JP2005260122A - 非接触電力伝送モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】電力伝送効率を損なうことなく小型化、薄型化して装置へ組み込むときの制約を少なくするとともに、機能要素を配置して多機能化に対応できる非接触電力伝送モジュールを提供する。
【解決手段】
給電ユニットと受電ユニットの各々が回路部と機能要素とコイルとコアを有する非接触電力伝送モジュールである。フェライトを材料とする薄板状のポット型コアはコイル配置部と機能要素配置部を有する。回路部とコイルとはＦＰＣにおける折曲部を境界とする各領域に一連で形成され、折曲部において折り返しコアをＦＰＣによって挟み込むようにしてコイルをコイル配置部に配置するとともに回路部をコイル配置部とは反対側の面に配置するようにした。
【選択図】 図１

Description

本発明は非接触電力伝送の技術分野に属する。特に、給電ユニットと受電ユニットの電力伝送効率を損なうことなく小型化、薄型化するとともに、機能要素を配置して多機能化した非接触電力伝送モジュールに関する。

コードを使用して電力伝送を行うことに難点が存在するとき、非接触電力伝送が適用される。たとえば、軸受に軸を支持されて回転する物体に電力を供給するときには、軸受けと軸との間でスリップリングによる電力伝送が一般に行われるが、高い信頼性や耐久性を必要とするときには摩耗部分が存在しない非接触電力伝送が好適である。また、繰返し充電できる二次電池を内蔵する電動歯ブラシ、電気シェーバ等の機器においては、電気的なコンタクトから通電して充電する方式では、コンタクトの不具合や水周りで使用することによる漏電の危険性を回避する必要があるため非接触電力伝送が好適である。また、体内に埋め込む心臓のペースメーカや人口心臓への電力伝送においてコードを使用することは不快であるだけでなくコード取出口からの病原菌感染の恐れも高いため非接触電力伝送が不可欠である。

このような非接触電力伝送においては、用途を限定した専用の装置として実現されることが多く、多様な用途に対応できる構成とはなっていない。特に、多様な装置へ組み込むときの空間的な制約を考慮すると、小型化、薄型化が好適である。しかしながら、給電ユニットと受電ユニットの電力伝送効率を損なうことなく小型化、薄型化した非接触電力伝送装置は存在しない。

またこのような非接触電力伝送においては、特定の給電ユニットと特定の受電ユニットとを一組として使用することを設計の前提条件としたものが多い。しかし、給電ユニットと受電ユニットを分離できるようになっているときには、特定の給電ユニットと特定の受電ユニットとが組み合わさることが必ずしも保障されない。また、受電ユニットが組み合わさっていないにも係わらず給電ユニットが給電動作を続けると、電力を無駄に消費するだけではなく、給電ユニットが発熱して損傷の原因となり得る。

このような欠点を解消した非接触電力伝送装置として、充電部（給電ユニット）から被充電部（受電ユニット）への非接触電力伝送を行い、被充電部から充電部への光信号により非接触信号伝送を可能にして、２次電池、特にＬｉ−イオン２次電池の正確な充電制御ができるようにした装置の提案がある（特許文献１）。
特開平１０−１４１２４

しかし、この非接触電力伝送装置においては、用途や機能が２次電池のフィードバック制御による充電に限定されてしまい、多用途、多機能に対応できるような構成とはなっていない。

本発明の目的は、給電ユニットと受電ユニットの電力伝送効率を損なうことなく小型化、薄型化して装置へ組み込むときの制約を少なくするとともに、機能要素を配置して多機能化に対応できる非接触電力伝送モジュールを提供することにある。

