JPH11332135A - 電子機器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 分離した２以上の機器間での通信において、
互いに対向する位置にそれぞれ配設されたコイルとの電
磁結合あるいは電磁誘導によってデータ転送と電力転送
との双方を実行する場合に、両者の効率を両立させる。 【解決手段】 電子時計２００と、互いに対向する位置
に配設されたコイル同士の電磁的な結合により信号を送
受信するステーション１００において、電子時計２００
へ電力転送する場合には、ターン数の少ない外周コイル
１１０ｂを用いる一方、電子時計２００と信号転送する
場合には、内周コイル１１０ａおよび外周コイル１１０
ｂからなる直列コイルを用いるように、スイッチ１１１
ａ、１１１ｂを信号Ｔにしたがってスイッチングする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、相手方機器と互い
に対向する位置に配設されたコイル同士の電磁結合ある
いは電磁誘導により電力転送および信号転送する場合
に、両者の効率を両立させた電子機器に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、携帯端末や電子時計などのような
小型携帯電子機器をステーションと呼ばれる充電器に収
容して、当該携帯電子機器の充電とともに、データ転送
などが行われつつある。ここで、充電やデータ転送など
について電気的接点を介して行う構成にすると、これら
接点が露出するため、防水性の面において問題が発生す
る。このため、充電や信号転送などは、ステーションと
携帯電子機器との双方に配設されたコイルの電磁的な結
合によって非接触で行う構成が望ましい。

【０００３】そして、このような構成において、ステー
ションのコイルに高周波信号を印加すると、外部磁界が
発生して、携帯電子機器側のコイルに誘起電圧が発生す
る。そして、この誘起電圧をダイオード等により整流す
ることにより、携帯電子機器に内蔵された二次電池を非
接触で充電することが可能となる。また、両者コイルの
電磁的な結合により、ステーションから携帯電子機器
へ、あるいは、携帯電子機器からステーションへと信号
を非接触で双方向に転送することも可能となる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、携帯電子機
器を充電する場合、携帯電子機器側のコイルに誘起され
る電圧は、二次電池の電圧よりも高くなるように設定す
る必要がある一方、ステーション側のコイルの入力電圧
は、できる限り低く抑えた構成が望ましい。このために
は、ステーション側のコイル巻数を、携帯電子機器のそ
れよりも少なくする構成が考えられる。一方、携帯電子
機器とデータ転送する場合、携帯電子機器に内蔵される
二次電池が軽量化・小型化などにより容量的にもサイズ
的にも大きな制約を受けるため、送信側の消費電流が少
なくても、受信側で高い電圧が得られる構成が望まし
い。このためには、ステーション側のコイル巻数と携帯
電子機器のコイル巻数との積が大きくする構成が考えら
れる。すなわち、携帯電子機器へ電力転送する場合と、
携帯電子機器とデータ転送する場合とでは、要求される
コイル特性が異なるのである。このため、電力転送とデ
ータ転送とを実行する場合に、コイルの特性についてい
ずれか一方を重視した設計とならざるを得ないため、電
力転送とデータ転送とは両立しない、といった問題があ
った。

【０００５】あるいは、携帯電子機器を充電する場合
は、電力転送を行うために大電力を必要とするが、携帯
電子機器とデータ転送する場合は、できる限り消費電力
を押さえる必要がある。すなわち、携帯電子機器へ電力
転送する場合と、携帯電子機器とデータ転送する場合と
では、コイルで消費される電力に対する要求が異なるこ
とになる。このため、電力転送とデータ転送とを実行す
る場合に、消費電力についていずれか一方を重視した設
計とならざるを得ないため、電力転送とデータ転送とは
両立しない、といった問題があった。

【０００６】本発明は、上述した事情に鑑みてなされた
ものであり、その目的とするところは、携帯電子機器や
ステーションなどのように、互いに分離した２以上の機
器間において、互いに対向する位置にそれぞれ配設され
たコイルとの電磁結合あるいは電磁誘導によってデータ
転送と電力転送との双方を実行する場合でも、両者の効
率を両立して向上させることが可能な電子機器を提供す
ることにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、第１の発明にあっては、相手方機器とは、互いに対
向する位置に配設されたコイル同士の電磁結合あるいは
電磁誘導により電力転送および信号転送する電子機器で
あって、前記相手方機器への電力転送の場合には、巻数
が少ないコイルを用いる一方、前記相手方機器との信号
転送の場合には、巻数が多いコイルを用いることを特徴
としている。

【０００８】また、第２の発明にあっては、相手方機器
とは、互いに対向する位置に配設されたコイル同士の電
磁結合あるいは電磁誘導により電力転送および信号転送
する電子機器であって、自己に配設されたコイルの有効
な巻数を切り換える巻数切換手段と、前記相手方機器へ
の電力転送の場合には、前記コイルの有効な巻数が少な
くなるように前記巻数切換手段の切換を制御する一方、
前記相手方機器との信号転送の場合には、前記コイルの
有効な巻数が多くなるように、前記巻数切換手段の切換
を制御する巻数制御手段とを具備することを特徴として
いる。

【０００９】さらに、第３の発明にあっては、第１の機
器と第２の機器とが、互いに対向する位置にそれぞれ配
設されたコイルの電磁結合あるいは電磁誘導により電力
転送および信号転送する電子機器であって、前記第１の
機器に配設されたコイルあるいは前記第２の機器に配設
されたコイルのうち、少なくとも一方のコイルの有効な
巻数を切り換える巻数切換手段と、前記第１の機器から
前記第２の機器への電力転送の場合には、少なくとも、
前記第１の機器に配設されたコイルの有効な巻数が少な
くなるように、あるいは、前記第２の機器に配設された
コイルの有効な巻数が多くなるように、前記巻数切換手
段の切換を制御する一方、前記第１および第２の機器同
士での信号転送の場合には、前記第１の機器に配設され
たコイルの有効な巻数と前記第２の機器に配設されたコ
イルの有効な巻数との積が大きくなるように、前記巻数
切換手段の切換を制御する巻数制御手段とを具備するこ
とを特徴としている。

