JP7314554B2 - 電子機器 - Google Patents

Description

本発明は、電子機器に関するものである。

従来、例えば電子辞書等の電池で動作する電子機器において、落下などの衝撃によって電池が外れてしまった場合の瞬時停電対策として、複数の電池から主回路への電源ラインに大容量のコンデンサを並列に接続したものが知られている。

このような電子機器では、コンデンサの大容量化に伴って、電源である複数の電池が装着されたときの突入電流が大きくなり、例えば、ヒューズを用いている場合などにおいては、ヒューズの耐久性が損なわれて溶断してしまうおそれがある。
そのため、例えば、図４に示すように、コンデンサに突入電流を抑制するための抵抗と、放電時の通電経路となるダイオードとを直列に接続する対策を行う場合もあった。
また、例えば特許文献１、２に記載の技術では、各部の電圧を検出し、突入電流を防止するように経路のスイッチングを行っている。

特許第５４４０４００号公報 特許第５７７２５３０号公報

しかしながら、上記特許文献１、２に記載の技術を用いた場合であっても、スイッチングのためのトランジスタを介して電力を供給するために、電力損失が大きかった。

本発明は以上のような事情に鑑みてなされたものであり、複数の電池が装着されたときの突入電流を好適に抑制できる電子機器を提供することを利点とするものである。

前記課題を解決するために、本発明は、電子機器であって、
複数の電池を直列に接続された状態で収納可能な電池収納部と、
直列に接続された前記複数の電池から主回路に電力を供給する電源ラインに大容量コンデンサが並列に接続された電源回路と、を備え、
前記電池収納部は、前記複数の電池のうちの一部の電池のみを収納した状態で当該一部の電池を固定可能であり、
前記電源回路は、前記複数の電池のうちの一部の電池のみで前記主回路に電力を供給できるように、前記一部の電池と当該一部の電池に隣接する他の電池との間の連結部を、ダイオードと抵抗を介して前記電源ラインに短絡するバイパスラインを有する。

本発明によれば、複数の電池が装着されたときの突入電流を好適に抑制することができる。

実施形態における電子機器の回路構成を模式的に示す図である。 図１の電子機器においていずれかの電池のみが電池ボックスに装着された場合の通電経路を示す図であって、（ａ）は第１電池のみが装着された場合、（ｂ）は第２電池のみが装着された場合の図である。 実施形態の電源回路の変形例を示す図である。 従来の電子機器の回路構成を模式的に示す図である。

図１から図３を参照しつつ、本発明に係る電子機器の一実施形態について説明する。
なお、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲を以下の実施形態及び図示例に限定するものではない。

図１は、本実施形態における電子機器１の回路構成を模式的に示す図である。
この図に示すように、電子機器１は、電源回路１０により、電源である２本の電池２（第１電池２ａ、第２電池２ｂ）から主回路Ｓに電力を供給し、この主回路Ｓを動作させて所定の機能を発揮するものである。

電源回路１０には、２本の電池２のほか、コンデンサ３とヒューズ４が設けられている。
コンデンサ３は、蓄電用の大容量の電解コンデンサである。このコンデンサ３は、２本の電池２から主回路Ｓに電力を供給する電源ライン１１に並列に接続されている。
ヒューズ４は、定格以上の大電流から主回路Ｓを保護するためのものであり、電源ライン１１に配置されている。

２本の電池２は、本実施形態では、例えば公称電圧１．５Ｖの長尺な円柱形状の乾電池である。これら２本の電池２は、電池ボックス２０内に着脱可能に収納されている。
電池ボックス２０は、２本の電池２を、各々の同じ極を同じ方向に向けつつ長手方向（図１の上下方向）に並べた状態で収納する。

