JP6089330B2 - 小型電気機器およびこれを有する非接触式電力伝送装置 - Google Patents
小型電気機器およびこれを有する非接触式電力伝送装置 Download PDFInfo
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Description
上記小型電気機器の一例によれば、前記第1補助コイルは、前記2次コイルと同軸を有し、磁性体により形成されたコアに導線が巻き付けられた棒状コイルであり、前記第2補助コイルは、平面コイルである。
上記小型電気機器の一例によれば、少なくとも前記第1補助コイルを収容できるように長手方向に延びる空間を有する本体ケースをさらに有し、前記第1補助コイルは、前記第1補助コイルの軸線が前記長手方向に沿うように前記本体ケースに収容される。
上記小型電気機器の一例によれば、前記2次コイルは、前記2次コイルの軸線が前記長手方向に沿うように前記本体ケースに収容され、前記長手方向に沿う前記第1補助コイルの長さは、前記長手方向に沿う前記第2補助コイルの長さよりも長い。
上記小型電気機器の一例によれば、前記第2補助コイルは、前記本体ケースの空間において前記第1補助コイルと前記本体ケースとの間に収容される。
上記小型電気機器の一例によれば、前記第2補助コイルの中心軸は、前記第1補助コイルの中心軸と直交する。
上記小型電気機器の一例によれば、前記2次コイル、前記第1補助コイル、および前記第2補助コイルの少なくとも1つは、中空部分に磁性体により形成されたコアを有し、前記コアは、第1突起および第2突起を有し、前記第2突起の中心軸は、前記第1突起の中心軸に対して傾く関係、または前記第1突起の中心軸に対してねじれの位置を有し、前記第1補助コイルは、導線が前記第1突起に巻回され、前記第2補助コイルは、導線が前記第2突起に巻回される。
上記小型電気機器の一例によれば、電動歯ブラシである。
上記小型電気機器の一例によれば、前記第1補助コイルは、前記電動歯ブラシが前記送電装置に対して直立した状態において、前記第1補助コイルの中心軸が前記電動歯ブラシの長手方向に沿うように設けられ、前記第2補助コイルは、前記電動歯ブラシが前記送電装置に対して寝かされた状態において、前記第1補助コイルよりも下方側に位置するように設けられる。
本発明に従う非接触式電力伝送装置の一形態は、前記送電装置と、前記小型電気機器とを有する。
非接触式電力伝送装置1の方向について次のように定義する。
(A)Z方向は、鉛直方向を示す。
(B)Y方向は非接触式電力伝送装置1の正面視においてZ方向と直交する方向を示す。
(C)X方向は非接触式電力伝送装置1の側面視においてZ方向と直交する方向を示す。
(D)前方向XAは、X方向において非接触式電力伝送装置1の背面側から正面側に向かう方向を示す。
(E)後方向XBは、X方向において非接触式電力伝送装置1の正面側から背面側に向かう方向を示す。
(F)上方向ZAは、鉛直方向において下側から上側に向かう方向を示す。
(G)下方向ZBは、鉛直方向において上側から下側に向かう方向を示す。
(H)右方向YAは、非接触式電力伝送装置1の正面視において左側から右側に向かう方向を示す。
(I)左方向YBは、非接触式電力伝送装置1の正面視において右側から左側に向かう方向を示す。
右鏡部分11は、洗面台10の上方向ZAかつ右方向YAの部分を構成する。左鏡部分12は、洗面台10の上方向ZAかつ左方向YBの部分を構成する。シンク13は、洗面台10の下方向ZBかつ左方向YBの部分を構成する。載置台14は、洗面台10の下方向ZBかつ右方向YAの部分を構成する。支持台15は、シンク13および載置台14と、右鏡部分11および左鏡部分12とを互いに接続する。照明器具16は、洗面台10の上端部分を構成する。1次回路20は、載置台14の内部に位置する。1次回路20は、1次コイル24を有する。1次回路20は、1次コイル24により電動歯ブラシ30に電力を伝送する。
図2(a)に示されるように、電動歯ブラシ30は、載置台14に対して直立した状態で置かれている。電動歯ブラシ30は、装置本体31および清掃部品32を有する。
振動発生装置35は、電動モーターおよび電動モーターの出力軸に取り付けられた偏心鐘を有する。振動発生装置35は、電動モーターにより偏心鐘を回転させることにより振動を発生させる。振動発生装置35の振動は、装置本体31を介して清掃部品32に伝達される。
