(57)【要約】【課題】確実なコイルの位置合わせが可能な充電台、電池駆動機器、充電システム及び充電方法を提供する。【解決手段】充電面２１が傾斜面状に形成されており、さらに傾斜された充電面２１の下り側端縁において、傾斜充電面２１より突出させた土手２２を形成しており、電池パック４０又は電池パックを装着した電池駆動機器５０、６０を、その長手方向の端縁が、土手２２に当接する第一の姿勢で傾斜充電面２１に載置した状態で、電池パック４０又は電池パックを装着した電池駆動機器５０、６０側の、土手２２と当接させた端縁から誘導コイル４１、５１、６１の中心までの距離と、充電台側の、土手２２から電源コイル１１の中心までの距離とを一致させており、かつ電源コイル１１を、傾斜充電面２１の下り勾配と交差する方向に、移動機構１３で移動可能に構成してなることができる。【選択図】図１
2013118719.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池駆動機器(50;60)を駆動する電池パックを充電するための充電台であって、
上面に、電池パック(40)又は電池パックを装着した電池駆動機器(50;60)を載置し充電するための充電面(21)を設けた本体ケース(20)と、
前記充電面(21)に電池パック(40)又は電池パックを装着した電池駆動機器(50;60)を載置した状態で、該電池パックに設けられた円形状の誘導コイル(41;51;61)と電磁結合可能とするよう、前記充電面(21)の内面で誘導コイル(41;51;61)と対向する姿勢にて前記本体ケース(20)に内蔵される電源コイル(11)と、
前記電源コイル(11)を、前記充電面(21)の範囲で一方向にのみ移動させる移動機構(13)と、
前記電源コイル(11)に対して電力を供給するための送電回路と、
を備えており、
前記充電面(21)が傾斜面状に形成されており、さらに傾斜された充電面(21)の下り側端縁において、該傾斜充電面(21)より突出させた土手(22)を形成しており、
電池パック(40)又は電池パックを装着した電池駆動機器(50;60)を、その長手方向の端縁が、前記土手(22)に当接する第一の姿勢で前記傾斜充電面(21)に載置した状態で、
該電池パック(40)又は電池パックを装着した電池駆動機器(50;60)側の、該土手(22)と当接させた端縁から誘導コイル(41;51;61)の中心までの距離と、
前記充電台側の、該土手(22)から前記電源コイル(11)の中心までの距離とを一致させており、
かつ前記電源コイル(11)を、前記傾斜充電面(21)の下り勾配と交差する方向に、前記移動機構(13)で移動可能に構成してなることを特徴とする充電台。
【請求項２】
請求項１に記載の充電台であって、
前記傾斜充電面(21)に電池パック(40)又は電池パックを装着した電池駆動機器(50;60)を、第一の姿勢と直交した第二の姿勢で載置した状態で、
該電池パック(40)又は電池パックを装着した電池駆動機器(50;60)側の、該土手(22)と当接させた端縁から誘導コイル(41;51;61)の中心までの距離と、
前記充電台側の、該土手(22)から前記電源コイル(11)の中心までの距離とを一致させてなることを特徴とする充電台。
【請求項３】
充電台(10)に載置して、充電台(10)側の電源コイル(11)と誘導コイル(41;51;61)とを電磁結合させることで無接点充電可能な電池駆動機器であって、
第一面及び該第一面と直交する第二面とを有する角形の機器ケース(57;67)と、
前記機器ケース(57;67)に装着され、電池駆動機器(50;60)を駆動するための電力を供給するための電池パックと、
外部から電力を受けて前記電池パックを充電するための、円形状の前記誘導コイル(41;51;61)と、
を備えており、
前記誘導コイル(41;51;61)は、
その中心から前記第一面までの距離と、
その中心から前記第二面までの距離とが、等しくなる位置に設けられており、
前記機器ケース(57;67)を、
前記第一面が底面になる姿勢で充電台(10)に載置した状態と、
前記第二面が底面になる姿勢で充電台(10)に載置した状態とで、前記機器ケース(57;67)の底面から前記誘導コイル(41;51;61)の中心までの距離が一定となるよう構成してなることを特徴とする電池駆動機器。
【請求項４】
充電台(10)に載置して、充電台(10)側の電源コイル(11)と誘導コイル(41;51;61)とを電磁結合させることで無接点充電可能な電池駆動機器であって、
第一面及び該第一面と直交する第二面とを有する角形の機器ケース(57;67)と、
前記機器ケース(57;67)の一部で、電池駆動機器(50;60)を駆動するための電力を供給するための電池パックを装着可能なパック装着部と、
前記パック装着部に装着される電池パックを、外部から電力を受けて充電するための、円形状の前記誘導コイル(41;51;61)と、
を備えており、
前記誘導コイル(41;51;61)は、
その中心から前記第一面までの距離と、
その中心から前記第二面までの距離とが、等しくなる位置に設けられており、
前記機器ケース(57;67)を、
前記第一面が底面になる姿勢で充電台(10)に載置した状態と、
前記第二面が底面になる姿勢で充電台(10)に載置した状態とで、前記機器ケース(57;67)の底面から前記誘導コイル(41;51;61)の中心までの距離が一定となるよう構成してなることを特徴とする電池駆動機器。
【請求項５】
請求項３又は４に記載の電池駆動機器であって、
平行な第一面と第三面、及び該第一面及び第三面と直交する第二面及び第四面とを有する角形の機器ケース(67)と、
前記機器ケース(67)に装着され、電池駆動機器(60)を駆動するための電力を供給するための電池パックと、
外部から電力を受けて前記電池パックを充電するための、円形状の第一誘導コイル(61)及び第二誘導コイル(61)と、
を備えており、
前記第一誘導コイル(61)は、
その中心から前記第一面までの距離と、
その中心から前記第二面までの距離とが、等しくなる位置に設けられており、
さらに、前記第二誘導コイル(61)は、
その中心から前記第三面までの距離と、
その中心から前記第四面までの距離とが、等しくなる位置に設けられており、
前記機器ケース(67)を、
前記第一面が底面になる姿勢で充電台(10)に載置した状態と、
前記第二面が底面になる姿勢で充電台(10)に載置した状態と、
前記第三面が底面になる姿勢で充電台(10)に載置した状態と、
前記第四面が底面になる姿勢で充電台(10)に載置した状態とで、前記機器ケース(67)の底面から前記第一又は第二誘導コイル(61)の中心までの距離が一定となるよう構成してなることを特徴とする電池駆動機器。
【請求項６】
電池パック(40)、又は該電池パックを収納又は装着しており、前記電池パックで駆動される電池駆動機器(50;60)と、
前記電池パックを充電するための充電台(10)と、
で構成される充電システムであって、
前記電池パックは、外部から電力を受けて前記電池パックを充電するための、円形状の誘導コイル(41;51;61)を備えており、
前記充電台(10)は、
上面に、前記電池パック(40)又は電池パックを装着した電池駆動機器(50;60)を載置し充電するための充電面(21)を設けた本体ケース(20)と、
前記充電面(21)に前記電池パック(40)又は電池パックを装着した電池駆動機器(50;60)を載置した状態で、前記誘導コイル(41;51;61)と電磁結合可能とするよう、前記充電面(21)の内面で前記誘導コイル(41;51;61)と対向する姿勢にて前記本体ケース(20)に内蔵される電源コイル(11)と、
