电池组件保持系统及其设备 本发明涉及电池组件，具体涉及将电池组件固定到所要求位置从而保持电池组件内蓄电池单元电池与电设备(例如电池充电器)之间的电接触。
电池组件一般用于夹持一个或多个可充电的蓄电池单元电池，该电池与便携式电子装置一起使用。因大部分电池组件夹持可充电的单元电池，故这些电池组件还与电池充电器一起使用。电池组件含有至少一组电触点，以提供与含在其内的蓄电池单元电池的电气连接。
电池充电器经常具有电池保持区。通常，电池保持区具有一组电触点，与电池组件连接，并为含在其内的蓄电池单元电池充电。电池充电器被设计得应将电池组件放在该电池保持区内。在放入该电池组件时，该电池保持区和电池组件应使电池组件的电触点与电池充电器的电触点对准。
先前开发的一种这样的电池保持系统包括下列部件：第一，设置一个电池组件外壳，它具有两个槽，该槽沿电池组件外壳在该电池组件的相对的两侧上在长度方向上延伸。第二，电池充电器具有一个电池保持区，它的宽度等于电池组件外壳地宽度。第三，电池保持区含有两条导轨，设置在电池保持区的相对的两侧上。这两个导轨是这样定位的，亦即当电池组件装入该电池保持区内时，这两个导轨对准该电池组件的槽。第四，电池保持区还设有一组电触点，它们与该外壳内的充电器相耦合。当电池组件插入该保持区内时，槽与对应的导轨使电池组件上的一组电触点与电池充电器的电触点对准。电池充电器的电触点穿过电池充电器的电池保持区内的开口而凸出，并在电池组件完全插入电池保持区内时，在该电池组件上施加一个预定的力。电池组件的重量提供了足以克服充电器电触点的力，因此，可在电池组件中所含的蓄电池单元电池与电池充电器之间提供可靠的电气连接。
目前，市场的需求和技术的发展已经为我们提供了一种较轻的、更高效的电池组件和相应的蓄电池单元电池，这种较轻的电池组件的后果是，由电池组件的重量所产生的力不足以克服由电池充电器的电触点所产生的力。鉴此，本发明提供一种电池保持系统是有益的，它可在电池充电器与装在电池组件内的蓄电池单元电池之间提供可靠的电气连接。
图1示出本发明的电池组件的透视图。
图2示出图1所示的电池组件的前视图。
图3示出本发明的电池充电器的示例图。
图4示出图1所示的电池组件的侧视图。
图5示出图4所示的电池组件的Z—Z线剖视图。
图6示出图4所示的电池组件的E—E线剖视图。
图7示出图1所示的电池组件的局部透视图。
图8和图9示出本发明的图1所示的电池组件和图3的电池充电器的相互作用的示意图。
图10和图11示出本发明的图1的电池组件和另一个可替代的电池充电器相互作用的示意图。
图12示出本发明的表示用于计算的所有的力、力矩和角度的一个自由体的示意图。
图13示出根据最佳实施例计算用的理论上的固定端梁的示例图。
图14示出图13的B—B线的剖视图。
本发明包括电池保持系统及其设备。该系统包括电池充电器和电池组件。电池充电器具有电池接收区，该区至少包括一根导轨和一组电触点。电池组件包括至少一个蓄电池单元电池、一个槽、一个柔性肋和一组电触点，这些电触点与该蓄电池单元电池相连接，并且暴露在电池组件的外面。
当将电池组件插入该接收区时，槽和相应的导轨使电池组件的电触点与电池充电器的电触点对准。电池充电器的电触点穿过电池充电器的电池接收区的开口凸出，并当电池组件完全插入电池接收区时，将一个预定的力施加到电池组件上。为了保证在两组触点之间可靠的电气连接，可在电池组件的槽内设置一个柔性肋。柔性肋在导轨与槽之间产生一个中突(interference)，结果产生了一个抵抗导轨的力。对冲突进行计算产生一个足够的力，这个力与由电池组件的重量所产生的力结合在一起，使电池组件的力满足或超过在电池充电器内由该组电触点所产生的力。
图1示出电池组件100的透视图，该电池组件可用于移动式无线电话或任何其它需配有这种电池组件的便携式电子装置。图1所示的电池组件100示出了一个槽101，该槽与电池充电器的导轨相配合。电池组件100还包含一个第二槽，与槽101相对，在图1中看不见。槽101沿电池组件100的第一侧边的长度方向延伸，第二槽沿着平行于第一侧边的侧边的长度方向延伸。
图2示出图1所示电池组件100的前视图，电池组件100具有一组电触点201，这组电触点201用以对于电池组件外壳100内所含的蓄电池单元电池提供外部连接。合理设计的电池充电器具有一个电池组件接收区，它具有一组触点与电池组件100的电触点201对准。这种对准为使电池组件100内的蓄电池单元电池充电提供了电连接。
图3示出本发明的电池充电器300的透视图。在优选的实施例中，电池充电器采用Motorola公司制造的零件号为SPN4216A。电池充电器300包括两个电池组件接收区301和303。电池接收区303的内表面上设有第一导轨305和第二导轨307。此外，电池接收区303设有一组电触点309，用以为插入电池接收区303内的电池组件提供电连接。这组电触点309穿过电池充电器外壳上的开口凸出，当电池组件完全插入时，产生顶住电池组件100的力。在优选的实施例中，在这组触点中具有5个电触点。每个电触点提供50克的力，这组电触点的总力为250克。
