JP2010098187A - 非接触伝送装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電子時計の脱着を容易にするとともに、電子時計への充電電力または情報の伝送効率を降下させない。
【解決手段】電子時計Ｂに充電電力または情報を非接触で伝送する充電装置Ａ１において、電子時計Ｂに充電電力または情報を非接触で伝送する際、充電装置Ａ１の送電部分は、電子時計Ｂの２次側コアｂ２と略同軸上に対向して配置された１次側コア１２と、前記１次側コア１２に巻装された１次側コイル１１とを備え、１次側コア１２は、中央付近に凸部１３と、中央凸部１３の底部から外方に延在し、端部において外周立設して設けられ、凸部１３の周面を内包する周壁部１５を備え、周壁部１５は、周壁部１５の上端部に延在し、凸部１３の上面より上方に拡幅部１６を備え、拡幅部１６の上面の一部を切削することで形成された鍔部１７が形成されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、コイルを巻装したコアを有する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伝送装置および伝送側コアに関するものである。

近年、電磁誘導などの非接触による方法で、電子機器（非接触授受装置）に対して充電電力または情報を伝送する非接触伝送装置が開示されている。（例えば、特許文献１、２参照）例えば、電子機器には電源として２次電池等の充電式電池が搭載されているものがあり、充電装置（非接触式伝送装置）から該電子機器の２次電池への充電方法としては、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。

図５〜７はこのような従来の非接触伝送装置Ａ５〜Ａ７および電子機器（電子時計）Ｂの構造図である。図５の構成では、１次側コイルから誘起された磁束が１次側コアの中央凸部を介して２次側コアならびに拡幅部と磁束をループすることによって、２次側コイルに電力を伝送する。通常、２次側コイルの起電力となるεは、次式で示される。
ε＝−ｄφＢ／ｄｔ
ここで、１次側コイルに印加する電圧ならびに電流は交流とされている。

ところで、上記のように、充電装置から電子機器に対して非接触によるエネルギー伝送が幅広く応用されてきたのは、エネルギーとなる電力が水などの液体と比較して機密性の確保が容易であるという利点を有しているからである。すなわち、非接触によるエネルギー伝送では、接触型のエネルギー伝送とは異なり接続部を露出する必要がないため、より機密性を確保することが可能となり、電子機器である携帯電話や電子時計に対して幅広く使用されている。

通常、充電装置は磁束密度に影響を及ぼすことの無い樹脂を用いて成型された筐体内部に格納されており、図６に示すように、筐体６８の凹部６９に電子時計Ｂを設置することで非接触によるエネルギー伝送を行う。

このように電子時計を充電し、充電の完了後に電子時計を取り外すことで幾度にも渡って電子時計を使用することができる為、２次電池を用いない１次電池使用型電子時計の際に必要な１次電池の交換が不要となり、非常に利便性の良いものとなっている。

ところで、より急速な充電を行う場合には、２次側コアにより多くの磁束を鎖交させる必要があるため、図５に示すように、従来の構成では中央凸部１３−２次側コアｂ２−拡幅部５６の間隙は可能な限り小さくなるよう構成されている。

特開平９−１３０９９８号公報 特開平１１−１９５５４５号公報

しかしながら、この従来技術では、中央凸部−２次側コア−拡幅部の間隙は可能な限り小さくなるよう構成されているため、非接触充電完了後に電子時計を充電装置から取り外す際に、筐体凹部の内周と電子時計の外周間の空隙が小さく、電子時計が前記充電装置から取り外しにくいという問題があった。

このような問題を解決するために、図７に示すように、電子時計Ｂの外周と筐体凹部７９の内壁間の間隙ｄ７を拡張することができる。この場合、従来と比較して拡幅部７６が短いため、電子時計Ｂの充電が完了した際、電子時計Ｂと筐体凹部７９内壁との間に、指を入れることのできるスペースＳ７が存在し、電子時計Ｂを容易に取り外すことができる。

しかしながら、このような構成では、２次側コアｂ２−拡幅部７６間の間隙が大きい為に、急速充電する際に磁束密度の結合性が損なわれ、それによって磁気的損失が生じる可能性があった。特に、充電時に電子時計Ｂが筐体凹部７９内のどちらか一方に偏ってしまった場合に、他方における２次側コアｂ２から拡幅部７６までの間隙が大きくなるため、より磁束の結合性が損なわれ、結果としてエネルギー伝送の損失が増加し、これにより充電効率の低下を招くという問題がある。

