(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転錘と、
前記回転錘によって回転するロータと、前記ロータの回転を電気エネルギに変換するステータおよびコイルから構成される電磁機構とを備えた発電機と、
前記発電機を保持する保持部材と、
前記コイルにより発生した電気エネルギを蓄積する二次電池と、
前記発電機、前記保持部材、および前記二次電池を収納する保持ケースと、
前記保持ケースと前記保持部材との間に介在し、導電性の材料から構成されるボールベアリングと、
前記ボールベアリングを保持し前記保持部材の内側に設けられたベアリング受けと、
前記保持ケースの外周部分に設けられた前記二次電池の出力端子と、
を備えた電源ユニットにおいて、
前記回転錘および前記保持部材は、前記保持ケースに対して回転可能に支持され、
前記コイルにより発生した電気エネルギは、前記保持部材、前記ボールベアリング、前記ベアリング受けを介して、前記２次電池に蓄積される
ことを特徴とする電源ユニット。
【請求項２】
ロータの回転を電気エネルギに変換するステータおよびコイルから構成される電磁機構とを備えた発電機と、
前記発電機を保持する保持部材と、
前記保持部材上に搭載され前記コイルにより発生した電気エネルギを蓄積する二次電池と、
前記保持部材を収納する保持ケースと、
前記保持ケースと前記保持部材との間に介在し、導電性の材料から構成されるボールベアリングと、
前記ボールベアリングを保持し前記保持部材の内側に設けられたベアリング受けと、
前記保持ケースの外周部分に設けられた外部出力端子と、
を備えた電源ユニットにおいて、
前記保持部材は、前記保持ケースに対して回転可能に支持され、
前記二次電池の出力端子は、＋側、−側がそれぞれ、前記保持部材と電気的に接続され、前記二次電池から出力される電気エネルギは、前記ボールベアリング、前記ベアリング受け、前記保持ケースを介して前記外部出力端子に伝達されることを特徴とする電源ユニット。
【請求項３】
請求項１または２に記載の電源ユニットにおいて、
整流回路、昇圧回路、および定電圧回路を含んで構成される制御部と、ノイズ防止用の遮蔽板とを有することを特徴とする電源ユニット。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかにおいて、前記ケースの形状、前記出力端子の位置は、所定の電池規格に応じて設定されていることを特徴とする電源ユニット。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれかに記載の電源ユニットを内部に組み込んだことを特徴とする電子機器。
【請求項６】
請求項１〜４のいずれかに記載の電源ユニットを複数組み合わせて構成される電源パッケージであって、
複数の前記電源ユニットは互いに電気的に直列接続または並列接続され、
これらの電源ユニットを内部に収納する外装体と、この外装体の外周部分に設けられる出力端子とを備え、
この出力端子は、複数の前記電源ユニットのうち、端部に配置される電源ユニットの出力端子と電気的に接続されていることを特徴とする電源パッケージ。
【請求項７】
請求項６に記載の電源パッケージにおいて、整流回路、昇圧回路、および定電圧回路を含んで構成される制御ユニットを備えていることを特徴とする電源パッケージ。
【請求項８】
請求項６または請求項７のいずれかに記載の電源パッケージを内部に組み込んだことを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、携帯用電子機器などに適用される電源ユニット、電源パッケージ、およびそれらを組み込んだ電子機器に関する。
【０００２】
【背景技術】
従来より携帯用電子機器などの電源としては、ボタン電池、単１、単３型乾電池などの規格化された一次電池が用いられ、電池が寿命に達した場合、交換することができるように、電子機器本体の電池収納部は、電池を着脱可能にする構造になっていた。
【０００３】
一方、充電可能な二次電池もあるが、一般的に電池が放電しきった状態では、機器本体から取り出して充電器に装着し、その充電器によって所定の容量になるまで充電するものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の乾電池は使用可能時間が有限であり、寿命に達すると装着されている機器本体から取り外して、新しい乾電池と交換する必要がある。
【０００５】
また充電可能な電池でも、充電の際には機器本体から取り外して充電器に装着する必要があり、いずれにしてもその取り扱いが不便であるという問題がある。本発明の目的は、電子機器等の取り扱いの容易化を図ることができ、かつ汎用性の高い電源ユニットおよびこの電源ユニットを組み合わせて構成される電源パッケージを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の電源ユニットは、  回転錘と、
前記回転錘によって回転するロータと、前記ロータの回転を電気エネルギに変換するステータおよびコイルから構成される電磁機構とを備えた発電機と、
前記発電機を保持する保持部材と、
前記コイルにより発生した電気エネルギを蓄積する二次電池と、