前記電源コイル(11)を、前記充電面(21)の範囲で一方向にのみ移動させる移動機構(13)と、
前記電源コイル(11)に対して電力を供給するための送電回路と、
を備えており、
前記充電面(21)が傾斜面状に形成されており、さらに傾斜された充電面(21)の下り側端縁において、該傾斜充電面(21)より突出させた土手(22)を形成しており、
前記電池パック又は電池パックを装着した電池駆動機器(50;60)を、その長手方向の端縁が、前記土手(22)に当接する第一の姿勢で前記傾斜充電面(21)に載置した状態で、
前記電池パック又は電池パックを装着した電池駆動機器(50;60)側の、該土手(22)と当接させた端縁から前記誘導コイル(41;51;61)の中心までの距離と、
前記充電台側の、該土手(22)から前記電源コイル(11)の中心までの距離とを一致させており、
かつ前記電源コイル(11)を、前記傾斜充電面(21)の下り勾配と交差する方向に、前記移動機構(13)で移動可能に構成してなることを特徴とする充電システム。
【請求項７】
請求項６に記載の充電システムであって、
前記傾斜充電面(21)に前記電池パック(40)又は電池パックを装着した電池駆動機器(50;60)を、第一の姿勢と直交した第二の姿勢で載置した状態で、
該電池パック(40)又は電池パックを装着した電池駆動機器(50;60)側の、該土手(22)と当接させた端縁から前記誘導コイル(41;51;61)の中心までの距離と、
前記充電台側の、該土手(22)から前記電源コイル(11)の中心までの距離とを一致させてなることを特徴とする充電システム。
【請求項８】
請求項６又は７に記載の充電システムであって、
前記電池パック(40)の端縁から前記誘導コイル(41)の中心までの距離と、
前記電池駆動機器(50;60)の端縁から前記誘導コイル(51;61)の中心までの距離とを一致させてなることを特徴とする充電システム。
【請求項９】
電池パック(40)又は前記電池パックで駆動される電池駆動機器(50;60)を充電台(10)で充電する充電方法であって、
充電台(10)に内蔵される、一方向のみに移動可能な電源コイル(11)を、予め待避位置に移動させておく工程と、
充電台(10)の上面に設けられた、電池パック(40)又は電池パックを装着した電池駆動機器(50;60)を載置し充電するための傾斜した充電面(21)と傾斜された下り側端縁に突出した土手(22)に、該電池パック(40)又は電池パックを装着した電池駆動機器(50;60)が当接されたことを検出する工程と、
該電池パック(40)又は電池パックを装着した電池駆動機器(50;60)に備えられる誘導コイル(41;51;61)の位置を検出する工程と、
該検出された位置に、前記電源コイル(11)を前記移動手段で移動させる工程と、
前記電源コイル(11)から誘導コイル(41;51;61)に、電磁誘導により電力を送電し、該送電された電力でもって、電池パックを充電する工程と、
を含むことを特徴とする充電方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、携帯電話やスマートフォン、タブレット等の電池駆動機器に収納される電池パックに対して、電磁誘導作用で電力を搬送して無接点又はワイヤレスで充電可能な充電台、電池駆動機器、充電システム並びに充電方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話やスマートフォン、タブレット、あるいは携帯音楽プレーヤやデジタルカメラ等のモバイル機器に代表される電池駆動機器は、携帯性を高めるため電池パックにより駆動されるものが多い。このような電池駆動機器に収納される電池パックを充電するには、電池駆動機器に電池パックを収納したまま、電池駆動機器を充電器にセットして、接点同士を物理的に接続した状態で行う。一方で、このような物理的な接続でなく、電磁誘導の作用を利用して充電台に内蔵された送電コイルから、電池パックに内蔵される受電コイルに対して電力を搬送して、電池パックを充電する充電台が開発されている（特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１は、充電台に、交流電源で励磁される電源コイルを内蔵し、電池パックには電源コイルに電磁結合される誘導コイルを内蔵する構造を開示している。さらに、電池パックは、誘導コイルに誘導される交流を整流し、これを電池に供給して充電する回路も内蔵する。この構造によると、充電台の上に電池パックを載せて、非接触状態で電池パックの電池を充電できる。
【０００４】
このような非接触、無接点による充電方式で電池パックの充電を行う際には、電源コイルを誘導コイルの位置に移動させる必要がある。このため、従来の無接点充電台では、充電台に載置された電池駆動機器の位置を検出し、この位置に電源コイルを移動させる移動機構を設けていた。例えば図１２に示す充電台９１０Ｘでは、電源コイルをＸＹ方向に移動させるため、２軸の移動機構としている。
【０００５】
この電源コイル９１１Ｘは、移動機構９１３Ｘで電池駆動機器９５０Ｘの誘導コイル９５１Ｘに接近するように移動される。移動機構９１３Ｘは、電源コイル９１１Ｘを、上面プレート９２１Ｘに沿って、Ｘ軸方向とＹ軸方向に移動させて誘導コイル９５１Ｘに接近させる。この移動機構９１３Ｘは、位置検出制御器で制御されるサーボモータでネジ棒９２３Ａ、Ｂを回転して、ネジ棒９２３Ａ、Ｂにねじ込んでいるナット材９２４Ａを移動して、電源コイル９１１Ｘを誘導コイル９５１Ｘに接近させる。サーボモータは、電源コイル９１１ＸをＸ軸方向に移動させるＸ軸サーボモータ９２２Ａと、Ｙ軸方向に移動させるＹ軸サーボモータ９２２Ｂとを備える。ネジ棒は、電源コイル９１１ＸをＸ軸方向に移動させる一対のＸ軸ネジ棒９２３Ａと、電源コイル９１１ＸをＹ軸方向に移動させるＹ軸ネジ棒９２３Ｂとを備える。一対のＸ軸ネジ棒９２３Ａは、互いに平行に配設されて、ベルト９２５に駆動されてＸ軸サーボモータ９２２Ａで一緒に回転される。ナット材は、各々のＸ軸ネジ棒９２３Ａにねじ込んでいる一対のＸ軸ナット材９２４Ａと、Ｙ軸ネジ棒９２３Ｂにねじ込んでいるＹ軸ナット材からなる。Ｙ軸ネジ棒９２３Ｂは、その両端を一対のＸ軸ナット材９２４Ａに回転できるように連結している。電源コイル９１１ＸはＹ軸ナット材に連結している。
【０００６】
この構成では、各軸に移動用のモータを備える必要がある等、移動のための機構が複雑化しコストも高くなるという問題があった。また、ＸＹ方向への移動を考慮すれば、大面積化して、充電台のサイズも大型化する。
【０００７】
一方で、図１２の例において誘導コイルを１軸だけの移動とすると、誘導コイルが置かれた位置に合わせて電源コイルを正確に位置合わせすることが困難となり、高い充電効率を維持できないという問題があった。特に無接点充電方式においては、電源コイルの中心を誘導コイルの中心と一致させないと、充電効率が極端に低下する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１１−１０３７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、従来のこのような問題点を解決するためになされたものである。その主な目的は、より簡素な構成としつつも、コイルの位置合わせを確実に行えるようにした充電台、電池駆動機器、充電システム及び充電方法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】
