JP2010114494A - 非接触伝送装置並びに誘導加熱調理器 - Google Patents

Abstract

【課題】一次側コイルと二次側コイルの対向距離が０〜１０ｍｍの範囲で高い効率で伝送可能かつ小型化を図る非接触伝送装置並びに誘導加熱調理器を提供する。
【解決手段】非接触伝送装置１は、送信部２ａと受信部２ｂとから構成され、両者間で電磁誘導による非接触の電力伝送とデータ通信が行われる。送信部と受信部のそれぞれにおいて、コイル構造体は、内側コイルと、外側コイルと、これらの距離を離すためにこれらの間に設けられたフェライトと、を一体化して構成される。また、切換部６ａ、６ｂは電磁誘導による起電力の大きさに基づいてコイル構造体７ａと７ｂとの間の対向距離が所定値を超えたことを検出すると、内側コイルの接続先と外側コイルの接続先をそれぞれ電源部５ａと通信部４ａ、あるいは通信部と電源部に同時に切換える。これにより、電力伝送とデータ通信の干渉が抑制され、コイル構造体の小型化も図れる。
【選択図】図１

Description

本発明は、電磁誘導を用いて、非接触にて二つの電気回路間で電力およびデータの伝送を行なう非接触伝送装置並びにこの非接触伝送装置を備えた誘導加熱調理器に関する。

従来のスリッピングなど電極接点や配線によって回転物体、直動物体上にモーション伝送を行なうシステムにおいて、悪環境や繰り返し機械ストレスによる経年特性劣化の問題で信頼性の向上が図れなかった。回転運動あるいは直線運動する物体に電力や情報の供給を非接触で高周波電磁誘導によって伝送を行なう装置として、１対の高周波用ポットコアに電力及び情報伝送のためにそれぞれ巻線を施した伝送装置の構成と構造を開示している（特許文献１参照）。

無線電力伝送装置において、固定部カプラ及び稼動部カプラの組立性が悪く、また、防水性及び放熱性が確保できず、長期の絶縁性の保持が不可能になって、水、油が飛散する環境での使用が難しいという課題解決のために、組立性が良好で、また、樹脂モールドにより防水性及び放熱性を確保し、加えて長期の絶縁性の保持が可能になって、水、油が飛散する環境での使用が可能になる無線電力伝送装置として、電力伝送コイルと信号伝送コイルを有した組立体とフェライトコアを使用するという技術が開示されている（特許文献２参照）。

特開平８−２２２４５９号公報（第３頁〜第６頁、図１、図２） 特開平９−８３４１４号公報

特許文献１に記載の従来技術では、回転体への電力伝送及び情報伝送（以下、データ伝送あるいはデータ通信ということもある）を目的としているが、ここで述べられている構造として電力伝送用のコイルを１対のポットコアの内部に配置し、情報伝送用のコイルをもう１対の小型ポットコアの内部に配置した構造となっている。つまり、電力伝送用コイルと情報伝送用のコイルは一体化しているものではなく、完全に独立した２つの構造体となっている。また、この従来技術において、上述のような構造上の制約から情報送信と情報受信のコイルとの間の距離を変更できない。そのため、ある程度離れている機器から機器へ非接触での電力伝送・情報信号伝送は構造的に困難である。

また、上記特許文献２に記載の従来技術では、電力伝送及びデータ通信が適正に行なわれるのは、送受電コイル及びデータ通信コイルが対向しており、その対向間隔が５〜１０ｍｍの時のみである。つまり対向間隔が０〜５ｍｍにおいては電力伝送及びデータ通信が適正に行なわれない。さらに、対向するコイル同士を樹脂モールドにより固定するため、対向するコイル同士にズレが生じると電力伝送及びデータ通信が適性に行なわれないという課題があった。そのため、対向距離が絶えず変化、コイル同士に若干のズレが発生するような機器に適用することが困難である。

特許文献１に記載の従来技術では、対向する電力伝送コイルの送信側と受信側が離れることを想定としていない為、対向する１対の電力伝送のコイルの上部にデータ通信用のコイルを設置しており、電力伝送用のコイルとデータ通信用のコイルが構造的に分離している。そのため、電力伝送の受信側と送信側の対向距離を離すことができない、取り外しができないなど、設置の自由度において大きく制限がある。特許文献２では、対向する伝送コイル間の距離が５〜１０ｍｍのみ電力伝送及びデータ通信が可能であるが、近接域０〜５ｍｍでは伝送不可という課題がある。

本発明は、このような従来の問題点を解決するために為されたものであり、電力伝送用コイルとデータ通信用コイルの小型化を図り、一次側コイルと二次側コイル間の対向距離が０〜１０ｍｍの範囲で高い効率で伝送可能な非接触伝送装置並びに誘導加熱調理器を提供することを目的としている。

