JP2007267529A - 充電装置、充電方法 - Google Patents

Abstract

【課題】多様な充電特性の機種の携帯電話機等に充電を行う充電装置において、ユーザーが手回し等の手動操作を、容易に、適正な操作量に調整でき、効率的な充電が実行できるようにする。
【解決手段】手回し操作等による充電電流を検出し（Ｒｄ）、ユーザーの操作量（例えば回転速度）によって所定以上の充電電流が得られている状態となったら、その状態であることをＬＥＤ３を点灯させて提示する。つまりユーザーが、充電先である外部機器の機種を意識せずに、単にＬＥＤ３が点灯する状態になるように操作を行えばよいようにする。
【選択図】図２

Description

本発明は、充電装置及び充電方法に関し、特に使用者の手動操作によって接続された外部機器に対する充電が行われる充電装置に関する。

特開平１０−２１０６７３号公報 特開平８−３０７３００号公報 登録実用新案第２５４４３４３号公報 登録実用新案第３０９３５４５号公報

例えば防災用品などとして、ユーザーが手動で操作を行うことで発電を行い、接続された機器に充電を行う充電装置が知られている。例えば手回し充電装置などとして、ユーザーがレバーを回転させることで発電を行うものがある。近年は、携帯電話機などの電子機器が広く利用されているため、手回し充電装置を用いて、商用交流電源の無い環境においても携帯電話機などに充電できることが非常に便利なものとされる。

ところで手回しに応じて発電を行う発電機を持つ充電装置では、手回しによる回転数（回転速度）により、充電電圧（電流）が変化する。
一方、充電を行う外部機器として携帯電話機があるが、携帯電話機のバッテリー（携帯電話機内の二次電池）への充電条件（適正な充電電圧、充電電流）は、機種によって様々である。
このため、携帯電話機の機種に適した効率的な充電を行うためには、充電装置は、供給できる充電電圧／電流が充電条件にほぼ適しているような機種のみを、充電先としての対象機種として限定する必要がある。このように機種が限定されることは実使用上、好ましくはない。
多様な機種に対応して、効率の良い充電を行うためには、発電機の出力電圧を切替える機能をもった定電圧回路を設け、また携帯電話機の最適充電条件と切替回路との対比表を用意する。即ちユーザーが携帯電話機の機種に応じて切り替え操作を行うことで、その機種に適した充電条件での充電を行うことができるようにする。ところがこのような手法を採ることで回路構成や装置構造が複雑化し、信頼性、製造コスト等の点で不利になる。また、必ずしもユーザーが切り換え操作を理解していなかったら、理解していても失念していることもあり、適正に機能させられない場合が生じやすい。

一方、機種毎の出力電圧切り換えを行わない充電装置で、機種を限定しないで、そのまま充電してもよいが、その場合、機種毎の充電条件の違いにより、効率的な充電が実行されにくい。
例えば一般にユーザーは、手回し充電装置の場合、回転操作としてどれくらいの速度で回して良いかがわかりにくい。例えば回転操作をしていても、それが早すぎるのか遅すぎるのか（つまり効率的に充電できているのか）がわからない。このため、ゆっくり回しすぎてなかなか充電ができなかったり、或いは早く回しすぎてむやみに疲れてしまうといったことになりやすい。
そのうえ機種によって充電電圧条件が異なると、効率的な充電のためには機種毎に回転速度を変えなければならないことになるが、実際の使用の際に、ユーザーが機種に応じて回転操作速度を調整することは甚だ困難である。

そこで本発明では、例えば携帯電話機等の外部機器として充電条件が異なる多様な機器に充電を行う充電装置において、ユーザーが手回し等の手動操作を、容易に、適正な操作量に調整でき、効率的な充電が実行できるようにすることを目的とする。

本発明の充電装置は、接続された外部機器に対して充電を行うことのできる充電装置であって、手動操作により、その操作量に応じた発電を行って、上記外部機器に充電電流を供給する手動充電手段と、上記充電電流が所定値以上となったことを検出する電流検出手段と、上記電流検出手段によって上記充電電流が所定値以上となったことが検出されたら、その状態を提示する提示手段とを備える。
また上記手動充電手段は、上記手動操作として回転操作が行われる構成とされ、上記回転操作の回転速度に応じた電圧の発電を行う。
本発明の充電方法は、接続された外部機器に対して充電を行うことのできる充電装置の充電方法として、手動操作により、その操作量に応じた発電を行って、上記外部機器に充電電流を供給するステップと、上記充電電流が所定値以上となったことを検出するステップと、上記充電電流が所定値以上となったことが検出されたら、その状態を提示するステップとを備える。

