JPH05505507A

JPH05505507A - 容量性電源

Info

Publication number: JPH05505507A
Application number: JP91517198A
Authority: JP
Inventors: メトロカ，マイケル・ピー; ハックバート，ローランド・アール
Original assignee: モトローラ・インコーポレイテッド
Priority date: 1990-10-12
Filing date: 1991-09-24
Publication date: 1993-08-12
Also published as: GB2255231A; GB2255231B; GB9212300D0; CA2070178C; CA2070178A1; DE4192542T; HK67197A; GB2255231A8; WO1992007371A1; US5121288A

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】容量性電源関連の申請に対する相互参照本申請は、１９９０年１０月１２日に、Ｍｉｃｈａｅｌ　Ｐ。

Ｍ　ｅ　ｔ　ｒ　ｏ　ｋ　ａおよびＲｏｌｌａｎｄ　Ｒ，Ｈａｃｋｂａｒｔにより出願された、第５９６，２５３号「容量性電源」を一部継承したものである。

背景技術本発明は、一般的に電源に関する。さらに詳しくは、携帯式無線電話などの負荷素子に動力を供給する携帯式の容量性電源に関する。

携帯式電源は、多くのさまざまな電気器具に動力を供給するために利用される。

多くの場合、このような携帯式電源を用いて電気器具に動力を供給することは、電気器具を恒久電源の近くに置いて、そこから動力を供給することができない場合に必要なことである。また別の場合では、携帯式電源を用いて電気器具に動力を供給することにより、電気器具の携帯性が高まるという利点がある。携帯式電源は電気器具のすぐ近くに置いても、電気器具と共に運搬しても、あるいはその中に入れてもよい。電気器具を恒久電源のすぐ近くに置かなくとも電気器具の動作が可能であり、電気器具を恒久電源に接続する電源ケーブルも必要ではない。

従来、携帯式電源は、電気化学材料によって構成される。

エネルギは、化学エネルギの形で電気化学材料内に蓄積され、電気化学材料の反応によって起こる化学エネルギの電気エネルギへの変換により、電気器具に動力を供給するための電力が発生する。

このような従来の携帯式電源は、バッテリと総称され、入手のしやすさ２便宜性および初期の購入価格のために広く普及している。しかしバッテリは、（他の携帯式電源にも当てはまるように）エネルギの蓄積容量が制約される。

バッテリを電気器具に結合させて、電気器具に動力を供給するために利用すると、バッテリ内にある蓄積エネルギが電気エネルギに変換されて、そこから放電される。

長期間使用すると、バッテリの蓄積されたエネルギの放電により、残りの蓄積エネルギのバッテリを枯渇させる。

一定のレベル以下までバッテリの蓄積エネルギが枯渇されると、電気器具の動作を続行するためにはバッテリの交換が必要になる。バッテリを交換しなければならない頻度は、もちろん、バッテリの容量（すなわちバッテリ内に蓄えられるエネルギの量）、電気器具を動作させるために必要なエネルギおよび電気器具が動作される頻度に依存する。

ニッケルーカドミウム（Ｎｉ−Ｃｄ）バッテリが開発され、携帯式電源として広く用いられている。これは、Ｎｉ−Ｃｄバッテリは、蓄積エネルギが枯渇しても、バッテリを適切な荷電電流源に一定時間接続するだけで、再充電ができるためである。蓄積エネルギが枯渇しても再充電が可能な他の種類のバッテリも同様に開発されてきた。バッテリ充電装置もこのような再充電を行うために知られており、入手可能である。

しかし、再充電が可能なバッテリも、際限な（再充電および再利用ができるわけではない。例えば、Ｎｉ−Ｃｄバッテリは、通常は、約５ｏＯ回まで再充電することができる。Ｎｉ−Ｃｄバッテリの再充電を繰り返すと、バッテリに印加される荷電電流のエネルギの、バッテリの蓄積化学エネルギへの変換は、はるかに効率が落ちる。実際、エネルギ変換の効率がたいへんに低くなり、バッテリは、有効な程度まで再充電されなくなる。そのため、再充電可能なバッテリも実際の寿命は限られている。

さらに、再充電可能なバッテリを再充電するときに、バッテリに荷電電流を印加する速度を制御して、バッテリに損傷を与えないようにしなければならない。さらに詳しくいうと、バッテリに印加される荷電電流は、一定の最大レベルよりも小さくなければならない。再充電可能なバッテリに印加される荷電電流のレベルにより、バッテリの充電速度が決まるので、バッテリを再充電するために必要な時間をある時間以下に減らすことはできない。この時間は、バッテリに印加される最大電流レベルに依存する。再充電可能なバッテリを再充電するために必要な、このような最小時間があるために不便が生じることもある。例えば、電気器具に動力を供給するために用いることのできる再充電可能なバッテリが１つしかないとすると、電気器具は、バッテリを再充電するために必要な時間が過ぎないと、動作させることはできない。

