JP5299824B2 - 受電装置 - Google Patents

Description

本発明は、各種携帯端末などバッテリーを駆動電力として使用し、給電装置によって充電される受電装置に関する。

従来、携帯電話やカラオケ用のリモコン装置などに組み込まれたバッテリーを駆動電力として使用する各種機器においては、ＡＣアダプターなどの給電装置を給電対象機器に接続してバッテリーへの充電が実行される。特に、カラオケルームなどで利用されるカラオケ用のリモコン装置（以下、携帯端末）は、充電と利用が頻繁に繰り返される利用形態にある。

このような利用形態に対して、簡易に充電を実行可能するためクレードルを利用した充電が行われている。このクレードルには、ＡＣアダプターなどから供給される供給電流を供給する金属接点が設けられており、給電対象機器となる携帯端末を載置することで、クレードル側の金属接点と給電対象機器側に設けられた金属接点が接触して充電が実行される。

また、クレードルは、給電対象機器を上方から載置できるよう、上方が開口した構造を有したものもある。このような場合、接触部としての金属接点が露出して設けられていることが多く、金属接点に汚れやゴミが付着しやすい。特にカラオケルームのような飲食扱う環境下においては、汚れ、ゴミの問題は大きい。

また、携帯端末の稼働率を向上させるため、金属接点に数アンペアの供給電流を流す急速充電を行うことで充電期間の短縮化が図られることがある。このような場合、金属接点の汚れやゴミの付着によって、金属接点間の電気抵抗が増大することで金属接点が異常発熱することがある。また、クレードルに対して給電対象機器がきちんとした載置されず、金属接点の接触面積が小さくなった場合にも同様の異常発熱が発生することがある。

特許文献１には、大電流を通電する電源コネクタ部において、供給コネクタに隣接して過熱温度を検知する検出素子を設け、許容温度異常を検出した場合、供給電流の出力を遮断するもしくは警報を発する電源コネクタ保護装置が開示されている。

特開平７−２１０７７８号公報

特許文献１に記載の電源コネクタ保護装置によれば、異常発熱が発生した後に、供給電力を遮断する、もしくは警報を発することで装置の信頼性、安全性を向上させることが可能である。しかしながら、発熱自体を判断するため迅速な対応を取ることはできない。特に、各種充電対象機器に対して利用する場合、充電開始から発熱発生までにはタイムラグが生じ、クレードル載置直後など充電を開始した直後に対応を取ることは困難である。

このような課題を解決するため、本発明に係る受電装置は、給電装置の第１線路から受電装置の第２線路へ定電流の供給電流の供給を受ける受電装置において、前記給電装置の前記第１線路に設けられた給電側第１接点と接触する位置に配設され、接触時に前記給電側第１接点から供給電流を受ける前記第２線路の受電側第１接点と、前記給電装置の第１線路に設けられた給電側第２接点と接触する位置であって、前記受電装置側の第３線路に設けられた受電側第２接点と、前記受電側第１接点の第１電位と、前記受電側第２接点の第２電位の電位差を検出する電位差検出部と、前記電位差検出部が検出した電位差と、一定電圧である基準電圧との比較に基づいて、給電状態が良好であるか否かを判定する判定部と、を備えることを特徴とするものである。

さらに本発明に係る受電装置において、前記受電側第１接点、前記受電側第２接点、前記電位差検出部、前記判定部は、供給電流のプラス側とマイナス側にそれぞれ設けられ、前記プラス側の判定結果と前記マイナス側の判定結果に基づいて、給電状態が良好であるか否かを判定する制御部を備えることを特徴とするものである。

さらに本発明に係る受電装置は、給電状態が良好で無いと判定された場合、前記給電装置から供給される供給電流を制御する供給電流制御部を備えることを特徴とするものである。

さらに本発明に係る受電装置は、給電状態が良好で無いと判定された場合、その旨を報知する報知部を備えることを特徴とするものである。

本発明の受電装置によれば、給電対象機器となる受電装置に対して給電を実行する際、電気接点に付着した汚れ、ゴミ、あるいは、クレードルなどの給電装置への載置不良などの給電不良状態を判定することが可能であり、このような給電不良状態による異常発熱を事前に防ぐことが可能となる。特に、受電装置への給電開始直後において判定できるため、ユーザーは給電不良に対する迅速な処理をとることができる。

