JP5954214B2 - 受電装置 - Google Patents

Description

本発明は受電装置およびアダプタに係り、特に筐体の側面にレール形状の受電電極を具備する受電装置およびアダプタに関する。

特許文献１には、充電装置に受電装置をスライドさせて、充電端子と受電端子が一致したときに電力を受電する機器がある。この機器は、充電端子または受電端子のいずれかをスライドさせる機構があるものの、充電装置と受電装置が停止した状態ではないと電力を給電あるいは受電することができない。また、スライドする長さより充電端子または受電端子の長さが短いので、スライド中の途中までは受電機器は受電できない。

特開平０９−１２０８４４号公報

そこで、本発明の課題は、受電機器が縦載置や横載置させたときに、載置した端末が移動の途中であっても電力を受電することが可能であって、しかも、操作者が感電することを防止できる受電機器およびアダプタを提供することにある。

上述した課題は、外部から電力を受電して動作または自端末が備える二次電池を充電する受電機器であって、自端末が備える筐体の複数の側面の各々に形成されたレール状の受電電極により電力を受電する受電手段を有し、自端末は、前記複数の側面のいずれかに形成されたレール状の受電電極から受電した電力で動作または前記二次電池を充電し、前記受電している受電電極以外の受電電極に前記受電している電力が誘起することを防止する受電機器によって、達成できる。

また、携帯型端末の複数の第１の側面を覆い、前記携帯型端末に給電するアダプタであって、前記複数の第１の側面に対応する第２の側面の各々に形成されたレール状の受電電極により電力を受電する受電手段と、前記受電手段から受電した電力を前記携帯型端末に給電する給電手段と、を備えるアダプタによって達成できる。

本発明によれば、受電機器が受電する際、充電台に対する向き、方向の自由度を大きくする載置ができつつ、安全性に配慮した送電機器と受電機器を提供することができる。

タブレット端末と受電機器の斜視組立図である。 送電機器の斜視図である。 受電機器、タブレット端末、送電機器の斜視図である。 受電機器の機能ブロック図である。 受電機器の４面図である。 受電機器の他の底面図である。 送電電極と受電電極のレール配置を説明する図である。 受電機器の処理フローチャートである。 受信機器の他の機能ブロック図である。 送電機器の機能ブロック図である。

以下、本発明の実施の形態について実施例を用い、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、実質同一部位には同じ参照番号を振り、説明は繰り返さない。

図１ないし図８を参照して、実施例１を説明する。
図１を参照して、タブレット端末と受電機器の接続関係を説明する。図１において、受電機器１は、タブレット端末３の４側面を覆うように上部１ａと下部１ｂとに分離するように構成されている。なお、図示の簡便のため詳細は省いているがタブレット端末３の下部側面には、受電部３ａを有する。また、下部１ｂは、この受電部に嵌合して給電する給電部１ｃを有する。

図２を参照して、送電機器２の構成を説明する。図２において、送電機器２は、受電機器１と接続されたタブレット端末３を載置する載置台２ａと、受電機器１の給電部１ｃを介してタブレット端末３に給電する給電端子２ｂを有する。

図３を参照して、タブレット端末３、受電機器１、送電機器２の接続構成を説明する。図３において、受電機器１を装着されたタブレット端末３は、送電機器２の載置台２ａに載置されている。この状態で、タブレット端末３は、受電機器１を介して送電機器２から、給電を受けている。なお、タブレット端末３は、図３の状態で、右手前方向または左奥方向にずれていても、受電できる。さらに、タブレット端末３は、右側面または左側面を載置台２ａに載置されても、受電できる。

受電機器１は、タブレット端末３とコネクタとレセプタクルで相互接続して受電するカバーである。受電機器１は、カバーの中に送電機器２から受電した電力を変換してタブレット端末３に電力を送る。受電機器１は、電力を受電する電極が受電機器１の筐体周囲に配置され、送電機器２から電力を送る電極と接触することで電力を受電する。下部１ｂと上部１ａは、カバーの一方または両方にレールの配線と受電機能およびコネクタを配置して、分離した機能に応じてカバー同士を配線する。

