JP6237213B2 - 電力制御装置、電子機器および電力制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、熱電変換手段が出力し、蓄電手段に充電する電力を制御する電力制御装置、その電力制御装置を備えた電子機器およびその制御方法に関する。

複写機、プリンタ、ファクシミリ等の電子機器内で発生する熱を電力（電気エネルギー）に変換し、蓄電手段に充電しておき、スリープ状態等の時にその電力を使用することにより、機器の消費電力を削減する技術が知られている。

例えば、特許文献１には、機器内の各ユニットの温度差から電力を発電し、発電した電力を蓄電部に蓄電しておき、省電力モード時にその蓄電部に蓄電されている電力を各ユニットに供給する技術が開示されている。

熱を電気エネルギーに変換する装置として、熱電変換素子が知られている。熱電変換素子を備える機器では、熱電変換素子から出力される電力を最大化できる最適な電圧および電流の値（最適動作点）を自動で算出し、その最適動作点に追従させることを可能にするＭＰＰＴ回路が用いられている。このＭＰＰＴ回路の使用により、熱電変換素子の発電効率を高めている。

ＭＰＰＴ回路は、機器内にある複数のユニットの各々に対して設けることも可能であるが、このように複数設けると、コストがかかる。このため、１つのＭＰＰＴ回路を用い、各熱電変換素子の発電タイミングに合わせ、各熱電変換素子のＭＰＰＴ回路への接続を切り替えて充電を行っている。

しかしながら、１つのＭＰＰＴ回路を用いて充電する電子機器では、ＭＰＰＴ回路を１つの熱電変換素子にしか接続できないので、複数の熱電変換素子が同時に動作する場合、接続していない熱電変換素子からは充電が行われない。これでは、せっかく発電しても充電されないので、発電効率が低くなってしまうという問題があった。

そこで、１つのＭＰＰＴ回路を用いて充電する電子機器において、同時に動作する、ＭＰＰＴ回路に接続していない熱電変換素子からも充電を行い、発電効率を高めることができる装置や方法の提供が望まれていた。

本発明は、上記課題に鑑み、熱を電力に変換する複数の熱電変換手段と、蓄電手段とを備える電子機器に用いられる電力制御装置であって、複数の熱電変換手段から選択された熱電変換手段が出力可能な最大の電力量を決定し、決定した該電力量を充電量として指示する第１制御手段と、少なくとも第１制御手段から指示された充電量の電力を蓄電手段に充電する制御を行う第２制御手段と、複数の熱電変換手段の少なくとも１つを第２制御手段と接続することを可能にする少なくとも１つの接続手段と、第１制御手段により決定された充電量に所定の充電量を加算するか否かを、第２制御手段に対して指示する第３制御手段とを含み、第２制御手段は、少なくとも１つの接続手段により少なくとも１つの熱電変換手段と第２制御手段とが接続され、かつ第３制御手段から加算する旨の指示を受けた場合に、第１制御手段により決定された充電量に、所定の充電量として該少なくとも１つの熱電変換手段から出力される電力量を加算した充電量の電力を蓄電手段に充電する、電力制御装置が提供される。

本発明によれば、安価で提供することができ、発電効率を高めることができる。

電子機器の一例としての複合機の概略構成を示す断面図。 複合機の制御部の構成例を示した図。 複合機に用いられる電力制御装置を含む電源系統の構成例を示した図。 複合機が備える熱電変換素子の電圧−電流特性を例示した図。 複合機が備える熱電変換素子の電圧−電力特性を例示した図。 ＭＰＰＴ回路の動作について説明する図。 制御部が出力する指示をテーブルにより例示した図。 電力制御装置が行う電力制御の流れを例示したフローチャート。 電力制御装置が備える各ＳＷの切替タイミングの例を示した図。 電力制御装置を含む電源系統の別の構成例を示した図。

図１は、電子機器の一例としての複合機の概略構成を示す断面図である。電子機器として、複写機、プリンタ、ファクシミリの機能を備えるＭＦＰ(Multi Function Peripheral)といった複合機を例示しているが、複数の熱源となりうるユニットを備える機器であれば、その他いかなる機器であってもよい。例えば、ＰＣ、サーバ、テレビ、ブルーレイディスクレコーダ、プロジェクタ、複写機、プリンタ、ファクシミリ等であってもよく、これらの機器を２以上組み合わせたものであってもよい。

複合機は、自動原稿送り装置（ＡＤＦ）１０と、画像読み取り装置２０と、プリンタユニット３０と、キャパシタユニット４０とを含んで構成される。複合機は、図示しない操作パネルや入力キー等を備え、操作パネルに表示されたアプリケーション切替キーあるいは入力キーにより、各機能を切り替え、選択することができるようになっている。このため、複合機は、ユーザが複写機能を選択すれば、複写モードとなり、プリンタ機能を選択すれば、プリンタモードとなり、ファクシミリ機能を選択すれば、ファクシミリモードとなる。

ＡＤＦ１０は、図示しない原稿を供給するための原稿給紙トレイ、原稿給紙トレイから原稿をピックアップするピックアップローラ、原稿を１枚ずつ分離し、供給する分離ローラ、原稿が排出される排出トレイを含んで構成される。これは一例であるので、その他の構成であってもよく、また、追加の部品を含んでいてもよい。

