JP7259952B2 - ワイヤレス給電システムの受電装置、電子機器 - Google Patents

Description

本発明は、ワイヤレス給電によって受電する受電装置に関する。

特許文献１は、ワイヤレス充電方式に用いられる充電池を記載している。特許文献１に記載の充電池は、円筒状の電池本体と受電コイルとを備える。受電コイルは、電池本体の外周側面に高々１重に巻かれている。

特許文献２は、非接触充電対応型二次電池を記載している。特許文献２に記載の非接触充電対応二次電池は、複数の受電コイルを備える。複数の受電コイルは、それぞれに環状である。

国際公開第２０１４／１８１４６２号 特許第５７９８４０７号明細書

しかしながら、特許文献１の充電池は、充電池の設置状態によって、高い電力効率で電力を受電できないことがある。また、特許文献２に記載の非接触充電対応型二次電池では、送電コイルとの結合に寄与しない受電コイルが存在してしまう。このような受電コイルは、受電効率を低下させてしまう。

したがって、本発明の目的は、高い電力効率で電力をより確実に受電できるワイヤレス給電システムの受電装置を提供することである。

この発明のワイヤレス給電システムの受電装置は、二次電池を収容可能な形状の外装と、外装内に配置される受電コイルと、外装内に配置され、受電コイルに電気的に接続された受電回路、および、二次電池への充電を担う充電回路および放電を担う放電出力部と、を備える。外装は、受電コイルが近接する第１部材と、第１部材と組み合わせて外装を形成する第２部材と、を備える。第１部材は、第２部材に比べて外部の送電コイルに近い側に配置され、第２部材とは異なる形状を有し、受電コイルと送電コイルとの磁気結合は、受電コイルを第２部材の近傍に設置する場合に比べて大きくなる構造を備える。

この構成では、第１部材が第２部材よりも近接することで、受電コイルは、送電コイルに近接する。したがって、受電コイルと送電コイルの磁気結合を向上できる。

この発明によれば、ワイヤレス給電システムにおいて、高い電力効率で電力をより確実に受電できる。

図１は、第１の実施形態に係る受電装置の分解斜視図である。 図２は、第１の実施形態に係る受電装置の外観斜視図である。 図３（Ａ）は、第１の実施形態に係る受電装置の平面図であり、図３（Ｂ）は、第１の実施形態に係る受電装置の第１端面図であり、図３（Ｃ）は、第１の実施形態に係る受電装置の第２端面図であり、図３（Ｄ）は、第１の実施形態に係る受電装置の側面図である。 図４は、第１の実施形態に係る受電装置の側面断面図である。 図５は、第１の実施形態に係る受電装置の構成を示す側面分解図である。 図６は、第１の実施形態に係る受電装置の端面断面図である。 図７は、受電装置を充電する状態を示す外観斜視図である。 図８（Ａ）は、第１の実施形態に係る受電装置を電子機器に装着した状態を示す斜視図であり、図８（Ｂ）は、その分解斜視図である。 図９（Ａ）は、第１の実施形態に係る受電装置を電子機器に装着した状態を示す側面図であり、図９（Ｂ）は、その分解図である。 図１０は、電子機器に装着された受電装置を充電する状態を示す外観斜視図である。 図１１は、第１の実施形態に係る受電装置およびワイヤレス給電システムの回路構成を示す概略的な回路図である。 図１２は、第２の実施形態に係る受電装置の構成を示す分解斜視図である。 図１３（Ａ）、図１３（Ｂ）は、受電装置の外装の派生例の外観斜視図である。 図１４（Ａ）、図１４（Ｂ）、および、図１４（Ｃ）は、受電装置の外装の派生例の外観斜視図である。 図１５は、受電装置の回路構成の派生例を示す概略的な回路図である。 図１６は、受電装置の回路構成の派生例を示す概略的な回路図である。

（第１実施形態）
本発明の第１の実施形態に係るワイヤレス給電システムの受電装置、および、この受電装置が装着される電子機器について、図を参照して説明する。図１は、第１の実施形態に係る受電装置の分解斜視図である。図２は、第１の実施形態に係る受電装置の外観斜視図である。図３（Ａ）は、第１の実施形態に係る受電装置の平面図であり、図３（Ｂ）は、第１の実施形態に係る受電装置の第１端面図であり、図３（Ｃ）は、第１の実施形態に係る受電装置の第２端面図であり、図３（Ｄ）は、第１の実施形態に係る受電装置の側面図である。図４は、第１の実施形態に係る受電装置の側面断面図である。図５は、第１の実施形態に係る受電装置の構成を示す側面分解図である。図６は、第１の実施形態に係る受電装置の端面断面図である。なお、各図における寸法は、説明を分かり易くするために、適宜調整している。

図１、図２、図３（Ａ）－図３（Ｄ）、図４、図５、図６に示すように、受電装置１０は、第１外装部材２１、第２外装部材２２、受電コイル部材３０、磁性シート４０、回路基板５０、二次電池６０、正極用電極７１、負極用電極７２、基板固定部材５００、導光部材５９０、および、正極用アダプタ電極７１１を備える。

（外装の構成）
第１外装部材２１および第２外装部材２２は、絶縁性材料（例えば、絶縁性樹脂）からなる。概略的には、第１外装部材２１と第２外装部材２２とが嵌合することで、本発明の「外装」が形成される。第１外装部材２１が、本発明の「第１部材」に対応し、第２外装部材２２が、本発明の「第２部材」に対応する。

第１外装部材２１は、壁２１１、２個の壁２１２、壁２１３、および、壁２１４を有する。

壁２１１は、直交する２方向であるＸ方向およびＹ方向に広がる形状であり、平面視において、略矩形であり、平板状である。壁２１１は、Ｘ方向に長く、Ｙ方向に短い形状である。

２個の壁２１２は、壁２１１の平板面から直交する方向に延びる形状である。２個の壁２１２は、壁２１１のＸ方向に沿った側辺に沿って延びる形状である。２個の壁２１２は、壁２１１における２側辺にそれぞれ配置される。

