JP2014187723A - 電池内蔵機器と充電台、及び電池内蔵機器 - Google Patents

Abstract

【課題】整流回路の発熱を少なくしながら、極めて簡単な回路構成とし、かつ安価な半導体スイッチング素子を使用して、整流回路に使用される整流素子の耐圧異常による故障を有効に防止する。
【解決手段】電池内蔵機器と充電台は、送電コイル１１を備える充電台１０と、この送電コイル１１に電磁結合される受電コイル５１を内蔵する電池内蔵機器５０とからなり、送電コイル１１から受電コイル５１に電力搬送される電力でもって、電池内蔵機器５０の内蔵電池５２を充電する。電池内蔵機器５０は、受電コイル５１に誘導される交流を整流する全波整流回路５３と、この全波整流回路５３の出力で電池内蔵機器５０の内蔵電池５２を充電する充電回路５４と、異常時に全波整流回路５３の出力側を短絡して全波整流回路５３の半導体素子を保護する半導体スイッチング素子７１からなる短絡回路７０とを備えている。
【選択図】図９

Description

本発明は、パック電池や携帯電話などの電池内蔵機器と、この電池内蔵機器に電磁誘導作用で電力を搬送して、電池内蔵機器の内蔵電池を充電する充電台、及び電池内蔵機器に関する。

電磁誘導の作用で送電コイルから受電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１参照）

特許文献１は、充電台に、交流電源で励磁される送電コイルを内蔵し、パック電池には送電コイルに電磁結合される受電コイルを内蔵する構造を記載する。さらに、パック電池は、受電コイルに誘導される交流を整流し、これを内蔵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内蔵電池を充電できる。

以上の充電システムは、受電コイルに誘導される交流を整流回路で整流して、内蔵電池を充電できる直流に変換している。整流回路にはダイオードなどの整流素子のブリッジ回路が使用される。ところが、このダイオードブリッジ回路は、整流素子に起因する発熱が問題となる。とくに、異常な状態で使用されて耐圧による破損を防止するために、整流素子に高耐圧のものを使用すると、オン抵抗とオン状態における電圧降下が大きくなって発熱量が大きくなる。ダイオードブリッジは、耐圧の低いダイオードを使用して、オン抵抗を小さくして発熱を小さくできる。ただ、耐圧の低いダイオードは、受電コイルから過大電圧が入力されると電圧破壊する欠点がある。この状態は、ユーザーが誤って、電池内蔵機器をＩＨ調理器のように大出力の送電コイルに載せる状態で発生する。この状態になると、大出力の送電コイルから受電コイルに極めて高い交流電圧が誘導されて、整流回路を構成する耐圧の低いダイオードを電圧破壊する。

ところで、電磁誘導作用で電力搬送して電池内蔵機器の内蔵電池を充電する充電システムは、充電するときに電池内蔵機器の温度上昇をいかに少なくするかが極めて大切である。発熱が、内蔵電池や内蔵している電子部品等に熱による悪影響を与えるからである。

整流回路の発熱は、整流素子の電圧降下を小さくして少なくできる。整流素子にＦＥＴ等の半導体スイッチング素子を使用する同期整流回路は、整流素子であるＦＥＴの発熱を、耐圧の低いダイオードの整流回路よりもさらに少なくできる。同期整流回路は、受電コイルに誘導される交流に同期してブリッジに接続しているＦＥＴをオンオフに制御して、ダイオードのブリッジ回路と同じように交流を整流する。同期整流回路は、整流素子であるＦＥＴのオン抵抗がダイオードよりも小さいことから発熱を少なくできる。整流素子の発熱量が、整流素子のオン抵抗と電流の二乗の積に比例するからである。さらに、同期整流回路もダイオードブリッジと同じように、整流素子であるＦＥＴの耐圧を低くしてオン抵抗をより小さくできる。

ただ、耐圧の低い整流素子の整流回路は、ＩＨ調理器の送電コイルから受電コイルに過大電圧が誘導される場合のみでなく、さらに受電コイルに交流電圧が誘導される状態で整流回路の出力側が無負荷になると、整流素子の耐圧を超えて破壊してしまう弊害がある。整流回路が無負荷になると受電コイルから整流回路に入力される電圧が上昇するからである。この状態は、たとえば、充電台の制御が故障して正常に動作しなくなる状態で発生する。すなわち、内蔵電池が満充電になって、電池内蔵機器から充電台に充電を停止させる信号が伝送されたにもかかわらず、送電コイルが励起状態にあるとき過充電になって保護回路が働き、内蔵電池がオープン状態になったときに発生する。

以上の弊害を防止することを目的として、受電コイルの出力側に半導体スイッチング素子の短絡回路を設ける電池内蔵機器が開発されている。（特許文献２参照）
この電池内蔵機器１５０は、図１に示すように、受電コイル１５１の出力側であって同期整流回路１５３の入力側に、短絡回路１５６としてＦＥＴやトランジスタ等の半導体スイッチング素子１５６Ａを接続する。短絡回路１５６のＦＥＴやトランジスタは、同期整流回路１５３に過大な電圧が入力されるときにオンに切り換えられて、受電コイル１５１の出力側を短絡する。

この回路構成は、ＦＥＴやトランジスタ等の半導体スイッチング素子１５６Ａで双方向の電流を遮断できない。このため、ＦＥＴ等のオン状態において、受電コイル１５１に誘導される交流電圧を両方向では短絡できず、ＦＥＴ等の逆方向の過大電圧を制限できない。両方向の過大電圧を制限するには、両方向の電流を遮断できるように一対のＦＥＴやトランジスタを並列に接続して、同時にオンに切り換える必要があって、回路構成が複雑になる欠点がある。さらに、特許文献２は、短絡回路にリレーを使用することも記載するが、リレーは半導体スイッチング素子に比較して部品コストが高くなるばかりでなく、オンに切り換える時間遅れが大きいことから、同期整流回路の過大電圧を速やかに阻止できない欠点がある。また、リレーは物理的に接点を移動させてオンオフに切り換えるので、半導体スイッチング素子に比較して寿命が短く、長期間にわたって故障しないように、信頼性を高くするのが難しい。

