WO2015146030A1 - 携帯端末充電装置と、それを搭載した自動車 - Google Patents

Abstract

　携帯端末充電装置において、制御部は、充電コイルへの非通電時には、複数の異物検出コイルの一部を駆動して異物検出を行った後に、複数の位置検出コイルを駆動して充電コイルの存在場所を検出する動作を交互に実行する。また、充電コイルへの通電時には、充電コイルに設けられた大径の検出コイルと小径の検出コイルとによって異物を検出する。

Description

携帯端末充電装置と、それを搭載した自動車

　本発明は、携帯電話などの携帯端末を充電するための携帯端末充電装置と、それを搭載した自動車に関する。

　携帯電話等の携帯端末は、その機能が極めて高くなり、それにつれて電力消費も大きくなっている。

　したがって、自動車内を含め、各所で充電が行えることが求められているが、近年の傾向として、ケーブルを使わずに、いわゆる非接触充電が行える携帯端末充電装置が脚光を浴びている。

　すなわち、このような携帯端末充電装置は、表面側が携帯端末設置部となった支持板と、この支持板の裏面側に、この支持板に対向して配置された充電コイルとを有する。そして携帯端末設置部に携帯端末が置かれると、充電コイルからの磁束で、携帯端末への充電を行うことが出来る（これに類似するものとしては、例えば特許文献１、特許文献２が存在する）。

特開２０１２－１６１２５号公報 特開２００９－２４７１９４号公報

　本発明は、使い勝手の良い携帯端末充電装置を提供する。

　本発明の携帯端末充電装置は、支持板と、充電コイルと、駆動部と、制御部と、メモリとを有する。支持板の表面側は携帯端末設置部となっっている。充電コイルは、この支持板の裏面側において、この支持板に対向した状態で可動自在に配置されている。駆動部は、この充電コイルを支持板の裏面側において移動可能である。制御部は、充電コイル、駆動部に接続されている。メモリはこの制御部に接続されている。支持板には、複数の異物検出コイルと、複数の位置検出コイルが設けられるとともに、充電コイルには、大径の第１の検出コイルと、その内方に配置され、かつ、この第１の検出コイルよりも小径の第２の検出コイルが設けられている。これらの異物検出コイル、位置検出コイル、第１、第２の検出コイルは制御部に接続されている。メモリには、充電コイルの存在場所における各異物検出コイルの基準共振周波数、または基準共振電圧が格納されている。制御部は、充電コイルへの通電前の状態では、複数の異物検出コイルの一部を駆動して異物検出を行った後に、複数の位置検出コイルを駆動して充電コイルの存在場所を検出する動作を交互に実行する。異物検出コイルによる異物検出時には、制御部は、充電コイルの存在場所に対応する異物検出コイルが検出した共振周波数がメモリに格納された基準共振周波数よりも高くなった場合、または、充電コイルの存在場所に対応する異物検出コイルが検出した共振電圧がメモリに格納された基準共振電圧よりも低くなった場合、安全動作を実行させる。また位置検出コイルにより充電コイルの存在場所を検出した場合、制御部は、この充電コイルに通電し、この充電コイルへの通電後には、第１の検出コイルで検出される第１の電圧（Ｖ１）に対する、第２の検出コイルで検出される第２の電圧（Ｖ２）の比（Ｖ２／Ｖ１）が、設定値よりも小さくなると、安全動作を実行させる。

　以上の構成により、本発明の携帯端末充電装置の使い勝手は良い。

　すなわち、機種の異なる携帯端末を充電する場合でも、異物を確実に検知することができる。その結果、各種携帯端末を充電できるので、使い勝手が向上する。

　さらに、本発明では、充電コイルへの通電前の状態では、制御部は、複数の異物検出コイルの一部を駆動して異物検出を行った後に、複数の位置検出コイルを駆動して充電コイルの存在場所を検出する動作を交互に実行する。そのため、携帯端末設置部に携帯端末が置かれた場合には、より短時間で、充電コイルへの通電を開始することができる。この点からも使い勝手が向上する。

　また、充電コイルへの通電後には、充電コイルに設けられた大径の第１の検出コイルと、小径の第２の検出コイルによって異物検出を行うことができる。一方、充電のための通電前には、複数の異物検出コイルの一部を駆動して簡易に異物を検出することができる。その分、この通電開始前の異物検出に要する時間を短縮し、それによって充電コイルへの充電開始までの時間も短縮できる。この点からも使い勝手が向上する。

　また、複数の異物検出コイルの一部を駆動して簡易に異物を検出するにも関わらず、携帯端末設置部は、それ程大きなものではないので、駆動中の異物検出コイルから異物までの距離が遠くなければ異物を検出できることも多い。このような簡易的な異物検出でも、異物を検出することが出来る可能は高くなる。

　さらに、例え、この簡易な検出方法で異物を検出できなくても、通電後には上述した充電コイルに設けられた大径の第１の検出コイルと、小径の第２の検出コイルによって異物検出を確実に行うことができる。そのため、安全性が高い。

