JP2010178473A - 電子機器充電システム、充電器、及び電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】１台の充電器と複数の電子機器との間で同時に非接触充電を行うことが可能な電子機器充電システムを提供する。
【解決手段】非接触方式で電力を送電する充電器２と、非接触方式で受電した電力によって充電する二次電池を電源として用いる電子機器３とからなる電子機器充電システム１であって、充電器２が負荷の有無を確認する負荷確認信号を送信し、電子機器３は、負荷確認信号を受信してから所定の時間、二次電池を充電する電流を所定値以下にし、負荷が有ることを示す負荷応答信号を所定の時間において負荷変調を用いて送信し、充電器２は、受信する負荷応答信号の電流値の大きさに応じて電子機器３の個数を検出する。
【選択図】図３

Description

本発明は、電子機器充電システム、充電器、及び電子機器に関し、特に、非接触方式で電力を送電する充電器、非接触方式で受電した電力によって充電する二次電池を電源として用いる電子機器、及び充電器と電子機器とからなる電子機器充電システムに関する。

近年、充電器と電子機器とで電子機器充電システムを構成し、金属接点やコネクタ等を介さずに充電器から電子機器へ電力を伝送すること（以下、無接点電力伝送または単に電力伝送という）、また、伝送された電力を電子機器が備える二次電池に充電すること（以下、非接触充電という）が行われている。充電器が電子機器に対して非接触充電を行う場合には、所定の認証処理を行った後に、無接点電力伝送を行って電子機器内の二次電池に充電を開始する。

このような無接点電力伝送に関する装置の１つとして、一次側送電用コイルと二次側受電用コイルを磁気的に結合し、一次側送電用コイルから二次側受電用コイルに無接点非接触で電力を伝送する電力伝送装置において、一次側送電用コイルに直列に接続され、一次側送電用コイルに供給する電圧を交流化及び昇圧すると共に、二次側受電コイルによる相互インダクタンスを含んだ直列共振回路を構成するコンデンサを備え、二次側受電用コイルによる相互インダクタンスを含んだ直列共振回路の共振点を一次側送電用コイルとコンデンサでなる一次側直列共振回路の共振点よりも高い周波数に設定したことを特徴とする電力伝送装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、他の一例として、一次コイルと二次コイルを電磁的に結合させて送電装置から受電装置に対して電力を伝送し、前記受電装置の本負荷に対して電力を供給する無接点電力伝送システムの前記送電装置に設けられる送電制御装置であって、前記送電装置は、前記一次コイルを構成要素として含む、共振特性可変のＬＣ共振回路を有し、前記ＬＣ共振回路は、イネーブル信号によってアクティブ状態／非アクティブ状態が選択される、少なくとも１つのサブコンデンサおよび少なくとも１つのサブコイルの少なくとも一方を含み、前記送電制御装置は、前記送電装置を制御する送電側制御回路を含み、前記送電側制御回路は、前記少なくとも一つのサブコンデンサまたは前記少なくとも一つのサブコイルの各々を前記イネーブル信号によって選択的にアクティブ状態とし、これによって、前記ＬＣ共振回路の共振特性を制御することを特徴とする送電制御装置が知られている（例えば、特許文献２参照）。

さらに、他の一例として、負荷に対して無接点で電力を供給する無接点電力供給装置において、少なくとも２つの以上の誘導コイルと、上記誘導コイルの一端に接続される電源と、上記誘導コイルの他端に接続されるスイッチング回路と、上記スイッチング回路に並列に接続されるダンパー用のダイオードと、上記スイッチング回路に並列に接続される共振用のコンデンサとを具え、上記スイッチング回路をオンオフ動作させることによって上記誘導コイルにそれぞれ励磁電流を供給し、当該誘導コイルの電磁誘導によって上記負荷に電力を供給することを特徴とする無接点電力供給装置が知られている（例えば、特許文献３参照）。

特開２００６−２３００３２号公報 特開２００８−２０６３２７号公報 特開平１０−２２５０２０号公報

しかしながら、従来の充電器（一次コイルや誘導コイルを含む電力伝送を行う機器）が行う認証処理は、充電器１台が電子機器１台に対してのみ認証を行うことを想定している。そのため、１台の充電器と複数台の電子機器との間で認証処理を行い、同時に非接触充電を行うことができなかった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、１台の充電器と複数の電子機器との間で同時に非接触充電を行うことが可能な電子機器充電システム、充電器、電子機器を提供することを目的とする。

本発明の電子機器充電システムは、非接触方式で電力を送電する充電器と、非接触方式で受電した電力によって充電する二次電池を電源として用いる電子機器とからなる電子機器充電システムであって、前記充電器が負荷の有無を確認する負荷確認信号を送信し、前記電子機器は、前記負荷確認信号を受信してから所定の時間、前記二次電池を充電する電流を所定値以下にし、負荷が有ることを示す負荷応答信号を前記所定の時間において負荷変調を用いて送信し、前記充電器は、受信する前記負荷応答信号の電流値の大きさに応じて前記電子機器の個数を検出する。

