JP2009177081A - 非接触授受装置および非接触伝送装置 - Google Patents

Abstract

【課題】非接触授受装置への非接触による充電電力または情報の伝送効率を向上させ、効率的な電力消費を実現するとともに充電電力または情報の伝送時間の短縮化を図る。
【解決手段】１次側コイルを巻装した１次側コアを有する充電装置２００から充電電力または情報を非接触で授受する腕時計１００において、充電装置２００から充電電力または情報を授受される際、１次側コアにおいて磁束を発生させる上部コア部材２１０と下部コア部材２２０に挟持されて接触可能な２次側コア１１０と、２次側コア１１０に巻装された２次側コイル１２０と、を備え、２次側コイル１２０は、１次側コイルと１次側コアとにより発生された磁束を検出して誘導起電力を発生することで、充電装置２００から充電電力または情報を授受する。
【選択図】 図５

Description

本発明は、コイルを巻装したコアを有して非接触で充電電力または情報を伝送する非接触伝送装置、および該非接触伝送装置から非接触で充電電力または情報を授受する非接触授受装置に関するものである。

近年、種々の機器（非接触授受装置）に対し、電磁誘導などの非接触による方法で充電電力または情報を伝送する充電装置（非接触伝送装置）が開示されている。例えば、該機器には２次電池等の充電式電池が搭載された腕時計などが該当し、充電装置から腕時計の２次電池等への充電方法としては、上述したような電磁誘導などの非接触による方法が一般的となってきている。

また、腕時計に２次電池を設けたことで電池交換を不要にして、時計全体を小型・薄型にした腕時計型送信機が開示されている（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１の技術では、充電器の一次コイルにより発生する交流磁界を腕時計型送信機本体の二次コイルで受け、磁界の変化を電気信号に変換し、発生した誘起電圧により２次電池を充電している。

特許第３９５７１５２号公報

しかしながら、上記特許文献１の技術では、充電器と腕時計型送信機（時計）との間の充電電力の伝送効率が１０％未満であるため、充電電力の伝送効率が非常に悪かった。なお、この充電電力の伝送効率が悪い原因としては、充電器の１次コイルの漏れ磁束を時計の２次コイルが拾う構造となっており、充電に使用する磁束量が少なくなっているからと考えられる。また、充電電力の伝送効率が悪化することにより、無駄な電力が消費されるという問題がある。また、近年開発された高性能なリチウムイオンボタン電池等を２次電池として使用した場合、充電時間が１０時間以上かかることがあり、腕時計型送信機の充電が完了するまでに長時間掛かるという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、非接触伝送装置から非接触授受装置への非接触による充電電力または情報の伝送効率を向上させ、効率的な電力消費を実現するとともに充電電力または情報の伝送時間の短縮化を図ることができる非接触授受装置および非接触伝送装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、請求項１にかかる発明は、伝送側コイルを巻装した伝送側コアを有する非接触伝送装置から充電電力または情報を非接触で授受する非接触授受装置において、前記非接触伝送装置から前記充電電力または情報を授受される際、前記伝送側コアにおいて磁束を発生させる第１コア部材と第２コア部材に挟持されて接触可能な授受側コアと、前記授受側コアに巻装された授受側コイルと、を備え、前記授受側コイルは、前記伝送側コイルと前記伝送側コアとにより発生された磁束を検出して誘導起電力を発生することで、前記非接触伝送装置から前記充電電力または情報を授受することを特徴とする。

また、請求項２にかかる発明は、請求項１に記載の非接触授受装置において、前記授受側コアと前記授受側コイルとは、前記非接触授受装置の外周に設置された樹脂性の筐体に、インサート成形により組み込まれたことを特徴とする。

また、請求項３にかかる発明は、請求項２に記載の非接触授受装置において、前記授受側コアは、前記第１コア部材と接触して磁気結合する第１接続部と、前記第２コア部材と接触して磁気結合する第２接続部と、前記非接触授受装置における凸状の部品を回避する形態で形成された凹部と、を有することを特徴とする。

