(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
開口部を有した基板と、
前記開口部の周りに渦巻状に形成され、前記基板の一方の面に取り付けられて当該基板の回路と接続され、非接触で電力の伝送を行う電力伝送コイルと、
前記開口部に設置され、平面状に形成された導電部材を有し、当該導電部材を介して無線通信を行う通信モジュールと、を備え、
前記通信モジュールの導電部材は、
前記電力伝送コイルのコイル軸線方向に直交する直交面と交差することを特徴とする電力伝送通信ユニット。
【請求項２】
前記通信モジュールの導電部材は、
前記コイル軸線方向を当該導電部材の平面に含んでいる請求項１に記載の電力伝送通信ユニット。
【請求項３】
前記通信モジュールは、プリント配線基板を備え、
前記導電部材は、
前記プリント配線基板の回路に接続され、当該プリント配線基板の少なくとも一面の所定領域に形成され、電荷を蓄積する結合電極を含む請求項１又は２に記載の電力伝送通信ユニット。
【請求項４】
前記通信モジュールは、
前記コイル軸線方向に直交する直交方向から見た場合に、当該通信モジュールの前記コイル軸線方向における通信側の端部が前記電力伝送コイルと並ぶ位置に配置されている請求項１〜３のいずれか１項に記載の電力伝送通信ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力伝送通信ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、非接触で電力の伝送を行う機能と無線で通信する機能とを備えた電力伝送通信ユニットがある。電力伝送通信ユニットは、通信モジュールと、通信モジュールの周りに渦巻状に形成された電力伝送用コイルと、が同一基板上に設けられている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−４９４７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、通信モジュールは、電力伝送用コイルの磁界の影響を受けやすく、渦電流によって通信モジュールの温度が上昇する問題があった。
【０００５】
そこで、本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、通信モジュールの温度上昇を抑制することができる電力伝送通信ユニット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】
【０００６】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る電力伝送通信ユニットは、開口部を有した基板と、前記開口部の周りに渦巻状に形成され、前記基板の一方の面に取り付けられて当該基板の回路と接続され、非接触で電力の伝送を行う電力伝送コイルと、前記開口部に設置され、平面状に形成された導電部材を有し、当該導電部材を介して無線通信を行う通信モジュールと、を備え、前記通信モジュールの導電部材は、前記電力伝送コイルのコイル軸線方向に直交する直交面と交差することを特徴とする。
【０００７】
また、上記電力伝送通信ユニットにおいて、前記通信モジュールの導電部材は、前記コイル軸線方向を当該導電部材の平面に含んでいることが好ましい。
【０００８】
また、上記電力伝送通信ユニットにおいて、前記通信モジュールは、プリント配線基板を備え、前記導電部材は、前記プリント配線基板の回路に接続され、当該プリント配線基板の少なくとも一面の所定領域に形成され、電荷を蓄積する結合電極を含むことが好ましい。また、上記電力伝送通信ユニットにおいて、前記通信モジュールは、前記コイル軸線方向に直交する直交方向から見た場合に、当該通信モジュールの前記コイル軸線方向における通信側の端部が前記電力伝送コイルと並ぶ位置に配置されていることが好ましい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る電力伝送通信ユニットによれば、通信モジュールの導電部材は、電力伝送コイルのコイル軸線方向に直交する直交面と交差するので、通信モジュールの温度上昇を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、実施形態に係る電力伝送通信ユニットの構成例を示す底面図である。
