專利名稱：電池組件保持系統(tǒng)及其設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電池組件，具體涉及將電池組件固定到所要求位置從而保持電池組件內(nèi)蓄電池單元電池與電設(shè)備(例如電池充電器)之間的電接觸。
電池組件一般用于夾持一個或多個可充電的蓄電池單元電池，該電池與便攜式電子裝置一起使用。因大部分電池組件夾持可充電的單元電池，故這些電池組件還與電池充電器一起使用。電池組件含有至少一組電觸點，以提供與含在其內(nèi)的蓄電池單元電池的電氣連接。
電池充電器經(jīng)常具有電池保持區(qū)。通常，電池保持區(qū)具有一組電觸點，與電池組件連接，并為含在其內(nèi)的蓄電池單元電池充電。電池充電器被設(shè)計得應(yīng)將電池組件放在該電池保持區(qū)內(nèi)。在放入該電池組件時，該電池保持區(qū)和電池組件應(yīng)使電池組件的電觸點與電池充電器的電觸點對準(zhǔn)。
先前開發(fā)的一種這樣的電池保持系統(tǒng)包括下列部件第一，設(shè)置一個電池組件外殼，它具有兩個槽，該槽沿電池組件外殼在該電池組件的相對的兩側(cè)上在長度方向上延伸。第二，電池充電器具有一個電池保持區(qū)，它的寬度等于電池組件外殼的寬度。第三，電池保持區(qū)含有兩條導(dǎo)軌，設(shè)置在電池保持區(qū)的相對的兩側(cè)上。這兩個導(dǎo)軌是這樣定位的，亦即當(dāng)電池組件裝入該電池保持區(qū)內(nèi)時，這兩個導(dǎo)軌對準(zhǔn)該電池組件的槽。第四，電池保持區(qū)還設(shè)有一組電觸點，它們與該外殼內(nèi)的充電器相耦合。當(dāng)電池組件插入該保持區(qū)內(nèi)時，槽與對應(yīng)的導(dǎo)軌使電池組件上的一組電觸點與電池充電器的電觸點對準(zhǔn)。電池充電器的電觸點穿過電池充電器的電池保持區(qū)內(nèi)的開口而凸出，并在電池組件完全插入電池保持區(qū)內(nèi)時，在該電池組件上施加一個預(yù)定的力。電池組件的重量提供了足以克服充電器電觸點的力，因此，可在電池組件中所含的蓄電池單元電池與電池充電器之間提供可靠的電氣連接。
目前，市場的需求和技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)為我們提供了一種較輕的、更高效的電池組件和相應(yīng)的蓄電池單元電池，這種較輕的電池組件的后果是，由電池組件的重量所產(chǎn)生的力不足以克服由電池充電器的電觸點所產(chǎn)生的力。鑒此，本發(fā)明提供一種電池保持系統(tǒng)是有益的，它可在電池充電器與裝在電池組件內(nèi)的蓄電池單元電池之間提供可靠的電氣連接。


圖1示出本發(fā)明的電池組件的透視圖。
圖2示出圖1所示的電池組件的前視圖。
圖3示出本發(fā)明的電池充電器的示例圖。
圖4示出圖1所示的電池組件的側(cè)視圖。
圖5示出圖4所示的電池組件的Z—Z線剖視圖。
圖6示出圖4所示的電池組件的E—E線剖視圖。
圖7示出圖1所示的電池組件的局部透視圖。
圖8和圖9示出本發(fā)明的圖1所示的電池組件和圖3的電池充電器的相互作用的示意圖。
圖10和圖11示出本發(fā)明的圖1的電池組件和另一個可替代的電池充電器相互作用的示意圖。
圖12示出本發(fā)明的表示用于計算的所有的力、力矩和角度的一個自由體的示意圖。
圖13示出根據(jù)最佳實施例計算用的理論上的固定端梁的示例圖。
圖14示出圖13的B—B線的剖視圖。
本發(fā)明包括電池保持系統(tǒng)及其設(shè)備。該系統(tǒng)包括電池充電器和電池組件。電池充電器具有電池接收區(qū)，該區(qū)至少包括一根導(dǎo)軌和一組電觸點。電池組件包括至少一個蓄電池單元電池、一個槽、一個柔性肋和一組電觸點，這些電觸點與該蓄電池單元電池相連接，并且暴露在電池組件的外面。
