JP7218715B2

JP7218715B2 - ワイヤレス給電ユニット

Info

Publication number: JP7218715B2
Application number: JP2019222281A
Authority: JP
Inventors: 貴大向井; 裕貴市川; 実柴田
Original assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Current assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Priority date: 2019-12-09
Filing date: 2019-12-09
Publication date: 2023-02-07
Anticipated expiration: 2039-12-09
Also published as: JP2021093808A; US20210175746A1; US11605978B2

Description

本発明は、ワイヤレス給電ユニットに関する。

従来、車両内の携帯電話機などの電子機器の収容部に、電子機器のワイヤレス給電機能を付与する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１には、車両のドアトリムのアームレストに、電子機器を収容する収納部が設けられ、収容部の側壁の裏側、すなわちアームレストの内部にワイヤレス給電用の給電コイルが設置されたドアトリム構造が開示されている。

特開２０１９－９４０２７号公報

しかしながら、特許文献１には、ワイヤレス給電用装置の具体的な構造は開示されておらず、そのメンテナンス性については不明である。電子機器である給電装置は、メンテナンス性を高めるため、電子機器の収容部への取り付け、取り外しが容易であることが好ましい。

また、電子機器に含まれるワイヤレス給電用の受電用コイルは、電子機器の中心付近に配置されるのが一般的であり、これを収容する収容部の深さは、特許文献１に示されるように、電子機器の長さよりも大きく設定される。このため、収容部に収容された電子機器は収容部内に完全に隠れて、外部からの視認が困難になり、置き忘れなどの原因となるおそれがある。

本発明の目的は、上記の課題を解決するため、車両内の電子機器を収容するケースに取り付け、取外し可能なワイヤレス給電ユニットであって、電子機器が給電可能かつ取り出しや外部からの視認が容易な位置でケースに収容されるような構造を有するワイヤレス給電ユニットを提供することにある。

本発明の一態様は、上記目的を達成するために、下記［１］～［５］のワイヤレス給電ユニットを提供する。

［１］ワイヤレス受電用コイルを内部に有する電子機器を立てた状態で収容するケースの側壁の裏面に取り付けられるワイヤレス給電ユニットであって、前記ケースの側壁の裏面に対向する位置に設けられたワイヤレス給電用の給電用コイルと、前記給電用コイルに接続された、前記給電用コイルに電流を流すための回路基板と、前記回路基板を収容する筐体と、を備え、前記給電用コイルの面内方向において、前記給電用コイルの中心が前記筐体の中心よりも上側に位置する、ワイヤレス給電ユニット。
［２］前記給電用コイルから引き出される口出線が、前記筐体の上側に引き出された、上記［１］に記載のワイヤレス給電ユニット。
［３］前記給電用コイルの設置面上の前記給電用コイルの上端と前記筐体の上端の距離が１ｃｍ以下である、上記［１］又は［２］に記載のワイヤレス給電ユニット。
［４］前記筐体が、前記給電用コイルを露出させるための開口部を前記ケースの側壁の裏面に対向する面に有し、前記給電用コイルが前記開口部の内側に収められた、上記［１］～［３］のいずれか１項に記載のワイヤレス給電ユニット。
［５］前記ケースが自動車のセンターコンソールに設置される、上記［１］～［４］のいずれか１項に記載のワイヤレス給電ユニット。

本発明によれば、車両内の電子機器を収容するケースに取り付け、取外し可能なワイヤレス給電ユニットであって、電子機器が給電可能かつ取り出しや外部からの視認が容易な位置でケースに収容されるような構造を有するワイヤレス給電ユニットを提供することができる。

図１は、本発明の実施の形態に係るワイヤレス給電ケースの斜視図である。図２は、電子機器のケースへの収容の仕方を概略的に示す図である。図３は、本発明の実施の形態に係るワイヤレス給電ケースの設置位置を概略的に示す図である。図４は、本発明の実施の形態に係るワイヤレス給電ユニットの斜視図である。図５は、受電用コイルを内部に有する電子機器が収容された状態のワイヤレス給電ケースの垂直断面図である。図６は、比較例としてのワイヤレス給電ケースの垂直断面図である。

〔実施の形態〕
（ワイヤレス給電ケースの構成）
図１は、本発明の実施の形態に係るワイヤレス給電ケース１の斜視図である。ワイヤレス給電ケース１は、ワイヤレス受電用コイルを内部に有するケース１０と、ワイヤレス給電用のコイルを有する、ケース１０内に収容された電子機器に給電するためのワイヤレス給電ユニット２０とを備える。ここで、ケース１０内に収容される電子機器は、典型的には、スマートフォンなどの携帯電話機である。