本発明の請求項１に係る非接触電力伝送モジュールは、回路部（Ａ）と機能要素（Ａ）とコイル（Ａ）とコア（Ａ）を有する給電ユニットを備える非接触電力伝送モジュールであって、前記コア（Ａ）は前記コイル（Ａ）を配置するコイル配置部（Ａ）と前記機能要素（Ａ）を配置する機能要素配置部（Ａ）を有するフェライトを材料とする薄板状のポット型コアであり、前記回路部（Ａ）と前記コイル（Ａ）とはＦＰＣ（flexible print circuit）（Ａ）における折曲部（Ａ）を境界とする前記ＦＰＣ（Ａ）の各領域に一連で形成され、前記ＦＰＣ（Ａ）を折曲部（Ａ）において折り返し前記コア（Ａ）を前記ＦＰＣ（Ａ）によって挟み込むようにして前記コイル（Ａ）を前記コアの前記コイル配置部（Ａ）に配置するとともに前記回路部（Ａ）を前記コアの前記コイル配置部（Ａ）とは反対側の面に配置し、前記機能要素（Ａ）を前記機能要素配置部（Ａ）に配置するようにしたものである。
また本発明の請求項２に係る非接触電力伝送モジュールは、回路部（Ｂ）と機能要素（Ｂ）とコイル（Ｂ）とコア（Ｂ）を有する受電ユニットを備える非接触電力伝送モジュールであって、前記コア（Ｂ）は前記コイル（Ｂ）を配置するコイル配置部（Ｂ）と前記機能要素（Ｂ）を配置する機能要素配置部（Ｂ）を有するフェライトを材料とする薄板状のポット型コアであり、前記回路部（Ｂ）と前記コイル（Ｂ）とはＦＰＣ（Ｂ）における折曲部（Ｂ）を境界とする前記ＦＰＣ（Ｂ）の各領域に一連で形成され、前記ＦＰＣ（Ｂ）を折曲部（Ｂ）において折り返し前記コア（Ｂ）を前記ＦＰＣ（Ｂ）によって挟み込むようにして前記コイル（Ｂ）を前記コアの前記コイル配置部（Ｂ）に配置するとともに前記回路部（Ｂ）を前記コアの前記コイル配置部（Ｂ）とは反対側の面に配置し、前記機能要素（Ｂ）を前記機能要素配置部（Ｂ）に配置するようにしたものである。
また本発明の請求項３に係る非接触電力伝送モジュールは、請求項１記載の給電ユニットと請求項２記載の受電ユニットを備える非接触電力伝送モジュールであって、前記コア（Ａ）と前記コア（Ｂ）は両者を所定の配置としたときに密閉された磁気回路を形成するとともに前記機能要素配置部（Ａ）と機能要素配置部（Ｂ）とが対向する配置となるコアであるようにしたものである。
また本発明の請求項４に係る非接触電力伝送モジュールは、請求項１〜３のいずれかに記載の非接触電力伝送モジュールにおいて、前記給電ユニットおよび／または前記受電ユニットの構成要素を、少なくとも１つの開放面を有する収容ケース（Ａおよび／またはＢ）に、前記開放面が前記コイル配置部（Ａおよび／またはＢ）の側の面となるように収容するようにしたものである。
また本発明の請求項５に係る非接触電力伝送モジュールは、請求項１〜４のいずれかに記載の非接触電力伝送モジュールにおいて、前記給電ユニットおよび／または前記受電ユニットの構成要素を樹脂モールドにより一体化するようにしたものである。
また本発明の請求項６に係る非接触電力伝送モジュールは、請求項１〜５のいずれかに記載の非接触電力伝送モジュールにおいて、前記回路部（Ａおよび／またはＢ）は、給電回路および／または受電回路とともに前記機能要素（Ａおよび／またはＢ）を動作させる動作回路（Ａおよび／またはＢ）を有するようにしたものである。
また本発明の請求項７に係る非接触電力伝送モジュールは、請求項１〜６のいずれかに記載の非接触電力伝送モジュールにおいて、前記機能要素（Ａおよび／またはＢ）を前記ＦＰＣ（Ａおよび／またはＢ）に配置するようにしたものである。
また本発明の請求項８に係る非接触電力伝送モジュールは、請求項１〜７のいずれかに記載の非接触電力伝送モジュールにおいて、前記機能要素（Ａ）はフォトリフレクターであり、前記機能要素（Ｂ）は光反射部材であって、前記フォトリフレクターが投光する光を前記フォトリフレクターが受光したときに、前記給電ユニットによる本給電を行うようにしたものである。
また本発明の請求項９に係る非接触電力伝送モジュールは、請求項１〜７のいずれかに記載の非接触電力伝送モジュールにおいて、前記機能要素（Ａ）はＲＦＩＤ（radio frequency identification）システムのリーダであり、前記機能要素（Ｂ）はＲＦＩＤシステムのデータキャリアであって、前記リーダが前記データキャリアから所定のＩＤを読み取ったときに、前記給電ユニットによる本給電を行うようにしたものである。
また本発明の請求項１０に係る非接触電力伝送モジュールは、請求項１〜７のいずれかに記載の非接触電力伝送モジュールにおいて、前記機能要素（Ａ）と前記機能要素（Ｂ）は双方向のデータ通信を行う機能要素であって、前記双方向のデータ通信に基づいて、前記給電ユニットと前記受電ユニットは協調動作を行うようにしたものである。
また本発明の請求項１１に係る非接触電力伝送モジュールは、請求項１０に係る非接触電力伝送モジュールにおいて、前記協調動作は前記受電ユニットの状態に応じた適正電力を前記給電ユニットが供給する協調動作であるようにしたものである。
また本発明の請求項１２に係る非接触電力伝送モジュールは、請求項１０または１１に係る非接触電力伝送モジュールにおいて、前記協調動作は前記給電ユニットを通じて制御する装置が前記受電ユニットから電力供給を受けて動作する装置を制御する協調動作であるようにしたものである。

