JP2016005343A - 無接点充電システムの被充電体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】部品を追加することなく簡易な構成で、起電力変化に応じた被充電体側の充電時間表示と使用者の充電管理が行える無接点充電システム、を提供する。【解決手段】平面上の充電エリアに載置することで充電する無接点充電システムにおいて、設定可能な、充電に要する時間を記憶する手段と、被充電体の充電電力を検出する手段と、充電する電池の残容量を検出する手段と、電池残容量から充電する電池の満充電までの時間を算出する手段と、算出した満充電までの時間を表示する手段と、算出した満充電までの時間と予め設定記憶した充電時間とを比較判定する手段と、を有し、前記比較判定する手段にて、設定記憶した時間を越える場合は、被充電体の位置補正を促す告知を行うことを特徴とする。【選択図】図３

Description

本発明は、携帯型の電子機器装置及び充電機器装置に関し、特に、無接点方式で受電した電力によって充電する二次電池を電源として用いる電子機器の充電システムに関する。

従来、デジタルカメラや携帯電話等の電子機器の充電方法として、接続接点を介さずに、充電器の定められた充電場所に被充電体を置くだけで充電を行う無接点充電システムが知られている。以降の記載では、無接点充電システムにて充電を行う送電側の機器を充電器、受電して充電される側の機器を被充電体と記載する。その無接点充電システムの充電器側の形式は、被充電体の外装に合わせた形状で押さえて固定されるものや、マーキングされた平面上の充電エリアに被充電体を置く形状などがある。

無接点にて送電装置から受電装置に電力伝達を行う方式は、コイルの磁気結合を利用した電磁誘導方式や、特定周波数の電界伝送方式や、音波の共鳴を利用した周波数共鳴方式、などがある。現在の携帯型電子機器の無接点充電システムでは、比較的簡易な構成で実現できる電磁誘導方式が主流である。

図６は電磁誘導方式での充電概念であるコイルと起電力の関係を示す図である。図のように、充電器側には送電コイル（一次コイル）が設置してあり、被充電体側には受電コイル（二次コイル）が設置してあり、コイル間は所定の空間で配置される。一次コイルの交流磁場と二次コイルの相対位置が合ったとき、磁気結合により被充電体へ電力伝達が可能となり被充電体は電力を得られる。被充電体側では二次コイルに伝達された電力を整流平滑し、二次電池に蓄えて充電が行われる。

無接点の電磁誘導充電方式では、一次コイルを設置した充電場所に被充電体機器を置くだけで充電を可能としているが、一次コイルと二次コイルの相対位置が電力伝達に大きく関係する。図５は、一次コイルと二次コイルの位置関係による起電力の差を示す概略図である。図５（ａ）は一次コイルと二次コイルの相対位置が適正なときであり、望まれる起電力が発生するが、図５（ｂ）は一次コイルと二次コイルの相対位置がずれており、適正位置と比べて起電力は小さくなる。

二次コイルに発生する起電力は充電時間に影響する。図のように、一次コイルと二次コイルの相対位置が適性の場合は図中Ｔａの時間で充電できるが、コイルの相対位置がずれて不適正の場合は図中Ｔｂのように充電時間が長くなってしまう。

平面上に自由に置ける無接点充電システムは、使用者の利便性を向上しているが、被充電体の置く位置により充電効率が変化するので、使用者に適正な設置位置を促すことが必要となる。対応策として、特許文献１では、電磁誘導方式のコイルの位置ずれ量を検出し、バイブレータで振動告知を行う方法が提案されている。また、特許文献２では、受電装置の動きを判定し、受電装置が動いた場合は給電装置に情報を通信するシステムが提案されている。

特開２０１０−２０６８６６号公報 特開２０１２−０１６１６９号公報

しかしながら、上述の特許文献に開示された従来技術では、電磁誘導方式での適切な位置を使用者に告知することはできるが、充電対象となる被充電体の設置位置と充電時間の関係を使用者に示し、使用者が充電を管理できるシステムとなっていない。前途したように、電磁誘導方式の送電側コイルと受電側コイルの相対位置関係は、被充電体の起電力の大きさと関係し、充電時間に関係する。

