(57)【要約】【課題】レクテナを用いて二次電池に充電するアンテナ整流装置対応充電器において、その充電器を設置する場所で充電が可能か否かを瞬時に判断可能とすること。【解決手段】レクテナ装置１０５を用いて二次電池１０９を充電するアンテナ整流装置対応充電器１０８において、整流電圧で充電される二次電池１０９と、整流電圧と二次電池電圧とを比較する比較回路１１２と、比較結果を受けて充電可否の判定結果を出力する表示装置１１３と、充電可否判定時には入力端子１１７と二次電池１０９とを比較回路１１２の入力端に接続し、充電時には入力端子１１７及び二次電池１０９と比較回路と１１２の接続を切り離すと共に入力端子１１７を二次電池１０９に接続するスイッチ回路ＳＷ１〜ＳＷ３とを備え、整流電圧と二次電池電圧とを比較して整流電圧が二次電池電圧より大きければ充電可と判断する。【選択図】図１
2010029006.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
受信電波信号を整流して直流に変換した整流電圧が印加される入力端子と、
前記入力端子に印加される整流電圧で充電される二次電池と、
整流電圧と二次電池電圧とを比較して比較結果信号を出力する比較回路と、
前記比較結果信号を受けて充電可否の判定結果を出力する出力装置と、
充電可否判定時には前記入力端子と前記二次電池とを前記比較回路の入力端に接続し、充電時には前記入力端子及び前記二次電池と前記比較回路との接続を切り離すと共に、前記入力端子を前記二次電池に接続するスイッチ回路と、
を具備したことを特徴とするアンテナ整流装置対応充電器。
【請求項２】
前記スイッチ回路は、前記入力端子に一端が接続された第１のスイッチ素子と、前記二次電池に一端が接続された第２のスイッチ素子と、前記入力端子と前記二次電池との間に接続された第３のスイッチ素子とを有し、
前記比較回路は、前記第１のスイッチ素子の他端に接続された第１の入力端と、前記第２のスイッチ素子の他端に接続された第２の入力端とを有し、
充電可否判定時には、前記第１及び第２のスイッチ素子が共にオンとされると共に前記第３のスイッチ素子がオフとされ、充電時には、前記第１及び第２のスイッチ素子が共にオフとされ、前記第３のスイッチ素子がオンとされることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ整流装置対応充電器。
【請求項３】
前記入力端子とグラウンドとの間に、所定値以上の電圧をカットする電圧リミッタ回路が設けられていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のアンテナ整流装置対応充電器。
【請求項４】
前記出力装置は、光、音又はメッセージ表示のいずれかで充電可否判定結果を出力することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載のアンテナ整流装置対応充電器。
【請求項５】
前記出力装置がＬＥＤで構成されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載のアンテナ整流装置対応充電器。
【請求項６】
室内の天井又はその近傍に設置されることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載のアンテナ整流装置対応充電器。
【請求項７】
前記二次電池は、火災報知機に電力供給することを特徴とする請求項６に記載のアンテナ整流装置対応充電器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アンテナで受信した送電側からの電波を整流した整流電圧を用いて二次電池を充電し、この二次電池から後段に接続した負荷に電力供給するアンテナ整流装置対応充電器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、一次電池を搭載したセンサ装置（例えば、火災報知機，温度センサ、振動センサなど）がある。このようなセンサ装置においては，回路の省電力設計や高容量の一次電池を使用することにより、約１０年の電池寿命が達成されているものがある。また、センサ装置に無線装置を一体化してセンサネットワークを構築する場合、センサ装置単体の場合と比べて消費電力が大きくなる。このため、上記同様の高容量であっても一次電池の寿命は３年程度になる。しかしながら、一次電池を搭載するセンサ装置においては、約１０年毎の電池交換が必要であり、高所に取り付けられている火災報知機などの場合は、安全に電池交換することが困難であった。また、センサ装置に無線装置を一体化した場合、消費電力が大きくなり、電池寿命が短くなってしまうため、電池交換の頻度が増してしまうという問題があった。
【０００３】
