JP2009273327A - 電池内蔵機器と充電台 - Google Patents

Abstract

【課題】電池内蔵機器側に内蔵されるリチウムイオン電池の満充電付近での発熱を少なくして、効率よく充電する。
【解決手段】電池内蔵機器と充電台は、リチウムイオン電池６０を内蔵する電池内蔵機器５０と、この電池内蔵機器５０をセットして充電する充電台１０からなる。電池内蔵機器５０は、受電コイル５１に誘導される交流を直流に変換する充電回路５２と、リチウムイオン電池６０の電圧を検出して、電圧信号を充電台１０に送信する送信器５４を備える。充電台１０は、送信器５４から送信される信号を受信して電圧信号を検出する受信器１４と、送電コイル１１に交流電力を供給する高周波電源１２とを備える。充電台１０は、充電されるリチウムイオン電池６０の電圧を、受信器１４と送信器５４を介して検出し、高周波電源１２が、リチウムイオン電池６０の電圧が設定電圧を超えないように制御しながらリチウムイオン電池６０を充電する。
【選択図】図２

Description

本発明は、充電できる電池を内蔵する電池内蔵機器と、この電池内蔵機器に内蔵される電池を充電する充電台に関する。

電磁誘導の作用で電源コイルから誘導コイルに電力搬送して、内蔵電池を充電する充電台は開発されている。（特許文献１及び２参照）

特許文献１は、充電台に、高周波電源で励磁される電源コイルを内蔵し、パック電池には電源コイルに電磁結合される誘導コイルを内蔵する構造を記載する。さらに、パック電池は、誘導コイルに誘導される交流を整流し、これを電池に供給して充電する回路も内蔵する。この構造によると、充電台の上にパック電池を載せて、非接触状態でパック電池の電池を充電できる。

さらに、特許文献２は、電池内蔵機器の底部に電池を内蔵し、さらにその下方に二次側充電用アダプターを設けて、この二次側充電用アダプターに誘導コイルと充電回路を内蔵する構造を記載する。また、誘導コイルに電磁結合される電源コイルを充電台に設ける構造も記載する。充電台に二次側充電用アダプターを結合する電池内蔵機器を載せ、電源コイルから誘導コイルに電力搬送して、電池内蔵機器の電池を充電する。
特開平９−６３６５５号公報 実用新案登録第３０１１８２９号

これらの公報に記載される電池内蔵機器と充電台は、電池内蔵機器を充電台にセットして、接点を介することなく、電池内蔵機器の電池を充電できる。この構造は、ニッケル水素電池やニッケルカドミウム電池等の電池のように、満充電するまで所定の電力で充電する電池を充電できるが、リチウムイオン電池のように、危険性回避のため一定電圧を絶対超えないように充電する充電電池においては、満充電に近づくと充電電流を徐々に減少させなければならない。送電電力を一定に保っていては、徐々に増加していく無効な磁束が渦電流となってケースその他を加熱してしまう。

本発明は、この欠点を解決することを目的に開発されたものである。本発明の重要な目的は、電池内蔵機器側に内蔵されるリチウムイオン電池の定電圧充電領域での不要な送電電力を削減して効率よく充電できる電池内蔵機器と充電台を提供することにある。

課題を解決するための手段及び発明の効果

本発明の電池内蔵機器と充電台は、前述の目的を達成するために以下の構成を備える。
電池内蔵機器と充電台は、受電コイル５１を内蔵し、この受電コイル５１に誘導される電力で充電されるリチウムイオン電池６０を内蔵する電池内蔵機器５０、７０、８０と、この電池内蔵機器５０、７０、８０をセットして電池内蔵機器５０、７０、８０のリチウムイオン電池６０を充電する充電台１０、３０、４０とからなる。電池内蔵機器５０、７０、８０は、受電コイル５１に誘導される交流を整流してリチウムイオン電池６０を充電する直流に変換する充電回路５２と、充電されるリチウムイオン電池６０の電圧を検出して、電圧信号を充電台１０、３０、４０に送信する送信器５４、７４、８４を備えている。充電台１０、３０、４０は、電池内蔵機器５０、７０、８０の送信器５４、７４、８４から送信される信号を受信してリチウムイオン電池６０の電圧信号を検出する受信器１４、３４、４４と、この受信器１４、３４、４４で検出される電圧信号に制御されて、送電コイル１１に交流電力を供給してリチウムイオン電池６０を設定電圧以下に制御しながら充電する高周波電源１２とを備える。充電台１０、３０、４０は、充電されるリチウムイオン電池６０の電圧を、受信器１４、３４、４４と送信器５４、７４、８４を介して検出し、高周波電源１２が、リチウムイオン電池６０の電圧が設定電圧を超えないように制御しながらリチウムイオン電池６０を充電する。

以上の構成は、リチウムイオン電池が満充電に近づくにしたがって、充電台から電池内蔵機器に供給される電力を少なくして、リチウムイオン電池を満充電できる。このため、充電台から電池内蔵機器に供給される電力でもってリチウムイオン電池を効率よく満充電できる。それは、充電台が電池内蔵機器に供給する電力を制御して、リチウムイオン電池を充電するからである。このため、電池内蔵機器側で無駄に電力を消費して、リチウムイオン電池の充電電力を制御する必要がなく、電池内蔵機器側における電池ケースの渦電流による発熱を少なくできる。電池内蔵機器側での発熱はリチウムイオン電池に悪い影響を与える。本発明は、充電台側で充電電力をコントロールして電池内蔵機器側の発熱を少なくして、リチウムイオン電池の温度上昇を少なくできる。

さらに、本発明の電池内蔵機器と充電台は、電池内蔵機器５０の送信器５４が、リチウムイオン電池６０の電圧で搬送波を変調する変調回路５５と、この変調回路５５で変調された信号を電波として無線送信する送信アンテナ５６とを備え、充電台１０の受信器１４が、送信器１４から無線送信される電波を受信する受信アンテナ１６と、その受信アンテナ１６で受信される信号を復調して電圧信号を検出する受信回路１５とを備えることができる。
この構造は、送信アンテナから受信アンテナに電波を送信して、リチウムイオン電池の電圧信号を充電台に伝送するので、送電コイルから受電コイルへの電力搬送に影響を与えることなく、充電台から電池内蔵機器に電力を搬送してリチウムイオン電池を充電できる。

さらに、本発明の電池内蔵機器と充電台は、電池内蔵機器７０、８０の送信器３４、４４が、受電コイル５１と送電コイル１１を介してリチウムイオン電池６０の電圧信号を充電台３０、４０に伝送することができる。
この構造は、アンテナを設けることなく、リチウムイオン電池の電圧信号を電池内蔵機器から充電台に伝送できる。このため、回路構成を簡単にして、電池内蔵機器から充電台に安定してリチウムイオン電池の電圧信号を伝送できる。

さらに、本発明の電池内蔵機器と充電台は、電池内蔵機器の送信器８４が、リチウムイオン電池６０の電圧信号でオンオフに切り換えられるタイミングが制御され、かつ受電コイル５１の出力側に接続してなるスイッチング素子８６を備え、このスイッチング素子８６がオンオフに切り換えられて、受電コイル５１の負荷のインピーダンスを制御して、リチウムイオン電池６０の電圧信号を充電台４０に伝送することができる。
この構造は、送信器にスイッチング素子を設けて、これをオンオフに切り換える簡単な回路構成としながら、リチウムイオン電池の電圧信号を安定して充電台に伝送できる。

さらに、本発明の電池内蔵機器と充電台は、送信器８４が、リチウムイオン電池６０の電圧信号でスイッチング素子８６をオンに切り換える周期、又はオン状態の時間幅を制御する制御回路８５を備えることができる。
この構造は、スイッチング素子の周期や時間幅でリチウムイオン電池の電圧信号を伝送するので、簡単な回路構成として電圧信号を安定して充電台に伝送できる。

さらに、本発明の電池内蔵機器と充電台は、スイッチング素子８６と直列に接続されるインピーダンス素子８７を備え、スイッチング素子８６とインピーダンス素子８７との直列回路を受電コイル５１に接続することができる。
この構造は、インピーダンス素子で受電コイルの出力側を短絡して、受電コイルの負荷インピーダンスを所定のタイミングで変更することで、リチウムイオン電池の電圧信号を安定して充電台に伝送できる。

さらにまた、本発明の電池内蔵機器と充電台は、インピーダンス素子８７をコンデンサーとすることができる。
この構造は、交流的に短絡されるコンデンサーで、受電コイルの負荷を短絡することで、リチウムイオン電池６０の電圧信号を安定して充電台に伝送できる。

さらに、本発明の電池内蔵機器と充電台は、送信器７４が、リチウムイオン電池６０の電圧信号で搬送波を変調する変調回路７５を備え、この変調回路７５で変調された搬送波を受電コイル５１に供給すると共に、充電台３０の受信器３４は、受電コイル５１から送電コイル１１に伝送される搬送波を復調して電圧信号を検出する受信回路３５を備えることができる。
この構造は、搬送波を介してリチウムイオン電池の電圧信号を安定して充電台に伝送できる。

