JP2013150393A - 無接点給電ユニット及び無接点給電ユニットを備える電気機器 - Google Patents
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Abstract
【課題】無接点給電ユニットを電気機器に組み込みながら効率よく放熱する。
【解決手段】無接点給電ユニットは、上面に平坦面73を有する上面プレート72を備える電気機器70に組み込まれて、上面プレート72の上面に携帯機器50を載置する状態で、携帯機器50に内蔵される受電コイル51に磁気誘導作用で電力搬送する。無接点給電ユニットは、組み込み対象の電気機器70の平坦面73に面して配置されて、平坦面73を、携帯機器50をセットするセット面74として利用可能な本体ケース20と、本体ケース20に内蔵されて、セット面74にセットされる携帯機器50の受電コイル51に電磁結合される送電コイル11と、送電コイル11に交流電力を供給する交流電源12とを備えており、本体ケース20が、電気機器70の内部に開口された冷却空気吸入口22と冷却空気排出口23とを備えることを特徴としている。
【選択図】図2
【解決手段】無接点給電ユニットは、上面に平坦面73を有する上面プレート72を備える電気機器70に組み込まれて、上面プレート72の上面に携帯機器50を載置する状態で、携帯機器50に内蔵される受電コイル51に磁気誘導作用で電力搬送する。無接点給電ユニットは、組み込み対象の電気機器70の平坦面73に面して配置されて、平坦面73を、携帯機器50をセットするセット面74として利用可能な本体ケース20と、本体ケース20に内蔵されて、セット面74にセットされる携帯機器50の受電コイル51に電磁結合される送電コイル11と、送電コイル11に交流電力を供給する交流電源12とを備えており、本体ケース20が、電気機器70の内部に開口された冷却空気吸入口22と冷却空気排出口23とを備えることを特徴としている。
【選択図】図2
Description
本発明は、受電コイルを内蔵している携帯機器をセットして磁気誘導作用で電力を供給する無接点給電ユニットに関し、とくに、電気機器に組み込まれて、この電気機器の上面に特定の携帯機器がセットされる状態で速やかに携帯機器に電力を供給する無接点給電ユニットとこの無接点給電ユニットを備える電気機器に関する。
携帯電話やスマートフォン、タブレット、携帯音楽プレーヤ、デジタルカメラ等のモバイル機器に代表される携帯機器は、携帯性を高めるため、内蔵される二次電池により駆動されるものが多い。このような携帯機器に外部から電力を供給して、内蔵される二次電池を充電するには、携帯機器を充電器にセットして、接点同士を物理的に接続した状態で行う。一方で、このような物理的な接続でなく、電磁誘導の作用を利用して充電台に内蔵された送電コイルから、電池パックに内蔵される受電コイルに対して電力を搬送して、携帯機器に電力を供給する充電台が開発されている(特許文献1参照)。
特許文献1は、充電台に、交流電源で励磁される送電コイルを内蔵し、電池パックには送電コイルに電磁結合される受電コイルを内蔵する構造を開示している。さらに、電池パックは、受電コイルに誘導される交流を整流し、これを電池に供給して充電する回路も内蔵する。この構造によると、充電台の上に電池パックを載せて、非接触状態で電池パックの電池を充電できる。
ところで、近年、動画を保存、再生できる機器として、液晶画面を備える携帯機器が普及している。さらに、このような携帯機器に、無線LANを介して画像データを転送する技術も開発されている。このような携帯機器として、例えば、スマートフォンなどのモバイル機器やスレートPCなどに、ハードディスククレーコーダから動画映像が転送される。このとき、転送先のモバイル機器やスマートフォンはバッテリ駆動であるため、十分な残容量が残っていないと、転送中に電源が遮断されて転送が失敗することも考えられる。特に近年は、モバイル機器においても高画質の動画像が扱えるようになっており、転送データのデータ量が増大する傾向にあり、転送時間も長くなることがある。また、このような大容量データのコピーには、ハードディスクや半導体メモリへの書き込みのために電力も要する。したがって、このような携帯機器は、内蔵する二次電池を充電しながら画像データを転送できる環境におくことで、転送中に電源が遮断されることなく、確実にデータを転送しながら充電できる。
ただ、画像を再生できる液晶画面を備える携帯機器は、電力の消費も大きく、内蔵する二次電池にも高容量のものが使用される。したがって、これらの携帯機器は、内蔵する二次電池を満充電するのにかかる時間が長くなり、また、高画質の画像データの転送時間が長くなることもあり、長時間にわたって充電状態が継続されることになる。ところが、上述のように、無接点で携帯機器を充電する充電台は、携帯機器の受電コイルと電磁結合する送電コイルを備えるため、通電によって送電コイル自体が発熱する。したがって、長時間の充電により、放熱が不十分となって、発熱による悪影響が生じるおそれがある。
また、このような無接点による充電台は、専用の充電台とする他、他の電気機器に組み込むことも検討できる。このように電気機器に組み込まれる充電台は、さらに、送電コイルによる発熱を十分に放熱することが難しくなり、送電コイルによる発熱をいかに効率よく放熱するかが大切になる。
本発明は、従来のこのような問題点に鑑みてなされたものである。本発明の主な目的は、電気機器に組み込まれても効率よく放熱可能な無接点給電ユニットと、この無接点給電ユニットを備える電気機器を提供することにある。
上記目的を達成するために、本発明の第1の側面に係る無接点給電ユニットによれば、上面に平坦面73を有する上面プレート72を備える電気機器70に組み込まれて、前記上面プレート72の上面に携帯機器50を載置する状態で、該携帯機器50に内蔵される受電コイル51に磁気誘導作用で電力搬送する無接点給電ユニットであって、前記組み込み対象の電気機器70の上面プレート72の下面に面して配置されて、該上面プレート72の対向する上面を、前記携帯機器50をセットするセット面74とする本体ケース20と、前記本体ケース20に内蔵されて、前記セット面74にセットされる携帯機器50の受電コイル51に電磁結合される送電コイル11と、前記送電コイル11に交流電力を供給する交流電源12とを備えており、前記本体ケース20が、前記電気機器70の内部に開口された冷却空気吸入口22と冷却空気排出口23とを備えることを特徴としている。
これにより、組み込み対象の電気機器に内蔵しても、放熱性を確保して無接点充電機能を安定的に動作させることができる。
これにより、組み込み対象の電気機器に内蔵しても、放熱性を確保して無接点充電機能を安定的に動作させることができる。
本発明の第2の側面に係る無接点給電ユニットによれば、前記冷却空気吸入口22及び前記冷却空気排出口23は、前記本体ケース20の側面から底面にかけて連続するように形成されたスリット状に開口することができる。
上記構成により、冷却空気を側面や底面から効率よく取り入れて、これを排出することができる。
上記構成により、冷却空気を側面や底面から効率よく取り入れて、これを排出することができる。
本発明の第3の側面に係る無接点給電ユニットによれば、前記本体ケース20は、外形を略直方体形状として、前記冷却空気吸入口22を第一面20Aに開口すると共に、前記冷却空気排出口23を、前記第一面20Aと交差する第二面20Bに開口することができる。
上記構成により、例えば組み込み対象の電気機器の側面に開口されたインテークに、冷却空気吸入口を対向させ、かつ電気機器の背面に開口されたイグゾーストに冷却空気排出口が面するように配置して、電気機器の正面や上面に放熱口を開口させない状態でも効率よく冷却空気の流れを設けることができる。
上記構成により、例えば組み込み対象の電気機器の側面に開口されたインテークに、冷却空気吸入口を対向させ、かつ電気機器の背面に開口されたイグゾーストに冷却空気排出口が面するように配置して、電気機器の正面や上面に放熱口を開口させない状態でも効率よく冷却空気の流れを設けることができる。
本発明の第4の側面に係る無接点給電ユニットによれば、前記本体ケース20は、外形を略直方体形状として、前記冷却空気吸入口22を第一面20Aに開口すると共に、前記冷却空気排出口23を、前記第一面20Aと対向する第三面20Cに開口することができる。
上記構成により、互いに対向する位置に設けた冷却空気吸入口から冷却空気排出口に冷却空気を通風することにより、本体ケースの内部にスムーズに送風して効果的に冷却できる。
上記構成により、互いに対向する位置に設けた冷却空気吸入口から冷却空気排出口に冷却空気を通風することにより、本体ケースの内部にスムーズに送風して効果的に冷却できる。
本発明の第5の側面に係る無接点給電ユニットによれば、前記送電コイル11を、前記セット面74の範囲で任意の位置に移動させるコイル移動機構13を備えることができる。
上記構成により、セット面の任意の位置に携帯機器を配置しても、送電コイルと受電コイルの位置決めを正確に行うことができ、ユーザの利便性を向上させることができる利点が得られる。
上記構成により、セット面の任意の位置に携帯機器を配置しても、送電コイルと受電コイルの位置決めを正確に行うことができ、ユーザの利便性を向上させることができる利点が得られる。
