(57)【要約】【課題】電気二重層キャパシタを短時間で効率よく充電する。【解決手段】マスター用電気二重層キャパシタＣ１には電気エネルギーが予め蓄えられている。スイッチＳＷ１を導通に切り換えると、マスター用電気二重層キャパシタＣ１、スレーブ用電気二重層キャパシタＣ２及びコイルＬ１による直列共振回路が形成されるため、スレーブ用電気二重層キャパシタＣ２の電圧が振動する。スレーブ用電気二重層キャパシタＣ２の振動電圧が略極大となるタイミングｔ１で、導通状態のスイッチＳＷ１を非導通に切り換えてスレーブ用電気二重層キャパシタＣ２の充電を完了させる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
マスター用電気二重層キャパシタに蓄えられている電気エネルギーをスレーブ用電気二重層キャパシタに供給することにより、スレーブ用電気二重層キャパシタの充電を行う装置であって、
マスター用電気二重層キャパシタとスレーブ用電気二重層キャパシタとの間の導通／非導通の切り換えが可能なスイッチと、
マスター用電気二重層キャパシタからの電気エネルギーを一時的に蓄えてスレーブ用電気二重層キャパシタへ供給するコイルと、
マスター用電気二重層キャパシタとスレーブ用電気二重層キャパシタの少なくとも一方に過大電圧が印加されるのを抑止する印加電圧抑止手段と、
前記スイッチの導通／非導通の切り換えを制御する制御手段と、
を有し、
前記制御手段は、前記スイッチの導通時にスレーブ用電気二重層キャパシタの振動電圧が略極大となるタイミングを検出または推定し、該検出または推定したタイミングに導通状態の前記スイッチを非導通に切り換えることを特徴とする電気二重層キャパシタの充電装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電気二重層キャパシタの充電装置であって、
前記制御手段は、スレーブ用電気二重層キャパシタの端子間電圧の検出値に基づいてスレーブ用電気二重層キャパシタの振動電圧が略極大となるタイミングを検出することを特徴とする電気二重層キャパシタの充電装置。
【請求項３】
請求項１に記載の電気二重層キャパシタの充電装置であって、
前記制御手段は、マスター用電気二重層キャパシタの端子間電圧の検出値に基づいてスレーブ用電気二重層キャパシタの振動電圧が略極大となるタイミングを検出することを特徴とする電気二重層キャパシタの充電装置。
【請求項４】
請求項１に記載の電気二重層キャパシタの充電装置であって、
前記制御手段は、スレーブ用電気二重層キャパシタに流れる電流の検出値に基づいてスレーブ用電気二重層キャパシタの振動電圧が略極大となるタイミングを検出することを特徴とする電気二重層キャパシタの充電装置。
【請求項５】
請求項１に記載の電気二重層キャパシタの充電装置であって、
前記制御手段は、マスター用電気二重層キャパシタに流れる電流の検出値に基づいてスレーブ用電気二重層キャパシタの振動電圧が略極大となるタイミングを検出することを特徴とする電気二重層キャパシタの充電装置。
【請求項６】
請求項１に記載の電気二重層キャパシタの充電装置であって、
前記制御手段は、前記スイッチの導通時間に基づいてスレーブ用電気二重層キャパシタの振動電圧が略極大となるタイミングを推定することを特徴とする電気二重層キャパシタの充電装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１に記載の電気二重層キャパシタの充電装置であって、
マスター用電気二重層キャパシタを含むマスター部と、スレーブ用電気二重層キャパシタを含むスレーブ部とが着脱可能であり、
マスター部とスレーブ部とが接続され且つ前記スイッチが導通状態のときに、スレーブ用電気二重層キャパシタの充電が行われることを特徴とする電気二重層キャパシタの充電装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１に記載の電気二重層キャパシタの充電装置であって、
マスター用電気二重層キャパシタの充電を行う充電用電源をさらに有することを特徴とする電気二重層キャパシタの充電装置。
【請求項９】
マスター用電気二重層キャパシタに蓄えられている電気エネルギーをスレーブ用電気二重層キャパシタに供給することにより、スレーブ用電気二重層キャパシタの充電を行う装置であって、
