CN109314287B - 便携式电子设备及无线电力传输装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种对小型化有利的结构的便携式电子设备及具备其的无线电力传输装置。便携式电子设备(80)具备外壳(81)、配置于外壳(81)的前端部内侧的二次电池(84)、配置于二次电池(84)的周围的受电线圈单元。受电线圈单元具有导线呈螺旋状卷绕于第一磁性体(87)的第一线圈(85)和导线呈螺旋状卷绕于第二磁性体(88)的第二线圈(86)。第一磁性体(87)及第二磁性体(88)配置于二次电池(84)的外侧面和外壳(81)的内侧面之间。第一线圈(85)及第二线圈(86)在二次电池(84)的轴周围方向上处于互不相同的位置，且当电流流动时，以在各卷绕轴上产生相互反方向的磁通的方式相互连接。

Description

便携式电子设备及无线电力传输装置
技术领域
本发明涉及与无线充电对应的便携式电子设备、及在便携式电子设备和供电装置之间无线地传输电力的无线电力传输装置。
背景技术
近年来，在包含耳机、头戴耳机(headset)、助听器等可穿戴设备的便携式电子设备中，随着小型化进展，电源的二次电池化正在进展。在使电源为二次电池的情况下，考虑将充电电缆的连接器插入到便携式电子设备来进行充电的方法，但插入连接器的操作是麻烦的。另外，如果连接器的插入设为简单的结构，则此时难以防水。与此相对，如果是利用无线电力传输的充电的话，则没有将连接器插入到便携式电子设备的麻烦，也容易采用防水结构。
下述专利文献1涉及无线充电装置，公开了“充电器具有卷装有供电线圈的供电切割芯(cut core)、发送电路部、可供电的电源，并收纳于第一外装壳体，便携设备具有卷装有受电线圈的受电芯、可充放电的二次电池、受电电路部、系统电路部，并收纳于第二外装壳体，受电芯被供电切割芯包围，受电芯和供电切割芯夹着第二外装壳体而相互电磁耦合，供电线圈中感应的交流磁场从供电切割芯形成至圆筒切割芯，在受电线圈中感应交流电流，由此，通过由充电器的电源将电力从供电线圈输送到受电线圈的电力而对便携设备的电池进行”的内容。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2015－2580号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
在小型化进展的便携式电子设备中应用无线电力传输时，需要一边避免便携式电子设备的大型化一边设置受电线圈。专利文献1没有公开任何关于在设置受电线圈时避免便携式电子设备的大型化的办法。
本发明是鉴于这种状况而完成的，其目的在于，提供一种对小型化有利的结构的便携式电子设备及具备其的无线电力传输装置。
解决问题的技术手段
本发明的某一方式是一种便携式电子设备。该便携式电子设备具备：
外壳；
配置于所述外壳的前端部内侧的二次电池；
在所述外壳内配置于所述二次电池的周围的受电线圈单元，
所述受电线圈单元具有导线呈螺旋状卷绕于第一磁性体而成的第一线圈和导线呈螺旋状卷绕于第二磁性体而成的第二线圈，
所述第一及第二线圈在所述二次电池的轴周围方向上处于互不相同的位置，且当电流流动时，以在各卷绕轴上产生相互反方向的磁通的方式相互连接。
也可以是，所述第一及第二线圈的卷绕轴分别具有沿着所述二次电池的轴周围方向的部分。
也可以是，所述第一及第二线圈配置为将所述第一线圈的一对端部彼此连结的第一假想线和将所述第二线圈的一对端部彼此连结的第二假想线所成的角度成为120度以下。