本発明の請求項１に係る非接触電力伝送モジュールによれば、その給電ユニットは、フェライトを材料とする薄板状のポット型コアとＦＰＣのコイルを使用することにより電力伝送効率が高い。またＦＰＣを折り曲げコアを挟むようにＦＰＣの回路部とコイルとを反対面に配置することにより小型化、薄型化される。また、機能要素を配置することにより多機能化に対応できる。したがって、給電ユニットの電力伝送効率を損なうことなく小型化、薄型化して装置へ組み込むときの制約を少なくするとともに、機能要素を配置して多機能化に対応できる非接触電力伝送モジュールが提供される。
また本発明の請求項２に係る非接触電力伝送モジュールによれば、その受電ユニットは、フェライトを材料とする薄板状のポット型コアとＦＰＣのコイルを使用することにより電力伝送効率が高い。またＦＰＣを折り曲げコアを挟むようにＦＰＣの回路部とコイルとを反対面に配置することにより小型化、薄型化される。また、機能要素を配置することにより多機能化に対応できる。したがって、受電ユニットの電力伝送効率を損なうことなく小型化、薄型化して装置へ組み込むときの制約を少なくするとともに、機能要素を配置して多機能化に対応できる非接触電力伝送モジュールが提供される。
また本発明の請求項３に係る非接触電力伝送モジュールによれば、給電ユニットのコアと受電ユニットのコアは両者を所定の配置としたときに密閉された磁気回路が形成されるとともに給電ユニットの機能要素配置部と受電ユニットの機能要素配置部とが対向する配置となる。したがって、給電ユニットと受電ユニットを組み合わせたときの電力伝送効率を損なうことなく小型化、薄型化して装置へ組み込むときの制約を少なくするとともに、機能要素を配置して多機能化に対応できる非接触電力伝送モジュールが提供される。
また本発明の請求項４に係る非接触電力伝送モジュールによれば、収容ケース（Ａおよび／またはＢ）により一体化される。
また本発明の請求項５に係る非接触電力伝送モジュールによれば、樹脂モールドにより一体化され耐水性が得られる。
また本発明の請求項６に係る非接触電力伝送モジュールによれば、給電回路とともに、機能要素（Ａおよび／またはＢ）を動作させる動作回路（Ａおよび／またはＢ）が回路部（Ａおよび／またはＢ）に一体化される。
また本発明の請求項７に係る非接触電力伝送モジュールによれば、機能要素（Ａおよび／またはＢ）がＦＰＣ（Ａおよび／またはＢ）に配置される。
また本発明の請求項８に係る非接触電力伝送モジュールによれば、給電ユニットの機能要素であるフォトリフレクターが投光する光をそのフォトリフレクターが受光したときに、給電ユニットによる本給電が行われる。
また本発明の請求項９に係る非接触電力伝送モジュールによれば、給電ユニットの機能要素であるＲＦＩＤシステムのリーダが、受電ユニットの機能要素であるＲＦＩＤシステムのデータキャリアから所定のＩＤを読み取ったときに、給電ユニットによる本給電が行われる。
また本発明の請求項１０に係る非接触電力伝送モジュールによれば、給電ユニットの機能要素と受電ユニットの機能要素は双方向のデータ通信を行う機能要素であるから、双方向のデータ通信に基づいて給電ユニットと受電ユニットによる協調動作が行なわれる。
また本発明の請求項１１に係る非接触電力伝送モジュールによれば、協調動作により受電ユニットの状態に応じた適正電力が給電ユニットから供給される。
また本発明の請求項１２に係る非接触電力伝送モジュールによれば、協調動作により給電ユニットを通じて制御する装置によって受電ユニットから電力供給を受けて動作する装置が制御される。

