JP2008141940A

JP2008141940A - 充電台と携帯電子機器

Info

Publication number: JP2008141940A
Application number: JP2007222844A
Authority: JP
Inventors: Shoichi Toya; 正一遠矢
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2006-11-10
Filing date: 2007-08-29
Publication date: 2008-06-19

Abstract

【課題】携帯電子機器を薄くしながら、充電台の正確な位置にセットして、内蔵する電池を確実に安定して充電する。
【解決手段】充電台と携帯電子機器は、平面状の上面プレート１２の特定部分に交流磁束を誘導する１次コイル１１を内蔵している充電台１０と、背面プレート２２の内側に内蔵されて、１次コイル１１に電磁結合される２次コイル２１に誘導される電力で充電される電池３１を備える携帯電子機器２０からなる。充電台１０は、上面プレート１２に位置決め凸部１４を有し、携帯電子機器２０は、位置決め凸部１４に嵌合される位置決め凹部２４を背面プレート２２に有する。２次コイル２１は、空芯の平面コイルで、中心に中空部２６を設けて、この中空部２６に位置決め凹部２４を設けている。充電台１０の位置決め凸部１４を携帯電子機器２０の位置決め凹部２４に案内して、１次コイル１１と２次コイル２１を電磁結合している。
【選択図】図３

Description

本発明は、携帯電子機器を充電台の上に載せ、充電台から携帯電子機器に電磁誘導作用で電力を搬送して、携帯電子機器に内蔵する電池を充電する充電台と携帯電子機器に関する。

電磁誘導の作用で１次コイルから２次コイルに電力搬送して、電池を充電する充電台と携帯電子機器は開発されている。（特許文献１及び２参照）

特許文献１は、充電台に、交流電源で励磁される１次コイルを内蔵し、パック電池には１次コイルに電磁結合される２次コイルを内蔵する構造を記載する。さらに、パック電池は、２次コイルに誘導される交流を整流し、これを電池に供給して充電する回路も内蔵する。この構造によると、充電台の上にパック電池を載せて、非接触状態でパック電池の電池を充電できる。

さらに、特許文献２は、携帯電子機器の底部に電池を内蔵し、さらにその下方に二次側充電用アダプターを設けて、この二次側充電用アダプターに２次コイルと充電回路を内蔵する構造を記載する。また、２次コイルに電磁結合される１次コイルを充電台に設ける構造も記載する。充電台に二次側充電用アダプターを結合する携帯電子機器を載せ、１次コイルから２次コイルに電力搬送して、携帯電子機器の電池を充電する。
特開平９−６３６５５号公報実用新案登録第３０１１８２９号

特許文献１は、充電台の上に載せるパック電池の位置がずれると、パック電池を充電できなくなる欠点がある。それは、携帯電子機器と充電台との相対位置がずれると、１次コイルと２次コイルが電磁結合されない状態となって、１次コイルから２次コイルに交流電力を搬送できなくなるからである。この欠点は、特許文献２に記載されるように、充電台に位置決め凸部を設け、この位置決め凸部を嵌入する位置決め凹部を携帯電子機器に設けて解消できる。この構造は、位置決め凹部に位置決め凸部を案内して、携帯電子機器と充電台との相対的な位置ずれを防止できる。

ただ、特許文献２に示す構造は、ケースの底面に位置決め凹部を設けて、この位置決め凹部の上に２次コイルを配置することから、二次側充電用アダプターの部分を薄くできない欠点がある。携帯電話等の携帯電子機器は、できるかぎり薄くすることが要求されることから、位置決め凹部によって厚くなると携帯に不便になる欠点がある。

本発明は、この欠点を解決することを目的に開発されたものである。本発明の重要な目的は、携帯電子機器を薄くしながら、携帯電子機器を充電台の正確な位置にセットして、内蔵する電池を確実に安定して充電できる充電台と携帯電子機器を提供することにある。

本発明の請求項１の充電台と携帯電子機器は、交流電源１５に接続してなる１次コイル１１を内蔵する充電台１０、７０と、この充電台１０、７０の１次コイル１１に電磁結合される２次コイル２１を備え、かつこの２次コイル２１に誘導される電力で充電される充電できる電池３１とを備える携帯電子機器２０、６０とからなる。充電台１０、７０は、携帯電子機器２０、６０を脱着自在に載せる平面状の上面プレート１２、７２を上面に有し、この上面プレート１２、７２の特定部分に交流磁束を誘導するように１次コイル１１を内蔵している。携帯電子機器２０、６０は、充電台１０、７０の上面プレート１２、７２に載せる平面状の背面プレート２２、６２を有すると共に、この背面プレート２２、６２の内側に２次コイル２１を配設している。さらに、充電台１０、７０は、上面プレート１２、７２に位置決め凸部１４、７４を有し、携帯電子機器２０、６０は、この位置決め凸部１４、７４に嵌合される位置決め凹部２４、６４を背面プレート２２、７２に設けている。２次コイル２１は、線材を平面に渦巻き状に巻いた空芯の平面コイルである。この平面コイルの２次コイル２１は、背面プレート２２、６２の内側に背面プレート２２、６２と平行な姿勢で配置している。２次コイル２１である平面コイルは、中心の巻き径を位置決め凹部２４、６４の内径よりも大きくしており、平面コイルの中心に中空部２６を設けて、この中空部２６に位置決め凹部２４、６４を設けている。充電台１０、７０の位置決め凸部１４、７４を携帯電子機器２０、６０の位置決め凹部２４、６４に案内して、１次コイル１１と２次コイル２１を電磁結合して、１次コイル１１から２次コイル２１に交流電力を供給して携帯電子機器２０、６０の電池３１を充電する。

