(57)【要約】【課題】受電コイルの位置を検出する位置検出制御器を利用して送電コイルの位置を簡単に検出する。【解決手段】充電台は、受電コイル５１に電力搬送する送電コイル１１と、電池内蔵機器５０をセットする上面プレート２１を有するケース２０と、送電コイル１１を移動させる移動機構１３と、電池内蔵機器５０の位置を検出して移動機構１３を制御して送電コイル１１を受電コイル５１に接近させる位置検出制御器１４とを備える。位置検出制御器１４は、パルス電源３１から複数の位置検出コイル３０に供給するパルス信号に励起されるエコー信号を受信回路３２で受信して、受電コイル５１と送電コイル１１の位置を判別する。充電台は、位置検出制御器１４が、受電コイル５１の位置を検出して送電コイル１１を受電コイル５１に接近させると共に、送電コイル１１の位置を検出して、送電コイル１１を基準位置に移動し、又は送電コイル１１を受電コイル５１に接近させる。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
送電コイル(11)から電磁結合してなる受電コイル(51)に電力搬送して電池内蔵機器(50)の内蔵電池(52)を充電する充電台であって、
前記電池内蔵機器(50)の受電コイル(51)に接近して電力搬送する送電コイル(11)と、この送電コイル(11)を内蔵すると共に、上面には電池内蔵機器(50)、(90)をセットする上面プレート(21)を有するケース(20)と、このケース(20)に内蔵されて、前記受電コイル(51)に接近するように送電コイル(11)を移動させる移動機構(13)と、上面プレート(21)にセットされる電池内蔵機器(50)、(90)の位置を検出して移動機構(13)を制御して送電コイル(11)を電池内蔵機器(50)、(90)の受電コイル(51)に接近させる位置検出制御器(14)、(64)とを備えており、
前記位置検出制御器(14)、(64)は、上面プレート(21)の内面に固定している複数の位置検出コイル(30)と、この位置検出コイル(30)にパルス信号を供給するパルス電源(31)と、このパルス電源(31)から位置検出コイル(30)に供給されるパルス信号に励起されて受電コイル(51)と送電コイル(11)から位置検出コイル(30)に出力されるエコー信号を受信する受信回路(32)と、この受信回路(32)が受信するエコー信号から受電コイル(51)と送電コイル(11)の位置を判別する識別回路(33)とを備えており、
この位置検出制御器(14)、(64)が、受電コイル(51)の位置を検出して送電コイル(11)を受電コイル(51)に接近するように移動機構(13)を制御すると共に、送電コイル(11)の位置を検出して、送電コイル(11)を基準位置に移動し、又は送電コイル(11)と受電コイル(51)の相対位置を検出して、受電コイル(51)に接近するように移動するようにしてなる充電台。
【請求項２】
前記位置検出制御器(14)、(64)が送電コイル(11)の位置を検出して、送電コイル(11)をＸ軸方向とＹ軸方向の０点に移動させる請求項１に記載される充電台。
【請求項３】
前記位置検出コイル(30)が複数列のコイルからなり、複数の位置検出コイル(30)を上面プレート(21)の内面に所定の間隔で固定しており、さらに、位置検出コイル(30)は、受電コイル(51)のＸ軸方向の位置を検出する複数のＸ軸検出コイル(30A)と、Ｙ軸方向の位置を検出する複数のＹ軸検出コイル(30B)とを備える請求項１に記載される充電台。
【請求項４】
複数のＸ軸検出コイル(30A)は、Ｙ軸方向に細長いループ状であって、複数のＸ軸検出コイル(30A)が、所定の間隔で上面プレート(21)の内面に固定されており、
さらに、複数のＹ軸検出コイル(30B)は、Ｘ軸方向に細長いループ状であって、複数のＹ軸検出コイル(30B)は、所定の間隔で上面プレート(21)の内面に固定されてなる請求項３に記載される充電台。
【請求項５】
隣接するＸ軸検出コイル(30A)の間隔（ｄ）が、受電コイル(51)の外径（Ｄ）、及び送電コイル(11)の外径（Ｗ）よりも小さく、隣接するＹ軸検出コイル(30B)の間隔（ｄ）が、受電コイル(51)の外径（Ｄ）、及び送電コイル(11)の外径（Ｗ）よりも小さくしてなる請求項４に記載される充電台。
【請求項６】
前記送電コイル(11)と交流電源(12)との間にスイッチング回路(41)を設けており、このスイッチング回路(41)が送電コイル(11)を交流電源(12)に接続して、交流電源(12)から送電コイル(11)に交流電力を供給し、このスイッチング回路(41)が出力の両端をアース電位に落として、送電コイル(11)の位置を検出するようにしてなる請求項１に記載される充電台。
【請求項７】
前記送電コイル(11)と並列に接続されて並列共振回路(19)を構成するコンデンサー(18)を備えており、このコンデンサー(18)の静電容量Ｃ１を、電池内蔵機器(50)の受電コイル(51)と並列に接続されて並列共振回路(54)を構成するコンデンサー(53)の静電容量Ｃ２よりも大きくしており、前記位置検出制御器(14)、(64)が、受電コイル(51)と送電コイル(11)から位置検出コイル(30)に出力されるエコー信号の検出タイミングの違いから送電コイル(11)と受電コイル(51)の位置を判別する請求項１に記載される充電台。
【請求項８】
前記位置検出制御器(14)が、送電コイル(11)と受電コイル(51)の位置を検出する第１の位置検出制御器(14A)と、受電コイル(51)の位置を精密検出する第２の位置検出制御器(14B)、(14C)とを備え、
前記第１の位置検出制御器(14A)が位置検出コイル(30)を備える請求項１に記載される充電台。
【請求項９】
前記第２の位置検出制御器(14C)が、交流電源(12)の発振周波数と、送電コイル(11)の電圧と消費電力と電流のいずれかで受電コイル(51)の位置を検出する請求項８に記載される充電台。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、充電できる電池を内蔵する電池内蔵機器を上にセットして、電磁誘導作用で電力を搬送して内蔵電池を充電する充電台に関する。
【背景技術】
【０００２】
電磁誘導の作用で送電コイルから受電コイルに電力搬送して、内蔵電池を充電する充電台は開発されている。（特許文献１及び２参照）
【０００３】
特許文献１は、充電台に、交流電源で励磁される送電コイルを内蔵し、電池内蔵機器には送電コイルに電磁結合される受電コイルを内蔵する構造を記載する。この充電台は、送電コイルを受電コイルに接近させることで、非接触状態で電池内蔵機器の内蔵電池を充電できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−６３６５５号公報
【特許文献２】実用新案登録第３０１１８２９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載されるように、送電コイルを受電コイルに接近させて、送電コイルから受電コイルに電力搬送するシステムは、送電コイルを正確に受電コイルに接近することが大切である。それは、送電コイルと受電コイルとの相対位置がずれると、理想的な状態で電磁結合できない状態となって、電力搬送の効率が低下するからである。この欠点は、特許文献２に記載されるように、充電台に位置決め凸部を設け、この位置決め凸部を嵌入する位置決め凹部を電池内蔵機器に設けて解消できる。この構造は、位置決め凹部に位置決め凸部を案内して、携帯電子機器と充電台との相対的な位置ずれを防止できる。
【０００６】
ただ、特許文献２に示す構造は、位置決め凸部を位置決め凹部に案内するように電池内蔵機器を充電台にセットするので、電池内蔵機器を自由な位置にセットできず、セットに手間がかかる欠点がある。また、この構造は、全てのユーザーが常に正常な状態で電池内蔵機器を充電台にセットすることが難しい欠点もある。さらに、この構造は、ケースの底面に位置決め凹部を設けて、この位置決め凹部の上に受電コイルを配置することから、電池内蔵機器を薄くできない欠点がある。携帯電話等の電池内蔵機器は、できるかぎり薄くすることが要求されることから、位置決め凹部によって厚くなると携帯に不便になる欠点がある。
【０００７】
