WO2016195097A1 - 駆動装置及びそれを備えた携帯機器 - Google Patents

Abstract

二次電池を備えた装置本体に設けられ、二次電池に充電された電力が供給される駆動装置が、二次電池に充電された電力を用いて作動する駆動機構と二次電池に対する充電を制御する充電回路を有する回路基板を備えている。

Description

駆動装置及びそれを備えた携帯機器

　本発明は、二次電池に充電された電力により作動する駆動装置及びそれを備えた携帯機器に関する。

　従来、二次電池に充電された電力により作動する装置として、特許文献１のヘッドセットが例示される。このヘッドセットは、ハウジング内に二次電池や充電用ミニＵＳＢコネクタソケット、マイクロホン、プリント回路基板を収容し、ハウジングの外部にイヤホンマイクを設けた構成にされている。

特開２０１１－０２３８４８号公報

　ところで、ヘッドセットは、二次電池の容量や流行等によって、ハウジングのサイズやデザインを容易に変更できることが要望されている。尚、このような要望は、ヘッドセットに限らず、二次電池を備えたハウジングにイヤホンマイク等の駆動装置を設けた装置全般に存在し、特にハウジングの容積が小さな携帯機器において顕著である。

　そこで、本発明の目的は、サイズやデザインを決定する場合における設計の自由度を拡大することができる駆動装置及びそれを備えた携帯機器を提供することにある。

　第１の発明は、二次電池を備えた装置本体に設けられ、前記二次電池に充電された電力が供給される駆動装置であって、前記二次電池に充電された電力を用いて作動する駆動機構と、前記二次電池を充電する電力を受電する受電機構とを有する。

　上記の構成によれば、二次電池を充電する電力を受電する受電機構を駆動装置に設けることによって、装置本体における受電機構用の配置場所を確保する必要がなくなる。これにより、装置本体について、サイズやデザインを決定する場合における設計の自由度を拡大することができる。

　第２の発明は、第１の発明であって、前記駆動機構が、磁気回路を形成する磁石及びヨークを備え、前記受電機構と前記磁石の間に前記ヨークが配置されており、前記受電機構は、無線給電により電力を生成する受電コイルを有する。

　上記の構成によれば、さらに、受電コイルが電力を生成する際に生じる磁界がヨークを流れ、磁石に届く磁界が低減されるため、磁石が受電コイルの磁界により減磁されることによる性能の低下を防止することができる。

　第３の発明は、第２の発明であって、前記受電コイルと前記ヨークとの間に配置された磁性部材を有する。

　上記の構成によれば、さらに、受電コイルが電力を生成する際に生じる磁界が磁性部材を流れ、ヨークに届く磁界が低減されるため、ヨークが受電コイルの磁界により誘導加熱されることによる性能の低下を防止することができる。

　第４の発明は、第２又は第３の発明であって、前記駆動機構は、前記ヨークの内側に前記磁石を配置しており、前記受電コイルは、前記ヨークを取り囲み、且つコイル面が前記磁石のＮ極とＳ極とを結ぶ磁極方向に対して直交するように配置されている。

　上記の構成によれば、さらに、磁石のＮ極面及びＳ極面を開放状態にすることができるため、磁石の磁極方向において磁界の変化により作動する各種の部品を容易に配置することができる。

　第５の発明は、第２又は第３の発明であって、前記駆動機構は、前記ヨークの内側に前記磁石を配置しており、前記受電コイルは、前記ヨークを取り囲み、且つコイル面が前記磁石のＮ極とＳ極とを結ぶ磁極方向に対して平行するように配置されている。

　上記の構成によれば、さらに、磁石のＮ極面及びＳ極面に対する受電コイルによる反磁界が減少するため、反磁界による磁石の減磁や消磁を低減することができる。

　第６の発明は、第２の発明乃至第５の発明の何れかであって、前記受電機構における前記受電コイルは、磁界共鳴方式の無線給電により電力を生成する。

　上記の構成によれば、さらに、電磁誘導方式による電力を生成する受電コイルを備えた場合よりも、遠距離の無線による充電が可能になる。

　第７の発明は、第１の発明乃至第６の発明の何れかであって、前記駆動機構がスピーカである。

　上記の構成によれば、二次電池を充電する電力を受電する受電機構を駆動装置に設けることによって、駆動装置を装置本体に設ける場合において、装置本体における受電機構用の配置場所を確保する必要がなくなる。これにより、装置本体について、サイズやデザインを決定する場合における設計の自由度を拡大することができる。

　第８の発明は、第１の発明乃至第７の発明の何れかに記載の駆動装置を備えている。

　上記の構成によれば、携帯機器に要請される小型化や軽量化、各種のデザインを容易に実現することを可能にする。

　第９の発明は、二次電池を備えた装置本体に設けられ、前記二次電池に充電された電力が供給される駆動装置であって、前記電力を用いて作動する駆動機構と、前記二次電池に対する充電を制御する充電回路とを有する回路基板と、を備えている。

　上記の構成によれば、駆動装置に充電回路の回路基板を設けることによって、装置本体に充電回路の回路基板を設けた場合よりも、装置本体における充電回路の回路基板の配置場所を確保する必要がなくなる。これにより、装置本体について、サイズやデザインを決定する場合における設計の自由度を拡大することができる。

　第１０の発明は、第９の発明であって、前記二次電池を充電する電力を受電する受電機構を有する。

　上記の構成によれば、二次電池を充電する電力を受電する受電機構を駆動装置に設けることによって、装置本体における受電機構用の配置場所を確保する必要がなくなる。これにより、装置本体について、サイズやデザインを決定する場合における設計の自由度を、さらに拡大することができる。

　第１１の発明は、第１０の発明であって、前記駆動機構は、磁気回路を形成する磁石及びヨークを備え、前記受電機構と前記磁石の間に前記ヨークが配置されており、前記受電機構は、無線給電により電力を生成する受電コイルを有する。

　上記の構成によれば、さらに、受電コイルが電力を生成する際に生じる磁界がヨークを流れ、磁石に届く磁界が低減されるため、磁石が受電コイルの磁界により減磁されることによる性能の低下を防止することができる。

