JPH0578252B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は充電量の表示回路、特に小型電気機
器に内蔵される二次電池の放電状態に対応した表
示を行うのに好適な回路に関する。

［従来の技術］ 従来この種の表示回路として、放電電流量を
Ａ／Ｄ変換し、デジタル化された電流量を積算し
ていくことにより、電池の現在容量に対応した表
示を可能とするものが知られている（例えば、特
開昭56−28476号公報参照）。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、現在容量に対して放電した電流
量をデジタル的に積算していく方法にあつては、
激しい負荷電流の変化が避けられない場合には、
その変動が大きいほど積算にかかる最大値を大き
く設定する必要があり、電気かみそりの様な負荷
変動および始動、停止が激しい電気機器にあつて
は、必要とするメモリー容量が大きくなるなど、
構成が複雑となる不都合があつた。

本発明は上記した問題に鑑みてなされたもので
あつて、比較的簡単な構成を維持しながら、放電
電流量の変動にかかわらず的確な容量表示が行え
る充電量表示回路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］ 本発明にかかる充電量表示回路は、第２図にそ
の概略的な構成を示す如く、電池６の放電時期に
対応して一定周波数のパルス信号を出力するパル
ス信号発生部１５と、該パルス信号発生部１５か
ら出力されるパルス信号を、電池６の放電電流量
に対応させて複数段階に設定された分周率に従つ
て分周し、所定パルスレートの放電パルスを形成
する分周部２８と、放電パルスの入力数を順次積
算して記憶する記憶部２１と、記憶部２１内にお
ける記憶値の大小に対応させて残存充電量を表示
する表示部２２とを備えている。

上記した分周部２８において変更される各段階
の分周率は、例えば第５図で例示する様に、電池
６の放電電流量と放電接続時間の関係を示す放電
特性を階段状に近似処理した値に対応させて設定
されている。

［作用］ 上記した構成により、パルス信号発生部１５か
ら、電池６の放電時期に対応して出力された一定
周は数のパルス信号は、分周部２８において負荷
電流量に対応したレートに分周して放電パルスを
形成し、更に記憶部２１の記憶値を放電パルスで
積算し、この積算値に対応した値が表示部２２で
表示される結果、電池６の現在容量に対応した表
示がなされる。

ここで負荷電流の大きさが変動すると、この変
動に対応して分周部２８の分周率が段階的に変化
するが、この分周率は、例えば電池６の放電特性
を階段状に近似処理した値に対応させて予め設定
してあるので、電池容量の減少割合に対応した記
憶部２１における積算値の補正がなされ、現在容
量に一致した容量表示がなされるのである。

［実施例］ 以下本発明を、第１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
おける充電回路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、ニツケル・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つて、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ツチング部１
２とを直列に繋いでいる。

スイツチング部１２はスイツチング用トランジ
スタであつて、本体ケース２の正面８に充電時期
表示用として備えた発光ダイオード１６のカソー
ド側にそのベース端がつながれている。したがつ
て、充電回路１１に商用交流電圧を印加してダイ
オード１６を点灯すると、それと連動してスイツ
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が完全に容量切れになつたことを検知すると、
リセツト信号ｒを発生して全回路、特に記憶部２
１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ツチ１３を介し
てモータ５の両端に繋がれており、メインスイツ
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内の計算値を適宜表示部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以下に下がつて完全に容量切れとなつ
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つた場合には、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、回路の維持電流や自己放電により電池６
の容量は徐々に減少する。

従つて、記憶部２１をアツ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、設定値と端子電圧が下
回つている間は、記憶部２１にリセツト信号ｒを
送つて、該記憶部２１のカウント値を初期値の
「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をアツ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１
５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２
１に記憶される。従つて、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
在容量が連続して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つて出力される自己
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
せるとともに、その期間には表示部２２の表示を
強制的に停止する様にしている。

