JP7043006B2

JP7043006B2 - 無線給電式発光部品および無線給電システム

Info

Publication number: JP7043006B2
Application number: JP2018188791A
Authority: JP
Inventors: 弘祖父江; 実柴田; 浩美永井
Original assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Current assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Priority date: 2018-10-04
Filing date: 2018-10-04
Publication date: 2022-03-29
Anticipated expiration: 2038-10-04
Also published as: CN111002781A; CN111002781B; JP2020058195A

Description

本明細書の技術分野は、無線給電により発光する無線給電式発光部品および無線給電システムに関する。

近年、スマートフォンなどの携帯通信端末、その他の電子機器類に対して、無線給電する技術が活発に研究開発されてきている。また、車両用の電子デバイスに対しても、無線給電する技術が開発されてきている。

例えば、特許文献１には、カーエアコンの操作部に無線給電する技術が開示されている。カーエアコンの周囲に送電コイルを配置することにより、カーエアコンの風向を調整する操作部のＬＥＤに電力を供給するようにしている（特許文献１の図８）。

特開２０１６－２９２１号公報

カーエアコン等の車載部品には、車種によってデザイン性を重視することがある。デザイン性の高い内装を実現するために、操作部に金属部材を採用したいというニーズがある。ユーザーの需要を喚起するためである。

例えば、ユーザーが操作するつまみに、リング状の金属部材を用いると仮定する。受電コイルの近くにリング状の金属部材があると、その金属部材に渦電流が流れる。この渦電流は、送電コイルが形成する磁界を打ち消す方向に流れる。この渦電流が形成する磁界により、受電コイルの近傍で磁界が弱くなってしまう。そうすると、受電コイルに流れる電流が弱くなる。つまり、無線給電の効率が極端に低下するおそれがある。

本明細書の技術が解決しようとする課題は、デザイン性の向上のために受電コイルの近傍に金属部材を配置することにより受電コイルに流れる電流が減少することを抑制できる無線給電式発光部品および無線給電システムを提供することである。

第１の態様における無線給電式発光部品は、ユーザーが操作するためのグリップと、発光装置と、発光装置を駆動する電力を供給する受電コイルと、グリップに連結される金属部材と、を有する。グリップは、非金属であるとともに円筒形状である。発光装置および受電コイルは、グリップの円筒形状の内部に収容されている。金属部材は、Ｃ形である。

この無線給電式発光部品は、ユーザーが操作する操作部である。ユーザーが視認しやすいようにこの操作部は発光する。操作部は電源からの電気配線をしにくい位置に配置されているため、無線給電により操作部は発光する。ここで、金属部材がＣ形であるため、送電コイルが形成する磁界を金属部材が渦電流により打ち消すことおそれがほとんどない。つまり、リング状に近い金属部材を備えているにもかかわらず、高い無線給電式発光部品は、高い給電効率を備えている。

本明細書では、デザイン性の向上のために受電コイルの近傍に金属部材を配置することにより受電コイルに流れる電流が減少することを抑制できる無線給電式発光部品および無線給電システムが提供されている。

第１の実施形態における車両の内部の様子を示す模式図である。第１の実施形態の無線給電システムの概略構成を示す模式図である。第１の実施形態におけるノブを示す斜視図である。第１の実施形態におけるノブの部品展開図である。第１の実施形態における送電コイルと筐体との固定状態を示す図（その１）である。第１の実施形態における送電コイルと筐体との固定状態を示す図（その２）である。図６のVII-VII 断面の一部を示す部分断面図である。第１の実施形態における送電コイルの形状を示す図である。第１の実施形態の無線給電システムの回路を模式的に示す図である。第１の実施形態の変形例における送電コイルと筐体との取付を説明するための図である。

以下、具体的な実施形態について、無線給電式発光部品および無線給電システムを例に挙げて説明する。しかし、本明細書の技術はこれらの実施形態に限定されるものではない。

（第１の実施形態）
１．車載部品
図１は、車両の内部の様子を示す模式図である。図１に示すように、車両の運転席の正面にはインストルメントパネルＩＰがある。インストルメントパネルＩＰには、複数のカーエアコンＣＡ１が設けられている。カーエアコンＣＡ１は、筐体１６０と、ユーザーが風向を調整するためのノブＮ１と、を有する。ノブＮ１は、ユーザーがカーエアコンＣＡ１の風向を調整するための操作部である。ノブＮ１は、発光することができるようになっている。車内が暗い場合であっても、ユーザーがノブＮ１の位置を容易に把握することができるからである。

