JPH10295043A

JPH10295043A - 携帯型電子機器用電源装置

Info

Publication number: JPH10295043A
Application number: JP9098704A
Authority: JP
Inventors: Toyokazu Hoshi; 東洋一保志; Yuzo Yamazaki; 勇三山崎
Original assignee: FUJIDEN ENJI KK
Current assignee: FUJIDEN ENJI KK
Priority date: 1997-04-16
Filing date: 1997-04-16
Publication date: 1998-11-04

Abstract

(57)【要約】【課題】空中に飛来している電波を捕捉してそのエネ
ルギーを利用して駆動用電源としての蓄電池を自動的に
充電可能として電源機能を維持させる。【解決手段】駆動用電源となる蓄電池２と、コンデン
サＣとアンテナ３に付設された巻線コイルＮ₂ とを有し
てこれらの回路定数で決まる共振周波数の電波を捕捉す
る共振回路５と、共振回路５の共振電圧を整流して蓄電
池２を充電する整流回路６とを備えることで、空中に飛
来している電波中、共振回路５の共振周波数に合致する
周波数の電波を共振回路５で捕捉し、コンデンサＣの両
端に共振電圧を生じさせ、この共振電圧を整流回路６で
整流して蓄電池２に供給することで、蓄電池２が共振回
路５によって電波が捕捉されている時には自動的に充電
されるようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、携帯型電子機器用
電源装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、携帯型オーディオ機器や携帯型電
話機に代表されるような各種の携帯型電子機器では、小
型・軽量・省電力及び高機能化の傾向にあり、その発達
はＬＳＩないしはＶＬＳＩの製造技術の発達に負うとこ
ろが大きい。ここに、携帯型電子機器の駆動用電源とし
ては、その携帯性からして、各種の乾電池や蓄電池（２
次電池）が使用されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】携帯型電子機器なる製
品に占めるこのような駆動用電源の体積や重量の割合は
比較的多く、十数％を占めるのが通常である。従って、
携帯型電子機器の一層の小型化や軽量化を図る上で支障
を来すことは多々ある。また、乾電池の場合には使い捨
てであり、寿命に限りがあり、頻繁な電池交換を必要と
する。蓄電池の場合には、充電時間と充電頻度とによっ
ては、手間がかかり面倒で煩わしい。

【０００４】そこで、本発明は、空中に飛来している電
波を捕捉してそのエネルギーを利用して駆動用電源とし
ての蓄電池を自動的に充電可能とすることにより電源機
能を維持させることができる携帯型電子機器用電源装置
を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明の携
帯型電子機器用電源装置は、駆動用電源となる蓄電池
と、コンデンサとアンテナに付設された巻線コイルとを
有してこれらの回路定数で決まる共振周波数の電波を捕
捉する共振回路と、この共振回路から出力される共振電
圧を整流して前記蓄電池を充電する整流回路と、を備え
ている。

【０００６】従って、空中に飛来している電波中、共振
回路の共振周波数に合致する周波数の電波はこの共振回
路で捕捉され、コンデンサの両端には共振電圧が生ず
る。この共振電圧は整流回路で整流されて直流電圧とな
って蓄電池に供給される。これにより、蓄電池は共振回
路によって電波が捕捉されている時には自動的に充電動
作を受けることになる。ここに、空中に飛来している電
波の持つエネルギー密度は、一般に、非常に希薄である
が、携帯型電子機器の１日における使用時間の比率は僅
かであるのに対して、電波は殆ど１日中飛来しているの
で、このような電波を利用した充電であってもその時間
積分量はかなり有用な値となり得る。よって、基本的に
は蓄電池に対して所有者による充電作業は不要となり、
充電作業を要するとしてもそのインターバルを延ばすこ
とができる。これにより、駆動用電源に蓄電池を用いた
場合の煩わしさから解放される。また、別の観点からす
れば、蓄電池は空中を飛来している電波を利用して随時
充電されているので、小型であっても電源としての機能
を維持し得ることになり、蓄電池の一層の小型化を通し
て携帯型電子機器自体の小型化を図る上で有効となる。