充電対象となる外部機器としては例えば携帯電話機などが想定されるが、各種の外部機器では、機種によって供給する充電電圧に対する充電電流が異なる。このため多様な機種に対して効率の良い充電を行うためには、機種に応じて充電電圧を切り換えるような手法が必要になる。
これに対して本発明では、充電電流を検出しており、ユーザーの操作量（例えば単位時間あたりの操作量として、回転操作の回転数＝回転速度）によって所定以上の充電電流が得られている状態となったら、その状態であることを提示する。例えば提示手段としてＬＥＤ（Light Emitting Diode）を用い、所定以上の充電電流が得られている状態にあるときにＬＥＤを点灯させる。

本発明によれば、ユーザーの操作によって所定値以上の充電電流が得られている場合、提示手段による提示が行われる。例えばユーザーの回転操作によって発電が行われる場合、効率的な充電を実行できる所定値以上の充電電流が得られているときに、それが提示（例えばＬＥＤが点灯）される。
従って、ユーザーは充電先である外部機器の機種を意識せずに、単に提示手段の提示が行われる状態になるように操作を行えばよい。例えばＬＥＤが点灯される速度で回転操作を行えばよい。これによってユーザーは適正な回転操作量（回転速度）を確認しながら操作できることになり、回転が速すぎたり遅すぎたりすることなく、適正な回転操作、即ち効率の良い充電が行われる回転操作を容易に実行できる。
これによって、ユーザーにとって簡易で使用性が良く、かつ効率の良い充電を実行できる充電装置を実現できる。

本発明の実施の形態として、手回し型の充電装置の例を説明する。
図１は充電装置１０の外観例を示している。この充電装置１０は、例えばラジオ受信器や照明装置などの機能を備えるとともに、外部機器への充電機能を備えた装置として構成される。もちろん更に他の機能を備えても良いし、逆に充電機能のみの専用機器としても良い。
充電装置１０は、充電用の端子部２に充電用のケーブル２１を接続し、そのケーブル２１の他端に携帯電話機２０等の外部機器の充電端子を接続することで、携帯電話機２０等の内部の二次電池に対して充電を行うことができる状態とされる。
この充電装置１０には、手回し操作のためのレバー１１が設けられており、ユーザーがレバー１１を手で回すことで回転体１２が回転する。回転体１２の内部にはマグネットや後述する発電部１１を構成するコイルが配置されており、回転体１２の回転に伴った電磁誘導作用により発電が行われる。
また充電装置１０にはＬＥＤ３が設けられており、ユーザーがＬＥＤ３の発光を視認できる。

図２に、充電装置１０の充電回路構成例を示す。図のように発電機ブロック１、電流検出抵抗Ｒｄ、ＰＮＰ型のトランジスタＱ１，Ｑ２、抵抗Ｒ１，Ｒ１，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ６、及びＬＥＤ３による回路が形成される。
なお図２には接続された外部機器としての携帯電話機２０を一点鎖線で囲って示している。携帯電話機２０における二次電池２１が充電先となる。一般に携帯電話機２０には保護回路２２が内蔵されており、保護回路２２は印加される充電電圧を監視し、或る上限値以上の充電電圧が印加された場合には、二次電池２１への充電を停止させる機能を持つ。

充電装置１０の充電回路における発電機ブロック１は、例えば図３のように発電部１１と整流部１２で構成される。
発電部１１は上記回転体１２の回転に伴う電磁誘導作用で発電を行うコイルＬ１，Ｌ２，Ｌ３を有する。また整流部１２は、コイルＬ１で得られた電流を整流するダイオードＤ１，Ｄ２及びコンデンサＣ１，Ｃ２、コイルＬ２で得られた電流を整流するダイオードＤ３，Ｄ４及びコンデンサＣ３，Ｃ４、コイルＬ３で得られた電流を整流するダイオードＤ５，Ｄ６及びコンデンサＣ５，Ｃ６を有するとともに、平滑用のコンデンサＣ７を有して成る。