本発明に係る非接触伝送装置は、送信部と、送信部と非接触で配置された受信部と、を備え、送信部は、電源と送信データを供給する第１の機能部と、第１の内側コイルと、第１の外側コイルと、第１の内側コイルと第１の外側コイルの間に介在して双方の磁界を分離する第１の磁性体と、を一体構造で有する第１のコイル構造体と、第１の機能部から出力された電力を受けて電力を第１のコイル構造体に出力する電源部と、第１の機能部から出力されたデータを変調して第１のコイル構造体に出力する第１の通信部と、送信部と受信部との距離に応じて第１の内側コイルと第１の外側コイルのいずれか一方を電源部へ接続し、他方を第１の通信部へ接続するか、あるいは第１の内側コイルと第１の外側コイルの接続先を逆に切り換える第１の切換部と、を備え、受信部は、第１の機能部からのデータに基づいて動作する第２の機能部と、第２の内側コイルと、第２の外側コイルと、第２の内側コイルと第２の外側コイルの間に介在して双方の磁界を分離する第２の磁性体と、を一体構造で有し、第２の内側コイルと第２の外側コイルのいずれか一方が送信部から電磁誘導によって電力を受信して第１の電流を発生し、他方が送信部から電磁誘導によってデータを受信して第２の電流を発生する第２のコイル構造体と、第１の切換部の接続切換え動作に同期して、第１の電流を受電部へ送り、第２の電流を第２の通信部へ送るように、第２の内側コイルと第２の外側コイルのいずれか一方を受電部へ接続し、他方を第２の通信部へ接続させるか、あるいは第２の内側コイルと第２の外側コイルの接続先を逆に切換える第２の切換部と、第１の電流から電力を取り出し、第２の機能部へ供給する受電部と、第２の電流からデータ信号を取り出し、復調してデータを再生し、第２の機能部へ供給する第２のデータ通信部と、を備えたものである。

本発明によれば、非接触伝送装置は、送信部と、送信部と非接触で配置された受信部と、を備え、送信部は、電源と送信データを供給する第１の機能部と、第１の内側コイルと、第１の外側コイルと、第１の内側コイルと第１の外側コイルの間に介在して双方の磁界を分離する第１の磁性体と、を一体構造で有する第１のコイル構造体と、第１の機能部から出力された電力を受けて電力を第１のコイル構造体に出力する電源部と、第１の機能部から出力されたデータを変調して第１のコイル構造体に出力する第１の通信部と、送信部と受信部との距離に応じて第１の内側コイルと第１の外側コイルのいずれか一方を電源部へ接続し、他方を第１の通信部へ接続するか、あるいは第１の内側コイルと第１の外側コイルの接続先を逆に切り換える第１の切換部と、を備え、受信部は、第１の機能部からのデータに基づいて動作する第２の機能部と、第２の内側コイルと、第２の外側コイルと、第２の内側コイルと第２の外側コイルの間に介在して双方の磁界を分離する第２の磁性体と、を一体構造で有し、第２の内側コイルと第２の外側コイルのいずれか一方が送信部から電磁誘導によって電力を受信して第１の電流を発生し、他方が送信部から電磁誘導によってデータを受信して第２の電流を発生する第２のコイル構造体と、第１の切換部の接続切換え動作に同期して、第１の電流を受電部へ送り、第２の電流を第２の通信部へ送るように、第２の内側コイルと第２の外側コイルのいずれか一方を受電部へ接続し、他方を第２の通信部へ接続させるか、あるいは第２の内側コイルと第２の外側コイルの接続先を逆に切換える第２の切換部と、第１の電流から電力を取り出し、第２の機能部へ供給する受電部と、第２の電流からデータ信号を取り出し、復調してデータを再生し、第２の機能部へ供給する第２のデータ通信部と、を備えたので、電力供給とデータ通信信号の干渉を抑制することができ、対向距離も０（非接触）〜１０ｍｍにわたって電力伝送・データ通信が可能である。また、電力伝送用コイルとデータ通信コイルを一体構造としたので小型化を図ることができ、設置の自由度が向上する。さらに、非接触で伝送を行なうため、高い信頼性を維持できる。

実施の形態１．
図１は本発明に係るコイル構造体を含む非接触伝送装置の構成を示すブロック図である。
非接触伝送装置１は、図１に示すように送信部２ａと受信部２ｂとから構成されている。
送信部２ａは機能部３ａと通信部４ａと電源部５ａと切換部６ａと一次側のコイルを収納するコイル構造体７ａとから構成されている。
受信部２ｂは機能部３ｂと通信部４ｂと受電部５ｂと切換部６ｂと二次側のコイルを収納するコイル構造体７ｂとから構成されている。
次に、送信部２ａの構成について説明する。
図２は図１におけるコイル構造体７ａまたは７ｂの構成を示す構造図である。
コイル構造体７ａは、図２に示すようにポット型のフェライトコア７１ａと内側コイル７２ａと外側コイル７３ａとから構成されている。フェライトコア７１ａは円柱状に構成された磁性体で構成されており、同心円状に溝部７１１ａが形成されている。また、内側コイル７２ａは中空の円柱状に構成されており、フェライトコア７１ａの溝部７１１ａに嵌合するように取り付けられる。また、外側コイル７３ａは、フェライトコア７１ａの高さと同じ高さをもつ中空の円柱状に構成されており、フェライトコア７１ａが外側コイル７３ａの中空部に嵌合するようにフェライトコア７１ａの外側に取り付けられる。
また、切換部６ａは、内側コイル７２ａと外側コイル７３ａの接続先を通信部４ａと電源部５ａとに切り換えるものであり、内側コイル７２ａと外側コイル７３ａをそれぞれ電力伝送コイルとデータ通信コイルとして使用する状態からデータ通信コイルと電力伝送コイルとして使用する状態に切換えたり、その逆に切換えたりする。
機能部３ａは送信データや制御信号を生成するものであり、演算処理や制御を行うＣＰＵやＤＳＰおよび各種データを記憶する記憶部、プログラムを格納するＲＯＭなどで構成される。
データ通信部４ａは機能部３ａから送られた送信データを変調して切換部６ａおよびコイル構造体７ａを介して受信部２ｂへ送信する。
電源部５ａは送信部２ａから受信部２ｂへ電力を供給する電源である。

