JP2007174720A - 携帯型バッテリー装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 冷暖房衣服に着脱自在に取り付けられる携帯型バッテリー装置4であって、面状発熱体と送風ファンの両方の接続端子に接続され、駆動電圧を印加可能な1個の電圧供給端子28と、二次電池29と、コントローラ30と、前記コントローラ30の指示によって電圧供給端子29に印加される直流電圧を変化させる電圧変化回路部32と、面状発熱体又は送風ファンの接続端子を電圧供給端子28に接続し、電圧を印加した時に流れる電流を検出する電流検出部32とを備え、コントローラ30は、電圧供給端子28に接続した場合に所定電圧を印加して接続直後に流れる電流値と所定時間経過後に流れる電流値を比較することに基づいて、接続された負荷が面状発熱体と送風ファンのどちらか一方であると判別する。
【選択図】 図5
Description
例えば、下記特許文献1には、衣服内部に発熱体を組み込むとともに、携帯型電源を衣服に装着して発熱体を加熱することにより保温を行う技術が提案されている。
上記従来技術のような温度調整服に使用する携帯型電源は、使い捨ての乾電池などを用いるよりも充電により繰返し利用できる直流二次電池を用いることがコストを低減できて好ましいと言える。
(A)寒冷作業用と高温作業用の二種類の作業服が必要になる課題
上記構成の作業服であれば、寒冷時に使用する作業服と、暑い時に使用する作業服を二種類購入する必要がある。
また、暖房と冷房を必要とする時間帯とが一日の作業時間内で混在する場合、その都度、作業服を着替えるようなことは面倒であり、寒冷作業用と高温作業用の二種類の作業服を兼用できる衣服が望まれていた。上記形態としては、昼間と夜間の温度差が大きい地域で作業を行う場合、暑い日に冷凍庫内で作業を行う場合、又は寒い日に温室内で作業する場合などが例示できる。
送風ファンを装着した冷房服に要求される二次電池の動作特性と、温熱ヒーターを装着した暖房服に要求される二次電池の動作特性とは異なるので、兼用の冷暖房服を製造する場合には二種類のバッテリー装置を用意する必要があった。この場合、仮に兼用でない冷房服と暖房服をそれぞれ用意したとしても、それらの使い分けに応じて二種類の携帯型バッテリー装置を取替える必要があり、その管理が面倒になる。
また、兼用型の冷暖房衣服を使用する場合は、2種類のバッテリー装置を共に持つ必要があるので、バッテリー装置の総重量が大きくなって作業の負担になるとともに製造コストが高くなるという課題がある。
具体的な目的の一例を示すと、以下の通りである。
(a)寒冷作業用のみならず、高温作業用としても使用できる兼用型の冷暖房衣服に最適なバッテリー装置を提供する。
(b)冷暖房共用であっても使用するバッテリー装置を一つでき、かつその操作を簡単にできるバッテリー装置を提供する。
(c)電気具を複数個、身体に装着する場合に、単一のバッテリー装置で各電気具を最適な条件で駆動できるバッテリー装置を提供する。
なお、上記に記載した以外の発明の課題、その解決手段及びその効果は、後述する明細書内の記載において詳しく説明する。
第1発明の携帯型バッテリー装置は、直流電圧の供給によって駆動する発熱体と送風ファンの少なくとも一方を装着可能に構成した衣服に着脱自在に取り付けられる携帯型バッテリー装置であって、
そのバッテリー装置は、前記発熱体と前記送風ファンの両方の接続端子に接続され、駆動電圧を印加可能な1個の電圧供給端子と、小型の直流電源と、コントローラと、前記コントローラの指示によって前記電圧供給端子に印加される直流電圧を変化させる電圧変化手段と、前記発熱体又は前記送風ファンの接続端子を電圧供給端子に接続し、電圧を印加した時に発熱体と送風ファンに流れる電流を検出する電流検出手段とを備え、
前記コントローラは、前記電圧供給端子に前記発熱体か前記送風ファンのどちらか一方を前記電圧供給端子に接続した場合に所定電圧を印加して接続直後に流れる電流値と所定時間経過後に流れる電流値を比較することに基づいて、接続された負荷を前記発熱体又は前記送風ファンのどちらか一方であると判別し、その判別結果に基づいて前記発熱体用の駆動電圧又は前記送風ファン用の駆動電圧を電圧供給端子に印加することを特徴とする。
第1発明は、冷房専用衣服、暖房専用衣服、又は冷暖房兼用衣服にも適用が可能であるが、冷暖房兼用衣服であれば特にその効果が高い。
第1発明及び第2発明において、発熱体は面状に身体の部分を覆う構成が好ましいが、線状などの構成も採用することができる。また、前記小型の直流電源は充電自在な二次電池が好ましいが、一次電池でも使用可能である。
