JP5049018B2

JP5049018B2 - 非接触充電装置

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Publication number: JP5049018B2
Application number: JP2007001644A
Authority: JP
Inventors: 博加藤; 邦治鈴木; 克哉鈴木; 学山崎; 陽一郎近藤; 幸太大西; 健太郎依田; 幹基神; 貴宏上條; 治彦曽我部
Original assignee: Seiko Epson Corp; Sony Mobile Communications Inc
Current assignee: Seiko Epson Corp; Sony Corp
Priority date: 2007-01-09
Filing date: 2007-01-09
Publication date: 2012-10-17
Anticipated expiration: 2027-01-09
Also published as: JP2008172874A; US8089245B2; CN101304178A; US20080164839A1; EP1944851B1; CN101304178B; EP1944851A2; EP1944851A3

Description

本発明は、例えば携帯電話機、ＰＨＳ電話機（PHS：Personal Handyphone System）、ＰＤＡ装置（PDA：Personal Digital Assistant）、携帯ゲーム機、ノート型のパーソナルコンピュータ装置等の携帯機器に対して充電を行う充電装置に適用して好適な非接触充電装置に関し、特に本発明を適用した非接触充電装置に対して金属等の異物が載置された際に、該異物の大きさや載置位置に基づいて設置位置が調整された温度検出手段により、１次コイル（＝非接触充電装置側のコイル）の表面温度を検出し、この１次コイルの表面温度が所定の温度以上となった際に電力伝送を停止制御することで、非接触充電の安全性の向上等を図った非接触充電装置に関する。

特開２００３−１５３４５７号の公開特許公報（特許文献１）に、被充電器の温度上昇を抑えると共に充電時間の短縮化を図り、また充電部に金属異物が載置された場合の異常な温度上昇を防止することを目的とした非接触式充電装置が開示されている。

この非接触式充電装置は、送電コイルの温度を検出する温度センサを有しており、この温度センサの検出温度が設定温度以下のときには、充電制御回路が充電電流を大きな値に制御し、また、温度センサの検出温度が設定温度を越えたときには、充電制御回路が充電電流を小さな値に制御する。

これにより、温度センサの検出温度が低いときには、充電電流を大きくして充電時間の短縮化を図ることができる。また、充電部上に硬貨等の金属異物が載置されることで送電コイルの温度が高くなったときには、充電電流を下げることで、金属異物の異常な温度上昇を未然に防止することができる。

特開２００３−１５３４５７号公報（第４頁、図３）

しかし、特許文献１に開示されている非接触式充電装置の場合、充電電流を下げるとはいえ、送電コイルの温度が所定以上となった際も充電電流を流し続けることとなるため、上記金属異物の温度が下降を始めるまでの時間が長くなり、該金属異物の異常温度上昇等の抑制に時間を要する問題がある。

また、充電部上に硬貨等の金属異物が載置されたことによる該金属異物の温度上昇は、その金属異物の大きさと、該金属異物が載置される充電部上の位置が大きく関係する。すなわち、金属異物の大きさが所定以下の大きさである場合や、金属異物が送電コイルから所定以上離れて載置された場合には、金属異物の温度上昇量が少なく、上記異常温度上昇の問題は発生しない。従って、送電コイルの温度を検出する温度センサは、該送電コイルに接触させて設ければ良いという訳ではなく、該温度センサを設ける位置が重要となる。

本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、送電コイルに設ける温度センサの位置を精査することで、最適な位置に設けた温度センサにより送電コイル（１次コイル）の温度を検出して、金属異物等の異常温度上昇を即座に抑制し、安全性の向上を図った非接触充電装置の提供を目的とする。

本発明に係る非接触充電装置は、上述の課題を解決するための手段として、
非接触充電を行う機器が載置される載置部と、
一つの導体パターンがフレキシブルプリント基板上に形成されており、或いは複数の導体パターンがフレキシブルプリント基板上に多層化されて形成されており、上記機器側に設けられた二次側伝送コイルに対して、電磁誘導を利用して電力の供給を行う一次側伝送コイルと、
上記載置部と上記一次側伝送コイルとの接触面側で、かつ、一次側伝送コイルの中心から当該一次側伝送コイルの内径の半径分離れた位置から、当該一次側伝送コイルの内径の直径分離れた位置の間に、当該温度検知素子の中心が位置するように、上記一次側伝送コイルの上記フレキシブルプリント基板の導体パターン内に温度検知素子層として直接形成されて設けられ、又は上記一次側伝送コイルの上記フレキシブルプリント基板上に多層化された各導体パターンのうち、いずれか一つ或いは複数の導体パターン内に温度検知素子層として直接形成されて設けられた、上記載置部に載置された載置物の温度を検出するための温度検知素子とを有する。

また、本発明に係る非接触充電装置は、上述の課題を解決するための手段として、上記一次側伝送コイル及び上記温度検知素子と共に、
上記一次側伝送コイルに対して上記充電用の電力を供給すると共に、上記一次側伝送コイルに供給する電力を停止制御するために定められた温度よりも所定分低い温度が上記温度検知素子で検出されたタイミングで、上記一次側伝送コイルに対する電力の供給を停止制御する制御部を有する。