前記発電機、前記保持部材、および前記二次電池を収納する保持ケースと、
前記保持ケースと前記保持部材との間に介在し、導電性の材料から構成されるボールベアリングと、
前記ボールベアリングを保持し前記保持部材の内側に設けられたベアリング受けと、
前記保持ケースの外周部分に設けられた前記二次電池の出力端子と、
を備えた電源ユニットにおいて、
前記回転錘および前記保持部材は、前記保持ケースに対して回転可能に支持され、
前記コイルにより発生した電気エネルギは、前記保持部材、前記ボールベアリング、前記ベアリング受けを介して、前記２次電池に蓄積される
ことを特徴とする。
また、本発明の電源ユニットは、
ロータの回転を電気エネルギに変換するステータおよびコイルから構成される電磁機構とを備えた発電機と、
前記発電機を保持する保持部材と、
前記保持部材上に搭載され前記コイルにより発生した電気エネルギを蓄積する二次電池と、
前記保持部材を収納する保持ケースと、
前記保持ケースと前記保持部材との間に介在し、導電性の材料から構成されるボールベアリングと、
前記ボールベアリングを保持し前記保持部材の内側に設けられたベアリング受けと、
前記保持ケースの外周部分に設けられた外部出力端子と、
を備えた電源ユニットにおいて、
前記保持部材は、前記保持ケースに対して回転可能に支持され、
前記二次電池の出力端子は、＋側、−側がそれぞれ、前記保持部材と電気的に接続され、前記二次電池から出力される電気エネルギは、前記ボールベアリング、前記ベアリング受け、前記保持ケースを介して前記外部出力端子に伝達されることを特徴とする。
【０００７】
このような本発明によれば、電源ユニット内部に発電機が設けられ、出力端子を介して外部への電源供給を可能にしているので、一度、機器本体に装着すれば電源ユニットを交換する必要がなく、電子機器の取り扱いが容易になる。また、コイルと二次電池、または、二次電池と発電機との間にボールベアリングが介在し、両者の電気的導通はボールベアリングによって行われるので、別途電気的導通手段を設ける必要がなく、両者の間に電気配線等を施す必要がなく電源ユニットの内部構造の簡単化を図ることができる。
【０００８】
また、発電機等の構成部品がケース内部に収納されているので、電源ユニットに故障が生じても、電源ユニットごと交換してその取り扱いが容易となる上、このような電源ユニットを乾電池等で動作する従来の電子機器に取り付けることにより、電子機器の電池交換を不要とすることができる。さらに、このような電源ユニットを電子機器に用いることにより、電子機器の外装ケースに電池交換用の蓋等設ける必要がなくなり、電子機器の外装ケースの部材コストダウンが図られ、電子機器の防水性も向上する。
【０００９】
以上において、上述した電源ユニットは、整流回路、昇圧回路、および定電圧回路を含んで構成される制御部と、ノイズ防止用の遮蔽板とを有するのが好ましい。
【００１０】
すなわち、電源ユニットが制御部を有しているので、発電機による電気エネルギを整流、昇圧、定電圧化して安定して出力することができ、電源ユニットの汎用性は一層向上する。また、遮蔽板を備えているので、電源ユニット外部に磁界変動等が生じても、コイル等の発電機構が影響されることもなく、安定した電気エネルギを出力することができ、上述と同様にその汎用性が向上する。
【００１１】
また、上述したケースの形状、出力端子の位置は、所定の電池規格に応じて設定されているのが好ましい。ここで、所定の電池規格とは、日本工業規格（ＪＩＳ）、国際標準化機構（ＩＳＯ）、国際電気標準会議（ＩＥＣ）等に基づいて定められる電池規格を意味する。
【００１２】
すなわち、電源ユニットのケースの形状等の仕様をこのような電池規格に準拠させることにより、種々の電子機器に上述した電源ユニットを採用することが可能となるので、電源ユニットの汎用性が極めて高くなる。
【００１５】
そして、他の電源ユニットの例としては、回転手段と、この回転手段によって回転するロータと、このロータの回転を電気エネルギに変換するステータおよびコイルから構成される電磁機構とを備えた電源ユニットが考えられる。
【００１６】
ここで、回転手段としては、ケースの動きに応じて回転する回転錘と、この回転錘の回転を前記ロータに伝達する輪列とを備えた回転手段を採用することが考えられる。
【００１７】
また、発電機が上述した回転手段および電磁機構を備えていれば、電源ユニットの動きに応じて回転手段が回転し、これにより電磁機構により電気エネルギが発生するので、例えば、腕時計、携帯電話等の持ち歩く可能性の高い電子機器の電源ユニットとして好適である。
【００１８】
さらに、本発明に係る電源パッケージは、上述した電源ユニットを複数組み合わせて構成される電源パッケージであって、複数の電源ユニットは互いに電気的に直列または並列接続され、これらの電源ユニットを内部に収納する外装体と、この外装体の外周部分に設けられる出力端子とを備え、この出力端子は、複数の前記電源ユニットのうち、端部に配置される電源ユニットの出力端子と電気的に接続されていることを特徴とする。
【００１９】
