(57)【要約】  金属−空気電池を示す。前記金属−空気電池は、少なくとも１つの金属−空気セルを保持するハウジングと、少なくとも１つの金属−空気セルを保持する前記ハウジングに電気的に結合している接合面とを備えている。前記接合面は、空気管理システムを備える。前記空気管理システムは、少なくとも１つキャビティと、前記キャビティからの空気流を可能にする流路を有するハウジングと、を含む。ハウジングは、前記接合面との電気的接続をもたらす接触部を収容している。前記少なくとも１つのキャビティ内にはモータが配置されており、インペラが前記モータと連通している。前記モータを制御するために電子回路が設けられており、前記ハウジングの片側の上にはカバーが配置されている。前記金属−空気電池は、亜鉛−空気電池であり得る。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属−空気電池の空気管理システムであって、
ハウジングであって、当該ハウジングによって金属−空気セルへの電気的接続をもたらすための少なくとも１つのキャビティとハウジングのキャビティ内の空気流を金属−空気セルへつなげる流路とを有するハウジングと、
少なくとも１つのキャビティ内に配置されているモータと、
前記モータと連通しており、前記ハウジングの出口ポートに空気を供給する構成になっているインペラと、
前記ハウジングの上に配置されているカバーと、
を備えたシステム。
【請求項２】
前記ハウジングは、金属−空気セルに結合している２つのディスク形状の部材を含んでいる、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記ハウジングは、金属−空気セルに結合しているキャリア上の一対のキーホールに結合する構成になっている２つのディスク形状の部材を含んでいる、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記ハウジングは、前記キャビティから流れるとともに前記ハウジングを抜ける気道をもたらす流路を有する、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記インペラ組立体は、インペラカバー及び層状ホイールを含み、
前記インペラは、遠心インペラ、混合モードインペラ、又は斜流インペラである、請求項１に記載システム。
【請求項６】
前記システムが２つの電池セルを有する構成になっており、
前記インペラ軸が一対の電池セルのうちの１つの軸と一致している、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記カバーは、機器への電気的接続をもたらす一対の接触部を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記モータが同期モータであり、
前記同期モータの動作を制御する電子回路であって、抵抗器全域の電圧を検知するとともに、電圧を増幅させて前記電子回路に入力信号を供給するセンサ回路を含む電気回路を、さらに備えた、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記電子回路が更に、出力信号を生成して、前記センサ回路から供給される入力信号に応じて前記同期モータを駆動させる電圧制御発振器を有する、請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記電子制御回路が更に、パルスを用いて前記同期モータを駆動させる駆動回路を有する、請求項８に記載のシステム。
【請求項１１】
電子制御回路が更に、前記同期モータを起動させる回路を有する、請求項８に記載のシステム。
【請求項１２】
出力パルス信号を生成させる発電機回路であって、考えうる２つの方向の１つで前記モータの前記ロータを調整するために、前記出力パルス信号の第１の信号の継続時間が長くなっている発電機回路を、さらに備えた、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記駆動体は、第１のパルスを生成した後、前記ロータが振動し終わり所定の位置に収まる時間を与えるための期間を延ばし、続いて、前記モータを加速させるとともに、常に前記モータを回転させるためのシーケンスを開始させる、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
少なくとも１つの金属−空気セルを保持するハウジングと、
少なくとも１つの金属−空気セルを保持するハウジングに電気的に結合している接合面と、
空気管理システムと、を備えた金属−空気電池であって、
前記空気管理システムは、
少なくとも１つのキャビティと前記キャビティからの空気流を可能にする流路を有するとともに、前記接合面との電気的接触をもたらす接触部を収容しているハウジングと、
前記１つのキャビティ内に配置されているモータと、
前記モータと連通しているインペラと、