このような発電機ブロック１の発電で得られた電圧による電流は、図２に示すように、発電機ブロック１の正極側に直列接続された電流検出抵抗Ｒｄを介して端子２に供給され、接続されている携帯電話機２０の二次電池２１に対する充電電流として供給される。この電流検出抵抗Ｒｄの両端に発生する電圧から充電電流が検出できる。
また発電機ブロック１の正極−接地間には、図２のように抵抗Ｒ６及びトランジスタＱ１が接続されている。トランジスタＱ１のベース−エミッタ間に抵抗Ｒ１が接続され、トランジスタＱ１のベースと電流検出抵抗Ｒｄの一端の間には抵抗Ｒ２が接続されている。
また発電機ブロック１の正極−接地間には、トランジスタＱ２、電流制限用の抵抗Ｒ５、及びＬＥＤ３が接続されている。トランジスタＱ２のベース−エミッタ間には抵抗Ｒ３が接続され、トランジスタＱ２のベースと、トランジスタＱ１のエミッタの間に抵抗Ｒ４が接続されている。

この図２のような充電回路構成の場合、電流検出抵抗Ｒｄの両端の電位差が所定以上となり、電流検出抵抗Ｒｄで検出される電流値が、或る所定値以上になると、トランジスタＱ１が導通するように、各抵抗の定数が設定されている。そしてトランジスタＱ１が導通し、トランジスタＱ２のベース電位が低下することで、トランジスタＱ２が導通し、このときＬＥＤ３が発光する。

このような充電装置１０の場合、ユーザーはレバー１１を回転させることで充電を行うが、このとき、ユーザーはＬＥＤ３を確認しながらレバー１１を回せばよい。具体的には、レバー１１の回転速度を、ＬＥＤ３が発光する速さにするとともに、ＬＥＤ３が発光したら、その発光状態を維持するようにレバー１１を回していればよい。そのように操作することによって、接続した携帯電話機２０の機種によらず、効率の良い充電を行うことができる。以下、このことについて説明する。

図４（ａ）に発電機ブロック１での発電電圧と、手回し操作としてのレバー１１の回転数（単位時間あたりの回転数ｒｐｍ＝回転速度）の関係を示す。図のように回転数と発電電圧は比例する。つまりユーザーがレバー１１を速く回す程、発電電圧は高くなる。
図４（ｂ）は、或る携帯電話機２０に与える充電電流と、手回し操作としてのレバー１１の回転数（回転速度）の関係を示している。図４（ａ）のように回転数と発電電圧は比例しているため、高速で回転させるほど、発電機ブロック１での発電電圧は高くなり、従って端子２を介して二次電池２１に供給される充電電流は高くなる。
ここで、電流検出抵抗Ｒｄに流れる電流が図４（ｂ）の電流Ｉ１以上となったときに、トランジスタＱ１、Ｑ２が導通し、ＬＥＤ３が点灯するように回路定数が設定されているとする。ユーザー側から見れば、レバー１１の回転速度を或る速度ｒｐｍ１以上としている状態において、ＬＥＤ３が点灯することになる。

ここで、充電電圧と充電電流の関係が携帯電話機２０の機種によって異なることを考える。
図５は、携帯電話機２０として３つの異なる機種Ａ，Ｂ，Ｃについて、充電電圧と充電電流の特性を示している。
図からわかるように、充電開始電圧、つまり充電電流が流れる下限電圧は、機種によって異なる。また充電開始電圧以上の充電電圧の変化に対する電流特性も機種によって異なる。
一方で、上記のようにユーザー操作によるレバー１１の回転数と発電機ブロック１の発電電圧が比例することを考えると、ユーザーがレバー１１を速く回転させるほど充電電圧は高くなるが、或る充電電圧を得るように回転させたとしても、二次電池２１への充電電流は機種によって異なるものとなる。
例えば、レバー１１の回転数が図５の「Ａｒｐｍ」のときに充電電圧Ｖａが得られるとする。このとき、接続された携帯電話機２０が機種Ａであったとしたら、携帯電話機２０の二次電池２１に対して４００ｍＡの充電電流が供給され、効率の良い充電が行われる。ところが、機種Ｃを接続していた場合、レバー１１の回転数が「Ａｒｐｍ」となり、充電電圧Ｖａが発生されても、機種Ｃの携帯電話機２０の二次電池２１に対しての充電電流は流れないことになる。機種Ｃを接続した場合、ユーザーは、もっと高速にレバー１１を回転させなければならない。
つまり効率の良い充電を行うには、機種に応じてユーザーが回転速度を変えなければならない。ところがユーザーがこのようなことを理解し、接続した機種に応じた回転速度を認識して回転速度を調整することは、実際には、ほぼ無理である。
そこで本例では、ＬＥＤ３の点灯をガイドとしてユーザーが回転操作を行えばよいようにしている。

