JP5363720B2 - Non-contact transfer device and transfer core - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、コイルを巻装したコアを有する非接触伝送装置から非接触で充電電力または情報を授受する非接触授受装置および授受側コアに関するものである。 The present invention relates to a contactless transmission / reception apparatus and a transmission / reception core that transmit and receive charging power or information in a contactless manner from a contactless transmission apparatus having a core wound with a coil.
近年、電磁誘導などの非接触による方法で、電子機器(非接触授受装置)に対して充電電力または情報を伝送する非接触伝送装置が開示されている。例えば、電子機器には電源として2次電池等の充電式電池が搭載され、充電装置(非接触伝送装置)から該電子機器の2次電池等への充電方法としては、電磁誘導などの非接触による方法が一般的となってきている。 2. Description of the Related Art In recent years, non-contact transmission devices that transmit charging power or information to an electronic device (non-contact transfer device) by a non-contact method such as electromagnetic induction have been disclosed. For example, a rechargeable battery such as a secondary battery is mounted on an electronic device as a power source, and a method for charging a secondary battery or the like of the electronic device from a charging device (non-contact transmission device) is a non-contact method such as electromagnetic induction. The method by is becoming common.
また、薄型化され、かつ充電電力を効率よく伝送する1次コア(伝送側コア)を備えた充電装置(電源装置)、および該充電装置から充電電力を授受する2次コア(授受側コア)を備えた電子機器が開示されている(例えば、特許文献1参照)。図14は、特許文献1における電源装置550の1次コア530と電子機器600の2次コア620を説明する断面図である。図14に示すように、特許文献1の技術では、1次コイル510が巻装された1次コア530の形状をI型とし、2次コイル610が巻装された2次コア620の形状をT型として構成することで、1次側の電源装置550(非接触伝送装置)で発生した磁束(M3、M4)を全面で受けることができる薄型の2次コイル610が実現でき、2次コイル610に効率よく非接触エネルギー(充電電力)を伝送できるようになっている。
In addition, a charging device (power supply device) having a primary core (transmission-side core) that is thin and efficiently transmits charging power, and a secondary core (delivery-side core) that transfers charging power from the charging device. (For example, refer patent document 1). 14 is a cross-sectional view illustrating the
また、携帯電話機等の電子機器の軽量化に寄与する無接点電磁誘導式充電機構(図15における充電装置500および電子機器700)が開示されている(例えば、特許文献2参照)。図15は、特許文献2における無接点電磁誘導式充電機構の1次コイル510と2次コイル710を説明する断面図である。特許文献2の技術では、2次コイル710のコア720において、1次コイル510のコア520の電磁誘導に殆ど寄与しない磁束密度の低い部分を削っても、1次・2次コイル間の非接触エネルギー(充電電力)の伝送効率が、殆ど落ちないことを利用しており、図15に示すように、2次コイル710のコア720における磁束密度の低い部分に貫通孔750(または凹部でも可)を設けて、2次コイル710のコア720の軽量化、すなわち無接点電磁誘導式充電機構の軽量化を図っている。
Further, a non-contact electromagnetic induction charging mechanism (
ここで、2次側(電子機器)を非接触式の電子時計とした場合、電子時計の薄型化を可能にすることは、電子時計のビジュアルやデザインの自由度を向上させる。また、電子時計の軽量化を可能にすることは、利用者にとって携帯し易くなる等の利便性が向上する。従って、近年では、非接触式による充電方法を利用する場合だけでなくとも、薄型で軽量な電子時計の設計を可能とすることが望まれている。 Here, when the secondary side (electronic device) is a non-contact type electronic timepiece, enabling the electronic timepiece to be thin improves the visual and design freedom of the electronic timepiece. In addition, enabling the weight reduction of the electronic timepiece improves convenience such as ease of carrying for the user. Therefore, in recent years, it has been desired to make it possible to design a thin and lightweight electronic timepiece, not only when a non-contact charging method is used.
しかしながら、非接触式の電子時計において、その内部で使用する2次電池には、薄型という視点から主にコイン型の電池が用いられるのが一般的であるが、上記従来技術である特許文献1、2の技術では、2次電池を2次側コア(電子時計側のコア)の下部もしくは上部に配置することしかできない。その結果、2次側コアの厚さに加えて2次電池の厚さが必要となるため、電子時計(電子機器)の薄型化が困難となっていた。また、2次電池だけでなく、他の電子部品を電子時計の内部に配置する場合にも同様となり、電子時計の薄型化が困難となっていた。 However, in a non-contact type electronic timepiece, a secondary battery used therein is generally a coin-type battery mainly from the viewpoint of thinness. In the second technique, the secondary battery can only be disposed below or above the secondary side core (electronic watch side core). As a result, since the thickness of the secondary battery is required in addition to the thickness of the secondary core, it is difficult to reduce the thickness of the electronic timepiece (electronic device). Further, not only the secondary battery but also other electronic components are arranged inside the electronic timepiece, and it is difficult to make the electronic timepiece thinner.
ここで、例えば、電子時計を薄型化するために2次側コアを取り除き、2次側コアを取り除いたことにより形成された空間である2次側コイルの空芯部分に、2次電池等を配置するという方法が考えられるが、この方法では、2次側コアが取り除かれたことにより充電装置による非接触によるエネルギー(充電電力)の伝送効率を降下させてしまうため好ましくない。 Here, for example, in order to reduce the thickness of the electronic timepiece, the secondary core is removed, and a secondary battery or the like is attached to the air core portion of the secondary coil, which is a space formed by removing the secondary core. Although the method of arrange | positioning can be considered, since the secondary side core is removed, since the transmission efficiency of the energy (charging power) by the non-contact by a charging device will fall, it is not preferable.
