯コイルの側部を覆うように形成されてもよい。 In one aspect and another aspect of the present invention, a metal that is provided on one surface of the magnetic member that is opposite to the surface on which the secondary air-core coil is provided, and that is to be protected from leakage magnetic flux. The magnetic member may further include a protected member that is an electronic component or a circuit board, and the magnetic member may have a larger shape than the protected member and cover a side portion of the protected member. Alternatively, the magnetic member may have a shape larger than that of the secondary air-core coil and may be formed so as to cover a side portion of the secondary air-core coil.
二次空芯コイルが搭載される電子機器は小型化が要求され、磁性部材の一方の面であって、前記二次空芯コイルが設けられる面とは逆の面に、金属、電子部品または回路基板等を配置せざるを得ない場合が多い。磁性部材を上述のように配置すると、金属部材に渦電流を生じさせて昇温させることを防止し、あるいは、同じく背面側に接地された電子部品や回路基板へのノイズの影響を抑えることができる。 The electronic device on which the secondary air-core coil is mounted is required to be miniaturized, and a metal, electronic component, or surface on one surface of the magnetic member opposite to the surface on which the secondary air-core coil is provided. In many cases, a circuit board or the like must be arranged. When the magnetic member is arranged as described above, it is possible to prevent the metal member from causing an eddy current to increase its temperature, or to suppress the influence of noise on the electronic component or circuit board that is also grounded on the back side. it can.
本発明の一態様および他の態様においては、前記磁性部材が前記二次空芯コイルと面する側とは逆側の面に、前記磁性部材からの漏れ磁束をシールドするシールド部材をさらに設けてもよい。こうすると、仮に磁性部材から磁束が漏れても、シールド部材によってその漏れ磁束をシールドすることができる。これにより、電子機器の背面に設置された金属部材や回路基板等の被保護部材を漏れ磁束から保護することができる。 In one aspect and another aspect of the present invention, a shield member that shields leakage magnetic flux from the magnetic member is further provided on a side opposite to the side where the magnetic member faces the secondary air-core coil. Also good. If it carries out like this, even if magnetic flux leaks from a magnetic member, the leakage magnetic flux can be shielded with a shielding member. Thereby, to-be-protected members, such as a metal member and a circuit board installed in the back surface of an electronic device, can be protected from leakage magnetic flux.
本発明の一態様および他の態様においては、前記二次空芯コイルよりも薄く形成され、かつ、前記二次空芯コイルの内端を引き出すための第1のパターンが印刷されている印刷配線基板をさらに有し、前記二次空芯コイルの前記空芯部の中で、前記二次空芯コイルの内端を前記印刷回路基板の第1のパターンと接続することができる。 In one aspect and another aspect of the present invention, the printed wiring is formed thinner than the secondary air-core coil and printed with a first pattern for pulling out an inner end of the secondary air-core coil. The substrate may further include a substrate, and an inner end of the secondary air-core coil may be connected to the first pattern of the printed circuit board in the air-core portion of the secondary air-core coil.
二次空芯コイルが搭載される電子機器は小型化が要求される。二次空芯コイルのコイル内端を基板に接続するために、その内端を二次空芯コイルの一方の面を経由して引き出すと、そのコイルの線材の厚さ分だけ、コイルユニットの厚さが増加してしまう。そこで、二次空芯コイルの内端を引き出す代わりに、二次空芯コイルよりも薄い印刷回路基板(例えばフレキシブル印刷回路基板)の第1のパターンを二次空芯コイルの内端と接続している。内端の接続位置が二次空芯コイルの空芯部の中であれば、内端引き出しのためのコイルの線材分の厚さがコイルユニットの厚さに反映しなくなる。 Electronic devices on which secondary air-core coils are mounted are required to be downsized. In order to connect the inner end of the secondary air-core coil to the substrate, when the inner end is pulled out via one surface of the secondary air-core coil, the coil unit is thickened by the thickness of the coil wire. The thickness will increase. Therefore, instead of pulling out the inner end of the secondary air-core coil, the first pattern of the printed circuit board (for example, flexible printed circuit board) thinner than the secondary air-core coil is connected to the inner end of the secondary air-core coil. ing. If the connection position of the inner end is in the air core portion of the secondary air core coil, the thickness of the wire of the coil for pulling out the inner end is not reflected in the thickness of the coil unit.
なお、この印刷回路基板には、コイルの外端と接続される第2のパターンを設けても良い。 The printed circuit board may be provided with a second pattern connected to the outer end of the coil.
上述した本発明の一態様及び他の態様に係る発明を、電子機器側ではなく充電器として定義することもできる。 The invention according to one embodiment and another embodiment of the present invention described above may be defined as a charger instead of the electronic device side.