特開平９−６３６５５号公報 特開２０１１−１１４９８５号公報

本発明は、さらにこの欠点を解決することを目的として開発されたもので、整流回路の発熱を少なくしながら、極めて簡単な回路構成とし、かつ安価な半導体スイッチング素子を使用して、整流回路に使用される整流素子の耐圧異常による故障を有効に防止できる電池内蔵機器と充電台、及び電池内蔵機器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

本発明の電池内蔵機器と充電台は、送電コイル１１を備える充電台１０と、この送電コイル１１に電磁結合される受電コイル５１を内蔵する電池内蔵機器５０とからなり、送電コイル１１から受電コイル５１に電力搬送される電力でもって、電池内蔵機器５０の内蔵電池５２を充電する。電池内蔵機器５０は、受電コイル５１に誘導される交流を整流する全波整流回路５３と、この全波整流回路５３の出力で電池内蔵機器５０の内蔵電池５２を充電する充電回路５４と、異常時に全波整流回路５３の出力側を短絡して全波整流回路５３の半導体素子を保護する半導体スイッチング素子７１からなる短絡回路７０とを備えている。

以上の電池内蔵機器は、全波整流回路の発熱を少なくしながら、極めて簡単な回路構成とし、かつ安価な半導体スイッチング素子を使用して、全波整流回路に使用される整流素子の耐圧異常による故障を有効に防止できる特徴を実現する。それは、以上の電池内蔵機器が、全波整流回路の出力側に半導体スイッチング素子からなる短絡回路を接続して、異常時にこの半導体スイッチング素子をオンに切り換えて、全波整流回路の出力側を短絡するからである。短絡回路の半導体スイッチング素子は、全波整流回路の出力側を、プラス側からマイナス側にのみ通電する状態、すなわち、一方向に通電する状態にのみ短絡する。半導体スイッチング素子が一方向に通電する状態で短絡しながら、受電コイルの出力側は、両方向に流れる電流を短絡する。それは、全波整流回路が、受電コイルの出力側に誘導される交流電圧を交互に切り換えて、一方向に通電するからである。したがって、短絡回路は一方向に流れる電流のみを短絡しながら、受電コイルに誘導される交流電圧を両方向に短絡して、全波整流回路に高電圧が供給されるのを防止できる。このため、簡単な回路構成の短絡回路でもって、全波整流回路を実現する整流素子の耐圧異常による破壊を確実に阻止できる特徴が実現できる。

本発明の電池内蔵機器と充電台は、全波整流回路５３を同期全波整流回路５３Ｘとすることができる。
以上の電池内蔵機器は、全波整流回路を、ＦＥＴなどの半導体スイッチング素子を使用する同期全波整流回路とするので、整流素子のオン抵抗をさらに小さくして発熱をより少なくできる。

本発明の電池内蔵機器と充電台は、全波整流回路５３の出力側に、異常時にオフ、正常時にオンに切り換えられる出力スイッチ７９を備えて、異常時に出力スイッチ７９をオフに切り換えて、全波整流回路５３の出力側を負荷６９から切り離すことができる。
以上の電池内蔵機器は、異常時に出力スイッチをオフに切り換えて、全波整流回路の出力側を負荷の内蔵電池から切り離すので、異常時に内蔵電池の充電を停止して、安全性を向上できる。

本発明の電池内蔵機器と充電台は、短絡回路７０が、短絡抵抗７２を介して半導体スイッチング素子７１でもって全波整流回路５３の出力側を短絡することができる。
以上の電池内蔵機器は、短絡抵抗の電気抵抗でもってショート電流を制限できるので、短絡回路の半導体スイッチング素子を大きなショート電流から保護できる特徴がある。

本発明の電池内蔵機器と充電台は、受電コイル５１と直列に接続してなるＰＴＣ５９を備えて、受電コイル５１に異常な電力が供給されるとＰＴＣ５９がトリップして受電コイル５１から全波整流回路５３への電圧供給を遮断することができる。
以上の電池内蔵機器は、受電コイルに異常な交流電力が供給される状態、たとえば、電池内蔵機器が電磁調理器（ＩＨ）に載せられる状態においては、ＰＴＣがトリップして受電コイルの電流を実質的に遮断する。このため、このような状態では、内蔵電池の充電を停止し、また、整流回路に高電圧の交流が入力されるのを防止して整流回路の故障も防止できる。さらに、電磁調理器から除いた状態では、ＰＴＣが低抵抗な状態に復帰するので、正常に充電台にセットする状態では内蔵電池の充電を再開できる。

本発明の電池内蔵機器と充電台は、電池内蔵機器をパック電池とすることができる。

本発明の電池内蔵機器は、充電できる内蔵電池５２と、充電台１０に備えられた送電コイル１１に電磁結合される受電コイル５１とを内蔵しており、送電コイル１１から受電コイル５１に電力搬送される電力でもって、内蔵電池５２を充電する。電池内蔵機器は、受電コイル５１に誘導される交流を整流する全波整流回路５３と、この全波整流回路５３の出力で内蔵電池５２を充電する充電回路５４と、異常時に全波整流回路５３の出力側を短絡して全波整流回路５３の半導体素子を保護する半導体スイッチング素子７１からなる短絡回路７０とを備えている。

