JP2004007852A

JP2004007852A - コードレス機器システム

Info

Publication number: JP2004007852A
Application number: JP2002137773A
Authority: JP
Inventors: Ken Takara; 高良　憲; Naofumi Mushiaki; 虫明　直文; Akira Matsubara; 松原　朗; Toyota Ikeuchi; 池内　豊太
Original assignee: SANBURIJJI KK
Current assignee: SANBURIJJI KK
Priority date: 2002-05-13
Filing date: 2002-05-13
Publication date: 2004-01-08
Anticipated expiration: 2022-05-13
Also published as: JP3484609B1

Abstract

【課題】急速充電ができるコードレス機器システムを提供する。
【解決手段】充電器１０に着脱可能なコードレス機器２０を充電器１０に装着して充電する。充電器１０に含まれる直流電源により充電可能な第１の蓄電部１２と、直流電源により充電可能かつ第１の蓄電部１２に充電可能な第２の蓄電部１２′と、第１の蓄電部１２および第２の蓄電部１２′の充放電を制御する第１の充放電制御回路１３と、コードレス機器に含まれる第３の蓄電部２１と、第３の蓄電部２１の充放電を制御する第２の充放電制御回路２２とを有する。コードレス機器の装着時、少なくとも第１の蓄電部１２から第３の蓄電部２１に充電する。
【選択図】　　　　図４

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、充電器に着脱可能なコードレス機器をこの充電器に装着して充電するようにしたコードレス機器システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、コードレス機器の中で、電池を内蔵してコードレス化を図ったものが急増している。内蔵する電池は、乾電池などの使い捨ての一次電池や、繰り返し使用が可能な二次電池が多く使用されている。しかし、一次電池は電気が消耗した場合に交換する手間と、買替えの手間に時間を必要とする。また、消耗した電池の廃棄の問題がある。そのため業務用の懐中電灯のような機器では、電池の費用と保守費用のコストがかかる。
【０００３】
また、二次電池は、すぐに使用したいときに電気が無くなっている場合には、二次電池の化学反応を利用する特性から、比較的低い電流で長時間充電する必要があり、充電中は機器が使用できなかった。また二次電池は、一次電池では行なうことができない充放電を繰り返しできるが、それには限度があり、寿命がきたら交換の必要がある。この場合、上述の一次電池と同様の問題が発生する。
【０００４】
そこで、電気二重層コンデンサの大電流充放電の特徴を生かして、二次電池の代わりに電気二重層コンデンサを利用することが考えられている。電気二重層コンデンサは、電極と電解液を接触させた時にできる電気二重層に正負の電荷を相対させて蓄積する構造である。このため電池のような化学反応を伴わないことから急速な充放電が可能となる。しかし、電気二重層コンデンサは、二次電池と比較して体積当りの容量が小さく、使用時間や用途に大きな制約を受けている。
【０００５】
従来の電気二重層コンデンサを使用した機器の構成において、たとえば充電器により電気二重層コンデンサを有する機器に充電される。その充電器は、交流電源で動作する。現状では、電気二重層コンデンサを電源とする機器は、従来の二次電池と比較して同じ容量の場合には、電気二重層コンデンサの体積が大きくなっても搭載できる電気自動車が試作されている。
【０００６】
逆に容量が小さく、二次電池では容量が大きすぎる場合には、コンピュータの半導体記憶装置のバックアップ用の電源などに適用されている。しかし、二次電池と比較して体積当りの容量が小さい電気二重層コンデンサの使用は、小型のコードレス機器などの用途においては、従来の二次電池を電気二重層コンデンサに置き換えることは未だできていないのが現状である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は以上の点に鑑み、有効かつ効果的に急速充電を行ない得るコードレス機器システムを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明のコードレス機器システムは、充電器に着脱可能なコードレス機器をこの充電器に装着して充電するようにしたコードレス機器システムであって、充電器に含まれる直流電源により充電可能な第１の蓄電部と、直流電源により充電可能かつ第１の蓄電部に充電可能な第２の蓄電部と、第１の蓄電部および第２の蓄電部の充放電を制御する第１の充放電制御回路と、コードレス機器に含まれる第３の蓄電部と、この第３の蓄電部の充放電を制御する第２の充放電制御回路とを有し、コードレス機器の装着時、少なくとも第１の蓄電部から第３の蓄電部に充電するようにしたことを特徴とする。
