JP2010206871A - 非接触被充電装置ならびにそれを用いる非接触充電システムおよび電気機器 - Google Patents

Abstract

【課題】非接触充電システムにおいて、効率良く充電を行えるようにする。
【解決手段】充電器２の送電コイル２５と被充電機器１の受電コイル１２とが切離し可能なトランスとして機能し、前記被充電機器１では、両コイル間１２，２５の電磁誘導によって受電コイル１２に誘起された電流を整流回路１３で整流し、二次電池１１を充電するようにした非接触充電システムにおいて、前記被充電機器１に電流検知部１５と表示部１６とを設け、前記電流検知部１５で電磁誘導による誘起電流の大きさを検知し、その検知結果を表示部１６で表示する。したがって、使用者は充電効率（非接触のコイルの結合効率）を把握でき、被充電機器１を充電器２上の最適な位置に搭載し直すことができる。これによって、効率良く非接触充電でき、短時間で充電できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、非接触被充電装置ならびにそれを用いる非接触充電システムおよび電気機器に関する。

従来から、多くの物品、工具を使用する場合、電池によってその作動電力を供給しているのが常である。その電池には、近年来、繰返し再利用できる充電電池が、徐々に人々の愛用となりつつある。これは、消費者が購入する新電池の費用負担の削減や、廃棄電池による環境負担の削減などのためである。そして、前記充電電池を用いる電気機器でも、前記工具などでは、専用の充電器に装着して充電が行われるが、ゲーム制御器や携帯電話等では、近年、意匠面や利便性の面で、充電器に載せておくだけで充電を行える非接触の充電システムが提案されている。

たとえば、特許文献１では、充電器側に、平面コイルから成り、トランスの１次側となる送電用コイルを配し、被充電機器側にも、前記平面コイルから成り、トランスの２次側となる受電用コイルを配し、両コイル間に電磁誘導を生じさせることによって充電器側から被充電機器側に電力を伝送している。

特開２００８−１７３００３号公報

上述の従来技術では、被充電機器側の充電電池の充電電圧および電流を充電器側へフィードバックし、スイッチングの周波数を変化することで、被充電機器側の定電圧回路を省略し、コストおよび損失を削減することが示されている。しかしながら、送電用コイルと受電用コイルとの結合が正しく行われているか否かは、検知していない。

ここで、前述のように被充電機器を充電器に載せておくだけで充電を行えるようにした充電システムの場合、渦巻状に巻回される前記平面コイルから成る送電用コイルと受信用コイルとの中心位置が一致し、被充電機器が充電器の上面に密着していないと、前記トランスの結合が小さくなり、充電効率が悪化する。すなわち前記コイルの水平方向の位置およびコイルの間隔（上下方向の位置）が所定の許容範囲内にならないと、効率良く非接触充電できないという問題がある。

このため、充電器側の外観形状を箱型にし、被充電機器を囲うようにすることや、印刷やシール等によって被充電機器を搭載する位置を表示する等の対策が採られているが、被充電機器が浮き上がっていたりすると、最適な充電位置に位置決めすることは困難である。

本発明の目的は、被充電機器を充電器上の最適な位置に搭載することが容易な非接触被充電装置ならびにそれを用いる非接触充電システムおよび電気機器を提供することである。

本発明の非接触被充電装置は、充電器が有する送電コイルとの間の電磁誘導によって電流が誘起される受電コイルと、前記受電コイルに誘起された電流を整流する整流回路と、前記整流回路で整流された電流で充電される充電電池と、前記誘起電流の大きさを検知する検知部と、前記検知部の検知結果を報知する報知部とを含むことを特徴とする。

上記の構成によれば、充電器の送電コイルと該被充電装置の受電コイルとが切離し可能なトランスとして機能し、該被充電装置では、両コイル間の電磁誘導によって受電コイルに誘起された電流を整流回路で整流し、充電電池を充電するようにした非接触被充電装置において、検知部と報知部とを設け、前記検知部で前記電磁誘導による前記誘起電流の大きさを検知し、その検知結果を前記報知部で表示する。

