JP2015079847A - 非接触充電モジュール、電池パック、及び電子機器 - Google Patents

非接触充電モジュール、電池パック、及び電子機器 Download PDF

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一海 瀬口
Kazumi Seguchi
一海 瀬口
靖浩 鳥越
Yasuhiro Torigoe
靖浩 鳥越
史洋 立野
Fumihiro Tateno
史洋 立野
晃男 日高
Akio Hidaka
晃男 日高
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Abstract

【課題】底面および当該底面に対して所定の角度で設けられる側面から非接触充電を行うことが可能な非接触充電モジュール、電池パック、及び電子機器を提供することを目的とする。
【解決手段】第1の面103aと前記第1の面103aに対して所定の角度で設けられる第2の面103bを有する磁性シート103と、前記第1の面103aに設けられる第1のコイル部102aと、前記第2の面103bに設けられる第2のコイル部102bと、を備えた非接触充電モジュール。
【選択図】図1

Description

本発明は、非接触充電に用いられる非接触充電モジュール、電池パック及び当該電池パックを搭載した電子機器に関する。
近年、本体機器を充電器で非接触充電することのできるものが多く利用されている。これは、充電器側に送電用コイル、本体機器側に受電用コイルを配し、両コイル間に電磁誘導を生じさせることにより充電器側から本体機器側に電力を伝送するものである。上記本体機器として、スマートフォンやタッチパネル式端末等の携帯端末等が提案されている。
特許文献1は、二次電池の主面に対応する位置にあるプレートに開口部を設けて、当該開口部に平面型の受電コイル配置した電池パックを記載している。非接触充電においては、送電コイルと受電コイルを互いに近接させた状態で充電が行われる。したがって、特許文献1に記載の電池パックの場合、電池パックの主面を充電装置の上に配置することによって、電池パック側の受電コイルと充電装置側の送電コイルを互いに対向・近接させて非接触充電が行われる。
国際特許公開2013/015206号公報
しかしながら、特許文献1に記載の電池パックは、受電コイルを主面にのみ配置しているので、電池パックの側面には非接触充電のためのインダクタンスが存在していない。したがって、電池パックの側面から非接触充電を行うことは困難である。
そこで、本発明は、上記の問題に鑑み、二次電池の側面から非接触充電を行うことが可能な非接触充電モジュール、電池パック、及び電子機器を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明は、第1の面と前記第1の面に対して所定の角度で設けられる第2の面を有する磁性シートと、前記第1の面に設けられる第1のコイル部と、前記第2の面に設けられる第2のコイル部と、を備えた非接触充電モジュールとした。
本発明によれば、充電可能な電池の底面のみならず、当該電池の側面にも磁性シートとコイル部を設けることができるので、二次電池の側面から非接触充電を行うことが可能な非接触充電モジュールを提供することが可能になる。
実施の形態1の電池パックと非接触充電装置を示す図 実施の形態1の電池パックと非接触充電装置を示す図 実施の形態1の受電コイルの斜視図 実施の形態1の受電コイルの平面図 実施の形態1の受電コイルの正面図 実施の形態1の受電コイルの展開図 実施の形態2の電池パックの斜視図 実施の形態2の電池パックの平面図 実施の形態2の電池パックの側面図 実施の形態3の電池パックの斜視図 実施の形態3の受電コイルの斜視図 実施の形態3の受電コイルの側面図 実施の形態3の受電コイルの平面図 実施の形態3の受電コイルの正面図 非接触充電の外観を示す図
第1の発明は、第1の面と前記第1の面に対して所定の角度で設けられる第2の面を有する磁性シートと、前記第1の面に設けられる第1のコイル部と、前記第2の面に設けられる第2のコイル部と、を備えた非接触充電モジュールである。第1の発明によれば、充電可能な電池の底面のみならず、当該電池の側面にも磁性シートの第1の面と前記第1の面に置かれるコイル部を設けることができるので、二次電池の側面から非接触充電を行うことが可能な非接触充電モジュールを提供することが可能になる。
