(57)【要約】【課題】一度に複数のシート状の受電機器に対して非接触給電を行う際に、その枚数に関わらず一定の電圧値で給電する。【解決手段】本発明の非接触給電装置１は、シート状の受電機器１００に設けられた受電用コイル１０１に対応した位置に当接する第１の当接面１１を有する第１の磁性部材１０と、シート状の受電機器に設けられた受電用コイルに対応した位置に当接する第２の当接面２１を有する第２の磁性部材２０と、前記第１の磁性部材および前記第２の磁性部材を、一又は複数の前記シート状の受電機器が前記第１の当接面および前記第２の当接面で挟持されるように連結する連結手段と、前記第１の磁性部材または前記第２の磁性部材に巻設される送電用コイル２２と、前記送電用コイルに電流を供給する電源部と、前記受電機器が挟持された状態における、前記送電用コイルの相互誘導係数に基づき、前記送電用コイルの自己誘導係数を変更する変更手段と、を有する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シート状の受電機器に設けられた受電用コイルに対応した位置に当接する第１の当接面を有する第１の磁性部材と、
シート状の受電機器に設けられた受電用コイルに対応した位置に当接する第２の当接面を有する第２の磁性部材と、
前記第１の磁性部材および前記第２の磁性部材を、一又は複数の前記シート状の受電機器が前記第１の当接面および前記第２の当接面で挟持されるように連結する連結手段と、
前記第１の磁性部材または前記第２の磁性部材に巻設される送電用コイルと、
前記送電用コイルに電流を供給する電源部と、
前記受電機器が挟持された状態における、前記送電用コイルの相互誘導係数に基づき、前記送電用コイルの自己誘導係数を変更する変更手段と
を有する非接触給電装置。
【請求項２】
前記連結手段は、前記第１の磁性部材および前記第２の磁性部材を摺動自在に連結する
ことを特徴とする請求項１に記載の非接触給電装置。
【請求項３】
前記連結手段は、前記第１の磁性部材および前記第２の磁性部材を回動自在に連結する
ことを特徴とする請求項１に記載の非接触給電装置。
【請求項４】
前記変更手段は前記送電用コイルの有効巻き数を変更する
ことを特徴とする請求項１に記載の非接触給電装置。
【請求項５】
前記第１の当接部および前記第２の当接部をそれぞれ被覆する磁性弾性部材を更に有する
ことを特徴とする請求項１に記載の非接触給電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非接触型の給電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
受電装置との間で電気的接触を持たず、電磁誘導を利用して給電を行ういわゆる非接触型の給電装置がある。具体的には、送電側装置と受電側機器にそれぞれコイルを設け、送電側コイルに時間変化する電流を流すと、送電側コイルを貫通する磁束の変化に伴って受電側コイルに誘導起電力が発生するというものである（相互誘導）。受電側コイルに発生する誘導起電力は、送電側コイルに流す電流の時間変化率に比例する。発生した誘導起電力は、受信側に設けられた負荷抵抗等の素子によって蓄電される。
非接触型の給電装置を、表示素子および駆動回路などを備えたシート状の電子機器（いわゆる電子ペーパ）の給電手段として用いることが試みられている。非接触型給電の場合、電子ペーパ側には受電用のコイルを埋設しておけばよく、電気的な接続を確保するための端子などを設ける必要がないため、軽量・薄型という電子ペーパの特長を損なうことなく給電を行うことができるからである。
ここで、非接触型給電の更なる長所として、複数枚の電子ペーパに対して一度に給電を行うことが容易であることが知られている。一例としては、送電側コイルで発生した磁束を一度に全ての受電用コイルに貫通させるために、所定の位置に受電用コイルが埋設された複数の電子ペーパを位置がそろうように重ね、この電子ペーパの束を非接触型給電装置の送電用コイルが設けられている開口部に挿入するという方法がある（特許文献１を参照）。