画像読み取り装置２０は、上部を原稿が移動される透明なコンタクトガラス、コンタクトガラスを通して原稿に光を照射する光源、原稿からの光を受光し、電気信号に変換する光電変換素子を含んで構成される。その他、複数の反射ミラーや集光レンズ、電気信号をデジタルデータに変換するＡ／Ｄコンバータ等を含むことができる。ここでは、反射した光を電気信号に変換する反射型の装置を例示したが、原稿を透過した光を電気信号に変換する透過型の装置を用いてもよい。

プリンタユニット３０は、ここでは電子写真方式のプリンタとされ、書き込みユニット３１、感光体ドラム３２、現像ユニット３３、搬送ベルト３４、定着ユニット３５を含んで構成されている。書き込みユニット３１は、図示しない画像処理手段からの画像情報に基づき、書き込み光を感光体ドラム３２の表面に照射して、その表面に肉眼では見えない静電潜像を形成する。現像ユニット３３は、感光体ドラム３２の表面に形成された静電潜像にトナーを付着させ、肉眼で見える顕像（トナー像）を形成する。

感光体ドラム３２の表面に形成されたトナー像は、搬送ベルト３４上に載せられ、搬送される紙に転写される。定着ユニット３５は、トナー像が転写された紙に熱と圧力とを加え、そのトナー像を紙に定着させる。トナー像が定着された紙は、排紙トレイへ搬送され、排紙される。プリンタユニット３０は、搬送ベルト３４上に供給する紙が収納された給紙トレイ、その紙を１枚ずつ給紙する給紙ローラ等をさらに備えることができる。

キャパシタユニット４０は、蓄電手段としてのコンデンサ（蓄電器）を備え、図示しない熱電変換手段により発電され、得られた電力を蓄え、スリープ状態等の時に蓄えた電力を各ユニットへ供給する。コンデンサは、電圧が加えられることにより、電力としての電荷を蓄える。ここでは、コンデンサを一例として挙げたが、化学反応を利用して電気を蓄える蓄電池を用いることも可能である。

ここで、複合機のモードを複写モードに設定した場合の動作について説明する。原稿の束がＡＤＦ１０の原稿給紙トレイにセットされ、コピーボタンが押下されると、セットされた原稿の束が、ピックアップローラによりピックアップされ、分離ローラにより分離されて１枚ずつ順に画像読み取り装置２０のコンタクトガラス上へ給送される。画像読み取り装置２０は、コンタクトガラス上へ送られてきた原稿に光を照射し、反射した光を、光電変換素子により電気信号に変換し、それをＡ／Ｄコンバータによりデジタルデータに変換し、画像データとして出力する。

画像データは、図示しない制御部へ送られ、シェーディング補正やガンマ補正等の各種補正が行われ、書き込みユニット３１へ画像情報として与えられる。ここで、シェーディング補正は、光学系等の特性による輝度ムラを、一様の明るさになるようにする補正である。ガンマ補正は、入力される画像の色情報を出力側のプリンタで忠実に再現できるように、その色情報を調整し、誤差をなくしていく補正である。

書き込みユニット３１は、与えられた画像情報に基づき、感光体ドラム３２の表面に光を照射し、その表面に静電潜像を形成する。この潜像を形成するにあたって、感光体ドラム３２は、図示しない帯電ユニットにより予め均一に帯電される。書き込みユニット３１は、レーザビームやＬＥＤ(Light Emitting Diode)を使用して露光し、印刷する画像のパターンを静電潜像として感光体ドラム３２の表面に形成する。

感光体ドラム３２は、現像ユニット３３によりトナーが付着され、その表面には、トナー像が形成される。トナーとしては、黒色のみのトナーを用い、モノクロ画像を形成することもできるし、複数の色のトナーを用い、カラー画像を形成することもできる。感光体ドラム３２は、一定方向に、一定速度で回転するため、表面に形成されたトナー像は、一定速度で搬送される紙に押し付けられて転写される。感光体ドラム３２上に残ったトナーは、図示しないクリーニングユニットにより、その残ったトナーが除去される。なお、紙は、図示しないレジストローラにより、書き込みユニット３１の書き込みや感光体ドラム３２の回転等のタイミングに合わせて、転写位置に搬送される。

トナー像が転写された紙は、搬送ベルト３４により定着ユニット３５へ搬送される。定着ユニット３５は、まず、熱を加えてトナーを溶かし、圧力を加えて紙にしっかり定着させる。このようにしてトナー像を定着させた紙は、排紙トレイへ排紙される。

複合機は、上記の複数の機能を実現し、各ユニットの制御を行うため、制御部を備える。その制御部の構成を、図２を参照して簡単に説明する。制御部は、コントローラ５０とされ、ＣＰＵ５１と、ＲＡＭ５２と、ＲＯＭ５３と、ＨＤＤ５４と、ＮＶＲＡＭ５５とを含んで構成される。ＣＰＵ５１は、複合機全体の制御を行い、ＲＡＭ５２は、ＣＰＵ５１の作業空間として使用される。ＲＯＭ５３は、ブートプログラムやファームウェア等を記憶する。ＨＤＤ５４は、ＯＳや各機能を実現するためのアプリケーション等の各種プログラムやそれらプログラムが利用するデータ等を記憶する。ＮＶＲＡＭ５５は、各種の設定情報等を記憶する。

