JP5441392B2

JP5441392B2 - 電子機器及び方法

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Publication number: JP5441392B2
Application number: JP2008289865A
Authority: JP
Inventors: 哲川瀬
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2008-11-12
Filing date: 2008-11-12
Publication date: 2014-03-12
Anticipated expiration: 2028-11-12
Also published as: JP2010119193A

Description

本発明は、電子機器等に関する。

近年、携帯用電子機器や、産業用機器等への非接触電力伝達技術の採用が広がってきている。

特に、電動歯ブラシや電気シェーバー等の水まわりで使う電化製品やコードレス電話機等には、この技術が重宝され、一部の製品において採用されている。

非接触充電システムとしては、例えば、給電側（給電装置）に設けられた一次側のコイルと、受電側（電子機器）に設けられた二次側のコイルとの間での電磁誘導を利用した「電磁誘導型充電システム」がある。このシステムにおいて、充電効率を考慮した場合、給電側と受電側の機器に設けられた各々のコイルが対向に、かつ近接に配置される必要がある。

一方、数ｍ離れた機器にワイヤレスで電力を供給する技術も開発されてきている。それは、給電側のコイルと受電側のコイルとの電場あるいは磁場共鳴を利用した「共鳴充電システム」である。

例えば、特許文献１には、給電側と受電側の共振周波数を利用して、自動車用のイグニッション・キーに効率的に充電する技術が開示されている。

即ち、特許文献１に開示された技術は、温度や湿度等の環境条件によって変化する、受電側の共振周波数に対して、給電側がある一定間で離間した複数の周波数成分を受電側に供給して、最適な共振周波数にて充電を行うものである。
特開平１１−４６１５７号公報

しかしながら、上記特許文献１に提案された技術においては、受電側の充電が完了している場合でも、給電側が給電を継続してしまうため、電力の浪費が避けられない。

また、給電装置において、受電側の電子機器内の二次電池の充電状態を検出する手段を備えておらず、別途、給電側と受電側の機器に通信手段を設ける必要が発生する。

本発明の目的は、給電装置において、電子機器の充電に関する状態を検出することができるようにすることである。

本発明に係る電子機器は、給電装置から共鳴により供給される電力を受け取る受電手段と、前記受電手段から供給される電力を用いて電池の充電を行う手段と、前記受電手段の共振周波数を設定するための設定手段と、前記設定手段によって設定された前記受電手段の共振周波数が第１の共振周波数である場合に、前記電池の残量に応じて、前記受電手段の共振周波数を前記第１の共振周波数と異なる第２の共振周波数に変更するための変更処理を行う制御手段とを有することを特徴とする。

また、本発明に係る電子機器は、給電装置から共鳴により供給される電力を受け取る受電手段と、前記受電手段から供給される電力を用いて電池の充電を行う手段と、前記受電手段の共振周波数を設定するための設定手段と、前記設定手段によって設定された前記受電手段の共振周波数が第１の共振周波数である場合、前記電池の充電状態に応じて、前記受電手段の共振周波数を前記第１の共振周波数と異なる第２の共振周波数に変更するための変更処理を行う制御手段とを有することを特徴とする。

本発明によれば、給電装置において、電子機器の充電の状態を検出することが可能になる。

以下、本発明を図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係る共鳴充電システムの構成図である。

本実施の形態の共鳴充電システムは、給電装置１によって、磁気共鳴を利用して受電側の電子機器５内の充電可能な二次電池６に充電を行う。

電子機器５は、撮像装置であり、前面には撮影のためのレンズ部７やストロボ発光部８を備え、内部には充電可能な二次電池６（後述する図３参照）を備える。

給電装置１には、家庭用のコンセントから給電装置１に電源を供給するためのソケット４が設けられている。また、給電装置１にはユーザーが電子機器５への充電を開始あるいは終了させるための、充電開始／終了用のスイッチ２が設けられており、スイッチ２のＯＮ／ＯＦＦ動作により、給電装置１へ電力が供給され、または電力供給が遮断される。