このような本発明は、載置部に載置された載置物の温度を検出するための温度検知素子を、上記載置部と上記一次側伝送コイルとの接触面側で、かつ、一次側伝送コイルの中心から当該一次側伝送コイルの内径の半径分離れた位置から、当該一次側伝送コイルの内径の直径分離れた位置の間に、当該温度検知素子の中心が位置するように、上記一次側伝送コイルの上記フレキシブルプリント基板の導体パターン内に温度検知素子層として直接形成し、又は上記一次側伝送コイルの上記フレキシブルプリント基板上に多層化された各導体パターンのうち、いずれか一つ或いは複数の導体パターン内に温度検知素子層として直接形成することで、載置部に載置された載置物の温度上昇を正確に検知して一次側伝送コイルに対する電力の供給を即座に停止制御する。また、例えば載置物の実際の温度が７５度に達した際に、温度検知素子で検出される上記載置物の温度は６３度〜７３度である等のように、載置物の実際の温度は、温度検知素子で時間的に遅れて検出される。このため、制御部は、上記一次側伝送コイルに供給する電力を停止制御するために定められた温度よりも所定分低い温度が上記温度検知素子で検出されたタイミングで、上記一次側伝送コイルに対する電力の供給を停止制御する。これにより、載置物の実際の温度が、上記一次側伝送コイルに供給する電力を停止すべき温度となったタイミングで、略々正確に、該一次側伝送コイルに対する電力の供給を停止制御することができる。さらに、温度検知素子を温度検知素子層として上記導体パターン内に直接形成することで、温度検知素子を一つ設けた場合及び温度検知素子を複数設けた場合の、いずれの場合も、上記一次側伝送コイルの厚みが増す不都合を防止することができる。

本発明は、最適な位置に設けられた温度検知素子により載置部に載置された載置物の異常温度上昇を検知して、一次側伝送コイルに対する電力の供給を即座に停止制御することができる。このため、本発明が適用された充電機器の安全性の向上を図ることができる。

本発明は、携帯電話端末に設けられたバッテリに対して充電を行うクレードルに適用することができる。

［クレードル及び携帯電話端末の構成］
図１に、本発明の実施の形態となるクレードル１と、当該クレードル１に載置されることで内蔵された二次電池（バッテリ）に対して充電がなされる携帯電話機２のブロック図を示す。

この図１に示すように当該実施の形態のクレードル１は、交流電源である家庭用電源を直流電源に変換するＡＣアダプタ３（AC：Alternating Current）と、所定周波数で発振する発振器４と、送電側の無接点電力伝送コイルとなる一次側伝送コイル５と、一次側伝送コイル５に対して交流電力を供給するドライバ６と、一次側伝送コイル５に接触するように、該一次側伝送コイル５の後述する最適な位置に設けられた温度検知素子７と、温度検知素子７からの温度検知出力に基づいて、一次側伝送コイル５の温度を検出する温度検出部８とを有している。

また、クレードル１は、発振器４からの発振周波数信号に基づいてＡＣアダプタ３からの直流電力を交流電力に変換し、この交流電力をドライバ６を介して一次側伝送コイル５に供給すると共に、温度検出部８で異常温度上昇が検出されたタイミングで一次側伝送コイル５に対する電力の供給を停止することで、充電を停止制御する制御回路９を有している。

これに対して、携帯電話機２は、受電側の無接点電力伝送コイルとなる二次側伝送コイル１１と、二次側伝送コイル１１を介して、クレードル１の一次側伝送コイル５から受電した交流電力を直流電力に変換する整流回路１２と、整流回路１２からの直流電力を所定電圧の直流電力に変換する低飽和レギュレータ１３（LDO：Low Dropout）と、低飽和レギュレータ１３からの所定電圧の直流電力を二次電池であるバッテリ１６に供給して充電を行う充電回路１５と、低飽和レギュレータ１３からの所定電圧の直流電力を充電回路１５に供給制御する制御回路１４とを有している。

〔無接点電力伝送コイルの構成〕
送電側の無接点電力伝送コイルとなる一次側伝送コイル５、及び受電側の無接点電力伝送コイルとなる二次側伝送コイル１１は、図２〜図４に示す構成を有している。以下、この一次側伝送コイル５及び二次側伝送コイル１１を「無接点電力伝送コイル２１ＷＳ」と言い換えると、図２はフレキシブルプリント基板３０上に平面コイルが貼り付けられることで形成される無接点電力伝送コイル２１ＷＳを正面から見た図、図３は平面コイルが貼り付けられていない状態のフレキシブルプリント基板３０を正面から見た図、図４は無接点電力伝送コイル２１ＷＳの概略断面図を示している。

この図２〜図４において、無接点電力伝送コイル２１ＷＳは、表面に絶縁層が設けられた単線又は撚り線の電線４０を略々同一平面内に渦巻き状（スパイラル状）に巻回した平面コイルを有している。この平面コイルの一方の平面部側は、フレキシブルプリント基板３０の表面上に接着シート４２を介して貼り付けられている。

また、この平面コイルの他方の平面部側は、当該平面コイルの磁路を効率良く形成して、一次側伝送コイル５及び二次側伝送コイル１１間における鎖交磁束を多くすると共に、一次側伝送コイル５及び二次側伝送コイル１１からそれぞれ発生する磁界による不要輻射を抑えるための磁性シート４３が当該他方の平面部の全体を覆うように接着シート４１を介して貼り付けられている。なお、図示は省略しているが、磁性シート４３の外側には必要に応じてアルミニウム等からなる金属シートも貼り付けられる。

フレキシブルプリント基板３０は、例えばポリイミド樹脂などを素材とした非常に薄いシート状の基板となっており、平面コイルが貼り付けられた時にその平面コイル内周部３７内に配置される第一のコイル接点部３６、平面コイル外周部３８の外側近傍に配置される第二のコイル接点部３５、第一の外部接続端子部３１及び第二の外部接続端子部３２を除いて、表面絶縁層が形成されている。

また、第一のコイル接点部３６と第一の外部接続端子部３１は、表面絶縁層下に形成された第一の内部導体パターン３３を介して電気的に接続されており、同様に、第二のコイル接点部３５と第二の外部接続端子部３２は、表面絶縁層下に形成された第二の内部導体パターン３４を介して電気的に接続されている。