本発明の電池内蔵機器は、全波整流回路５３を同期全波整流回路５３Ｘとすることができる。

本発明の電池内蔵機器は、全波整流回路５３の出力側に、異常時にオフ、正常時にオンに切り換えられる出力スイッチ７９を備えて、異常時に前記出力スイッチ７９をオフに切り換えて、全波整流回路５３の出力側を負荷６９から切り離すことができる。

本発明の電池内蔵機器は、短絡回路７０が、短絡抵抗７２を介して半導体スイッチング素子７１でもって全波整流回路５３の出力側を短絡することができる。

本発明の電池内蔵機器は、受電コイル５１と直列に接続してなるＰＴＣ５９を備えて、受電コイル５１に異常な電力が供給されるとＰＴＣ５９がトリップして受電コイル５１から全波整流回路５３への電力供給を遮断することができる。

本発明の電池内蔵機器は、電池内蔵機器をパック電池とすることができる。

従来の電池内蔵機器のブロック回路図である。 本発明の一実施例にかかる電池内蔵機器と充電台の斜視図である。 図２に示す充電台の内部構造を示す概略斜視図である。 図２に示す充電台の内部構造を示す水平断面図である。 図４に示す充電台の垂直縦断面図である。 図４に示す充電台の垂直横断面図である。 充電台の位置検出制御器の一例を示す回路図である。 本発明の一実施例にかかる電池内蔵機器と充電台のブロック図である。 図８に示す電池内蔵機器のブロック回路図である。 位置検出信号で励起された受電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。 送電コイルと受電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。 充電台の位置検出制御器の他の一例を示す回路図である。 図１２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。

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電池内蔵機器と充電台、及び電池内蔵機器を例示するものであって、本発明は電池内蔵機器と充電台、及び電池内蔵機器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２ないし図８は、充電台１０の概略構成図及び原理図を示している。充電台１０は、図２、図３、及び図８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を電磁誘導作用で充電する。電池内蔵機器５０は、送電コイル１１に電磁結合される受電コイル５１を内蔵している。この受電コイル５１に誘導される電力で充電される内蔵電池５２を内蔵している。電池内蔵機器５０は、パック電池であっても良い。

図９は、電池内蔵機器５０のブロック回路図を示す。この電池内蔵機器５０は、受電コイル５１に誘導される交流を整流する全波整流回路５３と、この全波整流回路５３の出力で電池内蔵機器５０の内蔵電池５２を充電する充電回路５４と、異常時に全波整流回路５３の出力側を短絡する短絡回路７０を備えている。

全波整流回路５３は、受電コイル５１に誘導される交流を整流して、充電回路５４に出力する。図の電池内蔵機器５０は、受電コイル５１と全波整流回路５３の間に直列コンデンサー５５を接続しており、この直列コンデンサー５５を介して、受電コイル５１に誘導される交流を全波整流回路５３に入力している。直列コンデンサー５５は、受電コイル５１と直列共振回路を構成して、受電コイル５１に誘導される交流を効率よく全波整流回路５３に入力する。したがって、直列コンデンサー５５の静電容量は、受電コイル５１のインダクタンスで、誘導される交流の周波数に近くなるように設定される。さらに、図の電池内蔵機器５０は、全波整流回路５３の出力側に全波整流回路５３から出力される脈流を平滑化する電解コンデンサー５８を接続している。

全波整流回路５３は、受電コイル５１から入力される交流を整流する整流素子６１を備えている。図９に示す全波整流回路５３は、整流素子６１にＦＥＴを使用する同期全波整流回路５３Ｘとしている。整流素子６１をＦＥＴ等の半導体スイッチング素子とする同期全波整流回路５３Ｘは、整流素子のオン抵抗を小さくして発熱を少なくできる特長がある。ただ、全波整流回路は、整流素子として、ダイオードを使用することができ、さらには、今後開発される全ての半導体素子を使用することができる。

同期全波整流回路５３Ｘは、すでに集積回路（ＩＣ）として市販されている。同期全波整流回路５３Ｘは、ダイオードのブリッジ回路と同じように、４個の整流素子６１であるＦＥＴ６３、６４、６５、６６をブリッジに接続してなるＦＥＴブリッジ回路６０と、このＦＥＴブリッジ回路６０を構成するＦＥＴ６３、６４、６５、６６をオンオフに制御する切換回路６２とを備えている。図のＦＥＴブリッジ回路６０は、２個のＰチャンネルのＦＥＴ６３、６５と２個のＮチャンネルのＦＥＴ６４、６６をブリッジに接続しており、これらのＦＥＴ６３、６４、６５、６６を切換回路６２で別々にオンオフに制御している。ＦＥＴブリッジ回路６０は、２個のＦＥＴ６３、６５を直列に接続してなる直列回路と、２個のＦＥＴ６４、６６を直列に接続してなる直列回路とを並列に接続している。