また、給電装置１の表示部３は、電子機器５内部の二次電池６の充電状態をユーザーに告知するためのものであり、例えば、二次電池６の電池残量が所定の充電量の約半分である場合には、“充電５０％”と表示する。また、二次電池６が満充電された場合には、“充電完了”と表示する。

図２は、図１における給電装置のブロック構成図、図３は、図１における電子機器のブロック構成図である。

図２に示すように、給電装置１の内部には、ＬＣ共振を行うための第一の共振回路１０があり、また、第一の共振回路１０のＬＣ特性を一義的に決定するための第一の回路制御部９がある。

第一の共振回路１０内には一次コイルＬ１が設けられている。一次コイルＬ１に共振周波数の交流電界を印加すると、その周辺に振動磁場が発生し、磁気共鳴によって受電側の電子機器５内部の二次コイルＬ２（図３）に電力が伝わり、電子機器５内部の充電可能な二次電池６に対して充電を行う。

図３に示すように、電子機器５の内部には、給電装置１内の一次コイルＬ１と共振を行うための二次コイルＬ２を備えた第二の共振回路１３があり、また、第二の共振回路１３のＬＣ特性を一義的に決定するための第二の回路制御部１２がある。

また、一次コイルＬ１と二次コイルＬ２とのＬＣ共振時の磁気エネルギーを電気エネルギーへ変換する電力変換部１４を備え、その電力変換部１４からの電力を電子機器５内の充電可能な二次電池６に供給する。

図４は、図２における第一の共振回路の構成図である。

給電装置１内部の第一の共振回路１０には、異なる複数の共振周波数を任意に設定可能なＬＣ回路として機能するために、一次コイルＬ１が設けられており、また、第一の共振回路１０は、第一の回路制御部９と接続されている。

さらに第一の共振回路１０内に、容量の異なる複数のコンデンサ、ここでは、Ｃ１１，Ｃ１２，Ｃ１３，Ｃ１４が、それぞれ対応する抵抗Ｒ１１，Ｒ１２，Ｒ１３，Ｒ１４及びスイッチＳＷ１１，ＳＷ１２，ＳＷ１３，ＳＷ１４を介して並列に接続されている。

第一の共振回路１０内の検出部１１では、給電装置１に電力が供給されている間、第一の共振回路１０内の一次コイルＬ１を流れる電流値を数ｍｓ間隔の一定のタイミングで読み取っている。そして、検出部１１では、給電装置１の一次コイルＬ１と、電子機器５の二次コイルＬ２が共振状態であるかどうかを判断している。

つまり、コイルを流れる電流値は共振回路のＬＣ特性により定まるが、一次コイルＬ１と二次コイルＬ２が共振状態である場合には、一次コイルＬ１を流れる電流値が最小値となる。また、一次コイルＬ１と二次コイルＬ２が共振状態でない場合には、一次コイルＬ１を流れる電流値が最小値以外の値を示す。

第一の回路制御部９によって、スイッチＳＷ１１，ＳＷ１２，ＳＷ１３，ＳＷ１４の回路への接続有無が制御され、複数のコンデンサＣ１１，Ｃ１２，Ｃ１３，Ｃ１４の内、第一の共振回路１０内に接続されるコンデンサが設定される。

複数のコンデンサＣ１１，Ｃ１２，Ｃ１３，Ｃ１４の内、第一の共振回路１０内に接続されるコンデンサの違いによって、第一の共振回路１０のＬＣ特性が一義的に設定される、即ち、給電装置１内部の一次コイルＬ１の共振周波数が決定される。

具体的には、第一の回路制御部９によって、第一の共振回路１０において、ＳＷ１１のみをＯＮ状態にすることで共振周波数をＡ［Ｈｚ］とし、ＳＷ１２のみをＯＮ状態にすることで共振周波数をＢ［Ｈｚ］とする。同様に、ＳＷ１３のみをＯＮ状態にすることで共振周波数をＣ［Ｈｚ］、そして、ＳＷ１４のみをＯＮ状態にすることで共振周波数をＤ［Ｈｚ］とする。

