特許 6802456 電池形電源装置及び電池駆動負荷装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6802456

(24)【登録日】2020年12月1日

(45)【発行日】2020年12月16日

(54)【発明の名称】電池形電源装置及び電池駆動負荷装置

(51)【国際特許分類】

   H02J 7/00 20060101AFI20201207BHJP

   A63H 17/39 20060101ALI20201207BHJP

   A63H 29/22 20060101ALI20201207BHJP

【ＦＩ】

   H02J7/00 A

   A63H17/39

   A63H29/22 A

   A63H29/22 G

【請求項の数】8

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2018-553715(P2018-553715)

(86)(22)【出願日】2017年10月26日

(86)【国際出願番号】JP2017038736

(87)【国際公開番号】WO2018100935

(87)【国際公開日】20180607

【審査請求日】2020年9月5日

(31)【優先権主張番号】特願2016-232413(P2016-232413)

(32)【優先日】2016年11月30日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】515276750

【氏名又は名称】ノバルス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002103

【氏名又は名称】特許業務法人にじいろ特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】福嶋 俊隆

(72)【発明者】

【氏名】岡部 顕宏

【審査官】 猪瀬 隆広

(56)【参考文献】

【文献】 登録実用新案第３１４３７６５（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２０１５−１７７９３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−３０２７３３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｊ ７／００

Ａ６３Ｈ １７／３９，２９／２２

Ｈ０３Ｋ １７／６８７

Ｈ０４Ｑ ９／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項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内蔵電池を収納するものであって、前記収納された内蔵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、
前記ハウジング内に収納されるアンテナと、
前記アンテナを介して外部情報処理装置との間で無線通信する無線通信部と、
前記外部情報処理装置から前記無線通信部により受信した指示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ＰＷＭ制御部と、
前記外部情報処理装置から前記無線通信部により受信したデータ又は他のデータを前記外部負荷装置に前記外側正極端子及び前記外側負極端子を介して送信するために前記出力トランジスタの開閉を制御する送信部と、
前記出力トランジスタに対する前記ＰＷＭ制御部と前記送信部との一方の接続を切り替える接続切替部とを具備することを特徴とする電池形電源装置。

【請求項2】

前記送信部は、調歩同期方式若しくは同期方式により前記データ又は前記他のデータを前記外部負荷装置に送信することを特徴とする請求項１記載の電池形電源装置。

【請求項3】

前記外部負荷装置からのデータを前記外側正極端子及び前記外側負極端子を介して受信する受信部をさらに備えることを特徴とする請求項１記載の電池形電源装置。

【請求項4】

前記受信部は、前記外側正極端子又は前記外側負極端子に前記出力トランジスタを介して接続されるオペアンプと、前記オペアンプの出力に接続される微分回路と、前記微分回路の出力に接続されるラッチ回路とを有することを特徴とする請求項３記載の電池形電源装置。

【請求項5】

前記無線通信部は、前記受信部により前記外部負荷装置から受信したデータを前記アンテナを介して前記外部情報処理装置に無線送信することを特徴とする請求項３記載の電池形電源装置。

【請求項6】

前記外部負荷装置から前記受信部に送信されるデータは、前記外部負荷装置の動作状態、前記外部負荷装置の操作状態、前記外部負荷装置が装備するセンサの検出値の少なくとも一を表すことを特徴とする請求項３記載の電池形電源装置。

【請求項7】

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内蔵電池を収納するものであって、前記収納された内蔵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、
前記ハウジング内に収納されるアンテナと、
前記アンテナを介して外部情報処理装置との間で無線通信する無線通信部と、
前記外部情報処理装置から前記無線通信部により受信した電源オン・オフの指示に従って前記出力トランジスタを開閉させる開閉制御部と、
前記外部情報処理装置から前記無線通信部により受信したデータ又は他のデータを前記外部負荷装置に前記外側正極端子及び前記外側負極端子を介して送信するために前記出力トランジスタの開閉を制御する送信部と、
前記出力トランジスタに対する前記開閉制御部と前記送信部との一方の接続を切り替える接続切替部とを具備することを特徴とする電池形電源装置。

【請求項8】

無線通信機能を備えた電池形電源装置を収納する電池ボックス２０１と、
前記収納された電池形電源装置を電源として駆動する負荷部と、
前記電池ボックスの正極端子と負極端子を介して前記電池形電源装置から受信データを受信する受信部と、
前記正極端子と前記負極端子を介して前記電池形電源装置に送信データを送信する送信部と、
前記受信部及び前記送信部を制御する制御部とを具備し、
前記受信部には前記正極端子に繋がる電源線から分岐する分岐線が接続され、前記分岐線には対のプルダウン抵抗が並列に設けられ、前記プルダウン抵抗の一方はスイッチ素子を介してグラウンドに接続され、前記制御部の制御によりプルダウン抵抗値を可変させるために前記スイッチ素子が開閉され、
前記電源線から分岐する他の分岐線にはトランジスタを介して前記負極端子が接続され、前記トランジスタは前記送信部により前記送信データに従って開閉されることを特徴とする電池駆動負荷装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電池形電源装置及び電池駆動負荷装置に関する。

