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技術 充電装置

出願人 勝部誠
発明者 勝部誠
出願日 2018年12月19日 (1年8ヶ月経過) 出願番号 2018-237798
公開日 2020年7月2日 (2ヶ月経過) 公開番号 2020-102900
状態 特許登録済
技術分野 電池等の充放電回路
主要キーワード 電動部材 還流回路 動作装置 各板バネ 熱電池 動作部材 電動装置 充電バッテリ
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2020年7月2日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (4)

課題

圧電素子に生じる起電力を利用して携帯端末パソコンなどの電動装置充電するための充電装置において、ユーザの手動操作によらなくても簡単に電力を供給できるようにする。

解決手段

充電装置100は、電池10と、電池10の電力によって動作可能なアクチュエータとして動作する動作部材20と、動作部材20の動作によって発電する圧電部材30と、圧電部材30が発電した電力を電動装置200に供給する給電部材40とを備える。

概要

背景

現行スマートフォンタブレット等の携帯端末は、何れもバッテリ寿命が短く頻繁に充電しなくてはならないという課題がある。一般的に、携帯端末の充電作業AC電源があるところで、携帯端末毎に専用の充電器を用いて行わなければならない。また、現行の携帯端末用補助充電バッテリとしてはリチウムイオン電池が用いられている。将来はリチウムイオン電池の改良や燃料電池等による長寿命バッテリが実用化されると推測されるが今のところ上市されていない。このため、市場では、簡単な操作で携帯端末のバッテリに充電することができる発電装置が望まれている。

また、従来から、緊急用の充電手段として、圧電素子により電力を発生させて携帯端末を充電する装置が知られている(特許文献1)。特許文献1には、携帯電話伸縮式アンテナ収納部に圧電素子を設けておき、アンテナ伸縮させて圧電素子を押圧することで、圧電素子に生ずる起電力によりバッテリを充電ことが開示されている。

概要

圧電素子に生じる起電力を利用して携帯端末やパソコンなどの電動装置を充電するための充電装置において、ユーザの手動操作によらなくても簡単に電力を供給できるようにする。充電装置100は、電池10と、電池10の電力によって動作可能なアクチュエータとして動作する動作部材20と、動作部材20の動作によって発電する圧電部材30と、圧電部材30が発電した電力を電動装置200に供給する給電部材40とを備える。

目的

このため、市場では、簡単な操作で携帯端末のバッテリに充電することができる発電装置が望まれている

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

電池(10)と、前記電池の電力によって動作可能な動作部材(20)と、前記動作部材の動作によって発電する圧電部材(30)と、前記圧電部材が発電した電力を電動装置に供給する給電部材(40)とを備える充電装置

請求項2

前記動作部材(20)は、モータ(21)と、前記モータのシャフトに取り付けられた回転カム(22)とを含み、圧電部材(30)は、圧電素子(31)と、前記回転カムの回転によって弾性変形して前記圧電素子に圧力を加える板バネ(33)とを含む請求項1に記載の充電装置。

請求項3

前記電池(10)と前記動作部材(20)の接続回路オンオフするスイッチ(60)をさらに備える請求項1又は請求項2に記載の充電装置。

請求項4

前記圧電部材(30)で発電した電力の少なくとも一部を前記電池(10)に還流するための還流回路(70)をさらに備える請求項1から請求項3のいずれかに記載の充電装置。

請求項5

動作部材(20)は、手動操作によっても動作可能である請求項1から請求項4のいずれかに記載の充電装置。

技術分野

0001

本発明は、携帯端末ノートパソコンなどの電動装置用充電装置に関する。

背景技術

0002

現行スマートフォンタブレット等の携帯端末は、何れもバッテリ寿命が短く頻繁に充電しなくてはならないという課題がある。一般的に、携帯端末の充電作業AC電源があるところで、携帯端末毎に専用の充電器を用いて行わなければならない。また、現行の携帯端末用補助充電バッテリとしてはリチウムイオン電池が用いられている。将来はリチウムイオン電池の改良や燃料電池等による長寿命バッテリが実用化されると推測されるが今のところ上市されていない。このため、市場では、簡単な操作で携帯端末のバッテリに充電することができる発電装置が望まれている。

