(57)【要約】【課題】駆動電源の供給以外の用途又は機能を兼ね備えた電源装置を提供する。【解決手段】コイン・バッテリや乾電池など、市場においてフォーム・ファクタがほぼ定まっている電池の内部に無線通信ユニットを搭載する。この無線通信ユニットは、電池内部の電池セルより電力の供給を受けるものとし、単独で電池外部の機器との無線通信が可能であるとともに、電池の電極を経由して電池を使用中の機器との通信も可能である。また、使用するアンテナは、電池の筐体に形成したり又は筐体に密着したりした構造とし、電池が本来持つフォーム・ファクタを阻害しない。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気・電子機器類に駆動電源を供給する電源装置であって、
外界から装置本体を覆う筐体と、
前記筐体内に収容されて電源供給用の電荷を蓄積する蓄電部と、
前記蓄電部の電荷を外部に出力する電気接点部と、
前記筐体内の前記蓄電部の空きスペースに収容された無線通信部と、
を具備することを特徴とする電源装置。
【請求項２】
前記無線通信部は、前記蓄電部からの供給電源により駆動する外部機器との間で前記電気接点部を介してデータを送受信する、
ことを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
【請求項３】
前記筐体は金属製の部材からなり、その表面上に前記無線通信部のアンテナを構成するコイル状の溝が刻設されている、
ことを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
【請求項４】
前記筐体は金属製の部材からなり、その底面に前記無線通信部のアンテナを構成する線状の溝が形設されている、
ことを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
【請求項５】
前記筐体の表面に前記無線通信部のアンテナを構成するコイルが巻設されている、
ことを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
【請求項６】
前記無線通信部は、超低電力動作を実現する動作タイミングで駆動する、
ことを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
【請求項７】
前記筐体内にセンサが内蔵され、
前記無線通信部は前記センサの計測情報を無線送信する、
ことを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
【請求項８】
前記蓄電部と前記無線通信部は分離可能に構成されている、
ことを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種の電気・電子機器類に駆動電源を供給する電源装置に係り、特に、コイン・バッテリや乾電池などのセル型電池のように市場におけるフォーム・ファクタがほぼ定まっているタイプの電源装置に関する。
【０００２】
さらに詳しくは、本発明は、特定の機器に内蔵して用いられる電源装置に係り、特に、駆動電源の供給以外の用途又は機能を兼ね備えた電源装置に関する。
【０００３】
【従来の技術】
工業技術の発展により、さまざまな機器が製造され市販されている。機器類の多くは、商用ＡＣ電源などの外部電源によって駆動可能である。また、機器類の中には、屋外やその他のモバイル環境下での動作を実現するために、バッテリ駆動式に設計されている。そして、バッテリの多くは、規格化・標準化されており、コイン・バッテリや乾電池のように所定のフォーム・ファクタを備えている。
【０００４】
ところで、機器あるいは機器に使用されている部品の中には、２以上の機能を兼ね備えたものが多い。例えば、電池のように電源電圧を持つ装置に他の機能を内蔵した場合には、自走式のハイブリッド製品を実現できるというメリットがある。すなわち、追加機能のために電池を別に用意する必要がなく、装置内部の電源ラインなど配線構造を簡素化することも可能である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、コイン・バッテリや乾電池などのセル型電池のように市場におけるフォーム・ファクタがほぼ定まっているタイプの優れた電源装置を提供することにある。
