JPH0831339B2 - 電気二重層コンデンサを用いたコードレス機器の充電器 - 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、電気二重層コンデン
サを内蔵電源とし、繰り返し使用できるようにしたコー
ドレス機器を急速充電するための充電器に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、電気機器の中で電池を内蔵するこ
とによってコードレス化を図ったコードレス機器の占め
る割合が、少しずつ増している。

【０００３】例えば、電動歯ブラシ、電気シェーバーや
小型クリーナ等が便利なコードレス機器として日常的に
使用されている。

【０００４】これらの機器では、その電源に、経済性の
点から繰り返して使える二次電池が使用されることが多
い。

【０００５】この二次電池には、 繰り返し使用可能で経済性が高いこと 充放電特性が安定していること 取り扱いやすく保守を必要としないこと 過充電や長期放置に耐え、広い温度範囲で使用できる
こと等の厳しい使用条件があるため、小型、高信頼、保
守が不要、取り扱いが簡便なニカド電池や小型シール鉛
蓄電池が多く使用されている。

【０００６】ところで、これらの二次電池は、一次電池
と異なり、多くの場合、機器に組み込まれて使用される
ため、機器に応じて電池の直列数も異なり、充電電圧が
異なる。

【０００７】また、このような二次電池では、充電末期
に発生する酸素ガスが、陰極で反応する時の酸化熱で電
池温度が上昇し、充電電圧が低くなり、充電効率が低下
して、容量が得られなくなる。

【０００８】このため、機器の完全充電には、通常（０
〜４５度）、０．１Ｃの電流で１０〜１６時間程度の充
電時間が必要であるものが多く、急速充電用電池を用い
たものでも４〜６時間の充電時間を必要とする。

【０００９】したがって、上記コードレス機器の例え
ば、電動シェーバーや電動歯ブラシ等、常時使用するも
のでは、機器を使用後に保持するホルダーを設け、その
ホルダーに機器の二次電池を充電する専用の充電器を設
けて、常時充電を行うことにより、次の使用に備えると
いう方法がとられている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような、コードレス機器ごとに専用の充電器を設ける方
法では、コードレス機器と充電器とをセットにして供給
しなければならないため、コストアップの要因となって
いる。

【００１１】また、常時充電を行なうため、コードレス
機器が増えるごとに、上述したように充電時間がかかる
ため、コンセントが塞がれ、他の機器の使用に支障を来
したり、ホルダーが増え、その設置場所にも困るという
問題がある。

【００１２】そこで、この発明の課題は、充電器をコー
ドレス機器ごとに設けなくてもよくして、コードレス機
器の増加によってコンセントが塞がれないようにし、さ
らに、コストの低減を図るようにすることである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、この発明の請求項１に係る発明では、コードレス機
器の電源を二次電池に代えて充電電圧を共通化した電気
二重層コンデンサとし、その電気二重層コンデンサを電
源としたコードレス機器の充電器を上記コードレス機器
の電気二重層コンデンサと接続される充電用直流電源
と、その直流電源と前記電気二重層コンデンサ間に並列
に接続される充電用コンデンサと、前記充電用コンデン
サを充電用直流電源で充電し、その充電された充電用コ
ンデンサでもって上記コードレス機器の電気二重層コン
デンサを充電する充電制御回路とからなる構成としたの
である。

【００１４】また、請求項２に係る発明では、上記コー
ドレス機器の充電器をコードレス機器の電気二重層コン
デンサと接続される充電用直流電源と、その直流電源と
電気二重層コンデンサとを接続あるいは開放するスイッ
チ手段と、そのスイッチ手段を間欠的に作動し、前記直
流電源で直接電気二重層コンデンサを充電する充電制御
回路とからなる構成としたのである。

【００１５】

【作用】このように構成される請求項１に係る発明で
は、電気二重層コンデンサは、異種二相（活性炭と有機
溶剤）を接触させ、その界面に正負の電荷を極短距離間
隔で相対させ蓄積させるという構造であることから、二
次電池のように充放電に酸化還元反応を伴なわず、急速
充電を繰り返して行なえる。

【００１６】また、その寿命も充放電を十万回程度繰り
返すことができるので半永久的であり、交換の必要がな
く、充電には電圧ディレーティングを考慮する必要がな
い。

【００１７】そのため、電気二重層コンデンサを用いた
コードレス機器は、大きな電流で短時間の充電を繰り返
すことができる。つまり、このようなコードレス機器
は、次の使用に備えて充電器により、常時充電を行なわ
ないで使用時に、充電を行なって繰り返し使用すること
ができる。