また、請求項４にかかる発明は、請求項１〜３のいずれか一つに記載の非接触授受装置において、前記充電電力または情報を蓄積し、前記非接触授受装置における各モジュールに前記充電電力または情報を送出する蓄積部をさらに備えたことを特徴とする。

また、請求項５にかかる発明は、授受側コイルを巻装した授受側コアを有する非接触授受装置に充電電力または情報を伝送する非接触伝送装置において、前記非接触授受装置に前記充電電力または情報を伝送する際に磁束を発生させるとともに前記授受側コアを挟持して接触可能な第１コア部材および第２コア部材を有する伝送側コアと、前記伝送側コアに巻装された伝送側コイルと、を備え、前記伝送側コイルは、前記伝送側コアとともに磁束を発生させることにより、前記授受側コイルに誘導起電力を発生させて、前記非接触授受装置に前記充電電力または情報を伝送することを特徴とする。

本発明によれば、非接触伝送装置から非接触授受装置への非接触による充電電力または情報の伝送効率を向上させ、効率的な電力消費を実現するとともに充電電力または情報の伝送時間の短縮化を図るという効果を奏する。

以下に添付図面を参照して、この発明にかかる非接触伝送装置および非接触授受装置の最良な実施の形態を詳細に説明する。以下では、非接触授受装置としての腕時計に充電電力を送電する非接触伝送装置を充電装置に適用した例を示すが、これに限定されることなく、充電電力または情報（例えば、現在の時刻を示す時刻情報、アラームを示すアラーム情報等）を腕時計などの非接触授受装置に伝送可能なものであれば、本発明の非接触伝送装置を適用することができる。

また、以下では、非接触伝送装置としての充電装置から充電電力を授受する非接触授受装置を腕時計に適用した例を示すが、これに限定されることなく、例えば、携帯電話などの携帯機器や、電気シェーバー、電動歯ブラシなど、２次電池を備え、充電装置（非接触伝送装置）によって充電されることが可能な機器や、非接触伝送装置から情報の授受が可能な機器であれば非接触授受装置として適用することができる。

本実施の形態にかかる腕時計（非接触授受装置）は、ＡＣ電源等から電力を供給された充電装置（非接触伝送装置）から非接触で該電力（充電電力）を受電するものである。まず、本実施の形態の腕時計の概要について説明する。図１は、実施の形態にかかる腕時計の概要を示す上面図である。また、図２は、実施の形態にかかる腕時計の概要を示す断面図である。なお、腕時計１００の詳細については後述する。

図１、図２に示すように、腕時計１００は、時計機能を制御する各構成が備えられた本体部１０１と本体部１０１の外周面に設けられた筐体１３０とから主に構成されている。本体部１０１上の文字盤に時針１０２、分針１０３、および秒針１０４からなるムーブメントが配置され、現在時刻を表示している。そして、腕時計１００は、両端部分からベルト等を取り付けることで利用者の腕に装着可能となっている。

また、筐体１３０の内部には２次側コア１１０および２次側コイル１２０が主に組み込まれている。そして、筐体１３０の側面からは、リューズ１４０およびスイッチボタン１５０が本体部１０１に向けて差し込まれている。また、リューズ１４０およびスイッチボタン１５０の操作部分は、腕時計１００の側面から突出している。また、２次側コア１１０の端部であって他の部品と接触する部分である上側接続部１１０ａと下側接続部１１０ｂは、腕時計１００の表面に露出している。

次に、充電装置の送電部分の詳細について説明する。図３は、実施の形態にかかる充電装置の送電部分の構成を示す図である。図３に示すように、充電装置２００の送電部分は、１次側コアを形成する上部コア部材２１０および下部コア部材２２０と、１次側コイル２５０とを主に備えている。なお、充電装置２００の送電部分以外の構成および機能については説明を省略する。