２．無線給電システム
図２は、第１の実施形態の無線給電システム１００の概略構成を示す模式図である。無線給電システム１００は、磁界結合式の無線給電を行う。図２に示すように、無線給電システム１００は、１個の送電コイル１１０と、２個の受電コイル１２０と、送電回路１３０と、受電回路１４０と、発光装置１５０と、筐体１６０と、を有する。

図２では、受電コイル１２０を概念的に示すために、受電コイル１２０の形状が四角形に近い形状で描かれている。しかし、実際には、後述するように、受電コイル１２０の形状は、つるまきばねに近い形状である。

無線給電システム１００の共振周波数は、６．７８ＭＨｚである。そのため、送電コイル１１０および受電コイル１２０に流れる電流の周波数は６．７８ＭＨｚである。送電コイル１１０のＬＣ回路の共振周波数も６．７８ＭＨｚである。受電コイル１２０のＬＣ回路の共振周波数も６．７８ＭＨｚである。送電回路１３０が送電コイル１１０に流す電流の周波数も６．７８ＭＨｚである。実際には、狙った周波数からわずかにずれる場合がある。また、例示として６．７８ＭＨｚを挙げたが、例えば、５００ｋＨｚ以上１５ＭＨｚの共振周波数を採用してもよい。また、上記以外の共振周波数を用いてもよい。

送電コイル１１０は、受電コイル１２０の周囲に磁界を形成するためのコイルである。送電コイル１１０は、後述するコンデンサーと直列に接続されている。送電コイル１１０は、線材からなる。線材として、例えば、単線、リッツ線が挙げられる。送電コイル１１０の材質は、例えば、銅が挙げられる。送電コイル１１０は、２つの四辺形を囲むような形状をしている。送電コイル１１０は、空芯である。送電コイル１１０の巻き数は１以上３以下であるとよい。もちろん、この数値範囲に限らない。なお、図２では、送電コイル１１０の巻き数は１である。

受電コイル１２０は、発光装置１５０を駆動する電力を供給するためのものである。受電コイル１２０は、送電コイル１１０が形成する磁界により電流を発生させる。受電コイル１２０は、後述するコンデンサーと直列に接続されている。受電コイル１２０は、線材からなる。線材として、例えば、単線、リッツ線が挙げられる。受電コイル１２０の材質は、例えば、銅が挙げられる。

送電回路１３０は、送電コイル１１０に流す交流電圧を発振するための回路である。送電回路１３０は、６．７８ＭＨｚの交流電流を発生させる。

受電回路１４０は、受電コイル１２０に流れる電流を発光装置１５０に適した電流に変換するための回路である。具体的には、受電コイル１２０の交流電圧を発光装置１５０を駆動させるための直流電圧に変換する。受電回路１４０は、整流回路等その他の機能を備えていてもよい。

発光装置１５０は、暗い車内であってもノブＮ１の位置をユーザーに分かりやすく示すためのものである。発光装置１５０は、受電コイル１２０からの電力により駆動される電子部品である。発光装置１５０は、カーエアコンのノブＮ１の一部を構成している。発光装置１５０は、半導体発光素子を有する。発光装置１５０は直流電圧により発光する。発光装置１５０は、電子デバイスであり電子部品である。なお、ノブＮ１は、ユーザーが操作する操作部である。ユーザーがノブＮ１の位置を変えることにより、ユーザーはカーエアコンＣＡ１の風向を調整することができる。

筐体１６０は、カーエアコンＣＡ１のハウジングである。つまり、筐体１６０に囲まれた装置は、カーエアコンＣＡ１である。筐体１６０の材質は、例えば、プラスチックである。筐体１６０は、装置のハウジングであるため、その厚みは十分に薄い。

３．操作部（ノブ）
ノブＮ１は、前述のように、ユーザーがカーエアコンＣＡ１の風向を調整するための操作部である。ユーザーがノブＮ１を直接触ることができるように、ノブＮ１の少なくとも一部は、筐体１６０から露出している。

３－１．金属部材
図３は、本実施形態のノブＮ１を示す斜視図である。図３に示すように、ノブＮ１は、金属部材１８０を有している。金属部材１８０は、ノブＮ１のデザイン性を向上させる金属部品である。金属部材１８０は、「Ｃ形」の形状をしている。金属部材１８０は、リング状の切れ目に相当する端部１８１、１８２を有する。端部１８１は、第１の端部である。端部１８２は、第２の端部である。端部１８１と端部１８２とは互いに対面している。

対面する端部１８１と端部１８２との間には隙間が存在する。端部１８１と端部１８２との間の隙間は、０．５ｍｍ以上２ｍｍ以下である。上記の数値範囲は例示であり、上記以外の数値を用いてもよい。