さらに給電状態を判定するための構成を、供給電流のプラス側とマイナス側の両方に設けたことで、給電不良状態の判定精度を向上させることが可能となる。

本発明の実施形態に係る給電状態検出部を説明するための図 本発明の実施形態に係る給電状態検出処理を示すフロー図 本発明の実施形態に係る受電装置（リモコン装置）を示す図 本発明の実施形態に係る給電装置（クレードル）を示す図 本発明の実施形態に係るリモコン装置の載置の様子を示す図 本発明の他の実施形態に係る給電状態検出部を説明するための図

本発明の実施形態に係る受電装置の基本構成について図１、図２を用いて説明する。図１は、本発明の実施形態に係る給電状態検出部を説明するための図であり、図２は、本発明の実施形態に係る給電状態検出処理を示すフロー図である。本実施形態では、受電装置が備えるバッテリーに対して、給電装置から電流を供給する形態としているが、電気接点を介して受電装置に電流を供給する構成であれば、このような形態のみに限定されるものではない。

図１に示されるように受電装置には、給電装置に設けられた給電側第１接点２３と接触して供給電流を受けるための受電側第１接点１３が設けられている。なお、受電側第１接点１３と給電側第１接点２３間に図示される抵抗Ｒｃは、接点の汚れ、接点間に介在するゴミ、あるいは、十分な接触面積の不足によって生じる接触抵抗である。

また本実施形態の受電装置には、給電装置に設けられた給電側第２接点２４と接触して
、給電側第１接点２３の電位Ｖ２を測定するための受電側第２接点１４が設けられている。給電側第２背点２４と受電側第２接点１４間においても、第１接点１３、２３間と同様、接点の汚れ、ゴミが介在する可能性があるが、後段の差動回路１０１の入力抵抗が十分に大きく（作動回路１０１ａが一般的なオペアンプやコンパレータであれば数ＭΩ）、Ｒの値も十分に大きい値（例えば、数ＭΩ）であれば、例えば、給電装置から供給される電圧が数ボルトなので、両接点１４、２４間に流れる電流は微小な電流になり、供給電流に対しても非常に小さい比の関係になる。このため、給電側第２接点２４と受電側第２接点１４との間の接触抵抗によって生じる電位差は、給電側第１接点２３と受電側第１接点１３との間で生じる電位差に対して無視できる。このように図は、電気的特性を示した図であって、電気的に無視できる両第２接点１４、２４間の接触抵抗を記載していない。

受電側第１接点１３は、スイッチ１０２を介して図示しないバッテリーに供給電流を供給する。そして受電側第１接点１３、受電側第２接点１４は、差動回路１０１に接続されている。前述したように差動回路１０１の入力抵抗値は十分に大きい値であるため、受電側第１接点１３における電位Ｖ１は、給電装置側の電位Ｖ２から接触抵抗Ｒｃによる電圧降下分を差し引いた値となる。一方、受電側第２接点１４における電位Ｖ２は、両第２接点１４、１４間の電流が無視できるため、給電装置側の電位Ｖ２となる。

オペアンプで構成された差動回路１０１ａは、受電側第２接点１４の電位Ｖ２から受電側第１接点１３の電位Ｖ１を引き算して差分電位Ｖ３を出力する。この差分電位Ｖ３は接触抵抗Ｒｃでの電圧降下分に略等しいため、以下の関係となる。
Ｖ３ ＝ Ｖ２−Ｖ１ ＝ 供給電流（２Ａ）×Ｒｃ