本発明の第6の側面に係る無接点給電ユニットを備える電気機器によれば、上面に平坦面73を有する上面プレート72を備える外装ケース71と、前記外装ケース71に収納されて、前記上面プレート72の下面に面して組み込まれる無接点給電ユニット10とを備えており、前記上面プレート72の上面に携帯機器50を載置する状態で、前記無接点給電ユニット10が、前記携帯機器50に内蔵される受電コイル51に磁気誘導作用で電力搬送するようにしてなる無接点給電ユニットを備える電気機器であって、前記外装ケース71は、内部に外気を送風させる換気口76を開口しており、前記無接点給電ユニット10は、前記上面プレート72の下面に面して配置されて、該上面プレート72の上面を、前記携帯機器50をセットするセット面74とする本体ケース20と、前記本体ケース20に内蔵されて、前記セット面74にセットされる携帯機器50の受電コイル51に電磁結合される送電コイル11と、前記送電コイル11に交流電力を供給する交流電源12とを備えており、さらに、前記本体ケース20が、前記外装ケース71の内部に開口された冷却空気吸入口22と冷却空気排出口23とを備えることを特徴とする。
これにより、電気機器に無接点給電ユニットを内蔵しながら、この無接点給電ユニットの放熱性を確保して無接点充電機能を安定的に動作させることができる。
これにより、電気機器に無接点給電ユニットを内蔵しながら、この無接点給電ユニットの放熱性を確保して無接点充電機能を安定的に動作させることができる。
本発明の第7の側面に係る無接点給電ユニットを備える電気機器によれば、前記外装ケース71の外形を略直方体状とし、該外装ケース71の互いに交差する面、または互いに対向する面に位置して、複数の換気口76を開口することができる。
本発明の第8の側面に係る無接点給電ユニットを備える電気機器によれば、前記外装ケース71が、ケース内に外気を強制送風する送風機構77を備えて、該送風機構77で送風される外気の通路に、前記本体ケース20の冷却空気吸入口22と冷却空気排出口23とを開口することができる。
本発明の第9の側面に係る無接点給電ユニットを備える電気機器によれば、前記外装ケース71が金属製ケースを備えて、該金属製ケースの天面71aに、開口部71cを設けて、該開口部71cに前記無接点給電ユニット10の本体ケース20を配置することができる。
上記構成により、金属板のない部位に無接点充電のためのセット面を設けることができ、金属板による渦電流損の発生を回避できる。
上記構成により、金属板のない部位に無接点充電のためのセット面を設けることができ、金属板による渦電流損の発生を回避できる。
本発明の第10の側面に係る無接点給電ユニットを備える電気機器によれば、前記上面プレート72を絶縁性のプレートとして、該上面プレート72を前記外装ケース71の天面に設けることができる。
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するための無接点給電ユニット及び無接点給電ユニットを備える電気機器を例示するものであって、本発明は無接点給電ユニットと電気機器を以下のものに特定しない。さらに、本明細書においては、特許請求の範囲を理解しやすいように、実施例に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲」および「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施の形態の部材に特定するものでは決してない。特に実施の形態に記載されている構成部材の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。また、一部の実施例、実施形態において説明された内容は、他の実施例、実施形態等に利用可能なものもある。
図1ないし図7に、本発明の実施の形態1及び2に係る無接点給電ユニットを備える電気機器を示している。これらの図において、図1は本発明の実施の形態1にかかる電気機器の背面斜視図、図2は図1の電気機器の分解斜視図、図3は図2の電気機器の無接点給電ユニットと上面プレートとの連結構造を示す分解斜視図、図4は図1の電気機器の概略垂直断面図、図5は図1の電気機器に送風する状態を示す概略水平断面図、図6は本発明の実施の形態2にかかる電気機器を背面から見た分解斜視図、図7は図6の電気機器に送風する状態を示す概略水平断面図をそれぞれ示している。
以下、本発明の実施の形態として、電気機器に組み込まれる無接点給電ユニットを、携帯機器に内蔵される二次電池を充電する充電ユニットとする無接点給電ユニットについて詳述する。ここで、充電できる二次電池を内蔵する携帯機器として、機器本体に内蔵する二次電池で駆動される種々の電子機器、例えば、携帯電話機、スマートフォン、ポータブルディスプレイ、携帯式の音響機器、ICレコーダ、MPプレイヤー、無線機、マイコン、リモコン等とすることができ、あるいは、パック電池とすることができる。
(電気機器70)
(電気機器70)
図1ないし図7に示す電気機器70は、上面に平坦面73を有する上面プレート72を備える外装ケース71と、この外装ケース71に収納される無接点給電ユニット10とを備えている。電気機器70は、外装ケース71の上面プレート72の下面に面して無接点給電ユニット10を組み込んでいる。さらに、電気機器70は、この上面プレート72の上面に、無接点給電ユニット10から給電される携帯機器50を載置するセット面74を設けている。この電気機器70は、上面のセット面74に携帯機器50をセットする状態で、内蔵される無接点給電ユニット10から携帯機器50に電磁誘導作用で電力搬送して給電する。
このように、上面に平坦面を有し、この平坦面をセット面として携帯機器を載置して給電可能な電気機器として、例えば、DVDレコーダー、CDプレイヤー、MDプレイヤー、ビデオデッキ、チューナー、カセットデッキ、ラジオ、ラジカセ、コンポ、ゲーム機器、パソコン、アンプ、カラオケ機、等の種々の機器が使用できる。ただ、本発明は、無接点給電ユニットを備える電気機器を、以上のようなオーディオ機器やその周辺機器、あるいは各種電子機器には限定しない。本発明は、無接点給電ユニットを備える電気機器として、電気で駆動される負荷を内蔵する機器であって、上面に平坦面を有する種々の機器、例えば、空気清浄機、照明器具、テーブルゲーム機、スピーカー、プリンター、コピー機等とすることもでき、または、スピーカーやコンセント等を備えたマルチラックやパソコン台とすることもできる。
(セット面74)
(セット面74)
外装ケース71は、上面プレート72を天面に配置しており、この上面プレート72の上面に、携帯機器50を載置して給電するためのセット面74を設けている。図2と図6の外装ケース71は、上面プレート72の上面全体を平面状として平坦面73を設けており、この平坦面73に面して配置される無接点給電ユニット10の上面に設けられた給電領域21と対向する領域を携帯機器50のセット面74としている。セット面74は、大きさや外形が異なる種々の携帯機器50を上に載せることができる大きさ、例えば一辺を5cmないし30cmとする四角形としている。ただ、セット面は、直径を5cmないし30cmとする円形とすることもできる。電気機器70は、セット面74を大きくして、すなわち複数の携帯機器50を同時に載せることができる大きさとして、複数の携帯機器50を一緒に載せて順番に給電することもできる。
無接点給電ユニット10は、セット面74に携帯機器50が載置されたことを検出して、電力供給を行う。逆にいうと、セット面74以外に携帯機器50を載置しても、正しく給電されない。よって、外装ケース71は、ユーザに対して、どの部分が給電可能な領域であり、どの部分が給電できない領域であるかを示すため、これを区別するための識別手段75を設けている。図2と図6に示す外装ケース71は、セット面74の周囲に枠状の境界ライン75Aを表示して識別手段75としている。ただ、識別手段は、表面に梨地処理やシボ加工したり、セット面とそれ以外の領域とを異なる色に着色したり、セット面以外を艶有りとしつつセット面を艶消しとする等、他の領域と区別するための処理を施すことができる。あるいは、周囲に周壁等を設ける等、構造的にセット面を区画することもできる。このようにして、ユーザが外観上、及び/又は触感によって給電可能な領域とそうでない領域とを区別できるようにしている。
(滑り止め手段)
(滑り止め手段)
また、セット面には、携帯機器を載置した際に、携帯機器の滑りを防止するための滑り止め手段を設けることもできる。一般に、携帯機器のケーシングや外装ケースの上面は硬質のプラスチックで構成されるため、表面が平滑で重ねると滑りやすい。このため、セット面にセットされた携帯機器が給電中に位置ずれしたり、滑り落ちたりするおそれがある。そこで、携帯機器とセット面との接触面における両者の摩擦係数を高めることで、このような位置ずれを抑制できる。このような滑り止め手段としては、ゴム状シートをセット面に貼付したり、セット面に小さな凹凸を設けたり、あるいはセット面と他の領域との境界部分に凸状の囲みを設ける等、種々の形態が利用できる。
図の外装ケース71は、全体の外形を略直方体状の箱形として、上面に平坦面73を有する上面プレート72を配置している。図の外装ケース71は、外形を箱形とするケース本体71Xを備えており、このケース本体71Xの天面に上面プレートを配置している。この外装ケース71は、ケース本体71Xの前面を電気機器70の操作面として、種々の操作部を設けることができる。図2と図6に示すケース本体71Xは、上面及び両側面をカバーするメインケース71Aと、底面をカバーする底面ケース71Bと、前面をカバーする前面プレート71Cと、背面をカバーする背面プレート71Dとを備えている。ケース本体71Xは、メインケース71Aと底面ケース71Bと前面プレート71Cと背面プレート71Dとをその境界部分で互いに連結して、全体の形状を箱形に成形している。以上のケース本体71Xは、箱状に形成される各面を複数のケース及びプレートで構成している。ただ、ケース本体は、各面の構成を以上の構造に特定しない。ケース本体は、単一または複数のケースやプレートを種々に組み合わせて構成することができる。
