(57)【要約】【課題】金属筐体または筐体の一部が金属である無線充電装置とその無線充電方法を提供することにある。【解決手段】お互いに直列に接続する、共振コンデンサと、巻線のない磁心の一部の断面積が巻線部の断面積より小さい閉ループの磁心を有する共振コイルから構成され、外部から無線で伝送する外部電力の周波数に共振する共振回路と、該共振回路を介して外部電力を充電する二次電池からなり、筐体が金属または筐体の一部が金属からなる充電装置において、前記共振コンデンサには、基準共振コンデンサと、該基準共振コンデンサに接続可能な１個以上の、前記共振回路が前記外部電力の周波数に共振するために使用する補正用共振コンデンサが用意されている。【選択図】        図１
2012100406.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
お互いに直列に接続する、共振コンデンサと、巻線のない磁心の一部の断面積が巻線部の断面積より小さい閉ループの磁心を有する共振コイルから構成され、外部から無線で伝送する外部電力の周波数に共振する共振回路と、該共振回路を介して外部電力を充電する二次電池からなり、筐体が金属または筐体の一部が金属からなる無線充電装置において、前記共振コンデンサには、基準共振コンデンサと、該基準共振コンデンサに接続可能な１個以上の、前記共振回路を前記外部電力の周波数に共振させるために使用する補正用共振コンデンサが用意されていることを特徴とする無線充電装置。
【請求項２】
前記補正用共振コンデンサはアナログスイッチによって前記基準共振コンデンサに直列あるいは並列に接続される、あるいは、該基準共振コンデンサから切り離されることを特徴とする請求項１に記載の無線充電装置。
【請求項３】
前記無線充電装置は、前記外部電力の周波数に比べ十分大きい周波数のデジタル基準信号を発生するデジタル基準信号発生手段を有することを特徴とする請求項１または２に記載の無線充電装置。
【請求項４】
前記無線充電装置は、前記共振コイルの両端間の電圧を、該外部電力の周波数と同じ周波数のデジタル電圧にデジタル化するデジタル化手段と、その位相を９０度進ませ、デジタル信号を発生する、位相９０度進ませ手段からなるデジタル信号発生手段を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の無線充電装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載の無線充電装置において、前記共振電流が大きくなることに対応して、前記基準共振コンデンサに前記補正用共振コンデンサを並列に接続し、あるいは、該基準共振コンデンサから該補正用共振コンデンサをその直列の接続から切り離し、前記共振コンデンサを、その容量が大きくなるように切り換えことによって、また、前記共振電流が小さくなることに対応して、前記基準共振コンデンサから前記補正用共振コンデンサをその並列の接続から切り離し、あるいは、該基準共振コンデンサに該補正用共振コンデンサを直列に接続し、前記共振コンデンサを、その容量が小さくなるように切り換えことによって、前記共振回路を前記外部電力の周波数に共振させることを特徴とする無線充電方法。
【請求項６】
前記位相９０度進ませ手段による前記デジタル電圧の９０度進ませは、前記デジタル基準信号発生手段の出力するデジタル基準信号のカウント数に基づいて行われ、また、前記共振コンデンサの切り換えのタイミングは、前記デジタル信号の立ち上がりあるいは立下りからの該デジタル基準信号のカウント数に基づいて行われることを特徴とする請求項５に記載の無線充電方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線で外部からの電力を、共振コイルと、該共振コイルに直列に接続する共振コンデンサからなる共振回路を介して二次電池に充電する、筐体が金属または筐体の一部が金属からなる無線充電装置とその無線充電方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、無線で外部からの電力を共振コイルと該共振コイルに直列に接続する共振コンデンサからなる共振回路を介して二次電池に充電する電子機器が盛んに開発または実用化されつつある（非特許文献１）。その電子機器には、例えば、本出願人発明の２次電源を有するブラシレスＤＣモータ（特許文献１）や充電式心臓ペースメーカ（非特許文献２）などが挙げられる。また、地球温暖化の環境問題とも関係して、電気自動車に搭載した二次電池を外部から無線で充電する無線充電装置も盛んに研究、開発されてきている。その無線充電装置には、例えば、非特許文献３などが挙げられる。
【０００３】