【特許文献１】特開２００５−２６０１２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、電子ペーパは有限の厚みと所定の透磁率を有しているから、給電装置に一度に挿入する枚数が異なると、電子ペーパ側の受電用コイルと給電装置側の送電用コイルとで形成される磁性回路の幾何学的配置あるいは透磁率はもはや等価ではなくなる。この結果、送電用コイルの相互誘導係数（インダクタンス）が変化し、これに伴い電子ペーパ側のコイルに生じる誘導起電力も変化する。このように、従来の給電装置では、一度に複数の受電機器（電子ペーパ）を充電しようとすると、一枚の電子ペーパに給電する場合における電圧値（通常、この電圧値が所望の電圧値となる）に対してずれが生じていた。近年の電子ペーパには素子が高密度で実装されているものがあり、電子ペーパの構造によっては、所定の電圧値で充電されなかった場合、単に充電時間がながくなるという問題だけではなく、電子ペーパの動作に不具合が生じる虞もある。
【０００４】
本発明は上述した背景に鑑みてなされたものであり、一度に複数のシート状の受電機器に対して非接触給電を行う際に、その枚数に関わらず一定の電圧値で給電することのできる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】
【０００５】
本発明は、一の態様において、シート状の受電機器に設けられた受電用コイルに対応した位置に当接する第１の当接面を有する第１の磁性部材と、シート状の受電機器に設けられた受電用コイルに対応した位置に当接する第２の当接面を有する第２の磁性部材と、前記第１の磁性部材および前記第２の磁性部材を、一又は複数の前記シート状の受電機器が前記第１の当接面および前記第２の当接面で挟持されるように連結する連結手段と、前記第１の磁性部材または前記第２の磁性部材に巻設される送電用コイルと、前記送電用コイルに電流を供給する電源部と、前記受電機器が挟持された状態における、前記送電用コイルの相互誘導係数に基づき、前記送電用コイルの自己誘導係数を変更する変更手段とを有する非接触給電装置を提供する。
【０００６】
好ましい態様において、前記連結手段は、前記第１の磁性部材および前記第２の磁性部材を摺動自在に連結する。他の好ましい態様において、前記連結手段は、前記第１の磁性部材および前記第２の磁性部材を回動自在に連結する。更に他の好ましい態様において、前記変更手段は前記送電用コイルの有効巻き数を変更する。更に他の好ましい態様において、前記第１の当接部および前記第２の当接部をそれぞれ被覆する磁性弾性部材を更に有する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、一度に複数のシート状の受電機器に対して非接触給電を行う際に、その枚数に関わらず所望の電圧値で給電することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
＜実施例＞
図１は、本発明の給電対象となるシート状の受電機器である電子ペーパ１００の外観を模式的に表した図である。同図に示すように、電子ペーパ１００は、受電手段として、コイルフェライト等の強磁性体で構成された受電用コア１０２と、受電用コア１０２の周囲に設けられた、所定の巻き数を有する受電用コイル１０１を所定の位置に有している。受電用コイル１０１に生じた起電力は、電子ペーパ１００に設けられた図示せぬ負荷抵抗、キャパシタ、充電制御回路、二次充電池等の充電用素子によって逐電される。電子ペーパ１００は、更に、給電と同時に、電磁誘導を利用して電気的に非接触で信号を授受するために、所定の巻き数を有するデータ送受信用コイル１０３を有している。以下では、３枚の電子ペーパ１００（１００−１〜１００−３）を給電する状態について説明するが、この枚数は説明の便宜上に過ぎない。また、各電子ペーパの構造は同一である。また、電子ペーパ１００は充電機能以外にも表示機能等を有しているが、これらの機能要素については本発明と直接関係がないので説明を省略する。