壁２１３および壁２１４は、壁２１１の平板面から直交する方向に延びる形状である。壁２１３および壁２１４は、壁２１１のＹ方向に沿った端辺に沿って延びる形状である。壁２１３は、壁２１１のＹ方向の一方端に配置され、壁２１４は、壁２１１のＹ方向の他方端に配置される。壁２１３および壁２１４は、２個の壁２１２と接続する。

この構成によって、第１外装部材２１は、壁２１１、２個の壁２１２、壁２１３、および、壁２１４によって囲まれる空間２１０を有する。空間２１０は、略直方体形状である。

第２外装部材２２は、壁２２１、壁２２３、および、壁２２４を有する。

壁２２１は、平板部と弧状部とを有する形状である。弧状部とは、所定の曲率半径で面が湾曲する形状であり、断面（図１等であれば、ＹＺ平面での断面）の形状が半球状である。平板部は、弧状部の側辺に、Ｚ方向に延びるように接続する。したがって、壁２２１は、断面の形状がＵ状である。壁２２１は、Ｘ方向に長く、Ｙ方向に短い形状である。

壁２２３は、壁２２１のＸ方向の一方端に配置されている。壁２２３は、ＹＺ平面に平行な平板状である。壁２２３は、壁２２１のＸ方向の一方端に配置され、壁２２１に接続する。壁２２４は、ＹＺ平面に平行な平板状である。壁２２４は、壁２２１のＸ方向の他方端に配置され、壁２２１に接続する。

この構成によって、第２外装部材２２は、壁２２１、壁２２３、および、壁２２４によって囲まれる空間２２０を有する。すなわち、第２外装部材２２は、略半円筒形であり、空間２２０は、半円柱と略直方体とがつながった略半円柱形状である。

このように、第１外装部材２１と第２外装部材２２とは、形状が異なり、第１外装部材２１の外観形状と第２外装部材２２の外観形状とは、異なる。

第１外装部材２１と第２外装部材２２とが嵌合することによって、筒状の外装が形成される。これにより、第１外装部材２１の空間２１０と第２外装部材２２の空間２２０とが連通し、外装の内部空間が形成される。外装の内部空間は、半円柱と略直方体とがつながって一体になった形状である。

そして、この構成では、筒状の外装の周方向の一部は、第１外装部材２１の壁２１１からなる平坦面となり、他部は、第２外装部材２２の壁２２１からなる円弧面となる。したがって、ユーザは、第１外装部材２１と第２外装部材２２とを、容易に見分けることができ、受電装置１０の向きを容易に把握できる。

嵌合は、具体的には、第１外装部材２１の壁２１２に形成された嵌合用突起２１２１を、第２外装部材２２の壁２２１に形成された嵌合用溝２２１１に嵌め合わせることによって、実現される。これにより、第１外装部材２１と第２外装部材２２とは、着脱可能な嵌合形状を実現する。

外装の外形形状は、例えば、単３乾電池と略同じ形状であり、略同じ大きさである。なお、この外形形状の寸法は、一例で有り、例えば、他の種類の乾電池の形状等であってもよい。

（受電装置１０の内部構造）
受電コイル部材３０、磁性シート４０、回路基板５０、二次電池６０、正極用電極７１、負極用電極７２、基板固定部材５００、および、導光部材５９０は、この外装の内部空間に配置される。

受電コイル部材３０は、主面を有する平膜状である。受電コイル部材３０は、コイル導体３１とベース部材３２とを備える。ベース部材３２は、主面を有する平膜状であり、絶縁性を有する。受電コイル部材３０は、例えば、第１外装部材２１の壁２１１に当接するようにして配置される。

コイル導体３１は、巻回形の線状導体によって実現される。コイル導体３１は、巻回形の中央に、所定の面積の開口部を有する。コイル導体３１は、ベース部材３２に配置されている。コイル導体３１の巻回形を形成する面は、ベース部材３２の主面に平行である。

受電コイル部材３０は、第１外装部材２１に隣接して、配置される。この際、受電コイル部材３０の主面は、第１外装部材２１の壁２１１に略平行である。これの構成によって、後述のように、第１外装部材２１側に送電コイルを配置する際、コイル導体３１と送電コイル９００（図７、図１０参照）とが対向する。すなわち、第１外装部材２１の構成および受電コイル部材３０の構成を備えることによって、コイル導体３１と送電コイル９００（図７、図１０参照）とを対向させることができる。そして、この構成を用いて、受電を行うことで、受電装置１０は、効率良く、受電を行うことができる。

なお、ベース部材３２の主面は、第１外装部材２１の壁２１１の空間２１０側の面と略同じ面積であり、コイル導体３１は、このベース部材３２の主面の４側辺に略沿って配置されており、この４側辺に近接する位置に配置されていることが好ましい。すなわち、受電コイル部材３０の平面面積は、第１外装部材２１の壁２１１の平面面積（平坦面の面積）と略同じである。このような構成のコイル導体３１およびベース部材３２を用いることで、コイル導体３１およびベース部材３２がより小さい場合よりも、受電効率は、高められる。なお、コイル導体３１の外形形状は、例えば、第１外装部材２１の壁２１１の面積の半分以上であればよい。このコイル導体３１の外形形状は、受電装置１０の仕様に応じて適宜調整できるが、例えば、単３乾電池の形状の受電装置１０を想定した場合、コイル導体３１の外形形状が、第１外装部材２１の壁２１１の面積の半分以上であれば、所定の受電性能を得ることが可能である。

磁性シート４０は、主面を有する平膜状である。磁性シート４０は、受電コイル部材３０に隣接して配置される。磁性シート４０は、受電コイル部材３０に対して、第１外装部材２１の壁２１１と反対側に配置される。磁性シート４０は、受電コイル部材３０に当接するようにして配置される。磁性シート４０の面積（主面の面積）は、コイル導体３１の平面面積以上であることが好ましい。このように、磁性シート４０を配置することによって、上述のように、受電コイル部材３０に対して送電コイルを配置した場合に、閉磁路を形成できる。したがって、受電装置１０は、より効率良く、受電を行うことができる。