本発明の請求項２の充電台と携帯電子機器は、請求項１の構成に加えて、充電台１０、７０が、上面プレート１２、７２の全面を平面状としている。

本発明の請求項３の充電台と携帯電子機器は、交流電源１５に接続してなる２次コイル２１を内蔵する充電台５０、７０、９０と、この充電台５０、７０、９０の１次コイル１１に電磁結合される２次コイル２１を備え、かつこの２次コイル２１に誘導される電力で充電される充電できる電池３１とを備える携帯電子機器２０、６０、８０とからなる。充電台５０、７０、９０は、携帯電子機器２０、６０、８０を脱着自在に載せる平面状の上面プレート５２、７２、９２を上面に有し、この上面プレート１２、７２、９２の特定部分に交流磁束を誘導するように１次コイル１１を内蔵している。携帯電子機器２０、６０、８０は、充電台５０、７０、９０の上面プレート５２、７２、９２に載せる平面状の背面プレート２２、６２、８２を有すると共に、この背面プレート２２、６２、８２の内側に２次コイル２１を配設している。さらに、充電台５０、７０、９０は、上面プレート５２、７２、９２に、携帯電子機器２０、６０、８０を載せる位置を示すセット位置を図形５９、７９、９９で表示している。充電台５０、７０、９０は、このセット位置に合わせて上面プレート５２、７２、９２に携帯電子機器２０、６０、８０が載置されて、１次コイル１１と２次コイル２１が電磁結合されて、１次コイル１１から２次コイル２１に交流電力を供給して携帯電子機器２０、６０、８０の電池３１を充電する。

本発明の請求項４の充電台と携帯電子機器は、交流電源１５に接続してなる２次コイル２１を内蔵する充電台１０と、この充電台１０の１次コイル１１に電磁結合される２次コイル２１を備え、かつこの２次コイル２１に誘導される電力で充電される充電できる電池３１とを備える携帯電子機器２０とからなる。充電台１０は、携帯電子機器２０を脱着自在に載せる平面状の上面プレート１２を上面に有し、この上面プレート１２の特定部分に交流磁束を誘導するように１次コイル１１を内蔵している。携帯電子機器２０は、充電台１０の上面プレート１２に載せる平面状の背面プレート２２を有すると共に、この背面プレート２２の内側に２次コイル２１を配設している。さらに、充電台１０は、携帯電子機器２０のセット位置を検出する位置センサ１６を内蔵している。充電台１０は、この位置センサ１６が携帯電子機器２０を載せる位置を検出して表示する。

本発明の請求項５の充電台と携帯電子機器は、位置センサ１６が携帯電子機器２０を載せる位置を検出し、携帯電子機器２０を載せる位置がセット位置からずれると、位置ずれ警報を発する。また、本発明の請求項６の充電台と携帯電子機器は、位置センサ１６が携帯電子機器２０を載せる位置を検出し、携帯電子機器２０を載せる位置がセット位置にあると正常表示をする。

本発明の請求項７の充電台１０と携帯電子機器２０は、請求項４の構成に加えて、位置センサ１６が、１次コイル１１に流れる電流、１次コイル１１の消費電力、１次コイル１１の共振周波数、１次コイル１１のインピーダンスのいずれかを検出して、携帯電子機器２０の位置を検出する。

本発明は、携帯電子機器を薄くしながら、携帯電子機器を充電台の正確な位置にセットして、内蔵する電池を確実に安定して充電できる特徴がある。とくに、請求項１の携帯電子機器は、内蔵する２次コイルを空芯の平面コイルとして、これを背面プレートの内側に平行に配置し、さらに、平面コイルの中心の巻き径を位置決め凹部の内径よりも大きくして、平面コイルの中心に中空部を設け、この中空部に位置決め凹部を配置する。この独特の構造によって、携帯電子機器は、２次コイルと位置決め凹部を同一面に配置する。したがって、平面コイルを内蔵し、さらに携帯電子機器を充電台の位置決め凸部に案内し定位置にセットする構造としながら、携帯電子機器の背面を薄くしている。

また、本発明の請求項３の充電台は、上面プレートに、携帯電子機器を載せる位置を示すセット位置を図形で表示している。携帯電子機器のユーザーは、上面プレートに図形で表示されるセット位置に合わせて携帯電子機器をセットして、１次コイルと２次コイルを確実に電磁結合して、電池を安定して充電できる。

さらにまた、本発明の請求項４の充電台は、携帯電子機器のセット位置を検出する位置センサを内蔵しており、この位置センサが携帯電子機器を載せる位置を検出する。とくに、本発明の請求項５の充電台は、携帯電子機器を載せる位置がセット位置からずれると、位置ずれ警報を発する。したがって、ユーザーは、位置ずれ警報のないように携帯電子機器をセットして、１次コイルと２次コイルを確実に電磁結合して、内蔵する電池を安定して充電できる。また、本発明の請求項６の充電台は、携帯電子機器を載せる位置がセット位置にあると正常表示するので、ユーザーは、正常表示を確認しながら携帯電子機器を正確な位置にセットして、１次コイルと２次コイルを確実に電磁結合して、内蔵する電池を安定して充電できる。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するための充電台と携帯電子機器を例示するものであって、本発明は充電台と携帯電子機器を以下のものに特定しない。

さらに、この明細書は、特許請求の範囲を理解しやすいように、実施例に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲」および「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。

図１ないし図６は、充電台１０と、この充電台１０に載せて内蔵する電池３１を充電する携帯電子機器２０を示す。充電台１０は、交流電源１５に接続している１次コイル１１を内蔵する。充電台１０は、携帯電子機器２０を脱着自在に載せる平面状の上面プレート１２を上面に設けている。図の充電台１０は、上面プレート１２全体を平面状として、これを水平に配設している。この充電台１０は、大きさや外形が異なる種々の携帯電子機器２０を上に載せて、内蔵する電池３１を充電できる。ただし、充電台は、その周囲に周壁などを設け、周壁の内側に携帯電子機器をセットして、内蔵する電池を充電することもできる。この充電台は、周壁を上面プレートに載せられる最も大きい携帯電子機器の外形よりも大きくして、種々の携帯電子機器を載せることができる。

