(57)【要約】【課題】外部の接続機器に対して安定した信頼性の高い急速充電が期待できる実用性に優れた電子機器を提供する。【解決手段】ＵＳＢコネクタ１１Ｃと、手回し式ダイナモ２３と、ダイナモの発電出力を整流し安定化させた手動電源を出力するダイナモ電源回路３１〜３３と、外部機器接続端子に接続された外部機器１に手動電源（Ｖｂ）を供給するＵＳＢ出力回路３８と、電池電源ＭＰにより動作し、ダイナモの発電開始状態を検知して、検知直後における外部機器接続端子の電源電圧を昇圧し規定電圧値に達した電位に保持するダイナモアシスト回路３６，３７とを具備する。【選択図】図２
2017156804.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源端子を有し、同端子の電圧値が規定された外部機器接続端子と、
手回し式ダイナモと、
前記ダイナモの発電出力を整流し安定化させた手動電源を出力するダイナモ電源回路と、
前記電源端子に前記手動電源を供給する電源供給回路と、
電池電源と、
前記電池電源により動作し、前記ダイナモの発電開始状態を検知して、電池電源検知直後における前記電源端子の電圧を前記電池電源を用いて昇圧し前記規定電圧値に達した電位に保持するダイナモアシスト回路と、
を具備したことを特徴とする電子機器。
【請求項２】
前記電池電源は、一次電池または二次電池または前記各電池を組み合わせた複合電池の出力電源であり、
前記電源供給回路は、前記手動電源を前記電源端子に供給していないとき、前記手動電源を前記二次電池に充電用電源として供給するスイッチ回路を具備していることを特徴とする請求項１に記載の電子機器。
【請求項３】
実習教材として提供される電子機器であって、
負荷回路と、
前記負荷回路が接続される負荷接続部と、
前記負荷接続部に動作電源を供給する二次電池と、
電源端子を有し、同端子の電圧値が規定された外部機器接続端子と、
手回し式ダイナモと、
前記ダイナモの発電出力を整流し安定化させた手動電源を出力するダイナモ電源回路と、
前記手動電源を前記電源端子に供給するスイッチ回路と、
前記スイッチ回路が前記手動電源を前記電源端子に供給しているとき、前記ダイナモの発電開始状態を検知して、検知直後における前記電源端子の電圧を前記負荷接続部に供給された前記動作電源を用いて昇圧し、前記規定電圧値に達した電位に保持するダイナモアシスト回路と、
前記スイッチ回路が前記手動電源を前記電源端子に供給していないとき、前記手動電源を前記二次電池に充電用電源として供給する二次電池充電回路と、
を前記実習教材に含んだことを特徴とする電子機器。
【請求項４】
前記アシスト回路は、出力する電池電源の電圧値が前記規定された電圧値と同電位に設定され、前記ダイナモ電源回路は、出力する手動電源の電圧値が前記規定電圧値より高い電位に設定されて、前記電池電源と前記手動電源が出力電圧に電位差を有しており、
前記ダイナモ電源回路から出力された、前記規定電圧値より高く設定された前記手動電源と、前記アシスト回路から出力された前記規定電圧値と同電位の前記電池電源を順方向ダイオードオア接続により合成し前記電源端子に供給する外部機器電源出力回路を前記実習教材に含んだことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電子機器。
【請求項５】
前記外部機器接続端子を構成するＵＳＢコネクタと、前記負荷回路を構成するラジオ放送受信機を前記実習教材に含んだことを特徴とする請求項３または４に記載の電子機器。
【請求項６】
一次電池となる乾電池を保持する電池ホルダと、ソーラーパネルと、ＡＣアダプタの差込口とを前記実習教材に含むとともに、
