JP2014128055A - 充電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】被充電機器が充電台のどの位置に置かれても充電でき、かつ、被充電機器との無線通信を安定して行うことができる充電装置を提供すること。
【解決手段】携帯電話１５０が載置される充電台１０１は、そのＸ軸およびＹ軸に沿って複数列のコイルが配置されている。位置検出部２０１は、複数列のコイルを、携帯電話１５０の受電用コイル２５１の位置を検出するために用いる。ＮＦＣ制御部２０２は、複数列のコイルを、携帯電話１５０のＮＦＣ用アンテナコイル２５４の位置を検出し、携帯電話１５０とＮＦＣ通信するために用いる。切替部２０３は、複数列のコイルを、受電用コイル２５１の位置検出またはＮＦＣ通信のいずれに用いるかを切り替える。
【選択図】図２

Description

本発明は、被充電機器の電池に対して、電磁誘導作用により電力を伝送して充電する充電装置に関する。

例えば、特許文献１には、被充電機器の電池を無接点充電方式により充電する充電装置が開示されている。特許文献１の充電装置は、被充電機器が置かれる充電台と、被充電機器の受電用コイルの位置を検出する位置検出用コイルと、電磁誘導により受電用コイルへ電力を伝送する送電用コイルと、を有する。

このような従来の無接点充電装置は、例えば、ムービングコイル方式を採用している。ムービングコイル方式とは、位置検出用コイルにより被充電機器の受電用コイルの位置を検出した後、その位置へ送電用コイルが移動する方式である。

また、従来の無接点充電装置は、充電台に置かれた無線通信装置との間で近距離無線通信を行うために、近距離無線通信用アンテナコイル（以下、「アンテナコイル」という）を備える。近距離無線通信は、例えば、ＮＦＣ（Near Field Communication）が挙げられる。

そして、従来の無接点充電装置において、アンテナコイルが、位置検出用コイルを兼ねる技術が考えられている。

特開２０１１−４４７４号公報

しかしながら、従来の無接点充電装置において、アンテナコイル兼位置検出用コイルが１つである場合、以下の課題がある。

充電台の面積が大きい場合、無線通信装置が置かれる位置によっては、充電装置のアンテナコイルと、無線通信装置のアンテナコイルとが磁気結合しない領域が発生してしまい、充電が行われない、という課題がある。

また、受電用コイルとアンテナコイルとが離れて実装された無線通信装置が充電台に置かれた場合、位置検出用コイルが受電用コイルを検出しても、近距離無線通信を行うことができないか、または、通信が不安定となる、という課題がある。

本発明の目的は、被充電機器が充電台のどの位置に置かれても充電でき、かつ、被充電機器との無線通信を安定して行うことができる充電装置を提供することである。

本発明の一態様に係る充電装置は、二次電池を有する被充電機器へ電磁誘導により電力を伝送し、前記二次電池を充電する充電装置であって、前記被充電機器を載置するための充電台と、前記充電台と平行に配置された複数列のコイルと、前記複数列のコイルを、前記被充電機器の受電用コイルの位置の検出に用いる位置検出部と、前記複数列のコイルを、前記被充電機器との無線通信に用いる無線通信制御部と、前記複数列のコイルを、前記受電用コイルの位置の検出または前記無線通信のいずれに用いるかを切り替える切替部と、を備えた構成を採る。

本発明は、被充電機器が充電台のどの位置に置かれても充電でき、かつ、被充電機器との無線通信を安定して行うことができる。

本発明の実施の形態に係る充電装置に携帯電話が載置された状態の一例を示す外観図 本発明の実施の形態に係る充電装置および携帯電話の各構成例を示すブロック図 本発明の実施の形態に係る充電装置が備える位置検出部およびＮＦＣ制御部の構成例を示すブロック図 本発明の実施の形態に係る充電装置が備える位置検出用コイルに発生する磁界と反磁界の一例を示す概要図 本発明の実施の形態に係る充電装置が備える位置検出用コイルに配置されるＢＥＦの実装状態の一例を示すブロック図 本発明の実施の形態に係る充電装置が備える位置検出用コイルに発生する磁界とＢＥＦを挿入することによる効果を示す図 本発明の実施の形態に係る充電装置が備える切替部に係る回路構成の一例を示す図 本発明の実施の形態に係る充電装置が備える位置検出用コイルに出力される信号の波形の一例を示す図 本発明の実施の形態に係る充電装置の動作例を示すフローチャート

以下、適宜図面を参照しながら、実施の形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。

なお、本発明の発明者らは、当業者が本実施の形態を十分に理解するために添付図面および以下の説明を提供するのであって、これらによって特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図するものではない。

図１は、本発明の実施の形態に係る充電装置としての充電装置１００、および携帯電話１５０の状態の一例を示す外観図である。

図１において、充電装置１００の上面を構成する充電台１０１上に、携帯電話１５０が載せられている。充電装置１００は、無接点充電装置（非接触充電装置ともいう）である。携帯電話１５０は、充電装置１００により充電される被充電機器である。本実施の形態の被充電機器は、携帯電話１５０を例とするが、携帯電話に限定されず、近距離無線通信を可能とする無線通信装置であればよい。

充電装置１００は、電磁誘導効果としての非接触の電力伝送を利用して、携帯電話１５０が有する二次電池に電力を供給する。これにより、無接点充電（非接触充電）が実現される。

すなわち、充電装置１００の充電台１０１に携帯電話１５０を載せるか、または近づけることにより、無接点充電が行われる。

また、携帯電話１５０はＮＦＣ機能（近距離無線通信機能）を搭載している。よって、図１の状態の場合、充電装置１００は、電磁誘導効果を利用して携帯電話１５０のＮＦＣ用アンテナコイルに電力を供給する。これにより、充電装置１００と携帯電話１５０との間で、近距離無線通信（以下、「ＮＦＣ通信」という）が行われる。

