人造衛星用可再充電的電池和再充電系統的製作方法

2023-08-10 06:11:16 6

專利名稱：人造衛星用可再充電的電池和再充電系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及諸如鎳鎘電池之類的可再充電式電池及其充電配置。
許多與充電器結為一體的可再充電式電池早就被研製出來了。例如，本申請發明人曾因此而獲得美國專利第3360708號和第4622507號。此外，美國專利第3533119號「無線袖珍電氣器具」頒予S.J.Dokos，而美國專利第4086523號中公開的一可再充電電池則被頒予Izumi。
本發明在以改進的第4622507號專利的可再充電的一體化電池兼充電器作為原充電電池之外，還包括至少一個可被構成用來從原電池充電的衛星用可再充電鎳鎘電池，並且具有一套在充電期間用以解脫衛星電池正負極的電路配置。
以第4622507號專利的一體化電池兼充電器作為一再充電電源，加上一個或一組衛星可再充電式電池及其供安全地再充電之用的電路所構成的組合體與以上所述的可再充電式電池有所不同。
本發明的主要目的在於提供一種可被構成從一再充電電源接收充電電流的包含樞軸式頭部的衛星用可再充電電池，而該頭部可交替地設置使衛星電池構成一乾電池或被翻轉以接收再充電電源並與之偶合以將衛星電池配置為充電模式。
本發明的另一個目的在於提供一原再充電電池作為充電電源，而此原再充電電池既是以電氣連接至一標準室內電源插座之用的經改進的一體化電池兼充電器，又是同時對衛星可再充電電池的二次電池或蓄電池以及此原電池的二次電池或蓄電池充電用的接線裝置。
本發明的另一個目的是當原電池和衛星可再充電式電池偶合於一充電模式中時，提供將其安全地偶合在一起所用的電路，由此在充電過程中將所有的電池電極從充電電路中解開。
本發明還有一個目的是提供與蓄電池結為一體而成為如C或D型電池之類標準電池尺寸的原電池和衛星用可再充電式電池。
本發明的另一個目的是提供為了偶合在一起而各自用一種充電模式構造的一個或多個衛星用可再充電電池，藉此在充電期間將衛星用可再充電式電池的每個二次電池或蓄電池從電池的正負極上電氣解開。
依照上述各項目的，本發明實際上是一體化電池兼充電器與至少一個衛星可再充電式電池以及一種用以將各個電池電氣偶合在一起以提供同時充電作用的配置這三者的綜合。個別的電池元件最好被包容於一標準的C或D型電池的圓柱形殼體或罩子之內或被包容於另外的標準型電池殼體之內。每一獨立的電池都包括可再充電的蓄電式二次電池或充電電池，諸如鎳鎘電池之類。此原一體化電池兼充電器含有一充電電路用以將一標準的市電電流轉換成充電電流並將它通往其蓄電池。此原電池還提供一電氣偶合或插座裝置，用以將其偶合到並將一被轉換的充電電流送到一衛星電池的蓄電池上。每一衛星電池均含有一鎳鎘蓄電池作為二次電池或蓄電池，並備有電氣偶合使其既可連接於另一衛星可再充電式電池上也可連接於原充電電池上。
每一原充電電池和衛星可再充電式電池或電池組均含有使之失效的元件，以在充電期間切斷通往獨立電池正負極的電流通路。
衛星可再充電式電池含有一樞軸式頭部嵌件，用以交替地將衛星可再充電式電池構成為一傳統型或標準型乾電池或構成為充電模式。此頭部嵌件以樞軸方式安裝於兩根軌條的末端，而此兩根軌條以並列方式被安排從電池殼體作縱向伸縮。此頭部嵌件含有一對第一凹口，用以容納自電池殼體頂端的坡形部位基座上伸展出來的一對導電銷，頭部嵌件當衛星電池的鎳鎘蓄電池作為乾電池連接於電池電極的情況下被安裝到殼體上。為了將衛星電池設置成充電模式，以樞軸方式安裝於軌條末端的頭部嵌件被拉出其座位之外然後被旋轉整整90°。有一根導電棒自頭部嵌件的曲線形或拱形部位伸展出來，由此暴露在外，以供偶合到另一個可再充電衛星電池的側邊內或偶合到一原電池以貫通兩電池間的充電電路。
