WO2023204226A1 - ワイヤレス受電装置 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a wireless power receiving device that includes a power receiving coil in a complex-shaped casing.
- Patent Document 1 describes a hearing aid that includes a casing made in the shape of an auricle and a coil member disposed within the casing.
- the hearing aid described in Patent Document 1 uses two coil members.
- the two coil members are planar coils and are arranged parallel to each other.
- an object of the present invention is to provide a wireless power receiving device that can suppress a decrease in power receiving efficiency due to the arrangement posture on a power transmission stand (power transmission coil).
- the wireless power receiving device of the present invention includes a first power receiving coil, a second power receiving coil, a load, a first power receiving resonant circuit, a second power receiving resonant circuit, a first rectifier circuit, and a second rectifier circuit.
- the first power receiving coil and the second power receiving coil each generate a power receiving current by coupling with an external magnetic field.
- the load is driven with power based on the received current.
- the first power receiving resonant circuit includes a first power receiving coil and a first resonant capacitor
- the second power receiving resonant circuit includes a second power receiving coil and a second resonant capacitor.
- the first rectifier circuit is connected to the first power receiving resonant circuit, rectifies the resonant current of the first power receiving resonant circuit, and supplies power to the load.
- the second rectifier circuit is connected to the second power receiving resonant circuit, rectifies the resonant current of the second power receiving resonant circuit, and supplies power to the load.
- the first power receiving coil is a planar spiral coil
- the second power receiving coil is a cylindrical solenoid coil.
- the first power receiving coil and the second power receiving coil are arranged in a state where the direction perpendicular to the plane of the spiral coil and the cylindrical axis of the solenoid coil are non-parallel.
- the power adding circuit adds the DC output of the first rectifier circuit and the DC output of the second rectifier circuit in subsequent stages of the first rectifier circuit and the second rectifier circuit, respectively, and supplies power to the load.
- the first power receiving coil and the second power receiving coil can be appropriately arranged according to the shape of the casing of the wireless power receiving device, and even if magnetic flux interlinks with the casing in a plurality of different directions, Either the first power receiving coil or the second power receiving coil can efficiently receive power. Since the DC output obtained from the first power receiving coil and the DC output obtained from the second power receiving coil are added together and supplied to the load, efficient power reception is possible regardless of the posture of the wireless power receiving device. Become.
- power can be efficiently received by increasing the degree of freedom in positioning the power receiving device regardless of the positioning position of the wireless power receiving device on the power transmission stand (power transmission coil), and it is possible to efficiently receive power without depending on the position of the wireless power receiving device on the power transmission stand (power transmission coil). Also, by effectively utilizing each of the planar spatial area and the cylindrical spatial area, it is possible to realize a small power receiving device with excellent power receiving performance.
- FIG. 1 is a circuit diagram of a wireless power receiving device according to an embodiment of the present invention.
- 2(A), FIG. 2(B), FIG. 2(C), and FIG. 2(D) are diagrams showing a schematic structure of a wireless power receiving device according to an embodiment of the present invention.
- FIG. 3 is an external perspective view of a wireless power receiving device according to an embodiment of the present invention.
- FIG. 4(A) is a plan view showing an example of a planar spiral coil
- FIG. 4(B) is a sectional view taken along line EE in FIG. 4(A).
- FIG. 5(A) is a side view of the solenoid coil
- FIG. 5(B) is an end view of the solenoid coil. 6(A), FIG. 6(B), and FIG.
- FIGS. 7(A) and 7(B) are diagrams showing a schematic structure of a wireless power receiving device according to a derivative example of the embodiment of the present invention.
- a wireless power receiving device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
- FIG. 1 is a circuit diagram of a wireless power receiving device according to an embodiment of the present invention.
- the wireless power receiving device 10 includes a power receiving coil 211, a power receiving coil 221, a power receiving coil 231, a power receiving coil 241, a capacitor 212, a capacitor 222, a capacitor 232, and a capacitor 242.
- the wireless power receiving device 10 also includes a rectifier circuit 31, a rectifier circuit 32, a rectifier circuit 33, a rectifier circuit 34, a power addition circuit 40, a control circuit 50, a voltage conversion circuit 61, a charge/discharge control circuit 62, a secondary battery 71, a load 72.
- a capacitor 212 is connected in parallel to the power receiving coil 211.
- a power receiving resonant circuit 210 is configured by a parallel circuit of a power receiving coil 211 and a capacitor 212.
- a capacitor 222 is connected in parallel to the power receiving coil 221 .
- a power receiving resonant circuit 220 is configured by a parallel circuit of a power receiving coil 221 and a capacitor 222.
- a capacitor 232 is connected in parallel to the power receiving coil 231.
- a power receiving resonant circuit 230 is configured by a parallel circuit of a power receiving coil 231 and a capacitor 232.
- a capacitor 242 is connected in parallel to the power receiving coil 241 .
- a power receiving resonant circuit 240 is configured by a parallel circuit of a power receiving coil 241 and a capacitor 242.
- the power receiving coil 211 and the power receiving coil 221 correspond to the "first power receiving coil” of the present invention
- the power receiving coil 231 and the power receiving coil 241 correspond to the "second power receiving coil” of the present invention.
- Capacitor 212 and capacitor 222 correspond to the "first resonant capacitor” of the present invention
- capacitor 232 and capacitor 242 correspond to the "second resonant capacitor” of the present invention.
- the power receiving resonant circuit 210 and the power receiving resonant circuit 220 correspond to the "first power receiving resonant circuit” of the present invention
- the power receiving resonant circuit 230 and the power receiving resonant circuit 240 correspond to the "second power receiving resonant circuit” of the present invention.
- the output terminal of the power receiving resonant circuit 210 is connected to the input terminal of the rectifier circuit 31, and the output terminal of the power receiving resonant circuit 220 is connected to the input terminal of the rectifier circuit 32.
- the output terminal of the power receiving resonant circuit 230 is connected to the input terminal of the rectifier circuit 33
- the output terminal of the power receiving resonant circuit 240 is connected to the input terminal of the rectifier circuit 34 .
- the rectifier circuit 31 and the rectifier circuit 32 correspond to the "first rectifier circuit" of the present invention
- the rectifier circuit 33 and the rectifier circuit 34 correspond to the "second rectifier circuit" of the present invention.
- the output terminal of the rectifier circuit 31, the output terminal of the rectifier circuit 32, the output terminal of the rectifier circuit 33, and the output terminal of the rectifier circuit 34 are connected to the power addition circuit 40.
- the output terminal of the power addition circuit 40 is connected to the control circuit 50 and the input terminal of the voltage conversion circuit 61.
- the output terminal of the voltage conversion circuit 61 is connected to the input terminal of the charge/discharge control circuit 62.
- An output terminal of the charge/discharge control circuit 62 is connected to a secondary battery 71 and a load 72.
- the secondary battery 71 is, for example, a thin battery. Thereby, the secondary battery 71 can be easily accommodated in the casing 100, which will be described later, and the size of the casing 100 can be suppressed.
- the load 72 is a circuit or the like that executes the function of a device realized by the wireless power receiving device 10, and for example, if the wireless power receiving device 10 is a hearing aid, it is configured by a microphone, an audio signal amplification circuit, etc.
- the power receiving coil 211, the power receiving coil 221, the power receiving coil 231, and the power receiving coil 241 each generate a power receiving current by coupling with an external magnetic field. More specifically, when a device equipped with the wireless power receiving device 10 is placed on a power feeding stand, the power receiving coil 211, the power receiving coil 221, the power receiving coil 231, and the power receiving coil 241 are activated by the current flowing through the power feeding coil of the power feeding stand. It combines with the generated alternating magnetic field and generates a receiving current. At this time, the magnitude of the power receiving current generated by each of the power receiving coil 211, the power receiving coil 221, the power receiving coil 231, and the power receiving coil 241 differs depending on the mounting posture of the device with respect to the power feeding table.
