JP2011142718A - 給電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電源部と出力部とのロック状態を堅固とできると共に、ロック状態を解除することが容易な給電装置を提供する。
【解決手段】挿入凸部１４が凹部内に挿入された状態において、ロックピン１５ａ〜１５ｄが係止用突起４６ａ〜４６ｄに係止され、挿入方向と逆方向に電源モジュール１０を引っ張ってもロック状態が保持される。ロック状態を解除する場合には、挿入方向と直交する方向にロックピン１５ａ〜１５ｄに負荷を加える。傾けることによって、ロックピン１５ｂ、１５ｄが係止用突起４６ｂ、４６ｄから脱落し、両者のロック状態が解除される。ロックの解除後において、ロックピン１５ｂ、１５ｄは、外側へ突出しようとする力を発生するので、この力が電源モジュール１０を抜くことを助ける力となり、ロック解除を容易に行うことができる。
【選択図】図６

Description

この発明は、商用電源を充電して直流電源を生成する電源部と、二次電池を内蔵する出力部とを着脱自在な構成とした給電装置に関する。

従来から商用電源（以下、ＡＣ電源と称する）からＵＳＢ(Universal Serial Bus)ポートを通じて携帯機器（デジタルオーディオプレーヤー、携帯電話機、ゲーム機等）を充電することができるＵＳＢ充電ＡＣ電源アダプターが知られている。さらに、二次電池を内蔵することによって、ＡＣ電源を利用できない場所でも、携帯機器を充電することができるＵＳＢ給電装置が使用されている。かかるＵＳＢ給電装置としては、下記の特許文献１に記載のものが知られている。

特許文献１に記載のものは、ＡＣ電源を利用できる場所では、ＡＣ電源から形成された直流（以下、ＤＣと適宜称する）電源をＵＳＢポートに出力し、ＡＣ電源を利用できない場所では、内蔵電池の電源をＵＳＢポートに出力するようになされる。

特開２００８−２９５１２９号公報

このように、二次電池を内蔵したＵＳＢ給電装置は、ＡＣ電源を利用できない屋外等でも携帯機器内の二次電池の充電を行うことができるので、有用なものである。しかしながら、ＡＣ電源からＤＣ電源を生成する電源部と、二次電池が内蔵された出力部とを有するために、形状が大型化し、重量が増大する問題点があった。

そこで、この発明では、電源部と出力部とを別の筐体に収納し、両者を着脱自在の構成とし、二次電池が収納された出力部のみで携帯機器を充電することを可能とするものである。かかる構成によって、出力部のみを携帯した場合でも充電器として使用することができる。さらに、出力部として複数の種類の構成が可能となる。例えば容量の大きな二次電池を内蔵した出力部と、容量の小さい二次電池を内蔵した出力部とを選択して使用することができる。

このように、電源部と出力部とを着脱自在の構成とした場合、電源部のプラグを壁に設置されているＡＣ電源のコンセントの接続口に挿入した場合に、自重によって出力部が電源部から脱落するおそれがある。脱落を防止するためには、両者のロック状態を堅固に保持することが必要とされる。しかしながら、堅固な保持は、ロック状態を解除する操作が難しくなったり、解除するのに大きな力を要する問題が生じる。

したがって、この発明の目的は、ＵＳＢポート等の外部ＤＣ電源出力を備える給電装置であって、電源部と出力部とのロック状態を堅固とできると共に、ロック状態を解除することが容易な給電装置を提供することにある。

