JP2015142395A - 給電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ベルト状の携帯機器を非接触式で効率よく、容易かつ確実に充電できる給電装置を提供することを目的とする。【解決手段】本発明は、給電コイルを有し、この給電コイルから受電コイルを有する回路に電磁誘導による電力伝送を行う給電装置であって、樹脂製の中空の筒状部を備え、上記筒状部の底面に平行な断面が円であり、この筒状部の内周面に沿って給電コイルが配設されている。上記筒状部の底面に平行な断面が楕円であるとよい。上記楕円の長軸と円周との交点を含む領域に上記給電コイルが配設されているとよい。上記筒状部の中央縦断面が、下底と２つの脚との内角がそれぞれ直角以下の台形であるとよい。上記筒状部の長軸を含む中央縦断面の台形が、一方の脚と下底との内角が直角であり、他方の脚と下底との内角が直角未満であるとよい。上記筒状部の底面と接続され、筒状部を支持する平板状の台座部をさらに備えるとよい。【選択図】図１Ａ

Description

本発明は、給電装置に関する。

従来から、電磁誘導現象を利用した非接触式の給電装置が知られている。この給電装置は、給電コイル（一次側コイル）と対向する位置に受電コイル（二次側コイル）を配置し、給電コイルに電流を流すことで生じる磁束により受電コイルに電流を発生させるものである。このような給電装置は、近年、携帯機器の充電装置として普及しつつある（例えば特開平１１−２６６５４５号公報参照）。

特開平１１−２６６５４５号公報

上述の携帯機器として、従来の携帯電話のほか、例えば腕時計型等のウエアラブルデバイスが開発されている。このような腕時計型の携帯機器は外形が平板状ではなく湾曲性を有するベルト状に形成される。そのため、従来の板状の非接触式の給電装置では給電コイルの磁束線を携帯機器内に配設された受電コイルの中心軸に一致させるのが困難であり、供給効率の低下が避けられない。

本発明は、上述のような事情に基づいてなされたものであり、ベルト状の携帯機器を非接触式で効率よく充電できる給電装置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なされた発明は、給電コイルを有し、この給電コイルから受電コイルを有する回路に電磁誘導による電力伝送を行う給電装置であって、樹脂製の中空の筒状部を備え、上記筒状部の底面に平行な断面が円であり、この筒状部の内周面に沿って給電コイルが配設されている。

本発明の給電装置は、ベルト状の携帯機器を非接触式で効率よく、容易かつ確実に充電できる。

図１Ａは、本発明の一実施形態における給電装置を示す模式的平面図である。 図１Ｂは、図１Ａの給電装置の模式的正面図である。 図１Ｃは、図１Ａの給電装置の模式的側面図である。 図２は、図１ＡのＡ−Ａ線での模式的断面図である。 図３は、図１Ａの給電装置の使用方法を示す模式的平面図である。 図４は、図１Ａとは異なる実施形態における給電装置を示す模式的平面図である。 図５は、図４のＢ−Ｂ線での模式的断面図である。

［本発明の実施形態の説明］
本発明は、給電コイルを有し、この給電コイルから受電コイルを有する回路に電磁誘導による電力伝送を行う給電装置であって、樹脂製の中空の筒状部を備え、上記筒状部の底面に平行な断面が円であり、この筒状部の内周面に沿って給電コイルが配設されている。

当該給電装置は、筒状部の内周面に給電コイルが配設され、断面が円の筒状部を備えるため、この筒状部に給電対象であるベルト状の携帯機器を巻き付けるように設置することで、携帯機器の位置ズレを防止しつつ、この携帯機器が有する受電コイルに当該給電装置の給電コイルに発生する磁束を容易かつ確実に重ね合わせることができる。そのため、当該給電装置は、ベルト状の携帯機器を非接触式で効率よく、容易かつ確実に充電できる。

上記筒状部の底面に平行な断面が楕円であるとよい。このように筒状部の底面に平行な断面を手首の断面形状に近い楕円とすることで、ベルト状の携帯機器を筒状部により固定し易くすることができる。また、携帯機器が筒状部への巻付け後に周方向に移動することを防止できる。

上記楕円の長軸と円周との交点を含む領域に上記給電コイルが配設されているとよい。このように断面の楕円の長軸と円周との交点を含む領域、つまり楕円の最も曲率の小さい領域に給電コイルを配設することで、給電コイルが筒状体の内周面に沿って比較的大きく湾曲し、３次元的な構成となる。その結果、給電コイルが生む磁束が携帯機器の受電コイルに３次元的に交わるため、給電効率をさらに高めることができる。

