JP2010080851A - 受電コイル及び電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】電子機器と充電装置の位置関係に関わりなく、効率よく充電が行われる受電コイルを提供する。
【解決手段】受電コイル１００は、鉄心としての導磁性の高い、例えば、フェライトのコア１０１を持つ。コア１０１の各頂点１００Ａ−１００Ｄ−１００Ｃ−１００Ｇ−１００Ｆ−１００Ｅから構成される辺に溝１０３が掘られている。この溝１０３には受電コイル１００の巻き線１０２が巻かれる。
【選択図】図１

Description

本発明は、受電コイル及びその受電コイルを備える電子機器に関する。

従来の小型充電式の電子機器への充電は、電子機器ごとに決められた専用充電装置にて行わなければならなかった。その充電方式として、充電装置の接続端子と電子機器の接続端子を直接結合し、電子機器の充電電池へ充電する方式がある。

これに対し、非接触で充電する方式がある。

図１４は、従来例に係る磁気結合による非接触充電システムの構成図である。

図１４において、充電装置４０３には、電力を送電する一次側の給電コイル４０２及び磁性体でできた位置合わせ用凸部４０４を備えている。電子機器４００には、位置合わせ用の凹部を備え二次側の受電コイル４０１が設置されている。

図１４に示すように、一次側の給電コイル４０２と二次側の受電コイル４０１を１対１で対峙させて磁気結合によって電力を搬送しているが、一次側の給電コイル４０２と二次側の受電コイル４０１の距離が離れると電力の伝送効率が低下する。

そのため、図１４に示すように、嵌合させるための凹部と凸部を電子機器と充電装置それぞれに設けている。あるいは、図示しない位置決め用ガイドを設けていた。

また、他の従来技術として、受電機器（電子機器）を送電機器（充電装置）に相当する磁性体でできた箱に収納することで、受電機器に非接触で電力供給するものがある（特許文献１参照）。

また、送電機器と受電機器に複数の給電コイル及び受電コイルを設け、電力の供給状況に応じて適宜切り替える技術も提案されている（特許文献２参照）。
特開平０４−３１７５２７号公報 特開２００５−１１０３９９号公報

しかしながら、上記図１４に示す従来技術によれば、充電装置と充電される電子機器の位置関係が厳しく限定されることになり、使用者にとっては、使い勝手が悪いという問題があった。

特許文献１に提案の技術では、受電機器を上述した箱の中のいずれかの位置に収納しさえすれば充電可能なため、送電機器と受電機器の位置関係が、図１４に示した従来構成例より限定されない。しかし、箱自体が磁性体でなければならず、また箱を閉じなければ有効な電力供給ができず、使用者には使い勝手が悪いという問題があった。

また、特許文献２に提案の技術では、受電側の受電コイルを複数設ける必要があった。また、複数の受電コイルを選択するスイッチ及びスイッチ切り替え回路を設ける必要があった。複数の受電コイルを受電側の電子機器に設ける場合、複数のスイッチ切り替え回路によりシステムの構成が複雑になる。また、受電コイルが複数あることで、コストや実装面積が大きくなる点で不利となる。

本発明の目的は、電子機器と充電装置の位置関係に関わりなく、効率よく充電が行われる受電コイル及び電子機器を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の受電コイルは、直方体または立方体形状の鉄心と、前記鉄心の隣接する３面の外周に巻回された巻き線とを備えることを特徴とする。

本発明の受電コイルは、直方体または立方体形状の鉄心と、前記鉄心の１つの頂点で交わる三辺のうち夫々の辺の任意の点を結ぶ三角形状の断面の外周に巻回された巻き線とを備えることを特徴とする。

本発明の受電コイルは、直方体または立方体形状の鉄心と、前記鉄心の隣接する３平面の夫々の外周に連続して巻回される巻き線とを備え、前記巻き線の巻き方向が各面の回転軸に対して同一方向であることを特徴とする。

