(57)【要約】【課題】携帯機器の充電には支障なく、しかも、コイン等の金属片を発熱させることのない非接触電力伝送装置を提供する。【解決手段】充電用の送電コイルＬ１を内蔵した充電装置本体１０と、充電用の受電コイルＬ２を内蔵した携帯機器２０を着脱自在に搭載するための前記本体の一部に形成された支持台とを備え、前記送電コイルＬ１から前記受電コイルＬ２に電磁誘導を用いて非接触で電力伝送する非接触電力伝送装置において、前記携帯機器に永久磁石Ｍ１、Ｍ２を設け、前記支持台に前記永久磁石と対向する位置に磁界検出素子ＩＣ１、ＩＣ２を設け、前記永久磁石と前記磁界検出素子を１組とし、複数組設け、複数の磁界検出素子が永久磁石の磁界を検出した時のみ、即ち、携帯機器が支持台の所定の位置に正しく載置されたことを検出し、前記送電コイルから前記受電コイルに電力伝送する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
充電用の送電コイルを内蔵した充電装置本体と、充電用の受電コイルを内蔵した携帯機器を着脱自在に搭載するための前記本体の一部に形成された支持台とを備え、前記送電コイルから前記受電コイルに電磁誘導を用いて非接触で電力伝送する非接触電力伝送装置において、
前記携帯機器に永久磁石を設け、前記支持台に前記永久磁石と対向する位置に磁界検出素子を設け、前期永久磁石と前期磁界検出素子を１組とし、複数組設け、複数の前期磁界検出素子が前記永久磁石の磁界を検出した時のみ、即ち、携帯機器が支持台の所定の位置に正しく載置されたことを検出し、前記送電コイルから前記受電コイルに電力伝送することを特徴とする非接触電力伝送装置。
【請求項２】
充電用の送電コイルを内蔵した充電装置本体と、充電用の受電コイルを内蔵した携帯機器を着脱自在に搭載するための前記本体の一部に形成された支持台とを備え、前記送電コイルから前記受電コイルに電磁誘導を用いて非接触で電力伝送する非接触電力伝送装置において、
前記携帯機器に第１と第２の永久磁石を設け、前記支持台に第１の永久磁石と対向する位置に第１の磁界検出素子を設け、第２の永久磁石と対向する位置に第２の磁界検出素子を設け、第１と第２の磁界検出素子がそれぞれ対向する永久磁石の磁界を検出した時のみ、即ち、携帯機器が支持台の所定の位置に正しく載置されたことを検出し、前記送電コイルから前記受電コイルに電力伝送することを特徴とする非接触電力伝送装置。
【請求項３】
前記複数の永久磁石を携帯機器の底面および底面以外の他面に間隔を置いて配置し、前記支持台側には前記携帯機器の永久磁石と対向した位置に磁界検出素子を複数配置したことを特徴とする請求項１、２記載の非接触電力伝送装置。
【請求項４】
前記磁界検出素子はホール素子を内蔵したホールＩＣからなることを特徴とする請求項１乃至請求項３記載の非接触電力伝送装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、携帯機器等の電子機器に内蔵された二次電池を無接点で充電するための非接触電力伝送装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
非接触電力伝送システムにおいて、充電用の送電コイルを内蔵した充電装置本体と、充電用の受電コイルを内蔵した携帯機器を着脱自在に搭載するための本体の一部に形成された支持台において、充電装置は携帯機器が支持台の所定の位置に搭載されたことをを認識してから電力伝送を開始しないと安全上好ましくない。例えば、図６（ａ）に示すようにコイン等の金属片が送電コイルＬ１上の近傍にある場合、常に電力伝送していたら、電磁誘導の原理で金属片が発熱して危険である。
【０００３】