- the resonance frequencies of the power receiving resonant circuit 210, the power receiving resonant circuit 220, the power receiving resonant circuit 230, and the power receiving resonant circuit 240 are adjusted to the frequency of the alternating magnetic field (in other words, the drive frequency for generating the power feeding current of the power feeding device). .
- an electromagnetic resonance field is formed between the power feeding coil and the power receiving coil coupled to the alternating magnetic field in the power receiving coil 211, the power receiving coil 221, the power receiving coil 231, and the power receiving coil 241.
- the frequency of the alternating magnetic field is, for example, 6.78 MHz or 13.56 MHz. This allows the ISM band to be used for wireless power supply.
- the power reception resonance circuit 210 outputs a resonance current based on the power reception current of the power reception coil 211.
- the power reception resonance circuit 220 outputs a resonance current based on the power reception current of the power reception coil 221.
- the power reception resonance circuit 230 outputs a resonance current based on the power reception current of the power reception coil 231.
- the power reception resonance circuit 240 outputs a resonance current based on the power reception current of the power reception coil 241 .
- the rectifier circuit 31 rectifies the resonant current of the power receiving resonant circuit 210 and outputs a first direct current.
- the rectifier circuit 32 rectifies the resonant current of the power receiving resonant circuit 220 and outputs a second direct current.
- the rectifier circuit 33 rectifies the resonant current of the power receiving resonant circuit 230 and outputs a third direct current.
- the rectifier circuit 34 rectifies the resonant current of the power receiving resonant circuit 240 and outputs a third direct current.
- the power addition circuit 40 is configured by an OR circuit.
- the power addition circuit 40 adds the first DC current, the second DC current, the third DC current, and the fourth DC current, and outputs an added composite current. DC power resulting from this added combined current is supplied to the secondary battery 71 and the load 72 through the voltage conversion circuit 61 and the like.
- the power addition circuit 40 includes a diode D41, a diode D42, a diode D43, a diode D44, and a resistor R40.
- the anode of the diode D41 is connected to the Hi-side output terminal of the rectifier circuit 31.
- the anode of the diode D42 is connected to the Hi-side output terminal of the rectifier circuit 32.
- the anode of the diode D43 is connected to the Hi-side output terminal of the rectifier circuit 33.
- the anode of the diode D44 is connected to the Hi-side output terminal of the rectifier circuit 34.
- the cathode of the diode D41, the cathode of the diode D42, the cathode of the diode D43, and the cathode of the diode D44 are connected to each other and to the Hi-side output terminal of the power addition circuit 40.
- the resistor R40 is connected between the Hi side output terminal and the Low side output terminal of the power adding circuit 40.
- the control circuit 50 is driven by receiving the output power of the power addition circuit 40 and controls the operation of the voltage conversion circuit 61 and the charge/discharge control circuit 62.
- the voltage conversion circuit 61 converts the input voltage from the power addition circuit 40 into a predetermined voltage value and outputs it to the charge/discharge control circuit 62.
- the charge/discharge control circuit 62 outputs a charging current for charging the secondary battery 71 using the power supplied from the voltage conversion circuit 61. Further, the charge/discharge control circuit 62 outputs the current input from the secondary battery 71 to the load 72. That is, power is supplied from the secondary battery 71 to the load 72 .
- FIG. 2(A), FIG. 2(B), FIG. 2(C), and FIG. 2(D) are diagrams showing a schematic structure of a wireless power receiving device according to an embodiment of the present invention.
- 2(A), FIG. 2(B), FIG. 2(C), and FIG. 2(D) are views of the wireless power receiving device viewed from different directions.
- FIG. 3 is an external perspective view of a wireless power receiving device according to an embodiment of the present invention.
- the wireless power receiving device 10 includes a housing 100.
- the housing 100 includes a surface 101, a surface 102, a surface 103, a surface 104, a surface 105, and a surface 106.
- the housing 100 of the wireless power receiving device 10 has a shape that matches the shape of the auricle, the shape will be explained below focusing on parts related to the main points of the invention.
- the surface 101 and the surface 102 are surfaces substantially parallel to the x-axis direction and the z-axis direction, and are separated by a predetermined distance in the y-axis direction.
- Surface 101 and surface 102 are substantially parallel and face each other.
- the surface 103 is connected to one end side of the surfaces 101 and 102 in the z-axis direction.
- the surface 104 is connected to the other end sides of the surfaces 101 and 102 in the z-axis direction.
- the surface 105 is connected to one end side of the surfaces 101 and 102 in the x-axis direction.
- the surface 106 is connected to the other end of the surfaces 101 and 102 in the x-axis direction.
- the length in the z-axis direction on one end side in the x-axis direction is longer than the length in the z-axis direction on the other end side in the x-axis direction. That is, in the surfaces 101 and 102, the region 110 on the side connected to the surface 105 is wider than the region 120 on the side connected to the surface 106.
- Each circuit element that realizes the above-described circuit configuration is built into the casing 100 having such a shape.
- these circuit elements are mounted on a circuit board, and the circuit board on which these circuit elements are mounted is housed in the casing 100.
- the circuit board may be a solid board or a flexible board.
- the power receiving coil 211, the power receiving coil 221, the power receiving coil 231, and the power receiving coil 241 have the following shapes and are arranged in the housing 100 as described below.
- the power receiving coil 211 and the power receiving coil 221 are planar spiral coils.
- FIG. 4(A) is a plan view showing an example of a planar spiral coil
- FIG. 4(B) is a sectional view taken along line EE in FIG. 4(A). Note that although FIGS. 4A and 4B illustrate the power receiving coil 211 as an example, the power receiving coil 221 also has a similar configuration.
- the power receiving coil 211 includes a wound linear conductor 2110, an insulating support film 2111, and a magnetic sheet 2112.
- the linear conductor 2110 is formed on the first surface of the insulating support film 2111.
- the magnetic sheet 2112 is placed on the second surface of the insulating support film 2111.
- the linear conductor 2110 and the magnetic sheet 2112 are arranged in parallel.
- the power receiving coil 211 is coupled with a high degree of coupling to the magnetic flux in the direction perpendicular to the plane on which the linear conductor 2110 is formed.
- the power receiving coil 231 and the power receiving coil 241 are cylindrical (for example, cylindrical) solenoid coils.
- FIG. 5(A) is a side view of the solenoid coil
- FIG. 5(B) is an end view of the solenoid coil. Note that although the power receiving coil 231 is illustrated as an example in FIGS. 5A and 5B, the power receiving coil 241 also has a similar configuration.
- the power receiving coil 231 includes a cylindrical and spiral linear conductor 2310 and a cylindrical magnetic core 2311.
- the magnetic core 2311 is arranged in a space inside the spiral of the linear conductor 2310.
- the power receiving coil 231 is coupled to the magnetic flux in the axial direction of the spiral with a high degree of coupling.
- each power receiving coil in the housing As shown in FIG. 2(A), FIG. 2(B), FIG. 2(C), FIG. 2(D), and FIG. Placed. At this time, the receiving coil 211 is arranged so that the plane formed by the wound linear conductor 2110 and the surface 101 are approximately parallel (the x-axis of the housing 100 and the x1-axis of the receiving coil 211 are approximately parallel). ), arranged so that Further, the power receiving coil 211 is arranged in the housing 100 such that the linear conductor 2110 is arranged closer to the surface 101 than the magnetic sheet 2112 is.
- the power receiving coil 221 is arranged inside the housing 100 at a position close to the surface 102. At this time, the receiving coil 221 is arranged so that the plane formed by the wound linear conductor is approximately parallel to the surface 102 (the x axis of the housing 100 and the x1 axis of the receiving coil 221 are approximately parallel to each other). ), arranged. Further, the power receiving coil 221 is arranged in the housing 100 such that the linear conductor is arranged closer to the surface 102 than the magnetic sheet.