回路基板５０は、平板状である。回路基板５０は、絶縁性材料（例えば、絶縁性樹脂）の基材に、導体パターンを形成することによって実現される。回路基板５０は、後述する受電系の回路を実現する各種の回路素子が実装されている。

回路基板５０は、基板固定部材５００を介して、磁性シート４０に隣接して配置される。回路基板５０は、磁性シート４０を基準にして、受電コイル部材３０と反対側に配置される。回路基板５０は、平板面が第１外装部材２１の壁２１１に略平行になるように、配置される。回路基板５０は、例えば、基板固定部材５００を用いて、第２外装部材２２に固定される。

二次電池６０は、円柱形である。二次電池６０は、例えば、リチウムイオン電池である。なお、二次電池６０は、リチウムイオン電池に限るものではなく、他の二次電池であってもよい。また、二次電池６０の形状は、円柱形に限るものではなく、第２外装部材２２に収まる形状であればよい。

二次電池６０は、回路基板５０に隣接して配置される。二次電池６０は、回路基板５０を基準にして、磁性シート４０と反対側に配置される。二次電池６０は、円柱形の延びる方向が第２外装部材２２の長手方向（図１等のＸ方向）に並行になるように配置されている。この状態で、二次電池６０は、第２外装部材２２の空間２２０内に収容される。

二次電池６０には、配線６００が設けられている。配線６００は、回路基板５０に接続する。

正極用電極７１および負極用電極７２は、平板の導体である。正極用電極７１は、第２外装部材２２の壁２２３に装着されている。正極用電極７１には、配線７０１が接続しており、配線７０１は、回路基板５０に接続する。

負極用電極７２は、第２外装部材２２の壁２２４に装着されている。負極用電極７２は、第２外装部材２２の壁２２４の外部に露出する。負極用電極７２には、配線７０２が接続しており、配線７０２は、回路基板５０に接続する。

正極用アダプタ電極７１１は、突起を有する形状である。正極用アダプタ電極７１１は、正極用電極７１に当接している。正極用アダプタ電極７１１の突起部は、壁２２３から外部に露出している。

この正極用アダプタ電極７１１の突起部は、受電装置１０を充電池として用いる場合の正極となる。また、上述の負極用電極７２は、受電装置１０を充電池として用いる場合の負極となる。

導光部材５９０は、第２外装部材２２の壁２２１に形成された開口２２１２に当接している。導光部材５９０は、回路基板５０に実装された発光素子（例えば、ＬＥＤ（発光ダイオード））の発した光を導光する。導光部材５９０に導かれた光は、開口２２１２を介して外部に出光される。

以上のように、受電装置１０は、外装の形状に異方性を有する。すなわち、受電装置１０の側面は、方向によって異なる形状を有する。したがって、ユーザは、見た目、および、感触によって、受電装置１０の向きを、容易に認識できる。すなわち、ユーザは、受電装置１０を送電装置に配置する際に、どのような向きで受電装置１０を配置すればよいかを、容易に認識できる。また、ユーザは、受電装置１０を電子機器に装着する際に、どのような向きで受電装置１０を装着すればよいかを、容易に認識できる。

また、上述の構成では、磁性シート４０は、受電コイル部材３０と回路基板５０との間に配置されている。したがって、送電コイル９００と受電コイル部材３０のコイル導体３１の磁気結合を生じる磁界は、回路基板５０および二次電池６０側には殆ど漏れない。したがって、回路基板５０の導体部および二次電池６０の筐体に磁束が鎖交し、渦電流が発生することを抑制できる。よって、この渦電流による発熱等の損失は、抑制される。

なお、上述の説明では、第１外装部材２１の壁２１１は、長手方向（筒状の外装の延びる方向）の全体に亘って平坦面を有している。しかしながら、第１外装部材２１の壁２１１は、長手方向の少なくとも一部が平坦面を有する形状であってもよい。

また、上述の説明では、第１外装部材２１と第２外装部材２２とを嵌合させる態様を示した。しかしながら、第１外装部材２１と第２外装部材２２とは、ネジや接着材等を用いて、互いに固定してもよい。

（受電装置１０の単体に対して電力供給（充電）する場合）
図７は、受電装置を充電する状態を示す外観斜視図である。送電装置は、図７に示すように、送電コイル９００および送電台９０１を備える。送電コイル９００は、巻回形で線状の導体パターンからなる。送電コイル９００は、送電台９０１に形成されている。送電コイル９００は、巻回形の開口面が送電台９０１の表面に略平行になるように、配置される。

単体の受電装置１０に対して電力供給を行う場合、受電装置１０は、送電台９０１上に配置される。ここで、上述のように、受電装置１０の外装は、壁２１１によって形成される平坦面と、壁２２１によって形成される弧状面とを有する。受電装置１０の外装が長手方向に対して周方向に形状の異方性を有することで、ユーザは、受電装置１０の形を確認しながら、送電台９０１上に、受電装置１０を配置できる。具体的には、ユーザは、受電装置１０の平坦面が送電台９０１の表面に当接するように、受電装置１０を、容易に配置できる。

そして、上述のように、受電コイル部材３０のコイル導体３１は、平坦面に近接して配置される。したがって、平坦面が送電台９０１の表面に当接するように、受電装置１０が配置されることによって、ユーザは、受電効率の高い状態となるように、受電装置１０を送電台９０１に、容易に設置できる。

また、受電装置１０の構成では、平坦面が平坦な送電台９０１の表面に配置される。したがって、受電装置１０は、送電台９０１への配置後に転がることが抑制される。これにより、受電装置１０は、受電効率の高い状態を維持した状態で、継続的に受電できる。

また、上述の構成では、図示を省略しているが、受電装置１０は、発光素子を備えており、発光状態は受電装置１０の外部において視認できる。したがって、発光素子の発光を、受電状態（充電状態）に応じて変化させることによって、ユーザは、受電状態を容易に視認できる。なお、受電装置１０では、発光素子を用いる態様を示したが、光以外、例えば、音や振動等を用いて、さらに、データ通信を用いて、受電状態を通知することも可能である。

