JP2010028969A - 充電器 - Google Patents

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Abstract

【課題】不必要な充電器の機能、機構を備えることなく、ユーザーの必要性に応じた複数の電池を充電できる充電器を提供することを目的とする。
【解決手段】電池40を充電する充電器100が、充電する電力を供給する電源回路12と、この電源回路12を制御する制御部13と、電源回路12の入力側に入力スイッチ18を介して接続してなる出力端子19を備えており、制御部13は、電池40が満充電されると、電源回路12をオフ状態として、入力スイッチ18をオンとして、入力される電力を出力端子19から出力することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、充電器に関する。
下記に示す特許文献においては、装着される複数の電池ユニットを充電できるように、これらに対応して、充電器には、複数の充電接点が設けられている。そして、これらの複数の充電接点に、１つの電源回路から、順次、電力が供給し、充電できるように、複数のスイッチが設けられている。
特開２０００−２５３５９５
この公報の充電器においては、複数の電池ユニットとして、４つの電池ユニットが充電でき、これに対応して、４組の充電接点、スイッチが設けられている。
ユーザーが２つの充電ユニットを保有し、充電する場合には、２組の充電接点、スイッチが必要なだけで、その他の充電接点、スイッチは不要であり、不必要とする充電器機構、機能を備えた充電器を購入することになり、無駄となる。
一方、ユーザーが５つの充電ユニットを保有し、充電する場合には、上記公報の充電器を２つ購入する必要があり、上述と同様に、不必要とする充電器機構、機能を備えた充電器を購入することになり、無駄となる。
本発明は、さらにこのような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、不必要な充電器の機能、機構を備えることなく、ユーザーの必要性に応じた複数の電池を充電できる充電器を提供することを目的とする。
本発明の充電器は、電池40を充電する充電器100が、充電する電力を供給する電源回路12と、この電源回路12を制御する制御部13と、電源回路12の入力側に入力スイッチ18を介して接続してなる出力端子19を備えており、制御部13は、電池40が満充電されると、電源回路12をオフ状態として、入力スイッチ18をオンとして、入力される電力を出力端子19から出力することを特徴とする。
本発明の充電器は、本発明の充電器を複数個用いて、ひとつの充電器の出力端子からの出力を、他の充電器に接続することにより、ひとつの充電器により電池を満充電した後、他の充電器にて電池を充電することができる。そして、ユーザーの必要な数だけの充電器にて、複数の電池を順次充電することができるので、上述の従来技術と比較して、充電器が不必要機能、機構を備えることがない。
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情報伝送方法とこの情報伝送方法を使用する充電台及び電池内蔵機器を例示するものであって、本発明は、情報伝送方法と、充電台及び電池内蔵機器を以下のものには特定しない。
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は、充電できる電池４０を電源として内蔵する電池内蔵機器３０と、この電池内蔵機器３０をセットして、内蔵する電池４０を充電する充電台１０のブロック図を示している。電池内蔵機器３０に内蔵される電池４０は、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池、リチウムイオン電池などの充電できるすべての電池とすることができる。また、図３は、ひとつのＡＣアダプタ２０を２台の充電台１０に接続する状態を示している。
図１、図３のブロック図は、 電池４０を充電する充電器１００が、充電する電力を供給する電源回路１２と、この電源回路１２を制御する制御部１３とから構成される。充電器１００は、充電台１０と、電池内蔵機器３０とで構成される。
電池内蔵機器３０は、充電台１０の送電コイル１１に電磁結合される受電コイル３１と、この受電コイル３１に誘導される交流を整流して電池４０を充電する直流に変換する充電回路３２と、充電される電池４０の状態、たとえば電圧と電流と温度と満充電を検出する検出回路３３と、この検出回路３３で検出される情報を受電コイル３１の負荷を切り換えるスイッチング素子３５を制御して伝送する情報伝送回路３４とを備えている。