　第１２の発明は、第１１の発明であって、前記受電コイルと前記ヨーク及び前記回路基板との間に配置された磁性部材を有する。

　上記の構成によれば、さらに、受電コイルが電力を生成する際に生じる磁界が磁性部材を流れ、ヨーク及び回路基板に届く磁界が低減されるため、ヨークが受電コイルの磁界により誘導加熱されることによる性能の低下を防止することができると共に、回路基板の各回路が磁界の影響を受けないようにすることができる。

　第１３の発明は、第１０の発明乃至第１２の発明の何れかであって、前記受電機構における前記受電コイルは、磁界共鳴方式の無線給電により電力を生成する。

　上記の構成によれば、さらに、電磁誘導方式による電力を生成する受電コイルを備えた場合よりも、遠距離の無線による充電が可能になる。

　第１４の発明は、第９の発明乃至第１３の発明の何れかであって、前記駆動機構がスピーカである。

　上記の構成によれば、二次電池を充電する電力を受電する受電機構を駆動装置に設けることによって、駆動装置を装置本体に設ける場合において、装置本体における受電機構用の配置場所を確保する必要がなくなる。これにより、装置本体について、サイズやデザインを決定する場合における設計の自由度を拡大することができる。

　第１５の発明は、第９の発明乃至第１４の発明の何れかの駆動装置を備えている。

　上記の構成によれば、携帯機器に要請される小型化や軽量化、各種のデザインを容易に実現することを可能にする。

　本発明によれば、サイズやデザインを決定する場合における設計の自由度を拡大することができる。

駆動装置を含む携帯機器のブロック図である。 駆動装置のブロック図である。 駆動装置を含む携帯機器のブロック図である。 スピーカ装置の概略構成図である。 スピーカ装置の概略構成図である。 スピーカ装置の概略構成図である。 スピーカ装置の概略構成図である。 磁石の磁界とコイルの磁界との関係を示す説明図である。 充電システムのブロック図である。 スピーカ装置の概略構成図である。 耳掛け型ヘッドセットの概略構成図である。 耳掛け型ヘッドセットの概略構成図である。 コイル及びヨークの磁界の関係を示す説明図である。 コイル、磁性部材及びヨークの磁界の関係を示す説明図である。 コイル、磁性部材及びヨークの磁界の関係を示す説明図である。 磁石の吸着力を測定する説明図である。 磁石の吸着力及びヨークの温度を測定する説明図である。 磁石の吸着力及びヨークの温度を測定する説明図である。

　本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
（駆動装置１）
　図１に示すように、駆動装置１は、二次電池２２を備えた装置本体２に設けられ、二次電池２２に充電された電力が供給されるように構成されている。駆動装置１としては、スピーカを備えた音響装置、モータを備えた移動装置や振動装置、光源を備えた光学装置が例示される。尚、以後の説明においては、駆動装置１が携帯機器１０に適用された場合について説明するが、これに限定されるものではなく、例えば自動車（ＥＶ含む）や自動二輪、航空機等の輸送機器に適用されてもよいし、パーソナルコンピュータ等の据置型機器に適用されてもよい。装置本体２としては、輸送機器や携帯機器等の筐体内に主要な部品や二次電池２２を収容した構成が例示される。

（駆動装置１：駆動機構１１、受電機構１３）
　駆動装置１は、二次電池２２に充電された電力を用いて作動する駆動機構１１と、二次電池２２を充電する電力を受電する受電機構１３とを有している。これにより、受電機構１３を備えた駆動機構１１は、装置本体２における受電機構１３用の配置場所を不要にすることができるため、装置本体２について、サイズやデザインを決定する場合における設計の自由度を拡大することを可能にしている。

　駆動機構１１としては、電力を運動エネルギーに変換するスピーカやモータ等の部品を組み込んだ機構、電力を光エネルギーに変換するＬＥＤ光源やレーザ光源等の部品を組み込んだ発光機構や照明機構、マイコンが例示されるが、電力により作動するあらゆる種類の機器を適用可能である。受電機構１３は、機械的に接触することにより電力が供給される有線給電に対応する構成にされていてもよいし、機械的に非接触な状態で給電される無線給電に対応する構成にされていてもよい。無線給電としては、電磁誘導方式や磁界共鳴方式（磁気共鳴方式）、電波方式が例示される。

（駆動装置１：回路基板１４）
　駆動装置１は、回路基板１４を備えている。回路基板１４は、二次電池２２に対する充電を制御する充電回路１４１を有している。尚、充電回路１４１は、放電を制御する機能も併せ持った回路であってもよい。駆動装置１は、充電回路１４１の回路基板１４を備えることによって、装置本体２に回路基板１４を設けた場合よりも、装置本体２における回路基板１４の配置場所を不要にできるため、装置本体２についてサイズやデザインを決定する場合における設計の自由度を拡大することを可能にしている。

　図２に示すように、充電回路１４１は、二次電池２２に対する充電を切り替えるスイッチ機能を回路内部に備えている。具体的に説明すると、回路基板１４は、交流電力を出力する受電機構１３を介して外部から給電された交流電力を整流することにより直流電力を出力する整流・安定化部１４１１と、整流・安定化部１４１１から出力された直流電力を充電電圧で二次電池２２に供給する充電部１４１２と、信号処理を実行する変圧部（処理部）１４１５と、充電部１４１２への電力の入力を検知する検知部１４１７と、検知部１４１７が充電部１４１２への電力の入力を検知したときにだけ変圧部（処理部）１４１５を作動状態から停止状態に切り替える切替制御部１４１６とを有している。変圧部（処理部）１４１５は、二次電池２２の充電電力により作動する駆動機構１１に接続されている。

　整流・安定化部１４１１は、整流・安定化ＩＣを用いることができる。整流・安定化ＩＣは、フルブリッジ同期整流、電圧コンディショニング及びワイヤレス・パワー制御、電圧・電流・温度の異常に対する保護機能等の各機能をワンチップに集積したＩＣである。尚、受電機構１３から出力される電力が直流電力の場合は、整流・安定化部１４１１は省かれる。

