JP5509385B2 - 非接触充電器、電子機器及び非接触充電システム - Google Patents

非接触充電器、電子機器及び非接触充電システム Download PDF

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Description

本発明は、非接触充電器及び電子機器に関し、特に、充電器から供給される電力を電子機器に充電する非接触充電システムにおける電子機器、非接触充電器に関する。
携帯電話等の携帯型の電子機器には、その電源を確保するために、通常、繰り返し充放電が可能な二次電池が用いられている。そして、二次電池への充電するシステムとして、電子機器と非接触状態で二次電池を充電することのできる非接触充電システムが考案されている。
このような非接触充電システムは、電動シェーバ等といった、充電端子の露出を避けることが望ましい機器を中心に普及しているが、今後、携帯電話のような機器にも普及していくことが予想される。例えば、特許文献１，２には、非接触充電システムが採用された携帯電話が記載されている。
また、二次電池や、充電を受ける電子機器に異常が生じたときや、これらの負荷が正規のものでない場合、過電流や発熱を生ずるおそれがある。そこで、負荷が正規なものか否か判定する非接触充電システムが必要となる。例えば、特許文献３には、二次側の負荷（充電対象）変化による一次側（充電側）の電圧の位相、振幅値の変化を検出し、負荷が正規なものであるか否かを判定する電力伝送装置が記載されている。
特開２００５−１４３１８１号公報 特開２００６−１１５５６２号公報 特開２００６−２３００３２号公報
現在、このような非接触充電システムに対し、充電が完了したら非接触充電器の電力消費をできる限り抑えるとともに、安全対策のため熱の発生も抑えたいという要求が高まっている。更に、一旦充電が終了したのち、そのまま放置して電子機器の電池電圧が低下した場合には再度充電を再開させることが望ましい。
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであって、使い勝手が良く、電力消費抑制、安全対策も考慮した非接触充電器及び電子機器を提供することを目的とする。
本発明の一態様である非接触充電器は、二次電池を電源として用いる電子機器を非接触方式で充電する非接触充電器であって、前記電子機器から充電が完了している旨を示す満充電コマンドを受信する送受信部を備え、当該非接触充電器は、前記満充電コマンドの受信とともに、前記電子機器への充電を行なわない充電停止状態に移行し、前記送受信部は、更に充電停止状態下において、前記電子機器が再充電が可能な状態で前記非接触充電器に載置されているか否かを確認する負荷確認信号を間歓的に送信し、前記送受信部は、更に充電停止状態下において、前記電子機器が再充電が必要か否かを確認する充電再起動確認コマンドを間歓的に送信し、前記送受信部が、前記充電再起動確認コマンドから独立して、前記負荷確認信号を送信可能であり、前記充電再起動確認コマンドを送信する時間間隔は、前記負荷確認信号を送信する時間間隔より大きい。
本発明の一態様である非接触充電器は、例えば、前記負荷確認信号により、前記電子機器が載置されている旨が確認された場合、前記制御部は当該非接触充電器を充電停止状態に維持し、前記負荷確認信号により、前記電子機器が載置されていない旨が確認された場合、前記制御部は当該非接触充電器を、電源が投入された直後の初期状態に移行させる。
本発明の一態様である非接触充電器において、例えば、前記送受信部は、前記電子機器を再充電する電力を送信するコイルを備え、前記非接触充電器は、前記負荷確認信号及び前記充電再起動確認コマンドを電力に重畳し、当該電力を変調する変調部を更に備える。
本発明の一態様である非接触充電器において、例えば、前記送受信部は、前記電子機器を再充電する電力を送信するコイルを備え、前記非接触充電器は、当該コイルに発生する電流の位相変化により、前記電子機器が載置されている旨を判定する。
本発明の一態様である非接触充電器において、例えば、前記送受信部は、前記電子機器を再充電する電力を送信するコイルを備える。
本発明の一態様である電子機器は、例えば、本発明の一態様である非接触充電器によって充電可能な二次電池を電源として用いる。
本発明の一態様である電子機器は、例えば、前記二次電池の充電完了に対応して前記電子機器の充電を行わない充電停止状態へ、前記非接触充電器を移行させる満充電コマンドを生成する制御部と、前記非接触充電器へ前記満充電コマンドを送信する送受信部と、を更に備え、前記電子機器の送受信部が、前記電子機器が前記充電停止状態中に再充電を要求したか否かを確認する充電再起動確認コマンドを前記非接触充電器から受信したとき、前記制御部は、前記二次電池が再充電を要求したか否かを確認し、再充電が要求されたとき、前記制御部は再充電要求を示す再充電コマンドを生成し、前記電子機器の送受信部は、前記非接触充電器へ前記再充電コマンドを送信する。
本発明の一態様である電子機器において、例えば、前記送受信部は、前記非接触充電器から前記二次電池を充電する電力を受信するコイルを備え、前記電子機器は、前記満充電コマンド及び前記再充電コマンドを前記電子機器によって生成された電流に重畳し、当該電流を変調する。
本発明の一態様である電子機器において、例えば、前記変調部は、データ順序の違いによって、前記満充電コマンド及び前記再充電コマンドを区別する。
