JPH0732541B2 - 小型電気機器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、二次電池の現在容量を表示可能とした小型
電気機器に関する。

［従来の技術］ 従来、二次電池の充放電に対応して現在の電池容量を記
憶する一方、この記憶値に対応した表示を同時に行うも
のが提案されている（例えば、特開昭56-94934号公報参
照）。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上記した容量表示は何れも、記憶されて
いる数値に対応した表示を行うだけのものであったた
め、ともすると表示内容の異常にきづかずに機器を使用
し続ける不都合があった。

本発明者らは、かかる問題に対して考察を行った結果、
容量表示と隣接して充電時期表示を行うだけで、上記し
た不都合が解消できることを知見した。

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、残容量表示と充電時期表示とを隣接して行うことに
より、表示内容の確認が的確に行え、表示の異常が未然
に判別できるとともに、残容量表示と充電時期表示とが
一体となって違和感なく的確な視認動作ができる小型電
気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］ 本発明にかかる小型電気機器は、第１図にその概略的な
構成を示す如く、電池６と、該電池６に対する充電を行
う充電手段と、該電池６から放電される負荷と、上記充
電、放電電流に対応したパルス信号を演算して電池６の
残容量を記憶する記憶部21と、該記憶部21の記憶値の大
小に対応させて、記憶値が最小記憶値にあることを表示
する最小容量表示位置Ａと、記憶値が最大記憶値にある
ことを表示する最大容量表示位置Ｄとの間で、複数の段
階的な増減表示を行う残容量表示体46と、上記充電手段
による電池６に体する充電時期を表示する充電時期表示
体16とを備え、前記最小容量の表示位置Ａに隣接させて
上記充電時期表示体16を配設したものである。

〔作用〕

上記した構成により、通常の使用時においては残容量表
示体46では、電池６の残容量の大小に対応した表示がな
されている。

したがって、残容量が最小容量あるいはそれ以下になる
と充電の必要時期を示す最小容量表示と、それに隣接し
て配置されて充電がなされていないことを表示する充電
時期表示体16とが対となり、電池容量が尽きて充電が必
要なことを使用者に表示する。

その時、充電手段による電池６に対する充電が行われる
と、充電時期表示体16がその表示を行うとともに、前記
した残容量表示体46の表示内容と同時に確認されるの
で、その表示内容が充電途中のものであるか、放電途中
のものであるかが、一目で確認できるのである。

なお、残容量表示体46による表示を段階表示とし、更に
充電時期表示体16の配置位置を、残容量表示体46の最小
容量の表示位置Ａに隣接してあるので、たとえ電池６の
残容量が全んど無くて残容量表示体46が全て表示されて
いなくても、充電を開始すればまず充電時期表示体16が
表示され機器の不具合でないことがすぐに判り、充電が
進行するにつれまず充電時期表示体16に隣接する最小容
量の表示位置Ａが表示され、つづいて順次最大容量表示
位置Ｄへ向けて表示が行なわれる結果、両者が一体とな
った表示が行なわれるのである。

〔実施例〕

以下本発明を、第２図に示す電気かみそり１に実施した
一例を示すがこれに限らず、デープワインダ、懐中電灯
など、各種充電式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。

本発明を実施する電気かみそり１は、本体ケース２の上
部に外刃３を着脱自在に備え、該外刃３に内接して内刃
４を往復動自在に配設すると共に、本体ケース２の内部
には内刃４を往復動させるモータ５と、該モータ５に電
力を供給する電池６とを収納する。

電池６は、ニッケル・カドミウム電池の如く、複数回の
充放電に耐える二次電池であって、本実施例では、電池
容量が500mAh程度の単３型電池を使用すると共に、本体
ケース２の下部に充電部７を配設し、商用交流電源から
直接的に電池６を充電可能としている。

充電部７は、本体ケース２の下端にプラグ刃９を出没自
在に備え、第３図に示す如く、プラグ刃９から入力され
た商用交流電圧をインバータ回路を含む充電回路11で所
定の充電電圧に変換する。更に充電回路11の出力側に
は、電池６と該電池６への通電時期を規制するスイッチ
ング部12とを直列に繋いでいる。