【０００９】
本発明のコードレス機器システムにおいて、好ましくは、前記第１の蓄電部および前記第３の蓄電部は、電気二重層コンデンサまたは電気化学キャパシタにより構成される。
【００１０】
本発明のコードレス機器システムにおいて、前記第２の蓄電部は、好ましくは、充放電可能な電池により構成される。
また、本発明のコードレス機器システムにおいて、前記第２の蓄電部は、前記直流電源により充電可能である。
【００１１】
本発明のコードレス機器システムにおいて、前記第３の蓄電部は、好ましくは、前記第１の蓄電部または前記直流電源により充電可能である。
【００１２】
本発明のコードレス機器システムにおいて、前記第１の蓄電部の充電出力に応じて、前記第３の蓄電部に対する充電経路を前記第１の蓄電部または前記直流電源に切り替えるようにすることができる。
【００１３】
本発明のコードレス機器システムにおいて、前記第２の充放電制御回路は、好ましくは、前記コードレス機器または前記充電器に含まれる。
【００１４】
また、本発明のコードレス機器システムにおいて、前記第１の蓄電部は、好ましくは、前記直流電源に複数並列接続される。
【００１５】
本発明によれば、充電器に内蔵した直流電源により、予め第１の蓄電部および第２の蓄電部を充電状態にしておき、コードレス機器を接続したときに、まず充電器の第１の蓄電部からコードレス機器の蓄電部に充電される。このとき第１の蓄電部の放電した電気を第２の蓄電部から直ちに補うように、第２の蓄電部から第１の蓄電部に充電を行なう。この結果、第１の蓄電部の電圧降下がなく、第１の蓄電部および第３の蓄電部間の電圧が近づくことはなく、一定の電位差が確保される。したがって、第１の蓄電部から第３の蓄電部へ急速充電を行なうことが可能になる。
【００１６】
なお、この時点で第３の蓄電部が定格電圧に達していない場合は、回路を直流電源からの供給に切り替えて、定格電圧に達するまで、直流電源からの電源により充電し、充電を完了することも可能である。本発明では第１の蓄電部の電圧降下がなく、第１の蓄電部および第３の蓄電部間の電圧が近づくことはなく、一定の電位差が確保され、第１の蓄電部から第３の蓄電部へ急速充電を行なうことで各種コードレス機器の急速充電に有効に適用可能となる。
【００１７】
また、第３の蓄電部の充放電制御回路は、充電器側ではなくコードレス機器側に配置が可能である。本発明の充電器の第１の蓄電部を、電気二重層コンデンサまたは電気化学キャパシタで構成すれば、充電器の蓄電部も急速充電することも可能である。また、充電器の第１の蓄電部は、直流電源に複数並列接続されることで、大電流の供給が可能となり直ちに満充電にすることができる。また、切替え使用が可能であり、コードレス機器が接続されたときに順次切り替えることにより、直ちに満充電にすることができる。したがって、つねに急速充電が可能になるコードレス機器システムを実現することができる。
また、第２の蓄電部は第１の蓄電部の電気が放電したとき、瞬時に電気を供給する機能を有する。これにより、第１の蓄電部が常時必要な電圧を確保することができ、充電速度つねに一定以上に維持することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面により詳細に説明する。
図１は本発明を適用したコードレス機器システムの具体的な構成例を示している。この実施形態では、コードレス機器として、充電器１０に着脱可能な誘導棒２０を有し、誘導棒２０を充電器１０に装着して充電するように構成される。
【００１９】
図２は充電器１０の構成例を示している。充電器１０は、家庭用電源等から給電されて直流電流を生成する直流電源１１と、この直流電源１１により充電可能な蓄電部（第１の蓄電部）１２および第２の蓄電部１２′と、これらの蓄電部１２および１２′の充放電を制御する充放電制御回路（第１の充放電制御回路）１３とを含んでいる。これらは匡体１４内に配置され、直流電源１１には端子１５から給電される。また、匡体１４の上部には誘導棒２０の着脱に応じて接続する充電端子１６が配設される。
【００２０】