0003

また、従来から、緊急用の充電手段として、圧電素子により電力を発生させて携帯端末を充電する装置が知られている(特許文献1)。特許文献1には、携帯電話伸縮式アンテナ収納部に圧電素子を設けておき、アンテナ伸縮させて圧電素子を押圧することで、圧電素子に生ずる起電力によりバッテリを充電ことが開示されている。

先行技術

0004

特開2004−088385号公報

発明が解決しようとする課題

0005

ところで、特許文献1に記載の充電装置は、圧電素子に起電力を生じさせるために、アンテナを伸縮させる操作が必ず必要とされており、携帯端末を充電し続けるためにはこのような手動操作を継続しなければならない。このため、例えばユーザが携帯端末から離れている状況やユーザの就寝中など、アンテナの伸縮操作が行えない状況においては携帯電話の充電が停止するという問題がある。

0006

そこで、本発明は、圧電素子に生じる起電力を利用して電動装置を充電するための充電装置であって、ユーザの手動操作によらなくても簡単に電力を供給できる充電装置を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0007

本発明は、携帯端末などの電動装置を充電するための充電装置に関する。本発明に係る充電装置は、電池10、動作部材20、圧電部材30、及び給電部材40を備える。電池10は、一次電池であってもよいし二次電池であってもよい。動作部材20は、電池10の電力によって動作可能な部材である。動作部材20は電動のみならず手動によって動作可能なものであってもよい。圧電部材30は、動作部材20の動作によって発電する部材である。給電部材40は、圧電部材30が発電した電力を電動装置に供給する部材である。このように、圧電部材30に起電力を生じさせる動作部材20を電動式とすることで、ユーザの手動操作によらなくても、携帯端末等の充電を簡単に継続することができる。また、電池10の電力を直接電動装置に供給するのではなく、あえて動作部材20を動作させて圧電部材30によって発電することで、一般的なリチウムイオン電池などと区別し易い斬新な使用感商品を提供できる。

0008

本発明に係る充電装置において、動作部材20は、モータ21と、このモータ21のシャフトに取り付けられた回転カム22とを含むことが好ましい。この場合に、圧電部材30は、圧電素子31と、回転カム22の回転によって弾性変形して圧電素子31に圧力を加える板バネ33とを含むことが好ましい。例えば、板バネ33に圧電素子31に衝突する衝突部を設けて、板バネ33の復元時に圧電素子31を衝打することにより、圧電素子31に起電力を発生させることとしてもよいし、あるいは複数の板バネ33の間に圧電素子31を挟み込み、板バネ33が弾性変形した際に圧電素子31を撓ませることにより、圧電素子31に起電力を発生させることとしてもよい。このように動作部材20及び圧電部材30を構成することで効率的に圧電素子31にて発電することができる。

0009

本発明に係る充電装置は、電池10と動作部材20の接続回路オンオフするスイッチ60をさらに備えることとしてもよい。スイッチ60を操作することで電池10に蓄えられた電力を利用して自動的に動作部材20が動作して圧電部材30による発電が開始するため、簡単な操作で電動装置の充電が可能となる。また、動作部材20を電動で動作させるモードと手動で動作させるモードとをスイッチ60のオンオフで切り換えることとしてもよい。

0010

本発明に係る充電装置は、圧電部材30で発電した電力の一部又は全部を電池10に還流するための還流回路70をさらに備えていてもよい。例えば、圧電部材30で生じた電力の一部を電動装置の充電に使用し、余剰分を電池10(2次電池)に還流することもできるし、充電装置と電動装置とが接続されていないような場合には、圧電部材30で生じた電力のすべてを電池10に還流することもできる。このようにすれば、電池10の長寿命化を図ることができる。

0011

本発明に係る充電装置において、動作部材20は手動操作によっても動作可能なものであってもよい。これにより、例えば電池10内の電力が尽きた場合でも、動作部材20を手動で操作することで充電を継続することができる。

発明の効果

0012

本発明は、圧電素子に生じる起電力を利用して電動装置を充電するための充電装置に関するものであり、ユーザの手動操作によらなくても簡単に電力を供給できるという特有の効果を奏する。

