本實用新型涉及以無線方式向受電裝置供電的無線供電裝置。

背景技術：

近年來，近距離無線通信系統(tǒng)擴大，各種裝置以無線方式獨立使用的狀況正在增加。伴隨于此，對于電力也近距離進行無線供電的技術正在被關注。

作為近距離無線通信系統(tǒng)相關的文獻，專利文獻1中示出在環(huán)形天線的構造使用了折回形狀的平面天線的無線IC標簽。此外，專利文獻2中示出被設計為無論通信對象的姿勢如何都沒有不能通信的區(qū)域的無線通信天線。

另一方面，作為近距離供電相關的文獻，專利文獻3中示出配置使一部分依次重疊的多個線圈來使送電裝置的送電部與受電裝置的受電部的對位容易的電力傳輸系統(tǒng)的構成。

在先技術文獻

專利文獻

專利文獻1：日本特開2006-180043號公報

專利文獻2：日本特開2005-223402號公報

專利文獻3：國際公開第2013/054399號小冊子

技術實現(xiàn)要素：

-實用新型要解決的課題-

通過磁場耦合來進行無線供電的無線供電系統(tǒng)的基本構成如下：在供電裝置側(cè)和受電裝置側(cè)均設置環(huán)狀導體，以磁通穿過相互的環(huán)內(nèi)的關系，使環(huán)狀導體彼此接近。但是，雖然在送電裝置的送電部與受電裝置的受電部的位置關系固定的情況下，能夠以一定的耦合系數(shù)使磁場耦合來進行無 線供電，但在即使受電部的位置相對于送電部變動也需要進行供電的情況下，送電部的環(huán)狀導體變得比受電部的環(huán)狀導體大。

然而，送電部的環(huán)狀導體的環(huán)狀開口直徑越大，該環(huán)狀開口內(nèi)的磁場強度分布越不均勻。也就是說，越接近于環(huán)狀開口內(nèi)的中央，磁場越弱。因此，耦合系數(shù)根據(jù)送電部的環(huán)狀導體的環(huán)狀開口內(nèi)的受電部的位置而變化，不能進行穩(wěn)定的電力供電。該問題在專利文獻1～3所示的構造中不能被消除。

本實用新型的目的在于，提供一種即使在受電部的位置移位的情況下，也能夠使向送電部的供電電力穩(wěn)定化的無線供電裝置。

-解決課題的手段-

本實用新型的無線供電裝置經(jīng)由磁場來向處于空間上分離的場所的受電裝置進行供電，該無線供電裝置具有：

供電用的環(huán)狀導體，該環(huán)狀導體形成于由絕緣體構成的基板且具有電感；

逆變器電路，其輸入直流電壓，轉(zhuǎn)換為交流電壓并施加到所述環(huán)狀導體；和

電容器，其連接于所述環(huán)狀導體的一端與所述逆變器電路的至少一端之間，

所述環(huán)狀導體包圍所述基板的面內(nèi)的供電范圍的周圍，并且至少一部分具有比所述周圍更向內(nèi)側(cè)凹陷的凹部，全長比所述供電范圍的周圍長度長，

經(jīng)由通過流過所述環(huán)狀導體的電流而產(chǎn)生的磁場，將從所述逆變器電路提供的電力供電給所述受電裝置。

通過該構成，基于環(huán)狀導體的形成范圍的供電范圍內(nèi)的磁場強度的分布被比較均勻化，即使在受電裝置的位置移位的情況下，供電電力也被穩(wěn)定化。

優(yōu)選所述環(huán)狀導體是彎曲形狀，所述環(huán)狀導體之中，相互并行的導體的間隔比所述導體的線寬度大。通過該構造，相鄰的導體圖案彼此的間隙相對變寬，磁通通過的實際開口范圍變廣，與受電裝置的環(huán)狀導體的耦合系數(shù)變高。

