JPS62247727A - 充電量表示回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は充電量表示回路、特に小型電気機器に内蔵さ
れる充電池の充電状態を表示する回路に関する。

従来この種の表示回路は充電開始と連繋して発光ダイオ
ードを点灯させることにより、専ら充電を行っているか
否かを表示するためのものであった。しかし、かかる情
報は機器がコンセントに七ソトシているのを見れば一目
瞭然であるため、過充電を防止する警報的な役目しか果
たさず、充電表示としてはそれほど必要度の高いもので
はなかった。

本発明は上記問題に着目してなされたものであって、充
電時に対応してパルス信号を発生させるとともに、該パ
ルス信号をカウンタで積算し、更に積算値を表示可能と
することにより、充電池の充電量に比例した表示がおこ
なわれ、絶えず充電池の状態が適切に把握できる充電量
表示回路を提供することを目的とする。

以下図面に示す実施例に基づき１本発明を具体く２） 的に説明する。

なお図面は２本発明を電気かみそりに実施した一例を示
すがこれに限らず、テープワインダ、懐中電灯など、各
種充電式小型電気機器の充電回路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は第１図ないし第３図
に示す如く１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
るとともに１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
電に耐える充電池であって１本実施例では電池容量が５
００ｍＡｈ程度の単３型電池を使用するとともに１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
直接に電池６を充電可能としている。

充電部７は２本体ケース２の下端にプラグ刃９を出没自
在に備え、該プラグ刃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１■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ＮＰＮ型のスイッチングトランジ
スタであって３本体ケース２の正面８に配設した充電時
期表示用の発光ダイオード１６のカソード側にベース端
が繋がれ、充電時に該ダイオード１６に通電されて点灯
すると同時にスイッチング部１２がオンし２電池６を充
電回路１１に接続して充電を可能としている。

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Ｄ　Ｃ−Ｄ　Ｃコンハーク１７と、電池６の端子電
圧が１．０　Ｖ以下に低下して電池６が完全に容量切れ
になったことを検知すると、リセット信号を発生して全
回路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の両端に繋がれてお
り、メインスイッチ１３のオンオフ操作と連繋して電池
６からモータ５への通電時期が規制される。

本発明は上記電池６の充電時期、モータ５の駆動時期お
よび機器１の停止時期を各々検出して。

電池６内の充電量を表示する表示回路１４の構成に特徴
を有する。

第２図はかかる表示回路１４の概略を示すものであって
、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
値を負荷電流に比例した割合で減算して行くことにより
。

記憶部２１内には常に電池６内の現在充電量を該充電量
に比例させた数値として記憶させておき。

かかる記憶部２１内の計数値を適宜表示部２２に出力し
て充電量の現在値を表示可能としている。

すなわち、この種の充電池６は通常、端子電圧が１．０
Ｖ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型流量が設定され、一
方電気かみそりｌ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違うが４０分程度の連続駆動
により電池の容量がつき、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し、
充電時には充電時期検出部１９から出力される信号をカ
ウンタ２１の制御端子に入力してカウンタ２１をアップ
カウンタとするとともに。

該カウンタ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からの出力信号はなくなり３
　カウンタ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とカウンタ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とともに、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を、
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して行くことにより、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カウンタ
２１内に記憶される。従って。

かかる記ｉ、ａ値を所定の表示部２２で表示させること
により、電池６の現在容量が絶えず把握できるのである
。

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１本実施例ではモータ５の停
止中もカウンタ内に記憶させた値を保持するため、わず
かではあるが電流を消費している。従ってかかる電流を
補正するため、極めて長い時間間隔をもって出力される
自己放電パルスを機器の停止時に発生させ、このパルス
でカウンタ２１内の記憶値を減算する様に構成している
。

上記構成を更に具体的な数値を例示して説明すると、パ
ルス信号発生部１５は充電用、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化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、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
号と、後記するモータ回転数検出部３１から出力されモ
ータ停止時を表示するゼロ回転検出信号の印加と連繋し
て切り替わる。

即ち、充電時期信号とゼロ回転検出信号がともに”１”
の場合は充電用パルス発生器２３が選択され、ともに”
Ｏ”の場合は放電用パルス発生器２４が選択される。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１へ
か１／２Ｉｎ、すなわち１０２４分の１に分周されて取
り出される。

