JPH078324A - 瞬時充電式負荷ユニット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 使用の都度、瞬時に充電を行って所定時間負
荷を駆動出来る瞬時充電式の負荷ユニットを提供する。 【構成】 充電アダプターＡに、コードレスタイプの負
荷ユニットＢとを組み合わせて構成されており、充電ア
ダプターＡは、外部電源より電源供給を受ける電源入力
端子１と、この電源入力端子１を通じて、外部から供給
された交流電源を降圧し、直流変換する降圧電源変換部
２と、負荷ユニットＢを充電するための充電供給端子５
ａ，５ｂと、負荷ユニットＢに内蔵された電気２重層コ
ンデンサＣに降圧電源変換部２から電荷を供給して、瞬
時に充電させる瞬時充電回路部３とを備えており、負荷
ユニットＢは、電気２重層コンデンサＣと負荷Ｌとを内
蔵し、電気２重層コンデンサＣに充電された電荷を放電
するとき、負荷Ｌの特性に応じて負荷を駆動する負荷駆
動制御回路部４とを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、使用の度に瞬時充電を
行うことによって、内蔵させた負荷を所定時間駆動させ
ることの出来る新規な構成の瞬時充電式負荷ユニットに
関する。

【０００２】

【従来の技術】近時、充電式電池を内蔵した電動歯ブラ
シや電動ヒゲソリが家庭電気製品として広く使用される
至って来たが、充電電池を内蔵したこの種の電気製品
は、充電時間が長い上に、電池の寿命が短いため、携帯
に不便である。また、電池の交換も頻繁にしなければな
らず、長い期間の使用にも充分に耐えることができなか
った。このため、購入当初は良く使用しても、しばらく
すると、そのまま放置し使用しなくなってしまうのが通
例となっている。

【０００３】

【発明が解決しようする課題】本発明は、従来の充電式
電気製品がこのような事情にあるのに鑑みて、開発され
たもので、電気２重層コンデンサを内蔵したコードレス
タイプの負荷ユニットと、これを瞬時充電する充電アダ
プターとを組み合わせて構成された瞬時充電式負荷ユニ
ットを提供することを目的としている。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に提案される本発明（請求項１）は、充電アダプター
に、コードレスタイプの負荷ユニットとを組み合わせた
構成となっており、上記充電アダプターは、外部電源よ
り電源供給を受ける電源入力端子と、この電源入力端子
を通じて、外部から供給された交流電源を降圧し、直流
変換する降圧電源変換部と、上記負荷ユニットを充電す
るための充電供給端子と、上記負荷ユニットに内蔵され
た電気２重層コンデンサに上記降圧電源変換部から電荷
を供給して、瞬時に充電させる瞬時充電回路部とを備え
ており、一方の負荷ユニットは、電気２重層コンデンサ
と負荷とを内蔵し、上記充電供給端子に接続して、電気
２重層コンデンサを充電させる充電用端子と、電気２重
層コンデンサに充電された電荷を放電するとき、負荷の
特性に応じて負荷を駆動する負荷駆動制御回路部とを備
えている。ここに、負荷駆動制御回路としては、負荷の
特性に応じて定電圧制御回路、定電流制御回路などが選
択される。

【０００５】請求項２〜７には、請求項１において提案
された本発明の瞬時充電式負荷ユニットを更に改良し、
あるいは応用したより具体的な充電式負荷ユニットが提
案されている。すなわち、請求項２には、負荷ユニット
に内蔵した電気２重層コンデンサに、所定レベルの高周
波電圧パルスを供給することによって、瞬時充電させる
瞬速パルス充電制御回路によって瞬時充電回路を構成し
ており、また請求項３には、使用上の便宜を考慮し、電
気２重層コンデンサの充放電状態を表示する充電モニタ
ランプを負荷ユニットに設けたものが提案されており、
請求項４または５には、本発明装置のより具体的な応用
例として、電動モータを負荷として内蔵した電動ハブラ
シ、電動モータを負荷として内蔵した電気ヒゲソリがそ
れぞれ提案されている。更に請求項６，７には、電熱器
具、発光器具を負荷として用いた瞬時充電式負荷ユニッ
トが提案されている。

