電池内蔵機器と充電台
【課題】充電台の電源コイルから電池内蔵機器の誘導コイルに効率よく電力搬送する。
【解決手段】電池内蔵機器と充電台は、電源コイル１１に交流電源１２を接続してなる充電台１０と、誘導コイル５１を内蔵する電池内蔵機器５０とからなり、電源コイル１１から誘導コイル５１に電力搬送して電池内蔵機器５０の内蔵電池５２を充電している。電源コイル１１は、平面コイルである内側コイル１１Ａと、この内側コイル１１Ａの外側に位置して、同一平面に配置してなる平面コイルの外側コイル１１Ｂとからなる。充電台１０の交流電源１２は、内側コイル１１Ａに交流電力を供給する内側コイル励起状態と、内側コイル１１Ａと外側コイル１１Ｂの両方に交流電力を供給する内外コイル励起状態とを切り換える切換回路６４を備え、内側コイル励起状態と内外コイル励起状態とを切り換えて、電池内蔵機器５０の誘導コイル５１に電力搬送している。
【解決手段】電池内蔵機器と充電台は、電源コイル１１に交流電源１２を接続してなる充電台１０と、誘導コイル５１を内蔵する電池内蔵機器５０とからなり、電源コイル１１から誘導コイル５１に電力搬送して電池内蔵機器５０の内蔵電池５２を充電している。電源コイル１１は、平面コイルである内側コイル１１Ａと、この内側コイル１１Ａの外側に位置して、同一平面に配置してなる平面コイルの外側コイル１１Ｂとからなる。充電台１０の交流電源１２は、内側コイル１１Ａに交流電力を供給する内側コイル励起状態と、内側コイル１１Ａと外側コイル１１Ｂの両方に交流電力を供給する内外コイル励起状態とを切り換える切換回路６４を備え、内側コイル励起状態と内外コイル励起状態とを切り換えて、電池内蔵機器５０の誘導コイル５１に電力搬送している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パック電池や携帯電話などの電池内蔵機器と、この電池内蔵機器に電磁誘導作用で電力を搬送して、電池内蔵機器の内蔵電池を充電する充電台に関する。
【背景技術】
【０００２】
電磁誘導の作用で電源コイルから誘導コイルに電力搬送して、パック電池やノート型パソコンなどの電池内蔵機器に内蔵している電池を充電する充電台は開発されている。（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、パック電池やノート型パソコン等の電池内蔵機器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記載する。充電台の電源コイルと、電池内蔵機器の誘導コイルは互いに対向するように配置しているフェライトコアにコイルを巻いたものである。電源コイルと誘導コイルのフェライトコアは、磁気結合してトランスを形成するようにして、電源コイルから誘導コイルに磁気誘導作用で電力搬送している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１１０４０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
以上の充電台は、載せる電池内蔵機器の種類によって、電源コイルから誘導コイルに電力搬送する電力を調整している。電力調整するために、フェライトコアに巻いているコイルのタップを切り換えている。この構造は、電力搬送する電力を調整して電池内蔵機器に電送できる。しかしながら、つねに効率よく電池内蔵機器の誘導コイルに電力搬送できない欠点があった。
【０００６】
本発明は、さらに以上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、充電台の電源コイルから電池内蔵機器の誘導コイルに効率よく電力搬送できる電池内蔵機器と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】
【０００７】
本発明の電池内蔵機器と充電台は、電源コイル１１に交流電源１２、７２を接続してなる充電台１０と、この充電台１０にセットされて電源コイル１１に電磁結合される誘導コイル５１を内蔵する電池内蔵機器５０とからなり、電源コイル１１から誘導コイル５１に電力搬送される電力でもって、電池内蔵機器５０の内蔵電池５２を充電している。電源コイル１１は、平面コイルである内側コイル１１Ａと、この内側コイル１１Ａの外側に位置し、かつ内側コイル１１Ａと同一平面に配置してなる平面コイルの外側コイル１１Ｂとからなる。充電台１０の交流電源１２、７２は、内側コイル１１Ａに交流電力を供給して、外側コイル１１Ｂに交流電力を供給しない内側コイル励起状態と、内側コイル１１Ａと外側コイル１１Ｂの両方に交流電力を供給する内外コイル励起状態とを切り換える切換回路６４、７４を備えており、充電台１０にセットされる電池内蔵機器５０によって、内側コイル励起状態と内外コイル励起状態とを切り換えて、電池内蔵機器５０の誘導コイル５１に電力搬送している。
【０００８】
以上の電池内蔵機器と充電台は、電源コイルから誘導コイルに効率よく電力搬送できる特徴がある。それは、充電台にセットされる電池内蔵機器の誘導コイルによって、充電台の電源コイルを、内側コイルのみに電力を供給する内側コイル励起状態と、内側コイルと外側コイルの両方に交流電力を供給する内外コイル励起状態とに切り換えて、電源コイルから誘導コイルに電力搬送するからである。内側コイル励起状態は、内外コイル励起状態に対して励磁される電源コイルの外径が小さいので、小さい誘導コイルに電磁結合されて効率よく電力搬送でき、内外コイル励起状態は、励磁される電源コイルの外径が大きくなるので、大きい誘導コイルに効率よく電力搬送できる。このため、大きい誘導コイルを内蔵する電池内蔵機器と、小さい励磁コイルを内蔵する電池内蔵機器の両方に効率よく電力搬送できる特徴がある。電力搬送の効率を良くすることは、省エネの効果のみでなく、電池内蔵機器の無駄な発熱を少なくして、内蔵電池や他の電子部品が加熱される熱による弊害も有効に防止できる効果がある。とくに、電池内蔵機器は、限られた容積に電池や種々の部品を収納しているので、内部の発熱を効率よく放熱することが難しく、いかに発熱を少なくできるかは極めて大切である。
【０００９】
また、本発明の電池内蔵機器と充電台は、電源コイルを薄い平面コイルとし、さらに、電源コイルは外側コイルと内側コイルの両方を平面コイルとし、かつ外側コイルと内側コイルとを同一平面に配置するので、電源コイルを薄くして狭いスペースに収納して、充電台から複数の電池内蔵機器に効率よく電力搬送できる特徴も実現する。
【００１０】
本発明の電池内蔵機器と充電台は、内側コイル１１Ａと外側コイル１１Ｂとをα巻きされた平面コイルとして、内側コイル１１Ａは平面コイルの内周に出し線１１ａを配置し、外側コイル１１Ｂは平面コイルの外周に出し線１１ｂを配置することができる。
以上の電池内蔵機器と充電台は、電源コイルの内側コイルと外側コイルとをα巻の平面コイルとするので、出し線による電源コイルの厚さの増加が少なく、電源コイルの全体を薄くして、外側コイルの内側に内側コイルを配置できる特徴がある。また、外側コイルと内側コイルとの境界に出し線を設けることなく、内側コイルと外側コイルとを密着して配置しながら、出し線の配線を簡単にできる。
【００１１】
本発明の電池内蔵機器と充電台は、充電台１０の交流電源１２、７２が、電池内蔵機器５０の誘導コイル５１の外径によって内側コイル励起状態と内外コイル励起状態とを切り換えることができる。
以上の電池内蔵機器と充電台は、誘導コイルの外径で電源コイルを励起する領域の外径をコントロールするので、大きな外径の誘導コイルと、小さい外径の誘導コイルに効率よく電力搬送できる特徴がある。
【００１２】
本発明の電池内蔵機器と充電台は、電池内蔵機器５０と充電台１０が情報を伝送する情報伝送回路６６、６７を備えて、情報伝送回路６６、６７でもって電池内蔵機器５０から充電台１０に誘導コイル５１の外径情報を伝送し、充電台１０の交流電源１２、７２が、伝送される外径情報で内外コイル励起状態と内外コイル励起状態とを切り換えることができる。
以上の充電台は、電池内蔵機器から伝送される情報で、電源コイルを励起する領域を切り換えるので、電源コイルを励起する領域を、電池内蔵機器に内蔵される誘導コイルに最適な領域として効率よく電力搬送できる特徴がある。
【００１３】
本発明の電池内蔵機器と充電台は、充電台１０が、電源コイル１１から誘導コイル５１に電力搬送する電送効率を検出する効率検出回路８６を備え、交流電源１２、７２が効率検出回路８６で検出される電送効率を最大とするように内側コイル励起状態と内外コイル励起状態とに切り換えるようことができる。
以上の充電台は、電力搬送する効率が良くなるように、電源コイルを励起する領域を切り換えるので、異なる誘導コイルの電池内蔵機器に、つねに効率よく電力搬送できる特徴がある。
【００１４】
本発明の電池内蔵機器と充電台は、内側コイル１１Ａと外側コイル１１Ｂとを回路基板１８の表面に実装し、内側コイル１１Ａの出し線１１ａを回路基板１８の導電パターン１９に接続することができる。
以上の充電台は、電源コイルを回路基板に実装して、電源コイルと回路基板とのトータルの厚さを薄くできる特徴がある。とくに、電源コイルの外側に内側コイルの出し線を引き出しながら、電源コイルと回路基板とのトータルの厚さを薄くできる特徴がある。外側コイルの外側に引き出す内側コイルからの出し線を、回路基板の薄い導電部で構成することで、内側コイルと同じ導線を外側コイルに積層して引き出す必要がないからである。
【００１５】
本発明の電池内蔵機器と充電台は、交流電源１２、７２が、電源コイル１１に供給する電力を変更する電力調整回路６５を備え、この電力調整回路６５が、内外コイル励起状態における供給電力を、内側コイル励起状態における供給電力よりも大きくすることができる。
以上の充電台は、内外コイル励起状態で内側コイルと外側コイルとに供給するトータル電力を、内側コイル励起状態において内側コイルに供給する電力よりも大きくするので、大きい誘導コイルの電池内蔵機器にはハイパワーで効率よく電力搬送し、小さい誘導コイルの電池内蔵機器には、ローパワーで効率よく電力搬送できる特徴がある。
【００１６】
本発明の電池内蔵機器と充電台は、電池内蔵機器５０と充電台１０が情報を伝送する情報伝送回路６６、６７を備えて、情報伝送回路６６、６７でもって電池内蔵機器５０から充電台１０に必要電力情報を伝送すると共に、充電台１０の交流電源１２、７２が、電源コイル１１に供給する電力を変更する電力調整回路６５を備え、この電力調整回路６５が、伝送される必要電力情報に基づいて電源コイル１１に供給する電力を変更することができる。
以上の充電台は、セットされる電池内蔵機器から伝送される必要電力情報で、電源コイルに供給する電力を変更するので、電池内蔵機器の内蔵電池の充電に最適な電力を供給して、理想的に内蔵電池を充電できる特徴がある。
【００１７】
本発明の電池内蔵機器と充電台は、電源コイル１１と誘導コイル５１の両方を平面コイルとして、電池内蔵機器５０が充電台１０にセットされる状態で、誘導コイル５１と電源コイル１１とを互いに接近して対向する位置に配置して、電源コイル１１から誘導コイル５１に電力搬送することができる。
以上の電池内蔵機器と充電台は、電源コイルと誘導コイルの両方を平面コイルとするので、充電台と電池内蔵機器を薄くしながら、充電台から電池内蔵機器に効率よく電力搬送できる特徴がある。
【００１８】
本発明の電池内蔵機器と充電台は、電源コイル１１と誘導コイル５１とを空芯の平面コイルとすることができる。
さらに、以上の電池内蔵機器と充電台は、電源コイルと誘導コイルの両方を空芯の平面コイルとするので、電源コイルと誘導コイルをとくに薄くして、電源コイルから誘導コイルに効率よく電力搬送できる特徴がある。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施例にかかる電池内蔵機器と充電台の斜視図である。
【図２】図１に示す充電台の内部構造を示す概略斜視図である。
【図３】図１に示す充電台の内部構造を示す水平断面図である。
【図４】図３に示す充電台の垂直縦断面図である。
【図５】図３に示す充電台の垂直横断面図である。
【図６】充電台の位置検出制御器の一例を示す回路図である。
【図７】本発明の一実施例にかかる電池内蔵機器と充電台のブロック図である。
【図８】電源コイルの一例を示す斜視図である。
【図９】図８に示す電源コイルの分解斜視図である。
【図１０】電源コイルと交流電源の接続状態を示す回路図である。
【図１１】本発明の他の実施例にかかる電池内蔵機器と充電台のブロック図である。
【図１２】交流電源の他の一例を示す回路図である。
【図１３】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図である。
【図１４】電源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１５】充電台の位置検出制御器の他の一例を示す回路図である。
【図１６】図１５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。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
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電池内蔵機器と充電台を例示するものであって、本発明は電池内蔵機器と充電台を以下のものに特定しない。さらに、この明細書は、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。
【００２１】
図１ないし図７は、充電台１０の概略構成図及び原理図を示している。充電台１０は、図１、図２、及び図７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を磁気誘導作用で電力搬送して充電する。電池内蔵機器５０は、電源コイル１１に電磁結合される誘導コイル５１を内蔵している。この誘導コイル５１に誘導される電力で充電される内蔵電池５２を内蔵している。ここで、電池内蔵機器５０は、携帯電話やＩＣプレーヤなどの電子機器とすることも、パック電池とすることもできる。
【００２２】
図７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、誘導コイル５１に誘導される交流を整流する整流回路５３と、この整流回路５３の出力で電池内蔵機器５０の内蔵電池５２を充電する充電回路５４と、誘導コイル５１の両端を短絡する短絡回路５６と、充電異常を検出して短絡回路５６をオンに制御する制御回路５７とを備えている。
【００２３】
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。図の電池内蔵機器５０は、誘導コイル５１と整流回路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、図の電池内蔵機器５０は、整流回路５３の出力側に整流回路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。