上記目的を達成するために、本発明の第１の側面に係る充電台によれば、電池駆動機器５０、６０を駆動する電池パックを充電するための充電台であって、上面に、電池パック４０又は電池パックを装着した電池駆動機器５０、６０を載置し充電するための充電面２１を設けた本体ケース２０と、前記充電面２１に電池パック４０又は電池パックを装着した電池駆動機器５０、６０を載置した状態で、該電池パックに設けられた円形状の誘導コイル４１、５１、６１と電磁結合可能とするよう、前記充電面２１の内面で誘導コイル４１、５１、６１と対向する姿勢にて前記本体ケース２０に内蔵される電源コイル１１と、前記電源コイル１１を、前記充電面２１の範囲で一方向にのみ移動させる移動機構１３と、前記電源コイル１１に対して電力を供給するための送電回路と、を備えており、前記充電面２１が傾斜面状に形成されており、さらに傾斜された充電面２１の下り側端縁において、該傾斜充電面２１より突出させた土手２２を形成しており、電池パック４０又は電池パックを装着した電池駆動機器５０、６０を、その長手方向の端縁が、前記土手２２に当接する第一の姿勢で前記傾斜充電面２１に載置した状態で、該電池パック４０又は電池パックを装着した電池駆動機器５０、６０側の、該土手２２と当接させた端縁から誘導コイル４１、５１、６１の中心までの距離と、前記充電台側の、該土手２２から前記電源コイル１１の中心までの距離とを一致させており、かつ前記電源コイル１１を、前記傾斜充電面２１の下り勾配と交差する方向に、前記移動機構１３で移動可能に構成することができる。
これにより、充電台の電源コイルと、充電対象の電池駆動機器等の誘導コイルとの位置決めを、傾斜充電面と土手で一方を規定し、さらにその交差方向においては電源コイルを水平移動させることで行える。したがって、電源コイルを一方向のみに移動させる構成としつつ、電源コイルと誘導コイルとの正確な電磁結合を図ることができ、充電台の小型化と簡素化が実現される。
【００１１】
また、本発明の第２の側面に係る充電台によれば、前記傾斜充電面２１に電池パック４０又は電池パックを装着した電池駆動機器５０、６０を、第一の姿勢と直交した第二の姿勢で載置した状態で、該電池パック４０又は電池パックを装着した電池駆動機器５０、６０側の、該土手２２と当接させた端縁から誘導コイル４１、５１、６１の中心までの距離と、前記充電台側の、該土手２２から前記電源コイル１１の中心までの距離とを一致させることができる。
これにより、電池駆動機器等を縦置き、横置きのいずれの姿勢で傾斜充電面に載置しても、電源コイルを一方向に移動させるのみで正確に電源コイルと誘導コイルとの位置決めを図り、高い電磁結合効率を得ることができる。
【００１２】
さらに、本発明の第３の側面に係る電池駆動機器によれば、充電台１０に載置して、充電台１０側の電源コイル１１と誘導コイル４１、５１、６１とを電磁結合させることで無接点充電可能な電池駆動機器であって、第一面及び該第一面と直交する第二面とを有する角形の機器ケース５７、６７と、前記機器ケース５７、６７に装着され、電池駆動機器５０、６０を駆動するための電力を供給するための電池パックと、外部から電力を受けて前記電池パックを充電するための、円形状の前記誘導コイル４１、５１、６１と、を備えており、前記誘導コイル４１、５１、６１は、その中心から前記第一面までの距離と、その中心から前記第二面までの距離とが、等しくなる位置に設けられており、前記機器ケース５７、６７を、前記第一面が底面になる姿勢で充電台１０に載置した状態と、前記第二面が底面になる姿勢で充電台１０に載置した状態とで、前記機器ケース５７、６７の底面から前記誘導コイル４１、５１、６１の中心までの距離が一定となるよう構成することができる。
これにより、電池駆動機器を縦置き、横置きのいずれに姿勢で充電台に載置しても、誘導コイルの高さ方向の位置が一定に維持されるため、充電台側では誘導コイルに電磁結合させる電源コイルを水平方向にのみ移動させることで、誘導コイルと電源コイルとを効率よく電磁結合させることが可能となる。この結果、電源コイルの移動機構を一軸のみとすることができ、充電台の構造を簡素化できる利点が得られる。
【００１３】
さらにまた、本発明の第４の側面に係る電池駆動機器によれば、充電台１０に載置して、充電台１０側の電源コイル１１と誘導コイル４１、５１、６１とを電磁結合させることで無接点充電可能な電池駆動機器であって、第一面及び該第一面と直交する第二面とを有する角形の機器ケース５７、６７と、前記機器ケース５７、６７の一部で、電池駆動機器５０、６０を駆動するための電力を供給するための電池パックを装着可能なパック装着部と、前記パック装着部に装着される電池パックを、外部から電力を受けて充電するための、円形状の前記誘導コイル４１、５１、６１と、を備えており、前記誘導コイル４１、５１、６１は、その中心から前記第一面までの距離と、その中心から前記第二面までの距離とが、等しくなる位置に設けられており、前記機器ケース５７、６７を、前記第一面が底面になる姿勢で充電台１０に載置した状態と、前記第二面が底面になる姿勢で充電台１０に載置した状態とで、前記機器ケース５７、６７の底面から前記誘導コイル４１、５１、６１の中心までの距離が一定となるよう構成することができる。
これにより、電池駆動機器を縦置き、横置きのいずれに姿勢で充電台に載置しても、誘導コイルの高さ方向の位置が一定に維持されるため、充電台側では誘導コイルに電磁結合させる電源コイルを水平方向にのみ移動させることで、誘導コイルと電源コイルとを効率よく電磁結合させることが可能となる。この結果、電源コイルの移動機構を一軸のみとすることができ、充電台の構造を簡素化できる利点が得られる。
【００１４】
さらにまた、本発明の第５の側面に係る電池駆動機器によれば、平行な第一面と第三面、及び該第一面及び第三面と直交する第二面及び第四面とを有する角形の機器ケース６７と、前記機器ケース６７に装着され、電池駆動機器６０を駆動するための電力を供給するための電池パックと、外部から電力を受けて前記電池パックを充電するための、円形状の第一誘導コイル６１及び第二誘導コイル６１と、を備えており、前記第一誘導コイル６１は、その中心から前記第一面までの距離と、その中心から前記第二面までの距離とが、等しくなる位置に設けられており、さらに、前記第二誘導コイル６１は、その中心から前記第三面までの距離と、その中心から前記第四面までの距離とが、等しくなる位置に設けられており、前記機器ケース６７を、前記第一面が底面になる姿勢で充電台１０に載置した状態と、前記第二面が底面になる姿勢で充電台１０に載置した状態と、前記第三面が底面になる姿勢で充電台１０に載置した状態と、前記第四面が底面になる姿勢で充電台１０に載置した状態とで、前記機器ケース６７の底面から前記第一又は第二誘導コイル６１の中心までの距離が一定となるよう構成することができる。
これにより、例えばタブレットＰＣ型のような寸法の大きい電池駆動機器であっても、四辺のどの辺を充電台に載置しても、誘導コイルの高さ方向の位置が一定に維持されるため、充電台側では誘導コイルに電磁結合させる電源コイルを水平方向にのみ移動させることで、誘導コイルと電源コイルとを効率よく電磁結合させることが可能となる。この結果、電源コイルの移動機構を一軸のみとすることができ、充電台の構造を簡素化できる利点が得られる。
【００１５】
