WO2016195097A1 - 駆動装置及びそれを備えた携帯機器 - Google Patents
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- H02J50/12—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling of the resonant type
Definitions
- the present invention relates to a driving device that operates with electric power charged in a secondary battery and a portable device including the driving device.
- a headset disclosed in Patent Document 1 is exemplified as a device that operates with power charged in a secondary battery.
- This headset is configured such that a secondary battery, a charging mini USB connector socket, a microphone, and a printed circuit board are accommodated in a housing, and an earphone microphone is provided outside the housing.
- the headset is required to be able to easily change the size and design of the housing depending on the capacity and fashion of the secondary battery.
- a demand is not limited to a headset, but is present in all devices in which a drive device such as an earphone microphone is provided in a housing having a secondary battery, and is particularly noticeable in portable devices having a small housing volume.
- an object of the present invention is to provide a driving device capable of expanding the degree of design freedom when determining the size and design, and a portable device equipped with the driving device.
- 1st invention is a drive device which is provided in the device main body provided with the secondary battery, and is supplied with electric power charged in the secondary battery, and operates using the electric power charged in the secondary battery And a power receiving mechanism for receiving power for charging the secondary battery.
- 2nd invention is 1st invention, Comprising:
- the said drive mechanism is provided with the magnet and yoke which form a magnetic circuit,
- the said yoke is arrange
- the said power receiving mechanism Has a power receiving coil that generates power by wireless power feeding.
- the magnetic field generated when the power receiving coil generates power flows through the yoke, and the magnetic field reaching the magnet is reduced. Therefore, the performance of the magnet is reduced by the magnetic field of the power receiving coil. A decrease can be prevented.
- the third invention is the second invention, and includes a magnetic member disposed between the power receiving coil and the yoke.
- the 4th invention is 2nd or 3rd invention, Comprising:
- the said drive mechanism has arrange
- move by the change of a magnetic field in the magnetic pole direction of a magnet can be arrange
- the 5th invention is 2nd or 3rd invention, Comprising:
- the said drive mechanism has arrange
- the demagnetizing field due to the receiving coil with respect to the N-pole surface and the S-pole surface of the magnet is further reduced, so that demagnetization and demagnetization of the magnet due to the demagnetizing field can be reduced.
- the sixth invention is any one of the second to fifth inventions, wherein the power receiving coil in the power receiving mechanism generates electric power by magnetic resonance type wireless power feeding.
- the seventh invention is any one of the first to sixth inventions, wherein the driving mechanism is a speaker.
- the eighth invention includes the drive device according to any one of the first to seventh inventions.
- a ninth aspect of the present invention is a drive device that is provided in a device body including a secondary battery and is supplied with electric power charged in the secondary battery, the drive mechanism that operates using the electric power, and the second And a circuit board having a charging circuit for controlling charging of the secondary battery.
- the tenth aspect of the present invention is the ninth aspect of the present invention, comprising a power receiving mechanism that receives power for charging the secondary battery.
- An eleventh invention is the tenth invention, wherein the drive mechanism includes a magnet and a yoke forming a magnetic circuit, and the yoke is disposed between the power receiving mechanism and the magnet, and the power receiving mechanism Has a power receiving coil that generates power by wireless power feeding.
- the magnetic field generated when the power receiving coil generates power flows through the yoke, and the magnetic field reaching the magnet is reduced. Therefore, the performance of the magnet is reduced by the magnetic field of the power receiving coil. A decrease can be prevented.
- the twelfth invention is the eleventh invention, comprising a magnetic member disposed between the power receiving coil, the yoke and the circuit board.
- the yoke is induction-heated by the magnetic field of the power receiving coil. As a result, it is possible to prevent the performance of the circuit board from being deteriorated and to prevent each circuit of the circuit board from being affected by the magnetic field.
- the thirteenth aspect of the present invention is any one of the tenth to twelfth aspects of the present invention, wherein the power receiving coil in the power receiving mechanism generates electric power by wireless power feeding of a magnetic resonance method.
- the fourteenth invention is any of the ninth to thirteenth inventions, wherein the drive mechanism is a speaker.
- the fifteenth aspect includes the drive device according to any of the ninth to fourteenth aspects.
- the degree of design freedom in determining the size and design can be expanded.
- the drive device 1 is provided in a device main body 2 including a secondary battery 22, and is configured to be supplied with electric power charged in the secondary battery 22.
- the driving device 1 include an acoustic device including a speaker, a moving device and a vibration device including a motor, and an optical device including a light source.
- the present invention is not limited to this.
- the present invention may be applied to a stationary device such as a personal computer.