図の外装ケース71は、ケース本体71Xを金属製ケースとしている。金属製ケースからなるケース本体71Xは、全体を軽量にしながら強度を高くすることができる。金属製ケースからなるケース本体71Xは、天面71aに、開口部71cを設けて、この開口部71cに無接点給電ユニット10を配置することできる。図2と図6に示すケース本体71Xは、金属プレートからなるメインケース71Aの外形を、両端部を折曲して全体の形状をコ字状とする形状として、天面71aの両端に側壁71bを設けている。このメインケース71Aは、天面71aに開口部71cを設けている。天面71Aに設けた開口部71cは、ここに収納される無接点給電ユニット10の本体ケース20を収納できる大きさとしている。このケース本体71Xは、この開口部71cに無接点給電ユニット10を配置することで、金属製ケースへの悪影響を防止している。
ここで、図2に示す外装ケース71は、全体の横幅を、無接点給電ユニット10の横幅の2倍よりも広くしている。この電気機器は、外装ケース71の片側に無接点給電ユニット10を収納している。したがって、上面プレート72の片側(図1において左側)にセット面74を設けている。また、図6に示す外装ケース71は、全体の横幅を、無接点給電ユニット10の横幅よりもわずかに大きくしている。この電気機器は、外装ケース71のほぼ中央に無接点給電ユニット10を収納している。したがって、上面プレート72の中央部にセット面74を設けている。
さらに、箱形の外装ケース71は、互いに交差する面、または互いに対向する面に位置して、複数の換気口76を開口している。換気口76は、外装ケース71の外部の空気をケース内に流入し、あるいは、外装ケース71内の空気を外部に排出するための開口である。この外装ケース71は、これらの換気口76を介してケース内に外気を送風して、ケース内を放熱している。図に示す外装ケース71は、側面であるメインケース71Aの側壁71b、又は背面である背面プレート71Dに複数のスリット状の開口を設けて換気口76としている。複数のスリットからなる換気口76は、スリットの開口幅を狭くすることで異物等の侵入を確実に防止しながら、多数のスリットを開口することで、開口面積を広くして、空気の送風量を多くできる。
図2と図6に示す外装ケース71は、一方の側面(図2と図6において右側面)と背面とに換気口76を開口している。この外装ケース71は、側面に開口された第1の換気口76Aを外気の流入口とすると共に、背面に開口された第2の換気口76Bを、ケース内に送風された空気の排気口として、ケース内に外気を送風している。ただ、外装ケースは、第2の換気口を外気の流入口として、第1の換気口を、ケース内に送風された空気の排気口としてケース内に外気を送風することもできる。
さらに、外装ケース71は、図8に示すように、対向する両側面に換気口76を開口することもできる。この外装ケース71は、一方の側面に開口された第1の換気口76Aを外気の流入口とすると共に、他方の側面に開口された第2の換気口76Bを、ケース内に送風された空気の排気口として、ケース内に外気を送風することができる。
さらに、図9に示す外装ケース71は、両側面と背面とに換気口76を設けている。この外装ケース71は、両側面に開口された第1の換気口76Aを外気の流入口とすると共に、背面に開口された第2の換気口76Bを、ケース内に送風された空気の排気口として、ケース内に外気を送風している。
図2ないし図9に示す電気機器70は、外装ケース71の内部に外気を強制送風できるように、送風機構77を設けている。図に示す送風機構77は、送風ファン77Aである。送風ファン77Aである送風機構77は、外装ケース71に開口された第2の換気口76Bの近傍に設けられて、外装ケース71の内部に外気を送風させる。これらの送風機構77は、図5、及び図7ないし図9の矢印で示すように、ケース内の空気を外部に向かって強制的に排気して、外装ケース71の内部に外気を送風する。ただ、送風機構は、外部からケース内に向かって外気を強制的に流入させて、外装ケースの内部に送風することもできる。
以上の図に示す外装ケース71は、外形を略直方体の箱形としているが、外装ケースは、円柱状、多角柱状、楕円柱状、円錐台状、角錐台状とすることもできる。さらに、外装ケースは、必ずしも上面の全体を平坦面とする必要はなく、上面の一部分を平坦面とする形状とすることもできる。すなわち、外装ケースは、上面に携帯機器を載置できるセット面を形成できる平坦面を有する種々の形状とすることができる。
さらに、外装ケース71は、天面に上面プレート72を備えている。この上面プレート72は絶縁性のプレートで、上面にセット面74を設けると共に、下面には、無接点給電ユニット10の上面を接近して配置している。このように、無接点給電ユニット10の上面に絶縁性の上面プレート72を配置してセット面74を設ける構造は、上面プレート72を薄くすることで、無接点給電ユニット10からの電力搬送を、損失を少なくしながらセット面74にセットされる携帯機器50に搬送できる。上面プレート72は、図3と図4に示すように、その下面に、無接点給電ユニット10の上面を密着させる状態で固定する。図3の上面プレート72は、下面の定位置に無接点給電ユニット10を固定するために、無接点給電ユニット10を位置決めしながら固定する複数の固定ボス78を一体成形して設けている。図の上面プレート72は、平面形状を方形状とする無接点給電ユニット10の四隅に位置して、無接点給電ユニット10を固定する固定ボス78を設けている。無接点給電ユニット10は、本体ケース20を貫通する止ネジ79を固定ボス78にねじ込んで上面プレート72に固定している。
図2と図6に示す上面プレート72は、ケース本体71Xの上面とほぼ等しい外形として、ケース本体71Xのほぼ全面をカバーしている。ただ、上面プレートは、図示しないが、ケース本体の天面に設けた開口部に収納される無接点給電ユニットと対向する部分にのみ設けることもできる。この上面プレートは、例えば、ケース本体の天面に開口される開口部に沿う外形、例えば、開口部よりも多少大きな外形として、無接点給電ユニットをケース本体の天面の開口部に配置しながら、この開口部を上面プレートで閉塞できる。このケース本体は、上面プレートの外周縁に沿う段差部を設けることで、ケース本体の上面と上面プレートの上面とを同一平面に配置できる。さらに、絶縁性の上面プレートは、例えば、透光性を有する構造とすることもできる。この構造は、無接点給電ユニットに内蔵される送電コイルの位置を光源等で外部に表示することもできる。
さらに、図2と図6に示す外装ケース71は、上面プレート72に固定されてケース本体71Xの定位置に配置される無接点給電ユニット10から漏れる磁力線が、電気機器70に内蔵される電子部品に悪影響を与えるのを防止するために、無接点給電ユニット10の周囲を磁気シールドするシールド部80を備えている。図に示すシールド部80は、磁気シールドするシールド板を、無接点給電ユニット10を収納できるトレイ形状に成形したもので、ケース本体71Xの天面71aに設けた開口部71cの下方に配置している。このシールド部80は、送電コイルから受ける磁力線を磁気シールドして、電気機器70に装備される電子部品への悪影響を防止する。シールド部80を構成するシールド板は、送電コイルによる磁力線を遮蔽するために、透磁率の大きい材料、たとえばアモルファス金属等を板状に製作したものである。板状のシールド板は、無接点給電ユニット10の下面と側面とをカバーする形状に折曲加工されてシールド部80としている。無接点給電ユニット10の下面と側面とを磁気シールドするシールド部80は、詳細には後述するが、無接点給電ユニット10の本体ケース20に冷却空気を送風するために、側面に開口窓81を設けている。この開口窓81は、後述する本体ケース20の冷却空気吸入口22及び冷却空気排出口23と対向する位置に開口している。
以上のように、ケース本体71Xにシールド部80を設けて無接点給電ユニット10を配設する構造は、電気機器70に対する磁力線による悪影響を有効に防止できると共に、送電コイルから放射される磁力線の損失を低減して、送電コイルから受電コイルに伝送できる電力効率を高くできる特長もある。
(無接点給電ユニット10)
(無接点給電ユニット10)
無接点給電ユニット10は、図1ないし図4に示すように、上面プレート72の上面に平坦面73を有する電気機器70に組み込まれて使用される。この無接点給電ユニット10を、図10ないし図16に示す。これらの図に示す無接点給電ユニットは、組み込み対象の電気機器70の上面プレート72の下面に面して配置されて、この上面プレート72の上面を、携帯機器50をセットするセット面74とする本体ケース20と、この本体ケース20に内蔵されて、セット面74にセットされる携帯機器50の受電コイル51に電磁結合される送電コイル11と、送電コイル11に交流電力を供給する交流電源12とを備えている。この無接点給電ユニット10は、電気機器70のセット面74に携帯機器50を載置する状態で、送電コイル11に電磁結合される携帯機器50の受電コイル51に磁気誘導作用で電力搬送する。
本体ケース20は、その外形を、薄い直方体形状の箱形としている。図10と図11に示す本体ケース20は、上方開口の浅い容器状としている。この例では、本体ケース20の平面形状を方形状としている。方形状の本体ケース20は、長方形状や正方形状とすることができる。また、図に示す方形状の本体ケース20は、隅部を面取りしている。ただ、本体ケースは、その平面形状を多角形状や円形状とすることもできる。
