JP6909026B2

JP6909026B2 - 非接触電力伝送装置および送電装置

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Publication number: JP6909026B2
Application number: JP2017057961A
Authority: JP
Inventors: 拓哉荻島; 加藤　雅一; 雅一加藤
Original assignee: Toshiba TEC Corp
Current assignee: Toshiba TEC Corp
Priority date: 2017-03-23
Filing date: 2017-03-23
Publication date: 2021-07-28
Anticipated expiration: 2037-03-23
Also published as: JP2018161011A; CN108631419A; EP3379695A1; US20180278098A1; EP3379695B1; US11005311B2; US20200144873A1; US10530197B2; CN108631419B

Description

本発明の実施形態は、携帯型感熱記録装置等の機器に利用される非接触電力伝送装置および送電装置に関する。

スマートフォンなどの携帯端末装置は、充電可能な二次電池を内蔵している。充電用のＡＣアダプタは、有線で携帯端末に接続し、二次電池に充電している。近年、携帯端末装置は、非接触充電機能を搭載してきている。携帯端末装置は、電力を受電するための受電コイル、受電コイルを通して電力を発生させる受電回路、二次電池を充電するための充電回路などを備え、非接触充電機能を実現している。非接触充電機能は、送電コイルから非接触で電力を伝送し、受電コイルでその電力を受電する非接触電力伝送を、応用している。

非接触電力伝送は、送電装置に備えられた送電コイルと、携帯端末装置に備えられた受電コイルとの間の電磁誘導により電力を伝送する方法が普及している。電磁誘導で利用される周波数帯域は、１００ｋＨｚ〜２００ｋＨｚ程度である。非接触電力伝送機能を備えた充電台が知られている。携帯端末装置は表面が平面状であるために、送電装置である充電台の携帯端末装置を載置する上面も平面状になっている。携帯端末装置を充電台の上面上の任意位置に置くと、充電台は携帯端末装置の位置を検出し、送電コイルと受電コイルとが最適な位置関係になるように送電コイルを移動して携帯端末装置へ充電する。充電中に更に位置微調整を行うことで電力伝送効率を高めている。

非接触充電装置の利用は、スマートフォンなどの薄型形状をした携帯端末装置だけに限られるものではない。ある程度の厚みを持ち、さらに突起部などを備えた携帯端末装置や電子機器においても、非接触充電装置を利用して携帯端末装置や電子機器に内蔵された二次電池を充電することも可能である。例えば、携帯型プリンタや、携帯型ビデオカメラのような箱型形状の携帯型電子機器又は玩具などにも、非接触充電装置が利用されている。これらの機器を複数台まとめて充電する充電台もある。

特開２００９−２４７１９４号公報特開２００３−１５７９０７号公報

非接触電力伝送によって電子機器へ電力を送ると、送電装置または受電装置からノイズを発生しやすい。送電装置および受電装置から発生するノイズを抑制するために、金属製の箱で送電装置および受電装置を囲むようにしている。電力伝送の効率を良くするために、送電装置に内蔵された送電コイルと受電装置に内蔵された受電コイルは、所定の距離だけ離れた位置に保たれる必要がある。金属製の箱で送電装置と受電装置を囲むと、所定距離だけ離れて保持されているかどうか、箱の外側から確認しにくかった。
本発明が解決しようとする課題は、送電装置に内蔵された送電コイルと受電装置に内蔵された受電コイルとの間を一定の距離だけ離れた位置に保つと共に、充電ボックスに収納される機器が充電可能な位置に置かれているか否かを検出することができる非接触電力伝送装置および送電装置を提供することにある。

本発明の実施携帯の非接触電力伝送装置は、
送電装置と、前記送電装置から非接触で送電された電力を受ける受電装置と二次電池を含む負荷部とを備える機器と、を具備する非接触電力伝送装置であって、
前記機器の前記受電装置は、
前記送電装置からの磁束を受けて誘導電流を発生する受電コイルのパターンが形成され、そのパターンの端部に受電コンデンサを含む回路が搭載される第１絶縁性基板を有し、
前記送電装置は、
開口部から前記機器を収納する充電ボックスと、
前記充電ボックス内の前記開口部の反対側の筐体面に設けられ、送電用回路が搭載される第２絶縁性基板と、
収納される前記機器の前記受電コイルに向けて前記磁束を発生する送電コイルのパターンが形成され、そのパターンの端部に送電コンデンサが搭載される第３絶縁性基板と、
前記第２絶縁性基板が設けられた前記筐体面と前記第３絶縁性基板との間に設けられ、収納される前記機器の前記第１絶縁性基板と前記第３絶縁性基板とを平行に支持する弾性体と、
前記充電ボックスの前記第２絶縁性基板と前記３絶縁性基板の間の同じ内面の両側に設けられ、前記第３絶縁性基板の位置を検出する第１センサおよび第２センサと、
前記充電ボックスに設けられ、充電可能な状態であることを外部に表示する少なくとも１つのＬＥＤと、
前記第１センサおよび第２センサの両方の出力信号により、前記送電コイルと前記受電コイルが非接触送電に適切な位置になったことを検出した時、前記ＬＥＤを点灯すると共に送電を開始するよう制御する制御部と、を備える。

