JP2010017018A - 電池内蔵機器と充電台 - Google Patents

Abstract

【課題】受電コイルと送電コイルとの相対位置がずれて受電コイルの受電電力が減少しても電池を正常に充電する。
【解決手段】電池内蔵機器と充電台は、受電コイル５１に誘導される電力で充電される電池５４を内蔵する電池内蔵機器５０と、電池内蔵機器５０の受電コイル５１に送電コイル２１から電力搬送する充電台１０とからなる。電池内蔵機器５０は、受電コイル５１に誘導される電力を電池５４の充電電力に変換して出力するＤＣ／ＤＣコンバータ３１と、このＤＣ／ＤＣコンバータ３１のスイッチング素子３３を受電コイル５１の出力電圧で制御すると共に、受電コイル５１の出力を電源電圧として動作するマイコン３２とを備える。マイコン３２は、受電コイル５１の出力電圧が低下すると、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１のスイッチング素子３３をオンにする時間幅を狭くするようにパルス幅変調して出力を低下させるように制御して、電源電圧の低下を防止する。
【選択図】図１０

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。

電磁誘導の作用で送電コイルから受電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送電コイルを内蔵し、パック電池には送電コイルに電磁結合される受電コイルを内蔵する構造を記載する。さらに、パック電池は、受電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、無接点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受電コイルと充電回路を内蔵する構造を記載する。また、受電コイルに電磁結合される送電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、送電コイルから受電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

以上の特許文献に記載されるように、送電コイルと受電コイルを電磁結合して電力搬送する充電方式は、無接点で電池を充電できることから、接点の接触不良を解消できる特徴がある。ただ、この充電方式は、受電コイルの送電コイルに対する相対位置がずれるにしたがって、送電コイルから受電コイルへの電力搬送が弱くなって、送電コイルに誘導される受電電力が少なくなる。この状態になると、電池を正常に充電できなくなる。とくに、受電コイルに誘導される受電電力をＤＣ／ＤＣコンバータで制御して電池を理想的な状態で充電する充電方式にあっては、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力をマイコンでコントロールすることから、マイコンが正常に動作しなくなると、電池を正常に充電できなくなる。この充電方式は、受電コイルに誘導される受電電力をマイコンの電源電圧として使用することから、受電コイルの受電電力が減少して電圧が低下すると、マイコンがリセットされて動作しなくなる。すなわち、受電コイルの受電電力をＤＣ／ＤＣコンバータとマイコンの両方に供給することから、受電電力が設定値よりも小さくなると、ＤＣ／ＤＣコンバータの消費電力によって受電コイルの出力電圧が低下してしまう。受電コイルの出力電圧が低下すると、マイコンの電源電圧が低下してリセットされる。マイコンがリセットされると、ＤＣ／ＤＣコンバータを制御できなくなって充電が停止されるので、受電コイルの電圧が上昇して、マイコンを動作状態とする。動作状態になったマイコンは、再び電池のＤＣ／ＤＣコンバータを制御して充電を開始する。ところが、受電コイルの受電電力が小さいので、再び受電コイルの出力電圧が低下してマイコンがリセットされて充電が停止される。この状態になると、電池の充電と停止とが繰り返されるので、電池の満充電を正常に検出できなくなって電池に弊害を与える。

本発明は、以上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、受電コイルと送電コイルとの相対位置がずれて受電コイルの受電電力が減少しても電池を正常に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効果

本発明の電池内蔵機器と充電台は、受電コイル５１を内蔵すると共に、この受電コイル５１に誘導される電力で充電される電池５４を内蔵する電池内蔵機器５０と、電池内蔵機器５０を脱着自在にセットして、電池内蔵機器５０の受電コイル５１に送電コイル２１から磁気誘導作用で電力を搬送して電池内蔵機器５０の電池５４を充電する充電台１０とならなる。電池内蔵機器５０は、受電コイル５１に誘導される電力を電池５４の充電電力に変換して出力するＤＣ／ＤＣコンバータ３１と、このＤＣ／ＤＣコンバータ３１のスイッチング素子３３を受電コイル５１の出力電圧で制御して受電コイル５１からの入力をパルス幅変調して出力を制御すると共に、受電コイル５１の出力を電源電圧として動作するマイコン３２とを備える。マイコン３２は、受電コイル５１の出力電圧が低下すると、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１のスイッチング素子３３をオンにするデューティーを小さくしてパルス幅変調して出力を低下させるように制御して、電源電圧の低下を防止する。

以上の電池内蔵機器と充電台は、受電コイルと送電コイルとの相対位置がずれて、受電コイルの受電電力が減少しても電池を正常に充電できる特徴がある。それは、受電コイルの相対位置がずれて受電電力が減少すると、マイコンがパルス幅変調によって、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力を小さくして、電池の充電電流を小さくするからである。パルス幅変調でＤＣ／ＤＣコンバータの出力を小さくして充電電流を減少させると、ＤＣ／ＤＣコンバータの消費電力が減少して、受電コイルの電圧低下が少なくなる。したがって、受電コイルの受電電力を電源とするマイコンの電源電圧の低下が少なくなって、マイコンの電源電圧の低下によるリセットを防止できる。このため、受電コイルの受電電力が減少する状態でのマイコンのリセットを防止し、この状態にあってもマイコンを正常に動作させて電池を正常に充電できる。

