专利名称：Usb设备用的电力传输和数据传输方法以及其装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及在例如便携式电话、PDA(掌上电脑)等便携小型电子设备等使用了 USB接口的USB设备中的用于电力传输和数据传输的方法以及其装置，尤其涉及使用将线圈卷绕为平面状的平面线圈的非接触电力传输以及数据传输的技术。
背景技术：
在使用USB接口的USB设备中，USB1. 1、USB2. 0以规格来规定5V电源及GND、D+ 及D-的信息线，而且很难将两者做成非接触。近年来，UWB (超宽带无线)等无线化的技术一直发展，但是电力的无线化技术在原理上不能够实现，难于制造以非接触的方式同时传输电力和信息且基于USB接口形式的
直ο另一方面，提出有以非接触(无触点)方式进行电力传输的无触点电力传输系统 (专利文献1)和以非接触(无触点)方式进行数据传输的数据载波电路(专利文献2)。在这些以往的无触点电力传输系统和数据传输电路中，使一对线圈相向配置，通过这一对线圈之间的电磁感应，来在二次侧设备实现电力供给或数据收发。现有技术文献专利文献专利文献1 JP特开2006-230032号公报；专利文献2 JP特开2006-157230号公报。
发明内容
发明要解决的问题通常，在专利文献1这样的系统中，电力传输用线圈51构成为在供电/用电线圈的外侧配置屏蔽件，此时产生的磁通M如图5中的(A)所示，不向屏蔽件外部泄漏，平行于线圈表面。另外，如图5中的(B)所示，关于信息传输用线圈52与电力传输用线圈51之间的位置关系为配置在同心圆上的关系，但是，在这样配置的情况下，电力传输用线圈51所产生的磁通密度大，而且，信息传输用线圈52也如图5中的(C)所示那样处于在在最佳的方向上接受电力传输用线圈51所所产生的磁通M的位置关系上，因此产生大的电动势F，对本来用于传输信息的收发信号造成更大的影响，不能够得到足够的SN比(信噪比)。因此，不适于信息的传输。另外，在该位置关系下，信息传输用线圈的信号即磁通M成为电力传输用线圈51的电动势，大多数的能量被吸收，损失变大，且不实用。如上所述，以往的非接触式的电力传输系统和数据传输电路能够分别通过一对线圈之间产生的电磁感应单独地传递电力或信息，但是不能够同时传递信息和电力，另外，也不存在想要同时传递信息和电力的技术思想。本发明着眼于这些方面，其目的在于提供一种能够通过无触点的方式向使用USB接口的USB设备同时传递电力和信息(数据)的电力传输和数据传输方法以及其装置。用于解决问题的手段为了达到上述的目的，本发明的特性在于，使一对线圈单元磁耦合，从而向USB设备一边传输电力一边传输数据，该线圈单元具有电力传输用线圈，其由卷绕为平面状的线圈和配置在该线圈的背面的磁屏蔽体构成，信息传输用线圈，其由卷绕为平面状的线圈和配置在该线圈的背面的磁屏蔽体构成；在该线圈单元中，信息传输用线圈的线圈直径小于电力传输用线圈的线圈直径，并且，信息传输用线圈和电力传输用线圈层叠配置为信息传输用线圈位于电力传输用线圈的线圈外周部分的状态。发明的效果在本发明中，通过使信息传输用线圈的线圈直径形成为小于电力传输用线圈的线圈直径，将信息传输用线圈和电力传输用线圈层叠配置为信息传输用线圈位于电力传输用线圈的线圈外周部分的状态，来使磁场重叠，因此虽然电力传输用线圈的磁通的方向贯通信息传输用线圈，但是由于为电抵消的位置关系，所以实质上几乎不产生电动势。而且，由于信息传输用线圈所产生的磁通处于难于被电力传输用线圈吸收的方向上，所以能够降低损失。结果，能够在不损害信息传输的信号的情况下，以小电力传递信息。由此，能够在不损害电力传输的效率而且不损害信息传递的能力和品质的情况下，高速地进行数据传输。另外，USB的信号由D+和D-构成，它们的几乎整个区域都以差动方式进行动作， 所以差动部分通过一对线圈来使接受侧的信号反相，由此能够生成D+和D-。另外，仅在表示包(packet)结束的区域，D+和D-同相，但通过一对线圈传输预先决定的图案(pattern)的信号，也能够传输同相的部分。作为应对该同相的部分的方式，也可以为了仅传输同相部分的区域的信号而采用另外一对线圈。