上記筒状部の中央縦断面が、下底と２つの脚との内角がそれぞれ直角以下の台形であるとよい。このように筒状部の中央縦断面を下底と２つの脚との内角がそれぞれ直角以下の台形であること、つまり筒状部が上面に向かって縮径する形状であることで、環状の携帯機器の筒状部への着脱をより容易にすることができる。

上記筒状部の長軸を含む中央縦断面の台形が、一方の脚と下底との内角が直角であり、他方の脚と下底との内角が直角未満であるとよい。このように長軸を含む中央縦断面の台形において、一方の脚を下底と直角としこの脚を含む領域に給電コイルを配設することで、着脱容易性を保持しつつ、給電コイルが生む磁束の向きを筒状部の中心軸と略垂直にし、携帯機器が有する受電コイルに磁束をより容易かつ確実に重ね合わせることができる。

上記筒状部の底面と接続され、筒状部を支持する平板状の台座部をさらに備えるとよい。このような台座部を備えることで、この台座部で充電対象の携帯機器を支持することができるため、携帯機器をより確実に固定することができる。

上記筒状部の周面を囲繞する壁部をさらに備え、この壁部と筒状部との間に平面視円環状の溝が形成されているとよい。このような壁部を備えることで、上記溝で充電対象の携帯機器を保持することができるため、携帯機器をより確実に固定することができる。

従って当該給電装置は、腕時計型等のウエアラブルデバイスの給電装置として好適に用いることができる。

なお、「楕円」とは、長径と短径との長さが異なる円を意味する。「直角」とは、具体的には８９°以上９１°以下を意味する。

［本発明の実施形態の詳細］
以下、本発明に係る給電装置の実施形態について図面を参照しつつ詳説する。

［第一実施形態］
図１Ａ，１Ｂ，１Ｃ及び図２に示す当該給電装置は、樹脂製の中空の筒状部１と、この筒状部１の底面と接続され、筒状部１を支持する平板状の台座部２と、上記筒状部１の内周面に沿って配設される給電コイル３と、この給電コイル３に電流を供給する電流供給回路（図示せず）とを主に備える。当該給電装置は、上記給電コイル３から受電コイルを有する回路を備える携帯機器等に電磁誘導による電力伝送を行う。

＜筒状部＞
筒状部１は、中空で底面に平行な断面が楕円である筒と、この筒の天面に配設される天板から構成される。

筒状部１は樹脂製であり、主成分として樹脂を含む。この樹脂としては、絶縁性を有し、かつ磁性を有しないものであれば特に限定されない。また、導電性及び磁性が付与されない範囲で、筒状部１は樹脂以外の成分を含んでもよい。なお、「主成分」とは、例えば５０質量％以上含まれる成分をいう。

筒状部１の長軸を含む中央縦断面は図２に示すように台形である。この台形の一方の脚（図２中左側の側辺）と下底との内角θ１は直角であり、他方の脚（図２中右側の側辺）と下底との内角θ２は直角未満である。後述する給電コイル３は、筒状部１の内周面のこの一方の脚を含む領域に配設されている。

上記他方の脚と下底との内角θ２の上限としては、８５°が好ましく、８０°がより好ましい。一方、上記他方の脚と下底との内角θ２の下限としては、７０°が好ましく、７５°がより好ましい。上記内角θ２が上記上限を超える場合、ベルト状の携帯機器の着脱の容易化が不十分となるおそれがある。逆に、上記内角θ２が上記下限未満の場合、ベルト状の携帯機器の固定が不十分となるおそれがある。

筒状部１の大きさは特に限定されず、充電対象の携帯機器の大きさに合わせて適宜設計することができる。筒状部１の底面（外周面を含む）の楕円の長径は例えば５０ｍｍ以上１５０ｍｍ以下、短径は例えば４０ｍｍ以上１２０ｍｍ以下、筒状部１の高さ（軸方向長さ）は例えば１０ｍｍ以上５０ｍｍ以下とすることができる。

筒状部１の肉厚（外径と内径との差）の上限としては、５ｍｍが好ましく、２ｍｍがより好ましい。一方、筒状部１の肉厚の下限としては、０．５ｍｍが好ましく、１ｍｍがより好ましい。筒状部１の肉厚が上記上限を超える場合、給電コイル３が生む磁束が充電対象の携帯機器の受電コイルに十分到達しないおそれがある。逆に、筒状部１の肉厚が上記下限未満の場合、筒状部１の強度が不十分となるおそれがある。