本発明の一態様である非接触充電システムは、例えば、電子機器と、当該電子機器を非接触方式で充電する非接触充電器とから構成される非接触充電システムであって、前記電子機器は、前記電子機器の充電完了を示す満充電コマンドを送信し、前記非接触充電器は、当該満充電コマンドの受信とともに、前記電子機器への充電を行なわない充電停止状態に移行し、前記非接触充電器は、（１）前記充電停止状態下において、前記電子機器が充電可能な状態で前記非接触充電器に載置されているか否かを確認する負荷確認信号を間歓的に生成するとともに、（２）当該負荷確認信号を送信し、さらに前記非接触充電器は、（１）前記充電停止状態下において、前記電子機器が再充電を要求するか否かを確認する充電再起動確認コマンドを生成するとともに、（２）前記負荷確認信号から独立した充電再起動確認コマンドを送信し、前記非接触充電器は、前記電子機器が前記充電再起動確認コマンドに対応して再充電を要求する旨を示す再充電コマンドを受信したときは電力伝達状態へ移行し、前記充電再起動確認コマンドに対応して当該再充電コマンドを受信しないときは充電停止状態を維持し、前記充電再起動確認コマンドを生成する時間間隔は、前記負荷確認信号を生成する時間間隔より大きい。
本発明の一態様である非接触充電器は、例えば、負荷確認信号変調波または充電再起動確認コマンド変調波を用いて、搬送波を変調する変調部と、前記電子機器が再充電可能な状態で前記非接触充電器上に載置されているか否かを確認する前記負荷確認信号を、充電停止状態下で間歓的に生成する制御部と、を更に備える。
本発明の一態様である非接触充電器において、例えば、前記送受信部が、前記充電再起動確認コマンド変調波から独立して、前記負荷確認信号変調波を送信し、前記充電再起動確認コマンド変調波を送信する時間間隔は、前記負荷確認信号変調波を送信する時間間隔より大きい。
本発明によれば、非接触充電システムにおいて、充電完了後、非接触充電器の電力消費を抑制することができ、また、充電完了時に熱の発生を抑えるなど安全対策も盛り込むことが可能となる。さらには、二次電池の電圧低下時において、自発的に再充電を行なうようにしたため、非接触充電システムの使用性をより向上させることが可能となる。
本発明の第１の実施形態に係る非接触充電システムの概要を説明するブロック図 信号送信の原理を説明する説明図 第１の実施形態に係る非接触充電器の状態遷移図 第１の実施形態に係る携帯電話の状態遷移図 第１の実施形態に係る非接触充電システムにおける非接触充電器および携帯電話間の信号のやり取りを示すシーケンス図 第１の実施形態に係る非接触充電器の各モードにおける動作タイミングチャートを示す図 本発明の第２の実施形態に係る非接触充電システムの概要を説明するブロック図 第２の実施形態に係る非接触充電器の状態遷移図 第２の実施形態に係る携帯電話の状態遷移図 第２の実施形態に係る非接触充電システムにおける非接触充電器および携帯電話間の信号のやり取りを示すシーケンス図 第２の実施形態に係る非接触充電器の充電停止モードにおける動作を示すフローチャート図 第２の実施形態に係る携帯電話の充電再起動確認時における動作を示すフローチャート図 第２の実施形態に係る非接触充電器の各モードにおける動作タイミングチャートを示す図 本発明の第３の実施形態に係る非接触充電システムの概要を説明するブロック図 図１４の非接触充電システムの変形例を説明するブロック図
以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る電池パック、電子機器、非接触充電器及び非接触充電システムについて説明する。以下の実施形態では、電子機器の一例として、携帯電話について説明する。しかしながら、本発明に係る電子機器は、携帯情報端末（ＰＤＡ：Personal Digital Assistant）等、充電によって繰り返し利用できる二次電池を電源とする種々の電子機器を含むものである。
（第１の実施形態）
図１は本発明の第１の実施形態に係る非接触充電システムの概要を説明するブロック図である。図１に示すように、本実施形態の非接触充電システムは、携帯電話１００と、非接触充電器２００と、ＡＣアダプタ３００とから構成されている。携帯電話１００は、非接触充電器２００と非接触の状態で、電力の供給を受けて後述するその電池セル（二次電池）１６０に充電することができる。「非接触」とは、携帯電話１００と非接触充電器２００が、その金属端子を介して直接電気的に導通しない状態で、両者の間で電力（電波）、信号等がやり取り可能であることをいう。
携帯電話１００は、主制御部１１０と、報知部ドライバ回路１２０と、報知部１３０と、充電回路１４０と、保護回路１５０と、電池セル１６０と、非接触充電回路１７０とを備える。主制御部１１０は携帯電話１００の全体動作の制御をつかさどるもので、所定のプログラムによって動作する種々の演算処理回路から構成され、充電回路１４０における状態を監視すると共に、報知部ドライバ回路１２０を制御する。
充電回路１４０は、非接触充電回路１７０から電力が入力され、保護回路１５０を介して電池セル１６０に対する充電を制御する。さらに充電回路１４０は、電池セル１６０への充電状態等を主制御部１１０に通知する。
保護回路１５０は、充電回路１４０から受けた電力を、電池セル１６０に供給して充電する。また、保護回路１５０は温度検出器や過電流検出器を有して電池セル１６０への充電状態を監視し、高温や過電流を検出して異常が発生したと判定した場合に、電池セル１６０への充電を停止し、電池セル１６０を保護する。なお、異常検出したときの異常検出信号は、充電回路１４０を介して主制御部１１０へ出力されると共に、報知部１３０よりユーザへ通知される。
電池セル１６０は、保護回路１５０を介して充電され、繰り返し充放電が可能となる二次電池の一例として機能する。
報知部ドライバ回路１２０は、主制御部１１０の制御の下、報知部１３０を駆動する回路である。報知部１３０は、報知部ドライバ回路１２０の駆動信号により、ユーザに対し所定の報知信号を通知する部分であり、ブザー、バイブレータ、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）などの発光部などより構成される。
非接触充電回路１７０は、図１に示すように、制御部１７１と、認証部１７２と、変調部１７３と、復調部１７４と、切替回路１７５と、整流回路１７６と、コイル１７７とを有し、携帯電話１００の非接触充電の作用を担う主要部分である。非接触充電回路１７０は、一つのモジュールとして携帯電話１００の本体から簡易に取り外し可能に構成しうる。
