JP2010263663A - 電池内蔵機器と充電台 - Google Patents

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Abstract

【課題】誘導コイルの位置を正確に検出しながら、内蔵電池を効率よく充電する。
【解決手段】電池内蔵機器と充電台は、充電台10の電源コイル11から、電池内蔵機器50の誘導コイル51に電力搬送して内蔵電池52を充電する。充電台10は、位置検出コイル30に位置検出信号を供給し、誘導コイル51から出力されるエコー信号で誘導コイル51の位置を検出する位置検出制御器14を備える。電池内蔵機器50は、誘導コイル51に直列接続してなる直列コンデンサー55と誘導コイル51に並列接続される並列コンデンサー56と切換回路57とを備え、位置検出制御器14が位置検出信号を出力する状態では、誘導コイル51に並列コンデンサー56を接続し、電源コイル11から誘導コイル51に電力搬送する状態では、誘導コイル51と並列コンデンサー56とを非接続状態として、直列コンデンサー55を介して誘導コイル51の交流を整流回路53に出力する。
【選択図】図10

Description

本発明は、パック電池や携帯電話などの電池内蔵機器と、この電池内蔵機器に電磁誘導作用で電力を搬送して、電池内蔵機器の内蔵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、交流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
特許文献1は、充電台の上に載せるパック電池の位置がずれると、パック電池を充電できなくなる欠点がある。それは、携帯電子機器と充電台との相対位置がずれると、電源コイルと誘導コイルが電磁結合されない状態となって、電源コイルから誘導コイルに交流電力を搬送できなくなるからである。また、特許文献2に記載されるように、充電台に位置決め凸部を設け、この位置決め凸部を嵌入する位置決め凹部を携帯電子機器に設けて、携帯電話と充電台との相対的な位置ずれを少なくできる。ただ、この構造によっても、つねに電源コイルと誘導コイルとの相対位置を正確に配置することはできない。
本発明者等は、さらに、この欠点を解決することを目的として、電源コイルを移動できる構造とし、充電台にセットされる電池内蔵機器の誘導コイルを検出して、電源コイルを誘導コイルに接近する充電台を開発した。図1は、この充電台110と、この充電台110にセットされる電池内蔵機器150の回路図を示している。この充電台110は、誘導コイル151の位置を検出する位置検出制御器114を備える。図2は位置検出制御器114のブロック図を示している。この位置検出制御器114は、充電台のケースの装着部である上面プレートの内側に固定している複数の位置検出コイル130と、この位置検出コイル130にパルス信号の位置検出信号を供給する検出信号発生回路131と、この検出信号発生回路131から位置検出コイル130に供給される位置検出信号に励起されて誘導コイル151から位置検出コイル130に出力されるエコー信号を受信する受信回路132と、この受信回路132が受信するエコー信号から誘導コイル151の位置を判別する識別回路133とを備えている。識別回路133は、誘導コイル151の位置に対する各々の位置検出コイル130に誘導されるエコー信号のレベルを記憶する記憶回路137を備えている。
以上の位置検出制御器は、以下のようにして誘導コイルの位置を検出する。
(1)検出信号発生回路131がパルス信号の検出信号を位置検出コイル130に出力する。
(2)位置検出コイル130に供給される位置検出信号のパルス信号に励起されて、図3に示すように、誘導コイル151から位置検出コイル130にエコー信号が出力される。
(3)受信回路132にエコー信号が受信される。
(4)複数の位置検出コイル130を順番に切り換えて各々の位置検出コイル130からパルス信号の位置検出信号を出力し、各々の位置検出コイル130でもってエコー信号を受信する。
(5)識別回路133は、各々の位置検出コイル130に誘導されるエコー信号のレベルを、識別回路133の記憶回路137に記憶されるエコー信号のレベルに比較して、誘導コイル151の位置を検出する。誘導コイル151に接近する位置検出コイル130に誘導されるエコー信号はレベルが高く、誘導コイル151が位置検出コイル130から離れるにしたがってエコー信号のレベルが低くなるので、識別回路133はエコー信号のレベルから誘導コイル151の位置を検出する。図2の位置検出制御器114は、X軸方向とY軸方向に位置検出コイル130を配設して、誘導コイルのX軸方向の位置をX軸検出コイル130AでY軸方向の位置をY軸検出コイル130Bで検出する。
以上の位置検出制御器114は、図1の回路図に示すように、誘導コイル151と並列に並列コンデンサー153を接続して、並列共振回路を構成し、パルスによるトリガーに共振してエコー信号を発生させる。ただ、誘導コイル151と並列に接続している並列コンデンサー153は、誘導コイル151に誘導される電力で内蔵電池152を充電するときの電力効率を低くする弊害がある。
本発明は、さらに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、非充電中は並列共振回路を構成してエコー信号を発生させて誘導コイルの位置を正確に検出しながら、充電中は並列コンデンサを切り離して電力効率を高くして内蔵電池を効率よく充電できる電池内蔵機器と充電台と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、電源コイル11を備える充電台10と、この電源コイル11に電磁結合される誘導コイル51を内蔵する電池内蔵機器50、60、70とからなり、電源コイル11から誘導コイル51に電力搬送される電力でもって、電池内蔵機器50、60、70の内蔵電池52を充電する。充電台10は、電池内蔵機器50、60、70を脱着自在にセットする装着部を有するケース20と、電源コイル11に接続してなる交流電源12と、電源コイル11を誘導コイル51に接近するように移動させる移動機構13と、装着部にセットされる電池内蔵機器50、60、70の位置を検出して移動機構13を制御して電源コイル11を電池内蔵機器50、60、70の誘導コイル51に接近させる位置検出制御器14、44とを備えている。位置検出制御器14、44は、上面プレート21に固定している位置検出コイル30と、この位置検出コイル30に位置検出信号を供給する検出信号発生回路31と、この検出信号発生回路31から位置検出コイル30に供給される位置検出信号に励起されて誘導コイル51から位置検出コイル30に出力されるエコー信号を受信する受信回路32と、この受信回路32が受信するエコー信号から誘導コイル51の位置を判別する識別回路33とを備えている。電池内蔵機器50、60、70は、誘導コイル51に接続されて、誘導コイル51に誘導される交流を直流に変換して、内蔵電池52に充電電力を供給する整流回路53と、誘導コイル51の交流を整流回路53に入力する誘導コイル51に直列に接続してなる直列コンデンサー55と、誘導コイル51と並列に接続される並列コンデンサー56と、直列コンデンサー55及び並列コンデンサー56と誘導コイル51との接続状態を切り換える切換回路57、67、77とを備えている。電池内蔵機器50、60、70は、切換回路57、67、77によって、位置検出制御器14、44が位置検出信号を出力する状態にあっては、誘導コイル51に並列コンデンサー56を接続し、電源コイル11から誘導コイル51に電力搬送する状態にあっては、誘導コイル51と並列コンデンサー56とを非接続状態として、直列コンデンサー55を介して誘導コイル51の交流を整流回路53に出力する。
以上の電池内蔵機器と充電台は、常時は並列共振回路を構成して誘導コイルの位置を正確に検出しながら、充電時はこの並列コンデンサーを切り離し電力効率を高くして内蔵電池を効率よく充電できる特徴がある。エコー信号を発生できるのは、誘導コイルの位置を検出する状態においては、誘導コイルと並列に並列コンデンサーを接続するからである。また、電力効率を高くして、内蔵電池を効率よく充電できるのは、内蔵電池を充電する状態にあっては、誘導コイルと並列にコンデンサーを接続することなく、誘導コイルと直列にコンデンサーを接続して、誘導コイルの電力を整流回路に出力できるからである。誘導コイルに直列コンデンサーを接続する回路構成は、誘導コイルに並列コンデンサーを接続する従来の回路構成より電力効率を向上して充電中のコイルや電池の発熱を抑え、内蔵電池を効率よく速やかに、しかも安全に充電できる。
本発明の電池内蔵機器と充電台は、充電台10の装着部を、ケース20の上面に設けてなる上面プレート21とすることができる。
以上の充電台は、電池内蔵機器を上面プレートの自由な位置にセットして、内蔵電池を効率よく充電できる特徴がある。
本発明の電池内蔵機器と充電台は、切換回路57が、並列コンデンサー56と直列に接続してなるスイッチング素子58を備え、このスイッチング素子58のオン状態において、並列コンデンサー56を誘導コイル51と並列に接続し、スイッチング素子58のオフ状態において、並列コンデンサー56と誘導コイル51とを非接続状態とすることができる。
以上の電池内蔵機器は、簡単な回路構成としながら、切り替え可能な並列共振回路を構成して、電力効率を高くして内蔵電池を効率よく充電できる特徴がある。