本発明の実施形態に係る携帯端末充電装置を自動車の車内に設置した状態を示す斜視図 本発明の実施形態に係る携帯端末充電装置の斜視図 図２に示す携帯端末充電装置の斜視図 図２に示す携帯端末充電装置の一部を取り除いた状態を示す斜視図 図４に示す状態の携帯端末充電装置の平面図 図２に示す携帯端末充電装置の破線Ｓ－Ｓ'における断面図 図４に示す携帯端末充電装置の別の状態を示す斜視図 図７に示す状態の携帯端末充電装置の平面図 図２に示す携帯端末充電装置の制御ブロック図 図２に示す携帯端末充電装置の支持板の構成を示す断面図 図２に示す携帯端末充電装置の支持板の構成を示す平面図 図２に示す携帯端末充電装置の検出コイルを示す斜視図 図２に示す検携帯端末充電装置の検出コイルを示す平面図 図２に示す携帯端末充電装置の動作を示す図 図２に示す携帯端末充電装置の動作を示す図 図２に示す携帯端末充電装置の動作を示す図 図２に示す携帯端末充電装置の動作を示す図 図２に示す携帯端末充電装置の動作を示す図 図２に示す携帯端末充電装置の動作フローチャート 充電コイルの存在場所と、異物検出コイルの共振周波数との関係を示す図 充電コイルの存在場所と、異物検出コイルの共振電圧との関係を示す図 金属異物が存在する場合の異物検出コイルの共振周波数を示す図 金属異物が存在する場合の異物検出コイルの共振電圧を示す図 図２に示す携帯端末充電装置の動作を示す図 図２に示す携帯端末充電装置の動作を示す図

　本発明の実施の形態の説明に先立ち、前述の従来例における課題を説明する。上記従来例において、支持板の携帯端末設置部に、例えば硬貨などの金属異物が置かれ、さらにその上に携帯端末が置かれた場合には、それを異物検出手段で検出し、例えば充電コイルへの通電を遮断する。

　このため、充電コイルからの磁束によって、異物の温度が上昇してしまうのを抑制することはできる。

　しかしながら、この従来例では、異物検出手段を、複数の金属検知アンテナコイルと、各金属検知アンテナコイルに接続した発振回路によって構成し、各金属検知アンテナコイルの発振周波数を検出することによって異物検出を行っている。そのため、汎用性という観点で好ましいものではない。

　すなわち、従来例は、金属異物が存在すると発振回路の発振状態が変化することを利用し、異物を検出している、そのような構成では、発振回路の設定が、極めて微妙な設定状態となっているので、事前に特性が知られた携帯端末の充電においては有用ではある。しかしながら、特性が知られていない携帯端末を充電するには、携帯端末自身で発振状態が変化し、結論として充電を行うことが出来ないこともあり、汎用性という観点では好ましいものではない。

　例えば、自動車の車内に携帯端末充電装置を設置した場合には、不特定多数の人物が、いろんな種類の携帯端末を充電しようと試みることが多い。この状態で、携帯端末の機種によっては充電ができず、使い勝手が悪い。

　また、この従来例では、複数の金属検知アンテナコイルを用いた異物検出手段によって、携帯端末設置部全域の異物検出を行った後に、充電コイルへの通電を行う。しなしながら、金属検知アンテナコイルを用いた異物検出では、発振回路の発振状態変化を検出する。そのため、各金属検知アンテナコイル毎の検出に長い時間がかかる。すなわち、全ての金属検知アンテナコイルを用いた異物検出が行えないと充電コイルへの通電が行えない。したがって、充電コイルへの充電開始までに長時間を要する。この点からも使い勝手が悪い。

　以下、本発明の実施形態にかかる携帯端末充電装置を、自動車に搭載した場合を例に、添付図面を用いて説明する。

　図１において、自動車１の車室２内の前方にはハンドル３が設置されている。

　また、ハンドル３の側方には、音楽や、映像の再生と、カーナビゲーション映像等を映し出す電子機器４が設置されている。

　さらに、車室２内の電子機器４後方には、携帯端末充電装置５が設置されている。

　携帯端末充電装置５は、図２～図８に示すように、上面に支持板６を配置した箱型の本体ケース７と、本体ケース７内において、支持板６の下面側に対向した状態で水平方向に可動自在に設けた充電コイル８と、充電コイル８を支持板６の下面側に対向して水平方向に移動させる駆動部９と、駆動部９と充電コイル８に接続した制御部（図９の１０）とを備えている。

　以下、各部について詳細に説明する。

　先ず、支持板６について説明する。

　支持板６は、図６に示すように、表面板１１、中板１２、裏面板１３を重合させた構成となっている。

　また、表面板１１と裏面板１３は、合成樹脂によって形成され、さらに中板１２は、セラミックによって形成されている。つまり、充電コイル８からの磁束が、支持板６を、携帯端末１５方向に通過できるような構成となっている。

　また、中板１２の表裏面には、図１０、図１１に示す位置検出コイル１４（充電コイル位置検出部の一例）がＹ方向と、Ｘ方向に設けられている。位置検出コイル１４は、図１１から理解されるように、Ｙ方向に延ばしたものが１０個以上（Ｙ１、Ｙ２、Ｙ３、Ｙ４、Ｙ５、Ｙ６・・・・）、Ｘ方向に延ばしたものが３個（Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３）、図１０から理解されるように、支持板６の中板１２上下で所定間隔をおいてＹ方向とＸ方向で交差した状態で設けられている。

　位置検出コイル１４は、特許文献２で用いられており、支持板６上面である携帯端末設置部の何れの位置に、図３のごとく携帯端末１５が置かれたのかを検出する。

　本実施形態においては、位置検出コイル１４を用いて、支持板６の上面のどの位置に、図３のごとく携帯端末１５が置かれたかを検出し、次に駆動部９によって充電コイル８を、携帯端末１５の端末充電コイル（図１４の１５ａ）に対向する位置にまで移動させ、その後、充電コイル８に通電を行う構成となっている。

　また、表面板１１の表面側（上面側）には、図１０、図１１から理解されるように、Ｙ方向に延ばした四つの異物検出コイル５５（Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４）が近接した状態で配置されており、さらに裏面板１３の裏面側（下面側）にも、Ｙ方向の四つの異物検出コイル５５（Ｌ５、Ｌ６、Ｌ７、Ｌ８）が近接した状態で配置されている。