前記モータを制御する電子回路と、
前記ハウジングの片側の上に配置されているカバーと、
を含む、金属−空気電池。
【請求項１５】
少なくとも１つのキャビティを有する前記ハウジングは、接合面に結合している２つのディスク形状の部材を含んでいる、請求項１４に記載の電池。
【請求項１６】
少なくとも１つのキャビティを有する前記ハウジングは、接合面上の一対のキーホールに結合する構成になっている２つのディスク形状の部材を含む、請求項１４に記載の電池。
【請求項１７】
少なくとも１つのキャビティを有する前記ハウジングは、キャビティから流れる気道をもたらす流路を有する、請求項１４に記載の電池。
【請求項１８】
前記インペラ組立体は、インペラカバーと層状ホイールとを含んでおり、
前記インペラが遠心インペラ、混合モードインペラ、又は斜流インペラである、請求項１４に記載の電池。
【請求項１９】
前記電池は２つのセルを含み、
前記インペラの軸が前記電池セルのうちの１つの軸と一致している、請求項１８に記載の電池。
【請求項２０】
前記カバーは、機器との電気的接続をもたらす一対の接触部を含む、請求項１４に記載の電池。
【請求項２１】
モータが同期モータであり、
前記同期モータの動作を制御する電子回路であって、抵抗器全域の電圧を検知するとともに、電圧を増幅させて前記電子回路に入力信号を供給するセンサ回路を含む電気回路を、さらに備えた、請求項１４に記載の電池。
【請求項２２】
前記電子回路が更に、出力信号を生成して、前記センサ回路から供給される入力信号に応じて前記同期モータを駆動させる電圧制御発振器を有する、請求項２１に記載の電池。
【請求項２３】
前記電子制御回路が更に、パルスを用いて前記同期モータを駆動させる駆動回路を有する、請求項２０に記載の電池。
【請求項２４】
電子制御回路が更に、前記同期モータを起動させる回路を有する、請求項２０に記載の電池。
【請求項２５】
出力パルス信号を生成させる発電機回路であって、考えうる２つの方向の１つで前記モータの前記ロータを調整するために、前記出力パルス信号の第１の信号の継続時間が長くなっている発電機回路を、さらに備えた、請求項２４に記載の電池。
【請求項２６】
前記駆動体は、第１のパルスを生成した後、前記ロータが振動し終わり所定の位置に収まる時間を与えるための期間を延ばし、続いて、前記モータを加速させるとともに、常に前記モータを回転させるためのシーケンスを開始させる、請求項２５に記載の電池。
【請求項２７】
少なくとも１つの金属−空気セルが亜鉛−空気セルである請求項１４に記載の電池。
【請求項２８】
少なくとも１つの金属−空気セルが一対の亜鉛−空気セルのうちの第１のセルである、請求項１４に記載の電池。
【請求項２９】
前記空気管理システムの前記ハウジングは、第１のキャビティとしての少なくとも１つのキャビティを有するとともに、第２のキャビティを有し、
キャビティからの空気流を可能にする流路は、第１のキャビティと第２のキャビティとの間に配置されている、請求項２８に記載の電池。
【請求項３０】
前記モータは、前記空気管理システムの前記ハウジングの前記キャビティの１つに配置され、
別のキャビティは、前記モータを制御する前記電子回路を収容する、請求項２５に記載の電池。
【請求項３１】
キャリアを貫く一対のキーホール及び１つのホールを有するキャリアと、
前記キャリアのホールに結合されたチューブと、
を備えた、空気管理システムと金属−空気電池の接合面。
【請求項３２】
チューブと空気管理システムによる空気の封止を確実にするために、前記接合面の前面上の開口部に配置されているＯ−リングをさらに備えた、請求項３１の接合面。
【請求項３３】
前記キーホールのうちの対応する１つのキーホール内に配置されている１つのバネを有する一対の接触バネをさらに備えた請求項３１の接合面。
【請求項３４】
少なくとも１つの金属−空気セルを収容しているハウジングと、少なくとも１つの金属−空気セルに電気的に結合している接合面とを設けることと、
前記ハウジング上の接触部を前記接合面と嵌合させることによって、前記電池に空気管理システムを取り付けることと、
を備えた、金属−空気電池を作動させる方法。
【請求項３５】
前記接合面上の一対のキーホールへの接触部を、前記接合面内のキーホール内の接触バネに押し付けられる接触部に嵌合させることをさらに備えた、請求項３４の方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
様々なタイプの一次電池が市販されている。一次電池の中で最も一般的なタイプは亜鉛−炭素電池、アルカリ−マンガン電池、及びリチウム電池である。目的が特殊であるタイプのセルの１つが金属−空気セルで、その中でも亜鉛−空気セルが最も一般的である。ボタン型亜鉛−空気セルは一般に、補聴器用途で用いられている。高出力亜鉛−空気電池の別の用途は、非常電源装置のエネルギー源としての用途である。亜鉛−空気セルのエネルギー密度は非常に高く、例えば、最先端のリチウム電池のエネルギー密度よりも最大で４０％高い。エネルギー密度が高くなるのは、１つの電極材が電池ハウジングの内部にあり、それによって、前記材料の容量が増加するためである。第２の電極材は、周囲空気から取り入れる酸素である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００２】
