JP2014087249A - 無接点充電方法 - Google Patents

Abstract

【課題】充電台に電池内蔵機器や異物がセットされたことを簡単な回路構成で、速やかに、しかも安定して検出する。
【解決手段】無接点充電方法は、充電台１０に電池内蔵機器５０をセットし、充電台１０の送電コイル１１に電池内蔵機器５０の受電コイル５１を電磁結合して、送電コイル１１から受電コイル５１に電磁誘導作用で電力搬送して、受電コイル５１に誘導される電力で電池内蔵機器５０の電池５２を充電する。送電コイル１１から、所定の時間間隔で、周波数が異なる複数の検出パルスを出力し、各検出パルスを出力している状態で送電コイル１１の電流を検出し、検出する電流の検出レベルから充電台１０に異物５８と電池内蔵機器５０の何れかがセットされたことを判定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、送電コイルと受電コイルとを電磁結合するように互いに接近して配置し、送電コイルから受電コイルに電磁誘導作用で電力搬送して、受電コイルに誘導される電力で電池を充電する無接点充電方法に関し、とくに充電台に電池内蔵機器や異物がセットされたことを検出する無接点充電方法に関する。

送電コイルを内蔵する充電台に、受電コイルを内蔵する電池内蔵機器をセットして、送電コイルから受電コイルに電力搬送して、電池内蔵機器の電池を充電する無接点充電方法は開発されている。（特許文献１参照）

この無接点充電方法は、充電台の送電コイルと、電池内蔵機器の受電コイルとを電磁結合するように、電池内蔵機器を充電台にセットすると、送電コイルから受電コイルに電力搬送して、受電コイルに誘導される電力で内蔵電池を充電する。この充電方法は、コネクタを介して電池内蔵機器を充電器に接続する必要がなく、無接点方式で内蔵電池を便利に充電できる。

この充電方法は、充電台に電池内蔵機器がセットされることを検出して電力搬送を開始する。ただ、充電台に異物がセットされることを検出する状態では電力搬送を開始しない。したがって、充電台は、電池内蔵機器や異物がセットされたかどうかを判定する必要がある。クリップなどの金属片の異物が載せられる状態で電力搬送すると、異物に誘電電流が流れてジュール熱で発熱する弊害がある。また、異物に誘電電流が流れて無駄に電力を消費するので、充電台から効率よく電池を充電できなくなる欠点もある。

異物がセットされたことを検出する充電台は開発されている。（特許文献１参照）
この充電台は、上面に縦横に並べて多数の温度センサを配置している。温度センサは、充電台に載せられた異物が発熱するのを検出する。この充電台は、上に金属製の異物を載せる状態で、送電コイルに交流電力を供給すると、異物に誘電電流が流れて発熱するので、この異物の発熱を、近くに配置している温度センサで検出する。

特開２００８−１７５６２号公報

以上の充電台は、異物の発熱による温度上昇を温度センサで検出するので、異物がセットされたことを速やかに検出できない。また、異物が充電台のどこにセットされるかが特定されないために、多数の温度センサを載せ台の上面に配置する必要がある。このため、温度センサの数が多くなって部品コストが高くなる。また、異物が置かれる位置によって、どの温度センサが発熱を検出するかが特定されないので、多数に設けている全ての温度センサの検出温度から異物が載せられたことを判定する必要があるので、多数の温度センサの検出温度から異物が載せられたことを検出する検出回路も複雑になり、簡単な回路で異物を検出できない欠点もある。

さらに、以上の充電台は、電池内蔵機器を載せる載せ台の上に多数の温度センサを配置するので、温度センサやこれを配置する部品が送電コイルと受電コイルとの間にあって、これが送電コイルと受電コイルの間隔を広くして、電力搬送効率を悪化させる欠点もある。送電コイルと受電コイルは、電磁結合して電力搬送するので、より効率よく電力搬送するためには、互いに接近させてその間隔を狭くすることが大切である。ところが、送電コイルと受電コイルとの間に温度センサを配置する構造は、これによって送電コイルと受電コイルとを接近させることができず、このことにより電力搬送効率が低下する欠点がある。

本発明は、さらに以上の弊害を解消することを目的に開発されたもので、本発明の大切な目的は、充電台に電池内蔵機器や異物がセットされたことを簡単な回路構成で、速やかに、しかも安定して検出でき、さらに、電池内蔵機器と異物のいずれがセットされたかを確実に検出できる無接点充電方法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

