JP2013118720A - 充電台 - Google Patents
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Abstract
【課題】電源コイルの移動する様子をユーザが目視可能とする。
【解決手段】電池駆動機器を駆動する電池パックを充電するための充電台であって、上面に、電池パック又は電池パックを装着した電池駆動機器を載置し充電するための充電面を設けた本体ケース20と、充電面に電池パック又は電池駆動機器を載置した状態で、電池パックに設けられた誘導コイルと電磁結合可能とするよう、充電面の内面で誘導コイルと対向する姿勢にて本体ケース20に内蔵される電源コイル11と、電源コイル11を充電面の範囲で任意の位置に移動させるコイル移動機構13と、電源コイル11の移動に従って移動し、電源コイル11の現在位置を示す発光手段40と、を備えており、本体ケース20の側面において、電源コイル11の現在位置に対応する位置を発光手段40で発光させる。
【選択図】図2B
【解決手段】電池駆動機器を駆動する電池パックを充電するための充電台であって、上面に、電池パック又は電池パックを装着した電池駆動機器を載置し充電するための充電面を設けた本体ケース20と、充電面に電池パック又は電池駆動機器を載置した状態で、電池パックに設けられた誘導コイルと電磁結合可能とするよう、充電面の内面で誘導コイルと対向する姿勢にて本体ケース20に内蔵される電源コイル11と、電源コイル11を充電面の範囲で任意の位置に移動させるコイル移動機構13と、電源コイル11の移動に従って移動し、電源コイル11の現在位置を示す発光手段40と、を備えており、本体ケース20の側面において、電源コイル11の現在位置に対応する位置を発光手段40で発光させる。
【選択図】図2B
Description
本発明は、携帯電話やスマートフォン、タブレット等の電池駆動機器に収納される電池パックに対して、電磁誘導作用で電力を搬送して無接点又はワイヤレスで充電可能な充電台に充電方法に関する。
携帯電話やスマートフォン、タブレット、あるいは携帯音楽プレーヤやデジタルカメラ等のモバイル機器に代表される電池駆動機器は、携帯性を高めるため電池パックにより駆動されるものが多い。このような電池駆動機器に収納される電池パックを充電するには、電池駆動機器に電池パックを収納したまま、電池駆動機器を充電器にセットして、接点同士を物理的に接続した状態で行う。一方で、このような物理的な接続でなく、電磁誘導の作用を利用して充電台に内蔵された送電コイルから、電池パックに内蔵される受電コイルに対して電力を搬送して、電池パックを充電する充電台が開発されている(特許文献1参照)。
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、電池パック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開示している。さらに、電池パックは、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、充電台の上に電池パックを載せて、非接触状態で電池パックの電池を充電できる。
このような非接触、無接点による充電方式で電池パックの充電を行う際には、電源コイルを誘導コイルの位置に移動させる必要がある。このため、従来の無接点充電台では、充電台に載置された電池駆動機器の位置を検出し、この位置に電源コイルを移動させるコイル移動機構を設けていた。例えば図16に示す充電台910では、電源コイル911をXY方向に移動させるため、2軸のコイル移動機構913としている。
この電源コイル911は、コイル移動機構913で電池駆動機器950の誘導コイル951に接近するように移動される。コイル移動機構913は、電源コイル911を、本体ケース920の上面に設けられた充電面921に沿って、X軸方向とY軸方向に移動させて誘導コイル951に接近させる。このコイル移動機構913は、位置検出制御器で制御されるサーボモータでネジ棒923A、Bを回転して、ネジ棒923A、Bにねじ込んでいるナット材924Aを移動して、電源コイル911を誘導コイル951に接近させる。サーボモータは、電源コイル911をX軸方向に移動させるX軸サーボモータ922Aと、Y軸方向に移動させるY軸サーボモータ922Bとを備える。ネジ棒は、電源コイル911をX軸方向に移動させる一対のX軸ネジ棒923Aと、電源コイル911をY軸方向に移動させるY軸ネジ棒923Bとを備える。一対のX軸ネジ棒923Aは、互いに平行に配設されて、ベルト925に駆動されてX軸サーボモータ922Aで一緒に回転される。ナット材は、各々のX軸ネジ棒923Aにねじ込んでいる一対のX軸ナット材924Aと、Y軸ネジ棒923Bにねじ込んでいるY軸ナット材からなる。Y軸ネジ棒923Bは、その両端を一対のX軸ナット材924Aに回転できるように連結している。電源コイル911はY軸ナット材に連結している。
この構成では、充電台の本体ケース920の内部で、電源コイル911を移動させるため、電源コイル911が移動する様子を外部から確認することができない。そこで、電源コイルにLEDを設けて、電源コイルの移動中にはLEDを点灯させて、本体ケースの充電面の表面から電源コイルの位置を視認できるようにした充電台が開発されている。この充電台を使用すれば、電源コイルが位置決めするために移動する移動軌跡を、ユーザが視認できる。
しかしながら、充電台の裁置部に電池駆動機器を載置すると、裁置部が電池駆動機器に隠されてしまい、その下面に電源コイルが移動すると、LEDの点灯が電池駆動機器の影になってユーザから見難くなるという問題があった。
本発明は、従来のこのような問題点を解決するためになされたものである。本発明の主な目的は、電源コイルの移動する様子をユーザが目視可能とした充電台を提供することにある。
上記目的を達成するために、本発明の第1の側面に係る充電台によれば、電池駆動機器BDを駆動する電池パックを充電するための充電台であって、上面に、電池パックBP又は電池パックを装着した電池駆動機器BDを載置し充電するための充電面21を設けた本体ケース20と、前記充電面21に電池パックBP又は電池パックを装着した電池駆動機器BDを載置した状態で、該電池パックに設けられた誘導コイル51と電磁結合可能とするよう、前記充電面21の内面で誘導コイル51と対向する姿勢にて前記本体ケース20に内蔵される電源コイル11と、前記電源コイル11を、前記充電面21の範囲で任意の位置に移動させるコイル移動機構13と、前記電源コイル11に対して電力を供給するための送電回路と、前記電源コイル11の移動に従って移動し、発光することによって前記電源コイル11の現在位置を示す発光手段40と、を備えており、前記本体ケース20の側面20Cにおいて、前記電源コイル11の現在位置に対応する位置を、前記発光手段40で発光させ、さらに該電源コイル11の移動に追従して該発光手段40の発光位置も移動させることができる。
上記構成により、充電面に電池駆動機器を載置した状態で、充電台に内蔵した電源コイルを、電池駆動機器の載置位置に応じて、誘導コイルと電磁結合できるように移動させると共に、この移動に追従させて発光手段を、充電台の側面において発光位置を移動させることで、発光手段が電池駆動機器に隠れることなく、ユーザによる視認を妨げることなく発光手段の移動を確認できる。
上記構成により、充電面に電池駆動機器を載置した状態で、充電台に内蔵した電源コイルを、電池駆動機器の載置位置に応じて、誘導コイルと電磁結合できるように移動させると共に、この移動に追従させて発光手段を、充電台の側面において発光位置を移動させることで、発光手段が電池駆動機器に隠れることなく、ユーザによる視認を妨げることなく発光手段の移動を確認できる。