原可再充電式一體化電池兼充電器本質上與4622507號專利所示的相似，但是另外含有一個用以將其以並列關係與衛星電池作連杆連結的電氣插座裝置。這種連接法提供了一種串聯電氣連接，用以同時對原電池和所連接的衛星可再充電式電池充電，其中該衛星可再充電式電池本身又能串聯於另一個衛星可再充電式電池上，由此也可提供同時充電作用。
本發明的這些目的以及其他目的，將用下列較佳實施例結合附圖作詳細說明。


圖1顯示本發明的衛星可再充電式電池的側面圖，該電池被構成一傳統D型電池大小的電池。
圖2顯示圖1所示的衛星可再充電式電池的側面圖，其中所示頭部嵌件是以樞軸方式安裝於從電池殼體頂端縱向伸展出來的伸縮軌條末端並被提升的部分，以虛線顯示的頭部嵌件是被旋轉整整90°的情況。
圖3顯示圖2所示衛星可再充電式電池的側面圖。
圖4顯示圖1所示衛星可再充電式電池的頂部平面圖。
圖5顯示圖1所示衛星電池的剖視圖，所示頭部嵌件由電池一側伸展出來以容納並連接另外一個衛星可再充電式電池或連接一原電池供充電之用。
圖6顯示圖5所示衛星電池的側面圖，附帶以虛線顯示提升在圖2所示伸縮軌條上的頭部嵌件，預示其可以樞軸方式整整旋轉90°成為圖2與圖3所示的情形，或裝回到電池頂端之內而成為圖1所示的情形。
圖7顯示構造得像乾電池一樣發揮作用的一體化原電池兼充電器的側面圖。
圖8顯示圖7所示的原電池，但附帶著被整整反轉180°而重新裝到電池頂端的頭部，並且顯示出縱電池頂端向外伸展出來的導電插銷。
圖9顯示以一種充電模式構成的與圖8所示原電池相偶合的一個衛星可再充電式電池的側面圖，所示的導電插銷插入一電線的插座端頭內，並以虛線顯示在一充電結構中與第一個衛星可再充電式電池相偶合的第二個衛星用可再充電式電池。
圖10顯示供原電池鎳鎘電池用的充電電路電氣示意圖並顯示一用來將此原電池的充電電路連接至衛星可再充電式電池二次或鎳鎘電池上的衛星可再充電式電池偶合電路。
圖1至圖6顯示本發明的衛星可再充電式電池(以下簡稱衛星電池)(10)的一個較佳實施例。其中所示衛星電池(10)構造得像通常供手電筒、玩具等等用的標準D型大小的電池一樣。雖然如此，但顯然此種配置也適用於包括C型電池，標準9伏電池、燈電池等等在內的各種尺寸的電池。但對本發明揭示的目的而言，將就其作為標準D型尺寸電池的排列方式來說明衛星電池(10)。
在圖1至圖6中，所示衛星電池(10)含有一最好是以諸如塑膠之類非導電性材料製成的圓柱形殼體(11)，並含有一平坦殼底(12)和一殼頂(13)。殼底(12)之內為電池負極而殼頂(13)則最好是以諸如塑膠之類的非導電性材料製成且具有一自其中心點向外伸展，顯得像圓鈕一樣的正極(14)。圖1和圖4所示的衛星電池(10)構造得像一傳統型乾電池一樣。作為可再充電式電池的衛星電池(10)最好含有一傳統型鎳鎘電池之類的電池以作為其蓄電池或二次電池。當鎳鎘電池的電力耗盡時，可在其上施加一充電電流而使其被充電。在下文中即將此鎳鎘電池稱為二次電池。
衛星電池(10)通過連接一個如圖7至圖9所示的一體化原電池兼充電器(40)，對其二次電池提供再充電作用，以下將詳細加以敘述。