- the apparatus main body 2 include a configuration in which main parts and the secondary battery 22 are accommodated in a casing of a transport device or a portable device.
- the drive device 1 includes a drive mechanism 11 that operates using power charged in the secondary battery 22, and a power reception mechanism 13 that receives power for charging the secondary battery 22.
- the drive mechanism 11 including the power receiving mechanism 13 can eliminate the location of the power receiving mechanism 13 in the apparatus main body 2, and thus the design freedom in determining the size and design of the apparatus main body 2. It is possible to expand the degree.
- the drive mechanism 11 includes a mechanism that incorporates components such as a speaker and a motor that convert electric power into kinetic energy, a light emitting mechanism and an illumination mechanism that incorporate components such as an LED light source and a laser light source that convert electric power into light energy, and a microcomputer. Although illustrated, all types of equipment that operates with electrical power are applicable.
- the power receiving mechanism 13 may be configured to support wired power feeding in which power is supplied by mechanical contact, or configured to support wireless power feeding that is mechanically contactless. It may be. Examples of the wireless power feeding include an electromagnetic induction method, a magnetic field resonance method (magnetic resonance method), and a radio wave method.
- the driving device 1 includes a circuit board 14.
- the circuit board 14 has a charging circuit 141 that controls charging of the secondary battery 22.
- the charging circuit 141 may be a circuit having a function of controlling discharge. Since the driving device 1 includes the circuit board 14 of the charging circuit 141, it is possible to eliminate the place where the circuit board 14 is disposed in the apparatus main body 2 as compared with the case where the circuit board 14 is provided in the apparatus main body 2. It is possible to expand the degree of design freedom when determining the size and design.
- the charging circuit 141 has a switch function for switching charging of the secondary battery 22 inside the circuit.
- the circuit board 14 includes a rectifying / stabilizing unit 1411 that outputs DC power by rectifying AC power supplied from the outside via the power receiving mechanism 13 that outputs AC power, and a rectifying / stabilizing unit.
- the charging unit 1412 that supplies the DC power output from the conversion unit 1411 to the secondary battery 22 with a charging voltage, the transformer unit (processing unit) 1415 that performs signal processing, and the input of power to the charging unit 1412 are detected.
- the transformer unit (processing unit) 1415 is connected to the drive mechanism 11 that operates by the charging power of the secondary battery 22.
- the rectification / stabilization unit 1411 can use a rectification / stabilization IC.
- the rectification / stabilization IC is an IC in which various functions such as full-bridge synchronous rectification, voltage conditioning and wireless power control, and a protection function against voltage / current / temperature abnormalities are integrated on one chip.
- the power output from the power receiving mechanism 13 is DC power
- the rectification / stabilization unit 1411 is omitted.
- the charging unit 1412 is an IC (charging circuit) for a constant current / constant voltage linear charger, a function for notifying that the charging current has decreased to a predetermined value of a set value, a charging end function by a timer, and thermal feedback It has a charging current stabilization function, a chip temperature limiting function during high power operation and under high ambient temperature conditions, and the like.
- the transformer unit (processing unit) 1415 is a transformer circuit that functions as a transformer unit that performs signal processing for converting the charging power of the secondary battery 22 into the driving power of the driving mechanism 11 and outputting it.
- the transformer (processing unit) 1415 can apply a linear regulator as a step-down use, and can apply a switching regulator as a step-up and step-down use. Each of these regulators can be exemplified by a method of turning on and off current at high speed by a semiconductor element.
- the detection unit 1417 is a detection circuit that outputs a detection signal indicating that DC power is output from the rectification / stabilization unit 1411 to the charging unit 1412.
- the detection unit 1417 may be formed of an analog circuit such as a transistor. More specifically, the detection unit 1417 connects the base terminal of the NPN transistor to the output power line between the rectification / stabilization unit 1411 and the charging unit 1412, and connects the emitter terminal to the ground.
- the collector terminal is connected to the positive side of the secondary battery 22 via a resistor so as to be in a high impedance state and connected to the input terminal of the switching control unit 1416.
- the base terminal of the detection unit 1417 becomes low level, and the emitter terminal and collector terminal are in a non-conductive state.
- the signal is input to the input terminal of the switching control unit 1416.
- the base terminal becomes high level, and as a result, the collector terminal and the emitter terminal become conductive, and the collector terminal is grounded. It changes to a low level detection signal.
- the detection unit 1417 may be formed of a digital circuit.
- the switching control unit 1416 puts the transformation unit (processing unit) 1415 into a stopped state when a low level detection signal is input from the detection unit 1417, while receiving a high level detection signal (low level detection).
