JP2010511372A - 再充電可能電力供給付き装置 - Google Patents

Abstract

バッテリー動力装置の動作的使用時バッテリーエネルギーの何分の１かが保留される。バッテリーがこの保留部分の水準に放電したとき、装置のモータのスイッチは切られる。ユーザーが少しの間その装置を再充電したとき、その保留は再び動作的使用のために利用可能となる。このアプローチ５は、超高速充電操作を装う。

Description

本発明は、再充電可能電力供給を有する装置に関する。本発明は又、装置の電力供給を管理する制御装置を含むデバイスに関する。

そのような装置は、業界で良く知られていて、その例は下に記述される。

フィリップス電子（株）により所有されここに番号を参照された米国特許４，５３６，７５７は、再充電可能バッテリーを装備されたひげそり器のようなバッテリー動力装置に一体化された蓄電池の特定充電状況を信号で伝えるためのデバイスを開示する。そのデバイスは、バッテリー電圧を基準電圧と比較する比較回路、比較回路により制御されたスイッチング回路、及びスイッチング回路により制御された表示器を含む。スイッチング回路応答信号を発する瞬間にバッテリー充電が１回の完全なひげそりには十分であるように、スイッチング回路が応答する信号点、即ちバッテリーの充電レベルを選ぶことができる。

ここに番号を参照された米国特許５，９７３，４９７は、電気かみそりのようなバッテリー動作装置の蓄電池の充電状態を決定及び表示する方法を開示する。時間ベース充電状態は、少なくとも部分的には再充電以来の装置の累積動作時間に基づいて計算される。バッテリー端子電圧は又、監視される。時間ベース充電状態が所定レベル以下である（即ちもし累積動作時間が所定レベル以上である）場合に限り、低充電警告表示が表示される点でバッテリー電圧が低電圧状況を示すまで、時間ベース充電状態は表示される。バッテリーの劣化の検出と過大電流が流れる期間の計算の方法が含まれる。幾つかの実施例は、一度低充電警告表示が表示されると、前もって設定された時間周期間の待ちのステップ、「０」充電状態を表示するステップ、及び制御可能切り換えデバイスの手段により蓄電池から電力消費装置を切り離すステップを含む。蓄電池は完全に使い果たされるまで深く放電されない時受ける負担が少ないが、装置の機能は、蓄電池から自動的に電力消費装置を切り離す事により、定められた瞬間に蓄電池を放電することによりユーザーに対し明らかに中断される。蓄電池のこの残留電荷は、ある基本機能を実行するために最小電圧を必要とするマイクロプロセッサー又はＡＳＩＣのような構成素子の数週間に亘るかも知れない幾らかの余分の時間の作動を可能にする。電力消費装置は好ましくは、延長された期間に亘って電力消費装置の電力消費を零に減少する事によりスイッチオフされる。これは例えば、電気かみそり又はバリカンでは利点がある。というのは装置のスイッチを突然切ることによる毛が巻き込まれる危険を除去できるからである。速度の減少は数秒間続く。

ここに番号を参照された米国特許５，６２３，１９３は、電子切り換え装置を介すバッテリーにより電気的負荷が電力供給される電気装置を開示する。表示手段は、バッテリーの充電状態を示す機能に奉仕し、時間測定手段は、バッテリーに対する負荷の接続時間を決定する。表示手段が、「零」充電状態を示す時、バッテリーに対する負荷の所定の接続時間の満了に従い、時間測定手段は、電子切り換え装置の手段によりバッテリーから電気負荷を切り離す。