コントローラ５０には、操作パネル５６、図１に示した画像読み取り装置２０やプリンタユニット３０、モデム５７、ネットワークＩ／Ｆ５８、メディアドライブ５９等が接続される。操作パネル５６は、タッチパネルとされ、ユーザからの入力を受け付ける入力装置、入力された情報や複合機の動作状況等を表示する表示装置として機能する。モデム５７は、電話回線に接続し、ファックス送受信を実現する。ネットワークＩ／Ｆ５８は、インターネット等のネットワークに接続し、ネットワークを介した通信を実現する。メディアドライブ５９は、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ、ＳＤカード等に記録されたプログラムやデータを読み取り、それらへ書き込みを行うユニットである。

複合機の電源が投入されると、ＣＰＵ５１は、ＲＯＭ５３に格納されているブートプログラムを実行して複合機を起動させ、ＨＤＤ５４からＯＳを読み出し起動させ、ＯＳ上でアプリケーションを実行し、各機能を実現する。その際、ＣＰＵ５１は、シェーディング補正やガンマ補正等の画像処理も実行し、書き込みユニット３１へ画像処理後の画像情報を入力する。

複合機は、上記アプリケーションの実行により、複写モードやプリンタモード等の各モードの各機能を実現する。複合機は、そのほかのモードとして、一定時間操作やアクセスがなければ、機器を停止するスリープモードを備える。このモードは、近年の省エネルギー化に伴い、導入されたモードである。スリープモードは、次に操作やアクセスがあった場合に機器を起動するための起動用電力のみがあればよく、それ以外の電力供給が不要であるため、消費電力を低減することができる。この起動用電力を確保するため、図１に示すようなキャパシタユニット４０を備え、起動時にそのキャパシタユニット４０から電源を供給することができるようになっている。

キャパシタユニット４０は、機器の起動時に、外部電源から電源供給を行い、電気エネルギーを蓄えることができる。この複合機では、画像読み取り装置２０や定着ユニット３５等の起動により熱を発生するユニットが存在するので、それらユニットからの熱を電力に変換する熱電変換手段としての熱電変換素子を備えている。この熱電変換素子により変換された電力をキャパシタユニット４０に蓄電すれば、外部電源から供給する電源を少なく、あるいはなくすことができ、消費電力をさらに低減することができる。

このような熱電変換素子やキャパシタユニット４０を備えた複合機の電源系統の構成について、図３を参照して詳細に説明する。熱電変換素子を用いた発電では、電力に変換する対象の熱が必要である。複合機では、図３に示すように、その起動により熱を発生する画像読み取り装置２０としてのスキャナ６０と、プリンタユニット３０が備える定着ユニット６１とを備えている。そして、スキャナ６０と定着ユニット６１の各々に隣接して熱電変換素子６２、６３が取り付けられている。

複合機は、コンセント差込プラグを有する電源ケーブルにより、外部電源６４と接続され、外部電源がスキャナ６０および定着ユニット６１へ供給される。また、複合機は、交流である外部電源６４を、直流に変換し、複合機内の各ユニットに供給する電源ユニット（ＰＳＵ）６５を備えている。複合機は、キャパシタユニット４０としての蓄電器６６と、蓄電器６６から電力を取り出す放電器６７と、放電器６７により取り出された電力とＰＳＵ６５からの電力とのいずれを使用するかを切り替える切替回路６８とを備えている。切替回路６８には、負荷６９として、電力を消費する様々なユニットが接続されている。このため、複合機は、停電時等の外部電源６４が使用できない場合でも、蓄電器６６から電力を供給して、各ユニットを動作させることができる。

複合機は、スキャナ６０、定着ユニット６１、放電器６７、切替回路６８、負荷６９、後述する符号７０、７１で示されるＳＷ１、ＳＷ２、充電制御手段７２に各種の指示を与える制御部７３を備えている。制御部７３は、スキャナ６０や定着ユニット６１、放電器６７、負荷６９に対して、動作の開始や終了等を指示し、切替回路６８に対して、いずれの電力に切り替えるかを指示する。

ここで、図４を参照して、熱電変換素子６２、６３の特性について説明する。図４は、その特性として、熱電変換素子６２、６３から出力される電圧と電流との関係を示した図である。図４の縦軸は、電流（Ａ）であり、横軸は、電圧（Ｖ）である。図４中、一点鎖線で示される曲線は、熱電変換素子６２、６３が回収する熱の温度が１００℃の場合、実線で示される曲線は、その温度が１５０℃の場合、破線で示される曲線は、その温度が２００℃の場合を示している。電圧が０Ｖからそれぞれ所定の値になるまで電流の値は一定であるが、電圧がそれぞれ所定の値を超えると、急激に低下する。この低下し始める点が、最適動作点あるいは最適動作電圧点である。

この図４から、熱電変換素子６２、６３は、最適動作電圧点を境として、電流を大きくすると電圧が下がり、電流を小さくすると電圧が大きくなるという特徴を有することが分かる。

次に、電圧と電力との関係を、図５に示す。図６の縦軸は、電力（Ｗ）であり、横軸は、電圧（Ｖ）である。図５は、図４と同様、一点鎖線で示される曲線は、熱電変換素子６２、６３が回収する熱の温度が１００℃の場合、実線で示される曲線は、その温度が１５０℃の場合、破線で示される曲線は、その温度が２００℃の場合である。これらの曲線は、電圧の増加に伴い、電力も増加するが、ある点を境に、電力は低下していく。この曲線の最大点が、最適動作電圧点である。

