JP6141175B2

JP6141175B2 - 電子機器

Info

Publication number: JP6141175B2
Application number: JP2013234073A
Authority: JP
Inventors: 宮本　力; 力宮本
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2013-11-12
Filing date: 2013-11-12
Publication date: 2017-06-07
Anticipated expiration: 2033-11-12
Also published as: JP2015095958A

Description

本発明は、充電機能を有する電子機器に関する。

携帯電話やデジタルカメラ等の電子機器に内蔵される二次電池を非接触で充電する技術が知られている。電子機器及びこれに対応する専用の充電器には、それぞれ充電のための電力を伝送するコイルが備えられており、両コイルでの電磁誘導により充電器から電子機器に交流電力を伝送し、これを直流電力に変換して二次電池を充電させるようになっている（例えば、特許文献１を参照。）。

特開２００６−３３３５５７号公報

ところで、電子機器側のコイル形状と、充電器側のコイル形状とが異なるほど充電効率が悪くなる問題がある。
本発明は、高い充電効率を実現できる電子機器を提供することを目的とする。

本発明に係る電子機器は、上記課題を解決するために、送電機から無線で伝送された電力を受電する受電部を備える電子機器において、前記受電部は、第１形状の受電側コイルと、第２形状の受電側コイルと、前記送電機から伝送される電力を受信するコイルとして、前記第１形状の受電側コイル又は前記第２形状の受電側コイルを選択する選択部と、制御部と、を備え、前記制御部は、前記第１形状の受電側コイルによって受電された電力の大きさと、前記第２形状の受電側コイルによって受電された電力の大きさとを比較し、電力の大きい方の受電側コイルを選択する構成である。

電子機器では、前記第１形状の受電側コイル又は前記第２形状の受電側コイルと電気的に接続する充電池をさらに備え、前記第１形状の受電側コイルを選択するとは、前記第１形状の受電側コイルと前記充電池とを電気的に接続することであり、前記第２形状の受電側コイルを選択するとは、前記第２形状の受電側コイルと前記充電池とを電気的に接続する構成でもよい。

電子機器では、前記第１形状とは、円形形状であり、前記第２形状とは、多角形状であってもよい。

電子機器では、前記第１形状の受電側コイルにおける当該コイルの軸に対して垂直方向の断面積は、前記第２形状の受電側コイルにおける当該コイルの軸に対して垂直方向の断面積とは異なる構成でもよい。

電子機器では、前記第１形状の受電側コイルに囲まれた領域は、前記第２形状の受電側コイルに囲まれた領域に重なる構成でもよい。

電子機器では、前記受電側コイルは、前記電子機器内において移動可能であって、前記制御部は、前記送電機から電力を受電するコイルとして選択したコイルとは異なるコイルを、当該選択したコイルから離すよう制御する構成でもよい。

本発明に係る電子機器は、上記課題を解決するために、送電機から無線で伝送されてくる電力を受信する受電部を備える電子機器において、前記受電部は、所定形状の受電側コイルが複数個配置されて構成される受電側コイル部と、前記受電側コイル部を構成する各受電側コイルの通電状態を切り替える選択部と、前記選択部を制御する制御部と、前記選択部により通電状態に切り替えられた一又は複数の受電側コイルを利用して電力を受電し、受電した電力を検出する検出部と、を備え、前記制御部は、前記検出部で検出した電力が最も大きくなる一又は複数の受電側コイルを通電状態に切り替えて電力を受電するように前記選択部を制御する構成である。

電子機器では、前記所定形状とは、円形形状又は多角形状であってもよい。

本発明によれば、高い充電効率を実現できる。

スマートフォンの構成を示す正面斜視図である。スマートフォンの構成を示す背面図である。ワイヤレス給電についての説明に供する図である。送電機側のコイル形状と受電部側のコイル形状が異なる場合における充電効率についての説明に供する図である。受電部の第１の構成を示すブロック図である。受電側コイルの構成を示す図である。選択部の回路構成を示す図である。受信部の第２の構成を示すブロック図である。受電側コイル部の構成を示す図である。受電側コイル部を構成するコイルの通電状態を切り替えたときのコイル形状についての説明に供する図である。

