JP2013240277A

JP2013240277A - 充電台

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Publication number: JP2013240277A
Application number: JP2013172305A
Authority: JP
Inventors: Shoichi Toya; 正一遠矢; Yasunari Mizoguchi; 康成溝口; Eiji Satsuma; 栄治薩摩; Kyozo Terao; 恭三寺尾
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2007-12-18
Filing date: 2013-08-22
Publication date: 2013-11-28
Anticipated expiration: 2028-11-17
Also published as: JP5475184B2; JP5662532B2; JP2014079167A; JP5430046B2; JP2014064460A; JP2013240276A; JP5775614B2

Abstract

【課題】電池内蔵機器をケース上面のどこに載せても、内蔵電池を効率よく充電する。
【解決手段】充電台は、電池内蔵機器５０に内蔵される電池５２を、誘導コイル５１に誘導される電力で充電する。充電台は、誘導コイル５１に起電力を誘導する電源コイル１１と、上面に電池内蔵機器５０を載せる上面プレート２１を有するケース２０と、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、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。充電台は、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の位置を位置検出制御器１４が検出し、移動機構１３で電源コイル１１を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。
【選択図】図１

Description

本発明は、パック電池や携帯電話などの電池内蔵機器を上に載せて、電磁誘導作用で電力を搬送して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。この欠点は、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解消できる。この構造は、位置決め凹部に位置決め凸部を案内して、携帯電子機器と充電台との相対的な位置ずれを防止できる。

ただ、特許文献２に示す構造は、位置決め凸部を位置決め凹部に案内するように電池内蔵機器を充電台にセットするので、電池内蔵機器のセットに手間がかかる欠点がある。また、この構造は、全てのユーザーが常に正常な状態で電池内蔵機器を充電台にセットすることが難しい欠点もある。さらに、この構造は、ケースの底面に位置決め凹部を設けて、この位置決め凹部の上に誘導コイルを配置することから、電池内蔵機器を薄くできない欠点がある。携帯電話等の電池内蔵機器は、できるかぎり薄くすることが要求されることから、位置決め凹部によって厚くなると携帯に不便になる欠点がある。

この弊害は、充電台の上面全体の広い面積に誘導コイルに電力搬送する磁界を発生して解消できる。ただ、この構造によると、電池内蔵機器を載せない部分にも磁界を発生することから、電源コイルから誘導コイルに搬送する電力効率が低下する欠点がある。また、充電台の上に、鉄などの金属を載せると、これに磁気誘導作用で電流が流れて発熱する弊害がある。

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、電池内蔵機器をケース上面のどこに載せても内蔵電池を効率よく充電できる充電台を提供することにある。
また、本発明の他の大切な目的は、ケース上面に電池内蔵機器と一緒に他の金属を載せてもこれに磁気誘導作用で電流が流れて発熱することがなく、安全に使用できると共に、電源コイルから誘導コイルに効率よく電力搬送できる充電台を提供することにある。

本発明の充電台は、前述の目的を達成するために以下の構成を備える。
充電台は、電磁結合される誘導コイルを内蔵して、前記誘導コイルに誘導される電力で充電される電池を内蔵する電池内蔵機器の充電台であって、交流電源に接続されて前記誘導コイルに起電力を誘導する電源コイルと、前記電源コイルを内蔵すると共に、上面には前記電池内蔵機器を載せる上面プレートを有するケースと、前記ケースに内蔵されて、前記電源コイルを前記上面プレートの内面に沿って移動させる移動機構と、前記上面プレートに載せられる前記電池内蔵機器の位置を検出して前記移動機構を制御し、前記電源コイルを前記電池内蔵機器の前記誘導コイルに接近させる位置検出制御器とを備え、前記位置検出制御器は、前記上面プレートに固定している複数の位置検出コイルにパルス信号を供給するパルス電源と、前記パルス電源から前記位置検出コイルに供給される前記パルス信号に励起されて前記誘導コイルから前記位置検出コイルに出力されるエコー信号を受信する受信回路と、前記受信回路が受信する前記エコー信号のレベルを検出し、検出した前記エコー信号のレベルを記憶し、前記エコー信号のレベルを比較して、前記誘導コイルの位置を検出する識別回路とを有する。

本発明の充電台は、電池内蔵機器をケース上面のどこに載せても内蔵電池を効率よく充電できる。

とくに、本発明の充電台は、従来のように、電池内蔵機器を充電台の所定の位置に、たとえば、位置決め凸部を位置決め凹部に案内しながらセットすることなく、すなわち、位置決めすることなく極めて簡単に電池内蔵機器を充電台に載せて、内蔵電池を効率よく充電できる。このように、位置決め凸部や位置決め凹部等を必要としない充電台は、電池内蔵機器を薄く設計して便利に携帯できる特徴もある。