図７に従来の無線充電装置を示す。図７には、従来の無線充電装置７１に金属の筐体の壁７２ｄを介して、無線で接続する外部電力発振装置７２も示され、該外部電力発振装置７２は交流電源７２ａと、該交流電源７２ａに接続する、１次コイル７２ｃと該１次コイル７２ｃに直列に接続する１次コンデンサ７２ｂからなる。従来の無線充電装置７１は、前記外部電力発振装置７２から、前記１次コイル７２ｃを介して、無線で外部電力を供給でき、自己インダクタンスＬの２次コイル７３ａと該２次コイル７３ａに直列に接続する容量Ｃの２次コンデンサ７３ｂからなる共振回路７３と、該共振回路７３に接続する、４個のダイオード７４ａ，７４ｂ，７４ｃ，７４ｄからなる全波整流回路７４と、該全波整流回路７４に接続する、容量Ｃｃの充電コンデンサ７５と、該充電コンデンサ７５に接続し、充電を制御する充電制御器７６と、該充電制御器７６に接続し、外部電力を充電するリチウムイオン２次電池７７と、該リチウムイオン２次電池７７に接続し、該リチウムイオン２次電池７７の出力電圧７７ａ，７７ｂをレギュレートし、無線充電装置７１の外部へ出力電圧７８ａ，７８ｂを出力するレギュレータ７８と、該無線充電装置７１の外部から、該リチウムイオン２次電池７７の、温度をパラメータに持つ電圧充電容量特性データ７９ｃをメモリ（図省略）に入力して記憶し、該リチウムイオン２次電池７７に接続し、該リチウムイオン２次電池７７の出力電圧７７ａ，７７ｂを監視し、また、該リチウムイオン２次電池７７に接触し、配置された温度センサ（図省略）の出力電圧７７ｃを入力し、該出力電圧７７ａ，７７ｂと該出力電圧７７ｃと、前記メモリに記憶された、該リチウムイオン２次電池７７の、温度をパラメータに持つ電圧充電容量特性との照合を行い、該リチウムイオン２次電池７７の充電容量を算出する機能を有し、該リチウムイオン２次電池７７が過充電であると判断した場合には、該充電制御器７６にレベルＨの過充電検出信号７９ａを出力し、また、該リチウムイオン２次電池７７が過放電であると判断した場合には、該レギュレータ７８にレベルＨの過放電検出信号７９ｂを出力し、それとともに該無線充電装置７１の外部へ過充電検出信号７９ａ（過充電を検出した時、レベルＨ）と過放電検出信号７９ｂ（過放電を検出した時、レベルＨ）を出力する過充電過放電検出信号出力手段７９から構成されている。
【０００４】
図８は、従来において使用する外部電力発振装置の１次コイルと従来の無線充電装置の２次コイルの平面配置図である。１次コイル８１は、コの字形状の磁心８１ａに巻回した巻線８１ｂを有し、共振回路を構成する１次コンデンサを介して外部電源に接続されている（図省略）。同様に、２次コイル８２は、コの字形状の磁心８２ａに巻回した巻線８２ｂを有し、２次コンデンサと共振回路を構成している（図省略）。無線充電時に、前記１次コイル８１と前記２次コイル８２は金属の筐体の壁８３を介し近接、対向して配置される。該１次コイル８１が発生する主な磁束には、該壁８３を貫通して磁心８２ａを回り、再び該壁８３を貫通して磁心８１ａに戻る磁束８４ａと、該壁８３の中を通って戻る磁束８４ｂがある。一方、該２次コイル８２に誘起された起電力によって発生する共振電流による主な磁束には、該壁８３を貫通して磁心８１ａを回り、再び該壁８３を貫通して該磁心８２ａに戻る磁束８５ａと、該壁８３の中を通って戻る磁束８５ｂがある。
【０００５】
図９は、従来において使用する外部電力発振装置の他の１次コイルと従来の無線充電装置の他の２次コイルの断面配置図である。１次コイル９１は、断面がＥの字形状の磁心９１ａに巻回した巻線９１ｂを有し、共振回路を構成する１次コンデンサを介して外部電源に接続されている（図省略）。同様に、２次コイル９２は、断面がＥの字形状の磁心９２ａに巻回した巻線９２ｂを有し、２次コンデンサと共振回路を構成している（図省略）。無線充電時に、前記１次コイル９１と前記２次コイル９２は金属の筐体の壁９３を介し近接、対向して配置される。該１次コイル９１が発生する主な磁束には、該壁９３を貫通して磁心９２ａを回り、再び該壁９３を貫通して磁心９１ａに戻る磁束９４ａと、該壁９３の中を通って戻る磁束９４ｂがある。一方、該２次コイル９２に誘起された起電力によって発生する共振電流による主な磁束には、該壁９３を貫通して磁心９１ａを回り、再び該壁９３を貫通して磁心９２ａに戻る磁束９５ａと、壁９３の中を通って戻る磁束９５ｂがある。
【０００６】
しかしながら、図８においては、前記壁８３の中を通る磁束８４ｂと８５ｂは該壁８３にうず電流を発生させ、うず電流損失が生じるので、無線充電効率の低下を招く問題があった。図９においては、前記壁９３の中を通る磁束９４ｂと磁束９５ｂは該壁９３にうず電流を発生させ、うず電流損失が生じるので、無線充電効率の低下を招く問題があった。図８に示す磁束８５ｂと、図９に示す磁束９５ｂによるうず流損失の問題を解決するために、本発明は特許文献２に開示されている、巻線のない磁心の一部の断面積が巻線部の断面積より小さい閉ループの磁心を有する２次コイル（以後、共振コイルという）を採用した。
【０００７】