このような本発明に係る電源パッケージによれば、外装体内部に直列または並列接続された複数の電源ユニットが収納されているので、電源ユニットの直列または並列接続数を変更するだけで、電源パッケージの出力端子から取り出される電気エネルギを変更することができ、消費電力の異なる種々の電子機器に対応させることができる。
【００２０】
以上において、上述した電源パッケージは、整流回路、昇圧回路、および定電圧回路を含んで構成される制御ユニットを備えているのが好ましい。
【００２１】
すなわち、制御ユニットを備えているので、発電機により発生する電気エネルギを整流、昇圧、定電圧化して安定して出力することができ、電源パッケージの汎用性が一層向上する。また、内部に収納される電源ユニットの個々に整流回路、昇圧回路、定電圧回路を含む制御部を設ける必要がなく、電源ユニットの構造の簡素化が図られる。
【００２２】
また、上述した電源ユニットは、ケースの動きに応じて回転する回転錘、およびこの回転錘の回転を前記ロータに伝達する輪列から構成される回転手段と、この回転手段によって回転するロータと、このロータの回転を電気エネルギに変換するステータおよびコイルから構成される電磁機構とを備えた発電機を有し、複数の電源ユニットが互いに異なる方向に向けて配置されているのが好ましい。
【００２３】
すなわち、電源ユニットがケースの動きに応じて回転する回転錘によって電気エネルギを発生する場合、このような複数の電源ユニットが外装体内で互いに異なる方向に向けて配置されていれば、電源パッケージの種々の方向の動きに応じて内部の電源ユニットのいずれかが電気エネルギを発生することが可能となる。従って、電源パッケージの動きの方向によって発生する電気エネルギに差異が生じることもなく、安定した電気エネルギを発生することのできる電源パッケージとすることができる。
【００２４】
そして、本発明に係る電子機器は、上述した電源ユニットまたは電源パッケージを内部に組み込んであることを特徴とし、例えば、携帯電話、腕時計、ノートパソコン等である。
【００２５】
これらの電子機器に本発明に係る電源ユニット等が組み込んであれば、上述したように充電回数が低減されるうえ、電源ユニット等に損傷が生じた場合であっても、ユニット、パッケージごと簡単に交換することができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２７】
１．第１実施形態
図１は本発明の第１実施形態の電源ユニットの斜視図が示されている。
【００２８】
第１実施形態に係る電源ユニット１は、直径略２０ｍｍ、厚さ略２．５ｍｍのＪＩＳ規格のボタン電池（２０２５サイズ）に対応したケース１１を有し、このケース１１の上面が＋側出力端子１１Ａ、下面が−側出力端子（図１では図示略）とされている。
【００２９】
前記ケース１１内には、駆動歯車１２および伝達歯車１３から構成される輪列、回転錘１４、発電ロータ１５、ステータ１６、コイル１７を含んで構成される発電機２０と、この発電機２０の下部に配置され、発電機２０により発生した電気エネルギを蓄積する二次電池２１とが収納されている。尚、ケース１１の＋側出力端子１１Ａの部分には、発電機２０を覆うように遮蔽板１８が配置され、外部磁界の変動が内部のコイル１７等に影響しないように構成されている。
【００３０】
上述した輪列等の発電機２０の構成部材は略円形の地板２２上に支持されている。この地板２２の円中心には、回転軸１４１が立設され、前記回転錘１４はこの回転軸１４１に対して回動自在に支持されている。この回転錘１４は略半円形状をなし、回転軸１４１への取付位置が回転錘１４の重心から偏心している。これにより、電源ユニット１の動きに伴い、回転錘１４が回転軸１４１の回りを回動することとなる。
【００３１】
回転錘１４には、回転錘１４の回動とともに一体的に回転する駆動歯車１２が設けられ、この駆動歯車１２には、伝達歯車１３を構成する小歯車１３１が噛合する。伝達歯車１３は、この小歯車１３１と、この小歯車１３１と一体回転する大歯車１３２とを有し、この大歯車１３２は、発電ロータ１５を回転させるロータ歯車１５１と噛合している。尚、これらの歯車１２、１３は、前記地板２２上に回転自在に支持され、回転錘１４の回転空間の下部に配置されている。
【００３２】
発電ロータ１５は、このロータ歯車１５１と、ロータ歯車１５１により回転する円板状のロータ磁石１５２とを備えている。ロータ磁石１５２は、円板の直径方向外周端部に相対向してＮ極、Ｓ極が設定された永久磁石であり、単極のものと多極のものが用いられる。
【００３３】
ステータ１６は、このロータ磁石１５２を挟み込むように地板２２上に固定され、このステータ１６にはコイル１７が取り付けられ、コイル１７の磁心１７１はステータ１６と接続されている。
【００３４】
コイル１７の巻線の端部となる出力線は、図１では図示を略したが、二次電池２１に電気的に接続され、この二次電池２１の＋側出力端子は、ケース１１の＋側出力端子１１Ａと電気的に接続され、二次電池２１の−側出力端子はケース１１の−側出力端子と電気的に接続される。
【００３５】
以上のような電源ユニット１では、発電機２０は次のように動作して電気エネルギを発生する。
【００３６】
まず、電源ユニット１を図１中Ａ方向又はＢ方向に動かすと、その動きに応じて回転錘１４が回転軸１４１を中心に回転する。この回転錘１４の回転とともに、駆動歯車１２が回転し、駆動歯車１２に小歯車１３１が噛合しているので、伝達歯車１３が回転する。