また第2の側面に係る充電台によれば、前記発光手段40は、前記電源コイル11と近接して設けられると共に、前記発光手段40はその光を、前記本体ケース20の内面において、側面20C側に向かって出射することができる。
上記構成により、発光手段自体は、電源コイルと一緒に移動させつつ、発光手段からの光が照射される発光位置は、本体メースの側面側として、電源コイルの位置に対応した側面部分を照らすことが可能となる。
上記構成により、発光手段自体は、電源コイルと一緒に移動させつつ、発光手段からの光が照射される発光位置は、本体メースの側面側として、電源コイルの位置に対応した側面部分を照らすことが可能となる。
さらに第3の側面に係る充電台によれば、前記発光手段40から出射される光は、前記本体ケース20の側面20Cにおいて、エッジ部に向かって照射されてなり、該本体ケース20の側面20Cのエッジ部分は、部分的に肉薄に形成することができる。
上記構成により、側面のエッジ部分を効果的に発光させることができ、充電台の平面視において電源コイルの位置を容易に把握できる。
上記構成により、側面のエッジ部分を効果的に発光させることができ、充電台の平面視において電源コイルの位置を容易に把握できる。
さらにまた第4の側面に係る充電台によれば、前記発光手段40から出射される光の一部が、前記充電面21に対しても照射されるよう構成できる。
これにより、充電台の充電面においても光が視認でき、本体ケースの側面の対応する位置のみならず、充電面上の位置もユーザに示すことが可能となる。
これにより、充電台の充電面においても光が視認でき、本体ケースの側面の対応する位置のみならず、充電面上の位置もユーザに示すことが可能となる。
さらにまた第5の側面に係る充電台によれば、前記本体ケース20は矩形状であって、該矩形状を構成する一辺において、前記発光手段40の発光位置を移動させるよう構成できる。
上記構成により、一方向のみにおいて電源コイルの位置を表示させる構成として、発光のための機構を簡素化できる利点が得られる。
上記構成により、一方向のみにおいて電源コイルの位置を表示させる構成として、発光のための機構を簡素化できる利点が得られる。
さらにまた第6の側面に係る充電台によれば、前記発光手段40が、前記本体ケース20の側面20Cに設けられており、前記電源コイル11の移動に沿って、該電源コイル11と平行に、該側面20C上を移動可能に構成できる。
上記構成により、LEDを電源コイル側でなく、本体ケースの側面に設けることで、配線や移動のための仕組みを簡素化できる利点が得られる。
上記構成により、LEDを電源コイル側でなく、本体ケースの側面に設けることで、配線や移動のための仕組みを簡素化できる利点が得られる。
さらにまた第7の側面に係る充電台によれば、前記発光手段40が、前記本体ケース20の側面20Cに沿って、複数設けられた発光素子で構成されており、前記電源コイル11の移動に沿って、該電源コイル11の位置と対応する発光素子を点灯させるよう構成できる。
上記構成により、LEDそのものを移動させることなく、複数のLEDの点灯を切り替えることで動きを表現でき、物理的な移動のための機構を省略できる利点が得られる。
上記構成により、LEDそのものを移動させることなく、複数のLEDの点灯を切り替えることで動きを表現でき、物理的な移動のための機構を省略できる利点が得られる。
さらにまた第8の側面に係る充電台によれば、前記発光手段40を発光ダイオードで構成できる。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施の形態は、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、本明細書においては、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、実施の形態の部材に特定するものでは決してない。特に実施の形態に記載されている構成部材の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。また、一部の実施例、実施形態において説明された内容は、他の実施例、実施形態等に利用可能なものもある。
(実施の形態1)
(実施の形態1)
図1〜図2Bに、本発明の実施の形態1に係る充電台100、電池駆動機器BDからなる充電システムを示す。これらの図において、図1は充電台100の斜視図、図2Aは図1の充電台100の内部構造、図2Bは図2Aの下ケースを示す斜視図を、それぞれ示している。
充電台100は、図1に示すように、充電台100の上に電池駆動機器BDを載せて、電池駆動機器BDに内蔵される電池パックBPを磁気誘導作用で充電する。電池駆動機器BD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。電池パックBPは、この誘導コイル51に誘導される電力で充電される二次電池52を内蔵している。
(充電面21)
(充電面21)
一方、電源コイル11を内蔵する本体ケース20は、電池駆動機器BDを載せる平面状の充電面21を上面に設けている。図1〜図2Bの充電台100は、充電面21全体を平面状として水平に配設している。充電面21は、大きさや外形が異なる種々の電池駆動機器BDを上に載せることができる大きさ、例えば一辺を5cmないし30cmとする四角形としている。ただ、充電面は、直径を5cmないし30cmとする円形とすることもできる。図1〜図2Bの充電台100は、充電面21を大きくして、すなわち複数の電池駆動機器BDを同時に載せることができる大きさとして、複数の電池駆動機器BDを一緒に載せて内蔵される電池パックBPを順番に充電することもできる。また充電面は、その周囲に周壁などを設け、周壁の内側に電池駆動機器BDをセットして、内蔵する電池を充電することもできる。
本体ケース20の充電面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とが好ましい。この充電台100は、電源コイル11が電池駆動機器BDに接近することをユーザが目で見て確認できるので、ユーザは電池駆動機器BDが確実に充電されることを確認できる。したがって、ユーザは安心して充電台100を使用できる。
この充電台100は、図1に示すように、本体ケース20の外形を板状としている。この例では、板状の本体ケース20を矩形状としている。矩形状の本体ケースは、長方形状や正方形状としてもよい。また本体ケースの隅部を面取りしてもよい。あるいは、本体ケースの外形を多角形状や円形状とすることもできる。
この本体ケース20は、絶縁性に優れたプラスチック等の樹脂製とする。この例では、図2Aの分解斜視図に示すように、上下に二分割して、上ケース20Aと下ケース20Bで構成し、内部にプリント基板37やコイル移動機構13、電源コイル11等を収納している。さらに上ケース20Aの内面には、充電面21と電源コイル11との間に介在されるように、後述する位置検出コイル30を備えるプリント基板37が配置される。
(充電面21)
(充電面21)
また本体ケース20は、その上面に、電池駆動機器BDを載置して充電するための充電面21を設けている。充電台100は、充電面21に電池駆動機器BDが載置されたことを検出して、充電を行う。逆にいうと、充電面以外に載置しても、正しく充電されない。よって、ユーザに対して、どの部分が充電可能な領域であり、どの部分が充電できないことを示すため、これを区別するための識別手段を設けている。例えば充電面を枠状に囲ったり、表面に梨地処理やシボ加工したり、充電面以外の領域に比べて暗い色に着色したり、充電面以外を艶有りとしつつ充電面を艶消しとする等、他の領域と区別するための処理が施されている。あるいは周囲に周壁等を設ける等、構造的に充電面を区画することもできる。このようにして、ユーザが外観上、及び/又は触感によって充電可能な領域とそうでない領域とを区別できるようにしている。