この構成により、１台の充電器と複数の電子機器との間で同時に非接触充電を行うことが可能である。つまり、充電器が送信する負荷確認信号をトリガにして負荷応答信号を電子機器が送信するので、電子機器が２台以上ある場合でも、２台以上ある電子機器が同じタイミングで負荷応答信号を送信することができる。したがって、充電器は付加として電子機器が２台以上あることを認識でき、１台の充電器と複数の電子機器との間で同時に非接触充電を行うことが可能である。更に、負荷応答信号は負荷変調信号を用いるので、２台以上電子機器がある場合、電子機器の個数に応じて負荷変調信号の電流値（負荷電流値）が大きくなる。これにより充電器は負荷応答信号の負荷変調信号の電流値に応じて電子機器の台数を検出することができる。

また、本発明の電子機器充電システムは、前記充電器が、一次コイルを備え、前記電子機器が、二次コイルを備え、前記一次コイルと前記二次コイルを用いて電磁誘導で電力を送電及び受電する。

この構成により、電磁誘導を用いて非接触充電を行う電子機器充電システムを構成することができる。

また、本発明の電子機器充電システムは、前記一次コイルと前記二次コイルとは対向面に対向して配置され、前記二次コイルの前記対向面と平行な断面の面積は、前記一次コイルの前記対向面と平行な断面の面積より大きい。

この構成により、１つの一次コイルに対応して２つ以上の二次コイルを配置することができる。即ち、１台の充電器に対して、２台以上の電子機器を配置することができる。

また、本発明の電子機器充電システムは、前記一次コイルの前記対向面と平行な断面の扁平率は、前記二次コイルの前記対向面と平行な断面の扁平率より大きい。

この構成により、２台以上の電子機器を並べて配置した際、すなわち２台以上の二次コイルを並べて配置した際、二次コイルが並べられた方向にそって、一次コイルを扁平させた場合、並べられた二次コイルに対応して一次コイルを配置させることができる。

また、本発明の電子機器充電システムは、前記充電器は、検出した電子機器の個数を基に送電する電力を変化させる。

この構成により、電子機器の個数に応じて送電する電力を変化させるので、電子機器の個数が大きくなっても、大きくなるに従って送電する電力も大きくすることができる。これにより、電子機器一台当たり送電される電力が小さくなることがなく、電子機器における充電時間が長くならない。

また、本発明の電子機器充電システムは、前記充電器が、電子機器が全て取り除かれたことを検出すると、送電する電力を所定値以下にする。

この構成により、充電対象の電子機器が不在の場合には、送電電力を所定値以下にするため、無駄な電力を消費することを防止可能である。

また、本発明の電子機器充電システムは、前記電子機器が、前記負荷確認信号を受信してから第一のタイミングで前記負荷応答信号を送信する。

この構成により、電子機器は、同一の充電器から送信される負荷確認信号を受信してから第一のタイミングで負荷応答信号を送信するので、電子機器が２台以上あってもそれぞれの電子機器が送信する負荷応答信号を、負荷確認信号を基準に同一のタイミングに送信することができる。

また、本発明の電子機器充電システムは、前記充電器が、前記負荷確認信号を送信してから第二のタイミングで前記負荷応答信号の電流値を検出する。

この構成により、負荷応答信号が確実に送信されるタイミングを第二のタイミングとすることにより、負荷応答信号を確実に捕らえることができる。

また、本発明の電子機器充電システムは、前記充電器が、検出した電子機器の台数を報知する。

この構成により、充電器によって充電する電子機器の台数を使用者に報知することができる。

また、本発明の充電器は、非接触方式で電力を送電する充電器であって、負荷の有無を確認する負荷確認信号を送信し、その後に受信する前記負荷応答信号の電流値の大きさに応じて前記電子機器の個数を検出する。

この構成により、上記電子機器充電システムを構成することができ、１台の充電器と複数の電子機器との間で同時に非接触充電を行うことが可能である。つまり、充電器が送信する負荷確認信号をトリガにして負荷応答信号を電子機器が送信されると、電子機器が２台以上ある場合でも、２台以上ある電子機器が同じタイミングで負荷応答信号を送信することができる。したがって、充電器は負荷として電子機器が２台以上あることを認識でき、１台の充電器と複数の電子機器との間で同時に非接触充電を行うことが可能である。更に、負荷応答信号は負荷変調信号を用いるので、２台以上電子機器がある場合、電子機器の個数に応じて負荷変調信号の電流値が大きくなる。これにより充電器は負荷応答信号の負荷変調信号の電流値に応じて電子機器の台数を検出することができる。

また、本発明の電子機器は、非接触方式で受電した電力によって充電する二次電池を電源として用いる電子機器であって、負荷の有無を確認する負荷確認信号を受信してから所定の時間、前記二次電池を充電する電流を所定値以下にし、負荷が有ることを示す負荷応答信号を前記所定の時間において負荷変調を用いて送信する。

この構成により、上記電子機器充電システムを構成することができ、１台の充電器と複数の電子機器との間で同時に非接触充電を行うことが可能である。つまり、充電器が送信する負荷確認信号を受信し、それをトリガにして負荷応答信号を電子機器が送信するので、電子機器が２台以上ある場合でも、２台以上ある電子機器が同じタイミングで負荷応答信号を送信することができる。したがって、充電器は負荷として電子機器が２台以上あることを認識でき、１台の充電器と複数の電子機器との間で同時に非接触充電を行うことが可能である。更に、負荷応答信号は負荷変調信号を用いるので、２台以上電子機器がある場合、電子機器の個数に応じて負荷変調信号の電流値が大きくなる。このように、充電器に、負荷応答信号の負荷変調信号の電流値に応じて電子機器の台数を検出させることができる。