このような金属片による発熱を回避するため特許文献１は、図６（ｂ）に示すように、携帯機器２０の据置型充電装置１０における支持台１１の形状を工夫して、金属片が支持台上に金属片ｘが載ったとしても、送受電コイルＬ１、Ｌ２の配置が斜めになるように携帯機器２０を搭載することによって回避するようにしていた。しかしながら、金属片ｘが載ったことにより送電コイルＬ１と受電コイルＬ２の位置ずれにより充電効率が悪くなると共に充電時間が長くなると言う問題がある、また、充電装置の設計上の制約が増えて、設計が困難となる問題があった。
【０００４】
また、特許文献２は送電側回路に送電コイルと検出コイル備え、検出コイルに発生する起電力により充電負荷の変動を検知し、充電負荷が所定のパターンで変動したことを検知したときに限り、送電コイルの出力を強磁界に変化させる。受電側回路は受電コイルと二次電池を充電するための制御素子を備え、充電開始時に制御素子をオンオフして、充電負荷を所定のパターンで変動させる機能を備えたもので、金属片等の異物が載った状態の充電負荷を認識し、充電コイルの出力を制御するようにしていた。しかしながら、携帯機器等に用いられる受電側回路に複雑な回路を設けると共に不要なエネルギーを消費するため電池寿命を短くする等経済的でない。
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−３７０４７号公報
【特許文献２】特開２００２−３４１６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このように、引用文献１では携帯機器を斜めに搭載するだけであり、金属片が送電コイル近辺に付着し場合、やはり、金属片が発熱して危険である。また、引用文献２では、携帯機器側に複雑な回路を設けるために無駄なエネルギーを消費するといった課題がある。
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するために成されたもので、携帯機器側には複雑な回路を設けることなく、携帯機器の充電には支障なく、しかも、コイン等の金属片を発熱させることのない。また、携帯機器が載置されていないときの待機電力を抑制した非接触電力伝送装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る非接触電力伝送装置は、充電用の送電コイルを内蔵した充電装置本体と、充電用の受電コイルを内蔵した携帯機器を着脱自在に搭載するための前記本体の一部に形成された支持台とを備え、前記送電コイルから前記受電コイルに電磁誘導を用いて非接触で電力伝送する非接触電力伝送装置において、前記携帯機器に永久磁石を設け、前記支持台に前記永久磁石と対向する位置に磁界検出素子を設け、前記永久磁石と前記磁界検出素子を１組とし、複数組設け、複数の磁界検出素子が永久磁石の磁界を検出した時のみ、即ち、携帯機器が支持台の所定の位置に正しく載置されたことを検出し、前記送電コイルから前記受電コイルに電力伝送することを特徴とする。
また、前記複数の永久磁石を携帯機器の底面および底面以外の他面に間隔を置いて配置し、前記支持台側には前記携帯機器の永久磁石と対向した位置に磁界検出素子を複数配置する。また、前記磁界検出素子はホール素子を内蔵したホールＩＣからなることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る非接触電力伝送装置においては、充電装置本体の支持台にコイン等の金属片が付着したとき、即ち、携帯機器が正常な状態で載置できない状態では、複数組の磁界検出素子と永久磁石との関係により一部または複数の永久磁石の磁界を検知できないことから、磁界検出素子に接続されたスイッチ回路が動作せず、送電コイルから受電コイルに電力を伝送することがない。そのため発熱の危険はない。また、携帯機器が載置されてない場合は、１つ目の磁界検出素子のみの駆動に必要な微弱な待機電力であるから経済的である。さらに、携帯機器側においては微小で軽い複数の永久磁石を用いることで不要な電力を必要とせず、内蔵された二次電池を有効に用いることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図１、図２に示した実施形態を参照して、本発明を詳細に説明する。