也可以是，所述第一及第二线圈配置为将所述第一线圈的一对端部彼此连结的第一假想线和将所述第二线圈的一对端部彼此连结的第二假想线所成的角度成为100度以下。
也可以是，所述第一及第二线圈各自的卷绕轴沿着所述二次电池的侧面形状弯曲。
也可以是，所述第一及第二磁性体相互连结。
也可以是，所述第一及第二磁性体为相互不同个体，夹着所述外壳的宽度方向中央部而分别配置于一侧和另一侧。
也可以是，所述第一及第二线圈夹着所述外壳的宽度方向中央部而分别配置于一侧和另一侧。
也可以是，所述第一及第二线圈的、所述外壳的前端侧的端部彼此的间距为3mm～7mm。
也可以是，所述第一及第二线圈的、所述外壳的前端侧的端部彼此的间距为所述二次电池的直径的38％～100％。
也可以是，具备由所述受电线圈单元的输出电力对所述二次电池进行充电的充电电路，
所述充电电路具有电压变换用线圈，
所述电压变换用线圈是在所述第一及第二线圈的、所述外壳的前端侧的端部彼此之间导线呈螺旋状卷绕于磁性体而成的线圈。
本发明的另一方式是一种无线电力传输装置，具备所述便携式电子设备和供电装置，
所述供电装置具有供电线圈和收纳所述供电线圈的框体，
所述框体具有可收纳所述便携式电子设备的至少一部分的凹部，
所述供电线圈呈螺旋状环绕所述凹部的周围。
也可以是，所述供电装置具有覆盖所述供电线圈的外周的筒状的第三磁性体。
也可以是，所述供电装置具有从所述第三磁性体的一端部向所述第三磁性体的一端部侧的开口中心侧延伸的第四磁性体和从所述第三磁性体的另一端部向所述第三磁性体的另一端部侧的开口中心侧延伸的第五磁性体。
也可以是，所述第四磁性体具有包围所述框体的所述凹部的一端侧开口部，
所述第五磁性体具有位于所述凹部的底部侧的另一端侧开口部，
所述一端侧开口部的开口宽度、及所述另一端侧开口部的开口宽度均比所述供电线圈的环绕宽度窄。
也可以是，所述另一端侧开口部的开口宽度比所述一端侧开口部的开口宽度窄。
此外，以上的构成要素的任意组合、在方法或系统等之间变换本发明的表现的内容作为本发明的方式也是有效的。
发明的效果
根据本发明，能够提供一种对小型化有利的结构的便携式电子设备及具备其的无线电力传输装置。
附图说明
图1是本发明的实施方式所涉及的便携式电子设备80的立体图。
图2是便携式电子设备80的主要部分放大分解立体图。
图3是便携式电子设备80的二次电池84及受电线圈单元90的分解状态的立体图。
图4是二次电池84及受电线圈单元90的组合状态的立体图。
图5表示本发明的实施方式所涉及的无线电力传输装置1中的、相对于无线供电装置10的便携式电子设备80的配置方法的立体图。
图6是无线供电装置10的送电线圈单元的分解立体图。
图7是无线电力传输装置1的主要部分概略截面图，是表示伴随着无线电力传输的磁通的流动的概略截面图。
图8是放大图7中的便携式电子设备80的前端部的概略截面图，是表示第一线圈85及第二线圈86的倾斜的角度α、β的说明图。
图9是无线电力传输装置1的概略电路框图。
图10表示图8的角度α、β和图9所示的受电电路93的输出电压Vout的关系的表。
图11表示便携式电子设备80的变形例1的概略截面图。
图12表示便携式电子设备80的变形例2的概略截面图。
图13是变形例2中的无线电力传输装置的概略电路框图。
具体实施方式
以下，参照附图，详细描述本发明的优选的实施方式。此外，对各附图中所示的相同或同等的构成要素、部件等标注相同的符号，适当省略重复的说明。另外，实施方式不对发明进行限定而是例示，实施方式所述的全部特征或其组合未必限于是发明的本质性内容。