例えば、本発明のさらに他の態様では、二次空芯コイルを含む電子機器を電磁誘導により充電する充電器であって、
外径がD1で空芯部の径がd1である一次空芯コイルを含み、
前記二次空芯コイルの外径をD2とし、空芯部の径をd2としたとき、前記一次空芯コイルは、D1>D2、d1<d2を満たし、かつ、d2−d1≧D1−D2を満たすことを特徴とする。
For example, in still another aspect of the present invention, a charger for charging an electronic device including a secondary air-core coil by electromagnetic induction,
Including a primary air-core coil having an outer diameter D1 and an air-core portion diameter d1;
When the outer diameter of the secondary air-core coil is D2 and the diameter of the air-core portion is d2, the primary air-core coil satisfies D1> D2, d1 <d2, and d2-d1 ≧ D1-D2. It is characterized by satisfying.
本発明のさらに他の態様に係る充電器においても、前記一次空芯コイルの中心に対する前記二次空芯コイルの中心の位置ずれ許容量を規格上でGとしたとき、G≦(d2−d1)/2を満たすことができる。 Also in the charger according to still another aspect of the present invention, when a positional deviation allowable amount of the center of the secondary air-core coil with respect to the center of the primary air-core coil is G on the standard, G ≦ (d2-d1 ) / 2.
上述の充電器は、前記一次空芯コイルの中心に対する前記二次空芯コイルの中心の位置ずれ許容量を規格上でGとしたとき、D1≧D2+G×2でかつd2≧d1+G×2を満たすと定義することもできる。 The above charger satisfies D1 ≧ D2 + G × 2 and d2 ≧ d1 + G × 2, where G is a standard deviation tolerance of the center of the secondary air-core coil with respect to the center of the primary air-core coil. Can also be defined.
なお、一次側コイルユニットでは、被保護部材を保護する観点では二次側コイルユニットの影響が少ない。よって、規格上でのずれ許容量Gを考慮せず、一次側磁性部材は、一次空芯コイルと同心であって、H1>D1を満たす直径H1の円の面積以上の面積であれば良い。 In the primary coil unit, the influence of the secondary coil unit is small from the viewpoint of protecting the protected member. Therefore, the primary side magnetic member may be concentric with the primary air-core coil and not less than the area of a circle with a diameter H1 satisfying H1> D1 without considering the standard deviation allowable amount G.
本発明のさらに他の態様に係る充電システムは、上述した電子機器と当該電子機器を充電する充電器とを含んで定義することができる。 A charging system according to still another aspect of the present invention can be defined including the electronic device described above and a charger that charges the electronic device.
以下、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお以下に説明する本実施形態は特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではなく、本実施形態で説明される構成の全てが本発明の解決手段として必須であるとは限らない。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail. The present embodiment described below does not unduly limit the contents of the present invention described in the claims, and all the configurations described in the present embodiment are indispensable as means for solving the present invention. Not necessarily.
1.充電システム
図1は、充電器10と、この充電器10に電子機器例えば携帯電話機20とを含む充電システム100を模式的に示す図である。充電器10から携帯電話機20への充電は、充電器10のコイルユニット12の一次空芯コイルと、その充電器10に横置きされる携帯電話機20のコイルユニット22の二次空芯コイルとの間に生じる電磁誘導作用を利用し、無接点電力伝送により行われる。
1. Charging System FIG. 1 is a diagram schematically showing a
ここで、本実施形態では、充電器10上には携帯電話機20を位置決めする手段は存在しない。
Here, in this embodiment, there is no means for positioning the
2.コイルユニット
図2及び図3は、コイルユニットを模式的に示す斜視図である。図2に示すように、充電器10のコイルユニット(以下「一次側コイルユニット」という)12と電子機器20のコイルユニット(以下「二次側コイルユニット」という)22は、基本的に同一の構成とすることができるが、図3に示すように一次側及び二次側コイルユニット12,22はそれぞれサイズが異なっている。
2. Coil Unit FIGS. 2 and 3 are perspective views schematically showing the coil unit. As shown in FIG. 2, the coil unit (hereinafter referred to as “primary side coil unit”) 12 of the