【０００９】
図２は、給電装置１の外観斜視図である。同図に示すように、給電装置１は、第１部材１０と第２部材２０とからなる給電部と、給電と同時に電子ペーパ１００との間でデータ送受信を行うためのデータ送受信部３０とを有する。第１部材１０および第２部材２０は、フェライト等の強磁性材料をコの字型に形成したものであり、その両端が円柱状となっている。
第１部材１０および第２部材２０は、その一端（図面右側）は、電子ペーパ１００の受電用コア１０２と当接する当接面１１および２１となっている。他端（図面左側）において、第１部材および第２部材は図面上下に伸縮自在に嵌合されている。例えばユーザが第１部材を押し下げると、それに伴い当接面１１から当接面２１までの距離は短くなる。ユーザが手を離すと、再び元の位置に戻る。このように、給電装置１は、当接面１１から当接面２１までの距離を変化させることが可能な構成となっているため、複数の電子ペーパ１００を一度に、第１部材と第２部材の間に挟持することができるようになっている。
【００１０】
第２部材２０には、所定の巻き数の送電用コイル２２が巻設されている。また、第２部材２０は、データ送受信部３０と接合されている。データ送受信部３０は、送受信されるデータを記憶するメモリや送受信を制御するための制御回路（いずれも図示せず）を有しており、給電時に、データ送受信用コイル３１と電子ペーパ側に設けられたデータ送受信用コイル１０３との間で電磁誘導を用いた非接触データ送受信を行う。電磁誘導を用いた信号の伝送については既知の技術を適用することができる。
【００１１】
図３は、給電装置１が電子ペーパ１００−１〜１００−３に給電する際の状態を表す図である。同図に示すように、まずユーザは給電対象の電子ペーパ１００−１〜１００−３を位置が合うように重ね合わせ、最も下に位置する電子ペーパ１００−３の受電用コア１０２が当接面２１に対応する位置にくるように、当該電子ペーパ１００の束を第１部材１０と第２部材２０の間に挿入する。この状態で、当接面１１が最も上に位置する電子ペーパ１００−１と接触するまで、第１部材１０を押し下げる。これにより、電子ペーパの束１００−１〜１００−３が当接面１１と当接面２１との間に挟持され、第１部材１０、第２部材２０、各受電用コア１０２の１つの閉じた磁束の誘導路と、ここに送電用コイルと受電用コイルとが巻設された磁気回路が形成される。
【００１２】
給電装置１の第１部材１０と第２部材２０の嵌合機構について詳説する。図４(a)は、第１部材１０および第２部材２０のそれぞれの断面図である。図４(b)は、第１部材１０と第２部材２０とが嵌合された状態の断面図である。同図に示すように、第１部材の図面左側の円柱状の嵌合部１３には、外径ｒ１、内径ｒ２、深さＨの空洞部１２が設けられている。一方、第２部材２０の図面左側の円柱部２６の径はｒ３（＜ｒ２）であり、円柱部２６が空洞部１２に進入可能な構造となっている。嵌合部１３は、円柱部２６と図示せぬバネ等の弾性部材によって連結支持されており、これより、第１部材１０は第２部材２０に対して図面上下方向に伸縮できるようになっている。
【００１３】
図５は電子ペーパ１００の挟持部を拡大した図である。同図に示すように、当接面１１と２１のそれぞれの先端部は、磁性粒子と樹脂を混合して成形させ、所定の弾力性を持たせた磁性体であるフレキシブル磁性シートで被覆されている。これにより、当接面との機械的接触によって電子ペーパ１００に損傷を与えにくくなっている。
【００１４】
今、給電装置１が複数の電子ペーパ１００が挟持した結果、第２部材２０の円柱部２６は、図６に示すように、第１部材１０の空洞部１２において深さｈの位置まで侵入した状態になったとする。続いて、ユーザが給電装置１に設けられた給電動作を開始するための操作子（図示せず）を操作すると、給電装置１は送電用コイル２２に所定の電流を流す前に、送電用コイル２２の有効巻き数（後述）を変更する。以下、この動作について説明する。
【００１５】