【図２】図２は、実施形態に係る電力伝送通信ユニットの構成例を示す断面図である。
【図３】図３は、実施形態に係る通信カプラの構成例を示す斜視図である。
【図４】図４は、実施形態に係る送電側の電力伝送通信ユニットと受電側の電力伝送通信ユニットとの位置関係を示す断面図である。
【図５】図５は、実施形態に係る電力伝送通信ユニットの使用例（その１）を示す断面図である。
【図６】図６は、実施形態に係る電力伝送通信ユニットの使用例（その２）を示す断面図である。
【図７】図７は、比較例に係る電力伝送通信ユニットの構成例を示す断面図である。
【図８】図８は、比較例に係る温度上昇例（距離：１０ｍｍ）を示す図である。
【図９】図９は、実施形態に係る温度上昇例（距離：１０ｍｍ）を示す図である。
【図１０】図１０は、比較例に係る温度上昇例（距離：５ｍｍ）を示す図である。
【図１１】図１１は、実施形態に係る温度上昇例（距離：５ｍｍ）を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明を実施するための形態（実施形態）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の実施形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成は適宜組み合わせることが可能である。また、本発明の要旨を逸脱しない範囲で構成の種々の省略、置換又は変更を行うことができる。
【００１２】
〔実施形態〕
実施形態に係る電力伝送通信ユニットについて説明する。図１は、実施形態に係る電力伝送通信ユニットの構成例を示す底面図である。図２は、実施形態に係る電力伝送通信ユニットの構成例を示す断面図である。図３は、実施形態に係る通信カプラの構成例を示す斜視図である。図４は、実施形態に係る送電側の電力伝送通信ユニットと受電側の電力伝送通信ユニットとの位置関係を示す断面図である。
【００１３】
電力伝送通信ユニット１は、非接触で電力を伝送すると共に無線で通信するものである。電力伝送通信ユニット１は、図１及び図２に示すように、基板である基板１０と、電力伝送コイル２０と、通信モジュールである通信カプラ３０とを備えている。なお、説明の理解を容易にするために、電力伝送通信ユニット１は、筐体を取り外した状態で図示している。
【００１４】
基板１０は、絶縁素材１０ａと、開口部１１と、電力伝送用の回路１２とを備えている。絶縁素材１０ａは、直方体の形状を有した板状に形成され、透磁率の高い磁性体であるフェライトを含んでいる。絶縁素材１０ａは、中央に矩形の開口部１１が形成されている。開口部１１は、通信カプラ３０の通信を妨げない大きさに開口されている。絶縁素材１０ａの電力伝送コイル２０側の面１３には、電力伝送用の回路１２が形成されている。
【００１５】
電力伝送コイル２０は、非接触で電力の伝送を行うものである。電力伝送コイル２０は、基板１０の開口部１１の周りに中心軸線Ｘを中心として渦巻状に形成され、基板１０の電力伝送用の回路１２側の面１３に取り付けられている。電力伝送コイル２０は、基板１０に形成された回路１２に接続されている。例えば、電力伝送コイル２０の一方の端部は、回路１２ａに接続され、電力伝送コイル２０の他方の端部は、回路１２ｂに接続されている。
【００１６】