また、このような問題を解決するために、充電装置に電子時計Ｂを固定する機構を設けることもできるが、この場合には、充電装置が大型化する上、利便性が悪化し、また、充電装置の製造コストが増大するという問題がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、電子時計等の非接触授受装置の脱着を容易にするとともに、非接触授受装置への充電電力または情報の伝送効率を維持し、かつ装置を小型化して利便性を向上させることができる非接触伝送装置を提供することを目的とするものである。

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、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対し充電電力または情報を非接触で伝送する非接触伝送装置において、中央付近に凸部を有し、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、前記授受側コアと略同軸上に対向して配置される伝送側コアと、前記凸部に巻装された伝送側コイルとを備え、前記伝送側コアは、前記凸部の底部から外方に延在し、端部において立設して設けられ、前記凸部の周面を内包する周壁部と、前記周壁部の上端部から、内方に延在し、内壁面と前記凸部の上面とで形成される空間に前記非接触授受装置を受け入れる拡幅部と、前記拡幅部の内壁面下部に設けられ、前記拡幅部の厚さより薄い厚さで形成された鍔部を備え、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、前記内壁面および前記鍔部の内壁面と前記凸部の上面とで形成される空間に受け入れた前記非接触授受装置の授受側コイルに誘導起電力を発生させて前記充電電力または情報を前記非接触授受装置に伝送することを特徴とする。

請求項１にかかる発明によれば、電子時計を設置可能な鍔部を非接触伝送装置に形成することで該電子時計を該非接触伝送装置から容易に脱着することができ、鍔部によって電子時計の水平方向の自由度を減少させることで電子時計の位置ずれによる磁束の閉ループを未然に防ぐことができ、充電電力または情報の伝送効率が向上するという効果を奏する。

また、請求項２にかかる発明によれば、伝送側コアに使用するコア材料を削減することが可能であると同時に、非接触伝送装置の軽量化あるいは小型化が可能となるという効果を奏する。

また、請求項３にかかる発明によれば、磁性体を備えたことによって磁束の結合性を保つことができ、急速に充電することが可能になるという効果を奏する。

また、請求項４にかかる発明によれば、磁性体の形状を真円形あるいは正方形としたことにより、非接触伝送装置上に設置される電子時計は非接触伝送装置に対して上下左右に対称となるため、電子時計の回転方向に対する自由度が向上し、かつ磁束の結合性は保たれるためエネルギーの伝送効率は低減しない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の最良な実施の形態を詳細に説明する。
（実施の形態１）
実施の形態１にかかる非接触伝送装置（充電装置）は、２次側コイル（授受側コイル）を巻装した２次側コア（授受側コア）に対し、充電電力を非接触で伝送するものである。図１は、実施の形態１にかかる充電装置Ａ１および電子時計Ｂの構成を示す説明図である。図２は、説明の都合上、図１において筐体１８を省略したものである。なお、図１および図２では、充電装置Ａ１、Ａ２における送電部分および電子時計Ｂにおける受電部分に関する構成を示しており、他の構成については省略している。

まず、充電装置Ａ１について説明する。図１に示すように、充電装置Ａ１の送電部分は、１次側コア１２と、１次側コア１２に巻装された１次側コイル１１を主に備えている。

１次側コア１２は、磁気特性を有する主成分がマンガン系の金属で形成されたフェライトコアなどであり、電子時計Ｂに対して充電電力を充電する際に、電子時計Ｂの２次側コアｂ２と略同軸上に対向して配置されている。また、１次側コア１２は、中央付近に凸部１３と、中央凸部１３の底部から外方に延在し、端部において外周立設して設けられ、凸部１３の周面を内包する周壁部１５を備えている。筐体１８は、１次側コア１２の形状に沿って、磁束に影響の無い樹脂で形成されている。

１次側コア中央凸部１３−２次側コアｂ２間の距離と位置関係は、図５〜６に示す、後述の従来技術における１次側コア中央凸部１３−２次側コアｂ２間の距離と位置関係に等しい。

