JP2019029224A - 電池パック、無線電力伝送システムおよび補聴器 - Google Patents

電池パック、無線電力伝送システムおよび補聴器 Download PDF

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Abstract

【課題】電子機器の端子に装着し易く、電子機器の端子との接続信頼性が良好な電池パック、無線電力伝送システムおよび補聴器を提供すること。【解決手段】電池パック1は 二次電池2と、コイル部材8と、配線回路基板9と、筐体5と、金属部材6とを備え、金属部材6は、筐体5の面方向に沿って、筐体5の内側から周端縁に向かって延び、筐体5の内側において中心部90を介して互いに連結される複数のストリップ部91を有する。複数のストリップ部91のそれぞれは、筐体5の周端縁に位置する端縁を有し、複数のストリップ部91の端縁のそれぞれは、筐体の周端縁において互いに異なる位置において位置決めされている。【選択図】図1

Description

本発明は、電池パック、ならびに、その電池パックを備える無線電力伝送システムおよび補聴器に関する。
従来から、無線で充電可能な二次電池ユニットが知られている。このような二次電池ユニットは、電子機器に装着した状態で、対応する充電器を用いて無線で充電できるため、利便性が高い。
このような二次電池ユニットとしては、例えば、特許文献1に開示されている。特許文献1に記載の電池ユニットは、二次電池と、外部から供給される電力を受電する受電コイルと、受電した電力を用いて二次電池の充電を行う回路基板と、二次電池、受電コイルおよび回路基板を収容するケースと、二次電池の正極に相当する位置に設けられる正極出力端子と、二次電池の負極に相当する位置に設けられる負極出力端子とを備える。
特開2015−88376号公報
ところで、特許文献1に記載の電池ユニットでは、正極出力端子は、受電コイルと同一平面に配置されるため、正極出力端子の配置が受電コイルによって制限される。具体的には、正極出力端子は、ケースの中心からずれた周縁部付近に配置されている。そのため、電池ユニットを電子機器に装着しようとした際に、電子機器の端子が正極出力端子に接触しにくい場合が生じる。すなわち、電池ユニットを電子機器に装着しにくいという不具合が生じる。
また、電池ユニットを電子機器に装着し易くするために、正極出力端子を電池ユニットの面方向中心側に配置するように設計すると、正極出力端子は、受電コイルの厚み方向一方面(特許文献1の図1では上面)に乗り上げるように、配置する必要がある。そうすると、正極出力端子は、回路基板から延びる薄い板状部材であるため、電子機器の端子から圧力や衝撃によって正極出力端子が変形する場合が生じる。その結果、正極出力端子と電子機器の端子との接触不良が生じるという不具合が生じる。
本発明は、電子機器の端子に装着し易く、電子機器の端子との接続信頼性が良好な電池パック、無線電力伝送システムおよび補聴器を提供することにある。
本発明[1]は、厚み方向一方側に配置される電池負極端子と、厚み方向他方側に配置される電池正極端子とを有する二次電池と、コイル部材と、前記電池負極端子、前記電池正極端子および前記コイル部材と電気的に接続される回路基板と、前記二次電池、前記コイル部材および前記回路基板を収容する筐体と、前記筐体に対して前記厚み方向他方側に配置され、前記回路基板と電気的に接続される金属部材とを備え、前記金属部材は、前記筐体の前記厚み方向と直交する方向に沿って、前記筐体の内側から周端縁に向かって延び、前記筐体の内側において互いに連結される複数のストリップ部を有し、前記複数のストリップ部のそれぞれは、前記筐体の周端縁に位置する端縁を有し、前記複数のストリップ部の端縁のそれぞれは、前記筐体の周端縁において互いに異なる位置において位置決めされている、電池パックを含んでいる。
この電池パックによれば、金属部材が、筐体の厚み方向他方側に配置され、かつ、回路基板と電気的に接続されているため、端子としての役割を果たす。また、金属部材(端子)が、筐体の厚み方向他方側に配置されているため、筐体内部に配置されるコイル部材による位置の制限を受けない。すなわち、コイル部材を避けて、その面方向に端子を設計する必要がない。したがって、電子機器の端子が接触し易い位置に、金属部材(端子)を配置することができる。その結果、電池パックは、電子機器に容易に装着できる。
また、その金属部材が、複数のストリップ部を有しており、さらに、そのストリップ部の端縁のそれぞれが、筐体の周端縁において位置決めされている。そのため、端子である金属部材が、筐体に複数の箇所で安定して固定されているため、電子機器の端子と接触している間、電子機器の端子からの圧力や衝撃による金属部材の変形が生じにくい。したがって、電子機器との接続信頼性に優れる。
本発明[2]は、前記金属部材は、前記ストリップ部の端縁において、前記回路基板と電気的に接続されている、[1]に記載の電池パックを含んでいる。
この電池パックによれば、コイル部材と金属部材との間に、回路基板と金属部材とを電気的に接続するための引き回し配線が不要にすることができる。そのため、回路基板−金属部材間の配線に流れる電流またはそれから発生する磁界が、送電装置の送電コイルと電池パックのコイル部材との間の磁界(給電時の磁界)に与える影響を抑制することができる。したがって、給電効率の低下を抑制することができる。
本発明[3]は、前記金属部材が、前記ストリップ部を少なくとも3つ有する、[1]または[2]に記載の電池パックを含んでいる。
この電池パックによれば、金属部材は、3つ以上のストリップ部の端縁で、筐体と位置決めすることができる。したがって、金属部材は、より安定して筐体に固定することができ、接続信頼性をより一層向上させることができる。
本発明[4]は、厚み方向に投影したときに前記二次電池の中心と重複する中心部を備え、前記ストリップ部は、前記中心部から放射状に延びる、[1]〜[3]のいずれか一項に記載の電池パックを含んでいる。
この電池パックによれば、金属部材が、中心部を備えるため、電子機器の端子は、より容易に金属部材に接触することができる。そのため、接続信頼性をより一層向上させることができる。
本発明[5]は、前記ストリップ部の端縁は、嵌合部を有し、前記筐体の周端縁は、前記嵌合部が嵌合する被嵌合部を有する、[1]〜[4]のいずれか一項に記載の電池パックを含んでいる。
この電池パックによれば、金属部材は、筐体の周端縁と嵌合するため、金属部材は、より強固に筐体に固定することができる。
本発明[6]は、前記ストリップ部の端縁は、前記嵌合部の先端から内側に延びる爪部を備える、[1]〜[5]のいずれか一項に記載の電池パックを含んでいる。
この電池パックによれば、金属部材は、端縁において爪部を備えるため、金属部材の爪部は、筐体とともに、それに収容される二次電池を、金属部材側とは反対側に押圧することができる。したがって、金属部材は、筐体と二次電池との隙間の発生を抑制でき、筐体内において二次電池のがたつきを抑制することができる。また、金属部材が電池パックから脱落することを抑制することができる。
本発明[7]は、前記二次電池は、正極タブおよび負極タブを備える、[1]〜[6]のいずれか一項に記載の電池パックを含んでいる。
この電池パックによれば、正極タブを介して、回路基板および二次電池が電気的に接続できるため、回路基板と二次電池との電気的接続をより一層向上させることができる。また、負極タブを介して、回路基板および二次電池が電気的に接続できるため、回路基板と二次電池との電気的接続をより一層向上させることができる。さらに、負極タブによって、二次電池の負極側の上下方向位置を調整することができるため、電子機器の端子を、電池負極端子にスムーズに誘導でき、電池パックを電子機器に容易に装着することができる。
本発明[8]は、[1]〜[7]のいずれか一項に記載の電池パックと、送電コイルを備える送電装置とを備える、無線電力伝送システムを含んでいる。
この無線電力伝送システムによれば、送電装置を駆動することにより、電池パックの二次電池に無線で電力を伝送することができるため、二次電池の無線充電が可能となる。
本発明[9]は、[1]〜[7]のいずれか一項に記載の電池パックと、前記電池パックを収容する収容部を有する補聴器筐体と、前記補聴器筐体の内部に設けられるマイク手段、増幅手段およびスピーカー部とを備える、補聴器を含んでいる。
この補聴器によれば、電池パックの装着が容易であり、電池パックとの接続信頼性が良好である。
本発明の電池パックおよび無線電力伝送システムは、補聴器などの電子機器の端子に装着しやすく、電子機器の端子との接続信頼性が良好である。本発明の補聴器は、電池パックの装着が容易であり、電池パックとの接続信頼性が良好である。
