JP2010088178A - 充電装置及び充電方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、携帯装置等の機器に対する非接触方式の充電装置に関し、充電対象物に対して、所定の充電可能位置に充電装置を移動させて、充電装置に対して人為的な操作を介在することなく自動的な充電を可能にし、また、充電効率の向上を図ることにある。
【解決手段】非接触方式の充電装置４が位置検出要求信号を発信し、その信号を受信した充電対象物６から信号の受信電界強度の測定結果を受け取り、その測定結果を利用して充電対象物の位置を特定し、充電装置を移動させる。そして、充電装置と充電対象物との間で生じた誘導起電力を測定し、その測定結果を利用して、充電位置の調整を行う構成である。
【選択図】図１

Description

本発明は、携帯装置等の機器に搭載されたバッテリを充電する非接触充電装置に関し、特に、充電対象物の位置や充電状態に応じて最適充電を行う充電装置及び充電方法に関する。

従来、例えば、電気シェーバやコードレス電話機等の機器の充電では、充電器側に給電用の接点を持たない非接触方式が採られている。このような非接触方式の充電では、機器を専用の充電ホルダ等に収めなければ充電することができなかった。

非接触方式の充電について、特許文献１には、２次側装置に１次側装置の送電用コイルからの電力を受ける受電用コイルの他、誘電用コイルが設けられ、２次側装置の演算装置は、２次電池の容量低下が検出されると、誘電用コイルで検出された送電用コイルからの電磁界成分に基づいて１次側装置の存在方向を探り出し、２次側装置を自走制御し、これにより、２次側装置は、１次側装置の近接した位置に誘導され、受電用コイルは送電用コイルから２次電池を充電するに充分な電力を受信できることが開示されている。

また、非接触方式の充電であって、異なる機器に対して充電可能な構成として、特許文献２には、共用クレードルは内部にコイルを含む送電モジュールを備えるとともに商用電圧が供給されており、ＰＤＡは内部にコイルを含む受電モジュールを備え、ＰＤＡを共用クレードル上に載置することでＰＤＡ内のコイルと共用クレードル内のコイルとの間で磁気結合が発生して、共用クレードルに供給される商用電圧に基づいてＰＤＡ内のコイルの両端に電圧が誘起され、ＰＤＡに電力が供給され、このとき、共用クレードルとＰＣとの間でデータ通信可能である構成とすることでＰＣとＰＤＡとの間でデータ伝送を行うことが開示されている。

また、特許文献３には、非接触充電装置が、レギュレータ回路に接続された一次コイルを有する非接触送電装置と、この非接触送電装置内の一次コイルと磁気結合する二次コイルに接続された整流手段をモジュール化した非接触受電モジュールとを有し、非接触受電モジュールの整流手段を介して、複数の携帯用電子機器内の二次電池を充電するようにした非接触充電装置及び非接触充電システム並びに非接触充電方法が記載されている。

非接触方式の充電装置を移動可能に構成することについて、特許文献４には、Ｙ軸方向移動部材のような可動部に負荷とともに移動可能に充電式電池を取付け、この充電式電池が負荷とともにホームポジションに配置されているとき、この充電式電池を常に充電用電源部によって非接触式で充電可能な非接触充電式電源装置が記載されている。
特開２００１−１５５９４４号公報 特開２００６−１４１１７０号公報 特開２００６−３１４１８１号公報 特開平６−１５３４１１号公報

ところで、非接触方式の充電装置として、平面パネル状に構成したものがあるが、その場合、パネル上の限られた範囲内に充電対象物を置く必要があるので、充電可能範囲が制限されることになり、また、充電可能範囲を広げようとすれば、その分、充電用の一次コイルを増やして配置しなければならないという課題があった。

また、充電対象物に移動手段を設け、充電装置側へと誘導する構成では、充電対象物に駆動用のモータやローラ等を付加する必要があり、携帯装置等の小型化された機器に搭載するのが困難であるという問題がある。さらに、充電される側の装置を移動させる場合、移動分の電池が消耗するので、充電器に到達させるための電力を確保しておかなければならず、電池の電力残量が０になった場合には、充電が行えなくなるという問題もある。

斯かる要求や課題について、特許文献１〜４にはその開示や示唆はなく、それを解決する構成等についての開示や示唆はない。

そこで、本発明の目的は、充電対象物や充電装置に対して、人為的な操作を介在することなく自動的に充電する充電環境を提供することにある。

また、本発明の他の目的は、充電対象物に対し、充電装置側を移動させることで、確実に充電処理を行い、また、充電効率の向上を図ることを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、非接触方式の充電装置であって、位置検出信号を受信した充電対象から前記位置検出信号の無線電界強度の測定結果を受信し、その測定結果から充電対象の位置を特定して移動する。そして、充電処理を開始したら、充電対象からの誘導起電力の測定結果を受信し、その測定結果に応じて、充電装置の位置を調整する構成である。斯かる構成とすれば、ユーザが、充電対象を充電装置の所定の充電可能な位置まで持って行く必要がない。また、電界強度を確認して、最も効率の良い位置に充電装置を移動させるので、効率的な充電が可能である。

そこで、上記目的を達成するため、本発明は、被充電側と非接触により充電を行う充電装置であって、充電対象との間で信号の送受を行う無線通信手段と、前記充電対象から通知された前記信号の電界強度から前記充電対象の位置を検出する位置検出手段と、前記充電対象の位置に前記充電装置を移動する移動手段と、前記充電対象の位置に到達した際に充電を開始させる充電制御手段とを備える構成である。

斯かる構成によれば、人為的な操作を介在することなく自動的に充電が行え、また、充電効率の向上を図ることができ、上記目的を達成することができる。

上記目的を達成するためには、上記の充電装置において、好ましくは、前記充電対象に供給される起電力の状態を判定する判定手段を備え、前記充電制御手段は、前記判定手段の判定結果に応じて前記移動手段を制御して最適位置を調整する構成としてもよい。斯かる構成によっても、上記目的を達成することができる。