さらに、本発明の電池内蔵機器と充電台は、電池内蔵機器５０が脱着自在なパック電池６１を備え、このパック電池６１が、リチウムイオン電池６０と、このリチウムイオン電池６０を送電コイル１１の交流磁界から磁気シールドするシールド層と、リチウムイオン電池６０の充電回路５２と、リチウムイオン電池６０の電圧信号を充電台に送信する送信器５４とを内蔵することができる。

この構造は、パック電池内の発熱を少なくしながら、パック電池のリチウムイオン電池を満充電できる。脱着できるパック電池を内蔵する電池内蔵機器は、パック電池の放熱がより難しい。それは、パック電池を小さくして電池内蔵機器に装着するからである。電池内蔵機器に内蔵されるリチウムイオン電池や充電回路は、パック電池に内蔵されるものに比較して放熱面積を大きくできることから、パック電池よりも容易に放熱が可能である。ただ、パック電池は、極めて小さくして、電池内蔵機器に装着されることから、大きな放熱面積を設けることができず、いかに発熱を少なくできるかが特に大切である。この電池内蔵機器と充電台は、パック電池内の発熱を少なくしながら、リチウムイオン電池を満充電できる。とくに、シールド層でもって送電コイルの交流磁界を磁気シールドしながらリチウムイオン電池を満充電でき、また、リチウムイオン電池が満充電に近づくにしたがって、充電台から電池内蔵機器に伝送する電力を少なくするので、シールド層の発熱や、これで磁気シールドされるリチウムイオン電池や回路基板の発熱も少なくしながら、リチウムイオン電池を満充電できる。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するための電池内蔵機器と充電台を例示するものであって、本発明は電池内蔵機器と充電台を以下のものに特定しない。さらに、この明細書は、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。

図１は、リチウムイオン電池６０を電源とする電池内蔵機器５０、７０、８０と、この電池内蔵機器５０、７０、８０をセットして、内蔵するリチウムイオン電池６０を充電する充電台１０、３０、４０とを示している。図２は本発明の第１の実施例である電池内蔵機器５０と充電台１０のブロック図を、図３は本発明の第２の実施例である電池内蔵機器７０と充電台３０のブロック図を、図４は本発明の第３の実施例である電池内蔵機器８０と充電台４０のブロック図をそれぞれ示している。

電池内蔵機器５０、７０、８０は、充電台１０、３０、４０の送電コイル１１に電磁結合される受電コイル５１と、この受電コイル５１に誘導される交流を整流してリチウムイオン電池６０を充電する直流に変換する充電回路５２と、充電されるリチウムイオン電池６０の電圧と電流と温度を検出する検出回路５３と、この検出回路５３で検出される電圧信号と電流信号と温度信号を充電台１０、３０、４０に送信する送信器５４、７４、８４を備えている。

充電回路５２は、図示しないが、受電コイル５１に誘導される交流を整流して直流に変換する整流回路と、整流回路で整流された脈流を平滑化するコンデンサーからなる平滑回路とを備える。リチウムイオン電池６０は電圧と電流を制限しながら満充電されるが、この充電回路５２は、リチウムイオン電池６０を充電する電圧と電流を検出して、電圧と電流とで充電状態を制御しない。リチウムイオン電池６０の充電電圧と充電電流は、充電台１０、３０、４０の高周波電源１２で制御される。

充電台１０、３０、４０の高周波電源１２がリチウムイオン電池６０の充電を制御するために、電池内蔵機器５０、７０、８０は、リチウムイオン電池６０の状態を充電台１０、３０、４０に伝送する送信器５４、７４、８４を内蔵している。送信器５４、７４、８４は、検出回路５３で検出される電圧信号と電流信号と温度信号を充電台１０、３０、４０の受信器１４、３４、４４に伝送する。

検出回路５３は、リチウムイオン電池６０の電圧と電流と温度を検出する。電流を検出する回路は、リチウムイオン電池６０と直列に接続している電流検出抵抗５７の両端の電圧をアンプ（図示せず）で増幅する。アンプの出力電圧から充電電流が検出される。リチウムイオン電池６０の温度を検出するために、リチウムイオン電池６０に熱結合する温度センサ５８を備える。温度センサ５８は、サーミスタ等の温度によって電気抵抗が変化する素子で、電気抵抗を検出して電池温度が検出される。リチウムイオン電池６０の電圧と、電流と、温度は、Ａ／Ｄコンバータ５９でデジタル信号に変換される。Ａ／Ｄコンバータ５９は、所定のサンプリング周期で順番に、電圧と電流と温度を繰り返しデジタル信号に変換して、電圧信号と、電流信号と、温度信号を送信器５４、７４、８４に出力する。

充電台１０、３０、４０は、電池内蔵機器５０、７０、８０の送信器５４、７４、８４から送信される信号を受信してリチウムイオン電池６０の電圧信号と電流信号と温度信号を検出する受信器１４、３４、４４と、この受信器１４、３４、４４で検出される電圧信号と電流信号と温度信号に制御されて、送電コイル１１に交流電力を供給してリチウムイオン電池６０を設定電圧以下に制御しながら充電する高周波電源１２を備えている。

受信器１４で検出される電圧信号と、電流信号と、温度信号は、フィードバック回路１７を介して高周波電源１２を制御する。フィードバック回路１７は、高周波電源１２の出力をコントロールして、リチウムイオン電池６０を定電圧定電流充電する。したがって、フィードバック回路１７は、検出されるリチウムイオン電池６０の電圧が設定値を超えないように高周波電源１２の出力を制御する。たとえば、充電しているリチウムイオン電池６０の電圧が設定値よりも高くなると、フィードバック回路１７は高周波電源１２の出力を減少させるように制御して、リチウムイオン電池６０の電圧を低下させる。また、リチウムイオン電池６０の電圧が設定値よりも低くなると、高周波電源１２の出力を大きくするように制御して、リチウムイオン電池６０の電圧を設定値となるように制御する。また、フィードバック回路１７は、リチウムイオン電池６０の充電電流も制御する。リチウムイオン電池６０は、電圧を設定値よりも低い状態とする状態では定電流充電される。この状態で、充電電流が設定値よりも小さいと、フィードバック回路１７は高周波電源１２の出力を大きくなるように制御して、充電電流を設定値とする。反対に、充電電流が設定値よりも大きいと、充電電流が小さくなるように制御して、充電電流を設定値に制御する。さらに、フィードバック回路１７は、リチウムイオン電池６０の温度で充電電流を制御する。電池温度が最高温度よりも高くなり、あるいは最低温度よりも低くなると、充電電流を減少し、あるいは充電電流を遮断する。

高周波電源１２は、ＤＣ／ＤＣコンバータで、図示しないが、高周波トランスと直列に接続しているスイッチング素子をオンオフに切り換えるデューティーを制御して、出力をコントロールできる。スイッチング素子をオンに切り換えるタイミングを長くして、すなわちデューティーを大きくして出力を大きく、反対にデューティーを小さくして出力を小さく制御できる。

以下、図２ないし図４に基づいて、第１ないし第３の実施例の電池内蔵機器の送信器とと充電台の受信器について詳述する。
図２の電池内蔵機器５０の送信器５４は、電圧信号と電流信号と温度信号で搬送波を変調する変調回路５５と、この変調回路５５で変調された信号を電波として無線送信する送信アンテナ５６とを備える。この送信器５４は、搬送波を変調回路５５で変調して、送信アンテナ５６から電波として無線送信する。この送信器５４は、検出回路５３から順番に繰り返し入力される、リチウムイオン電池６０の電圧信号と電流信号と温度信号で、搬送波を、たとえばＡＳＫ変調して電波として送信アンテナ５６から無線送信する。搬送波の周波数は、たとえば数ＭＨｚ〜数ＧＨｚに設定される。送信器５４の送信アンテナ５６は、受電コイル５１に接近して配設する。

さらに、図２の充電台１０の受信器１４は、送信器５４から無線送信される電波を受信する受信アンテナ１６と、この受信アンテナ１６で受信される信号を復調して電圧信号と電流信号と温度信号を検出する受信回路１５とを備える。この受信回路１５は、図示しないが、受信アンテナ１６で受信した信号から送信器５４の搬送波を選択する同調回路と、この同調回路で選択して受信される搬送波を復調して、電圧信号と電流信号と温度信号を検出する復調回路とを備える。この受信回路１５は、同調回路で搬送波を選択して検出し、検出される搬送波を復調回路で復調して、リチウムイオン電池６０の電圧と電流と温度を検出する。検出される電圧信号と電流信号と温度信号は、フィードバック回路１７に入力される。フィードバック回路１７は、入力される信号で高周波電源１２を制御して、リチウムイオン電池６０の充電電圧と電流をコントロールして、リチウムイオン電池６０を定電圧・定電流充電する。

図２の電池内蔵機器５０と充電台１０は、送信アンテナ５６から受信アンテナ１６に電波を送信して、リチウムイオン電池の電圧信号を充電台に伝送する。この構造は、送電コイル１１から受電コイル５１への電力搬送に影響を与えることなく、充電台１０から電池内蔵機器５０に電力を搬送してリチウムイオン電池６０を充電できる。さらに、この電池内蔵機器５０と充電台１０は、図示しないが、好ましくは、送信器５４の送信アンテナ５６を受電コイル５１に接近して配設し、受信器１４の受信アンテナ１６を送電コイル１１に接近して配設する。この構造は、送電コイル１１を受電コイル５１に接近させてリチウムイオン電池６０を充電する状態で、受信アンテナ１６と送信アンテナ５６とを接近できるので、送信器５４から受信器１４に確実に電波を送信して信号を伝送できる。