１次側コアを形成する上部コア部材２１０および下部コア部材２２０は、磁気特性を有する主成分がマンガン系の透磁率の高い金属で形成されたフェライトコアなど、磁束を発生させるものである。上部コア部材２１０と下部コア部材２２０は、上部コア部材２１０の略逆コの字形状の軸部２１０ｃと下部コア部材２２０の略コの字状の軸部２２０ｃが対向するように各端部でヒンジ２３０により回動可能に接続されている。上部コア部材２１０および下部コア部材２２０のヒンジ２３０と反対側の端部にそれぞれ挟持部２１０ａ、２２０ａが形成されている。そして、上部コア部材２１０および下部コア部材２２０は、腕時計１００に充電電力を送電する際に、上部コア部材２１０を回動させて挟持部２２０ａと挟持部２２０ｂとを互いに対向させることにより、挟持部２１０ａと下部コア部材２２０の挟持部２２０ａとにより、腕時計１００を挟持する。

図４は、実施の形態にかかる充電装置において上部コア部材と下部コア部材が開放されている状態を示す図である。腕時計１００を充電装置２００により充電する場合、上部コア部材２１０と下部コア部材２２０のいずれか若しくは両方を回動させて開放し、この開放状態で（図４参照）、下部コア部材２２０の挟持部２２０ａに腕時計１００を載置した後、ヒンジ２３０を中心として上部コア部材２１０を回動させることで上部コア部材２１０の挟持部２１０ａを上方から腕時計１００に向けて降下させて、上部コア部材２１０と下部コア部材２２０とで腕時計１００を挟持する（図３参照）。

また、１次側コアの上部コア部材２１０と下部コア部材２２０が腕時計１００を挟持している際には、上部コア部材２１０の端部２１０ｂが２次側コア１１０の上端部である上側接続部１１０ａに接触しており、下部コア部材２２０の端部２２０ｂが２次側コア１１０の下端部である下側接続部１１０ｂに接触している。

１次側コイル２５０は、１次側コアの下部コア部材２２０に巻装された電線であり、１次側コアとともに磁束を発生させるものである。

次に、腕時計１００の詳細について説明する。図５は、実施の形態にかかる腕時計の構成を示す断面図である。また、図６は、実施の形態にかかる２次側コアおよび２次側コイルの構成を示す説明図である。図５に示すように、腕時計１００は、２次側コア１１０と、２次側コイル１２０と、筐体１３０と、リューズ１４０と、スイッチボタン１５０と、２次電池１６０と、時計モジュール１７０とを主に備えており、図５では腕時計１００が充電装置２００の１次側コアを形成する上部コア部材２１０と下部コア部材２２０に挟持されている状態を示している。

筐体１３０は、腕時計１００の部品を収納している外箱であり、本体部１０１の外周面を囲むように設置されたプラスチックで形成されている。

リューズ１４０は、つまみ部分と軸とで構成され、腕時計１００の側面から本体部１０１に向けて差し込まれている部品であり、回転させることでゼンマイの巻き上げや腕時計１００の時刻合わせなどを行うものである。

スイッチボタン１５０は、操作部分と軸とで構成され、腕時計１００の側面から本体部１０１に向けて差し込まれている部品であり、腕時計１００の機能の操作等を行うものである。

２次電池１６０は、充電装置２００から受電した充電電力を蓄積し、腕時計１００における時計モジュール１７０に備えられた各構成を作動させるために充電電力を送出するものである。

２次側コア１１０は、磁気特性を有する主成分がマンガン系の透磁率の高い金属で形成されたフェライトコアなどであり、図６に示すように、本体部１０１の側面における外周に沿うよう略円形状に形成されている。また、２次側コア１１０は、上部の端部である上側接続部１１０ａと、下部の端部である下側接続部１１０ｂが腕時計１００の表面に露出するように凸部を形成しており、上側接続部１１０ａは、本体に組み込まれた場合に腕時計１００の筐体１３０の表面と略同一平面上に配置されている。また、２次側コア１１０は、腕時計１００の側面から突出している部品であるリューズ１４０の巻真構造やスイッチボタン１５０の構造と干渉しないように、リューズ１４０のつまみ部分やスイッチボタン１５０の操作部分を回避するように、凹部１１０ｃが形成されている。