本発明で使用する第１の共振コイルを、図５に示す、本発明で使用する外部電力発振装置の第１の１次コイルと本発明の無線充電装置の第１の共振コイルの平面配置図で説明する。第１の１次コイル５１と第１の共振コイル５２は筐体の壁５３を挟んで接近、対向して配置され、該第１の１次コイル５１はコの字形状の磁心５１ａと該磁心５１ａに巻回した巻線５１ｂからなり、該第１の共振コイル５２は、同様に、矩形の磁心５２ａと該磁心５２ａに巻回した巻線５２ｂからなり、巻線部５２ｃの断面積より小さい断面積の狭磁心部５２ｄを有し、該第１の１次コイル５１に通電することによって発生する主な磁束には、該壁５３を貫通して該磁心５２ａを回り、再び該壁５３を貫通して該磁心５１ａに戻る磁束５４ａと、該壁５３の中を通って磁心５１ａに戻る磁束５４ｂと、該共振コイル５２の狭磁心部５２ｄの中を通って磁心５１ａに戻る磁束５４ｃがあり、一方、該共振コイル５２に誘起される起電圧によって生ずる共振電流によって発生する主な磁束には、該壁５３を貫通して該磁心５１ａを回り、再び該壁５３を貫通して該磁心５２ａに戻る磁束５５ａと、狭磁心部５２ｄの中を通って磁心５２ａに戻る磁束５５ｂと、該壁５３の中を通って磁心５２ａに戻る磁束５５ｃがある。該磁心５２ａの巻線部５２ｃの幅５６ａに対する該狭磁心部５２ｄの幅５６ｂは、該狭磁心部５２ｄの中を通る前記磁束５５ｂの量と、該第１の１次コイル５１が発生する磁束が磁心５２ａを通らず、該狭磁心部５２ｄの中を通りショートする前記磁束５４ｃの量と、うず電流損失を発生する、前記壁５３の中を通る前記磁束５４ｂの量と前記磁束５５ｃの量を考慮して、トータルの無線充電効率が最大になるように決定される。
【０００８】
同様に、本発明で使用する第２の共振コイルを、図６に示す、本発明で使用する外部電力発振装置の第２の１次コイルと本発明の無線充電装置の第２の共振コイルの断面配置図で説明する。第２の１次コイル６１と第２の共振コイル６２は筐体の壁６３を挟んで接近、対向して配置され、該第２の１次コイル６１は断面がＥの字形状の磁心６１ａと該磁心６１ａに巻回した巻線６１ｂからなり、該第２の共振コイル６２は、同様に、断面が日の字形状の磁心６２ａと巻線部６２ｃに巻回した巻線６２ｂからなり、巻線部６２ｃの断面積より小さい断面積の狭磁心部６２ｄを有し、該第２の１次コイル６１に通電することによって発生する主な磁束には、該壁６３を貫通して該磁心６２ａを回り、再び該壁６３を貫通して該磁心６１ａに戻る磁束６４ａと、該壁６３の中を通って磁心６１ａに戻る磁束６４ｂと、該共振コイル６２の狭磁心部６２ｄの中を通って磁心６１ａに戻る磁束６４ｃがあり、一方、該共振コイル６２に誘起される起電圧によって生ずる共振電流によって発生する主な磁束には、該壁６３を貫通して該磁心６１ａを回り、再び該壁６３を貫通して該磁心６２ａに戻る磁束６５ａと、狭磁心部６２ｄの中を通って磁心６２ａに戻る磁束６５ｂと、該壁６３の中を通って磁心６２ａに戻る磁束６５ｃがある。該磁心６２ａの巻線部６２ｃの幅６６ａに対する該狭磁心部６２ｄの幅６６ｂは、該狭磁心部６２ｄの中を通る前記磁束６５ｂの量と、該１次コイル６１が発生する磁束が磁心６２ａを通らず該狭磁心部６２ｄの中を通りショートする前記磁束６４ｃの量と、うず電流損失を発生する、前記壁６３の中を通る前記磁束６４ｂの量と前記磁束６５ｃの量を考慮して、トータルの無線充電効率が最大になるように決定される。
【０００９】
【特許文献１】特開２００７−２１７１７３
【特許文献２】特開２００６−８５４２
【非特許文献１】ワイヤレス給電２０１０  日経エレクトロニクス  編集
【非特許文献２】佐藤拓他  Ｊ．Ｍａｇｎ．Ｓｏｃ．Ｊｐｎ．Ｖｏｌ．３２                  ２７  （２００８）
【非特許文献３】金子裕良他  ＩＥＥＪ  Ｔｒａｎｓ．ＩＡ，Ｖｏｌ．１３０                  ７３４  （２０８）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、本発明の無線充電装置は特許文献２と、次に点において、その状況が大きく異なる。つまり、特許文献２においては、共振コイルは微弱電力の長波を捉えるのであるが、一方、本発明の無線充電装置の共振コイルはそれにくらべかなり大きい電力を無線で捉えなければならないという点である。その結果、２次コンデンサ（以後、共振コンデンサという）が１個のみでは、外部からの無線の電力によって共振コイルに誘起される起電圧の大きさの変化につれ、共振時の共振電流が大きく変化し、それとともに、該共振電流によって磁心に発生する磁束によって、共振コイルの、図５に示す狭磁心部５２ｄまたは図６に示す狭磁心部６２ｄが磁気飽和することから、共振コイルのインダクタンスも変化してしまい、下記に示す数１で決まる共振回路の共振周波数が外部電力の周波数からはずれてしまうので、共振コイルのリアクタンス、ωＬと共振コンデンサのリアクタンス、−１／ωＣが相殺せず、それに相当して共振電流が減少し、十分な充電効率が得られないという問題が発生した。
