JPWO2018074386A1 - 無線通信機能を備えた電池形電源装置 - Google Patents

Abstract

目的は無線通信機能を備えた電池形電源装置において不測の状況が発生しても意図した制御を実施することである。電池形電源装置は外部負荷装置の電池ボックスに装着可能に電池規格に準じた形状及び寸法のハウジングを有する。ハウジング内側の電池収納部は、収納された電池の前後端子に接触する内側正極端子１０５と内側負極端子１０６とを有する。ハウジングの前端面には内側正極端子に接続される外側正極端子１０３が設けられ、ハウジングの後端面には内側負極端子に接続される外側負極端子１０４が設けられる。内側正極端子と外側正極端子との間には出力トランジスタ１２０が介在される。ＲＦＩＣ１２２は無線通信用アンテナ１２７を介して受信した信号に従って出力トランジスタの制御信号を発生する。ＲＦＩＣは瞬断発生時に電力供給の回復後であって外部情報処理装置との通信回復前に予備的な制御信号を発生する。

Description

本発明は、無線通信機能を備えた電池形電源装置に関する。

特許文献１には、電動玩具等の外部負荷装置の電池ボックスに装着可能な無線受信駆動装置が開示されている。この無線受信駆動装置は、いわゆるスイッチング電源として構成され、収容した電池と外部端子との間に介在させたトランジスタの駆動信号のデューティー比を、無線受信部を介して受信したユーザ指令に従って無線モジュールで変化させることにより外部負荷装置への駆動電圧を変化させて、電動玩具等の外部負荷装置の動作を制御することができるものである。さらに外部負荷装置の外部スイッチに連動して無線受信部の電源供給を制御する機能を備え、電池の消耗を抑制する効果を実現している。

無線受信駆動装置は、電動玩具等の電池ボックスに装着され使用される場合、電動玩具等の外部負荷装置を動作させることにより発生する振動や衝撃等によって、無線受信駆動装置とその収納電池との間の接触状態が不良状態となり、収納電池からの電力供給が一時的に遮断（オフ）される瞬断が発生する可能性がある。この場合、外部負荷装置に対する制御が初期状態になり、電動玩具等の動作が突然停止してしまう。

また、電動玩具等の外部負荷装置を動作させている時に、無線受信部により電子機器からのユーザ指令が一時的に受信できない状態（リンク切れ、通信切断）が発生した場合、電動玩具等の外部負荷装置に対する制御が不能な状態で動作が継続されてしまい、電動玩具等の種類によっては障害が発生するおそれがある。

すなわち従来では、電池からの電源が一時的に遮断する、あるいは無線受信部と電子機器との間でリンク切れが生じるなどの不測の状況が発生した場合に、電動玩具等の外部負荷装置に対して意図した制御をすることができない。

特開２０１５−１７７９３９号公報

目的は、無線通信機能を備えた電池形電源装置において瞬断やリンク切れといった不測の事態に対応することにある。

本実施形態に係る無線通信機能を備えた電池形電源装置は、外部負荷装置の電池ボックスに装着可能なように電池規格に準じた形状及び寸法のハウジングを有する。ハウジングの内側に電池を収納する電池収納部は、収納された電池の前後端子に接触する内側正極端子と内側負極端子とを有する。ハウジングの前端面には内側正極端子に接続される外側正極端子が設けられ、ハウジングの後端面には内側負極端子に接続される外側負極端子が設けられる。内側負極端子と前記外側負極端子との間と、内側正極端子と前記外側正極端子との間との少なくとも一方には出力トランジスタが介在される。制御回路は、アンテナを介して受信した駆動レベル信号に応じたデューティー比で出力トランジスタの開閉を制御する制御信号を発生するとともに、電池からの電力供給が一時的に遮断される瞬断が発生したとき、電力供給の回復後であって外部情報処理装置との通信回復前に予備的な制御信号を発生する。

図１は、本発明の第１実施形態に係る無線通信機能を備える電池形電源装置の外観を示す斜視図である。 図２は、図１の電池形電源装置の内部構造を示す図である。 図３は、図１の電池形電源装置の使用態様を示す図である。 図４は、図１の電池形電源装置の等価回路図である。 図５は、対処動作設定をする場合の操作画面の一例を示す図である。 図６は、図１の電池形電源装置の制御を説明するためのフローチャートである。 図７は、瞬断発生時の対処動作の一例を説明するための図である。 図８は、瞬断発生時の対処動作の一例を説明するための図である。 図９は、図１の電池形電源装置の制御を説明するためのフローチャート。 図１０は、リンク切れ時の対処動作の一例を説明するための図である。

以下、図面を参照しながら本実施形態に係る無線機能を備えた電池形電源装置を説明する。以下の説明において、略同一の機能及び構成を有する構成要素については、同一符号を付し、重複説明は必要な場合にのみ行う。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る無線機能を備えた電池形電源装置（以下、単に「電池形電源装置」と称す）１００の外観を示す斜視図である。図２は、図１の電池形電源装置１００の使用状態を示す平面図である。本実施形態に係る電池形電源装置１００は、電池規格に準じた形状及び外寸で構成される。典型的には本実施形態に係る電池形電源装置１００は、単３形規格に準じた高さ及び直径の円柱体に構成される。しかし他の電池規格に準じた形状及び寸法で電池形電源装置１００が構成されていてもよい。ここでは本実施形態に係る電池形電源装置１００は単３形規格に準じているものとして説明する。