また、Ｎｉ−Ｃｄバッテリのような再充電可能なバッテリを最大許容充電速度で充電する（バッテリの再充電に必要な時間を最小限に抑えるために）ときは、バッテリに対する荷電電流の印加を、バッテリがフルに充電された時に終了しなければならない。最大許容充電速度でバッテリを過充電すると、ガスの発生、バッテリの電解ベンティング。

バッテリ容量の恒久的な損失およびバッテリに対する物理的損傷を起こすことがある。

低電力印加用の携帯式電源を形成するために用いられるコンデンサもまた既知である。例えば、容量性電源は、集積回路メモリのバックアップを源として利用されてきた。

しかしながら、長期間多くの電気器具に動力を与えることのできるだけの電流レベルを発生させるに充分な値の容量を有するコンデンサは、今のところ実現不可能である。これは、このようなコンデンサがかなり大きな寸法になるためである。他の種類のこのような容量性電源は、実効抵抗がきわめて高く、大きな電流レベルを発生するために用いるにはこれも実現不可能である。

携帯式電源により頻繁に動力を供給される電気器具の１つに、セルラ通信システムで通信を行うために利用される無線電話などの、携帯式トランシーバがある。

携帯式電源により動力を供給すると、無線電話は、セルラ通信システムで包括される地域内であればどこにでも位置することができる。

しかし、無線電話の動作には、最大３ワツトまでの電力で無線電話に動力を供給することが必要である。このような電力条件では、無線電話を長時間動作するためには、比較的大きなバッテリ　（寸法も重量も）が必要になる。しかし、無線電話の携帯性を強化するためには、バッテリは最低限の寸法と重量にしなければならない。このような電力条件に呼応するバッテリの寸法の要件と、寸法と重量とを最低限にするという設計目標とは矛盾する。既存の再充電可能なバッテリの設計は、エネルギ蓄積容量とバッテリ寸法との間で妥協したものである。市販の、再充電可能なバッテリの１つは、３ワツトの電力レベルで、約１時間半で無線電話に動力を供給することができ、６オンス未満の重量を持つものである。

無線電話を長時間（すなわちバッテリのエネルギ蓄積容量により許される時間を越えて）動作させるには、無線電話の使用者は、無線電話に動力を供給するために最初に利用した一次パッテリに加えて、スペアの新しく充電したバッテリをいつも持ち運ぶ。−次バッテリが、無線電話の動作が続行できないレベルまで放電されたときは、バッテリをスペアのバッテリと交換して、それにより、無線電話の動作を続行する。

スペアのバッテリが放電状態にならないうちに一次バノテリを再充電することができない場合は、無線電話の使用者は無線電話をさらに長時間使うためには、２個以上のスペアのバッテリを持ち運ばねばならないことになる。

無線電話の使用者がバッテリ充電装置にアクセスできても、バッテリを再充電するために必要な時間（そして前述のように、バッテリは一定値を越えた速度で充電することはできない）が、スペアのバッテリによって許される無線電話の動作時間よりも大きい場合は、無線電話の動作を続行するには別のスペア・バッテリが必要になる。

上記のことを考えると、従来の再充電可能な電気化学バッテリを、携帯式電源として用いて無線電話などの携帯式電気器具に動力を供給することは、問題がなくなったとはいえないことがわかる。再充電可能な電気化学バフテリは限られた回数しか再充電することができず、そのために動作寿命が制限される。そのなめ、再充電可能な電気化学バッテリは、バッテリがもう再充電できなくなったときには廃棄して交換しなければならないので、電気器具の恒久部分にすることはできない。また、放電されたバッテリをフルに再充電するために必要な時間は、最低限の時間より短くすることはできない。これは、荷電を流をバッテリに印加する充電速度が最大レベルを越えることができないためである。またさらに、バッテリがフル充電されたら、高い荷電電流をバッテリに印加することはできない。

そのため、必要とされるのは、実質的に無限の寿命を持ち、放電されても、高い充電速度での再充電が可能で電源の再充電にかかる時間を最小限に抑えることのできる構造と、設計とを有する携帯式電源である。