充電回路３２は、図示しないが、受電コイル３１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。充電回路３２は、充電する電池４０のタイプにより最適な回路に設計される。たとえば、ニッケル水素電池やニッケルカドミウム電池を充電する充電回路は、出力電流を安定化する定電流回路を備えており、リチウムイオン電池を充電する充電回路は定電圧・定電流充電回路を内蔵している。
検出回路３３は、電池４０の電圧と電流と温度と満充電を検出する。電流を検出する回路は、電池と直列に接続している電流検出抵抗（図示せず）の両端の電圧をアンプ（図示せず）で増幅して検出する。アンプの出力電圧から充電電流は検出される。電池の温度を検出する回路は、電池に熱結合するように配置している温度センサ（図示せず）を接続している。温度センサは、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。さらに、ニッケル水素電池やニッケルカドミウム電池を内蔵する電池内蔵機器の検出回路は、充電している電池のピーク電圧を検出して、又はピーク電圧からのΔＶ低下を検出して、満充電を検出する。リチウムイオン電池を内蔵する電池内蔵機器は、電池の電圧を検出して満充電を検出したり、定電流充電後、定電圧充電において充電電流が所定値以下になったとき満充電を検出する。
情報伝送回路３４は、充電回路３２を介して受電コイル３１に接続されたスイッチング素子３５と、このスイッチング素子３５のオンオフを制御する制御回路３６とを備えている。制御回路３６はマイコン等からなり、受電コイル３１からの電力を電源として動作する。図１に示す電池内蔵機器３０は、電池４０に直列にスイッチング素子３５を接続している。このスイッチング素子３５には、電池４０の充電状態をオンオフに制御するスイッチング素子を併用することができる。このスイッチング素子３５は、オフに制御されて、充電回路３２を介して受電コイル３１の負荷をオープンにする。ただ、図示しないが、スイッチング素子は、充電回路を介することなく、受電コイルに直列に接続することもできる。このスイッチング素子も、オフに制御されて、受電コイルの負荷を直接にオープンにする。制御回路３６は、検出回路３３で検出される電池等の情報に基づいて、対応するパターンでスイッチング素子３５を制御して、受電コイル３１の負荷を変化させる。受電コイル３１に誘導される交流電力は充電回路３２に入力されて、充電回路３２で直流に変換されて電池４０を充電する。受電コイル３１で電池４０を充電する状態で、制御回路３６はスイッチング素子３５をオン状態とする。オン状態のスイッチング素子３５は、充電回路３２の出力を電池４０に供給して電池４０を充電する。制御回路３６は、電池４０の充電を停止し、あるいは電池の情報を送電コイル１１側の充電台１０に伝送するときに、スイッチング素子３５をオフに切り換える。
スイッチング素子３５をオンからオフに切り換えて、受電コイル３１の負荷をオープンに切り換えると、受電コイル３１に電磁結合している送電コイル１１の電流は変化する。図２は、受電コイル３１から充電回路３２に供給する消費電力に対する、送電コイル１１の電流を示している。この図に示すように、スイッチング素子３５をオフに切り換えて、受電コイル３１の負荷をオープンにして充電回路３２に供給する電力を０とすると、送電コイル１１の電流も減少する。したがって、送電コイル１１側の充電台１０は、送電コイル１１の電流を検出して、スイッチング素子３５がオンからオフに切り換えられたことを検出できる。
図１に示す電池内蔵機器３０の制御回路３６がスイッチング素子３５をオンオフに切り換えて、電池の情報を伝送する状態を図４に示す。この図は、制御回路３６がスイッチング素子３５をオンオフに切り換えて、受電コイル３１の電流を所定のパターンで断続する状態を示している。この図において、横軸は時間を、縦軸は受電側電力波形（電池４０の充電電力）を示しており、縦軸の受電側電力波形は、送電側電流波形あるいはスイッチング素子３５の制御パターンと同等のパターンとなる。このようなパターンは、受電コイル３１の負荷の変化でもある。
図４の（１）は、電池の情報として、電池４０を充電する状態を示している。この状態で、制御回路３６は、スイッチング素子３５を連続してオン状態とする。ただし、図の鎖線で示すように、スイッチング素子３５を一時的にパルス状にオフに切り換える（例えば、４．５秒間充電オン、０．５秒間充電オフ）こともできる。この状態で、送電コイル１１から受電コイル３１に電力搬送し、受電コイル３１の出力は充電回路３２に供給されて電池４０を充電する。この状態を検出する送電コイル１１側の充電台１０は、ＬＥＤ１７からなるパイロットランプを点灯して充電状態にあることを表示する。
