JP3289080B2 - 小型電気機器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は充電装置、電動歯ブラ
シあるいは電動工具の様な各種の小型電気機器であっ
て、特に電力を供給する電源本体と負荷を備えた機器本
体とを互いに着脱自在に構成するとともに、両者間で電
磁誘導結合を利用して電力を受け渡し可能とするものに
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来この種の小型電気機器は、機器本体
側に二次電池を備え、常時は電源本体側に機器本体をセ
ットして微小電流で二次電池の充電状態を持続しなが
ら、機器本体単独による短時間の負荷駆動に備えるもの
が一般的であった。したがって、電源本体に備えたイン
バータ回路の様な一次側発振部を常に駆動状態とする一
方、機器本体が長時間に亘って電源本体から取り外され
た時の省電力を専ら図る目的で、負荷の有無に対応させ
て一次側発振部の出力を制御することも行なわれてい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記構成
にあっては、電源本体側に備えた一次側発振部から出力
可能な電力を増大させた場合、機器本体に代えてクリッ
プの様な金属片を一次コイルに接近して配置しても、こ
の金属片を適正な負荷と誤認して過大な渦電流を流して
発熱させる虞れがあることが判った。

【０００４】本発明者等はかかる不都合に鑑みて考察を
行った結果、一次側発振部を常時駆動状態に維持する一
方、一次コイルを電源本体における本体ケースの周面か
ら磁気的に離間させた状態で収納することにより、本体
ケース周面における磁束密度を可及的に小さくしてお
き、機器本体を電源本体にセットするのと連動して、出
力コイルを通る磁路の磁気抵抗を減少させることによ
り、上記した不都合が一挙に解消することを知見した。

【０００５】本発明は上記した知見に基づいてなされた
ものであって、電源本体に接近して配置された異物を機
器本体と誤認する発熱事故を未然に防止できる小型電気
機器を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明にかかる小型電気
機器は、図１にその全体的な構成を概略的に示すよう
に、インバータ回路の様な一次側発振部１０を備えた電
源本体１２と、該一次側発振部１０の一次コイル１４と
電磁誘導結合される出力コイル１６を介して給電される
負荷１８を備えた機器本体２０とを、互いに着脱自在に
結合可能とている。

【０００７】更に上記した電源本体１２側の一次コイル
１４を、電源本体１２から機器本体２０を取り外し時に
本体ケース２２の外周面から磁気的に離間した位置に配
設する一方、電源本体１２に対する機器本体２０の装着
と連動して、出力コイル１６と一次コイル１４とを磁気
的に互いに接近可能とする手段２４を備えたことを特徴
とする。

【０００８】

【作用】上記した構成により、電源本体１２から機器本
体２０を切り離している間、一次コイル１４は本体ケー
ス２２から磁気的に離間した内部位置に配設されてい
る。したがって、本体ケース２２の周辺位置では、一次
コイル１４から出力される磁界１０７による磁束密度は
充分に小さく維持され、たとえ金属片の様な異物を本体
ケース２２上に置いても渦電流の発生は少ない。

【０００９】一方、電源本体１２に機器本体２０を正し
くセットすると、それに連動して一次コイル１４と出力
コイル１６の接近手段２４が働き、両コイル１４・１６
間を互いに磁気的に結合して、電源本体１２側から機器
本体２０内の負荷１８に対して所定の電力を供給するの
である。

【００１０】

【発明の効果】本発明は上記の如く、電源本体１２から
機器本体２０が取り外された際、本体ケース２２の外部
に漏れる磁界１０７を可及的に抑制する様に構成したの
で、電源本体１２に接近して配置された異物を機器本体
２０と誤認する発熱事故が未然に防止できる。

【００１１】

【実施例】以下本発明を二次電池の充電装置に実施した
一例を示すがこれに限らず、電動歯ブラシ、電動工具や
これらに使用される電源パックなど各種の小型電気機器
に対しても略同様に実施できることは勿論である。

【００１２】本発明を実施する充電装置は、図２〜図５
にその全体的な構成を示す如く、インバータ式の電源本
体１２と、該電源本体１２に対してその下端が着脱自在
に嵌まり、電源本体１２から電磁誘導結合を利用して送
られる充電電流を用いて内部の二次電池２６を充電可能
とする機器本体２０とから構成される。

【００１３】充電装置を構成する電気回路は、図５にそ
の構成を具体的に示す如く、電源本体１２の本体ケース
２２から外部に伸びる電源プラグ２８を介して入力され
た商用交流電源３０を、保護回路３２を介してインバー
タ回路３４に接続する。