2次回路40は、2次コイル41、第1補助コイル45、および第2補助コイル47を有する。
(A)1次コイル24の導線24Aの径は、2次コイル41の導線41Aの径、第1補助コイル45の導線45Aの径および第2補助コイル47の導線47Aの径よりも大きい。
(B)2次コイル41の導線41Aの径は、第1補助コイル45の導線45Aの径および第2補助コイル47の導線47Aの径よりも小さい。
(C)第1補助コイル45の導線45Aの径および第2補助コイル47の導線47Aの径は、互いに等しい。
(D)1次コイル24の巻数および2次コイル41の巻数は、互いに等しい。
(E)第1補助コイル45の巻数は、1次コイル24の巻数よりも多い。
(F)第1補助コイル45の中心軸J11は、2次コイル41の中心軸J2と同軸を有する。
(G)第1補助コイル45の中心軸J11は、1次コイル24の中心軸J1と平行する。
(H)第2補助コイル47の中心軸J12は、第1補助コイル45の中心軸J11と直交する。
(I)第2補助コイル47の中心軸J12は、1次コイル24の中心軸J1と直交する。
使用者は、電源スイッチ36をオン状態に操作する。このとき、2次電池34から振動発生装置35への電力の供給が開始される。そして、振動発生装置35は、清掃部品32を振動させる。これにより、ブリッスル束32Bが振動する。使用者は、ブリッスル束32Bを口腔内の歯面に当てることにより歯面を清掃する。
1次回路20は、電源回路21、送電制御部22、伝送回路23、1次コイル24、コンデンサー25、および1次アンテナ26を有する。1次回路20においては、1次コイル24およびコンデンサー25が直列に接続されることにより、基準周波数FKにおいて共振する共振回路を構成する。
1次アンテナ26は、2次回路40の2次アンテナ44との間で信号の送受信を無線により行う。
給電制御部43は、電圧制御および電力供給制御を有する。
電圧制御は、2次電池34の充電状態に応じて直流電力の電圧をDC−DCコンバーターにより変更する。
(A1)洗面台10の送電制御部22は、伝送回路23(ともに図3参照)を制御することにより1次コイル24に基準周波数FKの交番電力を供給する。
(A2)1次コイル24は、交番電力が供給されることにより交番磁束を発生する。
(A3)第1補助コイル45は、1次コイル24の交番磁束と鎖交することにより、基準周波数FKの交番電力および交番磁束を発生する。第1補助コイル45に生じる交番電力および交番磁束は、整流回路42および給電制御部43と第1補助コイル45とが電気的に接続されたと仮定した構成の交番電力および交番磁束よりも大きい。
(A4)第2補助コイル47は、1次コイル24の交番磁束および第1補助コイル45の交番磁束と殆ど鎖交しない。
(A5)2次コイル41は、第1補助コイル45の交番磁束と鎖交することにより交番電力を発生する。
(A6)整流回路42は、2次コイル41の交番電力を平滑化することにより直流電力に変換する。
(A7)給電制御部43は、整流回路42の直流電力を2次電池34に供給する。
(B1)第2補助コイル47は、1次コイル24の交番磁束と鎖交することにより、基準周波数FKの交番電力および交番磁束を発生する。第2補助コイル47に生じる交番電力および交番磁束は、第2補助コイル47と整流回路42および給電制御部43とが電気的に接続されたと仮定した構成の交番電力および交番磁束よりも大きい。
(B2)第1補助コイル45は、1次コイル24の交番磁束と殆ど鎖交しない。
(B3)2次コイル41は、第2補助コイル47の交番磁束と鎖交することにより交番電力を発生する。
(1)非接触式電力伝送装置1の電動歯ブラシ30は、第1補助コイル45を有する。この構成によれば、1次コイル24が2次コイル41と直接的に鎖交すると仮定した構成と比較して、伝送距離を大きくすることができる。
図5は、第2実施形態の非接触式電力伝送装置1の構成を示す。本実施形態の非接触式電力伝送装置1は、図2に示される第1実施形態の非接触式電力伝送装置1との主要な相違点として、次の相違点を有する。すなわち、非接触式電力伝送装置1は、コア37および第2補助コイル47に代えて、コア50、第2補助コイル55、および第3補助コイル57を有する。以下では、第1実施形態の非接触式電力伝送装置1と異なる点の詳細を説明し、第1実施形態と共通する構成については同一の符号を付してその説明の一部または全部を省略する。