スイッチング部12はスイッチング用トランジスタであっ
て、本体ケース２の正面８に充電時期表示体16として備
えた発光ダイオードのカソード側にそのベース端がつな
がれている。したがって、充電回路11に商用交流電圧を
印加して充電時期表示体16を点灯すると、それと連動し
てスイッチング部12がオンし、電池６が充電回路11に接
続されて充電が開始される様にしている。

電池６の両端は、下記の電子回路に所定の直流電圧を供
給するDC-DCコンバータ17と、電池６の端子電圧が例え
ば1.0V以下に低下して電池６が容量切れになったことを
検知すると、リセット信号ｒを発生して全回路、特に記
憶部21のカウント値を初期状態に戻す電圧検出部18とを
接続する。更に、電池６の両端は本体ケース２の正面中
央に配したメインスイッチ13を介してモータ５の両端に
繋がれおり、メインスイッチ13のオンオフ操作と連動し
て電池６からモータ５への通電時期が規制される。

更に、電池６の充電時期、モータ５の駆動時期および電
気かみそり１の停止時期を各々検出し、電池６内の充電
量を表示回路14で表示する。

表示回路14は、パルス信号発生部15から出力されるパル
スの発生レートおよび発生時期を、充電時期検出部19お
よび放電時期検出部20から出力される検出信号で制御可
能とするとともに、充電時には発生パルスの出力数を記
憶部21で加算して記憶し、逆に放電時には記憶部21内の
記憶値を負荷電流Ｉに比例した割合で減算していくこと
により、記憶部21内には常に電池６の現在充電量に比例
させた数値として記憶させておき、記憶部21内の計数値
を適宜表示部22に出力し、充電量の現在値を表示可能と
している。

すなわち、この種の二次電池６は通常、端子電圧が1.0V
以下に下がって完全に容量切れとなった状態から約８時
間で満充電状態となる様に充電電流量が設定される。一
方、電気かみそり１のモータ５を負荷として放電を行っ
た場合には、放電電流値により異なるが、40分程度の連
続駆動で電池６の容量が尽きる。更に、モータ５を停止
中といえども、回路の維持電流により電池６の容量は徐
々に減少する。

従って、記憶部21をアップダウンカウンタで構成すると
ともに、電池６の端子電圧を電圧検出部18で設定値と比
較し、設定値を端子電圧が下回っている間は、記憶部21
にリセット信号ｒを送って、該記憶部21のカウント値を
初期値である「０」に維持しておく。

ここで充電時には、充電時期検出部19から出力される信
号を記憶部21の制御端子に入力して記憶部21をアップカ
ウンタとするとともに、該記憶部21におけるパルスカウ
ント数が８時間で設定値に達する様にパルス信号発生部
15から出力される充電パルスの発生レートを設定する。

一方、電気かみそり１の使用時、すなわち電池６の放電
時には、充電時期検出部19からの出力信号ｓは反転し、
記憶部21は前記とは逆にダウンカウンタとなる。ここ
で、パルス信号発生部15と記憶部21間に分周率が可変の
分周部28を配設し、放電電流量に対応して分周部28の分
周率を変化させることにより、充電時に積算してカウン
タ21内に記憶しておいたパルス総数は、充電時より周波
数が高く且つ負荷電流量に対応した可変の放電パルスで
減算され、電池６中に現在蓄えられている充電量に比例
した値が絶えず記憶部21内に記憶される。従って、かか
る記憶値を所定の表示部22で表示させることにより、電
池６の現在容量が連続的に把握できるのである。

なお、通常の充電回路では上記した充電時およびモータ
駆動時のみを問題とすればよいが、本実施例ではモータ
５の停止中も記憶部21内に記憶させた値を保持するた
め、僅かではあるが電流を消費している。そこでかかる
電流を補正するため、極めて長い時間間隔をもって出力
される自己放電パルスを電気かみそり１の不使用時に発
生させ、このパルスで記憶部21内の記憶値を減算させる
様にしている。