為了將衛星電池(10)電氣偶合到原電池或再充電電池(40)之上，如圖2至圖6所示，此衛星電池含有一樞軸偶合式頭部嵌件(15)，當此頭部嵌件如圖1和圖4所示安裝於電池殼體(11)上時，就把電池構成像傳統式C型或D型乾電池一樣。在圖1和圖4的結構中，此衛星電池頭部嵌件(15)嵌套在衛星電池殼體(11)的一個坡度部位(16)之中。此坡形部位如圖所示，具有一接納頭部嵌件(15)上弧形面(18)的曲線狀垂直面(17)。殼體的曲線型縱向面(17)，以直角與作為踏板或基座面的向下彎曲的水平底面(19)相交。此向下彎曲的底面(19)，以圖1、圖2和圖5顯示得最好，它自一頂點(19a)處環繞著圓柱形殼體(11)的兩側分別向下彎曲而終止於向前傾斜的邊緣(19b)內。坡形部位底面(19)的曲線與頭部嵌件(15)的底面或下側面(20)的曲線相符，頭部嵌件下側面具有被適當地隔開的二個相背的臂部用以接納並緊密地套在另一衛星電池或原充電電池圓柱型殼體(11)的側面。此關係在圖3中顯示得最好，其中頭部嵌件弧形底面(20)被顯示具有一弧形，妥貼地配合環繞著圓柱形殼體(11)將近180°的整個弧形。藉助如圖5所示地被放置的頭部嵌件(15)，如圖9所示的另一衛星電池(10)或原充電電池(40)的圓柱形殼體會如以下所述般緊緊套住而放置於此。
殼體坡形部位底面(19)和頭部嵌件弧形底面(20)二者的弧形是呈一致的曲線，而此弧形之所以如此是為了適合放置於頭部嵌件底面雙臂(20)之間的另一衛星電池(10)或原電池(40)的圓柱形表面。如圖1、圖4和圖5所示凹壁(17)的弧形形狀雖然對本發明而言不很重要，但便於將頭部嵌件緊密地裝於其上同時將衛星電池殼體(11)內的可獲空間增至最大程度，而且能較理想地將電池正極(14)置於電池殼頂上的中心點上。
在圖2及圖3中，圓柱形殼體坡形部位的基座(19)顯示有一對直立柱(21)突出於其上。這二支直立柱(21)是供裝配到形成於頭部嵌件(15)弧形底面(20)內的腔室或洞孔(22)中用。另一對銷孔(30)則被構成於頭部嵌件弧形面(18)內，如以下針對圖10所討論的那樣，供將直立柱(21)以電氣方式連接至一導電棒(23)上之用。圖3顯示得最好，導電棒(23)包括一層被夾在兩個導體之間並將其以電氣方式隔開的絕緣體(24)，此導電棒(23)從頭部嵌件弧形底面(20)頂點中央以直角向外伸展。
在圖1所示的衛星電池(10)的配置方式中，導電棒23被裝配到坡形部分基座(19)內的電氣插座(25)內，如圖2所示，導電棒(23)將依照稍後對照圖10所介紹的那樣，把像傳統的乾電池一樣的衛星電池構成連接於電池正負兩極上的二次電池或蓄電池。在圖1和圖4所示結構中，這一對從圓柱形殼體坡形部位基座(19)向上伸展的柱銷(21)擔任將頭部嵌件導電棒(23)導入電氣插座(25)的工作，如以下對照圖10所述那樣構成像常見的乾電池一樣的衛星電池。這一對柱銷(21)當被裝配到頭部嵌件洞孔(30)之內時，既用來將頭部嵌件牢固地維持在圓柱形殼體上，又用來將導電棒(23)如圖10所示以電氣偶合方式跨接在二次電池上。而導電棒(23)則如圖2虛線所示適合於另一衛星電池的充電插座(31)，或如圖7至圖9所示適合於原電池(40)的插座(46)，如以下對照圖10所述那樣使充電電流通過。
如上所述，頭部嵌件應當如圖2中實線和虛線配置所描繪、套在電池圓柱形殼體(11)的坡度部位(16)上並可轉動整整90°。為了使其能夠轉動，此頭部嵌件如圖2和圖3中虛線所示，被跨裝在二根伸縮杆(26)的末端26a上。這兩根杆子(26)接納一根固定在頭部嵌件內的銷子(27)的兩端，將頭部嵌件以樞軸方式安裝於杆子的末端(26a)上。頭部嵌件(15)因此得以在圖2和圖5所示的兩種情形之間至少整整旋轉90°。為了容許這種樞軸式運動，頭部嵌件15如圖5和圖6所示，在橫跨鄰接弧形面(18)和底面(20)的邊緣之處(28)開有槽口以容許杆端(26a)如圖5和圖6所示越過其間而移動。如圖2和圖3所示，從圓柱形殼體基座(19)上伸展出來，用以安裝頭部嵌件(15)的軌條(26)則被安排得可縮入圓柱形殼體(11)內也可伸出其外。