JP2005006441A - 無接点充電システムおよび無接点充電器 - Google Patents

Abstract

【課題】無接点充電を行う上での利便性を向上させること。
【解決手段】無接点充電システム１は、数ミリメートルから１センチメートル程度の厚みであり、数センチメートル四方の充電パッド１０を含んでいる。そして、一次コイル１１を備える充電パッド１０を携帯電話２０に取着して充電することが可能であると共に、取着された携帯電話２０の仕様に応じて、一次コイル１１の発振周波数が自動的に設定される。そのため、無接点充電器を小型化できると共に、専用充電器を用意する必要がなくなる。さらに、携帯電話２０を充電する際、充電パッド１０を携帯電話２０の所定位置に取着することで充電が行えるため、充電のための設置動作も極めて容易なものとなると共に、専用充電器のように、厳密に、定められた設置状態とする必要がなくなる。即ち、無接点充電を行う上での利便性を向上させることができる。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電磁誘導を利用して二次電池を充電するための無接点充電システムおよび無接点充電器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、携帯電話等のバッテリを充電するために、無接点充電器が使用されている。無接点充電器は、例えば、携帯電話の場合、充電器に一次コイルを備えると共に、携帯電話に二次コイルを備えておき、携帯電話を充電器の所定位置に嵌め込むこと等により、一次コイルと二次コイルとが近接して対向する位置関係となり、充電が可能となる。
【０００３】
このような無接点充電方式は、導体の接点が機器外部に表出しないため、水濡れやほこりに強いという特長を有している。
なお、無接点充電に関する技術については、特開平１０−２３６７７号公報に開示されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１０−２３６７７号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の無接点充電器は、充電器の一次コイルと、携帯電話といった充電される機器（以下、「被充電機器」と言う。）の二次コイルとを、充電効率がより高くなるような位置関係とする目的や、あるいは被充電機器の仕様の違いといった理由から、充電器は被充電機器それぞれにのみ対応する専用充電器となっている。
【０００６】
そのため、各被充電機器に対応する充電器を用意する必要があり、複数の被充電機器を充電する際に、充電器を置くスペースが広く必要となる、あるいは、複数の被充電機器を持ち歩く場合には、それぞれに対応する充電器も持ち歩く必要があるといった問題が生じていた。
また、従来の無接点充電器は、比較的大きい筐体を有しており、充電器を持ち歩く場合に嵩張るといった問題も生じていた。
【０００７】
さらに、携帯可能な小型の機器以外にも、大型の機器を充電することも想定され、このような場合、被充電機器を移動して充電器に設置することは困難であった。
即ち、従来の無接点充電器においては、無接点充電を行う上での利便性が十分なものとは言えなかった。
【０００８】
なお、特開平１０−２３６７７号公報に記載された技術は、構造を簡単としつつ、一次コイルと二次コイルとによる相互誘導を効率的に行うことを目的とするものであり、上述の利便性に関する問題を解決する手段とはなり得なかった。
本発明の課題は、無接点充電を行う上での利便性を向上させることである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するため、本発明は、
一次コイルを備える無接点充電器と、二次コイルを備える被充電機器（例えば、図１の携帯電話２０や、ビデオカメラやポータブルＭＤプレーヤー等）とを含み、前記一次コイルと二次コイルとの相互誘導による誘導起電力によって、前記被充電機器のバッテリを充電可能な無接点充電システムであって、前記無接点充電器は、内部に前記一次コイルを備え、前記被充電機器の各部に取着自在に構成された取着部（例えば、図１の充電パッド１０）を含み、前記被充電機器において、内蔵された二次コイルに対応する所定位置（例えば、二次コイルが備えられている部分の筐体外部位置等）に、該取着部が取り付けられることにより、充電が可能であることを特徴としている。
【００１０】
また、前記一次コイルあるいは二次コイルの少なくともいずれかは、素線の束からなる導線を平面的に渦巻き状とした平面コイルによって構成されていることを特徴としている。
