JP2014128055A - 充電装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】被充電機器が充電台のどの位置に置かれても充電でき、かつ、被充電機器との無線通信を安定して行うことができる充電装置を提供すること。
【解決手段】携帯電話150が載置される充電台101は、そのX軸およびY軸に沿って複数列のコイルが配置されている。位置検出部201は、複数列のコイルを、携帯電話150の受電用コイル251の位置を検出するために用いる。NFC制御部202は、複数列のコイルを、携帯電話150のNFC用アンテナコイル254の位置を検出し、携帯電話150とNFC通信するために用いる。切替部203は、複数列のコイルを、受電用コイル251の位置検出またはNFC通信のいずれに用いるかを切り替える。
【選択図】図2
【解決手段】携帯電話150が載置される充電台101は、そのX軸およびY軸に沿って複数列のコイルが配置されている。位置検出部201は、複数列のコイルを、携帯電話150の受電用コイル251の位置を検出するために用いる。NFC制御部202は、複数列のコイルを、携帯電話150のNFC用アンテナコイル254の位置を検出し、携帯電話150とNFC通信するために用いる。切替部203は、複数列のコイルを、受電用コイル251の位置検出またはNFC通信のいずれに用いるかを切り替える。
【選択図】図2
Description
本発明は、被充電機器の電池に対して、電磁誘導作用により電力を伝送して充電する充電装置に関する。
例えば、特許文献1には、被充電機器の電池を無接点充電方式により充電する充電装置が開示されている。特許文献1の充電装置は、被充電機器が置かれる充電台と、被充電機器の受電用コイルの位置を検出する位置検出用コイルと、電磁誘導により受電用コイルへ電力を伝送する送電用コイルと、を有する。
このような従来の無接点充電装置は、例えば、ムービングコイル方式を採用している。ムービングコイル方式とは、位置検出用コイルにより被充電機器の受電用コイルの位置を検出した後、その位置へ送電用コイルが移動する方式である。
また、従来の無接点充電装置は、充電台に置かれた無線通信装置との間で近距離無線通信を行うために、近距離無線通信用アンテナコイル(以下、「アンテナコイル」という)を備える。近距離無線通信は、例えば、NFC(Near Field Communication)が挙げられる。
そして、従来の無接点充電装置において、アンテナコイルが、位置検出用コイルを兼ねる技術が考えられている。
しかしながら、従来の無接点充電装置において、アンテナコイル兼位置検出用コイルが1つである場合、以下の課題がある。
充電台の面積が大きい場合、無線通信装置が置かれる位置によっては、充電装置のアンテナコイルと、無線通信装置のアンテナコイルとが磁気結合しない領域が発生してしまい、充電が行われない、という課題がある。
また、受電用コイルとアンテナコイルとが離れて実装された無線通信装置が充電台に置かれた場合、位置検出用コイルが受電用コイルを検出しても、近距離無線通信を行うことができないか、または、通信が不安定となる、という課題がある。
本発明の目的は、被充電機器が充電台のどの位置に置かれても充電でき、かつ、被充電機器との無線通信を安定して行うことができる充電装置を提供することである。
本発明の一態様に係る充電装置は、二次電池を有する被充電機器へ電磁誘導により電力を伝送し、前記二次電池を充電する充電装置であって、前記被充電機器を載置するための充電台と、前記充電台と平行に配置された複数列のコイルと、前記複数列のコイルを、前記被充電機器の受電用コイルの位置の検出に用いる位置検出部と、前記複数列のコイルを、前記被充電機器との無線通信に用いる無線通信制御部と、前記複数列のコイルを、前記受電用コイルの位置の検出または前記無線通信のいずれに用いるかを切り替える切替部と、を備えた構成を採る。
本発明は、被充電機器が充電台のどの位置に置かれても充電でき、かつ、被充電機器との無線通信を安定して行うことができる。
以下、適宜図面を参照しながら、実施の形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。
なお、本発明の発明者らは、当業者が本実施の形態を十分に理解するために添付図面および以下の説明を提供するのであって、これらによって特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図するものではない。
図1は、本発明の実施の形態に係る充電装置としての充電装置100、および携帯電話150の状態の一例を示す外観図である。
図1において、充電装置100の上面を構成する充電台101上に、携帯電話150が載せられている。充電装置100は、無接点充電装置(非接触充電装置ともいう)である。携帯電話150は、充電装置100により充電される被充電機器である。本実施の形態の被充電機器は、携帯電話150を例とするが、携帯電話に限定されず、近距離無線通信を可能とする無線通信装置であればよい。
充電装置100は、電磁誘導効果としての非接触の電力伝送を利用して、携帯電話150が有する二次電池に電力を供給する。これにより、無接点充電(非接触充電)が実現される。
すなわち、充電装置100の充電台101に携帯電話150を載せるか、または近づけることにより、無接点充電が行われる。
また、携帯電話150はNFC機能(近距離無線通信機能)を搭載している。よって、図1の状態の場合、充電装置100は、電磁誘導効果を利用して携帯電話150のNFC用アンテナコイルに電力を供給する。これにより、充電装置100と携帯電話150との間で、近距離無線通信(以下、「NFC通信」という)が行われる。