- the power receiving coil 211 and the power receiving coil 221 are arranged in the region 110 of the housing 100. Thereby, even if the housing 100 is small, the power receiving coil 211 and the power receiving coil 221 are arranged at a position with a large area in the housing 100. Therefore, the planar area of the power receiving coil 211 and the power receiving coil 221 can be increased, and the power receiving current can be increased.
- the axial direction (z2-axis direction) of the helical linear conductor 2310 is parallel to the z-axis direction of the housing 100 (the direction in which the surfaces 103 and 104 are arranged at a distance). It is arranged in the housing 100 as shown in FIG.
- the power receiving coil 231 is arranged in the region 110 of the housing 100.
- the distance between surface 103 and surface 104 is long. Therefore, the receiving coil 231, which has a longer length in the axial direction (z2-axis direction) than in other directions (x2-axis direction and y2-axis direction), can be placed between the surfaces 103 and 104, that is, within the housing 100. .
- the receiving coil 241 is arranged such that the axial direction (z2-axis direction) of the helical linear conductor is parallel to the x-axis direction (the direction in which the surfaces 105 and 106 are arranged at a distance) of the housing 100. is placed in the housing 100.
- the power receiving coil 241 is arranged in the region 120 in the housing 100.
- region 120 although the distance between surfaces 103 and 104 is short, the distance in the direction in which surfaces 105 and 106 are arranged at a distance is long. Therefore, the receiving coil 241, which has a longer length in the axial direction (z2-axis direction) than in other directions (x2-axis direction and y2-axis direction), can be placed between the surfaces 105 and 106, that is, within the housing 100. . Furthermore, it can be arranged at a position that does not overlap the power receiving coil 231 or the power receiving coils 211 and 221 in the x-axis direction of the housing 100.
- the direction perpendicular to the plane of the planar spiral coils (power receiving coil 211, power receiving coil 221) and the axial direction of the solenoid coils (power receiving coil 231, power receiving coil 241) are non-parallel. , are arranged in the housing 100.
- the power receiving coil 211 and the power receiving coil 221 are coupled to the magnetic flux parallel to the y-axis direction of the housing 100 with a high degree of coupling.
- the power receiving coil 231 couples with a magnetic flux parallel to the z-axis direction of the housing 100 with a high degree of coupling.
- the power receiving coil 241 couples with a magnetic flux parallel to the x-axis direction of the housing 100 with a high degree of coupling.
- planar spiral coils (power receiving coil 211, power receiving coil 221) are coupled with a high degree of coupling to magnetic flux parallel to the y-axis direction
- the solenoid coils (power receiving coil 231, power receiving coil 241) are coupled to the magnetic flux parallel to the y-axis direction, respectively. It couples with a high degree of coupling to magnetic flux parallel to the direction and the z-axis direction.
- any one of the power receiving coils 211, 221, 231, and 241 is coupled with a high degree of coupling to magnetic flux in any direction.
- planar spiral coils power receiving coil 211, power receiving coil 221) and solenoid coils (power receiving coil 231, power receiving coil 241) each having a different shape according to the shape of the housing 100, wireless communication is possible.
- the power receiving device 10 can incorporate these power receiving coils into the casing 100 even if the casing 100 is small.
- FIG. 6(A), FIG. 6(B), and FIG. 6(C) are diagrams showing a case where a wireless power receiving device is placed on a power feeding stand and power is fed.
- the wireless power receiving device 10 is placed on the power feeding stand 190 to receive power.
- Power supply stand 190 has a power supply surface 191 .
- the feeding coil 199 is a planar spiral coil.
- the feeding coil 199 is arranged near the feeding surface 191 and parallel to the feeding surface 191 . Thereby, the magnetic flux generated by the current flowing through the power feeding coil 199 is in a direction substantially perpendicular to the power feeding surface 191 near the power feeding surface 191.
- the wireless power receiving device 10 is placed on the power feeding surface 191 of the power feeding stand 190 such that the surface 101 is close to (or in contact with) the power feeding surface 191.
- the magnetic flux is oriented perpendicular to the plane of the power receiving coil 211, and the power receiving coil 211 is coupled to the magnetic flux with a high degree of coupling. As a result, a high power receiving current is output from the power receiving coil 211.
- the power receiving coil 221 when the surface 102 is close to the power feeding surface 191, the power receiving coil 221 is coupled to the magnetic flux with a high degree of coupling, and a high power receiving current is output from the power receiving coil 221.
- the wireless power receiving device 10 is placed on the power feeding surface 191 of the power feeding stand 190 so that the surface 104 is close to (or in contact with) the power feeding surface 191.
- the magnetic flux is approximately parallel to the axial direction of the power receiving coil 231, and the power receiving coil 231 is coupled to the magnetic flux with a high degree of coupling. As a result, a high power receiving current is output from the power receiving coil 231.
- the power receiving coil 231 is coupled to the magnetic flux with a high degree of coupling, and a high power receiving current is output from the power receiving coil 231.
- the wireless power receiving device 10 is placed on the power feeding surface 191 of the power feeding stand 190 such that the surface 106 is close to (or in contact with) the power feeding surface 191.
- the magnetic flux is approximately parallel to the axial direction of the power receiving coil 241, and the power receiving coil 241 is coupled to the magnetic flux with a high degree of coupling. As a result, a high power receiving current is output from the power receiving coil 241.
- the power receiving coil 241 is coupled to the magnetic flux with a high degree of coupling, and a high power receiving current is output from the power receiving coil 241.
- one of the power receiving coils 211, 221, 231, and 241 generates electricity due to the current of the power feeding coil 199. It can couple with high degree of coupling to magnetic flux, and can output high receiving current.
- the wireless power receiving device 10 can convert the output currents of the power receiving coil 211 , the power receiving coil 221 , the power receiving coil 231 , and the power receiving coil 241 into DC currents and then add the DC currents and supply the DC currents to the secondary battery 71 and the load 72 . Therefore, the wireless power receiving device 10 can efficiently receive power and supply power to the secondary battery 71 and the load 72 regardless of the orientation of the power feeding stand 190 (power feeding coil 199).
- FIGS. 7(A) and 7(B) are diagrams showing a schematic structure of a wireless power receiving device according to a derivative example of the embodiment of the present invention. 7(A) and 7(B) are diagrams of the wireless power receiving device viewed from different directions.
- the wireless power receiving device 10A includes a housing 100A.
- the housing 100A includes a front surface 101A, a back surface 102A, and a side surface 103A.
- the surface 101A has an area where a dial etc. can be placed.
- the back surface 102A is arranged parallel to the front surface 101A at a position facing the front surface 101A with a predetermined distance therebetween.
- the side surface 103A is orthogonal to the front surface 101A and the back surface 102A, and is connected to the outer periphery of the front surface 101A and the back surface 102A.
- the casing 100A has a large surface area 101A and a small thickness (the side surface 103A is low).
- the power receiving coil 211, the power receiving coil 231, and the power receiving coil 241 are arranged inside the housing 100A.
- the power receiving coil 211 is arranged in the housing 100A so that the plane of the power receiving coil 211 is substantially parallel to the surface 101A. With this configuration, the area of the power receiving coil 211 can be increased.
- the power receiving coil 231 and the power receiving coil 241 are arranged in the housing 100A so that their respective axial directions are parallel to the surface 101A. With this configuration, even if the housing 100A is thin, the power receiving coil 231 and the power receiving coil 241 can be arranged.
- the direction perpendicular to the plane of the receiving coil 211 made of a planar spiral coil, the axial direction of the receiving coil 231 made of a cylindrical solenoid coil, and the axial direction of the receiving coil 241 made of a cylindrical solenoid coil. are orthogonal to each other.
