JP5480573B2 - 非接触充電システム - Google Patents

Description

本発明は、非接触充電システムに関するものである。

従来から、電動髭そり器や電動歯ブラシなどの被充電機器を充電機器にセットしたときに、その充電機器に対して、所定の高周波数の電力を送電して充電させる非接触充電システムが存在する。

この種の非接触充電システムの一例が、特許文献１に例示されている。特許文献１には、送電装置側の１次コイルと受電装置側の２次コイルとを磁気結合させて、送電装置から受電装置への電力の伝送を行うことが記載されている。

特開２００６−６０９０９号公報

ところで、非接触充電システムでは、火傷やハウジングの溶解などの事故を避けるため、送電側において、大きな相互インダクタンスを持つ異物（例えば金属）が存在していないことを確認することが必要とされている。

仮に、送電側において、大きな相互インダクタンスを持つ異物が存在していると、その異物が発熱する。その結果、火傷やハウジングの溶解などの事故が生じるおそれがある。

その対策として、特許文献１では、送電装置において、一定時間の間、１次コイルを通電させ、その時間の間の１次コイルの電圧値が、予め定められた設定値以上となるか否かを判定する。

しかしながら、この種の特許文献１の技術では、１次コイルと２次コイルとの組み合わせが、異物が存在しないことを確認するという、送電装置から受電装置への本格的な送電という本来の用途以外の用途で用いられている。

これを可能とするために、特許文献１の技術では、送電装置及び受電装置の各々に、マイクロコンピュータなど予め記憶された制御プログラムに従った処理を行う、高価な制御部を設けている。これにより、非接触充電システムの製造コストが高騰する。

本発明は、上記の問題を解決するためになされたもので、金属などの大きな相互インダクタンスを持つ異物が送電側に存在していても、その異物を、送電側のコイルによる相互誘導の影響を受けにくい位置に位置させることができる、低コストの非接触充電システムを提供することを目的とする。

本発明の一局面に係る非接触充電システムは、磁束を発生させることにより、被充電機器を充電するための充電用高周波電力を送電する送電用コイルを備え、５０／ｍ〜２５０／ｍの範囲内のいずれかの曲率の曲面からなり、前記被充電機器と当接する一次側当接面を表面に有する充電機器と、前記一次側当接面に当接する二次側当接面を表面に有し、前記送電用コイルから送電される前記充電用高周波電力を受電する受電用コイルを備えた被充電機器と、を備えることを特徴とする（請求項１）。

本発明者は、充電機器の表面の一次側当接面の形状を種々変更させながら、その一次側当接面に、硬貨、クリップ、金属片、指輪、ヘアピンなどの、送電用コイルによる磁束の影響を受けやすい様々な大きさの異物を載せる実験を行う実験を行った。

その結果、異物が一次側当接面に存在していても、その一次側当接面が、５０／ｍ〜２５０／ｍの範囲内のいずれかの曲率の曲面とされていれば、一次側当接面の形状によって、その異物を、一次側当接面において送電用コイルによる相互誘導の影響を受けにくい位置に位置させる確率が高いことが判った。

この構成によれば、一次側当接面が、５０／ｍ〜２５０／ｍの範囲内のいずれかの曲面からなる。

これにより、異物が一次側当接面に存在していても、その異物を、マイクロコンピュータなどの高価な制御部ではなく一次側当接面の形状によって、送電用コイルによる相互誘導の影響を受けにくい位置に位置させる確率が高くなる。結果として、送電用コイルからの送電が開始されている状況で、充電機器側に存在する異物が発熱することを防止することが容易となる。

上記構成において、前記一次側当接面は凸曲面からなり、前記一次側当接面に対応する位置に前記送電用コイルを備えることが好ましい（請求項２）。

一般に、凸曲面に異物が載せられても、その異物はその凸曲面から脱落しやすい。この構成によれば、一次側当接面が、５０／ｍ〜２５０／ｍの範囲内のいずれかの曲率の凸曲面とされているため、仮に、一次側当接面に異物が載せられてもその異物が凸曲面から脱落する。このことは、本発明者が、一次側当接面の凸曲面の曲率を変えながら一次側当接面に異物を載せる実験を行うことにより得られたものである。

これにより、一次側当接面に対応する位置に存在する送電用コイルから磁束が生じる範囲内に異物が存在しなくなるため、その異物が発熱しない。

また、一次側当接面が凸曲面からなるため、フラットな二次側当接面を持つ被充電機器がセットされても、その二次側当接面が一次側当接面に当接できない。その結果、マイクロコンピュータなどの高価な部品を要さずに、充電機器と被充電機器との組み合わせが正規であることを確認することができる。

したがって、充電機器と被充電機器との組み合わせが正規であることを確認してから送電用コイルによる送電を開始すれば、低コストで、充電機器と被充電機器との間の仕様の相違による不慮の事故を防止することができる。

上記構成において、前記一次側当接面は、凹曲面からなり、前記一次側当接面は凹曲面からなり、前記一次側当接面に対応する位置に前記送電用コイルを備えることが好ましい（請求項３）。

この構成によれば、一次側当接面が、５０／ｍ〜２５０／ｍの範囲内のいずれかの曲率の凹曲面からなるため、一次側当接面に存在する異物を、一次側当接面に対応する位置に設けられている送電用コイルによる磁束の影響を受けにくい位置に位置させることが容易となる。このことは本発明者の実験により得られたものである。

