JPH1023677A - 無接点充電装置、充電器、コードレス機器および無接点充電器 - Google Patents

無接点充電装置、充電器、コードレス機器および無接点充電器

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JPH1023677A
JPH1023677A JP8173976A JP17397696A JPH1023677A JP H1023677 A JPH1023677 A JP H1023677A JP 8173976 A JP8173976 A JP 8173976A JP 17397696 A JP17397696 A JP 17397696A JP H1023677 A JPH1023677 A JP H1023677A
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JP
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charger
state
induction coil
induction
coil
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JP8173976A
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Hidekazu Nakama
英一 仲真
Toshiaki Fujikura
利暁 藤倉
Akitsugu Shigino
彰從 鴫野
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Uniden Corp
Original Assignee
Uniden Corp
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    • H02J7/70—Circuit arrangements for charging or discharging batteries or for supplying loads from batteries characterised by the mechanical construction
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 コイル自体の構造やそれの取付構造を複雑な
ものにすることがなく、低コストで、生産性のよい誘導
コイルを使用して相互誘導を適正ギャップをもって効率
よく行われるようにすること。 【解決手段】 充電器１の１次側誘導コイル１５とコー
ドレス機器（子機）１００の２次側誘導コイル１１２に
コンデンサ１７、１４４を各々並列接続し、この並列接
続によって充電器１とコードレス機器１００とに各々Ｌ
Ｃ並列共振回路を構成する。１次側誘導コイル１５と２
次側誘導コイル１１２をシートコイルにより構成し、こ
れらシートコイルを充電器１にコードレス機器１００が
セットされた充電状態時において所定のギャップをおい
て相対向するよう充電器１とコードレス機器１００に各
々固定配置する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、無接点充電装置
および無接点充電装置で使用される充電器、コードレス
機器に関し、更に詳細にはコードレスハンドセット、携
帯電話機などのコードレス機器が内蔵している２次電池
を相互誘導により無接点で充電する充電装置および無接
点充電装置で使用される充電器、コードレス機器に関す
るものである。
【０００２】
【従来の技術】コードレスハンドセット、携帯電話機な
どのコードレス機器において、コードレス機器が内蔵す
るニッケル−カドミウム蓄電池やリチウムイオン蓄電池
などの２次電池を充電するために、コードレス機器に対
する電力伝送を誘導コイルによる相互誘導（電磁誘導）
によって無接点式に行うことは既に提案されており、こ
れは、例えば、特開昭５４−１２４２２号公報、特開平
５−６４３７５号公報、特開平５−３００６６２号公
報、特開平７−１７０３１２号公報などに示されてい
る。
【０００３】相互誘導により電力伝送を行う無接点充電
装置では、充電器に１次側誘導コイルが設けられ、コー
ドレス機器に２次側誘導コイルが設けられ、コンデンサ
との組み合わせで充電器とコードレス機器とにＬＣ共振
回路が構成され、高周波発振のもとに電磁誘導により充
電器よりコードレス機器に電力伝送が行われる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】相互誘導により効率よ
く電力伝送するためには、高周波共振のもとに１次側誘
導コイルと２次側誘導コイルとの磁気結合度を適正値に
設定する必要があり、この磁気結合度を適正値に設定す
るためには、充電時にはコードレス機器が充電器に対し
て位置決めセットされると云う前提条件を満たした上
で、これらのコイルの充電器、コードレス機器の各々に
おける取り付け位置が高精度に設定されている必要があ
る。
【０００５】換言すれば、充電時には１次側誘導コイル
と２次側誘導コイルとが、高磁束密度雰囲気で結合され
るべく、所定のギャップをもって磁気結合される必要が
あり、また磁気結合面積が大きいことが要望され、そう
でないと、無駄な電力消費量が増大すると云う問題点が
生じる。
【０００６】しかし、従来の無接点充電装置における１
次側誘導コイル、２次側誘導コイルは、巻き線コイルで
あるため、これら誘導コイルの充電器、コードレス機器
における取り付け位置を高精度に設定することが難し
く、またその取付構造も複雑になる。巻き線コイルの場
合、巻き線コイルがコア入りの特殊な形状のものにされ
れば、誘導コイルの取り付け位置精度は改善されるが、
しかしこの場合には誘導コイルの構造が複雑で、コスト
高のものとなる。