図３は誘導棒２０の構成例を示している。誘導棒２０は棒状を呈し、蓄電部（第３の蓄電部）２１と、この蓄電部２１の充放電を制御する充放電制御回路（第２の充放電制御回路）２２とを含んでいる。発光部２３内部にはリテーナ２４により複数の光源（ＬＥＤ）２５が列設されている。ＬＥＤ２５は、スイッチ２６の操作で点消灯するようになっている。誘導棒２０の下部には、充電器１０への着脱に応じて接続する充電端子２７が配設される。
【００２１】
ここで、図４は充電器１０および誘導棒２０を含むコードレス機器システムの構成を示している。誘導棒２０の第３の蓄電部２１は電気化学キャパシタにより構成される。ここで使用する電気化学キャパシタは、擬似容量キャパシタとも呼ばれ、白金系元素であるＲｕ（ルテニウム）やＩｒ（イリジウム）の酸化物であるＲｕＯ_２やＩｒＯ_２を電極として酸化還元反応による擬似容量を利用したキャパシタである。容量としては、単位体積あたり電気二重層コンデンサの２倍以上のものが既に実用化されている。大電流の充放電能力は、電気二重層コンデンサに匹敵するものである。
【００２２】
この例では、第３の蓄電部２１において電気化学キャパシタは、電圧２．３Ｖ−１２０Ｆを２本並列接続した。充電器１０において、直流電源１１は１２Ｖ，２Ａ、また第１の蓄電部１２の電気二重層コンデンサは、２．３Ｖ−６０Ｆを５個直列接続したものを単位として、これをさらに２並列接続にした（以下、このような直列並列接続を、簡略して５直列２並列と呼ぶ）１１．５Ｖ−２４Ｆである。また第２の蓄電部１２′のニッケル水素電池は、１．２Ｖ−１６００ｍＡｈを４並列４．８Ｖ−１６００ｍＡｈで使用する。
【００２３】
第１の充放電制御回路１３および第２の充放電制御回路２２はそれぞれ、蓄電部１２あるいは蓄電部２１に充電する際、所定電圧（定格電圧）以上にならないように制御し（過電圧制御機能）、また第１の蓄電部１２あるいは第３の蓄電部２１から放電する際、所定電圧を保持するように制御する（定電圧制御機能）。
【００２４】
上記構成において、充電器１０の第１の蓄電部１２および第２の蓄電部１２′は、直流電源１１により予め充電しておく。誘導棒２０を充電器１０に装着することで、充電端子１６および充電端子２７が接続し、まず充電器１０の蓄電部１２に蓄電されている電気が、誘導棒２０の第３の蓄電部２１に急速充電される。そして、この直後から第１の蓄電部１２に対して第２の蓄電部１２′から充電が行なわれる。この実施形態では蓄電部２１は時間１５秒で満充電状態となり、その後３時間使用可能であった。
【００２５】
充電器１０の第１の蓄電部１２による充電の際、第３の蓄電部２１が定格電圧に達しない場合は、スイッチ１７により充電回路を、直流電源１１による充電に切り替える。そして定格電圧になるまで直流電源１１により第３の蓄電部２１に給電し、充電を完了する。この場合、充電器１０の第１の蓄電部１２による充電から直流電源１１による充電への切替えタイミングは、第１の蓄電部１２の電流値が直流電源１１の定格電流値を下回る直前が好適である。
【００２６】
上記の場合、充電器１０の第１の蓄電部１２としては、電気二重層コンデンサ（あるいは電気化学キャパシタ）のみで、コードレス機器側の第３の蓄電部２１を充電しようとすれば、大容量の電気二重層コンデンサ（電気化学キャパシタ）が必要となり、充電器１０が大型化してしまい、コストアップになってしまう場合もある。一方、反対に電気二重層コンデンサ（電気化学キャパシタ）の容量を小さくする場合、コードレス機器側の蓄電部２１を充電しようとすれば、大容量の直流電源１１が必要となる。第１の蓄電部１２および直流電源１１を大型化させないことを目的として、第２の蓄電部１２′が極めて有効である。したがって、蓄電部１２の容量および蓄電部１２′の容量、直流電源１１の容量は充電条件により、適切な構成となるようにする。
【００２７】
また、コードレス機器側の蓄電部２１と充電器１０の蓄電部１２の比較としては、電圧は充電器１０の蓄電部１２の電圧がより高いことが好ましい。電圧の差が大きいほど、電気の移動速度が速くなる。容量としては、充電器１０の蓄電部１２の容量がより高いことが好ましいが、直流電源１１による追加充電が可能であるため極端に小さくなければ問題ない。
【００２８】
直流電源１１と充電器１０内蔵の第１の蓄電部１２および第２の蓄電部１２′との比較としては、直流電源１１の電圧は蓄電部１２および蓄電部１２′の充電電圧以上が好ましい。その電流値は、好ましくは１Ａから１０Ａ、より好ましくは１．５Ａから６Ａである。電流値が１Ａより小さい場合は、充電器１０内蔵の蓄電部１２やコードレス機器側の蓄電部２１への充電時間が長くなってしまう。なお、６Ａより大きい場合、電源が大型になりコスト高となる。
【００２９】
（第２の実施形態）
つぎに、本発明の第２の実施形態を説明する。