また、前記無接点充電器は、充電に関する電気的仕様が、複数種類の前記被充電機器の仕様に対応していることを特徴としている。
【００１１】
また、前記取着部の一次コイルと前記二次コイルとが、より効率的な充電を行うための取り付け位置を示す指標（例えば、取着部に備えられた窪みと嵌合する突起や、マーク等）を、前記被充電機器の筐体において、内蔵された二次コイルに対応する外部位置に備えることを特徴としている。
また、前記無接点充電器は、前記取着部が、前記被充電機器の二次コイルに対応する所定位置に取り付けられたことを検出する設置検出手段（例えば、図１の充電検出回路１１ａ）と、前記設置検出手段によって、前記取着部が取り付けられたことを検出した場合に、前記一次コイルに印加する交流電圧を、該被充電機器に対応する特性に設定する一次電圧設定手段とを備えることを特徴としている。
また、前記一次電圧設定手段は、前記設置検出手段によって、前記取着部が取り付けられたことを検出した場合に、前記一次コイルに印加する交流電圧の周波数を漸増させる周波数調整手段（例えば、発明の実施の形態中の「分周回路」）と、該交流電圧を印加された一次コイルが発生する交流磁界によって、前記被充電機器の充電が開始されたことを検出する充電検出手段（例えば、図１の充電検出回路１１ａ）とを備え、前記周波数調整手段は、前記充電検出手段が前記被充電機器の充電開始を検出したことに対応して、前記交流電圧の周波数を固定することを特徴としている。
また、前記被充電機器から前記無接点充電機器に、該被充電機器の前記電気的仕様に関する情報を送信可能に構成され、前記一次電圧設定手段は、前記取着部が取り付けられている被充電機器から受信した前記電気的仕様に関する情報に基づいて、前記一次コイルに印加する交流電圧を設定することを特徴としている。
【００１２】
また、前記取着部は、前記一次コイルを内蔵するパッド状部材によって構成され、該パッド状部材の所定面が粘着性を有し、該所定面が前記被充電機器の所定位置に粘着することによって充電が可能となることを特徴としている。
また、前記取着部は、前記一次コイルを備える吸盤によって構成され、該吸盤が前記被充電機器の所定位置に吸着することによって充電が可能となることを特徴としている。
また、本発明は、
自装置に備えられた一次コイルと被充電機器に備えられた二次コイルとの相互誘導による誘導起電力によって、前記被充電機器のバッテリを充電可能な無接点充電器であって、内部に前記一次コイルを備え、前記被充電機器の各部に取着自在に構成された取着部を含み、前記被充電機器において、内蔵された二次コイルに対応する所定位置に、該取着部が取り付けられることにより、充電が可能であることを特徴としている。
本発明によれば、例えば数ミリメートルから１センチメートル程度の厚みであり、数センチメートル四方のパッド等によって構成された、一次コイルを備える取着部を被充電機器に取着して充電することが可能である。また、取着された被充電機器の仕様に応じて、一次コイルの発振周波数が自動的に設定される。
したがって、無接点充電器を小型化できると共に、専用充電器を用意する必要がなくなる。さらに、被充電機器を充電する際、取着部を被充電機器の所定位置に取着する（貼り付ける）ことで充電が行えるため、充電のための設置動作も極めて容易なものとなると共に、専用充電器のように、厳密に、定められた設置状態とする必要がなくなる。
このように、本発明によれば、無接点充電を行う上での利便性を向上させることが可能となる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図を参照して本発明に係る無接点充電システムの実施の形態を説明する。
まず、構成を説明する。
図１は、本発明を適用した無接点充電システム１の構成を示す図である。
【００１４】
図１において、無接点充電システム１は、充電パッド１０と、携帯電話２０とを含んで構成される。
充電パッド１０は、数ミリメートルから１センチメートル程度の厚みを有する、数センチメートル四方のパッド状の外観を有し、内部には、充電時に交流磁界を発生する一次コイル１１を含んで構成される。そして、充電パッド１０の片方の面には粘着シートが貼付され、携帯電話２０等の被充電機器の筐体に取着自在に構成されている。
【００１５】