【背景技術】

【0002】

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、収納した電池と外部電極との間に介在させたトランジスタを、無線受信部を介して受信した外部リモコンからのユーザ指令に従ってオン／オフさせることにより、玩具等の外部負荷装置を動作／停止させることを実現したものである。

【0003】

しかし、無線受信駆動装置は、それを収納する外部負荷装置との間でデータ通信することはできない。この通信を実現するには、無線受信駆動装置と外部負荷装置との間に通信経路を別途設置する必要があり構造が複雑化する問題があった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】実用新案登録第３１４３７６５号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

目的は、電池駆動型の外部負荷装置の電池ボックスに電池形電源装置を装着した状態で電池形電源装置から外部負荷装置に電源供給とともにデータ送信を実現することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一実施形態に係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内蔵電池を収納するものであって、前記収納された内蔵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、前記ハウジング内に収納されるアンテナと、前記アンテナを介して外部情報処理装置との間で無線通信する無線通信部と、前記外部情報処理装置から前記無線通信部により受信した指示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ＰＷＭ制御部と、前記外部情報処理装置から前記無線通信部により受信したデータ又は他のデータを前記外部負荷装置に前記外側正極端子及び前記外側負極端子を介して送信するために前記出力トランジスタの開閉を制御する送信部と、前記出力トランジスタに対する前記ＰＷＭ制御部と前記送信部との一方の接続を切り替える接続切替部とを具備する。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】図１は、本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】図２は、本実施形態に係る電池形電源装置の内部構造を示す図である。

【図3】図３は、本実施形態に係る電池形電源装置の使用態様を示す図である。

【図4】図４は、本実施形態に係る電池形電源装置及びそれを装着した外部負荷装置の全体の等価回路図である。

【図5】図５は、本実施形態において、電池形電源装置から外部負荷装置へのデータ送信動作を説明するためのタイミングチャートである。

【図6】図６は、本実施形態において、外部負荷装置から電池形電源装置がデータ受信する動作を説明するためのタイミングチャートである。

【図7】図７は、図６の補足説明図である。

【図8】図８は、図４のプルダウン抵抗による作用を説明するための図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、図面を参照しながら本発明の一実施形態に係る無線通信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。

【0009】

本実施形態に係る電池形電源装置は、電池規格に準じた形状及び寸法（外寸）を有し、外部負荷装置の電池ボックスに装着されるとともに、内部にそれにより小型の電池（内蔵電池）を収納する。また電池形電源装置は無線通信部を装備しており、外部のスマートフォン等の外部情報処理装置との間で無線通信する。電池形電源装置は、その両端の外側正極端子及び外側負極端子の一方と内蔵電池との間にスイッチング素子（以下、出力トランジスタという）を介在させ、その出力トランジスタの開閉を外部情報処理装置から受信した指示に従って制御することによりパルス幅変調（ＰＷＭ）により出力電圧を調整させるＰＷＭ電源機能（スイッチング電源機能）を実現している。なお、本実施形態に係る電池形電源装置は、ＰＷＭ機能を装備させることに限定されるものではなく、出力トランジスタの開閉による電源オン／オフ機能のみ装備するものであってもよい。

【0010】

外部負荷装置は、電池形電源装置の外側正極端子及び外側負極端子を介して電源供給を受けて駆動される。それによりユーザは外部情報処理装置を操作して外部負荷装置を任意の電圧で駆動させることができる。さらに本実施形態に係る電池形電源装置は、電源供給用の外側正極端子及び外側負極端子を、外部情報処理装置との間でのデータ送受信の通信端子と兼用させている。

【0011】

図１は、本実施形態に係る無線通信機能を備える電池形電源装置１００の外観を示す斜視図である。図２は、本実施形態に係る電池形電源装置１００の内部構造を示す図である。本実施形態に係る無線機能を備えた電池形電源装置１００（以下、単に電池形電源装置１００と称す）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で構成される。しかし、電池形電源装置１００は、他の電池規格に準じた形状及び寸法で構成されていてもよい。ここでは電池形電源装置１００は単３形規格に準じているものとして説明する。

【0012】

電池形電源装置１００の本体部１１７は単３形電池規格と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１１７の上端面（前端面ともいう）の中央には、外側正極端子１０３として円形状の導電板が取り付けられる。本体部の下端面（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の長さは典型的には単４乾電池の長さと同等であり、幅は単４乾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。このオフセットは、ハウジング１１８と電池収納部１０２との間に僅かなスペースを提供する。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基板１０７が搭載される。