上記構成を、更に具体的な数値を例示しながら説明する
と、パルス信号発生部15は充電用、主放電用および自己
放電用の３組のパルス発生器23・24・25とパルス切換部
27とからなり、各パルス発生器23・24・25毎に個別に設
定された発生レートのパルス信号をパルス切換部27で選
択的に分周部28に送る。

パルス切換部27は、例えば複数の論理ゲート回路を組み
合わせて構成されるものであって、充電回路11の出力を
波形整形する等して充電時期検出部19から取り出される
充電時期信号ｓと、後記するモータ回転数検出部31から
出力されてモータ５の停止時を表示するゼロ回転検出信
号ｆの印加と連繋して切り替わる。すなわち、充電時期
信号ｓとゼロ回転検出信号ｆが共に“1"の場合は充電用
パルス発生器23が選択され、共に“0"の場合は主放電用
パルス発生器24が選択され、更にゼロ回転検出信号のみ
が“1"の場合は自己放電パルス発生器25が選択されて、
各々分周部28に接続される。

分周部28は、４段２進のカウンタで構成される第１分周
器29と、６段２進カウンタで構成される第２分周器30と
を直列に備え、第１分周器29に入力されたパルス信号
は、第２分周器30の出力側ではその発生レートが最大1/
2¹⁰、すなわち1024分の１に分周して取り出される。

更に、充電量のメモリとして使用される記憶部21のアッ
プダウンカウンタを２進８段で構成すると、最大カウン
ト数は2⁸−１すなわち255となる。ここで記憶部21の上
位４ビットが“1"となった時点、すなわちパルスを240
カウントした時に満充電の表示がなされ、更に255個目
のパルスをカウントし終えると充電を停止する様にする
には、８時間＝2.8×10⁴秒であるから、充電用パルス発
生器23から出力される充電パルスのパルスレートP₁は、 P₁＝2.8×10⁴／（255×1024）＝0.1秒 となり、充電用パルス発生器23から約0.1秒毎に１パル
スを発生させることにより、記憶部21のカウンタが８時
間タイマーとなることが判る。

一方、この種の小型電気機器にはモータ５として界磁に
永久磁石を使用した直流モータが使用されることが多
く、従って第４図に示す如く、毛屑の堆積などが原因し
てトルクＴが増大するにつれて駆動時にモータ５に供給
される負荷電流Ｉは増加する。更に、かかる負荷電流Ｉ
の増加は、モータの回転数ｎの低下となって現れ、従っ
てモータ回転数ｎの増減を検出することにより、負荷電
流Ｉの増減が間接的に判る。また、負荷電流Ｉの増加は
満充電時からのモータ５の連続駆動可能時間の減少につ
ながるものであるが、電池６およびモータ５の容量を設
定すれば、実験あるいは計算で、モータ回転数ｎとモー
タ６の連続駆動可能時間との関係が求まる。

第５図の実線で示した曲線はかかる関係の一例を示した
ものであって、更に破線はその曲線を階段状の直線で近
似したものである。この結果から、モータ５の回転数ｎ
の大小をモータ回転数検出部31で検出し、該回転数検出
部31の検出値に応じて分周部28の分周率を階段状に変化
させることにより、分周部28の出力端からは負荷電流Ｉ
の増減に近似してパルスレートが変化する主放電パルス
が得られ、かかる主放電パルスをもって記憶部21内の記
憶値を減算していくことにより、負荷電流Ｉに応じた割
合で記憶部21内の値を減少できる。

放電時期検出部20は、モータ５の回転時に電機子から発
生する漏れ磁束、あるいはモータ５の回転軸に一体に取
り付けた磁石（図示せず）による磁束変化を検出コイル
32で検出したあと、該検出信号をシュミットトリガ33で
波形整形することにより、第６図（ｄ）の如く、モータ
５の回転数ｎに比例したパルスレートの回転パルスａを
形成し、モータ回転検出部31に入力する。

モータ回転検出部31は、回転パルスａの数を設定時間だ
けサンプリングしてカウントする回転数カウント部34
と、該カウント部34中のカウント数の大小を判別する回
転数判定部36とから構成され、第１分周器29に組み合わ
された分周率変換部37に回転数判定部36から出力される
変換信号を入力して、第１分周器29の分周率を変化させ
る。

