JP2018029452A - Wearable device and non-contact power transmission/reception device - Google Patents
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Abstract
【課題】送電機器からウェアラブル機器への磁束の侵入による悪影響を低減し、小型化に適したウェアラブル機器、およびこれを含む非接触送受電装置を提供すること。【解決手段】ウェアラブル機器30は、突起部52および1次アンテナ部56を有する送電機器50から非接触で電力を受けることが可能な機器である。前記ウェアラブル機器30は、筺体31と、2次アンテナ部36と、導電体35とを具備する。前記筐体31は、貫通する空芯部32を有し、前記送電機器50の突起部52が空芯部32に挿入可能に構成されている。前記2次アンテナ部36は、前記筐体31の空芯部32と同軸で前記筐体31内に収容されている。前記導電体35は、前記筐体31に設けられている。【選択図】図2An object of the present invention is to provide a wearable device suitable for miniaturization and a non-contact power transmission / reception device including the wearable device, which reduces adverse effects caused by magnetic flux intrusion from the power transmission device to the wearable device. A wearable device 30 is a device capable of receiving electric power in a non-contact manner from a power transmission device 50 having a protrusion 52 and a primary antenna portion 56. The wearable device 30 includes a housing 31, a secondary antenna unit 36, and a conductor 35. The casing 31 has an air core portion 32 that penetrates, and a protruding portion 52 of the power transmission device 50 is configured to be insertable into the air core portion 32. The secondary antenna portion 36 is accommodated in the housing 31 coaxially with the air core portion 32 of the housing 31. The conductor 35 is provided in the casing 31. [Selection] Figure 2
Description
本発明は、ウェアラブル機器、およびこのウェアラブル機器を含む非接触送受電装置の技術に関する。 The present invention relates to a wearable device and a technology of a contactless power transmission / reception device including the wearable device.
特許文献1に記載された非接触型電力伝送装置は、空芯部を有する1次コイルおよび1次側軟磁性体を内蔵する1次側筐体と、空芯部を有する2次コイルおよび2次側軟磁性体を内蔵する2次側筐体とを備える。1次コイルおよび2次コイルは平面型コイルである。1次側軟磁性体は、1次コイルの空芯部を貫通する突起部を有し、1次側筐体はそれに対応する凸部を有する。2次側筐体は凹部を有し、1次側筐体の凸部が嵌められるように、それら筐体が一体化された状態で、1次側から2次側へ電力が伝送される(例えば、特許文献1の請求項1、明細書段落[0018]、図1参照)。 The non-contact power transmission device described in Patent Document 1 includes a primary coil having an air core part and a primary side housing incorporating a primary side soft magnetic material, a secondary coil having an air core part, and 2. And a secondary casing containing the secondary soft magnetic body. The primary coil and the secondary coil are planar coils. The primary-side soft magnetic body has a protruding portion that penetrates the air core portion of the primary coil, and the primary-side housing has a corresponding convex portion. The secondary housing has a recess, and power is transmitted from the primary side to the secondary side in a state where the housings are integrated so that the convex portion of the primary housing is fitted ( For example, refer to claim 1 of patent document 1, paragraph [0018] of the specification, FIG. 1).
近年、非接触電力伝送方式を採用するウェアラブル機器が増加している。例えば、ウェアラブル機器として、ブレスレットや指輪形状の機器がある。スマートフォン等に使われる平面上に巻回されたプレナコイルを使った非接触電力伝送用のアンテナ装置を、このようなウエアラブル機器に適用しようとしても、平面部が少ないことや軽量化の期待などの理由から様々な工夫が要求される。特に、2次側の機器は、受電の際に生じる送電機器からの磁束の侵入により、電気的に悪影響を受けるおそれがある。 In recent years, wearable devices that employ a non-contact power transmission method are increasing. For example, there are bracelet and ring-shaped devices as wearable devices. Even if an antenna device for non-contact power transmission using a planar coil wound on a flat surface used for smartphones, etc. is applied to such wearable devices, there are few reasons for flat surfaces and the expectation of weight reduction Therefore, various ideas are required. In particular, the secondary device may be electrically adversely affected by the intrusion of magnetic flux from the power transmission device that occurs during power reception.
本発明の目的は、送電機器からウェアラブル機器への磁束の侵入による悪影響を低減し、小型化に適したウェアラブル機器、およびこれを含む非接触送受電装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a wearable device suitable for downsizing and a non-contact power transmission / reception device including the same, which reduces adverse effects due to magnetic flux intrusion from the power transmission device to the wearable device.
上記目的を達成するため、本発明の一形態に係るウェアラブル機器は、突起部および1次アンテナ部を有する送電機器から非接触で電力を受けることが可能な機器である。前記ウェアラブル機器は、筺体と、2次アンテナ部と、導電体とを具備する。
前記筐体は、貫通する空芯部を有し、前記送電機器の前記突起部が前記空芯部に挿入可能に構成されている。
前記2次アンテナ部は、前記筐体の空芯部と同軸で前記筐体内に収容されている。
前記導電体は、前記筐体に設けられている。
In order to achieve the above object, a wearable device according to an embodiment of the present invention is a device that can receive power in a non-contact manner from a power transmission device having a protrusion and a primary antenna unit. The wearable device includes a housing, a secondary antenna unit, and a conductor.