また、この構成によれば、一次側当接面が凹曲面からなるため、フラットな二次側当接面を持つ被充電機器がセットされても、その二次側当接面が一次側当接面に当接できない。その結果、マイクロコンピュータなどの高価な部品を要さずに、充電機器と被充電機器との組み合わせが正規であることを確認することができる。

したがって、充電機器と被充電機器との組み合わせが正規であることを確認してから送電用コイルによる送電を開始すれば、低コストで、充電機器と被充電機器との間の仕様の相違による不慮の事故を防止することができる。

上記構成において、前記送電用コイル及び前記受電用コイルで昇圧トランスが構成されていることが好ましい（請求項４）。

一般に昇圧トランスは、汎用トランスとして市場に広く流通しており価格が安価である。この構成によれば、送電用コイル及び受電用コイルで昇圧トランスが構成されているため、送電用コイル及び受電用コイルの製造コストを抑制することができる。

上記構成において、前記送電用コイルは平面コイルで構成されていることが好ましい（請求項５）。

一般に、平面コイルは、曲面への貼り付けが容易なほど薄い特性を有する。この構成によれば、送電用コイルが平面コイルから構成されているため、送電用コイルを曲面状に変形させて一次側当接面に貼り付けることができる。これにより、送電用コイルの設置スペースを削減することができるため、充電機器の薄型化が可能になる。

上記構成において、前記二次側当接面は、前記一次側当接面に当接する曲面からなり、前記受電用コイルは平面コイルで構成されていることが好ましい（請求項６）。

この構成によれば、受電用コイルが平面コイルから構成されているため、受電用コイルを曲面状に変形させて、曲面からなる二次側当接面に貼り付けることができる。これにより、受電用コイルの設置スペースを削減することができるため、被充電機器の薄型化が可能になる。

上記構成において、前記二次側当接面は、前記一次側当接面に当接する曲面からなり、前記送電用コイル及び前記受電用コイルは平面コイルで構成されていることが好ましい（請求項７）。

この構成によれば、送電用コイルが平面コイルから構成されているため、送電用コイルを曲面状に変形させて、一次側当接面に貼り付けることができる。さらに、受電用コイルが平面コイルから構成されているため、受電用コイルを曲面状に変形させて、二次側当接面に貼り付けることができる。

これにより、送電用コイルが一次側当接面に沿うように配置される一方で、受電用コイルが二次側当接面に沿うように配置される。

その結果、一次側当接面と二次側当接面とが当接した状態では、送電用コイルの平面と受電用コイルの平面とが互いに近接した状態となる。これにより、送電用コイルと受電用コイルとの間の磁気結合を強くすることができるので、送電用コイルから受電用コイルに対する充電用高周波電力の送電効率を向上させることができる。

上記構成において、前記送電用コイルは、前記凹曲面のうち最奥部以外の領域に正対する位置に配置されていることが好ましい（請求項８）。

一般に、凹曲面の最奥部（底）には小さな異物が集まりやすい。この構成によれば、一次側当接面が凹曲面からなるため、小さな異物が一次側当接面に存在しても、その異物は、一次側当接面の最奥部（底）付近に集まりやすい。

さらに、送電用コイルが、一次側当接面のうち最奥部以外の領域に正対する位置に配置されているため、一次側当接面の最奥部付近に集まった異物は、送電用コイルの磁束による影響を受けにくい。

これにより、一次側当接面に異物が存在しても、その異物を、送電用コイルによる相互誘導の影響を受けにくい位置に容易に位置させることができるため、一次側当接面に存在する異物の発熱を容易に防止することができる。

上記構成において、前記一次側当接面には凸部が配置されており、前記送電用コイルが前記凸部に対応する位置に配置されていることが好ましい（請求項９）。

この構成によれば、送電用コイルが、一次側当接面に配置された凸部に対応する位置に配置されている。その結果、一次側当接面の凸部に存在する異物と送電用コイルとの距離を、凸部の高さによって、送電用コイルの磁束による影響を受けにくい距離に保持することができる。これにより、充電機器側に存在する異物の発熱を効果的に防止することができる。

上記構成において、前記一次側当接面には環状の凸部が配置されており、前記送電用コイルが前記環状の凸部に対応する位置に配置されている一方で、前記二次側当接面には前記環状の凸部と嵌り合う環状の凹部が配置されていることが好ましい（請求項１０）。

この構成によれば、一次側当接部に存在する異物の両端の長さが短い場合でも、その長さが環状の凹部の径方向の幅を超えていれば、環状の凹部が環状の凸部に嵌り込まない。

結果として、一次側当接部に存在する異物の両端の長さが短い場合でも、充電機器に対して被充電機器をセットする際に異物を挟みこむことがなくなるため、充電機器と被充電機器との間で異物を挟み混んだまま充電されることがなくなる。

本発明によれば、送電用コイルからの送電が開始されている状況で、充電機器側に存在する異物が発熱することを、低コストで防止することができる。

本発明の一実施形態に係る非接触充電システムの外観構成の一例を模式的に示した斜視図である。 本発明の一実施形態に係る非接触充電システムの構成の第１例を模式的に示した側面図である。 本発明の一実施形態に係る非接触充電システムの構成の第２例を模式的に示した側面図である。 本発明の一実施形態に係る非接触充電システムの構成の第３例を模式的に示した側面図である。 本発明の一実施形態に係る非接触充電システムの構成の第４例を模式的に示した側面図である。 本発明の一実施形態に係る非接触充電システムの構成の第５例を模式的に示した側面図である。 非接触充電システムの構成の参考例を模式的に示した図である。 本発明の一実施形態に係る非接触充電システムの構成の第６例を模式的に示した側面図である。 本発明の一実施形態に係る非接触充電システムの構成の第７例を模式的に示した側面図である。 本発明の一実施形態に係る他の非接触充電システムの機能モジュールの一例を示した図である。 被充電機器の認証用高周波信号生成部の回路構成の一例を示した図である。 本発明の一実施形態に係る非接触充電システムの基本動作を説明するための図である。 本発明の一実施形態に係る非接触充電システムの構成の一例を示した側面図である。