マスター用電気二重層キャパシタからの電気エネルギーを一時的に蓄えてスレーブ用電気二重層キャパシタへ供給するコイルと、
マスター用電気二重層キャパシタとスレーブ用電気二重層キャパシタの少なくとも一方に過大電圧が印加されるのを抑止する印加電圧抑止手段と、
マスター用電気二重層キャパシタとスレーブ用電気二重層キャパシタとの間に直列に配設され、マスター用電気二重層キャパシタからスレーブ用電気二重層キャパシタへの方向の電流を許容するダイオードと、
を有することを特徴とする電気二重層キャパシタの充電装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の電気二重層キャパシタの充電装置であって、
マスター用電気二重層キャパシタを含むマスター部と、スレーブ用電気二重層キャパシタを含むスレーブ部とが着脱可能であり、
マスター部とスレーブ部とが接続されているときに、スレーブ用電気二重層キャパシタの充電が行われることを特徴とする電気二重層キャパシタの充電装置。
【請求項１１】
請求項９または１０に記載の電気二重層キャパシタの充電装置であって、
マスター用電気二重層キャパシタの充電を行う充電用電源をさらに有することを特徴とする電気二重層キャパシタの充電装置。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか１に記載の電気二重層キャパシタの充電装置を備え、スレーブ用電気二重層キャパシタから供給される電力によって作動するコードレス電気機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、繰り返し充放電可能な蓄電装置として用いられる電気二重層キャパシタの充電装置、及びそれを備えたコードレス電気機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話、電動歯ブラシ、電動工具等のコードレス電気機器が一般に使われるようになった。これらのコードレス電気機器の電源として、リチウムイオン電池、ニッケルカドミウム電池、小型シール鉛電池等の２次電池が使われ、蓄電したエネルギーが無くなると再度充電を行い、繰り返し使用している。これらの２次電池は通常１０〜１６時間程度の充電時間が必要であり、急速充電用の２次電池を用いても１〜３時間の充電時間を必要としている。
【０００３】
また、繰り返し充放電可能な蓄電装置として、電気二重層キャパシタも用いられている。電気二重層キャパシタは、電気化学反応を用いる２次電池と比較して、大電流による急速充放電が可能であり、かつ長寿命という特徴を有している。
【０００４】
なお、その他の背景技術として、特開平４−２００２８１号公報（特許文献１）のパルス充電装置が開示されている。
【０００５】
【特許文献１】特開平４−２００２８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前述したように、２次電池は充電に長時間を必要とする問題点がある。また、電気二重層キャパシタにおいても、効率よく充電を行おうとすると充電に長時間を必要とし、充電時間短縮のために大電流を流して充電を行おうとすると充電効率が低下してしまうという問題点がある。
【０００７】
本発明は、短時間で効率よく充電可能な電気二重層キャパシタの充電装置及びそれを備えたコードレス電気機器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】
【０００８】
本発明に係る電気二重層キャパシタの充電装置は、マスター用電気二重層キャパシタに蓄えられている電気エネルギーをスレーブ用電気二重層キャパシタに供給することにより、スレーブ用電気二重層キャパシタの充電を行う装置であって、マスター用電気二重層キャパシタとスレーブ用電気二重層キャパシタとの間の導通／非導通の切り換えが可能なスイッチと、マスター用電気二重層キャパシタからの電気エネルギーを一時的に蓄えてスレーブ用電気二重層キャパシタへ供給するコイルと、マスター用電気二重層キャパシタとスレーブ用電気二重層キャパシタの少なくとも一方に過大電圧が印加されるのを抑止する印加電圧抑止手段と、前記スイッチの導通／非導通の切り換えを制御する制御手段と、を有し、前記制御手段は、前記スイッチの導通時にスレーブ用電気二重層キャパシタの振動電圧が略極大となるタイミングを検出または推定し、該検出または推定したタイミングに導通状態の前記スイッチを非導通に切り換えることを要旨とする。