本発明によれば、１台の充電器と複数の電子機器との間で同時に非接触充電を行うことが可能である。また、充電器によって同時に充電される電子機器の台数を検出することができる。

以下、本発明の実施形態の電子機器充電システム、充電器、電子機器について、添付図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の実施形態における電子機器充電システムの概観図である。図１（ａ）は充電器２と電子機器３とを備える電子機器充電システム１を示している。また、図１（ｂ）は電子機器３を示している。また、図１（ｃ）は充電器２を示している。

電子機器充電システム１は、携帯電話、ＰＨＳ（Personal Handy-phone System）、ＰＤＡ（Personal Digital Assistant）、携帯端末等の電子機器３と、電子機器３に対して非接触に充電を行う充電台等の充電器２とを備える。電子機器３は、充電器２と非接触の状態で充電器２から電力の給電を受けて充電可能な電池（二次電池）に充電することができる。ここで、非接触とは、電子機器３と充電器２が、金属端子を介して直接電気的に導通しない状態で、両者の間で電力（電波）、信号等がやり取り可能であることをいう。

また、充電器２は電子機器３に電磁誘導で電力を送るための一次コイル２１を備えており、電子機器３は充電器２から電磁誘導で電力を受けるための二次コイル３１を備えている。一次コイル２１と二次コイル３１は、充電器における電子機器が載置される面と電子機器における充電器と対向する筐体の外側の面との間の面（以下、対向面という。）に対向するように配置される。図１では、一次コイル２１を楕円形、二次コイル３１を矩形の形状として示しているが、これに限られない。電子機器３と充電器２とを所定の位置に対向して配置することで、一次コイル２１と二次コイル３１が対向した状態となり、二次コイル３１を用いた電磁誘導により、無接点電力伝送及び非接触充電を行うことが可能である。

また、対向面に平行な一次コイル２１の断面の面積が、対向面に平行な二次コイル３１の断面の面積よりも大きい。なお、上記一次コイル２１の断面の面積は、充電器２が複数台の電子機器３に対して充電可能となるような大きさである。例えば、複数台の電子機器３の二次電池を充電するために十分な電力を供給できるような大きさに構成される。このため、図１（ａ）に示すように、複数台の電子機器３を充電器２に載せて、非接触充電可能な状態に配置することができる。

また、電子機器３は、上記対向面において、二次コイル３１と重複しない位置に回路基板を備え、さらに回路基板よりも充電器２の二次コイル３１と近い側に防磁シート３８を備える。つまり、非接触充電を行う際には、二次コイル３１、防磁シート３８、回路基板という順に配置されることになる。このように、防磁シート３８を配置することで、回路基板上の金属部において電子機器３が充電器２から電力を受ける際に渦電流による損失が発生する（発熱する）ことを回避できる。

また、不図示ではあるが、電子機器３は、図１（Ａ）において二次コイル３１の直下に二次電池を備えており、二次コイル３１と二次電池との間に防磁シート３８を備えている。

また、上記のように、上記一次コイル２１の断面の面積は、上記二次コイル３１の断面の面積よりも大きいため、電子機器３を一台のみ充電器２上に載せた場合であっても、電子機器３一台を充電器２上で中央に載せた場合だけでなく（図２（ａ）参照）、電子機器３一台を充電器２上の端部に載せた場合（図２（ｂ）参照）、電子機器３一台を充電器２上で斜めに載せた場合（図２（ｃ）参照）においても、非接触充電を行うことが可能である。さらに、充電器２上に電子機器３とともに電子機器３のアクセサリー機器４を載せた場合（図２（ｄ）参照）であっても、機器３及び４に対して非接触充電を行うことが可能である。図２に示すように、充電器２に対して電子機器３の位置が所定位置から多少ずれても非接触充電が可能となる位置ずれの許容範囲が広くなるため、電子機器３を配置する位置の自由度が増す。

また、一次コイル２１の上記断面の扁平率（つまり上記断面の外縁となる円周の扁平率、以下同様）が、二次コイル３１の上記断面の扁平率よりも大きくなるように構成してもよい。例えば、二次コイル３１を並べた配置した方向に沿って一次コイル２１を扁平させることで、充電器２が複数台の電子機器３に対して非接触充電を行うことができるようになる。この際、回路基板を覆うための防磁シート３８の大きさが小さくて済む。

また、図１（Ａ）では充電器２の電子機器３と対向する面の端部側に配置されているが、電子機器３が防磁シート３８を備えることで、回路基板に渦電流が発生することを防止できるため、二次コイル３１が上記対抗面の全体にわたって構成されるようにしてもよい。