通信カプラ３０は、基板１０の開口部１１に設置され、他の通信カプラ３０と無線通信を行うものである。通信カプラ３０は、例えば、近接無線転送技術であるＴｒａｎｓｆｅｒＪｅｔ（登録商標）を使用する。通信カプラ３０は、プリント配線基板３１と、結合電極３２と、同軸コネクタ３３とを備えている。結合電極３２は、導電部材に含まれる。
【００１７】
プリント配線基板３１は、直方体の形状を有した板状に形成されている。プリント配線基板３１は、コイル軸線方向に延在している。ここで、コイル軸線方向は、中心軸線Ｘに沿った方向である。プリント配線基板３１には、回路３１０が形成されている。
【００１８】
結合電極３２は、通信に用いる電荷を蓄積するものである。結合電極３２は、プリント配線基板３１の回路３１０に接続され、プリント配線基板３１の少なくとも一面の所定領域に平面状に形成されている。例えば、結合電極３２は、図３に示すように、Ｔ字状に形成され、プリント配線基板３１の一面の略中央の領域に形成されている。ここで、プリント配線基板３１の結合電極３２の形成面において、コイル軸線方向を高さ方向とし、当該結合電極３２の形成面において高さ方向に直交する方向を幅方向とする。Ｔ字状の結合電極３２は、プリント配線基板３１の幅方向に延在する第１電極３２０と、プリント配線基板３１の高さ方向に延在する第２電極３２１と、を有している。第２電極３２１は、第１電極３２０の略中央から高さ方向に延在している。第１電極３２０は、通信カプラ３０のコイル軸線方向における通信側に形成されている。
【００１９】
同軸コネクタ３３は、プリント配線基板３１の回路３１０と図示しないケーブルとを接続するものである。
【００２０】
通信カプラ３０の結合電極３２は、電力伝送コイル２０のコイル軸線方向に直交する直交面Ｐと交差する。つまり、結合電極３２は、コイル軸線方向に直交する直交面Ｐと平行ではない。本実施形態では、結合電極３２は、コイル軸線方向に直交する直交面Ｐと垂直であり、コイル軸線方向を結合電極３２の平面に含んでいる。
【００２１】
通信カプラ３０は、電力伝送コイル２０のコイル軸線方向に直交する直交方向から見た場合に、通信カプラ３０のコイル軸線方向における通信側の端部３１１が電力伝送コイル２０と並ぶ位置に配置されている。つまり、通信カプラ３０は、コイル軸線方向に直交する直交方向から見た場合に、通信カプラ３０のコイル軸線方向における通信側の端部３１１が電力伝送コイル２０の基板１０と反対側における端部２１と並ぶ位置に配置されている。
【００２２】
電力伝送通信ユニット１Ａは、図４に示すように、他の電力伝送通信ユニット１Ｂにコイル軸線方向において対向して配置される。つまり、電力伝送通信ユニット１Ａの通信カプラ３０と、電力伝送通信ユニット１Ｂの通信カプラ３０とが通信可能に対向して配置され、かつ、電力伝送通信ユニット１Ａの電力伝送コイル２０と、電力伝送通信ユニット１Ｂの電力伝送コイル２０とが電力伝送可能に対向して配置される。この場合、電力伝送通信ユニット１Ａの結合電極３２と電力伝送通信ユニット１Ｂの結合電極３２とが、同一平面内に配置されることが好ましい。電力伝送通信ユニット１Ａと電力伝送通信ユニット１Ｂとは、略同様の構成であり、使用態様に応じて、電気信号を送信する送信側又は電気信号を受信する受信側として機能する。また、電力伝送通信ユニット１Ａと電力伝送通信ユニット１Ｂとは、使用態様に応じて、電力を送電する送電側又は電力を受電する受電側として機能する。
【００２３】
電力伝送通信ユニット１Ａと電力伝送通信ユニット１Ｂとにおける幾何学的な配置の一例を説明する。電力伝送通信ユニット１Ａの通信カプラ３０と電力伝送通信ユニット１Ｂの通信カプラ３０との通信距離は、例えば、最大１０ｍｍ程度である。つまり、電力伝送通信ユニット１Ａの通信カプラ３０のコイル軸線方向における通信側の端部３１１と、電力伝送通信ユニット１Ｂの通信カプラ３０のコイル軸線方向における通信側の端部３１１との距離Ｄｃは、例えば、最大１０ｍｍ程度である。
【００２４】
