JP2015027187A

JP2015027187A - 非接触充電システムおよびこれに用いる充電器と電子機器

Info

Publication number: JP2015027187A
Application number: JP2013155648A
Authority: JP
Inventors: 山崎　康之; Yasuyuki Yamazaki; 康之山崎
Original assignee: NEC Platforms Ltd
Current assignee: NEC Platforms Ltd
Priority date: 2013-07-26
Filing date: 2013-07-26
Publication date: 2015-02-05

Abstract

【課題】磁界を送受信することによって電力供給を行う非接触充電システムにおいて、電力供給とコマンドの送受信とを個別に最適化し、かつ、相互の干渉を抑制することで、効率的な電力供給を実現する。
【解決手段】本発明の非接触充電システムは、電力を供給する磁界を送信する充電器と、前記磁界の受信により前記電力を受給する電子機器と、を備えた非接触充電システムにおいて、前記充電器は、前記磁界を送信する送信部と、前記電子機器に認識信号を送信し前記電子機器から送信される起動信号を受信する送受信部と、を有し、前記電子機器は、前記磁界を受信する受信部と、前記認識信号を受信し前記起動信号を送信する受送信部と、を有し、前記充電器は前記起動信号に基づいて前記磁界を送信し、前記電子機器は前記認識信号に基づいて前記磁界を受信することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、電磁誘導を利用して携帯端末などの電子機器の電池に非接触で給電する、非接触充電システムおよびこれに用いる充電器と電子機器に関する。

近年、スマートフォン等の多機能携帯端末は、表示部の大画面化やバックグラウンドで通信するアプリケーションの使用などによる消費電力の増大により、電池の頻繁な充電を必要としている。携帯端末の充電はケーブルにより接続して行う方式が一般的であるが、ケーブルの煩わしさを解消するために、非接触ワイヤレス充電の要求が高まっている。

非接触ワイヤレス充電システムとしては、特許文献１に開示された充電システムがある。この充電システムは、携帯電話と携帯電話を非接触方式で充電する非接触充電器とから構成され、携帯電話が充電完了を示す満充電コマンドを送信し、当該満充電コマンドの受信とともに、非接触充電器は携帯電話への充電を行なわない充電停止状態に移行することにより、充電時の電力消費の抑制や安全対策が可能となるとしている。

再特ＷＯ２００８／０５６４１５号公報

しかしながら、特許文献１の非接触ワイヤレス充電システムには、以下のような課題があった。すなわち、非接触充電器から携帯電話への電力供給と、非接触充電器と携帯電話との間のコマンドの送受信とが、各々の機器の有する一つのコイルにより行われていた。そのため、電力供給とコマンドの送受信の各々の最適化が難しく、また、電力供給とコマンドの送受信との相互の干渉により、電力供給やコマンドの送受信の性能劣化を生じていた。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、電磁誘導を利用した充電器が携帯端末などの電子機器の電池に非接触で給電する非接触充電システムにおいて、電力供給とコマンドの送受信の各々の最適化が可能であり、電力供給とコマンドの送受信の相互の干渉の抑制された非接触充電システムを提供することである。

本発明の非接触充電システムは、電力を供給する磁界を送信する充電器と、前記磁界の受信により前記電力を受給する電子機器と、を備えた非接触充電システムにおいて、前記充電器は、前記磁界を送信する送信部と、前記電子機器に認識信号を送信し前記電子機器から送信される起動信号を受信する送受信部と、を有し、前記電子機器は、前記磁界を受信する受信部と、前記認識信号を受信し前記起動信号を送信する受送信部と、を有し、前記充電器は前記起動信号に基づいて前記磁界を送信し、前記電子機器は前記認識信号に基づいて前記磁界を受信することを特徴とする。

本発明の充電器は、電力を供給する磁界を送受信することによって充電を行う非接触充電システムに用いる充電器において、前記充電器は、電力を供給する磁界を送信する送信部と、前記電力を供給する電子機器に認識信号を送信し、前記電子機器から送信される起動信号を受信する、送受信部と、を備え、前記起動信号に基づいて前記磁界を送信することを特徴とする。

本発明の電子機器は、電力を供給する磁界を送受信することによって充電を行う非接触充電システムに用いる電子機器において、前記電子機器は、電力を供給する磁界を受信する受信部と、前記電力を供給する充電器から送信される認識信号を受信し、前記充電器に起動信号を送信する、受送信部と、を備え、前記認識信号に基づいて前記磁界を受信することを特徴とする。

本発明によれば、電磁誘導を利用した充電器が携帯端末などの電子機器の電池に非接触で給電する非接触充電システムにおいて、電力供給とコマンドの送受信の各々の最適化が可能であり、電力供給とコマンドの送受信の相互の干渉の抑制された非接触充電システムが実現する。これにより、磁界によるクレジットカードや心臓ペースメーカ等への影響が軽減され、ユーザの充電に対する負担の軽減された非接触充電システムが実現する。

