(57)【要約】  目的は、電池交換の負担を軽減し得る二次電池ユニットを提供することにある。二次電池ユニット１０は、外部負荷装置に対して接続される正極端子１３及び負極端子１５と、正極端子と負極端子に接続される二次電池２１と、外部の一次コイルからの交番磁束により誘起電流を発生させる複数の二次コイル１０１，２０１，３０１と、二次コイルの出力を整流及び平滑して二次電池を充電するための複数の充電回路（１０５，１０７）、（２０５，２０７）、（３０５，３０７）とが具備される。複数の充電回路は複数の二次コイルに個々に設けられ、二次電池に対して並列接続される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部負荷装置の電池ボックスに単独又は他の外部電池と直列／並列状態で装着可能な二次電池ユニットにおいて、
電池規格に準じた形状及び寸法を有し、正極端子と負極端子とを装備するケースと、
前記ケース内に収納され、前記正極端子と前記負極端子に電気的に接続される二次電池と、
前記ケースの内面又は外面に配列され、外部の一次コイルからの交番磁束により誘起電流を発生させる複数の平面型の二次コイルと、
前記ケース内に収納され、前記複数の二次コイルに個々に設けられ、前記二次電池に対して並列接続され、前記二次コイルの出力を整流及び平滑して前記二次電池を充電する複数の充電回路とを具備することを特徴とする二次電池ユニット。
【請求項２】
前記ケースは有底の円筒形状を有し、前記ケースの上端面と下端面とに前記正極端子と前記負極端子とがそれぞれ装備されることを特徴とする請求項１記載の二次電池ユニット。
【請求項３】
前記二次コイルの個数は奇数であることを特徴とする請求項２記載の二次電池ユニット。
【請求項４】
前記二次コイルの個数は３であり、前記ケースの周方向に沿って１２０°ずつずれて配列されることを特徴とする請求項３記載の二次電池ユニット。
【請求項５】
前記二次コイルは、前記ケースの内面に沿って湾曲されることを特徴とする請求項２記載の二次電池ユニット。
【請求項６】
前記二次コイルは、前記ケースの軸方向に長い長円、楕円又は矩形のコイル形状を有することを特徴とする請求項２記載の二次電池ユニット。
【請求項７】
外部負荷装置に対して電気的に接続される正極端子と負極端子と、
前記正極端子と前記負極端子とに接続される二次電池と、
外部の一次コイルからの交番磁束により誘起電流を発生させる複数の二次コイルと、
前記複数の二次コイルに個々に設けられ、前記二次電池に対して並列接続され、前記二次コイルの出力を整流及び平滑して前記二次電池を充電する複数の充電回路とを具備することを特徴とする二次電池ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は二次電池ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
電池駆動機器には単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る事が多い。電池が寿命に達した場合、電池交換が必要とされる。つまり古い電池を電池駆動機器から取り外し、新しい電池を装着する。二次電池であれば、放電しきった二次電池を機器から取り外して、充電器にセットして充電し、充電完了後に充電器から取り外して、機器に装着するためその負担は増大する。【０００３】
このように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手間が必要とされる。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電池交換の負担は避けられない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
目的は、電池交換の負担を軽減し得る二次電池ユニットを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本実施形態に係る二次電池ユニットは、外部負荷装置に対して接続される正極端子及び負極端子と、正極端子と負極端子に接続される二次電池と、外部の一次コイルからの交番磁束により誘起電流を発生させる複数の二次コイルと、二次コイルの出力を整流及び平滑して二次電池を充電するための複数の充電回路とが具備される。複数の充電回路は複数の二次コイルに個々に設けられ、二次電池に対して並列接続される。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】図１は、本実施形態に係る二次電池ユニットの外観を示す斜視図である。