ＦＥＴブリッジ回路６０を構成する４個のＦＥＴ６３、６４、６５、６６は、切換回路６２でオンオフに制御される。切換回路６２は、ＦＥＴブリッジ回路６０を構成する４個のＦＥＴ６３、６４、６５、６６を、受電コイル５１に誘導される交流に同期してオンオフに切り換えて、電解コンデンサー５８のプラス側を常に受電コイル５１のプラス側に、また、電解コンデンサー５８のマイナス側を受電コイル５１のマイナス側に常に接続する。受電コイル５１は、送電コイル１１の周波数で出力側のプラスとマイナスが変化する。したがって、切換回路６２は、受電コイル５１の直列コンデンサー５５側がプラスとなるタイミングにあっては、図９の実線の矢印で示すように電流を流すように２個のＦＥＴ６３、６６をオン、他のＦＥＴ６４、６５をオフとする。このタイミングにおいて、左列上側のＰチャンネルのＦＥＴ６３と、右列下側のＮチャンネルのＦＥＴ６６をオンに切り換え、その他のＦＥＴ６４、６５をオフとして、実線で示すように通電する。また、直列コンデンサー５５側がマイナスとなるタイミングにあっては、図９の鎖線の矢印で示すように電流を流すように２個のＦＥＴ６４、６５をオン、他のＦＥＴ６３、６６をオフに切り換える。このタイミングにおいて、左列下側のＰチャンネルのＦＥＴ６５と、右列上側のＮチャンネルのＦＥＴ６４をオンに切り換え、その他のＦＥＴ６３、６６をオフとして、鎖線で示すように通電する。受電コイル５１の両端は、送電コイル１１の周波数で直列コンデンサー５５側がプラスとマイナスに切り換えられるので、切換回路６２は受電コイル５１のプラスとマイナスを検出して、ＦＥＴ６３、６４、６５、６６をオンオフに切り換える。

短絡回路７０は、全波整流回路５３の出力側を短絡する。図９の短絡回路７０は、短絡抵抗７２と半導体スイッチング素子７１の直列回路を、全波整流回路５３の出力側のプラス側とマイナス側との間に接続している。この短絡回路７０は、異常時に半導体スイッチング素子７１をオン状態として、短絡抵抗７２を介して全波整流回路５３の出力側のプラス側とマイナス側とを短絡する。半導体スイッチング素子７１はＦＥＴである。ただし、半導体スイッチング素子には、トランジスタやサイリスタなどの半導体スイッチング素子も使用できる。半導体スイッチング素子７１に短絡抵抗７２を直列に接続している短絡回路７０は、半導体スイッチング素子７１のオン状態において、短絡抵抗７２でショート電流を制限できる。短絡抵抗７２は、電気抵抗を大きくしてショート電流を小さくし、電気抵抗を小さくして速やかに全波整流回路５３の出力側を短絡できる。

全波整流回路５３は、出力側に平滑用の電解コンデンサー５８を接続している。したがって、短絡回路７０の半導体スイッチング素子７１は、オン状態で、電解コンデンサー５８を放電する。電解コンデンサー５８は容量が大きいので、瞬間的に大きなショート電流が流れる。短絡抵抗７２を直列に接続している短絡回路７０は、短絡抵抗７２で電解コンデンサー５８を放電するショート電流を制限する。ショート電流を制限する短絡抵抗７２は、半導体スイッチング素子７１のオン状態において、半導体スイッチング素子７１に許容される最大電流よりもショート電流を小さく制限する電気抵抗に設定される。ただ、短絡抵抗７２の電気抵抗が大きいと、電解コンデンサー５８の放電に時間がかかるので、短絡抵抗７２の電気抵抗は、電解コンデンサー５８を速やかに放電できる電気抵抗に設定される。

短絡回路は、必ずしも半導体スイッチング素子と直列に短絡抵抗を接続する必要はない。それは、ＦＥＴやトランジスタ等の半導体スイッチング素子は、ゲート電圧やベース電流を制御して、内部抵抗をコントロールできるからである。この半導体スイッチング素子は、内部抵抗をコントロールして、電解コンデンサーを放電するショート電流を制限できる。ただ、内部抵抗をコントロールしてショート電流を制限する短絡回路は、内部抵抗と電流の二乗に比例する電力損失によって、半導体スイッチング素子の電力損失が大きくなるので、半導体スイッチング素子に大容量の素子を使用する必要がある。

短絡抵抗７２を半導体スイッチング素子７１と直列に接続している短絡回路７０は、半導体スイッチング素子７１をオンオフ動作させて、すなわち内部抵抗をコントロールすることなく、全波整流回路５３の出力側を短絡でき、しかも、半導体スイッチング素子７１のオン状態における電力損失、すなわち発熱を短絡抵抗７２で消費できる。したがって、半導体スイッチング素子７１に電力容量の小さい安価な素子を使用しながら、ショート電流を制限し、しかも半導体スイッチング素子７１の発熱を少なくできる。

短絡回路７０は、全波整流回路５３の整流素子６１に過大な電圧が作用する異常時を検出して、半導体スイッチング素子７１を制御する検出部７３を備えている。検出部７３は、異常時に半導体スイッチング素子７１のＦＥＴをオン状態に、正常にオフ状態とする。オン状態の半導体スイッチング素子７１は、全波整流回路５３の出力側を短絡して、全波整流回路５３の出力電力を耐圧未満に下げる。

異常時は、たとえば、電池内蔵機器５０の内蔵電池５２が過充電となり保護回路により充電が停止された後も、充電台１０からの電力搬送を停止できない状態、あるいは、電池内蔵機器５０が電磁調理器（ＩＨ）などに載せられて、受電コイル５１に異常な電力が誘導される状態などである。内蔵電池５２の充電を停止して、充電台１０からの電力搬送を停止できない状態は、たとえば、電池内蔵機器５０から充電を停止する信号を充電台１０に伝送したにもかかわらず、充電台１０が故障して送電コイル１１への交流電力の供給を停止できない状態で発生する。

内蔵電池５２の充電を停止する状態で、充電台１０が故障して続けて電力搬送されると、電池側の保護回路が働いて切断され、全波整流回路５３が無負荷な状態となって出力電圧が異常に高くなる。また、電池内蔵機器５０が電磁調理器などに載せられると、受電コイル５１に電力搬送されるパワーが極めて大きくなって、受電コイル５１の誘導電圧が規定値よりも高くなって、全波整流回路５３の入力電圧が異常に高くなる。この状態になると、同期全波整流回路５３Ｘの整流素子６１であるＦＥＴ６３、６４、６５、６６に耐圧よりも高い電圧が印加されて、半導体スイッチング素子７１のＦＥＴ６３、６４、６５、６６を破壊する原因となる。