　本実施形態においては、これらの異物検出コイル５５を分割駆動（Ｌ１とＬ２とを駆動、Ｌ３とＬ４とを駆動、Ｌ５とＬ６とを駆動、Ｌ７とＬ８とを駆動）することによって、充電コイル８への非通電時（充電コイル８への通電前）に、表面板１１の表面側（上面側）に異物が存在しているか、否かの検出を行うようになっており、この点は、以下の動作説明部分において、詳細に説明する。

　次に、充電コイル８部分について説明する。

　充電コイル８は、図４、図５から理解されるように、線材をスパイラル状に巻きつけた円環形状に構成されており、その外周側と、下面側は、合成樹脂製の保持体１６によって覆われた状態で保持されている。

　また、保持体１６の下面には、図６のごとく、充電コイル８の下方に向けて延長された支持脚１７が、合成樹脂にて一体的に形成されている。

　また、支持脚１７の下面と、支持脚１７の下方に配置した金属製の支持板１８の上面との間には、０・３ミリの隙間を設けているので、通常状態においては、充電コイル８の移動時に、支持脚１７の下面が支持板１８の上面に接触することはない。

　なお、支持板１８の下方には、制御基板１９、本体ケース７の下面板２０が配置されており、支持板１８の下面と、下面板２０の上面との間には、制御基板１９を貫通した支持体２１を設けている。つまり、本実施形態では、過重に対する強度を高めるために、支持板１８の下面側を、支持体２１を介して本体ケース７の下面板２０に支持する構成としている。

　次に、駆動部９について説明する。

　駆動部９は、図４、図５に示すように、Ｘ軸方向駆動軸２２と、Ｙ軸方向駆動軸２３を有し、これらのＸ軸方向駆動軸２２と、Ｙ軸方向駆動軸２３のそれぞれの中間部分は、保持体１６の充電コイル保持部外において、保持体１６に係合させている。

　つまり、保持体１６には、Ｘ軸方向駆動軸２２が貫通する貫通孔（図示せず）と、Ｙ軸方向駆動軸２３が貫通する貫通孔２４が、上下に所定間隔をおき、クロスした状態で設けられており、そこにＸ軸方向駆動軸２２と、Ｙ軸方向駆動軸２３が貫通することで、係合状態となっているのである。

　また、Ｘ軸方向駆動軸２２の一端側にはウォームホイール２５が設けられ、一端には、ギア２６、他端にもギア２６が設けられている。

　そして、ウォームホイール２５はウォーム２７に係合し、ウォーム２７はモータ２８に連結されている。

　また、両側のギア２６は、それぞれ歯車板２９に係合している。

　このため、モータ２８を駆動すれば、ウォーム２７が回転し、それによってウォームホイール２５がＸ軸方向駆動軸２２とともに、Ｘ軸方向に移動し、これにて充電コイル８がＸ軸方向に移動することとなる。

　また、Ｙ軸方向駆動軸２３の一端側にはウォームホイール３０が設けられ、一端には、ギア３１、他端にもギア３１が設けられている。

　そして、ウォームホイール３０はウォーム３２に係合し、ウォーム３２はモータ３３に連結されている。

　また、両側のギア３１は、それぞれ歯車板３４に係合している。

　このため、モータ３３を駆動すれば、ウォーム３２が回転し、それによってウォームホイール３０がＹ軸方向駆動軸２３とともに、Ｙ軸方向に移動し、これにて充電コイル８がＹ軸方向に移動することとなる。

　なお、図４に示す３５は充電コイル８に通電するためのフレキシブル配線であり、フレキシブル配線３５の端部は、上述した支持脚１７の側面に固定されている。

　また、図９に示すごとく制御部１０には、Ｘ軸モータ制御部３６を介してモータ２８が接続され、またＹ軸モータ制御部３７を介してモータ３３が接続されている。

　また、制御部１０には、充電コイル制御部３８を介して充電コイル８が接続され、さらに位置検出コイル制御部３９を介して位置検出コイル１４が接続されている。

　次に、充電コイル８への通電時に、表面板１１の表面側（上面側）に異物が存在しているか、否かの検出を行う構成について説明する。

　本実施形態においては、上述のごとく、充電コイル８への非通電時（充電コイル８への通電前）に、表面板１１の表面側（上面側）に異物が存在しているか、否かの検出は、異物検出コイル５５によって行う。一方、充電コイル８への通電時（充電コイル８への通電後）には、充電コイル８と支持板６の携帯端末設置部との間に設けた、図１２、図１３に示す大径の検出コイル４３、および、検出コイル４３の内方に配置され、かつ検出コイル４３よりも小径の検出コイル４４によって、検出する。

　具体的には、本実施形態では、携帯端末１５の置かれた場所に応じて、充電コイル８が可動自在となっているので、これらの検出コイル４３、４４は充電コイル８の上面（支持板６側面）に配置し、充電コイル８とともに可動する構成としている。

　また、大径の検出コイル４３は、円環状の充電コイル８の外径と略同じ大きさ（充電コイル８の外径よりもわずかに小さい）とし、小径の検出コイル４４は、円環状の充電コイル８の内径と略同じ大きさ（充電コイル８の内径よりもわずかに大きい）とした。

　さらに、これらの大径の検出コイル４３と小径の検出コイル４４はそれぞれ、図９のごとく、電圧検出部４５、４６を介して制御部１０に接続した。

　なお、図９の４７は、これらの大径の検出コイル４３と小径の検出コイル４４を用いた金属異物に対する安全動作を行わせるためのプログラムなどが格納されたメモリである。

　本実施形態では、携帯端末設置部（支持板６上面）と携帯端末１５との間に金属異物が存在すると、充電コイル８の内方部分の磁束が減少し、逆に、その外方の磁束が増加することを見出し、その状態を、大径の検出コイル４３と小径の検出コイル４４で検出する。