本発明の電池内蔵機器と充電台は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１を、出力電流を安定化させる定電流特性を有する回路とすることができる。
この電池内蔵機器は、電池を安定して定電流充電できる。とくに、受電コイルの受電電力が減少する状態にあっては、充電する電流を小さくして電池を定電流充電できる。

本発明の電池内蔵機器と充電台は、マイコン３２が、受電コイル５１の出力電圧と、電池５４の充電電流を検出して、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１のスイッチング素子３３をパルス幅変調するパルス幅をコントロールすることができる。

本発明の電池内蔵機器と充電台は、マイコン３２が、受電コイル５１の出力電圧でＤＣ／ＤＣコンバータ３１の出力電流を段階的に、あるいは連続的に変化させるようにスイッチング素子３３をパルス幅変調することができる。

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、特許請求の範囲を理解しやすいように、実施例に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲」および「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、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と図２は、電池内蔵機器５０を携帯機器として、これを充電台１０の装着部１２にセットする状態を示している。電池内蔵機器５０は、図２に示すように、受電コイル５１と、この受電コイル５１に電力搬送される電力で充電される電池５４を内蔵している。充電台１０は、電池内蔵機器５０をケース１１の装着部１２に脱着自在にセットして、電池内蔵機器５０の電池５４を充電する。本実施例においては、電池内蔵機器５０として、ゲーム電子機器等の電子製品を操作するリモコンが利用できる。

図２と図３の充電台１０は、上ケース１１Ａに装着部１２を設けている。上ケース１１Ａの装着部１２は、底面をＵ溝状に湾曲する湾曲底面１３としている。図の上ケース１１Ａの装着部１２は、Ｕ溝状である湾曲底面１３の長手方向が、後方に向かって上り勾配に傾斜する姿勢であって、下端にはストッパ壁１４を設けている。この装着部１２は、長手方向に直交する断面形状をＵ溝状として、電池内蔵機器５０を正確な位置に案内する。この上ケース１１Ａは、装着部１２の両側に一対の側壁１５を設けて、装着部１２の下端部にはストッパ壁１４を設ける形状にプラスチックを成形して製作している。

充電台１０は、図２と図４に示すように、上ケース１１Ａの湾曲底面１３の内側に送電コイル２１を配置している。送電コイル２１は平面状に巻かれた平面コイルで、湾曲底面１３の内面に接近して配設している。送電コイル２１は、Ｕ溝状の長手方向に細長いループ状に巻いて、長手方向に長い領域に電力搬送できるようにしている。図の送電コイル２１は平面コイルであるが、送電コイルは、湾曲底面に沿うように両側部を湾曲面とする平面コイルとすることもできる。

送電コイル２１は、受電コイル５１との反対側、図において送電コイル２１の下側にシールド層２３を設けている。シールド層２３は、透磁率の高い金属やフェライトからなる層で、送電コイル２１の受電コイル５１と反対側をシールドする。シールド層２３と送電コイル２１は、ケース１１に内蔵しているプラスチック製の支持台１６に固定している。支持台１６は、回路基板２０を挟着して下ケース１１Ｂに固定されて、シールド層２３と送電コイル２１をケース１１の定位置に配置する。この支持台１６は、湾曲底面１３に沿う傾斜面１６Ａを有し、この傾斜面１６Ａにシールド層２３と送電コイル２１とを積層して固定している。

送電コイル２１は、図５の回路図に示すように、回路基板２０に実装される高周波の電源２２に接続している。高周波の電源２２は、ＡＣアダプタ２５から入力される直流電力を高周波電力に変換して送電コイル２１に供給する。高周波の電源２２は、電池内蔵機器５０に内蔵される電池５４が満充電されると高周波電力の出力を遮断する回路を内蔵している。電池内蔵機器５０の電池５４の満充電は、電池内蔵機器５０で検出される。高周波の電源２２は、電池内蔵機器５０と通信して、電池内蔵機器５０の電池５４が満充電されたことを検出して出力を遮断することができる。

図６は、複数台の充電台１０を横に並べて、複数の電池内蔵機器５０の電池を充電する状態を示している。この状態で使用される充電台１０は、横に隣接する充電台１０に脱着自在に連結できる連結部１７を備えている。連結部１７は、水平面内で９０度回転させて、折り畳みできるように下ケース１１Ｂの底面に連結される。この連結部１７はプラスチック製で、図４に示すように、その一端部には、下ケース１１Ｂに回転できるように連結する回転軸１７ａを上に突出して設けており、他端部には、隣接する充電台１０の下ケース１１Ｂに設けた嵌着凹部１８に案内される嵌着凸部１７ｂを上に突出して設けている。下ケース１１Ｂは、連結部１７の嵌着凸部１７ｂを案内する嵌着凹部１８を底面に設けている。この連結部１７は、使用しない状態では、隣の充電台１０に突出しないように折り畳まれる。隣に充電台１０を並べて使用するときは、９０度回転して、下ケース１１Ｂから引き出し、嵌着凸部１７ｂを隣の下ケース１１Ｂの嵌着凹部１８に入れて、隣接する充電台１０を連結する。

充電台１０に内蔵される高周波の電源２２の回路図を図５に示している。この電源２２は、ＡＣアダプタ２５から入力される電源コネクタ２６と、隣の充電台１０から入力される外部入力コネクタ２７から電力が供給される。電源コネクタ２６と外部入力コネクタ２７は、図６に示すように、ケース１１の背面に固定している。さらに、ケース１１の底面には、隣の充電台１０に電力を供給する電源コード２８を脱着できるように収納している。電源コード２８を収納するために、ケース１１の底面には電源コード２８を嵌着する収納凹部１９を設けている。この電源コード２８は、高周波の電源２２に接続している。