金属部材の材質は、例えば、鉄、銅等が挙げられる。もちろん、これ以外の材質であってもよい。

３－２．ケース
図４は、本実施形態のノブＮ１の部品展開図である。図４に示すように、ノブＮ１は、受電コイル１２０と、受電回路１４０と、発光装置１５０と、ケース１７０と、金属部材１８０と、を有する。

ケース１７０は、ノブＮ１のハウジングである。ケース１７０は、溝１７１と窓１７２とグリップ１７３とを有する。ケース１７０の材質は、非金属である。ケース１７０の材質は、例えば、ゴム等の樹脂、プラスチックである。グリップ１７３は円筒形状である。

溝１７１は、金属部材１８０をはめ込むためのものである。そのため、溝１７１は金属部材１８０のＣ形の形状に対応する形状をしている。ケース１７０は、端部１８１と端部１８２との間の隙間を埋める突起１７１ａを有する。窓１７２は、発光装置１５０からの光をノブＮ１の外部に取り出すためのものである。グリップ１７３は、ユーザーがノブＮ１を摘むための握り部分である。そのため、グリップ１７３は、ケース１７０の外側面に位置している。ユーザーは、グリップ１７３を摘みながらノブＮ１の位置を操作することによりカーエアコンＣＡ１の風向を調整する。

受電コイル１２０と受電回路１４０と発光装置１５０とは、ケース１７０の内部に収容されている。つまり、受電コイル１２０と受電回路１４０と発光装置１５０とは、グリップ１７３の内部に収容されている。そして、金属部材１８０は、グリップ１７３に連結されている。

３－３．受電コイル
図４に示すように、受電コイル１２０は、螺旋形状である。受電コイル１２０は、後述するｚ軸方向に積層するように巻かれている。つまり、同一平面内にコイルが収まるようにコイルを巻くのではなく、コイルが囲む面に垂直なｚ軸方向に積層するようにコイルが巻かれている。

受電コイル１２０の１周分が囲む面の面積は、送電コイル１１０の１周分が囲む面の面積に比べて十分に小さい。送電コイル１１０が囲む面の面積に対する受電コイル１２０が囲む面の面積の比は、１／２００以上１／１０以下の程度である。あくまで目安であり、上記以外の数値であってもよい。

４．送電コイル
４－１．送電コイルと筐体との固定状態
図５は、送電コイル１１０と筐体１６０との固定状態を示す図（その１）である。図５に示すように、筐体１６０の外壁には溝１６１が形成されている。そして、送電コイル１１０は、筐体１６０の溝１６１に収容されるように配置されている。このようにして、送電コイル１１０は、筐体１６０に固定されている。

図６は、送電コイル１１０と筐体１６０との固定状態を示す図（その２）である。図６のように、送電コイル１１０を筐体１６０に固定してもよい。図７は、図６のVII-VII 断面の一部を示す部分断面図である。図６に示すように、筐体１６０の外壁にはツメ１６２が形成されている。送電コイル１１０は、複数のツメ１６２により位置決めされるとともに筐体１６０に固定されている。ツメ１６２は、送電コイル１１０を固定するための支持部材である。

このように、送電コイル１１０を筐体１６０に対して相対的に位置決めし、固定することのできるものであれば、その他の支持部材を用いてもよい。また、筐体１６０と送電コイル１１０とは、一部で接触しているとよい。

なお、筐体１６０の溝１６１または支持部材は、送電コイル１１０を完全に覆うことなく、送電コイル１１０の少なくとも一部は、大気に触れている。つまり、送電コイル１１０は、非導電性材料で封止されているわけではない。

４－２．送電コイルの形状
図８は、送電コイル１１０の形状を示す図である。図８では、送電コイル１１０は１巻である。送電コイル１１０が囲む面は平面である。つまり、送電コイル１１０は、１つの平面上に位置する平面形状である。送電コイル１１０が囲む面を、ｘｙ平面にとる。そして、送電コイル１１０が囲む面に直交する向きにｚ軸をとる。

送電コイル１１０のｘ軸方向の長さは、例えば、１０ｍｍ以上４００ｍｍ以下である。８０ｍｍ以上３５０ｍｍ以下であるとよい。送電コイル１１０のｙ軸方向の長さは、例えば、１０ｍｍ以上４００ｍｍ以下である。５０ｍｍ以上１００ｍｍ以下であるとよい。送電コイル１１０のｚ軸方向の長さは、例えば、０．５ｍｍ以上１０ｍｍ以下である。これらの数値範囲は目安であり、上記以外の数値であってもよい。

