JP2018149438A - 電源装置及び無線受信駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構成で電池消耗を抑制するすることのできる電源装置及び無線受信駆動装置を提供することを目的とする。【解決手段】電源装置は、電池３０１と、電池の一方の端子に接続される一方の電源端子１０２と、電池の他方の端子に接続される他方の電源端子１０３と、電池の一方の端子と一方の電源端子との間又は電池の他方の端子と他方の電源端子との間に介在されるスイッチング素子４３１と、外部電子機器から出力指示を受信するアンテナ４２３と、アンテナを介して受信した出力指示に応じてスイッチング素子の開閉を制御する制御部４２１とを具備する。【選択図】 図３

Description

本発明は、電源装置及び無線受信駆動装置に関する。

スイッチをオンすることで一定速度で動く電動玩具を無線操縦可能にする無線システムがある。このようなシステムにおいて、無線受信駆動装置は、電池を装着するか、電池を装着してから装置本体の電源供給スイッチをオンすることによって受信駆動回路に電源が供給される。その後は、電池収納部から無線受信駆動装置を取り出して電池を取り外すか、装置本体の電源供給スイッチをオフしない限り、通電状態が維持され電流が流れ続けてしまうことになる。

特許文献１には、この無線受信駆動装置の構成が記載されている。

実用新案登録第３１４３７６５号

特許文献１に記載された技術では、無線受信駆動装置の電源供給制御に関する技術記載はなく、実際のところ、装置本体に電源供給スイッチを設け、使用者がこのスイッチを操作することで電源供給を制御する。したがって、無線受信駆動装置の電源供給を止めるには、毎回、電池収納部を開け、電池を取り外すか、装置本体のスイッチをオフしなければならないという問題がある。このような動く電動玩具は、安全性を考慮して電池収納部の蓋は、ネジで固定するものが多く、その煩わしさはさらに増すこととなる。そのまま放置したままにすると、次に遊ぶときには電池がなくなっているため、新たな電池を用意して交換しなければならないといった煩わしさも顕在化していた。

そこで、本発明は上述の事情を鑑みてなされたものであり、簡易な構成で電池消耗を抑制するすることのできる電源装置及び無線受信駆動装置を提供することを目的とする。

本発明に係る電源装置は、電池と、電池の一方の端子に接続される一方の電源端子と、電池の他方の端子に接続される他方の電源端子と、電池の一方の端子と一方の電源端子との間又は電池の他方の端子と他方の電源端子との間に介在されるスイッチング素子と、外部電子機器から出力指示を受信するアンテナと、アンテナを介して受信した出力指示に応じてスイッチング素子の開閉を制御する制御部とを具備する。

本発明では、外部電子機器からの出力指示によりスイッチング素子を開閉させて電池と外部負荷装置とを切断させることができる。

本発明の実施形態における無線システムの構成を示した概略図である。 本発明の実施形態による無線受信駆動装置の一動作例を説明するためのブロック図である。 本発明の実施形態による無線受信駆動装置の一動作例を説明するための回路構成図である。 本発明の実施形態による無線受信駆動装置の一動作例を説明するためタイミングチャートである。 本発明の実施形態による無線受信駆動装置の一動作例を説明するためタイミングチャートである。 本発明の実施形態による無線受信駆動装置の電源供給処理手順を示したフローチャートである。

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、本実施形態における無線システムの構成を示した概略図である。図示する例では、無線システム１は、電動玩具１０と電子機器２０とを含んでいる。

電動玩具１０は、例えば、スイッチをオンすることで一定速度で動くミニチュアの電車や、ミニチュアカー等の電動玩具である。図示する例では、電動玩具１０は、電池収納部１０１と、電池端子Ａ１０２と、電池端子Ｂ１０３と、外部スイッチ１０４と、モータ１０５と、車輪Ａ１０６と、車輪Ｂ１０７とを備えている。

電子機器２０は、例えば、スマートフォンや、携帯電話機や、タブレット端末、ラジオコントロール送信機等の電子機器である。図示する例では、電子機器２０は、表示部２０１と操作部２０２とを備えている。

