JPH1014124A

JPH1014124A - 非接触電力伝送装置

Info

Publication number: JPH1014124A
Application number: JP8157794A
Authority: JP
Inventors: Minoru Takahashi; 実高橋; Takashi Urano; 高志浦野
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 1996-06-19
Filing date: 1996-06-19
Publication date: 1998-01-16

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は非接触電力伝送装置に関し、充電部か
ら被充電部への非接触電力伝送を行い、被充電部から充
電部への光信号により非接触信号伝送を可能にして、２
次電池の正確な充電制御ができるようにする。【解決手段】被充電部と充電部からなり、被充電部に２
次電池１０の充電電流を検出する電流検出回路と、２次
電池１０の端子電圧を検出する電圧検出回路と、電流検
出回路及び電圧検出回路の各出力を基準値と比較して増
幅する増幅器と、増幅器の出力を光信号に変換する発光
素子３７Ａを備え、充電部に発光素子３７Ａからの光信
号を受光する受光素子３８Ａと、受光素子３８Ａで受光
した光信号を電気信号に変換してフィードバック信号と
する光／電気信号変換回路と、フィードバック信号によ
り送電コイル３３の出力を制御する送電出力制御手段を
備えた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、２次電池を電源と
した携帯電話機、ＰＨＳ電話機（簡易携帯電話機）等の
携帯用通信機などに利用されるものであり、特に、充電
器により、前記２次電池に対して非接触電力伝送による
充電ができるようにした非接触電力伝送装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】以下、図に基づいて従来例を説明する。 §１：従来例１（携帯電話機と２次電池の例）の説明・
・・図８参照図８は従来例１の説明図であり、Ａ図は携帯電話機の斜
視図、Ｂ図はＬｉ−イオン電池の充電特性を示す。以
下、図８に基づいて従来例１を説明する。

【０００３】従来、携帯電話機の１例として、例えば図
８のＡ図に示したような携帯電話機が知られていた。こ
の携帯電話機は、カバー２を取り付けた電話機本体１を
有し、前記電話機本体１には、操作ボタン等を有する操
作部３、表示部４、２次電池、回路部品を搭載したプリ
ント基板、スピーカ等が設けてあり、カバー２にはマイ
クロフォン５が設けてある。

【０００４】前記カバー２は電話機本体１に対し、軸部
６を中心として所定角度だけ回動できるように取り付け
られている。この携帯電話機を使用しない時はカバー２
を電話機本体１の操作部３上に被せておき、使用する時
はカバー２を開けて使用する。

【０００５】ところで、電話機本体１に内蔵された２次
電池としては、Ｎｉ−Ｃｄ電池、Ｎｉ−ＭＨ電池、Ｌｉ
−イオン電池等が使用されており、前記電話機本体１を
充電器の上に載せて充電するように構成されている。こ
の場合、特にＬｉ−イオン電池の充電制御は難しく、正
確な制御が必要である。以下、Ｌｉ−イオン２次電池の
充電特性について説明する。

【０００６】図８のＢ図において、横軸は充電時間ｔ
［ｈｒｓ］、縦軸は充電電圧ｖ［Ｖ］、及び充電電流ｉ
［ＣＡ］を示す。この場合、環境温度ＴはＴ＝２０°Ｃ
である。図示のように、Ｌｉ−イオン２次電池を充電す
るには、最初にｉ＝１Ｃ程度の定電流でｔ＝１ｈｒ（１
時間）程度急速充電し、電池の端子電圧ｖがｖ＝４．２
［Ｖ］に達すると（Ｐ点の電圧）、ｖ＝４．２［Ｖ］±
１％以下の高精度の定電圧制御方式により満充電する必
要がある。

【０００７】§２：従来例２（接点式充電装置の例）の
説明・・・図９参照図９は従来例２の説明図である。以下、図９に基づい
て、接点式充電装置の従来例について説明する。前記電
話機本体１に内蔵した２次電池の充電は、例えば、次の
ようにして行っていた。

【０００８】図示のように、電話機本体１に２次電池１
０（この例では、Ｌｉ−イオン２次電池）と、２次電池
を充電する際の異常検出等を行う保護回路１１と、充電
用の金属接点１２を設け、充電器８に充電回路１３と、
充電用の金属接点１４等を設ける。そして、充電器８に
はＡＣアダプタ９を接続し、ＡＣ電源（ＡＣ１００Ｖ商
用電源）を供給する。

【０００９】２次電池１０の充電を行う場合は、ＡＣア
ダプタ９をＡＣ電源に接続して、充電器８に電源（例え
ば、ＤＣ９Ｖ）を供給し、充電器８の上に電話機本体１
を載せる。この時、電話機本体１の金属接点１２と、充
電器８の金属接点１４とが接触するようにする。

【００１０】前記のようにして２次電池の充電を行う
が、前記金属接点１２、１４は外側に露出しているの
で、例えば、金属接点１４にはゴミや埃等の付着物１５
が堆積することがある。このような場合、前記付着物１
５を取り除かないと金属接点１２、１４がオープン状態
となり、充電不可能になることもある。

【００１１】§３：従来例３（接点式充電装置の例）の
説明・・・図１０参照図１０は従来例３の説明図である。以下、図１０に基づ
いて接点式充電装置の従来例について説明する。この例
では、充電器８に充電回路１３と、充電回路１３の制御
を行う制御回路２０と、複数の金属接点１４を設け、Ａ
Ｃアダプタ９から直流出力を供給するように構成する。
また、充電回路１３の出力とＧＮＤを金属接点１４に接
続し、前記制御回路２０の入力側（フィードバック信号
の入力）を別の金属接点１４に接続する。

【００１２】一方、電話機本体１には、２次電池１０
（この例ではＬｉ−イオン２次電池）と、保護回路１１
と、アンプ２１と、アンプ２２と、ＯＲ回路２３と、ス
イッチ２４と、タイマー回路／異常検出回路２５と、抵
抗Ｒ１、Ｒ２からなる電圧検出回路と、抵抗Ｒ３からな
る電流検出回路と、複数の金属接点１２等を設ける。