そして、フレキシブルプリント基板３０に平面コイルが貼り付けられると、第一のコイル接点部３６には平面コイルの内周部３７の巻き始め電線端部が電気的に接続され、第二のコイル接点部３５には平面コイルの外周部３８の巻き終わり電線端部が電気的に接続されるようになっている。

このような構成により、当該無接点電力伝送コイル２１ＷＳは、電線が重なる部分を無くすことができ、当該無接点電力伝送コイル２１ＷＳの厚みを非常に薄くすることが可能となっている。

〔無接点電力伝送コイルの他の構成〕
上記一次側伝送コイル５及び二次側伝送コイル１１である無接点電力伝送コイルとしては、図５〜図８に示すように渦巻き状の導体パターンからなる平面コイルパターンが形成された複数のフレキシブルプリント基板を積層することで形成した多層構造の無接点電力伝送コイル２１ＰＳを用いるようにしてもよい。

なお、図５は多層構造のフレキシブルプリント基板からなる無接点電力伝送コイル２１ＰＳを正面から見た図、図６は多層構造のフレキシブルプリント基板の各層をそれぞれ分離した状態の図、図７は多層構造のフレキシブルプリント基板からなる無接点電力伝送コイル２１ＰＳの概略断面図、図８は図７中の楕円Ｅ１で囲った部分の拡大図である。

この図５〜図８に示すように、無接点電力伝送コイル２１ＰＳは、例えば四層構造を有しており、第一層目基板６４ａ、第二層目基板６４ｂ、第三層目基板６４ｃ、第四層目基板６４ｄは、それぞれ例えばポリイミド樹脂などを素材としたシート状の基板上に渦巻き状に巻回された線状の導体パターン６０で形成されている。

最上層となる第一層目基板６４ａの表面には表面絶縁層６２が形成されており、第一層目基板６４ａと第二層目基板６４ｂとの間には接着層及び層間絶縁層６３ａが形成されている。同様に、第二層目基板６４ｂと第三層目基板６４ｃとの間には接着層及び層間絶縁層６３ｂが、第三層目基板６４ｃと第四層目基板６４ｄとの間には接着層及び層間絶縁層６３ｃが形成されている。最下層の第四層目基板６４ｄの裏面側には接着層及び絶縁層６３ｄを介して磁性シート４３が貼り付けられている。

また、第一層目基板６４ａ〜第四層目基板６４ｄの各導体パターン６０の内周部５７のパターン端部は、第一のスルーホール５６により電気的に接続され、同様に、第一層目基板６４ａ〜第四層目基板６４ｄの各導体パターン６０の外周部５８のパターン端部は第二のスルーホール５５により電気的に接続されている。

さらに、各層の導体パターン６０の内周部５７側の第一のスルーホール５６は、各層の導体パターンの外周部５８側に設けられているスルーホール６１と電気的に接続されている。なお、図示は省略しているが、磁性シート４３の外側には必要に応じてアルミニウム等からなる金属シートも貼り付けられる。

また、例えば第四層目基板６４ｄの第二のスルーホール５５は、第二の内部導体パターン５４を介して第二の外部接続端子部５２と電気的に接続されており、同様に、第四層目基板６４ｄの第一のスルーホール５６は、上記スルーホール６１及び第一の内部導体パターン５３を介して第一の外部接続端子部５１と電気的に接続されている。

このような構成を有する無接点電力伝送コイル２１ＰＳは、平面コイルがフレキシブルプリント基板の導体パターン６０により形成されているため、前述のような電線による平面コイルを用いた無接点電力伝送コイル２１ＷＳよりも更に厚みを薄くすることが可能となっている。

［温度検知素子］
次に、当該実施の形態のクレードル１は、上述の無接点電力伝送コイル２１ＷＳ或いは無接点電力伝送コイル２１ＰＳを用い、電磁誘導を利用して携帯電話機２側へ電力伝送を行うのであるが、クレードル１に例えばコインなどの金属異物が載置されると、その金属異物に渦電流が発生し、該金属異物が異常過熱するおそれがある。

このため、クレードル１側の一次側伝送コイル５となる無接点電力伝送コイル２１ＷＳ或いは無接点電力伝送コイル２１ＰＳには、温度検知素子７が設けられており、当該クレードル１の制御回路９は、この温度検知素子７で検知される温度が所定の温度以上となった際に、充電を停止制御するようになっている。

具体的には、一次側伝送コイル５として上述の巻回された電線４０からなる平面コイルを有する無接点電力伝送コイル２１ＷＳを用いた場合、温度検知素子７は、図３及び図４に示すようにフレキシブルプリント基板３０の導体パターン内に温度検知素子層として直接形成されて設けられている。

また、フレキシブルプリント基板３０には、上記温度検知素子７からの温度検知信号を外部に取り出すための第三の外部接続端子８１及び第四の外部接続端子８２が設けられており、第三の外部接続端子８１及び第四の外部接続端子８２と上記温度検知素子７との間には配線パターンが形成されている。

これに対して、一次側伝送コイル５として上述の導体パターン６０からなる平面コイルを有する多層フレキシブルプリント基板の無接点電力伝送コイル２１ＰＳを用いた場合、温度検知素子７は、図８に示すように多層フレキシブルプリント基板の例えば第一層目基板６４ａの導体パターンに温度検知素子層として直接形成されて設けられる。なお、図示は省略しているが、この場合、温度検知素子層である温度検知素子７の温度検知信号が伝送される配線パターンはスルーホール等を通じて、上記図３と同様に第三の外部接続端子８１及び第四の外部接続端子８２に接続されている。