【００１１】
図１、図２は、本発明に係る非接触電力伝送装置の一実施形態を示すブロック図である。
図１、図２に示す非接触電力伝送装置は、充電用の送電コイルＬ１を内蔵した充電装置本体１０と、充電用の受電コイルＬ２を内蔵した携帯機器２０を着脱自在に搭載するための支持台１１（図６参照）が形成されている。
ここで、図６（ｂ）に示すように携帯機器の受電コイルＬ２は背面に設設されているが、図６（ａ）に示すように底面に配設してもよい。同様に、送電コイルＬ１は携帯機器２０の受電コイルＬ２と対向する支持台上に配設される。
【００１２】
図１に示す非接触電力伝送装置は、充電装置本体１０に、充電用の送電コイルＬ１を含む電力伝送回路１と電力伝送回路１に入力電源Ｖｉｎをオンオフする第１のスイッチ回路Ｓ１と第２のスイッチ回路Ｓ２とが直列に接続されている。第１のスイッチ回路Ｓ１は磁界検出素子であるホール素子を内蔵した第１のホールＩＣ  ＩＣ１の出力端子Ｏｕｔからの出力信号によりオンオフ制御される。第２のスイッチ回路Ｓ２は磁界検出素子であるホール素子を内蔵した第２のホールＩＣ  ＩＣ２の出力端子Ｏｕｔからの出力信号によりオンオフ制御される。この第１のホールＩＣ  ＩＣ１および第２のホールＩＣ  ＩＣ２は携帯機器２０の底面を支える支持台１１面上（図６（ｂ）のa、b）または背面（図６（ｂ）のc）に組み込んである。なお、電力伝送回路１は送受信コイルＬ１、Ｌ２と並列に共振コンデンサＣ１、Ｃ２を備えている。
【００１３】
携帯機器２０には、送電コイルＬ１から電力を電磁誘導によって受電する受電コイルＬ２を備え、二次電池Ｂを充電する充電回路２を備えると共に主目的とする他の回路（図示せず）を備えている。さらに、携帯機器２０には、充電装置本体１０である支持台１１に組み込まれた第１、第２のホールＩＣ  ＩＣ１、ＩＣ２と対向する携帯機器２０の筐体の底面（図６（ｂ）のa、b）または背面（図６（ｂ）のc）に永久磁石Ｍ１、Ｍ２を組み込んである。
充電器本体１０の支持台１１に組み込まれた２箇所のホールＩＣ  ＩＣ１、ＩＣ２と携帯機器に組み込まれた２箇所の永久磁石Ｍ１、Ｍ２が近接したとき、即ち、携帯機器２０が支持台１１に所定の状態で正しく載置されたとき２箇所のホールＩＣは永久磁石の磁界を検出し、第１、第２のスイッチ回路Ｓ１、Ｓ２をオン状態にし、電力伝送回路１を動作させ送電コイルから受電コイルに電力を供給し、平滑回路を介して内蔵された二次電池を充電する。
【００１４】
図２に示す非接触電力伝送装置は、充電装置本体１０に、充電用の送電コイルＬ１を含む電力伝送回路１と電力伝送回路１に入力電源Ｖｉｎをオンオフする第１のスイッチ回路Ｓ１と電力伝送回路１のスイッチング素子Ｑ１をオンオフする第２のスイッチ回路Ｓ２を備えている。第１のスイッチ回路Ｓ１は磁界検出素子であるホール素子を内蔵した第１のホールＩＣ  ＩＣ１の出力端子Ｏｕｔからの出力信号によりオンオフ制御される。第２のスイッチ回路Ｓ２は磁界検出素子であるホール素子を内蔵した第２のホールＩＣ  ＩＣ２の出力端子Ｏｕｔからの出力信号によりオンオフ制御される。この第１のホールＩＣ  ＩＣ１および第２のホールＩＣ  ＩＣ２は携帯機器２０の底面を支える支持台１１面上（図６（ｂ）のa、b）または背面（図６（ｂ）のc）に組み込んである。なお、電力伝送回路１は送受信コイルＬ１、Ｌ２と並列に共振コンデンサＣ１、Ｃ２を備えている。
【００１５】
携帯機器２０には、送電コイルＬ１から電力を電磁誘導によって受電する受電コイルＬ２を備え、二次電池Ｂを充電する充電回路２を備えると共に主目的とする他の回路（図示せず）を備えている。さらに、携帯機器２０には、充電装置本体１０である支持台１１に組み込まれた第１、第２のホールＩＣ  ＩＣ１、ＩＣ２と対向する携帯機器２０の筐体の底面（図６（ｂ）のa、b）または背面（図６（ｂ）のc）に永久磁石Ｍ１、Ｍ２を組み込んである。