図７は、給電装置１の機能ブロック図である。給電装置１は、図２には示されぬ、スイッチ２３と、制御部２４と位置検出部２５と記憶部２７と送電用コイル２２に電流を供給する電源部Ｅとを有する。位置検出部２５は、空洞部１２内に設けられるセンサであって、円柱部２６の空洞部１２への侵入深さｈを検出する。スイッチ２３は、送電用コイル２２のうち電流が流れる部分を変更するものである。送電用コイル２２の物理的な巻き数をＮ、スイッチ２３によって選択された電流が流れる部分に対応する巻き数（＝有効巻き数）をＮeffとすれば、スイッチ２３の選択により、送電用コイルの自己誘導係数は巻き数に比例してNeff2/N2に変化する。メモリ２７は、検出した侵入深さｈと送電用コイル２２の有効巻き数とを対応付けて記憶している。制御部２４は制御プロセッサであって、メモリ２７を参照して位置検出部２５にて検出した位置に対応する有効巻き数を決定し、当該有効巻き数に応じてスイッチ２３を制御する。
【００１６】
ここで、送電用コイル２２の巻き数と誘導起電力の関係を説明する。電子ペーパ１００−１〜１０３の受電用コイル１０１に生じる誘導起電力Ｖは、送電用コイル２２に流れる電流をＩとすると、一般的に、相互誘導係数Ｍを用いて次のように表すことができる
（数１）
Ｖ≒−Ｍ＊ｄＩ／ｄｔ・・・・・（１）
ここで、相互誘導係数Ｍは、送電用コイル２２と各受電用コイル１０１の幾何学配置（形、大きさ、位置）や各コイル間にある物質の透磁率に依存する。すなわち、送電用コイル２２の巻き数、大きさ、位置（換言すれば自己誘導係数）を変更すれば、相互誘導係数Ｍが変化し、その結果、各受電用コイル１０１に生じる誘導起電力Ｖも変化することになる。
【００１７】
本実施例においては、挟持される電子ペーパ１００の枚数の増減に伴う磁性回路の幾何学的配置の変化は、図６に示した進入深さｈの変化を介して相互誘導係数Ｍに表れることに着目する。この観点から、進入深さｈと、所望の誘導起電力Ｖを発生させるために必要な相互誘導係数Ｍの補正値ΔＭに対応した有効巻き数Ｎeffとを対応づけてメモリ２７に記憶している。
【００１８】
このように、本実施例の構成によれば、電子ペーパを挟持した状態で測定した相互誘導係数Ｍに基づいて送電用コイル２２の有効巻き数を変更することにより、所望の誘電起電力を生じさせることができる。
【００１９】
＜変形例＞
上述した実施例は本発明の一態様に過ぎず、例えば上記実施例に以下のような変形を行うことが可能である。
図８は、本発明の変形例に係る給電装置２の断面図である。同図において、給電装置１と同一の要素には同一の符号を付している。同図に示すように、給電装置２は、フェライト等の強磁性体で形成された第１部材４０および第２部材５０、送電用コイル２２、当接面４１および５１、フレキシブル磁性シートＳＯおよびＳＩ、データ送受信部３０、データ送受信用コイル３１とから構成される。給電装置２が給電装置１と本質的に異なるのは、第１部材４０が第２部材５０に対して垂直方向に摺動することによってではなく、連結部を支点として回転運動を行うことによって、電子ペーパの束１００−１〜１００−３を当接面４１と５１とに当接させる構造になっている点である。
より具体的には、支点となる部分の内側および外側にそれぞれ磁性弾性体であるフレキシブル磁性シートＳＩおよびＳＯを設け、これらの磁性シートによって第１部材４０が第２部材５０と連結される。ユーザは、例えば第１部材４０と第２部材とを摘んで持ち、同図上下方向に力を加えることにより、電子ペーパの束１００−１〜１００−３を当接面４１と５１との間に挟む。ここで、給電装置２においては、給電装置１とは異なり当接面が曲面になっている。これは、第１部材４０と第２部材５０とが相対的に回転運動を行うことに対応させたものである。すなわち、球面形状にすることで、電子ペーパ１００の束の枚数が増えて当接位置が変わっても、当接面４１および５１と、それぞれ最も上に位置する電子ペーパ１００−１の受電用コア１０２および最も下に位置する電子ペーパ１００−３の受電用コア１０２とを確実に当接させることができる。なお、挟持状態で相互誘導係数Ｍを算出し、算出結果に応じて有効巻き数に変更する機能については上記実施例と同様であるので、説明を省略する。