（受電装置１０を電子機器に装着する場合、および、電子機器に装着した状態で受電装置１０に電力供給（充電）する場合）
図８（Ａ）は、第１の実施形態に係る受電装置を電子機器に装着した状態を示す斜視図であり、図８（Ｂ）は、その分解斜視図である。図９（Ａ）は、第１の実施形態に係る受電装置を電子機器に装着した状態を示す側面図であり、図９（Ｂ）は、その分解図である。

図８（Ａ）、図８（Ｂ）、図９（Ａ）、図９（Ｂ）に示すように、電子機器８０は、電池ホルダ８００を備える。電池ホルダ８００は、電子機器８０の筐体の壁８３０に設けられた凹部によって実現され、開口部８３１を有する。電池ホルダ８００は、底壁８１０、側壁８２０、側壁８２１、および、側壁８２２を備える。

底壁８１０は、３個の個別部８１１からなる。個別部８１１は、側面視して、端部に対して中央部が凹む弧状である。この弧状は、受電装置１０の壁２２１の弧状と類似した形状である。逆に言えば、受電装置１０の壁２２１の弧状は、電池ホルダ８００の底壁８１０の弧状と類似した形状である。類似した形状とは、例えば、略同じ形状、または、略相似の形状である。すなわち、電池ホルダ８００の形状は、受電装置１０の第２外装部材２２の外形形状に類似した形状であり、逆に言えば、受電装置１０の第２外装部材２２の外形形状は、電池ホルダ８００の形状に類似した形状である。３個の個別部８１１は、電子機器８０の壁８３０の平板面に並行に並んでおり、近接する端部同士は接続する。

側壁８２０は、電子機器８０の壁８３０に直交している。側壁８２０の一方の端部は、底壁８１０における３個の個別部８１１の並ぶ方向の端部に接続する。側壁８２０の他方の端部は、壁８３０に接続する。側壁８２０の高さは、受電装置１０の高さに応じており、例えば、略同じである。

側壁８２１は、壁８３０に直交している。側壁８２１の一方の端部は、底壁８１０における３個の個別部８１１の並ぶ方向に直交する方向の一方の端部に接続する。側壁８２１の他方の端部は、壁８３０に接続する。側壁８２１には正極用端子電極８４１が配置されている。

側壁８２２は、壁８３０に直交している。側壁８２２の一方の端部は、底壁８１０における３個の個別部８１１の並ぶ方向に直交する方向の他方の端部に接続する。側壁８２２の他方の端部は、壁８３０に接続する。側壁８２２には負極用端子電極８４２が配置されている。

受電装置１０は、開口部８３１側から電池ホルダ８００に収容される。本実施形態の場合、３個の受電装置１０が、電池ホルダ８００に収容される。より具体的には、３個の受電装置１０は、それぞれの壁２２１が底壁８１０側となるように、電池ホルダ８００に収容される。

電池ホルダ８００が上述の構成であるので、壁２２１が底壁８１０側となるように受電装置１０が収容されることによって、受電装置１０の壁２２１と電池ホルダ８００の底壁８１０および側壁８２０とは、互いに平行に沿った状態となる。すなわち、受電装置１０は、電池ホルダ８００に、余分な隙間無く、収容される。また、隣り合う個別部８１１が接続する接続部８１２は、底壁８１０の底面から突出する形状である。これにより、受電装置１０は、接続部８１２の形状に沿って、各個別部８１１に収容され、受電装置１０の収容は、より容易且つより正確に行える。

一方、例えば、平坦面を有する壁２１１が底壁８１０側となるように、受電装置１０を電池ホルダ８００に収容しようとすると、受電装置１０は、底壁８１０の個別部８１１の凹部まで入り込まない。したがって、受電装置１０は、電池ホルダ８００に正確に配置されない。

このように、本実施形態に示すような受電装置１０および電子機器８０の電池ホルダ８００の構成を用いることによって、ユーザは、受電装置１０を電子機器８０に、正確、且つ、容易に収容できる。

このように、受電装置１０が電池ホルダ８００に収容されると、受電装置１０の正極用アダプタ電極７１１は、電子機器８０の正極用端子電極８４１に接続し、受電装置１０の負極用電極７２は、電子機器８０の負極用端子電極８４２に接続する。

受電装置１０の二次電池６０が充電されていれば、電子機器８０は、この状態によって、受電装置１０から電力を供給される。そして、電子機器８０は、この電力によって駆動し、所定の処理や動作を行う。

なお、受電装置１０が電池ホルダ８００に収容された状態では、例えば、蓋８３２によって、電池ホルダ８００の開口は塞がれる。これにより、受電装置１０は、外部環境から保護される。

また、上述の構成では、受電装置１０は、受電コイル部材３０が電子機器８０の外側に近接した状態で、電子機器８０の電池ホルダ８００に収容される。したがって、受電装置１０は、電子機器８０に装着された状態のまま、送電装置から電力供給を受けることができる。

図１０は、電子機器に装着された受電装置を充電する状態を示す外観斜視図である。図１０に示すように、電子機器８０の壁８３０を送電台９０１の表面に当接させた状態で、電子機器８０を送電台９０１の表面に配置する。

受電装置１０が正しく電子機器８０に装着されていれば、受電装置１０の受電コイル部材３０のコイル導体３１は、送電台９０１、すなわち、送電コイル９００に近接する。したがって、受電装置１０が電子機器８０に収容された状態でも、ユーザは、受電効率の高い状態となるように、受電装置１０（電子機器８０）を送電台９０１に、容易に設置できる。

なお、上述の説明では、電子機器８０に３個の受電装置１０を用いる態様を示したが、受電装置１０の個数はこれに限らない。例えば、受電装置１０の個数は、１個や２個であっても、４個以上であってもよい。

（受電装置およびワイヤレス給電システムの回路構成例）
上述の説明では、受電装置１０の物理的な構成を主として説明したが、受電装置１０およびワイヤレス給電システムは、例えば、次の回路構成を備える。図１１は、第１の実施形態に係る受電装置およびワイヤレス給電システムの回路構成を示す概略的な回路図である。