このように、温度検知素子７を温度検知素子層としてフレキシブルプリント基板の導体パターン内に直接形成することで、温度検知素子７を設けたことで無接点電力伝送コイルの厚みが厚くなる不都合を防止することができる。なお、この例では上記温度検知素子７を一つのみ設けることとしたが、温度検知素子７は複数設けても良い。そして、温度検知素子７を複数設けた場合であっても、当該温度検知素子７は上記温度検知素子層として各フレキシブルプリント基板の各導体パターン内に直接形成されるため、温度検知素子７を複数設けることで無接点電力伝送コイルの厚さが増すことはない。

［温度検知素子の設置位置］
ここで、上述のように温度検知素子７は、フレキシブルプリント基板の導体パターン内に温度検知素子層として直接形成されることで設けられるのであるが、クレードル１に硬貨等の金属異物が載置されたことによる該金属異物の温度上昇は、その金属異物の大きさと、該金属異物が載置される位置が大きく関係する。すなわち、金属異物の大きさが所定以下の大きさである場合や、金属異物が一次側伝送コイル５から所定以上離れて載置された場合には、金属異物の温度上昇量が少なく、上記異常温度上昇の問題は発生しない。従って、一次側伝送コイル５の温度を検出する温度検知素子７は、当該温度検知素子７を設ける位置が重要となる。このようなことから、本件出願人は、金属異物の材質、金属異物の大きさ、該金属異物が載置されるクレードル１上の位置、及びクレードル１上の各位置における温度上昇量を精査することで得た最適な位置に温度検知素子７を設けている。

〔金属異物の材質による温度上昇量の違い〕
まず、本件出願人は、一次側伝送コイル５の中央部（＝中空部が存在し、磁束が集中する箇所）に相当するクレードル１上の位置に、１００円玉、１０円玉、１円玉、カッターナイフの刃、クリップ、ハンダ、洋白、りん青銅、ステンレス等の各種材質の金属異物を載置し、その温度上昇量を測定した。

この結果、金属異物の材質としては、りん青銅、洋白、ステンレス等の、磁力を受けた際に電流が流れやすく、かつ、抵抗の大きい材質のものが短時間で異常温度まで上昇する測定結果を得た。

〔金属異物の材質と載置場所による温度上昇量の違い〕
次に、本件出願人は、一次側伝送コイル５上の各測定ポイントにそれぞれ異なる材質の金属異物を載置し、その温度上昇量を測定した。具体的には、金属異物としては「１００円玉」、及び「りん青銅」を用い、これらの金属異物を、図９に示す一次側伝送コイル５上の第１〜第５の測定ポイントに載置して、それぞれ温度上昇量を測定した。

図１０に、金属異物として「１００円玉」を用いた場合における上記各測定ポイント毎の温度上昇量のグラフを示す。この図１０からわかるように、金属異物として「１００円玉」を用いた場合、当該「１００円玉」の載置場所が一次側伝送コイル５の中央部に近いほど温度上昇量が大きいという測定結果を得た。

また、図１１に、金属異物として「りん青銅（正四角形の１辺が１０mm、厚さ１mmで面積が１０平方ミリメートル）」を用いた場合における上記各測定ポイント毎の温度上昇量のグラフを示す。この図１１からわかるように、金属異物として「りん青銅」を用いた場合、当該「りん青銅」を一次側伝送コイル５の中央部に載置した場合に大きな温度上昇量となり、当該「りん青銅」の載置場所が一次側伝送コイル５の中央部から少しでも外れると、それ程大きな温度上昇量とはならないという測定結果を得た。

〔金属異物の大きさ（面積）による温度上昇量の違い〕
次に、本件出願人は、それぞれ大きさ（面積）の異なる金属異物を一次側伝送コイル５上の中央部に載置し、その温度上昇量を測定した。図１２（ａ）は、金属異物として「りん青銅」を用いた場合における各面積毎の温度上昇量と一次側伝送コイル５に対する通電時間との関係を示す表である。この図１２（ａ）からわかるように、厚さ１mmで正四角形の一辺が３mmである面積が９平方ミリメートルのりん青銅を一次側伝送コイル５上の中央部に載置し、この一次側伝送コイル５に対して３０秒→６０秒→９０秒→１２０秒→１８０秒の通電を行うと、りん青銅は、３０度（初期温度）→３６．４度（通電時間３０秒）→３９度（通電時間６０秒）→４０．５度（通電時間９０秒）→４２．２度（通電時間１２０秒）→４３．９度（通電時間１８０秒）の順に温度が上昇する測定結果を得た。

同様に、厚さ１mmで正四角形の一辺が１２mmである面積が１４１平方ミリメートルのりん青銅を一次側伝送コイル５上の中央部に載置し、この一次側伝送コイル５に対して３０秒→６０秒→９０秒→１２０秒→１８０秒の通電を行うと、りん青銅は、３０度（初期温度）→１１３．２度（通電時間３０秒）→１２７．７度（通電時間６０秒）→１３０．２度（通電時間９０秒）→１２８．４度（通電時間１２０秒）→１４３．１度（通電時間１８０秒）の順に温度が上昇する測定結果を得た。

図１２（ｂ）は、一次側伝送コイル５の中央部に面積が「３平方ミリメートル」、「５平方ミリメートル」、「６平方ミリメートル」、「７平方ミリメートル」、「８平方ミリメートル」、「１０平方ミリメートル」、「１２平方ミリメートル」の上記「りん青銅」をそれぞれ載置した場合における温度上昇量を示すグラフである。このグラフからわかるように、一次側伝送コイル５に載置する「りん青銅」の面積が大きいほど、温度上昇量が大きくなる測定結果を得た。

図１２（ｃ）は、上記「りん青銅」の面積と温度上昇量との関係を示すグラフである。このグラフからも、一次側伝送コイル５に載置する「りん青銅」の面積が大きくなれば大きくなるほど、温度上昇量が大きくなることがわかるであろう。