コイル１７７は、非接触充電器２００に備えられたコイル２８０との間で電磁結合して電力の供給を受ける二次コイルとして機能し、供給された交流電力を整流回路１７６および復調部１７４に出力する。また、コイル１７７は、コイル２８０との間で電磁結合してコマンドを送信する。
整流回路１７６は、コイル１７７から出力された交流電力を、直流電力に変換し、切替回路１７５と変調部１７３に出力する。切替回路１７５は、整流回路１７６から出力された直流電力を充電回路１４０に出力するか（オン）否か（オフ）を切り替える。この切替は後述するように制御部１７１の指示に従って行なわれる。
復調部１７４は、非接触充電器２００のコイル２８０から交流電力の供給を受けたコイル１７７から当該交流電力を受け取る。後述するように、この交流電力の交流波は、デジタル信号を搬送する搬送波（キャリア）として機能しており、復調部１７４は、当該デジタル信号を抽出、復号し、認証部１７２に出力する。
認証部１７２は、制御部１７１からの指示に従ってコイル１７７を介して非接触充電器２００と通信を行い、非接触充電器２００からの供給された電力に含まれるデジタル信号に対応したコマンドを判別、認証する。そして、認証した結果を制御部１７１に通知する。
制御部１７１は、主制御部１１０と同様、所定のプログラムによって動作する種々の演算処理回路から構成され、非接触充電回路１７０の動作を制御するとともに、後述する種々のコマンドを生成する。制御部１７１は、認証部１７２おいて得られた、非接触充電器２００から送信された種々のコマンドに対応した認証結果の解析、充電回路１４０から電池セル１６０の充電が完了した旨を示す満充電ステータスの受領、切替回路１７５のオン・オフ制御など、非接触充電回路１７０の動作に関連した種々の制御を行なう。
変調部１７３は、認証部１７２の認証信号に基づき、制御部１７１が生成した所定のコマンドに対応したデジタル信号を、後述する負荷変調により非接触充電器２００のコイル２８０に送信する。
非接触充電器２００は、報知部２１０と、報知部ドライバ回路２２０と、制御部２３０と、変調部２４０と、認証部２５０と、復調部２６０と、コイルドライバ回路２７０と、コイル２８０とを備える。非接触充電器２００は、卓上充電台、レストラン等飲食店のテーブル、公園等のベンチ、鉄道等の乗り物座席の手すり、自動車等のセンターコンソール、エスカレータ等の手すり等に組み込まれた組み込み型充電器など種々の形を有し、一般的には樹脂の筐体に回路が内蔵され、形成される。非接触充電器２００は、交流電源１０からＡＣアダプタ３００を介して電力の供給を受け、当該非接触充電器２００の上に携帯電話１００が載置されることにより、携帯電話１００の充電が可能となる。
報知部２１０、報知部ドライバ回路２２０の機能は、携帯電話１００の報知部１３０、報知部ドライバ回路１２０と同等である。制御部２３０は、非接触充電器２００の全体動作の制御をつかさどるもので、所定のプログラムによって動作する種々の演算処理回路から構成される。制御部２３０は後述する種々のコマンドを生成する。
変調部２４０は、制御部２３０によって生成された種々のコマンドに対応したデジタル信号を、搬送波に重畳し、変調する。コイルドライバ回路２７０は、変調された搬送波を送出するため、コイル２８０を駆動する。
コイル２８０は、携帯電話１００に備えられたコイル１７７との間で電磁結合して電力を送出する一次コイルとして機能する。この場合、コイル２８０は上述したコイルドライバ回路２７０からの交流波をコイル１７７に送出する。また、コイル２８０は、コイル１７７との間で電磁結合し、復調部２６０を介して、認証部２５０にコマンドを出力する。即ち、コイル２８０は、電力、後述する種々のコマンド、信号を送受信する送受信部として機能する。
復調部２６０は、携帯電話１００のコイル１７７から信号の供給を受け、当該信号に基づいて交流電流を発生させるコイル２８０から当該交流電流を受け取る。後述するように、この交流電流の交流波は、デジタル信号を搬送する搬送波（キャリア）として機能しており、復調部２６０は、当該デジタル信号を抽出、復号し、認証部２５０に出力する。
認証部２５０は、復調部２６０で得られたデジタル信号に対応したコマンドを判別、認証する。そして、認証した結果を制御部２３０に通知する。
ＡＣアダプタ３００は、交流電源１０に接続され、交流電力を直流電力に変換し、電源ケーブル３１０を介してコイルドライバ回路２７０に出力する。なお本図では、ＡＣアダプタ３００は非接触充電器３００とは別の筐体に設けられているが、ＡＣアダプタ３００を一つの回路として、非接触充電器２００内部に設けてもよい。
本実施形態の非接触充電システムにおいて、電力は以下の経路に従って、非接触充電器２００から携帯電話１００に供給される。
交流電源１０→ＡＣアダプタ３００→電源ケーブル３１０→コイルドライバ回路２７０→コイル２８０→コイル１７７→整流回路１７６→切替回路１７５→充電回路１４０→保護回路１５０→電池セル１６０
一方、本実施形態の非接触充電システムにおいて、携帯電話１００と非接触充電器２００の間では、後述するように種々のコマンドのやり取りがデジタル信号でなされる。このようなコマンドの一つとして、例えば携帯電話１００の電池セル１６０の充電が完了したことを示す満充電コマンドは、以下の経路に従って、携帯電話１００から非接触充電器２００に伝達される。
充電回路１４０→制御部１７１→認証部１７２→変調部１７３→整流回路１７６→コイル１７７→コイル２８０→復調部２６０→認証部２５０→制御部２３０
このように、本実施形態の非接触充電システムにおいては、電力およびコマンドは共通の伝達路である、整流回路１７６、コイル１７７、コイル２８０を介して伝達されている。そして、本実施形態では、伝送される交流電力の交流波を搬送波とし、当該搬送波にデジタル信号によるコマンドが重畳され、伝達される。尚、本実施形態では、電力は非接触充電器２００から携帯電話１００に伝達されるが、携帯電話１００から非接触充電器２００へ電力は伝達されない。