発明の概要本発明は、無制限に再充電することができ、それによって実質的に無限の寿命を持つ携帯式電源を有利に提供する。

さらに、本発明は、比較的高い充電速度で再充電することのできる携帯式電源を有利に提供する。

さらに、本発明は、寸法の小さな携帯式電源を有利に提供する。

さらに、本発明は、動力を供給される電気器具に恒久的に付属することのできる携帯式電源を有利に提供する。

従って、本発明により、電気負荷素子に結合されたときに、それに動力を供給するための携帯式電源が開示される。

本携帯式電源は、少なくとも１個の表面部分から形成される第１表面を有し、導電材料から形成されるエネルギ蓄積表面を形成して、荷電電流の印加に応答して電荷を収集蓄積する。少なくとも１個の表面部分から形成される第２表面は、導電材料によって構成され、第１表面により形成されるエネルギ蓄積面からは離れて配置され、それによって、電荷がエネルギ蓄積面に印加されたときに、第１表面と第２表面との間に電位差が形成される。第１表面および第２表面の表面部分は、それぞれ、第２表面の表面部分が第１表面の対応する表面部分とは離れて置かれるように位置合わせをする。第１表面と、それから離れて配置された第２表面とは、共に電気抵抗が低く、それによって、エネルギ蓄積面上に蓄積された電荷を放電して、電気負荷素子が結合されてそれに動力が供給されるでいる間の第１表面と第２表面との間の抵抗損失を最小限にする。

本発明は添付の図面を照合して読むと、さらによく理解されるだろう：第１図は理想的な容量素子の回路概略図である。

第２図は、実際の容量素子に伴う、真性直列および並列抵抗を有する、実際の容量素子の回路概略図である。

第３図は、本発明の好適な実施例の容量性電源の理想的な回路概略図である。

第４図は、第３図の回路概略図と類似のものであるが、真性直列抵抗を有する実際の容量素子によって構成される、本発明の好適な実施例の容量性電源を示すものである。

第５図は、第４図の回路の等価回路概略図である。

第６図は、負荷素子に動力を供給するために配置された、本発明の好適な実施例の容量性電源の回路概略図である。

第７Ａ図は、容量素子を形成する容量回路の１構造部の概略図である。

第７ＢＩＥｌは、本発明の好適な実施例の容量性電源の切取り概略図である。

第７Ｃ図は、第７Ｂ図の容量性電源の１個のプレートの一部の拡大図である。

第８図は、本発明の容量性電源により動力を供給されるトランシーバのブロック図である。

第９図は、本発明の容量性電源の別の実施例の部分的なブロック図２部分的な回路概略図である。

第１０Ａ図および第１０Ｂ図は、第９図の実施例の回路部分の同側の電圧をグラフに表したものである。

発明の実施例第１図の回路概略図には、全体を参照番号１０で示される理想的なコンデンサの電気表示が示される。コンデンサ１０は、その上に形成された表面を有し、図の中で矢印２２により示される距離だけ、互いに離れているプレート１４．１８によって構成される。リード！２６は、プレート１４に電気的に結合され、リード線３０はプレート１８に電気的に結合されている。プレート１４，１８上に形成された距離を隔てた表面に対して、電圧源の対向側を接続することにより、一方のプレート上に電荷が起こる。回内ではプレート１４付近に示されている正の電荷標識３４は、電圧源によりコンデンサ１０に印加される電荷を表す。プレート１４の表面上に正の電荷を形成するには、電圧源の正側をプレート１４に（例えばリード！２６を介して）結合させ、電圧源の負側をプレート１８に（例えばリード線３０を介して）結合させる。

このような電荷を一方のプレート、ここではプレート１４に印加することにより、プレー）１４．１８上に形成された表面をはさんで電位差が形成される。電荷と、それから導かれた電位差とは、電圧源を取り外した後も残る。そのために、コンデンサ１０は電荷（すなわちエネルギ）蓄積装置として機能する。プレート１４．１８以外の素子上に形成された距離を隔てた表面を有し、同様に、電荷蓄積装置として機能する他の設計のコンデンサを構築することもできる点に留意されたい。

距離を隔てたプレート１４．１８の間には、ある比誘電率をもつ、空気などの材料が置かれる。空気以外にも、さまざまな比誘電率を持つ多くの材料を、距離を隔てたプレート１４．１８間に置くことができる。

第２図は、第１図と類似の回路概略図であるが、第１図のコンデンサ１０によって構成される実際の回路を示す。

第２図に示される実際のコンデンサ回路は、全体を参照番号３６で示され、矢印２２によって表される距離だけ隔てられたプレー）１４．１８と、プレート１４．１８にそれぞれ結合されたリード線２６．３０だけではなく、さらに抵抗３８によって表される実効直列抵抗と、ハツチングで示され、プレート１４．１８と並列に接続された分路抵抗４２をも含む。抵抗３８は、実効直列抵抗を表し、通常は低い値であり、抵抗４２は分路抵抗を表し、通常はきわめて高い値を持つ。