参照图1～图10，对本发明的实施方式进行说明。根据图1，定义便携式电子设备80的长度方向和宽度方向。如图1所示，便携式电子设备80在本实施方式中是助听器，在从外壳81引出的电缆82的前端具有向耳朵的插入部83。外壳81是例如长度为L、宽度为W1的绝缘树脂成形体，能够通过未图示的夹子等卡止构件而留在使用者的衣服上。此外，便携式电子设备80也可以是挂在耳朵上或插入到耳朵的类型。
便携式电子设备80在外壳81的内部具有图2所示的锂离子二次电池等二次电池84及无线受电用的受电线圈单元90、图9所示的受电电路93及充电电路94、以及未图示的扩音器等功能部件。此外，所谓无线，是不伴有导体彼此的接触的意思。如图7所示，二次电池84配置于外壳81的前端部(长度方向上的一端部)内侧。受电线圈单元90在外壳81内配置于二次电池84的周围。受电线圈单元90优选收纳于二次电池84的高度范围内。
如图3及图4所示，受电线圈单元90具有导线呈螺旋状卷绕于第一磁性体87的第一线圈85和导线呈螺旋状卷绕于第二磁性体88的第二线圈86。第一磁性体87及第二磁性体88例如是将铁氧体等磁性粉的烧结体、或金属磁性素材混合为聚合物的具有可挠性的磁性薄片。第一磁性体87及第二磁性体88是相互不同个体，夹着外壳81的宽度方向中央部而分别配置于一侧和另一侧。第一磁性体87及第二磁性体88为薄板状，沿着二次电池84的侧面(外周面)形状，即，沿着二次电池84的轴周围方向弯曲(这里，弯曲成圆筒侧面状)。由此，分别卷绕于第一磁性体87及第二磁性体88的第一线圈85及第二线圈86的卷绕轴也沿着二次电池84的侧面形状(从轴向观察的侧面形状)弯曲。第一线圈85及第二线圈86夹着外壳81的宽度方向中央部而分别配置于一侧和另一侧。第一线圈85及第二线圈86的、外壳81的前端侧的端部彼此的间距G(图3)优选为3mm～7mm。另外，间距G(相同)优选为二次电池84的直径D(相同)的38％～100％。
如图7所示，第一磁性体87及第二磁性体88配置于二次电池84的外侧面(外周面)和与二次电池84的外侧面相对的外壳81的前端部内侧面之间。第一线圈85及第二线圈86配置于二次电池84的外侧面和与二次电池84的外侧面相对的外壳81的前端部内侧面之间。第一线圈85及第二线圈86在二次电池84的轴周围方向上处于互不相同的位置，且当电流流动时，以在各个卷绕轴上产生相互反方向的磁通的方式相互连接(第一线圈85及第二线圈86的相互连接线省略图示)。具体而言，以在电流流通于串联连接的第一线圈85及第二线圈86时，在第一磁性体87及第二磁性体88的各个上，第一线圈85产生的磁通和第二线圈86中产生的磁通成为相互反方向的方式，将第一线圈85及第二线圈86相互连接。
如图5及图7所示，无线供电装置10具备收纳送电线圈单元的框体(外壳)12。框体12例如为树脂成形体，具有能够收纳便携式电子设备80(供电对象设备)的至少一部分的凹部12a。凹部12a的开口宽度W2(图5)比便携式电子设备80的长边方向的尺寸L短，且比便携式电子设备80的宽度方向的尺寸W1长。
如图6所示，无线供电装置10的送电线圈单元具备供电线圈(送电线圈)11、缠绕供电线圈11的骨架13、作为第三磁性体的圆筒状磁性体14、作为第四磁性体的平板状磁性体15、作为第五磁性体的平板状磁性体16。骨架13例如为圆筒状的绝缘树脂成形体，设置成包围凹部12a的周围。供电线圈11卷绕于骨架13的外周面，呈螺旋状环绕凹部12a的周围。骨架13也可以在供电线圈11的两端分别具有凸缘部。供电线圈11、骨架13、圆筒状磁性体14、平板状磁性体15、及平板状磁性体16可以通过嵌件成形埋设(一体化)于框体12，也可以不通过嵌件成形而保持于框体12的内部空间。