【0013】

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乾電池の正極端子は内側正極端子１０５に接触し、単４乾電池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１０８を介して外側正極端子１０３と基板１０７とに接続される。内側正極端子１０５は外側正極端子１０３と共通導電板で構成されてもよい。内側負極端子１０６は配線ケーブル１０９により基板１０７に接続される。外側負極端子１０４は配線ケーブル１１０により基板１０７に接続される。

【0014】

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。外部負荷装置２００は例えば１本の単３乾電池で駆動する装置である。外部負荷装置２００は、電池ボックス２０１を有し、この電池ボックス２０１に電池形電源装置が装着される。電池ボックス２０１に電池形電源装置１００が装着された状態で、電池形電源装置１００の外側正極端子１０３は電池ボックス２０１の正極端子２０３に接触し、外側負極端子１０４は電池ボックス２０１の負極端子２０４に接触する。外部負荷装置２００は、例えばモータ、ＬＥＤ，各種センサ、スピーカ等の負荷を備える装置であり、例えば電動玩具、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２００は、赤色ＬＥＤ２６１、青色ＬＥＤ２６２、緑色ＬＥＤ２６３、スピーカ２６４、押しボタン型スイッチ２６５及び温度センサ２６６を備える。これら負荷の駆動は、外部負荷装置２００内の通信機能を持った集積回路（ＩＣ）２５０内の制御部により制御される。ＩＣ２５０と電池ボックス２０１との間の電気的な接続は、電源スイッチ２０５がオンされたとき確保され、オフされたとき切断される。

【0015】

外部情報処理装置３００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機能等を備えた装置である。ユーザは、外部情報処理装置３００を操作することで、開閉する負荷を選択し、負荷の出力をＰＷＭ信号０％（駆動信号出力なし）からＰＷＭ信号１００％（駆動信号出力値最大）までの間の任意の値にすることができる。これにより、ユーザは、外部情報処理装置３００を操作して、赤色ＬＥＤ２６１を点灯した時には、点灯させた赤色ＬＥＤ２６１の光量を調整することができる。

【0016】

外部負荷装置２００は無線通信機能を備えていない。外部負荷装置２００の電池ボックス２０１に装着された本実施形態に係る電池形電源装置１００が、外部負荷装置２００に代わって外部情報処理装置３００から送られた無線信号を受信する。電池形電源装置１００は外部情報処理装置３００から受信した出力指示値に応じたＰＷＭ信号により、電池形電源装置１００の出力トランジスタを開閉制御させることで、電源出力を調整することができる。一方、電池形電源装置１００が外部情報処理装置３００から動作指示を受信したとき、その動作指示を外部負荷装置２００のＩＣ２５０に送信する必要がある。本実施形態に係る電池形電源装置１００は、電池形電源装置１００を装着する外部負荷装置２００とデータ通信可能に構成される。具体的には、電池形電源装置１００と外部負荷装置２００との間のデータ通信は、電極端子１０３，１０４を介して行われる。
（図４：全体構成）
図４は、本実施形態に係る電池形電源装置１００を装着した外部負荷装置２００の等価回路図の一例である。電池形電源装置１００は、データ受信回路１３０とＲＦＩＣ１５０と出力トランジスタ１２０とを有する。外部負荷装置２００は、電源回路２１０とＩＣ２５０と第２出力トランジスタ２２０とを有する。電池形電源装置１００のＰＷＭスイッチング用トランジスタ１２０、外部負荷装置２００のデータ送信用第２出力トランジスタ２２０は典型的にはｎ形のＭＯＳ−ＦＥＴである。

【0017】

（電池形電源装置１００）
電池形電源装置１００の第１出力トランジスタ１２０のゲートＧはＲＦＩＣ１５０のＯＵＴＰＵＴ端子に接続され、ソースＳは検出抵抗１３１を介して第１グラウンドＧＮＤ、つまり電池形電源装置１００側のグラウンドに接続され、ドレインＤは外側負極端子１０４に接続される。電池形電源装置１００の内側負極端子１０６は第１グラウンドに接続され、内側正極端子１０５は外側正極端子１０３に接続される。なお、内側正極端子１０５には図示しない例えばＤＣＤＣコンバータを接続し、電池収納部１０２に装着された単４乾電池の電圧をＲＦＩＣ１５０の動作用の例えば３．０Ｖの電源電圧ＶCCに昇圧するようにしてもよい。