【００１１】
【数１】
2012100406.tif 000003
ここで、ｆは共振回路の共振周波数、
Ｌは共振コイルのインダクタンス、
Ｃは共振コンデンサの容量である。
【００１２】
共振コイルに流れる共振電流は数２に示す式となる。
【数２】
2012100406.tif 000004
ここで、Ｉは共振電流、
Ｖは共振コイルの両端間に誘起される起電圧、
Ｒは共振コイルの抵抗である。
共振時には、共振電流Ｉは起電圧にＶに比例し、お互いの位相は同一になる。
【００１３】
共振コイルのＱ値は数３に示す式となる。
【数３】
2012100406.tif 000005
ここで、ＱはＱ値、
ωは外部電力の角周波数、
Ｌは共振コイルの自己インダクタンス、
Ｒは共振コイルの抵抗である。
【００１４】
共振時の共振コイルの両端間の電圧は数４に示す式となる。
【数４】
2012100406.tif 000006
ここで、ｖは共振コイルの両端間の電圧、
ｊは虚数、
ＱはＱ値、
Ｖは共振コイルの両端間に誘起される起電圧である。
共振時には、共振コイルの両端間の電圧ｖは、共振コイルの両端間に誘起される起電圧Ｖにくらべ、その位相が９０度遅れる、つまり、共振電流Ｉにくらべ、その位相は９０度遅れることになる。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
お互いに直列に接続する、共振コンデンサと、巻線のない磁心の一部の断面積が巻線部の断面積より小さい閉ループの磁心を有する共振コイルから構成され、外部から無線で伝送する外部電力の周波数に共振する共振回路と、該共振回路を介して外部電力を充電する二次電池からなり、筐体が金属または筐体の一部が金属からなる無線充電装置において、前記共振コンデンサには、基準共振コンデンサと、該基準共振コンデンサに接続可能な１個以上の、前記共振回路を前記外部電力の周波数に共振させるために使用する補正用共振コンデンサが用意されている。
【００１６】
前記補正用共振コンデンサはアナログスイッチによって前記基準共振コンデンサに直列あるいは並列に接続される、あるいは、該基準共振コンデンサから切り離される。
【００１７】
前記無線充電装置は、前記外部電力の周波数に比べ十分大きい周波数のデジタル基準信号を発生するデジタル基準信号発生手段を有する。
【００１８】
前記無線充電装置は、前記共振コイルの両端間の電圧を、該外部電力の周波数と同じ周波数のデジタル電圧にデジタル化するデジタル化手段と、その位相を９０度進ませ、デジタル信号を発生する、位相９０度進ませ手段からなるデジタル信号発生手段を有する。
【００１９】
前記共振電流が大きくなることに対応して、前記基準共振コンデンサに前記補正用共振コンデンサを並列に接続し、あるいは、該基準共振コンデンサから該補正用共振コンデンサをその直列の接続から切り離し、前記共振コンデンサを、その容量が大きくなるように切り換えことによって、また、前記共振電流が小さくなることに対応して、前記基準共振コンデンサから前記補正用共振コンデンサをその並列の接続から切り離し、あるいは、該基準共振コンデンサに該補正用共振コンデンサを直列に接続し、前記共振コンデンサを、その容量が小さくなるように切り換えことによって、前記共振回路を前記外部電力の周波数に共振させる。
【００２０】
前記位相９０度進ませ手段による前記デジタル電圧の９０度進ませは、前記デジタル基準信号発生手段の出力するデジタル基準信号のカウント数に基づいて行われ、また、前記共振コンデンサの切り換えのタイミングは、前記デジタル信号の立ち上がりあるいは立下りからの該デジタル基準信号のカウント数に基づいて行われる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の無線充電装置とその無線充電方法を使用することによって、筐体が金属または筐体の一部が金属からなる無線充電装置の共振回路を外部電力の周波数に共振させることができるので、効率のよい無線充電が可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳述する。
【実施例１】
【００２３】
図１に本発明の第１の無線充電装置のブロック図を示す。無線充電装置１に金属の筐体の壁２ｄを介して、無線で接続する外部電力発振装置２も示されている。