本発明の無接点充電方法は、充電台１０に電池内蔵機器５０をセットし、充電台１０の送電コイル１１に電池内蔵機器５０の受電コイル５１を電磁結合して、送電コイル１１から受電コイル５１に電磁誘導作用で電力搬送して、受電コイル５１に誘導される電力で電池内蔵機器５０の電池５２を充電する。さらに無接点充電方法は、送電コイル１１から所定の時間間隔で周波数が異なる複数の検出パルスを出力し、検出パルスを出力している状態で送電コイル１１の電流を検出し、この電流の検出レベルから充電台１０に異物５８と電池内蔵機器５０の何れかがセットされたことを検出する。

以上の無接点充電方法は、充電台１０に電池内蔵機器５０や異物５８がセットされたことを簡単な回路構成で、速やかに、しかも安定して検出できる。また、電池内蔵機器５０と異物５８のいずれがセットされたかを確実に検出できる特徴も実現する。それは、周波数が異なる検出パルスを出力して、検出パルスを出力する状態で送電コイルの電流を検出するからである。

たとえば、充電台１０に異物も電池内蔵機器もセットされない無セット状態と、電池内蔵機器又は異物がセットされる状態において、周波数が異なる複数の検出パルスを出力すると、各検出パルスを出力する状態における検出レベルは変化する。送電コイルの負荷が受電コイルや金属片によって変化するからである。たとえば、電池内蔵機器又は異物がセットされる状態は、無セット状態における検出レベルよりも大きくなり、異物がセットされる状態は、電池内蔵機器がセットされる状態よりも検出レベルがより大きくなる。無セット状態では、送電コイル１１がほぼ無負荷の状態で検出パルスを出力し、電池内蔵機器や金属製の異物がセットされると、送電コイル１１には、電池内蔵機器５０の受電コイル５１が電磁結合され、あるいは金属片などが電磁結合されて、送電コイル１１の負荷が大きくなるからである。送電コイル１１の負荷が大きくなると、検出パルスを出力する状態で検出レベルが大きくなる。したがって、検出パルスを出力する状態で、検出レベルを閾値に比較して、電池内蔵機器５０や異物５８がセットされたことを検出する。

検出パルスを出力する状態において、電池内蔵機器５０がセットされる状態と、金属製の異物５８がセットされる状態は、いずれもセットされない無セット状態に対して送電コイル１１の負荷が変化する。金属製の異物５８がセットされる状態は、電池内蔵機器５０の受電コイル５１がセットされる状態よりも、負荷の変動が大きくなる。したがって、異物５８がセットされる状態は、電池内蔵機器５０がセットされる状態よりも検出レベルの変化が大きくなる。したがって、検出レベルから電池内蔵機器５０と異物５８とを判定できる。

さらに、無接点充電方法は、特定の電池内蔵機器に限らず、種々の電池内蔵機器をセットして充電できるのが特徴である。コネクタを介することなく、上に載せて充電できるからである。充電台にセットされる電池内蔵機器は、受電コイルの共振周波数が一定でないので、全ての電池内蔵機器がセットされたことを正確に検出するのが難しい。それは、受電コイルの共振周波数によって、検出パルスを出力する状態での検出レベルが変化するからである。以上の無接点充電方法は、周波数が異なる複数の検出パルスを出力して、送電コイルの検出レベルから電池内蔵機器を検出するので、共振周波数が異なる種々の電池内蔵機器がセットされたことをより正確に検出できる特徴も実現する。

充電台にセットされる異物も同じように、形状や材質が異なるので、種々の異物がセットされたことを確実に検出するのは難しい。それは、異物の材質や形状によっても、検出パルスを出力する状態での検出レベルが変化するからである。以上の無接点充電方法は、周波数が異なる複数の検出パルスを出力して、送電コイルの検出レベルから異物を検出するので、形状や材質が異なる種々の異物がセットされたこともより正確に検出できる特徴がある。異物がセットされると、周波数が異なる何れかの検出パルスを出力する状態で検出レベルの変化が大きくなるからである。

さらに以上の無接点充電方法は、温度センサを設けることなく、異物がセットされたことを検出できる。温度センサのある充電台は、温度センサによって送電コイルと受電コイルとの間隔が広くなる。しかしながら、以上の無接点充電方法は、温度センサによらず異物がセットされたことを検出できるので、送電コイルと受電コイルとの間隔を狭くして、送電コイルから受電コイルにより効率よく電力搬送できる特徴も実現する。