図面の簡単な説明

0013

図1は、本発明に係る充電装置の一実施形態を示した回路構成図である。
図2は、動作装置及び圧電部材の構成の一例を示している。
図3は、動作装置及び圧電部材の構成の別例を示している。

実施例

0014

以下、図面を用いて本発明を実施するための形態について説明する。本発明は、以下に説明する形態に限定されるものではなく、以下の形態から当業者が自明な範囲で適宜変更したものも含む。

0015

図1は、本発明に係る充電装置100の回路構成図である。図1に示されるように、充電装置100は、主に携帯端末やノートパソコン等の電動装置200が備えるバッテリ201に対して電力を供給する用途で用いられる。充電装置100は、例えば電動装置200の筐体外部に装着しUSBケーブル又は専用ケーブルで接続する。あるいは、充電装置100は電動装置200の筐体内部に装着しておくことも可能である。充電装置100の駆動は電動装置200の操作中又は非操作中の如何にかかわらず任意の場所で任意の時に行うことができる。

0016

充電装置100は、電池10と、動作部材20と、圧電部材30と、給電部材40を備える。また、充電装置100は、さらに、整流回路50と、スイッチ60と、還流回路70を備えることが好ましい。以下各構成要素について説明する。

0017

電池10は、動作部材20の電源として機能するものであり、乾電池ボタン電池のような一次電池であってもよいし、リチウムイオン電池のような二次電池であってもよい。二次電池を使用する場合、過充電防止機能を備えることが好ましい。また、電池10は、乾電池やリチウムイオン電池のような化学電池の他に、光エネルギー電気エネルギーに変換する光電池熱エネルギーを電力に変換する熱電池などの物理電池を用いることもできる。

0018

動作部材20は、電池10を電源として動作するアクチュエーターである。動作部材20の代表例は、回転運動を行うモータ21であるが、その他に進退運動を行うピストンなどであってもよい。図1に示した例において、動作部材20は、モータ21と回転カム22を含んで構成されている。回転カム22はモータ21のシャフトに取り付けられており、シャフトの回転に伴って回転するように構成されている。モータ21としてはDC減速型モータを使用すると良い。例えば20〜48回転/分の回転速度を持つものが適当である。

0019

圧電部材30は、動作部材20の動作による圧力を電力に変換する圧電素子31を備える。圧電素子31、例えば公知の圧電フィルム用いることができ、圧力を受けたとき又はその変形時に電気エネルギーを生じさせる。圧電フィルムの材料としては、PVDFポリフッ化ビニリデン)や、PZTジルコン酸チタン酸鉛)、BaTiO3(チタン酸バリウム)等がある。圧電フィルムの厚さは20〜200μm程度とすることが好適である。圧電フィルムは、可撓性を持たせるため板バネ等に張り付けるかサンドイッチ状に挟み込むこととすればよい。圧電フィルムは出力電圧を上げるために複数枚重ねてもよい。また、圧電フィルムに代えて圧電セラミックスも用いることもできる。

0020

図2は、動作部材20及び圧電部材30の構成の一例を示している。図2に示されるように、動作部材20を構成する回転カム22は、モータのシャフトに取り付けられており電動で回転する部材である。この回転カム22には、その外周に張り出すようにカム部22aが周方向に間隔をあけて複数形成されている。

0021

他方で、圧電部材30は、充電装置100の筐体内に支持部35が設けられており、この支持部35に板バネ33と支持板32とが対向して配置されている。板バネ33は、支持部35に固定された固定端とその反対側の自由端を有する弾性変形可能な板状の部材であり、回転カム22が回転したときにその自由端がカム部22aに接して押し上げられるように構成されている。支持板32は、板バネ33に対向配置されており、板バネ33と対面する面に圧電素子31(圧電フィルムや圧電セラミック)が設けられている。さらに、板バネ33には、支持板32と対面する面に、圧電素子31に衝突する複数の衝突部34が突設されている。衝突部34は、回転カム22の回転によって板バネ33が弾性変形されられたときに、その復元力によって圧電素子31に衝突して圧力を加えるように構成されている。圧電素子31によって発電された電力は、整流回路50及び給電部材40を経由して電動装置200のバッテリ201に供給される。

