JP4067595B2 - 複数の機器に対応した非接触型充電装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、携帯型パーソナルコンピュータなどの情報機器や携帯電話など、充電式電源を内蔵した機器の充電装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近のパーソナルコンピュータの小型化や携帯情報機器の発展により、現在様々な小型機器が製品化され使用されている。これらの機器は、家庭用あるいは商用電源から電力を得て作動させて使うことも可能であるが、小型化の目的として、人が持ち歩き、どこででも使用できることを目指している。このような場合には、使用しようとする場所に電源がないのが通常であり、バッテリー等の電源を内蔵する必要がある。一般に使用されているバッテリーとしては乾電池等があるが、乾電池の電力がなくなるたびに乾電池を買い替えるのでは、面倒であり費用がかさむという点に加えて、資源の無駄遣いということもあり、電源として充電式バッテリーを内蔵している電子機器が多数存在する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
これら小型の電子機器においては、家庭用の１００ボルトの交流電源を利用し、この交流電源をより低電圧な直流に変換する、いわゆるＡＣアダプタを電源として電子機器に内蔵された充電回路を利用して機器内のバッテリーを充電する方式が広く使われている。
【０００４】
ところが、これら電子機器では、その大きさ・要する電力・使用されるバッテリーの種類（ニッカド電池、リチウムイオン電池等）が多様であり、その結果として、充電用電源（ＡＣアダプタ）の規格を統一することが困難であり、装置ごとに専用のＡＣアダプタが必要となり、複数の機器をもつ利用者はそれぞれの機器の取り扱いが煩雑になるといった不便があった。
【０００５】
従って、本発明の課題は、寸法や充電に要する電力等が異なる複数の機器に対して、一台で充電可能となる充電装置を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の充電装置は、充電バッテリーを内蔵した電子機器に対して、充電エネルギーを供給する充電装置において、前記電子機器に設けられた表示部に記載されている情報を読み取る情報読み取り手段と、該情報読み取り手段で読み取った情報に基づいて前記電子機器に対し前記充電エネルギーを供給する手段とを備えることを特徴とする。
【０００７】
あるいは、充電バッテリーを内蔵した電子機器に対して、充電エネルギーを供給する充電装置において、前記電子機器に設けられた送信手段から送信された情報を受信する受信手段と、該受信手段で受信された情報に基づいて前記電子機器に対し前記充電エネルギーを供給する充電手段とを備えることを特徴とする。
【０００８】
このような本発明によれば、充電装置が、電子機器から充電に必要な情報を得て充電を行うので、過剰な電力を供給したり、必要以上に長い時間充電を行うことによる過充電を防止することが出来る。また、電磁誘導で電力を供給する場合、交流磁界を供給する鉄心の形状を適当に設定することにより、様々な大きさの機器に対して充電を行うことが出来るので、１つの充電装置で複数種類の電子機器を充電することが出来る。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明では、（１）充電される側の電子機器には、充電電力を非接触で受信するための電磁結合部を有することで充電エネルギーを入力し、また充電装置に対して、その機器が受け入れる適切な充電方法（供給すべき電圧や充電時間等の充電条件）を示す方法（光学的な印、即ちバーコード等、または、通信機能を用いるなど）を有し、（２）充電する側の充電装置には、充電電力を非接触で送信するための電磁結合部を有することで充電エネルギーを出力し、また充電対象となる機器から充電条件を知る手段を有することを特徴とする。