電池は、電流を発生させながら、電池が供給する電力に比例する量の外気を継続的に取り入れる必要がある。小型のボタン型セルは、拡散作用によって空気を取り入れる。高出力用途では、電池全体に空気を押し広げるために、電池にファン又はその他の機構を搭載する。
【０００３】
亜鉛−空気セルの主な欠点は、セルが空気に触れると、電力を供給していなくてもすぐに老朽化し始めることである。この現象は２つの理由から発生する。１つの理由は、空気中の二酸化炭素によって電解質、典型的にはカリの苛性アルカリ溶液が中和することである。第２の理由は、電池内部の換気により、セルが乾燥することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の一態様によれば、金属−空気電池の空気管理システムは、ハウジングによって金属−空気セルへの電気的接触をもたらすために少なくとも１つキャビティと、ハウジングのキャビティ内の空気流を金属−空気セルへつなげる流路を有するハウジングとを備える。空気管理システムは更に、少なくとも１つのキャビティに配置されているモータ、モータと連通しているとともに、空気をハウジングの出口ポートに供給する構成になっている遠心インペラ、混合モードインペラ、又は斜流インペラといったインペラと、ハウジングの上に配置されているカバーとを備える。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００５】
以下の実施形態は本発明の範囲内にあるものである。ハウジングは、金属−空気セルに結合している２つのディスク形状の部材を含んでいる。ハウジングは、金属−空気セルに結合しているキャリア上の一対のキーホールに結合する構成になっている２つのディスク形状の部材を含んでいる。ハウジングは、キャビティから流れるとともにハウジングを抜ける気道をもたらす流路を有する。インペラ組立体は、インペラカバー及び層状ホイールを含む。前記システムが、２つの電池セルを有する構成になっており、インペラ軸が一対の電池セルのうちの１つの軸と一致している。前記カバーは、機器への電気的接続をもたらす一対の接触部を含む。モータが同期モータであり、前記システムは更に、同期モータの動作を制御する電子回路であって、抵抗器全域の電圧を検知するとともに、電圧を増幅させて電子回路に入力信号を供給するセンサ回路を含む電気回路を更に備えている。電子回路が、出力信号を生成して、センサ回路から供給される入力信号に応じて同期モータを駆動させる電圧制御発振器を有する。電子制御回路が更に、パルスを用いて同期モータを駆動させる駆動回路を有する。電子制御回路が更に、同期モータを起動させる回路を有する。電子回路は、出力パルス信号を生成する発電機回路であって、考えうる２つの方向の１つでモータのロータを調整するために、前記出力パルス信号のうちの第１の信号の継続時間は長くなっている発電機回路を、さらに備えている。駆動体は、第１のパルスを生成した後、ロータが振動し終わり所定の位置に収まる時間を与えるための期間を延ばし、続いて、モータを加速させるとともに、常にモータを回転させるためのシーケンスを開始させる。
【０００６】
本発明一態様によれば、少なくとも１つの金属−空気セルを保持するハウジングと、少なくとも１つの金属−空気セルを保持するハウジングに電気的に結合している接合面と、空気管理システムと、を備えた金属−空気電池が搭載されている。空気管理システムは、少なくとも１つのキャビティと、キャビティからの空気流を可能にする流路を有するとともに、接合面との電気的接続をもたらす接触部を収容しているハウジングと、１つのキャビティ内に配置されているモータと、モータと連通している遠心インペラと、混合モードインペラと、又は斜流インペラといったインペラと、モータを制御する電子回路と、ハウジングの片側の上に配置されているカバーと、を含む金属−空気電池が搭載されている。
【０００７】