前記手動電源と、前記ソーラーパネルから出力される光電変換電源と、前記ＡＣアダプタの差込口から出力される外部電源とを順方向ダイオードオア接続により合成し、前記二次電池充電回路に充電用電源として供給する電源合流回路を前記実習教材に含んだことを特徴とする請求項３乃至５のいずれか１項に記載の電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば中学校における電子技術分野の実習教材に適用して好適な電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子技術分野の学校用実習教材として、従来では、例えば、携帯型ラジオ、インターホン、センサ付電気スタンド等の電子教材キットが存在した。これらの電子教材において、手回し式のダイナモとＵＳＢコネクタとを備え、このダイナモの手回し発電によりスマートフォンやポータブルメディアプレーヤーなどの携帯機器への急速充電機能を可能にすることで、活用範囲が拡がり、災害などの緊急時に役立つ電子教材が提供できる。このダイナモの手回し発電による充電機能を検証したところ、機能や構成を異にするスマートフォンなど、充電対象となる機種によって、充電が開始されない場合や、手回し操作から充電が開始されるまでに大きなタイムラグが生じるなどの不具合が見受けられた。これらの事象は充電対象となる機器側の機能や設定規格などに依存する場合と、手回しハンドルの操作（低速回転や回転ムラなど）に依存する場合とがあり、いずれの場合も安定した信頼性の高い急速充電は期待できないという解決すべき課題を有していた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−０４２７６３号公報
【特許文献２】特開２０１３−１３４３４９号公報
【特許文献３】特開２０１０−１５３３７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は上記実情に鑑みなされたもので、災害などの緊急時や避難時においても外部の接続機器に対して安定した信頼性の高い急速充電が期待できる実用性に優れた電子機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】
【０００５】
本発明の実施形態に係る電子機器は、電源端子を有し、同端子の電圧値が規定された外部機器接続端子と、手回し式ダイナモと、前記ダイナモの発電出力を整流し安定化させた手動電源を出力するダイナモ電源回路と、前記電源端子に前記手動電源を供給する電源供給回路と、電池電源と、前記電池電源により動作し、前記ダイナモの発電開始状態を検知して、電池電源検知直後における前記電源端子の電圧を前記電池電源を用いて昇圧し前記規定電圧値に達した電位に保持するダイナモアシスト回路と、を具備したことを特徴とする。
【０００６】
また本発明の他の実施形態に係る電子機器は、実習教材として提供される電子機器であって、負荷回路と、前記負荷回路が接続される負荷接続部と、前記負荷接続部に動作電源を供給する二次電池と、電源端子を有し同端子の電圧値が規定された外部機器接続端子と、手回し式ダイナモと、前記ダイナモの発電出力を整流し安定化させた手動電源を出力するダイナモ電源回路と、前記手動電源を前記電源端子に供給するスイッチ回路と、前記スイッチ回路が前記手動電源を前記電源端子に供給しているとき、前記ダイナモの発電開始状態を検知して、検知直後における前記電源端子の電圧を前記負荷接続部に供給された前記動作電源を用いて昇圧し、前記規定電圧値に達した電位に保持するダイナモアシスト回路と、前記スイッチ回路が前記手動電源を前記電源端子に供給していないとき、前記手動電源を前記二次電池に充電用電源として供給する二次電池充電回路と、を前記実習教材に含んだことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、災害などの緊急時や避難時においても外部の接続機器に対して安定した信頼性の高い急速充電が期待できる実用性に優れた電子機器が提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施形態に係る電子機器の構成を示す一部を展開した斜視図。
