JP2010219331A - 非接触エネルギー伝送装置、電子時計、充電装置、非接触エネルギー伝送装置のコア形状決定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】伝送効率をより向上するための、１次側コアの構成と、さらに、非接触エネルギー伝送システムにおいて、１次側コアの構成を、より最適に伝送効率が高く決定できる手段を提供する。
【解決手段】貫通孔を含む凸部を有し、凸部の底部から延在し前記凸部の周面を内包する周壁部が設けられた１次側コア１０２と、凸部に巻装された１次側コイル１０１とを備え、１次側コア１０２は、周壁部の上側端部から凸部の上面近傍であって、１次側コイル１０１は、１次側コア１０２とともに磁束を発生させることにより、第１空芯部および第２空芯部を備えた２次側コアを介して電力または情報を２次側コイルに伝送する非接触エネルギー伝送装置であって、貫通孔の空芯部の面積を、対向する２次側コアの第１空芯部の面積の０．５７〜０．７倍に設定する。
【選択図】 図１５

Description

本発明は、良好な伝送効率を確保できる非接触エネルギー伝送装置、電子時計、充電装置、非接触エネルギー伝送装置のコア形状決定方法に関するものである。

従来、１次側コイル（送電）と、２次側コイル（受電）を用いて、１次側から磁束を誘起し、その磁束を２次側コイルに鎖交させることで２次側コイルに電力を伝送する非接触エネルギー伝送技術が知られている。電力を伝送する際は、磁束をより吸収（放出）するために、透磁率の高いコアが用いられ、これによってエネルギー伝送を効果的に行うことができる。この技術が広く使われてきた理由の一つに、気密性の確保が容易になる、ということが挙げられる。すなわち、このような技術を用いることにより非接触によってエネルギーを送波できるため、充電の際、その充電部を露出させる必要がなくなる。このような理由から、周りに水が付着するような機器、たとえば、電子時計や、シェーバー、歯ブラシ等の充電には、よく知られた充電方式である。

電子時計にはその筐体がプラスチックで構成されているものや、チタンや、ステンレス等の金属で構成されているものがある。それぞれの材質には特有のメリットがあり、たとえばプラスチックの場合は、時計が軽量化できるといったメリットがある。また、金属によって構成されている場合、肌のアレルギーに対して適合性が高く、外観が良い等のメリットがある。ところで、プラスチックによって構成されている場合、その導電率はほぼ０なので、磁束に対してなんら影響をもたらすものではないが、チタンやステンレス等の金属で構成されている場合、磁束が通過することによって、その金属部に渦電流損が発生する。渦電流損とは、導電率があるものに磁束が通過したときに起こる損失のことで、この損失は通常、熱になる。このように電子時計が金属で構成されている場合、その筐体部分で大きな損失を招くことから、伝送効率が著しく低下することが知られている。そこで、伝送効率を低下させることなく２次側を軽量化できる無接点電磁誘導充電機構が開示されている（たとえば、特許文献１参照）。また、特許文献１では、２次側コアを通過する磁束密度の濃度により、その濃度の薄い部分をカットする（貫通孔を備える）ことで、伝送効率を落とさずに、２次側を軽量化できるものと提案している。そこで、二次側コイルのコアに貫通穴を設けた無接点電磁誘導充電機構が開示されている（たとえば、特許文献１参照）。この構成を図１６に示す。図１６に示すように、１次側の凸部に貫通孔を備えることで、渦電流損を低減させ、伝送効率が向上する技術が開示されている。なお、この図１６における符号１１０は一次側コイル、符号１１１はＥ型のコア、符号１１１Ａはコアの芯部、符号１１２（１１２ａ，１１２ｂ）はコイル、符号２１０は二次側コイル、符号２１１はＴ型のコア、符号２１１Ａはコアの芯部、符号２１１Ｂは貫通孔、符号２１１Ｃはつば部、符号２１２はコイルである。