図1A−Bは、本発明の電池パックの一実施形態の斜視図を示し、図1Aは、上側から視認した斜視図、図1Bは、下側から視認した斜視図を示す。 図2A−Bは、図1Aに示す電池パックに用いる二次電池の斜視図を示し、図2Aは、上側から視認した斜視図、図2Bは、下側から視認した斜視図を示す。 図3A−Bは、図1Aに示す電池パックに用いるコイル付き基板の展開図を示し、 図3Aは、平面図、図3Bは、底面図を示す。 図4は、図3Aに示すコイル付き基板のA−A側断面図を示す。 図5は、図1Aに示す電池パックの分解斜視図を示す。 図6A−Bは、図1Aに示す電池パックを示し、図6Aは、平面図、図6Bは、底面図を示す。 図7A−Bは、図6Aに示す電池パックを示し、図7Aは、A−A側断面図、図7Bは、B−B側断面図を示す。 図8は、本発明の無線電力伝送システムの一実施形態のブロック図を示す。 図9は、本発明の補聴器の一実施形態の分解斜視図を示し、図9Aは、開状態、図9Bは、閉状態を示す。 図10は、本発明の電池パックの変形例の側断面図(図7AのA−A側断面図に相当)を示す。 図11は、図10に示す電池パックに用いる金属部材を示す。
本発明の一実施形態について、図を参照しながら以下に説明する。図4において、紙面上下方向は、上下方向(厚み方向、第1方向)であって、紙面上側が、上側(厚み方向一方側、第1方向一方側)、紙面下側が、下側(厚み方向他方側、第1方向他方側)である。また、図4において、紙面左右方向は、左右方向(第1方向に直交する第2方向)であり、紙面左側が左側(第2方向一方側)、紙面右側が右側(第2方向他方側)である。また、図4において、紙厚方向は、前後方向(第1方向および第2方向に直交する第3方向)であり、紙面手前側が前側(第3方向一方側)、紙面奥側が後側(第3方向他方側)である。具体的には、各図の方向矢印に準拠する。なお、図1A−Bにおいて、筐体は、透明としている。図3A−Bにおいて、第1カバー絶縁層、第2カバー絶縁層および第3カバー絶縁層を省略している。
<電池パック>
図1A−図7Bを参照して、本発明の電池パックの一実施形態を説明する。図1A−Bおよび図5に示すように、電池パック1は、二次電池2、コイル付き基板3、磁性シート4、筐体5、および、金属部材6を備えている。以下、これらの部材を説明する。
(二次電池)
図1A−Bおよび図2A−Bに示すように、二次電池2は、タブ付き二次電池であって、電池本体部80、負極タブ81、および、正極タブ82を備えている。
電池本体部80は、充放電可能な二次電池であり、略円柱形状(特に、ボタン型形状)を有している。電池本体部80は、その上部が、下部よりもわずかに縮径するように上下方向途中に段差を有している。
電池本体部80は、電池負極端子83および電池正極端子84を備えている。
電池負極端子83は、電池本体部80の上側に配置されている。具体的には、電池負極端子83は、電池本体部80の上面、および、上部の周側面に形成されている。
電池正極端子84は、電池本体部80の下側に配置されている。具体的には、電池正極端子84は、電池本体部80の下面、および、下部の周側面に形成されている。
電池本体部80としては、具体的には、リチウムイオン二次電池、ニッケル水素二次電池、銀亜鉛二次電池など挙げられる。
負極タブ81は、薄板形状を有し、電池本体部80の上面(上側の表面)に配置されている。具体的には、負極タブ81は、負極タブ81の下面が電池負極端子83の上面と接触するように、電池本体部80の上側に配置されている。
負極タブ81は、平面視略円形状の中心部85と、中心部85から径方向外側(前側)に向かって直線状に延びる延長部86とを一体的に備えている。負極タブ81の中心部85は、厚み方向に投影したときに、電池負極端子83の中心と重複する。
正極タブ82は、薄板形状を有し、電池本体部80の下面(下側の表面)に配置されている。具体的には、正極タブ82は、正極タブ82の上面が電池正極端子84の下面と接触するように、電池本体部80の下側に配置されている。
正極タブ82は、平面視略円形状の中心部87と、中心部87から径方向外側(左前側)に向かって直線状に延びる延長部88と、延長部88の一端縁から下側に向かって僅かに伸びる突出部89とを一体的に備えている。正極タブ82の中心部87は、厚み方向に投影したときに、電池正極端子84の中心と重複する。
負極タブ81および正極タブ82の材料としては、例えば、銅、銀、金、ニッケルまたはこれらの合金などの導電性金属が挙げられる。
負極タブ81および正極タブ82は、それぞれ、溶接などによって、電池本体部80に固定されている。
この二次電池2では、負極タブ81および正極タブ82は、それぞれ、電池の負極端子および電池の正極端子として機能する。
(コイル付き基板)
図3A−B(展開図)に示すように、コイル付き基板3は、コイル部材8および回路基板9を一体的に備えている。
コイル部材8は、シートコイルであって、後述する送電装置によって送電される電力を受電する受電コイルであり、具体的には、後述する送電コイルから発生する磁界によって発電可能な受電コイルである。
コイル部材8は、図4に示すように、第1ベース絶縁層10、第1コイルパターン11、第2コイルパターン12、第1コイルカバー絶縁層13、および、第2コイルカバー絶縁層14を備えている。
第1ベース絶縁層10は、図3A−図4に示すように、コイル部材8の外形形状をなし、平面視略円形状を有している。
第1ベース絶縁層10の平面視略中央には、上下方向(厚み方向)に貫通するビア開口部15が形成されている。ビア開口部15には、金属導通部からなるコイルビア部16が配置されている。コイルビア部16は、第1ベース絶縁層10の上面および下面から露出している。コイルビア部16は、第1コイルパターン11および第2コイルパターン12と一体的に形成されており、これらを電気的に接続する。
第1ベース絶縁層10は、例えば、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、アクリル樹脂、ポリエーテルニトリル樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリエチレンナフタレート樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂などの合成樹脂などの絶縁材料から形成されている。好ましくは、ポリイミド樹脂から形成されている。
第1ベース絶縁層10の厚みは、例えば、1μm以上、好ましくは、5μm以上であり、また、例えば、100μm以下、好ましくは、60μm以下である。
第1コイルパターン11は、第1ベース絶縁層10の上面に配置されている。具体的には、第1コイルパターン11は、第1コイルパターン11の下面が第1ベース絶縁層10の上面に接触するように、第1ベース絶縁層10の上側に配置されている。第1コイルパターン11は、配線17からなるコイル状の配線パターンである。
第1コイルパターン11は、図3Aに示すように、平面視において、コイルビア部16から径方向外側に向かう渦巻き状に形成されている。第1コイルパターン11は、第2ジョイントベース部34付近の外周端に至るまで渦巻き状に形成され、第2ジョイントベース部34付近の外周端においては、外側(左側)に向かう直線状に形成されている。
第1コイルパターン11を構成する配線17の径方向に沿う断面視形状は、図4に示すように、略矩形状に形成されている。
第2コイルパターン12は、第1ベース絶縁層10の下面に配置されている。具体的には、第2コイルパターン12は、第2コイルパターン12の上面が第1ベース絶縁層10の下面に接触するように、第1ベース絶縁層10の下側に配置されている。第2コイルパターン12は、配線17からなるコイル状の配線パターンである。
第2コイルパターン12は、図3Bに示すように、底面視において、コイルビア部16から径方向外側に向かう渦巻き状に形成されている。第2コイルパターン12は、第2ジョイントベース部34付近の外周端に至るまで渦巻き状に形成され、第2ジョイントベース部34付近の外周端においては、外側(左側)に向かう直線状に形成されている。
第2コイルパターン12を構成する配線17の径方向に沿う断面視形状は、略矩形状に形成されている。
配線17を構成する材料としては、例えば、銅、銀、金、ニッケル、はんだまたはそれらの合金などの導電性金属などが挙げられる。好ましくは、銅が挙げられる。
第2コイルパターン12の中間部における底面視形状(渦巻き形状パターン)は、第1コイルパターン11の中間部における平面視形状と略同一である。すなわち、第2コイルパターン12の配線17の幅Lおよび配線17同士の間隔Sは、それぞれ、第1コイルパターン11の配線17の幅Lおよび間隔Sと略同一であり、第2コイルパターン12の巻き数は、第1コイルパターン11の巻き数と同数である。
第1コイルパターン11および第2コイルパターン12のそれぞれにおいて、配線17の幅L(配線17の径方向長さ)は、例えば、5μm以上、好ましくは、20μm以上であり、また、例えば、400μm以下、好ましくは、200μm以下である。
第1コイルパターン11および第2コイルパターン12のそれぞれにおいて、配線17の厚みTは、例えば、3μm以上、好ましくは、10μm以上であり、また、例えば、200μm以下、好ましくは、100μm以下である。
第1コイルパターン11および第2コイルパターン12のそれぞれにおいて、配線17間の間隔S(互いに隣接する配線17間の径方向距離)は、例えば、5μm以上、好ましくは、20μm以上であり、また、例えば、400μm以下、好ましくは、200μm以下である。
第1コイルパターン11および第2コイルパターン12のそれぞれにおいて、コイルの巻き数は、例えば、1以上、好ましくは、3以上であり、また、例えば、500以下、好ましくは、300以下である。