- the wireless power receiving device 10A similarly to the wireless power receiving device 10, can suppress a decrease in power receiving efficiency due to the arrangement posture on the power feeding stand (power feeding coil).
- each of the power receiving coils 211, 231, and 241 is appropriately arranged according to the shape of the casing 100A of the wireless power receiving device 10A, so that the wireless power receiving device 10A can The casing 100A can be downsized.
- a mode was shown in which a plurality of at least one of a planar spiral coil and a cylindrical solenoid coil is arranged, but there may be one of both. However, it is better to include both a planar spiral coil and a cylindrical solenoid coil, and have a total of three or more, because it can couple with the magnetic flux of any of the orthogonal three axes with a high degree of coupling.
- the direction perpendicular to the plane of the planar spiral coil and the axial direction of the cylindrical solenoid coil are perpendicular to each other.
- the direction perpendicular to the plane of the planar spiral coil and the axial direction of the cylindrical solenoid coil are non-parallel.
- the manner in which the planar spiral coil and the cylindrical solenoid coil are arranged may be determined based on the shape of the casing and a plurality of possible mounting manners on the power supply stand.
- a hearing aid and a wristwatch are shown as examples, but the shape of the casing of the wireless power receiving device is not limited to this.
- the above-mentioned configuration can be applied more effectively and can produce the above-mentioned effects.
- a first power receiving coil and a second power receiving coil each generating a power receiving current by coupling with an external magnetic field; a load driven by power based on the received current; a first power receiving resonant circuit configured to include the first power receiving coil and a first resonant capacitor; a second power receiving resonant circuit configured to include the second power receiving coil and a second resonant capacitor; a first rectifier circuit connected to the first power receiving resonant circuit, rectifying the resonant current of the first power receiving resonant circuit and supplying power to the load; a second rectifier circuit connected to the second power receiving resonant circuit, rectifying the resonant current of the second power receiving resonant circuit and supplying power to the load; Equipped with The first power receiving coil is a planar spiral coil, The second power receiving coil is a cylindrical solenoid coil, The first power receiving coil and the second power receiving coil are arranged in a state in which a direction perpendicular to a plane of the spiral coil
- ⁇ 4> The wireless power receiving device according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 3>, wherein the plane of the spiral coil and the cylindrical axis of the solenoid coil are perpendicular to each other.
- ⁇ 5> Any one of ⁇ 1> to ⁇ 4>, wherein the spiral coil includes a wound linear conductor and a magnetic sheet arranged in parallel to the wound conductor.
- ⁇ 6> The solenoid coil according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 5>, wherein the solenoid coil includes a helical linear conductor and a magnetic core disposed inside the helical linear conductor. Wireless power receiving device.
- ⁇ 7> The wireless power receiving device according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 6>, wherein the frequency of the external magnetic field is 6.78 MHz or 13.56 MHz.
- ⁇ 8> The wireless power receiving device according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 7>, wherein the first resonant frequency of the first power receiving resonant circuit and the second resonant frequency of the second power receiving resonant circuit are the same.
- ⁇ 9> The wireless power receiving device according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 8>, wherein the load includes a secondary battery and a charge/discharge control circuit that controls charging of the secondary battery.
