JP2006320047A - 携帯機器充電置き台、被充電機器 - Google Patents

Abstract

【課題】特定の機種の携帯機器ではなく複数機種の機器を充電することが可能な携帯機器充電置き台を実現する。
【解決手段】燃料カートリッジ１から、燃料を燃料電池セル２に供給して発電を行い、発生する直流の発電電力を交流電力に変換し、その交流電力を送信コイル４及び受信コイル５によって非接触で携帯機器２００に伝送する構成を採用している。このため、受信コイル５を内蔵した携帯機器２００を携帯機器充電置き台１００の載置部１００Ｍに載置することにより、携帯機器２００に内蔵されている蓄電池８を充電できる。その際、載置部１００Ｍの表面を平面（平坦）とすることにより、任意の電力の受信用コイルを内蔵した携帯機器を載置することができ、汎用性の高い携帯機器充電置き台１００を実現できる。
【選択図】 図１

Description

本発明は携帯機器充電置き台、被充電機器に関し、特に、携帯電話機器等の携帯機器に内蔵されているニッケル水素電池やリチウムイオン二次電池等の蓄電池を充電する携帯機器充電置き台、被充電機器に関する。

携帯電話機器等の携帯機器に内蔵されているニッケル水素電池やリチウムイオン二次電池等の蓄電池を充電する技術として、特許文献１や特許文献２に記載されたものがある。これらは、非接触電力伝送を行い、蓄電池を充電するものである。
特開平１１−６９６４０号公報 特開平１１−１４６５６９号公報

携帯機器に内蔵されている蓄電池を充電する場合、置き台（クレドル）を利用し、その置き台に置かれている携帯機器の蓄電池を充電対象とすることが少なくない。置き台と携帯機器との安定した充電を実現するために、携帯機器と置き台との嵌合を考慮して置き台が設計される。このため、携帯機器が変わるたびに、別々の置き台を用意する必要があるという問題がある。
本発明は上述した従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は特定の機種の携帯機器ではなく複数機種の機器を充電することが可能な携帯機器充電置き台、被充電機器を提供することである。

本発明の請求項１による機器充電置き台は、蓄電池の充電電力によって動作する機器を充電するための機器充電置き台であって、前記機器を任意の向きで載置するための載置部と、電力を供給する燃料電池と、前記燃料電池から供給される電力を、電気的接触無しで、前記載置部に載置された機器に送信する電力送信手段とを含むことを特徴とする。このような構成によれば、任意の向きで載置された機器が特定の機種の携帯機器ではなくても、その内蔵蓄電池を充電することができる。

本発明の請求項２による携帯機器充電置き台は、請求項１において、前記電力送信手段は、前記載置部に載置された機器に設けられている受信コイルに、前記燃料電池から供給される電力を送信する送信コイルを含むことを特徴とする。このような構成によれば、載置された機器に内蔵された蓄電池を、非接触で充電することができる。
本発明の請求項３による携帯機器充電置き台は、請求項２において、前記送信コイルは、前記燃料電池から供給される電力に応じて発生され、かつ、少なくとも一部が前記受信コイルを通る磁束を発生することを特徴とする。このように、磁束の少なくとも一部が受信コイルを通ることで、載置された機器に内蔵された蓄電池を、非接触で充電することができる。

本発明の請求項４による携帯機器充電置き台は、請求項３において、前記送信コイル及び前記受信コイルは、中心点からの距離が徐々に変化する渦巻き形状部分を有することを特徴とする。このように渦巻き形状部分を有している送信コイル及び受信コイルを用いることにより、電力を効率良く伝送できる。
本発明の請求項５による被充電機器は、電気的接触無しで、電力を受信するための受信コイルと、前記受信コイルによって受信した電力によって充電される蓄電池とを含み、前記蓄電池の充電電力によって動作することを特徴とする。このような構成によれば、被充電機器を充電置き台の載置部に載置するだけで、その機器に内蔵された蓄電池を、非接触で充電することができる。