【００３７】
そして、伝達歯車１３の大歯車１３２とロータ歯車１５１が噛合しているので、発電ロータ１５が伝達歯車１３によって増速されて高速回転する。発電ロータ１５の回転に伴い、ステータ１６と接続されるコイル１７の磁心１７１内に磁束変化が起こり、これによりコイル１７に誘導起電力が生じる。
【００３８】
コイル１７によって発生した電気エネルギは、図１では図示を略したが、整流回路を介して二次電池２１に蓄積される。
【００３９】
このような電源ユニット１は、単独で電子機器等に取り付けられることもあるが、図２に示されるように、電源ユニット１を複数組み合わせて電源パッケージＰ１として利用することもできる。
【００４０】
電源パッケージＰ１は、複数の電源ユニット１を内部に収納する外装体Ｐ１１と、この外装体Ｐ１１の外周部分に設けられる＋側出力端子Ｐ１１Ａ、−側出力端子Ｐ１１Ｂと、この出力端子Ｐ１１Ａ、Ｐ１１Ｂに接続される制御ユニットＰ７とを備えている。複数の電源ユニット１は互いに電気的に直列接続され、外装体Ｐ１１の内部に積層配置される。図２中上側の端部に配置される電源ユニット１の＋側出力端子１１Ａおよび下側の端部に配置される電源ユニット１の−側出力端子１１Ｂは、制御ユニットＰ７と電気的に接続されている。この制御ユニットＰ７は、図２では図示を略したが、整流回路、昇圧回路、および定電圧回路を含んで構成され、各回路は公知のものが用いられている。
【００４１】
尚、外装体Ｐ１１は、単１若しくは単２の乾電池形状と略同様の形状を有し、電源ユニット１の発電力に基づいて直列接続数を決定し、定格出力１．５Ｖを出力できるように構成されている。
【００４２】
また、図３に示されるように、複数の電源ユニット１を互いに異なる方向に向けて配置し、外装体Ｐ１１に収納した電源パッケージＰ２として利用することもできる。この電源パッケージＰ２では、外装体Ｐ１１の＋側出力端子Ｐ１１Ａおよび−側出力端子Ｐ１１Ｂに接続される制御ユニットＰ７と、電源ユニット１の＋側出力端子１１Ａとは、電気配線Ｐ２１により電気的に接続されているとともに、図３中上側に配置される電源ユニット１の−側出力端子と、下側に配置される電源ユニット１の＋側出力端子１１Ａは電気配線Ｐ２２によって電気的に接続されている。
【００４３】
このような、第１実施形態によれば、次のような効果がある。
【００４４】
（１）  電源ユニット１の内部に発電機２０が設けられ、出力端子を介して外部への電源供給を可能にしているので、一度機器本体に装着すれば電源ユニット１を交換する必要がなく、電子機器の取り扱いが容易となる。
【００４５】
（２）  発電機２０を構成する駆動歯車１２、伝達歯車１３、回転錘１４、発電ロータ１５、ステータ１６、コイル１７がケース１１の内部にすべて収納されているので、電源ユニット１の取り扱いの容易を図ることができるうえ、このような電源ユニット１を乾電池等で動作する従来の電子機器に取り付けることにより、電子機器の電池交換を不要とすることができる。
【００４６】
（３）  電源ユニット１が発電機２０を備えているので、電源ユニット１を電子機器に用いることにより、電子機器の外装ケースに電池交換用の蓋等設ける必要がなくなり、電子機器の外装ケースの部材コストダウンを図ることができ、電子機器の防水性も向上する。また、発電機２０が遮蔽板１８により覆われているので、電源ユニット１の外部に大きな磁界変動が生じても、発電機２０はそれに影響されることなく、安定した電気エネルギを出力することができる。
【００４７】
（４）  ケース１１の形状および出力端子１１Ａ、１１Ｂの位置がＪＩＳ規格のボタン電池に対応しているので、通常のボタン電池に代替させて電源ユニット１を使用することができ、極めて汎用性の高い電源ユニットとすることができる。また、ケース１１の内周面に沿って遮蔽板が設けられているので、発電機による電気エネルギ発生時、ノイズ等が発生しても、電源ユニット１の外部に影響を及ぼすこともない。
【００４８】
（５）  そして、電源ユニット１の動きに応じて電気エネルギが発生するので、例えば、腕時計、携帯電話等の持ち歩く可能性の高い電子機器の電源ユニットとして好適である。
【００４９】
（６）  また、電源ユニット１を直列接続して構成される電源パッケージＰ１によれば、電源ユニット１の直列接続数に応じて、電源パッケージＰ１の出力を調整することができるので、外装体Ｐ１１を単１、単２等の乾電池規格に対応しておけば、直列接続数を調整して乾電池の定格出力１．５Ｖに相当する電気エネルギを出力させることができる。
【００５０】
（７）  さらに、外装体Ｐ１１内に収納される複数の電源ユニット１が互いに異なる方向に向けて配置された電源パッケージＰ２によれば、電源パッケージＰ２の上下左右、種々の方向の動きに応じて内部の電源ユニット１のいずれかが電気エネルギを発生することができるので、電源パッケージＰ２の動きの方向によって発生する電気エネルギに差異が生じることもなく、安定した電気エネルギを発生することのできる電源パッケージとすることができる。
【００５１】