また、一次コイル１１には、発振周波数を変化させるための分周回路が備えられており、発生する交流磁界の周波数を調整することが可能である。さらに、一次コイル１１は、携帯電話２０の二次コイルと相互誘導可能な位置関係となり、充電可能な状態であるか否かを検出する充電検出回路１１ａを備えている。充電検出回路１１ａは、一次コイル１１が二次コイル２１と相互誘導可能な位置関係となった場合に、二次コイル２１が存在しない場合と比べて、一次コイル１１周辺の磁界の状態が変化することを利用して、携帯電話２０が載置されたことを検出する。具体的には、一次コイル１１が単独で発振した場合、自己誘導により、一次コイル１１が発生する磁界の状態は安定化する。一方、一次コイル１１に導体（導体片としての二次コイル２１）が近づくと、磁界の変化が乱され、自己誘導の状態に対し、磁界の状態が変化することとなる。したがって、この変化を検出することにより、携帯電話２０が載置されたことを検出することができる。
【００１６】
また、充電検出回路１１ａは、一次コイル１１と二次コイル２１との間で相互誘導が開始され、充電中となったことを検出可能である。この場合、相互誘導によって、二次コイル２１から一次コイル１１に加えられる磁界の変化を検出することにより、充電中であるか否かを検出することができる。
なお、充電パッド１０は、無接点充電に関する他の機能（電力の供給機能や全体の制御機能等）を備える本体と接続ケーブルによって接続されている。この本体は、無接点充電に関する所定機能部（一次コイル１１等）が充電パッド１０に備えられていることから、従来の専用充電器に比べ、小型化することが可能である。
【００１７】
携帯電話２０は、充電パッド１０に内蔵された一次コイル１１との相互誘導によって、誘導起電力を発生可能な二次コイル２１と、二次電池であるバッテリ２２とを含んで構成される。そして、携帯電話２０は、充電パッド１０が所定位置に取着され、一次コイル１１によって交流磁界が発生されると、二次コイル２１によって誘導起電力を発生し、その誘導電圧によってバッテリ２２を充電する。
【００１８】
なお、二次コイル２１に対して、より効率的な充電を行える位置に一次コイル１１を取着するために、携帯電話２０の二次コイルが内蔵された部分に、充電パッド１０を取着する際のガイドを設けることも可能である。例えば、充電パッド１０における一次コイル１１の中心部分に窪みを設け、携帯電話２０における二次コイル２１の中心部分に設けられた突起がその窪みに嵌合するように充電パッド１０を取着することで、より適切な位置に充電パッド１０を取着することが可能である。
【００１９】
ここで、一次コイル１１および二次コイル２１としては、相互誘導が可能なコイルであれば種々のものが採用可能であるが、本実施の形態においては、素線の集合体（以下、「素線束」と言う。）を平面的な渦巻き状とした平面コイルを用いることとして説明する。
このような平面コイルは、鉄心のコアに導線を巻きつけたソレノイド等に比べ、多くの利点を有する。
【００２０】
以下、平面コイルによって無接点充電を行う場合の利点について説明する。
まず、無接点充電の基本的な原理について説明する。
図２は、二次コイルに誘導起電力が発生する原理を示す図である。
図２において、二次コイルは、一次コイルによって発生された磁束と鎖交するようにコイル面が設置され、一次コイルによって発生される磁束数をφ、二次コイルの巻き数をＮ、誘導起電力をＶとすると、Ｖ＝Ｎ×（ｄφ／ｄｔ）の関係を有する。
【００２１】
したがって、一般に、巻き数Ｎを増加する程、高い誘導起電力Ｖが得られ、一次コイルに印加する交流電圧の周波数を高くする程、高い誘導起電力Ｖが得られることとなる。
しかしながら、一般のコイルにおいては、単線の導線を巻くことによりコイルを構成するため、１本の導線の断面積が大きくなり、渦電流による損失が比較的大きくなる。また、１本の導線の表面積が小さくなることから、表皮効果による高周波電流の伝達特性が劣化することとなる。さらに、１本の導線当たりの容量が大きくなる上、コイルにおける導線の密度が小さくなることから漏れ磁束が多く発生してしまうこととなる。
【００２２】
一方、本実施の形態で用いる平面コイルは、これらの点において、一般のコイルに比し優れた特性を有する。
図３は、平面コイルの構成を示す概略図である。
図３において、平面コイルは、より細い素線を束ねて１つの線（素線束）とし、その素線束を同一平面上で渦巻き状に巻いた構造を有する。また、各素線は、絶縁皮膜で覆われており、素線間で短絡が起きないものとなっている。
【００２３】