本発明の受電コイルによれば、電子機器と充電装置の位置関係に関わりなく、効率よく充電が行われる。

以下、本発明を図面を参照しながら詳細に説明する。

但し、この実施の形態に記載する構成要素、組み合わせ、種類、形状、その相対配置などは、特定的な記載が無い限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明に過ぎない。

（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る受電コイルの斜視図である。

図１において、受電コイル１００は、鉄心としての導磁性の高い、例えば、フェライトのコア１０１を持つ。コア１０１の各頂点を１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ、１００Ｄ、１００Ｅ、１００Ｆ、１００Ｇ、１００Ｈとする。コア１０１には、巻き線１０２が巻回されている。

図２は、図１における鉄心の第１の構成例を示す図である。

直方体形状（立方体形状）を有するコア１０１の隣接する３面の外周には、図２（ａ）に示すような溝１０３が形成されている。上面１０１―Ａ、手前面１０１−Ｂ、右側面１０１−Ｃは、（ｂ）に示す形状となる。

ここでは、一例として、図１に示す頂点１００Ａ−１００Ｄ−１００Ｃ−１００Ｇ−１００Ｆ−１００Ｅから構成される辺に溝１０３が掘られている。この溝１０３には受電コイル１００の巻き線１０２が巻かれる。

溝１０３の形状は、図示のものでなくとも良い。後述する図１５に示すように、巻き線１０２と巻き位置に合わせて形状を変えても良い。

受電コイル１００の巻き線ループのｘ軸ｙ軸平面、ｙ軸ｚ軸平面、ｚ軸ｘ軸平面への各投影像は、夫々コア１０１の各面と同面積になる。これにより、図１におけるｘ軸、ｙ軸、ｚ軸方向夫々の３軸方向からの電磁界が受電コイル１００のループと必ず交差するため、３軸方向で受電可能となる。このとき、巻き線１０２を巻く面は直方体形状のコアの隣接する３面のいずれかの面の組み合わせから選択しても構わない。

また、コア１０１の形状を立方体にすることで、３軸方向からの投影面の面積が等しくなる。これにより、どの軸方向からの電磁界も一様に受電可能であり、設置時の姿勢に依らない安定した受電が可能である。

コア１０１の形状を直方体にし、隣接する３面を合わせた外周に巻き線１０２を巻くことで、３軸方向からの受電を可能にし、さらに単純な形状のため整形しやすい利点がある。また、単一の受電コイル１００で複数軸からの受電を可能にしたことで、受電コイル１００を複数設ける必要がなくまた、切り替え回路等も必要ないためコスト・実装面積においても有利である。

コア１０１への巻き線１０２の固定構造は、コア１０１へ彫られた溝に巻き線１０２を巻き付ける構造でなくとも構わない。

粘着テープ等を図１のコイル巻き位置に貼付し、直接コアへ巻き線１０２を貼り付けることで巻き線１０２を固定しても良い。あるいは、図３に示す構造でも良い。

図３は、図１における鉄心の第２の構成例を示す図である。（ａ）、（ｂ）は図２と対応している。

図３（ａ）に示すように、樹脂あるいはセラミックのような加工性の高い材質でボビン１０４を形成し、その中心にコア１０１を配置（内蔵）する。巻き線１０２をボビン１０４に巻くことで受電コイル１００を構成しても良い。

ボビン１０４には、溝１０３が形成され、また、上面には開口部１０４−Ｄが形成されている。上面１０４―Ａ、手前面１０４−Ｂ、右側面１０４−Ｃは、（ｂ）に示す形状となる。

図４は、電子機器（受電機器）としてのデジタルカメラの斜視図である。また、図５は、図４のデジタルカメラにおける受電コイルの配置を示す図である。

例えば、図５のデジタルカメラ２００のように、直方体形状で、複数の設置安定面を持つ形状の場合、複数の設置安定面の隣接する角に受電コイル１００を設置することが望ましい。