図２は、特許文献３にも開示されているが、非接触充電器２００が、その上に物体が載置されているのか、また、その上に載置された物体が携帯電話１００なのか否かを判別する方法、すなわち、被充電側の状態を判定する方法を示す。後述するように、判定時、非接触充電器２００の制御部２３０は、負荷の有無を確認する負荷確認信号を生成し、変調部２４０による変調を経て、コイル２８０から交流電力が送出される。図２（ａ）はこのとき、コイル２８０に発生する電圧（正弦波波形）を示す。一般的に非接触充電器２００上に何ら物体が載置されていない状態、すなわち無負荷状態のとき、図２（ｂ）に示すように、コイル２８０に発生する交流電流の位相は略π／２（略９０度）遅れることとなる。
そして、非接触充電器２００上に携帯電話１００が載置された状態、すなわち正規負荷状態のとき、図２（ｃ１），（ｃ２）のように、コイル２８０に発生する交流電流の位相は、所定量のＡ、Ａ＋α進むことが予めわかっている。そこで、このような電流位相の変化に基づき、非接触充電器２００は携帯電話１００が載置されたか否かを検知することができる。
また、携帯電話１００が載置された状態として、図２（ｃ１），（ｃ２）の二つの電流位相のずれを示した。これは、携帯電話１００側において変調負荷を変動させ負荷変調し、このような変動に基づきコイル２８０で観察される交流電流の位相のずれにも差を設けることにより、携帯電話１００から非接触充電器２００に送信するデジタル信号を変化させる方法を示す。本例においては、携帯電話１００の基本負荷の場合において、位相のずれがＡの場合はデジタル信号の“０”に対応し（概念図（ｄ１）参照）、携帯電話１００において基本負荷に所定の負荷Ｒを更に加えた場合、位相のずれがＡ＋αとなり（概念図（ｄ２）参照）、この場合はデジタル信号の“１”に対応するよう設定されている。そして、このように変調負荷を時系列的に変動させることにより、種々の“０”、“１”信号の組合せを生成することが可能となり、送信するデジタル信号列を複数種生成することができ、種々のコマンドを送信することが可能となる（後述する満充電コマンド、再充電コマンドなど）。これは、いわゆるＰＳＫ（位相偏移変調；Phase Shift Keying）の考え方の利用である。
また、携帯電話１００ではない、いわゆる異物負荷が非接触充電器２００上に載置されると、例えば、図２（ｅ）に示すように、コイル２８０の交流電流の位相はＢずれることとなり、これをもとに、非接触充電器２００は、載置された物が携帯電話１００ではないことを判別することができる。
また、非接触充電器２００から携帯電話１００にコマンドを送信する際には、ＦＳＫ（周波数偏移変調；Frequency Shift Keying）を用いて、複数種のコマンド（後述する負荷確認信号、充電再起動確認コマンドなど）を送信することができ、携帯電話１００において、復調部１７４が当該コマンドを復調する。
ただし、上述した変調方式は例示であり、負荷の有無の把握、コマンドの判別を可能とするものであるならば、特にその方式は限定されない。
次に、本実施形態の非接触充電システムの動作について説明する。図３は、本実施形態に係る非接触充電器２００の状態の遷移を示す状態遷移図である。まず、ＡＣアダプタ３００の電源が投入され、非接触充電器２００の電源がオンとなると（Ｓ０）、制御部２３０は、非接触充電器２００を初期状態としてのスタンバイモードに移行させる（Ｓ１）。このとき、制御部２３０は、図２の方式に基づき、負荷有無の確認を行なう。すなわち、制御部２３０は、負荷の有無を確認する負荷確認信号を生成し、変調部２４０による変調を経て、コイル２８０から交流電力が送出される。そして、図２（ｂ）のように、電流位相に基づき負荷無しと判別された場合（Ｔ１）、制御部２３０は、非接触充電器２００をスタンバイモードに維持する。
一方、図２（ｃ１），（ｃ２），（ｄ）のように、電流位相に基づき負荷有りと判別された場合（Ｔ２）、制御部２３０は、非接触充電器２００を認証モードに移行させる（Ｓ２）。このとき、制御部２３０は相手方に認証を求める認証要求コマンドを生成し、変調部２４０による変調を経て、コイル２８０から送出される。これに対する負荷からのデジタル信号が復調部２６０により復調されると、認証部２５０は復調されたデジタル信号を認証判定し、携帯電話１００の認証ＩＤが得られるか否かを判定する。認証ＩＤが得られない、すなわち、この認証に何らかのエラーが生じたとき（Ｔ３）、制御部２３０は、非接触充電器２００をエラーモードに移行させる（Ｓ３）。このとき、制御部２３０は、図２の方式に基づき、再び負荷有無の確認を行なうが、負荷無しと判別した場合に（Ｔ４）、非接触充電器２００を再びスタンバイモードに移行させる（Ｓ１）。また、負荷有りと判断した場合に（Ｔ１５）、エラーモードを維持する（Ｓ３）。
認証モード（Ｓ２）において、認証部２５０が携帯電話１００を認証すると（Ｔ５）、制御部２３０は、非接触充電器２００を伝送モード（充電中）に移行させる（Ｓ４）。携帯電話１００からのデジタル信号が復調部２６０により復調されると、認証部２５０は復調されたデジタル信号を認証判定し、当該信号が携帯電話１００の電池セル１６０の充電完了を示す満充電コマンドであるか否かを判別する。さらに、認証部２５０は、図２の方式に基づき、正規負荷／異物負荷判別、負荷確認をも行なう。これらの判別に基づき、制御部２３０は、以下の様に非接触充電器２００のモードを移行させる。
すなわち、負荷無しと判別されたとき（Ｔ６）、制御部２３０は、非接触充電器２００を再びスタンバイモードに移行させる（Ｓ１）。また、異物負荷有り（Ｔ７）、または不正規負荷と判別されたとき（Ｔ８）、制御部２３０は、非接触充電器２００をエラーモードに移行させる（Ｓ３）。また、満充電コマンド無し、異物負荷無し、正規負荷有りと判別されたとき（Ｔ９）、未だ充電中のため、制御部２３０は、非接触充電器２００を伝送モードに維持する（Ｓ４）。