　以下、この状態を、理解をしやすくするために簡易化した図１３～図１８を用いて説明する。

　図１４は、図３のごとく、携帯端末設置部（支持板６上面）と携帯端末１５間に金属異物が存在しない状態で、携帯端末１５への充電（充電コイル８に通電中）を実行している状態を示している。

　なお、これらの図１３～図１８において、４８は携帯端末充電装置５の本体ケース７内において充電コイル８の下側（携帯端末１５とは反対側）に設けた磁路形成用の磁性体である。また、４９は携帯端末１５内において端末充電コイル１５ａの上側（携帯端末充電装置５とは反対側）に設けた磁路形成用の磁性体である。

　充電動作が行われると、図１４のごとく携帯端末充電装置５の充電コイル８から磁束が携帯端末１５の端末充電コイル１５ａへと供給され、これにより端末充電コイル１５ａに誘起される電圧により、携帯端末１５への充電が行われる。

　なお、端末充電コイル１５ａ部分を通過した後の磁束は、矢印のごとく、磁性体４９、空間、磁性体４８を介して充電コイル８へと戻る状態となる。

　これに対して、図１５は、携帯端末設置部（支持板６上面）と携帯端末１５間に、非磁性体の金属異物５０（例えば、アルミニウム製の硬貨）が存在した状態で、携帯端末１５への充電が実行されている状態を示している。

　この場合には、図１５に示すように、金属異物５０を通過する磁束により、金属異物５０内には渦電流が誘起され、その結果として、図１５における反時計方向の矢印のごとく磁束が発生する。

　このように反時計方向の矢印となる磁束は、その内方部分（充電コイル８の中心方向）では、充電コイル８から端末充電コイル１５ａに向かう磁束の向きとは反対方向となり、また反時計方向の矢印となる磁束は、その外方部分（充電コイル８の中心とは反対方向）では、充電コイル８から端末充電コイル１５ａに向かう磁束の向きとは同方向となる。

　その結果、図１６に示すように、充電コイル８から端末充電コイル１５ａに向かう磁束の内、充電コイル８の内周方向を進む磁束は、充電コイル８内周部分から外方に湾曲後、端末充電コイル１５ａに向かうこととなる。

　つまり、充電コイル８内周部分の磁束は減少し、逆に充電コイル８外周部分の磁束は増加することになる。

　このような状況において、本実施形態では、上述のごとく、充電コイル８上面側（端末充電コイル１５ａ側）に大径の検出コイル４３、および、検出コイル４３の内方に小径の検出コイル４４を設けたので、図１６の状態を、これらの検出コイル４３、４４により検出することができる。

　具体的には、大径の検出コイル４３で検出される第１の電圧（Ｖ１）は大きくなり（磁束が多く、磁束との距離も近くなる結果）、逆に小径の検出コイル４４で検出される第２の電圧（Ｖ２）は小さくなる（磁束が少なく、磁束との距離も遠くなる結果）。

　本実施形態では、大径の検出コイル４３で検出される第１の電圧（Ｖ１）のピーク電圧が電圧検出部４５で検出され、また小径の検出コイル４４で検出される第２の電圧（Ｖ２）のピーク電圧が電圧検出部４６で検出されるようになっている。

　そして、第１の電圧（Ｖ１）に対する、第２の電圧（Ｖ２）の比（Ｖ２／Ｖ１）が、制御部１０によって設定値（メモリ４７に保管されており、例えば０．７）と比較され、それによって安全動作を実行する。

　一例として、図１６の状態（金属異物５０有り）では、小径の検出コイル４４で検出される第２の電圧（Ｖ２）が、図１３の状態（金属異物５０無し）に比べて、例えば２５％小さくなっている。

　これに対して、図１６の状態（金属異物５０有り）では、大径の検出コイル４３で検出される第１の電圧（Ｖ１）が、図１３の状態（金属異物５０無し）に比べて、例えば１７０％大きくなっている。

　その結果、第１の電圧（Ｖ１）に対する、第２の電圧（Ｖ２）の比（Ｖ２／Ｖ１）は、図１６の状態（金属異物５０有り）では、図１４の状態（金属異物５０無し）に比べて、半分以下（０．５以下）となる。

　制御部１０は、この検出値（０．５以下）がメモリ４７に記録した設定値（０．７）よりも十分に小さいことで、金属異物５０の存在を検出し、直ちに充電コイル８への通電を停止し、図２、図９に示す警報機５１を動作させる。

　つまり、警報機５１は図９のごとく制御部１０に接続されているので、このような金属異物５０の存在時には、点灯することで異常状態を報知する構成となっているのである。

　次に、図１７は、携帯端末設置部（支持板６上面）と携帯端末１５間に、磁性体の金属異物５２（例えば、鉄製）が存在した状態で、携帯端末１５への充電が実行されている状態を示している。

　この場合にも、図１７に示すように、金属異物５２を通過する磁束により、金属異物５２内に渦電流が誘起され、その結果として、図１６における反時計方向の矢印のごとく磁束が発生する。

　今回の金属異物５２は磁性体であるので、金属異物５２内に進行した磁束は通過するものと、内部を例えば外方向に進行するものとが発生し、そのために、図１７では、図１５とは異なり、渦電流による磁束を二重で示している。

　ただし、このように二重の状態で発生した磁束は、いずれも図１７における反時計方向となるので、その内方部分（充電コイル８の中心方向）では、充電コイル８から端末充電コイル１５ａに向かう磁束の向きとは反対方向となり、また反時計方向の矢印となる磁束の外方部分（充電コイル８の中心とは反対方向）では、充電コイル８から端末充電コイル１５ａに向かう磁束の向きとは同方向となる。

　その結果、図１８に示すように、充電コイル８から端末充電コイル１５ａに向かう磁束の内、充電コイル８の内周方向を進む磁束は、充電コイル８内周部分から外方に湾曲後、端末充電コイル１５ａに向かうこととなる（外周では一部が金属異物５２内を進行）。