圆筒状磁性体14例如为铁氧体烧结体，设置为接近地覆盖供电线圈11的外周(保持于框体12)。平板状磁性体15例如为铁氧体烧结体，从圆筒状磁性体14的上端(一端)部向圆筒状磁性体14的上部开口中心侧延伸。平板状磁性体16例如为铁氧体烧结体，从圆筒状磁性体14的下端(另一端)部向圆筒状磁性体14的下部开口中心侧延伸。
平板状磁性体15在自身的中央部具有包围框体12的凹部12a的上侧开口部(一端侧开口部)15a。平板状磁性体16在自身的中央部具有位于凹部12a的下方的下侧开口部(另一端侧开口部)16a。上侧开口部15a的开口宽度、及下侧开口部16a的开口宽度均比供电线圈11的环绕宽度窄。另外，下侧开口部16a的开口宽度比上侧开口部15a的开口宽度窄。
在图8中，角度β是将第一线圈85的一对端部彼此连结的第一假想线和将第二线圈86的一对端部彼此连结的第二假想线所成的角度。角度α是上述第一及第二假想线相对于便携式电子设备80的宽度方向分别所成的角度。角度α、β处于α×2+β＝180°的关系。
在图9所示的电路框图中，无线供电装置10具有向供电线圈11通电的送电电路18。便携式电子设备80具有对第一线圈85及第二线圈86中产生的感应电压进行整流、平滑的受电电路93及利用来自受电电路93的电压对二次电池84进行充电的充电电路94。通过由送电电路18对供电线圈11通电而产生的磁场(参照图7的箭头)，在第一线圈85及第二线圈86中产生感应电压，通过该感应电压，受电电路93及充电电路94对二次电池84供给充电电力。第一线圈85及第二线圈86中产生的感应电压通过上述的相互连接，相互极性(相位)一致，合成电压的绝对值成为各个感应电压的绝对值的总和。
图10是表示图8的角度α、β和图9所示的受电电路93的输出电压Vout的关系的表。根据图10，当角度β成为120度以下(角度α为30度以上)时，受电电路93的输出电压Vout成为4.5V以上。充电电路94所进行的充电优选对充电电路94的输入电压为4.5V以上。因此，角度β优选为120度以下(角度α为30度以上)。再有，当角度β成为100度以下(角度α为40度以上)时，受电电路93的输出电压成为5V的上限。因此，角度β更优选为100度以下(角度α为40度以上)。
根据本实施方式，能够起到下述的效果。
(1)一种将受电线圈单元90设置于二次电池84的侧面和外壳81的内面之间的结构，即使有在二次电池84的上下不能获取线圈配置空间的限制，也能够配置受电线圈单元90，在小型化进展的便携式电子设备80中也能够安装无线受电功能。这里，便携式电子设备80通过具备无线受电功能而不需要用于电池更换的空间(盖开闭的闩锁(latch)等)、或充电用的电缆插入用空间，由此，能够将空的空间利用于受电线圈单元90的配置。
(2)在无线供电装置10中，由于供电线圈11呈螺旋状环绕收纳便携式电子设备80的至少一部分的凹部12a的周围，因此，能够在凹部12a内整体性地产生磁场，如果便携式电子设备80的第一线圈85及第二线圈86处于凹部12a内，则不管便携式电子设备80如何放置，都能够进行充电。特别是将受电线圈作为第一线圈85及第二线圈86的两个，且作为相对于分别互不相同的方向的磁通容易受电的结构，因此，通过便携式电子设备80的放置方式(姿势)降低不能受电的风险。即，根据本实施方式，在无线供电装置10中适当地(以可充电的姿势)配置便携式电子设备80是容易的，使用者不需要特别注意便携式电子设备80相对于无线供电装置10的配置方式，伴随着充电的负担减小，便利性较高。另外，也能够大幅降低因便携式电子设备80相对于无线供电装置10的配置错误而不能执行电力传输的风险。