本発明者は、この弊害を解消することを目的として、充電台にセットされる電池内蔵機器の受電コイルの位置を検出し、検出された位置に送電コイルを移動させる機構を開発した。この充電台は、電池内蔵機器の受電コイルの位置を検出する位置検出制御器を備えている。この位置検出制御器は、充電台の上面プレートに複数の位置検出コイルを配置している。この位置検出制御器は、位置検出コイルからパルス信号を出力し、このパルス信号で受電コイルの並列共振回路を励起し、受電コイルから再放出される磁気(以下、受電コイルの並列共振回路から再放出される磁気をエコー信号と呼ぶ。)を受信して、受電コイルの位置を検出できる。エコー信号は、位置検出コイルと受電コイルの相対位置によってレベルが変動し、受電コイルが位置検出コイルから離れるにしたがってレベルが低下する。したがって、エコー信号のレベルから、パルス信号を出力する各位置検出コイルとの相対距離を検出できる。この位置検出制御器は、受電コイルの位置を検出して、検出された位置に送電コイルを移動することで、送電コイルを受電コイルに接近できる。
【０００８】
この位置検出制御器は、受電コイルの位置を、基準点、たとえば０点に対するＸ軸方向とＹ軸方向の位置で検出し、検出されたＸ軸方向とＹ軸方向の位置に送電コイルを移動させて、送電コイルを受電コイルに接近させている。この充電台は、基準点に対して、送電コイルを検出されたＸ軸方向とＹ軸方向とに移動して、受電コイルに接近させることから、最初に送電コイルを基準点に移動する必要がある。したがって、電源スイッチをオンに切り換えたときに、送電コイルを基準点に移動する必要がある。基準点に移動された送電コイルは、検出される受電コイルの位置、すなわちＸ軸位置とＹ軸位置とに移動されて受電コイルに接近される。このことを実現するために、充電台は送電コイルを基準点に移動する必要がある。この充電台は、送電コイルを確実に基準点に移動するために、送電コイルの基準点移動を検出するリミットスイッチ等の位置検出センサを設ける必要がある。位置検出センサを設ける構造は、位置検出センサにリード線を接続し、このリード線を位置検出制御器に接続する必要がある。このため、送電コイルの位置を検出するための回路構成や配線が複雑になって、製造コストが高くなる欠点がある。
【０００９】
本発明は、さらに、この欠点を解決することを目的に開発されたものである。本発明の重要な目的は、受電コイルの位置を検出する位置検出制御器を利用して送電コイルの位置を検出する独特の回路構成によって、送電コイルの位置検出を極めて簡素化して、製造コストを低減しながら、電磁誘導作用で電池内蔵機器の内蔵電池を充電できる充電台を提供することにある。
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
【００１０】
本発明の充電台は、送電コイル１１から、電磁結合してなる受電コイル５１に電力搬送して電池内蔵機器５０の内蔵電池５２を充電する。充電台は、電池内蔵機器５０の受電コイル５１に接近して電力搬送する送電コイル１１と、この送電コイル１１を内蔵すると共に、上面には電池内蔵機器５０、９０をセットする上面プレート２１を有するケース２０と、このケース２０に内蔵されて、受電コイル５１に接近するように送電コイル１１を移動させる移動機構１３と、上面プレート２１にセットされる電池内蔵機器５０、９０の位置を検出して移動機構１３を制御して送電コイル１１を電池内蔵機器５０、９０の受電コイル５１に接近させる位置検出制御器１４、６４とを備えている。位置検出制御器１４、６４は、上面プレート２１の内面に固定している複数の位置検出コイル３０と、この位置検出コイル３０にパルス信号を供給するパルス電源３１と、このパルス電源３１から位置検出コイル３０に供給されるパルス信号に励起されて、受電コイル５１と送電コイル１１から位置検出コイル３０に出力されるエコー信号を受信する受信回路３２と、この受信回路３２が受信するエコー信号から受電コイル５１と送電コイル１１の位置を判別する識別回路３３とを備えている。充電台は、位置検出制御器１４、６４が、受電コイル５１の位置を検出して送電コイル１１を受電コイルに接近するように移動機構１３を制御すると共に、送電コイル１１の位置を検出して、送電コイル１１を基準位置に移動し、又は送電コイル１１と受電コイル５１の相対位置を検出して、受電コイル５１に接近するように移動させる。
【００１１】
以上の充電台は、電池内蔵機器の受電コイルの位置を検出する位置検出制御器を、送電コイルの位置検出に併用するので、送電コイルの位置を検出するために、従来のようにリミットスイッチなどを設ける必要がない。このため、製造コストを低減しながら、送電コイルの位置を検出して、送電コイルを受電コイルに接近できる特徴がある。
【００１２】
本発明の充電台は、位置検出制御器１４、６４が送電コイル１１の位置を検出して、送電コイル１１をＸ軸方向とＹ軸方向の０点に移動させることができる。
以上の充電台は、送電コイルの位置を検出して０点に移動させるので、０点を基準として、受電コイルの位置に送電コイルを移動できる。
【００１３】
本発明の充電台は、位置検出コイル３０を複数列のコイルで構成し、複数の位置検出コイル３０を上面プレート２１の内面に所定の間隔で固定することができる。さらに、位置検出コイル３０は、受電コイル５１のＸ軸方向の位置を検出する複数のＸ軸検出コイル３０Ａと、Ｙ軸方向の位置を検出する複数のＹ軸検出コイル３０Ｂとを備えることができる。
以上の充電台は、パルス電源から位置検出コイルにパルス信号を送って、受電コイルと送電コイルから出力されるエコー信号でもって、受電コイルと送電コイルの位置を電気的に正確に検出できる。
【００１４】
本発明の充電台は、複数のＸ軸検出コイル３０Ａを、Ｙ軸方向に細長いループ状として、所定の間隔で上面プレート２１の内面に固定すると共に、複数のＹ軸検出コイル３０Ｂを、Ｘ軸方向に細長いループ状として、所定の間隔で上面プレート２１の内面に固定することができる。
【００１５】
本発明の充電台は、隣接するＸ軸検出コイル３０Ａの間隔（ｄ）を、受電コイル５１の外径（Ｄ）、及び送電コイル１１の外径（Ｗ）よりも小さくし、隣接するＹ軸検出コイル３０Ｂの間隔（ｄ）を、受電コイル５１の外径（Ｄ）、及び送電コイル１１の外径（Ｗ）よりも小さくすることができる。
この充電台は、受電コイルと送電コイルの位置をより正確に検出できる。
【００１６】
本発明の充電台は、送電コイル１１と交流電源１２との間にスイッチング回路４１を設けて、このスイッチング回路４１が送電コイル１１を交流電源１２に接続して、交流電源１２から送電コイル１１に交流電力を供給し、このスイッチング回路４１が出力の両端をアース電位に落として、送電コイル１１の位置を検出することができる。
この充電台は、送電コイルに交流電力を供給するスイッチング回路を利用することで、送電コイルの位置を検出できる状態に制御できる。このため、送電コイルの位置を検出する状態とする専用の回路を設ける必要がなく、簡単な回路構成で送電コイルの位置を検出できる。
【００１７】
本発明の充電台は、送電コイル１１と並列に接続されて並列共振回路１９Ａを構成するコンデンサー１８を備えると共に、このコンデンサー１８の静電容量Ｃ１を、電池内蔵機器５０の受電コイル５１と並列に接続されて並列共振回路５４を構成するコンデンサー５３の静電容量Ｃ２よりも大きくすることができる。この充電台は、位置検出制御器１４、６４が、送電コイル１１と受電コイル５１から位置検出コイル３０に出力されるエコー信号の検出タイミングの違いから送電コイル１１と受電コイル５１の位置を判別することができる。
以上の充電台は、エコー信号の検出タイミングの違いから送電コイルと受電コイルの位置を判別できるので、ひとつの位置検出制御器でもって、送電コイルと受電コイルの位置を速やかに検出できる。
【００１８】
本発明の充電台は、位置検出制御器１４が、送電コイル１１と受電コイル５１の位置を検出する第１の位置検出制御器１４Ａと、受電コイル５１の位置を精密検出する第２の位置検出制御器１４Ｂ、１４Ｃとを備えて、第１の位置検出制御器１４Ａが位置検出コイル３０を備えることができる。
この充電台は、受電コイルの位置をより正確に検出して、送電コイルを受電コイルの正確な位置に移動させながら、第１の位置検出制御器でもって送電コイルの位置も検出できる。
【００１９】
本発明の充電台は、第２の位置検出制御器１４Ｃが、交流電源１２の発振周波数と、送電コイル１１の電圧と消費電力と電流のいずれかで受電コイル５１の位置を検出することができる。
この充電台は、受電コイルの位置をより正確に検出しながら、最適位置に微調整して伝送効率を飛躍的に高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施例にかかる充電台の概略斜視図である。
【図２】本発明の一実施例にかかる充電台の概略構成図である。
【図３】図２に示す充電台の垂直縦断面図である。