図５は、この実施形態における充電器１０および誘導棒２０を含むコードレス機器システムの構成を示している。蓄電部２１において電気化学キャパシタは、電圧２．３Ｖ−１２０Ｆを２本並列接続した。充電器１０において直流電源１１は１２Ｖ，２Ａ、また第１の蓄電部１２の電気二重層コンデンサは、２．３Ｖ−２４Ｆを５直列４並列接続したもので、１１．５Ｖ−４８Ｆである。第２の蓄電部１２′のニッケル水素電池は、１．２Ｖ−１６００ｍＡｈを４直列接続したもので、４．８Ｖ−１６００ｍＡｈである。特にこの例では、充電器１０において第２の充放電制御回路１８が含まれる。
【００３０】
第２の実施形態において、充電器１０の第１の蓄電部１２および第２の蓄電部１２′は、直流電源１１により予め充電しておく。誘導棒２０を充電器１０に装着することで、充電端子１６および充電端子２７が接続し、まず充電器１０の蓄電部１２に蓄電されている電気が誘導棒２０の蓄電部２１に急速充電される。この直後から蓄電部１２に対して蓄電部１２′から充電が行なわれる。この実施形態では、蓄電部２１は、時間１５秒で満充電状態となり、その後３時間使用可能であった。
【００３１】
（第３の実施形態）
つぎに、本発明の第３の実施形態を説明する。
図６は、この実施形態における充電器１０および誘導棒２０を含むコードレス機器システムの構成を示している。第３の蓄電部２１において、電気化学キャパシタは電圧２．３Ｖ−１２０Ｆを２本並列接続した。充電器１０において直流電源１１は１２Ｖ，５Ａ、また第１の蓄電部１２の電気化学キャパシタは、２．３Ｖ−１２０Ｆを５直列２並列接続したもので、１１．５Ｖ−４８Ｆである。特にこの例では、充電器１０において蓄電部１２は、電気化学キャパシタにより構成される。
【００３２】
第３の実施形態において、充電器１０の第１の蓄電部１２および第２の蓄電部１２′は、直流電源１１により予め充電しておく。誘導棒２０を充電器１０に装着することで、充電端子１６および充電端子２７が接続し、まず充電器１０の第１の蓄電部１２に蓄電されている電気が、誘導棒２０の第３の蓄電部２１に急速充電される。この直後から第１の蓄電部１２に対して第２の蓄電部１２′から充電が行なわれる。この実施形態では第３の蓄電部２１は、時間１０秒で満充電状態となり、その後３時間使用可能であった。
【００３３】
（第４の実施形態）
つぎに、本発明の第４の実施形態を説明する。
図７はこの実施形態における充電器１０および誘導棒２０を含むコードレス機器システムの構成を示している。第３の蓄電部２１において、電気化学キャパシタは、電圧２．３Ｖ−１２０Ｆを２本並列接続した。充電器１０において直流電源１１は１２Ｖ，５Ａ、また第１の蓄電部１２の電気二重層コンデンサは、２．３Ｖ−６０Ｆを５直列３並列接続したもの１１．５Ｖ−３６Ｆを３ユニット並列接続する。特にこの例では、充電器１０において蓄電部１２は複数並列接続され、それぞれが切替えスイッチ１９で適宜切り替えられるように構成される。
【００３４】
第４の実施形態において、充電器１０の蓄電部１２および蓄電部１２′は、直流電源１１により予め充電しておく。誘導棒２０を充電器１０に装着することで、充電端子１６および充電端子２７が接続し、まず充電器１０の蓄電部１２に蓄電されている電気が、誘導棒２０の蓄電部２１に急速充電される。この直後から蓄電部１２に対して蓄電部１２′から充電が行なわれる。この実施形態では、蓄電部２１は、時間８秒で満充電状態となり、その後３時間使用可能であった。
【００３５】
ここで、本発明の変形例において、図８に示すように、第３の蓄電部２１において、電気二重層コンデンサは、電圧２．３Ｖ−１２０Ｆを２本並列接続した。充電器１０において直流電源１１は１２Ｖ，５Ａ、また第１の蓄電部１２の電気化学キャパシタは、２．３Ｖ−１２０Ｆを５直列２並列接続し、１１．５Ｖ−４８Ｆである。
【００３６】
この変形例において、充電器１０の蓄電部１２および蓄電部１２′は、直流電源１１により予め充電しておく。誘導棒２０を充電器１０に装着することで、充電端子１６および充電端子２７が接続し、まず充電器１０の蓄電部１２に蓄電されている電気が、誘導棒２０の蓄電部２１に急速充電される。この直後から蓄電部１２に対して第２の蓄電部１２′から充電が行なわれる。この実施形態では、蓄電部２１は、時間６秒で満充電状態となり、その後１．５時間使用可能であった。
【００３７】
さらに本発明の別の変形例において、蓄電部２１において電気二重層コンデンサは、電圧２．３Ｖ−６０Ｆを２本並列接続した。充電器１０において直流電源１１は１２Ｖ，５Ａ、また蓄電部１２の電気二重層コンデンサは、２．３Ｖ−６０Ｆを５直列４並列接続し、１１．５Ｖ−４８Ｆである。
【００３８】