以下に、本発明の一実施形態に係る非接触充電システムについて説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る非接触充電システムの外観構成の一例を模式的に示した斜視図である。

図１に示されるように、非接触充電システムは、充電機器１及び被充電機器２を備える。充電機器１は、被充電機器２のセットを受け付ける受付部ＡＰを備える。受付部ＡＰは、凹形状の窪みを形成している。受付部ＡＰは、その窪みの底面である凹曲面（５０／ｍ〜２５０／ｍの範囲内のいずれかの曲率の凹曲面）を、被充電機器２と面全体で当接する一次側当接面４０として備える。

一方の被充電機器２は、一次側当接面４０と面全体で当接する凸曲面からなる二次側当接面４１を備える。この二次側当接面４１は、被充電機器２が充電機器１の受付部ＡＰに挿入されてセットされたときに、一次側当接面４０と面全体で当接する。

図２は、本発明の一実施形態に係る非接触充電システムの構成の一例を模式的に示した側面図である。ここに、“ＬＥ１”は、送電用コイルＬ１からの磁束と鎖交する異物３と、送電用コイルＬ１との間の距離が、その距離未満であるときに、異物３が送電用コイルＬ１による相互誘導により発熱しやすい距離を表す。

図２に示されるように、充電機器１の内部では、一次側当接面４０の最奥部（底）Ｂと正対する位置に、通電されたときに磁束を発生させて、被充電機器２を充電するための充電用高周波電力を送電する送電用コイルＬ１が配置されている。その一方で、被充電機器２の内部では、二次側当接面４１の最奥部Ｂと正対する位置に、送電用コイルから送電される充電用高周波電力を受電する受電用コイルＬ２が配置されている。

このような構成によれば、異物３が、一次側当接面４０に存在していても、その異物３を、送電用コイルＬ１による相互誘導の影響を受けにくい位置に位置させることが容易である。

例えば、図２に示されるように、異物３の両端が一次側当接面４０のうち底から所定の高さの部分で引っかかることで、その異物３が、その表面と送電用コイルＬ１との間の距離“ＬＥ１＋ΔＬＥ”を保持した状態で保持される。

また、一次側当接面４０に存在する異物３の一端が一次側当接面４０の底に当たる一方で他端が一次側当接面４０の縁４０Ａより外部に位置する状態であっても、図２の二点鎖線に示すような状態で保持される。この状態では、異物３のうち一次側当接面４０の底に当たっている端部付近だけが、送電用コイルＬ１との距離が“ＬＥ１”未満となる部分となる。

このとき、送電用コイルＬ１からの磁束が鎖交する領域は、異物３のこの端部付近だけであり小さい。その一方で、異物３のうち、送電用コイルＬ１との間の距離がＬ１を超える領域は、図２に示されるように、送電用コイルＬ１との距離が“ＬＥ１”未満となる部分の領域よりも大きい。

したがって、この状態で送電用コイルＬ１から磁束が生じても、異物３全体のインピーダンスにより異物３に渦電流が流れにくいため、異物３が発熱しにくい。

さらに、この状態では、異物３の重心が、一次側当接面４０の内部ではなく一次側当接面４０の縁４０Ａより外部に存在することもある。この場合には、異物３は一次側当接面４０から脱落するので、異物３に送電用コイルＬ１からの磁束が鎖交することがなく、異物３が発熱しない。

以上のように、異物３が一次側当接面４０に存在する場合でも、一次側当接面４０の形状により、その異物が、送電用コイルＬ１による相互誘導の影響を受けにくい位置に位置させることが容易となる。その結果、送電用コイルＬ１からの送電が開始されている状況で、充電機器１側に存在する異物３が発熱することを防止することが容易となる。

以上に示される効果は、一次側当接面４０が、５０／ｍ〜２５０／ｍの範囲内のいずれかの曲率の凹曲面とされていることにより奏される。このような曲率の範囲は、本発明者が、充電機器１の表面の一次側当接面４０の形状を種々変更させながら、その一次側当接面４０に、硬貨、クリップ、金属片、指輪、ヘアピンなどの、送電用コイルＬ１による磁束の影響を受けやすい様々な大きさの異物３を載せる実験を行って得られた範囲である。

このような本発明者による実験の結果、異物３が一次側当接面４０に存在しても、一次側当接面４０が、５０／ｍ〜２５０／ｍの範囲内のいずれかの曲率の曲面とされていれば、その異物３を、一次側当接面４０の形状によって、送電用コイルＬ１による相互誘導の影響を受けにくい位置に位置させることができる確率が高いことが判った。本発明は、このような知見により得られたものである。

以上に示されるように、異物３が充電機器１側に存在する場合でも、マイクロコンピュータなどの高価な制御部ではなく一次側当接面４０の形状によって、その異物３を、コストを要さずに、送電用コイルＬ１による相互誘導の影響を受けにくい距離に位置に位置させることができる。