【００１４】保護回路３２は、インバータ回路３４に対
する給電ラインと直列に接続された金属皮膜抵抗３６に
より大電流の入力を阻止する一方、並列に接続された過
電圧吸収素子３８によりサージ電圧の入力を防止する。
更に整流器４０により入力電圧を整流した後、温度ヒュ
ーズ４２によって過熱時におけるインバータ回路３４の
動作を強制的に停止可能とし、またコンデンサ４４によ
りインバータ回路３４側からのノイズの流出を阻止する
様にしている。

【００１５】インバータ回路３４は、スイッチング用ト
ランジスタ４６のコレクタ側に一次コイル１４を、エミ
ッタ側に保護用抵抗４８を各々介装するとともに、ベー
ス側に出力制御部５０と出力制限部５２とを備えてい
る。

【００１６】出力制御部５０は、抵抗５４、コンデンサ
５６および帰還コイル５８を直列接続したものであっ
て、抵抗５４およびコンデンサ５６の充放電時定数によ
りスイッチング用トランジスタ４６のオンオフ周期を例
えば４０ｋＨｚ程度に規制する一方、帰還コイル５８お
よびコンデンサ５６でスイッチング用トランジスタ４６
のオン時間を規制する様にしている。

【００１７】すなわち、抵抗５４を介してコンデンサ５
６が充電され、スイッチング用トランジスタ４６のベー
ス電圧が設定値を超えると、一次コイル１４にコレクタ
電流が流れ始め、かかるコレクタ電流の増加が帰還コイ
ル５８におけるトランジスタ４６をオンする方向への電
圧を発生させ、トランジスタ４６を急激にオンさせる。
トランジスタ４６のオン後、コンデンサ５６の充放電が
すすみ、ベース電流が減少することによって帰還コイル
５８から出力される電圧の方向が反転し、トランジスタ
４６のベース・エミッタ間に逆バイアスを加えてトラン
ジスタ４６を急激にオフする。上記したトランジスタ４
６のオンオフ動作を繰り返すことにより、インバータ回
路３４は所定周波数による自励発振を行う。

【００１８】なお、一次コイル１４と並列に接続された
コンデンサ６０は、トランジスタ４６のオフ時に発生す
る衝撃電圧を吸収するものである。またトランジスタ４
６のエミッタ側に介装された保護用抵抗４８は、コレク
タ電流の増大に対応してトランジスタ４６のエミッタ電
位を上昇させることによってトランジスタ４６のオフ時
期を規制し、過大な電流がトランジスタ４６に流入する
のを防止するものである。

【００１９】出力制限部５２は、前記した帰還コイル５
８と並列にコンデンサ６２を接続するとともに、該コン
デンサ６２と直列にツエナーダイオード６４を接続した
ものである。ここで、帰還コイル５８とコンデンサ６２
間には、スイッチング用トランジスタ４６のオフ期間に
限定して充電を可能とするダイオード６６を介装する一
方、ツエナーダイオード６４とコンデンサ６２間には、
トランジスタ４６のオン期間中にベース電圧によりオン
し、コンデンサ６２を放電可能な方向にダイオード６８
が各々介装されている。

【００２０】従って、トランジスタ４６のオフ期間中に
帰還コイル５８によって充電されるコンデンサ６２の充
電電圧は、一次コイル１４と出力コイル１６とで構成さ
れるインバータトランスのレギュレーション特性が悪い
ことに起因して、インバータ回路３４から取り出される
負荷電流が小さいほど大きくなり、この充電電圧がツエ
ナーダイオード６４に対してオンさせる方向にベース電
圧に加算して印加される。その結果、定常の充電中より
低いベース電圧でツエナーダイオード６４はオンし、ベ
ース電流を分流してトランジスタ４６のオン時間を短縮
し、機器本体２０が電源本体１２から取り外された無負
荷あるいは軽負荷時におけるインバータ回路３４の消費
電力を可及的に制限可能としている。

【００２１】上記の様にしてインバータ回路３４で発生
された商用周波数より充分に高い周波数の電力信号は、
一次コイル１４と電磁誘導結合された機器本体２０側の
出力コイル１６で充電電圧にまで降圧されたあと、ダイ
オード７０で半波分を選択的に二次電池２６に供給して
充電を行う。