上述した課題を解決するために、この発明は、箱状の第１の筐体内に交流入力を直流出力に変換する第１の電源回路が収納され、第１の筐体に交流電源入力部と、第１の接続部とが設けられた電源部と、
箱状の第２の筐体内に直流入力を直流出力に変換する第２の電源回路と二次電池と制御部とが収納され、第２の筐体に直流電源出力部と、第１の接続部と結合される第２の接続部とが設けられた出力部とを備え、
電源部と出力部とが着脱自在とされた給電装置であって、
第１および第２の接続部は、第１および第２の筐体の一方の前面から突出し、複数の接点を有する略長方形柱体の凸部と、第１および第２の筐体の他方の前面に設けられた開口から奥行き方向に延び、開口近傍に複数の接触端子が設けられ、凸部が嵌合される凹部とによってそれぞれ構成され、
凸部の天面及び底面のそれぞれの先端コーナー部の近傍の４箇所に、バネ付勢されて出没自在にロックピンが設けられ、
凹部の開口の裏側であって、ロックピンがそれぞれ当接する位置に係止用突起が設けられ、
凹部に凸部を挿入すると、ロックピンが係止用突起に引っ掛かることによって、挿入方向と反対方向に引き抜くことを阻害し、
他方、凸部をその長手方向のいずれか一方に傾けると、二つのロックピンと係止用突起の係止状態が解除されることによって、ロック状態を解除するようにされた給電装置である。
好ましくは、凸部に先端側から根元側に向けて連続する切り欠き溝部を設け、
凹部の開口近傍に、奥行き方向に連続し、切り欠き溝部内に嵌合する段差部を設け、
切り欠き溝部の底面に接点を設け、
段差部の上面に接触端子を設ける。
さらに、切り欠き溝部の先端側の幅がその根元側の幅に比してやや大とされ、先端側において、切り欠き溝部の溝壁と段差部の側壁との間に間隙が形成される。

この発明では、電源部と出力部とを着脱自在とすることによって、小型で軽量な携帯に適した給電装置を構成することができる。さらに、複数の種類の出力部を使用することができる。さらに、この発明では、垂直方向に負荷をかけると，電源部と出力部とのロック状態の解除を阻止するとともに、垂直方向に対して左右いずれか一方に傾けて負荷をかけると容易にロック状態の解除を実現することができる。したがって、電源部がＡＣ電源と接続され、電源部に結合された出力部内の二次電池を充電する状態では、出力部が自重によって落下することを防止することができる。しかも、電源部と出力部のロック状態を簡単に解除することができる。

この発明の第１の実施の形態の回路構成の概略を示すブロック図である。 この発明の第１の実施の形態における電源モジュールの外観を示す斜視図である。 この発明の第１の実施の形態における出力モジュールの外観を示す斜視図である。 この発明の第１の実施の形態において電源モジュールおよび出力モジュールを結合する場合の説明に用いる斜視図である。 この発明の第１の実施の形態において電源モジュールおよび出力モジュールのロック状態を解除する場合の説明に用いる略線図である。 この発明の第１の実施の形態において電源モジュールおよび出力モジュールのロック状態を解除する場合の説明に用いる平面図および一部断面図である。 この発明の第１の実施の形態における出力モジュールの他の例の外観を示す斜視図である。 この発明の第１の実施の形態における出力モジュールのさらに他の例の外観を示す斜視図である。

以下、この発明の実施の形態について説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、この発明の好適な具体例であり、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、この発明の範囲は、以下の説明において、特にこの発明を限定する旨の記載がない限り、これらの実施の形態に限定されないものとする。

この発明について、以下の順序にしたがって説明する。
＜１．第１の実施の形態＞
＜２．変形例＞

＜１．第１の実施の形態＞
「回路構成の概略」
第１の実施の形態による給電装置は、概略的には、図１に示すような回路構成を有する。電源部としての電源モジュール１０と、出力部としての出力モジュール３０とが別々の筐体に収納されており、両者が着脱自在とされている。

電源モジュール１０のＡＣ電源入力端子（実際には、プラグ）１に対してヒューズ２を介して１次側回路３が接続される。ＡＣ電源としては、１００Ｖ〜２４０Ｖ、５０Hz／６０Hzに対応している。トランス４を介して２次側回路５が設けられている。１次側回路３および２次側回路５によって、第１の電源回路例えばスイッチング電源回路が構成される。２次側回路５からは、所定の電圧例えば４．１Ｖで、所定の電流例えば１．１ＡのＤＣ出力が発生する。２次側回路５から１次側回路３に対してフォトカプラ６を介して出力電圧および出力電流の情報がフィードバックされる。

１次側回路３には、ＡＣ電源を整流する入力フィルタおよび整流回路と、スイッチングトランジスタと、スイッチングトランジスタに対する駆動パルスを発生するパルス幅変調制御回路とが含まれている。駆動パルスのデューティレシオが２次側回路５からフォトカプラ６を介して供給される検出信号によって制御され、所定の電圧および所定の電流のＤＣ出力が生成される。２次側回路５には、トランス４を介して供給されたパルス信号を整流する整流回路が含まれている。