高周波の電源２２は、電源コネクタ２６から入力される電力と、外部入力コネクタ２７から入力される電力とを切り換えて、電池内蔵機器５０の電池５４を充電する。すなわち、送電コイル２１を励磁する。図５と図６に示すように、第１の充電台１０Ａと第２の充電台１０Ｂを連結して第１の電池内蔵機器５０Ａの電池５４と第２の電池内蔵機器５０Ｂの電池５４を充電するには、以下の工程でふたつの電池内蔵機器５０の電池５４を充電する。
（１）第１の充電台１０ＡをＡＣアダプタ２５に接続して、ＡＣアダプタ２５から第１の充電台１０Ａの電源２２に直流電力を供給する。第１の充電台１０Ａの電源２２は、ＡＣアダプタ２５から入力される直流電力で送電コイル２１を励磁して、第１の電池内蔵機器５０Ａの電池５４を充電する。この状態で、第１の充電台１０Ａの電源２２は、電源コード２８からは電力を出力しない。
（２）第１の電池内蔵機器５０Ａの電池５４が満充電されると、第１の充電台１０Ａの電源２２は送電コイル２１の励磁を停止して、電源コード２８から第２の充電台１０Ｂに直流電力を出力する。
（３）第２の充電台１０Ｂの電源２２は、電源コード２８から入力される直流電力、すなわち外部入力コネクタ２７から入力される直流電力でもって、送電コイル２１を励磁して、第２の電池内蔵機器５０Ｂの電池５４を充電する。第２の電池内蔵機器５０Ｂの電池５４が満充電されると、第２の充電台１０Ｂの電源２２は送電コイル２１の励磁を停止して、電池５４の充電を終了する。

以上のように、複数の電池内蔵機器５０の電池５４を順番に充電する回路構成は、ＡＣアダプタ２５からの入力電力を大きくすることなく、複数の電池内蔵機器５０の電池５４を満充電できる。

電池内蔵機器５０は、図２に示すように、充電台１０の装着部１２に載せられる背面をＵ溝状の湾曲底面１３に沿う形状に湾曲して湾曲背面５３として、この湾曲背面５３の内側に、湾曲背面５３の沿う湾曲面に巻かれた受電コイル５１を内蔵している。図の電池内蔵機器５０は、前面と背面の一部にスイッチなどの操作部６５を設けている。電池内蔵機器５０は、充電台１０の装着部１２にセットして内蔵する電池５４を充電する。電池内蔵機器５０は、図１に示すように、上下の長手方向を後方に向かって上り勾配とする姿勢で充電台１０の装着部１２にセットされ、その下端をストッパ壁１４に載せる姿勢で装着される。

電池内蔵機器５０は、湾曲背面５３の内側に、湾曲背面５３に沿う湾曲面に巻かれた受電コイル５１を内蔵している。図２と図７の電池内蔵機器５０は、複数本の円筒形電池５４を平行に並べて収納する電池収納部６１を有する機器本体６０と、この機器本体６０の電池収納部６１に脱着自在に装着しているパック電池７０とからなる。機器本体６０は、背面に開口するように電池収納部６１を設けて、ここにパック電池７０を装着して開口部を閉塞している。図の電池内蔵機器５０は、パック電池７０に電池５４と受電コイル５１を内蔵して、湾曲背面５３の内側に受電コイル５１を収納している。機器本体６０の電池収納部６１は、図２と図７の鎖線で示すように、複数の、図にあっては２本の単三電池５４Ｂを平行に並べて収納できる形状としている。パック電池７０は、複数の、図にあっては２本の単三電池５４Ｂに代わって電池収納部６１に脱着自在に収納できる外形としている。この構造の電池内蔵機器５０は、図７に示すように、単三電池５４Ｂと充電できるパック電池７０の両方で便利に使用できる。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、脱着できないように充電できる電池を内蔵し、さらに、この電池に充電電力を切り換えする受電コイルを湾曲背面の内側に配設することもできるのはいうまでもない。機器本体６０は、図７の鎖線で示すように、電池収納部６１に単三電池５４Ｂを装着する状態では、開口部を脱着蓋６３で閉塞する。脱着蓋６３は、電池収納部６１の開口部に脱着できるように連結される。脱着蓋６３を外して、電池収納部６１に単三電池５４Ｂを装着し、単三電池５４Ｂを装着する状態で脱着蓋６３を機器本体６０に連結して電池収納部６１の開口部を閉塞する。

パック電池７０は、脱着蓋６３を外して電池収納部６１に装着される。電池収納部６１に装着されるパック電池７０は、脱着蓋を一体構造に設けている。このパック電池７０は、電池収納部６１に装着されて、開口部を閉塞する。パック電池７０を図８と図９に示している。図９は、図８に示すパック電池７０の分解斜視図である。さらに、電池内蔵機器５０を充電台１０にセットした状態の断面図を図２に示している。これらの図に示すパック電池７０は、電池５４を収納している電池ケース７１と、この電池ケース７１に収納している２本の単四電池５４Ａと、単四電池５４Ａを定位置に配置する電池ホルダ７２と、この電池ホルダ７２の上に積層するように配設されて電池５４に接続している回路基板７３と、この回路基板７３の上に積層するように配設しているブラケット７４と、このブラケット７４の上に配設しているシールド層７５と、シールド層７５の上に配設している受電コイル５１と、さらに受電コイル５１の上に配設している背面カバー７６とを備える。背面カバー７６とブラケット７４と電池ホルダ７２は、絶縁材のプラスチックを成形して製作している。