【００２０】
上記実施例においては、相互誘導係数Ｍの変化を進入深さｈに基づいて算出したが、これに限らず、例えば給電用の電流とは異なる所定の電流や所定電圧を送電用コイル２２に印加して相互誘導係数Ｍあるいは基準値（例えば電子ペーパ１００が一枚のときの相互誘導係数の値）からの相互誘導係数ＭのずれΔＭを算出してもよい。要は、挟持される電子ペーパ１００の枚数に対応した磁気回路の変化を算出できればよい。
【００２１】
上記実施例においては、変更すべき有効巻き数Ｎeff、相互誘導係数Ｍの変化に対応する進入深さｈ（すなわち磁気回路の幾何学的配置の変化量）とを予めメモリ２７に対応付けて記憶しておいたが、この方法に限らず、例えば、所定のアルゴリズムを用いて、電子ペーパ１００の束を挟持した状態で算出した相互誘導係数Ｍの値から有効巻き数Neffを計算してもよい。要は、磁気回路の変化に基づいて有効巻き数Neffを一意に決定することができればよい。
【００２２】
上記実施例においては、算出した相互誘導係数Ｍの値に基づいて、電子ペーパ１００の受電用コイル１０１に所望の誘導起電力を発生させるため、送電用コイル２２の有効巻き数を変更したが、これに限らず、例えば送電用コイル２２のコイルの巻き方やコイルの大きさあるいは第１部材１０または第２部材２０の透磁率を変化させてもよい。要は、電子ペーパ１００側に所望の誘導起電力が生じるように給電装置１側の磁気回路（換言すれば送電用コイル２２の自己誘導係数）を変化させる構成であればよい。
【００２３】
上記実施例においては、電子ペーパ１００を挟持するために、給電中はユーザが第１部材を押下し続ける構成としたが、この手間を省くため、挟持状態で第１部材１０と第２部材２０とを固定するロック機構を設けもよい。
【００２４】
上記実施例においては、ユーザが各受電用コイル１０１の位置が揃うように重ねる必要があるが、給電装置１に複数枚の電子ペーパ１００の位置合わせ作業を軽減するためのガイド機構を設けてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】電子ペーパ１００の外観斜視図である。
【図２】給電装置１の外観斜視図である。
【図３】給電装置１が電子ペーパ１００に給電する際の状態を表す図である。
【図４（ａ）】第１部材および第２部材の断面図である。
【図４（ｂ）】給電装置１の断面図である。
【図５】電子ペーパ１００の挟持部を表す図である。
【図６】給電装置１の嵌合部の断面図である。
【図７】給電装置１の機能ブロック図である。
【図８】給電装置２の断面図である。
【符号の説明】
【００２６】
１、２・・・給電装置、１０、４０・・・第１部材、１１、２１、４１、５１・・・当接面、１２・・・空洞部、１３・・・嵌合部、２０、５０・・・第２部材、２２・・・送電用コイル、２３・・・スイッチ、２４・・・制御部、２５・・・位置検出部、２６・・・円柱部、２７・・・記憶部、３０・・・データ送受信部、３１・・・データ送受信用コイル、１００、１００−１〜１０１−３・・・電子ペーパ、１０１・・・受電用コイル、１０２・・・受電用コア、１０３・・・データ受信用コイル、Ｓ、ＳＩ、ＳＯ・・・フレキシブル磁性シート。
【図１】
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【図２】
2009105317.tif 000004
【図３】
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【図４（ａ）】
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【図４（ｂ）】
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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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