本発明の無接点充電方法は、各検出レベルをあらかじめ記憶している閾値に比較して、異物５８と電池内蔵機器５０の何れかがセットされたことを検出することができる。

本発明の無接点充電方法は、電池内蔵機器５０がセットされたと判定する機器判定の閾値と、異物５８がセットされたと判定する異物判定の閾値を、異物５８と電池内蔵機器５０の両方がセットされない無セット状態における検出レベルに対する相対値として記憶し、周波数が異なる各々の検出パルスを出力する状態で検出される検出レベルを、あらかじめ記憶している閾値に比較して、異物５８と電池内蔵機器５０の何れかがセットされたことを検出することができる。
以上の方法は、電池内蔵機器がセットされたと判定する閾値と、異物がセットされたと判定する閾値を、異物と電池内蔵機器の両方がセットされない無セット状態における検出レベルに対する相対値として記憶することができる。電池内蔵機器がセットされた後は、電池内蔵機器がセットされた状態における検出レベルを、あらかじめ記憶している閾値に比較することにより、電池内蔵機器の取り外しを検出する。したがって、電池内蔵機器がセットされている状態と、異物と電池内蔵機器の両方がセットされない無セット状態の検出レベルの両方、あるいは、無セット状態のみの検出レベルに対する相対値として判定閾値を記憶することができる。

また、本発明の無接点充電方法は、検出レベルを比較する閾値を記憶し、記憶する閾値が、電池内蔵機器５０がセットされたと判定する機器判定の閾値と、異物５８がセットされたと判定する異物判定の閾値とを記憶すると共に、異物判定の閾値を機器判定の閾値よりも大きく変化する相対値の閾値として記憶し、何れかの検出レベルが、機器判定の閾値よりも大きく、かつ異物判定の閾値よりも小さい状態では電池内蔵機器５０がセットされたと判定し、検出レベルが異物判定の閾値よりも大きい状態では異物５８がセットされたと判定することができる。

本発明の無接点充電方法は、送電コイル１１から、所定の時間間隔で２回以上であって、１０回以下の検出パルスを出力することができる。また、本発明の無接点充電方法は、送電コイル１１から、周波数と出力レベルが異なる複数の検出パルスを所定の時間間隔で出力することもできる。
送電コイル１１が、周波数の低い検出パルスの出力を、周波数が高い検出パルスよりも大きくして出力することができる。

本発明の無接点充電方法は、検出パルスの時間幅を、１００μｓｅｃ〜５０ｍｓｅｃとすることができる。

本発明の無接点充電方法は、送電コイル１１に流れる電流を整流して検出レベルを検出することができる。

本発明の実施例にかかる無接点充電方法に使用する状態で充電台に電池内蔵機器がセットされた状態を示すブロック図である。 本発明の実施例にかかる無接点充電方法に使用する状態で充電台に異物がセットされた状態を示すブロック図である。 検出パルスの一例を示す図である。

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無接点充電方法を例示するものであって、本発明は無接点充電方法を以下の方法や回路構成に特定しない。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は、本発明の無接点充電方法で、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の電池５２を充電する状態を示し、図２は充電台１０の上に金属製の異物５８がセットされた状態を示している。

充電台１０は、図１と図２のブロック図に示すように、ケース２０の上面に、電池内蔵機器５０を載せる上面プレート２１を設けて、この上面プレート２１の内側に送電コイル１１を配置している。送電コイル１１は、交流電源１２に接続され、交流電源１２をコントロール回路１３で制御している。コントロール回路１３は、交流電源１２を制御して、送電コイル１１に周波数が異なる複数の検出パルスを出力する状態をコントロールする。さらに、充電台１０は、検出パルスの出力状態で、送電コイル１１に流れる電流を検出して、検出レベルから異物５８や電池内蔵機器５０がセットされたかどうかを判定する検出回路１５を備えている。

充電台１０は、送電コイル１１を受電コイル５１に電磁結合して、送電コイル１１から受電コイル５１に電力搬送する。電池内蔵機器５０を上面プレート２１の自由な位置にセットして、電池５２を充電する充電台１０は、送電コイル１１を受電コイル５１に接近するように移動させる機構（図示せず）を内蔵している。この充電台１０は、送電コイル１１をケース２０の上面プレート２１の下に配設して、上面プレート２１に沿って移動させて受電コイル５１に接近させる。ただし、充電台１０は、必ずしも送電コイル１１を受電コイル５１に接近させる機構を内蔵する必要はなく、電池内蔵機器５０を充電台１０の定位置に配置する構造とすることもできる。

