(57)【要約】【課題】電源を供給する各種の外部機器に適合して長時間に亘り電源を供給可能な携帯用電源装置を提供する。【解決手段】身体に装着する保持具で保持される複数の二次電池を備えたバッテリー電源部１は、商用電源１１を直流電力に変換して出力する直流電源回路３によって充電されて、充電管理部５は、バッテリー電源部１の個々の二次電池の充電状況を監視して充電完了と充電異常とを判定して表示する。電源出力部７は、電源を供給する複数の外部機器の各動作電圧に応じてバッテリー電源部１の電圧を変更するＤＣ−ＤＣコンバータを含み、電源供給時に電源出力部７は、外部機器の電源入力部の形状に適合するよう予め設けている電源出力端３０からＤＣ−ＤＣ変換した直流電源を出力する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動可能な外部機器に電源を供給する携帯用電源装置であって、
商用電源を直流電力に変換して出力すると共に前記商用電源とは切り離し自在な直流電源回路と、
前記直流電源回路からの直流電力により充電可能な複数の二次電池を含むバッテリー電源部と、
前記二次電池ごとに端子電圧を監視して放電による電圧低下を表示する表示部を含む充電管理部と、
充電時に前記バッテリー電源部への充電経路を形成する充電切換回路と、
電源を供給する複数の前記外部機器の各動作電圧に応じて前記バッテリー電源部の電圧を変更するＤＣ−ＤＣコンバータを含み、前記外部機器の電源入力端の形状に適合する各種の電源出力端からＤＣ−ＤＣ変換した所定の直流電源を出力する電源出力部と、
前記バッテリー電源部と前記電源出力部とを保持して人の身体に装着する保持具と、
を備えたことを特徴とする携帯用電源装置。
【請求項２】
前記保持具は、さらに前記直流電源回路と前記充電切換回路と前記充電管理部とを保持していることを特徴とする請求項１に記載の携帯用電源装置。
【請求項３】
前記充電管理部は、さらに前記充電時における前記二次電池の端子電圧から前記二次電池ごとに充電異常を検知して前記表示部に表示することを特徴とする請求項１に記載の携帯用電源装置。
【請求項４】
前記表示部は、前記充電異常をインジケータの点灯又は報知器からの警告によって表示することを特徴とする請求項３に記載の携帯用電源装置。
【請求項５】
さらに前記表示部は、充電時における前記二次電池の個々の充電完了を表示することを特徴とする請求項４に記載の携帯用電源装置。
【請求項６】
前記バッテリー電源部における複数の前記二次電池は直列接続されており、充電時に前記充電管理部は、前記端子電圧が所定レベル以下であることを検出した前記二次電池に対し前記直流電源回路からの充電が行われるよう制御することを特徴とする請求項１に記載の携帯用電源装置。
【請求項７】
前記バッテリー電源部における複数の前記二次電池は並列接続されており、充電時に前記充電管理部は、前記端子電圧が所定レベル以下であることを検出した前記二次電池に対し前記直流電源回路からの充電が行われるよう制御することを特徴とする請求項１に記載の携帯用電源装置。
【請求項８】
前記直流電源回路、前記充電管理部、前記充電切換回路及び前記電源出力部をまとめてケースに組み込み、前記ケースを前記保持具に取り付けたことを特徴とする請求項２に記載の携帯用電源装置。
【請求項９】
前記ケースの表面には、接続される前記外部機器の前記電源入力端の形状に適合する各種の前記電源出力端を配置したことを特徴とする請求項８に記載の携帯用電源装置。
【請求項１０】
前記電源出力端には、ＵＳＢ形式による電源出力端を含むことを特徴とする請求項９に記載の携帯用電源装置。
【請求項１１】
前記保持具は、人が腰に巻くベルトであることを特徴とする請求項１乃至１０の何れかに記載の携帯用電源装置。
【請求項１２】
前記外部機器は、作業者が頭部に被るヘルメット又はヘッドバンドに装着するＬＥＤスポットライトであることを特徴とする請求項１乃至１１の何れかに記載の携帯用電源装置。
【請求項１３】
前記ヘルメット又はヘッドバンドには、ＬＥＤスポットライトと共に撮像装置が取り付けられることを特徴とする請求項１２に記載の携帯用電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外部の電気・電子機器にバッテリー電源を供給する携帯用電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話器、携帯用パソコン、移動用医療機器、電動工具等の移動可能な外部機器に電源を供給する携帯用電源装置に関しては、商用電源を直流電力に変換する電源変換回路によって充電可能な電源装置側二次電池を備えて、電源変換回路からの直流電力又は充電装置側二次電池からの放電電力を外部機器の内蔵二次電池に充電し、外部機器が商用電源から切り離されても充電装置側二次電池から給電することで、外部機器の移動と共に携帯可能な充電装置が知られている（例えば、特許文献１を参照）。
【０００３】
また、外部機器に電力を供給する二次電池を内蔵した携帯用電源装置として、内部に二次電池を収納する本体ケースの端面に二次電池を充電するための電力を外部から受けるための受電端子と外部の電気機器に電力を供給するための給電端子とを形成し、二次電池の電力を給電端子から供給する出力電力に変換する変換回路を実装した電源装置が知られている（特許文献２を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−３２５３９０号公報