また、本発明の充電台は、ケースの上面プレートに載せられた電池内蔵機器の位置を位置検出制御器で検出して、電源コイルを誘導コイルに接近させて電池内蔵機器に内蔵される電池を充電するので、ケース上面に、電池内蔵機器と一緒に他の金属を載せても、これに磁気誘導作用で電流が流れるのを確実に阻止して安全に使用できる特徴がある。

本発明の一実施例にかかる充電台の概略斜視図である。本発明の一実施例にかかる充電台の概略構成図である。図２に示す充電台の垂直縦断面図である。図２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。パルス信号で励起された誘導コイル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９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。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。電源コイルと誘導コイルの相対的な位置ずれに対する電源コイルの電圧の変化を示す図である。電源コイルと誘導コイルの相対的な位置ずれに対する電源コイルに電力を供給する交流電源の消費電力の変化を示す図である。電源コイルと誘導コイルの相対的な位置ずれに対する誘導コイルの電流の変化を示す図である。

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１ないし図６は、充電台の概略構成図及び原理図を示している。充電台１０は、図１と図６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。ここで、電池内蔵機器５０は、パック電池であっても良い。

図６は電池内蔵機器５０の回路図を示す。この電池内蔵機器５０は、誘導コイル５１と並列にコンデンサー５３を接続している。コンデンサー５３と誘導コイル５１は並列共振回路５４を構成する。コンデンサー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６の電池内蔵機器５０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ー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、電池５２の満充電を検出して充電を停止する。

充電台１０は、図１ないし図６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、又は直径を５ｃｍないし３０ｃｍとする円形としている。本発明の充電台は、上面プレートを大きくして、すなわち複数の電池内蔵機器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を一緒に載せて内蔵電池を順番に充電することもできる。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。

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〜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１ないし図４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１ないし図４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５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にパルス信号を供給するパルス電源３１と、このパルス電源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。

パルス電源３１は、所定のタイミングでパルス信号を位置検出コイル３０に出力する。パルス信号が入力される位置検出コイル３０は、パルス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７に示すように、パルス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５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５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。パルス電源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にパルス信号を出力する。パルス電源３１から位置検出コイル３０に出力されるパルス信号のレベルは、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、パルス電源３１から受信回路３２に入力されるパルス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、パルス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、パルス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。エコー信号がパルス信号から遅れる遅延時間は、一定の時間であるから、パルス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、パルス信号とエコー信号を出力する。識別回路３３は、受信回路３２から入力されるパルス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、パルス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にパルス信号を出力し、パルス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８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９に示す以下の位置検出制御器６４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６４は、図９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にパルス信号を供給するパルス電源３１と、このパルス電源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７３とを備える。さらに、この位置検出制御器６４は、識別回路７３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７に示すように、各々の位置検出コイル３０をパルス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７７を備えている。この位置検出制御器６４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７７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６４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９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１０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６４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１０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１０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７３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７７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７３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７７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７３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７３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７３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７３からの位置信号でもって、位置検出制御器６４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７３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、６４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６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、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５０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５０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５０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５０の電池５２が満充電されて、第２の電池内蔵機器５０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５０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５０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。

図６に示す第２の位置検出制御器１４Ｂは、自励式の発振回路の発振周波数の変化から電源コイル１１と誘導コイル５１の相対位置を判定するが、電源コイルと誘導コイルとの相対位置を微調整する第２の位置検出制御器は、電源コイルの電圧、電源コイルに電力を供給する交流電源の消費電力、あるいは誘導コイルに誘導される電流から電源コイルの誘導コイルに対する相対位置を検出することができる。この第２の位置検出制御器は、発振周波数を変化させる必要がないので、他励式の発振回路とすることができる。

図１１において、電源コイル１１の電圧から誘導コイル５１に対する電源コイル１１の相対位置を検出する第２の位置検出制御器１４Ｃは、電源コイル１１に発生している交流電圧を整流して直流電圧に変換し、その電圧を検出する電圧検出回路８３を内蔵している。この第２の位置検出制御器１４Ｃは、電源コイル１１を移動させて、電源コイル１１の電圧を電圧検出回路８３で検出する。電源コイル１１と誘導コイル５１の相対位置に対して電源コイル１１の電圧が変化する特性を図１２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電源コイル１１の電圧の変化を示している。この図に示すように、電源コイル１１の電圧は、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低くなり、相対位置がずれるにしたがって電圧が高くなる。したがって、第２の位置検出制御器１４Ｃ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、電源コイル１１の電圧が最も低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、電源コイル１１の電圧が最も低くなる位置で停止する。第２の位置検出制御器１４Ｃ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。