図５は、図３における第二の共振回路の構成図である。

図５に示すように、電子機器５内部の第二の共振回路１３には、第一の共振回路１０と同様に、異なる複数の共振周波数を任意に設定可能なＬＣ回路として機能するために、二次コイルＬ２が設けられている。また、第二の共振回路１３は、第二の回路制御部１２と接続されている。

さらに、第二の共振回路１３内に、容量の異なる複数のコンデンサ、ここでは、Ｃ２１，Ｃ２２，Ｃ２３，Ｃ２４が、それぞれ対応する抵抗Ｒ２１，Ｒ２２，Ｒ２３，Ｒ２４及びスイッチＳＷ２１，ＳＷ２２，ＳＷ２３，ＳＷ２４を介して並列に接続されている。

また、給電装置１の場合と同様、第二の回路制御部１２によって、スイッチＳＷ２１，ＳＷ２２，ＳＷ２３，ＳＷ２４の回路への接続有無が制御される。そして、第二の回路制御部１２によって、複数のコンデンサＣ２１，Ｃ２２，Ｃ２３，Ｃ２４の内、第二の共振回路１３内に接続されるコンデンサが設定される。

複数のコンデンサＣ２１，Ｃ２２，Ｃ２３，Ｃ２４の内、第二の共振回路１３内に接続されるコンデンサの違いによって、第二の共振回路１３のＬＣ特性が一義的に設定される、即ち、電子機器５内部の二次コイルＬ２の共振周波数が決定される。

具体的には、電子機器５内部の二次コイルＬ２の共振周波数は、二次電池６の残量に応じて第二の回路制御部１２により一義的に決定されている。

例えば、二次電池６の電池残量が満充電状態の０〜６０％であれば、第二の共振回路１３において、ＳＷ２１のみをＯＮ状態にすることで共振周波数をＡ［Ｈｚ］とし、６１〜８０％であればＳＷ２２のみをＯＮ状態にすることで共振周波数をＢ［Ｈｚ］とする。

同様に、８１〜９５％であればＳＷ２３のみをＯＮ状態にすることで共振周波数をＣ［Ｈｚ］、そして、９６〜１００％であればＳＷ２４のみをＯＮ状態にすることで共振周波数をＤ［Ｈｚ］とする。

ここでの共振周波数Ａ〜Ｄ［Ｈｚ］は、前述の給電装置１における共振周波数Ａ〜Ｄ［Ｈｚ］と同一である。

一次コイルＬ１と二次コイルＬ２は、それぞれの共振回路内におけるスイッチの接続状態により、異なる複数の共振周波数を設定可能であるが、上述したように、一次コイルＬ１の持つ複数の共振周波数と、二次コイルＬ２の持つ複数の共振周波数は共通である。従って、電子機器５の充電時は、一次コイルＬ１と二次コイルＬ２における共通の共振周波数を利用することにより充電を行う。

共通の複数の共振周波数を用いることによる本発明の充電方法を説明する。

図６は、図１の共鳴充電システムによる充電時の給電装置側を中心とした処理の手順を示すフローチャートである。

まず、ユーザーが給電装置１のスイッチ２をＯＮ状態にすることで、第一の共振回路１０、第一の回路制御部９及び検出部１１に電力が供給され、電子機器５への充電を開始する。

給電装置１側において、充電開始時における電子機器５内部の二次電池６の電池残量を検出するために、給電装置１の第一の回路制御部９により、第一の共振回路１０内のＳＷ１１のみをＯＮ状態とし、残りのＳＷ１２，ＳＷ１３，ＳＷ１４はＯＦＦ状態とする。

このスイッチング動作により、コンデンサＣ１１のみが第一の共振回路９内に接続され、一次コイルＬ１の共振周波数がＡ［Ｈｚ］に設定された後、電子機器５内部の二次コイルＬ２と共振状態であるか否かを、検出部１１によって判別する。

充電開始時、電子機器５内部の二次電池６の電池残量が６０％以下、つまり二次コイルＬ２の共振周波数がＡ［Ｈｚ］であれば、給電装置１内部の一次コイルＬ１と共振し、給電装置１の第一の共振回路１０内に流れる電流が最小となる。これにより、共振状態であることが給電装置１側で検出部１１によって判別でき、電子機器５への充電を継続する（ステップＳ６０１、Ｓ６０２）。