さらに、以上に示される構成では、図２及び３に示されるように、異物３が、送電用コイルＬ１による相互誘導の影響を受けにくい位置に位置した状態で、被充電機器２の二次側当接面４１の一次側当接面４０への移動を阻害する。結果として、充電機器１に異物３が存在するときに被充電機器２がセットされても、異物３が送電用コイルＬ１による相互誘導の影響を受けにくい位置で位置した状態が維持される。

尚、一次側当接面４０に存在する異物の幅が小さい場合の対策としては、図４ないし図６に示される構成が存在する。

また、図２に示される構成によれば、一次側当接面４０は、凹曲面で構成されているため、フラットな二次側当接面４１を持つ被充電機器２がセットされても、その二次側当接面４１が一次側当接面４０に当接できない。その結果、マイクロコンピュータなどの高価な部品を要さずに、充電機器１と被充電機器２との組み合わせが正規であることを確認することができる。したがって、充電機器１と被充電機器２との組み合わせが正規であることを確認してから送電用コイルＬ１による送電を開始すれば、低コストで、充電機器１と被充電機器２との間の仕様の相違による不慮の事故を防止することができる。

ここに、充電機器１側に存在する異物３の発熱を低コストで防止する観点では、さらに、図３ないし図６に示される構成が存在する。

図３に示される非接触式充電システムでは、充電機器１において、５０／ｍ〜２５０／ｍの範囲内のいずれかの曲率の凸曲面で一次側当接面４０が構成されている一方で、被充電機器２において、その一次側当接面４０に面全体で当接する凹曲面で二次側当接面４１が構成されている。

一般に、凸曲面に異物が載せられても、その異物はその凸曲面から脱落しやすい。この構成によれば、一次側当接面４０が、５０／ｍ〜２５０／ｍの範囲内のいずれかの曲率の凸曲面とされているため、仮に、一次側当接面４０に異物３が載せられてもその異物３が凸曲面から脱落する。このことは、本発明者が、一次側当接面４０の凸曲面の曲率を変えながら一次側当接面４０に異物３を載せる実験を行うことにより得られたものである。

これにより、一次側当接面４０に対応する位置に存在する送電用コイルＬ１から磁束が生じる範囲内に異物が存在しなくなるため、その異物３が発熱しない。

また、一次側当接面４０が凸曲面からなるため、フラットな二次側当接面４１を持つ被充電機器２がセットされても、その二次側当接面４１が一次側当接面４０に当接できない。その結果、マイクロコンピュータなどの高価な部品を要さずに、充電機器１と被充電機器２との組み合わせが正規であることを確認することができる。

したがって、充電機器１と被充電機器２との組み合わせが正規であることを確認してから送電用コイルＬ１による送電を開始すれば、低コストで、充電機器１と被充電機器２との間の仕様の相違による不慮の事故を防止することができる。

図４に示される非接触式充電システムでは、送電用コイルＬ１は、凹曲面からなる一次側当接面４０のうち最奥部Ｂ以外の面に正対する位置に配置されている。その一方で、受電用コイルＬ２は、凸曲面からなる二次側当接面４１のうち最奥部Ｂ以外の面に正対する位置であって、送電用コイルＬ１に対向する位置に配置されている。

本発明者による実験によれば、一次側当接面４０の縁４０Ａ間の距離ＬＥ未満の幅の異物３は、凹曲面からなる一次側当接面４０の最奥部（底）Ｂ付近に集積しやすいことが判った。

この構成によれば、送電用コイルＬ１は、一次側当接面４０のうち最奥部Ｂ以外の面に正対する位置に配置されている。これにより、一次側当接面４０に、一次側当接面４０の縁４０Ａ間の距離ＬＥ未満の幅の異物３が存在しても、その異物は、送電用コイルＬ１の磁束が及びにくい最奥部Ｂ付近に集積されるため、その異物が、送電用コイルＬ１による相互誘導の影響を受けて発熱することを防止することができる。

また、この構成によれば、受電用コイルＬ２は、凸曲面からなる二次側当接面４１のうち最奥部Ｂ以外の面に正対する位置であって、送電用コイルＬ１に対向する位置に配置されている。これにより、一次側当接面４０に存在する異物が、送電用コイルＬ１による相互誘導の影響を受けて発熱することを効果的に防止しながら、送電用コイルＬ１から受電用コイルＬ２へ充電用高周波電力を送電することができる。

図５に示される非接触充電システムでは、一次側当接面４０には凸部１０１が配置されており、送電用コイルＬ１が凸部１０１に対応する位置に配置されている。また、二次側当接面４１のうち、凸部１０１に対応する位置には、凸部１０１が嵌り込む凹部１０２が設けられている。

この構成によれば、送電用コイルＬ１が、一次側当接面４０に配置された凸部１０１に対応する位置に配置されており、送電用コイルＬ１が凸部１０１に対応する位置に配置されている。

両端の長さが異物３よりも短い異物３０は、一次側当接部４０の奥深くに侵入しやすいので、凸部１０１が設けられていなければ、異物３０は、図５において二点鎖線で示される位置にまで侵入する場合があることが考えられる。このとき、異物３０と送電用コイルＬ１との間の距離は、送電用コイルＬ１による相互誘導の影響を受けやすい“ＬＥ１”未満となってしまう。

これに対して、図５に示される構成によれば、送電用コイルＬ１が対応して配置されている凸部１０１が存在することによって、両端が短い異物３０が一次側当接面４０Ｂの奥深くに侵入しても、異物３０の表面が凸部１０１に当たって止まるので、その異物３０と送電用コイルＬ１との間の距離を、“ＬＥ１＋ΔＬＥ”に保持することができる。