該外部電力発振装置２は、交流電源２ａとそれに接続する１次コンデンサ２ｂと１次コイル２ｃから構成され、該無線充電装置１は、前記外部電力発振装置２の１次コイル２ｃに近接、対向して配置されるインダクタンスＬ０の共振コイル３ａと該共振コイル３ａに直列に接続する容量Ｃ０の基準共振コンデンサ３ｂと、該共振コンデンサ３ｂにアナログスイッチＡＳ１，３ｄを介して並列に接続する容量Ｃ１の補正用共振コンデンサ３ｃと、該共振コンデンサ３ｂにアナログスイッチＡＳ２，３ｆを介して並列に接続する容量Ｃ２の補正用共振コンデンサ３ｅとからなる共振回路３、該共振回路３に接続する、ブリッジ状に接続したダイオード４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄからなる全波整流回路４と、該全波整流回路４に接続する容量Ｃｃの充電コンデンサ５と、該充電コンデンサ５に接続し、充電を制御する充電制御器６と、該充電制御器６に接続し、外部電力を充電するリチウムイオン２次電池７と、該リチウムイオン２次電池７に接続し、前記無線充電装置１がその外部に出力する出力電圧８ａ，８ｂをレギュレートするレギュレータ８と、さらに、前記共振コイル３ａの両端間の電圧をデジタル電圧にデジタル化するデジタル化手段９ａと該デジタル化手段の出力するデジタル電圧の位相を９０度進ませ、デジタル信号を出力する、位相９０度進ませ手段９ｂからなるデジタル信号発生手段９と、前記外部電力の周波数に比べ十分大きい周波数のデジタル基準信号を発生するデジタル基準信号発生手段１７と、前記アナログスイッチＡＳ１，３ｄとＡＳ２，３ｆをオンオフして前記基準共振コンデンサ３ｂへ前記補正用共振コンデンサ３ｃ，３ｅを接続し、または、切り離す補正用共振コンデンサ接続切り換え手段１８と、前記無線充電装置１の外部から、あらかじめ前記リチウムイオン２次電池７の温度をパラメータに持つ電圧充電容量特性を内部のメモリ（図省略）に入力し、前記リチウムイオン２次電池７に接続し、該リチウムイオン２次電池７の出力電圧７ａ，７ｂを監視して、また、該リチウムイオン２次電池７に接触し、配置された温度センサ（図省略）の出力電圧７ｃを入力し、該出力電圧７ａ，７ｂと該出力電圧７ｃと、前記メモリに記憶された、該リチウムイオン２次電池７の、温度をパラメータに持つ電圧充電容量特性との照合を行い、該リチウムイオン２次電池７の充電容量を算出する機能を有し、該リチウムイオン２次電池７が過充電であると判断した場合には、該充電制御器６にレベルＨの過充電検出信号９ａを出力し、また、該リチウムイオン２次電池７が過放電であると判断した場合には、該レギュレータ８にレベルＨの過放電検出信号９ｂを出力し、それとともに該無線充電装置１の外部へ過充電検出信号９ａ（過充電を検出した時、レベルＨ）と過放電検出信号９ｂ（過放電を検出した時、レベルＨ）を出力する過充電過放電検出信号出力手段９から構成されている。
【００２４】
まず、図３に示す、無線充電時の各信号の時間変化を説明する。図３（ａ）は、前記外部電力発振装置２のスイッチ（図省略）３１の時間変化（発振開始、発振中、ＯＮ，発振停止、ＯＦＦ）、図３（ｂ）は、充電制御器６の出力信号６ａ，３２の時間変化（充電開始、充電中、Ｈ，充電停止、終了、Ｌ）、図３（ｃ）は、レギュレータ８の出力電圧８ａと出力電圧８ｂの電圧差３３の時間変化、図３（ｄ）は、共振コイル３ａの両端間に誘起される起電圧３４の時間変化、図３（ｅ）は、共振コイル３ａの両端間の電圧３５の時間変化、図３（ｆ）は、デジタル信号発生手段９のデジタル化手段９ａの出力するデジタル電圧３６の時間変化、図３（ｇ）は、該デジタル信号発生手段９の位相９０度進ませ手段９ｂの出力する、前記デジタル基準信号発生手段１７の出力するデジタル基準信号１７ａのカウント数に基づいて、該デジタル電圧３６の位相を９０度進ませたデジタル信号３７の時間変化、図３（ｈ）は、補正用共振コンデンサ接続切り換え手段１８の、補正用共振コンデンサ３ｃを基準共振コンデンサ３ｂに接続する、または、該基準共振コンデンサ３ｂから切り離すためのアナログスイッチＡＳ１，３ｄへの補正用共振コンデンサ接続切り換え信号３８（３８ａ，３８ｂそれぞれ、前記起電圧３４の位相が３０度から１５０度までＨ，２１０度から３３０度までＨ）の時間変化、同様に、図３（ｉ）は、補正用共振コンデンサ接続切り換え手段１８の、補正用共振コンデンサ３ｅを基準共振コンデンサ３ｂに接続する、または、該基準共振コンデンサ３ｂから切り離すためのアナログスイッチＡＳ２，３ｆへの補正用共振コンデンサ接続切り換え信号３９（３９ａ，３９ｂそれぞれ、前記起電圧３４の位相が６０度から１２０度までＨ，２４０度から３００度までＨ）の時間変化を示す。
【００２５】
図１に示す本発明の第１の無線充電装置１の無線充電時の動作を図２に示す無線充電時のフローチャートと、図３に示す無線充電時の各信号の時間変化を使用して説明する。まず、前記外部電力発振装置２の１次コイル２ｃと前記第１の無線充電装置１の共振回路３の有する共振コイル３ａが近接、対向して配置させる。その後、前記外部電力発振装置２が発振を開始させる（Ｓ１）。前記充電制御器６はレベルＨの充電開始信号６ａを前記補正用共振コンデンサ接続切り換え手段１８とデジタル基準信号発生手段１７に出力する（Ｓ２）。レギュレータ８の出力８ａ，８ｂが基準電圧を超えると（Ｓ３）、該補正用共振コンデンサ接続切り換え手段１８は基準共振コンデンサ３ｂへの補正用共振コンデンサ３ｃ，３ｅの接続の切り換えを開始する（Ｓ４）。