【００１０】
充電対象となる機器を、電磁結合部が接近するように充電装置に近接させて置くと、充電装置からは対象機器に交流磁界を利用して電力を供給する経路が形成される。また、充電装置は、対象となる機器からの情報を読み取ることで必要な充電条件を得て、供給すべき電圧など、必要な充電条件情報に基づいて、電磁結合部への出力を自動的に設定する。充電対象となる機器にはいろいろなサイズのものがあり得るが充電装置との電磁気的な結合がある程度可能ならば良いので、寸法・形状に自由度が持たせられる。また充電条件が自動的に設定されるので、小さな電力で十分な機器へ誤って過大な充電電力を与えて機器を破壊してしまうといった危険も防止される。この二つの構成により、一台の充電装置で異なるサイズ・異なる充電条件を持つ複数の電子機器への充電が手軽に安全に行えることとなる。
【００１１】
本発明の実施例について以下に図面を参照して説明する。
図１は本発明の概略を説明する図である。
図１（ａ）は本発明による充電装置の外観の一例である。図中、１は充電装置本体、１０は充電対象となる電子機器と電磁気的結合を形成するための電磁結合部、１１は電子機器と通信が可能な赤外線送受信部である。
【００１２】
赤外線送受信部１１は、充電対象の電子機器が有する充電情報を読み込むことが出来るものであれば、どのようなものであってもよく、無線通信装置や有線通信装置であってもよい。あるいは、充電対象の電子機器に貼られている、充電情報が書き込まれたバーコードのような光学的な印を読み取ることができるものであってもよい。ただし、光学的な印を読み取る構成の場合には、電子機器の現在の充電状態を取得して、充電装置側で対応するという処理は行うことができない。即ち、充電装置は、初めに与えられた充電条件に固定的に従って充電を行うのみとなる。
【００１３】
図１（ｂ）は図１（ａ）の充電装置１の断面図を示している。図１（ａ）で電磁結合部１０であった部分は、図１（ｂ）のように充電装置１に埋め込まれた鉄心１２の表面の一部であり、鉄心１２にはコイル１３が巻かれていて、このコイルの電極１４に交流電流を与えることにより電磁結合部１０に交流磁界を発生させることが出来る。
【００１４】
電磁結合部１０は、図１（ａ）の場合、Ｅ字型の鉄心１２が１つだけ設けられるようになっているが、鉄心１２の数は限定されたものではなく、一般に１ないし複数個設けてもよい。
【００１５】
図１（ｃ）は上記充電装置１に、充電対象となる機器の例としてノートパソコンを充電する場合の断面図である。図中１５、１６が充電装置１の上に乗せたノートパソコンであり、１５がその本体とキーボード部、１６がその液晶表示部（ＬＣＤ）を示している。ノートパソコンの本体１５の内部には、充電装置１の電磁結合部１０と電磁気的に結合可能な電磁結合部１７を有しており、充電装置１の交流磁界を入力として非接触で充電エネルギーを受け取ることが出来る。すなわち、鉄心１２内部に生成された交流磁界は電磁結合部１７（やはり、鉄心等でできている）の内部に浸透し、電磁結合部１７の鉄心の内部で交流磁界を生じさせる。従って、電磁結合部１７の鉄心にもコイル（不図示）を巻いておくことにより、電磁誘導の作用により電圧が生じ、ノートパソコン１５側で充電式バッテリーを充電することが可能になる。
【００１６】
図１（ｃ）中のノートパソコン１５、１６は後面に赤外線送受信部１８を有しており、充電装置１の赤外線送受信部１１とデータ通信が可能である。ノートパソコン１５、１６は、図１（ａ）の充電装置１にセットされると、この赤外線送受信部１１とデータ通信を行ってノートパソコン１５、１６の充電に必要な情報を上記充電装置１に送信する。充電装置１では、送信されてきたデータの内容にしたがって、鉄心１２内部に生じる交流磁界の強さや充電時間などを設定して充電をはじめる。