【０００７】請求項２記載の発明は、請求項１記載の携
帯型電子機器用電源装置において、共振周波数が異なる
複数個の共振回路を備え、各共振回路毎に設けられた複
数の整流回路の出力側が直列接続されている。従って、
周波数の異なる複数の電波を捕捉してそれらの持つエネ
ルギーを併せた分で蓄電池を充電することができるの
で、充電効率ないしは充電能力が向上する。

【０００８】請求項３記載の発明は、請求項１記載の携
帯型電子機器用電源装置において、共振回路中のコンデ
ンサが容量可変型コンデンサであり、自動的に最大共振
電圧を示す共振周波数を検出してその共振周波数となる
ように前記容量可変型コンデンサの容量を可変させる最
大エネルギー検出・周波数決定手段を備えている。空中
に飛来している電波の周波数や強度（エネルギー）は地
域によって異なるので、携帯型電子機器の携帯性を考慮
した場合、最大エネルギー検出・周波数決定手段を備え
て最大共振電圧、即ち、最大エネルギーを示す共振周波
数を自動追尾させることにより、常に充電効率ないしは
充電能力を最良にすることができる。

【０００９】請求項４記載の発明は、請求項１，２又は
３記載の携帯型電子機器用電源装置において、アンテナ
が、３次元の各方向に指向性を持たせた３つのアンテナ
要素により構成されている。携帯型電子機器の携帯性を
考慮した場合、その姿勢はランダムであるが、アンテナ
が３次元の各方向に指向性を持つので、如何なる方向か
ら飛来する電波であっても捕捉することができ、電波を
効率よく捕捉することができる。

【００１０】請求項５記載の発明は、請求項４記載の携
帯型電子機器用電源装置において、巻線コイルが、積層
される複数の印刷基板の各々に印刷形成された銅箔パタ
ーンにより構成されている。従って、巻線コイル部分を
その機能を阻害することなく小型・軽量化することがで
きるので、３次元構造のアンテナないしは巻線コイルを
携帯型電子機器のハウジング内に実装する上で支障とな
らない。

【００１１】請求項６記載の発明は、請求項１又は２記
載の携帯型電子機器用電源装置において、整流回路と蓄
電池との間の充電経路上に流れる電流に応じて指示状態
が変化するインジケータを備えている。従って、アンテ
ナが３次元的な指向性を持たない場合には、アンテナの
向きが合っていないと電波の捕捉効率が悪いが、インジ
ケータによって充電電流の程度が指示させるので最大の
充電電流が流れる指示状態となるようにアンテナの向
き、従って、携帯型電子機器の姿勢を正すことが可能と
なる。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明の第一の実施の形態を図１
及び図２に基づいて説明する。まず、原理的な構成を示
す図１の回路図を参照して構成及び動作を説明する。対
象とするこの携帯型電子機器１は駆動用電源として蓄電
池２を備えている。一方、空中を飛来する各種の電波を
受信するアンテナ３を備えている。このアンテナ３には
変圧器４の１次巻線Ｎ₁ が接続されている。この変圧器
４の２次巻線Ｎ₂ の両端間には容量可変型のコンデンサ
Ｃが接続されている。ここに、２次巻線Ｎ₂ が巻線コイ
ルとして機能し、２次巻線Ｎ₂ とコンデンサＣとにより
共振回路５が構成されている。従って、共振回路５の共
振周波数ｆ₀ は２次巻線Ｎ₂ のインダクタンスとコンデ
ンサＣの容量（キャパシタンス）とにより決定され、コ
ンデンサＣが容量可変型であるので共振周波数ｆ₀ も可
変自在とされている。このような共振回路５の出力側に
は全波整流回路（整流回路）６が接続されている。この
全波整流回路６の出力端間に前記蓄電池２が接続されて
いる。