したがって、使用者は充電効率（非接触のコイルの結合効率）を把握でき、被充電装置を充電器上の最適な位置に容易に搭載し直すことができる。これによって、効率良く非接触充電を行うことができ、充電時間を短縮することができる。

また、本発明の非接触被充電装置では、前記送電コイルおよび受電コイルは、渦巻状の電線部から成る平面コイルであることを特徴とする。

上記の構成によれば、前記送電コイルおよび受電コイルに、渦巻状の電線部から成る平面コイルを用いると、充電器および被充電装置の接触面は、共に平面となり、被充電装置の位置ずれがし易いので、本発明が特に好適である。

好ましくは、前記報知部は、ＬＥＤから成ることを特徴とする。

その場合、前記報知部は、前記ＬＥＤを複数個有し、前記検知部で検知された前記誘起電流の大きさを、前記ＬＥＤの点灯個数で表示することを特徴とする。

上記の構成によれば、ＬＥＤを２個以上設けることによって、最適な位置から離れているか、あるいは近付いたのかを認識することができ、短時間で最適な位置を容易に発見し、被充電装置の設置を完了させることができる。

また、前記報知部がＬＥＤから成る場合、前記報知部は、前記ＬＥＤの点灯と消灯との時間間隔によって、前記検知部で検知された前記誘起電流の大きさを表示することを特徴とする。

上記の構成によれば、単体のＬＥＤの表示態様で前記誘起電流の大きさを表示する。詳しくは、たとえば最適な位置に近付くにつれ、点滅の間隔を短くし、最適な位置になれば、点滅がなくなる（連続点灯）といった表示方法で、使用者に最適な位置を容易に知らせることができる。

さらにまた、本発明の非接触被充電装置では、前記検知部で検知された誘起電流の大きさが予め定める閾値以上になれば、その旨を音の発生によって使用者に報知する音発生部をさらに備えることを特徴とする。

上記の構成によれば、前記のＬＥＤの表示に併用するなどして、音発生部をさらに設け、前記検知部で検知された誘起電流の大きさが予め定める閾値、たとえば最大の結合効率での９５％程度以上の電流値が得られれば、その旨を音の発生によって使用者に報知する。

したがって、所定レベルの電流が得られる、すなわち満足な充電を行えるようになった時点で、速やかに使用者に報知することができ、最適位置の探索作業を短時間で終わらせることができる。

また、前記報知部は、前記充電器と通信することで、前記検知結果を前記充電器へ報知することを特徴とする。

上記の構成によれば、スペースがない等で、被充電装置側の報知部で、詳しい、或いは見易い表示が困難な場合でも、充電器側の報知部によって、そのようなマイナス面をカバーすることができる。

さらにまた、本発明の非接触充電システムは、前記の非接触被充電装置に、前記充電器を備えて成ることを特徴とする。

また、本発明の電気機器は、前記の非接触充電システムを備えることを特徴とする。

上記の構成によれば、非接触での充電を効率良く行うことができる充電システムおよび電気機器を実現することができる。

本発明の非接触被充電装置は、以上のように、充電器の送電コイルと該被充電装置の受電コイルとが切離し可能なトランスとして機能し、該被充電装置では、両コイル間の電磁誘導によって受電コイルに誘起された電流を整流回路で整流し、充電電池を充電するようにした非接触被充電装置において、検知部と報知部とを設け、前記検知部で電磁誘導による誘起電流の大きさを検知し、その検知結果を報知部で表示する。

それゆえ、使用者は充電効率（非接触のコイルの結合効率）を把握でき、該被充電装置を充電器上の最適な位置に搭載し直すことができる。これによって、効率良く非接触充電を行うことができ、充電時間を短縮することができる。