本体ケース20は、絶縁性に優れたプラスチック等の樹脂製とする。この例では、図11の分解斜視図に示すように、容器状の本体ケース20の上方開口部を閉塞プレート24で閉塞して、本体ケース20の内部に収納される種々の部品、例えば、後述するコイル移動機構を構成する部品や送電コイル11等を内部に収納しながら保護している。図に示す閉塞プレート24はプリント基板37で、電気機器70の上面である上面プレート72の下面に対向して配置している。このプリント基板37は、後述する位置検出機構を実現する位置検出コイルを配置する基板が併用できる。図示しないが、送電コイルを固定式として、送電コイルの位置検出機構や移動機構を省略する無接点給電ユニットは、このプリント基板を省略することができる。プリント基板を省略する無接点給電ユニットは、本体ケースの上方開口部を閉塞することなく、上面プレートの内面に固定することができる。この構造は、送電コイルを上面プレートの内面により接近して配置できる。
本体ケース20は、図3と図4に示すように、上面プレート72の下面に面して固定される。本体ケース20を上面プレート72の定位置に固定するために、図の上面プレート72は、下面から突出する固定ボス78を、本体ケース20の四隅に対向して設けており、本体ケース20の四隅には、この固定ボス78を嵌入する嵌合ボス28を設けている。図に示す嵌合ボス28は、上端を開口してなる有底の円筒状で、上面プレート72から突出する固定ボス78を嵌入できる内形としている。本体ケース20は、四隅の嵌合ボス28に上面プレート72の固定ボス78を嵌入すると共に、本体ケース20の底面を貫通する止ネジ49が固定ボス78にねじ込まれて、上面プレート72の定位置に固定される。さらに、図に示すプリント基板37は、本体ケース20の嵌合ボス28と対向する位置に、上面プレート72の固定ボス78を案内する貫通孔29を開口して設けている。
さらに、図の本体ケース20は、冷却空気吸入口22と冷却空気排出口23とを開口して設けている。冷却空気吸入口22は、外装ケース71の内部に送風される冷却空気を本体ケース20内に流入させるための開口であり、冷却空気排出口23は、冷却空気吸入口22から本体ケース20内に流入されて本体ケース20内を通過した冷却空気を本体ケース20の外部に排出させる開口である。図11に示す本体ケース20は、図の矢印で示すように、外装ケース71に送風される冷却空気を、冷却空気吸入口22から冷却空気排出口23に通過させて本体ケース20内を放熱している。図に示す無接点給電ユニット10は、外形を浅い容器状とする本体ケース20の側面に、複数のスリット状の開口を設けて冷却空気吸入口22と冷却空気排出口23としている。複数のスリットからなる冷却空気吸入口22と冷却空気排出口23と換気口76は、開口幅を狭くすることで異物等の侵入を確実に防止しながら、多数のスリットを開口することで、開口面積を広くして、空気の送風量を多くできる。
さらに、これらの冷却空気吸入口22と冷却空気排出口23は、図3の一部拡大図に示すように、本体ケース20の側面から底面にかけて連続するようにスリット状に開口している。この形状の冷却空気吸入口22と冷却空気排出口23は、開口面積をより広くして、本体ケース20に送風できる冷却空気の量を多くできる。ただ、冷却空気吸入口や冷却空気排出口は、本体ケースの側面にのみ開口して設けることもできる。
本体ケース20に開口される冷却空気吸入口22と冷却空気排出口23は、ケース本体71Xに固定されるシールド部80に設けた開口窓81に対向して設けられる。いいかえると、シールド部80は、冷却空気吸入口22と冷却空気排出口23とを外装ケース71の内部に表出させるように、開口窓81を設けている。図に示す本体ケース20は、側面から底面にかけて連続するスリット状の冷却空気吸入口22と冷却空気排出口23とを開口しているので、シールド部80の開口窓81も、本体ケース20の側面から底面に対向する位置に開口している。図示しないが、本体ケースの側面にのみ冷却空気吸入口や冷却空気排出口を開口する無接点給電ユニットをシールドするシールド部は、側面にのみ開口窓を開口することができる。
本体ケース20は、外装ケース71内に送風される空気を本体ケース20の内部に効率よく送風できるように、互いに交差する側面、または互いに対向する側面に位置して、冷却空気吸入口22と冷却空気排出口23とを開口している。
図11に示す無接点給電ユニット10は、外形を略直方体形状とする本体ケース20の第一面20A(図11において右側面)に冷却空気吸入口22を開口すると共に、この第一面20Aと対向する第三面20C(図11において左側面)に冷却空気排出口23を開口している。この本体ケース20は、図5に示すように、第一面20Aに開口される冷却空気吸入口22を、外装ケース71の側面に開口される第1の換気口76Aに対向して開口すると共に、第三面20Cに開口される冷却空気排出口23を、外装ケース71の背面に開口される第2の換気口76Bに向かって送風できる位置に開口している。すなわち、この無接点給電ユニット10は、外装ケース71に送風される外気の通路に、本体ケース20の冷却空気吸入口22と冷却空気排出口23とを開口している。この構造は、外装ケース71に送風される空気を効率よく無接点給電ユニット10の本体ケース20にも通過させて、本体ケース20の内部を効果的に放熱できる。
さらに、図6と図7に示す無接点給電ユニット10は、外形を略直方体形状とする本体ケース20の第一面20A(図6において右側面)に冷却空気吸入口22を開口すると共に、この第一面20Aと交差する第二面20B(図6において前面)に冷却空気排出口23を開口している。この本体ケース20は、第一面20Aに開口される冷却空気吸入口22を、外装ケース71の側面に開口される第1の換気口76Aに対向して開口すると共に、第三面20Cに開口される冷却空気排出口23を、外装ケース71の背面に開口される第2の換気口76Bに向かって送風できる位置に開口している。すなわち、この無接点給電ユニット10も、外装ケース71に送風される外気の通路に、本体ケース20の冷却空気吸入口22と冷却空気排出口23とを開口している。したがって、外装ケース71に送風される空気を効率よく無接点給電ユニット10の本体ケース20に通過させて、本体ケース20の内部を効果的に放熱できる。
さらに、図9に示す無接点給電ユニット10は、本体ケース20の対向する第一面20A及び第三面20Cに冷却空気吸入口22を開口すると共に、これらの第一面20A及び第三面20Cと交差する第二面20Bに冷却空気排出口23を開口している。この本体ケース20は、第一面20Aに開口される冷却空気吸入口22を、外装ケース71の一方の側面に開口される第1の換気口76Aに対向して開口すると共に、第三面20Cに開口される冷却空気吸入口22を、外装ケース71の他方の側面に開口される第1の換気口76Aに対向して開口し、さらに、第二面20Bに開口される冷却空気排出口23を、外装ケース71の背面に開口される第2の換気口76Bに対向して開口している。この無接点給電ユニット10は、外装ケース71に両側面に設けた第1の換気口76Aから流入する外気を、本体ケース20の冷却空気吸入口22を介して本体ケース20に流入し、本体ケース20の内部を通過した空気を、本体ケース20の冷却空気排出口23から排気し、外装ケース71の背面に開口された第2の換気口76Bから外部に排気している。この構造は、外装ケース71の両側から効率よく外気を流入しながら放熱できる。
さらに、無接点給電ユニット10は、図17に示すように、本体ケース20の対向する第一面20Aに冷却空気吸入口22を開口すると共に、この第一面20Aと交差する第二面20Bと、第一面20Aに対向する第三面20Cとに冷却空気排出口23を開口することもできる。この本体ケース20は、第一面20Aに開口される冷却空気吸入口22を、外装ケース71の一方の側面に開口される第1の換気口76Aに対向して開口すると共に、第二面20Bに開口される冷却空気吸入口22と第三面20Cに開口される冷却空気吸入口22とを、外装ケース71の背面に開口される第2の換気口76Bに向かって送風できる位置に開口している。この無接点給電ユニット10は、外装ケース71の一方の側面に設けた第1の換気口76Aから流入する外気を、本体ケース20の冷却空気吸入口22を介して本体ケース20に流入し、本体ケース20の内部に通過させた空気を、本体ケース20の第2面と第三面20Cとに設けた冷却空気排出口23に通過させて、外装ケース71の背面に開口された第2の換気口76Bから外部に排気している。この構造は、外装ケース71の一方の側面から流入される外気を、本体ケース20の内部において広い領域に通過させて効率よく放熱できる。
(送電コイル11)
(送電コイル11)
送電コイル11は、セット面74にセットされる携帯機器50の受電コイル51と電磁結合することで、電力を受電コイル51に送信するための送電コイル11である。このため送電コイル11は、セット面74の内面で、受電コイル51と対向する姿勢で本体ケース20に内蔵されている。送電コイル11は、好ましくは受電コイル51とほぼ等しい大きさの円形に形成される。円形の送電コイル11と受電コイル51は、携帯機器等をどのような姿勢でセット面74に載置しても、送電コイル11を移動させて、送電コイル11と受電コイル51とを一致させるように調整できる。ただ、送電コイルと受電コイルを、楕円状や長円状に形成してもよい。例えば受電コイルを円形状とし、送電コイルをトラック状の長円とすることで、送電コイルを受電コイルと完全に調芯しなくとも、送電コイルの領域内に受電コイルが収まるように移動させることで、電磁結合を実現でき、送電コイルの位置合わせ作業を簡素化できる利点が得られる。
送電コイル11は、セット面と平行な面で渦巻き状に巻かれて、セット面の上方に交流磁束を放射する。この送電コイル11は、セット面に直交する交流磁束をセット面の上方に放射する。送電コイル11は、交流電源12から交流電力が供給されて、セット面の上方に交流磁束を放射する。図12に示す送電コイル11は、磁性材からなるコア15に線材を巻いてインダクタンスを大きくしている。コア15は、透磁率が大きいフェライト等の磁性材料で製造している。コア15のある送電コイル11は、磁束を特定部分に集束して、効率よく電力を受電コイル51に伝送できる。ただ、送電コイルは、必ずしもコアを設ける必要はなく、空芯コイルとすることもできる。空芯コイルは軽いので、これをセット面の内面で移動するコイル移動機構を簡単にできる。また送電コイル11は、受電コイル51の外径にほぼ等しくして、受電コイル51に効率よく電力搬送する。