【００１３】以下、前記Ｌｉ−イオン２次電池１０の充
電動作を説明する。電話機本体１を充電器８上に載せた
状態で、ＡＣアダプタ８をＡＣ電源に接続すると、充電
器８にはＤＣ９Ｖの直流電源が供給される。充電器８
は、充電回路１３のトランジスタＱが制御回路２０によ
り制御され、金属接点１４、１２を介して電話機本体１
へ電力を伝送する。そして、電話機本体１側は、保護回
路１１を介して２次電池１０へ充電電流を流すことによ
り該２次電池１０を充電する。

【００１４】この時の充電電流は、電流検出回路の抵抗
Ｒ３で検出され、アンプ２１で基準電圧Ｖ１と比較さ
れ、増幅される（定電流制御領域の制御）。その後、２
次電池１０の端子電圧が上昇し、所定の電圧（４．２
Ｖ）に達すると、前記電圧検出回路で検出された２次電
池１０の端子電圧は、抵抗Ｒ１、Ｒ２により分圧されて
アンプ２２に入力し、基準電圧Ｖ２と比較され、増幅さ
れる。

【００１５】そして、アンプ２１の出力と、アンプ２２
の出力は、ＯＲ回路２３を通ることにより切り換えら
れ、定電流制御から定電圧制御（４．２Ｖ±１％の制
御）に移行する。また、前記ＯＲ回路２３の出力はスイ
ッチ２４を介して金属接点１２へ送られ、金属接点１
２、１４を介して充電器８へ伝送する。この場合、電話
機本体１から充電器８へ伝送される信号はフィードバッ
ク信号として制御回路２０へ送られる。

【００１６】前記制御回路２０は、電話機本体１からの
フィードバック信号を入力して充電回路１３を制御す
る。この制御により、２次電池１０の充電制御を行う。
なお、前記充電を行う際、タイマー回路／異常検出回路
２５からスイッチ２４をオフにする信号（タイマーで設
定した充電時間が経過した時、或いは異常が検出された
場合等に出力される信号）が出力されると、スイッチ２
４をオフにして２次電池の充電を終了する。

【００１７】§４：従来例４（非接触電力伝送装置の
例）の説明・・・図１１参照図１１は従来例４の説明図である。前記従来例２は接点
式充電装置の例であるが、２次電池を非接触で充電する
給電装置も知られていた（特開平６−２２５４８２号公
報参照）。

【００１８】この給電装置には、電源部６５に設けられ
た１次コア６６と、負荷部６７に設けられた２次コア６
８とを有する。１次コア６６はその中間部に１次巻線Ｌ
１が巻回され、その両端の腕部６９は負荷部６７が装着
される側に向けて配置されている。２次コア６８はその
中央部に２次巻線Ｌ２が巻回され、負荷部６７が電源部
６５に装着された時に、その両端が１次コア６６の腕部
６９に対向するように配置されている。

【００１９】この装置では負荷部６７に２次電池が設け
てあり、この２次電池を充電するには負荷部６７を電源
部６５上に載置する。この時、電源部６５により１次コ
イルＬ１に電流を流して磁束を発生させ、この磁束によ
り２次コイルＬ２に電圧を誘起させる。そして、２次コ
イルＬ２に誘起した電圧により２次電池を充電する。こ
のように、１次コイルＬ１を有する電源部６５から２次
コイルＬ２を有する負荷部６７へ非接触で電力を伝送す
ることで２次電池の充電を行う。

【００２０】§５：従来例５（光等による通信方法）の
説明・・・特開昭６１−１４５９４０号公報参照例えば、前記従来例３では、電話機本体１から充電器８
へフィードバック信号を伝送している。前記フィードバ
ック信号の伝送には金属接点１２、１４が使用してお
り、これらの金属接点がゴミや埃等により汚れると、接
触抵抗が増大し、信号伝送が正常にできなくなる。そこ
で、２つの装置間で信号の非接触伝送を行うことが考え
られていた（例えば、特開昭６１−１４５９４０号公報
参照）。この例は、基地局から送られてきた情報を、磁
気、光、音等の信号に変換することにより、非接触で次
段の機器へ伝送するものである。

【００２１】

【発明が解決しようとする課題】前記のような従来のも
のにおいては、次のような課題があった。 (1) ：前記従来例１に示したように、電話機本体１に内
蔵された２次電池としては、Ｎｉ−ｃｄ電池、Ｎｉ−Ｍ
Ｈ電池、Ｌｉ−イオン電池等が使用されており、電話機
本体１を充電器の上に載せて充電するように構成されて
いる。この場合、特にＬｉ−イオン電池は他の電池に比
べて高性能の２次電池であるが、その充電制御は難し
く、精密な制御が必要である。

【００２２】すなわち、Ｌｉ−イオン電池２次電池を充
電するには、最初に１Ｃ程度の定電流で１ｈｒ程度急速
充電し、電池の端子電圧が４．２Ｖに達すると、４．２
Ｖ±１％以下の高精度の定電圧制御方式により満充電す
る必要がある。しかし、前記定電圧制御は極めて難しい
制御であり、前記各従来例では実現するのは困難であっ
た。

【００２３】(2) ：前記従来例２では、金属接点１２、
１４は外側に露出しているので、例えば、金属接点１４
にはゴミや埃等の付着物１５が堆積することがある。こ
のような場合、前記付着物１５を取り除かないと金属接
点１２、１４がオープン状態となり、充電不可能にな
る。

【００２４】(3) ：前記従来例３では、２次電池の充電
電流や端子電圧の検出信号を、金属接点を介して充電器
側へフィードバックしている。このような構成では金属
接点にゴミや埃等が付着した場合、前記金属接点の接触
抵抗が変化する。このため、充電器側では２次電池の正
確な検出情報が得られず、Ｌｉ−イオン２次電池の充電
を行う場合、４．２Ｖ±１％以下の高精度の定電圧制御
を行うことは不可能である。