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、2次電池等を配置可能な貫通孔を形成することで薄型化および軽量化するとともに、該貫通孔を設けても非接触伝送装置からの充電電力または情報の伝送効率を降下させない非接触授受装置および授受側コアを提供することを目的とするものである。 The present invention has been made in view of the above, and it is possible to reduce the thickness and weight by forming a through hole in which a secondary battery or the like can be arranged, and from the non-contact transmission device even if the through hole is provided. It is an object of the present invention to provide a contactless transmission / reception apparatus and a transmission / reception side core that do not lower the charging power or the transmission efficiency of information.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、請求項1にかかる発明は、伝送側コイルを巻装した伝送側コアを有する非接触伝送装置から充電電力または情報を非接触で授受する非接触授受装置において、中央付近に凸部を有し、前記非接触伝送装置から前記充電電力または情報を授受される際、前記伝送側コアと略同軸上に対向して配置される授受側コアと、前記凸部に巻装された授受側コイルと、を備え、前記授受側コアは、貫通孔を有し、前記貫通孔は、前記伝送側コアの対向面側の第1開口部と、前記伝送側コアと対向しない面側の第2開口部との開口面積または開口幅が異なっており、前記授受側コイルの中空部の幅は、前記第1開口部の幅および前記第2開口部の幅よりも大きく、前記授受側コイルは、前記伝送側コイルと前記伝送側コアとにより発生された磁束を検出して誘導起電力を発生することで、前記非接触伝送装置から前記充電電力または情報を授受することを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problems and achieve the object, the invention according to
また、請求項2にかかる発明は、請求項1に記載の非接触授受装置において、前記貫通孔は、断面形状が凸型であり、前記第1開口部の開口面積が前記第2開口部の開口面積より小さいことを特徴とする。
The invention according to
また、請求項3にかかる発明は、請求項1または2に記載の非接触授受装置において、前記貫通孔は、前記第2開口部の開口幅が、前記第1開口部の開口幅より拡幅していることを特徴とする。
The invention according to claim 3 is the non-contact transfer device according to
また、請求項4にかかる発明は、請求項1〜3のいずれか一つに記載の非接触授受装置において、前記貫通孔は、前記第1開口部の開口幅が、前記伝送側コイルが巻装された前記伝送側コアの中央付近の凸部の外形幅または前記伝送側コイルの中空部の幅のいずれか一方より大きく、かつ前記伝送側コイルの外形幅より小さいことを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the non-contact transfer device according to any one of the first to third aspects, the through hole has an opening width of the first opening, and the transmission side coil is wound. It is characterized in that it is larger than either the outer width of the convex portion near the center of the transmission-side core or the width of the hollow portion of the transmission-side coil and smaller than the outer width of the transmission-side coil.
また、請求項5にかかる発明は、請求項4に記載の非接触授受装置において、前記貫通孔は、前記第1開口部の開口幅が、前記伝送側コイルで発生し前記非接触授受装置の筐体を通過する際の磁束の面積が、前記授受側コアを通過する磁束を極端に小さくしない範囲となる最大幅で拡幅していることを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, in the contactless transmission / reception apparatus according to the fourth aspect, the through hole has an opening width of the first opening generated in the transmission side coil. The area of the magnetic flux when passing through the housing is widened with a maximum width that is within a range that does not extremely reduce the magnetic flux passing through the delivery-side core.
また、請求項6にかかる発明は、請求項1〜5のいずれか一つに記載の非接触授受装置において、前記充電電力または情報を蓄積する電力蓄積部をさらに備え、前記貫通孔は、前記第2開口部の開口幅が、前記電力蓄積部の外形幅と略同一長さであることを特徴とする。
The invention according to claim 6 is the non-contact transfer device according to any one of
また、請求項7にかかる発明は、請求項6に記載の非接触授受装置において、前記貫通孔は、その厚さが、前記電力蓄積部の厚さと略同一厚さであることを特徴とする。 The invention according to claim 7 is the non-contact transfer device according to claim 6, wherein the thickness of the through hole is substantially the same as the thickness of the power storage unit. .
また、請求項8にかかる発明は、非接触伝送装置における伝送側コイルと伝送側コアとにより発生された磁束を検出して誘導起電力を発生することで、前記非接触伝送装置から前記充電電力または情報を授受する授受側コアにおいて、前記授受側コアは、中央付近に凸部および貫通孔を有し、前記非接触伝送装置から充電電力または情報を授受される際、前記伝送側コアと略同軸上に対向して配置され、前記貫通孔は、前記伝送側コアの対向面側の第1開口部と、前記伝送側コアと対向しない面側の第2開口部との開口面積または開口幅が異なっていて、前記授受側コイルの中空部の幅は、前記第1開口部の幅および前記第2開口部の幅よりも大きいことを特徴とする。 Further, the invention according to claim 8 detects the magnetic flux generated by the transmission side coil and the transmission side core in the non-contact transmission device to generate an induced electromotive force, so that the charging power from the non-contact transmission device. Alternatively, in the sending / receiving core for sending / receiving information, the sending / receiving core has a convex portion and a through hole in the vicinity of the center, and is substantially the same as the transmission-side core when charging power or information is sent / received from the non-contact transmission device. The through-holes are arranged so as to face each other on the same axis, and the through hole has an opening area or an opening width between a first opening on the opposite surface side of the transmission-side core and a second opening on the surface side that does not face the transmission-side core. And the width of the hollow portion of the transmitting / receiving coil is larger than the width of the first opening and the width of the second opening .