第2の発明は、前記第1のコイル部と前記第2のコイル部が、それぞれ独立したコイルである非接触充電モジュールである。第2の発明によれば、充電可能な電池が大型の場合に、当該電池の側面に設けられる第1のコイル部のインダクタンスを大きくすることができるので、電池の側面を用いた非接触充電の送電効率を向上させることが可能になる。
第3の発明は、前記第1のコイル部と前記第2のコイル部が、単一のコイルから成る非接触充電モジュールである。第3の発明によれば、充電可能な電池が薄型の場合に、当該電池の側面に設けられる第1のコイル部に開口部を設け易くすることができるので、電池の側面を用いた非接触充電の送電効率を向上させることが可能になる。また、単一のコイルによって前記第1のコイル部と前記第2のコイル部が設けられるので、生産性の優れた非接触充電モジュールにすることができる。
第4の発明は、前記磁性シートが、前記第2の面に対向する第3の面を有し、前記コイルは、前記第3の面に設けられる第3のコイル部を有する非接触充電モジュールである。第4の発明によれば、充電可能な電池の底面に対向する面に磁性シートの第3の面と前記第3の面に設けられる第3のコイル部が配置されるので、当該電池の底面に対向する面からも非接触充電を行うことが可能になる。
第5の発明は、前記コイルが、略U字状の形状を有する非接触充電モジュールである。前記コイルの形状をU字状にすることによって、充電可能な電池の底面、側面、および当該底面に対向する面にコイル部を設けることができる。また、当該電池が小型の場合には、電池の側面に設けられるコイル部に対して開口部を設け易くすることができるので、電池の側面を用いた非接触充電の送電効率を向上させることが可能になる。
第6の発明は、前記コイルが、前記第1のコイル部と前記第2のコイル部のみを有する非接触充電モジュールである。第6の発明によれば、充電可能な電池の側面および底面にのみ受電コイルを集中的に配置することができるので、当該電池の側面および底面のインダクタンスを高くすることができ、当該電池の側面および底面からの非接触充電の送電効率を向上させることが可能になる。
第7の発明は、前記コイルが、略L字状の形状を有する非接触充電モジュールである。第7の発明によれば、充電可能な電池の側面および底面にのみ受電コイルを集中的に配置することができるので、当該電池の側面および底面のインダクタンスを高くすることができ、当該電池の側面および底面からの非接触充電の送電効率を向上させることが可能になる。
第8の発明は、前記第2の面が、前記第1の面に対して略垂直に設けられる非接触充電モジュールである。第8の発明によれば、充電可能な電池の底面のみならず、当該電池の側面にも磁性シートの第1の面と前記第1の面に置かれるコイル部を設けることができるので、二次電池の側面から非接触充電を行うことが可能な非接触充電モジュールを提供することが可能になる。
第9の発明は、充電可能な電池と第1〜8の発明いずれか一つの非接触充電モジュールを一体にした電池パックである。第8の発明によれば、側面から非接触充電を行うことが可能な電池パックを提供することが可能になる。
第10の発明は、第9の発明の電池パックを搭載した電子機器である。第9の発明によれば、側面から非接触充電が可能な電子機器を提供することが可能になる。
(実施の形態1)
以下、図面を用いて本発明の実施の形態について説明する。図1は、実施の形態1の電池パックと非接触充電装置を示す図である。図1は、電池パック100の側面に設けられた受電コイル102の第1のコイル部102aを用いて非接触充電装置200と非接触充電を行う様子を示している。図2は、実施の形態1の電池パックと非接触充電装置を示す図である。図2は、電池パックの底面に設けられた受電コイル102の第2のコイル部102bを用いて非接触充電装置300と非接触充電を行う様子を示している。図3は、実施の形態1の受電コイルの斜視図である。図4は、実施の形態1の受電コイルの平面図である。図5は、実施の形態1の受電コイルの正面図である。図6は、実施の形態1の受電コイルの展開図である。
電池パック100は、導線が渦巻き状に巻回された受電コイル102と、受電コイル102が載置される磁性シート103と、受電コイル102および磁性シート103によって、側面、底面、および底面に対向する面(以下、上面と称する)が覆われている充電可能な電池101を備える。なお、受電コイル102と磁性シート103が一体となったものを非接触充電モジュールと称する。