蓄電池の充電電力によって動作する機器を充電するための機器充電置き台において、燃料電池から供給される電力を、電気的接触無しで、載置部に任意の向きで載置された携帯電話機などの機器に送信することにより、携帯機器に内蔵されているニッケル水素電池やリチウムイオン二次電池等の蓄電池を、非接触で充電でき、しかも、特定の機種に限定されることなく、複数の機種の携帯機器を充電することができる。非接触で充電するため、充電接点が不要になるので、水濡れなどの影響に対して安全性を向上することができる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。なお、以下の説明において参照する各図では、他の図と同等部分は同一符号によって示されている。
（携帯機器充電置き台）
図２は、本実施形態による携帯機器充電置き台の構成を示すブロック図である。同図に示されているように、機器充電置き台１００は、燃料カートリッジ１と、燃料電池セル２と、ＤＣ（直流）−ＡＣ（交流）電源回路３と、電力送信用コイル（一次側コイル）４とを含んで構成されている。

まず、燃料カートリッジ１と燃料電池セル２とが接続されているため、燃料カートリッジ１から燃料電池セル２に対して、メタノールや水素ガスなどの燃料電池用の燃料が供給される。燃料電池セル２の発電電力の電気出力（正・負端子）は、直流から交流に変換するＤＣ−ＡＣ電源回路３の入力端子に接続されている。
ＤＣ−ＡＣ電源回路３では、燃料電池セル２から出力される直流電圧Ｖ１を交流電圧Ｖ２に変換する。そのＤＣ−ＡＣ電源回路３の出力端子は、非接触充電用の送信コイル４に接続されており、ＤＣ−ＡＣ電源回路３から出力される交流電圧Ｖ２が非接触充電用の送信コイル４に入力される。

（載置部）
携帯機器を載置するための載置部について図３及び図４を参照して説明する。
図３は本例の携帯機器充電置き台の内部構成を示す概略側面図であり、図４は本例の携帯機器充電置き台の内部構成を示す概略平面図である。
両図において、本例の携帯機器充電置き台１００は、燃料カートリッジ１と、燃料電池セル２と、ＤＣ（直流）−ＡＣ（交流）電源回路３と、電力送信用コイル（一次側コイル）４（以下、送信コイルと称する）とを含んで構成されている。両図に示されている携帯機器充電置き台１００の上面は、被充電機器を載置するための載置部１００Ｍとなる。この載置部１００Ｍの上面は、平面（つまり平坦）又はそれに近い形状になっている。このため、被充電機器の形状を問わず、この載置部１００Ｍの上に、任意の向きで載置することができる。
なお、図４に示されているように、送信コイル４は、中心点からの距離が徐々に変化する渦巻き形状部分Ｓ１を有している。この渦巻き形状部分Ｓ１を有している送信コイル４を用いることにより、電力を効率良く伝送できる。

（携帯機器）
図５は、本例の携帯機器２００の構成例を示すブロック図である。同図において、携帯機器２００は、電力受信用コイル（二次側コイル）（以下、受信コイルと称する）５と、ＡＣ−ＤＣ電源回路６と、蓄電池充電制御回路７と、蓄電池８とを含んで構成されている。
燃料電池置き台側の送信コイル４からの磁束によって励起された受信コイル５は交流電圧Ｖ３を出力する。その交流電圧Ｖ３はＡＣ−ＤＣ電源回路６に入力されて直流電圧Ｖ４に変換される。この変換された直流電圧Ｖ４は、充電制御回路７を介して蓄電池８に入力され、蓄電池８（充電電圧：Ｖ５）の充電が行われる。
なお、同図に示されているように、受信コイル５は、中心点からの距離が徐々に変化する渦巻き形状部分Ｓ２を有している。この渦巻き形状部分Ｓ２を有している受信コイル５を用いることにより、電力を効率良く伝送できる。

（載置部への載置状態）
図６は、非接触充電用の受信コイルを搭載した携帯電話機器等の携帯機器の構成例を示す図である。同図において、本例の携帯機器２００は、電力受信用コイル（二次側コイル）５と、ＡＣ−ＤＣ電源回路６と、蓄電池充電制御回路７と、蓄電池８とを含んで構成されている。
燃料電池置き台１００の上面すなわち載置部１００Ｍに、非接触充電用の受信コイル５を搭載した携帯電話機器等の携帯機器２００を載置した状態が図１に示されている。同図に示されているように、燃料電池置き台１００の載置部１００Ｍに携帯機器２００を載せた場合、燃料カートリッジ１から燃料電池セル２に対してメタノールや水素ガスなどの燃料電池用の燃料を供給している時、燃料電池セル２から直流電力が発生する。その直流電力がＤＣ−ＡＣ電源回路３によって交流電力に変換され、その交流電力が非接触充電用の送信コイル４に入力される。非接触充電用の送信コイル４に入力された交流電力は、送信コイル４で磁束のエネルギーに変換される。