本発明の電池内蔵機器と充電台は、切換回路67が、互いに直列に接続してなる一対のペアースイッチング素子68を備え、ペアースイッチング素子68と直列に並列コンデンサー56を接続して、ペアースイッチング素子68の接続点をアースライン63に接続し、各々のペアースイッチング素子68を並列コンデンサー56を介して誘導コイル51の両端に接続し、ペアースイッチング素子68のオン状態で並列コンデンサー56を誘導コイル51に接続し、ペアースイッチング素子68のオフ状態で並列コンデンサー56と誘導コイル51とを非接続状態とすることができる。
以上の電池内蔵機器は、誘導コイルと整流回路のアースラインを共通とすることなく、並列共振回路を構成して誘導コイルの位置を正確に検出し、しかも内蔵電池を充電する充電では電力効率を高くして効率よく充電できる特徴がある。
本発明の電池内蔵機器と充電台は、ペアースイッチング素子68をFETとすることができる。
本発明の電池内蔵機器と充電台は、整流回路53がブリッジダイオード回路を備え、誘導コイル51を、ダイオードを介してアースライン63に接続することができる。
以上の電池内蔵機器は、誘導コイルの両端をブリッジダイオードの出力側のアースラインに接続することなく、ブリッジダイオード回路でもって誘導コイルの電力を効率よく整流して内蔵電池を効率よく充電できる。
本発明の電池内蔵機器と充電台は、直列コンデンサー55と並列コンデンサー56とをひとつの直列並列コンデンサー75として、切換回路77が、直列並列コンデンサー75の整流回路53側をショートするショート回路73を備えることができる。ショート回路73は、直列並列コンデンサー75の整流回路53側をショート状態として直列並列コンデンサー75を誘導コイル51と並列に接続し、ショート回路73の非短絡状態において、直列並列コンデンサー75を整流回路53と直列に接続して誘導コイル51の交流を直列並列コンデンサー75を介して整流回路53に出力することができる。
以上の電池内蔵機器は、ひとつのコンデンサーを並列コンデンサーと直列コンデンサーに切り換えて使用するので、簡単な回路構成としながら、切り替え可能な並列共振回路を構成し、内蔵電池の充電効率を高くできる特徴がある。
本発明の電池内蔵機器と充電台は、位置検出制御器14が、電池内蔵機器50、60、70の誘導コイル51の位置を粗検出する第1の位置検出制御器14Aと、誘導コイル51の位置を精密検出する第2の位置検出制御器14Bとを備えて、第1の位置検出制御器14Aが、複数の位置検出コイル30と、検出信号発生回路31と、受信回路32と、識別回路33とを備えることができる。この充電台は、第1の位置検出制御器14Aで誘導コイル51に接近された電源コイル11を、第2の位置検出制御器14Bで誘導コイル51に接近させることができる。
以上の電池内蔵機器と充電台は、電池内蔵機器の誘導コイルの位置を粗検出する第1の位置検出制御器と、誘導コイルの位置を精密検出する第2の位置検出制御器とを備え、第1の位置検出制御器で誘導コイルに接近された電源コイルを、第2の位置検出制御器で誘導コイルに接近させるので、誘導コイルの位置をより正確にできる特徴がある。とくに、以上の充電台は、第1の位置検出制御器が、上面プレートに固定している複数の位置検出コイルに位置検出信号を送って、この位置検出信号に励起されて、誘導コイルと並列コンデンサーによる並列共振回路から位置検出コイルに出力されるエコー信号を受信回路で受信して誘導コイルの位置を判別するので、複数の位置検出コイルでもって、検出範囲を広くしながら、誘導コイルの位置を電気的に調べることができる。この構造は、広い範囲を効率よく検出できるので、電池内蔵機器の誘導コイルの位置を粗検出する第1の位置検出制御器として極めて有効である。
本発明の電池内蔵機器と充電台は、交流電源12が自励式の発振回路を有し、第2の位置検出制御器14Bが、自励式の発振回路の発振周波数から誘導コイル51の位置を検出して移動機構13を制御することができる。
以上の充電台は、第2の位置検出制御器が、交流電源が有する自励式の発振回路の発振周波数から誘導コイルの位置を正確に検出するので、第2の位置検出制御器でもって誘導コイルの位置を精密に検出できる特徴がある。
本発明の電池内蔵機器と充電台は、位置検出制御器44が、上面プレート21に固定している複数の位置検出コイル30と、この位置検出コイル30に位置検出信号を供給する検出信号発生回路31と、この検出信号発生回路31から位置検出コイル30に供給される位置検出信号に励起されて誘導コイル51から位置検出コイル30に出力されるエコー信号を受信する受信回路32と、この受信回路32が受信するエコー信号から誘導コイル51の位置を判別する識別回路43とを備え、識別回路73が、誘導コイル51の位置に対する各々の位置検出コイル30に誘導されるエコー信号のレベルを記憶する記憶回路47を備えて、各々の位置検出コイル30に誘導されるエコー信号のレベルを、識別回路47に記憶されるエコー信号のレベルに比較して、誘導コイル51の位置を検出することができる。
以上の電池内蔵機器と充電台は、識別回路が、各々の位置検出コイルに誘導されるエコー信号のレベルを、識別回路の記憶回路に記憶されるエコー信号のレベルに比較して、誘導コイルの位置を検出するので、位置検出コイルに誘導されるエコー信号のレベルから、誘導コイルの位置を正確に検出することができる。この充電台は、誘導コイルの位置を位置検出制御器で正確に検出することにより、電源コイルを速やかに誘導コイルに接近させて、内蔵電池を効率よく充電できる。
本発明の電池内蔵機器と充電台は、ケース20の上面プレート21を、複数の電池内蔵機器50を載せることができる大きさとして、充電している電池内蔵機器50の内蔵電池52が満充電されない状態において、位置検出制御器14が、電源コイル11の位置を別の電池内蔵機器50の誘導コイル51の位置に移動するように移動機構13を制御して、各々の電池内蔵機器50を満充電することができる。
以上の電池内蔵機器と充電台は、電池が満充電される前に、次の電池内蔵機器の電池を充電し、この工程を繰り返して複数の電池内蔵機器の電池を充電するので、各々の電池の充電時間を短くして、電源コイルから誘導コイルに供給する送電電力を大きくすることができ、複数の電池内蔵機器をより短い時間で満充電できる。とくに、この電池内蔵機器と充電台は、充電する電池内蔵機器を切り換えながら充電することで、誘導コイルや電池の発熱を少なくしながら、電池の充電電流を大きくして速やかに満充電できる。
本発明の電池内蔵機器と充電台は、位置検出制御器14が、充電している内蔵電池52の電圧と残容量と温度からなる電池情報の少なくともひとつを検出し、検出する電池情報で電源コイル11の位置を変更して、充電する電池内蔵機器50を切り換えることができる。
以上の電池内蔵機器と充電台は、充電している電池から検出される電池情報に基づいて、充電する電池内蔵機器を切り換えるので、充電される電池を保護しながら、短時間で満充電できる。
本発明の電池内蔵機器と充電台は、上面プレート21が、電源コイル11の位置を外部から視認できる透光性を有することができる。
この電池内蔵機器と充電台は、電源コイルが電池内蔵機器に接近することを、目で見て確認できるので、電池内蔵機器が確実に充電されることを確認しながら、安心して使用できる。
本発明の電池内蔵機器と充電台は、電源コイル11に光を照射する発光ダイオード19を備えることができる。
この電池内蔵機器と充電台は、移動する電源コイルやその周囲を発光ダイオードで明るく照らすことにより、優れたデザイン性を実現しながら、電源コイルの移動を明確に表示できる。
本出願人が先に出願した電池内蔵機器と充電台のブロック図である。 図1に示す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誘導コイルと並列コンデンサーによる並列共振回路から出力されるエコー信号の一例を示す図である。 本発明の一実施例にかかる充電台の斜視図である。 図4に示す充電台の内部構造を示す概略斜視図である。 図4に示す充電台の内部構造を示す水平断面図である。 図6に示す充電台の垂直縦断面図である。 図6に示す充電台の垂直横断面図である。 本発明の一実施例にかかる充電台の位置検出制御器を示す回路図である。 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。 電池内蔵機器の他の一例を示すブロック図である。 電池内蔵機器の他の一例を示すブロック図である。 位置検出信号で励起された誘導コイルと並列コンデンサーによる並列共振回路から出力されるエコー信号の一例を示す図である。 電源コイルと誘導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。 本発明の他の実施例にかかる充電台の位置検出制御器を示す回路図である。 図15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。
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充電台を例示するものであって、本発明は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4ないし図10は、充電台10の概略構成図及び原理図を示している。充電台10は、図4、図5、及び図10に示すように、充電台10の上に電池内蔵機器50を載せて、電池内蔵機器50の内蔵電池52を磁気誘導作用で充電する。電池内蔵機器50は、電源コイル11に電磁結合される誘導コイル51を内蔵している。この誘導コイル51に誘導される電力で充電される電池52を内蔵している。