【０００７】また磁気結合面積は巻き線コイルの巻き径
や巻き数が増加されることによって拡大されるが、しか
しこれは、誘導コイルを大型化、重量化することにな
り、小型軽量化が望まれる携帯電話器などの携帯性のコ
ードレス機器では適用が難しい。
【０００８】また相互誘導式の無接点充電装置では、充
電器にコードレス機器がセットされていない状態（待機
状態時）でも、１次側誘導コイルが充電時と同等の出力
レベルで発振していると、充電器に誤って硬貨などの金
属導体が置かれると、１次側誘導コイルの磁界によって
金属導体に渦電流が流れ、誘導加熱が生じ、無駄な電力
消費量が増大すると云う問題点が生じる。
【０００９】この発明は、上述の如き問題点に着目して
なされたものであり、無駄な電力消費量が少ない無接点
充電装置を提供することを主たる目的としており、特に
コイル自体の構造やそれの取付構造を複雑なものにする
ことがなく、低コストで、生産性のよい誘導コイルを使
用して相互誘導を適正ギャップをもって効率よく行い、
しかもコイルを大型化、重量化することなく、大きい磁
気結合面積が得られることで、無駄な電力消費量が少な
い無接点充電装置および無接点充電装置で使用される充
電器、コードレス機器を提供することと、待機状態時に
充電器に誤って金属導体が置かれても大きい誘導加熱が
生じることがないように改善することで、無駄な電力消
費量が少ない無接点充電器およびコードレス機器を提供
することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、請求項１の発明は、充電器に設けられた１次側誘
導コイルと、２次電池を含むコードレス電機器に設けら
れた２次側誘導コイルとによる相互誘導によって前記充
電器より前記コードレス機器に電力を伝送し、前記２次
電池の充電を行う無接点充電装置において、前記１次側
誘導コイルと前記２次側誘導コイルにコンデンサが各々
並列接続され、この並列接続によって前記充電器と前記
コードレス機器とに各々ＬＣ並列共振回路が構成され、
前記１次側誘導コイルと前記２次側誘導コイルはシート
コイルにより構成され、これらシートコイルは前記充電
器に前記コードレス機器がセットされた充電状態時にお
いて所定のギャップをおいて相対向するよう前記充電器
と前記コードレス機器に各々固定配置されているもので
ある。
【００１１】この発明による無接点充電装置では、充電
器とコードレス機器の各々に形成されたＬＣ並列共振回
路の組み合わせによって複同調回路が構成され、複同調
回路による相互誘導によって充電器よりコードレス機器
へ電力伝送が行われる。１次側誘導コイルと２次側誘導
コイルはそれぞれシートコイルにより構成されているか
ら、コイル自体の構造やそれの取付構造が複雑なものに
なることがなく、これら誘導コイルによって相互誘導
が、適正ギャップをもって効率よく、しかもコイルを大
型化、重量化することなく、大きい磁気結合面積をもっ
て行われるようになる。
【００１２】請求項２の発明は、請求項１に記載の無接
点充電装置において、前記ギャップは前記１次側誘導コ
イルと前記２次側誘導コイルとで臨界結合状態が得られ
る大きさに設定されているものである。
【００１３】ＬＣ並列共振回路の組み合わせによる複同
調回路では、磁気結合係数に依存して臨界結合状態が得
られるから、請求項２の発明では、１次側誘導コイルと
２次側誘導コイルとのギャップが過不足のない適正値に
設定されることで、臨界結合状態が得られ、最大単一ピ
ーク周波数特性をもって効率のよい電力伝送が行われる
ようになる。
【００１４】請求項３の発明は、請求項１または２に記
載の無接点充電装置において、前記シートコイルは一平
面上にスパライル状にパターンニングされているもので
ある。
【００１５】この発明による無接点充電装置では、シー
トコイルが一平面上にスパライル状にパターンニングさ
れているものであるから、小スペースで大きい平面状の
磁界が得られ、コイルを大型化、重量化することなく、
大きい磁気結合面積が確保される。
【００１６】請求項４の発明は、請求項１〜３の何れか
に記載の無接点充電装置において、前記シートコイルは
プリント基板にパターンニングされたパターンインダク
タにより構成されているものである。
【００１７】この発明による無接点充電装置では、シー
トコイルがプリント基板にパターンニングされたパター
ンインダクタにより構成され、パターンインダクタは、
安定した性能をもって生産性よく、安価に大量生産され
るから、シートコイルが品質安定性に優れた安価なもの
で構成されることになる。
【００１８】請求項５の発明は、請求項１〜４の何れか
に記載の無接点充電装置における充電器である。
【００１９】この発明による充電器では、請求項１〜４
の何れかに記載の無接点充電装置における充電器として
作用する。
【００２０】請求項６の発明は、請求項１〜４の何れか
に記載の無接点充電装置におけるコードレス機器であ
る。
【００２１】この発明によるコードレス機器では、請求
項１〜４の何れかに記載の無接点充電装置におけるコー
ドレス機器として作用する。
【００２２】また上述の目的を達成するために、請求項
７の発明は、２次側誘導コイルと２次電池を含むコード
レス機器に、１次誘導コイルによる相互誘導によって電
力を伝送し、前記２次電池の充電を行う無接点充電器に
おいて、１次側誘導コイルを含む共振回路と、前記共振
回路の共振電圧レベルを高レベルと低レベルとの間に切
り替える共振状態切り替え手段と、前記共振回路におけ
る発振振幅に応じて前記１次側誘導コイルが相互誘導状
態であるか否かを検出する相互誘導状態検出手段とを有
し、前記相互誘導状態判別手段により相互誘導状態が検
出されている時には共振状態切り替え手段により前記共
振回路の発振電圧レベルを高レベルにし、それ以外の時
には共振状態切り替え手段により前記共振回路の発振電