優(yōu)選所述環(huán)狀導體具備第1彎曲形狀部和第2彎曲形狀部，第1彎曲形狀部由第1長路徑部與第1短路徑部的組合構成，第2彎曲形狀部由第2長路徑部與第2短路徑部的組合構成，第1長路徑部以及第2長路徑部之中，流過其的電流的流向相同的長路徑部彼此接近。通過該構成，能夠提高單位電流量產(chǎn)生的磁通。

優(yōu)選所述第1短路徑部或所述第2短路徑部的至少一部分、或者所述第1長路徑部或所述第2長路徑部的至少一部分形成于所述基板的相互不同的面。通過該構成，能夠避免在基板的同一面的導體圖案的交叉，導體圖案的形成變得容易。

優(yōu)選所述第1長路徑部以及所述第2長路徑部的長度相同。由此，磁場強度分布變得更均勻。

-實用新型效果-

根據(jù)本實用新型，基于環(huán)狀導體的形成范圍的供電范圍內(nèi)的磁場強度的分布被比較均勻化，即使在受電裝置的位置移位的情況下，供電電力也被穩(wěn)定化。

附圖說明

圖1(A)是第1實施方式所涉及的無線供電裝置的構成圖，圖1(B)是表示受電天線相對于無線供電裝置的位置關系的圖。

圖2是表示逆變器電路13的構成的圖。

圖3(A)、圖3(B)、圖3(C)是第1實施方式的另一無線供電裝置的構成圖。

圖4是第2實施方式所涉及的無線供電裝置102的構成圖。

圖5(A)是表示環(huán)狀導體11之中彎曲形狀部的一部分與受電天線的耦合的俯視圖，圖5(B)是其主視圖。

圖6(A)是表示環(huán)狀導體11之中彎曲形狀部的一部分與受電天線的耦合的另一俯視圖，圖6(B)是其主視圖。

圖7(A)、圖7(B)、圖7(C)是表示供電用環(huán)狀導體11的線間距與受電天線的環(huán)狀導體的大小的關系的圖。

圖8是表示第3實施方式所涉及的無線供電裝置的環(huán)狀導體的形狀的 圖。

圖9是第4實施方式所涉及的無線供電裝置104的構成圖。

圖10(A)是表示環(huán)狀導體11之中彎曲形狀部的一部分與受電天線的耦合的俯視圖。圖10(B)是表示上述彎曲形狀部的一部分與受電天線的耦合的主視圖。

具體實施方式

本實用新型適合于例如鼠標與鼠標墊那樣，在平面上要求位置自由度的系統(tǒng)。在以下所示的各實施方式中，在向鼠標進行無線供電的情況下，無線供電裝置被設置于例如鼠標墊，受電天線被設置于例如鼠標。

《第1實施方式》

圖1(A)是第1實施方式所涉及的無線供電裝置的構成圖，圖1(B)是表示受電天線相對于無線供電裝置的位置關系的圖。

本實施方式的無線供電裝置是經(jīng)由磁場來向處于空間上分離的場所的受電裝置進行供電的裝置。如圖1(A)所示，無線供電裝置101具備：由形成有供電用的環(huán)狀導體11的絕緣體構成的基板10、輸入直流電壓并轉(zhuǎn)換為交流電壓的逆變器電路13、以及電容器12。電容器12連接于環(huán)狀導體11的一端與逆變器電路13的一端之間。

環(huán)狀導體11包圍基板10的面內(nèi)的供電范圍的周圍。此外，環(huán)狀導體11的一部分具有比周圍更向內(nèi)側(cè)凹陷的凹部D，全長比供電范圍的周圍長度長。此外，環(huán)狀導體11之中，相互并行的導體的間隔比導體的線寬度大。

環(huán)狀導體11具有電感，構成通過該電感和電容器12的電容而諧振的LC諧振電路。逆變器電路13輸入直流電源9的直流電壓，提供與LC諧振電路的諧振頻率相等的頻率的高頻電流。由此，通過流過環(huán)狀導體11的電流來產(chǎn)生磁場。