図３と図４の電池内蔵機器７０、８０と充電台３０、４０は、搬送波を変調して無線伝送する方式によらず、すなわち、送信アンテナと受信アンテナを使用することなく、受電コイル５１と送電コイル１１を介して、リチウムイオン電池６０の電圧信号と電流信号と温度信号を充電台３０、４０に無線伝送する。

図３の電池内蔵機器７０と充電台３０は、送信アンテナと受信アンテナを使用することなく、受電コイル５１と送電コイル１１を介して搬送波を送信器７４から受信器３４に伝送する。送信器７４は、カップリングコンデンサー７６を介して高周波出力を受電コイル５１に供給する。送信器５４は、リチウムイオン電池６０の電圧信号と電流信号と温度信号で搬送波を変調する変調回路７５を備え、この変調回路７５で変調された搬送波を受電コイル５１に供給する。この送信器７４は、変調回路７５で変調される搬送波の周波数を、たとえば、数百ｋＨｚ〜数ＭＨｚとして、送電コイル１１から受電コイル５１にリチウムイオン電池６０を充電する電力を伝送する周波数よりも高い周波数に設定する。

受信器３４は、受電コイル５１から送電コイル１１に伝送される搬送波を復調して電圧信号と電流信号と温度信号を検出する受信回路３５を備える。送電コイル１１に誘導される高周波出力は、カップリングコンデンサー３６を介して受信器３４の受信回路３５に入力される。受信回路３５は、図示しないが、入力信号から送信器７４の搬送波を選択する同調回路と、この同調回路で選択して受信される搬送波を復調して、電圧信号と電流信号と温度信号を検出する復調回路とを備える。受信回路３５は、同調回路で搬送波を選択して検出し、検出される搬送波を復調回路で復調して、リチウムイオン電池６０の電圧と電流と温度を検出する。検出される電圧信号と電流信号と温度信号は、フィードバック回路１７に入力される。フィードバック回路１７は、入力される信号で高周波電源１２を制御して、リチウムイオン電池６０の充電電圧と電流をコントロールして、リチウムイオン電池６０を定電圧・定電流充電する。

さらに、図４の電池内蔵機器８０の送信器８４は、受電コイル５１の出力側に接続しているスイッチング素子８６を備える。このスイッチング素子８６は、リチウムイオン電池６０の電圧信号と、電流信号と、温度信号でオンオフに切り換えられるタイミングが制御されて、受電コイル５１の負荷インピーダンスを制御する。スイッチング素子８６がオンに切り換えられると、受電コイル５１の出力側が短絡されて、負荷インピーダンスは小さくなる。図４は、スイッチング素子８６と直列にインピーダンス素子８７としてコンデンサーを接続している。コンデンサーは交流のインピーダンスが小さく、スイッチング素子８６をオンに切り換える状態で受電コイル５１の出力側のインピーダンスを小さく、すなわちショートに近い状態とする。図の送信器８４は、リチウムイオン電池６０の電圧信号と電流信号と温度信号でスイッチング素子８６をオンに切り換える周期（ｔ）を制御する制御回路８５を備える。送信器８４は、制御回路８５が、リチウムイオン電池６０の電圧信号と電流信号と温度信号でスイッチング素子８６をオンに切り換える周期（ｔ）を順番に制御して、受電コイル５１と送電コイル１１を介して、リチウムイオン電池６０の電圧と電流と温度を充電台４０に伝送する。

図４は、インピーダンス素子８７としてコンデンサーをスイッチング素子８６と直列に接続しているが、インピーダンス素子にはコンデンサーに代わって、低抵抗な抵抗器、あるいは受電コイルに比較してインダクタンスの小さいコイル等、交流に対してインピーダンスの小さい素子も使用できる。

制御回路８５は、図５に示すように、入力される電圧信号でスイッチング素子８６をオンに切り換える周期（ｔ１）を変更して、電圧信号を充電台４０に伝送する。たとえば、電圧信号の電圧値が大きくなると周期（ｔ１）を長くし、電圧値が小さくなると周期（ｔ１）を短くして電圧信号を伝送する。また、制御回路８５は、入力される電流信号でスイッチング素子８６をオンに切り換える周期（ｔ２）を変更して、電流信号を充電台４０に伝送する。たとえば、電流信号の電流値が大きくなると周期（ｔ２）を長くし、電流値が小さくなると周期（ｔ２）を短くして電流信号を伝送する。さらにまた、制御回路８５は、入力される温度信号でスイッチング素子８６をオンに切り換える周期（ｔ３）を変更して、温度信号を充電台４０に伝送する。たとえば、温度信号の温度値が大きくなると周期（ｔ３）を長くし、温度値が小さくなると周期（ｔ３）を短くして温度信号を伝送する。ただ、制御回路は、入力される電圧信号と電流信号と温度信号でスイッチング素子をオン状態とする時間幅を制御することもできる。

充電台４０の受信器４４は、受電コイル５１の負荷インピーダンスの変化を波形成形して検出する。スイッチング素子８６がオンオフに切り換えられると、送電コイル１１に流れる高周波信号の波形が変化する。受信器４４は、波形整形回路４５で送電コイル１１の波形を整形して、受電コイル５１のインピーダンスの変化を検出する。波形整形回路４５は、送信器８４のスイッチング素子８６がオンに切り換えられるタイミングに同期するトリガー信号を出力する。受信器４４は、このトリガー信号の周期（ｔ１、ｔ２、ｔ３）から、リチウムイオン電池６０の電圧と電流と温度を検出する。受信器４４で検出されるリチウムイオン電池６０の電圧信号と電流信号と温度信号をフィードバック回路１７に入力する。フィードバック回路１７は、入力される電圧信号と電流信号と温度信号で高周波電源１２を制御して、リチウムイオン電池６０を定電圧・定電流充電する。

図６の電池内蔵機器５０は、電池収納部６２に脱着できるようにパック電池６１を装着して、このパック電池６１にリチウムイオン電池６０を内蔵している。図６の電池内蔵機器５０は、専用のパック電池６１を装着できる形状の電池収納部６２として、ここにパック電池６１を脱着できるように収納している。図６のパック電池６１は、脱着蓋６３を外して電池収納部６２に装着される。図に示すパック電池６１は、脱着蓋６３と別部材としている。ただ、電池収納部に装着されるパック電池は、脱着蓋を一体構造に設けることもできる。このパック電池は、電池収納部に装着されて、電池収納部の開口部を閉塞する。

電池内蔵機器５０に脱着自在に装着されるパック電池６１は、図２と図７に示すように、電池内蔵機器５０の電源となるリチウムイオン電池６０と、このリチウムイオン電池６０を充電する充電回路５２と、この充電回路５２に電力を供給する受電コイル５１と、リチウムイオン電池６０を送電コイル１１の交流磁界から磁気シールドするシールド層６８と、充電されるリチウムイオン電池６０の電圧と電流と温度を検出する検出回路５３と、検出回路５３で検出されるリチウムイオン電池６０の電圧と電流と温度を充電台１０に伝送する送信器５４とを内蔵している。

ただし、電池内蔵機器は、脱着できるパック電池とはしないで、充電できるリチウムイオン電池を脱着できないように内蔵すると共に、リチウムイオン電池の充電回路と、検出回路と、送信器とを内蔵することもできる。あるいは、電池内蔵機器は、リチウムイオン電池のみを脱着できるパック電池に内蔵して、リチウムイオン電池の充電回路と、検出回路と、送信器とを脱着できない構造で電池内蔵機器本体に内蔵することもできる。充電回路を電池内蔵機器本体に内蔵して、リチウムイオン電池を脱着できるパック電池に内蔵する電池内蔵機器は、充電回路とパック電池とを接点（図示せず）で接続して、受電コイルに誘導される電力でリチウムイオン電池を充電する。

図７に示すパック電池６１は、薄型電池であるリチウムイオン電池６０と、回路基板６４と、回路基板６４をカバーして定位置に配置するカバーケース６５とを備える。さらに、図のパック電池６１は、リチウムイオン電池６０の表面に、シールド層６８を積層して、受電コイル５１とスペーサ６６とを配置すると共に、全体の外側にプラスチックフィルム６７を付着して、これらを定位置に保持している。

図７に示すリチウムイオン電池６０は、厚さよりも幅の広い薄型電池であって、対向する２面を第１のフラット面６０ａと第２のフラット面６０ｂとしている。第１のフラット面６０ａと第２のフラット面６０ｂは四角形である。

回路基板６４は、図示しないが、リチウムイオン電池６０の電圧と電流と温度を検出する検出回路を実現する電子部品と、検出回路で検出されるリチウムイオン電池６０の電圧と電流と温度を充電台に伝送する送信器を実現する電子部品を実装している。さらに、回路基板６４は、図示しないが、リチウムイオン電池６０の保護回路も実装している。保護回路は、リチウムイオン電池６０の過電流を保護する回路、あるいはリチウムイオン電池６０の過充電や過放電を防止する回路である。図７のパック電池６１は、リード板７８、７９を介して、リチウムイオン電池６０の正負の電極に回路基板６４を連結している。図のパック電池６１は、一方の接続リードを保護素子６９として、リード板７８を介して、リチウムイオン電池６０の電極端子面に設けた凸部電極に接続し、さらに、他方の接続リードをリード板７９として、リチウムイオン電池６０の電極端子面に設けた平面電極に接続している。回路基板６４は、リチウムイオン電池６０に連結される状態でカバーケース６５が連結されて、定位置に配置される。回路基板６４は、表面に出力端子７７を固定している。この出力端子７７は、カバーケース６５に設けた電極窓６５ａから外部に表出される。カバーケース６５は、プラスチック等の絶縁材を成形したもので、回路基板６４を配置する電池端面に連結している。