圧レベルを低レベルするものである。
【００２３】この発明による無接点充電器では、コード
レス機器が充電器にセットされれば、１次側誘導コイル
が相互誘導状態になり、この時には相互誘導状態検出手
段が相互誘導状態を検出し、共振状態切り替え手段によ
り共振回路の発振電圧レベルが高レベルにされる。これ
に対し、コードレス機器が充電器にセットされていなけ
れば、１次側誘導コイルが相互誘導状態ではない状態に
なり、この時には相互誘導状態検出手段が相互誘導状態
でないことを検出し、共振状態切り替え手段により共振
回路の発振電圧レベルが低レベルにされる。
【００２４】請求項８の発明は、請求項７に記載の無接
点充電器において、前記相互誘導状態検出手段は、前記
共振回路における発振振幅の変化を電圧変化として捉え
てこれを増幅する可変増幅器と、前記可変増幅器の出力
電圧を比較基準値と比較する比較器とを有し、前記比較
器は比較結果により前記誘導コイルが相互誘導状態であ
るか否かを示す判定信号を出力し、前記可変増幅器は前
記判定信号によって相互誘導状態でないと判定されてい
る時のオフセット電圧を相互誘導状態時のそれより低く
するものである。
【００２５】この発明による無接点充電器では、可変増
幅器が共振回路における発振振幅の変化を電圧変化とし
て捉えてこれを増幅し、比較器がその可変増幅器の出力
電圧と比較基準値とを比較し、比較結果により１次側誘
導コイルが相互誘導状態であるか否かを示す判定信号を
出力する。この判定信号が可変増幅器に与えられ、判定
信号によって相互誘導状態でない時の可変増幅器のオフ
セット電圧を相互誘導状態時のそれより低くするから、
共振回路の発振電圧レベルが高レベルであるか低レベル
であるかによってオフセット電圧が切り替わる。これに
より比較器の比較基準値が一つであっても、共振回路の
発振電圧レベルが高レベルであっても低レベルであって
も、１次側誘導コイルが相互誘導状態であるか否かを的
確に判定する。
【００２６】請求項９の発明は、請求項８に記載の無接
点充電器において、前記可変増幅器は前記比較器が出力
する判定信号によって相互誘導状態でなと判定されてい
る時の増幅率を相互誘導状態時のそれより大きくするも
のである。
【００２７】この発明による無接点充電器では、判定信
号が可変増幅器に与えられ、相互誘導状態でない時の可
変増幅器の増幅率を相互誘導状態時のそれより大きくす
るから、発振振幅の変化に対して可変増幅器の出力電圧
が大きく変化し、相互誘導状態でない状態で、共振回路
の発振電圧レベルが低レベルであって、充電器にコード
レス機器がセットされていない待機状態（アイドル状
態）にて、充電器にコードレス機器がセットされたこと
による発振振幅の変化が少しであっても、このコードレ
ス機器のセットが比較器により的確に検出される。
【００２８】請求項１０の発明は、請求項８または９に
記載の無接点充電器において、前記判定信号を前記発振
状態切り替え手段に与えるタイミングを遅延させる遅延
回路を有しているものである。
【００２９】この発明による無接点充電器では、遅延回
路によって発振状態切り替え手段にに対する判定信号の
入力が遅延される。これにより可変増幅器の出力状態が
安定した後に発振状態の切り替えが行われる。
【００３０】請求項１１の発明は、請求項７に記載の無
接点充電器において、前記相互誘導状態検出手段は、前
記共振回路における発振振幅により得られる発振電圧と
第１の比較基準値とを比較する第１の比較器と、前記共
振回路における発振振幅により得られる発振電圧と第１
の比較基準値より大きい第２の比較基準値とを比較する
第２の比較器とを有し、前記第１の比較器と前記第２の
比較器の出力信号の組み合わせによって、前記１次側誘
導コイルが相互誘導状態であるか否かを示す判定信号を
出力するものである。
【００３１】この発明による無接点充電器では、第１の
比較器は共振回路における発振振幅により得られる発振
電圧と第１の比較基準値とを比較し、第２の比較器は共
振回路における発振振幅により得られる発振電圧と第１
の比較基準値より大きい第２の比較基準値とを比較し、
第１の比較器と第２の比較器の出力信号の組み合わせに
よって１次側誘導コイルが相互誘導状態であるか否かを
示す判定信号を出力する。
【００３２】請求項１２の発明は、請求項７〜１１の何
れかに記載の無接点充電器によって充電されるコードレ
ス機器において、２次側誘導コイルと２次電池との間に
設けられる整流回路が２倍電圧整流回路であるものであ
る。
【００３３】この発明によるコードレス機器では、２倍
電圧整流回路によって２次電池の端子間電圧が入力側か
ら見て実際値の１／２に見えるようになる。これによ
り、待機状態時に発振レベルが小さくなっていても充電
器にコードレス機器がセットされれば、充電電流が確実
に流れるようになり、充電器にコードレス機器がセット
されたことが、充電器側で、発振振幅の変化より的確に
検出され得るようになる。
【００３４】
【発明の実施の形態】以下に添付の図を参照してこの発
明の実施の形態を詳細に説明する。なお、以下に説明す
るこの発明の実施の形態において上述の従来例と同一構
成の部分は、上述の従来例に付した符号と同一の符号を
付してその説明を省略する。
【００３５】図１〜図４はこの発明による無接点充電装
置の一つの実施の形態を示している。これらの図におい
て、１は充電器を、１００はコードレス機器としての電
話機のコードレスハンドセット（以下、これを子機と云
うことがある）を各々示している。
【００３６】充電器１は子機１００が載置される子機載
置台部３を形成されたアウタケーシング５を有してい
る。アウタケーシング５は、子機１００のアウタケーシ
ング１０２の頭部１０４を搭載される傾斜枕部７と、起
立した電磁誘導面部９とを有しており、傾斜枕部７に頭
部１０４が載せられることにより、アウタケーシング１
０２の底面部１０６が電磁誘導面部９にフラットに対接