本発明によれば、2次電池等を配置可能な貫通孔を形成することで薄型化および軽量化するとともに、該貫通孔を設けても非接触伝送装置からの充電電力または情報の伝送効率を降下させないという効果を奏する。 According to the present invention, a through-hole in which a secondary battery or the like can be placed is formed to reduce the thickness and weight, and even if the through-hole is provided, charging power or information transmission efficiency from the non-contact transmission device is improved. It has the effect of not being lowered.
以下に添付図面を参照して、この発明にかかる非接触授受装置の最良な実施の形態を詳細に説明する。以下では、本発明の非接触授受装置を電子時計に適用した例を示すが、これに限定されることなく、例えば、携帯電話などの携帯機器や、電気シェーバーや電動歯ブラシ等の電子機器など、2次電池を備えており、非接触伝送装置である充電装置によって充電されることが可能な機器であれば非接触授受装置として適用可能である。 Exemplary embodiments of a non-contact transfer device according to the present invention will be explained below in detail with reference to the accompanying drawings. In the following, an example in which the non-contact transfer device of the present invention is applied to an electronic timepiece is shown, but is not limited thereto, for example, a portable device such as a mobile phone, an electronic device such as an electric shaver or an electric toothbrush, Any device that includes a secondary battery and can be charged by a charging device that is a non-contact transmission device is applicable as a non-contact transfer device.
(実施の形態1)
実施の形態1にかかる電子時計は、1次側コイル(伝送側コイル)を巻装した1次側コア(伝送側コア)を有する充電装置から充電電力を非接触で授受するものである。図1は、実施の形態1にかかる電子時計100および充電装置500の構成を示す説明図である。なお、図1では、充電装置500における送電部分および電子時計100における受電部分に関する構成を示しており、他の構成については省略している。
(Embodiment 1)
The electronic timepiece according to the first embodiment exchanges charging power in a non-contact manner from a charging device having a primary side core (transmission side core) around which a primary side coil (transmission side coil) is wound. FIG. 1 is an explanatory diagram illustrating configurations of the
まず、電子時計100について説明する。図1に示すように、電子時計100の受電部分は、中央付近に凸部121を有する2次側コア120と、2次側コイル110とを主に備えている。
First, the
2次側コア120は、磁気特性を有する主成分がマンガン系の金属で形成されたフェライトコアなどであり、充電装置500から充電電力を充電される際に、充電装置の1次側コア520と略同軸上に対向して配置されている。
The
凸部121は、2次側コア120の中央付近に設けられた円柱状の凸部であり、さらに中央内部に貫通孔150を有している。
The
貫通孔150は、図1に示すように、垂直方向の断面形状が凸形状で、水平方向の断面は円形状となっており、充電装置500の1次側コア520に対向する対向面側の開口部150aと、1次側コアと対向しない面側の開口部150bとの開口面積または開口幅が異なっている。すなわち、貫通孔150は、開口部150aの開口面積が開口部150bの開口面積より小さくなっており、開口部150aの開口径(開口幅)をh1、開口部150bの開口径(開口幅)をh2とし、h1<h2の関係を満たしている。また、貫通孔150の断面形状が凸型となっていることにより、2次側コア120における充電装置500と対向する側に鍔部121aが形成されている。また、貫通孔150は、開口部150bの開口径が、2次側コア120が磁束飽和しない範囲まで開口部150aの開口径より拡幅している。
As shown in FIG. 1, the through-
2次側コイル110は、2次側コア120における凸部121に巻装された電線であり、2次側コア120とともに磁束を発生させるものである。
The
次に、充電装置500について説明する。図1に示すように、充電装置500の送電部分は、中央付近に凸部521を有する1次側コア520と、1次側コイル510とを主に備えている。
Next, the charging
1次側コア520は、磁気特性を有する主成分がマンガン系の金属で形成されたフェライトコアなどであり、上述したように中央付近に凸部521を有する。
The
凸部521は、1次側コア120の中央付近に設けられた円柱状の凸部である。
The
1次側コイル510は、1次側コア520における凸部521に巻装された電線であり、1次側コア520とともに磁束を発生させるものである。
The
ここで、充電装置500から電子時計100への充電方法について説明する。充電装置側では、AC電源等から供給された電力を交流電流から直流電流に整流し、整流された電力を交流電流に変換した後に、1次側コア520に巻装された1次側コイル510に供給し、1次側コア520と1次側コイル510とにより磁束を発生する。そして、電子時計100の2次側コイル110に交流電磁界(誘導起電力)を発生させることで、電子時計100に非接触で電力を送電する。
Here, a charging method from the charging
一方、電子時計100側では、1次側コイル110に発生した交流電磁界を検出し、当該交流電磁界に応じた誘導起電力を発生することで、充電装置500から非接触で電力を受電する。そして、受電した電力を直流電流に整流し、充電電力として2次電池に蓄積する。
On the other hand, on the