（８）  そして、電源パッケージＰ１、Ｐ２が制御ユニットＰ７を備えているので、発電機による電気エネルギを整流、昇圧、定電圧化して安定出力することができ、電源パッケージの汎用性が一層向上する。
【００５２】
２．第２実施形態
次に、本発明の第２実施形態について説明する。なお、以下の実施形態において、前述の実施形態と同一もしくは同様の構成部分には、同一符号を付し、説明を省略あるいは簡略する。
【００５３】
前述の第１実施形態に係る電源ユニット１は、発電機２０を構成する駆動歯車１２、伝達歯車１３、発電ロータ１５、ステータ３６、コイル３７は、地板２２上に取り付けられ、これらの部材の上部空間に回転錘１４が回転自在に取り付けられていた。
【００５４】
これに対して、第２実施形態に係る電源ユニット３は、図４〜図６に示されるように、回転錘１４に隣在する空間に伝達歯車１３、発電ロータ１５、ステータ３６、コイル３７が設けられ、これら発電機４０の構成部材が回転錘１４と共に回転可能に配置されている点、二次電池４１が回転錘１４の回転中心近傍に配置されている点が相違する。尚、図４は、電源ユニット３の平面図、図５は図４におけるＶ−Ｖ線切断面図、図６は図４におけるＶＩ−ＶＩ線切断面図である。
【００５５】
すなわち、電源ユニット３は、上下一対のケース体３１１、３１２により平面視円形状のケース３１が構成され、このケース３１内の中心部近傍に二次電池４１が固定されている。
【００５６】
二次電池４１は、図５において上側が＋側出力端子、下側が−側出力端子とされ、それぞれ板バネ３１５、３１６を介して導電性の保持ケース３１７、３１８内に保持されている。
【００５７】
保持ケース３１７、３１８は絶縁材３１９を介して接続され、＋側の保持ケース３１７の上部は上側のケース体３１１に固定され、＋側保持ケース３１７と上側ケース３１１は電源ユニット３の＋側端子３１Ａとされ、−側の保持ケース３１８の底部は下側のケース体３１２から露出して電源ユニット３の−側出力端子３１Ｂとされる。
【００５８】
ケース３１内には、図において二次電池４１の左側に半円形状の回転錘１４が設置され、回転錘１４に隣在する半円形状の空間部には、伝達歯車１３、発電ロータ１５、ステータ３６、コイル３７等の発電機４０の構成部材が配置されている。これらの構成部材は、図４から判るように、ケース３１内に上下に相対向して配置される一対の保持部材４３に保持されている。
【００５９】
この保持部材４３は、図７に示すような形状を有するアルミあるいはチタンなどの比較的軽量でかつ導電性を有する板材から構成され、外周部分に曲げ加工による起立片４３ａが形成されているとともに、保持部材４３の中心に向かう方向に沿って複数本のリブ４３ｂが形成され、軽量かつ高強度に構成されている。
【００６０】
一方、二次電池４１の上側の保持ケース３１７の外周部分には、固定歯車３２が設けられ、この固定歯車３２と伝達歯車１３の小歯車１３１が噛合し、さらに、伝達歯車１３の大歯車１３２がロータ歯車１５１と噛合することにより、固定歯車３２と発電機構成部材との相対回転を発電ロータ１５の回転に増速している。この発電ロータ１５を挟み込むように配置されるステータ３６は、回転錘１４の回転方向に沿って延びかつ当該回転中心に向かって並列配置される２本の円弧部分を有し、この円弧部分のそれぞれに巻線によりコイルブロック３７ａ、３７ｂが形成されている。
【００６１】
保持ケース３１７、３１８と保持部材４３との間には、導電性の材料から構成されるボールベアリング４５が介在し、このボールベアリング４５は保持部材４３の内側に設けられるベアリング受け４４によって保持されている。これにより、回転錘１４および保持部材４３は、保持ケース３１７、３１８等の固定部分に対して円滑に回転することが可能となる。
【００６２】
図５、図６において、上側の保持部材４３は、コイル３７の＋側と電気的に接続され、ベアリング受け４４とボールベアリング４５と上側の保持ケース３１７を介して、二次電池４１の＋側出力端子と電気的に接続され、下側の保持部材４３は、コイル３７の−側と電気的に接続され、やはりベアリング受け４４、ボールベアリング４５、下側の保持ケース３１８を介して、二次電池４１の−側出力端子と電気的に接続されている。
【００６３】
すなわち、図８の回路模式図に示されるように、コイル３７の出力は、＋側、−側がそれぞれ、上側、下側の保持部材４３と電気的に接続され、ベアリング受け４４、ボールベアリング４５、保持ケース３１７、３１８を介して二次電池４１と電気的に接続されている。
【００６４】
尚、コイル３７には、発生した電気エネルギを整流する４つのダイオードをブリッジ状に組み合わせた整流回路３７１が設けられ、この整流回路３７１の出力端子が保持部材４３と接続されているとともに、上下の保持部材４３間には、コンデンサ３７２が設けられている。このコンデンサ３７２の容量は二次電池４１の容量が略０．５Ｆであるのに対して、１０μＦ程度でよく、コイル３７により発生した電気エネルギをボールベアリング４５を介して二次電池４１に蓄積するに際し、回転錘１４の回転状態によってボールベアリング４５を介した電気的導通が途切れた場合、補助的、一時的に蓄電するために設けられている。
【００６５】
以上のような構成の電源ユニット３は、次のように動作して電気エネルギを発生する。