一次側コイルユニット12は、平面状空芯コイル14と、磁性部材16とを含む。平面状空芯コイル14は、中央に空芯部14aを有し、コイルの内側に位置する内端コイル線材14bは平面状空芯コイル14の表面を辿って外方に引き出され、外側に位置する外端コイル線材14cも外方に引き出されている。
The
二次側コイルユニット22は、平面状空芯コイル24と、磁性部材26とを含む。二次側の平面状空芯コイル24も同様に、中央に空芯部24aを有し、コイルの内側に位置する内端コイル線材24bは平面状空芯コイル24の表面を辿って外方に引き出され、外側に位置する外端コイル線材24cも外方に引き出されている。
The
ここで、図3において、コイルユニット12,22同士が対向して無接点電力伝送を実施する際の対向面側を伝送面と称する。図1の一次側コイルユニット12は平面状空芯コイル14の上側面が伝送面であり、下側の非伝送面側に磁性部材16を有する。一方、二次側コイルユニット22は平面状空芯コイル24の下側面が伝送面であり、上側の非伝送面に磁性部材26を有する。つまり、一次側および二次側コイルユニット12,22ともに、相対向する面(伝送面)側に平面状空芯コイル14,24を配置し、非伝送面側に磁性部材16,26を有する。
Here, in FIG. 3, the facing surface side when the
以下では、一次側コイルユニット12の平面状空芯コイル14及び磁性部材16をそれぞれ、「一次空芯コイル14」及び「一次側磁性部材16」という。また、二次側コイルユニット22の平面状空芯コイル24及び磁性部材26をそれぞれ、「二次空芯コイル24」及び「二次側磁性部材26」ともいう。
Hereinafter, the planar air-
一次側コイルユニット12の一次空芯コイル14は、空芯部14aを有する平面的なコイルであれば特に限定されないが、たとえば、単芯または多芯の被覆コイル線を平面上でスパイラル状に巻回した空芯コイルを適用することができる。あるいは、一次空芯コイル14は、図2とは異なり、絶縁基板上に薄膜パターンをスパイラル状に形成し、中心を空芯部とするものであっても良い。二次側コイルユニット22の二次空芯コイル24も一次側コイルユニット12の一次空芯コイル14と同様の構成とすることができる。
The primary air-
一次側コイルユニット12の磁性部材16は、一次空芯コイル14からの磁束を受ける働きをし、一次空芯コイル14のインダクタンスを上げる機能を有する。磁性部材16の材質としては、軟磁性材が好ましく、フェライト軟磁性材や金属軟磁性材を適用することができる。磁性部材14は、樹脂に磁性体を貼り付けてもよいし、樹脂に磁性粉体を混ぜ合わせて成形してもよい。二次側コイルユニット22の磁性部材26も一次側コイルユニット12の磁性部材16と同様の構成とすることができる。
The
本実施形態においては、一次空芯コイル14と二次空芯コイル24との関係を図3〜図5に基づき説明する。一次空芯コイル14と二次空芯コイル24とは、図3〜図5に示す寸法符号を用いると、次の関係を有する。
d2−d1≧D1−D2…式(1)
d1:一次空芯コイルの空芯部の径
d2:二次空芯コイルの空芯部の径(d2>d1)
D1:一次空芯コイルの外径
D2:二次空芯コイルの外径(D1>D2)
この式(1)は、d2>d1,D1>D2を前提として、内径差d2−d1が外径差D1−D2と等しいかそれ以上大きいことを定義している。一次空芯コイル14の空芯部14aの径d1は、二次空芯コイル24の空芯部の径d2より小さく、これにより一次空芯コイル14からの磁力線密度を空芯部14aにて高く確保できる。一次空芯コイル14の外形D1を二次空芯コイル24の外径D2より大きくして、かつ、二次空芯コイル24の空芯部24aの径d2を一次空芯コイル14の空芯部14aの径d1よりも大きくしている。これは、一次空芯コイル14の中心に対して二次空コイル24の中心が位置ずれして配置されても、一次空芯コイル14の小さい空芯部14aが二次空芯コイル24の大きい空芯部24aと完全に重なり、小さい外径D2の二次空芯コイル14が、大きい外径D1の一次空芯コイル24の外径の範囲内で重なることを担保し易くするためである。
In the present embodiment, the relationship between the primary air-
d2-d1 ≧ D1-D2 (1)
d1: Diameter of the air core part of the primary air core coil d2: Diameter of the air core part of the secondary air core coil (d2> d1)
D1: Outer diameter of primary air-core coil D2: Outer diameter of secondary air-core coil (D1> D2)
This equation (1) defines that the inner diameter difference d2-d1 is equal to or larger than the outer diameter difference D1-D2 on the premise of d2> d1, D1> D2. The diameter d1 of the air-
上記の式(1)の意味を、図4及び図5に基づいて説明する。図4では、一次空芯コイル14の中心P1と二次空芯コイル24の中心P2とが一致している。この状態から、図4の二次空芯コイル24を矢印A方向に移動させ、両中心P1,P2にズレが生じた場合を想定する。
The meaning of the above equation (1) will be described with reference to FIGS. In FIG. 4, the center P1 of the primary air-
図5は、二次空芯コイル24の中心P2が一次空芯コイル14の中心P1よりも距離Gだけずれ、一次・二次空芯コイル14,24の外縁と空芯部14a,24aを規定する内縁が接した状態を示している。このときの距離Gは、図4に示す内径差の半値である(d2−d1)/2と外径差の半値である(D1−D2)/2を用いると、G=(d2−d1)/2でかつG=(D1−D2)/2であることが、図4及び図5の対比から明らかである。
FIG. 5 shows that the center P2 of the secondary air-
つまり、図4及び図5は、不等式(1)にてd2−d1=D1−D2(=2×G)の等号が成立する時の臨界値となる各径d1,d2,D1,D2を有する一次・二次空芯コイル14,24を示している。 That is, FIGS. 4 and 5 show the respective diameters d1, d2, D1, and D2 that are critical values when the equal sign of d2−d1 = D1−D2 (= 2 × G) is established in the inequality (1). The primary and secondary air-core coils 14 and 24 are shown.