　つまり、充電コイル８内周部分の磁束は減少し、逆に充電コイル８外周部分の磁束は増加することになる。

　このような状況は、充電コイル８上面側（端末充電コイル１５ａ側）に大径の検出コイル４３、および、小径の検出コイル４４により検出することができる。

　具体的には、大径の検出コイル４３で検出される第１の電圧（Ｖ１）は大きくなり（磁束が多く、磁束との距離も近くなる結果）、逆に小径の検出コイル４４で検出される第２の電圧（Ｖ２）は小さくなる（磁束が少なく、磁束との距離も遠くなる結果）。

　そして、大径の検出コイル４３で検出される第１の電圧（Ｖ１）のピーク電圧が電圧検出部４５で検出され、また小径の検出コイル４４で検出される第２の電圧（Ｖ２）のピーク電圧が電圧検出部４６で検出され、第１の電圧（Ｖ１）に対する、第２の電圧（Ｖ２）の比（Ｖ２／Ｖ１）が、制御部１０によって設定値（メモリ４７に保管されており、例えば０．７）と比較され、それによって安全動作が実行される。

　一例として、図１７の状態（金属異物５２有り）では、小径の検出コイル４４で検出される第２の電圧（Ｖ２）が、図１４の状態（金属異物５２無し）に比べて、例えば１５％小さくなっている。

　これに対して、図１７の状態（金属異物５２有り）では、大径の検出コイル４３で検出される第１の電圧（Ｖ１）が、図１４の状態（金属異物５２無し）に比べて、例えば１７０％大きくなっている。

　その結果、第１の電圧（Ｖ１）に対する、第２の電圧（Ｖ２）の比（Ｖ２／Ｖ１）は、図１７の状態（金属異物５２有り）では、図１４の状態（金属異物５２無し）に比べて、半分以下（０．５以下）となる。

　制御部１０は、この検出値（０．５以下）がメモリ４７に記録した設定値（０．７）よりも十分に小さいことで、金属異物５２の存在を検出し、直ちに充電コイル８への通電を停止し、図２、図９に示す警報機５１を動作させる。

　つまり、警報機５１を点灯させて異常状態を報知するのである。

　以上のごとく、本実施形態では、携帯端末設置部（支持板６上面）と携帯端末１５間に非磁性体の金属異物５０、または磁性体の金属異物５２の何れが存在していても、充電コイル８の内方部分の磁束が減少し、逆に、その外方の磁束が増加することを見出し、その状態を、大径の検出コイル４３と小径の検出コイル４４で検出する。

　つまり、外方の磁束が増加することを大径の検出コイル４３で検出した場合には第１の電圧（Ｖ１）は大きくなり、また、内方の磁束が減少すると小径の検出コイル４４で検出される第２の電圧（Ｖ２）は逆に小さくなるので、両電圧の比（Ｖ２／Ｖ１）は、設定値よりも十分小さくなり、その結果として、金属異物５０、５２の存在を確実に検出し、安全動作を確実に実行させることが出来る。

　また、このような金属異物５０、５２の検出動作（Ｖ２／Ｖ１の比で判定）は、それが磁性体か、非磁性体かと言うことや、充電する携帯端末１５の種類に実質的な影響を受けるものではないので、各種携帯端末１５の充電は汎用性をもって充電することが出来、使い勝手の極めて良いものとなる。

　なお、上記実施形態では、携帯端末充電装置５を、自動車１の車室２内に設けた例を示した。

　その理由は、自動車１では、支持板６上に硬貨などが置かれることが多く発生するからである。

　すなわち、自動車１では、運転時の進行方向慣性や振動により、支持板６上から携帯端末１５がずれるので、その対策として図３のごとく、支持板６の外周部には、支持板６よりも上方に突出させたガード部５３を設けている。

　すると、運転中にも硬貨が転落しにくい状態となり、それが硬貨を支持板６上においてしまうことにつながるのである。

　したがって、本実施形態の携帯端末充電装置５を、自動車１の車室２内に設けることは、極めて有用なものとなる。

　また、本実施形態において、充電コイル８上面側（端末充電コイル１５ａ側）の大径の検出コイル４３と小径の検出コイル４４を設けた例を説明したが、図１２、図１３に示すように、大径の検出コイル４３と小径の検出コイル４４間に、中径の検出コイル５４を設け、これも制御部１０に接続する構成としても良い。

　つまり、中径の検出コイル５４を設ければ、比較する検出コイル４３、４４、５４を切り替えたり、あるいは検出コイル４３と５４、５４と４４の間の状況を検出したりすることもできる。

　以上の構成において、本実施形態では、図２、図９の電源スイッチ４０をオン状態にすると（図１９のＳ１）、充電コイル８の位置初期化が実行される（図１９のＳ２）。

　この位置初期化とは、モータ２８、３３を駆動し、充電コイル８を図７に示すコーナ（座標ｘｏ、ｙｏ）に戻すことを言う。

　つまり、コーナ部分にはスイッチ４１、４２が存在しており、充電コイル８が、これらスイッチ４１、４２が設けられた本体ケース７内のコーナまで移動すれば、これらのスイッチ４１、４２が動作し、これにより制御部１０は充電コイル８が初期値に移動したと判定する。

　次に、制御部１０は、八つの異物検出コイル５５（Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５、Ｌ６、Ｌ７、Ｌ８）に、それぞれ検知パルスを供給する。そして、それぞれの異物検出コイル５５の共振周波数が、メモリ４７に格納した充電コイル８の存在場所毎の基準共振周波数よりも低くなった場合、または、各異物検出コイル５５が検出した共振電圧が、メモリ４７に格納した充電コイル８の存在場所毎の基準共振電圧よりも高くなった場合、安全動作を実行させる（図１９のＳ３、Ｓ４）。