　充電部１４１２は、定電流／定電圧リニア・チャージャ用のＩＣ（充電回路）であり、充電電流が設定値の所定値まで減少したことを報知する機能やタイマによる充電終了機能、サーマル・フィードバックによる充電電流の安定化機能、高電力動作時や高周囲温度条件下におけるチップ温度制限機能等を有している。

　変圧部（処理部）１４１５は、二次電池２２の充電電力を駆動機構１１の駆動電力に変換して出力する信号処理を実行する変圧部として機能する変圧回路である。変圧部（処理部）１４１５は、降圧用途としてリニアレギュレータを適用可能であり、昇圧及び降圧の用途としてスイッチングレギュレータを適用可能である。尚、これらの各レギュレータは、半導体素子により電流を高速でオン・オフする方式等を例示することができる。

　検知部１４１７は、整流・安定化部１４１１から充電部１４１２に直流電力が出力されたことを示す検知信号を出力する検知回路である。検知部１４１７は、トランジスタ等のアナログ回路により形成されていてもよい。具体的に説明すると、検知部１４１７は、ＮＰＮトランジスタのベース端子を整流・安定化部１４１１及び充電部１４１２間の出力電力線に接続し、エミッタ端子をグランドに接続する。また、コレクタ端子を二次電池２２のプラス側に抵抗器を介して接続することによって、ハイインピーダンス状態にすると共に、切替制御部１４１６の入力端子に接続する。

　これにより、整流・安定化部１４１１から直流電力が出力されていない場合は、検知部１４１７のベース端子がローレベルとなってエミッタ端子及びコレクタ端子間が非導通状態となるため、ハイレベルの検知信号が切替制御部１４１６の入力端子に入力されることになる。一方、整流・安定化部１４１１から直流電力が出力電力線を介して充電部１４１２に送給されると、ベース端子がハイレベルとなる結果、コレクタ端子及びエミッタ端子が導通状態となり、コレクタ端子がグランド電位のローレベルの検知信号に変化する。この結果、整流・安定化部１４１１から充電部１４１２に直流電力が出力された場合、切替制御部１４１６の入力端子にローレベルの検知信号が入力されることになる。尚、検知部１４１７は、デジタル回路により形成されていてもよい。

　切替制御部１４１６は、検知部１４１７からローレベルの検知信号が入力されたときに変圧部（処理部）１４１５を停止状態にする一方、ハイレベルの検知信号が入力されたとき（ローレベルの検知信号が入力されていないとき）に変圧部（処理部）１４１５を作動状態にする切替制御回路である。尚、本実施形態においては、ローレベルの検知信号を変圧部（処理部）１４１５の停止条件及びハイレベルの検知信号を変圧部（処理部）１４１５の作動条件としているが、これに限定されるものではなく、ローレベルの検知信号を変圧部（処理部）１４１５の開始条件及びハイレベルの検知信号を変圧部（処理部）１４１５の停止条件としてもよい。

　これにより、回路基板１４は、二次電池２２の充電時における駆動機構１１の作動の禁止と、充電停止時における駆動機構１１の作動の許可とが、外部から二次電池２２への給電の有無により自動的に切り替え可能な集積回路基板として形成されることによって、簡単な回路構成で高密度に形成可能にされている。

　図３に示すように、尚、充電回路１４１は、充電のタイミングを示すオン・オフ信号を出力可能にし、装置本体２に設けられたオンオフスイッチからなるスイッチ部２１にオン・オフ信号を出力することにより二次電池２２の充電を切り替えるように構成されていてもよい。また、スイッチ部２１が充電回路１４１と共に駆動装置１の回路基板１４に設けられていてもよい。

　図１にも示すように、駆動装置１における駆動機構１１が、磁気回路を形成する磁石１１１及びヨーク１１２を備えている場合は、受電機構１３と磁石１１１との間にヨーク１１２を配置し、受電機構１３が、無線給電により電力を生成する受電コイル１３１を有してもよい。この場合は、受電コイル１３１が電力を生成する際に生じる磁界がヨーク１１２を流れ、磁石１１１に届く磁界が低減されるため、磁石１１１が受電コイル１３１の磁界により減磁されることによる性能の低下を防止することができる。

　さらに、駆動機構１１が磁石１１１及びヨーク１１２を備えている場合は、受電コイル１３１とヨーク１１２との間に配置された磁性部材１２を有していることが好ましい。この場合は、受電コイル１３１が電力を生成する際に生じる磁界が磁性部材１２を流れ、ヨーク１１２に届く磁界が低減されるため、ヨーク１１２が受電コイル１３１の磁界により誘導加熱されることによる性能の低下を防止することができる。具体的には、誘導加熱による減磁の防止が可能になると共に、身体に装着される機器であれば法令等で定められた所定温度以下に機器の温度を維持することが可能になる。

（磁性部材１２）
　ここで、磁性部材１２は、磁性粉末が分散された樹脂により形成されている。この磁性部材１２で使用する樹脂は、熱硬化性樹脂でも熱可塑性樹脂でもよく、特に限定されるものではない。例えば、熱硬化性樹脂であれば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ビニルエステル樹脂、シアノエステル樹脂、マレイミド樹脂、シリコン樹脂などが挙げられる。また、熱可塑性樹脂であれば、アクリル系樹脂、酢酸ビニル系樹脂、ポリビニルアルコール系樹脂などが挙げられる。なお、本実施例では、エポキシ樹脂を主成分とした樹脂を用いている。

　また、樹脂中に分散する磁性粉末には、軟磁性粉末を使用している。軟磁性粉末としては、特に限定されるものではないが、純Ｆｅ、Ｆｅ－Ｓｉ、Ｆｅ－Ａｌ－Ｓｉ（センダスト）、Ｆｅ－Ｎｉ（パーマロイ）、ソフトフェライト、Ｆｅ基アモルファス、Ｃｏ基アモルファス、Ｆｅ－Ｃｏ（パーメンジュール）などを用いることができる。また、磁性部材１２の形状についても、併せて適宜選択される。