し、子機載置台部３上に子機１００が位置決めセットさ
れる。
【００３７】充電器１の電磁誘導面部９の内側面にはプ
リント基板１１が係合爪１３によりはめ込み式に固定装
着されている。プリント基板１１の表面（電磁誘導面部
９の側の面）には、図４によく示されているように、導
体１４がスパライル状にパターンニングされ、導体１４
によってパターンインダクタ、換言すればシートコイル
によるスパライル状の１次側誘導コイル１５が平面的に
構成されている。
【００３８】プリント基板１１のシートコイル面（表
面）は、係合爪１３によるプリント基板１１の電磁誘導
面部９に対するはめ込み装着により、電磁誘導面部９の
内側面の全面に亙って一様に面接合している。このこと
は、後述する相互誘導におけるコイル間ギャップを適正
値に保つことにおいて重用な要件になる。
【００３９】プリント基板１１の裏面にはコンデンサ１
７が実装されている。このコンデンサ１７は、図３に示
すように、１次側誘導コイル１５に対して並列接続さ
れ、１次側誘導コイル１５と共に１次側のＬＣ並列共振
回路を構成している。１次側のＬＣ並列共振回路には高
周波電源１９が接続されている。
【００４０】子機１００の底面部１０６の内側面にはプ
リント基板１０８が係合爪１１０によりはめ込み式に固
定装着されている。プリント基板１０８の表面（底面１
０６の側の面）には、プリント基板１１と同等に、導体
がスパライル状にパターンニングされ、その導体によっ
てパターンインダクタ、換言すればシートコイルによる
スパライル状の２次側誘導コイル１１２が平面的に構成
されている。
【００４１】プリント基板１０８のシートコイル面（表
面）は、係合爪１１０によるプリント基板１０８の底面
部１０６に対するはめ込み装着により、底面部１０６の
内側面の全面に亙って一様に面接合している。このこと
も、後述する相互誘導におけるコイル間ギャップを適正
値に保つことにおいて重用な要件になる。
【００４２】プリント基板１０８の裏面にはコンデンサ
１１４が実装されている。このコンデンサ１１４は、２
次側誘導コイル１１２に対して並列接続され、２次側誘
導コイル１１２と共に２次側のＬＣ並列共振回路を構成
している。２次側のＬＣ並列共振回路にはダイオード１
１６を介して充電対象の２次電池１１８が接続されてい
る。
【００４３】この構成では、充電器１の子機載置台部３
上に子機１００が位置決めセットされると、アウタケー
シング１０２の底面部１０６が電磁誘導面部９にフラッ
トに対接するから、子機セット状態においては、１次側
誘導コイル１５と２次側誘導コイル１１２とがアウタケ
ーシング５の電磁誘導面部９とアウタケーシング１０２
の底面部１０６とを挟んで平行に対向し、１次側誘導コ
イル１５と２次側誘導コイル１１２とのギャップは電磁
誘導面部９の壁厚と底面部１０６の壁厚の合計値により
必然的に決まる。
【００４４】これにより電磁誘導面部９の壁厚と底面部
１０６の壁厚とが適当な値に設定されるだけで、１次側
誘導コイル１５と２次側誘導コイル１１２とのギャップ
を、臨界結合状態が得られる大きさに正確に決めること
ができる。
【００４５】上述の構成によれば、充電器１と子機１０
０の各々に形成されたＬＣ並列共振回路の組み合わせに
よって複同調回路が構成され、複同調回路による相互誘
導によって充電器１より子機１００へ電力伝送が行われ
る。
【００４６】１次側誘導コイル１５と２次側誘導コイル
１１２はそれぞれシートコイルにより構成されているか
ら、コイル自体の構造やそれの取付構造が複雑なものに
なることがなく、これら誘導コイルによって相互誘導
が、臨界結合状態が得られる適正ギャップをもって効率
よく、しかもコイルを大型化、重量化することなく、大
きい磁気結合面積をもって行われるようになる。
【００４７】特に、ＬＣ並列共振回路の組み合わせによ
る複同調回路では、磁気結合係数に依存して臨界結合状
態が得られるから、１次側誘導コイル１５と２次側誘導
コイル１１２とのギャップが上述のように過不足のない
適正値に設定されることで、臨界結合状態が得られ、最
大単一ピーク周波数特性をもって効率のよい電力伝送が
行われるようになる。
【００４８】図５は同調周波数のコイル間ギャップ・損
失レベル特性を示している。このグラフでは、コイル間
ギャップが６ｍｍの場合に損失レベルが最少になって相
互誘導状態が最良好になり、コイル間ギャップが６ｍｍ
より多くても、少なくても損失レベルが増大し、相互誘
導状態が劣化することが分かる。
【００４９】従って、この場合には、臨界結合状態が得
られる適正ギャップは６ｍｍであり、電磁誘導面部９の
壁厚と底面部１０６の壁厚が各々３ｍｍに設定されれば
よい。
【００５０】１次側誘導コイル１５と２次側誘導コイル
１１２をなすシートコイルは、プリント基板１１、１０
８の板面において一平面上にスパライル状にパターンニ
ングされているから、小スペースで大きい平面状の磁界
が得られ、コイルを大型化、重量化することなく、大き
い磁気結合面積が確保される。
【００５１】これらのことにより効率のよい電力伝送が
行われ、無駄な電力消費量が少なくなる。
【００５２】またこのシートコイルはプリント基板にパ
ターンニングされたパターンインダクタにより構成され
ているものであり、パターンインダクタは、プリント基
板生産技術によって安定した性能をもって生産性よく、
安価に大量生産されるから、シートコイル、換言すれ
ば、１次側誘導コイル１５と２次側誘導コイル１１２と
が品質安定性に優れた安価なもので構成されることにな
り、コストの低減が図られる。
【００５３】図６はこの発明による無接点充電器とコー
ドレス機器（子機）の電気回路を示している。尚、図６
に於いて、図１〜図３に対応する部分は図１〜図３に付
した符号と同一の符号により示されている。
【００５４】無接点充電器１は、１次側誘導コイル１５
（Ｌ1 ）とコンデンサ１７（Ｃ2 ）とによるＬＣ並列共