送電コイル１１は、上面プレート２１と平行な面で渦巻き状に巻いてなる平面コイルで、上面プレート２１の上方に交流磁束を放射する。この送電コイル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。送電コイル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。送電コイル１１は、磁性材からなるコア（図示せず）に線材を巻いてインダクタンスを大きくできる。コアのある送電コイル１１は、磁束を特定部分に集束して、効率よく電力を受電コイル５１に伝送できる。ただ、送電コイル１１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、送電コイル１１を上面プレートの内面で移動させる構造にあっては、移送機構を簡単にできる。送電コイル１１は、受電コイル５１の外径にほぼ等しくして、受電コイル５１に効率よく電力搬送する。

交流電源１２は、たとえば、２０ｋＨｚ〜１ＭＨｚの高周波電力を送電コイル１１に供給する。交流電源１２は、発振回路で交流信号を発振し、発振された交流信号をパワーアンプで電力増幅して、送電コイル１１に電力搬送の交流電力と、検出パルスを供給する。

充電台１０は、受電コイル５１に送電コイル１１を電磁結合する状態で、交流電源１２で送電コイル１１に交流電力を供給して、電池内蔵機器５０の受電コイル５１に電力搬送する。電池内蔵機器５０は、受電コイル５１に電力搬送される電力で電池５２を充電する。充電台１０は、電池５２が満充電されると、電池内蔵機器５０から伝送される満充電信号を検出して送電コイル１１への電力供給を停止して、電池５２の充電を停止する。

検出回路１５は、コントロール回路１３を制御する。コントロール回路１３は、交流電源１２を制御して、送電コイル１１から周波数が異なる複数回の検出パルスを出力する。図３は検出パルスの具体例を示している。横軸は時間、縦軸は電圧である。この図の検出パルスは、第１〜第４の検出パルスからなる。４回の検出パルスは、一定の周期で繰り返し送電コイル１１から出力される。この図の検出パルスは、周波数と出力レベルが異なる４回の検出パルスからなる。第１の検出パルスは出力を２Ｖとして周波数を１４０ＫＨｚ、第２の検出パルスは出力を２Ｖとして周波数を１２５ＫＨｚ、第３の検出パルスは出力を２Ｖとして周波数を１１５ＫＨｚ、第４の検出パルスは出力を４Ｖとして周波数を１１５ＫＨｚとしている。以上の検出パルスは、周波数の低い検出パルスの出力レベルを、周波数が高い検出パルスよりも大きくしている。この方法は、周波数の高い検出パルスの出力を低くするので、異物がセットされた状態で送電コイルに過大な電流が流れるのを防止できる。

検出パルスの時間幅（Ｔ１）、すなわち送電コイル１１が検出パルスを出力する時間（Ｔ１）は、約１０ｍｓｅｃ〜５０ｍｓｅｃとする。ただし、送電コイル１１が検出パルスを出力する時間は、たとえば１ｍｓｅｃ〜５０ｍｓｅｃとすることができる。送電コイル１１が検出パルスを出力する時間（Ｔ１）は、短くして速やかに電池内蔵機器５０又は異物５８を検出できる。ただ、この時間が短すぎると、電池内蔵機器５０と異物５８とを正確に検出するのが難しくなる。したがって、検出パルスの入力時間（Ｔ１）は検出精度と検出時間とを考慮して、前述の範囲で最適値に設定される。

また、複数の検出パルスを出力する時間間隔は、約１ｍｓｅｃ〜５ｍｓｅｃとする。ただし、休止時間（Ｔ２）は、０または０を超えて１０ｍｓｅｃ以下とすることもできる。休止時間を短くして、電池内蔵機器５０と異物５８の判定を速やかにでき、反対に休止時間を長くして、検出パルスを確実に判別して、より正確に電池内蔵機器５０と異物５８とを検出できる。複数の（図３において４回）の検出パルスは１グループパルスとして、繰り返し出力されるが、検出パルスの各グループ間の時間間隔は、検出パルスの時間幅よりも長くする。

本発明の無接点充電方法は、周波数が異なる複数の検出パルスを出力して、電池内蔵機器や異物がセットされたことを検出するが、全ての検出パルスの周波数や出力を変化させる必要はない。図３の検出パルスは、３種の周波数と、２種の出力レベルが異なる４回の検出パルスを出力して電池内蔵機器と異物がセットされたことを検出する。