【特許文献２】特開２０１２−２０５３７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の携帯用電源装置は電源装置側二次電池を補助電池として用いているために、外部機器を長時間に亘って作動させることができず、特に、医療機器や電動工具のように作業により長時間に亘って使用される機器の電源装置としては不向きであった。しかも、この充電装置は接続される機器の専用の充電装置のため、種々の外部機器に共通して使用できるようには構成されていない。
【０００６】
一方、特許文献２の電源装置では、ＬＥＤ照明、電気カミソリ、電動歯ブラシ、電動ボウルやハンドミキサーなどによる外部機器を本体ケースに被せるキャップ形状にて構成し、このキャップ部をアタッチメントとして交換自在とすることで汎用性を有する携帯可能な電源装置となっている。しかし、この電源装置からは、本体ケースに適合するキャップの形状に構成した外部機器のみしか接続して電源の供給を受けることができず、自ずと利用範囲が限定されている。
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、電源を供給する各種の外部機器を電源装置に適合させる形状に変更することなく使用でき、しかも長時間に亘り電源を供給可能な携帯用電源装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明による携帯用電源装置は、移動可能な外部機器に電源を供給する携帯用電源装置であって、商用電源を直流電力に変換して出力すると共に前記商用電源とは切り離し自在な直流電源回路と、前記直流電源回路からの直流電力により充電可能な複数の二次電池を含むバッテリー電源部と、前記二次電池ごとに端子電圧を監視して放電による電圧低下を表示する表示部を含む充電管理部と、充電時に前記バッテリー電源部への充電経路を形成する充電切換回路と、電源を供給する複数の前記外部機器の各動作電圧に応じて前記バッテリー電源部の電圧を変更するＤＣ−ＤＣコンバータを含み、前記外部機器の電源入力端の形状に適合する各種の電源出力端からＤＣ−ＤＣ変換した所定の直流電源を出力する電源出力部と、前記バッテリー電源部と前記電源出力部とを保持して人の身体に装着する保持具と、を備える。
【０００９】
前記保持具には、さらに前記直流電源回路と前記充電切換回路と前記充電管理部とが取り付けられる。この場合、前記保持具を、人が腰に巻くベルトにより構成すると携帯性が高まる。
【００１０】
前記充電管理部は、さらに前記充電時における前記二次電池の端子電圧から前記二次電池ごとに充電異常を検知して前記表示部に表示する。このとき、前記表示部は、前記充電異常をインジケータの点灯又は報知器から警告によって表示するとよい。これにより、個々の二次電池に対する交換時期を適切に管理することができる。
【００１１】
前記バッテリー電源部における複数の前記二次電池は直列接続又は並列接続される。そして、前記充電管理部は、何れの接続の場合であっても、前記端子電圧が所定レベル以下であることが検出した前記二次電池に対してのみ前記直流電源回路からの充電が行われるよう制御する。これにより、充電が必要でない二次電池には充電しないため寿命を長くすることができる。
【００１２】
また、前記直流電源回路、前記充電管理部、前記充電切換回路及び前記電源出力部をまとめてケースに組み込み、前記ケースを前記保持具に取り付けるとよい。そして、前記ケースの側面には、接続される前記外部機器の電源入力部の形状に適合している各種の電源出力端を配置することで、規格に準拠した各種の電源入力端を備えた機器と接続して電源を供給することができる。このとき、前記電源出力端には、ＵＳＢ形式による電源出力端も含まれる。
【００１３】
そして、この携帯用電源装置は、例えば、作業者が頭部に被るヘルメット又はヘッドバンドに装着するＬＥＤスポットライトや撮像装置を外部機器として直流電源を供給する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、複数の二次電池を含むバッテリー電源部を保持具により保持して作業者の体に装着するために、大容量のバッテリー電源を確保して携帯することができる。そのため、屋外においても電動工具などの外部機器を長時間作動させて作業を行うことができる。また、医療分野においては、特に長時間に亘る手術や院外での診察等において患部を照らすスポットライトや医療機器の動作時間を充分確保することができる。
【００１５】
しかも、複数の二次電池ごとに充電を監視して充電異常を表示するために、異常の二次電池を速やかに交換してバッテリー電源を最良な状態に保全しておくことができる。
【００１６】
そして、電源出力部には、電源を供給する複数の外部機器の各動作電圧に応じてバッテリー電源部の電圧を降圧または昇圧して、外部機器の電源入力部の形状に適合している電源出力端から直流電源を供給するために種々の外部機器に利用可能な汎用性の高い携帯用電源装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態に係る携帯用電源装置の回路構成を示す。