振回路２１と、ＡＣアダプタなどにより得られる直流電
源２３と、ＣＲ発振器などによる発振回路２５と、発振
回路２５が出力する高周波信号をゲート端子に与えらる
ことによりＬＣ並列共振回路２１を高周波駆動する共振
回路駆動トランジスタ２７（Ｑ1 ）と、分圧抵抗２９
（Ｒ21）の回路を開閉することにより共振回路２１の共
振電圧レベルを高レベルと低レベルとの間に切り替える
共振状態切り替えトランジスタ３１（Ｑ2 ）と、ＬＣ並
列共振回路２１に接続されて発振周波数信号の振幅を電
圧信号Ｖａとして出力する検波回路３３（Ｄ1 ，Ｃ5 ，
Ｒ6 ）と、検波回路３３の出力電圧Ｖａを増幅する可変
増幅器３５と、可変増幅器３５により増幅された電圧Ｖ
ｂと比較基準値Ｖｒｅｆとを比較する比較器３７（ＯＰ
2 ，Ｒ11〜Ｒ14）とを有している。
【００５５】比較器３７は可変増幅器３５により増幅さ
れた電圧Ｖｂが比較基準値Ｖｒｅｆより大きいときには
１次側誘導コイル１５が相互誘導状態でないと判定して
オン信号を出力し、そうでない時、即ち電圧Ｖｂが比較
基準値Ｖｒｅｆより大きくないときには１次側誘導コイ
ルが相互誘導状態であると判定してオフ信号を出力す
る。
【００５６】比較器３７が出力する上述のオン・オフ信
号、即ち判定信号（出力電圧）Ｖｃは、抵抗３９
（Ｒ20）とコンデンサ４１（Ｃ6 ）とによる遅延回路４
３を介して共振状態切り替えトランジスタ３１のゲート
端子に入力される。
【００５７】これにより共振状態切り替えトランジスタ
３１は、１次側誘導コイル１５が相互誘導状態でない場
合、換言すれば、充電器１に子機１００がセットされて
いないアイドル状態時には、オン状態になり、共振回路
２１の共振電圧レベルを低レベルに設定し、これに対し
１次側誘導コイル１５が相互誘導状態である場合、換言
すれば、充電器１に子機１００がセットされた状態時に
は、オフ状態になり、共振回路２１の共振電圧レベルを
高レベルに設定する。
【００５８】可変増幅器３５は、この実施の形態では、
演算増幅器（ＯＰ１）による非反転増幅器により構成さ
れ、オフセット電圧回路４５（Ｒ15〜Ｒ19）にトランジ
スタ４７（Ｑ3 ）によって選択的に回路接続される分圧
抵抗４９（Ｒ18）を有しており、この分圧抵抗４９によ
ってオフセット電圧Ｖｄを選択的に低下させる。
【００５９】トランジスタ４７のゲート端子には比較器
３７が出力する上述のオン・オフ信号（Ｖｃ）が与えら
れる。これにより充電器１に子機１００がセットされて
いないアイドル状態時には、トランジスタ４７がオン状
態になり、オフセット電圧Ｖｄが相互誘導状態時（充電
器１に子機１００がセットされた状態時）に比して低く
なる。
【００６０】また可変増幅器３５の帰還抵抗回路５１
（Ｒ7 〜Ｒ10）にはトランジスタ５３（Ｑ4 ）によって
選択的に回路接続される分圧抵抗５５（Ｒ9 ）が設けら
れており、この分圧抵抗５５によって増幅率Ｇが選択的
に大きくなる。
【００６１】トランジスタ５３のゲート端子には比較器
３７が出力する上述のオン・オフ信号（Ｖｃ）が与えら
れる。これにより充電器１に子機１００がセットされて
いないアイドル状態時には、トランジスタ５３がオン状
態になり、可変増幅器３５の増幅率Ｇが相互誘導状態時
（充電器１に子機１００がセットされた状態時）に比し
て大きくなる。
【００６２】子機１００は、２次側誘導コイル１１２
（Ｌ2 ）とコンデンサ１１４（Ｃ7 ）とによるＬＣ並列
共振回路１２０と、２次電池１１８と、共振回路１２０
と２次電池１１８との間に設けられた相互反転接続の二
つのダイオード１２２（Ｄ2 ）、１２４（Ｄ3 ）と二つ
の平滑コンデンサ１２６（Ｃ7 ）、１２８（Ｃ8 ）とに
よる２倍電圧整流回路１３０とを有している。
【００６３】なお、図６にて、符号Ｒ1 〜Ｒ22は抵抗で
あり、Ｃ1 〜Ｃ8 はコンデンサであり、Ｑ1 〜Ｑ4 はト
ランジスタであり、Ｄ1 〜Ｄ3 はダイオードである。
【００６４】つぎに上述の回路構成よりなる無接点充電
器１と子機１００の動作について図７に示されているタ
イミングチャートを参照して説明する。
【００６５】アイドル状態（子機１００が充電器１より
外されている状態）では、比較器３７の出力信号Ｖｃは
ハイレベル（オン信号）であり、トランジスタ３１、４
７、５３が各々オンしている。したがってこのときに
は、共振回路２１の発振レベルは、例えば６Ｖｐ−ｐ程
度にまで下げられ、検波回路３３の出力電圧Ｖａが１．
４Ｖ程度で、可変増幅器３５のオフセット電圧Ｖｄが
１．４Ｖ程度まで下げられ、可変増幅器３５の増幅率Ｇ
が７．５程度にまで上げられ、可変増幅器３５の出力電
圧Ｖｂは、Ｖｂ＝Ｖａ（３＋Ｇ）−Ｇ・Ｖｄで、４．２
Ｖとなり、比較基準値Ｖｒｅｆ＝１．７５Ｖで、Ｖｂ＞
Ｖｒｅｆとなり、比較器３７の出力信号Ｖｃはハイレベ
ル（３．８Ｖ）を維持する。
【００６６】このようにアイドル状態では、共振回路２
１の発振レベルが下げられるので、充電器１に誤って金
属導体が置かれても大きい誘導加熱が生じることがな
く、無駄な電力消費量が少なくなる。
【００６７】この状態で、子機１００が充電器１にセッ
トされると、低レベル発振状態にて充電器１の共振回路
１５と子機１００の共振回路１２０とによる複同調回路
をもって相互誘導が開始され、充電器１より子機１００
へ電力伝送が開始される。
【００６８】子機１００は、２倍電圧整流回路１３０の
存在によって２次電池１１８の端子間電圧が入力側が見
て実際値の１／２に見えるようになっており、これによ
り、上述のように発振レベルが小さくなっていても充電
器１に子機１００がセットされれば、充電電流が確実に
流れる。
【００６９】これにより、共振回路１５の発振振幅、即
ち発振レベルが負荷によって更に低下、例えば１Ｖｐ−
ｐ程度まで低下する。この時には、検波回路３３の出力
電圧Ｖａが１．０Ｖ程度で、可変増幅器３５の出力電圧