同期全波整流回路５３Ｘは４個の整流素子６１であるＦＥＴ６３、６４、６５、６６で構成される。ＦＥＴ６３、６４、６５、６６は、同期全波整流回路５３Ｘの電力損失を少なくするために、オン抵抗の小さいＦＥＴを使用する。同期全波整流回路５３Ｘの電力損失が大きいと、内蔵電池５２を充電するときに電池内蔵機器５０の発熱量が大きくなり、この発熱が内蔵する電子部品や内蔵電池５２を故障させ、あるいは劣化させる原因となるからである。ＦＥＴ６３、６４、６５、６６のオン抵抗は、耐圧を低くして小さくできる。たとえば、耐圧を２０ＶとするＦＥＴのオン抵抗が約４００ｍΩであるのに対して、同じチップ面積で耐圧を５ＶとするＦＥＴのオン抵抗は約１５０ｍΩと相当に小さくできる。

以上のことから、同期全波整流回路５３Ｘの整流素子６１であるＦＥＴ６３、６４、６５、６６は、受電コイル５１に負荷を接続する状態、すなわち受電コイル５１の電力で内蔵電池５２を充電する状態で耐えられる耐圧の素子を使用することで、オン抵抗を小さくして発熱による悪影響を防止できる。ただ、この状態で耐えられる耐圧のＦＥＴは、受電コイル５１が無負荷となって誘電電圧が高くなると耐圧破壊されて故障する原因となる。

図９の電池内蔵機器５０は、同期全波整流回路５３Ｘの整流素子６１であるＦＥＴ６３、６４、６５、６６の耐圧による故障を防止する短絡回路７０を備える。短絡回路７０は、前述した状態で全波整流回路５３の入力電圧が高くなる異常時に、全波整流回路５３の出力側を短絡して、半導体スイッチング素子７１に印加される電圧を低くする。全波整流回路５３の出力側が短絡されると、全波整流回路５３の出力電圧は耐圧未満に下がる。さらに、この状態になると、受電コイル５１の交流出力の電圧も低くなる。それは、受電コイル５１に流れる電流が大きくなって、受電コイル５１の内部抵抗に起因する電圧降下によって出力電圧が低下されるからである。受電コイル５１の出力電圧が低下して、全波整流回路５３の出力側の電圧が耐圧未満になると、全波整流回路５３の整流素子６１であるＦＥＴの両端に供給される電圧が低くなる。それは、整流素子６１の両端の電圧に、全波整流回路５３の出力側と、受電コイル５１の両端の電位差が印加されるからである。たとえば、全波整流回路５３の出力電圧が５Ｖ、受電コイル５１の両端から、プラスとマイナスのピーク電圧を５Ｖとする交流が出力されると、整流素子６１のＦＥＴには、最大で１０Ｖの電圧が印加される。ところが、全波整流回路５３の出力電圧が短絡されて耐圧未満、例えば２Ｖに低下し、受電コイル５１の両端からのピーク電圧を４Ｖとする交流が出力されると、整流素子６１のＦＥＴの両端に印加される電圧は４Ｖに低下する。したがって、異常時に、短絡回路７０の半導体スイッチング素子７１をオン状態として、全波整流回路５３の出力側を短絡して、整流素子６１のＦＥＴに印加される電圧を相当に低くして、整流素子６１であるＦＥＴの過大電圧による故障を防止できる。

検出部７３は、全波整流回路５３の入力電圧または出力電圧を検出し、検出電圧があらかじめ設定している設定電圧よりも高くなると、半導体スイッチング素子７１をオン状態に切り換えて全波整流回路５３の出力側を短絡する。さらに、検出部７３は、全波整流回路５３の入力電流または出力電流を検出し、検出電流があらかじめ設定している設定電流よりも大きくなると、半導体スイッチング素子７１をオン状態に切り換えて全波整流回路５３の出力側を短絡することもできる。

図に示す検出部７３は、全波整流回路５３の入力電圧、いいかえると受電コイル５１の出力電圧を検出する電圧検出回路７４と、全波整流回路５３の入力電流、いいかえると受電コイル５１の出力電流を検出する電流検出回路７５と、これらの検出電圧または検出電流に基づいてスイッチング素子７１をオンオフに制御する制御部７６とを備えている。

図の電圧検出回路７４は、全波整流回路５３の入力電圧を検出し、検出された検出電圧を制御部７６に入力する。電圧検出回路は、図示しないが、全波整流回路の出力電圧を検出して制御部に入力することもできる。さらに、図の電流検出回路７５は、全波整流回路５３の入力電流を検出し、検出された検出電流を制御部７６に出力する。電流検出回路は、図示しないが、全波整流回路の出力電流を検出して制御部に入力することもできる。このように、電流検出回路で全波整流回路の出力電流を検出する電池内蔵機器は、内部ショートする内蔵電池の充電を停止して安全性を向上できる特徴がある。

制御部７６は、電圧検出回路７４から入力される検出電圧を設定電圧に比較し、また、電流検出回路７５から入力される検出電流を設定電流に比較し、検出電圧と検出電流のいずれか一方、または両方が設定値よりも大きい場合に、半導体スイッチング素子７１をオン状態に切り換える。さらに、図に示す制御部７６は、オン状態に切り換えられた半導体スイッチング素子７１をオン状態に保持するラッチング回路７７と、このラッチング回路７７を解除するリミッター回路７８とを備えている。ラッチング回路７７は、オン状態に切り換えられた半導体スイッチング素子７１が直ぐにオフ状態に切り換えられるのを阻止して、半導体スイッチング素子７１をオン状態に保持する。このラッチング回路７７は、リミッター回路７８から解除信号が入力されると、半導体スイッチング素子７１をオン状態からオフ状態に切り換える。