次に、受信部２ｂの構成について説明する。
コイル構造体７ｂは、図２に示すようにポット型のフェライトコア７１ｂと内側コイル７２ｂと外側コイル７３ｂとから構成されている。フェライトコア７１ｂは円柱状に構成された磁性体で構成されており、同心円状に溝部７１１ｂが形成されている。また、内側コイル７２ｂは中空の円柱状に構成されており、フェライトコア７１ｂの溝部７１１ｂに嵌合するように取り付けられる。また、外側コイル７３ｂは、フェライトコア７１ｂの高さと同じ高さをもつ中空の円柱状に構成されており、フェライトコア７１ｂが外側コイル７３ｂの中空部に嵌合するようにフェライトコア７１ｂの外側に取り付けられる。
また、切換部６ｂは、内側コイル７２ｂと外側コイル７３ｂの接続先を通信部４ｂと電源部５ｂとに切り換えるものであり、内側コイル７２ｂと外側コイル７３ｂをそれぞれ電力伝送コイルとデータ通信コイルとして使用する状態からデータ通信コイルと電力伝送コイルとして使用する状態に切換えたり、その逆に切換えたりする。
機能部３ｂは制御信号を生成するものであり、演算処理や制御を行うＣＰＵやＤＳＰおよび各種データを記憶する記憶部、プログラムを格納するＲＯＭなどで構成される。
送信部２ａから送られた変調データは、コイル構造体７ｂおよび切換部６ｂを介して受信され、データ通信部４ｂは受信した変調データをベースバンドデータに復調して機能部３ｂへ送信する。
受電部５ｂは送信部２ａから供給された電力を受電して受信部２ｂの各構成部分に供給する。
また、非接触伝送が行なわれているのは、コイル構造体７ａとコイル構造体７ｂとの間であり、実際の機器を想定した場合には１次側コイルであるコイル構造体７ａは固定されており、２次側コイルであるコイル構造体７ｂが可動部に取り付けられる事となる。従って、コイル構造体７ｂを含んだ機器が対面のコイル構造体７ａに対して双方の中心を通る軸を回転中心として回転、または軸方向へ離間または近接する。

切換部６を設ける理由としては、コイル構造体７ａとコイル構造体７ｂの対向距離によっては、１次側の内側コイルと２次側の内側コイルの結合係数の変化および１次側の外側コイルと２次側の外側コイルの結合係数の変化により、電力伝送効率が移り変わるため安定した電力伝送が得られないためである。この切換部を設けることで、コイル構造体７ａとコイル構造体７ｂの対向距離が変化し、所定の距離に到達すると、切換部は内側コイルの接続先と外側コイルの接続先を入れ換える。即ち、今まで内側コイルの接続先が電源部（あるいは受電部）であり、外側コイルの接続先が通信部であったならば、切換部は内側コイルの接続先を通信部に切り換え、外側コイルの接続先を電源部（あるいは受電部）に切り換える。また、今まで内側コイルの接続先が通信部であり、外側コイルの接続先が電源部（あるいは受電部）であったならば、切換部は内側コイルの接続先を通信部に切り換え、外側コイルの接続先を電源部（あるいは受電部）に切り換える。
この切換えにより常に安定した電力伝送特性が得られる。

図４は内側コイル７２を電力伝送コイルとして使用する場合の電力伝送コイルの対向距離と結合係数の関係を示すグラフと、外側コイル７３を電力伝送コイルとして使用する場合の電力伝送コイルの対向距離と結合係数の関係を示すグラフである。
図４において、ラインに菱形を付して示したグラフは内側コイル７２を電力伝送コイルとして使用する場合の電力伝送コイルの対向距離と結合係数の関係を示すグラフであり、ラインに四角を付して示したグラフは外側コイル７３を電力伝送コイルとして使用する場合の電力伝送コイルの一次側コイルと二次側コイルとの対向距離と結合係数の関係を示すグラフである。図４より送信側（一次側）のコイル構造体７ａと受信側（二次側）のコイル構造体７ｂ間の対向距離が大きくなると、内側コイル７２を電力伝送コイルとして使用した場合の一次側コイルである内側コイル７２ａと二次側コイルである内側コイル７２ｂ間の結合係数、および外側コイル７３を電力伝送コイルとして使用した場合の一次側コイルである外側コイル７３ａと二次側コイルである外側コイル７３ｂ間の結合係数がともに低下することが分かる。近接距離（０〜Ｘｍｍ）においては、内側コイル７２を電力伝送コイルとして使用した場合（図中ラインに菱形を付して示したグラフ）の方が、外側コイル７３を電力伝送コイルとして使用した場合（図中ラインに四角を付して示したグラフ）よりも一次側コイルと二次側コイルとの結合係数が大きい。Ｘｍｍよりも離れた場合には、外側コイル７３を電力伝送コイルとして使用した場合（図中ラインに四角を付して示したグラフ）の方が内側コイル７２を電力伝送コイルとして使用した場合（図中ラインに菱形を付して示したグラフ）よりも一次側コイルと二次側コイルとの結合係数は大きくなる。つまり、対向するコイル構造体の距離が、０〜Ｘｍｍまでの時は内側コイル７２を電力伝送コイルとして使用し（この場合、外側コイル７３をデータ通信用として使用する）、Ｘｍｍより大きい場合は外側コイル７３を電力伝送コイルとして使用する（この場合、内側コイル７２をデータ通信用として使用する）ことが高効率で電力伝送が可能である。