＜台座部＞
台座部２は、平板状であり、その上面が上記筒状部１の底面と接続されている。台座部２の上面は長辺が筒状部１の断面の楕円の長径方向と平行かつこの長径よりも大きく、短辺がこの楕円の短径方向と平行かつこの短径よりも大きい長方形状である。台座部２の内部は中空となっており、台座部２の内部は上記筒状部１の内部と連通している。また、台座部２の材質としては、上記筒状部１と同様のものを用いることができる。この台座部２は筒状部１と一体形成してもよい。さらに、台座部２は複数の部材から構成されてもよい。例えば台座部２の上面及び側面を筒状部１と一体形成し、底面を別の板材から構成することで、この板材の上面に電流供給回路等を配設してから筒状部１と一体となった部材に嵌合し、接着剤やビス等で固定することで容易に当該給電装置を製造することができる。

台座部２の大きさも特に限定されず、充電対象の携帯機器の大きさに合わせて適宜設計することができる。台座部２の長辺は例えば８０ｍｍ以上２００ｍｍ以下、短辺は例えば６０ｍｍ以上１６０ｍｍ以下、台座部２の高さ（厚さ）は例えば１０ｍｍ以上３０ｍｍ以下とすることができる。

＜給電コイル＞
給電コイル３は、上記筒状部１の内周面に沿って中心軸が外周面と略垂直となるように配設されている。この給電コイル３としては、公知のものが使用でき、例えば導線を螺旋状に巻いたものや、導体を渦巻き状に平面配設した平面コイル等を用いることができる。この平面コイルとしては、例えば樹脂製の絶縁フィルムとこの絶縁フィルムの表面に積層されたコイル状の金属導体とを有するものを用いることができる。この給電コイル３は、筒状部１の断面の楕円の長軸と円周との交点を含む領域、具体的には上述のように筒状部１の中央縦断面の台形において下底との内角が直角である脚を含む領域（以下、給電コイル配設領域ともいう）に配設されている。

給電コイル３は、電流の供給によりコイルの中心軸方向に磁束を発生させる。上述のように給電コイル３は、筒状部１の内周面のうち、底面に対し垂直な部分である給電コイル配設領域に配設されているため、給電コイル３が発生する磁束の向きは筒状部１の中心軸と略垂直な方向となる。なお、上記給電コイル配設領域は、筒状部１の内周面の一部であるため、図１Ａに示すように給電コイル３のコイル面（給電コイル３を構成する導体のうち、最外周の導体に囲まれる面）は、平面視で筒状部１の内周面に沿って湾曲している。

給電コイル３の導体径、導体間ピッチ、ターン数等は、充電対象の受電コイルを有する回路に合わせて適宜設計することができる。

＜電流供給回路＞
電流供給回路（図示せず）は、上記給電コイル３に電流を供給する回路である。この回路としては例えばベースフィルムと配線パターンとを有するプリント配線板を用いることができる。この電流供給回路の電源は任意に選択可能であり、交流電源でも直流電源でもよい。また、家庭用電源のほか、一次電池、二次電池や太陽電池等を電源とすることができる。

電流供給回路は、筒状部１の内部に配設してもよいし、台座部２の内部に配設してもよい。

＜使用方法＞
次に、当該給電装置の使用方法について図３を参照しつつ説明する。当該給電装置は、ベルト状のウエアラブルデバイスの給電に好適に用いることができる。以下、ウエアラブルデバイスを用いた当該給電装置の使用方法について例示する。

当該給電装置で給電するウエアラブルデバイスＸは、両端部を着脱可能に構成する着脱機構を備え、手首等への装着状態で環状となるベルト状の形状を有する。また、ウエアラブルデバイスＸは内部に受電コイルＹを有する。この受電コイルＹは、図３に示すようにウエアラブルデバイスＸの内周面側に配設される。

当該給電装置による給電では、まず環状のウエアラブルデバイスＸを筒状部１の外周面を囲繞するように台座部２の上面に載置する。このとき、図３に示すようにウエアラブルデバイスＸの受電コイルＹと給電コイル３とが対向するように位置を調整する。このウエアラブルデバイスＸの載置方法としては、着脱機構を外したウエアラブルデバイスＸを筒状部１に巻き付けた後、着脱機構により環状にしてもよいし、予めウエアラブルデバイスＸを環状にした状態で筒状部１の上方から筒状部１に被せるように載置してもよい。当該給電装置は、上述のように筒状部１の給電コイル配設領域以外の部分が上方に向かって縮径するように構成されているため、環状にしたウエアラブルデバイスＸを容易に脱着できる。