特開平１１−１９５５４５号公報

しかしながら、上記に示されるような従来の技術にあっては、電子時計の筐体部分が金属で構成されている場合、当該筐体部分で磁束に大きな影響を与え、磁束の指向性、つまり、プラスチックで筐体が構成されている場合に、本来磁束が向かう方向、が筐体の状態に応じて変化するため、単に２次側に貫通孔を備えただけの構成では伝送効率に対してほぼ効果は得られないという問題点があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、非接触エネルギー伝送システムにおいて、より伝送効率を向上し、かつ軽量である１次側コアの構成と、そのコアの構成条件をより最適に決定できる手段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にかかる非接触エネルギー伝送装置は、貫通孔を含む凸部を有し、前記凸部の底部から延在し前記凸部の周面を内包する周壁部が設けられた１次側コアと、前記凸部に巻装された１次側コイルとを備え、前記１次側コアは、前記周壁部の上側端部から前記凸部の上面近傍であって、前記１次側コイルは、前記１次側コアとともに磁束を発生させることにより、第１空芯部および第２空芯部を備えた２次側コアを介して電力または情報を２次側コイルに伝送する非接触エネルギー伝送装置であって、前記貫通孔の空芯部の面積を、対向する２次側コアの前記第１空芯部の面積の０．５７〜０．７倍に設定することを特徴とする。

本発明は、１次側コアの貫通孔の空芯部の面積を、対向する２次側コアの第１空芯部の面積の０．５７〜０．７倍で構成することで、効果的な利得を得ることが可能になり、その結果、伝送効率を大幅に向上することができるという効果を奏する。

図１は、この実施の形態にかかる解析シミュレーションで取り扱った非接触エネルギー伝送装置のモデル構成を示す説明図である。 図２は、コイル線の巻き方（ストレート重ね巻き）の状態を示す説明図である。 図３は、コイル線の巻き方（ずらし重ね巻き）の状態を示す説明図である。 図４は、２次側コア各部における寸法関係を符号で示す説明図である。 図５は、２次側コア各部に対向する１次側コア各部における寸法関係を符号で示す説明図である。 図６は、２次側コアおよび１次側コア各部おける寸法関係を符号で示す説明図である。 図７は、この実施の形態にかかる直交表、ＳＮ比解析のイメージ例を示す説明図である。 図８は、この実施の形態にかかる解析例を示す要因効果図である。 図９は、２次側コアと１次側コア空芯との面積の関係における利得の様子を示すグラフである。 図１０は、水準と利得の計算における補正例を説明図である。 図１１は、２次側コアの断面積と１次側コアの断面積とにおける利得の様子を示すグラフである。 図１２は、２次側コアの厚みと拡幅部の厚みにおける利得の様子を示すグラフである。 図１３は、２次側コアの底部幅における利得の様子を示すグラフである。 図１４は、１次側コアおよび２次側コアにおいて第２の実施の形態で得られる結果をまとめた例を示す説明図である。 図１５は、図１４の面積比および寸法比をモデルとして示す説明図である。 図１６は、従来における非接触電装装置の構成例を示す説明図である。

以下に添付図面を参照して、この発明にかかる非接触エネルギー伝送装置、電子時計、充電装置、非接触エネルギー伝送装置のコア形状決定方法の実施の形態を詳細に説明する。

本発明の発明者は、日々研究の結果、ある特定の条件にて１次側コアを構成すれば、より良好な伝送効率が得られることを見出した。そしてさらに、非接触エネルギー伝送システムにおける２次側コアと２次側コアの形状や寸法の条件を、比較的簡易な工程で定めることができる手段を見出した。