【００１７】
図１（ｄ）は同じ充電装置１で、より小さな外形の電子機器（例えば電子手帳）１９を充電する場合の断面図を示している。この図中の電子機器１９も電磁結合部２０と、赤外線送受信部２１を有している点は図１（ｃ）中のノートパソコン１５、１６と同様である。この電子機器の場合、図１（ｃ）中のノートパソコン１５、１６に比べて電磁結合部２０が小さく、充電装置１側の電磁結合部１０と一部相対していないが、充電電力を受け取ることは可能である。すなわち、電磁結合部２０の一部が電磁結合部１０と完全に相対していなくても、部分的に相対していれば、電磁結合部２０の鉄心（ノートパソコン１５、１６の場合と同様に、鉄心等で構成される）内部に交流磁界を生じさせることが可能となるので、電磁結合部２０にコイル（不図示）を巻いておけば、電磁誘導現象を使って電気エネルギーを受け取ることが出来る。
【００１８】
次に、本実施例の構成及び動作について説明する。
図２は充電対象となる電子機器と、充電装置が有する回路ブロックを示す。二つの点線で囲まれた上下が、それぞれ電子機器３９と充電装置３８である。
【００１９】
充電対象となる電子機器３９側には、電磁結合部３３から入力される交流電力を直流に変換し内蔵のバッテリ３６に充電する充電回路を併せ持つ制御部３５がある。また制御部３５は充電条件の情報を赤外線通信部３４を利用して充電装置３８側に通知する機能を持つ。この赤外線通信部３４については、本発明の充電方式を実現するために特別に装備してもよいが、対象となる電子機器が小型情報機器で元来、通信機能のために装備されていた場合はそれをそのまま利用してもよい。
【００２０】
充電装置３８側には機器へ交流磁界を与えるための電磁結合部３０と赤外線通信部３１が、また、商用電源などの電源入力を充電に適当な交流電力に変換し、電磁結合部３０に供給する回路を含む制御部３２がある。制御部３２は機器からの充電条件の情報を赤外線通信部３１より受け取り、対象の機器に合った充電電力を与えるように適切に制御した電力を電磁結合部３０に供給する。
【００２１】
この他の実施例では充電条件の情報伝達を赤外線通信によって行ったが、これを別の方式、例えば、バーコードのシールなど、機器側の背面に充電条件を示すための目印となるものを付け、充電装置側でこれを読み取るようにしてもよい。
【００２２】
充電装置３８には、スイッチ３７が備えられており、これは充電装置３８の制御部３２に充電を開始させるスタートスイッチである。
図３は充電される側の電子機器の制御部の充電動作例のフローチャートである。
【００２３】
電子機器側では、先ず充電動作を開始する指示が必要であるが、この例では電磁結合部からの電力の供給を監視し、電力供給をもって充電開始の指示とする方式を示した。（制御部３５が赤外線通信部３４からの充電開始指示の信号の受信をもって充電を開始させる方式も考えられるが、電力供給を受ける機器のバッテリーが消耗して赤外線通信に必要な電力が残っていない場合を考慮し、この例では有利と思われる上記方式とした。）
すなわち、最初、電子機器側では充電の待機状態となっており、電力の供給が行われるのを待機している（ステップＳ１）。ステップＳ２で電力の供給を受けているか否かが判断され、電力の供給を受けていない場合にはステップＳ１にもどって電力の供給があるのを待つ。ステップＳ２で、電力の供給を受けていることが判断されると、ステップＳ３で、充電装置３８に対して赤外線通信部３４から充電条件を送信する。
【００２４】
充電開始に当たり、機器の制御部３５は現在のバッテリーの残量状態から必要な充電電力の供給時間などを予測・計算し、赤外線通信部３４を使用して充電条件を充電装置に送信し（ステップＳ３）、電磁結合部３３からの電力をバッテリー３６に供給可能にして充電を開始する（ステップＳ４）。そしてバッテリーの電圧を監視する、または過去の充放電履歴情報を制御部３５内の不揮発メモリに保持する、などの方法で充電状態を監視し（ステップＳ５）、次に満充電かどうかを調べる（ステップＳ６）。ここで満充電ならば電磁結合部からバッテリーへの電力供給を停止し（ステップＳ９）、これで充電終了となる。
