(57)【要約】【課題】振動が生じる環境においても安定的に電力を供給することができるとともに、コストを抑制することができる電源ユニット、および当該電源ユニットを備える振動測定ユニットを提供する。【解決手段】本発明に係る電源ユニットは、電池ホルダと、蓄電装置とを含む。電池ホルダは、電池を着脱可能な状態で保持するように構成される。電池ホルダは、電池から電力を取り出すための正極端子および負極端子を含む。蓄電装置は、正極端子および負極端子に電気的に接続され、かつ電池ホルダに固定されている。電池ホルダは、弾性体をさらに含む。弾性体の弾性力により、正極端子または負極端子と電池の電極との接触が維持される。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池を着脱可能な状態で保持するように構成され、前記電池から電力を取り出すための正極端子および負極端子を含む電池ホルダと、
前記正極端子および前記負極端子に電気的に接続され、かつ前記電池ホルダに固定された蓄電装置とを備え、
前記電池ホルダは、弾性体をさらに含み、
前記弾性体の弾性力により、前記正極端子または前記負極端子と前記電池の電極との接触が維持される、電源ユニット。
【請求項２】
前記蓄電装置は、電気二重層コンデンサを含む、請求項１に記載の電源ユニット。
【請求項３】
前記電池ホルダは、前記蓄電装置を収容する収容部を含む、請求項１に記載の電源ユニット。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１項に記載の電源ユニットを備える、振動測定ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電源ユニットおよび当該電源ユニットを備える振動測定ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
電源ユニットは、振動が生じる環境下で使用される場合がある。たとえば特開２０１４−２１５１６４号公報（特許文献１）には、鉄道車両における車軸軸受の異常の検知に用いられる振動測定ユニットが開示されている。当該振動測定ユニットは、通常走行に備えて行なわれる保守点検走行時に、鉄道車両の各車軸軸受の軸箱に一時的に取り付けられ、車軸軸受とともに振動する。当該振動測定ユニットは、電池ホルダを内蔵し、当該電池ホルダに取付けられた電池を電源とする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−２１５１６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
保守点検時には、簡易的な検査が行なわれる場合がある。簡易的な検査においては精密な検査ほどの精度が不要である場合が多いため、簡易的な検査に用いられる機器の製造コストは精密な検査に用いられる機器の製造コストよりも抑えることができる。そのため、たとえば特開２０１４−２１５１６４号公報（特許文献１）において開示されている振動測定ユニットにおいては、コストの抑制のために、鉄道車両の保守点検用に設計された専用の電源ユニットではなく、市販の電池が着脱可能な電池ホルダを備える電源ユニットが使用される場合がある。
【０００５】
市販の電池が着脱可能な電池ホルダは、電池の電極と接触する導体として、コイルバネあるいは板バネのような弾性体を備えることが多い。当該弾性体は、電池ホルダに電池が取り付けられるときに弾性変形をして、電池に弾性力を加えることにより電池の各電極と電池ホルダの各導体との接触を維持する。
【０００６】
たとえば鉄道車両の車軸軸受の軸箱のように、振動が生じる環境下でそのような電池ホルダが使用された場合、振動によって弾性体である導体が弾性変形することにより電池の電極と導体との接触が瞬間的に外れ、電池から電力が供給されなくなる状態が起こり得る。このような電力の瞬間的な断絶（以下では「瞬停」ともいう。）が断続的に生じると、電池ホルダに取付けられた電池からの電力によって動作する機器は、動作が不安定となるおそれがある。
【０００７】
本発明はこのような課題を解決するためになされたものであって、本発明の主たる目的は、振動が生じる環境においても安定的に電力を供給することができるとともに、コストを抑制することができる電源ユニット、および当該電源ユニットを備える振動測定ユニットを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る電源ユニットは、電池ホルダと、蓄電装置とを含む。電池ホルダは、電池を着脱可能な状態で保持するように構成される。電池ホルダは、電池から電力を取り出すための正極端子および負極端子を含む。蓄電装置は、正極端子および負極端子に電気的に接続され、かつ電池ホルダに固定されている。電池ホルダは、弾性体をさらに含む。弾性体の弾性力により、正極端子または負極端子と電池の電極との接触が維持される。