受電コイル５１は、線材を平面で渦巻き状に巻いた平面コイルである。さらに、受電コイル５１の平面コイルは、コアレスの空芯コイルである。平面コイルの受電コイル５１は、薄型電池の第１のフラット面６０ａに、シールド層６８を介して積層して固定される。この受電コイル５１は、パック電池６１を電池内蔵機器５０にセットする状態で、背面プレートである脱着蓋６３の内側にあって、背面プレートに接近して平行な姿勢で配設される。受電コイル５１は、複数本の絶縁金属線を、薄型電池であるリチウムイオン電池６０の第１のフラット面６０ａに平行に並べて渦巻き状に巻いて、空芯の平面コイルとしている。

受電コイル５１の磁気誘導作用でリチウムイオン電池６０を充電する電池内蔵機器は、磁気誘導作用でリチウムイオン電池６０の外装缶に渦電流が流れると、外装缶が加熱される等の弊害がある。この弊害を防止するために、受電コイル５１とリチウムイオン電池６０の第１のフラット面６０ａとの間にシールド層６８を設けている。

シールド層６８は、送電コイル１１から受ける磁力線を磁気シールドして、リチウムイオン電池６０の悪影響を防止する。シールド層６８は、送電コイル１１による磁力線を遮蔽するために、透磁率の大きい材料、たとえばアモルファス金属でシート状に製作される。シート状のシールド層６８は、薄型電池であるリチウムイオン電池６０の第１のフラット面６０ａに積層され、このシールド層６８の上に受電コイル５１が積層される。シールド層６８は、第１のフラット面６０ａをカバーする形状、すなわち、第１のフラット面６０ａと同じ四角形としている。シールド層６８は、第１のフラット面６０ａの全面ないしほぼ全面をカバーする。

以上のように、シールド層６８を介してリチウムイオン電池６０に受電コイル５１を配設する構造は、磁力線の影響、たとえばリチウムイオン電池６０の外装缶に渦電流が流れて加熱される等の悪影響を有効に防止できると共に、送電コイル１１から放射される磁力線がリチウムイオン電池６０に影響を受けないので、送電コイル１１から受電コイル５１に伝送できる電力効率を高くできる特長もある。

スペーサ６６は、第１のフラット面６０ａに積層されるシート状、もしくは薄い板状で、第１のフラット面６０ａと同じ四角形に成形される。図７のスペーサ６６は、その中心部に受電コイル５１を嵌着する嵌合穴６６Ａを両面を貫通して設けている。嵌合穴６６Ａは、ここに受電コイル５１を入れて、すなわち嵌着して定位置に配置する。したがって、嵌合穴６６Ａは、受電コイル５１を入れることができるように、受電コイル５１の外形よりもわずかに大きく、たとえば、受電コイル５１の外形よりも０．２ｍｍ〜１ｍｍ大きくしている。図７のスペーサ６６は、受電コイル５１の引出線を配置するように、嵌合穴６６Ａの一部を切欠して引出部６６Ｂとしている。渦巻き状に巻かれた平面コイルの受電コイル５１は、中心と外周に引出線がある。スペーサ６６は、これらの引出線を平面コイルから引き出するために、引出部６６Ｂを設けている。受電コイル５１の引出線は、引出部６６Ｂから引き出されて、回路基板６４に接続される。さらに、スペーサ６６の厚さは、受電コイル５１の厚さと等しくする。このスペーサ６６は、嵌合穴６６Ａに受電コイル５１を入れて、受電コイル５１の外側面とスペーサ６６の外周表面とを同一面とすることができる。

プラスチックフィルム６７は、可撓性のあるプラスチック製の絶縁シートやラベルである。このプラスチックフィルム６７は、接着材を介してリチウムイオン電池６０とカバーケース６５に接着され、あるいは粘着層を介して接着される。プラスチックフィルム６７は、薄型電池であるリチウムイオン電池６０の第１のフラット面６０ａ及び第２のフラット面６０ｂと、両側面の表面に接着される。以上のパック電池は、外周面をプラスチックフィルム６７で被覆して組み立てられる。ただ、パック電池は、電池の外周をカバーする枠ケースを備えることもできる。この枠ケースは、全体をプラスチックで一体的に成形して製作することができる。

図１ないし図４及び図８ないし図１１は、電池内蔵機器５０、７０、８０を上に載せて、電池内蔵機器５０、７０、８０に内蔵されるリチウムイオン電池６０を磁気誘導作用で充電する充電台１０、３０、４０の概略構成図及び原理図を示している。これらの図に示す充電台１０、３０、４０は、高周波電源１２に接続されて受電コイル５１に起電力を誘導する送電コイル１１と、この送電コイル１１を内蔵すると共に、上面には電池内蔵機器５０、７０、８０を載せる上面プレート２１を有するケース２０と、このケース２０に内蔵されて、送電コイル１１を上面プレート２１の内面に沿って移動させる移動機構１３と、上面プレート２１に載せられる電池内蔵機器５０、７０、８０の位置を検出して、移動機構１３を制御して送電コイル１１を電池内蔵機器５０、７０、８０の受電コイル５１に接近させる位置検出制御器１８とを備える。充電台１０、３０、４０は、送電コイル１１と、高周波電源１２と、移動機構１３と、位置検出制御器１８とをケース２０に内蔵している。

この充電台１０、３０、４０は、以下の動作で電池内蔵機器５０、７０、８０のリチウムイオン電池６０を充電する。
（１）ケース２０の上面プレート２１に電池内蔵機器５０、７０、８０が載せられると、この電池内蔵機器５０、７０、８０の位置が位置検出制御器１８で検出される。
（２）電池内蔵機器５０、７０、８０の位置を検出した位置検出制御器１８は、移動機構１３を制御して、移動機構１３でもって送電コイル１１を上面プレート２１に沿って移動させて電池内蔵機器５０、７０、８０の受電コイル５１に接近させる。
（３）受電コイル５１に接近する送電コイル１１は、受電コイル５１に電磁結合されて受電コイル５１に交流電力を搬送する。
（４）電池内蔵機器５０、７０、８０は、充電回路５２で、受電コイル５１の交流電力を整流して直流に変換し、この直流でリチウムイオン電池６０を充電する。

以上の動作で電池内蔵機器５０、７０、８０のリチウムイオン電池６０を充電する充電台１０、３０、４０は、高周波電源１２に接続している送電コイル１１をケース２０に内蔵している。送電コイル１１は、ケース２０の上面プレート２１の下に配設されて、上面プレート２１に沿って移動するように配設される。送電コイル１１から受電コイル５１への電力搬送の効率は、送電コイル１１と受電コイル５１の間隔を狭くして向上できる。好ましくは、送電コイル１１を受電コイル５１に接近する状態で、送電コイル１１と受電コイル５１の間隔は７ｍｍ以下とする。したがって、送電コイル１１は、上面プレート２１の下にあって、できるかぎり上面プレート２１に接近して配設される。送電コイル１１は、上面プレート２１の上に載せられる電池内蔵機器５０の受電コイル５１に接近するように移動するので、上面プレート２１の下面に沿って移動できるように配設される。

送電コイル１１を内蔵するケース２０は、電池内蔵機器５０、７０、８０を載せる平面状の上面プレート２１を上面に設けている。図の充電台１０、３０、４０は、上面プレート２１全体を平面状として水平に配設している。上面プレート２１は、大きさや外形が異なる種々の電池内蔵機器５０、７０、８０を上に載せることができる大きさ、たとえば、一辺を５ｃｍないし３０ｃｍとする四角形、又は直径を５ｃｍないし３０ｃｍとする円形としている。充電台は、上面プレートを大きくして、すなわち複数の電池内蔵機器を同時に載せることができる大きさとして、複数の電池内蔵機器を一緒に載せて内蔵電池を順番に充電することもできる。また、上面プレートは、その周囲に周壁などを設け、周壁の内側に電池内蔵機器をセットして、内蔵する電池を充電することもできる。

送電コイル１１は、上面プレート２１と平行な面で渦巻き状に巻かれて、上面プレート２１の上方に交流磁束を放射する。この送電コイル１１は、上面プレート２１に直交する交流磁束を上面プレート２１の上方に放射する。送電コイル１１は、高周波電源１２から交流電力が供給されて、上面プレート２１の上方に交流磁束を放射する。送電コイル１１は、磁性材からなるコア２８に線材を巻いてインダクタンスを大きくできる。コア２８は、透磁率が大きいフェライト等の磁性材料で、上方を開放する壺形としている。壺形のコア２８は、渦巻き状に巻かれた送電コイル１１の中心に配置する円柱部２８Ａと、外側に配置される円筒部２８Ｂを底部で連結する形状としている。コア２８のある送電コイル１１は、磁束を特定部分に集束して、効率よく電力を受電コイル５１に伝送できる。ただ、送電コイルは、必ずしもコアを設ける必要はなく、空芯コイルとすることもできる。空芯コイルは軽いので、これを上面プレートの内面で移動する移動機構を簡単にできる。送電コイル１１は、受電コイル５１の外径にほぼ等しくして、受電コイル５１に効率よく電力搬送する。

