JP2014023281A - 伝送コイル装置及び携帯無線端末 - Google Patents

Abstract

【課題】非接触充電時において、磁気を検知した場合に生じる電力伝送用コイルを含む共振回路の共振周波数のずれを適正に調整し、電力伝送効率の劣化を防ぐ。
【解決手段】共振周波数調整回路１２は、二次側コイル１１とともにＬＣ共振回路を形成するコンデンサを有し、このキャパシタンスを可変させて共振周波数を調整する。磁気センサ１５が磁石３５を検知すると、制御部２３からのＯＮ信号が共振周波数調整回路１２の制御端子Ｃｏｎｔに入力されると、ダイオードＤ１がオンとなり、コンデンサＣＴ１とコンデンサＣ１が並列に接続され、キャパシタンスが増加する。この結果、充電時の共振周波数は１００ｋＨｚに調整される。
【選択図】図１

Description

本発明は、外部の充電装置との間で電力を伝送して非接触充電する伝送コイル装置及びこれを搭載した携帯無線端末に関する。

近年、外部の充電装置（例えば充電台）との間において非接触で、即ち金属接点又はコネクタ等を介さずに電力を伝送する非接触充電機能を有する携帯無線端末が登場しており、今後も非接触充電が可能な伝送コイル装置を搭載した携帯無線端末が普及すると考えられている。

非接触充電が可能な伝送コイル装置を搭載した携帯無線端末は、充電台の非接触充電用に予め指定された位置（所定位置）に載置された時に非接触充電が可能となる。充電台には、携帯無線端末が充電台の所定位置に載置されたことを検知するために、充電台の一次側コイルの略中央位置に磁石（例えば永久磁石）が配置されたタイプのものが存在している。

ここで、充電台との間で充電する携帯無線端末に関する先行技術として、例えば特許文献１及び特許文献２がそれぞれ知られている。例えば特許文献１には、充電台側に設けられたホールＩＣが携帯無線端末側に設けられた磁石からの磁気を検知すると、充電が開始されることが開示されている。

特許文献１では、特定の組み合わせ、即ち充電台側に設けられたホールＩＣの位置に携帯無線端末側に設けられた磁石の位置が合うような場合に限って携帯無線端末は充電可能となる。このため、非接触充電の設計上の仕様（例えばホールＩＣ又は磁石の配置位置）が限定されてしまう。

また、特許文献２には、携帯無線端末側に設けられた充電用のループコイルが、充電台側の平面コイルの中空部に設けられた磁石の影響（例えばループコイルのＬ値の低下）を受けないように、携帯無線端末側において所定の厚みを有する磁性シートを用いることが開示されている。

特許文献２では、充電台側の平面コイルの中空部に、携帯無線端末側に設けられた磁石と重ならないためにスペースを設ける必要があり、このスペースが充電台の構造として無駄になってしまうと共に、携帯無線端末側において厚みのある磁性体を用いる必要がある。このため、携帯無線端末の小型化及び薄型化が困難となってしまう。

特開２００５−１１０３３２号公報 特許第４９００５２５号公報

上述した磁石を有するタイプの充電台の所定位置に携帯無線端末を載置させて充電を行う非接触充電の場合では、磁石からの磁力線（磁気）により携帯無線端末側に設けられたループコイルのインダクタンス値（Ｌ値）がずれる、即ち予め定められたインダクタンス値（Ｌ値）が減少することがある。インダクタンス値（Ｌ値）のずれにより、ループコイルを含む携帯無線端末側に設けられたＬＣ共振回路の共振周波数がずれるため、非接触充電時における電力伝送効率が劣化してしまう。

本発明は、上述した従来技術における課題を解決するために、非接触充電時において、磁気を検知した場合に生じる電力伝送用コイルを含む共振回路の共振周波数のずれを適正に調整し、電力伝送効率の劣化を防ぐことができる伝送コイル装置及び携帯無線端末を提供することを目的とする。

本発明は、伝送コイル装置であって、電力伝送用コイルと、前記電力伝送用コイルの周囲に配置され、磁気を検知する磁気検知部と、前記電力伝送用コイルとともに共振回路を形成するコンデンサを有し、前記コンデンサの静電容量値を用いて、前記共振回路の共振周波数を所定の周波数に調整する共振周波数調整部と、前記磁気検知部における前記磁気の検知結果を基に、前記共振周波数調整部に、前記共振周波数を前記所定の周波数に調整させる制御部と、を備える。

この構成によれば、非接触充電時において、磁気を検知した場合に生じる電力伝送用コイルを含む共振周波数のずれを、共振周波数調整装置において適正に調整するので、電力伝送効率の劣化を防ぐことができる。

本発明によれば、非接触充電時において、磁気を検知した場合に生じる電力伝送用コイルを含む共振回路の共振周波数のずれを適正に調整し、電力伝送効率の劣化を防ぐことができる。