(交流電源12)
(交流電源12)
交流電源12は、例えば20kHz〜1MHzの高周波電力を送電コイル11に供給する。送電コイル11を受電コイル51に接近するように移動させる無接点給電ユニット10は、交流電源12を、可撓性のリード線やフレキシブル基板等の連結材16を介して送電コイル11に接続している。セット面74に載せられる携帯機器50の受電コイル51に接近するように、送電コイル11を移動させるためである。交流電源12は、図示しないが、発振回路と、この発振回路から出力される交流を電力増幅するパワーアンプとを備える。
無接点給電ユニット10は、送電コイル11を受電コイル51に接近させた状態で、交流電源12で送電コイル11に交流電力を供給する。送電コイル11の交流電力は、受電コイル51に電力搬送されて、携帯機器50に給電される。ここで、充電ユニット10Aである無接点給電ユニット10は、セットされる携帯機器50に内蔵される二次電池52が満充電されると、携帯機器50から伝送される満充電信号で送電コイル11への電力供給を停止して、二次電池52の充電を停止する。
(コイル移動機構13)
(コイル移動機構13)
送電コイル11は、コイル移動機構13で受電コイル51に接近するように移動される。図11ないし図14に示す送電コイル11は、コイル移動機構13によりXY方向に移動される。ただ、送電コイル11を、X軸方向にのみ、あるいはY軸方向のみ移動可能としてもよい。1軸のみのコイル移動機構とすることで構成を大幅に簡略化できる。またこの際、送電コイルを細長い形状として、かつ移動方向と交差する方向(幅方向)に送電コイルの長手方向を配置することで、幅方向での送電コイルと位置合わせを不要とできる。特に受電コイルと送電コイルの中心軸を一致させることは、結合効率を高める上で重要となる。コイル同士の中心が僅かでもずれると、結合効率は著しく低下するからである。このため、受電コイルを、コイル移動機構の幅方向に引き延ばすことで、このような位置ずれを補償できる。
(コイル移動機構13)
(コイル移動機構13)
コイル移動機構13は、図11に示すように、給電領域21内において、送電コイル11をXY方向に移動可能としている。送電コイル11は移動台18の上面に配置されており、コイル移動機構13が移動台18をX方向、Y方向に移動させる。移動台18は、スライド部材41に摺動自在に装着されており、スライド部材41に沿って移動する。スライド部材41はXスライド部41AとYスライド部41Bの2つで構成されており、これらXスライド部41AとYスライド部41Bとが十字状に交差する姿勢で配置される。移動台18は、これらのXスライド部41AとYスライド部41Bに対してそれぞれ独立に摺動自在に装着されている。図16の斜視図に示す例では、移動台18の下面にスライド部材41を挿入するスリット18A、18Bを上下2段に設けており、それぞれのスリット18A、18Bは互いに直交する姿勢に交差されている。これにより一方のスリット18AにXスライド部41Aを挿入し、他方のスリット18BにYスライド部41Bを挿入して、移動台18はこれらXスライド部41AとYスライド部41Bに沿ってXY方向に自在に移動できる。
Xスライド部41AとYスライド部41Bは、それぞれ外形を略T字状に形成し、T字状の上端をガイド棒42A、42B(後述)に摺動自在に装着している。またT字状の下端は、板状に延長された板状部分41aとし、移動台18のスリット18A、18Bに挿入される。板状部分41aの長さは、移動台18の移動範囲に応じて規定される。好ましくは、移動台18が最大範囲まで移動された状態で、板状部分41aがスリット18A、18Bから抜け落ちない長さに設計される。一方本体ケース20には、X方向への移動を案内するガイド棒42A及びY方向への移動を案内するガイド棒42Bとが、直交する姿勢で固定されている。Xスライド部41AとYスライド部41Bの上端には、ガイド棒42A、42Bを狭持又は挿入する溝部41bが形成されている。ガイド棒42A、42Bは、好ましくはロッド状とする。溝部41bにガイド棒42A、42Bを挿入した状態で、各Xスライド部41AとYスライド部41Bは、ガイド棒42A、42Bに沿って摺動される。このようにスライド部材41は、片側でのみ移動を行う片持ち式に移動台18を支持している。
さらに、Xスライド部41AとYスライド部41Bの状端には、それぞれラックギア43A、43Bが設けられる。このラックギア43A、43Bに歯合するよう、本体ケース20にはピニオンギア44A、44Bが配置される。ラックギア43A、43Bをピニオンギア44A、44Bで駆動することによって、スライド部41A、41Bは、ガイド棒42A、42Bに沿って移動される。ここでは、各ピニオンギア44A、44Bをそれぞれ一対とし、離間して配置している。ピニオンギア44A、44B同士の離間距離は、ラックギア43A、43Bとほぼ等しくする。これにより、移動距離の全体にわたってラックギア43A、43Bを配置せずとも、いずれかのピニオンギア44A、44Bの回転駆動によってラックギア43A、43Bを移動できる。図12の例では、ガイド棒42A、42Bの約1/3の位置にピニオンギア44A、44Bをそれぞれ配置しており、さらにラックギア43A、43Bの長さもガイド棒42A、42Bの約1/3としている。これによって、離間して配置された2個のピニオンギア44A、44Bで短い長さのラックギア43A、43Bを安定的に移動できる。
また、各ピニオンギア44A、44Bには、これと同軸にウォームホイール45A、45Bが固定されており、ウォームホイール45A、45Bが回転されることで、同軸に固定されたピニオンギア44A、44Bも回転される。一方、本体ケース20は、サーボモータ46を備えており、サーボモータ46によりリードスクリュー47(送りネジ)が回転される。リードスクリュー47はウォームギアであり、2つのピニオンギア44A、44Bと同軸に固定されたウォームホイール45A、45Bとそれぞれ歯合される。これにより、サーボモータ46を回転させることで、リードスクリュー47、ウォームホイール45A、45B、ピニオンギア44A、44Bを介して回転力が伝達され、ラックギア43A、43Bが駆動されてスライド部材41が移動され、移動台18に固定された送電コイル11をX方向及びY方向に移動できる。
これらピニオンギア44A、44B、ウォームホイール45A、45B、リードスクリュー47、サーボモータ46を含む駆動機構40はユニット化されている。図12の例では、X軸側とY軸側で、共通のユニット化駆動機構40A、40Bを使用している。ここでは、図16に示すように、Xスライド部41AとYスライド部41Bとを高さを違えて配置しているため、各スライド部材41のラックギア43A、43Bの高さが異なる。このためX軸側とY軸側で、ユニット化駆動機構40A、40Bを互いに反転させた姿勢で固定している。これによって、高さの異なるラックギア43A、43Bにそれぞれ歯合するピニオンギア44A、44Bの高さを、X軸側とY軸側とで変化させている。図12の例では、Xスライド部41AがYスライド部41Bよりも上側に位置するよう交差されている。よって、Xスライド部41Aのラックギア43Aと歯合させるため、ユニット化駆動機構40Aは、上面側にピニオンギア44A、下面側にウォームホイール45Aが位置する姿勢に固定される。一方、Yスライド部41Bのラックギア43Bと歯合させるため、ユニット化駆動機構40Bは、下面側にピニオンギア44B、上面側にウォームホイール45Bが位置する姿勢に固定される。
また、移動台18の移動範囲を大きくすることは、セット面74を広くすることにも繋がる。そこでスライド部材41を通すスリット18A、18Bの位置や移動台18の高さを調整することで、ガイド棒42A、42Bの位置を超えて移動台18が張り出すように移動させ、本体ケース20内部の広い範囲で移動させることもできる。さらに、スリットに代えて、スライド部材と移動台を連結する連結構造として、スライド部材の側面や上下面を狭持したり、レール上を摺動するローラ等を採用することもできることは言うまでもない。
送電コイル11とプリント基板37はフレキシブル基板からなる連結材16で連結されている。図12に示すように、連結材16の一端は送電コイル11に、他端はプリント基板37に、それぞれ接続される。
(コイル冷却機構48)
(コイル冷却機構48)
さらに、図12と図16に示す無接点給電ユニット10は、送電コイル11を冷却するためのコイル冷却機構48を、送電コイル11を支持する移動台18に設けている。この移動台18は、コイル冷却機構48として、放熱ファン48Aを固定している。放熱ファン48Aは、送電コイル11の平面に対してほぼ直角の姿勢で、移動台18の一面に固定されている。この放熱ファン48Aは、送電コイル11と受電コイル51との間の隙間に、冷却風を送り込み、送電コイル11を効率よく冷却できる。
送電コイル11は、通電により発熱する。この発熱は、高出力化のため電流量を大きくするほど、発熱量も大きくなる。しかしながら、送電コイル11を移動させるムービングコイル方式においては、送電コイル11の位置が変化するため、送電コイル11がどの位置にあってもこれを効率よく冷却させるような冷却機構を設けることが容易でなかった。すなわち、送電コイル11を固定式とする無接点充電方式であれば、例えば送電コイル11の裏面側に放熱板などを配置して、裏面側から熱を逃がすような構成を採用することが可能である。これに対してムービングコイル方式では、送電コイル11を移動させるという構成上、送電コイル11の背面側に放熱板を配置すると、無接点給電ユニット10全体が厚くなってしまう。