【0018】

データ受信回路１３０は、外部負荷装置２００から送信された信号をＲＦＩＣ１５０で扱えるデータに変換するものであり、検出抵抗１３１と、オペアンプ１３２と、立下がり検出用の微分回路１３３と、立上がり検出用の微分回路１３４と、ラッチ回路１３５とを有する。検出抵抗１３１は、第１出力トランジスタ１２０のソースと第１グラウンドとの間に介在される。オペアンプ１３２の非反転入力端子（＋）には検出抵抗１３１の両端電圧が入力される。オペアンプ１３２の反転入力端子（−）には抵抗１３８を介在した帰還路が接続される。オペアンプ１３２の出力には微分回路１３３，１３４が接続される。立下がり検出用の微分回路１３３はコンデンサ１３９と抵抗１４３からなるＣＲ回路に、抵抗１４３と並列にダイオード１４１を順方向に配置してなる。立上がり検出用の微分回路１３４はコンデンサ１４０と抵抗１４４からなるＣＲ回路に、抵抗１４４と並列にダイオード１４２を逆方向に配置してなる。ラッチ回路１３５はペアのＮＯＲ回路１４５，１４６がたすきがけに構成されるいわゆるＳＲラッチであり、Ｒ端、Ｓ端に微分回路１３３，１３４がそれぞれ接続される。ラッチ回路１３５の出力はＲＦＩＣ１５０のＩＮＰＵＴ２の入力端子に接続される。

【0019】

ＲＦＩＣ１５０は、電池収納部１０２に収納された内蔵電池の電源ＶCC又はＤＣＤＣコンバータにより昇圧された電源電圧で駆動し、電池形電源装置１００を統括して制御する。ＲＦＩＣ１５０のＡＮＴ端子にはハウジング内に収納された無線通信用アンテナ１２１が接続され、ＯＵＴＰＵＴ端子には第１出力トランジスタ１２０のゲートが接続され、ＩＮＰＵＴ端子にはラッチ回路１３５の出力が接続される。

【0020】

ＲＦＩＣ１５０は、制御部１５１、無線通信部１５２、データ送信部１５３、ＰＷＭ制御部１５４、データ受信部１５５及び接続切替部１５６を機能上備える。無線通信部１５２は、制御部１５１の制御に従って、無線通信用アンテナ１２１を介して外部情報処理装置３００とBluetooth(登録商標)規格等に準拠した無線通信を行う。無線通信部１５２は、外部情報処理装置３００から動作指令を表すコード無線信号と出力指示値を表すコード無線信号とを受信する。動作指令とは、例えば「外部負荷装置２００の赤色ＬＥＤ２６１を点灯する」、「外部負荷装置２００の温度センサ１５７をオンする」等の外部負荷装置２００の備える複数の機能のうち、ユーザが外部情報処理装置３００を操作して選択した機能である。ＰＷＭ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３００を操作して選択した値である。これによりユーザは外部情報処理装置３００の動作を停止させたり、動作させたり、さらに動作時の強度を可変させたり、例えば赤色ＬＥＤ２６１を開閉したり、さらに点灯した赤色ＬＥＤ２６１の光量を調整することができる。

【0021】

ＰＷＭ制御部１５４は、制御部１５１の制御に従って、受信した出力指示値に応じた出力トランジスタ１２０のゲート制御信号（単に駆動信号ともいう）を発生する。ここでは、駆動信号は、ＰＷＭ（パルス幅変調）信号で提供される。出力指示値が０％の場合において、ＰＷＭ制御部１５４はデューティー比０％（ローレベルのみ）のＰＷＭ信号を発生する。ＰＷＭ出力指示値が１００％の場合において、ＰＷＭ制御部１５４はデューティー比１００％（ハイレベルのみ）のＰＷＭ信号を発生する。ＰＷＭ出力指示値が５０％の場合において、ＰＷＭ制御部１５４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ＰＷＭ信号を発生する。ＰＷＭ制御部１５４により発生されたＰＷＭ信号は第１出力トランジスタ１２０のゲートにゲート制御信号として入力される。

【0022】

電池形電源装置１００と外部負荷装置２００との間のデータ通信は例えば調歩同期方式のシリアル通信で行われる。ここでは、調歩同期方式のシリアル通信のデータフォーマットとしてスタートビット１ビット、ストップビット１ビット、パリティビットなし、データビット８ビットとして説明する。一般的な調歩同期式として説明したが同期式通信でもよい。また、電池形電源装置１００と外部負荷装置２００との間の通信レート（１ビット周期の逆数）は予め所定値に設定されている。また電池形電源装置１００と外部負荷装置２００とは、データ本体と動作指示とを関連付けた対応表のデータを互いに保持する。

【0023】

データ送信部１５３は、制御部１５１の制御に従って、受信した動作指令に応じた８ビットのデータ本体にスタートビットとストップビットとを付加した合計１０ビットのデータ信号を所定の通信レートで１ビットずつ送信する。例えば、外部負荷装置２００から電池形電源装置１００に送信するデータ信号のスタートビットはローレベル、ストップビットはハイレベルである。データ信号において、例えばバイナリの「１」はハイレベルの信号で表され、バイナリの「０」はローレベルの信号で表される。データ送信部により発生されたデータ信号は出力トランジスタのゲート制御信号として入力される。