本発明の第1の実施形態の非接触充電システムに用いる電力供給を行う充電器である磁界発生機の構成図である。本発明の第1の実施形態の非接触充電システムに用いる電力供給を受ける電子機器である受信携帯端末の構成図である。本発明の第1の実施形態の磁界発生機の動作を説明したフローチャートである。本発明の第1の実施形態の受信携帯端末の動作を説明したフローチャートである。本発明の第1の実施形態の認識信号受信無線部２１９、及び起動信号送信無線部２２２の間欠動作を説明する図である。本発明の第1の実施形態のオートチューン回路部２０２のインピーダンスコントロールを行う動作を説明したフローチャートである。本発明の第1の実施形態の非接触充電システムの磁界発生機１０と受信携帯端末２０との配置例を示す図である。本発明の第1の実施形態の非接触充電システムに用いる電力供給を受ける電子機器である受信携帯端末の構成図である。本発明の第２の実施形態の非接触充電システムに用いる電力供給を行う充電器である磁界発生機の構成図である。本発明の第２の実施形態の非接触充電システムに用いる電力供給を受ける電子機器である受信携帯端末の構成図である。

以下、図を参照しながら、本発明の実施形態を詳細に説明する。但し、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい限定がされているが、発明の範囲を以下に限定するものではない。
（第１の実施形態）
（構成の説明）
図１は、本発明の第１の実施形態の非接触充電システムに用いる、電力供給を行う充電器である磁界発生機１０の構成を、図２は、本発明の第１の実施形態の非接触充電システムに用いる、電力供給を受ける電子機器である受信携帯端末２０の構成を、各々示す。

磁界発生機１０は図１に示すように、交流電流１０２を流して磁界１を発生させるための送信側コイル１０１と、送信側コイル１０１に交流電流１０２を流すための電力を供給する電力供給部１０３と、交流電流１０２を生成するための発振回路部１０４と、電力供給部１０３のＯＮ／ＯＦＦを制御信号１０５によって制御する電力供給制御部１０６とを備える。

さらに、受信携帯端末２０から送られてくる起動信号２を処理、及び受信携帯端末２０に磁界発生機１０が近傍に存在することを認識させるための認識信号３を生成する起動信号処理部１０７と、時間的タイミングを監視するタイマー１０８と、信号処理部１０７からの認識信号１１１を受信携帯端末２０が認識できる信号に変調する認識信号変調部１１２と、認識信号１１１を増幅して認識信号３とする認識信号送信無線部１１３と、受信携帯端末２０側から送られてくる起動信号２を磁界発生機１０側で認識できる起動信号１１４に復調する起動信号復調部１１５と、起動信号２を増幅して起動信号１１４とする起動信号無線部１１６とを備える。

さらに、認識信号送信無線部１１３と起動信号受信無線部１１６とのアンテナ１１８との接続を切り替えるアンテナスイッチ１１７と、アンテナスイッチ１１７の切替を制御するアンテナスイッチ切替制御部１０９と、磁界発生機１０全体の制御を掌るＣＰＵ１１０（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ、中央演算処理装置）とを備える。アンテナ１１８と送信側コイル１０１とは分離して設けることができる。

認識信号送信無線部１１３は、送信用の搬送波を生成する発振回路部１１９を備え、発振回路部１１９にて生成された搬送波に認識信号１１１を変調し、信号成分を含んだ認識信号３を生成する認識信号変調部１１２から構成される。

起動信号受信無線部１１６では、周波数を可変できる発振回路部１２０で生成されたローカル信号を起動信号復調部１１５に注入し、起動信号２とミックスダウンすることにより、周波数固定の起動信号１１４が生成される。

発振回路部１１９と発振回路部１２０とは、ＰｈａｓｅＬｏｃｋｅｄＬｏｏｐ（ＰＬＬ）回路を含む構成となっており、その発振周波数はＣＰＵ１１０により制御され、磁界１、起動信号２、及び認識信号３が互いに干渉し合わない周波数に可変可能である。

一方、受信携帯端末２０は図２に示すように、磁界１を受ける受信側コイル２０１と、受信側コイル２０１のインピーダンスを可変させるオートチューン回路部２０２と、受信側コイル２０１から得られた交流電流２０７を直流電流２０８に変換する整流器２０３と、整流器２０３から出力された直流電流２０８を計測する電流計測部２０４と、バッテリー２０６の充放電を切り替える充放電切替回路部２０５と、その切替を制御する充放電制御部２０９と、バッテリー２０６の残量を検出するバッテリー残量検出部２１０と、電流計測部２０４で得られた電流値を認識する電流値認識部２１１と、オートチューン回路部２０２に直流電圧２２５を印加するオートチューン回路制御部２１２とを備える。オートチューン回路部２０２による調整により、磁界１の高効率な受信が可能となる。

さらに、磁界発生機１０側から送られてくる認識信号３を処理と認識、及び磁界発生機１０側の電力供給部１０３を起動させるための起動信号２２０を生成する信号処理部２１３と、磁界発生機１０側から送られてくる認識信号３を受信携帯端末２０側で認識できる認識信号２１７に復調する認識信号復調部２１８と、認識信号３を増幅して認識信号２１７とする認識信号受信無線部２１９と、信号処理部２１３からの起動信号２２０を磁界発生機１０側に認識できる起動信号２に変調を施す起動信号変調部２２１と、起動信号２２０を増幅して起動信号２とする起動信号送信無線部２２２とを備える。

さらに、認識信号受信無線部２１９と起動信号送信無線部２２２とアンテナ２２４との接続を切り替えるアンテナスイッチ２２３と、アンテナスイッチ２２３の切替を制御するアンテナスイッチ切替制御部２１５と、受信携帯端末２０全体の制御を掌るＣＰＵ２１６とを備える。アンテナ２２４と受信側コイル２０１とは分離して設けることができる。