さらにまた、本発明の第６の側面に係る充電システムによれば、電池パック４０、又は該電池パックを収納又は装着しており、前記電池パックで駆動される電池駆動機器５０、６０と、前記電池パックを充電するための充電台１０と、で構成される充電システムであって、前記電池パックは、外部から電力を受けて前記電池パックを充電するための、円形状の誘導コイル４１、５１、６１を備えており、前記充電台１０は、上面に、前記電池パック４０又は電池パックを装着した電池駆動機器５０、６０を載置し充電するための充電面２１を設けた本体ケース２０と、前記充電面２１に前記電池パック４０又は電池パックを装着した電池駆動機器５０、６０を載置した状態で、前記誘導コイル４１、５１、６１と電磁結合可能とするよう、前記充電面２１の内面で前記誘導コイル４１、５１、６１と対向する姿勢にて前記本体ケース２０に内蔵される電源コイル１１と、前記電源コイル１１を、前記充電面２１の範囲で一方向にのみ移動させる移動機構１３と、前記電源コイル１１に対して電力を供給するための送電回路と、を備えており、前記充電面２１が傾斜面状に形成されており、さらに傾斜された充電面２１の下り側端縁において、該傾斜充電面２１より突出させた土手２２を形成しており、前記電池パック又は電池パックを装着した電池駆動機器５０、６０を、その長手方向の端縁が、前記土手２２に当接する第一の姿勢で前記傾斜充電面２１に載置した状態で、前記電池パック又は電池パックを装着した電池駆動機器５０、６０側の、該土手２２と当接させた端縁から前記誘導コイル４１、５１、６１の中心までの距離と、前記充電台側の、該土手２２から前記電源コイル１１の中心までの距離とを一致させており、かつ前記電源コイル１１を、前記傾斜充電面２１の下り勾配と交差する方向に、前記移動機構１３で移動可能に構成することができる。
これにより、充電台の電源コイルと、充電対象の電池駆動機器等の誘導コイルとの位置決めを、傾斜充電面と土手で一方を規定し、さらにその交差方向においては電源コイルを水平移動させることで行える。したがって、電源コイルを一方向のみに移動させる構成としつつ、電源コイルと誘導コイルとの正確な電磁結合を図ることができ、充電台の小型化と簡素化が実現される。
【００１６】
さらにまた、本発明の第７に係る充電システムによれば、前記傾斜充電面２１に前記電池パック４０又は電池パックを装着した電池駆動機器５０、６０を、第一の姿勢と直交した第二の姿勢で載置した状態で、該電池パック４０又は電池パックを装着した電池駆動機器５０、６０側の、該土手２２と当接させた端縁から前記誘導コイル４１、５１、６１の中心までの距離と、前記充電台側の、該土手２２から前記電源コイル１１の中心までの距離とを一致させることができる。
これにより、電池駆動機器等を縦置き、横置きのいずれの姿勢で傾斜充電面に載置しても、電源コイルを一方向に移動させるのみで正確に電源コイルと誘導コイルとの位置決めを図り、高い電磁結合効率を得ることができる。
【００１７】
さらにまた、本発明の第８に係る充電システムによれば、前記電池パック４０の端縁から前記誘導コイル４１の中心までの距離と、前記電池駆動機器５０、６０の端縁から前記誘導コイル５１、６１の中心までの距離とを一致させることができる。
これにより、電池パックを電池駆動機器に装着した状態で充電台に載置しても、電池パック単体で載置しても、電源コイルを一方向に移動させるのみでいずれの場合において正確に電源コイルと誘導コイルとの位置決めを行える。
【００１８】
さらにまた、本発明の第９に係る充電方法によれば、電池パック４０又は前記電池パックで駆動される電池駆動機器５０、６０を充電台１０で充電する充電方法であって、充電台１０に内蔵される、一方向のみに移動可能な電源コイル１１を、予め待避位置に移動させておく工程と、充電台１０の上面に設けられた、電池パック４０又は電池パックを装着した電池駆動機器５０、６０を載置し充電するための傾斜した充電面２１と傾斜された下り側端縁に突出した土手２２に、該電池パック４０又は電池パックを装着した電池駆動機器５０、６０が当接されたことを検出する工程と、該電池パック４０又は電池パックを装着した電池駆動機器５０、６０に備えられる誘導コイル４１、５１、６１の位置を検出する工程と、該検出された位置に、前記電源コイル１１を前記移動手段で移動させる工程と、前記電源コイル１１から誘導コイル４１、５１、６１に、電磁誘導により電力を送電し、該送電された電力でもって、電池パックを充電する工程と、を含むことができる。
これにより、電池駆動機器を充電台の土手に当接させるだけで、電源コイルが移動手段により一軸方向へ移動し、電池駆動機器の誘導コイルに近接させ、電磁結合させることができ、充電の操作を簡略化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】実施例１のスマートフォン型の電池駆動機器を縦置きで充電台に載置する状態を示す斜視図である。
【図２】スマートフォン型の電池駆動機器を横置きで充電台に載置する状態を示す斜視図である。
【図３】２台のスマートフォン型の電池駆動機器を縦置きで充電台に載置する状態を示す斜視図である。
【図４】電池駆動機器に搭載可能な電池パックを充電台に載置した状態を示す斜視図である。
【図５】実施例２の電池駆動機器を充電台に載置する状態を示す斜視図である。
【図６】充電台の充電面側からの概略平面図である。
【図７】充電台に電池駆動機器を載置した状態での概略側面図である。
【図８】一実施例にかかる電池駆動機器と充電台のブロック図である。
【図９】充電台の位置検出制御器の一例を示す回路図である。
【図１０】位置検出信号で励起された誘導コイルから出力されるエコー信号の一例を示すグラフである。
【図１１】送電コイルと誘導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１２】従来の充電台の内部構造を示す概略斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施の形態は、本発明の技術思想を具体化するための充電台、電池駆動機器、充電システム並びに充電方法を例示するものであって、本発明は充電台、電池駆動機器、充電システム並びに充電方法を以下のものに特定しない。さらに、本明細書においては、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、実施の形態の部材に特定するものでは決してない。特に実施の形態に記載されている構成部材の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。また、一部の実施例、実施形態において説明された内容は、他の実施例、実施形態等に利用可能なものもある。
（充電台）
【００２１】
まず図１は、実施例１のスマートフォン型の電池駆動機器を縦置きで充電台に載置する状態の斜視図を示している。この無接点の充電台１０は、本体ケース２０の底面を水平とし、電池駆動機器５０を載置する充電面２１が図の手前に向かって下方に傾斜している。この充電面２１を傾斜面とした下りの側端縁には、載置される電池駆動機器５０等を堰き止めるための土手２２を形成している。この土手２２と傾斜面とは、電池駆動機器５０の載置位置を規定させる機能を有する。すなわち、充電面２１の傾斜面は、ここに載置される電池駆動機器５０を、その自重により傾斜面に沿って下方にずり落ちさせる。さらに土手２２は、傾斜面に沿ってずり落ちた電池駆動機器を当接部２３でもって、堰き止めて保持する。土手２２の当接部２３は、充電面２１の傾斜面に対し略直交している。これにより、傾斜された充電面２１に載置された電池駆動機器５０は、その底面である第一面５７Ａを土手２２の当接部２３に当接させる姿勢にて保持されることになる。なお傾斜面の傾斜角度は、ここに載置した電池駆動機器５０が自重でずり落ちる程度の角度とする。角度の具体値は、電池駆動機器５０の機器ケース５７と充電台１０の充電面２１との摩擦係数や電池駆動機器５０の重量などによって変化するが、例えば１０°から８０°、好ましくは２０°から３０°程度とする。また、傾斜面は、ここに載置される電池駆動機器の滑りをよくするため、平面状とすることが好ましく、また平滑面とする他、表面に微細な凹凸を設けて接触抵抗を低減する構成としてもよい。またテフロン（登録商標）などを被覆してもよい。