そのバッテリー装置は、前記複数の電気具の接続端子に接続され、駆動電圧を印加可能な1個の電圧供給端子と、小型の直流電源と、コントローラと、前記コントローラの指示によって前記電圧供給端子に印加される直流電圧を変化させる電圧変化手段と、前記複数の電気具の接続端子を電圧供給端子に接続し、電圧を印加した時にその電気具に流れる電流を検出する電流検出手段とを備え、
前記コントローラは、前記電圧供給端子に複数の電気具の一つを前記電圧供給端子に接続した場合に所定電圧を印加して接続直後に流れる電流値と所定時間経過後に流れる電流値を比較することに基づいて、前記複数の電気具のうちどの電気具であるかを判別し、その判別結果に基づいて接続された電気具用の駆動電圧を電圧供給端子に印加することを特徴とする。
第2発明において、「電気具」とは電気エネルギーを用いて発熱、送風、温度測定、発光などの所定の作用を行うことができる負荷を言う。
第4発明は、第1発明において、前記2つの電流値の比較が、前記2つの電流値の差を算出することに基づいて行われることを特徴とする。
第4発明において、前記判別は、2つの電流値の差と予め設定された所定値との大小を比較して行うことが一般的である。
第1発明であれば、以下の特有の効果を有する。
(イ)冷房服と暖房服に応じて二種類のバッテリー装置を用意する必要がなく、単一の携帯用バッテリー装置だけで済むので操作及び管理を単純化できる。
(ロ)バッテリー装置内に1個の電圧供給端子を設け、発熱体と送風ファンの駆動を行うことができるので、発熱体用の電圧供給端子と送風ファン用の電圧供給端子をそれぞれ設ける構成に比べて、電圧供給端子を設ける面積を小さくできるので、バッテリー装置を小型化できる。また、使用者からすれば、発熱体と送風ファンの接続端子をバッテリー装置に接続するに際して、単一の電圧供給端子に繋げれば良く、考える必要が無く簡単である。さらに使用者が接続端子を逆に接続して発熱体と送風ファンを破損したり、又は駆動電圧が得られず、発熱又は送風の効果を得られないという不都合を無くすることができる。
(ハ)複数の電気具を身体に装着する場合において個別のバッテリー装置を用意する必要がなく、単一の携帯用のバッテリー装置だけで済むので操作及び管理を単純化できる。
(ニ)バッテリー装置内に1個の電圧供給端子を設けるだけで複数の電気具の駆動を行うことができるので、個別の電気具用の電圧供給端子をそれぞれ設ける構成に比べて、電圧供給端子を設ける面積を小さくできるので、バッテリー装置を小型化できる。また、使用者からすれば、複数の電気具をそれぞれバッテリー装置に接続するに際して、単一の電圧供給端子に繋げればよく、考える必要が無く簡単である。さらに使用者が個別の電気具の接続端子を間違えて接続することにより、電気具を破損したり、又は個々の電気具の駆動電圧が得られず、動作が不安定になるという不都合を無くすることができる。
第4発明であれば、前記2つの電流値の比較が差を算出することに基づいて行われるので、簡単な演算によって発熱体と送風ファンの判別を行うことができる。
第6発明であれば、回転子のコイルを流れる逆起電力によって電流が流れにくくなる電気具を少なくとも一つ含んでいることにより、接続直後に流れる電流値と所定時間経過後に流れる電流値を比較する場合に、その電気具の判別を正確に行いやすいという利点がある。
まず、本発明に係るバッテリー装置を説明する前に、バッテリー装置が装着される冷暖房衣服について説明する。図1〜図3はそれぞれ冷暖房衣服の一例としての冷暖房チョッキ1を示している。
図1(A)は冷暖房チョッキ1の正面図、図1(B)はその背面図、図2はその内部の様子を示す図である。
図2に示すように、送風ファン3・3は、チョッキ1の両脇の下側位置に一対取り付けられている。送風ファン3・3は、外部の空気を衣服の内部に取り入れ、衣服内の体温で暖まった空気を外部へ放出することにより、衣服内を冷房するように構成してある。
また、チョッキ1の内側下部に電池ポケット部12を設け、その電池ポケット部12にバッテリー装置4を収容できるようになっている。
なお、この実施形態に係るチョッキ1では、首回りから送風ファン3・3の送風が吹き出すことになる。首回りから送風が吹き出させることにより、顔及び首回りも冷却することができ、冷却効果を高めることができる。
ジャンバーにバッテリー装置4を収容する電池ポケット部(図4において図示せず)を設けるとともに、ベルト19にベルト装着具20を設け、そのベルト装着具20内にバッテリー装置4を収容するようにしてある。そして、図3に示す遠赤外線放射シート2および送風ファン3・3からの各接続線7・10をベルト装着具20に収容されたバッテリー装置4にまで達する長さに設定している。