該補正用共振コンデンサ接続切り換え手段１８はデジタル信号３７の立ち上がりを検出すると（Ｓ５）、前記デジタル基準信号発生手段１７の出力するデジタル基準信号１７ａのカウント数に基づいて、まず、ｔ１０後に、補正用共振コンデンサ接続切り換え手段１８の出力３８ａがレベルＨとなって、ＡＳ１、３ｄをオンし（Ｓ６）、t２０後に、補正用共振コンデンサ接続切り換え手段１８の出力３９ａがレベルＨとなって、ＡＳ２，３ｆをオンし（Ｓ７）、t１１後に、補正用共振コンデンサ接続切り換え手段１８の出力３８ａがレベルＬとなって、ＡＳ１、３ｄをオフし（Ｓ８）、t２１後に、補正用共振コンデンサ接続切り換え手段１８の出力３９ａがレベルＬとなって、ＡＳ２，３ｆをオフする（Ｓ９）。  前記充電制御器６はレベルＬの充電終了信号６ａをまだ出していないので、Ｓ５に戻り、該補正用共振コンデンサ接続切り換え手段１８はデジタル信号３７の立ち下がりを検出すると（Ｓ５）、前記デジタル基準信号発生手段１７の出力するデジタル基準信号１７ａのカウント数に基づいて、まず、ｔ１０後に、補正用共振コンデンサ接続切り換え手段１８の出力３８ｂがレベルＨとなって、ＡＳ１，３ｄをオンし（Ｓ６）、t２０後に、補正用共振コンデンサ接続切り換え手段１８の出力３９ｂがレベルＨとなって、ＡＳ２，３ｆをオンし（Ｓ７）、t１１後に、補正用共振コンデンサ接続切り換え手段１８の出力３８ｂがレベルＬとなって、ＡＳ１，３ｄをオフし（Ｓ８）、t２１後に、補正用共振コンデンサ接続切り換え手段１８の出力３９ｂがレベルＬとなって、ＡＳ２，３ｆをオフする（Ｓ９）。このシーケンスを繰り返し、その後、Ｓ１０で、前記外部電力発振装置２が発振を終了し、充電制御器６がレベルＬの充電終了信号６ａを出すと、該補正用共振コンデンサ接続切り換え手段１８は前記基準共振コンデンサ３ｂへの該補正用共振コンデンサ３ｃ，３ｅの接続の切り換えを停止し（Ｓ１１）、無線充電が終了する。
【００２６】
図２に示す無線充電時のフローチャートでは、前記過充電過放電検出信号出力手段１９が動作しない場合であった。該過充電過放電検出信号出力手段１９がレベルＨの過充電検出信号１９ａを前記充電制御器６に出力した場合は、該充電制御器６は該過充電検出信号１９ａがレベルＬになるまで、充電制御機能を停止する。該過充電過放電検出信号出力手段１９がレベルＨの過放電検出信号１９ｂを前記レギュレータ８に出力した場合は、該レギュレータ８は該過放電検出信号１９ｂがレベルＬになるまで、該レギュレータ８は前記無線充電装置１の外部への出力（出力電圧８ａ，８ｂ）を停止する。
【実施例２】
【００２７】
図４に本発明の第２の無線充電装置のブロック図を示す。無線充電装置４１に金属の筐体の壁４２ｄを介して、無線で接続する外部電力発振装置４２が示されている。該外部電力発振装置４２は、交流電源４２ａとそれに接続する１次コンデンサ４２ｂと１次コイル４２ｃから構成され、該無線充電装置４１は、前記外部電力発振装置４２の１次コイル４２ｃに近接、対向して配置されるインダクタンスＬ４０の共振コイル４３ａと該共振コイル４３ａに直列に接続する容量Ｃ４０の基準共振コンデンサ４３ｂと、該基準共振コンデンサ４３ｂにアナログスイッチＡＳ１，４３ｄを介して直列に接続する、または、該基準共振コンデンサ４３ｂから切り離される容量Ｃ４１の補正用共振コンデンサ４３ｃと、該基準共振コンデンサ４３ｂにアナログスイッチＡＳ２，４３ｆを介して直列に接続する、または、該基準共振コンデンサ４３ｂから切り離される容量Ｃ４２の補正用共振コンデンサ４３ｅとからなる共振回路４３と、該共振回路４３に接続する、ブリッジ状に接続したダイオード４４ａ，４４ｂ，４４ｃ，４４ｄからなる全波整流回路４４と、該全波整流回路４４に接続する充電コンデンサ４５と、該充電コンデンサ４５に接続し、充電を制御する充電制御器４６と、該充電制御器４６に接続し、外部電力を充電するリチウムイオン２次電池４７と、該リチウムイオン２次電池４７に接続し、前記無線充電装置４１がその外部に出力する出力電圧４８ａ，４８ｂをレギュレートするレギュレータ４８と、さらに、前記共振コイル４３ａの両端間の電圧をデジタル電圧にデジタル化するデジタル化手段４９ａと該デジタル化手段の出力するデジタル電圧の位相を９０度進ませデジタル信号を出力する、位相９０度進ませ手段４９ｂからなるデジタル信号発生手段４９と、前記外部電力の周波数に比べ十分大きい周波数のデジタル基準信号を発生するデジタル基準信号発生手段４１７と、前記アナログスイッチＡＳ１，４３ｄとＡＳ２，４３ｆをオンオフして前記基準共振コンデンサ４３ｂへの前記補正用共振コンデンサ４３ｃと４３ｅの接続を切り換える補正用共振コンデンサ接続切り換え手段４１８と、前記無線充電装置４１の外部から、あらかじめ前記リチウムイオン２次電池４７の電圧充電容量特性を内部のメモリ（図省略）に入力し、前記リチウムイオン２次電池４７に接続し、該リチウムイオン２次電池４７の出力電圧４７ａ，４７ｂを監視して、また、該リチウムイオン２次電池４７に接触し、配置された温度センサ（図省略）の出力電圧４７ｃを入