上記目的を達成するため、本発明は、被充電側と非接触により充電を行う充電方法であって、充電対象との間で信号の送受を行うステップと、前記充電対象から通知された前記信号の電界強度から前記充電対象の位置を検出するステップと、前記充電対象の位置に充電装置を移動するステップと、前記充電対象の位置に到達した際に充電を開始させるステップとを含む構成である。斯かる構成によれば、上記目的を達成することができる。

本発明によれば、次のような効果が得られる。

(1) 充電を必要とする例えば、機器のユーザが、充電のために機器を身体から離す場合において、充電装置の位置を意識しなくても充電を行うことができる。

(2) コイル間の起電力測定により、充電対象に対する充電装置の位置を最適に調整することができ、充電効率を上げることができる。

(3) 従来の非接触方式の充電装置に対し、充電可能な範囲が広くなる。

(4) 充電対象側を移動させないので、充電装置への移動中に充電対象が電池切れにより充電できなくなるということがなく、確実に充電を行うことができる。

そして、本発明の他の目的、特徴及び利点は、添付図面及び各実施の形態を参照することにより、一層明確になるであろう。

〔第１の実施の形態〕

第１の実施の形態について、図１を参照する。図１は、第１の実施の形態に係る非接触充電システムの構成を示す図である。図１に示す構成は一例であって、これに限定されるものではない。

この充電システム２は、非接触方式による充電システムであって、電力供給を行う充電手段である充電装置４と、充電対象物である機器６とで構成される。この非接触方式の充電では、充電装置４及び機器６のそれぞれに備えたコイルに、電磁誘導による起電力を発生させて充電を行う。また、この充電システム２では、充電を要する機器６に対して、充電装置４を最適な充電位置へと移動させる構成である。

この充電装置４は、例えば、機器６に対して起電力を発生させる一次コイル８、双方向無線通信処理部１０、充電判定部１２、移動用ローラ１４、移動制御部１６で構成される。双方向無線通信処理部１０は、双方向無線通信送受信部１８、双方向無線通信メッセージ処理部２０、充電対象物認証判定部２２で構成され、充電判定部１２は、電磁界強度判定部２４、充電状態判定部２６で構成され、電磁界強度判定部２４は、誘導起電力判定部２８、無線電界強度判定部３０で構成される。移動制御部１６は、ローラ制御部３２、ローラ駆動部３４で構成される。

一次コイル８は、充電装置４の電流供給手段として、例えば、充電装置４の外部にある交流電源３６から電流の供給を受けることで磁束を発生させ、充電を受ける機器６側の二次コイル３８側に電磁誘導によって起電力を発生させる。なお、充電処理の電流供給手段は、外部の交流電源３６に限られず、充電装置４に充電用のバッテリ等を備えるようにしてもよい。

双方向無線通信処理部１０は、充電装置４と機器６との間の双方向無線通信を行う無線通信手段であって、無線通信の制御の他、充電判定部１２側に、機器６側から受信した充電状態や電磁界強度の測定結果等を送信する。双方向無線通信送受信部１８は、充電装置４に備えたアンテナ４０と接続され、機器６側と双方向無線通信を行う。双方向無線通信メッセージ処理部２０は、後述するように、充電を要する機器６との間で送受信するメッセージの作成や、機器６から受信したメッセージの解読処理等を行う。充電対象物認証判定部２２は、機器６との通信を行う際に、機器６が充電対象として適切か否かの認証処理を行う構成である。

充電判定部１２は、機器６側で測定された電磁界強度や充電状態の測定結果を判定する判定手段であるとともに、その判定結果を用いて、後述する機器の位置検出を行う位置検出手段でもあり、また、充電位置の調整等を行う位置調整手段でもある。さらに、充電装置４の移動、及び位置調整により、充電の最適位置に到達した際に充電処理を開始させる等の充電処理の制御を行う充電制御手段も構成する。

電磁界強度判定部２４は、充電装置４側で発した無線通信の電界強度について、機器６側で測定された測定結果から電界強度の判定を行う判定手段である。また、充電状態判定部２６は、充電を受ける機器６側で測定された充電状態の測定結果を受け、その測定結果から充電の必要可否の判定を行う判定手段である。この充電状態判定部２６で機器６の充電用バッテリ４２が完全充電された状態であると判断されると、一次コイル８に接続された交流電源３６からの電源供給を切断する。

また、電磁界強度判定部２４の誘導起電力判定部２８は、機器６側で測定された誘導起電力を判定する判定手段である。無線電界強度判定部３０は、充電装置４から発した無線通信の無線電界強度を判定する手段である。これら誘導起電力の判定結果や、無線電界強度の判定結果を利用して、機器６の位置を特定し、充電装置４の位置を調整する。

移動用ローラ１４は、充電装置４の移動手段であって、例えば、充電装置４の底部側の２箇所に、車輪等が構成される。移動制御部１６は、移動用ローラ１４の動作制御を行うローラ制御部３２や、移動用ローラ１４を駆動させるための、例えばモータ等で構成されたローラ駆動部３４を備えている。そして、この移動制御部１６により、電磁界強度判定部２４で判定された、充電装置４と機器６との間で発生する磁束による起電力、又は双方向無線通信の電界強度に応じて、移動用ローラ１４を動作させて、充電装置４を移動させることで機器４に対する充電位置の最適化を図ることができる。

充電対象物側の構成として、機器６は、例えば、二次コイル３８、充電用バッテリ４２、双方向無線通信処理部４４、充電測定部４６で構成される。充電測定部４６は、充電状態測定部４８、電磁界強度測定部５０で構成され、この電磁界強度測定部５０は、無線電界強度測定部５２、誘導起電力測定部５４で構成されている。また、双方向無線通信処理部４４は、双方向無線通信送受信部５６、双方向無線通信メッセージ処理部５８、認証処理部６０で構成されている。

