JP2015505451A - 可搬電気機器のエネルギー蓄積器を充電するための充電装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、誘導式エネルギー伝送を行う制御可能な共振回路を含む少なくとも１つの充電セル（ＬＺ）を備えた、可搬電気機器のエネルギー蓄積器を充電するための充電装置を対象とする。前記充電セル（ＬＺ）は並列共振回路を有し、当該並列共振回路は、当該並列共振回路の自励振動を生じさせるための２つの制御可能なスイッチ素子（Ｔ３，Ｔ４）と２つのコイルとを有し、前記並列共振回路は、制御可能な給電電圧（ＵＢ）により給電される。並列共振回路の前記２つの制御可能なスイッチ素子（Ｔ３，Ｔ４）の制御端子は、それぞれ１つの制御可能な遮断スイッチ素子（Ｔ１，Ｔ２）を介して相互に接続可能であり、これにより、前記コイルが生成する電磁界の振幅の変調を行うために前記自励振動を、所定通りに中断することができる。さらに、両コイル（Ｌ１，Ｌ２）のうち一方のコイルのコイル端により成る、前記並列共振回路の出力端（Ａ）であって、他方のフラットコイル（Ｌ１，Ｌ２）のコイル端に接続されておらず前記充電セル（ＬＺ）の出力端を成す出力端に、復調器が接続されている。

Description

本発明は、誘導式エネルギー伝送を行う制御可能な共振回路を含む少なくとも１つの充電セルを備えた、可搬電気機器のエネルギー蓄積器を充電するための充電装置に関する。

最近は、たとえば移動電話機、スマートフォン、タブレットＰＣ等の可搬電気機器のエネルギー蓄積器を効率的かつ快適に充電したいという関心が高まっていることにより、充電装置と充電対象である電気機器との間で用いられる、標準規格化された無線インタフェースの提案が幾つかなされている。この充電プロセスを効率的にするため、誘導式充電方式が提案されている。とりわけ、充電装置がたとえば２３０Ｖ系統の電力網や自動車車載電源に接続されていても、電気機器が充電中でない場合には、エネルギーが消費されないこと、または、消費されるエネルギーが可能な限り少なくなることを保証しなければならない。

エネルギー蓄積器の充電は大抵、フラットコイルの近電磁界結合に基づいて行われ、この近電磁界結合は、キャパシタを用いた直列共振で励起され、充電エネルギーだけでなく、充電対象である電気機器とのデータ通信も行うことができる。この通信は充電装置側で、充電エネルギーの電磁界の振幅変調により実現される。エネルギーを受け取る側すなわち充電対象の電気機器側において負荷変調が生じ、その結果、データの双方向伝送が可能になる。

効率的な誘導式エネルギー伝送を行うためには、充電装置のコイルと充電対象の電気機器のコイルとの間の距離、および、共振周波数の他に、電磁束を決定するコイル電流も決定的に重要である。このコイル交流電流を生成するためには、ハーフブリッジ回路やフルブリッジ回路で動作する複数の半導体交流スイッチの構成体が用いられる。これら２つのブリッジ回路に共通する点は、たとえばマイクロプロセッサにより、半導体スイッチ素子を別個かつ交互に駆動しなければならないことである。半導体スイッチを交互に駆動する周波数が共振回路の直列共振周波数に合致する精度が高くなるほど、システムの効率は高くなる。共振回路の直列共振周波数は、用いられる素子の公差、温度、共振離調、ならびに、充電装置と電気機器との結合条件により決定される。効率低下は昇圧コンバータにより補償され、昇圧コンバータが交流スイッチに印加する電圧を高くするほど、生成されるコイル電流を高くすることができる。また、内部抵抗が比較的低い半導体スイッチもブリッジにおいて用いられるが、その際には、充電装置を構成するのに必要な部品が高価になる。

本発明の課題は、実現可能な効率とコストとが改善された充電装置を実現することである。

前記課題は、請求項１に記載の構成を有する充電装置と、請求項１４に記載の特徴を有するエネルギー蓄積器の充電方法とにより解決される。従属請求項に有利な実施形態が記載されている。