【図４】図２に示す充電台の垂直横断面図である。
【図５】本発明の一実施例にかかる充電台の位置検出制御器を示す回路図である。
【図６】本発明の一実施例にかかる充電台と電池内蔵機器のブロック図である。
【図７】送電コイルとコンデンサーで構成される並列共振回路の等価回路図である。
【図８】フルブリッジ出力回路の他の一例を示す回路図である。
【図９】パルス信号で励起された受電コイルから出力されるエコー信号の一例を示す図である。
【図１０】送電コイルと受電コイルの相対的な位置ずれに対する発振周波数の変化を示す図である。
【図１１】本発明の他の実施例にかかる充電台の位置検出制御器を示す回路図である。
【図１２】図１１に示す位置検出制御器の位置検出コイルに誘導されるエコー信号のレベルを示す図である。
【図１３】本発明の他の実施例にかかる充電台の位置検出制御器を示す回路図である。
【図１４】送電コイルと受電コイルの相対的な位置ずれに対する送電コイルの電圧の変化を示す図である。
【図１５】送電コイルと受電コイルの相対的な位置ずれに対する送電コイルに電力を供給する交流電源の消費電力の変化を示す図である。
【図１６】送電コイルと受電コイルの相対的な位置ずれに対する受電コイルの電流の変化を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するための充電台を例示するものであって、本発明は充電台を以下のものに特定しない。
【００２２】
さらに、この明細書は、特許請求の範囲を理解しやすいように、実施例に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲」および「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。
【００２３】
図１ないし図６は、充電台の概略構成図及び原理図を示している。充電台１０は、図１と図６に示すように、充電台１０の上に電池内蔵機器５０を載せて、電池内蔵機器５０の内蔵電池５２を磁気誘導作用で充電する。電池内蔵機器５０は、送電コイル１１に電磁結合される受電コイル５１を内蔵している。この受電コイル５１に誘導される電力で充電される電池５２を内蔵している。ここで、電池内蔵機器５０は、パック電池であっても良い。
【００２４】
図６は電池内蔵機器５０の回路図を示す。この電池内蔵機器５０は、受電コイル５１と並列にコンデンサー５３を接続している。コンデンサー５３と受電コイル５１は並列共振回路５４を構成する。コンデンサー５３と受電コイル５１の共振周波数は、送電コイル１１から電力搬送される周波数に近似する周波数として、送電コイル１１から効率よく受電コイル５１に電力搬送できる。図６の電池内蔵機器５０は、受電コイル５１から出力される交流を整流するダイオード５５と、整流された脈流を平滑化する平滑コンデンサー５６とからなる整流回路５７と、この整流回路５７から出力される直流で電池５２を充電する充電制御回路５８とを備える。充電制御回路５８は、電池５２の満充電を検出して充電を停止する。
【００２５】
充電台１０は、図１ないし図６に示すように、交流電源１２に接続されて受電コイル５１に起電力を誘導する送電コイル１１と、この送電コイル１１を内蔵すると共に、上面には電池内蔵機器５０をセットする上面プレート２１を有するケース２０と、このケース２０に内蔵されて、送電コイル１１を上面プレート２１の内面に沿って移動させる移動機構１３と、上面プレート２１に載せられる電池内蔵機器５０の位置を検出して、移動機構１３を制御して送電コイル１１を電池内蔵機器５０の受電コイル５１に接近させる位置検出制御器１４とを備える。充電台１０は、送電コイル１１と、交流電源１２と、移動機構１３と、位置検出制御器１４とをケース２０に内蔵している。
【００２６】
この充電台１０は、以下の動作で電池内蔵機器５０の内蔵電池５２を充電する。
（１）充電台１０の電源スイッチ４０がオンに切り換えられると、位置検出制御器１４が送電コイル１１の位置を検出する。
（２）検出された位置から、送電コイル１１を基準点の０点に移動するための、Ｘ軸方向とＹ軸方向の移動距離が演算される。
（３）位置検出制御器１４が移動機構１３を制御して、演算されたＸ軸方向とＹ軸方向の移動距離に送電コイル１１を移動して、基準点の０点に向けて移動させる。この時、検出誤差を補正するために、算出された値より若干大きめの移動距離を与え、原点でのスリップによって常に正確に原点に移動される。
（４）位置検出制御器１４は、ケース２０の上面プレート２１にセットされた電池内蔵機器５０のＸ軸方向とＹ軸方向の位置を検出する。
（５）位置検出制御器１４が移動機構１３を制御して、基準点の０点にある送電コイル１１を、検出されたＸ軸方向とＹ軸方向に移動させて、電池内蔵機器５０の受電コイル５１に接近させる。
（６）受電コイル５１に接近する送電コイル１１は、受電コイル５１に電磁結合されて受電コイル５１に交流電力を搬送する。
（７）電池内蔵機器５０は、受電コイル５１の交流電力を整流して直流に変換し、この直流で内蔵電池５２を充電する。
【００２７】
以上の動作で電池内蔵機器５０の電池５２を充電する充電台１０は、交流電源１２に接続している送電コイル１１をケース２０に内蔵している。送電コイル１１は、ケース２０の上面プレート２１の下に配設されて、上面プレート２１に沿って移動するように配設される。送電コイル１１から受電コイル５１への電力搬送の効率は、送電コイル１１と受電コイル５１の間隔を狭くして向上できる。好ましくは、送電コイル１１を受電コイル５１に接近する状態で、送電コイル１１と受電コイル５１の間隔は７ｍｍ以下とする。したがって、送電コイル１１は、上面プレート２１の下にあって、できるかぎり上面プレート２１に接近して配設される。送電コイル１１は、上面プレート２１の上に載せられる電池内蔵機器５０の受電コイル５１に接近するように移動するので、上面プレート２１の下面に沿って移動できるように配設される。
【００２８】
送電コイル１１を内蔵するケース２０は、電池内蔵機器５０をセットする平面状の上面プレート２１を上面に設けている。図の充電台１０は、上面プレート２１全体を平面状として水平に配設している。上面プレート２１は、大きさや外形が異なる種々の電池内蔵機器５０を上にセットすることができる大きさ、たとえば、一辺を５ｃｍないし３０ｃｍとする四角形、又は直径を５ｃｍないし３０ｃｍとする円形としている。本発明の充電台は、上面プレートを大きくして、すなわち複数の電池内蔵機器を同時にセットすることができる大きさとして、複数の電池内蔵機器を一緒に載せて内蔵電池を順番に充電することもできる。また、上面プレートは、その周囲に周壁などを設け、周壁の内側に電池内蔵機器をセットして、内蔵する電池を充電することもできる。
【００２９】
送電コイル１１は、上面プレート２１と平行な面で渦巻き状に巻かれて、上面プレート２１の上方に交流磁束を放射する。この送電コイル１１は、上面プレート２１に直交する交流磁束を上面プレート２１の上方に放射する。送電コイル１１は、交流電源１２から交流電力が供給されて、上面プレート２１の上方に交流磁束を放射する。送電コイル１１は、磁性材からなるコア１５に線材を巻いてインダクタンスを大きくできる。コア１５は、透磁率が大きいフェライト等の磁性材料で、上方を開放する壺形としている。壺形のコア１５は、渦巻き状に巻かれた送電コイル１１の中心に配置する円柱部１５Ａと、外側に配置される円筒部１５Ｂを底部で連結する形状としている。コア１５のある送電コイル１１は、磁束を特定部分に集束して、効率よく電力を受電コイル５１に伝送できる。ただ、送電コイルは、必ずしもコアを設ける必要はなく、空芯コイルとすることもできる。空芯コイルは軽いので、これを上面プレートの内面で移動する移動機構を簡単にできる。送電コイル１１は、受電コイル５１の外径にほぼ等しくして、受電コイル５１に効率よく電力搬送する。
【００３０】