【００１０】第４の発明にあっては、相手機器に対し所
定の位置関係に配置されたときに、前記相手機器に備え
られた相手側コイルと対向し、前記相手側コイルと電磁
的に結合する結合用コイルと、前記結合用コイルを介し
た前記相手方機器への電力転送の場合には、前記結合用
コイルの有効な巻数が少なくなるように前記スイッチ回
路を制御する一方、前記結合用コイルを介した前記相手
方機器との信号転送の場合には、前記結合用コイルの有
効な巻数が多くなるように前記スイッチ回路を制御する
制御回路とを具備することを特徴としている。くわえ
て、第５の発明にあっては、相手機器に対し所定の位置
関係に配置されたときに、前記相手機器に備えられた相
手側コイルと対向し、前記相手側コイルと電磁的に結合
する結合用コイルと、前記結合用コイルの給電経路に介
挿され、インピーダンスが可変である可変インピーダン
ス回路と、前記相手機器へ電力転送を行う場合は前記可
変インピーダンス回路のインピーダンスを小さくし、前
記相手機器との間で信号転送を行う場合には、前記可変
インピーダンス回路のインピーダンスを大きくするイン
ピーダンス切換回路とを具備することを特徴としてい
る。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
説明する。なお、本実施形態にあっては、電子機器とし
てステーション、相手方機器として電子時計を例にとっ
て説明するが、本発明をこれらに限定する趣旨ではな
い。

【００１２】＜１．第１実施形態＞ ＜機械的構成＞図１は、実施形態にかかるステーション
および電子時計の構成を示す平面図である。この図に示
すように、電子時計２００は、充電やデータ転送など行
う場合、ステーション１００の凹部１０１に収容され
る。この凹部１０１は、電子時計２００の本体２０１お
よびバンド２０２よりも若干大きめな形状に形成されて
いるため、時計本体２０１は、ステーション１００に対
して位置決めされた状態で収容される。また、ステーシ
ョン１００には、充電の開始を操作入力するための入力
部１０３とともに、各種の表示を行うための表示部１０
４が設けられている。なお、本実施形態にかかる電子時
計２００は、通常の使用状態ではユーザの腕に装着され
て、表示部２０４において日付時刻等が表示されるのは
言うまでもないが、図示しないセンサ等によって、脈拍
数や心拍数などの生体情報を一定時間毎に検出・記憶す
る構成となっている。

【００１３】図２は、図１におけるＡ−Ａ線の断面図で
ある。この図に示すように、電子時計の本体２０１の下
面裏蓋２１２には、データ転送や充電のための時計側コ
イル２１０がカバーガラス２１１を介して設けられてい
る。また、時計本体２０１には、二次電池２２０や、時
計側コイル２１０などと接続される回路基板２２１が設
けられる。

【００１４】一方、ステーション１００の凹部１０１に
あって、時計側コイル２１０と対向する位置には、内周
コイル１１０ａと外周コイル１１０ｂとがカバーガラス
１１１を介してそれぞれ設けられている。ここで、内周
コイル１１０ａと外周コイル１１０ｂとは、図３に示す
ように、巻回方向が同一であり、略同心円状かつ略同一
平面上に配置するものである。ここで、説明の便宜上、
内周コイル１１０ａの端子を図示のようにＡ、Ｂとし、
同様に外周コイル１１０ｂの端子をＣ、Ｄとする。な
お、図３は、内周コイル１１０ａと外周コイル１１０ｂ
との配置を説明するための図に過ぎず、実際のターン数
（巻数）や、銅線の太さなどは、実際のものと縮尺が一
致しない。詳細には、本実施形態における内周コイル１
１０ａは、直径0.1[mm]の銅線を50ターンとしたもので
あり、外周コイル１１０ｂは、直径0.18[mm]の銅線を25
ターンとしたものである。すなわち、本実施形態におい
て、外周コイル１１０ｂのターン数は、内周コイル１１
０ａのターン数よりも少なくなるように構成されてい
る。また、ステーション１００には、内周コイル１１０
ａや、外周コイル１１０ｂ、入力部１０３、表示部１０
４、一次電源（図示省略）などが接続された回路基板１
２１が設けられている。

【００１５】このように、電子時計２００がステーショ
ン１００に収容された状態において、ステーション側の
内周コイル１１０ａあるいは外周コイル１１０ｂと、時
計側コイル２１０とは、カバーガラス１１１、２１１に
より物理的には非接触であるが、コイル巻回面が平行な
ので電磁的には結合した状態となる。また、ステーショ
ン側の内周コイル１１０ａ、外周コイル１１０ｂおよび
時計側コイル２１０とは、それぞれ時計機構部分の着磁
を避ける理由や、時計側の重量増加を避ける理由、磁性
体金属の露出を避ける理由などにより、磁心を有さない
空心型となっている。したがって、このようなことが問
題とならない電子機器に適用する場合には、磁心を有す
るコイルを採用しても良い。ただし、コイルに与える信
号の周波数が十分に高いのであれば、空心型で十分であ
る。

【００１６】さて、本願発明者らは、ステーション１０
０において各種コイルを用いた場合の電力転送特性およ
び信号転送特性について実験して求めた。そこで、この
実験結果について説明する。なお、この実験では、便宜
上、ステーション１００側の内周コイル１１０ａおよび
外周コイル１１０ｂが一次側であり、時計側コイル２１
０が二次側である。また、ステーション１００で用いた
コイルとしては、内周コイル１１０ａのみ、外周コ
イル１１０ｂのみ、および、端子Ｂ、Ｃ同士を接続し
た内周コイル１１０ａと外周コイル１１０ｂとからなる
直列コイル、の３種類である。