また、充電開始時、電子機器５内部の二次コイルＬ２の共振周波数がＡ［Ｈｚ］以外の場合、例えば、Ｂ［Ｈｚ］であれば、一次コイルＬ１と共振を行わない。そのため、第一の共振回路１０に流れる電流の変化がなく、二次コイルＬ２と共振状態ではないことが、給電装置１内部の検出部１１によって判別される。

これは、電子機器５内部の二次コイルＬ２の共振周波数がＣ［Ｈｚ］及びＤ［Ｈｚ］であった場合も同様である。

この場合、給電装置１の第一の回路制御部９により、第一の共振回路１０において、設定周波数をＡ［Ｈｚ］の次の周波数であるＢ［Ｈｚ］に設定するべく、第一の共振回路１０に接続されているＳＷ１１をＯＦＦ状態へと切り替える。続いて、ＳＷ１２のみをＯＮ状態へと切り替える動作を行う。

そして上述と同様、電子機器５内部の二次コイルＬ２と共振状態であるか否かを検出部１１によって判別する（ステップＳ６０３乃至ステップＳ６０５）。

また、充電開始時、電子機器５内部の二次コイルＬ２の共振周波数がＣ［Ｈｚ］であれば、給電装置１側の設定共振周波数をＣ［Ｈｚ］に設定するべく、第一の共振回路１０に接続されているＳＷ１２をＯＦＦ状態へと切り替える。続いて、ＳＷ１３のみをＯＮ状態へと切り替える動作を行う。そして、充電完了間近であることをユーザーに告知する（ステップＳ６０６乃至ステップＳ６０８）。

また、充電開始時、電子機器５内部の二次コイルＬ２の共振周波数がＤ［Ｈｚ］であれば、給電装置１側の設定共振周波数をＤ［Ｈｚ］に設定するべく、第一の共振回路１０に接続されているＳＷ１３をＯＦＦ状態へと切り替える。続いて、ＳＷ１４のみをＯＮ状態へと切り替える動作を行う。そして、充電完了をユーザーに告知する（ステップＳ６０９乃至ステップＳ６１１）。

このようにして、給電装置１は、充電開始時における電子機器５内部の二次電池６の電池残量の特定を、共振周波数を利用してＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ［Ｈｚ］の順に行い、充電開始時の電子機器５への共振周波数を決定する。

図７は、図１の共鳴充電システムによる充電時の電子機器側を中心とした処理の手順を示すフローチャートである。

電子機器５の共振周波数については、第二の回路制御部１２及び第二の共振回路１３によって、二次電池６の電池残量によって異なるように設定されており、これは、二次電池６の充電時、共振周波数が電池残量の増大によって遷移していくことを示す。

充電開始時、給電装置１と電子機器５が共にＡ［Ｈｚ］の共振周波数を利用して充電を行っている場合、電子機器５内の二次電池６の電池残量が６１％以上になった時点で（ステップＳ７０１乃至ステップＳ７０４）、以下の処理が行われる。

即ち、電子機器５内の第二の回路制御部１２によってＳＷ２１をＯＦＦ状態とし、ＳＷ２２のみをＯＮ状態へと切り替える。これにより、コンデンサＣ２２のみが第二の共振回路１３内に接続され、二次コイルＬ２の共振周波数がＢ［Ｈｚ］へと遷移する。

電子機器５の共振周波数の変化が起こると、給電装置１の一次コイルＬ１を流れる電流値が変化し、給電装置１側で電子機器５と共振していない、つまり二次電池６への充電が成されていないことが判明する。

そのため、給電装置１内の第一の回路制御部９において、第一の共振回路１０内のＳＷ１１をＯＦＦ状態とし、ＳＷ１２のみをＯＮ状態へと切り替える。これにより、コンデンサＣ１２のみが第一の共振回路９内に接続され、一次コイルＬ１の共振周波数をＢ［Ｈｚ］へと遷移させ充電を継続する。