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、種
放電用および自己放電用の３組のパルス発生器２
３，２４，２５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２
７で選択的に分周器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つて、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のアツ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ビツト０“１”と
なつた時点、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、従つて第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の低下となつて現れ、従つてモータ
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、満充電状態の電池６
を用いた実験あるいは計算で、あるモータ回転数
においてモータ５を回転駆動させるときに電池６
が終止電圧に至るまでの放電持続時間つまりモー
タ５の連続駆動可能時間が求まる。かかる時間
を、複数のモータ回転数ｎについて求めることに
より、電池６の放電特性に対応する、モータ回転
数ｎとモータ５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
を示したものであつて、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つ
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
信号をシユミツトトリガ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をリセツトする
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。従つて、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
5100回転以上で回転数カウンタ３９のカウント数
ｅが「15」、4700〜5100回転で「14」、4300〜4700
回転で「13」、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３
９のカウント数が「15」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のアツ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カ月かかつて充電量がゼロとなる程度
の量である。従つて自己放電パルス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”となつて、表示駆動部４５へ入力されるこ
とにより、モータ停止時には表示器４６を消灯し
て、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ビツト
をデータ信号として取り出し、第２進４桁で表示
される16進数をデコードして表示器４６で表示す
る。表示器４６は４個の発光ダイオード４７を本
体ケース２の正面８の中央に配して構成され、か
かる４個の発光ダイオード４７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つずつ点
灯数を増加させて行き、記憶部２１内の上位４ビ
ツトが全部“１”に揃うと４個の発光ダイオード
４７が全て点灯して充電が完了したことを表示
し、更に充電を設けて記憶部２１の８ビツトが全
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
規制用のスイツチング部１２は、充電時期表示用
の発光ダイオード１６と接続されているので、ス
イツチング部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図にしたがつて、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、ステツプ101で充
電が開始されたことが判定され、記憶部２１のカ
ウンタがアツプ側へ切り替えられる（ステツプ
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
つていることがステツプ103で判定された場合、
記憶部２１内のカウント値はリセツトされ（ステ
ツプ104）、初期値である「０」状態を保つ。ここ
で時刻t₁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（ステツプ
105）、更にそのカウント状態を表示部２２の発光
ダイオード４７で表示する（ステツプ106）。

ここで充電を継続して時刻t₁から約８時間たつ
と、表示用の発光ダイオード４７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２
２の出力は切れ、スイツチング部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、ステツプ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（ステツプ107）。この時、電
池６の端子電圧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ツトする（ステツ
プ109）が、1V以上あることがステツプ108で判
断されると、ステツプ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（ステツプ111）。それと同時に、ステツプ
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、スイツチ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（ステツプ113〜115）、
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（ステツプ
116〜119）、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（ステツプ
120）、その減算状態は表示部２２で表示される
（ステツプ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
値に減算され、従つて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積算値よりも
大きかつた結果、カウンタ２１内には数値が残つ
ているにもかかわらず、電池６の端子電圧が
1.0V以下に下がつた場合は、ステツプ109でカウ
ント値を強制的にリセツトして（時刻t₇）表示を
止め（ステツプ122）、使用者に充電を促すのであ
る。

なお、放電時における放電パルスのパルスレー
ト変更は、第１分周器２９の分周率を変化させる
のに代えて、放電パルス発生器２４の発振周波数
それ自体を可変としてもよい。その場合、放電パ
ルス発生器２４の発振周波数を規制するコンデン
サを可変容量ダイオードとする一方、放電時期検
出部２０からモータ回転数に比例した電圧を発生
させ、かかる電圧で直接コンデンサの容量を変化
させれば、放電パルスの周波数を連続的に変える
ことができる。

また、複数のパルス発生器２３，２４，２５を
備えてパルス切換部２７で切り換え使用するのに
代えて、１台のパルス発生器の周波数を充電ある
いは放電時期検出に応じて変化させるものであつ
てもよい。

また表示部２２による表示は、発光ダイオード
に代えて液晶を用いて数字で直接表示し、あるい
は表示をよりきめ細かく連続的に表示してもよ
い。更に視覚による表示に代えて、あるいは加え
て、音響により充電量を表示することも可能であ
る。すなわち、充電時に充電量が設定値に近づく
につれて断続音の発生間隔あるいは周波数を変化
させて充電状態を聴覚をもつて確認可能とするの
である。更に表示部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、別に電池チエツ
ク用のスイツチを設け、スイツチ操作時にのみ表
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。

更にまた、上記表示回路を、マイクロプロセツ
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
憶値に対し直接加算される。

［発明の効果］ 本発命は上記の如く、電池６の放電時期に対応
して一定周波数のパルス信号を出力するパルス信
号発生部１５と、該パルス信号発生部１５から出
力されるパルス信号を、電池６の放電電流量に対
応させて複数段階に設定された分周率に従つて分
周し、所定パルスレートの放電パルスを形成する
分周部２８と、放電パルスの入力数を順次積算し
て記憶する記憶部２１と、記憶部２１内における
記憶値の大小に対応させて残存充電量を表示する
表示部２２とを備えることにより、比較的簡単な
構成を維持しながら、負荷電流の大幅かつ頻繁な
変動に即応した充電量表示が行なわれる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を電気かみそりに実施した一例
を示す斜視図、第２図は本発明の基本的な構成を
示す概略図、第３図は電気回路の構成を示すブロ
ツク図である。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、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。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 電池６の放電時期に対応して一定周波数のパ
   ルス信号を出力するパルス信号発生部１５と、 該パルス信号発生部１５から出力されるパルス
   信号を、電池６の放電電流量に対応させて複数段
   階に設定された分周率に従つて分周し、所定パル
   スレートの放電パルスを形成する分周部２８と、 放電パルスの入力数を順次積算して記憶する記
   憶部２１と、 記憶部２１内における記憶値の大小に対応させ
   て残存充電量を表示する表示部２２とを備えたこ
   とを特徴とする充電量表示回路。