第１実施形態に係る非接触電力伝送装置のブロック図である。第１実施形態の携帯型感熱記録装置の外観図である。第１実施形態の携帯型感熱記録装置の内部を示す図である。第１実施形態の携帯型感熱記録装置の記録部および感熱記録紙を示す図である。第１実施形態の充電ボックスの外観図である。第１実施形態の充電ボックスの内部構成を示す図である。第１実施形態の充電ボックスの内部構成を示す断面図である。第１実施形態の非接触充電時の制御フローチャートである。送電コイルと受電コイル間距離と、受電電力の関係を示すグラフである。第２実施形態の非接触電力伝送装置を示す図である。第３実施形態の非接触電力伝送装置を示す図である。

以下、実施形態について、図面を参照しながら説明する。図面で同じ番号は同じ構成を示している。

非接触電力伝送装置は、送電装置と、受電装置を備える機器によって構成されている。この実施形態では、機器として、携帯型感熱記録装置を例示する。携帯型感熱記録装置は、持ち運び容易な小型印刷装置である。以下詳述する。

（第１の実施形態）
図１に示すように、非接触電力伝送装置１００は、送電装置１１０と機器１２０内の受電装置１３０とで構成されている。図１は、送電装置１１０と受電装置１３０の回路構成を示すブロック図である。機器１２０は、携帯型感熱記録装置になっている。携帯型感熱記録装置１２０は、送電装置１１０から電力の供給を受けて非接触で二次電池１５３を充電する充電部１５２を備えている。

送電装置１１０は、プラグ１１１で１００Ｖの交流電源に接続される。送電装置１１０は、ＡＣアダプタ１１２、送電部１１３、送電側制御部１１４、センサ１１５、表示部１１６を備えている。

ＡＣアダプタ１１２は、プラグ１１１を通して入力される交流電力を直流電力に変換する。直流電力は、送電側制御部１１４、送電部１１３を駆動するために利用される。送電部１１３は、受電装置１３０へ電力伝送するために必要な送電電力を生成する回路である。送電側制御部１１４は、送電装置１１０の制御を行うマイクロコンピュータと、送電用の電力搬送波を生成する発振回路を有している。マイクロコンピュータは、ＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）、ＲＡＭ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（ＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）、Ｉ／Ｏポート（Ｉｎｐｕｔ／Ｏｕｔｐｕｔ）を含む回路になっている。非接触送電するための搬送波は、６．７８ＭＨｚになっている。センサ１１５は、リミットスイッチ、圧力センサなどである。センサ１１５は、送電装置１１０と受電装置１３０間の距離を検出する。表示部１１６は、発光ダイオード（ＬＥＤ）や、液晶である。センサ１１５の検出結果に基づき、受電装置１３０が送電装置１１０に対して適切な位置に置かれた場合には、ＬＥＤは点灯する。受電装置１３０に内蔵された２次電池に充電が完了した場合には、ＬＥＤは消灯する。受電装置１３０が送電装置１１０から離れている場合には、ＬＥＤは点滅する。送電部１１３には、送電コンデンサ１１７と送電コイル１１８が直列に接続されている。送電コンデンサ１１７及び送電コイル１１８で構成される共振回路は、自己共振周波数と同一、或いはほぼ同一の周波数の交流電力を発生する。

送電装置１１０で発生する交流電力の周波数は、電力伝送に電磁誘導方式を利用する場合には１００ｋＨｚ程度の周波数を使用し、電力伝送に磁界共鳴方式を利用する場合には数ＭＨｚ〜十数ＭＨｚを使用する。磁界共鳴方式の場合、具体的には６．７８ＭＨｚや１３．５６ＭＨｚを使用することが多い。本実施形態は６．７８ＭＨｚになっている。なお、本実施形態は動作周波数を限定するものではなく、電磁誘導方式、磁界共鳴方式など広い周波数帯域で利用可能である。

高効率で電力を伝送するために、送電部１１３はスイッチング回路によるＤ級増幅回路になっている。スイッチング回路に用いるスイッチング素子は、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−ＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒＦｉｅｌｄＥｆｆｅｃｔＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）になっている。Ｄ級増幅回路に替えて、Ｅ級増幅回路を用いることも可能である。また、ＭＯＳＦＥＴに替えて、高周波スイッチングのためにＧａＮＦＥＴ（窒化ガリウムＦＥＴ）を用いることも可能である。

機器１２０は、送電装置１１０から送電された電力を受ける受電装置１３０と、受電した電力によって動作する負荷部１５０を備えている。本実施形態では、負荷部１５０は、２次電池および２次電池を備える携帯型記録装置になっている。

受電装置１３０は、携帯型感熱記録装置（機器）１２０の一部になっている。受電装置１３０は、直列接続された共振コンデンサ１３１（受電コンデンサ）と共振コイル１３２（受電コイル）で構成される共振回路、整流部１３３、電圧変換部１３４、受電側制御部１５１、充電部１５２、二次電池１５３を備えている。受電側制御部１５１、充電部１５２、二次電池１５３は、携帯型感熱記録装置（機器）１２０の負荷部１５０にもなっている。負荷部１５０は、さらに２次電池負荷部１５４を有している。２次電池負荷部１５４は、感熱記録ヘッド１６０、用紙搬送部１６１、表示部１６２などである。

