JPWO2015177994A1 - 携帯端末充電装置と、それを搭載した自動車 - Google Patents

Abstract

携帯端末充電装置は、表面側が携帯端末設置部となった支持板と、支持板の裏面側に、支持板に対向して配置された充電コイルと、充電コイルにおける、支持板に対向する面上に同心状に配置された複数の検出コイルと、これらの検出コイルに接続された制御部とを有する。制御部は、充電動作時に、複数の検出コイルのうちの第１の検出コイルで検出される電圧値と、第１の検出コイルおよび第１の検出コイルの外方に配置された少なくとも１つの検出コイルからなる群の内の２つの検出コイルで検出される電圧値の差とを比較する。そして、この比較の結果に応じて、制御部は安全動作を実行させる。

Description

本発明は、携帯電話などの携帯端末を充電するための携帯端末充電装置と、それを搭載した自動車に関する。

携帯電話等の携帯端末は、その機能が極めて高くなり、それにつれて電力消費も大きくなっている。したがって、自動車内を含め、各所で充電が行えることが求められているが、近年の傾向として、ケーブルを使わずに、いわゆる非接触充電が行える携帯端末充電装置が脚光を浴びている。

すなわち、このような携帯端末充電装置は、表面側が携帯端末設置部となった支持板と、この支持板の裏面側に、この支持板に対向して配置された充電コイルとを有する。携帯端末設置部に携帯端末が置かれると、充電コイルからの磁束で、携帯端末への充電を行うことができる（これに類似するものとしては、例えば特許文献１、特許文献２が存在する）。

特開２０１２−１６１２５号公報 特開２００９−２４７１９４号公報

本発明は、充電する携帯端末の種類の違いによる影響が低減された、汎用性が高く、使い勝手の良い異物検出部を有する携帯端末充電装置を提供する。

本発明の一態様に係る携帯端末充電装置は、支持板と、充電コイルと、複数の検出コイルと、制御部とを有する。支持板の表面側は携帯端末設置部となっている。充電コイルは支持板の裏面側に、支持板に対向して配置されている。複数の検出コイルは、充電コイルにおける、支持板に対向する面上に同心状に配置されている。制御部は、これらの検出コイルに接続されている。制御部は、充電動作時に、複数の検出コイルのうちの第１の検出コイルで検出される電圧値と、第１の検出コイルおよび第１の検出コイルの外方に配置された少なくとも１つの検出コイルからなる群の内の２つの検出コイルで検出される電圧値の差とを比較する。そして、この比較の結果に応じて、制御部は安全動作を実行させる。また、本発明の他の一態様は、上記の携帯端末充電装置を車室内に搭載した自動車である。

このような金属異物検出動作によって、充電する携帯端末の種類の違いによる影響が低減される。そのため、携帯端末充電装置は、高い汎用性を有し、使い勝手が良い。

本発明の実施形態に係る携帯端末充電装置を自動車の車内に設置した状態を示す斜視図 本発明の第１の実施形態に係る携帯端末充電装置の斜視図 図２に示す携帯端末充電装置に携帯端末を載せた状態を示す斜視図 図２に示す携帯端末充電装置の一部を取り除いた状態を示す斜視図 図４に示す状態の携帯端末充電装置の平面図 図２に示す携帯端末充電装置の破線Ｓ−Ｓ‘における断面図 図４に示す携帯端末充電装置の別の状態を示す斜視図 図７に示す状態の携帯端末充電装置の平面図 図２に示す携帯端末充電装置の制御ブロック図 図２に示す携帯端末充電装置の動作フローチャート 図２に示す携帯端末充電装置の検出コイルの斜視図 図１１に示す検出コイルの平面図 図２に示す携帯端末充電装置の動作を示す図 図２に示す携帯端末充電装置の動作を示す図 図２に示す携帯端末充電装置の動作を示す図 図２に示す携帯端末充電装置の動作を示す図 図２に示す携帯端末充電装置の動作を示す図 図１３に示す磁束分布をシミュレーションした結果を示す図 本発明の第２の実施形態に係る携帯端末充電装置の検出コイルの斜視図

本発明の実施の形態の説明に先立ち、従来の携帯端末充電装置における問題点を簡単に説明する。上記従来例において、支持板の携帯端末設置部に、例えば硬貨などの金属異物が置かれ、さらにその上に携帯端末が置かれた場合には、それを異物検出部で検出し、例えば充電コイルへの通電を遮断する。

このため、充電コイルからの磁束によって、異物の温度が上昇してしまうのを抑制することはできる。

しかしながら、この従来例では、異物検出部を、金属検知アンテナコイルと、それに接続した発振回路によって構成しているので、汎用性という観点で好ましくない。

すなわち、従来例は、金属異物が存在すると発振回路の発振状態が変化することを利用し、異物を検出している。そのような構成では、事前に特性が知られた携帯端末の充電においては有用ではある。しかしながら、特性が知られていない携帯端末を充電するには、携帯端末自身による発振状態の変化を異物による変化であると誤検知し、結論として充電を行うことが出来ないこともあり、汎用性という観点では好ましいものではない。