米国特許４，５３６，７５７ 米国特許５，９７３，４９７ 米国特許５，６２３，１９３

コードレスひげそり、髪切り、又は脱毛装置、コードレス電気歯ブラシ、携帯式真空掃除機、混ぜ合わせ器又はミキサー、又は懐中電灯又はトーチのようなバッテリー作動家庭電気機器、電気式ねじ回し、ドリル又は電気のこぎり等のコードレス動力工具のようなタイプの既知の装置の人間工学的問題を、発明者は認識してきた。再充電可能電力供給が完全に放電したとき、一般に、その装置が再び操作できるようになるまで充電時間は、相対的に長い。特にユーザーが急いでいるとき、長い充電時間は、ユーザーにとって煩わしい。もしユーザーが、それにもかかわらず先に進みたいなら、彼は電力コードを用いる事により主電源から直接に装置を操作する必要がある。そこで充電時間を受け入れ可能水準に減らすことは利点がある。ユーザーは、その装置の再使用の前に短い充電時間の恩恵を経験する。製造者にとっても、利点がある。というのは、その装置自体を入力プラグ無しに設計でき、費用や重量を減らすことができるからである。

それ故本発明の目的は、電力消費構成部品と構成部品に電力供給するための再充電可能電力供給とを有する装置を提供する事である。装置は、電力供給を管理するための制御装置を含む。制御装置は、電力供給の能力を監視するためのモニターを含む。電力供給能力が所定の低水準以下に減少した事を示すモニターの制御下、制御装置は、保留モードに入るよう動作する。保留モードに入る時、制御装置は構成部品から電力供給を切り離す。切り離しは、緩やかであるか又は急である可能性がある。保留モードでの電力供給の再充電時、もし電力供給能力が所定の低水準以下に減少するなら、制御装置は更に電力供給を構成部品に再接続するよう動作し、電力供給との再接続を維持する。

本発明は、以下の理論的根拠に基づく。動作使用中、即ち放電中バッテリーエネルギーの１部分は、保留に維持される。バッテリーが、この保留部分の水準に放電されたとき、装置構成部品（例えばモーター、照明）のスイッチは切られる。ユーザーがちょっとの間装置を再充電した時、この保留は再び、動作的使用に利用できる。このアプローチは、超高速充電操作に類似する。１動作サイクル、例えば電気かみそりの１そりに必要なエネルギーは、急速充電時間内に与えられる電荷量よりも多いので、保留状態で維持されるエネルギー量に依存して、保留エネルギーは好ましくは、唯１回又は２回利用される。

再接続時電力供給能力の更なる水準に依存して、制御装置は好ましくは、保留モードで構成部品の電力供給を制御するように動作する。このような状況下、電力供給が十分に再充電された時、構成部品の動力の何分の１かが電力供給される。このアプローチは、以下の理論的根拠に基づく。１動作サイクル、例えば電気かみそりの１そりに必要なエネルギーは、電力供給能力が更なる水準に高められる急速充電時間内に与えられる追加の電荷量よりも多い。そこで、急速充電モードの使用を控え、その非常性質を強調するために、電力供給が十分に再充電される前に装置をスイッチオンする時電力供給は好ましくは、通常よりも低くなるように制御される。例えば、構成部品は、単位時間当たりの回転数が先に述べた電力供給能力の更なる水準に依存するように、保留モードで能動的に制御されるモーターを含む。もう１つの例として、構成部品は発光素子を含む。保留モードで、発光素子に対する電力供給は、光の強さやオンオフ周波数が能力の更なる水準に依存するように能動的に制御される。

本発明は更に、上述の装置における使用のための再充電可能電力供給を管理するための制御装置を含むデバイスに関し、又その組み合わせが装置における使用のために設計された、再充電可能電力供給と電力供給を管理するための制御装置との組み合わせを含むデバイスに関する。補修部品市場追加物として又はより古い装置のための交換部品としてそれらのデバイスを提供できる。

実施例により及び付随の図面を参照して、本発明は、更に詳細に説明される。

図中、類似又は対応する機能は、同じ参照番号により示される。

本発明によるバッテリー動作装置の概略図である。 装置のバッテリーに残った電荷に依存する関係動作イベントを示す図である。 装置のバッテリーに残った電荷に依存する関係動作イベントを示す図である。