ワイヤレス給電ケース１においては、ワイヤレス給電ユニット２０の給電用コイルと、ケース１０に収容された電子機器の受電用コイルを用いた電磁誘導によりワイヤレス給電が行われる。電子機器をケース１０に収容する（挿し入れる）ことにより、ワイヤレス給電ユニット２０の給電用コイルと電子機器の受電用コイルが平行に近い状態で近づき、電磁誘導による給電が開始される。

ケース１０は、電子機器を立てた状態で収容する、上方に開口する開口部を有するポケット状の容器である。ここで、立てた状態とは、電子機器の短辺の側面がケース１０の内側の底面に対向する状態をいう。

図２は、電子機器４０のケース１０への収容の仕方を概略的に示す図である。図２に示されるように、電子機器４０を立てた状態で上方からケース１０の開口部１０６に挿し入れ、ケース１０内に収容する。

ケース１０は、図１に示されるように、開口部１０６に被せられるキャップ１１を有していてもよい。キャップ１１はスリット１２を有し、スリット１２に電子機器を挿し込むことにより、電子機器をケース１０内に収容することができる。キャップ１１は、ケース１０に収容された電子機器を保持して走行中のガタツキを抑えたり、溢れた飲料などのケース１０内への侵入を抑えたりすることができる。

ケース１０は、例えば、板状の取り付け対象物の開口部に嵌め込まれるようにして取り付けられる。図１に示される例では、取付パネル３０の開口部に嵌め込まれて固定されている。

図３は、ワイヤレス給電ケース１の設置位置を概略的に示す図である。図３に示される例では、ワイヤレス給電ケース１は、自動車５０の運転席５１と助手席５２の間に配置されたセンターコンソール５３に設置される。この場合、センターコンソール５３のアッパーパネルが取付パネル３０として用いられる。

ワイヤレス給電ケース１に設置されるがセンターコンソール５３に設置される場合、運転席５１に座った乗員と助手席５２に座った乗員のいずれもワイヤレス給電ケース１の近傍に容易に手が届くため、ワイヤレス給電ケース１を利用することができ、かつ、窮屈でない姿勢でワイヤレス給電ケース１に電子機器を収容し、また、取り出すことができる。

図４は、ワイヤレス給電ユニット２０の斜視図である。ワイヤレス給電ユニット２０は、ワイヤレス給電用の１つの給電用コイル２１と、給電用コイル２１に給電用の電流を流すための回路を有する、給電用コイル２１に接続された回路基板２５（図５参照）と、回路基板２５を収容する筐体２３と、回路基板２５に接続された外部から電力を供給するためのコネクター２４とを有する。給電用コイル２１は、典型的には平面コイルである。

筐体２３は、図１、２及び後述する図５に示される例では、回路基板２５を載せる金属製の底板２３１と、底板２３１に被せられて回路基板２５を覆う金属製の上板２３７と、底板２３１に固定される上板２３７の外側の樹脂製のカバー２３２を有する。給電用コイル２１と回路基板２５との間に上板２３７を配置することにより、電磁ノイズをカットすることができる。

ワイヤレス給電ユニット２０においては、給電用コイル２１の面内方向において、給電用コイル２１の中心Ｃ_１が筐体２３の中心Ｃ_２よりも上側（ワイヤレス給電ユニット２０がケース１０に取り付けられた状態でのケース１０の開口部１０６側）に位置する。ここで、ワイヤレス給電ユニット２０における上下などの方向は、ワイヤレス給電ユニット２０がケース１０に取り付けられた状態での方向を言うものとする。

ワイヤレス給電ユニット２０は、ケース１０の側壁の裏面（外側の面）１０１に着脱可能に取り付けられる。ワイヤレス給電用の機器類をワイヤレス給電ユニット２０としてケース１０に取り付け、取り外しができるため、メンテナンス性に優れる。給電用コイル２１は、ワイヤレス給電ユニット２０がケース１０の側壁の裏面１０１に取り付けられた状態で、ケース１０の側壁の裏面１０１に対向する位置に設けられている。

図１に示される例では、筐体２３の上側の両側部から側方に突出した板状の第１の突出部２３３が、ケース１０の側壁の裏面１０１に設けられた第１の固定部１０２に嵌め込まれて固定され、筐体２３の下端から下方に突出した第２の突出部２３４が、ケース１０の側壁の裏面１０１に設けられた第２の固定部１０３にネジ１３により固定されることにより、ワイヤレス給電ユニット２０がケース１０の側壁の裏面１０１に取り付けられる。第１の突出部２３３及び第２の突出部２３４は、例えば、底板２３１の一部とカバー２３２の一部から構成される。