例えば、自動車の車内に携帯端末充電装置を設置した場合には、不特定多数の人物が、いろいろな種類の携帯端末を充電しようと試みることが多い。この状態で、携帯端末の機種によっては充電ができず、使い勝手が悪い。

以下、本発明の実施形態にかかる携帯端末充電装置、およびそれを自動車に搭載した場合を例に、添付図面を参照しながら説明する。

（第１の実施形態）
図１において、自動車１の車室２内の前方にはハンドル３が設置されている。また、ハンドル３の側方には、音楽や、映像の再生と、カーナビゲーション映像等を映し出す電子機器４が設置されている。

さらに、車室２内の電子機器４後方には、携帯端末充電装置５が設置されている。

携帯端末充電装置５は、図２〜図８に示すように、上面に支持板６を配置した箱型の本体ケース７と、本体ケース７内において、支持板６の下面側に対向した状態で水平方向に可動自在に設けた充電コイル８と、充電コイル８を支持板６の下面側に対向して水平方向に移動させる駆動部９と、駆動部９と充電コイル８に接続した制御部（図９の制御部１０）とを有している。

以下、各部について詳細に説明する。

先ず、支持板６について説明する。支持板６は、図６に示すように、表面板１１、中板１２、裏面板１３を重合させた構成となっている。

また、表面板１１と裏面板１３は、合成樹脂によって形成され、さらに中板１２は、セラミックによって形成されている。つまり、充電コイル８からの磁束が、支持板６を、携帯端末１５方向に通過できるような構成となっている。

また、中板１２の表面には、図９の位置検出コイル１４（位置検出部の一例）が設けられている。

位置検出コイル１４は、特許文献２で用いられており、支持板６上面である携帯端末設置部の何れの位置に、図３のように携帯端末１５が置かれたかを検出する。

本実施形態においては、位置検出コイル１４を用いて、支持板６の上面のどの位置に、図３のように携帯端末１５が置かれたかを検出し、次に駆動部９によって充電コイル８を、携帯端末１５の端末充電コイル（図１３の１５ａ）に対向する位置にまで移動させる構成となっている。

次に、充電コイル８部分について説明する。充電コイル８は、図４、図５から理解されるように、線材をスパイラル状に巻きつけた環状形状に構成されており、その外周側と、下面側は、合成樹脂製の保持体１６によって覆われた状態で保持されている。

また、保持体１６の下面には、図６のように、充電コイル８の下方に向けて延長された支持脚１７が、合成樹脂にて一体的に形成されている。

また、支持脚１７の下面と、支持脚１７の下方に配置した金属製の支持板１８の上面との間には、０・３ミリの隙間を設けているので、通常状態においては、充電コイル８の移動時に、支持脚１７の下面が支持板１８の上面に接触することはない。

なお、支持板１８の下方には、制御基板１９、本体ケース７の下面板２０が配置されており、支持板１８の下面と、下面板２０の上面との間には、制御基板１９を貫通した支持体２１を設けている。

次に、駆動部９について説明する。駆動部９は、図４、図５に示すように、Ｘ軸方向駆動軸２２と、Ｙ軸方向駆動軸２３を有し、これらのＸ軸方向駆動軸２２と、Ｙ軸方向駆動軸２３のそれぞれの中間部分は、保持体１６の充電コイル保持部外において、保持体１６に係合させている。

つまり、保持体１６には、Ｘ軸方向駆動軸２２が貫通する貫通孔（図示せず）と、Ｙ軸方向駆動軸２３が貫通する貫通孔２４が、上下に所定間隔をおき、クロスした状態で設けられており、そこにＸ軸方向駆動軸２２と、Ｙ軸方向駆動軸２３が貫通することで、係合状態となっている。

また、Ｘ軸方向駆動軸２２の一端側にはウォームホイール２５が設けられ、一端には、ギア２６、他端にもギア２６が設けられている。そして、ウォームホイール２５はウォーム２７に係合し、ウォーム２７はモータ２８に連結されている。

また、両側のギア２６は、それぞれ歯車板２９に係合している。

このため、モータ２８を駆動すれば、ウォーム２７が回転し、それによってウォームホイール２５がＸ軸方向駆動軸２２とともに、Ｘ軸方向に移動し、これにて充電コイル８がＸ軸方向に移動する。

また、Ｙ軸方向駆動軸２３の一端側にはウォームホイール３０が設けられ、一端には、ギア３１、他端にもギア３１が設けられている。そして、ウォームホイール３０はウォーム３２に係合し、ウォーム３２はモータ３３に連結されている。

また、両側のギア３１は、それぞれ歯車板３４に係合している。

このため、モータ３３を駆動すれば、ウォーム３２が回転し、それによってウォームホイール３０がＹ軸方向駆動軸２３とともに、Ｙ軸方向に移動し、これによって充電コイル８がＹ軸方向に移動する。