急速充電機能は、電気かみそりのような再充電可能装置の既知の機能である。この機能の目的は、１動作サイクル、例えば電気かみそりの１そりのため再充電可能バッテリーに
十分なエネルギーがある時を示すことである。もしバッテリーが完全に放電されたなら、エネルギーのこの量がバッテリーに供給される前に幾らかの時間を要する。通常は、電気かみそりの急速充電時間は、３分から６分の間と特定される。如何に約３０秒の急速充電時間を電気かみそり用に実現できるかを本発明は、記述する。この非常に短い急速充電時間で、主電源から直接に装置を動作させる選択肢の供給はもはや必要ない。本発明は故に、ユーザーにとって人間工学的利点を供給する。もう１つの利点として、本発明は、その装置自体を入力プラグ無しに設計でき、費用や重量を減らすことができる新しい設計を可能にする。

本発明は、バッテリーで動く電気かみそりの文脈でここに記述されるが、他のバッテリーで動く装置、例えば電気歯ブラシ、コードレス台所ミキサー、及び他のコードレス工具に等しくうまく適用できる。

バッテリーの放電状態に無関係に、短い充電時間を達成するための１方法は、非常に高い充電電流を印加する事である事は注意される。しかし、この解決法は、多くの装置について商業的には興味がない。というのは、完全な充電システムを、唯この機能を実行するために過大に大きくしなければならず、費用が増大するからである。

本発明によれば、バッテリーエネルギーの何分の１かは、使用中、即ち放電中保留モードで維持される。バッテリーがこの留保部分の水準に放電されたとき、装置のモータ−は、スイッチオフされる。ユーザーがちょっとの間装置を再充電した時、この保留は再び、動作的使用に利用できる。このアプローチは、超高速充電操作に類似する。１動作サイクル、例えば電気かみそりの１そりに必要なエネルギーは、急速充電時間内に与えられる電荷量よりも多いので、保留状態で維持されるエネルギー量に依存して、このトリックは好ましくは、唯１回又は２回実施される。急速充電モードの使用を控え、その非常性質を強調するために、急速充電時間が過ぎる前に電気かみそりをスイッチオンする時モータ速度は好ましくは、通常よりも低くなるように制御される。ユーザーは、このように次第に増加する電圧を持つバッテリーを経験する。低モーター速（低いrpm）でバッテリーから引き抜かれた電力は又、全速時より低い。急速充電時間をできるだけ短くする更なる方法は、バッテリーの設計により、ある最大値まで充電電流を能動的に制御する事である。

図１は、本発明による装置１００の概略図である。装置１００は、内蔵再充電可能電力供給１０２、ここではニッケルカドミウム又はリチウムイオン電池のようなバッテリーを含む。電力供給１０２は、構成部品１０４、例えば電気モーターを駆動する。他の実施例において、構成部品１０４は、装置１００、例えば懐中電灯又はトーチ中の光の動作的使用において電力供給されるべきもう１つの機能性を持っても良い。本発明において構成部品１０４は、下に説明されるような制御装置１０６の制御下、電力供給１０２から電力を受け取る。制御装置１０６は、電力供給１０２の能力を監視するためのモニター１０８を含む。下に説明される通り必要なとき及びもし必要なら、モニター１０８は、制御装置１０６が電力供給１０２の状態を示すユーザ−インターフェース１１０を制御する事を可能にする。モニター１０８が電力供給能力が所定の低水準以下に減少したと決定する時、制御装置１０６は、保留モードに入る。保留モードで制御装置１０６は、構成部品１０４から電力供給１０２の接続を切る。電力供給１０２の再充電時保留モードで、もし電力供給能力が所定の低水準以下に減少するなら、制御装置１０６は、電力供給１０２を構成部品１０４に再接続し、電力供給１０２の再接続を維持する。ユーザーはこのように、非常な急速再充電を経験した装置１００の印象を与えられる。

制御装置１０６は好ましくは、マイクロコントローラー及び適切なソフトウエアを用いる事により実施される。代替的に、手段１０６は、ハードウエアで実施される。しかし、ソフトウエアの実施は、その動作をユーザーの特定の必要性に調整又は装置１００の特定の設計に調整する時により多くの柔軟性を与える。バッテリー電力を管理する及び／又はバッテリー状態を監視するための方法は、例えば上に参照した米国特許５，９７３，４９７及び５，６２３，１９３から業界では既知で有り、ここで更に記述する必要はない。