リミッター回路７８は、電流検出回路７５から入力される検出電流が、あらかじめ設定している第２の設定電流よりも小さくなったことを検出して、解除信号をラッチング回路７７に入力する。ここで、第２の設定電流は、前述の半導体スイッチング素子７１をオン状態に切り換える閾値である設定電流と等しくすることも、あるいは小さくすることもできる。第２の設定電流は、例えば、０とすることもできる。半導体スイッチング素子７１がオンに切り換えられる状態は、全波整流回路５３の整流素子６１に過大な電圧が作用する異常な状態である。このため、半導体スイッチング素子７１がオンに切り換えられた状態では、受電コイル５１に誘導電流が流れなくなるまで、すなわち、受電コイル５１が送電コイル１１から十分に遠ざけられる状態となるまで半導体スイッチング素子７１をオフ状態に復帰させないことで、全波整流回路５３の整流素子６１を確実に保護できる。したがって、リミッター回路７８は、好ましくは、受電コイル５１の出力電流が０になり、あるいは第２の設定電流よりも小さくなる状態が所定の時間経過することを検出して、解除信号をラッチング回路７７に入力する。

ただ、リミッター回路は、タイマーを備えて、所定の時間が経過すると解除信号をラッチング回路に入力して、半導体スイッチング素子をオフ状態に復帰させることもできる。さらに、リミッター回路は、図示しないが、リミッタースイッチとすることもできる。このリミッタースイッチは、ユーザーが操作する外部スイッチとして、電池内蔵機器に設けることができる。この電池内蔵機器は、検出部が全波整流回路の電圧異常を検出して、半導体スイッチング素子をオンに切り換えて全波整流回路の出力側を短絡した後、ユーザーが外部スイッチであるリミッタースイッチを操作することにより、解除信号がラッチング回路に入力されて半導体スイッチング素子がオフ状態に切り換えられる。

さらに、図９の電池内蔵機器５０は、全波整流回路５３の出力側に、異常時にオフ、正常時にオンに切り換えられる出力スイッチ７９を設けており、この出力スイッチ７９を介して内蔵電池５２を充電する。出力スイッチ７９は、異常時にオフに切り換えられて、全波整流回路５３の出力側を負荷から切り離して、内蔵電池５２の充電を停止する。図９の電池内蔵機器５０は、出力スイッチ７９と短絡回路７０の半導体スイッチング素子７１の両方を検出部７３でオンオフに制御する。検出部７３は、短絡回路７０の半導体スイッチング素子７１をオンに切り換える状態、すなわち異常時に出力スイッチ７９をオフに切り換え、短絡回路７０の半導体スイッチング素子７１をオフとする正常時には、出力スイッチ７９をオン状態として全波整流回路５３の出力で内蔵電池５２を充電する。この電池内蔵機器５０は、異常時に出力スイッチ７９をオフに切り換えて、全波整流回路５３の出力側を負荷である内蔵電池５２から切り離すので、異常時に内蔵電池５２の充電を停止できる。

以上の実施例は、全波整流回路５３をＦＥＴの同期整流回路とするので、全波整流回路５３の発熱を著しく少なくできる。ただ、本発明の電池内蔵機器は、全波整流回路をダイオードブリッジで実現することもできる。ダイオードブリッジも同期整流回路と同じように、ダイオードに耐圧の低い素子を使用して、オン抵抗を小さくして発熱を小さくできる。ただ、耐圧の低いダイオードは、高電圧で故障するので、異常時には、全波整流回路の出力側を短絡回路で短絡して整流素子の過大電圧による故障を防止できる。

さらに、図８と図９の電池内蔵機器５０は、受電コイル５１と直列に接続しているＰＴＣ５９を備える。ＰＴＣ５９は、通常のノーマル状態では電気抵抗が小さいが、過大な電流が流れて所定の温度まで温度上昇するとトリップして、電気抵抗を著しく大きくして、受電コイル５１の電流を実質的に遮断する。この電池内蔵機器５０は、前述のように短絡回路７０がオンとなる状態で、受電コイル５１に誘導される電流が設定値よりも大きくなると、ＰＴＣ５９がトリップして受電コイル５１の電流を遮断する。このため、電池内蔵機器５０が電磁調理器などに載せられても、受電コイル５１の電流を遮断して安全に使用できる。ＰＴＣ５９は、電池内蔵機器５０が電磁調理器から外されると、復帰して電気抵抗が小さくなる。このため、電磁調理器から外して、ふたたび充電台１０にセットして、内蔵電池５２を充電できる。

電池内蔵機器５０は、正常時において短絡回路７０をオフとして、受電コイル５１に誘導される交流を同期全波整流回路５３Ｘで整流し、電解コンデンサー５８で平滑化して、内蔵電池５２の充電に使用される。同期全波整流回路５３Ｘから出力される直流は、充電回路５４で制御されて内蔵電池５２を充電する。充電回路５４は、内蔵電池５２の満充電を検出して充電を停止する。リチウムイオン電池の内蔵電池５２を充電する充電回路５４は、定電圧・定電流充電して内蔵電池５２を満充電する。ニッケル水素電池の内蔵電池を充電する充電回路は、定電流充電して内蔵電池を満充電する。