背面カバー７６は、機器本体６０の湾曲背面５３に沿う湾曲面に成形して、表面と内面を湾曲面としている。図の背面カバー７６は、電池収納部６１の脱着蓋６３に代わって使用されるので、外形を電池収納部６１の開口部を閉塞できる外形、すなわち脱着蓋６３と同じ形状に成形している。図のパック電池７０は、背面カバー７６を介して機器本体６０の電池収納部６１に連結する。この背面カバー７６は、電池収納部６１の開口部に脱着できるように、上端部（図８において左下部）に係止フック７７を一体的に成形して設けて、下端部（図８において右上部）には電池収納部６１の開口部に係止される弾性フック７８を一体的に成形して設けている。電池収納部６１は、係止フック７７と弾性フック７８を係止する係止凹部６７、６８を電池収納部６１の上下端部に設けている。このパック電池７０は、係止フック７７を係止凹部６７に引っかける状態で電池収納部６１に押し込んで、弾性フック７８を係止凹部６８に係止して、電池収納部６１に外れない状態でセットされる。弾性フック７８を弾性的に変形して係止凹部６８から外して、パック電池７０は機器本体６０から外すことができる。さらに、図２の断面図に示す背面カバー７６は、両側縁の中央部に長手方向に伸びる凸条７９を設けている。この凸条７９は、機器本体６０に設けた電池収納部６１の開口部両側に設けたガイド溝６９に入れられて、背面カバー７６を開口部に確実に連結している。

受電コイル５１は、背面カバー７６の内面に配設される。受電コイル５１は、表面に絶縁皮膜を設けている金属である銅線を平面状に巻いて平面コイルとし、これを背面カバー７６の内面の湾曲面に沿う形状に変形して、背面カバー７６の湾曲面に接近して配設している。受電コイル５１は、送電コイル２１に効率よく電磁結合できるように、電池内蔵機器５０の長手方向、すなわち単四電池５４Ａの長手方向に細長いループ状としている。

シールド層７５は、受電コイル５１の下面に積層されて、回路基板７３及び電池５４を送電コイル２１から磁気シールドする。このシールド層７５は、金属やフェライト等の透磁率の高い層で、送電コイル２１の高周波が回路基板７３や電池５４に影響を与えるのを防止する。シールド層７５は、受電コイル５１に沿う形状に湾曲されて、受電コイル５１の背面に接近して配設される。

ブラケット７４はプラスチック製で、背面カバー７６に対向する表面を、背面カバー７６に沿う湾曲面に成形している。ブラケット７４は、その表面と背面カバー７６の内面とに間に湾曲する隙間を設けて、ここに受電コイル５１とシールド層７５を挟着する状態で固定している。ブラケット７４は、回路基板７３に対向する裏面を平面状とし、あるいは回路基板７３に実装する電子部品を案内する凹部を設けた形状に成形して、回路基板７３に積層するように固定される。さらに、ブラケット７４は、受電コイル５１を定位置に配置する位置決め凸部７４ａを表面に一体的に成形して設けている。位置決め凸部７４ａは、細長い受電コイル５１の内側穴に案内されて、受電コイル５１を定位置に配置する。図１２のブラケット７４は、細長い受電コイル５１の内側穴の長手方向に離して、その両端部に位置するように設けて、受電コイル５１を定位置に配置している。さらに、ブラケット７４は、位置決め凸部７４ａのある部分を厚く成形して、電池ケース７１を固定するネジ止めボスに併用している。このブラケット７４は、電池ケース７１を貫通する止ネジ８１をブラケット７４の各位置決め凸部７４ａにねじ込んで、電池ケース７１をブラケット７４に固定できる。

回路基板７３は、電池５４を充電する充電回路を実装している。充電回路を図１０に示す。この図の充電回路３０は、受電コイル５１に誘導される受電電力を電池５４の充電電力に変換して電池５４に出力するＤＣ／ＤＣコンバータ３１と、このＤＣ／ＤＣコンバータ３１のスイッチング素子３３を受電コイル５１の出力電圧で制御して受電コイル５１からの入力をパルス幅変調して出力を制御すると共に、受電コイル５１の出力を電源電圧として動作するマイコン３２とを備える。

ＤＣ／ＤＣコンバータ３１は、受電コイル５１に誘導される交流を整流するダイオードブリッジ３４と、このダイオードブリッジ３４の出力を平滑化する平滑回路３５とを入力側に設けている。ＤＣ／ＤＣコンバータ３１は、平滑回路３５から出力される直流を、スイッチング素子３３とコイル３６を介して電池５４に供給して電池５４を充電する。スイッチング素子３３は、所定のタイミングでオンオフに切り換えられて、電池５４の充電電流をコントロールする。マイコン３２は、スイッチング素子３３をオンオフに切り換えるタイミングを制御して、すなわちパルス幅変調して、電池５４の充電電流をコントロールする。スイッチング素子３３のオン時間幅を長くして、すなわちデューティーを大きくして、電池５４の充電電流は大きくなり、反対にオン時間幅を短くして、すなわちデューティーを小さくして、電池５４の充電電流は小さくなる。スイッチング素子３３のオン時間幅を調整して、すなわちパルス幅変調して、電池５４の充電電流はコントロールされる。パルス幅変調は、スイッチング素子３３のオフ時間に対するオン時間幅を長くして、すなわちデューティーを大きくして電池５４の充電電流を大きく、反対にデューティーを小さくして充電電流を減少できる。したがって、パルス幅変調は、スイッチング素子３３をオンオフに切り換えるデューティーを調整して、電池５４の充電電流をコントロールする。