【００２５】
充電の開始から終了の動作は基本的には以上であるが、フロー中のステップＳ３において充電条件としての電力供給時間の計算に誤差があった場合、機器側が必要な電力供給時間と充電装置が供給する時間とにズレが生じることとなる。予測より早く充電が完了した場合は図３中のステップＳ１０、Ｓ１１の処理で充電装置からの供給を停止させる。すなわち、ステップＳ１０で依然電力の供給を受けているか否かが判断され、電力の供給を受けている場合にはステップＳ１１で電力の供給停止の命令を送信する。この命令の送信は、例えば、赤外線通信部３４を用いて行う。
【００２６】
また予測よりも実際に必要な電力供給時間が長かった場合は充電中に供給がストップしてしまうが、この場合は図３のステップＳ７、Ｓ８の処理となり、充電が再開されることとなる。すなわち、電力供給時間を過ぎても、ステップＳ６で満充電になっていない場合には、ステップＳ７へ進んで電力の供給が依然行われているか否かを判断し、行われている場合にはステップＳ４に戻って、充電を続ける。ステップＳ７で電力の供給を受けていない場合には、ステップＳ８に進んで、電力の供給再開要求を充電装置に送信する。この要求の送信も、例えば、赤外線通信部３４を用いて行う。ステップＳ８で電力の供給再開要求を送信したら、ステップＳ１に戻って、以上説明したように、充電を行う。
【００２７】
図４は充電装置側の制御部の充電動作例のフローチャートである。
ここで、充電装置にはすでに商用電源からの電源供給を受けて待機しているものとする。
【００２８】
図２のスタートスイッチ３７が押されると、充電開始の指示となる。すなわち、充電装置３８は商用電源から電源供給を受けると同時に、充電の開始の待機状態となり（ステップＳ２０）、ステップＳ２１でスタートスイッチ３７が押されたか否かを判断しながら、ステップＳ２０とステップＳ２１との間で処理を繰り返している。スタートスイッチは利用者により手動で操作するものでもよいし、また機器を充電装置に置いたときの重量でスイッチが押されるような構造にしておいてもよい。
【００２９】
充電装置の制御部３２は赤外線通信部３１を用いて充電対象機器から送信される充電条件のデータを受け取り（ステップＳ２２）、電磁結合部への電力の供給を開始する（ステップＳ２３）。このフローチャートは前述の図３の説明で述べたとおり、機器側が必要な電力供給時間と充電装置が供給する時間とにズレが生じた場合に対応したものになっている。電力の供給を開始後、充電装置３８は電子機器３９からの送信データを受信したかを監視しており（ステップＳ２４）、予定よりも早く充電が完了した場合は供給停止の要求が受信されるので、ステップＳ２５で電力の供給停止が受信されたことになり、ステップＳ３０へ進んで、電力供給が停止される。
【００３０】
ステップＳ２５で電力の供給停止要求が受信されなかった場合には、ステップＳ２６で充電条件で指定された時間が経過したか否かが判断され、経過していない場合には、ステップＳ２４の処理に戻る。ステップＳ２６で充電条件で指定された時間が経過したと判断された場合には、充電電力の供給を停止する（ステップＳ２７）。充電電力の供給を停止すると、電子機器３９から充電再開の信号が送られて来ることがあるので、ステップＳ２８で受信データを監視し、ステップＳ２９で電力の供給再開要求が受信されたか否かを判断する。再開要求が来なかった場合には、ステップＳ２０に戻って待機状態となる。再開要求が受信された場合には、ステップＳ２２に戻って、再び充電電力の供給を行う。
【００３１】