受電コイル102は、略U字状の形状を有しており、電池101の側面、底面、および上面に対向する位置に受電コイル102の一部が配置されるようになっている。図1および図3に示すように、電池101の側面に対向する受電コイル102の一部を第1のコイル部102aとする。また、電池101の底面に対向する受電コイルを第2のコイル部102bとする。また、電池101の上面に対向する受電コイルを第3のコイル部102cとする。受電コイル102の導線の直径は約0.4mm、インダクタンスは3.81μHである。また受電コイル102は、図6に示すように、平面状に巻回された受電コイル102を、電池101の側面と底面の境界に対応する位置および電池101の側面と上面の境界に対応する位置で折り曲げることによって形成される。なお、受電コイル102には、図示しない共振コンデンサが直列に接続される。受電側の共振コンデンサの容量は150pFである。
磁性シート103の形状も、受電コイル102と同様に略U字状の形状を有しており、電池101の側面、底面、および上面に対向する位置に磁性シート103の一部が配置されるようになっている。図1に示すように、電池101の側面に対向する磁性シート103の一部を第1の面103aとする。また、電池101の底面に対向する磁性シート103の一部を第2の面103bとする。また、電池101の上面に対向する磁性シート103の一部を第3の面103cとする。
磁性シート103は、電磁誘導作用を利用した非接触充電の電力伝送効率を向上させるために設けたものである。磁性シート103としては、Ni−Zn系のフェライトシート、Mn−Zn系のフェライトシート、Mg−Zn系のフェライトシート等を用いることができる。フェライトシートは、アモルファス金属の磁性シートに比較して受電コイル102の交流抵抗を低下させることができる。磁性シート103は、飽和磁束密度が350mT以上であって、厚みを300μm以上とするとよい。磁性シート103の厚みが増すほど、送電効率を向上させることができる。磁性シート103は、板形状を有する磁性シートを、電池101の側面と底面の境界に対応する位置および電池101の側面と上面の境界に対応する位置で折り曲げることによって形成される。
非接触充電装置200は、板形状の磁性シート201と、磁性シート201の外周を巻回されて配置される送電コイル202を備える。非接触充電装置200で発生する磁束の向きは、送電コイル202の軸方向と同じになる。磁性シート201の大きさは約45mm×26mm、厚さは約1.5mmである。送電コイル202の導線の直径は約0.4mmであり、インダクタンスは3.7μHである。また、非接触充電装置200は、送電コイル202に対して直列接続される共振コンデンサを備える。送信側の共振コンデンサの容量は150pFである。
電池パック100と非接触充電装置200との間で行われる非接触充電について説明する。非接触充電装置200は、図示しない高周波発生回路を有している。この高周波発生回路によって発生した高周波電力は送電コイル202へ送電される。送電コイル202は高周波電力が送電されると、コイルの軸方向に沿って磁束を発生させる。電池パック100の受電コイル102は、この磁束によって誘導起電力を発生させることができる。特に、電池パック100は、その側面にインダクタンスとなる第1のコイル部102aを有しているので、非接触充電装置200で発生した磁束を利用して効率よく誘導起電力を生じさせることが可能である。また、電池パック100は、第1のコイル部102aに対応して磁性シート103の第1の面103aを配置しているので、第1のコイル部102aを利用した非接触充電の効率を向上させることが可能である。
受電コイル102で発生した誘導起電力は、図示しない充電回路によって直流電力に変換される。電池パック100の非接触充電は、この直流電力を電池101へ供給することによって達成される。なお、充電回路については、電池パック100に内蔵される部品として設けることも可能であるし、電池パック100の外部に設けられる部品としても良い。
高周波発生回路の動作周波数を5.93MHz、電池パック100の側面と非接触充電装置200とのギャップを約5mmとすると、図1に示す非接触充電の送電効率は約50%〜57%になる。
電池パック100は、その底面に受電コイル102の第2のコイル部102bと磁性シート103の第2の面103bが配置されているので、底面にあるインダクタンスを利用して非接触充電を行うことが可能である。図2は、電池パック100の底面にあるインダクタンスを利用して非接触充電を行う様子を示している。