内側コイル７２を電力伝送コイルとして使用する場合の一次側コイルと二次側コイルとの対向距離と結合係数の関係を示すグラフと外側コイル７３を電力伝送コイルとして使用する場合の一次側コイルと二次側コイルとの対向距離と結合係数の関係を示すグラフにおいて、コイルの結合係数が逆転する対向距離Ｘの値に関しては、フェライトコア７１のサイズによりその値は異なる。フェライトコアサイズによる結合係数の変化と対向距離のグラフを図５に示す。フェライトコアの径が小さいほど結合係数が小さく、Ｘの値もより近接値となる。また、この値はフェライトコアの直径・実行透磁率などのパラメータから導出できる。

次に、外側コイル７３を電力伝送コイルとして使用し、内側コイル７２をデータ通信コイルとして使用した場合の電力伝送コイルとデータ通信コイルの対向距離に対する結合係数を算出した。図６は外側コイル７３を電力伝送コイルとして使用し、内側コイル７２をデータ通信コイルとして使用した場合の電力伝送コイルとデータ通信コイルの対向距離に対して算出した結合係数の値を追記したグラフである。算出した結合係数の値は、電力伝送信号がデータ通信信号に与える影響を数値化したものであり、結合係数が小さければその影響は軽微であるものといえる。
図６において、電力伝送コイルとデータ通信コイルとの結合係数の値と外巻・内巻それぞれの結合係数の値を比較すると、前者の値は後者の値に比べ十分に小さいことが確認できる。このことからデータの通信信号は、電力伝送信号の影響を受けにくいといえる。

このように送信部２ａのコイル構造体７ａと受信部３ａのコイル構造体７ｂにおいて、フェライトコア７１を使用し図２のように内側コイル７２と外側コイル７３を分離することで、図３に示すように内側コイル７２ａ、７２ｂで構成される磁束７４はフェライトコア７１により内側コイル７２ａ、７２ｂの周りの狭い範囲内に拘束して外側への拡大を抑制し、外側コイル７３ａ、７３ｂで構成される磁束７５はフェライトコア７１により外側コイル７３ａ、７３ｂの周りの狭い範囲内に拘束して内側への拡大を抑制することで、互いの磁束線がフェライトコアにより相手側へ伝達しにくくなるため、双方とも相手からの影響を受け難くなる。従来であれば電力伝送用コイルの磁束とデータ通信用コイルの磁束が互いに相手に影響を与えるため、この影響をできるだけ回避する様に、電力伝送用コイルとデータ通信用コイルをある程度の距離離す必要があったが、フェライトコア７１を活用することにより、電力伝送とデータ通信を一体化された１つの構造物として行なうことが可能である。

次に電力送受電用コイルとデータ送受信用コイルの仕様について、説明する。
図１において、コイル構造体７ａの電力送電用コイルについては、リッツ線を用いる。このときのコイルの巻き数は、１０〜３０ターンである。コイル構造体７ｂの電力受電用コイルについても同様にリッツ線を用いる。電力受電コイルの巻き数は、コイル構造体７ａと同様に１０〜３０ターンの巻き数とする。コイル構造体７ａのデータ送信用コイルについても１０〜３０ターンのリッツ線または銅線を用いる。コイル構造体７ｂのデータ受信用コイルも同様の仕様とする。

本発明の非接触伝送装置１の動作について図１を用いて説明する。送信部２ａにおいて、電源部５ａは、接続された機能部３ａより交流電力を受け、切換え部６ａを介してコイル構造体７ａに比較的周波数の低い交流電力を供給することで内側コイル７２ａと外側コイル７３ａの内の電源部５ａに接続された方を介して空間へ電磁界を発射する。受信部２ｂでは、内側コイル７２ｂと外側コイル７３ｂの内の受電部５ｂに接続された方が空間を介して送信部２ａから電磁界を受けると、この電磁界により誘導されて交流電力を生成し、この交流電力を、切換部６ｂを介して受電部５ｂに供給する。受電部５ｂは、受電した交流電力を整流して直流電力に変換し、所定の電圧に変換して、受信部２ｂの機能部３ｂや通信部４ｂを含む各部へ供給する。これにより、機能部３ｂおよび通信部４ｂが動作する。