ここで、供給電流の値は既知である（本実施形態では２アンペア）、あるいは、計測して取得可能であるため、差分電位Ｖ３を差動回路１０１ａにて取得することで、受電側第１接点１３と給電側第１接点２３間の接触抵抗Ｒｃを判定することができる。コンパレータ１０１ｂは、この接触抵抗Ｒｃが所定値を超えたか否かを判定するための回路であって、オペアンプにて構成されている。このコンパレータ回路１０１ｂには、差動回路１０１からの差分電位Ｖ３と基準電圧（２Ｖ）が入力されており、差分電位Ｖ３が基準電圧よりも小さい（接触抵抗Ｒｃが１Ω未満）場合には、判定電位Ｖ４はロー状態を、また、差分電位Ｖ４が基準電圧よりも大きい（接触抵抗Ｒｃが１Ωを超える）場合には、判定電位Ｖ４はハイ状態を出力することとしている。

このように、給電側第１接点２３と受電側第１接点１３との間の接触抵抗Ｒｃを流れる電流によって生じる電位差を、接点間に流れる電流が、給電側第１接点２３と受電側第１接点１３との間に流れる電流よりも充分少ない給電側第２接点と受電側第２接点を介して検出するコンパレータ回路１０１ｂの出力状態によって、接触抵抗Ｒｃが基準値を超えているか否かを判定することが可能となり、各接点１３、２３の汚れや両接点１３、２３間のゴミ、あるいは、接触面積の不足などの不良要因を給電開始直後に判定することが可能となり、これら不良要因を起因として発生する異常発熱を事前に防止することが可能となる。なお、本実施形態では、差動回路１０１ａ（本発明でいう「電位差検出部」）とコンパレータ１０１ｂ（本発明でいう「判定部」）にて接触抵抗Ｒｃが許容値を超えたか否かを検知する状態検出部１０１を構成しているが、回路構成についてはこの例に限ることなく、適宜形態を採用することができる。

本実施形態では、状態検出部１０１（具体的には、コンパレータ回路１０１ｂ）の判定出力（判定電位Ｖ４）は、制御部１０３に出力される。制御部１０３では判定電位Ｖ４がハイ状態となった場合に、制御するスイッチ１０２を切って供給電流をストップさせ、異常発熱を事前に防止する。なお、電流供給対象をバッテリーとする本実施形態では、制御部１０３は、バッテリー状態に基づいてスイッチ１０２をオンオフすることが可能となっ
ている。

また、制御部１０３には、報知部１０４が接続されており、この報知部１０４を介して利用者、あるいは、管理者に対して異常がある旨を告知する。告知の方法としては、発光素子の点灯、点滅や、音の発生、表示画面上へのメッセージ出力、あるいは、ネットワークを介して遠隔地へ信号送信をするなど各種形態を採用することができる。

図２は、本実施形態の給電状態検出処理を示すフロー図である。本実施形態では、図１の受電装置のバッテリー充電を対象とした処理となっている。受電装置が給電装置にセット、すなわち、受電側の第１接点１３、第２接点１４がそれぞれ、給電側の第１接点２３、第２接点２４と接触した場合この処理が開始される。処理が開始されると、制御部１０３はバッテリー状態をチェックする（Ｓ１０１）。バッテリー状態のチェックの結果、満充電の状態であって充電の必要が無いと判定された場合には、処理を終了する。一方、満充電の状態ではない場合には、制御部１０３は、スイッチ１０２を閉じてバッテリーに対し電流の供給を開始する（Ｓ１０３）。

バッテリーに対する電流の供給は、バッテリーが満充電の状態になるまで継続されることとなるが、この継続期間中、状態検出部１０１の判定結果（判定電位Ｖ４の状態）が監視される（Ｓ１０４）。判定電位Ｖ４がロー状態である場合には、スイッチ１０３をオン状態とし電流の供給を継続する（Ｓ１０５）。一方、判定電位Ｖ４がハイ状態の場合にはスイッチ１０３をオフ状態として電流の供給を停止する（Ｓ１０５）。報知部１０４による報知はこの場合に実行されることとなる。

以上、本実施形態では、受電側第１接点１３の電位と受電側第２接点１４の電位差に基づいて、受電側第１接点１３と給電側第１接点２３間の接触抵抗Ｒｃを実質的に検知し、給電状態が良好であるか否かを判定することが可能となる。そして、接触抵抗Ｒｃを原因として発生する異常発熱を事前に防止することが可能となる。