そこで、図12と図16の無接点給電ユニット10では、放熱機構を送電コイル11と共に移動させることで、送電コイル11がどの位置にあっても放熱できるようにした。この無接点給電ユニット10は、送電コイル11を載置した移動台18に、放熱ファン48Aを固定している。また放熱ファン48Aを、送電コイル11の底面側でなく、側面側とすることで、無接点給電ユニット10が厚くなることを回避している。さらに、この無接点給電ユニット10は、放熱ファン48Aを介して本体ケース内の空気を強制送風することで、本体ケース20に開口した冷却空気吸入口22から冷却空気を流入させて、また、流入した冷却空気を冷却空気排出口23から強制的に排出できるので、送電コイル11の表面に直接冷却空気を送風して熱交換でき、冷却効率にも優れる。したがって、この放熱ファン48Aは、好ましくは、冷却空気吸入口22から流入される冷却空気を冷却空気排出口23に向かって送風できる向きに固定される。このような放熱ファン48Aは、小型のファンとすることが好ましい。例えば厚さ4mm程度のファンユニットを利用できる。
(プリント基板37)
(プリント基板37)
本体ケース20の上面に配置されるプリント基板37は、外装ケース71の上面プレート72の内面に配置されて、送電コイル11の移動領域とセット面74との間に配置される。プリント基板37は、本体ケース20の上方開口部を閉塞できるよう、本体ケース20の内壁よりも小さく構成される一方で、好ましくは本体ケース20の内面にほぼ合致する大きさに構成される。このようにすることで、プリント基板37と本体ケース20の周壁との隙間を少なくして、本体ケース20の内面に沿ってプリント基板37を固定しやすくできる。
また、プリント基板37の固定時における位置決めのために、図12の斜視図に示すように本体ケース20の周壁の開口端には段差面25を設けている。さらに、本体ケース20は、プリント基板37を位置決めするための位置決め凸部26を突出して設けると共に、プリント基板37の対応する位置には、貫通孔または切り欠きからなる連結部38を設けている。このプリント基板37は、外周縁部を本体ケース20の周壁に設けた段差面25に配置して、連結部38に位置決め凸部26を嵌合させて本体ケース20の定位置に位置決めされる。さらに、プリント基板37は、外周縁部に設けた貫通孔または切り欠きからなる挿通部39を貫通する止ネジ49が、本体ケース20の連結ボス27にねじ込まれて、本体ケース20の定位置に固定されて、本体ケース20の上方開口部を閉塞する。
このプリント基板37は、図13に示すように、表面に位置検出コイル30を配置している。位置検出コイル30は、詳細には後述するが、送電コイル11を受電コイル51と一致させるように移動手段で移動させる動作に先立ち、受電コイル51の位置を検出するための部材である。この位置検出コイル30は、複数を給電領域21において配置している。好ましくは位置検出コイル30は平面状コイルとし、また給電領域21に均一に配置する。
ここで、無接点給電ユニット10は、図11等に示すように、プリント基板37の全体を給電領域21とすることは、送電コイル11の待機位置を確保するなどの観点から、容易でない。このため、給電領域21はプリント基板37の全面でなく、プリント基板37には給電領域21を構成しない領域が存在する。その一方で、位置検出コイルは、基本的に給電領域21に設ければ足り、給電領域21以外の部位には設ける必要がない。この結果、本体ケース20とほぼ等しい大きさにプリント基板37を構成する場合は、位置検出コイルを設けない領域が存在する。そこで、この領域を送電回路等の電子部品の実装領域として利用することで、プリント基板37の領域を有効利用できる。換言すると、位置検出コイルを設ける基板と、電子回路を実装する基板とを共通化することで、本体ケース20内のスペースの有効利用を図り、無接点給電ユニット10の小型化を実現している。
(コイルパターン領域37a)
(コイルパターン領域37a)
図10の斜視図に示す例では、プリント基板37は、位置検出コイル(図示せず)をパターン配線したコイルパターン領域37aと、送電回路を実装した回路実装領域37bとを備えている。コイルパターン領域37aは、本体ケース20を上面プレート72に固定した状態で、コイルパターン領域37aがセット面74と対面される。その一方で、回路実装領域37bはセット面74と重複されない。これによって、電子部品と位置検出コイルとを効率よく配置でき、特に位置検出コイルの空きスペースを電子部品の収納スペースとして有効利用できる。
(回路実装領域37b)
(回路実装領域37b)
プリント基板37の回路実装領域37bには、コイル移動機構13を制御するための移動制御回路や、送電コイル11を駆動するための送電回路等の位置検出制御器14を実装している。図14に、携帯機器50及び無接点給電ユニット10の回路図を示す。この携帯機器50は、受電コイル51に接続されて、受電コイル51に誘導される交流を直流に変換して、二次電池52に充電電力を供給する整流回路57を備えている。具体的には、この携帯機器50は、受電コイル51と並列にコンデンサ53を接続している。コンデンサ53と受電コイル51は並列共振回路54を構成する。コンデンサ53と受電コイル51の共振周波数は、送電コイル11から電力搬送される周波数に近似する周波数として、送電コイル11から効率よく受電コイル51に電力搬送できる。図14の携帯機器50は、受電コイル51から出力される交流を整流するダイオード55と、整流された脈流を平滑化する平滑コンデンサ56とからなる整流回路57と、この整流回路57から出力される直流で二次電池52を充電する充電制御回路58とを備える。充電制御回路58は、二次電池52の満充電を検出して充電を停止する。例えば二次電池52がリチウムイオン電池52の場合、充電制御回路58は、二次電池52を定電圧・定電流充電して満充電する。また二次電池52ががニッケル水素電池52の場合は、充電制御回路は、定電流充電によって二次電池52を満充電できる。なお、この回路は一例であり、例えば整流回路にダイオードブリッジを利用したり、充電制御回路にトランジスタ等のスイッチング素子を使用する等、同様の機能を実現可能な代替構成を適宜採用できることはいうまでもない。
一方、無接点給電ユニット10である充電ユニット10Aは、図14に示すように、交流電源12に接続されて受電コイル51に起電力を誘導する送電コイル11と、送電コイル11を上述したセット面74の内面に沿って移動させるコイル移動機構13と、セット面74に載せられる携帯機器50の位置を検出して、コイル移動機構13を制御して送電コイル11を携帯機器50の受電コイル51に接近させる位置検出制御器14とを備える。充電ユニット10Aは、送電コイル11と、交流電源12と、コイル移動機構13と、位置検出制御器14とを本体ケース20に内蔵している。
(位置検出制御器14)
(位置検出制御器14)
位置検出制御器14は、セット面74に載せられた携帯機器50の位置を検出する。図13に示す位置検出制御器14は、携帯機器50に内蔵される受電コイル51の位置を検出して、送電コイル11を受電コイル51に接近させる。さらに、位置検出制御器14は、受電コイル51の位置を粗検出する第1の位置検出制御器14Aと、受電コイル51の位置を精密検出する第2の位置検出制御器14Bとを備える。この位置検出制御器14は、第1の位置検出制御器14Aで受電コイル51の位置を粗検出すると共に、コイル移動機構13を制御して送電コイル11の位置を受電コイル51に接近させた後、さらに、第2の位置検出制御器14Bで受電コイル51の位置を精密検出しながらコイル移動機構13を制御して、送電コイル11の位置を正確に受電コイル51に接近させる。この無接点給電ユニット10は、速やかに、しかも、より正確に送電コイル11を受電コイル51に接近できる。また、図13に示す位置検出制御器14は、二次電池52の満充電を検出する満充電検出回路17を内蔵している。この満充電検出回路17は、携帯機器50から出力される満充電信号を検出して、二次電池52の満充電を検出する。
第1の位置検出制御器14Aは、図13に示すように、セット面74の内面に固定している複数の位置検出コイル30と、この位置検出コイル30に位置検出信号を供給する検出信号発生回路31と、この検出信号発生回路31から位置検出コイル30に供給されるパルスに励起されて受電コイル51から位置検出コイル30に出力されるエコー信号を受信する受信回路32と、この受信回路32が受信するエコー信号から送電コイル11の位置を判別する識別回路33とを備える。
位置検出コイル30は、プリント基板37にパターン配線される。この位置検出コイル30は複数列のコイルからなり、複数の位置検出コイル30をセット面74の内面に所定の間隔で固定している。位置検出コイル30は、受電コイル51のX軸方向の位置を検出する複数のX軸検出コイル30Xと、Y軸方向の位置を検出する複数のY軸検出コイル30Yとを備える。各々のX軸検出コイル30Xは、Y軸方向に細長いループ状であって、複数のX軸検出コイル30Xは、所定の間隔でセット面74の内面に固定されている。図13の位置検出コイル30は2ターンに巻いたコイルである。ただ、位置検出コイルは、1ターンのコイルとすることも、また3ターン以上のコイルとすることもできる。さらに、位置検出コイルは、ループ状に巻くことなく直線状のコイルとすることもできる。直線状のコイルはループ状に巻かれることはないが、位置検出コイルとしてパルス信号を出力できる。なお、位置検出コイル30は、受電コイル51との距離を小さくして効率を高めるため、この例ではプリント基板37の上面に設けられているが、プリント基板の下面にパターン配線してもよい。