図10ないし図12は、電池内蔵機器50、60、70の回路図を示す。この電池内蔵機器50、60、70は、誘導コイル51に接続されて、誘導コイル51に誘導される交流を直流に変換して、内蔵電池52に充電電力を供給する整流回路53を備えている。整流回路53は、誘導コイル51から入力される交流を直流に変換して、内蔵電池52の充電を制御する充電制御回路54に出力する。充電制御回路54は、整流回路53から入力される電力で内蔵電池52を満充電する。充電制御回路54は、内蔵電池52の満充電を検出して充電を停止する。リチウムイオン電池の内蔵電池52を充電する充電制御回路54は、定電圧・定電流充電して内蔵電池52を満充電する。ニッケル水素電池の内蔵電池を充電する充電制御回路は、定電流充電して内蔵電池を満充電する。
さらに、図10ないし図12の電池内蔵機器50、60、70は、誘導コイル51の交流を整流回路53に効率よく入力するために誘導コイル51に直列に接続している直列コンデンサー55と、誘導コイル51と並列に接続している並列コンデンサー56と、直列コンデンサー55及び並列コンデンサー56と誘導コイル51との接続状態を切り換える切換回路57、67、77とを備えている。
切換回路57、67、77は、位置検出制御器14から位置検出信号が出力される状態にあっては、誘導コイル51に並列コンデンサー56を接続する。並列コンデンサー56を並列に接続している誘導コイル51は、誘導コイル51と並列コンデンサー56とで並列共振回路を構成し、位置検出制御器14の位置検出コイル30から出力される位置検出信号に励起されてエコー信号を発生する。誘導コイル51と直列コンデンサー55だけでは共振状態は起こらず並列コンデンサー56が必要になる。したがって、切換回路57、67、77は、電池内蔵機器50、60、70が充電台10にセットされて、電池内蔵機器50、60、70の誘導コイル51の位置を位置検出制御器14で検出する状態では、並列コンデンサー56を誘導コイル51に接続する。
ただ、並列コンデンサー56を並列に接続している誘導コイル51は、誘導される電力を効率よく整流回路53に出力することができず、電力効率が低くなる弊害がある。誘導コイル51は、並列コンデンサー56を接続する状態に比較して、直列コンデンサー55を接続する状態で整流回路53に出力する電力効率を向上できる。したがって、切換回路57、67、77は、誘導コイル51の位置を検出して、電源コイル11を誘導コイル51に接近した後は、誘導コイル51に直列コンデンサー55を接続して、誘導される電力を誘導コイル51から整流回路53に出力する。すなわち、切換回路57、67、77は、電源コイル11から誘導コイル51に電力搬送する状態にあっては、誘導コイル51に並列コンデンサー56を接続しない状態、すなわち並列コンデンサー56を非接続状態として、直列コンデンサー55を誘導コイル51に接続する。この状態で、誘導コイル51に誘導される交流は、直列コンデンサー55を介して整流回路53に出力される。
図10に示す切換回路57は、並列コンデンサー56と直列に接続してなるスイッチング素子58を備える。並列コンデンサー56とスイッチング素子58との直列回路は、誘導コイル51と並列に接続される。スイッチング素子58はFETなどの半導体スイッチング素子で、コントロール回路59でオンオフに制御される。この切換回路57は、スイッチング素子58をオン状態として、並列コンデンサー56を誘導コイル51と並列に接続する。また、スイッチング素子58のオフ状態において、並列コンデンサー56と誘導コイル51とを非接続状態とする。直列コンデンサー55は、誘導コイル51と直列に接続されて、誘導コイル51を整流回路53に接続している。
コントロール回路59は、スイッチング素子58であるFETのゲート電圧を制御して、スイッチング素子58をオンオフに切り換える。このコントロール回路59は、誘導コイル51の位置を検出する状態において、スイッチング素子58をオンとして、誘導コイル51に並列コンデンサー56を接続する。並列コンデンサー56を並列に接続している誘導コイル51は、位置検出コイル30から出力される位置検出信号に励起されて高レベルのエコー信号を出力する。スイッチング素子58をオンに切り換える状態で、誘導コイル51と整流回路53との間に直列コンデンサー55を接続しているが、オン状態のスイッチング素子58によって、誘導コイル51と並列コンデンサー56とが並列に接続されるので、この状態で並列共振回路を構成して、位置検出信号に励起されて高レベルのエコー信号を出力する。
誘導コイル51の位置が検出されて、電源コイル11を誘導コイル51に接近させた後、コントロール回路59はスイッチング素子58をオフに切り換えて、並列コンデンサー56を誘導コイル51に接続しない状態とする。すなわち、コントロール回路59は、電源コイル11から誘導コイル51に電力搬送する状態にあっては、スイッチング素子58をオフとして並列コンデンサー56を誘導コイル51から切り離し、誘導コイル51に誘導される交流を、直列コンデンサー55を介して整流回路53に効率よく出力する。
さらに、図11の切換回路67は、互いに直列に接続してなる一対のペアースイッチング素子68を備える。図のペアースイッチング素子68はFET等の半導体スイッチング素子である。ペアーFET68A、68Bはソースを接続して、互いに直列に接続している。さらに、ペアースイッチング素子68の接続点であるFETのソースは、高抵抗な抵抗器64、例えば100kΩの抵抗器を介してアースライン63に接続してアース電位としている。各々のペアースイッチング素子68には直列に並列コンデンサー56を接続している。各々のペアースイッチング素子68であるペアーFET68A、68Bは、ドレインに接続している並列コンデンサー56を介して誘導コイル51の両端に接続している。この図の切換回路67は、並列コンデンサー56、ペアーFET68A、ペアーFET68B、並列コンデンサー56の直列回路を誘導コイル51と並列に接続している。
直列コンデンサー55は、図の実線で示すように、並列コンデンサー56よりも整流回路53側に接続され、あるいは鎖線で示すように、並列コンデンサー56と誘導コイル51との間に接続することもできる。並列コンデンサー56と誘導コイル51との間に接続している直列コンデンサー55は、ペアースイッチング素子68をオンに切り換える状態で、並列コンデンサー56と直列に接続される。したがって、誘導コイル51とで並列共振回路を実現するコンデンサーの静電容量は、直列コンデンサー55とふたつの並列コンデンサー56を直列接続している合成容量となる。
ペアースイッチング素子68のペアーFET68A、68Bは、コントロール回路69で一緒にオンオフに切り換えられる。コントロール回路69は、ペアースイッチング素子68である両方のFETのゲート電圧を同じように制御して、一対のペアースイッチング素子68を同時にオンオフに切り換える。コントロール回路69が、ペアースイッチング素子68のFETをオンに切り換える状態で並列コンデンサー56は誘導コイル51と並列に接続される。また、コントロール回路69が、ペアースイッチング素子68をオフ状態として、並列コンデンサー56は誘導コイル51から切り離されて非接続状態となる。
以上のコントロール回路69は、誘導コイル51の位置を検出する状態においては、ペアースイッチング素子68をオンとして、誘導コイル51と並列コンデンサー56を接続する。並列コンデンサー56を並列に接続している誘導コイル51は、位置検出コイル30から出力される位置検出信号に励起されて並列共振してエコー信号を出力する。
誘導コイル51の位置が検出されて、電源コイルを誘導コイル51に接近させた後、コントロール回路59はペアースイッチング素子68をオフに切り換えて、並列コンデンサー56を誘導コイル51に接続しない状態とする。すなわち、コントロール回路59は、電源コイルから誘導コイル51に電力搬送する状態にあっては、ペアースイッチング素子68をオフとして並列コンデンサー56を誘導コイル51から切り離し、誘導コイル51に誘導される交流を、直列コンデンサー55を介して整流回路53に効率よく出力する。
図11の切換回路67は、ペアースイッチング素子68の一方をアース電位とするので、コントロール回路69の回路構成を簡単にできる。とくに、整流回路53をブリッジダイオード回路として、誘導コイル51の両方をアース電位としない状態、すなわち誘導コイル51がダイオードを介してアースライン63に接続される状態で、コントロール回路69がペアースイッチング素子68をオンオフに制御する回路構成を簡単にできる。
さらに、図12の電池内蔵機器70は、直列コンデンサー55と並列コンデンサー56とをひとつの直列並列コンデンサー75で構成する。この電池内蔵機器70は、切換回路77でもって直列並列コンデンサー75を直列コンデンサー55と並列コンデンサー56に切り換えて使用する。直列並列コンデンサー75は、誘導コイル51と整流回路53との間に接続している。切換回路77は、この直列並列コンデンサー75の整流回路53側をショートするショート回路73を備えている。ショート回路73は、PTC等の抵抗素子74とスイッチング素子78とからなり、スイッチング素子78がコントロール回路79でオンオフに制御される。スイッチング素子78はフォトモスFETで、光を介してオンオフに切り換えられる。コントロール回路79は、スイッチング素子78をオンに切り換えて、ショート回路73でもって直列並列コンデンサー75の整流回路53側をショート状態として、直列並列コンデンサー75を誘導コイル51と並列に接続する。また、コントロール回路79がスイッチング素子78をオフに切り換える状態では、ショート回路73を非短絡状態、すなわちオープン状態として、直列並列コンデンサー75を誘導コイル51と直列に接続して、誘導コイル51の交流を直列並列コンデンサー75を介して整流回路53に出力する。