最適動作電圧点は、温度によって異なっており、最大となる電力を取り出すためには、温度に応じた最適動作電圧点で動作させる必要がある。この最適動作電圧点で動作させることを可能にする装置として、ＭＰＰＴ回路７４が用いられる。

図６は、このＭＰＰＴ回路７４の動作について説明する図である。簡単に、ＭＰＰＴ回路７４を設けない場合について説明しておく。熱電変換素子６２が蓄電器６６と直接接続される場合、熱電変換素子６２から出力される電力は、直接蓄電器６６へ供給される。蓄電器６６には、公称電圧があり、熱電変換素子６２から蓄電器６６へ直接充電すると、その公称電圧まで熱電変換素子６２の動作点電圧が下がるので、熱電変換素子６２で発電することができる電力が少なくなり、発電効率が低くなる。

次に、ＭＰＰＴ回路７４を設ける場合について説明する。ＭＰＰＴ回路７４は、図６に示すように、ＭＴＴＰ制御を伴う電圧コンバータ（ＤＤＣ）７５として実装される。ここで、ＤＤＣの出力電圧を、設定を変更して意図的に大きくすると、蓄電器６６との電圧差が大きくなるため、蓄電器６６へ充電する充電電流が増加する。熱電変換素子６２は、上述したように、出力電流を大きくすると出力電圧が下がり、出力電流を小さくすると出力電圧が大きくなるという特徴がある。このため、充電電流が増加すると、熱電変換素子６２からＤＤＣへ出力される出力電流も増加するため、熱電変換素子６２の出力電圧は下がる。

反対に、ＤＤＣの出力電圧を意図的に下げると、蓄電器６６との電圧差が小さくなるため、蓄電器６６への充電電流が減少する。この減少により、熱電変換素子６２からＤＤＣへ出力される出力電流も減少するため、熱電変換素子６２の出力電圧は大きくなる。

そこで、ＭＰＰＴ制御を行い、電力を最大化させる最適動作電圧点を探し出し、その最適動作点に追従するように制御を行うことで、その取り出せる電力を大きくすることができる。ＭＴＴＰ制御では、最適動作電圧点を探し出し、その最適動作電圧点で熱電変換素子６２を動作させるように、ＤＤＣの出力電流（充電電流）を算出し、ＤＤＣに対してその充電電流になるように指示する。ＤＤＣは、その指示を受け、最適動作電圧点で動作する熱電変換素子６２から出力された電力の電圧を、その充電電流になるように電流に変換する。

なお、この最適動作電圧点が予め分かっていれば、ＭＰＰＴ回路７４を使用しなくても、充電電力を制御すれば、効率の良い充電を行うことが可能である。すなわち、上記の充電電流を求めることができるので、その充電電流になるように、熱電変換素子６２、６３から出力された電力の電圧を電流に変換すればよい。複写機、プリンタ、ＭＦＰ等の電子機器においては、その最適動作電圧点を予め予測することが可能である。これは、各ユニットの起動により発生する熱が、安定時にはほぼ一定であり、その温度も予測できるからである。

このため、これらの機器では、機器内のユニットが連続動作し、安定して発電している場合、ＭＰＰＴ回路７４を介さないで充電を行うことができる経路を設けることができる。これにより、複数の熱電変換素子６２、６３を用い、複数箇所で発電を行っている場合でも、複数箇所から出力された電力を同時に充電することができる。また、ＭＰＰＴ回路７４を１つのみとすることができるので、安価で提供することが可能となる。

以上のことから、複合機は、図３に示すＭＰＰＴ回路７４、充電電力を制御する充電制御手段７２、ＭＰＰＴ回路７４を介さない経路に設けられる符号７１で示されるＳＷ２をさらに備えることができる。また、ＭＰＰＴ回路７４による接続先を切り替えるために、符号７０で示されるＳＷ２も備えることができる。以下、ＳＷ１、ＳＷ２として説明する。

ＳＷ１は、切替手段として機能し、第３制御手段として機能する制御部７３からの指示により、指示された熱電変換素子６２または熱電変換素子６３との接続に切り替える。例えば、これまで熱電変換素子６３と接続していて、熱電変換素子６２に切り替える指示を受けると、ＳＷ１は、熱電変換素子６３との接続から、熱電変換素子６２との接続に切り替える。ＳＷ１には、第１制御手段としてのＭＰＰＴ回路７４が接続され、ＭＰＰＴ回路７４には、第２制御手段としての充電制御手段７２が接続される。

ＭＰＰＴ回路７４は、ＳＷ１により接続された、例えば熱電変換素子６２が出力可能な最大の電力量を決定し、その決定した電力量を充電量として充電制御手段７２に対して指示する。充電量を指示することもできるが、蓄電器６６の公称電圧と、決定した電力量とから、蓄電器６６に充電する際の充電電流を算出し、その算出した充電電流で充電するように充電制御手段７２に対して指示することができる。この充電電流は、図６に示した実装の場合、ＤＤＣの出力電流である。