【０００６】

【作用】本発明の瞬時充電式負荷ユニットによれば、負
荷の内部電源として化学反応を伴った蓄電池を使用せ
ず、静電容量の極めて大きい電気２重層コンデンサを使
用しているので、高速瞬時充電が可能であり、次のよう
にして、負荷ユニットを使用する度に瞬時充電して、所
定時間使用できる。

【０００７】大容量の充電アダプターは、その電源入力
端子を商用電源のコンセントなどに接続して、充電スタ
ンバイの状態に置く。一方の負荷ユニットは、その充電
端子を充電アダプターの充電供給端子に接続させると、
負荷ユニットに内蔵された電気２重層コンデンサは、充
電アダプターの瞬時充電回路によって瞬時に充電が可能
となる。例えば、充電アダプターから１００Ｖ，１５Ａ
の電源を供給して、３０００Ｆの電気２重層コンデンサ
を充電する場合には、１〜２秒程度でフル充電できる。

【０００８】このようにして、負荷ユニットが充電され
た後は、負荷ユニットを充電アダプターから離して、負
荷ユニットのスイッチをオンにして、負荷を駆動し使用
する。この場合、負荷ユニットには、内蔵した負荷の特
性に応じた出力を保持する負荷駆動回路が内蔵されてい
るので、負荷は所定時間の間安定して駆動される。例え
ば、３０００Ｆの電気２重層コンデンサを上記条件で充
電した電動歯ブラシでは２〜３分の連続使用が可能であ
った。

【０００９】

【実施例】以下に添付図を参照して、本発明の一実施例
を説明する。図１、図２は、本発明の瞬時充電式負荷ユ
ニットの基本構成を示している。図１において、Ａは外
部電源より電源供給を受ける比較的大容量の充電アダプ
ター、Ｂはコードレスタイプの負荷ユニットである。充
電アダプターＡは、家庭用コンセントに接続して電源供
給を受けるためのプラグ１を電源入力端子として備え、
このプラグ１を通じて供給された商用交流電源を降圧ト
ランス２１と整流回路２２を含んで構成された降圧変換
回路部２で降圧し、整流した後、瞬時充電回路３に供給
するようになっている。ここに、瞬時充電回路３は、充
電供給端子５ａ，５ｂを有しており、この充電供給端子
５ａ，５ｂに、負荷ユニットＢの対応した充電端子７
ａ，７ｂを接触接続するなどの方法で負荷ユニットＢ内
に内蔵した電気２重層コンデンサＣを瞬時に充電できる
ようになっている。

【００１０】一方の負荷ユニットＢは、図２に見るよう
に、モータや電熱ヒータなどの負荷Ｌと、この負荷Ｌを
駆動するための内部電源となる電気２重層コンデンサＣ
を備えており、充電アダプターＡで負荷ユニットＢの電
気２重層コンデンサＣを充電した後は、負荷ユニットＢ
に設けた作動スイッチＳＷを操作することによって、電
気２重層コンデンサＣに充電された電荷を放電させ、こ
のときの電荷で負荷Ｌを駆動するようになっている。こ
のような負荷ユニットＢは、内蔵した負荷Ｌの出力特性
に応じて、電流、電圧などの出力を制御する負荷駆動制
御回路４を備えているので、負荷Ｌを安定的に駆動でき
る。