一般的に、磁束の経路に金属のような介在物が存在しなければ、２次側コイルに鎖交する非接触エネルギーは、コイル形状やコイル間の距離、投入エネルギー、コアの形状、コアの透磁率等の要因からある程度想定することは可能である。ところが、磁束の経路に金属のような介在物が有る場合、磁束の流れが複雑になるのはもちろん、磁気的な抵抗値や、１次側と２次側の相互関係が変わってくるため、机上で計算することはほぼ不可能である。そのため、本発明の発明者は、磁気解析シミュレーション（有限要素法による解析）を用いて、特に１次側コアおよび２次側コアの形状や寸法などの要因をパラメータとして扱い、伝送効率が良くなるパラメータの条件を検討していった。その結果、本発明では、２次側コアの貫通孔と、筐体の状態に応じて１次側コアに貫通孔を備えることで、充電装置や電子時計の軽量化はもちろん、特に伝送効率を大幅に向上することのできる構成を見出した。以下に、具体例をあげてその詳細な説明を行う。

（第１の実施の形態）
まず、解析シミュレーションで取り扱った非接触エネルギー伝送装置のモデル構成を図１に示す。図１において、充電器１００側は１次側コイル１０１、１次側コア１０２で構成されており、電子時計２００側としては、ムーブメント２０１、電池２０２、文字板２０３、ケース２０４、２次側コア２０５、２次側コイル２０６、金属製の裏蓋２０７で構成されている。また、電子時計２００および充電器１００は左右対称とみなし、解析モデルとしては片側半分のモデルで解析を行った。なお、解析シミュレーションの結果としてアウトプットされる数値は、図１に示す電子時計２００の、左側側面(図１の点線で示す部分)を中心軸として、円筒状に回転させたモデルとしての出力が、アウトプットされるように設定してある。解析シミュレーションの出力とは、投入電流、出力電流、出力電圧等があり、また、投入電力を設定することによって解析を行った。

続いて、解析ＳＩＭ（シュミレータ）のパラメータとなる因子については、以下のように設定した。たとえば、電池２０２であれば、電池２０２の直径や、その厚み、導電率などを設定した。また裏蓋２０７であれば、その導電率や厚みを設定した。なお、裏蓋２０７の直径は、２次側コイル２０６の形状や、２次側コア２０５の形状、ケースの横方向の厚み等によって変わってくる。このように、他の部材の形状によって、その形状が左右される場合には、物理的な矛盾がおきないようにその形状を修正して解析を行った。コイル関係であれば、巻数、巻高さ、コイル線径、コイル内径、コイルの巻き方など、コイルを構成する上で最低限必要なパラメータを設定し、コア関係では、特に１次側コア１０２と２次側コア２０５の相互関係が重要となるので、２次側コア２０５を基準として、そのとき、１次側コア１０２がどのような形状にするか、比率を用いて因子を設定した。また、誤差因子として室温や、充電器１００と電子時計２００の距離、電子時計２００の汚れを設定した。

設定した因子は表１の通りである。たとえば１次側コイル１０１の場合、
コイル線径 :コイル線の太さ
コイル種 :マグネットワイヤ種(０〜３)
断面積比 ：１次側コイル１０１と２次側コイル２０６の対向する面の面積比(２次側コイル２０６を１としたときの比率)
巻数比 :１次側コイル１０１と２次側コイル２０６の巻数の比 (２次側コイル２０６を１としたときの比率)
凝縮巻き係数 :コイルを構成する場合、そのコイルは図２のように巻いて構成することが一般的である。ところが、図３のように、コイル線１１０をややずらして巻くことで、同じ巻数とした場合、コイルそのものの形状を小さく構成することのできる巻き方が知られている。本解析の因子として設定している凝縮巻き係数は、このことを示しており、図２の巻き方で構成できるコイルの外径を基準としたときに、凝縮巻きによって、概ねその基準に対し、０．７〜１．０倍の外径で構成することができる。この０．７〜１．０内で設定しているのが凝縮巻き係数である。

表１に戻って説明する。コア凸部−コイル上面：１次側コア１０２の凸部の高さと、１次側コイル１０１の上面の高さのギャップとして設定しており、この因子については、後述する水準が０の場合、同じ高さとし、１の場合、コア凸部が１ｍｍ高くなるように、−１の場合はコア凸部が１ｍｍ低くなるようにしている。

続いて、２次側コア２０５は、
底部厚み :図４のＡの寸法
底部幅 : 図４のＢの部分 （２次側コア２０６の低部の幅Ｈ：１０．５に対する比率）
羽部厚み :図４のＣの寸法を示している。