The casing has an air core portion that penetrates, and the protrusion of the power transmission device is configured to be insertable into the air core portion.
The secondary antenna part is accommodated in the casing coaxially with the air core part of the casing.
The conductor is provided in the housing.
2次アンテナ部が、筺体を貫通する空芯部と同心で筐体内に収容されている。したがって、空芯部を備える小型化に適したウェアラブル機器を実現することができる。また、筺体に導電体が設けられる。このため、筐体内への磁束の侵入を抑制でき、筺体内の2次アンテナ部以外の要素へ悪影響が及ぶことを抑制できる。また、導電体が設けられることにより、筺体の意匠性および機械的強度を高めることができる。 The secondary antenna part is accommodated in the housing concentrically with the air core part that penetrates the housing. Therefore, a wearable device suitable for miniaturization provided with an air core part can be realized. In addition, a conductor is provided in the housing. For this reason, the penetration | invasion of the magnetic flux into a housing | casing can be suppressed and it can suppress that a bad influence is exerted on elements other than the secondary antenna part in a housing. Moreover, the designability and mechanical strength of a housing can be improved by providing a conductor.
前記送電機器の前記1次アンテナ部が、第1磁性板と、前記突起部の突起する方向へ前記第1磁性板から突出するように設けられた磁性体と、前記第1磁性板に搭載され、前記磁性体の周囲に設けられた1次コイルとを有していてもよい。その場合、前記2次アンテナ部は、前記突起部が前記筐体の空芯部に挿入された状態で、軸方向で前記第1磁性板に対向する、空芯部を有する第2磁性板と、前記第2磁性板に搭載され2次コイルとを有していてもよい。
磁性体、第1磁性板および第2磁性板が設けられることにより、結合係数を高めることができる。
The primary antenna portion of the power transmission device is mounted on the first magnetic plate, a magnetic body provided so as to protrude from the first magnetic plate in a direction in which the protruding portion protrudes, and the first magnetic plate. And a primary coil provided around the magnetic body. In this case, the secondary antenna unit includes a second magnetic plate having an air core portion that faces the first magnetic plate in the axial direction in a state where the protrusion is inserted into the air core portion of the housing. And a secondary coil mounted on the second magnetic plate.
By providing the magnetic body, the first magnetic plate, and the second magnetic plate, the coupling coefficient can be increased.
前記筐体は内周面を有し、前記導電体は、少なくとも前記内周面の一部に設けられていてもよい。
これにより、例えば送電機器が突起部内に磁性体を有する場合、磁性体から漏れる磁束の筐体内への侵入を抑制し、筺体内の2次アンテナ部以外の要素への悪影響を回避できる。
The housing may have an inner peripheral surface, and the conductor may be provided on at least a part of the inner peripheral surface.
Thereby, for example, when the power transmission device has a magnetic body in the protrusion, it is possible to suppress the intrusion of the magnetic flux leaking from the magnetic body into the housing, and to avoid adverse effects on elements other than the secondary antenna section in the housing.
前記筐体は外周面をさらに有し、前記導電体は、外周面の少なくとも一部にさらに設けられていてもよい。
これにより、筐体内の磁束をさらに低減し、ウェアラブル機器の外周面の意匠性も高めることができる。
The housing may further include an outer peripheral surface, and the conductor may be further provided on at least a part of the outer peripheral surface.
Thereby, the magnetic flux in a housing | casing can be reduced further and the designability of the outer peripheral surface of a wearable apparatus can also be improved.
前記導電体は、前記内周面の少なくとも一部に設けられた第1導電体と、前記外周面の少なくとも一部に設けられた第2導電体とを有していてもよい。 The conductor may include a first conductor provided on at least a part of the inner peripheral surface and a second conductor provided on at least a part of the outer peripheral surface.
前記筐体は、第1端面と、第2端面とを有していてもよい。前記第1端面は、前記内周面と前記外周面との間に設けられている。前記第2端面は、前記内周面と前記外周面との間であって前記第1の端面の反対側に設けられ、前記第1端面より前記2次アンテナ部に近い側に設けられている。
前記導電体は、前記内周面から前記第1端面を介して前記外周面まで連続的に設けられていてもよい。
The housing may have a first end surface and a second end surface. The first end surface is provided between the inner peripheral surface and the outer peripheral surface. The second end surface is provided between the inner peripheral surface and the outer peripheral surface, on the opposite side of the first end surface, and on the side closer to the secondary antenna unit than the first end surface. .
The conductor may be provided continuously from the inner peripheral surface to the outer peripheral surface via the first end surface.
前記導電体は、前記2次アンテナ部に近い側の端部である導電体端部を有していてもよい。
前記ウェアラブル機器は、前記筐体内において、前記導電体端部の位置よりも、軸方向で前記2次アンテナ部から遠い位置に配置されたバッテリーをさらに具備してもよい。
これにより、磁束の侵入によるバッテリーの発熱を抑制できる。
The conductor may have a conductor end portion that is an end portion on a side close to the secondary antenna portion.