【０００６】
本発明のさらなる目的は、駆動電源の供給以外の用途又は機能を兼ね備えた優れた電源装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段及び作用】
本発明は、上記課題を参酌してなされたものであり、電気・電子機器類に駆動電源を供給する電源装置であって、
外界から装置本体を覆う筐体と、
前記筐体内に収容されて電源供給用の電荷を蓄積する蓄電部と、
前記蓄電部の電荷を外部に出力する電気接点部と、
前記筐体内の前記蓄電部の空きスペースに収容された無線通信部と、
を具備することを特徴とする電源装置である。
【０００８】
ここで、前記無線通信部は、前記蓄電部からの供給電源により駆動する外部機器との間で前記電気接点部を介してデータを送受信するようにしてもよい。
【０００９】
また、前記筐体は金属製の部材からなり、その表面上に前記無線通信部のアンテナを構成するコイル状の溝が刻設されていてもよい。
【００１０】
あるいは、前記筐体は金属製の部材からなり、その底面に前記無線通信部のアンテナを構成する線状の溝が形設されていてもよい。
【００１１】
あるいは、前記筐体の表面に前記無線通信部のアンテナを構成するコイルが巻設されていてもよい。
【００１２】
本発明に係る電源装置は、例えばコイン・バッテリや乾電池など、市場においてフォーム・ファクタがほぼ定まっている電池として構成され、その内部に無線通信ユニットを搭載している。
【００１３】
この無線通信ユニットは、電池内部の電池セルより電力の供給を受けるものとし、単独で電池外部の機器との無線通信が可能であるとともに、電池の電極を経由して電池を使用中の機器との通信も可能である。
【００１４】
また、無線通信ユニットで使用するアンテナは、電池の筐体に形成したり又は筐体に密着したりした構造とし、電池が本来持つフォーム・ファクタを阻害しない。
【００１５】
また、無線通信ユニットは超低電力動作を実現できるような動作タイミングで動作し、連続で１年以上の動作寿命を持つ。
【００１６】
また、この無線通信ユニットを内蔵した電池は、無線通信機能を持たない電池と相互に互換性を持つ。
【００１７】
本発明に係る電源装置は、電池単体として完結しているので、場所を選ばず電源も心配なく無線通信機能を確保することができる。
【００１８】
また、本発明に係る電源装置に各種センサを内蔵することにより、計測情報を継続的に送信して、リモート・センサを容易に実現することができる。
【００１９】
前記蓄電部と前記無線通信部は分離可能に構成されていてもよい。このような場合、分別して廃棄することが可能で環境保護の観点からも有効であり、電池の蓄電容量を消耗した後も通信機能モジュールを再利用することもできる。また、電池の筐体全体の大きさを通常の電池サイズとすることで、従来の電池との互換性も保つことができる。
【００２０】
本発明のさらに他の目的、特徴や利点は、後述する本発明の実施形態や添付する図面に基づくより詳細な説明によって明らかになるであろう。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳解する。
【００２２】
昨今、機器どうしを相互接続するネットワーク技術に対する要望も高まってきている。ネットワーク接続環境下では、情報の共有・・交換などの協働的作業を円滑に行なうことができる。また、近い将来には、「いつでもどこでも繋がる」というユビキタス・ネットワーク時代の到来が予測される。
【００２３】
ユビキタス・ネットワークは、モバイル、常時接続、バリアフリー・インターフェースなどの複数の技術を組み合わせることによって実現される。このため、ほとんどの機器類に無線通信機能が装備されていることが推奨される。
【００２４】
電気機器に無線通信機能を搭載することを考えた場合、機器本体内部に当該機能を追加するか、又は外部接続インターフェースを用意して無線通信機能を増設する必要がある。しかしながら、前者においては、機器に内蔵用の専用スペースが必要となり、機器設計が困難になる。また、後者においては、外部接続部品が増設されることに伴い、取り付け作業が必要になる他、移動や運搬などの作業中に増設部位が邪魔になったり、機器の美観を損なったりするなどの問題がある。