【００２５】(2) ：前記のように従来例３では、Ｌｉ−
イオン２次電池の充電を行う場合、４．２Ｖ±１％以下
の高精度の定電圧制御を行うことは不可能である。この
ため、この例のような回路でＬｉ−イオン２次電池の充
電を行うには、２次電池の端子電圧が４．２Ｖよりかな
り低い電圧に達した時点で定電圧制御に切り換えて充電
を行うことが考えられる。

【００２６】しかし、このような充電制御では、Ｌｉ−
イオン２次電池が満充電されることはなく、Ｌｉ−イオ
ン電池の性能を十分に引き出すことができない。 (3) ：前記従来例４に示した非接触電力伝送装置におい
ては、Ｌｉ−イオン電池の端子電圧を検出して充電器側
へフィードバックする手段がない。従って、定電流、及
び定電圧制御を必要とするＬｉ−イオン２次電池の正確
な充電制御は不可能であり、Ｌｉ−イオン２次電池を満
充電することは不可能である。

【００２７】(4) ：前記従来例４には、２つの装置間で
信号の非接触伝送を行う場合に、磁気、光、音等を使用
することが記載されているが、これは単なる信号の伝送
手段が示されているだけであり、信号のフィードバック
ループが無く、定電流、及び定電圧制御を必要とするＬ
ｉ−イオン２次電池の充電制御には使用できない。

【００２８】本発明は、このような従来の課題を解決
し、充電部から被充電部への非接触電力伝送を行い、被
充電部から充電部への光信号により非接触信号伝送を可
能にして、２次電池、特にＬｉ−イオン２次電池の正確
な充電制御ができるようにすることを目的とする。

【００２９】

【課題を解決するための手段】図１は本発明の原理説明
図である。本発明は前記の目的を達成するため、次のよ
うに構成した。 (1) ：受電コイル３１及び２次電池１０を有する被充電
部（電話機本体１）と、送電コイル３３を有する充電部
（充電器８）からなり、送電コイル３３及び受電コイル
３１を介して充電部から被充電部への電磁誘導による非
接触電力伝送を行うことで、２次電池１０の充電を行う
非接触電力伝送装置において、被充電部に、２次電池１
０の充電電流を検出する電流検出回路と、２次電池１０
の端子電圧を検出する電圧検出回路と、前記電流検出回
路及び電圧検出回路の各出力を基準値と比較して増幅す
る増幅器と、前記増幅器の出力を光信号に変換する発光
素子３７Ａを備え、充電部に、発光素子３７Ａからの光
信号を受光する受光素子３８Ａと、受光素子３８Ａで受
光した光信号を電気信号に変換してフィードバック信号
とする光／電気信号変換回路と、前記フィードバック信
号により送電コイル３３の出力を制御する送電出力制御
手段を備えている。

【００３０】(2) ：前記(1) の非接触電力伝送装置にお
いて、送電出力制御手段は、ＤＣ／ＤＣコンバータと、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータの直流出力を入力して前記送
電コイルの励振を行う送電コイル励振回路を備え、ＤＣ
／ＤＣコンバータは、フィードバック信号が低下すると
その出力を低下させ、それに合わせて前記２次電池の充
電電流を低下させる特性を備えている。

【００３１】(2) ：前記(1) 、又は(2) の非接触電力伝
送装置において、被充電部は、前記増幅器の出力で発光
素子３７Ａを駆動することにより、増幅器の出力をアナ
ログの光信号に変換する電気／光変換回路を備えてい
る。

【００３２】(3) ：前記(1) 、又は(2) の非接触電力伝
送装置において、被充電部は、前記増幅器から出力され
るアナログ信号を、周波数変調により前記アナログ信号
の電圧値に応じた周波数の高周波パルス信号に変換して
発光素子３７Ａを駆動することで、前記アナログ信号を
高周波パルスの光信号に変換する電圧／周波数変換回路
を備えている。

【００３３】（作用）本発明の作用を図１に基づいて説
明する。充電時の動作は次の通りである。充電器８にＡ
Ｃ電源を印加すると、駆動回路３５が動作し、送電コイ
ル３３を励振して電話機本体１に対して電磁波により非
接触電力伝送を行う。一方、電話機本体１では、受電コ
イル３１に電磁誘導による電圧が発生し、被充電部側回
路３０に受電した電力が送られる。そして、被充電部側
回路３０により２次電池１０が充電される。

【００３４】この時の充電電流は、被充電部側回路３０
内に設けた電流検出回路で検出され、前記増幅器で基準
電圧と比較され、増幅される（定電流制御領域の制
御）。その後、２次電池１０の端子電圧が上昇し、所定
の電圧（Ｌｉ−イオン２次電池の例では４．２Ｖ）に達
すると、電圧検出回路で検出された２次電池１０の端子
電圧は、前記とは別の増幅器に入力し、基準電圧と比較
され、増幅される。

【００３５】前記各増幅器の出力は、所定の電圧（Ｌｉ
−イオン２次電池の例では４．２Ｖ）に達した時点で切
り換えられ、定電流制御から定電圧制御（Ｌｉ−イオン
２次電池の例では４．２Ｖ±１％の制御）に移行する。
そして、各増幅器の出力は、発光素子３７Ａにより光信
号に変換され、充電器８側へ非接触伝送される。

【００３６】一方、充電器８側では、伝送された光信号
を受光素子３８Ａで受光し、駆動回路３５内で電気信号
に変換しフィードバック信号となる。そして、駆動回路
３５内では前記フィードバック信号により送電コイル３
３の出力制御を行う。例えば、駆動回路３５内に設けた
ＤＣ／ＤＣコンバータは周波数／電圧変換制御により、
出力電圧を制御し、その電圧を送電コイル３３の励振回
路へ送る。

【００３７】この制御により、送電コイル３３の交流出
力振幅を制御し、受電コイル３１へ非接触電力伝送を行
う。前記のようにしてフィードバック制御を行うが、こ
の場合、前記増幅器に入力する基準電圧の設定により、
正確に定電流、及び定電圧制御を行う。