(9)電動歯ブラシ30は、整流回路42および給電制御部43と電気的に非接続の関係を有する第3補助コイル57を有する。この構成によれば、第3補助コイル57が整流回路42および給電制御部43の少なくとも一方と電気的に接続されると仮定した構成と比較して、1次コイル24の磁束が第3補助コイル57に鎖交することにより生じる第3補助コイル57の磁束および電力が大きい。このため、非接触式電力伝送装置1は、第3補助コイル57の磁束が2次コイル41に鎖交することにより生じる2次コイル41の電流が大きくなるため、伝送距離を大きくすることができる。
図6は、第3実施形態の非接触式電力伝送装置1の構成を示す。本実施形態の非接触式電力伝送装置1は、図2に示される第1実施形態の非接触式電力伝送装置1との主要な相違点として、次の相違点を有する。すなわち、非接触式電力伝送装置1は、コア37を有していない。また、非接触式電力伝送装置1は、2次コイル41、第1補助コイル45、および第2補助コイル47に代えて、2次コイル60、第1補助コイル61、および第2補助コイル63を有する。以下では、第1実施形態の非接触式電力伝送装置1と異なる点の詳細を説明し、第1実施形態と共通する構成については同一の符号を付してその説明の一部または全部を省略する。
2次コイル60は、装置本体31の下端面から上方向ZAに隙間を介して位置する。2次コイル60は、X方向およびY方向により形成される平面(以下、「XY平面」)に平行する平面コイルとして形成される。2次コイル60は、平面視において角部が曲面となる四角形状を有する(図6(b)参照)。2次コイル60は、導線60Aが渦巻状に巻回されることにより形成される。
(C1)第1補助コイル61は、1次コイル24(図2参照)の交番磁束と鎖交することにより、基準周波数FKの交番電力および交番磁束を発生する。第1補助コイル61に生じる交番電力および交番磁束は、整流回路42および給電制御部43と第1補助コイル61とが電気的に接続されたと仮定した構成の交番電力および交番磁束よりも大きい。
(C2)第2補助コイル63は、第1補助コイル45の交番磁束と鎖交することにより、基準周波数FKの交番電力および交番磁束を発生する。第2補助コイル63に生じる交番電力および交番磁束は、整流回路42および給電制御部43と第2補助コイル63とが電気的に接続されたと仮定した構成の交番電力および交番磁束よりも大きい。
(C3)2次コイル41は、第2補助コイル63の交番磁束と鎖交することにより交番電力を発生する。
(12)第2補助コイル63は、第1補助コイル61の上面と接触する。この構成によれば、第2補助コイル63が第1補助コイル61と接触しないと仮定した構成と比較して、第1補助コイル61と第2補助コイル63との間の結合係数が高くなる。
図7は、第4実施形態の非接触式電力伝送装置1の構成を示す。本実施形態の非接触式電力伝送装置1は、図2に示される第1実施形態の非接触式電力伝送装置1との主要な相違点として、次の相違点を有する。すなわち、非接触式電力伝送装置1は、第2補助コイル47に代えて、第2補助コイル70を有する。以下では、第1実施形態の非接触式電力伝送装置1と異なる点の詳細を説明し、第1実施形態と共通する構成については同一の符号を付してその説明の一部または全部を省略する。
コンデンサー73は、フレキシブル基板72において平面コイル71よりも下方向ZBの部分に位置する。コンデンサー73の容量は、第2共振回路の共振周波数が基準周波数FKとなるように設定される。
(13)第2補助コイル70は、2次コイル41を外囲する曲面コイルとして形成される。この構成によれば、第2補助コイル70がXZ平面に平行する平面コイルと仮定した構成と比較して、2次コイル41の中心軸J2周りの方向において、第2補助コイル70の外周側に向かうにつれて第2補助コイル70と2次コイル41との隙間が大きくなることが抑制される。このため、第2補助コイル70と2次コイル41との結合係数が大きくなる。
図8は、第5実施形態の非接触式電力伝送装置1の構成を示す。本実施形態の非接触式電力伝送装置1は、図2に示される第1実施形態の非接触式電力伝送装置1との主要な相違点として、次の相違点を有する。すなわち、非接触式電力伝送装置1は、第2補助コイル47およびコンデンサー48に代えて、第2補助コイル81およびコンデンサー82を有する。以下では、第1実施形態の非接触式電力伝送装置1と異なる点の詳細を説明し、第1実施形態と共通する構成については同一の符号を付してその説明の一部または全部を省略する。