【００１１】また、このような負荷ユニットＢは、内蔵
した電気２重層コンデンサＣに蓄積された電荷の放電が
終了することによって、負荷Ｌの駆動は停止されるの
で、再度の使用を行う場合には、負荷ユニットＢの充電
端子７ａ，７ｂを充電アダプターＡの充電供給端子５
ａ，５ｂに接続させて再充電を開始する。図２は、負荷
ユニットの一例を示した内部回路の詳細構成を示してい
る。負荷Ｌには電動モータが使用されており、充電端子
７ａ，７ｂと並列には電気２重層コンデンサＣが接続さ
れている。この電気２重層コンデンサＣは、静電容量は
従来のコンデンサに比べて桁外れに大きいが、耐圧が低
い特性を有しているので、個々のコンデンサに加わる電
圧レベルを下げるため、複数個を直列に接続している。
また、これらの電気２重層コンデンサＣの各々には、放
電後における分担電圧の均衡を保持するため放電用バラ
ンス抵抗Ｒoを接続している。

【００１２】一方、電気２重層コンデンサＣの直列回路
と並列に、抵抗Ｒ，ツエナーダイオードＺＤ，発光ダイ
オードＬＤを直列に接続して充電モニタ回路６を設け、
発光ダイオードＬＤを充電モニタランプとしている。こ
のような充電モニタ回路６では、電気２重層コンデンサ
Ｃの充放電時に変化する電気２重層コンデンサＣの直列
回路の両端電圧の高低に応じて、発光ダイオードＬＤを
点灯あるいは消灯するようにしている。

【００１３】また、電気２重層コンデンサＣの直列回路
の出力側には、作動スイッチＳＷを設け、負荷駆動制御
回路４を構成する定電圧制御回路４１と電圧検出回路４
２とを設けている。このような構成であれば、負荷ユニ
ットＢの充電端子７ａ，７ｂを充電アダプターＡの充電
供給端子５ａ，５ｂに接続すれば、充電アダプターＡの
瞬時充電回路３は、負荷ユニットＢの大容量の電気２重
層コンデンサＣを瞬時に充電するが、電気２重層コンデ
ンサＣの充電が進み、電気２重層コンデンサＣの直列回
路の両端電圧が所定レベルに達すると、オフ状態を維持
していたツエナーダイオードＺＤが導通して、発光ダイ
オードＬＤを点灯する。したがって、この発光ダイオー
ドＬＤの点灯を見ることによって電気２重層コンデンサ
Ｃの充電状態が確認できる。

【００１４】このようにして、充電を完了した後、負荷
ユニットＢを充電アダプターＡから離して、作動スイッ
チＳＷを投入すれば、負荷Ｌは駆動されるが、このとき
負荷Ｌに加わる電圧は電圧検出回路４２で検出され、そ
の値に応じて定電圧制御回路４１を作動して負荷電流を
所定レベルに保持するので、電気２重層コンデンサＣの
放電電圧のように急激な低下は阻止され、負荷Ｌである
モータは安定した回転駆動を継続する。かくして、電気
２重層コンデンサＣに蓄積された電荷が放電され、定電
圧制御回路４１が定電圧動作を継続できなくなるまで、
モータの駆動は継続するが、電気２重層コンデンサＣの
放電が終了すればモータの駆動は停止する。

【００１５】このようにして、負荷Ｌの駆動が停止すれ
ば、負荷ユニットＢの充電端子７ａ，７ｂを再度充電ア
ダプターＡの充電供給端子５ａ，５ｂに接触させて、電
気２重層コンデンサＣを充電させれば、その都度、負荷
ユニットＢを使用することが出来る。以上の例では、充
電モニタランプは、ツエナーダイオードＺＤのツエナー
電圧を利用し、電気２重層コンデンサＣの直列回路の端
子電圧の変化を検知して発光ダイオードＬＤを点灯ある
いは消灯させる最も簡単な構成を採用したが、フル充
電、放電を判別する所定のしきい値を設定したコンパレ
ータを利用して、充電終了、放電のそれぞれの状態を示
す表示ランプを設けた構成とすれば、使用者には、フル
充電、放電終了の状態が容易に判別できる。