電池ボックス２０には、電池２の端子（正極端子２ｐ又は負極端子２ｎ）と接触する金属製の３つの端子板２１が設けられている。
３つの端子板２１のうち、正極側端子板２１ａと負極側端子板２１ｂは、電池ボックス２０の両端に配置されている。このうち、正極側端子板２１ａは、正極側の電源ライン１１ｐに接続され、２本の電池２のうち正極端子２ｐを端に向けた第１電池２ａの正極端子２ｐと接触している。一方、負極側端子板２１ｂは、負極側の電源ライン１１ｎに接続され、２本の電池２のうち負極端子２ｎを端に向けた第２電池２ｂの負極端子２ｎと接触している。
３つの端子板２１のうちの中間端子板２１ｃは、２本の電池２の間の位置に配置され、第２電池２ｂの正極端子２ｐと第１電池２ａの負極端子２ｎとが接触している。具体的に、中間端子板２１ｃは、その一方の面（図１の下側の面）に第２電池２ｂの正極端子２ｐが直接接触し、他方の面（図１の上側の面）に第１電池２ａの負極端子２ｎが後述の電池バネ２２を介して接触している。

３つの端子板２１のうち、各電池２の負極端子２ｎと接触する負極側端子板２１ｂ及び中間端子板２１ｃには、円錐ばね型の金属製の電池バネ２２が設けられている。電池バネ２２は、端子として各電池２の負極端子２ｎと接触するとともに、この電池２を正極側へ押圧して当該電池２の正極端子２ｐと端子板２１とを確実に面接触させている。また、この電池バネ２２により、正極側端子板２１ａ又は負極側端子板２１ｂと中間端子板２１ｃとの間で電池２を挟んで固定可能となっており、電池ボックス３０が１本の電池２のみを収納（電源回路１０に接続）した状態で当該１本の電池２を固定可能となっている。
なお、電池バネ２２は、円錐ばね型に限定されず、板ばね型や線ばね型等であってもよい。

また、電源回路１０には、２本の電池２のうちいずれか一方の電池２のみでも主回路Ｓに電力を供給できるように、当該一方の電池２以外の他の電池２を迂回するバイパスライン１２が設けられている。
このバイパスライン１２は、２本の電池２の間の連結部（すなわち、中間端子板２１ｃ）を、ダイオード５と抵抗６を介して電源ライン１１に短絡しており、具体的には、第１バイパスライン１２１と、第２バイパスライン１２２とを有している。

第１バイパスライン１２１は、直列に接続された２つのダイオード５（５ａ、５ｂ）を２本の電池２に対して並列に接続するラインである。２つのダイオード５は、２本の電池２に対応して、当該２本の電池２と同じ数だけ設けられている。各ダイオード５は、アノードを負極側の電源ライン１１ｎ側に、カソードを正極側の電源ライン１１ｐ側に向けた状態で配置されている。
第２バイパスライン１２２は、２本の電池２の間の連結部（すなわち、中間端子板２１ｃ）と、第１バイパスライン１２１における２つのダイオード５の間の連結部１２３とを、抵抗６を介して接続するラインである。

続いて、電子機器１において電池ボックス２０に電池２を装着（電源回路１０に接続）する際の通電態様について説明する。
図２は、２本の電池２のいずれか一方のみが電池ボックス２０に装着された場合の通電経路を示す図であって、（ａ）は第１電池２ａのみが装着された場合、（ｂ）は第２電池２ｂのみが装着された場合の図である。