The wearable device may further include a battery disposed in a position farther from the secondary antenna portion in the axial direction than the position of the conductor end portion in the casing.
Thereby, the heat_generation | fever of a battery by the penetration | invasion of magnetic flux can be suppressed.
前記導電体は非磁性体、磁性体のいずれであってもよい。 The conductor may be a non-magnetic material or a magnetic material.
本発明の一形態に係る非接触送受電装置は、上述の送電機器と、上述のウェアラブル機器とを具備する。 A non-contact power transmission and reception device according to one aspect of the present invention includes the above-described power transmission device and the above-described wearable device.
以上、本発明によれば、送電機器からウェアラブル機器への磁束の侵入による悪影響を低減し、小型化に適したウェアラブル機器を実現することができる。 As mentioned above, according to this invention, the bad influence by the penetration | invasion of the magnetic flux from a power transmission apparatus to a wearable apparatus can be reduced, and the wearable apparatus suitable for size reduction can be implement | achieved.
1.参考例 1. Reference example
図1Aは、後述する本発明の実施形態に係る非接触電力送受電装置の技術を理解するための、参考例に係るアンテナ装置を示す斜視図である。このアンテナ装置1では、上でも述べたように、アンテナのコイル10の形状が、図1に示すように、例えばスマートフォン等の電子機器に搭載されるバッテリーと同等の大きさのほぼ長方形に設計されている。これにより、インダクタンスを上げることができる。
FIG. 1A is a perspective view showing an antenna apparatus according to a reference example for understanding the technology of a non-contact power transmission / reception apparatus according to an embodiment of the present invention to be described later. In the antenna device 1, as described above, the shape of the
図1Bは、図1AにおけるA−A'線断面図である。アンテナ装置1は、磁性板13に、コイル10が、その磁性板13の主面13aに沿って巻回されて設けられている。
1B is a cross-sectional view taken along line AA ′ in FIG. 1A. In the antenna device 1, a
しかしながら、このような一般的な平面型コイルを有するアンテナを、ウェアラブル機器として、ブレスレットや指輪のような貫通穴を持つ小型の機器に組み込むことは困難である。例えばその場合、平面型コイルを、当該小型の機器の筺体の曲面に這わせるように、つまり平面部を曲げて筐体内に収容する必要がある。またその場合でも、アンテナの表面に十分なエリアを確保できないので一定のインダクタンス得るためには、細い線材を用いてコイルの巻数を増やす必要がある。その結果、1次側機器からそのウェアラブル機器に大きな電力を送ると、抵抗値が大きくなり発熱の問題等が発生する。したがって、大きな電力の供給はできない。 However, it is difficult to incorporate such an antenna having a general planar coil as a wearable device into a small device having a through hole such as a bracelet or a ring. For example, in that case, it is necessary to accommodate the planar coil in the housing so that the planar coil is placed on the curved surface of the casing of the small device, that is, the planar portion is bent. Even in such a case, a sufficient area cannot be secured on the surface of the antenna. Therefore, in order to obtain a certain inductance, it is necessary to increase the number of turns of the coil using a thin wire. As a result, when a large amount of electric power is sent from the primary device to the wearable device, the resistance value increases and a problem of heat generation occurs. Therefore, a large amount of power cannot be supplied.
2.本発明に係る実施形態 2. Embodiment according to the present invention
2.1)実施形態1 2.1) Embodiment 1
図2は、本発明の実施形態1に係る非接触電力送受電装置を示す斜視図である。以下、非接触電力送受電装置を「送受電装置」と略する。送受電装置100Aは、非接触方式、具体的には電磁結合方式(相互誘導方式)を用いて電力の送信および受信を行う装置である。
FIG. 2 is a perspective view showing the non-contact power transmission / reception device according to the first embodiment of the present invention. Hereinafter, the non-contact power transmission / reception device is abbreviated as “power transmission / reception device”. The power transmission /