従って、電力伝送コイル２０のコイル軸線方向に直交する直交方向から見た場合に、通信カプラ３０のコイル軸線方向における通信側の端部３１１が電力伝送コイル２０の基板１０と反対側における端部２１と並ぶ位置に配置されているので、電力伝送通信ユニット１Ａの電力伝送コイル２０の端部２１と、電力伝送通信ユニット１Ｂの電力伝送コイル２０の端部２１との最大距離Ｄｐは、例えば、１０ｍｍ程度である。電力伝送通信ユニット１Ａと電力伝送通信ユニット１Ｂとのコイル軸線方向における距離が、最大距離Ｄｐ（１０ｍｍ程度）よりも離れると、通信カプラ３０の通信に影響がでる。例えば、通信カプラ３０の通信速度が低下したり、通信カプラ３０の通信にエラーが生じたりする。電力伝送通信ユニット１Ａと電力伝送通信ユニット１Ｂとのコイル軸線方向における距離が、最大距離Ｄｐ（１０ｍｍ程度）以下であれば、通信カプラ３０の通信に影響はでない。
【００２５】
次に、電力伝送通信ユニット１の動作例について説明する。電力伝送通信ユニット１Ａは、電気信号の送信及び電力の受電を行い、電力伝送通信ユニット１Ｂは、電気信号の受信及び電力の送電を行うものとして説明する。
【００２６】
電力伝送通信ユニット１Ａの通信カプラ３０は、同軸コネクタ３３に接続されたケーブルから電気信号が入力されると、結合電極３２に電荷を蓄積する。電力伝送通信ユニット１Ａと電力伝送通信ユニット１Ｂとがコイル軸線方向において１０ｍｍ以下程度の間隔で対向した状態で、電力伝送通信ユニット１Ａの通信カプラ３０は、結合電極３２に蓄積された電荷を電気信号として電力伝送通信ユニット１Ｂの通信カプラ３０に送信する。電力伝送通信ユニット１Ｂの通信カプラ３０は、電力伝送通信ユニット１Ａの通信カプラ３０から送信された電気信号を受信し、同軸コネクタ３３に接続されたケーブルを介して電気信号を出力する。
【００２７】
また、電力伝送通信ユニット１Ｂの図示しない交流電源は、電力伝送用の回路１２を介して電力伝送コイル２０に電力を供給する。電力伝送コイル２０に電流が流れると磁界が発生し、この磁界により生じた誘導起電力によって電力伝送通信ユニット１Ａの電力伝送コイル２０に電流が流れる。
【００２８】
次に、電力伝送通信ユニット１の使用例について説明する。図５は、実施形態に係る電力伝送通信ユニットの使用例（その１）を示す断面図である。図６は、実施形態に係る電力伝送通信ユニットの使用例（その２）を示す断面図である。なお、図５及び図６に示す電力伝送通信ユニット１は、筐体４０が装着されている。筐体４０は、樹脂などから形成され、基板１０に取り付けられた電力伝送コイル２０と通信カプラ３０とを保護するものである。
【００２９】
電力伝送通信ユニット１Ａと電力伝送通信ユニット１Ｂとの間には、図５に示すように、障害物が介在しない状態で、電力伝送通信ユニット１Ａと電力伝送通信ユニット１Ｂとをコイル軸線方向に通信可能に対向させてもよい。そして、電力伝送通信ユニット１Ａの通信カプラ３０は、電気信号を電力伝送通信ユニット１Ｂの通信カプラ３０に送信する。電力伝送通信ユニット１Ｂの通信カプラ３０は、電力伝送通信ユニット１Ａの通信カプラ３０から送信された電気信号を受信する。また、電力伝送通信ユニット１Ｂの電力伝送コイル２０は、磁界結合により電力を電力伝送通信ユニット１Ａの電力伝送コイル２０に伝送する。電力伝送通信ユニット１Ａの電力伝送コイル２０は、電力伝送通信ユニット１Ｂの電力伝送コイル２０から伝送された電力を受電する。
【００３０】
また、図６に示すように、電力伝送通信ユニット１Ａと電力伝送通信ユニット１Ｂとの間に、非導電部材である障害物２が介在した状態で、電力伝送通信ユニット１Ａと電力伝送通信ユニット１Ｂとをコイル軸線方向に通信可能に対向させてもよい。
【００３１】