非接触充電装置300は、導線が渦巻き状に巻回された送電コイル302、送電コイル302が配置されると共に非接触充電の送電効率を高める磁性シート301、送電コイルの開口部に配置されるマグネット303、および送電コイル302、磁性シート301、およびマグネットを格納する筐体となるベース304を備える。送電コイル302には、図示しない共振コンデンサが直列に接続されている。また、非接触充電装置300は、送電コイル302に送電する高周波電力を発生させるための、図示しない高周波発生回路を有する。送電コイル302によって発生する磁束の向きは、送電コイルの軸方向に沿っている。すなわち、磁束は磁性シート301に対して垂直な方向に沿って発生する。マグネット303は、充電する対象物を適切な充電位置に引き寄せるために使用される。送電コイル302のインダクタンスは3.36μH、当該共振コンデンサの容量は150pFである。
なお、マグネット303については、非接触充電装置300内に設けなくても良い。
高周波発生回路の動作周波数を6.83MHz、電池パックの底面と非接触充電装置300とのギャップを約5mmとすると、図2に示す非接触充電の送電効率は約20%〜67%になる。非接触充電の動作については、図1に示す例と同様になるので、説明を省略する。
図3は、略U字状に形成された受電コイル102の斜視図である。受電コイルを略U字状に形成することにより、電池パック100の側面のインダクタンスとなる第1のコイル部102aに対して開口部を設け易くなる。スマートフォンやタブレット等の携帯端末においては側面の厚さが小さい薄型の電池パックが用いられるが、図3に示す略U字状の受電コイル102であれば、電池パックの側面の厚さが小さい場合でも容易に開口部を設けることができる。送電側から発生した磁束が受電コイル102を通過し易くなるので、送電効率を容易に向上させることが可能になる。
また、第1のコイル部102aと第2のコイル部102bは、単一の受電コイル102から形成されているので、電池パック100および非接触モジュールの生産性を向上させることができる。
また、図1および図3に示すように、電池パック100は、その上面に対向する第3のコイル部102cと磁性シート103の第3の面103cを有する。したがって、電池パック100は、非接触充電装置300の送電コイル302と第3のコイル部102cを対向させることによっても非接触充電を行うことが可能である。このように電池パック100の上面に対しても受電コイル102の一部と磁性シート103の一部を設けることで、電池パック100の非接触充電に対応可能な面を増やすことが可能になるので、非接触充電時の利便性が向上する。
なお、実施の形態1においては、受電コイル102および磁性シート103は略U字状に形成されているが、受電コイルの形状は、電池101の形状に応じて適宜変更することが可能である。例えば、磁性シート103の第1の面103aは、第2の面103bに対して略垂直に設けられているが、電池101の形状に応じて、第1の面103aが第2の面103bに対して略垂直以外の所定の角度で設けられるように構成しても良い。この場合、受電コイル102の第1のコイル部102aも第2のコイル部102bと当該所定の角度で設けられるように構成される。
また、図1〜5に示すように、第2のコイル部の面積は、第3のコイル部の面積よりも大きくなっているが、これらの面積については、電池パック100の使用目的に応じて適宜変更することが可能である。たとえば、電池パック100の上面を利用して非接触充電を行う場合と、電池パックの底面を利用して非接触充電を行う場合とで送電効率を等しくしたい場合は、第2のコイル部の面積と第3のコイル部の面積を等しくすることが考えられる。
(実施の形態2)
図7は、実施の形態2の電池パックの斜視図である。図8は、実施の形態2の電池パックの平面図である。図9は、実施の形態2の電池パックの側面図である。
電池パック400は、充電可能な電池401、電池401の側面に設けられる第1の磁性シート403a、第1の磁性シート403a上に設置される第1の受電コイル402a、電池401の底面に設けられる第2の磁性シート403b、第2の磁性シート403b上に設けられる第2の受電コイル402bを備える。なお、第1の受電コイル402a、第2の受電コイル402b、第1の磁性シート403a、および第2の磁性シート403bが一体となったものを非接触充電モジュールと称する。