充電制御手段７２は、ＭＰＰＴ回路７４からの指示と、制御部７３からの指示とを受け取り、指示された充電量の電力を蓄電器６６に充電する制御を行う。実際には、それらの指示に基づいた充電量で、かつ蓄電器６６に充電するのに適した電圧に変換して蓄電器６６に充電する。蓄電器６６は、電力を電荷として蓄える。

スキャナ６０のみが起動している場合は、このような制御により熱電変換素子６２から出力された電力のみを蓄電器６６に充電することができる。しかしながら、スキャナ６０と定着ユニット６１の両方が起動している場合は、この制御ではスキャナ６０から発生した熱を変換した電力のみしか充電されない。これでは、定着ユニット６１から発生した熱を変換した電力が無駄になる。ＳＷ１に指示し、発生する熱の熱量が多い定着ユニット６１に隣接した熱電変換素子６３へ切り替えることができるが、この場合も、熱電変換素子６２により変換された電力が無駄になってしまう。

そこで、予め指定された熱電変換素子６２以外の熱電変換素子６３と充電制御手段７２とを接続可能なＳＷ２を設け、ＳＷ２によりそれらを接続する。これにより、熱電変換素子６３で変換された電力を、充電制御手段７２へ出力し、蓄電器６６に充電することができるようにしている。ＳＷ２は、制御部７３からの指示を受けて、スイッチを接続し、また、接続を解除することができる。なお、ＳＷ２としては、スイッチ素子を用いることができるが、これに限られるものではなく、電流を一方向にのみ流すダイオードを用いてもよい。ダイオードを用いると、スイッチ素子のようにＯＮ／ＯＦＦ制御が不要となり、装置の複雑化を防止することができる。

熱電変換素子６２、６３のいずれにＭＰＰＴ回路７４を介さない経路を設けるかは、いずれであってもよいが、温度が最も高い状態、すなわち安定した状態での最適動作電圧が最も高いユニットに経路を設けることが望ましい。したがって、定着ユニット６１に隣接して取り付けられる熱電変換素子６３と充電制御手段７２とを接続する経路を設けることが望ましい。これにより、ＭＰＰＴ回路７４自体を昇降圧に対応する必要がなくなり、昇圧のみで対応でき、回路の複雑化を防止することができる。

ここで、熱電変換素子６３の発電電力、すなわち熱電変換素子６３により取り出せる電力は、接続している回路のインピーダンスにより変化する。このため、温度が安定した状態で最も効率が良くなる電圧および電流を予め設定する。例えば、その最も効率が良くなる電圧と同じ電圧を、ＭＰＰＴ回路７４の出力電圧として設定する。図３では、０〜３Ｖを設定することができるようになっており、最適な電圧の値として、３Ｖを設定することができる。

制御部７３がＳＷ１、ＳＷ２に対して行う指示は、図７に示すテーブルを参照して行うことができる。図７では、ＳＷ１およびＳＷ２と、熱電変換素子６３から出力された電力の電力量を充電量として加算するかどうかの指示としての「電流指示」とが示されている。これらは、機器の動作状態と対応付けられていて、その動作状態として、「待機」、「通紙のみ」、「スキャンのみ」、「通紙中スキャン」、「スキャン中通紙」の５つが設定されている。

「待機」は、スキャナ６０、定着ユニット６１が起動しておらず、待機状態であることを示している。「通紙のみ」は、定着ユニット６１のみの起動を示している。「スキャンのみ」は、スキャナ６０のみの起動を示している。「通紙中スキャン」および「スキャン中通紙」は、スキャナ６０と定着ユニット６１の両方の起動を示している。「待機」を除く動作状態は、起動してから所定の温度に達するまでの「温度上昇時」と、所定の温度に達し、その温度で安定したときの「温度飽和時」の２つの状態がある。

「温度上昇時」は、温度が常に変化する状態であるため、そのユニットに隣接して取り付けられる熱電変換素子６２、６３は、出力される電力が変化する。これに対し、「温度飽和時」は、温度がほぼ一定であるため、熱電変換素子６２、６３は、ほぼ一定の電力が出力される。

ＳＷ１は、「通紙のみ」の「温度上昇時」に定着ユニット６１との接続を表す「定着側接続」とされる以外、スキャナ６０との接続を表す「スキャナ側接続」とされている。ＳＷ２は、ＳＷ１が「スキャナ側接続」とされ、かつ定着ユニット６１が起動し、所定の温度に達し、その温度で安定した「温度飽和時」に「ＯＮ」とされ、それ以外は「ＯＦＦ」とされている。

「電流指示」は、ＳＷ２が「ＯＮ」である場合に「指示２」とされ、「ＯＦＦ」である場合は「指示１」とされている。ここで、「指示１」は、ＭＰＰＴ回路７４で決定した充電量もしくは充電電流そのもので充電を行う指示である。これに対し、「指示２」は、ＭＰＰＴ回路７４で決定した充電量もしくは充電電流に、定着ユニット６１の温度が安定した状態で発電電力を効率良く充電できる予め設定した充電量もしくは充電電流を加算する指示である。なお、充電電圧は一定であるため、充電量であっても、充電電流であってもよいものである。以下、加算する場合、充電電流を加算するものとして説明する。

図３および図８に示すフローチャートを参照し、複合機が備える電力制御装置により実行される処理について詳細に説明する。電力制御装置は、図３に示すＳＷ１、ＳＷ２、ＭＰＰＴ回路７４、充電制御手段７２、制御部７３を含んで構成される。なお、制御部７３は、複合機全体の制御も行い、各モードに応じてシーケンシャルに負荷６９を動作させる。