充電台10は、図4ないし図10に示すように、交流電源12に接続されて誘導コイル51に起電力を誘導する電源コイル11と、この電源コイル11を内蔵すると共に、上面には電池内蔵機器50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、電源コイル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の位置を検出して、移動機構13を制御して電源コイル11を電池内蔵機器50の誘導コイル51に接近させる位置検出制御器14とを備える。充電台10は、電源コイル11と、交流電源12と、移動機構13と、位置検出制御器14とをケース20に内蔵している。
この充電台10は、以下の動作で電池内蔵機器50の内蔵電池52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が載せられると、この電池内蔵機器50の位置が位置検出制御器14で検出される。
(2)電池内蔵機器50の位置を検出した位置検出制御器14は、移動機構13を制御して、移動機構13でもって電源コイル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の誘導コイル51に接近させる。
(3)誘導コイル51に接近する電源コイル11は、誘導コイル51に電磁結合されて誘導コイル51に交流電力を搬送する。
(4)電池内蔵機器50は、誘導コイル51の交流電力を整流して直流に変換し、この直流で内蔵電池52を充電する。
以上の動作で電池内蔵機器50の電池52を充電する充電台10は、交流電源12に接続している電源コイル11をケース20に内蔵している。電源コイル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。電源コイル11から誘導コイル51への電力搬送の効率は、電源コイル11と誘導コイル51の間隔を狭くして向上できる。好ましくは、電源コイル11を誘導コイル51に接近する状態で、電源コイル11と誘導コイル51の間隔は7mm以下とする。したがって、電源コイル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。電源コイル11は、上面プレート21の上に載せられる電池内蔵機器50の誘導コイル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。
電源コイル11を内蔵するケース20は、電池内蔵機器50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4と図5の充電台10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とする四角形としている。ただ、上面プレートは、直径を5cmないし30cmとする円形とすることもできる。図4と図5の充電台10は、上面プレート21を大きくして、すなわち複数の電池内蔵機器50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50を一緒に載せて内蔵される電池52を順番に充電できるようにしている。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。
ケース20の上面プレート21は、その内側を移動する電源コイル11を外部から視認できる透光性を有する。この充電台10は、電源コイル11が電池内蔵機器50に接近することをユーザーが目で見て確認できるので、ユーザーは電池内蔵機器50が確実に充電されることを確認できる。したがって、ユーザーは安心して充電台10を使用できる。さらに、電源コイル11に光を照射する発光ダイオード19を設けることで、移動する電源コイル11やその周囲を発光ダイオード19でライトアップして、優れたデザイン性と、電源コイル11の移動をアピールすることができる。また、発光ダイオード19の光が上面プレート21を透過して電池内蔵機器50を照射する構造とすることもできる。図5と図6に示す充電台10は、電源コイル11の周囲に4個の発光ダイオード19を等間隔で配置している。これらの発光ダイオード19は、図10に示すように、充電台10に内蔵される直流電源18から電力が供給されて点灯する。ただ、発光ダイオードは、電源コイルの中心部に配置することもできる。また、電源コイルの位置を表示する発光ダイオードは、3個以下とし、あるいは5個以上とすることもできる。この充電台10は、電池内蔵機器50を充電する状態で、電池内蔵機器50を発光ダイオード19で照射し、あるいは充電状態で発光ダイオード19の発光色や点滅パターン等の点灯状態を変化することで、ユーザーに電池内蔵機器50の充電状態を明確に知らせることもできる。
電源コイル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。この電源コイル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。電源コイル11は、交流電源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。電源コイル11は、磁性材からなるコア15に線材を巻いてインダクタンスを大きくできる。コア15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15は、渦巻き状に巻かれた電源コイル11の中心に配置する円柱部15Aと、外側に配置される円筒部15Bを底部で連結する形状としている。コア15のある電源コイル11は、磁束を特定部分に集束して、効率よく電力を誘導コイル51に伝送できる。ただ、電源コイルは、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。電源コイル11は、誘導コイル51の外径にほぼ等しくして、誘導コイル51に効率よく電力搬送する。
交流電源12は、たとえば、20kHz〜数MHzの高周波電力を電源コイル11に供給する。交流電源12は、可撓性のリード線16を介して電源コイル11に接続される。電源コイル11が上面プレート21に載せられる電池内蔵機器50の誘導コイル51に接近するように移動されるからである。交流電源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、電源コイル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、電源コイル11のインダクタンスで発振周波数が変化する。電源コイル11のインダクタンスは、電源コイル11と誘導コイル51との相対位置で変化する。電源コイル11と誘導コイル51との相互インダクタンスが、電源コイル11と誘導コイル51との相対位置で変化するからである。したがって、電源コイル11を発振コイルに使用する自励式の発振回路は、交流電源12が誘導コイル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電源コイル11と誘導コイル51との相対位置を検出することができ、位置検出制御器14に併用できる。
電源コイル11は、移動機構13で誘導コイル51に接近するように移動される。図5ないし図8の移動機構13は、電源コイル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誘導コイル51に接近させる。図の移動機構13は、位置検出制御器14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、電源コイル11を誘導コイル51に接近させる。サーボモータ22は、電源コイル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、電源コイル11をX軸方向に移動させる一対のX軸ネジ棒23Aと、電源コイル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。電源コイル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、電源コイル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、電源コイル11に連結されるガイド部27を貫通しており、電源コイル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、電源コイル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、電源コイル11をY軸方向に移動させる。このとき、電源コイル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、電源コイル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14で制御して、電源コイル11をX軸方向とY軸方向に移動できる。