図１と図２の充電台１０は、周波数が異なる４回の検出パルスを送電コイル１１から出力して、電池内蔵機器５０と異物５８とを検出する。本発明の無接点充電方法は、周波数が異なる３回以下、あるいは５回以上の検出パルスを送電コイル１１から出力して、電池内蔵機器５０と異物５８がセットされたことを検出することもできる。

検出回路１５は、検出パルスを出力する状態で送電コイル１１に流れる電流を検出し、電流の検出レベルで、充電台１０に電池内蔵機器５０又は異物５８がセットされたかどうかを判別する。検出回路１５は、電池内蔵機器５０がセットされたことを検出すると、検出信号をコントロール回路１３に出力する。コントロール回路１３は電池内蔵機器５０がセットされたことを検出する検出信号が入力されると、電池内蔵機器５０の内蔵電池５２を充電する交流を送電コイル１１に供給して、送電コイル１１から受電コイル５１に電力搬送して内蔵電池５２を充電する。検出回路１５が、異物５８がセットされたことを検出すると、異物検出信号をコントロール回路１３に出力する。コントロール回路１３は異物検出信号が入力されると、交流電源１２を制御して、送電コイル１１への電力供給を停止する。すなわち、充電台１０から電力搬送を開始しない。

さらに、検出回路１５は、充電台１０に電池内蔵機器５０がセットされて電池内蔵機器５０の内蔵電池５２を充電する状態においても、一時的に電力搬送を中断し、周波数が異なる複数の検出パルスを出力して、異物５８がセットされたことを検出することができる。電池内蔵機器５０の内蔵電池５２を充電している状態で、検出回路１５で異物５８がセットされたことを検出すると、検出回路１５は異物検出信号をコントロール回路１３に出力して、送電コイル１１への電力供給を遮断して、内蔵電池５２の充電を中断する。

充電台１０の検出回路１５は、コントロール回路１３を介して電源回路を制御して、所定の時間間隔で、送電コイル１１に、周波数が異なる複数の検出パルス（図１と図２の波形Ｘ参照）を供給して、電池内蔵機器５０や異物５８がセットされたことを検出する。図１と図２の検出回路１５は、送電コイル１１の電流を検出する電流検出回路１６と、この電流検出回路１６で検出される電流値から電池内蔵機器５０又は異物５８がセットされたことを判定する判定回路１７とを備えている。

電流検出回路１６は、送電コイル１１と直列に接続している電流検出抵抗１６Ａと、この電流検出抵抗１６Ａの両端の電圧を増幅する差動アンプ１６Ｂと、差動アンプ１６Ｂの出力を整流して直流に変換する整流回路１６Ｃとを備えている。この電流検出回路１６は、差動アンプ１６Ｂで電流検出抵抗１６Ａに誘導される交流を増幅して、整流回路１６Ｃで整流するが、電流検出回路に誘導される交流を整流回路で整流して、整流された直流をアンプで増幅することもできる。

電流検出抵抗１６Ａの両端には、送電コイル１１に検出パルスが入力されるタイミングに同期して、図１と図２の波形Ｙで示すように、交流信号を含むパルス信号が誘導される。

差動アンプ１６Ｂは、電流検出抵抗１６Ａに誘導される交流信号を含むパルス信号を増幅して整流回路１６Ｃに出力する。整流回路１６Ｃは、差動アンプ１６Ｂから出力される交流信号を含むパルス信号を整流して、交流信号を含まないパルス信号とする。整流回路１６Ｃから出力されるパルス信号は、その振幅が送電コイル１１に流れる電流の検出レベルとなる。

判定回路１７は、整流回路１６Ｃから入力される検出レベルから、電池内蔵機器５０と異物５８とを検出する。整流回路１６Ｃから入力されるパルス信号の検出レベルは、送電コイル１１の電流値を示しているので、パルス信号の振幅、すなわち検出レベルから電池内蔵機器５０と異物５８がセットされたかどうかを判定する。判定回路１７は、検出レベルから電池内蔵機器５０と異物５８がセットされたことを検出するために、検出レベルを閾値に比較する。判定回路は、検出レベルを比較して、電池内蔵機器５０又は異物５８がセットされたと判定する閾値をメモリ（図示せず）に記憶している。メモリは電池内蔵機器がセットされたことを判定する機器判定の閾値と、異物がセットされたと判定する異物判定の閾値とを記憶している。閾値は、電池内蔵機器と異物の両方をセットしない無セット状態に対する相対値として記憶され、異物判定の閾値を機器判定の閾値よりも大きな相対値としている。異物がセットされる状態は、電池内蔵機器がセットされる状態に比較して、無セット状態からの検出レベルの変化が大きくなるからである。ただ、閾値は相対値によらず絶対値として記憶することもできる。絶対値としてメモリに記憶される閾値も、異物判定の閾値を機器判定の閾値よりも大きな変化値として記憶している。