在圖1(B)中，為了表示受電天線200相對于無線供電裝置101的載置位置，表示了多個受電天線200。在受電天線200處于位置P1時，通過流過該受電天線200附近的供電用環(huán)狀導體11的電流所導致的磁場，在該受電天線200感應到如箭頭所示的電流。即使受電天線200處于位置 P2、P3，也同樣通過流過受電天線200附近的供電用環(huán)狀導體11的電流所導致的磁場，在該受電天線200感應到如箭頭所示的電流。在位置P4存在受電天線200時，受電天線200從拓撲學上看位于環(huán)狀導體11的環(huán)狀外，即使在該位置，也通過流過受電天線200附近的供電用環(huán)狀導體11的電流所導致的磁場，在該受電天線200感應到如箭頭所示的電流。

這樣，通過在環(huán)狀導體11形成凹部D，供電范圍(包圍環(huán)狀導體11的外形的范圍)內(nèi)的磁場強度被均勻化。若受電天線200在無線供電裝置101的供電范圍內(nèi)，則從無線供電裝置101向受電天線200進行電力供電。

另外，在受電天線200處于供電用環(huán)狀導體11的導體圖案上、且供電用環(huán)狀導體11的導體圖案存在于將受電天線200的環(huán)狀導體一分為二的位置時，通過在雙向上通過受電天線200的環(huán)狀導體的磁通，在該受電天線200的環(huán)狀導體感應到的電流被抵消。但是，滿足這樣條件的供電范圍內(nèi)的位置較少。

圖2是表示上述逆變器電路13的構成的圖。這里，表示無線供電裝置全體的電路。逆變器電路13具備：高側(cè)開關Q1、低側(cè)開關Q2、對這些進行接通/斷開控制的控制器/驅(qū)動器電路?？刂破?驅(qū)動器電路以上述LC諧振電路的諧振頻率來將高側(cè)開關Q1以及低側(cè)開關Q2交替接通/斷開。由此構成諧振型逆變器電路。

圖3(A)、圖3(B)、圖3(C)是第1實施方式的另一無線供電裝置的構成圖。在圖3(A)的例子中，供電用的環(huán)狀導體11的凹部D的內(nèi)側(cè)擴大。凹部D也可以是這種形狀。在圖3(B)的例子中，在供電用的環(huán)狀導體11形成2個凹部D1、D2。這樣，凹部也可以是多個。在圖3(C)的例子中，供電用的環(huán)狀導體11的凹部D在內(nèi)側(cè)卷成漩渦或者蛇行。即使是這種形狀，環(huán)狀導體11之中相互鄰接的導體圖案間的間隔也不會過寬，因此供電范圍內(nèi)的磁場強度被均勻化。

《第2實施方式》

圖4是第2實施方式所涉及的無線供電裝置102的構成圖。該無線供電裝置102具備由形成有供電用的環(huán)狀導體11的絕緣體構成的基板10。如圖4所示，環(huán)狀導體11具備彎曲形狀部。其他的構成如第1實施方式 所示。

上述供電用環(huán)狀導體11的彎曲形狀部由長路徑部11L與短路徑部11S的組合構成。

圖5(A)是表示上述環(huán)狀導體11之中彎曲形狀部的一部分與受電天線的耦合的俯視圖。圖5(B)是其主視圖。

受電天線200由受電用環(huán)狀導體21、電容器22以及受電電路23構成。通過受電用環(huán)狀導體21和電容器22來構成LC諧振電路，其諧振頻率與逆變器電路13的驅(qū)動頻率以及供電裝置側(cè)的LC諧振電路的諧振頻率相等。圖5(A)中，叉符號以及點符號表示通過流過供電用環(huán)狀導體11的電流而產(chǎn)生的磁場的方向。在本例中，俯視下，2根長路徑部11L進入受電天線200的受電用環(huán)狀導體21形成的線圈開口內(nèi)。因此，受電用環(huán)狀導體21與基于2根長路徑部11L的磁通交鏈并較強地耦合。