【００２５】
また、無線通信機能に必要な電源は、無線通信ユニット独自に用意するか、又は機器本体から電源の供給を受ける必要がある。
【００２６】
一方、［従来の技術］の欄でも既に述べたように、２以上の機能を兼ね備えたものが多く、特に電池のように電源電圧を持つ装置に他の機能を内蔵した場合には、自走式のハイブリッド製品を実現できるというメリットがある。すなわち、追加機能のために電池を別に用意する必要がなく、装置内部の電源ラインなど配線構造を簡素化することも可能である。
【００２７】
そこで、本発明者は、コイン・バッテリや乾電池など、市場においてフォーム・ファクタがほぼ定まっている電池の内部に無線通信ユニットを搭載することを提案する。
【００２８】
この無線通信ユニットは、電池内部の電池セルより電力の供給を受けるものとし、単独で電池外部の機器との無線通信が可能であるとともに、電池の電極を経由して電池を使用中の機器との通信も可能である。
【００２９】
また、無線通信ユニットで使用するアンテナは、電池の筐体に形成したり又は筐体に密着したりした構造とし、電池が本来持つフォーム・ファクタを阻害しない。
【００３０】
また、無線通信ユニットは超低電力動作を実現できるような動作タイミングで動作し、連続で１年以上の動作寿命を持つ。
【００３１】
また、この無線通信ユニットを内蔵した電池は、無線通信機能を持たない電池と相互に互換性を持つ。
【００３２】
以下、本発明の一実施形態に係る電池の構造並びにその動作特性について詳解する。
【００３３】
電池の分類としては一次電池、二次電池等があるが、双方ともユーザが容易に手に入れられる電池は機能、構造、外形寸法などが決まっているものが多い。例えば、ボタン型リチウム電池はバックアップ用途や電卓など低消費電力用途に主に使用されているが、代表的なものにＣＲ２０２５、ＣＲ３０２５などの規格があり、呼び名称が同じであればどの製造業者によるものでも外形寸法は同じで同様の場所で使用することができる。その他のマンガン電池、アルカリ電池はもとより、ニッケル水素電池においてもマンガン電池と同様の外形寸法を持つものもあり、相互に入れ替えて使用できるようになっている。
【００３４】
最近の電気機器の多くは時計機能を内蔵しているものが多い。例えば、携帯用ビデオカメラやデジタルスチルカメラなどにおいては、撮影情報の記録用として内部に時計機能を持っている。このようなカメラは動作時の消費電力が大きいため、主に使用する電力としては大型の充電池を用いているが、充電池の充電時やスペアの充電池との交換時においては当該充電池を本体から取り外す必要があることが多い。
【００３５】
内部の時計機能の動作には電力供給が必須であるので、電源を取り外して時計機能がリセットされてしまうと、ユーザはその都度時刻合わせ操作を強いられることになり、大変不便である。このため、充電池を取り外した場合でも時計機能に電源を供給できるよう、コイン型若しくはボタン型のリチウム電池が装着してその電力を使って時計機能を維持するように構成されている。
【００３６】
また、このようなボタン型リチウム電池は設計上数年以上交換の必要がなく、大方のユーザは最初に電池をセットするとき以外はその存在を意識することはほとんどない。
【００３７】
一方、電気機器に内蔵する無線通信機能としては、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈに代表されるような規格が一般的になっているが、互換性やコストなどの理由によりいまだ多くの機器に導入されているとは言い難い。また、すべての電気機器にＢｌｕｅｔｏｏｔｈ並みの通信能力が必要であるという訳でもない。例えば、ＩＥＥＥ８０２．１５ＴＧ４においてはＷＰＡＮとして超低出力且つ低消費電力の無線通信方式が提案されており、ボタン型リチウム電池で２年程度連続動作可能なものも検討されている。
【００３８】
本実施形態では、このような超低消費電力の無線通信方式を念頭に置いている。そして、既存の外形規格を持つ電池筐体内に、主たる電池部分と無線通信方式を内蔵させ、且つその無線通信インターフェースは当該電気機器とも外部機器とも通信できるものとする。