- This is a switching control circuit that activates the transformer (processing unit) 1415 when no signal is input.
- the low level detection signal is used as the stop condition of the transformer (processing unit) 1415 and the high level detection signal is used as the operating condition of the transformer (processing unit) 1415.
- a low level detection signal may be used as a start condition for the transformer (processing unit) 1415 and a high level detection signal may be used as a stop condition for the transformer (processing unit) 1415.
- the circuit board 14 is configured to prohibit the operation of the drive mechanism 11 when the secondary battery 22 is charged and allow the operation of the drive mechanism 11 when charging is stopped.
- the circuit board 14 can be formed with high density with a simple circuit configuration.
- the charging circuit 141 can output an on / off signal indicating the timing of charging, and outputs an on / off signal to the switch unit 21 including an on / off switch provided in the apparatus body 2.
- the charging of the secondary battery 22 may be switched.
- the switch unit 21 may be provided on the circuit board 14 of the driving device 1 together with the charging circuit 141.
- the drive mechanism 11 in the drive device 1 when the drive mechanism 11 in the drive device 1 includes a magnet 111 and a yoke 112 that form a magnetic circuit, the yoke 112 is disposed between the power receiving mechanism 13 and the magnet 111,
- the power receiving mechanism 13 may include a power receiving coil 131 that generates power by wireless power feeding.
- the performance of the magnet 111 is reduced by the magnetic field of the power receiving coil 131. A decrease can be prevented.
- the drive mechanism 11 includes the magnet 111 and the yoke 112
- the performance due to induction heating of the yoke 112 by the magnetic field of the power receiving coil 131 is reduced.
- the magnetic member 12 is formed of a resin in which magnetic powder is dispersed.
- the resin used in the magnetic member 12 may be a thermosetting resin or a thermoplastic resin, and is not particularly limited.
- thermosetting resin an epoxy resin, a phenol resin, a melamine resin, a vinyl ester resin, a cyano ester resin, a maleimide resin, a silicon resin, etc.
- thermoplastic resins include acrylic resins, vinyl acetate resins, polyvinyl alcohol resins, and the like.
- a resin mainly composed of an epoxy resin is used.
- soft magnetic powder is used as the magnetic powder dispersed in the resin.
- the soft magnetic powder is not particularly limited, but pure Fe, Fe—Si, Fe—Al—Si (Sendust), Fe—Ni (Permalloy), soft ferrite, Fe-based amorphous, Co-based amorphous, Fe -Co (permendule) or the like can be used. Further, the shape of the magnetic member 12 is also appropriately selected.
- the secondary battery 22 all types of chargeable / dischargeable batteries can be applied.
- lead storage battery, control valve type lead storage battery, lithium / air battery, lithium ion battery, lithium ion polymer battery, lithium iron phosphate battery, lithium / sulfur battery, titanic acid / lithium battery, nickel / cadmium storage battery, nickel / Rechargeable hydrogen battery, nickel / iron battery, nickel / lithium battery, nickel / zinc battery, rechargeable alkaline battery, sodium / sulfur battery, redox flow battery, zinc / bromine flow battery, silicon battery, silver-zinc battery (Silver-Zinc) ) Etc. can be illustrated as the secondary battery 22.
- the nominal voltage of the nickel metal hydride secondary battery 22 is 1.2V to 1.4V, similar to the nominal voltage of the air battery which is the primary battery.
- nominal voltage is a value determined as a measure of the voltage between the terminals obtained when the battery is used in a normal state. For a battery that is nearly fully charged, a terminal that is higher than the nominal voltage. A voltage can be obtained, but when discharging progresses or when a large current is supplied to the load, the terminal voltage is lower than the nominal voltage.
- the secondary battery 22 whose nominal voltage exceeds the nominal voltage of the air battery, lead storage battery, control valve type lead storage battery, lithium / air battery, lithium ion battery, lithium polymer battery, manganese dioxide lithium secondary battery 22, carbon titanate carbon
- the lithium secondary battery 22 etc. can be illustrated.
- the nominal voltage of lithium ion batteries and lithium polymer batteries is 3.6V to 3.7V.
- the nominal voltage of the manganese dioxide lithium secondary battery 22 is 3.0V.
- the nominal voltage of the carbon lithium titanate secondary battery 22 is 1.5V.
- the voltage range between the “end-of-discharge voltage” and the “end-of-charge voltage” in the lithium ion battery is 2.7V to 4.2V.