回路基板80は、紙フェノール基板により形成される。回路基板80は、Z方向が長手方向となる平板状に形成される。回路基板80の主面は、XZ平面に平行する。回路基板80は、XY平面において2次コイル41および第1補助コイル45に隣り合う。回路基板80においては、整流回路42および給電制御部43が形成される(図8(b)参照)。回路基板80は、2次電池34と電気的に接続する。
(14)第2補助コイル81は、回路基板80に形成された導電パターンにより形成される。この構成によれば、第2補助コイル81として導線が渦巻状に巻回されることにより形成されたと仮定した構成と比較して、第2補助コイル81のコイルの長さのばらつきが小さくなる。このため、電動歯ブラシ30の製品毎の第2補助コイル81のインダクタンス値のばらつきが小さくなる。
図9は、第6実施形態の非接触式電力伝送装置1の構成を示す。本実施形態の非接触式電力伝送装置1は、図1に示される第1実施形態の非接触式電力伝送装置1との主要な相違点として、次の相違点を有する。すなわち、非接触式電力伝送装置1は、1次コイル24に代えて、1次コイル90を有する。また、非接触式電力伝送装置1は、第1中継コイル91、第2中継コイル92、および第3中継コイル93が洗面台10に追加された構成を有する。以下では、第1実施形態の非接触式電力伝送装置1と異なる点の詳細を説明し、第1実施形態と共通する構成については同一の符号を付してその説明の一部または全部を省略する。なお、図9においては、1次コイル90および各中継コイル91〜93の巻数を実際の巻数よりも少なくし、1次コイル90および各中継コイル91〜93の形状を簡略化している。
第1中継コイル91は、洗面台10の右鏡部分11の内部に位置する。第1中継コイル91は、洗面台10の正面視において四角形を有する平面コイルとして形成される。第1中継コイル91は、同コイル91の両端部において第1中継コンデンサー(図示略)が接続される構成を有する。第1中継コイル91および第1中継コンデンサーは、第1中継共振回路を構成する。第1中継コンデンサーの容量は、第1中継共振回路の共振周波数が基準周波数FKとなるように設定される。
(D1)1次コイル90は、交番電力が供給されることにより交番磁束を発生する。
(D2)第1中継コイル91および第2中継コイル92は、1次コイル90の交番磁束と鎖交することにより、基準周波数FKの交番電力および交番磁束を発生する。
(D3)第3中継コイル93は、第1中継コイル91および第2中継コイル92の交番磁束と鎖交することにより、基準周波数FKの交番電力および交番磁束を発生する。
(D4)第1補助コイル45は、第3中継コイル93の交番磁束と鎖交することにより、基準周波数FKの交番電力および交番磁束を発生する。
(15)洗面台10は、各中継コイル91〜93を有する。この構成によれば、各中継コイル91〜93が1次コイル90から電動歯ブラシ30の第1補助コイル45への磁束の流れを中継する。このため、1次コイル90の磁束が第1補助コイル45または第2補助コイル47(図2参照)に直接的に鎖交すると仮定した構成と比較して、伝送距離が大きくなる。
本非接触式電力伝送装置は、第1〜第6実施形態とは別の実施形態を含む。以下、本非接触式電力伝送装置のその他の実施形態としての第1〜第6実施形態の変形例を示す。なお、以下の各変形例は、互いに組み合わせることもできる。
・第4実施形態の電動歯ブラシ30において、第5実施形態の第2補助コイル81を追加することもできる。
・第2実施形態の電動歯ブラシ30は、コア50が2次コイル41の中空部分41B、第1補助コイル45の中空部分45B、第2補助コイル55の中空部分55B、第3補助コイル57の中空部分57Bに位置する。一方、変形例の電動歯ブラシ30は、コア50が各コイル41,45,55,57の中空部分41B,45B,55B,57Bのうちの1〜3個の中空部分に位置しない構成を有する。
・第4実施形態の第2補助コイル70は、平面コイル71として導線71Aが渦巻状に巻回されることにより形成された構成を有する。一方、変形例の第2補助コイル70は、平面コイル71として銅箔の導電パターンが渦巻状に形成された構成を有する。
・第1、および第4〜第6実施形態の電動歯ブラシ30は、コア37が2次コイル41の中空部分41Bおよび第1補助コイル45の中空部分45Bに位置する構成を有する。一方、変形例の電動歯ブラシ30は、コア37が2次コイル41の中空部分41Bに位置し、かつ第1補助コイル45の中空部分45Bに位置しない構成を有する。また、別の変形例の電動歯ブラシ30は、コア37が第1補助コイル45の中空部分45Bに位置し、かつ2次コイル41の中空部分41Bに位置しない構成を有する。