そこで、センサ装置に二次電池を搭載し、電波送電によるレクテナ（rectifying
antenna）方式で二次電池を充電するということが考えられる。レクテナ方式は、アンテナ、共振回路および整流回路から成る装置で、電波を受信して高周波エネルギーを直流に変換する装置である（例えば、特許文献２）。レクテナ方式を用いたセンサ装置は、商用電源の配線が不要になるだけでなく、二次電池の充電が電波で遠隔から行えるので、上述した問題が解決される。
【特許文献１】特開２００１−２５０１８２号公報
【特許文献２】特開２００４−２１５４７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、送信機から離れるに従い受信機の受信電界が小さくなってしまうため、送信機の位置によっては、二次電池の充電に必要な電力が得られない可能性があった。
【０００５】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、レクテナ方式を用いて二次電池を充電する場合に、装置設置場所で充電が可能か否かを簡単に判断可能で、二次電池を確実に充電可能なアンテナ整流装置対応充電器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】
【０００６】
本発明のアンテナ整流装置対応充電器は、受信電波信号を整流して直流に変換した整流電圧が印加される入力端子と、前記入力端子に印加される整流電圧で充電される二次電池と、整流電圧と二次電池電圧とを比較して比較結果信号を出力する比較回路と、前記比較結果信号を受けて充電可否の判定結果を出力する出力装置と、充電可否判定時には前記入力端子と前記二次電池とを前記比較回路の入力端に接続し、充電時には前記入力端子及び前記二次電池と前記比較回路との接続を切り離すと共に、前記入力端子を前記二次電池に接続するスイッチ回路と、を具備したことを特徴とする。
【０００７】
この構成によれば、充電可否判定時にはスイッチ回路により入力端子と二次電池とが比較回路の入力端に接続され、比較回路において整流電圧と二次電池電圧とが比較され、比較結に応じた充電可否の判定結果が出力装置から出力される。したがって、ユーザは出力装置から出力された充電可否の判定結果から現在の装置接地位置で二次電池を充電可能であるか否か容易に判断できる。また、スイッチ回路により、通常の充電状態と充電可否判定状態とを容易に切り換えることができる。
【０００８】
また本発明は、上記アンテナ整流装置対応充電器において、前記スイッチ回路は、前記入力端子に一端が接続された第１のスイッチ素子と、前記二次電池に一端が接続された第２のスイッチ素子と、前記入力端子と前記二次電池との間に接続された第３のスイッチ素子とを有し、前記比較回路は、前記第１のスイッチ素子の他端に接続された第１の入力端と、前記第２のスイッチ素子の他端に接続された第２の入力端とを有し、充電可否判定時には、前記第１及び第２のスイッチ素子が共にオンとされると共に前記第３のスイッチ素子がオフとされ、充電時には、前記第１及び第２のスイッチ素子が共にオフとされ、前記第３のスイッチ素子がオンとされることを特徴とする。
【０００９】
この構成によれば、充電可否判定時には、前記第１及び第２のスイッチ素子が共にオンとされると共に前記第３のスイッチ素子がオフとされるので、入力端子と二次電池とが比較回路の入力端に接続されて整流電圧と二次電池電圧とを比較可能になる。また、充電時には、第１及び第２のスイッチ素子が共にオフとされ、第３のスイッチ素子がオンとされるので、入力端子及び二次電池と比較回路との接続が切り離されると共に、入力端子が二次電池に接続されて整流電圧による充電状態となる。
【００１０】
上記アンテナ整流装置対応充電器において、前記入力端子とグラウンドとの間に、所定値以上の電圧をカットする電圧リミッタ回路を設けることが望ましい。電圧リミッタ回路により二次電池に過度な電圧がかかることを防止でき、二次電池の破損を防ぐことができる。
【００１１】
上記アンテナ整流装置対応充電器において、出力装置は、光、音又はメッセージ表示のいずれかで充電可否判定結果を出力するようにしても良い。充電可否判定結果を光で出力する場合、出力装置をＬＥＤで構成することが望ましい。ＬＥＤの発光電力を二次電池から供給する構成の場合、消費電力を減らすことができる。
【００１２】
また本発明のアンテナ整流装置対応充電器を室内の天井の近傍に設置することができる。天井又はその近傍という電池交換が難しい場所に、本発明は好適である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、レクテナ方式を用いて二次電池を充電する場合に、装置設置場所で充電が可能か否かを簡単に判断可能で、二次電池を確実に充電することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。