【００３８】このように、充電部から被充電部への非接
触電力伝送を行い、被充電部から充電部への光信号によ
り非接触信号伝送を可能にしたので、２次電池の正確な
充電制御を行うことが可能になる。

【００３９】

【発明の実施の形態】以下、発明の実施の形態を図面に
基づいて詳細に説明する。なお、以下に説明する例は、
ＰＨＳ電話機に適用した例であり、ＰＨＳ電話機はＰＨ
Ｓ電話機本体（以下、「電話機本体」と記す）と、充電
器とで構成する。なお、以下の説明では、電話機本体を
「被充電部」、充電器を「充電部」とも記す。

【００４０】§１：充電部、被充電部の説明・・・図２
参照図２は充電部、被充電部の説明図であり、Ａ図は充電
部、被充電部の断面図、Ｂ図はＡ図の一部拡大図であ
る。

【００４１】ＰＨＳ電話機は電話機本体１と、充電器８
で構成する。電話機本体１には、２次電池１０と、被充
電部側回路３０と、受電コイル３１を巻いたコア３２
と、発光ダイオード３７等が設けてある。この場合、電
話機本体１のハウジングの底部に穴５７を開け、この穴
５７に発光ダイオード３７を設け、発光ダイオード３７
からの光が外部へ照射するように配置する。

【００４２】また、充電器８には、フォトトランジスタ
３８と、送電コイル３３を巻いたコア３４と、駆動回路
３５等が設けてある。この場合、前記電話機本体１を充
電器８上に載せた状態で、充電器８の上部で、電話機本
体１に設けた穴５７と対向する位置に穴５８を開け、こ
の穴５８内にフォトトランジスタ３８を設ける。

【００４３】§２：充電部、被充電部の回路例１の説明
・・・図３、図４参照図３は充電部、被充電部の回路例１である。また、図４
は回路例１の特性図であり、Ａ図は特性図１、Ｂ図は特
性図２である。以下、図３、図４に基づいて回路例１の
構成を説明する。この回路例１は、Ｌｉ−イオン２次電
池の充電を行う際、アナログ信号によるフィードバック
制御を行う例である。

【００４４】(1) ：回路構成の説明回路例１では、充電器８に、送電コイル３３を巻いたコ
ア３４と、受光素子を構成するフォトトランジスタ３８
と、整流／平滑回路４０と、ＰＷＭ（パルス幅変調）制
御方式による非絶縁型のＤＣ／ＤＣコンバータ４１と、
送電コイル３３を励振するための送電コイル励振回路４
２と、間欠発振型の始動回路４３と、ＯＲ回路４４と、
光／電気変換回路４５等が設けてある。

【００４５】また、電話機本体１には、受電コイル３１
を巻いたコア３２と、並列共振用のコンデンサＣ１と、
整流／平滑回路４７と、抵抗Ｒ３、Ｒ４からなる電圧検
出回路４８と、抵抗Ｒ５からなる電流検出回路４９と、
２次電池１０と、発光ダイオード３７と、発光ダイオー
ド３７により電気信号（アナログ信号）を光信号に変換
するための電気／光変換回路５０と、オン／オフ可能な
スイッチ５１と、２つのダイオードにより構成されたＯ
Ｒ回路５２と、アンプ（増幅器）５３、５４と、制御回
路５５等が設けてある。

【００４６】前記制御回路５５は、２次電池１０の充電
時間を計測するためのタイマー回路と、２次電池１０の
満充電を検出するための満充電検出回路と、２次電池１
０の温度の異常上昇（過熱状態）を検出するための異常
検出回路等を含んでいる。そして、前記制御回路５５内
の各回路の出力信号により、スイッチ５１のオン／オフ
制御を行うように構成されている。なお、スイッチ５１
は、２次電池１０を通常の正常な状態で充電している場
合にはオンとなっている。

【００４７】前記発光ダイオード３７は、波長λ＝８０
０〜９５０ｎｍ程度の赤外線を発光する素子を使用し、
この発光ダイオードから照射された赤外線をフォトトラ
ンジスタ３８で受光するように構成されている。また、
前記２次電池１０としてＬｉ−イオン２次電池を使用
し、前記回路により充電を行う。

【００４８】なお、前記実際の回路には電圧計、及び電
流計は不要であるが、図示の回路にはデータをとるた
め、電圧計、及び電流計が接続してある。この場合、図
示のＶ ₀₁はＤＣ／ＤＣコンバータ４１の出力電圧、Ｖ₀₂
は２次電池１０の端子電圧、Ｖ ₀₃は光／電気変換回路４
５の出力電圧、Ｉ₀₁は２次電池１０の充電電流（整流／
平滑回路４７の出力電流）を示す。

【００４９】(2) ：回路例１の特性の説明前記ＰＷＭ制御方式によるＤＣ／ＤＣコンバータ４１の
特性は図４に示した通りである。図４のＡ図において、
横軸は光／電気変換回路４５の出力電圧Ｖ₀₃［Ｖ］（フ
ィードバック信号の電圧）、縦軸はＤＣ／ＤＣコンバー
タ４１のデューティＤ［％］である。

【００５０】また、図４のＢ図において、横軸はＤＣ／
ＤＣコンバータ４１のデューティＤ［％］、縦軸はＤＣ
／ＤＣコンバータ４１の出力電圧Ｖ₀₁［Ｖ］（直流電
圧）である。なお、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ４１のデ
ューティＤは、Ｄ＝（Ｔ_ON／Ｔ）×１００［％］で求め
られる。但し、Ｔ：ＰＷＭパルスの周期、Ｔ_ON：ＰＷＭ
パルスのオン時間である。