以下の実施形態は本発明の範囲内にあるものである。少なくとも１つキャビティを有するハウジングは、接合面に結合している２つのディスク形状の部材を含んでいる。少なくとも１つのキャビティを有するハウジングは、接合面上の一対のキーホールに結合する構成になっている２つのディスク形状の部材を含む。ハウジングは、キャビティから流れるとともにハウジングを抜ける気道をもたらす流路を有する。インペラ組立体はインペラカバーと層状ホイールとを含んでいる。電池は２つの電池セルを含む構成になっており、インペラの軸は一対の電池セルのうちの１つの軸と一致している。前記カバーは、機器との電気的接続をもたらす一対の接触部を含む。モータが同期モータであり、前記システムは更に、前記同期モータの動作を制御する電子回路であって、前記電子回路には、抵抗器全域の電圧を感知するとともに、電圧を増幅させて電子回路に入力信号を供給するセンサ回路を含む電子回路を、さらに備えている。電子回路が更に、出力信号を生成して、センサ回路から供給される入力信号に応じて同期モータを駆動させる電圧制御発振器を有する。電子制御回路が更に、パルスを加えて同期モータを駆動させる駆動回路を有する。電子制御回路が更に、同期モータを起動させる回路を有する。電子回路には、出力パルス信号を生成する発電機回路であって、考えうる２つの方向の１つでモータのロータを調整するために、前記出力パルス信号の第１の信号の継続時間が長くなっている発電機回路を、さらに備えている。駆動体は、第１のパルスを生成した後、ロータが振動し終わり所定の位置に収まる時間を与えるための期間を延ばし、続いて、モータを加速させるとともに、常にモータを回転させるためのシーケンスを開始させる。少なくとも１つの金属−空気セルが亜鉛−空気セルである。少なくとも１つの金属−空気セルが一対の亜鉛−空気セルのうちの第１のセルである。空気管理システムのハウジングは、第１のキャビティとしての少なくとも１つのキャビティを有するとともに、第２のキャビティを有し、キャビティからの空気流を可能にする流路は、第１のキャビティと第２のキャビティとの間に配置されている。モータは、空気管理システムのハウジングのキャビティの１つに配置され、別のキャビティは、モータを制御する電子回路を収容する。
【０００８】
本発明の追加的一態様によれば、空気管理システムと金属−空気電池の接合面には、キャリアを貫く一対のキーホール及び１つのホールを有するキャリアと、キャリアのホールに結合されたチューブと、を備えている。
【０００９】
以下の実施形態は本発明の範囲内にあるものである。接合面には、チューブと空気管理システムによる空気の封止を確実にするために、接合面の前面上の開口部に配置されているＯ−リングをさらに備えている。接合面には、キーホールのうちの対応する１つのキーホール内に配置されている１つのバネを有する一対の接触バネをさらに備えている。
【００１０】
本発明の追加的一態様によれば、金属−空気電池を作動させる方法は、少なくとも１つの金属−空気セルを収容しているハウジングと、少なくとも１つの金属−空気セルに電気的に結合している接合面とを設けることと、空気管理システムが搭載されている電池を用意することと、ハウジング上の接触部を接合面と嵌合させることによって、前記電池に空気管理システムを取り付けることと、を含む。
【００１１】
以下の実施形態は請求項の範囲内にあるものである。その方法は、接合面上の一対のキーホールへの接触部を、接合面内のキーホール内の接触バネに押し付けられる接触部と嵌合させることをさらに含む。
【００１２】
本発明の態様の１つ以上で、以下の利点の１つ以上を得られると思われる。本発明の配置によって、２−ＡＡ、単一ＡＡ、電池サイズが更に小型又は大型のセルのような小型電池構成体に負荷依存性の給気をもたらすことができる。空気管理構成体は取り外し可能で、他の電池セルとともに再利用可能である。したがって、空気管理構成体は、前記電池装置を受け入れる構成になっている機器に組み込むことができ、あるいは、機器への挿入に先立って、ユーザーが亜鉛−空気セルに取り付ける物品にすることができる。空気管理構成体では比較的直径の長いインペラを用い、それによって、適度な所要モータ速度をもたらす。所定のハウジング内でインペラの直径が可能な限り最大になるような方法でインペラを配置する。モータは、構成がシンプルで電磁放射線のレベルが低い同期ブラシレスモータである。モータを動かすとともに、電池電流を検知するために電子制御を行う。電子制御では、センサを必要とすることなく、むしろ誘導電圧を検知することによって、ロータの位置を検知する。単一のモータ、及び比較的少ない構成部品を用いるため、低コストの製造が可能である。
【００１３】
図１Ａ及び１Ｂを見てみると、亜鉛−空気電池システム１０（図式的に描かれている）などの金属−空気セルが示されている。亜鉛ー空気電池システム１０には空気管理システム１２が備わっている。図示したように、空気管理システム１２は２−ＡＡサイズの電池のセルに合わせて特別に適合させてあるが、それに応じた構成になっている空気管理システム１２を用いてその他の構成も実現させることができる。空気管理システム１２は再利用可能で、亜鉛空気電池システム１０のハウジング１６に取り付ける。ハウジング１６は再利用するように適合させてあり、亜鉛-空気セル（図示なし）を再充填可能である。
【００１４】
図１Ｂに示したとおり、ハウジング１６は封止して、空気管理システム１２の上で簡単に交換する。空気管理システムには、空気管理システム１２のハウジング２０及びカバー３０と電池のハウジング１６との間に位置するとともに、機械的、流体的、及び電気的な接合面として機能するキャリア３１が備わっている。