電力制御は、熱電変換素子６２の動作開始により、ステップ８００から開始する。熱電変換素子６２の動作は、その熱電変換素子６２が隣接するユニット、すなわちスキャナ６０の起動により開始される。熱電変換素子６２は、例えば、スキャナ６０の最も高温になる部分、露光ランプに隣接して取り付けられている。ステップ８０５では、制御部７３が、機器の動作状態、ここではスキャナ６０の動作状態から図７に示したテーブルを参照して、ＳＷ１に対して指示を送る。この例では、熱電変換素子６２を選択し、それに接続する指示とされているが、熱電変換素子６３を選択するようになっていてもよい。この場合、熱電変換素子６３の動作開始によりこの処理が開始することになる。

ステップ８１０では、ＳＷ１は、その指示に基づき、熱電変換素子６３に接続されている場合、熱電変換素子６２へその接続を切り替える。既に熱電変換素子６２に接続されている場合は、ＳＷ１は特に動作しない。ステップ８１５では、ＭＰＰＴ回路７４が、最適動作電圧点を探し出し、その最適動作電圧点における電流を充電電流として決定する。熱電変換素子６２が出力可能な最大電力（公称最大出力電力）が５０Ｗで、蓄電器６６の公称電圧が５Ｖであれば、その最大電力をその公称電圧で除して、充電電流を１０Ａと算出することができる。ＭＰＰＴ回路７４は、算出した充電電流で充電するように、充電制御手段７２に対して指示する。

ステップ８２０では、充電制御手段７２が、その指示を受けて、熱電変換素子６２からＳＷ１およびＭＰＰＴ回路７４を介して出力された電力を、算出した充電電流になるように変換、すなわち電圧を電流に変換し、その算出した充電電流で蓄電器６６に充電する。ステップ８２５では、ＳＷ１に接続されていない他の熱電変換素子６３が動作を開始したかを判断する。この動作の開始は、熱電変換素子６３が隣接するユニット、すなわち定着ユニット６１の起動により開始される。動作が開始されていない場合は、ステップ８４５へ進む。

ステップ８２５で動作を開始したと判断した場合、ステップ８３０へ進み、制御部７３が、機器の動作状態から図７に示したテーブルを参照して、ＳＷ２に対して指示を送る。ステップ８３５では、その指示に基づき、熱電変換素子６３と充電制御手段７２とを接続する。ステップ８４０では、制御部７３が、図７に示すテーブルを参照し、熱電変換素子６３からの充電電流を加算する旨を指示する。他の熱電変換素子６３で発電した電力を無駄にしないためである。ステップ８４５では、加算する充電電流が存在しないので、制御部７３は、図７に示すテーブルを参照し、熱電変換素子６３からの充電電流を加算しない旨を指示する。

ステップ８５０では、制御部７３から加算する旨の指示を受けたか否かを判断する。ステップ８５０で加算する旨の指示を受けたと判定した場合、ステップ８５５へ進む。ステップ８５５では、充電制御手段７２は、ＭＰＰＴ回路７４により決定された充電電流と、熱電変換素子６３により出力される電力から得られる電流を加算し、その加算して得られた充電電流で蓄電器６６に充電する。

一方、加算しない旨の指示を受け、加算する旨の指示を受けていないと判断した場合、ステップ８６０へ進む。ステップ８６０では、そのＭＰＰＴ回路７４から出力される電力のみを変換し、ＭＰＰＴ回路７４で算出された充電電流で蓄電器６６に充電する。そして、スキャナ６０と定着ユニット６１との両方が停止し、熱電変換素子６２、６３の動作が停止したところで、ステップ８６５へ進み、この処理を終了する。

２つのＳＷ１、ＳＷ２が、実際にどのようなタイミングで切り替えられ、また、接続および接続解除されるかについて、図９を参照して詳細に説明する。図９（ａ）は、スキャナ６０と定着ユニット６１とに隣接して取り付けられた熱電変換素子６２、６３により発電された発電電力と時間との関係を示した図である。図９（ａ）の縦軸は、発電電力を示し、横軸は、時間を示す。この図９では、複合機が、原稿を読み取り、印刷出力を行う動作を行っている。

スキャナ６０が起動し、原稿の読み取り動作が開始されると、スキャナ６０で最も多くの熱を発生する露光ランプの温度が上昇する。このとき、その露光ランプに取り付けられた熱電変換素子６２が発電を開始する（タイミング１）。タイミング１は、図９中、数字「１」で示された時間である。これは、数字が異なるだけで、その意味は、以下のタイミング２等もタイミング１と同様である。ＳＷ１は、スキャナ６０側に接続されているので、露光ランプの温度が上昇し、発生する熱の増加に伴い、熱電変換素子６２の発電量も増加していく。露光ランプの温度が一定の飽和状態になると、熱電変換素子６２の発熱量の増加もなくなり（タイミング２）、スキャナ６０が連続動作している間、一定の発電量で発電を継続する（タイミング２からタイミング５まで）。