ＮＦＣ通信により、携帯電話１５０と、充電装置１００に接続される外部機器との間で種々の情報通信を行うことができる。

例えば、外部機器としてカーナビゲーション装置が充電装置１００に接続されている場合、携帯電話１５０で設定した目的地情報が、ＮＦＣ通信によってカーナビゲーション装置へ送信される。これにより、携帯電話１５０を介して、カーナビゲーション装置の目的地の設定ができる。このように、携帯電話１５０は、充電装置１００を介して、充電装置１００に接続された外部機器と、様々な通信を行うことができる。

なお、携帯電話１５０と外部機器との間で行なわれるＮＦＣ通信の通信内容については本開示の趣旨から外れるため、詳細な説明は省略する。

ＮＦＣ通信では、１３．５６ＭＨｚの搬送波が使用され、アンテナコイルに発生する磁界を利用してデータの送受信を行う。よって、ＮＦＣでの通信を行うためには、充電台あるいは充電台の近傍に、１３．５６ＭＨｚの周波数の磁界を発生させるアンテナコイルを設けることが必要となる。

充電装置１００は、充電台１０１の内部に複数配置される位置検出用コイルのうち、後述の処理によって選択された一つを、ＮＦＣ用アンテナコイルとしても用いる。すなわち、選択された位置検出用コイルは、ＮＦＣ用アンテナコイルを兼ねて機能する。

すなわち、充電装置１００は、位置検出用コイルをＮＦＣ用アンテナコイルとしても用いる。よって、従来の充電台にＮＦＣ用アンテナを新しく追加することなく、ＮＦＣ機能を充電台に搭載することができる。

したがって、充電装置１００は、モノや設備を配置するために場所を確保し易い一般家庭またはオフィスなどの室内に備えた場合はもちろん、スペースが限られた場所（例えば、自動車、電車、飛行機などの内部）に備えた場合に、有用である。

また、充電装置１００は、携帯電話１５０に備えられた受電用コイルおよびＮＦＣ用アンテナコイルの位置を別々に検出する（詳細は後述）。これにより、充電時およびＮＦＣ通信時における携帯電話１５０と充電装置１００との相対位置を良好にすることができる。

図２は、充電装置１００および携帯電話１５０のそれぞれの内部構成の一例を示すブロック図である。

充電装置１００は、携帯電話１５０に対して非接触（電磁誘導作用）で電力を供給する。携帯電話１５０は、特定の周波数を用いた無線通信が可能な無線通信装置である。また、携帯電話１５０は、充電装置１００からの電力を二次電池に充電する被充電機器である。

携帯電話１５０は、図２に示すように、受電用コイル２５１、受電用共振回路２５２、充電制御回路２５３、近距離無線通信アンテナとしてのＮＦＣ用アンテナコイル２５４、ＮＦＣ用共振回路２５５、ＮＦＣ制御回路２５６、および二次電池２５７を有する。

充電装置１００は、図２に示すように、充電台１０１、位置検出部２０１、ＮＦＣ制御部２０２、切替部２０３、電源回路２０４、充電制御回路２０５、発振回路２０６、コイル移動機構２０７、送電用コイル２０８、および外部機器接続部２０９を有する。

充電台１０１は、携帯電話１５０が載置される台である。

位置検出部２０１は、充電台１０１に置かれた携帯電話１５０の位置を検出する。携帯電話１５０の位置は、厳密には、充電台１０１に置かれた携帯電話１５０の受電用コイル２５１の位置である。位置検出部２０１は、複数のコイルを有する。複数のコイルは、携帯電話１５０の受電用コイル２５１の位置を検出するだけでなく、携帯電話１５０とＮＦＣ通信を行うためのＮＦＣ用アンテナとしても機能する。なお、複数のコイルの詳細については、図３を用いて後述する。

ＮＦＣ制御部２０２は、充電台１０１に置かれた携帯電話１５０のＮＦＣ用アンテナコイル２５４の位置を検出する。そして、ＮＦＣ制御部２０２は、携帯電話１５０との間でＮＦＣ通信を実行する。

切替部２０３は、最適な位置にあるコイルを検出し、その中から一つを選択してＮＦＣ用アンテナコイルとして用いるために、位置検出部２０１の複数のコイルを、各機能に応じて切り替える。ここでいう「各機能」とは、充電機能およびＮＦＣ通信機能である。充電機能は、携帯電話１５０の受電用コイル２５１の位置検出機能を含む。ＮＦＣ通信機能は、携帯電話１５０のＮＦＣ用アンテナコイル２５４の位置検出機能を含む。

電源回路２０４は、商用電源などの外部電源から充電装置１００に供給される電力を、充電装置１００で使用できる態様に変換する。

充電制御回路２０５は、発振回路２０６を介して高周波電流を発生させ、送電用コイル２０８に高周波電流を流す。

例えば、図１に示す状態で送電用コイル２０８に高周波電流が流れると、携帯電話１５０の受電用コイル２５１に誘導起電力が発生する。この誘導起電力が、携帯電話１５０の二次電池２５７に充電される。

なお、充電制御回路２０５は、携帯電話１５０の二次電池２５７の充電状態を検知する充電検知機能を有し、充電完了を判断してもよい。

コイル移動機構２０７は、充電台１０１に沿って、位置検出部２０１が検出（詳細は後述）した携帯電話１５０の位置へ、送電用コイル２０８を接近させる。

コイル移動機構２０７は、充電台１０１が構成する面のＸ軸方向に送電用コイル２０８を移動させるＸ軸サーボモータと、Ｙ軸方向に送電用コイルを移動させるＹ軸サーボモータとから成る。

送電用コイル２０８は、充電制御回路２０５の制御により、携帯電話１５０の受電用コイル２５１へ接近したときに高周波電流が流れる。

外部機器接続部２０９は、充電装置１００に接続される外部機器と、充電装置１００とを接続する。すなわち、外部機器は、外部機器接続部２０９を介して、位置検出部２０１およびＮＦＣ制御部２０２との間で双方向通信を行う。