【図２】充電時における時間の経過とバッテリー電圧の変化を示す。
【図３】本発明の実施形態に係る携帯用電源装置における充電管理部の構成をブロックで示す。
【図４】ＤＣ−ＤＣコンバータの構成例を示す。
【図５】ＤＣ−ＤＣコンバータの動作を波形で示す。
【図６】本発明の実施形態に係る携帯用電源装置の外観構成図。
【図７】本発明の実施形態に係る携帯用電源装置から給電されるＬＥＤスポットライト及びビデオカメラが取り付けられるヘッドバンドの外観図。
【図８】ＬＥＤスポットライトに定電流を供給する駆動回路の一例を示す。
【図９】本発明に係る携帯用電源装置の全体動作を説明するフローチャート。
【図１０】図９に続いて本発明に係る携帯用電源装置の全体動作を説明するフローチャート。
【図１１】本発明の他の実施形態に係る携帯用電源装置の要部の回路構成を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１９】
図１において、直流電源回路３は、商用電源１１から電源トランス１２に印加される交流電圧を降圧して、整流回路１３および平滑回路１４を通し直流電圧に変換した後、トランジスタ９を通してバッテリー電源部１に充電電流を供給する。このとき、差動増幅器１５は、定電圧ダイオードによる基準電圧ＶＺと、出力電圧Ｖ０を抵抗Ｒ１、Ｒ２で分圧した電圧ＶＳとを比較し、ＶＺとＶＳとが常に等しくなるようにトランジスタ９へ信号を出力して出力電圧を安定化させている。
【００２０】
バッテリー電源部１は複数の二次電池１１乃至１ｎを直列接続して構成されており、その端子Ａ、Ｂに直流電源回路３から定電流定電圧が供給さてれ充電が行われる。充電切換回路４は、バッテリー電源部１への充電と同時に通電されて、接点Ｓ１を閉止すると共に接点Ｓ２を開放する。これにより、バッテリー電源部１は接点Ｓ１を通して直流電源回路３によって充電される。
【００２１】
充電管理部５は、バッテリー電源部１の充電時において、二次電池１１乃至１ｎの個々の充電状況から充電の完了又は充電の異常を検知するものである。図２は、二次電池１１乃至１ｎに充電を行うときの個々の二次電池の端子電圧Ｖｃの時間軸での変化を示しており、バッテリー電源部１のバッテリー電圧は、接点Ｓ１の閉止による充電開始のｔ０から一定時間後のｔ１まで徐々に上昇していき、その後、一定となる。しかし、二次電池が不良であると、ｔ０から急激に上昇するか、または上昇しない。そこで、ｔ１近辺での電圧Ｖｃの変化を確認することで充電の異常を検知することができる。
【００２２】
また、充電時に二次電池に流れる電流からも充電の完了又は充電の異常を検知することができる。図示しないが、二次電池１１乃至１ｎは正常な場合、充電開始後から一定時間は最大電流が流れるが、この電流はある時点から徐々に減少していく特性を示す。よって、この時間による電流変化のタイミングに基づいて充電の完了又は充電の異常を判定することができる。
【００２３】
このような充電管理部５は、図３に示すように各二次電池１１乃至１ｎのそれぞれに対応して、電圧検出部５ａと、電圧比較部５ｂと、３個のＬＥＤ素子を含む表示部５ｃとから成る充電検出部５Ａと、各電圧比較部５ｂに共通してタイマ信号を供給するタイマ５Ｂとから構成されている。各二次電池１１乃至１ｎに対応している各表示部５ｃの３個のＬＥＤ素子は、例えば、緑色、橙色及び赤色のそれぞれ発光するときの色が異なるＬＥＤ素子が用いられる。
【００２４】
それぞれの電圧比較部５ｂは、充電を開始してからタイマ５ｄによって示される一定時間後のΔＴ１で示す期間において、電圧検出部５ａが検出する充電端子電圧がΔＶ上昇していると被充電電池を正常と判定し、表示部５ｃに充電完了信号を出力する。これにより、表示部５ｃは、緑色ＬＥＤ素子を点灯させて充電の完了を表示する。しかし、電圧比較部５ｂは、充電開始後から充電端子電圧が急激に上昇するか、または、ΔＴ１の期間で充電端子電圧が上昇せずに、ΔＴ１の期間でΔＶの電圧上昇が検出できないと被充電電池を異常と判定し、表示部５ｃに不良判定信号を出力する。これにより、表示部５ｃは、赤色ＬＥＤ素子を点灯させて充電異常を表示する。
【００２５】
そして、橙色ＬＥＤ素子は、対応している二次電池１１乃至１ｎのバッテリー電圧の低下を表示する。このとき、電圧比較部５ｂは、電圧検出部５ａで検出する二次電池１１乃至１ｎのバッテリー電圧が所定レベル以下に低下すると、電圧低下信号を出力して橙色ＬＥＤ素子を点灯させてバッテリー電圧の低下を表示する。そして、電圧比較部５ｂは、充電によりバッテリー電圧が回復したのを検出すると橙色ＬＥＤ素子を消灯するが、この充電時での充電異常を検出すると、赤色ＬＥＤ素子を点灯させて充電異常を表示する。
【００２６】
図１に戻って、電源出力部７は、バッテリー電源部１のバッテリー電圧をＤＣ−ＤＣコンバータにより所望の直流電圧に変換して外部機器に供給するもので、種々の外部機器の電源入力端と接続するための複数の電源出力端３０を有している。電源出力端３０と外部機器の電源入力端とで構成されるＤＣコネクタは、例えば、同心円に配置された２極の導体を接触させるもので中心電極がプラス極、外周電極がマイナス極としていて、電圧区分でサイズが異なる。よって、電源出力部７は、それぞれの電圧区分に応じてバッテリー電圧をＤＣ−ＤＣコンバータによって降圧又は昇圧してそれぞれの電源出力端３０に出力する。このようなＤＣコネクタは、上記の同軸以外に電極がピン形状の物など接続する外部機器によって多種存在している。