電池形電源装置１００の本体部１２８は単３形電池規格と略同一の形状及び寸法で構成された円筒状体のハウジング１１８に外装されている。本体部１２８の上端面（前端面ともいう）の中央には、外側正極端子（電極端子）１０３として円形状の導電板が前方に若干突起した状態で取り付けられる。本体部１２８の下端面（後端面ともいう）の中央には、外側負極端子１０４として円形状の導電板が取り付けられる。ハウジング１１８の周面の一部分は長円形状に切り欠かれている。切り欠き部１１９の長さは単４形電池と同等又は若干短く、幅は単４形電池の幅より若干広い。ユーザは、この切り欠き部１１９から単４形電池（収納電池）を電池収納部１０２に対して挿抜することができる。電池収納部１０２の形状は単４形規格に準じた長さ及び直径の円柱形状のスペースである。電池収納部１０２の中心軸は電池形電源装置１００の円柱中心軸に対して半径方向にオフセットされる。このオフセットにより、ハウジング１１８と電池収納部１０２との間に僅かなスペースが提供される。この僅かなスペースに電池形電源装置１００の各種機能を実現する回路を実装する基板１０７が搭載される。

電池収納部１０２の前端中央、つまり外側正極端子１０３と同じ側には内側正極端子１０５として導電板が取り付けられる。電池収納部１０２の後端中央、外側負極端子１０４と同じ側には内側負極端子１０６としてバネ性を有した導電板が取り付けられる。電池収納部１０２に収納された単４形電池１１３の正極端子は内側正極端子１０５に接触し、単４形電池１１３の負極端子は内側負極端子１０６に接触する。内側正極端子１０５は配線ケーブル１０９と基板１０７とに接続される。外側正極端子１０３は配線ケーブル１１０と基板１０７とに接続される。外側負極端子４と内側負極端子１０６とが配線ケーブル１０８と基板１０７に接続される。

図３は図１の電池形電源装置１００の使用状態を示す図である。図３に示すように、電池形電源装置１００は、単３形電池で駆動する外部負荷装置１１１の電池ボックス１１２に単独で又は他の電池３００と直列状態で装着される。外部負荷装置１１１としては電動玩具、電動工作玩具、防災センサ、防犯センサ、懐中電灯、自転車ライト、電池式調理器、電気ウキ、電動ペット給餌装置、電池式ファン、電池式ハンドソープディスペンサー等である。ここでは外部負荷装置１１１としてモータ１１５で駆動する電動玩具として説明する。外部負荷装置１１１は電池ボックス１１２を有する。電池ボックス１１２には電池形電源装置１００と他の１本の単３形電池３００とが直列状態で装着される。電池ボックス１１２には外部スイッチ１１４を介してモータ１１５が電気的に接続される。モータ１１５には、伝達機構を介して車輪１３６が接続される。外部スイッチ１１４がオンされると、モータ１１５と電池ボックス１１２との電気的な接続が確保される。外部スイッチ１１４がオフされると、モータ１１５と電池ボックス１１２とは電気的に切断される。

外部情報処理装置５０はスマートフォンや、携帯電話機や、タブレット端末、ラジオコントロール通信機等の通信機能及び操作パネル機能等を備えた典型的には携帯型のディジタル電子機器である。この本実施形態に係る電池形電源装置１００は、無線通信機能を備え、外部情報処理装置５０と無線接続される。外部情報処理装置５０の操作画面５１に対するユーザ操作に応じて、外部情報処理装置５０から電池形電源装置１００には電源出力（駆動レベル）を０％〜１００％の範囲内のいずれかの値にする指示が無線通信により送信される。後述するように電池形電源装置１００の電池収納部１０２の内側正極端子１０５と外側正極端子１０３との間には配線ケーブル１０９，１１０を介して出力トランジスタが介在される。なお、電池形電源装置１００の電池収納部１０２の内側負極端子１０６と外側負極端子１０４との間に出力トランジスタが介在されるものであってもよい。

電池形電源装置１００はＰＷＭ（パルス幅信号変調）方式により外部情報処理装置５０からの出力指示（駆動レベル）に従って出力トランジスタに対するゲート駆動信号（制御信号）のデューティー比を変更して電源出力を調整する。

また、外部情報処理装置５０では電池形電源装置１００において電池からの電源が一時的に遮断される瞬断に対応する制御をするための対処動作設定、あるいは外部情報処理装置５０と電池形電源装置１００との無線通信が切断（リンク切れ）された場合に対処する制御をするためのリンク切れ対処設定をすることができる。設定内容は、電池形電源装置１００に送信され、電池形電源装置１００の後述するＲＦＩＣ（高周波集積回路）１２２の不揮発性メモリに記憶される。

なお、「瞬断」とは、外部負荷装置１１１の振動や衝撃等の様々な原因により、電池収納部１０２に収納される電池の端子と、内側正極端子５又は内側負極端子６との間の接触不良が生じるか、または電池ボックス１１２に収納される電池の接触不良が生じて、収納電池から電池形電源装置１への電力供給が一時的に遮断（オフ）される状況であり、当然にして、外部情報処理装置５０と電池形電源装置１００との無線通信も切断される（リンク切れ）。また、「リンク切れ」とは、電波強度が弱い、外部情報処理装置５０と電池形電源装置１００との間の距離が仕様上の通信距離に接近した、外部情報処理装置５０と電池形電源装置１００との間に電波障害物が介在した等の様々な原因で、外部情報処理装置５０と電池形電源装置１００との間の接続が途切れる状況をいい、収納電池からの電力供給が遮断されることなく継続している点で「瞬断」とは区別される。