以上，以实施方式为例对本发明进行了说明，但对于本领域技术人员来说可理解在权利要求书所述的范围内可以对实施方式的各构成要素或各处理工艺进行各种变形。以下，描述变形例。
图11是表示便携式电子设备80的变形例1的概略截面图。本变形例与上述的实施方式比较，在第一磁性体87及第二磁性体88相互连结一体化的方面不同，在其他方面一致。被一体化的磁性体中，以便携式电子设备80的宽度方向中央为界，一侧是第一磁性体87，另一侧是第二磁性体88。本变形例也能够起到与实施方式同样的效果。
图12是表示便携式电子设备80的变形例2的概略截面图。图13是变形例2中的无线电力传输装置的概略电路框图。本变形例与上述的变形例1比较，在追加了电压变换用线圈94a的方面不同，在其他方面一致。电压变换用线圈94a是设置于充电电路94的电压变换用线圈，是构成DC－DC转换器的一部分的线圈。电压变换用线圈94a是在第一线圈85及第二线圈86的、外壳81的前端侧的端部彼此之间，横跨第一磁性体87及第二磁性体88将导线卷绕成螺旋状的线圈。本变形例也能够起到与实施方式同样的效果。另外，根据本变形例，与将电压变换用线圈94a另外设置于外壳81内的其他部位的情况相比，对省空间化是有利的。此外，电压变换用线圈94a也可以仅卷绕于第一磁性体87及第二磁性体88的任一方。该情况下，在第一磁性体87和第二磁性体88之间也可以与实施方式同样地存在间隙。
在便携式电子设备80中，构成第一线圈85及第二线圈86、以及变形例2的电压变换用线圈94a的导线也可以分别是设置于柔性基板上的导体。第一线圈85及第二线圈86、以及变形例2的电压变换用线圈94a的卷绕轴不限定于沿着二次电池84的侧面弯曲的情况，也可以是直线状。该情况下，上述卷绕轴也可以具有沿着二次电池84的轴周围方向的部分。第一磁性体87及第二磁性体88不限定于沿着二次电池84的侧面弯曲的情况，也可以为平板状。在平板状的情况下，也可以与相对于二次电池84的侧面的切平面平行。
在无线供电装置10中，圆筒状磁性体14、平板状磁性体15、16增强在供电线圈11的内侧产生的磁场，起到提高供电效率的作用，但只要能够供电，则也可以省略任一个或全部。平板状磁性体16的下侧开口部16a也可以省略。
符号的说明
1无线电力传输装置、10无线供电装置、11供电线圈(送电线圈)、12框体、12a凹部、13骨架、14圆筒状磁性体(第三磁性体)、15平板状磁性体(第四磁性体)、16平板状磁性体(第五磁性体)、80便携式电子设备、81外壳、82电缆、83插入部、84二次电池、90受电线圈单元。

Claims (19)

1.一种便携式电子设备，其特征在于，
具备：
外壳；
配置于所述外壳的前端部内侧的二次电池；和
在所述外壳内配置于所述二次电池的周围的受电线圈单元，
所述受电线圈单元具有导线呈螺旋状卷绕于第一磁性体而成的第一线圈和导线呈螺旋状卷绕于第二磁性体而成的第二线圈，
所述第一线圈及第二线圈在所述二次电池的轴周围方向上处于互不相同的位置，并且当电流流动时，以在各卷绕轴上产生相互反方向的磁通的方式相互连接，
所述第一线圈及第二线圈配置为将所述第一线圈的一对端部彼此连结的第一假想线和将所述第二线圈的一对端部彼此连结的第二假想线所成的角度成为120度以下。
2.根据权利要求1所述的便携式电子设备，其特征在于，
所述第一线圈及第二线圈的卷绕轴分别具有沿着所述二次电池的轴周围方向的部分。
3.根据权利要求1或2所述的便携式电子设备，其特征在于，