二次コイル３８には、一次コイル８との間で発生した磁束により、起電力が生じ、この起電力を充電用バッテリ４２に送ることで、機器６の充電を行う。

双方向無線通信処理部４４は、充電装置４側の双方向無線通信処理部１０との間で無線通信を行い、充電状態や電磁界強度の測定結果等の送信、充電装置４側からの指示等の受信等を行う。双方向無線通信送受信部５６は、機器６のアンテナ６２を用いて、充電装置４との通信の送受信を行う。双方向無線通信メッセージ処理部５８は、充電装置４側との間の送信メッセージの作成や、受信メッセージの解読等を行う。また、認証処理部６０は、充電対象物認証判定部２２との間で、認証情報の送受信等を行う構成である。

充電測定部４６の充電状態測定部４８は、機器６の充電用バッテリ４２の充電状態を測定する。

電磁界強度測定部５０の誘導起電力測定部５４は、充電装置４の一次コイル８と機器６側の二次コイル３８との間で発生した磁束による誘導起電力の測定を行う。また、無線電界強度測定部５２は、双方向無線通信送受信部１８、５６間の無線通信の無線電界強度の測定を行う。

そして、機器６の充電状態測定部４８や電磁界強度測定部５０での測定結果は、双方向無線通信処理部４４、１０を経由して充電判定部１２に送られ、判定処理される。

次に、充電システム、充電方法及び充電プログラムの処理について、図２、図３、図４、図５及び図６を参照する。図２、図３、図４、図５及び図６は、充電システムにおける充電処理のシーケンスである。各図において、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ及びＨは各フローチャート間の連結子である。なお、図２、図３、図４、図５及び図６に示す処理内容、処理手順は一例であって、これに限定されるものではない。

この充電システム２における充電処理では、例えば、充電装置４による機器６の位置検出及び移動処理（処理Ｆ１）、充電の要否の確認処理（処理Ｆ２）、認証処理（処理Ｆ３）、充電位置の調整処理（処理Ｆ４）、充電処理（処理Ｆ５）で構成される。

充電装置４側から充電を要する機器６側に対して位置検出信号を送信し、その位置検出信号を受けた機器６側から充電装置４側に対して返信メッセージを送信することで、機器６の位置を特定し、機器６の位置まで充電装置４を移動させる。機器６の位置特定には、充電装置４から発した位置検出信号の受信電界強度を利用する。即ち、充電装置４と機器６との間でメッセージの送受信を繰り返すことで、充電位置の特定を行う（処理Ｆ１）。

次に、機器６に対して充電の要否に関するメッセージの送受信（処理Ｆ２）、充電対象であるか否かのメッセージの送受信（処理Ｆ３）を行う。

充電処理では、二次コイル３８に発生した起電力の測定結果について、メッセージの送受信を行い、測定結果に応じて充電装置４の位置を最適位置に調整する（処理Ｆ４）。適正な充電位置への調整が完了したら、充電処理を開始し（処理Ｆ５）、機器６側での充電状態の測定結果に関してメッセージの送受信を行い、その測定結果に応じて充電の完了処理を終了する。

以上の処理内容について、説明する。

まず、充電装置４による機器６の位置検出及び移動処理（処理Ｆ１）を行う。充電装置４を起動させると（ステップＳ１０１）、充電装置４の双方向無線通信送受信部１８から充電対象物である機器６に対し、位置検出要求信号の定期連続送信を開始する（ステップＳ１０２）。この位置検出要求信号は、充電装置４が、充電を要する機器６を探すためのサーチ信号であり、例えば、この信号を受信した機器６に対して、この信号の受信時の電界強度を測定し、その測定結果を充電装置４に対して発信させるリクエストメッセージが含まれている。

位置検出要求信号の送信とともに、機器６の位置を探索するためのスキャンを開始する（ステップＳ１０３）。このスキャン処理では、上記のように、機器６側からの双方向無線通信の検出を行っている。また、スキャン処理では、移動制御部１６により移動用ローラ１４を起動させ（ステップＳ１０４）、充電装置４の移動を開始させる（ステップＳ１０５）。

機器６側では、充電装置４からの位置検出要求信号を受信すると（ステップＳ１０６）、その位置検出要求信号に含まれるメッセージに従い、位置検出要求信号の受信電界強度を測定する（ステップＳ１０７）。そして、その受信電界強度の測定結果を双方向無線通信により、充電装置４側へと定期連続送信をする（ステップＳ１０８）。この電界強度の測定結果の送信は、例えば、充電装置４側から機器６側に送信された送信メッセージに対して、機器６の発見と、その位置を知らせるための返信メッセージである。従って、確実に充電装置４が受信するように、定期連続送信を行っている。

充電装置４側では、機器６からの受信電界強度結果信号を受信すると（ステップＳ１０９）、受信電界強度閾値判定を行う（ステップＳ１１０）。即ち、充電装置４と機器６との距離に応じて受信電界強度の測定結果が変化するため、充電可能な距離として、電界強度に閾値を設け、その閾値以上の電界強度になる位置まで、充電装置４を移動させる（ステップＳ１１０のＮＧ）。

そして、閾値以上の電界強度になり（ステップＳ１１０のＯＫ）、そのことを充電装置４が認識すれば（ステップＳ１１１）、機器６が充電装置４の直近にあるということが判り、機器６の位置を特定できる（ステップＳ１１２）。その時点で、充電装置４によるスキャンを停止させ（ステップＳ１１３）、移動制御部１６により移動用ローラ１４を停止させる（ステップＳ１１４）。

以上の処理により、充電装置４による機器６の位置検出及び移動処理（処理Ｆ１）が完了する。

次に、充電の要否に関するメッセージの送受信（処理Ｆ２）を行う。処理Ｆ２は、図３に示すように、位置検出により発見した機器６が、充電を必要としているか否かの判断を行う処理である。