【００１７】まず、図９は、一次側から二次側へ電力転
送した場合において、二次側での電圧（電池電圧）と二
次側での充電電流との特性を示す実測結果である。この
図に示すように、電池電圧が同じであれば、二次側に誘
起される信号を整流平滑した充電電流は、外周コイル
１１０ｂを用いる場合で最も大きくなる。すなわち、ス
テーション１００から電子時計２００へ電力転送する場
合、ステーション１００側で外周コイル１１０ｂを用
いれば、二次側に誘起される電圧が高くなって電池電圧
が上昇した場合であっても、大きな充電電流で二次電池
を充電できるため、充電効率の点において有利であるこ
とが判る。

【００１８】次に、図１０は、二次側から一次側へ信号
転送する場合において、二次側の消費電流と一次側の誘
起電圧との特性を示す実測結果である。この図に示すよ
うに、二次側電流が同じであれば、一次側に誘起される
電圧は、直列コイル、内周コイル１１０ａのみ、
外周コイル１１０ｂという順番で高くなる。すなわち、
電子時計２００からステーション１００へ信号を転送す
る場合には、ステーション１００側で直列コイルを用
いれば、一次側コイルのターン数と二次側コイルのター
ン数との積が大きくなる結果、電子時計２００の消費電
力が低くても、自己側に誘起される電圧を効率良く高め
ることができる。同様な理由により、ステーション１０
０から電子時計２００へ信号を転送する場合でも、ステ
ーション１００側で直列コイルを用いれば、両コイル
のターンの積が大きくなる結果、ステーション１００の
消費電力が低くても、電子時計２００側に誘起される電
圧を効率良く高めることができる。

【００１９】したがって、本実施形態では、次の電気的
構成で述べるように、電力転送する場合には、二次側か
らみた一次側コイルのターン数を小さくするため、ター
ン数の少ない外周コイル１１０ｂを用いる一方、信号転
送する場合には、一次側コイルのターン数と二次側コイ
ルのターン数との積を稼ぐために直列コイルを用いる構
成となっている。

【００２０】＜電気的構成＞そこで、ステーション１０
０および電子時計２００の電気的構成について図４を参
照して説明する。まず、ステーション１００側について
説明する。この図において、発振回路１４０は、各部の
動作を同期させるためのクロック信号ＣＬＫを出力する
ものである。入力部１０３は、ユーザによって充電開始
の操作がなされると、１ショットのパルスＳＴＲをカウ
ンタ１５０に供給するものである。カウンタ１５０は、
ステーション１００側におけるコイルの接続を制御する
回路であり、パルスＳＴＲの供給を受けると、プリセッ
ト値ｎをクロック信号ＣＬＫでダウンカウントして、カ
ウント動作中には、Ｈレベルとなる信号Ｔを出力する。
すなわち、カウンタ１５０の出力信号Ｔは、充電開始の
操作から、クロック信号ＣＬＫのｎ周期が経過するまで
の一定期間だけ、Ｈレベルとなるように構成されてい
る。この信号Ｔは、スイッチ１１１ａの制御端にはイン
バータ１５１によりレベル反転されて供給される一方、
スイッチ１１１ｂの制御端には直接的に供給される。こ
こで、スイッチ１１１ａ、１１１ｂの各々は、その制御
端に供給される信号がＨレベルとなった場合にオンする
ものである。したがって、スイッチ１１１ａ、１１１ｂ
は、信号Ｔのレベルに応じて択一的にオンするように構
成されている。また、信号Ｔは、アンドゲート１５２に
おける一方の入力端にも供給されている。

【００２１】一方、内周コイル１１０ａおよび外周コイ
ル１１０ｂは、端子Ｂ、Ｃ同士の接続により直列となっ
ている。ただし、内周コイル１１０ａの一方の端子Ａ
と、外周コイル１１０ｂの一方の端子Ｃ（内周コイル１
１０ａの他方の端子Ｂ）とは、それぞれ信号Ｔに応じて
択一的にスイッチングするスイッチ１１１ａ、１１１ｂ
を介して電源電圧Ｖｃｃに接続されるため、信号ＴがＨ
レベルの場合では、外周コイル１１０ｂのみが電源電圧
Ｖｃｃにプルアップされる一方、信号ＴがＬレベルの場
合では、内周コイル１１０ａおよび外周コイル１１０ｂ
からなる直列コイルが電源電圧Ｖｃｃにプルアップされ
る構成となっている。

【００２２】次に、外周コイル１１０ｂの端子Ｄは、ト
ランジスタ１５３のドレインに接続される。ここで、ト
ランジスタ１５３のゲートは、他方の入力端にクロック
信号ＣＬＫの供給を受けるアンドゲート１５３の出力と
接続される一方、トランジスタ１５３のソースは接地さ
れている。したがって、カウンタ１５０の出力信号Ｔが
Ｈレベルとなった場合、クロック信号ＣＬＫがそのまま
アンドゲート１５２の出力信号Ｓ１となって、そのレベ
ルに応じてトランジスタ１５３のドレイン−ソース間を
スイッチングさせる構成となっている。

【００２３】一方、外周コイル１１０ｂの端子Ｄにおけ
る信号Ｓ２は、受信回路１５４に供給される。受信回路
１５４は、信号Ｓ２についてクロック信号ＣＬＫを用い
て復調するものであり、その復調結果を信号Ｓ３として
出力する。なお、受信回路１５４の構成については後述
する。処理回路１５５は、復調された信号Ｓ３に基づく
処理を実行する回路であり、本実施形態では、例えば、
処理結果を表示部１０４に表示させるようになってい
る。

【００２４】次に、電子時計２００側について説明す
る。時計側コイル２１０の一方の端子は、ダイオード２
４５を介して二次電池２２０の正側端子に接続される一
方、コイル２１０の他方の端子は、二次電池２２０の負
側端子に接続されている。ここで、二次電池２２０の電
圧Ｖｃｃが、電子時計２００における各部の電源として
用いられる構成となっている。また、制御回路２３０
は、計時機能を備えて、表示部２０４に対して時刻表示
などを行わせる一方、信号Ｗ１が誘起されていない場合
に、ステーション１００へ送信すべきディジタルデータ
Ｗ２を送信回路２５０に供給するものである。ここで、
ステーション１００へ送信すべきデータとしては、図示
しないセンサ等により計測された脈拍数や心拍数などの
生体情報などが想定される。