ウエアラブルデバイスＸの載置後、電流供給回路により給電コイル３に電流を供給する。これにより給電コイル３に磁束が発生し、この磁束が対向する受電コイルＹを貫通する。磁束が貫通した受電コイルＹには、この磁束を打ち消す磁束を生成するための電流が発生し、この電流によりウエアラブルデバイスＸ内の充電池に給電が行われる。このとき、当該給電装置の給電コイル３は、楕円の最も曲率の小さい領域に配設され、コイル面が筒状体１の内周面に沿って比較的大きく湾曲し、３次元的な構成を有している。そのため、給電コイル３が生む磁束が受電コイルＹに３次元的に交錯し、受電コイルＹに発生する電流量を大きくすることができる。

＜利点＞
当該給電装置は、内周面に給電コイル３が配設され、断面が楕円の筒状部１を備えるため、この筒状部１に給電対象であるベルト状の携帯機器（ウエアラブルデバイス）を巻き付けるように設置することで、携帯機器の位置ズレを防止しつつ、この携帯機器が有する受電コイルに当該給電装置の給電コイル３に発生する磁束を容易かつ確実に重ね合わせることができる。そのため、当該給電装置は、ベルト状の携帯機器を非接触式で効率よく、容易かつ確実に充電できる。

また、当該給電装置は、筒状部１の底面に平行な断面が手首の断面形状に近い楕円であるため、手首等に装着して使用するベルト状の携帯機器を筒状部１により固定し易くすることができる。また、携帯機器が筒状部１への巻付け後に周方向に移動することを防止できる。

さらに、当該給電装置は、筒状部１の長軸を含む中央縦断面の台形における一方の脚を下底と直角とし、この脚を含む領域に給電コイル３を配設することで、給電コイル３が生む磁束の向きを筒状部１の中心軸と略垂直とすることができるため、携帯機器が有する受電コイルに磁束をより容易かつ確実に重ね合わせることができる。また、上記中央縦断面の台形において他方の脚と下底との内角が直角以下であること、つまり筒状部１が上面に向かって縮径する形状であることで、環状の携帯機器の筒状部１への着脱をより容易にすることができる。

［その他の実施形態］
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記実施形態の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

当該給電装置は、図４及び図５に示すように筒状部１の周面を囲繞する壁部４をさらに備え、この壁部４と筒状部１との間に平面視円環状の溝が形成されていてもよい。このような壁部４を備えることで、上記溝で充電対象の携帯機器を保持することができるため、携帯機器をより確実に固定することができる。また、筒状部１及び壁部４の上面を覆う蓋部を追加することで、当該給電装置を携帯機器のケースとして用いることが可能となる。なお、壁部４は、図５に示すように筒状部１と台座部２と一体形成してもよいし、別部材として形成し接合してもよい。

また、上記実施形態では筒状部の底面に平行な断面を楕円としたが、真円としたものも本発明の意図する範囲内である。さらに、筒状部の周面が傾斜していない（筒状部の径が軸方向に変化しない）ものも本発明の意図する範囲内である。また、台座部は省略が可能である。

さらに、筒状部の底面に平行な断面が楕円の場合、給電コイルの配設個所は楕円の長軸と円周との交点を含む領域に必ずしも限定されるものではなく、充電対象の携帯機器の受電コイルの配設に合わせて適宜設計することができる。また、複数の給電コイルを筒状部の内周面に配設してもよい。

また、台座部は必ずしも中空である必要はなく、内部に空間を有しない板材を用いてもよい。

以上のように、本発明の給電装置は、ベルト状の携帯機器を非接触式で効率よく、容易かつ確実に充電できる。

１ 筒状部
２ 台座部
３ 給電コイル
４ 壁部
Ｘ ウエアラブルデバイス
Ｙ 受電コイル

Claims (8)

1. 給電コイルを有し、この給電コイルから受電コイルを有する回路に電磁誘導による電力伝送を行う給電装置であって、
   樹脂製の中空の筒状部を備え、
   上記筒状部の底面に平行な断面が円であり、この筒状部の内周面に沿って給電コイルが配設されている給電装置。
2. 上記筒状部の底面に平行な断面が楕円である請求項１に記載の給電装置。
3. 上記楕円の長軸と円周との交点を含む領域に上記給電コイルが配設されている請求項２に記載の給電装置。
4. 上記筒状部の中央縦断面が、下底と２つの脚との内角がそれぞれ直角以下の台形である請求項１、請求項２又は請求項３に記載の給電装置。
5. 上記筒状部の長軸を含む中央縦断面の台形が、一方の脚と下底との内角が直角であり、他方の脚と下底との内角が直角未満である請求項４に記載の給電装置。
6. 上記筒状部の底面と接続され、筒状部を支持する平板状の台座部をさらに備える請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の給電装置。
7. 上記筒状部の周面を囲繞する壁部をさらに備え、この壁部と筒状部との間に平面視円環状の溝が形成されている請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の給電装置。
8. ウエアラブルデバイスの給電に用いられる請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の給電装置。

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