次に、従来技術を用いた電子時計の構成について説明する。図2は、充電装置500および従来技術の電子時計700の構成を示す説明図である。なお、図2では、図1と同様に、充電装置500における送電部分および電子時計700における受電部分(特許文献2参照)に関する構成を示しており、他の構成については省略している。ここで、充電装置500の送電部分の構成および機能については、図1と同様であるため説明を省略する。
Next, the configuration of an electronic timepiece using a conventional technique will be described. FIG. 2 is an explanatory diagram showing the configuration of the
図2に示すように、電子時計700の受電部分は、中央付近に凸部721を有する2次側コア720と、2次側コイル710とを主に備えている。ここで、2次側コイル710の構成および機能は、本実施の形態の電子時計100における2次側コイル110と同様であるため説明を省略する。
As shown in FIG. 2, the power receiving portion of the
2次側コア720は、磁気特性を有する主成分がマンガン系の金属で形成されたフェライトコアなどである。
The
凸部721は、2次側コア720の中央付近に設けられた円柱状の凸部であり、さらに中央内部に貫通孔750を有している。
The
貫通孔750は、2次側コア720の磁束密度が低い部分に設けられており、開口径(開口幅)がh1の円柱状となっている。なお、図2における磁束M1、M2は、1次側コア520と1次側コイル510とから発生した磁束の流れを示しており、図2を参照すると、貫通孔750が2次側コア720における磁束密度の低い部分に設けられていることがわかる。
The through-
ここで、従来技術の電子時計700における2次側コイル710に流れる電流について説明する。図3は、2次側コイル710に流れる電流の電流値と2次側コア720の貫通孔750の開口径(開口幅)との関係を示すグラフである。図3の点aは、図2における従来技術の電子時計700(貫通孔750の開口径(開口幅)がh1)において、2次側コイル710に流れる電流の電流値をプロットしたものである。
Here, the current that flows through the
次に、従来技術の電子時計700(図2参照)における貫通孔750の開口径をh1からh3、h2へと徐々に拡幅していった場合の電流について説明する。図4は、貫通孔750の開口径をh3に拡幅した場合の従来技術の電子時計700の構成を示す図である。図5は、貫通孔750の開口径をh2に拡幅した場合の従来技術の電子時計700の構成を示す図である。ここで、貫通孔750の開口径は、h1<h3<h2の関係を満たしている。図4に示すように、h3は、1次側コイル510の外径(外形幅)と略同一径である。また、図5に示すように、h2は、1次側コイル510の外径(外形幅)より大きい径である。
Next, the current when the opening diameter of the through
図3の折れ線bは、従来技術の電子時計700における貫通孔750の開口径をh1からh3、h2へと徐々に拡幅していった場合、2次側コイル710に流れる電流の電流値を数点プロットして繋げたものである。図3を参照すると、貫通孔750の開口径をh1から徐々に広げてh3まで達した場合が点b1である。さらに貫通孔750の開口径をh3から徐々に広げてh2まで達した場合が点b2である。
The broken line b in FIG. 3 shows the current value of the current flowing in the
このように、従来技術の電子時計700は、貫通孔750の開口径がh3を越えた地点から、2次側コイル710に流れる電流が少なくなっていく。これは、1次側コイル510により誘起された磁束が、1次側コア520に収束されて2次側コア720に向かう際、図5のように貫通孔750の開口径が広がり過ぎていると、磁束が2次側コア720と2次側コイル710に届きにくいためである。
As described above, in the conventional
次に、本実施の形態の電子時計100における貫通孔150の開口部150bの開口径をh1からh3、h2へと徐々に拡幅していった場合の電流について説明する。h1、h3、およびh2の長さは上述した従来技術の電子時計700の場合と同様である。
Next, a current when the opening diameter of the
図3の折れ線cは、電子時計100における貫通孔150の開口部150bの開口径をh1からh3、h2へと徐々に拡幅していった場合、2次側コイル110に流れる電流の電流値を数点プロットして繋げたものである。なお、貫通孔150の開口部150aの開口径は保持した状態であるためh1のままである。図3を参照すると、貫通孔150の開口部150bの開口径をh1から徐々に広げてh3まで達した場合が点c1である。さらに貫通孔150の開口部150bの開口径をh3から徐々に広げてh2まで達した場合が点c2である。
A broken line c in FIG. 3 indicates the current value of the current flowing in the
このように、本実施の形態の電子時計100は、貫通孔150の開口部150bの開口径(開口幅)がh1からh3、h2と変化しても、2次側コイル110に流れる電流はほぼ一定であり、従来技術の電子時計700における貫通孔750の開口径がh1〜h3の場合とほぼ同等の電流が流れていることになる。
Thus, in the
このように、実施の形態1の電子時計100では、2次側コア120に断面形状が凸型の貫通孔150を設けた場合でも、2次側コイル110に流れる電流を従来技術の電子時計700の2次側コイル710に流れる電流とほぼ同程度に保つことができ、伝送効果を降下させない。また、貫通孔150の開口部150bの開口径をh1〜h2の範囲内に設定すれば、2次側コイル110に流れる電流をほぼ一定に保つことができるため、開口径をh1〜h2の範囲で自由に変更することが可能である(図1ではh2となっている)。従って、開口部150bの開口径がh1〜h2の範囲である貫通孔150に形成される空間に、基板や2次電池などの電子部品を配置することができるため、電子時計100を薄型化および軽量化することができる。
As described above, in the
なお、貫通孔150の開口部150bをさらに拡幅させて開口径がh2を越えた場合、2次側コア120の開口部150bの周りの厚さh´が極端に狭くなるため、2次側コア120の製造が困難となるだけでなく、2次側コア120の磁束飽和を招くことがある。このような場合は、2次側コイル110の内径(中空部の幅)を大きくしたり、2次側コア120のB−H特性の優れている材質を使用することで2次側コア120の製造困難の問題を回避することができる。
When the
(実施の形態2)
実施の形態1の電子時計100は、貫通孔150における充電装置と対向しない面側の開口部150bの開口径をh1〜h2の範囲で変更可能に構成されていたが、本実施の形態の電子時計は、貫通孔における充電装置と対向する対向面の開口部の開口径を変更する場合について説明する。