では、このような受電装置の適用例について図３から図６を用いて説明する。図３は、本発明の実施形態に係る受電装置（リモコン装置）を示す図であり、図４は、本発明の実施形態に係る給電装置（クレードル）を示す図であり、図５は、本発明の実施形態に係るリモコン装置の載置の様子を示す図であり、図６は、本発明の他の実施形態に係る給電状態検出部を説明するための図を示している。

本実施形態では、歌唱を楽しむカラオケシステムのリモコン装置への適用例が示されている。また、図１では給電のためのプラス側、マイナス側どちらかの接点についての適用回路としていたが、本実施形態ではプラス側、マイナス側の両接点に対して適用したものとなっており、給電不良状態の判定精度を向上させた構成となっている。

図３は受電装置としてのリモコン装置１０の外観を示した図である。筐体１１の中央には、選曲のための各種表示を行う表示画面１２が配置されている。また表示画面１２上には透明なタッチパネルが配置されており、ユーザーによる各入力を受け付けることが可能となっている。筐体１１の左上には発光素子１５が配置されており、充電状態に異常が生じた場合、点滅してユーザーに告知を行う。

リモコン装置１０の筐体１１下部には、プラス側、マイナス側のそれぞれに受電側第１接点１３ａ、１３ｂ、受電側第２接点１４ａ、１４ｂが配置されている。各接点は、筐体１１に設けられた凹部にて露出する金属板で構成されている。

一方、図４には、図３のリモコン装置１０に対して電流を供給する給電装置としてのク
レードル２０が記載されている。本実施形態のクレードル２０は、リモコン装置１０を載置するため溝部２１ｂを有する筐体２１を有している。また、本実施形態では、クレードル２０とリモコン装置１０の載置位置関係を的確にするため、溝部２１中央付近に係合突起部２１ａが形成されている。この係合突起部２１ａは、リモコン装置１０が載置された際、リモコン装置１０の筐体１１背面に形成されている凹部（図示せず）と係合し、所定の位置関係が形成される。

溝部２１の底部２１ｃに２組の空電側第１接点２３ａ、２３ｂ、給電側第２接点２４ａ、２４ｂが設けられている。本実施形態において各接点は、Ｕ字状に折り曲げられた金属線であって下方から押圧力が付与されている。またクレードル２０には商用電源に接続するための電源ケーブル２２を備えている。商用電源から供給される交流電源は、クレードル２０内のＡＣ−ＤＣ変換器や、ＡＣアダプターなどにて数ボルトの直流電圧（例えば、供給電流は２アンペア）に変換され、給電側第１接点２３ａ、２３ｂに供給される。リモコン装置１０がクレードル２０に載置されたときには、受電側の各接点が、これら給電側の接点と接触して給電（充電）が実行される。

図５は、クレードル２０上に載置されたリモコン装置１０を示す図であって、このような載置状態でリモコン装置１０に対する充電が実行される。

では、図６を用いてこの実施形態における給電状態検出部について説明する。本実施形態では、受電側第１接点１３ａ、受電側第２接点１４ａ、給電側第１接点２３ａ、給電側第２接点２４ａ、状態検出部１０１は、プラス側、マイナス側の両方に設けられている。なお、符号ａ、Ａはプラス側の構成を、符号ｂ、Ｂはマイナス側の構成を示している。

プラス側、マイナス側の状態検出部１０１Ａ、１０１Ｂの構成は図１で説明したように電位差検出部としての差動回路１０１ａ、判定部としてのコンパレータ回路１０１ｂなどを用いて構成され、判定出力としての判定電位Ｖ４、Ｖ４’を出力する。

制御部１０３では、これら判定出力に基づいて給電異常を判定する。具体的には、プラス側、マイナス側、何れか一方にでも異常判定が示された（Ｖ４もしくはＶ４’が、ハイ状態）となった場合、給電系に異常があると判定し、スイッチ１０２を切ることで給電を停止させる。また、報知部１０４に異状が発生した旨を報知させる。