式(1)を満たす限り、一次空芯コイル14の小さい空芯部14aが二次空芯コイル24の大きい空芯部24aと完全に重なっている限り、小さい外径D2の二次空芯コイル14が、大きい外径D1の一次空芯コイル24の外径の範囲内で重なっていることになる。
As long as the formula (1) is satisfied, the secondary air-core coil having a small outer diameter D2 is used as long as the small air-
したがって、図5は、二次空芯コイル24の空芯部24aの中心P2が、一次空芯コイル14の空芯部14aの中心P1よりも、規格上でのずれ許容量Gだけずれた状態を示している。規格上では、ずれ許容量Gを超えて二次空芯コイル24を一次空芯コイル14の中心P1からずらして使用することは禁止される。
Accordingly, FIG. 5 shows a state in which the center P2 of the
この意味で、規格上でのずれ許容量Gは、
G≦(D1−D2)/2…式(2)
G≦(d2−d1)/2…式(3)
とすべきである。
In this sense, the standard deviation tolerance G is
G ≦ (D1-D2) / 2 Formula (2)
G ≦ (d2-d1) / 2 Formula (3)
Should be.
ただし、式(1)であるd2−d1≧D1−D2が成立していれば、式(2)であるG≦(D1−D2)/2を満たす限り、G≦(D1−D2)/2≦(d2−d1)/2が成立して、式(3)であるG≦(d2−d1)/2は必ず満たされている。 However, if d2-d1 ≧ D1-D2 that is the expression (1) is satisfied, G ≦ (D1-D2) / 2 as long as G ≦ (D1-D2) / 2 that is the expression (2) is satisfied. ≦ (d2−d1) / 2 is established, and G ≦ (d2−d1) / 2, which is the expression (3), is always satisfied.
よって、規格上でのずれ許容Gは、式(1)の下で、式(2)のみを満たしていれば良い。 Therefore, the deviation allowance G on the standard only needs to satisfy the equation (2) under the equation (1).
式(1)(2)を別の視点で表現すると、一次及び二次空芯コイル14,24の空芯部14a,24a同士が完全に重なっている範囲で中心ずれを許容するが、その許容範囲では二次空芯コイル24の全体が必ず一次空芯コイル14と平面視で重なっていることを意味する。
When the expressions (1) and (2) are expressed from different viewpoints, the center deviation is allowed in a range where the
式(1)の技術的意義として、一次及び二次空芯コイル14,24の空芯部14a,24a同士の重なり面積が常に最大(つまり一次空芯コイル14の空芯部14aの面積)に維持されることが、電力伝送の効率性を大幅に低下させることを防止する。上述の通り、磁力線は空芯部14aで最も磁力密度が大きいからである。
As a technical significance of the expression (1), the overlapping area between the
しかし、たとえ一次及び二次空芯コイル14,24の空芯部14a,24a同士の重なり面積が常に最大であったとしても、二次空芯コイル24の全体が必ず一次空芯コイル14と平面視で重なっていないと、伝送効率は劣化する。なぜなら、一次空芯コイル14の磁力線にて誘起される渦電流は二次空芯コイル24の面上にて生ずるからである。仮に二次空芯コイル24の一部が、一次空芯コイル14と平面視にて重なり合っていないと、その非対向領域では渦電流の誘起効率は大幅に低下するからである。
However, even if the overlapping area of the
式(1)の範囲外であるd2−d1<D1−D2が成立するときには、二次空芯コイル24の全体が必ず一次空芯コイル14と平面視で重なっていたとしても、一次及び二次空芯コイル14,24の空芯部14a,24a同士の重なり面積が常に最大でなくなる場合があり、これだと電力伝送効率が本発明よりも劣化してしまう。
When d2-d1 <D1-D2 which is outside the range of the expression (1) is satisfied, even if the entire secondary air-
許容ずれ量Gを用いると、式(1)(2)に代えて、式(2)(3)をそれぞれ変形させた式(4)(5)として表すこともできる。
D1≧D2+2×G…式(4)
d2≧d1+2×G…式(5)
式(4)(5)は、式(1)を規格上での許容ずれ量Gを用いて定義したものであり、その技術的意義は式(1)(2)(3)と同じである。
If the allowable deviation amount G is used, it can be expressed as equations (4) and (5) obtained by modifying equations (2) and (3) instead of equations (1) and (2).
D1 ≧ D2 + 2 × G (4)
d2 ≧ d1 + 2 × G (5)
Expressions (4) and (5) define Expression (1) using an allowable deviation amount G in the standard, and its technical significance is the same as Expressions (1), (2), and (3). .