【００２４】
短絡回路５６は、誘導コイル５１の両端を短絡して、誘導コイル５１から整流回路５３への電力供給を遮断する。図７の短絡回路５６は、誘導コイル５１の両端を直列コンデンサー５５を介して短絡している。この構造は、短絡回路５６をオンとする短絡状態において、誘導コイル５１の発熱を有効に防止できる特長がある。図の短絡回路５６は、誘導コイル５１の出力側を短絡する短絡スイッチ５６Ａとしている。図に示す短絡スイッチ５６ＡはＦＥＴである。ただ、この短絡スイッチには、トランジスタ等の半導体スイッチング素子やリレーも使用できる。
【００２５】
短絡回路５６である短絡スイッチ５６Ａは、充電異常を検出する制御回路５７でオンオフに制御される。制御回路５７は、充電異常を検出して短絡スイッチ５６Ａをオンオフに制御する。制御回路５７は、充電異常を検出しない状態では短絡スイッチ５６ＡのＦＥＴをオフとし、充電異常を検出すると短絡スイッチ５６ＡのＦＥＴをオンに切り換える。オン状態の短絡スイッチ５６Ａは、誘導コイル５１の出力側を直列コンデンサー５５を介して短絡して、誘導コイル５１から整流回路５３への電力供給を遮断する。
【００２６】
充電異常な状態は、たとえば、電池内蔵機器５０の内蔵電池５２が過充電となり保護回路により切断された後も、充電台１０からの電力搬送を停止できない状態、あるいは、電池内蔵機器５０が電磁調理器などに載せられて、誘導コイル５１に異常な電力が誘導される状態などである。内蔵電池５２の充電を停止して、充電台１０からの電力搬送を停止できない状態は、たとえば、電池内蔵機器５０から充電を停止する信号を充電台１０に伝送したにもかかわらず、充電台１０が故障して電源コイル１１への交流電力の供給を停止できない状態で発生する。
【００２７】
内蔵電池５２の充電を停止する状態で、充電台１０が故障して続けて電力搬送されると、電池側の保護回路が働いて切断され、誘導コイル５１は無負荷な状態となって誘導電圧が異常に高くなる。また、電池内蔵機器５０が電磁調理器などに載せられると、誘導コイル５１に電力搬送されるパワーが極めて大きくなって、誘導コイル５１の誘導電圧が規定値よりも高くなる。この状態は、たとえば、整流回路の整流素子に耐圧よりも高い電圧を印加して破壊させる原因となる。とくに、整流回路をＦＥＴの同期整流回路とする回路構成にあっては、ＦＥＴが高電圧によって破壊される原因となる。
【００２８】
充電台１０は、図１ないし図７に示すように、交流電源１２に接続されて誘導コイル５１に起電力を誘導する電源コイル１１と、この電源コイル１１を内蔵すると共に、上面には電池内蔵機器５０を載せる上面プレート２１を有するケース２０と、このケース２０に内蔵されて、電源コイル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を制御して電源コイル１１を電池内蔵機器５０の誘導コイル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、電源コイル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。
【００２９】
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）ケース２０の上面プレート２１に電池内蔵機器５０が載せられると、この電池内蔵機器５０の位置が位置検出制御器１４で検出される。
（２）電池内蔵機器５０の位置を検出した位置検出制御器１４は、移動機構１３を制御して、移動機構１３でもって電源コイル１１を上面プレート２１に沿って移動させて電池内蔵機器５０の誘導コイル５１に接近させる。
（３）誘導コイル５１に接近する電源コイル１１は、誘導コイル５１に電磁結合されて誘導コイル５１に交流電力を搬送する。
（４）電池内蔵機器５０は、誘導コイル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。
【００３０】
以上の動作で電池内蔵機器５０の内蔵電池５２を充電する充電台１０は、交流電源１２に接続している電源コイル１１をケース２０に配置している。電源コイル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。電源コイル１１から誘導コイル５１への電力搬送の効率は、電源コイル１１と誘導コイル５１の間隔を狭くして向上できる。好ましくは、電源コイル１１を誘導コイル５１に接近する状態で、電源コイル１１と誘導コイル５１の間隔は７ｍｍ以下とする。したがって、電源コイル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。電源コイル１１は、上面プレート２１の上に載せられる電池内蔵機器５０の誘導コイル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。
【００３１】
電源コイル１１を内蔵するケース２０は、電池内蔵機器５０を載せる平面状の上面プレート２１を上面に設けている。図１と図２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を上に載せることができる大きさ、たとえば、一辺を５ｃｍないし３０ｃｍとする四角形としている。ただ、上面プレートは、直径を５ｃｍないし３０ｃｍとする円形とすることもできる。図１と図２の充電台１０は、上面プレート２１を大きくして、すなわち複数の電池内蔵機器５０を同時に載せることができる大きさとして、複数の電池内蔵機器５０を一緒に載せて内蔵される内蔵電池５２を順番に充電できるようにしている。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。
【００３２】
電源コイル１１は、上面プレート２１と平行な面で渦巻き状に巻かれた平面コイルで、上面プレート２１の上方に交流磁束を放射する。この電源コイル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。電源コイル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。
【００３３】
電源コイル１１を図８と図９に示している。この電源コイル１１は、内側コイル１１Ａの外側に外側コイル１１Ｂを配置している。内側コイル１１Ａと外側コイル１１Ｂは両方が平面コイルで、外側コイル１１Ｂの内側に内側コイル１１Ａを配置して、外側コイル１１Ｂと内側コイル１１Ａとを同一平面に配置している。外側コイル１１Ｂの内径は、内側コイル１１Ａとの間に隙間ができないように、内側コイル１１Ａの外径にほぼ等しくしている。内側コイル１１Ａと外側コイル１１Ｂとの間に隙間のない電源コイル１１は、内側コイル１１Ａと外側コイル１１Ｂの両方に電力を供給する状態で、電池内蔵機器５０の誘導コイル５１に効率よく電力搬送できる。
【００３４】
内側コイル１１Ａと外側コイル１１Ｂはα巻された平面コイルである。α巻の外側コイル１１Ｂは、外周に出し線１１ｂを引き出し、α巻された内側コイル１１Ａは内周に出し線１１ａを引き出している。α巻の平面コイルは、渦巻き状コイルを偶数段に積層して直列に連結している。α巻の外側コイル１１Ｂは、偶数段目に配置される渦巻き状コイルを外周から内側に渦巻き状に巻いたコイルとして、奇数段目に配置される渦巻き状コイルを内側から外側に渦巻き状に巻いて出し線１１ｂを外周縁に設けている。α巻の内側コイル１１Ａは、偶数段目に配置される渦巻き状コイルを内周縁から外側に渦巻き状に巻き、奇数段目に配置される渦巻き状コイルを外周から内側に渦巻き状に巻いて出し線１１ａを内側に引き出している。
【００３５】
内側コイル１１Ａと外側コイル１１Ｂの両方をα巻の平面コイルとして、外側コイル１１Ｂの内側に内側コイル１１Ａを配置する電源コイル１１は、内側コイル１１Ａと外側コイル１１Ｂの両方のコイルを多段に巻く構造によって、外径を特定する形状としながら、太いコイルでインダクタンスを大きくし、さらに交流電源で励起するコイル領域を、大きな外径と小さい外径に変更できる。また、外側コイル１１Ｂと内側コイル１１Ａとの境界に出し線を設けることなく、内側コイル１１Ａと外側コイル１１Ｂとを密着して出し線１１ａ、１１ｂの配線を簡単にできる。ただ、本発明は、電源コイルを以上の構造に限定するものではなく、たとえば、渦巻き状コイルを一段に配置し、コイルの中間にタップを設けて、タップの内側を内側コイル、タップの外側を外側コイルとすることもできる。
【００３６】
図８と図９の電源コイル１１は、内側コイル１１Ａと外側コイル１１Ｂを回路基板１８の表面に接着して固定している。回路基板１８は薄いフレキシブル基板で、表面には導電パターン１９を設けている。内側コイル１１Ａの出し線１１ａは、内側コイル１１Ａの中心孔に設けている導電パターン１９にハンダ付けして接続され、外側コイル１１Ｂの出し線１１ｂは、外側コイル１１Ｂの外周に設けている導電パターン１９にハンダ付けして連結している。回路基板１８は、導電パターン１９でもって、内側コイル１１Ａと外側コイル１１Ｂを巻き方向が同じとなるように直列に接続している。さらに、回路基板１８は、内側コイル１１Ａと外側コイル１１Ｂの中間接続点１１Ｘと、外側コイル１１Ｂと内側コイル１１Ａの一端を外部に接続する３ラインの導電パターン１９を設けている。
【００３７】
電源コイル１１が、３ラインの導電パターン１９を介して交流電源１２に接続される回路図を図１０に示している。この図の交流電源１２は、入力される商用電源６１を直流電圧に変換するスイッチング電源６２と、このスイッチング電源６２から出力される直流を交流に変換して電源コイル１１に供給するスイッチング素子６３と、スイッチング素子６３を制御する切換回路６４とを備えている。さらに、図に示す交流電源１２は、電源コイル１１に供給する電力を変更する電力調整回路６５を備えている。
【００３８】
スイッチング電源６２は、商用電源６１から入力される交流を所定の直流電圧に変換して出力する。切換回路６４は、スイッチング素子６３を制御して、内側コイル１１Ａに交流電力を供給して、外側コイル１１Ｂに交流電力を供給しない内側コイル励起状態と、内側コイル１１Ａと外側コイル１１Ｂの両方に交流電力を供給する内外コイル励起状態とに切り換える。切換回路６４は、充電台１０にセットされる電池内蔵機器５０によって、内側コイル励起状態と内外コイル励起状態とを切り換えて、電池内蔵機器５０の誘導コイル５１に電力搬送する。
【００３９】
図１０の交流電源１２は、電源コイル１１の中間接続点１１Ｘに接続している第１のスイッチング素子６３Ａと、外側コイル１１Ｂの一端に接続している第２のスイッチング素子６３Ｂのいずれかを所定の周期でオンオフに切り換えて、他方をオフ状態に保持して、内側コイル励起状態と内外コイル励起状態とを切り換える。第１のスイッチング素子６３Ａがオンオフに切り換えられて、第２のスイッチング素子６３Ｂがオフ状態に保持される状態で、内側コイル励起状態となり、第２のスイッチング素子６３Ｂがオンオフに切り換えられて、第１のスイッチング素子６３Ａがオフ状態に保持される状態で、内外コイル励起状態となる。スイッチング素子６３は、たとえば、２０ｋＨｚ〜数ＭＨｚの周期でオンオフに切り換えられて、電源コイル１１に高周波電力を供給する。
【００４０】
切換回路６４は、充電台１０にセットされる電池内蔵機器５０の誘導コイル５１の大きさで、第１のスイッチング素子６３Ａと第２のスイッチング素子６３Ｂのいずれをオンオフに切り換えるかを決定する。電池内蔵機器５０の誘導コイル５１の大きさは、電池内蔵機器５０から充電台１０に伝送される情報で検出され、あるいは内外コイル励起状態と内外コイル励起状態とで電源コイル１１から誘導コイル５１に電力搬送される電送効率を検出して判定される。
【００４１】
電池内蔵機器５０から伝送される情報で誘導コイル５１の大きさを判定するシステムは、図７と図１０に示すように、電池内蔵機器５０と充電台１０に、誘導コイル５１の外径情報を伝送する情報伝送回路６６、６７を設けている。このシステムは、電池内蔵機器５０が充電台１０にセットされたタイミングで、電池内蔵機器５０の情報伝送回路６６から充電台１０の情報伝送回路６７に誘導コイル５１の外径情報を伝送する。充電台１０の交流電源１２は、伝送される外径情報で誘導コイル５１の外径を判定して、内側コイル励起状態と内外コイル励起状態とを切り換える。交流電源１２は、充電台１０に小さい誘導コイル５１Ａを特定する外径情報が伝送される状態では、内側コイル励起状態として、小さい領域に交流磁界を発生して小さい誘導コイル５１Ａに効率よく電力搬送し、大きい誘導コイル５１Ｂを特定する外径情報が伝送される状態では、内外コイル励起状態として、広い領域に交流磁界を発生して大きい誘導コイル５１Ｂに効率よく電力搬送する。
【００４２】
電送効率で誘導コイル５１の大きさを判定するシステムは、図１１に示すように、電源コイル１１から誘導コイル５１に電力搬送する電送効率を検出する効率検出回路８６を充電台１０に設け、交流電源１２が、効率検出回路８６で検出される電送効率を最大とするように内側コイル励起状態と内外コイル励起状態とに切り換える。誘導コイル５１と電源コイル１１は、同じ大きさとして効率よく電力搬送できる。とくに、平面コイルの誘導コイル５１と、平面コイルの電源コイル１１とを対向するように配置して、電源コイル１１から誘導コイル５１に電力搬送する構造は、電源コイル１１と誘導コイル５１を同じ外径として効率よく電力搬送できる。
【００４３】
たとえば、内側コイル１１Ａの外径を３ｃｍ、外側コイル１１Ｂの外径を４ｃｍとして、３ｃｍ又は４ｃｍの誘導コイル５１を内蔵する電池内蔵機器５０に効率よく電力搬送できる。たとえば、外径を３ｃｍとする誘導コイル５０Ａを内蔵する電池内蔵機器５０Ａが充電台１０にセットされる状態にあっては、外径を３ｃｍとする内側コイル１１Ａを励起して、すなわち内側コイル励起状態として、誘導コイル５１に効率よく電力搬送できる。また、外径を４ｃｍとする誘導コイル５１Ｂを内蔵する電池内蔵機器５０Ｂが充電台１０にセットされる状態にあっては、外径を４ｃｍとする外側コイル１１Ｂと内側コイル１１Ａの両方を励起して、すなわち内外コイル励起状態として、誘導コイル５１Ｂに効率よく電力搬送できる。ただ、電源コイルと誘導コイルとを、必ずしも外径を全く同一として電力搬送する必要はなく、近似する外径として電力搬送することができる。したがって、大きい誘導コイル５１Ｂの電池内蔵機器５０Ｂと、小さい誘導コイル５１Ａの電池内蔵機器５０Ａに電力搬送するために、内側コイル１１Ａと外側コイル１１Ｂとで外径を変更できる電源コイル１１として、大きい誘導コイル５１Ｂは大きな電源コイル１１で、小さい誘導コイル５１Ａは小さい電源コイル１１で効率よく電力搬送できる。充電台１０は、充電台１０にセットされる電池内蔵機器５０に内蔵している誘導コイル５１の大きさに近い外径となるように、電源コイル１１を内側コイル励起状態と内外コイル励起状態に切り換えて効率よく電力搬送する。
【００４４】