送電機器２は、受電機器１の載置を検出すると、ＡＣ１００Ｖから受電機器１が利用するＤＣ５Ｖに変換して、ＤＣ５Ｖを供給する電極から電力を送電する。
タブレット端末３は、受電機器１と接続して受電機器１から受電した電力で動作する、携帯型の情報端末である。タブレット端末３は、スマートホン、携帯電話、パソコンでも良い。
受電機器１は、受電機器１筐体の周囲に電力を受電する電極を配置することで、左右への移動、縦置、横置、前面置、背面置の各状態で、送電機器２から電力を受電する。

図４を参照して、受電機器１の受電機器回路を説明する。なお、本明細書において、同じ機能ブロックが複数あって、それぞれの機能を説明するとき“−”ハイフンを使って記載し、共通機能を説明するとき“−”ハイフンを省略して記載する。

図４において、受電機器１は、ＶＣＣレール１０１と、ＧＮＤレール１０２と、電力制御部１０３と、送電切替処理部１０４と、電力変換部１０５と、畜電部１０６とを備える。
本明細書において、送電機器２のＶＣＣ送電電極とＧＮＤ送電電極を総称して、送電電極と記載する。また、受電機器１のＶＣＣレール１０１とＧＮＤレール１０２を総称して受電レールと記載する。

ＶＣＣレール１０１は、送電機器２のＶＣＣ送電電極と接したときに、ＶＣＣ電力を受電するレールであり、受電機器１の底面および側面にｎ個設置されている。ＧＮＤレール１０２は、送電機器２のＧＮＤ送電電極と接したときに、ＧＮＤ電力を受電するレールであり、受電機器１の底面および側面に設置されている。ＧＮＤレール１０２は、受電機器１内部で各ＧＮＤレール１０２を接続して、装置内の電力として使用する。

電力制御部１０３は、電圧計を有していて、ＶＣＣレール１０１で受電した電圧を判定する。電力制御部１０３は、ＶＣＣレール１０１で受電した電圧が０Ｖと判断すると送電切替処理部１０４のスイッチをＯＰＥＮにする指示を出す。一方、電力制御部１０３は、たとえば電圧が５Ｖあると送電切替処理部１０４へスイッチをＯＮにさせる指示を出す。

送電切替処理部１０４は、電力制御部１０３からスイッチをＯＰＥＮにする指示が有ると、自身に備わるスイッチをＯＰＥＮにしてＶＣＣレール１０１と電力変換部１０５間を絶縁させる。電力制御部１０３からスイッチをＯＮにする指示が有ると、送電切替処理部１０４は、自身に備わるスイッチをＯＮにしてＶＣＣレール１０１と電力変換部１０５間電力変換部１０５へ電力を送る切り替え処理をする。送電切替処理部１０４は、シリコンリレー、電子式のリレーなど絶縁性の高いスイッチで切り替え処理する。

電力変換部１０５は、ＶＣＣレール１０１から受けた電力を変換して受電機器１およびタブレット端末３の動作電力として使う。また、電力変換部１０５は、電池へ蓄積する電力に変換して蓄電部１０６へ電力を蓄積する。送電切替処理部１０４からの電力が無くなると、電力変換部１０５は、蓄電部１０６に蓄積した電力を受けて動作電力として使う。

蓄電部１０６は、電力変換部１０５で変換された電力を蓄積する電池である。蓄積した電力について、蓄電部１０６は、受電が停止したときに電力変換部１０５に電力を供給して、受電機器１とタブレット端末３の動作電力にする。

受電端末１は、ＶＣＣレール１０１とＧＮＤレール１０２の接触がなると、電力制御部１０３は０Ｖを検出して、送電切替処理部１０４のスイッチをＯＰＥＮにする。
このように、受電端末１が送電機器２とレールが接しなくなると送電切替処理部１０４がＯＰＥＮになるので、受電端末１は送電機器２へ載置していなければ、全てのレールがＯＰＥＮとなる。また電圧を検出したＶＣＣレール１０１だけが送電切替処理部１０４のスイッチをＯＮして、その他のレールはスイッチがＯＰＥＮになるので、電力変換部１０５から送電切替処理部１０４がＯＰＥＮになったレールへ電力の回り込みが起きない。