図２（ａ）に示すように、２本の電池２のうち第１電池２ａのみが電池ボックス２０に装着された場合、この第１電池２ａは、図２（ａ）に太線で示すように、正極側の電源ライン１１ｐと、負極側の電源ライン１１ｎ、第１バイパスライン１２１の半部（図中の下側半部）及び第２バイパスライン１２２とを通じて、主回路Ｓ及びコンデンサ３に接続される。これにより、コンデンサ３には、１本の第１電池２ａによる１．５Ｖの電圧が抵抗６を介して印可される。
そして、その後に第２電池２ｂが装着されるまでの間、抵抗６により電流制限されながらコンデンサ３への充電が行われる。
この充電電流を行うための抵抗６の抵抗値は、ユーザが最初の電池を挿入してから次の電池を挿入するまでの予測時間（平均時間または最短時間）や、コンデンサ３の容量、電池の電圧などによって決められる。
つまり、ユーザが最初の電池を挿入してから次の電池を挿入するまでの予測される時間の間に、突入電流が問題にならない（ヒューズが溶断しない）程度の電圧になるまでコンデンサ３への充電を行うために必要な充電時の電流値を求め、この電流値での充電が行われるように抵抗６の抵抗値が決められる。
そして、その後に第２電池２ｂが装着されると、図１に示すように、抵抗６のあるバイパスライン１２でなく、電源ライン１１（１１ｐ、１１ｎ）を通じて、２本の電池２による３Ｖの電圧が主回路Ｓ及びコンデンサ３に印可される。
この状態においては、既にコンデンサ３への十分な充電が行われて、電池とコンデンサ３との電位差が少なくなっているため、抵抗を介さずに全ての電池の電圧をコンデンサ３に印可したとしても、ヒューズが溶断するほどの突入電流が流れることが無い。

一方、図２（ｂ）に示すように、２本の電池２のうちの第２電池２ｂのみが電池ボックス２０に装着された場合には、この第２電池２ｂは、図２（ｂ）に太線で示すように、第２バイパスライン１２２、第１バイパスライン１２１の半部（図中の上側半部）及び正極側の電源ライン１１ｐと、負極側の電源ライン１１ｎとを通じて、主回路Ｓ及びコンデンサ３に接続される。これにより、コンデンサ３には、１本の第２電池２ｂによる１．５Ｖの電圧が抵抗６を介して印可される。
そして、その後に第１電池２ａが装着されるまでの間、抵抗６により電流制限されながらコンデンサ３への充電が行われる。
この充電電流を行うための抵抗６の抵抗値は、ユーザが最初の電池を挿入してから次の電池を挿入するまでの予測時間（平均時間または最短時間）や、コンデンサ３の容量、電池の電圧などによって決められる。
つまり、ユーザが最初の電池を挿入してから次の電池を挿入するまでの予測される時間の間に、突入電流が問題にならない（ヒューズが溶断しない）程度の電圧になるまでコンデンサ３への充電を行うために必要な充電時の電流値を求め、この電流値での充電が行われるように抵抗６の抵抗値が決められる。
そして、その後に第１電池２ａが装着されると、図１に示すように、抵抗６のあるバイパスライン１２でなく、電源ライン１１（１１ｐ、１１ｎ）を通じて、２本の電池２による３Ｖの電圧が主回路Ｓ及びコンデンサ３に印可される。
この状態においては、既にコンデンサ３への十分な充電が行われて、電池とコンデンサ３との電位差が少なくなっているため、抵抗を介さずに全ての電池の電圧をコンデンサ３に印可したとしても、ヒューズが溶断するほどの突入電流が流れることが無い。

このように、２本の電池２のいずれを先に装着した場合であっても、コンデンサ３には２本の電池２による電圧が１本分ずつ抵抗６を介して段階的に印可される。これにより、一部の電池２のみが挿入された状態で抵抗６により電流制限されながらコンデンサ３への充電が開始され、全ての電池２が挿入されるまでの間にコンデンサ３への充電が完了する（または突入電流が問題にならない程度の電圧になるまでコンデンサ３が充電される）ため、複数の電池の装着を完了させたときにその全電圧が一気に印可される場合に比べ、突入電流が抑制される。また、このときの経路変更は、ＣＰＵによる回路素子の制御等を必要とすることなく自動的に行われる。