回転数カウント部34は、２進４段のサンプリング機能を
有する回転数カウンタ39と、該カウンタ39のサンプリン
グ期間を設定するゲート信号ｂを発生する単安定マルチ
バイブレータ40とを備え、自己放電用パルス発生器25か
ら出力される自己放電パルスｃを微分回路41で微分して
トリガ信号ｄを発生し、該信号ｄでカウンタ39のクリア
及びゲート信号ｂの発生時期規制をする。すなわち、第
６図（ａ）に示す如く、自己放電パルスｃが１つ出力さ
れる毎に、該信号ｃを微分回路41で微分してトリガ信号
ｄを発生する（第６図（ｂ）参照）。かかるトリガ信号
ｄは、第６図（ｆ）の如く回転数カウンタ39の内容ｅを
リセットすると同時に単安定マルチバイブレータ40を作
動させ、該単安定マルチバイブレータ40から出力される
ゲート信号ｂによりカウンタ39のゲートは開いて放電時
期検出部20から出力される回転パルスａのパルス数がサ
ンプリングされるのである。

本実施例では、回転数カウンタ39に２進４段のものが使
用され、「０〜15」の範囲のサンプリング数に対応する
回転パルスａが検出できる様に構成している。従って、
放電時期検出部20から出力される回転パルスａのパルス
レートおよび単安定マルチバイブレータ40のパルス幅を
適宜選択することにより、第５図で示す回転数が毎分51
00回転以上で回転数カウンタ39のカウント数ｅが「1
5」、4700〜5100回転で「14」、4300〜4700回転で「1
3」、4300回転以下で「12」以下となる様に設定でき
る。ここで更に、回転数カウンタ39のカウント数が「1
5」の時の駆動可能時間を「10」とすると、回転数カウ
ンタ39におけるカウント数が１下がる毎に駆動可能時間
は１割ずつ減少するので、基本的には２進４段の16進で
ある第１分周器29の分周率を、回転数カウンタ39のカウ
ント数が「15」の時に10進、「14」の時に９進の如く順
次降下させていくことにより、負荷電流Ｉの大小に対応
したパルスレートの放電パルスが得られる。

更に、記憶部21のアップダウンカウンタで充電期間中に
８時間かけてカウントした総カウント値の「255」が、
第１分周器29を10進に切り替えた場合に対応する放電時
には、約38分かけて「０」となる様に、放電パルスレー
トP₂を設定すればよい。かかるパルスレートP₂は、 P₂＝38×60/（10×64×255）＝0.014［sec］ となり、主放電用パルス発生器24からは約0.014秒毎に
１パルスを発生させる様にすればよいことが判る。

一方、プラグ刃９をコンセントから引き抜いて電池６の
充電を停止すると、パルス切換部27は自己放電用パルス
発生器25側に切り替わり、該パルス発生器25から出力さ
れる自己放電パルスｃが分周部28を介して記憶部21に印
加されて記憶部21内の記憶値を減算し、機器停止時に流
れる回路保持電流による電池容量の減少が補正される。

かかる電流による電池容量の減少は、満充電状態から約
２カ月かかって充電量がゼロとなる程度の量である。従
って自己放電パルスｃのパルスレートP₃は、２カ月が5.
2×10⁶秒であるから、 P₃＝5.2×10⁶／（255×1024）＝20［sec］ となり、自己放電用パルス発生器25からは約20秒毎に１
パルスの割で自己放電パルスｃが出力される。

回転数カウント部34の出力側に備えたゼロ回転検出部43
は、回転数カウンタ39内のサンプリング数ｅが「０」、
すなわちモータ５の回転が停止した時に“1"信号を出力
させる。かかるゼロ信号ｆはパルス切換部27に入力さ
れ、前記した充電時期信号ｓの“0"信号と連動してパル
ス発生器を自己放電用パルス発生器25側に切り替えると
同時に、インバータ44により反転されて“0"となって、
表示駆動部45へ入力されることにより、モータ停止時に
は残容量表示体46の表示を停止し、表示部22による電力
消費を抑制している。