また、図１１において、電源コイル１１に電力を供給する交流電源８２の消費電力から誘導コイル５１に対する電源コイル１１の相対位置を検出する第２の位置検出制御器１４Ｃは、交流電源８２の消費電力を検出する消費電力検出回路８４を内蔵している。この第２の位置検出制御器１４Ｃは、電源コイル１１を移動させて、交流電源８２の消費電力を消費電力検出回路８４で検出する。電源コイル１１と誘導コイル５１の相対位置に対して交流電源８２の消費電力が変化する特性を図１３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交流電源８２の消費電力の変化を示している。この図に示すように、交流電源８２の消費電力は、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小さくなり、相対位置がずれるにしたがって消費電力が大きくなる。したがって、第２の位置検出制御器１４Ｃ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、交流電源８２の消費電力が最も小さ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、交流電源８２の消費電力が最も低くなる位置で停止する。第２の位置検出制御器１４Ｃ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。

さらに、図１１において、誘導コイル５１の電流からから誘導コイル５１に対する電源コイル１１の相対位置を検出する第２の位置検出制御器１４Ｃは、誘導コイル５１の電流を検出する回路を内蔵している。この第２の位置検出制御器１４Ｃは、誘導コイル５１の電流を電池内蔵機器９０側で検出して検出した電流で搬送波を変調して充電台８０に無線伝送する送信回路９５と、この送信回路９５から送信される信号を充電台８０側で受信し、この信号を復調して誘導コイル５１の電流を検出する受信回路８５とを備えている。この第２の位置検出制御器１４Ｃは、電源コイル１１を移動させて、誘導コイル５１の電流を検出する。電源コイル１１と誘導コイル５１の相対位置に対して誘導コイル５１の電流が変化する特性を図１３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誘導コイル５１の変化を示している。この図に示すように、誘導コイル５１の電流は、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大きくなり、相対位置がずれるにしたがって電流が小さくなる。したがって、第２の位置検出制御器１４Ｃ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、誘導コイル５１の電流が最も大き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、誘導コイル５１の電流が最も大きくなる位置で停止する。第２の位置検出制御器１４Ｃ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。

以上の移動機構１３は、電源コイル１１をＸ軸方向とＹ軸方向とに移動して、電源コイル１１を誘導コイル５１に最も近い位置に移動させるが、本発明は、移動機構がＸ軸方向とＹ軸方向とに電源コイルを移動して、電源コイルの位置を誘導コイルに接近させる構造には特定せず、電源コイルは種々の方向に移動させて、誘導コイルに接近することもできる。

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
１４Ｃ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
２０ケース
２１上面プレート
２２サーボモータ
２２ＡＸ軸サーボモータ
２２ＢＹ軸サーボモータ
２３ネジ棒
２３ＡＸ軸ネジ棒
２３ＢＹ軸ネジ棒
２４ナット材
２４ＡＸ軸ナット材
２４ＢＹ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
３０ＡＸ軸検出コイル
３０ＢＹ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リミッター回路
３６Ａ／Ｄコンバータ
５０電池内蔵機器
５１誘導コイル
５２電池
５３コンデンサー
５４共振回路
５５ダイオード
５６平滑コンデンサー
５７整流回路
５８充電制御回路
６４位置検出制御器
７３識別回路
７７記憶回路
８０充電台
８２交流電源
８３電圧検出回路
８４消費電力検出回路
８５受信回路
９０電池内蔵機器
９５送信回路

Claims

電磁結合される誘導コイルを内蔵して、前記誘導コイルに誘導される電力で充電される電池を内蔵する電池内蔵機器の充電台であって、
交流電源に接続されて前記誘導コイルに起電力を誘導する電源コイルと、前記電源コイルを内蔵すると共に、上面には前記電池内蔵機器を載せる上面プレートを有するケースと、前記ケースに内蔵されて、前記電源コイルを前記上面プレートの内面に沿って移動させる移動機構と、前記上面プレートに載せられる前記電池内蔵機器の位置を検出して前記移動機構を制御し、前記電源コイルを前記電池内蔵機器の前記誘導コイルに接近させる位置検出制御器とを備え、
前記位置検出制御器は、前記上面プレートに固定している複数の位置検出コイルにパルス信号を供給するパルス電源と、前記パルス電源から前記位置検出コイルに供給される前記パルス信号に励起されて前記誘導コイルから前記位置検出コイルに出力されるエコー信号を受信する受信回路と、前記受信回路が受信する前記エコー信号のレベルを検出し、検出した前記エコー信号のレベルを記憶し、前記エコー信号のレベルを比較して、前記誘導コイルの位置を検出する識別回路とを有する充電台。
前記移動機構は、Ｘ軸方向とＹ軸方向に移動する請求項１記載の充電台。
前記識別回路は、前記エコー信号とは異なる波形を検出した場合、前記電源コイルへの電力供給を停止する請求項１または２記載の充電台。