【００１５】
図２Ａを見てみると、空気管理システム１２が示されている。この実施例では、空気管理システム１２には、ハウジング２０、２つのブッシング２２ａ、２２ｂ、遠心インペラ２４、及びモータ３２が備わっている。斜流インペラ、又は混合モードインペラのようなその他のインペラ構成体も用いることができる。ブッシングを搭載できるバージョンもあれば、ピークモータ軸に設けた先端ベアリング、及び磁針のベアリングと類似のプレートを搭載できるバージョンもある。また、空気管理システムには、電池接触部３０ａ、３０ｂを備えたカバー３０も搭載されている。カバー３０はプリント基板と同じように作製する。カバー３０上の接触部３０ａ、３０ｂは、例えばカバー３０の外面上の領域をメッキすることによって（銅又はその他の技法及び物質）形成させる。ハウジングは、空気管理システム１２のその他の構成要素のうち、空気を亜鉛−空気セルへ送るための成分を受け入れる。接触部３０ａ、３０ｂとセルとを接触させるために、ワイヤ、ケーブル、又は導線（図示なし）をハウジング２０内に配置する。ハウジング２０は、ハウジングの裏側に２つのディスク形状の部材３４ａ、３４ｂを保持する。ディスク形状の部材３４ａ、３４ｂは、キャリア３１（図２Ｂ）を介して亜鉛−空気電池セルに結合する。
【００１６】
ハウジング２０は、モータ３２を収容するためのキャビティ３８ａ、及び、モータ３２を制御する電子回路４０を収容するためのキャビティ３８ｂを含む。キャビティ３８ａ、３８ｂは一般に、曲線的で滑らかなディスク形状の凹部で、ハウジング２０の片側にある。モータ３２及びモータキャビティ内のインペラによって生まれた空気流が第１の拡散チューブ４１ａ（図２Ａ）に到達するようにするとともに、空気を亜鉛−空気セルに運ぶために、流路３９は、キャビティ３８ａと３８ｂとの間に形成させる。すなわち、空気は、カバー３０の入口ホールを通じて流れ込み、インペラの中央にある入口ホールまで進んでいく。空気は、流路３９内において、インペラの中央からインペラの外周まで、キャビティ３８ａの内周に沿って移動し、空気出口ポート（図２Ｂ）の位置で抜け出て電池パックの第１の拡散チューブ４１ａに到達する。空気は、電池パック、及び電池パックの反対側にある第２の拡散チューブ４１ｂを通って移動する。
【００１７】
空気流の圧縮を最小限にするために、拡散チューブ４１ａ及び４１ｂ、並びに流路３９は、ハウジング２０の他の内部領域と同様に、可能な限り滑らかでなければならない。理想的には、拡散チューブ４１ａ、４１ｂの吸気口及び排気口には、面取りをした末端部が備わっていなければならない。
【００１８】
続いて図２Ｂを見てみると、ディスク形状の部材３４ａ、３４ｂを介して、空気管理システム１２と亜鉛−空気セルのハウジング１６とが電気的に接続している。３つの接続部によってカバー３０上の接触部３０ａ、３０ｂに電力を伝える。１つの接続部（図示なし）は、ワイヤを介して、電池の負極と接触するキャリア３１上の接触部３５ａから短絡又は検出抵抗器（例えば図５の抵抗器６４）まで通じるものである。別の接続部は、短絡抵抗器からカバー３０上の電池負極接触部３０ａまでである。電子構成要素を収容するＰＣＢとしてカバー３０を形成させた場合、この接続は、ＰＣＢの後部に到達するように、バイアホールを用いてＰＣＢ上で行われるようにすることができる。第３の接続部は、電池の正極と接触するキャリア３１上の接触部３５ｂから正極接触部３０ｂまでである。この電子接続部はケーブルまたはワイヤである。電力供給のための接続部付近には、電子回路４０及びモータ３１を対象とした接続部もある。これらの接続部は、ケーブル、ワイヤ、又はメッキ導線などによって形成させる。
【００１９】
ハウジング２０上の接続部３４ａ、３４ｂは、キャリア３１に結合する金属ディスクである。金属ディスク３４ａ、３４ｂは、キャリア３１上にある一対のキーホール３９ａ、３９ｂの幅広部分の中を移動し、接触バネ３７ａ、３７ｂに押し付けられる。金属ディスクは、キーホール３９ａ、３９ｂの偏狭部分に移動する。この場合、キーホール３９ａ、３９ｂの偏狭部分の幅は、小型接触ディスク３４ａ、３４ｂの直径よりも狭い。キーホール３９ａ、３９ｂの偏狭領域は、ディスク形状の部材３４ａ、３４ｂをキャリア３１の中に固定する。図示したとおり、接触バネ３７ａ、３７ｂには、キャリアの裏側に、亜鉛−空気セルに接触する接触部３７ａ’、３７ｂ’がある。Ｏ−リング３３は、ハウジング２０上の空気出口ポート３３とキャリア３１の後部に結合するチューブ４２との間に気道を固定するために使用する。
【００２０】
あるいは、ハウジングには、亜鉛−空気電池セルに結合しているキャリア上に形成させたスタブ（図示なし）上にプレス嵌めした２つの成形部材を含むことができる。
【００２１】