そこで、本発明の目的は、部品を追加することなく簡易な構成で、起電力変化に応じた被充電体側の充電時間表示と使用者の充電管理が行える無接点充電システム、を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明に係る無接点充電システムの被充電体装置は、平面上の充電エリアに載置することで充電する無接点充電システムにおいて、設定可能な、充電に要する時間を記憶する手段と、被充電体の充電電力を検出する手段と、充電する電池の残容量を検出する手段と、電池残容量から充電する電池の満充電までの時間を算出する手段と、算出した満充電までの時間を表示する手段と、算出した満充電までの時間と予め設定記憶した充電時間とを比較判定する手段と、を有し、前記比較判定する手段にて、設定記憶した時間を越える場合は、被充電体の位置補正を促す告知を行うことを特徴とする。

本発明によれば、平面上エリアに被充電体を載置して充電を可能とする無接点充電システムにおいて、被充電体の載置位置に応じた充電時間表示と、使用者が希望する充電時間の載置位置へ被充電体を移動することが可能となる。

本実施例の充電システムのブロック図 本実施例の動作を示す、「充電時間設定フロー」 本実施例の動作を示す、「無接点充電モード」 コイル位置と起電力と充電時間の関係を示す図 コイルの位置ずれと起電力と充電時間の比較を示す図 電磁誘導の概念図

以下に、本発明の好ましい実施の形態を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明の実施形態にかかわる無接点充電システムのブロック図である。図中１０１は本実施例での充電器であり、電磁誘導コイルを持った無接点方式の充電器側の主要構成を示している。

１０２はＡＣ／ＤＣ回路であり、商用電源であるＡＣ入力電圧をＤＣ電圧に変換する。充電器１０１の動作及び制御を行う充電制御回路１０３は、発振回路１０４へ所定の周波数となる発振信号を伝達する。
電磁誘導の一次コイル１０５を励磁するための発振回路１０４は、所定の周波数を発生させ電磁誘導コイル１０５は励磁し磁界を発生する。図中１１１は本実施例での被充電体であり、電磁誘導コイルを持った無接点方式で充電される機器側の概略構成を示している。１１２は被充電体１１１の電源元となる充電型二次電池であり、システム制御回路１１３にて充電管理される。

システム制御回路１１３は、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ａ／Ｄコンバータ、Ｄ／Ａコンバータ、を有するマイクロコンピュータで構成される。後述する充電システムのプログラムやデータの記録や表示部の制御は、このシステム制御回路１１３で行われる。

１１４は被充電体の外装に設置された表示部であり、後述する充電時間表示はこの表示部１１４で告知される。１１５は本実施例で行われる充電時間の設定部であり、被充電体の外装に設置された入力スイッチにより設定され、設定された充電時間内容はシステム制御回路１１３にて記憶する。１１８は電磁誘導コイルの二次側コイルであり、充電器１０１の電磁誘導コイル１０５と近接したときに誘導起電力が発生する。

電力検出部１１７では、電磁誘導二次コイル１１８にて発生した誘導起電力を電圧または電流にて検出する。電力生成部１１６では、発生した誘導起電力を整流平滑して、二次電池１１２を充電する。また、電力生成部１１６での出力電力となる二次電池１１２への充電電流または充電電圧はシステム制御回路１１３が制御し、また、充電情報として得ることを可能としている。充電器１０１の充電エリアに被充電体１１１が置かれると、電磁誘導コイル１０５から電磁誘導コイル１１８へ電力供給が行われることにより、無接点充電を可能としている。

図２は本発明の実施例動作を示す「充電時間設定フロー」である。Ｓ２０１では被充電体側の充電時間を設定するか否かを使用者に告知表示する。Ｓ２０１で使用者が充電時間設定を行わない場合は、Ｓ２０２に進み、記憶されている充電時間の基本データを利用してＴｃｈａｒｇｅとする。この場合の充電時間基本データＴｃｈａｒｇｅは、一次コイルと二次コイルの相対位置が最適位置であり、且つ、被充電体側の二次電池が残量０％から満充電になる最大時間がデータとして記録されている。