【０００９】
この本発明においては、スイッチの導通時に、マスター用電気二重層キャパシタ、スレーブ用電気二重層キャパシタ及びコイルによる共振回路が形成され、スレーブ用電気二重層キャパシタの電圧が振動しようとする。このとき、スレーブ用電気二重層キャパシタの振動電圧が略極大となるタイミングを検出または推定し、この検出または推定したタイミングに導通状態のスイッチを非導通に切り換えることにより、スレーブ用電気二重層キャパシタの充電を完了させることができる。したがって、スレーブ用電気二重層キャパシタを短時間で効率よく充電することができる。
【００１０】
この本発明に係る電気二重層キャパシタの充電装置において、前記制御手段は、スレーブ用電気二重層キャパシタの端子間電圧の検出値に基づいてスレーブ用電気二重層キャパシタの振動電圧が略極大となるタイミングを検出するものとすることもできる。この本発明に係る電気二重層キャパシタの充電装置において、前記制御手段は、マスター用電気二重層キャパシタの端子間電圧の検出値に基づいてスレーブ用電気二重層キャパシタの振動電圧が略極大となるタイミングを検出するものとすることもできる。この本発明に係る電気二重層キャパシタの充電装置において、前記制御手段は、スレーブ用電気二重層キャパシタに流れる電流の検出値に基づいてスレーブ用電気二重層キャパシタの振動電圧が略極大となるタイミングを検出するものとすることもできる。この本発明に係る電気二重層キャパシタの充電装置において、前記制御手段は、マスター用電気二重層キャパシタに流れる電流の検出値に基づいてスレーブ用電気二重層キャパシタの振動電圧が略極大となるタイミングを検出するものとすることもできる。これらの構成によれば、スレーブ用電気二重層キャパシタの振動電圧が略極大となるタイミングを精度よく検出することができる。
【００１１】
この本発明に係る電気二重層キャパシタの充電装置において、前記制御手段は、前記スイッチの導通時間に基づいてスレーブ用電気二重層キャパシタの振動電圧が略極大となるタイミングを推定するものとすることもできる。こうすれば、スレーブ用電気二重層キャパシタの振動電圧が略極大となるタイミングをセンサを用いることなく推定することができる。
【００１２】
この本発明に係る電気二重層キャパシタの充電装置において、マスター用電気二重層キャパシタを含むマスター部と、スレーブ用電気二重層キャパシタを含むスレーブ部とが着脱可能であり、マスター部とスレーブ部とが接続され且つ前記スイッチが導通状態のときに、スレーブ用電気二重層キャパシタの充電が行われるものとすることもできる。この本発明に係る電気二重層キャパシタの充電装置において、マスター用電気二重層キャパシタの充電を行う充電用電源をさらに有するものとすることもできる。
【００１３】
また、本発明に係る電気二重層キャパシタの充電装置は、マスター用電気二重層キャパシタに蓄えられている電気エネルギーをスレーブ用電気二重層キャパシタに供給することにより、スレーブ用電気二重層キャパシタの充電を行う装置であって、マスター用電気二重層キャパシタからの電気エネルギーを一時的に蓄えてスレーブ用電気二重層キャパシタへ供給するコイルと、マスター用電気二重層キャパシタとスレーブ用電気二重層キャパシタの少なくとも一方に過大電圧が印加されるのを抑止する印加電圧抑止手段と、マスター用電気二重層キャパシタとスレーブ用電気二重層キャパシタとの間に直列に配設され、マスター用電気二重層キャパシタからスレーブ用電気二重層キャパシタへの方向の電流を許容するダイオードと、を有することを要旨とする。
【００１４】
この本発明においては、マスター用電気二重層キャパシタ、スレーブ用電気二重層キャパシタ及びコイルによる共振回路が形成され、スレーブ用電気二重層キャパシタの電圧が振動しようとする。このとき、マスター用電気二重層キャパシタに蓄えられた電気エネルギーがコイルを介してスレーブ用電気二重層キャパシタへ転送されるが、スレーブ用電気二重層キャパシタからマスター用電気二重層キャパシタへの電気エネルギーの逆流がダイオードによって抑止されてスレーブ用電気二重層キャパシタの充電が完了する。したがって、スレーブ用電気二重層キャパシタを短時間で効率よく充電することができる。
【００１５】