第1コイルカバー絶縁層13は、第1コイルパターン11の上面に配置されている。具体的には、第1コイルカバー絶縁層13は、第1コイルパターン11の上面および側面、ならびに、第1コイルパターン11から露出する第1ベース絶縁層10の上面を被覆するように、第1コイルパターン11および第1ベース絶縁層10の上側に配置されている。
第1コイルカバー絶縁層13は、平面視略円形状を有している。上下方向に投影したときに、第1コイルカバー絶縁層13は、第1コイルパターン11を含んでおり、また、第1コイルカバー絶縁層13は、第1ベース絶縁層10に含まれる。
第2コイルカバー絶縁層14は、第2コイルパターン12の下面に配置されている。具体的には、第2コイルカバー絶縁層14は、第2コイルパターン12の下面および側面、ならびに、第2コイルパターン12から露出する第1ベース絶縁層10の下面を被覆するように、第2コイルパターン12および第1ベース絶縁層10の下側に配置されている。
第2コイルカバー絶縁層14は、平面視略円形状を有している。上下方向に投影したときに、第2コイルカバー絶縁層14は、第2コイルパターン12を含んでおり、また、第2コイルカバー絶縁層14は、第1ベース絶縁層10に含まれる。
第1コイルカバー絶縁層13および第2コイルカバー絶縁層14は、第1ベース絶縁層10で上記した絶縁材料と同様の材料から形成されており、好ましくは、ポリイミド樹脂から形成されている。
第1コイルカバー絶縁層13および第2コイルカバー絶縁層14の厚みは、それぞれ、例えば、2μm以上、好ましくは、5μm以上であり、また、例えば、70μm以下、好ましくは、60μm以下である。
回路基板9は、可撓性を有するフレキシブル配線回路基板であって、コイル部材8の左側に、コイル部材8と連続するように配置されている。
回路基板9は、図3A−Bに示すように、第2ベース絶縁層20、制御素子21、電池側回路正極端子22、外部側回路正極端子23、充電用回路負極端子24、接続配線パターン25、および、第3カバー絶縁層26を備えている。
第2ベース絶縁層20は、制御回路ベース部30、負極端子ベース部31、正極ベース部32、第1ジョイントベース部33、および、第2ジョイントベース部34を備えている。
制御回路ベース部30は、制御素子21(後述)を搭載するためのベース絶縁部であって、回路基板9の平面視略中央に配置されている。制御回路ベース部30は、平面視略円形状を有しており、第1ベース絶縁層10よりもわずかに小さくなるように形成されている。
制御回路ベース部30には、接続配線パターン25(後述する第1〜第9接続配線50〜59)と、制御素子21(後述する整流器47、充電制御器48、変圧器49)とを電気的に接続するためのベースビア部(第1〜第10ビア部36〜45)が複数形成されている。具体的には、整流器47および第1接続配線50を上下方向に接続するための第1ビア部36と、整流器47および第2接続配線51を上下方向に接続するための第2ビア部37と、整流器47および第3接続配線52を上下方向に接続するための第3ビア部38と、整流器47および第5接続配線54を上下方向に接続するための第4ビア部39と、充電制御器48および第3接続配線52を上下方向に接続するための第5ビア部40と、充電制御器48および第4接続配線53を上下方向に接続するための第6ビア部41と、充電制御器48および第9接続配線58を上下方向に接続するための第7ビア部42と、変圧器49および第6接続配線55を上下方向に接続するための第8ビア部43と、変圧器49および第7接続配線56を上下方向に接続するための第9ビア部44と、変圧器49および第10接続配線59を上下方向に接続するための第10ビア部45とが形成されている。なお、各ベースビア部36〜45では、第2ベース絶縁層20に上下方向に貫通するビア開口部が形成されており、そのビア開口部に金属導通部が配置されている。また、制御回路ベース部30には、電池側回路正極端子22と対応する位置に、制御回路ベース部30を厚み方向に貫通する正極端子開口部27が形成されている。
負極端子ベース部31は、充電用回路負極端子24を配置するためのベース絶縁部であって、制御回路ベース部30の前側に間隔を隔てて配置されている。負極端子ベース部31は、平面視略円形状を有し、制御回路ベース部30よりも小さくなるように形成されている。また、負極端子ベース部31には、充電用回路負極端子24と対応する位置に、負極端子ベース部31を厚み方向に貫通する負極端子開口部28が形成されている。
正極ベース部32は、電池側回路正極端子22を設けるためのベース絶縁部であり、制御回路ベース部30の後側に配置されている。具体的には、正極ベース部324は、その前端が制御回路ベース部30と一体的に連続するように、制御回路ベース部30の後側に配置されている。正極ベース部32は、前後方向に延びる平面視略矩形状に形成されている。正極ベース部32は、コイル付き基板3を折り曲げ回路69(後述)として筐体5の本体部70に収容した際に、被嵌合部75(具体的には、本体部70の平面視中心を基準にして、溝部74の対称点に位置する被嵌合部75a)に対応する位置に、配置されている。
正極ベース部32の前後方向途中には、単数(1つ)の折り曲げ部60が形成されている。折り曲げ部60は、左端縁から右端縁にかけて、左右方向に直線状に延びている。折り曲げ部60は、下側に向かって直角に折り曲げ可能となっている。
第1ジョイントベース部33は、制御回路ベース部30と負極端子ベース部31とを連結するためのベース絶縁部であり、制御回路ベース部30の前側に配置されている。具体的には、第1ジョイントベース部33は、その前端が負極端子ベース部31と一体的に連続し、その後端が制御回路ベース部30と一体的に連続するように、これらの間に配置されている。第1ジョイントベース部33は、前後方向に延びる平面視略矩形状に形成されている。第1ジョイントベース部33は、コイル付き基板3を折り曲げ回路69(後述)として筐体5の本体部70に収容した際に、溝部74に収容されるように配置されている。
第1ジョイントベース部33の前後方向途中には、複数(2つ)の第1折り曲げ部61が前後方向に間隔を隔てて形成されている。第1折り曲げ部61は、左端縁から右端縁にかけて、左右方向に直線状に延びている。第1折り曲げ部61を上側に向かってそれぞれ直角に折り曲げ可能となっている。
第2ジョイントベース部34は、制御回路ベース部30と第1ベース絶縁層10とを連結するためのベース絶縁部であり、制御回路ベース部30の右側に配置されている。具体的には、第2ジョイントベース部34は、その左端が制御回路ベース部30と一体的に連続し、その右端が第1ベース絶縁層10と一体的に連続するように、これらの間に配置されている。第2ジョイントベース部34は、左右方向に延びる平面視略矩形状に形成されている。
第2ジョイントベース部34の左右方向途中には、複数(2つ)の第2折り曲げ部62が左右方向に間隔を隔てて形成されている。第2折り曲げ部62は、前端縁から後端縁にかけて、前後方向に直線状に延びている。第2折り曲げ部62を下側に向かってそれぞれ直角に折り曲げ可能となっている。
第2ジョイントベース部34には、第2接続配線51および第8接続配線57を上下方向に接続するための第11ビア部46が形成されている。第11ビア部46には、第2ベース絶縁層20を上下方向に貫通するビア開口部が形成されており、そのビア開口部に金属導通部が充填されている。
電池側回路正極端子22は、充電時においては、コイル部材8からの電流を、二次電池2の電池正極端子84に供給するための端子、かつ、放電時においては、電池正極端子84からの電流を、外部側回路正極端子23を介して外部電子機器(例えば、後述する補聴器110)の正極端子(例えば、後述する外部機器正極端子117)に供給するための端子である。
電池側回路正極端子22は、二次電池2の正極タブ82と接触可能なように配置されている。具体的には、電池側回路正極端子22は、制御回路ベース部30の上面、および、左前部に配置されている。
電池側回路正極端子22は、平面視略円環形状を有している。すなわち、電池側回路正極端子22は、正極端子開口部27の周縁を囲むように、第2ベース絶縁層20の上面に形成されている。
外部側回路正極端子23は、放電時において、二次電池2からの電流を、金属部材6を介して、外部電子機器の正極端子に供給するための端子である。
外部側回路正極端子23は、金属部材6の端縁(後述する嵌合部93)と接触可能なように配置されている。具体的には、外部側回路正極端子23は、正極ベース部32の上面、および、平面視略中央に配置されている。外部側回路正極端子23は、平面視略円形状を有している。
充電用回路負極端子24は、充電時に、コイル部材8からの電流を二次電池2の電池負極端子83に供給するための端子である。
充電用回路負極端子24は、二次電池2の負極タブ81と接触可能なように配置されている。具体的には、充電用回路負極端子24は、負極端子ベース部31の上面、および、平面視略中央に配置されている。
充電用回路負極端子24は、平面視略円環形状を有している。すなわち、充電用回路負極端子24は、負極端子開口部28の周縁を囲むように、負極端子ベース部31の上面に形成されている。