図１０の充電回路３０において、マイコン３２の出力ポート３２ａからＨｉｇｈ出力が出力されるとき、スイッチング素子３３はオン状態となる。詳細には、マイコン３２の出力ポート３２ａからＨｉｇｈ出力が出力されると、トランジスタＴｒ１はオン状態となり、トランジスタＴｒ２はオン状態、トランジスタＴｒ３はオフ状態となり、スイッチング素子３３はオン状態となる。また、マイコン３２の出力ポート３２ａからＬｏｗ出力が出力されるとき、スイッチング素子３３はオフ状態となる。詳細には、マイコン３２の出力ポート３２ａからＬｏｗ出力が出力されると、トランジスタＴｒ１はオフ状態となり、トランジスタＴｒ２はオフ状態、トランジスタＴｒ３はオン状態となり、スイッチング素子３３はオフ状態となる。トランジスタＴｒ２、Ｔｒ３を出力ポート３２ａからの出力で直接動作させることも可能ではあるが、コイル３６の電圧が変動することで、出力ポート３２ａに過電圧が印加されマイコン３２が破損する可能性があるので、トランジスタＴｒ１を利用してこのような不具合を解消している。

マイコン３２は、受電コイル５１と送電コイル２１とが正常に電磁結合される状態にあるとき、あらかじめ設定している電流、たとえば２５０ｍＡの定電流で電池５４を充電する。いいかえると、電池５４を２５０ｍＡの正常定電流で充電するように、パルス幅変調によって、スイッチング素子３３のオン時間幅を調整する。電池５４の充電電流を検出するために、電池５４と直列に電流検出抵抗３７を接続している。この電流検出抵抗３７の両端の電圧は、充電電流に比例するので、この電圧から電池５４の充電電流を検出できる。したがって、この電流検出抵抗３７の両端の電圧がマイコン３２に入力される。マイコン３２は、この電流検出抵抗３７の両端の電圧が所定の設定値となるように、パルス幅変調して電池５４を定電流充電する。

マイコン３２は、平滑回路３５から供給される電圧を電源電圧として動作する。したがって、平滑回路３５の出力を、電源ライン３８を介してマイコン３２の電源回路（図示せず）に接続している。電池内蔵機器５０が充電台１０の正しい位置にセットされないと、送電コイル２１から受電コイル５１への搬送電力が減少する。受電コイル５１が、送電コイル２１に電磁結合して、電力を誘導しているからである。この状態で電池５４を定電流充電して、電池５４の充電に消費される電力が受電電力よりも大きくなると、平滑回路３５の出力電圧が低下する。平滑回路３５の電圧が低下すると、マイコン３２の電源電圧が低下して、マイコン３２がリセットされて、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１を制御できなくなって充電が停止される。この弊害を防止するために、マイコン３２は、電源電圧の低下を検出すると、パルス幅変調によって、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１の出力を小さくして充電電流を小さくする。たとえば、定電流充電する設定電流を正常設定電流の２５０ｍＡから、減少設定電流として２００ｍＡ、または１５０ｍＡに減少する。マイコン３２が電源電圧の低下を検出して、低下させる減少設定電流は、あらかじめマイコン３２のメモリ（図示せず）に記憶している。メモリは、低下する電源電圧に対する減少設定電流をルックアップテーブルに記憶し、あるいは低下する電源電圧に対する減少設定電流を、関数として連続的に変化する減少設定電流として記憶している。

マイコン３２は、電池内蔵機器５０を充電台１０にセットして電池５４の充電を最初に開始するとき、正常設定電流である、たとえば２５０ｍＡの定電流で電池５４の充電を開始する。この状態で充電を開始して、受電コイル５１の受電電力が小さいと、電池５４の充電に使用する電力が大きくなって、受電コイル５１の出力電圧、すなわち平滑回路３５の出力電圧が低下して、マイコン３２の電源電圧が低下する。マイコン３２は、電源電圧の低下を検出すると、パルス幅変調によって、スイッチング素子３３のオン時間幅を短くして、電池５４を定電流充電する設定電流を減少設定電流に小さくする。このとき、マイコン３２が変更する減少設定電流はメモリに記憶されている。マイコン３２が、パルス幅変調をコントロールして、電池５４を定電流充電する電流を減少設定電流に減少すると、電池５４を充電する消費電力が小さくなって、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１の負荷が小さくなる。このため、平滑回路３５の出力電圧、すなわち、受電コイル５１の出力電圧の低下が少なくなる。この状態で、さらにマイコン３２の電源電圧が低下すると、マイコン３２は、パルス幅変調によってスイッチング素子３３をオンに切り換えるデューティーをより小さく制御して、電池５４を定電流充電する減少設定電流を、さらに小さい設定値に変更する。マイコン３２が、電池５４を定電流充電する設定電流を、最小の設定値に変更してもさらに電源電圧が低下すると、マイコン３２は充電を停止するようにＤＣ／ＤＣコンバータ３１を制御、すなわちスイッチング素子３３をオフ状態に保持する。