（電源コイル）
【００２２】
充電台１０は、内部に誘導起電力を発生させる電源コイル１１を備えている。電源コイル１１は、充電面２１の内面で傾斜面と対向する姿勢で本体ケース２０に内蔵されている。また、充電面２１に載置される電池駆動機器５０は、電源コイル１１から誘導される誘導起電力を受電可能な誘導コイル５１を備えている。電源コイル１１は、土手２２の当接部２３から一定の距離ＡＬの位置に一致する高さで配置されている。また、電池駆動機器５０は、一側面から一定の距離ＡＬの位置で誘導コイル５１が配置されている。そのため、電池駆動機器５０の一側面を充電台１０の当接部２３に当接させることにより、電源コイル１１と誘導コイル５１とは、円状コイルの中心の位置の高さが略同等になるように配置される。さらに、電源コイル１１は、図１に破線の矢印で示すように、水平方向にのみ移動可能な移動機構を備えており（詳細は後述）、誘導コイル５１が置かれた任意の場所まで水平移動させることができる。一方で、上述した通り、高さ方向については、土手２２の当接部２３と傾斜面で位置決めがなされている。これにより、電源コイル１１を水平方向の一軸方向にのみ移動させて誘導コイル５１へ位置決めを行うことができる。この結果、電源コイル１１は、誘導コイル５１と結合効率を高めた状態で、電源コイル１１に発生させる交流磁束により、近接した誘導コイル５１に誘導起電力を発生させることができる。
【００２３】
この充電台１０の土手２２の上面には、後述するＬＥＤ１８が内蔵されている。ＬＥＤ１８は、図１に示す２点破線のように水平移動を行う。さらにＬＥＤ１８の水平移動を、電源コイル１１の水平移動に連動させることができる。土手２２の上面は、ＬＥＤ１８の光を透過できるようになっている。これにより、ユーザは、電源コイル１１が配置された電池駆動機器５０の誘導コイル５１に近接し充電を開始したことを確認することができる。
（電池駆動機器５０）
【００２４】
充電台１０に載置されるスマートフォン型の電池駆動機器５０には、例えば載置方向を示すマークを表示させることができる。この実施例１の電池駆動機器５０では、機器ケース５７の底面にあたる第一面５７Ａ側に図１に示すような三角マーク５６Ａを印字している。これによって、ユーザは三角マーク５６Ａが付された第一面５７Ａを底面とする姿勢で、充電台１０へ載置する方向として認識することができる。縦型にした電池駆動機器５０は、機器ケース５７の第一面５７Ａ側に記された三角マーク５６Ａの付いた底面から一定の距離ＡＬの位置に誘導コイル５１の中心が配置されている。さらに誘導コイル５１は、電池駆動機器５０の背面に位置する場所に配置されている。この電池駆動機器５０は、第一面５７Ａを充電台１０の当接部２３に当接させる姿勢で、機器ケース５７の背面を充電台１０の充電面２１に載置させる。この状態で、充電台１０は、電池駆動機器５０の誘導コイル５１の位置を検出し、電源コイル１１を水平方向へ移動させ、誘導コイル５１の位置に合わせる。これにより、電源コイル１１と誘導コイル５１の中心軸を、充電面２１を介して対向する姿勢で一致させることができる。この結果、充電台１０の電源コイル１１を電池駆動機器５０の誘導コイル５１と高い効率で電磁結合して、誘導起電力を発生させることができる。なお、この実施例１では、スマートフォン型の電池駆動機器５０としているが、これに限るものではなく、例えば携帯電話等の電池駆動機器とすることもできる。
【００２５】
また、この電池駆動機器は、縦置きのみならず、横置きで充電台に設置して充電することもできる。この様子を図２に示す。図２では、スマートフォン型の電池駆動機器を横置きで充電台に載置する状態の斜視図を示している。電池駆動機器５０には、機器ケース５７の長手方向の側面にあたる第二面５７Ｂ及び第四面５７Ｄ側に、図に示すような三角マーク５６Ｂ及び三角マーク５６Ｄを印字している。この図の電池駆動機器５０は、三角マーク５６Ｄを付した第四面５７Ｄを充電台１０の当接部２３に当接させる状態を示している。この電池駆動機器５０は、第四面５７Ｄから誘導コイル５１の中心までの距離ＡＬと、前述した第一面５７Ａから誘導コイル５１の中心までの距離ＡＬとを等しい長さとしている。また、電池駆動機器５０は、三角マーク５６Ｂを付した第二面５７Ｂを充電台１０の当接部に当接させて充電することもできる。この電池駆動機器５０は、第四面５７Ｄに平行な第二面５７Ｂから誘導コイル５１の中心までの距離ＡＬも、第一面５７Ａから誘導コイル５１の中心までの距離ＡＬと等しい長さとしている。したがって、この電池駆動機器５０の機器ケース５７は、第一面５７Ａに加え、第二面５７Ｂ又は第四面５７Ｄのどちらを充電台１０の当接部２３に当接させたとしても、誘導コイル５１を充電台１０の電源コイル１１と同等の高さに配置させることができる。この状態で、充電台１０は、電池駆動機器５０の誘導コイル５１を検出し、電源コイル１１を水平方向へ移動させ、誘導コイル５１の位置に合わせる。これにより、電源コイル１１と誘導コイル５１の中心軸は、当接部２３から一定の距離ＡＬの位置で一致する。その結果、電池駆動機器５０の誘導コイル５１は、充電台１０の電源コイル１１からの電磁誘導を受信し、誘導起電力を発生させることができる。
【００２６】
さらに、スマートフォン型の電池駆動機器は、充電台への載置方向のみならず、充電台に縦置きで複数台同時に設置し順次充電させることもできる。この様子を図３に示す。図３では、２台のスマートフォン型の電池駆動機器を縦置きで充電台に載置する状態の斜視図を示している。両方の電池駆動機器５０は、機器ケース５７の周壁に三角マーク５６Ａが付いた第一面５７Ａから一定の距離ＡＬの位置にそれぞれ誘導コイル５１の中心が配置されている。この両方の電池駆動機器５０の機器ケース５７は、背面を充電面２１に載置し、さらに三角マーク５６Ａが付いた第一面５７Ａを当接部２３に当接させている。この両方の電池駆動機器５０の誘導コイル５１は、第一面５７Ａから一定の距離ＡＬの位置に配置されており、同じく当接部２３から一定の距離ＡＬの位置に配置されている電源コイル１１と同等の高さに配置される。この状態で、充電台１０は、最初に検出された電池駆動機器５０の誘導コイル５１を検出し、電源コイル１１を水平方向へ移動させ、誘導コイル５１の位置に合わせる。これにより、充電台１０は、最初に検出されたスマートフォン型の電池駆動機器５０へ充電を開始する。充電台１０は、一台目のスマートフォン型の電池駆動機器５０が満充電を認識した時点で、自動的に二台目のスマートフォン型の電池駆動機器５０の誘導コイル５１まで、電源コイル１１を移動させて位置決めを行い、充電を開始する。この結果、この充電台１０は、複数の電池駆動機器５０を同時に載置されたとしても、これらを順次充電させることができる。
（電池パック４０）
【００２７】