続いて、１次側コア１０２は、
２次側コア空芯:１次側コア空芯＝１:Ｘ・・・これは図５のＡ部分で、２次側コア２０５の空芯部分における面積と、それに対向する１次側コア１０２の空芯部分の面積比を示している。（２次側コア２０５の空芯を１としたときの比率）
２次コア断面積:１次凸部断面積＝１:Ｘ・・・これは図５のＢ部分で、２次側コア２０５の低部の面積を１としたときの、それに対向する１次側コア１０２の凸部の上面との面積比を示している。

１次側コイル底面凸部上面:凸部の高さ＝１:Ｘ ・・・これは図５のＣ部分で、１次コイル底面から凸部までの寸法を１としたときの、１次側底部から凸部までの寸法比を示している。
凸部−１次側コイル内径(幅Ｇａｐ)・・・・これは、図５のＤ部分で、凸部から、１次側コイル１０１の内径までのギャップを示している。

底部厚み(Ｙ方向)・・・これは、図６のＡ部分で、１次側コア底部の厚みを示している。
１次側コイル断面積:コア空芯(大)断面積＝１:Ｘ・・・これは、図６のＢ部分で、１次側コイル１０１の底面の面積を１としたときの、その底面に対向する、１次側コア１０２の凸部から周壁部内側までの面との断面積比を示している。
側面部幅・・・これは図６のＣ部分で、側面部の横方向の厚みを示している。
２次コア上面−１次コア上面・・・これは、図６のＤ部分で、２次側コア２０５の上面と、１次側コア１０２の拡幅部の上面とのギャップを示している。なお、後述する水準が０の場合、ギャップは０（同じ高さ）であり、１の場合、２次側コア２０５の上面が、１次側コア１０２の拡幅部の上面と比べて１ｍｍ高いことを示す。
２次側コア厚み:拡幅部厚み=１:Ｘ・・・これは図６のＥ部分で、２次側コア２０５の羽部２０５ａの厚みを１としたときの、１次側コア拡幅部の厚みの寸法比を示している。

さて、上述したように、幾つにも渡る因子を設定した後で、各因子に対して水準を決定していった。続いて、水準に関しては、以下のような設定を行った。たとえば２次側コイル２０６に関しては、表２に示すような水準を決定した。コイル線径であれば、２次側コイル２０６を構成するコイルの太さを０．２１ｍｍ、０．２２ｍｍ、０．２３ｍｍというように設定し、巻数であれば１１５ターン、１６３ターン、１７１ターンというように決定した。２次側コイル２０６以外の因子に対しても、表１のように３水準にて条件を決定した。もちろん、条件が変化すれば、２次側コイル２０６や、ケース２０４、２次側コア２０５の形状が変化することから、電子時計２００の直径や、厚み等が変化する。このように因子と水準を決定したとき、最も伝送効率が高くなる構成はどのような条件かを求めたかったが、１つの因子に対して３水準としているため（誤差因子は２水準）、そのときに必要な、解析シミュレーションの回数は、３^(因子数のべき乗) ×２^(誤差因子数のべき乗)と計算できる。

これだけの解析を行うためには、多くの時間が掛かってしまうため、本解析は、直交表を用いて解析を行うこととした。なお、因子に対する直交表はＬ８１、誤差因子に対する直交表はＬ４を適応している。なお、条件の良し悪しを判断するにあたっては、伝送効率を評価項目とした。伝送効率ηは、以下の式によって求めた。
伝送効率η＝出力エネルギー／投入エネルギー×１００

また、伝送効率ηを望目特性として扱い、感度とＳＮ比の計算は下記の式を採用した。
ＳＴ＝Ｙ１²＋Ｙ２²＋Ｙ３²＋Ｙ４²
Ｓｍ（Ｙ１＋Ｙ２＋Ｙ３＋Ｙ４）²
Ｓｅ＝ＳＴ−Ｓｍ
Ｖｅ＝Ｓｅ／３
感度＝１０＊ＬＯＧ（（Ｓｍ−Ｖｅ）／４／Ｖｅ）
ＳＮ比＝１０＊ＬＯＧ（（（Ｓｍ−Ｖｅ）／４））