図２及び３は、装置１００の放電シナリオを明瞭化する図２００及び３００である。図２のグラフ２００は、装置１００の動作的使用において時間「t」の関数としてバッテリー１０２の電荷「Ｑ」の典型的曲線２０２を示す。電荷Ｑが所定水準２０４に達したとき、制御装置１０６は、ユーザ−インターフェース１１０を通しユーザーに対し、即ちバッテリー１０２の電荷は低水準になったという警告表示を与えるように構成される。もしユーザーが、装置１００を操作し続けるなら、電荷Ｑは更に減少し、水準２０６に達する。水準２０６で手段１０６は、バッテリー１０２は上がったとユーザーに信号伝達し、又構成部品１０４への電力供給のスイッチを切るようにユーザ−インターフェース１１０を制御する。バッテリー空信号が与えられた後先ずバッテリー１０２を再充電すること無しにバッテリー１０２から構成部品１０４を駆動する事はもはや可能でない。ある短い時間であるにせよ、バッテリー１０２には構成部品１０４を動作させるのに十分な幾らかの電荷が未だ残っている。曲線２０２の下の斜線部２０８は、制御装置１０６がバッテリー１０２を構成部品１０４から切り離すときバッテリー１０２に残っている保留能力を示す。

図３のグラフ３００は、バッテリー１０２の部分的再充電後、例えば急速再充電後の能力３０２を示す。制御装置１０６は、バッテリー１０２を構成部品１０４に再接続し能力３０２を装置１００の動作的使用に利用できるようにする。

図２に記述されている通り、制御装置１０６がバッテリー１０２を構成部品１０４から切り離す能力水準に依存して、能力３０２を十分に動作的使用に利用できる。代替的に、もう１回急速再充電サイクルを経るために、上述の水準２０６より低いもう１つの水準３０４を導入できる。これは、図２に記述されたように第１急速再充電サイクルに基づき動作的使用が再開始された後、図２のシナリオにおけるより低い能力水準で、制御装置１０６は、ユーザ−インターフェース１１０を介す警告サイクル及び構成部品１０４からバッテリー１０２の切り離しを繰り返す事を意味する。これは、ユーザーが急速再充電サイクルである印象を与える２つのサイクルを利用できるという利点を持つ。

もし装置が、間欠サイクルでの動作的使用のために設計されるなら、望まれた保留能力水準により、装置１００において利用可能な限られた数のそのような急速再充電動作のみ存在する。そのような装置１００は典型的に、限られた時間周期、即ち動作サイクルの間使用され、連続する動作サイクルの間の時間周期は、１動作サイクルの継続時間より長い。もし装置１００が電気かみそりなら、それは典型的に、１日あたり１，２回，１分程度の周期で使われる。もし装置１００が台所用品なら、それは典型的に、１日に１，２回食事の支度の１分程度の間使われる。もし装置１００が再充電可能懐中電灯又はトーチなら、それは典型的に、日没後例えば３０分の間使われる。もし装置１００が電動ドリル又は電動のこぎりのようなコードレス趣味工具なら、それは典型的に、毎日立て続けに最大で２、３時間使われる。急速再充電サイクル数は限られている。というのは急速再充電中に加えられる能力は、１全動作サイクルに必要な能力以下である。これは、もし全再充電が与えられないと、保留水準能力は枯渇し、ユーザーは、急速再充電シナリオに依存し続ける事を意味する。

電力供給１０２が急速再充電を経た後、制御装置１０６は好ましくは、装置１００の動作的使用において構成部品１０４の電力供給を制御するように動作し、電力供給１０２の能力は、十分には回復されない。装置１００の１動作サイクル、例えば電気かみそりの１そりに必要なエネルギーは、急速充電時間に与えられる追加の電荷量よりも多い。そこで、急速充電モードの頻繁すぎる使用を控え、その非常性質を強調するために、電力供給１０２が十分に再充電される前に装置１００をスイッチオンする時十分に再充電されたバッテリー１０２よりも低い水準になるように制御装置１０６は、構成部品１０４の電力供給を制御する。急速充電が完結したとき、制御装置１０６は、ユーザーに信号を与えるようにユーザ−インターフェース１１０を制御できる。