その結果、両端が異物３の両端よりも短い異物３０が一次側当接面４０の奥深くに侵入しても、異物３の発熱を防止することができる。これにより、幅の狭い異物３０が充電機器１側に存在しても、その異物３０を送電用コイルＬ１による相互誘導の影響を受けにくい位置に位置させて、その異物３０の発熱を未然に防止することができる。

図６に示される非接触充電システムでは、一次側当接面４０には、環状の凸部５０が設けられており、その凸部５０に対応する位置（例えば、凸部５０の内部）には送電用コイルＬ１が配置されている。その一方で、二次側当接面４１には、環状の凸部５０に嵌り込む環状の凹部６０が設けられており、その凹部６０に対応する位置（例えば、凹部６０の真上）には受電用コイルＬ２が配置されている。

この構成によれば、環状の凹部６０の径方向の幅は、環状の凸部５０に嵌り込むために、環状の凸部５０の径方向の幅ＬＥ２とほぼ同じ径とされている。そのため、一次側当接部４０に存在する異物の両端の長さが、先述された異物３０の両端の長さよりも短い場合でも、その長さが環状の凸部５０の径方向の幅ＬＥ２を超えていれば、環状の凹部６０が環状の凸部５０に嵌り込まない。

結果として、一次側当接部４０に存在する異物の両端の長さが短い場合でも、充電機器１に対して被充電機器２をセットする際に異物を挟みこむことがなくなるため、充電機器１と被充電機器２との間で異物を挟み混んだまま充電されることがなくなる。

図７に示される非接触充電システムでは、平面ＳＵ１からなる一次側当接面４０には環状の凹部６０が設けられており、その凹部６０に対応する位置（例えば、凹部６０の真下）には送電用コイルＬ１が配置されている。その一方で、平面ＳＵ２からなる二次側当接面４１には、環状の凹部６０に嵌り込む環状の凸部５０が設けられており、その凸部５０に対応する位置（例えば、凸部５０の内部）には受電用コイルＬ２が配置されている。

この構成によれば、環状の凸部５０の径方向の幅は、環状の凹部６０に嵌り込むために、環状の凹部６０の径方向の幅ＬＥ３とほぼ同じ幅とされている。そのため、一次側当接部４０に存在する異物の両端の長さが、先述された異物３０の両端の長さよりも短い場合でも、その長さが環状の凹部６０の径方向の幅ＬＥ３を超えていれば、環状の凹部６０が環状の凸部５０に嵌り込まない。

結果として、一次側当接部４０に存在する異物の両端の長さが短い場合でも、充電機器１に対して被充電機器２をセットする際に異物を挟みこむことがなくなるため、充電機器１と被充電機器２との間で異物を挟み混んだまま充電されることがなくなる。

また、充電機器１側に存在する異物３の発熱を低コストで防止する観点以外の観点では、図８及び９に示される構成が存在する。

図８に示される非接触充電システムでは、送電用コイルＬ１及び受電用コイルＬ２で昇圧トランスが構成されている。

一般に昇圧トランスは、平面コイルと比べると薄くはないが、汎用トランスとして市場に広く流通しており価格が安価である。この構成によれば、送電用コイルＬ１及び受電用コイルＬ２で昇圧トランスが構成されているため、送電用コイルＬ１及び受電用コイルＬ２の製造コストを抑制することができる。

図９に示される非接触充電システムでは、送電用コイルＬ１及び受電用コイルＬ２は平面コイルで構成されている。

この構成によれば、送電用コイルＬ１が平面コイルから構成されているため、送電用コイルＬ１を曲面状に変形させて、一次側当接面４０に貼り付けることができる。さらに、受電用コイルＬ２が平面コイルから構成されているため、受電用コイルＬ２を曲面状に変形させて、二次側当接面４１に貼り付けることができる。

これにより、送電用コイルＬ１が一次側当接面４０に沿うように配置される一方で、受電用コイルＬ２が二次側当接面４１に沿うように配置される。

その結果、一次側当接面Ｌ１と二次側当接面Ｌ２とが当接した状態では、送電用コイルＬ１の平面と受電用コイルＬ２の平面とが互いに近接した状態となる。これにより、送電用コイルＬ１と受電用コイルＬ２との間の磁気結合を強くすることができるので、送電用コイルＬ１から受電用コイルＬ２に対する充電用高周波電力の送電効率を向上させることができる。

尚、図９に示されるように、送電用コイルＬ１及び受電用コイルＬ２の両方を平面コイルで構成するのではなく、送電用コイルＬ１及び受電用コイルＬ２のいずれか一方を、平面コイルで構成してもよい。

送電用コイルＬ１及び受電用コイルＬ２のいずれか一方を、平面コイルで構成することにより、以下の効果が得られる。

つまり、送電用コイルＬ１を平面コイルで構成すれば、送電用コイルＬ１を曲面状に変形させて一次側当接面４０に貼り付けることができる。これにより、送電用コイルＬ１の設置スペースを削減することができるため、充電機器１の薄型化が可能になる。

その一方で、受電用コイルＬ２を平面コイルで構成すれば、受電用コイルＬ２を曲面状に変形させて二次側当接面４１に貼り付けることができる。これにより、受電用コイルＬ２の設置スペースを削減することができるため、被充電機器２の薄型化が可能になる。

また、平面コイルで構成された送電用コイルＬ１及び受電用コイルＬ２のいずれか一方以外のコイルを、平面コイル以外の安価なコイル（例えばリングコイル）を用いて構成すれば、コストの削減を図ることができる。