【発明の効果】
【０００９】
この発明に係る電源ユニットによれば、振動が生じる環境においても安定的に電力を供給することができるとともに、コストを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施の形態に係る振動測定ユニットが鉄道車両に固定されている様子を示す図である。
【図２】振動測定ユニットの機能構成を説明するための機能ブロック図である。
【図３】比較例の電源ユニットの等価回路図である。
【図４】比較例の電源ユニットから出力される電圧の変化を示すグラフ（ａ）および負荷の電圧の変化を示すグラフ（ｂ）である。
【図５】実施の形態に従う電源ユニットの等価回路図である。
【図６】電源ユニットが備える電池ホルダの外観図（ａ）および電池ホルダに電池が装着された様子（ｂ）を示す図である。
【図７】振動により第１導体と電池との接触が瞬間的に外れた様子を示す図である。
【図８】電源ユニットから出力される電圧の変化を示すグラフ（ａ）および負荷の電圧の変化を示すグラフ（ｂ）である。
【図９】実施の形態に従う電池ホルダの変形例１を示す図である。
【図１０】実施の形態に従う電池ホルダの変形例２および３を示す図である。
【図１１】実施の形態に従う電池ホルダの変形例４を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照しつつ、実施の形態について説明する。なお、以下の説明では、同一又は対応する要素には同一の符号を付して、それらについての詳細な説明は繰り返さない。
【００１２】
図１は、実施の形態に係る振動測定ユニット２０が鉄道車両１０に固定されている様子を示す図である。軸箱１１は、車軸１３に取り付けられる転がり軸受（不図示）を支持する。車軸１３の軸方向の両端部に車輪１２がそれぞれ取り付けられる。車輪１２が転がり軸受により回転自在に支持されることにより、鉄道車両１０は平行に敷設された２本のレール４０上を走行することができる。振動測定ユニット２０は、軸箱１１にボルト１４によって締結されている。ボルト１４としては、たとえば六角ボルトを用いることができる。振動測定ユニット２０は、軸箱１１に固定されていることにより、軸箱１１が支持する転がり軸受の振動を測定することができる。
【００１３】
図２は、振動測定ユニット２０の機能構成を説明するための機能ブロック図である。図２に示されるように、振動測定ユニット２０は、制御部２００と、電源ユニット２１０と、振動センサ２８０と、記憶部２９０とを備える。
【００１４】
制御部２００は、不図示の通信回路が受信した測定開始指令信号に応答して振動センサ２８０に振動測定を開始させる。制御部２００は、振動センサ２８０による測定データを記憶部２９０に保存する。制御部２００は、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）のようなコンピュータを含む。
【００１５】
電源ユニット２１０は、電池２１２を着脱可能な電池ホルダを含む。電源ユニット２１０は、電池２１２の電力を制御部２００、振動センサ２８０、および記憶部２９０のような負荷に供給する。
【００１６】
実施の形態において電池２１２を保持する電池ホルダは、電池の電極と接触する導体として、弾性体であるコイルバネを含む。コイルバネは、電池ホルダに電池２１２が取り付けられるときに弾性変形をして、電池２１２に弾性力を加えることにより電池２１２の各電極と電池ホルダの各導体との接触を維持する。
【００１７】
実施の形態において電池ホルダは、振動測定ユニット２０に固定されており、振動が生じる環境下で使用される。振動によってコイルバネが弾性変形することにより電池２１２の電極と電池ホルダの導体との接触が瞬間的に外れると、電源ユニット２１０から電力が供給されなくなる。
【００１８】