なお、図４に示す３５は充電コイル８に通電するためのフレキシブル配線であり、フレキシブル配線３５の端部は、上述した支持脚１７の側面に固定されている。

また、図９に示すように制御部１０には、Ｘ軸モータ制御部３６を介してモータ２８が接続され、またＹ軸モータ制御部３７を介してモータ３３が接続されている。

また、制御部１０には、充電コイル制御部３８を介して充電コイル８が接続され、さらに位置検出コイル制御部３９を介して位置検出コイル１４が接続されている。

以上のような構成において、本実施形態では、図２に示す本体ケース７の支持板６の外周部分に設けられた電源スイッチ４０をＯＦＦ操作（図１０のＳ１）にすると、制御部１０によって、充電コイル８を図４〜図６に示すように、本体ケース７の中央（以下Ａ点と称す）に移動させ（図１０のＳ２）、その後電源をＯＦＦ状態とする（図１０のＳ３）。

つまり、図２のように、本体ケース７の支持板６上に携帯端末１５を置いていない状態では、支持板６は図１のように車室２内に表出した状態となっている。

このため、誤って支持板６上に手をついてしまう状況が発生することもあり、このときには支持板６にとっては過重がかかった状態となる。

そこで、本実施形態では、充電コイル８を図４〜図６に示すように、本体ケース７の中央に移動させ、上述した過重を、充電コイル８、保持体１６、支持脚１７、支持板１８が支える。

つまり、このように支持板６上への過重がかかった状態になると、支持板６はわずかながら下方に湾曲する。その状態で、充電コイル８、保持体１６、支持脚１７も下方に移動し、支持脚１７の下面が支持板１８の上面に当接する。

その結果、上記過重は、支持板６、充電コイル８、保持体１６、支持脚１７を介して支持板１８が支える。これにより支持板６や充電コイル８の損傷を抑制することが出来る。

なお、本実施形態では、過重に対する強度を高めるために、支持板１８の下面側を、支持体２１を介して本体ケース７の下面板２０に支持する構成としている。

また、このような過重が取り除かれれば、支持板６は上方へと弾性復帰し、充電コイル８、保持体１６もＸ軸方向駆動軸２２、Ｙ軸方向駆動軸２３の弾性復帰で上方復帰するので、支持脚１７の下面は支持板１８の上面上に隙間を持って配置された状態となる。このため、以降の充電コイル８移動時の障害となることはない。

また、携帯端末１５の充電時には、先ずは、図３の電源スイッチ４０をＯＮ状態（図１０のＳ４）にするとともに、支持板６の上面上に携帯端末１５を置くことになる。

この状態になっても、本実施形態では、先ずは、制御部１０によって充電コイル８がＡ点に存在しているか否かを確認する（図１０のＳ５）。この確認は、Ｘ軸モータ制御部３６、Ｙ軸モータ制御部３７が記憶するモータ２８、３３の駆動量から判別することができる。

そして、充電コイル８がＡ点に存在していないと判断された場合には、制御部１０によって充電コイル８をＡ点に移動させ（図１０のＳ６）、このＡ点にて充電待機状態とする（図１０のＳ７）。

次に、制御部１０は、位置検出コイル１４を用いて、支持板６の上面の何れかの位置に、図３のように携帯端末１５が置かれたかを検出する（図１０のＳ８、Ｓ９）。

なお、携帯端末１５が置かれた場所とは、実際には携帯端末１５が内蔵する携帯充電コイル（図示せず）の場所である。

その後、制御部１０は、Ｘ軸モータ制御部３６、Ｙ軸モータ制御部３７を介してモータ２８、３３を駆動し、検出された携帯端末１５が保有する携帯充電コイル（図示せず）位置へと充電コイル８を移動させ（図１０のＳ１０）、その後、充電コイル制御部３８を介して充電を開始する（図１０のＳ１１、Ｓ１２）。

また、この充電中には、特許文献２と同じ動作により、充電の継続が必要か否か（充電完了したか、否か）を判定し（図１０のＳ１３）、充電完了（満充電）すると、制御部１０は、充電動作を終了させる（図１０のＳ１４）。

また、このような充電動作が完了すると、制御部１０は、充電コイル８がＡ点に存在しているか否かを確認し（図１０のＳ１５）、その後、充電コイル８をＡ点に戻す（図１０のＳ６）。この確認は、Ｘ軸モータ制御部３６、Ｙ軸モータ制御部３７が記憶するモータ２８、３３の駆動量から判別することができる。

なお、制御部１０によって充電コイル８をＡ点に戻すことが出来ない場合、例えば運転中の何らかの衝撃で、Ｘ軸モータ制御部３６、Ｙ軸モータ制御部３７が記憶するモータ２８、３３の駆動量から算出される位置と、位置検出コイル１４によって測定される実位置がずれた場合には、次のような動作を実行させる。