この本発明に係る電気二重層キャパシタの充電装置において、マスター用電気二重層キャパシタを含むマスター部と、スレーブ用電気二重層キャパシタを含むスレーブ部とが着脱可能であり、マスター部とスレーブ部とが接続されているときに、スレーブ用電気二重層キャパシタの充電が行われるものとすることもできる。この本発明に係る電気二重層キャパシタの充電装置において、マスター用電気二重層キャパシタの充電を行う充電用電源をさらに有するものとすることもできる。
【００１６】
また、本発明に係る電気二重層キャパシタの充電装置をコードレス電気機器に適用することもでき、本発明を電気二重層キャパシタの充電装置を備えたコードレス電気機器の発明とすることもできる。すなわち、本発明に係るコードレス電気機器は、本発明に係る電気二重層キャパシタの充電装置を備え、スレーブ用電気二重層キャパシタから供給される電力によって作動するものとすることもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明を実施するための形態（以下実施形態という）を図面に従って説明する。
【００１８】
「第１実施形態」
図１は、本発明の第１実施形態に係る電気二重層キャパシタの充電装置の構成の概略を示す回路図である。本実施形態においては、マスター用電気二重層キャパシタＣ１を含むマスター部１０と、スレーブ用電気二重層キャパシタＣ２を含むスレーブ部１２とが着脱可能である。そして、スレーブ用電気二重層キャパシタＣ２の充電を行うときは、スレーブ部１２とマスター部１０とを接続し、マスター部１０のマスター用電気二重層キャパシタＣ１に蓄えられている電気エネルギーをスレーブ部１２のスレーブ用電気二重層キャパシタＣ２に供給することにより充電を行う。充電によりスレーブ用電気二重層キャパシタＣ２に蓄えられた電気エネルギーは、携帯電話、電動歯ブラシ、電動工具等のコードレス電気機器（図示せず）の作動に用いられる。
【００１９】
マスター部１０は、通常は家庭、店、車室内等の所定の場所に予め設置されるものであり、マスター用電気二重層キャパシタＣ１の他に、定電流回路１４、コイルＬ１、ダイオードＤ１、スイッチＳＷ１、電圧検出器１６、及びスイッチ制御回路１８を含んでいる。一方、スレーブ部１２は、スレーブ用電気二重層キャパシタＣ２の充電終了後は、マスター部１０から切り離されてコードレス電気機器と接続した状態で用いられるものである。なお、スレーブ部１２は、１つのマスター部１０に対して複数個用意されていてもよい。
【００２０】
定電流回路１４には、直流電圧または交流電圧が入力される。そして、定電流回路１４は、その出力電流が一定となるように電流制御を行う。定電流回路１４の出力側にはマスター用電気二重層キャパシタＣ１が接続されており、定電流回路１４から出力される電流によってマスター用電気二重層キャパシタＣ１の定電流充電が行われる。マスター用電気二重層キャパシタＣ１の充電電圧が所定の定格電圧に達したら定電流回路１４からの電流の出力を停止する。このように、定電流回路１４は、マスター用電気二重層キャパシタＣ１を充電するための充電用電源として用いられる。なお、マスター部１０にはスレーブ部１２が常時接続されているわけではないため、マスター用電気二重層キャパシタＣ１の充電を急速に行う必要はなく、ここでの定電流回路１４は小容量のものを用いることができる。また、マスター用電気二重層キャパシタＣ１の充電用電源として、定電流回路１４以外の回路を用いることもできる。
【００２１】
コイルＬ１は、マスター用電気二重層キャパシタＣ１の正側端子ＴＭ１とマスター部１０の正側接続端子ＴＭ３との間に設けられている。マスター部１０とスレーブ部１２との接続状態において、コイルＬ１は、マスター用電気二重層キャパシタＣ１とスレーブ用電気二重層キャパシタＣ２との間に直列に配設される。そして、スレーブ用電気二重層キャパシタＣ２の充電時に、コイルＬ１は、マスター用電気二重層キャパシタＣ１からの電気エネルギーを一時的に蓄えてスレーブ用電気二重層キャパシタＣ２へ供給する。
【００２２】
スイッチＳＷ１は、コイルＬ１とマスター部１０の正側接続端子ＴＭ３との間に設けられている。マスター部１０とスレーブ部１２との接続状態において、スイッチＳＷ１は、マスター用電気二重層キャパシタＣ１とスレーブ用電気二重層キャパシタＣ２との間に直列に配設される。スイッチＳＷ１の導通／非導通の切り換えにより、マスター用電気二重層キャパシタＣ１とスレーブ用電気二重層キャパシタＣ２との間の導通／非導通の切り換えが可能である。
【００２３】