圖6(A)是表示上述環(huán)狀導體11之中彎曲形狀部的一部分與受電天線的耦合的另一俯視圖。圖6(B)是其主視圖。在本例中，受電天線200被配置為受電用環(huán)狀導體21的中心與1根長路徑部11L重疊。因此，通過在雙向上通過受電天線200的環(huán)狀導體的磁通，在該受電天線200的環(huán)狀導體感應到的電流被抵消。但是，如該例子這樣滿足完全抵消的條件的位置較少。

圖7(A)、圖7(B)、圖7(C)是表示供電用環(huán)狀導體11的線間距與受電天線的環(huán)狀導體的大小的關系的圖。在圖7(A)、圖7(B)、圖7(C)中，若將供電用環(huán)狀導體11的長路徑部11L的線間距表示為w，將受電天線200的受電用環(huán)狀導體的寬度表示為t，則圖7(A)是t＝w的例子，圖7(B)是t＜w的例子，圖7(C)是t＝2w的例子。若是圖7(A)的關系，則在2根長路徑部11L與受電天線的受電用環(huán)狀導體的2邊重合的狀態(tài)下，耦合系數(shù)最高。若是圖7(C)的關系，則無論受電天線200處于X軸方向的哪個位置，與受電天線的受電用環(huán)狀導體的開口交鏈的磁通都為正負同量，耦合系數(shù)為0。在t＞2w的情況下也相同。若是圖7(B)的關系，則為比圖7(A)小的耦合系數(shù)。因此，以w≤t＜2w的關系，規(guī)定彎曲形狀部的長路徑部11L的線間距。

《第3實施方式》

圖8是表示第3實施方式所涉及的無線供電裝置的環(huán)狀導體的形狀的圖。環(huán)狀導體11具備在中央折回的彎曲形狀部。也可以這樣在多個位置形成彎曲形狀部。

《第4實施方式》

圖9是第4實施方式所涉及的無線供電裝置104的構成圖。雖然供電用環(huán)狀導體11的圖案是彎曲形狀，但與圖4所示的圖案不同。

環(huán)狀導體11具備第1彎曲形狀部11M1和第2彎曲形狀部11M2。第1彎曲形狀部11M1由第1長路徑部11L1和第1短路徑部11S1的組合構成，第2彎曲形狀部11M2由第2長路徑部11L2和第2短路徑部11S2的組合構成。如圖9中箭頭所示，第1長路徑部11L1以及第2長路徑部11L2之中，流過其的電流的流向相同的長路徑彼此接近。通過該構成，能夠提高單位電流量所產(chǎn)生的磁通。此外，第1長路徑部11L1以及第2長路徑部11L2的長度相同。由此，磁場強度分布的均勻范圍變廣。

圖10(A)是表示上述環(huán)狀導體11之中彎曲形狀部的一部分與受電天線的耦合的俯視圖。圖10(B)是其主視圖。

在圖10(B)中，叉符號以及點符號表示通過流過供電用環(huán)狀導體11的電流而產(chǎn)生的磁場的方向。在本例子中，2根長路徑部11L1、11L2的組和與其相鄰的2根長路徑部11L1、11L2的組的間隙在俯視下與受電天線200的受電用環(huán)狀導體21形成的線圈開口重合。因此，受電用環(huán)狀導體21與基于4根長路徑部11L的磁通交鏈并較強地耦合。

另外，如圖10(B)所示，短路徑部的一部分形成于基板10的相互不同的面，通過該構成，能夠避免在基板的同一面的導體圖案的交叉，導體圖案的形成變得容易。同樣地，也可以長路徑部的一部分形成于基板10的相互不同的面。

-符號說明-

D、D1、D2…凹部

P1～P4…受電天線的位置

Q1…高側(cè)開關

Q2…低側(cè)開關

w…線間距

9…直流電源

10…基板

11…供電用環(huán)狀導體

11L…長路徑部

11L1…第1長路徑部

11L2…第2長路徑部

11M1…第1彎曲形狀部

11M2…第2彎曲形狀部

11S…短路徑部

11S1…第1短路徑部

11S2…第2短路徑部

12…電容器

13…逆變器電路

21…受電用環(huán)狀導體

22…電容器

23…受電電路

101、102、104…無線供電裝置

200…受電天線