ただし、本発明の充電台は、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、電源コイルを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、本発明の充電台は、移動機構を、電源コイルを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、本発明の充電台が、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、電源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、電源コイルを、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、電源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14は、上面プレート21に載せられた電池内蔵機器50の位置を検出する。図5ないし図8の位置検出制御器14は、電池内蔵機器50に内蔵される誘導コイル51の位置を検出して、電源コイル11を誘導コイル51に接近させる。さらに、位置検出制御器14は、誘導コイル51の位置を粗検出する第1の位置検出制御器14Aと、誘導コイル51の位置を精密検出する第2の位置検出制御器14Bとを備える。この位置検出制御器14は、第1の位置検出制御器14Aで誘導コイル51の位置を粗検出すると共に、移動機構13を制御して電源コイル11の位置を誘導コイル51に接近させた後、さらに、第2の位置検出制御器14Bで誘導コイル51の位置を精密検出しながら移動機構13を制御して、電源コイル11の位置を正確に誘導コイル51に接近させる。この充電台10は、速やかに、しかも、より正確に電源コイル11を誘導コイル51に接近できる。
第1の位置検出制御器14Aは、図9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30と、この位置検出コイル30に位置検出信号を供給する検出信号発生回路31と、この検出信号発生回路31から位置検出コイル30に供給されるパルスに励起されて誘導コイル51から位置検出コイル30に出力されるエコー信号を受信する受信回路32と、この受信回路32が受信するエコー信号から電源コイル11の位置を判別する識別回路33とを備える。
位置検出コイル30は複数列のコイルからなり、複数の位置検出コイル30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30は、誘導コイル51のX軸方向の位置を検出する複数のX軸検出コイル30Aと、Y軸方向の位置を検出する複数のY軸検出コイル30Bとを備える。各々のX軸検出コイル30A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30A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30Aの間隔(d)は、誘導コイル51の外径(D)よりも小さく、好ましくはX軸検出コイル30Aの間隔(d)を誘導コイル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30Aは、間隔(d)を狭くして、誘導コイル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30B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30B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30Bの間隔(d)も、X軸検出コイル30Aと同じように、誘導コイル51の外径(D)よりも小さく、好ましくはY軸検出コイル30Bの間隔(d)を誘導コイル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30Bも、その間隔(d)を狭くして、誘導コイル51のY軸方向の位置を正確に検出できる。
検出信号発生回路31は、所定のタイミングで位置検出信号であるパルス信号を位置検出コイル30に出力する。位置検出信号が入力される位置検出コイル30は、位置検出信号で接近する誘導コイル51を励起する。励起された誘導コイル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30に出力する。したがって、誘導コイル51の近くにある位置検出コイル30は、図13に示すように、位置検出信号が入力された後、所定の時間遅れて、誘導コイル51からのエコー信号が誘導される。位置検出コイル30に誘導されるエコー信号は、受信回路32で識別回路33に出力される。したがって、識別回路33は、受信回路32から入力されるエコー信号でもって、位置検出コイル30に誘導コイル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30にエコー信号が誘導されるとき、識別回路33は、エコー信号レベルの大きい位置検出コイル30にもっとも接近していると判定する。
図9に示す位置検出制御器14は、各々の位置検出コイル30を切換回路34を介して受信回路32に接続する。この位置検出制御器14は、入力を順番に切り換えて複数の位置検出コイル30に接続するので、ひとつの受信回路32で複数の位置検出コイル30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9の位置検出制御器14は、識別回路33で制御される切換回路34で複数の位置検出コイル30を順番に切り換えて受信回路32に接続する。検出信号発生回路31は切換回路34の出力側に接続されて、位置検出コイル30に位置検出信号を出力する。検出信号発生回路31から位置検出コイル30に出力される位置検出信号のレベルは、誘導コイル51からのエコー信号に比較して極めて大きい。受信回路32は、入力側にダイオードからなるリミッター回路35を接続している。リミッター回路35は、検出信号発生回路31から受信回路32に入力される位置検出信号の信号レベルを制限して受信回路32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32に入力される。受信回路32は、位置検出信号とエコー信号の両方を増幅して出力する。受信回路32から出力されるエコー信号は、位置検出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。エコー信号が位置検出信号から遅れる遅延時間は、一定の時間であるから、位置検出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30に誘導コイル51が接近しているかどうかを判定する。
受信回路32は、位置検出コイル30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32は、位置検出信号とエコー信号を出力する。識別回路33は、受信回路32から入力される位置検出信号とエコー信号から位置検出コイル30に誘導コイル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33は、受信回路32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36を備えている。このA/Dコンバータ36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33は、位置検出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誘導コイル51が位置検出コイル30に接近しているかどうかを判定する。
識別回路33は、複数のX軸検出コイル30Aを順番に受信回路32に接続するように切換回路34を制御して、誘導コイル51のX軸方向の位置を検出する。識別回路33は、各々のX軸検出コイル30Aを受信回路32に接続する毎に、識別回路33に接続しているX軸検出コイル30Aに位置検出信号を出力し、位置検出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30Aに誘導コイル51が接近しているかどうかを判定する。識別回路33は、全てのX軸検出コイル30Aを受信回路32に接続して、各々のX軸検出コイル30Aに誘導コイル51が接近しているかどうかを判定する。誘導コイル51がいずれかのX軸検出コイル30Aに接近していると、このX軸検出コイル30Aを受信回路32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33は、エコー信号を検出できるX軸検出コイル30Aから誘導コイル51のX軸方向の位置を検出できる。誘導コイル51が複数のX軸検出コイル30Aに跨って接近する状態では、複数のX軸検出コイル30A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33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30Aにもっとも接近していると判定する。識別回路33は、Y軸検出コイル30Bも同じように制御して、誘導コイル51のY軸方向の位置を検出する。