電力調整回路６５は、スイッチング電源６２の電源電圧を変更し、あるいは、スイッチング素子６３のオンオフのデューティーを変更して電源コイル１１に供給する電力を変更する。この電力調整回路６５は、スイッチング電源６２の電源電圧を高電圧として電源コイル１１に供給する電力を大きくし、あるいは、スイッチング素子６３のデューティーを大きくして、すなわち、オフ時間に対するオン時間の割合を大きくして電源コイル１１に供給する電力を大きくする。また、電力調整回路６５は、スイッチング電源６２の電源電圧を低電圧として電源コイル１１に供給する電力を小さくし、あるいは、スイッチング素子６３のデューティーを小さくして、すなわち、オフ時間に対するオン時間の割合を小さくして電源コイル１１に供給する電力を小さくする。電力調整回路６５は、内外コイル励起状態における供給電力が内側コイル励起状態における供給電力よりも大きくするように電源コイル１１に供給する電力を変更する。この交流電源１２は、内側コイル励起状態においては、スイッチング電源６２の出力電圧を低電圧とし、あるいはスイッチング素子６３のオンオフのデューティーを小さくして、内側コイル１１Ａに供給する電力を小さくし、内外コイル励起状態においては、スイッチング電源６２の出力電圧を高電圧とし、あるいはスイッチング素子６３のオンオフのデューティーを大きくして、内側コイル１１Ａと外側コイル１１Ｂの両方に供給する電力を大きくする。
【００４５】
さらに、図１２の交流電源７２は、電源コイル１１の両端と中間接続点１１Ｘをペアースイッチング素子７３を介してスイッチング電源６２のプラス側とマイナス側の両方に接続している。ペアースイッチング素子７３は、切換回路７４で制御される。切換回路７４は、ペアースイッチング素子７３をオンオフに切り換える周期の交流信号である切換信号、たとえば周波数を２０ＫＨｚ〜数ＭＨｚとする切換信号を出力する発振回路７５と、この発振回路７５から出力される切換信号を反転して逆位相の切換信号を出力する反転回路７６と、反転回路７６から出力される逆位相の切換信号を、第２のペアースイッチング素子７３Ｂと第３のペアースイッチング素子７３Ｃのいずれかに切り換えて出力する切換スイッチ７７とを備えている。さらに、図に示す交流電源７２も、電源コイル１１に供給する電力を変更する電力調整回路６５を備えている。この電力調整回路６５は、スイッチング電源６２の電源電圧を変更して電源コイル１１に供給する電力を変更する。ただ、この電力調整回路も、発振回路から出力される切換信号のオンオフのデューティーを変更して電源コイルに供給する電力を変更することができる。
【００４６】
この交流電源７２は、内側コイル励起状態においては、図１２で示すように、反転回路７６から出力される逆位相の切換信号を第２のペアースイッチング素子７３Ｂのゲートに入力して、すなわち、切換スイッチ７７を第２のペアースイッチング素子７３Ｂ側に切り換えて、内側コイル１１Ａの一端に接続している第１のペアースイッチング素子７３Ａと、中間接続点１１Ｘに接続している第２のペアースイッチング素子７３Ｂを所定の周期でオンオフに切り換え、外側コイル１１Ｂの一端に接続している第３のペアースイッチング素子７３Ｃはオフ状態に保持する。互いにオンオフに切り換えられる第１のペアースイッチング素子７３Ａと第２のペアースイッチング素子７３Ｂは、第１のペアースイッチング素子７３Ａが内側コイル１１Ａの一端をプラス側に接続するタイミングにあっては、第２のペアースイッチング素子７３Ｂが中間接続点１１Ｘをマイナス側に接続し、第１のペアースイッチング素子７３Ａが内側コイル１１Ａの一端をマイナス側に接続するタイミングにあっては、第２のペアースイッチング素子７３Ｂが中間接続点１１Ｘをプラス側に接続する。第１のペアースイッチング素子７３Ａと第２のペアースイッチング素子７３Ｂは、スイッチング電源６２のプラス側とマイナス側とに交互に所定の周期で切り換えて接続して、内側コイル１１Ａを励起状態とする。すなわち、内側コイル励起状態とする。さらに、交流電源７２は、内側コイル励起状態において、電圧調整回路６５がスイッチング電源６２の出力電圧を低電圧に制御して、内側コイル１１Ａに供給する電力を小さくする。
【００４７】
さらに、以上の交流電源７２は、内外コイル励起状態にあっては、切換スイッチ７７を切り換えて、反転回路７６から出力される逆位相の切換信号を第３のペアースイッチング素子７３Ｃに入力する。この状態で、内側コイル１１Ａの一端に接続している第１のペアースイッチング素子７３Ａと、外側コイル１１Ｂの一端に接続している第３のペアースイッチング素子７３Ｃは所定の周期でオンオフに切り換えられて、中間接続点１１Ｘに接続している第２のペアースイッチング素子７３Ｂはオフ状態に保持される。互いにオンオフに切り換えられる第１のペアースイッチング素子７３Ａと第３のペアースイッチング素子７３Ｃは、第１のペアースイッチング素子７３Ａが内側コイル１１Ａの一端をプラス側に接続するタイミングにあっては、第３のペアースイッチング素子７３Ｃが外側コイル１１Ｂの一端をマイナス側に接続し、第１のペアースイッチング素子７３Ａが内側コイル１１Ａの一端をマイナス側に接続するタイミングにあっては、第３のペアースイッチング素子７３Ｃが外側コイル１１Ｂの一端をプラス側に接続する。第１のペアースイッチング素子７３Ａと第３のペアースイッチング素子７３Ｃは、内側コイル１１Ａと外側コイル１１Ｂを直列に接続している電源コイル１１を、スイッチング電源６２のプラス側とマイナス側とに交互に所定の周期で切り換えて接続して、内側コイル１１Ａと外側コイル１１Ｂの両方を励起状態とする。すなわち、内外コイル励起状態とする。さらに、交流電源７２は、内外コイル励起状態において、電圧調整回路６５がスイッチング電源６２の出力電圧を高電圧に制御して、内側コイル１１Ａと外側コイル１１Ｂの両方に供給する電力を大きくする。
【００４８】
第１のペアースイッチング素子７３Ａは、発振回路７５から出力される切換信号でオンオフに切り換えられ、第２のペアースイッチング素子７３Ｂと第３のペアースイッチング素子７３Ｃは、切換信号と逆位相の切換信号でオンオフに切り換えられるので、第１のペアースイッチング素子７３Ａがコイルの一端をプラス側に接続するとき、第２のペアースイッチング素子７３Ｂと第３のペアースイッチング素子７３Ｃは、コイルの他端側をマイナス側に接続し、また、第１のペアースイッチング素子７３Ａがコイルの一端をマイナス側に接続するとき、第２のペアースイッチング素子７３Ｂと第３のペアースイッチング素子７３Ｃはコイルの他端側をプラス側に接続して、電源コイル１１に交互に逆方向に電流を流して交流で励起する。以上の交流電源７２は、コイルの両端を常にスイッチング電源６２のプラス側とマイナス側に接続して、電源コイル１１に効率よく電力を供給する。
【００４９】
以上の充電台１０は、内外コイル励起状態における供給電力が内側コイル励起状態における供給電力よりも大きくなるように、交流電源１２、７２が電源コイル１１に供給する電力を変更している。この充電台１０は、大きい誘導コイル５１Ｂを備える電池内蔵機器５０Ｂがセットされる状態では、内外コイル励起状態として、内側コイル１１Ａと外側コイル１１Ｂとに供給する電力を大きくして、ハイパワーで効率よく電力搬送できる。また、小さい誘導コイル５１Ａを備える電池内蔵機器５０Ａがセットされる状態では、内側コイル励起状態として、内側コイル１１Ａに供給する電力を小さくして、ローパワーで効率よく電力搬送できる。ただ、小さい誘導コイルを備える電池内蔵機器であっても、内蔵電池の容量（例えば、大容量の内蔵電池）や充電状態（例えば、急速充電時）によっては大きな電力を必要とすることもあり、反対に、大きい誘導コイルを備える電池内蔵機器であっても、内蔵電池の容量（例えば、小容量の内蔵電池）や充電状態（例えば、満充電に近い状態）によっては小さな電力が好ましいこともある。したがって、本発明の充電台は、必ずしも、内外コイル励起状態における供給電力を、内側コイル励起状態における供給電力よりも大きくする必要はなく、内外コイル励起状態における供給電力を小さくし、内側コイル励起状態における供給電力を大きくすることもできる。
【００５０】
この充電台は、セットされる電池内蔵機器から充電台に必要電力情報を伝送し、交流電源が、この必要電力情報に基づいて電源コイルに供給する電力を変更することができる。例えば、図７と図１０に示すように、情報を伝送する情報伝送回路６６、６７を備える電池内蔵機器５０と充電台１０は、電池内蔵機器５０の情報伝送回路６６から充電台１０の情報伝送回路６７に必要電力情報を伝送し、充電台１０の交流電源１２が、伝送される必要電力情報に基づいて、電源コイル１１に供給する電力を電力調整回路６５で調整することができる。電池内蔵機器５０は、内蔵電池５２の最大容量や残容量、電池温度等から最適な搬送電力を演算し、この情報を必要電力情報として充電器１０に伝送する。この電池内蔵機器５０は、充電台１０にセットされたタイミングで、誘導コイル５１の外径情報と必要電力情報を充電台１０に伝送し、また、電池内蔵機器５０の内蔵電池５２が充電されるタイミングにおいても、必要電力情報を充電台１０に伝送することができる。電池内蔵機器５０から必要電力情報が伝送されると、充電台１０は、最適な搬送電力となるように電源コイル１１に供給する電力を電力調整回路６５で調整する。すなわち、この充電台１０は、セットされる電池内蔵機器５０の誘導コイル５１の外径情報で内側コイル励起状態と内外コイル励起状態とを切り換えると共に、電池内蔵機器５０から伝送される必要電力情報によって、交流電源１２が電源コイル１１に供給する電力を調整する。これにより、小さい誘導コイル５１Ａを備える電池内蔵機器５０Ａがセットされて、内側コイル励起状態とする場合においても、内側コイル１１Ａに供給する電力を大きくして、ハイパワーで効率よく電力搬送でき、また、大きい誘導コイル５１Ｂを備える電池内蔵機器５０Ｂがセットされて、内外コイル励起状態とする場合においても、内側コイル１１Ａと外側コイル１１Ｂとに供給する電力を小さくして、ローパワーで効率よく電力搬送することができる。
【００５１】
図３の充電台１０は、電源コイル１１を誘導コイル５１に接近するように移動させるので、電源コイル１１を可撓性のリード線１６を介して交流電源１２に接続している。電源コイル１１が上面プレート２１に載せられる電池内蔵機器５０の誘導コイル５１に接近するように移動されるからである。
【００５２】
電源コイル１１は、移動機構１３で誘導コイル５１に接近するように移動される。図２ないし図５の移動機構１３は、電源コイル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誘導コイル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、電源コイル１１を誘導コイル５１に接近させる。サーボモータ２２は、電源コイル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、電源コイル１１をＸ軸方向に移動させる一対のＸ軸ネジ棒２３Ａと、電源コイル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。電源コイル１１はＹ軸ナット材２４Ｂに連結している。
【００５３】
さらに、図に示す移動機構１３は、電源コイル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、電源コイル１１に連結されるガイド部２７を貫通しており、電源コイル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、電源コイル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。
【００５４】
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、電源コイル１１をＹ軸方向に移動させる。このとき、電源コイル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、電源コイル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、電源コイル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、電源コイル１１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。
【００５５】
位置検出制御器１４は、上面プレート２１に載せられた電池内蔵機器５０の位置を検出する。図２ないし図５の位置検出制御器１４は、電池内蔵機器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。さらに、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に接近させた後、さらに、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。
【００５６】
第１の位置検出制御器１４Ａは、図６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に位置検出信号を供給する検出信号発生回路３１と、この検出信号発生回路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と、この受信回路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とを備える。
【００５７】
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、誘導コイル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、誘導コイル５１の外径（Ｄ）よりも小さく、好ましくはＸ軸検出コイル３０Ａ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。Ｘ軸検出コイル３０Ａは、間隔（ｄ）を狭くして、誘導コイル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、誘導コイル５１の外径（Ｄ）よりも小さく、好ましくはＹ軸検出コイル３０Ｂ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。Ｙ軸検出コイル３０Ｂも、その間隔（ｄ）を狭くして、誘導コイル５１のＹ軸方向の位置を正確に検出できる。
【００５８】
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１３に示すように、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。
【００５９】
図６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。
【００６０】
図６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。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。