Ｓ２０１で使用者が充電時間を設定する場合は、Ｓ２０３に進み、「充電時間設定モード」に移行する。Ｓ２０４では被充電体の表示部１１４で充電時間設定を促す表示を行い、Ｓ２０５で使用者は希望の充電時間設定を行う。Ｓ２０６では使用者の充電希望時間をＴｃｈａｒｇｅとしてシステム制御回路２０３に記憶し、Ｓ３０７のｐｏｉｎｔＡへ移行する。図３の「充電時間設定フロー」では、使用者が自由に充電時間を設定できるようにしているので、後述する「無接点充電モード」において充電希望時間Ｔｃｈａｒｇｅを読出せば、充電状況に応じた告知表示が行える。

図３は本発明の実施例動作を示す「無接点充電モード」である。図２の「充電時間設定フロー」にて充電希望時間が記憶された状態のｐｏｉｎｔＡ（Ｓ３０１）から開始する。Ｓ３０２では電力検出部１１７の電力を所定期間毎に検出しており、充電可能となる所定値以上の電力を検出した場合はＳ３０４に進み、無接点充電モードを実行する。Ｓ３０２にて電力検出部１１７の電力が所定値以下の場合には、Ｓ３０３に進み、充電せずにフローを終了し、Ｓ３０１のｐｏｉｎｔＡに戻り、Ｓ３０２にて所定期間の電力検出判定を行う。

Ｓ３０２での電力判定として実施例ではコイルに流れる電流を検出しており、このコイル電流は充電体に発生した起電力相当であり、電磁誘導コイルの一次コイルと二次コイルの相対位置関係と比例する。充電される被充電体が充電エリアに置かれて、電力検出部１１７に所定の起電力が発生すると、「無接点充電モード」から動作を開始し、Ｓ３０５にて電力受電を開始する。Ｓ３０５では電力生成部１１６で受電された電力にて被充電体の二次電池１１２の充電を開始し、Ｓ３０７では電力生成部１１６にて生成された電力を検出する。実施例では、二次電池１１２の充電電流を情報として得ている。

Ｓ３０７での充電状態検出は、充電状況の変化を検出していることと同意であり、例えば、一次コイルと二次コイルの位置が変動した場合も、Ｓ３０７検出部にて電流変位を検出することで、その後の充電時間の管理と表示が行える。Ｓ３０８では被充電体の二次電池の残量を取得する。この場合の電池残量取得については二次電池の現在の電圧を検出することで推測でき、満充電したときの電圧と現在の電圧の比率から残量を求める。電池残量の精度を高めるためには、所定の電流を二次電池に流してやり、その時の放電電圧を測定すれば、その時点の二次電池の放電状態が検出可能である。

また、放電状態を管理して電池残量表示を行うＦＧ（ＦｕｅｌＧａｕｇｅ）機能付きの二次電池であれば、取得している残量情報を使用してもかまわない。このＳ３０８では、被充電体の二次電池の残容量をＣｒ（ｍＡｈ）として取り込み、満充電状態の容量をＣｆ（ｍＡｈ）＝１００％として演算に用い、Ｓ３０９では、満充電までの必要容量をＣｘ（ｍＡｈ）として計算する。

Ｓ３１０では、Ｔｘ＝（Ｃｆ−Ｃｒ）／Ｉの演算を行い、現在容量を元に算出された満充電までの必要容量と、現在の受電電力を元に算出された充電条件（電流情報）から、満充電までの予測時間Ｔｘを算出する。Ｓ３１１では、算出した満充電までの予測時間Ｔｘを表示部１１４に表示する。Ｓ３１２では、「充電時間設定フロー」にて設定記憶された充電希望時間Ｔｃｈａｒｇｅを読み出し、Ｓ３１０で得られた満充電予測時間Ｔｘと比較を行う。「充電時間設定フロー」にて設定された充電希望時間以内に満充電が可能であれば、Ｓ３１４に進み、再度ｐｏｉｎｔＡとして待機しながら充電を継続する。