【００６６】
ケース３１の動きに応じて回転錘１４が、保持部材４３と共に保持ケース３１７、３１８の周囲を、二次電池４１を中心にして回転する。すると、固定歯車３２に噛合ている伝達歯車１３はピニオンギアのように回転しながら移動し、発電ロータ１５が伝達歯車１３によって増速されて高速回転する。この結果、第１実施形態に係る発電機２０と同様にステータ３６およびコイル３７によって電気エネルギが発生する。
【００６７】
発生した電気エネルギは、図７から判るように、保持部材４３、ボールベアリング４５を介して二次電池４１に蓄積される。
【００６８】
尚、前記回転動作中に、時として、ボールベアリング４５が振動し、保持ケース３１７、３１８と保持部材４３間における電気的導通が途切れてしまった場合、コンデンサ３７２が電気エネルギを一時的に蓄電しておき、導通が回復したときに二次電池４１に供給される。
【００６９】
前述の第２実施形態によれば、第１実施形態で述べた効果に加えて以下のような効果がある。
【００７０】
（９）  伝達歯車１３、発電ロータ１５、ステータ３６、コイル３７等の発電機４０の構成部材が回転錘１４に隣在する空間に配置され、回転錘１４とともに回転するので、電源ユニット３の内部空間が有効に活用され、電源ユニット３の小型化を図ることができる。
【００７１】
（１０）  二次電池４１が回転錘１４の回転中心近傍に固定されているので、二次電池４１により、発電機４０から発生した電気エネルギを一定量蓄積しておくことができ、二次電池から一定量の安定した電気エネルギを取り出すことができる。さらに、二次電池４１を電源ユニット３の上下を貫通するように配置することができるので、保持ケース３１７、３１８、板バネ３１５、３１６等により容易に電源ユニット３の外周部分に出力端子を形成することができる。
【００７２】
（１１）  二次電池４１と発電機４０との間にボールベアリング４５が介在し、両者の電気的導通はベアリング４５によって行われるので、別途電気的導通手段を設ける必要がなく、両者の間に電気配線等を施す必要がなく電源ユニット３の内部構造の簡単化を図ることができる。
【００７３】
３．第３実施形態
次に、第３実施形態について説明する。
【００７４】
前述の第２実施形態に係る電源ユニット３は、発電機４０は、固定歯車３２、伝達歯車１３、回転錘１４、発電ロータ１５、ステータ３６、コイル３７から構成され、回転錘１４以外の構成部材が回転錘１４に隣在する空間に回転可能に固定され、回転錘１４とともに回転して電気エネルギを発生させていた。
【００７５】
これに対して、第３実施形態に係る電源ユニット５は、図９、図１０に示されるように、発電機６０が固定歯車３２、伝達歯車１３、発電ロータ１５、ステータ３６、コイル３７から構成され、回転錘が省略されているとともに、これらの発電機６０を構成する部材を保持する保持部材６３上に二次電池６１が搭載されている点が相違する。
【００７６】
すなわち、図１０に示されるように、発電機６０を構成するコイル３７の出力端子は、保持部材６３上の二次電池６１と電気的に接続され、発電機６０で発生した電気エネルギはこの二次電池６１に蓄積される。
【００７７】
一方、二次電池６１の出力端子は、保持部材６３と電気的に接続され、二次電池６１から出力される電気エネルギは、保持部材６３、ベアリング受け４４、ボールベアリング４５を介して、保持ケース３１７、３１８の外部出力端子に伝達される。尚、保持ケース３１７、３１８の間には、コンデンサ５７２が設けられ、ボールベアリング４５を介した電気的導通が途切れた場合には、補助的にコンデンサ５７２から電気エネルギを出力し、ボールベアリング４５の電気的導通が回復すると、二次電池６１から電気エネルギを出力するように構成されている。このような構成の電源ユニット５において、第２実施形態における保持部材４３とは異なり、保持部材６３の材料としては、比較的高比重のタングステン等の板材を用いるのがよい。これにより、発電機６０の構成部材、二次電池６１、保持部材６３を含む回転部分の重量が大きければ、回転錘と同様の回転挙動を示すこととなるからである。
【００７８】
その他の電源ユニット５の構造、動作については前述の第２実施形態に係る電源ユニット３と略同様なので、その説明を省略する。
【００７９】
以上のような電源ユニット５によれば、前述の第１、第２実施形態で述べた効果に加えて、次のような効果がある。
【００８０】
（１２）  発電機６０の構成部材として回転錘が省略されるので、電源ユニット５の軽量化を一層図ることができる。
【００８１】
（１３）  電源ユニット５の外部出力端子を構成する保持ケース３１７、３１８間に補助蓄電手段となるコンデンサ５７２が設けられているので、ボールベアリング４５を介した二次電池６１との電気的接続が一時的に途切れても、コンデンサ５７２により補助的に外部出力端子から電気エネルギを出力することができるので、安定して電気エネルギを出力することのできる電源ユニットとすることができる。
【００８２】
４．第４実施形態
次に、第４実施形態について説明する。
【００８３】