本発明の非接触電力伝送モジュールについて図１〜図８を参照して説明する。図１は本発明の非接触電力伝送モジュールにおける給電ユニットと受電ユニットの構成を示す図である。図１（Ｂ）は給電ユニットの斜視図と断面図を示し、図１（Ｂ）において１１０はポット型コア、１２０はＦＰＣ（flexible print circuit）、１２１は折曲部、１３０はコイル、１４０は給電回路、１５０は機能要素、１６０はケース、１７０は入力端子である。また図１（Ａ）は受電ユニットの斜視図と断面図を示し、図１（Ａ）において、２１０はポット型コア、２２０はＦＰＣ、２２１は折曲部、２３０はコイル、２４０は受電回路、２６０はケース、２７０は出力端子である。図１（Ａ）の斜視図においては隠れて見えない配置となっているが、図１（Ｂ）の斜視図において示すようなコイル１３０と機能要素１５０と対応する位置にコイル２３０と機能要素２５０とが存在する。

図１において、給電ユニットと受電ユニットは対向するように描かれている。給電ユニットと受電ユニットにおける構成要素は、上述のように共通する構成要素を含んでおり、それらは対応関係を有して配置されている。たとえば、給電ユニットのコイル１３０と受電ユニットのコイル２３０はＦＰＣで形成した平面状のコイルである。そして、給電ユニットから受電ユニットに電力伝送を行うときの配置においては、コイル１３０の面とコイル２３０の面が対向し重ね合わされるような近接した配置となる。また、その配置においては、給電ユニットのポット型コア１１０と受電ユニットのポット型コア２１０によって密閉された磁気回路が形成される。また、その配置においては、給電ユニットの機能要素１５０と受電ユニットの機能要素２５０とが対向する。

ポット型コア１１０，２１０はフェライトを材料とし、図１に示すように、断面がＥ字の形状を有している。実際は斜視図に示すように、ポット型コア１１０，２１０は大まかな外形が矩形の薄板状であり、その薄板にドーナツ状の溝が形成されたポット型コアである（図７参照）。そのドーナツ状の溝はコイル１３０，２３０が配置されるポット型コア１１０，２１０のコイル配置部である。またポット型コア１１０，２１０には、機能要素１５０，２５０が配置される機能要素配置部が存在する。図１に示す一例においては、機能要素配置部は矩形で薄板状のコアにおける端部を小さな矩形に切欠いた形状を有する。またポット型コア１１０，２１０には、その表裏面に折り返して配置されるＦＰＣ１２０，２２０における折曲部１２１，２２１を表裏面に貫通させるため、矩形で薄板状のコアにおける端部を小さな矩形に切欠いた形状を有する。

ＦＰＣ１２０はコイル１３０と給電回路１４０を形成するだけでなく、機能要素１５０を実装し、また機能要素１５０を動作させる動作回路も形成するＦＰＣである。
同様に、ＦＰＣ２２０は、コイル２３０と受電回路２４０を形成するだけでなく、機能要素２５０を実装し、また機能要素２５０を動作させる動作回路も形成するＦＰＣである。
ＦＰＣ１２０，２２０には、基本的に回路部とコイルを形成する２つの領域に分けることができる。回路部とコイルは折曲部１２１，２２１を境界として各領域に一連で形成される。ＦＰＣ１２０，２２０は折曲部１２１，２２１において折り返しが行われる（図２（Ａ）参照）。そして、ポット型コア１１０，２１０をＦＰＣ１２０，２２０によって挟み込むようにする。そうすることによって、コイルをドーナツ状の溝として形成されたコイル配置部に配置する。また、回路部を矩形で薄板状のポット型コア１１０，２１０におけるコイル配置部とは反対側の面に配置する。

コイル１３０，２３０は、すでに説明したように、ＦＰＣによって形成したコイルである。このコイルはＦＰＣの平面に渦状に形成される。ＦＰＣにおけるコイルの中央はポット型コア１１０，２１０の中央部分が貫通できるように開口している。したがって、その開口部分の周りにコイルが形成される。コイルは片面だけに形成するのではなく両面に形成し、スルーホールによって両面に形成されたコイルを結合し、１つのコイルとして機能させるようにする。ＦＰＣの両面をコイル形成に使用することによりコイルパターンへの実装面積がほぼ２倍となる。そのため片面を使用した場合と比較して、ターン数（巻回数）を２倍にまでに増やすことが可能となる。また、同じ巻数でも線幅を広げられ、電流量を増やすことができる。また、線間を広げることができ高い電圧を印加することができる。
なお、同様の考え方でＦＰＣを積層（多層化）することによって、所定の巻数、電流値、電圧値に対応することが可能となる。

