(57)【要約】  本開示は、球状の受電装置の中心部に埋め込まれた受電コイルに対して効率的にワイヤレス給電を行い得るワイヤレス給電装置を提供する。  受電装置２を保持する保持部１０ａと、送電コイル１１と、受電コイル２４に対してワイヤレス給電するための磁束を生じさせるように送電コイル１１に高周波電流を供給するドライバ回路１３と、無線データ送信手段から定期的に送信されるデータを受信する無線データ受信手段とを備え、受電装置２の表面に付されたマークＭが所定方向を向くように受電装置２を保持部１０ａに保持させたとき、受電コイル２４及び送電コイル１１のそれぞれの軸心が平行となるように、保持部１０ａに対して送電コイル１１を位置付ける。
2019151225.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次電池、受電コイル、充電回路及び無線データ送信手段が内蔵され、表面には前記受電コイルに対して所定の位置に所定のマークが付された球状の受電装置へ電力を供給するワイヤレス給電装置であって、
前記受電装置を保持する保持部と、送電コイルと、前記受電コイルに対してワイヤレス給電するための磁束を生じさせるように前記送電コイルに高周波電流を供給するドライバ回路と、前記無線データ送信手段から定期的に送信されるデータを受信する無線データ受信手段とを備え、
前記受電装置の表面に付された前記マークが所定方向を向くように前記受電装置を前記保持部に保持させたとき、前記受電コイル及び前記送電コイルのそれぞれの軸心が平行となるように、前記保持部に対して前記送電コイルが位置付けられている、
ワイヤレス給電装置。
【請求項２】
請求項１に記載のワイヤレス給電装置であって、
前記送電コイルは前記受電装置の外径よりも大径で且つ所定の軸長を有するソレノイドコイルにより構成されている、ワイヤレス給電装置。
【請求項３】
前記受電コイルが所定の軸長を有するソレノイドコイルにより構成された前記受電装置へ電力を供給する請求項２に記載のワイヤレス給電装置であって、
前記受電コイル及び前記送電コイルのそれぞれの軸心が平行となるように前記受電装置が前記保持部に保持されると、径方向から見て前記受電コイル及び前記送電コイルが少なくとも部分的にオーバーラップするように、前記保持部に対して前記送電コイルが位置付けられている、ワイヤレス給電装置。
【請求項４】
請求項１，２又は３に記載のワイヤレス給電装置において、
該無線データ受信手段により受信した前記データに応じて所定の報知を行う報知手段をさらに備え、
前記無線データ受信手段が受信する前記データには前記受電コイルへの給電状況に関する情報が含まれ、前記報知手段は、前記給電状況の変化に応じて報知内容を変更するよう構成されている、ワイヤレス給電装置。
【請求項５】
請求項４に記載のワイヤレス給電装置において、
前記ドライバ回路の電源電圧を調整する電源電圧調整制御手段をさらに備え、該電源電圧調整制御手段は、前記報知手段により所定の報知を行う際の第１の制御モードと、前記受電装置の前記二次電池を満充電するための第２の制御モードとを選択的に実行可能に構成されるとともに、第２の制御モード実行時には前記二次電池の充電状態に応じて前記電源電圧の値を所定範囲内で変更し、第１の制御モード実行時には前記所定範囲の最大電圧よりも小さな定電圧に前記電源電圧を保持するよう構成されている、ワイヤレス給電装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載のワイヤレス給電装置と、前記受電装置とを備えるワイヤレス給電システムであって、
前記受電装置は、硬式野球ボール、軟式野球ボール、革製ソフトボール又はゴム製ソフトボールとして用いられるものであり、前記マークは、前記硬式野球ボール又は前記革製ソフトボールの表皮の縫い目であるか、或いは、前記軟式野球ボール又は前記ゴム製ソフトボールの表面の縫い目模様である、ワイヤレス給電システム。
【請求項７】
二次電池、受電コイル、充電回路及び無線データ送信手段が内蔵された球状の受電装置へ電力を供給するワイヤレス給電装置であって、
送電コイルと、前記受電コイルに対してワイヤレス給電するための磁束を生じさせるように前記送電コイルに高周波電流を供給するドライバ回路と、前記無線データ送信手段から送信されるデータを受信する無線データ受信手段と、該無線データ受信手段により受信した前記データに応じて所定の報知を行う報知手段とを備え、前記データには前記受電コイルへの給電状況に関する情報が含まれ、前記報知手段は、前記給電状況の変化に応じて報知内容を変更するよう構成されている、ワイヤレス給電装置。
【請求項８】
請求項７に記載のワイヤレス給電装置において、
前記ドライバ回路の電源電圧を調整する電源電圧調整制御手段をさらに備え、該電源電圧調整制御手段は、前記報知手段により所定の報知を行う際の第１の制御モードと、前記受電装置の前記二次電池を満充電するための第２の制御モードとを選択的に実行可能に構成されるとともに、第２の制御モード実行時には前記二次電池の充電状態に応じて前記電源電圧の値を所定範囲内で変更し、第１の制御モード実行時には前記所定範囲の最大電圧よりも小さな定電圧に前記電源電圧を保持するよう構成されている、ワイヤレス給電装置。
【請求項９】
請求項７又は８に記載のワイヤレス給電装置において、
前記受電装置を保持する保持部をさらに備えている、ワイヤレス給電装置。
【請求項１０】