図５を参照して、受電機器の受電レール構成を説明する。図５は、受電機器の４面図であり、中央に平面図、左に左側面図、右に右側面図、下に底面図を配置している。
左側面図において、受電機器１は、ＧＮＤレール１０２−１とＶＣＣレール１０１−１〜５を平行に配置している。同様に、底面図において、受電機器１は、ＧＮＤレール１０２−２とＶＣＣレール１０１−６〜９を平行に配置している。右側面図において、受電機器１は、ＧＮＤレール１０２−３とＶＣＣレール１０１−１０〜１４を平行に配置している。

すなわち、ＧＮＤレール１０２は、１つの面に対して共通で使う。一方、ＶＣＣレール１０１は、１つの面に対して複数に分割してレールを配置する。このようにすることで、ＧＮＤレール１０２とＶＣＣレール１０１は、レールの数が少なくなり、効率よく配置できる。また、ＶＣＣレール１０１は１つの面に対して複数に分割してレールを配置することで、利用者が受電機器１を持ち上げる際に、ＶＣＣレール１０１のいずれかに触れても感電することはない。

図６を参照して、受電機器２の他の受電レール構成を説明する。図６は、図５の底面図に対応する他の受電レールの構成を説明する図である。図６において、受電機器１は、底面にＧＮＤレール１０２−２とＶＣＣレール１０１−６〜９を前後対象に配置している。このように、ＧＮＤレール１０２とＶＣＣレール１０１を前後対象に配置することで、受電機器１は、送電機器２に対して、前面載置しても背面載置であっても、受電できる。

図７を参照して、送電電極と受電機器のレール配置を説明する。図７（ａ)は送電機器の平面図、（ｂ）は受電機器の底面図である。
図７において、ＶＣＣ送電電極２０３は、送電機器２の筐体の左右方向中央に位置したＶＣＣ電力を送る電極で、受電機器１の受電レールと接して電力を送る。ＧＮＤ送電電極２０４は、送電機器２の筐体の左右方向中央に位置したＧＮＤ電力を送る電極で、受電機器１の受電レールと接して電力を送る。

送電電極位置Ｌ０は、筐体の端から送電機器２の中央に位置したＶＣＣ送電電極２０１とＧＮＤ送電電極２０２間の位置を示す。受電レール長Ｌ１は、受電レールの長さを示す。電極長Ｌ２は、送電電極の太さを示す。受電レール長ギャップＬ３は、隣接する受電レール１０１と受電レール１０１のレール間距離を示す。

受電レール長Ｌ１は、送電電極位置Ｌ０よりも短いＶＣＣレール１０１を用いて、受電機器２に配置する。この長さを保ったＶＣＣレール１０１を、受電機器１０１の底面あるいは左国面，右側面に配置することで、受電する個々のレールは送電機器１と受電機器１の間に挟まれた位置で受電することになり、外部から容易に接触することができなくなる。

受電レール長ギャップＬ３は、電極長Ｌ２よりも小さくなるようにＶＣＣレール１０１を配置する。この長さを保った受電レールを配置することで、レールに継ぎ目が有っても電力が途切れることなく受電できるようになる。

このように、受電機器１の受電レールと送電機器２の送電電極の関係を保つことで、受電機器１を送電機器２に載置して受電開始しても、受電中のレールは容易に見えなくなるので、安全性を保ちながら受電できるようになる。

図８を参照して、受電機器の処理フローを説明する。このフローは、受電機器１が電力を受けられる状態であって、送電機器２に載置される時点で開始される。
図８において、受電機器１は、ＶＣＣレール１０１およびＧＮＤレール１０２に電圧を判定する（Ｓ６０１）。もし、ＶＣＣレール１０１の電圧が０Ｖで有れば（Ｓ６０１：ＮＯ）、電力制御部１０３は、送電切替処理部１０４に対してスイッチをＯＰＥＮにする指示を出して、ＶＣＣレール１０１からの電力を待つ（Ｓ６０４）。