また、２次側コア１１０は、充電装置２００から充電電力を受電する際、充電装置２００の１次側コアにおける上部コア部材２１０の挟持部２１０ａと下部コア部材２２０の挟持部２２０ａとに挟持される。その場合に、上側接続部１１０ａは、１次側コアの端部２１０ｂに接触して上部コア部材２１０と磁気的に結合し、下側接続部１１０ｂは、１次側コアの端部２２０ｂに接触して下部コア部材２２０と磁気的に結合する。

また、２次側コア１１０は、プラスチックで形成された筐体１３０の内部に、インサート成形によって組み込まれている。すなわち、２次側コア１１０の接続部を成形金型で保持して金型内にインサート品としての２次側コア１１０を装填した後、樹脂（プラスチック）を注入して２次側コア１１０を溶融樹脂で包んで固化させ、２次側コア１１０を一体化した筐体１３０を作成している。

２次側コイル１２０は、２次側コア１１０の外周に嵌め込み可能なコイル芯１２０ａに巻装された電線であり、２次側コア１１０に嵌め込むことで２次側コア１１０の外周に巻装されることになる。２次側コイル１２０は、１次側コイル２５０と１次側コアにより発生された磁束を検出して誘導起電力を発生する。また、２次側コイル１２０は、コイルリード線１８０により、本体部１０１における時計モジュール１７０の充電回路（不図示）に電気的に接続され、受電した充電電力を本体部１０１へ送出している。また、２次側コイル１２０は、２次側コア１１０と同様、筐体１３０の内部にインサート成形によって組み込まれている。

ここで、充電装置２００から腕時計１００への充電方法について説明する。充電装置２００側では、ＡＣ電源等から供給された電力を交流電流から直流電流に整流し、整流された電力を交流電流に変換した後に、１次側コアの下部コア部材２２０に巻装された１次側コイル２５０に供給し、１次側コアと１次側コイル２５０とにより磁束を発生する。そして、発生した磁束により腕時計１００の２次側コイル１２０に交流電磁界（誘導起電力）を発生させることで、腕時計１００に非接触で電力を送電する。

一方、腕時計１００側では、１次側コイル２５０に発生した交流電磁界を検出し、当該交流電磁界に応じた誘導起電力を発生することで、充電装置２００から非接触で電力を受電する。そして、受電した電力を直流電流に整流し、充電電力として２次電池１６０に蓄積する。

以上のように、本実施の形態にかかる腕時計１００では、充電装置２００から充電電力を授受する際に、充電装置２００の１次側コアにおける上部コア部材２１０と下部コア部材２２０に挟持されることで、２次側コア１１０の上側接続部１１０ａおよび下側接続部１１０ｂがそれぞれ上部コア部材２１０と下部コア部材２２０に接触するように構成されている。つまり、腕時計１００の２次側コア１１０を充電装置２００の１次側コアの上部コア部材２１０と下部コア部材２２０で挟み込みながら電磁誘導による充電電力または情報の伝送を行うので、２次側コア１１０と１次側コアとの磁気結合が完全にでき、閉ループ磁気回路が構成できる。従って、充電装置２００から腕時計１００への非接触による充電電力または情報の伝送効率を向上させ、効率的な消費電力を実現するとともに充電電力または情報の伝送時間の短縮化を図ることができる。なお、このような構成により充電装置２００から腕時計１００へ充電電力を伝送した場合に、充電電力の伝送効率を５０％以上まで向上させることができた。

また、本実施の形態では、腕時計１００の２次側コア１１０と２次側コイル１２０とをプラスチックで形成された筐体１３０の内部にインサート成形で組み込んでいるため、２次側コア１１０と２次側コイル１２０に対する防水性を向上させるとともに、容易に加工でき所望の構造を成形することができる。

また、本実施の形態にかかる腕時計１００の２次側コア１１０は、充電装置２００の１次側コアにおける上部コア部材２１０および下部コア部材２２０と磁気結合する上側接続部１１０ａおよび下側接続部１１０ｂとを形成するとともに、リューズ１４０またはスイッチボタン１５０を回避する凹部１１０ｃを形成している。従って、２次側コア１１０によって、リューズ１４０の構造やスイッチボタン１５０の構造を制約することはない。また、上側接続部１１０ａを筐体１３０の表面と略同一平面に配置したため、外観上では、上側接続部１１０ａの露出を腕時計１００の円周部分の一部のみに納めることが可能となり、腕時計１００のデザインに対しての制約を軽減できる。さらに、腕時計１００の２次側コア１１０の上側接続部１１０ａおよび下側接続部１１０ｂを成形金型で保持してインサート成形を行うので、上側接続部１１０ａおよび下側接続部１１０ｂの成形を容易に行うことができる。