本発明を実施するための実施形態を、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下では、電子機器の一例として、スマートフォンについて説明する。

図１及び図２を参照しながら、実施形態に係るスマートフォン１の外観について説明する。図１及び図２に示すように、スマートフォン１は、ハウジングＨを有する。ハウジングＨは、フロントフェイス１Ａと、バックフェイス１Ｂと、サイドフェイス１Ｃ１〜１Ｃ４とを有する。フロントフェイス１Ａは、ハウジングＨの正面である。バックフェイス１Ｂは、ハウジングＨの背面である。サイドフェイス１Ｃ１〜１Ｃ４は、フロントフェイス１Ａとバックフェイス１Ｂとを接続する側面である。以下では、サイドフェイス１Ｃ１〜１Ｃ４を、どの面であるかを特定することなく、サイドフェイス１Ｃと総称することがある。

スマートフォン１は、タッチスクリーンディスプレイ２と、ボタン３Ａ〜３Ｃと、照度センサ４と、近接センサ５と、レシーバ６と、マイク７と、カメラ８とをフロントフェイス１Ａに有する。スマートフォン１は、カメラ９をバックフェイス１Ｂに有する。スマートフォン１は、ボタン３Ｄ〜３Ｆと、外部インターフェイス１０とをサイドフェイス１Ｃに有する。以下では、ボタン３Ａ〜３Ｆを、どのボタンであるかを特定することなく、ボタン３と総称することがある。

タッチスクリーンディスプレイ２は、ディスプレイ２Ａと、タッチスクリーン２Ｂとを有する。ディスプレイ２Ａは、液晶ディスプレイ（ＬｉｑｕｉｄＣｒｙｓｔａｌＤｉｓｐｌａｙ）、有機ＥＬパネル（ＯｒｇａｎｉｃＥｌｅｃｔｒｏ−Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅｐａｎｅｌ）、又は無機ＥＬパネル（ＩｎｏｒｇａｎｉｃＥｌｅｃｔｒｏ−Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅｐａｎｅｌ）等の表示デバイスにより構成される。ディスプレイ２Ａは、文字、画像、記号又は図形等を表示する。

タッチスクリーン２Ｂは、タッチスクリーンディスプレイ２に対する指、又はスタイラスペン等の接触を検出する。タッチスクリーン２Ｂは、複数の指、又はスタイラスペン等がタッチスクリーンディスプレイ２に接触した位置を検出することができる。

タッチスクリーン２Ｂの検出方式は、静電容量方式、抵抗膜方式、表面弾性波方式（又は超音波方式）、赤外線方式、電磁誘導方式、及び荷重検出方式等の任意の方式でよい。以下では、説明を簡単にするため、タッチスクリーン２Ｂがタッチスクリーンディスプレイ２に対する接触を検出する指、又はスタイラスペン等を単に「指」ということがある。

スマートフォン１は、タッチスクリーン２Ｂにより検出された接触、接触位置、接触時間又は接触回数に基づいてジェスチャの種別を判別する。ジェスチャは、タッチスクリーンディスプレイ２に対して行われる操作である。スマートフォン１によって判別されるジェスチャには、タッチ、ロングタッチ、リリース、スワイプ、タップ、ダブルタップ、ロングタップ、ドラッグ、フリック、ピンチイン、ピンチアウト等が含まれる。

スマートフォン１は、タッチスクリーン２Ｂを介して判別するこれらのジェスチャに従って動作を行う。したがって、利用者にとって直感的で使いやすい操作性が実現される。判別されるジェスチャに従ってスマートフォン１が行う動作は、タッチスクリーンディスプレイ２に表示されている画面に応じて異なる。

ボタン３は、利用者によって操作される。ボタン３は、ボタン３Ａ〜ボタン３Ｆを有する。ボタンに対する操作は、例えば、クリック、ダブルクリック、プッシュ、及びマルチプッシュである。

例えば、ボタン３Ａ〜３Ｃは、ホームボタン、バックボタン又はメニューボタンである。例えば、ボタン３Ｄは、スマートフォン１のパワーＯＮ又はＯＦＦボタンである。ボタン３Ｄは、スリープ又はスリープ解除ボタンを兼ねてもよい。例えば、ボタン３Ｅ及び３Ｆは、音量ボタンである。