- the “end-of-discharge voltage” refers to the lowest value of the discharge voltage that allows safe discharge, and the “end-of-charge voltage” refers to the highest value of the charge voltage that allows safe charge.
- the secondary battery 22 is preferably a lithium ion battery.
- the nominal voltage of the lithium ion battery is in the range of 3.6 V to 3.7 V, it exceeds the nominal voltage of 1.2 V to 1.4 V of the air battery or the nickel metal hydride secondary battery 22.
- the battery voltage of a lithium ion battery shows the discharge characteristic which falls from about 4.2V to about 2.7V with discharge, since an energy density is higher than an air battery or the nickel hydride secondary battery 22, it is.
- the device can be driven for a longer time than when an air battery or a nickel hydride secondary battery 22 is used.
- the speaker device 101 includes a hollow speaker frame 15 and a drive mechanism 11 that is a speaker provided in the speaker frame 15.
- the speaker frame 15 is formed in a cylindrical shape whose radius is enlarged from the lower surface 15b to the upper surface 15a, and is formed so as to emit sound from the upper surface 15a to the outside.
- the drive mechanism 11 includes a magnet 111, a yoke 112, a pole piece 113, a voice coil 114, and a diaphragm 16.
- the magnet 111 is disposed at the center of the speaker frame 15.
- the magnet 111 is a disk-shaped permanent magnet, and the upper surface 111a and the lower surface 111b are arranged in parallel to the upper surface 15a and the lower surface 15b of the speaker frame 15, respectively.
- An upper surface 111a and a lower surface 111b of the magnet 111 are an end face of the N pole or an end face of the S pole.
- the magnet 111 is arranged so that the magnetic pole direction connecting the N pole and the S pole is parallel to the central axis of the speaker frame 15.
- a disk-shaped pole piece 113 and a ring-shaped voice coil 114 are disposed above the magnet 111.
- the voice coil 114 is arranged so that the pole piece 113 is positioned on the inner peripheral side.
- the magnet 111, the pole piece 113, and the voice coil 114 are surrounded by the yoke 112.
- the yoke 112 includes a cylindrical housing portion 112a having an upper surface opened, and a flange portion 112b projecting in the outer circumferential direction from the upper end peripheral portion of the housing portion 112a.
- the accommodating part 112a accommodates the magnet 111, the pole piece 113, and the voice coil 114. Further, the flange portion 112b fixes the outer peripheral portion of the diaphragm 16.
- the diaphragm 16 outputs the kinetic energy generated by the voice coil 114 and the magnet 111 as a sound of air vibration.
- the speaker device 101 includes a power receiving coil 131 that generates power by wireless power feeding.
- the power receiving coil 131 is formed in an annular shape, and is arranged so that the housing portion 112a of the yoke 112 is positioned on the inner peripheral side so that the magnet 111 is not easily demagnetized by the magnetic field of the power receiving coil 131.
- the coil surface parallel to the radial direction of the power receiving coil 131 is set parallel to the upper surface 111a and the lower surface 111b of the magnet 111. That is, the power receiving coil 131 is disposed so as to surround the yoke 112 and the coil surface is orthogonal to the magnetic pole direction connecting the N pole and the S pole of the magnet 111. Thereby, since the N pole surface and the S pole surface of the magnet 111 can be opened, it is possible to easily arrange various components that are operated by a change in the magnetic field in the magnetic pole direction of the magnet 111.
- the speaker device 101 has a magnetic member 12.
- the magnetic member 12 is disposed between the power receiving coil 131 and the yoke 112. More specifically, the magnetic member 12 is formed in an annular shape, and is disposed between the power receiving coil 131 and the housing portion 112 a of the yoke 112. As a result, the magnetic field generated when the power receiving coil 131 generates electric power flows through the magnetic member 12 and the magnetic field reaching the yoke 112 is reduced. Therefore, the performance of the yoke 112 due to induction heating by the magnetic field of the power receiving coil 131 is reduced. Decline is prevented.
- the magnetic member 12 may be formed by combining a plurality of magnetic pieces.
- a method of combining magnetic pieces magnetic pieces having the same size and shape may be combined, or magnetic pieces having different sizes and shapes may be combined.
- positioning method of a magnetic piece may provide a clearance gap between adjacent magnetic pieces, and may make magnetic pieces contact.
- the degree of freedom of the size and shape of the magnetic member 12 can be increased.
- the magnetic members When the magnetic pieces are brought into contact with each other, the magnetic member 12 having the same performance as the integrally formed magnetic member 12 can be obtained, and the radial size can be freely changed by increasing or decreasing the magnetic pieces. .