NFC通信により、携帯電話150と、充電装置100に接続される外部機器との間で種々の情報通信を行うことができる。
例えば、外部機器としてカーナビゲーション装置が充電装置100に接続されている場合、携帯電話150で設定した目的地情報が、NFC通信によってカーナビゲーション装置へ送信される。これにより、携帯電話150を介して、カーナビゲーション装置の目的地の設定ができる。このように、携帯電話150は、充電装置100を介して、充電装置100に接続された外部機器と、様々な通信を行うことができる。
なお、携帯電話150と外部機器との間で行なわれるNFC通信の通信内容については本開示の趣旨から外れるため、詳細な説明は省略する。
NFC通信では、13.56MHzの搬送波が使用され、アンテナコイルに発生する磁界を利用してデータの送受信を行う。よって、NFCでの通信を行うためには、充電台あるいは充電台の近傍に、13.56MHzの周波数の磁界を発生させるアンテナコイルを設けることが必要となる。
充電装置100は、充電台101の内部に複数配置される位置検出用コイルのうち、後述の処理によって選択された一つを、NFC用アンテナコイルとしても用いる。すなわち、選択された位置検出用コイルは、NFC用アンテナコイルを兼ねて機能する。
すなわち、充電装置100は、位置検出用コイルをNFC用アンテナコイルとしても用いる。よって、従来の充電台にNFC用アンテナを新しく追加することなく、NFC機能を充電台に搭載することができる。
したがって、充電装置100は、モノや設備を配置するために場所を確保し易い一般家庭またはオフィスなどの室内に備えた場合はもちろん、スペースが限られた場所(例えば、自動車、電車、飛行機などの内部)に備えた場合に、有用である。
また、充電装置100は、携帯電話150に備えられた受電用コイルおよびNFC用アンテナコイルの位置を別々に検出する(詳細は後述)。これにより、充電時およびNFC通信時における携帯電話150と充電装置100との相対位置を良好にすることができる。
図2は、充電装置100および携帯電話150のそれぞれの内部構成の一例を示すブロック図である。
充電装置100は、携帯電話150に対して非接触(電磁誘導作用)で電力を供給する。携帯電話150は、特定の周波数を用いた無線通信が可能な無線通信装置である。また、携帯電話150は、充電装置100からの電力を二次電池に充電する被充電機器である。
携帯電話150は、図2に示すように、受電用コイル251、受電用共振回路252、充電制御回路253、近距離無線通信アンテナとしてのNFC用アンテナコイル254、NFC用共振回路255、NFC制御回路256、および二次電池257を有する。
充電装置100は、図2に示すように、充電台101、位置検出部201、NFC制御部202、切替部203、電源回路204、充電制御回路205、発振回路206、コイル移動機構207、送電用コイル208、および外部機器接続部209を有する。
充電台101は、携帯電話150が載置される台である。
位置検出部201は、充電台101に置かれた携帯電話150の位置を検出する。携帯電話150の位置は、厳密には、充電台101に置かれた携帯電話150の受電用コイル251の位置である。位置検出部201は、複数のコイルを有する。複数のコイルは、携帯電話150の受電用コイル251の位置を検出するだけでなく、携帯電話150とNFC通信を行うためのNFC用アンテナとしても機能する。なお、複数のコイルの詳細については、図3を用いて後述する。
NFC制御部202は、充電台101に置かれた携帯電話150のNFC用アンテナコイル254の位置を検出する。そして、NFC制御部202は、携帯電話150との間でNFC通信を実行する。
切替部203は、最適な位置にあるコイルを検出し、その中から一つを選択してNFC用アンテナコイルとして用いるために、位置検出部201の複数のコイルを、各機能に応じて切り替える。ここでいう「各機能」とは、充電機能およびNFC通信機能である。充電機能は、携帯電話150の受電用コイル251の位置検出機能を含む。NFC通信機能は、携帯電話150のNFC用アンテナコイル254の位置検出機能を含む。
電源回路204は、商用電源などの外部電源から充電装置100に供給される電力を、充電装置100で使用できる態様に変換する。
充電制御回路205は、発振回路206を介して高周波電流を発生させ、送電用コイル208に高周波電流を流す。
例えば、図1に示す状態で送電用コイル208に高周波電流が流れると、携帯電話150の受電用コイル251に誘導起電力が発生する。この誘導起電力が、携帯電話150の二次電池257に充電される。
なお、充電制御回路205は、携帯電話150の二次電池257の充電状態を検知する充電検知機能を有し、充電完了を判断してもよい。
コイル移動機構207は、充電台101に沿って、位置検出部201が検出(詳細は後述)した携帯電話150の位置へ、送電用コイル208を接近させる。
コイル移動機構207は、充電台101が構成する面のX軸方向に送電用コイル208を移動させるX軸サーボモータと、Y軸方向に送電用コイルを移動させるY軸サーボモータとから成る。
送電用コイル208は、充電制御回路205の制御により、携帯電話150の受電用コイル251へ接近したときに高周波電流が流れる。
外部機器接続部209は、充電装置100に接続される外部機器と、充電装置100とを接続する。すなわち、外部機器は、外部機器接続部209を介して、位置検出部201およびNFC制御部202との間で双方向通信を行う。
図3は、上述した位置検出部201およびNFC制御部202の内部構成の一例を示すブロック図である。ただし、説明の便宜上、図3は、図2に示す切替部203、コイル移動機構207、および外部機器接続部209を図示している。