【００６１】
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。
【００６２】
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、誘導コイル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、識別回路３３に接続しているＸ軸検出コイル３０Ａに位置検出信号を出力し、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Ｘ軸検出コイル３０Ａに誘導コイル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から誘導コイル５１のＸ軸方向の位置を検出できる。誘導コイル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、誘導コイル５１のＹ軸方向の位置を検出する。
【００６３】
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、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。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、電源コイル１１を誘導コイル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、電源コイル１１を誘導コイル５１のＹ軸方向の位置に移動させる。
【００６４】
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。以上の充電台は、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。
【００６５】
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電源コイル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、電源コイル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１４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Ｘ軸サーボモータ２２Ａを制御して電源コイル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電源コイル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、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。
【００６６】
以上の充電台は、第１の位置検出制御器１４Ａで誘導コイル５１の位置を粗検出した後、さらに第２の位置検出制御器１４Ｂで微調整して電源コイル１１を誘導コイル５１に接近させるが、図１５に示す以下の位置検出制御器４４は、微調整することなく電源コイル１１を誘導コイル５１に接近できる。
【００６７】
この位置検出制御器４４は、図１５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に位置検出信号を供給する検出信号発生回路３１と、この検出信号発生回路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と、この受信回路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４３とを備える。さらに、この位置検出制御器４４は、識別回路４３に、誘導コイル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１３に示すように、各々の位置検出コイル３０を位置検出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４７を備えている。この位置検出制御器４４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４７に記憶しているエコー信号のレベルに比較して、誘導コイル５１の位置を検出している。
【００６８】
この位置検出制御器４４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、誘導コイル５１の位置を求めている。図１５に示す位置検出コイル３０は、誘導コイル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１６は、誘導コイル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、横軸が誘導コイル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４４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、誘導コイル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、誘導コイル５１を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、誘導コイル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１６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、誘導コイル５１が第１のＸ軸位置検出コイル３０Ａと第３のＸ軸位置検出コイル３０Ａの中間にあるとき、図１６の点Ｂで示すように、第１のＸ軸位置検出コイル３０Ａと第３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、誘導コイル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、誘導コイル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、誘導コイル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誘導コイル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、誘導コイル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。
【００６９】
識別回路４３は、誘導コイル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４７に記憶している。誘導コイル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４３は、Ｘ軸位置検出コイル３０Ａに誘導されるエコー信号で誘導コイル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４７に記憶しているレベルに比較して、誘導コイル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誘導コイル５１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、この関数から誘導コイル５１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誘導コイル５１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４３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の間における誘導コイル５１のＸ軸方向の位置を演算して検出することができる。
【００７０】
以上は、識別回路４３が、Ｘ軸位置検出コイル３０Ａに誘導されるエコー信号から、誘導コイル５１のＸ軸方向の位置を検出する方法を示すが、誘導コイル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。
【００７１】
識別回路４３が、誘導コイル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４３からの位置信号でもって、位置検出制御器４４は電源コイル１１を誘導コイル５１の位置に移動させる。
【００７２】
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４３は、電池内蔵機器５０の誘導コイル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の誘導コイル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の誘導コイル５１が搭載されていないとして、電力供給をしない。
【００７３】
充電台１０は、位置検出制御器１４、４４で移動機構１３を制御して電源コイル１１を誘導コイル５１に接近させた状態で、交流電源１２で電源コイル１１に交流電力を供給する。電源コイル１１の交流電力は誘導コイル５１に電力搬送されて、内蔵電池５２の充電に使用される。電池内蔵機器５０は、内蔵電池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、誘導コイル５１に満充電信号を出力し、この満充電信号を誘導コイル５１から電源コイル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誘導コイル５１に出力し、充電台１０はこの交流信号を電源コイル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誘導コイル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７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、内蔵電池５２の満充電を検出する。
【符号の説明】
【００７４】
１０…充電台
１１…電源コイル １１Ａ…内側コイル
１１ａ…出し線
１１Ｂ…外側コイル
１１ｂ…出し線
１１Ｘ…中間接続点
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
１６…リード線
１７…満充電検出回路
１８…回路基板
１９…導電パターン
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…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
４３…識別回路
４４…位置検出制御器
４７…記憶回路
５０…電池内蔵機器 ５０Ａ…電池内蔵機器
５０Ｂ…電池内蔵機器
５１…誘導コイル ５１Ａ…誘導コイル
５１Ｂ…誘導コイル
５２…内蔵電池
５３…整流回路
５４…充電回路
５５…直列コンデンサー
５６…短絡回路 ５６Ａ…短絡スイッチ
５７…制御回路
５８…電解コンデンサー
６１…商用電源
６２…スイッチング電源
６３…スイッチング素子 ６３Ａ…第１のスイッチング素子
６３Ｂ…第２のスイッチング素子
６４…切換回路
６５…電力調整回路
６６…情報伝送回路
６７…情報伝送回路
７２…交流電源
７３…ペアースイッチング素子 ７３Ａ…第１のペアースイッチング素子
７３Ｂ…第２のペアースイッチング素子
７３Ｃ…第３のペアースイッチング素子
７４…切換回路
７５…発振回路
７６…反転回路
７７…切換スイッチ
８６…効率検出回路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パック電池や携帯電話などの電池内蔵機器と、この電池内蔵機器に電磁誘導作用で電力を搬送して、電池内蔵機器の内蔵電池を充電する充電台に関する。
【背景技術】
【０００２】
電磁誘導の作用で電源コイルから誘導コイルに電力搬送して、パック電池やノート型パソコンなどの電池内蔵機器に内蔵している電池を充電する充電台は開発されている。（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、パック電池やノート型パソコン等の電池内蔵機器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記載する。充電台の電源コイルと、電池内蔵機器の誘導コイルは互いに対向するように配置しているフェライトコアにコイルを巻いたものである。電源コイルと誘導コイルのフェライトコアは、磁気結合してトランスを形成するようにして、電源コイルから誘導コイルに磁気誘導作用で電力搬送している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１１０４０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
以上の充電台は、載せる電池内蔵機器の種類によって、電源コイルから誘導コイルに電力搬送する電力を調整している。電力調整するために、フェライトコアに巻いているコイルのタップを切り換えている。この構造は、電力搬送する電力を調整して電池内蔵機器に電送できる。しかしながら、つねに効率よく電池内蔵機器の誘導コイルに電力搬送できない欠点があった。
【０００６】
本発明は、さらに以上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、充電台の電源コイルから電池内蔵機器の誘導コイルに効率よく電力搬送できる電池内蔵機器と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】
【０００７】
本発明の電池内蔵機器と充電台は、電源コイル１１に交流電源１２、７２を接続してなる充電台１０と、この充電台１０にセットされて電源コイル１１に電磁結合される誘導コイル５１を内蔵する電池内蔵機器５０とからなり、電源コイル１１から誘導コイル５１に電力搬送される電力でもって、電池内蔵機器５０の内蔵電池５２を充電している。電源コイル１１は、平面コイルである内側コイル１１Ａと、この内側コイル１１Ａの外側に位置し、かつ内側コイル１１Ａと同一平面に配置してなる平面コイルの外側コイル１１Ｂとからなる。充電台１０の交流電源１２、７２は、内側コイル１１Ａに交流電力を供給して、外側コイル１１Ｂに交流電力を供給しない内側コイル励起状態と、内側コイル１１Ａと外側コイル１１Ｂの両方に交流電力を供給する内外コイル励起状態とを切り換える切換回路６４、７４を備えており、充電台１０にセットされる電池内蔵機器５０によって、内側コイル励起状態と内外コイル励起状態とを切り換えて、電池内蔵機器５０の誘導コイル５１に電力搬送している。
【０００８】