筐体２３、給電用コイル２１を露出させるための開口部２３５をケース１０の側壁の裏面１０１に対向する面２３６に有してもよい。給電用コイル２１を開口部２３５の内側に収めることにより、給電用コイル２１をワイヤレス給電ユニット２０の表面（ケース１０側の面）近くに配置させることができる。それにより、ケース１０に収容された電子機器の受電用コイルに給電用コイル２１をワイヤレス給電に適した距離、例えば５ｍｍ程度、まで近付けることが容易になる。なお、図４に示される例では、開口部２３５はカバー２３２に設けられる。

なお、給電用コイル２１を電子機器の受電用コイルに十分に近づけることができる場合は、給電用コイル２１の表面はカバー２３２に覆われていてもよい。この場合、結露により生じる水分などの給電用コイル２１への付着を抑えることができる。また、給電用コイル２１の表面はノイズ低減フィルターなどのカバー２３２以外の部品で覆われていてもよい。

給電用コイル２１の大きさや形状は、例えば、ワイヤレス給電の規格に応じて設定される。給電用コイル２１の形状は、典型的には図４に示されるような角が丸められた四角形や円形であるが、電子機器の給電可能な位置の調整などのために、角が丸められた三角形や卵型などの他の形状を採用してもよい。

図５は、受電用コイル４１を内部に有する電子機器４０が収容された状態のワイヤレス給電ケース１の垂直断面図である。図５に示されるように、電子機器４０は、ワイヤレス給電ユニット２０が取り付けられている側の側壁の内面１０４に沿うように、かつ受電用コイル４１が配置されている側の面（例えば、電子機器４０がスマートフォンである場合は表示画面が設けられた面の反対側の面）が内面１０４側を向くように、ケース１０に収容される。

図５中の一点鎖線Ｃ_３は、電子機器４０内の受電用コイル４１の面内方向の中心位置を示している。一般的には、受電用コイル４１は電子機器４０の中心近くに配置されている。このため、電子機器４０の面内方向の中心位置は、一点鎖線Ｃ_３で表される位置とほぼ一致する。

ワイヤレス給電ユニット２０の給電用コイル２１と電子機器４０の受電用コイル４１は、電磁誘導によるワイヤレス給電を行うために、給電用コイル２１に流れる電流により生じる磁界が受電用コイル４１の内側を通るような位置関係にある。このため、給電用コイル２１の面内方向の中心Ｃ_１の位置と受電用コイル４１の面内方向の中心Ｃ_３の位置がある程度近ければワイヤレス給電が可能であり、種々のサイズの電子機器４０に対応することができる。

ワイヤレス給電ユニット２０においては、上述のように、給電用コイル２１の面内方向において、給電用コイル２１の中心Ｃ_１が筐体２３の中心Ｃ_２よりも上側に位置する。これは、ケース１０内での電子機器４０のワイヤレス給電が可能な位置をなるべく高くするためである。これにより、ケース１０の内側の底面１０５の深さが浅くなって、電子機器４０上側のケース１０の外に突出した部分４０１の高さが大きくなり、この突出した部分４０１を掴んで電子機器４０を取り出すことが容易になる。また、この突出した部分４０１が大きくなることにより、ケース１０に収容された電子機器４０の外部からの視認が容易になり、電子機器４０の置き忘れなどを防ぎやすくなる。

図１に示されるように、ワイヤレス給電ユニット２０のケース１０への取り付けに筐体２３の第１の突出部２３３を用いる場合、第１の突出部２３３を筐体２３の両側部から側方に突出させることにより、筐体２３の上端から上方に突出させる場合と比較して、ワイヤレス給電ユニット２０のケース１０への取り付け位置をより上側（ケース１０の開口部１０６側）に設定することができる。これによって、電子機器４０上側のケース１０の外に突出した部分４０１の高さがより大きくなり、電子機器４０を取り出すことがより容易になる。また、第１の突出部２３３を筐体２３の両側部から側方に突出させることにより、ケース１０に対する給電用コイル２１の位置決め精度が高くなる。

図６は、比較例としての、給電用コイル２１の面内方向において、給電用コイル２１の中心Ｃ_１が筐体２３の中心Ｃ_２の近傍に位置する場合のワイヤレス給電ケース１の垂直断面図である。この場合、給電用コイル２１の中心Ｃ_１が筐体２３の中心Ｃ_２よりも上側に位置する場合と比較して、ケース１０内での電子機器４０のワイヤレス給電が可能な位置が低くなる。そのため、電子機器４０上側のケース１０の外に突出した部分４０１の高さが小さくなり、この突出した部分４０１を掴んで電子機器４０を取り出すことが困難になる。また、ケース１０に収容する電子機器４０のサイズによっては、ワイヤレス給電は可能であってもケース１０の外に突出した部分４０１の高さが殆どないということが起こり得る。