さらにまた、この充電台は、電池駆動機器のみならず、電池駆動機器に内蔵される電池パック単体での無接点充電も可能とできる。図４は電池駆動機器に搭載可能な電池パックを充電台に載置した状態の斜視図を示している。電池駆動機器に着脱可能な電池パック４０は、誘導コイル４１と、充電可能な内蔵電池４２及び整流回路等（図示せず）を配置している。この電池パック４０は、正方形状とした箱形の形状で、箱の中心に誘導コイル４１の中心軸が位置するよう配置する。ここで、誘導コイル４１の中心から各辺に下ろした垂直二等分線の長さを、一定の距離ＡＬとし、この距離ＡＬを、上述した充電台１０の当接部２３から電源コイル１１の中心までの距離ＡＬと一致させることで、電池パック４０のいずれの面を充電台１０の当接部２３に当接させても、電源コイル１１を誘導コイル４１と電磁結合させることができる。この結果、電池パック４０は、電源コイル１１からの交流磁束を誘導コイル４１が受け誘導起電力を発生し、整流回路等を介して内蔵電池４２を充電することができる。
（電池駆動機器６０）
【００２８】
さらにまた、上述の電池駆動機器５０は、充電台１０の当接部２３に当接させて充電可能とする辺を第一面５７Ａ、第二面５７Ｂ及び第四面５７Ｄの三辺のいずれかとしているが、本発明はこれに限るものではない。例えば、電池駆動機器は、四角形の各辺を充電台の当接部に当接させたとしても充電可能とすることもできる。このような例を図５に示す。図５には、実施例２の電池駆動機器を充電台に載置する状態の斜視図を示す。この電池駆動機器６０は、機器ケース６７の内部で図の左上と右下に円状の破線で示した誘導コイル６１を配置している。この電池駆動機器６０は、四角形の形状をなし、第一面６７Ａ、第二面６７Ｂ、第三面６７Ｃ及び第四面６７Ｄの四辺からなる側面を有している。この機器ケース６７の左上の誘導コイル６１の配置場所は、第三面６７Ｃの上面から一定の距離ＡＬの位置と、第四面６７Ｄの左側面から一定の距離ＡＬの位置との交点にコイルの中心が配置されている。同様に、機器ケース６７の右下の誘導コイル６１の配置場所は、第一面６７Ａの底面から一定の距離ＡＬの位置と、第二面６７Ｂの右側面から一定の距離ＡＬの位置との交点にコイルの中心が配置されている。これにより、電池駆動機器６０は、充電台１０の土手２２の当接部２３に第一面６７Ａから第四面６７Ｄのどの側面が当接されたとしても、言い換えれば縦置きでも横置きでも、あるいはこれらの逆向きでも、無接点充電を可能とすることができる。
（充電面２１）
【００２９】
図６は充電台の充電面側からの概略平面図を示し、さらに図７には、充電台に電池駆動機器を載置した状態での概略側面図を示している。充電台１０は、充電面２１の内部で土手２２の当接部２３の上部に、電源コイル１１を配置している。電源コイル１１は、充電面２１と平行な面で渦巻き状に巻かれて、充電面２１と直交する方向に交流磁束を放射する。また、電源コイル１１は、交流電源１２から交流電力が供給され交流磁束を放射する。さらに、電源コイル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電源コイル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のある電源コイル１１は、磁束を特定部分に集束して、効率よく電力を誘導コイル５１に伝送できる。ただ、電源コイルは、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、これを充電面の内面で移動する移動機構を簡単にできる。電源コイル１１は、誘導コイル５１の外径にほぼ等しくして、誘導コイル５１に効率よく電力搬送する。この例では、誘導コイルをスマートフォン型の電池駆動機器５０の誘導コイル５１としているが、これに限るものではなく電池パック４０に内蔵されている誘導コイル４１やタブレットＰＣ型の電池駆動機器６０に内蔵された誘導コイル６１とすることもできる。
【００３０】
電源コイル１１を収納したコア１５は、平行に配置されたネジ棒２５及びガイドロッド２７に取り付けられている。取付方法は、コア１５の底部に面した箇所に、ネジ棒２５にねじ込まれたナット材２６と、ガイドロッド２７が挿入されたガイド部２８により固定されている。ナット材２６は、ネジ棒２５の回転に伴いネジ棒に沿って左右に移動する。ネジ棒２５及びガイドロッド２７は、当接部２３に平行に配置されるように固定具２９に固定され配置されている。当接部２３から電源コイル１１の中心までの距離は、一定な距離ＡＬとした位置を保っている。電源コイル１１を配置したコア１５は、ネジ棒２５がサーボモータ２４の回転により回転し、ネジ棒２５の回転と共に当接部２３に対し平行に水平移動させることができる。コア１５の移動位置は、位置検出制御器１４により、誘導コイル５１の位置を認識しサーボモータ２４へ回転の指示を行っている。これにより、充電台１０の電源コイル１１は、電池駆動機器５０の誘導コイル５１へ近接させることができる。
【００３１】
充電台１０の電源コイル１１が近接した電池駆動機器５０は、電源コイル１１からの交流磁束を誘導コイル５１が電磁誘導し、電力へと変換する。この電力により内蔵された二次電池への充電を行うことができる。
【００３２】
一方この充電台１０は、電池駆動機器５０への充電状況を示すＬＥＤ１８を表示させている。さらに、ＬＥＤ１８は、内部の電源コイル１１の水平位置をユーザが認識できるように内部の電源コイル１１を配置したコア１５と共に移動させることができる。表示場所は、土手２２の上部面がＬＥＤの光が透視できるようになっている。これにより、ユーザは、電池駆動機器５０と充電台１０が正確に位置決めをしたことを確認でき、充電完了の確認をすることができる。例えば、ＬＥＤは、橙色の点滅で移動中を示し、橙色の点灯で充電中を示し、さらに緑色の点灯で充電完了を示す表示を行うことができる。
（電池駆動機器５０）
【００３３】
図８では一実施例の電池パックを搭載している電池駆動機器と充電台のブロック図を示している。充電台１０に載置された電池駆動機器５０は、電源コイル１１からの電磁誘導を受ける誘導コイル５１と、誘導コイル５１で発生した誘導起電力を直流電源へ変換するための全波整流回路５３を備えている。全波整流回路５３は、誘導コイル５１に誘導される交流を整流して、充電回路５４に出力する。図の電池駆動機器５０は、誘導コイル５１と全波整流回路５３の間に直列コンデンサー５５を接続しており、この直列コンデンサー５５を介して、誘導コイル５１に誘導される交流を全波整流回路５３に入力している。直列コンデンサー５５は、誘導コイル５１と直列共振回路を構成して、誘導コイル５１に誘導される交流を効率よく全波整流回路５３に入力する。したがって、直列コンデンサー５５の静電容量は、誘導コイル５１のインダクタンスで、誘導される交流の周波数に近くなるように設定される。さらに、図の電池駆動機器５０は、全波整流回路５３の出力側に全波整流回路５３から出力される脈流を平滑化する電解コンデンサー５８を接続している。
【００３４】
さらに電池駆動機器５０は、全波整流回路５３の出力で内蔵電池５２を充電する充電回路５４と、異常時に全波整流回路５３の出力側を短絡する短絡回路７０を備えている。
【００３５】
内蔵電池５２は、充電回路５４の制御により定電圧又は定電流となるように充電される。全波整流回路５３は、内蔵電池５２の充電電圧、充電電流及び電池温度等を監視し、充電のＯＮ／ＯＦＦを出力スイッチ７９で制御している。例えば内蔵電池５２が満充電又は異常充電となった場合には、出力スイッチ７９をＯＦＦとし充電を停止させる。
【００３６】
出力スイッチ７９がＯＦＦとなると、全波整流回路５３が無負荷状態となってしまい、誘導コイル５１側の電圧が上昇してしまう。全波整流回路５３は、半導体素子を利用して交流電力を直流電力へ変換させている。この半導体素子は、一定以上の電圧差が生じ耐圧を超えてしまうと劣化や破損の恐れがある。このため、保護回路として短絡回路７０を備えている。短絡回路７０は、全波整流回路５３の半導体素子に過大な電圧が作用する異常時を検出して、半導体スイッチング素子７１を制御する検出部７３を備えている。検出部７３は、異常時に半導体スイッチング素子７１のＦＥＴをオン状態に、正常にオフ状態とする。オン状態の半導体スイッチング素子７１は、全波整流回路５３の出力側を短絡して、全波整流回路５３の出力電力を耐圧未満に下げる。