ここで、瞬断に対応する制御をするための対処動作設定、あるいはリンク切れ対処設定にしたがって、通信回復までの間に発生される、出力トランジスタの開閉を駆動するための制御信号（駆動信号）を、特に「予備的な制御信号」と称し、定常時の制御信号を区別する。

図４は図１の電池形電源装置の等価回路図である。本実施形態に係る電池形電源装置の回路は、出力トランジスタ１２０、ＲＦＩＣ１２２、ＤＣＤＣコンバータ１２１、インバータ１２３、プルアップ抵抗（検出抵抗）１２４、プルアップ抵抗１２５を有する。これら電子部品は基板１０７に実装される。電池１１３は、内側正極端子１０５と内側負極端子１０６との間に装着される。出力トランジスタ１２０は、典型的にはＰチャンネルＭＯＳＦＥＴであり、回路上、内側正極端子１０５と外側正極端子１０３との間に介在される。なお、出力トランジスタ１２０は、ＮチャンネルＭＯＳＦＥＴであってもよく、その場合、回路上、内側負極端子１０６と外側負極端子１０４との間に介在される。出力トランジスタ１２０がＰチャンネルＭＯＳＦＥＴのとき以下の説明においてローレベル／ハイレベルはハイレベル／ローレベルにそれぞれ読み替えられる。さらに、また出力トランジスタ１２０は、バイポーラトランジスタであってもよく、その場合以下のゲート制御信号はベース制御信号と読み替えられる。ここでは出力トランジスタ１２０はＮチャンネルＭＯＳＦＥＴとして説明する。

プルアップ抵抗（検出抵抗）１２４は、内側正極端子１０５と外側正極端子１０３との間に出力トランジスタ１２０と並列に配置される。プルアップ抵抗１２５は、出力トランジスタ１２０のゲート端子と内側正極端子１０５との間に介在される。出力トランジスタ１２０のドレイン端子は、配線ケーブル１１０を介して外側正極端子１０３に接続される。出力トランジスタ１２０のソース端子は、配線ケーブル１０９を介して内側正極端子１０５に接続される。また、内側正極端子１０５は、配線ケーブル１０９を介してＤＣＤＣコンバータ１２１の入力端子に接続される。ＤＣＤＣコンバータ１２１は、電池収納部２に装着された単４形電池の電圧Ｖccを内部回路動作用の例えば３．０Ｖの電源電圧Ｖddに昇圧する。後述のＲＦＩＣ１２２は電源電圧Ｖddで駆動される。ただしＲＦＩＣ１２２が１．５Ｖ以下で動作するならＤＣＤＣコンバータ１２１は必要ない。ＲＦＩＣ１２２は、ＤＣＤＣコンバータ１２１により発生された電源電圧Ｖddにより駆動する。ＲＦＩＣ１２２のＡＮＴ端子には無線通信用アンテナ１２７が接続される。また、ＲＦＩＣ１２２のＯｕｔｐｕｔ端子に出力トランジスタ１２０のゲート端子が接続される。

出力トランジスタ１２０のドレイン端子とＤＣＤＣコンバータ１２１のＥＮ端子との間にはインバータ１２３が介在される。ＤＣＤＣコンバータ１２１の入力段にインバータ１２３を配置することで、モータ１１５に発生する逆起電圧によるＤＣＤＣコンバータの破壊等を回避することができる。インバータ１２３の入力端子は出力トランジスタ１２０のドレイン端子に接続され、出力端子はＤＣＤＣコンバータ１２１のＥＮ端子に接続される。インバータ１２３は、入力信号を反転して出力する。

内側負極端子１０６は、配線ケーブル１０８を介して、外側負極端子１０４に接続される。外側正極端子１０３と外側負極端子１０４は、それぞれ外部負荷装置１１１の端子１１６，１１７を通じて電気的に接続される。端子１１６，１１７の間には、外部スイッチ１１４及びモータ１１５が接続される。

ＲＦＩＣ１２２は、機能上、通信部、駆動信号発生部、制御部等を備える制御回路である。通信部は、制御部の制御に従って、無線通信用アンテナ１２７を介して外部情報処理装置５０と無線通信を行う。無線通信方式としては、赤外線方式、Bluetooth(登録商標)等の無線方式のいずれでも良い。具体的には、通信部は、外部情報処理装置５０から無線通信用アンテナ１２７を介してモータ出力指示値（駆動レベル）を表すコード無線信号を受信する。モータ出力指示値は、例えば０％から１００％までの割合のうち、ユーザが外部情報処理装置５０を操作して選択した値である。なお、ＲＦＩＣ１２２（通信部）と外部情報処理装置５０との間の通信が一時的に切断された場合に再接続動作が実行されるものとする。

駆動信号発生部は、制御部の制御に従って、受信したモータ出力指示値（駆動レベル）に応じた出力トランジスタ１２０の制御信号を発生する。ここでは、モータ駆動信号は、ＰＷＭ（パルス幅信号変調）信号で提供される。モータ出力指示値が０％の場合において、駆動信号発生部はデューティー比０％（ハイレベルのみ）のＰＷＭ信号を発生する。モータ出力指示値が１００％の場合において、駆動信号発生部はデューティー比１００％（ローレベルのみ）のＰＷＭ信号を発生する。モータ出力指示値が５０％の場合において、駆動信号発生部はデューティー比５０％（ローレベルとハイレベルの比が半分）の信号を発生する。駆動信号発生部により発生されたＰＷＭ信号は出力トランジスタ１２０にゲート制御信号として入力される。