この変形例において、充電器１０の蓄電部１２および蓄電部１２′は、直流電源１１により予め充電しておく。誘導棒２０を充電器１０に装着することで、充電端子１６および充電端子２７が接続し、まず充電器１０の蓄電部１２に蓄電されている電気が、誘導棒２０の蓄電部２１に急速充電される。この直後から第１の蓄電部１２に対して第２の蓄電部１２′から充電が行なわれる。この実施形態では、第３の蓄電部２１は、時間６秒で満充電状態となり、その後１．５時間使用可能であった。
【００３９】
本発明は上記実施形態にのみ限定されることなく、本発明の範囲内で種々の変形が可能であり、それらも本発明の範囲内に含まれることはいうまでもない。たとえば、上記実施形態で説明した電圧あるいは電流等の具体的数値等は、それらの好適なものを示すものであり、必要に応じて適宜変更等が可能である。また、上記実施形態では主として、コードレス機器として誘導棒を説明したが、本発明のコードレス機器システムは、電気シェーバー、電動歯ブラシ、小型クリーナーおよび電動ドリル等のコードレス機器の種類を問わず適用し得ることは勿論であり、上記実施形態と同様な作用効果を得ることができる。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、従来の二次電池の充電時間と比較して、急速充電が可能となり充電器の小型化、低コスト化が実現できる等の利点を有している。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態におけるコードレス機器システムの具体的な構成例を示す斜視図である。
【図２】本発明の実施形態における充電器の構成例を示す断面図である。
【図３】本発明の実施形態におけるコードレス機器としての誘導器の構成例を示す断面図である。
【図４】本発明の実施形態におけるコードレス機器システムの構成例を示すブロック図である。
【図５】本発明の第２の実施形態におけるコードレス機器システムの構成例を示すブロック図である。
【図６】本発明の第３の実施形態におけるコードレス機器システムの構成例を示すブロック図である。
【図７】本発明の第４の実施形態におけるコードレス機器システムの構成例を示すブロック図である。
【図８】本発明のコードレス機器システムの変形例における構成例を示すブロック図である。
【符号の説明】
１０　　充電器
１１　　直流電源
１２　　第１の蓄電部
１２′　第２の蓄電部
１３　　第１の充放電制御回路
１４　　匡体
１５　　端子
１６　　充電端子
２０　　誘導棒
２１　　第３の蓄電部
２２　　第２の充放電制御回路
２３　　発光部
２５　　ＬＥＤ
２７　　充電端子

Claims

充電器に着脱可能なコードレス機器を該充電器に装着して充電するようにしたコードレス機器システムであって、
上記充電器に含まれる直流電源により充電可能な第１の蓄電部と、上記直流電源により充電可能かつ上記第１の蓄電部に充電可能な第２の蓄電部と、上記第１の蓄電部および上記第２の蓄電部の充放電を制御する第１の充放電制御回路と、上記コードレス機器に含まれる第３の蓄電部と、この第３の蓄電部の充放電を制御する第２の充放電制御回路とを有し、
上記コードレス機器の装着時、少なくとも上記第１の蓄電部から上記第３の蓄電部に充電するようにしたことを特徴とするコードレス機器システム。
前記第１の蓄電部および前記第３の蓄電部は、電気二重層コンデンサまたは電気化学キャパシタにより構成されることを特徴とする、請求項１に記載のコードレス機器システム。
前記第２の蓄電部は、充放電可能な電池により構成されることを特徴とする、請求項１または２に記載のコードレス機器システム。
前記第２の蓄電部は、前記直流電源により充電可能であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載のコードレス機器システム。
前記第３の蓄電部は、前記第１の蓄電部または前記直流電源により充電可能であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載のコードレス機器システム。
前記第１の蓄電部の充電出力に応じて、前記第３の蓄電部に対する充電経路を前記第１の蓄電部または前記直流電源に切り替えることを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載のコードレス機器システム。
前記第２の充放電制御回路は、前記コードレス機器または前記充電器に含まれることを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載のコードレス機器システム。
前記第１の蓄電部は、前記直流電源に複数並列接続されることを特徴とする、請求項１〜７のいずれかに記載のコードレス機器システム。