【００２５】送信回路２５０は、ステーション１００へ
送信すべきデータをシリアル化するとともに、シリアル
データがＬレベルである期間において、一定周波数の信
号をバーストしたスイッチング信号を出力するものであ
る。送信回路２５０によるスイッチング信号は、抵抗２
５１を介してトランジスタ２５２のベースに供給され
る。また、同トランジスタのコレクタは、二次電池２２
０の正側端子に接続される一方、同トランジスタのエミ
ッタは、コイル２１０の一方の端子に接続されている。
したがって、時計側コイル２１０においては、信号Ｗ２
が誘起されている場合には、その信号が半波整流されて
二次電池に充電される一方、信号Ｗ２が誘起されていな
い場合には、ステーション１００へ送信すべきデータに
応じたスイッチング信号が供給される構成となってい
る。

【００２６】ここで、ステーション１００の受信回路１
５４の構成について図６を参照して説明する。なお、図
示の構成はあくまでも一例であって、本来的に、電子時
計２００の送信回路２５０における変調方式によって定
められるものである。まず、 内周コイル１１０ａおよ
び外周コイル１１０ｂからなる直列コイルの端子Ｄに誘
起された信号Ｓ２は、図６に示すように、インバータ回
路１５４１によってレベル反転されるとともに波形整形
されて、発振回路１４０（図４参照）のクロック信号Ｃ
ＬＫと同期するＤフリップフロップ１５４２、１５４３
のリセット信号ＲＳＴとして供給される。ここで、Ｄフ
リップフロップ１５４２の入力端Ｄは、電源電圧Ｖｃｃ
に接続される一方、その出力端Ｑは、次段のＤフリップ
フロップ１５４３の入力端Ｄに接続される。そして、Ｄ
フリップフロップ１５４３の出力端Ｑが、復調結果たる
信号Ｓ３として出力される構成となっている。

【００２７】次に、上記構成の受信回路１５４における
各部の波形について検討してみる。電子時計２００から
のデータ受信時においては、後述するように、内周コイ
ル１１０ａおよび外周コイル１１０ｂからなる直列コイ
ルが電源電圧Ｖｃｃにプルアップされるので、その端子
Ｄは、時計側コイル２１０による外部磁界が発生してい
なければ、そのプルアップレベルとなる一方、外部磁界
が発生していれば、それに応じて誘起されるレベルにて
変動する。このため、端子Ｄに誘起される信号Ｓ２は、
例えば、図７（ａ）に示される通りとなる。このような
信号Ｓ２に対して、インバータ回路１５４１の出力たる
信号ＲＳＴは、図７（ｂ）に示されるように、信号Ｓ２
の電圧がしきい値Ｖｔｈを下回ったときにＨレベルとな
り、Ｄフリップフロップ１５４２、１５４３をリセット
する。この際、Ｄフリップフロップ１５４２、１５４３
は、クロック信号ＣＬＫの立ち上がりにおいて、その直
前での入力端Ｄのレベルを出力するから、Ｄフリップフ
ロップ１５４２の出力Ｑ１、および、Ｄフリップフロッ
プ１５４２の出力Ｓ３は、それぞれ図７（ｄ）、（ｅ）
に示されるようになる。すなわち、受信回路１５４の出
力信号Ｓ３は、時計側コイル２１０によって外部磁界が
発生している期間にＬレベルとなる信号となる。ここ
で、時計側コイル２１０によって外部磁界が発生する期
間とは、電子時計２００がステーション１００へ送信す
べきデータがＬレベルとなる期間であるから、結局、信
号Ｓ３は、電子時計２００からのデータを復調したもの
であることが判る。

【００２８】＜動作＞次に、本実施形態にかかるステー
ション１００および電子時計における充電動作およびデ
ータ転送動作について説明する。まず、ユーザは、電子
時計２００を、ステーション１００の凹部１０１に収容
させる。これにより、ステーション側の内周コイル１１
０ａ、外周コイル１１０ｂと、時計側コイル２１０と
は、図２に示されるように互いに対向するため、電磁的
に結合した状態となる。この後、ユーザが、ステーショ
ン１００の入力部１０３を操作して、充電を開始する旨
の入力操作を行うと、図５（ａ）に示されるように、タ
イミングｔ1において１ショットのパルスＳＴＲが入力
部１０３から出力される。このため、カウンタ１５０が
カウント動作を開始するため、図５（ｂ）に示されるよ
うに信号ＴがＨレベルとなる。

【００２９】信号ＴがＨレベルとなると、スイッチ１１
１ａ、１１１ｂは、図４において実線で示されるように
それぞれオフ、オンするため、外周コイル１１０ｂのみ
が電源電圧Ｖｃｃにプルアップされる一方、アンドゲー
ト１５２が開くため、トランジスタ１５３が、クロック
信号ＣＬＫに応じてスイッチングする。よって、トラン
ジスタ１５３は、図５（ｃ）に示されるような波形でス
イッチングするため、外周コイル１１０ｂには、電源電
圧Ｖｃｃをクロック信号ＣＬＫでスイッチングしたパル
ス信号が印加されて、外部磁界が発生することとなる。
この外部磁界によって、時計側コイル２１０には、当該
パルス信号と同周期の信号Ｗ１が誘起される。この誘起
信号は、ダイオード２４５によって半波整流されて、二
次電池２２０に充電されることとなる。