表面には前記受電コイルに対して所定の位置に所定のマークが付された前記受電装置へ電力を供給する請求項９に記載のワイヤレス給電装置であって、
前記受電装置の表面に付された前記マークが所定方向を向くように前記受電装置を前記保持部に保持させたとき、前記受電コイル及び前記送電コイルのそれぞれの軸心が平行となるように、前記保持部に対して前記送電コイルが位置付けられている、ワイヤレス給電装置。
【請求項１１】
請求項７〜１０のいずれかに記載のワイヤレス給電装置において、
前記送電コイルは前記受電装置の外径よりも大径で且つ所定の軸長を有するソレノイドコイルである、ワイヤレス給電装置。
【請求項１２】
前記受電コイルが所定の軸長を有するソレノイドコイルにより構成された前記受電装置へ電力を供給する請求項１１に記載のワイヤレス給電装置であって、
前記受電コイル及び前記送電コイルのそれぞれの軸心が平行となるように前記受電装置前記保持部に保持されると、径方向から見て前記受電コイル及び前記送電コイルが少なくとも部分的にオーバーラップするように、前記保持部に対して前記送電コイルが位置付けられている、ワイヤレス給電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば野球用ボールの形態などの球状の受電装置へ電力を供給するためのワイヤレス給電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
本願出願人らは、中心部に専用センサーを内蔵した野球用ボールの形態の計測装置（受電装置）の開発を行っている。このボール状の計測装置は、ボールを投げることで、投げたボールの回転数や回転軸、球速などを計測することができるものであり、計測されたデータの分析によって、「ストレートの伸び」や「変化球の切れ」と言われるような投手の球質を可視化し、精度を高めた練習をサポートすることができる。【０００３】
投げたボールの挙動や投球感を本物の硬式用野球ボールと同等のものとするために、硬式用野球ボールの芯部に埋め込まれるカプセル内に計測装置構成部品のすべてを内蔵し、芯部以外の部分は本物の硬式用野球ボールと同じ構造とすることが好ましい。【０００４】
すなわち、本物の硬式用野球ボールのゴム芯を上記カプセルで置換し、このカプセルの外周に本物の硬式用野球ボールと同様に毛糸や木綿糸を巻き付けて、これを白色の馬皮または牛皮からなる表皮２片で包み、２つの表皮の接合部を頑丈に縫い合わせることが好ましい。【０００５】
このように本物の硬式用野球ボールと同様の外周部構造とした場合、内蔵電池の充電端子を外周面に設けることができないため、本願出願人らは、ボール状計測装置の電源として小型のコイン形乃至ボタン型の二次電池を上記カプセルに内蔵するとともに、カプセル内にワイヤレス給電用の受電コイル及び充電回路をも内蔵して、ワイヤレス給電により二次電池を繰り返し充電可能にすることを検討している。【０００６】
このようなワイヤレス給電可能なボール状機器として、例えば、下記の特許文献１に開示されたゴルフボールが知られている。この従来の受電装置としてのゴルフボールは、メモリー、マイクロプロセッサ及びアンテナコイル（受電コイル）からなる電子タグ（２）と、蓄電用素子（３）とを内蔵しており、非接触式充電器（１７）を用いて蓄電用素子に充電可能に構成されている。すなわち、非接触式充電器には、ゴルフボールを置くお椀型ゴルフボール保持器（１８）が設けられるとともに、この保持器の底の部分に一次コイルが内蔵され、一次コイルから発生した磁束をゴルフボール内蔵のアンテナコイルが受けてトランス作用により二次出力を発生させ、その出力により蓄電用素子に充電するよう構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−８１１２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記従来のゴルフボールに内蔵される電子タグは消費電力が極めて小さいものであり、蓄電用素子も、ゴルフボールをマグネットティーペグ上においてティーショットしたときにアンテナコイルに発生する電流によって充電可能なほど蓄電量が小さいものであるため、一次コイルをお椀型ゴルフボール保持器の底部に設けた構成でも十分に充電可能である。【０００９】
電磁誘導式のワイヤレス給電においては、一次コイルと二次コイルとの間に軸方向のギャップがあると給電効率が大きく悪化することが知られており、ギャップは概ね１ｃｍ未満とすることが技術常識となっている。ボールの中心部にアンテナコイルを内蔵させた場合、保持器の底部に設けた一次コイルと、ボールの中心部に設けたアンテナコイルとの間には、ボールの半径に相当するギャップが生じてしまう。ゴルフボールの直径は４ｃｍ以上あるため、上記従来技術では、一次コイルとアンテナコイルとの間に２ｃｍ程度のギャップが存在することになるが、蓄電用素子を充電する程度の微弱電力の給電は可能であると考えられる。【００１０】
一方、本願出願人らが開発中の野球用ボール状の計測装置では、投げたボールの回転数や回転軸、球速などを計測可能とするためにより比較的高度な情報処理を行うマイクロプロセッサを内蔵するとともに、スマートフォンとの通信により計測したデータを無線通信するための通信回路をも内蔵しており、これらマイクロプロセッサや通信回路の駆動用電源としてリチウム二次電池を内蔵させてこれを充電するには、上記従来技術の場合に比してかなり大きな電力をワイヤレス給電により送電する必要がある。【００１１】