照度センサ４は、照度を検出する。例えば、照度とは、光の強さ、明るさ、輝度等である。照度センサ４は、例えば、ディスプレイ２Ａの輝度の調整に用いられる。

近接センサ５は、近隣の物体の存在を非接触で検出する。近接センサ５は、例えば、タッチスクリーンディスプレイ２が顔に近付けられたことを検出する。

レシーバ６は、音声信号を音声として出力する。マイク７は、利用者等の音声を音声信号へ変換する。なお、スマートフォン１は、レシーバ６に加えて、スピーカをさらに有してもよい。スマートフォン１は、レシーバ６に代えて、スピーカをさらに有してもよい。

カメラ８は、フロントフェイス１Ａに面している物体を撮影するインカメラである。カメラ９は、バックフェイス１Ｂに面している物体を撮影するアウトカメラである。

外部インターフェイス（接続部）１４は、他の装置が接続される端子である。外部インターフェイス１０は、ＵＳＢ（ＵｎｉｖｅｒｓａｌＳｅｒｉａｌＢｕｓ）（登録商標）、ＨＤＭＩ（Ｈｉｇｈ−ＤｅｆｉｎｉｔｉｏｎＭｕｌｔｉｍｅｄｉａＩｎｔｅｒｆａｃｅ）（登録商標）のような汎用的な端子であってもよい。外部インターフェイス１０は、Ｄｏｃｋコネクタのような専用に設計された端子でもよい。

また、スマートフォン１は、図３に示すように、送電機１００から所定の無線給電方式により伝送される電力を受電する受電部２１を備えている。言い換えれば、受電部２１は、送電機１００から送られてくる磁気エネルギーを受ける。ここで、具体例として、所定の無線給電方式として電磁誘導方式を例に挙げると、送電機１００に設けられた送電側コイルに交流電流を流すと、送電側コイルに磁界が発生し、スマートフォン１の受電部に備えられた受電側コイルに誘導電圧が生じる。これによって、送電機１００からスマートフォン１に電力が伝送される。また、スマートフォン１は、受電部２１により受電した電力を内蔵されている充電池２２に蓄電する。なお、所定の給電方式とは、電磁誘導方式、電波受信方式又は共鳴方式等である。

送電側コイルと受電側コイル間の結合は、受電側コイルに届く磁束の数が多いほど、向上する。なお、この結合の程度は、結合次数で表される。送電側コイルと受電側コイル間の結合は、送信機と受電部のそれぞれのコイルの平面形状が一致する場合に効率が向上する。

ここで、送電側コイルと受電側コイルの大きさや形状が互いに異なると以下のような問題が生ずるおそれがある。
例えば、図４に示すように、送電側コイルと受電側コイルの大きさが互いに異なる場合には、送電側コイルＣ１から生じた磁束の一部が互いに打ち消しあってしまい、受電側コイルＣ２と送電側コイルＣ１との結合が弱くなる（結合係数が小さくなる）。そうすると、スマートフォン１は、小さな電力しか得られず、充電池２２に対する充電効率が悪くなってしまう。このような場合には、スマートフォン１は、送電機に対して、送電電力を大きく（磁気エネルギーの出力を増加）するよう（例えば、送電側コイルから発生する磁束の大きさを大きくするよう）に要求する。

送電機は、当該要求にしたがって、送電側コイル及び送電側コイルアンプに大きな電流を流すことになる。そうすると、送電機は、エネルギーを大きく損失し、さらには、送電側コイル等の部品の発熱による温度上昇が発生する。
一方、スマートフォン１は、例えば、電磁誘導方式により送電機から電力を受電している場合、送電機に近接（密着）しているため、送電機の熱が伝導し、温度上昇をもたらす可能性がある。