以上の電池内蔵機器と充電台は、電源コイルから誘導コイルに効率よく電力搬送できる特徴がある。それは、充電台にセットされる電池内蔵機器の誘導コイルによって、充電台の電源コイルを、内側コイルのみに電力を供給する内側コイル励起状態と、内側コイルと外側コイルの両方に交流電力を供給する内外コイル励起状態とに切り換えて、電源コイルから誘導コイルに電力搬送するからである。内側コイル励起状態は、内外コイル励起状態に対して励磁される電源コイルの外径が小さいので、小さい誘導コイルに電磁結合されて効率よく電力搬送でき、内外コイル励起状態は、励磁される電源コイルの外径が大きくなるので、大きい誘導コイルに効率よく電力搬送できる。このため、大きい誘導コイルを内蔵する電池内蔵機器と、小さい励磁コイルを内蔵する電池内蔵機器の両方に効率よく電力搬送できる特徴がある。電力搬送の効率を良くすることは、省エネの効果のみでなく、電池内蔵機器の無駄な発熱を少なくして、内蔵電池や他の電子部品が加熱される熱による弊害も有効に防止できる効果がある。とくに、電池内蔵機器は、限られた容積に電池や種々の部品を収納しているので、内部の発熱を効率よく放熱することが難しく、いかに発熱を少なくできるかは極めて大切である。
【０００９】
また、本発明の電池内蔵機器と充電台は、電源コイルを薄い平面コイルとし、さらに、電源コイルは外側コイルと内側コイルの両方を平面コイルとし、かつ外側コイルと内側コイルとを同一平面に配置するので、電源コイルを薄くして狭いスペースに収納して、充電台から複数の電池内蔵機器に効率よく電力搬送できる特徴も実現する。
【００１０】
本発明の電池内蔵機器と充電台は、内側コイル１１Ａと外側コイル１１Ｂとをα巻きされた平面コイルとして、内側コイル１１Ａは平面コイルの内周に出し線１１ａを配置し、外側コイル１１Ｂは平面コイルの外周に出し線１１ｂを配置することができる。
以上の電池内蔵機器と充電台は、電源コイルの内側コイルと外側コイルとをα巻の平面コイルとするので、出し線による電源コイルの厚さの増加が少なく、電源コイルの全体を薄くして、外側コイルの内側に内側コイルを配置できる特徴がある。また、外側コイルと内側コイルとの境界に出し線を設けることなく、内側コイルと外側コイルとを密着して配置しながら、出し線の配線を簡単にできる。
【００１１】
本発明の電池内蔵機器と充電台は、充電台１０の交流電源１２、７２が、電池内蔵機器５０の誘導コイル５１の外径によって内側コイル励起状態と内外コイル励起状態とを切り換えることができる。
以上の電池内蔵機器と充電台は、誘導コイルの外径で電源コイルを励起する領域の外径をコントロールするので、大きな外径の誘導コイルと、小さい外径の誘導コイルに効率よく電力搬送できる特徴がある。
【００１２】
本発明の電池内蔵機器と充電台は、電池内蔵機器５０と充電台１０が情報を伝送する情報伝送回路６６、６７を備えて、情報伝送回路６６、６７でもって電池内蔵機器５０から充電台１０に誘導コイル５１の外径情報を伝送し、充電台１０の交流電源１２、７２が、伝送される外径情報で内外コイル励起状態と内外コイル励起状態とを切り換えることができる。
以上の充電台は、電池内蔵機器から伝送される情報で、電源コイルを励起する領域を切り換えるので、電源コイルを励起する領域を、電池内蔵機器に内蔵される誘導コイルに最適な領域として効率よく電力搬送できる特徴がある。
【００１３】
本発明の電池内蔵機器と充電台は、充電台１０が、電源コイル１１から誘導コイル５１に電力搬送する電送効率を検出する効率検出回路８６を備え、交流電源１２、７２が効率検出回路８６で検出される電送効率を最大とするように内側コイル励起状態と内外コイル励起状態とに切り換えるようことができる。
以上の充電台は、電力搬送する効率が良くなるように、電源コイルを励起する領域を切り換えるので、異なる誘導コイルの電池内蔵機器に、つねに効率よく電力搬送できる特徴がある。
【００１４】
本発明の電池内蔵機器と充電台は、内側コイル１１Ａと外側コイル１１Ｂとを回路基板１８の表面に実装し、内側コイル１１Ａの出し線１１ａを回路基板１８の導電パターン１９に接続することができる。
以上の充電台は、電源コイルを回路基板に実装して、電源コイルと回路基板とのトータルの厚さを薄くできる特徴がある。とくに、電源コイルの外側に内側コイルの出し線を引き出しながら、電源コイルと回路基板とのトータルの厚さを薄くできる特徴がある。外側コイルの外側に引き出す内側コイルからの出し線を、回路基板の薄い導電部で構成することで、内側コイルと同じ導線を外側コイルに積層して引き出す必要がないからである。
【００１５】
本発明の電池内蔵機器と充電台は、交流電源１２、７２が、電源コイル１１に供給する電力を変更する電力調整回路６５を備え、この電力調整回路６５が、内外コイル励起状態における供給電力を、内側コイル励起状態における供給電力よりも大きくすることができる。
以上の充電台は、内外コイル励起状態で内側コイルと外側コイルとに供給するトータル電力を、内側コイル励起状態において内側コイルに供給する電力よりも大きくするので、大きい誘導コイルの電池内蔵機器にはハイパワーで効率よく電力搬送し、小さい誘導コイルの電池内蔵機器には、ローパワーで効率よく電力搬送できる特徴がある。
【００１６】
本発明の電池内蔵機器と充電台は、電池内蔵機器５０と充電台１０が情報を伝送する情報伝送回路６６、６７を備えて、情報伝送回路６６、６７でもって電池内蔵機器５０から充電台１０に必要電力情報を伝送すると共に、充電台１０の交流電源１２、７２が、電源コイル１１に供給する電力を変更する電力調整回路６５を備え、この電力調整回路６５が、伝送される必要電力情報に基づいて電源コイル１１に供給する電力を変更することができる。
以上の充電台は、セットされる電池内蔵機器から伝送される必要電力情報で、電源コイルに供給する電力を変更するので、電池内蔵機器の内蔵電池の充電に最適な電力を供給して、理想的に内蔵電池を充電できる特徴がある。
【００１７】
本発明の電池内蔵機器と充電台は、電源コイル１１と誘導コイル５１の両方を平面コイルとして、電池内蔵機器５０が充電台１０にセットされる状態で、誘導コイル５１と電源コイル１１とを互いに接近して対向する位置に配置して、電源コイル１１から誘導コイル５１に電力搬送することができる。
以上の電池内蔵機器と充電台は、電源コイルと誘導コイルの両方を平面コイルとするので、充電台と電池内蔵機器を薄くしながら、充電台から電池内蔵機器に効率よく電力搬送できる特徴がある。
【００１８】
本発明の電池内蔵機器と充電台は、電源コイル１１と誘導コイル５１とを空芯の平面コイルとすることができる。
さらに、以上の電池内蔵機器と充電台は、電源コイルと誘導コイルの両方を空芯の平面コイルとするので、電源コイルと誘導コイルをとくに薄くして、電源コイルから誘導コイルに効率よく電力搬送できる特徴がある。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施例にかかる電池内蔵機器と充電台の斜視図である。
【図２】図１に示す充電台の内部構造を示す概略斜視図である。
【図３】図１に示す充電台の内部構造を示す水平断面図である。
【図４】図３に示す充電台の垂直縦断面図である。
【図５】図３に示す充電台の垂直横断面図である。
【図６】充電台の位置検出制御器の一例を示す回路図である。
【図７】本発明の一実施例にかかる電池内蔵機器と充電台のブロック図である。
【図８】電源コイルの一例を示す斜視図である。
【図９】図８に示す電源コイルの分解斜視図である。
【図１０】電源コイルと交流電源の接続状態を示す回路図である。
【図１１】本発明の他の実施例にかかる電池内蔵機器と充電台のブロック図である。
【図１２】交流電源の他の一例を示す回路図である。
【図１３】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図である。
【図１４】電源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１５】充電台の位置検出制御器の他の一例を示す回路図である。
【図１６】図１５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。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
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電池内蔵機器と充電台を例示するものであって、本発明は電池内蔵機器と充電台を以下のものに特定しない。さらに、この明細書は、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。
【００２１】
図１ないし図７は、充電台１０の概略構成図及び原理図を示している。充電台１０は、図１、図２、及び図７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を磁気誘導作用で電力搬送して充電する。電池内蔵機器５０は、電源コイル１１に電磁結合される誘導コイル５１を内蔵している。この誘導コイル５１に誘導される電力で充電される内蔵電池５２を内蔵している。ここで、電池内蔵機器５０は、携帯電話やＩＣプレーヤなどの電子機器とすることも、パック電池とすることもできる。
【００２２】
図７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、誘導コイル５１に誘導される交流を整流する整流回路５３と、この整流回路５３の出力で電池内蔵機器５０の内蔵電池５２を充電する充電回路５４と、誘導コイル５１の両端を短絡する短絡回路５６と、充電異常を検出して短絡回路５６をオンに制御する制御回路５７とを備えている。
【００２３】
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。図の電池内蔵機器５０は、誘導コイル５１と整流回路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、図の電池内蔵機器５０は、整流回路５３の出力側に整流回路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。
【００２４】
短絡回路５６は、誘導コイル５１の両端を短絡して、誘導コイル５１から整流回路５３への電力供給を遮断する。図７の短絡回路５６は、誘導コイル５１の両端を直列コンデンサー５５を介して短絡している。この構造は、短絡回路５６をオンとする短絡状態において、誘導コイル５１の発熱を有効に防止できる特長がある。図の短絡回路５６は、誘導コイル５１の出力側を短絡する短絡スイッチ５６Ａとしている。図に示す短絡スイッチ５６ＡはＦＥＴである。ただ、この短絡スイッチには、トランジスタ等の半導体スイッチング素子やリレーも使用できる。
【００２５】
短絡回路５６である短絡スイッチ５６Ａは、充電異常を検出する制御回路５７でオンオフに制御される。制御回路５７は、充電異常を検出して短絡スイッチ５６Ａをオンオフに制御する。制御回路５７は、充電異常を検出しない状態では短絡スイッチ５６ＡのＦＥＴをオフとし、充電異常を検出すると短絡スイッチ５６ＡのＦＥＴをオンに切り換える。オン状態の短絡スイッチ５６Ａは、誘導コイル５１の出力側を直列コンデンサー５５を介して短絡して、誘導コイル５１から整流回路５３への電力供給を遮断する。
【００２６】
充電異常な状態は、たとえば、電池内蔵機器５０の内蔵電池５２が過充電となり保護回路により切断された後も、充電台１０からの電力搬送を停止できない状態、あるいは、電池内蔵機器５０が電磁調理器などに載せられて、誘導コイル５１に異常な電力が誘導される状態などである。内蔵電池５２の充電を停止して、充電台１０からの電力搬送を停止できない状態は、たとえば、電池内蔵機器５０から充電を停止する信号を充電台１０に伝送したにもかかわらず、充電台１０が故障して電源コイル１１への交流電力の供給を停止できない状態で発生する。
【００２７】
内蔵電池５２の充電を停止する状態で、充電台１０が故障して続けて電力搬送されると、電池側の保護回路が働いて切断され、誘導コイル５１は無負荷な状態となって誘導電圧が異常に高くなる。また、電池内蔵機器５０が電磁調理器などに載せられると、誘導コイル５１に電力搬送されるパワーが極めて大きくなって、誘導コイル５１の誘導電圧が規定値よりも高くなる。この状態は、たとえば、整流回路の整流素子に耐圧よりも高い電圧を印加して破壊させる原因となる。とくに、整流回路をＦＥＴの同期整流回路とする回路構成にあっては、ＦＥＴが高電圧によって破壊される原因となる。
【００２８】
充電台１０は、図１ないし図７に示すように、交流電源１２に接続されて誘導コイル５１に起電力を誘導する電源コイル１１と、この電源コイル１１を内蔵すると共に、上面には電池内蔵機器５０を載せる上面プレート２１を有するケース２０と、このケース２０に内蔵されて、電源コイル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を制御して電源コイル１１を電池内蔵機器５０の誘導コイル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、電源コイル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。
【００２９】
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）ケース２０の上面プレート２１に電池内蔵機器５０が載せられると、この電池内蔵機器５０の位置が位置検出制御器１４で検出される。
（２）電池内蔵機器５０の位置を検出した位置検出制御器１４は、移動機構１３を制御して、移動機構１３でもって電源コイル１１を上面プレート２１に沿って移動させて電池内蔵機器５０の誘導コイル５１に接近させる。
（３）誘導コイル５１に接近する電源コイル１１は、誘導コイル５１に電磁結合されて誘導コイル５１に交流電力を搬送する。
（４）電池内蔵機器５０は、誘導コイル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。
【００３０】
以上の動作で電池内蔵機器５０の内蔵電池５２を充電する充電台１０は、交流電源１２に接続している電源コイル１１をケース２０に配置している。電源コイル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。電源コイル１１から誘導コイル５１への電力搬送の効率は、電源コイル１１と誘導コイル５１の間隔を狭くして向上できる。好ましくは、電源コイル１１を誘導コイル５１に接近する状態で、電源コイル１１と誘導コイル５１の間隔は７ｍｍ以下とする。したがって、電源コイル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。電源コイル１１は、上面プレート２１の上に載せられる電池内蔵機器５０の誘導コイル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。
【００３１】
