JPH0646531A

JPH0646531A - 充電装置

Info

Publication number: JPH0646531A
Application number: JP4197170A
Authority: JP
Inventors: Toshio Ogasawara; 敏雄小笠原
Original assignee: Mitsubishi Electric Home Appliance Co Ltd; Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Home Appliance Co Ltd; Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1992-07-23
Filing date: 1992-07-23
Publication date: 1994-02-18

Abstract

(57)【要約】【目的】被充電器と充電器との接触部を無くし、充電
制御を高度化し急速充電を確実にするようにした充電装
置を得る。【構成】受電用コイル３８を含む充電回路を有する二
次電池３９を備えた被充電器である電動歯ブラシ１ａ
と、直流電力を高周波電力に変換する高周波電力発生回
路及び給電用コイル３２とコンデンサ５６とを並列接続
してなり、高周波電力を共振させたコイル誘起電圧を給
電用コイル３２に発生させると共に受電用コイル３８に
コイル誘起電圧を一次電圧とした二次電圧を誘起させる
共振回路を有する充電器３０とを備えている。また、電
動歯ブラシ１ａはさらに、二次電池３９の電圧を送信す
る電池電圧送信回路を備え、充電器３０はさらに、電池
電圧送信回路から送信かれた電圧を受信する電池電圧受
信回路及びこの電池電圧受信回路の出力信号に基づいて
受電用コイル３８の二次電圧の誘起又は停止を制御する
制御回路を備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は電動歯ブラシやひげそ
り器等の二次電池応用製品の電池の充電装置に関し、特
に無接触給電で充電を行なう充電装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来の充電電池応用製品は図４〜図７に
みられるような構成が一般的である。図４において１は
電動歯ブラシ、２は充電プラグ受け、３は歯ブラシスイ
ッチ、４は充電プラグ、５は充電プラグコード、６は充
電器、７は交流１００Ｖ用プラグである。図５において
８は電圧変換トランス、９は整流ダイオード、１０は抵
抗器、１１は二次電池、１２は発光ダイオード、１３は
歯ブラシ用モータである。図６において、１４はひげそ
り器、１５は充電プラグ受け、１６はひげそり器スイッ
チ、１７は充電コード、１８は充電プラグ、１９は交流
１００Ｖプラグである。図７において、２０はドロッパ
ー抵抗器、９は整流ダイオード、２２は発光ダイオー
ド、２３は抵抗器、１１は二次電池、２５はダイオー
ド、１６はひげそり器スイッチ、２７はひげそり器用モ
ータである。

【０００３】次に、従来の充電装置の動作を説明する。
図４において、電動歯ブラシ１の充電プラグ受け２に充
電プラグ４を差し込み、次に、充電器６の交流１００Ｖ
用プラグ７を商用電源コンセントに差し込むことで充電
が出来る物である。電気回路は図５に示すとおりであ
り、商用１００Ｖはトランス８で約３Ｖに電圧降下さ
れ、整流ダイオード９で直流化し、抵抗器１０で電流１
０ｍＡ程度に制限され、二次電池１１を充電する。二次
電池１１としては一般的にニッケルカドミゥム電池で容
量５００ｍＡｈｒのものが用いられ、前記１０ｍＡの電
流でいわゆるトリクル充電されている。発光ダイオード
１２は前記充電電流で点灯し充電中であることを表示す
る。使用の際はスイッチ３をオンさせることでモータ１
３を回転させて所定のブラシの動作をさせるものであ
り、一回の使用で２０ｍＡｈｒ程度の消費電力となる。
つまり一回分のエネルギーは２時間の充電量でまかなわ
れる。