ケース１０内での電子機器４０のワイヤレス給電が可能な位置を高くするためには、ワイヤレス給電ユニット２０において給電用コイル２１がなるべく高い位置に設けられていることが好ましい。例えば、給電用コイル２１の面内方向において、給電用コイル２１の上端と筐体２３の上端の距離が１ｃｍ以下であることが好ましく、６ｍｍ以下であることがより好ましい。

また、結露などにより水滴が生じた場合、水滴がワイヤレス給電ユニット２０の下側に流れるため、給電用コイル２１の中心Ｃ_１が筐体２３の中心Ｃ_２よりも上側に位置することにより、給電用コイル２１への水滴の付着を抑えることができる。なお、結露は、ケース１０の内側と外側の温度差が大きくなる場合、例えば、気温が低いときに急速充電などによりワイヤレス給電ユニット２０の温度が高くなる場合に生じる。

また、ワイヤレス給電ユニット２０においては、給電用コイル２１の中心Ｃ_１が筐体２３の中心Ｃ_２よりも上側に位置するため、図４に示されるように、給電用コイル２１の両端（巻き始め端と巻き終わり端）から引き出される口出線２２が、筐体２３の上側に引き出されている。このため、結露により生じた水滴などの、筐体２３の口出線２２の引き込み口からの侵入を抑えることができる。

電子機器４０は、ケース１０内に立てた状態で収容されるため、上下方向の位置はケース１０の内側の底面１０５の深さにより決まる。そのため、電子機器４０の上下方向の位置ずれはほぼなく、給電用コイル２１が１つだけであっても、電子機器４０を給電可能な位置へ精度よく収めることができる。このため、ワイヤレス給電ケース１は、従来の平置き型のワイヤレス給電装置のように、複数の給電用コイルを用いる方法などにより給電可能な電子機器の設置範囲を広げる必要がなく、製造コストを抑えることができる。

なお、図５に示される例では、ケース１０は硬質樹脂からなるアウターケース１０ａとその内側に設置される軟質樹脂からなるインナーケース１０ｂを有するが、ケース１０の構成は図５に示されるものに限られない。図５に示される例では、ケース１０の側壁の裏面１０１は、アウターケース１０ａの側壁の裏面であり、ケース１０の側壁の内面１０４とケース１０の内側の底面１０５は、それぞれインナーケース１０ｂの側壁の内面とインナーケース１０ｂの内側の底面である。この場合、異なる深さを有する種々のインナーケース１０ｂを用いることにより、底面１０５の深さを変更することができる。

（実施の形態の効果）
上記の本発明の実施の形態に係るワイヤレス給電ケース１によれば、ワイヤレス給電用の機器類がワイヤレス給電ユニット２０としてユニット化され、ケース１０に取り付け、取り外しができるため、それら機器類のメンテナンス性に優れる。また、ワイヤレス給電ユニット２０において、給電用コイル２１の中心Ｃ_１が筐体２３の中心Ｃ_２よりも上側に位置するため、ケース１０内での電子機器４０のワイヤレス給電が可能な位置を高くし、電子機器４０のケース１０からの取り出しや外部からの視認を容易にすることができる。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は、上記の実施の形態に限定されず、発明の主旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施が可能である。また、発明の主旨を逸脱しない範囲内において上記実施の形態の構成要素を任意に組み合わせることができる。

また、上記の実施の形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。

１ワイヤレス給電ケース
１０ケース
１０１裏面
２０ワイヤレス給電ユニット
２１給電用コイル
２２口出線
２３筐体
２５回路基板
４０電子機器
４１受電用コイル
５３センターコンソール

Claims

ワイヤレス受電用コイルを内部に有する電子機器を立てた状態で収容するとともに、底面の深さが前記電子機器の長さより小さいことにより、前記電子機器上側を外に突出させるケースの側壁の裏面に取り付けられるワイヤレス給電ユニットであって、
前記ケースの側壁の裏面に対向する位置に設けられたワイヤレス給電用の給電用コイルと、
前記給電用コイルに接続された、前記給電用コイルに電流を流すための回路基板と、
前記回路基板を収容する筐体と、
を備え、
前記給電用コイルの面内方向において、前記給電用コイルの中心が前記筐体の中心よりも上側に位置し、
前記給電用コイルから引き出される口出線が、前記筐体の上側に引き出された、
ワイヤレス給電ユニット。
前記給電用コイルの面内方向において、前記給電用コイルの上端と前記筐体の上端の距離が１ｃｍ以下である、
請求項１に記載のワイヤレス給電ユニット。
前記筐体が、前記給電用コイルを露出させるための開口部を前記ケースの側壁の裏面に対向する面に有し、
前記給電用コイルが前記開口部の内側に収められた、
請求項１又は２に記載のワイヤレス給電ユニット。
前記ケースが自動車のセンターコンソールに設置される、
請求項１～３のいずれか１項に記載のワイヤレス給電ユニット。