（二次電池２２）
　ここで、二次電池２２は、充放電可能な電池について全ての種類を適用することができる。例えば、鉛蓄電池、制御弁式鉛蓄電池、リチウム・空気電池、リチウムイオン電池、リチウムイオンポリマー電池、リン酸鉄リチウムイオン電池、リチウム・硫黄電池、チタン酸・リチウム電池、ニッケル・カドミウム蓄電池、ニッケル・水素充電池、ニッケル・鉄電池、ニッケル・リチウム電池、ニッケル・亜鉛電池、充電式アルカリ電池、ナトリウム・硫黄電池、レドックス・フロー電池、亜鉛・臭素フロー電池、シリコン電池、銀亜鉛電池（Ｓｉｌｖｅｒ－Ｚｉｎｃ）等を二次電池２２として例示することができる。

　ニッケル水素二次電池２２の公称電圧は、一次電池である空気電池の公称電圧と同様に、１．２Ｖ～１．４Ｖである。ここで、『公称電圧』とは、電池を通常の状態で使用した場合に得られる端子間の電圧の目安として定められている値であり、満充電に近い電池では、公称電圧よりも高い端子電圧が得られるが、放電が進んだ場合や、負荷に大きな電流を供給する場合は、公称電圧よりも低い端子電圧となる。

　公称電圧が空気電池の公称電圧を上回る二次電池２２としては、鉛蓄電池、制御弁式鉛蓄電池、リチウム・空気電池、リチウムイオン電池、リチウムポリマー電池、二酸化マンガンリチウム二次電池２２、チタン酸カーボンリチウム二次電池２２等を例示することができる。

　また、リチウムイオン電池及びリチウムポリマー電池の公称電圧は３．６Ｖ～３．７Ｖである。二酸化マンガンリチウム二次電池２２の公称電圧は３．０Ｖである。チタン酸カーボンリチウム二次電池２２の公称電圧は１．５Ｖである。また、リチウムイオン電池における『放電終止電圧』と『充電終止電圧』との電圧範囲は、２．７Ｖ～４．２Ｖである。『放電終止電圧』とは、安全に放電を行える放電電圧の最低値の電圧のことであり、『充電終止電圧』とは安全に充電を行える充電電圧の最高値の電圧のことである。

　二次電池２２は、リチウムイオン電池であることが好ましい。この場合には、リチウムイオン電池の公称電圧が３．６Ｖ～３．７Ｖの範囲であるため、空気電池やニッケル水素二次電池２２の公称電圧である１．２Ｖ～１．４Ｖを上回っている。また、リチウムイオン電池の電池電圧が放電に伴って４．２Ｖ程度から２．７Ｖ程度に低下する放電特性を示すことになるが、空気電池やニッケル水素二次電池２２よりもエネルギー密度が高いため、空気電池やニッケル水素二次電池２２を用いた場合よりも機器をより長い時間、駆動することができる。

（スピーカ装置１０１）
　次に、駆動装置１がスピーカ装置１０１である場合について具体的に説明する。

　図４に示すように、スピーカ装置１０１は、中空状のスピーカフレーム１５と、スピーカフレーム１５内に設けられたスピーカである駆動機構１１とを有している。スピーカフレーム１５は、下面１５ｂから上面１５ａにかけて半径が拡大された円筒形状に形成されており、上面１５ａから音声を外部に放出するように形成されている。

　駆動機構１１は、磁石１１１とヨーク１１２とポールピース１１３とボイスコイル１１４と振動板１６とを有している。磁石１１１は、スピーカフレーム１５の中心部に配置されている。磁石１１１は、円盤形状の永久磁石からなり、上面１１１ａ及び下面１１１ｂがスピーカフレーム１５の上面１５ａ及び下面１５ｂにそれぞれ平行に配置されている。磁石１１１における上面１１１ａ及び下面１１１ｂは、Ｎ極の端面又はＳ極の端面とされている。これにより、磁石１１１は、Ｎ極とＳ極とを結ぶ磁極方向がスピーカフレーム１５の中心軸に平行するように配置されている。

　磁石１１１の上方には、円盤形状のポールピース１１３と、円環形状のボイスコイル１１４とが配置されている。ボイスコイル１１４は、ポールピース１１３を内周側に位置させるように配置されている。磁石１１１、ポールピース１１３及びボイスコイル１１４は、ヨーク１１２により取り囲まれている。ヨーク１１２は、上面が開口された円筒形状の収容部１１２ａと、収容部１１２ａの上端周縁部から外周方向に突出されたフランジ部１１２ｂとを有している。収容部１１２ａは、磁石１１１、ポールピース１１３及びボイスコイル１１４を収容している。また、フランジ部１１２ｂは、振動板１６の外周部を固定している。振動板１６は、ボイスコイル１１４及び磁石１１１とで生成された運動エネルギーを空気振動の音声として出力するようになっている。

　また、スピーカ装置１０１は、無線給電により電力を生成する受電コイル１３１を有している。受電コイル１３１は、円環形状に形成されており、磁石１１１が受電コイル１３１の磁界により減磁され難くするため、ヨーク１１２の収容部１１２ａを内周側に位置させるように配置されている。

　受電コイル１３１は、径方向に平行なコイル面が磁石１１１の上面１１１ａ及び下面１１１ｂに平行に設定されている。即ち、受電コイル１３１は、ヨーク１１２を取り囲み、且つコイル面が磁石１１１のＮ極とＳ極とを結ぶ磁極方向に対して直交するように配置されている。これにより、磁石１１１のＮ極面及びＳ極面を開放状態にすることができるため、磁石１１１の磁極方向において磁界の変化により作動する各種の部品を容易に配置することを可能にしている。

　さらに、スピーカ装置１０１は、磁性部材１２を有している。磁性部材１２は、受電コイル１３１とヨーク１１２との間に配置されている。具体的に説明すると、磁性部材１２は、円環形状に形成されており、受電コイル１３１とヨーク１１２の収容部１１２ａとの間に配置されている。これにより、受電コイル１３１が電力を生成する際に生じる磁界が磁性部材１２を流れ、ヨーク１１２に届く磁界が低減されるため、ヨーク１１２が受電コイル１３１の磁界により誘導加熱されることによる性能の低下が防止されている。