- the coil surface of the power receiving coil 131 is set parallel to the upper surface 111 a and the lower surface 111 b of the magnet 111, so that the coil surface is orthogonal to the magnetic pole direction of the magnet 111.
- the present invention is not limited to this. That is, the speaker device 101 may be set so that the coil surface intersects the magnetic pole direction of the magnet 111 as shown in FIG.
- the speaker device 101 further includes a magnet 111 disposed inside the yoke 112, the power receiving coil 131 surrounds the yoke 112, and the coil surface includes the N pole and the S pole of the magnet 111. You may arrange
- the demagnetizing field due to the receiving coil 131 with respect to the N-pole surface and the S-pole surface of the magnet 111 is reduced, so that demagnetization and demagnetization of the magnet 111 due to the demagnetizing field can be reduced.
- the mobile device 10 includes a drive device 1 including a power receiving coil 131 to which power is supplied from the outside due to a resonance phenomenon, and a device main body 2 including a secondary battery 22 capable of charging and discharging power.
- resonance phenomenon means that two or more coils are tuned at the resonance frequency.
- the portable device 10 configured as described above is charged by the charging device 7.
- the charging device 7 includes a power supply coil 71 that supplies power to the power reception coil 131 of the mobile device 10 by a resonance phenomenon.
- the portable device 10 and the charging device 7 constitute a charging system 8 that supplies power (wireless power transmission) from the feeding coil 71 to the receiving coil 131 by a resonance phenomenon.
- the circuit board 14 is arranged in a magnetic field space formed by a resonance phenomenon so as to have a magnetic field strength smaller than that of other parts.
- the power receiving coil 131 of the driving device 1 (speaker device 101) has a small magnetic field space at a position inside or near the power receiving coil 131 during power feeding using a resonance phenomenon. It has a configuration in which this space portion is used as a place where the circuit board 14 is arranged.
- the drive device 1 can be reduced in size as a result of preventing malfunction and heat generation above a predetermined temperature by suppressing the generation of eddy currents caused by the magnetic field in the circuit board 14 disposed in the space portion. It has become. Details of the “space portion with a small magnetic field” will be described later.
- the power receiving coil 131 includes a power receiving resonator 131a and a power extraction coil 131b.
- Examples of the types of coils used for the power receiving resonator 131a and the power extraction coil 131b include a spiral type, a solenoid type, and a loop type.
- the “portable device 10” in the present embodiment includes any device of “handheld (can be held by hand)” and “wearable (can be worn on the body: human body-mounted device)”.
- the portable device 10 includes a portable computer (laptop, notebook computer, tablet PC, etc.), headset, camera, audio equipment / AV device (portable music player, IC recorder, portable DVD player, etc.), computer, etc.
- the charging device 7 that charges the mobile device 10 configured as described above includes a power supply coil 71 that supplies power to the power receiving coil 131 of the mobile device 10 by a resonance phenomenon.
- the feeding coil 71 includes a feeding resonator 71a and a power supply coil 71b. Examples of the types of coils used for the power feeding resonator 71a and the power supply coil 71b include a spiral type, a solenoid type, and a loop type.
- the charging device 7 includes a power supply unit 72 that supplies AC power to the power supply coil 71 and a control unit 73 that controls the power supply unit 72.
- the charging device 7 has a charging stand (not shown).
- the feeding coil 71 included in the charging device 7 and the power receiving coil 131 included in the portable device 10 are arranged to face each other.
- the charging to the secondary battery 22 is started by wireless power feeding by the magnetic resonance method only by placing the portable device 10 on the charging stand of the charging device 7.
- the charge to the secondary battery 22 is stopped only by lifting the portable device 10 from the charging stand of the charging device 7.
- the charging device 7 causes a space portion with a small magnetic field to appear at a position inside or near the feeding coil 71 during power feeding using a resonance phenomenon, and this space portion is controlled by the power supply unit 72 or the control unit. You may have the structure used as the arrangement place of the part 73. FIG. In this case, it is possible to reduce the size of the charging device 7 in addition to the portable device 10.
- the driving device 1 is configured to form a “space portion with a small magnetic field” at a desired position. Formation of the space portion at a desired position can be realized by setting power supply conditions such as a positional relationship with the charging device 7, a power supply state, and an internal configuration.
- the driving device 1 when the driving device 1 supplies power to the power receiving resonator 131a from the power feeding resonator 71a of the charging device 7 by a resonance phenomenon, the driving device 1 places this desired position at a desired position between the power feeding resonator 71a and the power receiving resonator 131a.
- a magnetic field space having a magnetic field strength smaller than the magnetic field strength other than the position may be formed as a “space portion”.