【００１８】このため、コードレス機器の電気二重層コ
ンデンサと接続される充電用直流電源との間に、並列に
接続される充電用コンデンサを設け、その並列に接続さ
れた充電用コンデンサと電気二重層コンデンサとを充電
制御回路により開放して、前記充電用コンデンサを充電
用直流電源によってあらかじめ充電しておく。そして、
その充電された充電用コンデンサと前記電気二重層コン
デンサとを制御回路が接続することにより充電する。

【００１９】この時、電気二重層コンデンサへの充電
は、電荷をプールした充電用コンデンサによって一気に
行なわれるので極短時間で行なうことができる。また、
充電用直流電源は、電気二重層コンデンサを直接充電し
なくてもよいので、容量の小型のものを用いることがで
きる。

【００２０】また、このとき、複数のコードレス機器の
充電電圧を共通化することにより、充電器の開き時間に
他のコードレス機器を充電できる。

【００２１】このときの充電器の充電用直流電源のコン
デンサの充電電圧Ｖ０と充電用コンデンサの容量Ｃ０
は、充電されるコードレス機器の電気二重層コンデンサ
の容量をＣ１、充電後の定格電圧をＶ１とした場合、以
下のように設定される。

【００２２】即ち、充電用直流電源により充電された充
電用コンデンサは、 Ｑ＝Ｃ０・Ｖ０ の電荷を持つ。

【００２３】また、充電用コンデンサと電気二重層コン
デンサの合成容量は並列接続のため、 Ｃ０＋Ｃ１ となる。

【００２４】この合成容量に充電される電荷は、充電用
コンデンサの電荷がＱであるので、電気二重層コンデン
サを定格電圧Ｖ１に充電するためには、 Ｑ＝Ｃ０・Ｖ０≧Ｖ１（Ｃ０＋Ｃ１） であることが必要である。

【００２５】このため、充電用直流電源の充電電圧Ｖ
は、 Ｖ０≧Ｖ１（Ｃ０＋Ｃ１）／Ｃ０ となる。

【００２６】また、充電用コンデンサは、電気二重層コ
ンデンサを定格電圧に充電するのに十分な電荷をもつ必
要があるので、 Ｃ０（Ｖ０−Ｖ１）＞Ｃ１・Ｖ１ であることが要求される。

【００２７】したがって、充電用コンデンサの容量は、 Ｃ０＞Ｃ１・Ｖ１／（Ｖ０−Ｖ１） となる。

【００２８】また、請求項２のコードレス機器の電気二
重層コンデンサと接続される充電用直流電源との間に、
両者を接続あるいは開放するスイッチ手段を設けたもの
では、充電回路により、スイッチ手段を接続あるいは開
放することによって間欠的に充電用直流電源から流れる
充電電流によってコードレス機器の電気二重層コンデン
サを充電する。

【００２９】この場合、充電開始直後は、電気二重層コ
ンデンサの入力インピーダンスが低く大きな電流が流
れ、充電用直流電源は短絡状態となるが、その短絡状態
は、間欠動作とすることにより、極短時間として充電用
直流電源をディレーティングして用いれば、前記電源を
劣化あるいは破壊することなく、コードレス機器を短時
間で充電できる。

【００３０】このとき、充電用直流電源を例えば、商用
電源を整流して直接使用すれば、より大きな充電電流で
充電することができるので、極めて短時間での充電がお
こなえる。その際、トランス等を用いないので装置を小
型化できる。

【００３１】

【実施例】以下、この発明の実施例を図面に基づいて説
明する。

【００３２】図１に第１実施例として請求項１の発明に
係る電気二重層コンデンサを用いたコードレス機器１の
充電器２を示す。

【００３３】この充電器２は、例えば、洗面関係等、同
じ場所で使用される電動シェーバー、ホームドライヤ
ー、電動ハブラシ等々の複数のコードレス機器１を一台
で充電することのできる充電器２となっている。

【００３４】前記コードレス機器１は図２に示すよう
に、二次電池に代えて共通の充電電圧に統一された電気
二重層コンデンサ３を有する電源を備え、その電源は、
機器本体１’と機器１に設けられた充電用接点５と並列
に接続されている。

【００３５】因に、充電電圧とコードレス機器１の所要
電圧が異なる場合、図２に示すように、ＤＣ−ＤＣコン
バータ等の電圧制御回路を設けると良い。

【００３６】また、前記コードレス機器１の電源４に
は、電気二重層コンデンサのセルを積層し、所要電圧に
構成したもの以外に、例えば、図３に示すように、コー
ドレス機器本体１’の所要電圧に積層したそれぞれ所要
容量の１／２の容量を有する２個の電気二重層コンデン
サ３、３’と、ダイオードスイッチによる直並列切り換
え回路６からなる電源を用いることができる。