また、受電コイルはその巻き方向に由来する方向性があり、ワイヤレス給電効率を高めるには充電器（ワイヤレス給電装置）側の送電コイル（一次コイル）の軸心方向と受電コイルの軸心方向を一致させることが好ましい。しかし、外層構造を本物の硬式用野球ボールと同様とするために、製造工程において芯部のカプセル外周に毛糸及び木綿糸を巻き付ける工程を経ると、内部に埋め込まれた受電コイルがどの方向を向いているのかを外部から判別することができず、表皮２片の縫合時に受電コイルとの位置関係を知ることができなければ、ボールの外表面に現われる縫合ラインと受電コイルとの関係が不定となり、外観から受電コールの方向性を判別できなくなって、ボールをどのように充電器に設置すれば給電効率が良くなるかが分からなくなる。【００１２】
これらの課題に鑑み、本発明は、球状の受電装置の中心部に埋め込まれた受電コイルに対して効率的にワイヤレス給電を行い得るワイヤレス給電装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本開示によるワイヤレス給電装置は、球状の受電装置へ電力を供給する。受電装置は、二次電池、受電コイル、充電回路及び無線データ送信手段が内蔵されている。好ましくは、受電装置の表面には、前記受電コイルに対して所定の位置に所定のマークを付すことができる。【００１４】
ワイヤレス給電装置は、送電コイルと、前記受電コイルに対してワイヤレス給電するための磁束を生じさせるように前記送電コイルに高周波電流を供給するドライバ回路と、前記無線データ送信手段から定期的に送信されるデータを受信する無線データ受信手段とを備える。さらに、ワイヤレス給電装置は、前記受電装置を保持する保持部を備えることができる。また、ワイヤレス給電装置は、無線データ受信手段により受信した前記データに応じて所定の報知を行う報知手段をさらに備えることができる。【００１５】
好ましくは、前記受電装置の表面に付された前記マークが所定方向を向くように前記受電装置を前記保持部に保持させたとき、前記受電コイル及び前記送電コイルのそれぞれの軸心が平行となるように、前記保持部に対して前記送電コイルが位置付けられている。【００１６】
好ましくは、無線データ受信手段により受信する前記データには前記受電コイルへの給電状況に関する情報が含まれ、前記報知手段は、前記給電状況の変化に応じて報知内容を変更するよう構成できる。【００１７】
好ましくは、前記送電コイルは前記受電装置の外径よりも大径で且つ所定の軸長を有するソレノイドコイルにより構成される。
【発明の効果】
【００１８】
本発明のワイヤレス給電装置によれば、送電コイルと受電コイルとの位置関係が適切になるように受電装置を保持させる作業を容易に行うことができ、これにより一層の給電効率の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るワイヤレス給電装置としての充電器に、受電装置としてのボール状計測装置を保持させた状態の斜視図である。
【図２】図１に示す充電器の正面断面図である。
【図３】図１に示す充電器の側面断面図である。
【図３Ａ】充電器のハウジングの変形例を示す簡略縦断面図である。
【図４】図１に示す野球ボール状計測装置の側面断面図である。
【図５】図１に示す充電器及び野球ボール状計測装置の簡略回路図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係るワイヤレス給電装置としての検査器の簡略回路図である。
【図７】本発明の第３の実施形態に係るワイヤレス給電装置の全体斜視図である。
【図８】同ワイヤレス給電装置の縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本開示によるワイヤレス給電装置は球状の受電装置へ電力を供給するものであり、球状の受電装置は、二次電池、受電コイル、充電回路及び無線データ送信手段が内蔵されていてよい。受電装置は種々の用途乃至構造のものであってよいが、例えば、中心部に専用センサーを内蔵した野球用ボールの形態の計測装置であってよい。このボール状計測装置は、野球の硬式用野球ボールの芯部にカプセルを埋め込み、このカプセル内に計測装置構成部品を内蔵した構成とすることができる。計測装置構成部品として、好適には、所定の軸長を有するソレノイドコイルからなる受電コイルと、該受電コイルの内周側に配置されるコイン形乃至ボタン型の二次電池と、受電コイルに受電した電力を用いて二次電池を充電する充電回路と、受電コイルへの給電状況や二次電池の充電状態などに関する各種情報を含むデータを送信するための無線データ送信手段と、ボールの回転数や回転軸や球速などを検出するためのセンサーと、該センサーによって検出されたデータを記録・計測及び／又は分析するための各種演算を行う演算部と、演算部による演算結果をスマートフォンなどの外部機器にｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）やＷｉ−Ｆｉ（登録商標）などの適宜のプロトコルで無線送信するための無線通信回路とを含むことができる。好ましくは、ボールを投げたときに本物の硬式用野球ボールと同様の挙動を示し、同様の投球感が得られるよう、ボールの芯部以外の部分は本物の硬式用野球ボールと同じ構造とすることができる。
【００２１】