前述の第１〜第３実施形態において、電源ユニット１、３、５の発電機２０、４０、６０は、回転錘１４等の回転運動を、発電ロータ１５、ステータ１６、３６、コイル１７、３７により電気エネルギに変換する機械式の発電機であった。これに対して、第４実施形態に係る電源ユニット７は、図１１に示されるように、透明なケース７１の周面に沿って光電変換素子７２が複数配置され、これらの光電変換素子７２によって発電機が構成されている点が相違する。
【００８４】
この電源ユニット７の中央部分には、ケース７１の上面および下面で露出する円筒状の二次電池７３が設けられている。光電変換素子７２と二次電池７３との間には、整流回路、昇圧回路、定電圧回路から構成される制御部７４が設けられ、光電変換素子７２の出力は、この制御部７４を介して二次電池７３と接続されている。
【００８５】
ケース７１は、透明プラスチックから構成され、単１または単２型の乾電池と略同様の形状を有し、上述した＋側、−側出力端子７１Ａ、７１Ｂの位置もこれらの乾電池の出力端子の位置に対応している。
【００８６】
光電変換素子７２は、基板に単結晶または多結晶のシリコン膜を形成したものであり、隣接する２枚の光電変換素子７２は、図１１では図示を略したが、互いに電気的に直列接続されているとともに、光電変換素子７２の内側に設けられる回路を介して二次電池７３と電気的に接続される。
【００８７】
以上のような第４実施形態に係る電源ユニット７によれば、第１実施形態で述べた（１）〜（４）で述べた効果に加えて以下のような効果がある。
【００８８】
（１４）  すなわち、電源ユニット７が光電変換素子７２から構成される発電機を備えているので、電源ユニット７に太陽光等を照射するだけで電気エネルギを発生することができ、外装ケースが透明ないわゆるスケルトンタイプの電子機器の電源ユニットとして利用することができる。また、この場合、太陽光を照射するだけで二次電池７３に電気エネルギを蓄積することができるので、通常静置されて使用する電子機器に好適である。
【００８９】
５．変形例
尚、本発明は、前述した各実施形態に限定されるものではなく、次のような変形をも含むものである。
【００９０】
すなわち、前述の第１実施形態〜第３実施形態に係る電源ユニット１、３、５は、回転錘１４等が所定の回転軸１４１回りに回転することにより、発電ロータ１５を回転させていた。
【００９１】
しかし、これに限らず、図１２に示すように、ケース１１の外部に回転可能に回転操作板８１を設け、この回転操作板８１を手動、若しくは他の動力源による駆動部分により回転させることにより、駆動歯車８２、伝達歯車１３を介して発電ロータ１５を回転させる発電機８０を有する電源ユニット８であっても、上述した第１実施形態で述べた（１）〜（４）の効果と同様の効果を享受することができる。
【００９２】
また、図１３に示すように、外周部分に香箱歯車９１１が設けられた香箱９１内に収納されるゼンマイの力によって発電ロータ１５を回転させる発電機９０を有する電源ユニット９であっても、上述した第１実施形態で述べた（１）〜（４）の効果と同様の効果を享受することができる。
【００９３】
尚、図１３では図示を略したが、香箱９１の回転方向は一定方向となるように逆転防止のストッパが設けられ、香箱９１を支持する香箱真９２は、ケース１１上に設けられる回転操作板９３と接続される。
【００９４】
回転操作板９３は、香箱９１の回転方向とは逆方向にのみ回転可能となっていて、回転操作板９３を回転させると、香箱９１内部のゼンマイが巻かれ、香箱９１のストッパを解除すると、ゼンマイの力により香箱９１が回転し、香箱歯車９１１と噛合する伝達歯車１３を介して発電ロータ１５が回転する。
【００９５】
さらに、前述の第１実施形態に係る電源ユニット１は、発電機２０と、二次電池２１とを備え、これらがケース１１内に収納されていた。しかしながら、これに限らず、図１４に示すように、発電機２０、二次電池２１の他、整流回路、昇圧回路、定電圧回路を含み構成される制御部２３がケース１１内に収納されるような電源ユニット６であっても、前述の第１実施形態と同様の効果を享受できる上、このような電源ユニット６を組み合わせて電源パッケージを構成すれば、第１実施形態の電源パッケージＰ１、Ｐ２の制御ユニットＰ７を省略することができる。
【００９６】
そして、前述の第１実施形態では、電源パッケージＰ１は、内部で電源ユニット３が互いに直列接続されるように構成されていたが、これに限らず、図１５に示すように、電源ユニット１が互いに並列接続されるように構成した電源パッケージＰ３であっても前述の第１実施形態の効果と同様の効果を享受できる。
【００９７】
さらに、前述の第１実施形態では、電源ユニット１を互いに異なる方向に向けて配置し、これらを互いに直列接続した電源パッケージＰ２が示されているが、これに限らず、図１６に示すように、電源ユニット３を互いに異なる方向に配置し、互いに並列接続するように構成した電源パッケージＰ４であっても、前述した第１実施形態と同様の効果を享受できる。
【００９８】
また、前述の各実施形態は、電源ユニットおよび電源ユニットを組み合わせた電源パッケージのみが開示されていたが、これに限らず、図１７に示すように、上述した電源ユニットを内部に収納する筐体４０１を有する携帯電話４００や、図１８に示すように上述した電源パッケージを内部に収納する筐体５０１を有するノートパソコン５００であっても、前述の各実施形態で述べた効果と同様の効果を享受し得る。