電力供給１０２の残存能力が再充電後次第にユーザーに利用可能になるように制御装置１０６は、構成部品１０４の電力供給を制御する。もし構成部品１０４がモーターを含むなら、ユーザーが急速充電信号後充電を停止した時、モーター速は、十分に充電されたバッテリーよりすぐわかるほど未だ遅い。これは、非常急速充電ひげそりが完了した後ユーザーをして、連続して充電させるに違いない。もしユーザーが繰り返し急速充電機能を使うなら、勿論このシステムは故障する。というのはバッテリー１０２の保留能力は既に、制限された回数の急速再充電後枯渇するからである。制御装置１０６はこれを、モーター速を更に２回目低下させ、且つ急速充電完結信号を遅らせる事により予防しようと試みる。

上述の急速充電機能をユーザ−インターフェース１１０を介する「ひげそり準備」信号により延長できる。バッテリー１０２が完全なひげそりのためのエネルギーで充電される時この信号を与える事ができる。モーター速は、通常値に回復される。

制御装置１０６は好ましくは、ユーザー履歴を記録するためにメモリー１１２を有する。例えば動作的使用の継続時間及び急速充電シナリオの使用の頻度に基づき、制御装置１０６は、保留モードにいつ入るべきか、即ちどんな能力水準で電力供給１０２は構成部品１０４から切り離されるべきかを決定できる。これは装置１００を個々のユーザーの必要性に対し調整する。

Claims (7)

1. 電力消費構成部品と前記構成部品に電力供給するための再充電可能電力供給とを有する装置で：
   前記装置は、前記電力供給を管理するための制御装置を含み；
   前記制御装置は、前記電力供給の能力を監視するためのモニターを含み；
   前記能力が所定の低水準以下に減少した事を示す前記モニターの制御下、制御装置は、保留モードに入るよう動作し；
   前記保留モードに入る時、前記制御装置は前記構成部品から前記電力供給を切り離し；且つ
   前記保留モードでの前記電力供給の再充電時、もし前記能力が前記所定の低水準以下に減少するなら、前記制御装置は更に前記電力供給を前記構成部品に再接続し、前記電力供給との再接続を維持するよう動作する装置。
2. 再接続時前記能力の更なる水準に依存して前記制御装置は、前記保留モードにおける前記構成部品の前記電力供給を制御するように動作する請求項１の装置。
3. 前記構成部品はモーターを含み、前記制御装置は、再接続時前記能力の更なる水準に依存して前記保留モードにおいて単位時間当たりの前記モーターの回転数を制御するように動作する請求項２の装置。
4. 前記制御装置は、前記所定水準を決定するための前記装置の使用を記録するためのメモリーを有する請求項１の装置。
5. ひげそり、歯ブラシ、脱毛装置、髪切り、動力工具、家庭電化製品、及び懐中電灯のうちの１つを含む請求項１の装置。
6. 電力消費構成部品と前記構成部品に電力供給するための再充電可能電力供給とを有する装置中で使用するための制御装置を含むデバイスで：
   前記制御装置は、前記電力供給を管理するように動作し；
   前記制御装置は、前記電力供給の能力を監視するためのモニターを含み；
   前記制御装置は、前記能力が所定の低水準以下に減少した事を示す前記モニターの制御下保留モードに入るよう動作し；
   前記保留モードに入る時、前記制御装置は前記構成部品から前記電力供給を切り離すように動作し；且つ
   前記保留モードでの前記電力供給の再充電時、もし前記能力が前記所定の低水準以下に減少するなら、前記制御装置は更に前記電力供給を前記構成部品に再接続し、前記電力供給との再接続を維持するよう動作するデバイス。
7. 再充電可能電力供給を含む請求項６のデバイス。

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