無線受信駆動装置３０は、例えば、電子機器２０からのモータ出力指示を内包する無線信号を受信して、前記指示にしたがったモータ駆動信号を生成し、駆動信号を出力する電子機器である。図示する例では、電池３０１と、無線受信駆動回路３０２を備えている。

電池収納部１０１は、無線受信駆動装置３０を収納する。

電池端子Ａ１０２と電池端子Ｂ１０３は無線受信駆動装置３０と外部スイッチ１０４およびモータ１０５を電気的に結合する接点である。

外部スイッチ１０４は、無線受信駆動装置３０とモータ１０５との間に直列に接続され、スイッチオンにより無線受信駆動装置３０とモータ１０５を電気的に接続状態にする。
また、スイッチオフにより無線受信駆動装置３０とモータ１０５を電気的に切断状態にする。

モータ１０５は、外部スイッチ１０４がオンの場合、無線受信駆動装置３０の駆動信号出力に応じて、回転停止または、回転速度を増減する。

車輪Ａ１０６は、自由回転する。

車輪Ｂ１０７は、モータ１０５の回転運動に連動して回転する。

表示部２０１は、モータの出力指示量を表示する。図示する例では、スライドバー２０３の位置でモータ駆動信号出力値０％（駆動信号出力なし）から１００％（駆動信号出力値最大）の間の現在のモータ駆動信号出力値を示す。

操作部２０２は、モータの出力指示量を変更させる。図示する例では、スライドバー２０３をつまみ、移動させることでモータ１０５の出力指示量を変化させる。

電池３０１は、無線受信駆動装置３０の内部に装着する。無線受信駆動装置３０を交換可能な構造として、内部に装着してもよい。

無線受信駆動回路３０２は、電池３０１を装着している期間、無線受信駆動装置３０と接続された外部スイッチ１０４がオンしたか否かを判定し、外部スイッチ１０４がオン状態である場合には、無線受信駆動回路３０２内の無線受信部への電源供給が行われ、電子機器２０からのモータ出力指示を内包する無線信号を受信する。

電子機器２０からのモータ出力指示値が０％の場合は、モータ駆動信号出力は行われない。電子機器２０からのモータ出力指示値が１００％の場合は、最大モータ駆動信号出力を出力する。

一実施形態として、モータ駆動出力信号は、ＰＷＭ（パルス幅信号変調）信号とすることができる。

また、外部スイッチ１０４がオフ状態か、電池収納部１０１から無線受信駆動装置３０が外れた場合には、無線受信駆動回路３０２内の無線受信部への電源供給を停止する。

図２は、電動玩具１０の電気的な信号の流れを基に機能ブロックに分けた概念図である。

電池部３０１’は、無線受信駆動装置３０に含まれ、無線受信駆動回路３０２への電源を供給する。

無線受信駆動回路３０２は、外部スイッチ検出部３０３と無線受信部３０４と駆動信号生成部３０５とを備えている。

外部スイッチ部１０４’は、無線受信駆動回路３０２とモータ部１０５’を電気的に接続または切断する。

モータ部１０５’は、無線受信駆動装置３０からのモータ駆動信号出力を回転運動に変換する。

無線受信駆動回路３０２の動作を電気的な信号の流れを基に説明する。電池部３０１’ならびに無線受信駆動装置３０は、それぞれ装着された状態であるものとする。

外部スイッチ検出部３０３は、電池部３０１’装着により外部スイッチ動作を開始する。外部スイッチ検出部３０３は、外部スイッチ部１０４’のオン状態またはオフ状態を検出する。外部スイッチ検出部３０３は、外部スイッチ部１０４’がオン状態だった場合、無線受信部３０４の電源供給を行う。また、外部スイッチ部１０４’がオフ状態だった場合、無線受信部３０４の電源供給を停止する。