接続配線パターン25は、各端子(22、23、24)、各コイルパターン(11、12)および制御素子21を電気的に接続する配線である。接続配線パターン25は、第1接続配線50、第2接続配線51、第3接続配線52、第4接続配線53、第5接続配線54、第6接続配線55、第7接続配線56、第8接続配線57、第9接続配線58および、第10接続配線59を備えている。
第1接続配線50は、第1コイルパターン11と整流器47とを電気的に接続する。すなわち、第1接続配線50の一端は、第1コイルパターン11に連結し、その他端は、第1ビア部36に連結している。具体的には、第1接続配線50は、第2ジョイントベース部34の上面右端から制御回路ベース部30の上面右端に至るように配置されている。
第2接続配線51は、第8接続配線57および第11ビア部46を介して、第2コイルパターン12と整流器47とを電気的に接続する。すなわち、第2接続配線51の一端は、第2ビア部37に連結し、その他端は、第11ビア部46に連結している。具体的には、第2接続配線51は、第2ジョイントベース部34の上面略中央から制御回路ベース部30の上面右端に至るように、かつ、第1接続配線50よりも前側に位置するように、配置されている。
第3接続配線52は、整流器47と充電制御器48とを電気的に接続する。すなわち、第3接続配線52の一端は、第3ビア部38に連結し、その他端は、第5ビア部40に連結している。具体的には、第3接続配線52は、制御回路ベース部30の上面略中央に配置されている。
第4接続配線53は、充電制御器48と電池側回路正極端子22とを電気的に接続する。すなわち、第4接続配線53の一端は、第6ビア部41に連結し、その他端は、電池側回路正極端子22に連結している。具体的には、第4接続配線53は、制御回路ベース部30の上面において、略中央から左前側まで配置されている。
第5接続配線54は、整流器47と充電用回路負極端子24とを電気的に接続する。すなわち、第5接続配線54の一端は、第4ビア部39に連結し、その他端は、充電用回路負極端子24に連結している。具体的には、第5接続配線54は、制御回路ベース部30の上面略中央から第1ジョイントベース部33を経由して負極端子ベース部31の上面略中央に至るように、配置されている。
第6接続配線55は、電池側回路正極端子22と変圧器49とを電気的に接続する。すなわち、第6接続配線55の一端は、電池側回路正極端子22に連結し、その他端は、第8ビア部43に連結している。具体的には、第6接続配線55は、制御回路ベース部30の上面左側に配置されている。
第7接続配線56は、変圧器49と外部側回路正極端子23とを電気的に接続する。すなわち、第7接続配線56の一端は、第9ビア部44に連結し、その他端は、外部側回路正極端子23に連結している。具体的には、第7接続配線56は、制御回路ベース部30の上面後端から正極ベース部32の上面かつ略中央に至るように、配置されている。
第8接続配線57は、第2接続配線51および第11ビア部46を介して、第2コイルパターン12と整流器47とを電気的に接続する。すなわち、第8接続配線57の一端は、第2コイルパターン12に連結し、その他端は、第11ビア部46に連結している。具体的には、第8接続配線57は、第2ジョイントベース部34の下面において、略中央から右端に至るように、配置されている。
第9接続配線58は、充電制御器48と充電用回路負極端子24とを電気的に接続する。すなわち、第9接続配線58の一端は、第7ビア部42に連結し、その他端は、充電用回路負極端子24に連結している。具体的には、第9接続配線58は、制御回路ベース部30の上面略中央から第1ジョイントベース部33を経由して負極端子ベース部31の上面略中央に至るように、配置されている。
第10接続配線59は、変圧器49と充電用回路負極端子24とを電気的に接続する。すなわち、第10接続配線59の一端は、第10ビア部45に連結し、その他端は、充電用回路負極端子24に連結している。具体的には、第10接続配線59は、制御回路ベース部30の上面後端から第1ジョイントベース部33を経由して負極端子ベース部31の上面略中央に至るように、配置されている。
接続配線パターン25の材料としては、配線17と同様の材料が挙げられる。好ましくは、銅が挙げられる。
接続配線パターン25の厚みは、例えば、3μm以上、好ましくは、10μm以上であり、例えば、200μm以下、好ましくは、100μm以下である。
制御素子21は、充電時や放電時において、接続配線パターン25を流れる電力を制御する素子である。制御素子21は、整流器47、充電制御器48、および、変圧器49を備えている。
整流器47は、充電時において、コイル部材8から送電される交流を直流に変換する素子(AC/DCコンバータ)である。整流器47は、制御回路ベース部30の下面に配置されており、底面視において、制御回路ベース部30の右側に配置されている。整流器47は、第1接続配線50、第2接続配線51、第3接続配線52および第5接続配線54と電気的に接続する。
充電制御器48は、充電時において、整流器47で直流に変換された電力を制御して、電池側回路正極端子22に送電する素子である。充電制御器48は、必要に応じて、二次電池2の充電状態などをモニタして通信の信号を生成して、送電装置101(後述)に送信する通信機能を備えている。充電制御器48は、制御回路ベース部30の下面に配置されており、底面視において、制御回路ベース部30の略中央に配置されている。充電制御器48は、第3接続配線52、第4接続配線53および第9接続配線58と電気的に接続する。
変圧器49は、放電時において、二次電池2からの電圧を調整するための素子である。変圧器49は、制御回路ベース部30の下面に配置されており、底面視において、制御回路ベース部30の後側に配置されている。変圧器49は、第6接続配線55および第7接続配線56と電気的に接続する。
第3カバー絶縁層26は、図5Aが参照されるように、接続配線パターン25に対応して、第2ベース絶縁層20の上側に配置されている。具体的には、第3カバー絶縁層26は、接続配線パターン25およびビア部(36〜46)を被覆し、電池側回路正極端子22、外部側回路正極端子23および充電用回路負極端子24の上面を露出するように、第2ベース絶縁層20の上面に配置されている。
第3カバー絶縁層26を形成する材料および厚みは、第1ベース絶縁層10の材料および厚みと同様である。
このようなコイル付き基板3は、例えば、コイル部材8と、制御素子21を除く回路基板9とを一体的に製造し、次いで、制御素子21を回路基板9に実装することにより製造することができる。
具体的には、サブトラクティブ法またはアディティブ法によって、ベース絶縁層(10、20)の上面に、第1コイルパターン11、接続配線パターン25、電池側回路正極端子22、外部側回路正極端子23、および、充電用回路負極端子24を形成し、ベース絶縁層の下面に、第2コイルパターン12を形成する。この際、ビア部(16、36〜46)も、これらと同時に、ベース絶縁層に形成する。
次いで、第1コイルパターン11を被覆するように、第1コイルカバー絶縁層13を第1ベース絶縁層10の上面に形成する。第2コイルパターン12を被覆するように、第2コイルカバー絶縁層14を第2ベース絶縁層20の下面に形成する。また、接続配線パターン25およびビア部36〜46を被覆し、電池側回路正極端子22、外部側回路正極端子23、および、充電用回路負極端子24を露出するように、第3カバー絶縁層26を形成する。
次いで、制御回路ベース部30の下面において、制御素子21(整流器47、充電制御器48および変圧器49)を、対応するベースビア部36〜45に、はんだなどを介して実装する。
回路基板9において、制御回路ベース部30と、その上面および下面に配置される制御素子21、電池側回路正極端子22、接続配線パターン25および第3カバー絶縁層26とを、制御回路部66とする。負極端子ベース部31と、その上面に配置される充電用回路負極端子24、接続配線パターン25および第3カバー絶縁層26とを、負極端子部67とする。正極ベース部32と、その上面に配置される外部側回路正極端子23、接続配線パターン25および第3カバー絶縁層26とを、正極端子部68とする。
(磁性シート)
図5に示すように、磁性シート4は、平面視略円形状の平板形状を有し、平面視において、コイル部材8と略同一の大きさおよび形状に形成されている。
磁性シート4は、磁性体を含有するシートであり、例えば、磁性体粒子含有樹脂シート、磁性体焼結シートなどが挙げられる。
磁性体粒子含有樹脂シートは、磁性体粒子および樹脂成分を含有する組成物からシート状に形成されている。
磁性体粒子を構成する磁性体としては、例えば、軟磁性体、硬磁性体などが挙げられ、好ましくは、軟磁性体が挙げられる。軟磁性体としては、例えば、磁性ステンレス(Fe−Cr−Al−Si合金)、センダスト(Fe−Si−Al合金)、パーマロイ(Fe−Ni合金)、ケイ素銅(Fe−Cu−Si合金)、Fe−Si合金、Fe−Si―B(−Cu−Nb)合金、Fe−Si−Cr−Ni合金、Fe−Si−Cr合金、Fe−Si−Al−Ni−Cr合金、フェライトなどが挙げられる。