【００２７】
ＤＣ−ＤＣコンバータの一例を図４で示すと、バッテリー電源部１のバッテリー電圧をスイッチング素子１５により高速にスイッチし、バッテリー電圧を整流し平滑してトランス１６の変圧比によって出力回路１９から所望の直流出力Ｖｏで取り出す構成となっている。図５を用いてＤＣ−ＤＣコンバータ２０の動作をさらに説明すると、駆動回路１７は、定電圧あるいは定電流の検出回路１８から出力された電圧と基準電圧となる三角波とを比較し、三角波の電圧が高い期間をスイッチング素子１５のオン（ＯＮ）期間とすることで、検出回路１６のフィードバックによってスイッチング素子１５によるスイッチング周期ｔでのオン／オフ比（デューティ）を変化させて安定化出力を得る。
【００２８】
図４に示すＤＣ−ＤＣコンバータ２０は、絶縁型フォワードコンバータであり、本発明に係る携帯用電源装置をノートパソコンや電動工具の電源などに使用する場合には、バッテリー電源部１を３．７Ｖの２０個のリチュームイオン二次電池によって構成したとすると約８０Ｖのバッテリー電圧を１６Ｖに降圧して、この電圧を供給する電源出力端３０に供給する。
【００２９】
また、携帯電話、スマートフォン及びタブレット端末などの充電に使用する場合には、１６Ｖをさらに電圧変換し５Ｖに降圧してＵＳＢ規格による電源出力端３１（ＵＳＢポート）から供給する。この場合、ＵＳＢ充電コードを利用して携帯電話などをＵＳＢポート３１と接続することで充電が可能となる。５Ｖで動作する各機器にもこのＵＳＢポート３１に接続できれば、ＤＣ電源を供給することができる。これ以外にも、例えば、デジタルスチルカメラに電源供給する場合には３Ｖに降圧してその電源出力端３０に出力し、デジタルビデオカメラに電源供給する場合には６Ｖに降圧してその電源出力端３０に出力するなど、ＤＣ電源にて作動する各種機器に対応して複数通りの電源電圧を供給する。よって、電源出力部７は、機器に供給する各電源電圧に応じた電源出力端３０及びＵＳＢポート３１を備えている。
【００３０】
図６は本発明に係る携帯用電源装置の外観を示しており、作業者の腰に巻くベルト４０には、バッテリーパック４４がそれぞれ嵌め込まれる受部４１が形成されている。各バッテリーパック４４は、二次電池１１乃至１ｎの内の２個を一つの容器にまとめたもので、２個の二次電池は直列接続されてこの容器に組み込まれる。さらに、コントロールユニット１０は、直流電源回路３、充電切換回路４、充電管理部５及び電源出力部７を内蔵しており、ベルト４０に取り付けられている。
【００３１】
コントロールユニット１０と各受部４１とはハーネス４２によって接続される。このハーネス４２は、コントロールユニット１０内に配置されている端子Ａ、Ｂ間（図１に図示）に、受部４１に嵌め込まれる隣り合うバッテリーパック４４の＋側と−側を接続する配線と、コントロールユニット１０内の充電管理部５から各二次電池１１乃至１ｎの＋側と−側に対してそれぞれ並列に接続される配線とを含むものである。
【００３２】
そして、コントロールユニット１０は、その外枠ケースが箱体で構成されており、表側の面には、充電管理部５の各充電検出部５Ａにおける各二次電池１１乃至１ｎに対応している表示部５ｃを構成するインジケータ２１乃至２ｎが配列されている。インジケータ２１乃至２ｎは、各表示部５ｃの緑色、橙色及び赤色の一組のＬＥＤ素子を一つのパッケージにしたもので、点灯するＬＥＤ素子により緑・橙・赤の何れかの色を表示する。
【００３３】
そして、コントロールユニット１０の外枠ケースの側面には、電源を供給する機器を接続するための電源出力端３０及びＵＳＢポート３１が配置されている。前述したように、ＤＣコネクタの電源出力端（電源プラグ）と電源入力端（電源ジャック）は、規格に準拠して種々の形状やサイズがあり、外枠ケースの４つの側面のスペースを利用して、これらの規格に応じた各種の電源出力端３０としての各種の電源プラグが設けられている。そして、形状やサイズが適合している電源プラグに、外部機器の電源入力端であるサイズが適合している電源ジャックが差し込まれると、その規格に応じた電源電圧の直流電源がこの電源プラグからこの外部機器に出力される。また、ＵＳＢポート３１からは外部機器の電源入力端であるＵＳＢ充電ケーブルを差し込むことで、５Ｖの直流電源が出力される。
【００３４】
充電器４６は電源トランス１２を含み、プラグ４３をコントロールユニット１０の電源入力端子に接続することで商用電源１１が直流電源回路３に印加され、そして上記したように充電切換回路４が通電されることで接点Ｓ１が閉止して、これによりバッテリー電源部１への充電が行われる。
【００３５】
コントロールユニット１０を介してバッテリー電源部１から外部機器へ駆動電源を取り出す具体例について説明する。図７は、作業者が頭部に被るヘッドバンド２１にＬＥＤスポットライト２９（ヘッドライト）とデジタルビデオカメラ３４を取り付けて、コントロールユニット１０から電源供給される例を示している。ヘッドバンド２１を着用した作業者は、ヘッドライト２９によって作業箇所を照らしながら作業を行い、その状況をビデオカメラ３４によって撮影することができ、暗闇での作業や医療手術のような精密作業など幅広い分野で利用できる。しかし、特にヘッドバンドに限るものではなくヘルメットなどの帽子でもよく、また照明用途のみでヘッドライト２９だけを取り付けたものであってもよい。