Ｖｂは、Ｖｂ＝Ｖａ（３＋Ｇ）−Ｇ・Ｖｄで、０Ｖとな
り、比較基準値Ｖｒｅｆ＝１．７５Ｖで、Ｖｂ＜Ｖｒｅ
ｆとなり、比較器３７の出力信号Ｖｃはローレベル（０
Ｖ）になる。
【００７０】この結果、トランジスタ４７、５３が各々
即座にオフし、可変増幅器３５のオフセット電圧Ｖｄが
４Ｖ程度まで上げられ、また可変増幅器３５の増幅率Ｇ
が３程度にまで下げられる。
【００７１】上述のような可変増幅器３５の状態切り替
えが完了して可変増幅器３５の出力状態が安定すると、
遅延回路４３による遅延作用のもとに比較器３７の出力
信号Ｖｃ（０Ｖ）が共振状態切り替えトランジスタ３１
に入力され、トランジスタ３１がオフする。これにより
共振回路２１の発振レベルが、例えば１０Ｖｐ−ｐ程度
にまで上げられる。この時の検波回路３３の出力電圧Ｖ
ａは３Ｖ程度にまで上昇する。
【００７２】しかしこの時には、既に、可変増幅器３５
のオフセット電圧Ｖｄが４Ｖ程度まで上げられ、また可
変増幅器３５の増幅率Ｇが３程度にまで下げられている
から、可変増幅器３５の出力電圧Ｖｂは、Ｖｂ＝Ｖａ
（１＋Ｇ）−Ｇ・Ｖｄで、０Ｖとなり、比較基準値Ｖｒ
ｅｆ＝１．７５Ｖで、Ｖｂ＜Ｖｒｅｆが維持され、比較
器３７の出力信号Ｖｃはローレベル（０Ｖ）を維持す
る。
【００７３】この状態より子機１００が充電器１より外
されると、負荷が無くなることによって共振回路２１の
発振レベルが、例えば１７Ｖｐ−ｐ程度にまで上がるこ
とになる。この時には検波回路３３の出力電圧Ｖａは５
Ｖ程度にまで上昇し、可変増幅器３５の出力電圧Ｖｂ
は、Ｖｂ＝Ｖａ（１＋Ｇ）−Ｇ・Ｖｄで、８Ｖとなり、
比較基準値Ｖｒｅｆ＝１．７５Ｖで、Ｖｂ＞Ｖｒｅｆと
なり、比較器３７の出力信号Ｖｃはハイレベル（３．８
Ｖ）に変わる。これにより元のアイドル状態に戻る。
【００７４】上述の構成によれば、共振回路３１の発振
電圧レベルが高レベルであるか低レベルであるかによっ
て可変増幅器３５のオフセット電圧が切り替わることに
より、比較器３７の一つの比較基準値Ｖｒｅｆをもっ
て、共振回路２１の発振電圧レベルが高レベルであって
も低レベルであっても、１次側誘導コイル１５が相互誘
導状態であるか否か、即ち子機１００が充電器１にセッ
トされているか否かが的確に判定される。
【００７５】また相互誘導状態でない時の可変増幅器３
５の増幅率を相互誘導状態時のそれより大きくするか
ら、発振振幅の変化に対して可変増幅器の出力電圧が大
きく変化し、相互誘導状態でない状態で、共振回路の発
振電圧レベルが低レベルであって、アイドル状態にて、
充電器１に子機１００がセットされたことによる発振振
幅の変化が少しであっても、この子機１００のセットが
比較器３１により的確に検出される。
【００７６】これらのことにより子機１００が充電器１
にセットされたか否かが、特別なセンサを必要とするこ
となく確実に検出される。
【００７７】図８はこの発明による無接点充電器とコー
ドレス機器（子機）の他の実施の形態に係る電気回路を
示している。尚、図８に於いて、図６に対応する部分は
図６に付した符号と同一の符号を付けてその説明を省略
する。
【００７８】検波回路３３の出力電圧Ｖａは各状態にお
いて上述の実施の形態における場合と同じであり、この
出力電圧Ｖａは第１の比較器６１と第２の比較器６３と
に入力される。
【００７９】第１の比較器６１は出力電圧Ｖａと第１の
比較基準値Ｖｒｅｆ1とを比較し、Ｖａ＞Ｖｒｅｆ1であ
る時にロー信号を出力し、これ以外の時にはハイ信号を
出力する。第１の比較基準値Ｖｒｅｆ1は１．２Ｖ程度
に設定されていることから、第１の比較器６１は、アイ
ドル状態にて充電機１に子機１００がセットされたとき
のみハイ信号を出力し、アイドル状態時、高レベル出力
による充電時、高レベル出力による充電状態より子機１
００が充電器１より外れた時のいずれの時もロー信号を
出力する。
【００８０】第２の比較器６３は出力電圧Ｖａと第１の
比較基準値Ｖｒｅｆ1より大きい第２の比較基準値Ｖｒ
ｅｆ2とを比較し、Ｖａ＞Ｖｒｅｆ2である時にロー信号
を出力し、これ以外の時にはハイ信号を出力する。第２
の比較基準値Ｖｒｅｆ2は４Ｖ程度に設定されているこ
とから、第２の比較器６３は、高レベル出力による充電
状態より子機１００が充電器１より外れた時のみロー信
号を出力し、アイドル状態時、アイドル状態にて充電機
１に子機１００がセットされたとき、高レベル出力によ
る充電時のいずれの時もロー信号を出力する。
【００８１】第１の比較器６１と第２の比較器６３の出
力信号は各々２入力型のＮＯＲゲート６５とＡＮＤゲー
ト６７に入力される。ＮＯＲゲート６５の出力信号はＤ
−ラッチ回路６９のリセット端子に入力され、ＡＮＤゲ
ート６７の出力信号はＤ−ラッチ回路６９のクロック端
子に入力される。Ｄ−ラッチ回路６９は、クロック端子
に入力される信号のローからハイへの立ち上がりで、反
転Ｑ出力信号をオンよりオフに反転し、リセット入力に
より反転Ｑ出力信号をオフよりオンに反転する。この反
転Ｑ出力信号は、１次側誘導コイル１５が相互誘導状態
であるか否かを示す判定信号として共振状態切り替えト
ランジスタ３１のゲート端子に入力される。
【００８２】したがって、この実施の形態にあってもア
イドル状態にて充電機１に子機１００がセットされる
と、ＡＮＤゲート６７の出力信号がハイになり、クロッ
ク端子に入力される信号がローからハイへ変化すること
で、反転Ｑ出力信号がオンよりオフに反転し、共振状態
切り替えトランジスタ３１がオフする。これにより共振
回路２１の発振レベルが、低レベル出力より高レベル出
力に変化する。
【００８３】これに対し、高レベル出力による充電状態
より子機１００が充電器１より外れると、ＮＡＮＤゲー
ト６５の出力信号がハイになり、リセット入力されるこ
とで、反転Ｑ出力信号がオフよりオンに反転し、共振状
態切り替えトランジスタ３１がオンする。これにより共