好ましくは、球状の受電装置の表面には、受電コイルに対して所定の位置、例えば受電コイルの軸心と表面との交差部分に、所定のマークを付しておくことができる。野球用ボール状の計測装置の場合、このマークは、表皮の表面に印刷や刺繍などの適宜の方法によって付されたロゴマークなどであってよい。また、マークは表面との交差部分を推定できる位置にあっても良い。また、上記マークはワイヤレス給電装置に付けられたマークと合わせるようにしても良い。また、上記マークはボールの表皮の縫い目或いはボール表面の縫い目模様で代用しても良い。硬式野球ボール又は革製ソフトボールとして用いられる受電装置と、上記ワイヤレス給電装置とによってワイヤレス給電システムを構成する場合、上記マークは硬式野球ボール又は革製ソフトボールの表皮の縫い目であってよい。一方、軟式野球ボール又はゴム製ソフトボールとして用いられる受電装置と、上記ワイヤレス給電装置とによってワイヤレス給電システムを構成する場合、上記マークは、軟式野球ボール又はゴム製ソフトボールの表面の縫い目模様であってよい。
【００２２】
また、受電装置の無線データ送信手段は、受電コイルから電気的に切り離された別個の通信回路により構成することもできるが、回路構成の簡素化及び小型化のため、受電コイルを含む共振回路のインピーダンスを変動させることによる２値ＡＳＫ変調により、受電装置側からワイヤレス給電装置側への単方向通信を行う回路構成とすることが好ましい。無線データ送信手段は、受電コイルが受電する電力によって動作するものであってよく、受電コイルが電力を受電している間、所定の情報を含むパケットを定期的に送信するよう構成できる。送信する情報は適宜設計できるが、例えば、受電中の電力（給電状況に関する情報）、必要電力乃至現在の受電電力に対する必要電力の差分、送電停止要求、二次電池の充電率（充電状態に関する情報）などを含むことができ、また、受電装置の種別情報や機器固有の情報などを含むこともできる。
【００２３】
本開示によるワイヤレス給電装置は、球状の受電装置を保持する保持部を備えることができる。また、比較的小径（例えば硬式用野球ボールの大きさ）の第１の受電装置を保持する第１の保持部と、比較的大径（例えばソフトボールの大きさ）の第２の受電装置を保持する第２の保持部とを備えていてもよい。これにより、球状の受電装置を、転がることなくワイヤレス給電装置に保持させておくことができる。
【００２４】
また、本開示によるワイヤレス給電装置は、送電コイルと、前記受電コイルに対してワイヤレス給電するための磁束を生じさせるように前記送電コイルに高周波電流を供給するドライバ回路と、前記無線データ送信手段から送信されるデータを受信する無線データ受信手段と、該無線データ受信手段により受信した前記データに応じて所定の報知を行う報知手段とを備えることができる。
【００２５】
送電コイルは、渦巻き状の平面コイルであってもよいが、所定の軸長を有するソレノイドコイルにより構成することが好ましい。いずれにしても、送電コイルの内径は、受電装置の外径よりも大径として、送電コイル内に受電装置を配置可能とすることが好ましい。
【００２６】
ドライバ回路は適宜の回路構成であってよく、市販のドライバＩＣを用いて実現することも可能であり、典型的には、ハーフブリッジ又はフルブリッジ構成のインバータにより構成される。高周波電流の周波数は、受電装置側の受電コイルを含む共振回路の共振周波数に合わせることが好ましい。共振回路の特性として、インピーダンスが極大となる並列共振周波数と、インピーダンスが極小となる直列共振周波数が存在することが判明しているが、より好ましくは直列共振周波数に高周波電流の周波数を合わせることができる。さらに、送電コイルと受電コイルとの間の距離や角度の変化等によって共振周波数が変化する場合には、この受電装置側の共振周波数の変化に追従して高周波電流の周波数も自動的に変動するよう構成することもできる。
【００２７】
無線データ受信手段は、受電装置の無線データ送信手段の構成に適合する適宜のものであってよく、無線データ送信手段が上述したような受電側の負荷変動による２値ＡＳＫ変調を行う構成の場合には、送電コイルに流れる高周波電流に重畳する受信信号波形を検波する検波回路によって構成でき、検波により得られるシリアルデータが報知手段に入力されるよう構成できる。
【００２８】
報知手段は、受信したデータに含まれる情報に応じて所定の報知を行うものであり、報知処理プログラムが実装されたマイクロプロセッサなどからなる報知処理部と、報知処理部によって駆動制御されるＬＥＤやブザーなどからなる報知部とを備えることができる。受電装置の無線データ送信手段が送信するデータには、受電中の電力などの受電コイルへの給電状況に関する情報を含ませることができ、報知手段は、給電状況の変化に応じて報知内容を変更するよう構成できる。例えば、送電中の電力に対する受電中の電力の割合に応じてＬＥＤの点滅速度を増減するよう報知処理部を構成することで、受電装置がワイヤレス給電装置の送電コイルに対して適切に位置付けられているか否かをユーザに知らせることができる。
【００２９】