さらに、メモリは、周波数が異なる複数の検出パルスを出力して、何れかの検出パルスに対する検出レベルが閾値を越えると、電池内蔵機器や異物がセットされたと判定する。したがって、メモリは、各検出パルスに対応して検出する検出レベルに対する閾値を記憶している。図３は、周波数と出力レベルが異なる４回の検出パルスを出力して、電池内蔵機器５０や異物５８を検出するので、４回の検出パルスに対して、機器判定の閾値と異物判定の閾値とを記憶している。ただ、全ての検出レベルを同じ閾値に比較して、電池内蔵機器５０と異物５８を検出できるように、検出パルスの周波数と出力レベルを判定することもできる。

判定回路１７は、検出レベルが無セット状態に対して変化して、何れかの検出レベルが、機器判定の閾値よりも大きく、かつ異物判定の閾値よりも小さいと、電池内蔵機器５０がセットされた判定し、何れかの検出レベルが異物判定の閾値よりも大きいと異物５８がセットされたと判定し、検出レベルが機器判定の閾値よりも小さいと、電池内蔵機器と異物がセットされない状態と判定する。たとえば、メモリに記憶される機器判定の閾値を、無セット状態の検出レベルに対して±１０％、異物判定の閾値を±２０％とする判定回路は、いずれかの検出レベルの無セット状態に対する変化がプラス又はマイナス１５％であると、電池内蔵機器がセットされて異物がセットされないと判定し、検出レベルの変化がプラス又はマイナス２５％であると異物がセットされたと判定する。ただ、判定回路は、機器判定の閾値、及び異物判定の閾値を、以上の値には特定しない。判定回路は、たとえば、機器判定の閾値を、無セット状態の検出レベルに対して±７％とし、異物判定の閾値を、無セット状態の検出レベルに対して±１５％として、前述の値と異なる値とすることもできる。

判定回路１７は、検出パルスを出力する毎に検出される何れかの検出レベルが閾値を越えると、電池内蔵機器がセットされ、あるいは異物がセットされたと判定するが、複数の検出レベルが閾値を越えることを検出し、あるいは全ての検出レベルが閾値を越えることを検出して、電池内蔵機器や異物がセットされたと判定することもできる。

判定回路１７は、電池内蔵機器と異物とを検出する必要があるとき、たとえば、充電台１０に電池内蔵機器も異物もセットされない状態で、コントロール回路を介して交流電源を制御して、周波数が異なる検出パルスを送電コイルから出力する。

以上の検出回路は、以下の動作をして充電台に電池内蔵機器又は異物がセットされたことを検出する。

（１）電池内蔵機器５０や異物５８がセットされない状態で、また、電池内蔵機器５０に電力搬送しない状態で、周期的に電圧の検出パルスを、送電コイル１１から出力して、無セット状態における検出レベルを検出して、これを基準レベルとし、基準レベルに対する相対値として記憶している機器判定の閾値と異物判定の閾値から、電池内蔵機器５０と異物５８がセットされたかどうかを判定する閾値を特定する。
この状態において、判定回路１７は、コントロール回路１３を介して交流電源１２を制御して、図１と図２の波形Ｘで示すように、周波数が異なる複数の電圧の検出パルスを時間をずらせて送電コイル１１から繰り返し出力させる。図１と図２は、機器判定の閾値を１０％、異物判定の閾値を２０％としている。さらに、これ等の図は、判りやすくするために、無セット状態の検出レベルを基準レベルとして、プラス側に変化する閾値のみを示しているが、電池内蔵機器５０や異物５８がセットされて、検出レベルが基準レベルからマイナス側に変化することもあるので、判定回路１７は、基準レベルからプラス側とマイナス側に変化する検出レベルから異物５８と電池内蔵機器５０がセットされたことを判定する。また、閾値を基準レベルに対する相対値として設定することなく、絶対値として記憶することもできる。