(Embodiment 2)
The
まず、実施の形態1の電子時計100における貫通孔150の開口部150aの開口径をh1からh3、h2へと徐々に拡幅していった場合の実験について説明する。なお、貫通孔150の開口部150bの開口径はh2に保持した状態である。h1、h3、およびh2の長さは実施の形態1の場合と同様である。
First, an experiment in the case where the opening diameter of the
図6は、貫通孔150の開口部150aの開口径をh3に拡幅した場合の実施の形態1の電子時計100の構成を示す図である。図7は、貫通孔150の開口部150aの開口径をh2に拡幅した場合の実施の形態1の電子時計100の構成を示す図である。また、図8は、電子時計100に流れる電流の電流値と2次側コア120の貫通孔150の開口部150aの開口径との関係を示すグラフである。
FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration of the
図8の折れ線dは、実施の形態1の電子時計100における貫通孔150の開口部150aの開口径をh1〜h2に拡幅した場合に、2次側コイル110に流れる電流の電流値を数点プロットして繋げたものである。また、折れ線eは、実施の形態1の電子時計100における貫通孔150の開口部150aの開口径をh1〜h2に拡幅した場合に、図示しない2次側コイル110および2次側コア120の直下にある筐体部分に発生している渦電流損の値を数点プロットして繋げたものである。また、折れ線fは、実施の形態1の電子時計100における貫通孔150の開口部150aの開口径をh1〜h2に拡幅した場合に、2次側コイル110に流れる電流の電流値と、該筐体部分を含めたモデル全体に発生している渦電流損の値と、1次側コイル510の銅損の値とにより算出した伝送効率の値を数点プロットして繋げたものである。
The broken line d in FIG. 8 shows several values of the current flowing through the
ここで、上記の伝送効率の算出方法を説明する。2次側コイル110に流れる電流の電流値と、該筐体部分を含めたモデル全体に発生している渦電流損の値と、1次側コイル510の銅損の値とにより伝送効率を算出する場合は、以下の数式により算出できる。
なお、上記式の分母には、本来、ヒステリシス損なども挙げられるが、渦電流損や銅損と比較すると、相対的にヒステリシス損の値が少ないため、本実施の形態における伝送効率の算出方法では、ヒステリシス損などを省略し、上記の式を採用している。 The denominator of the above formula originally includes hysteresis loss, but since the value of hysteresis loss is relatively small compared to eddy current loss and copper loss, the calculation method of transmission efficiency in the present embodiment Then, the hysteresis loss and the like are omitted, and the above formula is adopted.
図8を参照すると、貫通孔150の開口部150aの開口径がh1〜h3の範囲においては、2次側コイル110に流れる電流はほぼ一定である(折れ線d参照)のに対して、筐体に流れる渦電流が減少している(折れ線e参照)ことから、伝送効率が向上している(折れ線f参照)。
Referring to FIG. 8, the current flowing through the
また、貫通孔150の開口部150aの開口径がh3〜h2の範囲においては、2次側コイル110に流れる電流と、筐体に流れる渦電流が共に減少している(折れ線d、e参照)。この場合、筐体に流れる渦電流が減少しているが、2次側コイル110に流れる電流が筐体に流れる渦電流と比較して急激に減少しているため、結果的に伝送効率は低下している。ただし、筐体の渦電流と筐体以外の部分の渦電流とを比較した場合、筐体の渦電流は顕著に変化するが、筐体以外の部分の渦電流の変化は微小であるので、筐体の渦電流の変化分が伝送効率に直接影響して、上記のような伝送効率となる。
Further, when the opening diameter of the
このような実験を繰り返した結果、次に記載する効果が得られた。まず第1に、貫通孔150の開口部150aの開口径を拡幅していくと、筐体に流れる渦電流が減少していくこと。第2に、貫通孔150の開口部150aの開口径を、1次側コイル510の外径(外形幅)より小さい範囲内において決定すれば、2次側コイル110に流れる電流はほぼ一定に保たれること。これを踏まえて、本実施の形態の電子時計200の貫通孔250の開口部250aの開口径を設定した場合を図9に示す。
As a result of repeating such experiments, the following effects were obtained. First, as the opening diameter of the
図9は、実施の形態2にかかる電子時計200および充電装置500の構成を示す説明図である。ここで、充電装置500の構成および機能は、実施の形態1における充電装置と同様であるため説明を省略する。図9に示すように、電子時計200の受電部分は、中央付近に凸部221を有する2次側コア220と、2次側コイル210とを主に備えている。ここで、2次側コイル210の構成および機能は、実施の形態1の2次側コイルと同様であるため説明を省略する。
FIG. 9 is an explanatory diagram illustrating configurations of the
2次側コア220は、磁気特性を有する主成分がマンガン系の金属で形成されたフェライトコアなどであり、充電装置500から充電電力を充電される際に、充電装置の1次側コア520と略同軸上に対向して配置されている。
The
凸部221は、2次側コア220の中央付近に設けられた円柱状の凸部であり、さらに中央内部に貫通孔250を有している。
The
貫通孔250は、図9に示すように、垂直方向の断面形状が凸形状で、水平方向の断面は円形状となっており、充電装置500の1次側コア520に対向する対向面側の開口部250aと、1次側コアと対向しない面側の開口部250bとの開口面積が異なっている。すなわち、貫通孔250は、開口部250aの開口面積が開口部250bの開口面積より小さくなっており、開口部250aの開口径をh3、開口部250bの開口径をh2となっている。
As shown in FIG. 9, the through-
また、貫通孔250は、より良い伝送効率を得られる電子時計200として構成するには、図9に示すように、2次側コア220の貫通孔250の開口部250aを、1次側コイル510が巻装された1次側コア520の中央付近の凸部521の直径(外形幅)L1または1次側コイル510の内径(中空部の幅)より大きく、かつ1次側コイル510の外径(外形幅)L2より小さい範囲にすることが望ましい。