充電している途中で、ユーザーが電池内蔵機器５０を正しい位置に変更して、受電コイル５１の受電電力が大きくなると、マイコン３２の電源電圧は上昇する。マイコン３２は、減少設定電流で電池５４を充電している状態で、電源電圧の上昇を検出すると、電池５４を定電流充電する設定電流を減少設定電流から正常設定電流に向かって大きく変更するようにパルス幅変調を制御する。したがって、受電コイル５１の受電電力が正常になると、マイコン３２は正常設定電流で電池５４を充電する。ただ、電池内蔵機器５０と充電台１０の相対位置は、ユーザーが電池内蔵機器５０を充電台１０にセットする位置を変更しないかぎり変化しない。したがって、マイコン３２は、ユーザーが電池内蔵機器５０の位置を変更して、受電コイル５１と送電コイル２１との相対位置を変更しないかぎり、定電流充電する設定電流を変更しないように、パルス幅変調する。

マイコン３２は、マイコン３２に入力される電源電圧を検出して、定電流充電する設定電流を変更する。マイコン３２は、受電コイル５１の出力電圧が低下すると、制御部４３が、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１のスイッチング素子３３をオンにする時間幅を狭くするように、すなわちデューティーを小さくしてパルス幅変調して、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１の出力を低下させるように制御して、マイコン３２に入力される電源電圧が低下するのを防止する。図１０の充電回路３０は、電源電圧を検出するために、電圧検出ライン３９をＡ／Ｄコンバータ４０の入力端子４０ａに接続している。この充電回路３０は、電圧検出ライン３９をＡ／Ｄコンバータ４０に入力する回路を設ける必要がある。

図１１に示すマイコン３２は、電圧検出ラインをＡ／Ｄコンバータの入力端子に接続する回路を省略して、電源電圧を検出する。このマイコン３２は、入力電圧をデジタル電圧値に変換して電圧を検出するＡ／Ｄコンバータ４０と、このＡ／Ｄコンバータ４０に基準電圧を供給する内部基準電圧回路４１とを備える。このマイコン３２は、Ａ／Ｄコンバータ４０の電源端子４０ｂに入力される基準電圧であって、Ａ／Ｄコンバータ４０がＡ／Ｄ変換する基準電圧を、内部基準電圧回路４１から入力される内部基準電圧として、Ａ／Ｄ変換する。このマイコン３２は、通常の状態、たとえば電池５４の電圧、電流などをデジタル信号に変換するときは、内部基準電圧回路４１から入力される内部基準電圧を基準電圧としてＡ／Ｄコンバータ４０の電源端子４０ｂに入力して、入力電圧をデジタル値に変換する。そして、図１１に示すマイコン３２においては、電源ライン３８からの電源電圧を、基準電圧にして、内部基準電圧回路４１から入力する電圧をＡ／Ｄ変換できることにより、電源電圧が変化した場合、内部基準電圧のＡ／Ｄ変換結果が変化することにより、電源電圧の変化を検出することができる。図１１のマイコン３２は、図１０と比較するなら、図１０の電源ライン３９が不要となるため、簡便な回路構成となる。

回路基板７３は、以上の充電回路３０を実現する電子部品８４を実装している。回路基板７３は、実装する電子部品８４を、図９において下面（図２において上面）、すなわち電池側に固定している。

電池ホルダ７２は、複数本、図においては２本の単四電池５４Ａを定位置に配置すると共に、回路基板７３を定位置に配置する。電池ホルダ７２はプラスチック製で、電池対向面に電池５４の嵌着凹部７２ａを設ける形状に成形している。図のパック電池７０は、２本の単四電池５４Ａを内蔵するので、単四電池５４Ａの円筒に沿う形状の嵌着凹部７２ａを平行に２列に設けている。パック電池７０の単四電池５４Ａは、図２の鎖線で示す単三電池５４Ｂに代わって電池収納部６１に装着される。単四電池５４Ａは単三電池５４Ｂよりも外径が小さいので、図２に示すように、電池収納部６１に装着される単三電池５４Ｂよりも中心位置を両側に離して配置して、電池間の隙間を広くして、ここに回路基板７３に実装する電子部品８４を配置する収納スペース８２を設けている。すなわち、単四電池５４Ａは、できる限り外側に離して配置して、電池間の収納スペース８２を広くしている。

電池ホルダ７２は、回路基板７３との対向面である基板対向面に、回路基板７３を定位置に嵌着する周壁７２ｂを一体的に成形して設けている。この周壁７２ｂの内側に回路基板７３を嵌着して、定位置に固定している。さらに、電池ホルダ７２は、回路基板７３に固定している電子部品８４を案内する凹部７２ｃを基板対向面に設けている。この凹部７２ｃは、隣接する電池５４の間にあって、電池５４の間にできる収納スペース８２を有効に利用して、電子部品８４を配設している。