（２）送電コイル１１が、周波数の異なる複数の検出パルスを出力すると、送電コイル１１に電流が流れ、この電流によって電流検出抵抗１６Ａの両端に交流信号が誘導される。この交流信号は差動アンプ１６Ｂで増幅（図１と図２の波形Ｙ）され、整流回路１６Ｃで整流されて検出レベルとして、（図１と図２の波形Ｚ）として判定回路１７に入力される。

（３）判定回路１７は、検出レベルが入力される毎に、これを機器判定の閾値と異物判定の閾値に比較する。判定回路１７は、図１に示すように、何れかの検出レベルが機器判定の閾値（図において１０％）を越えて異物判定の閾値（図において２０％）を越えない状態では、充電台１０に電池内蔵機器５０がセットされたと判定する。また、図２に示すように、何れかの検出レベルが異物判定の閾値（図において２０％）を越えると、充電台１０に異物５８がセットされたと判定する。いずれの検出レベルも機器判定の閾値より小さい状態では、電池内蔵機器も異物もセットされないと判定する。
異物判定の閾値は機器判定の閾値よりも大きな閾値としているので、閾値の違いで、電池内蔵機器と異物を判定できる。

（４）判定回路１７は、電池内蔵機器５０がセットされたと判定すると、電池内蔵機器５０がセットされたことを示す信号をコントロール回路１３に出力する。コントロール回路１３は、この信号を検出して、交流電源１２から送電コイル１１に電池内蔵機器５０の内蔵電池５２を充電する電力を供給する。判定回路１７は異物５８がセットされたと判定し、あるいは電池内蔵機器５０も異物５８もセットされないと判定すると、交流電源１２から送電コイル１１に電力搬送するための電力を供給しない状態とする。

以上の無接点充電方法は、４回の検出パルスを出力して、検出される検出レベルの何れかが機器判定の閾値又は異物判定の閾値を越えると、電池内蔵機器がセットされ、あるいは異物がセットされたと判定するが、２回又は３回の検出パルスが機器判定の閾値や異物判定の閾値を越えると電池内蔵機器や異物がセットされたと判定することもでき、また、全ての検出レベルが閾値を越える状態で、電池内蔵機器や異物がセットされたと判定することもできる。また、５回以上の検出パルスを出力して、何れかの検出レベルが閾値を越え、あるいは２回以上の検出レベルが閾値を越えると、電池内蔵機器や異物がセットされたと判定することもできる。

以上の方法で内蔵電池が充電される電池内蔵機器は、図１に示すように、電池５２と、受電コイル５１と、この受電コイル５１に誘導される交流を直流に変換する整流回路５６と、整流回路５６から出力される直流で電池５２を充電する充電制御回路５３と、内蔵電池５２の状態を充電台１０に伝送する機器側の通信回路５４とを備える。

電池５２は、リチウムイオン電池又はリチウムポリマー電池である。ただし、電池は、ニッケル水素電池やニッケルカドミウム電池などの充電できる全ての電池とすることができる。電池内蔵機器５０は、１個ないし複数の電池５２を内蔵している。複数の電池は、直列又は並列に接続され、あるいは直列と並列に接続される。

充電制御回路５３は、リチウムイオン電池やリチウムポリマー電池等を定電圧・定電流充電し、ニッケル水素電池やニッケルカドミウム電池を定電流充電する。さらに、充電制御回路５３は、電池５２の満充電を検出して、満充電信号を機器側の通信回路５４を介して充電台１０に伝送する。充電台１０は、機器側の通信回路５４から伝送される満充電信号を充電側の通信回路１４で検出する。満充電信号を検出すると、コントロール回路１３は交流電源１２を制御して、送電コイル１１への電力供給を停止させる。

機器側の通信回路５４は、電池内蔵機器５０から充電台１０に、電池５２の満充電信号、ＩＤ信号などの種々の伝送信号を伝送する。ＩＤ信号を伝送する機器側の通信回路５４は、充電側の通信回路からの信号を確認して、充電台１０にＩＤ信号を伝送する。充電側の通信回路１４は、機器側の通信回路５４から伝送される伝送信号を検出して、電力搬送を開始する。