- the method of forming the “space portion” will be described in detail.
- power feeding resonance is performed.
- the method of setting the frequency of the electric power supplied to the feeding resonator 71a so that the direction of the current flowing through the resonator 71a and the direction of the current flowing through the power receiving resonator 131a are opposite to each other is exemplified.
- the feeding resonator 71a and the power receiving resonator 131a are arranged close to each other, thereby strengthening the coupling between the power feeding resonator 71a and the power receiving resonator 131a.
- the coupling coefficient representing the height increases.
- the transmission characteristic “S21” (a value serving as an index of power transmission efficiency when power is transmitted from the power feeding resonator 71a to the power receiving resonator 131a) is measured in such a state where the coupling coefficient is high, the measurement waveform is a low frequency. Peaks are separated on the high frequency side.
- the frequency of the power supplied to the power supply resonator 71a is set to the frequency near the peak on the high frequency side, the direction of the current flowing through the power supply resonator 71a and the direction of the current flowing through the power reception resonator 131a are reversed.
- the magnetic field generated on the inner peripheral side of the power feeding resonator 71a and the magnetic field generated on the inner peripheral side of the power receiving resonator 131a cancel each other, so that the power feeding resonator 71a and the power receiving resonator 131a have the inner peripheral side.
- a magnetic field space having a magnetic field strength smaller than the magnetic field strength other than the inner peripheral side of the power feeding resonator 71a and the power receiving resonator 131a can be formed as a “space portion”.
- the direction of the current flowing in the power supply resonator 71a and the power reception resonator 131a are supplied.
- the method of setting the frequency of the electric power supplied to the electric power feeding resonator 71a so that the direction of the electric current which flows may become the same direction is illustrated.
- the feeding resonator 71a and the power receiving resonator 131a are disposed in proximity to each other, thereby coupling the power feeding resonator 71a and the power receiving resonator 131a.
- the coupling coefficient representing strength increases.
- the transmission characteristic is measured in such a state where the coupling coefficient is high, the peak of the measurement waveform is separated into the low frequency side and the high frequency side. Then, by setting the frequency of the power supplied to the power supply resonator 71a to the frequency near the peak on the low frequency side, the direction of the current flowing through the power supply resonator 71a and the direction of the current flowing through the power reception resonator 131a are set.
- a magnetic field space having a magnetic field strength smaller than the magnetic field strength other than the outer peripheral side of the power feeding resonator 71a and the power receiving resonator 131a can be formed as a “space portion”.
- the “space portion” is set based on the strength of the magnetic field coupling generated between the power supply resonator 71a and the power reception resonator 131a by changing the adjustment parameters for the power supply resonator 71a and the power reception resonator 131a. May be.
- the size of the magnetic field space can be expanded by relatively weakening the magnetic field coupling generated between the power feeding resonator 71a and the power receiving resonator 131a.
- the magnetic field space can be reduced in size by relatively strengthening the magnetic field coupling generated between the power feeding resonator 71a and the power receiving resonator 131a.
- the “space portion” that is optimal for the size of the mobile device 10 can be formed.
- the placement relationship of the power feeding resonator 71a and the placement relationship of the power receiving resonator 131a are used as adjustment parameters, and the strength of the magnetic field coupling generated between the power feeding resonator 71a and the power receiving resonator 131a is changed by changing the adjustment parameters.
- the size of the magnetic field space may be changed by changing.
- the “space portion” uses the shapes of the power feeding resonator 71a and the power receiving resonator 131a as adjustment parameters, and changes the shape of these coils to a desired shape, and between the power feeding resonator 71a and the power receiving resonator 131a and The shape may be set to a desired shape by changing the strength of magnetic field coupling generated in the periphery. In this case, by making the power feeding resonator 71a and the power receiving resonator 131a have desired shapes, a magnetic field space having a relatively weak magnetic field strength can be formed in a desired shape along the shape of the coil.
- the “space portion” is an adjustment parameter for at least one of the first distance between the power supply resonator 71a and the power supply coil 71b and the second distance between the power extraction coil 131b and the power reception resonator 131a.
- the size may be set based on the adjustment parameter. For example, by relatively shortening the first distance between the power supply resonator 71a and the power supply coil 71b and the second distance between the power extraction coil 131b and the power reception resonator 131a, the magnetic field coupling is relatively It can be weakened and the size of the magnetic field space can be enlarged.
- the magnetic field coupling is relatively The size of the magnetic field space can be reduced.
- the “space portion” may be formed using the magnetic member 12 or by adding a magnetic member for a magnetic field space.