(滑り止め手段)
(滑り止め手段)
また充電面21には、電池駆動機器BDを充電面21に載置した際に、電池駆動機器BDの滑りを防止するための滑り止め手段を設けることが好ましい。特に一般に電池駆動機器BDや充電台100は硬質のプラスチックで構成されるため、表面が平滑で重ねると滑りやすい。このため、充電中に電池駆動機器BDが位置ずれしたり滑り落ちたりするおそれがある。そこで、電池駆動機器BDと充電面21との接触面における両者の摩擦係数を高めることで、このような位置ずれを抑制できる。このような滑り止め手段としては、ゴム状シートを充電面に貼付したり、充電面に凹凸を設けたり、あるいは充電面と他の領域とを区別する部位に凸状の囲みを設ける等、種々の形態が利用できる。
(電池駆動機器BD)
(電池駆動機器BD)
電池駆動機器BDは、電池パックBPで駆動される機器であり、例えば携帯電話やスマートフォン、PDA、デジタルカメラ、携帯音楽プレーヤ、スレート型PC等が利用できる。また、電池パックBPを装着、内蔵した状態で充電する他、図1に示すように電池パックBPを取り出して電池パックBPのみの状態で充電することもできる。なお電池パックは、電池駆動機器に対して交換式とした形態のみならず、電池駆動機器に内蔵されて交換不可能な形態も含まれる。
(誘導コイル51)
(誘導コイル51)
電池駆動機器BDは、後述する充電台100の電源コイル11と電磁結合され、無接点で電力を受けるための受電コイルとして、誘導コイル51を備えている。すなわち、電池パックBP又は電池パックBPを装着した電池駆動機器BDを、充電台100の充電面21に載置した状態で、充電面21の内面で誘導コイル51をコイル移動機構13で移動させて、誘導コイル51と電磁結合させる。そして無接点で充電台100から送られる電力で、電池パックBPに内蔵される二次電池を充電する。この誘導コイル51は、図2A〜図2Bに示すようにほぼ円形状に構成される。
誘導コイル51は、好ましくは電池パックBPに内蔵される。これにより、電池駆動機器BDから電池パックBPを取り出して、電池パックBPのみを充電することも可能となる。この場合、電池パックに、誘導コイルと接続された充電回路を設ける。ただ、電池パックを電池駆動機器に内蔵して交換不可能とするような構成においては、電池パックと別に誘導コイルを配置する構成としてもよい。
さらに、複数の電池駆動機器BDや電池パックBPを充電することもできる。載置可能な台数は、充電台100の大きさによって決定され、例えば多数の電池パックBPや電池駆動機器BD(以下、「電池パック等」ともいう。)を充電する充電台100とするには、充電台の充電面21を大きく構成する。また複数台の電池パック等を充電する場合は、例えば最初に誘導コイル51が検出された電池パック等について充電を開始し、この充電が完了すると、さらに他の誘導コイル51が充電面21にないか検出を行い、新たに別の電池パック等が検出された場合は,この充電を行い、検出されない場合は、充電を終了する。このようにして、充電台100は複数台の電池パック等の充電を順次行うことができる。
さらに、上記のように複数台の電池パック等を順次満充電していく方式に限られず、一台目の電池パック等が所定の容量が充電されると、他の電池パック等に切り替えて充電を行い、すべての電池パック等に一定容量が充電された後、改めて残りの容量を充電して満充電するように、各電池パック等に追加充電を行うように構成することもできる。これにより、複数の電池パック等に対して短時間である程度の充電を行うことができ、直ぐに使用を開始できる利点が得られる。所定容量は、充電方式や充電時間によって適宜設定できる。例えば電池パックにリチウムイオン二次電池を使用する場合の充電方式として、最初に定電流充電を行い、その後定電圧充電に切り替えて充電する方式を採用すると、定電流充電は定電圧充電に比べて短時間で完了できるため、定電流充電のみを各電池パック等に対して先に行い、その後、定電圧充電を順次行うように、充電対象の電池パック等を切り替えることもできる。
(充電台100)
(充電台100)
一方充電台100は、図2Aの分解斜視図に示すように、内部に電源コイル11と、プリント基板37と、コイル移動機構13とを収納している。
(電源コイル11)
(電源コイル11)
電源コイル11は、電池パックBP又は電池パックBPを装着した電池駆動機器BDの誘導コイル51と電磁結合することで、電力を誘導コイル51に送信するための送電コイルである。このため電源コイル11は、充電面21の内面で、誘導コイル51と対向する姿勢で本体ケース20に内蔵されている。
電源コイル11は、好ましくは誘導コイル51とほぼ等しい大きさの円形に形成される。円形の電源コイル11と誘導コイル51は、電池パック等をどのような姿勢で充電面21に載置しても、電源コイル11を移動させて、電源コイル11と誘導コイル51とを一致させるように調整できる。ただ、電源コイルと誘導コイルを、楕円状や長円状に形成してもよい。例えば誘導コイルを円形状とし、電源コイルをトラック状の長円とすることで、電源コイルを誘導コイルと完全に調芯しなくとも、電源コイルの領域内に誘導コイルが収まるように移動させることで、電磁結合を実現でき、電源コイルの位置合わせ作業を簡素化できる利点が得られる。
(コイル移動機構13)
(コイル移動機構13)
電源コイル11は、コイル移動機構13により移動可能としている。図2Bに示す電源コイル11は、コイル移動機構13によりXY方向に移動される。ただ、電源コイルを、X軸方向にのみ、あるいはY軸方向のみ移動可能としてもよい。1軸のみのコイル移動機構とすることで構成を大幅に簡略化できる。またこの際、電源コイルを細長い形状として、かつ移動方向と交差する方向(幅方向)に電源コイルの長手方向を配置することで、幅方向での電源コイルと位置合わせを不要とできる。特に誘導コイルと電源コイルの中心軸を一致させることは、結合効率を高める上で重要となる。コイル同士の中心が僅かでもずれると、結合効率は著しく低下するからである。このため、誘導コイルを、コイル移動機構の幅方向に引き延ばすことで、このような位置ずれを補償できる。
(移動台18)
(移動台18)
コイル移動機構13は、図2Bの斜視図に示すように、正方形状の充電面21において、電源コイル11をXY方向に移動可能としている。電源コイル11は移動台18の上面に配置されており、コイル移動機構13が移動台18をX方向、Y方向に移動させる。移動台18は、スライド部材66に摺動自在に装着されており、スライド部材66に沿って移動する。スライド部材66はXスライド部66AとYスライド部66Bの2つで構成されており、これらXスライド部66AとYスライド部66Bとが十字状に交差する姿勢で配置される。移動台18はこれらXスライド部66AとYスライド部66Bに対してそれぞれ独立に摺動自在に装着されている。この例では、移動台18の下面にスライド部材66を挿入するスリットを上下2段に設けており、それぞれのスリットは互いに直交する姿勢に交差されている。これにより一方のスリットにXスライド部66Aを挿入し、他方のスリットにYスライド部66Bを挿入して、移動台18はこれらXスライド部66AとYスライド部66Bに沿ってXY方向に自在に移動できる。