高周波電源１２は、可撓性のリード線２９を介して送電コイル１１に接続される。送電コイル１１が、上面プレート２１に載せられる電池内蔵機器５０、７０、８０の受電コイル５１に接近するように移動されるからである。高周波電源１２は、図示しないが、自励式の発振回路と、この発振回路から出力される交流を電力増幅するパワーアンプとを備える。自励式の発振回路は、送電コイル１１を発振コイルに併用している。したがって、この発振回路は、送電コイル１１のインダクタンスで発振周波数が変化する。送電コイル１１のインダクタンスは、送電コイル１１と受電コイル５１との相対位置で変化する。送電コイル１１と受電コイル５１との相互インダクタンスが、送電コイル１１と受電コイル５１との相対位置で変化するからである。したがって、送電コイル１１を発振コイルに使用する自励式の発振回路は、高周波電源１２が受電コイル５１に接近するにしたがって変化する。このため、自励式の発振回路は、発振周波数の変化で送電コイル１１と受電コイル５１との相対位置を検出することができ、位置検出制御器１８に併用できる。

送電コイル１１は、移動機構１３で受電コイル５１に接近するように移動される。図１及び図８ないし図１０の移動機構１３は、送電コイル１１を、上面プレート２１に沿って、Ｘ軸方向とＹ軸方向に移動させて受電コイル５１に接近させる。図の移動機構１３は、位置検出制御器１８で制御されるサーボモータ２２でネジ棒２３を回転して、ネジ棒２３にねじ込んでいるナット材２４を移動して、送電コイル１１を受電コイル５１に接近させる。サーボモータ２２は、送電コイル１１をＸ軸方向に移動させるＸ軸サーボモータ２２Ａと、Ｙ軸方向に移動させるＹ軸サーボモータ２２Ｂとを備える。ネジ棒２３は、送電コイル１１をＸ軸方向に移動させる一対のＸ軸ネジ棒２３Ａと、送電コイル１１をＹ軸方向に移動させるＹ軸ネジ棒２３Ｂとを備える。一対のＸ軸ネジ棒２３Ａは、互いに平行に配設されて、ベルト２５に駆動されてＸ軸サーボモータ２２Ａで一緒に回転される。ナット材２４は、各々のＸ軸ネジ棒２３Ａにねじ込んでいる一対のＸ軸ナット材２４Ａと、Ｙ軸ネジ棒２３Ｂにねじ込んでいるＹ軸ナット材２４Ｂからなる。Ｙ軸ネジ棒２３Ｂは、その両端を一対のＸ軸ナット材２４Ａに回転できるように連結している。送電コイル１１はＹ軸ナット材２４Ｂに連結している。

さらに、図に示す移動機構１３は、送電コイル１１を水平な姿勢でＹ軸方向に移動させるために、Ｙ軸ネジ棒２３Ｂと平行にガイドロッド２６を配設している。ガイドロッド２６は、両端を一対のＸ軸ナット材２４Ａに連結しており、一対のＸ軸ナット材２４Ａと一緒に移動する。ガイドロッド２６は、送電コイル１１に連結されるガイド部２７を貫通しており、送電コイル１１をガイドロッド２６に沿ってＹ軸方向に移動できるようにしている。すなわち、送電コイル１１は、互いに平行に配設されるＹ軸ネジ棒２３Ｂとガイドロッド２６に沿って移動するＹ軸ナット材２４Ｂとガイド部２７を介して、水平な姿勢でＹ軸方向に移動する。

この移動機構１３は、Ｘ軸サーボモータ２２ＡがＸ軸ネジ棒２３Ａを回転させると、一対のＸ軸ナット材２４ＡがＸ軸ネジ棒２３Ａに沿って移動して、Ｙ軸ネジ棒２３Ｂとガイドロッド２６をＸ軸方向に移動させる。Ｙ軸サーボモータ２２ＢがＹ軸ネジ棒２３Ｂを回転させると、Ｙ軸ナット材２４ＢがＹ軸ネジ棒２３Ｂに沿って移動して、送電コイル１１をＹ軸方向に移動させる。このとき、送電コイル１１に連結されたガイド部２７は、ガイドロッド２６に沿って移動して、送電コイル１１を水平な姿勢でＹ軸方向に移動させる。したがって、Ｘ軸サーボモータ２２ＡとＹ軸サーボモータ２２Ｂの回転を位置検出制御器１８で制御して、送電コイル１１をＸ軸方向とＹ軸方向に移動できる。ただし、充電台は、移動機構を以上のメカニズムには特定しない。移動機構には、送電コイルをＸ軸方向とＹ軸方向に移動できる全ての機構を利用できるからである。

さらに、充電台は、移動機構を、送電コイルをＸ軸方向とＹ軸方向に移動させる機構に特定しない。それは、充電台を、上面プレートに直線状のガイド壁を設けて、このガイド壁に沿って電池内蔵機器を載せる構造として、送電コイルをガイド壁に沿って直線上に移動できる構造とすることができるからである。この充電台は、図示しないが、送電コイルを、一方向、たとえばＸ軸方向にのみ移動できる移動機構として、送電コイルをガイド壁に沿って直線上に移動できる。

位置検出制御器１８は、上面プレート２１に載せられた電池内蔵機器５０、７０、８０の位置を検出する。図２と図１１の位置検出制御器１８は、電池内蔵機器５０に内蔵される受電コイル５１の位置を検出して、送電コイル１１を受電コイル５１に接近させる。さらに、位置検出制御器１８は、受電コイル５１の位置を粗検出する第１の位置検出制御器１８Ａと、受電コイル５１の位置を精密検出する第２の位置検出制御器１８Ｂとを備える。この位置検出制御器１８は、第１の位置検出制御器１８Ａで受電コイル５１の位置を粗検出すると共に、移動機構１３を制御して送電コイル１１の位置を受電コイル５１に接近させた後、さらに、第２の位置検出制御器１８Ｂで受電コイル５１の位置を精密検出しながら移動機構１３を制御して、送電コイル１１の位置を正確に受電コイル５１に接近させる。この充電台１０は、速やかに、しかも、より正確に送電コイル１１を受電コイル５１に接近できる。

第１の位置検出制御器１８Ａは、図１１に示すように、上面プレート２１の内面に固定している複数の位置検出コイル９０と、この位置検出コイル９０にパルス信号を供給するパルス電源９１と、このパルス電源９１から位置検出コイル９０に供給されるパルスに励起されて受電コイル５１から位置検出コイル９０に出力されるエコー信号を受信する受信回路９２と、この受信回路９２が受信するエコー信号から送電コイル１１の位置を判別する識別回路９３とを備える。

位置検出コイル９０は複数列のコイルからなり、複数の位置検出コイル９０を上面プレート２１の内面に所定の間隔で固定している。位置検出コイル９０は、受電コイル５１のＸ軸方向の位置を検出する複数のＸ軸検出コイル９０Ａと、Ｙ軸方向の位置を検出する複数のＹ軸検出コイル９０Ｂとを備える。各々のＸ軸検出コイル９０Ａは、Ｙ軸方向に細長いループ状であって、複数のＸ軸検出コイル９０Ａは、所定の間隔で上面プレート２１の内面に固定されている。隣接するＸ軸検出コイル９０Ａの間隔（ｄ）は、受電コイル５１の外径（Ｄ）よりも小さく、好ましくはＸ軸検出コイル９０Ａの間隔（ｄ）を受電コイル５１の外径（Ｄ）の１倍ないし１／４倍としている。Ｘ軸検出コイル９０Ａは、間隔（ｄ）を狭くして、受電コイル５１のＸ軸方向の位置を正確に検出できる。各々のＹ軸検出コイル９０Ｂは、Ｘ軸方向に細長いループ状であって、複数のＹ軸検出コイル９０Ｂは、所定の間隔で上面プレート２１の内面に固定されている。隣接するＹ軸検出コイル９０Ｂの間隔（ｄ）も、Ｘ軸検出コイル９０Ａと同じように、受電コイル５１の外径（Ｄ）よりも小さく、好ましくはＹ軸検出コイル９０Ｂの間隔（ｄ）を受電コイル５１の外径（Ｄ）の１倍ないし１／４倍としている。Ｙ軸検出コイル９０Ｂも、その間隔（ｄ）を狭くして、受電コイル５１のＹ軸方向の位置を正確に検出できる。

パルス電源９１は、所定のタイミングでパルス信号を位置検出コイル９０に出力する。パルス信号が入力される位置検出コイル９０は、パルス信号で接近する受電コイル５１を励起する。励起された受電コイル５１は、流れる電流のエネルギーでエコー信号を位置検出コイル９０に出力する。したがって、受電コイル５１の近くにある位置検出コイル９０は、図１２に示すように、パルス信号が入力された後、所定の時間遅れて、受電コイル５１からのエコー信号が誘導される。位置検出コイル９０に誘導されるエコー信号は、受信回路９２で識別回路９３に出力される。したがって、識別回路９３は、受信回路９２から入力されるエコー信号でもって、位置検出コイル９０に受電コイル５１が接近しているかどうかを判定する。複数の位置検出コイル９０にエコー信号が誘導されるとき、識別回路９３は、エコー信号レベルの大きい位置検出コイル９０にもっとも接近していると判定する。