分路抵抗が通常は、このように非常に大きな大きさを持つので、実際に用いられる分路抵抗は開路を形成し、これ以上考察する必要はない。

コンデンサが電荷蓄積装置として機能するので、第１図の理想的なコンデンサ１０に表されるコンデンサであろうと、抵抗３８を通る実際のコンデンサ回路３６であろうと、負荷素子をはさむ接続により、コンデンサの一方のプレートの表面上に蓄積された電荷の放電が起こる。コンデンサの放電が充分に大きければ、それにより、負荷装置を動作させるために利用することのできる電流が発生する。

そのため、コンデンサに蓄積された電荷が充分に大きければ、適切に接続されたコンデンサを利用して、無線電話など上述の任意の電気器具を動作させることができる。

第３図は、直列に接続した８個のコンデンサ４４．４８゜５２．５６，６０，６４，６８．７２の回路概略図である。

コンデンサ４４ないし７２は、第１図のコンデンサ１０と類似のもので、対向するプレート上に形成された、距離を隔てた表面によって構成される。電圧源が、図のように直列に接続されたコンデンサ４４ないし７２の対向する端部に形成されたノード７６．８０に接続されると、コンデンサ４４ないし７２のそれぞれの一方のプレート上に、電荷が蓄積され、それによってコンデンサ４４ないし７２のそれぞれの反対側のプレートの両端に電位差が形成される。

電圧源を取り外した後も、コンデンサ４４ないし７２のプレート上に蓄積された電荷は残る。コンデンサ４４ないし７２のそれぞれの反対側のプレートの両端の、導出された電位差がまとまって、ノード７６．８０の両端の電位差をｉｔ。コンデンサ４４ないし７２の直列接続のようにコンデンサ群を直列に接続することにより、ノード７６と８０との間にその結果として得られる電位差は、個々のコンデンサの両端で測定される電位差の合計である。ノード７６゜８０の両端に負荷素子を結合することにより、コンデンサ４４ないし７２のそれぞれの放電によって、任意の１個のコンデンサの放電により発生される電流よりも大きな電流が発生される。

第４図は第３図の回路図と類似の回路概略図であるが、参照番号８４ないし１１２により示される８個のコンデンサが直列に接続されている。第４図の回路概略図が、第３図の回路概略図と異なっている点は、第２図のコンデンサ回路３６に類似の８個の実際のコンデンサ回路が直列に接続されている回路概略図であることである。そのため第４図の回路概略図には、抵抗１１６，１２０，１２４，１２８．１．３２．１３６，１４０，１４４がさらに図示されており、これらは実際のコンデンサ８４ないし〕１２のそれぞれに伴う実効直列抵抗を表す。ノード１４８，１５２が、第４図の直列回路の対向する端部に形成される。第３図のコンデンサ４４ないし７２の直列接続と同様に、コンデンサ８４ないし１１２は、ノード１４８，１５２に電圧源を接続すると、コンデンサ８４ないし１１２のそれぞれの一方のプレートの表面上に電荷を形成する電荷蓄積装置として機能する。電位差が、コンデンサ８４ないし１１２のそれぞれの反対側のプレートの両端に導かれ、コンデンサ８４ないし１１２のそれぞれのプレート部材の両端の電位差の合計は、ノード１４８，１５２の両端の電位差となるように決定される（抵抗１１６ないし１４４のそれぞれの両端の電圧降下を減じる）。ノード１４８，１５２の両端の電位差は、第３図のノード７６．８０の両端の電位差よりは小さいが、これは、負荷がそれぞれのノード７６−８０と１４８−１５２の両端に接続されたときに、抵抗１１６ないし１４４の両端で電圧降下が起こるためである。

第５図は第４図の回路の等価回路の回路概略図であるが、抵抗１６０の抵抗値が、第４図の抵抗１１６ないし１４４の値の合計となっている。同様に、コンデンサ１６４の容量値は、第４図のコンデンサ８４ないし１１２の容量値の逆数の合計で割ったものである。コンデンサ１６４のプレートの両端の電位差は、第４図のコンデンサ８４ないし１１２の両端の電位差の合計に等しい。同様に、第５図の回路概略図のノード１６８，１７２の両端の電位差は、コンデンサ１６４のプレート部材の両端の電位差から、抵抗１６０の両端の電圧降下を減じたものである。第５図の等価回路は、第４図の回路概略図と関連づけて解説されたが、第５図の等価回路は、他のコンデンサの他の直列または並列接続などの、別の数、値および接続をもつ実際のコンデンサ素子の組合せあるいはそれぞれを組合わせたものを表すこともあるので注意されたい。