図13に示す検出信号発生回路31は、所定のタイミングで位置検出信号であるパルス信号を位置検出コイル30に出力する。位置検出信号が入力される位置検出コイル30は、位置検出信号で接近する受電コイル51を励起する。励起された受電コイル51は、流れる電流のエネルギーでエコー信号を位置検出コイル30に出力する。したがって、受電コイル51の近くにある位置検出コイル30は、図18に示すように、位置検出信号が入力された後、所定の時間遅れて、受電コイル51からのエコー信号が誘導される。位置検出コイル30に誘導されるエコー信号は、受信回路32で識別回路33に出力される。したがって、識別回路33は、受信回路32から入力されるエコー信号でもって、位置検出コイル30に受電コイル51が接近しているかどうかを判定する。複数の位置検出コイル30にエコー信号が誘導されるとき、識別回路33は、エコー信号レベルの大きい位置検出コイル30にもっとも接近していると判定する。
図13に示す位置検出制御器14は、各々の位置検出コイル30を切換回路34を介して受信回路32に接続する。この位置検出制御器14は、入力を順番に切り換えて複数の位置検出コイル30に接続するので、ひとつの受信回路32で複数の位置検出コイル30のエコー信号を検出できる。ただし、各々の位置検出コイルに受信回路を接続してエコー信号を検出することもできる。
図13の位置検出制御器14は、識別回路33で制御される切換回路34で複数の位置検出コイル30を順番に切り換えて受信回路32に接続する。検出信号発生回路31は切換回路34の出力側に接続されて、位置検出コイル30に位置検出信号を出力する。検出信号発生回路31から位置検出コイル30に出力される位置検出信号のレベルは、受電コイル51からのエコー信号に比較して極めて大きい。受信回路32は、入力側にダイオードからなるリミッター回路35を接続している。リミッター回路35は、検出信号発生回路31から受信回路32に入力される位置検出信号の信号レベルを制限して受信回路32に入力する。信号レベルの小さいエコー信号は、制限されることなく受信回路32に入力される。受信回路32は、位置検出信号とエコー信号の両方を増幅して出力する。受信回路32から出力されるエコー信号は、位置検出信号から所定のタイミング、例えば数μsec〜数百μsec遅れた信号となる。エコー信号が位置検出信号から遅れる遅延時間は、一定の時間であるから、位置検出信号から所定の遅延時間後の信号をエコー信号とし、このエコー信号のレベルから位置検出コイル30に受電コイル51が接近しているかどうかを判定する。
受信回路32は、位置検出コイル30から入力されるエコー信号を増幅して出力するアンプである。受信回路32は、位置検出信号とエコー信号を出力する。識別回路33は、受信回路32から入力される位置検出信号とエコー信号から位置検出コイル30に受電コイル51が接近してセットされるかどうかを判定する。識別回路33は、受信回路32から入力される信号をデジタル信号に変換するA/Dコンバータ36を備えている。このA/Dコンバータ36から出力されるデジタル信号を演算してエコー信号を検出する。識別回路33は、位置検出信号から特定の遅延時間の後に入力される信号をエコー信号として検出し、さらにエコー信号のレベルから受電コイル51が位置検出コイル30に接近しているかどうかを判定する。
識別回路33は、複数のX軸検出コイル30Xを順番に受信回路32に接続するように切換回路34を制御して、受電コイル51のX軸方向の位置を検出する。識別回路33は、各々のX軸検出コイル30Xを受信回路32に接続する毎に、識別回路33に接続しているX軸検出コイル30Xに位置検出信号を出力し、位置検出信号から特定の遅延時間の後に、エコー信号が検出されるかどうかで、このX軸検出コイル30Xに受電コイル51が接近しているかどうかを判定する。識別回路33は、全てのX軸検出コイル30Xを受信回路32に接続して、各々のX軸検出コイル30Xに受電コイル51が接近しているかどうかを判定する。受電コイル51がいずれかのX軸検出コイル30Xに接近していると、このX軸検出コイル30Xを受信回路32に接続する状態でエコー信号が検出される。したがって、識別回路33は、エコー信号を検出できるX軸検出コイル30Xから受電コイル51のX軸方向の位置を検出できる。受電コイル51が複数のX軸検出コイル30Xに跨って接近する状態では、複数のX軸検出コイル30Xからエコー信号が検出される。この状態において、識別回路33はもっとも強いエコー信号、すなわちレベルの大きいエコー信号が検出されるX軸検出コイル30Xにもっとも接近していると判定する。識別回路33は、Y軸検出コイル30Yも同じように制御して、受電コイル51のY軸方向の位置を検出する。
識別回路33は、検出するX軸方向とY軸方向からコイル移動機構13を制御して、送電コイル11を受電コイル51に接近する位置に移動させる。識別回路33は、コイル移動機構13のサーボモータ46を制御して、送電コイル11を受電コイル51に移動させる。
以上のようにして、第1の位置検出制御器14Aが送電コイル11を受電コイル51に接近する位置に移動させる。無接点給電ユニット10は、第1の位置検出制御器14Aで送電コイル11を受電コイル51に接近した後、送電コイル11から受電コイル51に電力搬送して二次電池52を充電することができる。ただ、充電ユニットは、さらに送電コイル11の位置を正確に制御して受電コイル51に接近させた後、電力搬送して二次電池52を充電することができる。送電コイル11は、第2の位置検出制御器14Bでより正確に受電コイル51に接近される。
第2の位置検出制御器14Bは、交流電源12を自励式の発振回路として、自励式の発振回路の発振周波数から送電コイル11の位置を正確に検出してコイル移動機構13を制御する。第2の位置検出制御器14Bは、コイル移動機構13のサーボモータ46を制御して、送電コイル11をX軸方向とY軸方向に移動させて、交流電源12の発振周波数を検出する。自励式の発振回路の発振周波数が変化する特性を図19に示している。この図は、送電コイル11と受電コイル51の相対的な位置ずれに対する発振周波数の変化を示している。この図に示すように、自励式の発振回路の発振周波数は、送電コイル11が受電コイル51に最も接近する位置でもっとも高くなり、相対位置がずれるにしたがって発振周波数が低くなる。したがって、第2の位置検出制御器14Bは、コイル移動機構13のサーボモータ46を制御してX軸方向とY軸方向とに移動し、発振周波数が最も高くなる位置で停止する。第2の位置検出制御器14Bは、以上のようにして、送電コイル11を受電コイル51に最も接近する位置に移動できる。
この充電ユニット10Aは、以下の動作で携帯機器50に内蔵される二次電池52を充電する。この充電ユニット10Aは、図示しないが、動作を開始する電源スイッチを別途設けることもできる。
(1)本体ケース20のセット面74に携帯機器50が載せられると、この携帯機器50の位置が位置検出制御器14で検出される。
(2)携帯機器50の位置を検出した位置検出制御器14は、コイル移動機構13を制御して、コイル移動機構13でもって送電コイル11をセット面74に沿って移動させて携帯機器50の受電コイル51に接近させる。
(3)受電コイル51に接近する送電コイル11は、受電コイル51に電磁結合されて受電コイル51に交流電力を搬送する。
(4)携帯機器50は、受電コイル51の交流電力を整流して直流に変換し、この直流で二次電池52を充電する。
(1)本体ケース20のセット面74に携帯機器50が載せられると、この携帯機器50の位置が位置検出制御器14で検出される。
(2)携帯機器50の位置を検出した位置検出制御器14は、コイル移動機構13を制御して、コイル移動機構13でもって送電コイル11をセット面74に沿って移動させて携帯機器50の受電コイル51に接近させる。
(3)受電コイル51に接近する送電コイル11は、受電コイル51に電磁結合されて受電コイル51に交流電力を搬送する。
(4)携帯機器50は、受電コイル51の交流電力を整流して直流に変換し、この直流で二次電池52を充電する。
以上の動作で携帯機器50の二次電池52を充電する充電ユニット10Aは、交流電源12に接続している送電コイル11を本体ケース20に内蔵している。送電コイル11は、電気機器70のセット面74の下に配設されて、セット面74に沿って移動するように配設される。送電コイル11から受電コイル51への電力搬送の効率は、送電コイル11と受電コイル51の間隔を狭くして向上できる。好ましくは、送電コイル11を受電コイル51に接近する状態で、送電コイル11と受電コイル51の間隔は7mm以下とする。したがって、送電コイル11は、セット面74の下にあって、できるかぎりセット面74に接近して配設される。送電コイル11は、セット面74の上に載せられる携帯機器50の受電コイル51に接近するように移動するので、セット面74の下面に沿って移動できるように配設される。
以上の無接点給電ユニットは、送電コイルを移動できるように本体ケースに配置している。ただ、無接点給電ユニットは、送電コイルを移動しない構造として固定することもできる。この無接点給電ユニットは、携帯機器をセット面の定位置にセットして、送電コイルを受電コイルに接近させる。この無接点給電ユニットを備える電気機器は、上面プレートの上面に携帯機器がセットされるセット面の外形を表示し、セット面に携帯機器を載せて外形を合わせることにより、簡単かつ確実に受電コイルと送電コイルとの位置を合わせて、これらを電磁結合できる。ただ、セット面は、携帯機器よりも大きな外形とすることもできる。このセット面は、上面に載せる携帯機器を特定することなく、種々の外形の携帯機器を載せて給電できる。