Further, in order to configure the through-
なお、1次側コア520や1次側コイル510の形状、2次側コア220や2次側コイル210の形状は、本実施の形態に限定されるものではない。ただし、これらの形状が本実施の形態で示した形状と異なる場合、または充電装置500(1次側)と電子時計200(2次側)の縦方向の距離が本実施の形態と異なる場合は、それぞれ異なる形状、距離に基づいて上述した実験を行って最適な開口径250aの長さにする必要がある。
In addition, the shape of the
このように、実施の形態2の電子時計200では、実施の形態1の効果に加えて、2次側コア220の貫通孔250の開口部250aを、1次側コア520の中央付近の凸部521の直径L1または1次側コイル510の内径より大きく、かつ1次側コイル510の外径L2より小さい範囲に設定することで、充電装置500から電子時計200への充電電力の伝送を効率よく行うことができる。また、図示しない2次側コイル210および2次側コア220の直下にある筐体部分に発生する渦電流を抑制して、該渦電流による筐体の発熱を防止することができる。
As described above, in the
(実施の形態2の変形例)
次に、実施の形態2の電子時計200に対する電磁界シミュレーション解析を示す。図10および図11は、電子時計200に対する電磁界シミュレーション解析の結果を示す図である。図10では、2次側コア220に備えた貫通孔250の開口部250aの開口径(開口幅)が、1次側コア520の中央付近の凸部521の直径(外形幅)L1より大きく、かつ1次側コイル510の外径(外形幅)L2より小さく構成されたモデル(1/2モデル)である(開口径=h3の場合)。また、図11は、2次側コア220に備えた貫通孔250の開口部250aの開口径が、1次側コア520の凸部521の直径L1より小さく構成されたモデル(1/2モデル)である(開口径=h1の場合)。
(Modification of Embodiment 2)
Next, an electromagnetic field simulation analysis for the
図10に示すように、電子時計200の筐体を通過している磁束は、主に1次側コイル510の凸部521の直上に集中しており、通過している面積は当該箇所付近に限定されている。一方、図11に示すように、電子時計200の筐体を通過する磁束は、1次側コア520と1次側コイル510の直上に集中しており、図10と比較すると、電子時計200の筐体を通過する磁束の面積が大きくなっている。
As shown in FIG. 10, the magnetic flux passing through the casing of the
このような電磁界シミュレーション解析では、図10、11のいずれの電子時計200においても2次側コイル210を鎖交する磁束の量(2次側コイル210に流れる電流)はほぼ一定としているが、電子時計200の筐体で発生する渦電流は図10の方が小さい。従って、両者を比較すると、図11の充電装置500より図10の充電装置500の方が電子時計200への充電電力の伝送効率がよくなるという結果となっている。つまり、シミュレーション解析の結果により推奨されるのは、図10の電子時計200となる。
In such electromagnetic field simulation analysis, the amount of magnetic flux interlinking the secondary coil 210 (current flowing through the secondary coil 210) is substantially constant in both the
このような構成において、充電装置500の1次側コア520および1次側コイル510とから発生する磁束の量は、充電装置500の構成が同じことにより、図10と図11とでは、ほぼ同等となっている。また、2次側コイル210に鎖交する磁束もほぼ一定となっているため、両者の違いとしては電子時計200の筐体に流れる渦電流のみとなる。従って、貫通孔250は、開口部250aの開口径は、1次側コイル510に発生し電子時計200の筐体を通過する際の磁束の面積が、2次側コア220を通過する磁束を極端に小さくしない範囲となる最大幅まで拡幅して構成するのが望ましい。
In such a configuration, the amount of magnetic flux generated from the
例えば、図8を参照して説明すると、図10における開口部250aの開口径は、図8のh3(横軸)であり、図11における開口部250aの開口径は、図8のh1(横軸)である。そして、開口径がh1からh3までの範囲では、2次側コイル210に得られる電流はほぼ一定であるのに対して、2次側コア220に流れる渦電流は、開口径がh1からh3になるに従い減少している。つまり、開口径がh1からh3になるに従って、2次側への伝送効率は向上することになる。また、図示していないが、開口部250aの開口径をh1より小さくした場合や開口部250aを有さない場合は、筐体に流れる渦電流(電流の損失)は直線的に大きくなるが、2次側コイル210に流れる電流はほぼ一定であるため、伝送効率は開口部250aの開口径がh1の場合より悪くなる。すなわち、開口径がh3の場合が、2次側コイル210に流れる電流が極端に小さくならない範囲となる開口径の最大幅であるため、開口部250aの開口径がh3であることが望ましい。
For example, referring to FIG. 8, the opening diameter of the
また、図10と図11の電子時計200の筐体における渦電流の差分に関して、図10の電子時計200における該差分に対応する磁束は空気中に放出されていることになる。すなわち、図10の電子時計200においては、その渦電流の差分に対応する磁束が空気中に放出されることにより、その分だけ電子時計200の筐体に発生する渦電流を抑制することができ、渦電流による筐体の発熱を防止することができる。
Further, regarding the difference in eddy currents in the housing of the
(実施の形態3)
本実施の形態の電子時計では、2次側コアに設けられた貫通孔における充電装置と対向しない側の開口部の開口径(開口幅)を、電子時計の内部に備えられる2次電池の外径(外形幅)と略同一長さとしたものである。
(Embodiment 3)
In the electronic timepiece of the present embodiment, the opening diameter (opening width) of the opening on the side that does not face the charging device in the through hole provided in the secondary side core is outside the secondary battery provided inside the electronic timepiece. The length is substantially the same as the diameter (outer width).