充電器本体１０の支持台１１に組み込まれた２箇所のホールＩＣ  ＩＣ１、ＩＣ２と携帯機器に組み込まれた２箇所の永久磁石Ｍ１、Ｍ２が近接したとき、即ち、携帯機器２０が支持台１１に所定の状態で正しく載置されたとき２箇所のホールＩＣは永久磁石の磁界を検出し、第１、第２のスイッチ回路Ｓ１、Ｓ２をオン状態にし、電力伝送回路１を動作させ送電コイルから受電コイルに電力を供給し、平滑回路を介して内蔵された二次電池を充電する。
【００１６】
ここで、例えば、コイン等の金属片が支持台に付着した場合、付着したことにより支持台と携帯機器間に隙間ができ、即ち、携帯機器が浮いた状態となり、１箇所または２箇所のホールＩＣが永久磁石の磁界を検出できず、充電器本体から携帯機器に電力伝送されることはない。
このように、本発明に係る非接触電力伝送装置では、複数のホールＩＣと永久磁石を組み合わせて複数のスイッチ回路をオンオフすることにより、１箇所のホールＩＣが永久磁石の磁界を検知したとしても他の箇所のホールＩＣが永久磁石の磁界を検知しない限り、複数のスイッチ回路はオンせず、電力伝送回路は動作を開始しない。そのために、不要な電力を供給することなく、金属片による発熱も起こらない。なお、ホールＩＣと永久磁石の組み合わせを増やすことは誤作動の危険性は少なくなるが、支持台と携帯機器との載置による実用性が低くなることから、２組または３組程度が好ましく回路構成および用途によってはさらに組数を増やしてもよい。
【実施例】
【００１７】
図３に、本発明に係る非接触電力伝送装置の一実施形態おける図１に示したブロック図の充電装置本体１０の実施例の回路図を示す。
図３は、自励発振回路を用いた電力伝送回路１と、電力伝送回路１の入力電源をオンオフする第１のスイッチ回路Ｓ１と第２のスイッチ回路Ｓ２を備える。第１のスイッチ回路Ｓ１はホールＩＣ  ＩＣ１の出力端子Ｏｕｔからの出力信号によってオンオフされ、第２のスイッチ回路Ｓ２はホールＩＣ  ＩＣ２の出力端子Ｏｕｔからの出力信号によってオンオフされる。
【００１８】
ここで、抵抗Ｒ１０、Ｒ１１はホールＩＣ  ＩＣ１の駆動電圧Ｖｃｃを生成する分割抵抗であり、Ｒ６、Ｒ７はホールＩＣ  ＩＣ２の駆動電圧Ｖｃｃを生成する分割抵抗である。また、第１のスイッチ回路Ｓ１はスイッチング素子としてＭＯＳＦＥＴＱ４を備え、抵抗Ｒ８とＲ９はバイアス抵抗である。第２のスイッチ回路Ｓ２はスイッチング素子としてＭＯＳＦＥＴＱ５を備え、抵抗Ｒ１２とＲ１３はＱ５のバイアス抵抗である。  
【００１９】
図４に、本発明に係る非接触電力伝送装置の他の実施形態おける図２に示したブロック図の充電装置本体１０の実施例の回路図を示す。
図４は、自励発振回路を用いた電力伝送回路１と、電力伝送回路１の入力電源をオンオフする第１のスイッチ回路Ｓ１と電力伝送回路１のスイッチング素子Ｑ１をオンオフする第２のスイッチ回路Ｓ２を備える。第１のスイッチ回路Ｓ１は第１のホールＩＣ  ＩＣ１の出力端子Ｏｕｔからの出力信号によってオンオフされ、第２のスイッチ回路Ｓ２は第２のホールＩＣ  ＩＣ２の出力端子Ｏｕｔからの出力信号によってオンオフされる。
【００２０】
ここで、抵抗Ｒ１０、Ｒ１１はホールＩＣ  ＩＣ１の駆動電圧Ｖｃｃを生成する分割抵抗であり、Ｒ６、Ｒ７はホールＩＣ  ＩＣ２の駆動電圧Ｖｃｃを生成する分割抵抗である。また、第１のスイッチ回路Ｓ１はスイッチング素子としてＭＯＳＦＥＴＱ４を備え、抵抗Ｒ８とＲ９はＭＯＳＦＥＴＱ４のバイアス抵抗である。第２のスイッチ回路Ｓ２はスイッチングトランジスタＱ２を備え、抵抗Ｒ４とＲ５はスイッチングトランジスタＱ２のバイアス抵抗である。
【００２１】
