專利名稱：Usb設(shè)備用的電力傳輸和數(shù)據(jù)傳輸方法以及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在例如便攜式電話、PDA(掌上電腦)等便攜小型電子設(shè)備等使用了 USB接口的USB設(shè)備中的用于電力傳輸和數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆椒ㄒ约捌溲b置，尤其涉及使用將線圈卷繞為平面狀的平面線圈的非接觸電力傳輸以及數(shù)據(jù)傳輸?shù)募夹g(shù)。
背景技術(shù)：
在使用USB接口的USB設(shè)備中，USB1. 1、USB2. 0以規(guī)格來規(guī)定5V電源及GND、D+ 及D-的信息線，而且很難將兩者做成非接觸。近年來，UWB (超寬帶無線)等無線化的技術(shù)一直發(fā)展，但是電力的無線化技術(shù)在原理上不能夠?qū)崿F(xiàn)，難于制造以非接觸的方式同時(shí)傳輸電力和信息且基于USB接口形式的
直ο另一方面，提出有以非接觸(無觸點(diǎn))方式進(jìn)行電力傳輸?shù)臒o觸點(diǎn)電力傳輸系統(tǒng) (專利文獻(xiàn)1)和以非接觸(無觸點(diǎn))方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)載波電路(專利文獻(xiàn)2)。在這些以往的無觸點(diǎn)電力傳輸系統(tǒng)和數(shù)據(jù)傳輸電路中，使一對線圈相向配置，通過這一對線圈之間的電磁感應(yīng)，來在二次側(cè)設(shè)備實(shí)現(xiàn)電力供給或數(shù)據(jù)收發(fā)?，F(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)1 JP特開2006-230032號公報(bào)；專利文獻(xiàn)2 JP特開2006-157230號公報(bào)。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的問題通常，在專利文獻(xiàn)1這樣的系統(tǒng)中，電力傳輸用線圈51構(gòu)成為在供電/用電線圈的外側(cè)配置屏蔽件，此時(shí)產(chǎn)生的磁通M如圖5中的(A)所示，不向屏蔽件外部泄漏，平行于線圈表面。另外，如圖5中的(B)所示，關(guān)于信息傳輸用線圈52與電力傳輸用線圈51之間的位置關(guān)系為配置在同心圓上的關(guān)系，但是，在這樣配置的情況下，電力傳輸用線圈51所產(chǎn)生的磁通密度大，而且，信息傳輸用線圈52也如圖5中的(C)所示那樣處于在在最佳的方向上接受電力傳輸用線圈51所所產(chǎn)生的磁通M的位置關(guān)系上，因此產(chǎn)生大的電動(dòng)勢F，對本來用于傳輸信息的收發(fā)信號造成更大的影響，不能夠得到足夠的SN比(信噪比)。因此，不適于信息的傳輸。另外，在該位置關(guān)系下，信息傳輸用線圈的信號即磁通M成為電力傳輸用線圈51的電動(dòng)勢，大多數(shù)的能量被吸收，損失變大，且不實(shí)用。如上所述，以往的非接觸式的電力傳輸系統(tǒng)和數(shù)據(jù)傳輸電路能夠分別通過一對線圈之間產(chǎn)生的電磁感應(yīng)單獨(dú)地傳遞電力或信息，但是不能夠同時(shí)傳遞信息和電力，另外，也不存在想要同時(shí)傳遞信息和電力的技術(shù)思想。