第６図は、部分的な回路概略図で、負荷素子１７６の両端のノード１６８，１７２で接続された、第５図の等価回路の部分的なブロック図である。コンデンサ１６４の一方のプレート部材上に蓄積された電荷が、一定のレベルよりも高いとき、蓄積された電荷の放電が起こり、それによって、負荷素子１７６に動力を供給するために利用することのできる電流が発生する。第５図の等価回路に類似の容量回路は、第６図に示されるように負荷素子１７６の両端に接続されると、本発明の教義により、負荷素子１７６などの負荷素子に動力を供給する容量性電源を形成する。

容量値が高く、また物理的寸法の小さいコンデンサ設計は、既知である。特に、本発明の好適な実施例の教義により、導電性セラミック材料により形成され、望ましい誘電値の水性電解質により隔てられたコンデンサは、容量の高いコンデンサを形成する。このようなコンデンサ設計については、例えば、Ｈ，Ｌｅｅ、Ｇ、Ｌ、　Ｂｕｌｌａｒｄ、　Ｇ、Ｃ。

Ｍ　ａ　ｓ　ｏ　ｎおよびに、　Ｋｅｒｎにより、１９８９年１月のＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ　Ｏｎ　Ｍａｇｎｅｔｉｃｓ　ｖ、２５ｎ　１．　ｐｐ、３２４−３３０に発表された［Ｉｍｐｒｏｖｅｄ　Ｐｕ１ｓｅ　Ｐｏｗｅｒ　５ｏｕｒｃｅｓＷｉｔｈ　Ｈｉｇｈ−Ｅｎｅｒｇｙ　Ｄｅｎｓｉｔｙ　ＣａｐａｃｉｔｏｒＪ　という題名の記事や、Ｇ、Ｒ，Ｂｕｌｌａｒｄ、　Ｈ，Ｂ、　５ｉｅｒｒａ−Ａｌｃａｚａｒ。

Ｈ，に、　ＬｅｅおよびＪ、Ｊ、　Ｍｏｒｒｉｓにより、１９８９年１月のＩＥＥＥ　Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ　ｏｎ　Ｍａｇｎｅｔｉｃｓ　ｖ、２５．ｎ、１゜ｐｐ−１０２−１０６に発表された［Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ　Ｐｒ１ｎｃｉｐｌｅｓ　ｏｆｔｈｅ　Ｕｌｔｒａｃａｐａｃｉｔｏｒ　Ｊという題名の記事に述べられている。さらにＤｗｉｇｈｔ　Ｒ，Ｃｒａｉｇにより１９８５年１１月１２日に出願された、カナダ特許第１，１９６，６８３号では、同様のコンデンサ設計と、このようなコンデンサ設計を行うための方法とが開示されている。

このような導電性セラミック材料によって構成されるコンデンサは、対向する側の両端に約１．２ボルトの電位差を有する、約６０００フアラドの容量を持つコンデンサを形成することができる。誘電材料が非水性材料や固体材料によって構成される、同様の特性を有するコンデンサを構例えば、第７Ａ図は、複数のプレート１８２，１８６を示し、プレート１８２がリード線１９０により相互接続され、プレート１８６がリード線１９２により相互接続されている。それぞれがプレートの対１８２−１８６から形成される、複数の容量素子は、リード線１９０．１９２によってそれぞれ並列に接続される。（隣接する任意の２個のプレート１８２−１８６がプレートの対１８２−１８６を形成することができる。）複数のプレート１８２がリード線１９０により相互接続されているとき、複数のプレート１８２は、プレート群１８２の個々のプレートにより形成される表面部分からなる１個の表面を形成する。２５個がそれ以下の容量素子（すなわち合計で５０個以下のプレー）１８２，１８６）を有する構造で、プレート１８２，１８６のそれぞれが縦横の寸法で４０平方ｃｍ（面積）のサイズで、高さ５ミル以下の場合は、約６０００フアラドの容量値と、回路の対向側に１．２ボルトの電位差を有する等価容量回路を形成する。プレート対１８２−１８６の数は、これより大きくても小さくても、任意の別の特性を持つ回路を形成するために利用することができる。１個の、適切な寸法を持つ、プレート対１８２−１８６は、望ましい特性の容量回路を形成することができるので（６０００フアラド、１．２ボルトの電位差の回路を含めて）、以下の容量素子と、その図とは、１個のプレート対に関して解説される。しかし、このような容量素子は、実際には、第７Ａ図に示されるように、複数のプレート対の組合せにより構成される点に注意すること。