再び図２Ａを見てみると、インペラ組立体２４には、インペラカバー２６及び層状ホイール２８が備わっている。インペラカバーの厚み、又は層状ホイールの高さはインペラカバーとハウジング２０との間の空隙の桁数と同じであり、このことがオープンインペラの容積減少をもたらす。両側に取り囲まれていると、インペラ２４の効率性が向上する。モータ３２は、インペラ２４に結合してインペラ２４を駆動させるシャフト４３を有する。
【００２２】
インペラ２４には複数の方向を持たせることができる。１つの方向では、インペラの軸は電池セルの軸に垂直になっているる。ただし、外周の位置で有用な数値のインペラ速度を実現させるために、モータ速度は非常に速くなければならない。これに代わる構成では、インペラの軸は電池セルのうちの１つの軸と一致している。この方向によって、インペラの軸が電池セルの軸と垂直になっている場合よりも大きい可能性のあるインペラを得られる。この構成では、インペラの軸が垂直になっている場合よりもインペラの回転速度が遅くて済む。この方向によって、騒音レベルが低いインペラを得られる。これは、より遅い回転速度で作動するインペラ及びモータによって実現される。様々なタイプのインペラを用いることができる。最適応のインペラのタイプは、移動させる空気の体積、及び発生させる空気圧の値に依存する。軸インペラは、より体積の多い空気を、低い空気圧に逆らって移動させる場合にうまく適応し、遠心インペラは、より体積の少ない空気を、より高い空気圧に逆らって移動させる場合、より優れた選択肢である。この２つのケースの中間領域は、斜流タイプのインペラに覆われる。この名称は、空気がインペラから離れる際に取る方向を表している。どのタイプが最も適応するかを判断するために、インペラの方式に関わる値を算出することができる。表１を参照のこと。
【表１】
2008529217.tif 000003
【００２３】
重要な数字を与えられている場合、的確なインペラのタイプを選択する際にはコルディエのチャートを用いることができる。
【００２４】
静止状態においてモータ３２が作動していない場合、空気の移送は、カバー３０の拡散貫通孔によって行われる。空気ダクト（拡散チューブ４１ａ、４１ｂ、及び流路３９）は、静止状態において、拡散が比較的少ない量の空気にとどまるようにする構成になっている。空気の量は、電圧ディップが発生することなく、電池から弱電流が流れるほど十分に多くなるように選択する。一方、空気流も、空気内の二酸化炭素の電池内への進入を抑えられるように、十分に低くなるように選択する。過剰な二酸化炭素は、亜鉛−空気セルの早期老化を引き起こす可能性がある。
【００２５】
図３及び表２を見てみると、ＡＡサイズの亜鉛−空気電池システムの構成として、空気管理システム１０で使われている遠心インペラの典型的な直径が示されている。別の構成及びパラメーターも用いることができる。
【表２】
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【００２６】
図４を見てみると、モータ３２は、ステータ５２、ロータ磁石５４及び銅コイルを備えた同期モータの磁気関連部について描かれている。コイル５６は、ステータ５２の周辺に配置するものとして描かれている。モータは、横方向に磁化させた永久磁石５４にはめ込むシャフト４３（図２Ａ）を含む。ステータ５２の上に形成させたコイル５６によって生成される磁場において、シャフトとともに磁石５４が回転する。ステータ５２の左右差を用いて、モータが確実に起動するようにすることができる。モータ３２はブラシレスタイプのものにして、電磁波の放射を最小限に保つことができる。したがって、電磁両立性をもたらす追加の対策が不要になる。その他の配列も可能である。例えば、コイルとモータの残部との間の距離をもっと広くしてもよい。
【００２７】
同期モータ３２では、単一の銅コイル５６、及びのコイル５６の領域内で方向を変えてインペラ２４を回転させるロータ磁石５４を用いている。図示した同期モータ３２は従来のクロックモータに似ている。同期モータ３２は、ブラシのない１つのコイル５６を有する単純なものである。同期モータ３２では、ある周波数で極性を入れ替える制御電子回路４０（後述）を用いてパルスを生成させる。制御した形でモータを加速させるために、パルス周波数を上昇させる。モータに関する複数の基本パラメータはインペラデータ及びハウジング構成から導くことができ、前記パラメータは表３に示してある。
【表３】
2008529217.tif 000005
【００２８】
高さについて考慮すると、特定の用途では、モータコイルを直接モータキャビティの中に移動させるとともに、インペラの軸の上に永久磁石を取り付け、永久磁石をコイル巻線とともに配置するようにすることができる。モータには、一定の回転方向、及び小型プロペラを取り付けられるほど十分な長さを備えた軸がある。
【００２９】
モータ３２には、ステータ５２に巻いたコイル５６を備えることができる。磁気短絡を防ぐために、ヨークは開口させることができる。この配置では、単一コイル５６は、磁石５４の磁極片（参照番号なし）から独立させて配置する。これによって、幾何学的な柔軟性を得られる。