１次側コア１２−２次側コアｂ２間の距離と位置関係は、図５〜６に示す、後述の従来技術における１次側コア５２もしくは６２−２次側コアｂ２間の距離と位置関係に等しい。

周壁部１５は、その上端部に延在し、凸部１３の上面より上方に拡幅部１６を備えており、さらに拡幅部１６には厚みｈ１かつ幅ｄの鍔部１７が設けられている。この鍔部１７は、拡幅部１６の上面の一部を幅ｄに渡り深さｈ２だけ切削することで形成される。

次に、電子時計Ｂについて説明する。図１に示すように、電子時計Ｂの授受部分は２次側コアｂ２と、２次側コイルｂ１とを主に備えている。２次側コアｂ２は、磁気特性を有する主成分がマンガン系の金属で形成されたフェライトコアなどであり、２次側コアｂ２に巻装された２次側コイルｂ１とともに磁束を発生させるものである。

ここで、充電装置Ａ１あるいはＡ２から電子時計Ｂへの充電方法について説明する。充電装置側では、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次側コア中央凸部１３に巻装された１次側コイル１１に供給し、１次側コア１２と１次側コイル１１により磁束が発生する。そして、電子時計Ｂの２次側コイルｂ１に交流電磁界（誘導起電力）を発生させることで、電子時計Ｂに非接触で電力を送電する。

一方、電子時計Ｂ側では、１次側コイル１１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が発生することで、充電装置Ａ１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力に整流し、充電電力として２次電池ｂ０に蓄電する。

ここで、従来技術の充電装置Ａ５あるいはＡ６に電子時計Ｂを脱着する際の動作について説明する。図５あるいは図６に示すように、従来技術の充電装置Ａ５あるいはＡ６に電子時計Ｂを装着する際は、充電装置Ａ５の中央凹部５０あるいは充電装置Ａ６の筐体凹部６９に電子時計Ｂを収納する。この際、電子時計Ｂの外径Ｌｂと充電装置における中央凹部５０の内径Ｌ５あるいは内径Ｌ６の差を２ｄ５あるいは２ｄ６とすると、２ｄ５＝Ｌ５−Ｌｂあるいは２ｄ６＝Ｌ６−Ｌｂであり、電子時計Ｂ外周と前記中央凹部内周間の間隙すなわち脱着時に指を差し込むことのできる隙間は左右にｄ５あるいはｄ６ずつとなる。従来技術における充電装置Ａ５あるいはＡ６においてこの間隙ｄ５あるいはｄ６は、充電時の磁束結合性を高めるため可能な限り小さく設計されている。

このように、従来の形態の充電装置においては、充電装置Ａ５あるいはＡ６の中央凹部５０あるいは筐体凹部６９と電子時計Ｂ間の狭い間隙に指を差し込み、任意の厚みと重量を有する電子時計Ｂを垂直上方に摘まみ上げて、電子時計Ｂを充電装置Ａ５あるいはＡ６から取り出すこととなる。

これに対して図７に、内径Ｌ７を図６における内径Ｌ６よりも大きくすることで、筐体内径と電子時計Ｂ外周との間隙ｄ７を拡張した場合の従来の充電装置Ａ７を示す。この場合には、電子時計Ｂと筐体７８の内周間に指を入れるための十分なスペースＳ７を確保することができ、図５〜６の場合に比べて電子時計Ｂの脱着を容易にすることが可能となる。

しかしながら、充電装置Ａ７に電子時計Ｂを設置した際には、間隙ｄ７が大きいために筐体凹部内で電子時計Ｂの位置ずれが生じ、電子時計Ｂの１次側コア７２に対する対称性が崩れるため、エネルギー伝送効率が低下する可能性があるという問題がある。

このため、本実施の形態にかかる充電装置Ａ１は、上述した構成により、このような従来の装置の問題を解決している。以下、本実施の形態の充電装置Ａ１に電子時計Ｂを脱着する際の動作について説明する。図１に示すように、充電装置Ａ１の筐体凹部１９の内径Ｌ１と電子時計Ｂの外径の差は２ｄ１＝Ｌ１−Ｌｂで示される。