【００１３】このような構成において、空中を飛来した
各種の電波はアンテナ３により受信され、変圧器４の１
次巻線Ｎ₁ に流れる。これにより、１次巻線Ｎ₁ に誘起
された交流電圧は１次巻線Ｎ₁ と２次巻線Ｎ₂ との比率
（巻線比）に応じて昇圧されて２次巻線Ｎ₂ の両端に出
力される。ここに、アンテナ３には広範囲の周波数の電
波が飛来するが、共振回路５の共振周波数ｆ₀ に一致す
る周波数の電波成分のみがこの共振回路５により捕捉さ
れて共振動作することになる。このようにして共振回路
５に生じた共振電圧は全波整流回路６によって全波整流
されて直流電圧となる。この直流電圧が充電電圧として
蓄電池２に供給され、蓄電池２が充電される。

【００１４】図１に示した原理的な構成を具体的に実現
する回路構成を図２に示す。即ち、図１中に示したアン
テナ３、変圧器４及び共振回路５の部分は、ラジオ受信
機において用いられているコア付きアンテナ７と同調回
路８とを利用して構成することができる。ここに、コア
付きアンテナ７は、広帯域で高透磁率特性を有する材料
による鉄心７ａに２次巻線Ｎ₂ に相当するコイル７ｂを
巻回し、このコイル７ｂの両端を同調回路８に接続する
ことにより構成されている。同調回路８は共振周波数の
変更ないしは選択が可能な構成、具体的には、携帯用ラ
ジオにおけるデジタル式選局回路を応用した構成とされ
ている。よって、コア付きアンテナ７で受信され同調回
路８で選択された共振周波数対応の周波数を持つ電波が
捕捉され、その共振電圧が全波整流回路６で整流されて
直流電圧となり、蓄電池２に供給される。

【００１５】ここに、空中に飛来している電波の持つエ
ネルギー密度は、一般に、非常に希薄であるが、携帯型
電子機器１の１日における使用時間の比率は僅かである
のに対して、電波は殆ど１日中飛来しているので、この
ような電波を利用した蓄電池２の充電であってもその時
間積分量はかなり有用な値となり得る。よって、基本的
には蓄電池２に対して所有者による充電作業は不要とな
り、充電作業を要するとしてもそのインターバルを延ば
すことができる。また、蓄電池２は空中を飛来している
電波を利用して随時充電されているので、小型であって
も電源としての機能を維持し得ることになり、蓄電池２
２の一層の小型化を通して携帯型電子機器１自体の小型
化を図る上で有効となる。

【００１６】本発明の第二の実施の形態を図３及び図４
に基づいて説明する。前記実施の形態で示した部分と同
一部分は同一符号を用いて示し、説明も省略する。本実
施の形態では、変圧器４の２次側に複数、ここでは、２
つの２次巻線Ｎ₂₁，Ｎ₂₂が設けられているとともに、各
々の２次巻線Ｎ₂₁，Ｎ₂₂の両端間に容量可変型のコンデ
ンサＣ₁ ，Ｃ₂ が接続されている。これにより、２つの
共振回路５ａ，５ｂが形成されている。ここに、共振回
路５ａの共振周波数ｆ₁ と共振回路５ｂの共振周波数ｆ
₂ とは異ならせて設定されている。また、各共振回路５
ａ，５ｂの出力側には全波整流回路（整流回路）６ａ，
６ｂが各々接続されているが、これらの全波整流回路６
ａ，６ｂの出力端子同士は直列に接続されている。これ
らの全波整流回路６ａ，６ｂの直列回路の両端間に蓄電
池２が接続されている。

【００１７】本実施の形態によれば、共振回路５ａ，５
ｂの各々の共振周波数ｆ₁ ，ｆ₂ に一致する周波数を持
つ２つの電波がこれらの共振回路５ａ，５ｂにより捕捉
され、それらの共振電圧を全波整流回路６ａ，６ｂで全
波整流してなる直流電圧の和が蓄電池２に充電電圧とし
て供給される。よって、蓄電池２に対する充電効率ない
しは充電能力が向上する。特に、共振周波数ｆ₁ （又は
ｆ₂ ）を、受信可能な周波数帯域中で最もエネルギーの
高い電波の周波数に合致するように設定し、共振周波数
ｆ₂ （又はｆ₁ ）を、受信可能な周波数帯域中で２番目
にエネルギーの高い電波の周波数に合致するように設定
すれば、その状況の中で最大限の充電能力を利用するこ
とができる。