第１の実施形態における充電システムの内部構成を示す図 （Ａ）及び（Ｂ）携帯無線端末１におけるコイルユニット４０の構成を示す図 （Ａ）〜（Ｃ）共振周波数調整回路１２の構成例を示す回路図 第１の実施形態における充電回路部１３内の制御部２３の動作手順を説明するフローチャート 実施例に係るコイルユニット４０及び共振周波数調整回路１２の構成を示す図、（Ａ）コイルユニット４０の平面図、（Ｂ）図５（Ａ）のＣ−Ｃ’線による断面図、（Ｃ）共振周波数調整回路１２の回路図 磁石付きのタイプの充電台３０のコイルユニット３１の構成を示す図、（Ａ）磁石３５が配置されているコイルユニット３１の平面図、（Ｂ）図６（Ａ）のＢ−Ｂ’線による断面図 磁石なしのタイプの充電台３０のコイルユニット３１の構成を示す図、（Ａ）磁石３５が配置されていないコイルユニット３１の平面図、（Ｂ）図７（Ａ）のＡ−Ａ’線による断面図 測定結果を示すテーブル、（Ａ）ループコイル１１のインダクタンス値（Ｌ値）の変化を示す図、（Ｂ）電力伝送効率の測定結果を示す図 第２の実施形態における伝送コイル装置１０Ａの内部構成を示す図 第１共振周波数用回路５１及び第２共振周波数用回路５２の各構成を示す回路図 第２の実施形態における充電回路部１３内の制御部２３の動作手順を説明するフローチャート 第３の実施形態における伝送コイル装置１０Ｂの内部構成を示す図

以下、本発明に係る伝送コイル装置及び携帯無線端末の各実施形態について、図面を参照して説明する。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態における充電システムの内部構成を示す図である。本実施形態の充電システムは、携帯無線端末１内に設けられた伝送コイル装置１０と、携帯無線端末１に対する外部の充電装置としての充電台３０とを含む構成である。

充電台３０は、一次側コイル３２と、コンデンサ３３と、交流電源回路３４と、磁石３５と、制御部３６とを含み、一次側コイル３２と伝送コイル装置１０内に設けられた二次側コイル１１との間で電磁的な結合（電磁結合）を行い、伝送コイル装置１０に非接触充電時における電力を供給する。

また、充電台３０は、磁石３５において、携帯無線端末１と充電台３０とが近接したことを携帯無線端末１に検知させる。即ち、充電台３０は、充電台３０の非接触充電用に予め指定された所定位置に携帯無線端末１が載置されたことを、磁石３５において検知する。一次側コイル３２と、磁石３５と、一次側コイル４２及び磁石３５が配置された磁性体（不図示）は、充電台３０におけるコイルユニット３１を形成する。

伝送コイル装置１０は、二次側コイル１１と、共振周波数調整回路１２と、充電回路部１３と、バッテリ１４と、磁気センサ１５とを含む構成である。

二次側コイル１１、即ち電力伝送用コイルとしてのループコイル１１は、非接触充電用に予め設定された所定のインダクタンス（Ｌ値）を有し、非接触充電時において充電台３０の一次側コイル３２との間で電磁結合を行う。

共振周波数調整部としての共振周波数調整回路１２は、ループコイル１１に接続された端子Ｐ１及びＰ２と、充電回路部１３に接続された端子Ｐ３及びＰ４とを有し、ループコイル１１とともにＬＣ共振回路を形成するコンデンサを含む構成である。共振周波数調整回路１２は、後述する制御部２３からの制御信号を基に、共振周波数調整回路１２内のコンデンサのキャパシタンス（静電容量値）を可変させてＬＣ共振回路の共振周波数を調整（補正）する。

充電回路部１３は、負荷変調部２１と、交流電力を直流電力に変換（整流）する整流回路２２と、バッテリ１４への充電制御を行う制御部２３とを含む構成であり、非接触充電時では充電台３０から伝送された電力（交流電力）を整流した直流電力をバッテリ１４に充電させる。

負荷変調部２１は、複数の抵抗とスイッチング素子（例えばトランジスタ）とを含む構成であり、充電台３０の所定位置に携帯無線端末１が載置されたタイミングに応じて制御部２３から出力された制御信号（スイッチング信号）を基に、負荷変調部２１内のインピーダンスを変化させる。負荷変調部２１は、抵抗を用いたスイッチング動作によりインピーダンスを変化させ、充電台３０の所定位置に携帯無線端末１が載置されたことを、ループコイル１１を介して充電台３０に知らせる。充電台３０は、負荷変調部２１におけるインピーダンスの変化を基に、充電台３０の所定位置に携帯無線端末１が載置されたことを検知すると、電力伝送を開始する。

磁気検知部としての磁気センサ１５は、充電台３０内に設けられた磁石３５からの磁気（磁力線）を検知するセンサ（例えばホール素子）であり、磁気を検知した旨の検知信号を、充電台３０の所定位置に携帯無線端末１が載置された旨のトリガ信号として制御部２３に出力する。磁気センサとして例えばホール素子を用いることで、携帯無線端末１の小型化及び部品コストの削減が可能となる。なお、二次側コイル１１と、磁気センサ１５と、二次側コイル１１及び磁気センサ１５が配置された磁性体２５（図２参照）とは、携帯無線端末１におけるコイルユニット４０を形成する。

図２（Ａ）及び（Ｂ）は、携帯無線端末１におけるコイルユニット４０の構成を示す図である。コイルユニット４０は、略正方形の磁性体２５と、磁性体２５の面上に配置され、渦巻き状に巻回されたループコイル１１と、磁性体２５の面上に配置された磁気センサ１５とを含む構成である。なお、磁性体２５は、例えばフェライトなどの透磁率が１よりも高い材料を用いて構成される。磁性体２５の比透磁率μｒ１は、例えばμｒ１＝２００〜２０００のものが用いられる。