そこで、本実施例に係るスマートフォン１は、受電部２１のコイル形状を送電機側のコイル形状に適合させる構成を提案する。

＜第１実施形態＞
受電部２１は、図５に示すように、第１形状の受電側コイル２３と、第２形状の受電側コイル２４と、選択部２５と、制御部２６と、検出部２７とを備える。
選択部２５は、第１形状の受電側コイル２３又は第２形状の受電側コイル２４を選択する。
制御部２６は、選択部２５を制御する。
検出部２７は、送電側コイルによって生じた磁束が、第１形状の受電側コイル２３又は第２形状の受電側コイル２４を貫通することによって生じた誘導電圧を検出する。ここで、検出部２７が検出するのは、誘導電圧に基づく電力又は電流であってもよい。

制御部２６は、第１形状の受電側コイル２３に切り替えたときに検出部２７で検出された電力の大きさと、第２形状の受電側コイル２４に切り替えたときに検出部２７で検出された電力の大きさとを比較し、電力の大きい方の受電側コイルを選択するように選択部２５を制御する。
また、スマートフォン１は、第１形状の受電側コイル２３又は第２形状の受電側コイル２４と充電池２２を電気的に接続し、当該接続のオン又はオフを選択部２５によって制御する。具体的には、選択部２５は、第１形状の受電側コイル２３を選択する場合、第１形状の受電側コイル２３と充電池２２との電気的な接続をオンにすると共に第２形状の受電側コイル２４と充電池２２との電気的な接続をオフにし、第２形状の受電側コイル２４を選択する場合、第２形状の受電側コイル２４と充電池２２とを電気的な接続をオンにすると共に第１形状の受電側コイル２３と充電池２２との電気的な接続をオフにする。

ここで、第１形状の受電側コイル２３に切り替えたときに検出部２７で検出された電力の大きさと、第２形状の受電側コイル２４に切り替えたときに検出部２７で検出された電力の大きさとを比較したときに、例えば、第１形状の受電側コイル２３の電力が大きくなった場合、第２形状の受電側コイル２４に比べて第１形状の受電側コイル２３の方が送電機側のコイルの形状と大きさに近いと言える。つまり、スマートフォン１は、第１形状の受電側コイル２３を利用してワイヤレス給電を行った方が、高い充電効率が実現できると言える。

このような構成によれば、スマートフォン１は、送電機側のコイルの大きさ及び形状が近いコイルを利用してワイヤレス給電を実行するので、高い充電効率を実現することができる。

第１形状の受電側コイル２３は、円形形状であり、第２形状の受電側コイル２４は、多角形状である。
また、第１形状の受電側コイル２３によって囲まれている面積（すなわち、第１形状の受電側コイル２３における当該コイルの軸に対して垂直方向の断面積）と、第２形状の受電側コイル２４によって囲まれている面積（第２形状の受電側コイルにおける当該コイルの軸に対して垂直方向の断面積）とは、異なっていてもよい。
例えば、円形形状コイルである第１形状の受電側コイル２３と、長方形状コイルである第２形状の受電側コイル２４は、図６に示すように、二重に貼り付けて構成されている。なお、図６では、第１形状の受電側コイル２３は、第２形状の受電側コイル２４よりも小さいものとして示しているが、これに限られず、第２形状の受電側コイル２４よりも大きくてもよい。
また、第１形状の受電側コイル２３は、第２形状の受電側コイル２４の内側に完全に囲まれるよう構成されていてもよい。すなわち、第１形状の受電側コイル２３は、第２形状の受電側コイル２４の内側の領域に収納される大きさであってもよい。

このような構成によれば、スマートフォン１は、送電機１００側のコイルによって囲まれている面積に合わせた大きさのコイルによって受電することができ、高い充電効率を実現することができる。
また、第１形状の受電側コイル２３又は第２形状の受電側コイル２４は、スマートフォン１内において互いに離れるよう移動可能に構成されていてもよい。具体的には、制御部２６は、送電機から電力を受電するコイルとして第１形状の受電側コイル２３を選択した場合、第２形状の受電側コイル２４を、第１形状の受電側コイル２３から遠くに離すよう制御する。これによって、スマートフォン１が第１形状の受電側コイル２３を選択した場合において、第２形状の受電側コイル２４が第１形状の受電側コイル２３が磁気エネルギーを受けることを阻害することを低減することができる。

また、第１形状の受電側コイル２３に囲まれた領域は、図６に示すように、第２形状の受電側コイル２４に囲まれた領域に重なる構成でもよい。
このような構成によれば、スマートフォン１は、筐体内のスペースを有効に活用することができる。