なお、本明細書において「衣服」とは、着物、ジャンバー、チョッキ、コートなどの服のみならず、身体に装着する各種のもの、例えば、マフラー、パット、ベルトなどを含む広い意味で用いている。
図5に示すように、このバッテリー装置4は、駆動電圧を印加可能な1個の電圧供給端子28と、充電自在な小型の二次電池29と、コントローラ30と、前記コントローラ30の指示によって電圧供給端子28に印加される直流電圧を変化させる電圧変化手段としての電圧変化回路部31と、前記電流検出手段としての電流検出部32を含んで構成してある。
電圧供給端子28は、前記した上記遠赤外線放射シートのような各種の面状発熱体2(図3参照)と送風ファン3(図3参照)の両方の接続端子8,11(図3参照)に接続される。
電流検出部32は、面状発熱体2又は送風ファン3の接続端子8,11を電圧供給端子28に接続し、電圧を印加した時に面状発熱体2と送風ファン3に流れる電流を検出するためのものであり、面状発熱体2と送風ファン3に流れる電流を抵抗に流してその電圧降下を検出する回路で構成してある。
負荷判別部33は、電流検出部32によって検出された電流に基づいて、面状発熱体と送風ファンとを判別する。
電圧変化回路部31は、降下型DC/DCコンバータ、昇圧型DC/DCコンバータ、昇降下型DC/DCコンバータのいずれかが採用されることが多い。
また、図5において、家庭用交流電源から二次電池29に充電するための充電用端子は省略して記載してあり、A/D変換器などの基本的要素も省略して記載している。
まず、電圧供給端子28に面状発熱体か送風ファンのどちらか一方を接続した場合に、指令部34は、電圧変化信号生成部35に命令して、電圧変化回路部31に所定電圧を生成するように指令する。そして、接続直後(t=t1)に流れる電流値I1と所定時間経過後(t=t2)に流れる電流値I2を電流検出部32において検出して、コントローラ30の入力ポートに入力して記憶部(図示せず)内に2つの電流値を記憶する。そして、2つの電流値の演算(差、比など)に基づいて負荷判別部33が面状発熱体であるか送風ファンであるかを判別して、その判別結果に基づいて電圧変化信号生成部35によって電圧を変化させて面状発熱体,送風ファンのそれぞれに最適な直流電圧を印加する。
図6に示す回路は、電圧変化回路部31として降圧型DC/DCコンバータ50を採用している。降圧型DC/DCコンバータ50は、コンデンサ37、コイル38(インダクタ)、ダイオード39、FET−MOSなどのスイッチング素子40、抵抗41、抵抗42を主要素として構成してある。DC/DCコンバータ50は二次電池29の直流電圧を必要な直流電圧に効率よく変換するための回路であり、その動作は直流を一度交流にしてそのエネルギーをコンデンサ37とコイル38に一時的にためこみ、スイッチング素子40によって一定時間間隔で電圧供給端子28に取り出すものである。
マイクロコントローラ46には、CPU48とメモリ49とA/D変換器を備えた入力ポート51、出力ポート52などが設けられ、前記電圧変化信号生成部35としてのPWM信号回路47を備えている。なお、図5に示した前記負荷判別部33と指令部34は図6に示すCPU48とメモリ49によるソフトウエアで構成してある。
送風ファンの直流モータを接続した場合は、初期の停止時において流れる電流と、起動後に流れる電流は大きさが異なる。つまり、起動初期には大きな電流が流れるが、時間が過ぎると一定の速度が出るまで電流は小さくなり続ける(図8(A)参照)。その理由は、停止時には直流モータの回転子のコイルに流れる電流はコイルの純抵抗成分になるので流れる電流はとても大きくなるのに対して、直流モータが起動すると回転子のコイルに流れる電流は回転するときにコイルで発生する逆起電力によってインピーダンスが大きくなり、流れる電流は小さくなるからである。
なお、駆動電圧生成後も直流電圧は抵抗44を通じて再びマイクロコントローラ46に入力され、マイクロコントローラ46は直流モータを駆動させるための正常な出力電圧であるかを判別し、電圧が高いとPWM出力の幅を狭くして直流電圧を低くし、電圧が低いとPWM出力の幅を広くして直流電圧を高くする。なお、二次電池29の電圧が変化してもマイクロコントローラ46で常時、一定の直流電圧が直流モータに印加されるようにPWM出力を制御するので、常時一定速度で直流モータを制御できる。
面状発熱体は純抵抗成分であるから、初期に流れる電流値と所定時間が経過した後の電流値は同じなる。