図12は、実施の形態3にかかる電子時計300および充電装置500の構成を示す説明図である。ここで、充電装置500の構成および機能は、実施の形態1における充電装置と同様であるため説明を省略する。図12に示すように、電子時計300の受電部分は、中央付近に凸部321を有する2次側コア320と、2次側コイル310と、2次電池10を主に備えている。ここで、2次側コイル310の構成および機能は、実施の形態1の2次側コイルと同様であるため説明を省略する。
FIG. 12 is an explanatory diagram illustrating configurations of the
2次電池10は、充電装置500から受電した充電電力を蓄積するものである。
The
2次側コア320は、磁気特性を有する主成分がマンガン系の金属で形成されたフェライトコアなどであり、充電装置500から充電電力を充電される際に、充電装置の1次側コア520と略同軸上に対向して配置されている。
The
凸部321は、2次側コア320の中央付近に設けられた円柱状の凸部であり、さらに中央内部に貫通孔350を有している。
The
貫通孔350は、図12に示すように、垂直方向の断面形状が凸形状で、水平方向の断面は円形状となっており、充電装置500の1次側コア520に対向する対向面側の開口部350aと、1次側コアと対向しない面側の開口部350bとの開口面積が異なっている。すなわち、貫通孔350は、開口部350aの開口面積が開口部350bの開口面積より小さくなっており、開口部350bの開口径はh3、開口部350bの開口径はW1となっている。また、貫通孔350は、開口部350bの開口径W1が、2次電池10の外径W2と略同一長さ、もしくはやや大きい長さに形成されており、2次側コア320の貫通孔内に形成された空間に2次電池10が配置可能となる。
As shown in FIG. 12, the through-
このように、実施の形態3にかかる電子時計300では、貫通孔350の開口部350bの開口径W1を2次電池10の外径W2と略同一長さ、もしくはやや大きい長さに形成することで、2次側コア320の貫通孔内に形成された空間に2次電池10が配置可能となる。従って、電子時計300の内部において、2次側コア320と2次電池10とを配置する空間を別個に設ける必要がなくなり、電子時計300を薄型化することができる。さらに、2次側コア320の内部に2次電池10を納めることができるため、2次側コア320は、2次電池10等の部品を保護することが可能となるため、2次電池10などの重要な部品の保護部としての役割を果たすことができる。
As described above, in the
なお、本実施の形態にかかる電子時計300では、2次側コア320の貫通孔350の開口部150bの開口径を2次電池10の外径と略同一長さもしくはやや大きくする構成としているが、2次側コア320の内部に納める部品が2次電池ではなく、他の電子部品または基板を備えた場合は、貫通孔350の開口部150bの開口径をそれらの電子部品等の外径もしくは直径に合わせることで、同様に薄型化および保護部としての役割を果たすことができる。
The
(実施の形態4)
本実施の形態の電子時計では、2次側コアに設けられた貫通孔における充電装置と対向しない側の厚さを、電子時計の内部に備えられている2次電池の厚さと略同一厚さとしたものである。
(Embodiment 4)
In the electronic timepiece of the present embodiment, the thickness of the through hole provided in the secondary side core that does not face the charging device is substantially the same as the thickness of the secondary battery provided in the electronic timepiece. It is a thing.
図13は、実施の形態4にかかる電子時計400および充電装置500の構成を示す説明図である。ここで、充電装置500の構成および機能は、実施の形態1における充電装置と同様であるため説明を省略する。図13に示すように、電子時計400の受電部分は、中央付近に凸部421を有する2次側コア420と、2次側コイル410と、2次電池10を主に備えている。ここで、2次側コイル410の構成および機能は、実施の形態1の2次側コイルと同様であるため説明を省略する。
FIG. 13 is an explanatory diagram illustrating configurations of the
2次電池10は、充電装置500から受電した充電電力を蓄積するものである。
The
2次側コア420は、磁気特性を有する主成分がマンガン系の金属で形成されたフェライトコアなどであり、充電装置500から充電電力を充電される際に、充電装置500の1次側コア520と略同軸上に対向して配置されている。
The
凸部421は、2次側コア420の中央付近に設けられた円柱状の凸部であり、さらに中央内部に貫通孔450を有している。
The
貫通孔450は、図13に示すように、垂直方向の断面形状が凸形状で、水平方向の断面は円形状となっており、充電装置500の1次側コア520に対向する対向面側の開口部450aと、1次側コアと対向しない面側の開口部450bとの開口面積が異なっている。すなわち、貫通孔450は、開口部450aの開口面積が開口部450bの開口面積より小さくなっており、開口部450aの開口径(開口幅)はh3となっている。また、貫通孔450は、開口部450b側の厚さT1が、2次電池10の厚さT2と略同一厚さに形成されており、2次側コア420の貫通孔450の内部に設けられた空間に2次電池10が配置可能となる。
As shown in FIG. 13, the through-
このように、実施の形態4にかかる電子時計400では、貫通孔450の開口部450b側の厚さT1を、2次電池10の厚さT2と略同一厚さに形成することで、貫通孔450の開口部450b側に形成された空間に2次電池等をほぼ隙間なく配置することができる。従って、2次側コア420の上方などに配置される2次電池等(基板や電子回路、モジュールなどの電子部品)の配置がし易く、かつ電子時計400内部の部品の平行性を保ち易くする。
As described above, in the
本実施の形態における2次側コアの凸部は、2次側コアの中央付近に円柱状に設けられているが、これに限定されることはない。すなわち、コイルを巻装可能な形状であればいずれの形状で設けられていてもよく、例えば、角柱形状や、水平方向の断面が四角形や半円などの形状で形成してもよく、さらに左右対称に形成されていなくてもよい。また、本実施の形態における2次側コアは、マンガン系のフェライトコアなどで形成されているが、他の材料により形成された部材を任意に組み合わせて2次側コアを形成して、その周りにコイルを巻装してもよい。 Although the convex part of the secondary side core in this Embodiment is provided in the column shape near the center of the secondary side core, it is not limited to this. That is, it may be provided in any shape as long as the coil can be wound, for example, it may be formed in a prismatic shape, a horizontal cross section in the shape of a quadrangle, a semicircle, etc. It may not be formed symmetrically. In addition, the secondary core in the present embodiment is formed of a manganese-based ferrite core or the like, but the secondary core is formed by arbitrarily combining members formed of other materials. A coil may be wound around.