0022

図3は、動作部材20及び圧電部材30の構成の別例を示している。図3に示した例では、圧電部材30の構成が図2とは異なり、動作部材20は基本的に図2と同じ構成を採用している。図3の例において、圧電部材30は、2枚の板バネ33の間に一又は複数の圧電素子31を挟み込んだ構成となっている。各板バネ33は、支持部35に固定された固定端とその反対側の自由端を有する弾性変形可能な板状の部材であり、回転カム22が回転したときにその自由端がカム部22aに接して押し上げられる。板バネ33が回転カム22によって押し上げられて弾性変形すると、それらの間に配設されている複数の圧電素子31(圧電フィルムや圧電セラミック)が撓むこととなる。このように板バネ33の弾性変形に伴って圧電素子31を撓ませることで、圧電素子31に起電力を発生させる。圧電素子31によって発電された電力は、整流回路50及び給電部材40を経由して電動装置200のバッテリ201に供給される。なお、本例においては、圧電部30での電量を増やすために、各板バネ33の間に配設する圧電素子31の数を複数とすることが好ましく、さらに3枚以上、あるいは4枚以上とすることもできる。

0023

給電部材40は、圧電部材30で生じた電力を電動装置200に供給する。給電部材40は、電動装置200と有線で接続されてもよいし、無線接続されてもよい。有線接続する場合には、給電部材40は、接続端子41と逆流防止用ダイオード42などを備えればよい。また、無線接続する場合には、接続端子41に代えて、例えば電動装置200に対して非接触で電力伝送するための送電コイルなどを備えればよい。このようなワイヤレス給電部材としては公知のものを適宜利用できる。

0024

整流回路50は、圧電部材30が発電した電流整流するための回路であり、圧電部材30と給電部材40の間に配置される。圧電部材30によって発電される電流は乱雑なパルス状であるが、整流回路50を経由することで平滑化される。

0025

スイッチ60は、電池10と動作部材20の接続回路をオンオフする。スイッチ60のオン状態では電池10から動作部材20に対して電力が供給されて、動作部材20が電動で動作する。他方で、スイッチ60をオフにすることで動作部材20が停止する。なお、動作部材20の停止中は、手動で動作部材20を動作させることも可能である。このように、スイッチ60のオンオフで動作部材20の電動モード手動モード切り替えることもできる。

0026

スイッチ60には、一定期間で自動的にオフとなるようなタイマー機能を持たせてもよい。これにより、ユーザは充電装置をスタートさせるときにのみスイッチ押下操作をすれば済むようになる。タイマー機能により、電動装置200のバッテリ201への充電を自動的に効率よく行うことが出来るとともに、電池10の消費電力を抑制することができる。また、充電装置100を電動装置200に接続したときに自動的にスイッチ60をオンにすることも可能である。さらに、電動装置200のバッテリ201の充電状態モニタリングするためのICチップ等を設けて、充電装置100のスイッチ60のオンオフを自動的に制御することとしてもよい。

0027

還流回路70は、圧電部材30で発電した電力の一部又は全部を電池10(二次電池)に還流させるための回路である。還流回路70には、例えば逆流防止用のダイオード71などが配置される。例えば、圧電部材30での発電量電動部材200のバッテリ201への供給量を上回る場合に、その余剰分が電池10に還流される。また、電動装置200のバッテリ201の充電が完了した場合には、その時点で電動装置200への電力供給を停止させて、その後の圧電部材30の発電量全量を電池10に還流してもよい。また、充電装置100が電動装置200に接続されていない場合には、圧電部材30で発電した電力がそのまま電池10へと供給される。このように還流回路70を設けることで、電池10の長寿命化を図ることができる。

0028

以上、本願明細書では、本発明の内容を表現するために、図面を参照しながら本発明の実施形態の説明を行った。ただし、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本願明細書に記載された事項に基づいて当業者が自明な変更形態改良形態包含するものである。

0029

10…電池20…動作部材
21…モータ22…回転カム
30…圧電部材31…圧電素子
32…支持板33…板バネ
34…衝突部 35…支持部
40…給電部材41…接続端子
42…逆流防止ダイオード50…整流回路
60…スイッチ 70…還流回路
71…逆流防止ダイオード 100…充電装置
200…電動装置201…バッテリ

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