受電装置１３０の直列接続された受電コンデンサ１３１と受電コイル１３２は、６．７８ＭＨｚで共振する値に設定している。送電装置の送電コンデンサ１１７及び送電コイル１１８で構成される共振回路で送られた電磁波は、受電コイル１３２に誘導電流を発生させ、受電コンデンサ１３１と受電コイル１３２で共振する。受電装置の共振によって電力が発生する。受電コンデンサ１３１と受電コイル１３２は、整流部１３３に接続されている。整流部１３３は、６．７８ＭＨｚで送電された交流を直流に変換する。電圧変換部１３４は、整流部１３３で直流に変換された電圧を、負荷部１５０の各部を動作させる電圧に変換する。

受電側制御部１５１は、充電部１５２、感熱記録ヘッド１６０、用紙搬送部１６１、表示部１６２を制御する。充電部１５２は、電圧変換部１３４から得た電力で２次電池１５３を充電する。受電コンデンサ１３１と受電コイル１３２を通して得た電力は、受電側制御部１５１の動作に使われるとともに、２次電池１５３への充電と、感熱記録ヘッド１６０、用紙搬送部１６１、表示部１６２を動作させるために、使われている。

受電装置１３０の受電コイル１３２と受電コンデンサ１３１から構成される共振回路の自己共振周波数は、送電装置１１０の送電コイル１１８及び送電コンデンサ１１７で構成される共振回路の自己共振周波数と同一、或いはほぼ同一になっている。同一の周波数であるので、互いに電磁結合し送電側から受電側に効率よく電力を伝送する。

図２は、携帯型感熱記録装置１２０の外形を示している。図３は、図２のＡ−Ａで分割した携帯型感熱記録装置１２０を示している。図３では、筐体１７０に固定された受電コイル１３２を示している。図４は、携帯型感熱記録装置１２０のカバー１７９を開けた状態を示している。巻取紙１８２は、５０ｍｍ幅の感熱記録紙であり、筐体１７０内に収納される。携帯型感熱記録装置１２０は、図１で示す機器１２０に相当し、受電装置１３０および負荷部１５０を備えている。

図２において、Ｚ軸は、重力方向を示している。筐体１７０の外形は、Ｚ軸方向で高さＨ１（１２０ｍｍ）、Ｙ軸方向で幅Ｗ１（９０ｍｍ）、Ｘ軸方向で深さＤ１（７０ｍｍ）になっている。携帯型感熱記録装置１２０は、Ｘ軸方向上部にカバー１７９を備えている。カバー１７９は、印字後の感熱記録紙１８２の排出口１７１も兼ねている。電源スイッチ１７２、紙送りスイッチ１７３、休止スイッチ１７４が、Ｚ軸方向の前面に設けられている。Ｙ軸方向の側面から、２次電池１５３を筐体１７０へ挿入可能になっている。受電コイル１３２が、携帯型感熱記録装置１２０内に設けられている。

図３は、図２で示すように携帯型感熱記録装置１２０をＡ−Ａで分割し、上部１８０と下部１８１を示している。筐体１７０の下部１８１内には、受電コイル１３２のパターンが形成されたＰＣ板１７６（ＰｒｉｎｔｅｄＣｉｒｃｕｉｔ）が設けられている。ＰＣ板１７６はガラスエポキシ基板になっている。受電コイル１３２のパターンは、ＰＣ板１７６上の銅箔で形成されている。受電コイル１３２は、高さＨ２（６０ｍｍ）、幅Ｗ２（４５ｍｍ）の２巻きの角型渦巻パターンになっている。ＰＣ板１７６は、筐体１７０にネジ１７５で保持されている。受電コイル１３２は、筐体１７０の端部からの距離Ｄ２（６ｍｍ）の位置で、底面１８７に平行に設けられている。携帯型感熱記録装置１２０が、Ｘ−Ｙ平面上に置かれたときに、受電コイル１３２は、Ｙ−Ｚ平面に平行に設けられる。受電コイル１３２は、Ｙ−Ｚ平面に平行に配置されＸ軸方向の磁束を受けると、誘導電流を発生する。すなわち、受電コイル１３２が、重力方向に直交する方向の磁束を受けて誘導電流を発生する。受電コイル１３２と受電コンデンサ１３１によって、６．７８ＭＨｚの誘導電流を発生する。

受電コイル１３２のパターン端部は、受電コンデンサ１３１、整流部１３３を含む回路１７７に接続されている。電圧変換部１３４は、上部１８０に配置され、受電側制御部１５１、充電部１５２に電気的に接続されている。

図４は、携帯型感熱記録装置１２０のカバー１７９を開いた状態を示している。カバー１７９を開き、巻き取られた感熱記録紙１８２が、筐体１７０の用紙保持部１８３内に挿入されるようになっている。携帯型感熱記録装置１２０は、感熱紙に印字する感熱記録ヘッド１６０、感熱記録紙１８２を感熱記録ヘッド１６０へ供給する用紙搬送部１６１を備えている。用紙搬送部１６１は、モータ（図示せず）によって回転する歯車１８４、歯車１８４に契合する歯車１８５、プラテンローラ１８６を備えている。歯車１８５によって、プラテンローラ１８６が回転して感熱紙が搬送される。受電側制御部１５１は、印字データに従い、感熱記録ヘッド１６０で搬送される感熱紙に印字するように制御する。