【００３９】
図１には、本実施形態に係る無線機能内蔵電池の断面構成を模式的に示している。
【００４０】
この無線機能内蔵電池は、コイン電池又はボタン電池と呼ばれるタブレット形状のフォームファクタで構成されている。電池の筐体は、正極及び負極それぞれの端子を兼ねた金属製の上層及び下層の各ケーシングが、絶縁性の素材からなる環状のガスケットを介して嵌合されて「電池缶」を構成する。そして、この筐体内では、負極ケーシングに収容されて電気化学的にリチウムを吸蔵放出可能な炭素系材料からなる負極と、正極ケーシングに収容されて金属酸化物からなる正極とが、電解液を含浸したセパレータを介して仕切られている。
【００４１】
同図に示す例では、ボタン電池の構造が中心軸に対して軸対称であることを利用し、左半分に無線通信機能部を収容するとともに、右半分には電荷を蓄電する電池構造をそのまま残している。
【００４２】
また、図２には、本実施形態に係る無線機能内蔵電池のブロックダイアグラムを示している。
【００４３】
同図に示すように、この無線機能の内蔵型の電池は、電池の本体（筐体）１と、無線通信用のアンテナ（後述）２と、参照番号３〜１２で示される無線通信用の機能ブロックで構成されている。
【００４４】
無線通信用の機能ブロックは、帯域フィルタ３と、低雑音アンプと、受信ミキサ５と、受信アンプ６と、復調器７と、ＣＯＤＥＣすなわち復調されたデータの復号化並びに送信データの符号化及びＭＡＣ（Ｍｅｄｉａ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｃｏｎｔｒｏｌ）を制御するＣＯＤＥＣ／ＭＡＣ処理部８と、送受信用局部発振器９と、送信アンプ１０と、送信用ミキサ１１と、変調器１２を備えている。そして、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）はこの通信機能ブロック全体の動作を統括的に制御する。インターフェース１４は、この電池を内蔵する電気機器との通信を行なう。
【００４５】
参照番号１６は内蔵する電池セル部であり、電池を内蔵する電気機器及びこの無線通信用の機能ブロックの駆動電源となる。
【００４６】
参照番号１８〜２０は、電池１を主電源として駆動する電気機器１７本体側の機能モジュールである。すなわち、電気機器１７は、電源バックアップ制御回路１８と、電気機器内のリアルタイムクロック（時計機能）１９と、電池側のインターフェース１５と対抗する形で通信を行なうインターフェース２０を備えている。である。また、参照番号２１は、電池本体１と電気機器１７を電気的に接続する接点部分である。
【００４７】
次に、この無線機能内蔵電池の装置全体の動作について説明する。
【００４８】
通常、電気機器１７内における時計の保持機能は、電池セル１６と、電源バックアップ制御回路１８と、リアルタイムクロック１９によって確保されている。
【００４９】
リアルタイムクロック１９には、通常ならば電気機器側より電源が供給されているが、何らかの理由により電源が供給されなくなると、電源バックアップ回路１８が働いて、電池セル１６からの電流をリアルタイムクロック１９に供給するようになっている。
【００５０】
次に、この無線機能内蔵電池における通信機能について説明する。
【００５１】
アンテナ２によって受信された無線信号は、帯域フィルタ３で不要な信号が抑圧され、低雑音アンプ４に入力される。続いて、ミキサ５において局部発振回路９からの信号と混合され、ベースバンド信号あるいは低周波ＩＦ信号（ＬｏｗＩＦ）信号となる。
【００５２】
この信号は、受信アンプ６において増幅された後、復調器７において復調されディジタル信号となる。この信号はＣＯＤＥＣ／ＭＡＣ処理部８において復号及び信号処理が行なわれた後、ＣＰＵ１３に送られる。ＣＰＵ１３に送られた信号はプログラムに従って適切に処理された後、ＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ　Ｅｒａｓａｂｌｅ　ａｎｄ　Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　ＲＯＭ）１４に記録されるか、又は第１の信号インターフェース１５に送られる。