【００２２】本発明は、上記した一次コイル１４と出力
コイル１６の結合機構、特に電源本体１２側の構成にそ
の特徴を有する。

【００２３】すなわち、図２および図３にその構成を具
体的に示す如く、上方が開口した中空の本体ケース２２
を当接面７４で閉じ、上端に開口７２を備えた受部７３
と閉じた収納室７５とを区画形成するとともに、収納室
７５の内部に上記した電源本体１２側の電気回路を収納
する。

【００２４】収納室７５の内部に備える一次コイル１４
は、コイルボビン７６に巻かれるとともに、その中心に
はフェライトの様な透磁率の高い強磁性体で形成したコ
ア７８を、コイルボビン７６から上方に所定長さだけ突
出させた状態で貫通して備える。

【００２５】一方、当接面７４の略中央から上方に向け
て、コア７８の直径より稍太い円筒状の係合突起８０を
設けるとともに、その係合突起８０内に、コア７８の上
端部分が下面側から嵌まる係合穴８２を形成している。

【００２６】コイルボビン７６は、その上下に備えた鍔
部８３・８３から左右方向に摺動駒８４を伸ばしてい
る。また本体ケース２２の内面８５上には、コイルボビ
ン７６の幅より稍広い間隔を設けて２本の摺動レール８
６・８６を垂直方向に向けて固定するとともに、コイル
ボビン７６の摺動駒８４を摺動レール８６内にはめ込む
ことにより、一次コイル１４はコイルボビン７６及びコ
ア７８と一体になって下記の移動機構８８により垂直上
下方向に揺動し、コア７８が係合穴８２に挿脱される様
に構成している。

【００２７】一次コイル１４の移動機構８８は、薄板状
の操作片９０における上端９１の部分を当接面７４に設
けた孔９２から出没自在とするとともに、下部９３と本
体ケース２２の下面９５間にバネ体９４を備えることに
より、操作片９０を上方に向けて付勢する。更に操作片
９０の下部９３とコア７８の下端９８とを、ばね性を有
するアーム１００を介して互いに枢支するとともに、そ
の中間部分を、本体ケース２２の内面８５上に備えた支
持部１０２で回動自在に枢支している。

【００２８】すなわちアーム１００は、その全体を薄板
状の細棒で形成するとともに、その一部に長手方向に向
けて透孔１を設けることにより、少なくともその一部に
撓み変形を生じるようにしている。更にその両端には各
々、支持部１０２の支持方向と並行に係合棒２・３を突
設形成する一方、コア７８の下端９８と操作片９０の下
部９３ととにそれぞれ、前記した係合棒２・３が嵌まっ
て左右方向に摺動可能とする長孔４・５を形成してい
る。

【００２９】機器本体２０側の本体ケース１０４は、断
面形状が電源本体１２側の本体ケース２２における開口
７２の部分と略等しい中空状であって、その下面側の当
接面１０６上に、電源本体１２の当接面７４に設けた係
合突起８０が嵌まる係合穴１０８を設けるとともに、本
体ケース１０４の内部にはその係合穴１０８と中心を一
致させて出力コイル１６のボビン１１０を固定し、更に
上面からモータなどの外部負荷１１２に対して二次電池
２６からの給電を可能とするプラグ１１４を伸ばしてい
る。

【００３０】したがって、図４に示す如く電源本体１２
の上面側開口７２に機器本体２０の下端を嵌めて押し込
むと、機器本体２０側の当接面１０６が操作片９０の上
端９１を押して下降させ、その下降がアーム１００によ
り一次コイル１４に対して上方への移行力となって伝達
される結果、コア７８の上端部分が係合穴８２に嵌ま
る。それと同時に、機器本体２０側の係合穴１０８に係
合突起８０が嵌まり、一次コイル１４と出力コイル１６
とが互いに磁気的に結合されるのである。

【００３１】その時、アーム１００の両端に備えた係合
棒２・３はそれぞれ、長孔４・５中を移行して各枢支点
９８・１０２・９３間の長さを調節するとともに、アー
ム自体のばね性によって多少湾曲し、コア７８を上方へ
向けて付勢している。

【００３２】なお移動機構８８は、上記の様なシーソー
式の機械的なものに限らず、スイッチ接点のオン動作と
連動して電磁式に移行させるなど、一次コイル１４を上
下方向に移行できるものであれば、適宜変更して実施で
きることは勿論である。