識別回路33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、電源コイル11を誘導コイル51に接近する位置に移動させる。識別回路33は、移動機構13のX軸サーボモータ22Aを制御して、電源コイル11を誘導コイル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、電源コイル11を誘導コイル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14Aが電源コイル11を誘導コイル51に接近する位置に移動させる。本発明の充電台は、第1の位置検出制御器14Aで電源コイル11を誘導コイル51に接近した後、電源コイル11から誘導コイル51に電力搬送して電池52を充電することができる。ただ、充電台は、さらに電源コイル11の位置を正確に制御して誘導コイル51に接近させた後、電力搬送して電池52を充電することができる。電源コイル11は、第2の位置検出制御器14Bでより正確に誘導コイル51に接近される。
第2の位置検出制御器14Bは、交流電源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電源コイル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14B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、電源コイル11をX軸方向とY軸方向に移動させて、交流電源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14に示している。この図は、電源コイル11と誘導コイル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、電源コイル11が誘導コイル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14Bは、移動機構13のX軸サーボモータ22Aを制御して電源コイル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電源コイル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14Bは、以上のようにして、電源コイル11を誘導コイル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14Aで誘導コイル51の位置を粗検出した後、さらに第2の位置検出制御器14Bで微調整して電源コイル11を誘導コイル51に接近させるが、図15に示す以下の位置検出制御器44は、微調整することなく電源コイル11を誘導コイル51に接近できる。
この位置検出制御器44は、図15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30と、この位置検出コイル30に位置検出信号を供給する検出信号発生回路31と、この検出信号発生回路31から位置検出コイル30に供給されるパルスに励起されて誘導コイル51から位置検出コイル30に出力されるエコー信号を受信する受信回路32と、この受信回路32が受信するエコー信号から電源コイル11の位置を判別する識別回路43とを備える。さらに、この位置検出制御器44は、識別回路43に、誘導コイル51の位置に対する各々の位置検出コイル30に誘導されるエコー信号のレベル、すなわち図13に示すように、各々の位置検出コイル30を位置検出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47を備えている。この位置検出制御器44は、各々の位置検出コイル30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47に記憶しているエコー信号のレベルに比較して、誘導コイル51の位置を検出している。
この位置検出制御器44は、以下のようにして、各々の位置検出コイル30に誘導されるエコー信号のレベルから、誘導コイル51の位置を求めている。図15に示す位置検出コイル30は、誘導コイル51のX軸方向の位置を検出する複数のX軸検出コイル30Aと、Y軸方向の位置を検出する複数のY軸検出コイル30Bとを備え、複数の位置検出コイル30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30A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30Bは、X軸方向に細長いループ状としている。図16は、誘導コイル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30Aに誘導されるエコー信号のレベルを示しており、横軸が誘導コイル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30A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44は、各々のX軸位置検出コイル30A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、誘導コイル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、誘導コイル51をX軸方向に移動すると、各々のX軸位置検出コイル30Aに誘導されるエコー信号のレベルは変化する。たとえば、誘導コイル51の中心が第1のX軸位置検出コイル30Aの中心にあるとき、図16の点Aで示すように、第1のX軸位置検出コイル30Aに誘導されるエコー信号のレベルが最も強くなる。また、誘導コイル51が第1のX軸位置検出コイル30Aと第2のX軸位置検出コイル30Aの中間にあるとき、図16の点Bで示すように、第1のX軸位置検出コイル30Aと第2のX軸位置検出コイル30A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30Aは、誘導コイル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、誘導コイル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30Aのエコー信号のレベルが最も強いかで、誘導コイル51がどのX軸位置検出コイル30A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30A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30Aからどの方向にあるX軸位置検出コイル30A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30Aからどの方向にずれて誘導コイル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30A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30Aのエコー信号のレベル比が1であると、誘導コイル51はふたつのX軸位置検出コイル30Aの中央に位置すると判定できる。
識別回路43は、誘導コイル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30Aに誘導されるエコー信号のレベルを記憶回路47に記憶している。誘導コイル51が置かれると、いずれかのX軸位置検出コイル30Aにエコー信号が誘導される。したがって、識別回路43は、X軸位置検出コイル30Aに誘導されるエコー信号で誘導コイル51が載せられたこと、すなわち電池内蔵機器50が充電台10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30Aに誘導されるエコー信号のレベルを、記憶回路47に記憶しているレベルに比較して、誘導コイル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誘導コイルのX軸方向の位置を特定する関数を記憶回路に記憶して、この関数から誘導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誘導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43は、ふたつのX軸位置検出コイル30A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30Aの間における誘導コイル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43が、X軸位置検出コイル30Aに誘導されるエコー信号から、誘導コイル51のX軸方向の位置を検出する方法を示すが、誘導コイル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30Bに誘導されるエコー信号から検出できる。