图1是表示线圈单元的一个实施方式的立体分解图。图2是表示线圈单元的其他实施方式的立体分解图。图3是表示本发明的使用例子的立体图。图4是表示根据电力传输用线圈与信息传输用线圈之间配置关系的信息传输用线圈的电动势的图表。图5是表示电力传输用线圈和信息传输用线圈中的磁通方向的图。
具体实施例方式本线圈单元1通过在电力传输用线圈4的上表面部分层叠配置信息传输用线圈7 而构成，其中，电力传输用线圈4是在卷绕为平面状的线圈2的背面侧配置方形的磁屏蔽体 3而形成的，信息传输用线圈7是在卷绕为平面状的线圈5的背面侧配置方形的磁屏蔽体6 而形成的。信息传输用线圈7的线圈直径d为小于电力传输用线圈4的线圈直径D，信息传输用线圈7配置在电力传输用线圈4的靠外周的部分上。使这样构成的一对线圈单元1相向配置，将一方作为一次侧线圈(供电侧线圈)， 将另一方作为二次侧线圈(用电侧线圈)，通过在两线圈间产生电磁感应，将供给至一次侧线圈的电力以及信息传输至二次侧线圈。该电力传输用线圈4以及信息传输用线圈7可以是在层叠印刷基板上进行印刷布线而成的，也可以是将单芯的引线卷绕为漩涡状而成的，还可以是将绞合线卷绕为漩涡状而成的。图2所示的结构，仅线圈单元1的电力传输用线圈4以及信息传输用线圈7的线圈2、5以分别形成为大致方形的方式进行卷绕为平面状这一点与上述的实施方式不同，其他结构相同。图3表示应用本发明的使用例子，示出了将计算机10与作为USB设备的一个例子的便携式电话11连接的情况。此时，在便携式电话11侧组装作为二次侧线圈的线圈单元， 并在通过USB线12与计算机10连接的设备架13上组装作为一次侧线圈的线圈单元。此时，在设备架13上，从作为USB主控制器的计算机10的供电线供给来的电力经由供电侧电路供给至一次侧线圈的电力传输用线圈4，并且经由信息传输用电路连接一次侧线圈的信息传输用线圈7和计算机10。另一方面，组装在便携式电话(USB设备)11上的二次侧线圈的电力传输用线圈4 与便携式电话(USB设备)11的电源连接，二次侧线圈的信息传输用线圈7与信息传输用电路连接，来传递D+和D-的信号。在没有将便携式电话(USB设备)11放置在设备架13上的状态下，功率在IOmW以下而几乎不消耗电力，USB也处于复位状态。接着，在将便携式电话(USB设备)11放置在设备架13上时，借助电力传输线圈4的供电侧电路中的ID认证功能，开始送电，在向用电侧线圈1的信息传递电路供给电时，解除USB的复位状态，开始通信。因此，从USB主控制器侧的计算机10来看，发挥与将通常的外部存储器连接在USB上等同的功能，并且对MP3播放器充电。这样，通过使用将信息传输用线圈7和电力传输用线圈4层叠配置的线圈单元1， 不仅能够代替连接USB主控制器与USB设备的USB线，而且能够省略USB设备侧的连接器， 能够进一步提高防水和防尘性，而且能够使USB设备的充电器通用化，能够将向USB设备侧插入USB连接器的行为改变为将USB设备放置在设备架13上的行为，从而提高了便利性。