つぎに、第１形状の受電側コイル２３と第２形状の受電側コイル２４を切り替える選択部２５の具体的な回路構成について、図７を用いて説明する。
選択部２５は、複数のスイッチで構成されており、スイッチの切り替えによって、第１形状の受電側コイル２３又は第２形状の受電側コイル２４を選択する。

各コイルは、線材を円形形状又は角形状に複数回らせん状に巻いて構成されている。
各スイッチは、例えば、一周ごとに設けられていてもよい。このような構成の場合には、内周側のスイッチのみＯＮにし、それ以外のスイッチをＯＦＦにすると、小型の円形形状又は小型の四角形状のコイルを形成することができる。また、外周側のスイッチのみＯＮにし、それ以外のスイッチをＯＦＦにすると、大型の円形形状又は大型の四角形状のコイルを形成することができる。

このようにして、スマートフォン１は、単に第１形状の受電側コイル２３と第２形状の受電側コイル２４を切り替えるだけでなく、第１形状の受電側コイル２３及び第２形状の受電側コイル２４の大きさを自在に変更することができるので、送電機１００側のコイルの形状に適合させた大きさのコイルを形成することができ、より高い充電効率を実現することができる。

また、従来の構成では、コイル形状の選択により、中間の性能を万遍なく実現していた。一方、スマートフォン１は、送電機１００側のコイル形状に適合したコイル形状を形成できるので、コイルとの結合が強くなり、その結果、効率のよいワイヤレス充電を行うことができる。

また、送電機１００は、無駄に大きな電力で送電する（磁気エネルギーを発生する）ことがないので、発熱を抑制することができる。よって、スマートフォン１は、ワイヤレス給電を行うときに送電機１００に近接（密着）させても、温度の上昇を抑制することができる。

なお、上述では、スマートフォン１は、第１形状の受電側コイル２３又は第２形状の受電側コイル２４のいずれか一方を利用してワイヤレス給電を行うものとして説明したが、これに限られず、第１形状の受電側コイル２３及び第２形状の受電側コイル２４の双方を同時に利用してワイヤレス給電を行ってもよい。このような構成によれば、スマートフォン１は、給電効率が約２倍になるので、２倍のパワーで充電池２２に対して充電を行うことができる。

＜第２実施形態＞
受電部２１は、図８に示すように、受電側コイル部３１と、選択部３２と、制御部３３と、検出部３４とを備える。
受電側コイル部３１は、所定形状の受電側コイルが複数個配置されて構成される。受電側コイル部３１は、例えば、図９に示すように、コイルがタイル状に複数個（Ｃ０１〜Ｃ１２）配置されて構成されている。
選択部３２は、受電側コイル部３１を構成する各受電側コイルの通電状態を切り替える。
制御部３３は、選択部３２を制御する。

検出部３４は、選択部３２により通電状態に切り替えられた一又は複数の受電側コイルを利用して受けた電力を検出する。
制御部３３は、検出部３４で検出した電力が最も大きくなる一又は複数の受電側コイルを通電状態に切り替えて電力を受電するように選択部３２を制御する。検出部３４で検出するのは、電力の代わりに、電圧又は電流であってもよい。

スマートフォン１は、例えば、図１０（ａ）に示すように、受電側コイル部３１に対して、１２個すべてのコイルを通電状態に切り替え、各コイルに時計周りに電流を流せば、内側のループでは磁界を打ち消し合うので、最外周の大きなコイルＣ１を形成することができる。

また、スマートフォン１は、例えば、図１０（ｂ）に示すように、受電側コイル部３１に対して、任意の３個のコイルを通電状態に切り替え、各コイルに時計周りに電流を流せば、所定の大きさのコイルＣ２を形成することができる。

このような構成によれば、スマートフォン１は、ワイヤレス給電を行う際に、受電側コイル部３１のコイルの通電状態を順次切り替えることにより、送電機側のコイルの大きさ及び形状が近いコイル形状を形成できるので、高い充電効率を実現することができる。