送信コイル４から出力される磁束は、携帯機器２００側の受信コイル５に入力される。入力される磁束によって励起された受信コイル５は交流電力を出力する。受信コイル５から出力された交流電力は、ＡＣ−ＤＣ電源回路６に入力されて直流電力に変換される。その変換された直流電力は、充電制御回路７を介して、蓄電池８に入力される。これにより、蓄電池８の充電が行われる。

ところで、図１の状態では、送信コイル４と受信コイル５とが接近しているので、送信コイル４から出力される磁束の大部分が受信コイル５に入力されることになる。しかしながら、載置部１００Ｍへの携帯機器２００の載置状態によっては、受信コイル５に入力される磁束がかなり少なくなる場合も考えられる。例えば、携帯機器２００が載置部１００Ｍに横向きに載置された場合である。
そのような場合でも、送信コイル４によって発生した磁束の少なくとも一部が、携帯機器２００内の受信コイル５を通れば、蓄電池８の充電が行われる。その場合であっても、燃料電池を用いて効率良く発電しているので、蓄電池８は充分に充電される。

（燃料電池）
図７は、本例の携帯機器充電置き台において用いる燃料電池単セルの構成例を示す図である。同図において、燃料電池単セル１２は、燃料極９と、空気極１０と、電解質膜１１とを含んで構成されている。
燃料電池単セルは、燃料極９及び空気極１０の積層膜の間に、水素イオン（Ｈ＋）が透過可能な水溶系の電解質膜１１を挿んだ構造になっている。そして、燃料極９には水素化合物や水素ガスを入力し、空気極１０には酸素を含んだ空気を入力することで、水素と酸素との化学反応で電力と水分とが生成される。その電力は、両極の端子から取り出され、負荷側に直流電圧Ｖ１として出力される。なお、水素化合物の燃料としてメタノールを使用した場合の反応式は、以下の通りである。すなわち、
メタノール＋酸素 → 水＋電力＋二酸化炭素
である。この燃料電池単セルは、燃料を充填する方式であるので、二次電池パックの充電時間と比較して、短時間で充填を終了することができ、さらに、二次電池パックのようなサイクル寿命に対して、燃料電池セルは動作時間という概念から燃料を充填すれば長期間使用できる。さらに、二次電池のエネルギー密度に関して、燃料電池パックは数倍上のエネルギー密度を持つので、同一体積で比較すると電気容量を数倍多く搭載することになる。このため、同一電気容量として比較すると、体積的には一般的な二次電池パックの場合の数分の１の体積で構成できる。さらに、燃料電池セルの電解質は水溶性電解質であり、高い安全性を保つことができる。
このような構成からなる燃料電池において、燃料極９にメタノールや水素などの燃料を入れ、空気極１０に酸素を含んだ空気を入れる。すると、電解質膜１１を介して電気化学反応が発生し、燃料極９と空気極１０との間に直流電圧Ｖｆが発生する。

図８は、図７の燃料電池単セルを用いた燃料電池セルの構成例を示す図である。図８において、燃料電池セルは、複数の燃料電池単セル１２が直列接続された構成になっている。この例では燃料電池単セル１２（直流電圧Ｖｆ）を３セル直列接続し、両端の端子を出力端子としている。本例では、燃料電池セルの直列化による高電圧化を行っており、その出力端子から直流電圧Ｖ１（Ｖ１＝３×Ｖｆ）を取り出すことができる。なお、燃料電池単セル１２をＮ（Ｎは自然数）セル直列接続した場合、その両端の直流電力はＮ×Ｖｆとなる。

（電力送受信原理）
図９は、送信コイル４と受信コイル５との間のエネルギーの伝達原理を示す図である。送信コイル４に交流電力を入力した場合、送信コイル４は磁束Ｊを励起させる。励起した磁束Ｊが受信コイル５を通過すると、受信コイル５自体を励起させ、その結果、受信コイル５の両端に交流電力が発生する。
図１０は、燃料電池置き台および非接触充電用の受信コイルを搭載した携帯機器の充電動作時の波形を示す波形図である。同図には、燃料電池セル２からの直流電圧Ｖ１の波形と、ＤＣ−ＡＣ電源回路３から出力される交流電圧Ｖ２の波形と、電力受信コイル５から出力される交流電圧Ｖ３の波形と、ＡＣ−ＤＣ電源回路６からの直流電圧Ｖ４の波形と、充電制御回路から出力される充電電圧（蓄電池の電圧）Ｖ５の波形とが示されている。