一般に、電磁誘導による非接触充電システムでは、一次側の受電コイル１００と二次側の受電コイル１００との距離に反比例して充電効率が低下する。

このため、デジタルカメラ２００の外装寄りに、受電コイル１００を配置することで充電効率の低下を防ぐことが可能である。また、デジタルカメラ２００内部の駆動回路に給電される電磁界が遮断されることも少ないため、充電装置からの磁界を受電し易い。

図６は、図４のデジタルカメラにおける受電コイルの配置の詳細（ａ）と、発生する磁界（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）を示す図である。

受電コイルの面α、面β、面γの外周を夫々、図５のデジタルカメラの設置安定面である、頂点２００Ｂ、Ｃ、Ｇ、Ｆで囲まれる面、頂点２００Ａ、Ｂ、Ｆ、Ｅで囲まれる面、頂点２００Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈで囲まれる面に近接するように配置する。

このようにして、設置安定面の夫々の方向からの磁界３０２によって発生する電流の向きを同じにすることが可能である。これにより、隣接するデジタルカメラ２００の複数の設置安定面から磁界が供給された場合、磁束が打ち消しあわないようになる。

図７は、本発明の実施の形態に係る充電装置の斜視図である。

充電装置３００は、例えば、図７に示すように、平面状の形状をしており、内部には給電コイル３０１を持つ。給電コイル３０１から磁界３０２が発生する。充電装置３００は、電子機器が置かれると、磁界を発生させ給電を行う。充電装置３００は、常に磁界を出力し続けても構わない。

一次側の給電コイル３０１が複数備わった時には、給電コイルごとの電磁界の出力を切り替え、電子機器からの受電可能を判定する信号を通信によって得た時に、その位置関係に応じて最適な給電コイル３０１を選択し出力を行っても構わない。

一例として、平面形状の充電装置３００を図示したが、充電装置３００の表面あるいは周辺に磁界を発生させることが可能であり、電子機器を磁界発生面の周辺に設置可能であれば特に形状は問わない。

図８は、図４のテジタルカメラと図７の充電装置の配置位置を示す図である。

（ａ−１）、（ａ−２）、（ａ−３）、（ｂ−１）、（ｂ−２）、（ｂ−３）のようにデジタルカメラ２００を充電装置３００に置いた場合、設置安定面に沿った位置に受電コイル１００が配置されることとなる。

このとき、充電装置３００の出力磁界はデジタルカメラ２００の置かれた方向に出ているものとする。受電コイル１００の設置安定面と充電装置３００の給電コイル３０１のループ面は平行でなくとも構わない。

更に、デジタルカメラ２００に対して、いずれの姿勢方向に受電コイル１００が設置されている場合においても、３軸方向からの磁界を検出可能である。また、充電中にレンズ部２０１を駆動し、撮影動作を行いながら充電も可能である。

中央上部のデジタルカメラ２００の表示部２０２が上になるように配置した場合でも受電コイル１００は、充電装置３００から磁界を受けることが可能である。

これにより、充電を行いながら撮影した画像を再生表示して楽しむことができる。充電装置３００からの出力の磁界が十分に強ければ、充電装置３００上に設置せずに一定距離を離した状態でも、姿勢に関係なく電子機器内の受電コイル１００は受電可能である。例えば、使用者が手に持って姿勢を変えながら充電を続けることも可能である。

本実施の形態によれば、操作者は電子機器の姿勢を気にすることなく充電することが可能である。

（第２の実施の形態）
図９は、本発明の第２の実施の形態に係る受電コイルの斜視図である。図１０は、図９におけるコアの斜視図である。

直方体形状を有するコア１０１の隣接する３面の外周には、図１０に示すような溝１０３が形成されている。ここでは、一例として、図９のコア１０１の隣接した３平面の頂点１００Ｅ−１００Ｂ、１００Ｂ−１００Ｇ、１００Ｇ−１００Ｅから構成される辺に溝１０３が掘られている。この溝１０３には受電コイル１００の巻き線１０２が巻かれている。