交流電源１２は、たとえば、２０ｋＨｚ〜１ＭＨｚの高周波電力を送電コイル１１に供給する。交流電源１２と送電コイル１１との間には、図６に示すように、スイッチング回路４１を接続している。スイッチング回路４１は、交流電源１２から送電コイル１１への電力供給を制御する。電池内蔵機器５０の内蔵電池５２が満充電されると、スイッチング回路４１がオフに切り換えられて、送電コイル１１への電力供給を停止して内蔵電池５２の充電を停止する。さらに、送電コイル１１とスイッチング回路４１との間には、コンデンサー１８を接続しており、このコンデンサー１８と送電コイル１１とで共振回路１９を構成している。送電コイル１１とコンデンサー１８の共振回路１９は、通常、直列共振回路１９Ｂを構成している。すなわち、スイッチング回路４１が送電コイル１１を交流電源１２に接続する状態において、送電コイル１１とコンデンサー１８は直列共振回路１９Ｂを構成しており、これにより、交流電源１２から送電コイル１１に効率よく電力搬送される。さらに、このスイッチング回路４１は、送電コイル１１の位置を検出するときには、出力の両端をアース電位に落として、送電コイル１１とコンデンサ１８による並列共振回路１９Ａを構成する。すなわち、スイッチング回路４１が出力の両端をアース電位に落とす状態では、図７に示すように、送電コイル１１とコンデンサー１８とからなる共振回路１９は、その両端がアース電位となり、送電コイル１１とコンデンサー１８とが実質的に並列に接続された状態となって並列共振回路１９Ａが構成される。この並列共振回路１９Ａは、位置検出コイル３０から伝送されるパルス信号に励起されて、エコー信号を発生する。スイッチング回路４１は、入力回路４３から入力される制御信号で出力の両端をアース電位に落とし、また、交流電源１２に接続される。
【００３１】
図６のスイッチング回路４１は、交流電源１２の出力側に接続しているフルブリッジ出力回路４２を利用している。この交流電源１２は、発振回路の出力側にフルブリッジ出力回路４２を接続して送電コイル１１に交流電力を供給する。交流電源１２の発振回路は、発振周波数を送電コイル１１に供給する交流周波数とする水晶発振回路である。発振回路の交流は、フルブリッジ出力回路４２で電力増幅されて送電コイル１１に供給される。この交流電源１２は、フルブリッジ出力回路４２で発振回路の交流信号を電力増幅して、すなわち発振回路の交流信号をフルブリッジ出力回路４２に入力して、送電コイル１１に交流電力を供給できる。また、フルブリッジ出力回路４２に、出力側をアース電位とする電圧信号、たとえば”Ｈｉｇｈ”又は”Ｌｏｗ”の信号を入力回路４３から入力して、出力側をアースラインに接続するのと等価にできる。出力側に入力側と同位相の信号が出力されるフルブリッジ出力回路は、入力側に”Ｌｏｗ”の信号を入力して出力側をアース電位にできる。また、出力側に入力側と逆位相の信号が出力されるフルブリッジ出力回路４２は、入力側に”Ｈｉｇｈ”の信号を入力して出力側をアース電位にできる。このスイッチング回路４１は、スイッチング素子等を備える回路を特別に設けることなく、フルブリッジ出力回路４２の入力信号をコントロールして、送電コイル１１の両端を互いに接続して、エコー信号のレベルを大きくできる。
【００３２】
図６に示すフルブリッジ出力回路４２は、一対のアンプ４４を直列に接続すると共に、各々のアンプ４４の出力を、コンデンサー１８と送電コイル１１からなる共振回路１９の両端に接続している。図のフルブリッジ出力回路４２は、一対のアンプ４４を、出力側に入力側と逆位相の信号が出力されるアンプとしている。このフルブリッジ出力回路４２は、交流電源１２からの送電時において、交流電源１２からの出力を一方（入力側）のアンプ４４に入力すると共に、このアンプ４４の出力を他方（出力側）のアンプ４４に入力して、一対のアンプ４４の出力を逆位相として、スイッチング回路４１から出力している。また、コンデンサー１８と送電コイル１１からなる共振回路１９は、その両端に逆位相の信号が供給されることにより、コンデンサー１８を直列共振させて直列共振回路１９Ｂとしている。また、このフルブリッジ出力回路４２は、一対のアンプ４４の入力側に、入力回路４３から”Ｈｉｇｈ”の信号を入力して、出力側をアース電位に落として、図７の等価回路図に示すように、コンデンサ１８を一時的に送電コイル１１と並列に接続させて並列共振回路１９Ａを構成している。
【００３３】
さらに、フルブリッジ出力回路は、図８に示す構造とすることもできる。この図に示すフルブリッジ出力回路４７は、一対のアンプ４４の出力側を、コンデンサー１８と送電コイル１１からなる共振回路１９の両端に接続している。このフルブリッジ出力回路４７は、図８の実線で示すように、一対のアンプ４４の入力側に逆位相の交流信号を入力する状態で、一対のアンプ４４から逆位相の交流信号を出力して、送電コイル１１に供給している。すなわち、交流電源からの送電時には、一対のアンプ４４の入力側に逆位相の信号を入力している。この共振回路１９も、その両端に逆位相の信号が供給されることにより、コンデンサー１８を直列共振させて直列共振回路１９Ｂとしている。また、このフルブリッジ出力回路４７は、図８の鎖線で示すように、一対のアンプ４４の入力側に”Ｈｉｇｈ”の信号を入力して出力側をアース電位に落とし、図７の等価回路図に示すように、コンデンサ１８を一時的に送電コイル１１と並列に接続させて並列共振回路１９Ａを構成している。図のフルブリッジ出力回路４７は、一対のアンプ４４を、出力側に入力側と逆位相の信号が出力されるアンプとしているので、入力側に”Ｈｉｇｈ”の信号を入力して出力側をアース電位としている。ただ、フルブリッジ出力回路は、一対のアンプを、出力側に入力側と同位相の信号が出力されるアンプとして、入力側に”Ｌｏｗ”の信号を入力して出力側をアース電位にできる。
【００３４】
さらに、交流電源１２は、可撓性のリード線１６を介して送電コイル１１に接続される。送電コイル１１が上面プレート２１に載せられる電池内蔵機器５０の受電コイル５１に接近するように移動されるからである。交流電源１２は、図示しないが、自励式の発振回路とすることもできる。この発振回路から出力される交流は、フルブリッジ出力回路で電力増幅されて送電コイルに供給される。自励式の発振回路は、送電コイル１１を発振コイルに併用している。したがって、この発振回路は、送電コイル１１のインダクタンスで発振周波数が変化する。送電コイル１１のインダクタンスは、送電コイル１１と受電コイル５１との相対位置で変化する。送電コイル１１と受電コイル５１との相互インダクタンスが、送電コイル１１と受電コイル５１との相対位置で変化するからである。したがって、送電コイル１１を発振コイルに使用する自励式の発振回路は、送電コイル１１が受電コイル５１に接近するにしたがって変化する。このため、自励式の発振回路は、発振周波数の変化で送電コイル１１と受電コイル５１との相対位置を検出することができ、位置検出制御器１４に併用できる。
【００３５】
送電コイル１１は、移動機構１３で受電コイル５１に接近するように移動される。図１ないし図４の移動機構１３は、送電コイル１１を、上面プレート２１に沿って、Ｘ軸方向とＹ軸方向に移動させて受電コイル５１に接近させる。図の移動機構１３は、位置検出制御器１４で制御されるサーボモータ２２でネジ棒２３を回転して、ネジ棒２３にねじ込んでいるナット材２４を移動して、送電コイル１１を受電コイル５１に接近させる。サーボモータ２２は、送電コイル１１をＸ軸方向に移動させるＸ軸サーボモータ２２Ａと、Ｙ軸方向に移動させるＹ軸サーボモータ２２Ｂとを備える。ネジ棒２３は、送電コイル１１をＸ軸方向に移動させる一対のＸ軸ネジ棒２３Ａと、送電コイル１１をＹ軸方向に移動させるＹ軸ネジ棒２３Ｂとを備える。一対のＸ軸ネジ棒２３Ａは、互いに平行に配設されて、ベルト２５に駆動されてＸ軸サーボモータ２２Ａで一緒に回転される。ナット材２４は、各々のＸ軸ネジ棒２３Ａにねじ込んでいる一対のＸ軸ナット材２４Ａと、Ｙ軸ネジ棒２３Ｂにねじ込んでいるＹ軸ナット材２４Ｂからなる。Ｙ軸ネジ棒２３Ｂは、その両端を一対のＸ軸ナット材２４Ａに回転できるように連結している。送電コイル１１はＹ軸ナット材２４Ｂに連結している。
【００３６】
さらに、図に示す移動機構１３は、送電コイル１１を水平な姿勢でＹ軸方向に移動させるために、Ｙ軸ネジ棒２３Ｂと平行にガイドロッド２６を配設している。ガイドロッド２６は、両端を一対のＸ軸ナット材２４Ａに連結しており、一対のＸ軸ナット材２４Ａと一緒に移動する。ガイドロッド２６は、送電コイル１１に連結されるガイド部２７を貫通しており、送電コイル１１をガイドロッド２６に沿ってＹ軸方向に移動できるようにしている。すなわち、送電コイル１１は、互いに平行に配設されるＹ軸ネジ棒２３Ｂとガイドロッド２６に沿って移動するＹ軸ナット材２４Ｂとガイド部２７を介して、水平な姿勢でＹ軸方向に移動する。
【００３７】