軌條(26)內側端備有端頭點止動器(26b)橫伸於其間，如圖3所示，防止此軌條穿過圓柱形殼體(11)的坡形部位基座(19)而被拉出開口(29)之外。頭部嵌件(15)以樞軸方式安裝於軌條(26)的末端(26a)上，使其得以從圖1所示的埋藏狀態拉到圖2所示的狀態並經90°的樞軸旋轉而達到如圖2虛線所示的狀態。然後頭部嵌件(15)可如圖5所示，被放低而回到並重新連接於圓柱形殼體坡形部位的基座(19)上。在這種連接方式中，圖2虛線所示的頭部嵌件洞孔(30)，各自接納一個如圖2和圖3所示自基座(19)伸展出來的銷子(21)。這樣安排，裝配於洞孔(30)中的銷子(21)以電氣方式偶合於導電棒(23)上。
由於頭部嵌件(15)如圖5所示被安裝在圓柱形殼體(11)的坡形部位(16)的基座(19)上，導電棒(23)準備好接收一股流經其上的充電電流以供衛星電池的二次電池充電之用。導電棒(23)由兩個最好用金屬之類的導電材料分別製成且被一層也許是空氣之類的絕緣體(24)材料隔開的獨立導體組成。此導電棒(23)如以下所述被裝配到一原充電電池(40)的充電電路內，亦可被裝配到另一個衛星電池(10)內並由其來充電。為了接納被裝入另一衛星電池的導電棒(23)，在該衛星電池(10)的側面備有一如圖2中虛線所示的插座開口(31)。插座(31)也示於圖10的示意圖中，用來將各衛星電池的二次電池或充電電池串聯在一起以供同時從原電池充電之用，在這種充電結構方式中，正如以下對照圖10所詳述的，各衛星電池的各個正負極未被接在二次電池上。
圖8顯示本發明一種較佳的原電池兼充電器(40)，以下簡稱原電池(40)。圖7和圖8分別顯示此原電池(40)的結構，在圖7中其被構成一覺的乾電池的樣子，而在圖8中則被構成像再充電電池一樣。此原電池(40)，最好是美國專利第4622507號所示的一體化電池兼充電器經改進而如以下所述，能將衛星電池接在其充電電路內。此原電池含有一既可移動又可轉動的旋轉頭(41)，以使其或者成為附有一自其上伸出的正極或立柱(42)的乾電池式結構，或者如圖8所示，在被旋轉並連接之後具有一對自其上向外伸展的導電插銷(43)。這對插銷(43)供連接到傳統的電力插口內或連接到一被接到傳統的110伏插口上的帶插座頭的電線上。如圖9所示，有一根帶插頭(45)的電線(44)接納這一對被裝於此間的插銷(43)。顯然此電線(44)的另一端被插入傳統式電力插口，使電流通過其間而進入原電池(40)和一偶合於其上的衛星電池或電池組(10)，如以下將對照圖10來討論的那樣。此一如上所述的較佳原電池(40)，除了附有一個供接納裝配於衛星電池(10)內的上述導電棒(23)用的插座(46)外，與前面所提及的本人的美國專利所述相同。這種連接方式於原電池(40)充電期間提供一充電電流到衛星電池。這個衛星電池(10)也可如圖9虛線所描繪，被連接到另一衛星電池上以提供充電作用。此充電功能將於以下參照圖10來討論。當上述美國專利第4622507號的一體化電池兼充電器經用插座(46)及其串聯電力接線改進而成為較佳的原電池充電電路時，顯然另一個被構成用以接納導電棒(23)並將其充電電路接在導電棒(23)上的充電式電池或其他被構成以接在衛星電池(10)二次電池上的充電配置也可應用於本發明所揭示的範圍內。
圖10顯示一如圖5所示構成並以導電棒(23)自其間伸入一原電池(40)內的衛星電池(10)的示意圖。所示原電池(40)被布置成一充電模式通過插銷(43)來接收傳統的110伏電流，與此同時，所示衛星電池(10)經由導電棒(23)電連接到原電池充電電路(49)內，如圖所示，導電棒(23)適配於原電池插座(46)。實際上如上所述，附加的衛星電池(10)(如圖9虛線所示)可通過將各自的導電棒(23)裝入另一衛星電池插座(31)內而被串聯起來。