さらに、以上の実施の形態では、携帯機器50を、充電できる二次電池52を内蔵する機器とし、この携帯機器50の受電コイル51に二次電池52を充電する電力を搬送して、携帯機器50の二次電池52を充電している。ただ、本発明は、無接点給電ユニットから電力が供給される携帯機器を、必ずしも二次電池を内蔵する携帯機器には特定しない。携帯機器には、無接点給電ユニットにセットして、送電コイルから電力搬送して使用できる種々の用途の機器が使用できるからである。
10…無接点給電ユニット;10A…充電ユニット
11…送電コイル
12…交流電源
13…コイル移動機構
14…位置検出制御器;14A…第1の位置検出制御器;14B…第2の位置検出制御器
15…コア
16…連結材
17…満充電検出回路
18…移動台;18A…スリット;18B…スリット
20…本体ケース;20A…第一面;20B…第二面;20C…第三面
21…給電領域
22…冷却空気吸入口
23…冷却空気排出口
24…閉塞プレート
25…リブ
26…位置決め凸部
27…連結ボス
28…嵌合ボス
29…貫通穴
30…位置検出コイル
30X…X軸検出コイル;30Y…Y軸検出コイル
31…検出信号発生回路
32…受信回路
33…識別回路
34…切換回路
35…リミッタ回路
36…A/Dコンバータ
37…プリント基板;37a…コイルパターン領域;37b…回路実装領域
38…連結部
39…挿通部
40…駆動機構;40A…ユニット化駆動機構;40B…ユニット化駆動機構
41…スライド部材;41A…Xスライド部;41B…Yスライド部
41a…板状部分;41b…溝部
42A、42B…ガイド棒
43A、43B…ラックギア
44A、44B…ピニオンギア
45A、45B…ウォームホイール
46…サーボモータ
47…リードスクリュー
48…コイル冷却機構;48A…放熱ファン
49…止ネジ
50…携帯機器
51…受電コイル
52…二次電池
53…コンデンサ
54…共振回路
55…ダイオード
56…平滑コンデンサ
57…整流回路
58…充電制御回路
70…電気機器
71…外装ケース;71X…ケース本体
71A…メインケース;71B…底面ケース
71C…前面プレート;71D…背面プレート
71a…天面;71b…側壁;71c…開口部
72…上面プレート
73…平坦面
74…セット面
75…識別手段;75A…境界ライン
76…換気口;76A…第1の換気口;76B…第2の換気口
77…送風機構;77A…送風ファン
78…固定ボス
79…止ネジ
80…シールド部
81…開口窓
11…送電コイル
12…交流電源
13…コイル移動機構
14…位置検出制御器;14A…第1の位置検出制御器;14B…第2の位置検出制御器
15…コア
16…連結材
17…満充電検出回路
18…移動台;18A…スリット;18B…スリット
20…本体ケース;20A…第一面;20B…第二面;20C…第三面
21…給電領域
22…冷却空気吸入口
23…冷却空気排出口
24…閉塞プレート
25…リブ
26…位置決め凸部
27…連結ボス
28…嵌合ボス
29…貫通穴
30…位置検出コイル
30X…X軸検出コイル;30Y…Y軸検出コイル
31…検出信号発生回路
32…受信回路
33…識別回路
34…切換回路
35…リミッタ回路
36…A/Dコンバータ
37…プリント基板;37a…コイルパターン領域;37b…回路実装領域
38…連結部
39…挿通部
40…駆動機構;40A…ユニット化駆動機構;40B…ユニット化駆動機構
41…スライド部材;41A…Xスライド部;41B…Yスライド部
41a…板状部分;41b…溝部
42A、42B…ガイド棒
43A、43B…ラックギア
44A、44B…ピニオンギア
45A、45B…ウォームホイール
46…サーボモータ
47…リードスクリュー
48…コイル冷却機構;48A…放熱ファン
49…止ネジ
50…携帯機器
51…受電コイル
52…二次電池
53…コンデンサ
54…共振回路
55…ダイオード
56…平滑コンデンサ
57…整流回路
58…充電制御回路
70…電気機器
71…外装ケース;71X…ケース本体
71A…メインケース;71B…底面ケース
71C…前面プレート;71D…背面プレート
71a…天面;71b…側壁;71c…開口部
72…上面プレート
73…平坦面
74…セット面
75…識別手段;75A…境界ライン
76…換気口;76A…第1の換気口;76B…第2の換気口
77…送風機構;77A…送風ファン
78…固定ボス
79…止ネジ
80…シールド部
81…開口窓
Claims (10)
- 上面に平坦面を有する上面プレートを備える電気機器に組み込まれて、前記上面プレートの上面に携帯機器を載置する状態で、該携帯機器に内蔵される受電コイルに磁気誘導作用で電力搬送する無接点給電ユニットであって、
前記上面プレートの下面に面して配置されて、該上面プレートの対向する上面を、前記携帯機器をセットするセット面とする本体ケースと、
前記本体ケースに内蔵されて、前記セット面にセットされる携帯機器の受電コイルに電磁結合される送電コイルと、
前記送電コイルに交流電力を供給する交流電源と、
を備えており、
前記本体ケースが、前記電気機器の内部に開口された冷却空気吸入口と冷却空気排出口とを備えることを特徴とする無接点給電ユニット。 - 請求項1に記載の無接点給電ユニットであって、
前記冷却空気吸入口及び前記冷却空気排出口が、前記本体ケースの側面から底面にかけて連続するように形成されたスリット状に開口されてなることを特徴とする無接点給電ユニット。 - 請求項1または2に記載の無接点給電ユニットであって、
前記本体ケースの外形を略直方体形状とし、
前記冷却空気吸入口を、前記本体ケースの第一面に開口すると共に、
前記冷却空気排出口を、前記第一面と交差する第二面に開口してなることを特徴とする無接点給電ユニット。 - 請求項1または2に記載の無接点給電ユニットであって、
前記本体ケースの外形を略直方体形状とし、
前記冷却空気吸入口を、前記本体ケースの第一面に開口すると共に、
前記冷却空気排出口を、前記第一面と対向する第三面に開口してなることを特徴とする無接点給電ユニット。 - 請求項1から4のいずれか一に記載の無接点給電ユニットであって、さらに、
前記送電コイルを、前記セット面の範囲で任意の位置に移動させるコイル移動機構を備えることを特徴とする無接点給電ユニット。 - 上面に平坦面を有する上面プレートを備える外装ケースと、
前記外装ケースに収納されて、前記上面プレートの下面に面して組み込まれる無接点給電ユニットと、
を備えており、
前記上面プレートの上面に携帯機器を載置する状態で、前記無接点給電ユニットが、前記携帯機器に内蔵される受電コイルに磁気誘導作用で電力搬送するようにしてなる無接点給電ユニットを備える電気機器であって、
前記外装ケースは、内部に外気を送風させる換気口を開口しており、
前記無接点給電ユニットは、前記上面プレートの下面に面して配置されて、該上面プレートの対向する上面を、前記携帯機器をセットするセット面とする本体ケースと、
前記本体ケースに内蔵されて、前記セット面にセットされる携帯機器の受電コイルに電磁結合される送電コイルと、
前記送電コイルに交流電力を供給する交流電源と、
を備えており、
さらに、前記本体ケースが、前記外装ケースの内部に開口された冷却空気吸入口と冷却空気排出口とを備えることを特徴とする無接点給電ユニットを備える電気機器。 - 請求項6に記載の無接点給電ユニットを備える電気機器であって、
前記外装ケースの外形を略直方体状とし、該外装ケースの互いに交差する面、または互いに対向する面に位置して、複数の換気口を開口してなることを特徴とする無接点給電ユニットを備える電気機器。 - 請求項7に記載の無接点給電ユニットを備える電気機器であって、
前記外装ケースが、ケース内に外気を強制送風する送風機構を備えており、
該送風機構で送風される外気の通路に、前記本体ケースの冷却空気吸入口と冷却空気排出口とを開口してなることを特徴とする無接点給電ユニットを備える電気機器。 - 請求項6から8のいずれか一に記載の無接点給電ユニットを備える電気機器であって、
前記外装ケースが金属製ケースを備えており、
該金属製ケースの天面に、開口部を設けており、該開口部に前記無接点給電ユニットの本体ケースが配置されるように構成されてなることを特徴とする無接点給電ユニットを備える電気機器。 - 請求項6から9のいずれか一に記載の無接点給電ユニットを備える電気機器であって、
前記上面プレートが絶縁性のプレートで、該上面プレートが前記外装ケースの天面に設けられてなることを特徴とする無接点給電ユニットを備える電気機器。
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JP2012007290A Pending JP2013150393A (ja) | 2012-01-17 | 2012-01-17 | 無接点給電ユニット及び無接点給電ユニットを備える電気機器 |
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Cited By (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2016027570A1 (ja) * | 2014-08-20 | 2016-02-25 | トヨタ自動車株式会社 | 送電装置およびその製造方法、並びに、受電装置およびその製造方法 |
KR20170020147A (ko) * | 2015-08-13 | 2017-02-22 | 삼성전자주식회사 | 무선 충전 방법 및 장치 |
KR101727465B1 (ko) * | 2016-07-18 | 2017-04-17 | 주식회사 서연전자 | 차량용 무선충전 장치 |
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