图4示出电池组件100的侧视图，还示出了剖线箭头Z—Z和E—E。图5示出Z—Z线的剖视图，图5示出槽101，其内设有柔性肋501。制造柔性肋501用的材料应在电池组件100插入电池充电器300时允许该肋挠曲。在优选实施例中，柔性肋501是由具有GE塑料公司生产型号为SP1210的材料制造的。本领域的一般技术人员根据下文介绍的选择材料特性的计算可以选择其他合适的材料。
图6示出电池组件100的E—E剖视图，尤其示出了槽101和柔性肋501。图7示出电池组件100的透视图，示出了槽101和柔性肋501。
图8和图9示出了电池组件100插入到电池充电器300中的过程步骤。具体地说，图8和图9示出了电池充电器300的充电器导轨305与电池组件100的槽101和柔性肋501之间的相互作用。图8中的柔性肋501具有伸出进入槽101内的弧形曲率半径。当充电器导轨305到达柔性肋501时，柔性肋501在充电器导轨与槽101之间产生冲突。柔性肋501被设计得让该冲突使柔性肋501偏离充电器导轨305，于是产生一顶着充电器导轨305的力。计算该中突和弯曲量，以产生足够的摩擦力Ff，该力与电池组件100的重量产生的力相结合，使电池组件的力满足或超过由电池充电器300的一组电触点所产生的力。计算挠曲量、冲突和所需的力将在下文介绍。
图10和图11示出图8和图9所示实施例的一种可替换的实施例。具体地说，图10和图11示出了充电器导轨1001与电池组件100的槽101以及柔性肋501之间的相互作用。此处，电池充电器导轨1001含有一个掣子1003。当将电池组件100插入充电器300内时，柔性肋501挠曲，直到柔性肋501碰到充电器导轨掣子1003为止。当它到达掣子1003时，柔性肋501对掣子1003产生冲突，随后产生顶住充电器导轨1001的力。此外，掣子1003产生抵抗柔性肋501的力。计算冲突和挠曲量，以产生一个足够的力，该力与电池组件100的重量产生的力及由掣子1003产生的力合成，这一合力可抵消由电池充电器300的电触点产生的力。计算挠曲量和冲突以及所需力将在下文介绍。
图12示出一个自由体，示出了在优选实施例中计算柔性肋501所要求的合适挠曲程度计算所有的力、力矩和角度。点A和B是电池槽101与充电器导轨305之间的接触点。点A是这样的一点，围绕该点分析所有的力矩，以便说明下述公式。下式用于计算柔性肋吊挂电池组件100的向上运动要求产生的必需的导轨反作用力：∑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，F1＝μ8R1
在优选实施例中，作出如下设定值：(1)μ8＝0.41，由柔性肋所用材料性能所决定的静摩擦系数。(2)W＝78g/2，电池组件重量的一半。(3)Fc＝5(50g)/2＝125g，每个柔性肋需克服的由电池充电器触点所产生的力。(4)θ＝52°，偏离与电池保持区对准的水平面的角度。(5)R3＝0，吊挂电池组件向上运动所需的。
解出三个式中的三个未知数，导出下列矩阵：(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]]>
通过适当地计算柔性肋501所需的力，人们可以设计一个用于许多较轻重量的电池的电池保持系统，它在装在电池组件内的蓄电池单元电池与电池充电器之间提供可靠的电气连接。在优选实施例中，假定点A和点B处无摩擦力，计算以下的力：0.616-0.616-0.788-0.7880.788-0.616023.18-0.75R1R2Ff=-76.946.83473.3]]>
其中：R1＝66.7g R2＝150.9g Ff＝31.8g
Ff＝31.8克(等于0.312牛顿(N))。这个力对于电池组件100可保持在电池充电器300内是需要的。
对于上述两个实施例，我们将Ff变换为F3，以确定需要的冲突和挠曲量。首先，对于图8和图9所示的纯摩擦力而言，F3是柔性肋501产生顶住电池充电器导轨305的力。F3＝Ff/usXX。在优选实施例中，F3＝0.312N/0.41＝0.76N。其次，对于图10和图11所示的另一实施例，F3＝Ff tan q，其中q＝60°，如图11所示的那样。于是，F3＝0.312tan 60°＝054N。
图13示出理论上的固定端梁1300的示例图。固定端梁1300用于计算柔性肋501产生所要求的力F3时的底部和高度。图14示出图13中B—B线剖视图。利用挠曲量Y，力的力矩I和材料的最大应力σmax的公式，可解出未知量b和h。y=F3L3192EI′]]>I=bh312,and]]>σMAX=34F3Lbh2]]>
在第一实施例中，假设下列值，以求出柔性肋的尺寸：(1)Y＝所需的变形量＝0.5mm(2)Smax＝材料的最大应力＝40N/mm2(3)L＝13mm(4)F3＝0.76N(第一实施例)(5)E＝杨式模数＝1900N/mm2
从而得到b和h：b=F3L316Eh3y=(0.76)(13)316(1900)(0.59)3(0.5)=0.53mm]]>h=σMAXL212Ey=40(13)212(1900)(0.5)=0.59mm]]>
对于第二实施例，F3＝0.54N，所有其他值相同，得出b＝0.38mm和h＝0.59。