次に、通信カプラ３０と電力伝送コイル２０との温度変化について、比較例と比較しながら説明する。図７は、比較例に係る電力伝送通信ユニットの構成例を示す断面図である。図８は、比較例に係る温度上昇例（距離：１０ｍｍ）を示す図である。図９は、実施形態に係る温度上昇例（距離：１０ｍｍ）を示す図である。図１０は、比較例に係る温度上昇例（距離：５ｍｍ）を示す図である。図１１は、実施形態に係る温度上昇例（距離：５ｍｍ）を示す図である。図８〜図１１において、縦軸は温度を示し、横軸は時間（分）を示す。
【００３２】
比較例では、図７に示すように、電力伝送通信ユニット５の通信カプラ５０の結合電極５２は、電力伝送コイル２０のコイル軸線方向に直交する直交面Ｐと平行に形成されている。比較例に係る送信側の電力伝送通信ユニット５と受信側の電力伝送通信ユニット５とのコイル軸線方向における間隔は、１０ｍｍ程度である。この場合、比較例に係る電力伝送通信ユニットでは、図８に示すように、電気信号の送信を開始してから１５分後において、送信側の通信カプラ３０の温度が９５℃であり、受信側の通信カプラ３０の温度が７３℃であった。また、電力の伝送を開始してから１５分後において、送電側の電力伝送コイル２０の温度が６３℃であり、受電側の電力伝送コイル２０の温度が４６℃であった。また、電力の伝送効率は、８４％であった。
【００３３】
これに対して、本発明に係る電力伝送通信ユニット１では、電力伝送通信ユニット１Ａと電力伝送通信ユニット１Ｂとのコイル軸線方向における間隔が１０ｍｍ程度の場合、図９に示すように、電気信号の送信を開始してから１５分後において、送信側の通信カプラ３０の温度が３１℃であり、受信側の通信カプラ３０の温度が３１℃であった。また、電力の伝送を開始してから１５分後において、送電側の電力伝送コイル２０の温度が５４℃であり、受電側の電力伝送コイル２０の温度が４３℃であった。また、電力の伝送効率は、８９％であった。
【００３４】
本発明に係る電力伝送通信ユニット１では、比較例の電力伝送通信ユニットと比較して、送信側の通信カプラ３０の温度が６４℃低下し、受信側の通信カプラ３０の温度が４２℃低下した。また、本発明に係る電力伝送通信ユニット１では、比較例の電力伝送通信ユニットと比較して、送電側の電力伝送コイル２０の温度が９℃低下し、受電側の電力伝送コイル２０の温度が３℃低下した。また、本発明に係る電力伝送通信ユニットでは、比較例の電力伝送通信ユニットと比較して、電力の伝送効率が５％向上した。
【００３５】
比較例に係る送信側の電力伝送通信ユニット５と受信側の電力伝送通信ユニット５のコイル軸線方向における間隔が５ｍｍ程度である場合、比較例に係る電力伝送通信ユニット５では、図１０に示すように、電気信号の送信を開始してから１５分後において、送信側の通信カプラ５０の温度が５９℃であり、受信側の通信カプラ５０の温度が８０℃であった。また、電力の伝送を開始してから１５分後において、送電側の電力伝送コイル２０の温度が６８℃であり、受電側の電力伝送コイル２０の温度が５７℃であった。また、電力の伝送効率は、８４％であった。
【００３６】
これに対して、本発明に係る電力伝送通信ユニット１では、電力伝送通信ユニット１Ａと電力伝送通信ユニット１Ｂとのコイル軸線方向における間隔が５ｍｍ程度の場合、図１１に示すように、電気信号の送信を開始してから１５分後において、送信側の通信カプラ３０の温度が３０℃であり、受信側の通信カプラ３０の温度が３１℃であった。また、電力の伝送を開始してから１５分後において、送電側の電力伝送コイル２０の温度が５７℃であり、受電側の電力伝送コイル２０の温度が４８℃であった。また、電力の伝送効率は、８８％であった。
【００３７】
本発明に係る電力伝送通信ユニット１では、比較例の電力伝送通信ユニット５と比較して、送信側の通信カプラ３０の温度が２９℃低下し、受信側の通信カプラ３０の温度が４９℃低下した。また、本発明に係る電力伝送通信ユニット１では、比較例の電力伝送通信ユニットと比較して、送電側の電力伝送コイル２０の温度が１１℃低下し、受電側の電力伝送コイル２０の温度が９℃低下した。また、本発明に係る電力伝送通信ユニット１では、比較例の電力伝送通信ユニットと比較して、電力の伝送効率が４％向上した。