充電台と電池内蔵機器の両方に通信回路を設ける無接点充電方法は、電池内蔵機器がセットされたことを確認して、電池内蔵機器に初期通信信号を伝送し、電池内蔵機器がこの信号を検出して、ＩＤ信号などを充電台に出力し、充電台がＩＤ信号を確認した後、電力搬送を開始することで、電池内蔵機器に間違いなく電力搬送できる。また、検出する検出レベルが、機器判定の閾値を越えて異物判定の閾値に近い状態では、初期通信信号を充電台に伝送して、充電台からのＩＤ信号を確認して電力搬送を開始することで、より確実に電池内蔵機器に電力搬送できる。また、検出レベルが異物判定の閾値を越える状態にあっても、その境界に近い状態では、初期通信信号を充電台に伝送し、充電台からＩＤ信号があるかどうかを確認し、ＩＤ信号が検出されない状態では異物がセットされたと判定し、ＩＤ信号を検出すると電池内蔵機器がセットされたと判定することで、電池内蔵機器と異物とをより正確に判定できる。

１０…充電台
１１…送電コイル
１２…交流電源
１３…コントロール回路
１４…充電側の通信回路
１５…検出回路
１６…電流検出回路 １６Ａ…電流検出抵抗
１６Ｂ…差動アンプ
１６Ｃ…整流回路
１７…判定回路
２０…ケース
２１…上面プレート
５０…電池内蔵機器
５１…受電コイル
５２…電池
５３…充電制御回路
５４…機器側の通信回路
５６…整流回路
５８…異物

Claims (9)

1. 充電台(10)に電池内蔵機器(50)をセットし、充電台(10)の送電コイル(11)に電池内蔵機器(50)の受電コイル(51)を電磁結合して、送電コイル(11)から受電コイル(51)に電磁誘導作用で電力搬送して、受電コイル(51)に誘導される電力で電池内蔵機器(50)の電池(52)を充電する無接点充電方法であって、
   前記送電コイル(11)が、所定の時間間隔で周波数が異なる複数の検出パルスを出力し、各検出パルスを出力している状態で送電コイル(11)の電流を検出し、この電流の検出レベルから充電台(10)に異物(58)と電池内蔵機器(50)の何れかがセットされたことを検出する無接点充電方法。
2. 周波数が異なる各々の検出パルスを出力する状態で検出される検出レベルをあらかじめ記憶している閾値に比較して、異物(58)と電池内蔵機器(50)の何れかがセットされたことを検出する請求項１に記載される無接点充電方法。
3. 電池内蔵機器(50)がセットされたと判定する機器判定の閾値と、異物(58)がセットされたと判定する異物判定の閾値を、異物(58)と電池内蔵機器(50)の両方がセットされない無セット状態における検出レベルに対する相対値として記憶しており、
   周波数が異なる各々の検出パルスを出力する状態で検出される検出レベルをあらかじめ記憶している閾値に比較して、異物(58)と電池内蔵機器(50)の何れかがセットされたことを検出する請求項２に記載される無接点充電方法。
4. 周波数が異なる各々の検出パルスを出力する状態で検出される検出レベルを比較する閾値を記憶しており、
   記憶する閾値が、電池内蔵機器(50)がセットされたと判定する機器判定の閾値と、異物(58)がセットされたと判定する異物判定の閾値とを記憶すると共に、異物判定の閾値を機器判定の閾値よりも大きく変化する相対値の閾値として記憶しており、
   何れかの検出パルスを出力する状態において検出される検出レベルが、前記機器判定の閾値よりも大きく、かつ異物判定の閾値よりも小さい状態では電池内蔵機器(50)がセットされたと判定し、検出レベルが異物判定の閾値よりも大きい状態では異物(58)がセットされたと判定する請求項１ないし３のいずれかに記載される無接点充電方法。
5. 充電台(10)が、所定の時間間隔で２回以上であって、１０回以下の検出パルスを出力する請求項１ないし４のいずれかに記載される無接点充電方法。
6. 前記送電コイルが、周波数と出力レベルがことなる複数の検出パルスを所定の時間間隔で出力する請求項１ないし５のいずれかに記載される無接点充電方法。
7. 前記送電コイルが、周波数の低い検出パルスの出力を、周波数が高い検出パルスよりも大きくして出力する請求項６に記載される無接点充電方法。
8. 検出パルスの時間幅が１００μｓｅｃ〜５０ｍｓｅｃである請求項１ないし７のいずれかに記載される無接点充電方法。
9. 送電コイル(11)に流れる電流を整流して検出レベルを検出する請求項１ないし８のいずれかに記載される無接点充電方法。

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