図３は、上述した位置検出部２０１およびＮＦＣ制御部２０２の内部構成の一例を示すブロック図である。ただし、説明の便宜上、図３は、図２に示す切替部２０３、コイル移動機構２０７、および外部機器接続部２０９を図示している。

図３において、位置検出部２０１は、位置検出コイル３０１、位置検出制御回路３０２、切替部２０３によりオン／オフが切り替えられる位置検出スイッチ３０３を備える。また、図３において、ＮＦＣ制御部２０２は、ＮＦＣ制御回路３０４、切替部２０３によりオン／オフが切り替えられるＮＦＣアンテナスイッチ３０５を備える。切替部２０３は、位置検出制御回路３０２またはＮＦＣ制御回路３０４のいずれかからの制御信号に基づいて、スイッチの切り替えを行う。すなわち、切替部２０３は、スイッチの切り替えとして、位置検出スイッチ３０３およびＮＦＣアンテナスイッチ３０５のうち、一方をオンにし、もう一方をオフにする。

位置検出コイル３０１は、充電台１０１の内面側（充電装置１００の内部側）において、所定の間隔で配置された複数列のコイルである。

位置検出コイル３０１は、Ｘ軸方向位置検出コイル３０１Ａと、Ｙ軸方向位置検出コイル３０１Ｂとを備える。Ｘ軸方向位置検出コイル３０１Ａは、送電用コイル２０８と受電用コイル２５１のＸ軸方向の位置を検出するためのコイルである。また、Ｙ軸方向位置検出コイル３０１Ｂは、送電用コイル２０８と受電用コイル２５１のＹ軸方向の位置を検出するためのコイルである。Ｘ軸方向位置検出コイル３０１ＡおよびＹ軸方向位置検出コイル３０１Ｂは、プリント基板３００に配置された銅箔パターンで形成される。

Ｘ軸方向位置検出コイル３０１Ａは、長手方向がＹ軸方向に並行な長穴（あるいは楕円）形状のコイルがＸ軸方向に複数（図３では４つ）配列されて成る。そして、複数のコイル３０１ａ１〜３０１ａ４の端は、それぞれ、位置検出スイッチ３０３およびＮＦＣアンテナスイッチ３０５に接続される。

Ｙ軸方向位置検出コイル３０１Ｂは、長手方向がＸ軸方向に並行な長穴（あるいは楕円）形状のコイルがＹ軸方向に複数（図３では３つ）配列されて成る。そして、複数のコイル３０１ｂ１〜３０１ｂ３の端は、それぞれ、位置検出スイッチ３０３およびＮＦＣアンテナスイッチ３０５に接続される。

なお、Ｘ軸方向位置検出コイル３０１ＡおよびＹ軸方向位置検出コイル３０１Ｂを構成する各コイルにおいて、隣接するコイルの間隔は、受電用コイル２５１の外径よりも小さい。当該間隔を狭くすれば、受電用コイル２５１の位置を正確に検出することができる。

本実施の形態の充電装置１００は、図３に示す複数の位置検出コイル３０１のうちの一つを選択し（選択処理については後述）、それをＮＦＣ用アンテナコイルとしても利用する。すなわち、位置検出用コイル３０１のそれぞれは、ＮＦＣ用アンテナコイルを兼ねることができる。

以下、図３に示すコイル３０１ｂ２を、位置検出コイルとＮＦＣ用アンテナコイルを兼ねるコイル（以下、「兼用コイル」という）として利用する場合を例として説明する。

図３に示すように、位置検出コイル３０１は、充電台１０１のＸ軸方向と充電台１０１のＹ軸方向とにそれぞれ配置される。そして、Ｘ軸方向位置検出コイル３０１Ａの各コイル３０１ａ１〜３０１ａ４と、Ｙ軸方向位置検出コイル３０１Ｂの各コイル３０１ｂ１〜３０１ｂ３とは、それぞれ、交差している。

したがって、兼用コイル３０１ｂ２も、コイル３０１ａ１〜３０１ａ４のそれぞれと直交する。

一般的に、ＮＦＣ通信では、送信側のアンテナコイルが１３．５６ＭＨｚの磁界を発生させる。この磁界による磁束が受信側のアンテナコイルを通過することで、受信側のアンテナコイルに誘導起電力が発生する。そして、発生した誘導起電力を利用することで、通信が可能となる。

よって、送信側のアンテナコイルに発生する磁界には、受信側に搭載されるＩＣを起動させるのに必要な電力を発生させるだけの強度が必要となる。

また、受信側のアンテナコイルに発生する誘導起電力は、受信側のアンテナコイルを通過する磁界の強度に比例する。

図３において、兼用コイル３０１ｂ２に対して、複数のコイル３０１ａ〜３０１ａ４が交差している。そのため、兼用コイル３０１ｂ２が発生させる１３．５６ＭＨｚの磁束は、Ｘ軸方向位置検出コイル３０１Ａを構成する各コイル３０１ａ〜３０１ａ４も通過することになる。

したがって、複数のコイル３０１ａ〜３０１ａ４から成るＸ軸方向位置検出コイル３０１Ａは、図４に示すように、兼用コイル３０１ｂ２が発生させる磁界４０１を受けて、電磁誘導効果によりコイル周辺に磁界４０２を発生させる。この磁界４０２の方向は、兼用コイル３０１ｂ２が発生させる磁界とは反対方向である。そこで、以下では、磁界４０２を「反磁界４０２」という。

この反磁界４０２は、本来のＮＦＣ通信に必要な磁界４０１を減衰させてしまう。磁界４０１が減衰することにより、携帯電話１５０のＮＦＣ用アンテナコイル２５４に発生する誘導起電力も低下してしまう。

そして、ＮＦＣ用アンテナコイル２５４に発生する誘導起電力が低下することで、通信が不安定になる。すなわち、充電装置１００は、携帯電話１５０のＮＦＣ制御回路２５６との間で、通信エラーが生じたり、通信ができなくなったりする。