識別回路43が、誘導コイル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43からの位置信号でもって、位置検出制御器44は電源コイル11を誘導コイル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43は、電池内蔵機器50の誘導コイル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の誘導コイル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の誘導コイル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は、位置検出制御器14、44で移動機構13を制御して電源コイル11を誘導コイル51に接近させた状態で、交流電源12で電源コイル11に交流電力を供給する。電源コイル11の交流電力は誘導コイル51に電力搬送されて、電池52の充電に使用される。電池内蔵機器50は、電池52が満充電されたことを検出すると、充電を停止して、満充電信号を充電台10に伝送する。電池内蔵機器50は、誘導コイル51に満充電信号を出力し、この満充電信号を誘導コイル51から電源コイル11に伝送して、充電台10に満充電の情報を伝送することができる。この電池内蔵機器50は、交流電源12と異なる周波数の交流信号を誘導コイル51に出力し、充電台10はこの交流信号を電源コイル11で受信して満充電を検出することができる。また、電池内蔵機器50が特定周波数の搬送波を満充電信号で変調する信号を誘導コイル51に出力し、充電台10が特定周波数の搬送波を受信し、この信号を復調して満充電信号を検出することもできる。さらに、電池内蔵機器は、満充電信号を充電台に無線伝送して、満充電の情報を伝送することもできる。この電池内蔵機器は、満充電信号を送信する送信器を内蔵しており、充電台は満充電信号を受信する受信器を内蔵する。図10に示す位置検出制御器14は、内蔵電池52の満充電を検出する満充電検出回路17を内蔵している。この満充電検出回路17は、電池内蔵機器50から出力される満充電信号を検出して、電池52の満充電を検出する。
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の電池52を順番に切り換えて満充電する。この充電台10は、図4に示すように、最初にいずれかの電池内蔵機器50(第1の電池内蔵機器50A)の誘導コイル51の位置を検出して、この誘導コイル51に電源コイル11を接近させて、この電池内蔵機器50の電池52を満充電する。この電池内蔵機器50の電池52が満充電されて、満充電検出回路17が満充電信号を受信すると、位置検出制御器14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50Bの誘導コイル51の位置を検出し、移動機構13を制御して電源コイル11を第2の電池内蔵機器50Bの誘導コイル51に接近させる。この状態で、第2の電池内蔵機器50Bの電池52に電力搬送して、この電池52を満充電する。さらに、第2の電池内蔵機器50Bの電池52が満充電されて、第2の電池内蔵機器50Bからの満充電信号を満充電検出回路17が受信すると、位置検出制御器14が、さらに第3の電池内蔵機器50Cの誘導コイル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50Cの誘導コイル51に電源コイル11を接近させて、この電池内蔵機器50の電池52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を切り換えて内蔵電池52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の電池52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の電池52を満充電したことを検出すると、充電台10は、交流電源12の動作を停止して電池52の充電を停止する。
ここで、上記及び以下の実施例では、電池内蔵機器50の電池52が満充電されると充電を停止しているが、電池52が所定容量となったときを満充電として充電を停止してもよい。
以上のように、複数の電池内蔵機器50の電池52を満充電する充電台10は、電池内蔵機器50の電池52が満充電されると、次の電池内蔵機器50の誘導コイル51の位置に電源コイル11を移動して、満充電されていない次の電池内蔵機器50の電池52を充電して満充電するようにして、複数の電池内蔵機器50の電池52を満充電できる。さらに、複数の電池内蔵機器50を充電する充電台10は、充電している電池内蔵機器50の電池52が満充電されない状態で、別の電池内蔵機器50の誘導コイル51の位置に電源コイル11を移動し、この動作を繰り返して、すなわち、充電する電池内蔵機器50を交互に切り換えて各々の電池内蔵機器50の電池52を満充電することができる。この充電台10は、たとえば、充電している電池内蔵機器50の電池電圧、残容量、電池温度などの電池情報を検出し、検出する電池情報で充電する電池内蔵機器50を切り換える。また、以上の充電台は、設定時間が経過すると、電源コイルの位置を別の電池内蔵機器の誘導コイルの位置に移動して、充電する電池内蔵機器を切り換えることもできる。電池の電圧で充電している電池内蔵機器を切り換える充電台は、電池の電圧があらかじめ設定している電圧まで上昇し、あるいは充電している電池の電圧上昇が設定値になると、充電する電池内蔵機器を切り換える。また、電池の残容量を検出して充電する電池内蔵機器を切り換える充電台は、充電している電池の残容量が設定値となり、あるいは残容量の変化が設定値になると、充電する電池内蔵機器を切り換える。また、電池の温度を検出して充電する電池内蔵機器を切り換える充電台は、充電している電池の温度が設定温度まで上昇すると、充電する電池内蔵機器を切り換える。さらに、設定時間が経過すると充電する電池内蔵機器を切り換える充電台は、タイマを内蔵しており、タイマがタイムアップすると充電する電池内蔵機器を切り換える。さらに、充電台は、電池の電圧と残容量と温度と時間の全ての電池情報から、充電している電池内蔵機器を切り換えることもできる。
以上の充電台10は、電池52が満充電される前に、次の電池内蔵機器50の電池52を充電し、この工程を繰り返して電池内蔵機器50の電池52を充電するので、電源コイル11から誘導コイル51に供給する送電電力を大きくして、複数の電池内蔵機器50をより短い時間で満充電できる。それは、ひとつの電池52の充電時間を短くすることで、電池52の充電電流を大きくできるからである。電源コイル11を誘導コイル51に接近して電力搬送する無接点の充電台は、漏れ磁束によって誘導コイルや電池の発熱を避けることができず、このことによって送電電力に制限を受ける。ところが、充電する電池内蔵機器50を切り換えながら充電することで、誘導コイル51や電池52の発熱を防止しながら送電電力を大きくして、すなちわ電池52の充電電流を大きくして速やかに満充電できる。充電を停止する状態で誘導コイル51や電池52が冷却されるからである。したがって、電池52が満充電されない状態で充電する電池内蔵機器50を切り換える充電台10は、誘導コイル51や電池52の発熱を少なくしながら、速やかに満充電できる特徴がある。
この充電台10は、たとえば、図4に示すように、上面プレート21に3個の電池内蔵機器50がセットされる状態では、以下のようにして各々の電池内蔵機器50の電池52を満充電する。
(1)最初に、いずれかの電池内蔵機器50の誘導コイル51の位置を検出して、この誘導コイル51に電源コイル11を接近させて、この第1の電池内蔵機器50Aの電池52を充電する。
(2)位置検出制御器14は、充電している第1の電池内蔵機器50Aの電池電圧、残容量、電池温度などの電池情報から、第1の電池内蔵機器50Aの電池52の充電を中断し、第1の電池内蔵機器50Aとは別の位置にセットされる第2の電池内蔵機器50Bの誘導コイル51の位置を検出し、移動機構13を制御して電源コイル11を第2の電池内蔵機器50Bの誘導コイル51に接近させる。この状態で、第2の電池内蔵機器50Bの電池52に電力搬送して、この電池52を充電する。
(3)さらに、位置検出制御器14は、充電している第2の電池内蔵機器50Bの電池情報から、第2の電池内蔵機器50Bの電池52の充電を中断し、さらに別の位置にセットされる第3の電池内蔵機器50Cの誘導コイル51の位置を検出して、移動機構13を制御して電源コイル11を第3の電池内蔵機器50Cの誘導コイル51に接近させて、第3の電池内蔵機器50Cの電池52を充電する。
(4)その後、位置検出制御器14は、第3の電池内蔵機器50Cの電池情報から、第3の電池内蔵機器50Cの電池52の充電を中断し、電源コイル51を第1の電池内蔵機器50Aの誘導コイル51に位置に移動して、第1の電池内蔵機器50Aの電池52を充電する。
(5)以上のように、第1の電池内蔵機器50A、第2の電池内蔵機器50B、第3の電池内蔵機器50Cを繰り返し充電して、内蔵する電池52を満充電する。
充電する電池内蔵機器50を切り換えながら電池52を充電する工程で、いずれかの電池内蔵機器50の電池52が満充電されると、満充電された電池52を内蔵する電池内蔵機器50の充電をキャンセルして、次々と電池内蔵機器50の電池52を満充電する。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の電池52を満充電したことを検出すると、充電台10は、交流電源12の動作を停止して電池52の充電を終了する。
10…充電台
11…電源コイル
12…交流電源
13…移動機構
14…位置検出制御器 14A…第1の位置検出制御器
14B…第2の位置検出制御器
15…コア 15A…円柱部
15B…円筒部
16…リード線
17…満充電検出回路
18…直流電源
19…発光ダイオード
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
30…位置検出コイル 30A…X軸検出コイル