ここで、金属異物の危険温度を７５度以上と定義した場合、図１２（ａ）に示すように、金属異物の面積が「７平方ミリメートル」以上である場合に、当該金属異物が上記危険温度に達する測定結果を得た。反対に、金属異物の面積が「７平方ミリメートル」よりも小さい場合、当該金属異物は上記危険温度に達する可能性は非常に低い測定結果を得た。

〔各面積の金属異物の載置位置毎の金属異物の温度と温度検知素子の検知温度との関係〕
次に、本件出願人は、図１３（ａ）に示すように温度検知素子７の設置位置を、一次側伝送コイル５の中央部から５mm離れた位置に固定したうえで、それぞれ面積の異なる金属異物を一次側伝送コイル５上の中央部から徐々に遠ざけながら、当該金属異物の飽和温度、及び金属異物の各載置位置毎の温度検知素子７の検知温度を測定した。

図１３（ｂ）は厚さ１mmで正四角形の１辺が１０mm（面積が１００平方ミリメートル）の「りん青銅」と、厚さ１mmで正四角形の１辺が２５mm（面積が６２５平方ミリメートル）の「りん青銅」を用いて測定した上記各りん青銅の飽和温度及び温度検知素子７の検知温度の表である。

この図１３（ｂ）からわかるように、面積が１００平方ミリメートルのりん青銅を一次側伝送コイル５の中央部から２mm→４mm→６mm→８mm→１０mmの順に離れた位置に載置し、それぞれの位置でりん青銅の飽和温度及び温度検知素子７で実際に検知される温度を測定すると、上記各位置におけるりん青銅の飽和温度は１４８度→１１２度→５８度→５２度→４８度となり、上記各位置における温度検知素子７の検知温度は１２１度→９８度→４８度→４８度→４２度となる測定結果を得た。

同様に、面積が６２５平方ミリメートルのりん青銅を一次側伝送コイル５の中央部から２mm→４mm→６mm→８mm→１０mmの順に離れた位置に載置し、それぞれの位置でりん青銅の飽和温度及び温度検知素子７で実際に検知される温度を測定すると、上記各位置におけるりん青銅の飽和温度は１５３度→１３９度→１１７度→７６度→５３度となり、上記各位置における温度検知素子７の検知温度は１２５度→１１８度→１０４度→５２度→４１度となる測定結果を得た。

〔各面積の金属異物の温度と温度検知素子の検知温度との関係〕
次に、本件出願人は、図１４（ａ）に示すように金属異物の載置位置を一次側伝送コイル５の中央部に固定したうえで、温度検知素子７の設置位置を一次側伝送コイル５の中央部から徐々に遠ざけながら、当該金属異物の飽和温度、及び各設置位置毎の温度検知素子７の検知温度を測定した。

図１４（ｂ）は、各面積のりん青銅の飽和温度と温度検知素子７の検知温度の表である。この図１４（ｂ）からわかるように、厚さ１mmで正四角形の１辺が７mm（面積が４９平方ミリメートル）の「りん青銅」を一次側伝送コイル５の中央部に載置し、温度検知素子７の設置位置を一次側伝送コイル５の中央部から２mm→４mm→６mm→８mm→１０mmの順に離れた位置に載置し、それぞれの位置でりん青銅の飽和温度及び温度検知素子７で実際に検知される温度を測定すると、上記りん青銅の飽和温度が８５．２度となり、上記各位置における温度検知素子７の検知温度は７６度→７３度→７１度→６０度→５０度となる測定結果を得た。

同様に、厚さ１mmで正四角形の１辺が１０mm（面積が１００平方ミリメートル）の「りん青銅」を一次側伝送コイル５の中央部に載置し、温度検知素子７の設置位置を一次側伝送コイル５の中央部から２mm→４mm→６mm→８mm→１０mmの順に離れた位置に載置し、それぞれの位置でりん青銅の飽和温度及び温度検知素子７で実際に検知される温度を測定すると、上記りん青銅の飽和温度が１１２．４度となり、上記各位置における温度検知素子７の検知温度は９８度→９３度→９３度→６２度→５０度となる測定結果を得た。

同様に、厚さ１mmで正四角形の１辺が１５mm（面積が２２５平方ミリメートル）の「りん青銅」を一次側伝送コイル５の中央部に載置し、温度検知素子７の設置位置を一次側伝送コイル５の中央部から２mm→４mm→６mm→８mm→１０mmの順に離れた位置に載置し、それぞれの位置でりん青銅の飽和温度及び温度検知素子７で実際に検知される温度を測定すると、上記りん青銅の飽和温度が１４３．１度となり、上記各位置における温度検知素子７の検知温度は１３１度→１２９度→１１６度→９８度→６１度となる測定結果を得た。

同様に、厚さ１mmで正四角形の１辺が２５mm（面積が６２５平方ミリメートル）の「りん青銅」を一次側伝送コイル５の中央部に載置し、温度検知素子７の設置位置を一次側伝送コイル５の中央部から２mm→４mm→６mm→８mm→１０mmの順に離れた位置に載置し、それぞれの位置でりん青銅の飽和温度及び温度検知素子７で実際に検知される温度を測定すると、上記りん青銅の飽和温度が１５３．１度となり、上記各位置における温度検知素子７の検知温度は１２９度→１３４度→１２８度→９８度→８９度となる測定結果を得た。

一次側伝送コイル５の中心部は磁力線が集中する箇所のため、この一次側伝送コイル５の中心部に温度検知素子７を設けると、当該温度検知素子７自体が加熱され、金属異物の正確な温度検知が困難となるおそれがある。このため、温度検知素子７は、一次側伝送コイル５の中心部から離れた場所に設置することが好ましく、この測定結果から、温度検知素子７は、一次側伝送コイル５の中央部から４mm〜６mm離れた間の位置に設ければ良いことがわかる。