以上のように、本実施形態の電子機器１によれば、電源回路１０は、２本の電池２のうちの一部の電池２のみで主回路Ｓに電力を供給できるように、２本の電池２の間の連結部（中間端子板２１ｃ）を、ダイオード５と抵抗６を介して電源ライン１１に短絡するバイパスライン１２を有している。
そのため、主回路Ｓに並列に接続された大容量のコンデンサ３には、２本の電池２による電圧が１本分ずつ抵抗６を介して段階的に印可される。これにより、複数の電池の装着を完了させたときにその全電圧が一気に印可される場合に比べ、突入電流を抑制することができる。また、全ての電池２が挿入された状態においては、その通電経路に抵抗、ダイオード、トランジスタなどの電力損失を生じさせる素子が挿入されないので、スイッチングのためのトランジスタなどが必要であった従来に比べて電力損失を抑えることができる。
したがって、２本の電池２が装着されたときの突入電流を好適に抑制することができる。ひいては、突入電流に対するヒューズ４の耐久性と、コンデンサ３の大容量化による瞬時停電に対する冗長性とを両立させることができる。

また、本実施形態の電子機器１によれば、バイパスライン１２は第１バイパスライン１２１と第２バイパスライン１２２を有している。このうち、第１バイパスライン１２１は、直列に接続された２つのダイオード５を２本の電池２に対して並列に接続しており、第２バイパスライン１２２は、２本の電池２の間の連結部（中間端子板２１ｃ）と第１バイパスライン１２１における２つのダイオード５の間の連結部１２３とを抵抗６を介して接続している。
このような構成により、２本の電池２のうちいずれの電池２が先に装着された場合であっても、コンデンサ３には２本の電池２による電圧を１本分ずつ段階的に印可することができる。

なお、以上本発明の実施形態について説明したが、本発明は、かかる実施形態に限定されず、その要旨を逸脱しない範囲で、種々変形が可能であることは言うまでもない。

例えば、上記実施形態では、２本の電池２を電源とする場合について説明したが、図３（ａ）に示すように、電池２の数量は３つ以上（図３（ａ）の例では４つ）であってもよい。
この場合、バイパスライン１２は、複数の電池２のうちの一部の電池２のみで主回路Ｓに電力を供給できるように、当該一部の電池２と当該一部の電池２に隣接する他の電池２との間の連結部（すなわち、中間端子板２１ｃ）を、ダイオード５と抵抗６を介して電源ライン１１に短絡するものであればよい。具体的には、バイパスライン１２のうちの第１バイパスライン１２１が、複数の電池２と同数であって当該複数の電池２と対応し、かつ直列に接続された複数のダイオード５を、当該複数の電池２に対して並列に接続する。また、第２バイパスライン１２２が、隣接する２つの電池２の間の連結部（すなわち、中間端子板２１ｃ）と、第１バイパスライン１２１において当該２つの電池２に対応する２つのダイオード５の間の連結部１２３とを、抵抗６を介して接続する。
このような構成により、３つ以上の電池２を電源とする場合であっても、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。

また、上記実施形態では、電池ボックス２０が、２本の電池２を、各々の同じ極を同じ方向に向けつつ長手方向に並べた状態で収納するものとした。しかし、図３（ｂ）に示すように、電池ボックス２０は、複数の電池２（図３（ｂ）の例では２つ）を、各々の同じ極を反対方向に向けつつ短手方向に並べた状態で収納するものであってもよい。
この場合、中間端子板２１ｃのうち、第２電池２ｂの正極端子２ｐが直接接触する面と、第１電池２ａの負極端子２ｎが電池バネ２２を介して接触する面とは、同じ側の面となる。
これにより、機器内部のレイアウト上の制約等によって複数の電池２を長手方向に並べることが困難な場合にも、当該複数の電池２を電池ボックス２０に好適に収納することができる。
またこれにより、電池ボックス２０の形態として、複数の電池２の同じ極を反対方向に向けつつ短手方向に並べた状態で収納する形態のみならず、複数の電池の同じ極を同じ方向に向けつつ長手方向に並べた状態で収納する形態であっても、複数の電池２のうちの一部の電池２のみを収納した状態で当該一部の電池２を固定可能であり、その状態で当該一部の電池２からの電力を抵抗６を介して大容量のコンデンサ３に供給して充電を行うことができる。