ワイヤレス給電システム１は、送電装置９０と受電装置１０とを備える。送電装置９０は、送電制御回路９１、キャパシタ９２、および、インダクタ９００Ｌおよび抵抗９００Ｒを有する送電コイル９００を備える。送電制御回路９１には、キャパシタ９２と送電コイル９００との直列回路が接続される。インダクタ９００Ｌとキャパシタ９２とは、送電側の共振回路を構成し、キャパシタ９２のキャパシタンス、送電コイル９００のインダクタ９００Ｌのインダクタンスは、所定の共振周波数を有する。

受電装置１０は、コイル導体３１、キャパシタ５１、整流回路５２、キャパシタ５３１、キャパシタ５３２、ＤＣＤＣコンバータ５４、充電回路５５、保護回路５６、ＤＣＤＣコンバータ５７、二次電池６０、正極用電極７１、および、負極用電極７２を備える。コイル導体３１が、受電コイルであり、正極用電極７１と負極用電極７２との組が、受電装置１０の出力端子７０である。キャパシタ５１、整流回路５２、キャパシタ５３、ＤＣＤＣコンバータ５４、充電回路５５、保護回路５６は、上述の回路基板５０、回路基板５０に実装された電子部品によって実現される。

コイル導体３１からなる受電コイルには、キャパシタ５１が接続される。インダクタ３１Ｌとキャパシタ５１とは受電側の共振回路（受電共振回路）を構成し、受電コイルのインダクタ３１Ｌのインダクタンスとキャパシタ５１のキャパシタンスとは、上述の送電側の共振回路の共振周波数と略同じ共振周波数を有する。

コイル導体３１とキャパシタ５１の直列回路には、整流回路５２の入力端子が接続されている。整流回路５２は、全波整流回路、半波整流回路、または、倍電流整流回路等によって実現される。整流回路５２の出力端子には、キャパシタ５３１が接続されている。キャパシタ５３１には、ＤＣＤＣコンバータ５４の入力端子が接続されている。ＤＣＤＣコンバータ５４の出力端子には、キャパシタ５３２が接続されている。キャパシタ５１、整流回路５２、キャパシタ５３１、ＤＣＤＣコンバータ５４、および、キャパシタ５３２からなる回路が、本発明の受電回路に対応する。

キャパシタ５３２には、充電回路５５が接続されている。充電回路５５は、ＣＣ充電型、または、ＣＣ－ＣＶ充電型等の充電方式を採用している。充電回路５５には、保護回路５６が接続され、保護回路５６には、二次電池６０が接続されている。保護回路５６は、二次電池６０に対する過電圧、過電流、過熱に対する保護処理を行う回路である。また、充電回路５５と保護回路５６との接続部には、ＤＣＤＣコンバータ５７の入力端子が接続され、ＤＣＤＣコンバータ５７の出力端子には、出力端子７０が接続されている。このＤＣＤＣコンバータ５７および出力端子７０が、例えば、本発明の「放電出力部」に対応する。

受電装置１０の二次電池６０を充電する場合、送電装置９０の送電制御回路９１は、送電コイル９００の送電電力を供給する。受電コイルと送電コイルとは、磁気結合する。この際、上述の共振周波数による共振を生じさせることによって、受電コイルは、送電コイルから、磁気共鳴方式によって、電力供給を受けることができる。これにより、高効率な受電が可能になる。

受電コイルは、受電電力を整流回路５２に出力する。整流回路５２は、交流の受電電圧を、直流に整流して出力する。キャパシタ５３１は、整流回路５２の出力電圧を平滑化して、ＤＣＤＣコンバータ５４に出力する。ＤＣＤＣコンバータ５４は、電圧変換を行って、充電回路５５に出力する。キャパシタ５３２は、ＤＣＤＣコンバータ５４の出力電圧を平滑化する。充電回路５５は、交流から整流および電圧変換された直流の受電電圧によって、二次電池６０を充電する。この際、保護回路５６を介して充電を行うことで、二次電池６０は、保護される。ＤＣＤＣコンバータ５７、二次電池６０の出力電圧を電圧変換（電圧調整）して、出力端子７０に出力する。ＤＣＤＣコンバータ５７は、本発明の「電圧調整回路」に対応する。

（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態に係る受電装置について、図を参照して説明する。図１２は、第２の実施形態に係る受電装置の構成を示す分解斜視図である。

図１２に示すように、第２の実施形態に係る受電装置１０Ａは、第１の実施形態に係る受電装置１０に対して、二次電池６０Ａを着脱可能にした点で異なる。受電装置１０Ａの他の主たる構成は、受電装置１０と同様であり、同様の箇所、および、類似する箇所であって説明を省略しても理解可能な箇所については、説明を省略する。

受電装置１０Ａは、第１外装部材２１Ａ、第２外装部材２２Ａ、受電コイル部材３０、磁性シート４０、回路基板５０、二次電池６０Ａ、正極用電極７１、負極用電極７２、正極用アダプタ電極７１１、負極用補助電極７２０を備える。

第２外装部材２２Ａは、壁２２１Ａに、凹部２２０Ａを備える。凹部２２０Ａは、壁２２１Ａ、壁２２３Ａ、壁２２４Ａによって形成されている。凹部２２０Ａは、壁２２１Ａの外面から凹む形状である。壁２２１Ａの外面は、第１外装部材２１Ａと第２外装部材２２Ａとを組み合わせて外装を形成したときに、外装の外側となる面である。凹部２２０Ａは、弧状の底面を有する。

二次電池６０Ａは、例えば、市販の乾電池型の二次電池、すなわち、円形の端面を有し、端面に直交する方向に長い円柱状の二次電池である。受電装置１０Ａが単３乾電池と同様の外形寸法を有する場合、二次電池６０Ａは、例えば、単４乾電池型の二次電池である。二次電池６０Ａは、凹部２２０Ａに収容される。

正極用電極７１および負極用補助電極７２０は、凹部２２０Ａ内に露出している。正極用電極７１は、壁２２３Ａの凹部２２０Ａ側の面に配置されている。負極用補助電極７２０は、壁２２４Ａの凹部２２０Ａ側の面が突出した状態で配置されている。負極用補助電極７２０は、バネ性を有する形状である。負極用補助電極７２０は、負極用電極７２に接続する。この際、第１外装部材２１Ａに、正極用電極７１の形状に合わせた保持用壁２１３Ａ、および、負極用補助電極７２０の形状に合わせて保持用壁２１４Ａを備えることによって、正極用電極７１、および、負極用補助電極７２０は、所定の位置に、より確実に保持される。