充電台１０は、図２ないし図８に示すように、交流電源１２に接続されて受電コイル５１に起電力を誘導する送電コイル１１と、この送電コイル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、送電コイル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を制御して送電コイル１１を電池内蔵機器５０の受電コイル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、送電コイル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でもって送電コイル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の受電コイル５１に接近させる。
（３）受電コイル５１に接近する送電コイル１１は、受電コイル５１に電磁結合されて受電コイル５１に交流電力を搬送する。
（４）電池内蔵機器５０は、受電コイル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の内蔵電池５２を充電する充電台１０は、交流電源１２に接続している送電コイル１１をケース２０に内蔵している。送電コイル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。送電コイル１１から受電コイル５１への電力搬送の効率は、送電コイル１１と受電コイル５１の間隔を狭くして向上できる。好ましくは、送電コイル１１を受電コイル５１に接近する状態で、送電コイル１１と受電コイル５１の間隔は７ｍｍ以下とする。したがって、送電コイル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。送電コイル１１は、上面プレート２１の上に載せられる電池内蔵機器５０の受電コイル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。

送電コイル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２と図３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とする四角形としている。ただ、上面プレートは、直径を５ｃｍないし３０ｃｍとする円形とすることもできる。図２と図３の充電台１０は、上面プレート２１を大きくして、すなわち複数の電池内蔵機器５０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５０を一緒に載せて内蔵される内蔵電池５２を順番に充電できるようにしている。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。

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送電コイル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。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〜数ＭＨｚの高周波電力を送電コイル１１に供給する。交流電源１２は、可撓性のリード線１６を介して送電コイル１１に接続される。送電コイル１１が上面プレート２１に載せられる電池内蔵機器５０の受電コイル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、送電コイル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、送電コイル１１のインダクタンスで発振周波数が変化する。送電コイル１１のインダクタンスは、送電コイル１１と受電コイル５１との相対位置で変化する。送電コイル１１と受電コイル５１との相互インダクタンスが、送電コイル１１と受電コイル５１との相対位置で変化するからである。したがって、送電コイル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が受電コイル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送電コイル１１と受電コイル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。

送電コイル１１は、移動機構１３で受電コイル５１に接近するように移動される。図３ないし図６の移動機構１３は、送電コイル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受電コイル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、送電コイル１１を受電コイル５１に接近させる。サーボモータ２２は、送電コイル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、送電コイル１１をＸ軸方向に移動させる一対のＸ軸ネジ棒２３Ａと、送電コイル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。送電コイル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、送電コイル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、送電コイル１１に連結されるガイド部２７を貫通しており、送電コイル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、送電コイル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、送電コイル１１をＹ軸方向に移動させる。このとき、送電コイル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、送電コイル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、送電コイル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、送電コイルを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。

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３ないし図６の位置検出制御器１４は、電池内蔵機器５０に内蔵される受電コイル５１の位置を検出して、送電コイル１１を受電コイル５１に接近させる。さらに、位置検出制御器１４は、受電コイル５１の位置を粗検出する第１の位置検出制御器１４Ａと、受電コイル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で受電コイル５１の位置を粗検出すると共に、移動機構１３を制御して送電コイル１１の位置を受電コイル５１に接近させた後、さらに、第２の位置検出制御器１４Ｂで受電コイル５１の位置を精密検出しながら移動機構１３を制御して、送電コイル１１の位置を正確に受電コイル５１に接近させる。この充電台１０は、速やかに、しかも、より正確に送電コイル１１を受電コイル５１に接近できる。

第１の位置検出制御器１４Ａは、図７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受電コイル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送電コイル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、受電コイル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、受電コイル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）を受電コイル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、受電コイル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、受電コイル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）を受電コイル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、受電コイル５１のＹ軸方向の位置を正確に検出できる。

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受電コイル５１を励起する。励起された受電コイル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、受電コイル５１の近くにある位置検出コイル３０は、図１０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、受電コイル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に受電コイル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７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７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、受電コイル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、たとえば数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に受電コイル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に受電コイル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受電コイル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、受電コイル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３０Ａに受電コイル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に受電コイル５１が接近しているかどうかを判定する。受電コイル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から受電コイル５１のＸ軸方向の位置を検出できる。受電コイル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、受電コイル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、送電コイル１１を受電コイル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、送電コイル１１を受電コイル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、送電コイル１１を受電コイル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が送電コイル１１を受電コイル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で送電コイル１１を受電コイル５１に接近した後、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を充電することができる。ただ、充電台は、さらに送電コイル１１の位置を正確に制御して受電コイル５１に接近させた後、電力搬送して内蔵電池５２を充電することができる。送電コイル１１は、第２の位置検出制御器１４Ｂでより正確に受電コイル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送電コイル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、送電コイル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１１に示している。この図は、送電コイル１１と受電コイル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、送電コイル１１が受電コイル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を制御して送電コイル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送電コイル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、送電コイル１１を受電コイル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で受電コイル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で微調整して送電コイル１１を受電コイル５１に接近させるが、図１２に示す以下の位置検出制御器４４は、微調整することなく送電コイル１１を受電コイル５１に接近できる。

この位置検出制御器４４は、図１２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受電コイル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送電コイル１１の位置を判別する識別回路４３とを備える。さらに、この位置検出制御器４４は、識別回路４３に、受電コイル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１０に示すように、各々の位置検出コイル３０を位置検出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４７を備えている。この位置検出制御器４４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４７に記憶しているエコー信号のレベルに比較して、受電コイル５１の位置を検出している。