- a magnetic member is disposed so as to cover at least a part of the surface excluding the facing surfaces of the power receiving resonator 131a and the power feeding resonator 71a, and a magnetic field is generated between the power feeding resonator 71a and the power receiving resonator 131a.
- a magnetic field space having a magnetic field strength smaller than the magnetic field strength other than the desired position at a desired position may be formed as a “space portion”.
- the magnetic member may be disposed so as to cover the inner peripheral surface of the power receiving resonator 131a.
- the magnetic field generated on the inner peripheral side of the power receiving resonator 131a is cut off, and a magnetic field space having a relatively small magnetic field strength is formed as a “space portion” on the inner peripheral side of the power receiving resonator 131a. Can do.
- the magnetic member may be arranged so as to cover the surface opposite to the facing surface of the power feeding resonator 71a and the power receiving resonator 131a.
- the magnetic field generated in the vicinity of the surface opposite to the facing surface of the power receiving resonator 131a is cut off, and a relatively small magnetic field strength is provided in the vicinity of the surface opposite to the facing surface of the power receiving resonator 131a.
- the magnetic field space can be formed as a “space part”.
- the driving device 1 of the mobile device 10 generates a magnetic field space having a small magnetic field intensity at a desired position inside or near the power receiving coil 131 based on one or more combinations of the above-described space portion forming methods.
- ” Can be intentionally formed, and the size and shape of the“ space portion ”can be set. That is, the drive device 1 of the mobile device 10 can form a desired space portion depending on the installation mode of the power receiving coil 131.
- the portable device 10 configured as described above is a human body-mounted device.
- the human body-mounted device is a headset
- the present invention is not limited to this. That is, as a human body wearing device, a device worn on the face, such as a device worn on the ear such as the above-mentioned headset, music player, hearing aid, etc., or a device equipped with a portable computer in eyewear (glasses). And a device worn on an arm like a wristwatch, and a medical device used by being embedded in a human body.
- the ear-mounted headset 9 includes a headset main body 91 to be attached to the auricle, an ear mold 92 that abuts on or near the opening of the ear hole, and the headset main body 91 and the ear mold 92. And a control board 63 and a secondary battery 22 provided on the headset main body 91.
- the ear mold 92 includes the speaker device 101 provided with the power receiving coil 131, and can charge the secondary battery 22 using electric power that is wirelessly fed to the power receiving coil 131 by the magnetic field resonance method.
- the ear-mounted headset 9 does not require the power receiving coil 131 to be disposed on the headset main body 91, and thus has a high degree of design freedom with respect to the size and shape of the headset main body 91.
- Magnetic field strength distribution As shown in FIG. 12, when the coil surface of the power receiving coil 131 was orthogonal to the magnetization direction of the magnet 111, the magnetic field strength distribution between the power receiving coil 131 and the yoke 112 was investigated. First, the magnetic field strength distribution was analyzed by electromagnetic field analysis for the case of the power receiving coil 131 alone and for the case where the power receiving coil 131 was arranged around the yoke 112.
- the magnetic field strength distribution was analyzed by electromagnetic field analysis for the case of the power receiving coil 131 alone and for the case where the magnetic member 12 was disposed between the power receiving coil 131 and the yoke 112, respectively. From the analysis result of displaying the magnetic field intensity in color tone, in the case of the power receiving coil 131 alone, a magnetic field having a large intensity exists in the entire periphery of the power receiving coil 131, whereas the magnetic member 12 is between the power receiving coil 131 and the yoke 112. In this case, the magnetic field in the yoke 112 was significantly reduced.
- the magnetic field around the central axis of the power receiving coil 131 is more than that when only the power receiving coil 131 in FIG. It has become clear that the strength is further reduced and the influence of the magnetic field on the magnet 111 in the yoke 112 can be further reduced.
- a disk-shaped magnet 111 having a diameter of 7 mm and a thickness of 1 mm, and a yoke 112 having a housing portion having a diameter of 9 mm, a flange portion having a diameter of 14 mm, and a thickness of 4 mm were prepared.
- a power receiving coil 131 and a power feeding coil 71 having the specifications shown in Table 1 were prepared.
- the magnet 111 alone was connected to a spring balance and suspended, and the attractive force (g) attracted to the iron plate placed opposite to the lower position of the magnet 111 was measured with a spring balance (first measurement). 1 embodiment).
- the magnet 111 is placed in the power receiving coil 131, and the attractive force (g) at which the magnet 111 is attracted to the iron plate when the magnetic resonance type wireless power feeding is performed at a resonance frequency of 1 MHz for a predetermined time is measured with a spring balance. (4th aspect).