給電回路１４０、受電回路２４０は、すでに説明したように、ＦＰＣに回路素子を実装した給電回路、受電回路である。給電回路１４０、受電回路２４０は、機能要素１５０，２５０の動作回路を含むその他の回路を実装した回路部の領域に形成される。給電回路１４０は給電ユニットの外部端子である入力端子１７０に供給される電力によって動作する。たとえば入力端子１７０には電圧がＤＣ１２Ｖ（volt）の電力が入力される。また受電回路２４０はコイル２３０に電磁誘導によって供給される電力によって動作する。そして、供給された電力の大部分（割合は効率によって決まる）を受電ユニットの外部端子である出力端子２７０から外部装置に供給する。たとえば出力端子２７０には電圧がＤＣ９Ｖの電力が出力される。給電回路１４０、受電回路２４０については、詳細を後述する。

機能要素１５０，２５０は非接触電力伝送モジュールに電力供給だけでない所定の機能を付与するための要素である。機能要素１５０，２５０と、それを動作させる動作回路は、すでに説明したように、給電回路１４０、受電回路２４０を含むその他の回路を実装した回路部の領域に形成される。たとえば、機能要素１５０はフォトリフレクターであり、機能要素２５０は光反射部材である。フォトリフレクターが投光する光が光反射部材に反して戻りフォトリフレクターが受光したときに、給電ユニットによる本給電を行うようにする。機能要素１５０，２５０については、詳細を後述する。

ケース１６０は給電ユニットの構成要素を収容するケースであり、ケース２６０は受電ユニットの構成要素を収容するケースである。ケース１６０，２６０は少なくとも１つの開放面を有し、その開放面がコイル１３０，２３０を配置するポット型コア１１０，２１０におけるコイル配置部の側の面となるように構成要素を収容する（図８参照）。

ケース１６０，２６０に収容する代わりに、給電ユニット、受電ユニットの構成要素を樹脂モールドにより一体化してもよい。また、ケース１６０，２６０に収容した後に給電ユニット、受電ユニットの構成要素を樹脂モールドにより一体化すると好適である。樹脂モールドに使用する樹脂としては、ポリアミド系等の熱可塑性樹脂、エポキシ系、シリコーン系等の硬化型樹脂を使用することができる。

以上の構成において、次に、本発明の非接触電力伝送モジュールを組み立てる過程について図２を参照して説明する。図２は本発明の非接触電力伝送モジュールの組立形態を示す図（組立図）である。図２（Ａ）は非接触電力伝送モジュールの構成要素を別々にして示した斜視図と上面図であり、図２（Ｂ）は組み立てた非接触電力伝送モジュールを示す斜視図と上面図である。非接触電力伝送モジュールにおける給電ユニットと受電ユニットは類似した構成要素を有するから、図２においては、給電ユニットだけを示してある。

図２（Ａ）に示すように、本発明の非接触電力伝送モジュールは３つの主要な構成要素を有する。それらはポット型コア１１０とＦＰＣ１２０とケース１６０である。それらは各々別々に加工製作されて組立工程において集結準備される。ＦＰＣ１２０には回路素子等が実装済みとなっている。ＦＰＣ１２０は、上面図においては展開された平面形態となっている。斜視図においては折曲部１２１において折り曲げられ、給電回路１４０等の回路部とコイル１３０の面が並行するように折り返されている。

このように折り返された回路部とコイルの間にポット型コア１１０を挟み込む。挟み込んだときには、ポット型コア１１０におけるコイル配置部にＦＰＣ１２０におけるコイル１３０が配置される。またポット型コア１１０におけるコイル配置部の反対側の面にはＦＰＣ１２０における回路部が配置される。
このように挟み込んだ状態においてポット型コア１１０とＦＰＣ１２０をケース１６０に収容する。このとき、入力端子１７０をケース１６０に形成された２つの孔から外側に引き出す。

この組立過程においては、当然ながら、組み立てた構成要素が位置ずれや分解することがないようにする。たとえば、ａ）各構成要素における所定の位置が保持されるように接着剤により仮止めする、ｂ）ポット型コア１１０やケース１６０に嵌め合わせる形状を持たせ構成要素間が機械的に結合することにより所定の位置となるようにする、ｃ）各構成要素を所定の位置で固定するための専用工具を使用する、等の周知の方法を適用することができる。
最後に、構成要素を樹脂モールド等により一体化することによって組立てを完了し、図２（Ｂ）に示すような非接触電力伝送モジュールを得る。

次に、本発明の非接触電力伝送モジュールの給電ユニットにおける回路部について図３、図５を参照して説明する。図３は給電回路１４０や機能要素の動作回路を含む回路部の一例を示す回路図である。図３において、給電回路１４０は、ＩＣ−２，Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３等を含む部分である。また、機能要素はフォトリフレクタＦ．Ｒであり、その動作回路はＩＣ−１，ＩＣ−３，Ｑ４等を含む部分である。図５は、そのような給電ユニットにおける回路部の回路素子を実装したＦＰＣの一例を示す実装図である。