図４の（２）は、充電の待機状態であって、制御回路３６は、この状態でスイッチング素子３５をオフに保持し、一時的にパルス状にオンに切り換えて、充電の待機状態であることを送電コイル１１側の充電台１０に伝送する（パルスの周期は、たとえば、約５００ｍ秒に設定でき、パルス幅は、たとえば、約７０ｍ秒に設定できる）。充電台１０は、充電待機中であることを検出して、送電コイル１１から受電コイル３１に電力搬送して電池４０を充電できる状態とする。この状態は、電池４０を充電できる状態にあるので、ＬＥＤ１７のパイロットランプは点灯される。このような充電待機状態は、たとえば、充電開始時の電池温度が、所定温度範囲（たとえば、０〜４０℃）を外れるときの状態である。
図４の（３）は、電池４０が満充電された状態であって、制御回路３６はスイッチング素子３５をオフに切り換える。ただ、この状態で、制御回路３６は、図の鎖線で示すように、連続してオフに保持されるスイッチング素子３５を、所定の周期でオンに切り換えて、満充電されたことを送電コイル１１側の充電台１０に伝送することもできる（パルスの周期は、たとえば、約２００ｍ秒に設定でき、パルス幅は、たとえば、約１００ｍ秒に設定できる）。送電コイル１１は、スイッチング素子３５が連続して所定の時間オフに保持されることを検出して、送電コイル１１から受電コイル３１への電力搬送を停止、すなわち送電コイル１１に交流電力の供給を停止する。この状態で、送電コイル１１側の充電台１０は、ＬＥＤ１７を消灯して充電を停止したことを表示する。
図４の（４）は、電池４０を正常に充電できない充電エラーを検出する状態で、制御回路３６は、所定の周期で、たとえば１００ｍ秒の周期で、所定の時間幅、たとえば１０ｍ秒の時間はスイッチング素子３５をオンに切り換えて充電エラーの情報を充電台１０に伝送する。充電台１０は、充電エラーを検出して、送電コイル１１から受電コイル３１への電力搬送を停止する。すなわち、送電コイル１１への交流電力の供給を停止する。この状態で、充電台１０は、ＬＥＤ１７のパイロットランプを点滅させて、充電エラーを表示する。
図４の（５）は、制御回路３６が所定のパターン（たとえば、パルス周期約２０ｍ秒、パルス幅約１０ｍ秒）でスイッチング素子３５をオンオフに切り換えて、電池の情報として、ＩＤ情報を充電台１０に伝送する。充電台１０は、伝送されるＩＤを認識して、正常であることを確認した後、充電を開始、すなわち送電コイル１１から受電コイル３１に電力搬送する。充電台１０は、ＩＤを認識して、正常であれば送電コイル１１から受電コイル３１に電力搬送を開始するが、正常でないと判定すると、送電コイル１１から受電コイル３１への電力搬送を開始しない。すなわち、送電コイル１１に交流電力の供給を開始しない。ここで、充電台１０は、電池内蔵機器３０の装着を検知したら、まず送電を開始する。電池内蔵機器３０の制御回路３６は、充電台１０から搬送される電力を電源として起動して、ＩＤを伝送できる状態となる。充電台１０は、送電開始後、既定時間以内に電池内蔵機器３０からＩＤ情報が伝送されるかどうかを検出し、ＩＤを認識できなければ送電を停止する。
以上の図４に示すパターンは、パルスの周期を２００〜１０００ｍ秒程度の範囲とし、パルス幅を５〜２００ｍ秒程度の範囲として、各電池等の情報のパターンを区別できるように設定することができる。
このようなパターンは、パルス１周期で検出、認識できるようなパターンとなってはいるが、充電台１０側で確実に検出できるように、数回のパルス周期（２〜１０回、望ましくは３〜６回、さらに望ましくは４回）にわたって繰り返される。ここで、このようなパターンにより、電池４０が充電され、電流、電圧、電力が印加されることになるので、電池等の情報のための充電は、充電台１０側で確実に検出できると共に、充電による電池への悪影響（過充電等）を考慮して、上記の回数のパルス周期とすることが望ましい。
なお、１周期のパルスパターンを同じとして、パルス周期の回数を異なる回数とすることにより、各電池等の情報を区別することもできる。
充電台１０は、入力される電力を所定の周波数の交流に変換して送電コイル１１に供給する電源回路１２と、この電源回路１２を制御して送電コイル１１への電力供給をコントロールする送電制御部１３と、送電コイル１１の電流変化から電池等の情報を検出して、電池等の情報を送電制御部１３に出力する情報受信回路１４とを備える。
電源回路１２は、充電する電力を供給し、ＡＣアダプタ２０から入力される直流を所定の周波数と電圧の交流（あるいは脈流）に変換するＤＣ／ＡＣインバータである。この電源回路１２は、トランス（図示せず）の一次側に接続しているパワートランジスタ（図示せず）を所定の周期でオンオフに切り換えて、直流を交流に変換して出力する。この電源回路１２は、パワートランジスタをオフに保持するように切り換えて、送電コイル１１への交流出力を遮断できる。