この解析のイメージ図を図７に示す。本解析では、各因子に対してＬ８１直交表を設定しており、解析シミュレーションを８１パターンにて行う。誤差因子としてはＬ４直交表を採用しており、各因子の条件に対して、４つの誤差条件で解析する。この場合、因子の解析で８１パターン、誤差因子の解析で４パターンなので、一回の実験で８１×４回＝３２４回の実験回数となる。

各パターンで、Ｙ１〜Ｙ４（伝送効率）を求め、その値を基に、感度と、ＳＮ比を前述の式により求める。なお、この場合、感度とＳＮ比の意味は、感度は高ければ高いほど、伝送効率が高いことを意味しており、ＳＮ比は高ければ高いほど、誤差因子（外乱）に対して安定性があることを意味している。このように、感度とＳＮ比を求めた後、要因効果図を作ることでもっとも良い条件を検討していく。

図８は、要因効果図の一例で、コイルの水準としては表２の値を設定している。たとえばコイル線径であれば、左から０．２１ｍｍ、０．２２ｍｍ、０．２３ｍｍと設定しており、一番伝送効率がよくなる条件は、図８の点線で囲った部分（０．２３ｍｍ）となる。

また、その他の因子についても、点線で囲った部分が一番効率の良くなる条件として求めることができる。ところで、前述の例では、コイル線径は０．２３ｍｍが一番良い条件として求めることができたが、ここでの一番良い条件というのは、０．２１ｍｍ、０．２２ｍｍ、０．２３ｍｍと、設定した範囲内でのことなので、実際には、０．２４ｍｍ、０．２５ｍｍなどが、もっと良い可能性がある。このようなことが懸念されるため、本解析シミュレーションでは、一つの実験（３２４回の実験）で終わらせることなく、ある実験で一番良い条件を求めたあと、その条件を中心として何度か解析を反復した。

コイル線径を例にとって説明すると、０．２１ｍｍ、０．２２ｍｍ、０．２３ｍｍという範囲内では０．２３ｍｍがより良い場合、次回の解析は０．２２ｍｍ、０．２３ｍｍ、０．２４ｍｍというように、前の実験で一番よい条件が中心になるように水準をシフトし、実験を反復していった。このように実験を反復していくことで、ある局所的な条件での解でなく、広い範囲でそれぞれの因子の傾向を分析することができる。また、各因子の水準および利得を計算することで、その範囲において、より最適な水準を見つけることができる。

さらに、水準と利得の関係より近似化し、それに基づき利得を計算すれば、設定した範囲外においても、適切な水準を見つけることが可能となる。

（第２の実施の形態）
第１の実施の形態の解析を行ったところ、１次側コア１０２および２次側コア２０５の、断面積比、および寸法比の関係に以下の特徴があることを見出した。

まず、因子：２次側コア空芯:１次側コア空芯＝１:Ｘで、この因子に対し、水準と利得を計算すると、図９が得られた。

なお、参考として図１０に示すように、水準と利得の計算に関して、本実験は繰り返し実験を実施しているため、繰り返す毎に利得の絶対値は上昇しているが、あくまで個々の因子の利得の傾向を見るため、補正を行っている。

図９をみると、０．５７〜０．７付近に、利得が最大となる極点があることが解る。すなわち、２次側コア２０５の空芯部分の面積を１とした際に、対向する１次側コア１０２の空芯部分の面積を凡そ０．５７〜０．７で１次側コア空芯部分を構成することで、より高い利得が得られることが解った。

続いて、図１１に示すグラフでは、２次側コア断面積:１次凸部断面積=１:Ｘであるが、図をみると、１．２３〜１．３５に、利得が最大となる極点があることが解る。すなわち、２次側コア２０５の低部の断面積を１としたときの、それに対向する１次側コア１０２の凸部の上面との面積比を凡そ１．２３〜１．３５とすることで、より高い利得が得られることが解った。