〔金属異物の温度と温度検知素子の検知温度の関係〕
次に、一次側伝送コイル５に設ける温度検知素子７は、金属異物の温度を直接的に検知するのではなく、金属異物が発熱することで一次側伝送コイル５に伝達された熱量を検知するようになっている。すなわち、温度検知素子７は、金属異物の温度を、一次側伝送コイル５を介して間接的に検知する。このため、上記図１４（ｂ）に示したように温度検知素子７で検知される温度は、金属異物の実際の温度よりも低く検出される。

本件出願人は、金属異物の実際の温度と、温度検知素子７で検知される温度の差を測定した。この場合、図１５（ａ）に示すように温度検知素子７を、一次側伝送コイル５の中央部から５mm離れた第１〜第３の測定ポイントにそれぞれ設置すると共に、金属異物を一次側伝送コイル５の中央部に載置し、金属異物の温度と温度検知素子７の検知温度を測定した。

図１５（ｂ）は、一辺が２５mmのステンレスを一次側伝送コイル５の中央部に載置した場合における、該ステンレスの温度と、各測定ポイントにおける温度検知素子７の検知温度を示すグラフである。この図１５（ｂ）からわかるように、ステンレスが上述の危険温度である７５度となった際に、温度検知素子７は上記各測定ポイントにおいて約６０度を検知する。この場合、約１２ｄｅｇ〜１４ｄｅｇの開き（誤差）がある。また、ステンレスが８５度となった際に、温度検知素子７は上記各測定ポイントにおいて約７３度を検知する。この場合、約１１ｄｅｇ〜１２ｄｅｇの開きがある。

このため、金属異物の温度と温度検知素子７の検知温度との間には、約１１ｄｅｇ〜１４ｄｅｇの開きがあるため、温度検知素子７で６０度を検知した際に、金属異物は危険温度の７５度に達していることを認識することができる。従って、温度検知素子７で６０度を検知したタイミングで、一次側伝送コイル５に対する電力供給を停止（＝充電を停止）する必要があることがわかる。

〔各測定結果から得られる見解と温度検知素子の設置位置〕
以上の各測定結果から、本件出願人は以下の見解を得た。

１．金属異物の面積が７平方ミリメートルよりも小さい場合には、当該金属異物の発熱量が少なく危険温度以上（上記７５度以上）となる可能性は低く、金属異物の面積が７平方ミリメートル以上の場合に当該金属異物が危険温度となる
２．金属異物の載置位置が一次側伝送コイル５の中央部から外れた位置となるほど、発熱量が小さくなる。このため、温度検知素子７は、一次側伝送コイル５の中央部に近接した位置に載置された金属異物の温度を検出可能な位置に設ければよい。ただ、一次側伝送コイル５の中心部は、磁力線が集中する箇所のため、温度検知素子７を設けると当該温度検知素子７自体が加熱され、金属異物の正確な温度検知が困難となる。このため、温度検知素子７は、一次側伝送コイル５の中心部から離れた場所に設置することが好ましい。

３．金属異物が危険温度（７５度）に達した際に、温度検知素子７では約６０度〜７３度を検出する。このため、温度検知素子７で６０度を検知したタイミングで、一次側伝送コイル５に対する電力供給を停止（＝充電を停止）する必要がある
このようなことから、本件出願人は、温度検知素子７は、図１６（ａ）に示すように当該クレードル１と一次側伝送コイル５との接触面側で、かつ、図１６（ｂ）に示すように温度検知素子７の中心が、一次側伝送コイル５の中心位置から当該一次側伝送コイル５の直径以下の範囲内に位置するように設ければよいという見解を得た。

また、上記範囲内においては、温度検知素子７は、当該クレードル１と一次側伝送コイル５との接触面側で、かつ、図１６（ｃ）に斜線で示すように一次側伝送コイル５の中心から当該一次側伝送コイル５の内径の半径ｒ分離れた位置から、当該一次側伝送コイル５の内径の直径分離れた位置の間に、温度検知素子７の中心が位置するように設けることが好ましいという見解を得た。

そして、一例ではあるが、このような見解に基づいて、本件出願人は、当該実施の形態のクレードル１に対して、一次側伝送コイル５の中心から５mm離れた位置に温度検知素子７の中心が位置するように、当該温度検知素子７を、クレードル１と一次側伝送コイル５との接触面側に設けることとした。

［充電動作］
次に、上述の位置に温度検知素子７が設けられたクレードル１の充電動作を説明する。図１７に、充電時において、クレードル１に対して携帯電話機２が載置された状態の断面図を示す。

クレードル１に携帯電話機２が載置されると、クレードル１側に設けられた一次側伝送コイル５と、携帯電話機２側に設けられた二次側伝送コイル１１とが相対向するかたちで近接する。これにより、一次側伝送コイル５の磁界の状態が変化する。制御回路９は、この一次側伝送コイル５の磁界の状態変化を間欠駆動等により監視する。

携帯電話機２側については、該携帯電話機２の制御回路１４は、クレードル１に対して当該携帯電話端末が載置されることで、二次側伝送コイル１１の磁界の状態の変化に応じた電圧値が、予め定めた所定の電圧値となった際に、当該携帯電話機２がクレードル１に載置されたものと判別する。

クレードル１及び携帯電話機２の各制御回路９、１４は、上述のように一次側コイル５と二次側コイル１１が近接すると、該一次側伝送コイル５及び二次側伝送コイル１１を介して、互いに相手方を認証するための識別情報の交換を行う。そして、この識別情報の交換により、互いに相手方を認証できた際に、クレードル１側から電力伝送が行われ、携帯電話機２のバッテリ１６に対する充電が開始される。