認識信号受信無線部２１９では、周波数を可変できる発振回路部２２８で生成されたローカル信号を認識信号復調部２１８に注入し、認識信号３とミックスダウンすることにより、周波数固定の認識信号２１７が生成される。

起動信号送信無線部２２２は、送信用の搬送波を生成する発振回路部２２７を備え、発振回路部２２７にて生成された搬送波に起動信号２２０を変調し、信号成分を含んだ起動信号２を生成する起動信号変調部２２１から構成される。

発振回路部２２７と発振回路部２２８とは、ＰｈａｓｅＬｏｃｋｅｄＬｏｏｐ（ＰＬＬ）回路を含む構成となっており、その発振周波数はＣＰＵ２１５により制御され、磁界１、起動信号２、及び認識信号３が互いに干渉し合わない周波数に可変可能である。

以上のように、本実施形態の非接触充電システムの磁界発生器１０および受信携帯端末２０においては、電力供給磁界にかかわるコイルと制御信号にかかわるアンテナとを分離し、さらに、制御信号を電力供給磁界との干渉を抑制する周波数に調整することができる。これにより、電力供給磁界と制御信号の送受信の個々の最適化が可能であり、両者の干渉の抑制された非接触充電システムを提供することができる。
（動作の説明）
図３は、図１の磁界発生機１０の動作を説明したフローチャートである。磁界発生機１０は、起動後（ＳＴＡＲＴ）の通常状態、すなわち、充電を必要とする受信携帯端末２０が近傍に無い状態では、ＣＰＵ１１０内のアンテナスイッチ切替制御部１０９により、アンテナスイッチ１１７は起動信号送信無線部１１３側と起動信号受信無線部１１６側をタイマー１０８によって設定された時間毎交互に接続切替を行い、受信携帯端末２０から送信される起動信号２の待受状態となる。（Ｓ３０１）
起動信号２の待受状態中は、起動信号処理部１０７からの受信携帯端末２０へ磁界発生機１０が存在を知らせる認識信号１１１を認識信号送信無線部１１３へ出力し、認識信号送信無線部１１３内にある認識信号変調部１１２にて受信携帯端末２０が認識できる信号に変調を施す。このとき、発信回路部１１９により、磁界１との干渉を抑制した周波数を選択することができる。
それと同時にアンテナスイッチ切替制御部１０９は、アンテナスイッチ１１７を認識信号無線部１１３側に接続し、変調を施した認識信号３をアンテナ１１８よりタイマー１０８で設定された時間の間、送信を行う。（Ｓ３０２）
上述設定時間経過すると、アンテナスイッチ切替制御部１０９は、アンテナスイッチ１１７を起動信号無線部１１６側に接続を切替え、アンテナ１１８で受信携帯端末２０からの起動信号２を受けると、起動信号受信無線部１１６内にある起動信号復調部１１５にてＣＰＵ１１０が認識できる起動信号１１４に復調する。このとき、発信回路部１２０は、起動信号２の周波数をミックスダウンして起動信号処理部１０７が処理できる周波数を選択する。起動信号処理部１０７は、ＣＰＵ１１０に対して近傍に受信携帯端末２０が存在することを認識させる。（Ｓ３０３のＹ）
一方、Ｓ３０３にて起動信号２を受信できなければ（Ｓ３０３のＮ）、再びＳ３０１の待受状態に戻る。

受信携帯端末２０が近傍に存在するとＣＰＵ１１０が認識すると（Ｓ３０３のＹ）、ＣＰＵ１１０内の電力供給制御部１０６では電力供給部１０３に対して起動信号１０５を送り、電力供給部１０３をＯＮさせ（Ｓ３０４）、送信側コイル１０１に交流電流１０２を流して送信側コイル１０１より磁界１を発生させる。（Ｓ３０５）
磁界１発生中もＣＰＵ１１０では定期的に上述の起動信号２の受信、認識信号３の送信を交互に繰り返し、この送受通信が確立している間は（Ｓ３０６のＹ）、受信携帯端末２０が近傍に存在していると判断し、電力供給部１０３のＯＮ状態を継続して磁界１を発生し続ける。（Ｓ３０７）
一方、Ｓ３０６にて上述の送受通信が確立できなった時には（Ｓ３０６のＮ）、電力供給制御部１０６は、電力供給部１０３をＯＦＦして（Ｓ３０８）、磁界１の発生を停止させ（Ｓ３０９）、再びＳ３０１の待受状態に戻る。

図４は、図２の受信携帯端末２０の動作を説明したフローチャートである。また、図５は、認識信号受信無線部２１９、及び起動信号送信無線部２２２の間欠動作を説明するものである。

図２に示すように、受信携帯端末２０では、起動後（ＳＴＡＲＴ）、ＣＰＵ２１６内のバッテリー残量検出部２１０にてバッテリー２０６の残量を定期的に検出しており、バッテリー残量が予め設定された設定値以下になると（Ｓ４０１のＹ）、ＣＰＵ２１６内のアンテナアンテナスイッチ切替制御部２１５は、アンテナスイッチ２２３を認識信号受信無線部２１９側へ接続を切り替え、認識信号受信無線部２１９をＯＮして（Ｓ４０２）磁界発生機１０からの認識信号３の待受状態となる。（Ｓ４０３）
この際、バッテリー２０６の消耗を極力減らすため、認識信号受信無線部２１９は、図５に示すように間欠的、且つ認識信号３を認識可能な最低限の時間だけＯＮさせるのが望ましい。この間欠動作はＣＰＵ２１６内に持つタイマー２１４によって制御される。また、上述のバッテリー残量設定値は、受信携帯端末２０が予め持つ固定値としても、ユーザが受信携帯端末２０上の操作から任意の値に設定できるとしても良い。