力し、該出力電圧４７ａ，４７ｂと該出力電圧４７ｃと、前記メモリに記憶された、該リチウムイオン２次電池４７の、温度をパラメータに持つ電圧充電容量特性との照合を行い、該リチウムイオン２次電池４７の充電容量を算出する機能を有し、該リチウムイオン２次電池４７が過充電であると判断した場合には、該充電制御器４６にレベルＨの過充電検出信号４１９ａを出力し、また、該リチウムイオン２次電池４７が過放電であると判断した場合には、該レギュレータ４８にレベルＨの過放電検出信号４１９ｂを出力し、それとともに該無線充電装置４７の外部へ、過充電検出信号４１９ａ（過充電を検出した時、レベルＨ）と、過放電検出信号４１９ｂ（過放電を検出した時、レベルＨ）を出力する過充電過放電検出信号出力手段４１９から構成されている。
【００２８】
まず、図３に示す、無線充電時の各信号の時間変化を説明する。図３（ａ）は、前記外部電力発振装置４２のスイッチ（図省略）３１の時間変化（発振開始、発振中、ＯＮ，発振停止、ＯＦＦ）、図３（ｂ）は、充電制御器４６の出力信号４６ａ，３２の時間変化（充電開始、充電中、Ｈ，充電停止、終了、Ｌ）、図３（ｃ）は、レギュレータ４８の出力電圧４８ａと出力電圧４８ｂの電圧差３３の時間変化、図３（ｄ）は、共振コイル４３ａの両端間に誘起される起電圧３４の時間変化、図３（ｅ）は、共振コイル４３ａの両端間の電圧３５の時間変化、図３（ｆ）は、デジタル信号発生手段４９のデジタル化手段４９ａの出力するデジタル電圧３６の時間変化、図３（ｇ）は、該デジタル信号発生手段４９の位相９０度進ませ手段４９ｂの出力する、前記デジタル基準信号発生手段４１７の出力するデジタル基準信号４１７ａのカウント数に基づいて、該デジタル電圧３６の位相を９０度進ませたデジタル信号３７の時間変化、図３（ｈ）は、補正用共振コンデンサ切り換え手段４１８の、補正用共振コンデンサ４３ｃを基準共振コンデンサ４３ｂに接続するためのアナログスイッチＡＳ１，４３ｄへの補正用共振コンデンサ接続切り換え信号３８（３８ａ，３８ｂそれぞれ、前記起電圧３４の位相が３０度から１５０度までＨ，２１０度から３３０度までＨ）の時間変化、同様に、図３（ｉ）は、補正用共振コンデンサ接続切り換え手段４１８の、補正用共振コンデンサ４３ｅを基準共振コンデンサ４３ｂに接続するためのアナログスイッチＡＳ２，４３ｆへの補正用共振コンデンサ接続切り換え信号３９（３９ａ，３９ｂそれぞれ、前記起電圧３４の位相が６０度から１２０度までＨ，２４０度から３００度までＨ）の時間変化を示す。
【００２９】
図４に示す本発明の第２の無線充電装置４１の無線充電時の動作を図２に示す無線充電時のフローチャートと、図３に示す無線充電時の各信号の時間変化を使用して説明する。前記外部電力発振装置４２の１次コイル４２ｃと前記第１の無線充電装置４１の共振回路４３の有する共振コイル４３ａが近接、対向して配置される。その後、前記外部電力発振装置４２の発振を開始させる。前記充電制御器４６はレベルＨの充電開始信号４６ａを前記補正用共振コンデンサ接続切り換え手段４１８とデジタル基準信号発生手段４１７に出力する（Ｓ２）。レギュレータ４８の出力が基準電圧を超えると（Ｓ３）、該補正用共振コンデンサ接続切り換え手段４１８は基準共振コンデンサ４３ｂへの補正用共振コンデンサ４３ｃ，４３ｅの接続の切り換えを開始する（Ｓ４）。該補正用共振コンデンサ接続切り換え手段４１８はデジタル信号３７の立ち上がりを検出すると（Ｓ５）、前記デジタル基準信号発生手段４１７の出力するデジタル基準信号４１７ａのカウント数に基づいて、まず、ｔ１０後に、該補正用共振コンデンサ接続切り換え手段４１８の出力３８ａがレベルＨとなって、ＡＳ１，４３ｄをオンし（Ｓ６）、t２０後に、該補正用共振コンデンサ接続切り換え手段４１８の出力３９ａがレベルＨとなって、ＡＳ２，４３ｆをオンし（Ｓ７）、t１１後に、該補正用共振コンデンサ接続切り換え手段４１８の出力３８ａがレベルＬとなって、ＡＳ１，４３ｄをオフし（Ｓ８）、t２１後に、該補正用共振コンデンサ接続切り換え手段４１８の出力３９ａがレベルＬとなって、ＡＳ２，４３ｆをオフする（Ｓ９）。  充電制御器４６はレベルＬの充電終了信号４６ａをまだ出していないので、ステップＳ５に戻り、該補正用共振コンデンサ接続切り換え手段４１８はデジタル信号３７の立ち下がりを検出すると（Ｓ５）、前記デジタル基準信号発生手段４１７の出力するデジタル基準信号４１７ａのカウント数に基づいて、まず、ｔ１０後に、該補正用共振コンデンサ接続切り換え手段４１８の出力３８ｂがレベルＨとなって、ＡＳ１，４３ｄをオンし（Ｓ６）、t２０後に、該補正用共振コンデンサ接続切り換え手段４１８の出力３９ｂがレベルＨとなって、ＡＳ２，４３ｆをオンし（Ｓ７）、t１１後に、該補正用共振コンデンサ接続切り換え手段４１８の出力３８ｂがレベルＬとなって、ＡＳ１，４３ｄをオフし（Ｓ８）、t２１後に、該補正用共振コンデンサ接続切り換え手段４１８の出力３９ｂがレベルＬとなって、ＡＳ２，４３ｆをオフする（Ｓ９）。このシーケンスを繰り返し、その後、Ｓ１０で、前記外部電力発振装置４２が発振を終了し、充電制御器４６がレベルＬの充電終了信号４６ａを出すと、該補正用共振コンデンサ切り換え手段４１８は前記基準共振コンデンサ４３ｂへの該補正用共振コンデンサ４３ｃ，４３の接続の切り換えを停止し（Ｓ１１）、無線充電が終了する。