充電が開始されると、クレードル１の制御回路９は、ＡＣアダプタ３からの直流電力を、発振器４からの発振周波数信号に基づいて所定周波数の交流電力とし、この交流電力を、ドライバ６を介して一次側伝送コイル５に供給する。

携帯電話機２側では、クレードル１の一次側伝送コイル５からの交流電力により二次側伝送コイル１１に交流電力が誘起される。この誘起された交流電力を整流回路１２で整流し、ＬＤＯ１３で所定電圧の直流電力に変換する。制御回路１４は、このＬＤＯ１３からの直流電力を、充電回路１５を介してバッテリ１６に供給する。これにより、バッテリ１６の充電が行われることとなる。

〔異常温度の検知及び充電停止動作〕
ここで、このクレードル１のように、無接点電力伝送コイルである一次側伝送コイル５及び二次側伝送コイル１１を用い、電磁誘導を利用して携帯電話機２へ電力伝送を行う構成の場合、クレードル１上に例えばコインなどの金属異物が載置されると、その金属異物に渦電流が発生して異常過熱するおそれがある。

クレードル１に設けられた温度検知素子７は、クレードル１上の載置物（＝携帯電話機２或いは金属異物等）の温度を、一次側伝送コイル５を介して間接的に検知し、この検知出力を温度検出部８に供給している。クレードル１に載置された携帯電話機２は、充電時には、通常、約４０度程度となる。これに対して、クレードル１に載置された携帯電話機２が何らかの原因で異常発熱した場合や、クレードル１上に金属異物が載置された場合には、該携帯電話機２や金属異物が上記危険温度である７５度以上となる。

温度検知素子７は、このクレードル１上の載置物の温度を、一次側伝送コイル５を介して間接的に検知している。このため、クレードル１上の載置物の温度が上記危険温度である７５度となった際に、温度検知素子７及び温度検出部８で６０度の温度が検知される。制御回路９は、この温度検知素子７及び温度検出部８で上記６０度の温度が検知された際に、クレードル１上の載置物の温度が危険温度まで上昇したことを認識し、直ちに一次側伝送コイル５に対する電力供給を停止する。これにより、充電を中断するかたちで停止制御することができ、クレードル１上の載置物の異常温度上昇を抑制して当該クレードル１の安全性の向上を図ることができる。

また、温度検知素子７は、上述の各測定に基づいて決定された、クレードル１上の載置物の温度の検出に最適となる位置に設けられている。このため、クレードル１上の載置物の温度をリアルタイムで検出して、正確な上記充電の停止制御を行うことができる。

〔充電停止制御の他の例〕
上述の例は、クレードル１上の載置物の温度が危険温度まで上昇したことを検出したタイミングで、一次側伝送コイル５に対する電力供給を停止制御するものであったが、これは以下に説明するように温度検知素子７で検知される上記載置物の温度の温度勾配に応じて該停止制御するようにしてもよい。

図１８に、一次側伝送コイル５に対する電力供給時間と共に変化する、クレードル１上に載置された第１〜第３の金属異物の温度のグラフを示す。このグラフからわかるように、第３の金属異物は、一次側伝送コイル５に対する電力供給時間が長くなっても危険温度には到達していない。これに対して、第１の金属異物は、一次側伝送コイル５に対して約１００秒間、電力を供給し続けた際に危険温度に到達し、第２の金属異物は、一次側伝送コイル５に対して約２３０秒間、電力を供給し続けた際に危険温度に到達している。そして、第１の金属異物及び第２の金属異物の温度変化のグラフと、第３の金属異物の温度変化のグラフとを見比べてわかるように、危険温度に到達する金属異物の場合、勾配が大きなグラフとなる。

このような測定結果に鑑み、一例ではあるが、上記制御回路９は、一次側伝送コイル５に電力供給を開始してから６０秒間経過した時点における上記温度検知素子７及び温度検出部８による検知温度と、一次側伝送コイル５に電力供給を開始してから９０秒間経過した時点における上記温度検知素子７及び温度検出部８による検知温度を検出する。そして、これら各時点の各検知温度に基づいて、現在、クレードル１上に載置されている載置物の温度上昇の勾配を検出し、この勾配が所定以上の勾配を示していた場合に、一次側伝送コイル５に対する電力供給を停止制御する。

これにより、クレードル１上の載置物の温度が危険温度まで上昇する前に、一次側伝送コイル５に対する電力供給を停止することができるため、当該クレードル１の安全性をより向上させることができる。

なお、このような停止制御以外であっても、所定の単位時間における上記検知温度の上昇値が所定以上となった際や検知温度の絶対値に基づいて、上記停止制御を行ってもよい。この場合も、クレードル１上の載置物の温度が危険温度まで上昇する前に、一次側伝送コイル５に対する電力供給を停止することができるため、当該クレードル１の安全性をより向上させることができる。

また、クレードル１に対して、一次側伝送コイル５に相当する箇所の周辺の温度を検知する周辺温度検知素子をさらに設け、上記温度検知素子７及び温度検出部８による検知温度（＝一次側伝送コイル５に相当する箇所の温度）と、上記周辺温度検知素子で検知された周辺温度との差が所定の値以上となった際に上記停止制御を行ってもよい。この場合も、クレードル１上の載置物の温度が危険温度まで上昇する前に、一次側伝送コイル５に対する電力供給を停止することができるため、当該クレードル１の安全性をより向上させることができる。