巻き線１０２を巻く位置は、必ずしも頂点でなくとも構わない。図９の辺１００Ｅ−１００Ｂ、１００Ｂ−１００Ｇ、１００Ｇ−１００Ｅの３返上の点を結ぶ三角形の外周を巻くのでも良い。また、コア１０１の面上を曲線状に巻き線１０２を巻いても良い。但し、巻き線１０２を頂点を巻くことにより受電可能な面積が広くなるため、頂点で巻くことが望ましい。

受電コイル１００の巻き線ループのｘ軸ｙ軸平面、ｙ軸ｚ軸平面、ｚ軸ｘ軸平面への各投影像は、夫々頂点１００Ｅ−１００Ｂ−１００Ｆ、１００Ｂ−１００Ｇ−１００Ｆ、１００Ｇ−１００Ｅ−１００Ｆからなる三角形の面積となる。

これにより、コア１０１の各面に投影される巻き線１０２に囲まれた面積を直交して通過する磁束が巻き線１０２を通過する磁界となる。従って、図９におけるｘ軸、ｙ軸、ｚ軸方向夫々の３軸方向からの電磁界が受電コイル１００のループと必ず交差するため、３軸方向で受電可能となる。

このとき、巻き線１０２を巻く面は直方体形状のコア１０１の隣接する３面のいずれの面の組み合わせから選択しても構わない。また、コア１０１の形状を立方体にすることで、３軸方向からの投影面の面積が等しくなる。これにより、どの軸方向からの電磁界も一様に受電可能であり、設置時の姿勢に依らない安定した受電が可能である。

また、コアへの受電コイル１００の固定方法は、コアへ彫られた溝でなくとも構わない。第１の実施の形態と同様に、樹脂あるいはセラミックのような加工性の高い材質でボビン１０４を形成し、その中心にコア１０１を配置することで受電コイル１００を構成しても良い。

図１１は、本発明の第２の実施の形態の変形例に係る受電コイルの斜視図である。

図１１のように、重複しない２組の隣接する３平面に巻き線１０２を続けて巻くことも有効である。

受電コイル１００の巻き線ループのｚ軸ｘ軸平面への各投影像は、頂点１００Ｅ−１００Ｂ−１００Ｆと１００Ｈ−１００Ｃ−１００Ｄで構成される三角形になる。

また、受電コイル１００の巻き線ループのｘ軸ｙ軸平面への各投影像は、頂点１００Ｂ−１００Ｇ−１００Ｆと１００Ａ−１００Ｈ−１００Ｄで構成される三角形になる。

また、受電コイル１００の巻き線ループのｙ軸ｚ軸平面への各投影像は、頂点１００Ｇ−１００Ｅ−１００Ｆと１００Ａ−１００Ｃ−１００Ｄで構成される三角形になる。

図１１の受電コイル１００は、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸の各軸方向からの投影面が図９の受電コイル１００よりも大きくなるため、より大きな面積で受電可能となる。充電装置３００から出力される磁界の磁束密度が一定の時、受電可能な面積が大きいほど、よりロスの少ない充電が可能となる。

コア１０１の形状を直方体にし、隣接する３面を合わせた外周に受電コイル１００を巻くことで、３軸方向からの受電が可能になる。また、コア１０１は、単純な形状のため成型しやすい利点がある。

また、単一の受電コイル１００で複数軸からの受電を可能にしたことで、受電コイル１００を複数設ける必要がなく、また、切り替え回路等も必要ないためコスト・実装面積においても有利である。