Xスライド部66AとYスライド部66Bは、それぞれ外形を略T字状に形成し、T字状の上端をガイド棒59A、59B(後述)に摺動自在に装着している。またT字状の下端は、板状に延長された板状部分とし、移動台18のスリットに挿入される。板状部分の長さは、移動台18の移動範囲に応じて規定される。好ましくは、移動台18が最大範囲まで移動された状態で、板状部分がスリットから抜け落ちない長さに設計される。一方下ケース20Bには、X方向への移動を案内するガイド棒59A及びY方向への移動を案内するガイド棒59Bとが、直交する姿勢で固定されている。Xスライド部66AとYスライド部66Bの上端には、ガイド棒を狭持又は挿入する溝部が形成されている。ガイド棒59A、59Bは、好ましくは円柱状とする。溝部にガイド棒を挿入した状態で、各Xスライド部66AとYスライド部66Bは、ガイド棒に沿って摺動される。このようにスライド部材66は、片側でのみ移動を行う片持ち式に移動台18を支持している。
さらにXスライド部66AとYスライド部66Bの状端には、それぞれラックギア19A、19Bが設けられる。このラックギア19A、19Bに歯合するよう、下ケース20Bにはピニオンギア60A、60Bが配置される。ラックギア19A、19Bをピニオンギア60A、60Bで駆動することによって、スライド部はガイド棒59A、59Bに沿って移動される。ここでは、各ピニオンギアをそれぞれ一対とし、離間して配置している。ピニオンギア同士の離間距離は、ラックギアとほぼ等しくする。これにより、移動距離の全体に渡ってラックギアを配置せずとも、いずれかのピニオンギアの回転駆動によってラックギアを移動できる。図2Bの例では、ガイド棒の約1/3の位置にピニオンギア60A、60Bをそれぞれ配置しており、さらにラックギア19A、19Bの長さもガイド棒の約1/3としている。これによって、離間して配置された2個のピニオンギアで短い長さのラックギアを安定的に移動できる。
また各ピニオンギア60A、60Bには、これと同軸にウォームホイール63A、63Bが固定されており、ウォームホイール63A、63Bが回転されることで、同軸に固定されたピニオンギア60A、60Bも回転される。一方、下ケース20Bはサーボモータ22を備えており、サーボモータ22によりリードスクリュー62(送りネジ)が回転される。リードスクリュー62はウォームギアであり、2つのピニオンギア60A、60Bと同軸に固定されたウォームホイール63A、63Bとそれぞれ歯合される。これにより、サーボモータ22を回転させることでリードスクリュー62、ウォームホイール63A、63Bとピニオンギア60A、60Bを介して回転力が伝達され、ラックギア19A、19Bが駆動されてスライド部材66が移動され、移動台18に固定された電源コイル11をX方向及びY方向に移動できる。
これらピニオンギア60A、60B、ウォームホイール63A、63B、リードスクリュー62、サーボモータ22を含む駆動機構はユニット化されている。図2Bの例では、X軸側とY軸側で、共通のユニット化駆動機構を使用している。ここでは、Xスライド部66AとYスライド部66Bとを高さを違えて配置しているため、各スライド部材のラックギア19A、19Bの高さが異なる。このためX軸側とY軸側で、ユニット化駆動機構を互いに反転させた姿勢で固定している。これによって、高さの異なるラックギア19A、19Bにそれぞれ歯合するピニオンギア60A、60Bの高さを、X軸側とY軸側とで変化させている。図2Bの例では、Xスライド部66AがYスライド部66Bよりも上側に位置するよう交差されている。よって、Xスライド部66Aのラックギア19Aと歯合させるため、ユニット化駆動機構は上面側にピニオンギア60A、下面側にウォームホイール63Aが位置する姿勢に固定される。一方Yスライド部66Bのラックギア19Bと歯合させるため、ユニット化駆動機構は下面側にピニオンギア60B、上面側にウォームホイール63Bが位置する姿勢に固定される。
また、移動台18の移動範囲を大きくすることは、充電面を広くすることにも繋がる。そこでスライド部材66を通すスリットの位置や移動台18の高さを調整することで、ガイド棒の位置を超えて移動台18が張り出すように移動させ、本体ケース20内部の広い範囲で移動させることもできる。さらにスリットに代えて、スライド部材と移動台を連結する連結構造として、スライド部材の側面や上下面を狭持したり、レール上を摺動するローラ等を採用することもできることは言うまでもない。
電源コイル11とプリント基板37はフレキシブル基板16で連結されている。図2A、図2Bに示すように、フレキシブル基板16の一端は電源コイルに、他端はプリント基板37に、それぞれ接続される。
(プリント基板37)
(プリント基板37)
上ケース20Aの内面では、電源コイル11の移動領域と充電面21との間に、プリント基板37が配置される。プリント基板37は、本体ケース20に内蔵できるよう、本体ケース20の内壁よりも小さく構成される一方で、好ましくは上ケース20Aの内面にほぼ合致する大きさに構成される。このようにすることで、プリント基板37と上ケース20A周壁との隙間を少なくして、上ケース20A内にプリント基板37を固定しやすくできる。
(発光手段40)
(発光手段40)
加えてこの充電台100は、電源コイル11の移動に従って移動し、発光することによって電源コイル11の現在位置を示す発光手段40も備えている。発光手段40は、本体ケース20の側面20Cにおいて、電源コイル11の現在位置に対応する位置を発光させる。またこの発光手段40は、電源コイル11の移動に追従して発光位置も移動させることができる。この結果、電源コイル11の動きをユーザに対して視認し易い状態で示すことが可能となる。
すなわち、このような充電台の内部で電源コイルを移動させるムービングコイル式の無接点充電においては、充電台の内部の様子をユーザが窺い知ることができないため、動作していることを実感し辛いという問題があった。
これに対して、電源コイルにLEDを付加し、充電台の内部からLEDを点灯させることで電源コイルの位置を示すと共に、電源コイルの移動中にもLEDを点灯させることで、LEDの移動によって電源コイルの移動状態を示す構成が開発されている。しかし、この方法では、最終的に電源コイルは電池駆動機器の誘導コイルの位置まで移動する結果、電池駆動機器の裏側に潜り込んでしまうため、折角のLEDの点灯が電池駆動機器によって隠されてしまうという問題があった。特に近年では、携帯電話に変わって大画面のスマートフォンやスレートPCも普及しており、これらのサイズも大型化する傾向にあり、このような大型の電池駆動機器では一層LEDが隠れやすくなってしまい、電源コイルの移動状態をユーザが認識し辛く、折角のLEDを視認できないという問題があった。
そこで、本実施の形態では、電源コイル11の位置でなく、電源コイル11の位置と対応させた、充電台100の側面20Cの位置を、照明手段で発光させる構成としている。この構成によれば、充電台100に電池駆動機器BDを載置しても、側面20Cは基本的に表出しており、ユーザから視認し易い位置にあるため、側面20Cで発光している位置によって、現在の電源コイル11の位置を類推でき、さらに電源コイル11の移動に伴って照明位置も移動させることで、電源コイル11の移動状態を感覚的に認識することを可能としている。