また、上記実施形態では、いずれの電池２が先に装着された場合でも当該電池２により主回路Ｓとコンデンサ３に電圧が印可される構成を例に挙げて説明した。しかし、例えば電池ボックス２０の構造上の特徴等により、必ず特定の一の電池２が先に装着される（あるいは、複数の電池２が特定の順番で装着される）構成であった場合等には、当該一の電池２を電源ライン１１に接続するバイパスライン部分だけが設けられていればよい。つまりこの場合、バイパスライン１２は、当該一の電池２の端子をその同極性側の電源ライン１１に短絡するラインだけを有していればよく、一の電池２に対応するダイオード５と、このダイオード５を電源ライン１１に接続する第１バイパスライン１２１部分とは、不要である。
例えば、上記実施形態において、電池ボックス２０には必ず第１電池２ａが先に装着されるように構成されていた場合、この第１電池２ａに対応するダイオード５ａと、第１バイパスライン１２１のうちこのダイオード５ａを電源ライン１１ｐに接続する部分（図１における連結部１２３よりも上側部分）とは不要である（図２（ａ）参照）。

また、上記実施形態では電池２が円柱形の乾電池であることとしたが、本発明に係る電池はこれに限定されず、円柱形以外の形状であってもよいし、乾電池以外の電池であってもよい。

また、本発明を適用可能な電子機器は、複数の電池を電源として使用するものであれば特に限定されない。しかし、本発明は、例えば電子辞書など、複数の電池を使用する携帯型の機器であって、落下等の衝撃により電池が脱落するおそれのある電子機器に、特に好適に適用可能である。

以上本発明のいくつかの実施形態を説明したが、本発明の範囲は、上述の実施の形態に限定するものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲とその均等の範囲を含む。
以下に、この出願の願書に最初に添付した特許請求の範囲に記載した発明を付記する。付記に記載した請求項の項番は、この出願の願書に最初に添付した特許請求の範囲の通りである。
〔付記〕
＜請求項１＞
直列に接続された複数の電池から主回路に電力を供給する電源ラインに大容量コンデンサが並列に接続された電源回路を備え、
前記電源回路は、前記複数の電池のうちの一部の電池のみで前記主回路に電力を供給できるように、前記一部の電池と当該一部の電池に隣接する他の電池との間の連結部を、ダイオードと抵抗を介して前記電源ラインに短絡するバイパスラインを有する、
電子機器。
＜請求項２＞
前記バイパスラインは、
前記複数の電池と同数であって当該複数の電池と対応し、かつ直列に接続された複数のダイオードを、当該複数の電池に対して並列に接続する第１バイパスラインと、
隣接する２つの電池の間の連結部と、前記第１バイパスラインにおいて当該２つの電池に対応する２つのダイオードの間の連結部とを、抵抗を介して接続する第２バイパスラインと、を有する、
請求項１に記載の電子機器。
＜請求項３＞
前記複数の電池を着脱可能に収納する電池収納部を有し、
前記電池収納部は、前記複数の電池のうちの一部の電池のみを収納した状態で当該一部の電池を固定可能である、
請求項１又は請求項２に記載の電子機器。
＜請求項４＞
前記電池収納部は、
前記複数の電池を、各々の同じ極を同じ方向に向けつつ長手方向に並べた状態で収納し、
隣接する２つの電池の間の位置に、当該２つの電池のうちの一方の電池の正極と他方の電池の負極とが接触する金属製の端子板が設けられており、
前記金属製の端子板に前記バイパスラインが接続されている、
請求項３に記載の電子機器。
＜請求項５＞
隣接する２つの電池の間の位置に設けられた前記金属製の端子板は、前記電池収納部の端部に設けられた他の金属製の端子板とともに、収納されている電池を挟んで固定する、
請求項４に記載の電子機器。
＜請求項６＞
隣接する２つの電池の間の位置に設けられた前記金属製の端子板には、その一方の面に前記一方の電池の正極が直接接触し、他方の面に前記他方の電池の負極が金属製の電池バネを介して接触する、
請求項４または５に記載の電子機器。
＜請求項７＞
前記電池収納部は、前記複数の電池を、各々の同じ極を反対方向に向けつつ短手方向に並べた状態で収納し、
前記電池収納部の端部に、隣接する２つの電池のうちの一方の電池の正極と他方の電池の負極とが接触する金属製の端子板が設けられており、
前記金属製の端子板に前記バイパスラインが接続されている、
請求項３に記載の電子機器。