【００５３】
第１の信号インターフェース１５に送られた信号は接点２１を介して第２の信号インターフェース２０に送られる。また、第２の信号インターフェース２０に送られた信号は、電気機器１７内部において各種データ通信や制御機能として使用される。
【００５４】
一方、電気機器１７内部から信号インターフェース２０に集められた信号は、接点２１並びに信号インターフェース１５を経由してＣＰＵ１３に送られる。ＣＰＵ１３に送られた信号、あるいはＥＥＰＲＯＭ１４に格納された信号はＣＯＤＥＣ／ＭＡＣ処理部８において信号送信用の処理が行われた後、変調器１２において変調信号となる。
【００５５】
変調器１２から出力された変調信号は送信ミキサ１１において、局部発信器９の出力と混合され、送信信号と同じ周波数となる。送信ミキサ１１を通過した信号は送信アンプ１２において増幅された後、帯域フィルタ３を通過してからアンテナ２より空中に発射される。
【００５６】
上述したような仕組みにより、電気機器１７本体が、電池１筐体内部の回路を経由して通信を行なうことが可能になる。図３には、電気機器１７と電池１間のデータ伝送の経路について示している。同図において、ＵＬＰ　Ｗｉｒｅｌｅｓｓ　Ｕｎｉｔと記されている箇所が電池１内部の電池セル１６以外の機能ブロックに相当する。
【００５７】
次に、本発明に係る電池の具体的な実装例について説明を行なう。
【００５８】
図１では、ボタン電池の体積の半分程度の大きさに通信機能モジュールを収容して、電池と完全に一体化するタイプを示している。電池を収容する電気機器１７との接点２１部分は電池１本体の正極、負極それぞれの電極端子に相当する。
【００５９】
また別の実装例としては、図４に示すように電池セル自身の厚さを標準寸法の半分程度とし、残りの部分を通信部とする構成が挙げられる。図示の実装例では、電池セル自体と通信機能モジュールを切り離すことができる。このため、廃棄の際の環境保護の観点からも有効であり、電池の蓄電容量を消耗した後も通信機能モジュールを再利用することもできる。また、電池の筐体全体の大きさを通常の電池サイズとすることで、従来の電池との互換性も保つことができる。
【００６０】
次に、本発明に係る電池に内蔵されている無線通信機能部における動作タイミング例について説明する。
【００６１】
本発明に係る電池内蔵の無線通信機能部は、単体だけでも非常に長期間の動作ができるよう考慮する必要がある。例えば図５に示すような動作タイミングが考えられる。図示の例では、受信時に１０ｍＷの消費電力、送信時に３０ｍＷの消費電力、待機時に１０μＷの消費電力を持っている。
【００６２】
このような場合、同図に示すように、１秒に１回程度の受信動作（受信動作比率０．１％）と、１０分間に１００ｍｓ程度の送信動作（送信動作比率１／６０００程度（平均して１００ｍｓ／１０分））というタイミングにおいて無線通信部を動作させる。このタイミングに基づいて消費電力の計算を行なうと（３０ｍＷ×１／６０００（送信）＋１０ｍＷ×０．１％（受信）＋１０μＷ×９９．９％（スリープ時）＝２５μＷ）、市販の一般的なコイン型電池（呼び名ＣＲ２０２５）の容量において連続２．０年（＝３Ｖ×１５０ｍＡｈ／２５μＷ）動作が可能である。
【００６３】
すなわち、図１に示した構成の無線通信機能内蔵電池において、電池セル部分が通常の半分程度の大きさになったとしても１年は持つということになる。したがって、通常の時計のバックアップと通信が同時に実現できるというメリットがある。
【００６４】
また、図１や図４に示すように電池筐体がコイン型の形状を持つ場合には、通信用のアンテナ２の実現においても工夫が必要である。
【００６５】
コイン型電池は、一般に、筐体全面が電極の金属で覆われており、通常アンテナを内部に形成しても無線通信の効率は著しく低下する。そこで、本発明では、無線通信機能部のアンテナ２の形状として、図６に示すように筐体面に一定の大きさの切れ目（スロット）を形成し、筐体全面をアンテナとして活用するようにしてもよい。このようなアンテナ構造は、マイクロ波以上の周波数帯域において有効である。