図２（Ａ）では、ループコイル１１の外側であって磁性体２５の四隅の角部に、磁気センサ１５が配置されている。磁気センサ１５が磁性体２５の四隅の角部に配置されている場合では、磁気センサ１５が充電台３０内に設けられた磁石３５を検知した際にループコイル１１のインダクタンス値（Ｌ値）のずれ量（減少量）が、図２（Ｂ）に示す磁気センサ１５の配置例の場合に比べて軽減可能となる。

一方、図２（Ｂ）では、ループコイル１１の略中央の位置に、磁気センサ１５が配置されている。磁気センサ１５がループコイル１１の略中央の位置に配置されている場合では、磁気センサ１５は、充電台３０内に設けられた磁石３５の位置が充電台３０内において多少ずれていても、磁石３５からの磁気（磁力線）を確実に検知することができる。

図３（Ａ）〜（Ｃ）は、共振周波数調整回路１２の構成例を示す回路図である。共振周波数調整回路１２は、基本的な構成として、端子Ｐ１−Ｐ３間に、即ちループコイル１１と直列にコンデンサＣ１と、端子Ｐ３−Ｐ４間に、即ちループコイル１１と並列にコンデンサＣ２とを有し（図１０参照）、ループコイル１１とともにＬＣ共振回路を形成する。

図３（Ａ）〜（Ｃ）では、共振周波数調整回路１２の基本的な構成に、更に、可変リアクタンス素子として、ダイオードＤ１とコンデンサＣＴ１との直列回路（図３（Ａ）参照）、ダイオードＤ２とコンデンサＣＴ２との直列回路（図３（Ｂ）参照）、又は、両方の直列回路の組み合わせ（図３（Ｃ）参照）が追加されている。

図３（Ａ）には、１ＭＨｚの信号を用いて充電台３０との間で通信を行うために、例えば充電台３０の所定位置に携帯無線端末１が載置された旨（位置検出）又は満充電になった旨を通知するために、１ＭＨｚで共振させるための回路が追加されている。即ち、図３（Ａ）に示す共振周波数調整回路１２では、コンデンサＣ２と並列に、コンデンサＣＴ２とダイオードＤ２との直列回路が追加接続され、ダイオードＤ２のアノード端子と制御端子Ｃｏｎｔとの間にコイルＬ１が追加接続され、更に、ダイオードＤ２のカソード端子とグランド（ＧＮＤ）との間にコイルＬ２が追加接続されている。図３（Ａ）に示す制御端子Ｃｏｎｔに、制御部２３からのＯＮ信号（制御信号）が入力されると、ダイオードＤ２がオンとなり、コンデンサＣＴ２とコンデンサＣ２とが並列に接続され、共振周波数調整回路１２におけるキャパシタンス（静電容量値）が増加する。これにより、充電台３０との間の通信時の共振周波数が１ＭＨｚに調整される。

図３（Ｂ）には、充電台３０との間における非接触充電時に１００ｋＨｚで共振させるための回路が追加されている。即ち、図３（Ｂ）に示す共振周波数調整回路１２では、コンデンサＣ１と並列に、コンデンサＣＴ１とダイオードＤ１との直列回路が追加接続され、ダイオードＤ１のアノード端子と制御端子Ｃｏｎｔとの間にコイルＬ３が追加接続され、更に、ダイオードＤ１のカソード端子とグランド（ＧＮＤ）との間にコイルＬ４が追加接続されている。図３（Ｂ）に示す制御端子Ｃｏｎｔに、制御部２３からのＯＮ信号（制御信号）が入力されると、ダイオードＤ１がオンとなり、コンデンサＣＴ１とコンデンサＣ１とが並列に接続され、共振周波数調整回路１２におけるキャパシタンス（静電容量値）が増加する。これにより、充電台３０との間の非接触充電時の共振周波数が１００ｋＨｚに調整される。

図３（Ｃ）には、充電台３０との間における非接触通信時及び非接触充電時のいずれにも共振させるための回路が追加されている。図３（Ｃ）に示す共振周波数調整回路１２の回路構成は、図３（Ａ）及び（Ｂ）の各回路を組み合わせたものであり、同一の符号を用いることでその説明を省略する。本実施形態の以下の説明では、共振周波数調整回路１２として、図３（Ｂ）に示す回路構成が用いられる場合を示す。

なお、可変リアクタンス素子として、ダイオード（ＰＩＮダイオード）及びコンデンサを用い、コンデンサＣ１又はＣ２の接続のオン／オフを切り替える場合を示した。この代わりに、逆方向の電圧をかけることによってキャパシタンス（静電容量値）を制御可能な可変容量ダイオード（バリキャップ（variable capacitance diode））を用いても良い。また、可変リアクタンス素子を用いることで、コンデンサの静電容量値を簡単に変更することができ、共振周波数調整回路１２における静電容量値の調整が容易である。

次に、本実施形態における伝送コイル装置１０の動作を、図４を参照して説明する。図４は、第１の実施形態における充電回路部１３内の制御部２３の動作手順を説明するフローチャートである。制御部２３の動作手順を示す動作プログラムは、制御部２３内に設けられたＲＯＭ（Read Only Memory）に予め格納されており、制御部２３内に設けられたＣＰＵ（Central Processing Unit）によって周期的に実行される。なお、動作プログラムは、磁気センサ１５からのトリガ信号によってＣＰＵが割込み処理により起動するプログラムであっても良い。