例えば図５の特性からは、各機種の二次電池２１に対する充電電流として３００〜５００ｍＡが与えられれば、効率的な充電ができることがわかる。仮に充電装置１０は、携帯電話機２０に対して４００ｍＡ以上の充電電流を印加させたいとする。
この場合、図２の回路において、電流検出抵抗Ｒｄに４００ｍＡ以上の電流がながれたときに、トランジスタＱ１，Ｑ２が導通してＬＥＤ３が点灯するように、各抵抗（Ｒｄ、Ｒ１〜Ｒ６）の抵抗値を設定すればよい。
すると、充電装置１０に機種Ａが接続されている場合は、ユーザーがレバー１１の回転速度を「Ａｒｐｍ」以上としたときに、ＬＥＤ３が点灯する。ユーザーは、ＬＥＤ３が点灯する速度で、レバー１１を回転させればよい。このとき二次電池２１に対しては４００ｍＡ以上の充電電流が供給される。
また、充電装置１０に機種Ｂが接続されている場合は、ユーザーがレバー１１の回転速度を「Ｂｒｐｍ」以上としたときに、ＬＥＤ３が点灯する。この場合もユーザーは、ＬＥＤ３が点灯する速度で、レバー１１を回転させればよい。このとき二次電池２１に対しては４００ｍＡ以上の充電電流が供給される。
さらに、充電装置１０に機種Ｃが接続されている場合は、ユーザーがレバー１１の回転速度を「Ｃｒｐｍ」以上としたときに、ＬＥＤ３が点灯する。この場合もユーザーは、ＬＥＤ３が点灯する速度で、レバー１１を回転させればよい。このとき二次電池２１に対しては４００ｍＡ以上の充電電流が供給される。

つまり、どの機種が接続されていようとも、ユーザーは、単にＬＥＤ３が点灯するようにレバー１１を回転させれば、接続された携帯電話機２０の二次電池２１に対して効率の良い充電が行われることになる。
従って、ユーザーは充電先である携帯電話機２０の機種を意識せずに、単にＬＥＤ３の点灯状態が維持できるように回転速度を調節すればよく、回転が遅すぎて充電ができなかったり（或いは充電に長時間を要したり）、逆にむやみに回転を速くしすぎて疲れてしまうといったこともない。
このことから本例の充電装置１０は、ユーザーにとって簡易で使用性が良く、かつ効率の良い充電を実行できるものとなる。

そしてこのような充電装置１０によれば、ほとんどの機種の携帯電話機２０を充電可能な対象機種とすることができ、有用な装置となる。もちろん、携帯電話機２０に限らず、多様な外部機器に対して充電可能である。例えばＰＤＡ（Personal Digital Assistant）やゲーム機などの電子機器も充電対象機器とすることができる。
また、機種にかかわらず、効率的な充電（例えば３００〜５００ｍＡでの充電）を容易に実行できることは、各種機器に対して確実に短時間で充電が可能となることも意味する。

また、機種に応じて、最適な充電を実現する為に充電電圧を切り替える構成を付加するようなことが不要となる。これは、回路構成や機器構造の簡易化を実現し、それに伴って装置の品質維持、信頼性向上、製造コスト低減の各点で有利なものとなる。

なお、ユーザーがあまりに回転速度を上げ、充電電圧が上限値以上に高くなってしまうと、携帯電話機２０の保護回路２２が働き、二次電池２１に対する充電を停止させる。その場合、充電電流が流れなくなるため、トランジスタＱ１，Ｑ２はオフとなり、ＬＥＤ３が消灯することになる。このように回転操作が速すぎてもＬＥＤ３が消灯するため、その場合はユーザーは回転速度を落とせばよい。つまりユーザーはＬＥＤ３によって、回転が速すぎる場合も認識でき、これによって適度な回転速度を知ることができる。