次に、電子機器充電システム１の具体的な構成について説明する。
図３は電子機器充電システム１の具体的な構成の一例を示す図である。

充電器２は、一次コイル２１、位相差検出部２２、認証制御部２３、電源接続部２４、ＡＣ部２５、変調部２６、スイッチング部２７、コンデンサ２８、を備える。

一次コイル２１は、電力伝送を行うための電力の送電と各種信号を送信および受信する。

位相差検出部２２は、一次コイル２１の電圧と電流の位相差を検出する。これにより、例えば、電子機器３から電子機器３が存在することを示す負荷変調信号を受信した場合には、一次コイル２１の上記位相差を検出することになり、この検出によって電子機器３を検出することができる。

認証制御部２３は、位相差検出部２２により検出した位相差に基づき、電子機器３が充電器２に載せられているか否かを判定する。電子機器３を検出すると、電子機器３を検出したことを示す検出情報を変調部２６へ送る。また、位相差から電流の大きさを推定できることを利用して、充電器２上に載せられた電子機器３の個数（台数）の計数等を行う。また、計数に基づいて、電子機器３を非接触充電するために必要な電力の情報を含む電力制御指令をＡＣ部２５へ送る。

電源接続部２４は、商用電源から電力供給を受け、その電力をＡＣ部２５へ送る。

ＡＣ部２５は、電源接続部２４からの交流電力を直流電力に変換する。また、認証制御部２３からの電力制御指令に基づき、スイッチング部２７へ送る直流電力の大きさを制御する。

変調部２６は、電力伝送用の電力もしくは負荷確認信号用の電力を電子機器３へ送電するための周波数指令をスイッチング部２７へ送る。電力伝送用の電力の周波数は例えば１２０ＫＨｚ〜１３０ＫＨｚであり、負荷確認信号は例えば１２０ＫＨｚを０、１３０ＫＨｚを１の情報として伝送される。

スイッチング部２７は、また、変調部２６からの周波数変調指令に基づき、ＡＣ部２５からの電力を電力伝送用の電力または負荷確認信号用の電力に変換する。変換された電力は、コンデンサ２８及び一次コイル２１を介して、電子機器３へ送電される。

また、電子機器３は、二次コイル３１、整流部３２、負荷抵抗３３、負荷変調用スイッチ３４、充電用スイッチ３５、認証制御部３６、二次電池部３７を備える。電子機器３において、二次コイル３１以外は上記図示しない回路基板上に形成される。

二次コイル３１は、電力供給を受けるための電力の受電や各種信号を受信するための電力の受電、各種信号を送信する。

整流部３２は、二次コイル３１により受電した電力を整流し、例えばダイオードブリッジにより構成される。

負荷抵抗３３は、電子機器３が負荷変調信号を送信する際に利用されるものであり、例えば抵抗値は２０Ωである。

負荷変調用スイッチ３４は、認証制御部３６によってオンオフ制御される。負荷変調用スイッチ３４がオン（閉）状態である場合には、充電器２側から見ると、電子機器３の負荷が大きくなったように見える。

充電用スイッチ３５は、認証制御部３６によってオンオフ制御される。充電用スイッチがオン（閉）状態である場合には、二次コイル３１により受電された電力により二次電池に充電される。

認証制御部３６は、充電器２からの負荷確認信号や二次電池部３７からの充電完了信号に基づいて、負荷変調用スイッチ３４及び充電用スイッチ３５をオンオフ制御する。
例えば、負荷確認信号を受信したときには、負荷変調用スイッチ３４をオン状態（例えば１を意味する。）とオフ状態（例えば０を意味する。）を切り替えることで、二次コイル３１を介して負荷変調信号（ＡＣＫ信号）を送信する。認証制御部３６へ負荷変調信号が入力されてからの上記信号送信以外の期間には、認証制御部３６は、負荷変調用スイッチ３４がオフ状態となるように制御する。
また、負荷確認信号を受信したときには、充電用スイッチ３５を所定期間（負荷変調スイッチ３４をオン状態とする短期間より長い期間）オフ状態にする。なお、充電用スイッチ３５がオフ状態のときに、負荷変調信号が充電器２へ送信（つまり負荷変調用の電力が送電）される。認証制御部３６へ負荷確認信号が入力されてからの上記所定期間以外の期間及び認証制御部３６へ充電完了信号が入力される前等には、認証制御部３６は、充電用スイッチ３５がオン状態となるよう制御する。

二次電池部３７は、リチウムイオン電池などの二次電池や、二次電池の電圧を検出するための電圧センサや、充電電流を検出するための電流センサなどを備える。電圧センサにより二次電池の電圧が所定電圧以上となった場合には、充電が完了したことを示す充電完了信号を認証制御部３６へ送る。

次に、電子機器充電システム１の非接触充電を行うための充電モードについて説明する。
電子機器充電システム１は、充電モードとして、スタンバイモード、認証モード、電力伝送モードを有する。

スタンバイモードは、充電器２が充電器に載せられた負荷を確認するための負荷確認信号を定期的に送信するモードである。充電器２は、負荷確認信号に対する応答である負荷応答信号（ＡＣＫ信号）を受信すると、位相差検出部２２により位相差を検出することで負荷ありを検出し、認証モードに移行する。なお、負荷応答信号は、例えば負荷変調による負荷変調信号である。また、負荷確認信号は、後の認証モード及び電力伝送モードに移行した後も定期的に送信される。