本発明は、誘導式エネルギー伝送を行う制御可能な共振回路を含む少なくとも１つの充電セルを備えた、可搬電気機器のエネルギー蓄積器を充電するための充電装置を対象とする。前記充電セルは並列共振回路を有し、当該並列共振回路は、当該並列共振回路の自励振動を生じさせるための２つの制御可能なスイッチ素子と２つのコイルとを有し、前記並列共振回路は、制御可能な給電電圧により給電される。特に、前記並列共振回路は自励型プッシュプル発振器である。並列共振回路の前記２つの制御可能なスイッチ素子の制御端子は、それぞれ１つの制御可能な遮断スイッチ素子を介して相互に接続可能であり、これにより、前記コイルが生成する電磁界の振幅の変調を行うために前記自励振動を、所定通りに中断することができる。さらに、両コイルのうち一方のコイルのコイル端により成る、前記並列共振回路の出力端であって、他方のフラットコイルのコイル端に接続されておらず前記充電セルの出力端を成す出力端に、復調器が接続されている。

並列共振回路を用いることにより、ブリッジ回路や、交流駆動を行うための高価な低抵抗の半導体スイッチが不要となる。これらの構成要素が不要となることにより、効率がより高くかつコストが低い充電装置を実現することができる。それと同時に、遮断スイッチ素子の制御により、コイルにより生成される電磁界の振幅変調を行うことにより、双方向通信も実現することができる。遮断スイッチ素子により、並列共振回路の遮断をごく短時間で実現できるので、高いデータ転送速度を実現することができる。並列共振回路の出力端に復調器を設けることによって、さらに、並列共振回路が自由振動中であるときに振幅の負荷を復調器によって解析することにより、負荷変調により行われた電文伝送を、充電対象の電気機器側で解析することができる。

好適には、複数の前記遮断スイッチ素子の制御端子には同じ制御信号が印加される。これにより、並列共振回路の自励発振をごく短時間で中断させることができる。

他の１つの実施形態では、並列共振回路の前記２つの制御可能なスイッチ素子の制御端子は、前記遮断スイッチ素子の負荷側区間を介して基準電位に接続されるように構成されている。この構成により、並列共振回路のスイッチ素子によって、自励発振がごく短時間で中断されるのを保証することができる。

有利には、前記コイルはフラットコイルであり、これらのコイルはとりわけ、少なくとも部分的に重なり合う。このことにより、直列共振回路を用いた充電装置と比較して、電気機器のエネルギー蓄積器を充電するための電気エネルギーを伝送するための面積を大きくすることができる。

また、並列共振回路へ供給される調節可能な電圧を、制御可能な電圧レギュレータにより生成する構成も好適である。その際には、電圧の大きさに依存して、端末機器へ伝送されるエネルギーが制御されるように構成する。とりわけこの構成は、充電装置と充電対象の電気機器との間で予め行われた通信に基づき、当該電気機器のエネルギー蓄積器における充電電流の適合を行うために使用される。

さらに、前記制御可能な電圧レギュレータおよび遮断スイッチ素子に対する制御信号をマイクロコントローラが生成するように構成することも好適である。このマイクロコントローラは、データを電気機器へ伝送するための振幅変調を行うために、予め決められたデータプロトコルにしたがって遮断スイッチ素子を制御するように構成されている。また、前記マイクロコントローラは、復調器により生成された復調信号を解析するようにも構成されている。こうするために好適なのは、マイクロコントローラが復調器の出力端に接続されていることである。

前記充電装置は複数の充電セルを含み、これらの充電セルが充電アレイを構成することが可能である。充電アレイにより、充電対象の電気機器を載せるための面積を大きくすることができる。対応する切替スイッチ素子と制御電子回路とにより、所定通りに、前記電気機器のエネルギー蓄積器を充電するための充電セルのうち１つまたは複数が使用されることが保証される。このことにより、充電プロセス中の電気機器のエネルギー消費を少なく抑えることができる。有利には、前記充電セルのうち１つの充電セルのコイルが少なくとも部分的に、隣接する他の充電セルのコイルと重なり合うように配置されている。

充電セルが複数設けられている場合には、さらに、これら充電セルの各出力端がキャパシタを介して復調器の入力端に結合されている。１実施形態では、全ての充電セルに１つの共用の復調器を用いて復調を行う。その際には、復調器に高周波の交流電流が流れるので、容量結合防止が必要となる。