給電回路１４０において、ＩＣ−２（ＮＪＭ２３４０ＲＢＩ）はＤＣ／ＤＣコンバータコントロールＩＣ（integrated circuit）である。ＩＣ−２の６番ピンと７番ピンに接続されたキャパシタＣ４とレジスタＲ４により発信回路が形成されるとともにその発信の周波数も決定される。ＩＣ−２の５番ピンから発信出力が取り出され、Ｑ１により増幅された信号はＱ２によりドライブされるＱ３をオンオフする。Ｑ３（２ＳＫ２７８８）は電力スイッチング用のトランジスタである。コイル（ＦＰＣコイル）の一端は電源のＶＣＣ（１２Ｖ）に接続されており、他端はＱ３のドレインに接続され、そのＱ３を介して電源のＧＮＤに接続されている。したがって、Ｑ３がオンオフ（スイッチング）することにより、コイルに流れる電流がオンオフする。

機能要素と、その動作回路において、ＩＣ−１はその入力端子が電源のＶＣＣに接続された安定化電源用の３端子レギュレータであり動作回路に電力を供給している。機能要素であるフォトリフレクタＦ．Ｒはその端子（３）がＩＣ−１の出力に接続されており、端子（２）がレジスタＲ７を介して電源のＧＮＤに接続されている。この接続により、フォトリフレクタＦ．Ｒのフォトダイオードが点灯する。また、フォトリフレクタＦ．Ｒのフォトトランジスタは光線入力の有無によってオンオフし、端子（３）と端子（４）を導通非導通にする。

端子（４）はＩＣ−３の入力端子に接続されていからＩＣ−３がオンオフし、それがＱ４をオンオフする。Ｑ４は電源のＧＮＤと給電回路１４０のＧＮＤ（グランド）との間に設けられた電力スイッチング用のトランジスタである。したがって、フォトリフレクタＦ．Ｒの前に反射部材が存在するか否かによりフォトトランジスタがオンオフし、給電回路１４０がオンオフする。

次に、本発明の非接触電力伝送モジュールの受電ユニットにおける回路部について図４、図６を参照して説明する。図４は受電回路の一例を示す回路図である。図４において、受電回路２４０は、Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４から成るダイオード整流ブリッジ，ＩＣ−１，等を有する。図６は、そのような受電ユニットにおける回路部の回路素子を実装したＦＰＣの一例を示す実装図である。

受電ユニットのコイル（ＦＰＣコイル）は電磁誘導により交流の起電力を生じ、ダイオード整流ブリッジにその電力を供給する。ダイオード整流ブリッジにおいてその電力が整流されキャパシターＣ１に蓄積される。ＩＣ−１はその入力端子がキャパシターＣ１に接続された安定化電源用の３端子レギュレータである。ＩＣ−１の出力端子はキャパシターＣ２に接続されており、安定化された電力はキャパシターＣ２に蓄積される。

次に、本発明の非接触電力伝送モジュールにおける機能要素について説明する。機能要素は、すでに説明したように、非接触電力伝送モジュールに電力供給だけでない所定の機能を付与するための要素である。給電ユニットの機能要素がフォトリフレクターであり、受電ユニットの機能要素が光反射部材である一例についてはすでに説明した。ここでは、その他の例について説明する。

給電ユニットの機能要素をＲＦＩＤ（radio frequency identification）システムのリーダとする。また、受電ユニットの機能要素をＲＦＩＤシステムのデータキャリアとする。そして、リーダがデータキャリアから所定のＩＤを読み取ったときに、給電ユニットによる本給電を行うようにする。ここで本給電の状態とは、給電回路を動作させて通常の電力を伝送する状態である。本給電でない状態とは、機能要素とその動作回路は動作させるが、給電回路は動作させないか、所定の小さな電力の伝送だけに限定する状態である。

上述のフォトリフレクターと光反射部材との組合わせによっても給電ユニットと受電ユニットが適正な配置となったときにだけ給電を行うようにすることができる。しかしながら、光反射部材は極めて単純な部材であるからその代わりをするような部材が、フォトリフレクターに接近するだけで給電ユニットが動作する恐れがある。ＲＦＩＤシステムを機能要素とすることにより、そのような誤動作を回避することができる。