伝送モード（Ｓ４）において、認証部２５０が満充電コマンドを判別すると（Ｔ１０）、充電完了のため、制御部２３０は、非接触充電器２００を充電停止状態としての充電完了モードに移行させる（Ｓ５）。制御部２３０は、図２の方式に基づき、負荷有りを確認した場合（Ｔ１２）、未だ負荷が載置されているため、制御部２３０は、非接触充電器２００を充電完了モードに維持する（Ｔ１２）。一方、制御部２３０は、負荷無しを確認した場合（Ｔ１１）、負荷が既に取り外されているため、制御部２３０は、非接触充電器２００を再びスタンバイモードに移行させる（Ｓ１）。
図４は、本実施形態に係る携帯電話１００の状態の遷移を示す状態遷移図である。まず、非接触充電器２００から電力が供給されず、非接触充電回路１７０の電源はオフとなり初期状態になる（Ｓ２１）。
続いて、図３のＳ４の伝送モードで非接触充電器２００からコイル１７７に交流電力が供給されると（Ｔ２２）、非接触充電回路１７０が起動する（Ｓ２２）。そして、制御部１７１は、認証要求コマンドが何ら得られないときは、非接触充電回路１７０の起動時の状態を維持する（Ｔ２３）。一方、認証要求コマンドが得られたときは（Ｔ２４）、制御部１７１は、携帯電話１００（非接触充電回路１７０）を認証モードに移行させる（Ｓ２３）。そして、制御部１７１は、認証部１７２の認証結果に基づき、非接触充電器２００の認証を行なう。
認証が不成功のとき、コイル２８０からの電力供給が途絶えるため電源がオフし（Ｔ２５）、非接触充電回路１７０は電源オフ状態になる（Ｓ２１）。一方、認証が成功したとき（Ｔ２６）、制御部１７１は、携帯電話１００（非接触充電回路１７０）を充電モードに移行させる（Ｓ２４）。そして、制御部１７１は、充電回路１４０から満充電ステータスが得られるか否か確認する。満充電ステータスが得られないとき（Ｔ２７）、未だ充電が完了していないため、制御部１７１は、携帯電話１００を充電モードに維持する（Ｓ２７）。また、携帯電話１００が非接触充電器２００から外されるなどして、コイル１７７への電力供給が停止したときは、非接触充電回路１７０の電源はオフになり（Ｔ２８）、電源オフ状態に再び移行する（Ｓ２１）。
充電回路１４０から満充電ステータスが得られると（Ｔ２９）、充電が完了したため、制御部１７１は、認証部１７２、変調部１７３、整流回路１７６、コイル１７７を介して充電完了通知、すなわち満充電コマンドを非接触充電器２００に送信する（Ｓ２５）。当該コマンドを送出後、コイル２８０からの電力供給が途絶えるために、非接触充電回路１７０はオフになり（Ｔ３０）、電源オフ状態に再び移行する（Ｓ２１）。
図５は、本実施形態における非接触充電器２００と、携帯電話１００の間の信号（認証ＩＤ、コマンド）のやりとりを説明するシーケンス図である。スタンバイモード（図３；Ｓ１）においては、所定時間間隔をおいて、非接触充電器２００から携帯電話１００に負荷確認信号が送出される。携帯電話１００が非接触充電器２００に載置されると、図２の方式に基づき、非接触充電器２００は、携帯電話１００を検知する。
認証モード（図３；Ｓ２）においては、非接触充電器２００から携帯電話１００に認証要求コードが送出されるとともに、その返答信号として携帯電話１００から非接触充電器２００に認証ＩＤが送出される。伝送モード（図３；Ｓ４）の間においては、携帯電話１００から非接触充電器２００に、所定時間間隔をおいて、正規の負荷であることを示す正規負荷コマンドが送出されるとともに、非接触充電器２００から携帯電話１００に電力伝送が継続される。そして、携帯電話１００の充電が完了すると、満充電コマンドが携帯電話１００から非接触充電器２００に送出され、電力伝送が停止される。
充電完了モード（図４；Ｓ５）においては、所定時間間隔をおいて、非接触充電器２００から携帯電話１００に負荷確認信号が送出される。そして、例えば携帯電話１００が非接触充電器２００から取り外されると、図２の方式に基づき、非接触充電器２００は、携帯電話１００がないことを検知し、再びスタンバイモードに移行する。尚、図５では、エラーモード（図３；Ｓ３）は記載されていない。
図６は非接触充電器２００の動作タイミングをイメージ的にＨまたはＬで示している図である。Ｈの期間は充電器２００が動作中（負荷確認信号の転送と負荷確認、認証動作、電力伝送動作のいずれかの動作）であることを表し、Ｌの期間は信号転送や電力伝送の動作を停止していることを表している。（ａ）スタンバイモード、（ｂ）認証モード、（ｃ）伝送モード、（ｄ）充電完了モード、（ｅ）エラーモードそれぞれのモード下において、非接触充電器２００から携帯電話１００への信号転送は、上述したように例えば、ＦＳＫ（周波数偏移変調）によって、変調部２４０により変調され、コイルドライバ回路２７０、コイル２８０を介して、負荷に向けて送出される。
図６（ａ）のスタンバイモードでは、非接触充電器２００は、所定間隔の負荷確認信号で負荷の有無を確認し、負荷無しの場合は当該モードを維持し、負荷検出後、認証モードに移行する。待機電力削減のため、動作の間隔Ｔ１は比較的大きく設定されている。また、負荷有無の確認のみを行なうため、動作時間の幅Ｔａは比較的小さい。
図６（ｂ）の認証モードでは、動作の間隔Ｔ２はＴ１より小さく設定されているが、Ｔ２＜Ｔ１に限定されるものではない。また、図５でも示したように、本モードでは非接触充電器２００が認証要求コマンドを発した後、携帯電話１００からの認証ＩＤの返信を要し、当該返信が得られるまでの所定時間の間、動作状態を継続するため、動作時間の幅Ｔｂは比較的大きく、本例ではＴａ＜Ｔｂとなっている。
図６（ｃ）の伝送モードでは、非接触充電器２００は動作状態を維持する。図６（ｄ）の充電完了モードでは、非接触充電器２００は、所定間隔の負荷確認信号で負荷の有無を確認し、負荷有りの場合は当該モードを維持し、負荷無しを検出後、スタンバイモードに移行する。待機電力削減のため、動作の間隔Ｔ３は比較的大きく設定され、本例ではＴ３＝Ｔ１である。また、負荷有無の確認のみを行なうため、動作時間の幅Ｔｃは比較的小さく、本例ではＴｃ＝Ｔａである。