充電装置４は、双方向無線通信により、機器６に対して、充電開始要求信号を送信する（ステップＳ１１５）。この充電開始要求信号には、機器６側に対して、充電処理が必要か否かの判断処理を実行し、その要否を返信させるメッセージが含まれる。機器６側では、その充電装置４からの充電開始要求信号を受信したら（ステップＳ１１６）、充電必要可否を判断し（ステップＳ１１７）、充電が必要（ステップＳ１１７のＯＫ）なら、双方向無線通信により、充電装置４へ充電開始応答信号を送信する（ステップＳ１１８）。そして、充電装置４側が、充電開始応答信号を受信すると（ステップＳ１１９）、充電の要否に関するメッセージの送受信（処理Ｆ２）を終了して、次の処理Ｆ３へと移行する。

また、充電が不要な場合（ステップＳ１１７のＮＧ）には、充電処理を終了する。なお、充電処理が不要な場合にも、充電装置４側に対して、充電不要のメッセージを含んだ応答信号を送信するようにしてもよい。

充電の要否に関する確認処理（処理Ｆ２）が終わると、その機器６が充電対象として適切か否かの認証処理（処理Ｆ３）に移行する。

認証処理では、充電装置４から機器６側に対して、双方向無線通信により、認証要求信号を送信する（ステップＳ１２０）。この認証要求信号には、例えば、機器６側に対して、認証処理を行い、その結果を返信させる指示や、認証に必要な充電装置４の認証情報等のリクエストメッセージを含んでいる。

機器６側では、充電装置４からの認証要求信号を受信すると（ステップＳ１２１）、双方向無線通信処理部４４の認証処理部６０において認証処理を行う（ステップＳ１２２）。この認証処理では、例えば、充電装置４からの認証情報等から、機器６と充電装置４が対応するか否かの認証や、その他、充電装置４と機器６とに登録されているユーザが一致するか否か等の認証を行ってもよい。認証処理を行ったら、機器６から充電装置４側に対して認証応答信号として、認証結果を含んだメッセージを送信する（ステップＳ１２３）。

充電装置４側では、機器６からの認証応答信号を受信すると（ステップＳ１２４）、機器６側で行われた認証結果の判定を行う（ステップＳ１２５）。この判定処理において、認証結果に問題がなければ（ステップＳ１２５のＯＫ）、認証処理（Ｆ３）を終了し、次の処理に移行する。また、認証結果に問題がある場合（ステップＳ１２５のＮＧ）には、機器６が充電対象として適切でないと判断して、充電処理を終了する。

次に、充電装置４の位置調整処理（処理Ｆ４）に移行する。処理Ｆ４では、充電状態と同様に、充電装置４と機器６との間に磁束を発生させ、機器６側に生じた起電力の測定を行う。そして、この測定結果から、機器６に対する充電装置４の位置を調整し、より充電効率の良い位置へと充電装置４を移動させる処理である。

充電装置４側では、一次コイル８を起動させる（ステップＳ１２６）と、電磁誘導により、機器６側の二次コイル３８に起電力が発生する（ステップＳ１２７）。そして、この発生した起電力を機器６側の誘導起電力測定部５４で測定し（ステップＳ１２８）、測定結果を双方向無線通信を用いて、充電装置４に定期連続送信する（ステップＳ１２９）。充電装置４の位置調整は、この起電力の測定結果を利用して行うので、機器６側では、起電力測定（ステップＳ１２８）及び測定結果の送信（ステップＳ１２９）を繰り返し行う。

充電装置４側では、機器６側からの二次コイル３８の起電力測定結果信号を受信する（ステップＳ１３０）。そして、受信した起電力測定結果を元に、誘導起電力判定部２８において判定し、機器６との位置の微調整を開始する（ステップＳ１３１）。充電装置４の位置の微調整では、移動制御部１６により移動用ローラ１４を起動させ（ステップＳ１３２）、充電装置４の移動を開始する（ステップＳ１３３）。充電装置４の調整では、例えば、誘導起電力判定部２８での判定結果と、移動制御部１６の制御情報から、充電装置４を移動させる方向を決定するようにしてもよい。

機器６側では、継続して二次コイル３８に発生する起電力を測定し、その測定結果を充電装置４側へと定期連続送信する（ステップＳ１３４）。

充電装置４では、機器６側から定期的に送信されてくる二次コイル３８の起電力測定結果信号を受信すると（ステップＳ１３５）、その測定結果について起電力閾値判定を行う（ステップＳ１３６）。そして、この判定において、起電力が閾値を越えた場合（ステップＳ１３４のＯＫ）、機器６が充電装置４から最適な起電力が提供されていることが判断できる。即ち、充電装置４と機器６との相対位置が適正になったことが認識できる。

起電力が閾値以上になったことを認識した場合（ステップＳ１３７）には、充電装置４の位置の微調整を停止し（ステップＳ１３８）、移動制御部１６により移動用ローラ１４を停止させる（ステップＳ１３９）。

また、起電力閾値判定処理において、閾値を越える結果が出ない場合には、繰り返し機器６からの測定結果を受信して、充電装置４の移動調整を繰り返す（ステップＳ１３６のＮＧ）。

以上の処理で、充電装置４の位置調整処理（処理Ｆ４）を終了し、機器６への充電処理（処理Ｆ５）に移行する。

充電装置４から機器６への充電処理が開始されると（ステップＳ１４０）、機器６側では、双方向無線通信を用いて、充電装置４側へと充電状態を示すメッセージを含んだ報告を定期連続送信する（ステップＳ１４１）。この充電状態報告では、例えば、機器６の充電状態測定部４８により、充電用バッテリ４２の充電状況を測定し、その測定結果をメッセージとして送信する。

充電装置４では、受信した充電状態の測定結果を、例えば、充電状態判定部２６において判定し、充電が完了したと判断した場合（ステップＳ１４２のＯＫ）、双方向無線通信により、機器６側に対して、充電完了要求信号を送信する（ステップＳ１４３）。この充電完了要求信号には、例えば、機器６側に対し、充電状態の測定や、その完了信号の送信等を行う指示等のメッセージを含むようにしてもよい。