送信部２ａの機能部３ａが受信部２ｂの機能部３ｂへデータを送信する場合、通信部４ａは機能部３ａよりデータを受けると、このデータを変調して上記の電力とは異なる周波数の高周波信号に変換する。そして、高周波信号を切換え部６ａを介してコイル構造体７ａに供給することで内側コイル７２ａと外側コイル７３ａの内のデータ通信部４ａに接続された方を介して空間へ上記電力とは異なる周波数の電磁界を発射する。受信部２ｂでは、内側コイル７２ｂと外側コイル７３ｂの内の通信部４ｂに接続された方が空間を介して送信部２ａから電磁界を受けると、この電磁界により誘導されて交流信号を生成し、この交流信号を切換部６ｂが受けると、この信号の周波数により弁別して通信部４ｂへ送る。通信部４ｂは、コイル構造体７ｂから切換部６ｂを介して交流信号を受け取ると、復調を行ってデータを再生し、機能部３ｂへ再生したデータを渡す。

同様に受信部２ｂの機能部３ｂが送信部２ａの機能部３ａへデータを送信する場合、通信部４ｂは機能部３ｂよりデータを受けると、このデータを変調して上記の電力とは異なる周波数の高周波信号に変換する。そして、高周波信号を切換え部６ｂを介してコイル構造体７ｂに供給することで内側コイル７２ａと外側コイル７３ａの内のデータ通信部４ｂに接続された方を介して空間へ上記電力とは異なる周波数の電磁界を発射する。送信部２ａでは、内側コイル７２ａと外側コイル７３ａの内の通信部４ａに接続された方が空間を介して受信部２ｂから電磁界を受けると、この電磁界により誘導されて交流信号を生成し、この交流信号を切換部６ａが受けると、この信号の周波数により弁別して通信部４ａへ送る。通信部４ａは、コイル構造体７ａから切換部６ａを介して交流信号を受け取ると、復調を行ってデータを再生し、機能部３ａへ再生したデータを渡す。

なお、切換えの動作について、前述のように外側コイル７３を電力伝送コイルとして使用する場合の一次側コイルと二次側コイルとの結合係数の大きさが、内側コイル７２を電力伝送コイルとして使用する場合の一次側コイルと二次側コイルとの結合係数の大きさよりも大きくなる対向距離はＸｍｍであるので、電力伝送中にコイル構造体７ａとコイル構造体７ｂの対向する距離が変化した場合、近接距離（０〜Ｘｍｍ）の間は内側コイル７２が電力伝送コイルとして使用され（即ち、内側コイル７２ａが電源部５ａに結線され、内側コイル７２ｂが受電部５ｂに結線され）、近接距離以上（Ｘｍｍ〜）距離が離れると切換部６が動作し外側コイル７３が電力伝送コイルとして使用される（即ち、外側コイル７３ａが電源部５ａに結線され、外側コイル７３ｂが受電部５ｂに結線される）。
この場合の切換え動作について説明する。
内側コイル７２を電力伝送コイルとして使用するか、外側コイル７３を電力伝送コイルとして使用するかは、機能部３ｂがコイル構造体７ｂに誘導された電力の電圧を監視し、ある一定の電圧値以下になった場合に、通信部４ｂを介して切換部６ｂを動作させて受電部５ｂに接続する内側コイル７２ｂから外側コイル７３ｂに（あるいは外側コイル７３ｂから内側コイル７２ｂに）自動的に切り替えるとともに、切換え信号を送信側２ａへ送信する。機能部３ａが切換信号を受信部２ｂから受信すると、通信部４ａを介して切換部６ａを動作させて電源部５ａに接続する内側コイル７２ｂから外側コイル７３ｂに（あるいは外側コイル７３ｂから内側コイル７２ｂに）自動的に切り替える。

また、上記説明では切換手段として、動作距離に応じて自動的に切換えるとしているが、当該非接触伝送装置１において、あらかじめコイル構造体７ａ、７ｂ同士の対向する距離が固定されている場合には、スイッチ等の手段を用いて手動で電力伝送用コイルとデータ通信用コイルを切換えても良い。また、出荷時に半田付けにより切換え手段をあらかじめ固定しておいても良い。

また、本発明における使用周波数については、電力伝送に用いる周波数帯は数十ｋＨｚであり、データ通信に用いられる搬送波の周波数は、ＭＨｚ帯を使用している。電力と通信の帯域をずらすことで高速通信に対応している。