【００３０】次に、カウンタ１５０において、プリセッ
ト値ｎをクロック信号ＣＬＫでダウンカウントした結果
が、図５（ｂ）に示されるタイミングｔ2においてゼロ
になると、信号ＴがＬレベルとなる。信号ＴがＬレベル
となると、スイッチ１１１ａ、１１１ｂは、図４におい
て波線で示されるようにそれぞれオン、オフするため、
内周コイル１１０ａおよび外周コイル１１０ｂからなる
直列コイルが電源電圧Ｖｃｃにプルアップされる一方、
アンドゲート１５２が閉じるため、トランジスタ１５３
が、クロック信号ＣＬＫにかかわらずオフする。このた
め、時計側コイル２１０では、信号が誘起されなくな
る。

【００３１】このため、二次電池２２０の充電が終了す
る一方、制御回路２３０がステーション１００へ送信す
べきディジタルデータＷ２を送信回路２５０に供給する
ため、電子時計２００からステーション１００への信号
送信が開始されることになる。ここで、ステーション１
００への送信すべきデータが、図５（ｄ）に示される通
りであったとすると、送信回路２５０によるスイッチン
グ信号は、データがＨレベルであれば出力をＨレベルと
し、データがＬレベルであれば一定周波数のパルス信号
をバーストさせたものとするから、トランジスタ２５２
は、図５（ｅ）に示されるような波形でスイッチングす
ることとなる。

【００３２】したがって、時計側コイル２１０には、ス
テーション１００への送信すべきデータがＬレベルであ
る期間において、パルス信号が印加されることとなり、
これによって外部磁界が発生することとなる。この外部
磁界によって、ステーション１００側では、内周コイル
１１０ａおよび外周コイル１１０ｂからなる直列コイル
の端子Ｄに、当該パルス信号と同周期の信号Ｓ２が誘起
されることとなる。ここで、信号が誘起されている期間
では、上記構成の受信回路１５４によって信号Ｓ３がＬ
レベルとなるから、結局、ステーション１００側では、
タイミングｔ2以降において、電子時計２００からのデ
ィジタルデータＷ２を復調した信号Ｓ３が得られること
となる。そして、ステーション１００側では、処理回路
１５５が、復調された信号Ｓ３に基づく処理を実行し
て、その処理結果が表示部１０４に表示されることとな
る。

【００３３】このように本実施形態にかかるステーショ
ン１００は、充電すなわち電力転送する場合には、ター
ン数の少ない外周コイル１１０ｂを用いる一方、データ
転送する場合には、内周コイル１１０ａおよび外周コイ
ル１１０ｂからなる直列コイルを用いる構成となってい
る。このような構成により、電力転送時には、時計側か
らみたステーション側コイルのターン数が相対的に少な
くなる一方、信号転送時には、ステーション側コイルの
ターン数と時計側コイルのターン数との積が大きくなる
ため、コイルを介した電力転送の効率と信号転送の効率
との双方を向上させることが可能となる。さらに、本実
施形態では、外部磁界を発生させることによって電子時
計２００の二次電池２２０をタイミングｔ1からｔ2まで
において充電した後、タイミングｔ2以降においてデー
タ転送を実行するので、電子時計２００が、二次電池２
２０の電圧低下を理由にデータ転送できない事態を防止
することができる。

【００３４】＜２．第２実施形態＞ ＜２−１．第２実施形態の概要＞次に、本発明の第２実
施形態について説明する。第１実施形態においては、電
子時計２００へ電力転送する場合と、電子時計２００と
信号転送する場合とにおいて、コイルの巻数を切り換え
ることができる構成としたが、第２実施形態において
は、ステーション１００側のインピーダンスを可変とす
る構成となっている。以下、具体的な構成について説明
するが、外観構成は第１実施形態（図１参照）と同様で
あるため、図示および詳しい説明は省略する。

【００３５】＜２−２．電気的構成＞図１１は、ステー
ション１００の電気的構成を示す図である。なお、電子
時計２００の構成については、第１実施形態と同様であ
るので、図示および説明を省略し、ステーション１００
側についてのみ説明する。本実施形態においては、コイ
ル１１０は、ステーション１００の凹部１０１（図２参
照）にあって時計側コイル２１０と対向する位置に設け
られたコイルである。１１２は、各々抵抗値の異なる外
付抵抗１１２ａおよび１１２ｂを備えることによりイン
ピーダンスを可変としている可変インピーダンス回路で
あり、コイル１１０の給電経路に介挿されている。より
具体的には、コイル１１０の一端Ｃは、スイッチ１１１
ｂ、１１１ａの一端に接続され、スイッチ１１１ｂ、１
１１ａの他端はそれぞれ抵抗１１２ｂ、抵抗１１２ａを
介して電源端子（電圧Ｖｃｃ）に接続されている。第１
実施形態と同様に、スイッチ１１１ａ、１１１ｂは、信
号Ｔのレベルに応じて択一的にオンするように構成され
ており、コイル１１０は、信号ＴがＨレベルの場合（充
電時）では外付抵抗１１２ｂを介して電源電圧Ｖｃｃに
プルアップされる一方、信号ＴがＬレベルの場合（デー
タ転送時）では外付抵抗１１２ａを介して電源電圧Ｖｃ
ｃにプルアップされる構成となっている。

【００３６】また、コイル１１０の他端Ｄは、トランジ
スタ１５３のドレインおよび受信回路１５４の入力端に
接続されている。トランジスタ１５３のゲートには、信
号Ｔとクロック信号ＣＬＫの論理積をとるアンドゲート
１５２の出力信号Ｓ１が供給される。その他、入力部１
０３、表示部１０４、発振回路１４０、カウンタ１５
０、インバータ１５１、アンドゲート１５２、トランジ
スタ１５３、受信回路１５４、および処理回路１５５
は、第１実施形態（図４）と同様である。