情報受信回路１４は、電源回路１２に供給される電流（換言するなら、送電コイル１１に流れる電流）を検出して、受電コイル３１の負荷変動、すなわちスイッチング素子３５のオンオフを検出する。図に示す情報受信回路１４は、電源回路１２に供給される電流を検出する電流検出回路１５である。スイッチング素子３５がオフに切り換えられると、図２に示すように、送電コイル１１の電流が減少し、電源回路１２の消費電力が減少することから、電源回路１２に供給される電流の減少を検出してスイッチング素子３５のオフを検出できる。ただ、図示しないが、情報受信回路は、送電コイルに流れる電流を直接に検出する電流検出回路とすることもできる。スイッチング素子３５がオフに切り換えられると、図２に示すように、送電コイル１１の電流が減少することから、電源回路１２に供給される電流の減少を検出してスイッチング素子３５のオフを検出できる。受電コイル３１側の電池内蔵機器３０は、電池４０の状態を検出して、スイッチング素子３５をオフに切り換えて電池等の情報を伝送することから、情報受信回路１４は、電流検出回路１５が検出する電流の変化から電池等の情報を検出、出力できる。たとえば、電流検出回路１５は、図４の（１）〜（５）に示すパターンで電流が変化することを検出して、（１）…充電中、（２）…充電待機中、（３）…充電終了、（４）…充電エラー、（５）…ＩＤの情報として、受電コイル３１側の情報を検出、出力する。
マイコン等を内蔵する制御部として送電制御部１３は、情報受信回路１４である電流検出回路１５から入力される電池等の情報で、各電池等の情報に対応するように、電源回路１２を制御する。すなわち、図４の（１）の充電中と（２）の充電待機中にあっては、電源回路１２から送電コイル１１に交流電力を供給して、送電コイル１１から受電コイル３１に電力搬送する状態とする。また、図４の（３）の電池４０が満充電された状態と、（４）の充電エラーの情報を検出すると、送電制御部１３は、電源回路１２を、出力を停止する状態に制御する。電源回路１２のＤＣ／ＡＣインバータは、トランスの一次側に接続しているパワートランジスタなどの半導体スイッチング素子をオフに保持して、送電コイル１１への交流電力の出力を遮断できる。また、送電制御部１３は、電流検出回路１５からＩＤが正常である情報が入力されると、送電コイル１１への交流電力の供給を開始し、ＩＤが正常でない情報が入力されると、送電コイル１１への交流電力の供給を停止する。
ここで、送電制御部１３は、情報受信回路１４である電流検出回路１５から入力される電圧を、所定の周期、たとえば、５ｍ秒周期（図４に示すような最小パルス幅より、短い周期に設定される。）にて、電圧データとして取り込むことで、検出、演算して、電池等の情報として、認識、判定している。そして、送電制御部１３は、電池等の情報を認識、判定してから、電池等の情報に対応して、電源回路１２を制御する。
さらに、送電制御部１３は、情報受信回路１４である電流検出回路１５から入力される電池等の情報で、電源回路１２をコントロールする。電池内蔵機器３０は、検出回路３３で電池４０の電圧や電流や温度を検出し、制御回路３６が検出する信号でスイッチング素子３５をオンオフに切り換えて電池等の情報を充電台１０に伝送する。したがって、充電台１０は、電池内蔵機器３０から伝送される電池４０の電圧や電流や温度などを示す電池等の情報を電流検出回路１５で検出し、検出する電池等の情報でもって送電制御部１３が電源回路１２を制御することもできる。たとえば、電池４０の電圧や電流や温度が異常な範囲になると、電源回路１２の出力を遮断して送電コイル１１から受電コイル３１への電力搬送を停止することもできる。
また、充電台１０は、電池内蔵機器３０がセット、装着されたことを、以下のようにして検出する。図１に示す電池内蔵機器３０は、磁石３７（後述する図１１、図１３において背面カバー７６の内側収納凹部に収納されている）を内蔵しており、充電台１０は、定位置にセットされる電池内蔵機器３０の磁石３７と対向する位置にホールＩＣ１６を内蔵している。この充電台１０は、ホールＩＣ１６（後述する図８において、電池内蔵機器３０が充電台１０に設置された状態で、磁石３７に対向するように、斜めに設置された支持板１６’にホールＩＣ１６が支持、設置されている）が、ホール効果を利用して、電池内蔵機器３０が定位置にセットされたことを検出（セット検出）すると、ホールＩＣ１６から送電制御部１３にオン信号を出力する。送電制御部１３は、オン信号が入力されると、電源回路１２を制御して、送電コイル１１から受電コイル３１に電力搬送する状態とする。つまり、出力オン状態にする。電池内蔵機器３０の制御回路３６が、充電台１０から電力搬送されて起動し、ＩＤを伝送できる状態となるからである。そして、電力供給を受けた電池内蔵機器３０は、ＩＤ情報を伝送する。充電台は、送電開始後、既定時間以内に電池内蔵機器３０からＩＤ情報が伝送されるかどうかを検出し、ＩＤを認識できなければ送電を停止する。