このように、本実施の形態においては、鍔部１７を備えたことによってスペースＳ１を設けているため、間隙ｄ１を大きく設定した場合にも、電子時計Ｂの筐体凹部内における位置ずれを防ぐことができるとともに、脱着時にスペースＳ１に指を差し込んで電子時計Ｂを摘まみあげることが容易になる。また、前記鍔部１７は１次側コア拡幅部１６の上部を切削して作製されるため、コア材料を削減することができ、１次側コア１２の軽量化あるいは小型化が可能となる。さらに、本実施の形態において１次側コア１２と２次側コアｂ２の位置関係は、図５〜７に示す従来の形態の場合の１次側コア５２、６２、７２と２次側コアｂ２との各位置関係と等しいため、従来技術の形態と比較して本実施の形態における充電時のエネルギー伝送効率は低下することが無い。

（実施の形態２）
実施の形態１の充電装置Ａ１は、拡幅部１６を切削して鍔部１７を一体形成することで構成されていたが、本実施の形態の充電装置では、拡幅部に磁性体を設置して鍔部を構成する場合について説明する。

図３は、実施の形態２にかかる充電装置Ａ３および電子時計Ｂの構成を示す説明図である。ここで、電子時計Ｂの構成および機能は、実施の形態１における電子時計と同様であるため説明を省略する。図３に示すように、充電装置Ａ３は、１次側コア３２と、１次側コイル１１と、筐体３８を主に備えている。ここで、１次側コイル１１、筐体３８の構成、配置および機能は、実施の形態１と同様であるため説明を省略する。

実施の形態２の１次側コア３２は、実施の形態１と同様に、凸部１３と、周壁部１５と、拡幅部３６とを備えている。ここで、凸部１３、周壁部１５は、実施の形態１と同様である。また、１次側コア３２の材質、配置および機能についても、実施の形態１と同様であるため説明を省略する。

実施の形態２の拡幅部３６は、拡幅部内周に磁性体Ｍ１を備えており、この磁性体Ｍ１が鍔部を形成している。磁性体Ｍ１には、磁束の結合性を向上させるため、１次側コア３２と同じ材質を用いることが望ましく、あるいは、１次側コア３２より透磁率の高い材質で構成されることが望ましい。また、磁性体Ｍ１は電子時計Ｂの形状に沿うような環状形態、すなわち真円形もしくは正方形となっている。

本実施の形態では、磁性体Ｍ１により鍔部を形成しているため、１次側コイル１１から発生した磁束は１次側コア３２の中央凸部１３を介し、２次側コアｂ２を経て磁性体Ｍ１へという磁束ループが生じる。図７に示す従来技術の充電装置Ａ７を用いた際よりも磁性体Ｍ１が２次側コアｂ２に接近するため充電効率は増加する。

本実施の形態では、磁性体Ｍ１を備えたことによって、充電時に磁束の結合性を向上させることができ、急速充電時の充電効率を向上させることができる。それと同時に、磁性体Ｍ１が鍔部として機能するため、電子時計Ｂの水平方向の自由度が減少し、電子時計Ｂの位置ずれによる磁束の閉ループを未然に防ぐことができ、充電電力または情報の伝送効率を向上させることができる。また、磁性体Ｍ１の形状を電子時計Ｂの形状に沿うような環状としたことで、電子時計Ｂが充電装置Ａ３に対して上下左右に対称となるため、電子時計Ｂの回転方向に対する自由度が向上し、かつ磁束の結合性は保たれるためエネルギーの伝送効率を保持することができる。

（実施の形態３）
実施の形態２の充電装置Ａ３は、磁性体Ｍ１を拡幅部３６の内周に設置し、磁性体Ｍ１を鍔部とすることで構成されていたが、本実施の形態の充電装置では、磁性体を拡幅部と離間して設け、筐体凹部上面に設置することで鍔部を構成する。

図４は、実施の形態３にかかる充電装置Ａ４および電子時計Ｂの構成を示す説明図である。ここで、電子時計Ｂの構成および機能は、実施の形態１における電子時計と同様であるため説明を省略する。充電装置Ａ４は、１次側コア４２と、１次側コイル１１と、筐体４８を主に備えている。ここで、１次側コイル１１、筐体４８の構成、配置および機能は、実施の形態１と同様であるため説明を省略する。