電源モジュール１０から出力されるＤＣ電源がコネクタ部７を介して出力モジュール３０に供給される。コネクタ部７は、後述するように、電源モジュール１０の第１の接続部（挿入凸部）と、出力モジュール３０の第２の接続部（凹部）とによって構成される。出力モジュール３０は、ヒューズ３１を介して電源モジュール１０からのＤＣ電源が供給される第２の電源回路としてのＤＣ−ＤＣコンバータ３２を有する。ＤＣ−ＤＣコンバータ３２は、例えばスイッチング電源回路の構成とされ、その出力がスイッチ回路３３を介してＤＣ電源出力端子３４に取り出される。

ＤＣ電源出力端子３４は、例えばＵＳＢポートであり、ＤＣ−ＤＣコンバータ３２によって、ＵＳＢの仕様に合った５Ｖ、５００ｍＡのＤＣ電源が出力される。ＤＣ電源出力端子３４（ＵＳＢポート）に対してＵＳＢケーブルのＵＳＢプラグが挿入され、ＵＳＢケーブルの他端が携帯機器の電源コネクタに接続されることによって、携帯機器内の二次電池が充電される。ＵＳＢポートは、２個の電源用端子と２個の通信用端子とを有する。この発明の第１の実施の形態では、電源用端子と共に通信用端子を使用している。通信用端子を使用することによって、出力モジュール３０がＤＣ電源を供給する相手側の機器との認証動作が可能となり、認証が必要な機器に対しての給電が可能となっている。しかしながら、電源用端子のみを使用しても良い。

出力モジュール３０には、リチウムイオン二次電池とその保護回路とからなる電池パック３５が内蔵されている。電池パック３５の保護回路は、過充電保護、過放電保護、過電流保護（充電時／放電時）の機能を有し、さらに、ヒューズを有する。電池パック３５の出力は、スイッチ回路３６を介してヒューズ３１およびＤＣ−ＤＣコンバータ３２の間のラインと接続されている。

スイッチ回路３６がオンしている状態では、電源モジュール１０からのＤＣ電源によって電池パック３５のリチウムイオン二次電池が充電される。同時に、ＤＣ電源出力端子３４にＤＣ電源を出力することができる。さらに、電源モジュール１０が接続されていない状態においても、電池パック３５のリチウムイオン二次電池の電源から、ＤＣ−ＤＣコンバータ３２が生成したＤＣ電源がＤＣ電源出力端子３４に出力される。なお、ＤＣ電源出力端子３４に対してＤＣ電源を出力する場合、ＵＳＢポートにコネクタが挿入されたことをトリガーとして、出力が開始される。

出力モジュール３０には、制御部としてのマイクロコンピュータ３７が設けられている。マイクロコンピュータ３７は、出力モジュール３０における充電制御と、保護動作と、スイッチ回路３３および３６の動作を制御する。マイクロコンピュータ３７に対する電源は、ＤＣ−ＤＣコンバータ３２から供給される。

マイクロコンピュータ３７による制御について説明すると、マイクロコンピュータ３７が電池パック３５の加熱保護のための制御ＳＣ１を行う。さらに、電池パック３５の出力電圧に関する過電圧保護と低電圧保護のための制御ＳＣ２と、スイッチ回路３６に対する制御ＳＣ３とを行う。例えばΔＶ検出方式によって、電池パック３５のリチウムイオン二次電池の満充電を検出すると、マイクロコンピュータ３７によって、スイッチ回路３６がオフとされ、充電が停止される。さらに、ＤＣ−ＤＣコンバータ３２の入力電圧に関する過電圧保護と低電圧保護のための制御ＳＣ４を行う。さらに、ＤＣ−ＤＣコンバータ３２に対する制御ＳＣ５と、ＤＣ−ＤＣコンバータ３２の出力に関する過電圧保護と低電圧保護と過電流保護のための制御ＳＣ６を行う。さらに、スイッチ回路３３に対する制御ＳＣ７を行う。