一方、Ｓ４０１にてバッテリー残量が設定値以上の場合には（Ｓ４０１のＮ）、再びバッテリー残量の検出を定期的に繰り返す。

アンテナ２２４から磁界発生機１０からの認識信号３を受けると、認識信号受信無線部２１９内にある認識信号復調部２１８にてＣＰＵ２１６が認識できる認識信号２１７に復調される。このとき、発信回路部２２８は、認識信号２の周波数をミックスダウンして起動信号処理部１０７が処理できる周波数を選択する。信号処理部２１３はＣＰＵ２１６に対して近傍に磁界発生機１０が存在することを認識させる。（Ｓ４０４のＹ）
一方、Ｓ４０４にて認識信号３を受信できなければ（Ｓ４０４のＮ）、再びＳ４０３の認識信号３待受状態に戻る。

ＣＰＵ２１６では近傍に磁界発生機１０が存在することを認識すると、起動信号送信無線部２２２の電源をＯＮし（Ｓ４０５）、ＣＰＵ２１６内の信号処理部２１３から磁界発生機１０へ充電が必要とする受信携帯端末２０が近傍に存在する旨を知らせる起動信号２２０を起動信号送信無線部２２２へ出力する。起動信号２２０は、起動信号送信無線部２２２内にある起動信号変調部２２１で受信携帯端末２０が認識できる信号に変調を施される。このとき、発信回路部２２７により、磁界１との干渉を抑制した周波数を選択することができる。

アンテナスイッチ切替制御部２１５は、アンテナスイッチ２２３を起動信号送信無線部２２２側に接続し、上述の変調を施された認識信号３をアンテナ２２４より送信する。（Ｓ４０６）
この際、バッテリー２０６の消耗を極力減らすため、起動信号受信無線部２２２は、図５に示すように間欠的、且つ起動信号２を磁界送信機１０側で認識可能な最低限の時間だけＯＮさせるのが望ましく、この間欠動作はＣＰＵ２１６内に持つタイマー２１４によって制御される。

上述タイマー２１４で制御された時間が経過すると、アンテナスイッチ切替制御部２１５は、再びアンテナスイッチ２２３を認識信号受信無線部２１９側に接続を切替え、再度認識信号３を受信できるか確認しに行く。（Ｓ４０７）以降、定期的にこの送受信動作を繰り返し、互いに通信接続できている状態を送受の通信が確立している状態と称す。

送受通信確立していれば（Ｓ４０７のＹ）、磁界発生機１０から磁界１が発せられているため、受信側コイル２０１は磁界１を受けることができ、電磁誘導により受信側コイル２０１に交流電流２０７が流れる。交流電流２０７は、オートチューン回路部２０２を通り、整流器２０３にて直流電流２０８に変換され、電流計測部２０４、充放電切替回路部２０５を経てバッテリー２０６に充電が開始される。（Ｓ４０８）
一方、Ｓ４０７にて送受通信確立できなければ（Ｓ４０７のＮ）、再び認識信号３の待受状態に戻る。（Ｓ４０３）
バッテリー残量検出部２１０では充電中も定期的にバッテリー２０６の充電量を監視しており（Ｓ４０９）、送受通信が確立している間はバッテリー２０６が充電完了するまで充電状態を維持する。（Ｓ４０９のＮ）
バッテリー２０６の充電が完了すると（Ｓ４０９のＹ）、ＣＰＵ２１６は認識信号受信無線部２１９と起動信号送信無線部２２２の動作を停止させ（Ｓ４１０）、再びＳ４０１に戻る。

一方、電流計測部２０４は、直流電流２０８の値を計測する回路であり、ＣＰＵ２１６内にある電流値認識部２１１によってその電流値をＣＰＵ２１６が認識する。

オートチューン回路部２０２は、受信側コイル２０１の共振周波数を変化させ、最も大きい直流電流２０８が得られるよう自動的に受信側コイル２０１のマッチングをコントロールする回路であり、バリアブルキャパシタ等を用いてオートチューン回路制御部２１２から直流電圧２２５の変化でオートチューン回路部２０２のインピーダンスを変化させる。

図６は、オートチューン回路部２０２と、電流計測部２０４、電流値認識部２１１、オートチューン回路制御部２１２から、最も大きい直流電流２０８を得られるようオートチューン回路部２０２のインピーダンスコントロールを行う動作を説明したフローチャートである。

図３のＳ３０６、図４のＳ４０７において送受通信が確立している状態をＣＰＵ２１６が認識すると（Ｓ６０１のＹ）、オートチューン回路制御部２１２は任意の直流電圧２２５をオートチューン回路部２０２に印加し（Ｓ６０２）、電流計測部２０４にて得られる直流電流２０８を計測してＣＰＵ２１６内の電流値認識部２１１にて電流値を認識する（Ｓ６０３）。