次に、一次及び二次の磁性部材16,26について説明する。図3に示すように、一次及び二次の磁性部材16,26をそれぞれ矩形としたとき、一次側磁性部材16の一辺の長さH1は一次空芯コイル14の外径D1よりも大きく、二次側磁性部材26の一辺の長さH2は二次空芯コイル24の外径D2よりも大きくすることが必要である。
Next, the primary and secondary
加えて、上述した規格上でのずれ許容量Gを考慮すると、二次側磁性部材26の一辺H2は、一次空芯コイル14の外径D1と許容ずれ量Gの間で次の式(6)満たすことができる。
H2≧D1+G×2…式(6)
これにより、一次・二次空芯コイル14,24間で位置ずれが発生した場合でも、二次側磁性部材26が一次空芯コイル14を覆うことになり、一次空芯コイル14からの漏れ磁界をも抑え、伝送効率の向上を図ることができる。なお、二次側磁性部材26は、二次空芯コイル24の中心と同心であって、かつH2≧D1+G×2を満たす外径H2の円の面積以上であれば、外形形状は問わない。
In addition, in consideration of the above-described standard deviation allowable amount G, one side H2 of the secondary side
H2 ≧ D1 + G × 2 Formula (6)
Thereby, even when a positional deviation occurs between the primary and secondary air-core coils 14 and 24, the secondary side
二次側コイルユニット22が配置される電子機器20は小型化が要求されるため、二次側コイルユニット22の背面に、金属、電子部品または回路基板などが配置されるが、二次側磁性部材26によって、これらを磁束から保護することができる。
Since the
この意味で、二次側磁性部材26は、金属、電子部品または回路基板など被保護部材28(図6及び図7参照)よりも大きく形成されるとよい。この二次空芯コイル24の背面に設置される金属部材や回路基板等が二次空芯コイル24よりも大きい場合には、二次側磁性部材26をこれら背面に設置される物よりも大きくすることにより、漏れ磁界の影響を抑えることができる。特に、図6に示すように、被保護部材28より大きな形状を有すると共に、被保護部材28の側部を覆うように形成されているか、または、図7に示すように二次空芯コイル24の側部を覆うように形成されていることより、漏れ磁界の影響を抑えることができる。なお、図6及び図7では、被保護部材28と二次側磁性部材16との間に二次側磁気シール部材27を配置している。
In this sense, the secondary side
二次空芯コイル24は、コイル線材を巻回することで、図2に示すように内端及び外端を有する。図8(B)に示すように、二次空芯コイル24の内端は、内端コイル線材24b自体を引き出すのではなく、図8(A)に示すように、二次空芯コイル24よりも薄いフレキシブル配線印刷基板30に形成した配線パターン(第1のパターン)30Aにより引き出してもよい。
The secondary air-
二次空芯コイル24の内端をフレキシブル配線印刷基板30の第1のパターンに電気的に接続するために、図8(A)に示すように内端を空芯部24a内にて半田付け32などにより接続することができる。なお、コイル線材は絶縁層により被覆されているので、半田付け時にはコイル線材の表面の絶縁層が排除される。この半田付け32の部分の厚さは、空芯部24aにて吸収することができる。
In order to electrically connect the inner end of the secondary air-
図8(B)では、二次空芯コイル24自体の厚さは、コイル線材の径をTとしたときに、2本分のコイル線材のトータル厚さ2Tとなる。これに対して、図8(A)では、第1のパターン30Aを含む印刷回路基板30の厚さtはコイル線材の径Tよりも薄くできる(t<T)ので、(T−t)だけ二次空芯コイル24自体の厚さを薄くできる。これにより、小型化が要求される電子機器20内にてコイルユニット22の厚さを少なくすることができる。
In FIG. 8B, the thickness of the secondary air-
また、コイル線材により引き出す場合、コイルの表面の絶縁層に損傷を与えないようにするために、コイル線材を長く引き回すことは困難であるが、フレキシブル配線印刷基板によれば、長く引き回すことも容易となる。つまり、フレキシブル配線印刷基板30は、コイル線材に比べて薄く、しかもコイルのハンドリングが容易となる。
In addition, when drawing with a coil wire, it is difficult to draw the coil wire for a long time so as not to damage the insulating layer on the surface of the coil. It becomes. That is, the flexible printed
なお、図8(A)のように、二次空芯コイル24の片面に印刷回路基板30を配置する場合には、印刷回路基板30が伝送面側に配置され、それとは逆側の非伝送面側に上述した二次側磁性部材26を配置すれば良い。
As shown in FIG. 8A, when the printed
また、図示は省略するが、二次空芯コイル24の内端だけではなく、外端もフレキシブル配線印刷基板30の配線パターン(第2のパターン)に接続してもよい。また、一次空芯コイル14も同様に、フレキシブル配線印刷基板に印刷された配線パターンに、その内端や外端を接続してもよい。
Although not shown, not only the inner end of the secondary air-
図6〜図8の構造は、充電器10の一次側コイルユニットにも適用できる。このため、図6〜図8には一次側コイルユニットの符号を付している。つまり、一次側コイルユニットとして、一次空芯コイル14、一次側磁性部材16、一次側磁気シールド部材17は、被保護部材18に対して図6または図7に示す配置とすることができる。また、一次側空芯コイル14をフレキシブル配線基板30上に配置した図8の構造を採用することができる。充電器側でも小型化の要求がある場合があり、その場合には一次側コイルユニットにて図6〜図8の構造を採用することは有用である。ただし、一次側コイルユニットでは、被保護部材18を保護する観点では二次側コイルユニットの影響が少ない。よって、規格上でのずれ許容量Gを考慮せず、一次側磁性部材16の一辺H1は、一次空芯コイル14の外径D1の間で次の式(7)満たせば、矩形に限らず円形などであっても良い。
H1>D1…式(7)
3.電子機器の適用例
本実施の形態は、電力伝送や信号伝送を行うすべての電子機器に適用可能であり、たとえば、腕時計、電動歯ブラシ、電動ひげ剃り、コードレス電話、パーソナルハンディフォン、モバイルパソコン、PDA(Personal Digital Assistants)、電動自転車などの二次電池を備える被充電機器と充電機器とに適用可能である。本実施の形態に係る電子機器によれば、コイルユニット自体が小型化され易い構成となっているため、電子機器自体も小型化し易いという利点がある。また、平面状コイルはコイルユニット内に設けられているため、平面状コイルの電子機器への組み付けが容易である。
6 to 8 can also be applied to the primary coil unit of the
H1> D1 Formula (7)
3. Application example of electronic device This embodiment can be applied to all electronic devices that perform power transmission and signal transmission. For example, a wristwatch, an electric toothbrush, an electric shaving, a cordless phone, a personal handy phone, a mobile personal computer, a PDA (Personal Digital Assistants), and can be applied to a to-be-charged device and a charging device having a secondary battery such as an electric bicycle. According to the electronic device according to the present embodiment, since the coil unit itself is easily reduced in size, there is an advantage that the electronic device itself is easily reduced in size. Further, since the planar coil is provided in the coil unit, the planar coil can be easily assembled to an electronic device.