図５は、送電装置１１０を搭載した、非接触で電力を送電する充電ボックス２００を示している。充電ボックス２００は、筐体面２０１Ａ、２０１Ｂ、２０１Ｃ、２０１Ｄ、２０１Ｅで囲まれている。筐体面（２０１Ａ〜２０１Ｅ）は、厚さ０．１ｍｍのステンレス板で構成されている。充電ボックス２００の一部は、携帯型感熱記録装置１２０を収納する開口２０１になっている。筐体面２０１Ａは、上面、筐体面２０１Ｂと２０１Ｃは、側面、筐体面２０１Ｄは、充電ボックス２００の設置面、筐体面２０１Ｅは、奥面（背面）になっている。筐体面２０１Ｅには、ステンレス製のケース２０３が設けられ、ケース２０３内に送電装置１１０が設けられている。筐体面２０１Ｅに設けられるＰＣ板２０４には送電装置１１０の送電用の回路部品、図６に示すＰＣ板２１０には送電コイルおよび送電コンデンサ１１７が搭載されている。なお、ＡＣアダプタ１１２は、外付けになっている。充電ボックス２００の外形は、Ｚ軸方向で高さＨ３（１５０ｍｍ）、Ｙ軸方向で幅Ｗ３（１５０ｍｍ）、Ｘ軸方向で深さＤ３（１４０ｍｍ）になっている。充電ボックス２００は、携帯型感熱記録装置１２０を挿入しやすい形状になっている。充電ボックス２００の上面である筐体面２０１Ａには、ＬＥＤ２０５Ａ、２０５Ｂが設けられている。ＬＥＤ２０５Ａ、２０５Ｂは、開口２０１近傍でＹ軸方向の両端部に配置されている。

充電ボックス２００は、電波の漏えいを防ぐため導電性の高い金属材料で構成されている。金属材料として、ステンレス以外に、アルミニウム、銅などを利用することも可能である。

図６は、載置面２４０上に配置された充電ボックス２００と、非接触充電するために充電ボックス２００へ挿入する携帯型感熱記録装置１２０を示している。充電ボックス２００の内部構成を理解しやすいように、筐体面２０１Ａ、２０１Ｃの一部を切欠いた図になっている。充電ボックス２００の内部で筐体面２０１Ｅ側に、送電コイル１１８が配置されている。送電コイル１１８は、ガラスエポキシ製のＰＣ板２１０上の銅箔パターンで形成され、平面状のコイルになっている。送電コイル１１８は、Ｚ軸方向の高さＨ４（６０ｍｍ）、Ｙ軸方向の幅Ｗ４（５５ｍｍ）の２巻きの角型渦巻パターンになっている。Ｚ軸方向における送電コイル１１８の載置面２４０からの高さＨ５は、携帯型感熱記録装置１２０の受電コイル１３２の載置面２４０からの高さＨ６とほぼ同じになっている。Ｈ５、Ｈ６は２０ｍｍになっている。送電コイル１１８のパターンの端部は、配線２０６で送電コンデンサ１１７に接続されている。

送電コイル１１８は、高さＨ４、幅Ｗ４の２巻きパターンであり、受電コイル１３２は、高さＨ２、幅Ｗ２の２巻きのパターンになっている。さらに、高さＨ４とＨ２は同じ値で、幅Ｗ４は幅Ｗ２より大きな値になっている。携帯型感熱記録装置１２０を受電ボックス２００へ挿入した時に、送電コイル１１８の中心と受電コイル１３２の中心がＹ軸方向に多少位置ずれする可能性がある。幅Ｗ４を幅Ｗ２より大きな値に設定することで、Ｙ軸方向に位置ずれが発生した場合でも、送電効率を維持した状態で送電コイル１１８から受電コイル１３２へ電力を送ることが可能になる。

ＰＣ板２０４が設けられた筐体面２０１Ｅと送電コイル１１８のパターンが形成されたＰＣ板２１０間にバネ２２０が設けられている。バネ２２０の１端は、ＰＣ板２１０に形成された送電コイルパターンのほぼ中心を、開口２０１方向へ押すように、ＰＣ板２１０に固定されている。バネ２２０の他端は、バネ２２０の中心線が筐体面２０１Ｄにほぼ平行になるように、筐体面２０１Ｅに固定されている。バネ２２０が、ＰＣ板２１０を揺動可能に支持している。携帯型感熱記録装置１２０が、充電ボックス２００へ挿入されると、スペーサ２３２を介してＰＣ板２１０に突き当てられる。携帯型感熱記録装置１２０が、多少傾いて挿入されたとしても、ＰＣ板２１０は、バネ２２０によって携帯型感熱記録装置１２０に突き当てられる。結果、受電コイル１３２と送電コイル１１８を、平行で、かつ所定の距離を保って、対向させることができる。

バネ２２０は、コイルバネ、板バネなどの弾性体である。他の弾性体としてゴムを利用することも可能である。バネ２２０は、所定のバネ定数を選定している。携帯型感熱記録装置１２０が入っていない場合には、送電コイル１１８を開口２０１側に移動させる程度の力を発生し、携帯型感熱記録装置１２０が入っている場合には、携帯型感熱記録装置１２０を移動させない程度の力を発生する、バネ定数になっている。