その際、得られた電流値はＣＰＵ２１６で記憶しておき（Ｓ６０４）、オートチューン回路制御部２１２はオートチューン回路部２０２に印加する直流電圧２２５をα[Ｖ]上げ（Ｓ６０５）、再度直流電流２０８の電流値を計測する（Ｓ６０６）。ただし、ここのステップは、逆にα[Ｖ]下げる方向で行うこともできる。

Ｓ６０５にて上述のＣＰＵ２１６に記憶していた電流値とα[Ｖ]上げた時の電流値を比較し（Ｓ６０７）、電流値が上がっていれば（Ｓ６０８のＹ）、上がった電流値をＣＰＵ２１６に記憶する（Ｓ６０９）。オートチューン回路制御部２１２はオートチューン回路部２０２に印加する直流電圧２２５を更にα[Ｖ]上げ（Ｓ６１０）、送受通信確立が継続していれば（Ｓ６１２のＹ）、電流計測部２０４にて再度電流値を計測する（Ｓ６０６）。

逆にＳ６０８にて電流値が下がれば（Ｓ６０８のＮ）、オートチューン回路制御部２１２はオートチューン回路部２０２に印加する直流電圧２２５を逆にα[Ｖ]下げ（Ｓ６１１）、送受通信確立が継続していれば（Ｓ６１２のＹ）、電流計測部２０４にて再度電流値を計測し（Ｓ６０６）、以降、このステップを繰り返す。

一方、Ｓ６１２にて送受通信確立していなければ（Ｓ６１２のＮ）、再びＳ６０１に戻る。

図７は、本実施形態の非接触充電システムの磁界発生機１０を、鉄道車両などの椅子７０１や吊棚７０２に設置した場合を示す。クレジットカードや心臓ペースメーカへの影響を考慮すれば、磁界発生機１０から発せられる磁界１の強度は可能な限り小さく、且つ充電を必要とする受信携帯端末２０が近傍に近づいた時にのみ磁界１を発すれば、その影響は大幅に軽減される。例えば、磁界発生機１０と受信携帯端末２０との距離は、磁界発生機１０と磁界発生機１０の発生する磁界の影響を受ける第３の機器、すなわち、クレジットカードや心臓ペースメーカとの距離よりも短いことが好適である。

よって、前述の起動信号２と認識信号３の通信可能距離を数十ｃｍ〜１ｍ程度とすれば、不必要な磁界１の発生を防ぐことが可能である。そのためには、図７に示すように電車椅子７０１の下部辺りに設置するが好適である。

受信携帯端末２０の所持者は普段、カバンのバックやズボンのポケット等に受信携帯端末２０を携帯していると想定される。よって、磁界発生機１０と受信携帯端末２０の位置関係は、Ｂの位置では磁界発生機１０から送信される認識信号３を受信携帯端末２０は受信することができ、受信携帯端末２０側からも起動信号２を送信して磁界１を得ることができる。一方、Ａの位置、すなわち、心臓ペースメーカの位置に近い胸ポケットや操作の位置では、認識信号３を受信携帯端末２０が受信できず、受信携帯端末２０も起動信号２を送信しないため、磁界１は発生されない。

また、受信側携帯端末２０をバック等に入れ、吊棚に置くことを想定すれば、図７の上部に示すように、磁界発生機１０を吊棚７０２の壁面や吊棚７０２パイプ等に設置しても良い。

本実施形態で図７に示す設置が好適なのは、受信携帯端末２０がオートチューン回路部２０２によって電流値を大きくできるので、磁界発生機１０と受信携帯端末２０の距離をある程度設けても、効率的な電力供給が可能なためである。また、これにより磁界発生機１０が発生する磁界１の大きさを制御する余裕も生まれる。磁界発生機１０は、図７に示す設置において、クレジットカードや心臓ペースメーカに影響を及ぼさない強度であって、受信携帯端末２０の充電が可能な強度の磁界１を発生することができる。

クレジットカードや心臓ペースメーカへの影響を考慮すれば、磁界発生器１０から発せられる磁界１の強度は可能な限り押さえたいため、受信携帯端末２０において、バッテリー残量検出部２１０にて監視しているバッテリー２０６の充電状態により、起動信号２によるコマンド送信によって磁界１の強度を制御できるようにすることができる。すなわち、バッテリー２０６の充電状態が空に近ければ多くの充電電流を必要とするため、磁界１の強度を強くする。ただし、クレジットカードや心臓ペースメーカへの影響を考慮して、一定値以上には超えないように制御することができる。また、バッテリー２０６が満充電状態に近ければ少ない充電電流で済むため、磁界１の強度は小さく抑えるように制御することができる。

以上の磁界１の強度の制御は、本実施形態の非接触充電システムの磁界発生器１０および受信携帯端末２０においては、電力供給磁界にかかわるコイルと制御信号にかかわるアンテナとを分離し、さらに、制御信号を電力供給磁界との干渉を抑制する周波数に調整できるようにしていることが、実現を可能としている。すなわち、本実施形態の構成により、電力供給磁界と制御信号の送受信の各々の最適化が可能であり、かつ両者の干渉の抑制された非接触充電システムが可能なことで、磁界１の強度の制御が可能となっている。