実施の形態３の１次側コア４２は、実施の形態１と同様に、中央凸部１３と、周壁部１５と、拡幅部４６とを備えている。ここで、中央凸部１３、周壁部１５は、実施の形態１と同様である。また、１次側コア４２の材質、配置および機能についても、実施の形態１と同様であるため説明を省略する。

本実施の形態の拡幅部４６は、磁性体Ｍ１が設けられていない点で実施の形態３の拡幅部３６と異なっている。本実施の形態では、拡幅部４６の内壁面側に離間した筐体４８上の位置に略円環形状の磁性体Ｍ２が設けられている。すなわち、図４に示すように、筐体４８は、その上面に凹部４９を形成している。そして、その凹部４９上であって、拡幅部４６と離間した位置に磁性体Ｍ２が設置されている。つまり、この磁性体Ｍ２は、凹部４９内で鍔部を形成している。磁性体Ｍ２の材質および形状については、実施の形態２における磁性体Ｍ１と同様であるため説明を省略する。

本実施の形態では、実施の形態２で得られる効果と同等の効果が得られると同時に、磁性体Ｍ２を筐体凹部上面に設置することで鍔部としているため、１次側コア４２ならびに筐体４８の構造が単純化され、従って製造工程も単純化し、製造コストも削減することが可能となる。

実施の形態１にかかる電子時計Ｂおよび充電装置Ａ１の構成を示す説明図である。 実施の形態１の充電装置Ａ２において筐体を省略した状態を示す図である。 実施の形態２にかかる電子時計Ｂおよび充電装置Ａ３の構成を示す図である。 実施の形態３にかかる電子時計Ｂおよび充電装置Ａ４の構成を示す図である。 従来の充電装置Ａ５と電子時計Ｂの構成を示す図である。 従来の充電装置Ａ６と電子時計Ｂの構成を示す図である。 充電装置Ａ６の筐体凹部の内径Ｌ６をＬ７に拡張した充電装置Ａ７ならびに電子時計Ｂを示す図である。

符号の説明

Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ａ５、Ａ６、Ａ７ 充電装置
５０ 中央凹部
１１ １次側コイル
１２、３２、４２、５２、６２、７２ １次側コア
１３ 中央凸部
１５ 周壁部
１６、３６、４６、５６、７６ 拡幅部
１７ 鍔部
１８、３８、４８、６８、７８ 筐体
１９、４９、６９、７９ 凹部
Ｍ１、Ｍ２ 磁性体
Ｂ 電子時計
ｂ０ ２次電池
ｂ１ ２次側コイル
ｂ２ ２次側コア
Ｌ１、Ｌ５、Ｌ６、Ｌ７ 内径
Ｌｂ 外径
ｄ１、ｄ５、ｄ６、ｄ７ 間隙
ｄ 幅
ｈ１ 厚み
ｈ２ 深さ
Ｓ１、Ｓ７ スペース

Claims (5)

1. 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対し充電電力または情報を非接触で伝送する非接触伝送装置において、
   中央付近に凸部を有し、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、前記授受側コアと略同軸上に対向して配置される伝送側コアと、
   前記凸部に巻装された伝送側コイルとを備え、
   前記伝送側コアは、
   前記凸部の底部から外方に延在し、端部において立設して設けられ、前記凸部の周面を内包する周壁部と、
   前記周壁部の上端部から、内方に延在し、内壁面と前記凸部の上面とで形成される空間に前記非接触授受装置を受け入れる拡幅部と、
   前記拡幅部の内壁面下部に設けられ、前記拡幅部の厚さより薄い厚さで形成された鍔部を備え、
   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、前記内壁面および前記鍔部の内壁面と前記凸部の上面とで形成される空間に受け入れた前記非接触授受装置の授受側コイルに誘導起電力を発生させて前記充電電力または情報を前記非接触授受装置に伝送することを特徴とする非接触伝送装置。
2. 前記鍔部は、前記拡幅部と一体形成されていることを特徴とする請求項１に記載の非接触伝送装置。
3. 前記鍔部は、磁性体で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の非接触伝送装置。
4. 前記磁性体は、前記拡幅部に設けられていることを特徴とする請求項３に記載の非接触伝送装置。
5. 前記磁性体は、前記拡幅部と離間して設けられ、前記非接触授受装置の形状に沿った環状に形成されていることを特徴とする請求項３に記載の非接触伝送装置。

Images