【０００４】図６においては、ひげそり器１４に設けら
れた充電プラグ受け１５に商用電源を直ちに供給するこ
とでエネルギーが供給される。図７において、交流１０
０Ｖプラグ１９よりの電源は１５及び１８のプラグ接続
を介して抵抗器２０で降圧され、整流ダイオード９にて
直流化され二次電池であるニッケルカドミゥム電池１１
を充電する。充電表示は発光ダイオード２２が抵抗器２
３にて電流制限されて商用電源エネルギーで点灯する。
ダイオード２５はその発光ダイオードに電池のエネルギ
ーが逆流しないようにするためのものである。使用にあ
たってはひげそり器スイッチ１６をオンとしモータ２７
を回転させるものである。充電電流は前記歯ブラシと同
程度のものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】動作説明で記したよう
に充電器が別のもの、あるいは充電回路内蔵のものいず
れの装置においても接続プラグが露出しているものであ
り、歯ブラシにおいては水と一緒に使用されたり、汚れ
を水洗いしたりして接触部の信頼性を低下させるもので
ある。従って、使用者は注意をはらわなくてはならず使
い勝手の悪いものであった。ひげそり器においては小型
の本体内に充電器を配置するため簡単な回路が使用され
るのが普通である。即ち、充電電流値を押さえたトリク
ル充電方式で過充電による電池の劣化を保護している。
従って、急激な容量低下の際急速充電ができない方式の
ため使用できなくなる。また、どうしてもプラグ接触部
はあるので接触不良等信頼性のあまり良くないものであ
った。また、実開昭５９−１３８１７２号公報に開示さ
れている充電装置は、電磁誘導充電方式が採用され、歯
ブラシ本体は密封されておりコードレスとなっているも
のである。しかし、コイル巻き数は３００ターンで、タ
ーン数も多くトリクル充電対応のものである。

【０００６】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、被充電器と充電器との接触部を
無くし、充電制御を高度化し急速充電を確実にするよう
にした充電装置を得ることを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明の第１の発明の
充電装置は、被充電器が受電用コイルを含む充電回路を
有する二次電池を備え、充電器が、直流電力を高周波電
力に変換する高周波電力発生回路及び給電用コイルとコ
ンデンサとを並列接続してなり、該高周波電力を共振さ
せたコイル誘起電圧を給電用コイルに発生させると共に
受電用コイルに該コイル誘起電圧を一次電圧とした二次
電圧を誘起させる共振回路を備えたものである。

【０００８】また、この発明の第２の発明の充電装置
は、被充電器がさらに、二次電池の電圧を送信する電池
電圧送信回路を備え、充電器がさらに、電池電圧送信回
路から送信された電圧を受信する電池電圧受信回路及び
この電池電圧受信回路の出力信号に基づいて受電用コイ
ルの二次電圧の誘起又は停止を制御する制御回路を備え
たものである。

【０００９】

【作用】この発明の第１の発明においては、高周波電力
発生回路が、直流電力を高周波電力に変換し、共振回路
が、該高周波電力を共振させたコイル誘起電圧を給電用
コイルに発生させると共に受電用コイルに該コイル誘起
電圧を一次電圧とした二次電圧を誘起させるから、巻数
の少ない空心のコイルで結合度が増し、充電器へ大きな
電力を送ることができる。

【００１０】この発明の第２の発明においては、被充電
器の電池電圧送信回路が、二次電池の電圧を送信し、充
電器の電池電圧受信回路が送信された電圧を受信し、制
御回路がその出力信号に基づいて受信用コイルの二次電
圧の誘起又は停止を制御するから、過充電が防止され
る。

【００１１】

【実施例】実施例１．図１はこの発明の一実施例を示
し、電動歯ブラシを充電器に装着した状態の断面図であ
る。図において、３０は充電器、３１はコードプラグ、
３２は給電コイルで、被充電器である電動歯ブラシ（以
下、単に歯ブラシと記す）１ａが装着される凹部７４に
図示のように巻かれている。即ち、凹部７４の側壁７５
がボビンの作用を兼ねている。３３は高周波基板、３４
は電源スイッチ、３５はプランジャー、３６は受光素子
であるフォトトランジスタである。なお、凹部７４の底
には後述の発光ダイオード４１から放射される光を通過
させる孔があけてあり、この孔には透明なカバー７６が
取付けてある。また、フォトトランジスタ３６は、その
孔を通過した光を受光できる位置に取付ける。３７は単
三型電池と同じ大きさのプラスチック製電池型ケース、
３８は受電コイルで、電池型ケース３７の内周面に固定
されている。３９は二次電池で、この実施例ではニッケ
ルカドミウム電池である。４０は整流基板、４１は発光
素子である発光ダイオード、４２はモータ、４３は偏心
分銅、４４は可動ケース、４５はブラシユニットであ
る。