図3において、位置検出部201は、位置検出コイル301、位置検出制御回路302、切替部203によりオン/オフが切り替えられる位置検出スイッチ303を備える。また、図3において、NFC制御部202は、NFC制御回路304、切替部203によりオン/オフが切り替えられるNFCアンテナスイッチ305を備える。切替部203は、位置検出制御回路302またはNFC制御回路304のいずれかからの制御信号に基づいて、スイッチの切り替えを行う。すなわち、切替部203は、スイッチの切り替えとして、位置検出スイッチ303およびNFCアンテナスイッチ305のうち、一方をオンにし、もう一方をオフにする。
位置検出コイル301は、充電台101の内面側(充電装置100の内部側)において、所定の間隔で配置された複数列のコイルである。
位置検出コイル301は、X軸方向位置検出コイル301Aと、Y軸方向位置検出コイル301Bとを備える。X軸方向位置検出コイル301Aは、送電用コイル208と受電用コイル251のX軸方向の位置を検出するためのコイルである。また、Y軸方向位置検出コイル301Bは、送電用コイル208と受電用コイル251のY軸方向の位置を検出するためのコイルである。X軸方向位置検出コイル301AおよびY軸方向位置検出コイル301Bは、プリント基板300に配置された銅箔パターンで形成される。
X軸方向位置検出コイル301Aは、長手方向がY軸方向に並行な長穴(あるいは楕円)形状のコイルがX軸方向に複数(図3では4つ)配列されて成る。そして、複数のコイル301a1〜301a4の端は、それぞれ、位置検出スイッチ303およびNFCアンテナスイッチ305に接続される。
Y軸方向位置検出コイル301Bは、長手方向がX軸方向に並行な長穴(あるいは楕円)形状のコイルがY軸方向に複数(図3では3つ)配列されて成る。そして、複数のコイル301b1〜301b3の端は、それぞれ、位置検出スイッチ303およびNFCアンテナスイッチ305に接続される。
なお、X軸方向位置検出コイル301AおよびY軸方向位置検出コイル301Bを構成する各コイルにおいて、隣接するコイルの間隔は、受電用コイル251の外径よりも小さい。当該間隔を狭くすれば、受電用コイル251の位置を正確に検出することができる。
本実施の形態の充電装置100は、図3に示す複数の位置検出コイル301のうちの一つを選択し(選択処理については後述)、それをNFC用アンテナコイルとしても利用する。すなわち、位置検出用コイル301のそれぞれは、NFC用アンテナコイルを兼ねることができる。
以下、図3に示すコイル301b2を、位置検出コイルとNFC用アンテナコイルを兼ねるコイル(以下、「兼用コイル」という)として利用する場合を例として説明する。
図3に示すように、位置検出コイル301は、充電台101のX軸方向と充電台101のY軸方向とにそれぞれ配置される。そして、X軸方向位置検出コイル301Aの各コイル301a1〜301a4と、Y軸方向位置検出コイル301Bの各コイル301b1〜301b3とは、それぞれ、交差している。
したがって、兼用コイル301b2も、コイル301a1〜301a4のそれぞれと直交する。
一般的に、NFC通信では、送信側のアンテナコイルが13.56MHzの磁界を発生させる。この磁界による磁束が受信側のアンテナコイルを通過することで、受信側のアンテナコイルに誘導起電力が発生する。そして、発生した誘導起電力を利用することで、通信が可能となる。
よって、送信側のアンテナコイルに発生する磁界には、受信側に搭載されるICを起動させるのに必要な電力を発生させるだけの強度が必要となる。
また、受信側のアンテナコイルに発生する誘導起電力は、受信側のアンテナコイルを通過する磁界の強度に比例する。
図3において、兼用コイル301b2に対して、複数のコイル301a〜301a4が交差している。そのため、兼用コイル301b2が発生させる13.56MHzの磁束は、X軸方向位置検出コイル301Aを構成する各コイル301a〜301a4も通過することになる。
したがって、複数のコイル301a〜301a4から成るX軸方向位置検出コイル301Aは、図4に示すように、兼用コイル301b2が発生させる磁界401を受けて、電磁誘導効果によりコイル周辺に磁界402を発生させる。この磁界402の方向は、兼用コイル301b2が発生させる磁界とは反対方向である。そこで、以下では、磁界402を「反磁界402」という。
この反磁界402は、本来のNFC通信に必要な磁界401を減衰させてしまう。磁界401が減衰することにより、携帯電話150のNFC用アンテナコイル254に発生する誘導起電力も低下してしまう。
そして、NFC用アンテナコイル254に発生する誘導起電力が低下することで、通信が不安定になる。すなわち、充電装置100は、携帯電話150のNFC制御回路256との間で、通信エラーが生じたり、通信ができなくなったりする。
そこで、本実施の形態の充電装置100は、NFC通信に必要な磁界401の減衰を防止するため、図5に示す構成を採る。すなわち、図5に示すように、充電装置100は、減衰防止部として、BEF(Band-elimination filter)501を備える。BEF501は、LC並列共振回路で構成される。そして、BEF501は、兼用コイル301b2と交差するX軸方向位置検出コイル301A(301a〜301a4)に対し、直列に接続する。
なお、図5は、図面の見易さの観点から、兼用コイル301b2とX軸方向位置検出コイル301Aとが交差している箇所にのみ、BEF501を配置した状態を図示している。しかし、実際には、Y軸方向位置検出コイル301Bを構成するコイル301b1〜301b3のうち、どのコイルが兼用コイルとして選択されても対応できる構成である。すなわち、BEF501は、X軸方向位置検出コイル301Aを構成するコイル301a〜301a4と、Y軸方向位置検出コイル301Bを構成するコイル301b1〜301b3との全ての交差箇所に配置されている。