【００３６】
因みに、ＬＥＤスポットライトを操作者の頭部に装着するのに双眼ルーペを保持具としてもよい。双眼ルーペは、手元の局所的な視覚対象物を拡大して視認するもので、医療、精密工作、宝石加工等の各分野に広く使用されていて、眼鏡と同じ構造のフレームに作業対象の像を拡大するための双眼ルーペ本体を装着しており、このフレームにＬＥＤスポットライトを装着するものである。そして、作業者はフレーム蔓部を耳に掛けてＬＥＤスポットライトを頭部に保持する。
【００３７】
電源の供給は、この例でのヘッドライト２９とビデオカメラ３４は共に６Ｖで駆動するものとして、給電コード３２の電源入力端である電源ジャック３３をコントロールユニット１０の外枠ケースに配置されている中からサイズが適合している電源出力端３０（電源プラグ）に差し込むことにより電源出力部７と接続される。そして、電源出力部７は、給電コード３２を介して、６Ｖの直流電源を生成するＤＣ−ＤＣコンバータからヘッドライト２９及びビデオカメラ３４にそれぞれ電源を供給する。
【００３８】
図８は、ヘッドライト２９のＬＥＤ素子を定電流で駆動するようヘッドライト２９に設けられる駆動回路２０の構成を示し、電源端子２８には、電源出力部７から６ＶのＤＣ電源が供給されている。この電源端子２８と接地間には、ヘッドライト２９の光源であるＬＥＤ２９Ａと、コレクタがＬＥＤ２９Ａと接続される駆動トランジスタ２３と、抵抗２４とが直列に接続されている。また、電源端子２８と接地間には、この直列回路とは並列に定電圧ダイオード２５と、抵抗２６とが直列接続されている。さらに、トランジスタ２３にベース電圧を印加する差動増幅器２７の＋入力側には抵抗２６の端子電圧が印加されて、−入力側には抵抗２４の端子電圧が印加されている。
【００３９】
駆動回路２０は、電源端子２８からの電源供給によりトランジスタ２３が差動増幅器２７からベース電圧が印加されてオンすると、ＬＥＤ２９Ａに電流が供給されて発光する。そして、ＬＥＤ２９Ａに流れる電流が設定値を超えると抵抗２４の端子電圧が上昇するため、差動増幅器２７はトランジスタ２３をオフさせてＬＥＤ２９Ａへの供給電流を遮断する。このようなトランジスタ２３のオン・オフの繰り返しにおりＬＥＤ２９Ａを定電流で駆動する。ＬＥＤ素子を定電流で駆動する回路は、上記の構成に限らず、例えばＭＯＳ型の電界効果トランジスタを使用して、電界効果トランジスタのゲートに供給するパルス信号のデュ−ティを制御することでＬＥＤ２９Ａへの供給電流を一定にするパルス駆動方式による駆動回路などでもよい。
【００４０】
上記の具体例で示す本発明に係る携帯用電源装置は、医療分野においては、施術者がバッテリーを保持しているベルト４０を腰に巻いて、ヘッドライト２９及びビデオカメラ３４が取り付けられているヘッドバンド２１を頭に被って手術を行う用途がある。この場合、ベルト４０には多数のバッテリーパック４４が保持されているために、長時間の手術であってもヘッドライト２９及びビデオカメラ３４は十分作動可能である。また、医療分野における外部機器としては、ヘッドライト２９やビデオカメラ３４に限らず人工透析器や血圧計さらには人工心臓などでも利用することができ、院外や大きな停電時における診療、手術に有効である。
【００４１】
また、作業者がベルト４０を腰に巻いて、電動工具の電源ジャックを適合する電源プラグ（電源出力端３０）に差し込むことで、長時間に亘って屋外での作業を行うことができる。しかも、使用する電動工具の電源ジャックに適合している電源プラグを選択して接続することで、作業する内容に応じてドリル・ノコギリ・ハンマー・レンチなど種々の電動工具を使い分けることができ、この面からも屋外の作業にも非常に有効な携帯用電源装置となる。
【００４２】
次に、本発明に係る携帯用電源装置の全体動作を説明する。図９及び図１０は本実施の形態の携帯用電源装置の動作の概略を説明するフローチャートである。
【００４３】
まず、図９において、ステップＳＴ１では、商用電源１１が接続されたかを判別する。図６の例では、プラグ４３がコントロールユニット１０の電源入力端に差し込まれて商用電源１１と接続されると、直流電源回路３は、電源トランス１２で降圧された商用電源を整流回路１３及び平滑回路１４を通し直流電圧に変換し、トランジスタ９を通して充電切換回路４に通電する（ステップＳＴ２）。通電により充電切換回路４が動作すると、接点Ｓ１を閉止すると共に接点Ｓ２を開放し（ステップＳＴ３）、バッテリー電源部１の二次電池１１乃至１ｎが充電される（ステップＳＴ４）。
【００４４】
そして、充電開始のｔ０からｔ１時間が経過すると、充電管理部５は、個々の二次電池１１乃至１ｎに対して、ｔ１からΔＴ１で示す期間で各二次電池の端子電圧がΔＶ上昇しているかを判定し、電圧が上昇している二次電池を正常と判定し、ΔＶの電圧変化がない二次電池を異常と判定する（ステップＳＴ５）。そして、充電管理部５は、この判定結果に応じてそれぞれの充電完了の緑色ＬＥＤ素子或いは充電異常の赤色ＬＥＤ素子を駆動してインジケータ２１乃至２ｎに表示し（ステップＳＴ６）、次に全ての二次電池が１１乃至１ｎ正常に充電完了したかで充電終了を判別する（ステップＳＴ７）。
【００４５】