図３は、ひとつのＡＣアダプタ２０を２台の充電台１０に接続する状態を示している。この充電台１０は、第１の充電台１０Ａにセットしている電池４０が満充電されると、ＡＣアダプタ２０を第２の充電台１０Ｂに切り換えて、ひとつのＡＣアダプタ２０で２台の充電台１０に順番に電力を供給して、各充電台１０にセットされる電池内蔵機器３０に内蔵される電池４０を順番に充電する。したがって、第１の充電台１０Ａは、第２の充電台１０Ｂへの電力供給を制御する入力スイッチ１８を電源回路１２の入力側に設けると共に、この入力スイッチ１８から出力される出力端子１９を設けている。入力スイッチ１８は、送電制御部１３に制御される。第１の充電台１０Ａは、これにセットされる第１の電池内蔵機器３０Ａに内蔵される電池４０が満充電されると、送電制御部１３で電源回路１２をオフ状態に切り換えた後、入力スイッチ１８をオンに切り換えて、出力端子１９に接続される第２の充電台１０Ｂに、ＡＣアダプタ２０から電力を供給する状態とする。第２の充電台１０Ｂは、ＡＣアダプタ２０から入力される電力で、セットしている第２の電池内蔵機器３０Ｂに内蔵される電池４０を充電する。
さらに、図３に示す充電台１０を複数個接続することにより、ひとつのＡＣアダプタ２０を利用して、複数の充電台に順番に電力を供給することができる。
なお、本実施例においては、送電コイル１１と受電コイル３１とにより無接点充電方式により、電源回路１２からの電力を電池４０に供給して、電池４０を充電している。これに代わって、電源回路から直流電力を得て、電池に供給して、電池の満充電を周知の方法で検出することも可能である。この場合、通常の充電器として、電池と充電器とを、金属端子等を利用して、接点を接触させて、充電される。
図７と図８は、電池内蔵機器５０（図１、３のブロック図の電池内蔵機器３０に相当する）を携帯機器として、これを充電台１０の装着部１１２にセットする状態を示している。電池内蔵機器５０は、図６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１１１の装着部１１２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、電池で駆動する電池内蔵機器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６と図７の充電台１０は、上ケース１１１Ａに装着部１２を設けている。上ケース１１１Ａの装着部１１２は、底面をＵ溝状に湾曲する湾曲底面１１３としている。図の上ケース１１１Ａの装着部１２は、Ｕ溝状である湾曲底面１１３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１１４を設けている。この装着部１１２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１１１Ａは、装着部１１２の両側に一対の側壁１５を設けて、装着部１１２の下端部にはストッパ壁１１４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６と図８に示すように、上ケース１１１Ａの湾曲底面１１３の内側に送電コイル１２１を配置している。送電コイル１２１は平面状に巻かれた平面コイルで、湾曲底面１１３の内面に接近して配設している。送電コイル１２１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１２１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。
なお、図１、図３のブロック図において記載される送電コイル１１、受電コイル３１は、図６、８、１２においては、送電コイル２１、受電コイル５１と記載される。