発光手段40には、半導体発光素子が利用でき、特に発光ダイオード(light emitting diode:LED)は低消費電力で好適に使用できる。図2Bの透過斜視図に示す充電台100では、電源コイル11を設けた移動台18に、LED41を固定している。LED41は、移動台18から本体ケース20の側面20Cに向かってほぼ垂直にLED光を出射している。またLED41の出射面には筒状のランプリーダ42を配置することで、LED光の指向性を高め、本体ケース側面20Cの内壁面を集光させた状態で照射する。これによって、LED光を外部から視認し易くする。また、内部で発光させたLED光が本体ケース20の外部から視認できるよう、本体ケース20の材質は、光を透過させやすい色や材質とする。ここでは、本体ケース20をポリカーボネート製等の樹脂製としている。また、色は白色などの明るい色とする。
また、本体ケース20の外部に表出させるLED光を視認し易くするため、本体ケース側面20Cと、上面プレートとの境界であるエッジ部分に、発光領域を設けることもできる。特に本体ケース20の端縁に発光領域を設けることで、LED光を本体ケース側面20Cからのみならず、平面視においても視認でき、ユーザに対してLED光を見易い環境が実現される。図2Bの例においては、図3の断面図に示すように、本体ケース20のエッジ部分の肉厚を部分的に薄く形成することで、この部分から光を漏れやすくして、LED光の発光を表示させやすくしている。また、LED光の照明位置の移動範囲である表示領域49にわたって、表面を粗面とすることで、LED光を乱反射させて面発光させやすくしてもよい。
加えて、LED41も出射光を本体ケース側面20Cの内壁面に垂直に照射させるのでなく、図3に示すように隅部に照射されるように構成することが好ましい。例えば、移動台18におけるLED41の取り付け角度や、LED41の出射面に配置された筒状のランプリーダ42の出射面の角度を調整する。
なお、図2Bの例では、LED光を移動台18からほぼ真横に照射させて、本体ケース側面20Cの表示領域49上において、移動台18の下端縁の位置に相当する部分を発光させている。すなわち、本体ケース20の下面とほぼ平行にLED光を発光させる構成としている。ただ、LED光は本体ケースの下面と必ずしも平行に配置する必要は無く、若干の角度を持たせることもできる。例えば、図2Bの例では、移動台18の下端から、右側面20Cに平行に照射された照射光は、支持台の下端の位置を示すこととなるため、電源コイルの中心に対応する部位を発光させるよう、照射位置が真横よりも若干上方向にずらした位置となるようにLEDに角度を付して固定してもよい。
加えて、発光手段40による照明光を、本体ケース側面20Cのみならず、従来と同様、電源コイルの位置にて直接発光させることもできる。例えば、図4の変形例では、LED光の一部を本体ケース側面20Cに照射しつつ、残りの部分を上面側、すなわち充電面側にも照射させている。これによって、電源コイル11の位置を充電面上で直接表示させつつ、電池駆動機器の下に隠れて見えなくなっても、側面20Cの表示領域49上で移動の様子を追うことができ、ユーザにおいては電源コイルの位置を見失うことなく、また見易さを損なうことなく、位置の把握を可能としている。
なお、上記の例では図2Bにおいて本体ケースの右側の側面に表示領域49を設けた例を説明したが、本発明はこの例に限られるものでない。例えば、側面でなく図2Bにおいて手前側の面に表示領域49を設けてもよいことはいうまでもない。この場合、LEDは側面に向けて出射する姿勢でなく、手前側の面に向けて出射する姿勢にて、移動台に固定される。
(実施の形態2)
(実施の形態2)
また、発光手段を複数設けて、複数面に対して照射させることもできる。例えば、図5に示す実施の形態2に係る充電台200では、右側面照射用のLED41Yと、下面照射用のLED41Xを設けており、これらを同時に照射することで、電源コイル11の縦方向の位置と横方向の現在位置を、ユーザに対して表現することが可能となる。すなわち、縦方向の照射位置と横方向の照射位置を交差させた位置に、電源コイル11が存在することを、示すことができるため、一層正確な位置の把握が実現される。またこの際は、縦方向を照射するLED41Yと、横方向を照射するLED41Xとで、発光色を異ならせることもできる。
またこのような表示は、電源コイルを誘導コイルの位置と位置合わせする際、すなわち移動の際に行い、移動終了後は一定時間経過後に消灯する。これによって、無駄な電力消費を抑制できる。また移動時の点灯パターンも、常時点灯の他、点滅させたり、あるいは発光色を変化させることが可能なLEDを使用して、移動時と停止時、充電時等で発光色を変化させることもできる。また、充電終了時や、再充電の開始時に再度点灯させることもできる。例えば、充電中にユーザが電池駆動機器に手を触れるなど、何らかの事情で電源コイルの位置調整が再度必要となった際に、電源コイルが移動して位置の調整を行っていることをユーザに対して告知することができる。
また、充電台は1台の電池駆動機器のみならず、複数台の電池駆動機器を同時に載置して、これら複数の電池駆動機器を順次充電可能とすることもできる。この場合にも、一の電池駆動機器の充電が終了して、次の電池駆動機器の充電を行うために電源コイルを移動させる際に、再度、発光手段を点灯させて、最初の充電の終了と電源コイルの移動とをユーザに示すことが可能となる。
(実施の形態3)
(実施の形態3)
さらに、以上の例では、電源コイルに発光手段を固定することで、電源コイルと共に発光手段を物理的に移動させている。ただ、本発明は発光手段を電源コイルに固定する構成に限定しない。例えば、本体ケース側面20Cに、発光手段を配置することもできる。このような例を、実施の形態3として図6に示す。この充電台200では、右側面20Cに、発光手段40を移動自在に固定している。ここでは、発光手段40としてLED41Bを使用し、このLED41BをLED支持台44に固定している。またLED支持台44は、LED用シャフト45に沿って上下方向に移動可能としている。さらにこのLED支持台44は、電源コイル11の移動と連動して上下動するように制御される。この構成によれば、LED光を間接的に照射して位置を示すのでなく、LED41Bより直接外部に発することができるため、より明るい、見易い表示とできる。その一方で、上記構成によれば移動機構が電源コイルのみの場合に比べて、LEDの移動機構も別途必要とするため、構成が複雑化するという問題もある。
(実施の形態4)
(実施の形態4)
そこで、発光手段の移動機構を省き、点灯の切り替えによって移動を表現する構成とすることもできる。このような例を実施の形態4として、図7に示す。この図に示す充電台400は、表示領域49上に、複数のLED41Cを並べている。そして、電源コイル11の現在位置に対応する位置にあるLED41Cを点灯させ、電源コイル11の移動に従い、点灯するLED41Cを順次切り替えていくことで、発光位置を擬似的に移動させることができる。この構成であれば、発光を明るくしつつも、LEDの移動機構を省略できるため、構成を簡素化できる利点が得られる。
このようにして、電源コイルの移動する状態や現在位置をユーザに対して示すことが可能となり、電源コイルの移動の様子をユーザに対して感覚的に認識させるという面白さが演出できる。
(コイル冷却機構46)
(コイル冷却機構46)
一方、電源コイル11を冷却するためのコイル冷却機構46を、電源コイル11を支持する移動台18に設けることもできる。このような例を、図8の斜視図に示す。この図に示す移動台18Dは、コイル冷却機構46として、冷却ファンを固定している。冷却ファンは、電源コイル11の平面に対してほぼ直角の姿勢で、移動台18Dの一面に固定されている。この冷却ファンは、電源コイル11と誘導コイル51との間の隙間に、冷却風を送り込み、電源コイル11を効率よく冷却できる。