當(dāng)將電池組件插入該接收區(qū)時，槽和相應(yīng)的導(dǎo)軌使電池組件的電觸點與電池充電器的電觸點對準(zhǔn)。電池充電器的電觸點穿過電池充電器的電池接收區(qū)的開口凸出，并當(dāng)電池組件完全插入電池接收區(qū)時，將一個預(yù)定的力施加到電池組件上。為了保證在兩組觸點之間可靠的電氣連接，可在電池組件的槽內(nèi)設(shè)置一個柔性肋。柔性肋在導(dǎo)軌與槽之間產(chǎn)生一個中突(interference)，結(jié)果產(chǎn)生了一個抵抗導(dǎo)軌的力。對沖突進(jìn)行計算產(chǎn)生一個足夠的力，這個力與由電池組件的重量所產(chǎn)生的力結(jié)合在一起，使電池組件的力滿足或超過在電池充電器內(nèi)由該組電觸點所產(chǎn)生的力。
圖1示出電池組件100的透視圖，該電池組件可用于移動式無線電話或任何其它需配有這種電池組件的便攜式電子裝置。圖1所示的電池組件100示出了一個槽101，該槽與電池充電器的導(dǎo)軌相配合。電池組件100還包含一個第二槽，與槽101相對，在圖1中看不見。槽101沿電池組件100的第一側(cè)邊的長度方向延伸，第二槽沿著平行于第一側(cè)邊的側(cè)邊的長度方向延伸。
圖2示出圖1所示電池組件100的前視圖，電池組件100具有一組電觸點201，這組電觸點201用以對于電池組件外殼100內(nèi)所含的蓄電池單元電池提供外部連接。合理設(shè)計的電池充電器具有一個電池組件接收區(qū)，它具有一組觸點與電池組件100的電觸點201對準(zhǔn)。這種對準(zhǔn)為使電池組件100內(nèi)的蓄電池單元電池充電提供了電連接。
圖3示出本發(fā)明的電池充電器300的透視圖。在優(yōu)選的實施例中，電池充電器采用Motorola公司制造的零件號為SPN4216A。電池充電器300包括兩個電池組件接收區(qū)301和303。電池接收區(qū)303的內(nèi)表面上設(shè)有第一導(dǎo)軌305和第二導(dǎo)軌307。此外，電池接收區(qū)303設(shè)有一組電觸點309，用以為插入電池接收區(qū)303內(nèi)的電池組件提供電連接。這組電觸點309穿過電池充電器外殼上的開口凸出，當(dāng)電池組件完全插入時，產(chǎn)生頂住電池組件100的力。在優(yōu)選的實施例中，在這組觸點中具有5個電觸點。每個電觸點提供50克的力，這組電觸點的總力為250克。
圖4示出電池組件100的側(cè)視圖，還示出了剖線箭頭Z—Z和E—E。圖5示出Z—Z線的剖視圖，圖5示出槽101，其內(nèi)設(shè)有柔性肋501。制造柔性肋501用的材料應(yīng)在電池組件100插入電池充電器300時允許該肋撓曲。在優(yōu)選實施例中，柔性肋501是由具有GE塑料公司生產(chǎn)型號為SP1210的材料制造的。本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員根據(jù)下文介紹的選擇材料特性的計算可以選擇其他合適的材料。
圖6示出電池組件100的E—E剖視圖，尤其示出了槽101和柔性肋501。圖7示出電池組件100的透視圖，示出了槽101和柔性肋501。
圖8和圖9示出了電池組件100插入到電池充電器300中的過程步驟。具體地說，圖8和圖9示出了電池充電器300的充電器導(dǎo)軌305與電池組件100的槽101和柔性肋501之間的相互作用。圖8中的柔性肋501具有伸出進(jìn)入槽101內(nèi)的弧形曲率半徑。當(dāng)充電器導(dǎo)軌305到達(dá)柔性肋501時，柔性肋501在充電器導(dǎo)軌與槽101之間產(chǎn)生沖突。柔性肋501被設(shè)計得讓該沖突使柔性肋501偏離充電器導(dǎo)軌305，于是產(chǎn)生一頂著充電器導(dǎo)軌305的力。計算該中突和彎曲量，以產(chǎn)生足夠的摩擦力Ff，該力與電池組件100的重量產(chǎn)生的力相結(jié)合，使電池組件的力滿足或超過由電池充電器300的一組電觸點所產(chǎn)生的力。計算撓曲量、沖突和所需的力將在下文介紹。
圖10和圖11示出圖8和圖9所示實施例的一種可替換的實施例。具體地說，圖10和圖11示出了充電器導(dǎo)軌1001與電池組件100的槽101以及柔性肋501之間的相互作用。此處，電池充電器導(dǎo)軌1001含有一個掣子1003。當(dāng)將電池組件100插入充電器300內(nèi)時，柔性肋501撓曲，直到柔性肋501碰到充電器導(dǎo)軌掣子1003為止。當(dāng)它到達(dá)掣子1003時，柔性肋501對掣子1003產(chǎn)生沖突，隨后產(chǎn)生頂住充電器導(dǎo)軌1001的力。此外，掣子1003產(chǎn)生抵抗柔性肋501的力。計算沖突和撓曲量，以產(chǎn)生一個足夠的力，該力與電池組件100的重量產(chǎn)生的力及由掣子1003產(chǎn)生的力合成，這一合力可抵消由電池充電器300的電觸點產(chǎn)生的力。計算撓曲量和沖突以及所需力將在下文介紹。