制御部は、通常時は、無線通信用アンテナ１２７を介して受信した、駆動レベルを示す信号に従って出力トランジスタ１２０に対するゲート制御信号を駆動信号発生部により発生させるが、電池からの電源が一時的に遮断した後に回復する瞬断の発生時には対処動作用のゲート制御信号を発生させることができる。制御部は、外部情報処理装置５０から予め対処動作設定の設定内容を受信して、不揮発性の記憶媒体（フラッシュメモリ）に記憶させておき、瞬断が発生した後、電力回復した時に対処動作設定の設定内容を読み出してそれに応じて対処動作用の制御信号（予備的な制御信号）を発生させることができる。

出力トランジスタ１２０は、電池形電源装置の内側正極端子１０５と外側正極端子１０３との間のスイッチング素子として機能する。出力トランジスタ１２０は、そのソース端子が内側正極端子１０５に接続され、ドレイン端子が外側正極端子１０３に接続され、そのゲート端子がＲＦＩＣ１２２のＯｕｔｐｕｔ端子に接続される。出力トランジスタ１２０は、ＲＦＩＣ１２２からの制御信号により印加される電圧（ゲート電圧）により、そのオン／オフが制御される。

ゲート電圧がしきい値電圧Ｖthより低いとき（ＰＷＭ信号（ゲート制御信号）がローレベル）、ソース・ドレイン間にチャネルが形成され、最大ドレイン電流が流れる。この状態は出力トランジスタ１２０がオン状態である。出力トランジスタ１２０がオンされると、電池形電源装置１００の外側正極端子１０３と内側正極端子１０５との間が導通する。外部負荷装置１１１の外部スイッチ１１４がオン状態であれば、電池形電源装置の外側正極端子１０３と外側負極端子１０４との間が導通することで、外部負荷装置１１１の回路も導通し、モータ１１５が駆動する。一方、ゲート電圧がしきい値電圧Ｖthよりも高い場合（ＰＷＭ信号（ゲート制御信号）がハイレベル）、ソース・ドレイン間にドレイン電流が流れない。この状態は出力トランジスタ１２０がオフ状態である。出力トランジスタ１２０がオフされると、電池形電源装置の外側正極端子１０３と外側負極端子１０４との間が遮断される。これにより、外部負荷装置１１１の外部スイッチ１１４がオン状態であっても、外部負荷装置１１１の回路は遮断され、モータ１１５は駆動しない。

図５は、外部情報処理装置５０において対処動作設定をする場合の操作画面５２の一例を示す図である。外部情報処理装置５０では、電池形電源装置１００を制御するアプリケーションプログラムを実行させることで、対処動作設定のための操作画面５２を表示させることができる。操作画面５２では、電池形電源装置１において瞬断が発生した後、電源回復した際の制御方法として、例えば「直前状態対処」あるいは「設定値対処」の何れかを設定することができる。「直前状態対処」を設定することで、瞬断が発生して電力供給が遮断され、回復した時に、瞬断発生直前と同じ駆動レベルに対応するデューティー比でＰＷＭ信号が発生される。「設定値対処」では、瞬断が発生した場合に、予め設定した駆動レベルに応じた対処動作用の制御に切り替えることができる。「設定値対処」を選択することで、対処動作時の電源出力を０％〜１００％の範囲内のいずれかの値（駆動レベル）に指定することができる。

次に、第１実施形態のＲＦＩＣ１２２による瞬断回復制御について説明する。図６は、第１実施形態のＲＦＩＣ１２２による電池形電源装置１の制御を説明するためのフローチャートである。電池が装着され（ステップＳ１０１）、外部スイッチ１１４がオンされる（ステップＳ１０２、Ｙｅｓ）。ＲＦＩＣ１２２は、通信部により、無線通信用アンテナ１２７を介して外部情報処理装置５０との間で所定手順で接続操作を実行して、接続を完了させる（ステップＳ１０３）。

ＲＦＩＣ１２２は、外部情報処理装置５０から駆動レベルを示す信号の受信を待機する（Ｓ１０４）。外部情報処理装置５０では、電池形電源装置１００を制御するアプリケーションにより操作画面５１（図３参照）を表示し、ユーザ操作による電池形電源装置１００に対する駆動レベルの指示を入力する。外部情報処理装置５０は、電池形電源装置１００に対する電源出力を０％〜１００％の範囲内のいずれかの値にする指示（駆動レベル）を無線通信により送信する。

ＲＦＩＣ１２２は、無線通信用アンテナ１２７を通じて、駆動レベルを示す信号が受信されると（ステップＳ１０４、Ｙｅｓ）、駆動レベルに応じたデューティー比のＰＷＭ信号（ゲート制御信号）を発生させる（ステップＳ１０５）。また、ＲＦＩＣ１２２は、駆動レベルの受信に応じて変更したデューティー比を記憶しておく（ステップＳ１０６）。デューティー比に代えて駆動レベルを記憶してもよい。

以下同様にして、外部情報処理装置５０の操作画面５１に対する操作に応じて、ＲＦＩＣ１２２は、外部情報処理装置５０から駆動レベルを示す信号を受信し、駆動レベルに応じた制御信号を発生させて、外部負荷装置１１１のモータ１１５の動作を制御する（ステップＳ１０４〜Ｓ１０６）。