一般的に、BEFは、回路上の特定の周波数のみを減衰させることが可能である。そこで、本実施の形態において、BEF501で減衰させる所定の周波数は、NFC通信で使用する13.56MHzの搬送波と同じ周波数とする。
これにより、図6に示すように、兼用コイル301b2が発生させる13.56MHzの磁界401が、BEF501と直列に接続されたX軸方向位置検出コイル301Aを通過しても、高周波電流の発生を抑制でき、反磁界の発生も抑制できる。
次に、位置検出コイルをNFC用アンテナコイルとして兼用させる際の実装状態について述べる。
上述した通り、本実施の形態の充電装置100において、位置検出コイル301は、兼用コイルとして、携帯電話150の受電用コイル251の位置を検出するため、および、携帯電話150とNFC通信を行うために用いられる。そして、兼用コイルは、それぞれの用途で異なる周波数を扱う。そのため、充電装置100は、図7に示す構成を備える。図7は、図3および図5の構成を別の視点で示す図である。よって、図7において、図3および図5と同一の構成については、同一の符号を付している。
図7に示すように、位置検出スイッチ303およびNFCアンテナスイッチ305は、切替部203に接続されている。そして、切替部203の動作により、位置検出スイッチ303またはNFCアンテナスイッチ305のいずれかは、一方がオンとなり、もう一方がオフとなる。これにより、兼用コイル301’の機能が、位置検出用コイルまたはNFC用アンテナコイルのいずれかに切り替えられる。なお、位置検出スイッチ303に切り替えられたとき、兼用コイル301’は、位置検出コイル301のそれぞれである。一方、NFC用アンテナスイッチ305に切り替えられたとき、兼用コイル301’は、位置検出コイル301のうちの1つである。
兼用コイル301’は、切替部203が位置検出スイッチ303をオンにし、かつ、NFCアンテナスイッチ305をオフにした場合、位置検出用コイルとして機能する。兼用コイル301’が位置検出用コイルとして機能する状態を、以下、「状態1」という。
状態1の場合、兼用コイル301’は、以下のように機能する。すなわち、兼用コイル301’は、位置検出制御回路302から出力されるパルス信号(パルス波形ともいう)により、携帯電話150の受電用共振回路252を励起する。そして、兼用コイル301’は、携帯電話150の受電用コイル251から再放出される磁界(以下、「エコー信号」という)を受信する。このようにして、兼用コイル301’は、受電用コイル251の位置を検出する位置検出用コイルとして機能する。
ここで、受電用コイル251からのエコー信号のレベルは、位置検出コイル301と受電用コイル251の相対位置によって変動する。
このため、位置検出制御回路302は、パルス信号の出力先となる各位置検出コイル301と受電用コイル251の相対距離に応じて異なるエコー信号のレベルに基づいて、充電台101上の携帯電話150の位置を検出することができる。
したがって、状態1の場合、兼用コイル301’は、携帯電話150の受電用共振回路252を共振させるパルス信号、および、受電用コイル251から出力されるエコー信号を、位置検出制御回路302へ伝送する経路となる。
ここで、位置検出制御回路302から位置検出用コイルまでの経路は、パルス信号の周波数に合わせてインピーダンスマッチングを行い、パルス信号に合わせて共振周波数を合わせる必要がある。
したがって、兼用コイル301’を位置検出コイルとして機能させる際には、他の位置検出用コイルと同様に、パルス信号の周波数に共振周波数を合わせるようインピーダンスマッチングを行う。
また、兼用コイル301’は、切替部203が位置検出スイッチ303をオフにし、かつ、NFCアンテナスイッチ305をオンにした場合、NFC用アンテナコイルとして機能する。兼用コイル301’がNFC用アンテナコイルとして機能する状態を、以下、「状態2」という。
図7に示すように、NFC制御回路304は、NFC制御IC701およびマッチング回路702を有する。NFC制御IC701は、携帯電話150とNFC通信を行う際に、13.56MHzの搬送波を制御し出力する。マッチング回路702は、NFC制御IC701と兼用コイル301’の間の経路でインピーダンスマッチングを実施する。
NFC通信では、13.56MHzの搬送波が使用される。したがって、マッチング回路702においてインピーダンスマッチングが行われ、NFC制御IC701から出力される搬送波が兼用コイル301’で共振するように共振周波数が予め調整される。
本実施の形態においては、インピーダンスマッチングは、マッチング回路702に実装するコンデンサやコイルといった受動部品が使用される。
NFC制御回路304と、携帯電話150に搭載されているNFC制御回路256とは、ぞれぞれのアンテナコイルを介してNFC通信を行う。
NFC制御IC701と、携帯電話150に搭載されているNFC制御回路256とは、ぞれぞれのアンテナコイルを介して通信を行い、通信結果に応じた所望の動作を行う。
以上のように、本実施の形態の充電装置100において、切替部203は、位置検出スイッチ303およびNFCアンテナスイッチ305を切り替えることで、状態1と状態2とを切り替える。
図8は、切替部203が状態1と状態2を切り替える際に兼用コイル301’に出力される信号を、時間軸に沿って示す図である。