【００３０】
同期モータの代替品を用いることもできる。例えば、従来の直流モータ（ＰＭ  ＤＣモータ）を使用できる。このようなモータの利点としては、モータの制御が比較的単純なことが挙げられ、直流電流は電圧源として十分であり、単純なパルス幅変調方式によって、限られた範囲内で速度を調整することができる。デメリットとしては、モータ内にブラシが必要な点が挙げられる。モータのブラシは、望ましくない電磁歪を引き起こす。電磁歪は遮断できるであろうが、コストの増加と複雑化の原因となると思われる。また、ブラシの存在によって、モータの長さが比較的長くなる。第２の代替品は、スピンドルモータと呼ばれることもあるディスク形状のＤＣモータである。このタイプのＤＣモータは、モータの軸と平行な磁場とともに機能する。一方、従来のＤＣモータは、大部分が放射状の磁場とともに機能する。この配置の利点としては、従来のＤＣモータと同様の利点が挙げられ、さらに、ディスク形状のＤＣモータは扁平モータに非常に適している。不利益な点としては、従来のＤＣモータと同様のデメリットが挙げられる。
【表４】
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【００３１】
図５を見てみると、モータの電子制御回路４０は、抵抗器６４の全域の小さな電圧降下を検知するとともに、モータ３２を駆動させる電子制御装置６６の入力信号の電圧を増幅させるセンサ回路６２を含む。さらに電圧センサ６２は入力電圧も測定する。コンパレータ６２ａ上にあり、実験に基づいて決められた限界信号６１ａによって定められる所定期間中に入力信号が閾値を下回ると、電圧センサ６２は、コンパレータ６２ａを介してシステムを遮断する。さらにセンサ回路６２は、所定の最大電圧に達すると直ちにリミッタ６２ｂを介して出力信号を制限する。電子制御装置４０は、出力信号を生成してモータ３２を駆動させ、ひいてはインペラを回転させる処理回路６８を含む。処理回路に対する入力信号が閾値を上回ると直ちに、モータはオン状態に切り替わる。この場合、電圧センサ６２は、入力信号に比例する信号、すなわち、モータの全速度を実現させるのに必要な電圧である最大値を上限とする信号を出力する。
【００３２】
電子制御装置４０はセンサ回路６２から入力信号を受信し、亜鉛−空気電池から供給される電圧を電圧制御発振器６８ａ、パルスシーケンスを開始させる発電機６８ｂ、単安定ステージ６８ｃ及びローパスフィルタ６８ｄ、並びに加算増幅器６８ｅにつなぐスイッチＳＷ１に前記入力信号を送信する。スイッチＳＷ２は、パルスが電圧制御発振器６８ａから来るか否かを制御する。電圧制御発振器６８ａは一般に、モータ３２又は発電機６８ｂを駆動させる出力信号を生成する。スイッチＳＷ２は単安定ステージ６８ｃによって制御されている。分圧器６８ｆは、加算増幅器６８ｅのオフセット電圧を定めて最低速度を決定するために用いられる。電圧制御発振器６８ａは、発振器から実際の電池供給電圧へ送られるパルスの幅を調整するためのパルス幅変調器、及びリセット回路を含むことができる。リセット信号によって、モータが突然停止した場合にモータ３２を再起動できるようになる。電子制御回路は更に、駆動スイッチ７４ａ〜７４ｄを介して、出力パルス信号を生成させる駆動装置７４と、モータ３２を駆動させるのに必要な出力を備えたインバータ７５とを含む。
【００３３】
ある技法によれば、閾電圧に達すると直ちに、論理発電機回路６８ｂから出されるタイミングに従ってパルスが生成される。第１のパルスは正パルスで、その持続時間Ｔ１は長い。第１のパルスは、可能な方向のうちの１つでモータ３２のロータを調整する。ロータが振動し終わり所定の位置に収まるための十分な時間をもたらすために、第１のパルスの後、休止期間を設ける。この休止期間の長さがＴ２である。続いて、モータを加速させるとともに、常にモータを回転させるためのシーケンスを生成させる。モータの最低速度ｆ＿ｍｉｎに達するまで、パルス列の周波数は時定数ｔａｕ＿ａｃｃとともに上昇する。最低速度よりも遅い回転速度はモータの内部共振を招く危険があるため、回避する。このような内部共振が発生する可能性は、明確な時定数ｔａｕ＿ａｃｃの根拠にもなっている。時定数は、モータの共振周波数で振動を生成させるに十分な時間をモータがもたないように十分に短くなければならない。共振周波数の典型的な値は３０Ｈｚである。
【００３４】
モータの速度は、電圧センサからの信号（センサ信号）の電圧レベルの上昇に適合させる。これは、センサ信号に応じて、速度間の直線関係を維持させることによって行う。センサ信号の速度と入力電圧との関係については図６に示してある。
【００３５】
最も単純なケースでは、モータのシグナル配列は方形波交流電圧にすることができる。この電圧の周波数は一様にセンサ信号によって決まる。その結果、電荷電流の数値とともに上昇するモータ速度が実現する。したがって、亜鉛−空気電池が供給しなければならない電流の量が増えるのに応じて、亜鉛−空気セルに伝わる空気の量も増加する。信号フローの適切な位置、例えば、センサブロックの出力部にローパスフィルタを設けることによって、慣性モーメントが原因でモータで対応することのできない急激な周波数変動を回避する。