以下に、本発明の一実施形態に係る非接触充電システムの基本動作を、図１０ないし図１３を用いて説明する。図１０は、本発明の他の実施形態に係る非接触充電システムの機能モジュールの一例を示した図である。

図１０に示される非接触充電システムは、充電機器１と被充電機器２とを備える。充電機器１は、制御部１０、送電部１１、認証用高周波電力生成部１３、及び整流部１５を備える。制御部１０は、マイクロコンピュータなどで構成されており、充電機器１を統括的に制御する。

送電部１１は、送電用コイルＬ１及びコンデンサＣ１からなるＬＣ直列共振回路が並列接続されたインバータ回路１２を備える。インバータ回路１２は、電力（例えば、直流電力、或いは、商用交流電力）を受け付けて、所定の高周波数（例えば１２０ｋＨｚ）の電力を生成する。尚、インバータ回路１２は公知の回路であるため、その構成の説明を省略する。

送電用コイルＬ１及びコンデンサＣ１からなるＬＣ直列共振回路は、インバータ回路１２によって生成された高周波数の電力の振幅を大きくする。このように、振幅が大きくされた高周波数の電力は、被充電機器２を充電するための充電用高周波電力として、送電用コイルＬ１から被充電機器２へ送電される。

ここに、以下の説明において、送電用コイルＬ１から被充電機器２へ送電される高周波数の電力を、“充電用高周波電力”と呼ぶ。

認証用高周波電力生成部１３は、一次側認証用コイルＬ３及びコンデンサＣ３からなるＬＣ直列共振回路が並列接続された発振回路１４を備える。発振回路１４は、電力（例えば、直流電力、或いは、商用交流電力）を受け付けて、充電用高周波電力の周波数よりも高い所定の高周波数（例えば３ＭＨｚ）の電力を生成する。尚、発振回路１４は公知の回路であるため、その構成の説明を省略する。

一次側認証用コイルＬ３及びコンデンサＣ３からなるＬＣ直列共振回路は、発振回路１４によって生成された高周波数の電力の振幅を大きくする。このように、振幅が大きくされた高周波数の電力は、被充電機器２が認証処理を行うための駆動電力として、一次側認証用コイルＬ３から被充電機器２へ送電される。

ここに、以下の説明において、一次側認証用コイルＬ３から、被充電機器２が認証処理を行うための駆動電力として被充電機器２へ送電される高周波数の電力を、“認証用高周波電力”と呼ぶ。

整流部１５は、被充電機器２から伝送されてきた認証用高周波信号を整流して制御部１０へ出力する。制御部１０は、整流された認証用高周波信号を受け付けて、充電機器１及び被充電機器２の組み合わせが正規であることを認証する。

その一方で、被充電機器２は、充電池２０、受電部２１、及び、認証用高周波信号生成部２３を備える。充電池２０は、例えば、リチウムイオン電池で構成される。

受電部２１は、受電用コイルＬ２及びコンデンサＣ２からなるＬＣ並列共振回路が並列接続された整流回路２２を備える。受電用コイルＬ２は、送電用コイルＬ１と磁気結合して充電用高周波電力を受電する。受電用コイルＬ２及びコンデンサＣ２からなるＬＣ並列共振回路は、受電用コイルＬ２が受電した充電用高周波電力の振幅を大きくする。

整流回路２２は、受電用コイルＬ２及びコンデンサＣ２からなるＬＣ並列共振回路によって振幅が大きくされた充電用高周波電力を整流して直流電力として充電池２０へ供給する。その結果、充電池２０が充電される。

認証用高周波信号生成部２３は、電源回路２４及びスイッチング回路２５を備える。電源回路２４は、認証用高周波信号生成部２３の駆動電源を生成するために設けられ、二次側認証用コイルＬ４で受電した認証用高周波電力を整流及び平滑して直流電力を生成する。

スイッチング回路２５は、電源回路２４によって生成された直流電力によって動作して、後述するスイッチング処理を行って、一次側認証用コイルＬ４に伝送された認証用高周波電力を認証用高周波信号とする。

二次側認証用コイルＬ４及びコンデンサＣ４からなるＬＣ並列共振回路は、一次側認証用コイルＬ４に伝送された認証用高周波電力の振幅を大きくする。その結果、振幅が大きくされた認証用高周波電力が電源回路２４へ出力される。

図１１は、被充電機器の認証用高周波信号生成部の具体的な回路構成の一例を示した図である。認証用高周波信号生成部２３において、二次側認証用コイルＬ４と並列にコンデンサＣ４が接続されている。二次側認証用コイルＬ４及びコンデンサＣ４は、先述されたＬＣ並列共振回路を構成する。

また、二次側認証用コイルＬ４には、先述された電源回路２４及びスイッチング回路２５が接続されている。電源回路２４は、二次側認証用コイルＬ４を流れる認証用高周波電力をダイオードＤ１で整流して電解コンデンサＣ５を充電し、電解コンデンサＣ５の充電電荷を放電することでスイッチング回路２５に直流電圧を供給する。

スイッチング回路２５は、整流用のダイオードＤ２、抵抗素子Ｒ（例えば１００Ω）、及び、バイポーラトランジスタからなるスイッチング素子Ｑ１からなる直列回路と、低周波数（例えば１ＫＨｚ）のパルス信号を生成するマルチバイブレータＭＶと、を備える。