本開示によるワイヤレス給電装置は、前記ドライバ回路の電源電圧（送電コイルに供給する高周波電流の電源電圧）を調整する電源電圧調整制御手段をさらに備えることができ、これにより受電装置からの要求（例えば、受電装置の無線データ送信手段が送信するデータに含まれる必要電力に関する情報）に応じて送電電力を調整可能となる。電源電圧調整制御手段は適宜の構成であってよいが、例えば、マイクロプロセッサなどからなる電圧制御部と、ワイヤレス給電装置の主電源回路が出力する主電源電圧を電圧制御部が指令する電圧に変換して高周波電流の電源電圧としてドライバ回路に出力する電圧変換回路とにより構成できる。電圧変換回路は、ＤＣ／ＤＣコンバータ又は可変型定電圧レギュレータであってよい。ＤＣ／ＤＣコンバータは、主電源電圧より低い最低電圧から主電源電圧より高い最高電圧まで出力可能なアップ／ダウンコンバータであってよい。なお、電圧制御部及び報知処理部は、共通のマイクロプロセッサにより構成することが好ましいが、別のマイクロプロセッサにより構成することもできる。
【００３０】
電源電圧調整制御手段、より好ましくは電圧制御部は、前記報知手段により所定の報知を行う際の第１の制御モードと、前記受電装置の前記二次電池を満充電するための第２の制御モードとを選択的に実行可能に構成することができる。かかる制御モードの選択は、ワイヤレス給電装置に設けた操作部の所定の操作によって行われるよう構成することもできるし、また、充電開始時の所定時間は第１の制御モードが実行され、その後第２の制御モードが自動的に実行されるよう構成することもできる。
【００３１】
第１の制御モード実行時は、比較的低い定電圧がドライバ回路に供給されるよう電圧制御部が電圧変換回路を制御するよう構成でき、報知手段は、第１の制御モード実行時に給電状況の変化に応じた報知動作を行うよう構成できる。これにより、送電コイルに対する受電コイルの位置関係の変化、特に両コイルの軸心方向の相対角度の変化による受電電力の変動が比較的顕著に表れるようになり、球状の受電装置に埋め込まれた受電コイルが送電コイルに対してより適切な位置関係となるよう報知手段の報知内容に基づいて容易に受電装置を回転操作しつつ調整することができる。
【００３２】
一方、第２の制御モード実行時には、二次電池の充電状態に応じて電圧変換回路の出力電圧（高周波電流の電源電圧）を所定範囲内で変更することで、二次電池を適切な充電プロファイルで充電できる。充電プロファイルは適宜のものであってよいが、充電時間の短縮と電池セルの劣化防止の観点からＣＣＣＶ方式とすることができる。
【００３３】
第１の制御モード実行時の電圧変換回路の出力電圧は、第２の制御モード実行時の電圧変換回路の出力電圧の調整範囲の最大電圧よりも小さな定電圧とすることが好ましく、より好ましくは上記調整範囲の中間電圧よりも小さな定電圧とすることが好ましい。例えば、第２の制御モード実行時の上記調整範囲が１〜７Ｖの場合、第１の制御モード実行時には３Ｖの定電圧がドライバ回路に電源電圧として供給されるよう構成できる。
【００３４】
さらに、本開示によるワイヤレス給電装置は、受電装置の表面に付された前記マークが所定方向、例えば手前、を向くように受電装置を保持部に保持させたとき、受電コイル及び送電コイルのそれぞれの軸心が平行となるように、保持部に対して送電コイルを位置付けることができる。これにより、ユーザが受電装置の表面に付されたマークを見ながら予め定められた方向を向くようにしてワイヤレス給電装置の保持部に置くことで、受電コイルと送電コイルとを適切な位置関係に簡単に配置させることができる。なお、受電コイル及び送電コイルのそれぞれの軸心が平行とは、それぞれの軸心が一致する場合を含む。また、実使用時は、前記マークが所定方向から若干ずれた方向（例えば斜め上方、斜め下方、斜め左右方向など）を向くように受電装置が保持部に保持され、これにより受電コイル及び送電コイルのそれぞれの軸心の間に角度が生じることもあるが、そのような場合でも給電可能であれば給電動作を行うよう構成できる。例えば、受電コイル及び送電コイルのそれぞれの軸心の間の相対角度として−３０°〜＋３０°程度は許容しつつワイヤレス給電動作を行わせることができる。
【００３５】
より好ましくは、前記受電コイル及び前記送電コイルのそれぞれの軸心が平行となるように前記受電装置の前記保持部に保持されると、径方向から見て前記受電コイル及び前記送電コイルが少なくとも部分的にオーバーラップするように、前記保持部に対して前記送電コイルが位置付けられていてよい。これによれば、上記マークが所定方向を向くように受電装置を保持部に保持させると、それぞれ所定の軸長を有する受電コイル及び送電コイルがオーバーラップするため、これら両コイルの磁気的結合がより密になり、一層の給電効率の向上が図られる。
【００３６】
以下、本開示による実施形態を図面に基づいて説明する。
図１〜図５は、本発明の第１実施形態に係る電磁誘導方式のワイヤレス給電装置としての充電器１と、受電装置としてのボール状計測装置２とを示している。これら充電器１と計測装置２とによって、ワイヤレス給電システムが構成される。
【００３７】
〔計測装置の構成〕
まず、計測装置２の構成について図４を参照しつつ説明すると、本実施形態のボール状計測装置２は、野球の硬式用野球ボールの芯部に替えて、計測装置を構成する電子部品を内蔵する球状のカプセル２０が埋め込まれ、このカプセル２０の外周に、本物の硬式用野球ボールと同様に毛糸２１（ウール）及び木綿糸２２を巻き付け、外表面を白色の馬皮または牛皮からなる２つの表皮２３で包み、２つの表皮２３の接合部を頑丈に縫い合わせることで製造されている。
【００３８】