【００１８】図３に示した原理的な構成を具体的に実現
する回路構成を図４に示す。即ち、図２に示した場合と
同様に、ラジオ受信機において用いられているコア付き
アンテナ７と同調回路８とを利用して構成することがで
きる。ここに、コア付きアンテナ７は、広帯域で高透磁
率特性を有する材料による鉄心７ａに２次巻線Ｎ₂₁，Ｎ
₂₂に相当するコイル７ｂ₁ ，７ｂ₂ を巻回し、これらの
コイル７ｂ₁ ，７ｂ₂を同調回路８に接続することによ
り構成されている。同調回路８は共振周波数の変更ない
しは選択が可能な構成、具体的には、携帯用ラジオにお
けるデジタル式選局回路を応用した構成とされている。
同調回路８の出力側に全波整流回路６ａ，６ｂが接続さ
れている。よって、コア付きアンテナ７で受信され同調
回路８で選択された共振周波数ｆ₁ ，ｆ₂ 対応の周波数
を持つ電波が捕捉され、その共振電圧が全波整流回路６
ａ，６ｂで整流されて直流電圧となり、これらの直流電
圧の和が蓄電池２に供給される。

【００１９】なお、本実施の形態では、共振回路、全波
整流回路を２つとしたが、さらに数を増やしてもよい。

【００２０】本発明の第三の実施の形態を図５に基づい
て説明する。本実施の形態では、例えば図１に示した構
成に加えて、共振回路５の出力端子間に最大エネルギー
検出・周波数決定回路（最大エネルギー検出・周波数決
定手段）９が接続されている。この最大エネルギー検出
・周波数決定回路９は受信可能な周波数帯域中で最大エ
ネルギーを持つ周波数の電波を共振電圧を通じて検出
し、その最大エネルギーを示す周波数に一致する共振周
波数ｆ₀ となるようにコンデンサＣの容量を可変させる
機能を果たすものである。より具体的には、当該携帯型
電子機器１が存在する状況において、予め設定された一
定周期毎に、受信可能な電波の周波数を逐一検索し、各
周波数毎に共振電圧を一旦記憶し、受信可能な電波の全
ての周波数の検索終了後に、最大の共振電圧を示した周
波数が共振周波数ｆ₀ となるようにコンデンサＣの容量
が可変されることになる。

【００２１】空中を飛来している電波の周波数やその強
度は地域（携帯型電子機器１が存在する状況）によって
異なるが、最大エネルギー検出・周波数決定回路９が最
大共振電圧、即ち、最大エネルギーを示す共振周波数を
自動追尾させるので、１つの共振回路５のみを用いなが
ら、常に充電効率ないしは充電能力を最良にすることが
できる。

【００２２】本発明の第四の実施の形態を図６及び図７
に基づいて説明する。本実施の形態は、例えば、前述し
た各実施の形態中で用いられるアンテナ３付近の構成の
改良例を示す。即ち、本実施の形態では、ＸＹＺなる３
次元を考えた場合、Ｘ成分コイル１０ｘとＹ成分コイル
１０ｙとＺ成分コイル１０ｚとの３つのアンテナ要素を
互いに直交する位置関係で３次元的に組立て、これらの
Ｘ成分コイル１０ｘとＹ成分コイル１０ｙとＺ成分コイ
ル１０ｚとを直列接続することによりアンテナ１０が構
成されている。これにより、本実施の形態のアンテナ１
０は如何なる方向から飛来する電波も捕捉可能となる無
指向性構造とされている。