図８に示すように、送電コイル１１０は、第１区画１１１と第２区画１１２と連結部１１３とを有する。第１区画１１１は、１つ目のカーエアコンの筐体１６０を囲う部分である。第２区画１１２は、２つ目のカーエアコンの筐体１６０を囲う部分である。連結部１１３は、第１区画１１１と第２区画１１２とを連結する部分である。

第１区画１１１は、４つの辺１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ、１１１ｄを有する。４つの辺１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ、１１１ｄは、それぞれ第１区画１１１の中央付近に磁界を発生させる。このように、４つの辺１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ、１１１ｄが、筐体１６０を囲うため、筐体１６０の周囲に比較的強い磁界が形成される。

第２区画１１２は、４つの辺１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃ、１１２ｄを有する。４つの辺１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃ、１１２ｄは、それぞれ第２区画１１２の中央付近に磁界を発生させる。このように、４つの辺１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃ、１１２ｄが、筐体１６０を囲うため、筐体１６０の周囲に比較的強い磁界が形成される。

このように、送電コイル１１０は、筐体１６０を囲む４つの辺を有する。

辺１１１ｄおよび辺１１２ｄが非常に短いか、存在しない場合に比べて、本実施形態の送電コイル１１０は、より強い磁界を形成することができる。また、送電コイル１１０が辺１１１ｄおよび辺１１２ｄを有するため、送電コイル１１０を筐体１６０に固定しやすい。

５．金属部材と送電コイルとの間の位置関係
金属部材１８０が円環であると仮定した場合の中心軸は、ｚ軸方向に一致するとよい。つまり、平面形状の送電コイル１１０の平面１１０ｓ（図５参照）と、金属部材１８０の平面１８０ｓ（図４参照）とは、平行であるとよい。実際には、ノブＮ１がユーザーにより操作されるので、平面１１０ｓと平面１８０ｓとは必ずしも平行ではない。ただし、平面１１０ｓと平面１８０ｓとがなす角の角度は、０°以上１５°以下であるとよい。この場合には、受信コイル１２０が囲む面と、送電コイル１１０の平面１１０ｓとは、ほぼ平行である。

６．無線給電システムの回路
図９は、本実施形態の無線給電システム１００の回路を模式的に示す図である。図９に示すように、送電コイル１１０は、コンデンサーＣ１とともにＬＣ直列回路を構成する。受電コイル１２０は、コンデンサーＣ２とともにＬＣ直列回路を構成する。前述のように、送電コイル１１０側のＬＣ直列回路の共振周波数と、受電コイル１２０側のＬＣ直列回路の共振周波数とは、等しくなるように回路設計されている。

無線給電システム１００における送電出力は１０Ｗ以下である。例えば、５Ｗである。発光装置１５０を駆動する電圧は、例えば、５Ｖである。もちろん、上記以外の数値であってもよい。発光装置１５０に流れる電流は、１ｍＡ以下である。もちろん、上記以外の数値であってもよい。

なお、図９では、コンデンサーＣ１は、送電回路１３０の外にあるように描かれている。図９は概念的なものであり、コンデンサーＣ１は、送電回路１３０の中にあってもよい。同様に、コンデンサーＣ２は、受電回路１４０の中にあってもよい。

７．本実施形態の効果
カーエアコンの操作部（ノブＮ１）に金属部材１８０を配置することができる。金属部材１８０は、Ｃ形の形状であるため、金属部材１８０の内部で渦電流がほとんど発生しない。そのため、受電コイル１２０に近い領域に金属部材１８０を配置することができる。これにより、車載部品の意匠性と、車載部品における設計の柔軟性とを、向上させることができる。

受電コイル１２０は送電コイル１１０が囲む面内に位置することが好ましいが、車載部品の取付の都合上、ｚ軸方向にずれることがある。無線給電システム１００は磁界結合式を採用しているため、送電コイル１１０と受電コイル１２０との間のｚ軸方向の変位が例えば数十ｃｍ程度あっても、問題無く発光装置１５０に給電することができる。このように、磁界結合式では、送電コイル１１０と受電コイル１２０との距離を比較的長く設定することができる。このように送電コイル１１０と受電コイル１２０とが離れている場合であっても、受電コイル１２０の周囲に金属部材を配置することができる。

８．変形例
８－１．高抵抗部材
ケース１７０の突起１７１ａの箇所に電気抵抗の高い材料を配置してもよい。例えば、端部１８１と端部１８２との間にプラスチック等の絶縁性部材を配置する。これにより、送電コイル１１０が発生させる磁界を金属部材１８０が打ち消すおそれがほとんどない。