二次電池６０Ａが凹部２２０Ａに収容されると、二次電池６０Ａの正極は、正極用電極７１に接続し、二次電池６０Ａの負極は、負極用補助電極７２０に接続する。

このように、受電装置１０Ａは、市販等の従来から別途使用可能な二次電池６０Ａを用いて実現できる。すなわち、受電装置１０Ａは、二次電池６０Ａを装着した状態で、受電装置１０Ａを二次電池として利用できる。そして、この構成によって、上述のように、ユーザは、受電装置１０Ａの向きを間違えることなく、ワイヤレス給電による充電、電子機器８０への装着を容易に実現できる。

また、受電装置１０Ａでは、二次電池６０Ａは、着脱可能に利用できる。したがって、受電装置１０Ａを、二次電池６０Ａの充電用のアダプタとしても利用できる。そして、この際にも、ユーザは、受電装置１０Ａの向きを間違えることなく、ワイヤレス給電による充電を実現でき、二次電池６０Ａを高効率に充電できる。

（受電装置の外装の派生例）
受電装置の外装は、上述の構成に限らず、次に示す構成であってもよい。図１３（Ａ）、図１３（Ｂ）、図１４（Ａ）、図１４（Ｂ）、および、図１４（Ｃ）は、受電装置の外装の派生例の外観斜視図である。なお、図１３（Ａ）、図１３（Ｂ）、図１３（Ｃ）、図１４（Ａ）、図１４（Ｂ）に示す受電装置における外装の内部の構成は、第１の実施形態に係る受電装置１０と同様であり、同様の箇所の説明は省略する。なお、図１３（Ａ）では、受電装置が装着される電子機器の一部も図示している。

図１３（Ａ）に示す受電装置１０Ｂは、第１外装部材２１Ｂを備える点で、第１の実施形態に係る受電装置１０と異なる。第１外装部材２１Ｂは、突起２１５を備える。突起２１５は、壁２１３Ｂから外部に突出する形状である。突起２１５は、第１外装部材２１Ｂの壁２１１を平面視した状態で、正極用アダプタ電極７１１に重なっている。

電子機器８０の電池ホルダ８００には、側壁８２１に溝８２１１が形成されている。溝８２１１は、電池ホルダ８００の凹部の深さ方向に沿って延びる形状である。溝８２１１の幅は、受電装置１０Ｂの正極用アダプタ電極７１１の幅（直径）と同程度で、当該幅（直径）よりも大きい。

このような構成では、突起２１５が溝８２１１内を通らなければ、受電装置１０Ｂを電池ホルダ８００に収容できない。したがって、ユーザは、受電装置１０Ｂを電池ホルダ８００に、より正確に配置できる。

なお、突起２１５の幅は、正極用アダプタ電極７１１の幅より大きいことが好ましい。この場合、溝８２１１における電池ホルダ８００の凹部に開口側は、突起２１５の幅に合わせて、幅を広くする。これにより、突起２１５側から二次電池６０を挿入しようとしても、突起２１５が正極用アダプタ電極７１１用の溝８２１１に入らない。これにより、二次電池６０を電池ホルダ８００に上下逆に挿入するという誤配置を防止できる。

また、溝８２１１の幅を開口付近で大きくし、深くなるほど小さくしてもよい。これにより、受電装置１０Ｂを電池ホルダ８００に入れやすくしながら、受電装置１０Ｂを電池ホルダ８００に正確な向きで配置できる。また、この溝８２１１の構造に合わせて、突起２１５の幅も、正極用アダプタ電極７１１に近づくほど小さく、正極用アダプタ電極７１１から遠ざかるほど大きくしてもよい。

図１３（Ｂ）に示す受電装置１０Ｃは、第１外装部材２１Ｃを備える点で、図１３（Ａ）に示す受電装置１０Ｂと異なる。受電装置１０Ｃの他の構成は、受電装置１０Ｂと同様であり、同様の箇所の説明は省略する。

第１外装部材２１Ｃは、壁２１１Ｃ、および、壁２１３Ｃを備える。壁２１３Ｃには、突起２１５が形成されている。

壁２１１Ｃは、側面視して（壁２１３Ｃを正面視して）円弧状の外形を有する。また、壁２２１Ｃも、側面視して円弧状の外形を有する。すなわち、受電装置１０Ｃは、略円柱形状である。このような構成であっても、突起２１５を有することによって、ユーザは、受電コイル部材３０が配置された位置を認識できる。

図１４（Ａ）に示す受電装置１０Ｄは、第１外装部材２１Ｄおよび第２外装部材２２Ｄを備える点で、図１３（Ｂ）に示す受電装置１０Ｃと異なる。受電装置１０Ｄの他の構成は、受電装置１０Ｃと同様であり、同様の箇所の説明は省略する。

第１外装部材２１Ｄは、壁２１１Ｄ、および、壁２１３Ｄを備える。壁２１１Ｄは、受電装置１０Ｃの壁２１１Ｃと同じ形状である。壁２１３Ｄは、突起２１５Ｄを備える。突起２１５Ｄは、突起２１５に対して、正極用アダプタ電極７１１に隣接する部分に凹部を有する。凹部は、壁２１３Ｄから突出していない部分、または、突起２１５Ｄにおいて他の部分よりも壁２１３Ｄから突出している量が小さい部分である。

第２外装部材２２Ｄは、壁２２１Ｄ、および、壁２２３Ｄを備える。壁２２１Ｄは、側面視して（壁２１３Ｄを正面視して）円弧状の外形を有する。すなわち、受電装置１０Ｄは、受電装置１０Ｃよりも側面視が更に円形に近い略円柱形状である。これにより、上述の柱状の乾電池の形状に更に近づく。