【0024】

なお、ＰＷＭ制御部１５４により発生されるＰＷＭ信号のハイレベルとデータ送信部１５３により発生されるデータ信号のハイレベルとは、第１出力トランジスタ１２０の閾値電圧Ｖthよりも十分高い電圧値であり、典型的には同一の電圧値である。ハイレベルの信号がゲートに入力された状態で、第１出力トランジスタ１２０はオン状態になる。ローレベルとは、第１出力トランジスタ１２０の閾値電圧Ｖthよりも十分低い電圧値であり、典型的には同一の電圧値である。ローレベルの信号がゲートに入力された状態で、第１出力トランジスタ１２０はオフ状態になる。

【0025】

データ受信部１５５はＩＮＰＵＴ２端子に入力される信号を常時監視する。データ受信部１５５は、スタートビットを検出してから、所定の通信レートで８ビットのデータ本体を受信し、次のビットがストップビットであることを確認して受信を完了する。無線通信部１５２は、制御部１５１の制御に従って、外部負荷装置２００から送信され、データ受信部１５５で受信したデータ本体に応じたコード無線信号を外部情報処理装置３００に送信する。外部負荷装置２００から送信されるデータ本体は、例えば、温度センサ１５７による温度の検出値、押ボタン型スイッチ２６５が押下された回数等に関する。

【0026】

接続切替部１５６は、制御部１５１の制御に従って、第１出力トランジスタ１２０のゲートの接続先を、ＰＷＭ制御部１５４又はデータ送信部１５３に切り替える。データ送信は所定の送信規則に従って所定のタイミングで繰り返され、典型的には電源スイッチ２０５をオンした直後、さらに電源スイッチ２０５のオンの後に一定周期で繰り返される。データ送信に同期して外部負荷装置２００でデータ受信が行なわれるように、制御部２５１はデータ送信と同じ規則でデータ受信を実行するようにデータ受信部２５５を制御する。

【0027】

（外部負荷装置２００）
電池ボックス２０１の負極端子２０４は第２グラウンド、つまり外部負荷装置２００側のグラウンドに接続される。電池ボックス２０１の正極端子２０３は、電源スイッチ２０５、電源回路２１０を介してＩＣ２５０（外部負荷装置２００側のＩＣ）のＶDD端子に接続される。電源回路２１０は、入力される電圧波形からＩＣの駆動電圧を発生する。電源回路２１０は、整流用のダイオード２１１と平滑用のコンデンサ２１２とを有する。ダイオード２１１の入力端子は電池ボックス２０１の正極端子２０３に接続され、出力端子はＩＣ２５０のＶDD端子に接続される。平滑コンデンサ２１２はダイオード２１０の出力端子と第２グラウンドとの間に介在される。

【0028】

また、電源スイッチ２０５に繋がる電源線ＳＬから分岐する分岐線ＢＬ１はＩＣ２５０のＩＮＰＵＴ端子に接続される。この分岐線ＢＬ１には、対のプルダウン抵抗２１３，２１４が互いに並列に設けられ、一方のプルダウン抵抗２１４はスイッチ素子（トランジスタ）２１５を介してグラウンドに接続される。トランジスタ２１５のベースはＩＣ２５０のＥＮ端子に接続され、制御部２５１の制御により所定の受信規則又は受信データの受信有無の判定に応じてプルダウン抵抗値を可変させるためにトランジスタ２１５が開閉される。

【0029】

電源線ＳＬから分岐する分岐線ＢＬ２は抵抗２２１および第２出力トランジスタ２２０のソースを介して負極端子２０４に接続され、第２出力トランジスタ２２０のゲートはＩＣのＯＵＴＰＵＴ端子に接続される。第２出力トランジスタ２２０は送信部２５３により送信データに従って開閉される。第２出力トランジスタ２２０の開閉に応じて電池形電源装置１００の検出抵抗１３１の両端電圧は変動する。

【0030】

ＩＣの出力端子には、赤色ＬＥＤ２６１、青色ＬＥＤ２６２、緑色ＬＥＤ２６３、スピーカ２６４、押しボタン型スイッチ２６５及び温度センサ２６６が接続される。ＩＣ２５０は、電源回路２１０から供給された電源電圧で駆動し、外部負荷装置２００を統括して制御する。ＩＣ２５０は、機能上、制御部２５１、データ送信部２５３及びデータ受信部２５５を有する。

【0031】

データ送信部２５３は、制御部２５１の制御に従って、温度センサ２６６による温度の検出値、押ボタン型スイッチ２６５の押下回数等に応じた８ビットのデータ本体にスタートビットとストップビットとを付加した合計１０ビットのデータ信号を所定の通信レートで送信する。例えば、外部負荷装置２００から電池形電源装置１００に送信するデータ信号のスタートビットはローレベル、ストップビットはハイレベルである。データ信号において、例えばバイナリの「１」はハイレベルの信号で表され、バイナリの「０」はローレベルの信号で表される。データ送信部２５３により発生されたデータ信号は第２出力トランジスタ２２０のゲートにゲート制御信号として入力される。なお、データ送信部２５３により発生されるデータ信号のハイレベルとは、第２出力トランジスタ２２０の閾値電圧Ｖthよりも十分高い電圧値であり、ハイレベルの信号がゲートに入力された状態で、第２出力トランジスタ２２０はオン状態になる。ローレベルとは、第２出力トランジスタ２２０の閾値電圧Ｖthよりも十分低い電圧値であり、ローレベルの信号がゲートに入力された状態で、第２出力トランジスタ２２０はオフ状態になる。