無線受信部３０４は、電源供給されている間、電子機器２０からのモータ出力指示値を受信する。

駆動信号生成部３０５は、受信したモータ出力指示値を基に、ＰＷＭ（パルス幅信号変調）信号を生成し、モータ駆動信号出力を増幅する。

モータ出力指示値が０％の場合は、デューティー比０％（ローレベルのみ）の信号を生成し、５０％の場合は、デューティー比５０％（ローレベルとハイレベルの比が半分）の信号を生成し、１００％の場合は、デューティー比１００％（ハイレベルのみ）の信号を生成する。

駆動信号生成部３０５で生成された駆動信号出力は、モータ部１０５’へ伝達され、モータを回転させる。

図３は、無線受信駆動装置３０の回路構成図である。

無線受信駆動装置３０は、電池３０１と無線受信駆動回路３０２を備えている。

無線受信駆動回路３０２は、外部スイッチ検出回路４０１と無線受信回路４０２と駆動回路４０３とを備えている。

電池端子Ａ１０２と電池端子Ｂ１０３を通じて、外部スイッチ１０４とモータ１０５と電気的に接続される。

外部スイッチ検出回路４０１は、ＤＣ−ＤＣコンバータ４１０と論理和回路４１１とダイオード４１２ならびに抵抗４１３とコンデンサ４１４を備える。図示する例では、外部スイッチ１０４がオンした場合、論理和入力４１１（１）がハイレベルとなり、論理和回路４１１出力がハイレベルとなり、ＤＣ−ＤＣコンバータ４１０出力もハイレベルとなり、無線受信回路４０２内、無線モジュール４２１の電源入力ポート４２２へ電源供給が開始される。

無線受信回路４０２は、無線モジュール４２１とアンテナ４２３を備える。図示する例では、無線モジュール４２１は、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）やラジオコントロール無線等の電子機器２０と無線通信可能な近距離無線規格を搭載したモジュールである。外部スイッチ検出回路４０１からの電源供給により電子機器２０との無線接続を開始し、モータの出力指示を待つ。

無線モジュール４２１は、あらかじめ、モータ出力指示値が０％の場合は、デューティー比０％（ローレベルのみ）の信号を生成し、５０％の場合は、デューティー比５０％（ローレベルとハイレベルの比が半分）の信号を生成し、１００％の場合は、デューティー比１００％（ハイレベルのみ）の信号を生成して、駆動信号出力ポート４２４から出力するようにプログラムされている。

駆動信号出力ポート４２４からの出力信号は、駆動回路４０３に入力され、モータ駆動電流を増幅する。

駆動回路４０３は、トランジスタ４３１と抵抗４３２を備える。図示する例では、駆動信号出力がローレベルの場合は、トランジスタ４３１がオフ状態となり、モータ１０５には電流は流れず、回転もしない。駆動信号出力がハイレベルの場合は、トランジスタ４３１がオン状態となり、モータ１０５に電流が流れ、回転を開始する。再度、ローレベルとなった場合は、モータの持つコイル特性により徐々に回転が落ちていくこととなる。ここで再度、駆動信号出力がハイレベルとなると、再度回転が速くなる。この特性を使って、ＰＷＭ制御により任意のモータ１０５を回転数で回転させることができる。

ここで、外部スイッチ検出回路４０１は、駆動信号出力がハイレベルとなるとトランジスタ４３１がオン状態となるため、論論理和入力４１１（１）はローレベルに変化するが、同時に論理和入力４１１（２）がハイレベルとなるため、無線受信回路４０２への電源入力は維持される。

駆動信号出力がローレベルの期間中に、外部スイッチ１０４をオンからオフに切り替えると、外部スイッチ検出回路４０１は、論論理和入力４１１（１）もローレベルに変化し、論理和回路４１１出力がローレベルとなり、ＤＣ−ＤＣコンバータ４１０出力もローレベルとなり、無線受信回路４０２への電源入力は停止する。

図示する例では、駆動信号出力をデューティー比１００％で出力し続けていると駆動信号出力がハイレベルの期間中は、論理和入力４１１（２）が引き続き、ハイレベルとなるため、外部スイッチの状態を検出できない。

確実に外部スイッチ１０４の状態の検出させるために、モータ出力指示値の最大値は１００％未満の最大値とするか、無線モジュール４２１のプログラムの最大デューティー比１００％未満の最大値とするようにしてもよい。