【００１２】７７は歯ブラシ１ａの底蓋で、ねじが切っ
てあり回転させることにより着脱ができるようになって
いる。この底蓋７７には発光ダイオード４１から放射さ
れた光を通過させる孔があけてあり、この孔には透明な
カバー７８が取付けてある。また、底蓋７７にはコイル
ばね７９とこのコイルばね７９に電気的に接続された弾
性を有する接触片８０が固定されている。８１はモータ
４２のマイナス（−）側端子に接続された導体である。
そして、底蓋７７を締め切った状態でコイルばね７９は
電池型ケース３７の−極端子と接触し、接触片８０は導
体８１と接触するようになっている。８２は接触ばね
で、スイッチ３の接点３ａの一方に接続されており、底
蓋７７を締め切った状態で、電池型ケース３７のプラス
（＋）極端子と接触ばね８２とが接触するようになって
いる。なお、このとき接触ばね８２とコイルばね７９と
は収縮していることは言う迄でもない。また、接触ばね
８２は周知の手段により歯ブラシ１ａのケース等に固定
されている。

【００１３】図２は図１に示す歯ブラシと充電器の回路
図である。図１と同一符号を付した部分は同一部分を示
し、４８はドロッパ抵抗、４９は整流ダイオード、５０
は平滑コンデンサ、５１はオンオフトランジスタ、５２
は電流制限抵抗器、５３は充放電コンデンサ、５４はス
イッチング素子、５６は共振コンデンサ、５７は定電圧
ＩＣ（集積回路）である。５８はマイクロコンピュータ
で、電源は定電圧ＩＣにより５Ｖの定電圧が供給され
る。３６はフォトトランジスタ、６０は負荷抵抗、６１
は入力ポート、６２は出力ポート、６４は電流制限抵
抗、６５は整流ダイオード、６７は電圧−周波数変換Ｉ
Ｃ、６８は分圧抵抗器、６９はアナログ入力ポート、７
０は周波数設定コンデンサである。なお、給電用コイ
ル３２と受電用コイル３８とは、図示のように歯ブラシ
１ａを充電器３０に装着した状態で、トランスが構成さ
れるように配置する。また、高周波基板３３は、図に示
す充電器の回路において、コードプラグ３１、電源スイ
ッチ３４及び給電コイル３２を除く部品が実装された印
刷配線基板であり、整流基板４０は、受電コイル、二次
電池、モータ４２及びスイッチ３を除く部品が実装され
た印刷配線基板である。

【００１４】次に動作を説明する。歯ブラシ１ａを充電
器３０の凹部７４に装着すると、プランジャ３５がスイ
ッチ３４を押し商用電源がプラクグコード３１を介して
通電される。通電された商用電源はドロッパ抵抗器４８
で電圧が降圧された後、整流ダイオード４９で直流化さ
れ、平滑コンデンサ５０でリップルが除去され直流電源
となる。この直流電源は、マイクロコンピュータ５８の
出力ポート６２から出力される商用電源周波数に同期し
たパルス信号によりスイッチングされるオンオフトラン
ジスタ５１を介して、コンデンサ５３を充電する（図３
（ｃ）のＡ部）。スイッチング素子５４は印加電圧が８
０Ｖになるとブレークオーバし、急激に導通し、ある電
流以下（保持電流以下）になると再び阻止される特性を
有するので、図３（ｃ）に示すＢ点でコンデンサ５３の
両端電圧が８０Ｖになるとスイッチング素子５４が導通
し、電荷が一気に放電され電圧が低下する。そして、通
電保持電圧以下になる（図３（ｃ）のＣ点）と再び充電
が開始される。その結果、図３（ｃ）に示すのこぎり波
発振が持続される。また、抵抗５２やコンデンサ５３の
値、スイッチング素子５４の特性などを適宜選定するこ
とにより数十キロヘルツの高周波発振が得られる。コン
デンサ５３が放電することにより、放電電流が給電用コ
イル３２とコンデンサ５６とからなる共振回路に通電さ
れると共振し給電用コイル３２の両端に減衰性正弦波が
得られる。図３（ｂ）はスイッチング素子５４に流れる
三角波電流８５を示し、図３（ａ）は共振の結果得られ
る給電用コイル３２の両端の電圧波形８６を示してい
る。この図からわかるように、減衰性正弦波８６は三角
波電流８５に比較して２倍結合が高まる。また、図３
（ａ）に示す電圧は、コンデンサ５３の両端電圧がＢ点
からＣ点に急激に変化することによって得られるコイル
誘起電圧になっている。