【００２３】一般に、図２等に示したアンテナの場合に
は、電波捕捉に関して指向性を示す。これに対して、携
帯型電子機器１の携帯性を考慮した場合、その姿勢はラ
ンダムであるが、本実施の形態のアンテナ１０によれば
３次元の各方向に指向性を持つので、如何なる方向から
飛来する電波であっても捕捉することができ、電波の捕
捉効率が向上する。

【００２４】ところで、本実施の形態のような３次元構
造のアンテナ１０であっても、携帯型電子機器１の外観
性、省スペース等を考慮した場合には携帯型電子機器１
のハウジング内に組み込まれる。この場合には、特に小
型化設計が必要となるが、そのための一例としてはコイ
ルに関する印刷技術を利用することにより対処し得る。
図７に３次元構造のアンテナ１０中の１つの要素、例え
ば、Ｘ成分コイル１０ｘの構成例をモデル化して示す。
即ち、中心に高透磁率を示す材質によるコア１１を配設
し、厚さ方向（コア１１の軸心方向）には複数枚の印刷
基板１２を積層することにより構成されている。ここ
に、各印刷基板１２上には巻線コイルをなす渦巻状の銅
箔パターン１３が印刷形成され、各々直列に接続されて
いる。１４は絶縁層である。この銅箔パターン１３の寸
法、巻数、印刷基板１２の積層枚数等は、コスト、許容
し得る大きさ等を考慮して決定すればよいが、現実に銅
線コイルを巻線コイルとしてコア周りに実際に巻回した
場合と等価的になればよい。

【００２５】本発明の第五の実施の形態を図８に基づい
て説明する。本実施の形態では、全波整流回路６と蓄電
池２との間の充電経路上に流れる電流に応じて発光光量
（指示状態）が変化する発光ダイオード１５がインジケ
ータとして設けられている。従って、この発光ダイオー
ド１５は蓄電池２に流れる電流量に応じてその発光量が
変化する。

【００２６】前述した実施の形態のような３次元構造の
アンテナ１０を備えたものであれば、携帯型電子機器１
の姿勢がどのような状態にあっても電波を確実に捕捉し
得るが、携帯型電子機器１によっては３次元構造のアン
テナ１０を組み込めない場合もあり、１次元ないしは２
次元の指向性に留まる場合もある。このようなケースで
は、アンテナ３の向きが対象としている電波に対して適
正でないと受信効率の悪いものとなる。この点、本実施
の形態によれば、空中を飛来して受信された電波に基づ
く蓄電池２の充電動作に関してその充電電流に応じて発
光ダイオード１５の発光状態が変わるので、発光ダイオ
ード１５の発光状態が暗めであればアンテナ３の向きが
捕捉しようとしている電波に対して適正でないことを判
断できる。そこで、この発光ダイオード１５の発光状態
が最高となる向きに携帯型電子機器１を合せることで電
波の捕捉効率、従って、蓄電池２に対する充電効率がよ
くなるように調整することができる。

【００２７】

【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、駆動用電
源となる蓄電池と、コンデンサとアンテナに付設された
巻線コイルとを有してこれらの回路定数で決まる共振周
波数の電波を捕捉する共振回路と、この共振回路から出
力される共振電圧を整流して前記蓄電池を充電する整流
回路とを備えることで、空中を飛来している電波の持つ
エネルギーを利用して蓄電池を随時自動的に充電するこ
とができ、よって、基本的には蓄電池に対して所有者に
よる充電作業を不要にすることができ、充電作業を要す
るとしてもそのインターバルを延ばすことができ、これ
により、駆動用電源に蓄電池を用いた場合の煩わしさか
ら解放させることができる。さらには、蓄電池は空中を
飛来している電波を利用して随時充電されているので、
小型であっても電源としての機能を維持できるので、蓄
電池の一層の小型化を通して携帯型電子機器自体の小型
化を図る上で有効となる。

【００２８】請求項２記載の発明によれば、周波数の異
なる複数の電波を捕捉してそれらの持つエネルギーを併
せた分で蓄電池を充電することができるので、充電効率
ないしは充電能力を一層向上させることができる。