そこで、本実施の形態の充電装置１００は、ＮＦＣ通信に必要な磁界４０１の減衰を防止するため、図５に示す構成を採る。すなわち、図５に示すように、充電装置１００は、減衰防止部として、ＢＥＦ（Band-elimination filter）５０１を備える。ＢＥＦ５０１は、ＬＣ並列共振回路で構成される。そして、ＢＥＦ５０１は、兼用コイル３０１ｂ２と交差するＸ軸方向位置検出コイル３０１Ａ（３０１ａ〜３０１ａ４）に対し、直列に接続する。

なお、図５は、図面の見易さの観点から、兼用コイル３０１ｂ２とＸ軸方向位置検出コイル３０１Ａとが交差している箇所にのみ、ＢＥＦ５０１を配置した状態を図示している。しかし、実際には、Ｙ軸方向位置検出コイル３０１Ｂを構成するコイル３０１ｂ１〜３０１ｂ３のうち、どのコイルが兼用コイルとして選択されても対応できる構成である。すなわち、ＢＥＦ５０１は、Ｘ軸方向位置検出コイル３０１Ａを構成するコイル３０１ａ〜３０１ａ４と、Ｙ軸方向位置検出コイル３０１Ｂを構成するコイル３０１ｂ１〜３０１ｂ３との全ての交差箇所に配置されている。

一般的に、ＢＥＦは、回路上の特定の周波数のみを減衰させることが可能である。そこで、本実施の形態において、ＢＥＦ５０１で減衰させる所定の周波数は、ＮＦＣ通信で使用する１３．５６ＭＨｚの搬送波と同じ周波数とする。

これにより、図６に示すように、兼用コイル３０１ｂ２が発生させる１３．５６ＭＨｚの磁界４０１が、ＢＥＦ５０１と直列に接続されたＸ軸方向位置検出コイル３０１Ａを通過しても、高周波電流の発生を抑制でき、反磁界の発生も抑制できる。

次に、位置検出コイルをＮＦＣ用アンテナコイルとして兼用させる際の実装状態について述べる。

上述した通り、本実施の形態の充電装置１００において、位置検出コイル３０１は、兼用コイルとして、携帯電話１５０の受電用コイル２５１の位置を検出するため、および、携帯電話１５０とＮＦＣ通信を行うために用いられる。そして、兼用コイルは、それぞれの用途で異なる周波数を扱う。そのため、充電装置１００は、図７に示す構成を備える。図７は、図３および図５の構成を別の視点で示す図である。よって、図７において、図３および図５と同一の構成については、同一の符号を付している。

図７に示すように、位置検出スイッチ３０３およびＮＦＣアンテナスイッチ３０５は、切替部２０３に接続されている。そして、切替部２０３の動作により、位置検出スイッチ３０３またはＮＦＣアンテナスイッチ３０５のいずれかは、一方がオンとなり、もう一方がオフとなる。これにより、兼用コイル３０１’の機能が、位置検出用コイルまたはＮＦＣ用アンテナコイルのいずれかに切り替えられる。なお、位置検出スイッチ３０３に切り替えられたとき、兼用コイル３０１’は、位置検出コイル３０１のそれぞれである。一方、ＮＦＣ用アンテナスイッチ３０５に切り替えられたとき、兼用コイル３０１’は、位置検出コイル３０１のうちの１つである。

兼用コイル３０１’は、切替部２０３が位置検出スイッチ３０３をオンにし、かつ、ＮＦＣアンテナスイッチ３０５をオフにした場合、位置検出用コイルとして機能する。兼用コイル３０１’が位置検出用コイルとして機能する状態を、以下、「状態１」という。

状態１の場合、兼用コイル３０１’は、以下のように機能する。すなわち、兼用コイル３０１’は、位置検出制御回路３０２から出力されるパルス信号（パルス波形ともいう）により、携帯電話１５０の受電用共振回路２５２を励起する。そして、兼用コイル３０１’は、携帯電話１５０の受電用コイル２５１から再放出される磁界（以下、「エコー信号」という）を受信する。このようにして、兼用コイル３０１’は、受電用コイル２５１の位置を検出する位置検出用コイルとして機能する。

ここで、受電用コイル２５１からのエコー信号のレベルは、位置検出コイル３０１と受電用コイル２５１の相対位置によって変動する。

このため、位置検出制御回路３０２は、パルス信号の出力先となる各位置検出コイル３０１と受電用コイル２５１の相対距離に応じて異なるエコー信号のレベルに基づいて、充電台１０１上の携帯電話１５０の位置を検出することができる。

したがって、状態１の場合、兼用コイル３０１’は、携帯電話１５０の受電用共振回路２５２を共振させるパルス信号、および、受電用コイル２５１から出力されるエコー信号を、位置検出制御回路３０２へ伝送する経路となる。

ここで、位置検出制御回路３０２から位置検出用コイルまでの経路は、パルス信号の周波数に合わせてインピーダンスマッチングを行い、パルス信号に合わせて共振周波数を合わせる必要がある。

したがって、兼用コイル３０１’を位置検出コイルとして機能させる際には、他の位置検出用コイルと同様に、パルス信号の周波数に共振周波数を合わせるようインピーダンスマッチングを行う。

また、兼用コイル３０１’は、切替部２０３が位置検出スイッチ３０３をオフにし、かつ、ＮＦＣアンテナスイッチ３０５をオンにした場合、ＮＦＣ用アンテナコイルとして機能する。兼用コイル３０１’がＮＦＣ用アンテナコイルとして機能する状態を、以下、「状態２」という。

図７に示すように、ＮＦＣ制御回路３０４は、ＮＦＣ制御ＩＣ７０１およびマッチング回路７０２を有する。ＮＦＣ制御ＩＣ７０１は、携帯電話１５０とＮＦＣ通信を行う際に、１３．５６ＭＨｚの搬送波を制御し出力する。マッチング回路７０２は、ＮＦＣ制御ＩＣ７０１と兼用コイル３０１’の間の経路でインピーダンスマッチングを実施する。