ここで、外部情報処理装置５０におけるユーザ操作に応じて外部負荷装置１１１が動作している間に、例えば外部負荷装置１１１の振動等の影響によって、瞬断、つまり電池からの電力供給が遮断され、比較的短時間のうちに電力供給が回復する瞬断が発生したものとする（電源遮断→電源回復）。

ＲＦＩＣ１２２は、電力供給の回復後に対処動作をする設定が予めされているか、すなわち「直前状態対処」あるいは「設定値対処」の設定がされているかを判定する。対処動作設定が予めされていない場合（ステップＳ１０７、Ｎｏ）、ＲＦＩＣ１２２は、外部スイッチ１１４がオンされた時と同様の初期状態に戻り、外部情報処理装置５０との接続完了（通信開始）を待機する（ステップＳ１０３）。

一方、ＲＦＩＣ１２２は、瞬断後に対処動作をする設定がされている場合（ステップＳ１０７、Ｙｅｓ）、「直前状態対処」あるいは「設定値対処」の何れの設定がされているかに応じた対処動作用の予備的な制御信号を発生する（ステップＳ１０８）。「直前状態対処」の設定がされている場合、ＲＦＩＣ１２２は、外部情報処理装置５０から受信した駆動レベルに応じてデューティー比を変更した際に記録したデューティー比、すなわち瞬断が発生する直前に記録されたデューティー比に応じた予備的な制御信号を発生させる。また、「設定値対処」の設定がされている場合、予め設定されている駆動レベルに応じた所定のデューティー比に応じた予備的な制御信号を発生させる。これにより、瞬断が発生した場合でも、瞬断が発生した直前の状態あるいは予め設定しておいた状態で外部負荷装置１１１の動作を継続することができる。

瞬断では、リンク切れ、つまり電池形電源装置１００と外部情報処理装置５０との接続が切断される。ＲＦＩＣ１２２は、無線通信が回復されていない場合（ステップＳ１０９、Ｎｏ）、電源が回復してからの経過時間が予め設定された待機時間（例えば２秒）内にある間には（ステップＳ１１０、Ｎｏ）、対処動作用の予備的な制御信号の発生を継続する（ステップＳ１０８〜Ｓ１１０）。なお、待機時間は、外部情報処理装置５０との通信が切断された後（リンク切れ発生後）、再接続が期待される時間であり、対処動作設定と同様にして外部情報処理装置５０において変更できるようにしても良い。

また、ＲＦＩＣ１２２は、予め設定された待機時間内に外部情報処理装置５０との通信が回復した場合に（ステップＳ１０９、Ｙｅｓ）、予備的な制御信号を停止し、瞬断の発生前の状態と同様に外部情報処理装置５０から駆動レベルを示す信号の受信を待機する（ステップＳ１０４）。

なお、ＲＦＩＣ１２２は、予め設定された待機時間内に外部情報処理装置５０との通信が回復しない場合には（ステップＳ１１０、Ｙｅｓ）、予備的な制御信号を停止するとともに、外部スイッチ１１４がオンされた時と同様に、接続完了を待機する初期状態に強制的に復帰させる（ステップＳ１０３）。

図７は、瞬断発生時の対処動作として「設定値対処」の設定がされている場合の予備的な制御信号のデューティー比の時間変化（実線）を、外部情報処理装置５０から指示された駆動レベルの時間変化（一点鎖線）とともに示している。図７（ａ）は８０％の一定の駆動レベルが指示されている例を示し、図７（ｂ）は駆動レベルが変動する、ここでは徐々に増加するように指示されている例を示している。

時刻Ｔ１で電力遮断が発生し、時刻Ｔ２で電力供給が回復する。時刻Ｔ１から時刻Ｔ２までが瞬断期間である。この瞬断期間では、制御信号が発生されないのは勿論のこと、収納電池１１３又は外部電池３００が電気的に分離されているので外部負荷装置１１１のモータ１１５は駆動しない。

時刻Ｔ２で電力供給が回復した時、ＲＦＩＣ１２２も回復する。ＲＦＩＣ１２２は「設定値対処」の設定がされている場合、予め設定されている駆動レベル、例えば２０％に応じたデューティー比で予備的な制御信号を発生する。時刻Ｔ３で電池形電源装置１と外部情報処理装置５０との再接続が完了して通信が回復した時、ＲＦＩＣ１２２は外部情報処理装置５０から指示された駆動レベルに応じたデューティー比で制御信号を発生する。

つまり、電力供給が回復した時刻Ｔ２から、通信が回復する時刻Ｔ３までの期間は、予め設定されている駆動レベルに応じたデューティー比の予備的な制御信号により、外部負荷装置１１１のモータ１１５を駆動する。電力供給が回復した時刻Ｔ２以後は外部情報処理装置５０とＲＦＩＣ１２２との接続のリトライが繰り返される。そして通信回復時刻Ｔ３以後はユーザが外部情報処理装置５０から指示した駆動レベルに応じたデューティー比で制御信号により、外部負荷装置１１１のモータ１１５を駆動する。

瞬断が発生しても、通信回復前に外部負荷装置１１１を、事前に設定した駆動レベルで駆動するので、瞬断に起因する外部負荷装置１１１の駆動停止期間を短縮することができる。それによりユーザは瞬断をあまり意識せずに外部情報処理装置５０を介して外部負荷装置１１１を操作することができる。また、例えば外部負荷装置１１１がモータ１１５による走行するような電動玩具の場合には、予め設定された比較的低い駆動レベルに応じて予備的な制御信号を発生させるように設定することにより、通信回復前の操作不能な期間に不測な高速走行（高速動作）等の危険な事態が発生することを抑えることができる。また、操作画面５１に対する操作をしないにも関わらず外部負荷装置１１１の動作が変化することから、瞬断の発生をユーザが容易に認識することもできる。