- the magnet 111 is placed in the receiving coil 131 in a state where it is housed in the yoke 112, and the magnet 111 attracts the iron plate when attracted to the iron plate when the magnetic resonance power supply is performed for a predetermined time with a resonance frequency of 1 MHz ( g) was measured with a spring balance, and the yoke temperature was measured (third mode).
- the magnetic member 12 is further disposed in the power receiving coil 131, and the magnet 111 and the yoke 112 are disposed in the magnetic member 12 while maintaining the state where the magnet 111 is accommodated in the yoke 112. did. Then, the attraction force (g) at which the magnet 111 is attracted to the iron plate when the magnetic resonance type wireless power feeding is performed at a resonance frequency of 1 MHz for a predetermined time is measured with a spring balance, and the yoke temperature is measured (second mode). .
- the measurement results are shown in Table 2.
- the first mode to the third mode have an attractive force of 1150 g
- the fourth mode has an attractive force of 1080 g. Therefore, the coil surface of the power receiving coil 131 is orthogonal to the magnetization direction of the magnet 111.
- the magnetic field generated by the power receiving coil 131 acts as a demagnetizing field opposite to the magnetic field of the magnet 111, and demagnetization that reduces the magnetic force occurs.
- the attractive force of the magnet 111 with the coil surface of the power receiving coil 131 parallel to the magnetization direction of the magnet 111 was measured, and the yoke temperature was measured.
- the magnet 111 alone magnet initial state: fifth mode
- the magnetic member 12 when the magnetic member 12 is disposed between the power receiving coil 131 and the yoke 112 (magnetic material, yoke and magnet in the coil: (Sixth aspect)
- when the magnetic member 12 is not disposed between the power receiving coil 131 and the yoke 112 (yoke and magnet in the coil: seventh aspect)
- the attraction force of the magnet 111 with the coil surface of the power receiving coil 131 parallel to the magnetization direction of the magnet 111 is measured, and the yoke temperature in the sixth mode and the seventh mode is measured. did.
- Table 3 shows the measurement results.
- the fifth to eighth aspects have an attractive force of 1150 g, when the coil surface of the power receiving coil 131 is parallel to the magnetization direction of the magnet 111, the magnetic field generated by the power receiving coil 131 is the magnet. It has become clear that demagnetization is prevented because it does not act as a demagnetizing field of 111.
- the yoke temperature of the sixth aspect is 30 degrees while the yoke temperature of the seventh aspect is 44 degrees, the magnetic field of the power receiving coil 131 passes through the magnetic member 12 and prevents the yoke 112 from being heated. It became clear that Further, from the comparison result between the second mode and the third mode, by making the coil surface of the power receiving coil 131 orthogonal to the magnetization direction of the magnet 111, the yoke temperature is heated more than when the coil surfaces are made parallel. It became clear that it could be reduced.
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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
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。
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。
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)
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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
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)
- 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。 - 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。
- 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。 - 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。
- 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。
- 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。
- 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。
Applications Claiming Priority (2)
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---|---|---|---|
JP2015114766A JP2017005798A (ja) | 2015-06-05 | 2015-06-05 | 駆動装置及びそれを備えた携帯機器 |
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Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
WO2016195097A1 true WO2016195097A1 (ja) | 2016-12-08 |
Family
ID=57440522
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
PCT/JP2016/066667 WO2016195097A1 (ja) | 2015-06-05 | 2016-06-03 | 駆動装置及びそれを備えた携帯機器 |
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Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011023848A (ja) * | 2009-07-14 | 2011-02-03 | Hosiden Corp | ヘッドセット |
JP2011083078A (ja) * | 2009-10-05 | 2011-04-21 | Sony Corp | 送電装置、受電装置、および電力伝送システム |
JP2013054234A (ja) * | 2011-09-05 | 2013-03-21 | Nikon Corp | 光学装置、撮像装置、給電装置およびレンズキャップ |
JP2014161177A (ja) * | 2013-02-20 | 2014-09-04 | Nitto Denko Corp | 携帯機器及びその充電機器、携帯機器充電システム |
-
2015
- 2015-06-05 JP JP2015114766A patent/JP2017005798A/ja active Pending
-
2016
- 2016-06-03 WO PCT/JP2016/066667 patent/WO2016195097A1/ja active Application Filing
- 2016-06-03 TW TW105117673A patent/TW201703544A/zh unknown
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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Also Published As
Publication number | Publication date |
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JP2017005798A (ja) | 2017-01-05 |
TW201703544A (zh) | 2017-01-16 |
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