図8に示す区間1は、兼用コイル301’が状態1の期間である。この状態1のとき、位置検出制御回路302は、位置検出用のパルス波形を位置検出コイル301へ出力する。位置検出用のパルス波形とは、充電台101に載置されている携帯電話150の受電用コイル251の位置座標を検出するための信号である。また、パルス波形の出力先となる位置検出コイル301は、X軸方向位置検出コイル301AおよびY軸方向位置検出コイル301Bを構成する各コイルである。
図8において、区間1の破線は、位置検出用のパルス波形を示している。この位置検出用のパルス波形は、図3に示す位置検出コイル301に倣って、X軸方向位置検出コイル301Aに出力されるパルス波形、および、Y軸方向位置検出コイル301Bに出力されるパルス波形が便宜的に示されている。
また、図8において、位置検出用のパルス波形は、先にX軸方向位置検出コイル301Aへ出力され、次にY軸方向位置検出コイル301Bへ出力される例として図示されている。すなわち、区間1において、位置検出用のパルス波形は、時間の経過とともに、X軸方向位置検出コイル301a1、X軸方向位置検出コイル301a2・・・Y軸方向位置検出コイル301b1・・・Y軸方向位置検出コイル301b3というように、7つのコイルに対して順番に出力される。このように、位置検出用のパルス波形は、プリント基板300上を走査するように出力される。
ただし、位置検出用のパルス波形は、必ずしも上述した順番に出力され必要は無く、ランダムに出力されてもよい。
または、位置検出用のパルス波形は、例えば、区間1において、まずX軸方向位置検出コイル301Aに出力され、それにより受電用コイル251が検出された場合のみ、次にY軸方向位置検出コイル301Bに出力する、といった方法が考えられる。
すなわち、X軸方向位置検出コイル301Aに位置検出用のパルス波形を出力し、エコー信号が検出されなければ区間1を終了するといった方法を採用してもよい。この場合、受電用コイル251が充電台101に設置されていないときの区間1の時間を短くすることができる。
位置検出コイル301に位置検出用のパルス波形が出力されてから、受電用コイル251の位置座標を検出した場合、または、エコー信号が検出されず受電用コイル251が充電装置100に設置されていないと位置検出制御回路302が判定した場合、区間2(状態2)に遷移する。この遷移は、上述した通り、切替部203が位置検出スイッチ303をオフにし、かつ、NFCアンテナスイッチ305をオンにすることで行われる。
図8に示す区間1は、兼用コイル301’が状態2の期間である。
区間2において、充電装置100のNFC制御回路304と、携帯電話150のNFC制御回路256との間で、13.56MHzの搬送波を使用したNFC通信が行われる。
また、区間2において、NFC制御回路304のNFC制御IC701は、NFC通信のターゲットとなる機器を検出するために、所定の期間ポーリングを行う。換言すれば、NFC制御IC701は、充電台101に載置されている携帯電話150のNFC用アンテナコイル254の位置座標を検出するために、ポーリング信号を出力する。ポーリング信号は、X軸方向位置検出コイル301a1〜301a4、Y軸方向位置検出コイル301b1〜301b3の各コイルに対して、順次出力される。すなわち、NFC制御IC701は、位置検出コイル301を構成する各コイルを順次切り替えて、ポーリング信号を出力する。なお、ポーリング信号の出力の際、切替部203は、NFCアンテナスイッチ305をオンにし、かつ、位置検出スイッチ303をオフにする。
携帯電話150のNFC制御回路256は、充電装置100からの13.56MHzの搬送波を負荷変調することで、レスポンスコマンドをNFC用アンテナコイル254を介して出力する。充電装置100は、そのレスポンスコマンドを、位置検出コイル301を介して受信し、NFC制御IC701に送る。
すなわち、NFC制御IC701がレスポンスコマンドを検出した際に、接続された位置検出コイルが兼用コイル301’として機能することになる。
また、区間2において、NFC制御IC701は、レスポンスコマンドを検出しない場合、携帯電話150にNFC機能が搭載されていないと判定する。
NFC制御IC701が携帯電話150にNFC機能が搭載されていないと判定した場合、または、携帯電話150のNFC制御回路256との間でのNFC通信が終了した場合、区間2から再び区間1に遷移する。
以下、本実施の形態の充電装置100の動作の一例について、図9を参照して説明する。なお、ここで説明する動作は、携帯電話150の検出から、非接触充電およびNFC通信の実施までの動作とする。
ステップS10において、外部電源(例えば、商用電源)から充電装置100へ電力の供給が開始されると、電源回路204がその電力を充電装置100で使用する態様に変換し、充電装置100が起動する。なお、充電装置100は、外部電源の投入後、充電装置100が備える手動スイッチ等の操作に基づいて起動してもよい。そして、位置検出部201の位置検出制御回路302は、切替部203に対して、スイッチの切り替えを指示する。
ステップS11において、切替部203は、位置検出制御回路302の指示に基づいてスイッチの切り替えを行い、兼用コイル301’を状態1に設定する。すなわち、切替部203は、位置検出スイッチ303をオンにし、NFCアンテナスイッチ305をオフにすることで、兼用コイル301’を状態1に遷移させる。このときの状態1は「初期状態」という。
ステップS12において、位置検出制御回路302は、図8に示す区間1の間に、充電台101の面上における受電用コイル251の位置の検出(換言すれば、充電台101の面上における携帯電話150の位置検出)を行う。上述した通り、位置検出制御回路302は、位置検出コイル301へ出力した位置検出用のパルス波形により、携帯電話150の受電用共振回路252を励起する。そして、位置検出制御回路302は、受電用コイル251からエコー信号を受信することによって、受電用コイル251の位置を検出する。