ＮＦＣ通信では、１３．５６ＭＨｚの搬送波が使用される。したがって、マッチング回路７０２においてインピーダンスマッチングが行われ、ＮＦＣ制御ＩＣ７０１から出力される搬送波が兼用コイル３０１’で共振するように共振周波数が予め調整される。

本実施の形態においては、インピーダンスマッチングは、マッチング回路７０２に実装するコンデンサやコイルといった受動部品が使用される。

ＮＦＣ制御回路３０４と、携帯電話１５０に搭載されているＮＦＣ制御回路２５６とは、ぞれぞれのアンテナコイルを介してＮＦＣ通信を行う。

ＮＦＣ制御ＩＣ７０１と、携帯電話１５０に搭載されているＮＦＣ制御回路２５６とは、ぞれぞれのアンテナコイルを介して通信を行い、通信結果に応じた所望の動作を行う。

以上のように、本実施の形態の充電装置１００において、切替部２０３は、位置検出スイッチ３０３およびＮＦＣアンテナスイッチ３０５を切り替えることで、状態１と状態２とを切り替える。

図８は、切替部２０３が状態１と状態２を切り替える際に兼用コイル３０１’に出力される信号を、時間軸に沿って示す図である。

図８に示す区間１は、兼用コイル３０１’が状態１の期間である。この状態１のとき、位置検出制御回路３０２は、位置検出用のパルス波形を位置検出コイル３０１へ出力する。位置検出用のパルス波形とは、充電台１０１に載置されている携帯電話１５０の受電用コイル２５１の位置座標を検出するための信号である。また、パルス波形の出力先となる位置検出コイル３０１は、Ｘ軸方向位置検出コイル３０１ＡおよびＹ軸方向位置検出コイル３０１Ｂを構成する各コイルである。

図８において、区間１の破線は、位置検出用のパルス波形を示している。この位置検出用のパルス波形は、図３に示す位置検出コイル３０１に倣って、Ｘ軸方向位置検出コイル３０１Ａに出力されるパルス波形、および、Ｙ軸方向位置検出コイル３０１Ｂに出力されるパルス波形が便宜的に示されている。

また、図８において、位置検出用のパルス波形は、先にＸ軸方向位置検出コイル３０１Ａへ出力され、次にＹ軸方向位置検出コイル３０１Ｂへ出力される例として図示されている。すなわち、区間１において、位置検出用のパルス波形は、時間の経過とともに、Ｘ軸方向位置検出コイル３０１ａ１、Ｘ軸方向位置検出コイル３０１ａ２・・・Ｙ軸方向位置検出コイル３０１ｂ１・・・Ｙ軸方向位置検出コイル３０１ｂ３というように、７つのコイルに対して順番に出力される。このように、位置検出用のパルス波形は、プリント基板３００上を走査するように出力される。

ただし、位置検出用のパルス波形は、必ずしも上述した順番に出力され必要は無く、ランダムに出力されてもよい。

または、位置検出用のパルス波形は、例えば、区間１において、まずＸ軸方向位置検出コイル３０１Ａに出力され、それにより受電用コイル２５１が検出された場合のみ、次にＹ軸方向位置検出コイル３０１Ｂに出力する、といった方法が考えられる。

すなわち、Ｘ軸方向位置検出コイル３０１Ａに位置検出用のパルス波形を出力し、エコー信号が検出されなければ区間１を終了するといった方法を採用してもよい。この場合、受電用コイル２５１が充電台１０１に設置されていないときの区間１の時間を短くすることができる。

位置検出コイル３０１に位置検出用のパルス波形が出力されてから、受電用コイル２５１の位置座標を検出した場合、または、エコー信号が検出されず受電用コイル２５１が充電装置１００に設置されていないと位置検出制御回路３０２が判定した場合、区間２（状態２）に遷移する。この遷移は、上述した通り、切替部２０３が位置検出スイッチ３０３をオフにし、かつ、ＮＦＣアンテナスイッチ３０５をオンにすることで行われる。

図８に示す区間１は、兼用コイル３０１’が状態２の期間である。

区間２において、充電装置１００のＮＦＣ制御回路３０４と、携帯電話１５０のＮＦＣ制御回路２５６との間で、１３．５６ＭＨｚの搬送波を使用したＮＦＣ通信が行われる。

また、区間２において、ＮＦＣ制御回路３０４のＮＦＣ制御ＩＣ７０１は、ＮＦＣ通信のターゲットとなる機器を検出するために、所定の期間ポーリングを行う。換言すれば、ＮＦＣ制御ＩＣ７０１は、充電台１０１に載置されている携帯電話１５０のＮＦＣ用アンテナコイル２５４の位置座標を検出するために、ポーリング信号を出力する。ポーリング信号は、Ｘ軸方向位置検出コイル３０１ａ１〜３０１ａ４、Ｙ軸方向位置検出コイル３０１ｂ１〜３０１ｂ３の各コイルに対して、順次出力される。すなわち、ＮＦＣ制御ＩＣ７０１は、位置検出コイル３０１を構成する各コイルを順次切り替えて、ポーリング信号を出力する。なお、ポーリング信号の出力の際、切替部２０３は、ＮＦＣアンテナスイッチ３０５をオンにし、かつ、位置検出スイッチ３０３をオフにする。

携帯電話１５０のＮＦＣ制御回路２５６は、充電装置１００からの１３．５６ＭＨｚの搬送波を負荷変調することで、レスポンスコマンドをＮＦＣ用アンテナコイル２５４を介して出力する。充電装置１００は、そのレスポンスコマンドを、位置検出コイル３０１を介して受信し、ＮＦＣ制御ＩＣ７０１に送る。