電源コイル１１を内蔵するケース２０は、電池内蔵機器５０を載せる平面状の上面プレート２１を上面に設けている。図１と図２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を上に載せることができる大きさ、たとえば、一辺を５ｃｍないし３０ｃｍとする四角形としている。ただ、上面プレートは、直径を５ｃｍないし３０ｃｍとする円形とすることもできる。図１と図２の充電台１０は、上面プレート２１を大きくして、すなわち複数の電池内蔵機器５０を同時に載せることができる大きさとして、複数の電池内蔵機器５０を一緒に載せて内蔵される内蔵電池５２を順番に充電できるようにしている。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。
【００３２】
電源コイル１１は、上面プレート２１と平行な面で渦巻き状に巻かれた平面コイルで、上面プレート２１の上方に交流磁束を放射する。この電源コイル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。電源コイル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。
【００３３】
電源コイル１１を図８と図９に示している。この電源コイル１１は、内側コイル１１Ａの外側に外側コイル１１Ｂを配置している。内側コイル１１Ａと外側コイル１１Ｂは両方が平面コイルで、外側コイル１１Ｂの内側に内側コイル１１Ａを配置して、外側コイル１１Ｂと内側コイル１１Ａとを同一平面に配置している。外側コイル１１Ｂの内径は、内側コイル１１Ａとの間に隙間ができないように、内側コイル１１Ａの外径にほぼ等しくしている。内側コイル１１Ａと外側コイル１１Ｂとの間に隙間のない電源コイル１１は、内側コイル１１Ａと外側コイル１１Ｂの両方に電力を供給する状態で、電池内蔵機器５０の誘導コイル５１に効率よく電力搬送できる。
【００３４】
内側コイル１１Ａと外側コイル１１Ｂはα巻された平面コイルである。α巻の外側コイル１１Ｂは、外周に出し線１１ｂを引き出し、α巻された内側コイル１１Ａは内周に出し線１１ａを引き出している。α巻の平面コイルは、渦巻き状コイルを偶数段に積層して直列に連結している。α巻の外側コイル１１Ｂは、偶数段目に配置される渦巻き状コイルを外周から内側に渦巻き状に巻いたコイルとして、奇数段目に配置される渦巻き状コイルを内側から外側に渦巻き状に巻いて出し線１１ｂを外周縁に設けている。α巻の内側コイル１１Ａは、偶数段目に配置される渦巻き状コイルを内周縁から外側に渦巻き状に巻き、奇数段目に配置される渦巻き状コイルを外周から内側に渦巻き状に巻いて出し線１１ａを内側に引き出している。
【００３５】
内側コイル１１Ａと外側コイル１１Ｂの両方をα巻の平面コイルとして、外側コイル１１Ｂの内側に内側コイル１１Ａを配置する電源コイル１１は、内側コイル１１Ａと外側コイル１１Ｂの両方のコイルを多段に巻く構造によって、外径を特定する形状としながら、太いコイルでインダクタンスを大きくし、さらに交流電源で励起するコイル領域を、大きな外径と小さい外径に変更できる。また、外側コイル１１Ｂと内側コイル１１Ａとの境界に出し線を設けることなく、内側コイル１１Ａと外側コイル１１Ｂとを密着して出し線１１ａ、１１ｂの配線を簡単にできる。ただ、本発明は、電源コイルを以上の構造に限定するものではなく、たとえば、渦巻き状コイルを一段に配置し、コイルの中間にタップを設けて、タップの内側を内側コイル、タップの外側を外側コイルとすることもできる。
【００３６】
図８と図９の電源コイル１１は、内側コイル１１Ａと外側コイル１１Ｂを回路基板１８の表面に接着して固定している。回路基板１８は薄いフレキシブル基板で、表面には導電パターン１９を設けている。内側コイル１１Ａの出し線１１ａは、内側コイル１１Ａの中心孔に設けている導電パターン１９にハンダ付けして接続され、外側コイル１１Ｂの出し線１１ｂは、外側コイル１１Ｂの外周に設けている導電パターン１９にハンダ付けして連結している。回路基板１８は、導電パターン１９でもって、内側コイル１１Ａと外側コイル１１Ｂを巻き方向が同じとなるように直列に接続している。さらに、回路基板１８は、内側コイル１１Ａと外側コイル１１Ｂの中間接続点１１Ｘと、外側コイル１１Ｂと内側コイル１１Ａの一端を外部に接続する３ラインの導電パターン１９を設けている。
【００３７】
電源コイル１１が、３ラインの導電パターン１９を介して交流電源１２に接続される回路図を図１０に示している。この図の交流電源１２は、入力される商用電源６１を直流電圧に変換するスイッチング電源６２と、このスイッチング電源６２から出力される直流を交流に変換して電源コイル１１に供給するスイッチング素子６３と、スイッチング素子６３を制御する切換回路６４とを備えている。さらに、図に示す交流電源１２は、電源コイル１１に供給する電力を変更する電力調整回路６５を備えている。
【００３８】
スイッチング電源６２は、商用電源６１から入力される交流を所定の直流電圧に変換して出力する。切換回路６４は、スイッチング素子６３を制御して、内側コイル１１Ａに交流電力を供給して、外側コイル１１Ｂに交流電力を供給しない内側コイル励起状態と、内側コイル１１Ａと外側コイル１１Ｂの両方に交流電力を供給する内外コイル励起状態とに切り換える。切換回路６４は、充電台１０にセットされる電池内蔵機器５０によって、内側コイル励起状態と内外コイル励起状態とを切り換えて、電池内蔵機器５０の誘導コイル５１に電力搬送する。
【００３９】
図１０の交流電源１２は、電源コイル１１の中間接続点１１Ｘに接続している第１のスイッチング素子６３Ａと、外側コイル１１Ｂの一端に接続している第２のスイッチング素子６３Ｂのいずれかを所定の周期でオンオフに切り換えて、他方をオフ状態に保持して、内側コイル励起状態と内外コイル励起状態とを切り換える。第１のスイッチング素子６３Ａがオンオフに切り換えられて、第２のスイッチング素子６３Ｂがオフ状態に保持される状態で、内側コイル励起状態となり、第２のスイッチング素子６３Ｂがオンオフに切り換えられて、第１のスイッチング素子６３Ａがオフ状態に保持される状態で、内外コイル励起状態となる。スイッチング素子６３は、たとえば、２０ｋＨｚ〜数ＭＨｚの周期でオンオフに切り換えられて、電源コイル１１に高周波電力を供給する。
【００４０】
切換回路６４は、充電台１０にセットされる電池内蔵機器５０の誘導コイル５１の大きさで、第１のスイッチング素子６３Ａと第２のスイッチング素子６３Ｂのいずれをオンオフに切り換えるかを決定する。電池内蔵機器５０の誘導コイル５１の大きさは、電池内蔵機器５０から充電台１０に伝送される情報で検出され、あるいは内外コイル励起状態と内外コイル励起状態とで電源コイル１１から誘導コイル５１に電力搬送される電送効率を検出して判定される。
【００４１】
電池内蔵機器５０から伝送される情報で誘導コイル５１の大きさを判定するシステムは、図７と図１０に示すように、電池内蔵機器５０と充電台１０に、誘導コイル５１の外径情報を伝送する情報伝送回路６６、６７を設けている。このシステムは、電池内蔵機器５０が充電台１０にセットされたタイミングで、電池内蔵機器５０の情報伝送回路６６から充電台１０の情報伝送回路６７に誘導コイル５１の外径情報を伝送する。充電台１０の交流電源１２は、伝送される外径情報で誘導コイル５１の外径を判定して、内側コイル励起状態と内外コイル励起状態とを切り換える。交流電源１２は、充電台１０に小さい誘導コイル５１Ａを特定する外径情報が伝送される状態では、内側コイル励起状態として、小さい領域に交流磁界を発生して小さい誘導コイル５１Ａに効率よく電力搬送し、大きい誘導コイル５１Ｂを特定する外径情報が伝送される状態では、内外コイル励起状態として、広い領域に交流磁界を発生して大きい誘導コイル５１Ｂに効率よく電力搬送する。
【００４２】
電送効率で誘導コイル５１の大きさを判定するシステムは、図１１に示すように、電源コイル１１から誘導コイル５１に電力搬送する電送効率を検出する効率検出回路８６を充電台１０に設け、交流電源１２が、効率検出回路８６で検出される電送効率を最大とするように内側コイル励起状態と内外コイル励起状態とに切り換える。誘導コイル５１と電源コイル１１は、同じ大きさとして効率よく電力搬送できる。とくに、平面コイルの誘導コイル５１と、平面コイルの電源コイル１１とを対向するように配置して、電源コイル１１から誘導コイル５１に電力搬送する構造は、電源コイル１１と誘導コイル５１を同じ外径として効率よく電力搬送できる。
【００４３】
たとえば、内側コイル１１Ａの外径を３ｃｍ、外側コイル１１Ｂの外径を４ｃｍとして、３ｃｍ又は４ｃｍの誘導コイル５１を内蔵する電池内蔵機器５０に効率よく電力搬送できる。たとえば、外径を３ｃｍとする誘導コイル５０Ａを内蔵する電池内蔵機器５０Ａが充電台１０にセットされる状態にあっては、外径を３ｃｍとする内側コイル１１Ａを励起して、すなわち内側コイル励起状態として、誘導コイル５１に効率よく電力搬送できる。また、外径を４ｃｍとする誘導コイル５１Ｂを内蔵する電池内蔵機器５０Ｂが充電台１０にセットされる状態にあっては、外径を４ｃｍとする外側コイル１１Ｂと内側コイル１１Ａの両方を励起して、すなわち内外コイル励起状態として、誘導コイル５１Ｂに効率よく電力搬送できる。ただ、電源コイルと誘導コイルとを、必ずしも外径を全く同一として電力搬送する必要はなく、近似する外径として電力搬送することができる。したがって、大きい誘導コイル５１Ｂの電池内蔵機器５０Ｂと、小さい誘導コイル５１Ａの電池内蔵機器５０Ａに電力搬送するために、内側コイル１１Ａと外側コイル１１Ｂとで外径を変更できる電源コイル１１として、大きい誘導コイル５１Ｂは大きな電源コイル１１で、小さい誘導コイル５１Ａは小さい電源コイル１１で効率よく電力搬送できる。充電台１０は、充電台１０にセットされる電池内蔵機器５０に内蔵している誘導コイル５１の大きさに近い外径となるように、電源コイル１１を内側コイル励起状態と内外コイル励起状態に切り換えて効率よく電力搬送する。
【００４４】
電力調整回路６５は、スイッチング電源６２の電源電圧を変更し、あるいは、スイッチング素子６３のオンオフのデューティーを変更して電源コイル１１に供給する電力を変更する。この電力調整回路６５は、スイッチング電源６２の電源電圧を高電圧として電源コイル１１に供給する電力を大きくし、あるいは、スイッチング素子６３のデューティーを大きくして、すなわち、オフ時間に対するオン時間の割合を大きくして電源コイル１１に供給する電力を大きくする。また、電力調整回路６５は、スイッチング電源６２の電源電圧を低電圧として電源コイル１１に供給する電力を小さくし、あるいは、スイッチング素子６３のデューティーを小さくして、すなわち、オフ時間に対するオン時間の割合を小さくして電源コイル１１に供給する電力を小さくする。電力調整回路６５は、内外コイル励起状態における供給電力が内側コイル励起状態における供給電力よりも大きくするように電源コイル１１に供給する電力を変更する。この交流電源１２は、内側コイル励起状態においては、スイッチング電源６２の出力電圧を低電圧とし、あるいはスイッチング素子６３のオンオフのデューティーを小さくして、内側コイル１１Ａに供給する電力を小さくし、内外コイル励起状態においては、スイッチング電源６２の出力電圧を高電圧とし、あるいはスイッチング素子６３のオンオフのデューティーを大きくして、内側コイル１１Ａと外側コイル１１Ｂの両方に供給する電力を大きくする。
【００４５】
さらに、図１２の交流電源７２は、電源コイル１１の両端と中間接続点１１Ｘをペアースイッチング素子７３を介してスイッチング電源６２のプラス側とマイナス側の両方に接続している。ペアースイッチング素子７３は、切換回路７４で制御される。切換回路７４は、ペアースイッチング素子７３をオンオフに切り換える周期の交流信号である切換信号、たとえば周波数を２０ＫＨｚ〜数ＭＨｚとする切換信号を出力する発振回路７５と、この発振回路７５から出力される切換信号を反転して逆位相の切換信号を出力する反転回路７６と、反転回路７６から出力される逆位相の切換信号を、第２のペアースイッチング素子７３Ｂと第３のペアースイッチング素子７３Ｃのいずれかに切り換えて出力する切換スイッチ７７とを備えている。さらに、図に示す交流電源７２も、電源コイル１１に供給する電力を変更する電力調整回路６５を備えている。この電力調整回路６５は、スイッチング電源６２の電源電圧を変更して電源コイル１１に供給する電力を変更する。ただ、この電力調整回路も、発振回路から出力される切換信号のオンオフのデューティーを変更して電源コイルに供給する電力を変更することができる。
【００４６】
この交流電源７２は、内側コイル励起状態においては、図１２で示すように、反転回路７６から出力される逆位相の切換信号を第２のペアースイッチング素子７３Ｂのゲートに入力して、すなわち、切換スイッチ７７を第２のペアースイッチング素子７３Ｂ側に切り換えて、内側コイル１１Ａの一端に接続している第１のペアースイッチング素子７３Ａと、中間接続点１１Ｘに接続している第２のペアースイッチング素子７３Ｂを所定の周期でオンオフに切り換え、外側コイル１１Ｂの一端に接続している第３のペアースイッチング素子７３Ｃはオフ状態に保持する。互いにオンオフに切り換えられる第１のペアースイッチング素子７３Ａと第２のペアースイッチング素子７３Ｂは、第１のペアースイッチング素子７３Ａが内側コイル１１Ａの一端をプラス側に接続するタイミングにあっては、第２のペアースイッチング素子７３Ｂが中間接続点１１Ｘをマイナス側に接続し、第１のペアースイッチング素子７３Ａが内側コイル１１Ａの一端をマイナス側に接続するタイミングにあっては、第２のペアースイッチング素子７３Ｂが中間接続点１１Ｘをプラス側に接続する。第１のペアースイッチング素子７３Ａと第２のペアースイッチング素子７３Ｂは、スイッチング電源６２のプラス側とマイナス側とに交互に所定の周期で切り換えて接続して、内側コイル１１Ａを励起状態とする。すなわち、内側コイル励起状態とする。さらに、交流電源７２は、内側コイル励起状態において、電圧調整回路６５がスイッチング電源６２の出力電圧を低電圧に制御して、内側コイル１１Ａに供給する電力を小さくする。
【００４７】
さらに、以上の交流電源７２は、内外コイル励起状態にあっては、切換スイッチ７７を切り換えて、反転回路７６から出力される逆位相の切換信号を第３のペアースイッチング素子７３Ｃに入力する。この状態で、内側コイル１１Ａの一端に接続している第１のペアースイッチング素子７３Ａと、外側コイル１１Ｂの一端に接続している第３のペアースイッチング素子７３Ｃは所定の周期でオンオフに切り換えられて、中間接続点１１Ｘに接続している第２のペアースイッチング素子７３Ｂはオフ状態に保持される。互いにオンオフに切り換えられる第１のペアースイッチング素子７３Ａと第３のペアースイッチング素子７３Ｃは、第１のペアースイッチング素子７３Ａが内側コイル１１Ａの一端をプラス側に接続するタイミングにあっては、第３のペアースイッチング素子７３Ｃが外側コイル１１Ｂの一端をマイナス側に接続し、第１のペアースイッチング素子７３Ａが内側コイル１１Ａの一端をマイナス側に接続するタイミングにあっては、第３のペアースイッチング素子７３Ｃが外側コイル１１Ｂの一端をプラス側に接続する。第１のペアースイッチング素子７３Ａと第３のペアースイッチング素子７３Ｃは、内側コイル１１Ａと外側コイル１１Ｂを直列に接続している電源コイル１１を、スイッチング電源６２のプラス側とマイナス側とに交互に所定の周期で切り換えて接続して、内側コイル１１Ａと外側コイル１１Ｂの両方を励起状態とする。すなわち、内外コイル励起状態とする。さらに、交流電源７２は、内外コイル励起状態において、電圧調整回路６５がスイッチング電源６２の出力電圧を高電圧に制御して、内側コイル１１Ａと外側コイル１１Ｂの両方に供給する電力を大きくする。