図１１に示す位置検出制御器１８は、各々の位置検出コイル９０を切換回路９４を介して受信回路９２に接続する。この位置検出制御器１８は、入力を順番に切り換えて複数の位置検出コイル９０に接続するので、ひとつの受信回路９２で複数の位置検出コイル９０のエコー信号を検出できる。ただし、各々の位置検出コイルに受信回路を接続してエコー信号を検出することもできる。

図１１の位置検出制御器１８は、識別回路９３で制御される切換回路９４で複数の位置検出コイル９０を順番に切り換えて受信回路９２に接続する。パルス電源９１は切換回路９４の出力側に接続されて、位置検出コイル９０にパルス信号を出力する。パルス電源９１から位置検出コイル９０に出力されるパルス信号のレベルは、受電コイル５１からのエコー信号に比較して極めて大きい。受信回路９２は、入力側にダイオードからなるリミッター回路９５を接続している。リミッター回路９５は、パルス電源９１から受信回路９２に入力されるパルス信号の信号レベルを制限して受信回路９２に入力する。信号レベルの小さいエコー信号は、制限されることなく受信回路９２に入力される。受信回路９２は、パルス信号とエコー信号の両方を増幅して出力する。受信回路９２から出力されるエコー信号は、パルス信号から所定のタイミング、たとえば数μｓｅｃ〜数百μｓｅｃ遅れた信号となる。エコー信号がパルス信号から遅れる遅延時間は、一定の時間であるから、パルス信号から所定の遅延時間後の信号をエコー信号とし、このエコー信号のレベルから位置検出コイル９０に受電コイル５１が接近しているかどうかを判定する。

受信回路９２は、位置検出コイル９０から入力されるエコー信号を増幅して出力するアンプである。受信回路９２は、パルス信号とエコー信号を出力する。識別回路９３は、受信回路９２から入力されるパルス信号とエコー信号から位置検出コイル９０に受電コイル５１が接近してセットされるかどうかを判定する。識別回路９３は、受信回路９２から入力される信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータ９６を備えている。このＡ／Ｄコンバータ９６から出力されるデジタル信号を演算してエコー信号を検出する。識別回路９３は、パルス信号から特定の遅延時間の後に入力される信号をエコー信号として検出し、さらにエコー信号のレベルから受電コイル５１が位置検出コイル９０に接近しているかどうかを判定する。

識別回路９３は、複数のＸ軸検出コイル９０Ａを順番に受信回路９２に接続するように切換回路９４を制御して、受電コイル５１のＸ軸方向の位置を検出する。識別回路９３は、各々のＸ軸検出コイル９０Ａを受信回路９２に接続する毎に、識別回路９３に接続しているＸ軸検出コイル９０Ａにパルス信号を出力し、パルス信号から特定の遅延時間の後に、エコー信号が検出されるかどうかで、このＸ軸検出コイル９０Ａに受電コイル５１が接近しているかどうかを判定する。識別回路９３は、全てのＸ軸検出コイル９０Ａを受信回路９２に接続して、各々のＸ軸検出コイル９０Ａに受電コイル５１が接近しているかどうかを判定する。受電コイル５１がいずれかのＸ軸検出コイル９０Ａに接近していると、このＸ軸検出コイル９０Ａを受信回路９２に接続する状態でエコー信号が検出される。したがって、識別回路９３は、エコー信号を検出できるＸ軸検出コイル９０Ａから受電コイル５１のＸ軸方向の位置を検出できる。受電コイル５１が複数のＸ軸検出コイル９０Ａに跨って接近する状態では、複数のＸ軸検出コイル９０Ａからエコー信号が検出される。この状態において、識別回路９３はもっとも強いエコー信号、すなわちレベルの大きいエコー信号が検出されるＸ軸検出コイル９０Ａにもっとも接近していると判定する。識別回路９３は、Ｙ軸検出コイル９０Ｂも同じように制御して、受電コイル５１のＹ軸方向の位置を検出する。

識別回路９３は、検出するＸ軸方向とＹ軸方向から移動機構１３を制御して、送電コイル１１を受電コイル５１に接近する位置に移動させる。識別回路９３は、移動機構１３のＸ軸サーボモータ２２Ａを制御して、送電コイル１１を受電コイル５１のＸ軸方向の位置に移動させる。また、移動機構１３のＹ軸サーボモータ２２Ｂを制御して、送電コイル１１を受電コイル５１のＹ軸方向の位置に移動させる。

以上のようにして、第１の位置検出制御器１８Ａが送電コイル１１を受電コイル５１に接近する位置に移動させる。充電台は、第１の位置検出制御器１８Ａで送電コイル１１を受電コイル５１に接近した後、送電コイル１１から受電コイル５１に電力搬送してリチウムイオン電池６０を充電することができる。ただ、充電台は、さらに送電コイル１１の位置を正確に制御して受電コイル５１に接近させた後、電力搬送してリチウムイオン電池６０を充電することができる。送電コイル１１は、第２の位置検出制御器１８Ｂでより正確に受電コイル５１に接近される。

第２の位置検出制御器１８Ｂは、高周波電源１２を自励式の発振回路として、自励式の発振回路の発振周波数から送電コイル１１の位置を正確に検出して移動機構１３を制御する。第２の位置検出制御器１８Ｂは、移動機構１３のＸ軸サーボモータ２２ＡとＹ軸サーボモータ２２Ｂを制御して、送電コイル１１をＸ軸方向とＹ軸方向に移動させて、高周波電源１２の発振周波数を検出する。自励式の発振回路の発振周波数が変化する特性を図１３に示している。この図は、送電コイル１１と受電コイル５１の相対的な位置ずれに対する発振周波数の変化を示している。この図に示すように、自励式の発振回路の発振周波数は、送電コイル１１が受電コイル５１に最も接近する位置でもっとも高くなり、相対位置がずれるにしたがって発振周波数が低くなる。したがって、第２の位置検出制御器１８Ｂは、移動機構１３のＸ軸サーボモータ２２Ａを制御して送電コイル１１をＸ軸方向に移動し、発振周波数が最も高くなる位置で停止する。また、Ｙ軸サーボモータ２２Ｂも同じように制御して送電コイル１１をＹ軸方向に移動して、発振周波数が最も高くなる位置で停止する。第２の位置検出制御器１８Ｂは、以上のようにして、送電コイル１１を受電コイル５１に最も接近する位置に移動できる。

以上の充電台は、第１の位置検出制御器１８Ａで受電コイル５１の位置を粗検出した後、さらに第２の位置検出制御器１８Ｂで微調整して送電コイル１１を受電コイル５１に接近させるが、図１４に示す以下の位置検出制御器３８は、微調整することなく送電コイル１１を受電コイル５１に接近できる。

この位置検出制御器３８は、図１４に示すように、上面プレートの内面に固定している複数の位置検出コイル９０と、この位置検出コイル９０にパルス信号を供給するパルス電源９１と、このパルス電源９１から位置検出コイル９０に供給されるパルスに励起されて受電コイル５１から位置検出コイル９０に出力されるエコー信号を受信する受信回路９２と、この受信回路９２が受信するエコー信号から送電コイル１１の位置を判別する識別回路９８とを備える。さらに、この位置検出制御器３８は、識別回路９８に、受電コイル５１の位置に対する各々の位置検出コイル９０に誘導されるエコー信号のレベル、すなわち図１２に示すように、各々の位置検出コイル９０をパルス信号で励起して所定の時間経過後に誘導されるエコー信号のレベルを記憶する記憶回路９９を備えている。この位置検出制御器３８は、各々の位置検出コイル９０に誘導されるエコー信号のレベルを検出し、検出したエコー信号のレベルを記憶回路９９に記憶しているエコー信号のレベルに比較して、受電コイル５１の位置を検出している。