他の１つの実施形態では、前記復調器は少なくとも２つ設けられ、これらの復調器の各入力端は、対応する切替スイッチを介して前記充電セルの各出力端に接続され、前記充電セルのうち１つが前記復調器のうち１つに接続される間、他の充電セルは順次、他の復調器のうちいずれか１つに接続されるように構成されている。この構成により、前記電気機器の他に更に、前記充電プロセスに影響を与える別の異種物が、または、過剰なエネルギー消費を引き起こす原因となる別の異種物が、前記充電装置の面に載っているか否かを判定することができる。

本発明はさらに、上述の構成の充電装置を用いて可搬電気機器のエネルギー蓄積器を充電する方法も対象とする。この方法では、前記遮断スイッチ素子が、予め定められたデータプロトコルにしたがって、自励発振する並列共振回路をスイッチオンまたはスイッチオフしながら、電圧レギュレータが前記充電セルの充電電圧を出力することにより、前記並列共振回路の自励発振を阻止し、コイルにより生成される電磁界の振幅を変調する。

とりわけ、前記方法の一変形態様では、同時にスイッチオンされる１つまたは複数の充電セルの振幅を、前記データプロトコルにより、遮断スイッチ素子の適切な制御によって変調することができる。このことにより、前記充電セルのうちいずれか複数が同時に、充電対象の電気機器へメッセージを伝送することができる。また、たとえば、充電対象の電気機器のエネルギー蓄積器における充電電流を低減させるため、前記電圧供給を変化させることにより振幅を変化させることもできる。

複数の前記充電セルの復調は有利には、１つの共用の復調器を用いて行われる。複数の復調器が設けられている場合には、切替スイッチを介して、これら複数の各復調器の各復調出力端を切替接続することができる。

以下、図面に示された実施例を参照して本発明を詳細に説明する。

従来技術から公知であるプッシュプル型振動回路の回路構成を示す図である。 充電セルを１つのみ備えた本発明の充電装置の電気的等価回路図である。 一例として３つの充電セルを備えた本発明の充電装置の電気的等価回路図である。 一例として、図３の実施例の３つの充電セルと１つの復調器とを接続した構成の概略図である。 一例として２つの復調器に結合された充電セルを一例として５つ備えた、本発明の充電装置の概略図である。 それぞれ対応する復調器に接続された２つの相互に独立して制御可能な切替スイッチと、５つの充電セルとの接続の一実施形態を示す図である。

図１に、従来技術から公知である、自励発振回路（ＯＳＺ）の回路構成を示す。図１に示された回路構成は、プッシュプル発振器として知られている。このプッシュプル発振器は、２つのマイスナー発振回路から構成される。この回路構成には、２つのコイルＬ_１，Ｌ_２とキャパシタＣとを含む並列共振回路が含まれる。両コイル間の接続点Ｋ_３に給電電圧ＵＢが印加される。コイルＬ_１とキャパシタＣとの間の接続点Ｋ_１は半導体スイッチ素子Ｔ_３を介して基準電位ＢＰに接続されている。これと同様に、コイルＬ_２とキャパシタＣとの間の接続点Ｋ_２は半導体スイッチ素子Ｔ_４を介して基準電位ＢＰに結合されている。基準電位ＢＰは有利には接地端子により実現される。上述の半導体スイッチ素子は、バイポーラトランジスタとして構成されている。トランジスタＴ_３のベース端子は、抵抗Ｒ_１，Ｒ_２により構成された抵抗分圧器と、キャパシタＣ_１，Ｃ_２により構成された容量分圧器とに接続されている。これら２つの分圧器は、並列共振回路のコイルＬ_２とキャパシタＣとの接続点Ｋ_１、および、基準電位ＢＰの間に接続されている。トランジスタＴ_３のベース端子と同様に、トランジスタＴ_４のベース端子も抵抗分圧器Ｒ_３，Ｒ_４および容量分圧器Ｃ_３，Ｃ_４に接続されており、これら２つの分圧器は、並列共振回路のコイルＬ_１とキャパシタＣとの接続点Ｋ_２、および、基準電位ＢＰの間に接続されている。