送受電装置100Aは、1次側機器である送電機器50と、2次側機器、つまり受電機器であるウェアラブル機器30とを備える。ウェアラブル機器30は、典型的には指輪型の機器であるが、その他、ブレスレットにも適用され得る。
The power transmission /
図3は、図2に示した送受電装置100Aの側面図であり、送電機器50にウェアラブル機器30が搭載された状態、つまり送受電(本実施形態では充電)可能な状態を示す。図4は、図3に示す送受電装置100Aの断面図であり、z方向に沿う中心軸から右半分を示す。
FIG. 3 is a side view of the power transmission /
送電機器50は、ベースハウジング51、突起部52、1次アンテナ部56、および磁性体57を主に備える。これらの部材は、例えば軸方向(図2〜4等において上下方向であるz方向)で見て、円形に構成される。ベースハウジング51内には、送電のための図示しない電源部を含む回路機器が収容されており、その回路機器は1次アンテナ部56に電気的に接続される。図4に示すように、1次アンテナ部56は、ベースハウジング51の上面に設けられた開口51a(図4参照)に対面するように配置されている。
The
図4に示すように、突起部52は中空構造を有し、ベースハウジング51の開口51aを覆うように、ベースハウジング51の上面に設けられている。ベースハウジング51および突起部52は樹脂で構成される。突起部52は、ウェアラブル機器30の筐体31に設けられた軸方向に貫通する空芯部32に挿入されて、ウェアラブル機器30が送電機器50に対して位置決めされることで、充電可能な状態となる(図3、4参照)。
As shown in FIG. 4, the
1次アンテナ部56は、磁性板54と、磁性板54上に設けられた1次コイル53とを有する。1次コイル53は、例えば磁性板54の周縁部付近に、z軸を中心に巻回されて構成されたスパイラルコイルである。1次コイル53は、単線、平行線、または撚線により構成される。
The
磁性板54の大きさ、つまりその径は、図示するものより大きく構成されていてもよい。その場合、1次コイル53が周縁部付近に配置されていなくてもよい。
The size of the
磁性板54の材料として、例えばフェライト、金属磁性体、あるいは、磁性粒子と樹脂との混合材が用いられる。
As the material of the
1次コイル53は、磁性体57の周囲にこれと同軸で設けられている。磁性体57は、突起部52の突起する方向(z軸に沿った上方向)へ磁性板54から突出するように磁性板54上に搭載されている。磁性体57、1次アンテナ部56、および、ウェアラブル機器30に内蔵された2次アンテナ部36により、磁気回路が構成される。このため、ウェアラブル機器30が送電機器50上に搭載された状態で、磁性体57の上面の高さ位置が2次アンテナ部36の高さ位置付近に位置するように、これら磁性体57およびウェアラブル機器30のサイズや配置が設計されている。これにより、1次アンテナ部56および2次アンテナ部36間の磁気的結合を強めることができる。
The
突起部52の高さは、任意に設定される。例えばそれは、ウェアラブル機器30が送電機器50に安定して載置されるような高さに設定される。
The height of the
ウェアラブル機器30は、筐体31、2次アンテナ部36、筐体31に設けられた導電体35等を主に備える。これらは環状に構成されており、典型的には軸方向で見て円形に構成されている。
The
筐体31は、上述したように軸方向に貫通する空芯部32を有する。筐体31は、非磁性体で構成されており、特に樹脂で構成される。図4に示すように、筐体31内には、例えばバッテリー27および回路機器29が収容されている。バッテリー27も筐体31の形状に沿った環状、例えば円形または円弧形状に構成されている。回路機器29は、例えばバッテリー27と2次アンテナ部36との間に配置される。
The
2次アンテナ部36は、筐体31の空芯部32と同軸で筐体31内に収容されている。2次コイル33は、上記回路機器29に電気的に接続されている。2次アンテナ部36は、磁性板34と、磁性板34上に設けられた2次コイル33とを有する。2次コイル33は、磁性板34上でz軸を中心に巻回されて構成されたスパイラルコイルである。2次コイル33は1次コイル53と同様の構成を有していればよい。
The
2次アンテナ部36は、ウェアラブル機器30が送電機器50に搭載されて充電可能な状態で、2次コイル33が1次コイル53側に向くように、筐体31内の軸方向端部に配置される。
The
ウェアラブル機器30が送電機器50に搭載された状態では、突起部52、磁性体57、1次アンテナ部56、および2次アンテナ部36が実質的に同軸で配置される。
In a state where the
磁性板34の材料は、上記磁性板54の材料と同様のものが用いられる。
As the material of the
図4に示すように、導電体35として、第1導電体351が、例えば筐体31の内周面31aに沿って環状に設けられている。また、第2導電体352が、筐体31の外周面31bに沿って環状に設けられている。
As shown in FIG. 4, as the
導電体35は、筐体31内の特にバッテリー27へ向かう磁束を低減するように設けられる。具体的には、導電体35の端部である導電体端部35aの位置よりも、バッテリー27が軸方向で遠い位置に配置されるように筐体31内に収容される。導電体35が無い場合、バッテリー27への磁束の侵入により渦電流が発生してバッテリー27が発熱するが、本実施形態ではその発熱を抑制できる。
The
導電体35は磁性体、あるいは非磁性体である。導電体35の材料は、Ag、Au、Ti、SUS等や、Fe、Coをベースにしたアモルファス磁性体等の金属でもよいし、導電性の塗料等であってもよい。導電体35が筐体31の表面に設けられることにより、1次アンテナ部56によって発生する磁束により導電体35には渦電流が発生する。これにより、1次アンテナ部56および2次アンテナ部36の結合係数は多少下がるおそれがあるが、筐体31内への磁束の侵入を抑制し、つまり筐体31内の磁束を低減することができる。
The
また、上記した材料の導電体35が設けられることにより、ウェアラブル機器30の装飾性、意匠性を高めることができる。特に、ウェアラブル機器30が指輪型の機器である場合、装飾性、意匠性は重要な要素となる。
Further, by providing the
さらに、導電体35が高強度の金属の場合、例えば樹脂で構成される筐体31の機械的強度を高めることができる。ここで、筐体31をすべて金属で構成してしまうと、筐体全体に渦電流が発生し、結合係数がさらに低下してしまう。したがって、筐体31のベースは樹脂で構成され、部分的に導電体35が設けられる本実施形態が望ましい形態となる。
Further, when the