【００２９】請求項３記載の発明によれば、最大エネル
ギー検出・周波数決定手段を備えて最大共振電圧、即
ち、最大エネルギーを示す共振周波数を自動追尾させる
ようにしたので、空中に飛来している電波の周波数やエ
ネルギーが地域によって異なる状況下において、特に状
況が変わりやすい携帯型電子機器の携帯性を考慮した場
合でも、常に充電効率ないしは充電能力を最良にするこ
とができる。

【００３０】請求項４記載の発明によれば、携帯型電子
機器の携帯性を考慮した場合、その姿勢はランダムであ
るが、アンテナが３次元の各方向に指向性を持つので、
如何なる方向から飛来する電波であっても捕捉すること
ができ、電波を効率よく捕捉することができる。

【００３１】請求項５記載の発明によれば、巻線コイル
が、積層される複数の印刷基板の各々に印刷形成された
銅箔パターンにより構成されており、巻線コイル部分を
その機能を阻害することなく小型・軽量化することがで
きるので、３次元構造のアンテナないしは巻線コイルを
支障なく携帯型電子機器のハウジング内に内蔵させるこ
とができる。

【００３２】請求項６記載の発明によれば、整流回路と
蓄電池との間の充電経路上に流れる電流に応じて指示状
態が変化するインジケータを備えているので、アンテナ
が３次元的な指向性を持たない場合において、アンテナ
の向きが捕捉しようとする電波に対して合っていないと
その電波の捕捉効率が悪いが、インジケータによって充
電電流の程度が指示させるので最大の充電電流が流れる
指示状態となるようにアンテナの向き、従って、携帯型
電子機器の姿勢を正すことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一の実施の形態を示す原理的な回路
図である。

【図２】その実際的な構成を示す回路図である。

【図３】本発明の第二の実施の形態を示す原理的な回路
図である。

【図４】その実際的な構成を示す回路図である。

【図５】本発明の第三の実施の形態を示す原理的な回路
図である。

【図６】本発明の第四の実施の形態を示す３次元構造の
アンテナの模式的な立体図である。

【図７】その一つのコイル構成を示す断面構造図であ
る。

【図８】本発明の第五の実施の形態を示す原理的な回路
図である。

【符号の説明】

２蓄電池３アンテナ５共振回路６整流回路９最大エネルギー検出・周波数決定手段１０アンテナ１０ｘ，１０ｙ，１０ｚアンテナ要素１２印刷基板１３銅箔パターン１５インジケータＣコンデンサＮ₂ 巻線コイル

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】駆動用電源となる蓄電池と、コンデンサとアンテナに付設された巻線コイルとを有し
てこれらの回路定数で決まる共振周波数の電波を捕捉す
る共振回路と、この共振回路から出力される共振電圧を整流して前記蓄
電池を充電する整流回路と、を備えたことを特徴とする
携帯型電子機器用電源装置。
【請求項２】共振周波数が異なる複数個の共振回路を
備え、各共振回路毎に設けられた複数の整流回路の出力
側を直列接続したことを特徴とする請求項１記載の携帯
型電子機器用電源装置。
【請求項３】共振回路中のコンデンサが容量可変型コ
ンデンサであり、自動的に最大共振電圧を示す共振周波
数を検出してその共振周波数となるように前記容量可変
型コンデンサの容量を可変させる最大エネルギー検出・
周波数決定手段を備えたことを特徴とする請求項１記載
の携帯型電子機器用電源装置。
【請求項４】アンテナは、３次元の各方向に指向性を
持たせた３つのアンテナ要素からなることを特徴とする
請求項１，２又は３記載の携帯型電子機器用電源装置。
【請求項５】巻線コイルは、積層される複数の印刷基
板の各々に印刷形成された銅箔パターンよりなることを
特徴とする請求項４記載の携帯型電子機器用電源装置。
【請求項６】整流回路と蓄電池との間の充電経路上に
流れる電流に応じて指示状態が変化するインジケータを
備えたことを特徴とする請求項１又は２記載の携帯型電
子機器用電源装置。