給電電圧ＵＢが接続されるときには、すべてのキャパシタＣ，Ｃ_１，Ｃ_２，Ｃ_３，Ｃ_４が無荷電状態となっているので、前記回路構成全体に流れる総電流はパルス状になる。この総電流は、プッシュプルトランジスタＴ_３，Ｔ_４のコレクタ電流の電流成分と、容量分圧器Ｃ_１，Ｃ_２ないしはＣ_３，Ｃ_４の電流成分とが合わさったものである。プッシュプル発振回路の分岐は、常に僅かに不均衡になっているので、コイル構成体Ｌ_１，Ｌ_２の接続点Ｋ_１またはＫ_２のいずれかの電圧電位はトランジスタＴ_３，Ｔ_４を介して基準電位ＢＰにまで下げられ、それと同時に、他方の分岐に流れる電流は徐々に減少していく。したがって、この他方の分岐により、この他方の分岐のコイル端子に正電位が生じる。この正電位により共振回路キャパシタＣが充電される。給電電圧ＵＢが印加されると、コイル構成体Ｌ_１，Ｌ_２に同様に電流が流れ、これによりキャパシタの放電が行われる。

最初、この放電電流の強度は比較的大きく上昇し、その後、上昇速度は緩慢になる。この電流上昇により、コイル構成体Ｌ_１，Ｌ_２における流れが増大する。この流れの増大により、コイル構成体Ｌ_１，Ｌ_２は、発生源と逆向きの電圧を誘導する。この電圧は最終的に０になるまで、減少幅を増大させながら減少していく間に、電流強度は最大値に達する。それと同時に、コイル構成体Ｌ_１，Ｌ_２の磁界強度は最大になり、キャパシタは完全に放電した状態になる。このようにして総エネルギーが、コイル構成体Ｌ_１，Ｌ_２における磁界のエネルギーとして、コイルに蓄積される。

電流がピークに達すると直ちに減少していき、これにより、コイル構成体Ｌ_１，Ｌ_２における磁束密度は低下していく。ここで、発生源とは逆向きの誘導電圧が生じ、これにより、電流強度はまず最初は緩慢にのみ低下していき、共振回路キャパシタＣは逆方向に充電される。その後、共振回路キャパシタＣにおける電圧は再び上昇していくが、その際には逆極性で上昇していく。共振回路キャパシタＣにおける電流強度が再び低下していく間、当該共振回路キャパシタＣは再び充電される。すなわち、コイルの磁界から電気エネルギーを受け取る。このようにして並列共振回路には、当該並列共振回路が失ったエネルギーの一部が前記プッシュプルトランジスタＴ_３，Ｔ_４により供給されて補償が実現される。

以下詳細に説明する、たとえば移動電話機、オーディオプレーヤおよび／またはビデオプレーヤ、スマートフォン、タブレットＰＣ等である可搬型電気機器のエネルギー蓄積器に充電するための本発明の充電装置の実施例では、上述のプッシュプル発振器を使用し、このプッシュプル発振器の変更により、誘導エネルギーの伝送と同時にさらに、充電装置と、充電対象である電気機器との間で双方向通信も行えるようにしている。

ワイヤレスパワーコンソーシアム WPC の標準規格に準拠して構成された従来の充電装置とは異なり、本発明の充電装置は、誘導式エネルギー伝送を行うための１次コイルの直列共振回路を用いず、図１を参照して説明した並列共振回路を使用する。これにより、充電装置をより低コストで実現することができる。というのも、共振回路の制御に際し、通常はＭＯＳＦＥＴを用いてハーフブリッジまたはフルブリッジを構成する低抵抗のコイル電流切替スイッチを使用しなくてもよくなるからである。後述のように、並列共振回路を用いた充電装置は、原理に起因する自己励振により効率が向上することを特徴とする。さらに、同様に原理に起因して、正弦波形の高調波のコイル電流が形成されることにより、ＥＭＣ特性も改善することができる。

双方向データ通信は、直列共振回路でも用いられる充電装置と同様、充電装置側で充電エネルギーの電磁界を振幅変調し、エネルギーを受け取る側すなわち充電対象の電気機器側で負荷変調を行うことにより実現される。このような双方向通信はとりわけ、充電プロセスを制御するために用いられる。