電源コイルは、通電により発熱する。この発熱は、高出力化のため電流量を大きくするほど、発熱量も大きくなる。しかしながら、電源コイルを移動させるムービングコイル方式においては、電源コイルの位置が変化するため、電源コイルがどの位置にあってもこれを効率よく冷却させるような冷却機構を設けることが容易でなかった。すなわち、電源コイルを固定式とする無接点充電方式であれば、例えば電源コイルの裏面側に放熱板などを配置して、裏面側から熱を逃がすような構成を採用することが可能である。これに対してムービングコイル方式では、電源コイルを移動させるという構成上、電源コイルの背面側に放熱板を配置すると、充電台全体が厚くなってしまう。
そこで本実施の形態では、放熱機構を電源コイル11と共に移動させることで、電源コイル11がどの位置にあっても放熱できるようにした。図8の例では、電源コイル11を載置した移動台18Dに、放熱ファンを固定している。また放熱ファンを、電源コイル11の底面側でなく、側面側とすることで、充電台が厚くなることを回避している。さらに、側面から冷却風を送風する構成であれば、電源コイル11と充電面裏面側との間の僅かな隙間を利用して、電源コイル11の表面に直接冷却風を送風して熱交換できるため、冷却効率にも優れる。
さらに、冷却ファンを垂直姿勢に保持することで、移動台18Dの移動空間に対して冷却風を送風できる。特に移動空間は、移動台18Dの移動可能な範囲に比例して大きいため、冷却ファンによって移動空間内の空気を循環させれば、移動空間を外部に連通するための開口を設けることなく、温度を下げることも可能となる。開口を必要としないことは、充電台内部に異物や水滴などが侵入する事態を避ける面でも好適である。
このような冷却ファンは、小型のファンとすることが好ましい。例えば厚さ4mm程度のファンユニットを利用できる。また冷却ファンは、移動台18Dの一面であって、コイル移動機構13を設ける面47とは異なる面に設ける。これにより、コイル移動機構13との干渉を避けることができる。好ましくは、コイル移動機構13を設けた面47と交差する面を、冷却ファンの固定面48とする。これによって、矩形状の移動台18Dの、対向する一面から冷却風を送風して、対向面を通過して冷却風を移動空間内に循環しやすくできる。すなわち、冷却風の送風方向を、コイル移動機構13を設けた面47と平行になるよう配置することで、冷却風がコイル移動機構13に遮られないように送出できる。図8の例では、移動台18Dの左側の面をコイル移動機構固定面47とし、手前側の面を冷却ファン固定面48としている。なおコイル移動機構固定面47には、コイル移動機構13やプリント基板(PCB)等が固定される。また移動する移動台18Dは、連結材16であるフレキシブル基板(FPC)を介して電気回路と配線される。
(電源コイル11)
(電源コイル11)
一方、電源コイル11は、充電面21と平行な面で渦巻き状に巻かれて、充電面21の上方に交流磁束を放射する。この電源コイル11は、充電面21に直交する交流磁束を充電面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、充電面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、これを充電面の内面で移動するコイル移動機構を簡単にできる。また電源コイル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、例えば20kHz〜1MHzの高周波電力を電源コイル11に供給する。交流電源12は、可撓性のリード線やフレキシブル基板等の連結材16を介して電源コイル11に接続される。電源コイル11が充電面21に載せられる電池駆動機器BD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、コイル移動機構13で誘導コイル51に接近するように移動される。図9〜図11に示す、変形例に係るコイル移動機構13は、電源コイル11を、充電面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。図のコイル移動機構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、図に示すコイル移動機構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。
このコイル移動機構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100は、コイル移動機構を以上のメカニズムには特定しない。コイル移動機構には、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100は、コイル移動機構を、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。例えば、電源コイルをX軸方向又はY軸方向の一方向のみに移動させるコイル移動機構としてもよい。このようなコイル移動機構の例として、充電面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駆動機器BD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が挙げられる。この充電台は、図示しないが、電源コイルを、一方向、例えばX軸方向にのみ移動できるコイル移動機構として、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、充電面21に載せられた電池駆動機器BDの位置を検出する。図9〜図13に示す位置検出制御器14は、電池駆動機器BD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、コイル移動機構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コイル移動機構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100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。また図13に示す位置検出制御器14は、二次電池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、電池駆動機器BDから出力される満充電信号を検出して、二次電池52の満充電を検出する。
第1の位置検出制御器14Aは、図12に示すように、充電面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を充電面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30Xと、Y軸方向の位置を検出する複数のY軸検出コイル30Yとを備える。各々のX軸検出コイル30X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30Xは、所定の間隔で充電面21の内面に固定されている。図の位置検出コイル30は2ターンに巻いたコイルである。ただ、位置検出コイルは、1ターンのコイルとすることも、また3ターン以上のコイルとすることもできる。さらに、位置検出コイルは、ループ状に巻くことなく直線状のコイルとすることもできる。直線状のコイルはループ状に巻かれることはないが、位置検出コイルとしてパルス信号を出力できる。
(電池駆動機器BD)
(電池駆動機器BD)