充電管理部５は、異常と判定した被充電電池が無ければ充電終了と判断して、次に商用電源１１が切り離されるのを待機する（ステップＳＴ８）。ここで、充電終了によりプラグ４３が引き抜かれて商用電源１１が切り離されると、充電切換回路４は通電が断たれて不動作となるために、接点Ｓ１は開放状態、接点Ｓ２は閉止状態にそれぞれ復帰し（ステップＳＴ９）、インジケータ２１乃至２ｎによる充電完了表示を停止して（ステップＳＴ１０）、ステップＳＴ１１（図１０）の動作となる。
【００４６】
一方、充電不良の被充電電池がある場合には充電終了とならずステップＳＴ７の動作からステップＳＴ４の動作となる。この場合、充電不良の二次電池があることをインジケータにより確認したことで、不良の二次電池と正常な二次電池との交換作業が行われ、その後、全ての二次電池１１乃至１ｎの充電が終了すると、上記のステップＳＴ８からステップＳＴ１０の動作が行われる。
【００４７】
そして、外部機器の電源プラグ又は電源ジャックが所定の電源出力端３０に差し込まれて接続されると（ステップＳＴ１１）、例えば、図７に示すヘッドライト２９及びビデオカメラ３４に６Ｖの直流電源を供給する電源ジャック３３がコントロールユニット１０の６Ｖの電源プラグ３０（電源出力端）に差し込まれると、ＤＣ−ＤＣコンバータによりバッテリー電源が６Ｖに降圧されてヘッドライト２９及びビデオカメラ３４に供給される（ステップＳＴ１２）。しかし、外部機器が接続されないときはステップＳＴ１１からステップＳＴ１３の動作となる。
【００４８】
ステップＳＴ１３において、充電管理部５がバッテリー電源の消耗により二次電池１１乃至１ｎの電圧が所定レベルにまで低下するのを検知すると、電圧の低下した二次電池を対応しているインジケータ２１乃至２ｎに表示して（ステップＳＴ１４）、図９のステップＳＴ１の動作となる。本例では、二次電池の電圧低下は充電異常を橙色表示のＬＥＤ素子により表示して、上記のステップＳＴ１の動作となる。
【００４９】
ここで、インジケータ２１乃至２ｎの表示により電圧低下が確認され充電のために商用電源１１が接続されたときには、上記したように充電切換回路４が通電され（ステップＳＴ２）、接点Ｓ１が閉止して接点Ｓ２が開放する。これにより二次電池１１乃至１ｎに充電が行われ（ステップＳＴ４）、充電管理部５が二次電池１１乃至１ｎごとに正常又は異常を判定し（ステップＳＴ５）、正常に充電が行われた二次電池１１乃至１ｎにはインジケータ２１乃至２ｎを充電異常表示（電圧低下表示）から充電終了表示の緑色ＬＥＤ素子の点灯に切り替える。しかし、充電管理部５は、充電異常の二次電池１１乃至１ｎについては、電圧低下の表示から赤色ＬＥＤ素子を点灯させて充電異常表示に切り換える。なお、充電管理部５は、電圧低下の表示がない二次電池１１乃至１ｎについても充電異常を検出したときは、この時点で赤色表示のＬＥＤ素子を点灯して充電異常を表示する。
【００５０】
一方、二次電池１１乃至１ｎの電圧低下をインジケータ２１乃至２ｎが表示していても、外部機器への電源供給の継続が選択されて商用電源１１が接続されない場合には、ステップＳＴ１から再びステップＳＴ１１の動作となる。よって、外部機器が継続して接続されている間は、電圧低下を表示しながらも、ステップＳＴ１で商用電源１１が接続されるまでは、ステップＳＴ１−ステップＳＴ１１−ステップＳＴ１２−ステップＳＴ１３−ステップＳＴ１４の動作を繰り返して外部機器への電源供給を行う。しかし、外部機器の接続が解除されたときは電源供給を停止し、この場合は、ステップＳＴ１で商用電源１１が接続されるまでステップＳＴ１−ステップＳＴ１１−ステップＳＴ１３−ステップＳＴ１４の動作を繰り返して、二次電池１１乃至１ｎの電圧低下を表示する。
【００５１】
インジケータ２１乃至２ｎはそれぞれ３色のＬＥＤ素子を含むものであるが、２色のＬＥＤ素子によって構成し、例えば、赤色ＬＥＤ素子によって端子電圧の低下と充電異常との表示を兼用してもよい。この場合、充電管理部５は、端子電圧が低下している二次電池１１乃至１ｎをそれに対応している赤色ＬＥＤ素子を点灯させて表示するが、その後の充電で充電異常を検出すると継続して赤色ＬＥＤ素子を点灯させる。
【００５２】
また、表示部５ｃは、インジケータ２１乃至２ｎと共に、又はインジケータ２１乃至２ｎの代わりに報知器を備えてもよい。報知器による報知音には、電子音や音声合成による音声などが用いられるが、充電完了・充電異常・バッテリー電圧の低下をそれぞれ電子音のトーンや音声合成による音声内容により区別して報知する。このような報知器をインジケータ２１乃至２ｎと共に用いる場合には、充電異常やバッテリー電圧の低下、特に充電異常を警告するものであればよい。
【００５３】
上記した実施形態による携帯用電源装置は、バッテリー電源部１の各二次電池１１乃至１ｎには直列の充電経路によって充電する簡易な充電方法を採用している。しかしながら、多数の二次電池１１乃至１ｎを用いる場合、個々の二次電池の電池性能のばらつきから充電時期がそれぞれ異なり、電圧が低下した二次電池をその都度交換することを長期間行うと、全ての二次電池１１乃至１ｎに対して一様に適切な充電を行うことができなくなる。そのため、バッテリー電源部１の各二次電池１１乃至１ｎには直列の充電経路で充電する場合は、期間を定めてその時期が来たときは一斉に二次電池１１乃至１ｎを交換するのが好ましい。