図２は、図１に示したプッシュプル発振器を変更したものをベースとした、本発明の充電装置の電気的等価回路図である。この変更されたプッシュプル発振器は、充電セルＬＺに包含されている。充電セルは、電圧レギュレータＲから供給される給電電圧ＵＢを入力するための入力端を有する。この電圧レギュレータＲにより、充電セルの電磁界エネルギーが制御される。たとえば、電圧レギュレータＲをパルス幅変調により制御することができる。符号Ｇは電圧レギュレータＲの制御入力端を表し、符号Ｖは電圧レギュレータＲの給電電圧を表す。

電圧レギュレータＲは給電電圧ＵＢをオン状態ないしはオフ状態に切り替え、また、給電電圧ＵＢの大きさも変化させる。給電電圧ＵＢの大きさにより、充電セルＬＺが充電対象の電気エネルギー蓄積器へ伝送するために生成するエネルギーを変化させることができる。とりわけ、充電プロセスの終了時のエネルギーを、予め定められたように低減させることが可能である。その制御プロセスは、充電装置と充電対象の電気機器との間で行われる通信に基づいて実行される。

充電セルＬＺの出力端Ａは復調器Ｄに接続されている。充電セルの出力端Ａは、上述の変更されたプッシュプル発振器の接続点Ｋ_２により形成されている。復調器の出力端にて、復調された信号Ｍが出力され、この信号Ｍは後続の処理のためにマイクロコンピュータへ供給される。

充電セルＬＺは、追加的な遮断スイッチ素子Ｔ_１，Ｔ_２をプッシュプル発振器のプッシュプルトランジスタＴ_３，Ｔ_４のベースに接続することにより実現される。遮断スイッチ素子Ｔ_１，Ｔ_２はたとえばバイポーラトランジスタとすることができ、また、ＭＯＳＦＥＴを用いることも可能である。図２に示された実施例では、各トランジスタＴ_１，Ｔ_２のコレクタはプッシュプルトランジスタＴ_３，Ｔ_４に接続されており、各エミッタは基準電位ＢＰに、有利には接地電位に接続されている。両遮断スイッチ素子Ｔ_１，Ｔ_２のベースは前置抵抗Ｒｂを介して、充電セルＬＺの１つの同じ制御入力端Ｓに接続されている。

制御入力端Ｓの正電位を用いて駆動制御することにより、プッシュプルトランジスタＴ_３，Ｔ_４が非導通状態に切り替えられる。というのも、プッシュプルトランジスタＴ_３，Ｔ_４のベースは基準電位ＢＰに接続されているからである。

このことにより、プッシュプル発振器のトランジスタＴ_３，Ｔ_４を交互に基準電位ＢＰに導通制御することによって、並列共振回路の能動的なエネルギー再供給が行われないようになる。よって、共振回路はエネルギーを失い、当該共振回路の振幅は振動停止していく。この振動停止プロセスはごく短時間のうちに実現することができるので、遮断スイッチ素子Ｔ_１，Ｔ_２の切り替えによって１００％の振幅変調を実現することができる。プッシュプル発振器の上述の振動プロセスは、制御入力端Ｓに適切な信号を与え、低電位を印加することにより、再び可能になる。このことにより、バイポーラトランジスタＴ_１，Ｔ_２にベース電流が流れるのが阻止され、このことにより、遮断スイッチ素子がスイッチオンされるのが阻止される。プッシュプル発振器が自ずと不均衡になっているので、給電電圧ＵＢが印加されれば、プッシュプル発振器は即座に再始動することができる。

プッシュプル発振器Ｔ_３，Ｔ_４の各エミッタと基準電位との間に設けられたエミッタ抵抗Ｒｅにより、プッシュプル発振器の分岐の均衡状態を改善することができる。この抵抗により、ばらつき、電流増幅およびベース‐エミッタ間電圧が補償される。

当業者であれば、前記回路構成の給電電圧の極性を入れ替え、これに応じてトランジスタを変更しても（図中のｎｐｎトランジスタに代えてｐｎｐトランジスタを用いる）実現可能であることは明らかである。