　尚、磁性部材１２は、複数の磁性片を組合せて形成されていてもよい。磁性片の組合せ方法は、同一サイズ及び同一形状の磁性片を組合せてもよいし、異なるサイズや形状の磁性片を組合せてもよい。また、磁性片の配置方法は、隣接する磁性片間に隙間を設けてもよいし、磁性片同士を接触させてもよい。隣接する磁性片間に隙間を設けた場合は、磁性部材１２のサイズ及び形状の自由度を高めることができる。磁性片同士を接触させた場合は、一体的に形成された磁性部材１２と同一性能の磁性部材１２とすることができると共に、磁性片の増減により径方向のサイズを自由に変更することができる。

（受電コイル１３１の配置）
　図５に示すように、上述のスピーカ装置１０１においては、受電コイル１３１がヨーク１１２における収容部１１２ａの周囲を取り囲むように配置された場合について説明したが、これに限定されるものではない。即ち、スピーカ装置１０１は、受電コイル１３１がヨーク１１２におけるフランジ部１１２ｂの周囲を取り囲むように配置されていてもよい。

　また、上述のスピーカ装置１０１においては、受電コイル１３１のコイル面が磁石１１１の上面１１１ａ及び下面１１１ｂに平行に設定されることによって、コイル面が磁石１１１の磁極方向に対して直交するように配置された場合について説明したが、これに限定されるものでもない。即ち、スピーカ装置１０１は、図６に示すように、コイル面が磁石１１１の磁極方向に対して交差するように設定されていてもよい。

　図７Ａに示すように、さらに、スピーカ装置１０１は、ヨーク１１２の内側に磁石１１１が配置されており、受電コイル１３１がヨーク１１２を取り囲み、且つコイル面が磁石１１１のＮ極とＳ極とを結ぶ磁極方向に対して平行するように配置されていてもよい。この場合は、図７Ｂに示すように、磁石１１１のＮ極面及びＳ極面に対する受電コイル１３１による反磁界が減少するため、反磁界による磁石１１１の減磁や消磁を低減することができる。

（携帯機器１０）
　次に、磁界共鳴方式の受電機構１３を備えた駆動装置１が携帯機器１０に適用された構成について説明する。

　図８に示すように、携帯機器１０は、共振現象により外部から電力が供給される受電コイル１３１を備えた駆動装置１と、電力を充放電可能な二次電池２２を備えた装置本体２とを有している。ここで、『共振現象』とは、２つ以上のコイルが共振周波数において同調することをいう。このように構成された携帯機器１０は、充電装置７により充電されるようになっている。

　充電装置７は、携帯機器１０の受電コイル１３１に対して共振現象により電力を供給する給電コイル７１を備えている。そして、携帯機器１０及び充電装置７は、給電コイル７１から、受電コイル１３１に対して共振現象により電力を供給（無線電力伝送）する充電システム８を構成している。

　回路基板１４は、他の部位よりも小さな磁界強度となるように共振現象により形成された磁界空間に配置されている。具体的には、図９に示すように、駆動装置１（スピーカ装置１０１）の受電コイル１３１は、共振現象を利用した給電時において受電コイル１３１の内側位置や近傍位置に磁界の小さな空間部分を出現させ、この空間部分を回路基板１４の配置場所とした構成を有している。これにより、駆動装置１は、空間部分に配置された回路基板１４における磁界に起因する渦電流の発生が抑制されることにより誤動作や所定温度以上の発熱が防止される結果、小型化が可能になっている。尚、『磁界の小さな空間部分』についての詳細は後述する。

　図８に示すように、受電コイル１３１は、受電共振器１３１ａ及び電力取出コイル１３１ｂを有している。受電共振器１３１ａ及び電力取出コイル１３１ｂに用いられるコイルの種類としては、スパイラル型やソレノイド型、ループ型が例示される。

　本実施形態における『携帯機器１０』は、「ハンドヘルド（手で持つことが可能）」及び「ウェアラブル（身体に装着可能：人体装着機器）」の何れの機器も含む。具体的には、携帯機器１０は、ポータブルコンピュータ（ラップトップ、ノートパソコン、タブレットＰＣ等）や、ヘッドセット、カメラ、音響機器・ＡＶ機器（携帯音楽プレーヤー、ＩＣレコーダー、ポータブルＤＶＤプレーヤー等）、計算機（ポケットコンピュータ、電卓）、ゲーム機、コンピュータ周辺機器（携帯プリンター、携帯スキャナ、携帯モデム等）、専用情報機器（電子辞書、電子手帳、電子書籍、ポータブルデータターミナル等）、携帯通信端末、音声通信端末（携帯電話、ＰＨＳ、衛星電話、第三者無線、アマチュア無線、特定小電力無線・パーソナル無線・市民ラジオ等）、データ通信端末（携帯電話・ＰＨＳ（フィーチャーフォン・スマートフォン）、ポケットベル等）、放送受信機　（テレビ・ラジオ）、携帯ラジオ、携帯テレビ、ワンセグ、その他機器（腕時計、懐中時計）、補聴器、ハンドヘルドＧＰＳ、防犯ブザー、懐中電灯・ペンライト、電池パック等を例示することができる。また、『補聴器』は、耳掛け型補聴器、耳穴型補聴器、メガネ型補聴器を例示することができる。

（充電装置７）
　上記のように構成された携帯機器１０に対して充電を行う充電装置７は、携帯機器１０の受電コイル１３１に対して共振現象により電力を供給する給電コイル７１を備えている。給電コイル７１は、給電共振器７１ａ及び電力供給コイル７１ｂを備えている。給電共振器７１ａ及び電力供給コイル７１ｂに用いられるコイルの種類としては、スパイラル型やソレノイド型、ループ型が例示される。また、充電装置７は、給電コイル７１に交流電力を供給する電源部７２と、電源部７２を制御する制御部７３とを有している。

　充電装置７は、図示しない充電台を有している。充電台は、携帯機器１０が載置されたときに、充電装置７が備える給電コイル７１と携帯機器１０が備える受電コイル１３１とを対向配置させるようになっている。これにより、充電装置７の充電台に携帯機器１０を載置するだけで、磁気共振方式による無線給電により二次電池２２への充電が開始される。また、充電装置７の充電台から携帯機器１０を持ち上げるだけで、二次電池２２への充電が停止される。