樹脂成分としては、例えば、ブタジエンゴム、スチレン−ブタジエンゴム、イソプレンゴム、アクリロニトリルゴム、ポリアクリル酸エステル、エチレン−酢酸ビニル共重合体、スチレンアクリレート共重合体などのゴム質重合体が挙げられる。また、上記以外にも、樹脂成分としては、例えば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ユリア樹脂などの熱硬化性樹脂、例えば、ポリオレフィン、ポリ酢酸ビニル、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレートなどの熱可塑性樹脂などが挙げられる。
磁性体焼結シートは、上記した磁性体を焼結してシート状に形成したものであり、例えば、フェライトシートなどが挙げられる。
磁性シート4の厚みは、例えば、10μm以上、好ましくは、50μm以上であり、また、例えば、500μm以下、好ましくは、300μm以下である。
(筐体)
図1A−Bおよび図5に示すように、筐体5は、上下方向に延びる略円筒形状を有し、本体部70および蓋部71を備えている。
本体部70は、円板形状を有する上板72と、円筒形状を有する円筒部73とを一体的に、下方を開放する有底円筒形状を有している。
上板72には、上面開口部77が形成されている。図6Aに示すように、上面開口部77は、二次電池2、コイル付き基板3および磁性シート4を筐体5に収容した際に、負極タブ81および負極端子部67を収容するように形成されている。具体的には、上面開口部77は、本体部70の周端部から径方向中央に至るまでを略U字形状に切り欠くように形成されている。
円筒部73の前側の側面には、上面開口部77と連通するように、溝部74が形成されている。溝部74は、二次電池2、コイル付き基板3および磁性シート4を筐体5に収容した際に、第1ジョイントベース部33を収容するように形成されている。具体的には、溝部74は、円筒部73の前側の下端縁から上端縁まで、上下方向に延びる側面視略矩形状に形成されている。
円筒部73の下端部には、複数(3つ)の被嵌合部75が形成されている。
複数(3つ)の被嵌合部75のそれぞれは、後述する複数(3つ)の金属部材6の嵌合部93のそれぞれと嵌合するように形成されている。具体的には、複数の被嵌合部75は、円周方向に等間隔となるように、互いに間隔を隔てて、本体部70の下端縁に形成されている。また、被嵌合部75は、本体部70の下端縁から上側に向かって側面視略矩形状に切り欠かれるように形成されている。
蓋部71は、略円板状を有している。図5および図6Bに示すように、蓋部71の周端縁には、複数(3つ)の切欠部78が形成されている。複数の切欠部78は、蓋部71を本体部70に固定した際に、複数の被嵌合部75と一致する位置に形成されている。具体的には、複数の切欠部78は、円周方向に等間隔となるように、互いに間隔を隔てて、蓋部71の周端縁に形成されている。切欠部78は、円周方向に沿って平面視略矩形状に切り欠かれるように形成されている。
(金属部材)
図5および図6Bに示すように、金属部材6は、中心部90、および、複数(3つ)のストリップ部91を一体的に備えている。金属部材6は、中心部90から複数(3つ)のストリップ部91が放射状に延びるプロペラ形状となるように形成されている。
中心部90は、金属部材6の平面視略中央に配置され、平面視略円板状を有している。
複数(3つ)のストリップ部91は、それぞれ、面方向(前後方向および左右方向)に沿って、中心部90から径方向外側に向かって延びている。また、複数のストリップ部91は、中心部90から放射状に延びている。すなわち、複数のストリップ部91は、中心部90から、互いに異なる方向(具体的には、互いに120度の角度となる方向)に向かって延びている。
複数のストリップ部91は、それぞれ、延長部92と、端縁としての嵌合部93と、爪部94とを一体的に備えている。
延長部92は、内側端縁が中心部90と一体的に連続し、外側端縁が嵌合部93と一体的に連続するように、直線状に形成されている。
嵌合部93は、延長部92の外側端縁に配置され、延長部92の外側端縁から上側に延びるように形成されている。嵌合部93は、幅が延長部92よりも広い側面視略矩形状に形成されている。
爪部94は、嵌合部93の上端から径方向内側に向かうように形成されている。爪部94は、幅が嵌合部93と同幅である平面視略矩形状に形成されている。
爪部94の上面には、絶縁処理がなされている。絶縁処理としては、例えば、絶縁シートを爪部94の上面に設ける方法が挙げられる。
金属部材6の材料としては、例えば、銅、銀、金、ニッケル、SUSまたはこれらの合金などの導電性金属などが挙げられる。変形しにくく、導電性が良好である観点から、好ましくは、銅が挙げられる。
金属部材6の厚みは、例えば、50μm以上、好ましくは、100μm以上であり、また、例えば、1000μm以下、好ましくは、500μm以下である。
(電池パック)
次いで、電池パック1の組み立てについて説明する。
まず、図3A−Bに示すコイル付き基板3を、筐体5に収容可能なように、図5に示すように、折り曲げる。
具体的には、図3Aに示すコイル付き基板3において、第1ジョイントベース部33の2つの第1折り曲げ部61をそれぞれ上側に直角(谷折り)となるように折り曲げて、負極端子ベース部31を制御回路ベース部30の上方に配置する。また、第2ジョイントベース部34の2つの第2折り曲げ部62をそれぞれ下側に直角(山折り)となるように折り曲げて、コイル部材8を制御回路ベース部30の下方に配置する。また、正極ベース部32の折り曲げ部60を下側に直角(山折り)となるように折り曲げて、正極ベース部32を、制御素子21の側方(後側)に配置する。
これにより、図5に示すように、コイル部材8、制御回路部66および負極端子部67が下側から順に互いに間隔を隔てて配置され、かつ、正極端子部68が制御素子21の側方に配置された折り曲げ回路69が得られる。
折り曲げ回路69において、コイル部材8の第1コイルパターン11、制御回路部66の制御素子21、および、負極端子部67の充電用回路負極端子24は、下側に向くように配置される。また、コイル部材8の第2コイルパターン12、ならびに、制御回路部66の接続配線パターン25および電池側回路正極端子22は、上側に向くように配置される。また、正極端子部68の外部側回路正極端子23は、後側において、筐体5の外側に向くように配置される。
コイル部材8、制御回路部66および負極端子部67は、それぞれ、面方向(前後方向および左右方向)に平行に並ぶように配置され、正極ベース部32(正極端子部68)、第1ジョイントベース部33および第2ジョイントベース部34は、上下方向に延びるように配置される。
次いで、二次電池2を、図5に示すように、制御回路部66および負極端子部67の間に配置する。
すなわち、二次電池2を、電池負極端子83が上側に、電池正極端子84が下側となるように配置する。具体的には、充電用回路負極端子24が負極タブ81と接触し、電池側回路正極端子22が正極タブ82と接触するように、二次電池2を制御回路部66および負極端子部67の間に配置する。この際、正極タブ82の突出部89を、正極端子開口部27を貫通するように配置し、負極タブ81の延長部86を、厚み方向に投影したときに、負極端子開口部28と重複するように配置する。
その後、はんだなどの導電性接合材120(図7A−Bにおいて仮想線で示す)を正極端子開口部27および負極端子開口部28に充填する。
また、磁性シート4を、コイル部材8および制御回路部66の間に配置する。
次いで、二次電池2および磁性シート4が配置された折り曲げ回路69を、本体部70に収容する。
この際、本体部70の溝部74に第1ジョイントベース部33が収容されるように、折り曲げ回路69を本体部70に収容する。また、正極ベース部32(正極端子部68)は、本体部70の被嵌合部75aに対応する位置に配置され、被嵌合部75aから露出される。
次いで、蓋部71を本体部70に装着し、これらを固定する。
具体的には、蓋部71の複数(3つ)の切欠部78が、本体部70の複数(3つ)の被嵌合部75と一致するように、蓋部71を本体部70に配置する。続いて、必要に応じて、接着剤などの固定部材を用いて蓋部71および本体部70を固定する。
次いで、金属部材6を筐体5に装着し、これらを固定する。
具体的には、金属部材6の複数(3つ)の嵌合部93を、本体部70の複数(3つ)の被嵌合部75および蓋部71の複数(3つ)の切欠部78と嵌合するように、金属部材6を筐体5の下方に配置する。
この際、爪部94の上面と二次電池2の下面(電池正極端子84)との間に絶縁層95(図7A−B参照)を配置する。そして、爪部94の上面に、電池正極端子84および本体部70の被嵌合部75の下端面を、絶縁層95を介して、載置するように、かつ、爪部94の下面が、制御回路部66の上面と接触するように、爪部94を筐体5の内部に挿入する。
すなわち、金属部材6が爪部94を備える場合は、電池パック1は、必要に応じて、金属部材6に加えて、絶縁層95をさらに備える。絶縁層95としては、例えば、上記した樹脂成分からなるシート、粘着テープなどが挙げられる。絶縁層95の配置の代わりに、爪部94の上面に絶縁層がコーティングされた金属部材6を用いてもよい。
また、正極端子部68の外部側回路正極端子23を、金属部材6の嵌合部93の内側側面と接触させる。
これにより、図1および図6A−図7Bに示すように、電池パック1が得られる。