更に、充電量のメモリとして使用されるアップダウンカ
ウンタ２１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。

ここでカウンタ２１の上位４ビツトが”ｌ”となった時
点、すなわちパルスを２４０カウントした時に８時間と
なり、更に２５５のパルスをカウントシ終えると充電を
停止する様にするには、８時間−２，８Ｘ１０４秒であ
るから、充電パルス発生器２３から出力される充電パル
スのパルスレーｌ・Ｐｌは。

ｈ　＝２．８　ＸＩＯ’　／　（２５５ｘ１０２４）　
！；ｏ、ｉ　ＳｅＣとなり、充電パルス発生器２３から
約０．１秒毎に１パルスを発生させることにより、カウ
ンタ２１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２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■は増加する。

更に、かかる負荷電流Ｉの増加はモータ５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。更に
負荷電流■の増加は満充電時からのモータ連続駆動可能
時間の減少につながるので、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。かかる結果から、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の分周率を段階
的に変化させることにより１分内部２８の出力端からは
放電電流■の増減に近似してパルスレートが変化する放
電パルスがｉ！７られ、かかる放電パルスをもってカウ
ンタ２１内の記憶値を減算して行くことにより。

負荷電流量に応じた割合でカウンタ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１回転パルスａの数を設定時間サンプリングして
カウントする回転数カウント部３４と、該カウント部３
４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に絹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
を人力して、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すを発生する単安定
マルチバイブレーク４０とを備え、自己放電パルス発生
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、この信号ｄでカウン
タ３９のクリアおよびゲート信号すの発生時期を規制す
る。すなわち第６図ｔａ＋に示す如（、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（ｆｌの如くカウンタ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
ク４０を作動させ、該単安定マルチハイブレーク４０か
ら出力されるゲート信号すによりカウンタ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。

本実施例ではカウンタ３９に２進４段のものが使用され
、０〜１５の範囲の数の回転パルスａが検出される。し
たがって、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１−および単安定マルチバイブレーク
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回転以上でカウンタ３９のカラ
ン）・数ｅが１１５”、４．７００〜５１００回転で１
４″。

４３００〜４７００回転で”１３”、４３００回転以下
で”１２”以下となる様にする。かかる時の回転数と駆
動可能時間との関係をみると、第５図の如くカウンタ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、カウント数が１下がる毎に駆動可能時間は１割
ずつ減少し、従って基本的には２進４段の１６進である
第１分周器２９の分周率をカウント数が”１５”の時に
１０進、”Ｉ４”の時に９進の如く順次降下させていく
ことにより、放電電流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。即ち、第１分周器２９を１０
進に切り換えた時に、アップダウンカウンタ２１で充電
時に８時間かけてカラン１−　した総カウント値２５５
が、放電時には約３８分かげてＯ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）Ｐ
２は。

Ｐ２−３８Ｘ　６０／　（ＩＯＸ　６４Ｘ　２５５　）
　＃　０．０１４　ｓｅｃとなり、放電パルス発生器２
４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。

ここでプラグ刃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ば自己放電パルス
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を介してカウン
タ２１に印加されてカウンタ２１内の記憶値を減算し１
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か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か月
が５．２Ｘ１０６秒　であるから。

Ｐ３＝５．２　Ｘｌ０６／　（２５５Ｘ１０２４）　　
＃２０ｓｅｃとなり、自己放電パルス発生器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数検出
部４３は、カウンタ３９内のサンプリング数ｅが零、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、前記した充電時期パルスの”０”信号と連繋してパ
ルス発生器を自己パルス発生器２５側に切り換えると同
時に。

インバータ４４により反転されて”０”となり。

表示駆動部４５へ入力されることにより、モータ停止時
にのみ表示器４６を清澄して２表示部２２による電力消
費を抑えている。

表示駆動部４５は、アノブダウン力つスタ２１の上位４
ビツ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の発光数をカウンタ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
時間ごとに１つずつ点灯して行き、カウンタ２１内の上
位４ビツトが全部”１”に揃うと４１１１ｉ１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、更に充電を続けてカウンタ２１の８ビツトが全て零
となると同時に桁上げ信号が出力され１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
時充電池６の充電時期規制用のスイッチング部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。

然して、第ｓｍｔａ＞の時刻ｔｏに示す如（、電池端子
電圧が１．０Ｖ以下に降下している場合、第８図山）の
様にカウンタ２１内のカウント値はリセットされゼロ状
態を保つ。ここで充電を開始すると。