このように本実施形態では、プラス側、マイナス側の両方で給電異常を判定することで、
以下に説明する給電不良状態の判定精度の向上を図ることが可能となる。図３、図４で説明した実施形態では、商用電源からリモコン装置に供給された電流は、商用電源に戻るため、供給側第１接点２３ａと供給側第２接点２３ｂを流れる各電流は、流れる方向が異なるが同じ値である。本実施形態では、一方の接点だけにゴミが付着した場合、他方の接点だけの状態検出部を備えていると他方の接点で接触抵抗Ｒｃが生じなければ状態検出はできないこととなるため、状態検出部は、電流が流れ込む箇所、流れ出る箇所それぞれに備える（例えば、図６で示す、受電装置と給電装置の界面で備える）ことが好ましい。

また、本実施形態は以下に説明する定電流充電方式に用いることでその効果を更に発揮することとなる。前述したバッテリー内蔵型のカラオケ用途のリモコン装置１０では、利用効率を向上させるため、給電時には急速充電が行われることがある。

この急速充電では、定電流充電方式（常時電流を流し続けるのではなく、パルスによる断続的な定電流の場合もある）が利用されることが多く、負荷抵抗の変化に関わらず一定電流が流し続けられることとなり、接点に付着したゴミなどによって接触抵抗が増えた場
合であっても一定の電流が流し続けられてしまうこととなる（供給電流が変化しないように供給電圧を上げる）。このため定電流充電方式では、接触抵抗が増える程発熱量も増えることとなる。

本実施形態は、ＡＣ−ＤＣ変換器や、ＡＣアダプターなどの給電装置側、もしくは、リモコン装置１０などの受電装置側に定電流回路を有する場合に特に有効となる。なお、定電流充電が、パルスによる断続的な定電流の場合、制御部１０３は、状態検出部１０１で抽出した値を所定の単位時間（例えば、毎秒）で平均化して判断することで、給電状態が良好か否かを判断することができる。

なお、本発明はこれらの実施形態のみに限られるものではなく、それぞれの実施形態の構成を適宜組み合わせて構成した実施形態も本発明の範疇となるものである。

１０…リモコン装置（受電装置）、１１…筐体、１２…表示画面、１３ａ、１３ｂ…受電側第１接点、１４ａ、１４ｂ…受電側第２接点、１５…発光素子、１０１…状態検出部、１０１ａ…差動回路（電位差検出部）、１０１ｂ…コンパレータ回路（判定部）、１０２…スイッチ、１０３…制御部、１０４…報知部、２０…クレードル（給電装置）、２１…筐体、２１ａ…係合突起部、２１ｂ…溝部、２１ｃ…底部、２２…電源ケーブル、２３ａ、２３ｂ…給電側第１接点、２４ａ、２４ｂ…給電側第２接点

Claims (4)

1. 給電装置の第１線路から受電装置の第２線路へ定電流の供給電流の供給を受ける受電装置において、
   前記給電装置の前記第１線路に設けられた給電側第１接点と接触する位置に配設され、接触時に前記給電側第１接点から供給電流を受ける前記第２線路の受電側第１接点と、
   前記給電装置の第１線路に設けられた給電側第２接点と接触する位置であって、前記受電装置側の第３線路に設けられた受電側第２接点と、
   前記受電側第１接点の第１電位と、前記受電側第２接点の第２電位の電位差を検出する電位差検出部と、
   前記電位差検出部が検出した電位差と、一定電圧である基準電圧との比較に基づいて、給電状態が良好であるか否かを判定する判定部と、を備えることを特徴とする
   受電装置。
   
2. 前記受電側第１接点、前記受電側第２接点、前記電位差検出部、前記判定部は、供給電流のプラス側とマイナス側にそれぞれ設けられ、
   前記プラス側の判定結果と前記マイナス側の判定結果に基づいて、給電状態が良好であるか否かを判定する制御部を備えることを特徴とする
   請求項１に記載の受電装置。
3. 給電状態が良好で無いと判定された場合、前記給電装置から供給される供給電流を制御する供給電流制御部を備えることを特徴とする
   請求項１または請求項２に記載の受電装置。
4. 給電状態が良好で無いと判定された場合、その旨を報知する報知部を備えることを特徴とする
   請求項１から請求項３の何れか１項に記載の受電装置。

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