在圖10中，插銷(43)被顯示經由兩個與頭部(41)相接觸位於洞孔或凹室(47)內而與充電電路49偶合的銷子(47)來傳送電能。顯然，較佳的充電電路(49)在結構方面和功能方面均與上述美國專利第4622507號所示相同，而且包括一個串聯於一個二極體電橋(53)和一個高電阻電阻器(51)之間的電容器(50)，而電阻器(51)與一可變電阻器(52)並聯以通住充電電路。所示充電電路(49)接在跨接在二次電池(54)上的分支點(53a)和(53b)上，以便將一交流電源轉換為全波直流電。此二次電池(54)宜為一鎳鎘電池，其正極端接在與二極體電橋分支點(53b)之間的插座(46)內的衛星電池(10)上。所示插座(46)接納被裝於其內的導電棒(23)，通過頭部嵌件(15)內的孔(30)和自坡形部位基座上伸出的銷子(21)，將充電電路(49)串聯到衛星電池二次電池上。如圖10所示，導電棒(23)如此裝到插座(46)內，一股充電電流會通過電線(56a)和(56b)而傳到衛星電池二次電池(57)即鎳鎘蓄電池之上。二次電池(57)依次分別由導線(58a)和(58b)接至電極(59a)和(59b)之上。有一個電鍵座(60)如圖所示被裝在兩電極(59a)和(59b)之間但通常並未接通。此電鍵座分別由一對彈簧接頭(61a)和(61b)組成，當導電棒(23)被裝入其間時這兩個接點被撓曲而分開。
當衛星電池(10)如圖1和圖4所示構成時，導電棒(23)被置於電鍵座(60)的兩彈簧接點(61a)和(61b)之間，將接點(61a)和(61b)接至電極(59a)和(59b)，並分別經由連接線路(62a)和(62b)將二次電池(57)電偶合於電池的正極(14)和負極(12)上。這樣安排，當導電棒(23)如圖1所示被安置於圖2所示的插座(25)中時，導電棒(23)則裝在彈簧接點(61a)和(61b)之間並將它們分開。其實，當衛星電池如圖10所示被構成充電模式時，彈簧接點(61a)和(61b)並未被導電棒(23)分開也未與柱(59a)和(59b)嚙合。因此，此鎳鎘電池(57)未被跨接於電池的負極(12)和正極(14)上，防止有人在充電期間碰到此處而觸電。
一種衛星電池的較佳配置方式已被顯示並記述於此以供包容一體化電池兼充電器用。然而，顯而可見將一充電電流供應到衛星電池或電池組的二次電池上的其他充電配置方式和電路也可在本發明所揭示的範圍內被採用，所以，應該了解本發明僅通過實例加以揭示，而在不超出由下列權利要求範圍所包括的內容及其合理的類似情況下可以作出各種改變或修改，而本人都將這些權利要求範圍視為本人的發明。
權利要求
1.一種衛星用可再充電式電池兼充電器系統，其特徵在於包括一個含有二次電池以及用來將其接至外側正負極上的接線的電池殼體；一個適合於電池殼體並可在第一和第二位置間移動而構成的頭部嵌件，所述頭部嵌件位於第一位置即放置於該電池殼體之內時有一導電棒裝置自其上伸入所述電池殼體之內以將所述二次電池電連接到所述電池的正負極上，而當其位於第二位置上時所述頭部嵌件的所述導電棒裝置自所述頭部嵌件上伸出而裝入一裝置的插座內使一充電電流得以通過，所述導電棒裝置被電氣連接以使充電電流通過而進入所述二次電池之內；以及一個用以將充電電流提供給所述插座的裝置。
2.如權利要求1所述的衛星可再充電式電池兼充電器系統，其特徵在於所述電池殼體是圓柱形的且包括一構成於其上端及側緣處的坡形部位，當所述頭部嵌件位於第一位置上時所述坡形部位接納放置於其上的頭部嵌件。