本発明の非接触電力伝送モジュールに適用するＲＦＩＤシステムは、非接触式であっても通信距離においては１ｍｍ〜１ｃｍ程度あれば十分である。したがって、国際規格ＩＳＯ１０５３６の密着型、または国際規格ＩＳＯ１４４４３の近接型のＲＦＩＤシステムにおける通信方式等を応用することができる。勿論、他の国際規格のものも応用することや、独自のシステムとすることができる。また、リーダやデータキャリアの形状については、国際規格に係わらず、非接触電力伝送モジュールに好適な独自の形状とすることができ、その方が好適である。

電磁誘導で通信を行うＲＦＩＤシステムも基本的には双方向通信であるが、ＲＦＩＤシステム以外の双方向通信も本発明の非接触電力伝送モジュールに適用することができる。たとえば、一対のフォトリフレクターを投光部と受光部を対向させるように配置して双方向通信を行えるようにすることができる。また、その動作もＩＤを読取る動作だけではなく、より複雑な動作を行わせることができる。すなわち、非接触電力伝送モジュールにおいて、給電ユニットの機能要素と受電ユニットの機能要素を双方向のデータ通信を行う機能要素とする。そして、双方向のデータ通信に基づいて、給電ユニットと受電ユニットが協調動作を行うようにする。

たとえば、協調動作は受電ユニットの状態に応じた適正電力を給電ユニットが供給する協調動作であるようにすることができる。受電ユニットにおける電力消費量が大きいときには、給電ユニットによる電力伝送を大きくする。受電ユニットにおける電力消費量が小さいときには、給電ユニットによる電力伝送を小さくする。また、受電ユニットに２次電池が内蔵されていて、その２次電池に充電を行うときには、充電中に変化する２次電池の状態に合わせて電力伝送を制御するようにする。２次電池がリチウムイオン２次電池のときには、この制御によって２次電池の寿命を大幅に延長することができる。

また、協調動作は給電ユニットを通じて制御する装置が受電ユニットから電力供給を受けて動作する装置を制御する協調動作であるようにすることができる。制御装置が出力する操作信号を給電ユニットと受電ユニットを介して被制御装置に出力し、被制御装置の状態を受電ユニットと給電ユニットを介して制御装置に出力ようにする。たとえば、電力供給を受けて動作する装置が発光素子を多数配置したパネルであるとき、発光素子を選択的に発光させるように制御することによりパネルが多様な形態で表示するようにできる。

本発明の非接触電力伝送モジュールにおける給電ユニットと受電ユニットの構成を示す図である。 本発明の非接触電力伝送モジュールの組立形態を示す図（組立図）である。 給電ユニットにおける給電回路や機能要素の動作回路を含む回路部の一例を示す回路図である。。 受電ユニットにおける受電回路の一例を示す回路図である。 給電ユニットにおける回路部の回路素子を実装したＦＰＣの一例を示す実装図である。 受電ユニットにおける回路部の回路素子を実装したＦＰＣの一例を示す実装図である。 本発明の非接触電力伝送モジュールにおけるポット型コアの形状の一例を示す図面である。 本発明の非接触電力伝送モジュールにおけるケースの形状の一例を示す図面である。

符号の説明

１１０ ポット型コア
１２０ ＦＰＣ（flexible print circuit）
１２１ 折曲部
１３０ コイル
１４０ 給電回路
１５０ 機能要素
１６０ ケース
１７０ 入力端子
２１０ ポット型コア
２２０ ＦＰＣ
２２１ 折曲部
２３０ コイル
２４０ 受電回路
２６０ ケース
２７０ 出力端子

Claims (12)