- D41, D42, D43, D44 Diode R40: Resistor 10, 10A: Wireless power receiving device 31, 32, 33, 34: Rectifier circuit 40: Power addition circuit 50: Control circuit 61: Voltage conversion circuit 62: Charge/discharge control circuit 71: Secondary battery 72: Load 100, 100A: Housing 190: Power feeding stand 191: Power feeding surface 199: Power feeding coils 210, 220, 230, 240: Power receiving resonance circuits 211, 221, 231, 241: Power receiving coils 212, 222 , 232, 242: Capacitor 2110: Linear conductor 2111: Insulating support film 2112: Magnetic sheet 2310: Linear conductor 2311: Magnetic core
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Abstract
ワイヤレス受電装置(10)は、受電コイル(211、221、231、241)、受電共振回路(210、220、230、240)、整流回路(31-34)を備える。受電コイル(211、221、231、241)は、外部磁界に結合することでそれぞれに受電電流を発生する。受電共振回路(210)は、受電コイル(211)とキャパシタ(212)を含んで構成され、受電共振回路(220)は、受電コイル(221)とキャパシタ(222)を含んで構成され、受電共振回路(230)は、受電コイル(231)とキャパシタ(232)を含んで構成され、受電共振回路(240)は、受電コイル(241)とキャパシタ(242)を含んで構成される。整流回路(31-34)は、それぞれ受電共振回路(210、220、230、240)に接続され、共振電流を整流する。受電コイル(211、221)は、平面型のスパイラルコイルであり、受電コイル(231、241)は、円筒型のソレノイドコイルである。スパイラルコイルの平面とソレノイドコイルの円筒形の軸とが非平行な状態で、受電コイル(211、221)と受電コイル(231、241)とは配置される。電力加算回路(40)は、整流回路(31-34)の後段において、整流回路(31-34)の直流出力を加算し、負荷(72)に電力を供給する。
Description
本発明は、複雑な形状の筐体に受電コイルを備えたワイヤレス受電装置に関する。
特許文献1には、耳介の形状に作られた筐体と、この筐体内に配置されたコイル部材とを備える補聴器が記載されている。
特許文献1に記載の補聴器では、コイル部材が2個用いられている。2個のコイル部材は、平面型のコイルであり、互いに平行に配置される。
しかしながら、特許文献1に記載の構成では、送電台(送電コイル)に対して、補聴器を特定の姿勢で配置しなければ、効率的に電力を受電できなかった。
特に、補聴器のような複雑な立体形状の筐体を有するデバイスの場合、常に同じ姿勢で送電台に配置されるとは限らず、受電できない場合や、大幅に受電効率が低下する場合があった。
したがって、本発明の目的は、送電台(送電コイル)への配置姿勢による受電効率の低下を抑制できるワイヤレス受電装置を提供することにある。
この発明のワイヤレス受電装置は、第1受電コイル、第2受電コイル、負荷、第1受電共振回路、第2受電共振回路、第1整流回路、第2整流回路を備える。第1受電コイルおよび第2受電コイルは、外部磁界に結合することでそれぞれに受電電流を発生する。負荷は、受電電流に基づく電力で駆動する。第1受電共振回路は、第1受電コイルと第1共振キャパシタを含んで構成され、第2受電共振回路は、第2受電コイルと第2共振キャパシタを含んで構成される。第1整流回路は、第1受電共振回路に接続され、第1受電共振回路の共振電流を整流して負荷に電力供給する。第2整流回路は、第2受電共振回路に接続され、第2受電共振回路の共振電流を整流して負荷に電力供給する。
第1受電コイルは、平面型のスパイラルコイルであり、第2受電コイルは、円筒型のソレノイドコイルである。スパイラルコイルの平面に直交する方向とソレノイドコイルの円筒形の軸とが非平行な状態で、第1受電コイルと第2受電コイルとは配置される。電力加算回路は、第1整流回路と第2整流回路のそれぞれ後段において、第1整流回路の直流出力と第2整流回路の直流出力とを加算し、負荷に電力を供給する。
この構成では、ワイヤレス受電装置の筐体の形状に応じて、第1受電コイルと第2受電コイルとを適切に配置でき、筐体に対して複数の異なる方向で磁束が鎖交しても、第1受電コイルまたは第2受電コイルのいずれかが効率的な受電を行える。そして、第1受電コイルから得られる直流出力と、第2受電コイルから得られる直流出力とが加算して負荷に供給されるので、ワイヤレス受電装置の姿勢によらず、効率的な受電が可能になる。
この発明によれば、ワイヤレス受電装置の送電台(送電コイル)への配置姿勢によらずに受電デバイスの配置自由度を大きくして効率的に受電でき、かつ、複雑な立体形状の筐体においても、平面的な空間領域と円筒的な空間領域のそれぞれを有効に活用して、小型で受電性能に優れた受電デバイスを実現することができる。
本発明の実施形態に係るワイヤレス受電装置について、図を参照して説明する。
(ワイヤレス受電装置10の回路構成)
(接続構成)
図1は、本発明の実施形態に係るワイヤレス受電装置の回路図である。
(接続構成)
図1は、本発明の実施形態に係るワイヤレス受電装置の回路図である。
図1に示すように、ワイヤレス受電装置10は、受電コイル211、受電コイル221、受電コイル231、受電コイル241、キャパシタ212、キャパシタ222、キャパシタ232、および、キャパシタ242を備える。
また、ワイヤレス受電装置10は、整流回路31、整流回路32、整流回路33、整流回路34、電力加算回路40、制御回路50、電圧変換回路61、充放電制御回路62、二次電池71、負荷72を備える。
受電コイル211には、キャパシタ212が並列接続される。受電コイル211とキャパシタ212との並列回路によって、受電共振回路210が構成される。受電コイル221には、キャパシタ222が並列接続される。受電コイル221とキャパシタ222との並列回路によって、受電共振回路220が構成される。
受電コイル231には、キャパシタ232が並列接続される。受電コイル231とキャパシタ232との並列回路によって、受電共振回路230が構成される。受電コイル241には、キャパシタ242が並列接続される。受電コイル241とキャパシタ242との並列回路によって、受電共振回路240が構成される。
受電コイル211、受電コイル221が、本発明の「第1受電コイル」に対応し、受電コイル231、受電コイル241が、本発明の「第2受電コイル」に対応する。キャパシタ212、キャパシタ222が、本発明の「第1共振キャパシタ」に対応し、キャパシタ232、キャパシタ242が、本発明の「第2共振キャパシタ」に対応する。受電共振回路210、受電共振回路220が、本発明の「第1受電共振回路」に対応し、受電共振回路230、受電共振回路240が、本発明の「第2受電共振回路」に対応する。
受電共振回路210の出力端子は、整流回路31の入力端子に接続され、受電共振回路220の出力端子は、整流回路32の入力端子に接続される。受電共振回路230の出力端子は、整流回路33の入力端子に接続され、受電共振回路240の出力端子は、整流回路34の入力端子に接続される。整流回路31、整流回路32が、本発明の「第1整流回路」に対応し、整流回路33、整流回路34が、本発明の「第2整流回路」に対応する。
整流回路31の出力端子、整流回路32の出力端子、整流回路33の出力端子、整流回路34の出力端子は、電力加算回路40に接続される。
電力加算回路40の出力端子は、制御回路50、および、電圧変換回路61の入力端子に接続される。電圧変換回路61の出力端子は、充放電制御回路62の入力端子に接続される。充放電制御回路62の出力端子は、二次電池71および負荷72に接続される。
二次電池71は、例えば、薄型電池である。これにより、二次電池71は、後述する筐体100内に収容しやすく、筐体100の大型化を抑制できる。
負荷72は、ワイヤレス受電装置10で実現するデバイスの機能を実行する回路等であり、例えば、ワイヤレス受電装置10が補聴器の場合、マイクロフォン、音声信号の増幅回路等によって構成される。
(ワイヤレス受電装置10の動作)
受電コイル211、受電コイル221、受電コイル231、受電コイル241は、外部磁界に結合することでそれぞれに受電電流を発生する。より具体的には、ワイヤレス受電装置10が搭載されたデバイスを給電台に載置したとき、受電コイル211、受電コイル221、受電コイル231、受電コイル241は、給電台の給電コイルに流れる電流によって発生する交番磁界に結合し、受電電流を発生する。この際、給電台に対するデバイスの載置姿勢によって、受電コイル211、受電コイル221、受電コイル231、受電コイル241のそれぞれが発生する受電電流の大きさは異なる。