電池ケース７１は、内部に複数、図にあっては２本の単四電池５４Ａを収納できる箱形にプラスチックを成形して、開口部を背面カバー７６に連結している。箱形の電池ケース７１は、開口縁を背面カバー７６に嵌合係止構造で連結し、あるいは溶着して連結して、開口部を背面カバー７６で閉塞して組み立てられる。図２の断面図に示す電池ケース７１は、電池収納部６１に設けている隔壁６６を案内する案内溝７１ａを底面に設けている。隔壁６６は、単三電池５４Ｂを定位置に収納するために、電池５４の間に設けている。さらに、電池ケース７１は、案内溝７１ａの両側に、単四電池５４Ａを定位置に配置する保持リブ７１ｂを一体的に成形して設けている。この電池ケース７１は、保持リブ７１ｂと両側の側壁との間に単四電池５４Ａを入れて定位置に配置している。さらに、図８と図９に示す電池ケース７１は、出力端子８３を外部に露出させる端子窓７１ｃを開口して、端子窓７１ｃから出力端子８３を外部に露出している。図に示す出力端子８３は、弾性変形する金属板を折曲加工したもので、電池ケース７１の内側に折曲してなる折曲片８３ａを電池５４の端部電極に弾性的に押圧させて電気接続している。さらに、一方の出力端子８３（図８において下側の出力端子）は、折曲片８３ａと反対側に折曲してなる弾性突出片８３ｂを設けており、この弾性突出片８３ｂを端子窓７１ｃから突出させている。端子窓から突出する弾性突出片８３ｂは、電池収納部６１に設けている電源端子６２を弾性的に押圧して電気接続される。パック電池７０の出力端子８３は、図７に示すように、電池収納部６１に設けている電源端子６２に接触して、機器本体６０に電力を供給する。電源端子６２は、電池収納部６１に収納される単三電池５４Ｂの電極に接触する位置に配置される。したがって、単三電池５４Ｂに代わってパック電池７０を収納して、パック電池７０から機器本体６０に電力が供給される。

以上のパック電池７０は、以下の工程で組み立てられる。
（１）電池ケース７１に電池５４を収納し、この電池５４の上に電池ホルダ７２を配設して電池５４を定位置に配置する。
（２）電池ホルダ７２の上に回路基板７３とブラケット７４を積層し、さらに、ブラケット７４の上にシールド層７５を介して受電コイル５１を積層して、受電コイル５１をブラケット７４の定位置に配置する。この状態で、回路基板７３と電池５４と受電コイル５１とを接続し、電池ケース７１の端子窓７１ｃの内側に回路基板７３に接続している出力端子８３を配置する。
（３）電池ケース７１を貫通する止ネジ８１をブラケット７４の位置決め凸部７４ａにねじ込んで、ブラケット７４を電池ケース７１に固定して電池組立８０とする。
（４）電池ケース７１の開口縁を背面カバー７６に固定して、電池組立８０を背面カバー７６に固定する。

さらに、パック電池は、出力端子を図１２と図１３に示す構造とすることもできる。これらの図に示すパック電池７０は、一方の出力端子（図において左側の出力端子）であって、電池ケース７１から突出する接触部を有する出力端子８５を、弾性金属線を加工してなるバネ接点としている。図の出力端子８５は、金属線の中央部分を矩形状に折曲して電池ケース７１から外部に突出する弾性突出部８５Ａとすると共に、金属線の両端を固定部８５Ｃとして回路基板７３に固定している。弾性突出部８５Ａと固定部９５Ｃとの中間には左右対称にコイル部８５Ｂを設けており、このコイル部８５Ｂを軸として弾性突出部８５Ａを回動させて、弾性突出部８５Ａを電池ケース７１の外側に弾性的に押し出す構造としている。さらに、出力端子８５は、両側のコイル部８５Ｂと固定部８５Ｃとの間に立ち上げ部８５Ｄを設けて、コイル部８５Ｂを回路基板７３から離れた位置に配置している。この構造の出力端子８５は、弾性突出部８５Ａの両側にコイル部８５Ｂを設けると共に、両側の固定部８５Ｃを回路基板７３に固定しているので、弾性突出部８５Ａの接点圧を２倍にできる。また、２箇所の固定部８５Ｃを回路基板７３にハンダ付けして固定することで、回路基板７３への接続抵抗を小さくしながら、安定して支持できる特徴がある。

さらに、弾性押圧部８５Ａは、電源端子と接触する部分を山形に折曲して接触部８５ａとしている。この弾性押圧部８５Ａは、山形に折曲してなる２つの接触部８５ａを電源端子に接触させるので、接触抵抗を小さくしながら安定して電気接続できる。さらに、出力端子８５は、弾性押圧部８５Ａの先端部８５ｂを電池ケース７１に設けた挿入部７１ｄに挿入しており、この先端部８５ｂを、挿入部７１ｄの位置決め壁７１ｅに当接させて、接触部８５ａの突出量を制限している。この構造は、弾性突出部８５Ａを保護しながら、安定した接触圧を維持できる。

さらに、このパック電池は、図１３に示すように、バネ接点である出力端子８５を配置する側の電池５４の端部において、電池５４の端部電極にリード板８６をスポット溶接すると共に、このリード板８６を回路基板７３にハンダ付けして固定している。さらに、このリード板８６の両側において、出力端子８５の固定部８５Ｃを回路基板７３にハンダ付けして固定しており、これにより省スペースで安定して組み立てできるようにしている。さらに、電池ケース７１から弾性突出部８５Ａを突出させる端子窓７１ｆは、出力端子８５のコイル部８５Ｂを保持する形状としてコイル部８５Ｂの保持部に併用している。この構造は、電池ケース７１の端子窓７１ｆでコイル部８５Ｂを保持するので、別部品を使用することなく、出力端子８５を絶縁しながら安定して保持できる特徴がある。