【００１６】本発明の負荷ユニットによれば、充電時に
は化学反応を伴う充電式電池を内蔵していないので、充
電時の手間は要せず、充電電池の寿命による取り替えの
手間も不要である。また、負荷ユニットは充電アダプタ
ーによって瞬時に充電させて使用できるので、電池を持
ち歩く必要もなく、使用場所に充電アダプターが１台あ
れば、複数の負荷ユニット同士で共用することも出来
る。

【００１７】図３は、瞬時充電回路に瞬時パルス充電制
御回路を用いた例を示している。図例の瞬時パルス充電
制御回路３Ａは、スイッチング素子としてトランジスタ
ＴＲを使用しており、電源制御回路部３２によって高周
波駆動パルス出力回路３１を作動することによって、こ
のトランジスタＴＲのベースに高周波駆動パルスを連続
して供給して、負荷ユニットＢに内蔵した電気２重層コ
ンデンサに、フル充電レベルＶOの電圧パルスを供給し
て充電できるようになっている。負荷ユニットＢが充電
開始のために充電アダプターＡに接続されると、電源制
御回路部３２は、負荷ユニット充電要求信号を受けて、
高周波駆動パルス出力回路３１を作動して、瞬時パルス
充電を開始するようになっている。

【００１８】図４に、瞬時パルス充電を用いて、電気２
重層コンデンサＣを充電させる場合の充電特性を示す。
図５，図６は、本発明の負荷ユニットを電動歯ブラシに
適用した例を示している。負荷ユニットＢをなす電動歯
ブラシは、従来の充電式電動歯ブラシと同じ外観をして
おり、作動スイッチＳＷと、充電ランプＬＤを設けたグ
リップ本体８の上部に、ローリングあるいは往復動作を
繰り返す歯ブラシ部８１を設けた構造となっている。一
方の充電アダプターＡは、電動歯ブラシのグリップ本体
８を挿入する充電用挿入穴９１を上部に設けた筒状本体
９の下部には、先端にプラグ９２を設けたコード９３を
取り付けて、このプラグ９２を家庭用コンセント（不図
示）に差し込んで電源供給を受けるようになっており、
筒状本体９には電源の供給状態をモニタする電源ランプ
９５を設けている。充電アダプターＡの充電用挿入穴９
１内部には、電動歯ブラシのグリップ本体８に設けた充
電端子８２ａ，８２ｂに接触接続される充電供給端子９
４ａ，９４ｂを設けるとともに、その底部には、電動歯
ブラシのグリップ本体８の挿入を検知する検出センサＳ
を設けている。この検出センサＳは、図３において示し
た負荷ユニット充電要求信号を出力するものである。

【００１９】このような構造によれば、充電アダプター
Ａを、コードの先端に設けたプラグ９２を家庭用コンセ
ント（不図示）に挿入して電源供給を受ける状態に保持
しておき、充電アダプターＡの充電用挿入穴９１に、電
動歯ブラシのグリップ本体８を挿入しておけば、電動歯
ブラシのグリップ本体８に内蔵された電気２重層コンデ
ンサＣを瞬時に充電できる。したがって、電動歯ブラシ
を使用する場合には、充電アダプターＡの充電用挿入穴
９１から取り出し、作動スイッチＳＷを投入すればその
まま使用でき、使用後は、電動歯ブラシのグリップ本体
８を再び充電アダプターＡの充電用挿入穴９１に挿入す
ることによって、電動歯ブラシを瞬時に充電し再使用が
可能となる。

【００２０】この例では、電動歯ブラシへの適用例を示
したが、本発明はこのような例に限定されす、１回の使
用時間が比較的短くても良い電気ヒゲソリ、電熱器具、
発光器具などを内蔵させた負荷ユニットに広く適用でき
るものである。

【００２１】

【発明の効果】本発明の瞬時充電式負荷ユニットによれ
ば、次のような効果が奏される。負荷ユニットを充電ア
ダプターに接続させることによって、電気２重層コンデ
ンサを瞬時に充電できるので、従来の充電式負荷ユニッ
トのように、長時間充電器に接続設置しておく必要はな
い。しかも、負荷ユニットは、充電アダプターを共用で
きるので、１回の使用時間の比較的短い家庭用電気製品
に適用すれば有益である。