本發(fā)明著眼于這些方面，其目的在于提供一種能夠通過無觸點(diǎn)的方式向使用USB接口的USB設(shè)備同時(shí)傳遞電力和信息(數(shù)據(jù))的電力傳輸和數(shù)據(jù)傳輸方法以及其裝置。用于解決問題的手段為了達(dá)到上述的目的，本發(fā)明的特性在于，使一對線圈單元磁耦合，從而向USB設(shè)備一邊傳輸電力一邊傳輸數(shù)據(jù)，該線圈單元具有電力傳輸用線圈，其由卷繞為平面狀的線圈和配置在該線圈的背面的磁屏蔽體構(gòu)成，信息傳輸用線圈，其由卷繞為平面狀的線圈和配置在該線圈的背面的磁屏蔽體構(gòu)成；在該線圈單元中，信息傳輸用線圈的線圈直徑小于電力傳輸用線圈的線圈直徑，并且，信息傳輸用線圈和電力傳輸用線圈層疊配置為信息傳輸用線圈位于電力傳輸用線圈的線圈外周部分的狀態(tài)。發(fā)明的效果在本發(fā)明中，通過使信息傳輸用線圈的線圈直徑形成為小于電力傳輸用線圈的線圈直徑，將信息傳輸用線圈和電力傳輸用線圈層疊配置為信息傳輸用線圈位于電力傳輸用線圈的線圈外周部分的狀態(tài)，來使磁場重疊，因此雖然電力傳輸用線圈的磁通的方向貫通信息傳輸用線圈，但是由于為電抵消的位置關(guān)系，所以實(shí)質(zhì)上幾乎不產(chǎn)生電動(dòng)勢。而且，由于信息傳輸用線圈所產(chǎn)生的磁通處于難于被電力傳輸用線圈吸收的方向上，所以能夠降低損失。結(jié)果，能夠在不損害信息傳輸?shù)男盘柕那闆r下，以小電力傳遞信息。由此，能夠在不損害電力傳輸?shù)男识也粨p害信息傳遞的能力和品質(zhì)的情況下，高速地進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。另外，USB的信號由D+和D-構(gòu)成，它們的幾乎整個(gè)區(qū)域都以差動(dòng)方式進(jìn)行動(dòng)作， 所以差動(dòng)部分通過一對線圈來使接受側(cè)的信號反相，由此能夠生成D+和D-。另外，僅在表示包(packet)結(jié)束的區(qū)域，D+和D-同相，但通過一對線圈傳輸預(yù)先決定的圖案(pattern)的信號，也能夠傳輸同相的部分。作為應(yīng)對該同相的部分的方式，也可以為了僅傳輸同相部分的區(qū)域的信號而采用另外一對線圈。


圖1是表示線圈單元的一個(gè)實(shí)施方式的立體分解圖。圖2是表示線圈單元的其他實(shí)施方式的立體分解圖。圖3是表示本發(fā)明的使用例子的立體圖。圖4是表示根據(jù)電力傳輸用線圈與信息傳輸用線圈之間配置關(guān)系的信息傳輸用線圈的電動(dòng)勢的圖表。圖5是表示電力傳輸用線圈和信息傳輸用線圈中的磁通方向的圖。
具體實(shí)施例方式本線圈單元1通過在電力傳輸用線圈4的上表面部分層疊配置信息傳輸用線圈7 而構(gòu)成，其中，電力傳輸用線圈4是在卷繞為平面狀的線圈2的背面?zhèn)扰渲梅叫蔚拇牌帘误w 3而形成的，信息傳輸用線圈7是在卷繞為平面狀的線圈5的背面?zhèn)扰渲梅叫蔚拇牌帘误w6 而形成的。信息傳輸用線圈7的線圈直徑d為小于電力傳輸用線圈4的線圈直徑D，信息傳輸用線圈7配置在電力傳輸用線圈4的靠外周的部分上。使這樣構(gòu)成的一對線圈單元1相向配置，將一方作為一次側(cè)線圈(供電側(cè)線圈)， 將另一方作為二次側(cè)線圈(用電側(cè)線圈)，通過在兩線圈間產(chǎn)生電磁感應(yīng)，將供給至一次側(cè)線圈的電力以及信息傳輸至二次側(cè)線圈。