アップダウンカウンタ２１は充電時期検出部１９から出
力される充電時期信号を受けてアンプ側へ切り換わるが
、この時点ではまだカウンタ２１はカウントを開始せず
、電池６の端子電圧が上昇して時刻ｔ１に１，０■を越
えるとはじめて、かかる時点ｔ１を基準としてカウンタ
２１は充電パルスのカウントを始める。

更に充電を続け１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
充電を停めると同時に、充電時期検出部１９からの出力
はなくなり、カウンタ２１はダウン側に切り換わるとと
もに１表示部２２における発光表示を止めて電流消費を
カウンタ２１の記憶値保存など必要最小限に抑える。こ
の時放電時期検出部２０から出力される回転パルスａの
出力はなく、従ってゼロ回転検出部４３からパルス切換
部２７にゼロ回転信号ｆが印加されて分周部２Ｂは自己
放電パルス発生器２５に繋がれ、放電時より十分低い割
合でカウンタ２１内の記憶値を減算し９機器不使用時の
電力消費量を補正する。

次いで時刻ｔ３に於いて、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１回転パルスａのサンプリング数ｅから
モータ回転数、すなわち負伺電流Ｉの値を検出し、該電
流の大小に応して第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、消費電流の大小に応じた割
合でカウンタ２１内の記１．ａ値を減算していく。

ここで時刻ｔ５において充電を行なうと、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、常に現在の充電量が適切に表示される。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、カウント値を
強制的にリセットして（時刻ｔ７）表示を止め使用者に
充電を促すのである。

なお表示部２２による表示ば発光ダイオード４７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、また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と断続合の
発生を開始し、更に充電が進むにつれて音響の発生間隔
あるいは周波数を変化させて充電状態を聴覚をもって確
認可能とするのである。

更に又、パルス信号発生部１５を充電パルス発生器２３
のみとし、充電専用とすることもできる。

この場合１分周部２８を特に必要としないことは勿論で
ある。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ってもよい。放電時の電流変化が
少ない場合には第１分周器２９の分周率を特に変化させ
て補正する必要はない。

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
スイッチ操作時のみ表示させることにより２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吉も勿論可能である。

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減算される。

本発明は上記の如く、充電池６の放電時期および放電電
流量に対応したパルス信号を発生させるとともに、該パ
ルス信号を記憶部２１で積算しながら、かかる記憶値を
表示部２２で表示するようにしたので、充電池６の充電
量に比例した表示が行われ、電池６の充電状態が適切に
把握できる。

更に記憶部２１をアップダウンカウンタで構成し、充電
時に加算した記１．ａ値を放電時に減算することにより
、充放電の全周期を通じて電池６内の充電状態が連続的
に判る利点を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を実施した一例を示す電気かみそりの斜
面図、第２図は表示回路の概略を示すブロック図、第３
図は具体例を示すブロック図、第４図は回転数と負荷電
流の関係を示すグラフ、第５図は回転数とモータ駆動可
能時間との関係を示すグラフ、第６図（ａ）ないしく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フローチャート、第８図（８）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。 ７・・・・・充電部。 １１・・・・充電回路。 １２・・・・スイッチング部２ １５・・・・パルス信号発生部。 ２１・・・・記憶部。 ２２・・・・表示部。 ２Ｂ・・・・分周部。 第１図 第４図 ９召　ｔシた　１−＞ 第５図 口　転数几

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）電池６の充電時期に対応してパルス信号を出力す
   るパルス信号発生部１５と、パルス信号の入力数を順次
   加算して記憶する記憶部２１と、記憶部２１内の記憶値
   の大小に対応させて表示する表示部２２とを備えた充電
   量表示回路。
2. （２）前記記憶部２１がアップダウンカウンタであって
   、電池６の放電時には記憶部２１内の記憶値は減算され
   る特許請求の範囲第１項記載の充電量表示回路。
3. （３）表示部２２が複数個の発光ダイオードを発光表示
   させるものであって、記憶値の増減に比例して発光数を
   増減する特許請求の範囲第１項または第２項記載の充電
   量表示回路。
4. （４）表示部２２が音響発生器であって、記憶値の増減
   に応じて発音状態が変わる特許請求の範囲第１項または
   第２項記載の充電量表示回路。