【００５１】図４のＡ図に示したように、光／電気変換
回路４５の出力電圧Ｖ₀₃（フィードバック信号の電圧）
が低い時はデューティＤが小さくなり、出力電圧Ｖ₀₃が
高くなるに従ってデューティＤも大きくなる。この場
合、出力電圧Ｖ₀₃とデューティＤは略比例した特性であ
る。また、図４のＢ図に示したように、デューティＤが
小さい時はＤＣ／ＤＣコンバータ４１の出力電圧Ｖ₀₁が
小さく、デューティＤが大きくなるに従って、ＤＣ／Ｄ
Ｃコンバータ４１の出力電圧Ｖ₀₁も増大する。この場
合、ＤＣ／ＤＣコンバータ４１のデューティＤと出力電
圧Ｖ₀₁は略比例した特性である。

【００５２】(3) ：２次電池充電動作の説明Ｌｉ−イオン２次電池の充電動作は次の通りである。充
電器８に商用電源（ＡＣ１００Ｖ／２００Ｖ）を印加す
ると、整流／平滑回路４０により整流、平滑化し、その
直流電圧をＤＣ／ＤＣコンバータ４１に供給する。ＤＣ
／ＤＣコンバータ４１は、入力した直流電圧を基にＰＷ
Ｍ制御を行い、出力の直流電圧（Ｖ₀₁）を送電コイル励
振回路４２に供給する。送電コイル励振回路４２はＤＣ
／ＤＣコンバータ４１から供給された直流電圧を基に送
電コイル３３を励振し、電話機本体１に対して電磁波に
より非接触電力伝送を行う。

【００５３】一方、電話機本体１では、受電コイル３１
に電磁誘導による電圧が発生し、前記受電コイル３１と
並列共振用コンデンサＣ１からなる並列共振回路に電流
が流れ並列共振する。すなわち、受電コイル３１のイン
ダクタンス成分と、並列共振用コンデンサＣ１の容量と
による並列共振動作が行われる。そして、前記並列共振
回路の出力は、整流／平滑回路４７により整流、平滑化
され、２次電池１０を充電する。

【００５４】この時の充電電流（Ｉ₀₁）は、電流検出回
路４９の抵抗Ｒ５で検出され、アンプ５３で基準電圧Ｖ
１と比較され、増幅される（定電流制御領域の制御）。
その後、２次電池１０の端子電圧（Ｖ₀₂）が上昇し、所
定の電圧（Ｖ₀₂＝４．２Ｖ）に達すると、電圧検出回路
４８で検出された２次電池１０の端子電圧は、抵抗Ｒ
３、Ｒ４により分圧されてアンプ５４に入力し、基準電
圧Ｖ２と比較され、増幅される。

【００５５】そして、アンプ５３の出力と、アンプ５４
の出力は、ＯＲ回路５２を通ることにより切り換えら
れ、定電流制御から定電圧制御（４．２Ｖ±１％の制
御）に移行する。また、前記ＯＲ回路５２の出力はスイ
ッチ５１を介して電気／光変換回路５０へ送られ、アナ
ログの電気信号が発光ダイオード３７により光信号に変
換される。そして、発光ダイオード３７から発光された
光信号は、非接触で充電器８のフォトトランジスタ３８
へ光伝送され、前記フオトトランジスタ３８により受光
される。

【００５６】このようにして受光された光信号は、その
後、光／電気変換回路４５により電気信号に変換され、
フィードバック信号としてＯＲ回路４４へ送られる。す
なわち、電話機本体１からフィードバックされたフィー
ドバック信号がＯＲ回路４４へ送られる。ＯＲ回路４４
では前記光／電気変換回路４５からのフィードバック信
号と、始動回路４３からの信号（間欠発振信号）との論
理和出力をＤＣ／ＤＣコンバータ４１へ送り、前記ＤＣ
／ＤＣコンバータ４１がＰＷＭ（パルス幅変調）制御に
よるフィードバック制御を行う。

【００５７】すなわち、ＤＣ／ＤＣコンバータ４１はパ
ルス幅制御により、ＤＣ／ＤＣコンバータ４１の出力電
圧（Ｖ₀₁）（直流電圧）を制御し、その電圧を送電コイ
ル励振回路４２へ送る。この制御により、送電コイル３
３の交流出力振幅を制御し、受電コイル３１へ非接触電
力伝送する。

【００５８】前記のようにしてフィードバック制御を行
うが、この場合、アンプ５３、５４に入力する基準電圧
Ｖ１、Ｖ２の設定により、正確に２次電池１０の電流、
電圧制御を行う。前記始動回路４３の機能は次の通りで
ある。すなわち、２次電池１０の容量がゼロの時に交流
電源を投入した場合には、電話機本体１側のアンプ５
３、５４、発光ダイオード３７等の電源がなく、前記フ
ィードバック制御ができなくなる。

【００５９】このため、前記のような場合には、始動回
路４３からの間欠発振パルスをＯＲ回路４４へ送る。そ
して、ＤＣ／ＤＣコンバータ４１において前記間欠発振
パルスを使用してＰＷＭ制御を行うことで、始動時の制
御を行う。また、２次電池１０を充電している時には、
制御回路５５によりスイッチ５１がオンとなっており、
ＯＲ回路５２の出力が電気／光変換回路５０へ送られる
が、次のような場合には制御回路５５によりスイッチ５
１がオフとなり、ＯＲ回路５２の出力が遮断され、電気
／光変換回路５０へ送られなくなる。

【００６０】：制御回路５５内のタイマー回路により
設定された所定時間経過後、スイッチ５１をオフにす
る。：制御回路５５内の満充電検出回路により、２次電池
１０の満充電が検出された場合、スイッチ５１をオフに
する。

【００６１】：制御回路５５内の異常検出回路によ
り、２次電池１０の異常状態（例えば、異常温度上昇）
が検出された場合、スイッチ５１をオフにする。 §３：充電部、被充電部の回路例２の説明・・・図５、
図６参照図５は充電部、被充電部の回路例２である。また、図６
は回路例２の特性図であり、Ａ図はＤＣ／ＤＣコンバー
タの特性図、Ｂ図はＶ／Ｆ変換回路の特性図である。以
下、図５、図６に基づいて回路例２の構成を説明する。
この回路例２は、パルス化されたコントロール信号（フ
ィードバック信号）によりフィードバック制御を行う例
である。