【図２】図２は、図１の二次電池ユニットの縦断面図である。
【図３】図３は、図１の二次電池ユニットに装備される充電回路の等価回路図である。
【図４Ａ】図４Ａは、図３の二次コイルの構成を示す斜視図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、図３の二次コイルの構成を示す展開図である。
【図５】図５は、図３の充電回路の他の構成を示す等価回路図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、図面を参照しながら本実施形態に係る二次電池ユニットを説明する。以下の説明において、略同一の機能及び構成を有する構成要素については、同一符号を付し、重複説明は必要な場合にのみ行う。
【０００８】
図１は、本実施形態に係る二次電池ユニット１０の外観を示す斜視図である。図２は、図１の二次電池ユニット１０の縦断面図である。本実施形態に係る二次電池ユニット１０は、電池規格に準じた寸法で構成された有底の円筒形状のケース１１を有する。典型的には、ケース１１は単３形規格に準じた高さ及び直径の円筒体で構成される。円筒形状のケース１１の前後端面には電池規格に準じて正極端子１３と負極端子１５が装備される。ケース１１の内側には単４形規格の単一の二次電池２１が収納される。二次電池２１としてはニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池、リチウムイオン二次電池、その他のいずれの種類であってもよい。
【０００９】
二次電池２１の正極端子２３と負極端子２５は、ケース１１の前後端面の正極端子１３と負極端子１５にそれぞれ電気的に接続される。通常の単３形の一次電池又は二次電池に代替仕様が可能、つまり単３形電池で駆動する外部負荷装置の電池ボックスに単独で又は他の単３形電池と直列又は並列状態で装着することができる。なお、二次電池ユニットは他の電池規格に準じた形状及び寸法で形成したものでもよい。
【００１０】
二次電池２１の中心軸は円筒形のケース１１の中心軸に対して半径方向にオフセットされる。このオフセットは、ケース１１と二次電池２１との間に僅かなスペースを確保する。このスペースには、二次電池２１の充電回路を形成した基板３０が設置される。
【００１１】
図３に示すように、本実施形態に係る二次電池ユニット１０に無接点充電機能を装備させるために複数の二次コイル１０１，２０１，３０１を有している。複数の二次コイル１０１，２０１，３０１はそれぞれ並列に接続された共振用コンデンサ１０３，２０３，３０３と共に複数の並列共振回路を構成する。これら並列共振回路の共振周波数は互いに同一に設定される。二次コイル１０１，２０１，３０１は、外部の一次コイルからの交番磁束により電流を誘起する。一次コイルは外部負荷装置の電池ボックスに装備されており、この電池ボックスに装着した状態で二次電池ユニット１０の二次電池２１を充電することが可能になっている。二次コイル１０１，２０１，３０１については後述する。
【００１２】
二次コイル１０１は共振用コンデンサ１０３とともに並列共振回路を構成する。並列共振回路には、二次コイル１０１に発生した誘起電流を整流するための整流用ダイオード１０５と整流用ダイオード１０５で整流された電流を平滑化する平滑用コンデンサ１０７とから構成される整流回路が接続される。整流回路により整流された電流により二次電池２１が充電される。同様に、二次コイル２０１と共振用コンデンサ２０３とからなる並列共振回路には整流用ダイオード２０５と平滑用コンデンサ２０７とから構成される整流回路が接続され、二次コイル３０１と共振用コンデンサ３０３とからなる並列共振回路は整流用ダイオード３０５と平滑用コンデンサ３０７とから構成される整流回路が接続される。
二次電池２１に対して複数系統の並列共振回路及び整流回路が並列に接続される。しかし図５に示すように、二次コイル１０１，２０１，３０１に対して単体の整流回路を並列に設けて整流回路を共用させる構成を否定するものではない。