機器６側では、充電装置４からの充電完了要求信号を受信したら（ステップＳ１４４）、満充電状態か否かの判断を行う（ステップＳ１４５）。満充電状態の場合（ステップＳ１４３のＯＫ）は、充電完了処理として処理Ｆ５１に移行する。この場合、双方向無線通信を用いて、充電完了応答信号を送信する（ステップＳ１４６）。

充電装置４が機器６側からの充電完了応答信号を受信したら（ステップＳ１４７）、充電を完了する（ステップＳ１４８）。

また、満充電状態となっていないと判断した場合（ステップＳ１４５のＮＧ）には、図６に示すように、処理Ｆ５２に移行する。機器６側は、双方向無線通信を用いて、充電装置４側に対して充電継続要求信号を送信する（ステップＳ１４９）。充電装置４では、機器６側からの充電継続要求信号を受信したら（ステップＳ１５０）、充電装置４は充電処理を継続させ（ステップＳ１５１）、例えば、ステップＳ１４０に戻る。

次に、充電装置と機器との双方向無線通信に含まれるメッセージについて、図７を参照する。図７は、充電装置と機器との双方向無線通信に含まれるメッセージの一例を示す図である。なお、図７に示すメッセージ内容は一例であって、これに限られない。

図７では、上記の処理Ｆ１〜処理Ｆ５における各処理に応じて、充電装置４から機器６に対する要求、又は機器６側から充電装置４に対する応答や要求の内容を示している。このように、充電装置４と機器６との間でメッセージのやりとりを繰り返すことで、充電装置４による、機器６の位置検出や充電位置の調整等を行っている。

斯かる構成により、充電装置側が充電を要する機器側を探知して、移動するので、充電を必要とする充電対象物について、充電装置を人為的な操作をすることなく、充電を行うことができる。また、機器の探知、充電装置の移動、充電位置の調整等において、繰り返し充電装置と機器との間で通信を行うことで、最適な充電位置への移動及び調整を可能にする。また、機器側を移動させないので、機器側に新たな構成を付加する必要がなく、機器を小型化でき、さらに、移動中の機器側の電池切れ等のおそれもないので、確実に充電を行うことができる。

〔第２の実施の形態〕

次に、本発明の第２の実施の形態として、充電装置の第１の位置特定手段の構成について、図８及び図９を参照する。図８は、受信電界強度測定による充電対象物の位置特定手段を示す図、図９は、移動した場合の受信電界強度の変化及び電界強度閾値との関係を示す図である。なお、図８及び図９に示す内容は一例であって、これに限られない。

充電装置４と、充電対象物である機器６との位置を特定するための第１の位置特定手段として、上記のように、双方向無線通信の受信電界強度測定結果を利用する。その位置特定方法は、図８に示すように、まず、充電装置４が位置Ａにあると仮定する。位置Ａにおいて、充電装置４から一定の送信電力を持った電界（電波）１００を発生させる。この電界１００の範囲は、充電装置４からの送信強度により変化する。この場合、位置Ａでは、機器６に対して充電装置４から発生する電界１００が届かないために、充電装置４から機器６への位置検出要求信号や、機器６から充電装置４への受信電界強度結果応答のメッセージのやりとりは行われない。

その後、充電装置４は、例えば、充電装置４の移動方向をＸ方向及び／又はＹ方向に、所定量だけ移動する。このとき、移動しながら、機器６からの受信電界強度結果応答を監視し、スキャンを行う。

充電装置４が、例えば、位置Ｂの方向に移動していくと、機器６側において充電装置４から発生する電界１００と、そこに乗せられた機器６側への位置検出要求信号を受信することが可能となる。そして、充電装置４側に対して受信電界強度結果応答のメッセージを返すことで、充電装置４は、位置Ｂの付近に充電対象物である機器６があることを認識できる。

このとき、図９に示すように、充電装置４側では、位置Ａから位置Ｂ方向へと移動しながら、機器６側からの受信電界強度結果を参照し、受信電界強度閾値判定を行う。そして、機器６側から送信されてくる受信電界強度の測定結果が閾値を越えた時点で、充電装置４と機器６との位置関係が、充電処理を行うのに最適な場所であることを認識する。

斯かる構成により、充電対象物である機器側との間で、絶えず電界強度の発信、及びその測定結果の送信のやりとりを行うことで、両者の位置関係を調整し、充電装置を最適な充電位置に移動できるので、充電効率を上げることができる。また、上記のように、機器６側では、測定結果の送信のみを行うので、消費電力が抑えられ、充電位置への移動中に電力切れとなるおそれも少なく、確実に充電処理を行うことができる。

〔第３の実施の形態〕

次に、本発明の第３の実施の形態として、充電装置の第２の位置特定手段の構成について、図１０及び図１１を参照する。図１０は、電磁誘導により発生した充電対象物の位置特定の状態を示す図、図１１は、移動した場合の起電力の変化、及び起電力閾値との関係を示す図である。なお、図１０及び図１１に示す内容は一例であって、これに限られない。

充電装置４と、充電対象物である機器６との位置を特定するための第２の位置特定手段として、電磁誘導により発生した充電対象物である機器６からの起電力測定結果を利用する。その位置特定方法は、充電装置４側の一次コイル８と、機器６側の二次コイル３８との間での電磁誘導による起電力を機器６側で測定し、その測定結果を、充電装置４の誘導起電力判定部２８において判定する構成である。

起電力の測定方法は、以下のファラデーの法則の式を利用する。
Ｖ＝ｄΦ／ｄｔ ・・・(1)

式(1) により、一次コイル８と二次コイル３８との間に生じる磁束Φから、機器６側に生じる起電力Ｖを求めることで、図１０に示すように、最適な充電位置を特定し、充電装置４の位置を調整する。

図１０Ａは、充電装置４の位置調整前の状態を示し、図１０Ｂは、充電装置４の位置調整後の状態を示している。即ち、図１０Ａに示す状態では、一次コイル８と二次コイル３８との間に生じる磁束Φ１で発生する起電力Ｖ１である。このときの起電力Ｖ１は、図１１に示すように、起電力閾値に達していない。そこで、充電装置４を移動させ、一次コイル８と二次コイル３８との位置関係を微調整する。