この移動機構１３は、Ｘ軸サーボモータ２２ＡがＸ軸ネジ棒２３Ａを回転させると、一対のＸ軸ナット材２４ＡがＸ軸ネジ棒２３Ａに沿って移動して、Ｙ軸ネジ棒２３Ｂとガイドロッド２６をＸ軸方向に移動させる。Ｙ軸サーボモータ２２ＢがＹ軸ネジ棒２３Ｂを回転させると、Ｙ軸ナット材２４ＢがＹ軸ネジ棒２３Ｂに沿って移動して、送電コイル１１をＹ軸方向に移動させる。このとき、送電コイル１１に連結されたガイド部２７は、ガイドロッド２６に沿って移動して、送電コイル１１を水平な姿勢でＹ軸方向に移動させる。したがって、Ｘ軸サーボモータ２２ＡとＹ軸サーボモータ２２Ｂの回転を位置検出制御器１４で制御して、送電コイル１１をＸ軸方向とＹ軸方向に移動できる。ただし、本発明の充電台は、移動機構を以上のメカニズムには特定しない。移動機構には、送電コイルをＸ軸方向とＹ軸方向に移動できる全ての機構を利用できるからである。
【００３８】
さらに、本発明の充電台は、移動機構を、送電コイルをＸ軸方向とＹ軸方向に移動させる機構に特定しない。それは、本発明の充電台が、上面プレートに直線状のガイド壁を設けて、このガイド壁に沿って電池内蔵機器をセットする構造として、送電コイルをガイド壁に沿って直線上に移動できる構造とすることができるからである。この充電台は、図示しないが、送電コイルを、一方向、たとえばＸ軸方向にのみ移動できる移動機構として、送電コイルをガイド壁に沿って直線上に移動できる。
【００３９】
位置検出制御器１４は、電源スイッチ４０をオンに切り換えた状態で送電コイル１１の位置を検出すると共に、上面プレート２１にセットされた電池内蔵機器５０の位置を検出する。図１ないし図４の位置検出制御器１４は、送電コイル１１の位置と、電池内蔵機器５０に内蔵される受電コイル５１の位置を検出して、送電コイル１１を受電コイル５１に接近させる。さらに、位置検出制御器１４は、受電コイル５１の位置を粗検出する第１の位置検出制御器１４Ａと、受電コイル５１の位置を精密検出する第２の位置検出制御器１４Ｂとを備える。この位置検出制御器１４は、第１の位置検出制御器１４Ａで送電コイル１１の位置を検出すると共に、受電コイル５１の位置を粗検出し、移動機構１３を制御して送電コイル１１を受電コイル５１に接近させた後、さらに、第２の位置検出制御器１４Ｂで受電コイル５１の位置を精密検出しながら移動機構１３を制御して、送電コイル１１の位置を正確に受電コイル５１に接近させる。この充電台１０は、速やかに、しかも、より正確に送電コイル１１を受電コイル５１に接近できる。
【００４０】
第１の位置検出制御器１４Ａは、図５に示すように、上面プレート２１の内面に固定している複数の位置検出コイル３０と、この位置検出コイル３０にパルス信号を供給するパルス電源３１と、このパルス電源３１から位置検出コイル３０に供給されるパルスに励起されて、送電コイル１１と受電コイル５１から位置検出コイル３０に出力されるエコー信号を受信する受信回路３２と、この受信回路３２が受信するエコー信号から送電コイル１１の位置を判別する識別回路３３とを備える。
【００４１】
移動機構１３は、電源スイッチ４０をオンに切り換えた最初に、第１の位置検出制御器１４Ａでもって送電コイル１１の位置を検出して、送電コイル１１を基準点の０点に移動させた後、位置検出制御器１４でもって上面プレート２１にセットされる電池内蔵機器５０の受電コイル５１の位置を検出して、送電コイル１１を受電コイル５１に接近させる。送電コイル１１の位置を検出するときに、スイッチング回路４１の出力の両端をアース電位に落として互いに接続し、送電コイル１１からのエコー信号で送電コイル１１の位置を検出する。このとき、上面プレート２１に電池内蔵機器５０をセットしていても、後述するように、エコー信号の検出タイミングの違いによって送電コイル１１の位置を正確に検出できる。
【００４２】
以下の実施例は、送電コイル１１の位置を検出して基準点の０点に移動させた後、受電コイル５１の位置に送電コイル１１を接近させる構造の充電台を詳述する。ただし、本発明の充電台は、送電コイルの位置を検出した後、送電コイルを基準点に移動させることなく、送電コイルの位置を検出した後、受電コイルの位置を検出し、送電コイルから受電コイルまでのＸ軸方向とＹ軸方向の移動距離を演算し、この移動距離に送電コイルを移動させて受電コイルに接近させることもできる。
【００４３】
位置検出コイル３０は複数列のコイルからなり、複数の位置検出コイル３０を上面プレート２１の内面に所定の間隔で固定している。位置検出コイル３０は、送電コイル１１と受電コイル５１のＸ軸方向の位置を検出する複数のＸ軸検出コイル３０Ａと、Ｙ軸方向の位置を検出する複数のＹ軸検出コイル３０Ｂとを備える。各々のＸ軸検出コイル３０Ａは、Ｙ軸方向に細長いループ状であって、複数のＸ軸検出コイル３０Ａは、所定の間隔で上面プレート２１の内面に固定されている。隣接するＸ軸検出コイル３０Ａの間隔（ｄ）は、受電コイル５１の外径（Ｄ）、及び送電コイル１１の外径（Ｗ）よりも小さく、好ましくはＸ軸検出コイル３０Ａの間隔（ｄ）を受電コイル５１の外径（Ｄ）、及び送電コイル１１の外径（Ｗ）の１倍ないし１／４倍としている。Ｘ軸検出コイル３０Ａは、間隔（ｄ）を狭くして、受電コイル５１のＸ軸方向の位置を正確に検出できる。各々のＹ軸検出コイル３０Ｂは、Ｘ軸方向に細長いループ状であって、複数のＹ軸検出コイル３０Ｂは、所定の間隔で上面プレート２１の内面に固定されている。隣接するＹ軸検出コイル３０Ｂの間隔（ｄ）も、Ｘ軸検出コイル３０Ａと同じように、受電コイル５１の外径（Ｄ）、及び送電コイル１１の外径（Ｗ）よりも小さく、好ましくはＹ軸検出コイル３０Ｂの間隔（ｄ）を受電コイル５１の外径（Ｄ）、及び送電コイル１１の外径（Ｗ）の１倍ないし１／４倍としている。Ｙ軸検出コイル３０Ｂも、その間隔（ｄ）を狭くして、受電コイル５１のＹ軸方向の位置を正確に検出できる。
【００４４】
パルス電源３１は、所定のタイミングでパルス信号を位置検出コイル３０に出力する。パルス信号が入力される位置検出コイル３０は、パルス信号で接近する送電コイル１１又は受電コイル５１を励起する。励起された送電コイル１１又は受電コイル５１は、共に構成された並列共振回路１９Ａ、５４に流れる電流のエネルギーでエコー信号を位置検出コイル３０に出力する。したがって、送電コイル１１又は受電コイル５１の近くにある位置検出コイル３０は、図９に示すように、パルス信号が入力された後、所定の時間遅れて、送電コイル１１又は受電コイル５１からのエコー信号が誘導される。ここで、送電コイル１１と並列に接続されて並列共振回路１９Ａを構成するコンデンサー１８の静電容量Ｃ１と、電池内蔵機器５０の受電コイル５１と並列に接続されて並列共振回路５４を構成するコンデンサー５３の静電容量Ｃ２は、異なる値として、共振周波数を異なる値としている。これにより、パルス信号を出力した後、誘導されるエコー信号が出力されるタイミングに違いが生じ、検出時間軸を変えることにより、送電コイルと受電コイルのいずれからのエコー信号であるかを簡単に判別できる。実施例の充電台では、並列共振回路１９Ａを構成するコンデンサー１８の静電容量Ｃ１を、電池内蔵機器５０の受電コイル５１と並列に接続されて並列共振回路５４を構成するコンデンサー５３の静電容量Ｃ２よりも大きくしている。いいかえると、並列共振回路５４を構成するコンデンサー５３の静電容量Ｃ２を、並列共振回路１９Ａを構成するコンデンサー１８の静電容量Ｃ１よりも小さくして、実質的に、コンデンサー１８の静電容量Ｃ１を、コンデンサー５３の静電容量Ｃ２よりも大きくしている。並列共振回路１９Ａは、コンデンサー１８の静電容量Ｃ１を大きくすることで、送電コイル１１からの電力搬送の効率を向上できる。この場合、図９に示すように、送電コイル１１からのエコー信号の方が受電コイル５１からのエコー信号よりも遅れて出力されるので、これらのエコー信号の検出タイミングの違いから、送電コイル１１と受電コイル５１のいずれからのエコー信号であるかを判別することができる。したがって、この回路構成によると、送電コイル１１からのエコー信号と受電コイル５１からのエコー信号とを確実に識別して、送電コイル１１と受電コイル５１の位置を正確に検出できる。さらに、送電コイル１１と受電コイル５１の位置検出は、ひとつの位置検出制御器１４でもって、同時に行うことも可能である。また、前述のように、上面プレート２１に電池内蔵機器５０を載せた状態においても、送電コイル１１のエコー信号を確実に識別して、送電コイル１１の位置を正確に検出できる。
【００４５】
位置検出コイル３０に誘導されるエコー信号は、受信回路３２で識別回路３３に出力される。したがって、識別回路３３は、受信回路３２から入力されるエコー信号でもって、位置検出コイル３０に送電コイル１１又は受電コイル５１が接近しているかどうかを判定する。複数の位置検出コイル３０にエコー信号が誘導されるとき、識別回路３３は、エコー信号レベルの大きい位置検出コイル３０にもっとも接近していると判定する。
【００４６】