受電機器１の電圧が５Ｖで有れば（Ｓ６０１：ＹＥＳ）、電力制御部１０３は、送電切替処理部１０４に対してスイッチをＯＮにする指示を出すと、送電切替処理部１０４は自身のスイッチをＯＮにして、ＶＣＣレール１０１から受けた電力を電力変換部１０５に送る（Ｓ６０３）。

電圧は、複数のレールの中で、送電電極と接したレールから電圧を検出するとスイッチがＯＮになり、レールから電圧の検出が無ければ、スイッチをＯＰＥＮにすることで、電力変換部１０５からの、電力の回り込みが防止できる。

なお、本実施例では、ＶＣＣレール１０１とＧＮＤレール１０２を用いて説明したが、これに限らない。具体的には、筐体が導通性のある金属筐体であって、金属筐体とＧＮＤを接地して利用する場合がある。このときは、ＧＮＤレール１０２を廃止して、ＧＮＤレール１０２の代わりに金属筐体に接するようにしても良い。このとき金属筐体とＶＣＣレール１０１が絶縁されて設置していることは言うまでもない。

また、スイッチのＯＰＥＮとＯＮを、０Ｖと５Ｖで説明してきたが、本装置はこれに限らない。電圧は、３．３Ｖやマイナス電源でも良いし、電流で判断しても良い。

受電機器１と送電機器２の接合面が合えばよいので、接合面の形が合えば、受電機器２の筐体の形状が円形や楕円形で有っても、前面置き背面置きなど様々な形の受電機器に対応できる。受電機器１は、送電機器２に載置したときの載置の自由度が高いだけではなく、脱着性にも優れている。さらに、接点で構成しているので、ワイヤレス充電方式のように、伝送効率を落とす心配も無い。

上述した説明では、受電機器１は、アダプタであって、汎用のスマートホン、タブレット端末、携帯電話、パソコンなどの汎用機器と接続して、電力を供給するとしたが、これに限らない。すなわち、受電機器１は、スマートホン、タブレット端末、携帯電話、ラジオ、音楽携帯、パソコンそのものであってもよい。

図９および図１０を参照して、実施例２を説明する。実施例２は、実施例１に対して、外観が同じ筐体を用いた受電機器１と送電機器２が情報交換することで、特定の機器を検出して、電力供給をする送電機器および受電機器を説明する。なお、実施例２では、実施例１に対して、異なる部分のみを説明する。

図９を参照して、受電機器１Ａの受電機器回路を説明する。図９において、受電機器１Ａは、携帯型の端末機器である。受電機器１Ａは、スマートホン、タブレット端末、携帯電話、ラジオ、音楽携帯、パソコン等である。受電機器１Ａは、送電機器２Ａと情報交換することで、端末のＩＤ、電力情報の通信と、電力の受電をする。

ＶＣＣレール１０１Ａは、送電機器２のＶＣＣ送電電極と接したときに、ＶＣＣ電力を受電するレールである。ＶＣＣレール１０１Ａは、受電機器１の底面および側面に複数個設置される。また、ＶＣＣレール１０１Ａは、送電機器２Ａと通信する通信線でもある。

電力制御部１０３Ａは、電圧計と電流計を具備して、ＶＣＣレール１０１で受電した電圧を判定する。電圧が０Ｖであれば受電していないと判断して、電力制御部１０３Ａは、情報処理部１０７へ０Ｖで有ることを通知する。一方、受電があると判断して、電力制御部１０３Ａは、情報処理部１０７へ５Ｖが有ることを通知する。

また、ＶＣＣ送電端子２０３と接したときに、電力制御部１０３Ａは、電流を測定してインピーダンスが低い時は、電力を受電中と判断する。インピーダンスが高い状態で接続すると、電力制御部１０３Ａは、送電機器２Ａから電圧または電流によるパルス変動で情報を受信する。電力制御部１０３Ａは、受信した情報が送電機器２Ａを示すＩＤまたは
送電電力情報であれば情報処理部１０７に送る。