このときの移動方向は、例えば、まず予め定められた方向に移動させ、その後は、機器側６からの起電力変化に応じて移動方向を調整するようにしてもよい。そして、図１０Ｂに示すように、磁束Φ２となる位置へと位置を調整することで、起電力Ｖ２が発生する位置が特定される。

斯かる構成により、両コイル間の磁束及び起電力を調整し、閾値を越えた時点で、充電装置と充電対象物との位置関係が最適な場所であることが認識できるので、充電効率を高めることができる。

〔第４の実施の形態〕

次に、この充電システムを利用した携帯装置の構成について、図１２、図１３、図１４、図１５、図１６、図１７及び図１８を参照する。図１２は、第４の実施の形態に係る、充電システムを利用する充電装置のハードウェア構成の一例を示す図、図１３は、充電システムを利用する携帯装置のハードウェア構成の一例を示す図、図１４は、充電装置の位置特定処理を示すフローチャート、図１５は、充電装置による位置特定の状態を示す図、図１６は、充電位置のずれた状態を示す図、図１７は、充電位置を調整した状態を示す図、図１８は、充電位置の調整により生じる電圧の変化を示すグラフである。なお、図１２、図１３、図１４、図１５、図１６、図１７及び図１８に示す構成や処理内容、及び処理手順は一例であって、これに限定されるものではない。また、図１２、図１３及び図１５において、図１と同一構成には同一符号を付し、説明を省略する。

この充電装置２００は、上記の充電システム２を利用した充電装置４を構成するハードウェア構成の一例であって、具体的には携帯電話装置等の携帯装置の充電装置２００を構成し、図１２に示すように、プロセッサ２０２、無線通信部２０４、通信用アンテナ２０６（４０）、ＲＡＭ（Random-Access Memory）２０８、プログラム記憶部２１０、データ記憶部２１２、移動制御部２１４（１６）、電源制御部２１６、一次コイル２１８（８）等で構成される。

プロセッサ２０２は、充電装置２００の演算処理手段であって、プログラム記憶部２１０に記憶されている各種制御プログラム等の実行処理等を行う。無線通信部２０４は、充電装置２００に設置された通信用アンテナ２０６に接続され、上記の双方向無線通信処理部１０（図１）を構成して、充電状態や、誘導起電力又は無線電界強度等の測定結果の送受信や、メッセージの送受信等を行う無線通信手段である。

ＲＡＭ２０８は、前記の演算処理等を実行するためのワークエリアであって、プログラム記憶部２１０に記憶されている各制御プログラム等を動作させることで、充電状態判定部２６（図１）や電磁界強度判定部２４（図１）や双方向無線通信メッセージ処理部２０等を構成し、位置検出手段、充電制御手段、判定手段等として機能する。プログラム記憶部２１０は、例えば、充電状態判定プログラム２２０、電磁界強度判定プログラム２２２、充電対象物との間でやり取りするメッセージの作成、解読処理、充電位置の特定処理や位置調整処理等を実行するメッセージ処理プログラム２２４等を記憶する手段である。また、データ記憶部２１２は、充電対象物側から受信した充電状態、誘導起電力、電界強度等の測定結果を記憶する手段である。

電源制御部２１６は、外部の交流電源３６（図１）と充電装置２００との接続手段であって、一次コイル２１８（８）への通電制御等を行う。

また、携帯装置２５０は、上記の充電システム２を利用した充電対象物（機器６）を構成するハードウェア構成の一例であって、例えば、携帯電話装置等の通信機能を有する携帯装置であり、図１３に示すように、プロセッサ２５２、無線通信部２５４、通信用アンテナ２５６（６２）、ＲＡＭ２５８、記憶部２６０、電界強度センサ２６２、電圧センサ２６４、二次コイル２６５（３８）、操作入力部２６６、表示部２６８等で構成される。

プロセッサ２５２は、携帯装置２５０の演算処理手段であって、携帯装置２５０を動作させるＯＳ（Operating System）、電界強度測定処理や、誘導起電力や充電状態の測定処理等の各処理のプログラムを実行する手段である。無線通信部２５４は、通信用アンテナ２５６に接続され、双方向無線通信処理部４４（図１）を構成して、充電状態や、誘導起電力又は無線電界強度等の測定結果の送受信や、メッセージの送受信等を行う。

ＲＡＭ２５８は、前記の演算処理等を実行するためのワークエリアであって、記憶部２６０に記憶されている各制御プログラム等を動作させることで、既述の双方向無線通信メッセージ処理部５８（図１）等を構成する。

記憶部２６０は、ＯＳや各種動作プログラム等を記憶するプログラム記憶部２７２や、電界強度センサ２６２や電圧センサ２６４等からの測定結果を記憶するデータ記憶部２７４で構成される。

電界強度センサ２６２は、充電装置２００から発信された双方向無線通信の電界強度を測定する手段であって、既述の無線電界強度測定部５２（図１）を構成する。また、電圧センサ２６４は、充電装置２００の位置調整処理を行う誘導起電力測定部５４（図１）や、充電用バッテリ４２（図１）に接続される充電状態測定部４８（図１）を構成する。

また、携帯装置２５０の構成として、操作入力部２６６は、カーソルキーや文字入力キー、決定キー等で構成され、例えば、充電処理プログラムの実行開始の操作等に利用する。また、表示部２６８は、情報提示手段であって、例えば、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）で構成され、充電状態や充電完了の表示等を行う。

充電装置２００による携帯装置２５０の位置特定処理について、図１４に示す。この位置特定処理は、上記のように、受信電界強度の測定結果を利用する位置検出（ステップＳ２０１）と、発生した起電力の測定結果を利用する充電位置調整（ステップＳ２０２）を行う。