このような構成の平面コイルにおいては、電磁誘導が行われる場合、素線の断面積が小さくなることから渦電流による損失が軽減され、また、素線が集合することから全体として表面積が大きくなり、表皮効果によって高周波電流の伝達特性が向上する。さらに、素線間に生ずる線間容量が小さくなることからノイズによる劣化が減少し、また、コイルの導線密度が増加することから漏れ磁束を減少することができる。
【００２４】
そのため、平面コイルを用いる場合、一般のコイルを用いて無接点充電を行う場合に比べ、数倍程度の効率を実現することが可能となる。
次に、動作を説明する。
図４は、無接点充電システム１の使用状態を示す図である。
図４において、充電パッド１０には平面コイル（一次コイル１１）が内蔵されており、携帯電話２０の二次コイルが内蔵された部分に、充電パッド１０が取着される。すると、充電パッド１０の一次コイル１１と、携帯電話２０の二次コイルとが相互誘導可能な状態となり、携帯電話２０の充電が可能となる。
【００２５】
充電パッド１０は、所定時間間隔で、磁界内における導体の存在を検出するための交流磁界を発生しており、一次コイル１１に対向する所定位置範囲に二次コイル２１が存在しているか否かを充電検出回路１１ａによって検出する。
二次コイル２１の存在を検出すると、充電パッド１０は、一次コイル１１において、徐々に交流磁界の周波数（電圧の周波数）を上昇させる。
【００２６】
そして、携帯電話２０の充電条件に適合する周波数になると、携帯電話２０において充電が開始される。このとき、一次コイル１１と二次コイル２１とが相互誘導を行う状態となっている。
すると、充電パッド１０の充電検出回路１１ａは、一次コイル１１が相互誘導状態となったことを検出し、一次コイル１１に印加する電圧の周波数をその状態で固定する。
【００２７】
以後、携帯電話２０の充電が行われ、バッテリ２２が充電された状態となると、携帯電話２０は、従来の携帯電話と同様に、自動的に充電を行う回路を切断し、充電を停止する。また、それに対応して、充電パッド１０は、一次コイル１１に対する交流電圧の印加を停止する。
以上のように、本実施の形態に係る無接点充電システム１は、数ミリメートルから１センチメートル程度の厚みであり、数センチメートル四方の充電パッド１０を含んでいる。そして、一次コイル１１を備える充電パッド１０を携帯電話２０に取着して充電することが可能であると共に、取着された携帯電話２０の仕様に応じて、一次コイル１１の発振周波数が自動的に設定される。
【００２８】
したがって、無接点充電器を小型化できると共に、専用充電器を用意する必要がなくなる。さらに、携帯電話２０を充電する際、充電パッド１０を携帯電話２０の所定位置に取着する（貼り付ける）ことで充電が行えるため、充電のための設置動作も極めて容易なものとなると共に、専用充電器のように、厳密に、定められた設置状態とする必要がなくなる。
【００２９】
このように、無接点充電システム１によれば、無接点充電を行う上での利便性を向上させることが可能となる。
なお、本実施の形態においては、充電パッド１０側において携帯電話２０の充電が開始されたことを検出し、携帯電話２０を充電する場合の発振周波数を定めることとしたが、携帯電話２０に、充電に関する仕様を記憶したＩＣチップを備えておき、充電パッド１０がそのＩＣチップに記憶された情報を読み取ることによって、一次コイルに印加する交流電圧の特性を定めることとしてもよい。
また、本実施の形態においては、被充電機器として携帯電話２０を例に挙げて説明したが、充電パッド１０は、無接点充電が可能な機器であれば、ビデオカメラやポータブルＭＤ（ＭｉｎｉＤｉｓｃ）プレーヤー等の種々の機器を充電可能である。
【００３０】
さらに、充電パッド１０は、任意の位置に取着可能であるため、移動不可能あるいは移動困難な被充電機器のバッテリを充電する場合に適している。
例えば、自動車のバッテリや固定して設置されている機械・器具のバッテリ等）を充電することが容易である。また、被充電機器が狭い空間に設置され、二次コイルが内蔵されている部分が狭い空間に面している場合に、その部分に充電パッド１０を取着して充電することが可能となる。
なお、本実施の形態においては、一次コイルをパッド状の外観を有する充電パッド１０に内蔵し、被充電機器の二次コイル部分に取着する構成例について説明したが、一次コイルを二次コイル部分に取着できる構成であれば、例えば、図５に示すように、吸盤内に一次コイルを内蔵し、二次コイル部分に吸着させて充電する等、他の構成であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した無接点充電システム１の構成を示す図である。