振回路２１の発振レベルが、高レベル出力より低レベル
出力に変化する。
【００８４】しがって、この実施の形態にあっても、ア
イドル状態では、共振回路２１の発振レベルが下げられ
るので、充電器１に誤って金属導体が置かれても大きい
誘導加熱が生じることがなく、無駄な電力消費量が少な
くなり、また子機１００が充電器１にセットされたか否
かが、特別なセンサを必要とすることなく確実に検出さ
れる。
【００８５】
【発明の効果】以上の説明から理解される如く、請求項
１による無接点充電装置においては、充電器とコードレ
ス機器の各々に設けられる１次側誘導コイルと２次側誘
導コイルはそれぞれシートコイルにより構成されている
から、コイル自体の構造やそれの取付構造が複雑なもの
になることがなく、これら誘導コイルによって相互誘導
が、適正ギャップをもって効率よく、しかもコイルを大
型化、重量化することなく、大きい磁気結合面積をもっ
て行われるようになり、無駄な電力消費量を低減して高
速充電が行われ得るようになる。
【００８６】請求項２による無接点充電装置において
は、１次側誘導コイルと２次側誘導コイルとのギャップ
が過不足のない適正値に設定されることで、臨界結合状
態が得られ、最大単一ピーク周波数特性をもって効率の
よい電力伝送が行われるようになり、このことによって
も無駄な電力消費量を低減して高速充電が行われ得るよ
うになる。
【００８７】請求項３による無接点充電装置において
は、シートコイルが一平面上にスパライル状にパターン
ニングされているから、小スペースで大きい平面状の磁
界が得られ、コイルを大型化、重量化することなく、大
きい磁気結合面積が確保されるなり、このことによって
も無駄な電力消費量を低減して高速充電が行われ得るよ
うになる。
【００８８】請求項４による無接点充電装置において
は、シートコイルがプリント基板にパターンニングされ
たパターンインダクタにより構成され、パターンインダ
クタは、安定した性能をもって生産性よく、安価に大量
生産されるから、シートコイルが品質安定性に優れた安
価なもので構成されることになる。
【００８９】請求項５による充電器においては、請求項
１〜４の何れかに記載の無接点充電装置における充電器
として作用し、無駄な電力消費量を低減して高速充電が
行われ得るようになる。
【００９０】請求項６によるコードレス機器において
は、請求項１〜４の何れかに記載の無接点充電装置にお
けるコードレス機器として作用し、無駄な電力消費量を
低減して高速充電が行われ得るようになる。
【００９１】また請求項７の発明による無接点充電器に
おいては、コードレス機器が充電器にセットされれば、
相互誘導状態検出手段が相互誘導状態を検出し、共振状
態切り替え手段により共振回路の発振電圧レベルを高レ
ベルし、コードレス機器が充電器にセットされていなけ
れば、相互誘導状態検出手段が相互誘導状態でないこと
を検出し、共振状態切り替え手段により共振回路の発振
電圧レベルを低レベルとするから、相互誘導状態でない
アイドル状態時に充電器に誤って金属導体が置かれても
大きい誘導加熱が生じることがなく、無駄な電力消費量
が少なくなり、またコードレス機器が充電器にセットさ
れたか否かが、特別なセンサを必要とすることなく確実
に検出される。
【００９２】請求項８の発明による無接点充電器におい
ては、共振回路の発振電圧レベルが高レベルであるか低
レベルであるかによって可変増幅器のオフセット電圧が
切り替わるから、比較器の比較基準値が一つであって
も、共振回路の発振電圧レベルが高レベル、低レベルの
如何に拘らず１次側誘導コイルが相互誘導状態であるか
否かを的確に判定することができる。
【００９３】請求項９の発明による無接点充電器におい
ては、判定信号が可変増幅器に与えられ、相互誘導状態
でない時の可変増幅器の増幅率を相互誘導状態時のそれ
より大きくするから、充電器にコードレス機器がセット
されていないアイドル状態にて、充電器にコードレス機
器がセットされたことによる発振振幅の変化が少しであ
っても、このコードレス機器のセットが比較器により的
確に検出されるようになる。
【００９４】請求項１０の発明による無接点充電器にお
いては、遅延回路によって発振状態切り替え手段に対す
る判定信号の入力が遅延され、可変増幅器の出力状態が
安定した後に発振状態の切り替えが行われるから、ハン
チング現象が発生することがなく安定した発振状態切り
替え動作が行われるようになる。
【００９５】請求項１１の発明による無接点充電器にお
いては、第１の比較器と第２の比較器の出力信号の組み
合わせによって誘導コイルが相互誘導状態であるか否か
を示す判定信号を出力するから、コードレス機器が充電
器にセットされたか否かが、特別なセンサを必要とする
ことなく確実に検出される。
【００９６】請求項１２の発明によるコードレス機器に
おいては、２倍電圧整流回路によって２次電池の端子間
電圧が入力側から見て実際値の１／２に見えるようにな
るから、待機状態時に発振レベルが小さくなっていても
充電器にコードレス機器がセットされれば、充電電流が
確実に流れるようになり、充電器にコードレス機器がセ
ットされたことが、充電器側で、発振振幅の変化より的
確に検出され得るようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明による無接点充電装置の一つの実施の
形態を示す斜視図である。
【図２】この発明による無接点充電装置の一つの実施の
形態を示す部分断面図である。
【図３】この発明による無接点充電装置の一つの実施の
形態を示す部分断面図である。
【図４】この発明による無接点充電装置で使用されるシ
ートコイル方式の誘導コイルの一つの実施の形態を示す
正面図である。
【図５】複同調回路における同調周波数のコイル間ギャ
ップ・損失レベル特性を示すグラフである。
【図６】この発明による無接点充電器とコードレス機器