続いて、図１２に示すグラフでは、２次側コア厚み：拡幅部厚み=１:Ｘであるが、図をみると、右上がりになっていることが解る。すなわち、１次側コア１０２の拡幅部の厚みは、厚ければそれだけ良く、利得が得られる。しかし、実装するにあたっては、たとえば２次側に電子時計２００を配置した際などに、余り拡幅部を厚くしすぎると、電子時計２００が取りにくくなったり、また、コアを構成する際、拡幅部から掛かる応力によって、１次側コア１０２を成型することが困難になる場合があるため、そのようなことが懸念される場合には、拡幅部の厚みを、図の第１の範囲(２．７倍以下)で構成するのが良く、また、特に利便性を損なわず、製造上で制約がない場合には、図の第１の範囲(３．５倍以上)で構成することが望ましい。ここで、拡幅部の厚みが２．７倍〜３．５倍の範囲においては、図をみて解るように、ほとんど利得が変化しないため、仮に拡幅部の厚みを薄く構成するならば、第１の範囲で、利得が最大に得られる２．５〜２．７倍の厚みで構成するのがもっとも良い。なお、図６のＣに示す部分の幅が太い場合や、電子時計の直径が大きい場合、電子時計と拡幅部のギャップを広げたい場合（時計を取りやすくする場合）は、前述の拡幅部は、必ずしも内側に拡幅していなくてもよく、反対に減幅していてもよい。

続いて、図１３に示すグラフの２次側コア底部幅をみると、１．７５〜２，０の付近で利得が最大になる極点があることが解った。

（第３の実施の形態）
ここで、第２の実施の形態で得られた結果を整理すると、図１４のように１次側コア１０２および２次側コア２０５を構成することが、最も伝送効率が得られる（利得が高い）ことを見出した。

図１４で、２次側コア２０５の空芯部の面積と、それに対向する１次側コア１０２の凸部の空芯面積を０．５７〜０．７の比率で構成し、かつ、２次側コア２０５の低部の面積と、それに対向する１次側コア１０２の凸部の面積を１．２３〜１．３６の比率で構成し、さらに、２次側コア２０５の第２空芯部２１０の長さを１０、２次側コアの、図１４に示す幅を０．５とした際、２次側コア２０５の底部幅（Ｂ）は１．７５〜２．０の比率とすると、最良の利得を得ることができる。

ここで、ＡとＢは、Ａ＋Ｂ＝１０．５で、Ｂ＝１．７５〜２．０なので、Ａ＝８．７５〜８．５となるため、８．７５／１．７５＝５、８．５／２＝４．２５と計算できるので、概ね、Ａ＝４．２〜５．０Ｂとして構成することで、最大の利得を得ることができる。

また、上記の面積比および寸法比でモデルを構成すると、その詳細な寸法は、図１５に示す通りとなる。解析シミュレーションは、電子時計２００を対象として行っており、内蔵する充電電池の大きさをφ２０mmとした。なお、図１５のモデルは片側半分であるが、記載してある寸法は、直径（全体径）としている。

また、この構成において、
２次側コア２０５の空芯部の面積と、それに対向する１次側コア１０２の凸部の空芯面積の比は、
１４．２²／１７．５²＝０．６５で、
２次側コア２０５の低部の面積と、それに対向する１次側コア１０２の凸部の面積比は、
（１９．９²−１４．４²）／（２１．２²−１７．５²）＝１．３６
さらに、ＡとＢの比は、
（２１．２−１７．５）／２＝１．８５ ・・・２次側コア底部幅（Ｂ）
２１．２／２＝８．７５ ・・・２次側コアの第１空芯部の半径（Ａ）
となるため、Ａ＝４．７９Ｂという構成としてある。