【００３３】また上記した実施例にあっては、コア７８
を一次コイル１４側にのみ備え、電源本体１２と機器本
体２０の結合時に出力コイル１６に一次コイル１４側の
コア７８が貫通する様に構成したがこれに限らず、出力
コイル１６側にも同様なコアを備えてもよい。インバー
タ回路３４の発振周波数を高めることにより、コアそれ
自体をなくすとともに、コイルをプリント状とすること
もでき、何れの場合においても、当接面７４・１０６を
平面状に形成できる。

【００３４】更に、上記の様に一次コイル１４をそのコ
ア７８とともに移行させるのに代えて、一次コイル１４
を固定した回路基板ごと移行させることもできる。

【００３５】また、電源本体１２に対する機器本体２０
の差し込み深さを変更可能とし、一次コイル１４と出力
コイル１６の接近距離を段階的に変更できる様に構成す
ることにより、電源本体１２側から機器本体２０側に供
給できる電力、したがって二次電池２６に対して供給さ
れる充電電流が段階的に変更できる。

【００３６】更にまた、インバータ回路３４の構成も自
励式のものに限らず、スイッチング用の発振器を別に備
えた他励式とするなど、適宜変更して実施できる。ま
た、一次側発振部１０としては、上記の様なインバータ
回路３４を利用するものに代えて、商用交流電源３０の
周波数をそのまま利用するものであってもよい。

【００３７】図６〜図１１は本発明の他の実施例であっ
て、（ａ）において電源本体１２と機器本体２０とを離
間した状態を、（ｂ）で結合した状態を各々示してい
る。

【００３８】図６の実施例にあっては、一次コイル１４
を本体ケース２２内に固定し、コア７８のみを上下方向
に移行させている。この例の様に、コア７８を一次コイ
ル１４から抜いた状態で維持すると、一次コイル１４の
周辺における磁界１０７それ自体が弱くなって都合が良
い。

【００３９】また図７の様にコア７８を機器本体２０側
から突出させて備え、空心状態の一次コイル１４に差し
込んで出力コイル１６を一次コイル１４と結合させるも
のであってもよい。この例では、一次コイル１４の中心
部分のみを、バネ体１１６で付勢された閉止体１１８で
上下方向に開閉自在に閉じる様にしているが、一次コイ
ル１４の周辺部分を、機器本体２０の電源本体１２側へ
の装着と連動して水平方向に開く磁気シールド板で閉じ
る様にしてもよい。

【００４０】更にまた図８の様に、電源本体１２の本体
ケース２２内で当接面７４から離間させた位置に一次コ
イル１４を固定するとともに、一次コイル１４と本体ケ
ース２２間の空隙１２０に対し、本体ケース２２の横方
向から出力コイル１６を本体ケースごと挿入する様にし
てもよい。

【００４１】図９の実施例にあっては、一次コイル１４
および出力コイル１６が共にコア７８・７８ａを備える
とともに、一次コイル１４は当接面７４から稍奥まった
位置に配置することにより、機器本体２０を電源本体１
２から離間時には、一次コイル１４から出力される磁界
１０７が本体ケース２２の外部に漏れない様にしてい
る。

【００４２】電力供給時には、図２の実施例に示すコア
７８の移動機構８８は、結合方向に平行移動させるのに
対し、この実施例では結合方向と直交する方向に移動さ
せられる様に構成しており、機器本体２０の当接面１０
６を電源本体１２側の当接面７４と一致させるのと連動
して、一次コイル１４と当接面７４の裏面間に補助コア
１２２が介装され、一次コイル１４と出力コイル１６の
両コア７８・７８ａが互いに接近される結果、両コイル
１４・１６が互いに磁気的に結合されるのである。

【００４３】また図１０の実施例にあっては、一次コイ
ル１４がその偏心位置１２４を中心として回動可能とす
るとともに、機器本体２０を電源本体１２から離間した
時には、そのコア７８を当接面７４と並行させて配置し
ている。したがって、常時は一次コイル１４は当接面７
４から離間した位置にあり、その発生磁界１０７は本体
ケース２２の外部に漏れることなく維持されるが、機器
本体２０の設置に連動して一次コイル１４は正常位置に
戻り、機器本体２０側に所定の電力を供給可能とするの
である。

【００４４】更に図１１の実施例にあっては、一次コイ
ル１４を当接面７４から本体ケース２２の内方へ離間さ
せて且つ中心軸を当接面７４と並行に位置させて本体ケ
ース２２内に固定するとともに、その一次コイル１４を
貫通するコア７８を、当接面７４上で充分に離間した位
置にまで伸ばす。したがって、常時はコア７８の両端１
２６・１２６間における磁気抵抗が大きく、一次コイル
１４から漏れる磁界１０７は専ら本体ケース２２内にお
ける一次コイル１４の周辺に集中して発生する。