【００５４】
これに対して、図１１に示す第２の実施形態は、二次電池１１乃至１ｎを一斉に交換せずとも二次電池１１乃至１ｎに適切な充電を行うことが可能な携帯用電源装置の例を示している。この図１１の携帯用電源装置は、バッテリー電源部１への充電構成の部分のみを示しており、図１に示す構成物と同じ機能を果たすものについては同一の符号を付している。
【００５５】
図１１の充電切換回路３５は、図１で説明した直流電源回路３に接続されて、直流電源が通電されると動作して、接点Ｓ１´を開放すると共に接点Ｓ２´を閉止する。接点Ｓ１´は端子Ａ、Ｂ間の各二次電池１１乃至１ｎの直列回路に接続されていて、この直列回路で各二次電池１１乃至１ｎ間には、それぞれダイオード３６が順方向に接続配置されている。
【００５６】
また、接点Ｓ２´は端子Ａ、Ｂ間で各二次電池１１乃至１ｎに対応して設けられる制御極付整流素子（ＳＣＲ）３８の直列回路に接続されている。これらＳＣＲ３８の直列回路は、二次電池１１乃至１ｎの直列回路とは並列に配置されているが、各ＳＣＲ３８のアノードは対応している二次電池１１乃至１ｎの＋側に接続されて、カソードはその二次電池１１乃至１ｎに接続されているダイオード３６のカソードに接続されている。
【００５７】
そして、各充電検出部５Ａにおける電圧検出部５ａ（図１に図示）は、ダイオード３７を介して対応している二次電池１１乃至１ｎの＋側とダイオード３６とで閉回路を形成して、二次電池１１乃至１ｎのそれぞれの端子電圧を検出するよう接続されている。また、各充電検出部５Ａは、充電時に対応しているＳＣＲ３８のゲートに制御信号を出力することでその導通を制御する。
【００５８】
上記の構成で、バッテリー電源部１は、通常、接点Ｓ１が閉止状態にあるためにバッテリー電源を電源出力部７に供給して、電源出力部７は、各電源出力端３０及びＵＳＢポート３１から所定電圧の直流電源を出力する。そして、各充電検出部５Ａが対応している二次電池１１乃至１ｎの端子電圧の低下を検知したとき、表示部５ｃ（図１に図示）のインジケータに電圧低下を表示する。
【００５９】
電圧低下を確認したことで充電のために、商用電源１１が接続されて直流電源回路３が直流電源を出力すると、充電切換回路３５が通電されて接点Ｓ１´を開放すると共に接点Ｓ２´を閉止する。これにより、接点Ｓ２´を通じた二次電池１１乃至１ｎへの充電経路が形成される。そして、各充電検出部５Ａは、充電切換回路３５からの充電開始信号（図示せず）を受けて対応するＳＣＲ３８のゲートに制御信号を出力して導通させるが、この場合、対応する二次電池１１乃至１ｎのバッテリー電圧の低下を検出した充電検出部５Ａはこの制御信号を出力せずに、該当のＳＣＲ３８の非導通状態を維持する。
【００６０】
したがって、バッテリー電圧が所定レベル以上にある二次電池１１乃至１ｎについては、対応しているＳＣＲ３８が導通状態にあるため接点Ｓ２´を通して充電電流が流れることがない。一方、ＳＣＲ３８が非導通状態にある二次電池１１乃至１ｎへは、接点Ｓ２´を通して充電電流が流れて充電が行われる。これにより、二次電池１１乃至１ｎに対する個別に充電動作を制御することができる。このように、二次電池１１乃至１ｎごとにそれぞれ充電経路を形成するために、充電の必要がない二次電池には充電経路を形成せず、電池寿命を長く持たせることができる。
【００６１】
図１１の携帯用電源装置は、二次電池１１乃至１ｎへの充電と共に充電切換回路３５から電源出力部７に直流電源回路３からの直流電源が供給されるために、充電を行いながら電源出力部７から電源を供給することもできる。そして、充電終了により商用電源１１との接続が解除されると、充電切換回路３５は、直流電源回路３からの通電が断たれて不動作となる。しかし、充電切換回路３５は、通電停止後から一定時間は動作可能なよう遅延回路を備えており、この遅延期間内に接点Ｓ２´を開放すると共に接点Ｓ１´を閉止することで充電経路が開路して、バッテリー電源部１から電源出力部７へバッテリー電源が供給されることになる。
【００６２】
また、別の実施形態としては、バッテリー電源部１の各二次電池１１乃至１ｎには比較的大容量のものを用いてこれを並列接続して構成し、充電も個別に電圧の低下した二次電池１１乃至１ｎに充電する構成であってもよい。
【００６３】
以上、詳述したように、本発明は、複数の二次電池を身体に装着することで大容量のバッテリー電源を確保でき、しかも電源を供給する外部機器の電源ジャックに適合する電源出力端３０を選択して接続することができるために、各種の外部機器に対応可能な汎用性の高い携帯用電源装置が提供される。したがって、携帯電話やパソコンへの充電などに止まらず、移動可能な電動工具、医療機器、撮影機材にも適用でき種々の業務分野で幅広く利用することができる。
【００６４】
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づき種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
本発明は、種々の外部機器との接続により直流電源を供給する汎用性の高い携帯用電源装置に関し、産業上の利用可能性を有する。
【符号の説明】
【００６６】
１    バッテリー電源部
３    直流電源回路
４    充電切換回路
５    充電管理部
５ｃ  表示部