さらにまた、本発明の充電システムおよび電気機器は、以上のように、前記の非接触被充電装置に充電器を備える。

それゆえ、非接触での充電を効率良く行うことができる充電システムおよび電気機器を実現することができる。

本発明の実施の一形態に係る非接触充電システムの電気的構成を示すブロック図である。 前記非接触被充電システムを構成する充電器および被充電機器の内部構造を模式的に示す縦断面図である。 前記充電器および被充電機器に用いられる送受信のコイルの正面図である。 本発明の実施の一形態の表示部の表示態様を説明するための図である。 本発明の実施の他の形態の表示部の表示態様を説明するための図である。 本発明の実施の他の形態の表示部の表示態様を説明するための波形図である。 本発明の実施のさらに他の形態に係る非接触被充電システムの電気的構成を示すブロック図である。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の一形態に係る非接触充電システム装置の電気的構成を示すブロック図である。この非接触充電システムは、大略的に、非接触被充電装置である被充電機器１に、充電器２を備えて構成される電気機器における充電のための構成部分に用いられ、前記被充電機器１としては、たとえば携帯電話の端末装置である。なお、本実施の形態では、前記被充電機器１と充電器２とが前記非接触で、前記被充電機器１に内蔵された二次電池１１に充電を行うための構成について説明し、前記電気機器、すなわち前記二次電池１１から電源供給されて携帯電話本来の機能を実現する負荷回路については、その説明を省略する。この電気機器は、端子やケーブルなどを用いることなく、充電器２の筐体２０の上面２０１上に、被充電機器１を、その筐体１０の背面１０１を下に向けて搭載した状態で、非接触で充電を行う、意匠的、或いは利便的に優れた電気機器である。

このため、充電器２では、商用電源２１からの商用電流を整流平滑回路２２で直流に変換し、さらにＤＣ−ＤＣコンバータなどの電圧変換回路２３で昇圧した後、発振回路２４にて、たとえば数百ｋＨｚなどの高周波でスイッチングされて、トランスの１次巻線となる送電コイル２５に与えられる。前記発振回路２４のスイッチングは、制御回路２６で制御される。こうして送電コイル２５からは前記高周波の交番電界が発生し、被充電機器１側では、それに電磁結合しており、前記トランスの２次巻線となる受電コイル１２に誘起電圧が発生し、整流回路１３で整流され、充電電流調整回路１４を介して前記二次電池１１に充電電流が供給される。

注目すべきは、本実施の形態では、前記被充電機器１には、前記電磁誘導による前記誘起電流の大きさを検知する電流検知部１５と、その検知結果を使用者に報知する報知部である表示部１６とが設けられていることである。図２は、前記充電器２および被充電機器１の内部構造を模式的に示す縦断面図である。前記コイル１２，２５は、図３で示すように、基板１２１，２５１上に渦巻状の電線部１２２，２５２が巻回されて成る平面コイルから成り、その中心部には、磁性体１２３，２５３が設けられている。

前記被充電機器１側では、前記基板１２１上に形成された電線部１２２を前記背面１０１側として、該基板１２１の上面側には、前記整流回路１３、充電電流調整回路１４、電流検知部１５および表示部１６とともに、図示しない前記携帯電話の本来の機能を実現する回路装置などが実装される。また、前記基板１２１の上面側には、筐体１０１の側部などから、二次電池１１が挿抜可能となっている。充電器２側では、前記基板２５１上に形成された電線部２５２を前記上面２０１側として、該基板２５１の下面側、或いは電線部２５２の側方には、前記整流平滑回路２２、電圧変換回路２３、発振回路２４および制御回路２６などが実装される。

このように充電器２の送電コイル２５と被充電機器１の受電コイル１２とが切離し可能なトランスとして機能し、前記被充電機器１では、両コイル１２，２５間の電磁誘導によって受電コイル１２に誘起された電流を整流回路１３で整流し、二次電池１４を充電するようにした非接触充電システムにおいて、前記被充電機器１に、前記電磁誘導による前記誘起電流の大きさを検知する電流検知部２５と、その検知結果を表示する表示部１６とを設けることで、使用者は充電効率（非接触のコイル１２，２５の結合効率）を把握でき、被充電機器１を充電器２上の最適な位置、すなわちコイル１２，２５の軸心（磁性体１２３，２５３）の水平方向の位置が一致し、かつ上下方向にも近接している（浮き上がりが生じていない）状態に、容易に搭載し直すことができる。これによって、効率良く非接触充電を行うことができ、充電時間を短縮することができる。