認証モードは、充電器２と電子機器３との間で、充電器２が充電する充電対象であり、正規負荷であるか否かを認証するための認証処理を行うモードである。認証処理では、充電器２が負荷に対して認証要求信号を送信し、充電器に載せられた負荷（電子機器）が充電器２に対して認証ＩＤ信号を送信する。認証ＩＤが正当なものであれば正規負荷であると判定して、電力伝送モードへ移行する。

電力伝送モードは、充電器２が、認証された正規負荷に対して電力を伝送するモードである。電子機器３は伝送された電力を受け、二次電池に充電する。

次に、充電器２に電子機器３が載せられた状態での電子機器充電システム１における信号の流れについて説明する。
図４は、充電器２に電子機器３が１台載せられた状態での電子機器充電システム１における信号の流れの一例を示すタイムチャートである。

図４では、スタンバイモード状態にある充電器２が負荷を検出した場合、時刻ｔ１で一次コイルを介して電力伝送を開始し、ｔ２において二次側負荷確認信号を送信する。
電子機器３は二次側負荷信号を受けてｔ３に負荷ＡＣＫ信号を返信する。負荷ＡＣＫ信号を基に認証が成立した充電器２は、正規の負荷が載置されたとして電力伝送モードに入り、継続して電力を伝送する。電力伝送モードにおいても、充電器２が負荷確認信号を定期的に送信しており、時刻ｔ２において負荷確認信号を送信する。充電器２は、負荷確認信号を送信する際、変調部２６の指示によりスイッチング部２７が負荷確認信号を周波数変調し、一次コイル２１を介して送信する。そして、電子機器３が、時刻ｔ３において二次コイル３１を介して負荷確認信号を受信する。電子機器３は、認証制御部３６がこの負荷確認信号を検出すると負荷変調用スイッチ３４をオン状態とオフ状態を切り替えるよう制御し、二次コイル３１を介して負荷ＡＣＫ信号を充電器２に対して送信する。負荷ＡＣＫ信号の送信は、負荷変調により行われ、負荷変調により任意のコマンドを送出する。

電子機器３から二次コイル３１を介して負荷ＡＣＫ信号が送信されると、充電器２は一次コイル２１を介してほぼ同時刻に負荷ＡＣＫ信号を受信する。図４では、この受信により、充電器２において負荷電流が発生している。負荷電流が発生すると一次コイル２１において電圧と電流との位相差が発生し、この位相差を位相差検出部２２により検出する。つまり位相差を検出することで負荷電流を検出可能であり、位相差の変化により負荷ＡＣＫ信号を検出可能である。充電器２は、認証制御部２３がこの負荷ＡＣＫ信号により正規負荷である電子機器３を検出し、ＡＣ部２５に対して電力伝送を継続するよう指示する。なお、負荷ＡＣＫ信号の送信及び負荷電流の検出が同時刻であることを説明したが、異なるタイミングであってもよい。

また、電子機器３は、負荷ＡＣＫ信号の送出後、時刻ｔ４において認証制御部３６が充電用スイッチ３５をオン状態となるよう制御し、二次電池への充電を開始する。図４では、時刻ｔ４において充電用電流が流れ始めている。また、二次電池への充電中には、充電器２における負荷電流は流れ続けることになる。

続いて、時刻ｔ５において充電器２が負荷確認信号を送信すると、電子機器３は、二次コイル３１を介して負荷確認信号を受信し、認証制御部３６が充電用スイッチ３５をオフ状態となるように制御し、時刻ｔ６において二次電池への充電を停止する。

また、電子機器３は、負荷確認信号を受信すると、上記充電の停止中に、時刻ｔ７において負荷ＡＣＫ信号を送信する。電子機器３から二次コイル３１を介して負荷ＡＣＫ信号が送信されると、充電器２はほぼ同時刻（ｔ７）に負荷ＡＣＫ信号を受信する。充電器２は、この負荷電流により正規負荷である電子機器３を検出し、電力伝送をさらに継続する。

続いて、電子機器３は、時刻ｔ７における負荷ＡＣＫ信号の送出後、時刻ｔ８において認証制御部３６が充電用スイッチ３５をオン状態となるよう制御し、二次電池への充電を再開する。なお、充電器２による電力伝送は、正規負荷を認識している限り継続されるため、時刻ｔ６〜ｔ８における充電の停止中であっても中断されずに継続される。

なお、時刻ｔ６〜ｔ８において二次電池への充電を停止しているが、充電器２に正規負荷である電子機器３のみが載せられているときは、充電用スイッチ３５がオフ状態であるために、充電器２における負荷電流は所定値以下まで低下するはずである。しかし、正規負荷の他に異物が充電器２に載せられている場合には、当該異物に起因する負荷電流が微量流れることになる。この場合、負荷電流は所定値以下まで低下しないために、異物があることを検出することができる。なお、異物は、負荷電流による位相差の変化により位相差検出部２２及び認証制御部２３で判断され、異物があると判定されると、認証制御部２３がＡＣ部２５に対して電力伝送を停止するよう制御する。

次に、図５は、充電器２に電子機器３が２台載せられた状態での電子機器充電システム１における信号の流れの一例を示すタイムチャートである。なお、図５では、２台目の電子機器３ｂが充電器２に載せられる前に、図４に示した１台目の電子機器３ａが１台載せられた状態の電力伝送が行われていたことを想定している。