【００３６】
モータ電圧のデューティサイクルは１００％をかなり下回る値に調整することができる。ただし、このように調整しても、モータの平均トルクが十分である場合に限る。前記調整はエネルギーの節約をもたらす。信頼性向上のために、モータ制御装置はモータの位置を検知し、モータの位置によって決まる瞬間出力電圧を作り出して、モータ制御装置とモータを同期化することによって、フィードバックを利用して機能する。特に経済的かつ省スペースな方法でこれを実現させる可能性の１つとしては、モータの誘導する電圧を計算することが挙げられる。この電圧は、（モータの理論で示されているとおり）モータが最大トルクの位置にある場合に極値に達する。これは、図３のモータでは、図示されている位置から＋／−９０度回転した時に当たる。モータが回転した直後に誘導電圧が存在する。上記のように、起動させるために、モータには起動パルスが少なくとも１つ備わっている。誘導電圧によっては、さらなるパルスが生成される。
【００３７】
最も単純なケースでは、モータ電圧の極性は、コンパレータを用いる誘導電圧の極性と同等に扱われている。誘導モータ電圧は、モータに存在している電圧と同じではない。モータ電圧の測定の際には、さまざまな可能性が存在する。すでに述べたとおり、エネルギーを節約する手段として、制御パルスにオフタイムを組み込んでよい。前記オフタイムでは、モータ制御装置の出力はハイインピーダンスに切り替わる。短いインターバル（モータの誘導性とモータ制御装置のインピーダンスによって決まる）の後、前記オフタイムの開始時には、誘導電圧が存在していると思われる。
【００３８】
誘導電圧を測定するための別の技法は、荷重下にあるモータ電圧を測定するものである。この電圧としては、モータコイルのΩ抵抗全域にわたる電圧降下によってもたらされる誘導電圧及び電圧成分が挙げられる。この成分は、モータを通る電荷電流を測定し、その値をモータコイルの（不変）Ω抵抗で乗じることによって算出する。誘導電圧は、前記値の差異を計算することによって求める。
【００３９】
未使用電池の耐用年数を延ばすためには、電子ユニットは、静止状態においてセンサ６２のみが作動電圧に接続する構成にする。出力信号が所定の閾値を超えた場合のみ、電圧をモータ制御装置に供給する。スペース的な要件を満たすために、電子ユニットは、検出抵抗器などのいくつかの外部成分とともにＡＳＩＣに収容することができる。
【００４０】
空気管理システムを通じて、亜鉛−空気電池が、高い性能を示しながら、未使用状態の場合の耐用期間を延ばせるような形で作動可能にする。既存の電池では、補聴器について言うと、空気の進入がひどく限られている。その結果、出力が比較的低い。しかし、入口ホールを大きくすれば最大出力は高くなるであろうが、二酸化酸素の進入が、不要な第２の反応を通じて電池を急速に破壊するため、電池の耐用期間はかなり短くなると思われる。優れた電池性能と長い耐用期間という組み合わせは、空気管理システム１２によって実現する。空気管理システム１２は電池に直接取り付けることができ、また、機器の電池ケース内で電池に付随させることができる。
【００４１】
本発明の幾つかの実施形態を記載してきた。しかし、本発明の精神及び範囲を逸脱することなく、様々な変更を行ってもよいことは明確であろう。例えば、その他のタイプのモータやハウジング構成、例えば単一のキャビティのみを有するハウジングを用いることができる。それ故、その他の実施形態は請求項の範囲内にある
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１Ａ】亜鉛−空気電池システムに結合している空気管理システムの分解斜視図。
【図１Ｂ】亜鉛−空気電池システムに結合している空気管理システムの斜視図。
【図２Ａ】空気管理システムの分解斜視図。
【図２Ｂ】空気管理システムの特徴を示した斜視図。
【図３】インペラ組立体の側面図及び正面図一式。
【図４】図２の空気管理システムのモータの一連の概略図。
【図５】モータ制御システムのブロック図。
【図６】モータ速度と検知電圧との関係を描いたグラフ。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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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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【国際調査報告】
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