なお、本実施の形態では、充電装置２００（非接触伝送装置）から受電した充電電力を腕時計１００（非接触授受装置）の２次電池１６０に蓄積する構成となっているが、これに限定されるものではない。すなわち、非接触伝送装置から非接触授受装置に情報を伝送する構成の場合には、非接触授受装置に２次電池等の蓄積部を備えず、外部電源から直接電力を受電してもよい。

実施の形態にかかる腕時計の概要を示す上面図である。 実施の形態にかかる腕時計の概要を示す断面図である。 実施の形態にかかる充電装置の送電部分の構成を示す図である。 実施の形態にかかる充電装置において上部コア部材と下部コア部材が開放されている状態を示す図である。 実施の形態にかかる腕時計の構成を示す断面図である。 実施の形態にかかる２次側コアおよび２次側コイルの構成を示す説明図である。

符号の説明

１００ 腕時計
１０１ 本体部
１０２ 時針
１０３ 分針
１０４ 秒針
１１０ ２次側コア
１１０ａ 上側接続部
１１０ｂ 下側接続部
１１０ｃ 凹部
１２０ａ コイル芯
１２０ ２次側コイル
１３０ 筐体
１４０ リューズ
１５０ スイッチボタン
１６０ ２次電池
１７０ 時計モジュール
１８０ コイルリード線
２００ 充電装置
２１０ 上部コア部材
２１０ａ 挟持部
２１０ｂ 端部
２１０ｃ 軸部
２２０ 下部コア部材
２２０ａ 挟持部
２２０ｂ 端部
２２０ｃ 軸部
２３０ ヒンジ
２５０ １次側コイル

Claims (5)

1. 伝送側コイルを巻装した伝送側コアを有する非接触伝送装置から充電電力または情報を非接触で授受する非接触授受装置において、
   前記非接触伝送装置から前記充電電力または情報を授受される際、前記伝送側コアにおいて磁束を発生させる第１コア部材と第２コア部材に挟持されて接触可能な授受側コアと、
   前記授受側コアに巻装された授受側コイルと、を備え、
   前記授受側コイルは、前記伝送側コイルと前記伝送側コアとにより発生された磁束を検出して誘導起電力を発生することで、前記非接触伝送装置から前記充電電力または情報を授受することを特徴とする非接触授受装置。
2. 前記授受側コアと前記授受側コイルとは、前記非接触授受装置の外周に設置された樹脂性の筐体に、インサート成形により組み込まれたことを特徴とする請求項１に記載の非接触授受装置。
3. 前記授受側コアは、
   前記第１コア部材と接触して磁気結合する第１接続部と、
   前記第２コア部材と接触して磁気結合する第２接続部と、
   前記非接触授受装置における凸状の部品を回避する形態で形成された凹部と、
   を有することを特徴とする請求項２に記載の非接触授受装置。
4. 前記充電電力または情報を蓄積し、前記非接触授受装置における各モジュールに前記充電電力または情報を送出する蓄積部をさらに備えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の非接触授受装置。
5. 授受側コイルを巻装した授受側コアを有する非接触授受装置に充電電力または情報を伝送する非接触伝送装置において、
   前記非接触授受装置に前記充電電力または情報を伝送する際に磁束を発生させるとともに前記授受側コアを挟持して接触可能な第１コア部材および第２コア部材を有する伝送側コアと、
   前記伝送側コアに巻装された伝送側コイルと、を備え、
   前記伝送側コイルは、前記伝送側コアとともに磁束を発生させることにより、前記授受側コイルに誘導起電力を発生させて、前記非接触授受装置に前記充電電力または情報を伝送することを特徴とする非接触伝送装置。

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