したがって、充電セルの遮断スイッチ素子Ｔ_１，Ｔ_２を切り替えることにより、充電装置から充電対象の電気機器への電文の送信が行われる。このことにより、上述の振幅変調が行われる。他方、充電対象の電気機器からの電文を充電装置が受信する場合には、遮断スイッチ素子Ｔ_１，Ｔ_２を高抵抗に切り替えることにより、プッシュプル発振器が自由振動できるようにする。その際には、機器が負荷変調を行うことにより、プッシュプル発振器の振動の振幅に重畳し、この重畳したものを復調器Ｄが検出および解析することができる。

図２に示された復調器Ｄは充電セルの出力端Ａに容量で接続されており、そのために必要なキャパシタは公知のように復調器に設けられている。また、復調器はフィルタと増幅器と閾値比較器とを有し、この構成も公知である。復調された信号Ｍは有効信号として、更なる処理のために、上述のマイクロコンピュータへ供給される。

上述の構成の並列共振回路を用いることの他の利点として、本発明の充電装置の充電セルにより、公知の直列共振回路と比較して、充電プロセスのための面積をより大きくすることができる。このことは、プッシュプル発振器の、フラットコイルとして構成されたコイルＬ_１，Ｌ_２を、有利には一部重なるように配置することにより実現される。また、コイルＬ_１，Ｌ_２が完全に重なるようにすることも可能である。この重なりの程度はとりわけ、プッシュプル発振器の振動を正弦波振動にどの程度近づけるかに依存する。

基本的に、本発明の充電装置には、図２に記載されているように、任意の数の充電セルを備えつけることができる。図３に一例として、３つの充電セルＬＺ_１，ＬＺ_２，ＬＺ_３を含む本発明の充電装置を示す。これら３つの充電セルＬＺ_１，ＬＺ_２，ＬＺ_３には、調整可能な同一の給電電圧ＵＢにより給電が行われる。各充電セルはそれぞれ、前記プッシュプル発振器により生成される電磁界を振幅変調するための制御信号が印加される制御入力端Ｓ_１，Ｓ_２，Ｓ_３を有する。（前記充電セルＬＺ_１，ＬＺ_２，ＬＺ_３のうち２つの充電セルの制御入力端に、対応する制御信号を印加することにより、これら２つの充電セルを非作動状態にすることによって）前記充電セルＬＺ_１，ＬＺ_２，ＬＺ_３のうち１つのみをスイッチオンすると、各対応する復調出力端Ａ_１，Ａ_２，Ａ_３にて復調信号を取り出すことができる。

その際に必要な、前記３つの復調出力端Ａ_１，Ａ_２，Ａ_３の容量結合を、図４に示しており、同図では１つの復調器Ｄのみが設けられている。出力端Ａ_１，Ａ_２，Ａ_３の短絡を防止するため、容量結合をこの復調器内部で行わないことも可能である。それゆえ、これに対応するキャパシタＣ_１１，Ｃ_１２，Ｃ_１３は外部素子として設けられている。

図５に、総じて５つの充電セルＬＺ_１〜ＬＺ_５が設けられた場合の別の実施例を示しており、これらの充電セルＬＺ_１〜ＬＺ_５は、給電電圧ＵＢを供給するための、調整、制御可能な１つの同じ電圧源Ｒに接続されている。これらの充電セルの復調出力端Ａ_１〜Ａ_５は、切り替えスイッチＵ_１およびＵ_２を介して２つの復調器Ｄ_１，Ｄ_２に接続されている。符号Ｃはマイクロコンピュータ（たとえばマイクロコントローラ）を示しており、このマイクロコンピュータは復調器Ｄ_１，Ｄ_２の出力端に接続されているので、マイクロコントローラＣには復調信号Ｍ_１，Ｍ_２が供給される。マイクロコンピュータＣの出力端は各充電セルＬＺ_１〜ＬＺ_５の制御入力端Ｓ_１〜Ｓ_５に接続されている。マイクロコントローラはさらに、前記切替スイッチＵ_１，Ｕ_２を制御するように構成されており、これらの切替スイッチの制御入力端は制御出力端Ｐ_１，Ｐ_２に接続されている。充電セルＬＺ_１〜ＬＺ_５に共通の給電電圧ＵＢは、マイクロコントローラからの制御信号Ｇにより予め設定されている。