燃料電池セル２からの直流電圧Ｖ１は、上述したようにＤＣ−ＡＣ電源回路３によって交流電圧Ｖ２に変換される。この変換された交流電圧Ｖ２は、送信コイル４に入力され、磁束Ｊのエネルギーに変換される。さらに、その磁束Ｊが携帯電話側の受信コイル５に入力され、磁束Ｊによって励起された受信コイル５によって交流電圧Ｖ３が出力される。その交流電圧Ｖ３は、上述したようにＡＣ−ＤＣ電源回路６に入力され直流電圧Ｖ４に変換される。そして、その直流電圧Ｖ４は、充電制御回路７を介して、充電電圧Ｖ５として、蓄電池８に入力される。以上により、蓄電池８の充電が行われる。

（まとめ）
以上のように、本発明では、燃料カートリッジ１から、燃料を燃料電池セル２に供給して発電を行い、発生する直流の発電電力を交流電力に変換し、その交流電力を送信コイル４及び受信コイル５によって非接触で携帯機器２００に伝送する構成を採用している。このため、受信コイル５を内蔵した携帯機器２００を携帯機器充電置き台１００の載置部１００Ｍに任意の向きで載置することにより、携帯機器２００に内蔵されている蓄電池８を充電できる。その際、載置部１００Ｍの表面を平面（平坦）とすることにより、携帯機器内蔵の蓄電池を非接触で充電でき、しかも、特定の機種に限定されることなく、複数の機種の携帯機器を充電することができるので、汎用性が高い。そして、非接触で充電するため、充電接点が不要になるので、水濡れなどの影響に対して安全性を向上することができる。

本発明は、携帯電話機、ハンドヘルドコンピュータその他の機器に内蔵されている蓄電池を充電する場合に利用することができる。

燃料電池置き台の載置部に、携帯機器を載置した状態を示す図である。 本実施形態による携帯機器充電置き台の構成を示すブロック図である。 携帯機器充電置き台の内部構成例を示す概略側面図である。 携帯機器充電置き台の内部構成例を示す概略平面図である。 携帯機器の構成例を示すブロック図である。 携帯機器充電置き台及び携帯機器の構成例を示す図である。 携帯機器充電置き台において用いる燃料電池単セルの構成例を示す図である。 図７の燃料電池単セルを用いた燃料電池セルの構成例を示す図である。 送信コイルと受信コイルとの間のエネルギーの伝達原理を示す図である。 出力電圧特性を示す波形図である。

符号の説明

１ 燃料カートリッジ
２ 燃料電池セル
３ 電源回路
４ 送信コイル
５ 受信コイル
６ 電源回路
７ 充電制御回路
８ 蓄電池
９ 燃料極
１０ 空気極
１１ 電解質膜
１２ 燃料電池単セル
１００ 機器充電置き台
１００Ｍ 載置部
２００ 携帯機器
Ｊ 磁束

Claims (5)

1. 蓄電池の充電電力によって動作する機器を充電するための機器充電置き台であって、前記機器を任意の向きで載置するための載置部と、電力を供給する燃料電池と、前記燃料電池から供給される電力を、電気的接触無しで、前記載置部に載置された機器に送信する電力送信手段とを含むことを特徴とする機器充電置き台。
2. 前記電力送信手段は、前記載置部に載置された機器に設けられている受信コイルに、前記燃料電池から供給される電力を送信する送信コイルを含むことを特徴とする請求項１記載の携帯機器充電置き台。
3. 前記送信コイルは、前記燃料電池から供給される電力に応じて発生され、かつ、少なくとも一部が前記受信コイルを通る磁束を発生することを特徴とする請求項２記載の携帯機器充電置き台。
4. 前記送信コイル及び前記受信コイルは、中心点からの距離が徐々に変化する渦巻き形状部分を有することを特徴とする請求項３記載の携帯機器充電置き台。
5. 電気的接触無しで、電力を受信するための受信コイルと、前記受信コイルによって受信した電力によって充電される蓄電池とを含み、前記蓄電池の充電電力によって動作することを特徴とする被充電機器。

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