（第３の実施の形態）
図１２は、本発明の第３の実施の形態に係る受電コイルの斜視図である。

直方体形状を有するコア１０１の隣接する３面の外周には、第１、第２の実施の形態と同様に、巻き線１０２の巻かれた辺に溝が形成されている。

ここでは、一例として、頂点１００Ａ−１００Ｂ−１００Ｆ−１００Ｅで囲まれる平面の外周に巻き線１０２が巻かれている。また、頂点１００Ｂ−１００Ｃ−１００Ｇ−１００Ｆで囲まれる平面の外周に巻き線１０２が巻かれている。また、頂点１００Ｅ−１００Ｆ−１００Ｇ−１００Ｈで囲まれる平面の外周に巻き線１０２が巻かれている。

図１３は、図１２におけるコアの展開図である。

巻き線１０２は、巻き線方向１０５に巻かれる。頂点１００Ａ−１００Ｂ−１００Ｆ−００Ｅ、頂点１００Ｂ−１００Ｃ−１００Ｇ−１００Ｆ、頂点１００Ｄ−１００Ｆ−１００Ｇ−１００Ｈで囲まれる夫々の面を通過する磁界によって発生する電流が同一方向に流れるように巻かれている。夫々の３平面は、外周上に溝が彫られ、この溝には受電コイル１００の巻き線１０２が巻かれている。

これにより、図１２におけるｘ軸、ｙ軸、ｚ軸方向夫々の３軸方向からの電磁界が受電コイル１００のループと必ず交差するため、３軸方向で受電可能となる。

このとき、受電コイル１００を巻く面は直方体形状のコア１０１の隣接する３面のいずれの面の組み合わせから選択しても構わない。また、コア１０１への受電コイル１００の固定構造は、コア１０１へ彫られた溝でなくとも構わない。

第１の実施の形態と同様に、図示しない樹脂あるいはセラミックのような加工性の高い材質でボビン１０４を形成し、その中心にコア１０１を配置することで受電コイル１００を構成しても良い。

受電コイル１００の巻き線ループのｘ軸ｙ軸平面、ｙ軸ｚ軸平面、ｚ軸ｘ軸平面への各投影像は、夫々コアの各面と同面積になる。これにより、コア１０１を通過する各軸方向の磁束を漏れなく受電することができる。

また、コアの形状を立方体にすることで、３軸方向からの投影面の面積が等しくなる。これにより、どの軸方向からの電磁界も一様に受電可能であり、設置時の姿勢に依らない安定した受電が可能である。

頂点１００Ａ−１００Ｂ−１００Ｆ−１００Ｅで囲まれる面の外周をＯ回巻いた巻き線は、続けて頂点１００Ｅ−１００Ｆ−１００Ｇ−１００Ｈで囲まれる面の外周をＰ回巻き、頂点１００Ｆ−１００Ｂ−１００Ｃ−１００Ｇで囲まれる面の外周をＱ回巻かれる。

このとき、Ｏ、Ｐ、Ｑは同じ巻き数でなくとも構わない。コア１０１が立法体であり、かつＯ、Ｐ、Ｑの巻き数が等しく、以下の面に同じ強さの磁界が供給されたとき、受電量は等しくなる。頂点１００Ａ−１００Ｂ−１００Ｆ−１００Ｅで囲まれる面、頂点１００Ｂ−１００Ｃ−１００Ｇ−１００Ｆで囲まれる面、頂点１００Ｄ−１００Ｆ−１００Ｇ−１００Ｈで囲まれる面である。

一方、各面へ供給される磁界が等しくコア１０１が直方体で、各面の面積が異なる場合、あるいは巻き数〇、Ｐ、Ｑが異なる場合、巻き線を流れる電流値が異なる。これにより、巻き数Ｏ、Ｐ、Ｑをコアの面ごとに変えることでデジタルカメラ２００が磁界を受ける方向を検出することが可能である。

また、コア１０１が、夫々が異なる面積をもつ３対の面で構成される直方体形状からなるとき、夫々の面に供給される一様な磁界によって発生する電流値が異なる。面積の異なる直方体形状でコア１０１を構成することにより、電子機器が受電している磁界の向きを検出することが可能である。検出した磁界によって、使用者に充電装置の位置を教示することも可能である。