3.如權利要求2所述的衛星可再充電式電池兼充電器系統，其特徵在於所述圓柱形殼體坡形部位包括一直角垂直面以及一與其成法線角的底座，所述底座自其頂點以相等弧度向下彎曲，所述底座曲線的弧度與所述圓柱形電池殼體側面曲線相符，而且所述頭部嵌件的底面被同樣地彎成曲線以便緊密地配合於所述坡形部位的底座。
4.如權利要求2所述的衛星可再充電式電池兼充電器系統，其特徵在於所述導電棒裝置自所述頭部嵌件的底面伸出;而且，當所述頭部嵌件位於第一位置時，所述導電棒裝置裝入到所述坡形部位底座內的一個插座內，配合於一對各自分別地連接於衛星可再充電式電池正負極上的彈性接點之間，而所述這一對彈性接點被所述導電棒裝置分隔開與從二次電池跨接出來的導線電極作電氣連接。
5.如權利要求4所述的衛星可再充電式電池兼充電器系統，其特徵在於所述頭部嵌件從其第一位置旋轉整整90°到第二位置，在所述第二位置上，所述頭部嵌件底面在電池殼體邊緣處面朝外側，所述導電棒裝置自所述頭部嵌件底面伸出以配合到用以提供充電電流裝置的插座內;所述導電棒裝置由一塊夾層板，一對銷子以及電氣環路組成;所述夾層板由一對被一絕緣體隔開的導體組成;所述銷子自圓柱形殼體坡度部位基座上並列延伸出來，用以各自偶合於所述頭部嵌件內含有導體的孔中，以便將所述導電棒裝置的導體電氣聯結到所述銷子上;而所述電氣環路則用以將所述銷子以電氣方式跨接於二次電池上。
6.如權利要求5所述的衛星可再充電式電池兼充電器系統，其特徵在於在跨接二次電池的電路內還包括一個內含一對通常為閉合式彈簧接點的插座，所述彈簧接頭各自連接到裝於其間的另一個或第二個衛星可再充電式電池導電棒裝置的導體上，以供串聯這兩個衛星可再充電式電池的二次電池之用。
7.如權利要求2所述的衛星可再充電式電池兼充電器系統，其特徵在於所述頭部嵌件以樞軸方式安裝於一伸縮軌條裝置上，而所述軌條裝置結合在所述電池殼室內以便在其間伸縮並容許所述頭部嵌件在其第一和第二位置之間旋轉。
8.如權利要求7所述的衛星可再充電式電池兼充電器系統，其特徵在於所述軌條裝置是一對穿過電池殼體內一處開口各自可滑動裝設的軌條;所述頭部嵌件以樞軸方式跨裝於所述二條軌條的末端，所述頭部嵌件在其樞軸式偶合處橫向開有槽口，以便其繞樞軸旋轉約90°時配合各所述軌條橫跨在所述頭部嵌件上運動。
9.如權利要求1所述的衛星可再充電式電池兼充電器，其特徵在於，用以提供充電電流至一衛星可再充電式電池的裝置是一個被結構成從一傳統110伏電源接收充電電流並將其轉換後向所含二次電池充電的一種一體化電池兼充電器;而被電連接入所述充電電路的所述一體化電池兼充電器的一個電氣插座具有一對跨接在所述一體化電池兼充電器二次電池上的用以構成電流通路而通常為閉合的彈簧接點，所述的兩個彈簧接點被安排接納衛星可再充電式電池中所安裝的導電棒裝置，在充電電路之內與衛星可再充電式電池的二次電池構成一串聯連接使其通往所述一體化電池兼充電器的二次電池。
全文摘要
一種衛星用可再充電電池，包括一個以樞軸方式安裝在電池殼體上並能在第一偶合位置和第二偶合位置之間旋轉90°的頭部嵌件。該頭部嵌件位於第一位置時，使電池構成一標準乾電池式樣；位於第二位置時，有一導電棒自其曲線狀底面伸展出來，供連接到一充電電池的插座內。除此以外，該衛星電池還含有一個充電插座，用來連接第二個衛星電池內的導電棒，以便使來自充電電池和第一個衛星電池的電流通過其中並對第二個衛星電池進行充電。
文檔編號H01M2/20GK1062623SQ9110797
公開日1992年7月8日 申請日期1991年12月10日 優先權日1990年12月20日
發明者大衛·珀森, 大衛·鮑爾斯 申請人:鮑爾電池公司