【0032】

データ受信部２５５はＩＮＰＵＴ２端子に入力される信号を常時監視する。データ受信部２５５は、スタートビットを検出してから、所定の通信レートで８ビットのデータ本体を受信し、次のビットがストップビットであることを確認してデータ信号の受信を完了する。制御部２５１は、データ本体と動作指令とを関連付けたテーブルを参照し、データ受信部１８３で受信したデータ本体に対応する動作指令を特定し、特定した動作指令に応じた処理を実行する。赤色ＬＥＤ２６１、青色ＬＥＤ２６２、緑色ＬＥＤ２６３、スピーカ２６４それぞれにはドライバ２５２が接続される。ドライバ２５２は電源線ＳＬに接続される。ドライバ２５２は、電源線ＳＬから供給される電源電圧から、接続される負荷用の駆動電圧を発生し、制御部２５１の制御に従って、負荷を駆動する。制御部２５１は、データ受信部２５５で受信した動作指令に従って、これらドライバ２５２を個別に開閉するとともに、各ドライバ２５２に制御信号を送信する。例えば、動作指令が「赤色ＬＥＤ２６１を点灯させる」であれば、制御部２５１は赤色ＬＥＤ２６１のドライバ２５２をオンするとともに、そのドライバに赤色ＬＥＤ２６１を点灯させるための制御信号を送信する。動作指令が、「スピーカ２６４から音楽を流す」であれば、制御部２５１はスピーカ２６４のドライバ２５２をオンするとともに、そのドライバ２５２にスピーカ２６４からビープ音、音声又は音楽を発生させるためのオーディオ信号を出力する。

【0033】

（電池形電源装置１００から外部負荷装置２００へのデータ送信）
図４および図５を参照して電池形電源装置１００から外部負荷装置２００にデータを送信するときの回路動作について説明する。図４でのＡ点、Ｂ点およびＩＮＰＵＴ１での観測波形を図５に示した。電源スイッチ２０５がオン状態であるときにデータ送信が可能である。電池形電源装置１００と外部負荷装置２００との間で電流ループが形成される。具体的には、電流ループのプラス電源側は、電池１０１から電極端子１０５，１０３，２０３及び電源スイッチ２０５を介してＩＣ２５０の第２電源VDDに至る経路で形成される。そして負荷はここではＩＣ２５０、抵抗２２１、抵抗２１３、抵抗２１４、ドライバ２５２、ＬＥＤ２６１〜２６３、スピーカ２６４からなり、これら負荷を介して、グラウンド（電流のリターン）が、第２グラウンド（ＩＣ２５０のグラウンド、ＬＥＤ２６１〜２６３のカソード、トランジスタ２２０のソース、抵抗２１３のグラウンド側、トランジスタ２１５のソース）から、電池ボックス２０１の負極端子２０４及び外側負極端子１０４を介して、出力トランジスタ１２０のドレイン、出力トランジスタ１２０のソース、検出抵抗１３０、第１グラウンド、内側負極端子１０６、内蔵電池１０１に至る経路で形成される。

【0034】

第１出力トランジスタ１２０がオフ状態であるとき、負極端子側の第２グラウンドと第１グラウンドとの間が第１出力トランジスタ１２０により遮断されるため、内蔵電池１０１からＩＣ２５０に電流が流れない。つまり、ＩＣ２５０に接続される信号線ＢＬ１上のＢ点で観測できる電圧波形のハイレベルとローレベルとが切り替わるタイミングは、第１出力トランジスタ１２０のゲートに入力される電圧波形（図５のＡ点の信号波形）のハイレベルとローレベルとが切り替わるタイミングと同じである。

【0035】

外部情報処理装置３００から出力指示を受信したとき、制御部１５１の制御に従って、接続切替部１５６は、第１出力トランジスタ１２０のゲートにＰＷＭ制御部１５４を接続し、ＰＷＭ制御部１５４は出力指示値に応じたデューティー比のＰＷＭ信号を発生する。第１出力トランジスタ１２０はゲートに入力されたＰＷＭ信号により開閉される。一方、外部情報処理装置３００から動作指示を受信したとき、制御部１５１の制御に従って、接続切替部１５６は、第１出力トランジスタ１２０のゲートにデータ送信部１５３を接続し、データ送信部１５３は動作指示に応じたデータ信号を発生する。第１出力トランジスタ１２０はゲートに入力されたデータ信号により開閉される。