充電台１０は、上面プレート１２の内面に１次コイル１１を配置している。１次コイル１１は、上面プレート１２と平行な面で渦巻き状に巻かれて、上面プレート１２の特定部分に交流磁束を誘導する。この１次コイル１１は、上面プレート１２に直交する交流磁束を特定部分に誘導する。１次コイル１１は、交流電源１５から交流電力が供給されて、上面プレート１２の特定部分、すなわち、１次コイル１１の上方の特定部分に交流磁束を誘導する。充電台１０に内蔵される１次コイル１１は、２次コイル２１のように薄くする必要はない。このため、１次コイル１１は、磁性材からなるコア１３に線材を巻いている。コア１３は、透磁率が大きいフェライト等の磁性材料で、上方を開放する壺形としている。壺形のコア１３は、渦巻き状に巻かれた１次コイル１１の中心に配置する円柱部１３Ａと、外側に配置される円筒部１３Ｂを底部で連結する形状としている。コア１３のある１次コイル１１は、磁束を上面プレート１２の特定部分に集束して、効率よく電力を２次コイル２１に伝送できる。ただ、１次コイルは、必ずしもコアを設ける必要はなく、空芯コイルとすることもできる。

充電台１０は、上面プレート１２に、上方に突出する位置決め凸部１４を設けている。位置決め凸部１４は、携帯電子機器２０を上面プレート１２の特定の位置にセットするために設けている。すなわち、位置決め凸部１４を携帯電子機器２０の位置決め凹部２４に案内して、上面プレート１２の定位置に携帯電子機器２０をセットするようにしている。位置決め凸部１４は、１次コイル１１の中心に設けている。この充電台１０は、１次コイル１１が交流磁束を誘導する特定部分の中心に位置決め凸部１４を設けている。１次コイル１１が交流磁束を誘導する上面プレート１２の特定部分が、１次コイル１１の上方となるからである。位置決め凸部１４は円柱状である。この位置決め凸部１４は、携帯電子機器２０の位置決め凹部２４に案内されて、携帯電子機器２０を位置決め凸部１４を中心に回転できる。この構造は、携帯電子機器２０を上面プレート１２の特定部分にセットしながら、携帯電子機器２０を水平面内で自由に回転できる。携帯電子機器２０が位置決め凸部１４を中心に回転されても、１次コイル１１と２次コイル２１は電磁結合される状態が保持される。携帯電子機器２０の２次コイル２１が特定部分に配置されるからである。この構造の充電台１０は、携帯電子機器２０を自由な姿勢で充電台１０の上面プレート１２にセットして、電池３１を確実に充電できる。携帯電子機器２０を特定部分にセットして自由に回転できる構造は、位置決め凹部を円柱状としても実現できる。すなわち、位置決め凸部１４と位置決め凹部２４のいずれか又は両方を円柱状として実現できる。

１次コイル１１に接続される交流電源１５は、たとえば、２０ｋＨｚ〜1ＭＨｚの高周波電力を１次コイル１１に供給する。この交流電源１５は、携帯電子機器２０のセット位置を検出する位置センサ１６を内蔵している。位置センサ１６は、携帯電子機器２０を上面プレート１２に載せる位置を検出する。携帯電子機器２０を載せる位置が正常なセット位置からずれると、位置ずれ警報を発する。位置センサ１６は、１次コイル１１に流れる電流、１次コイル１１の消費電力、１次コイル１１の共振周波数、１次コイル１１のインピーダンスのいずれかを検出して、携帯電子機器２０の位置を検出する。携帯電子機器２０が正常なセット位置からずれると、１次コイル１１に流れる電流、１次コイル１１の消費電力、１次コイル１１の共振周波数、１次コイル１１のインピーダンスが変化するからである。図７は、携帯電子機器２０の位置によって、１次コイル１１の消費電力が変化する特性を示している。この図に示すように、１次コイル１１と２次コイル２１が理想的な状態で電磁結合されると、１次コイル１１の消費電力は最大となって、１次コイル１１から２次コイル２１に効率よく電力を搬送できる。ただ、携帯電子機器２０が正常なセット位置からずれると、１次コイル１１と２次コイル２１の電磁結合が小さくなって、１次コイル１１の等価インピーダンスが変化して、消費電力を減少させる。したがって、位置センサ１６は、１次コイル１１の消費電力が設定値（Ｐ0）よりも小さくなると、位置ずれ警報を発して、携帯電子機器２０をセット位置に修正ように促す。位置決め凸部１４と位置センサ１６の両方を備える充電台１０は、より確実に携帯電子機器２０を充電台１０の特定部分にセットできる。ただ、充電台は、位置決め凸部と位置センサのいずれか一方を設けて、携帯電子機器を充電台の特定部分にセットできる構造とすることもできる。

携帯電子機器２０の位置によって、１次コイル１１のインピーダンスが変化することから、電流値や、共振周波数も変化する。したがって、位置センサ１６は、１次コイル１１の電流や共振周波数から、携帯電子機器２０の位置を検出することもできる。１次コイル１１の共振周波数から携帯電子機器２０の位置を判別する位置センサ１６は、１次コイル１１に供給する高周波の周波数を変化させて、周波数に対する電流の変化から共振周波数を検出する。１次コイル１１の電流が、共振周波数でピーク値を示すからである。この位置センサ１６は、携帯電子機器２０を正常なセット位置に配置する状態における共振周波数帯域を記憶しており、共振周波数がこの共振周波数領域からずれると、携帯電子機器２０を正常なセット位置にセットされないと判定して、位置ずれ警報を発する。

位置センサ１６は、発光ダイオード１７を点灯し、あるいは点灯する発光ダイオード１７の色を変化させたり、あるいは点滅する状態を変化させて光で位置ずれ警報を出し、あるいはまた、スピーカ１８から発生する音で位置ずれ警報を発する。発光ダイオード１７は、たとえば、位置ずれの程度で発光色や点滅状態を変え、スピーカ１８は位置ずれの程度で音の大きさや種類を変えることができる。

また、位置センサ１６は、携帯電子機器２０を載せる位置を検出して、携帯電子機器２０を載せる位置がセット位置にあると、正常表示をすることもできる。正常表示は、発光ダイオード１７を点灯し、あるいは点灯する発光ダイオード１７の色を変化させたり、あるいは点滅する状態を変化させて光で表示し、あるいはまた、スピーカ１８から発生する音で表示する。