また、図９に示す例では、受電側コイル部３１のコイル形状は、四角形状にしたが、これに限られず、四角形状以外の多角形状又は円形形状等であってもよい。

また、スマートフォン１は、送電機のコイル形状の情報を予め無線通信（近距離無線通信等）により受信し、当該情報に基づいて、受電側コイル部３１を構成するコイルの通電状態を制御し、受電側コイル部３１のコイル形状を送電機のコイル形状に近似させる構成でもよい。このような構成によれば、スマートフォン１は、短時間で受電側コイル部３１のコイル形状を送電機のコイル形状に近づけることができる。

また、受電側コイル部３１を構成するコイルを通電する方法として、以下の構成が考えられる。
スマートフォン１は、受電側コイル部３１を構成するコイルのうち、端にあるコイル（例えば、図９中のコイルＣ０１）から順々に隣接するコイルを通電状態にしてゆき、どこかのコイルで所定以上の電力を受電できるかどうかを判断する。なお、一つのコイルのみ通電状態にするので、隣のコイルを通電状態にしたときには、一つ前のコイルは非通電状態となる。

ここで、例えば、コイルＣ０３を通電状態にしたときに、所定以上の電力を受信できたものと仮定する。スマートフォン１は、コイルＣ０３付近のコイル（例えば、図９中のコイルＣ０２、コイルＣ０５及びコイルＣ０６）を通電状態に切り替える構成でもよい。
このような構成によれば、スマートフォン１は、受電側コイル部３１のコイル形状を効率的に送電機のコイル形状に近づけることができる。

１スマートフォン
２１受電部
２２充電池
２３第１形状の受電側コイル
２４第２形状の受電側コイル
２５、３２選択部
２６、３３制御部
２７、３４検出部
３１受電側コイル部

Claims

送電機から無線で伝送された電力を受電する受電部を備える電子機器において、
前記受電部は、
第１形状の受電側コイルと、
第２形状の受電側コイルと、
前記送電機から伝送される電力を受信するコイルとして、前記第１形状の受電側コイル又は前記第２形状の受電側コイルを選択する選択部と、
制御部と、を備え、
前記制御部は、前記第１形状の受電側コイルによって受電された電力の大きさと、前記第２形状の受電側コイルによって受電された電力の大きさとを比較し、電力の大きい方の受電側コイルを選択し、選択した受電側コイルとは異なる受電側コイルを、前記選択した受電側コイルから離すよう制御する電子機器。
前記第１形状の受電側コイル又は前記第２形状の受電側コイルと電気的に接続する充電池をさらに備え、
前記第１形状の受電側コイルを選択するとは、前記第１形状の受電側コイルと前記充電池とを電気的に接続することであり、前記第２形状の受電側コイルを選択するとは、前記第２形状の受電側コイルと前記充電池とを電気的に接続することである請求項１に記載の電子機器。
前記第１形状とは、円形形状であり、
前記第２形状とは、多角形状である請求項１又は２に記載の電子機器。
前記第１形状の受電側コイルにおける当該コイルの軸に対して垂直方向の断面積は、前記第２形状の受電側コイルにおける当該コイルの軸に対して垂直方向の断面積とは異なる請求項１から３のいずれか一項に記載の電子機器。
前記第１形状の受電側コイルに囲まれた領域は、前記第２形状の受電側コイルに囲まれた領域に重なる請求項１から４のいずれか一項に記載の電子機器。
送電機から無線で伝送されてくる電力を受信する受電部を備える電子機器において、
前記受電部は、
受電側コイルが複数個配置されて構成される受電側コイル部と、
前記受電側コイル部を構成する各受電側コイルの通電状態を切り替える選択部と、
前記選択部を制御する制御部と、
前記選択部により通電状態に切り替えられた一又は複数の受電側コイルを利用して電力を受電し、受電した電力を検出する検出部と、を備え、
前記制御部は、前記検出部で検出した電力が最も大きくなるよう、隣接した複数の受電側コイルを通電状態に切り替えて電力を受電するように前記選択部を制御する電子機器。
前記複数個の受電側コイルは、所定形状を有する、
請求項６に記載の電子機器。
前記所定形状とは、円形形状又は多角形状である請求項７に記載の電子機器。