「電源モジュールおよびコネクタ部の構成」
図２に示すように、電源モジュール１０は、厚みが薄い箱状の合成樹脂製の筐体１１を有し、筐体１１の底面にプラグ１２が設けられている。筐体１１内に、図１を参照して説明した電源モジュール１０の回路構成が収容されている。プラグ１２は、底面に形成されたプラグ収納溝１３内に収納可能なように回転自在とされている。プラグ１２がＡＣコンセント或いはタップの接続口に挿入される。

筐体１１の前面に矩形の開口が形成され、この開口から挿入凸部１４が突出される。挿入凸部１４は、長方形の柱状のもので、図２Ａに示すように、天面（上面）の先端の左右のコーナー部近傍に一対のロックピン１５ａ、１５ｂが形成される。図２Ｂに示すように、底面（下面）の先端の左右のコーナー部近傍に一対のロックピン１５ｃ、１５ｄが形成される。ロックピン１５ａ〜１５ｄは、挿入凸部１４の表面の矩形部分を山形に突起させ、この突起がバネ付勢されて出没自在とされている。ロックピン１５ａ〜１５ｄは、山形の頂点に向かって挿入方向に連続して高くなる傾斜面を有する。

さらに、挿入凸部１４の下面のほぼ中央位置に先端から根元側に向かって連続する切欠き溝部１６が形成される。切欠き溝部１６内にメカニカルなバネ接点１７が配置されている。バネ接点１７は、例えば６個の接点からなる。ＤＣ電源を出力モジュール３０に給電するために２個の接点が使用される。残りの４個の接点は、電源モジュール１０および出力モジュール３０間の通信等を可能としたり、使用する接点の組合せによって出力モジュールの種類を判別したりするための拡張用に設けている。切欠き溝部１６は、先端側の幅が根元側の幅に比してやや大とされた台形状を有する。さらに、挿入凸部１４の上下左右の端のコーナー部がラウンドした形状とされている。

「出力モジュールおよびコネクタ部の構成」
図３に示すように、出力モジュール３０は、厚みが薄い箱状の合成樹脂製の筐体４１を有する。筐体４１内に、図１を参照して説明した出力モジュール３０の回路構成および電池パック３５が収容されている。筐体４１の後面には、ＵＳＢポート（図示しない）が設けられている。ＤＣ電源出力をオン／オフする切り換えスイッチも筐体４１の後面に設けられている。

図３Ｂに示すように、筐体４１の前面にエッジ部が立ち上げられることによって開口４２が形成される。開口４２から奥行き方向に延びる凹部には、電源モジュール１０の挿入凸部１４が挿入され、挿入凸部１４と凹部とが嵌合する。開口４２は、電源モジュール１０と結合されていない状態では、図３Ａに示すように、シャッター４３によって覆われている。シャッター４３は、挿入凸部１４が挿入される時に、挿入凸部１４の長辺方向の軸を中心として回転して内側に入り込む。シャッター４３は、バネによって付勢されており、挿入凸部１４が挿入されない状態では、開口４２がシャッター４３によって覆われるようになされている。図３Ｂは、シャッター４３が内側に回転させた状態を示している。

開口４２の一方のエッジのほぼ中央位置に奥行き方向に延びる段差部４４が形成される。段差部４４は、切り欠き溝部１６に嵌合する形状とされている。段差部４４の上面には、６個の接触端子が設けられている。電源モジュール１０と出力モジュール３０とを結合する際に、挿入凸部１４の切欠き溝部１６と段差部４４とが嵌合し、切欠き溝部１６に設けられているバネ接点１７と段差部４４に設けられている接触端子４５とが接触される。バネ接点１７および接触端子４５を通じて電源モジュール１０からＤＣ電源が出力モジュール３０に対して伝送される。

このように、段差部４４は、挿入凸部１４が挿入される時の位置決め用の機能と、案内用の機能とを有する。段差部４４の幅は、切欠き溝部１６の根元側の幅と等しいか、またはやや小とされる。前述したように、切欠き溝部１６は、先端の幅に対して根元の幅がより狭い台形状とされている。したがって、切欠き溝部１６と段差部４４とが嵌合した状態では、切欠き溝部１６の先端側において、切欠き溝部１６の溝壁と、段差部４４の側壁との間に隙間が生じる。この隙間は、電源モジュール１０と出力モジュール３０とのロック状態を解除する操作時に、挿入凸部１４が動くスペースを確保するために設けられている。