電池パック1は、筐体5の内部に、二次電池2、コイル付き基板3および磁性シート4が収容されている。具体的には、筐体5の内部においてコイル部材8、磁性シート4、制御回路部66、二次電池2、および、負極端子部67が下から順に配置される一方、正極端子部68は、制御素子21の後側に配置されている。
コイル部材8は、第1コイルパターン11が下側に位置し、第2コイルパターン12が上側に位置するように、配置されている。
制御回路部66は、制御素子21が下側に位置し、電池側回路正極端子22および接続配線パターン25が上側に位置するように、配置されている。また、制御回路部66の上面は、正極タブ82の中心部97および延長部88の下面に接触している。制御回路部66において、電池側回路正極端子22の上面は、延長部88の下面に接触しており、正極端子開口部27には、正極タブ82の突出部89が挿通されており、正極端子開口部27には、導電性接合材120が充填されている。これにより、電池側回路正極端子22は、正極タブ82と電気的に接続している。
負極端子部67は、充電用回路負極端子24が下側に位置するように、二次電池2の上側に配置されている。また、負極端子部67は、上面開口部77に収容されるように配置されている。すなわち、上下方向、前後方向および左右方向に投影したときに、負極端子部67は、上面開口部77に含まれる。また、負極端子部67の下面は、負極タブ81の延長部86の上面に接触しており、負極端子開口部28には、導電性接合材120が充填されている。これにより、充電用回路負極端子24は、負極タブ81と電気的に接続している。
正極端子部68は、外部側回路正極端子23が外側に位置するように、制御素子21の後側に配置されている。また、正極端子部68は、被嵌合部75aから露出されるように配置されている。すなわち、径方向に投影したときに、負極端子部67は、被嵌合部75aに含まれる。また、正極端子部68の外側側面は、金属部材6の嵌合部93の内側側面と接触している。すなわち、外部側回路正極端子23は、金属部材6に接触している。これにより、外部側回路正極端子23は、金属部材6と電気的に接続している。
コイル付き基板3の第1ジョイントベース部33は、負極端子部67および制御回路部66の上下方向中間において、本体部70の溝部74に収容されるように、配置されている。すなわち、上下方向、および、径方向(前後方向)に投影したときに、第1ジョイントベース部33は、溝部74に含まれる。また、第1ジョイントベース部33の内側面は、二次電池2の前側の周側面に接触している。
第2ジョイントベース部34は、コイル部材8および制御回路部66の上下方向中間において、本体部70の右端の内側面に接触するように、配置されている。
二次電池2は、制御回路部66の上側および負極端子部67の下側に配置されている。二次電池2の上面(負極タブ81)は、負極端子部67の充電用回路負極端子24と接触し、二次電池2の下面(正極タブ82)は、制御回路部66の電池側回路正極端子22と接触している。これにより、電池負極端子83は、充電用回路負極端子24と電気的に接続し、電池正極端子84は、電池側回路正極端子22と電気的に接続している。また、二次電池2の周側面は、本体部70の内側面と接触している。
金属部材6は、筐体5に対して下側に配置されている。具体的には、金属部材6は、中心部90および複数(3つ)のストリップ部91の上面が蓋部71の下面に接触するように、蓋部71の下側に配置されている。
中心部90は、厚み方向に投影したときに、二次電池2および筐体5の中心と重複している。
複数のストリップ部91において、複数(3つ)の延長部92は、厚み方向に投影したときに、筐体5の内側(径方向中心)から周端縁に向かって延びており、筐体5の内側において中心部90で互いに連結されている。蓋部71の中心点を通過する直線によって2つに区画した際に、すなわち、第1半円弧領域および第2半円弧領域に均等に区画した際に、複数(3つ)の延長部92のうち少なくとも1つは、一方の区画(第1半円弧領域)に配置され、少なくとも1つは、他方の区画(第2円弧領域)に配置されている。より具体的には、複数の延長部92は、中心部90において互いに120度の角度をなすように配置されている。
複数(3つ)の嵌合部93は、蓋部71の下側の周端縁に位置している。また、複数の嵌合部93は、複数の被嵌合部75およびそれに対応する切欠部78と嵌合している。すなわち、嵌合部93は、被嵌合部75および切欠部78に収容される。これにより、複数(3つ)の嵌合部93のそれぞれは、複数(3つ)の異なる被嵌合部75のそれぞれにおいて、位置決めされている。
なお、金属部材6の端縁が、筐体5の周端縁において位置決めされているとは、金属部材6の端縁の位置が、筐体5の周端縁の位置に対して相対的に固定されていることを言う。位置決めには、金属部材6の端縁の位置が、筐体5の周端縁の位置に対して完全に移動しない場合に加え、金属部材6の端縁の位置が、筐体5の周端縁の位置に対して、がたつきが許容できる範囲(例えば、位置決め手段における遊びの範囲)で移動する場合も含まれる。例えば、被嵌合部75が、嵌合部93よりも大きい場合に、嵌合部93が被嵌合部75の内部で移動する場合も、位置決めされているものとする。
爪部94は、二次電池2および制御回路部66の上下方向中央に配置されている。具体的には、爪部94は、二次電池2および被嵌合部75の下側、かつ、制御回路部66の上側に位置している。
電池パック1は、平面視において、負極タブ81の中心部85が上面開口部77から露出し、底面視において、金属部材6の中心部90が筐体5の下側に配置されている。これにより、図7Aの仮想線が示すように、上面開口部77内で、外部電子機器の負極端子116が負極タブ81に直接接触でき、また、筐体5の下側で、外部機器正極端子117が金属部材6に直接接触できる。
また、負極タブ81の中心部90の上下方向位置と、本体部70の上板72の上面の上下方向位置とは、同一である。すなわち、中心部90の上面と上板72の上面とは、面一となっている。
<無線電力伝送システム>
次いで、図8を参照して、本発明の無線電力伝送システムの一実施形態を説明する。
無線電力伝送システム100は、電池パック1と、送電装置101とを備えている。
送電装置101は、送電コイル102、発振回路103、および、外部電源接続手段104を備えている。
送電コイル102は、例えば、上述したコイル部材8、例えば、銅線などの線材を巻回してなる巻きコイルなどが挙げられる。
発振回路103は、例えば、1MHz以上10MHz以下(好ましくは、1MHz以上5MHz以下)の周波数を有する電力を発生させる回路である。発振回路103としては、例えば、LC発振回路方式、CR発振回路方式、水晶発振回路方式、スイッチング回路方式のいずれの回路であってもよい。
外部電源接続手段104は、外部電源105に接続可能な手段であり、例えば、ACアダプタ、USB端子などが挙げられる。
コイル部材8(受電コイル)と送電コイル102との間における磁界による電力伝送は、磁界共鳴方式および電磁誘導方式のいずれであってもよい。好ましくは、伝送距離を長くできる観点、および、コイルの位置ずれに対しても高効率な電力伝送が可能である観点から、磁界共鳴方式が挙げられる。
<充放電メカニズム>
(充電時)
外部電源105により発振回路103に供給された電力は、例えば1MHz以上10MHz以下の周波数の電力に変換され、その周波数の電力によって、送電コイル102から磁界が発生する。送電コイル102によって発生された磁界によって、コイル部材8(受電コイル)は、その周波数の電力を受電する。
受電された電力は、制御素子21によって、直流に変換および所定以下の電圧に制御され、二次電池2に給電される。すなわち、コイル部材8に、1MHz以上10MHz以上の交流が発生し、その交流が、第1接続配線50および第2接続配線51を経由して、整流器47によって直流に変換される。そして、その直流は、第3接続配線52を経由して、充電制御器48に到達する。その後、充電制御器48で制御された直流は、第4接続配線53、および、電池側回路正極端子22および正極タブ82を経由して、二次電池2の電池正極端子84に到達する。一方、負極側では、二次電池2の負極タブ81および電池負極端子83(グランド)から、充電用回路負極端子24および第9接続配線58を経由して、充電制御器48に電流が到達する。
これにより、二次電池2が充電される。
(放電時)
二次電池2の電池正極端子84から、所定の電圧(例えば、3.7V)を有する電流が放電され、その電流が、電池側回路正極端子22および第6接続配線55を経由して、変圧器49に到達する。そして、所定の電圧の電流が、変圧器49によって、所望の電圧(例えば、1.2V)に変圧される。その後、その変圧された電流は、第7接続配線56、外部側回路正極端子23および金属部材6を経由して、外部電子機器(例えば、後述する補聴器110)の正極端子(例えば、後述する外部機器正極端子117)に到達する。一方、負極側では、二次電池2の負極タブ81および電池負極端子83は、外部電子機器の負極端子(例えば、後述する外部機器負極端子116)に直接接触しているため、外部電子機器から、負極タブ81および電池負極端子83(グランド)に電流が直接到達し、次いで、充電用回路負極端子24および第10接続配線59を経由して、変圧器49に電流が到達する。