また、本実施形態では、１台の磁界発生器１０に対し、複数の受信携帯端末２０の同時充電が可能である。すなわち、制御信号である起動信号２と認識信号３とを間欠送受信し合うタイミングを、磁界発生器１０側はＣＰＵ１１０、受信携帯端末２０側はＣＰＵ２１６でずらし合うことにより、１台の磁界発生器１０を複数の受信携帯端末２０に対応させることが可能となる。もしくは、起動信号２内に各受信携帯端末２０自身を示す識別信号を含ませておくことで、１台の磁界発生器１０を複数の受信携帯端末２０に対応させることが可能となる。

さらに、１台の磁界発生器１０に対し受信携帯端末２０が多数であって、１つの周波数で賄い切れない場合には、前述したＰＬＬ回路によって各々の受信携帯端末２０の発振回路部２２７の周波数を変更し、起動信号２の周波数を変えることにより扱える受信携帯端末の数を増やすことができる。

本実施形態の非接触充電システムに用いる受信携帯端末２０の構成の説明では、図２において受信携帯端末２０におけるオートチューン回路部２０２のインピーダンスコントロールを電流計測部２０４で直流電流２０８を計測する方式としていたが、図８に示すように、受信側コイル２０１で受ける電界値を計測する方式でも良い。この場合の受信携帯端末３０は、電流計測部２０４をＲＳＳＩ（ＲｅｃｅｉｖｅｄＳｉｇｎａｌＳｔｒｅｎｇｔｈＩｎｄｉｃａｔｏｒ）回路８０１に置き換えて整流器２０３の前に配置し、電流値認識部２１１を電界値認識部８０２に置き換えることで、図２の受信携帯端末２０と同様の動作を実現できる。

また、図２において、実施例の説明では磁界１から得られる直流電流２０８は充放電切替回路部２０５を介してバッテリー２０６に充電する形としたが、充放電切替回路部２０５から端末各回路２２６へ直接供給しても良く、端末各回路２２６を動作させても直流電流２０８に余裕がある場合、バッテリー２０６の方へも充電するようにしても良い。上述の制御は充放電制御部２０９にて行われる。

すなわち、端末各回路２２６の電源を磁界１で得られる直流電流２０８で賄い、バッテリー２０６からの電源供給は停止としても良く、磁界１が得られない場合にはバッテリー２０６を使用するといったハイブリッド方式とすることができる。これにより、バッテリー２０６はより長持ちし、受信携帯端末２０の更なる長時間使用が可能となる。

また、図７では、本実施形態の非接触充電システムの磁界発生機１０を、鉄道車両などの椅子７０１や吊棚７０２に設置した例を示したが、他にも、駅のホームや待合室、喫煙所、自動車、船舶、航空機、飲食店や理髪店などの各種店内、歩道や街灯等、人が利用することの多い任意の場所に磁界発生機を設置することで、ユーザが電池の消耗を気にすることなく携帯端末を利用することが可能となる。

本実施形態によれば、電磁誘導を利用した充電器が携帯端末などの電子機器の電池に非接触で給電する非接触充電システムにおいて、電力供給とコマンドの送受信の各々の最適化や、電力供給とコマンドの送受信との相互の干渉の抑制が可能となる。これにより、磁界によるクレジットカードや心臓ペースメーカ等への影響が軽減され、ユーザの充電に対する負担の軽減された非接触充電システムが実現する。
（第２の実施形態）
図９は、本発明の第２の実施形態の非接触充電システムに用いる、電力供給を行う充電器である磁界発生機４０の構成を、図１０は、本発明の第２の実施形態の非接触充電システムに用いる、電力供給を受ける電子機器である受信携帯端末５０の構成を、各々示す。

本実施形態では、図９に示す送信側コイル１０１は、アンテナスイッチ９０１を設けることで、図１における送信側コイル１０１とアンテナ１１８とを共用させても良い。また、図１０に示す受信側コイル２０１は、アンテナスイッチ１００１を設けることで、図２における受信側コイル２０１とアンテナ２２４とを共用させても良い。これにより、充電器や端末をより縮小化できる効果を有する。本実施形態のその他の構成や動作は、第１の実施形態と同様である。

このとき、認識信号送信無線部１１３は、認識信号変調部１１２に対する発信回路部１１９を備え、認識信号３が磁界１に影響を及ぼさない周波数に調整することができる。起動信号無線部１１６は、起動信号復調部１１５に対する発信回路部１２０を備え、磁界１に影響を及ぼさない周波数に調整された起動信号２を信号処理部１０７が高効率に処理できる周波数に調整することができる。発信回路部１１９と発信回路部１２０とは、ＰｈａｓｅＬｏｃｋｅｄＬｏｏｐ（ＰＬＬ）回路を含む構成を有する。ＰＬＬ回路の制御は、ＣＰＵ１１０にて行われる。

さらに、認識信号受信無線部２１９は、認識信号復調部２１８に対する発信回路部２２８を備え、磁界１に影響を及ぼさない周波数に調整された認識信号３を信号処理部２１３が高効率に処理できる周波数に調整することができる。起動信号送信無線部２２２は起動信号変調部２２１に対する発信回路部２２７を備え、起動信号２が磁界１に影響を及ぼさない周波数に調整することができる。発信回路部２２７と発信回路部２２８とは、ＰｈａｓｅＬｏｃｋｅｄＬｏｏｐ（ＰＬＬ）回路を含む構成を有する。ＰＬＬ回路の制御は、ＣＰＵ２１６にて行われる。