30B…Y軸検出コイル
31…検出信号発生回路
32…受信回路
33…識別回路
34…切換回路
35…リミッター回路
36…A/Dコンバータ
43…識別回路
44…位置検出制御器
47…記憶回路
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
50C…第3の電池内蔵機器
51…誘導コイル
52…電池
53…整流回路
54…充電制御回路
55…直列コンデンサー
56…並列コンデンサー
57…切換回路
58…スイッチング素子
59…コントロール回路
60…電池内蔵機器
63…アースライン
64…抵抗器
67…切換回路
68…ペアースイッチング素子 68A…ペアーFET
68B…ペアーFET
69…コントロール回路
70…電池内蔵機器
73…ショート回路
74…抵抗素子
75…直列並列コンデンサー
77…切換回路
78…スイッチング素子
79…コントロール回路
110…充電台
114…位置検出制御器
130…位置検出コイル 130A…X軸検出コイル
130B…Y軸検出コイル
131…検出信号発生回路
132…受信回路
133…識別回路
137…記憶回路
150…電池内蔵機器
151…誘導コイル
152…電池
153…並列コンデンサー

Claims (14)

  1. 電源コイル(11)を備える充電台(10)と、この電源コイル(11)に電磁結合される誘導コイル(51)を内蔵する電池内蔵機器(50)、(60)、(70)とからなり、電源コイル(11)から誘導コイル(51)に電力搬送される電力でもって、電池内蔵機器(50)、(60)、(70)の内蔵電池(52)を充電するようにしてなる電池内蔵機器と充電台であって、
    前記充電台(10)は、前記電池内蔵機器(50)、(60)、(70)を脱着自在にセットする装着部を有するケース(20)と、前記電源コイル(11)に接続してなる交流電源(12)と、前記電源コイル(11)を誘導コイル(51)に接近するように移動させる移動機構(13)と、装着部にセットされる電池内蔵機器(50)、(60)、(70)の位置を検出して移動機構(13)を制御して電源コイル(11)を電池内蔵機器(50)、(60)、(70)の誘導コイル(51)に接近させる位置検出制御器(14)、(44)とを備え、
    前記位置検出制御器(14)、(44)が、上面プレート(21)に固定している位置検出コイル(30)と、この位置検出コイル(30)に位置検出信号を供給する検出信号発生回路(31)と、この検出信号発生回路(31)から位置検出コイル(30)に供給される位置検出信号に励起されて誘導コイル(51)から位置検出コイル(30)に出力されるエコー信号を受信する受信回路(32)と、この受信回路(32)が受信するエコー信号から誘導コイル(51)の位置を判別する識別回路(33)とを備えており、
    前記電池内蔵機器(50)、(60)、(70)が、前記誘導コイル(51)に接続されて、誘導コイル(51)に誘導される交流を直流に変換して、内蔵電池(52)に充電電力を供給する整流回路(53)と、前記誘導コイル(51)の交流を整流回路(53)に入力する誘導コイル(51)に直列に接続してなる直列コンデンサー(55)と、前記誘導コイル(51)と並列に接続される並列コンデンサー(56)と、直列コンデンサー(55)及び並列コンデンサー(56)と誘導コイル(51)との接続状態を切り換える切換回路(57)、(67)、(77)とを備えており、
    この切換回路(57)、(67)、(77)によって、位置検出制御器(14)、(44)が位置検出信号を出力する状態にあっては、誘導コイル(51)に並列コンデンサー(56)が接続され、電源コイル(11)から誘導コイル(51)に電力搬送する状態にあっては、前記誘導コイル(51)と前記並列コンデンサー(56)とを非接続状態として、前記直列コンデンサー(55)を介して誘導コイル(51)の交流を整流回路(53)に出力するようにしてなる電池内蔵機器と充電台。
  2. 前記充電台(10)の装着部がケース(20)の上面に設けてなる上面プレート(21)である請求項1に記載される電池内蔵機器と充電台。
  3. 前記切換回路(57)が、並列コンデンサー(56)と直列に接続してなるスイッチング素子(58)を備え、このスイッチング素子(58)のオン状態において、並列コンデンサー(56)が誘導コイル(51)と並列に接続され、スイッチング素子(58)のオフ状態において、並列コンデンサー(56)と誘導コイル(51)とを非接続状態とするようにしてなる請求項1に記載される電池内蔵機器と充電台。
  4. 前記切換回路(67)が、互いに直列に接続してなる一対のペアースイッチング素子(68)を備え、ペアースイッチング素子(68)と直列に並列コンデンサー(56)を接続しており、ペアースイッチング素子(68)の接続点がアースライン(63)に接続され、かつ各々のペアースイッチング素子(68)は並列コンデンサー(56)を介して誘導コイル(51)の両端に接続され、ペアースイッチング素子(68)のオン状態で並列コンデンサー(56)が誘導コイル(51)に接続され、ペアースイッチング素子(68)のオフ状態で並列コンデンサー(56)と誘導コイル(51)とが非接続状態とされる請求項1に記載される電池内蔵機器と充電台。
  5. 前記ペアースイッチング素子(68)がFETである請求項4に記載される電池内蔵機器と充電台。
  6. 前記整流回路(53)がブリッジダイオード回路を備え、前記誘導コイル(51)がダイオードを介してアースライン(63)に接続されてなる請求項4又は5に記載される電池内蔵機器と充電台。
  7. 前記直列コンデンサー(55)と前記並列コンデンサー(56)とがひとつの直列並列コンデンサー(75)で、前記切換回路(57)、(67)、(77)が、直列並列コンデンサー(75)の整流回路(53)側をショートするショート回路(73)を備えており、前記ショート回路(73)が直列並列コンデンサー(56)の整流回路(53)側をショート状態として直列並列コンデンサー(56)が誘導コイル(51)と並列に接続され、前記ショート回路(73)の非短絡状態において、直列並列コンデンサー(75)が整流回路(53)と直列に接続されて誘導コイル(51)の交流を直列並列コンデンサー(75)を介して整流回路(53)に出力するようにしてなる請求項1に記載される電池内蔵機器と充電台。
  8. 前記位置検出制御器(14)が、電池内蔵機器(50)、(60)、(70)の誘導コイル(51)の位置を粗検出する第1の位置検出制御器(14A)と、前記誘導コイル(51)の位置を精密検出する第2の位置検出制御器(14B)とを備え、
    前記第1の位置検出制御器(14)が、複数の位置検出コイル(30)と、前記検出信号発生回路(31)と、前記受信回路(32)と、前記識別回路(33)とを備えており、
    第1の位置検出制御器(14A)で誘導コイル(51)に接近された電源コイル(11)が、第2の位置検出制御器(14B)で誘導コイル(51)に接近されるようにしてなる請求項1に記載される電池内蔵機器と充電台。
  9. 前記交流電源(12)が自励式の発振回路を有し、前記第2の位置検出制御器(14B)が、自励式の発振回路の発振周波数から誘導コイル(51)の位置を検出して移動機構(13)を制御する請求項8に記載される電池内蔵機器と充電台。
  10. 前記位置検出制御器(44)が、上面プレート(21)に固定している複数の位置検出コイル(30)と、この位置検出コイル(30)に位置検出信号を供給する検出信号発生回路(31)と、この検出信号発生回路(31)から位置検出コイル(30)に供給される位置検出信号に励起されて誘導コイル(51)から位置検出コイル(30)に出力されるエコー信号を受信する受信回路(32)と、この受信回路(32)が受信するエコー信号から誘導コイル(51)の位置を判別する識別回路(43)とを備え、
    前記識別回路(43)が、誘導コイル(51)の位置に対する各々の位置検出コイル(30)に誘導されるエコー信号のレベルを記憶する記憶回路(47)を備えており、各々の位置検出コイル(30)に誘導されるエコー信号のレベルを、識別回路(47)に記憶されるエコー信号のレベルに比較して、誘導コイル(51)の位置を検出する請求項1に記載される電池内蔵機器と充電台。
  11. 前記ケース(20)の上面プレート(21)が複数の電池内蔵機器(50)を載せることができる大きさで、前記位置検出制御器(14)が、充電している電池内蔵機器(50)の内蔵電池(52)が満充電されない状態において、電源コイル(11)の位置を別の電池内蔵機器(50)の誘導コイル(51)の位置に移動するように移動機構(13)を制御して、各々の電池内蔵機器(50)を満充電するようにしてなる請求項1に記載される電池内蔵機器と充電台。
  12. 前記位置検出制御器(14)が、充電している内蔵電池(52)の電圧と残容量と温度からなる電池情報の少なくともひとつを検出し、検出する電池情報で電源コイル(11)の位置を変更して、充電する電池内蔵機器(50)を切り換えるようにしてなる請求項11に記載される電池内蔵機器と充電台。
  13. 前記上面プレート(21)が電源コイル(11)の位置を外部から視認できる透光性を有する請求項1に記載される電池内蔵機器と充電台。
  14. 前記電源コイル(11)に向かって光を照射する発光ダイオード(19)を備える請求項13に記載される電池内蔵機器と充電台。
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