図５に示す位置検出制御器１４は、各々の位置検出コイル３０を切換回路３４を介して受信回路３２に接続する。この位置検出制御器１４は、入力を順番に切り換えて複数の位置検出コイル３０に接続するので、ひとつの受信回路３２で複数の位置検出コイル３０のエコー信号を検出できる。ただし、各々の位置検出コイルに受信回路を接続してエコー信号を検出することもできる。
【００４７】
図５の位置検出制御器１４は、識別回路３３で制御される切換回路３４で複数の位置検出コイル３０を順番に切り換えて受信回路３２に接続する。パルス電源３１は切換回路３４の出力側に接続されて、位置検出コイル３０にパルス信号を出力する。パルス電源３１から位置検出コイル３０に出力されるパルス信号のレベルは、送電コイル１１又は受電コイル５１からのエコー信号に比較して極めて大きい。受信回路３２は、入力側にダイオードからなるリミッター回路３５を接続している。リミッター回路３５は、パルス電源３１から受信回路３２に入力されるパルス信号の信号レベルを制限して受信回路３２に入力する。信号レベルの小さいエコー信号は、制限されることなく受信回路３２に入力される。受信回路３２は、パルス信号とエコー信号の両方を増幅して出力する。受信回路３２から出力されるエコー信号は、パルス信号から所定のタイミング、たとえば数μｓｅｃ〜数百μｓｅｃ遅れた信号となる。エコー信号がパルス信号から遅れる遅延時間は、一定の時間であるから、パルス信号から所定の遅延時間後の信号をエコー信号とし、このエコー信号のレベルから位置検出コイル３０に送電コイル１１又は受電コイル５１が接近しているかどうかを判定する。
【００４８】
受信回路３２は、位置検出コイル３０から入力されるエコー信号を増幅して出力するアンプである。受信回路３２は、パルス信号とエコー信号を出力する。識別回路３３は、受信回路３２から入力されるパルス信号とエコー信号から位置検出コイル３０に送電コイル１１又は受電コイル５１が接近しているかどうかを判定する。識別回路３３は、受信回路３２から入力される信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータ３６を備えている。このＡ／Ｄコンバータ３６から出力されるデジタル信号を演算してエコー信号を検出する。識別回路３３は、パルス信号から特定の遅延時間の後に入力される信号をエコー信号として検出し、さらにエコー信号のレベルから送電コイル１１又は受電コイル５１が位置検出コイル３０に接近しているかどうかを判定する。
【００４９】
識別回路３３は、複数のＸ軸検出コイル３０Ａを順番に受信回路３２に接続するように切換回路３４を制御して、送電コイル１１又は受電コイル５１のＸ軸方向の位置を検出する。識別回路３３は、各々のＸ軸検出コイル３０Ａを受信回路３２に接続する毎に、受信回路３２に接続しているＸ軸検出コイル３０Ａにパルス信号を出力し、パルス信号から特定の遅延時間の後に、エコー信号が検出されるかどうかで、このＸ軸検出コイル３０Ａに送電コイル１１又は受電コイル５１が接近しているかどうかを判定する。識別回路３３は、全てのＸ軸検出コイル３０Ａを受信回路３２に接続して、各々のＸ軸検出コイル３０Ａに送電コイル１１又は受電コイル５１が接近しているかどうかを判定する。送電コイル１１又は受電コイル５１がいずれかのＸ軸検出コイル３０Ａに接近していると、このＸ軸検出コイル３０Ａを受信回路３２に接続する状態でエコー信号が検出される。したがって、識別回路３３は、エコー信号を検出できるＸ軸検出コイル３０Ａから送電コイル１１又は受電コイル５１のＸ軸方向の位置を検出できる。送電コイル１１又は受電コイル５１が複数のＸ軸検出コイル３０Ａに跨って接近する状態では、複数のＸ軸検出コイル３０Ａからエコー信号が検出される。この状態において、識別回路３３はもっとも強いエコー信号、すなわちレベルの大きいエコー信号が検出されるＸ軸検出コイル３０Ａにもっとも接近していると判定する。識別回路３３は、Ｙ軸検出コイル３０Ｂも同じように制御して、送電コイル１１又は受電コイル５１のＹ軸方向の位置を検出する。
【００５０】
識別回路３３は、検出するＸ軸方向とＹ軸方向から移動機構１３を制御して、送電コイル１１を受電コイル５１に接近する位置に移動させる。電源スイッチ４０をオンに切り換えて、送電コイル１１の位置を検出した後、識別回路３３は移動機構１３を制御して送電コイル１１を基準点の０点に移動させる。このとき、識別回路３３は、移動機構１３のＸ軸サーボモータ２２Ａを制御して、送電コイル１１を受電コイル５１のＸ軸方向の０点位置に移動し、また、移動機構１３のＹ軸サーボモータ２２Ｂを制御して、送電コイル１１をＹ軸方向の０点位置に移動させる。このとき、Ｘ軸サーボモータ２２ＡとＹ軸サーボモータ２２Ｂの両方を、検出された位置から基準点の０点に移動させるまで回転させた後、さらに一定の時間は、送電コイル１１を基準点の０点の方向に向かって移動させる方向に回転トルクを作用させることで、送電コイル１１をより正確に基準点の０点に移動できる。とくに、この構造の充電台１０は、位置検出制御器１４でもって送電コイル１１の位置を正確に検出することなく、送電コイル１１を正確に基準点の０点に移動できる特徴がある。それは、基準点の０点に向かって移動する送電コイル１１が、基準点の０点を越えて移動できない機構でケース２０に連結されるからである。
【００５１】
送電コイルを基準点に向かって移動させる方向にサーボモータを長い時間回転して、送電コイルを基準点に移動することもできる。ただ、この構造は、基準点から最も遠い位置にある送電コイルをも基準点に移動させる必要があるので、サーボモータを長い時間回転する必要がある。送電コイルが基準点に移動された後、サーボモータに回転トルクを作用させる機構は、伝達機構に無理な力が作用し、あるいは伝達機構でサーボモータの回転を吸収する機構にあっては、この機構から騒音が発生して好ましい機構にできない。
【００５２】
送電コイル１１を基準点の０点に移動させた後、基準点から受電コイル５１までの位置を検出して、識別回路３３は、移動機構１３のＸ軸サーボモータ２２Ａを制御して、基準点にある送電コイル１１を受電コイル５１のＸ軸方向の位置に移動させる。また、移動機構１３のＹ軸サーボモータ２２Ｂを制御して、送電コイル１１を受電コイル５１のＹ軸方向の位置に移動させる。
【００５３】
充電台１０は、第１の位置検出制御器１４Ａで送電コイル１１と受電コイル５１の位置を検出し、移動機構１３で送電コイル１１を受電コイル５１に接近する位置に移動させた後、送電コイル１１から受電コイル５１に電力搬送して電池５２を充電することができる。ただ、充電台は、さらに送電コイル１１の位置を正確に制御して受電コイル５１に接近させた後、電力搬送して電池５２を充電することができる。送電コイル１１は、第２の位置検出制御器１４Ｂでより正確に受電コイル５１に接近される。
【００５４】
第２の位置検出制御器１４Ｂは、交流電源１２を自励式の発振回路として、自励式の発振回路の発振周波数から送電コイル１１の位置を正確に検出して移動機構１３を制御する。第２の位置検出制御器１４Ｂは、移動機構１３のＸ軸サーボモータ２２ＡとＹ軸サーボモータ２２Ｂを制御して、送電コイル１１をＸ軸方向とＹ軸方向に移動させて、交流電源１２の発振周波数を検出する。自励式の発振回路の発振周波数が変化する特性を図１０に示している。この図は、送電コイル１１と受電コイル５１の相対的な位置ずれに対する発振周波数の変化を示している。この図に示すように、自励式の発振回路の発振周波数は、送電コイル１１が受電コイル５１に最も接近する位置でもっとも高くなり、相対位置がずれるにしたがって発振周波数が低くなる。したがって、第２の位置検出制御器１４Ｂは、移動機構１３のＸ軸サーボモータ２２Ａを制御して送電コイル１１をＸ軸方向に移動し、発振周波数が最も高くなる位置で停止する。また、Ｙ軸サーボモータ２２Ｂも同じように制御して送電コイル１１をＹ軸方向に移動して、発振周波数が最も高くなる位置で停止する。第２の位置検出制御器１４Ｂは、以上のようにして、送電コイル１１を受電コイル５１に最も接近する位置に移動できる。
【００５５】
以上の充電台は、第１の位置検出制御器１４Ａで受電コイル５１の位置を粗検出した後、さらに第２の位置検出制御器１４Ｂで微調整して送電コイル１１を受電コイル５１に接近させるが、図１１に示す以下の位置検出制御器６４は、微調整することなく送電コイル１１を受電コイル５１に接近できる。
【００５６】