図１と図２に示されるように、外側に発光ダイオード１７を個別に配置することに代わって、上面プレート１２の内側に発光ダイオードを、複数個、配置して、外側から見て、上面プレート１２の略全体、あるいはその外周側が、光るようにしても良い。上面プレート１２においては、樹脂材料を利用できるが、この場合は、透光性の材料を採用する。また、上面プレートにおいて、発光ダイオードの光を透過させる必要のある部分に、透光性材料を採用することもできる。

さらにまた、位置センサは、携帯電子機器からの信号でセット位置にあるかどうかを判定することもできる。この携帯電子機器は、２次コイルに誘導される電力が設定値よりも大きいかどうか検出して、充電台のセット位置にあるかどうかを判定して、位置信号を２次コイルと１次コイルを介して位置センサに伝送する。この携帯電子機器は、位置信号で搬送波を変調し、搬送波を２次コイルから１次コイルに伝送し、位置センサは１次コイルに誘導される搬送波を復調して位置信号を検出する。

充電台１０は、位置決め凸部１４と位置決め凹部２４の組み合わせや、位置センサ１６によらず、あるいはこれ等に組み合わせて、図８に示すように、上面プレート５２に、携帯電子機器２０を載せる位置を示すセット位置を図形５９で表示して、携帯電子機器２０を正常なセット位置に配置することもできる。図の充電台５０は、携帯電子機器２０の外形を示す図形５９を印刷して、セット位置を表示している。セット位置として、携帯電子機器２０の外形を印刷して表示する充電台５０は、携帯電子機器２０をセット位置５９の外形に合わせてセットして、正常なセット位置に配置できる。さらに、図に示す充電台５０は、複数種の携帯電子機器のセット位置を示す図形５９を上面プレート５２に印刷している。複数の図形５９は、たとえば、複数の機種の携帯電子機器の外形に対応して表示している。この充電台５０は、機種が異なる携帯電子機器であっても、正確な位置にセットできる特長がある。

さらに、充電台の上面プレートに印刷する図形は、必ずしもセットされる携帯電子機器の外形とする必要はなく、携帯電子機器を正確なセット位置に配置できる種々の模様とすることもできる。図９ないし図１５に示す充電台７０は、上面プレート７２の上面に、円や長方形、あるいはこれらの一部分、さらには、直線やドット、三角形等を組み合わせた模様を図形７９として表示している。さらに、これらの図に示す充電台７０は、上面プレート７２の中心に、位置決め凸部７４を突出して設けている。したがって、これらの充電台７０は、位置決め凸部７４と、上面プレート７２に表示される図形７９の両方で、携帯電子機器を上面プレート７２のセット位置にセットする。ただ、充電台は、上面プレートに位置決め凸部を設けることなく、上面プレートに表示される携帯電子機器のセット位置を示す図形のみで、携帯電子機器をセット位置にセットすることもできる。

図９ないし図１１に示す充電台７０は、上面プレート７２の上面に、位置決め凸部７４を中心とする複数の同心円を表示している。図９の図形７９Ａは、２つの同心円に加えて、位置決め凸部７４を中心として縦横に交差する軸をドットで表示している。また、図１０に示す図形７９Ｂは、５つの同心円の円弧を上面プレート７４の縦方向（図において上下方向に）に等間隔に並べた模様としている。さらにまた、図１１に示す図形７９Ｃは、３つの同心円を部分的に切断して鎖線で表示している。

図１２と図１３に示す充電台７０は、上面プレート７２の上面の外周部に、上面プレート７２の外周縁に沿う複数の長方形を表示している。複数の長方形は、位置決め凸部７４を対角線の交点とする大きさの異なる長方形で、これらを等間隔に表示している。図１２に示す図形７０Ｄは、上面プレート７２の外周部に３つの長方形を表示すると共に、中心の位置決め凸部７４の周囲の４方向に三角形を表示して位置決め凸部７４の位置を案内している。また、図１３に示す図形７９Ｅは、上面プレート７２の外周部に３つの長方形を表示すると共に、各々の長方形を、図において上下の中心で上下方向に２分割して、上面プレート７２の両側に配置している。

さらに、図１４の充電台７０の図形７９Ｆは、上面プレート７２の縦横の中心を通って交差する軸を表示すると共に、上面プレート７２の全面に、無数のドットを表示している。無数のドットは、縦横の軸をｘｙ軸とする方眼の交点に位置して等間隔で表示している。さらにまた、図１５の充電台７０の図形７９Ｇは、縦横の中心部を通る複数の軸を等間隔で表示すると共に、中央部においては、位置決め凸部７４を中心とする複数の同心円を等間隔で表示しており、これらの軸と同心円の円弧を互いに連結している。

図９ないし図１１に示すように、複数の同心円を表示する図形７９は、同心円の中心を位置決め凸部７４の位置として認識でき、また、図９、図１４、及び図１５に示すように、上面プレート７２の縦横の中心を通って交差する軸を表示する図形７９は、軸の交差点を位置決め凸部７４として認識できる。さらに、図１２と図１３に示すように、上面プレート７２の外周縁に沿う複数の長方形を表示する図形７９は、携帯電子機器の外周縁をこの長方形に沿って配置して位置決めでき、また、上面プレート７２の全面に無数のドットを等間隔で表示する図形７９は、携帯電子機器の外周に見えるドットの数や対称性で携帯電子機器の位置や向きを認識できる。ただ、上面プレートに表示する図形は、上記の模様に特定せず、携帯電子機器を正確なセット位置に配置できる他の全ての模様とすることができる。

以上のように、上面プレート７２に、携帯電子機器のセット位置を示す図形７９を表示している充電台７０は、携帯電子機器をセットするときに、上面プレート７２に設けた位置決め凸部７４の位置を推測しながらセットできる特長がある。携帯電子機器を充電台にセットするとき、位置決め凸部は、セットする携帯電子機器の死角となって、正確な位置を視認できなくなる。このため、携帯電子機器の位置決め凹部を、速やかに上面プレートの位置決め凸部に嵌合させ難くなる。しかしながら、以上の図形７９を備える充電台７０は、模様によって位置決め凸部７４の位置を推測できるので、携帯電子機器の位置決め凹部を上面プレート７２の位置決め凸部７４に、速やかに嵌合させてセットできる特長が実現できる。