図１５は、本発明の受電コイルのコアに形成された溝の形状を示す図である。

（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）に示す各種の形状の溝１０３が形成され、その溝１０３に巻き線１０２が巻かれる。

本発明の受電コイル１００は、直方体または立方体形状の鉄心と、鉄心の隣接する３面の外周に巻回された巻き線１０２とを備える。

巻き線１０２は、具体的には、鉄心の１つの頂点で交わる三辺のうち夫々の辺の任意の点を結ぶ三角形状の断面の外周に巻回される。また、巻き線１０２は、鉄心の隣接する３平面の夫々の外周に連続して巻回され、その巻き方向が各面の回転軸に対して同一方向となっている。

以上、第１乃至第３の実施の形態で示したように、コア１０１の形状を直方体にし、隣接する３面のそれぞれの外周に受電コイル１００を巻くことで、３軸方向からの受電を可能にしている。また、コア１０１は、単純な形状のため成型しやすい。

また、単一の受電コイル１００で複数軸からの受電を可能にしたことで、受電コイル１００を複数設ける必要がなくまた、切り替え回路等も必要がないため、コスト・実装面積においても有利である。

また、コア１０１の形状を立方体にすることで、３軸方向からの投影面の面積が等しくなる。これにより、どの軸方向からの電磁界も一様に受電可能であり、設置時の姿勢に依らない安定した受電が可能である。

本発明の第１の実施の形態に係る受電コイルの斜視図である。 図１における鉄心の第１の構成例を示す図である。 図１における鉄心の第２の構成例を示す図である。 電子機器（受電機器）としてのデジタルカメラの斜視図である。 図４のデジタルカメラにおける受電コイルの配置を示す図である。 図４のデジタルカメラにおける受電コイルの配置の詳細（ａ）と、発生する磁界（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）を示す図である。 本発明の実施の形態に係る充電装置の斜視図である。 図４のテジタルカメラと図７の充電装置の配置位置を示す図である。 本発明の第２の実施の形態に係る受電コイルの斜視図である。 図９におけるコアの斜視図である。 本発明の第２の実施の形態の変形例に係る受電コイルの斜視図である。 本発明の第３の実施の形態に係る受電コイルの斜視図である。 図１２におけるコアの展開図である。 従来例に係る磁気結合による非接触充電システムの構成図である。 本発明の受電コイルのコアに形成された溝の形状を示す図である。

符号の説明

１００ 受電コイル
１０１ コア
１０２ 巻き線
１０３ 溝
１０４ ボビン
１０５ 巻き線方向
２００ デジタルカメラ
２０１ レンズ部
２０２ 表示部
３００ 充電装置
３０１ 給電コイル
３０２ 磁界

Claims (10)

1. 直方体または立方体形状の鉄心と、
   前記鉄心の隣接する３面の外周に巻回された巻き線と、
   を備えることを特徴とする受電コイル。
2. 直方体または立方体形状の鉄心と、
   前記鉄心の１つの頂点で交わる三辺のうち夫々の辺の任意の点を結ぶ三角形状の断面の外周に巻回された巻き線と、
   を備えることを特徴とする受電コイル。
3. 直方体または立方体形状の鉄心と、
   前記鉄心の隣接する３平面の夫々の外周に連続して巻回される巻き線とを備え、
   前記巻き線の巻き方向が各面の回転軸に対して同一方向であることを特徴とする受電コイル。
4. 前記鉄心がコアであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の受電コイル。
5. 前記鉄心がコアと前記コアを内蔵したボビンとで構成されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の受電コイル。
6. 前記鉄心の３平面の形状が同一であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の受電コイル。
7. 前記鉄心の３平面の形状が互いに異なることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の受電コイル。
8. 前記鉄心の３平面の面積が等しいことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の受電コイル。
9. 前記鉄心の３平面の面積が互いに異なることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の受電コイル。
10. 請求項１乃至９のいずれかに記載の受電コイルを備える電子機器。

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