この位置検出制御器３８は、以下のようにして、各々の位置検出コイル９０に誘導されるエコー信号のレベルから、受電コイル５１の位置を求めている。図１４に示す位置検出コイル９０は、受電コイル５１のＸ軸方向の位置を検出する複数のＸ軸検出コイル９０Ａと、Ｙ軸方向の位置を検出する複数のＹ軸検出コイル９０Ｂとを備え、複数の位置検出コイル９０を上面プレート２１の内面に所定の間隔で固定している。各々のＸ軸検出コイル９０Ａは、Ｙ軸方向に細長いループ状であって、各々のＹ軸検出コイル９０Ｂは、Ｘ軸方向に細長いループ状としている。図１５は、受電コイル５１をＸ軸方向に移動させる状態における、Ｘ軸位置検出コイル９０Ａに誘導されるエコー信号のレベルを示しており、横軸が受電コイル５１のＸ軸方向の位置を示し、縦軸が各々のＸ軸位置検出コイル９０Ａに誘導されるエコー信号のレベルを示している。この位置検出制御器３８は、各々のＸ軸位置検出コイル９０Ａに誘導されるエコー信号のレベルを検出することによって、受電コイル５１のＸ軸方向の位置を求めることができる。この図に示すように、受電コイル５１をＸ軸方向に移動すると、各々のＸ軸位置検出コイル９０Ａに誘導されるエコー信号のレベルは変化する。たとえば、受電コイル５１の中心が第１のＸ軸位置検出コイル９０Ａの中心にあるとき、図１５の点Ａで示すように、第１のＸ軸位置検出コイル９０Ａに誘導されるエコー信号のレベルが最も強くなる。また、受電コイル５１が第１のＸ軸位置検出コイル９０Ａと第２のＸ軸位置検出コイル９０Ａの中間にあるとき、図１５の点Ｂで示すように、第１のＸ軸位置検出コイル９０Ａと第２のＸ軸位置検出コイル９０Ａに誘導されるエコー信号のレベルは同じとなる。すなわち、各々のＸ軸位置検出コイル９０Ａは、受電コイル５１が最も近くにあるときに誘導されるエコー信号のレベルが最も強くなり、受電コイル５１が離れるにしたがってエコー信号のレベルは小さくなる。したがって、どのＸ軸位置検出コイル９０Ａのエコー信号のレベルが最も強いかで、受電コイル５１がどのＸ軸位置検出コイル９０Ａに最も接近しているかを判定できる。また、ふたつのＸ軸位置検出コイル９０Ａにエコー信号が誘導されるとき、強いエコー信号を検出するＸ軸位置検出コイル９０Ａからどの方向にあるＸ軸位置検出コイル９０Ａにエコー信号が誘導されるかで、最もエコー信号の強いＸ軸位置検出コイル９０Ａからどの方向にずれて受電コイル５１があるかを判定でき、また、エコー信号のレベル比でふたつのＸ軸位置検出コイル９０Ａとの相対位置を判定できる。たとえば、ふたつのＸ軸位置検出コイル９０Ａのエコー信号のレベル比が１であると、受電コイル５１はふたつのＸ軸位置検出コイル９０Ａの中央に位置すると判定できる。

識別回路７３は、受電コイル５１のＸ軸方向の位置に対する、各々のＸ軸位置検出コイル９０Ａに誘導されるエコー信号のレベルを記憶回路９９に記憶している。受電コイル５１が置かれると、いずれかのＸ軸位置検出コイル９０Ａにエコー信号が誘導される。したがって、識別回路９８は、Ｘ軸位置検出コイル９０Ａに誘導されるエコー信号で受電コイル５１が載せられたこと、すなわち電池内蔵機器が充電台に載せられたことを検出する。さらに、いずれかのＸ軸位置検出コイル９０Ａに誘導されるエコー信号のレベルを、記憶回路９９に記憶しているレベルに比較して、受電コイル５１のＸ軸方向の位置を判別することができる。識別回路は、隣接するＸ軸位置検出コイルに誘導されるエコー信号のレベル比から受電コイルのＸ軸方向の位置を特定する関数を記憶回路に記憶して、この関数から受電コイルの位置を判別することもできる。この関数は、ふたつのＸ軸位置検出コイルの間に受電コイルを移動させて、各々のＸ軸位置検出コイルに誘導されるエコー信号のレベル比を検出して求められる。識別回路９８は、ふたつのＸ軸位置検出コイル９０Ａに誘導されるエコー信号のレベル比を検出し、検出されるレベル比から、この関数に基づいてふたつのＸ軸位置検出コイル９０Ａの間における受電コイル５１のＸ軸方向の位置を演算して検出することができる。

以上は、識別回路９８が、Ｘ軸位置検出コイル９０Ａに誘導されるエコー信号から、受電コイル５１のＸ軸方向の位置を検出する方法を示すが、受電コイル５１のＹ軸方向の位置もＸ軸方向と同じようにして、Ｙ軸位置検出コイル９０Ｂに誘導されるエコー信号から検出できる。

識別回路９８が、受電コイル５１のＸ軸方向とＹ軸方向の位置を検出すると、この識別回路９８からの位置信号でもって、位置検出制御器３８は送電コイル１１を受電コイル５１の位置に移動させる。
なお、上記のような波形のエコー信号が検出されたとき、充電台の識別回路９８は、電池内蔵機器５０、７０、８０の受電コイル５１が搭載されたと認識、識別することができる。エコー信号の波形とは異なる波形が検出、識別されるときは、電池内蔵機器５０、７０、８０の受電コイル５１以外（例えば、金属異物）のものが搭載されたとして、電力供給を停止することができる。また、エコー信号の波形が検出、識別されないときは、電池内蔵機器５０、７０、８０の受電コイル５１が搭載されていないとして、電力供給をしない。

充電台１０、３０、４０は、位置検出制御器１８、３８で移動機構１３を制御して送電コイル１１を受電コイル５１に接近させた状態で、高周波電源１２で送電コイル１１に交流電力を供給する。送電コイル１１の交流電力は受電コイル５１に電力搬送されて、リチウムイオン電池６０の充電に使用される。電池内蔵機器５０、７０、８０は、充電されるリチウムイオン電池６０の電圧と電流と温度を検出回路５３で検出し、検出回路５３で検出した電圧と電流と温度とを、送信器５４、７４、８４から充電台１０、３０、４０に電圧信号と電流信号と温度信号として送信する。充電台１０、３０、４０は、送信器５４、７４、８４から送信される電圧信号と電流信号と温度信号を受信器１４、３４、４４で受信し、フィードバック回路１７を介して高周波電源１２を制御する。フィードバック回路１７は、高周波電源１２の出力をコントロールして、リチウムイオン電池６０を定電圧定電流充電する。

リチウムイオン電池６０が満充電されると、電池内蔵機器５０、７０、８０は、検出回路５３がこのことを検出して満充電信号を充電台１０、３０、４０に伝送する。検出回路５３は、例えば、リチウムイオン電池６０の充電電流が設定電流よりも小さくなると満充電されたと判定して満充電信号を出力する。この満充電信号は、電池内蔵機器５０、７０、８０の送信器５４、７４、８４から充電台１０、３０、４０に送信される。充電台１０、３０、４０は、送信器５４、７４、８４から送信される満充電信号を受信器１４、３４、４４で受信すると、フィードバック回路１７を介して高周波電源１２を制御して、送電コイル１１からの電力搬送を停止してリチウムイオン電池６０の充電を終了する。

図２の電池内蔵機器５０の送信器５４は、満充電信号を示す搬送波を変調回路５５で変調して、送信アンテナ５６から電波として無線送信し、この電波を充電台１０の受信器１４が受信アンテナ１６で受信する。受信器１４は、受信アンテナ１６で受信される信号を受信回路１５で復調して満充電信号を検出する。ただ、リチウムイオン電池の満充電信号は、搬送波を変調して送信アンテナと受信アンテナで無線伝送する方式によらず、前述の図３と図４に示す電池内蔵機器７０、８０がリチウムイオン電池６０の情報を充電台３０、４０に伝送するのと同様にして、すなわち、受電コイル５１と送電コイル１１を介して、電池内蔵機器７０、８０から充電台３０、４０に無線伝送することもできる。

さらに、充電されるリチウムイオン電池の満充電は、電池内蔵機器の検出回路ではなく、充電台側で検出することもできる。この充電台は、電池内蔵機器から送信される電流信号から充電されるリチウムイオン電池の充電電流を検出し、この電流値が設定電流よりも小さくなるとリチウムイオン電池が満充電されたと判定して送電コイルからの電力搬送を停止するように高周波電源を制御する。

さらに、複数の電池内蔵機器５０を載せることができる上面プレート２１の充電台１０は、複数の電池内蔵機器５０のリチウムイオン電池６０を順番に切り換えて満充電する。この充電台１０は、最初にいずれかの電池内蔵機器５０の受電コイル５１の位置を検出して、この受電コイル５１に送電コイル１１を接近させて、この電池内蔵機器５０のリチウムイオン電池６０を満充電する。この電池内蔵機器５０のリチウムイオン電池６０が満充電されて、満充電信号を受信すると、位置検出制御器１８は、この電池内蔵機器５０とは別の位置にセットされる第２の電池内蔵機器５０の受電コイル５１の位置を検出し、移動機構１３を制御して送電コイル１１を第２の電池内蔵機器５０の受電コイル５１に接近させる。この状態で、第２の電池内蔵機器５０のリチウムイオン電池６０に電力搬送して、このリチウムイオン電池６０を満充電する。さらに、第２の電池内蔵機器５０のリチウムイオン電池６０が満充電されて、第２の電池内蔵機器５０からの満充電信号を受信すると、位置検出制御器１８が、さらに第３の電池内蔵機器５０の受電コイル５１を検出して、移動機構１３を制御して第３の電池内蔵機器５０の受電コイル５１に送電コイル１１を接近させて、この電池内蔵機器５０のリチウムイオン電池６０を満充電する。以上のように、複数の電池内蔵機器５０が上面プレート２１にセットされると、次々と電池内蔵機器５０を切り換えてリチウムイオン電池６０を満充電する。この充電台１０は、満充電された電池内蔵機器５０の位置を記憶して、満充電された電池内蔵機器５０のリチウムイオン電池６０を充電しない。上面プレート２１の上にセットされる全ての電池内蔵機器５０のリチウムイオン電池６０を満充電したことを検出すると、充電台１０は、高周波電源１２の動作を停止してリチウムイオン電池６０の充電を停止する。