図示する例では、電池部３０１’の装着によって、まず、外部スイッチ検出回路４０１へ電源供給が行われるが、抵抗４１３を適切に選択することによって、ほとんど電力を消費することなく、外部スイッチ状態を検出することができる。通常、無線受信回路４０２は、ミリワットオーダーの電力を消費するため、外部スイッチ１０４がオフ状態を自動的に検出して、無線受信回路４０２の電力供給を自ら停止することで、不用意な電力消耗を防ぐことができる。

図４は、外部スイッチ１０４をオンしてから、駆動信号出力がローレベル期間中に、外部スイッチ１０４がオフされるまでの各回路の信号レベルを示したタイミングチャートである。

図５は、外部スイッチ１０４をオンしてから、駆動信号出力がハイレベル期間中に、外部スイッチ１０４がオフされた場合の各回路の信号レベルを示したタイミングチャートである。

外部スイッチ１０４をオンする（時刻ｔ１）と、論理和入力４１１（１）は、ハイレベルとなると同時に、論理和回路４１１出力すなわち電源入力ポート４２２もハイレベルとなり、無線受信回路４０２に電源が供給される。

電子機器２０からのモータ出力指示値を受信する（時刻ｔ２）と、無線モジュール４２１は、モータ出力指示値が０％の場合は、デューティー比０％（ローレベルのみ）の信号を生成し、５０％の場合は、デューティー比５０％（ローレベルとハイレベルの比が半分）の信号を生成し、１００％の場合は、デューティー比１００％（ハイレベルのみ）の信号を生成して、駆動信号出力ポート４２４から出力する。

駆動信号出力がハイレベルとなるとトランジスタ４３１がオン状態となるため、論論理和入力４１１（１）はローレベルに変化するが、同時に論理和入力４１１（２）がハイレベルとなるため、論理和回路４１１出力すなわち電源入力ポート４２２はハイレベルが維持される。

図４において、駆動信号出力がローレベル期間中に、外部スイッチ１０４がオフされる（時刻ｔ３）と、論理和入力４１１（１）は、ローレベルに変化し、論理和回路４１１出力すなわち電源入力ポート４２２もローレベルとなり、無線受信回路４０２への電源入力は停止される。

図５において、駆動信号出力がハイレベル期間中に、外部スイッチ１０４がオフされる（時刻ｔ３’）ても、論理和入力４１１（２）が引き続き、ハイレベルとなるため、駆動信号出力がローレベルとなる（時刻ｔ４）まで、無線受信回路４０２への電源入力は維持される。

確実に外部スイッチ１０４の状態の検出させるために、モータ出力指示値の最大値は１００％未満の最大値とするか、無線モジュール４２１のプログラムの最大デューティー比１００％未満の最大値とするようにしてもよい。

次に、図２および図６を参照して、無線受信駆動装置３０の電源供給処理手順について説明する。図６は、無線受信駆動装置３０の電源供給処理手順を示したフローチャートである。

（ステップＳ１０１）電池部３０１’装着により外部スイッチ動作（ステップＳ１０２）を開始する。

（ステップＳ１０２）外部スイッチ検出部３０３は、外部スイッチ部１０４’のオン状態またはオフ状態を検出する。外部スイッチ部１０４’がオン状態だった場合、ステップＳ１０３へ進む。また、外部スイッチ部１０４’がオフ状態だった場合、ステップＳ１０４へ進む。

（ステップＳ１０３）外部スイッチ検出部３０３は、無線受信部３０４の電源供給をオンする。次にステップＳ１０５へ進む。

（ステップＳ１０４）外部スイッチ検出部３０３は、無線受信部３０４の電源供給をオフする。次にステップＳ１０２へ進む。

（ステップＳ１０５）無線受信部３０４は、電源供給されている間、電子機器２０からのモータ出力指示値を受信する。モータ出力指示値を受信した場合は、ステップＳ１０６へ進む。モータ出力指示値を受信しなかった場合は、ステップＳ１０２へ進む。