充電ボックス２００のＰＣ板２１０と筐体面２０１Ｅ間に、位置検出センサ２３０Ａ、２３０Ｂが設置されている。位置検出センサ２３０Ａ、２３０Ｂは、充電ボックス２００内のＹ軸方向の両端部に配置されている。位置検出センサ２３０Ａ、２３０Ｂは、同じリミットスイッチである。充電ボックス２００に携帯型感熱記録装置１２０が挿入され、ＰＣ板２１０に押し当てられる。位置検出センサ２３０Ａ、２３０Ｂは、ＰＣ板２１０の位置を検出する。すなわち、送電コイル１１８、受電コイル１３２の位置を検出している。センサ２３０Ａ、２３０Ｂは、ＰＣ板２１０がセンサ２３０Ａ、２３０Ｂに接触するとＯＮになり、離間するとＯＦＦとなる。

図７は、携帯型感熱記録装置１２０と充電ボックス２００の断面を示している。ＰＣ板２１０の開口２０１側に、スペーサ２３２が設けられている。スペーサは樹脂製で、厚さは（Ｄ５）１２ｍｍ、高さ（Ｈ７）４０ｍｍになっている。ＰＣ板２１０は厚さ（Ｄ６）２ｍｍになっている。携帯型感熱記録装置１２０が開口２０１から挿入され、スペーサ２３２に接触するまで押し込まれる。スペーサ２３２が携帯型感熱記録装置１２０の面（高さ（Ｈ８）４５ｍｍ）に接触し、バネ２２０が収縮する。これにより、送電コイル１１８と受電コイル１３２の距離Ｄ４は一定に保たれる。距離Ｄ４は、２０ｍｍに設定されている。スペーサ２３２は、携帯型感熱記録装置１２０の筐体に接触して、距離Ｄ４を適切な値に保っている。

図６に示すように、携帯型感熱記録装置１２０を充電ボックス２００に入れ、送電コイル１１８に突き当て、更に奥へ押すと、送電コイル１１８が形成されたＰＣ板２１０が奥面に向かって移動する。位置検出センサ２３０Ａ、２３０Ｂまで到達すると、センサ２３０Ａ、２３０Ｂの状態が切替わる。センサ２３０Ａ、２３０Ｂの状態が切替わった時、送電コイル１１８と受電コイル１３２はスペーサ２３２を挟んで適切な位置になり、バネ２２０によって適度にお互い力を及ぼしあう。送電制御部１１４は、ＬＥＤ２０５Ａ、２０５Ｂを点灯させ、送電コイル１１８と受電コイル１３２は充電可能な状態であることを、充電ボックス２００外部に示す。すなわち、ＬＥＤ２０５Ａ、２０５Ｂの点灯は、携帯型感熱記録装置１２０が充電可能な位置になっていることを通知する。ＬＥＤ２０５Ａ、２０５Ｂの点灯後、送電コイル１１８から受電コイル１３２へ送電を開始する。この実施形態では、２個のＬＥＤ２０５Ａ、２０５Ｂを備える代わりに、１個のＬＥＤで充電可能な位置になっていることを示しても良い。

図８は、充電ボックス２００内の送電制御部１１４が送電装置１１０を制御して、電力伝送（充電）を開始させるフローチャートを示している。図６、７に示すように、充電ボックス２００は、送電コイル１１８を形成したＰＣ板２１０の位置を検出するセンサ２３０Ａ、２３０Ｂを、内部に左右１か所ずつ設けた構成になっている。

充電ボックス２００にＡＣアダプタ１１２から電力が供給されると、常時１０秒間隔で表示部（ＬＥＤ２０５Ａ、２０５Ｂ）が点滅するように制御する（ＡＣＴ１００）。ＡＣＴ１１０において、送電制御部１１４はセンサ２３０Ａと２３０Ｂを動作させる。充電ボックス２００に携帯型感熱記録装置１２０が挿入され、携帯型感熱記録装置１２０がＰＣ板２１０に突き当てられる。ＰＣ板２１０が、センサ２３０ＡをＯＮさせた場合（ＡＣＴ１２０でＹＥＳ）、続いてセンサ２３０ＢがＯＮかＯＦＦかを検出する（ＡＣＴ１３０）。センサ２３０ＢがＯＮ（ＹＥＳ）の場合、センサ２３０Ａ、２３０ＢがＯＮであり、送電制御部１１４は、送電コイル１１８と受電コイル１３２が非接触送電に適切な位置になっていると、判断する。すなわち、送電コイル１１８と受電コイル１３２間が距離Ｄ４になっている。その後、ＬＥＤ２０５Ａ、２０５Ｂの点滅を中止し、ＬＥＤ２０５Ａ、２０５Ｂを点灯させる（ＡＣＴ１４０）。ＬＥＤ２０５Ａ、２０５Ｂの点灯は、非接触送電可能であることを示している。ＬＥＤ２０５Ａ、２０５Ｂの点灯に合わせて、送電コイル１１８から受電コイル１３２へ向けて送電を開始する（ＡＣＴ１５０）。非接触送電によって、携帯型感熱記録装置１２０は内蔵する二次電池１５３へ充電する。