先ず、制御部２３は、携帯無線端末１と充電台３０とが近接したことによって、磁気センサ１５が充電台３０内に設けられた磁石３５からの磁気（磁力線）を検知したか否かを判別する（Ｓ１）。

制御部２３は、磁気センサ１５が磁石３５からの磁気（磁力線）を検知したと判別した場合には（Ｓ１、ＹＥＳ）、共振周波数調整回路１２を、磁石付きのタイプの充電台３０に対応した充電用コンデンサとなるように切り替える（Ｓ２）。即ち、制御部２３は、共振周波数調整回路１２の制御端子ＣｏｎｔにＯＮ信号（制御信号）を出力してダイオードＤ１をオンにし、コンデンサＣ１とコンデンサＣＴ１とを並列接続に切り替え、端子Ｐ１−Ｐ３間のキャパシタンス（静電容量値）を増加させる。

これにより、磁気センサ１５が磁石３５からの磁気（磁力線）を検知したことによってループコイル１１のインダクタンス値（Ｌ値）が減少することに起因してＬＣ共振回路の共振周波数が所望値からずれるが、共振周波数調整回路１２における端子Ｐ１−Ｐ３間のキャパシタンス（静電容量値）の増加によって、携帯無線端末１の共振周波数は１００ｋＨｚに調整されることで、共振周波数の所望値からずれなくなる。

一方、制御部２３は、磁気センサ１５が磁石３５からの磁気（磁力線）を検知しないと判別した場合には（Ｓ１、ＮＯ）、共振周波数調整回路１２を、磁石なしのタイプの充電台に対応した通常の充電用コンデンサとなるように切り替える（Ｓ３）。即ち、制御部２３は、共振周波数調整回路１２の制御端子ＣｏｎｔにＯＦＦ信号（制御信号）を出力してダイオードＤ１をオフにし、端子Ｐ１−Ｐ３間のキャパシタンス（静電容量値）をコンデンサＣ１の静電容量値だけとする。

これにより、磁気センサ１５が磁石３５からの磁気（磁力線）を検知しないのでループコイル１１のインダクタンス値（Ｌ値）は減少せず、共振周波数はループコイル１１のインダクタンス値（Ｌ値）と共振周波数調整回路１２のコンデンサＣ１の静電容量値とによって定められた所望値１００ｋＨｚに維持される。

ステップＳ２又はＳ３の後、充電台３０の一次側コイル３２と伝送コイル装置１０のループコイル１１とが電磁結合し、共振周波数１００ｋＨｚで共振すると、非接触充電が開始する。

制御部２３は、バッテリ１４の充電電圧或いは充電電流の値を監視し、満充電となって充電が完了するまで待機する（Ｓ４）。充電が完了すると（Ｓ４、ＹＥＳ）、制御部２３は図４に示すフローチャートの動作を終了する。制御部２３は、充電完了後、１ＭＨｚの信号を用いて充電台３０との間で通信を行い、バッテリ１４が満充電になったことを通知し、充電台３０からの電力伝送を停止させる。

なお、制御部２３は、充電完了後、ダイオードＤ１がオンでコンデンサＣ１とコンデンサＣＴ１とが並列接続されていた場合に、ダイオードＤ１をオフにし、通常の充電用のコンデンサＣ１だけが接続された状態に戻しても良い。

（実施例）
図５は、実施例に係るコイルユニット４０及び共振周波数調整回路１２の各構成を示す図である。図５（Ａ）は、コイルユニット４０の平面図である。図５（Ｂ）は、図５（Ａ）のＣ−Ｃ’線による断面図である。図５（Ｃ）は、共振周波数調整回路１２の回路図である。

コイルユニット４０は、正方形の磁性体２５と、磁性体２５の面上に配置されたループコイル１１とを含む構成である。なお、図５（Ａ）では、図面を簡単にするために、磁気センサ１５の図示は省略されている。

ループコイル１１の外径ｊは３４［ｍｍ］であり、その内径ｉは２８［ｍｍ］である。また、磁性体２５の辺の長さｋは４０［ｍｍ］である。また、コイルユニット４０の厚さｍは０．７［ｍｍ］である。磁性体２５の複素比透磁率μｒ'、μｒ''として、１００、２のものを用いた。

図５（Ｃ）では、共振周波数調整回路１２として、磁石付きのタイプの充電台に近接した場合の回路例ｂとし、磁石なしのタイプの充電台に近接した場合の回路例ａとして、各コンデンサの定数（静電容量値）が設定されている。磁石なしのタイプの充電台に近接した場合の共振周波数調整回路１２の回路例ａでは、コンデンサＣ１１、Ｃ１２、Ｃ１３はそれぞれ１５［ｎＦ］、４７［ｎＦ］、４７０［ｐＦ］に設定されている。磁石付きのタイプの充電台に近接した場合の共振周波数調整回路１２の回路例ｂでは、コンデンサＣ１１、Ｃ１２、Ｃ１３はそれぞれ４７［ｎＦ］、４７［ｎＦ］、１０００［ｐＦ］に設定されている。