【００３７】
また短絡回路７０は、短絡抵抗７２と半導体スイッチング素子７１の直列回路を、全波整流回路５３の出力側のプラス側とマイナス側との間に接続している。この短絡回路７０は、異常時に半導体スイッチング素子７１をオン状態として、短絡抵抗７２を介して全波整流回路５３の出力側のプラス側とマイナス側とを短絡する。半導体スイッチング素子７１はＦＥＴである。ただし、半導体スイッチング素子には、トランジスタやサイリスタなどの半導体スイッチング素子も使用できる。半導体スイッチング素子７１に短絡抵抗７２を直列に接続している短絡回路７０は、半導体スイッチング素子７１のオン状態において、短絡抵抗７２でショート電流を制限できる。短絡抵抗７２は、電気抵抗を大きくしてショート電流を小さくし、電気抵抗を小さくして速やかに全波整流回路５３の出力側を短絡できる。
【００３８】
さらに、図８の電池駆動機器５０は、誘導コイル５１と直列に接続しているＰＴＣ５９を備える。ＰＴＣ５９は、通常のノーマル状態では電気抵抗が小さいが、過大な電流が流れて所定の温度まで温度上昇するとトリップして、電気抵抗を著しく大きくして、誘導コイル５１の電流を実質的に遮断する。この電池駆動機器５０は、前述のように短絡回路７０がオンとなる状態で、誘導コイル５１に誘導される電流が設定値よりも大きくなると、ＰＴＣ５９がトリップして誘導コイル５１の電流を遮断する。このため、例えば電池駆動機器５０が電磁調理器などに載せられても、誘導コイル５１の電流を遮断して安全に使用できる。ＰＴＣ５９は、電池駆動機器５０が電磁調理器から外されると、復帰して電気抵抗が小さくなる。このため、電磁調理器から外して、ふたたび充電台１０にセットして、内蔵電池５２を充電できる。
（位置検出制御器１４）
【００３９】
次に充電台１０には、電源コイル１１、移動機構１３及び位置検出制御器１４を内蔵している。また、位置検出制御器１４には、交流電源１２、満充電検出回路１７及び第１の位置検出制御器１４Ａが含まれている。この充電台１０では、交流電源１２より高周波電力を電源コイル１１へ印加することにより誘導起電力を発生させている。
【００４０】
この交流電源１２は、たとえば、２０ｋＨｚ〜数ＭＨｚの高周波電力を電源コイル１１に供給する。交流電源１２は、図６に示す可撓性のリード線１６を介して電源コイル１１に接続される。可撓性のリード線１６は、充電面２１に載せられる電池駆動機器５０の誘導コイル５１へ電源コイル１１の移動を柔軟に行うことができる。交流電源１２は、図示しないが、自励式の発振回路と、この発振回路から出力される交流を電力増幅するパワーアンプとを備える。自励式の発振回路は、電源コイル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、電源コイル１１のインダクタンスで発振周波数が変化する。電源コイル１１のインダクタンスは、電源コイル１１と誘導コイル５１との相対位置で変化する。電源コイル１１と誘導コイル５１との相互インダクタンスが、電源コイル１１と誘導コイル５１との相対位置で変化するからである。したがって、電源コイル１１を発振コイルに使用する自励式の発振回路は、交流電源１２が誘導コイル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電源コイル１１と誘導コイル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。
【００４１】
位置検出制御器１４は、充電面２１に載せられた電池駆動機器５０の位置を検出する。図８の位置検出制御器１４は、電池駆動機器５０に内蔵される誘導コイル５１の位置を検出して、電源コイル１１を誘導コイル５１に接近させる。また、位置検出制御器１４は、誘導コイル５１の位置を粗検出する第１の位置検出制御器１４Ａと、誘導コイル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で誘導コイル５１の位置を粗検出すると共に、移動機構１３を制御して電源コイル１１の位置を誘導コイル５１に接近させる。さらにその後に、位置検出制御器１４は、第２の位置検出制御器１４Ｂで誘導コイル５１の位置を精密検出しながら移動機構１３を制御して、電源コイル１１の位置を正確に誘導コイル５１に接近させる。この充電台１０は、速やかに、しかも、より正確に電源コイル１１を誘導コイル５１に接近できる。
【００４２】
第１の位置検出制御器１４Ａは、図９の回路図に示すように、充電面２１の内面に固定している複数の位置検出コイル３０を備えている。また第１の位置検出制御器１４Ａは、この位置検出コイル３０に位置検出信号を供給する検出信号発生回路３１を備えている。さらに第１の位置検出制御器１４Ａは、検出信号発生回路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誘導コイル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を備えている。さらにまた第１の位置検出制御器１４Ａは、受信回路３２が受信するエコー信号から電源コイル１１の位置を判別する識別回路３３とを備えている。
【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を充電面２１の内面に所定の間隔で固定している。各々の位置検出コイル３０は、当接部２３と垂直方向に細長いループ状を形成し、複数の位置検出コイル３０は、所定の間隔で充電面２１の内面に固定されている。隣接する位置検出コイル３０の間隔（ｄ）は、誘導コイル５１の外径（Ｄ）よりも小さく、好ましくは位置検出コイル３０の間隔（ｄ）を誘導コイル５１の外径（Ｄ）の１倍ないし１／４倍としている。位置検出コイル３０は、間隔（ｄ）を狭くして、誘導コイル５１の位置を正確に検出できる。
【００４４】
検出信号発生回路３１は、所定のタイミングで位置検出信号であるパルス信号を位置検出コイル３０に出力する。位置検出信号が入力される位置検出コイル３０は、位置検出信号で接近する誘導コイル５１を励起する。励起された誘導コイル５１は、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、誘導コイル５１の近くにある位置検出コイル３０は、図１０に示すグラフのように、位置検出信号が入力された後、所定の時間遅れて、誘導コイル５１からのエコー信号が誘導される。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に誘導コイル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。
【００４５】
図９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。
【００４６】