なお、上記のように本実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できるものである。従って、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。例えば、明細書又は図面において、少なくとも一度、より広義または同義な異なる用語と共に記載された用語は、明細書又は図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えることができる。 Although the present embodiment has been described in detail as described above, those skilled in the art can easily understand that many modifications can be made without departing from the novel matters and effects of the present invention. Accordingly, all such modifications are intended to be included in the scope of the present invention. For example, a term described at least once together with a different term having a broader meaning or the same meaning in the specification or the drawings can be replaced with the different term in any part of the specification or the drawings.
10 充電器、12 一次側コイルユニット、14 一次空芯コイル、14a 空芯部、14b 内端コイル線材、14c 外端コイル線材、16 一次側磁性部材、17 一次側磁気シールド部材、18 被保護部材、20 電子機器(携帯電話機)、22 二次側コイルユニット、24 二次空芯コイル、24a 空芯部、24b 内端コイル線材、24c 外端コイル線材、26 二次側磁性部材、17 二次側磁気シールド部材、28 被保護部材、30 フレキシブル配線印刷基板、30A 第1のパターン、32 半田付け、100 充電システム
DESCRIPTION OF
Claims (20)
外径がD2(D2<D1)で空芯部の径がd2(d2>d1)である二次空芯コイルを含み、
前記二次空芯コイルは、d2−d1≧D1−D2を満たすことを特徴とする電子機器。 An outer diameter of D1 is removably positioned diameter of the air-core portion is in the charger including a primary air-core coil is d1, an electronic device to be charged according to the power transmission based on the I Ri conductive magnetic induction in the charger There,
A secondary air-core coil having an outer diameter of D2 (D2 <D1) and an air-core portion having a diameter of d2 (d2>d1);
The secondary air-core coil satisfies d2-d1 ≧ D1-D2.
前記一次空芯コイルの中心に対する前記二次空芯コイルの中心の位置ずれ許容量を規格上でGとしたとき、G≦(D1−D2)/2を満たすことを特徴とする電子機器。 In claim 1,
An electronic apparatus characterized by satisfying G ≦ (D1-D2) / 2, where G is a standard deviation tolerance of the center of the secondary air-core coil with respect to the center of the primary air-core coil.
G≦(d2−d1)/2を満たすことを特徴とする電子機器。 In claim 2,
An electronic device characterized by satisfying G ≦ (d2−d1) / 2.
前記二次空芯コイルは、前記一次空芯コイルより電力伝送を受ける側の伝送面とは逆側の非伝送面に設けられた磁性部材を有し、
前記磁性部材は、前記二次空芯コイルの中心と同心であって、かつH2≧D1+G×2を満たす外径H2の円の面積以上の面積であることを特徴とする電子機器。 In claim 3,
The secondary air-core coil has a magnetic member provided on a non-transmission surface opposite to a transmission surface on the side receiving power transmission from the primary air-core coil,
The electronic apparatus is characterized in that the magnetic member is concentric with the center of the secondary air-core coil and has an area equal to or larger than an area of a circle with an outer diameter H2 that satisfies H2 ≧ D1 + G × 2.
前記磁性部材の一方の面であって、前記二次空芯コイルが設けられる面とは逆の面に設けられ、漏れ磁束から保護されるべき金属、電子部品または回路基板である被保護部材をさらに含み、
前記磁性部材は、前記被保護部材より大きな形状を有すると共に、前記被保護部材の側部を覆うように形成されていることを特徴とする電子機器。 In claim 4,
A member to be protected which is provided on one surface of the magnetic member and opposite to the surface on which the secondary air-core coil is provided, and is a metal, electronic component or circuit board to be protected from leakage magnetic flux. In addition,
The said magnetic member has a shape larger than the said to-be-protected member, and is formed so that the side part of the to-be-protected member may be covered.