【図２】二次コイルに誘導起電力が発生する原理を示す図である。
【図３】平面コイルの構成を示す概略図である。
【図４】無接点充電システム１の使用状態を示す図である。
【図５】吸盤内に一次コイルを内蔵する場合の構成例を示す図である。
【符号の説明】
１ 無接点充電システム，１０ 充電パッド，１１ 一次コイル，１１ａ 充電検出回路，２０ 携帯電話，２１ 二次コイル，２２ バッテリ

Claims (10)

1. 一次コイルを備える無接点充電器と、二次コイルを備える被充電機器とを含み、前記一次コイルと二次コイルとの相互誘導による誘導起電力によって、前記被充電機器のバッテリを充電可能な無接点充電システムであって、
   前記無接点充電器は、
   内部に前記一次コイルを備え、前記被充電機器の各部に取着自在に構成された取着部を含み、
   前記被充電機器において、内蔵された二次コイルに対応する所定位置に、該取着部が取り付けられることにより、充電が可能であることを特徴とする無接点充電システム。
2. 前記一次コイルあるいは二次コイルの少なくともいずれかは、素線の束からなる導線を平面的に渦巻き状とした平面コイルによって構成されていることを特徴とする請求項１記載の無接点充電システム。
3. 前記無接点充電器は、充電に関する電気的仕様が、複数種類の前記被充電機器の仕様に対応していることを特徴とする請求項１または２記載の無接点充電システム。
4. 前記取着部の一次コイルと前記二次コイルとが、より効率的な充電を行うための取り付け位置を示す指標を、前記被充電機器の筐体において、内蔵された二次コイルに対応する外部位置に備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の無接点充電システム。
5. 前記無接点充電器は、
   前記取着部が、前記被充電機器の二次コイルに対応する所定位置に取り付けられたことを検出する設置検出手段と、
   前記設置検出手段によって、前記取着部が取り付けられたことを検出した場合に、前記一次コイルに印加する交流電圧を、該被充電機器に対応する特性に設定する一次電圧設定手段と、
   を備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の無接点充電システム。
6. 前記一次電圧設定手段は、
   前記設置検出手段によって、前記取着部が取り付けられたことを検出した場合に、前記一次コイルに印加する交流電圧の周波数を漸増させる周波数調整手段と、
   該交流電圧を印加された一次コイルが発生する交流磁界によって、前記被充電機器の充電が開始されたことを検出する充電検出手段と、
   を備え、
   前記周波数調整手段は、前記充電検出手段が前記被充電機器の充電開始を検出したことに対応して、前記交流電圧の周波数を固定することを特徴とする請求項５記載の無接点充電システム。
7. 前記被充電機器から前記無接点充電機器に、該被充電機器の前記電気的仕様に関する情報を送信可能に構成され、
   前記一次電圧設定手段は、前記取着部が取り付けられている被充電機器から受信した前記電気的仕様に関する情報に基づいて、前記一次コイルに印加する交流電圧を設定することを特徴とする請求項５記載の無接点充電システム。
8. 前記取着部は、前記一次コイルを内蔵するパッド状部材によって構成され、該パッド状部材の所定面が粘着性を有し、該所定面が前記被充電機器の所定位置に粘着することによって充電が可能となることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の無接点充電システム。
9. 前記取着部は、前記一次コイルを備える吸盤によって構成され、該吸盤が前記被充電機器の所定位置に吸着することによって充電が可能となることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の無接点充電システム。
10. 自装置に備えられた一次コイルと被充電機器に備えられた二次コイルとの相互誘導による誘導起電力によって、前記被充電機器のバッテリを充電可能な無接点充電器であって、
    内部に前記一次コイルを備え、前記被充電機器の各部に取着自在に構成された取着部を含み、
    前記被充電機器において、内蔵された二次コイルに対応する所定位置に、該取着部が取り付けられることにより、充電が可能であることを特徴とする無接点充電器。

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