導電体35が設けられない場合、バッテリー27に限らず、回路機器29に悪影響を及ぶことも考えられる。例えば磁束の侵入により、回路機器29により生成される信号にノイズが発生するおそれがある。図4において、導電体35がさらに下まで延びるように設計されることにより、このような不具合を回避することができる。
When the
なお、回路機器29に使用される信号の周波数は、電力伝送に用いられる磁束変化の周波数より十分に高いことが多い。したがって、たとえ回路機器29に磁束が侵入しても、回路機器29の信号に重大な問題が発生するおそれは少ない。したがって、導電体35は少なくともバッテリー27への磁束侵入を低減できればよい。
The frequency of the signal used for the
以上のように、本実施形態に係る送受電装置100Aでは、2次アンテナ部36が、筐体31を貫通する空芯部32と同心で筐体31内に収容されている。したがって、空芯部32を備えるような小型化に適したウェアラブル機器30を実現することができる。また、筐体31に導電体35が設けられるため、筐体31内への磁束の侵入を抑制できるとともに、ウェアラブル機器30の意匠性および機械的強度が向上する。
As described above, in the power transmission / reception device 100 </ b> A according to the present embodiment, the
ウェアラブル機器30が指輪型のような小型の機器である場合、筐体31内のスペースは非常に狭い。したがって、2次アンテナ部36、回路機器29、バッテリー27、導電体35の相対配置やそれぞれの大きさ(サイズ)を、結合係数の観点から設計することが本技術では重要となる。特に、導電体が非磁性体である場合、上述したように結合係数を低減させるデメリットがある。しかし、送電機器50側に磁性体57を設け、この磁性体57の配置、および1次アンテナ部56および2次アンテナ部36の位置合わせを適切にする(位置合わせ精度を高める)ことにより、結合係数を改善することができる。
When the
本実施形態では、導電体35が筐体31の内周面および外周面の両方に設けられ、また、磁性体57が設けられることにより、磁束を効果的に低減することができる。
In the present embodiment, the
本実施形態では、突起部52が筐体31の空芯部32に挿入されるので、充電時において、送電機器50とウェアラブル機器30との位置決めが容易となる。また、1次コイル53および2次コイル33がソレノイドコイルであるため、充電時において、送電機器50およびウェアラブル機器30の周方向の相対位置は任意の位置でよい。これにより、安定的な送受電を行うことができる。
In the present embodiment, since the protruding
2.2)実施形態2
2.2)
次に、本発明の実施形態2に係るウェアラブル機器について説明する。これ以降の説明では、上記実施形態1に係る送受電装置100Aおよびウェアラブル機器30が含む部材や機能等について実質的に同様の要素については同一の符号を付し、その説明を簡略化または省略し、異なる点を中心に説明する。
Next, a wearable device according to
図5は、実施形態2に係るウェアラブル機器を示す側面図である。なお、図5では、筺体31内の部品の図示を省略している。図6は、図5に示すウェアラブル機器80のz軸を含む面の断面図である。
FIG. 5 is a side view showing the wearable device according to the second embodiment. In FIG. 5, illustration of components in the
筐体31は、筐体31の内周面31aと外周面31bとの間に設けられた端面(第1端面31c)と、それと反対側に設けられた端面(第2端面31d)とを有する。第1端面31cに対向する第2端面31dは、2次アンテナ部36が設けられる面、つまり、第1端面31cより2次アンテナ部36に近い側に設けられた面である。
The
そして導電体85は、内周面31aから第1端面31cを介して外周面31bまで連続的に設けられている。これにより、上記実施形態1に係るウェアラブル機器30に比べ、筐体31内への磁束の侵入を効果的に抑制することができる。また、本実施形態によれば、上記実施形態1に係るウェアラブル機器30の意匠とは異なる意匠を実現することができる。また、実施形態1に比べて導電体85の面積が増える分、筺体31の機械的強度も増える。
The
本実施形態においても、実施形態1と同様に、筐体31内の上部寄りにバッテリー27が配置されることが望ましい。
Also in the present embodiment, as in the first embodiment, it is desirable that the
3.実施形態1、2に係る送受電装置の結合状態の解析 3. Analysis of coupling state of power transmission / reception devices according to first and second embodiments
本発明者は、上記実施形態1に係る送受電装置100A、上記実施形態2に係る送受電装置(これを符号100Bとする)における磁気的な結合状態を調べるため、電磁界シミュレーションを行った。図7A〜Dは、そのシミュレーションによる解析結果であり磁束分布を示す。シミュレータとして、アンシス社の「Maxwell」が用いられた。ウェアラブル機器30、80の筐体31の内径は20mm、外径は28mmに設定された。1次コイル53、2次コイル33の線の断面直径はともに0.22mm、巻き数はともに20Tに設定された。磁性板34、54の厚さはともに0.2mm、透磁率(比透磁率)はそれぞれ120、300に設定された。磁性体57の透磁率は300に設定された。
The inventor performed an electromagnetic field simulation in order to examine the magnetic coupling state in the power transmitting /
図7Aは、比較例1として、磁性体57を有していない送電機器150および導電体35を有していないウェアラブル機器130とで構成される送受電装置についてのシミュレーションを示す。図7Bは、比較例2として、磁性体57を有していない送電機器150と、上記実施形態1に係るウェアラブル機器80とで構成される送受電装置についてのシミュレーションを示す。図7C、Dは、実施形態1、2に係る送受電装置100A、100Bをそれぞれ示す。
FIG. 7A shows a simulation of a power transmission / reception device configured as a comparative example 1 including a
図8は、比較例1、2、実施形態1、2についての結合係数を示す表である。 FIG. 8 is a table showing coupling coefficients for Comparative Examples 1 and 2 and Embodiments 1 and 2.