以上の構造の充電台１０、３０、４０は、ケース２０の上面に載せられる電池内蔵機器５０、７０、８０の位置を位置検出制御器１８で検出すると共に、移動機構１３を制御して、送電コイル１１を電池内蔵機器５０、７０、８０の受電コイル５１に接近させるので、送電コイル１１から受電コイル５１に効率よく電力搬送して電池内蔵機器５０、７０、８０に内蔵されるリチウムイオン電池６０を効率よく充電できる特徴がある。とくに、電池内蔵機器５０、７０、８０の受電コイル５１の位置を位置検出制御器１８で検出し、移動機構１３を制御して、送電コイル１１を受電コイル５１に接近させる構造は、検出回路５３で検出されるリチウムイオン電池６０の電圧等の情報を、電池内蔵機器５０、７０、８０から充電台１０、３０、４０に確実に伝送できる特徴もある。それは、図２に示すように、送信アンテナ５６と受信アンテナ１６を介して情報を無線伝送する構造においては、送信アンテナ５６を受電コイル５１に接近して配設し、受信アンテナ１６を送電コイル１１に接近して配設することで、互いに接近する送信アンテナ５６と受信アンテナ１６を介して送信器５４から受信器１４に確実に電波を伝送でき、また、図３と図４に示すように、受電コイル５１と送電コイル１１を介して情報を伝送する構造においては、送電コイル１１と受電コイル５１とを接近させることで、受電コイル５１から送電コイル１１へ確実に信号を伝送して、リチウムイオン電池６０の電圧等の情報を充電台３０、４０に正確に伝送できるからである。

ただ、本発明は、充電器を以上の構造には特定しない。充電器は、図示しないが、電池内蔵機器を脱着自在に定位置にセットする装着部を備える構造とすることもできる。この充電器は、装着部にセットされる電池内蔵機器の受電コイルに電力搬送できるように、受電コイルに対向する位置に送電コイルを配設する。この充電台は、電池内蔵機器を装着部にセットする状態で、誘電コイルを充電台の定位置に配置して、すなわち、受電コイルと送電コイルとを接近させる状態で配置して、確実に電力搬送しながら、電池内蔵機器に内蔵されるリチウムイオン電池を効率よく充電する。また、電池内蔵機器の検出回路で検出されるリチウムイオン電池の電圧等の情報を、電池内蔵機器から充電台に確実に伝送できる。

本発明の一実施例にかかる電池内蔵機器と充電台の概略斜視図である。 本発明の第１の実施例にかかる電池内蔵機器と充電台のブロック図である。 本発明の第２の実施例にかかる電池内蔵機器と充電台のブロック図である。 本発明の第３の実施例にかかる電池内蔵機器と充電台のブロック図である。 図４に示す送信器が電圧信号と電流信号と温度信号でスイッチング素子をオンに切り換える状態を示す図である。 電池内蔵機器からパック電池を取り出した状態を示す分解斜視図である。 図６に示すパック電池の分解斜視図である。 図１に示す充電台の内部構造を示す水平断面図である。 図８に示す充電台の垂直縦断面図である。 図８に示す充電台の垂直横断面図である。 充電台の位置検出制御器を示す回路図である。 パルス信号で励起された受電コイルから出力されるエコー信号の一例を示す図である。 送電コイルと受電コイルの相対的な位置ずれに対する発振周波数の変化を示す図である、 充電台の位置検出制御器の他の一例を示す回路図である。 図１４に示す位置検出制御器の位置検出コイルに誘導されるエコー信号のレベルを示す図である。

符号の説明

１０…充電台
１１…送電コイル
１２…高周波電源
１３…移動機構
１４…受信器
１５…受信回路
１６…受信アンテナ
１７…フィードバック回路
１８…位置検出制御器 １８Ａ…第１の位置検出制御器
１８Ｂ…第２の位置検出制御器
２０…ケース
２１…上面プレート
２２…サーボモータ ２２Ａ…Ｘ軸サーボモータ
２２Ｂ…Ｙ軸サーボモータ
２３…ネジ棒 ２３Ａ…Ｘ軸ネジ棒
２３Ｂ…Ｙ軸ネジ棒
２４…ナット材 ２４Ａ…Ｘ軸ナット材
２４Ｂ…Ｙ軸ナット材
２５…ベルト
２６…ガイドロッド
２７…ガイド部
２８…コア ２８Ａ…円柱部
２８Ｂ…円筒部
２９…リード線
３０…充電台
３４…受信器
３５…受信回路
３６…カップリングコンデンサー
３８…位置検出制御器
４０…充電台
４４…受信器
４５…波形整形回路
５０…電池内蔵機器
５１…受電コイル
５２…充電回路
５３…検出回路
５４…送信器
５５…変調回路
５６…送信アンテナ
５７…電流検出抵抗
５８…温度センサ
５９…Ａ／Ｄコンバータ
６０…リチウムイオン電池 ６０ａ…第１のフラット面
６０ｂ…第２のフラット面
６１…パック電池
６２…電池収納部
６３…脱着蓋
６４…回路基板
６５…カバーケース ６５ａ…電極窓
６６…スペーサ ６６Ａ…嵌着穴
６６Ｂ…引出部
６７…プラスチックフィルム
６８…シールド層
６９…保護素子
７０…電池内蔵機器
７４…送信器
７５…変調回路
７６…カップリングコンデンサー
７７…出力端子
７８…リード板
７９…リード板
８０…電池内蔵機器
８４…送信器
８５…制御回路
８６…スイッチング素子
８７…インピーダンス素子
９０…位置検出コイル ９０Ａ…Ｘ軸検出コイル
９０Ｂ…Ｙ軸検出コイル
９１…パルス電源
９２…受信回路
９３…識別回路
９４…切換回路
９５…リミッター回路
９６…Ａ／Ｄコンバータ
９８…識別回路
９９…記憶回路

Claims (9)

1. 受電コイルを内蔵し、この受電コイルに誘導される電力で充電されるリチウムイオン電池を内蔵する電池内蔵機器と、この電池内蔵機器をセットして電池内蔵機器のリチウムイオン電池を充電する充電台とからなり、
   前記電池内蔵機器は、受電コイルに誘導される交流を整流してリチウムイオン電池を充電する直流に変換する充電回路と、充電されるリチウムイオン電池の電圧を検出する検出回路と、この検出回路で検出される電圧信号を充電台に送信する送信器を備えており、
   前記充電台は、前記電池内蔵機器の送信器から送信される信号を受信してリチウムイオン電池の電圧信号を検出する受信器と、この受信器で検出される電圧信号に制御されて、前記送電コイルに交流電力を供給してリチウムイオン電池を設定電圧以下に制御しながら充電する高周波電源とを備え、
   充電台の高周波電源が、充電されるリチウムイオン電池の電圧を受信器と送信器を介して検出し、リチウムイオン電池の電圧が設定電圧を超えないように制御しながら充電するようにしてなる電池内蔵機器と充電台。
2. 前記電池内蔵機器の送信器が、リチウムイオン電池の電圧で搬送波を変調する変調回路と、この変調回路で変調された信号を電波として無線送信する送信アンテナとを備え、
   前記充電台の受信器が、送信器から無線送信される電波を受信する受信アンテナと、この受信アンテナで受信される信号を復調して電圧信号を検出する受信回路とを備える請求項１に記載される電池内蔵機器と充電台。
3. 前記電池内蔵機器の送信器が、受電コイルと送電コイルを介してリチウムイオン電池の電圧信号を充電台に伝送する請求項１に記載される電池内蔵機器と充電台。
4. 前記電池内蔵機器の送信器が、リチウムイオン電池の電圧信号でオンオフに切り換えられるタイミングが制御され、かつ受電コイルの出力側に接続してなるスイッチング素子を備え、このスイッチング素子がオンオフに切り換えられて、受電コイルの負荷のインピーダンスを制御して、リチウムイオン電池の電圧信号を充電台に伝送するようにしてなる請求項３に記載される電池内蔵機器と充電台。
5. 前記送信器が、リチウムイオン電池の電圧信号でスイッチング素子をオンに切り換える周期、又はオン状態の時間幅を制御する制御回路を備える請求項４に記載される電池内蔵機器と充電台。
6. 前記スイッチング素子と直列に接続されるインピーダンス素子を備え、スイッチング素子とインピーダンス素子との直列回路を受電コイルに接続している請求項４に記載される電池内蔵機器と充電台。
7. 前記インピーダンス素子がコンデンサーである請求項６に記載される電池内蔵機器と充電台。
8. 前記送信器が、リチウムイオン電池の電圧信号で搬送波を変調する変調回路を備え、この変調回路で変調された搬送波を受電コイルに供給するようにしており、
   さらに、前記充電台の受信器は、受電コイルから送電コイルに伝送される搬送波を復調して電圧信号を検出する受信回路とを備える請求項３に記載される電池内蔵機器と充電台。
9. 前記電池内蔵機器が脱着自在なパック電池を備え、このパック電池が、リチウムイオン電池と、このリチウムイオン電池を送電コイルの交流磁界から磁気シールドするシールド層と、リチウムイオン電池の充電回路と、リチウムイオン電池の電圧信号を充電台に送信する送信器とを内蔵する請求項１に記載される電池内蔵機器と充電台。

Images