第３図および第４図の回路概略図の接続と同様に、また、第５図の等価回路によって表されるように、このようなコンデンサを８個直列に接続すると、その結果形成される回路の電流発生能を高める。（第５図に、ノード１６８．１７２の両端に示されるような）対向端部の両端の、約９゜６ボルトの電位差は、８個のコンデンサをこのように直列接続することにより得られる。

この６０００フアラドのコンデンサ８個の等価容量は、コンデンサの放電中に、市販の公称入力電圧６．３ボルト、入力電圧動作範囲８．５ボルトないし５．２ボルトの、Ｍｏｔｏｒｏｌａ社製のＭＩＣＲＯＴ、Ａ、Ｃ，９５０ＰＴパーソナル・セルラ・テレフォンのような無線電話に動力を供給するのに充分な大きさのレベルの電流を発生する。

第７Ｂ図は、回内では参照番号２００でその全体が示される、容量性電源の一部の切取り概略図である。容量性電源２００には、８個のコンデンサ２０８，２１２，２１６゜２２０．２２４，２２８，２３２，２３６を支持収納するハウジング２０４が含まれる。（コンデンサ２０８ないし２３６は、第２Ａ図に示されるように、実際は複数のプレートによって構成されることがあるので、これも注意すること）。コンデンサ２０８ないし２３６のそれぞれは、実質的に同様の寸法と構造とを持つ、すなわち、それぞれのコンデンサは、セラミックの導電材料によって構成され、公称電圧１．２ボルト、低い真性直列抵抗をもつ、比較的薄い電源を提供する。支持ハウジング２０４より形成される内室に含まれる材料２４０で示される、水性電解質が各コンデンサ２０８−２３６の対向側を隔てている。電解材料２４０を、橋絡（すなわち短絡）しない位置に保持するためのガスケット状の部材２４２がさらに示される。

第７Ｃ図の分解図は、コンデンサ２０８ないし２３６のうちの１個の一方のプレートの表面の一部を示す。図示されるように、表面は目の粗い、でこぼこのスポンジ状の外観である。表面は実際には多孔性で、図には多数の孔２４４が示されている。このようにでこぼこの表面によって、コンデンサ２０８ないし２３６のそれぞれのプレート上に形成される表面積が大きくなり、各プレートの実際の表面積が大きくなり、そこから形成されるコンデンサ２０８ないし２３６の容量が大きくなり、その結果得られるコンデンサの高容量品質を一部担っている。図には示されていないが、コンデンサ２０８ないし２３６は、導電材料により直列に接続されている。第７Ｂ図の容量性電源２００は、約２インチの高さである。

ｌｌ！！８図のブロック図では、全体を参照番号２６０で示され、本発明の教義により構築された無線電話が示される。

無線電話２６０は、ハツチングで示されるブロック１７６に囲まれ、これは第６図の負荷素子１７６に相当する。無線電話２６０を、容量性電源の等価回路のノード１６８゜１７２に適切に接続することにより、無ｉｔ話２６０に動力を供給することができる。無線電話２６０の機能ブロックを具体化する実際の回路構成は、１個以上の回路基板上に配置され、従来の無線電話ハウジングに収納される。例えば、セルラ通信システムの基地局により送信される、被送信信号は、アンテナ２６４に信号を伝える。アンテナ２６４は、２６８上の受信信号を、予選択器／フィルタ２７２に供給する。予選択器／フィルタ２７２は、目的の帯域内のすべての周波数を通過させるベースバンドを有する、非常に帯域の広いフィルタであることが好ましい。フィルタ２７２は、線路２７６上に被濾波信号を発生させ、これがミキサ２８０に供給される。ミキサ２８０は、さらに、線路２８２上で、発振器（図示せず）から、発振信号を受信する。この発振器は、従来の位相ロック・ループを形成することが好ましい。ミキサ２８０は、線路２８４上で、周波数逓降変換信号（通常は第１中間周波数信号と呼ばれる）を発生し、これがフィルタ２８８に供給される。フィルタ２８８は、単結晶広帯域フィルタであることが好ましく、普通は、第１中間周波数、すなわちＩＦフィルタと呼ばれる。