そして、二次電池６の電池残量が、満充電状態の８１％に達した場合（ステップＳ７０５乃至ステップＳ７０７）、第二の回路制御部１２によって、第二の共振回路１３内のＳＷ２２がＯＦＦ状態となり、ＳＷ２３のみをＯＮ状態へと切り替える。

これにより、コンデンサＣ２３のみが第二の共振回路１３内に接続され、次の共振周波数Ｃ［Ｈｚ］へと遷移させることができる。

このとき、前述と同様、電子機器５の共振周波数の変化により、給電装置１の一次コイルＬ１を流れる電流値が変化し、給電装置１側で電子機器５と共振していないことが判明する。

そのため、給電装置１内の第一の回路制御部９において、第一の共振回路１０内のＳＷ１２をＯＦＦ状態とし、ＳＷ１３をＯＮ状態へと切り替えることにより、コンデンサＣ１３のみが第一の共振回路１０内に接続される。そして、一次コイルＬ１の共振周波数がＣ［Ｈｚ］へと遷移し、電子機器５への充電を継続する。

また、二次電池６の電池残量が、満充電状態の９６％に達した場合（ステップＳ７０８乃至ステップＳ７１０）、第二の回路制御部１２によって、第二の共振回路１３内のＳＷ２３がＯＦＦ状態となり、ＳＷ２４のみをＯＮ状態へと切り替える。これにより、コンデンサＣ２４のみが第二の共振回路１３内に接続され、次の共振周波数Ｄ［Ｈｚ］へと遷移する。

このとき、前述と同様、電子機器５の共振周波数の変化により、給電装置１の一次コイルＬ１を流れる電流値が変化し、給電装置１側で電子機器５と共振していないことが検出部１１によって判明する。

そのため、給電装置１内の第一の回路制御部９において、第一の共振回路１０内のＳＷ１３をＯＦＦ状態とし、ＳＷ１４のみをＯＮ状態へと切り替えることにより、コンデンサＣ１４のみが第一の共振回路１０内に接続され。そして、一次コイルＬ１の共振周波数がＤ［Ｈｚ］へと遷移し、電子機器５への充電を継続する（ステップＳ７１１）。

このようにして、電子機器５の共振周波数は、二次電池６の電池残量によってＡ［Ｈｚ］，Ｂ［Ｈｚ］，Ｃ［Ｈｚ］，Ｄ［Ｈｚ］へと変化していく。また、給電装置１側の共振周波数も、その変化に追従するようにしてＡ［Ｈｚ］，Ｂ［Ｈｚ］，Ｃ［Ｈｚ］，Ｄ［Ｈｚ］へと変化していく。

このとき、給電装置１側においては、どの共振周波数で共振を行っているかを検出部１１によって判別することにより、その共振周波数を以って、電子機器５内部の二次電池６の電池残量を検出し、ユーザーに告知することが可能である。

また、電子機器５の二次電池６が満充電状態となれば、その状態での共振周波数を給電装置１の第一の回路制御部９により認識し、給電装置１が電子機器５への給電を停止させることで、電力の浪費を防止することも可能である。

また、本発明の構成では、便宜的に共振周波数をＡ〜Ｄ［Ｈｚ］としたが、給電装置側で二次電池の電池残量をより細かく把握するために、共振周波数の数をさらに増やしてもよい。

例えば、給電装置１及び電子機器５内部の共振回路において、接続するコンデンサ、抵抗、スイッチの数をそれぞれ５個とし、電子機器５側において、二次電池６の電池残量が満充電状態の０〜６０％であれば、共振周波数をＡ［Ｈｚ］とする。また、６１〜８０％であればＢ［Ｈｚ］、８１〜９０％であればＣ［Ｈｚ］、９１〜９６％であればＤ［Ｈｚ］、９７〜１００％であればＥ［Ｈｚ］とする。

また、給電装置１側においても、電子機器５の共振周波数に対応するＡ〜Ｅ［Ｈｚ］の共振周波数を備え、前述のように、二次電池６の電池残量が増大していくにつれて、共振周波数の切り替え（遷移）を細かく行うようにする。