この位置検出制御器６４は、図１１に示すように、上面プレートの内面に固定している複数の位置検出コイル３０と、この位置検出コイル３０にパルス信号を供給するパルス電源３１と、このパルス電源３１から位置検出コイル３０に供給されるパルスに励起されて送電コイル１１又は受電コイル５１から位置検出コイル３０に出力されるエコー信号を受信する受信回路３２と、この受信回路３２が受信するエコー信号から送電コイル１１又は受電コイル５１の位置を判別する識別回路７３とを備える。さらに、この位置検出制御器６４は、識別回路７３に、送電コイル１１又は受電コイル５１の位置に対する各々の位置検出コイル３０に誘導されるエコー信号のレベル、すなわち図９に示すように、各々の位置検出コイル３０をパルス信号で励起して所定の時間経過後に誘導されるエコー信号のレベルを記憶する記憶回路７７を備えている。この位置検出制御器６４は、各々の位置検出コイル３０に誘導されるエコー信号のレベルを検出し、検出したエコー信号のレベルを記憶回路７７に記憶しているエコー信号のレベルに比較して、送電コイル１１又は受電コイル５１の位置を検出している。
【００５７】
この位置検出制御器６４は、以下のようにして、各々の位置検出コイル３０に誘導されるエコー信号のレベルから、送電コイル１１又は受電コイル５１の位置を求めている。図１１に示す位置検出コイル３０は、送電コイル１１又は受電コイル５１のＸ軸方向の位置を検出する複数のＸ軸検出コイル３０Ａと、Ｙ軸方向の位置を検出する複数のＹ軸検出コイル３０Ｂとを備え、複数の位置検出コイル３０を上面プレート２１の内面に所定の間隔で固定している。各々のＸ軸検出コイル３０Ａは、Ｙ軸方向に細長いループ状であって、各々のＹ軸検出コイル３０Ｂは、Ｘ軸方向に細長いループ状としている。図１２は、送電コイル１１又は受電コイル５１をＸ軸方向に移動させる状態における、Ｘ軸位置検出コイル３０Ａに誘導されるエコー信号のレベルを示しており、横軸が送電コイル１１又は受電コイル５１のＸ軸方向の位置を示し、縦軸が各々のＸ軸位置検出コイル３０Ａに誘導されるエコー信号のレベルを示している。この位置検出制御器６４は、各々のＸ軸位置検出コイル３０Ａに誘導されるエコー信号のレベルを検出することによって、送電コイル１１又は受電コイル５１のＸ軸方向の位置を求めることができる。この図に示すように、送電コイル１１又は受電コイル５１がＸ軸方向に移動すると、各々のＸ軸位置検出コイル３０Ａに誘導されるエコー信号のレベルは変化する。たとえば、送電コイル１１又は受電コイル５１の中心が第１のＸ軸位置検出コイル３０Ａの中心にあるとき、図１２の点Ａで示すように、第１のＸ軸位置検出コイル３０Ａに誘導されるエコー信号のレベルが最も強くなる。また、送電コイル１１又は受電コイル５１が第１のＸ軸位置検出コイル３０Ａと第２のＸ軸位置検出コイル３０Ａの中間にあるとき、図１２の点Ｂで示すように、第１のＸ軸位置検出コイル３０Ａと第２のＸ軸位置検出コイル３０Ａに誘導されるエコー信号のレベルは同じとなる。すなわち、各々のＸ軸位置検出コイル３０Ａは、送電コイル１１又は受電コイル５１が最も近くにあるときに誘導されるエコー信号のレベルが最も強くなり、送電コイル１１又は受電コイル５１が離れるにしたがってエコー信号のレベルは小さくなる。したがって、どのＸ軸位置検出コイル３０Ａのエコー信号のレベルが最も強いかで、送電コイル１１又は受電コイル５１がどのＸ軸位置検出コイル３０Ａに最も接近しているかを判定できる。また、ふたつのＸ軸位置検出コイル３０Ａにエコー信号が誘導されるとき、強いエコー信号を検出するＸ軸位置検出コイル３０Ａからどの方向にあるＸ軸位置検出コイル３０Ａにエコー信号が誘導されるかで、最もエコー信号の強いＸ軸位置検出コイル３０Ａからどの方向にずれて送電コイル１１又は受電コイル５１があるかを判定でき、また、エコー信号のレベル比でふたつのＸ軸位置検出コイル３０Ａとの相対位置を判定できる。たとえば、ふたつのＸ軸位置検出コイル３０Ａのエコー信号のレベル比が１であると、送電コイル１１又は受電コイル５１はふたつのＸ軸位置検出コイル３０Ａの中央に位置すると判定できる。
【００５８】
識別回路７３は、送電コイル１１又は受電コイル５１のＸ軸方向の位置に対する、各々のＸ軸位置検出コイル３０Ａに誘導されるエコー信号のレベルを記憶回路７７に記憶している。位置検出制御器６４は、電源スイッチ４０がオンに切り換えられて、パルス電源３１からＸ軸位置検出コイル３０Ａにパルス信号が供給されると、いずれかのＸ軸位置検出コイル３０Ａにエコー信号が誘導される。したがって、識別回路７３は、Ｘ軸位置検出コイル３０Ａに誘導されるエコー信号で送電コイル１１の位置を検出する。また、上面プレート２１に受電コイル５１が置かれると、いずれかのＸ軸位置検出コイル３０Ａにエコー信号が誘導される。したがって、識別回路７３は、Ｘ軸位置検出コイル３０Ａに誘導されるエコー信号で受電コイル５１が載せられたこと、すなわち電池内蔵機器５０が充電台１０に載せられたことを検出する。さらに、いずれかのＸ軸位置検出コイル３０Ａに誘導されるエコー信号のレベルを、記憶回路７７に記憶しているレベルに比較して、送電コイル１１又は受電コイル５１のＸ軸方向の位置を判別することができる。識別回路は、隣接するＸ軸位置検出コイルに誘導されるエコー信号のレベル比から送電コイル又は受電コイルのＸ軸方向の位置を特定する関数を記憶回路に記憶して、この関数から送電コイル又は受電コイルの位置を判別することもできる。この関数は、ふたつのＸ軸位置検出コイルの間に電送電コイル又は受電コイルを移動させて、各々のＸ軸位置検出コイルに誘導されるエコー信号のレベル比を検出して求められる。識別回路７３は、ふたつのＸ軸位置検出コイル３０Ａに誘導されるエコー信号のレベル比を検出し、検出されるレベル比から、この関数に基づいてふたつのＸ軸位置検出コイル３０Ａの間における送電コイル１１又は受電コイル５１のＸ軸方向の位置を演算して検出することができる。
【００５９】
以上は、識別回路７３が、Ｘ軸位置検出コイル３０Ａに誘導されるエコー信号から、送電コイル１１又は受電コイル５１のＸ軸方向の位置を検出する方法を示すが、送電コイル１１又は受電コイル５１のＹ軸方向の位置もＸ軸方向と同じようにして、Ｙ軸位置検出コイル３０Ｂに誘導されるエコー信号から検出できる。
【００６０】
識別回路７３が、送電コイル１１と受電コイル５１のＸ軸方向とＹ軸方向の位置を検出すると、この識別回路７３からの位置信号でもって、位置検出制御器６４は送電コイル１１を受電コイル５１の位置に移動させる。
なお、上記のような波形のエコー信号が検出されたとき、充電台の識別回路７３は、電池内蔵機器５０の受電コイル５１が搭載されたと認識、識別することができる。エコー信号の波形とは異なる波形が検出、識別されるときは、電池内蔵機器５０の受電コイル５１以外（例えば、金属異物）のものが搭載されたとして、電力供給を停止することができる。また、エコー信号の波形が検出、識別されないときは、電池内蔵機器５０の受電コイル５１が搭載されていないとして、電力供給をしない。
【００６１】
充電台１０は、位置検出制御器１４、６４で移動機構１３を制御して送電コイル１１を受電コイル５１に接近させた状態で、交流電源１２で送電コイル１１に交流電力を供給する。送電コイル１１の交流電力は受電コイル５１に電力搬送されて、電池５２の充電に使用される。電池内蔵機器５０は、電池５２が満充電されたことを検出すると、充電を停止して、満充電信号を充電台１０に伝送する。電池内蔵機器５０は、受電コイル５１に満充電信号を出力し、この満充電信号を受電コイル５１から送電コイル１１に伝送して、充電台１０に満充電の情報を伝送することができる。この電池内蔵機器５０は、交流電源１２と異なる周波数の交流信号を受電コイル５１に出力し、充電台１０はこの交流信号を送電コイル１１で受信して満充電を検出することができる。また、電池内蔵機器５０が特定周波数の搬送波を満充電信号で変調する信号を受電コイル５１に出力し、充電台１０が特定周波数の搬送波を受信し、この信号を復調して満充電信号を検出することもできる。さらに、電池内蔵機器は、満充電信号を充電台に無線伝送して、満充電の情報を伝送することもできる。この電池内蔵機器は、満充電信号を送信する送信器を内蔵しており、充電台は満充電信号を受信する受信器を内蔵する。図６に示す位置検出制御器１４は、内蔵電池５２の満充電を検出する満充電検出回路１７を内蔵している。この満充電検出回路１７は、電池内蔵機器５０から出力される満充電信号を検出して、電池５２の満充電を検出する。
【００６２】