フィルタ２８８は、線路２９２上に被濾波信号を発生させ、これは増幅器２９６に供給される。増幅器２９６は、線路２９２上で供給された信号を増幅して、線路３００上に被増幅信号を発生する。線路３００は、ミキサ３０４の入力に結合され、ミキサ３０４は、これもまた発振器（図示せず）から、線路３０６上で入力を受け取る（この発振器もまた、従来の位相ロック・ループの部分を構成することが好ましい）。ミキサ３０４は、線路３０８上にミキシングされた信号を発生させ、これはフィルタ３１２に供給される。フィルタ３１２は、線路３１６上に望ましい信号を通過させる帯域幅の通過帯域を形成する。線路３１６は、増幅器／制限器３２０の入力に結合され、増幅器／制限器３２０は、線路３２４上に電圧制限信号を発生し、この信号は復調器３２８に供給される。復調器３２８は、線路３３２上に出力信号を発生する。

第８図のブロック図には、マイクロフォン３５０．変調器３５４．ミキサ回路３６０およびフィルタ３６６によって構成される無線電話２６０の送信部がさらに示され、この出力はアンテナ２６４に結合される。

受信部、すなわち第８図のブロック図の上部には、無線ページャなどの受信機も示し、これは本発明の容量性電源により同様に動力を供給される点に留意されたい。

次に、部分的な回路概略図である第９図の部分的なブロック図を見ると、第５図の等価回路により表される容量性電源が配置され、負荷素子１７６に動力を供給している。

容量性電源と負荷素子１７６との間には、切り替え電源４００が置かれる。切り替え電源はそれ自体、当技術では既知のものであり、入力の両側に広い範囲の電圧を印加することに応答して、一定の電圧出力を発生するように機能する。このような切り替え電源の一例としては、ＣＭＯ５固定／可調整出カステップアップ切り替え、レギュレータを構成する、Ｍ　ａ　ｘ　ｉ　ｍ　Ｉ　ｎ　ｔ　ｅ　ｇ　ｒ　ａ　ｔ　ｅ　ｄ　Ｐ　ｒ　ｏ　ｄ　ｕ　ｃ　ｔ　ｓ　Ｍ　ｏ　ｄ　ｅ　Ｉ　Ｎ　ｏ@。

ＭＡＸ６３１があげられる。

切り替え電源４００がないと、また容量性電源が第６図に示されるように、負荷素子１７６の両端に結合されるときは、コンデンサ１６４の一方のプレートに蓄積された電荷は、コンデンサ１６４のプレート群の両側に形成される電位差が、所定の最低値よりも大きい限り放電される。

第９図に示されるように切り替え電源を入れることにより、この所定値より下でもコンデンサ１６４の蓄積電荷は放電される。

第９図にはさらに、切り替え電源４００のイネーブル入力と負荷素子１７６とを接続する線路４０２が示される。

イネーブル入力を利用して、負荷素子１７６が切り替え電源に接続されているときに限り、切り替え電源４００の動作を起こすことができる。あるいは、第９図には５ボルト検出器４０６も図示されており、国内ではハツチングで示される線路４０７，４０８により接続されるが、これを用いて、負荷素子１７６の両端の電圧が５ボルト未満になったときにイネーブル入力４０２を発生することもできる。

切り替え電源４００に対する入力により、負荷素子１７６の両端の電圧が５ボルト未満である時に電源４００の動作を起こして、それによりコンデンサ１６４による負荷素子１７６への動力の供給の動作期間を長くすることもできる。

第１０Ａ図および第１０Ｂ図は、縦座標軸４１０がボルト単位、横座標軸４２０が秒単位で目盛りがつけられているグラフである。第１０Ａ図の線分４３０は、切り替え電源４００の出力側における電圧を表すもので、図かられかるように一定の電圧である。第１０Ｂ図に描かれている曲線４４０は、切り替え電源４００の入力に印加される電圧を表し、この値は例えば、第８図の無線電話２６０については、公称値６．３ボルトであり、好適な実施例では約１゜２ボルトないし８．５ボルトの範囲で可変する。時間がたつにつれ、コンデンサ１６４により蓄積された残留電荷が減少すると、切り替え電源４００に供給されるコンデンサ１６４の両側の対応電圧が小さくなる。切り替え電源４００があることで、容量性電源による負荷素子１７６への動力供給を長時間行うことができる。切り替え電源は、容量性電源と共に配置し、第７Ｂ図のハウジング２０４などの電源ハウジングの内部にまたはハウジング位置に収納してもよい。あるいは、切り替え電源４００を負荷素子１７６の中に配置してもよい。