　この点を詳細に説明すると、図２０は、充電コイル８の存在場所によって、それに対応する異物検出コイル５５の共振周波数が影響を受ける状態を示している。

　具体的には、図２０のＡ線は、充電コイル８が、座標（１０、０）に存在するときの、各異物検出コイル５５（Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５、Ｌ６、Ｌ７、Ｌ８）の共振周波数を示しており、その充電コイル８近傍の異物検出コイル５５（Ｌ８）の共振周波数が下がっている状況が表されている。

　また、図２０のＢ線は、充電コイル８が、座標（１０、３５）に存在するときの、各異物検出コイル５５（Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５、Ｌ６、Ｌ７、Ｌ８）の共振周波数を示しており、その充電コイル８近傍の異物検出コイル５５（Ｌ５）の共振周波数が下がっている状況が表されている。

　さらに、図２１のＡ線は、充電コイル８が、座標（１０、０）に存在するときの、各異物検出コイル５５の共振電圧を示しており、その充電コイル８近傍の異物検出コイル５５（Ｌ８）の共振電圧が上がっている状況が表されている。

　また、図２１のＢ線は、充電コイル８が、座標（１０、３５）に存在するときの、各異物検出コイル５５の共振電圧を示しており、その充電コイル８近傍の異物検出コイル５５（Ｌ５）の共振電圧が上がっている状況が表されている。

　つまり、充電コイル８近傍の異物検出コイル５５の共振周波数は下がり、逆に、充電コイル８近傍の異物検出コイル５５の共振電圧は上がることを見出した。

　また、図２２のＡ線は、充電コイル８が、座標（１０、０）に存在するときで、金属製異物が存在しない場合の各異物検出コイル５５の共振周波数を示している。

　また、図２２のＢ線は、充電コイル８が、座標（１０、０）に存在するときで、金属製異物が四つ目の異物検出コイル５５付近に存在する場合の、各異物検出コイル５５の共振周波数を示しており、その充電コイル８近傍の異物検出コイル５５（Ｌ４）の共振周波数が高くなっている状況が表されている。

　さらに、図２３のＡ線は、充電コイル８が、座標（１０、０）に存在するときで、金属製異物が存在しない場合の各異物検出コイル５５の共振電圧を示している。

　また、図２３のＢ線は、充電コイル８が、座標（１０、０）に存在するときで、金属製異物が四つ目の異物検出コイル５５に存在する場合の、各異物検出コイル５５の共振電圧を示しており、その充電コイル８近傍の異物検出コイル５５（Ｌ４）の共振電圧が低くなっている状況が表されている。

　つまり、金属製異物近傍の異物検出コイル５５の共振周波数は高くなり、逆に、金属製異物近傍の異物検出コイル５５の共振電圧は下がることを見出した。

　本実施形態では、このような現象に基づき、充電コイル８への非通電時（充電コイル８への通電前）には、異物検出コイル５５によって、金属製異物を検出しようとする。

　具体的には、メモリ４７には、充電コイル８の存在場所毎の各異物検出コイル５５の基準共振周波数と、基準共振電圧を格納させている。

　この状態において、制御部１０は、先ず、位置検出コイル１４（充電コイル位置検出部の一例）、または充電コイル８が図７に示すコーナ（座標ｘｏ、ｙｏ）に戻ったことを検出したスイッチ４１、４２によって、充電コイル８の存在場所を検出する。

　つまり、充電コイル８への非通電時（充電コイル８への通電前）に、充電コイル８の影響を受けない状態で、異物検出コイル５５による金属製異物の検出をしようとする。

　なお、本実施形態では、図２４のごとく、電源スイッチ４０がオンの状態で、充電コイル８への非通電状態の時には、異物検出コイル５５による異物検出と、位置検出コイル１４、スイッチ４１、４２による充電コイル８位置検出とが、交互に繰り返し行われる。

　そして、この動作により、例えば図２２、図２３のごとく、八つの異物検出コイル５５が検出する共振周波数が、予めメモリ４７に記憶された共振周波数よりも所定値以上上昇したり、八つの異物検出コイル５５が検出する共振電圧が、予めメモリ４７に記憶された共振電圧よりも所定値以上、下降したりすると、異物の存在を確認し、その結果として、安全動作を実行させることとした（図１９のＳ３、Ｓ４）。

　なお、充電コイル８の非通電時における安全動作とは、警報機５１によるものとしたが、その後、この金属製異物が取り除かなければ、充電コイル８への通電が行えない状態にしても良い。

　次に、支持板６上面である携帯端末設置部の何れかの位置に、図３のごとく携帯端末１５が置かれた場合、携帯端末１５は位置検出コイル１４によって、その場所が検出される（図１９のＳ５）。次には、駆動部９によって、充電コイル８がその場所に移動される（図１９のＳ６）。次には、充電コイル８への通電（図１９のＳ７）と、充電コイル８上面側（端末充電コイル１５ａ側）に設けられた大径の検出コイル４３と、小径の検出コイル４４による異物検出動作が実行される（図１９のＳ８）。

　そして、この充電時において金属製異物が検出されると、制御部１０は、安全動作として、警報機５１による警報発令と、充電コイル８への充電停止を実行する（図１９のＳ９）。

　また、充電が終了した状態（図１９のＳ１０）では、次の携帯端末１５が引き続き、支持板６上面に置かれることがあるので、ここでは、充電コイル８位置をメモリ４７に記憶させ（図１９のＳ１１）、充電終了とする（図１９のＳ１２）。

　つまり、この状態では、充電コイル８への通電が行われていないので、図２４のごとく、充電後の充電停止状態では、異物検出コイル５５による異物検出と、位置検出コイル１４、スイッチ４１、４２による充電コイル８位置検出とが、交互に繰り返し行われる。