すなわち、ＮＦＣ制御ＩＣ７０１がレスポンスコマンドを検出した際に、接続された位置検出コイルが兼用コイル３０１’として機能することになる。

また、区間２において、ＮＦＣ制御ＩＣ７０１は、レスポンスコマンドを検出しない場合、携帯電話１５０にＮＦＣ機能が搭載されていないと判定する。

ＮＦＣ制御ＩＣ７０１が携帯電話１５０にＮＦＣ機能が搭載されていないと判定した場合、または、携帯電話１５０のＮＦＣ制御回路２５６との間でのＮＦＣ通信が終了した場合、区間２から再び区間１に遷移する。

以下、本実施の形態の充電装置１００の動作の一例について、図９を参照して説明する。なお、ここで説明する動作は、携帯電話１５０の検出から、非接触充電およびＮＦＣ通信の実施までの動作とする。

ステップＳ１０において、外部電源（例えば、商用電源）から充電装置１００へ電力の供給が開始されると、電源回路２０４がその電力を充電装置１００で使用する態様に変換し、充電装置１００が起動する。なお、充電装置１００は、外部電源の投入後、充電装置１００が備える手動スイッチ等の操作に基づいて起動してもよい。そして、位置検出部２０１の位置検出制御回路３０２は、切替部２０３に対して、スイッチの切り替えを指示する。

ステップＳ１１において、切替部２０３は、位置検出制御回路３０２の指示に基づいてスイッチの切り替えを行い、兼用コイル３０１’を状態１に設定する。すなわち、切替部２０３は、位置検出スイッチ３０３をオンにし、ＮＦＣアンテナスイッチ３０５をオフにすることで、兼用コイル３０１’を状態１に遷移させる。このときの状態１は「初期状態」という。

ステップＳ１２において、位置検出制御回路３０２は、図８に示す区間１の間に、充電台１０１の面上における受電用コイル２５１の位置の検出（換言すれば、充電台１０１の面上における携帯電話１５０の位置検出）を行う。上述した通り、位置検出制御回路３０２は、位置検出コイル３０１へ出力した位置検出用のパルス波形により、携帯電話１５０の受電用共振回路２５２を励起する。そして、位置検出制御回路３０２は、受電用コイル２５１からエコー信号を受信することによって、受電用コイル２５１の位置を検出する。

受電用コイル２５１の位置を検出できた場合（ステップＳ１２：ＹＥＳ）、位置検出制御回路３０２は、充電台１０１の上に携帯電話１５０が載置されていると判断する。そして、フローは、ステップＳ１３へ進む。

受電用コイル２５１の位置を検出できなかった場合（ステップＳ１２：ＮＯ）、位置検出制御回路３０２は、充電台１０１の上に携帯電話１５０が載置されていないと判断する。そして、位置検出制御回路３０２は、切替部２０３に対して、スイッチの切り替えを指示する。そして、フローは、ステップＳ１４へ進む。

ステップＳ１３において、位置検出制御回路３０２は、位置検出制御回路３０２に実装されるメモリに、受電用コイル２５１の位置座標を記憶する。そして、位置検出制御回路３０２は、切替部２０３に対して、スイッチの切り替えを指示する。

ステップＳ１４において、切替部２０３は、位置検出制御回路３０２の指示に基づいてスイッチの切り替えを行い、兼用コイル３０１’を状態２に切り替える。すなわち、切替部２０３は、位置検出スイッチ３０３をオフにし、ＮＦＣアンテナスイッチ３０５をオンにすることで、兼用コイル３０１’を状態２に遷移させる。

ステップＳ１５において、ＮＦＣ制御回路３０４は、図８に示す区間２において、充電台１０１の面上におけるＮＦＣ用アンテナコイル２５４の位置の検出を行う。このとき、上述した通り、ＮＦＣ制御回路３０４のＮＦＣ制御ＩＣ７０１は、ＮＦＣ通信のターゲットとなる機器を検出するため、位置検出コイル３０１を順次切り替えて所定の期間ポーリングを行う。携帯電話１５０のＮＦＣ制御回路２５６は、充電装置１００から送られてくる１３．５６ＭＨｚの搬送波を負荷変調することで、レスポンスコマンドをＮＦＣ制御ＩＣ７０１へ送信する。そして、ＮＦＣ制御ＩＣ７０１は、レスポンスコマンドを検出することで、ＮＦＣ用アンテナコイル２５４の充電台１０１上の位置を検出する。

ＮＦＣ用アンテナコイル２５４の位置を検出できた場合（ステップＳ１５：ＹＥＳ）、ＮＦＣ制御回路３０４は、携帯電話１５０がＮＦＣ通信機能を備えていると判断する。そして、フローは、ステップＳ１６へ進む。

ＮＦＣ用アンテナコイル２５４の位置を検出できなかった場合（ステップＳ１５：ＮＯ）、ＮＦＣ制御回路３０４は、携帯電話１５０がＮＦＣ通信機能を備えていない、または、携帯電話１５０のＮＦＣ制御回路２５６との間のＮＦＣ通信が終了した、と判断する。そして、フローは、ステップＳ１９へ進む。

ステップＳ１６において、ＮＦＣ制御回路３０４は、ＮＦＣ制御ＩＣ７０１に備えられたメモリに、検出した兼用コイル（ＮＦＣアンテナ用コイル２５４）を記憶する。

ステップＳ１７において、ＮＦＣ制御回路３０４は、携帯電話１５０のＮＦＣ制御回路２５６との間で、ＮＦＣ通信を行う。

ステップＳ１８において、ＮＦＣ制御回路３０４は、ＮＦＣ通信が終了したか否かの判定を行う。

ＮＦＣ通信が終了していない場合（ステップＳ１８：ＮＯ）、ＮＦＣ制御回路３０４は、再び同じ判定を行う。すなわち、フローは、ステップＳ１８へ戻る。

ＮＦＣ通信が終了した場合（ステップＳ１８：ＹＥＳ）、ＮＦＣ制御回路３０４は、切替部２０３に対して、スイッチを切り替えるように指示する。そして、フローは、ステップＳ１９へ進む。