　尚、充電装置７は、携帯機器１０と同様に、共振現象を利用した給電時において給電コイル７１の内側位置や近傍位置に磁界の小さな空間部分を出現させ、この空間部分を電源部７２や制御部７３の配置場所とした構成を有してもよい。この場合には、携帯機器１０に加えて充電装置７の小型化も実現することが可能になる。

（磁界の小さな空間部分）
　次に、駆動装置１における『磁界が小さな空間部分』について詳細に説明する。

　駆動装置１は、『磁界が小さな空間部分』を所望位置に形成するように構成されている。空間部分の所望位置への形成は、充電装置７との位置関係や給電状態、内部構成等の給電条件を設定することにより実現することができる。

　例えば、駆動装置１は、充電装置７の給電共振器７１ａから受電共振器１３１ａに共振現象により電力を供給する際に、給電共振器７１ａと受電共振器１３１ａとの間の所望位置に、この所望位置以外の磁界強度よりも小さな磁界強度を有する磁界空間を『空間部分』として形成するように構成されていてもよい。

　『空間部分』の形成方法を詳細に説明すると、充電装置７の給電共振器７１ａから携帯機器１０（駆動装置１）の受電共振器１３１ａに対して共振現象により電力を供給するときに、給電共振器７１ａに流れる電流の向きと受電共振器１３１ａに流れる電流の向きとが、逆向きになるように、給電共振器７１ａに供給する電力の周波数を設定する方法が例示される。

　上記の形成方法によれば、共振現象を利用した電力伝送を行う際に、給電共振器７１ａと受電共振器１３１ａを近接配置することにより、給電共振器７１ａと受電共振器１３１ａとの結合の強さを表す結合係数が高くなる。このように結合係数が高い状態で、伝送特性『Ｓ２１』（給電共振器７１ａから受電共振器１３１ａに電力を送電する際の送電効率の指標となる値）を計測すると、その測定波形は低周波側と高周波側とにピークが分離する。そして、この高周波側のピーク付近の周波数に、給電共振器７１ａに供給する電力の周波数を設定することにより、給電共振器７１ａに流れる電流の向きと受電共振器１３１ａに流れる電流の向きとが逆向きになり、給電共振器７１ａの内周側に発生する磁界と受電共振器１３１ａの内周側に発生する磁界とが打ち消し合うことにより、給電共振器７１ａ及び受電共振器１３１ａの内周側に、磁界による影響が低減されて、給電共振器７１ａ及び受電共振器１３１ａの内周側以外の磁界強度よりも小さな磁界強度を有する磁界空間を『空間部分』として形成することができる。

　また、『空間部分』の他の形成方法として、給電共振器７１ａから受電共振器１３１ａに対して共振現象により電力を供給するときに、給電共振器７１ａに流れる電流の向きと受電共振器１３１ａに流れる電流の向きとが、同じ向きになるように、給電共振器７１ａに供給する電力の周波数を設定する方法が例示される。

　上記の形成方法によれば、共振現象を利用した電力伝送を行う際に、給電共振器７１ａと受電共振器１３１ａとを近接配置することにより、給電共振器７１ａと受電共振器１３１ａとの結合の強さを表す結合係数が高くなる。このように結合係数が高い状態で、伝送特性を計測すると、その測定波形は低周波側と高周波側とにピークが分離する。そして、この低周波側のピーク付近の周波数に、給電共振器７１ａに供給する電力の周波数を設定することにより、給電共振器７１ａに流れる電流の向きと受電共振器１３１ａに流れる電流の向きとが同じ向きになり、給電共振器７１ａの外周側に発生する磁界と受電共振器１３１ａの外周側に発生する磁界とが打ち消し合うことにより、給電共振器７１ａ及び受電共振器１３１ａの外周側に、磁界による影響が低減されて、給電共振器７１ａ及び受電共振器１３１ａの外周側以外の磁界強度よりも小さな磁界強度を有する磁界空間を『空間部分』として形成することができる。

　また、『空間部分』は、給電共振器７１ａ及び受電共振器１３１ａに関する調整パラメータを変化させて、給電共振器７１ａ及び受電共振器１３１ａの間に発生する磁界結合の強度に基づいて大きさが設定されてもよい。例えば、給電共振器７１ａ及び受電共振器１３１ａとの間に発生する磁界結合を相対的に弱めることにより磁界空間の大きさを拡大することができる。一方、給電共振器７１ａ及び受電共振器１３１ａとの間に発生する磁界結合を相対的に強めることにより磁界空間の大きさを小さくすることができる。これにより、携帯機器１０のサイズに最適な『空間部分』を形成することができる。

　尚、給電共振器７１ａの配置関係、及び、受電共振器１３１ａの配置関係を調整パラメータとし、この調整パラメータを変化させて、給電共振器７１ａ及び受電共振器１３１ａの間に発生する磁界結合の強度を変更することより、磁界空間の大きさを変更してもよい。

　また、『空間部分』は、給電共振器７１ａ及び受電共振器１３１ａの形状を調整パラメータとし、これらのコイルの形状を所望の形状に変化させて、給電共振器７１ａ及び受電共振器１３１ａの間及び周辺に発生する磁界結合の強度を変更することより、形状が所望の形状に設定されてもよい。この場合には、給電共振器７１ａ及び受電共振器１３１ａを所望の形状にすることにより、磁界強度が相対的に弱い磁界空間をコイルの形状に沿った所望の形状で形成することができる。

　また、『空間部分』は、給電共振器７１ａと電力供給コイル７１ｂとの間の第１距離、及び、電力取出コイル１３１ｂと受電共振器１３１ａとの間の第２距離の少なくとも一つを調整パラメータとし、この調整パラメータに基づいて、大きさが設定されてもよい。例えば、給電共振器７１ａと電力供給コイル７１ｂとの間の第１距離、及び、電力取出コイル１３１ｂと受電共振器１３１ａとの間の第２距離を相対的に短くすることにより、磁界結合を相対的に弱めて磁界空間の大きさを拡大することができる。一方、給電共振器７１ａと電力供給コイル７１ｂとの間の第１距離、及び、電力取出コイル１３１ｂと受電共振器１３１ａとの間の第２距離を相対的に長くすることにより、磁界結合を相対的に強めて磁界空間の大きさを小さくすることができる。