つまり、制御部１０でＸ軸モータ制御部３６、Ｙ軸モータ制御部３７を介してモータ２８、３３を駆動し、充電コイル８を図７、図８に示すように本体ケース７内のコーナまで移動させる。

このコーナ部分にはスイッチ４１、４２が存在しており、充電コイル８が本体ケース７内のコーナまで移動すれば、これらのスイッチ４１、４２が動作し、これにより制御部１０は充電コイル８が初期値に移動したと判定する。

そして、この状態では、Ｘ軸モータ制御部３６、Ｙ軸モータ制御部３７によるモータ２８、３３の動作量も初期値とし、ここから再度位置制御を行う。

次に、本実施形態における最も大きな特徴点について、説明する。本実施形態における最も大きな特徴点は、支持板６上面（携帯端末設置部）に金属異物が存在する状態を検出するために、図１１、図１２のように、充電コイル８と支持板６の携帯端末設置部との間に、複数の検出コイルが同心状に設けられていることである。ここでいう「同心状」とは、すべての検出コイルの軸が厳密に同一である必要はなく、多少ずれていても良いことを意味する。つまり各検出コイルが同じ軸を囲むループ状であり、一の検出コイルの内方あるいは外方に他の検出コイルが配置される構成であればよい。また、充電コイル、および各検出コイルの形状は、図１１、図１２のように必ずしも円でなくてもよく、楕円や四角形であってもよい。

本実施形態においては、検出コイル４３、検出コイル４３の内方に配置され、かつ検出コイル４３よりも小径の検出コイル５４、および、検出コイル５４の内方に配置され、かつ検出コイル５４よりも小径の検出コイル４４が設けられている。図示されたその他の検出コイルは、後に説明する検出コイルの位置と誘導電圧の関係を示すもためのものであり、本実施形態において必須の構成要素ではない。

本実施形態では、携帯端末１５の置かれた場所に応じて、充電コイル８が可動自在となっているので、これらの複数の検出コイルは充電コイル８の上面（支持板６側の面）に配置し、充電コイル８とともに可動する構成としている。

また、大径の検出コイル４３は、円環状の充電コイル８の外径と略同じ大きさ（充電コイル８の外径よりもわずかに小さい）とし、小径の検出コイル４４は、円環状の充電コイル８の内径と略同じ大きさ（充電コイル８の内径よりもわずかに大きい）としている。すなわち、検出コイル４３は、充電コイル８の外径と同等の外径を有し、検出コイル４４は、充電コイル８の内径と同等の外径を有する。

さらに、検出コイル４３、検出コイル４４、および検出コイル５４はそれぞれ、図９のように、電圧検出部４５、４６、および５５を介して制御部１０に接続されている。

なお、図９のメモリ４７には、図１０で示した動作や、これらの検出コイルを用いた金属異物に対する安全動作を行わせるためのプログラムなどが格納されている。

本実施形態は、携帯端末設置部（支持板６上面）と携帯端末１５間に金属異物が存在すると、充電コイル８の内方部分の磁束が減少し、逆に、その外方の磁束が増加することを見出し、その状態を、複数の検出コイルで検出するものである。

以下、この状態を、理解をしやすくするために簡易化した図１３〜図１７を用いて説明する。

図１３は、図３のように、携帯端末設置部（支持板６上面）と携帯端末１５間に金属異物が存在しない状態で、携帯端末１５への充電を実行している状態（図１０のＳ１２）を示している。

なお、図１３〜図１７において、携帯端末充電装置５の本体ケース７内の充電コイル８の下側（携帯端末１５とは反対側）には磁路形成用の磁性体４８が設けられている。また、携帯端末１５内において端末充電コイル１５ａの上側（携帯端末充電装置５とは反対側）には磁路形成用の磁性体４９が設けられている。

充電動作が行われると、図１３のように携帯端末充電装置５の充電コイル８から磁束が携帯端末１５の端末充電コイル１５ａへと供給され、これにより端末充電コイル１５ａに誘起される電圧により、携帯端末１５への充電が行われる。

なお、端末充電コイル１５ａ部分を通過した後の磁束は、矢印のように、磁性体４９、空間、磁性体４８を介して充電コイル８へと戻る状態となる。

これに対して、図１４は、携帯端末設置部（支持板６上面）と携帯端末１５間に、非磁性体の金属異物５０（例えば、アルミニウム製の硬貨）が存在した状態で、携帯端末１５への充電が実行されている状態を示している。

この場合には、図１４に示すように、金属異物５０を通過する磁束により、金属異物５０内には渦電流が誘起され、その結果として、この渦電流により誘起される磁束が発生する。

このように渦電流により誘起される磁束は、その内方部分（充電コイル８の中心方向）では、充電コイル８から端末充電コイル１５ａに向かう磁束の向きとは反対方向となる。また反時計方向の矢印となる磁束は、その外方部分（充電コイル８の中心とは反対方向）では、充電コイル８から端末充電コイル１５ａに向かう磁束の向きとは同方向となる。