本センサシステム１００は、送信機１０１と、センサ装置１０２とから構成される。送信機１０１には、電波を送信するためのアンテナ１０３が設けられている。センサ装置１０２は、送信機１０１から送られてきた電波を受信するレクテナ装置１０５と、レクテナ装置１０５から出力される直流信号によって充電するアンテナ整流装置対応充電器１０８とを備える。
【００１５】
レクテナ装置１０５は、送信機１０１から送られてきた電波を受信するアンテナ１０４と、送信機１０１の送信周波数に同調する共振回路１０６と、共振回路１０６から出力される交流信号を整流する整流回路１０７とを備え、受信した電波（高周波エネルギー）を整流して整流電圧（直流電圧）を出力する。
【００１６】
アンテナ整流装置対応充電器１０８は、レクテナ装置１０５が出力した整流電圧（直流電圧）を入力端子１１７から取り込む。入力端子１１７とグラウンドとの間に二次電池１０９が設けられている。二次電池１０９は、整流電圧により充電されると共に、出力端子１１８に接続されている。出力端子１１８には二次電池１０９から電力供給を受ける負荷１１０が接続されている。
【００１７】
二次電池１０９は、初期段階で充電された状態にある。これは、アンテナ整流装置対応充電器１０８がレクテナ装置１０５を用いたトリクル充電という数μＷ程度の電力を供給する充電の形態を採るため、消費した分だけ充電する形態を採る必要があり、初期段階で充電しておく必要があるからである。このようなトリクル充電方式を採るのは、レクテナ装置１０５が電波をエネルギー源に用いているので電波の強さに制限があり、大容量の電力を供給できないからである。また、初期段階で、充電可否判定動作を行うためにも、二次電池１０９は充電されている必要がある。
【００１８】
アンテナ整流装置対応充電器１０８の入力端子１１７と二次電池１０９との間には、入力した整流電圧の電圧値Ｖｒを監視する電圧リミッタ１１１が設けられている。電圧リミッタ１１１は、過大電圧を遮断するものであり、後段の二次電池１０９に過度の電圧がかかることを防止する。これにより、二次電池１０９が過大電圧で破損したり、過熱したりすることを防止する。たとえば、送信機１０１のアンテナ１０３とセンサ装置１０２のアンテナ１０４との間の距離が非常に接近していた場合、レクテナ装置１０５からセンサ装置１０２に対して過電圧が印加される可能性があり、このような場合、電圧リミッタ１１１が、二次電池１０９にかかる電圧を適度な大きさに調整する。
【００１９】
本実施の形態では、現在のセンサ装置１０２の装置設置場所で充電が可能か否かを判断するために、比較回路１１２、表示装置１１３及びスイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷ３からなる判断機能部を備えている。アンテナ整流装置対応充電器１０８の入力端子１１７に対してスイッチ素子ＳＷ１を介して比較回路１１２の一方の入力端が接続されている。また、入力端子１１７に対してスイッチ素子ＳＷ３、ＳＷ２を介して比較回路１１２の他方の入力端が接続されている。比較回路１１２は、受信電波を直流にした整流電圧の電圧値Ｖｒと、二次電池１０９の電圧値Ｖｂとを比較しており、整流電圧の電圧値Ｖｒ＞二次電池１０９の電圧値Ｖｂの場合は出力レベルをハイレベルとして表示装置１１３を点灯させる。これは、二次電池１０９を充電するためには、入力された整流電圧の電圧値Ｖｒが二次電池１０９の電圧値Ｖｂよりも大きいことが条件になるからである。つまり、比較回路１１２は、入力された整流電圧の電圧値Ｖｒが二次電池１０９を充電できる電圧か否かを判断して、判断結果を表示装置１１３の点灯に有無に反映させるように構成されている。
【００２０】
表示装置１１３は、ＬＥＤで構成されており、アノード端子にはスイッチ素子ＳＷ２を経由して二次電池１０９から電源が供給されている。そして、比較回路１１２の出力するハイレベル信号によってＯＮして光を発する。ユーザは、表示装置１１３の点灯の有無を確認することにより、二次電電地１０９が充電可能な常態か否かを容易に判断できる。なお、表示装置１１３は充電回避判定結果を出力する出力装置の一例であり、光を用いたものでなくても、ブザー音、音声ガイダンス等の音を用いた形態、表示部にメッセージを表示する形態でもよい。
【００２１】
充電可否判定時には、スイッチ素子ＳＷ３はＯＦＦ、スイッチ素子ＳＷ１、ＳＷ２をＯＮさせる。通常のトリクル充電時には、スイッチＳＷ３はＯＮ、スイッチＳＷ１、ＳＷ２をＯＦＦ状態に維持する。スイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷ３のＯＮ、ＯＦＦは、手動で行う形態であっても、遠隔装置する形態であっても、制御装置で自動的に操作される形態であってもよい。