受電用コイル251の位置を検出できた場合(ステップS12:YES)、位置検出制御回路302は、充電台101の上に携帯電話150が載置されていると判断する。そして、フローは、ステップS13へ進む。
受電用コイル251の位置を検出できなかった場合(ステップS12:NO)、位置検出制御回路302は、充電台101の上に携帯電話150が載置されていないと判断する。そして、位置検出制御回路302は、切替部203に対して、スイッチの切り替えを指示する。そして、フローは、ステップS14へ進む。
ステップS13において、位置検出制御回路302は、位置検出制御回路302に実装されるメモリに、受電用コイル251の位置座標を記憶する。そして、位置検出制御回路302は、切替部203に対して、スイッチの切り替えを指示する。
ステップS14において、切替部203は、位置検出制御回路302の指示に基づいてスイッチの切り替えを行い、兼用コイル301’を状態2に切り替える。すなわち、切替部203は、位置検出スイッチ303をオフにし、NFCアンテナスイッチ305をオンにすることで、兼用コイル301’を状態2に遷移させる。
ステップS15において、NFC制御回路304は、図8に示す区間2において、充電台101の面上におけるNFC用アンテナコイル254の位置の検出を行う。このとき、上述した通り、NFC制御回路304のNFC制御IC701は、NFC通信のターゲットとなる機器を検出するため、位置検出コイル301を順次切り替えて所定の期間ポーリングを行う。携帯電話150のNFC制御回路256は、充電装置100から送られてくる13.56MHzの搬送波を負荷変調することで、レスポンスコマンドをNFC制御IC701へ送信する。そして、NFC制御IC701は、レスポンスコマンドを検出することで、NFC用アンテナコイル254の充電台101上の位置を検出する。
NFC用アンテナコイル254の位置を検出できた場合(ステップS15:YES)、NFC制御回路304は、携帯電話150がNFC通信機能を備えていると判断する。そして、フローは、ステップS16へ進む。
NFC用アンテナコイル254の位置を検出できなかった場合(ステップS15:NO)、NFC制御回路304は、携帯電話150がNFC通信機能を備えていない、または、携帯電話150のNFC制御回路256との間のNFC通信が終了した、と判断する。そして、フローは、ステップS19へ進む。
ステップS16において、NFC制御回路304は、NFC制御IC701に備えられたメモリに、検出した兼用コイル(NFCアンテナ用コイル254)を記憶する。
ステップS17において、NFC制御回路304は、携帯電話150のNFC制御回路256との間で、NFC通信を行う。
ステップS18において、NFC制御回路304は、NFC通信が終了したか否かの判定を行う。
NFC通信が終了していない場合(ステップS18:NO)、NFC制御回路304は、再び同じ判定を行う。すなわち、フローは、ステップS18へ戻る。
NFC通信が終了した場合(ステップS18:YES)、NFC制御回路304は、切替部203に対して、スイッチを切り替えるように指示する。そして、フローは、ステップS19へ進む。
ステップS19において、切替部203は、NFC制御回路304の指示に基づいてスイッチの切り替えを行い、兼用コイル301’を状態1に切り替える。すなわち、切替部203は、位置検出スイッチ303をオンにし、NFCアンテナスイッチ305をオフにすることで、兼用コイル301’を再び状態1に遷移させる。
ステップS20において、位置検出制御回路302は、既に受電用コイル251を検出しているか否か、すなわち、受電用コイル251の位置座標を記憶済みであるか否かを判定する。
受電用コイル251の位置座標を記憶済みである場合(ステップS20:YES)、フローは、ステップS21へ進む。
受電用コイル251の位置座標を記憶済みではない場合(ステップS20:NO)、フローは、ステップS12へ戻る。すなわち、初期状態に戻る。したがって、受電用コイル251が検出されない限り、ステップS12〜ステップS20のフローが繰り返される。
ステップS21において、位置検出制御回路302は、受電用コイル251の位置座標に基づいてコイル移動機構207を制御することで、送電用コイル208を、受電用コイル251へ接近させるために移動させる。
ステップS22において、位置検出制御回路302は、送電用コイル208の移動が完了したか否かを判定する。
送電用コイル208の移動が完了していない場合(ステップS22:NO)、位置検出制御回路302は、送電用コイル208を受電用コイル251へ接近させるための移動を続行させる。すなわち、フローは、ステップS21へ戻る。
送電用コイル208の移動が完了した場合(ステップS22:YES)、フローは、ステップS23へ進む。
ステップS23において、充電装置100は、携帯電話150の二次電池257への充電を開始する。すなわち、充電制御回路205は、発振回路206を介して高周波電流を発生させ、送電用コイル208に高周波電流を流す。図1に示す状態において、送電用コイル208に高周波電流が流れると、携帯電話150の受電用コイル251に誘導起電力が発生する。これにより、二次電池257への充電が開始される。
ステップS24において、位置検出制御回路302またはNFC制御回路304は、充電中、NFC通信要求が来たか否かを判定する。NFC通信要求は、外部機器接続部209に接続される外部機器からの要求であり、充電装置100に対して、携帯電話150とのNFC通信を要求する情報である。
NFC通信要求が来た場合(ステップS24:YES)、位置検出制御回路302またはNFC制御回路304は、切替部203に対して、スイッチを切り替えるように指示する。そして、フローは、ステップS25へ進む。