【００６２】(1) ：回路構成の説明回路例２では、充電器８に、送電コイル３３を巻いたコ
ア３４と、受光素子を構成するフォトトランジスタ３８
と、整流／平滑回路４０と、Ｆ−Ｖ（周波数−電圧）制
御方式によるＤＣ／ＤＣコンバータ６１と、送電コイル
３３を励振するための送電コイル励振回路４２と、間欠
発振型の始動回路４３と、ＯＲ回路４４と、波形整形回
路６２等が設けてある。

【００６３】また、電話機本体１には、受電コイル３１
を巻いたコア３２と、並列共振用のコンデンサＣ１と、
整流／平滑回路４７と、抵抗Ｒ３、Ｒ４からなる電圧検
出回路４８と、抵抗Ｒ５からなる電流検出回路４９と、
２次電池１０と、発光ダイオード３７と、Ｖ／Ｆ（電圧
−周波数）変換回路６３と、オン／オフ可能なスイッチ
５１と、ＯＲ回路５２と、アンプ（増幅器）５３、５４
と、制御回路５５等が設けてある。

【００６４】前記制御回路５５、及びスイッチ５１の構
成は前記回路例１と同じである。前記発光ダイオード３
７は、波長λ＝８００〜９５０ｎｍ程度の赤外線を発光
する素子を使用し、この発光ダイオード３７から照射さ
れた赤外線をフォトトランジスタ３８で受光するように
構成されている。また、前記２次電池１０としてＬｉ−
イオン２次電池を使用し、前記回路により充電制御を行
う。

【００６５】(2) ：前記回路例２の特性の説明：ＤＣ／ＤＣコンバータの特性前記ＤＣ／ＤＣコンバータ６１は、整流／平滑回路４０
から直流電圧を供給され、ＯＲ回路４４を介して入力し
た周波数ｆ₁のコントロール信号（パルス化されたフィ
ードバック信号）を使用してＦ−Ｖ変換制御を行う。こ
の場合、ＤＣ／ＤＣコンバータ６１は図６のＡ図に示し
た特性のものを使用する。図の横軸は、ＯＲ回路４４を
介してＤＣ／ＤＣコンバータ６１に入力するコントロー
ル信号の周波数ｆ₁［ＫＨ_Z］、縦軸はＤＣ／ＤＣコン
バータ６１の直流出力電圧Ｖ₀₁［Ｖ］である。

【００６６】ＤＣ／ＤＣコンバータ６１は、ＯＲ回路４
４を介して入力するコントロール信号の周波数ｆ₁が低
下すると、出力電圧Ｖ₀₁を低下させ、逆にコントロール
信号の周波数ｆ₁が高くなると、出力電圧Ｖ₀₁を増大す
るように制御する。すなわち、ＤＣ／ＤＣコンバータ６
１は、コントロール信号の周波数ｆ₁に略比例した直流
出力電圧Ｖ₀₁を発生するように制御を行う。このように
してＤＣ／ＤＣコンバータ６１では、図６のＡ図に示し
た特性のように出力電圧の制御を行う。

【００６７】：Ｖ／Ｆ変換回路の特性の説明前記Ｖ／Ｆ変換回路６３は、その入力電圧であるコント
ロール電圧Ｖ_C（スイッチ５１、及びＯＲ回路５２を介
して出力されるアナログ信号の電圧）を、周波数ｆ₁の
信号に変換する。この場合、前記Ｖ／Ｆ変換回路６３は
図６のＢ図に示した特性のものを使用する。

【００６８】すなわち、Ｖ／Ｆ変換回路６３は、周波数
変調により入力したコントロール電圧Ｖ_Cが小さい時は
周波数ｆ₁が低いパルス信号に変換し、コントロール電
圧Ｖ _Cが大きくなった時は周波数ｆ₁の高いパルス信号
に変換する。そして、図示の特性のように、コントロー
ル電圧Ｖ_Cに略比例した周波数ｆ₁のパルス信号に変換
し、このパルス信号により発光ダイオード３７を駆動す
る。

【００６９】(3) ：動作の説明充電時の動作は次の通りである。充電器８に商用電源
（ＡＣ１００Ｖ／２００Ｖ）を印加すると、整流／平滑
回路４０により整流、平滑化し、その直流電圧をＤＣ／
ＤＣコンバータ６１に供給する。ＤＣ／ＤＣコンバータ
６１は、整流／平滑回路４０からの直流出力を入力し、
ＯＲ回路４４からのコントロール信号に従ってＦ−Ｖ変
換制御を行い、出力電圧（Ｖ₀₁）を送電コイル励振回路
４２に供給する。送電コイル励振回路４２はＤＣ／ＤＣ
コンバータ４１から供給された直流電圧を基に送電コイ
ル３３を励振し、電話機本体１に対して電磁波により非
接触電力伝送を行う。この場合、充電器８からの発振出
力は、例えば、周波数＝１００ＫＨ_Zの高周波信号であ
る。

【００７０】一方、電話機本体１では、受電コイル３１
に電磁誘導による電圧が発生し、前記受電コイル３１と
並列共振用コンデンサＣ１からなる並列共振回路に電流
が流れ並列共振する。すなわち、受電コイル３１のイン
ダクタンス成分と、並列共振用コンデンサＣ１の容量と
による並列共振動作が行われる。そして、前記並列共振
回路の出力は、整流／平滑回路４７により整流、平滑化
され、２次電池１０を充電する。

【００７１】この時の充電電流は、電流検出回路４９の
抵抗Ｒ５で検出され、アンプ５３で基準電圧Ｖ１と比較
され、増幅される（定電流制御領域の制御）。その後、
２次電池１０の端子電圧が上昇し、所定の電圧（４．２
Ｖ）に達すると、電圧検出回路４８で検出された２次電
池１０の端子電圧は、抵抗Ｒ３、Ｒ４により分圧されて
アンプ５４に入力し、基準電圧Ｖ２と比較され、増幅さ
れる。