３１２にて、満充電までの予測時間Ｔｘが「充電時間設定フロー」にて設定された充電希望時間を越えるようであれば、Ｓ３１３に進み、使用者に希望時間と異なることを告知表示する。この場合は受電状態が適正ではない可能性があるが、希望時間を越える充電時間をそのまま表示して使用者に充電にかかる時間を告知したうえで、さらに使用者に充電状態の改善を促すために、以下の告知例を行う。

「充電時間が設定時間以上となります」＝使用者の設定した充電希望時間との不整合を告知。

「最適位置に置いてください」＝被充電体と充電エリアの置き位置がずれている可能性があるので使用者に告知。

「現在の充電希望時間ではｘｘ％の充電が可能です」＝使用者の設定した充電希望時間で充電できる容量を算出し告知。

Ｓ３１３にて告知表示したのち、３０７に進み、再度充電状態の検出を行い、Ｓ３０７からＳ３１２の判定までループする。このＳ３０７からＳ３１２までのループでは、充電体の移動を起電力から割出し、充電時間の表示を変化させることを可能としている。Ｓ３１５では二次電池１１２が満充電になったことを確認し、充電完了する。

以上説明したように、図３の「無接点充電モード」では、充電体の移動に応じて二次電池の満充電までの充電時間を表示告知することが可能となる。

さらに、使用者の充電希望時間と充電体の置き位置の起電力の関係から、現在の充電状態での充電状況管理が行える。

図４は本実施例の概略イメージ図である。図のように本発明を利用すれば、被充電体の移動による起電力の変位は充電体側に充電時間として表示されるので、使用者は充電体を移動しながら好みの充電時間に設定することが可能となる。

以上、本実施例で説明したように、本発明の効果として、充電エリア上の被充電体の置き位置に応じた電力を基に充電時間を表示させることが可能となる。且つ、使用者は予め設定した充電希望時間と現在の充電状況を表示された充電時間から判定でき、希望の充電時間となるように被充電体の移動を行うことが可能となる

１０１ 充電器、１０５ 電磁誘導一次コイル、１１１ 被充電体、１１２ 二次電池、１１３ システム制御回路、１１４ 表示部、１１５ 充電時間設定部、
１１６ 電力生成部、１１７ 電力検出部、１１８ 電磁誘導二次コイル

Claims (3)

1. 平面上の充電エリアに載置することで充電する無接点充電システムにおいて、
   設定可能な、充電に要する時間を記憶する手段と、
   被充電体の充電電力を検出する手段と、
   充電する電池の残容量を検出する手段と、
   電池残容量から充電する電池の満充電までの時間を算出する手段と、
   算出した満充電までの時間を表示する手段と、
   算出した満充電までの時間と予め設定記憶した充電時間とを比較判定する手段と、
   を有し、
   前記比較判定する手段にて、設定記憶した時間を越える場合は、被充電体の位置補正を促す告知を行うことを特徴とする無接点充電システムの被充電体装置。
2. 平面上の充電エリアに載置することで充電する無接点充電システムにおいて、
   設定可能な、充電に要する時間を記憶する手段と、
   被充電体の充電電力を検出する手段と、
   充電する電池の残容量を検出する手段と、
   電池残容量から充電する電池の満充電までの時間を算出する手段と、
   算出した満充電までの時間を表示する手段と、
   算出した満充電までの時間と予め設定記憶した充電時間とを比較判定する手段と、
   を有し、
   前記比較判定する手段にて、設定記憶した時間を越える場合は、再度満充電までの時間を算出することを特徴とする無接点充電システムの被充電体装置。
3. 平面上の充電エリアに載置することで充電する無接点充電システムにおいて、
   設定可能な、充電に要する時間を記憶する手段と、
   被充電体の充電電力を検出する手段と、
   充電する電池の残容量を検出する手段と、
   電池残容量から充電する電池の満充電までの時間を算出する手段と、
   算出した満充電までの時間を表示する手段と、
   算出した満充電までの時間と予め設定記憶した充電時間とを比較判定する手段と、
   を有し、
   前記比較判定する手段にて、設定記憶した時間を越える場合は、設定記憶した時間での充電量を告知することを特徴とする無接点充電システムの被充電体装置。