(a1)2次コイル41は、平面視において円形を有する。また第1補助コイル45は、平面視において三角形、四角形、および楕円形のいずれかの形状を有する。
(a2)2次コイル41は、平面視において三角形、四角形、および楕円形のいずれかの形状を有する。また第1補助コイル45は、平面視において円形を有する。
(a3)2次コイル41および第1補助コイル45は、平面視において三角形、四角形、および楕円形のいずれかの形状を有する。
(b1)2次コイル41,60は、平面視において角部が曲面となる四角形状を有する。また第1補助コイル45,61は、平面視において円形、三角形、および楕円形のいずれかの形状を有する。
(b2)2次コイル41,60は、平面視において円形、三角形、および楕円形のいずれかの形状を有する。また第1補助コイル45,61は、平面視において円形、三角形、および楕円径のいずれかの形状を有する。
(b3)2次コイル41,60および第1補助コイル45,61は、平面視において円形、三角形、および楕円形のいずれかの形状を有する。
Claims (11)
- 1次コイルを有する送電装置が出力した電力を受ける受電装置である小型電気機器であって、
2次コイルと、
前記2次コイルと電気的に接続される給電回路と、
前記1次コイルから前記2次コイルへの磁束の流れを中継する第1補助コイルと、
前記第1補助コイルとは個別に設けられ、前記1次コイルから前記2次コイルの磁束の流れを中継する第2補助コイルとを有し、
前記第2補助コイルの中心軸は、前記第1補助コイルの中心軸に対して傾く関係、または前記第1補助コイルの中心軸に対してねじれの位置を有する
小型電気機器。 - 前記第1補助コイルは、前記2次コイルおよび前記給電回路と電気的に非接続の関係を有し、
前記第2補助コイルは、前記2次コイル、前記給電回路、および前記第1補助コイルと電気的に非接続の関係を有する
請求項1に記載の小型電気機器。 - 前記第1補助コイルは、前記2次コイルと同軸を有し、磁性体により形成されたコアに導線が巻き付けられた棒状コイルであり、
前記第2補助コイルは、平面コイルである
請求項1または2に記載の小型電気機器。 - 少なくとも前記第1補助コイルを収容できるように長手方向に延びる空間を有する本体ケースをさらに有し、
前記第1補助コイルは、前記第1補助コイルの軸線が前記長手方向に沿うように前記本体ケースに収容される
請求項1〜3のいずれか1項に記載の小型電気機器。 - 前記2次コイルは、前記2次コイルの軸線が前記長手方向に沿うように前記本体ケースに収容され、
前記長手方向に沿う前記第1補助コイルの長さは、前記長手方向に沿う前記第2補助コイルの長さよりも長い
請求項4に記載の小型電気機器。 - 前記第2補助コイルは、前記本体ケースの空間において前記第1補助コイルと前記本体ケースとの間に収容される
請求項4または5に記載の小型電気機器。 - 前記第2補助コイルの中心軸は、前記第1補助コイルの中心軸と直交する
請求項1〜6のいずれか一項に記載の小型電気機器。 - 前記2次コイル、前記第1補助コイル、および前記第2補助コイルの少なくとも1つは、中空部分に磁性体により形成されたコアを有し、
前記コアは、第1突起および第2突起を有し、
前記第2突起の中心軸は、前記第1突起の中心軸に対して傾く関係、または前記第1突起の中心軸に対してねじれの位置を有し、
前記第1補助コイルは、導線が前記第1突起に巻回され、
前記第2補助コイルは、導線が前記第2突起に巻回される
請求項1〜7のいずれか一項に記載の小型電気機器。 - 前記小型電気機器は、電動歯ブラシである
請求項1〜8のいずれか一項に記載の小型電気機器。 - 前記第1補助コイルは、前記電動歯ブラシが前記送電装置に対して直立した状態において、前記第1補助コイルの中心軸が前記電動歯ブラシの長手方向に沿うように設けられ、
前記第2補助コイルは、前記電動歯ブラシが前記送電装置に対して寝かされた状態において、前記第1補助コイルよりも下方側に位置するように設けられる
請求項9に記載の小型電気機器。 - 前記送電装置と、
請求項1〜10のいずれか一項に記載の小型電気機器とを有する
非接触式電力伝送装置。
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