［実施の形態の効果］
以上の説明から明らかなように、この実施の形態のクレードル１は、当該クレードル１上に載置される載置物の温度を、様々な測定結果から得られた最適な位置に設けられた温度検知素子７により検知し、上記載置物の異常温度上昇を検出した際に、一次側伝送コイル５に対する電力供給を直ちに停止制御する。これにより、クレードル１の載置物の異常温度上昇を即座に抑制することができ、非接触型の充電器となる当該クレードル１の安全性の向上を図ることができる。

なお、上述の実施の形態の説明では、本発明を携帯電話機２に対して充電を行うクレードル１に対して適用することしたが、本発明は、この他、ＰＨＳ電話機（PHS：Personal Handyphone System）、ＰＤＡ装置（PDA：Personal Digital Assistant）、携帯ゲーム機、ノート型のパーソナルコンピュータ装置等の携帯機器に対して充電を行う充電器に適用してもよい。そして、この場合でも上述と同じ効果を得ることができる。

最後に、上述の実施の形態の説明は、本発明の一例である。このため、本発明は上述の実施の形態に限定されることなく、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能であることは勿論であることを付け加えておく。

本発明を適用した実施の形態となるクレードル、及びこのクレードルに載置される携帯電話機の主要部を概略的に示すブロック図である。電線が渦巻き状に巻回された平面コイルがフレキシブルプリント基板上に貼り付けられた状態の無接点電力伝送コイルを正面から見た概略図である。図２の平面コイルが貼り付けられていない状態のフレキシブルプリント基板を正面から見た概略図である。図２の無接点電力伝送コイルの概略断面図である。渦巻き状の導体パターンからなる平面コイルパターンが各々形成された多層構造のフレキシブルプリント基板からなる無接点電力伝送コイルを正面から見た概略図である。図５の多層構造のフレキシブルプリント基板の各層をそれぞれ分離した状態を示す図である。図５の多層構造のフレキシブルプリント基板からなる無接点電力伝送コイルの概略断面図である。図７の多層構造のフレキシブルプリント基板からなる無接点電力伝送コイルの一部拡大図である。各材質の金属異物の温度上昇を測定するための、一次側伝送コイル上の測定ポイントを示す図である。図９の各測定ポイントにおける１００円玉の温度上昇を示すグラフである。図９の各測定ポイントにおけるりん青銅の温度上昇を示すグラフである。クレードル１上に載置された金属異物の面積と温度上昇との関係を説明するための図である。クレードル１上に載置する金属異物の載置位置と検知温度との関係を説明するための図である。クレードル１上に設置する温度検知素子の設置位置と検知温度との関係を説明するための図である。クレードル１上に載置された金属異物の実際の温度と、温度検知素子で検知される温度との関係を説明するための図である。温度検知素子の具体的な設置位置を説明するための図である。クレードル及び当該クレードルに載置された携帯電話機の概略的な断面図である。クレードル上に載置された載置物の温度上昇勾配に応じて一次側伝送コイルに対する電力供給を停止する制御を説明するための図である。

符号の説明

１クレードル、２携帯電話機、３ＡＣアダプタ、４発振器、５一次側伝送コイル、６ドライバ、７温度検知素子、１１二次側伝送コイル、１２整流回路、１３１３低飽和レギュレータ、１４制御回路、１５充電回路、１６バッテリ、２１携帯電話端末側の無接点電力伝送コイル、３０フレキシブルプリント基板、３１，５１第一の外部接続端子部、３２，５２第二の外部接続端子部、３３，５３第一の内部導体パターン、３４，５４第二の内部導体パターン、３５第二のコイル接点部、３６第一のコイル接点部、３７，５７平面コイル内周部、３８，５８平面コイル外周部、３９，５９突出部、４０渦巻き状に巻回された電線、４１，４２接着シート、４３磁性シート、５５第二のスルーホール、５６第１のスルーホール、６１スルーホール、６０渦巻き状の導体パターン、６２表面絶縁層、６３ａ６３ｂ，６３，ｃ６３ｄ接着層及び層間絶縁層、６４ａ第一層目基板、６４ｂ第二層目基板、６４ｃ第三層目基板、６４ｄ第四層目基板、６５絶縁層、８１第三の外部接続端子、８２第四の外部接続端子

Claims

非接触充電を行う機器が載置される載置部と、
一つの導体パターンがフレキシブルプリント基板上に形成されており、或いは複数の導体パターンがフレキシブルプリント基板上に多層化されて形成されており、上記機器側に設けられた二次側伝送コイルに対して、電磁誘導を利用して電力の供給を行う一次側伝送コイルと、
上記載置部と上記一次側伝送コイルとの接触面側で、かつ、一次側伝送コイルの中心から当該一次側伝送コイルの内径の半径分離れた位置から、当該一次側伝送コイルの内径の直径分離れた位置の間に、当該温度検知素子の中心が位置するように、上記一次側伝送コイルの上記フレキシブルプリント基板の導体パターン内に温度検知素子層として直接形成されて設けられ、又は上記一次側伝送コイルの上記フレキシブルプリント基板上に多層化された各導体パターンのうち、いずれか一つ或いは複数の導体パターン内に温度検知素子層として直接形成されて設けられた、上記載置部に載置された載置物の温度を検出するための温度検知素子と、
上記一次側伝送コイルに対して上記充電用の電力を供給すると共に、上記一次側伝送コイルに供給する電力を停止制御するために定められた温度よりも所定分低い温度が上記温度検知素子で検出されたタイミングで、上記一次側伝送コイルに対する電力の供給を停止制御する制御部と
を有する非接触充電装置。
請求項１に記載の非接触充電装置であって、
上記制御部は、所定の時刻毎に上記温度検知素子の温度検知出力を取り込むと共に、該各時刻間における温度上昇量を検出し、この温度上昇量が所定の温度上昇量以上であった場合に、上記一次側伝送コイルに対する電力の供給を停止制御する
非接触充電装置。