以下、充電装置１０としての変形例を説明する。
図６は充電装置１０における充電回路の他の例である。この充電回路は発電機ブロック１と、ＮＰＮ型のトランジスタＱ３と、電流検出抵抗Ｒｄと、抵抗Ｒ１０，Ｒ１１とＬＥＤ３を有する。
発電機ブロック１は、上述した図３の構成とされる。発電機ブロック１で正極−負極は端子２に接続され、発電機ブロック１での発電によって充電電流が携帯電話機２０の二次電池２１に対して供給される構成を採る。
発電機ブロック１の正極−負極間は、電流制限用の抵抗Ｒ１１、ＬＥＤ３、トランジスタＱ３のコレクタ−エミッタが接続される。またトランジスタＱ３のベース抵抗として抵抗Ｒ１０が接続され、さらに発電機ブロック１の負極ラインに直列に電流検出抵抗Ｒｄが接続されている。
即ちこの例は、コールド側において電流検出抵抗Ｒｄの両端電位差によって充電電流を検出し、充電電流が所定値以上となったときにトランジスタＱ３が導通することで、ＬＥＤ３が点灯する構成とされるものである。
このような回路構成においても、上述した図２の構成の場合と同様の効果が得られる。

図７は、充電装置１０としての更に他の構成を示している。
図７は、図２の回路構成とほぼ同様であるが、電流検出抵抗Ｒｄとして抵抗値の異なる複数の電流検出抵抗Ｒｄ１，Ｒｄ２，Ｒｄ３を設け、これをスイッチ４で選択できるようにしたものである。
つまり、スイッチ４により電流検出抵抗Ｒｄ１，Ｒｄ２，Ｒｄ３を選択することによって、ＬＥＤ３が点灯を始める充電電流値を切り換えることができるようにした例である。

充電先となる多様な機種の携帯電話機２０や、或いは携帯電話機２０以外でもＰＤＡ等の多様な機器を考慮し、特に接続可能な外部機器において充電電流の上限値が大きくばらついているような場合、機器に応じてユーザーがスイッチ４を切り換えるようにする。
つまり外部機器にあわせて電流検出抵抗Ｒｄ１，Ｒｄ２，Ｒｄ３を選択し、ＬＥＤ３が点灯を開始する充電電流値を変化させるようにすれば、ユーザーがＬＥＤ３の点灯をガイドとして手回し操作を行うことで、機器に応じた効率の良い充電ができるようになり、これによって多様な機器に対して短時間での充電が可能となる。

なお、実施の形態ではレバー１１により回転体１２を回転させる手回し充電装置の例を挙げたが、本発明はユーザーの手動操作によって充電を行う充電装置として広く適用できる。ユーザーの充電操作は回転操作に限られるものではなく、例えば反復押圧操作などによって発電を行う機構を備えた充電装置などでも本発明を適用できる。
また、提示手段はＬＥＤ３に限られず、いかなる構成であっても、ユーザーの操作のガイドとしての提示を行うものであればよい。

本発明の実施の形態の充電装置の外観例の説明図である。 実施の形態の充電装置の充電回路の回路図である。 実施の形態の充電装置の発電機ブロックの回路図である。 発電電圧と回転数の特性及び充電電流と回転数の特性の説明図である。 各種の携帯電話機の充電電圧−充電電流特性に応じた実施の形態の動作の説明図である。 他の実施の形態の充電回路の回路図である。 更に他の実施の形態の充電回路の回路図である。

符号の説明

１ 発電機ブロック、２ 端子、３ ＬＥＤ、４ スイッチ、１０ 充電装置、１１ レバー、１２ 回転体、Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３ トランジスタ、Ｒｄ 電流検出抵抗

Claims (3)

1. 接続された外部機器に対して充電を行うことのできる充電装置において、
   手動操作により、その操作量に応じた発電を行って、上記外部機器に充電電流を供給する手動充電手段と、
   上記充電電流が所定値以上となったことを検出する電流検出手段と、
   上記電流検出手段によって上記充電電流が所定値以上となったことが検出されたら、その状態を提示する提示手段と、
   を備えたことを特徴とする充電装置。
2. 上記手動充電手段は、上記手動操作として回転操作が行われる構成とされ、上記回転操作の回転速度に応じた電圧の発電を行うことを特徴とする請求項１に記載の充電装置。
3. 接続された外部機器に対して充電を行うことのできる充電装置の充電方法として、
   手動操作により、その操作量に応じた発電を行って、上記外部機器に充電電流を供給するステップと、
   上記充電電流が所定値以上となったことを検出するステップと、
   上記充電電流が所定値以上となったことが検出されたら、その状態を提示するステップと、
   を備えたことを特徴とする充電方法。

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