１台目の電子機器３ａについては、図５において初めから充電が開始されているため、充電用電流が流れている。時刻ｔ９において充電器２により送信された負荷確認信号を検出すると、電子機器３ａは、時刻ｔ１０において電子機器３ａの備える二次電池への充電を停止する。時刻ｔ１０の後は、応答ＡＣＫ信号の送信、二次電池への充電の再開、再度二次電池への充電を停止等、図４に示した電子機器３と同様の動作を行う。

一方、２台目の電子機器３ｂについては、充電器２に載せられ、時刻ｔ９において充電器２により送信された負荷確認信号を送信すると、電子機器３ｂは、時刻ｔ１１において、電子機器３ａと同様に、負荷変調により負荷ＡＣＫ信号を送信する。負荷ＡＣＫ信号は、電子機器３ａが送信した信号と電子機器３ｂが送信した信号とが同期している。したがって、充電器２における負荷電流としては、電子機器３ａのみが送信する場合と比較すると、電子機器３ａ及び３ｂが送信する場合には２倍の負荷電流が検出される。なお、図５では電子機器３ａが２台の場合を示しているが、これに限られることなく、３台の場合には３倍、４台の場合には４倍の負荷電流が流れる。このような負荷電流の大きさを位相差検出部２２により検出される位相差に基づいて検出し、認証制御部２３が電子機器３の台数を検出することができる。なお、充電器２は、上記個数を検出するために、電子機器１台に対応して発生する負荷電流の大きさをあらかじめ認識している。

電子機器３ｂは、負荷ＡＣＫ信号を送信した後、時刻ｔ１２において、電子機器３ｂの備える二次電池への充電を開始する。また、二次電池への充電中には、充電器側の負荷電流は流れ続けることになるが、電子機器３ａ及び３ｂに対応するために、電子機器３ａの場合と比較して２倍の負荷電流が検出される。

続いて、時刻ｔ１３において充電器２が負荷確認信号を送信すると、電子機器３ｂは、電子機器３ａと同様に、時刻ｔ１４において二次電池への充電を停止する。

また、電子機器３ｂは、負荷確認信号を受信すると、上記充電の停止中に、時刻ｔ１５において、電子機器３ａと同様に、負荷ＡＣＫ信号を送信する。電子機器３から二次コイル３１を介して負荷ＡＣＫ信号が送信されると、充電器２はほぼ同時刻（ｔ１５）に負荷ＡＣＫ信号を受信する。充電器２は、この受信ＡＣＫ信号により正規負荷である電子機器３（電子機器３ａ及び３ｂ）を検出し、電力伝送をさらに継続する。なお、この負荷ＡＣＫ信号も電子機器３ａ及び３ｂの信号で同期しており、時刻ｔ１１における負荷電流と同様、電子機器１台の場合と比較すると２倍の負荷電流の大きさとなる。

続いて、電子機器３ｂは、時刻ｔ１５における負荷ＡＣＫ信号の送出後、時刻ｔ１６において二次電池への充電を再開する。なお、充電器２による電力伝送は、正規負荷を認識している限り継続されるため、時刻ｔ１４〜ｔ１６における充電の停止中であっても中断されずに継続される。

なお、図４と同様に、時刻ｔ１４〜ｔ１６において二次電池への充電を停止しているが、充電器２に正規負荷である電子機器３ａ及び３ｂのみが載せられているときは、各充電用スイッチ３５がオフ状態であるために、充電器２における負荷電流は所定値以下まで低下するはずである。しかし、正規負荷の他に異物が充電器２に載せられている場合には、当該異物に起因する負荷電流が微量流れることになる。この場合、負荷電流は所定値以下まで低下しないために、異物があることを検出することができる。

このような図４及び図５に示した電子機器充電システム１の動作によれば、１台の充電器２と複数の電子機器３（例えば電子機器３ａ及び３ｂ）との間で同時に非接触充電を行うことが可能である。また、充電器２における負荷電流の大きさにより、充電器２に載せられた電子機器３の個数を知ることも可能である。

なお、図４及び図５では不図示であったが、二次電池の充電中であっても、二次電池部３７が二次電池が所定電圧以上に充電されたことを検出すると、その旨を充電完了信号に含ませて認証制御部３６へ送る。認証制御部３６は、充電完了信号に基づいて充電用スイッチ３５をオフ状態となるよう制御する。

例えば、電子機器３ａの二次電池のみ充電完了した場合には、充電器２における負荷電流の大きさが１台分に相当するようになるため、充電器２側でも電子機器３ｂのみ検出することになり、１台分（電子機器３ａ）の充電完了を認識可能である。この場合、認証制御部２３がＡＣ部２５を制御することで、電力伝送用の電力を変更するようにしてもよい。つまり、充電対象となる電子機器３の個数に応じて、伝送される電力の大きさを変更するようにしてもよい。これにより、余剰な電力伝送を行うことを防止でき、異物混入時に過剰な電力伝送が防げ、より安全性が高められる。