その結果、図１５に示すように、充電コイル８から端末充電コイル１５ａに向かう磁束の内、充電コイル８の内周方向を進む磁束は、充電コイル８内周部分から外方に湾曲後、端末充電コイル１５ａに向かう。

つまり、充電コイル８内周部分の磁束は減少し、逆に充電コイル８外周部分の磁束は増加する。

このような状況において、本実施形態では、図１５の状態を、複数の検出コイルにより検出することができる。

複数の検出コイルには、コイルの内側を通過する磁束により、誘導電圧が生じる。ここで、検出コイル４３、５４、４４で検出される電圧値をそれぞれＶ１、Ｖ２、Ｖ３とする。本実施形態では、検出コイル４３で検出される電圧（Ｖ１）のピーク電圧が電圧検出部４５で検出され、また検出コイル４４で検出される電圧（Ｖ３）のピーク電圧が電圧検出部４６で検出され、検出コイル５４で検出される電圧（Ｖ２）のピーク電圧が電圧検出部５５で検出される。

制御部１０は、メモリ４７に記憶されているプログラムに従い、複数の検出コイルの内の第１の検出コイルで検出される電圧値と、この第１の検出コイルおよび第１の検出コイルの外方に配置された少なくとも１つの検出コイルからなる群の内の２つの検出コイルで検出される電圧値の差とを比較する。本実施形態では、「第１の検出コイル」として検出コイル４４を用い、「２つの検出コイル」として検出コイル５４、および４３を用いている。すなわち、制御部１０は、検出コイル４４で検出される電圧値（Ｖ３）と、２つの検出コイル４３、５４で検出される電圧値の差（｜Ｖ１−Ｖ２｜）とを比較する。比較の結果、図１５のような磁束分布の状態であることが検知されると、金属異物５０が存在すると判断され、安全動作が実行される。

本実施形態において、制御部１０は、検出コイル４４で検出される電圧値（Ｖ３）と、２つの検出コイル４３、５４で検出される電圧値の差（｜Ｖ１−Ｖ２｜）との比を算出する。すなわちｆ＝｜Ｖ１−Ｖ２｜／Ｖ３のような演算を行う。次に、制御部１０は、算出されたｆの値と、設定値（メモリ４７に保管されている）とを比較する。

図１５に示す磁束分布のときは、図１３に示す磁束分布のときに比べてｆの値が増加するため、ｆの値が設定値よりも大きくなった場合に安全動作が実行される。

制御部１０の動作として、ｆ´＝Ｖ３／｜Ｖ１−Ｖ２｜を計算する構成としてもよい。この場合、図１５に示すような磁束分布の変化によりｆ´の値は減少するため、ｆ´の値が設定値よりも小さくなった場合に安全動作が実行される。

制御部１０により実行される安全動作としては、以下のような動作がある。例えば、ｆの値が設定値より大きくなったとき、制御部１０は、金属異物５０が存在すると判断し（図１０のＳ１７）、直ちに充電コイル８への通電を停止し（図１０のＳ１８）、図２に示す警報機５１を動作させる（図１０のＳ１９）。

なお、警報機５１は図９のように制御部１０に接続されているので、このような金属異物５０の存在時には、点灯することで異常状態を報知する。

次に、本実施形態における、最適な検出コイルの配置について説明する。

本実施形態の検出コイル５４は、図１１に示すように、複数の検出コイルの中で、誘導電圧が最も大きくなる位置に形成されている。この誘導電圧が最大となる位置は、充電コイル８から端末充電コイル１５ａへ向かう方向の磁束と、反対に端末充電コイル１５ａから充電コイル８へ戻る方向の磁束との、境界となる位置である。図１８はこのことをより詳細に示している。図１８は、図１３の磁束分布をシミュレーションした結果を示している。図中の矢印の色の濃淡は、各点での磁束の強さを示しており、色が濃いほど大きい。また、図中の矢印の方向は、各点での磁束ベクトルの方向を示している。磁束ベクトルの紙面上下方向成分がゼロとなる位置、すなわち矢印が紙面の水平方向を向く位置を境界として、端末充電コイル１５ａへ向かう方向から充電コイル８へ戻る方向へと磁束方向が変化する。この境界の位置に検出コイルを配置することにより、当該検出コイルで検出される誘導電圧は最大となる。

なお、この磁束方向の境界の位置は、端末充電コイル１５ａの形状変化に影響されない。なぜならば、本実施形態の検出コイルは、充電コイル８の表面近傍に設置されているからである。端末充電コイル１５ａの形状変化により、充電コイル８から発生する磁束分布は影響を受けるが、充電コイル８の表面近傍における磁束分布への影響は小さい。よって、誘導電圧が最大となる検出コイルの位置は、端末充電コイル１５ａの形状には依存しない。