【００６６】
あるいは、図７に示すように、筐体の外壁円周方向に沿って細溝状のコイルを形成し、それをアンテナとして活用することもできる。このようなアンテナ構造は、マイクロ波以下の周波数帯において有効である。
【００６７】
また、上記の説明では、電池１に内蔵された無線通信機能部が電池１に接続する電気機器１７との通信を行なう場合を示したが、勿論、電池単体での無線通信機能部の通信動作も可能である。後者の場合には、ＥＥＰＲＯＭ１４内に電池固有のＩＤを記録しておき、このＩＤを用いて相手方を識別する。そして、例えば電池１内に無線通信機能部位外に温度、湿度、圧力などのセンサを内蔵することにより、これらセンサで計測した情報を継続的に無線データ送信することができる。
【００６８】
［追補］
以上、特定の実施形態を参照しながら、本発明について詳解してきた。しかしながら、本発明の要旨を逸脱しない範囲で当業者が該実施形態の修正や代用を成し得ることは自明である。すなわち、例示という形態で本発明を開示してきたのであり、本明細書の記載内容を限定的に解釈するべきではない。本発明の要旨を判断するためには、冒頭に記載した特許請求の範囲の欄を参酌すべきである。
【００６９】
【発明の効果】
以上詳記したように、本発明によれば、駆動電源の供給以外の用途又は機能を兼ね備えた優れた電源装置を提供することができる。
【００７０】
本発明に係る電源装置は、コイン・バッテリや乾電池など、市場においてフォーム・ファクタがほぼ定まっている電池で構成され、その内部に無線通信ユニットを搭載している。
【００７１】
この無線通信ユニットは、電池内部の電池セルより電力の供給を受けるものとし、単独で電池外部の機器との無線通信が可能であるとともに、電池の電極を経由して電池を使用中の機器との通信も可能である。
【００７２】
また、無線通信ユニットで使用するアンテナは、電池の筐体に形成したり又は筐体に密着したりした構造とし、電池が本来持つフォーム・ファクタを阻害しない。
【００７３】
また、無線通信ユニットは超低電力動作を実現できるような動作タイミングで動作し、連続で１年以上の動作寿命を持つ。
【００７４】
また、この無線通信ユニットを内蔵した電池は、無線通信機能を持たない電池と相互に互換性を持つ。
【００７５】
本発明に係る電源装置は、電池単体として完結しているので、場所を選ばず電源も心配なく無線通信機能を確保することができる。
【００７６】
また、本発明に係る電源装置に各種センサを内蔵することにより、計測情報を継続的に送信して、リモート・センサを容易に実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態に係る無線機能内蔵電池の断面構成を模式的に示した図である。
【図２】本実施形態に係る無線機能内蔵電池のブロックダイアグラムを示した図である。
【図３】電気機器１７と電池１間のデータ伝送の経路について示した図である。
【図４】電池セルの他の構成例を示した図である。
【図５】電池内蔵の無線通信機能部における動作タイミング例を示した図である。
【図６】電池内蔵の無線通信機能部におけるアンテナの構成例を示した図である。
【図７】電池内蔵の無線通信機能部におけるアンテナの構成例を示した図である。
【符号の説明】
１…電池筐体本体
２…アンテナ，３…帯域フィルタ
４…低雑音アンプ，５…受信ミキサ
６…受信アンプ，７…復調器
８…ＣＯＤＥＣ／ＭＡＣ処理部
９…局部発信器，１０…送信アンプ
１１…送信ミキサ，１２…変調器
１３…ＣＰＵ，１４…ＥＥＰＲＯＭ
１５…第１の通信インターフェース
１６…電池セル
１７…電気機器本体，１８…電源バックアップ
１９…リアルタイムクロック
２０…第２の通信インターフェース
２１…接点
【図１】
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【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】
2004064348.tif 000008
【図７】
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