ダイオードＤ１については、カソード側がコイルＬ１及びスイッチＳＷ１と接続されており、アノード側がマスター用電気二重層キャパシタＣ１の負側端子ＴＭ２及びマスター部１０の負側接続端子ＴＭ４と接続されている。マスター部１０とスレーブ部１２との接続状態において、ダイオードＤ１は、マスター用電気二重層キャパシタＣ１とスレーブ用電気二重層キャパシタＣ２との間に並列に配設される。このダイオードＤ１によって、導通状態のスイッチＳＷ１を非導通に切り換えたときに、過大電圧がマスター用電気二重層キャパシタＣ１に印加されるのが抑止される。
【００２４】
電圧検出器１６は、マスター部１０とスレーブ部１２との接続状態において、スレーブ用電気二重層キャパシタＣ２の端子間電圧を検出する。電圧検出器１６による検出値はスイッチ制御回路１８に入力される。そして、スイッチ制御回路１８は、スイッチＳＷ１の導通／非導通を制御する。スイッチ制御回路１８によるスイッチＳＷ１の制御の詳細については後述する。
【００２５】
本実施形態において、スレーブ用電気二重層キャパシタＣ２の充電を行うときは、スレーブ用電気二重層キャパシタＣ２の正側端子ＴＭ５とマスター部１０の正側接続端子ＴＭ３、及びスレーブ用電気二重層キャパシタＣ２の負側端子ＴＭ６とマスター部１０の負側接続端子ＴＭ４をそれぞれ接続することにより、スレーブ部１２とマスター部１０とを接続する。そして、スイッチ制御回路１８は、スレーブ部１２とマスター部１０とが接続されることを検出した場合は、スイッチＳＷ１を導通状態に切り換えてマスター用電気二重層キャパシタＣ１とスレーブ用電気二重層キャパシタＣ２との間を導通させる。ここで、スレーブ部１２とマスター部１０とが接続されることを検出する一例を図２に示す。図２に示す例においては、スレーブ部１２に磁石２０が設けられ、マスター部１０に磁気センサ２２が設けられており、磁気センサ２２の検出信号はスイッチ制御回路１８に入力される。スレーブ部１２とマスター部１０とが接続されると、磁石２０の磁力が磁気センサ２２により検出されるため、磁気センサ２２の検出信号の立ち上がりを検出することにより、スレーブ部１２とマスター部１０とが接続されることを検出することができる。
【００２６】
次に、本実施形態におけるスレーブ用電気二重層キャパシタＣ２の充電動作について説明する。
【００２７】
ここで、図３（Ａ）に示すように、マスター用電気二重層キャパシタＣ１とスレーブ用電気二重層キャパシタＣ２との間にコイルＬ１及びスイッチＳＷ１が直列に配設された回路において、マスター用電気二重層キャパシタＣ１の充電電圧がＶ０（Ｖ）、スレーブ用電気二重層キャパシタＣ２の充電電圧が０（Ｖ）、スイッチＳＷ１が非導通であるとする。その状態からスイッチＳＷ１を導通に切り換えると、マスター用電気二重層キャパシタＣ１、スレーブ用電気二重層キャパシタＣ２及びコイルＬ１による直列共振回路が形成されるため、マスター用電気二重層キャパシタＣ１とスレーブ用電気二重層キャパシタＣ２との間でコイルＬ１を介した電気エネルギーの転送が繰り返される。したがって、図３（Ｂ）に示すように、マスター用電気二重層キャパシタＣ１の電圧及びスレーブ用電気二重層キャパシタＣ２の電圧はともに所定の周期で振動する。ここで、スレーブ用電気二重層キャパシタＣ２の振動電圧が極大（このときマスター用電気二重層キャパシタＣ１の振動電圧は極小）となるタイミングで導通状態のスイッチＳＷ１を非導通に切り換えれば、短時間で効率よくスレーブ用電気二重層キャパシタＣ２の充電を完了させることができる。
【００２８】
ただし、実際はマスター用電気二重層キャパシタＣ１及びスレーブ用電気二重層キャパシタＣ２の内部抵抗等による抵抗成分が存在するため、図３（Ｃ）に示すように、抵抗Ｒもさらに直列に配設された回路を考える必要がある。したがって、図３（Ｄ）に示すように、マスター用電気二重層キャパシタＣ１の振動電圧及びスレーブ用電気二重層キャパシタＣ２の振動電圧は時間の経過につれて減衰する。あるいは、条件によってはマスター用電気二重層キャパシタＣ１の電圧及びスレーブ用電気二重層キャパシタＣ２の電圧が振動しない場合も発生する。
【００２９】
ここで、マスター用電気二重層キャパシタＣ１の容量をＣ１、スレーブ用電気二重層キャパシタＣ２の容量をＣ２、コイルＬ１のインダクタンスをＬ、とすると、図３（Ｄ）に示すように、マスター用電気二重層キャパシタＣ１の電圧及びスレーブ用電気二重層キャパシタＣ２の電圧が振動するための条件は、以下の（１）式で表される。