さらに、図１６に示す携帯電子機器６０は、位置決め凹部６４を背面の中心に設けている。この携帯電子機器６０は、位置決め凹部６４が背面の中心に位置するように、いいかえると、内蔵される２次コイル２１が背面の中央部に位置するように、２次コイル２１を背面プレート６２である裏蓋６３の内側に配設している。また、この図に示す充電台７０は、上面プレート７２の中心に位置決め凸部７４を設けている。このように、充電台７０の上面プレート７２の中心に位置決め凸部７４を設けて、携帯電子機器６０の背面プレート６２の中心に位置決め凹部６４を設ける構造は、携帯電子機器６０を充電台７０のセット位置にセットする状態で、携帯電子機器６０の縦横の向きや回転の向きに関係なく、携帯電子機器６０の中心を充電台７０の上面プレート７２の中心に位置するようにセットして、１次コイル１１と２次コイル２１とを理想的に電磁結合できる。

ただ、充電台は、図１７に示すように、上面プレート９２に位置決め凸部を設けることなく、携帯電子機器８０のセット位置を示す図形９９のみを表示することもできる。この充電台９０も、上面プレート９２に表示する図形９９を、前述の図９ないし図１５に示す模様として、上面プレート９２に内蔵した１次コイル１１の位置を推測しながら、携帯電子機器８０をセット位置にセットできる。さらに、図１７の充電台９０と携帯電子機器８０も、１次コイル１１と２次コイル２１を中心に配置している。すなわち、充電台９０は、上面プレート９２の中心部の内側に１次コイル１１を内蔵し、携帯電子機器８０は、背面の中央部に２次コイル２１を内蔵している。この構造の充電台９０と携帯電子機器８０も、携帯電子機器８０の縦横の向きや回転の向きに関係なく、携帯電子機器８０の中心を充電台９０の上面プレート７２の中心に位置するようにセットして、１次コイル１１と２次コイル２１とを理想的に電磁結合できる。

ただ、セット位置を示す図形は、必ずしも印刷によらず、発光ダイオード等の光源で携帯電子機器のセット位置を示す図形をラインや点光源の集合として表示することもできる。セット位置の図形表示は、ここに携帯電子機器をセットして、１次コイルと２次コイルを効率よく電磁結合して、電池を充電できる位置に表示される。

携帯電子機器２０は、充電台１０の１次コイル１１に電磁的に結合される２次コイル２１と、この２次コイル２１に誘導される電力で充電される電池３１を内蔵する。図３と図４の携帯電子機器２０は、パック電池３０に２次コイル２１と電池３１を内蔵している。この携帯電子機器２０は、裏蓋２３を背面プレート２２として、この裏蓋２３の背面プレート２２に位置決め凹部２４を設けている。裏蓋２３の背面プレート２２は、位置決め凹部２４を設けて、この位置の内面に内側突出部２５を設けている。内側突出部２５は、パック電池３０の中空部２６に配設される。したがって、パック電池３０は、裏蓋２３の背面プレート２２に設けている内側突出部２５を案内する中空部２６を設けている。ただし、本発明の携帯電子機器は、２次コイルと電池をパック電池に内蔵する構造には特定しない。携帯電子機器は、２次コイルと電池をケース内に脱着できない構造で内蔵し、あるいは電池のみを脱着できるパック電池に内蔵して、２次コイルをケースに脱着できない構造で内蔵することもできる。２次コイルをケースに内蔵して、電池を脱着できるパック電池に内蔵する携帯電子機器は、２次コイルとパック電池とを接点（図示せず）で接続して、２次コイルに誘導される電力で電池を充電する。

図４と図５のパック電池３０は、薄型電池である二次電池３１と、回路基板３２と、回路基板３２をカバーして定位置に配置するカバーケース３３とを備える。さらに、図のパック電池は、薄型電池である二次電池３１の表面に、２次コイル２１とスペーサ３５とを配置すると共に、全体の外側にプラスチックフィルム３６を付着して、これらを定位置に保持している。

電池３１は、リチウムイオン電池、又はポリマー電池である。ポリマー電池はリチウムポリマー電池である。ただし、電池は、ニッケル水素電池やニッケルカドミウム電池等の充電できる全ての電池とすることができる。さらに、電池は、厚さよりも幅の広い薄型電池であって、対向する２面を第１のフラット面３１ａと第２のフラット面３１ｂとしている。第１のフラット面３１ａと第２のフラット面３１ｂは四角形である。

回路基板３２は、電池３１の保護回路（図示せず）を実装している。保護回路は、電池３１の過電流を保護する回路、あるいは電池３１の過充電や過放電を防止する回路である。図５のパック電池は、リード板４２、４３を介して、電池３１の正負の電極に回路基板３２を連結している。図のパック電池は、一方の接続リードを保護素子４１として、リード板４２を介して、電池３１の電極端子面に設けた凸部電極に接続し、さらに、他方の接続リードをリード板４３として、電池３１の電極端子面に設けた平面電極に接続している。図のパック電池は、一方の接続リードを保護素子４１とするが、両方の接続リードをリード板とすることもできる。ただ、パック電池は、ＰＴＣや温度ヒューズ等の保護素子を回路基板に実装して、回路基板をリード板等で電池と連結することもできる。また、パック電池は、保護素子をＰＴＣに代わって温度ヒューズとし、一方の接続リードを温度ヒューズとして、回路基板を電池に連結することもできる。

回路基板３２は、リード板４２、４３を介して電池３１に連結される状態でカバーケース３３が連結されて、定位置に配置される。ただ、パック電池は、図示しないが、薄型電池と回路基板との間に基板ホルダを配設して、この基板ホルダを介して回路基板を定位置に保持することもできる。回路基板３２は、表面に出力端子４４を固定している。この出力端子４４は、カバーケース３３に設けた電極窓４５から外部に表出される。カバーケース３３は、プラスチック等の絶縁材を成形したもので、回路基板３２を配置する電池端面に連結している。