【００３７】上述した構成によれば、カウンタ１５０の
出力信号ＴがＨレベル（充電時）となった場合は、クロ
ック信号ＣＬＫがそのままアンドゲート１５２の出力信
号Ｓ１となって、そのレベルに応じてトランジスタ１５
３のドレイン−ソース間をスイッチングさせる。これに
より、ステーション側コイル１１０には、電源電圧Ｖｃ
ｃをクロック信号ＣＬＫでスイッチングしたパルス信号
が印加されるので、外部磁界が発生することになる。

【００３８】本実施形態では、外付抵抗１１２ａの抵抗
Ｒａは外付抵抗１１２ｂの抵抗Ｒｂよりも大きくなって
いる。これにより、電子時計２００へ電力転送を行う場
合は可変インピーダンス回路１１２のインピーダンスが
小さくなり、電子時計２００との間で信号転送を行う場
合には、可変インピーダンス回路１１２のインピーダン
スが大きくなる。したがって、電子時計２００との間で
信号転送を行う場合は、コイル１１０に入力される電圧
および電流が小さくなるので、電子時計２００との通信
のおける電力をおさえることができる。一方、電子時計
２００へ電力転送を行う場合には、コイル１１０に入力
される電圧および電流が大きくなるので、電子時計２０
０に対して大電力を転送することができるようになる。

【００３９】ここで、図１２を参照しながら、本実施形
態における受信回路１５４の各部の波形について検討し
てみる。図１２は、可変インピーダンス回路１１２のイ
ンピーダンスが大きい場合（図１２中（１））と小さい
場合（図１２中（２））とを比較した波形である。ま
ず、図１２（１）における場合について説明する。トラ
ンジスタ１５３がオフになってコイル１１０が電源電圧
Ｖｃｃにプルアップされると、その端子Ｄは、時計側コ
イル２１０による外部磁界が発生していなければ、その
プルアップレベルとなる。一方、外部磁界が発生してい
れば、それに応じて誘起されるレベルにて変動する。こ
のため、第１実施形態において図７を用いて説明したよ
うに、端子Ｄに誘起される信号Ｓ２は、例えば、図１２
（ａ）に示される通りとなる。このような信号Ｓ２に対
して、インバータ回路１５４１の出力たる信号ＲＳＴ
は、図１２（ｂ）に示されるように、信号Ｓ２の電圧が
しきい値Ｖｔｈを下回ったときにＨレベルとなり、Ｄフ
リップフロップ１５４２、１５４３をリセットする。こ
の際、Ｄフリップフロップ１５４２、１５４３は、クロ
ック信号ＣＬＫの立ち上がりにおいて、その直前での入
力端Ｄのレベルを出力するから、Ｄフリップフロップ１
５４２の出力Ｑ１、および、Ｄフリップフロップ１５４
２の出力Ｓ３は、それぞれ図１２（ｄ）、（ｅ）に示さ
れるようになる。すなわち、受信回路１５４の出力信号
Ｓ３は、時計側コイル２１０によって外部磁界が発生し
ている期間にＬレベルとなる信号となる。ここで、時計
側コイル２１０によって外部磁界が発生する期間とは、
電子時計２００がステーション１００へ送信すべきデー
タがＬレベルとなる期間であるから、結局、信号Ｓ３
は、電子時計２００からのデータを正確に復調したもの
であることが判る。

【００４０】ところで、外部磁界が発生している場合に
端子Ｄに誘起される信号Ｓ２のレベルＶは、外部磁界に
よって誘起される電流Ｉと、コイル１１０および可変イ
ンピーダンス回路１１２の合成抵抗成分Ｚとの積である
（Ｖ＝Ｚ×Ｉ）。可変インピーダンス回路１１２のイン
ピーダンスが小さい場合（２）は、電流Ｉの変動幅が同
じ場合であれば信号Ｓ２のレベルＶの変動幅が小さくな
る結果、しきい値Ｖｔｈを下回らない場合が生じてしま
う。図１２に示した例では、（１）の時刻ｔ１において
は、信号Ｓ２のレベルＶがしきい値Ｖｔｈを下回ってい
るが、（２）の時刻ｔ１においては、しきい値Ｖｔｈを
下回っていない。従って、可変インピーダンス回路１１
２のインピーダンスが小さい（２）の場合は、時刻ｔ１
においては、インバータ回路１５４１の出力信号ＲＳＴ
はＬレベルのままとなり、Ｄフリップフロップ１５４２
の出力Ｑ１、および、Ｄフリップフロップ１５４２の出
力Ｓ３は、それぞれ図７（２）の（ｄ）、（ｅ）に示さ
れるようにＨレベルのままとなり、電子時計２００から
のデータを正確に復調することができない。すなわち、
可変インピーダンス回路１１２のインピーダンスが大き
い場合（１）の方が、インピーダンスが小さい場合
（２）に比べて、安定したデータ転送を行うことができ
る。

【００４１】このように、第２実施形態においては、可
変インピーダンス１１２を回路コイル１１０の給電経路
に介挿し、電子時計２００に電力転送を行う場合は可変
インピーダンス回路１１２のインピーダンスを小さく
し、電子時計２００との間で信号転送を行う場合には、
可変インピーダンス回路１１２のインピーダンスを大き
くする構成としたので、コイルを介した電力転送の効率
と信号転送の効率との双方を向上させることが可能とな
る。

【００４２】＜３．変形例＞なお、上記実施形態にあっ
ては、次のような変形が可能である。すなわち、第１実
施形態にあっては、データ転送する場合には、２つのコ
イルからなる直列コイルを用いる構成であったが、ター
ン数の多いコイルのみを用いる構成でも良い。さらに、
上記第１実施形態にあっては、外周コイル１１０ｂのタ
ーン数を内周コイル１１０ａのターン数よりも少ない構
成としたが、これとは逆に、内周コイル１１０ａのター
ン数を外周コイル１１０ｂのターン数よりも少なくし
て、電子時計２００へ電力転送する場合には、内周コイ
ルを用いる一方、電子時計２００とデータ転送する場合
には、外周コイル、あるいは、両者からなる直列コイル
を用いる構成としても良い。