特に、上述のように送電コイル１２および受電コイル２５が渦巻状の電線部から成る平面コイルである場合、充電器２および被充電機器１の接触面２０１，１０１は、共に平面となり、被充電機器１の位置ずれがし易いので、本発明が好適である。

図４は、前記表示部１６の表示態様を説明するための図である。本実施の形態では、前記表示部１６は、複数（図１および図４では３つ）のＬＥＤ１６１〜１６３から構成されている。そして、前記電流検知部１５は、検知された誘起電流の大きさが、０から極めて小さいときには図４（ａ）で示すようにＬＥＤ１６１〜１６３のいずれも点灯させず、検知されるものの小さいときには図４（ｂ）で示すように１つのＬＥＤ１６１のみを点灯させ、大きくなると、図４（ｃ）から（ｄ）で示すように、残りのＬＥＤ１６２，１６３も順次点灯させてゆく。なお、表示部の近傍に指標を付すなどして、直線上に配列されるこれらのＬＥＤ１６１〜１６３の内、いずれが大きい電流に対応し、また小さい電流に対応しているのかを判別可能な場合は、１つだけ、たとえば最大電流でＬＥＤ１６３だけを点灯させるようにしてもよい。

たとえば、図４（ａ）で示す誘起電流の極小値の範囲Ｗ１は、最大の結合効率をＡとするとき、０％×Ａ≦Ｗ１≦５０％×Ａであり、図４（ｂ）で示す小さな電流値の範囲Ｗ２は、５０％×Ａ＜Ｗ２≦８０％×Ａであり、図４（ｃ）で示す中程度の電流値の範囲Ｗ３は、８０％×Ａ＜Ｗ３≦９５％×Ａであり、図４（ｄ）で示す大きな電流値の範囲Ｗ４は、９５％×Ａ＜Ｗ３≦１００％×Ａである。

このように構成することで、使用者は、複数のＬＥＤ１６１〜１６３の点灯状態から、前記最適な位置から離れているか、あるいは近付いたのかを容易に認識することができ、短時間で最適な位置を発見し、被充電機器１の設置を完了させることができる。

なお、前記コイル１２，２５の電線部１２２，２５２の線材は、単線、或いは複数本を束ねたもの、または撚り合わせたものの、いずれであってもよい。好ましくは、図３で示すように、前記電線部１２２，２５２が平面の基板１２１，２５１上に渦を巻くにあたって、所定の間隔を開けて巻回される。これによって、渦電流損失による発熱を抑制することができるとともに、前記間隔で放熱を行うことができる。
（実施の形態２）
図５は本発明の実施の他の形態に係る被充電機器１ａの表示部１６ａの表示態様を説明するための図であり、図６はその波形図である。注目すべきは、本実施の形態では、前記表示部１６ａは、単一のＬＥＤ１６０から構成されており、その点灯と消灯との時間間隔によって、前記電流検知部１５で検知された前記誘起電流の大きさを表示することである。

たとえば、前記電流検知部１５で検知された誘起電流の大きさが、０から極めて小さいときには図５（ａ）および図６（ａ）で示すようにＬＥＤ１６０は点灯させず、検知されるものの小さいときには図６（ｂ）で示すように図５（ｂ）で示す点灯と図５（ａ）で示す消灯とを繰返し、大きくなると、図６（ｃ）で示すように点滅間隔を速くして、前記最適位置となると図６（ｄ）で示すように連続点灯となる。なお、点滅間隔ではなく、色を変えるようにしてもよい。図６（ａ）〜（ｄ）の点滅制御を行う電流閾値は、前述の図４（ａ）〜（ｄ）と同様である。