図７（ｃ）に示すように、電力供給が回復した時刻Ｔ２から、通信が回復しない状態が継続して、予め設定した待機時間を経過した時刻Ｔ４では、ＲＦＩＣ１２２は駆動レベルをゼロ（デューティー比がゼロ）、換言すると予備的な制御信号を停止する。それにより外部負荷装置１１１は停止する。通信回復前はユーザによる外部負荷装置１１１の操作が不能な状態にあり、予め設定された駆動レベルとはいえその動作期間が長期化すると外部負荷装置１１１が通信可能距離内から逸脱してしまう等の事態が生じかねないものであるが、予め待機時間を設定することを可能としたことによりその経過により外部負荷装置１１１を停止させることでそのような事態を回避する事ができる。

図８は、瞬断発生時の対処動作として「直前状態対処」の設定がされている場合の予備的な制御信号のデューティー比の時間変化（実線）を、外部情報処理装置５０から指示された駆動レベルの時間変化（一点鎖線）とともに示している。図８（ａ）は、図７（ａ）の例と同様に８０％の一定の駆動レベルが指示されている例を示し、図８（ｂ）は、図７（ｂ）の例と同様に駆動レベルが徐々に増加するように指示されている例を示している。

時刻Ｔ１で電力遮断が発生し、時刻Ｔ２で電力供給が回復する。時刻Ｔ１から時刻Ｔ２までが瞬断期間である。時刻Ｔ２で電力供給が回復した時、ＲＦＩＣ１２２も回復する。ＲＦＩＣ１２２は「直前状態対処」の設定では、電力遮断時刻Ｔ１の直前に記憶された駆動レベル、図８（ａ）の例では８０％、図８（ｂ）の例では５５％に応じたデューティー比で予備的な制御信号を発生する。時刻Ｔ３で電池形電源装置１と外部情報処理装置５０との再接続が完了して通信が回復した時、ＲＦＩＣ１２２は外部情報処理装置５０から指示された駆動レベルに応じたデューティー比で制御信号を発生する。

電力供給が回復した時刻Ｔ２から、通信が回復する時刻Ｔ３までの期間は、電力遮断時刻Ｔ１の直前に記憶された駆動レベルに応じたデューティー比の予備的な制御信号により、外部負荷装置１１１のモータ１１５を駆動する。電力供給が回復した時刻Ｔ２以後は外部情報処理装置５０とＲＦＩＣ１２２との接続のリトライが繰り返される。そして通信回復時刻Ｔ３以後はユーザが外部情報処理装置５０から指示した駆動レベルに応じたデューティー比で制御信号により、外部負荷装置１１１のモータ１１５を駆動する。

「直前状態対処」の設定では、瞬断が発生しても、電力遮断時刻Ｔ１の直前の駆動レベルで継続的に外部負荷装置１１１を駆動するので、ユーザは瞬断をほとんど意識することがなくなる。つまり、本実施形態によると、瞬断発生直前の駆動状態を維持し、通信が再開したらユーザ制御を復帰すれば、ユーザは瞬断やリンク切れをほとんど意識せず外部負荷装置１１１を使用することができる。また外部負荷装置１１１がセンサーライト等の常に動作することが必要な機器においては、通信回復前から点灯させる事ができる。

図８（ｃ）に示すように、電力供給が回復した時刻Ｔ２から、通信が回復しない状態が継続して、予め設定した待機時間を経過した時刻Ｔ４では、ＲＦＩＣ１２２は駆動レベルをゼロ（デューティー比がゼロ）に低下させて（予備的な制御信号の停止）、外部負荷装置１１１を停止させる。それにより通信回復前の外部負荷装置１１１の操作不能な状態が継続する期間の長期化による不測事態の回避を実現できる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態に係る無線機能を備えた電池形電源装置１００の構成は、基本的に第１実施形態と同じであるので詳細な説明を省略する。図９は、第２実施形態のＲＦＩＣ１２２による電池形電源装置１の制御を説明するためのフローチャートである。なお、図９に示すステップＳ２０１〜Ｓ２０５は、図６に示すフローチャートのステップＳ１０１〜Ｓ１０５と同じであるので説明を省略する。

外部情報処理装置５０におけるユーザ操作に応じて電動玩具等の外部負荷装置１１が動作している間に、外部情報処理装置５０と電池形電源装置１００との無線通信が切断し「リンク切れ」が発生したものとする。

ＲＦＩＣ１２２は、リンク切れを検出すると（ステップＳ２０６、Ｙｅｓ）、リンク切れ後に対処動作をする設定（リンク切れ対処設定）が予めされているかを判別する（ステップＳ２０７）。リンク切れ対処設定は、前述した（図５）対処動作設定と同様にして、外部情報処理装置５０においてユーザ操作によって行われるものとする。リンク切れ後に対処動作をする設定がされた場合には、前述した「設定値対処」と同様にして、対処動作時の電源出力を０％〜１００％の範囲内のいずれかの任意の駆動レベルに指定することができる。なお、デフォルト値として電源出力が０％に設定されているものとする。また、駆動レベルの設定値を比較的低い範囲（例えば０％〜３０％）のみから指定できるように制限するようにしても良い。