前記磁性部材の一方の面であって、前記二次空芯コイルが設けられる面とは逆の面に設けられ、磁力線から保護されるべき金属、電子部品または回路基板である被保護部材をさらに含み、
前記磁性部材は、前記二次空芯コイルより大きな形状を有すると共に、前記二次空芯コイルの側部を覆うように形成されていることを特徴とする電子機器。 In claim 4,
A protected member that is provided on one surface of the magnetic member opposite to the surface on which the secondary air-core coil is provided, and is a metal, electronic component, or circuit board that is to be protected from magnetic lines of force. Including
The said magnetic member has a shape larger than the said secondary air core coil, and is formed so that the side part of the said secondary air core coil may be covered.
前記磁性部材が前記二次空芯コイルと面する側とは逆側の面に、前記磁性部材からの漏れ磁束をシールドするシールド部材をさらに設けたことを特徴とする電子機器。 In any one of Claims 4 thru | or 6.
An electronic apparatus comprising a shield member for shielding leakage magnetic flux from the magnetic member on a surface opposite to a side where the magnetic member faces the secondary air-core coil.
前記二次空芯コイルよりも薄く形成され、かつ、前記二次空芯コイルの内端を引き出すための第1のパターンが印刷されている印刷配線基板をさらに有し、前記二次空芯コイルの前記空芯部の中で、前記二次空芯コイルの内端が前記印刷配線基板の前記第1のパターンと接続されていることを特徴とする電子機器。 In any one of Claims 1 thru | or 7,
The secondary air-core coil further includes a printed wiring board formed thinner than the secondary air-core coil and printed with a first pattern for pulling out an inner end of the secondary air-core coil. In the air core part, an inner end of the secondary air core coil is connected to the first pattern of the printed wiring board.
前記印刷配線基板に、前記二次空芯コイルの外端と接続される第2のパターンが設けられていることを特徴とする電子機器。 In claim 8,
An electronic apparatus, wherein a second pattern connected to an outer end of the secondary air-core coil is provided on the printed wiring board.
外径がD1で空芯部の径がd1である一次空芯コイルを含み、
前記二次空芯コイルの外径をD2とし、空芯部の径をd2としたとき、前記一次空芯コイルは、D1>D2、d1<d2を満たし、かつ、d2−d1≧D1−D2を満たすことを特徴とする充電器。 An electronic device including a secondary air-core coil is detachably disposed, and is a charger that charges the electronic device by electromagnetic induction,
Including a primary air-core coil having an outer diameter D1 and an air-core portion diameter d1;
When the outer diameter of the secondary air-core coil is D2 and the diameter of the air-core portion is d2, the primary air-core coil satisfies D1> D2, d1 <d2, and d2-d1 ≧ D1-D2. A charger characterized by satisfying.
前記一次空芯コイルの中心に対する前記二次空芯コイルの中心の位置ずれ許容量を規格上でGとしたとき、G≦(D1−D2)/2を満たすことを特徴とする充電器。 In claim 10,
A charger satisfying G ≦ (D1−D2) / 2, where G is a standard deviation tolerance of the center of the secondary air core coil with respect to the center of the primary air core coil.
外径がD1で空芯部の径がd1である一次空芯コイルを含み、
前記二次空芯コイルの外径をD2とし、空芯部の径をd2としたとき、前記一次空芯コイルは、D1>D2、d1<d2を満たし、
前記一次空芯コイルの中心に対する前記二次空芯コイルの中心の位置ずれ許容量を規格上でGとしたとき、D1≧D2+G×2でかつd2≧d1+G×2を満たし、
前記一次空芯コイルは、前記二次空芯コイルに電力伝送する側の伝送面とは逆側の非伝送面に設けられた磁性部材を有し、
前記磁性部材は、前記一次空芯コイルの中心と同心であって、かつH1>D1を満たす外径H1の円の面積以上の面積であることを特徴とする充電器。 An electronic device including a secondary air-core coil is detachably disposed, and is a charger that charges the electronic device by electromagnetic induction,
Including a primary air-core coil having an outer diameter D1 and an air-core portion diameter d1;
When the outer diameter of the secondary air-core coil is D2 and the diameter of the air-core portion is d2, the primary air-core coil satisfies D1> D2 and d1 <d2,
When the allowable displacement of the center of the secondary air-core coil with respect to the center of the primary air-core coil is G in the standard, D1 ≧ D2 + G × 2 and d2 ≧ d1 + G × 2 are satisfied,
The primary air-core coil has a magnetic member provided on a non-transmission surface opposite to a transmission surface on the side that transmits power to the secondary air-core coil,
The charger is characterized in that the magnetic member is concentric with the center of the primary air-core coil and has an area equal to or larger than the area of a circle having an outer diameter H1 that satisfies H1> D1.
前記一次空芯コイルは、前記二次空芯コイルに電力伝送する側の伝送面とは逆側の非伝送面に設けられた磁性部材を有し、
前記磁性部材は、前記一次空芯コイルの中心と同心であって、かつH1>D1を満たす外径H1の円の面積以上の面積であることを特徴とする充電器。 In claim 10 or 11,
The primary air-core coil has a magnetic member provided on a non-transmission surface opposite to a transmission surface on the side that transmits power to the secondary air-core coil,
The charger is characterized in that the magnetic member is concentric with the center of the primary air-core coil and has an area equal to or larger than the area of a circle having an outer diameter H1 that satisfies H1> D1.