これにより、二次電池2が放電し、外部電子機器を駆動させる。
(用途)
このような電池パック1および無線電力伝送システム100は、従来の二次電池および一次電池を用いる電子機器に幅広く使用することができる。そのような電子機器としては、例えば、補聴器、スマートグラス、スマートウォッチなどのウェアラブル端末、例えば、スピーカー、例えば、医療機器などが挙げられる。
この電池パック1は、二次電池2と、コイル部材8と、配線回路基板9と、筐体5と、金属部材6とを備えている。また、金属部材6は、面方向(前後方向および左右方向)に沿って、筐体5の内側(径方向中心)から周端縁に向かって延び、筐体5の内側において中心部90を介して互いに連結される複数のストリップ部91を有している。複数のストリップ部91のそれぞれは、筐体5の周端縁に位置する嵌合部93を有しており、複数の嵌合部93のそれぞれは、複数の被嵌合部75のそれぞれにおいて位置決めされている。
このため、金属部材6は、筐体5の下側に配置され、かつ、配線回路基板9の外部側回路正極端子23と電気的に接続されているので、正極端子としての役割を果たす。また、金属部材6(正極端子)が、筐体5の外側下方に配置される一方、コイル部材8は、筐体5内部に配置される。そのため、金属部材6は、コイル部材8による位置の制限を受けない。すなわち、コイル部材8を避けて、面方向の隅に正極端子を設計する必要がない。したがって、電子機器の正極端子(例えば、後述する補聴器110の正極端子117)が接触し易い面方向位置に、金属部材6(端子)を配置することができる。よって、電池パック1は、電子機器の正極端子と容易に接触させることができるため、電子機器にスムーズに装着できる。
また、その金属部材6の嵌合部93のそれぞれは、複数(3つ)の異なる被嵌合部75においてそれぞれ位置決めされている。したがって、端子である金属部材6が、複数(3つ)の嵌合部93によって、筐体5に複数の箇所で安定して固定されている。すなわち、金属部材6は、二次電池2内側(上側)に向かう圧力や面方向の圧力に対して強固な構造になっている。したがって、電子機器の正極端子と接触している間、電子機器の正極端子からの圧力や衝撃による金属部材6の変形が生じにくい。その結果、電子機器との接続信頼性に優れる。
また、この電池パック1では、金属部材6は、ストリップ部91の嵌合部93(端縁)において、配線回路基板9の外部側回路正極端子23と電気的に接続されている。
このため、コイル部材8と金属部材6との間に、配線回路基板9と金属部材6とを電気的に接続するための引き回し配線を不要としている。したがって、配線回路基板−金属部材間の配線に流れる電流またはそれから発生する磁界が、送電装置101の送電コイル102と電池パック1のコイル部材8との間の磁界(給電時の磁界)に与える影響を抑制することができる。したがって、給電効率の低下を抑制することができる。
また、この電池パック1は、ストリップ部91を3つ有する。
このため、金属部材6は、3つの嵌合部93で、筐体5と位置決めすることができる。したがって、金属部材6は、より安定して筐体5に固定することができ、接続信頼性をより一層向上させることができる。
また、金属部材6は、厚み方向に投影したときに二次電池2の中心と重複する中心部90を備えており、ストリップ部91が、中心部90から放射状に延びている。
このため、電子機器の正極端子は、より容易に金属部材6(中心部90)に接触することができる。したがって、接続信頼性をより一層向上させることができる。
さらには、厚み方向に投影したときに、金属部材6の中心部90は、負極タブ81の中心部85と重複するとともに、二次電池2の中心に位置する。すなわち、これらの中心部は、二次電池2の中心を通る一直線上に存在する。このため、電子機器の2つの端子(正極端子および負極端子)を、金属部材6の中心部90および負極タブ81の中心部85のそれぞれに容易にかつ安定的に接触させることができる。
また、ストリップ部91は、その端縁に嵌合部93を有し、筐体5は、その周端縁に被嵌合部75を有する。
このため、金属部材6は、筐体5の周端縁と嵌合できるため、金属部材6は、より強固に筐体5に固定することができる。
また、この電池パック1では、ストリップ部91の嵌合部93は、嵌合部93の先端から内側に延びる爪部94を備えている。
このため、爪部94が、筐体5の本体部70および二次電池2の下方に位置するため、爪部94が、本体部70とともに、二次電池2を上側に押圧または支持することができる。したがって、二次電池2がコイル付き基板3(フレキシブル基板)を変形させながら下側に移動することを抑制でき、上板72の下面と二次電池2の上面との隙間が発生することを抑制できる。その結果、筐体5内において、二次電池2のがたつきを抑制することができる。また、爪部94を、二次電池2と制御回路部66との間に配置できるため、金属部材6が電池パック1から脱落することを抑制することができる。
また、二次電池2は、正極タブ82および負極タブ81を備えている。
このため、正極タブ82および導電性接合材120を介して、電池側回路正極端子22および電池正極端子84を電気的に接続できるため、配線回路基板9と二次電池2との電気的接続をより一層向上させることができる。また、負極タブ81および導電性接合材120を介して、充電用回路負極端子24および電池負極端子83を電気的に接続できるため、配線回路基板9と二次電池2との電気的接続をより一層向上させることができる。さらに、負極タブ81によって、外部機器の負極端子が接触する上下方向位置を調整することができる。具体的には、負極タブ81の上面と上板72の上面とを面一にできる。このため、電子機器の負極端子を、上板72の上面を滑らせながら負極タブ81の上面までスムーズに移動および誘導させて、二次電池2を、負極タブ81を介して、電子機器の負極端子と電気的に接続させることができる。よって、電池パック1を電子機器に容易に装着することができる。
また、コイル部材8は、第1ベース絶縁層10と、コイル状の配線17とを備えるシートコイルである。
このため、巻きコイルよりも、上下方向(厚み方向)において薄型化されている。そのため、小型化を可能としている。
また、回路基板9は、制御素子21を備えるフレキシブル配線回路基板である。
このため、回路基板9を、筐体5や二次電池2の形状に合わせて筐体5内に自由に配置でき、筐体5内のスペースを有効利用できる。したがって、小型化を可能としている。
また、この電池パック1は、コイル部材8と回路基板9との間に磁性シート4を備える。
このため、コイル部材8が外部から電力を受ける際に、その電力をコイル部材8に収束させることができる。そのため、電力受電効率を向上させることができる。
また、筐体5の本体部70は、二次電池2の側方に位置する溝部74を有する。
このため、溝部74内部に、第1ジョイントベース部33を収容することができる。よって、本体部70の内径を小さくすることができ、より一層の小型化を可能としている。また、充放電時による二次電池2の径方向の拡張に対する応力を、溝部74で逃がすことができ、筐体5の破損を抑制することができる。
この無線電力伝送システム100は、電池パック1と、送電コイル102を備える送電装置101とを備えている。
そのため、電池パック1の二次電池2に無線で電力を伝送することができるため、二次電池2の無線充電が可能となる。
<補聴器>
次いで、図9A−Bを参照して、本発明の補聴器の一実施形態を説明する。
補聴器110は、電池パック1、補聴器筐体111、マイク手段112、増幅手段113、スピーカー部114、外部機器負極端子116および外部機器正極端子117を備えている。
補聴器110に用いる電池パック1に搭載する変圧器49としては、例えば、1.2Vに変圧可能な変圧器を用いる。
補聴器筐体111は、筐体本体部111Aと、開閉機構部111Bとを有する。
筐体本体部111Aは、その内部に、マイク手段112、増幅手段113、スピーカー部114、外部機器負極端子116および外部機器正極端子117を収容している。
外部機器負極端子116および外部機器正極端子117は、筐体本体部111Aの下側において、互いに間隔を隔てて対向配配置されている。外部機器負極端子116の先端(電池パック1との接触部)と外部機器正極端子117の先端との間隔は、電池パック1の上下方向長さ(図1A参照)と略同一である。
マイク手段112、増幅手段113およびスピーカー部114は、補聴器筐体111の内部に配置されており、これらは、外部機器負極端子116および外部機器正極端子117と電気的に接続されている。
開閉機構部111Bは、筐体本体部111Aの下端に配置されている。開閉機構部111Bは、側面視弧状かつ正面視コ字状の湾曲した板部材であり、開閉機構部111Bの一端(固定端部)118は、筐体本体部111Aの下端において、ヒンジ部を介して、回転可能に固定されている。開閉機構部111Bは、外部機器負極端子116および外部機器正極端子117の間の空間とともに、収容部95を形成する。
収容部115は、電池パック1を収容可能な空間を有している。収容部115は、電池パック1、または、市販の一次電池(好ましくは、ボタン型一次電池)を選択的に収容できるように構成されている。