図３は、比較例の電源ユニット９１０の等価回路図である。正極端子Ｐと負極端子Ｎとの間には電池２１２が電気的に接続されている一方、蓄電装置は接続されていない。図４は、比較例の電源ユニット９１０から出力される電圧の変化を示すグラフ（ａ）および負荷Ｃの電圧の変化を示すグラフ（ｂ）である。図４（ａ）および（ｂ）において時刻ｔ１で電池の電極と導体との接触が瞬間的に外れ、時刻ｔ２まで接触不良が継続している。図４（ａ）に示されるように、時刻ｔ１からｔ２までの間、電源ユニットから出力される電圧は時刻ｔ１以前よりも低下している。図４（ｂ）に示されるように、時刻ｔ１からｔ２までの間、負荷の電圧も時刻ｔ１以前よりも低下している。時刻ｔ１からｔ２までの間、電源ユニットから負荷に電力がほとんど供給されておらず、瞬停が生じている。
【００１９】
このような瞬停が振動に伴って断続的に生じると、電池ホルダに取付けられた電池２１２からの電力が供給される制御部２００、振動センサ２８０、および記憶部２９０などは、動作が不安定となるおそれがある。
【００２０】
そこで実施の形態においては、蓄電装置を、電池ホルダの正極端子Ｐと負極端子Ｎとの間で電池と並列に電気的に接続する。このような構成により、振動によって電池２１２と導体との接触が瞬間的に外れて電池２１２から電力が供給されなくなった場合でも、蓄電装置から電力を供給することができるため、瞬停を防止することができる。また、市販の電池ホルダに蓄電装置を電気的に接続するとともに電池ホルダに固定する必要があるものの、専用の電源ユニットを使用する場合と比較して電源ユニットのコストを抑えることができる。その結果、実施の形態に従う電源ユニットによれば、振動が生じる環境においても安定的に電力を供給することができるとともに、コストを抑制することができる。
【００２１】
図５は、実施の形態に従う電源ユニット２１０の等価回路図である。図５に示されるように、電源ユニット２１０は、１または複数の電池２１２と、蓄電装置２１４と、正極端子Ｐと、負極端子Ｎとを含む。
【００２２】
正極端子Ｐは、電池２１２の正極に電気的に接続されている。負極端子Ｎは、電池２１２の負極に電気的に接続されている。電池２１２の電力は、正極端子Ｐおよび負極端子Ｎから取り出されて負荷Ｃに供給される。
【００２３】
蓄電装置２１４は、正極端子Ｐと前記負極端子Ｎとの間で電池２１２に対して並列に電気的に接続されている。蓄電装置２１４は、電気二重層コンデンサ（ＥＤＬＣ：Electric  Double  Layer  Capacitor）を含むことが好ましい。電気二重層コンデンサは他のコンデンサよりも容量が大きい。また電気二重層コンデンサは、二次電池よりも充放電スピードが速く、充放電よる劣化が少ない。電気二重層コンデンサは、瞬停時のバックアップ電源に適している。なお、蓄電装置２１４は、アルミ電解コンデンサ、セラミックコンデンサあるいはフィルムコンデンサなどの各種コンデンサ、もしくは二次電池を含むことができる。
【００２４】
図６は、電源ユニット２１０が備える電池ホルダ３００の外観図（ａ）および電池ホルダ３００に電池２１２が装着された様子（ｂ）を示す図である。図６（ａ）に示されるように、電池ホルダ３００は、正極端子Ｐと、負極端子Ｎと、複数の導体ペア３０１，３０２と、蓄電装置２１４と、収容部３０７とを備える。
【００２５】
導体ペア３０１は、第１導体３０１Ａと、第２導体３０１Ｂとを含む。第２導体３０１Ｂは弾性体であるコイルバネを有する。第１導体３０１Ａと第２導体３０１Ｂとは、図６（ｂ）に示されるように、電池２１２Ａを長手方向の両側から挟んで保持する。第２導体３０１Ｂは、第１導体３０１Ａへ向かって弾性力を加えることにより第１導体３０１Ａと電池２１２Ａの電極との接触を維持して、第１導体３０１Ａと第２導体３０１Ｂとの間に電池２１２Ａを保持する。
【００２６】
導体ペア３０２は、第１導体３０２Ａと、第２導体３０２Ｂとを含む。第２導体３０２Ｂは弾性体であるコイルバネを有する。第１導体３０２Ａと第２導体３０２Ｂとは、図６（ｂ）に示されるように、電池２１２Ｂを長手方向の両側から挟んで保持する。第２導体３０２Ｂは、第１導体３０２Ａへ向かって弾性力を加えることにより第１導体３０２Ａと電池２１２Ｂの電極との接触を維持して、第１導体３０２Ａと第２導体３０２Ｂとの間に電池２１２Ｂを保持する。
【００２７】
正極端子Ｐは第１導体３０２Ａに電気的に接続されている。負極端子Ｎは第２導体３０１Ｂに電気的に接続されている。第１導体３０１Ａは第２導体３０２Ｂに電気的に接続されている。導体ペア３０１と導体ペア３０２とは、２本の電池２１２Ａ，２１２Ｂを電気的に直列に電気的に接続する。
【００２８】