【００３０】
１／Ｃ１＋１／Ｃ２−Ｒ2／(４×Ｌ)＞０      （１）
【００３１】
（１）において、抵抗成分の抵抗値Ｒについては、マスター用電気二重層キャパシタＣ１及びスレーブ用電気二重層キャパシタＣ２の設計仕様から推定することが可能である。したがって、（１）式を満たすようにコイルＬ１のインダクタンスＬを設定することができ、充電時にスレーブ用電気二重層キャパシタＣ２の電圧を振動させることができる。そして、コイルＬ１のインダクタンスＬの値が大きいほど充電効率を高めることができる。さらに、図３（Ｄ）に示すように、スレーブ用電気二重層キャパシタＣ２の振動電圧は時間の経過につれて減衰するため、より効率よく充電を行うためには、スレーブ用電気二重層キャパシタＣ２の振動電圧が最初に極大となるタイミングｔ１でスイッチＳＷ１を非導通に切り換えることが好ましい。
【００３２】
そこで、本実施形態のスイッチ制御回路１８は、スイッチＳＷ１の導通時にスレーブ用電気二重層キャパシタＣ２の振動電圧が最初に略極大となるタイミングｔ１を検出または推定する。そして、スイッチ制御回路１８は、この検出または推定したタイミングｔ１で導通状態のスイッチＳＷ１を非導通に切り換えることにより、スレーブ用電気二重層キャパシタＣ２の充電動作を完了させる。図１に示す構成においては、スイッチ制御回路１８は電圧検出器１６の検出値に基づいてタイミングｔ１を検出する。例えば、スイッチＳＷ１を導通してスレーブ用電気二重層キャパシタＣ２の電圧が増大した後に、電圧検出器１６の検出値の時間変化が略０となったタイミングをｔ１とする。
【００３３】
なお、スレーブ用電気二重層キャパシタＣ２の振動電圧が極大のときは、マスター用電気二重層キャパシタＣ１の振動電圧は極小となる。したがって、マスター用電気二重層キャパシタＣ１の端子間電圧を電圧検出器（図示せず）により検出し、スイッチ制御回路１８はこの電圧検出器の検出値に基づいてもタイミングｔ１を検出することができる。例えば、スイッチＳＷ１を導通してマスター用電気二重層キャパシタＣ１の電圧が減少した後に、この電圧検出器の検出値の時間変化が略０となったタイミングをｔ１とする。
【００３４】
さらに、スレーブ用電気二重層キャパシタＣ２の振動電圧が極大のときは、マスター用電気二重層キャパシタＣ１及びスレーブ用電気二重層キャパシタＣ２に流れる電流は０となる。したがって、マスター用電気二重層キャパシタＣ１に流れる電流を電流検出器（図示せず）により検出し、スイッチ制御回路１８はこの電流検出器の検出値に基づいてもタイミングｔ１を検出することができる。例えば、スイッチＳＷ１を導通してマスター用電気二重層キャパシタＣ１の電流が増大した後に、この電流検出器の検出値が略０となったタイミングをｔ１とする。同様に、スレーブ用電気二重層キャパシタＣ２に流れる電流を電流検出器（図示せず）により検出し、スイッチ制御回路１８はこの電流検出器の検出値に基づいてもタイミングｔ１を検出することができる。例えば、スイッチＳＷ１を導通してスレーブ用電気二重層キャパシタＣ２の電流が増大した後に、この電流検出器の検出値が略０となったタイミングをｔ１とする。
【００３５】
また、スレーブ用電気二重層キャパシタＣ２の振動電圧の周期は、マスター用電気二重層キャパシタＣ１の容量Ｃ１、スレーブ用電気二重層キャパシタＣ２の容量Ｃ２、及びコイルＬ１のインダクタンスＬから求まる。したがって、スイッチ制御回路１８は、スイッチＳＷ１の導通時間に基づいてもタイミングｔ１を推定することができる。例えば、スイッチＳＷ１を導通してから振動電圧の１／２周期経過した時点をｔ１とする。この場合は、電圧検出器及び電流検出器を用いることなくタイミングｔ１を推定することができる。
【００３６】
タイミングｔ１でスイッチＳＷ１を非導通に切り換えた後は、ダイオードＤ１によって過大電圧がマスター用電気二重層キャパシタＣ１に印加されるのが抑止される。スレーブ用電気二重層キャパシタＣ２の充電が完了したら、スレーブ部１２をマスター部１０から切り離す。スレーブ用電気二重層キャパシタＣ２に蓄えられた電気エネルギーは、前述したコードレス電気機器の作動に消費される。
【００３７】