図13に、電池駆動機器BD及び充電台100の回路図を示す。この電池駆動機器BD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、二次電池52に充電電力を供給する整流回路57を備えている。具体的には、この電池駆動機器BDは、誘導コイル51と並列にコンデンサ53を接続している。コンデンサ53と誘導コイル51は並列共振回路54を構成する。コンデンサ53と誘導コイル51の共振周波数は、電源コイル11から電力搬送される周波数に近似する周波数として、電源コイル11から効率よく誘導コイル51に電力搬送できる。図13の電池駆動機器BDは、誘導コイル51から出力される交流を整流するダイオード55と、整流された脈流を平滑化する平滑コンデンサ56とからなる整流回路57と、この整流回路57から出力される直流で二次電池52を充電する充電制御回路58とを備える。充電制御回路58は、二次電池52の満充電を検出して充電を停止する。例えば二次電池52がリチウムイオン電池の場合、充電制御回路58は、二次電池52を定電圧・定電流充電して満充電する。また二次電池52ががニッケル水素電池の場合は、充電制御回路は、定電流充電によって二次電池52を満充電できる。なお、この回路は一例であり、例えば整流回路にダイオードブリッジを利用したり、充電制御回路にトランジスタ等のスイッチング素子を使用する等、同様の機能を実現可能な代替構成を適宜採用できることはいうまでもない。
図12に示す検出信号発生回路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14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12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12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、例えば数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30X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30X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30X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30X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30Xを受信回路32に接続して、各々のX軸検出コイル30X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30Xに接近していると、このX軸検出コイル30X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30X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30Xに跨って接近する状態では、複数のX軸検出コイル30X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30X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30Y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軸方向からコイル移動機構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、コイル移動機構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、コイル移動機構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に電力搬送して二次電池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、電力搬送して二次電池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コイル移動機構13を制御する。第2の位置検出制御器14Bは、コイル移動機構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15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、コイル移動機構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。
この充電台100は、例えば、充電面21に3個の電池駆動機器BDがセットされる状態では、以下のようにして各々の電池駆動機器BDの電池パックBPを満充電する。
(1)最初に、いずれかの電池駆動機器BD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の電池駆動機器の電池パックBPを充電する。
(2)位置検出制御器14は、充電している第1の電池駆動機器の電池電圧、残容量、電池温度などの電池情報から、第1の電池駆動機器の電池パックBPの充電を中断し、第1の電池駆動機器とは別の位置にセットされる第2の電池駆動機器の誘導コイル51の位置を検出し、コイル移動機構13を制御して電源コイル11を第2の電池駆動機器の誘導コイル51に接近させる。この状態で、第2の電池駆動機器の電池パックBPに電力搬送して、この電池パックBP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の電池駆動機器の電池情報から、第2の電池駆動機器の電池パックBPの充電を中断し、さらに別の位置にセットされる第3の電池駆動機器の誘導コイル51の位置を検出して、コイル移動機構13を制御して電源コイル11を第3の電池駆動機器の誘導コイル51に接近させて、第3の電池駆動機器の電池パックBPを充電する。
(4)その後、位置検出制御器14は、第3の電池駆動機器の電池情報から、第3の電池駆動機器の電池パックBPの充電を中断し、電源コイル11を第1の電池駆動機器の誘導コイル51に位置に移動して、第1の電池駆動機器の電池パックBPを充電する。
(5)以上のように、第1の電池駆動機器、第2の電池駆動機器、第3の電池駆動機器を繰り返し充電して、内蔵する電池パックBPを満充電する。
(1)最初に、いずれかの電池駆動機器BD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の電池駆動機器の電池パックBPを充電する。
(2)位置検出制御器14は、充電している第1の電池駆動機器の電池電圧、残容量、電池温度などの電池情報から、第1の電池駆動機器の電池パックBPの充電を中断し、第1の電池駆動機器とは別の位置にセットされる第2の電池駆動機器の誘導コイル51の位置を検出し、コイル移動機構13を制御して電源コイル11を第2の電池駆動機器の誘導コイル51に接近させる。この状態で、第2の電池駆動機器の電池パックBPに電力搬送して、この電池パックBP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の電池駆動機器の電池情報から、第2の電池駆動機器の電池パックBPの充電を中断し、さらに別の位置にセットされる第3の電池駆動機器の誘導コイル51の位置を検出して、コイル移動機構13を制御して電源コイル11を第3の電池駆動機器の誘導コイル51に接近させて、第3の電池駆動機器の電池パックBPを充電する。