以上のように、本実施形態の非接触充電システムの磁界発生器１０および受信携帯端末２０においては、制御信号を電力供給磁界との干渉を抑制する周波数に調整することができる。これにより、電力供給磁界と制御信号の送受信の個々の最適化が可能であり、両者の干渉の抑制された非接触充電システムを提供することができる。

本実施形態によれば、電磁誘導を利用した充電器が携帯端末などの電子機器の電池に非接触で給電する非接触充電システムにおいて、電力供給とコマンドの送受信の各々の最適化や、電力供給とコマンドの送受信との相互の干渉の抑制が可能となる。これにより、磁界によるクレジットカードや心臓ペースメーカ等への影響が軽減され、ユーザの充電に対する負担の軽減された非接触充電システムが実現する。

本発明は上記実施形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載した発明の範囲内で、種々の変形が可能であり、それらも本発明の範囲内に含まれるものであることはいうまでもない。

また、上記の実施形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載され得るが、以下には限られない。

付記
（付記１）
電力を供給する磁界を送信する充電器と、前記磁界の受信により前記電力を受給する電子機器と、を備えた非接触充電システムにおいて、
前記充電器は、前記磁界を送信する送信部と、前記電子機器に認識信号を送信し前記電子機器から送信される起動信号を受信する送受信部と、を有し、
前記電子機器は、前記磁界を受信する受信部と、前記認識信号を受信し前記起動信号を送信する受送信部と、を有し、
前記充電器は前記起動信号に基づいて前記磁界を送信し、前記電子機器は前記認識信号に基づいて前記磁界を受信する、非接触充電システム。
（付記２）
前記送受信部は前記送信部と分離して設けられ、前記受送信部は前記受信部と分離して設けられた、付記１記載の非接触充電システム。
（付記３）
前記充電器あるいは前記電子機器は、前記認識信号あるいは前記起動信号と、前記磁界との干渉を低減する発信回路部を備えた、付記１または２記載の非接触充電システム。
（付記４）
前記発信回路部は、前記磁界、あるいは、前記認識信号、あるいは、前記起動信号の周波数制御を行う、付記３記載の非接触充電システム。
（付記５）
前記送信部あるいは前記受信部はコイルである、付記１から４の内の１項記載の非接触充電システム。
（付記６）
前記送受信部あるいは前記受送信部はアンテナである、付記１から５の内の１項記載の非接触充電システム。
（付記７）
前記電子機器は、前記受信部のインピーダンス制御を行うオートチューン回路部を有する、付記１から６の内の１項記載の非接触充電システム。
（付記８）
前記オートチューン回路部は、前記受信部で受信した前記磁界が生じる電流もしくは電界を増大させる、付記７または８記載の非接触充電システム。
（付記９）
前記電子機器は、前記磁界による前記電力で充電できるバッテリーを有し、前記バッテリーの電力残量を反映した前記起動信号を送信し、
前記充電器は、前記起動信号に基づいて前記磁界を増減する、付記１から８の内の１項記載の非接触充電システム。
（付記１０）
前記送信部と前記送受信部、あるいは、前記受信部と前記受送信部とは、一体化された、付記１あるいは３から９の内の１項記載の非接触充電システム。
（付記１１）
電力を供給する磁界を送受信することによって充電を行う非接触充電システムに用いる充電器において、前記充電器は、
電力を供給する磁界を送信する送信部と、
前記電力を供給する電子機器に認識信号を送信し、前記電子機器から送信される起動信号を受信する、送受信部と、を備え、
前記起動信号に基づいて前記磁界を送信する充電器。
（付記１２）
前記送受信部は前記送信部と分離して設けられた、付記１１記載の充電器。
（付記１３）
前記充電器は、前記認識信号あるいは前記起動信号と、前記磁界との干渉を低減する発信回路部を備えた、付記１１または１２記載の充電器。
（付記１４）
前記発信回路部は、前記磁界、あるいは、前記認識信号、あるいは、前記起動信号の周波数制御を行う、付記１３記載の充電器。
（付記１５）
前記送信部はコイルであり、前記送受信部はアンテナである、付記１１から１４の内の１項記載の充電器。
（付記１６）
前記送信部と前記送受信部とは一体化された、付記１１または１３から１５の内の１項記載の充電器。
（付記１７）
電力を供給する磁界を送受信することによって充電を行う非接触充電システムに用いる電子機器において、前記電子機器は、
電力を供給する磁界を受信する受信部と、
前記電力を供給する充電器から送信される認識信号を受信し、前記充電器に起動信号を送信する、受送信部と、を備え、
前記認識信号に基づいて前記磁界を受信する電子機器。
（付記１８）
前記受送信部は前記受信部と分離して設けられた、付記１７記載の電子機器。
（付記１９）
前記電子機器は、前記認識信号あるいは前記起動信号と、前記磁界との干渉を低減する発信回路部を備えた、付記１７または１８記載の電子機器。
（付記２０）
前記発信回路部は、前記認識信号、あるいは、前記起動信号の周波数制御を行う、付記１９記載の電子機器。
（付記２１）
前記受信部はコイルであり、前記受送信部はアンテナである、付記１７から２０の内の１項記載の電子機器。
（付記２２）
前記電子機器は、前記磁界の受信効率を高めるオートチューン回路部を有する、付記１７から２１の内の１項記載の電子機器。
（付記２３）
前記オートチューン回路部は、前記受信部のインピーダンス制御を行う、付記２２記載の電子機器。
（付記２４）
前記オートチューン回路部は、前記受信部で受信した前記磁界が生じる電流もしくは電界を増大させる、付記２２または２３記載の電子機器。
（付記２５）
前記電子機器は、前記磁界による前記電力で充電できるバッテリーを有し、前記バッテリーの電力残量を反映した前記起動信号を送信する、付記１７から２４の内の１項記載の電子機器。
（付記２６）
前記受信部と前記受送信部とは一体化された、付記１７または１９から２５の内の１項記載の電子機器。
（付記２７）
前記充電器と前記電子機器との距離は、前記充電器と前記充電器の発生する磁界の影響を受ける第３の機器との距離よりも短いことを特徴とする、付記１から１０の内の１項記載の非接触充電システム。
（付記２８）
前記第３の機器は、クレジットカード、心臓ペースメーカを含む、付記２７記載の非接触充電システム。
（付記２９）
前記充電器は、椅子あるいは棚に設置された、付記２７または２８記載の非接触充電システム。
（付記３０）
前記椅子あるいは棚は、鉄道車両、自動車、船舶、航空機、飲食店、理髪店に備えられた、付記２９記載の非接触充電システム。
（付記３１）
前記充電器１台に対して前記電子機器複数台を有する、付記２７から３０の内の１項記載の非接触充電システム。