充電装置２００による携帯装置２５０の位置特定処理の例を図１５に示す。

テーブル２８０に設置された充電装置２００が携帯装置２５０の位置を検出して、充電可能な位置まで移動し、充電を行う。この場合、まず、充電装置２００から位置検出リクエストを発信する。この位置検出リクエストには、既述のように、受信した携帯装置２５０に対して、この無線通信の電界強度を測定し、その測定結果を充電装置２００側へと送信させる指示が含まれる。

充電装置２００側からの無線通信を受信可能な位置に携帯装置２５０が無い場合には、所定の方向に移動しつつ、位置検出リクエストの送信を続ける。また、携帯装置２５０が位置検出リクエストを受信した場合には、携帯装置２５０から充電装置２００側に対して受信電界強度結果を応答する。充電装置２００側では、携帯装置２５０からの受信電界強度結果を受信すると、その受信電界強度結果情報を元に、携帯装置２５０の位置の特定を行う。

携帯装置２５０の位置の特定では、例えば、充電装置２００と携帯装置２５０との間で、上記の位置検出要求の送信と受信電界強度の測定結果の送信とを繰り返し行い、充電装置２００の移動に伴って変化する受信電界強度結果が、所定の閾値を越えた位置を充電位置と判断する。そして、その充電位置を特定した地点で、充電装置２００を停止させ、充電開始の準備を行う。

しかし、携帯装置２５０が検出した受信電界強度の応答のみによる位置検出では、充電可能な位置の特定はできるが、充電効率の最適な位置を特定できない場合がある。即ち、図１６に示すように、充電装置２００側の一次コイル２１８と、携帯装置２５０側の二次コイル２６５との間に位置ずれが生じることで、充電効率が低下することが考えられる。

そこで、図１７及び図１８に示すように、携帯装置２５０の二次コイル２６５に生じる誘導起電力を測定し、その測定結果を充電装置２００に送信する。携帯装置２５０は、充電によって発生する起電力の閾値を定めており、閾値を越えると、充電装置２００に対して十分な起電力が発生したことについて、リクエスト送信する。また、起電力が閾値に達しているか否かの判断を行い、閾値に達していない場合には、充電装置２００側に対して位置ずれの調整を行うようにリクエスト送信を行い、最適な充電位置へと移動させる。

充電装置２００は、起電力が閾値を越えた旨のリクエストを受信すると、充電位置微調整を終了し、位置調整の移動を停止し、携帯装置２５０の充電が開始される。

斯かる構成によれば、充電装置側が携帯装置の位置を検出し、最適な充電位置へと移動するので、携帯装置のユーザが充電装置の位置を探す必要がなく、また、充電のために携帯装置を所定の決まった位置に戻す手間がなくなり、さらに、その所定の位置に対して携帯装置の置き忘れや、置き方が不十分であったために充電ができない等の事態を防ぐことができる。また、携帯装置に移動手段等を搭載する必要がないので、携帯装置の小型化にも貢献する。

以上述べた実施の形態の特徴事項等を列挙すれば、以下の通りである。

(1) この非接触の充電装置４は、充電対象物の位置を認識して、その位置に移動可能な機能を有する構成である。

(2) また、充電装置４は、充電対象物に向けて２次元もしくは３次元的に自立的に移動可能な機能を有する。

(3) 充電装置４は、充電対象物との間で非接触通信を可能とし、充電対象物の位置の感知、特定が可能な機能を有する。

(4) 充電装置４は、充電対象物との非接触通信を可能とし、充電対象物が充電対象として適切か否かを認証判断する機能を有する。

(5) 充電装置４は、充電中に充電対象物との間で非接触通信を可能とし、充電状況の情報を通信可能な機能を有する。

(6) 充電装置４は、充電中に充電対象物との電力供給効率の変化を感知し、電力供給効率が最適な位置を特定し、位置を補正する機能を有する。

〔その他の実施の形態〕

(1) 上記実施の形態では、充電装置による充電対象物の位置検出において、電界強度の測定結果を受信し、その測定結果を利用して充電対象物の位置を特定しているが、これに限られず、例えば、充電対象物からの電界強度の測定結果の返信メッセージ中に、充電装置の移動方向が決まるように、移動指示情報や、機器からの返信が、どの方向から送信されたのかを判断できるデータを含ませるようにしてもよい。斯かる構成によっても、充電装置による位置検出が可能である。

(2) また、充電装置による充電対象物の位置検出において、受信電界強度の測定結果の返信を受信した場合に充電装置を移動させる方角や向きを予め決めておき、それに従って充電装置の向きを変えたときに、データ記憶部２７４等に記憶しておいた、向きを変える前の受信電界強度の測定結果と、向きを変えた後の受信電界強度とを比較して、充電装置を移動させるようなプログラムを備えるようにしてもよい。

次に、以上述べた本発明の実施の形態から抽出される技術的思想を請求項の記載形式に準じて付記として列挙する。本発明に係る技術的思想は上位概念から下位概念まで、様々なレベルやバリエーションにより把握できるものであり、以下の付記に本発明が限定されるものではない。

（付記１） 被充電側と非接触により充電を行う充電装置であって、
充電対象との間で信号の送受を行う無線通信手段と、
前記充電対象から通知された前記信号の電界強度から前記充電対象の位置を検出する位置検出手段と、
前記充電対象の位置に前記充電装置を移動する移動手段と、
前記充電対象の位置に到達した際に充電を開始させる充電制御手段と、
を備えることを特徴とする充電装置。

（付記２） 付記１の充電装置において、
前記充電対象に供給される起電力の状態を判定する判定手段を備え、前記充電制御手段は、前記判定手段の判定結果に応じて前記移動手段を制御して最適位置を調整することを特徴とする充電装置。

（付記３） 付記１の充電装置において、
前記位置検出手段は、前記通信の受信電界強度が閾値以上か否かを判断して、充電対象の位置を特定することを特徴とする充電装置。

（付記４） 付記１の充電装置において、
外部電源から電力の供給を受ける一次コイルを備え、
前記充電対象に備えた二次コイルに対して、電磁誘導により起電力を発生させて、充電することを特徴とする充電装置。