【００４３】くわえて、電子時計２００へ電力転送する
場合と、電子時計２００とデータ転送する場合とで、図
８に示すように、ターン数の異なる２つの独立したコイ
ルを使い分けるような構成でも良い。すなわち、電子時
計２００へ電力転送する場合には、ターン数の少ないコ
イル１１０ｃを用いる一方、電子時計２００とデータ転
送する場合には、ターン数の多いコイル１１０ｄを用い
る構成であっても良い。また、２つの独立したコイルを
使い分ける場合には、スイッチを用いることなく、電力
転送についてはターン数の少ないコイルを、データ転送
についてはターン数の多いコイルを、それぞれ固定的に
用いる構成であっても良い。

【００４４】また、第１実施形態にあっては、コイルの
選択がスイッチ１１１ａ、１１１ｂによりプルアップす
る構成としたが、コイル端子間を短絡する構成でも良
い。例えば、図４において、端子Ａについてスイッチ１
１１ａを介することなく直接電源電圧Ｖｃｃにプルアッ
プするとともに、電子時計２００へ電力を転送する場合
には、端子Ａ−Ｂ間を短絡して、内周コイル１１０ａを
無効とする一方、電子時計２００と信号転送する場合に
は、端子Ａ−Ｂ間を開放して内周コイル１１０ａおよび
外周コイル１１０ｂからなる直列コイルを有効とする構
成でも良い。すなわち、本願にいうコイルの有効な巻数
とは、コイルの物理的な巻数のみならず、コイルの電気
的な巻数をも言うのである。第２実施形態にあっては、
ステーション１００側のインピーダンスを変更する手段
として、外付抵抗１１２ａおよび１１２ｂを切換えるも
のとして説明したが、これに限らず、外付コイルを切換
えるようにしてもよいし、第１実施形態に示したように
コイルの巻数を切換えるようにしてステーション１００
側のインピーダンスを変更してもよい。

【００４５】上記実施形態において、データ転送は、電
子時計２００からステーション１００への一方向のみで
あったが、ステーション１００から電子時計２００への
方向であっても良いのはもちろんである。電子時計２０
０へデータ転送する場合、ステーション１００では、転
送すべきデータに応じて変調する一方、電子時計２００
では、その変調方式に合わせて復調する構成とすれば良
い。この際、変調・復調は、公知の技術を適用すれば良
い。このような構成でも、ステーション１００側の消費
電流が小さくても、電子時計２００側で高電圧が誘起さ
れるので、転送効率が向上することとなる。

【００４６】くわえて、実施形態では、電子機器として
ステーション１００、相手方機器として電子時計２００
を例にとって説明したが、本願ではこれらの区別は、第
１および第２の機器の区別を含めて無意味であり、電力
転送や信号転送を行うすべての電子機器に適用可能であ
る。例えば、電動歯ブラシや、電動ひげ剃り、コードレ
ス電話、携帯電話、パーソナルハンディフォン、モバイ
ルパソコン、ＰＤＡ（Personal Digital Assistants：
個人向情報端末）などの二次電池を備える電子時計とそ
の充電器とに適用可能である。ところで、実施形態にお
いて、ステーション１００側のコイルを、電力転送およ
び信号転送で切り換える、あるいは、ステーション１０
０側のインピーダンスを可変とする構成とし、電子時計
２００側のコイルあるいはインピーダンスを固定とした
理由は、電子時計２００のように小型軽量化が要求され
る電子機器では、コイルを切り換える構成が実装上ほと
んど不可能であるか、非常に困難であるためである。し
たがって、実装上の制限が緩い電子機器に適用する場合
には、充電器側でなく、当該電子機器側でコイルを切り
換える構成としても良い。

【００４７】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、互
いに分離した２以上の機器間において、互いに対向する
位置にそれぞれ配設されたコイルとの電磁結合あるいは
電磁誘導によってデータ転送と電力転送との双方を実行
する場合でも、両者の効率を両立させることが可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施形態にかかるステーションおよ
び電子時計の構成を示す平面図である。

【図２】 同ステーションおよび同電子時計の構成を示
す断面図である。

【図３】 同ステーションにおけるコイルの配置を示す
平面図である。

【図４】 同ステーションおよび同電子時計の電気的構
成を示すブロック図である。

【図５】 同ステーションおよび同電子時計の動作を説
明するためのタイミングチャートである。

【図６】 同ステーションの受信回路の一例を示す回路
図である。

【図７】 同受信回路の動作を説明するためのタイミン
グチャートである。

【図８】 本発明の変形例にかかるステーションのコイ
ル周辺構成を示すブロック図である。

【図９】 本実施形態の利点を説明するための図であっ
て、電池電圧−二次電流（充電電流）特性を示す図であ
る。

【図１０】 本実施形態の利点を説明するための図であ
って、二次電流−一次電圧特性を示す図である。

【図１１】 第２実施形態におけるステーションの電気
的構成を示すブロック図である。

【図１２】 第２実施形態における受信回路の動作を説
明するためのタイミングチャートである。

【符号の説明】

１００……ステーション（電子機器、第１の機器）、１
１０ａ……内周コイル、１１０ｂ……外周コイル、１１
１ａ、１１１ｂ……スイッチ（巻数切換手段、スイッチ
回路）、１５０……カウンタ（巻数制御手段、制御回
路）、２００……電子時計（相手方機器、第２の機
器）、２１０……コイル、２２０……二次電池（充電手
段）、２４５……ダイオード（整流手段）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 本田 克行 長野県諏訪市大和３丁目３番５号 セイコ ーエプソン株式会社内