1. 回路部（Ａ）と機能要素（Ａ）とコイル（Ａ）とコア（Ａ）を有する給電ユニットを備える非接触電力伝送モジュールであって、
   前記コア（Ａ）は前記コイル（Ａ）を配置するコイル配置部（Ａ）と前記機能要素（Ａ）を配置する機能要素配置部（Ａ）を有するフェライトを材料とする薄板状のポット型コアであり、
   前記回路部（Ａ）と前記コイル（Ａ）とはＦＰＣ（flexible print circuit）（Ａ）における折曲部（Ａ）を境界とする前記ＦＰＣ（Ａ）の各領域に一連で形成され、
   前記ＦＰＣ（Ａ）を折曲部（Ａ）において折り返し前記コア（Ａ）を前記ＦＰＣ（Ａ）によって挟み込むようにして前記コイル（Ａ）を前記コアの前記コイル配置部（Ａ）に配置するとともに前記回路部（Ａ）を前記コアの前記コイル配置部（Ａ）とは反対側の面に配置し、
   前記機能要素（Ａ）を前記機能要素配置部（Ａ）に配置する、
   ことを特徴とする非接触電力伝送モジュール。
2. 回路部（Ｂ）と機能要素（Ｂ）とコイル（Ｂ）とコア（Ｂ）を有する受電ユニットを備える非接触電力伝送モジュールであって、
   前記コア（Ｂ）は前記コイル（Ｂ）を配置するコイル配置部（Ｂ）と前記機能要素（Ｂ）を配置する機能要素配置部（Ｂ）を有するフェライトを材料とする薄板状のポット型コアであり、
   前記回路部（Ｂ）と前記コイル（Ｂ）とはＦＰＣ（Ｂ）における折曲部（Ｂ）を境界とする前記ＦＰＣ（Ｂ）の各領域に一連で形成され、
   前記ＦＰＣ（Ｂ）を折曲部（Ｂ）において折り返し前記コア（Ｂ）を前記ＦＰＣ（Ｂ）によって挟み込むようにして前記コイル（Ｂ）を前記コアの前記コイル配置部（Ｂ）に配置するとともに前記回路部（Ｂ）を前記コアの前記コイル配置部（Ｂ）とは反対側の面に配置し、
   前記機能要素（Ｂ）を前記機能要素配置部（Ｂ）に配置する、
   ことを特徴とする非接触電力伝送モジュール。
3. 請求項１記載の給電ユニットと請求項２記載の受電ユニットを備える非接触電力伝送モジュールであって、前記コア（Ａ）と前記コア（Ｂ）は両者を所定の配置としたときに密閉された磁気回路を形成するとともに前記機能要素配置部（Ａ）と機能要素配置部（Ｂ）とが対向する配置となるコアであることを特徴とする非接触電力伝送モジュール。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の非接触電力伝送モジュールにおいて、前記給電ユニットおよび／または前記受電ユニットの構成要素を、少なくとも１つの開放面を有する収容ケース（Ａおよび／またはＢ）に、前記開放面が前記コイル配置部（Ａおよび／またはＢ）の側の面となるように収容することを特徴とする非接触電力伝送モジュール。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載の非接触電力伝送モジュールにおいて、前記給電ユニットおよび／または前記受電ユニットの構成要素を樹脂モールドにより一体化することを特徴とする非接触電力伝送モジュール。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載の非接触電力伝送モジュールにおいて、前記回路部（Ａおよび／またはＢ）は、給電回路および／または受電回路とともに前記機能要素（Ａおよび／またはＢ）を動作させる動作回路（Ａおよび／またはＢ）を有することを特徴とする非接触電力伝送モジュール。
7. 請求項１〜６のいずれかに記載の非接触電力伝送モジュールにおいて、前記機能要素（Ａおよび／またはＢ）を前記ＦＰＣ（Ａおよび／またはＢ）に配置することを特徴とする非接触電力伝送モジュール。
8. 請求項１〜７のいずれかに記載の非接触電力伝送モジュールにおいて、前記機能要素（Ａ）はフォトリフレクターであり、前記機能要素（Ｂ）は光反射部材であって、前記フォトリフレクターが投光する光を前記フォトリフレクターが受光したときに、前記給電ユニットによる本給電を行うことを特徴とする非接触電力伝送モジュール。
9. 請求項１〜７のいずれかに記載の非接触電力伝送モジュールにおいて、前記機能要素（Ａ）はＲＦＩＤ（radio frequency identification）システムのリーダであり、前記機能要素（Ｂ）はＲＦＩＤシステムのデータキャリアであって、前記リーダが前記データキャリアから所定のＩＤを読み取ったときに、前記給電ユニットによる本給電を行うことを特徴とする非接触電力伝送モジュール。
10. 請求項１〜７のいずれかに記載の非接触電力伝送モジュールにおいて、前記機能要素（Ａ）と前記機能要素（Ｂ）は双方向のデータ通信を行う機能要素であって、前記双方向のデータ通信に基づいて、前記給電ユニットと前記受電ユニットは協調動作を行うことを特徴とする非接触電力伝送モジュール。
11. 請求項１０に記載の非接触電力伝送モジュールにおいて、前記協調動作は前記受電ユニットの状態に応じた適正電力を前記給電ユニットが供給する協調動作であることを特徴とする非接触電力伝送モジュール。
12. 請求項１０または１１に記載の非接触電力伝送モジュールにおいて、前記協調動作は前記給電ユニットを通じて制御する装置が前記受電ユニットから電力供給を受けて動作する装置を制御する協調動作であることを特徴とする非接触電力伝送モジュール。
    
    

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