開口４２の裏側で、挿入凸部１４が凹部内に挿入された状態において、ロックピン１５ａ〜１５ｄが当接する位置に、係止用突起４６ａ、４６ｂ、４６ｃ、４６ｄが形成される。係止用突起４６ａ〜４６ｄは、開口４２のエッジから挿入凸部１４の挿入方向に沿って平行して延びる２枚の板状リブで構成されている。係止用突起４６ａ〜４６ｄのそれぞれを２つのリブに分割するのは、ロック状態の解除を容易とするためである。ロックピン１５ａ〜１５ｄの挿入方向と直交する方向の幅が板状リブの対向間隔に比してロックピン１５ａ〜１５ｄの傾斜部の幅（挿入方向と直交する方向の幅）が大とされている。したがって、挿入凸部１４を挿入する時に、傾斜部が板状リブの端面によって押されて内側に没し、所定位置まで挿入凸部１４が挿入される。この状態で、板状リブの先端の角にロックピン１５ａ〜１５ｄがそれぞれ係止される。このロック状態は、挿入方向と逆方向に電源モジュール１０を引っ張っても解除されない。ＡＣ電源コンセントに対してロック状態の電源モジュール１０のプラグ１２を挿入すると、電源モジュール１０に結合している出力モジュール３０の自重が電源モジュール１０に対して垂直方向に加わる。上述したロック機構によって、出力モジュール３０が自重や微細な振動によって脱落することが防止される。

図４Ａは、図３Ａの面とは、反対の面を見た時の電源モジュール１０の外観を示し、図４Ｂは、図３Ｂの面とは、反対の面を見た時の出力モジュール３０の外観を示す。さらに、図４Ｃは、電源モジュール１０と出力モジュールとを結合させた状態の外観を示している。

「ロック解除動作」
電源モジュール１０と出力モジュール３０のロック状態を解除する場合には、図５に示すように、電源モジュール１０の長手方向を挿入方向と一致する方向に対して、左右の何れか一方の側に負荷をかけて電源モジュール１０を傾けるようになされる。この操作は、挿入方向と直交する方向にロックピン１５ａ〜１５ｄに負荷が加わることになる。図５に示す場合では、傾けることによって、ロックピン１５ｃが係止用突起４６ｃから脱落し、両者のロック状態が解除される。切欠き溝部１６と段差部４４との間に形成されている間隙によって、傾ける操作を容易に行うことができる。ロック状態の解除のために要する力が少なくて良い。

図６は、ロック解除時の詳細を示す。電源モジュール１０を傾けた状態（図６Ａ）におけるＢ−Ｂ線断面が図６Ｂに示されており、Ｃ−Ｃ線断面が図６Ｃに示されている。図６Ｂに示すように、ロックピン１５ａおよび１５ｃが係止用突起４６ａおよび４６ｃに係止されている。一方、図６Ｃに示すように、ロックピン１５ｂおよび１５ｄは、傾ける時に内側に没し、係止用突起４６ｂおよび４６ｄのリブから脱落する。その結果、ロックが解除される。ロックの解除後において、ロックピン１５ｂ、１５ｄは、外側へ突出しようとする力を発生するので、この力が電源モジュール１０を抜くことを助ける力となり、ロック解除を容易に行うことができる。

「出力モジュールの他の例」
図７Ａに示すように、上述した出力モジュール３０と異なる種類の出力モジュール３０Ｘを使用するようにしても良い。出力モジュール３０Ｘは、電源モジュール１０に対して着脱自在のもので、図７Ｂに装着時の外観を示す。出力モジュール３０Ｘは、出力モジュール３０と比較して大容量のリチウムイオン二次電池を内蔵している。出力モジュール３０Ｘのロック機構等は、出力モジュール３０と同様であるので、対応する部分に同一の参照符号を付して示し、その説明は、省略する。

さらに、図８に示すような他の種類の出力モジュール３０Ｙを使用しても良い。出力モジュール３０Ｙは、電源モジュール１０に対して着脱自在の構成とされる。図８Ｃは、電源モジュール１０に装着された状態を示す。出力モジュール３０Ｙは、リチウムイオン二次電池の電池パックの代わりに、２本のニッケル水素２次電池（単三形）を使用するものである。