カプセル２０内には、受電コイル２４、コイン形リチウム二次電池２５、制御基板２６、及び、受電コイル２４の内周側に貼り付けられた磁気シート２７が内蔵されている。受電コイル２４は二次電池２５の厚みと同等若しくは若干大きな軸長を有するソレノイドコイルであり、軸方向から見て円形に巻回されている。受電コイル２４は所定の軸長を有することから、二次電池２５の外周を覆うように筒状とした磁気シート２７を安定的に貼り付けることができる。受電コイル２４及び磁気シート２７の直径は、カプセル２０の内径よりも小さく、二次電池２５の外径よりも大きい。制御基板２６は、軸方向からみて円形状であってよく、二次電池２５の直径と同等の直径を有する。なお、カプセル２０内にはシリコーンゲルなどの充填剤が充填され、これにより受電コイル２４、二次電池２５及び制御基板２６をカプセル２０内で動かないように固定している。
【００３９】
制御基板２６上には、図５に示すように、受電コイル２４で受電した電力を用いて二次電池２５を充電するための充電ＩＣ２６１（充電回路）と、受電コイル２４とともに並列共振回路を構成するコンデンサ２６２と、当該共振回路のインピーダンスを変化させるための負荷回路２６３（無線データ送信手段）と、二次電池２５から供給される電力により動作するマイクロプロセッサなどからなる制御部２６４と、外部のスマートフォンなどの携帯電子機器との間で双方向無線通信を行うための無線ＩＣ２６５（無線通信回路）と、ボール状計測装置２を投げたときのボールの回転数や回転軸や球速などを検出するためのセンサー２６６とが実装されている。なお、コンデンサ２６２を受電コイル２４に直列に接続して直列共振回路を構成してもよい。
【００４０】
充電ＩＣ２６１は、受電コイル２４で受電した電力で動作し、電力供給が開始されると予め定められた充電プロファイルに従って二次電池２５の充電動作制御を開始する。充電プロファイルとしてＣＣＣＶ方式を採用することが好ましく、充電初期は定電流充電を行い、その後定電圧充電を行うことで、二次電池２５の劣化を抑えつつ充電速度を速くすることができる。
【００４１】
また、充電動作制御中、充電ＩＣ２６１は、所定の情報を含むパケットデータを定期的に充電器１へ送信すべく、負荷回路２６３に２値信号を出力する。送信するパケットデータには、受電コイル２４への給電状況（受電中の電力など）、二次電池２５の充電状態（充電率など）、充電プロファイルに従う二次電池２５の充電に現時点で必要な必要電力（若しくは現在の受電電力に対する必要電力の差分）、二次電池２５の温度、充電ＩＣ２６１が検出するエラー情報、並びに、送電停止要求などの各種情報乃至指令を含むことができる。このパケットデータは、例えば８０〜１００ビット程度であってよい。充電ＩＣ２６１が負荷回路２６３に２値信号を出力すると受電コイル２４を流れる電流波形に２値ＡＳＫ変調信号が重畳され、当該変調信号が電磁的相互作用によって送電コイル１１に送信される。而して、充電ＩＣ２６１及び負荷回路２６３によって、充電器１に対し単方向無線データ通信を行う。
【００４２】
なお、送電コイル１１及び受電コイル２４とは別のアンテナコイルを充電器１及び計測装置２に内蔵させて、該アンテナコイルを介して上記パケットデータを送受信するよう構成することも可能ではあるが、装置構成の簡素化のためには図５に示す回路構成が好ましい。
【００４３】
制御部２６４は、センサー２６の検出信号に基づいて、ボール状計測装置２が投げられたときの回転数、回転軸及び球速を計測乃至分析し、その結果をメモリに記憶する。また、外部機器から無線ＩＣ２６５を介して通信要求があると、該要求にしたがって記憶した計測結果乃至分析結果を外部機器に対して無線ＩＣ２６５を介して送信する。
【００４４】
また、ボール状計測装置２の表皮２３の外表面には、内部に埋め込まれた受電コイル２４の軸心との交差部分にマークＭが付されており、このマークＭが手前を向くようにボール状計測装置２を充電器１に設置することで、受電コイル２４の軸心が充電器１の送電コイル１１の軸心と平行になる。このようなマークＭを付す方法として、ボール状計測装置２の製造工程における木綿糸２２の巻き付け後であって表皮２３の縫合前に、本実施形態の充電器１若しくは後述する第２実施形態の検査器１’を用いて内部に埋め込まれた受電コイル２４の軸心方向を検査し、判明した軸心位置にマークＭが位置するようにマークＭが付された表皮２３を縫い付けることができる。
【００４５】
〔充電器の構成〕
次に、本実施形態に係るワイヤレス給電装置としての充電器１の構成について詳細に説明する。
【００４６】
図１〜図３に示すように、充電器１は、断面中空で且つ全体としてリング状のハウジング１０を備えるとともに、このハウジング１０内に、所定の軸長を有するソレノイドコイルからなる送電コイル１１がリング形状の全体にわたって内蔵されている。また、ハウジング１０は、そのリング形状が起立した状態で机上に設置可能な底面を有し、ハウジング１０の底部には回路基板１２や主電源装置（図示せず）などが内蔵されている。ハウジングのリング形状の内径はボール状計測装置２の外径よりも大きく、ハウジング１０のリング形状の内部にボール状計測装置２を配置可能である。
【００４７】
また、図２に示すように、ハウジング１０のリング形状の内面底部には、野球の硬式用野球ボールの大きさのボール状計測装置２を転がることなく保持するための円弧状凹部からなる保持部１０ａが設けられている。さらに、本実施形態では、ハウジング１０のリング形状の内面全体が、ソフトボールの大きさの第２のボール状計測装置２’を保持するための第２の保持部１０ｂを構成している。なお、保持部１０ａは、図３Ａの（ａ）に示すようにハウジング１０自体の底部上面に形成した凹部であってよい。また、図３Ａの（ｂ）に示すようにハウジング１０の底部上面はフラットに成形して、この底部上面に皿状部材１００を取り付けて、この皿状部材１００の上面に形成された凹部によって保持させることもでき、これによりハウジング１０の成形金型の簡素化を図り、コスト低減を図ることができる。