比較例1では、結合係数が0.646と高いが、磁束は筐体31のほぼ全体を貫く。この場合、バッテリー27に悪影響を及ぼすおそれがある。
In Comparative Example 1, the coupling coefficient is as high as 0.646, but the magnetic flux penetrates almost the
比較例2では、導電体35が設けられているため、筐体31内への磁束の侵入が抑制される点では良い結果が得られている。しかし、結合係数は0.600と小さくなり、総合的に見ても実施形態1、2に劣る。
In Comparative Example 2, since the
実施形態1、2では、導電体35により磁束の侵入が抑えられ、かつ、結合係数も0.644と高い。
In
4.他の実施形態(比較例) 4). Other embodiment (comparative example)
4.1)比較例3 4.1) Comparative Example 3
図9は、本発明の他の実施形態(比較例3)に係る送受電装置を示す斜視図である。図10は、図9に示す送受電装置200Aを示す側面図であり、図11は、その平面図である。
FIG. 9 is a perspective view showing a power transmission / reception device according to another embodiment (Comparative Example 3) of the present invention. 10 is a side view showing power transmission /
上記実施形態1、2に係る送受電装置100A、100Bでは、軸方向(z方向)に1次アンテナ部56および2次アンテナ部36が対向していた。比較例3に係る送受電装置200Aでは、軸方向に直交する方向に、1次アンテナ部256および2次アンテナ部236が対向している。
In the power transmission /
例えば、送電機器250は、突起部252と、突起部252内に配置された1次アンテナ部256とを備える。ウェアラブル機器230は、貫通した空芯部232を有する筐体231と、筐体231内に配置された2次アンテナ部236とを備える。1次アンテナ部256は、突起部252内で軸方向に突出する磁性体257と、磁性体257の側周面に設けられた1次コイル253とを有する。2次アンテナ部236は、磁性板234と、磁性板234の内周面に設けられた2次コイル233とを有する。
For example, the
ウェアラブル機器230が送電機器250に搭載され、筐体231の空芯部232に突起部252が挿入された状態で送受電(充電)可能な状態となる。この状態では、突起部252、1次アンテナ部256、2次アンテナ部236が実質的に同軸で配置され、かつ、1次アンテナ部256と2次アンテナ部236とが、当該軸方向に直交する方向(径方向)で対向する。図12は、このように対向する1次アンテナ部256および2次アンテナ部236の一部を示す。図13は、ウェアラブル機器230が送電機器250に搭載された状態の送受電装置100Aの一部(軸から右半分)を示す断面図である。
The
この比較例3に係る送受電装置200Aを構成する各部材は、上記実施形態1(または2)に係る送受電装置100A(100B)に対応する各部材で構成される。
Each member configuring the power transmission /
この比較例3では、送電機器250の突起部252が、ウェアラブル機器230の筐体231の空芯部32に挿入されるので、充電時の両者の位置決めが容易となる。また、1次コイル253および2次コイル233がソレノイドコイルであるため、充電時において、送電機器250およびウェアラブル機器230の周方向の相対位置は任意の位置でよい。これにより、安定的な送受電を行うことができる。
In Comparative Example 3, since the protruding
ウェアラブル機器230の筐体231内には、バッテリー227、その他図示しない回路機器が収容されている。磁束の侵入による悪影響が及ぶおそれがあるバッテリー227は、筺体231の内部の内周側に設けられた2次コイル233に対して対向する位置である外周側に配置されている。この例では、1次アンテナ部256および2次アンテナ部236により、磁気回路が形成されるため、外周側に配置されたバッテリー227への磁束の侵入のおそれが少ない。
A
例えば、2次アンテナ部236の磁性板234の材料として、強磁性体が用いられることにより、2次アンテナ部236で形成される磁束密度を高めることができる。これにより、バッテリー227への磁束の侵入を効果的に抑制できる。強磁性体として、例えばフェライト、金属磁性体、あるいは、磁性粒子と樹脂との混合材などが挙げられる。
For example, the magnetic flux density formed by the
4.2)比較例4 4.2) Comparative Example 4
図14は、さらに別の実施形態(比較例4)に係る送受電装置を示す断面図である。この比較例4に係る送受電装置200Bにおいて、上記比較例3に係る送受電装置200Aと異なる点は、1次アンテナ部259が、磁性板254を有する点である。磁性板254は、磁性体257に磁気的に接続され、磁性体257の径より大きい径で構成されている。例えば磁性板254は、磁性体257と同軸で設けられている。径方向における磁性板254の周縁部の位置は、例えば2次アンテナ部236付近の位置に配置される。
FIG. 14 is a cross-sectional view showing a power transmission / reception device according to still another embodiment (Comparative Example 4). The power transmission /
このような構成によれば、磁気回路が効率良く形成され、上記比較例3に比べ、下で説明するように、結合係数を高めることができる。 According to such a configuration, the magnetic circuit is efficiently formed, and the coupling coefficient can be increased as described below as compared with Comparative Example 3 described above.