本実施形態では、充電コイル８の外径と略同じ大きさである検出コイル４３（Ｖ１）と、誘導電圧が最大となる位置の検出コイル５４（Ｖ２）とを用いて、誘導電圧の差（｜Ｖ１−Ｖ２｜）を求めている。このような検出コイルの配置とした場合、｜Ｖ１−Ｖ２｜の値は、主として検出コイル４３と検出コイル５４との間を通る磁束、すなわち端末充電コイル１５ａから充電コイル８へ戻る方向の磁束で決まるため、反対に充電コイル８から端末充電コイル１５ａへ行く方向の磁束の影響を受けにくい。ここで、充電コイル８から端末充電コイル１５ａへ行く方向の磁束分布は、端末充電コイル１５ａの材質、巻き数、内径／外径比等の影響を大きく受けるが、端末充電コイル１５ａから充電コイル８へ戻る方向の磁束分布はそういった条件による影響が小さい。従って、本実施形態では、充電コイル８へ戻る方向の磁束の変化のみを捉えることにより、端末充電コイル１５ａの材質、巻き数、内径／外径比等の影響を受けず、金属異物５０による磁束分布の変化のみを検出することが可能となる。

以上のことから、本実施形態の異物検出部は、端末充電コイル１５ａの種類、つまりは充電する携帯端末の１５の種類による影響を受けない。そのため、この異物検出部を有する携帯端末充電装置は汎用性があり使い勝手が極めて良い。

なお、検出コイル４３を充電コイル８の外径と略同じ大きさとしているのは、充電コイル８へ戻る方向の磁束をできる限り多く捕捉するためである。充電コイル８の外形よりも大きな検出コイルを任意の手段で充電コイル８に固定すれば、充電コイル８へ戻る方向の磁束をさらに多く捉えることができる。

また、検出コイル５４の位置は、誘導電圧が最大となる位置に合わせるのが最も好ましいが、そこから多少ずれても構わない。検出コイル５４の位置が外方にずれた場合、その分、充電コイル８へ戻る方向の磁束の捕捉量が減少する。反対に検出コイル５４の位置が内方にずれた場合、端末充電コイル１５ａへ行く方向の磁束の一部を捉えることになる。いずれにしても、本実施形態の効果を奏する上で、多少のずれは許容される。

また、検出コイル４４は円環状の充電コイル８の内径と略同じ大きさとしているが、より小さな検出コイルを、任意の手段で充電コイル８に固定しても良い。検出コイル４４は、通常想定される最小の金属異物の大きさと略同一になるように設計するのが良い。

また、本実施形態では、検出コイルは４３、５４、４４の３つを用いたが、検出コイルの数はこれに限られない。より多くの数の検出コイルを設け、使用する検出コイルの組み合わせを適宜変更できるようにしてもよい。

図１６は、携帯端末設置部（支持板６上面）と携帯端末１５間に、磁性体の金属異物５２（例えば、鉄製）が存在した状態で、携帯端末１５への充電が実行されている状態を示している。

この場合にも、図１６に示すように、金属異物５２を通過する磁束により、この金属異物５２内に渦電流が誘起され、その結果として、この渦電流により誘起される磁束が発生する。

今回の金属異物５２は磁性体であるので、金属異物５２内に進行した磁束は、通過する磁束と、内部を例えば外方向に進行する磁束とを含む。そのために、図１６では、図１４とは異なり、渦電流による磁束を二重で示している。

ただし、このように二重の状態で発生した磁束は、いずれも、その内方部分（充電コイル８の中心方向）では充電コイル８から端末充電コイル１５ａに向かう磁束の向きとは反対方向となり、また外方部分（充電コイル８の中心とは反対方向）では充電コイル８から端末充電コイル１５ａに向かう磁束の向きとは同方向となる。

その結果、図１７に示すように、充電コイル８から端末充電コイル１５ａに向かう磁束の内、充電コイル８の内周方向を進む磁束は、充電コイル８内周部分から外方に湾曲後、端末充電コイル１５ａに向かう（外周では一部が金属異物５２内を進行）。

つまり、充電コイル８内周部分の磁束は減少し、逆に充電コイル８外周部分の磁束は増加することになる。

このような状況は、図１５に示した磁束分布の状態と同様に、充電コイル８上面側（端末充電コイル１５ａ側）に設けられた複数の検出コイル４３、４４、および５４により検出することができる。

以上のように、本実施形態では、携帯端末設置部（支持板６上面）と携帯端末１５との間に非磁性体の金属異物５０、または磁性体の金属異物５２の何れが存在していても、充電コイル８の内方部分の磁束が減少し、逆に、その外方の磁束が増加する。その状態を、検出コイル４３、検出コイル４４、および検出コイル５４で検出する。

つまり、外方の磁束が増加し、さらに内方の磁束が減少することで、検出コイル４４で検出される電圧値（Ｖ３）と、２つの検出コイル４３、５４で検出される電圧値の差（｜Ｖ１−Ｖ２｜）との比の値が変化する。この変化を検知することにより、金属異物５０、５２の存在を確実に検出し、安全動作を確実に実行させることが出来る。