前記磁性部材の一方の面であって、前記一次空芯コイルが設けられる面とは逆の面に設けられ、漏れ磁束から保護されるべき金属、電子部品または回路基板である被保護部材をさらに含み、
前記磁性部材は、前記被保護部材より大きな形状を有すると共に、前記被保護部材の側部を覆うように形成されていることを特徴とする充電器。 In claim 13,
A protected member, which is a metal, an electronic component, or a circuit board, which is provided on one surface of the magnetic member and opposite to the surface on which the primary air-core coil is provided, is further protected from leakage magnetic flux. Including
The magnetic member has a shape larger than that of the member to be protected, and is formed so as to cover a side portion of the member to be protected.
前記磁性部材の一方の面であって、前記一次空芯コイルが設けられる面とは逆の面に設けられ、磁力線から保護されるべき金属、電子部品または回路基板である被保護部材をさらに含み、
前記磁性部材は、前記一次空芯コイルより大きな形状を有すると共に、前記一次空芯コイルの側部を覆うように形成されていることを特徴とする充電器。 In claim 13,
The magnetic member further includes a protected member that is provided on one surface of the magnetic member opposite to the surface on which the primary air-core coil is provided and is a metal, an electronic component, or a circuit board that is to be protected from the lines of magnetic force. ,
The said magnetic member has a shape larger than the said primary air-core coil, and is formed so that the side part of the said primary air-core coil may be covered.
前記磁性部材が前記一次空芯コイルと面する側とは逆側の面に、前記磁性部材からの漏れ磁束をシールドするシールド部材をさらに設けたことを特徴とする充電器。 In any of claims 13 to 15,
The charger further comprising a shield member for shielding leakage magnetic flux from the magnetic member on a surface opposite to the side where the magnetic member faces the primary air-core coil.
前記一次空芯コイルよりも薄く形成され、かつ、前記一次空芯コイルの内端を引き出すための第1のパターンが印刷されている印刷配線基板をさらに有し、前記一次空芯コイルの前記空芯部の中で、前記一次空芯コイルの内端が前記印刷配線基板の前記第1のパターンと接続されていることを特徴とする充電器。 In any of claims 10 to 16,
The printed circuit board further includes a printed wiring board that is formed thinner than the primary air-core coil and on which a first pattern for drawing out an inner end of the primary air-core coil is printed. A charger characterized in that an inner end of the primary air-core coil is connected to the first pattern of the printed wiring board in the core.
前記印刷配線基板に、前記一次空芯コイルの外端と接続される第2のパターンが設けられていることを特徴とする充電器。 In claim 17,
A battery charger, wherein a second pattern connected to an outer end of the primary air-core coil is provided on the printed wiring board.
前記一次空芯コイルと前記二次空芯コイルとは、D1>D2、d1<d2を満たし、かつ、d2−d1≧D1−D2を満たすことを特徴とする充電システム。 A charger including a primary air-core coil having an outer diameter of D1 and an air-core portion of d1, and an electronic device including a secondary air-core coil having an outer diameter of D2 and an air-core portion of d2. and, in the charging system in which the thus charged by Ri conductive magnetic induction in an electronic device the charger is removably disposed in the charger,
The charging system, wherein the primary air-core coil and the secondary air-core coil satisfy D1> D2, d1 <d2, and satisfy d2-d1 ≧ D1-D2.
前記一次空芯コイルと前記二次空芯コイルとは、D1>D2、d1<d2を満たし、
前記一次空芯コイルの中心に対する前記二次空芯コイルの中心の位置ずれ許容量を規格上でGとしたとき、D1≧D2+G×2でかつd2≧d1+G×2を満たし、
前記一次空芯コイルは、前記二次空芯コイルに電力伝送する側の伝送面とは逆側の非伝送面に設けられた磁性部材を有し、
前記磁性部材は、前記一次空芯コイルの中心と同心であって、かつH1>D1を満たす外径H1の円の面積以上の面積であることを特徴とする充電システム。 A charger including a primary air-core coil having an outer diameter of D1 and an air-core portion of d1, and an electronic device including a secondary air-core coil having an outer diameter of D2 and an air-core portion of d2. and, in the charging system in which the thus charged by Ri conductive magnetic induction in an electronic device the charger is removably disposed in the charger,
The primary air-core coil and the secondary air-core coil satisfy D1> D2, d1 <d2,
When the allowable displacement of the center of the secondary air-core coil with respect to the center of the primary air-core coil is G in the standard, D1 ≧ D2 + G × 2 and d2 ≧ d1 + G × 2 are satisfied,
The primary air-core coil has a magnetic member provided on a non-transmission surface opposite to a transmission surface on the side that transmits power to the secondary air-core coil,
The charging system according to claim 1, wherein the magnetic member is concentric with the center of the primary air-core coil and has an area equal to or greater than an area of a circle having an outer diameter H1 that satisfies H1> D1.
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