なお、充電時間以外の充電条件はステップＳ２２で受信されるとともに、ステップＳ２３で充電電力の供給を行うときに設定する。例えば、充電電力等は、充電装置がどの程度の大きさの交流電流を電磁結合部に供給するかを決定するものであるが、これは、充電電力の供給を開始するときに設定するものである。どの程度の交流電流を供給するかは、電子機器側から直接情報として送られてきてもよいし、送られてきた情報に対応して充電装置側でテーブルを持っておき、このテーブルを参照して供給する交流電流を決定するようにしてもよい。
【００３２】
図５は、充電装置の別の例である。
図１（ａ）、（ｂ）では、断面がＥ字型の鉄心を内蔵した充電装置の例を示したが、図５（ａ）ではＵ字型の鉄心４０、４１を二つ並べた状態の鉄心を内蔵している。なお、Ｕ字型鉄心４０、４１の配列方法は、図５（ａ）の方法に限られたものではなく、水平方向に９０度回転させたように設けてもよい。また、Ｕ字型鉄心の設ける個数も図５（ａ）のように２つに限られたものではなく、１つでもよいし、３つ以上設けるようにしてもよい。ただし、図５では、一例として、Ｕ字型鉄心が２つ設けられている場合を説明する。
【００３３】
図５（ｂ）は図５（ａ）の鉄心の電磁結合面を真上から見た様子を示す。図５（ｂ）で４つの鉄心の極を便宜上、Ａ極、Ｂ極、Ｃ極、Ｄ極と名づける。鉄心にコイルが巻かれて電流により交流磁界を出し、充電電力を機器に供給する点は同じだが、図５（ｂ）の隣り合う極同士は磁極が対となるような磁界を生成するようにコイルが巻かれる。つまり、Ａ極とＢ極、Ｃ極とＤ極はペアになっている。また、Ａ極とＣ極、Ｂ極とＤ極もペアとして利用できる。
【００３４】
図５（ｃ）は、ある極めて短い時間の一瞬に出力されている磁界の向きの状態を示している。図５（ｃ）に示されるように、Ａ極から出た磁界はＢ極に入るとともに、Ｃ極にも入るのでＡ極とＢ極、あるいは、Ａ極とＣ極をペアとして利用できる。同様に、Ｄ極もＣ極、あるいはＢ極とペアとして利用でき、縦長の機器や横長の機器にも対応する事が出来る。このような利点については以下に説明する。
【００３５】
図５（ｄ）〜図５（ｇ）は、図５（ｂ）と同じく充電装置を真上より見た図で、点線は充電装置の電磁結合面に様々なサイズの機器を置いて充電する様子を示す。図５（ｄ）はノートパソコンのように比較的広い底面を持つ機器を置く例で、４つの磁極全てを利用して電力供給を受けることの出来る鉄心を内蔵しているものである。図５（ｅ）、図５（ｆ）は、より小型の機器を充電装置に乗せる場合の例で、２つの磁極だけを利用して電力供給を受けるものであり、前述した出力磁界の向きのため、縦長の置き方でも横長の置き方でも充電可能となる。図５（ｇ）は、さらに小型の機器、たとえば腕時計型の情報機器を充電する場合の例である。１つだけの磁極を利用しても、これからは交流磁界が放出されているので、機器側で、この磁界をキャッチすることで機器内部の鉄心に電圧を生じさせることが出来、充電を行うことが出来る。特に、非常に小型で消費電力が小さな電子機器では、１つだけの磁極を利用しても充電に十分な電力供給を受けることができることが予想される。このような鉄心を用いることで、多様なサイズ・形状の機器に対応した充電が可能になる。
【００３６】
なお、上記、実施の形態の説明では、断面がＥ字型あるいはＵ字型の鉄心を有する電磁結合部に関してのみ説明したが、これは発明を説明するために例示したものであって、電磁結合部の鉄心の形状は様々なものが可能であり、利用しやすさを鑑みて適切に設計されるべきものである。
【００３７】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、様々なサイズ・電力的条件の電子機器への充電操作を簡便・確実に行うことが出来、利便性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の概略を説明する図である。
【図２】充電対象となる電子機器と、充電装置が有する回路ブロックを示す。