壁２２３Ｄは、突起２２５Ｄを備える。突起２２５Ｄは、受電装置１０Ｄを正面視して（第１外装部材２１Ｄと第２外装部材２２Ｄとが並ぶ方向に視て）、突起２１５Ｄに重なっている。突起２２５Ｄは、第２外装部材２２Ｄにおける第１外装部材２１Ｄに接続する側と反対側の外面から正極用アダプタ電極７１１に向けて延びる２個の帯状部によって構成される。２個の帯状部の間隔は、突起２１５Ｄの凹部の幅と略同じである。この場合、正極用アダプタ電極７１１が入る溝８２１１には、突起２１５Ｄと同様に、２本の溝を追加すればよい。これにより、二次電池６０を電池ホルダ８００に上下逆に挿入するという誤配置を防止できる。

なお、この構成に限らず、正極用アダプタ電極７１１が収容される溝に対して、電池ホルダの凹部の開口側と底部側とで、突起用の溝を異ならせ、これに応じて、二次電池の突起の形状を異ならせてもよい。

図１４（Ｂ）に示す受電装置１０Ｅは、第１外装部材２１Ｅを備える点で、図１３（Ａ）に示す受電装置１０Ｂと異なる。受電装置１０Ｅの他の構成は、受電装置１０Ｂと同様であり、同様の箇所の説明は省略する。

第１外装部材２１Ｅは、壁２１１Ｅ、および、壁２１３Ｅを備える。壁２１３Ｅには、突起２１５Ｅが形成されている。突起２１５Ｅは、突起２１５と同様の構成である。

壁２１１Ｅは、側面視して（壁２１３Ｅを正面視して）、中央部が端部と比較して円弧状に突出する形状を有する。すなわち、受電装置１０Ｅは、受電装置１０Ｂの第１外装部材２１Ｂの形状と受電装置１０Ｃの第１外装部材２１Ｃの形状とを、それぞれ部分的に両方備えた形状である。このような構成であっても、ユーザは、受電コイル部材３０が配置された位置を認識できる。

図１４（Ｃ）に示す受電装置１０Ｆは、第１外装部材２１Ｆおよび第２外装部材２２Ｆを備える点で、図１４（Ｂ）に示す受電装置１０Ｅと異なる。受電装置１０Ｆの他の構成は、受電装置１０Ｅと同様であり、同様の箇所の説明は省略する。

第１外装部材２１Ｆは、壁２１１Ｆ、および、壁２１３Ｆを備える。第１外装部材２１Ｆは、突起２１５Ｆの形状において、第１外装部材２１Ｅと異なる。突起２１５Ｆは、図１４（Ａ）に示した第１外装部材２１Ｄの突起２１５Ｄと同様の構成である。

第２外装部材２２Ｆは、壁２２１Ｆ、および、壁２２３Ｆを備える。第２外装部材２２Ｆは、突起２２５Ｆを有する点で、第２外装部材２２と異なる。突起２２５Ｆは、図１４（Ａ）に示した第２外装部材２２Ｄの突起２２５Ｄと同様の構成である。すなわち、受電装置１０Ｆの外装は、受電装置１０Ｄの外装と受電装置１０Ｅの外装とを組み合わせた構成を有する。このような構成であっても、ユーザは、受電コイル部材３０が配置された位置を認識できる。

なお、外装の構成は、これらの例に限るものではなく、上述の形状的な異方性を有し、受電装置を充電または電子機器に装着する際に、ユーザが意識せずに、外装内の受電コイル部材３０の位置が送電コイルに近接するように配置できる形状であればよい。

また、上述の各構成では、外装の円弧状である態様を示したが、楕円弧等の変形した円弧や、多角形であってもよい。

（回路構成の派生例）
受電装置の回路構成は、上述の構成に限らず、次に示す構成であってもよい。図１５および図１６は、受電装置の回路構成の派生例を示す概略的な回路図である。なお、図１５、図１６は、受電装置が用いられるワイヤレス給電システムの送電装置については、図示を省略しているが、送電装置は、図１１に示す送電装置と同様の構成である。

図１５に示す受電装置１０Ｘ１は、図１１に示した受電装置１０に対して、回路基板５０ＡにＤＣＤＣコンバータ５７を備えない点で異なる。二次電池６０の充電電圧と、受電装置１０Ｘ１の出力電圧が同じ場合、このように、ＤＣＤＣコンバータ５７を省略することができる。

図１６に示す受電装置１０Ｘ２は、図１５に示した受電装置１０Ｘ１に対して、保護回路５６を省略した点で異なる。二次電池６０が、リチウムイオン電池のような電気的な保護を必要とする二次電池ではない場合、保護回路５６を省略することも可能である。これにより、受電装置１０Ｘ２は、受電装置１０Ｘ１と比較して、回路構成を少なくできる。

なお、上述の構成では、円形の端面の大きさと比較して、端面に直交する方向の長さが大きな、所謂乾電池型の受電装置を例に示した。しかしながら、受電装置は、所謂ボタン電池型であってもよく、直方体形状の電池等、他の形状であってもよい。

また、上述の各構成は、適宜組合せが可能であり、各組合せに応じた作用効果を奏することができる。

１：ワイヤレス給電システム
１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ、１０Ｅ、１０Ｆ、１０Ｘ１、１０Ｘ２：受電装置
２１、２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ、２１Ｄ、２１Ｅ、２１Ｆ：第１外装部材
２２、２２Ａ、２２Ｄ、２２Ｅ、２２Ｆ：第２外装部材
３０：受電コイル部材
３１：コイル導体
３１Ｌ：インダクタ
３２：ベース部材
４０：磁性シート
５０、５０Ａ：回路基板
５１、５３１、５３２：キャパシタ
５２：整流回路
５４、５７：ＤＣＤＣコンバータ
５５：充電回路
５６：保護回路
６０、６０Ａ：二次電池
７０：出力端子
７１：正極用電極
７２：負極用電極
８０：電子機器
９０：送電装置
９１：送電制御回路
９２：キャパシタ
２１０：空間
２１１、２１１Ｃ、２１１Ｄ、２１１Ｅ、２１１Ｆ、２１２、２１３、２１３Ｂ、２１３Ｃ、２１３Ｄ、２１３Ｅ、２１３Ｆ、２１４：壁
２１３Ａ、２１４Ａ：保持用壁
２１５、２１５Ｄ、２１５Ｅ、２１５Ｆ：突起
２２０：空間
２２０Ａ：凹部
２２１、２２１Ａ、２２１Ｃ、２２１Ｄ、２２１Ｆ、２２３、２２３Ａ、２２３Ｄ、２２３Ｆ、２２４、２２４Ａ：壁
２２５Ｄ、２２５Ｆ：突起
５００：基板固定部材
５９０：導光部材
６００、７０１、７０２：配線
７１１：正極用アダプタ電極
７２０：負極用補助電極
８００：電池ホルダ
８１０：底壁
８１１：個別部
８１２：接続部
８２０、８２１、８２２：側壁
８３０：壁
８３１：開口部
８３２：蓋
８４１：正極用端子電極
８４２：負極用端子電極
９００：送電コイル
９００Ｌ：インダクタ
９００Ｒ：抵抗
９０１：送電台
２１２１：嵌合用突起
２２１１：嵌合用溝
２２１２：開口
８２１１：溝