圖12示出一個自由體，示出了在優(yōu)選實施例中計算柔性肋501所要求的合適撓曲程度計算所有的力、力矩和角度。點A和B是電池槽101與充電器導(dǎo)軌305之間的接觸點。點A是這樣的一點，圍繞該點分析所有的力矩，以便說明下述公式。下式用于計算柔性肋吊掛電池組件100的向上運動要求產(chǎn)生的必需的導(dǎo)軌反作用力∑Fy＝0＝Fccos(θ－30)－W－R2cos30－F2sin30－Ffsin30－F1sin30＋R1cos30∑Fx＝0＝R2sin30－F2cos30－Ffcos30－F1cos30－R1sin30－Fcsin(θ－30)∑M∧＝0＝R2(23.8)－Ff(0.75)－F2(1.5)－Fc(22.6)－W(27cos30)F2＝μ8R2，F(xiàn)1＝μ8R1在優(yōu)選實施例中，作出如下設(shè)定值(1)μ8＝0.41，由柔性肋所用材料性能所決定的靜摩擦系數(shù)。(2)W＝78g/2，電池組件重量的一半。(3)Fc＝5(50g)/2＝125g，每個柔性肋需克服的由電池充電器觸點所產(chǎn)生的力。(4)θ＝52°，偏離與電池保持區(qū)對準(zhǔn)的水平面的角度。(5)R3＝0，吊掛電池組件向上運動所需的。
解出三個式中的三個未知數(shù)，導(dǎo)出下列矩陣(cos30-μ,sin30)(-cos30-μ,sin30)-sin30(-sin30-μ,cos30)(-sin30-μ,cos30)-cos300(23.8-1.5μ,)-0.75R1R2FfW-Fccos(θ-30)Fcsin(θ-30)22.6+W27cos30]]>
通過適當(dāng)?shù)赜嬎闳嵝岳?01所需的力，人們可以設(shè)計一個用于許多較輕重量的電池的電池保持系統(tǒng)，它在裝在電池組件內(nèi)的蓄電池單元電池與電池充電器之間提供可靠的電氣連接。在優(yōu)選實施例中，假定點A和點B處無摩擦力，計算以下的力0.616-0.616-0.788-0.7880.788-0.616023.18-0.75R1R2Ff=-76.946.83473.3]]>其中R1＝66.7gR2＝150.9gFf＝31.8gFf＝31.8克(等于0.312牛頓(N))。這個力對于電池組件100可保持在電池充電器300內(nèi)是需要的。
對于上述兩個實施例，我們將Ff變換為F3，以確定需要的沖突和撓曲量。首先，對于圖8和圖9所示的純摩擦力而言，F(xiàn)3是柔性肋501產(chǎn)生頂住電池充電器導(dǎo)軌305的力。F3＝Ff/usXX。在優(yōu)選實施例中，F(xiàn)3＝0.312N/0.41＝0.76N。其次，對于圖10和圖11所示的另一實施例，F(xiàn)3＝Ff tan q，其中q＝60°，如圖11所示的那樣。于是，F(xiàn)3＝0.312tan 60°＝054N。
圖13示出理論上的固定端梁1300的示例圖。固定端梁1300用于計算柔性肋501產(chǎn)生所要求的力F3時的底部和高度。圖14示出圖13中B—B線剖視圖。利用撓曲量Y，力的力矩I和材料的最大應(yīng)力σmax的公式，可解出未知量b和h。y=F3L3192EI′]]>I=bh312,and]]>σMAX=34F3Lbh2]]>在第一實施例中，假設(shè)下列值，以求出柔性肋的尺寸(1)Y＝所需的變形量＝0.5mm(2)Smax＝材料的最大應(yīng)力＝40N/mm2(3)L＝13mm(4)F3＝0.76N(第一實施例)(5)E＝楊式模數(shù)＝1900N/mm2從而得到b和hb=F3L316Eh3y=(0.76)(13)316(1900)(0.59)3(0.5)=0.53mm]]>h=σMAXL212Ey=40(13)212(1900)(0.5)=0.59mm]]>對于第二實施例，F(xiàn)3＝0.54N，所有其他值相同，得出b＝0.38mm和h＝0.59。
權(quán)利要求