また位置検出制御器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。検出信号発生回路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に位置検出信号を出力する。検出信号発生回路３１から位置検出コイル３０に出力される位置検出信号のレベルは、誘導コイル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、検出信号発生回路３１から受信回路３２に入力される位置検出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、位置検出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、位置検出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。エコー信号が位置検出信号から遅れる遅延時間は、一定の時間であるから、位置検出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に誘導コイル５１が接近しているかどうかを判定する。
【００４７】
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、位置検出信号とエコー信号を出力する。識別回路３３は、受信回路３２から入力される位置検出信号とエコー信号から位置検出コイル３０に誘導コイル５１が接近してセットされ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、位置検出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誘導コイル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。
【００４８】
識別回路３３は、複数の位置検出コイル３０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、誘導コイル５１の位置を検出する。識別回路３３は、各々の位置検出コイル３０を受信回路３２に接続する毎に、識別回路３３に接続している位置検出コイル３０に位置検出信号を出力する。また識別回路３３は、位置検出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、この位置検出コイル３０に誘導コイル５１が接近しているかどうかを判定する。さらに識別回路３３は、全ての位置検出コイル３０を受信回路３２に接続して、各々の位置検出コイル３０に誘導コイル５１が接近しているかどうかを判定する。誘導コイル５１がいずれかの位置検出コイル３０に接近していると、この位置検出コイル３０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位置検出コイル３０から誘導コイル５１の位置を検出できる。誘導コイル５１が複数の位置検出コイル３０に跨って接近する状態では、複数の位置検出コイル３０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位置検出コイル３０にもっとも接近していると判定する。
【００４９】
識別回路３３は、移動機構１３を制御して電源コイル１１を誘導コイル５１に接近する位置に移動させる。また識別回路３３は、移動機構１３のサーボモータ２４を制御して、電源コイル１１を誘導コイル５１の位置に移動させる。
【００５０】
以上のようにして、第１の位置検出制御器１４Ａが電源コイル１１を誘導コイル５１に接近する位置に移動させる。充電台１０は、第１の位置検出制御器１４Ａで電源コイル１１を誘導コイル５１に接近した後、電源コイル１１から誘導コイル５１に電力搬送して内蔵電池５２を充電することができる。ただ、充電台１０は、さらに電源コイル１１の位置を正確に制御して誘導コイル５１に接近させた後、電力搬送して内蔵電池５２を充電することができる。電源コイル１１は、第２の位置検出制御器１４Ｂでより正確に誘導コイル５１に接近される。
【００５１】
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誘導コイル５１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のサーボモータ２４を制御して、電源コイル１１を移動させて、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１１に示している。この図は、電源コイル１１と誘導コイル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、電源コイル１１が誘導コイル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のサーボモータ２４を制御して電源コイル１１を移動し、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、電源コイル１１を誘導コイル５１に最も接近する位置に移動できる。ここで、第２の位置検出制御器１４Ｂを省略して、第１の位置検出制御器１４Ａだけにより、電源コイル１１を誘導コイル５１に接近する位置に移動させることもできる。また、第１の位置検出制御器１４Ａを省略して、第２の位置検出制御器１４Ｂだけで、電源コイル１１を誘導コイル５１に接近する位置に移動させることもできる。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明に係る充電台、電池駆動機器、充電システム及び充電方法は、タブレットＰＣやスマートフォン及び携帯電話等の充電等にも好適に利用できる。
【符号の説明】
【００５３】
１０…充電台
１１…電源コイル
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
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…ＬＥＤ
２０…本体ケース
２１…充電面
２２…土手
２３…当接部
２４…サーボモータ
２５…ネジ棒
２６…ナット材
２７…ガイドロッド
２８…ガイド部
２９…固定具
３０…位置検出コイル
３１…検出信号発生回路
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…電池パック
４１…誘導コイル
４２…内蔵電池
５０、６０…電池駆動機器
５１、６１…誘導コイル
５２…内蔵電池
５３…全波整流回路
５４…充電回路
５５…直列コンデンサー
５６Ａ、５６Ｂ、５６Ｄ…三角マーク
５７…機器ケース    
５７Ａ…第一面  ５７Ｂ…第二面  ５７Ｄ…第四面
５８…電解コンデンサー
５９…ＰＴＣ
６７…機器ケース
６７Ａ…第一面  ６７Ｂ…第二面  ６７Ｃ…第三面  ６７Ｄ…第四面
７０…短絡回路
７１…半導体スイッチング素子
７２…短絡抵抗
７３…検出部
７９…出力スイッチ
９１０Ｘ…充電台
９１１Ｘ…電源コイル
９１３Ｘ…移動機構
９２１Ｘ…上面プレート
９２２Ａ…Ｘ軸サーボモータ    ９２２Ｂ…Ｙ軸サーボモータ
９２３Ａ、９２３Ｂ…ネジ棒
９２４Ａ…ナット材
９２５…ベルト
９５０Ｘ…電池駆動機器
９５１Ｘ…誘導コイル
ＡＬ…一定の距離
【図１】
2013118719.tif 000003
【図２】
2013118719.tif 000004
【図３】
2013118719.tif 000005
【図４】
2013118719.tif 000006
【図５】
2013118719.tif 000007
【図６】
2013118719.tif 000008
【図７】
2013118719.tif 000009
【図８】
2013118719.tif 000010
【図９】
2013118719.tif 000011
【図１０】
2013118719.tif 000012
【図１１】
2013118719.tif 000013
【図１２】
2013118719.tif 000014