このような構成のスイッチング回路２５において、マルチバイブレータＭＶは、そのマルチバイブレータＭＶで生成されたパルス信号をスイッチング素子Ｑ１へ出力して、そのスイッチング素子Ｑ１をオンオフさせる。

これにより、認証用高周波信号生成部２３は、二次側認証用コイルＬ４において、振幅が大きなハイレベルの信号と、その信号よりも振幅が小さなローレベルの信号とが繰り返される認証用高周波信号を生成する。

図１２は、本発明の他の実施形態に係る被接触充電システムの基本動作の一例を説明するための図である。

充電機器１に被充電機器２がセットされたときには、送電用コイルＬ１と受電用コイルＬ２とが磁気結合できるように対向するとともに、一次側認証用コイルＬ３と二次側認証用コイルＬ４とが磁気結合できるように対向する。

この状態で、充電機器１の制御部１０は、発振回路１４によって高周波数の電力を生成させる。そして、この高周波数の電力は、一次側認証用コイルＬ３及びコンデンサＣ３からなるＬＣ直列共振回路で振幅が大きくされて、認証用高周波電力の形とされる。

これにより、一次側認証用コイルＬ３において認証用高周波電力（図１２において（１）で示される電力）が発生するので、一次側認証用コイルＬ３から二次側認証用コイルＬ４へ向かう磁束が発生する。これにより、一次側認証用コイルＬ３及び二次側認証用コイルＬ４が磁気結合して、一次側認証用コイルＬ３で発生した認証用高周波電力が二次側認証用コイルＬ４に伝送される（以上、認証用電力伝送処理）。

認証用高周波電力が二次側認証用コイルＬ４に伝送されると、認証用高周波信号生成部２３がスイッチング処理によって、二次側認証用コイルＬ４における認証用高周波電力を、ハイレベルの信号とローレベルの信号とが繰り返される認証用高周波信号（図１２における（２）で示される信号）とする。

そのとき、二次側認証用コイルＬ４は一次側認証用コイルＬ３と磁気結合しているので、二次側認証用コイルＬ４における認証用高周波電力の波形の変化が、一次側認証用コイルＬ３に伝わる。

すると、一次側認証用コイルＬ３における認証用高周波電力の波形が、二次側認証用コイルＬ４における認証用高周波信号の波形と同じ波形（図１２における（３）に示される波形）となる。結果として、一次側認証用コイルＬ３には、二次側認証コイルＬ４における認証用高周波信号が伝送される（以上、認証用信号伝送処理）。

そのとき、制御部１０が、認証用高周波信号のオンオフパターンを判断して、被充電機器２が正規であるか否かを判断する。これにより、充電機器１と被充電機器２との組み合わせが正規であるか否かが判断される。

尚、一次側認証用コイルＬ３そのものがインピーダンスを有する上に、一次側認証用コイルＬ３と二次側認証用コイルＬ４との間の磁気結合が弱いため、一次側認証用コイルＬ３における認証用高周波信号の振幅が、二次側認証用コイルＬ４における振幅よりも小さくなっている。

そして、制御部１０が、充電機器１と被充電機器２との組み合わせが正規であることを判定すると、インバータ回路１２を駆動させて、送電用コイルＬ１から受電用コイルＬ２に対して、充電用高周波電力（図１２において（４）で示される電力）を伝送させる（以上、充電用電力伝送処理）。

本発明の一実施形態に係る被接触充電システムは、認証用電力伝送処理及び認証用信号伝送処理からなる認証処理と、充電用電力伝送処理とを交互に行って、充電池２０を充電させる。例えば、充電用電力伝送処理を１１４０ｍｓの間行った後、認証処理を６０ｍｓの間行う処理を繰り返す。これにより、充電池２０の充電を行っている間に、定期的に、充電機器１へ正規の被充電機器２がセットされているか否かの判定処理を行う。

図１３は、本発明の他の実施形態に係る被接触充電システムの構成の一例を示した側面図である。図１３において、送電用コイルＬ１、受電用コイルＬ２、一次側認証用コイルＬ３及び二次側認証用コイルＬ４の各々は、同一の中心軸ＡＸ１を有している。

充電機器１は、送電用コイルＬ１を備える一方で、被充電機器２は、受電用コイルＬ２を備える。送電用コイルＬ１では、通電した状態で磁束を受電用コイルＬ２の方向へ生じさせるような巻き方向で巻き回された巻線が配置されている。その一方で、受電用コイルＬ２では、送電用コイルＬ１の巻線と同じ方向に巻き回された巻線が配置されている。

充電機器１へ被充電機器２がセットされた状態では、送電用コイルＬ１と受電用コイルＬ２とが正対して、送電用コイルＬ１から受電用コイルＬ２に向かう空間（ギャップＧ）を形成する。送電用コイルＬ１と受電用コイルＬ２とでギャップＧを形成すると、送電用コイルＬ１と受電用コイルＬ２とが磁気結合することができる状態となる。

また、充電機器１では、送電用コイルＬ１の他に、一次側認証用コイルＬ３が配置されている一方で、被充電機器２では、受電用コイルＬ２の他に、二次側認証用コイルＬ４が配置されている。

一次側認証用コイルＬ３では、通電した状態で磁束を二次側認証用コイルＬ４の方向へ生じさせるような巻き方向で巻き回された巻線が配置されている。その一方で、二次側認証用コイルＬ４では、一次側認証用コイルＬ３の巻線と同じ方向に巻き回された巻線が配置されている。