Claims (17)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 相手方機器とは、互いに対向する位置に
   配設されたコイル同士の電磁結合あるいは電磁誘導によ
   り電力転送および信号転送する電子機器であって、 前記相手方機器への電力転送の場合には、巻数が少ない
   コイルを用いる一方、 前記相手方機器との信号転送の場合には、巻数が多いコ
   イルを用いることを特徴とする特徴とする電子機器。
2. 【請求項２】 前記巻数が少ないコイルあるいは前記巻
   数が多いコイルは、略同心円状の内周コイルあるいは外
   周コイルであることを特徴とする請求項１記載の電子機
   器。
3. 【請求項３】 前記巻数が少ないコイルあるいは前記巻
   数が多いコイルは、空心型であることを特徴とする請求
   項１記載の電子機器。
4. 【請求項４】 相手方機器とは、互いに対向する位置に
   配設されたコイル同士の電磁結合あるいは電磁誘導によ
   り電力転送および信号転送する電子機器であって、 自己に配設されたコイルの有効な巻数を切り換える巻数
   切換手段と、 前記相手方機器への電力転送の場合には、前記コイルの
   有効な巻数が少なくなるように前記巻数切換手段の切換
   を制御する一方、 前記相手方機器との信号転送の場合には、前記コイルの
   有効な巻数が多くなるように、前記巻数切換手段の切換
   を制御する巻数制御手段とを具備することを特徴とする
   電子機器。
5. 【請求項５】 第１の機器と第２の機器とが、互いに対
   向する位置にそれぞれ配設されたコイルの電磁結合ある
   いは電磁誘導により電力転送および信号転送する電子機
   器であって、 前記第１の機器に配設されたコイルあるいは前記第２の
   機器に配設されたコイルのうち、少なくとも一方のコイ
   ルの有効な巻数を切り換える巻数切換手段と、 前記第１の機器から前記第２の機器への電力転送の場合
   には、少なくとも、前記第１の機器に配設されたコイル
   の有効な巻数が少なくなるように、あるいは、前記第２
   の機器に配設されたコイルの有効な巻数が多くなるよう
   に、前記巻数切換手段の切換を制御する一方、 前記第１および第２の機器同士での信号転送の場合に
   は、前記第１の機器に配設されたコイルの有効な巻数と
   前記第２の機器に配設されたコイルの有効な巻数との積
   が大きくなるように、前記巻数切換手段の切換を制御す
   る巻数制御手段とを具備することを特徴とする電子機
   器。
6. 【請求項６】 前記第２の機器は、さらに、 自己に配設されたコイルに誘起された信号を整流する整
   流手段と、 前記整流手段により整流された信号を充電する充電手段
   とを備えることを特徴とする請求項５記載の電子機器。
7. 【請求項７】 前記第２の機器は、携帯型であることを
   特徴とする請求項５記載の電子機器。
8. 【請求項８】 前記コイルは、空心型であることを特徴
   とする請求項４または５記載の電子機器。
9. 【請求項９】 前記巻数制御手段は、 一定時間、電力転送の場合における切換とした後に、信
   号転送の場合に切換に制御すること特徴とする請求項４
   または５記載の電子機器。
10. 【請求項１０】 前記コイルは、略同心円状の内周コイ
    ルと外周コイルとからなることを特徴とする請求項４ま
    たは５記載の電子機器。
11. 【請求項１１】 前記外周コイルは、その巻数が前記内
    周コイルの巻数よりも少ないものであり、 前記巻数制御手段は、電力転送の場合には、前記外周コ
    イルのみを用いるように前記巻数切換手段の切換を制御
    することを特徴とする請求項１０記載の電子機器。
12. 【請求項１２】 前記外周コイルは、その巻数が前記内
    周コイルの巻数よりも少ないものであり、 前記巻数制御手段は、信号転送の場合には、前記内周コ
    イルおよび前記外周コイルからなる直列コイルを用いる
    ように前記巻数切換手段の切換を制御することを特徴と
    する請求項１０記載の電子機器。
13. 【請求項１３】 前記内周コイルは、その巻数が前記外
    周コイルの巻数よりも少ないものであり、 前記巻数制御手段は、電力転送の場合には、前記内周コ
    イルのみを用いるように前記巻数切換手段の切換を制御
    することを特徴とする請求項１０記載の電子機器。
14. 【請求項１４】 前記内周コイルは、その巻数が前記外
    周コイルの巻数よりも少ないものであり、 前記巻数制御手段は、信号転送の場合には、前記内周コ
    イルおよび前記外周コイルからなる直列コイルを用いる
    ように前記巻数切換手段の切換を制御することを特徴と
    する請求項１０記載の電子機器。
15. 【請求項１５】 相手機器に対し所定の位置関係に配置
    されたときに、前記相手機器に備えられた相手側コイル
    と対向し、前記相手側コイルと電磁的に結合する結合用
    コイルと、 前記結合用コイルの有効な巻数を切り換えるスイッチ回
    路と、 前記相手方機器への電力転送の場合には、前記結合用コ
    イルの有効な巻数が少なくなるように前記スイッチ回路
    を制御する一方、 前記相手方機器との信号転送の場合には、前記結合用コ
    イルの有効な巻数が多くなるように前記スイッチ回路を
    制御する制御回路とを具備することを特徴とする電子機
    器。
16. 【請求項１６】 相手機器に対し所定の位置関係に配置
    されたときに、前記相手機器に備えられた相手側コイル
    と対向し、前記相手側コイルと電磁的に結合する結合用
    コイルと、 前記結合用コイルの給電経路に介挿され、インピーダン
    スが可変である可変インピーダンス回路と、 前記相手機器へ電力転送を行う場合は前記可変インピー
    ダンス回路のインピーダンスを小さくし、前記相手機器
    との間で信号転送を行う場合には、前記可変インピーダ
    ンス回路のインピーダンスを大きくするインピーダンス
    切換回路とを具備することを特徴とする電子機器。
17. 【請求項１７】 前記可変インピーダンス回路は複数の
    抵抗を有し、前記インピーダンス切換回路は、電力転送
    の場合は前記給電経路中に介挿される抵抗の値を小さく
    し、信号転送の場合は前記給電経路中に介挿される抵抗
    の値を大きくすることを特徴とする請求項１６記載の電
    子機器。