【００４５】しかし、機器本体２０側の出力コイル１６
およびコア７８ａの構成を電源本体１２側の構成と略一
致させておくことにより、機器本体２０と電源本体１２
を当接面７４・１０６で一致させると、一次コイル１４
から出力コイル１６を通って戻る磁気抵抗の低い磁路１
２８が構成され、一次コイル１４側で発生された磁界は
有効に出力コイル１６と鎖交するのである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の基本的な構成を示す概略図である。

【図２】本発明を充電装置に実施した一例を示す一部を
破断した斜視図である。

【図３】図２の充電装置における中央縦断面図であっ
て、電源本体から機器本体を取り外した状態を示す。

【図４】図２の充電装置における中央縦断面図であっ
て、電源本体に対して機器本体を装着した状態を示す。

【図５】充電装置の電気的な構成を示す回路図である。

【図６】本発明の他の実施例を示す説明図であって、
（ａ）は電源本体から機器本体を取り外した状態を、
（ｂ）は組合せた状態を各々示す。

【図７】本発明の更に他の実施例を示す説明図であっ
て、（ａ）は電源本体から機器本体を取り外した状態
を、（ｂ）は組み合せた状態を各々示す。

【図８】本発明の更に他の実施例を示す説明図であっ
て、（ａ）は電源本体から機器本体を取り外した状態
を、（ｂ）は組み合せた状態を各々示す。

【図９】本発明の更に他の実施例を示す説明図であっ
て、（ａ）は電源本体から機器本体を取り外した状態
を、（ｂ）は組み合せた状態を各々示す。

【図１０】本発明の更に他の実施例を示す説明図であっ
て、（ａ）は電源本体から機器本体を取り外した状態
を、（ｂ）は組み合せた状態を各々示す。

【図１１】本発明の更に他の実施例を示す説明図であっ
て、（ａ）は電源本体から機器本体を取り外した状態
を、（ｂ）は組み合せた状態を各々示す。

【符号の説明】

１０ 一次側発振部 １２ 電源本体 １４ 一次コイル １６ 出力コイル １８ 負荷 ２０ 機器本体 ２２ 電源本体側の本体ケース ２４ 一次コイルと出力コイルの接近手段 ２６ 二次電池 ３０ 商用交流電源 ３４ インバータ回路 ５０ 出力制御部 ５２ 出力制限部 ７４ 電源本体側の当接面 ７８ コア ８８ 移動機構 １０４ 機器本体側の本体ケース １０６ 機器本体側の当接面 １０７ 磁界

フロントページの続き (72)発明者 山中 光夫 福岡県田川郡方城町大字伊方4680番地 九州日立マクセル株式会社内 (72)発明者 畠中 高則 福岡県田川郡方城町大字伊方4680番地 九州日立マクセル株式会社内 (72)発明者 坂田 栄二 福岡県田川郡方城町大字伊方4680番地 九州日立マクセル株式会社内 (56)参考文献 特開 平２−32721（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−137640（ＪＰ，Ａ) 実開 昭51−152625（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭48−21126（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02J 7/00 - 7/12 H02J 7/34 - 7/36 H01F 38/14

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一次側発振部（１０）を備えた電源本体
   （１２）と、該一次側発振部（１０）の一次コイル（１
   ４）と電磁誘導結合される出力コイル（１６）を介して
   給電される負荷（１８）を備えた機器本体（２０）と
   を、互いに着脱自在に結合可能とした小型電気機器であ
   って、 上記した電源本体（１２）側の一次コイル（１４）を、
   電源本体（１２）から機器本体（２０）を取り外し時に
   本体ケース（２２）の外周面から磁気的に離間させた状
   態で配設する一方、 電源本体（１２）に対する機器本体（２０）の装着と連
   動して、出力コイル（１６）と一次コイル（１４）とを
   磁気的に互いに接近可能とする手段（２４）を備えたこ
   とを特徴とする小型電気機器。
2. 【請求項２】上記した一次コイル（１４）と出力コイル
   （１６）の接近手段（２４）は、本体ケース（２２）内
   に備えた一次コイル（１４）を当接面（７４）に対して
   接近離間可能とする移動機構（８８）である請求項１記
   載の小型電気機器。