（子機）の電気回路の一つの実施の形態を示す回路図で
ある。
【図７】この発明による無接点充電器の動作を示すタイ
ミングチャートである。
【図８】この発明による無接点充電器とコードレス機器
（子機）の電気回路の他の実施の形態を示す回路図であ
る。
【符号の説明】
１ 充電器 １１ プリント基板 １５ １次側誘導コイル １７ コンデンサ １９ 高周波電源 ２１ ＬＣ並列共振回路 ２３ 直流電源 ２５ 発振回路 ２７ 共振回路駆動トランジスタ ３１ 共振状態切り替えトランジスタ ３３ 検波回路 ３５ 可変増幅器 ３７ 比較器 ４５ オフセット電圧回路 ５１ 帰還抵抗回路 ６１ 第１の比較器 ６３ 第２の比較器 ６９ Ｄ−ラッチ回路 １００ 子機 １０８ プリント基板 １１２ ２次側誘導コイル １１４ コンデンサ １１８ ２次電池 １３０ ２倍電圧整流回路

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 充電器に設けられた１次側誘導コイル
    と、２次電池を含むコードレス電機器に設けられた２次
    側誘導コイルとによる相互誘導によって前記充電器より
    前記コードレス機器に電力を伝送し、前記２次電池の充
    電を行う無接点充電装置において、 前記１次側誘導コイルと前記２次側誘導コイルにコンデ
    ンサが各々並列接続され、この並列接続によって前記充
    電器と前記コードレス機器とに各々ＬＣ並列共振回路が
    構成され、 前記１次側誘導コイルと前記２次側誘導コイルはシート
    コイルにより構成され、これらシートコイルは前記充電
    器に前記コードレス機器がセットされた充電状態時にお
    いて所定のギャップをおいて相対向するよう前記充電器
    と前記コードレス機器に各々固定配置されていることを
    特徴とする無接点充電装置。
  2. 【請求項２】 前記ギャップは前記１次側誘導コイルと
    前記２次側誘導コイルとで臨界結合状態が得られる大き
    さに設定されていることを特徴とする請求項１に記載の
    無接点充電装置。
  3. 【請求項３】 前記シートコイルは一平面上においてス
    パライル状にパターンニングされていることを特徴とす
    る請求項１または２に記載の無接点充電装置。
  4. 【請求項４】 前記シートコイルはプリント基板にパタ
    ーンニングされたパターンインダクタにより構成されて
    いることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の無
    接点充電装置。
  5. 【請求項５】 請求項１〜４の何れかに記載の無接点充
    電装置における充電器。
  6. 【請求項６】 請求項１〜４の何れかに記載の無接点充
    電装置におけるコードレス機器。
  7. 【請求項７】 ２次側誘導コイルと２次電池を含むコー
    ドレス機器に、１次誘導コイルによる相互誘導によって
    電力を伝送し、前記２次電池の充電を行う無接点充電器
    において、 １次側誘導コイルを含む共振回路と、 前記共振回路の共振電圧レベルを高レベルと低レベルと
    の間に切り替える共振状態切り替え手段と、 前記共振回路における発振振幅に応じて前記１次側誘導
    コイルが相互誘導状態であるか否かを検出する相互誘導
    状態検出手段とを有し、 前記相互誘導状態判別手段により相互誘導状態が検出さ
    れている時には共振状態切り替え手段により前記共振回
    路の発振電圧レベルを高レベルにし、それ以外の時には
    共振状態切り替え手段により前記共振回路の発振電圧レ
    ベルを低レベルすることを特徴とする無接点充電器。
  8. 【請求項８】 前記相互誘導状態検出手段は、前記共振
    回路における発振振幅の変化を電圧変化として捉えてこ
    れを増幅する可変増幅器と、前記可変増幅器の出力電圧
    を比較基準値と比較する比較器とを有し、前記比較器は
    比較結果により前記１次側誘導コイルが相互誘導状態で
    あるか否かを示す判定信号を出力し、前記可変増幅器は
    前記判定信号によって相互誘導状態でないと判定されて
    いる時のオフセット電圧を相互誘導状態時のそれより低
    くすることを特徴とする請求項７に記載の無接点充電
    器。
  9. 【請求項９】 前記可変増幅器は前記比較器が出力する
    判定信号によって相互誘導状態でないと判定されている
    時の増幅率を相互誘導状態時のそれより大きくすること
    を特徴とする請求項８に記載の無接点充電器。
  10. 【請求項１０】 前記判定信号を前記発振状態切り替え
    手段に与えるタイミングを遅延させる遅延回路を有して
    いることを特徴とする請求項８または９に記載の無接点
    充電器。
  11. 【請求項１１】 前記相互誘導状態検出手段は、前記共
    振回路における発振振幅により得られる発振電圧と第１
    の比較基準値とを比較する第１の比較器と、前記共振回
    路における発振振幅により得られる発振電圧と第１の比
    較基準値より大きい第２の比較基準値とを比較する第２
    の比較器とを有し、前記第１の比較器と前記第２の比較
    器の出力信号の組み合わせによって、前記１次側誘導コ
    イルが相互誘導状態であるか否かを示す判定信号を出力
    することを特徴とする請求項７に記載の無接点充電器。
  12. 【請求項１２】 請求項７〜１１の何れかに記載の無接
    点充電器によって充電されるコードレス機器において、
    ２次側誘導コイルと２次電池との間に設けられる整流回
    路が２倍電圧整流回路であることを特徴とするコードレ
    ス機器。
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