また、このような金属異物５０、５２の検出動作は、上述の通り、それが磁性体か、非磁性体かということや、充電する携帯端末１５の種類に実質的な影響を受けないので、汎用性のある極めて使い勝手の良い携帯端末充電装置を得られる。

（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態について説明する。本実施形態では、第１の実施形態と比べて、複数の検出コイルの数と配置、および、制御部１０の動作が異なる。

図１９に、本実施形態の検出コイルの配置を示す。本実施形態においては、検出コイル５４、および、この検出コイル５４の内方に配置され、かつこの検出コイル５４よりも小径の検出コイル４４が設けられている。

携帯端末１５の置かれた場所に応じて、充電コイル８が可動自在となっているので、これらの複数の検出コイルは充電コイル８の上面（支持板６側の面）に配置し、充電コイル８とともに可動する構成としている。

また、大径の検出コイル５４は、実施形態１において説明した、誘導電圧が最大となる位置に配置されている。小径の検出コイル４４は、円環状の充電コイル８の内径よりも小さくしている。

制御部１０は、メモリ４７に記憶されているプログラムに従い、複数の検出コイルの内の、第１の検出コイルで検出される電圧値と、この第１の検出コイルおよび第１の検出コイルの外方に配置された検出コイルからなる群の内の、２つの検出コイルで検出される電圧値の差とを比較する。本実施形態では、「第１の検出コイル」として検出コイル４４を用い、「２つの検出コイル」として検出コイル４４、５４を用いている。つまり、第１の実施形態では、「２つの検出コイル」は「第１の検出コイル」以外の検出コイルを用いていたのに対し、本実施形態では、「第１の検出コイル」が、「２つの検出コイル」の内の一方を兼ねる構成となっている。

このような構成によって、図１５や図１６に示したような磁束分布の状態が検知される。

具体的には、制御部１０は、検出コイル４４で検出される電圧値（Ｖ３）と、２つの検出コイル４４、５４で検出される電圧値の差（Ｖ２−Ｖ３）との比を算出する。すなわちｆ＝（Ｖ２−Ｖ３）／Ｖ３のような演算を行う。次に、制御部１０は、算出されたｆの値と、設定値（メモリ４７に保管されている）とを比較する。

図１５に示す磁束分布のとき、図１３に示す磁束分布のときに比べてｆの値が増加するため、ｆの値が設定値よりも大きくなった場合に安全動作が実行される。

制御部１０の動作として、ｆ´＝Ｖ３／（Ｖ２−Ｖ３）を計算する構成としてもよい。この場合、図１５に示すような磁束分布の変化によりｆ´の値は減少するため、ｆ´の値が設定値よりも小さくなった場合に安全動作が実行される。

制御部１０により実行される安全動作としては、以下のような動作がある。例えば、ｆの値が設定値より大きくなったとき、制御部１０は、金属異物５０が存在すると判断する（図１０のＳ１７）。そして、直ちに充電コイル８への通電を停止し（図１０のＳ１８）、図１に示す警報機５１を動作させる（図１０のＳ１９）。

なお、警報機５１は図９のように制御部１０に接続されているので、このような金属異物５０の存在時には、点灯することで異常状態を報知する。

本実施形態において、検出コイル５４の位置は、誘導電圧が最大となる位置としている。よって、金属異物による磁束分布の変化を検知する際の感度が向上する。ただし、本実施形態の効果を奏する上で、多少のずれは許容される。

また、検出コイル４４は円環状の充電コイル８の内径よりも小さくしているため、より小さな金属異物の存在も検知することができる。

また、本実施形態では、検出コイルは５４、４４の２つを用いたが、検出コイルの数はこれに限られない。より多くの数の検出コイルを設け、使用する検出コイルの組み合わせを適宜変更できるようにしてもよい。

以上、本発明の一実施形態にかかる携帯端末充電装置を説明した。なお、上記実施形態では、携帯端末充電装置５を、自動車１の車室２内に設けた例を示した。その理由は、自動車１では、支持板６上に硬貨などが置かれることが多く発生するからである。

すなわち、自動車１では、運転時の進行方向慣性や振動により、支持板６上から携帯端末１５がずれるので、その対策として図３のように、支持板６の外周部には、支持板６よりも上方に突出させたガード部５３が設けられている。すると、支持板６上に硬貨などが置かれた場合も、運転中に硬貨が転落しにくい状態となり、それが硬貨を支持板６上においてしまうことにつながる。

したがって、本実施形態の携帯端末充電装置５を、自動車１の車室２内に設けることは、極めて有用である。

さらに、上記実施形態では充電コイル８が可動な場合を例に説明したが、充電コイル８が固定式のものでもよい。その場合には、検出コイル４３、４４、５４は支持板６を構成する表面板１１、中板１２、裏面板１３のいずれかの場所に設けることも出来る。