【0036】

図５に示すように、電池形電源装置１００からの電源出力と、電池形電源装置１００から外部負荷装置２００へのデータ送信とは時分割で行われる。ＰＷＭ信号もデータ信号も第１出力トランジスタ１２０を開閉するゲート制御信号である。ＰＷＭ信号とデータ信号との間の違いは、ＰＷＭ信号はハイレベルとローレベルとが所定の周期で規則的に変化する信号であり信号波形自体にデータが含まれていないのに対して、データ信号はハイレベルとローレベルとで動作指令に応じたデータ本体のデータを表す信号である点である。したがって、第１出力トランジスタ１２０のゲートにＰＷＭ信号が入力されたとき、ＩＣ２５０のＩＮＰＵＴ１端子には、そのＰＷＭ信号と同じ周期でハイレベルとローレベルとが切り替わる波形の電圧波形が入力される。一方、第１出力トランジスタ１２０のゲートにデータ信号が入力されたとき、ＩＣ２５０のＩＮＰＵＴ１端子にはデータ信号と相似で電圧波形が入力される。ＩＣ２５０のデータ受信部２５５は、ＩＮＰＵＴ１端子に入力された電圧波形を監視し、電池形電源装置１００から送信されたデータ信号に応じた信号を受信することができる。

【0037】

ここで電池形電源装置１００から外部負荷装置２００への送信される信号波形が鈍ってしまい、それによりデータ受信部２５５によるデータ信号の受信エラーが発生する場合がある（図８（ａ））。電極端子２０３，２０４間の過大な容量があるときには、急峻な矩形波等の受信信号の電圧変化を鈍らせる。これを回避するために、ＩＣ２５０の制御部２５１は、データ受信時又はデータ受信部２５５によるデータ信号の受信エラーが発生したときに、制御部２５１はＥＮ端子からハイレベルのゲート制御信号を出力し、トランジスタ２１５をオンさせる。これにより、プルダウン抵抗値は、第１プルダウン抵抗２１３と第２プルダウン抵抗２１４との合成抵抗値で表されるため、単独の第１プルダウン抵抗２１３の抵抗値よりも小さくなり、第１出力トランジスタ１２０がオフになるときの時定数を低下させて、信号波形の鈍りを改善することができる（図８（ｂ））。

【0038】

（電池形電源装置１００が外部負荷装置２００からデータを受信）
図４、図６、図７を参照して電池形電源装置１００が外部負荷装置２００からデータを受信するときの動作について説明する。図７は図６のデータ受信期間の拡大図である。電源スイッチ２０５はオン状態とする。図６に示すように、電池形電源装置１００はその第１出力トランジスタ１２０がオン状態である期間に、外部負荷装置２００からデータを受信することが可能である。

【0039】

図６のデータ受信期間において、外部負荷装置２００から電池形電源装置１００がデータを受信するとき、外部負荷装置２００のデータ送信部２５３は送信データを所定の通信レートで変動するゲート信号をＯＵＴＰＵＴ端子から出力する（図６のＣ点の電圧波形）。第２出力トランジスタ２２０はデータ信号のハイレベルが入力されたときオンし、ローレベルが入力されたときオフする。第２出力トランジスタ２２０がオンすることで、電池ボックス２０１の正極端子２０３は抵抗２２１を介して第２グラウンドに接続され、電流が生じる。

【0040】

外部負荷装置２００を内蔵電池１０１に直列に接続された１つの負荷とみなしたとき、外部負荷装置２００の抵抗値は、第２出力トランジスタ２２０の開閉により変動する。第２出力トランジスタ２２０がオンされたとき、抵抗２２１が電池ボックス２０１の正極端子２０３と第２グラウンドとの間に、ＩＣ２５０と並列に接続された状態になるため、外部負荷装置２００の抵抗値は、第２出力トランジスタがオフした状態のときのそれに比べて小さくなる。したがって、第２出力トランジスタ２２０がオンしたときに回路全体に流れる電流の値は、第２出力トランジスタ２２０がオフしたときに回路全体に流れる電流の値よりも大きい。これにより第２出力トランジスタ２２０がオンしたときの検出抵抗１３１の両端にかかる電圧は、第２出力トランジスタ２２０がオフしたときのそれよりも大きい。つまり、検出抵抗１３１にかかる電圧波形は、ＩＣ２５０のＯＵＴＰＵＴ端子から出力されたデータ信号の波形と相似波形を示す。

【0041】

検出抵抗１３１で検出された検出電圧はデータ受信回路１３０のオペアンプ１３２により同相で増幅される（図７のＤ点の電圧波形）。ここでは、増幅後の電圧波形のハイレベルの電圧値をｎ１、ローレベルの電圧値をｎ２とする。オペアンプの増幅率は、ｎ１は次に続くロジック回路の閾値以上、ｎ２は閾値未満となるように調整されている。増幅後の電圧波形は立下がり微分回路１３３と立上がり微分回路１３４とに入力される。立下がり微分回路１３３及び立上がり微分回路１３４では、それぞれのコンデンサ１３９，１４０により、電圧波形の立上がりと立下りとが検出される。