【００２２】
なお、二次電池１０９の電源を用いて駆動する負荷１１０は、火災報知機、振動検出器などあらゆるセンサが適用可能である。また、センサは、常時動作するものであっても、間欠動作するものであってもよい。負荷１１０が、火災報知機の場合は、室内の天井近傍に設置することが、煙を探知しやすいため火災検知の面から好ましい。
【００２３】
次に、アンテナ整流装置対応充電器１０８の動作について説明する。
まず、アンテナ整流装置対応充電器１０８の充電可否判定動作について説明する。スイッチ素子ＳＷ１、ＳＷ２をＯＮにし、スイッチ素子ＳＷ３をＯＦＦにする。これにより、レクテナ装置１０５から入力端子１１７に印加された整流電圧の電圧値Ｖｒがスイッチ素子ＳＷ１を経由して比較回路１１２の一方の入力端に印加される。また、二次電池１０９の電圧値Ｖｂがスイッチ素子ＳＷ２を経由して比較回路１１２の他方の入力端に印加されると共に、表示装置１１３にも印加される。スイッチング素子ＳＷ３はＯＦＦされるので、整流電圧が二次電池側へ印加されるのは阻止される。比較回路１１２において、入力端子１１７からの整流電圧の電圧値Ｖｒと二次電池１０９からの電圧値Ｖｂとが比較され、電圧値Ｖｒ＞電圧値Ｖｂの場合は、比較回路１１２からハイレベル信号が出力されて表示装置１１３が点灯する。一方、比較回路１１２において、電圧値Ｖｒ＞電圧値Ｖｂの条件が成立しなかった場合は、比較回路１１２の出力信号がローレベルのままとなり表示装置１１３は点灯しない。
【００２４】
このように、入力端子１１７からの整流電圧の電圧値Ｖｒが二次電池１０９の電圧値Ｖｂより大きい場合、つまり、整流電圧が二次電池１０９を充電するのに十分な電圧である場合、表示装置１１３が点灯するので、ユーザは、送信機１０１のアンテナ１０３とセンサ装置１０２のアンテナ１０４との距離が、二次電池１０９を充電するのに適切な距離であると判断できる。この結果、二次電池１０９を適切にトリクル充電できるため、電池交換の必要が無く、一般家庭の天井近傍など、電池交換が難しい場所においても、電池交換が不要になり、ユーザにとって煩雑な作業を削減できる。
【００２５】
次に、アンテナ整流装置対応充電器１０８の通常動作、つまりトリクル充電時の動作について説明する。上述した充電可否判定で充電可能と判断した後の動作となる。
【００２６】
スイッチ素子ＳＷ１、ＳＷ２はＯＦＦ、スイッチ素子ＳＷ３はＯＮ状態に維持される。これにより、入力端子１１７からの整流電圧（Ｖｒ）がスイッチＳＷ３を経由して二次電池１０９に供給可能になる。二次電池１０９が負荷１１０に電力供給して電力消費しても、整流電圧（Ｖｒ）により、二次電池１０９が常にトリクル充電される状態にある。これにより、二次電池１０９が消耗して、センサ装置１０２が動作しなくなるという事態を防ぐことができる。また、整流電圧（Ｖｒ）が二次電池１０９を充電するのには過度な電圧である場合でも、電圧リミッタ１１１が、二次電池１０９にかかる整流電圧Ｖｒを適切な電圧に調整する。よって、過度な電圧により、二次電池１０９が破損するような事態も防ぐことができる。
【００２７】
また、二次電池１０９の出力電圧（Ｖｂ）はＯＦＦのスイッチ素子ＳＷ１，２を介して比較回路１１２、表示装置１１３へは供給されないので、比較回路１１２、表示装置１１３による二次電池１０９の無駄な消費を防止することができる。
【００２８】
以上説明したように、本実施の形態によれば、レクテナ装置１０５により二次電池１０９が充電可能か否かを、表示装置１１３を見ることで瞬時に判断できる。
【００２９】
また、二次電池１０９の充電可否判定動作の切り替えを、スイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷ３という簡素な装置のＯＮ、ＯＦＦをするスイッチ回路で実現できる。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明は、センサ装置だけでなく、二次電池を用いるものであればいかなるものにでも適用できる。特に、電波により遠隔充電するレクテナのような形態の二次電池を用いる装置に好適である。また、本発明は、二次電池の代わりに、電気二重層コンデンサを用いる場合にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の実施の形態にかかるセンサシステムの構成図
【符号の説明】
【００３２】
１００  センサシステム
１０１  送信機
１０２  センサ装置
１０３  １０４  アンテナ
１０５  レクテナ装置
１０８  アンテナ整流装置対応充電器
１０９  二次電池
１１０  負荷
１１１  電圧リミッタ
１１２  比較回路
１１３  表示装置
ＳＷ１〜ＳＷ３  スイッチ素子
１１７  入力端子
１１８  出力端子
【図１】
2010029006.tif 000003