【００３７】この直並列切り換え回路６は、充電時、ダ
イオードＤ₁ とＤ₂ とが導通し、電気二重層コンデンサ
３と３’を充電器２に直列に接続する。

【００３８】このため、電気二重層コンデンサ３の合成
容量は１／４となり、充電器２の充電電圧は、電気二重
層コンデンサ３の２倍となるが、充電電流は一つの電気
二重層コンデンサ３を充電する電流で良くなる。

【００３９】したがって、充電器２は、充電電圧を電気
二重層コンデンサ３の端子電圧の２倍に設定しておけ
ば、電流容量を小さくできるので、充電器２の電源トラ
ンス、電流制限素子や充電用接点に小容量のものを使用
でき、小型化、低コスト化を図ることができる。

【００４０】一方、放電時には、直並列切り換え回路６
は、ダイオードＤ₁ とＤ₂ とが非導通となり、電気二重
層コンデンサ３と３’とをコードレス機器本体１’に並
列に接続する。

【００４１】このため、出力電圧は、電気二重層コンデ
ンサ３、３’の端子電圧となり、合成容量は、所要容量
となる。

【００４２】このとき、電気二重層コンデンサ３、３’
の数を適宜設定することにより、出力電圧をＤＣ−ＤＣ
コンバータ等の降圧回路を用いることなくコードレス機
器１の所要の電圧に低下させるようにもできる。

【００４３】一方、充電器２は、図４に示すように、電
源用小型トランス７と整流器８とからなる充電用直流電
源９と、その直流電源出力と前記コードレス機器１の充
電用接点５と接触する出力用接点１０間に並列に接続さ
れた充電用コンデンサ１１と、前記充電用コンデンサ１
１と出力用接点１０間に直列に接続された出力遮断用開
閉手段１２と、前記出力用接点１０に接続された充電制
御回路１５とからなっている。

【００４４】前記出力遮断用開閉手段１２には、リレ
ー、サイリスタ、トランジスタ等のスイッチ装置が用い
られる。また、そのスイッチ装置は充電制御回路１５と
接続され、充電制御回路１５からの駆動信号によって出
力用接点１０と充電用コンデンサ１１とを接続あるいは
開放する。

【００４５】充電制御回路１５は、電圧検出回路を有
し、充電中の出力用接点１０の端子電圧を検出し、その
検出電圧が電気二重層コンデンサ３の充電後の定格電圧
に達するまで開閉手段１２を接続し、充電を行う。そし
て、検出電圧が定格電圧に達すると、開閉手段１２を開
放して充電を終了させる。

【００４６】この充電器２では、充電用コンデンサ１１
に、大容量の電気二重層コンデンサ３を用いて、このコ
ンデンサ１１にあらかじめコードレス機器１の電気二重
層コンデンサ３を充電するための電荷を充電用直流電源
９から充電しておく。

【００４７】そして、出力用接点１０にコードレス機器
１の充電用接点５が接続されると、前記充電用コンデン
サ１１の充電された電荷でコードレス機器１の電気二重
層コンデンサ３を一気に充電する。このため、充電は、
極めて短時間で行なえる。

【００４８】このとき、充電用直流電源９は、比較的時
間をかけて充電用コンデンサ１１を充電できるので容量
の小さなものでよく、充電器２を小型化できる。

【００４９】図５に第２実施例として請求項２に係る充
電器２を示す。

【００５０】この充電器２は、電源用小型トランス７と
整流器とからなる充電用直流電源９と、出力用接点１０
間に設けられたスイッチ手段１４と充電制御回路１５’
とからなっている。

【００５１】前記スイッチ手段１４は、トランジスタあ
るいはＦＥＴ等のスイッチング用パワーデバイスからな
っている。

【００５２】充電制御回路１５’は、出力用接点１０に
接続されたコードレス機器１の電気二重層コンデンサ３
の端子電圧を検出する電圧検出回路と、その検出電圧に
よって前記スイッチ手段１４のスイッチング周期を制御
するスイッチング回路を有し、図６に示すように、充電
時に流れる短絡電流を制限する。

【００５３】即ち、充電開始直後は、コードレス機器１
の電気二重層コンデンサ３の端子電圧が低いため、充電
電圧Ｖ₀ が低くなり、大きな電流が流れ、充電用直流電
源９は短絡状態となるが、その短絡状態を、スイッチン
グ手段１４により、ディレーティングすることによっ
て、前記電源を劣化あるいは破壊することなく、比較的
大きなパルス状の充電電流Ｉ₀ を流し、充電時間を短縮
する。