図６（ｅ）のエラーモードでは、非接触充電器２００は、所定間隔の負荷確認信号で負荷の有無を確認し、負荷有りの場合はモードを維持し、負荷無しを検出後、スタンバイモードに移行する。待機電力削減のため、動作の間隔Ｔ４は比較的大きく設定され、本例ではＴ４＝Ｔ３＝Ｔ１である。また、負荷有無の確認のみを行なうため、動作時間の幅Ｔｄは比較的小さく、本例ではＴｄ＝Ｔｃ＝Ｔａである。
本例では、Ｔ１＝Ｔ３＝Ｔ４であり、Ｔａ＝Ｔｃ＝Ｔｄであるため、スタンバイ／充電完了／エラーの各モードの動作タイミングは全く同一であるが、あくまで異なる判別作用を行い、移行先のモードも異なるため、モードを共用することはできない。特に、充電完了モードとエラーモードを区別しておくことで、充電完了とエラーの状態の報知を分けて行なうことが可能となる（例えばブザー音を変えるなど）。
本発明の第１の実施形態によれば、充電停止状態である充電完了モードにおいて、間歇的に負荷確認信号を生成し、送信している。従って、従来のものと同様な使い勝手を保持したまま、充電完了後、非接触充電器の電力消費を抑制することができ、また、充電完了時に熱の発生を抑えるなど安全対策も考慮した非接触充電システム、このようなシステムに適用される非接触充電器、電子機器が提供される。
（第２の実施形態）
図７は本発明の第２の実施形態に係る非接触充電システムの概要を説明するブロック図である。図７に示すように、本実施形態では、非接触充電回路１７０に電圧検出回路１７８、判定回路１７９が追加されている点が第１の実施形態と異なる。電圧検出回路１７８は保護回路１５０に接続され、判定回路１７９は電圧検出回路１７８と制御部１７１間に接続されている。
本実施形態では、第１の実施形態に対し、充電完了後、再度携帯電話１００の充電が必要になった場合、再充電を開始する機能を付与している。充電が完了し、携帯電話１００を非接触充電器２００に置きっ放しにしておくと、電池セル１６０電圧が低下することがあるが、このような場合においても、本実施形態の非接触充電システムは自動的に再充電を開始し、使用性を向上させることにしている。すなわち、携帯電話１００の制御部１７１が満充電ステータスを受領し（図９；Ｔ２９）、充電が完了した後、充電再起動確認コマンドの際に、電圧検出回路１７８が、保護回路１５０を介して電池セル１６０の電圧を検出する。そして、電圧検出回路１７８によって検出された電圧が所定以下の値にまで下がると、判定回路１７９が制御部１７１に対し、当該電圧が所定以下の値にまで下がった旨を示す電圧降下ステータスを送信する。そして、制御部１７１は、認証部１７２、変調部１７３、整流回路１７６、コイル１７７を介して再充電を要求する再充電コマンドを非接触充電器２００に送信する。すなわち、再充電コマンドは、以下の経路に従って、携帯電話１００から非接触充電器２００に伝達される。
保護回路１５０→電圧検出回路１７８→判定回路１７９→制御部１７１→認証部１７２→変調部１７３→整流回路１７６→コイル１７７→コイル２８０→復調部２６０→認証部２５０→制御部２３０
図８は、本実施形態に係る非接触充電器２００の状態の遷移を示す状態遷移図である。Ｓ１〜Ｓ４の各モードおよびＴ１〜Ｔ１１、Ｔ１５の遷移ステップは、図３に示した第１の実施形態の状態遷移図と共通である。本実施形態においては、第１の実施形態におけるＴ１０の後の充電完了モード（Ｓ５）、遷移ステップＴ１２に代えて、新たに充電停止モード（Ｓ６）、遷移ステップＴ１３，Ｔ１４を用意している。
充電停止モード（Ｓ６）では、非接触充電器２００は負荷の有無確認と充電再起動の確認を行う。伝送モード（Ｓ４）において、認証部２５０が満充電コマンドを判別すると（Ｔ１０）、充電完了のため、制御部２３０は、非接触充電器２００を充電停止モードに移行させる（Ｓ６）。制御部２３０は、負荷確認信号と、再充電を必要とするか否かを携帯電話に確認するための充電再起動確認コマンドを送出する。当該コマンドに対する返答に基づき、制御部２３０は負荷有りを確認するとともに、上述した再充電コマンドを携帯電話１００から受領しない場合（Ｔ１３）、まだ負荷が載置されているが充電を必要としないため、制御部２３０は、非接触充電器２００を充電停止モードに維持する（Ｓ６）。一方、制御部２３０は、負荷無しを確認した場合（Ｔ１１）、負荷が既に取り外されているため、制御部２３０は、非接触充電器２００を再びスタンバイモードに移行させる（Ｓ１）。一方、携帯電話１００からコイル２８０、復調部２６０、認証部２５０を介して再充電コマンドを受領すると（Ｔ１４）、制御部２３０は非接触充電器２００を伝送モード（Ｓ４）に移行させ、携帯電話１００の充電が再開する。
尚、充電停止モード（Ｓ６）においては、負荷確認のタイミング（負荷確認信号の送出）と、充電再起動確認のタイミング（充電再起動確認コマンドの送出）をずらし（図１３（ｄ）参照）、これらの確認をおこなっていないときは、制御部２３０は非接触充電器２００の動作を停止することにしている。従って、非接触充電器２００の発熱、温度上昇を防止し、安全性を確保するとともに、充電停止時の充電器側の待機電力を削減することができる。
図９は、本実施形態に係る携帯電話１００の状態の遷移を示す状態遷移図である。Ｓ２１〜Ｓ２５の各状態およびＴ２１〜Ｔ３０の遷移ステップは、図４に示した第１の実施形態の状態遷移図と共通である。本実施形態においては、第１の実施形態におけるＳ２２の後に、再充電判定（Ｓ２６）、充電再開（Ｓ２７）、遷移ステップＴ３１〜Ｔ３４およびＴ３５を新たに用意している。