【図２】上記実施形態に係る電子機器の回路構成を示す回路図。
【図３】上記実施形態に係る電子機器の動作を説明するための機能ブロック図。
【図４】上記実施形態に係る電子機器の動作を説明するための手回し発電による充電時の状態遷移図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下図面を参照して本発明の実施形態を説明する。ここでは、実習教材となる負荷回路にラジオ放送受信機と複合電源による電源回路を含んだ電子教材キットを例に示している。ラジオ放送受信機は筐体をキュービック形としたポータブル受信機を例に示している。電源回路は、ダイナモ発電と、一次電池（乾電池）および二次電池（リチウムイオン電池）でなる複合電池電源と、ＡＣアダプタ電源と、ソーラーパネル電源と、ＵＳＢポートの電源回路とを含んだ電源回路を例に示している。
【００１０】
本発明の実施形態に係る電子機器は、図１に示すように、筐体１０の前面部（フロントパネル）１０Ａに、受信ダイアル１２ａ、電源スイッチ１２ｂ、音量調節器１２ｃ、デジタルクロック１２ｄ、受信バンド切替スイッチ１２ｅ、ＬＥＤライトおよび同ライトの点滅スイッチ１２ｆ、および外部音源入力ジャック１２ｇを備え、筐体１０の上面部１０Ｂに、ソーラーパネル１１Ａ、ＡＣアダプタジャック１１Ｂ、ＵＳＢコネクタ１１Ｃ、手動電源切替スイッチ１１Ｄ、取っ手１４、およびロッドアンテナ１５を備え、背面部（リアパネル）１０Ｃに、ダイナモ（図２符号２３参照）の手回しハンドル２３ａおよび同ハンドルの摘み収納部Ｈを備え、側面部１０Ｄ，１０Ｅにスピーカを備えて構成される。これら筐体１０に露出して設けられた部品は一部を除き同キットを組み立てる技術習得者（生徒）により実装される。
【００１１】
外部機器接続端子を構成するＵＳＢコネクタ１１Ｃには、ＵＳＢケーブル２を介して、充電対象機器となる外部機器１が任意に接続可能である。この外部機器１には、例えば外部から供給される電源の許容電圧値が狭い範囲に設定されたスマートフォンやポータブルメディアプレーヤーなどのＵＳＢコネクタを備えた携帯機器（ＵＳＢ機器）が含まれる。
【００１２】
ＡＣアダプタジャック１１Ｂには、この電子教材キットに含まれないＡＣアダプタの出力電源が必要に応じて供給される。
【００１３】
受信ダイアル１２ａと音量調節器１２ｃと受信バンド切替スイッチ１２ｅと外部音源入力ジャック１２ｇはそれぞれ負荷回路となるラジオ放送受信機の構成要素をなす実装部品である。
【００１４】
上記筐体１０の内部には、負荷回路となるラジオ放送受信機の回路基板、オーディオスピーカー、図２に示す、一次電池２１となる乾電池の電池ホルダ、二次電池２２となるリチウムイオン電池、および手回し式ダイナモ２３と、図２に示す電源回路を構成する電子回路部品を実装した回路基板が収納される。ラジオ放送受信機の図示しない回路基板および図２に示す電源回路を構成する回路基板の部品実装も一部の部品を除き技術習得者の半田付け作業などにより実装される。
【００１５】
上記した電源回路を構成する回路基板の回路構成を図２に示し、同回路の機能構成を図３に示し、手回し式ダイナモ２３の手回し発電による充電時の状態遷移図を図４（ａ），（ｂ）に示している。
【００１６】
この電源回路は、電池電源回路３０と、ダイナモ整流回路３１と、安定化回路３２と、スイッチ回路３３と、電源合流回路３４と、チャージ回路３５と、電源制御回路３６と、昇圧回路３７と、ＵＳＢ出力回路３８とを具備して構成される。