以上、この実施の形態１によれば、非接触伝送装置は、送信部と、送信部と非接触で配置された受信部と、を備え、送信部は、電源と送信データを供給する第１の機能部と、第１の内側コイルと、第１の外側コイルと、第１の内側コイルと第１の外側コイルの間に介在して双方の磁界を分離する第１の磁性体と、を一体構造で有する第１のコイル構造体と、第１の機能部から出力された電力を受けて電力を第１のコイル構造体に出力する電源部と、第１の機能部から出力されたデータを変調して第１のコイル構造体に出力する第１の通信部と、送信部と受信部との距離に応じて第１の内側コイルと第１の外側コイルのいずれか一方を電源部へ接続し、他方を第１の通信部へ接続するか、あるいは第１の内側コイルと第１の外側コイルの接続先を逆に切り換える第１の切換部と、を備え、受信部は、第１の機能部からのデータに基づいて動作する第２の機能部と、第２の内側コイルと、第２の外側コイルと、第２の内側コイルと第２の外側コイルの間に介在して双方の磁界を分離する第２の磁性体と、を一体構造で有し、第２の内側コイルと第２の外側コイルのいずれか一方が送信部から電磁誘導によって電力を受信して第１の電流を発生し、他方が送信部から電磁誘導によってデータを受信して第２の電流を発生する第２のコイル構造体と、第１の切換部の接続切換え動作に同期して、第１の電流を受電部へ送り、第２の電流を第２の通信部へ送るように、第２の内側コイルと第２の外側コイルのいずれか一方を受電部へ接続し、他方を第２の通信部へ接続させるか、あるいは第２の内側コイルと第２の外側コイルの接続先を逆に切換える第２の切換部と、第１の電流から電力を取り出し、第２の機能部へ供給する受電部と、第２の電流からデータ信号を取り出し、復調してデータを再生し、第２の機能部へ供給する第２のデータ通信部と、を備えたので、電力供給と通信信号の干渉を抑制することができ、一体構造のため小型化・低コスト化を図ることができる。また、非接触で伝送を行なうため、高い信頼性を維持できる。

実施の形態２．
図７は本発明の実施の形態２における非接触伝送装置の構成例を示すブロック図である。図７において、非接触伝送装置１は図１に示した構成とほぼ同じである。図７と図１で異なる点は、送信部２ａと受信部２ｂのそれぞれに接続されるコイル構造体の数が１つでなく２つであることである。実施の形態１における非接触伝送装置１では、１組のコイル構造体で構成されているため、送信部２ａのコイル構造体７はコイル構造体７ａのみであり、受信部２ｂのコイル構造体７はコイル構造体７ｂのみであった。本発明の実施の形態２における非接触伝送装置１では、コイル構造体７を２つに分けた構成としている。

即ち、図７に示すように、送信部２ａに接続されるコイル構造体７はコイル構造体７ａと７ｃであり、受信部２ｂに接続されるコイル構造体７はコイル構造体７ｂ、７ｄである。
送信部２ａと受信部２ｂとの距離Ｄが０（非接触）〜Ｘｍｍの時、送信部２ａのコイル構造体７ａと受信部２ｂのコイル構造体７ｂが動作する。送信部２ａと受信部２ｂとの距離ＤがＸｍｍの時、送信部２ａのコイル構造体７ｃと受信部２ｂのコイル構造体７ｄが動作する。また、コイル構造体７ａと７ｂを動作させるか、コイル構造体７ｃと７ｄを動作させるかは、機能部３ｂによりコイル構造体７ｂに誘導された電力の電圧を監視し、ある一定の電圧値以下になった場合に、通信部４ｂを介して切換部６ｂを動作させて使用するコイル構造体７を７ｂから７ｄに自動的に切り替えるとともに、切換え信号を送信側２ａへ送信する。機能部３ａが切換信号を受信部２ｂから受信すると、通信部４ａを介して切換部６ａを動作させて使用するコイル構造体７を７ａから７ｃに自動的に切り替える。

また、送信部２ａと受信部２ｂは非接触で電力伝送およびデータ通信を行なうことが可能なため、送信部２ａあるいは受信部２ｂに搭載される製品は頻繁に着脱されることが考えられる。そのため、搭載機種の仕様・使用状態下において、必ずしもコイル構造体７ａと７ｂ、７ｃと７ｄが対向するとは限らない。つまり場合によっては、コイル構造体７ａと７ｄ、７ｂと７ｃが対向で配置される可能性もある。そうした場合でも、図６からも確認できるとおり、コイル間の結合係数が対向間隔によらず全体的に低い。従って、伝送可能な対向距離は短いが、近接状態では問題なく電力伝送・データ通信ともに可能である。

本発明の実施の形態２における電子機器は以上のように構成したので、コイル構造体７を正しい向きで使用することにより、コイル構造体７同士が絶えずその対向距離を移動するような状況下においても、効率の良い安定した電力伝送が可能である。実施の形態１では、電力伝送用コイルとデータ通信用コイルを切換えて使用するため、それぞれのコイルは電力伝送用とデータ通信用のどちらでも使用可能な組み合わせとしていた。本実施の形態２では、内側コイルと外側コイルをフェライトコアを介在させることで完全に分離しているため、電力伝送に特化したコイルの組み合わせ（巻数など）を選択可能である。従って、距離により最適なコイル構造体を絶えず選択し、個別調整ができるため高効率であり、省エネルギー化を実現できる。