１磁界
２起動信号
３認識信号
１０、４０磁界発生機
２０、３０、５０受信携帯端末
１０１送信側コイル
１０２交流電流
１０３電力供給部
１０４発振回路部
１０５制御信号
１０６電力供給制御部
１０７信号処理部
１０８タイマー
１０９アンテナスイッチ切替制御部
１１０ＣＰＵ
１１１認識信号
１１２認識信号変調部
１１３認識信号送信無線部
１１４起動信号
１１５起動信号復調部
１１６起動信号無線部
１１７アンテナスイッチ
１１９、１２０発信回路部
２０１受信側コイル
２０２オートチューン回路部
２０３整流器
２０４電流計測部
２０５充放電切替回路部
２０６バッテリー
２０７交流電流
２０８直流電流
２０９充放電制御部
２１０バッテリー残量検出部
２１１電流値認識部
２１２オートチューン回路制御部
２１３信号処理部
２１４タイマー
２１５アンテナスイッチ切替制御部
２１６ＣＰＵ
２１７認識信号
２１８認識信号復調部
２１９認識信号受信無線部
２２０起動信号
２２１起動信号変調部
２２２起動信号送信無線部
２２３アンテナスイッチ
２２４アンテナ
２２５直流電圧
２２６端末各回路
２２７、２２８発信回路部
８０１ＲＳＳＩ回路
８０２電界値認識部
９０１、１００１アンテナスイッチ

Claims

電力を供給する磁界を送信する充電器と、前記磁界の受信により前記電力を受給する電子機器と、を備えた非接触充電システムにおいて、
前記充電器は、前記磁界を送信する送信部と、前記電子機器に認識信号を送信し前記電子機器から送信される起動信号を受信する送受信部と、を有し、
前記電子機器は、前記磁界を受信する受信部と、前記認識信号を受信し前記起動信号を送信する受送信部と、を有し、
前記充電器は前記起動信号に基づいて前記磁界を送信し、前記電子機器は前記認識信号に基づいて前記磁界を受信する、非接触充電システム。
前記送受信部は前記送信部と分離して設けられ、前記受送信部は前記受信部と分離して設けられた、請求項１記載の非接触充電システム。
前記充電器あるいは前記電子機器は、前記認識信号あるいは前記起動信号と、前記磁界との干渉を低減する発信回路部を備えた、請求項１または２記載の非接触充電システム。
前記発信回路部は、前記磁界、あるいは、前記認識信号、あるいは、前記起動信号の周波数制御を行う、請求項３記載の非接触充電システム。
前記電子機器は、前記受信部のインピーダンス制御を行うオートチューン回路部を有する、請求項１から４の内の１項記載の非接触充電システム。
前記電子機器は、前記磁界による前記電力で充電できるバッテリーを有し、前記バッテリーの電力残量を反映した前記起動信号を送信し、
前記充電器は、前記起動信号に基づいて前記磁界を増減する、請求項１から５の内の１項記載の非接触充電システム。
電力を供給する磁界を送受信することによって充電を行う非接触充電システムに用いる充電器において、前記充電器は、
電力を供給する磁界を送信する送信部と、
前記電力を供給する電子機器に認識信号を送信し、前記電子機器から送信される起動信号を受信する、送受信部と、を備え、
前記起動信号に基づいて前記磁界を送信する充電器。
前記充電器は、前記認識信号あるいは前記起動信号と、前記磁界との干渉を低減する発信回路部を備えた、請求項７記載の充電器。
電力を供給する磁界を送受信することによって充電を行う非接触充電システムに用いる電子機器において、前記電子機器は、
電力を供給する磁界を受信する受信部と、
前記電力を供給する充電器から送信される認識信号を受信し、前記充電器に起動信号を送信する、受送信部と、を備え、
前記認識信号に基づいて前記磁界を受信する電子機器。
前記電子機器は、前記認識信号あるいは前記起動信号と、前記磁界との干渉を低減する発信回路部を備えた、請求項９記載の電子機器。