5.比較例3および4に係る送受電装置の結合状態の解析 5. Analysis of coupling state of power transmission / reception devices according to comparative examples 3 and 4
本発明者は、送受電装置200A、200Bにおける磁気的な結合状態を調べるため、電磁界シミュレーションを行った。シミュレータとして、アンシス社の「Maxwell」が用いられた。ウェアラブル機器230の筐体231の内径は20mm、外径は28mmに設定された。1次コイル253、2次コイル233の線の断面直径は0.22mm、巻き数は20Tに設定された。磁性板234、254の厚さは0.2mmに設定された。磁性板234、254の透磁率(比透磁率)は120、300にそれぞれ設定された。磁性体257の透磁率は300に設定された。
The present inventor performed an electromagnetic field simulation in order to investigate the magnetic coupling state in the power transmitting and receiving
図15は、結合係数を含む解析結果を示す表である。「Rdc」は直流抵抗を示す。比較例3、4とも、高い結合係数が得られた。特に、比較例3に比べ、比較例4のインダクタンスおよび結合係数が高かった。単位巻数当りのインダクタンスが高ければ、コイルの巻き数を少なくすることができ、装置の小型化に寄与する。また、これにより直流抵抗の低減が可能となる。 FIG. 15 is a table showing analysis results including coupling coefficients. “Rdc” indicates DC resistance. In Comparative Examples 3 and 4, a high coupling coefficient was obtained. In particular, compared to Comparative Example 3, the inductance and coupling coefficient of Comparative Example 4 were higher. If the inductance per unit number of turns is high, the number of turns of the coil can be reduced, which contributes to downsizing of the device. This also makes it possible to reduce the DC resistance.
6.他の種々の実施形態 6). Various other embodiments
本発明は、以上説明した実施形態に限定されず、他の種々の実施形態を実現することができる。 The present invention is not limited to the embodiment described above, and other various embodiments can be realized.
上記各実施形態(比較例3、4も含む)において、送電機器およびウェアラブル機器を構成する各部品は、円形以外の形状、例えば楕円形や多角形であってもよい。 In the above embodiments (including Comparative Examples 3 and 4), each component constituting the power transmission device and the wearable device may have a shape other than a circle, for example, an ellipse or a polygon.
上記各実施形態(比較例3、4も含む)において、磁性体57、257は、ソリッド構造を有しているが、中空構造を有していてもよい。1次コイルおよび2次コイルの配置から、磁性体57、257の外周側に磁束が集まるため、その領域に磁性材料を配置することが効果的である。つまり、磁性体57、257が薄い肉厚の中空構造であっても、良好な磁気特性を得ることができる。
In each of the above embodiments (including Comparative Examples 3 and 4), the
あるいは、磁性体57、257は、丸められた磁性シートを円形またはスパイラル状のものであってもよい。その場合も、磁性体57、257は実質的にソリッド構造や中空構造を有していればよい。
Alternatively, the
上記実施形態1(図4参照)において、第1導電体351の上端は、筐体31の内周面31aの上端より低い位置に設けられていたが、内周面31aの上端にまで設けられていてもよい。第2導電体352についても同様に、外周面31bの上端にまで設けられていてもよい。
In the first embodiment (see FIG. 4), the upper end of the
導電体35が、筐体31の内部の内壁面に設けられていてもよい。この場合、導電体35の配置は、上記図4または6に示したように、適宜設定可能である。
The
回路機器29およびバッテリー27、227の配置や形態は、上記実施形態に限られない。例えば、図4のように一断面で見てバッテリー27の一部が切り欠かれ、その切り欠かれたスペースに、回路機器29の一部の部品や他の部品が配置されていてもよい。
The arrangement and form of the
以上説明した各形態の特徴部分のうち、少なくとも2つの特徴部分を組み合わせることも可能である。 It is also possible to combine at least two feature portions among the feature portions of each embodiment described above.
27、227…バッテリー
29…回路機器
30、130、230…ウェアラブル機器
31、231…筐体
31a…内周面
31b…外周面
31c…端面(第1端面)
31d…端面(第2端面)
32、232…空芯部
33、233…2次コイル
34、54、234、254…磁性板
35、85…導電体
35a…導電体端部
36、236…2次アンテナ部
50、150、250…送電機器
52、252…突起部
53、253…1次コイル
56、256、259…1次アンテナ部
57、257…磁性体
80…ウェアラブル機器
100A、100B、200A、200B…送受電装置
351…第1導電体
352…第2導電体
27, 227 ...
31d ... end face (second end face)
32, 232 ...