図６は、磁石付きのタイプの充電台３０のコイルユニット３１の構成を示す図である。図６（Ａ）は、磁石３５が配置されているコイルユニット３１の平面図である。図６（Ｂ）は、図６（Ａ）のＢ−Ｂ’線による断面図である。コイルユニット３１は、正方形の磁性体３８と、磁性体３８の面上に配置された一次側コイル３２と、磁石３５とを含む構成である。

磁石３５の外径ｅは１５［ｍｍ］である。一次側コイル３２の内径ｆは２０［ｍｍ］である。一次側コイル３２の外径ｇは４２［ｍｍ］である。磁性体３８の各辺の長さｈは５２［ｍｍ］である。コイルユニット３１の厚さｄは５［ｍｍ］である。

図７は、磁石なしのタイプの充電台３０のコイルユニット３１の構成を示す図である。図７（Ａ）は、磁石３５が配置されていないコイルユニット３１の平面図である。図７（Ｂ）は、図７（Ａ）のＡ−Ａ’線による断面図である。コイルユニット３１は、円形の磁性体３８Ａと、磁性体３８Ａの面上に配置された一次側コイル３２とを含む構成である。

一次側コイル３２の内径ａは１０［ｍｍ］である。一次側コイル３２の外径ｂは３２［ｍｍ］である。磁性体３８Ａの外径ｃは３８［ｍｍ］である。コイルユニット３１の厚さｄは３．３［ｍｍ］である。

図８は、測定結果を示すテーブルである。図８（Ａ）は、ループコイル１１のインダクタンス値（Ｌ値）の変化を示す図である。携帯無線端末１が充電台３０に近接する前の状態では、ループコイル１１のインダクタンス値は３１．９［μＨ］である。一方、磁石３５が一次側コイル３２の中央に配置された充電台３０（図６参照）に携帯無線端末１が近接した場合、ループコイル１１のインダクタンス値は１９．４［μＨ］に減少する。

図８（Ｂ）は、電力伝送効率の測定結果を示す図である。電力伝送効率は、ループコイル１１のみの伝送効率ではなく、充電台３０の交流電源回路３４の直流入力から携帯無線端末１の直流出力までを含めた充電システム全体の効率を測定した。

磁石３５が配置されていないタイプの充電台の電力伝送効率は、上述した共振周波数調整回路１２の回路ａの場合では５９．４［％］であり、上述した共振周波数調整回路１２の回路ｂの場合では５５．３［％］である。

一方、磁石３５が一次側コイル３２の中央に配置されたタイプの充電台の電力伝送効率は、上述した共振周波数調整回路１２の回路ａの場合では６２．１［％］であり、上述した共振周波数調整回路１２の回路ｂの場合では６５．８［％］である。

即ち、電力伝送効率は、磁石３５が配置されていないタイプの充電台３０に近接した場合、共振周波数調整回路１２の回路ａを選択した方が良いことが分かる。つまり、磁石３５が配置されていないタイプの充電台３０に近接した場合では、共振周波数調整回路１２のダイオードＤ１をオフにし、端子Ｐ１−Ｐ３間をコンデンサＣ１だけとした方が、電力伝送効率は良い。

一方、磁石３５が一次側コイル３２の中央に配置されたタイプの充電台３０に近接した場合、共振周波数調整回路１２の回路ｂを選択した方が良いことが分かる。つまり、磁石３５が一次側コイル３２の中央に配置されたタイプの充電台３０に近接した場合、共振周波数調整回路１２のダイオードＤ１をオンにし、端子Ｐ１−Ｐ３間をコンデンサＣ１及びＣＴ１を並列接続した方が、電力伝送効率は良い。

以上により、本実施形態の伝送コイル装置１０は、磁気センサ１５において磁石３５を検知した場合、ダイオードをオンにして共振周波数調整回路内のコンデンサの容量を増加するように切り替え、磁石３５を検知したことによるループコイル１１のインダクタンス値（Ｌ値）の減少に起因する共振周波数の所望値からのずれを防ぎ、充電時の共振周波数を１００ｋＨｚ（所望値）になるように調整する。

これにより、本実施形態の伝送コイル装置１０は、磁石３５が近接した場合にループコイルのインダクタンス値（Ｌ値）がずれることによる共振周波数のずれを適正に調整し、携帯無線端末１の電力伝送効率の劣化を効果的に防ぐことができる。また、本実施形態の伝送コイル装置１０は、磁石３５が近接することによるループコイル１１のインダクタンス値（Ｌ値）の変動に対し、コイル形状を変更せず、磁性体を厚くする必要もないので、伝送コイル装置１０を薄くでき、携帯無線端末１の薄型化が可能となる。

（第２の実施形態）
第１の実施形態では、共振周波数調整回路１２の基本的な構成としての２つのコンデンサに加え、更に、可変リアクタンス素子として、コンデンサとダイオードとが直列接続された回路を追加した共振周波数調整回路１２の回路構成例を説明した（図３（Ａ）〜（Ｃ）参照）。

第２の実施形態では、第１の実施形態の共振周波数調整回路１２に代わる回路構成例として、第１の実施形態における共振周波数調整回路の基本的な構成としてのコンデンサだけを用いた第１共振周波数用回路と第２共振周波数用回路とのうちいずれかに切り替える伝送コイル装置１０Ａの例を説明する。