実施の形態３．
本発明の実施の形態３について、非接触伝送装置の搭載例を示す。図８は本発明に係る非接触伝送装置の搭載例を示す図であり、図８（ａ）は、本発明の非接触伝送装置が搭載された誘導加熱調理器の斜視図である。図８（ａ）に示すように、誘導加熱調理器２０の天板２１の手前側に操作部２２が設けられており、非接触伝送装置１はこの操作部２２の制御に用いられる。また、図８（ｂ）は、非接触伝送装置１の一次側のコイル構造体７の取り付け位置を示す平面図であり、天板２１を取り除いた状態を示している。図８（ｂ）において、操作部２２が取り付けられる領域が点線部２３で示されており、誘導加熱調理器２０の本体側、即ち天板２１の下方に縦横に２個所ずつ合計４個所に操作部２２を取り付けられることが分かる。また、図８（ｂ）に示すように操作部２２のほぼ両端に送信用の一次側のコイル構造体７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄが取り付けられる。なお、図示しないが、一次側の機能部、通信部、電源部は本体内の基板に設けられている。また、図８（ｃ）は図８（ｂ）の点線部２３に着脱可能に設置される操作部２２の裏面図であり、同図に示すように操作部２２の裏面の、一次側のコイル構造体７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄに対向する位置に受信用の二次側のコイル構造体７ｅ、７ｆが取り付けられる。

本発明の実施の形態３における誘導加熱調理器を以上のように構成したので、操作部を容易に取り外したり、取り付けたりすることが可能となり、清掃により天板２１を清潔に保つことができる。また、操作部２２を縦横４個所のいずれかに移動することで、操作する方向を自在に変更することができるため、アイランド型キッチンにおけるユーザーの使い勝手を向上することができる。

なお、上記の例では対向距離の可能範囲を０〜１０ｍｍとしたが、コイルの径などを大きくすることにより１０ｍｍ〜２０ｍｍの範囲でも可能となる場合がある。

本発明における非接触伝送装置の適用例として、家庭用電化機器における入出力装置やＦＡ機器の入出力装置が上げられる。

実施の形態１における、非接触伝送装置の構成例を示すブロック図である。 本発明の実施の形態１および実施の形態２におけるコイル構造体の構成を示す図である。 本発明の実施の形態１および実施の形態２における内側コイルと外側コイルの間にポットコア型のフェライトコアを介在させたときの磁束の流れを示す図である。 内側コイルを電力伝送コイルとして使用する場合の電力伝送コイルの対向距離と結合係数の関係を示すグラフと、外側コイルを電力伝送コイルとして使用する場合の電力伝送コイルの対向距離と結合係数の関係を示すグラフである。 コイル構造体フェライトコアのサイズ別の対向距離と結合係数との関係を示すグラフである。 外側コイルを電力伝送コイルとして使用し、内側コイルをデータ通信コイルとして使用した場合の電力伝送コイルとデータ通信コイルの対向距離に対して算出した結合係数の値を追記したグラフである。 本発明の実施の形態２における、非接触伝送装置の構成例を示すブロック図である。 本発明に係る非接触伝送装置の搭載例を示す図である。

符号の説明

１ 非接触伝送装置、２ａ 送信部、２ｂ 受信部、３、３ａ、３ｂ 機能部、４、４ａ、４ｂ 通信部、５ａ 電源部、５ｂ 受電部、６、６ａ、６ｂ 切換部、７、７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ、７ｅ、７ｆ コイル構造体、７１，７１ａ、７１ｂ フェライトコア、７２、７２ａ、７２ｂ 内側コイル、７３、７３ａ、７３ｂ 外側コイル、７４ 内側コイルの磁束、７５ 外側コイルの磁束、２０ 誘導加熱調理器、２１ 天板、２２ 操作部、２３ 点線部、７１１ａ、７１１ｂ 溝部。

Claims (9)