収容部115は、固定端部118を支点として開閉機構部111Bを回転させることにより、補聴器筐体111の内部に収容、または、その外部に露出される。具体的には、図9Aに示すように、開閉機構部111Bの遊端部119(固定端部118とは反対側の他端)を下側に向かって移動させることにより、収容部115は外部に露出する(開状態)。一方、図9Bに示すように、遊端部99を上側に向かって移動させることにより、収容部115は補聴器筐体111の内部に収容される(閉状態)。
開閉機構部111Bが開状態である場合では、収容部115の上方は、開放されており、電池パック1の取り換えが可能となる。一方、開閉機構部111Bが閉状態である場合では、収容部115の内部の大きさおよび形状は、電池パック1の大きさおよび形状と略同一である。
電池パック1は、収容部115に収容されている。具体的には、電池パック1は、図9Bに示すように、開閉機構部111Bが閉状態である場合において、外部機器負極端子116が、負極タブ81の中心部85に接触し、外部機器正極端子117が、金属部材6の中心部90に接触するように、収容部115内部に配置される。
この補聴器110は、電池パック1と、補聴器筐体111と、マイク手段112と、増幅手段113と、スピーカー部114とを備えている。そのため、収容部115に電池パック1を収容する際、外部機器負極端子116は、負極タブ81の中心部85に接触し易く、外部機器正極端子117は、金属部材6の中心部90に接触し易い。また、外部機器正極端子117が、金属部材6の中心部90を電池パック1の内側方向に押圧しても、金属部材6の変形が生じくい。したがって、この補聴器110は、電池パック1の装着が容易であり、電池パック1との接続信頼性が良好である。
この補聴器110では、収容部115が、一次電池も収容可能とする。そのため、一次電池および二次電池のどちらを用いても駆動することができるため、利便性に優れる。
<変形例>
(1)図1A−Bに示す実施形態では、金属部材6は、爪部94を備えているが、例えば、図10および図11に示すように、金属部材6は、爪部94を備えてなくてもよい。
この実施形態では、金属部材6(具体的には、嵌合部93の上端)は、二次電池2の下面と接触せず、筐体5の本体部70(具体的には、被嵌合部75の下端)と接触している。すなわち、金属部材6は、本体部70のみを直接的に支えている。
この実施形態においても、図1A−Bに示す実施形態と同様の作用効果を奏する。二次電池2のがたつき抑制および金属部材6の脱落抑制の観点から、好ましくは、図1A−Bに示す実施形態が挙げられる。
なお、この実施形態では、二次電池2のがたつき抑制の観点から、図10の仮想線に示すように、充填部材130を、制御回路ベース部30と磁性シート4との間に、これらと接触するように配置することができる。
(2)図1A−Bに示す実施形態では、金属部材6は、3つのストリップ部91を備えているが、ストリップ部91の数は限定されず、例えば、2つであっても、4つ以上であってもよい。
金属部材6の安定性の観点から、好ましくは、ストリップ部91の数は3つ以上である。
(3)図1A−Bおよび図6Bに示す実施形態では、金属部材6の中心部90は、厚み方向に投影したときに、二次電池2の中心と重複しているが、例えば、図示しないが、中心部90は、厚み方向に投影したときに、二次電池2の中心と重複していない位置に配置されていてもよい。
例えば、中心部90は、二次電池2の周端部に配置することができる。
電子機器の正極端子との接触容易性の観点から、好ましくは、図1A−Bに示す実施形態が挙げられる。
(4)図1A−図2Bに示す実施形態では、二次電池2は、負極タブ81および正極タブ82を備えているが、例えば、図示しないが、二次電池2は、負極タブ81および正極タブ82を備えなくてもよい。
この実施形態では、充電用回路負極端子24が電池負極端子83と直接接触し、電池側回路正極端子22が電池正極端子84と直接する。
配線回路基板9と二次電池2との電気的接続、および、電池パック1の装着性の観点から、好ましくは、図1A−Bに示す実施形態が挙げられる。
(5)図1A−Bおよび図3A−Bに示す実施形態では、電池パック1は、コイル部材8および回路基板9が一体的に形成されているコイル付き基板3を備えているが、例えば、図示しないが、コイル部材8および回路基板9は、別々の部材から構成されていてもよい。
この実施形態では、コイル部材8は、回路基板9と電気的に接続するために複数(2つ)の端子を備え、回路基板9は、コイル部材8と電気的に接続するための複数(2つ)の端子を備えている。そして、これらの端子を電気的に接続して、筐体5に収容する。
(6)図1A−Bおよび図3A−Bに示す実施形態では、回路基板9は、制御素子21として、整流器47、充電制御器48、変圧器49を備えているが、例えば、図示しないが、回路基板9は、整流器47、充電制御器48および変圧器49のうち2つまたは3つを一つの部材としてまとめた素子(例えば、集積回路)を備えることもできる。また、その他、回路基板9は、制御素子21として、さらに、ノイズを抑制するためのコンデンサなどのその他の素子を備えていてもよい。接続配線パターン25およびベースビア部36〜45は、その制御素子21の種類や数に応じて適宜変更される。具体的には、例えば、整流器47、充電制御器48および変圧器49を一つの部材(制御素子21)として用いた場合には、第5接続配線54、第9接続配線58および第10接続配線59を一つの接続配線として用いて、この接続配線を介して充電用回路負極端子24および制御素子21を電気的に接続することができる。
(7)図1A−Bおよび図3A−Bに示す実施形態では、第2ジョイントベース部34は、複数の第2折り曲げ部62を備えているが、例えば、図示しないが、第2ジョイントベース部34は、1つの第2折り曲げ部62のみを備えていてもよい。この場合、電池パック1の組み立ての際に、第2折り曲げ部62は、下側に180度となるように折り曲げて、コイル部材8を制御回路ベース部30の下方に配置する。
(8)図1A−Bおよび図5に示す実施形態では、電池パック1は、磁性シート4を備えているが、例えば、図示しないが、電池パック1は、磁性シート4を備えなくてもよい。
電力受電効率の観点から、好ましくは、図1A−Bに示す実施形態が挙げられる。
1 電池パック
2 二次電池
3 コイル付き基板
5 筐体
6 金属部材
8 コイル部材
9 回路基板
81 負極タブ
82 正極タブ
83 電池負極端子
84 電池正極端子
90 中心部
91 ストリップ部
93 嵌合部
94 爪部
100 無線電力伝送システム
101 送電装置
102 送電コイル
110 補聴器
111 補聴器筐体
112 マイク手段
113 増幅手段
114 スピーカー部
115 収容部

Claims (9)

  1. 厚み方向一方側に配置される電池負極端子と、厚み方向他方側に配置される電池正極端子とを有する二次電池と、
    コイル部材と、
    前記電池負極端子、前記電池正極端子および前記コイル部材と電気的に接続される回路基板と、
    前記二次電池、前記コイル部材および前記回路基板を収容する筐体と、
    前記筐体に対して前記厚み方向他方側に配置され、前記回路基板と電気的に接続される金属部材と
    を備え、
    前記金属部材は、前記筐体の前記厚み方向と直交する方向に沿って、前記筐体の内側から周端縁に向かって延び、前記筐体の内側において互いに連結される複数のストリップ部を有し、
    前記複数のストリップ部のそれぞれは、前記筐体の周端縁に位置する端縁を有し、
    前記複数のストリップ部の端縁のそれぞれは、前記筐体の周端縁において互いに異なる位置において位置決めされていることを特徴とする、電池パック。
  2. 前記金属部材は、前記ストリップ部の端縁において、前記回路基板と電気的に接続されていることを特徴とする、請求項1に記載の電池パック。
  3. 前記金属部材は、前記ストリップ部を少なくとも3つ有することを特徴とする、請求項1または2に記載の電池パック。
  4. 前記金属部材は、厚み方向に投影したときに前記二次電池の中心と重複する中心部を備え、
    前記ストリップ部は、前記中心部から放射状に延びることを特徴とする、請求項1〜3のいずれか一項に記載の電池パック。
  5. 前記ストリップ部の端縁は、嵌合部を有し、
    前記筐体の周端縁は、前記嵌合部が嵌合する被嵌合部を有することを特徴とする、請求項1〜4のいずれか一項に記載の電池パック。
  6. 前記ストリップ部の端縁は、前記嵌合部の先端から内側に延びる爪部を備えることを特徴とする、請求項5に記載の電池パック。
  7. 前記二次電池は、正極タブおよび負極タブを備えることを特徴とする、請求項1〜6のいずれか一項に記載の電池パック。
  8. 請求項1〜7のいずれか一項に記載の電池パックと、
    送電コイルを備える送電装置と
    を備えることを特徴とする、無線電力伝送システム。
  9. 請求項1〜7のいずれか一項に記載の電池パックと、
    前記電池パックを収容する収容部を有する補聴器筐体と、
    前記補聴器筐体の内部に設けられるマイク手段、増幅手段およびスピーカー部と
    を備えることを特徴とする、補聴器。
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