受電コイル211、受電コイル221、受電コイル231、受電コイル241は、外部磁界に結合することでそれぞれに受電電流を発生する。より具体的には、ワイヤレス受電装置10が搭載されたデバイスを給電台に載置したとき、受電コイル211、受電コイル221、受電コイル231、受電コイル241は、給電台の給電コイルに流れる電流によって発生する交番磁界に結合し、受電電流を発生する。この際、給電台に対するデバイスの載置姿勢によって、受電コイル211、受電コイル221、受電コイル231、受電コイル241のそれぞれが発生する受電電流の大きさは異なる。
この際、受電共振回路210、受電共振回路220、受電共振回路230、受電共振回路240の共振周波数を、交番磁界の周波数(言い換えれば、給電装置の給電電流を発生するための駆動周波数)に合わせる。これにより、受電コイル211、受電コイル221、受電コイル231、受電コイル241における交番磁界に結合している受電コイルと、給電コイルとの間には、電磁界共鳴フィールドが形成される。この結果、低損失な受電が可能になる。なお、交番磁界の周波数は、例えば、6.78MHzまたは13.56MHzである。これにより、ワイヤレス給電に、ISM帯を利用できる。
受電共振回路210からは、受電コイル211の受電電流に基づく共振電流が出力される。受電共振回路220からは、受電コイル221の受電電流に基づく共振電流が出力される。受電共振回路230からは、受電コイル231の受電電流に基づく共振電流が出力される。受電共振回路240からは、受電コイル241の受電電流に基づく共振電流が出力される。
整流回路31は、受電共振回路210の共振電流を整流して、第1直流電流を出力する。整流回路32は、受電共振回路220の共振電流を整流して、第2直流電流を出力する。整流回路33は、受電共振回路230の共振電流を整流して、第3直流電流を出力する。整流回路34は、受電共振回路240の共振電流を整流して、第3直流電流を出力する。
電力加算回路40は、論理和回路によって構成される。電力加算回路40は、第1直流電流、第2直流電流、第3直流電流、および、第4直流電流を加算して、加算合成電流を出力する。この加算合成電流による直流電力が、電圧変換回路61等を通して、二次電池71や負荷72に供給される。
より具体的な回路構成として、電力加算回路40は、ダイオードD41、ダイオードD42、ダイオードD43、ダイオードD44、抵抗器R40を備える。ダイオードD41のアノードは、整流回路31のHi側出力端子に接続される。ダイオードD42のアノードは、整流回路32のHi側出力端子に接続される。ダイオードD43のアノードは、整流回路33のHi側出力端子に接続される。ダイオードD44のアノードは、整流回路34のHi側出力端子に接続される。ダイオードD41のカソード、ダイオードD42のカソード、ダイオードD43のカソード、および、ダイオードD44のカソードは、互いに接続され、電力加算回路40のHi側出力端子に接続される。抵抗器R40は、電力加算回路40のHi側出力端子とLow側出力端子との間に接続される。
制御回路50は、電力加算回路40の出力電力を受けて駆動し、電圧変換回路61と充放電制御回路62の動作制御を行う。
制御回路50からの制御を受けて、電圧変換回路61は、電力加算回路40からの入力電圧を、所定の電圧値に変換して、充放電制御回路62に出力する。制御回路50からの制御を受けて、充放電制御回路62は、電圧変換回路61から供給される電力によって、二次電池71の充電に充電電流を出力する。また、充放電制御回路62は、二次電池71から入力された電流を負荷72に出力する。すなわち、二次電池71から負荷72に電力供給される。なお、ここでは、充放電制御回路62および二次電池71と負荷72とを個別に備える態様を示したが、充放電制御回路62および二次電池71は、負荷72の一部として含まれていてもよい。
(ワイヤレス受電装置10の構造)
図2(A)、図2(B)、図2(C)、図2(D)は、本発明の実施形態に係るワイヤレス受電装置の概略構造を示す図である。図2(A)、図2(B)、図2(C)、図2(D)は、ワイヤレス受電装置をそれぞれ異なる方向から視た図である。図3は、本発明の実施形態に係るワイヤレス受電装置の外観斜視図である。なお、以下では、形状を分かり易く説明するために、x軸方向、y軸方向、z軸方向を用いて説明するが、x軸、y軸、z軸は、それぞれが直交する3軸というだけの意味である。
図2(A)、図2(B)、図2(C)、図2(D)は、本発明の実施形態に係るワイヤレス受電装置の概略構造を示す図である。図2(A)、図2(B)、図2(C)、図2(D)は、ワイヤレス受電装置をそれぞれ異なる方向から視た図である。図3は、本発明の実施形態に係るワイヤレス受電装置の外観斜視図である。なお、以下では、形状を分かり易く説明するために、x軸方向、y軸方向、z軸方向を用いて説明するが、x軸、y軸、z軸は、それぞれが直交する3軸というだけの意味である。
図2(A)、図2(B)、図2(C)、図2(D)、図3に示すように、ワイヤレス受電装置10は、筐体100を備える。筐体100は、面101、面102、面103、面104、面105、面106を備える。なお、ワイヤレス受電装置10の筐体100は、耳介の形状に合わせた形状であるが、以下では、発明のポイントに関連する箇所に絞って形状を説明する。
面101と面102とは、x軸方向およびz軸方向に略平行な面であり、y軸方向に所定距離で離れている。面101と面102とは略平行であり、互いに対向する。面103は、面101と面102とのz軸方向の一方端の端辺に連接する。面104は、面101と面102とのz軸方向の他方端の端辺に連接する。面105は、面101と面102とのx軸方向の一方端の端辺に連接する。面106は、面101と面102とのx軸方向の他方端の端辺に連接する。
ここで、面101および面102では、x軸方向の一方端側のz軸方向の長さは、x軸方向の他方端側のz軸方向の長さよりも長い。すなわち、面101および面102は、面105に連接する側の領域110が、面106に連接する側の領域120よりも広い。
このような形状の筐体100に対して、上述の回路構成を実現する各回路素子が内蔵される。概略的には、これらの回路素子は、回路基板に実装され、これらの回路素子が実装された回路基板が、筐体100に内蔵される。回路基板は、ソリッド基板であってもフレキシブル基板であってもよい。
(受電コイルの構造)
このような構成において、受電コイル211、受電コイル221、受電コイル231、受電コイル241は、下記のような形状で、下記のように筐体100に配置される。
このような構成において、受電コイル211、受電コイル221、受電コイル231、受電コイル241は、下記のような形状で、下記のように筐体100に配置される。
受電コイル211および受電コイル221は、平面型のスパイラルコイルである。図4(A)は、平面型のスパイラルコイルの一例を示す平面図であり、図4(B)は、図4(A)のE-E断面図である。なお、図4(A)、図4(B)では、受電コイル211を例に図示しているが、受電コイル221も同様の構成を備える。
受電コイル211は、巻回形の線状導電体2110、絶縁性支持フィルム2111、および、磁性シート2112を備える。線状導電体2110は、絶縁性支持フィルム2111の第1面に形成される。磁性シート2112は、絶縁性支持フィルム2111の第2面に配置される。磁性シート2112は、線状導電体2110と磁性シート2112とは、並行に配置される。
このような構成によって、受電コイル211は、線状導電体2110が形成される平面に直交する方向の磁束に高い結合度で結合する。
受電コイル231および受電コイル241は、筒型(例えば、円筒型)のソレノイドコイルである。図5(A)は、ソレノイドコイルの側面図であり、図5(B)は、ソレノイドコイルの端面図である。なお、図5(A)、図5(B)では、受電コイル231を例に図示しているが、受電コイル241も同様の構成を備える。
受電コイル231は、円筒型で螺旋形の線状導電体2310と円柱型の磁芯2311とを備える。磁芯2311は、線状導電体2310の螺旋の内側の空間に配置されている。
このような構成によって、受電コイル231は、螺旋の軸方向の磁束に高い結合度で結合する。
(各受電コイルの筐体への配置態様)
図2(A)、図2(B)、図2(C)、図2(D)、図3に示すように、受電コイル211は、筐体100の内部における、面101に近接する位置に配置される。この際、受電コイル211は、巻回形の線状導電体2110が形成する平面と面101とが略平行になるように(筐体100のx軸と受電コイル211のx1軸とが略平行になるように)、配置される。また、受電コイル211は、線状導電体2110が磁性シート2112よりも面101側に配置されるように、筐体100に配置される。
図2(A)、図2(B)、図2(C)、図2(D)、図3に示すように、受電コイル211は、筐体100の内部における、面101に近接する位置に配置される。この際、受電コイル211は、巻回形の線状導電体2110が形成する平面と面101とが略平行になるように(筐体100のx軸と受電コイル211のx1軸とが略平行になるように)、配置される。また、受電コイル211は、線状導電体2110が磁性シート2112よりも面101側に配置されるように、筐体100に配置される。
受電コイル221は、筐体100の内部における、面102に近接する位置に配置される。この際、受電コイル221は、巻回形の線状導電体が形成する平面と面102とが略平行になるように(筐体100のx軸と受電コイル221のx1軸とが略平行になるように)、配置される。また、受電コイル221は、線状導電体が磁性シートよりも面102側に配置されるように、筐体100に配置される。