ステップＳ１９において、切替部２０３は、ＮＦＣ制御回路３０４の指示に基づいてスイッチの切り替えを行い、兼用コイル３０１’を状態１に切り替える。すなわち、切替部２０３は、位置検出スイッチ３０３をオンにし、ＮＦＣアンテナスイッチ３０５をオフにすることで、兼用コイル３０１’を再び状態１に遷移させる。

ステップＳ２０において、位置検出制御回路３０２は、既に受電用コイル２５１を検出しているか否か、すなわち、受電用コイル２５１の位置座標を記憶済みであるか否かを判定する。

受電用コイル２５１の位置座標を記憶済みである場合（ステップＳ２０：ＹＥＳ）、フローは、ステップＳ２１へ進む。

受電用コイル２５１の位置座標を記憶済みではない場合（ステップＳ２０：ＮＯ）、フローは、ステップＳ１２へ戻る。すなわち、初期状態に戻る。したがって、受電用コイル２５１が検出されない限り、ステップＳ１２〜ステップＳ２０のフローが繰り返される。

ステップＳ２１において、位置検出制御回路３０２は、受電用コイル２５１の位置座標に基づいてコイル移動機構２０７を制御することで、送電用コイル２０８を、受電用コイル２５１へ接近させるために移動させる。

ステップＳ２２において、位置検出制御回路３０２は、送電用コイル２０８の移動が完了したか否かを判定する。

送電用コイル２０８の移動が完了していない場合（ステップＳ２２：ＮＯ）、位置検出制御回路３０２は、送電用コイル２０８を受電用コイル２５１へ接近させるための移動を続行させる。すなわち、フローは、ステップＳ２１へ戻る。

送電用コイル２０８の移動が完了した場合（ステップＳ２２：ＹＥＳ）、フローは、ステップＳ２３へ進む。

ステップＳ２３において、充電装置１００は、携帯電話１５０の二次電池２５７への充電を開始する。すなわち、充電制御回路２０５は、発振回路２０６を介して高周波電流を発生させ、送電用コイル２０８に高周波電流を流す。図１に示す状態において、送電用コイル２０８に高周波電流が流れると、携帯電話１５０の受電用コイル２５１に誘導起電力が発生する。これにより、二次電池２５７への充電が開始される。

ステップＳ２４において、位置検出制御回路３０２またはＮＦＣ制御回路３０４は、充電中、ＮＦＣ通信要求が来たか否かを判定する。ＮＦＣ通信要求は、外部機器接続部２０９に接続される外部機器からの要求であり、充電装置１００に対して、携帯電話１５０とのＮＦＣ通信を要求する情報である。

ＮＦＣ通信要求が来た場合（ステップＳ２４：ＹＥＳ）、位置検出制御回路３０２またはＮＦＣ制御回路３０４は、切替部２０３に対して、スイッチを切り替えるように指示する。そして、フローは、ステップＳ２５へ進む。

ＮＦＣ通信要求が来ない場合（ステップＳ２４：ＮＯ）、フローは、ステップＳ３１へ進む。

ステップＳ２５において、切替部２０３は、位置検出制御回路３０２またはＮＦＣ制御回路３０４の指示に基づいてスイッチの切り替えを行い、兼用コイル３０１’を状態２に切り替える。すなわち、切替部２０３は、位置検出スイッチ３０３をオフにし、ＮＦＣアンテナスイッチ３０５をオンにすることで、兼用コイル３０１’を状態２に遷移させる。

ステップＳ２５の後のフロー、すなわち、ステップＳ２６〜ステップＳ３０は、上記ステップＳ１５〜ステップＳ１９と同様の動作である。よって、ここでの説明は省略する。

なお、ステップＳ２６〜ステップＳ３０のステップの間において、充電装置１００は、充電停止制御および距離制御の少なくとも一方を行うようにしてもよい。充電停止制御とは、送電用コイル２０８の充電動作を停止させる制御である。また、距離制御とは、兼用コイル３０１’に対する送電用コイル２０８の距離を離す制御である。このようにすることで、送電用コイル２０８が放出する磁界がＮＦＣ通信に使用する磁界に及ぼす影響を低減することが可能となる。ただしこの場合、ＮＦＣ通信終了からステップＳ３０の前までに、送電用コイル２０８を受電用コイル２５１の位置に移動させる処理が必要となる。

また、ステップＳ２６において、位置検出制御回路３０２またはＮＦＣ制御回路３０４がＮＦＣ通信のターゲットとなる機器を検出しなかった場合（ステップＳ２６：ＮＯ）、以下のように動作してもよい。すなわち、位置検出制御回路３０２またはＮＦＣ制御回路３０４は、外部機器接続部２０９を介して、外部機器に対し、ターゲットとなる機器が検出されていないといった情報を伝送してもよい。

ステップＳ３１において、充電装置１００は、携帯電話１５０の二次電池２５７への充電を継続する。これにより、携帯電話１５０は、充電中にＮＦＣ通信を実施することが可能となる。

ステップＳ３２において、位置検出制御回路３０２は、受電用コイル２５１を検出しているか否かを判定する。

受電用コイル２５１を検出している場合（ステップＳ３２：ＹＥＳ）、フローは、ステップＳ２４へ戻る。よって、充電制御回路２０５が充電動作を実行している間は、ステップＳ２４〜Ｓ３１が繰り返される。

受電用コイル２５１を検出しなくなった場合（ステップＳ３２：ＮＯ）、充電制御回路２０５は、充電を停止する。その後、フローは、ステップＳ１２へ戻る。すなわち、初期状態に戻る。そして、位置検出制御回路３０２は、受電用コイル２５１の位置検出を行う。

以上のフローにより、充電装置１００は、充電台１０１のＸ軸とＹ軸に沿って複数列備えた位置検出コイル３０１に対して、受電用コイル２５１の検出と、ＮＦＣ通信の実行（ＮＦＣ用アンテナコイル２５４の検出を含む）とを切り替え可能にした。これにより、充電装置１００は、充電台１０１に載置される携帯電話１５０に対して、充電とＮＦＣ通信の両方を実現できる。そして、充電装置１００は、携帯電話１５０が充電台１０１のどの位置に置かれても充電でき、かつ、携帯電話１５０との無線通信を安定して行うことができる。