【００１５】給電用コイル３２にコイル誘起電圧が発生
すると、この電圧を一次電圧とした二次電圧が受電用コ
イル３７に誘起される。この二次電圧は電流制限抵抗６
４で適当に電流値が抑制された後、整流ダイオード６５
で直流化され二次電池３９を充電する。なお、整流ダイ
オード６５と受電用コイル３７の端子との接続は、図３
（ａ）で斜線を入れた電圧の高い方を整流するように接
続する。給電用コイル３２と受電用コイル３８とはおお
よそ３〜５ｍｍ離れて配置され、送信電力１Ｗ、受信電
力０．５Ｗ程度であり、電池充電電流は２００ｍＡ程度
に設定した。送信用コイル３２は１００ターン、受信用
コイル３７も１００ターン何れも線径０．３ｍｍで設定
し、コンデンサ５６の値を適宜選定することにより６０
ｋＨｚ近辺の高周波で動作する。

【００１６】歯ブラシ１ａの使用時はスイッチ４３を閉
じモータ４２を回転させると重心が偏心した分銅が高速
回転することで毎分３０００回程の振動を得る。この振
動はモータと一緒に可動ケース４４に伝わり着脱自在に
装着されたブラシユニット４５を駆動する。二次電池３
９の電圧は分圧抵抗器６８で適当に分圧した後、電圧−
周波数変換ＩＣ６７に加えられ、基本周波数を決定する
コンデンサ７０の働きでほぼ１８０Ｈｚの矩形波が出力
される。矩形波の周波数は二次電池３９の電圧に比例し
て変化するが、この矩形波出力は発光ダイオード４１を
発光させ、充電器３０のフォトトランジスタ３６に向け
て放射される。つまり、二次電池３９の電圧を示す情報
が発光ダイオード４１を介して充電器３０へ送信され
る。なお、矩形波の周波数は電圧が高くなれば発振の周
期が長くなり周波数は低下する。

【００１７】充電器３０のフォトトランジスタ３６は発
光ダイオード４１の発光周波数に応じた周波数でオン／
オフし、送信された電池の電圧を示す情報が負荷抵抗６
０を介して入力ポート６１よりマイクロコンピュータ５
８へ取り込まれる。つまり、フォトトランジスタ３６と
負荷抵抗６０により発光ダイオード４１から送信された
電池の電圧が受信され、マイクロコンピュータ５８へ入
力される。急速充電対応の電池は、満充電により内部圧
力が高くなると圧力放出弁が作動するように構成されて
おり、この圧力放出弁の作動により、上昇していた電圧
が最大値に達した後ある電圧迄急激に下るという現象が
発生する。マイクロコンピュータ５８は上記電圧変化を
検出して出力ポート６２からのパルス信号の出力を停止
する。従って、充電も停止し過充電になることがない。
発光ダイオード４１による電池電圧の送信は常時行なわ
れており、電池の電圧が下り、予め決めた電圧迄下った
ならば、例えば最大値から１０％下ったならば、即ち、
アナログ入力ポート６１から入力される信号の周波数が
予め決めた値迄上昇したならば、出力ポート６２からの
パルス信号を出力し、給電用コイル３２から受電用コイ
ル３７へ供給を行なう。

【００１８】上記マイクロコンピュータの動作は、予め
メモリに記憶されたプログラムに従って実行される。ま
た、電圧−周波数変換ＩＣの出力周波数とニッケルカド
ミウム電池の電圧との関係も含めメモリに記憶させてお
く。従来例のようなトリクル充電は、即ち電池の内部抵
抗が充電エネルギーを自己放電し徐々に電圧低下してい
くので放電量を補う程度の電流を最大とする充電方法
は、１８ｍＡ２４時間程度で充電するが、この発明では
２００ｍＡ程度の電流で急速充電し、緊急の使用に備え
るものである。使用時のモータ電流は約２００ｍＡであ
り、基本的に使用時間程度充電すれば良いものである。