２次コイル２１は、線材を平面で渦巻き状に巻いた平面コイルである。さらに、２次コイル２１の平面コイルは、コアレスの空芯コイルである。平面コイルの２次コイル２１は、薄型電池の第１のフラット面３１ａに、電磁シールド膜３７を介して積層して固定される。この２次コイル２１は、パック電池３０を携帯電子機器２０にセットする状態で、背面プレート２２の内側にあって、背面プレート２２に接近して平行な姿勢で配設される。２次コイル２１の平面コイルは、中心の巻き径を、位置決め凹部２４の内径よりも大きく、正確には内側突出部２５の外形よりも大きくして、平面コイルの中心に中空部２６を設け、この中空部２６に位置決め凹部２４を配置している。図３のパック電池３０は、２次コイル２１の中空部２６に、背面プレート２２である裏蓋２３の内面に設けている内側突出部２５を挿入して、内側突出部２５と反対側の外面に設けている位置決め凹部２４を２次コイル２１の中空部２６に配設している。

図１８と図１９は、２次コイル２１、６１の線材の断面斜視図である。これ等の図に示す２次コイル２１、６１の線材は、複数の絶縁金属線２８、６８を並列に接続している。この図は、互いに並列に接続される複数の絶縁金属線２８、６８を同じ方向のハッチングで示し、さらに鎖線で囲んでいる。鎖線は線材の区画を明確にするものであって、現実の２次コイルにはない。絶縁金属線２８、６８は表面を絶縁皮膜で絶縁しているホルマル線やエナメル線である。複数本の絶縁金属線２８、６８は、薄型電池の第１のフラット面３１ａに平行に並べられて、渦巻き状に巻かれて空芯の平面コイルとしている。

図１８と図１９の２次コイル２１、６１は、４本の絶縁金属線２８、６８を第１のフラット面に平行に並べて、同心円の渦巻き状に巻いて２段の平面コイルとしている。４本の絶縁金属線２８、６８は、その両端で接続されて互いに並列に接続される。この２次コイル２１、６１の厚さは、平面コイルを２段に積層するので、２本の絶縁金属線２８、６８の太さとなり、電流容量は並列に接続している絶縁金属線２８、６８の本数倍、すなわち４倍となる。したがって、図１８と図１９の２次コイル２１、６１は、並列に接続する絶縁金属線２８、６８の本数を多くして、厚さを同じにして、電流容量を数倍と大きくできる。図１８の２次コイル２１は、絶縁金属線２８の断面形状を円形とする。図１９の２次コイル６１は、絶縁金属線６８の断面形状を四角形とする。この２次コイル６１は、絶縁金属線６８の間にできる空隙を少なくして隣接できるので、１本の絶縁金属線６８の断面積を大きくして、電流容量を大きくできる。

さらに、図２０の断面図に示す２次コイル８１の線材は、表面を絶縁皮膜で絶縁している絶縁金属線８８が、その断面形状を円形としない。この絶縁金属線８８は、薄型電池の第１のフラット面に平行な横幅をフラット面に直交する厚さよりも広くしている。図の絶縁金属線８８は断面形状を長方形として、長辺を第１のフラット面と平行とする姿勢で、渦巻き状に巻いて平面コイルとしている。この構造の２次コイル８１は、絶縁金属線８８の横幅を広くして、平面コイルの厚さに対する電流容量を大きくしている。たとえば、厚さに対して横幅を４倍とする絶縁金属線８８は、断面形状を円形とする絶縁金属線８８の平面コイルと同じ厚さとして、電流容量を４倍以上に大きくできる。したがって、この構造の２次コイル２１は、横幅を広くすることで、厚さを変えることなく電流容量を大きくできる。

電流容量の大きい２次コイル２１を備えるパック電池３０は、磁気誘導作用で電力を供給する１次コイル１１に大電力を供給して、二次電池３１を大電流で急速充電できる。１次コイル１１から大電力を供給して急速充電されるパック電池３０は、磁気誘導作用で外装缶に流れる渦電流も大きくなる。このため、渦電流で外装缶を加熱される等の弊害がある。この弊害を防止するために、２次コイル２１と薄型電池の第１のフラット面３１ａとの間に電磁シールド膜３７を設けている。

電磁シールド膜３７は、１次コイル１１から受ける磁力線を磁気シールドして、二次電池３１の悪影響を防止する。電磁シールド膜３７は、１次コイル１１による磁力線を遮蔽するために、透磁率の大きい材料、たとえばアモルファス金属でシート状に製作される。シート状の電磁シールド膜３７は、薄型電池の第１のフラット面３１ａに積層され、この電磁シールド膜３７の上に２次コイル２１が積層される。電磁シールド膜３７は、第１のフラット面３１ａをカバーする形状、すなわち、第１のフラット面３１ａと同じ四角形としている。電磁シールド膜３７は、第１のフラット面３１ａの全面ないしほぼ全面をカバーする。

以上のように、電磁シールド膜３７を介して二次電池３１に２次コイル２１を配設する構造は、磁力線の影響、たとえば二次電池３１の外装缶に渦電流が流れて加熱される等の悪影響を有効に防止できると共に、１次コイル１１から放射される磁力線が二次電池３１に影響を受けないので、１次コイル１１から２次コイル２１に伝送できる電力効率を高くできる特長もある。