本発明の一実施例にかかる携帯機器と充電台の斜視図である。 図１に示す携帯機器と充電台のＡ−Ａ線断面図である。 充電台の斜視図である。 図３に示す充電台の上ケースを外した斜視図である。 本発明の一実施例にかかる携帯機器と充電台の回路図であって、複数の充電台を並べて使用する状態を示す図である。 複数の充電台を並べて使用する状態を底面から見た背面斜視図である。 携帯機器からパック電池を取り外す状態を示す分解斜視図である。 図７に示すパック電池の底面斜視図である。 図８に示すパック電池の分解斜視図である。 電池内蔵機器の一例を示す回路図である。 電池内蔵機器の他の一例を示す回路図である。 パック電池の他の一例を示す斜視図である。 図１２に示すパック電池の出力端子を示す斜視図である。

符号の説明

１０…充電台 １０Ａ…第１の充電台
１０Ｂ…第２の充電台
１１…ケース １１Ａ…上ケース
１１Ｂ…下ケース
１２…装着部
１３…湾曲底面
１４…ストッパ壁
１５…側壁
１６…支持台 １６Ａ…傾斜面
１７…連結部 １７ａ…回転軸
１７ｂ…嵌着凸部
１８…嵌着凹部
１９…収納凹部
２０…回路基板
２１…送電コイル
２２…電源
２３…シールド層
２５…ＡＣアダプタ
２６…電源コネクタ
２７…外部入力コネクタ
２８…電源コード
３０…充電回路
３１…ＤＣ／ＤＣコンバータ
３２…マイコン ３２ａ…出力ポート
３３…スイッチング素子
３４…ダイオードブリッジ
３５…平滑回路
３６…コイル
３７…電流検出抵抗
３８…電源ライン
３９…電圧検出ライン
４０…Ａ／Ｄコンバータ ４０ａ…入力端子
４０ｂ…電源端子
４１…内部基準電圧回路
４３…制御部
５０…電池内蔵機器 ５０Ａ…第１の電池内蔵機器
５０Ｂ…第２の電池内蔵機器
５１…受電コイル
５３…湾曲背面
５４…電池 ５４Ａ…単四電池
５４Ｂ…単三電池
６０…機器本体
６１…電池収納部
６２…電源端子
６３…脱着蓋
６５…操作部
６６…隔壁
６７…係止凹部
６８…係止凹部
６９…ガイド溝
７０…パック電池
７１…電池ケース ７１ａ…案内溝
７１ｂ…保持リブ
７１ｃ…端子窓
７１ｄ…挿入部
７１ｅ…位置決め壁
７１ｆ…端子窓
７２…電池ホルダ ７２ａ…嵌着凹部
７２ｂ…周壁
７２ｃ…凹部
７３…回路基板
７４…ブラケット ７４ａ…位置決め凸部
７５…シールド層
７６…背面カバー
７７…係止フック
７８…弾性フック
７９…凸条
８０…電池組立
８１…止ネジ
８２…収納スペース
８３…出力端子 ８３ａ…折曲片
８３ｂ…弾性突出片
８４…電子部品
８５…出力端子 ８５Ａ…弾性突出部
８５ａ…接触部
８５ｂ…先端部
８５Ｂ…コイル部
８５Ｃ…固定部
８５Ｄ…立ち上げ部
８６…リード板

Claims (4)

1. 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電池(54)を内蔵する電池内蔵機器(50)と、この電池内蔵機器(50)を脱着自在にセットして電池内蔵機器(50)の受電コイル(51)に送電コイル(21)から磁気誘導作用で電力を搬送して電池内蔵機器(50)の電池(54)を充電する充電台(10)とからなり、
   前記電池内蔵機器(50)は、受電コイル(51)に誘導される電力を電池(54)の充電電力に変換して出力するＤＣ／ＤＣコンバータ(31)と、このＤＣ／ＤＣコンバータ(31)のスイッチング素子(33)を前記受電コイル(51)の出力電圧で制御して受電コイル(51)からの入力をパルス幅変調して出力を制御すると共に、受電コイル(51)の出力を電源電圧として動作するマイコン(32)とを備え、
   このマイコン(32)が、受電コイル(51)の出力電圧が低下すると、ＤＣ／ＤＣコンバータ(31)のスイッチング素子(33)をオンにするデューティーを小さくしてパルス幅変調して出力を低下させるように制御して、電源電圧の低下を防止するようにしてなる電池内蔵機器と充電台。
2. 前記ＤＣ／ＤＣコンバータ(31)が、出力電流を安定化させる定電流特性を有する回路である請求項１に記載される電池内蔵機器と充電台。
3. 前記マイコン(32)が、受電コイル(51)の出力電圧と、電池(54)の充電電流を検出してＤＣ／ＤＣコンバータ(31)のスイッチング素子(33)をパルス幅変調するパルス幅をコントロールする請求項１に記載される電池内蔵機器と充電台。
4. 前記マイコン(32)が、受電コイル(51)の出力電圧でＤＣ／ＤＣコンバータ(31)の出力電流を段階的に、あるいは連続的に変化させるようにスイッチング素子(33)をパルス幅変調する請求項１に記載される電池内蔵機器と充電台。

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