一方、センサ２３０Ａが、ＰＣ板２１０を検出しない場合（ＡＣＴ１２０でＮＯ）、送電制御部１１４はセンサ２３０Ｂの状態を検出する（ＡＣＴ１６０）。センサ２３０Ａが、ＰＣ板２１０を検出せず、センサ２３０Ｂが、ＰＣ板２１０を検出した場合（ＡＣＴ１６０のＹＥＳ）、送電制御部１１４は、ＬＥＤ２０５Ａを時間間隔０．５秒で点滅させる。センサ２３０Ａが、ＰＣ板２１０を検出し、センサ２３０Ｂが、ＰＣ板２１０を検出しなかった場合（ＡＣＴ１３０のＮＯ）、送電制御部１１４は、ＬＥＤ２０５Ｂを時間間隔０．５秒で点滅させる。ＬＥＤ２０５Ａ、２０５Ｂを長周期（１０秒間隔）で点滅している場合は、充電ボックス２００は携帯型感熱記録装置１２０に充電するための待機状態を示す。ＬＥＤ２０５Ａ、２０５Ｂを短周期（０．５秒間隔）で点滅している場合は、携帯型感熱記録装置１２０が充電ボックス２００内で傾いて挿入され、充電できない状態を示す。ＬＥＤ２０５Ａ、２０５Ｂが連続点灯している場合は、充電ボックス２００は携帯型感熱記録装置１２０に充電していることを示している。短時間ごとに点滅することで、使用者に携帯型感熱記録装置１２０を適切な位置へ置きなおすように、注意を喚起する。さらに、表示器２５０に、使用者が携帯型感熱記録装置１２０を適切な位置へ置きなおすように、文言を表示する。使用者が、携帯型感熱記録装置１２０を適切な位置へ置き直すまで、電力送電を行わず、二次電池への充電も行われない。

センサ２３０Ａとセンサ２３０Ｂの両方が、ＰＣ板２１０を検出しない場合（ＡＣＴ１６０のＮＯ）、ＬＥＤ２０５Ａ、２０５Ｂはともに最初の１０秒間隔の点滅を繰り返す。

センサ２３０Ａ、２３０Ｂの検出状態に応じてＬＥＤ２０５Ａ、２０５Ｂの表示状態を変えることで、使用者は、表示部（ＬＥＤ２０５Ａ、２０５Ｂ）の状態（早い点滅、遅い点滅）を見分けて、充電ボックス２６の内部の様子を知ることができる。

図９は、送電コイル１１８と受電コイル１３２間の距離Ｄ４と、受電装置によって得られる受電電力（Ｗ）の例を示している。横軸は、送電コイル１１８と受電コイル１３２間の距離Ｄ４を示している。縦軸は、受電電力（Ｗ）を示している。距離Ｄ４が１０ｍｍから３０ｍｍの間で、電力を伝送する事は可能である。距離Ｄ４が１７ｍｍから２３ｍｍにおいて、２０Ｗ以上の受電電力を受けられ、好ましい範囲である。距離Ｄ４が２０ｍｍの時に、最大の受電電力２６（Ｗ）になっている。上記したように、送電コイル１１８を含むＰＣ板２１０とスペーサ２３２を、携帯型感熱記録装置１２０の側面にバネ２２０を介して突き当てることで、距離Ｄ４を最適な値とすることが可能である。また、携帯型感熱記録装置１２０が、多少傾斜して挿入された場合でも、バネ２２０の弾力によって送電コイル１１８と受電コイル１３２の平行を保ちつつ距離Ｄ４を維持することが可能である。

携帯型感熱記録装置１２０の高さ（Ｈ１）に合わせた充電ボックス２００の高さ（Ｈ３）を備えることにより、非接触送電装置１１０が背高になることを抑制することが可能である。また、充電ボックス２００は金属材料で構成していることから、充電ボックス２００が、ノイズを吸収するため、放射ノイズを減らすことが可能である。

充電ボックス２００の外面（２０１Ａ、２０１Ｂ、２０１Ｃ、２０１Ｄ、２０１Ｅ）は金属材料で構成し、不透明であるため充電ボックス２００内を目視できない構成になっている。携帯型感熱記録装置１２０とスペーサ２３２の接触状態を目視できないため、携帯型感熱記録装置１２０と送電コイル１１８が適切な距離だけ離れて対峙しているかどうかを確認できない。この実施形態では、センサ２３０Ａ、２３０Ｂで携帯型感熱記録装１２０が適切な位置に置かれているかを検出している。携帯型感熱記録装１２０を適切な位置に配置していない場合には、表示部（ＬＥＤ２０５Ａ、２０５Ｂ）が、使用者へ携帯型感熱記録装１２０を適切な位置へ置き直すように促している。そのため、送電コイル１１８と受電コイル１３２間の距離を一定に保ち、充電ボックス２００から携帯型感熱記録装１２０へ高効率で電力伝送することが可能である。