以上説明したように、本実施形態においては、スイッチＳＷ１の導通時に、マスター用電気二重層キャパシタＣ１、スレーブ用電気二重層キャパシタＣ２及びコイルＬ１による直列共振回路が形成されるため、スレーブ用電気二重層キャパシタＣ２の電圧が振動しようとする。このとき、スレーブ用電気二重層キャパシタＣ２の振動電圧が最初に略極大となるタイミングで導通状態のスイッチＳＷ１を非導通に切り換えることで、スレーブ用電気二重層キャパシタＣ２の充電を完了させる。このように、マスター用電気二重層キャパシタＣ１に蓄えられた電気エネルギーがコイルＬ１を介してスレーブ用電気二重層キャパシタＣ２へ短時間で効率よく転送され、スレーブ用電気二重層キャパシタＣ２に蓄えられた電気エネルギーがマスター用電気二重層キャパシタＣ１へほとんど逆流することなくスイッチＳＷ１が非導通に切り換えられる。したがって、本実施形態によれば、共振動作を利用してスレーブ用電気二重層キャパシタＣ２の充電を短時間で効率よく行うことができる。具体的な数値の一例として、コイルＬ１のインダクタンスＬを１（ｍＨ）、マスター用電気二重層キャパシタＣ１の容量Ｃ１及びスレーブ用電気二重層キャパシタＣ２の容量Ｃ２をともに１０００（Ｆ）とすると、約２．５秒でスレーブ用電気二重層キャパシタＣ２の充電を完了させることができる。このように、スレーブ用電気二重層キャパシタＣ２の充電を短時間で行うことができるので、コードレス電気機器を必要なときにすぐ使用することができる。
【００３８】
また、コイルＬ１、ダイオードＤ１、スイッチＳＷ１、電圧検出器１６、及びスイッチ制御回路１８をマスター部１０に内蔵することにより、コードレス電気機器と接続した状態で用いられるスレーブ部１２の小型化を実現できる。
【００３９】
本実施形態においては、図４に示すように、図１に示す構成と比較してコイルＬ１とスイッチＳＷ１との配置を入れ換えてもよい。図４に示す構成におけるダイオードＤ１は、導通状態のスイッチＳＷ１を非導通に切り換えたときに過大電圧がスレーブ用電気二重層キャパシタＣ２に印加されるのを抑止する。なお、図４に示す構成における充電動作は、図１に示す構成と同様であるため説明を省略する。
【００４０】
さらに、コイルについては、図５に示すように、マスター部１０とスレーブ部１２とに分割して設けることもできる。図５に示す構成においては、マスター部１０にコイルＬ１が配設され、スレーブ部１２にコイルＬ２が配設されている。さらに、スレーブ部１２には、スレーブ用電気二重層キャパシタＣ２及びコイルＬ２の他に、スイッチＳＷ１、ダイオードＤ１、電圧検出器１６、及びスイッチ制御回路１８が内蔵されている。
【００４１】
図５に示す構成においては、スイッチＳＷ１がスレーブ部１２の正側接続端子ＴＭ７とスレーブ用電気二重層キャパシタＣ２の正側端子ＴＭ５との間に設けられ、コイルＬ２がスイッチＳＷ１とスレーブ用電気二重層キャパシタＣ２の正側端子ＴＭ５との間に設けられている。そして、ダイオードＤ２については、カソード側がコイルＬ２及びスイッチＳＷ１と接続されており、アノード側がスレーブ用電気二重層キャパシタＣ２の負側端子ＴＭ６及びスレーブ部１２の負側接続端子ＴＭ８と接続されている。このダイオードＤ２によって、導通状態のスイッチＳＷ１を非導通に切り換えたときに、過大電圧がスレーブ用電気二重層キャパシタＣ２に印加されるのが抑止される。なお、他の構成及び充電動作については図１に示す構成と同様であるため説明を省略する。
【００４２】
「第２実施形態」
図６は、本発明の第２実施形態に係る電気二重層キャパシタの充電装置の構成の概略を示す回路図である。本実施形態においては、図１に示す構成と比較して、電圧検出器１６及びスイッチ制御回路１８が省略されており、スイッチＳＷ１の代わりにダイオードＤ３が設けられている。マスター部１０とスレーブ部１２との接続状態において、ダイオードＤ３は、マスター用電気二重層キャパシタＣ１とスレーブ用電気二重層キャパシタＣ２との間に直列に配設される。そして、ダイオードＤ３は、マスター用電気二重層キャパシタＣ１からスレーブ用電気二重層キャパシタＣ２への方向の電流を許容し、スレーブ用電気二重層キャパシタＣ２からマスター用電気二重層キャパシタＣ１への方向の電流を遮断する。他の構成については図１に示す構成と同様であるため説明を省略し、以下、本実施形態におけるスレーブ用電気二重層キャパシタＣ２の充電動作について説明する。
【００４３】