【0042】

Ｄ点の出力が立上がり時は立上り微分回路１３４ではコンデンサ１４０と抵抗１４４の時定数でＳ点にパルスが入力される。このとき立下がり微分回路１３３にはＶCC以上の電圧が印加されるがダイオード１４１を介して放電される。またＤ点の出力が立下がりの時は立下がり微分回路１３３ではコンデンサ１３９と抵抗１４３の時定数でインバータ１４７に負のパルスが入力される。このとき立上り微分回路１３４には負の電圧が入力されるがダイオード１４２により放電される。したがって、立下がり微分回路１３３で電圧波形の立下りだけが検出され（図７のＳ点の電圧波形）、立上がり微分回路１３４で電圧波形の立上がりだけが検出される（図７のＲ点の電圧波形）。Ｓ点が「ハイレベル」を示すとき、ラッチ回路１３５の出力は「ハイレベル」になり、Ｒ点が「ハイレベル」を示すまで維持される。この動作により、ＲＦＩＣ１５０のＩＮＰＵＴ２端子に、ＩＣ２５０のＯＵＴＰＵＴ端子から出力されたデータ信号と略同一の信号を入力することができる。ＲＦＩＣ１５０のデータ受信部１５５は、外部負荷装置２００から送信されたデータを制御部１５１に出力する。

【0043】

検出抵抗１３１で検出される電圧値は、回路全体に流れる電流の大きさ、つまり外部負荷装置２００でＬＥＤ２６１等を駆動している負荷量によって変動する。そのため、検出抵抗１３１で検出された電圧値を直接ＲＦＩＣ１５０のＩＮＰＵＴ端子に入力されてしまうと、ハイレベルの判定が不安定になる。ハイレベルと判定する閾値を高くしてしまうと、検出抵抗１３１で検出する電圧値が小さいときに、ハイレベルと判定できなくなってしまい、閾値を低く設定すると、ノイズに弱くなってしまう。本実施形態に係る電池形電源装置１００のデータ受信回路１３０は、増幅後に電圧波形の立上がりと立下りとを検出することで、元のデータ信号の波形の復元精度を向上させる。これにより、データ受信回路１３０は検出抵抗１３１の電圧値が変動することを許容し、電池形電源装置１００と外部負荷装置２００とのデータ通信の通信精度を向上することができる。

【0044】

なお、図６の出力トランジスタ１２０のオン時、ＰＷＭ期間、さらにＬＥＤ２６１−２６３の点灯変化等の負荷変動期間には、データ受信回路１３０の検出電圧値が変動する。この変動の立ち上がり、立下りで電池形電源装置１００の微分回路１３３，１３４はパルスを発生し、ラッチ回路１３５で矩形信号に変換され、電池形電源装置１００のデータ受信部１５５に供給される。この矩形信号の変動周期は、電池形電源装置１００および外部負荷装置２００で既定されている調歩同期方式の通信レートによるものと相違する。従ってデータ受信部１５５でデータ受信とそれ以外を判別することが可能である。

【0045】

以上説明した本実施形態に係る電池形電源装置１００によれば、ゲート制御信号として、データ信号を第１出力トランジスタ１２０のゲートに入力し、第１出力トランジスタ１２０を開閉することで、データ信号に応じた波形を外部負荷装置２００のＩＣ２５０のＩＮＰＵＴ１端子に入力することができる。一方、外部負荷装置２００は、ゲート制御信号として、データ信号を第２出力トランジスタ２２０のゲートに入力し、第２出力トランジスタ２２０を開閉することで、データ信号に応じた波形を検出抵抗１３１に生じさせることができ、データ受信回路１３０を介することで、検出抵抗１３１で検出された電圧波形からデータ信号を復元することができ、復元したデータ信号を電池形電源装置１００のＲＦＩＣ１５０のＩＮＰＵＴ２端子に入力することができる。つまり、電池形電源装置１００は、電池形電源装置１００を装着する外部負荷装置２００と、互いの電極を介してデータ通信することができる。

【0046】

なお、外部負荷装置２００にセンサ類が搭載されていない場合において、電池形電源装置１００から外部負荷装置２００へのデータ送信だけできればよい。このとき、電池形電源装置１００の受信回路及びデータ受信部は省略することができる。

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。

【符号の説明】

【0047】

１００…電池形電源装置、２００…外部負荷装置、３００…外部情報処理装置、１２０…出力トランジスタ、１２１…無線通信用アンテナ、１３０…データ受信回路、１３１…検出抵抗、１３２…オペアンプ、１３３，１３４…微分回路、１３５…ラッチ回路、１５０…ＲＦＩＣ、１５１…制御部、１５２…無線通信部、１５３…データ送信部、１５４…ＰＷＭ制御部、１５５…データ受信部、１５６…接続切替部。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】