すべての充電セルＬＺ_１〜ＬＺ_５が遮断された場合、残留電流が残り、これは、給電電圧ＵＢを０Ｖに切り替えれば、さらに低下していく。これに代えて択一的に、充電セルの追加的なスイッチングトランジスタを用いて、充電セルを前記共通の給電電圧ＵＢないしは共通の接地電位から引き離すことにより、無負荷電流を減少させることができる。

マイクロコンピュータＣにより設定されるパルス幅が、実際のプッシュプル発振器のコイル電流を決定する。その際には、最も簡単な実施形態では電圧レギュレータは、信号Ｇにより制御されてパルス幅制御を行う調整装置により構成される。

こうすることにより、外部機器の充電をＷＰＣ準拠のデータ交換規定にしたがって行う前提条件が成立する。

図６に、前記５つの復調出力端Ａ_１〜Ａ_５の切替装置を示しており、これらの復調出力端Ａ_１〜Ａ_５は切替スイッチＵ_１，Ｕ_２を介して２つの復調器Ｄ_１，Ｄ_２に選択的に接続される。ここで切替スイッチＵ_１，Ｕ_２は、制御出力端Ｐ_１およびＰ_２にて出力される信号により切り替えられる。この実施例では、充電セルＬＺ_２は復調器Ｄ_１に接続されており、切替スイッチＵ_２を介して他の充電セルＬＺ_１，ＬＺ_３，ＬＺ_４，ＬＺ_５は切替スイッチＵ_２を介して順次、選択的に復調器Ｄ_２に接続される。こうすることにより、充電対象の電気機器の他にも、エネルギー消費を引き起こす別の物が、たとえば硬貨または鍵等が、充電装置における前記他の充電セルの領域に載っているか否かを判定することができる。充電装置にこのような異種の物が載っている場合には、既知の結合が生じる。異種の物が載っている場合には過剰結合が生じ、この過剰結合は電磁界の変化となって顕れ、マイクロコンピュータが復調信号を復調および処理することにより、この過剰結合を検出することができる。

複数の充電セルから成る構成体は充電アレイとも称され、この充電アレイでは、相互に隣接する充電セルのコイルが少なくとも部分的に重なり合う。このような充電アレイの基本的構成は、従来技術から公知である。充電アレイの充電セル数が多くなるほど、充電に使用できる面積が大きくなる。充電対象の電気機器と充電装置との間で双方向通信を行うことにより、かつ、切替スイッチと複数の復調器とを設けることにより、充電対象の電気機器の位置を検出することができ、この位置検出により、そのために適した１つまたは複数の充電セルを充電のために作動させることができる。充電セルの領域にある異種物は、上述の構成により検出することができるので、空間的に直近の充電セルを作動させないようにすることができる。

Claims (14)