【００１３】
図４Ａにケース１１に収納された二次コイル１０１，２０１，３０１の斜視図を示し、図４Ｂに二次コイル１０１，２０１，３０１の展開図を示す。二次コイル１０１，２０１，３０１は、フレキシブルな絶縁基板１００の表面にメッキ法、エッチング法等でスパイラル形に導体パターンが形成されてなる平面コイルである。絶縁基板１００はケース１１の内寸とほぼ等価な長さ、ケース１１の内周長とほぼ等価な幅に構成される。二次コイル１０１，２０１，３０１が形成された絶縁基板１００は円筒状に湾曲され、円筒形のケース１１の内面と、二次電池２１や基板３０との隙間に挿入される。それに伴って二次コイル１０１，２０１，３０１はケース１１の内周面に沿って湾曲される。
【００１４】
二次コイル１０１，２０１，３０１は寸法、巻数、巻き方向に関して同一のコイルであり、ケース１１の軸方向に長い長円、楕円又は矩形に構成される。二次コイル１０１，２０１，３０１を形成した絶縁基板１００は円筒状に湾曲され、円筒形のケース１１の内面と二次電池２１や基板３０との隙間に挿入される。結果的に二次コイル１０１，２０１，３０１はケース１１の内周面に沿って湾曲される。
【００１５】
円筒状に湾曲された基板３０上で二次コイル１０１，２０１，３０１が互いに正対しないように二次コイル１０１，２０１，３０１は奇数個、好ましくは図示したように３個である。二次コイル１０１，２０１，３０１が３個であれば、二次コイル１０１，２０１，３０１はケース１１の周方向に沿って１２０°ずつずらして配置される。二次コイル１０１，２０１，３０１の個数を“２ｎ−１”（ｎ；正の整数）に一般化すると、二次コイル１０１，２０１，３０１は３６０°／（２ｎ−１）ずつずらされる。さらに二次コイル１０１，２０１，３０１が互いにオーバーラップしないように、各二次コイル１０１，２０１，３０１は１２０°の範囲内、一般化すると３６０°／（２ｎ−１）の範囲内に形成される。
【００１６】
本実施形態に係る二次電池ユニット１０は二次電池と共に二次コイル及び充電回路を備えていることから電池ボックスに装着したままで充電することが可能となる。
【００１７】
また二次電池ユニット１０は円筒形であり、軸回転し易く、どの向きで外部負荷装置の電池ボックスに装着されるかは不測である。どの向きで二次電池ユニット１０が外部負荷装置の電池ボックスに装着されたとしても誘起電流を発生させ、効率的に二次電池２１を充電可能とすることが望ましい。本実施形態では、上述したように、複数の二次コイル１０１，２０１，３０１を周面に沿って配列させているので、電池ボックスに装備された一次コイルに対して二次コイル１０１，２０１，３０１のいずれかが重なり、誘起電流を発生されて二次電池２１を充電することができる。
【００１８】
また一次コイルに対して二次コイル１０１，２０１，３０１のいずれか２個がオーバーラップして、各コイルで電流が誘起されたときであっても、二次コイル１０１，２０１，３０１に対して個々に整流回路を独立して設け、これら整流回路を二次電池２１に対して並列に接続していることから、各別に整流された電流を合成させることができ、損失無く効率的に二次電池２１を充電することができる。
【００１９】
また奇数個の二次コイル１０１，２０１，３０１を周方向に分散して配置したことで、ある１個の二次コイルが一次コイルに正対したとき、二次電池２１を挟んで反対側で他のコイルが一次コイルに正対することはなく、従って二次コイルが互いに磁束変化を打ち消しあう事態が生じることはない。
【００２０】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００２１】
１０…二次電池ユニット、１１…ケース、１３…正極端子（ケース）、１５…負極端子（ケース）、２１…二次電池、２３…正極端子（二次電池）、２５…負極端子（二次電池）、３０…基板、１０１、２０１、３０１…二次コイル、１０３、２０３、３０３…共振用コンデンサ、１０５，２０５，３０５…整流用ダイオード、１０７，２０７，３０７…平滑用コンデンサ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【国際調査報告】
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