【００３０】
図２に示す無線充電時にフローチャートでは、前記過充電過放電検出信号出力手段４１９が動作しない場合であった。該過充電過放電検出信号出力手段４１９がレベルＨの過充電検出信号４１９ａを前記充電制御器４６に出力した場合は、該充電制御器４６は該過充電検出信号４１９ａがレベルＬになるまで、充電制御機能を停止する。該過充電過放電検出信号出力手段４１９がレベルＨの過放電検出信号４１９ｂを前記レギュレータ４８に出力した場合は、該レギュレータ４８は該過放電検出信号４１９ｂがレベルＬになるまで、前記無線充電装置４１の外部への出力（出力電圧４８ａ，４８ｂ）を停止する。
【００３１】
図１において、２個の前記補正用共振コンデンサ３ｃ，３ｅは、前記基準共振コンデンサ３ｂに並列に接続し、図４において、２個の前記補正用共振コンデンサ４３ｃ，４３ｅは前記基準共振コンデンサ４３ｂに直列に接続するが、１個または３個以上の補正用共振コンデンサを使用できる、また、基準共振コンデンサに補正用共振コンデンサを並列と直列を混在して接続できることは明らかであるので、説明を省略する。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
以上の詳細な説明により示されたように、本発明の無線充電装置とそれを用いた無線充電方法を使用することによって、金属筐体または筐体の一部が金属である、携帯電話、無線充電心臓ペースメーカや電気自動車などの無線で充電する電子機器あるいは電子装置をより効率よく充電できる、または、電子機器あるいは電子装置の小型化や薄型化に効果がる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の第１の無線充電装置のブロック図である。
【図２】無線充電時のフローチャートである。
【図３】無線充電時の各信号の時間変化である。
【図４】本発明の第２の無線充電装置のブロック図である。
【図５】本発明で使用する外部電力発振装置の第１の１次コイルと本発明の無線充電装置の第１の共振コイルの平面配置図である。
【図６】本発明で使用する外部電力発振装置の第２の１次コイルと本発明の無線充電装置の第２の共振コイルの断面配置図である。
【図７】従来の無線充電装置である。
【図８】従来において使用する外部電力発振装置の１次コイルと従来の無線充電装置の２次コイルの平面配置図である。
【図９】従来において使用する外部電力発振装置の他の１次コイルと従来の無線充電装置の他の２次コイルの断面配置図である。
【符号の説明】
【００３４】
１，４１，７１  無線充電装置
２，４２，７２   外部電力発振装置
２ａ，４２ａ，７２ａ  交流電源
２ｂ，４２ｂ，７２ｂ  １次コンデンサ
２ｃ，３２ｃ，７２ｃ  １次コイル
３，    ４３，７３  共振回路
３ａ，４３ａ，７３ａ  共振コイル
３ｂ，４３ｂ，７３ｂ  基準共振コンデンサ
３ｃ，３ｅ，４３ｃ，４３ｅ  補正用共振コンデンサ
３ｄ，３ｆ，４３ｄ，４３ｆ  アナログスイッチ
４，    ４４，７４  全波整流回路
４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、４４ａ，４４ｂ，４４ｃ，４４ｄ，
７４ａ，７４ｂ，７４ｃ，７４ｄ  ダイオード
５，    ４５，７５  充電コンデンサ
６，    ４６，７６  充電制御器
６ａ，４６ａ  充電開始終了信号
７，    ４７，７７  リチウムイオン２次電池
８，    ４８，７８  レギュレータ
８ａ，８ｂ，４８ａ，４８ｂ，７８ａ，７８ｂ  レギュレータ出力電圧
９，    ４９，７９  デジタル信号発生手段
９ａ，４９ａ  デジタル化手段
９ｂ，４９ｂ  位相９０度進ませ手段
１７，４１７  デジタル基準信号発生手段
１７ａ，４１７ａ  デジタル基準信号
１８，４１８  補正用共振コンデンサ接続切り換え手段
１９，４１９，７９  過充電過放電検出信号出力手段
１９ａ，４１９ａ  過充電検出信号
１９ｂ，４１９ｂ  過放電検出信号
１９ｃ，４１９ｃ  電圧充電容量特性データ
【図１】
2012100406.tif 000007
【図２】
2012100406.tif 000008
【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】
2012100406.tif 000013
【図８】
2012100406.tif 000014
【図９】
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