NFC通信要求が来ない場合(ステップS24:NO)、フローは、ステップS31へ進む。
ステップS25において、切替部203は、位置検出制御回路302またはNFC制御回路304の指示に基づいてスイッチの切り替えを行い、兼用コイル301’を状態2に切り替える。すなわち、切替部203は、位置検出スイッチ303をオフにし、NFCアンテナスイッチ305をオンにすることで、兼用コイル301’を状態2に遷移させる。
ステップS25の後のフロー、すなわち、ステップS26〜ステップS30は、上記ステップS15〜ステップS19と同様の動作である。よって、ここでの説明は省略する。
なお、ステップS26〜ステップS30のステップの間において、充電装置100は、充電停止制御および距離制御の少なくとも一方を行うようにしてもよい。充電停止制御とは、送電用コイル208の充電動作を停止させる制御である。また、距離制御とは、兼用コイル301’に対する送電用コイル208の距離を離す制御である。このようにすることで、送電用コイル208が放出する磁界がNFC通信に使用する磁界に及ぼす影響を低減することが可能となる。ただしこの場合、NFC通信終了からステップS30の前までに、送電用コイル208を受電用コイル251の位置に移動させる処理が必要となる。
また、ステップS26において、位置検出制御回路302またはNFC制御回路304がNFC通信のターゲットとなる機器を検出しなかった場合(ステップS26:NO)、以下のように動作してもよい。すなわち、位置検出制御回路302またはNFC制御回路304は、外部機器接続部209を介して、外部機器に対し、ターゲットとなる機器が検出されていないといった情報を伝送してもよい。
ステップS31において、充電装置100は、携帯電話150の二次電池257への充電を継続する。これにより、携帯電話150は、充電中にNFC通信を実施することが可能となる。
ステップS32において、位置検出制御回路302は、受電用コイル251を検出しているか否かを判定する。
受電用コイル251を検出している場合(ステップS32:YES)、フローは、ステップS24へ戻る。よって、充電制御回路205が充電動作を実行している間は、ステップS24〜S31が繰り返される。
受電用コイル251を検出しなくなった場合(ステップS32:NO)、充電制御回路205は、充電を停止する。その後、フローは、ステップS12へ戻る。すなわち、初期状態に戻る。そして、位置検出制御回路302は、受電用コイル251の位置検出を行う。
以上のフローにより、充電装置100は、充電台101のX軸とY軸に沿って複数列備えた位置検出コイル301に対して、受電用コイル251の検出と、NFC通信の実行(NFC用アンテナコイル254の検出を含む)とを切り替え可能にした。これにより、充電装置100は、充電台101に載置される携帯電話150に対して、充電とNFC通信の両方を実現できる。そして、充電装置100は、携帯電話150が充電台101のどの位置に置かれても充電でき、かつ、携帯電話150との無線通信を安定して行うことができる。
また、以上のフローによって、充電装置100は、「非接触充電機能は搭載するが、NFC機能は非搭載である携帯電話」に対しても、充電動作を実現することが可能である。
また、以上のフローによって、充電装置100は、「充電機能は非搭載であるが、NFC機能は搭載する携帯電話」に対しても、ステップS12からステップS20を繰り返すことで、NFC通信を実施することが可能となる。
このように、充電装置100は、充電台101に載置される携帯電話150に搭載される機能に応じた所望の動作を実施することが可能である。
なお、図9に示すフローは一例である。よって、例えば、充電台101に載置される携帯電話150に搭載される機能に応じて、ユーザが、充電装置100に搭載される手動スイッチ等を切り替えることで、状態1と状態2を切り替える、としてもよい。
また、本実施の形態の充電装置100は、兼用コイル301’と複数の位置検出コイルとの交差箇所にBEF501を直列接続し、さらに、BEF501を用いて減衰させる周波数を、NFCで使用する13.56MHzの搬送波と同じ周波数とした。これにより、NFC用アンテナコイルが発生させる13.56MHzの磁界が、BEF501が配置される位置検出コイルを通過しても、その位置検出コイル上に発生する13.56MHzの高周波電流が抑制される。したがって、充電装置100は、高周波電流による電磁誘導効果によって位置検出コイルから生成される反磁界も抑制することが可能となる。
すなわち、本実施の形態の充電装置100は、兼用コイル301’に交差する位置検出コイル周辺に発生する反磁界の発生を抑制し、充電機能とNFC通信を両立することができる。
また、本実施の形態の充電装置100は、携帯電話150の受電用コイル251の位置を検出するための位置検出コイル301を、携帯電話150のNFCアンテナコイル254の位置検出に用いるとともに、携帯電話150とNFC通信する際にも利用する。なおかつ、充電装置100は、複数の位置検出コイル301を適宜切り替えて、携帯電話150のNFC用アンテナコイル254の位置を検出する。このような構成により、充電装置100は、携帯電話150に備えられた受電用コイル251およびNFCアンテナコイル254の位置をそれぞれ精度良く検出することができる。
近年の携帯電話の多様性から、携帯電話において、受電用コイルの位置とNFCアンテナコイルの位置とは必ずしも近接しているとは限らない、という事情がある。これに対し、本実施の形態の充電装置100は、受電用コイルとNFCアンテナコイルのそれぞれを分けて検出することで、それぞれの検出精度を向上させることができる。その結果、充電装置100は、充電電力の送受およびデータの送受を高品質で行うことができる。