【図３】充電される側の電子機器の制御部の充電動作例のフローチャートである。
【図４】充電装置側の制御部の充電動作例のフローチャートである。
【図５】充電装置の別の例である。
【符号の説明】
１、３８ 充電装置
１０、１７、２０、３０、３３ 電磁結合部
１１、１８、２１ 赤外線送受信部
１２ 鉄心
１３ コイル
１４ コイルの電極
１５ ノートパソコン（本体及びキーボード）
１６ ノートパソコン（液晶表示部）
１９、３９ 電子機器
３１、３４ 赤外線通信部
３２、３５ 制御部
３６ バッテリー
３７ スイッチ
４０、４１ Ｕ字型鉄心

Claims (15)

1. 充電バッテリーを内蔵した電子機器に対して、充電エネルギーを供給する充電装置において、前記電子機器に設けられた表示部に記載されている情報を読み取る情報読み取り手段と、
   該情報読み取り手段で読み取った情報に基づいて前記電子機器に対し前記充電エネルギーを供給する、電磁結合部を備えた電磁誘導現象を利用して非接触で充電動作を行う非接触型である手段と、を備え、
   該電磁結合部の全部あるいは一部を使用することにより、該電磁結合部の大きさの異なる電子機器に対して非接触で充電動作を行うことを特徴とする充電装置。
2. 前記情報は、前記電子機器の充電に必要な充電電力であることを特徴とする請求項１に記載の充電装置。
3. 前記情報は、前記電子機器の充電に必要な充電時間であることを特徴とする請求項１に記載の充電装置。
4. 前記表示部はバーコードであることを特徴とする請求項１に記載の充電装置。
5. 前記充電手段は、断面がＥ字型の鉄心を有する電磁結合部を有していることを特徴とする請求項１に記載の充電装置。
6. 前記充電手段は、断面がＵ字型の鉄心を少なくとも１つ有する電磁結合部を有していることを特徴とする請求項１に記載の充電装置。
7. 充電バッテリーを内蔵した電子機器に対して、充電エネルギーを供給する充電装置において、
   前記電子機器に設けられた送信手段から送信された情報を受信する受信手段と、
   該受信手段で受信された情報に基づいて前記電子機器に対し前記充電エネルギーを供給する、電磁結合部を備える電磁誘導現象を利用して非接触で充電動作を行う非接触型である充電手段と、を備え、
   該電磁結合部の全部あるいは一部を使用することにより、該電磁結合部の大きさの異なる電子機器に対して非接触で充電動作を行うことを特徴とする充電装置。
8. 前記電子機器に設けられた受信手段に対して情報を送信する送信手段を更に備え、前記電子機器との間で相互に情報を送受信することを特徴とする請求項７に記載の充電装置。
9. 前記情報は、前記電子機器の充電に必要な充電電力であることを特徴とする請求項７に記載の充電装置。
10. 前記情報は、前記電子機器の充電に必要な充電時間であることを特徴とする請求項７に記載の充電装置。
11. 前記充電装置は、前記電子機器から、前記充電時間よりも早めに満充電になったことを知らせる情報を受け取ったときには、この情報に基づいて充電を終了し、該充電時間を過ぎても満充電になっていないことを知らせる情報を受け取ったときには、充電を再開することを特徴とする請求項７に記載の充電装置。
12. 前記送信手段と前記受信手段による通信機能はワイヤレス通信機能であることを特徴とする請求項７に記載の充電装置。
13. 前記ワイヤレス通信機能は赤外線を使用した通信機能であることを特徴とする請求項１２に記載の充電装置。
14. 前記充電手段は、断面がＥ字型の鉄心を有する電磁結合部を有していることを特徴とする請求項７に記載の充電装置。
15. 前記充電手段は、断面がＵ字型の鉄心を少なくとも１つ有する電磁結合部を有していることを特徴とする請求項７に記載の充電装置。

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