（付記５） 付記２の充電装置において、
前記判定手段は、前記充電対象に供給される起電力の測定情報を取得し、その起電力が閾値以上か否かを判断することを特徴とする充電装置。

（付記６）付記１の充電装置において、
適切な充電対象か否かを認証する認証判定部を備え、
前記充電対象に対して認証情報を要求する信号を送信し、その認証要求に対する応答信号を受けた場合に、充電処理を行うことを特徴とする充電装置。

（付記７） 被充電側と非接触により充電を行う充電方法であって、
充電対象との間で信号の送受を行うステップと、
前記充電対象から通知された前記信号の電界強度から前記充電対象の位置を検出するステップと、
前記充電対象の位置に充電装置を移動するステップと、
前記充電対象の位置に到達した際に充電を開始させるステップと、
を含むことを特徴とする充電方法。

（付記８） 被充電側と充電側とを非接触により充電を行う充電システムであって、
充電手段と、該充電手段で充電される充電対象とを備え、
前記充電手段は、前記充電対象に対して信号を送信し、該信号に応答して前記充電対象から通知された前記信号の電界強度から前記充電対象の位置を特定して該位置に移動し、
前記充電対象は、前記充電手段から前記信号を受け、その電界強度を前記充電手段に通知することを特徴とする充電システム。

（付記９） コンピュータに実行させ、被充電側と非接触により充電を行う充電プログラムであって、
充電対象との間で信号の送受を行う機能と、
前記充電対象から通知された前記信号の電界強度から、前記充電対象の位置を検出する機能と、
前記充電対象の位置に移動させる指示を出す機能と、
前記充電対象の位置に到達した際に充電を開始させる指示を出す機能と、
適切な充電対象か否かを認証する指示を出す機能と、
前記充電対象に対して認証情報を要求する信号を送信し、その認証要求に対する応答信号を受けた場合に、充電処理を行う指示を出す機能と、
をコンピュータに実行させることを特徴とする充電プログラム。

以上説明したように、本発明の最も好ましい実施の形態等について説明したが、本発明は、上記記載に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載され、又は発明を実施するための最良の形態に開示された発明の要旨に基づき、当業者において様々な変形や変更が可能であることは勿論であり、斯かる変形や変更が、本発明の範囲に含まれることは言うまでもない。

本発明は、携帯装置等の充電対象に対して非接触方式で充電する充電装置に関し、充電対象との間で行う無線通信の電界強度や、発生する起電力の測定結果を利用して、充電対象の位置を特定し、充電可能な位置まで移動するとともに、充電の最適位置の調整を行うことにより、充電を必要とする充電対象に対し、人為的な操作をすることなく自動的に充電を行うことができ、また、測定した起電力に応じた位置調整により、充電効率を高めることができ、有用である。

第１の実施の形態に係る非接触充電システムの構成を示す図である。 充電システムにおける充電処理のシーケンスである。 図２に続く充電処理のシーケンスである。 図３に続く充電処理のシーケンスである。 図４に続く充電処理のシーケンスである。 図５に続く充電処理のシーケンスである。 充電装置と機器との双方向無線通信に含まれるメッセージの一例を示す図である。 受信電界強度測定による充電対象物の位置特定手段を示す図である。 移動した場合の受信電界強度の変化及び電界強度閾値との関係を示す図である。 電磁誘導により発生した充電対象物の位置特定の状態を示す図である。 移動した場合の起電力の変化、及び起電力閾値との関係を示す図である。 第４の実施の形態に係る、充電システムを利用する充電装置のハードウェア構成の一例を示す図である。 充電システムを利用する携帯装置のハードウェア構成の一例を示す図である。 充電装置の位置特定処理を示すフローチャートである。 充電装置による位置特定の状態を示す図である。 充電位置のずれた状態を示す図である。 充電位置を調整した状態を示す図である。 充電位置の調整により生じる電圧の変化を示すグラフである。

符号の説明

２ 充電システム
４ 充電装置
６ 機器（充電対象物）
８ 一次コイル
１０ 双方向無線通信処理部
１２ 充電判定部
１４ 移動用ローラ
１６ 移動制御部
１８ 双方向無線通信送受信部
２０ 双方向無線通信メッセージ処理部
２２ 充電対象物認証判定部
２４ 電磁界強度判定部
２６ 充電状態判定部
２８ 誘導起電力判定部
３０ 無線電界強度判定部
３８ 二次コイル
４４ 双方向無線通信処理部
４６ 充電測定部
４８ 充電状態測定部
５０ 電磁界強度測定部
５２ 無線電界強度測定部
５４ 誘導起電力測定部
５６ 双方向無線通信送受信部
５８ 双方向無線通信メッセージ処理部
６０ 認証処理部
１００ 電界

Claims (3)

1. 被充電側と非接触により充電を行う充電装置であって、
   充電対象との間で信号の送受を行う無線通信手段と、
   前記充電対象から通知された前記信号の電界強度から前記充電対象の位置を検出する位置検出手段と、
   前記充電対象の位置に前記充電装置を移動する移動手段と、
   前記充電対象の位置に到達した際に充電を開始させる充電制御手段と、
   を備えることを特徴とする充電装置。
   
2. 請求項１の充電装置において、
   前記充電対象に供給される起電力の状態を判定する判定手段を備え、前記充電制御手段は、前記判定手段の判定結果に応じて前記移動手段を制御して最適位置を調整することを特徴とする充電装置。
   
3. 被充電側と非接触により充電を行う充電方法であって、
   充電対象との間で信号の送受を行うステップと、
   前記充電対象から通知された前記信号の電界強度から前記充電対象の位置を検出するステップと、
   前記充電対象の位置に充電装置を移動するステップと、
   前記充電対象の位置に到達した際に充電を開始させるステップと、
   を含むことを特徴とする充電方法。

Images