送電コイル１２１は、受電コイル５１との反対側、図において送電コイル１２１の下側にシールド層１２３を設けている。シールド層１２３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１２１の受電コイル５１と反対側をシールドする。シールド層１２３と送電コイル１２１は、ケース１１に内蔵しているプラスチック製の支持台１１６に固定している。支持台１１６は、回路基板１２０を挟着して下ケース１１１Ｂに固定されて、シールド層１２３と送電コイル１２１をケース１１１の定位置に配置する。この支持台１１６は、湾曲底面１１３に沿う傾斜面１１６Ａを有し、この傾斜面１１６Ａにシールド層１２３と送電コイル１２１とを積層して固定している。また、回路基板１２０には、電池内蔵機器３０が充電台１０に設置された状態で、電池内蔵機器３０の磁石３７に対向するように、支持板１６’が斜めに設置され、この支持板１６’にホールＩＣ１６が支持、設置されている。また、このような支持板１６’に代わって、電池内蔵機器３０が定位置にセットされたことを検出（セット検出）できる範囲で、ホールＩＣ１６を回路基板１２０に設置することもできる。
図９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１１７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１１１Ｂ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１１１Ｂに回転できるように連結する回転軸１１７ａ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１１１Ｂに設けた嵌着凹部１１８に案内される嵌着凸部１１７ｂを上に突出して設けている。下ケース１１１Ｂは、連結部１１７の嵌着凸部１１７ｂを案内する嵌着凹部１１８を底面に設けている。この連結部１１７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１１１Ｂから引き出し、嵌着凸部１１７ｂを隣の下ケース１１１Ｂの嵌着凹部１１８に入れて、隣接する充電台１０を連結する。
図９に開示されるように、商用電力から直流に変換するＡＣアダプタ１２５（図１、３のブロック図のＡＣアダプタ２０に相当する）から入力される電源コネクタ１２６から電力が供給される。電源コネクタ１２６は、図９に示すように、ケース１１１の背面に固定している。さらに、ケース１１１の底面には、隣の充電台１０に電力を供給する電源コード１２８を脱着できるように収納している。電源コード１２８を収納するために、ケース１１１の底面には電源コード２８を嵌着する収納凹部１１９を設けている。この電源コード１２８は、図１、３のブロック図において出力端子１９に接続され、図９に開示されるように、電源コード１２８の先端のジャックを、図９に矢印に開示されるように、電源コネクタ１２６に挿入して、接続する。
充電台１０、充電器１００は、ＡＣアダプタ１２５又は隣の充電台１０からの電源コード１２８を通して電源コネクタ２６から入力される電力により、電池内蔵機器５０の電池５４（図１、３のブロック図の電池４０に相当する）を充電する。すなわち、送電コイル１２１を励磁する。
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６に示すように、充電台１０の装着部１１２に載せられる背面をＵ溝状の湾曲底面１１３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１１２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７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１１２にセットされ、その下端をストッパ壁１１４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６と図１０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６と図１０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１０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１０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１１と図１２に示している。図１２は、図１１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６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の内側収納凹部に磁石３７が収納されている