　さらに、『空間部分』は、磁性部材１２を利用して、或いは磁界空間用の磁性部材を追加して形成されていてもよい。具体的には、受電共振器１３１ａ及び給電共振器７１ａの対向面を除いた少なくとも一部の面を覆うように磁性部材を配置し、給電共振器７１ａと受電共振器１３１ａとの間で磁界を変化させて電力伝送を行うことで、所望位置に当該所望位置以外の磁界強度よりも小さな磁界強度を有する磁界空間を『空間部分』として形成してもよい。例えば、磁性部材は、受電共振器１３１ａの内周面を覆うように配置されていてもよい。この場合には、受電共振器１３１ａの内周側で発生する磁界を遮断して、受電共振器１３１ａの内周側に比較的に小さな磁界強度を有する磁界空間を『空間部分』として形成することができる。

　また、磁性部材は、給電共振器７１ａ及び受電共振器１３１ａの対向面とは反対側の面を覆うように配置されていてもよい。この場合には、受電共振器１３１ａの対向面とは反対側の面付近で発生する磁界を遮断して、受電共振器１３１ａの対向面とは反対側の面付近に比較的小さな磁界強度を有する磁界空間を『空間部分』として形成することができる。

　このように、携帯機器１０の駆動装置１は、上述の空間部分の形成方法の１以上の組み合わせに基づいて、受電コイル１３１の内側や近傍の所望位置に磁界強度の小さな磁界空間を『空間部分』として意図的に形成することが可能になっていると共に、『空間部分』の大きさや形状を設定することが可能になっている。即ち、携帯機器１０の駆動装置１は、受電コイル１３１の設置態様により所望の空間部分を形成することが可能になっている。

（人体装着機器）
　次に、上記のように構成された携帯機器１０が人体装着機器である場合について説明する。尚、本実施形態においては、人体装着機器がヘッドセットである場合について説明するが、これに限定されるものではない。即ち、人体装着機器としては、上記のヘッドセットや音楽プレーヤー、補聴器等のように耳に装着する機器や、アイウェア（メガネなど）にポータブルコンピュータを搭載した機器のように、顔に装着する機器、腕時計のように腕に装着する機器、更に、人体に埋め込まれて使用される医療機器などが挙げられる。

　図１０に示すように、耳掛け型ヘッドセット９は、耳介に装着されるヘッドセット本体９１と、耳穴開口又はその近傍に当接されるイヤモールド９２と、ヘッドセット本体９１とイヤモールド９２とを連結する連結部９３と、ヘッドセット本体９１に設けられた制御基板６３及び二次電池２２とを備えている。イヤモールド９２は、受電コイル１３１を備えたスピーカ装置１０１を有しており、磁界共鳴方式により受電コイル１３１に無線給電された電力を用いて二次電池２２を充電可能になっている。これにより、耳掛け型ヘッドセット９は、ヘッドセット本体９１に受電コイル１３１を配置する必要がないため、ヘッドセット本体９１のサイズや形状に対する設計の自由度が高いものになっている。

（磁界強度分布）
　図１２に示すように、磁石１１１の磁化方向に対して受電コイル１３１のコイル面を直交させた場合において、受電コイル１３１とヨーク１１２との磁界強度分布を調査した。先ず、受電コイル１３１単体の場合と、受電コイル１３１をヨーク１１２の周囲に配置した場合とについて、磁界強度分布を電磁界解析によりそれぞれ解析した。

　磁界強度を色調で表示させた解析結果から、受電コイル１３１単体の場合は受電コイル１３１の周囲全体に大きな強度の磁界が存在するのに対し、受電コイル１３１をヨーク１１２の周囲に配置した場合はヨーク１１２内における磁界が著しく低下した強度となっていた。この理由は、ヨーク１１２は、鉄を主成分とし、高い透磁率を持つからである。これにより、受電コイル１３１をヨーク１１２の周りに配置すると、受電コイル１３１からの磁界がヨーク１１２に遮断され、ヨーク１１２内の磁石１１１への磁界の影響を低減できることが明らかになった。

　図１３に示すように、次に、受電コイル１３１単体の場合と、受電コイル１３１とヨーク１１２との間に磁性部材１２を配置した場合とについて、磁界強度分布を電磁界解析によりそれぞれ解析した。磁界強度を色調で表示させた解析結果から、受電コイル１３１単体の場合は受電コイル１３１の周囲全体に大きな強度の磁界が存在するのに対し、受電コイル１３１とヨーク１１２との間に磁性部材１２を配置した場合はヨーク１１２内における磁界が著しく低下した強度となっていた。

　さらに、受電コイル１３１とヨーク１１２との間に磁性部材１２を配置した場合は、図１２の受電コイル１３１だけをヨーク１１２の周囲に配置した場合よりも受電コイル１３１の中心軸の周辺の磁界の強度が一層低下し、ヨーク１１２内の磁石１１１への磁界の影響を一層低減できることが明らかになった。

　図１４に示すように、また、磁石１１１の磁化方向に対して受電コイル１３１のコイル面を直交させた場合において、磁性部材１２内に配置された受電コイル１３１とヨーク１１２との磁界強度分布を調査したところ、受電コイル１３１の中心軸周辺の磁界が低下することが判明した。これにより、ヨーク１１２の発熱を低減できることが推測された。

（磁界強度分布：磁石の吸着力、ヨーク温度）
　次に、磁石１１１単体の場合（磁石初期状態：第１態様）と、受電コイル１３１とヨーク１１２との間に磁性部材１２を配置した場合（コイル内に磁性材とヨークと磁石：第２態様）と、受電コイル１３１とヨーク１１２との間に磁性部材１２を配置しない場合（コイル内にヨークと磁石：第３態様）と、受電コイル１３１内に磁石１１１だけを配置した場合（第４態様）との４態様について、磁石１１１の磁化方向に対して受電コイル１３１のコイル面を直交させた磁石１１１の吸着力を測定すると共に、第２態様及び第３態様におけるヨーク温度を測定した。