スペーサ３５は、第１のフラット面３１ａに積層されるシート状、もしくは薄い板状で、第１のフラット面３１ａと同じ四角形に成形される。図５のスペーサ３５は、その中心部に２次コイル２１を嵌着する嵌合穴３５Ａを両面を貫通して設けている。嵌合穴３５Ａは、ここに２次コイル２１を入れて、すなわち嵌着して定位置に配置する。したがって、嵌合穴３５Ａは、２次コイル２１を入れることができるように、２次コイル２１の外形よりもわずかに大きく、たとえば、２次コイル２１の外形よりも０．２ｍｍ〜１ｍｍ大きくしている。図５のスペーサ３５は、２次コイル２１の引出線２７を配置するように、嵌合穴３５Ａの一部を切欠して引出部３５Ｂとしている。渦巻き状に巻かれた平面コイルの２次コイル２１は、中心と外周に引出線２７がある。スペーサ３５は、これらの引出線２７を平面コイルから引き出するために、引出部３５Ｂを設けている。２次コイル２１の引出線２７は、引出部３５Ｂから引き出されて、回路基板３２に接続される。さらに、スペーサ３５の厚さは、２次コイル２１の厚さと等しくする。このスペーサ３５は、嵌合穴３５に２次コイル２１を入れて、２次コイル２１の外側面とスペーサ３５の外周表面とを同一面とすることができる。

プラスチックフィルム３６は、可撓性のあるプラスチック製の絶縁シートやラベルである。このプラスチックフィルム３６は、接着材を介して電池３１とカバーケース３３に接着され、あるいは粘着層を介して接着される。プラスチックフィルム３６は、薄型電池の第１のフラット面３１ａ及び第２のフラット面３１ｂと、両側面の表面に接着される。さらに、プラスチックフィルム３６は、第１のフラット面３１ａ側に付着される面の中心部であって、２次コイル２１の中心穴と対向する位置に凹部３８を設けて、この凹部３８の内側を中空部２６としている。ただ、プラスチックフィルムは、２次コイルの中心穴と対向する位置に貫通穴を設けて、この貫通穴の内部であって、２次コイルの中心部分を中空部とすることもできる。プラスチックフィルムに設ける凹部や貫通穴は、電池に付着する前に設けることも、付着した後に設けることもできる。

以上のパック電池は、外周面をプラスチックフィルム３６で被覆して組み立てられる。ただ、パック電池は、電池の外周をカバーする枠ケースを備えることもできる。この枠ケースは、全体をプラスチックで一体的に成形して製作することができる。

以上のパック電池は、以下の工程で組み立てられる。
（１）薄型電池の第１のフラット面３１ａに電磁シールド膜３７が固定される。電磁シールド膜３７は、表面に設けた粘着層で第１のフラット面３１ａに固定される。
（２）スペーサ３５を、電磁シールド膜３７の表面に固定する。スペーサ３５は、たとえば、電磁シールド膜３７の表面に設けた粘着層に接着される。すなわち、スペーサ３５は、電磁シールド膜３７を介して第１のフラット面３１ａに接着して固定される。
（３）スペーサ３５の嵌合穴３５Ａに２次コイル２１がセットされて、薄型電池の第１のフラット面３１ａに固定される。２次コイル２１は、電磁シールド膜３７の粘着層を介して第１のフラット面３１ａの定位置に配置される。このとき、２次コイル２１の引出線２７は、スペーサ３５の引出部３５Ｂから引き出される。
（４）電池３１の電極端面の定位置に回路基板３２がセットされる。回路基板３２は、リード板４２、４３を介して、電池３１の正負の電極にスポット溶接などの方法で接続される。さらに、このとき、２次コイル２１の引出線２７も回路基板３２に接続される。
（５）回路基板３２の外側にカバーケース３３が連結される。
（６）以上のように組み立てられた電池組立の外側にプラスチックフィルム３６が付着されてパック電池となる。

本発明の一実施例にかかる充電台と携帯電子機器を示す斜視図である。図１に示す充電台と携帯電子機器のセット状態を示す斜視図である。図２に示す充電台と携帯電子機器の連結状態を示す断面図である。図１に示す携帯電子機器からパック電池を取り出した状態を示す分解斜視図である。図４に示すパック電池の分解斜視図である。本発明の一実施例にかかる充電台と携帯電子機器のブロック図である。位置センサが１次コイルの位置ずれを検出する状態を示すグラフである。本発明の他の実施例にかかる充電台と携帯電子機器を示す斜視図である。充電台の上面プレートに表示する図形の他の一例を示す平面図である。充電台の上面プレートに表示する図形の他の一例を示す平面図である。充電台の上面プレートに表示する図形の他の一例を示す平面図である。充電台の上面プレートに表示する図形の他の一例を示す平面図である。充電台の上面プレートに表示する図形の他の一例を示す平面図である。充電台の上面プレートに表示する図形の他の一例を示す平面図である。充電台の上面プレートに表示する図形の他の一例を示す平面図である。図１４に示す充電台に携帯電子機器をセットする状態を示す斜視図である。本発明の他の実施例にかかる充電台と携帯電子機器を示す斜視図である。２次コイルの一例を示す拡大断面斜視図である。２次コイルの他の一例を示す拡大断面斜視図である。２次コイルの他の一例を示す拡大断面斜視図である。

符号の説明

１０、５０、７０、９０…充電台
１１…１次コイル
１２、５２、７２、９２…上面プレート
１３…コア
１３Ａ…円柱部
１３Ｂ…円筒部
１４、７４…位置決め凸部
１５…交流電源
１６…位置センサ
１７…発光ダイオード
１８…スピーカー
２０、６０、８０…携帯電子機器
２１、６１、８１…２次コイル
２２、６２、８２…背面プレート
２３、６３…裏蓋
２４、６４…位置決め凹部
２５…内側突出部
２６…中空部
２７…引出線
２８、６８、８８…絶縁金属線
３０…パック電池
３１…電池
３１ａ…第１のフラット面
３１ｂ…第２のフラット面
３２…回路基板
３３…カバーケース
３５…スペーサ
３５Ａ…嵌着穴
３５Ｂ…引出部
３６…プラスチックフィルム
３７…電磁シールド膜
３８…凹部
４１…保護素子
４２…リード板
４３…リード板
４４…出力端子
４５…電極窓
５９、７９、９９…図形
７９Ａ…図形
７９Ｂ…図形
７９Ｃ…図形
７９Ｄ…図形
７９Ｅ…図形
７９Ｆ…図形
７９Ｇ…図形