さらに、電子機器３ａの後に電子機器３ｂの二次電池についても充電完了した場合には、充電対象となる電子機器３ｂが検出されないことになる（つまり検出される電子機器の個数が０になる）。この場合には、充電器は、伝送される電力の大きさを所定値以下（例えば、０．０２〜０．０３Ｗ程度）に変更するようにしてもよい。これにより、余剰な電力伝送を行うことを防止でき、省電力化を図れる。

次に、電子機器充電システム１の非接触充電を行う際の動作シーケンスについて説明する。
図６は電子機器充電システム１の非接触充電を行う際の動作シーケンスの一例を示す図である。ここでは、１台目の電子機器を３ａ、２台目の電子機器を３ｂとする。

まず、充電器２は定期的に負荷確認信号を送信している。電子機器３ａが充電器２に載せられると、充電器２が送信した負荷確認信号に対して負荷ＡＣＫ信号が電子機器３ａから返信される。これにより、負荷ＡＣＫ信号を受信することで負荷（電子機器３ａ）を検出する。充電器２は、充電器２に載せられた負荷（電子機器３ａ）を検出すると、電力伝送を開始、つまり負荷側（電子機器３ａ）へ電力供給を開始する。

電子機器３ａへ電力供給が開始された後においても、充電器２は定期的に負荷確認信号を送信し、電子機器３ａは負荷ＡＣＫ信号を返信する。これにより、充電器２は負荷監視を行っており、正規負荷があるか否かを確認する。このとき、図４の時刻ｔ６〜ｔ８における処理として説明したように、電子機器３ａは、二次電池への充電を一旦中断し、負荷ＡＣＫ信号を返信した後、二次電池への充電を再開する。これにより、正規負荷（ここでは電子機器３ａのみ）の個数（ここでは１台）を確認可能である。また、二次電池への充電の中断中であって負荷ＡＣＫ信号の送信期間でない期間では、負荷電流値が所定電流以下となっていることを確認することにより、異物検出を行う。

続いて、電子機器３ｂが充電器２に載せられると、充電器２が送信した負荷確認信号に対して負荷ＡＣＫ信号が電子機器３ａとともに電子機器３ｂからも返信される。これにより、負荷ＡＣＫ信号を受信することで負荷（電子機器３ａ及び３ｂ）を検出する。充電器２は、充電器２に載せられた負荷（電子機器３ａ及び３ｂ）を検出すると、電力伝送を開始、つまり負荷側（電子機器３ａ及び３ｂ）へ電力供給を継続する。なお、充電器２は負荷が増えたことを認識可能であるので、電子機器３の個数に応じて伝送される電力の供給能力を変更してもよい。

電子機器３ａ及び３ｂへ電力供給が開始された後においても、充電器２は定期的に負荷確認信号を送信し、電子機器３ａ及び３ｂは負荷ＡＣＫ信号を返信する。これにより、充電器２は負荷監視を行っており、正規負荷があるか否かを確認する。このとき、図４の時刻ｔ１４〜ｔ１６における処理として説明したように、電子機器３ａ及び３ｂは、二次電池への充電を一旦中断し、負荷ＡＣＫ信号を返信した後、二次電池への充電を再開する。これにより、正規負荷（ここでは電子機器３ａ及び３ｂ）の個数（ここでは２台）を確認可能である。また、二次電池への充電の中断中であって負荷ＡＣＫ信号の送信期間でない期間では、負荷電流値が所定電流以下となっていることを確認することにより、異物検出を行う。

なお、充電器２は、負荷監視において異物を検出した場合または正規負荷（電子機器３）が１台も存在しない場合には、電力伝送を停止してもよい。これにより、不要な電力伝送を回避することができる。また、充電器２は、正規負荷の個数を示す情報を、図示しないＬＥＤ等により表示するようにしてもよい。これにより、充電器２がいくつの正規負荷に対して充電を行っているかを確認することが可能である。

このような図６に示した電子機器充電システム１の動作によれば、１台の充電器２と複数の電子機器３（例えば電子機器３ａ及び３ｂ）との間で同時に非接触充電を行うことが可能である。また、充電器２における負荷電流の大きさにより、充電器２に載せられた電子機器３の個数を知ることも可能である。

次に、電子機器充電システム１の非接触充電を行う際の状態遷移について説明する。
図７は電子機器充電システム１の非接触充電を行う際の状態遷移の一例を示す図である。

電子機器充電システム１の初期モードは、スタンバイモードであり、スタンバイ状態にある（ステップＳ１１）。すなわち、充電器２が定期的に負荷確認信号を送信している。

続いて、電子機器充電システム１は、充電器２及び電子機器３の間で、認証処理を行う（ステップＳ１２）。認証処理では、認証要求信号、認証ＩＤ信号などの送受が行われる。認証に成功した場合（例えば認証ＩＤが正当である場合）にはステップＳ１４に進み、認証に失敗した場合（例えば認証ＩＤが正当でない場合）には、認証に失敗したことを示す情報を表示する（ステップＳ１３）。

続いて、認証が成功すると、電子機器３は、充電器２から負荷確認信号を受信したときに二次電池への充電を停止する（ステップＳ１４）。続いて、充電器２は、二次電池への充電の停止中に異物が存在するか否かを判定する（ステップＳ１５）。異物が存在する場合には、充電器２は、異物があることを示す情報を表示する（ステップＳ１６）異物が存在しない場合にはステップＳ１７に進む。