【００４８】
図２及び図３に示すように、マークＭが手前を向くようにボール状計測装置２を保持部１０ａに保持させたとき、該計測装置２の受電コイル２４の軸心と、充電器１の送電コイル１１の軸心とが平行となるように、保持部１０ａに対して送電コイル１１が配置されている。また、このとき、径方向から見て受電コイル２４及び送電コイル１１が少なくとも部分的にオーバーラップするように、保持部１０ａに対して送電コイル１１が位置付けられている。図示実施例では、マークＭが手前を向くように計測装置２を保持部１０ａに保持させると、受電コイル２４は、完全に送電コイル１１の軸方向範囲内に包含されるようになっている。
【００４９】
同様に、第２のボール状計測装置２’を第２の保持部１０ｂに保持させた場合も、計測装置２’の受電コイル２４’の軸心と、充電器１の送電コイル１１の軸心とが平行となるように、保持部１０ｂに対して送電コイル１１が配置されている。また、このとき、径方向から見て受電コイル２４’及び送電コイル１１が少なくとも部分的にオーバーラップするように、保持部１０ｂに対して送電コイル１１が位置付けられている。
【００５０】
回路基板１２上には、図５に示すように、受電コイル２４に対してワイヤレス給電するための磁束を生じさせるように送電コイル１１に高周波電流を供給するドライバ回路１３と、高周波電流の電源電圧（ドライバ回路１３に供給される電圧）を主電源電圧（５Ｖ）に基づいて生成出力する電圧変換回路１４と、送電コイル１１を流れる高周波電流に重畳する計測装置２からの変調信号を検波する検波回路１５からなる無線データ受信手段と、検波回路１５により受信したデータに基づいて各種制御を行うマイクロプロセッサなどからなる制御部１６と、２つのＬＥＤ１７ａ，１７ｂからなる報知部とを備えている。なお、図示していないが電源スイッチを設けておくことが好ましい。
【００５１】
２つのＬＥＤ１７ａ，１７ｂはそれぞれ別の色で発光するものとすることができ、一方のＬＥＤ１７ａは例えば充電電力レベルの表示のために用い、他方のＬＥＤ１７ｂは例えば充電器１に対する計測装置の位置調整レベル（例えば、送電コイル１１に対する受電コイル２４の位置関係の適切度）の表示のために用いることができる。
【００５２】
ドライバ回路１３は、本実施形態では電圧形ハーフブリッジインバータにより構成されており、２つのスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２により構成されるアームと、制御部１６からの制御信号に基づいて各スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２に駆動信号を出力するＰＷＭ回路１３ａとによって主構成されている。
【００５３】
電圧変換回路１４は、本実施形態ではアップ／ダウンレギュレータにより構成されており、主電源電圧より低い最低電圧（例えば１Ｖ）から、主電源電圧より高い最高電圧（例えば７Ｖ）まで、制御部１６に実装された制御プログラム等により構成される電圧制御部からの指令に基づいて出力電圧を調整可能に構成されている。而して、制御部１６の電圧制御部及びアップ／ダウンレギュレータ１４により、送電コイル１１に供給する高周波電流の電源電圧を調整する電源電圧調整制御手段が構成されている。なお、電圧変換回路１４の出力側には電源電圧を安定化させるために、図５に示されるようにデカップリングコンデンサを設けておくことが好ましい。
【００５４】
検波回路１５は、計測装置２の無線データ送信手段の負荷変調動作によって送電コイル１１に発生する負荷変調成分を検波して、その検出信号を制御部１６に出力する。なお、制御部１６のアナログ入力ポートに検波信号を入力させ、制御部１６が検波信号からパケットデータを抽出するよう構成してもよいし、また、検波回路１５内にＡ／Ｄコンバータを設けて、検波回路１５において二値シリアルデータを生成して、制御部１６のシリアル入力ポートに入力させることも可能である。而して、検波回路１５及び制御部１６によって、計測装置２側から送信されるパケットデータを受信する。
【００５５】
制御部１６には、アップ／ダウンレギュレータ１４の出力電圧制御を行う電圧制御部と、ＬＥＤ１７ａ，１７ｂの駆動制御を行う報知制御部とが、制御プログラム等によって実装されている。
【００５６】
電圧制御部は、計測装置２から受信するパケットデータに含まれる必要電力に関する情報に基づいて、計測装置２側が要求する電力の送電を行うように電圧変換回路１４の出力電圧制御を行う。
【００５７】
報知制御部は、計測装置２から受信するパケットデータに含まれる二次電池２５の充電率に応じて、ＬＥＤ１７ａの点滅パターンを変更制御する。例えば、ＳＯＣが７０％未満であれば０．５秒周期での点滅、ＳＯＣが７０〜８０％で０．３秒周期での点滅、８０〜９０％で０．１秒周期での点滅、９０％以上で点灯させるよう制御することで、ユーザに計測装置２の二次電池の充電状態を分かりやすく表示できる。
【００５８】