受電コイル211および受電コイル221は、筐体100における領域110に配置される。これにより、受電コイル211および受電コイル221は、筐体100が小さくても、その筐体100における面積の大きな位置に配置される。したがって、受電コイル211および受電コイル221の平面面積を大きくでき、受電電流を大きくできる。
受電コイル231は、螺旋形の線状導電体2310の軸方向(z2軸方向)が筐体100のz軸方向(面103と面104とが距離をおいて配置される方向)に平行になるように、筐体100に配置される。
この際、受電コイル231は、筐体100における領域110に配置される。領域110では、面103と面104との距離が長い。したがって、軸方向(z2軸方向)の長さが他の方向(x2軸方向およびy2軸方向)よりも長い受電コイル231を、面103と面104との間、すなわち筐体100内に配置できる。
受電コイル241は、螺旋形の線状導電体の軸方向(z2軸方向)が筐体100のx軸方向(面105と面106とが距離をおいて配置される方向)に平行になるように、筐体100に配置される。
この際、受電コイル241は、筐体100における領域120に配置される。領域120では、面103と面104との距離が短いものの、面105と面106とが距離をおいて配置される方向の距離が長い。したがって、軸方向(z2軸方向)の長さが他の方向(x2軸方向およびy2軸方向)よりも長い受電コイル241を、面105と面106との間、すなわち筐体100内に配置できる。さらに、筐体100のx軸方向において受電コイル231や受電コイル211、221に重ならない位置に配置できる。
このような配置態様によって、平面型のスパイラルコイル(受電コイル211、受電コイル221)の平面に直交する方向と、ソレノイドコイル(受電コイル231、受電コイル241)の軸方向とが非平行な状態で、筐体100に配置される。
この構成によって、受電コイル211および受電コイル221は、筐体100のy軸方向に平行な磁束に高い結合度で結合する。受電コイル231は、筐体100のz軸方向に平行な磁束に高い結合度で結合する。受電コイル241は、筐体100のx軸方向に平行な磁束に高い結合度で結合する。すなわち、平面型のスパイラルコイル(受電コイル211、受電コイル221)は、y軸方向に平行な磁束に高い結合度で結合し、ソレノイドコイル(受電コイル231、受電コイル241)は、それぞれにx軸方向およびz軸方向に平行な磁束に高い結合度で結合する。
この結果、ワイヤレス受電装置10は、いずれの方向の磁束に対しても、受電コイル211、受電コイル221、受電コイル231、および、受電コイル241のいずれかの受電コイルが高い結合度で結合する。
そして、それぞれに形状が異なる平面型のスパイラルコイル(受電コイル211、受電コイル221)とソレノイドコイル(受電コイル231、受電コイル241)とを筐体100の形状に応じて適宜配置することで、ワイヤレス受電装置10は、筐体100が小型であっても、これらの受電コイルを筐体100に内蔵できる。
(給電台190への載置態様と受電態様)
図6(A)、図6(B)、図6(C)は、給電台にワイヤレス受電装置を載置して給電を行った場合を示す図である。
図6(A)、図6(B)、図6(C)は、給電台にワイヤレス受電装置を載置して給電を行った場合を示す図である。
図6(A)、図6(B)、図6(C)に示すように、ワイヤレス受電装置10は、給電台190上に載置されることで、給電される。給電台190は、給電面191を有する。給電コイル199は、平面型のスパイラルコイルである。給電コイル199は、給電面191の近傍に配置され、給電面191に平行に配置される。これにより、給電コイル199に流れる電流によって発生する磁束は、給電面191付近では給電面191に略直交する方向になる。
図6(A)の場合、ワイヤレス受電装置10は、面101が給電面191に近接(または当接)するように、給電台190の給電面191に載置される。この場合、磁束は、受電コイル211の平面に直交する向きとなり、受電コイル211が磁束に高い結合度で結合する。これにより、受電コイル211から高い受電電流が出力される。
なお、図示を省略しているが、面102が給電面191に近接する場合は、受電コイル221が磁束に高い結合度で結合し、受電コイル221から高い受電電流が出力される。
図6(B)の場合、ワイヤレス受電装置10は、面104が給電面191に近接(または当接)するように、給電台190の給電面191に載置される。この場合、磁束は、受電コイル231の軸方向と略平行になり、受電コイル231が磁束に高い結合度で結合する。これにより、受電コイル231から高い受電電流が出力される。
なお、図示を省略しているが、面103が給電面191に近接する場合も、受電コイル231が磁束に高い結合度で結合し、受電コイル231から高い受電電流が出力される。
図6(C)の場合、ワイヤレス受電装置10は、面106が給電面191に近接(または当接)するように、給電台190の給電面191に載置される。この場合、磁束は、受電コイル241の軸方向と略平行になり、受電コイル241が磁束に高い結合度で結合する。これにより、受電コイル241から高い受電電流が出力される。
なお、図示を省略しているが、面105が給電面191に近接する場合も、受電コイル241が磁束に高い結合度で結合し、受電コイル241から高い受電電流が出力される。
以上のように、ワイヤレス受電装置10は、給電台190への載置状態に応じて、受電コイル211、受電コイル221、受電コイル231、受電コイル241のいずれかが、給電コイル199の電流によって発生する磁束に高い結合度で結合し、高い受電電流を出力できる。
そして、ワイヤレス受電装置10は、受電コイル211、受電コイル221、受電コイル231、受電コイル241の各出力電流を直流電流にした後に加算して、二次電池71や負荷72に供給できる。したがって、ワイヤレス受電装置10は、給電台190(給電コイル199)への配置姿勢によらず、効率的に受電でき、二次電池71や負荷72に電力を供給できる。
(派生例)
上述の説明では、ワイヤレス受電装置10として適用されるデバイスが補聴器の場合を示したが、他のデバイスにも適用できる。図7(A)、図7(B)は、本発明の実施形態の派生例に係るワイヤレス受電装置の概略構造を示す図である。図7(A)、図7(B)は、ワイヤレス受電装置をそれぞれ異なる方向から視た図である。
上述の説明では、ワイヤレス受電装置10として適用されるデバイスが補聴器の場合を示したが、他のデバイスにも適用できる。図7(A)、図7(B)は、本発明の実施形態の派生例に係るワイヤレス受電装置の概略構造を示す図である。図7(A)、図7(B)は、ワイヤレス受電装置をそれぞれ異なる方向から視た図である。
図7(A)、図7(B)に示すように、ワイヤレス受電装置10Aが適用されるデバイスは、腕時計である。ワイヤレス受電装置10Aは、筐体100Aを備える。筐体100Aは、表面101A、裏面102A、側面103Aを備える。表面101Aは、文字盤等が配置可能な面積を有する。裏面102Aは、表面101Aに対して平行に、且つ、所定距離を置いて対向する位置に配置される。側面103Aは、表面101Aおよび裏面102Aに直交し、表面101Aと裏面102Aの外周に連接する。
筐体100Aは、表面101Aの面積が大きく、厚みが薄い(側面103Aが低い)形状である。
受電コイル211、受電コイル231、受電コイル241は、筐体100Aの内部に配置される。
受電コイル211は、受電コイル211の平面が表面101Aに略平行になるように、筐体100Aに配置される。この構成によって、受電コイル211の面積を大きくできる。
受電コイル231および受電コイル241は、それぞれの軸方向が表面101Aに平行になるように、筐体100Aに配置される。この構成によって、筐体100Aが薄くても、受電コイル231および受電コイル241を配置できる。
そして、この構成では、平面型のスパイラルコイルからなる受電コイル211の平面に直交する方向、筒型のソレノイドコイルからなる受電コイル231の軸方向、筒型のソレノイドコイルからなる受電コイル241の軸方向は、それぞれに直交する。
これにより、ワイヤレス受電装置10Aは、ワイヤレス受電装置10と同様に、給電台(給電コイル)への配置姿勢による受電効率の低下を抑制できる。この際、上述のように、各受電コイル211、231、241は、ワイヤレス受電装置10Aの筐体100Aの形状に応じて適正に配置されるので、受電効率を低下させることなく、ワイヤレス受電装置10Aの筐体100Aを小型化できる。
なお、上述の実施形態では、平面型のスパイラルコイルと筒型のソレノイドコイルの少なくとも一方が複数個配置される態様を示したが、両方が1個であってもよい。しかしながら、平面型のスパイラルコイルと筒型のソレノイドコイルの両方を含み、合計で3個以上とすることで、直交三軸のいずれかの磁束に高い結合度で結合できるため、より良い。
また、上述の実施形態では、平面型のスパイラルコイルの平面に直交する方向と、筒型のソレノイドコイルの軸方向とが直交する態様を示した。しかしながら、平面型のスパイラルコイルの平面に直交する方向と、筒型のソレノイドコイルの軸方向とは、非平行な状態であればよい。この場合、平面型のスパイラルコイルと筒型のソレノイドコイルとの配置態様は、筐体の形状、および、考えられる給電台への複数の載置態様によって決定すればよい。
また、上述の実施形態では、補聴器、腕時計を例に示したが、ワイヤレス受電装置の筐体の形状はこれに限らず、単純な立体形状とは異なり、複数の立体形状が組み合わされるような形状に対して、上述の構成は、より有効に適用でき、上述の作用効果を奏することができる。
<1> 外部磁界に結合することでそれぞれに受電電流を発生する第1受電コイルおよび第2受電コイルと、