【００７２】そして、アンプ５３の出力と、アンプ５４
の出力は、ＯＲ回路５２を通ることにより切り換えら
れ、定電流制御から定電圧制御（４．２Ｖ±１％の制
御）に移行する。また、前記ＯＲ回路５２の出力はスイ
ッチ５１を介してＶ／Ｆ変換回路６３へ送られ、Ｖ−Ｆ
変換された後、発光ダイオード３７により光信号に変換
される。そして、発光ダイオード３７から発光された光
信号は、非接触で充電器８のフォトトランジスタ３８へ
光伝送され、前記フオトトランジスタ３８により受光さ
れる。

【００７３】この場合、前記Ｖ−Ｆ変換回路６３では、
ＯＲ回路５２、及びスイッチ５１を通過したアナログ信
号の電圧値を周波数の変化に変換して（Ｖ／Ｆ変換）パ
ルス信号を発生させ、前記パルス信号により発光ダイオ
ード３７を駆動して赤外線による周波数情報をフォトト
ランジスタ３８へ伝送する。

【００７４】このようにしてフォトトランジスタ３８に
より受光された光信号は、電気信号に変換され、波形整
形回路６２によりノイズが除去されＯＲ回路４４へ送ら
れる。すなわち、電話機本体１からフィードバックされ
たパルス信号がノイズ除去されＯＲ回路４４へ送られ
る。ＯＲ回路４４では前記波形整形回路６２からのフィ
ードバック信号と、始動回路４３からの信号との論理和
出力をＤＣ／ＤＣコンバータ４１へ送り、前記ＤＣ／Ｄ
Ｃコンバータ４１がＦ−Ｖ変換制御によるフィードバッ
ク制御を行う。

【００７５】すなわち、ＤＣ／ＤＣコンバータ４１はＦ
−Ｖ変換制御により、ＤＣ／ＤＣコンバータ４１の出力
電圧を制御し、その電圧を送電コイル励振回路４２へ送
る。この制御により、送電コイル３３の交流出力振幅を
制御し、受電コイル３１へ非接触伝送する。

【００７６】前記のようにしてフィードバック制御を行
うが、この場合、アンプ５３、５４に入力する基準電圧
Ｖ１、Ｖ２の設定により、正確に定電流、及び定電圧制
御を行う。この場合、始動回路４３の機能は前記回路例
１と同じである。

【００７７】§４：充電部、被充電部使用時の説明・・
・図７参照図７は充電部、被充電部使用時の説明図であり、Ａ図は
充電部、及び被充電部の斜視図、Ｂ図はＡ図の一部拡大
図である。

【００７８】電話機本体１（被充電部）を充電器８（充
電部）上に載せて充電を行うが、この場合、電話機本体
１に設けた発光ダイオード３７と充電器８に設けたフォ
トトランジスタ３８を対向配置する。そして、発光ダイ
オード３７で発光した光信号をフォトトランジスタ３８
へ伝送することで、電話機本体１から充電器８へフィー
ドバック信号を送り、このフィードバック信号により充
電器８内で２次電池１０の充電制御を行う。

【００７９】ところで、充電部、被充電部の使用時に
は、例えば、発光ダイオード３７やフォトトランジスタ
３８等の光素子上にゴミや埃等の付着物１５が堆積する
ことがある。しかし、前記充電部、及び被充電部では、
赤外線による光伝送によりフィードバック信号の伝送を
行っているので、前記付着物１５があったとしても、赤
外線の照射とその受光が行われていれば、常に高精度の
２次電池１０の充電制御を行うことが可能である。

【００８０】§５：測定結果の説明前記充電部、被充電部について実験を行い、各部のデー
タを測定した。また、比較のため、従来例についても実
験を行いデータを測定した。その結果を表１に示す。前
記実験では、本願発明の回路として図３に示した回路例
１を使用し、従来例の回路として図１０に示した従来例
３（接点式充電方式）を使用した。なお、２次電池１０
はＬｉ−イオン２次電池（公称値：３．６Ｖ、１Ａｈ／
セル）を使用した。実験の結果、次のことが判明した。

【００８１】(1) ：従来例３では、接点にゴミや埃等が
付着した場合、２次電池１０は全く充電しなかった。こ
れに対して回路例１では、光素子に多少ゴミや埃等が付
着しても赤外線が照射され、２次電池１０の満充電が可
能であった。

【００８２】(2) ：従来例３において、ゴミ、油膜等に
よる接触抵抗は、２端子の場合、通常、５０ｍΩ×２＝
１００ｍΩ〜１００ｍΩ×２＝２００ｍΩ程度である。
そこで、接点汚れにより、Ｒ＝５０Ωの接触抵抗が生じ
た場合のデータを測定したので次の表１に示す。

【００８３】 (3) ：従来例３では、接点に１００ｍΩの接触抵抗が生
じ、前記表１のように、４．２Ｖ±２．３８％の過充電
となった場合、次のような事態になることも考えられ
る。

【００８４】：従来例３では、２次電池１０の内部に
ある電解液が分解し、ガスが発生して電池内部圧力が上
昇する。その結果、２次電池１０の圧力開放手段が動作
し、漏液するという事故が発生したり、更に、他の回路
が前記漏液によりショートし、発煙するという２次災害
にもなりかねない。

【００８５】：従来例３では、のような事故を起こ
さないまでも、例えば、電池メーカーの充／放電サイク
ル保証値が５００回のものが、前記過充電により、例え
ば、３００回程度に減少してしまい、２次電池としての
寿命特性を保証できないという問題が発生する。

【００８６】：従来例３では、前記のような過充電を
避けるために、２００Ωの接触抵抗が生じることを前提
に、４．２Ｖ−５％程度に、工場出荷時に調整した場
合、３ｈｒ充電でも、１００％の満充電に達することは
なく、例えば、８５％程度にしか充電されない。その場
合、例えば、携帯電話機の連続使用可能時間が、１００
％充電で５ｈｒＳ使用可能なところが、４．２５ｈｒＳ
に短縮されてしまう。これに対して回路例１（本願発
明）では、４．２Ｖ±１％以下の高精度で定電圧制御す
ることで、９７％程度と、略満充電を行うことができ
た。