この構成によって、解析シミュレーションを実施したところ、約７０％の伝送効率で、電力を伝送することが可能であった。

したがって、１次側コア１０２において、前記貫通孔の空芯部の直径をφ１４．２ｍｍ、凸部上面の外径をφ１９，９ｍｍとし、対向する２次側コア２０５の第１空芯部の内径をφ１７．５ｍｍ、さらに、２次側コア底部の直径をφ２１．２ｍｍとして構成することで、効果的な利得を得ることが可能になり、その結果、伝送効率を大幅に向上することができる。

一般的な２次電池（φ２０ｍｍ程度）を内蔵する際の、２次側コア２０５の条件として、２次側コア２０５の第1空芯部の内径をφ１６．５〜１８．５ｍｍの範囲で構成し、かつ、上述の構成とすることで、効果的な利得を得ることが可能になり、その結果、伝送効率を大幅に向上することができる。

（第４の実施の形態）
ここでは、第３の実施の形態の構成で１次側コア１０２ないし２次側コア２０５を構成し、コイル条件として、２次側コイル２０６を、その巻数を１５３[ターン]、コイル線径φ０．２１[ｍｍ]、巻高さ１．３[ｍｍ]、コイル内径φ２９．６ｍｍ、コイル外径φ２１．２ｍｍとし、かつ、１次側コイル１０１のコイル線径をφ０．３６ｍｍ、１１４０[ターン]、巻高さ１８．７１ｍｍ、コイル内径φ２１．４ｍｍ、コイル外径φ３３．２３ｍｍとし、さらに金属部分の厚みを１ｍｍとして構成する。このような構成としたところ、実機試験において、飛躍的に伝送効率を向上させることが確認できた。

したがって、以上説明してきた実施の形態によれば、図１４に示すように、１次側コア１０２の貫通孔の空芯部の面積を、対向する２次側コア２０５の第１空芯部の面積の０．５７〜０．７倍で構成することで、効果的な利得を得ることが可能になり、その結果、伝送効率が大幅に向上する。

また、図１４に示すように、凸部上面の面積を、対向する２次側コア底部における面積の１，２３〜１．３５倍で構成することで、効果的な利得を得ることが可能になり、その結果、伝送効率が大幅に向上する。

また、上記において、２次側コア２０５の第１空芯部の幅Ｈと、２次側コア底部における幅Ｈ’との比を、４．２Ｈ’＜Ｈ＜５．０．５Ｈ’の範囲で構成することで、効果的な利得を得ることが可能になり、その結果、伝送効率を大幅に向上することができる。

また、拡幅部の形状を、対向する２次側コア２０５の厚みの３．５倍以上、で構成することで、効果的な利得を得ることが可能になり、その結果、伝送効率を大幅に向上することができる。

また、１次側コ１０２の製造上の制約で、拡幅部の厚みを厚くできない場合には、比較的薄い厚みの中でも、特に効果的に利得が稼げる２．５〜２．７倍の範囲で拡幅部を構成することで、伝送効率を大幅に向上することができる。

また、この実施の形態にかかる構成（条件）を非接触式の電子時計に適用することで、良好な伝送効率を確保できる。また、非接触式の電子時計（裏蓋が金属）と、その充電装置が得られる。

また、非接触エネルギー伝送システムの１次側コア１０２および２次側コア２０５に対し、第１の実施の形態に記載の処理を行うことで、充電装置１００と電子時計２００間の磁気的な結合を大幅に高めることができ、その結果、良好な伝送効率を確保できる１次側コア１０２および２次側コア２０５の諸条件が得られる。

また、上述したコア形状決定方法にしたがって非接触エネルギー伝送システムの１次側コア１０２および２次側コア２０５の、特にその寸法や、面積、また、それらの対比関係に基づいて形状を決定することで、結果、充電装置１００と電子時計２００間の磁気的な結合を大幅に高めることができ、良好な伝送効率を確保できる１次側コア１０２および２次側コア２０５の諸条件が得られる。

また、上述したコア形状決定方法にしたがって近似化することで、限られたサイズ（水準）の中でなく、さらに大規模な非接触エネルギー伝送システムの１次側コア１０２および２次側コア２０５の諸条件が得られる。