非接触充電回路１７０の起動後（Ｓ２２）、認証要求コマンドおよび充電再起動確認コマンドが無い場合（Ｔ３５）、非接触充電回路１７０の起動状態を維持する（Ｓ２２）。充電再起動確認コマンドが有りの場合（Ｔ３１）、電圧検出回路１７８が、電池セル１６０の電池電圧検出し、判定回路１７９が再充電の必要性を判定する（Ｓ２６）。判定回路１７９が再充電は必要ないと判定すると、コイル２８０からの電力供給がいずれ無くなるために非接触充電回路１７０がオフして（Ｔ３２）、初期の電源オフ状態に戻る（Ｓ２１）。一方、判定回路１７９が、再充電が必要であると判定すると（Ｔ３３）、この判定を受けた制御部１７１は、充電再開を要求する旨を示す再充電コマンドを送信開始し（Ｓ２７）、当該コマンドが、認証部１７２、変調部１７３、整流回路１７６、コイル１７７を介して非接触充電器２００に送信され（Ｔ３４）、携帯電話１００は充電モードに遷移する（Ｓ２４）。
図１０は、本実施形態における非接触充電器２００と、携帯電話１００の間の信号（認証ＩＤ、コマンド）のやりとりを説明するシーケンス図である。スタンバイモード（Ｓ１）、認証モード（Ｓ２）、伝送モード（Ｓ４）は図５のものと共通である。そして、本実施形態では、図５の充電完了モード（Ｓ５）に代えて、充電停止モード（図１０；Ｓ６）が設けられている。
充電停止モード（Ｓ６）においては、所定時間間隔をおいて、非接触充電器２００から携帯電話１００に負荷確認信号が送出されるとともに、異なる所定時間間隔をおいて、充電再起動確認コマンドが送出される。そして、携帯電話１００の電池セル１６０の電圧が所定の電圧に降下した後、充電再起動確認コマンドを受信すると、携帯電話１００は再充電コマンドを送信する。非接触充電器２００は再充電コマンドに基づき、再び伝送モード（Ｓ４）に移行する。尚、図１０では、エラーモード（図３、図８；Ｓ３）は記載されていない。
図１１は、本実施形態に係る非接触充電器２００の充電停止モードにおける動作を示すフローチャート図である。本実施形態では、Ｔ５が負荷確認タイミングの周期であり、Ｔ６が充電再起動確認のタイミングの周期である（図１３参照）。尚、本動作例では、Ｔ５は０．１ｓ（秒）、Ｔ６は１００ｓに設定されている。
まず、制御部２３０が、非接触充電器２００に設けられたＴ５、Ｔ６をカウントする図示せぬタイマー（Ｔ５タイマーおよびＴ６タイマー）によるカウントのリセットを行い、Ｔ５＝０、Ｔ６＝０をタイマーに設定する（ステップＳ１０１）。そして、制御部２３０の所定のトリガ信号によりタイマーがカウントを開始し、Ｔ５、Ｔ６のカウントを開始する（ステップＳ１０２）。
そして、Ｔ５が０．１ｓを経過したことをＴ５タイマーが検知すると（ステップＳ１０３；ＹＥＳ）、非接触充電器２００は、上述した手順に従って負荷の有無を確認する（ステップＳ１０４）。そして、負荷の存在が確認されると（ステップＳ１０５；ＹＥＳ）、制御部２３０の所定のトリガ信号によりＴ５タイマーはＴ５のカウントをリセットし、再度カウントを開始し（ステップＳ１０６）、ステップＳ１０３に戻る。一方、ステップＳ１０５で負荷の存在が確認されない場合（ステップＳ１０５；ＮＯ）、非接触充電器２００は、上述した手順に従ってスタンバイモードへ移行し（ステップＳ１０７）、充電停止モードが終了する。
また、ステップＳ１０３で、Ｔ５が０．１ｓを経過したことをＴ５タイマーが検知しない場合（ステップＳ１０３；ＮＯ）、Ｔ６タイマーによるＴ６のカウントが１００ｓを超えたか否かが判定される（ステップＳ１０８）。Ｔ６が１００ｓを経過したことをＴ６タイマーが検知しない場合（ステップＳ１０８；ＮＯ）、再びステップＳ１０３に戻り、それ以降の手順が実行される。一方、Ｔ６が１００ｓを経過したことをＴ６タイマーが検知すると（ステップＳ１０８；ＹＥＳ）、非接触充電器２００は、充電再起動確認コマンドを携帯電話１００に送信し、携帯電話１００からの返信を待つ（ステップＳ１０９）。
そして携帯電話１００からの返信に再充電コマンドが存在する場合（ステップＳ１１０；ＹＥＳ）、非接触充電器２００は、上述した手順に従って伝送モードへ移行し（ステップＳ１１１）、充電停止モードが終了する。一方、ステップＳ１１０において、携帯電話１００からの返信に再充電コマンドが存在しない場合（ステップＳ１１０；ＮＯ）、制御部２３０の所定のトリガ信号によりＴ６タイマーはＴ６のカウントをリセットし、再度カウントを開始し（ステップＳ１１２）、ステップＳ１０３に戻る。
図１２は、本実施形態に係る携帯電話１００の充電再起動確認時における動作を示すフローチャート図である。ここでは、電圧検出回路１７８によって検出される、電池セル１６０の再充電が必要となる限界電圧としての再充電開始電圧は３．９Ｖに設定されている。
まず、非接触充電器２００のコイル２８０からの電力供給により、コイル１７７に起電力が発生する（ステップＳ２０１）。そして、この起電力を整流回路１７６が整流し、非接触充電回路１７０の電源電圧を生成する（ステップＳ２０２）。電源電圧の生成に伴い、制御部１７１、電圧検出回路１７８、判定回路１７９、認証部１７２、復調部１７４が起動する（ステップＳ２０３）。
復調部１７４、認証部１７２の認証判定結果より、制御部１７１は、受信した交流電力の交流波に充電再起動確認コマンドが含まれていることを確認し（ステップＳ２０４）、電圧検出回路１７８が電池セル１６０の電圧を検出する（ステップＳ２０５）。さらに判定回路１７９が検出された電池電圧を判定する（ステップＳ２０６）。
上記判定結果が３．９Ｖ以下の場合（ステップＳ２０７；ＹＥＳ）、判定回路１７９は制御部１７１に再充電をする旨の通知を行い（ステップＳ２０８）、これを受けた制御部１７１は、認証部１７２、変調部１７３を介して、再充電コマンドを送出する（ステップＳ２０９）。これを受け、非接触充電器２００は、伝送モードに移行する（ステップＳ２１０）。
一方、ステップＳ２０７において、判定回路１７９の判定結果が３．９Ｖより大きい場合（ステップＳ２０７；ＮＯ）、判定回路１７９は制御部１７１に再充電をしない旨の通知を行う（ステップＳ２１１）。非接触充電器２００のコイル２８０からの電力供給が途絶えるため、コイル１７７の起電力が低下し、非接触充電回路１７０の電源がオフになる（ステップＳ２１２）。