また、第２の実施形態の伝送コイル装置１０Ａの説明において、第１の実施形態と同一の構成要素については同一の符号を用いることで、その説明を省略し、異なる内容について説明する。

図９は、第２の実施形態における伝送コイル装置１０Ａの内部構成を示す図である。伝送コイル装置１０Ａは、ループコイル１１と、共振周波数調整部としての共振周波数調整回路１２Ａと、充電回路部１３と、バッテリ１４と、磁気センサ１５とを含む構成である。図９では、バッテリ１４の図示を省略している。

伝送コイル装置１０Ａは、第１の実施形態の共振周波数調整回路１２と異なる共振周波数調整回路１２Ａを有する。共振周波数調整回路１２Ａは、第１共振周波数用回路５１と、第２共振周波数用回路５２と、ループコイル１１に接続される接点を切り替える切替回路５３と、充電回路部１３に接続される接点を切り替える切替回路５４とを含む構成である。

第１共振周波数用回路５１は、図３（Ａ）〜（Ｃ）に示すいずれかの共振周波数調整回路１２と同様に、ループコイル１１に接続された端子Ｐ１及びＰ２と、充電回路部１３に接続された端子Ｐ３及びＰ４とを有し、ループコイル１１とともにＬＣ共振回路を形成するコンデンサを含む構成である。第１共振周波数用回路５１は、磁石３５が配置されていないタイプの充電台３０から電力が伝送される場合に用いられる。

第２共振周波数用回路５２は、図３（Ａ）〜（Ｃ）に示すいずれかの共振周波数調整回路１２と同様に、ループコイル１１に接続された端子Ｐ１及びＰ２と、充電回路部１３に接続された端子Ｐ３及びＰ４とを有し、ループコイル１１とともにＬＣ共振回路を形成するコンデンサを含む構成である。第２共振周波数用回路５２は、磁石３５が配置されているタイプの充電台３０から電力が伝送される場合に用いられる。

図１０は、第１共振周波数用回路５１及び第２共振周波数用回路５２の各構成を示す回路図である。第１共振周波数用回路５１及び第２共振周波数用回路５２は、いずれも端子Ｐ１−Ｐ３間に接続されたコンデンサＣ１と、端子Ｐ３−Ｐ４間に接続されたコンデンサＣ２とを含む構成である。但し、第２共振周波数用回路５２内のコンデンサＣ１，Ｃ２は、それぞれ第１共振周波数用回路５１内のコンデンサＣ１，Ｃ２に比べ、大きな静電容量値を有する。

つまり、第２共振周波数用回路５２内のコンデンサＣ１は、第１の実施形態の図３（Ｃ）におけるコンデンサＣ１とコンデンサＣＴ１とが並列接続された回路に相当する。また、第２共振周波数用回路５２内のコンデンサＣ２は、第１の実施形態の図３（Ｃ）におけるコンデンサＣ２とコンデンサＣＴ２とが並列接続された回路に相当する。

一方、第１共振周波数用回路５１内のコンデンサＣ１は、第１の実施形態の図３（Ｃ）におけるコンデンサＣ１に相当する。また、第１共振周波数用回路５１内のコンデンサＣ２は、第１の実施形態の図３（Ｃ）におけるコンデンサＣ２に相当する。

切替回路５３は、制御部２３からの制御信号を基に、ループコイル１１側に設けられた２つの接点との導通先の接点を、第１共振周波数用回路５１の端子Ｐ１及びＰ２、又は第２共振周波数用回路５２の端子Ｐ１及びＰ２のいずれかに切り替える。

切替回路５４は、制御部２３からの制御信号を基に、充電回路部１３側に設けられた２つの接点との導通先の接点を、第１共振周波数用回路５１の端子Ｐ３及びＰ４、又は第２共振周波数用回路５２の端子Ｐ３及びＰ４のいずれかに切り替える。

次に、本実施形態における伝送コイル装置１０Ａの動作を、図１１を参照して説明する。図１１は、第２の実施形態における充電回路部１３内の制御部２３の動作手順を説明するフローチャートである。制御部２３の動作手順を示す動作プログラムは、制御部２３内に設けられたＲＯＭに予め格納されており、制御部２３内に設けられたＣＰＵによって周期的に実行される。なお、動作プログラムは、磁気センサ１５からのトリガ信号によってＣＰＵが割込み処理により起動するプログラムであっても良い。また、第１の実施形態と同一のステップ処理については、同一のステップ番号を付すことによりその説明を省略する。

先ず、制御部２３は、磁気センサ１５が磁石３５からの磁気（磁力線）を検知したと判別した場合には（Ｓ１、ＹＥＳ）、磁石付きのタイプの充電台３０に対応した第２共振周波数用回路５２を選択するように、接点を切り替える旨の制御信号を切替回路５３，５４に出力する。切替回路５３は、制御部２３からの制御信号を基に、ループコイル１１側に設けられた２つの接点と第２共振周波数用回路５２の端子Ｐ１及びＰ２とを接続し、切替回路５４は、制御部２３からの制御信号を基に、充電回路部１３側に設けられた２つの接点と第２共振周波数用回路５２の端子Ｐ３及びＰ４とを接続する（Ｓ２Ａ）。