【００１７】
電池電源回路３０は、ダイオードＤ１１，Ｄ１２を具備して構成され、一次電池（乾電池）２１の電池電源と二次電池（リチウムイオン電池）２２の電池電源とをダイオードＤ１１，Ｄ１２により順方向にダイオードオア接続して複合電池電源（ＭＰ）を出力し、この複合電池電源（ＭＰ）を負荷回路接続端子ＣＮ５の電源端子Ｃ１に負荷回路の動作電源として供給する。
【００１８】
ダイナモ整流回路３１は、整流用ダイオードＤ１〜Ｄ６を具備して構成され、手回し式ダイナモ２３で発電した三相交流電源を整流しダイナモ発電電源（Ｐａ）を出力する。
【００１９】
安定化回路３２は、電圧レギュレータＩＣ（ＩＣ１）と電解コンデンサＣ１，Ｃ２とダイオードＤ１，Ｄ１７とを具備して構成され、ダイナモ整流回路３１から出力されたダイナモ発電電源（Ｐａ）を平滑し安定化した直流電源を手動電源（Ｖｂ）として出力する。この安定化回路３２から出力される手動電源（Ｖｂ）は、昇圧回路３７より出力されるアシスト用電池電源（Ｖａ）の電圧値（例：５ｖ）より若干高い電圧値（例：５．４ｖ）に設定される。
【００２０】
スイッチ回路３３は、安定化回路３２から出力された手動電源（Ｖｂ）の供給路を電源合流回路３４への供給側（二次電池充電側：LIPO）、またはＵＳＢ出力回路３８への供給側（ＵＳＢ出力側：USB）に切り替える切替接点を有し、手動電源切替スイッチ（スイッチノブ）１１Ｄにより切替操作される。このスイッチ回路３３は、上記した安定化回路３２およびダイナモ整流回路３１とともにダイナモ電源回路を構成している。
【００２１】
電源合流回路３４は、ダイオードＤ８〜Ｄ１０を具備して構成され、ソーラーパネル１１Ａの発電出力と、ＡＣアダプタからＡＣアダプタジャック１１Ｂに供給されたＡＣアダプタ電源と、スイッチ回路３３から出力されたダイナモ発電による手動電源とを合成し、二次電池充電用電源を出力する。
【００２２】
チャージ回路３５は、電圧レギュレータＩＣ（ＩＣ２）とコンデンサＣ６と抵抗器Ｒ１５とを具備して構成され、電源合流回路３４から出力された二次電池充電用電源をもとに、二次電池（リチウムイオン電池）２２を充電制御する。
【００２３】
電源制御回路３６は、トランジスタＴＲ１〜ＴＲ３と抵抗器Ｒ６〜Ｒ９と電解コンデンサＣ３とを具備して構成され、トランジスタＴＲ１，ＴＲ２を電子スイッチとし、トランジスタＴＲ３を電子スイッチのトリガ用スイッチ素子として、ダイナモ２３の手回しハンドル２３ａ操作による発電開始状態（図４（ｂ）に示す符号Ｖｔ参照）を検出し、電子スイッチとなるトランジスタＴＲ２をスイッチオンして、負荷回路の動作電源となる複合電池電源を出力する。
【００２４】
昇圧回路３７は、チョークコイルＬ１とＤＣ−ＤＣコンバータＩＣと電解コンデンサＣ４とダイオードＤ１３とを具備して構成され、電源制御回路３６から出力された複合電池電源をもとに規定された電圧値のアシスト用電池電源（Ｖａ）を生成し出力する。この昇圧回路３７は上記電源制御回路３６とともにダイナモアシスト回路を構成している。
【００２５】
ＵＳＢ出力回路３８は、ダイオードＤ１４，Ｄ１５と抵抗器Ｒ１１〜Ｒ１４と具備して構成され、昇圧回路３７から出力されたアシスト用電池電源（Ｖａ）と、ダイナモ電源回路の構成要素に含まれるスイッチ回路３３から出力された手動電源（Ｖｂ）をダイオードＤ１４，Ｄ５により順方向にダイオードオア接続してＵＳＢコネクタ１１Ｃの電源端子Ｔ１にＵＳＢ電源（ＵＳＢ−out）を出力する。
【００２６】
このＵＳＢコネクタ１１Ｃに接続された外部機器１におけるＵＳＢ電源（ＵＳＢ−out）の充電動作を図３および図４を参照して説明する。図４（ａ）は手回し式ダイナモ２３の発電出力を、縦軸を電圧、横軸を時間として示し、同図（ｂ）はダイナモ２３の発電時におけるＵＳＢ電源（ＵＳＢ−out）のアシスト状態を示している。図４（ｂ）において、Ｖｔはダイナモ発電の開始を検知するために予め定めたアシスト設定電圧であり、ここではＶｔ＝０．７Ｖに設定されている。Ａｓはダイナモ発電出力が安定しない出力不足部分をアシスト用電池電源（Ｖａ）で補償するアシスト期間である。