本発明の容量性電源は、寸法が小さいので、携帯式無線電話などの電気器具に動力を供給するために有利に用いることができ、非常に高速で充電することができ、無制限のことができ、非常に高速で充電することができ、無制限の寿命をもつ。さらに、本容量性電源は、負荷素子１７６に恒久的に付属させることもできる。これは、電源の再充電能力が無限であるために、従来の電気化学バッテリのような非恒久的電源を断続的に取り外して交換しなくても済むためである。

本発明はさまざまな図面に示される好適な実施例に関連して解説されてきたが、他の同様の実施例を用いて、あるいは解説された実施例に修正や追加を加えて、本発明から逸脱することなくそれと同じ機能を達成できることを理解されたい。

そのため、本発明はいずれか１つの実施例に制約されるものではなく、添付の請求項による範囲内で構築されるものである。

浄書（内容に変更なし）要　約　書無線電話２６０などの携帯式電気器具に動力を供給するための容量性電源２００である。本容量性電源２００は、直列に接続され、縦に積層されたコンデンサ群２０８−２３６によって構成され、これらのコンデンサは、長時間無線電話２６０に動力を供給できるだけのレベルの電流を発生することができる容量値を持つ。

手続補正書平成５年３月１７日

Claims

【特許請求の範囲】

１．電気負荷素子が接続されたときに、それに対して動力を供給する携帯式電源であって、前記携帯式電源は複数のコンデンサを有し、その複数のコンデンサの各コンデンサは、導電性材料によって構成されるエネルギ蓄積表面を形成する多層化された第１表面であって、そこに荷電電流が印加されるとそれに応答して電荷を収集、蓄積し、多層化された第１表面の個々のプレートは共に並列に接続され、多層化された第１表面の個々の隣接プレートが互いに距離をおいて配置される縦型構造になっている第１表面および導電材料によって構成される多層化された第２表面を有するが、この多層化された第２表面の個々のプレートは配列に接続され、多層化された第２表面の個々のプレートが互いに距離をおいて配置される縦型構造になっており、多層化された第２表面の個々のプレートは多層化された第１表面の個々のプレートの隣接するプレートと、それから形成されたエネルギ蓄積表面とを隔てる空間内に延在するように配置され、多層化された第１表面の個々のプレートと空間を隔てた関係に維持されて、縦型アレイの互いに噛み合うプレートを形成し、それによって、電荷がエネルギ蓄積表面に印加されたときに複数のコンデンサの各コンデンサの第１および第２表面の両端に電位差がそれぞれ形成され、また、第１表面と第２表面とはそれぞれ、共に、低い電気抵抗を持ち、それによって、電気負荷素子が結合されたときにそれに動力を供給するためにエネルギ蓄積表面に蓄積された電荷の放電中に、第１表面および第２表面それぞれの両端の抵抗損失を最小限に抑え、それにより形成される前記複数のコンデンサのそれぞれは直列に接続され、互いに縦に積層され、第１コンデンサの多層化された第１表面は、その下に配置された多層化された第２表面に結合されて、それによってコンデンサ群が前記直列接続状態に接続される携帯式電源。
２．複数のコンデンサのそれぞれの多層化された第１表面と、多層化された第２表面とを構成する前記導電材料が、セラミック導電材料を含む、請求項１記載の携帯式電源。
３．複数のコンデンサのそれぞれの多層化された第１表面と、多層化された第２表面とが、水性の誘電材料により隔てられる、請求項１記載の携帯式電源。
４．前記多層化された第１表面と、前記多層化された第２表面とが多孔構造をもつ、請求項１記載の携帯式電源。
５．前記多層化された第１表面が、深さ寸法に関して、長さと幅の寸法が長い、請求項１記載の携帯式電源。
６．前記多層化された第２表面が、深さ寸法に関して、長さと幅の寸法が長い、請求項１記載の携帯式電源。
７．複数のコンデンサをその中に支持収納する支持ハウジングによってさらに構成されることを特徴とする、請求項１記載の携帯式電源。
８．複数のコンデンサの対向側に電気的に結合された切り替え電源を形成する手段であって、一定電圧出力信号を発生して、一定電圧信号により電気負荷素子に動力を供給する手段によってさらに構成されることを特徴とする、請求項１記載の携帯式電源。
９．発生するための手段により形成される切り替え電源が、複数のコンデンサの対向側の両端に形成される電位差が所定値を越えたときに、動作不能になる、請求項８記載の携帯式電源。
１０．発生するための手段により形成される切り替え電源が、複数のコンデンサの対向側の両端に形成される電位差が所定値より低いときに、動作可能になる、請求項９記載の携帯式電源。