上記のように、本発明に係る非接触電力伝送装置は携帯機器が支持台に載置されていない状態、即ち、スタンバイ状態の待機時には第１のスイッチング回路を制御する第１のホールＩＣのみの小さな供給電力Ｖｃｃであり、かつ、携帯機器が充電装置の支持台に正常にセットされた状態でなければ電力伝送（充電）を開始しないため、待機時における不要な電力損失および発熱等の危険がない。また、金属等が支持台に載ったとしても２組のホール素子と永久磁石の位置関係が異なり、電力伝送回路の動作は停止状態であり、不要な電力損失および発熱等を起こさない。
【００２２】
なお、上記に用いたホールＩＣは縦横３ｍｍ角、暑さ１ｍｍ程度と軽薄短小で組込みの自由度がある。また、永久磁石も径３ｍｍ以内の球形または厚みを小さくした楕円球体または角形を用いることができ組み込みの自由度が容易で、極めて軽量である。
また、２つのホールＩＣおよび２つの永久磁石の位置関係は可能な限り離れた位置関係にすることが互いの磁界を誤って検出することをなくすことより好ましい。さらに、平面だけの位置関係でなく底面と側面（背面）等、２次元に配置することによりより誤り検出精度を上げることができ好ましい。
【００２３】
上記ホールＩＣは、図５（ａ）に示すように、ホール素子３０、増幅器３１、シュミット（Schmitt trigger）回路３２、電源Ｖｃｃ、出力側のトランジスタ３３、出力抵抗３４および出力端子ＶｏｕｔとグランドＧＮＤで構成されている。上記ホール素子３０には電流を流しており、永久磁石の磁界がホール素子３０の電流と直角方向に加わるようにホールＩＣと永久磁石とを配設する。ホール素子３０には上記電流と加えられた磁界によって直角方向に電位差が生じる現象、即ち、ホール効果が生じる。この電位差を増幅器３１によって増幅し、さらに、シュミット回路３２で電位差にヒステリシス特性を持たせて出力端のトランジスタ３３を駆動させて、ホールＩＣの出力端子Ｖｏｕｔから信号を出力し、この信号によってスイッチ回路を駆動するように構成されている。
【００２４】
図５（ｂ）はホールＩＣの磁電変換特性を示す図である。上記ホール素子３０に流す電流を一定にすると、加える磁界とホール効果によって生ずる電位差とが比例関係にある。したがって、ホールＩＣは、図に示すようにシュミット回路３２で電位差にヒステリシス特性を持たせると、携帯機器２０の着脱に応じて磁気スイッチとして働き、２箇所に設けたホールＩＣと永久磁石が所定の位置に、即ち、携帯機器２０が充電装置の支持台１１の正常な位置に載置されたとき、第１のスイッチ回路および第２のスイッチ回路をオンして初めて電力伝送回路を作動させて、充電装置本体１０から携帯機器２０に電力が非接触で伝送する。
【００２５】
なお、本発明の各部構成は上記実施の形態に限らず、特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能である。例えば、上記実施例では、充電装置本体の電力伝送回路は自励発振回路を用いたが他例発振回路を用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明に係る非接触電力伝送装置の一実施形態を示すブロック図
【図２】本発明に係る非接触電力伝送装置の他の実施形態を示すブロック図
【図３】本発明に係る非接触電力伝送装置の一実施例を示す回路図
【図４】本発明に係る非接触電力伝送装置の他の実施例を示す回路図
【図５】ホールＩＣを示す構成図（ａ）と磁電変換特性を示すグラフ（ｂ）
【図６】非接触電力伝送装置における充電台本体と携帯機器の関係概略図
【符号の説明】
【００２７】
１０  充電装置本体
２０  携帯機器
１  電力伝送回路
２  充電回路
Ｌ１  送電コイル
Ｌ２  受電コイル
Ｃ１、Ｃ２  共振コンデンサ
Ｂ  二次電池
Ｓ１  第１のスイッチ回路
Ｓ２  第２のスイッチ回路
ＩＣ１  第１のホールＩＣ
ＩＣ２  第２のホールＩＣ
【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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