【００８７】（他の実施の形態）以上実施の形態につい
て説明したが、本発明は次のようにしても実施可能であ
る。

【００８８】(1) ：前記充電部、被充電部と、ＰＨＳ電
話機に限らず、携帯電話機など、各種通信機などに適用
可能である。 (2) ：２次電池はＬｉ−イオン２次電池に限らず、他の
２次電池にも適用可能である。

【００８９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば次
のような効果がある。 (1) ：充電部から被充電部への非接触電力伝送を行い、
被充電部から充電部への光信号により非接触信号伝送を
可能にしているので、２次電池、特にＬｉ−イオン２次
電池の正確な充電制御を行うことができる。

【００９０】(2) ：従来例の接点式充電方式によれば、
接点にゴミや埃等が付着した場合、２次電池は全く充電
されないことがある。これに対して本願発明では、フィ
ードバック信号を光信号による非接触伝送しているの
で、光素子に多少ゴミや埃が付着しても、光信号が伝送
されれば、常に２次電池、特にＬｉ−イオン２次電池の
満充電を行うことが可能である。このため、２次電池の
性能を十分に利用することが可能になる。

【００９１】(3) 従来の接点式充電方式では、Ｌｉ−イ
オン２次電池の満充電は不可能であり、過充電となるこ
ともある。このような場合、例えば、電池メーカーの充
／放電サイクル保証値が５００回のものが、前記過充電
により、例えば、３００回程度に減少してしまい、２次
電池としての寿命特性を保証できないという問題が発生
する。

【００９２】これに対して本願発明は、２次電池に対し
て常に正確な定電流、定電圧制御ができるので、例え
ば、Ｌｉ−イオン電池の満充電を行うことができる。従
って、高性能な２次電池の性能を十分に利用することが
できる。

【００９３】(4) 従来の接点式充電方式では、Ｌｉ−イ
オン２次電池の充電を行う際、前記のような過充電を避
けるために、例えば、２００Ωの接触抵抗が生じること
を前提に、４．２Ｖ−５％程度に、工場出荷時に調整し
た場合、３ｈｒ充電でも、１００％の満充電に達するこ
とはなく、例えば、８５％程度にしか充電されない。そ
の場合、例えば、携帯電話機の連続使用可能時間が、１
００％充電で５ｈｒＳ使用可能なところが、４．２５ｈ
ｒＳに短縮されてしまう。

【００９４】これに対して本願発明では、４．２Ｖ±１
％以下の高精度で定電圧制御することで、９７％程度
と、略満充電を行うことができる。従って、高性能な２
次電池の性能を十分に利用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理説明図である。

【図２】実施の形態における充電部、被充電部の説明図
である。

【図３】実施の形態における充電部、被充電部の回路例
１である。

【図４】実施の形態における回路例１の特性図である。

【図５】実施の形態における充電部、被充電部の回路例
２である。

【図６】実施の形態における回路例２の特性図である。

【図７】実施の形態における充電部、被充電部使用時の
説明図である。

【図８】従来例１の説明図である。

【図９】従来例２の説明図である。

【図１０】従来例３の説明図である。

【図１１】従来例４の説明図である。

【符号の説明】

１電話機本体８充電器１０２次電池３７発光ダイオード３８フォトトランジスタ４０、４７整流／平滑回路４１、６１ＤＣ／ＤＣコンバータ４２送電コイル励振回路４３始動回路４４、５２ＯＲ回路４５光／電気変換回路４８電圧検出回路４９電流検出回路５０電気／光変換回路５１スイッチ５３、５４アンプ（増幅器）６２波形整形回路６３Ｖ／Ｆ変換回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０２Ｍ 3/28 Ｈ０２Ｍ 3/28 ＹＨ０４Ｍ 1/02 Ｈ０４Ｍ 1/02 Ｃ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】受電コイル及び２次電池を有する被充電部
と、送電コイルを有する充電部からなり、前記送電コイ
ル及び受電コイルを介して充電部から被充電部への電磁
誘導による非接触電力伝送を行うことで、前記２次電池
の充電を行う非接触電力伝送装置において、前記被充電部に、２次電池の充電電流を検出する電流検
出回路と、２次電池の端子電圧を検出する電圧検出回路
と、前記電流検出回路及び電圧検出回路の各出力を基準
値と比較して増幅する増幅器と、前記増幅器の出力を光
信号に変換する発光素子を備え、前記充電部に、前記発光素子からの光信号を受光する受
光素子と、前記受光素子で受光した光信号を電気信号に
変換してフィードバック信号とする光／電気信号変換回
路と、前記フィードバック信号により前記送電コイルの
出力を制御する送電出力制御手段を備えていることを特
徴とした非接触電力伝送装置。
【請求項２】前記送電出力制御手段は、ＤＣ／ＤＣコン
バータと、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの直流出力を入力
して前記送電コイルの励振を行う送電コイル励振回路を
備え、前記ＤＣ／ＤＣコンバータは、前記フィードバック信号
が低下するとその出力を低下させ、それに合わせて前記
２次電池の充電電流を低下させる特性を備えていること
を特徴とした請求項１記載の非接触電力伝送装置。
【請求項３】前記被充電部は、前記増幅器の出力で発光
素子を駆動することにより、増幅器の出力をアナログの
光信号に変換する電気／光変換回路を備えていることを
特徴とした請求項１、又は２記載の非接触電力伝送装
置。
【請求項４】前記被充電部は、前記増幅器から出力され
るアナログ信号を、周波数変調により前記アナログ信号
の電圧値に応じた周波数の高周波パルス信号に変換して
前記発光素子を駆動することで、前記アナログ信号を高
周波パルスの光信号に変換する電圧／周波数変換回路を
備えていることを特徴とした請求項１、又は２記載の非
接触電力伝送装置。