以上のように本発明は、充電する携帯端末の種類に実質的な影響を受けるものではない使い勝手の良い金属異物検出部を提供する。したがって、車載用や家庭用の携帯端末充電装置としての活用が期待される。

１ 自動車
２ 車室
３ ハンドル
４ 電子機器
５ 携帯端末充電装置
６ 支持板
７ 本体ケース
８ 充電コイル
９ 駆動部
１０ 制御部
１１ 表面板
１２ 中板
１３ 裏面板
１４ 位置検出コイル
１５ 携帯端末
１５ａ 端末充電コイル
１６ 保持体
１７ 支持脚
１８ 支持板
１９ 制御基板
２０ 下面板
２１ 支持体
２２ Ｘ軸方向駆動軸
２３ Ｙ軸方向駆動軸
２４ 貫通孔
２５ ウォームホイール
２６ ギア
２７ ウォーム
２８ モータ
２９ 歯車板
３０ ウォームホイール
３１ ギア
３２ ウォーム
３３ モータ
３４ 歯車板
３５ フレキシブル配線
３６ Ｘ軸モータ制御部
３７ Ｙ軸モータ制御部
３８ 充電コイル制御部
３９ 位置検出コイル制御部
４０ 電源スイッチ
４１ スイッチ
４２ スイッチ
４３ 検出コイル
４４ 検出コイル
４５ 電圧検出部
４６ 電圧検出部
４７ メモリ
４８ 磁性体
４９ 磁性体
５０ 金属異物
５１ 警報機
５２ 金属異物
５３ ガード部
５４ 検出コイル
５５ 電圧検出部

Claims (14)

1. 表面側が携帯端末設置部となった支持板と、
   前記支持板の裏面側に、前記支持板に対向して配置された充電コイルと、
   前記充電コイルにおける、前記支持板に対向する面上に同心状に配置され、第１の検出コイルを含む複数の検出コイルと、
   前記複数の検出コイルに接続された制御部と、を備え、
   前記制御部は、充電動作時に、前記第１の検出コイルで検出される電圧値と、前記第１の検出コイルおよび前記第１の検出コイルの外方に配置された少なくとも１つの検出コイルからなる群の内の２つの検出コイルで検出される電圧値の差とを比較し、前記比較の結果に応じて安全動作を実行させる、
   携帯端末充電装置。
2. 前記２つの検出コイルの一方は、前記第１の検出コイルである、
   請求項１に記載の携帯端末充電装置。
3. 前記２つの検出コイルの他方は、前記複数の検出コイルの中で最大の電圧値を示す検出コイルである、
   請求項２に記載の携帯端末充電装置。
4. 前記２つの検出コイルは、前記第１の検出コイル以外から選択される、
   請求項１に記載の携帯端末充電装置。
5. 前記２つの検出コイルの一方は、前記充電コイルの外径と同等の外径を有し、前記２つの検出コイルの他方は、前記複数の検出コイルの中で最大の電圧値を示す検出コイルである、
   請求項４に記載の携帯端末充電装置。
6. 前記制御部は、前記第１の検出コイルで検出される前記電圧値と、前記２つの検出コイルで検出される前記電圧値の差との比を検出し、前記比の値を設定値と比較することで、前記第１の検出コイルで検出される前記電圧値と、前記２つの検出コイルで検出される前記電圧値の差とを比較する、
   請求項１から５のいずれか一項に記載の携帯端末充電装置。
7. 前記充電コイルは、線材をスパイラル状に巻きつけた環状形状を有する、
   請求項１から６のいずれか一項に記載の携帯端末充電装置。
8. 前記充電コイルは、前記支持板の前記裏面側において可動自在に配置されている、
   請求項１から７のいずれか一項に記載の携帯端末充電装置。
9. 前記第１の検出コイルの外径は、前記充電コイルの内径と同等である、
   請求項１から８のいずれか一項に記載の携帯端末充電装置。
10. 前記制御部は、前記安全動作として、前記充電コイルへの通電を遮断する、
    請求項１から９のいずれか一項に記載の携帯端末充電装置。
11. 前記制御部に接続された警報機をさらに備え、
    前記制御部は、前記安全動作として、前記警報機を動作する、
    請求項１から１０のいずれか一項に記載の携帯端末充電装置。
12. 前記複数の検出コイルにそれぞれ接続され、ピーク電圧を測定するとともに、前記制御部に接続された複数の電圧検出部をさらに備えた、
    請求項１から１１のいずれか一項に記載の携帯端末充電装置。
13. 車室と、
    前記携帯端末設置部を上に向けて前記車室内に配置された請求項１から１２のいずれか一項に記載の携帯端末充電装置と、を備えた、
    自動車。
14. 前記支持板の外周部には、前記支持板よりも上方に突出したガード部が設けられた、
    請求項１３に記載の自動車。