また、以上のフローによって、充電装置１００は、「非接触充電機能は搭載するが、ＮＦＣ機能は非搭載である携帯電話」に対しても、充電動作を実現することが可能である。

また、以上のフローによって、充電装置１００は、「充電機能は非搭載であるが、ＮＦＣ機能は搭載する携帯電話」に対しても、ステップＳ１２からステップＳ２０を繰り返すことで、ＮＦＣ通信を実施することが可能となる。

このように、充電装置１００は、充電台１０１に載置される携帯電話１５０に搭載される機能に応じた所望の動作を実施することが可能である。

なお、図９に示すフローは一例である。よって、例えば、充電台１０１に載置される携帯電話１５０に搭載される機能に応じて、ユーザが、充電装置１００に搭載される手動スイッチ等を切り替えることで、状態１と状態２を切り替える、としてもよい。

また、本実施の形態の充電装置１００は、兼用コイル３０１’と複数の位置検出コイルとの交差箇所にＢＥＦ５０１を直列接続し、さらに、ＢＥＦ５０１を用いて減衰させる周波数を、ＮＦＣで使用する１３．５６ＭＨｚの搬送波と同じ周波数とした。これにより、ＮＦＣ用アンテナコイルが発生させる１３．５６ＭＨｚの磁界が、ＢＥＦ５０１が配置される位置検出コイルを通過しても、その位置検出コイル上に発生する１３．５６ＭＨｚの高周波電流が抑制される。したがって、充電装置１００は、高周波電流による電磁誘導効果によって位置検出コイルから生成される反磁界も抑制することが可能となる。

すなわち、本実施の形態の充電装置１００は、兼用コイル３０１’に交差する位置検出コイル周辺に発生する反磁界の発生を抑制し、充電機能とＮＦＣ通信を両立することができる。

また、本実施の形態の充電装置１００は、携帯電話１５０の受電用コイル２５１の位置を検出するための位置検出コイル３０１を、携帯電話１５０のＮＦＣアンテナコイル２５４の位置検出に用いるとともに、携帯電話１５０とＮＦＣ通信する際にも利用する。なおかつ、充電装置１００は、複数の位置検出コイル３０１を適宜切り替えて、携帯電話１５０のＮＦＣ用アンテナコイル２５４の位置を検出する。このような構成により、充電装置１００は、携帯電話１５０に備えられた受電用コイル２５１およびＮＦＣアンテナコイル２５４の位置をそれぞれ精度良く検出することができる。

近年の携帯電話の多様性から、携帯電話において、受電用コイルの位置とＮＦＣアンテナコイルの位置とは必ずしも近接しているとは限らない、という事情がある。これに対し、本実施の形態の充電装置１００は、受電用コイルとＮＦＣアンテナコイルのそれぞれを分けて検出することで、それぞれの検出精度を向上させることができる。その結果、充電装置１００は、充電電力の送受およびデータの送受を高品質で行うことができる。

なお、近距離無線通信（ＮＦＣ通信）で使用する搬送波は１３．５６ＭＨｚに限られることなく、本実施の形態の充電装置１００は、電磁誘導を利用して通信を行う機器のアンテナに適応できる。

本発明は、被充電機器が行う通信電波への影響を軽減しつつ、無線通信機能を備えた機器を充電する装置に適用可能である。具体的には、携帯電話またはスマートフォンなどの無線端末装置を充電する非接触充電装置として有用である。

１００ 充電装置
１０１ 充電台
１５０ 携帯電話（被充電機器の一例）
２０１ 位置検出部
２０２ ＮＦＣ制御部
２０３ 切替部
２０４ 電源回路
２０５ 充電制御回路
２０６ 発振回路
２０７ コイル移動機構
２０８ 送電用コイル
２０９ 外部機器接続部
２５１ 受電用コイル
２５２ 受電用共振回路
２５３ 充電制御回路
２５４ ＮＦＣ用アンテナコイル
２５５ ＮＦＣ用共振回路
２５６ ＮＦＣ制御回路
２５７ 二次電池
３０１ 位置検出コイル
３０１Ａ Ｘ軸方向位置検出コイル
３０１Ｂ Ｙ軸方向位置検出コイル
３０１’ 兼用コイル
３０２ 位置検出制御回路
３０３ 位置検出スイッチ
３０４ ＮＦＣ制御回路
３０５ ＮＦＣアンテナスイッチ
４０１ 磁界
４０２ 反磁界
５０１ ＢＥＦ
７０１ ＮＦＣ制御ＩＣ
７０２ マッチング回路

Claims (4)

1. 二次電池を有する被充電機器へ電磁誘導により電力を伝送し、前記二次電池を充電する充電装置であって、
   前記被充電機器を載置するための充電台と、
   前記充電台と平行に配置された複数列のコイルと、
   前記複数列のコイルを、前記被充電機器の受電用コイルの位置の検出に用いる位置検出部と、
   前記複数列のコイルを、前記被充電機器との無線通信に用いる無線通信制御部と、
   前記複数列のコイルを、前記受電用コイルの位置の検出または前記無線通信のいずれに用いるかを切り替える切替部と、を備えた、
   充電装置。
2. 前記無線通信制御部は、
   前記被充電機器の無線通信用アンテナコイルの位置検出するためのポーリング信号を、前記複数列のコイルのそれぞれに対して順番に出力する、
   請求項１記載の充電装置。
3. 前記複数列のコイルによって発生する磁界の減衰を防止する減衰防止部を備えた、
   請求項１記載の充電装置。
4. 前記減衰防止部は、所定の周波数の電波または磁界を減衰させる共振回路であり、
   前記共振回路は、前記複数列のコイルのうち、コイル同士が交差している箇所に設けられた、
   請求項３記載の充電装置。

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