複数の電池内蔵機器５０をセットすることができる上面プレート２１の充電台１０は、複数の電池内蔵機器５０の電池５２を順番に切り換えて満充電する。この充電台１０は、最初にいずれかの電池内蔵機器５０の受電コイル５１の位置を検出して、この受電コイル５１に送電コイル１１を接近させて、この電池内蔵機器５０の電池５２を満充電する。この電池内蔵機器５０の電池５２が満充電されて、満充電検出回路１７が満充電信号を受信すると、位置検出制御器１４は、この電池内蔵機器５０とは別の位置にセットされる第２の電池内蔵機器５０の受電コイル５１の位置を検出し、移動機構１３を制御して送電コイル１１を第２の電池内蔵機器５０の受電コイル５１に接近させる。この状態で、第２の電池内蔵機器５０の電池５２に電力搬送して、この電池５２を満充電する。さらに、第２の電池内蔵機器５０の電池５２が満充電されて、第２の電池内蔵機器５０からの満充電信号を満充電検出回路１７が受信すると、位置検出制御器１４が、さらに第３の電池内蔵機器５０の受電コイル５１を検出して、移動機構１３を制御して第３の電池内蔵機器５０の受電コイル５１に送電コイル１１を接近させて、この電池内蔵機器５０の電池５２を満充電する。以上のように、複数の電池内蔵機器５０が上面プレート２１にセットされると、次々と電池内蔵機器５０を切り換えて内蔵電池５２を満充電する。この充電台１０は、満充電された電池内蔵機器５０の位置を記憶して、満充電された電池内蔵機器５０の電池５２を充電しない。上面プレート２１の上にセットされる全ての電池内蔵機器５０の電池５２を満充電したことを検出すると、充電台１０は、交流電源１２の動作を停止して電池５２の充電を停止する。ここで、上記の実施例では、電池内蔵機器５０の電池５２が満充電されると充電を停止しているが、電池５２が所定容量となったときを満充電として充電を停止してもよい。
【００６３】
図６に示す第２の位置検出制御器１４Ｂは、自励式の発振回路の発振周波数の変化から送電コイル１１と受電コイル５１の相対位置を判定するが、送電コイルと受電コイルとの相対位置を微調整する第２の位置検出制御器は、送電コイルの電圧、送電コイルに電力を供給する交流電源の消費電力、あるいは受電コイルに誘導される電流から送電コイルの受電コイルに対する相対位置を検出することができる。この第２の位置検出制御器は、発振周波数を変化させる必要がないので、他励式の発振回路とすることができる。
【００６４】
図１３において、送電コイル１１の電圧から受電コイル５１に対する送電コイル１１の相対位置を検出する第２の位置検出制御器１４Ｃは、送電コイル１１の電圧を検出する電圧検出回路８３を内蔵している。この第２の位置検出制御器１４Ｃは、送電コイル１１を移動させて、送電コイル１１の電圧を電圧検出回路８３で検出する。送電コイル１１と受電コイル５１の相対位置に対して送電コイル１１の電圧が変化する特性を図１４に示している。この図は、送電コイル１１と受電コイル５１の相対的な位置ずれに対する送電コイル１１の電圧の変化を示している。この図に示すように、送電コイル１１の電圧は、送電コイル１１が受電コイル５１に最も接近する位置でもっとも低くなり、相対位置がずれるにしたがって電圧が高くなる。したがって、第２の位置検出制御器１４Ｃは、移動機構１３のＸ軸サーボモータ２２Ａを制御して送電コイル１１をＸ軸方向に移動し、送電コイル１１の電圧が最も低くなる位置で停止する。また、Ｙ軸サーボモータ２２Ｂも同じように制御して送電コイル１１をＹ軸方向に移動して、送電コイル１１の電圧が最も低くなる位置で停止する。第２の位置検出制御器１４Ｃは、以上のようにして、送電コイル１１を受電コイル５１に最も接近する位置に移動できる。
【００６５】
また、図１３において、送電コイル１１に電力を供給する交流電源１２の消費電力から受電コイル５１に対する送電コイル１１の相対位置を検出する第２の位置検出制御器１４Ｃは、交流電源１２の消費電力を検出する消費電力検出回路８４を内蔵している。この第２の位置検出制御器１４Ｃは、送電コイル１１を移動させて、交流電源１２の消費電力を消費電力検出回路８４で検出する。送電コイル１１と受電コイル５１の相対位置に対して交流電源１２の消費電力が変化する特性を図１５に示している。この図は、送電コイル１１と受電コイル５１の相対的な位置ずれに対する交流電源１２の消費電力の変化を示している。この図に示すように、交流電源１２の消費電力は、送電コイル１１が受電コイル５１に最も接近する位置でもっとも小さくなり、相対位置がずれるにしたがって消費電力が大きくなる。したがって、第２の位置検出制御器１４Ｃは、移動機構１３のＸ軸サーボモータ２２Ａを制御して送電コイル１１をＸ軸方向に移動し、交流電源１２の消費電力が最も小さくなる位置で停止する。また、Ｙ軸サーボモータ２２Ｂも同じように制御して送電コイル１１をＹ軸方向に移動して、交流電源１２の消費電力が最も低くなる位置で停止する。第２の位置検出制御器１４Ｃは、以上のようにして、送電コイル１１を受電コイル５１に最も接近する位置に移動できる。
【００６６】
さらに、図１３において、受電コイル５１の電流からから受電コイル５１に対する送電コイル１１の相対位置を検出する第２の位置検出制御器１４Ｃは、受電コイル５１の電流を検出する回路を内蔵している。この第２の位置検出制御器１４Ｃは、受電コイル５１の電流を電池内蔵機器９０側で検出して検出した電流で搬送波を変調して充電台８０に無線伝送する送信回路９５と、この送信回路９５から送信される信号を充電台８０側で受信し、この信号を復調して受電コイル５１の電流を検出する受信回路８５とを備えている。この第２の位置検出制御器１４Ｃは、送電コイル１１を移動させて、受電コイル５１の電流を検出する。送電コイル１１と受電コイル５１の相対位置に対して受電コイル５１の電流が変化する特性を図１６に示している。この図は、送電コイル１１と受電コイル５１の相対的な位置ずれに対する受電コイル５１の変化を示している。この図に示すように、受電コイル５１の電流は、送電コイル１１が受電コイル５１に最も接近する位置でもっとも大きくなり、相対位置がずれるにしたがって電流が小さくなる。したがって、第２の位置検出制御器１４Ｃは、移動機構１３のＸ軸サーボモータ２２Ａを制御して送電コイル１１をＸ軸方向に移動し、受電コイル５１の電流が最も大きくなる位置で停止する。また、Ｙ軸サーボモータ２２Ｂも同じように制御して送電コイル１１をＹ軸方向に移動して、受電コイル５１の電流が最も大きくなる位置で停止する。第２の位置検出制御器１４Ｃは、以上のようにして、送電コイル１１を受電コイル５１に最も接近する位置に移動できる。
【００６７】
以上の移動機構１３は、送電コイル１１をＸ軸方向とＹ軸方向とに移動して、送電コイル１１を受電コイル５１に最も近い位置に移動させるが、本発明は、移動機構がＸ軸方向とＹ軸方向とに送電コイルを移動して、送電コイルの位置を受電コイルに接近させる構造には特定せず、送電コイルは種々の方向に移動させて、受電コイルに接近することもできる。
【符号の説明】
【００６８】
１０…充電台
１１…送電コイル
１２…交流電源
１３…移動機構
１４…位置検出制御器          １４Ａ…第１の位置検出制御器
１４Ｂ…第２の位置検出制御器
１４Ｃ…第２の位置検出制御器
１５…コア                    １５Ａ…円柱部
１５Ｂ…円筒部
１６…リード線
１７…満充電検出回路
１８…コンデンサー
１９…共振回路                １９Ａ…並列共振回路
１９Ｂ…直列共振回路
２０…ケース
２１…上面プレート
２２…サーボモータ            ２２Ａ…Ｘ軸サーボモータ
２２Ｂ…Ｙ軸サーボモータ
２３…ネジ棒                  ２３Ａ…Ｘ軸ネジ棒
２３Ｂ…Ｙ軸ネジ棒
２４…ナット材                ２４Ａ…Ｘ軸ナット材
２４Ｂ…Ｙ軸ナット材
２５…ベルト
２６…ガイドロッド
２７…ガイド部
３０…位置検出コイル          ３０Ａ…Ｘ軸検出コイル
３０Ｂ…Ｙ軸検出コイル
３１…パルス電源
３２…受信回路
３３…識別回路
３４…切換回路
３５…リミッター回路
３６…Ａ／Ｄコンバータ
４０…電源スイッチ
４１…スイッチング回路
４２…フルブリッジ出力回路
４３…入力回路
４４…アンプ
４７…フルブリッジ出力回路
５０…電池内蔵機器
５１…受電コイル
５２…電池
５３…コンデンサー
５４…共振回路
５５…ダイオード
５６…平滑コンデンサー
５７…整流回路
５８…充電制御回路
６４…位置検出制御器
７３…識別回路
７７…記憶回路
８０…充電台
８３…電圧検出回路
８４…消費電力検出回路
８５…受信回路
９０…電池内蔵機器
９５…送信回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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