さらに、充電機器１では、送電用コイルＬ１及び一次側認証用コイルＬ３における磁束密度を高めるために磁性シートＳ１が設けられている。この磁性シートＳ１は、送電用コイルＬ１及び一次側認証用コイルＬ３からの送電効率を向上させるために設けられている。

その一方で、被充電機器２では、受電用コイルＬ２及び二次側認証用コイルＬ４における磁束密度を高めるために磁性シートＳ２が設けられている。この磁性シートＳ２は、受電用コイルＬ２及び二次側認証用コイルＬ４における受電効率を向上させるために設けられている。

この構成によれば、送電用コイルＬ１と受電用コイルＬ２とが対向してギャップＧを形成した状態で、送電用コイルＬ１と受電用コイルＬ２とが磁気結合する。これにより、送電用コイルＬ１から受電用コイルＬ２へ充電用高周波電力が送電される。

その一方で、一次側認証用コイルＬ３と二次側認証用コイルＬ４とが磁気結合した状態で、一次側認証用コイルＬ３から二次側認証用コイルＬ４に対して認証用高周波電力が伝送される一方で、その認証用高周波電力から生成された認証用高周波信号が二次側認証用コイルＬ４から一次側認証用コイルＬ３に対して伝送される。

これにより、送電用コイルＬ１及び受電用コイルＬ２によって、充電機器１から被充電機器２に対する充電用高周波信号の伝送が行われる一方で、一次側認証用コイルＬ３及び二次側認証用コイルＬ４によって、認証用高周波電力及び認証用高周波信号の伝送が行われる。

このような構成の非接触充電システムでは、仮に、充電機器１の一次側当接面４０に異物３が存在している状態で充電機器１に被充電機器２がセットされたとしても、被充電機器２の二次側当接面４１が一次側当接面４０に当接せずに一次側当接面４０の内部で留まる。

その結果、一次側認証用コイルＬ３と二次側認証用コイルＬ４との間の距離が、一次側当接面４０に異物３が存在しない場合と比較して大きくなるため、一次側認証用コイルＬ３と二次側認証用コイルＬ４との間で磁気結合しにくくなる。

これにより、一次側認証用コイルＬ３及び二次側認証用コイルＬ４による被充電機器２の認証が困難となるため、通常は、その認証が終了してから送電を開始する送電用コイルＬ１による通電は行われないものと考えられる。

しかしながら、一次側認証用コイルＬ３及び二次側認証用コイルＬ４における磁束の強さによって、被充電機器２の認証が行われてしまって、送電用コイルＬ１による送電が開始されると、異物３が発熱してしまう。

本発明の一実施形態に係る被接触充電システムによれば、先述されたように、充電機器１に異物３が存在するときに被充電機器２がセットされても、異物３が送電用コイルＬ１による相互誘導の影響を受けにくい位置で位置した状態が維持される。これにより、充電機器１と被充電機器２とで形成されるギャップＧ内に異物３が存在する場合に送電用コイルＬ１による送電が開始されてしまったとしても、その異物３が送電用コイルＬ１により発熱することを防止することができる。

１ 充電機器
２ 被充電機器
４０ 一次側当接面
４１ 二次側当接面
５０ 環状の凸部
６０ 環状の凹部
１０１ 凸部
Ｂ 最奥部
Ｌ１ 送電用コイル
Ｌ２ 受電用コイル

Claims (7)

1. 磁束を発生させることにより、被充電機器を充電するための充電用高周波電力を送電する送電用コイルを備え、前記被充電機器と当接する一次側当接面を表面に有する充電機器と、
   前記一次側当接面に当接する二次側当接面を表面に有し、前記送電用コイルから送電される前記充電用高周波電力を受電する受電用コイルを備えた被充電機器と、を備え、
   前記一次側当接面は凹曲面からなり、前記一次側当接面に対応する位置に前記送電用コイルを備え、
   前記送電用コイルは、前記凹曲面のうち最奥部以外の領域に正対する位置に配置され、
   前記受電用コイルは、前記送電用コイルに対応する位置に配置されていることを特徴とする非接触充電システム。
2. 前記送電用コイル及び前記受電用コイルで昇圧トランスが構成されていることを特徴とする請求項１に記載の非接触充電システム。
3. 前記送電用コイルは平面コイルで構成されていることを特徴とする請求項１に記載の非接触充電システム。
4. 前記二次側当接面は、前記一次側当接面に当接する曲面からなり、
   前記受電用コイルは平面コイルで構成されていることを特徴とする請求項１に記載の非接触充電システム。
5. 前記二次側当接面は、前記一次側当接面に当接する曲面からなり、
   前記送電用コイル及び前記受電用コイルは平面コイルで構成されていることを特徴とする請求項１に記載の非接触充電システム。
6. 磁束を発生させることにより、被充電機器を充電するための充電用高周波電力を送電する送電用コイルを備え、前記被充電機器と当接する一次側当接面を表面に有する充電機器と、
   前記一次側当接面に当接する二次側当接面を表面に有し、前記送電用コイルから送電される前記充電用高周波電力を受電する受電用コイルを備えた被充電機器と、を備え、
   前記一次側当接面は凹曲面からなり、
   前記一次側当接面の前記凹曲面には凸部が配置されており、前記送電用コイルが前記凸部に対応する位置に配置されていることを特徴とする非接触充電システム。
7. 前記一次側当接面には環状の凸部が配置されており、前記送電用コイルが前記環状の凸部に対応する位置に配置されている一方で、前記二次側当接面には前記環状の凸部と嵌り合う環状の凹部が配置されていることを特徴とする請求項６に記載の非接触充電システム。

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