電池パック400は、実施の形態1の電池パック100とは異なり、電池パック400の側面と底面に対して、独立した第1の受電コイル402a、第2の受電コイル402bが設けられる。電池パック400の側面と底面に対しても、独立した第1の磁性シート403a、第2の磁性シート403bが設けられる。
電池パック400の厚さが比較的大きな場合は、その側面の面積が大きくなる。このような場合は、図7に示す様に、送電側で発生する磁束が通過可能な開口部を確保しつつ受電コイル402aのループ全体を側面に配置することが可能になる。受電コイル402aのループ全体を側面に配置すると、図1のように受電コイルのループの一部を側面に配置した場合に比べて、電池パックの側面に形成されるインダクタンスを大きくすることが可能になるので、電池パック400の側面を利用した非接触充電の送電効率を向上させることが可能になる。
また、電池パック400の底面にも独立した受電コイル402bを配置することができるので、電池パックの底面に形成されるインダクタンスも大きくすることができ、電池パック400の底面を利用した非接触充電の送電効率を向上させることが可能になる。
第1の磁性シート403aと第2の磁性シート403bは互いに独立しているので、電池401の側面と底面に配置する際に、実施の形態1の電池パック100のように、磁性シートを折り曲げる必要が無い。よって、工数が減少するので、製造上有利な構成である。当然ながら、電池パック400の磁性シートについては、実施の形態1の磁性シートのように、板状の磁性シートを折り曲げたものを用いることも可能である。
なお、実施の形態2においては、第1の磁性シート403aは、第2の磁性シート403bに対して略垂直に設けられているが、電池401の形状に応じて、第1の磁性シート403aが第2の磁性シート403bに対して略垂直以外の所定の角度で設けられるように構成しても良い。この場合、第1の受電コイル402aも第2の受電コイル402bと当該所定の角度で設けられるように構成される。
なお、電池パック400の充電方法や磁性シート等の構成については、実施の形態1の電池パック100と同様になるので説明を省略する。
(実施の形態3)
図10は、実施の形態3の電池パックの斜視図である。図11は、実施の形態3の受電コイルの斜視図である。図12は、実施の形態3の受電コイルの側面図である。図13は、実施の形態3の受電コイルの平面図である。図14は、実施の形態3の受電コイルの正面図である。
電池パック500は、導線が渦巻き状に巻回された受電コイル502と、受電コイル502が載置される磁性シート503と、受電コイル502および磁性シート503によって、側面および底面が覆われている充電可能な電池501を備える。なお、受電コイル502と磁性シートが一体となったものを非接触充電モジュールと称する。
受電コイル502は、略L字状の形状を有しており、電池501の側面および底面に対向する位置に受電コイル502の一部が配置されている。図11に示すように、電池501の側面に対向する受電コイル502の一部を第1のコイル部502aとする。また、電池501の底面に対向する受電コイルを第2のコイル部502bとする。受電コイル502は、平面状に巻回された受電コイル502を、電池501の側面と底面の境界に対応する位置で折り曲げることによって形成される。なお、受電コイル502には、図示しない共振コンデンサが直列に接続される。
磁性シート503の断面も、受電コイル502と同様に略L字状の形状を有しており、電池501の側面および底面に対向する位置に磁性シート503の一部が配置されるようになっている。図10に示すように、電池501の側面に対向する磁性シート503の一部を第1の面503aとする。また、電池501の底面に対向する磁性シート503の一部を第2の面503bとする。
電池パック500では、電池501の側面および底面にのみ受電コイル502を集中的に配置することができるので、電池パック500の側面および底面のインダクタンスを高くすることができる。したがって、電池パック500の側面および底面からの非接触充電の送電効率を向上させることが可能になる。
また、第1のコイル部502aと第2のコイル部502bは、単一の受電コイル502から形成されているので、電池パック500および非接触モジュールの生産性を向上させることができる。