前記受電電流に基づく電力で駆動する負荷と、
前記第1受電コイルと第1共振キャパシタを含んで構成された第1受電共振回路と、
前記第2受電コイルと第2共振キャパシタを含んで構成された第2受電共振回路と、
前記第1受電共振回路に接続され、前記第1受電共振回路の共振電流を整流して前記負荷に電力供給する第1整流回路と、
前記第2受電共振回路に接続され、前記第2受電共振回路の共振電流を整流して前記負荷に電力供給する第2整流回路と、
を備え、
前記第1受電コイルは、平面型のスパイラルコイルであり、
前記第2受電コイルは、筒型のソレノイドコイルであり、
前記スパイラルコイルの平面に直交する方向と前記ソレノイドコイルの円筒形の軸とが非平行な状態で、前記第1受電コイルと前記第2受電コイルは配置され、
前記第1整流回路と前記第2整流回路のそれぞれ後段において、前記第1整流回路の整流電流と前記第2整流回路の整流電流を加算し、前記負荷に電力を供給する電流加算回路を備える、ワイヤレス受電装置。
前記受電電流に基づく電力で駆動する負荷と、
前記第1受電コイルと第1共振キャパシタを含んで構成された第1受電共振回路と、
前記第2受電コイルと第2共振キャパシタを含んで構成された第2受電共振回路と、
前記第1受電共振回路に接続され、前記第1受電共振回路の共振電流を整流して前記負荷に電力供給する第1整流回路と、
前記第2受電共振回路に接続され、前記第2受電共振回路の共振電流を整流して前記負荷に電力供給する第2整流回路と、
を備え、
前記第1受電コイルは、平面型のスパイラルコイルであり、
前記第2受電コイルは、筒型のソレノイドコイルであり、
前記スパイラルコイルの平面に直交する方向と前記ソレノイドコイルの円筒形の軸とが非平行な状態で、前記第1受電コイルと前記第2受電コイルは配置され、
前記第1整流回路と前記第2整流回路のそれぞれ後段において、前記第1整流回路の整流電流と前記第2整流回路の整流電流を加算し、前記負荷に電力を供給する電流加算回路を備える、ワイヤレス受電装置。
<2> 前記電流加算回路は、論理和回路を構成する、<1>に記載のワイヤレス受電装置。
<3> 前記論理和回路は、ダイオードを用いて構成する、<2>に記載のワイヤレス受電装置。
<4> 前記スパイラルコイルの平面と前記ソレノイドコイルの円筒形の軸とは、直交する、<1>乃至<3>のいずれかに記載のワイヤレス受電装置。
<5> 前記スパイラルコイルは、巻回形の線状導電体と、前記巻回形の導電体に対して平行して配置された磁性シートとを備える、<1>乃至<4>のいずれかに記載のワイヤレス受電装置。
<6> 前記ソレノイドコイルは、螺旋形の線状導電体と、前記螺旋形の線状導電体の内側に配置された磁芯とを備える、<1>乃至<5>のいずれかに記載のワイヤレス受電装置。
<7> 前記外部磁界の周波数は、6.78MHzまたは13.56MHzである、<1>乃至<6>のいずれかに記載のワイヤレス受電装置。
<8> 前記第1受電共振回路の第1共振周波数と前記第2受電共振回路の第2共振周波数とは、同じである、<1>乃至<7>のいずれかに記載のワイヤレス受電装置。
<9> 前記負荷は、二次電池と、前記二次電池の充電を制御する充放電制御回路と、を備える、<1>乃至<8>のいずれかに記載のワイヤレス受電装置。
<10> 前記二次電池は、薄型電池である、<9>に記載のワイヤレス受電装置。
D41、D42、D43、D44:ダイオード
R40:抵抗器
10、10A:ワイヤレス受電装置
31、32、33、34:整流回路
40:電力加算回路
50:制御回路
61:電圧変換回路
62:充放電制御回路
71:二次電池
72:負荷
100、100A:筐体
190:給電台
191:給電面
199:給電コイル
210、220、230、240:受電共振回路
211、221、231、241:受電コイル
212、222、232、242:キャパシタ
2110:線状導電体
2111:絶縁性支持フィルム
2112:磁性シート
2310:線状導電体
2311:磁芯
R40:抵抗器
10、10A:ワイヤレス受電装置
31、32、33、34:整流回路
40:電力加算回路
50:制御回路
61:電圧変換回路
62:充放電制御回路
71:二次電池
72:負荷
100、100A:筐体
190:給電台
191:給電面
199:給電コイル
210、220、230、240:受電共振回路
211、221、231、241:受電コイル
212、222、232、242:キャパシタ
2110:線状導電体
2111:絶縁性支持フィルム
2112:磁性シート
2310:線状導電体
2311:磁芯
Claims (10)
- 外部磁界に結合することでそれぞれに受電電流を発生する第1受電コイルおよび第2受電コイルと、
前記受電電流に基づく電力で駆動する負荷と、
前記第1受電コイルと第1共振キャパシタを含んで構成された第1受電共振回路と、
前記第2受電コイルと第2共振キャパシタを含んで構成された第2受電共振回路と、
前記第1受電共振回路に接続され、前記第1受電共振回路の共振電流を整流して前記負荷に電力供給する第1整流回路と、
前記第2受電共振回路に接続され、前記第2受電共振回路の共振電流を整流して前記負荷に電力供給する第2整流回路と、
を備え、
前記第1受電コイルは、平面型のスパイラルコイルであり、
前記第2受電コイルは、筒型のソレノイドコイルであり、
前記スパイラルコイルの平面に直交する方向と前記ソレノイドコイルの円筒形の軸とが非平行な状態で、前記第1受電コイルと前記第2受電コイルは配置され、
前記第1整流回路と前記第2整流回路のそれぞれ後段において、前記第1整流回路の整流電流と前記第2整流回路の整流電流を加算し、前記負荷に電力を供給する電流加算回路を備える、
ワイヤレス受電装置。 - 前記電流加算回路は、論理和回路を構成する、
請求項1に記載のワイヤレス受電装置。 - 前記論理和回路は、ダイオードを用いて構成する、
請求項2に記載のワイヤレス受電装置。 - 前記スパイラルコイルの平面と前記ソレノイドコイルの円筒形の軸とは、直交する、
請求項1乃至請求項3のいずれかに記載のワイヤレス受電装置。 - 前記スパイラルコイルは、巻回形の線状導電体と、前記巻回形の導電体に対して平行して配置された磁性シートとを備える、
請求項1乃至請求項4のいずれかに記載のワイヤレス受電装置。 - 前記ソレノイドコイルは、螺旋形の線状導電体と、前記螺旋形の線状導電体の内側に配置された磁芯とを備える、
請求項1乃至請求項5のいずれかに記載のワイヤレス受電装置。 - 前記外部磁界の周波数は、6.78MHzまたは13.56MHzである、
請求項1乃至請求項6のいずれかに記載のワイヤレス受電装置。 - 前記第1受電共振回路の第1共振周波数と前記第2受電共振回路の第2共振周波数とは、同じである、
請求項1乃至請求項7のいずれかに記載のワイヤレス受電装置。 - 前記負荷は、二次電池と、前記二次電池の充電を制御する充放電制御回路と、を備える、
請求項1乃至請求項8のいずれかに記載のワイヤレス受電装置。 - 前記二次電池は、薄型電池である、
請求項9に記載のワイヤレス受電装置。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2022-069822 | 2022-04-21 | ||
JP2022069822 | 2022-04-21 |
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---|---|
WO2023204226A1 true WO2023204226A1 (ja) | 2023-10-26 |
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Family Applications (1)
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PCT/JP2023/015536 WO2023204226A1 (ja) | 2022-04-21 | 2023-04-19 | ワイヤレス受電装置 |
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WO (1) | WO2023204226A1 (ja) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH01206482A (ja) * | 1988-02-13 | 1989-08-18 | Hitachi Zosen Corp | 電子カード |
WO2015163296A1 (ja) * | 2014-04-24 | 2015-10-29 | 株式会社村田製作所 | 受電アンテナ |
US20180062441A1 (en) * | 2016-09-01 | 2018-03-01 | Sanjaya Maniktala | Segmented and Longitudinal Receiver Coil Arrangements for Wireless Power Transfer |
-
2023
- 2023-04-19 WO PCT/JP2023/015536 patent/WO2023204226A1/ja unknown
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Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
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