作为电力传输用线圈4使用直径45mm的圆形线圈，作为信息传输用线圈7使用直径15mm的圆形线圈，在测定图5中的⑶所示的将电力传输用线圈51和信息传输用线圈 52同心配置时信息传输用线圈52上产生的电动势，和测定在图1所示的信息传输用线圈7 配置电力传输用线圈4的外周部分时信息传输用线圈7上产生的电动势的情况下，在将电力传输用线圈4、51和信息传输用线圈7、52同心配置时的电动势为30mV，而在电力传输用线圈4、51的外周部分上配置信息传输用线圈7、52时的电动势为lmV。两外，在将信息传输用线圈7、52的中心配置在电力传输用线圈4、51的外周部分时，电动势降低至0. OOlmV。由此可知，优选信息传输用线圈7、52的位置为相反方向的磁通不通过的位置，信息传输用线圈7、52的外周边距离电力传输用线圈4、51的中心越远，越难于受影响，但是考虑到投影面，从部件面积的角度考虑，实用的位置为两线圈的外周边重叠的位置。另外，在两线圈的外周边重叠的位置上，能够充分地控制电动势，该位置适于传递信息。上述的实施方式说明使磁屏蔽件为正方形的情况，但是屏蔽件可以是与作为二次侧的USB设备的形状相符的长方形形状，此时，线圈的形状可以为长方形或长圆状。另外，线圈的形状可以不形成为与磁屏蔽体的形状相符的形状，例如，可以为菱形和多边形，另夕卜，可以为圆形或椭圆形。附图标记说明1…线圈单元、2…电力传输用线圈的线圈、3…电力传输用线圈的磁屏蔽体、4…电力传输用线圈、5…信息传输用线圈的线圈、6…信息传输用线圈的磁屏蔽体、7…信息传输用线圈、10···计算机、11···便携式电话(USB设备)、12…USB线、13···设备架。
权利要求
1.一种USB设备用的电力传输和数据传输方法，其特征在于，使一对线圈单元(1)磁耦合，从而向USB设备一边传输电力一边传输数据，该线圈单元(1)具有电力传输用线圈G)，其由卷绕为平面状的线圈(2)和配置在该线圈(2)的背面的磁屏蔽体(3)构成，信息传输用线圈(7)，其由卷绕为平面状的线圈(5)和配置在该线圈(5)的背面的磁屏蔽体(6)构成；在该线圈单元(1)中，信息传输用线圈(7)的线圈直径小于电力传输用线圈的线圈直径，并且，信息传输用线圈(7)和电力传输用线圈(4)层叠配置为信息传输用线圈(7) 位于电力传输用线圈(4)的线圈外周部分的状态。
2.—种USB设备用的电力传输和数据传输装置，其特征在于，一对线圈单元(1)相磁耦合，从而能够向USB设备一边传输电力一边传输数据，该线圈单元(1)具有电力传输用线圈G)，其由卷绕为平面状的线圈(2)和配置在该线圈(2)的背面的磁屏蔽体(3)构成，信息传输用线圈(7)，其由卷绕为平面状的线圈(5)和配置在该线圈(5)的背面的磁屏蔽体(6)构成；在该线圈单元(1)中，信息传输用线圈(7)的线圈直径小于电力传输用线圈(4)的线圈直径，并且，信息传输用线圈(7)和电力传输用线圈(4)层叠配置为信息传输用线圈(7) 位于电力传输用线圈(4)的线圈外周部分的状态。
全文摘要
一种能够以无触点的方式向使用USB接口的USB设备同时传递电力和信息(数据)的电力传输和数据传输方法以及其装置，使一对线圈单元磁耦合，从而向USB对应设备一边传输电力一边传输数据，该线圈单元具有电力传输用线圈，其由卷绕为平面状的线圈和配置在该线圈的背面的磁屏蔽体构成，信息传输用线圈，其由卷绕为平面状的线圈和配置在该线圈的背面的磁屏蔽体构成；在该线圈单元中，信息传输用线圈的线圈直径与电力传输用线圈的线圈直径不同，信息传输用线圈和电力传输用线圈层叠配置。
文档编号H02J17/00GK102474135SQ201080031238
公开日2012年5月23日 申请日期2010年6月28日 优先权日2009年7月17日
发明者高石好 申请人:明日香电子株式会社, 株式会社藤仓, 米沢电线株式会社