なお、実施の形態3においては、受電コイル502および磁性シート503は略L字状に形成されているが、受電コイルの形状は、電池501の形状に応じて適宜変更することが可能である。例えば、磁性シート503の第1の面503aは、第2の面503bに対して略垂直に設けられているが、電池501の形状に応じて、第1の面503aが第2の面503bに対して略垂直以外の所定の角度で設けられるように構成しても良い。この場合、受電コイル502の第1のコイル部502aも第2のコイル部502bと当該所定の角度で設けられるように構成される。
なお、電池パック500の充電方法や磁性シート等の構成については、実施の形態1の電池パック100と同様になるので説明を省略する。
図15は、非接触充電の概観を示す図である。図15に示す様に、ノートパソコン600と携帯電話、スマートフォンやタブレット等である電子機器700との間で非接触充電が行われる。ノートパソコン600は送電側であり、筐体側面の近傍に非接触充電装置200を搭載している。また、電子機器700は受電側であり、電池パック100、400、500のいずれか一つを搭載している。電子機器700は、その側面から非接触充電を行うことができるので、ノートパソコン600の側面と電子機器700の側面を近接させることにより、ノートパソコン600から電子機器700へ非接触充電を行うことが可能である。
なお、実施の形態1〜3で説明した非接触充電モジュール、電池パック、および非接触充電装置を構成する各種部品(コイル、コンデンサ、磁性シート等)の寸法、形状、構造および特性値等については、使用環境や動作周波数に応じて適宜最適なものが採用される。
本発明の非接触充電モジュールは、携帯電話、スマートフォン、タブレット、携帯型のパソコン等の様々な電子機器の非接触充電モジュールとして有用である。
100、400、500 電池パック
101、401、501 電池
102、502 受電コイル
102a、502a 第1のコイル部
102b、502b 第2のコイル部
102c 第3のコイル部
103、201、301、503 磁性シート
103a、503a 第1の面
103b、503b 第2の面
103c 第3の面
200、300 非接触充電装置
202、302 送電コイル
303 マグネット
304 ベース
402a 第1の受電コイル
402b 第2の受電コイル
403a 第1の磁性シート
403b 第2の磁性シート
600 ノートパソコン
700 電子機器

Claims (10)

  1. 第1の面と前記第1の面に対して所定の角度で設けられる第2の面を有する磁性シートと、
    前記第1の面に設けられる第1のコイル部と、
    前記第2の面に設けられる第2のコイル部と、を備えた非接触充電モジュール。
  2. 請求項1に記載の非接触充電モジュールであって、
    前記第1のコイル部と前記第2のコイル部は、それぞれ独立したコイルである非接触充電モジュール。
  3. 請求項1に記載の非接触充電モジュールであって、
    前記第1のコイル部と前記第2のコイル部は、単一のコイルから成る非接触充電モジュール。
  4. 請求項3に記載の非接触充電モジュールであって、
    前記磁性シートは、前記第2の面に対向する第3の面を有し、
    前記コイルは、前記第3の面に設けられる第3のコイル部を有する非接触充電モジュール。
  5. 請求項4に記載の非接触充電モジュールであって、
    前記コイルは、略U字状の形状を有する非接触充電モジュール。
  6. 請求項3に記載の非接触充電モジュールであって、
    前記コイルは、前記第1のコイル部と前記第2のコイル部のみを有する非接触充電モジュール。
  7. 請求項6に記載の非接触充電モジュールであって、
    前記コイルは、略L字状の形状を有する非接触充電モジュール。
  8. 請求項1〜7いずれか一項に記載の非接触充電モジュールであって、
    前記第2の面は、前記第1の面に対して略垂直に設けられる非接触充電モジュール。
  9. 充電可能な電池と請求項1〜8いずれか一項に記載の非接触充電モジュールを一体にした電池パック。
  10. 請求項9に記載の電池パックを搭載した電子機器。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2016213224A (ja) * 2015-04-30 2016-12-15 Tdk株式会社 コイル、非接触受電装置、及び携帯用電子機器

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