本実施形態においては、スレーブ部１２をマスター部１０に接続することにより、スレーブ用電気二重層キャパシタＣ２の充電が行われる。スレーブ部１２とマスター部１０とが接続されると、第１実施形態と同様に、マスター用電気二重層キャパシタＣ１、スレーブ用電気二重層キャパシタＣ２及びコイルＬ１による直列共振回路が形成されるため、スレーブ用電気二重層キャパシタＣ２の電圧が振動しようとする。このとき、マスター用電気二重層キャパシタＣ１に蓄えられた電気エネルギーがコイルＬ１を介してスレーブ用電気二重層キャパシタＣ２へ短時間で効率よく転送される。その後、スレーブ用電気二重層キャパシタＣ２に蓄えられた電気エネルギーがマスター用電気二重層キャパシタＣ１へ逆流しようとするが、スレーブ用電気二重層キャパシタＣ２からマスター用電気二重層キャパシタＣ１への電流がダイオードＤ３によって遮断される。したがって、電気エネルギーの逆流が発生することなくスレーブ用電気二重層キャパシタＣ２の充電動作を完了させることができる。
【００４４】
本実施形態においても第１実施形態と同様に、、スレーブ用電気二重層キャパシタＣ２の充電を短時間で効率よく行うことができる。さらに、本実施形態においては、スレーブ用電気二重層キャパシタＣ２からマスター用電気二重層キャパシタＣ１への電気エネルギーの逆流をダイオードＤ３によって抑止できるため、第１実施形態における電圧検出器１６及びスイッチ制御回路１８を省略することができる。したがって、充電装置全体の構成を簡略化できる。
【００４５】
本実施形態においても第１実施形態と同様に、図７に示すように、コイルをマスター部１０とスレーブ部１２とに分割して設けることもできる。図７に示す構成においては、コイルＬ２がスレーブ部１２の正側接続端子ＴＭ７とスレーブ用電気二重層キャパシタＣ２の正側端子ＴＭ５との間に設けられている。そして、ダイオードＤ２については、カソード側がコイルＬ２及びスレーブ部１２の正側接続端子ＴＭ７と接続されており、アノード側がスレーブ用電気二重層キャパシタＣ２の負側端子ＴＭ６及びスレーブ部１２の負側接続端子ＴＭ８と接続されている。このダイオードＤ２によって、導通状態のスイッチＳＷ１を非導通に切り換えたときに、過大電圧がスレーブ用電気二重層キャパシタＣ２に印加されるのが抑止される。なお、他の構成及び充電動作については図６に示す構成と同様であるため説明を省略する。
【００４６】
本発明の各実施形態に係る電気二重層キャパシタの充電装置については、携帯電話、電動歯ブラシ、電動工具等のコードレス電気機器に適用することができる。この場合、スレーブ用電気二重層キャパシタＣ２から供給される電力によってコードレス電気機器を直接作動させてもよい。あるいは、スレーブ用電気二重層キャパシタＣ２から供給される電力をコードレス電気機器内の２次電池に一旦充電し、２次電池からの電力によってコードレス電気機器を作動させてもよい。
【００４７】
以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の第１実施形態に係る電気二重層キャパシタの充電装置の構成の概略を示す回路図である。
【図２】マスター部とスレーブ部とが接続されることを検出する一例を説明する図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る電気二重層キャパシタの充電装置の動作を説明する図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係る電気二重層キャパシタの充電装置の他の構成の概略を示す回路図である。
【図５】本発明の第１実施形態に係る電気二重層キャパシタの充電装置の他の構成の概略を示す回路図である。
【図６】本発明の第２実施形態に係る電気二重層キャパシタの充電装置の構成の概略を示す回路図である。
【図７】本発明の第２実施形態に係る電気二重層キャパシタの充電装置の他の構成の概略を示す回路図である。
【符号の説明】
【００４９】
Ｃ１  マスター用電気二重層キャパシタ、Ｃ２  スレーブ用電気二重層キャパシタ、Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３  ダイオード、Ｌ１，Ｌ２  コイル、ＳＷ１  スイッチ、１０  マスター部、１２  スレーブ部、１４  定電流回路、１６  電圧検出器、１８  スイッチ制御回路。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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