このように構成してもまた、単体のＬＥＤ１６０の表示態様で、使用者に最適な位置を知らせることができる。
（実施の形態３）
図７は、本発明の実施のさらに他の形態に係る非接触充電システムの電気的構成を示すブロック図である。この非接触充電システムは、前述の図１で示す非接触充電システムに類似し、対応する部分には同一の参照符号を付して示し、その説明を省略する。注目すべきは、この非接触充電システムでは、被充電機器１ｂおよび充電器２ｂには、被充電機器１ｂから充電器２ｂへの通信部１７，２７をさらに備え、その通信部１７，２７を介して被充電機器１ｂの前記電流検知部１５での検知結果を充電器２ｂの制御回路２６ｂへ送信し、充電器２ｂにさらに設けたもう１つの表示部２８で、その送信された検知結果を表示することである。

このように構成することで、スペースがない等で、被充電機器１ｂ側の表示部１６で、詳しい、或いは見易い表示が困難な場合でも、充電器２ｂ側の表示部２８によって、そのようなマイナス面をカバーすることができる。前記通信部１７，２７は、もう１つのコイルであってもよく、或いは近距離の無線や赤外線などの通信手段であってもよい。

さらにまた、注目すべきは、充電器２ｂには、前記のＬＥＤなどの表示部２８に併用して、音発生部２９をさらに設け、前記制御回路２６ｂは、送信されてきた誘起電流の大きさが予め定める閾値以上になれば、前記音発生部２９によって、その旨を使用者に報知することである。前記予め定める閾値は、たとえば前記大きな電流値の範囲Ｗ４と同様に、最大の結合効率Ａでの９５％以上の電流値である。

このように構成することで、所定レベルの電流が得られる、すなわち満足な充電を行えるようになった時点で、速やかに使用者に報知することができ、最適位置の探索作業を短時間で終わらせることができる。

１，１ａ，１ｂ 被充電機器
１０ 筐体
１０１ 背面
１１ 二次電池
１２ 受電コイル
１２１ 基板
１２２ 電線部
１２３ 磁性体
１３ 整流回路
１４ 充電電流調整回路
１５ 電流検知部
１６，１６ａ 表示部
１６０〜１６１ ＬＥＤ
１７ 通信部
２，２ｂ 充電器
２０ 筐体
２０１ 上面
２１ 商用電源
２２ 整流平滑回路
２３ 電圧変換回路
２４ 発振回路
２５ 送電コイル
２５１ 基板
２５２ 電線部
２５３ 磁性体
２６，２６ｂ 制御回路
２７ 通信部
２８ 表示部
２９ 音発生部

Claims (9)

1. 充電器が有する送電コイルとの間の電磁誘導によって電流が誘起される受電コイルと、
   前記受電コイルに誘起された電流を整流する整流回路と、
   前記整流回路で整流された電流で充電される充電電池と、
   前記誘起電流の大きさを検知する検知部と、
   前記検知部の検知結果を報知する報知部とを含むことを特徴とする非接触被充電装置。
2. 前記送電コイルおよび受電コイルは、渦巻状の電線部から成る平面コイルであることを特徴とする請求項１記載の非接触被充電装置。
3. 前記報知部は、ＬＥＤから成ることを特徴とする請求項１または２記載の非接触被充電装置。
4. 前記報知部は、前記ＬＥＤを複数個有し、前記検知部で検知された前記誘起電流の大きさを、前記ＬＥＤの点灯個数で表示することを特徴とする請求項３記載の非接触被充電装置。
5. 前記報知部は、前記ＬＥＤの点灯と消灯との時間間隔によって、前記検知部で検知された前記誘起電流の大きさを表示することを特徴とする請求項３記載の非接触被充電装置。
6. 前記検知部で検知された誘起電流の大きさが予め定める閾値以上になれば、その旨を音の発生によって使用者に報知する音発生部をさらに備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の非接触被充電装置。
7. 前記報知部は、前記充電器と通信することで、前記検知結果を前記充電器へ報知することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の非接触被充電装置。
8. 前記請求項１〜７のいずれか１項に記載の非接触被充電装置に、前記充電器を備えて成ることを特徴とする非接触充電システム。
9. 前記請求項８記載の非接触充電システムを用いることを特徴とする電気機器。

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