表示駆動部45は、記憶部21の上位４ビットをデータ信号
として取り出し、該２進４桁で表示される16進数をデコ
ードして残容量表示体46で表示する。残容量表示体46
は、電池容量の最小容量から最大容量の間を４個の発光
ダイオードＡ・Ｂ・Ｃ・Ｄを用いて４段階に表示可能と
したものであって、本体ケース２の正面８の中央に接近
させて横一列に配して構成され、かかる４個の発光ダイ
オードの発光数を記憶部21内の記憶値に対応させて増減
させる。例えば充電時には、充電開始から２時間毎に１
つずつ、最小容量に対応するＡ側から点灯数を順番に増
加させて行き、記憶部21内の上位４ビットが全部“1"に
揃うと４個の発光ダイオードＡ〜Ｄが全て点灯して充電
が完了したことを表示し、更に充電を続けて記憶部21の
８ビットが全てゼロとなると同時に桁上げ信号が出力さ
れ、表示駆動部45からの発光ダイオード駆動用の出力信
号は消える。このとき、二次電池６の充電時期規制用の
スイッチング部12は、残容量表示体46の最小容量表示用
の発光ダイオードＡに隣接して配置した充電時期表示体
16の発光ダイオードと接続されているので、スイッチン
グ部12をオフして電池６の充電を強制的に止め、過充電
を防止する。

次に、第７図および第８図にしたがって、上記した構成
における動作の流れを説明する。

時刻t₀に充電を開始すると、ステップ101で充電が開始
されたことが判定され、記憶部21のカウンタがアップ側
へ切り替えられる（ステップ102）と同時に、電池６の
端子電圧は徐々に上昇する。しかし、電池６の端子電圧
が1.0Vを下回っていることがステップ103で判定された
場合、記憶部21内のカウント値はリセットされ（ステッ
プ104）、初期値である「０」状態を保つ。ここで時刻t
₁に電池電圧が1.0Vを越えたことが判断されるとはじめ
て、かかる時点t₁を基準として記憶部21は充電パルスの
カウントを始め（ステップ105）、更にそのカウント状
態を表示部22の残容量表示体46で表示する（ステップ10
6）。

ここで充電を継続して時刻t₁から約８時間たつと、残容
量表示体46を構成する発光ダイオードは４個全て点灯
し、電池６が満充電に達したことを表示する。更に充電
状態を続けても所定時間経過後に表示部22の出力は切
れ、スイッチング部12が開路して電池６の過充電が阻止
される。

時刻t₂において、プラグ刃９をコンセントから外して充
電を止めると同時に、ステップ101で充電が停止された
ことが判定され、記憶部21はダウン側に切り替わる（ス
テップ107）。この時、電池６の端子電圧が1V以下であ
ると、記憶部21のカウント値は上記と同様にリセットす
る（ステップ109）が、1V以上あることがステップ108で
判断されると、ステップ110に移り、モータ５が回転駆
動されているか否かを判定する。このとき、充電もモー
タ駆動も行われていないと判断されると、放電時より十
分低い割合で記憶部21内の記憶値を減算し、機器不使用
時の電力消費量を補正する（ステップ111）。それと同
時に、ステップ112で表示部22における発光表示を止
め、電力消費を記憶部21の記憶値保存など必要最小限に
抑える。

次いで時刻t₃において、スイッチ13を閉じてモータ５に
通電すると、モータ５の回転は放電時期検出部20により
回転パルスａとして取り出される。更にモータ回転検出
部31で回転パルスａのサンプリング数ｅからモータ回転
数、すなわち負荷電流Ｉの値を検出し（ステップ113〜1
15）、該電流Ｉの大小に応じて第１分周器29の分周率を
10進ないし７進の何れかに切り換え（ステップ116〜11
9）、消費電流の大小に応じた割合でカウンタ21内の記
憶値を減算していき（ステップ120）、その減算状態は
表示部22で表示される（ステップ121）。