　そして、このときには異物検出のために、上記説明で明らかなように、充電コイル８の位置が理解できていることが重要であるので、充電コイル８位置をメモリ４７に記憶させ（図１９のＳ１１）、充電終了とした（図１９のＳ１２）。

　すなわち、充電コイル８の位置により、八つの異物検出コイル５５の共振周波数や共振電圧が影響を受けるので、充電コイル８の位置に対応する情報をメモリ４７から読み出し、それによって、適切な異物検出を行うのである。

　次に、本実施形態における他の特徴点について説明する。

　本実施形態では、上述のごとく、充電コイル８への通電前の状態では、制御部１０は、異物検出コイル５５による異物検出と、位置検出コイル１４、スイッチ４１、４２による充電コイル８位置検出（携帯端末１５が支持板６上面のどの位置に置かれたか）とを、交互に繰り返し行わせる。

　特徴的なのは、位置検出コイル１４の駆動は、図２５から理解されるように、複数の異物検出コイルの５５（Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５、Ｌ６、Ｌ７、Ｌ８）の一部を駆動して異物検出を行った後に、複数の位置検出コイル１４（Ｙ１～Ｘ３）を駆動して充電コイル８の存在場所を検出する動作を交互に実行する構成としたことである。

　具体的には、異物検出コイル５５を分割駆動（Ｌ１とＬ２とを駆動）することによって、充電コイル８への非通電時（充電コイル８への通電前）に、表面板１１の表面側（上面側）に異物が存在しているか、否かの検出を行うようになっており、その後、複数の位置検出コイル１４（Ｙ１～Ｙ６、・・・、Ｘ１～Ｘ３）を駆動して充電コイル８の存在場所を検出する動作を実行する。

　次に、異物検出コイル５５を分割駆動（Ｌ３とＬ４とを駆動）することによって、充電コイル８への非通電時（充電コイル８への通電前）に、表面板１１の表面側（上面側）に異物が存在しているか、否かの検出を行うようになっており、その後、複数の位置検出コイル１４（Ｙ１～Ｙ６、・・・、Ｘ１～Ｘ３）を駆動して充電コイル８の存在場所を検出する動作を実行する。

　次に、異物検出コイル５５を分割駆動（Ｌ５とＬ６とを駆動）することによって、充電コイル８への非通電時（充電コイル８への通電前）に、表面板１１の表面側（上面側）に異物が存在しているか、否かの検出を行うようになっており、その後、複数の位置検出コイル１４（Ｙ１～Ｙ６、・・・、Ｘ１～Ｘ３）を駆動して充電コイル８の存在場所を検出する動作を実行する。

　次に、異物検出コイル５５を分割駆動（Ｌ７とＬ８とを駆動）することによって、充電コイル８への非通電時（充電コイル８への通電前）に、表面板１１の表面側（上面側）に異物が存在しているか、否かの検出を行うようになっており、その後、複数の位置検出コイル１４（Ｙ１～Ｙ６、・・・、Ｘ１～Ｘ３）を駆動して充電コイル８の存在場所を検出する動作を実行する。

　このような動作は、携帯端末１５が支持板６上面に置かれるまでは、繰り返し、実行される。

　ただし、携帯端末１５が支持板６上面に置かれると、その時点で複数の位置検出コイル１４（Ｙ１～Ｙ６、・・・、Ｘ１～Ｘ３）によって、携帯端末１５の位置が検出され、その部分に対向する位置に充電コイル８が移動され、充電が開始される。

　そして、充電開始後には、支持板６上面の異物検出は上述のごとく、充電コイル８上面側（端末充電コイル１５ａ側）に設けた大径の検出コイル４３と、小径の検出コイル４４によって実行される（図１９のＳ８）。

　本実施形態では、このように充電コイル８への通電前の異物検出は、複数の異物検出コイル５５の一部を駆動して異物検出を行う簡易タイプとすることが出来、その分、この通電開始前の異物検出に要する時間を短縮し、それによって充電コイルへの充電開始までの時間も短縮でき、使い勝手の良いものとなる。

　すなわち、本実施形態では、充電コイル８への通電後には、充電コイル８に設けた大径の検出コイル４３と、小径の検出コイル４４によって異物検出を行うことができる。一方、充電のための通電前には、複数の異物検出コイル５５の一部を駆動して異物を簡易に検出することができる。そのため、通電開始前の異物検出に要する時間を短縮し、それによって充電コイル８への充電開始までの時間も短縮できる。その結果、使い勝手が向上する。

　この点を、いま少し説明すると、異物検出コイル５５を用いた異物検出は、共振周波数や共振電圧から検出するようになっており、このような検出は、複数の波形を検出後に判定を行う必要があり、その結果として検出時間が長くなってしまう。

　これに対して、複数の位置検出コイル１４（Ｙ１～Ｙ６、・・・、Ｘ１～Ｘ３）を駆動して充電コイル８の存在場所を検出する動作は、一パルスの情報から判定できるので、検出時間は短いものとなる。

　また、複数の異物検出コイル５５の一部を駆動して異物検出を行う簡易タイプとしても、表面板１１（携帯端末設置部の一例）は、それ程大きなものではないので、現在駆動中の異物検出コイル５５（例えばＬ３とＬ４）から異物までの距離が遠くなければ異物を検出できることも多く、このような簡易的な異物検出でも、異物を検出することが出来る可能は高くなる。

　以上のごとく本発明による携帯端末充電装置は使い勝手が良く、しかも異物を確実に検出をすることができ、安全性が高い。したがって、車載用や家庭用の携帯端末充電装置としての活用が期待されるものとなる。