　具体的に説明すると、直径が７ｍｍで厚みが１ｍｍの円盤形状の磁石１１１と、収容部の直径が９ｍｍ、フランジ部の直径が１４ｍｍで厚みが４ｍｍのヨーク１１２とを準備した。また、表１の仕様を有した受電コイル１３１及び給電コイル７１を準備した。

　図１５に示すように、この後、磁石１１１単体をバネ秤に接続して吊下げ、磁石１１１の下方位置に対向配置された鉄板に引き寄せられる吸着力（ｇ）をバネ秤で測定した（第１態様）。

　次に、磁石１１１を受電コイル１３１内に配置し、１ＭＨｚの共振周波数により磁界共鳴方式の無線給電を所定時間行ったときの磁石１１１が鉄板に引き寄せられる吸着力（ｇ）をバネ秤で測定した（第４態様）。

　また、磁石１１１をヨーク１１２内に収容した状態で、受電コイル１３１内に配置し、１ＭＨｚの共振周波数により磁界共鳴方式の無線給電を所定時間行ったときの磁石１１１が鉄板に引き寄せられる吸着力（ｇ）をバネ秤で測定すると共に、ヨーク温度を測定した（第３態様）。

　図１６に示すように、さらに、受電コイル１３１内に磁性部材１２を配置すると共に、磁石１１１をヨーク１１２内に収容した状態を維持しながら、これら磁石１１１及びヨーク１１２を磁性部材１２内に配置した。そして、１ＭＨｚの共振周波数により磁界共鳴方式の無線給電を所定時間行ったときの磁石１１１が鉄板に引き寄せられる吸着力（ｇ）をバネ秤で測定すると共に、ヨーク温度を測定した（第２態様）。

　上記の測定結果を表２に示す。これにより、第１態様～第３態様が１１５０ｇの吸着力であるのに対し、第４態様が１０８０ｇの吸着力であることから、磁石１１１の磁化方向に対して受電コイル１３１のコイル面を直交させた場合は、受電コイル１３１が生成した磁界が磁石１１１の磁界と反対向きの反磁界として作用し、磁力が減少する減磁が起こることが明らかになった。

　また、第２態様のヨーク温度が３２度であるのに対し、第３態様のヨーク温度が４７度であることから、受電コイル１３１の磁界が磁性部材１２を通過し、ヨーク１１２の加熱を防止していることが明らかになった。

　図１７に示すように、次に、磁石１１１の磁化方向に対して受電コイル１３１のコイル面を平行させた磁石１１１の吸着力を測定すると共に、ヨーク温度を測定した。具体的に説明すると、磁石１１１単体の場合（磁石初期状態：第５態様）と、受電コイル１３１とヨーク１１２との間に磁性部材１２を配置した場合（コイル内に磁性材とヨークと磁石：第６態様）と、受電コイル１３１とヨーク１１２との間に磁性部材１２を配置しない場合（コイル内にヨークと磁石：第７態様）と、受電コイル１３１内に磁石１１１だけを配置した場合（第８態様）との４態様について、磁石１１１の磁化方向に対して受電コイル１３１のコイル面を平行させた磁石１１１の吸着力を測定すると共に、第６態様及び第７態様におけるヨーク温度を測定した。測定結果を表３に示す。

　これにより、第５態様～第８態様が１１５０ｇの吸着力であることから、磁石１１１の磁化方向に対して受電コイル１３１のコイル面を平行させた場合は、受電コイル１３１が生成した磁界が磁石１１１の反磁界として作用しないため、減磁が防止されることが明らかになった。

　また、第６態様のヨーク温度が３０度であるのに対し、第７態様のヨーク温度が４４度であることから、受電コイル１３１の磁界が磁性部材１２を通過し、ヨーク１１２の加熱を防止していることが明らかになった。さらに、第２態様及び第３態様との比較結果から、磁石１１１の磁化方向に対して受電コイル１３１のコイル面を直交させることによって、コイル面を平行させた場合よりも、ヨーク温度の加熱を低減できることが明らかになった。

　以上の詳細な説明では、本発明をより容易に理解できるように、特徴的部分を中心に説明したが、本発明は、以上の詳細な説明に記載する実施形態に限定されず、その他の実施形態にも適用することができ、その適用範囲は可能な限り広く解釈されるべきである。また、本明細書において用いた用語及び語法は、本発明を的確に説明するために用いたものであり、本発明の解釈を制限するために用いたものではない。また、当業者であれば、本明細書に記載された発明の概念から、本発明の概念に含まれる他の構成、システム、方法等を推考することは容易であると思われる。従って、請求の範囲の記載は、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲で均等な構成を含むものであるとみなされるべきである。また、本発明の目的及び本発明の効果を充分に理解するために、すでに開示されている文献等を充分に参酌することが望まれる。

１　駆動装置
２　装置本体
３　充電装置
１１　駆動機構
１２　磁性部材
１３　受電機構
１４　回路基板
２２　二次電池
１１１　磁石
１１２　ヨーク
１３１　受電コイル
１４１　充電回路

Claims (7)

1. 　二次電池を備えた装置本体に設けられ、前記二次電池に充電された電力が供給される駆動装置であって、
   　前記電力を用いて作動する駆動機構と、
   　前記二次電池に対する充電を制御する充電回路とを有する回路基板と、を備えていることを特徴とする駆動装置。
2. 　前記二次電池を充電する電力を受電する受電機構を有することを特徴とする請求項１に記載の駆動装置。
3. 　前記駆動機構は、磁気回路を形成する磁石及びヨークを備え、前記受電機構と前記磁石の間に前記ヨークが配置されており、
   　前記受電機構は、無線給電により電力を受電する受電コイルを有することを特徴とする請求項２に記載の駆動装置。
4. 　前記受電コイルと前記ヨーク及び前記回路基板との間に配置された磁性部材を有することを特徴とする請求項３に記載の駆動装置。
5. 　前記受電機構における前記受電コイルは、磁界共鳴方式の無線給電により電力を生成することを特徴とする請求項２乃至４の何れか１項に記載の駆動装置。
6. 　前記駆動機構がスピーカであることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の駆動装置。
7. 　請求項１乃至６の何れか１項に記載の駆動装置を備えたことを特徴とする携帯機器。

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