該電力傳輸用線圈4以及信息傳輸用線圈7可以是在層疊印刷基板上進(jìn)行印刷布線而成的，也可以是將單芯的引線卷繞為漩渦狀而成的，還可以是將絞合線卷繞為漩渦狀而成的。圖2所示的結(jié)構(gòu)，僅線圈單元1的電力傳輸用線圈4以及信息傳輸用線圈7的線圈2、5以分別形成為大致方形的方式進(jìn)行卷繞為平面狀這一點(diǎn)與上述的實(shí)施方式不同，其他結(jié)構(gòu)相同。圖3表示應(yīng)用本發(fā)明的使用例子，示出了將計(jì)算機(jī)10與作為USB設(shè)備的一個(gè)例子的便攜式電話11連接的情況。此時(shí)，在便攜式電話11側(cè)組裝作為二次側(cè)線圈的線圈單元， 并在通過USB線12與計(jì)算機(jī)10連接的設(shè)備架13上組裝作為一次側(cè)線圈的線圈單元。此時(shí)，在設(shè)備架13上，從作為USB主控制器的計(jì)算機(jī)10的供電線供給來的電力經(jīng)由供電側(cè)電路供給至一次側(cè)線圈的電力傳輸用線圈4，并且經(jīng)由信息傳輸用電路連接一次側(cè)線圈的信息傳輸用線圈7和計(jì)算機(jī)10。另一方面，組裝在便攜式電話(USB設(shè)備)11上的二次側(cè)線圈的電力傳輸用線圈4 與便攜式電話(USB設(shè)備)11的電源連接，二次側(cè)線圈的信息傳輸用線圈7與信息傳輸用電路連接，來傳遞D+和D-的信號。在沒有將便攜式電話(USB設(shè)備)11放置在設(shè)備架13上的狀態(tài)下，功率在IOmW以下而幾乎不消耗電力，USB也處于復(fù)位狀態(tài)。接著，在將便攜式電話(USB設(shè)備)11放置在設(shè)備架13上時(shí)，借助電力傳輸線圈4的供電側(cè)電路中的ID認(rèn)證功能，開始送電，在向用電側(cè)線圈1的信息傳遞電路供給電時(shí)，解除USB的復(fù)位狀態(tài)，開始通信。因此，從USB主控制器側(cè)的計(jì)算機(jī)10來看，發(fā)揮與將通常的外部存儲器連接在USB上等同的功能，并且對MP3播放器充電。這樣，通過使用將信息傳輸用線圈7和電力傳輸用線圈4層疊配置的線圈單元1， 不僅能夠代替連接USB主控制器與USB設(shè)備的USB線，而且能夠省略USB設(shè)備側(cè)的連接器， 能夠進(jìn)一步提高防水和防塵性，而且能夠使USB設(shè)備的充電器通用化，能夠?qū)⑾騏SB設(shè)備側(cè)插入U(xiǎn)SB連接器的行為改變?yōu)閷SB設(shè)備放置在設(shè)備架13上的行為，從而提高了便利性。作為電力傳輸用線圈4使用直徑45mm的圓形線圈，作為信息傳輸用線圈7使用直徑15mm的圓形線圈，在測定圖5中的⑶所示的將電力傳輸用線圈51和信息傳輸用線圈 52同心配置時(shí)信息傳輸用線圈52上產(chǎn)生的電動(dòng)勢，和測定在圖1所示的信息傳輸用線圈7 配置電力傳輸用線圈4的外周部分時(shí)信息傳輸用線圈7上產(chǎn)生的電動(dòng)勢的情況下，在將電力傳輸用線圈4、51和信息傳輸用線圈7、52同心配置時(shí)的電動(dòng)勢為30mV，而在電力傳輸用線圈4、51的外周部分上配置信息傳輸用線圈7、52時(shí)的電動(dòng)勢為lmV。兩外，在將信息傳輸用線圈7、52的中心配置在電力傳輸用線圈4、51的外周部分時(shí)，電動(dòng)勢降低至0. OOlmV。