面状発熱体がDC接続端子9に接続されるとコイル38,スイッチング素子40、抵抗41を通じて電流が流れる。面状発熱体の抵抗成分により流れる電流によって電圧降下が生じて、この降下電圧をマイクロコントローラ46の入力ポート51(A/D変換器)に入力する。
面状発熱体であると判別されると、マイクロコントローラは1kHz〜10kHzの遅いPWM出力を送り出し、PWM出力はスイッチング素子40をON、OFFさせて、降下型DC/DCコンバータ50の回路を通じて面状発熱体の温度を制御する。
なお、図8はコントローラの負荷判別処理の一例を示すフローチャートである。ステップS6のaは閾値を示す。
(1)例えば、時間経過に伴って測定する電流値は前記実施形態では2点であったが、3点以上であってもよい。特に複数の直流モータの違いを判別する場合には3点以上の電流値を検出することによって、正確に個々の直流モータを検出することができる。
(2)前記した第2発明は、発熱体又は送風ファン以外にも適用が可能である。例えば、身体に装着する電気具の例としては、車に歩行者がいることを知らせる点滅灯や、児童,幼児などが危険なときに鳴らせる防犯ブザーや、児童,幼児などの現在位置を特定するためのGPS発信装置の電源などに適用できる。これらの場合も上記各電気具との共用や、発熱体・送風ファンと共用形態で使用することも可能である。要するに、バッテリー装置の重量を増やすことなく、複数の機能の電気具を一つのバッテリー装置で兼用できるので、使い方によってその利点は想像以上に大きいのである。
Claims (6)
- 直流電圧の供給によって駆動する発熱体と送風ファンの少なくとも一方を装着可能に構成した衣服に着脱自在に取り付けられる携帯型バッテリー装置であって、
そのバッテリー装置は、前記発熱体と前記送風ファンの両方の接続端子に接続され、駆動電圧を印加可能な1個の電圧供給端子と、小型の直流電源と、コントローラと、前記コントローラの指示によって前記電圧供給端子に印加される直流電圧を変化させる電圧変化手段と、前記発熱体又は前記送風ファンの接続端子を電圧供給端子に接続し、電圧を印加した時に発熱体と送風ファンに流れる電流を検出する電流検出手段とを備え、
前記コントローラは、前記電圧供給端子に前記発熱体か前記送風ファンのどちらか一方を前記電圧供給端子に接続した場合に所定電圧を印加して接続直後に流れる電流値と所定時間経過後に流れる電流値を比較することに基づいて、接続された負荷を前記発熱体又は前記送風ファンのどちらか一方であると判別し、その判別結果に基づいて前記発熱体用の駆動電圧又は前記送風ファン用の駆動電圧を電圧供給端子に印加することを特徴とする、携帯型バッテリー装置。 - 直流電圧の供給によって駆動する複数の電気具を身体に装着するために使用される携帯型バッテリー装置であって、
そのバッテリー装置は、前記複数の電気具の接続端子に接続され、駆動電圧を印加可能な1個の電圧供給端子と、小型の直流電源と、コントローラと、前記コントローラの指示によって前記電圧供給端子に印加される直流電圧を変化させる電圧変化手段と、前記複数の電気具の接続端子を電圧供給端子に接続し、電圧を印加した時にその電気具に流れる電流を検出する電流検出手段とを備え、
前記コントローラは、前記電圧供給端子に複数の電気具の一つを前記電圧供給端子に接続した場合に所定電圧を印加して接続直後に流れる電流値と所定時間経過後に流れる電流値を比較することに基づいて、前記複数の電気具のうちどの電気具であるかを判別し、その判別結果に基づいて接続された電気具用の駆動電圧を電圧供給端子に印加することを特徴とする、携帯型バッテリー装置。 - 請求項1から請求項2のいずれか一項に記載の携帯型バッテリー装置において、前記バッテリー装置の回路に抵抗を接続しておき、前記電流検出手段がその抵抗による降下電圧を検出することによって流れる電流の検出を行う、携帯型バッテリー装置。
- 請求項1に記載の携帯型バッテリー装置において、前記2つの電流値の比較が、前記2つの電流値の差を算出することに基づいて行われる、携帯型バッテリー装置。
- 請求項1に記載の携帯型バッテリー装置において、前記発熱体又は前記送風ファンの判別後に駆動電圧を前記電圧供給端子に印加する場合に、前記送風ファンの場合はスイッチング素子のスイッチング周波数を20kHz〜50kHz範囲で駆動し、前記発熱体の場合はスイッチング素子のスイッチング周波数を1Hz〜10kHz範囲で駆動する、携帯型バッテリー装置。
- 請求項2に記載の携帯型バッテリー装置において、前記複数の電気具のうち、回転子のコイルを流れる逆起電力によって電流が流れにくくなる電気具を少なくとも一つ含んでいる、携帯型バッテリー装置。
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