以上のように、本発明にかかる非接触エネルギー伝送装置、電子時計、充電装置、非接触エネルギー伝送装置のコア形状決定方法は、電子時計などの小型電子機器などに有用であり、特に、良好な伝送効率を確保できる非接触充電装置に用いるコア形状に適している。

１００ 充電器
１０１ １次側コイル
１０２ １次側コア
１１０ コイル線
２００ 電子時計
２０１ ムーブメント
２０２ 電池
２０３ 文字板
２０４ ケース
２０５ ２次側コア
２０６ ２次側コイル
２１０ 第２空芯部

Claims (12)

1. 貫通孔を含む凸部を有し、前記凸部の底部から延在し前記凸部の周面を内包する周壁部が設けられた１次側コアと、前記凸部に巻装された１次側コイルとを備え、
   前記１次側コイルは、前記１次側コアとともに磁束を発生させることにより、第１空芯部および第２空芯部を備えた２次側コアを介して電力または情報を２次側コイルに伝送する非接触エネルギー伝送装置であって、
   前記貫通孔の空芯部の面積を、対向する２次側コアの前記第１空芯部の面積の０．５７〜０．７倍に設定することを特徴とする非接触エネルギー伝送装置。
2. 前記凸部の上面の面積を、対向する２次側コアの底部における面積の１．２３〜１．３５倍に設定することを特徴とする請求項１に記載の非接触エネルギー伝送装置。
3. 前記２次側コアの第１空芯部の幅Ｈと、前記２次側コアの底部における幅Ｈ’との比を、４．２Ｈ’＜Ｈ＜５．０Ｈ’の範囲に設定することを特徴とする請求項１または２に記載の非接触エネルギー伝送装置。
4. 前記２次側コアの第１空芯部の内径をφ１６．５〜１８．５ｍｍに設定することを特徴とする請求項１、２または３に記載の非接触エネルギー伝送装置。
5. 前記１次側コアにおいて、前記貫通孔の空芯部の直径をφ１４．２ｍｍ、凸部上面の外径をφ１９．９ｍｍ1とし、対向する２次側コアの前記第１空芯部の内径をφ１７．５ｍｍとし、さらに、前記２次側コアの底部の直径をφ２１．２ｍｍとすることを特徴とする請求項１〜４の何れか一つに記載の非接触エネルギー伝送装置。
6. 前記拡幅部を、その拡幅部と対向する２次側コアの厚みの３．５倍以上または、２，７倍以下の厚みに設定することを特徴とする請求項１〜５の何れか一つに記載の非接触エネルギー伝送装置。
7. 前記拡幅部の厚みを、２．５〜２．７倍の範囲に設定することを特徴とする請求項６に記載の非接触エネルギー伝送装置。
8. 請求項１〜７の何れか一つに記載の非接触エネルギー伝送装置を用いたことを特徴とする非接触充電式の電子時計。
9. 請求項１〜７の何れか一つに記載の非接触エネルギー伝送装置を用いたことを特徴とする非接触充電式の充電装置。
10. 貫通孔を含む凸部を有し、前記凸部の底部から延在し前記凸部の周面を内包する周壁部が設けられた１次側コアと、前記凸部に巻装された１次側コイルとを備え、前記１次側コイルは、前記１次側コアとともに磁束を発生させることにより、２次側コアを介して電力または情報を２次側コイルに伝送する非接触エネルギー伝送装置のコア形状決定方法であって、
    前記１次側コアと前記２次側コアの構成する因子の水準と、利得の関係から、前記１次側コアまたは前記２次側コアの形状および面積を決定する工程を含むことを特徴とする非接触エネルギー伝送装置のコア形状決定方法。
11. 前記因子は、寸法および面積、ないし寸法および面積の比率によることを特徴とする請求項１０に記載の非接触エネルギー伝送装置のコア形状決定方法。
12. 前記水準と利得の関係を近似化し、それに基づき水準を決定する請求項１０または１１に記載の非接触エネルギー伝送装置のコア形状決定方法。

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