送電切替処理部１０４Ａは、情報処理部１０７からスイッチをＯＰＥＮにする指示が有ると、自身に備わるスイッチをＯＰＥＮにしてＶＣＣレール１０１と電力変換部１０５間を絶縁させる。情報処理部１０７からスイッチをＯＮにする指示が有ると、送電切替処理部１０４Ａは、自身に備わるスイッチをＯＮにしてＶＣＣレール１０１と電力変換部１０５間電力変換部１０５へ電力を送る切り替え処理をする。送電切替処理部１０４Ａは、シリコンリレー、電子式のリレーなど絶縁性の高いスイッチで切り替え処理する。

情報処理部１０７は、電力制御部１０３Ａの個々の情報を受信して、受電機器１Ａを示す送電機器２Ａの機器を示すＩＤおよび送電可能な電力量を受信する。受信したＩＤが一致すると、予め記憶していた受電機器１ＡのＩＤと電力量を読み出して、読み出したＩＤと電力量を、電力制御部１０３Ａ−１〜ｎの番号に一致したＶＣＣレール１０１Ａに送り、ＶＣＣ送電端子２０３に情報を送信する。

情報処理部１０７は、電力制御部１０３Ａ−１から電圧が０Ｖで有ることを受けると、送電切替処理部１０４Ａ−１のスイッチをＯＦＦにする指示を出す。また、電力制御部１０３Ａ−１から、電圧が５Ｖで有ることを受けると、送電切替処理部１０４Ａ−１のスイッチをＯＮにする指示を出す。

ＶＣＣ送電端子２０３に触れたレールだけが通信して、ＶＣＣ送電端子２０３に触れていないレールは、電力も情報も流れなくなる。

尚、本実施例では、情報処理部１０７が送電切替処理部にスイッチのＯＮ，ＯＦＦを指示しているが、当然実施例１のように送電切替処理部１０４Ａが処理するようにしてもよい。

図１０を参照して、送電機器２Ａの送電機器回路を説明する。図１０において、送電機器２Ａは、接続コネクタ２０１と、送信電力生成部２０２と、ＶＣＣ送電端子２０３と、ＧＮＤ送電端子２０４と、受電機器情報判定部２０５とを含む。

送電機器２Ａは、ＡＣアダプタ４から電力を受け取って、受電機器１Ａを載置したと判断すると、電力を送電する送電する端末である。ＡＣアダプタ４は、商用電源を受け取って機器で使用する電力に変換する電力変換機器である。ＡＣアダプタ４は、交流１００Ｖを受け取って、５Ｖ／３Ａに変換した電力を送電機器２Ａの接続コネクタ２０１へ送る。
接続コネクタ２０１は、ＡＣアダプタ４と接続してＡＣアダプタ４から電力を受け取るコネクタである。送電電力生成部２０２は、ＡＣアダプタ４から受け取った電力を、送電機器２Ａ内部で使う電力と、受電機器１Ａへ送る電力に変換する。受電機器情報判定部２０５が載置と判断すると、送電電力生成部２０２は、インピーダンスを高くしてＩＤと電力要求情報を、ＶＣＣ送電端子２０３とＧＮＤ送電端子２０４を使って送信する。また、受電機器情報判定部２０５が、載置した機器のＩＤと電力が一致すると、送電電力生成部２０２は、要求の有った電力が５Ｖ／２Ａであれば、５Ｖ／２Ａを生成して送電する。

ＶＣＣ送電端子２０３は、受電機器１Ａが載置されたときに、特定の電力と情報を送信する端子である。ＧＮＤ送電端子２０４は、ＶＣＣ送電端子２０３を送るときの基準電位となる電力を送る端子である。