７    電源出力部
１０  コントロールユニット（ケース）
１１  商用電源
２１  ヘッドバンド（保持具）
２９  ヘッドライト（外部機器）
３０  電源出力端（電源プラグ）
３１  ＵＳＢ形式による電源出力端（ＵＳＢポート）
３３  電源入力端（電源ジャック）
３４  ビデオカメラ（外部機器）
Ｓ１  接点
Ｓ２  接点
【図１】
2014171348.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【手続補正書】
【提出日】平成25年12月20日(2013.12.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動可能な外部機器に電源を供給する携帯用電源装置であって、
商用電源を直流電力に変換して出力すると共に前記商用電源とは切り離し自在な直流電源回路と、
前記直流電源回路からの直流電力により充電可能な複数の二次電池を含むバッテリー電源部と、
充電時に前記バッテリー電源部への充電経路を形成する充電切換回路と、
前記二次電池ごとに端子電圧を監視して、放電による電圧低下及び前記充電時における充電異常を検知して表示する表示部を含む充電管理部と、
電源を供給する複数の前記外部機器の各動作電圧に応じて前記バッテリー電源部の電圧を変更するＤＣ−ＤＣコンバータを含み、前記外部機器の電源入力端の形状に適合する各種の電源出力端からＤＣ−ＤＣ変換した所定の直流電源を出力する電源出力部と、
前記直流電源回路、前記充電管理部、前記充電切換回路及び前記電源出力部を内蔵するケースと、
人が胴部に巻いて前記バッテリー電源部と前記ケースとを保持するベルトと、を備え、
前記ケースには、接続される前記外部機器の前記電源入力端の形状に適合する各種の前記電源出力端を配置したことを特徴とする携帯用電源装置。
【請求項２】
前記表示部は、前記充電異常をインジケータの点灯又は報知器からの警告によって表示することを特徴とする請求項１に記載の携帯用電源装置。
【請求項３】
前記表示部は、さらに充電時における前記二次電池の個々の充電完了を表示することを特徴とする請求項２に記載の携帯用電源装置。
【請求項４】
前記バッテリー電源部における複数の前記二次電池は直列接続されており、充電時に前記充電管理部は、前記端子電圧が所定レベル以下であることを検出した前記二次電池に対し前記直流電源回路からの充電が行われるよう制御することを特徴とする請求項１に記載の携帯用電源装置。
【請求項５】
前記バッテリー電源部における複数の前記二次電池は並列接続されており、充電時に前記充電管理部は、前記端子電圧が所定レベル以下であることを検出した前記二次電池に対し前記直流電源回路からの充電が行われるよう制御することを特徴とする請求項１に記載の携帯用電源装置。
【請求項６】
前記電源出力端には、ＵＳＢ形式による電源出力端を含むことを特徴とする請求項１に記載の携帯用電源装置。
【請求項７】
前記外部機器は、作業者が頭部に被るヘルメット又はヘッドバンドに装着するＬＥＤスポットライトであることを特徴とする請求項１乃至６の何れかに記載の携帯用電源装置。
【請求項８】
前記ヘルメット又はヘッドバンドには、ＬＥＤスポットライトと共に撮像装置が取り付けられることを特徴とする請求項７に記載の携帯用電源装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明による携帯用電源装置は、移動可能な外部機器に電源を供給する携帯用電源装置であって、商用電源を直流電力に変換して出力すると共に前記商用電源とは切り離し自在な直流電源回路と、前記直流電源回路からの直流電力により充電可能な複数の二次電池を含むバッテリー電源部と、充電時に前記バッテリー電源部への充電経路を形成する充電切換回路と、前記二次電池ごとに端子電圧を監視して、放電による電圧低下及び前記充電時における充電異常を検知して表示する表示部を含む充電管理部と、電源を供給する複数の前記外部機器の各動作電圧に応じて前記バッテリー電源部の電圧を変更するＤＣ−ＤＣコンバータを含み、前記外部機器の電源入力端の形状に適合する各種の電源出力端からＤＣ−ＤＣ変換した所定の直流電源を出力する電源出力部と、前記直流電源回路、前記充電管理部、前記充電切換回路及び前記電源出力部を内蔵するケースと、人が胴部に巻いて前記バッテリー電源部と前記ケースとを保持するベルトと、を備え、前記ケースには、接続される前記外部機器の前記電源入力端の形状に適合する各種の前記電源出力端を配置したことを特徴にしている。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
このとき、前記ケースの表面には、規格に準拠した各種の前記電源出力端を備えて、適合している外部機器の電源入力端と接続されるが、ＵＳＢ形式による電源出力端も含まれる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
前記充電管理部は、前記充電異常をインジケータの点灯又は報知器からの警告によって前記表示部に表示する。さらに、前記表示部では、充電時における前記二次電池の個々の充電完了を表示してもよい。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】削除
【補正の内容】