【００２２】また、負荷ユニットは、電気２重層コンデ
ンサの１回分の放電容量で使用するので、小負荷の場合
には、電気２重層コンデンサも小型化でき、そのため負
荷ユニットも小型化、軽量にできる。更に、負荷ユニッ
トは、電気２重層コンデンサを内部電源として内蔵して
いるため、従来の充電電池のように化学反応を伴わず、
充放電回数も１万回以上に耐え、長寿命であり、爆発炎
上のおそれもなく、無公害である。このため、メンテナ
スフリーであり、完全密閉型の使い易い電気機器がで
き、安全性が高く、無公害であるため、産業廃棄物回収
規制もなく、安心して使用できる。

【００２３】以上のように本発明の瞬時充電式負荷ユニ
ットによれば、負荷ユニットを使用する度に、負荷ユニ
ットに内蔵した電気２重層コンデンサを瞬時充電して、
負荷を所定時間駆動するという画期的なコンセプト商品
が実現する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の瞬時充電式負荷ユニットの概略説明
図。

【図２】負荷ユニットの内部回路の構成図。

【図３】瞬時パルス充電回路の構成図。

【図４】瞬時パルス充電制御の説明図。

【図５】本発明を電動歯ブラシに適用した場合の例図
（瞬時充電時の状態）

【図６】本発明を電動歯ブラシに適用した場合の例図
（使用時の状態）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中井 宏行 兵庫県三田市弥生が丘１丁目３番弥生が丘 ２番館1209

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】充電アダプターに、コードレスタイプの負
   荷ユニットとを組み合わせて構成された瞬時充電式負荷
   ユニットであって、 上記充電アダプターは、 外部電源より電源供給を受ける電源入力端子と、この電
   源入力端子を通じて、外部から供給された交流電源を降
   圧し、直流変換する降圧電源変換部と、 上記負荷ユニットを充電するための充電供給端子と、 上記負荷ユニットに内蔵された電気２重層コンデンサに
   上記降圧電源変換部から電荷を供給して、瞬時に充電さ
   せる瞬時充電回路部とを備えた構成とされ、 上記負荷ユニットは、 電気２重層コンデンサと負荷とを内蔵し、 上記充電供給端子に接続し、電気２重層コンデンサを充
   電させる充電用端子と、 電気２重層コンデンサに充電された電荷を放電すると
   き、負荷の特性に応じて負荷を駆動する負荷駆動制御回
   路部とを備えた構成とされた瞬時充電式負荷ユニット。
2. 【請求項２】上記瞬時充電回路部は、負荷ユニットに内
   蔵した電気２重層コンデンサに、所定レベルの高周波電
   圧パルスを供給することによって、瞬時充電させる瞬速
   パルス充電制御を行う構成された請求項１に記載の瞬時
   充電式負荷ユニット。
3. 【請求項３】上記負荷ユニットには、電気２重層コンデ
   ンサの充放電状態を表示する充電モニタランプを設けた
   構成とされた請求項１または２に記載の瞬時充電式負荷
   ユニット。
4. 【請求項４】上記負荷ユニットが電動モータを負荷とし
   て内蔵した電動歯ブラシである請求項１または２または
   ３に記載の瞬時充電式負荷ユニット。
5. 【請求項５】上記負荷ユニットが電動モータを負荷とし
   て内蔵した電気ヒゲソリである請求項１または２または
   ３に記載の瞬時充電式負荷ユニット。
6. 【請求項６】上記負荷ユニットが電熱器具を負荷として
   内蔵したものである請求項１または２または３に記載の
   瞬時充電式負荷ユニット。
7. 【請求項７】上記負荷ユニットが発光器具を負荷として
   内蔵したものである請求項１または２または３に記載の
   瞬時充電式負荷ユニット。