【００５４】この際、図７に示すように、充電用直流電
源９をＡＣ１００Ｖの商用電源を整流したものを直接使
用すれば、充電を極めて短時間でおこなえ、かつ、トラ
ンスを用いないため、装置を小型化できる。

【００５５】次に、以上のように構成される電気二重層
コンデンサ３を用いたコードレス機器１の充電方法につ
いて説明する。

【００５６】このように電気二重層コンデンサ３を内蔵
電源としたコードレス機器は、充電器２によって極めて
短時間で充電することができる。

【００５７】このため、従来のように使用後、次の使用
に備えて充電器２で常時充電しなくてもよく、使用時
に、コードレス機器１の充電用接点５を充電器２の出力
用接点１０に接触させて充電を行なって使用する。

【００５８】つまり、この電気二重層コンデンサ３を用
いたコードレス機器は、使用する際に、その都度充電し
て使用する機器であると言える。このため、充電忘れに
より機器が使用不能となることがない。

【００５９】したがって、充電器２は、常時一つのコー
ドレス機器１を充電するために使用しなくてもよく、充
電器の空き時間に、他のコードレス機器と共用して使用
することができる。

【００６０】このため、コードレス機器１ごとに充電器
２を設ける必要はない（むろん、このとき、各コードレ
ス機器の充電用接点５と充電器２の出力用接点１０の寸
法は、共通のものとしておくか、あるいは、接点を用い
ず電磁誘導方式を用いる）。

【００６１】このように、充電器２を共用した場合、複
数のコードレス機器を使用しても従来のように、複数の
充電器２によってコンセントが塞がれることはなく、充
電器２の設置場所も一つでよい。

【００６２】また、コードレス機器と充電器とを別々に
供給することができるため、大幅なコストダウンも図れ
る。

【００６３】一方、コードレス機器１も電気二重層コン
デンサ３を電源としたことにより、長寿命化、破棄時の
環境汚染も防止できる。

【００６４】

【効果】この発明は、以上のように構成し、充電用コン
デンサやスイッチ手段を用いたことにより、充電用直流
電源を大型化することなく、小型の直流電源で短時間で
電気二重層コンデンサを電源としたコードレス機器を急
速充電することのできる充電器を提供することができ
る。このため、充電器の小型化と低コスト化が図れ、ま
た、コードレス機器ごとに充電器を備えなくても良くで
きるので、コードレス機器が増えた場合でも充電器が場
所を取らないようにすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例を示す模式図

【図２】電気二重層コンデンサを用いたコードレス機器
の電源を示す回路図

【図３】電気二重層コンデンサを用いたコードレス機器
の他の電源を示す回路図

【図４】充電回路の実施例を示すブロック図

【図５】充電回路の他の実施例を示すブロック図

【図６】充電回路の他の実施例の充電方法を示す作用図

【図７】図５の充電回路の他の実施例を示すブロック図

【符号の説明】

１ コードレス機器 １’ コードレス機器本体 ２ 充電器 ３、３’ 電気二重層コンデンサ ４ コードレス機器の電源 ５ 充電用接点 ６ 直並列切り換え回路 ７ 電源用小型トランス ８ 整流器 ９ 充電用直流電源 １０ 出力用接点 １１ 充電用コンデンサ １２ 開閉手段 １３ 充電用回路 １４ スイッチ手段 １５ 充電制御回路 １５’ 充電制御回路

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 充電電圧を共通化した電気二重層コンデ
   ンサを二次電池に代えて電源とする複数のコードレス機
   器を、使用の都度共通の充電器で充電する電気二重層コ
   ンデンサを用いたコードレス機器の充電器であって、上
   記コードレス機器の電気二重層コンデンサと接続される
   充電用直流電源と、その直流電源と前記電気二重層コン
   デンサ間に並列に接続される充電用コンデンサと、前記
   充電用コンデンサを充電用直流電源で充電し、その充電
   された充電用コンデンサでもって、上記コードレス機器
   の電気二重層コンデンサを充電する充電制御回路とから
   なる電気二重層コンデンサを用いたコードレス機器の充
   電器。
2. 【請求項２】 請求項１記載の上記コードレス機器の電
   気二重層コンデンサと接続される充電用直流電源と、そ
   の直流電源と電気二重層コンデンサとを接続あるいは開
   放するスイッチ手段と、そのスイッチ手段を間欠的に作
   動し、前記直流電源で直接電気二重層コンデンサを充電
   する充電制御回路とからなる電気二重層コンデンサを用
   いたコードレス機器の充電器。