図１３は非接触充電器２００の動作タイミングをイメージ的にＨまたはＬで示している図である。Ｈの期間は充電器２００が動作中（負荷確認信号転送と負荷確認、認証動作、電力伝送動作、充電再起動確認動作のいずれかの動作）であることを表し、Ｌの期間は信号転送や電力伝送の動作を停止していることを表している。（ａ）スタンバイモード、（ｂ）認証モード、（ｃ）伝送モード、（ｅ）エラーモードは、図６と共通である。本実施形態では、図６（ｄ）の充電完了モードに代わり、（ｄ）充電停止モード設けられている。
図１３（ｄ）の充電停止モードにおいては、充電再起動確認コマンドの動作の間隔Ｔ６は、負荷確認信号の動作の間隔Ｔ５（＝Ｔ１＝Ｔ４）より大きく設定されている。従って、スタンバイモードとほぼ同等の待機電力でありながら、充電再起動確認を行い、再充電を行なうことを可能にしている。負荷確認信号の動作時間の幅Ｔｅは、他の動作時間Ｔａ，Ｔｃ，Ｔｄと等しく設定されている。また、図１０の（Ｓ６）でも示したように、本モードでは、非接触充電器２００が充電再起動確認コマンドを発した後、携帯電話１００から再充電コマンドが得られるか否かの判別を要し、当該判別が完了するまで動作状態を継続するため、動作時間の幅Ｔｆは比較的大きく、本例ではＴa＜Ｔｂ＜Ｔｆとなっている。
以下、動作の間隔、動作時間の幅に関する具体例を挙げるが、特にこのような数値に限定されるものではない。
Ｔ１，Ｔ４，Ｔ５：０．１ｓ（秒）
Ｔ６：１００ｓ
Ｔａ，Ｔｃ，Ｔｄ：０．０１ｓ
Ｔｆ：０．０５ｓ
また、非接触充電器２００の動作時の消費電力が１Ｗで、動作停止時の消費電力が０．０１Ｗの場合、時間平均では、スタンバイモード時の消費電力は０．１０９０Ｗ、充電停止モード時の消費電力は０．１０９４Ｗとなることがわかり、充電停止モードを採用しても、単なるスタンバイモードとほぼ同等の電力消費に抑えることができることがわかった。
本発明の第２の実施形態によれば、充電停止状態である充電停止モードにおいて、間歇的に負荷確認信号、再起動確認コマンドを生成し、送信している。従って、第１の実施形態の効果に加え、自動的に再充電を可能とし、より使用性を向上させた非接触充電システム、このシステムに適用される非接触充電器、電子機器が提供される。
（第３の実施形態）
図１４は本発明の第３の実施形態に係る非接触充電システムの概要を説明するブロック図である。図１４に示すように、本実施形態では、第２の実施形態の非接触充電システムにおける携帯電話１００において、コイル１７７、保護回路１５０、電池セル１６０を含む電池パック４００が独立して設けられている。電池パック４００は携帯電話１００の他の部分である本体から取り外し可能に構成されており、独立して取引可能に構成されている。
図１５は図１４の非接触充電システムの変形例である。図１５に示すように、本実施形態では、第２の実施形態の非接触充電システムにおける携帯電話１００において、非接触充電回路１７０全体、保護回路１５０、電池セル１６０を含む電池パック４００が独立して設けられている。本例の電池パック４００は、本発明の主要部分を含むとともに、携帯電話１００の他の部分である本体から取り外し可能に構成されており、独立して取引可能に構成されている。
本発明の各種実施形態を説明したが、本発明は前記実施形態において示された事項に限定されず、明細書の記載、並びに周知の技術に基づいて、当業者がその変更・応用することも本発明の予定するところであり、保護を求める範囲に含まれる。
本発明の電池パック、電子機器、非接触充電器及び非接触充電システムは、使い勝手が良く、電力消費抑制、安全対策も考慮したものであり、携帯電話等の種々の電子機器の充電に有用である。
１０ 交流電源
１００ 携帯電話
１１０ 主制御部
１２０ 報知部ドライバ回路
１３０ 報知部
１４０ 充電回路
１５０ 保護回路
１６０ 電池セル
１７０ 非接触充電回路
１７１ 制御部
１７２ 認証部
１７３ 変調部
１７４ 復調部
１７５ 切替回路
１７６ 整流回路
１７７ コイル
１７８ 電圧検出回路
１７９ 判定回路
２００ 非接触充電器
２１０ 報知部
２２０ 報知部ドライバ回路
２３０ 制御部
２４０ 変調部
２５０ 認証部
２６０ 復調部
２７０ コイルドライバ回路
２８０ コイル
３００ ＡＣアダプタ
３１０ 電源ケーブル

Claims (6)

  1. 二次電池を電源として用いる電子機器を非接触方式で充電する非接触充電器であって、
    前記電子機器から充電が完了している旨を示す満充電コマンドを受信する受信部を備え、
    前記満充電コマンドの受信とともに、前記電子機器への充電を停止して充電停止状態に移行し、
    前記充電停止状態下において、前記電子機器が前記非接触充電器に載置されているか否かを確認する負荷確認信号を間歇的に送信し、
    更に前記充電停止状態下において、充電の停止から前記負荷確認信号の送信時間間隔よりも大きい時間が経過した後に、前記電子機器の再充電が必要か否かの確認を行う、非接触充電器。
  2. 前記充電停止状態下において、前記電子機器の再充電が必要か否かの確認を行う前に、前記負荷確認信号を複数回送信する請求項１に記載の非接触充電器。
  3. 前記負荷確認信号を間歇的に送信するスタンバイモードと、
    前記スタンバイモードにおいて負荷を確認した場合、前記電子機器の認証行う認証モードと、
    前記認証モードにおいて前記電子機器を認証できた場合、前記電子機器に充電を開始する伝送モードとを有する請求項１に記載の非接触充電器。
  4. 前記伝送モードにおいて異物の有無を確認し、異物が有ると判断された場合、充電を停止し、その後前記負荷確認信号を間歇的に送信する請求項３に記載の非接触充電器。
  5. 前記認証モードにおいて前記電子機器の認証に失敗した場合、充電を停止し、その後前記負荷確認信号を間歇的に送信する請求項３に記載の非接触充電器。
  6. 前記充電停止状態下において、前記負荷確認信号から独立して、前記電子機器の再充電が必要か否かの確認を行うための信号を送信する請求項１から５の何れかに記載の非接触充電器。
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