蓄電装置２１４は正極端子Ｐおよび負極端子Ｎに電気的に接続されるとともに、電池ホルダ３００に固定されている。蓄電装置２１４は、電池ホルダ３００に固定されていることにより、電池ホルダ３００と一体的に振動する。蓄電装置２１４と正極端子Ｐおよび負極端子Ｎとの接続は、蓄電装置２１４は、電源ユニット２１０に電池２１２Ａ，２１２Ｂが装着されている場合に、正極端子Ｐおよび負極端子Ｎの間において直列に電気的に接続された電池２１２Ａ，２１２Ｂと並列に電気的に接続されている。蓄電装置２１４は収容部３０７に収容されている。蓄電装置２１４は、電池ホルダ３００に電池２１２Ａ，２１２Ｂが装着されて、電池２１２Ａ，２１２Ｂから負荷に電力が供給されている場合に、電池２１２Ａ，２１２Ｂからの電力によって充電される。
【００２９】
図７は、振動により第１導体３０１Ａと電池２１２Ａとの接触が瞬間的に外れた様子を示す図である。図８は、電源ユニット２１０から出力される電圧の変化を示すグラフ（ａ）および負荷Ｃの電圧の変化を示すグラフ（ｂ）である。図８（ａ）および（ｂ）において、時刻ｔ１１で図７に示されるように電池の電極と導体との接触が瞬間的に外れ、時刻ｔ２まで接触不良が継続している。図８（ａ）に示されるように、時刻ｔ１１からｔ１２までの間、電源ユニット２１０から出力される電圧の低下は、図４（ａ）に示されている比較例における電圧の低下よりも抑制されている。これは、電池２１２Ａ，２１２Ｂの代わりに、蓄電装置２１４から電力が供給されるためである。図８（ｂ）に示されるように、時刻ｔ１１からｔ１２までの間、負荷の電圧はほとんど低下していない。
【００３０】
以上から、電源ユニット２１０によれば、振動が生じる環境において安定的に電力を供給することができるとともに、コストを抑制することができる。
【００３１】
図９は、実施の形態に従う電池ホルダの変形例１を示す図である。上記では、電池ホルダの第２導体が、弾性体としてコイルバネを有する場合について説明した。第２導体が有する弾性体はコイルバネに限定されるものではない。第２導体が有する弾性体は、たとえば図９に示される電池ホルダ３１０に含まれる第２導体３１１Ｂ，３１２Ｂのように、板バネであってもよい。
【００３２】
図１０は、実施の形態に従う電池ホルダの変形例２および３を示す図である。電源ホルダに含まれる導体ペアの数は、図１０（ａ）に示される変形例２のように１つ、あるいは図１０（ｂ）に示される変形例３のように３つ以上であってもよい。
【００３３】
図１１は、実施の形態に従う電池ホルダの変形例４を示す図である。導体ペアが保持する電池の数は、図１０に示される導体ペア３４１，３４２のように２本以上であってもよい。導体ペア３４１は、２本の電池を長手方向の両側から挟んで保持する。弾性体であるコイルバネを含む第２導体３４１Ｂは、第１導体３４１Ａに向かって弾性力を加えることにより、第１導体３４１Ａと第２導体３４１Ｂとの間に２本の電池２１２Ａおよび２１２Ｂを保持する。導体ペア３４２についても同様に電池２１２Ｃおよび２１２Ｄを保持する。
【００３４】
変形例１〜４に係る電源ユニットによっても、振動が生じる環境において安定的に電力を供給することができるとともに、コストを抑制することができる。
【００３５】
実施の形態においては、本発明に係る電源ユニットが、鉄道車両の車軸軸受の振動を測定する振動測定ユニットに用いられる場合について説明した。本発明に係る電池ホルダが使用されるのは鉄道車両の車軸軸受の振動測定ユニットに限定されない。本発明に係る電源ユニットは、振動が生じる環境で使用される機器の電源として使用可能であり、たとえば、自動車、軽車両、建設車両、農業車両、および産業車両に設置される機器の電源としても使用可能である。
【００３６】
今回開示された各実施の形態は、適宜組合わせて実施することも予定されている。今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００３７】
１０  鉄道車両、１１  軸箱、１２  車輪、１３  車軸、１４  ボルト、２０  振動測定ユニット、４０  レール、２００  制御部、２１０，９１０  電源ユニット、２１２，２１２Ａ，２１２Ｂ，２１２Ｃ  電池、２１４  蓄電装置、２８０  振動センサ、２９０  記憶部、３００，３１０，３２０，３３０，３４０  電池ホルダ、３０１，３０２，３０３，３４１，３４２  導体ペア、３０１Ａ，３０２Ａ，３４１Ａ  第１導体、３０１Ｂ，３０２Ｂ，３１１Ｂ，３１２Ｂ，３４１Ｂ  第２導体、３０７  収容部、Ｃ  負荷、Ｎ  負極端子、Ｐ  正極端子。
【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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