１ 電子機器
２ 電池
２ａ 第１電池
２ｂ 第２電池
２ｎ 負極端子
２ｐ 正極端子
３ コンデンサ
４ ヒューズ
５ ダイオード
６ 抵抗
１０ 電源回路
１１ 電源ライン
１１ｎ 負極側の電源ライン
１１ｐ 正極側の電源ライン
１２ バイパスライン
２０ 電池ボックス
２１ 端子板
２１ａ 正極側端子板
２１ｂ 負極側端子板
２１ｃ 中間端子板
２２ 電池バネ
１２１ 第１バイパスライン
１２２ 第２バイパスライン
１２３ 連結部
Ｓ 主回路

Claims (6)

1. 複数の電池を直列に接続された状態で収納可能な電池収納部と、
   直列に接続された前記複数の電池から主回路に電力を供給する電源ラインに大容量コンデンサが並列に接続された電源回路と、を備え、
   前記電池収納部は、前記複数の電池のうちの一部の電池のみを収納した状態で当該一部の電池を固定可能であり、
   前記電源回路は、前記複数の電池のうちの一部の電池のみで前記主回路に電力を供給できるように、前記一部の電池と当該一部の電池に隣接する他の電池との間の連結部を、ダイオードと抵抗を介して前記電源ラインに短絡するバイパスラインを有する、
   電子機器。
2. 前記バイパスラインは、
   前記複数の電池と同数であって当該複数の電池と対応し、かつ直列に接続された複数のダイオードを、当該複数の電池に対して並列に接続する第１バイパスラインと、
   隣接する２つの電池の間の連結部と、前記第１バイパスラインにおいて当該２つの電池に対応する２つのダイオードの間の連結部とを、抵抗を介して接続する第２バイパスラインと、を有する、
   請求項１に記載の電子機器。
3. 前記電池収納部は、
   前記複数の電池を、各々の同じ極を同じ方向に向けつつ長手方向に並べた状態で収納し、
   隣接する２つの電池の間の位置に、当該２つの電池のうちの一方の電池の正極と他方の電池の負極とが接触する金属製の端子板が設けられており、
   前記金属製の端子板に前記バイパスラインが接続されている、
   請求項１または２に記載の電子機器。
4. 隣接する２つの電池の間の位置に設けられた前記金属製の端子板は、前記電池収納部の端部に設けられた他の金属製の端子板とともに、収納されている電池を挟んで固定する、
   請求項３に記載の電子機器。
5. 隣接する２つの電池の間の位置に設けられた前記金属製の端子板には、その一方の面に前記一方の電池の正極が直接接触し、他方の面に前記他方の電池の負極が金属製の電池バネを介して接触する、
   請求項３または４に記載の電子機器。
6. 前記電池収納部は、前記複数の電池を、各々の同じ極を反対方向に向けつつ短手方向に並べた状態で収納し、
   前記電池収納部の端部に、隣接する２つの電池のうちの一方の電池の正極と他方の電池の負極とが接触する金属製の端子板が設けられており、
   前記金属製の端子板に前記バイパスラインが接続されている、
   請求項４に記載の電子機器。

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