【００１９】上記実施例によれば電力給電に共振電流高
周波を応用しフライバック結合したので、巻き数の少な
い空心コイルでも結合度が増し大きな電力が送られる。
また、コイル間のギャップが大きくても給電可能である
から、構造設計上、意匠設計上の自由度が増す。さら
に、充電端子が露出しない密閉構造で設計出来るので感
電の恐れも無く、水洗いも自由に出来衛生性の良い機器
が提供できる。

【００２０】被充電器の電圧情報を光り信号で充電器に
転送して来るので、充電の精度の良い制御が可能となり
急速充電も出来、かつ過充電で電池を損傷することがな
い信頼性の高い使い勝手の良い機器が提供出来る。

【００２１】市場で入手性の良い単三サイズの形状にし
たので、旅行先で不慮の電池切れの場合は市販の電池で
機能代用が可能である。また、従来の非充電電池応用品
にこの充電セットを転用すれば充電タイプの機器にする
ことが出来るなど使い勝手の良いものが提供出来る。こ
れらの特長は歯ブラシへの応用のみならず、水洗いの出
来るひげそり器、浴室利用の各種機器、屋外利用の電動
工具等広範囲に利用出来るものである。なお、電池型ケ
ースの大きさは、単三サイズに限るものではなく、電気
機器の負荷の大きさに応じて、単二サイズ、単一サイズ
等を選定すればよい。

【００２２】また、上記実施例は、電圧情報の転送に光
を用いたが、超音波や電波を使うこともできる。

【００２３】

【発明の効果】この発明の第１の発明は以上説明したと
おり、高周波電力発生回路が、直流電力を高周波電力に
変換し、共振回路が、該高周波電力を共振させたコイル
誘起電圧を給電用コイルに発生させると共に受電用コイ
ルに該コイル誘起電圧を一次電圧とした二次電圧を誘起
させるから、巻数の少ない空心のコイルで結合度が増
し、充電器へ大きな電力を送ることができる。従って、
密閉構造の被充電器であっても急速充電を行なうことが
できる。

【００２４】この発明の第２の発明は以上説明したとお
り、被充電器の電池電圧送信回路が、二次電池の電圧を
送信し、充電器の電池電圧受信回路が送信された電圧を
受信し、制御回路がその出力信号に基づいて受電用コイ
ルの二次電圧の誘起又は停止を制御するから、過充電が
防止される。従って、電池を損傷することがない信頼性
の高い使い勝手の良い機器が提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例を示し、電動歯ブラシを充
電器に装着した状態の断面図である。

【図２】図１に示す電動歯ブラシと充電器の回路図であ
る。

【図３】この発明の一実施例の動作を説明する波形図で
ある。

【図４】従来の電動歯ブラシを示す構成図である。

【図５】図４に示す電動歯ブラシの回路図である。

【図６】従来のひげそり器を示す構成図である。

【図７】図６に示すひげそり器の回路図である。

【符号の説明】

１，１ａ電動歯ブラシ３０充電器３２給電用コイル３６フォトトランジスタ３８受電用コイル３９二次電池４１発光ダイオード５３充放電コンデンサ５４スイッチング素子５６共振コンデンサ５８マイクロコンピュータ６７電圧−周波数変換ＩＣ７０周波数設定コンデンサ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】受電用コイルを含む充電回路を有する二
次電池を備えた被充電器と、直流電力を高周波電力に変換する高周波電力発生回路及
び給電用コイルとコンデンサとを並列接続してなり、前
記高周波電力を共振させたコイル誘起電圧を前記給電用
コイルに発生させると共に前記受電用コイルに前記コイ
ル誘起電圧を一次電圧とした二次電圧を誘起させる共振
回路を有する充電器とを備えたことを特徴とする充電装
置。
【請求項２】被充電器は、二次電池の電圧を送信する
電池電圧送信回路を備え、充電器は、前記電池電圧送信回路から送信された電圧を
受信する電池電圧受信回路及びこの電池電圧受信回路の
出力信号に基づいて前記受電用コイルの二次電圧の誘起
又は停止を制御する制御回路を備えたことを特徴とする
請求項１記載の充電装置。