なお、近距離無線通信(NFC通信)で使用する搬送波は13.56MHzに限られることなく、本実施の形態の充電装置100は、電磁誘導を利用して通信を行う機器のアンテナに適応できる。
本発明は、被充電機器が行う通信電波への影響を軽減しつつ、無線通信機能を備えた機器を充電する装置に適用可能である。具体的には、携帯電話またはスマートフォンなどの無線端末装置を充電する非接触充電装置として有用である。
100 充電装置
101 充電台
150 携帯電話(被充電機器の一例)
201 位置検出部
202 NFC制御部
203 切替部
204 電源回路
205 充電制御回路
206 発振回路
207 コイル移動機構
208 送電用コイル
209 外部機器接続部
251 受電用コイル
252 受電用共振回路
253 充電制御回路
254 NFC用アンテナコイル
255 NFC用共振回路
256 NFC制御回路
257 二次電池
301 位置検出コイル
301A X軸方向位置検出コイル
301B Y軸方向位置検出コイル
301’ 兼用コイル
302 位置検出制御回路
303 位置検出スイッチ
304 NFC制御回路
305 NFCアンテナスイッチ
401 磁界
402 反磁界
501 BEF
701 NFC制御IC
702 マッチング回路
101 充電台
150 携帯電話(被充電機器の一例)
201 位置検出部
202 NFC制御部
203 切替部
204 電源回路
205 充電制御回路
206 発振回路
207 コイル移動機構
208 送電用コイル
209 外部機器接続部
251 受電用コイル
252 受電用共振回路
253 充電制御回路
254 NFC用アンテナコイル
255 NFC用共振回路
256 NFC制御回路
257 二次電池
301 位置検出コイル
301A X軸方向位置検出コイル
301B Y軸方向位置検出コイル
301’ 兼用コイル
302 位置検出制御回路
303 位置検出スイッチ
304 NFC制御回路
305 NFCアンテナスイッチ
401 磁界
402 反磁界
501 BEF
701 NFC制御IC
702 マッチング回路
Claims (4)
- 二次電池を有する被充電機器へ電磁誘導により電力を伝送し、前記二次電池を充電する充電装置であって、
前記被充電機器を載置するための充電台と、
前記充電台と平行に配置された複数列のコイルと、
前記複数列のコイルを、前記被充電機器の受電用コイルの位置の検出に用いる位置検出部と、
前記複数列のコイルを、前記被充電機器との無線通信に用いる無線通信制御部と、
前記複数列のコイルを、前記受電用コイルの位置の検出または前記無線通信のいずれに用いるかを切り替える切替部と、を備えた、
充電装置。 - 前記無線通信制御部は、
前記被充電機器の無線通信用アンテナコイルの位置検出するためのポーリング信号を、前記複数列のコイルのそれぞれに対して順番に出力する、
請求項1記載の充電装置。 - 前記複数列のコイルによって発生する磁界の減衰を防止する減衰防止部を備えた、
請求項1記載の充電装置。 - 前記減衰防止部は、所定の周波数の電波または磁界を減衰させる共振回路であり、
前記共振回路は、前記複数列のコイルのうち、コイル同士が交差している箇所に設けられた、
請求項3記載の充電装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012280969A JP2014128055A (ja) | 2012-12-25 | 2012-12-25 | 充電装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012280969A JP2014128055A (ja) | 2012-12-25 | 2012-12-25 | 充電装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2014128055A true JP2014128055A (ja) | 2014-07-07 |
Family
ID=51407175
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2012280969A Pending JP2014128055A (ja) | 2012-12-25 | 2012-12-25 | 充電装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2014128055A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2016097075A (ja) * | 2014-11-21 | 2016-05-30 | 株式会社人間と科学の研究所 | 生体情報検出装置 |
JP2019009975A (ja) * | 2017-06-28 | 2019-01-17 | 金寶電子工業股▲ふん▼有限公司 | ワイヤレス充電システム及びワイヤレス充電方法 |
-
2012
- 2012-12-25 JP JP2012280969A patent/JP2014128055A/ja active Pending
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2016097075A (ja) * | 2014-11-21 | 2016-05-30 | 株式会社人間と科学の研究所 | 生体情報検出装置 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711 Effective date: 20150225 |