所述第一线圈及第二线圈配置为将所述第一线圈的一对端部彼此连结的第一假想线和将所述第二线圈的一对端部彼此连结的第二假想线所成的角度成为100度以下。
4.根据权利要求1或2所述的便携式电子设备，其特征在于，
所述第一线圈及第二线圈各自的卷绕轴沿着所述二次电池的侧面形状弯曲。
5.根据权利要求1或2所述的便携式电子设备，其特征在于，
所述第一磁性体及第二磁性体相互连结。
6.根据权利要求1或2所述的便携式电子设备，其特征在于，
所述第一磁性体及第二磁性体为相互不同个体，夹着所述外壳的宽度方向中央部而分别配置于一侧和另一侧。
7.根据权利要求1或2所述的便携式电子设备，其特征在于，
所述第一线圈及第二线圈夹着所述外壳的宽度方向中央部而分别配置于一侧和另一侧。
8.根据权利要求1或2所述的便携式电子设备，其特征在于，
所述第一线圈及第二线圈的、所述外壳的前端侧的端部彼此的间距为3mm～7mm。
9.根据权利要求1或2所述的便携式电子设备，其特征在于，
所述第一线圈及第二线圈的、所述外壳的前端侧的端部彼此的间距为所述二次电池的直径的38％～100％。
10.根据权利要求4所述的便携式电子设备，其特征在于，
所述第一磁性体及第二磁性体相互连结。
11.根据权利要求4所述的便携式电子设备，其特征在于，
所述第一磁性体及第二磁性体为相互不同个体，夹着所述外壳的宽度方向中央部而分别配置于一侧和另一侧。
12.根据权利要求1或2所述的便携式电子设备，其特征在于，
具备由所述受电线圈单元的输出电力对所述二次电池进行充电的充电电路，
所述充电电路具有电压变换用线圈，
所述电压变换用线圈是在所述第一线圈及第二线圈的、所述外壳的前端侧的端部彼此之间导线呈螺旋状卷绕于磁性体而成的线圈。
13.根据权利要求4所述的便携式电子设备，其特征在于，
具备由所述受电线圈单元的输出电力对所述二次电池进行充电的充电电路，
所述充电电路具有电压变换用线圈，
所述电压变换用线圈是在所述第一线圈及第二线圈的、所述外壳的前端侧的端部彼此之间导线呈螺旋状卷绕于磁性体而成的线圈。
14.根据权利要求5所述的便携式电子设备，其特征在于，
具备由所述受电线圈单元的输出电力对所述二次电池进行充电的充电电路，
所述充电电路具有电压变换用线圈，
所述电压变换用线圈是在所述第一线圈及第二线圈的、所述外壳的前端侧的端部彼此之间导线呈螺旋状卷绕于磁性体而成的线圈。
15.一种无线电力传输装置，其特征在于，
具备权利要求1～14中任一项所述的便携式电子设备和供电装置，
所述供电装置具有供电线圈和收纳所述供电线圈的框体，
所述框体具有能够收纳所述便携式电子设备的至少一部分的凹部，
所述供电线圈呈螺旋状环绕所述凹部的周围。
16.根据权利要求15所述的无线电力传输装置，其特征在于，
所述供电装置具有覆盖所述供电线圈的外周的筒状的第三磁性体。
17.根据权利要求16所述的无线电力传输装置，其特征在于，
所述供电装置具有从所述第三磁性体的一端部向所述第三磁性体的一端部侧的开口中心侧延伸的第四磁性体和从所述第三磁性体的另一端部向所述第三磁性体的另一端部侧的开口中心侧延伸的第五磁性体。
18.根据权利要求17所述的无线电力传输装置，其特征在于，
所述第四磁性体具有包围所述框体的所述凹部的一端侧开口部，
所述第五磁性体具有位于所述凹部的底部侧的另一端侧开口部，
所述一端侧开口部的开口宽度、及所述另一端侧开口部的开口宽度均比所述供电线圈的环绕宽度窄。
19.根据权利要求18所述的无线电力传输装置，其特征在于，
所述另一端侧开口部的开口宽度比所述一端侧开口部的开口宽度窄。
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