由此可知，優(yōu)選信息傳輸用線圈7、52的位置為相反方向的磁通不通過的位置，信息傳輸用線圈7、52的外周邊距離電力傳輸用線圈4、51的中心越遠(yuǎn)，越難于受影響，但是考慮到投影面，從部件面積的角度考慮，實(shí)用的位置為兩線圈的外周邊重疊的位置。另外，在兩線圈的外周邊重疊的位置上，能夠充分地控制電動(dòng)勢，該位置適于傳遞信息。上述的實(shí)施方式說明使磁屏蔽件為正方形的情況，但是屏蔽件可以是與作為二次側(cè)的USB設(shè)備的形狀相符的長方形形狀，此時(shí)，線圈的形狀可以為長方形或長圓狀。另外，線圈的形狀可以不形成為與磁屏蔽體的形狀相符的形狀，例如，可以為菱形和多邊形，另夕卜，可以為圓形或橢圓形。附圖標(biāo)記說明1…線圈單元、2…電力傳輸用線圈的線圈、3…電力傳輸用線圈的磁屏蔽體、4…電力傳輸用線圈、5…信息傳輸用線圈的線圈、6…信息傳輸用線圈的磁屏蔽體、7…信息傳輸用線圈、10···計(jì)算機(jī)、11···便攜式電話(USB設(shè)備)、12…USB線、13···設(shè)備架。
權(quán)利要求
1.一種USB設(shè)備用的電力傳輸和數(shù)據(jù)傳輸方法，其特征在于，使一對線圈單元(1)磁耦合，從而向USB設(shè)備一邊傳輸電力一邊傳輸數(shù)據(jù)，該線圈單元(1)具有電力傳輸用線圈G)，其由卷繞為平面狀的線圈(2)和配置在該線圈(2)的背面的磁屏蔽體(3)構(gòu)成，信息傳輸用線圈(7)，其由卷繞為平面狀的線圈(5)和配置在該線圈(5)的背面的磁屏蔽體(6)構(gòu)成；在該線圈單元(1)中，信息傳輸用線圈(7)的線圈直徑小于電力傳輸用線圈的線圈直徑，并且，信息傳輸用線圈(7)和電力傳輸用線圈(4)層疊配置為信息傳輸用線圈(7) 位于電力傳輸用線圈(4)的線圈外周部分的狀態(tài)。
2.—種USB設(shè)備用的電力傳輸和數(shù)據(jù)傳輸裝置，其特征在于，一對線圈單元(1)相磁耦合，從而能夠向USB設(shè)備一邊傳輸電力一邊傳輸數(shù)據(jù)，該線圈單元(1)具有電力傳輸用線圈G)，其由卷繞為平面狀的線圈(2)和配置在該線圈(2)的背面的磁屏蔽體(3)構(gòu)成，信息傳輸用線圈(7)，其由卷繞為平面狀的線圈(5)和配置在該線圈(5)的背面的磁屏蔽體(6)構(gòu)成；在該線圈單元(1)中，信息傳輸用線圈(7)的線圈直徑小于電力傳輸用線圈(4)的線圈直徑，并且，信息傳輸用線圈(7)和電力傳輸用線圈(4)層疊配置為信息傳輸用線圈(7) 位于電力傳輸用線圈(4)的線圈外周部分的狀態(tài)。
全文摘要
一種能夠以無觸點(diǎn)的方式向使用USB接口的USB設(shè)備同時(shí)傳遞電力和信息(數(shù)據(jù))的電力傳輸和數(shù)據(jù)傳輸方法以及其裝置，使一對線圈單元磁耦合，從而向USB對應(yīng)設(shè)備一邊傳輸電力一邊傳輸數(shù)據(jù)，該線圈單元具有電力傳輸用線圈，其由卷繞為平面狀的線圈和配置在該線圈的背面的磁屏蔽體構(gòu)成，信息傳輸用線圈，其由卷繞為平面狀的線圈和配置在該線圈的背面的磁屏蔽體構(gòu)成；在該線圈單元中，信息傳輸用線圈的線圈直徑與電力傳輸用線圈的線圈直徑不同，信息傳輸用線圈和電力傳輸用線圈層疊配置。
文檔編號H02J17/00GK102474135SQ201080031238
公開日2012年5月23日 申請日期2010年6月28日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月17日
發(fā)明者高石好 申請人:明日香電子株式會社, 株式會社藤倉, 米沢電線株式會社