Claims

交流電源(15)に接続してなる１次コイル(11)を内蔵する充電台(10)、(70)と、この充電台(10)、(70)の１次コイル(11)に電磁結合される２次コイル(21)を備え、かつこの２次コイル(21)に誘導される電力で充電される充電できる電池(31)とを備える携帯電子機器(20)、(60)とからなり、
充電台(10)、(70)は、携帯電子機器(20)、(60)を脱着自在に載せる平面状の上面プレート(12)、(72)を上面に有し、この上面プレート(12)、(72)の特定部分に交流磁束を誘導するように１次コイル(11)を内蔵しており、
携帯電子機器(20)、(60)は、充電台(10)、(70)の上面プレート(12)、(72)に載せる平面状の背面プレート(22)、(62)を有すると共に、この背面プレート(22)、(62)の内側に２次コイル(21)を配設しており、
さらに、充電台(10)、(70)は、上面プレート(12)、(72)に位置決め凸部(14)、(74)を有し、この位置決め凸部(14)、(74)に嵌合される位置決め凹部(24)、(64)を携帯電子機器(20)、(60)の背面プレート(22)、(62)に設けており、
さらにまた、前記２次コイル(21)は、線材を平面に渦巻き状に巻いた空芯の平面コイルであって、この平面コイルの２次コイル(21)が、背面プレート(22)、(62)の内側に背面プレート(22)、(62)と平行な姿勢で配置されると共に、２次コイル(21)である平面コイルは中心の巻き径を位置決め凹部(24)、(64)の内径よりも大きくして、平面コイルの中心に中空部(26)を設けて、この中空部(26)に位置決め凹部(24)、(64)を設けており、
充電台(10)、(70)の位置決め凸部(14)、(74)を携帯電子機器(20)、(60)の位置決め凹部(24)、(64)に案内して、１次コイル(11)と２次コイル(21)を電磁結合して、１次コイル(11)から２次コイル(21)に交流電力を供給して携帯電子機器(20)、(60)の電池(31)を充電するようにしてなる充電台と携帯電子機器。
充電台(10)、(70)が、上面プレート(12)、(72)の全面を平面状としている請求項１に記載される充電台と携帯電子機器。
交流電源(15)に接続してなる２次コイル(21)を内蔵する充電台(50)、(70)、(90)と、この充電台(50)、(70)、(90)の１次コイル(11)に電磁結合される２次コイル(21)を備え、かつこの２次コイル(21)に誘導される電力で充電される充電できる電池(31)とを備える携帯電子機器(20)、(60)、(80)とからなり、
充電台(50)、(70)、(90)は、携帯電子機器(20)、(60)、(80)を脱着自在に載せる平面状の上面プレート(52)、(72)、(92)を上面に有し、この上面プレート(52)、(72)、(92)の特定部分に交流磁束を誘導するように１次コイル(11)を内蔵しており、
携帯電子機器(20)、(60)、(80)は、充電台(50)、(70)、(90)の上面プレート(52)、(72)、(92)に載せる平面状の背面プレート(22)、(62)、(82)を有すると共に、この背面プレート(22)、(62)、(82)の内側に２次コイル(21)を配設しており、
充電台(50)、(70)、(90)の上面プレート(52)、(72)、(92)に、携帯電子機器(20)、(60)、(80)を載せる位置を示すセット位置を図形(59)、(79)、(99)で表示しており、このセット位置に合わせて上面プレート(52)、(72)、(92)に携帯電子機器(20)、(60)、(80)が載置されて、１次コイル(11)と２次コイル(21)が電磁結合されて、１次コイル(11)から２次コイル(21)に交流電力を供給して携帯電子機器(20)、(60)、(80)の電池(31)を充電するようにしてなる充電台と携帯電子機器。
交流電源(15)に接続してなる２次コイル(21)を内蔵する充電台(10)と、この充電台(10)の１次コイル(11)に電磁結合される２次コイル(21)を備え、かつこの２次コイル(21)に誘導される電力で充電される充電できる電池(31)とを備える携帯電子機器(20)とからなり、
充電台(10)は、携帯電子機器(20)を脱着自在に載せる平面状の上面プレート(12)を上面に有し、この上面プレート(12)の特定部分に交流磁束を誘導するように１次コイル(11)を内蔵しており、
携帯電子機器(20)は、充電台(10)の上面プレート(12)に載せる平面状の背面プレート(22)を有すると共に、この背面プレート(22)の内側に２次コイル(21)を配設しており、充電台(10)が、携帯電子機器(20)のセット位置を検出する位置センサ(16)を内蔵しており、
この位置センサ(16)が携帯電子機器(20)を載せる位置を検出して表示するようにしてなる充電台と携帯電子機器。
交流電源(15)に接続してなる２次コイル(21)を内蔵する充電台(10)と、この充電台(10)の１次コイル(11)に電磁結合される２次コイル(21)を備え、かつこの２次コイル(21)に誘導される電力で充電される充電できる電池(31)とを備える携帯電子機器(20)とからなり、
充電台(10)は、携帯電子機器(20)を脱着自在に載せる平面状の上面プレート(12)を上面に有し、この上面プレート(12)の特定部分に交流磁束を誘導するように１次コイル(11)を内蔵しており、
携帯電子機器(20)は、充電台(10)の上面プレート(12)に載せる平面状の背面プレート(22)を有すると共に、この背面プレート(22)の内側に２次コイル(21)を配設しており、充電台(10)が、携帯電子機器(20)のセット位置を検出する位置センサ(16)を内蔵しており、
この位置センサ(16)が携帯電子機器(20)を載せる位置を検出し、携帯電子機器(20)を載せる位置がセット位置からずれると、位置ずれ警報を発するようにしてなる請求項４に記載される充電台と携帯電子機器。
前記位置センサ(16)が携帯電子機器(20)を載せる位置を検出し、携帯電子機器(20)を載せる位置がセット位置にあると正常表示をするようにしてなる請求項４に記載される充電台と携帯電子機器。
位置センサ(16)が、１次コイル(11)に流れる電流、１次コイル(11)の消費電力、１次コイル(11)の共振周波数、１次コイル(11)のインピーダンスのいずれかを検出して、携帯電子機器(20)の位置を検出する請求項４に記載される充電台と携帯電子機器。