Claims (9)
貫通する空芯部を有し、前記送電機器の前記突起部が前記空芯部に挿入可能に構成された筐体と、
前記筐体の空芯部と同軸で前記筐体内に収容された2次アンテナ部と、
前記筺体に設けられた導電体と
を具備するウェアラブル機器。 A wearable device capable of receiving electric power in a non-contact manner from a power transmission device having a protrusion and a primary antenna portion,
A housing that has an air core portion that penetrates, and is configured such that the protruding portion of the power transmission device can be inserted into the air core portion;
A secondary antenna unit that is coaxial with the air core of the housing and is housed in the housing;
A wearable device comprising: a conductor provided in the housing.
前記送電機器の前記1次アンテナ部が、
第1磁性板と、
前記突起部の突起する方向へ前記第1磁性板から突出するように設けられた磁性体と、
前記第1磁性板に搭載され、前記磁性体の周囲に設けられた1次コイルとを有する場合、
前記2次アンテナ部は、
前記突起部が前記筐体の空芯部に挿入された状態で、軸方向で前記第1磁性板に対向する、空芯部を有する第2磁性板と、
前記第2磁性板に搭載され2次コイルとを有する
ウェアラブル機器。 The wearable device according to claim 1,
The primary antenna part of the power transmission device is
A first magnetic plate;
A magnetic body provided so as to protrude from the first magnetic plate in the protruding direction of the protruding portion;
When having a primary coil mounted on the first magnetic plate and provided around the magnetic body,
The secondary antenna unit is
A second magnetic plate having an air core portion facing the first magnetic plate in the axial direction in a state where the protrusion is inserted into the air core portion of the housing;
A wearable device having a secondary coil mounted on the second magnetic plate.
前記筐体は内周面を有し、
前記導電体は、少なくとも前記内周面の一部に設けられる
ウェアラブル機器。 The wearable device according to claim 1 or 2,
The housing has an inner peripheral surface;
The said conductor is a wearable apparatus provided in a part of said inner peripheral surface at least.
前記筐体は外周面をさらに有し、
前記導電体は、外周面の少なくとも一部にさらに設けられる
ウェアラブル機器。 The wearable device according to claim 3,
The housing further has an outer peripheral surface,
The said conductor is further provided in at least one part of an outer peripheral surface. Wearable apparatus.
前記導電体は、
前記内周面の少なくとも一部に設けられた第1導電体と、
前記外周面の少なくとも一部に設けられた第2導電体とを有する
ウェアラブル機器。 The wearable device according to claim 4,
The conductor is
A first conductor provided on at least a part of the inner peripheral surface;
A wearable device comprising: a second conductor provided on at least a part of the outer peripheral surface.
前記筐体は、
前記内周面と前記外周面との間に設けられた第1端面と、
前記内周面と前記外周面との間であって前記第1の端面の反対側に設けられ、前記第1端面より前記2次アンテナ部に近い側に設けられた第2端面とを有し、
前記導電体は、前記内周面から前記第1端面を介して前記外周面まで連続的に設けられる
ウェアラブル機器。 The wearable device according to claim 4,
The housing is
A first end surface provided between the inner peripheral surface and the outer peripheral surface;
A second end surface provided between the inner peripheral surface and the outer peripheral surface, on the opposite side of the first end surface, and provided closer to the secondary antenna unit than the first end surface; ,
The said conductor is continuously provided from the said inner peripheral surface to the said outer peripheral surface through the said 1st end surface. Wearable apparatus.
前記導電体は、前記2次アンテナ部に近い側の端部である導電体端部を有し、
前記筐体内において、前記導電体端部の位置よりも、軸方向で前記2次アンテナ部から遠い位置に配置されたバッテリーをさらに具備するウェアラブル機器。 The wearable device according to any one of claims 3 to 6,
The conductor has a conductor end portion that is an end portion on a side close to the secondary antenna portion,
A wearable device further comprising a battery disposed in a position farther from the secondary antenna portion in the axial direction than the position of the conductor end portion in the housing.
前記導電体は非磁性体である
ウェアラブル機器。 The wearable device according to any one of claims 1 to 7,
The conductive material is a non-magnetic material.
前記送電機器から非接触で電力を受けることが可能なウェアラブル機器とを具備し、
前記ウェアラブル機器は、
貫通する空芯部を有し、前記送電機器の前記突起部が前記空芯部に挿入可能に構成された筐体と、
前記筐体の空芯部と同軸で前記筐体内に収容された2次アンテナ部と、
前記筐体に設けられた導電体とを有する
非接触送受電装置。 A power transmission device having a protrusion and a primary antenna;
Comprising a wearable device capable of receiving power from the power transmission device in a contactless manner;
The wearable device is
A housing that has an air core portion that penetrates, and is configured such that the protruding portion of the power transmission device can be inserted into the air core portion;
A secondary antenna unit that is coaxial with the air core of the housing and is housed in the housing;
A non-contact power transmitting and receiving device having a conductor provided in the housing.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2016161085A JP2018029452A (en) | 2016-08-19 | 2016-08-19 | Wearable device and non-contact power transmission/reception device |
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|---|---|---|---|---|
| JP2019201451A (en) * | 2018-05-14 | 2019-11-21 | 株式会社東芝 | Power transmission device, mobile body and wireless power transmission device |
| US20230148716A1 (en) * | 2020-10-31 | 2023-05-18 | Honor Device Co., Ltd. | Wearable device and wearable system |
-
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