【００４８】
第１のペアースイッチング素子７３Ａは、発振回路７５から出力される切換信号でオンオフに切り換えられ、第２のペアースイッチング素子７３Ｂと第３のペアースイッチング素子７３Ｃは、切換信号と逆位相の切換信号でオンオフに切り換えられるので、第１のペアースイッチング素子７３Ａがコイルの一端をプラス側に接続するとき、第２のペアースイッチング素子７３Ｂと第３のペアースイッチング素子７３Ｃは、コイルの他端側をマイナス側に接続し、また、第１のペアースイッチング素子７３Ａがコイルの一端をマイナス側に接続するとき、第２のペアースイッチング素子７３Ｂと第３のペアースイッチング素子７３Ｃはコイルの他端側をプラス側に接続して、電源コイル１１に交互に逆方向に電流を流して交流で励起する。以上の交流電源７２は、コイルの両端を常にスイッチング電源６２のプラス側とマイナス側に接続して、電源コイル１１に効率よく電力を供給する。
【００４９】
以上の充電台１０は、内外コイル励起状態における供給電力が内側コイル励起状態における供給電力よりも大きくなるように、交流電源１２、７２が電源コイル１１に供給する電力を変更している。この充電台１０は、大きい誘導コイル５１Ｂを備える電池内蔵機器５０Ｂがセットされる状態では、内外コイル励起状態として、内側コイル１１Ａと外側コイル１１Ｂとに供給する電力を大きくして、ハイパワーで効率よく電力搬送できる。また、小さい誘導コイル５１Ａを備える電池内蔵機器５０Ａがセットされる状態では、内側コイル励起状態として、内側コイル１１Ａに供給する電力を小さくして、ローパワーで効率よく電力搬送できる。ただ、小さい誘導コイルを備える電池内蔵機器であっても、内蔵電池の容量（例えば、大容量の内蔵電池）や充電状態（例えば、急速充電時）によっては大きな電力を必要とすることもあり、反対に、大きい誘導コイルを備える電池内蔵機器であっても、内蔵電池の容量（例えば、小容量の内蔵電池）や充電状態（例えば、満充電に近い状態）によっては小さな電力が好ましいこともある。したがって、本発明の充電台は、必ずしも、内外コイル励起状態における供給電力を、内側コイル励起状態における供給電力よりも大きくする必要はなく、内外コイル励起状態における供給電力を小さくし、内側コイル励起状態における供給電力を大きくすることもできる。
【００５０】
この充電台は、セットされる電池内蔵機器から充電台に必要電力情報を伝送し、交流電源が、この必要電力情報に基づいて電源コイルに供給する電力を変更することができる。例えば、図７と図１０に示すように、情報を伝送する情報伝送回路６６、６７を備える電池内蔵機器５０と充電台１０は、電池内蔵機器５０の情報伝送回路６６から充電台１０の情報伝送回路６７に必要電力情報を伝送し、充電台１０の交流電源１２が、伝送される必要電力情報に基づいて、電源コイル１１に供給する電力を電力調整回路６５で調整することができる。電池内蔵機器５０は、内蔵電池５２の最大容量や残容量、電池温度等から最適な搬送電力を演算し、この情報を必要電力情報として充電器１０に伝送する。この電池内蔵機器５０は、充電台１０にセットされたタイミングで、誘導コイル５１の外径情報と必要電力情報を充電台１０に伝送し、また、電池内蔵機器５０の内蔵電池５２が充電されるタイミングにおいても、必要電力情報を充電台１０に伝送することができる。電池内蔵機器５０から必要電力情報が伝送されると、充電台１０は、最適な搬送電力となるように電源コイル１１に供給する電力を電力調整回路６５で調整する。すなわち、この充電台１０は、セットされる電池内蔵機器５０の誘導コイル５１の外径情報で内側コイル励起状態と内外コイル励起状態とを切り換えると共に、電池内蔵機器５０から伝送される必要電力情報によって、交流電源１２が電源コイル１１に供給する電力を調整する。これにより、小さい誘導コイル５１Ａを備える電池内蔵機器５０Ａがセットされて、内側コイル励起状態とする場合においても、内側コイル１１Ａに供給する電力を大きくして、ハイパワーで効率よく電力搬送でき、また、大きい誘導コイル５１Ｂを備える電池内蔵機器５０Ｂがセットされて、内外コイル励起状態とする場合においても、内側コイル１１Ａと外側コイル１１Ｂとに供給する電力を小さくして、ローパワーで効率よく電力搬送することができる。
【００５１】
図３の充電台１０は、電源コイル１１を誘導コイル５１に接近するように移動させるので、電源コイル１１を可撓性のリード線１６を介して交流電源１２に接続している。電源コイル１１が上面プレート２１に載せられる電池内蔵機器５０の誘導コイル５１に接近するように移動されるからである。
【００５２】
電源コイル１１は、移動機構１３で誘導コイル５１に接近するように移動される。図２ないし図５の移動機構１３は、電源コイル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誘導コイル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、電源コイル１１を誘導コイル５１に接近させる。サーボモータ２２は、電源コイル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、電源コイル１１をＸ軸方向に移動させる一対のＸ軸ネジ棒２３Ａと、電源コイル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。電源コイル１１はＹ軸ナット材２４Ｂに連結している。
【００５３】
さらに、図に示す移動機構１３は、電源コイル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、電源コイル１１に連結されるガイド部２７を貫通しており、電源コイル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、電源コイル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。
【００５４】
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、電源コイル１１をＹ軸方向に移動させる。このとき、電源コイル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、電源コイル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、電源コイル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、電源コイル１１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。
【００５５】
位置検出制御器１４は、上面プレート２１に載せられた電池内蔵機器５０の位置を検出する。図２ないし図５の位置検出制御器１４は、電池内蔵機器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。さらに、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に接近させた後、さらに、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。
【００５６】
第１の位置検出制御器１４Ａは、図６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に位置検出信号を供給する検出信号発生回路３１と、この検出信号発生回路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と、この受信回路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とを備える。
【００５７】
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、誘導コイル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、誘導コイル５１の外径（Ｄ）よりも小さく、好ましくはＸ軸検出コイル３０Ａ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。Ｘ軸検出コイル３０Ａは、間隔（ｄ）を狭くして、誘導コイル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、誘導コイル５１の外径（Ｄ）よりも小さく、好ましくはＹ軸検出コイル３０Ｂ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。Ｙ軸検出コイル３０Ｂも、その間隔（ｄ）を狭くして、誘導コイル５１のＹ軸方向の位置を正確に検出できる。
【００５８】
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１３に示すように、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。
【００５９】
図６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。
【００６０】
図６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。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。
【００６１】
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。
【００６２】
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、誘導コイル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、識別回路３３に接続しているＸ軸検出コイル３０Ａに位置検出信号を出力し、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Ｘ軸検出コイル３０Ａに誘導コイル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から誘導コイル５１のＸ軸方向の位置を検出できる。誘導コイル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、誘導コイル５１のＹ軸方向の位置を検出する。
【００６３】
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、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。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、電源コイル１１を誘導コイル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、電源コイル１１を誘導コイル５１のＹ軸方向の位置に移動させる。
【００６４】
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。以上の充電台は、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。
【００６５】
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電源コイル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、電源コイル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１４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Ｘ軸サーボモータ２２Ａを制御して電源コイル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電源コイル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、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。
【００６６】
以上の充電台は、第１の位置検出制御器１４Ａで誘導コイル５１の位置を粗検出した後、さらに第２の位置検出制御器１４Ｂで微調整して電源コイル１１を誘導コイル５１に接近させるが、図１５に示す以下の位置検出制御器４４は、微調整することなく電源コイル１１を誘導コイル５１に接近できる。
【００６７】
この位置検出制御器４４は、図１５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に位置検出信号を供給する検出信号発生回路３１と、この検出信号発生回路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と、この受信回路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４３とを備える。さらに、この位置検出制御器４４は、識別回路４３に、誘導コイル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１３に示すように、各々の位置検出コイル３０を位置検出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４７を備えている。この位置検出制御器４４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４７に記憶しているエコー信号のレベルに比較して、誘導コイル５１の位置を検出している。
【００６８】