スキャナ６０が連続動作している間にプリント指示があった場合、定着ユニット６１が起動する。このとき、例えば、定着ユニット６１が備える加熱装置に取り付けられた熱電変換素子６３が発電を開始する（タイミング３）。定着ユニット６１の温度上昇に伴い、熱電変換素子６３の発電量が増加していく。定着ユニット６１の温度が飽和状態になると、熱電変換素子６３の発熱量の増加もなくなり（タイミング４）、定着ユニット６１が連続動作している間、一定の発電量で発電を継続する（タイミング４からタイミング７まで）。

スキャナ６０の動作が終了すると（タイミング５）、スキャナ６０の温度は徐々に低下し、起動前の温度に戻り、それに伴い、熱電変換素子６２の発電量も低下し、最終的に０となる（タイミング６）。その後、定着ユニット６１の動作が終了すると（タイミング７）、定着ユニット６１の温度が徐々に低下し、起動前の温度に戻り、それに伴い、熱電変換素子６３の発電量も低下し、最終的に０となる（タイミング８）。

図９（ｂ）は、充電電力と時間との関係を示した図である。ＳＷ１は、熱電変換素子６２を選択し、熱電変換素子６２との接続とされる。タイミング１において熱電変換素子６２において発電が開始され、ＳＷ１により蓄電器６６に接続されているため、充電が開始される。タイミング１からタイミング２までの間は、発電量が増加するので、それに伴い、充電量も増加する。タイミング２からタイミング３までの間は、スキャナ６０の露光ランプの温度がほぼ一定で、ほぼ一定の発電量であるため、それに対応して、充電量もほぼ一定となっている。

タイミング３からタイミング４は、定着ユニット６１が起動され、熱電変換素子６３も発電を開始するが、ＳＷ２が接続されていない（ＯＦＦ状態）ため、タイミング２からタイミング３までの間と同じ充電量とされている。タイミング４でＳＷ２がＯＮ状態とされるため、熱電変換素子６２の発電量に熱電変換素子６３の発電量を加算した電力が充電される。

参考のため、従来のＭＰＰＴ回路７４のみを使用した場合（従来回路）を破線にて示している。この従来回路は、熱電変換素子６２より熱電変換素子６３の方が、発電量が多い。このため、ＳＷ１にて熱電変換素子６３に切り替えて充電を行う。したがって、破線で示すように、タイミング２からタイミング４までの充電量より、タイミング４以降の充電量が増加している。

図３に示した構成では、熱電変換素子６２からの電力に加えて、ＳＷ２により熱電変換素子６３からの電力も充電することができるので、図９（ｂ）の実線に示すように、従来回路より多い充電量を得ることができる。

タイミング５からタイミング６までの間は、スキャナ６０の動作が終了したので、熱電変換素子６２の発電量が低下し、加算できる充電量が減少している。このとき、各ＳＷの切り替えは不要で、切り替えなくても所望の充電量を得ることができる。タイミング６からタイミング７までの間は、熱電変換素子６２における発電がなくなり、熱電変換素子６３のみからの電力で充電している。

タイミング７からタイミング８までの間は、定着ユニット６１の動作が終了したので、熱電変換素子６３の発電量が低下し、充電できる電力が減少している。タイミング７のとき、ＳＷ１を熱電変換素子６３との接続に切り替え、ＳＷ２をＯＦＦ状態にし、また、充電電力指示を切り替えることにより、その間においてもＭＰＰＴ回路７４を使用し、効率良く充電することができる。

各ＳＷの切り替えは、機器の動作状態に応じて、図７に示すテーブルを参照して行うこともできるが、機器内の各ユニットの温度が飽和するまでに時間を要するため、この時間も考慮して切り替えることもできる。これにより、温度が飽和するまでの過渡期における充電効率を向上させることができる。

図９では、最初にスキャナ６０が動作し、次に定着ユニット６１が動作する例を示したが、最初に定着ユニット６１が動作する場合も同様の制御を行うことができる。したがって、いずれの場合も、効率良く充電を行うことができる。

これまで、熱を発生するユニットが、スキャナ６０と定着ユニット６１の２つのみの場合の例を説明してきた。しかしながら、これに限られるものではなく、３つ以上の場合も同様の制御により、効率良く充電を行うことができる。

３つのユニットを備える例を、図１０に示す。３つのユニットは、高温部８０〜８２とされている。高温部８０〜８２の各々には、各々に隣接して熱電変換素子８３〜８５が取り付けられている。符号８６で示されるＳＷ１は、熱電変換素子８３〜８５のいずれか１つへの接続に切り替える構成とされる。

予め指定された熱電変換素子８３以外の熱電変換素子８４、８５と充電制御手段８７とを接続もしくは接続解除する、符号８８で示されるＳＷ２、符号８９で示されるＳＷ３が設けられている。その他の構成は、図３に示した構成と同様である。このため、熱を発生するユニットが増加すれば、ＳＷ１の接続対象が増加し、熱電変換素子と充電制御手段８７とを直接接続するためのＳＷが増加していくのみである。

熱電変換素子と充電制御手段８７とを直接接続するＳＷは、発電量が大きい順に選択された熱電変換素子と充電制御手段８７とを接続可能にするために、その間に設けることが好ましい。したがって、この場合、ＭＰＰＴ回路９０に接続されるＳＷ１とのみ接続可能な熱電変換素子８３は、発電量が最も小さい熱電変換素子となる。これにより、上述したように、ＭＰＰＴ回路９０自体を昇降圧に対応する必要がなくなり、昇圧のみで対応でき、回路の複雑化を防止することができる。