ここで時刻t₅において充電を行うと、充電量表示はゼロ
から開始するのではなくて時刻t₅の記憶値に積算され、
従って常に現在の充電量が連続して表示される。また実
際の電流消費量が減算量よりも大きかった結果、カウン
タ21内には数値が残っているにもかかわらず、電池６の
端子電圧が1.0V以下に下がった場合は、ステップ109で
カウント値を強制的にリセットして（時刻t₇）表示を止
め（ステップ122）、使用者に充電を促すのである。

なお表示部22による表示は、発光ダイオードに代えて液
晶を用いて表示したり、あるいは表示の段階をより細か
く設定して連続表示に近い状態で表示する様にしてもよ
い。

また、表示部22は充電および放電時に常時発光表示させ
るのではなく、別に電池チェック用のスイッチを設けて
スイッチ操作時にのみ表示させることにより、表示部22
による電力消費を必要最小限に抑えることができる。

更に、上記表示回路14をマイクロプロセッサを用いてプ
ログラムにより同様な動作をさせることも勿論可能であ
る。この場合、充電、放電および自己放電パルスは、電
流量の大小に対応した２進数で表示され、所定期間毎に
記憶部21の記憶値に対して直接加減算される。

［発明の効果］ 本発明は上記の如く、電池６と、該電池６に対する充電
を行う充電手段と、該電池６から放電される負荷と、上
記充電，放電電流に対応したパルス信号を演算して電池
６の残容量を記憶する記憶部21と、該記憶部21の記憶値
の大小に対応させて、記憶値が最小記憶値にあることを
表示する最小容量表示位置Ａと、記憶値が最大記憶値に
あることを表示する最大容量表示位置Ｄとの間で、複数
の段階的な増減表示を行う残容量表示体46と、上記充電
手段による電池６に対する充電時期を表示する充電時期
表示体16とを備え、前記最小容量の表示位置Ａに隣接さ
せて上記充電時期表示体16を配設したので残容量確認時
に、その表示内容が、充電途中のものであるか放電途中
のものであるかが直ちに判別できるとともに、表示内容
の異常の識別を手易くしている。

更に、残容量表示体46による表示を段階表示とするとと
もに、充電時期表示体16の配置位置を、残容量表示体46
の最小容量の表示位置Ａに隣接させることにより、充電
時期表示が残容量表示の最小容量部分と一体となって連
続した表示がなされ、小型電気機器の本体ケース２上に
あって違和感のない表示が行える。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本的な構成を示す説明図である。 第２図は本発明を実施した一例を示す電気かみそりの斜
視図、第３図は電気回路の構成を示すブロック図、第４
図はモータ回転数と負荷電流の関係を示すグラフ、第５
図はモータ回転数と駆動可能時間との関係を示すグラ
フ、第６図（ａ）ないし（ｇ）はモータ回転数検出部の
動作を説明する波形図、第７図は動作を説明する流れ
図、第８図（ａ）および（ｂ）は充放電時における電池
端子電圧と記憶部の記憶値との関係を示す説明図であ
る。 ５……モータ、６……電池、11……充電回路、15……パ
ルス信号発生部、16……充電時期表示体、18……電圧検
出部、19……充電時期検出部、20……放電時期検出部、
21……記憶部、22……表示部、28……分周部、31……モ
ータ回転数検出部、46……残容量表示体。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電池（６）と、 該電池（６）に対する充電を行う充電手段と、 該電池（６）から放電される負荷と、 上記充電，放電電流に対応したパルス信号を演算して電
   池（６）の残容量を記憶する記憶部（21）と、 該記憶部（21）の記憶値の大小に対応させて、記憶値が
   最小記憶値にあることを表示する最小容量表示位置Ａ
   と、記憶値が最大記憶値にあることを表示する最大容量
   表示位置Ｄとの間で、複数の段階的な増減表示を行う残
   容量表示体（46）と、 上記充電手段による電池（６）に対する充電時期を表示
   する充電時期表示体（16）とを備え、 前記最小容量の表示位置Ａの更に小容量側に隣接させて
   上記充電時期表示体（16）を配設したこと を特徴とする小型電気機器。