（第２の実施形態）
図１０は、第２の実施形態の非接触電力伝送装置３００を示している。非接触電力伝送装置３００は、第１実施形態の充電ボックス２００を４台（３１０Ａ、３１０Ｂ、３１０Ｃ、３１０Ｄ）備えている。充電ボックス３１０Ｂ、３１０ＣをＹ軸方向に配置している。さらに、充電ボックス３１０Ａを重力方向で充電ボックス３１０Ｂの上に、充電ボックス３１０Ｄを重力方向で充電ボックス３１０Ｃの上に配置されている。各充電ボックス（３１０Ａ乃至３１０Ｄ）は、全てＸ軸方向に開口２０１を備え、開口２０１を通して携帯型感熱記録装置１２０を挿入可能に構成されている。４台の充電ボックス（３１０Ａ乃至３１０Ｄ）は、一体に固定され、充電棚になっている。本実施例では、４台の充電ボックス（３１０Ａ乃至３１０Ｄ）を例示している。４台の充電ボックスに限定するものではなく、さらに多くの充電ボックスを一体として構成することは可能である。

充電ボックス（３１０Ａ乃至３１０Ｄ）は、同じ構成になっている。充電ボックス３１０Ａの内部構成を理解しやすいように、筐体面２０１Ａ、２０１Ｄの一部を切欠いた図になっている。充電ボックス３１０Ａの内部で筐体面２０１Ｅ側に、送電コイル１１８が配置されている。筐体面２０１Ｅと送電コイル１１８のパターンが形成されたＰＣ板２１０間にバネ２２０が設けられている。バネ２２０の１端は、筐体面２０１Ｅに固定され、他端は、ＰＣ板２１０に固定されている。バネ２２０が、ＰＣ板２１０を揺動可能に支持している。

充電ボックス３１０Ａは、クロック入出力端子３１４Ａを備えるケース３１２Ａを背面２０１Ｅに有している。ケース３１２Ａと背面２０１Ｅ間に、送電用回路が内蔵されている。クロック入出力端子３１４Ａは、送電用回路内の送電制御部に接続されている。同様に、充電ボックス（３１０Ｂ乃至３１０Ｄ）のクロック入出力端子（３１４Ｂ乃至３１４Ｄ）を備えている。クロック入出力端子（３１４Ａ乃至３１４Ｄ）は、同一のクロック信号で動作するようになっている。すなわち、基準となるクロック信号から発生した位相をそろえた信号で、各充電ボックスを動作させている。

同一クロック信号で動作することで、ノイズの発生を抑制し、安定した非接触電力伝送が可能になる。各充電ボックス（３１０Ａ乃至３１０Ｄ）を同期して動作させることで、充電ボックス（３１０Ａ乃至３１０Ｄ）の各送電コイル１１８から送電される電波の位相が揃い、ノイズの発生を抑制可能である。

充電ボックス（３１０Ａ乃至３１０Ｄ）の各送電コイル１１８は、Ｙ-Ｚ平面上に形成されている。送電コイル１１８から発生する磁束は、重力方向に直交する方向に発生する。すなわち、各送電コイル１１８が発生する磁束は、Ｘ軸方向に向かって発生する。仮に、Ｘ-Ｙ平面上に送電コイルを配置し、Ｚ軸方向に充電ボックスを重ねた場合、送電コイルが発生する磁束はＺ軸方向に向かうため、二つの送電コイル間で干渉を起こす可能性がある。これに比べ、第２実施形態では、充電ボックス（３１０Ａ乃至３１０Ｄ）間での電波干渉を減らすことが可能である。

さらに、第２の実施形態の非接触電力伝送装置は、第１の実施形態の非接触電力伝送装置と同様な効果を奏している。

４台の充電ボックス（３１０Ａ乃至３１０Ｄ）夫々が、全て同じ型式の携帯型感熱記録装置１２０に充電する場合には、４台の充電ボックス（３１０Ａ乃至３１０Ｄ）夫々に同じスペーサ２３２を設けている。必ずしも、４台の充電ボックス（３１０Ａ乃至３１０Ｄ）全てに同じスペーサ２３２を設ける必要はない。例として、充電ボックス３１０Ａ、３１０Ｂは、上記携帯型感熱記録装置１２０を充電し、充電ボックス３１０Ｃ、３１０Ｄは、携帯型感熱記録装置１２０と異なる筐体形状の携帯型感熱記録装置１２１を充電する場合を、想定する。充電ボックス３１０Ａ、３１０Ｂには、上述のスペーサ２３２を備え、充電ボックス３１０Ｃ、３１０Ｄには、携帯型感熱記録装置１２１の筐体形状に合わせたスペーサを設けるようにする。これにより、異なる種類の携帯型感熱記録装置に同時に充電することも可能である。

（第３の実施形態）
図１１は、第３の実施形態の非接触電力伝送装置４００を示している。非接触電力伝送装置４００の充電ボックス２００は、送電コイル１１８を備えるＰＣ板２１０を２個のバネ２２２、２２４で支持している。バネ２２２、２２４を有する以外、第１の実施形態の充電ボックス２００と同じ構成である。

筐体面２０１Ｅと送電コイル１１８のパターンが形成されたＰＣ板２１０間にバネ２２２、２２４が設けられている。送電コイル１１８のパターンは、２巻きの角型渦巻形状になっている。パターンのＹ軸方向幅Ｗ４の中心線ＣＬ１、パターンのＺ軸方向高さＨ４の中心線ＣＬ２とする。バネ２２２、２２４の送電コイル１１８側の１端は、中心線ＣＬ１を挟んで対象位置で、中心線ＣＬ２上に固定されている。バネ２２２、２２４の筐体面２０１Ｅ側の他端は、バネ２２２、２２４の中心線が筐体底面２０１Ｄにほぼ平行になるように固定されている。