８－２．筐体を有する装置
本実施形態の筐体１６０を有する装置は、カーエアコンである。しかし、その他の車載部品に用いることができる。例えば、カーオーディオである。または、車載部品以外の家電製品等であって、ユーザーが操作する操作部を有する装置に対して適用することもできる。

８－３．受電コイル
本実施形態では、受電コイル１２０はノブＮ１の内部に収容されている。しかし、ノブＮ１の外部に受電コイル１２０があってもよい。

８－４．レンズ
本実施形態では、ケース１７０に窓１７２が形成されている。窓１７２の代わりに、ケース１７０とは別体のレンズを配置してもよい。

８－５．送電コイルの取付
図１０は、第１の実施形態の変形例における送電コイル１１０と筐体１６０との取付を説明するための図である。図１０に示すように、ほぼ直方体形状の筐体１６０に対して送電コイル１１０を傾斜させて取り付けてもよい。

８－６．支持部材
筐体１６０に設けられる支持部材は、その他の形状または構造であってもよい。例えば、クリップ、スペーサ―等を採用することができる。

８－７．送電コイルの積層方向
送電コイル１１０を２巻き以上に巻く際には、図４の受電コイル１２０と同様に、ｚ軸方向に積層する。つまり、コイルが囲む面に交差する向きに積層するように、コイルを巻くのである。

８－８．無線給電方式
本実施形態の無線給電システム１００は、磁界結合方式である。第１の実施形態の技術を電磁誘導方式の無線給電システムに適用することもできる。ただし、磁界結合方式のほうが、コイル間距離を大きく設定できるため好ましい。

８－９．組み合わせ
上記の変形例を自由に組み合わせてもよい。

（付記）
第１の態様における無線給電式発光部品は、ユーザーが操作するためのグリップと、グリップの内部に収容される発光装置と、発光装置を駆動する電力を供給する受電コイルと、グリップに連結される金属部材と、を有する。金属部材は、Ｃ形である。

第２の態様における無線給電式発光部品においては、金属部材は、対面する第１の端部と第２の端部とを有する。第１の端部と第２の端部との間に、絶縁性部材が配置されている。

第３の態様における無線給電式発光部品は、カーエアコンの操作部である。

第４の態様における無線給電式発光部品は、受電コイルと直列に接続されたコンデンサーを有する。

１００…無線給電システム
１１０…送電コイル
１２０…受電コイル
１３０…送電回路
１４０…受電回路
１５０…発光装置
１６０…筐体
１７０…ケース
１７１…溝
１７２…窓
１７３…グリップ
１８０…金属部材
１８１…端部
１８２…端部
Ｎ１…ノブ

Claims

ユーザーが操作するためのグリップと、
発光装置と、
前記発光装置を駆動する電力を供給する受電コイルと、
前記グリップに連結される金属部材と、
を有し、
前記グリップは、
非金属であるとともに円筒形状であり、
前記発光装置および前記受電コイルは、
前記グリップの前記円筒形状の内部に収容されており、
前記金属部材は、
Ｃ形であること
を特徴とする無線給電式発光部品。
ユーザーが操作するためのグリップと、
前記グリップの内部に収容される発光装置と、
前記発光装置を駆動する電力を供給する受電コイルと、
前記グリップに連結される金属部材と、
を有し、
前記金属部材は、
Ｃ形であり、
前記グリップは、
非金属であるとともに円筒形状であり、
前記金属部材は、
前記グリップの前記円筒形状の一端の外周部に配置されていること
を特徴とする無線給電式発光部品。
請求項１または請求項２に記載の無線給電式発光部品において、
前記金属部材は、
対面する第１の端部と第２の端部とを有し、
前記第１の端部と前記第２の端部との間に、
絶縁性部材が配置されていること
を特徴とする無線給電式発光部品。
カーエアコンと、
ユーザーが操作するためのグリップと、
発光装置と、
送電コイルと、
前記発光装置を駆動する電力を供給する受電コイルと、
前記グリップに連結される金属部材と、
を有し、
前記グリップは、
非金属であるとともに円筒形状であり、
前記カーエアコンの風向を調整するための操作部であり、
前記発光装置および前記受電コイルは、
前記グリップの前記円筒形状の内部に収容されており、
前記金属部材は、
Ｃ形であること
を特徴とする無線給電システム。
請求項４に記載の無線給電システムにおいて、
前記送電コイルが囲む面の面積に対する前記受電コイルが囲む面の面積の比は、
１／２００以上１／１０以下であること
を特徴とする無線給電システム。