【００３８】
以上のように、実施形態に係る電力伝送通信ユニット１によれば、通信カプラ３０の結合電極３２は、電力伝送コイル２０のコイル軸線方向に直交する直交面Ｐと交差する。これにより、電力伝送コイル２０の磁界によって発生した渦電流が流れる結合電極３２の面積を削減できる。従って、結合電極３２に流れる渦電流を抑制できるので、結合電極３２の温度上昇を抑制することができる。また、電力伝送コイル２０は、結合電極３２の磁界から受ける影響を抑制できるので、電力伝送コイル２０に流れる渦電流を抑制することができ、電力伝送コイル２０の温度上昇を抑制することができる。また、電力伝送コイル２０は、結合電極３２の磁界から受ける影響を抑制できるので、電力の伝送効率を向上できる。また、結合電極３２を電力伝送コイル２０の磁界に近付けても、温度上昇を抑制できる。つまり、電力伝送コイル２０のコイル軸線方向に直交する直交方向から見た場合に、通信カプラ３０のコイル軸線方向における通信側の端部３１１が電力伝送コイル２０の基板１０と反対側における端部２１と並ぶ位置に配置された場合でも、温度上昇を抑制できる。
【００３９】
また、通信カプラ３０の結合電極３２は、コイル軸線方向を結合電極３２の平面に含んでいる。これにより、渦電流が流れる結合電極３２の面積を最小限にすることができるので、結合電極３２に流れる渦電流を最小限に抑えることができる。
【００４０】
〔変形例〕
次に、実施形態の変形例について説明する。近接無線転送技術としてＴｒａｎｓｆｅｒＪｅｔ（登録商標）を使用する例について説明したが、他の近接無線転送技術を使用してもよい。
【００４１】
また、結合電極３２は、Ｔ字状に形成されている例について説明したが、無線通信が可能な形状であれば、どのような形状であってもよい。
【００４２】
また、基板１０は、磁性体であるフェライトを含む絶縁素材１０ａを使用したが、磁性体を含まない絶縁素材であってもよい。また、絶縁素材１０ａは、磁性体を含む場合、フェライトに限定されない。
【００４３】
また、結合電極３２は、必ずしも直交面Ｐと垂直である必要はなく、直交面Ｐに対して傾きを有していればよい。この場合、電力伝送通信ユニット１Ａの結合電極３２と電力伝送通信ユニット１Ｂの結合電極３２とが、同一平面内に配置されることが好ましい。なお、電力伝送通信ユニット１Ａの結合電極３２と電力伝送通信ユニット１Ｂの結合電極３２とは、必ずしも同一平面内に配置される必要はなく、通信可能な範囲で同一平面に沿うように配置してもよい。
【００４４】
また、通信カプラ３０の導電部材は、結合電極３２を含む例について説明したが、結合電極３２に加えて、さらに、プリント配線基板３１の回路３１０を含んでもよい。この場合、プリント配線基板３１の回路３１０は、電力伝送コイル２０のコイル軸線方向に直交する直交面Ｐと交差する。つまり、プリント配線基板３１の回路３１０は、電力伝送コイル２０のコイル軸線方向に直交する直交面Ｐと平行ではない。例えば、プリント配線基板３１の回路３１０は、コイル軸線方向に直交する直交面Ｐと垂直であり、コイル軸線方向をプリント配線基板３１の回路３１０の平面に含んでいる。
【符号の説明】
【００４５】
１，１Ａ，１Ｂ  電力伝送通信ユニット
１０  基板
１１  開口部
１２  回路
１３  面
２０  電力伝送コイル
２１  端部
３０  通信カプラ（通信モジュール）
３１  プリント配線基板
３１０  回路（導電部材）
３１１  端部
３２  結合電極（導電部材）
３２０  第１電極
３２１  第２電極
３３  同軸コネクタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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