(4)その後、位置検出制御器14は、第3の電池駆動機器の電池情報から、第3の電池駆動機器の電池パックBPの充電を中断し、電源コイル11を第1の電池駆動機器の誘導コイル51に位置に移動して、第1の電池駆動機器の電池パックBPを充電する。
(5)以上のように、第1の電池駆動機器、第2の電池駆動機器、第3の電池駆動機器を繰り返し充電して、内蔵する電池パックBPを満充電する。
充電する電池駆動機器BDを切り換えながら電池パックBPを充電する工程で、いずれかの電池駆動機器BDの電池パックBPが満充電されると、満充電された電池パックBPを内蔵する電池駆動機器BDの充電をキャンセルして、次々と電池駆動機器BDの電池パックBPを満充電する。充電面21の上にセットされる全ての電池駆動機器BDの電池パックBPを満充電したことを検出すると、充電台100は、交流電源12の動作を停止して電池パックBPの充電を終了する。
本発明に係る充電台は、携帯電話や携帯音楽プレーヤ、スマートフォンやタブレットPC等の充電の他、アシスト自転車や電気自動車の充電等にも好適に利用できる。
100、200、300、400…充電台
11…電源コイル
12…交流電源
13…コイル移動機構
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…連結材
17…満充電検出回路
18、18D…移動台
19A、19B…ラックギア
20…本体ケース;20A…上ケース;20B…下ケース;20C…本体ケース側面
21…充電面
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
30X…X軸検出コイル;30Y…Y軸検出コイル
31…パルス電源
32…受信回路
33…識別回路
34…切換回路
35…リミッタ回路
36…A/Dコンバータ
37…プリント基板
40…発光手段
41、41X、41Y、41B、41C…LED
42…ランプリーダ
44…LED支持台
45…LED用シャフト
46…コイル冷却機構
47…コイル移動機構固定面
48…冷却ファン固定面
49…表示領域
51…誘導コイル
52…二次電池
53…コンデンサ
54…共振回路
55…ダイオード
56…平滑コンデンサ
57…整流回路
58…充電制御回路
59A、59B…ガイド棒
60A、60B…ピニオンギア
62…リードスクリュー
63A、63B…ウォームホイール
66…スライド部材;66A…Xスライド部;66B…Yスライド部
910…充電台
911…電源コイル
913…コイル移動機構
920…本体ケース
921…充電面
922A…X軸サーボモータ;922B…Y軸サーボモータ
923A…X軸ネジ棒;923B…Y軸ネジ棒
924A…X軸ナット材
925…ベルト
950…電池駆動機器
951…誘導コイル
BD…電池駆動機器
BP…電池パック
11…電源コイル
12…交流電源
13…コイル移動機構
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…連結材
17…満充電検出回路
18、18D…移動台
19A、19B…ラックギア
20…本体ケース;20A…上ケース;20B…下ケース;20C…本体ケース側面
21…充電面
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
30X…X軸検出コイル;30Y…Y軸検出コイル
31…パルス電源
32…受信回路
33…識別回路
34…切換回路
35…リミッタ回路
36…A/Dコンバータ
37…プリント基板
40…発光手段
41、41X、41Y、41B、41C…LED
42…ランプリーダ
44…LED支持台
45…LED用シャフト
46…コイル冷却機構
47…コイル移動機構固定面
48…冷却ファン固定面
49…表示領域
51…誘導コイル
52…二次電池
53…コンデンサ
54…共振回路
55…ダイオード
56…平滑コンデンサ
57…整流回路
58…充電制御回路
59A、59B…ガイド棒
60A、60B…ピニオンギア
62…リードスクリュー
63A、63B…ウォームホイール
66…スライド部材;66A…Xスライド部;66B…Yスライド部
910…充電台
911…電源コイル
913…コイル移動機構
920…本体ケース
921…充電面
922A…X軸サーボモータ;922B…Y軸サーボモータ
923A…X軸ネジ棒;923B…Y軸ネジ棒
924A…X軸ナット材
925…ベルト
950…電池駆動機器
951…誘導コイル
BD…電池駆動機器
BP…電池パック
Claims (8)
- 電池駆動機器(BD)を駆動する電池パックを充電するための充電台であって、
上面に、電池パック(BP)又は電池パックを装着した電池駆動機器(BD)を載置し充電するための充電面(21)を設けた本体ケース(20)と、
前記充電面(21)に電池パック(BP)又は電池パックを装着した電池駆動機器(BD)を載置した状態で、該電池パックに設けられた誘導コイル(51)と電磁結合可能とするよう、前記充電面(21)の内面で誘導コイル(51)と対向する姿勢にて前記本体ケース(20)に内蔵される電源コイル(11)と、
前記電源コイル(11)を、前記充電面(21)の範囲で任意の位置に移動させるコイル移動機構(13)と、
前記電源コイル(11)に対して電力を供給するための送電回路と、
前記電源コイル(11)の移動に従って移動し、発光することによって前記電源コイル(11)の現在位置を示す発光手段(40)と、
を備えており、
前記本体ケース(20)の側面(20C)において、前記電源コイル(11)の現在位置に対応する位置を、前記発光手段(40)で発光させ、さらに該電源コイル(11)の移動に追従して該発光手段(40)の発光位置も移動させてなることを特徴とする充電台。 - 請求項1に記載の充電台であって、
前記発光手段(40)は、前記電源コイル(11)と近接して設けられると共に、
前記発光手段(40)はその光を、前記本体ケース(20)の内面において、側面(20C)側に向かって出射してなることを特徴とする充電台。 - 請求項2に記載の充電台であって、
前記発光手段(40)から出射される光は、前記本体ケース(20)の側面(20C)において、エッジ部に向かって照射されてなり、該本体ケース(20)の側面(20C)のエッジ部分は、部分的に肉薄に形成されてなることを特徴とする充電台。 - 請求項1から3のいずれか一に記載の充電台であって、
前記発光手段(40)から出射される光の一部が、前記充電面(21)に対しても照射されるよう構成されてなることを特徴とする充電台。 - 請求項1から4のいずれか一に記載の充電台であって、
前記本体ケース(20)は矩形状であって、該矩形状を構成する一辺において、前記発光手段(40)の発光位置を移動させるよう構成してなることを特徴とする充電台。 - 請求項1から4のいずれか一に記載の充電台であって、
前記発光手段(40)が、前記本体ケース(20)の側面(20C)に設けられており、
前記電源コイル(11)の移動に沿って、該電源コイル(11)と平行に、該側面(20C)上を移動可能に構成してなることを特徴とする充電台。 - 請求項6に記載の充電台であって、
前記発光手段(40)が、前記本体ケース(20)の側面(20C)に沿って、複数設けられた発光素子で構成されており、
前記電源コイル(11)の移動に沿って、該電源コイル(11)の位置と対応する発光素子を点灯させるよう構成してなることを特徴とする充電台。 - 請求項1から7のいずれか一に記載の充電台であって、
前記発光手段(40)が発光ダイオードであることを特徴とする充電台。
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