この位置検出制御器４４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、受電コイル５１の位置を求めている。図１２に示す位置検出コイル３０は、受電コイル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１３は、受電コイル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、横軸が受電コイル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４４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、受電コイル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、受電コイル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、受電コイル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１３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、受電コイル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１３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、受電コイル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、受電コイル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、受電コイル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受電コイル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、受電コイル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４３は、受電コイル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４７に記憶している。受電コイル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４３は、Ｘ軸位置検出コイル３０Ａに誘導されるエコー信号で受電コイル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４７に記憶しているレベルに比較して、受電コイル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受電コイル５１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、この関数から受電コイル５１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受電コイル５１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４３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の間における受電コイル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４３が、Ｘ軸位置検出コイル３０Ａに誘導されるエコー信号から、受電コイル５１のＸ軸方向の位置を検出する方法を示すが、受電コイル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４３が、受電コイル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４３からの位置信号でもって、位置検出制御器４４は送電コイル１１を受電コイル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４３は、電池内蔵機器５０の受電コイル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の受電コイル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の受電コイル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、４４で移動機構１３を制御して送電コイル１１を受電コイル５１に接近させた状態で、交流電源１２で送電コイル１１に交流電力を供給する。送電コイル１１の交流電力は受電コイル５１に電力搬送されて、内蔵電池５２の充電に使用される。電池内蔵機器５０は、内蔵電池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、受電コイル５１に満充電信号を出力し、この満充電信号を受電コイル５１から送電コイル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受電コイル５１に出力し、充電台１０はこの交流信号を送電コイル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受電コイル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８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、内蔵電池５２の満充電を検出する。

１０…充電台
１１…送電コイル
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
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 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 ３０Ａ…Ｘ軸検出コイル
３０Ｂ…Ｙ軸検出コイル
３１…検出信号発生回路
３２…受信回路
３３…識別回路
３４…切換回路
３５…リミッター回路
３６…Ａ／Ｄコンバータ
４３…識別回路
４４…位置検出制御器
４７…記憶回路
５０…電池内蔵機器
５１…受電コイル
５２…内蔵電池
５３…全波整流回路 ５３Ｘ…同期全波整流回路
５４…充電回路
５５…直列コンデンサー
５８…電解コンデンサー
５９…ＰＴＣ
６０…ＦＥＴブリッジ回路
６１…整流素子
６２…切換回路
６３…ＦＥＴ
６４…ＦＥＴ
６５…ＦＥＴ
６６…ＦＥＴ
６９…負荷
７０…短絡回路
７１…半導体スイッチング素子
７２…短絡抵抗
７３…検出部
７４…電圧検出回路
７５…電流検出回路
７６…制御部
７７…ラッチング回路
７８…リミッター回路
７９…出力スイッチ
１５０…電池内蔵機器
１５１…受電コイル
１５３…同期整流回路
１５６…短絡回路 １５６Ａ…半導体スイッチング素子

Claims (12)

1. 送電コイルを備える充電台と、この送電コイルに電磁結合される受電コイルを内蔵する電池内蔵機器とからなり、送電コイルから受電コイルに電力搬送される電力でもって、電池内蔵機器の内蔵電池を充電するようにしてなる電池内蔵機器と充電台であって、
   前記電池内蔵機器は、受電コイルに誘導される交流を整流する全波整流回路と、この全波整流回路の出力で前記電池内蔵機器の内蔵電池を充電する充電回路と、異常時に前記全波整流回路の出力側を短絡して全波整流回路の半導体素子を保護する半導体スイッチング素子からなる短絡回路とを備えてなる電池内蔵機器と充電台。
2. 前記全波整流回路が同期全波整流回路である請求項１に記載される電池内蔵機器と充電台。
3. 前記全波整流回路の出力側に、異常時にオフ、正常時にオンに切り換えられる出力スイッチを備えており、異常時に前記出力スイッチがオフに切り換えられて、前記全波整流回路の出力側を負荷から切り離すようにしてなる請求項１又は２に記載される電池内蔵機器と充電台。
4. 前記短絡回路が、短絡抵抗を介して半導体スイッチング素子でもって前記全波整流回路の出力側を短絡する請求項１ないし３のいずれかに記載される電池内蔵機器と充電台。
5. 前記受電コイルと直列に接続してなるＰＴＣを備え、前記受電コイルに異常な電力が供給されると前記ＰＴＣがトリップして前記受電コイルから前記全波整流回路への電力供給を遮断するようにしてなる請求項１ないし４のいずれかに記載される電池内蔵機器と充電台。
6. 前記電池内蔵機器がパック電池である請求項１ないし５のいずれかに記載される電池内蔵機器と充電台。
7. 充電できる内蔵電池と、充電台に備えられた送電コイルに電磁結合される受電コイルとを内蔵しており、送電コイルから前記受電コイルに電力搬送される電力でもって、前記内蔵電池を充電するようにしてなる電池内蔵機器であって、
   前記受電コイルに誘導される交流を整流する全波整流回路と、この全波整流回路の出力で前記内蔵電池を充電する充電回路と、異常時に前記全波整流回路の出力側を短絡して全波整流回路の半導体素子を保護する半導体スイッチング素子からなる短絡回路とを備えてなることを特徴とする電池内蔵機器。
8. 前記全波整流回路が同期全波整流回路である請求項７に記載される電池内蔵機器。
9. 前記全波整流回路の出力側に、異常時にオフ、正常時にオンに切り換えられる出力スイッチを備えており、異常時に前記出力スイッチがオフに切り換えられて、前記全波整流回路の出力側を負荷から切り離すようにしてなる請求項７又は８に記載される電池内蔵機器。
10. 前記短絡回路が、短絡抵抗を介して半導体スイッチング素子でもって前記全波整流回路の出力側を短絡する請求項７ないし９のいずれかに記載される電池内蔵機器。
11. 前記受電コイルと直列に接続してなるＰＴＣを備え、前記受電コイルに異常な電力が供給されると前記ＰＴＣがトリップして前記受電コイルから前記全波整流回路への電力供給を遮断するようにしてなる請求項７ないし１０のいずれかに記載される電池内蔵機器。
12. 前記電池内蔵機器がパック電池である請求項７ないし１１のいずれかに記載される電池内蔵機器。

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