リンク切れ対処設定が予めされていない場合（ステップＳ２０７、Ｎｏ）、ＲＦＩＣ１２２は、駆動レベル“０％”に対応するデューティー比の予備的な制御信号を生成した後（ステップＳ２１１）、外部スイッチ１１４がオンされた時と同様の初期状態に戻り、外部情報処理装置５０との接続完了（通信開始）を待機する（ステップＳ２０３）。すなわち、外部情報処理装置５０との無線通信が切断されて、「リンク切れ」が発生した場合、ユーザ操作により電池形電源装置１００（外部負荷装置１１１）の動作を制御することができない不能な状態となるため、リンク切れ時の制御状態がそのまま維持されて、外部負荷装置１１１が不測の動作（暴走など）をしないようにするものである。

一方、「リンク切れ対処設定」が予めされている場合（ステップＳ２０７、Ｙｅｓ）、ＲＦＩＣ１２２は、予め設定されている駆動レベルに応じたデューティー比に応じた予備的な制御信号を発生させる。これにより、予め設定した状態で外部負荷装置１１１の動作を継続することができる。

ＲＦＩＣ１２２は、無線通信が回復されていない場合（ステップＳ２０９、Ｎｏ）、リンク切れが発生してからの経過時間が予め設定された待機時間（例えば２秒）内にある間には（ステップＳ２１０、Ｎｏ）、予め設定された駆動レベルに応じた予備的な制御信号の発生を継続する（ステップＳ２０８〜Ｓ２１０）。なお、待機時間は、外部情報処理装置５０との通信が切断されてリンク切れが生じた後、再接続が期待される時間であり、対処動作設定と同様にして外部情報処理装置５０において変更できるようにしても良い。

また、ＲＦＩＣ１２２は、予め設定された待機時間内に外部情報処理装置５０との通信が回復した場合に（ステップＳ２０９、Ｙｅｓ）、リンク切れ前の状態に戻り、外部情報処理装置５０から受信される駆動レベルを示す信号に従って制御信号を発生する（ステップＳ２０４〜Ｓ２０６）。

なお、ＲＦＩＣ１２２は、予め設定された待機時間内に外部情報処理装置５０との通信が回復しない場合には（ステップＳ２１０、Ｙｅｓ）、外部スイッチ１１４がオンされた時と同様の初期状態に戻る（ステップＳ２０３）。

図１０は、リンク切れ時の対処動作の一例を説明するための図である。図１０に示す例では、外部負荷装置１１に対して駆動レベル「０％」から連続的に徐々に上昇させる操作をしている状況を表している。ここで、時刻Ｔ１において無線通信の切断、つまりリンク切れが発生したものとする。

図１０（ａ）に例示するように、リンク切れ対処設定がされていない場合、ＲＦＩＣ１２２は、駆動レベル０％に応じたデューティー比の予備的な制御信号を発生し、又は予備的な制御信号を停止する。これにより、外部負荷装置１１１の動作を停止させて、暴走などの不測の事態を事前回避することができる。

図１０（ｂ）に例示するように、リンク切れ対処設定がされている場合、ＲＦＩＣ１２２は、時刻Ｔ１における駆動レベルと関係なく、予め設定されている駆動レベル、例えば２０％に応じたデューティー比の予備的な制御信号を発生する。例えば、外部負荷装置１１１が動きのある外部負荷装置１１の場合には、リンク切れが発生して、外部情報処理装置５０により駆動レベルの調整ができない状況では、予め設定された低い駆動レベルに応じて予備的な制御信号を発生させる。これにより、比較的安全な状態で外部負荷装置１１１の動作を継続することができる。また、操作画面５１に対する操作をしないにも関わらず外部負荷装置１１の動作が変化することから、外部負荷装置１１１の動作からリンク切れの発生をユーザが容易に認識することもできる。

待機時間が終了する時刻Ｔ３までに外部情報処理装置５０との通信が回復した場合には、ＲＦＩＣ１２２は、その時点で外部情報処理装置５０から受信する駆動レベルに応じたデューティー比で制御信号を発生させる。しかし、図１０（ｃ）に示すように、リンク切れ時刻Ｔ１から所定の待機時間（例えば２秒）が終了する時刻Ｔ３までに外部情報処理装置５０との通信が回復しなかった場合には、ＲＦＩＣ１２２は、その時点Ｔ３で駆動レベル０％に応じたデューティー比の予備的な制御信号を発生し、又は予備的な制御信号を停止して、通信回復を待機する。これにより、外部負荷装置１１１の動作を停止させて、暴走などの不測の事態を事前回避することができる。

このように本実施形態によれば、リンク切れが発生しても、「リンク切れ対処設定」がされているときには、予め設定した駆動レベルで外部負荷装置１１１の駆動を継続させることができ、ユーザはリンク切れをほとんど意識せず外部負荷装置１１１を使用することができる。また外部負荷装置１１１がセンサーライト等の常に動作することが必要な機器においては、リンク切れが生じても点灯を継続させる事ができる。また「リンク切れ対処設定」がされていないときには、駆動レベルをゼロ（デューティー比がゼロ）に低下させて（予備的な制御信号の停止）、外部負荷装置１１１を停止させ、不測事態の回避を実現できる。「リンク切れ対処設定」の有無は外部負荷装置１１１の種類に応じてユーザが任意に選択することができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