1. 誘導式エネルギー伝送を行う制御可能な共振回路を含む少なくとも１つの充電セル（ＬＺ）を備えた、可搬電気機器のエネルギー蓄積器を充電するための充電装置であって、
   前記充電セル（ＬＺ）は並列共振回路を有し、
   前記並列共振回路は、当該並列共振回路の自励振動を生じさせるための２つの制御可能なスイッチ素子（Ｔ_３，Ｔ_４）と２つのコイル（Ｌ_１，Ｌ_２）とを有し、
   前記並列共振回路は、制御可能な給電電圧（ＵＢ）により給電され、
   前記並列共振回路の前記２つの制御可能なスイッチ素子（Ｔ_３，Ｔ_４）の制御端子が、それぞれ１つの制御可能な遮断スイッチ素子（Ｔ_１，Ｔ_２）を介して相互に接続可能であることにより、前記コイルが生成する電磁界の振幅の変調を行うために、前記自励振動が所定通りに中断可能であり、
   前記２つのコイル（Ｌ_１，Ｌ_２）のうち一方のコイルのコイル端から成る、前記並列共振回路の出力端（Ａ）に、復調器が接続されており、
   前記一方のコイルの前記コイル端は、他方のフラットコイル（Ｌ_１，Ｌ_２）のコイル端に接続されておらず、前記充電セル（ＬＺ）の出力端を成すコイル端である
   ことを特徴とする、充電装置。
2. 前記並列共振回路は、自励振動型のプッシュプル発振器（ＯＳＺ）を有する、
   請求項１記載の充電装置。
3. 前記遮断スイッチ素子（Ｔ_１，Ｔ_２）の制御端子には同じ制御信号（Ｓ）が印加される、
   請求項１または２記載の充電装置。
4. 前記並列共振回路の２つの制御可能なスイッチ素子（Ｔ_３，Ｔ_４）の制御端子は、前記遮断スイッチ素子（Ｔ_１，Ｔ_２）の負荷側区間を介して基準電位に接続可能である、
   請求項１から３までのいずれか１項記載の充電装置。
5. 前記コイル（Ｌ_１，Ｌ_２）はフラットコイルである、
   請求項１から４までのいずれか１項記載の充電装置。
6. 前記２つのコイル（Ｌ_１，Ｌ_２）は少なくとも部分的に相互に重なり合う、
   請求項１から５までのいずれか１項記載の充電装置。
7. 前記並列共振回路に供給される調整可能な電圧（ＵＢ）は、制御可能な電圧レギュレータ（Ｒ）により生成され、当該電圧（ＵＢ）の大きさに依存して、前記端末機器へ伝送されるエネルギーが制御される、
   請求項１から６までのいずれか１項記載の充電装置。
8. 前記制御可能な電圧レギュレータ（Ｒ）と前記遮断スイッチ素子（Ｔ_１，Ｔ_２）とに対する制御信号（Ｇ，Ｓ）を生成するためにマイクロコントローラ（Ｃ）が設けられている、
   請求項１から７までのいずれか１項記載の充電装置。
9. 前記マイクロコントローラ（Ｃ）は前記復調器（Ｄ）の出力端に接続されており、復調信号（Ｍ）が処理のために当該マイクロコントローラ（Ｃ）へ供給される、
   請求項８記載の充電装置。
10. 前記充電装置は複数の前記充電セル（ＬＺ_１〜ＬＺ_５）を有する、
    請求項１から９までのいずれか１項記載の充電装置。
11. 前記複数の充電セル（ＬＺ_１〜ＬＺ_５）のうち１つの充電セルのコイルが、隣接する他の充電セル（ＬＺ_１〜ＬＺ_５）のコイルと、少なくとも部分的に重なり合うように配置されている、
    請求項１０記載の充電装置。
12. 前記複数の充電セル（ＬＺ_１〜ＬＺ_５）の各出力端（Ａ_１，Ａ_２，Ａ_３）はそれぞれ１つのキャパシタ（Ｃ_１１，Ｃ_１２，Ｃ_１３）を介して、前記復調器（Ｄ）の入力端に結合されている、
    請求項１０または１１記載の充電装置。
13. 前記復調器は少なくとも２つ（Ｄ_１，Ｄ_２）設けられており、
    前記復調器（Ｄ_１，Ｄ_２）の入力端は、対応する切替スイッチ（Ｕ_１，Ｕ_２）を介して、前記複数の充電セル（ＬＺ_１〜ＬＺ_５）の各出力端（Ａ_１，Ａ_２，Ａ_３）に接続可能であり、
    前記複数の充電セル（ＬＺ_１〜ＬＺ_５）のうち１つの充電セルが前記復調器のうち１つに接続されている間、他の充電セル（ＬＺ_１〜ＬＺ_５）は順次、他のいずれかの復調器に接続される、
    請求項１２記載の充電装置。
14. 請求項１から１３までのいずれか１項記載の充電装置を用いて可搬電気機器のエネルギー蓄積器を充電する方法であって、
    前記電圧レギュレータ（Ｒ）が前記充電セル（ＬＺ）の給電電圧（ＵＢ）を出力する間、前記遮断スイッチ素子（Ｔ_１，Ｔ_２）が所定のデータプロトコルにしたがい、自励発振型の前記並列共振回路をスイッチオンまたはスイッチオフすることにより、当該並列共振回路の自励振動が中断されるようにし、かつ、前記コイルにより生成される電磁界の振幅を変調する
    ことを特徴とする方法。

Images