また、本実施の形態における貫通孔は、水平方向の断面が円形状となっているが、これに限定されることはない。すなわち、貫通している孔であれば他の形状でもよく、例えば、水平方向の断面が四角形や半円などの形状で形成してもよく、さらに左右対称に形成されていなくてもよい。 Further, the through hole in the present embodiment has a circular cross section in the horizontal direction, but is not limited thereto. That is, as long as it is a through-hole, other shapes may be used. For example, the horizontal cross section may be formed in a shape such as a quadrangle or a semicircle, and may not be formed symmetrically.
10 2次電池
100,200,300,400 電子時計
110,210,310,410 2次側コイル
120,220,320,420 2次側コア
121,221,321,421 凸部
121a 鍔部
150,250,350,450 貫通孔
150a,250a,350a,450a,150b,250b,350b,450b 開口部
500 充電装置
510 1次側コイル
520 1次側コア
10
Claims (8)
中央付近に凸部を有し、前記非接触伝送装置から前記充電電力または情報を授受される際、前記伝送側コアと略同軸上に対向して配置される授受側コアと、
前記凸部に巻装された授受側コイルと、
を備え、
前記授受側コアは、貫通孔を有し、
前記貫通孔は、前記伝送側コアの対向面側の第1開口部と、前記伝送側コアと対向しない面側の第2開口部との開口面積または開口幅が異なっており、
前記授受側コイルの中空部の幅は、前記第1開口部の幅および前記第2開口部の幅よりも大きく、
前記授受側コイルは、前記伝送側コイルと前記伝送側コアとにより発生された磁束を検出して誘導起電力を発生することで、前記非接触伝送装置から前記充電電力または情報を授受することを特徴とする非接触授受装置。 In a non-contact transfer device that transfers charging power or information in a non-contact manner from a non-contact transmission device having a transmission-side core wound with a transmission-side coil.
A transfer side core that has a convex portion near the center and is disposed substantially coaxially with the transmission side core when the charging power or information is transferred from the non-contact transmission device;
A receiving and receiving side coil wound around the convex part ;
With
The delivery side core has a through hole,
The through hole is different in opening area or opening width between the first opening on the facing surface side of the transmission side core and the second opening on the surface side not facing the transmission side core,
The width of the hollow portion of the delivery side coil is larger than the width of the first opening and the width of the second opening,
The transfer side coil receives and transfers the charging power or information from the non-contact transmission device by detecting the magnetic flux generated by the transmission side coil and the transmission side core and generating an induced electromotive force. A non-contact transfer device.
前記貫通孔は、前記第2開口部の開口幅が、前記電力蓄積部の外形幅と略同一長さであることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一つに記載の非接触授受装置。 A power storage unit for storing the charging power or information;
6. The contactless transmission / reception according to claim 1, wherein an opening width of the second opening portion is substantially the same as an outer width of the power storage portion. apparatus.
前記授受側コアは、中央付近に凸部および貫通孔を有し、前記非接触伝送装置から充電電力または情報を授受される際、前記伝送側コアと略同軸上に対向して配置され、
前記貫通孔は、前記伝送側コアの対向面側の第1開口部と、前記伝送側コアと対向しない面側の第2開口部との開口面積または開口幅が異なっていて、
前記授受側コイルの中空部の幅は、前記第1開口部の幅および前記第2開口部の幅よりも大きいことを特徴とする授受側コア。 In the sending / receiving core that sends and receives the charging power or information from the contactless transmission device by detecting the magnetic flux generated by the transmission side coil and the transmission side core in the contactless transmission device and generating an induced electromotive force,
The transfer side core has a convex portion and a through hole in the vicinity of the center, and when the charging power or information is transferred from the non-contact transmission device, is disposed substantially coaxially with the transmission side core,
The through hole is different in opening area or opening width between the first opening on the opposite side of the transmission side core and the second opening on the side not facing the transmission side core ,
The delivery-side core characterized in that the width of the hollow portion of the delivery-side coil is larger than the width of the first opening and the width of the second opening .
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