このことにより、二次電池の充電完了までの状態が、給電装置１側においてより正確に検出でき、ユーザーに告知することで、ユーザーにとっての利便性が向上する。

本発明の実施の形態に係る共鳴充電システムの構成図である。図１における給電装置のブロック構成図である。図１における電子機器のブロック構成図である。図４は、図２における第一の共振回路の構成図である。図３における第二の共振回路の構成図である。図１の共鳴充電システムによる充電時の給電装置側を中心とした処理の手順を示すフローチャートである。１の共鳴充電システムによる充電時の電子機器側を中心とした処理の手順を示すフローチャートである。

符号の説明

１給電装置
２スイッチ
３表示部
４ソケット
５電子機器
６二次電池
７レンズ部
８ストロボ発光部
９第一の回路制御部
１０第一の共振回路
１１検出部
１２第二の回路制御部
１３第二の共振回路
１４電力変換部
Ｌ１一次コイル
Ｌ２二次コイル

Claims

給電装置から共鳴により供給される電力を受け取る受電手段と、
前記受電手段から供給される電力を用いて電池の充電を行う手段と、
前記受電手段の共振周波数を設定するための設定手段と、
前記設定手段によって設定された前記受電手段の共振周波数が第１の共振周波数である場合に、前記電池の残量に応じて、前記受電手段の共振周波数を前記第１の共振周波数と異なる第２の共振周波数に変更するための変更処理を行う制御手段と
を有することを特徴とする電子機器。
前記制御手段は、前記設定手段によって設定された前記受電手段の共振周波数が前記第１の共振周波数である場合、前記電池の残量が所定値以上であることが検出されたことに応じて、前記変更処理を行うことを特徴とする請求項１に記載の電子機器。
前記制御手段は、前記給電装置に前記電池の残量を通知するために前記変更処理を行うことを特徴とする請求項１または２に記載の電子機器。
前記変更処理は、前記受電手段に接続されるコンデンサの容量を前記電池の残量に応じて変更するための処理を含むことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の電子機器。
給電装置から共鳴により供給される電力を受け取る受電手段と、
前記受電手段から供給される電力を用いて電池の充電を行う手段と、
前記受電手段の共振周波数を設定するための設定手段と、
前記設定手段によって設定された前記受電手段の共振周波数が第１の共振周波数である場合、前記電池の充電状態に応じて、前記受電手段の共振周波数を前記第１の共振周波数と異なる第２の共振周波数に変更するための変更処理を行う制御手段と
を有することを特徴とする電子機器。
前記設定手段によって設定された前記受電手段の共振周波数が前記第１の共振周波数である場合、前記制御手段は、前記充電状態が所定の状態に達したことが検出されたことに応じて、前記変更処理を行うことを特徴とする請求項５に記載の電子機器。
前記制御手段は、前記給電装置に前記充電状態が前記所定の状態に達したことを通知するために前記変更処理を行うことを特徴とする請求項６に記載の電子機器。
前記変更処理は、前記受電手段に接続されるコンデンサの容量を前記電池の充電状態に応じて変更するための処理を含むことを特徴とする請求項５から７のいずれか１項に記載の電子機器。
受電手段を用いて、給電装置から共鳴により供給される電力を受け取るステップと、
前記受電手段から供給される電力を用いて電池の充電を行うステップと、
前記受電手段の共振周波数を設定するステップと、
設定された前記受電手段の共振周波数が第１の共振周波数である場合に、前記電池の残量に応じて、前記受電手段の共振周波数を前記第１の共振周波数と異なる第２の共振周波数に変更するための変更処理を行うステップと
を有することを特徴とする方法。
受電手段を用いて、給電装置から共鳴により供給される電力を受け取るステップと、
前記受電手段から供給される電力を用いて電池の充電を行うステップと、
前記受電手段の共振周波数を設定するステップと、
設定された前記受電手段の共振周波数が第１の共振周波数である場合、前記電池の充電状態に応じて、前記受電手段の共振周波数を前記第１の共振周波数と異なる第２の共振周波数に変更するための変更処理を行うステップと
を有することを特徴とする方法。