1.一種電池組件保持系統(tǒng)，其特征在于，包括一個電子設(shè)備，它具有第一殼體，其形狀適于形成用以接收電池組件的一個保持區(qū)，該保持區(qū)具有一個第一導(dǎo)軌，設(shè)在其內(nèi)表面上；和一電池組件，它具有重量和一個電池組件外殼，其形狀適于放入該保持區(qū)內(nèi)，電池組件外殼在第一外表面上具有第一槽，當(dāng)電池組件插入該保持區(qū)內(nèi)時，該第一槽和第一導(dǎo)軌相配合，該第一槽內(nèi)設(shè)有一個第一柔性肋，以在第一導(dǎo)軌上產(chǎn)生第一力。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述的保持區(qū)具有一個第二導(dǎo)軌，在所述電池組件外殼的第二外表面上具有一個第二導(dǎo)槽，所述第二導(dǎo)槽內(nèi)設(shè)有一個第二柔性肋，用于當(dāng)將電池組件插入該保持區(qū)時產(chǎn)生作用于第二導(dǎo)軌上的第二力。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其特征在于，所述的電子設(shè)備是一個電池充電器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其特征在于，所述電子設(shè)備還包括在第一殼體上的開口，用于容納第一組電觸點；第一組電觸點穿過所述開口，并且當(dāng)將電池組件外殼插入該保持區(qū)內(nèi)時在電池組件上施加第三力。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的系統(tǒng)，其特征在于，所述的第一力、第二力和由電池組件的重量所產(chǎn)生的第四力至少等于由第一組電觸點所產(chǎn)生的第三力。
6.一種電池組件，其特征在于，包括一個第一蓄電池單元電池；第一組電觸點，它具有第一端和第二端，第一端與第一蓄電池單元電池相連接；和電池組件外殼，用以在第一蓄電池單元電池與一個電氣裝置之間提供電氣連接，該電氣裝置具有一個電氣裝置殼體和第二組電觸點，以在電池組件上施加第三力，第一組電觸點的第二端設(shè)在電池組件外殼的第一側(cè)上，該電池組件其特征在于，包括第一槽，它與電氣裝置殼體的第一導(dǎo)軌相配合，第一槽沿電池組件外殼第一側(cè)的長度方向定位，以及第一柔性肋，設(shè)在第一槽內(nèi)，在第一槽與導(dǎo)軌之間提供第一計算的沖突，這個計算的沖突產(chǎn)生一個第一力，用以在蓄電池單元電池與電氣裝置之間通過第一組電觸點保持可靠的電接觸。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的電池組件，其特征在于，電池組件外殼還包括第二槽，它與電氣裝置的第二導(dǎo)軌相配合，第二槽沿電池組件外殼的第二側(cè)的長度方向定位；和第二柔性肋，設(shè)在第二槽內(nèi)，在第二槽和導(dǎo)軌之間提供第二計算的沖突，這個計算出的沖突產(chǎn)生一個第二作用力。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的電池組件，其特征在于，所述第一力、第二力和由電池組件的重量產(chǎn)生的第四力至少等于由第二組電觸點產(chǎn)生的第三力。
全文摘要
電池盒保持系統(tǒng)包括電池充電器(300)和電池組件(100)。當(dāng)將電池組件(100)插入該電池充電器(300)的接收區(qū)(303)時，電池組件的槽(101)和對應(yīng)的電池充電器導(dǎo)軌(305)使電池組件電觸點(201)與電池充電器的電觸點(309)對準(zhǔn)。為了保證兩組電觸點(201)、(309)之間可靠的電連接，一個柔性肋(501)設(shè)在電池組件(100)的槽(101)內(nèi)。柔性肋(501)在導(dǎo)軌(305)和槽(101)之間產(chǎn)生沖突，于是產(chǎn)生抵抗該導(dǎo)軌的力。計算這種沖突，以產(chǎn)生足夠的力，該力與電池組件(100)的重力組合，使電池組件的力滿足或超過由電池充電器的該組電觸點所產(chǎn)生的力。
文檔編號H01M2/10GK1114843SQ94190702
公開日1996年1月10日 申請日期1994年8月22日 優(yōu)先權(quán)日1993年9月20日
發(fā)明者蒂莫西·P·麥考密克, 布賴恩·J·哈塞梅 申請人:莫托羅拉公司