1. 送信部と、この送信部と非接触で配置された受信部と、を備え、
   前記送信部は、
   電源とデータを供給する第１の機能部と、
   第１の内側コイルと、第１の外側コイルと、前記第１の内側コイルと前記第１の外側コイルの間に介在して双方の磁界を分離する第１の磁性体と、を一体構造で有する第１のコイル構造体と、
   前記第１の機能部から出力された電力を受けてこの電力を前記第１のコイル構造体に出力する電源部と、
   前記第１の機能部から出力されたデータを変調してデータ信号を前記第１のコイル構造体に出力する第１の通信部と、
   前記送信部と前記受信部との距離に応じて前記第１の内側コイルと前記第１の外側コイルのいずれか一方を前記電源部へ接続し、他方を前記第１の通信部へ接続するか、あるいは前記第１の内側コイルと前記第１の外側コイルの接続先を逆に切り換える第１の切換部と、を備え、
   前記受信部は、
   前記第１の機能部からのデータに基づいて動作する第２の機能部と、
   第２の内側コイルと、第２の外側コイルと、前記第２の内側コイルと前記第２の外側コイルの間に介在して双方の磁界を分離する第２の磁性体と、を一体構造で有し、前記第２の内側コイルと前記第２の外側コイルのいずれか一方が前記送信部から電磁誘導によって電力信号を受信して第１の電流を発生し、他方が前記送信部から電磁誘導によってデータ信号を受信して第２の電流を発生する第２のコイル構造体と、
   前記第１の切換部の接続切換え動作に同期して、前記第１の電流を前記受電部へ送り、前記第２の電流を前記第２の通信部へ送るように、前記第２の内側コイルと前記第２の外側コイルのいずれか一方を前記受電部へ接続し、他方を前記第２の通信部へ接続させるか、あるいは前記第２の内側コイルと前記第２の外側コイルの接続先を逆に切換える第２の切換部と、
   前記第１の電流から電力を取り出し、前記第２の機能部へ供給する受電部と、
   前記第２の電流からデータ信号を取り出し、復調してデータを再生し、前記第２の機能部へ供給する第２のデータ通信部と、を備えたことを特徴とする非接触伝送装置。
2. 送信部と、この送信部と非接触で配置された受信部と、を備え、
   前記送信部は、
   電源とデータを供給する第１の機能部と、
   第１の内側コイルと、第１の外側コイルと、前記第１の内側コイルと前記第１の外側コイルの間に介在して双方の磁界を分離する第１の磁性体と、を一体構造で有する第１のコイル構造体と、
   第２の内側コイルと、第２の外側コイルと、前記第２の内側コイルと前記第２の外側コイルの間に介在して双方の磁界を分離する第２の磁性体と、を一体構造で有する第２のコイル構造体と、
   前記第１の機能部から出力された電力を受けてこの電力を前記第１のコイル構造体と前記第２のコイル構造体に出力する電源部と、
   前記第１の機能部から出力された送信データを変調してデータ信号を前記第１のコイル構造体と前記第２のコイル構造体に出力する第１の通信部と、
   前記送信部と前記受信部との距離に応じて前記第１の内側コイルと前記第１の外側コイルのいずれか一方を前記電源部へ接続し、他方を前記第１の通信部へ接続するか、あるいは前記第２の内側コイルと前記第２の外側コイルのいずれか一方を前記電源部へ接続し、他方を前記第１の通信部へ接続させる第１の切換部と、を備え、
   前記受信部は、
   前記第１の機能部からのデータに基づいて動作する第２の機能部と、
   第３の内側コイルと、第３の外側コイルと、前記第３の内側コイルと前記第３の外側コイルの間に介在して双方の磁界を分離する第３の磁性体と、を一体構造で有し、前記第３の内側コイルと前記第３の外側コイルのいずれか一方が前記送信部から電磁誘導によって電力を受信して第１の電流を発生し、他方が前記送信部から電磁誘導によってデータ信号を受信して第２の電流を発生する第３のコイル構造体と、
   第４の内側コイルと、第４の外側コイルと、前記第４の内側コイルと前記第４の外側コイルの間に介在して双方の磁界を分離する第４の磁性体と、を一体構造で有し、前記第４の内側コイルと前記第４の外側コイルのいずれか一方が前記送信部から電磁誘導によって電力を受信して第３の電流を発生し、他方が前記送信部から電磁誘導によってデータ信号を受信して第４の電流を発生する第４のコイル構造体と、
   前記第１の切換部の接続切換え動作に同期して、前記第１の電流を前記受電部へ送り、前記第２の電流を前記第２の通信部へ送るように、前記第３の内側コイルと前記第３の外側コイルのいずれか一方を前記受電部へ接続し、他方を前記第２の通信部へ接続させるか、あるいは前記第３の電流を前記受電部へ送り、前記第４の電流を前記第２の通信部へ送るように、前記第４の内側コイルと前記第４の外側コイルのいずれか一方を前記受電部へ接続し、他方を前記第２の通信部へ接続させる第２の切換部と、
   前記第１の電流または前記第３の電流から電力を取り出し、前記第２の機能部へ供給する受電部と、
   前記第２の電流または前記第４の電流からデータ信号を取り出し、復調してデータを再生し、前記第２の機能部へ供給する第２のデータ通信部と、を備えたことを特徴とする非接触伝送装置。
3. 前記第１の磁性体は円柱状に構成され、前記第１の内側コイルが嵌合する同心円状に形成された第１の溝を有し、その外周部において前記第１の外側コイルと嵌合し、
   前記第２の磁性体は円柱状に構成され、前記第２の内側コイルが嵌合する同心円状に形成された第２の溝を有し、その外周部において前記第２の外側コイルと嵌合することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の非接触伝送装置。
4. 前記第１の磁性体及び前記第２の磁性体はフェライトコアであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の非接触伝送装置。
5. 前記第１の磁性体及び前記第２の磁性体はポット型のフェライトコアであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の非接触伝送装置。
6. 前記第１のコイル構造体と前記第２のコイル構造体は対向した状態で用いられることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の非接触伝送装置。
7. 前記第２の機能部は、誘導電圧が所定値を下回ったときに、前記第２の切換部に切換えを行わせるとともに、切換信号を前記第１の機能部へ送信し、
   前記第１の機能部は、前記第２の機能部からの切換信号に基づいて、前記第１の切換部に切換えを行わせることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の非接触伝送装置。
8. 固定部と、可動部と、を備え、
   前記送信部は前記固定部に固定され、前記受信部は前記可動部に取り付けられることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の非接触伝送装置。
9. 請求項１〜８のいずれかに記載の非接触伝送装置を備えたことを特徴とする誘導加熱調理器。

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