Claims (20)

1. 二次電池を収容可能な形状の外装と、
   前記外装内に配置された平膜状の受電コイルと、
   前記外装内に配置され、前記受電コイルに電気的に接続された受電回路、および、前記二次電池への充電を担う充電回路および放電を担う放電出力部と、
   を備え、
   前記外装は、
   前記受電コイルが近接する第１部材と、
   前記第１部材と組み合わせて前記二次電池を内包するように前記外装を形成する第２部材と、
   を備え、
   前記受電コイルは、前記第１部材に隣接して配置され、
   前記二次電池は、前記外装における前記第１部材から前記第２部材が前記二次電池を内包する方向に視て、前記受電コイルと重なる位置で、かつ、前記受電コイルよりも前記第２部材側に配置され、
   前記第１部材は、前記第２部材に比べて外部の送電コイルに近い側に配置され、前記第２部材とは異なる形状を有し、前記受電コイルと前記送電コイルとの磁気結合は、前記受電コイルを前記第２部材の近傍に設置する場合に比べて大きくなる構造を備えた、
   ワイヤレス給電システムの受電装置。
2. 前記外装は、筒状であり、
   前記筒状の周方向の一部は、前記第１部材によって構成されている、
   請求項１に記載のワイヤレス給電システムの受電装置。
3. 前記第１部材の外観と前記第２部材の外観とは異なる構造を備えた、
   請求項２に記載のワイヤレス給電システムの受電装置。
4. 前記第１部材は、外面側に平坦面を有し、
   前記受電コイルは、前記平坦面に対して略平行に配置される、
   請求項３に記載のワイヤレス給電システムの受電装置。
5. 前記筒状の周方向の一部は、前記筒状の延びる方向の略全体に亘って前記第１部材によって構成され、
   前記受電コイルの外形は、前記第１部材に対して半分以上の面積を有する、
   請求項４に記載のワイヤレス給電システムの受電装置。
6. 前記第２部材は、乾電池またはボタン電池の筐体の一部と形状が略同一であり、前記受電装置が装着される電子機器における装着部に取り付けられる形状である、
   請求項２乃至請求項５のいずれかに記載のワイヤレス給電システムの受電装置。
7. 前記第２部材は、略半円筒形であり、前記乾電池の筐体の一部と形状が略同一である、
   請求項６に記載のワイヤレス給電システムの受電装置。
8. 前記受電コイルにおける前記第１部材の外面と反対側に配置された磁性シートを備える、
   請求項１乃至請求項７のいずれかに記載のワイヤレス給電システムの受電装置。
9. 前記外装内に配置された前記二次電池を備える、
   請求項１乃至請求項８のいずれかに記載のワイヤレス給電システムの受電装置。
10. 前記二次電池の状態に応じて充電と放電を管理し、前記二次電池に対する過電圧、過電流、過熱に対する保護処理を行う保護回路を備える、
    請求項１乃至請求項９のいずれかに記載のワイヤレス給電システムの受電装置。
11. 前記受電回路には、電圧調整回路が接続されている、
    請求項１乃至請求項１０のいずれかに記載のワイヤレス給電システムの受電装置。
12. 前記二次電池の充電状態に応じた視認通知が可能となる通知構造を前記外装に備える、
    請求項１乃至請求項１１のいずれかに記載のワイヤレス給電システムの受電装置。
13. 前記通知構造は、発光素子を有し、該発光素子の発する光を前記外装の外部に、そのまま視認させる構造、もしくは、導光する導光部材を用い、
    前記発光素子の発光状態によって前記充電状態を通知する、
    請求項１２に記載のワイヤレス給電システムの受電装置。
14. 前記第１部材と前記第２部材とは、着脱可能な嵌合形状を備える、
    請求項１乃至請求項１３のいずれかに記載のワイヤレス給電システムの受電装置。
15. 前記受電回路は、前記受電コイルとともに、受電共振回路を構成する、
    請求項１乃至請求項１４のいずれかに記載のワイヤレス給電システムの受電装置。
16. 前記充電回路は、ＣＶ充電型またはＣＣＣＶ充電型の充電回路である、
    請求項１乃至請求項１５のいずれかに記載のワイヤレス給電システムの受電装置。
17. 請求項１乃至請求項１６のいずれかに記載のワイヤレス給電システムの受電装置と、
    前記受電装置が装着される機器本体と、
    を備え、
    前記機器本体は、前記受電装置が収容される凹部を備え、
    前記凹部は、前記第２部材の外形形状に類似した形状である、
    電子機器。
18. 前記凹部は、
    複数個の前記受電装置を収容する形状であり、
    複数個の前記受電装置のそれぞれについて、前記第２部材の外形形状に応じた形状を有する、
    請求項１７に記載の電子機器。
19. 前記凹部は、
    乾電池を収容する形状であり、
    前記第２部材の外形形状と略同じまたは類似する形状を有する、
    請求項１７または請求項１８に記載の電子機器。
20. 前記凹部は、
    ボタン電池を収容する形状であり、
    前記第２部材の外形形状と略同じまたは類似する形状を有する、
    請求項１７または請求項１８に記載の電子機器。

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