１　　自動車
２　　車室
３　　ハンドル
４　　電子機器
５　　携帯端末充電装置
６　　支持板
７　　本体ケース
８　　充電コイル
９　　駆動部
１０　　制御部
１１　　表面板
１２　　中板
１３　　裏面板
１４　　位置検出コイル
１５　　携帯端末
１５ａ　　端末充電コイル
１６　　保持体
１７　　支持脚
１８　　支持板
１９　　制御基板
２０　　下面板
２１　　支持体
２２　　Ｘ軸方向駆動軸
２３　　Ｙ軸方向駆動軸
２４　　貫通孔
２５　　ウォームホイール
２６　　ギア
２７　　ウォーム
２８　　モータ
２９　　歯車板
３０　　ウォームホイール
３１　　ギア
３２　　ウォーム
３３　　モータ
３４　　歯車板
３５　　フレキシブル配線
３６　　Ｘ軸モータ制御部
３７　　Ｙ軸モータ制御部
３８　　充電コイル制御部
３９　　位置検出コイル制御部
４０　　電源スイッチ
４１　　スイッチ
４２　　スイッチ
４３　　検出コイル
４４　　検出コイル
４５　　電圧検出部
４６　　電圧検出部
４７　　メモリ
４８　　磁性体
４９　　磁性体
５０　　金属異物
５１　　警報機
５２　　金属異物
５３　　ガード部
５４　　検出コイル
５５　　異物検出コイル

Claims (13)

1. 表面側が携帯端末設置部となった支持板と、
   前記支持板の裏面側において、前記支持板に対向した状態で可動自在に配置された充電コイルと、
   前記充電コイルを支持板の裏面側において移動可能な駆動部と、
   前記充電コイル、前記駆動部に接続された制御部と、
   前記制御部に接続されたメモリと、
   前記支持板に設けられ、前記制御部にそれぞれ接続された複数の異物検出コイルと複数の位置検出コイルと、
   を備え、
   前記充電コイルには、第１の検出コイルと、前記第１の検出コイルの内方に配置され、かつ、前記第１の検出コイルよりも小径の第２の検出コイルが設けられるとともに、
   前記第１、第２の検出コイルは前記制御部に接続され、
   前記メモリには、前記充電コイルの存在場所における前記各異物検出コイルの基準共振周波数、または基準共振電圧を格納し、
   前記制御部は、
   前記充電コイルへの通電前の状態では、前記複数の異物検出コイルの一部を駆動して異物検出を行った後に、前記複数の位置検出コイルを駆動して前記充電コイルの存在場所を検出する動作を交互に実行し、
   前記異物検出コイルによる異物検出時には、前記充電コイルの存在場所に対応する前記複数の異物検出コイルの１つが検出した共振周波数が、前記メモリに格納された基準共振周波数よりも高くなった場合、または、前記充電コイルの存在場所に対応する前記複数の異物検出コイルの１つが検出した共振電圧が、前記メモリに格納された基準共振電圧よりも低くなった場合、安全動作を実行させ、
   前記位置検出コイルにより前記充電コイルの存在場所を検出した場合は、前記充電コイルに通電し、前記充電コイルへの通電後には、前記第１の検出コイルで検出される第１の電圧（Ｖ１）に対する、前記第２の検出コイルで検出される第２の電圧（Ｖ２）の比（Ｖ２／Ｖ１）が、設定値よりも小さくなると、安全動作を実行させる、
   携帯端末充電装置。
2. 前記制御部は、複数回目の異物検出コイル駆動時には、前回駆動した異物検出コイルとは別の異物検出コイルを駆動する、
   請求項１に記載の携帯端末充電装置。
3. 前記複数の異物検出コイルのうち、２つ以上は前記支持板の表面に設けられ、他の２つ以上は前記支持板の裏面に設けられた、
   請求項１に記載の携帯端末充電装置。
4. 前記制御部に接続された警報機をさらに備え、
   前記制御部は、安全動作として前記警報機から警報を発令する、
   請求項１に記載の携帯端末充電装置。
5. 前記充電コイルは、線材をスパイラル状に巻きつけた環状形状を有し、前記第１、第２の検出コイルは前記充電コイルにおける前記支持板に対向する面に配置された、
   請求項１に記載の携帯端末充電装置。
6. 前記第１の検出コイルの外径は、前記充電コイルの外径と実質的に同じであり、前記第２の検出コイルの外径は前記充電コイルの内径と実質的に同じである、
   請求項１に記載の携帯端末充電装置。
7. 前記第１の検出コイルと前記第２の検出コイルとの間に配置された第３の検出コイルをさらに備えた、
   請求項１に記載の携帯端末充電装置。
8. 前記制御部は、前記第１の電圧（Ｖ１）に対する、前記第２の電圧（Ｖ２）の前記比（Ｖ２／Ｖ１）が、設定値よりも小さくなると、安全動作として、前記充電コイルへの通電を遮断する、
   請求項１に記載の携帯端末充電装置。
9. 前記制御部に接続された警報機をさらに備え、
   前記制御部は、前記第１の電圧（Ｖ１）に対する、前記第２の電圧（Ｖ２）の前記比（Ｖ２／Ｖ１）が、設定値よりも小さくなると、安全動作として、前記制御部に接続された前記警報機を動作させる、
   請求項１に記載の携帯端末充電装置。
10. 前記制御部に接続されるとともに、前記第１、第２検出コイルにそれぞれ接続され、ピーク電圧を測定する電圧検出部をさらに備えた、
    請求項１に記載の携帯端末充電装置。
11. 前記制御部は、前記充電コイルへの充電後には、前記メモリに、前記充電コイルの存在場所を記録する、
    請求項１に記載の携帯端末充電装置。
12. 車室と、
    前記携帯端末設置部を上に向けて前記車室内に配置された請求項１～１１のいずれか一つに記載の携帯端末充電装置と、を備えた、
    自動車。
13. 前記支持板の外周部には、前記支持板よりも上方に突出したガード部が設けられた、
    請求項１２に記載の自動車。

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