バネ２２２、２２４が、ＰＣ板２１０を揺動可能に支持している。携帯型感熱記録装置１２０が、充電ボックス２００へ挿入されると、スペーサ２３２を介してＰＣ板２１０に突き当てられる。第１の実施形態と同様に、携帯型感熱記録装置１２０が、多少傾いて挿入されたとしても、ＰＣ板２１０は、バネ２２２、２２４によって携帯型感熱記録装置１２０に突き当てられる。結果、受電コイル１３２と送電コイル１１８を、平行で、かつ所定の距離を保って、対向させることができる。

携帯型感熱記録装置以外に、上記非接触電力伝送装置は、携帯電話、ＰＤＡ（ＰｅｒｓｏｎａｌＤａｔａＡｓｓｉｓｔａｎｃｅ）、電気シェーバなどにも利用可能である。

本発明の実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１００非接触電力伝送装置
１１０送電装置
１１７送電用コンデンサ
１１８送電用コイル
１２０携帯型感熱記録装置
１３０受電装置
１３１受電用コンデンサ
１３２受電用コイル
１５３二次電池
２００、３１０Ａ、３１０Ｂ、３１０Ｃ、３１０Ｄ充電ボックス
２３２スペーサ

Claims

送電装置と、前記送電装置から非接触で送電された電力を受ける受電装置と二次電池を含む負荷部とを備える機器と、を具備する非接触電力伝送装置であって、
前記機器の前記受電装置は、
前記送電装置からの磁束を受けて誘導電流を発生する受電コイルのパターンが形成され、そのパターンの端部に受電コンデンサを含む回路が搭載される第１絶縁性基板を有し、
前記送電装置は、
開口部から前記機器を収納する充電ボックスと、
前記充電ボックス内の前記開口部の反対側の筐体面に設けられ、送電用回路が搭載される第２絶縁性基板と、
収納される前記機器の前記受電コイルに向けて前記磁束を発生する送電コイルのパターンが形成され、そのパターンの端部に送電コンデンサが搭載される第３絶縁性基板と、
前記第２絶縁性基板が設けられた前記筐体面と前記第３絶縁性基板との間に設けられ、収納される前記機器の前記第１絶縁性基板と前記第３絶縁性基板とを平行に支持する弾性体と、
前記充電ボックスの前記第２絶縁性基板と前記３絶縁性基板の間の同じ内面の両端部に設けられ、前記第３絶縁性基板の位置を検出する第１センサおよび第２センサと、
前記充電ボックスに設けられ、充電可能な状態であることを外部に表示する少なくとも１つのＬＥＤと、
前記第１センサおよび第２センサの両方の出力信号により、前記送電コイルと前記受電コイルが非接触送電に適切な位置になったことを検出した時、前記ＬＥＤを点灯すると共に送電を開始するよう制御する制御部と、
を備える非接触電力伝送装置。
前記制御部は、前記第１センサ又は第２センサの少なくとも一方の出力信号が前記送電コイルと前記受電コイルが非接触送電に適切な位置になったことを検出しない場合、前記ＬＥＤを充電できない状態を示すように表示する請求項１に記載の非接触電力伝送装置。
受電装置と二次電池を含む負荷部とを備える機器を収納する送電装置であって、受電コイルのパターンが形成され、そのパターンの端部に受電コンデンサを含む回路が搭載される第１絶縁性基板を備える前記受電装置に向けて磁束を発生する非接触電力伝送装置の前記送電装置は、
開口部から前記機器を収納する充電ボックスと、
前記充電ボックス内の前記開口部の反対側の筐体面に設けられ、送信用回路が搭載される第２絶縁性基板と、
収納される前記機器の前記受電コイルに向けて前記磁束を発生する送電コイルのパターンが形成され、そのパターンの端部に送電コンデンサが搭載される第３絶縁性基板と、
前記第２絶縁性基板が設けられた前記筐体面と前記第３絶縁性基板との間に設けられ、収納される前記機器の前記第１絶縁性基板と前記第３絶縁性基板とを平行に支持する弾性体と、
前記充電ボックスの前記第２絶縁性基板と前記３絶縁性基板の間の同じ内面の両端部に設けられ、前記第３絶縁性基板の位置を検出する第１センサおよび第２センサと、
前記充電ボックスに設けられ、充電可能な状態であることを外部に表示する少なくとも１つのＬＥＤと、
前記第１センサおよび第２センサの両方の出力信号により、前記送電コイルと前記受電コイルが非接触送電に適切な位置になったことを検出した時、前記ＬＥＤを点灯すると共に送電を開始するよう制御する制御部と、
を具備する送電装置。
前記制御部は、前記第１センサおよび第２センサの少なくとも一方の出力信号が前記送電コイルと前記受電コイルが非接触送電に適切な位置になったことを検出しない場合、前記ＬＥＤを充電できない状態を示すように表示する請求項３に記載の送電装置。
前記第１絶縁性基板と前記第３絶縁性基板との離間した距離を一定に保つスペーサを更に有することを特徴とする請求項３に記載の送電装置。