５０…外部情報処理装置、５１…操作画面、１００…電池形電源装置、１０２…電池収納部、１０３…外側正極端子、１０４…外側負極端子、１０５…内側正極端子、１０６…内側負極端子、１０７…基板、１０８，１０９，１１０…配線ケーブル、１１１…外部負荷装置、１１２…電池ボックス、１１３…収納電池、１１４…外部スイッチ、１１５…モータ、１１６…正極端子、１１７…負極端子、１２８…本体部、１１８…ハウジング、１１９…切り欠き部、１２０…出力トランジスタ、１２１…ＤＣＤＣコンバータ、１２２…ＲＦＩＣ、１２３…インバータ、１２４，１２５…プルアップ抵抗、１２７…無線通信用アンテナ、３００…外部電池。

Claims (9)

1. 外部負荷装置の電池ボックスに装着可能な電池形電源装置であって、
   電池規格に準じた形状及び寸法のハウジングと、
   前記ハウジングの内側に電池を収納するものであって、前記収納された電池の前後端子に接触する内側正極端子と内側負極端子とを有する電池収納部と、
   前記ハウジングの前端面に設けられ、前記内側正極端子に接続される外側正極端子と、
   前記ハウジングの後端面に設けられ、前記内側負極端子に接続される外側負極端子と、
   前記ハウジングの内部に配置され、前記内側負極端子と前記外側負極端子との間と、前記内側正極端子と前記外側正極端子との間との少なくとも一方に介在される出力トランジスタと、
   前記ハウジングの内部に配置され、外部情報処理装置と通信するためのアンテナと、
   前記ハウジングの内部に配置され、前記アンテナを介して受信した駆動レベル信号に応じたデューティー比で前記出力トランジスタの開閉を制御する制御信号を発生するとともに、前記電池からの電力供給が一時的に遮断される瞬断が発生したとき、前記電力供給の回復後であって前記外部情報処理装置との通信回復前に予備的な制御信号を発生する制御回路とを具備することを特徴とする無線通信機能を備えた電池形電源装置。
2. 前記予備的な制御信号は、前記瞬断が発生する直前のデューティー比に対応することを特徴とする請求項１記載の無線通信機能を備えた電池形電源装置。
3. 前記予備的な制御信号は、予め設定されたデューティー比に対応することを特徴とする請求項１記載の無線通信機能を備えた電池形電源装置。
4. 前記制御回路は、前記電力供給の回復から所定の待機時間を経過しても前記外部情報処理装置との通信が回復しないとき、前記予備的な制御信号の発生を停止することを特徴とする請求項１記載の無線通信機能を備えた電池形電源装置。
5. 前記制御回路は、前記電力供給が回復し、前記外部情報処理装置との通信が回復したとき、前記予備的な制御信号を停止し、前記駆動レベル信号の受信を待機することを特徴とする請求項１記載の無線通信機能を備えた電池形電源装置。
6. 外部負荷装置の電池ボックスに装着可能な電池形電源装置であって、
   電池規格に準じた形状及び寸法のハウジングと、
   前記ハウジングの内側に電池を収納するものであって、前記収納された電池の前後端子に接触する内側正極端子と内側負極端子とを有する電池収納部と、
   前記ハウジングの前端面に設けられ、前記内側正極端子に接続される外側正極端子と、
   前記ハウジングの後端面に設けられ、前記内側負極端子に接続される外側負極端子と、
   前記ハウジングの内部に配置され、前記内側負極端子と前記外側負極端子との間と、前記内側正極端子と前記外側正極端子との間との少なくとも一方に介在される出力トランジスタと、
   前記ハウジングの内部に配置され、外部情報処理装置と通信するためのアンテナと、
   前記ハウジングの内部に配置され、前記アンテナを介して受信した駆動レベル信号に応じたデューティー比で前記出力トランジスタの開閉を制御する制御信号を発生するとともに、前記外部情報処理装置との通信の切断後、前記外部情報処理装置との通信の回復前に、所定のデューティー比の予備的な制御信号を発生する制御回路とを具備することを特徴とする無線通信機能を備えた電池形電源装置。
7. 前記制御回路は、前記外部情報処理装置との通信の切断から所定の待機時間を経過しても前記外部情報処理装置との通信が回復しないとき、前記予備的な制御信号の発生を停止することを特徴とする請求項６記載の無線通信機能を備えた電池形電源装置。
8. 前記制御回路は、前記外部情報処理装置との通信が回復したとき、前記予備的な制御信号を停止し、前記駆動レベル信号の受信を待機することを特徴とする請求項６記載の無線通信機能を備えた電池形電源装置。
9. 外部負荷装置の電池ボックスに装着可能な電池形電源装置であって、
   電池規格に準じた形状及び寸法のハウジングと、
   前記ハウジングの内側に電池を収納するものであって、前記収納された電池の前後端子に接触する内側正極端子と内側負極端子とを有する電池収納部と、
   前記ハウジングの前端面に設けられ、前記内側正極端子に接続される外側正極端子と、
   前記ハウジングの後端面に設けられ、前記内側負極端子に接続される外側負極端子と、
   前記ハウジングの内部に配置され、前記内側負極端子と前記外側負極端子との間と、前記内側正極端子と前記外側正極端子との間との少なくとも一方に介在される出力トランジスタと、
   前記ハウジングの内部に配置され、外部情報処理装置と通信するためのアンテナと、
   前記ハウジングの内部に配置され、前記アンテナを介して受信した駆動レベル信号に応じたデューティー比で前記出力トランジスタの開閉を制御する制御信号を発生するとともに、前記外部情報処理装置との通信の切断後、前期制御信号を停止する制御回路とを具備することを特徴とする無線通信機能を備えた電池形電源装置。

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