（ステップＳ１０６）駆動信号生成部３０５は、受信したモータ出力指示値を基に、ＰＷＭ（パルス幅信号変調）信号を生成し、モータ駆動信号出力を増幅し、モータ部１０５’へ伝達され、モータを回転させる。次にステップＳ１０２へ進む。

上述した通り、本実施形態では無線受信駆動装置３０の外部スイッチ検出部３０３が接続された外部スイッチ１０４のオン・オフ状態を判定し、オン状態と判定した場合には無線受信部３０４への電源供給を行い、オフ状態と判定した場合には無線受信部３０４への電源供給を行わない。これにより電池収納部１０１に無線受信駆動装置３０を装着したままでも、無線受信駆動装置３０と接続された外部スイッチ１０４すなわち例えば電動玩具のスイッチに連動して無線受信駆動装置３０の電源供給を制御することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えば、上述した実施形態では、外部スイッチ検出部３０３は、ＤＣ−ＤＣコンバータ４１０と論理和回路４１１とダイオード４１２ならびに抵抗４１３とコンデンサ４１４で構成したが、同様の機能を実現するＡＳＩＣを利用してもよい。

また、上述した実施形態では、駆動回路４０３は、一方向のみ回転する構成としたが、無線モジュール４２１の駆動信号出力ポートをさらに複数本用意して、逆方向のモータ出力指示値を受信した場合には、駆動信号出力ポート４２４とは別のポートから駆動信号を生成させるようにプログラミングし、駆動回路４０３に新たに用意した逆回転用のトランジスタを駆動させてモータを両方向回転させる構成としてもよい。

１ 無線システム
１０ 電子玩具
２０ 電子機器
３０ 無線受信駆動装置
１０１ 電池収納部
１０２ 電池端子Ａ
１０３ 電池端子Ｂ
１０４ 外部スイッチ
１０５ モータ
１０６ 車輪Ａ
１０７ 車輪Ｂ
２０１ 表示部
２０２ 操作部
２０３ スライドバー
３０１ 電池
３０２ 無線受信駆動回路
３０３ 外部スイッチ検出部
３０４ 無線受信部
３０５ 駆動信号生成部
１０４’ 外部スイッチ検出部
１０５’ モータ部
３０１’ 電池部
４０１ 外部スイッチ検出回路
４１０ ＤＣ−ＤＣコンバータ
４１１ 論理和回路
４１２ ダイオード
４１３ 抵抗
４１４ コンデンサ
４１１（１）論理和入力（外部スイッチ）
４１１（２）論理和入力（駆動信号）
４０２ 無線受信回路
４２１ 無線モジュール
４２２ 電源入力ポート
４２３ アンテナ
４２４ 駆動信号出力ポート
４０３ 駆動回路
４３１ トランジスタ
４３２ 抵抗

Claims (4)

1. 電池と、
   前記電池の一方の端子に接続される一方の電源端子と、
   前記電池の他方の端子に接続される他方の電源端子と、
   前記電池の一方の端子と前記一方の電源端子との間又は前記電池の他方の端子と前記他方の電源端子との間に介在されるスイッチング素子と、
   外部電子機器から出力指示を受信するアンテナと、
   前記アンテナを介して受信した前記出力指示に応じて前記スイッチング素子の開閉を制御する制御部とを具備することを特徴とする電源装置。
2. 前記電池の直流電圧を変換して前記制御部に電源供給をするＤＣ−ＤＣコンバータをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
3. 前記制御部は、前記受信した出力指示に従って前記スイッチング素子の開閉のデューティー比を変化させることを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
4. 外部電池の一方の端子に接続される一方の電源端子と、
   前記外部電池の他方の端子に接続される他方の電源端子と、
   前記外部電池の一方の端子と前記一方の電源端子との間又は前記外部電池の他方の端子と前記他方の電源端子との間に介在されるスイッチング素子と、
   外部電子機器から出力指示を受信するアンテナと、
   前記アンテナを介して受信した前記出力指示に応じて前記スイッチング素子の開閉を制御する制御部とを具備することを特徴とする無線受信駆動装置。