受電機器情報判定部２０５は、ＶＣＣ送電端子２０３に僅かでも電力消費があると、載置と判断有りと判断する。そして、ＩＤと電力要求情報について、送電電力生成部２０２は、受電機器１Ａへ情報を送信する。

一定時間内に、受電機器１ＡからＩＤと電力要求情報到着して条件が一致すると、要求条件に適合した電力情報を送電電力生成部２０２に送り、電力を送電する。

また、電力消費が無くなると、受電機器情報判定部２０５は、非載置と判断する。送電電力生成部２０２は、送電を停止した後に、インピーダンスを高くする。ここで、載置／非載置を電力監視することで判断したが、載置台かＶＣＣ送電端子２０３，ＧＮＤ送電端子２０４にスイッチ機能を持たせて、スイッチによる検出をしても良い。この場合は、ＶＣＣ送電端子２０３、ＧＮＤ送電端子２０４からの送電を完全に止めるハイインピーダンス状態にしても良い。

このように実施例２では、実施例１の受電機器１と外観が変わることがないので、載置時の移動、縦置き、横置き、背面置きの載置条件も変わることなく、安全性を向上させることができる。

さらに、図９および図１０の構成にすることで、受電機器１Ａは。汎用性が大幅に向上する。たとえば、受電機器１Ａがバージョンアップしたことで、消費電力が増えたときや、モデルチェンジで消費電力が変動しても対応できるようになる。また、複数の異なる受電機器１Ａに対応することも可能である。受電機器１Ａも同様に、汎用的に使えるようになる。

送電機器２Ａは、受電機器１Ａを載置していないときは、インピーダンスを高く保ったＶＣＣ送電端子２０３とＧＮＤ送電端子２０４によって、安全性をさらに高めることができる。

１…受電機器、２…送電機器、３…タブレット端末、４…ＡＣアダプタ、１０１…Ｖｃｃレール、１０２…ＧＮＤレール、１０３…電力制御部、１０４…送電切替処理部、１０５…電力変換部、１０６…畜電部、１０７…情報処理部、２０１…接続コネクタ、２０２…送信電力生成部、２０３…Ｖｃｃ送電端子、２０４…ＧＮＤ送電端子、２０５…受電機器情報判定部。

Claims (2)

1. 外部から電力を受電して所定の動作または自装置が備える二次電池または自装置に繋がる二次電池を充電する受電装置であって、
   自装置が備える複数の面を有する筐体の２以上の面の各々に形成されたレール状の受電電極のいずれかから電力を受電する受電手段と、
   前記受電手段の配電系統を切替え制御する切替制御手段と、
   前記複数の面に形成されたレール状の受電電極毎に現在電力を受電しているか否かを判定し前記切替制御手段へ判定結果を通知する複数の受電判定手段と、を有し、
   前記受電判定手段のいずれかが現在電力を受電していると判定した場合に、前記切替制御手段は、現在電力を受電していると判定された受電電極が形成されている面の受電電極を前記配電系統に接続し、前記受電判定手段のいずれかが現在電力を受電していないと判定した場合は、現在電力を受電していないと判定された受電電極が形成されている面の受電電極を配電系統から切り離す、ことを特徴とする受電装置。
2. 外部から電力を受電して所定の動作または自装置が備える二次電池または自装置に繋がる二次電池を充電する受電装置であって、
   自装置が備える筐体のいずれかの面に形成された２列の電極から成る対であって、前記対を構成するいずれかの１列の電極は複数の電極要素に分割されており、前記電極要素のいずれかを介して電力を受電する受電手段と、
   前記受電手段の配電系統を切替え制御する切替制御手段と、
   前記複数の電極要素毎に現在電力を受電しているか否かを判定し前記切替制御手段へ判定結果を通知する複数の受電判定手段と、を有し、
   前記受電判定手段のいずれかが現在電力を受電していると判定した場合に、前記切替制御手段は、現在電力を受電していると判定された電極要素を前記配電系統に接続し、前記受電判定手段のいずれかが現在電力を受電していないと判定した場合は、現在電力を受電していないと判定された電極要素を配電系統から切り離すことを特徴とする受電装置。

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