出力モジュール３０Ｙの筐体の一部が開閉自在の電池蓋４７とされている。電池蓋４７を開くと、電池収納部４８ａおよび４８ｂが露呈し、電池の装着、または離脱を行うことが可能とされている。出力モジュール３０Ｙのロック機構等は、出力モジュール３０と同様であるので、対応する部分に同一の参照符号を付して示し、その説明は、省略する。上述した出力モジュール３０Ｘおよび３０Ｙの何れもＵＳＢの仕様に合ったＤＣ電源出力を発生する。

＜２．変形例＞
以上、この発明の第１の実施の形態について説明したが、この発明は、第１の実施の形態に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。例えば電源モジュール１０に対して挿入凸部を設け、出力モジュール３０に対して開口から連続する凹部を設けているが、逆に、電源モジュール１０に対して開口から連続する凹部を設け、出力モジュール３０に対して挿入凸部を設けても良い。

１・・・ＡＣ電源入力端子
３・・・１次側回路
５・・・２次側回路
１０・・・電源モジュール
１１・・・筐体
１２・・・プラグ
１４・・・挿入凸部
１５ａ〜１５ｄ・・・ロックピン
１６・・・切り欠き溝部
１７・・・バネ接点
３０・・・出力モジュール
３２・・・ＤＣ−ＤＣコンバータ
３４・・・ＤＣ電源出力端子
３５・・・電池パック
３７・・・マイクロコンピュータ
４１・・・筐体
４２・・・開口
４３・・・シャッター
４４・・・段差部
４５・・・接触端子
４６ａ〜４６ｄ・・・係止用突起

Claims (6)

1. 箱状の第１の筐体内に交流入力を直流出力に変換する第１の電源回路が収納され、上記第１の筐体に交流電源入力部と、第１の接続部とが設けられた電源部と、
   箱状の第２の筐体内に直流入力を直流出力に変換する第２の電源回路と二次電池と制御部とが収納され、上記第２の筐体に直流電源出力部と、上記第１の接続部と結合される第２の接続部とが設けられた出力部とを備え、
   上記電源部と上記出力部とが着脱自在とされた給電装置であって、
   上記第１および第２の接続部は、上記第１および第２の筐体の一方の前面から突出し、複数の接点を有する略長方形柱体の凸部と、上記第１および第２の筐体の他方の前面に設けられた開口から奥行き方向に延び、上記開口近傍に複数の接触端子が設けられ、上記凸部が嵌合される凹部とによってそれぞれ構成され、
   上記凸部の天面及び底面のそれぞれの先端コーナー部の近傍の４箇所に、バネ付勢されて出没自在にロックピンが設けられ、
   上記凹部の上記開口の裏側であって、上記ロックピンがそれぞれ当接する位置に係止用突起が設けられ、
   上記凹部に上記凸部を挿入すると、上記ロックピンが上記係止用突起に引っ掛かることによって、挿入方向と反対方向に引き抜くことを阻害し、
   他方、上記凸部をその長手方向のいずれか一方に傾けると、二つの上記ロックピンと上記係止用突起の係止状態が解除されることによって、ロック状態を解除するようにされた給電装置。
2. 種類が異なる上記二次電池がそれぞれ収納された複数の上記出力部が上記電源部に対して着脱自在とされた請求項１記載の給電装置。
3. 容量が異なる上記二次電池がそれぞれ収納された複数の上記出力部が上記電源部に対して着脱自在とされた請求項１記載の給電装置。
4. 上記凸部に先端側から根元側に向けて連続する切り欠き溝部を設け、
   上記凹部の上記開口近傍に、奥行き方向に連続し、上記切り欠き溝部内に嵌合する段差部を設け、
   上記切り欠き溝部の底面に上記接点を設け、
   上記段差部の上面に上記接触端子を設けた請求項１，２または３記載の給電装置。
5. 上記切り欠き溝部の先端側の幅がその根元側の幅に比してやや大とされ、上記先端側において、上記切り欠き溝部の溝壁と上記段差部の側壁との間に間隙が形成される請求項４記載の給電装置。
6. 上記凸部の上下左右の端をラウンド形状とした請求項１，２，３，４または５記載の給電装置。

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