これにより、磁気センサ１５が磁石３５からの磁気（磁力線）を検知したことによってループコイル１１のインダクタンス値（Ｌ値）が減少することに起因してＬＣ共振回路の共振周波数が所望値からずれるが、磁石付きのタイプの充電台３０に対応した第２共振周波数用回路５２が選択されることでＬＣ共振回路のキャパシタンス（静電容量値）が増加し、携帯無線端末１の共振周波数は１００ｋＨｚに調整され、ＬＣ共振回路の共振周波数の所望値からずれなくなる。

一方、制御部２３は、磁気センサ１５が磁石３５からの磁気（磁力線）を検知しないと判別した場合には（Ｓ１、ＮＯ）、磁石なしのタイプの充電台に対応した第１共振周波数用回路５１を選択するように、接点を切り替える旨の制御信号を切替回路５３，５４に出力する。切替回路５３は、制御部２３からの制御信号を基に、ループコイル１１側に設けられた２つの接点と第１共振周波数用回路５１の端子Ｐ１及びＰ２とを接続し、切替回路５４は、制御部２３からの制御信号を基に、充電回路部１３側に設けられた２つの接点と第１共振周波数用回路５１の端子Ｐ３及びＰ４とを接続する（Ｓ３Ａ）。

これにより、磁気センサ１５が磁石３５からの磁気（磁力線）を検知しないのでループコイル１１のインダクタンス値（Ｌ値）は減少せず、共振周波数はループコイル１１のインダクタンス値（Ｌ値）と第１共振周波数用回路５１のコンデンサＣ１の静電容量値とによって定められた所望値１００ｋＨｚに維持される。

ステップＳ２Ａ又はＳ３Ａの後、充電台３０の一次側コイル３２と伝送コイル装置１０Ａの二次側コイル１１（ループコイル）とが電磁結合し、共振周波数１００ｋＨｚで共振すると、非接触充電が開始する。

なお、非接触充電の完了後に第２共振周波数用回路５２が選択されていた場合には、制御部２３は、磁石なしの充電台に対応した第１共振周波数用回路５１を選択するように、接点を切り替える旨の制御信号を切替回路５３，５４に出力しても良い。

以上により、本実施形態の伝送コイル装置１０は、磁石３５が近接することによるループコイル１１のインダクタンス値（Ｌ値）の変動に対し、ループコイル１１の形状を変更せず、磁性体２５を厚くすることなく、ループコイル１１と充電回路部１３との間の共振周波数調整回路１２Ａとして第１共振周波数用回路５１又は第２共振周波数用回路５２に切り替える。

これにより、伝送コイル装置１０は、磁石３５を含むタイプの充電台又は磁石３５を含まないタイプの充電台のいずれの充電台を非接触充電において用いる場合でも、予め設定された共振周波数の所望値を変動させないように適正に調整することができる。また、伝送コイル装置１０は例えば２つの第１共振周波数用回路５１，第２共振周波数用回路５２を含む構成として説明したが、例えば共振周波数用回路を更に増やすことで、複数の共振周波数の所望値に簡単に対応することができる。また、第１の実施形態の伝送コイル装置１０と同様に、本実施形態の伝送コイル装置１０及びこの伝送コイル装置１０を搭載した携帯無線端末１も薄型化が可能となる。

（第３の実施形態）
第３の実施形態では、第１及び第２の各実施形態において説明した非接触充電用ループコイル１１Ａ（ループコイル１１に対応）の近傍（例えば外側）に、近距離無線通信用ループコイル６１が配置された伝送コイル装置１０Ｂの例を説明する。なお、近距離無線通信は、例えばＦｅｌｉｃａ（登録商標）を用いた通信である。

図１２は、第３の実施形態における伝送コイル装置１０Ｂの内部構成を示す図である。また、第３の実施形態の伝送コイル装置１０Ｂの説明において、第１の実施形態と同一の構成要素については同一の符号を用いることで、その説明を省略し、異なる内容について説明する。

第３の実施形態のコイルユニット４０Ａでは、非接触充電用ループコイル１１Ａの周囲（外側）に、近距離無線通信用ループコイル６１が渦巻き状に巻回されている。非接触充電用ループコイル１１Ａ及び近距離無線通信用ループコイル６１は、いずれも磁性体２５の面上に配置されている。

非接触充電用ループコイル１１Ａは、第１の実施形態のループコイル１１と同様、共振周波数調整回路１２の端子Ｐ１及びＰ２にそれぞれ接続されている。

近距離無線通信用ループコイル６１は、コンデンサ及び変復調用の無線回路等を内蔵する入出力部６５に接続されている。

入出力部６５は、近距離無線通信用において送受信するためのデータ信号を近距離無線通信用ループコイル６１に対して入出力する。

第３の実施形態では、近距離無線通信用ループコイル６１が非接触充電用ループコイルの周囲（外側）に配置されたことにより、非接触充電用ループコイル１１Ａのインダクタンス値（Ｌ値）の変動を考慮して、例えば共振周波数調整回路１２のコンデンサＣ１、Ｃ２、ＣＴ１（図３（Ｂ）参照）の値が設定されている。

これにより、伝送コイル装置１０Ｂは、近距離無線通信用ループコイル６１が非接触充電用ループコイル１１Ａの周囲（外側）に配置された場合でも、磁石３５が近接した場合に非接触充電用ループコイル１１ＡのＬ値がずれることによる共振周波数のずれを適正に調整することができる。また、伝送コイル装置１０Ｂは、非接触充電用ループコイル１１Ａの形状を変更せず、磁性体２５を厚くすることなく、本実施形態の伝送コイル装置１０Ｂ及びこの伝送コイル装置１０Ｂを搭載した携帯無線端末１も同様に薄型化が可能となる。