【００２７】
手回し式ダイナモ２３の手回しハンドル２３ａが回転し始めると、その回転初期において、ダイナモ発電電源（Ｐａ）の電圧がアシスト設定電圧（Ｖｔ＝０．７Ｖ）に達し、手回し式ダイナモ２３の発電開始状態が検知される。この検知により電源制御回路３６のトランジスタＴＲ２がスイッチオンして、電池電源回路３０から出力された複合電池電源（ＭＰ）が昇圧回路３７に供給され、昇圧回路３７からアシスト用電池電源（Ｖａ＝５Ｖ）が出力される。このアシスト用電池電源（Ｖａ）がＵＳＢコネクタ１１Ｃの電源端子Ｔ１に供給され、ＵＳＢ電源（ＵＳＢ−out）がダイナモ発電の開始に伴い瞬時にＵＳＢの規定電圧（５Ｖ）に達する。この電圧アシストによりＵＳＢコネクタ１１Ｃに接続された外部機器１は即時に充電を開始する。
【００２８】
手回し式ダイナモ２３の手回しハンドル２３ａが安定した正常回転状態になると、安定化回路３２から手動電源（Ｖｂ＝５．４ｖ）が出力され、この手動電源（Ｖｂ）がスイッチ回路３３を介してＵＳＢコネクタ１１Ｃの電源端子Ｔ１に供給される。この手動電源（Ｖｂ）の供給時においては、手動電源（Ｖｂ）がアシスト用電池電源（Ｖａ）より高い［Ｖａ＜Ｖｂ］であることから、アシスト用電池電源（Ｖａ）の電力消費はなくなり、手動電源（Ｖｂ）のみによりＵＳＢ電源（ＵＳＢ−out）が供給される。
【００２９】
手回し式ダイナモ２３の手回しハンドル２３ａが低速回転状態になり［Ｖａ＞Ｖｂ］の状態になると、再びアシスト用電池電源（Ｖａ）の供給によるＵＳＢ電源（ＵＳＢ−out）のアシスト期間（Ａｓ）に入る。
【００３０】
このようにして、手回し式ダイナモ発電によるＵＳＢ機器の充電機構において、アシスト用電池電源（Ｖａ）の供給によるＵＳＢ電源（ＵＳＢ−out）の電源アシスト（ダイナモ発電補償）が行われることにより、ＵＳＢコネクタ１１Ｃに接続された、スマートフォンやポータブルメディアプレーヤーなどの携帯形外部機器（ＵＳＢ機器）１の急速充電が可能となり、かつＵＳＢコネクタ１１Ｃに接続された外部機器１が、充電電圧が瞬時に５Ｖに達する充電電圧の立ち上り条件設定や、充電電圧変動の許容度を狭くした条件設定があっても、これらの外部機器１に対して上記同様の電源アシスト（ダイナモ発電補償）による急速充電が可能である。これにより、災害などの緊急時や避難時においても機種やメーカーを特定しない、より広範なＵＳＢ機器を対象とした信頼性の高い急速充電が期待できる
なお、上記実施形態においては、ラジオ放送受信機を負荷回路に含んだ電子機器を例に挙げたが、これに限らず、他の負荷回路を有した構成においても本発明が適用可能であり、また電池の種類、回路構成、回路構成要素なども上記実施形態に限るものでなく、要は本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形、変更が可能である。
【符号の説明】
【００３１】
１０…筐体、１１Ｃ…ＵＳＢコネクタ、２１…一次電池（乾電池）、２２…二次電池（リチウムイオン電池）、２３…手回し式ダイナモ、２３ａ…手回しハンドル、３０…電池電源回路、３１…ダイナモ整流回路、３２…安定化回路、３３…スイッチ回路、３４…電源合流回路、３５…チャージ回路、３６…電源制御回路、３７…昇圧回路、３８…ＵＳＢ出力回路、ＣＮ５…負荷回路接続端子。
【図１】
2017156804.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2017156804.tif 000006