また、報知制御部は、パケットデータに含まれる給電状況に関する情報に応じて、ＬＥＤ１７ｂの点滅パターンを変更制御する。例えば、電圧変換回路１４の出力電圧に基づいて算出される送電電力に対する、パケットデータに含まれる受電中電力の割合が小さいほどＬＥＤ１７ｂの点滅速度を遅くし、送電電力に対する受電中電力の割合が大きいほどＬＥＤ１７ｂの点滅速度を速くすることで、送電効率の良否を分かりやすく表示できる。なお、送電電力に対する割合ではなく、受電中電力の値に応じて点滅速度を変動させることもできる。また、電力ではなく、受電コイル２４に生じる電圧に基づいて同様の制御を行うこともできる。
【００５９】
また、制御部１６は、報知手段により給電状況を報知する際の第１の制御モード（位置調整モード）と、計測装置２の二次電池２５を満充電するための第２の制御モード（充電モード）とを選択的に実行可能に構成することができる。かかる制御モードの選択は、ハウジング１０に設けた操作ボタンなどからなるモード選択操作部（図示せず）の操作によって行われるように構成することもできるし、また、ボール状計測装置２が充電器１のリング形状の内部に配置されたことをパケットデータに含まれる情報に基づいて制御部１６が検出すると、所定時間（例えば１０秒間）、第１の制御モードが実行され、その後自動的に第２の制御モードが実行されて、充電制御を行うよう構成することもできる。
【００６０】
本実施形態では、第１の制御モード実行時は、電圧変換回路の出力電圧を、比較的低い定電圧、例えば３Ｖに維持するよう電圧制御部が構成されている。これにより充電器１からの送電出力が一定となるため、パケットデータに含まれる給電状況に関する情報の変動は、送電コイル１１に対する受電コイル２４の位置関係の変化のみに基づくこととなり、受電コイル２４が送電コイル１１に対してどの方向を向いているのかが判別しやすくなる。したがって、計測装置２の外表面にマークＭが付されていない場合や、計測装置２の製造工程途中で受電コイル２４の軸心方向を検査したい場合にも、第１の制御モードの実行によって受電コイル２４の軸心方向を的確に判別可能となる。
【００６１】
第２の制御モード実行時は、上述したように、ＣＣＣＶ方式での充電プロファイルにしたがって二次電池２５を満充電するよう、計測装置２の充電ＩＣ２６１と協働しつつ電圧変換回路１４の出力電圧制御を行い、計測装置２側から充電動作停止指令を受信すると送電動作を終了するよう構成できる。
【００６２】
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、適宜設計変更できる。例えば、計測装置２にマークＭを付した状態で出荷されるのであれば、給電状況に関する報知を行うＬＥＤ１７ｂ並びに第１の制御モードは不要であり、充電状態に関する報知のみを行うよう構成することができる。
【００６３】
また、製造工程途中で計測装置２の内部に埋め込まれた受電コイル２４の軸心方向の検査目的に使用する検査器１’として本発明のワイヤレス給電装置を実施することもできる。この場合、計測装置２の二次電池２５を満充電する機能は不要であるため、図６に示すように、電圧変換回路１４’として一定電圧を出力する三端子レギュレータを用い、満充電に必要となる電圧範囲の最大電圧よりも低い電圧、例えば３Ｖの定電圧をドライバ回路１３に出力してワイヤレス給電を行い、そのときの給電状況に関する情報に基づいてＬＥＤ１７ｂの点滅速度を変化させるよう構成することもできる。これにより、装置構成の簡素化と低コスト化を図ることができる。
【００６４】
また、本発明のワイヤレス給電装置は、上記実施形態で説明したボール状計測装置２，２’のみならず、種々の球状の受電装置に対するワイヤレス給電装置として実施可能である。
【００６５】
また、図１〜図３に示した第１の実施形態ではワイヤレス給電装置１のリング形状が起立した状態で机上に設置可能に構成したが、図７及び図８に示す第３の実施形態のようにワイヤレス給電装置１''のハウジング１０をお椀型に構成することもできる。このワイヤレス給電装置１''では、半球面状凹部からなる保持部１０ａが上方に開口するよう設けられたハウジング１０を備えている。ハウジング１０には、その上端開口縁部近傍に送電コイル１１が内蔵されており、この送電コイル１１の軸心は上下方向に沿っている。このワイヤレス給電装置１''の保持部１０ａに、マークＭが上方を向くようにボール状計測装置２を保持させると、計測装置２の受電コイル２４の軸心と送電コイル１１の軸心とが略平行となるとともに、径方向から見て送電コイル１１と受電コイル２４とが少なくとも部分的に重複するようになっている。
【符号の説明】
【００６６】
１，１’，１''  ワイヤレス給電装置
１１  送電コイル
１３  ドライバ回路
１４  電圧変換回路
１５  無線データ受信手段
１６  制御部（報知手段及び電源電圧調整制御手段）
１７  報知部
２  受電装置
２０  カプセル
２４  受電コイル
２５  二次電池
２６  制御基板
２６１  充電回路
２６３  無線データ送信手段を構成する負荷回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図３Ａ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2019151225.tif 000009
【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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