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１１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１１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６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１２１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１２１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。回路基板７３には、図１、３のブロック図に示した充電回路３２、検出回路３３、スイッチング素子３５及び配線等が配置される。
回路基板７３は、以上の充電回路３２、検出回路３３、スイッチング素子３５等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１２において下面（図６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６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６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６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１１と図１２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。電池からの出力は、出力端子から出力され、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１１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１０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１３と図１４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１４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充電台と電池内蔵機器のブロック図である。 受電コイルから充電回路に供給する消費電力に対する、送電コイルの電流を示す図である。 ひとつのＡＣアダプタを複数の充電台に接続する状態を示すブロック図である。 電池内蔵機器の制御回路がスイッチング素子をオンオフに切り換えて情報を伝送する状態を示す図である。 本発明の一実施例にかかる携帯機器と充電台の斜視図である。 図５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７に示す充電台の上ケースを外した斜視図である。 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１０に示すパック電池の底面斜視図である。 図１１に示すパック電池の分解斜視図である。 パック電池の他の一例を示す斜視図である。 図１３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
１００…充電器
１０…充電台 １０Ａ…第１の充電台
１０Ｂ…第２の充電台
１１ １２１…送電コイル
１２…電源回路
１３…送電制御部（＝制御部）
１４…情報受信回路
１５…電流検出回路
１６…ホールＩＣ
１７…ＬＥＤ
１８…入力スイッチ
１９…出力端子
２０…ＡＣアダプタ
３０ ５０…電池内蔵機器 ３０Ａ…第１の電池内蔵機器
３０Ｂ…第２の電池内蔵機器
３１ ５１…受電コイル
３２…充電回路
３３…検出回路
３４…情報伝送回路
３５…スイッチング素子
３６…制御回路
３７…磁石
４０ ５４…電池
１１１…ケース １１１Ａ…上ケース
１１１Ｂ…下ケース
１１２…装着部
１１３…湾曲底面
１１４…ストッパ壁
１１５…側壁
１１６…支持台 １１６Ａ…傾斜面
１１７…連結部 １１７ａ…回転軸
１１７ｂ…嵌着凸部
１１８…嵌着凹部
１１９…収納凹部
１２０…回路基板
１２１…送電コイル
１２３…シールド層
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 (1)

  1. 電池(40)を充電する充電器(100)が、充電する電力を供給する電源回路(12)と、この電源回路(12)を制御する制御部(13)と、電源回路(12)の入力側に入力スイッチ(18)を介して接続してなる出力端子(19)を備えており、
    制御部(13)は、電池(40)が満充電されると、電源回路(12)をオフ状態として、入力スイッチ(18)をオンとして、入力される電力を出力端子(19)から出力することを特徴とする充電器。
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