続いて、充電器２は、正規負荷の台数を確認する（ステップＳ１７）。正規負荷が存在しない場合には、スタンバイ状態に戻るべくステップＳ１１へ戻る。正規負荷が１台の場合には、充電器２は、正規負荷が１台であることを示す情報を表示する（ステップＳ１８）。また、正規負荷が２台の場合には、充電器２は、正規負荷が２台であることを示す情報を表示する（ステップＳ１９）。これにより、ユーザは一見して何台の電子機器が充電中であるかを確認可能である。

続いて、電子機器３は、二次電池へ充電器２から供給された電力を充電する（ステップＳ２０）。ここでの充電は、負荷確認信号を充電器２から受信したり、充電が完了したり、電子機器３から充電器２から離されたりするまで継続される。

このような図７に示した電子機器充電システム１の動作によれば、１台の充電器２と複数の電子機器３との間で同時に非接触充電を行うことが可能である。また、充電器２における負荷電流の大きさにより、充電器２に載せられた電子機器３の個数を知ることも可能である。

本発明は、１台の充電器と複数の電子機器との間で同時に非接触充電を行うことが可能な電子機器充電システム、充電器、電子機器等に有用である。

本発明の実施形態における電子機器充電システムの一例の概観図 本発明の実施形態における電子機器充電システムの一例の概観図 本発明の実施形態における電子機器充電システムの具体的な構成を示す図 本発明の実施形態における充電器に電子機器が１台載せられた状態での電子機器充電システムにおける信号の流れの一例を示すタイムチャート 本発明の実施形態における充電器に電子機器が複数台載せられた状態での電子機器充電システムにおける信号の流れの一例を示すタイムチャート 本発明の実施形態における電子機器充電システムの非接触充電を行う際の動作シーケンスの一例を示す図 本発明の実施形態における電子機器充電システムの非接触充電を行う際の状態遷移の一例を示す図

１ 電子機器充電システム
２ 充電器
２１ 一次コイル
２２ 位相差検出部
２３ 認証制御部
２４ 電源接続部
２５ ＡＣ部
２６ 変調部
２７ スイッチング部
２８ コンデンサ
３ 電子機器
３１ 二次コイル
３２ 整流部
３３ 負荷抵抗
３４ 負荷変調用スイッチ
３５ 充電用スイッチ
３６ 認証制御部
３７ 二次電池部
３８ 防磁シート

Claims (11)

1. 非接触方式で電力を送電する充電器と、非接触方式で受電した電力によって充電する二次電池を電源として用いる電子機器とからなる電子機器充電システムであって、
   前記充電器が負荷の有無を確認する負荷確認信号を送信し、
   前記電子機器は、前記負荷確認信号を受信してから所定の時間、前記二次電池を充電する電流を所定値以下にし、負荷が有ることを示す負荷応答信号を前記所定の時間において負荷変調を用いて送信し、
   前記充電器は、受信する前記負荷応答信号の電流値の大きさに応じて前記電子機器の個数を検出する電子機器充電システム。
2. 請求項１に記載の電子機器充電システムであって、
   前記充電器は、一次コイルを備え、
   前記電子機器は、二次コイルを備え、
   前記一次コイルと前記二次コイルを用いて電磁誘導で電力を送電及び受電する電子機器充電システム。
3. 請求項２に記載の電子機器充電システムであって、
   前記一次コイルと前記二次コイルとは対向面に対向して配置され、
   前記二次コイルの前記対向面と平行な断面の面積は、前記一次コイルの前記対向面と平行な断面の面積より大きい電子機器充電システム。
4. 請求項３に記載の電子機器充電システムであって、
   前記一次コイルの前記対向面と平行な断面の扁平率は、前記二次コイルの前記対向面と平行な断面の扁平率より大きい電子機器充電システム。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の電子機器充電システムであって、
   前記充電器は、検出した電子機器の個数を基に送電する電力を変化させる電子機器充電システム。
6. 請求項５に記載の電子機器充電システムであって、
   前記充電器は、前記電子機器から全て取り除かれたことを検出すると、送電する電力を所定値以下にする電子機器充電システム。
7. 請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の電子機器充電システムであって、
   前記電子機器は、前記負荷確認信号を受信してから第一のタイミングで前記負荷応答信号を送信する電子機器充電システム。
8. 請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の電子機器充電システムであって、
   前記充電器は、前記負荷確認信号を送信してから第二のタイミングで前記負荷応答信号の電流値を検出する電子機器充電システム。
9. 請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載の電子機器充電システムであって、
   前記充電器は、検出した電子機器の個数を報知する電子機器充電システム。
10. 非接触方式で電力を送電する充電器であって、
    負荷の有無を確認する負荷確認信号を送信し、その後に受信する前記負荷応答信号の電流値の大きさに応じて前記電子機器の個数を検出する充電器。
11. 非接触方式で受電した電力によって充電する二次電池を電源として用いる電子機器であって、
    負荷の有無を確認する負荷確認信号を受信してから所定の時間、前記二次電池を充電する電流を所定値以下にし、負荷が有ることを示す負荷応答信号を前記所定の時間において負荷変調を用いて送信する電子機器。

Images