【００９９】
さらに、前述の第４実施形態では、光電変換素子７２として、基板上に単結晶または多結晶のシリコン膜を形成したものを用いていたが、これに限らず、可撓性シートからなる基板上にＣＶＤ等でアモルファスのシリコン膜を形成した光電変換素子を採用してもよい。このようなアモルファスシリコンにより光電変換素子を形成すれば、基板として可撓性シートを採用することができるので、円筒状のケースの内周面に沿って１枚の光電変換素子を配置することができ、電源ユニットの構造の簡単化を図ることができるうえ、アモルファスシリコンの採用により電源ユニットの部材コストの低減を図ることもできる。
【０１００】
なお、各実施形態において、電源ユニットに収納される回路は前述した実施例に限定されるものではなく、他の回路が収納されても良い。例えば、発電時のノイズ防止回路、二次電池の過充電防止回路、二次電池の放電電流値制限回路、二次電池の過放電防止回路等を含んでも良い。それらの回路を前述の制御回路に含めても良く、あるいは、制御回路とは別個に設けてもよい。又、前述の整流回路、昇圧回路、定電圧回路も、実施例に限定されることはない。例えば整流回路は、トランジスタとコンパレータを用いて所定発電電圧に達した場合にコンパレータがトランジスタを導通させて整流時の電圧降下量を少なくする方式でも良く、又全波整流の他、半波整流でも良い。昇圧回路では、発電電圧が小さい時にその電圧をチョッパリングして二次電池を充電しても良い。定電圧回路は、ツェナーダイオードを用いる回路を構成しても良い。
【０１０１】
その他、本発明の実施の際の具体的な構造および形状等は本発明の目的を達成できる範囲で他の構造等としてもよい。
【０１０２】
【発明の効果】
以上に述べたように、本発明によれば、ユニット自体に発電機を備えて二次電池に充電することができ、しかも出力端子を備えているので、外部への電源供給は従来の乾電池などと同様に行うことができ、一度、機器本体に装着すれば交換の必要がなくなり、取り扱いが容易になるうえ、電源ユニットの形状が所定の電池規格に対応していれば、極めて汎用性の高い電源ユニットとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る電源ユニットを示す概略斜視図である。
【図２】前記実施形態に係る電源ユニットを組み合わせて形成される電源パッケージを表す断面図である。
【図３】前記実施形態に係る電源ユニットを組み合わせて形成される電源パッケージの他の例を表す概要斜視図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係る電源ユニットを表す平面図である。
【図５】図４のＶ−Ｖ線における断面図である。
【図６】図４のＶＩ−ＶＩ線における断面図である。
【図７】前記実施形態における保持板の形状を示す平面図である。
【図８】前記実施形態における発生した電気エネルギを二次電池に蓄積する構成を表す回路模式図である。
【図９】本発明の第３実施形態に係る電源ユニットを表す平面図である。
【図１０】前記実施形態の構造を説明するための模式図である
【図１１】本発明の第４実施形態に係る電源ユニットを表す平面図である。
【図１２】前記第１実施形態に係る電源ユニットの変形を表す概略斜視図である。
【図１３】前記第１実施形態に係る電源ユニットの第２の変形を表す概略斜視図である。
【図１４】前記第１実施形態に係る電源ユニットの第３の変形を表す断面図である。
【図１５】前記第１実施形態に係る電源パッケージの変形を表す概要斜視図である。
【図１６】前記第１実施形態に係る電源パッケージの他の変形を表す概要斜視図である。
【図１７】前記各実施形態に係る電源ユニットを内部に組み込んだ電子機器を表す概要斜視図である。
【図１８】前記各実施形態に係る電源パッケージを内部に組み込んだ他の電子機器を表す概要斜視図である。
【符号の説明】
１、３、５、６、７、８、９  電源ユニット
１１、３１、７１  ケース
１１Ａ、１１Ｂ、７１Ａ、７１Ｂ  出力端子
１４  回転手段（回転錘）
１５  ロータ
１６、３６  ステータ
１７、３７  コイル
１８  遮蔽板
２０、４０、６０、８０、９０  発電機
２１、４１、７３  二次電池
２３  制御部
７２  光電変換素子
４００、５００  電子機器
Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４  電源パッケージ
Ｐ７  制御ユニット
Ｐ１１  外装体
Ｐ１１Ａ、Ｐ１１Ｂ  電源パッケージの出力端子
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
0003633265.tif 000014
【図１４】
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【図１５】
0003633265.tif 000016
【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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