これまで本発明を、電力制御装置、電力制御装置を備える複合機、電力制御方法として上述した実施の形態をもって説明してきた。しかしながら、本発明は上述した実施の形態に限定されるものではなく、他の実施の形態、追加、変更、削除など、当業者が想到することができる範囲内で変更することができるものである。また、いずれの態様においても本発明の作用・効果を奏する限り、本発明の範囲に含まれるものである。したがって、熱を発生する複数のユニットを備える電子機器であれば、複合機以外にも当然に適用することができるものである。

１０…ＡＤＦ、２０…画像読み取り装置、３０…プリンタユニット、３１…書き込みユニット、３２…感光体ドラム、３３…現像ユニット、３４…搬送ベルト、３５…定着ユニット、４０…キャパシタユニット、５０…コントローラ、５１…ＣＰＵ、５２…ＲＡＭ、５３…ＲＯＭ、５４…ＨＤＤ、５５…ＮＶＲＡＭ、５６…操作パネル、５７…モデム、５８…ネットワークＩ／Ｆ、５９…メディアドライブ、６０…スキャナ、６１…定着ユニット、６２、６３…熱電変換素子、６４…外部電源、６５…ＰＳＵ、６６…蓄電器、６７…放電器、６８…切替回路、６９…負荷、７０、７１…ＳＷ、７２…充電制御手段、７３…制御部、７４…ＭＰＰＴ回路、８０〜８２…高温部、８３〜８５…熱電変換素子、８６、８８、８９…ＳＷ、８７…充電制御手段、９０…ＭＰＰＴ回路

特開２０１３−７９７６号公報

Claims (8)

1. 熱を電力に変換する複数の熱電変換手段と、蓄電手段とを備える電子機器に用いられる電力制御装置であって、
   前記複数の熱電変換手段から選択された熱電変換手段が出力可能な最大の電力量を決定し、決定した該電力量を充電量として指示する第１制御手段と、
   少なくとも前記第１制御手段から指示された前記充電量の電力を前記蓄電手段に充電する制御を行う第２制御手段と、
   前記複数の熱電変換手段の少なくとも１つを前記第２制御手段と接続することを可能にする少なくとも１つの接続手段と、
   前記第１制御手段により決定された前記充電量に所定の充電量を加算するか否かを、前記第２制御手段に対して指示する第３制御手段とを含み、
   前記第２制御手段は、少なくとも１つの前記接続手段により少なくとも１つの前記熱電変換手段と前記第２制御手段とが接続され、かつ前記第３制御手段から加算する旨の指示を受けた場合に、前記第１制御手段により決定された前記充電量に、前記所定の充電量として該少なくとも１つの熱電変換手段から出力される電力量を加算した充電量の電力を前記蓄電手段に充電する、電力制御装置。
2. 前記接続手段は、前記電子機器の動作状態に応じて、前記熱電変換手段と前記第２制御手段とを接続する、請求項１に記載の電力制御装置。
3. 前記接続手段は、該接続手段により接続される前記熱電変換手段から一定の電力が出力されるようになった後に、該熱電変換手段と前記第２制御手段とを接続する、請求項１または２に記載の電力制御装置。
4. 前記少なくとも１つの接続手段は、前記複数の熱電変換手段のうち、出力可能な電力量が最も大きい熱電変換手段から順に選択された１以上の前記熱電変換手段に対して設けられる、請求項１〜３のいずれか１項に記載の電力制御装置。
5. 前記接続手段は、スイッチ素子またはダイオードである、請求項１〜４のいずれか１項に記載の電力制御装置。
6. 前記複数の熱電変換手段と前記第１制御手段との間に設けられ、該複数の熱電変換手段の各々に接続先を切り替えることが可能な切替手段をさらに含み、
   前記切替手段は、前記電子機器の動作状態に応じて選択された１つの前記熱電変換手段へ前記接続先を切り替える、請求項１〜５のいずれか１項に記載の電力制御装置。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の電力制御装置と、複数のユニットと、前記複数のユニットの各々により発生する熱を電力に変換する複数の熱電変換手段と、前記熱電変換手段により変換された電力を蓄電する蓄電手段とを含む、電子機器。
8. 熱を電力に変換する複数の熱電変換手段と、蓄電手段とを備える電子機器に用いられる電力制御装置により実行される電力制御方法であって、
   前記電力制御装置は、第１制御手段と、第２制御手段と、第３制御手段と、前記複数の熱電変換手段の少なくとも１つを前記第２制御手段と接続することを可能にする少なくとも１つの接続手段とを含み、
   前記第１制御手段が、前記複数の熱電変換手段から選択された熱電変換手段が出力可能な最大の電力量を決定し、決定した該電力量を充電量として指示するステップと、
   前記第３制御手段が、前記第１制御手段により決定された前記充電量に所定の充電量を加算するか否かを、前記第２制御手段に対して指示するステップと、
   前記第２制御手段が、少なくとも１つの前記接続手段により少なくとも１つの前記熱電変換手段と前記第２制御手段とが接続され、かつ前記第３制御手段から加算する旨の指示を受けた場合に、前記第１制御手段により決定された前記充電量に、前記所定の充電量として該少なくとも１つの熱電変換手段から出力される電力量を加算した充電量の電力を前記蓄電手段に充電するステップとを含む、電力制御方法。