なお、本発明は、本発明の趣旨ならびに範囲を逸脱することなく、明細書の記載、並びに周知の技術に基づいて、当業者が様々な変更、応用することも本発明の予定するところであり、保護を求める範囲に含まれる。また、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上記実施形態における各構成要素を任意に組み合わせても良い。

例えば、上述した第１の実施形態では、伝送コイル装置１０は、磁石３５が検知された場合、図３（Ｂ）に示すように、ダイオードＤ１をオンにしてコンデンサＣ１とコンデンサＣＴ１を並列に接続し、非接触充電時のキャパシタンス（静電容量値）を増加させた。また、非接触充電時のキャパシタンス（静電容量値）の他、図３（Ｃ）に示すように、伝送コイル装置１０は、ダイオードＤ２をオンにしてコンデンサＣ２とコンデンサＣＴ２とを並列に接続し、通信時（例えば充電台３０の位置を検出する時）のキャパシタンス（静電容量値）を増加させても良く、共振周波数１ＭＨｚで通信が可能となる。

また、上述した各実施形態では、充電台３０に内蔵する磁石３５の存在を、ホール素子を用いた磁気センサによって検知していたが、磁気センサを用いることなく、例えば、伝送コイル装置１０，１０Ａ，１０Ｂは、ループコイル１１又は非接触充電用ループコイル１１Ａのインダクタンス値（Ｌ値）を常時又は定期的に監視し、そのインダクタンス値（Ｌ値）の変化量を検知する回路を追加することで、磁石３５が近接したことを検知しても良い。

また、ループコイル１１、非接触充電用ループコイル１１Ａ及び近距離無線通信用ループコイル６１の各形状は、四角形、円形、楕円形等の任意の形状であっても良く、特に限定されない。

また、上述した各実施形態では、説明を簡単にするために、コイルユニット４０，４０Ａが上下方向に配置されているものとして説明したが、左右方向等、任意の方向に配置されても良い。

本発明は、非接触充電時において、磁気を検知した場合に生じる電力伝送コイルを含む共振回路の共振周波数のずれを適正に調整し、電力伝送効率の劣化を防ぐことができる伝送コイル装置及び携帯無線端末として有用である。

１ 携帯無線端末
１０、１０Ａ、１０Ｂ 伝送コイル装置
１１ ループコイル（二次側コイル）
１１Ａ 非接触充電用ループコイル
１２、１２Ａ 共振周波数調整回路
１３ 充電回路部
１４ バッテリ
１５ 磁気センサ
２１ 負荷変調部
２２ 整流回路
２３ 制御部
２５ 磁性体
４０、４０Ａ コイルユニット
５１ 第１共振周波数用回路
５２ 第２共振周波数用回路
５３、５４ 切替回路
６１ 近距離無線通信用ループコイル
６５ 入出力部

Claims (7)

1. 電力伝送用コイルと、
   前記電力伝送用コイルの周囲に配置され、磁気を検知する磁気検知部と、
   前記電力伝送用コイルとともに共振回路を形成するコンデンサを有し、前記コンデンサの静電容量値を用いて、前記共振回路の共振周波数を所定の周波数に調整する共振周波数調整部と、
   前記磁気検知部における前記磁気の検知結果を基に、前記共振周波数調整部に、前記共振周波数を前記所定の周波数に調整させる制御部と、を備える伝送コイル装置。
2. 請求項１に記載の伝送コイル装置であって、
   前記共振周波数調整部は、
   前記制御部からの制御信号を基に、可変リアクタンス素子を用いて前記コンデンサの静電容量値を変更する伝送コイル装置。
3. 請求項１又は２に記載の伝送コイル装置であって、
   前記共振周波数調整部は、
   前記電力伝送用コイルと直列に接続された第１のコンデンサと、前記電力伝送用コイルと並列に接続された第２のコンデンサとを含み、外部の充電装置との充電時に前記第１のコンデンサの静電容量値を変更し、前記外部の充電装置の位置検出時に前記第２のコンデンサの静電容量値を変更する伝送コイル装置。
4. 請求項１又は２に記載の伝送コイル装置であって、
   前記共振周波数調整回路は、
   異なる静電容量値のコンデンサをそれぞれ含む複数の共振周波数用回路部と、前記複数の共振周波数用回路部のいずれかと前記電力伝送コイルとの接続を切り替える切替回路部と、を含み、
   前記制御部は、
   前記磁気検知部における前記磁気の検知結果を基に、前記切替回路に前記電力伝送コイルに接続させる前記共振周波数用回路部を切り替える伝送コイル装置。
5. 請求項１から４までのうちいずれか一項に記載の伝送コイル装置であって、
   前記磁気検知部は、
   前記電力伝送用コイルの略中央に配置された磁気センサである伝送コイル装置。
6. 請求項５に記載の伝送コイル装置であって、
   前記磁気センサは、ホール素子を用いた伝送コイル装置。
7. 請求項１から６までのうちいずれか一項に記載の伝送コイル装置を含む携帯無線端末。