この位置検出制御器４４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、誘導コイル５１の位置を求めている。図１５に示す位置検出コイル３０は、誘導コイル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１６は、誘導コイル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、横軸が誘導コイル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４４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、誘導コイル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、誘導コイル５１を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、誘導コイル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１６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、誘導コイル５１が第１のＸ軸位置検出コイル３０Ａと第３のＸ軸位置検出コイル３０Ａの中間にあるとき、図１６の点Ｂで示すように、第１のＸ軸位置検出コイル３０Ａと第３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、誘導コイル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、誘導コイル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、誘導コイル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誘導コイル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、誘導コイル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。
【００６９】
識別回路４３は、誘導コイル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４７に記憶している。誘導コイル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４３は、Ｘ軸位置検出コイル３０Ａに誘導されるエコー信号で誘導コイル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４７に記憶しているレベルに比較して、誘導コイル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誘導コイル５１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、この関数から誘導コイル５１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誘導コイル５１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４３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の間における誘導コイル５１のＸ軸方向の位置を演算して検出することができる。
【００７０】
以上は、識別回路４３が、Ｘ軸位置検出コイル３０Ａに誘導されるエコー信号から、誘導コイル５１のＸ軸方向の位置を検出する方法を示すが、誘導コイル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。
【００７１】
識別回路４３が、誘導コイル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４３からの位置信号でもって、位置検出制御器４４は電源コイル１１を誘導コイル５１の位置に移動させる。
【００７２】
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４３は、電池内蔵機器５０の誘導コイル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の誘導コイル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の誘導コイル５１が搭載されていないとして、電力供給をしない。
【００７３】
充電台１０は、位置検出制御器１４、４４で移動機構１３を制御して電源コイル１１を誘導コイル５１に接近させた状態で、交流電源１２で電源コイル１１に交流電力を供給する。電源コイル１１の交流電力は誘導コイル５１に電力搬送されて、内蔵電池５２の充電に使用される。電池内蔵機器５０は、内蔵電池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、誘導コイル５１に満充電信号を出力し、この満充電信号を誘導コイル５１から電源コイル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誘導コイル５１に出力し、充電台１０はこの交流信号を電源コイル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誘導コイル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７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、内蔵電池５２の満充電を検出する。
【符号の説明】
【００７４】
１０…充電台
１１…電源コイル １１Ａ…内側コイル
１１ａ…出し線
１１Ｂ…外側コイル
１１ｂ…出し線
１１Ｘ…中間接続点
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
１６…リード線
１７…満充電検出回路
１８…回路基板
１９…導電パターン
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…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
４３…識別回路
４４…位置検出制御器
４７…記憶回路
５０…電池内蔵機器 ５０Ａ…電池内蔵機器
５０Ｂ…電池内蔵機器
５１…誘導コイル ５１Ａ…誘導コイル
５１Ｂ…誘導コイル
５２…内蔵電池
５３…整流回路
５４…充電回路
５５…直列コンデンサー
５６…短絡回路 ５６Ａ…短絡スイッチ
５７…制御回路
５８…電解コンデンサー
６１…商用電源
６２…スイッチング電源
６３…スイッチング素子 ６３Ａ…第１のスイッチング素子
６３Ｂ…第２のスイッチング素子
６４…切換回路
６５…電力調整回路
６６…情報伝送回路
６７…情報伝送回路
７２…交流電源
７３…ペアースイッチング素子 ７３Ａ…第１のペアースイッチング素子
７３Ｂ…第２のペアースイッチング素子
７３Ｃ…第３のペアースイッチング素子
７４…切換回路
７５…発振回路
７６…反転回路
７７…切換スイッチ
８６…効率検出回路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源コイルに交流電源を接続してなる充電台と、この充電台にセットされて電源コイルに電磁結合される誘導コイルを内蔵する電池内蔵機器とからなり、
電源コイルから誘導コイルに電力搬送される電力でもって、電池内蔵機器の内蔵電池を充電するようにしてなる電池内蔵機器と充電台であって、
前記電源コイルが、平面コイルである内側コイルと、この内側コイルの外側に位置し、かつ内側コイルと同一平面に配置してなる平面コイルの外側コイルとからなり、
前記充電台の交流電源は、内側コイルに交流電力を供給して、外側コイルに交流電力を供給しない内側コイル励起状態と、内側コイルと外側コイルの両方に交流電力を供給する内外コイル励起状態とを切り換える切換回路を備えており、
充電台にセットされる電池内蔵機器によって、交流電源が内側コイル励起状態と内外コイル励起状態とを切り換えて、電池内蔵機器の誘導コイルに電力搬送するようにしてなる電池内蔵機器と充電台。
【請求項２】
前記内側コイルと外側コイルとがα巻きされた平面コイルで、内側コイルは平面コイルの内周に出し線を配置して、外側コイルは平面コイルの外周に出し線を配置している請求項１に記載される電池内蔵機器と充電台。
【請求項３】
前記充電台の交流電源が、電池内蔵機器の誘導コイルの外径によって内側コイル励起状態と内外コイル励起状態とを切り換えるようにしてなる請求項１又は２に記載される電池内蔵機器と充電台。
【請求項４】
前記充電台と電池内蔵機器が情報を伝送する情報伝送回路を備え、情報伝送回路でもって電池内蔵機器から充電台に誘導コイルの外径情報が伝送され、充電台の交流電源が、伝送される外径情報で内外コイル励起状態と内外コイル励起状態とを切り換えるようにしてなる請求項１ないし３のいずれかに記載される電池内蔵機器と充電台。
【請求項５】
前記充電台が、電源コイルから誘導コイルに電力搬送する電送効率を検出する効率検出回路を備え、前記交流電源が効率検出回路で検出される電送効率を最大とするように内側コイル励起状態と内外コイル励起状態とに切り換えるようにしてなる請求項１ないし３のいずれかに記載される電池内蔵機器と充電台。
【請求項６】
前記内側コイルと外側コイルとが回路基板の表面に実装され、内側コイルの出し線が回路基板の導電パターンに接続してなる請求項１ないし５のいずれかに記載される電池内蔵機器と充電台。
【請求項７】
前記交流電源が、電源コイルに供給する電力を変更する電力調整回路を備え、この電力調整回路が、内外コイル励起状態における供給電力を、内側コイル励起状態における供給電力よりも大きくする請求項１ないし６のいずれかに記載される電池内蔵機器と充電台。
【請求項８】
前記充電台と電池内蔵機器が情報を伝送する情報伝送回路を備え、情報伝送回路でもって電池内蔵機器から充電台に必要電力情報が伝送されると共に、充電台の交流電源が、電源コイルに供給する電力を変更する電力調整回路を備えており、この電力調整回路が、伝送される必要電力情報で電源コイルに供給する電力を変更するようにしてなる請求項１ないし６のいずれかに記載される電池内蔵機器と充電台。
【請求項９】
前記電源コイルと誘導コイルの両方が平面コイルで、電池内蔵機器が充電台にセットされる状態で、誘導コイルと電源コイルとが互いに接近して対向する位置に配置されて、電源コイルから誘導コイルに電力搬送されるようにしてなる請求項１ないし８のいずれかに記載される電池内蔵機器と充電台。
【請求項１０】
前記電源コイルと誘導コイルとが空芯の平面コイルである請求項１ないし９のいずれかに記載される電池内蔵機器と充電台。
【請求項１】
電源コイルに交流電源を接続してなる充電台と、この充電台にセットされて電源コイルに電磁結合される誘導コイルを内蔵する電池内蔵機器とからなり、
電源コイルから誘導コイルに電力搬送される電力でもって、電池内蔵機器の内蔵電池を充電するようにしてなる電池内蔵機器と充電台であって、
前記電源コイルが、平面コイルである内側コイルと、この内側コイルの外側に位置し、かつ内側コイルと同一平面に配置してなる平面コイルの外側コイルとからなり、
前記充電台の交流電源は、内側コイルに交流電力を供給して、外側コイルに交流電力を供給しない内側コイル励起状態と、内側コイルと外側コイルの両方に交流電力を供給する内外コイル励起状態とを切り換える切換回路を備えており、
充電台にセットされる電池内蔵機器によって、交流電源が内側コイル励起状態と内外コイル励起状態とを切り換えて、電池内蔵機器の誘導コイルに電力搬送するようにしてなる電池内蔵機器と充電台。
【請求項２】
前記内側コイルと外側コイルとがα巻きされた平面コイルで、内側コイルは平面コイルの内周に出し線を配置して、外側コイルは平面コイルの外周に出し線を配置している請求項１に記載される電池内蔵機器と充電台。
【請求項３】
前記充電台の交流電源が、電池内蔵機器の誘導コイルの外径によって内側コイル励起状態と内外コイル励起状態とを切り換えるようにしてなる請求項１又は２に記載される電池内蔵機器と充電台。
【請求項４】
前記充電台と電池内蔵機器が情報を伝送する情報伝送回路を備え、情報伝送回路でもって電池内蔵機器から充電台に誘導コイルの外径情報が伝送され、充電台の交流電源が、伝送される外径情報で内外コイル励起状態と内外コイル励起状態とを切り換えるようにしてなる請求項１ないし３のいずれかに記載される電池内蔵機器と充電台。
【請求項５】
前記充電台が、電源コイルから誘導コイルに電力搬送する電送効率を検出する効率検出回路を備え、前記交流電源が効率検出回路で検出される電送効率を最大とするように内側コイル励起状態と内外コイル励起状態とに切り換えるようにしてなる請求項１ないし３のいずれかに記載される電池内蔵機器と充電台。
【請求項６】
前記内側コイルと外側コイルとが回路基板の表面に実装され、内側コイルの出し線が回路基板の導電パターンに接続してなる請求項１ないし５のいずれかに記載される電池内蔵機器と充電台。
【請求項７】
前記交流電源が、電源コイルに供給する電力を変更する電力調整回路を備え、この電力調整回路が、内外コイル励起状態における供給電力を、内側コイル励起状態における供給電力よりも大きくする請求項１ないし６のいずれかに記載される電池内蔵機器と充電台。
【請求項８】
前記充電台と電池内蔵機器が情報を伝送する情報伝送回路を備え、情報伝送回路でもって電池内蔵機器から充電台に必要電力情報が伝送されると共に、充電台の交流電源が、電源コイルに供給する電力を変更する電力調整回路を備えており、この電力調整回路が、伝送される必要電力情報で電源コイルに供給する電力を変更するようにしてなる請求項１ないし６のいずれかに記載される電池内蔵機器と充電台。
【請求項９】
前記電源コイルと誘導コイルの両方が平面コイルで、電池内蔵機器が充電台にセットされる状態で、誘導コイルと電源コイルとが互いに接近して対向する位置に配置されて、電源コイルから誘導コイルに電力搬送されるようにしてなる請求項１ないし８のいずれかに記載される電池内蔵機器と充電台。
【請求項１０】
前記電源コイルと誘導コイルとが空芯の平面コイルである請求項１ないし９のいずれかに記載される電池内蔵機器と充電台。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２０１１−２５９５３４（Ｐ２０１１−２５９５３４Ａ）
【公開日】平成２３年１２月２２日（２０１１．１２．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１２９４８７（Ｐ２０１０−１２９４８７）
【出願日】平成２２年６月５日（２０１０．６．５）
【出願人】（０００００１８８９）三洋電機株式会社 (18,308)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１２月２２日（２０１１．１２．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月５日（２０１０．６．５）
【出願人】（０００００１８８９）三洋電機株式会社 (18,308)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]