EP3339981A1 - Montre munie d'un poussoir thermoelectrique - Google Patents

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EP3339981A1
EP3339981A1 EP16205234.4A EP16205234A EP3339981A1 EP 3339981 A1 EP3339981 A1 EP 3339981A1 EP 16205234 A EP16205234 A EP 16205234A EP 3339981 A1 EP3339981 A1 EP 3339981A1
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plate
housing
dominoes
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thermoelectric module
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François Gueissaz
Alain Jornod
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Swatch Group Research and Development SA
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    • G04C—ELECTROMECHANICAL CLOCKS OR WATCHES
    • G04C3/00—Electromechanical clocks or watches independent of other time-pieces and in which the movement is maintained by electric means
    • G04C3/001—Electromechanical switches for setting or display
    • G—PHYSICS
    • G04—HOROLOGY
    • G04B—MECHANICALLY-DRIVEN CLOCKS OR WATCHES; MECHANICAL PARTS OF CLOCKS OR WATCHES IN GENERAL; TIME PIECES USING THE POSITION OF THE SUN, MOON OR STARS
    • G04B19/00—Indicating the time by visual means
    • G04B19/30—Illumination of dials or hands
    • G—PHYSICS
    • G04—HOROLOGY
    • G04G—ELECTRONIC TIME-PIECES
    • G04G21/00—Input or output devices integrated in time-pieces
    • G04G21/08—Touch switches specially adapted for time-pieces

Definitions

  • the invention relates to an apparatus (for example a watch, a telephone, a remote control, etc.) provided with an actuating system for activating an electrical element of said apparatus (the electrical element is for example an LED , an electromagnetic wave transmission antenna, timing means, etc.).
  • an electrical element of a device by operating a push button.
  • a push button located outside the middle part, to activate a transmitting antenna of a remote control via a button of the remote control, for example to control an audiovisual apparatus or a luminaire.
  • Actuation of the push button causes the establishment of an electrical contact between a power source (generally a battery) and the electrical element (a light source, generally a light emitting diode, an infrared or radio frequency optical transmission element, etc.).
  • a power source generally a battery
  • the electrical element a light source, generally a light emitting diode, an infrared or radio frequency optical transmission element, etc.
  • the object of the present invention is to overcome the drawback mentioned above.
  • the first plate is initially at the environmental temperature of the apparatus, and the second plate is initially at the temperature of the housing since it is positioned against a wall of the cavity of the housing.
  • the first plate is heated, for example by transmitting the natural heat released by a finger placed on the first plate, by friction of the finger on the first plate, or by actuating an intermediate plate which itself comes to create friction on the first plate, there is a temperature difference between the first and the second plate.
  • the temperature gradient is at the origin of an electric potential difference via the Seebeck effect between the dominoes of the first plate and the dominoes of the second plate. This difference in electrical potential is then communicated to the electrical element via the electronic transmission circuit.
  • the actuation system behaves like a thermoelectric push button without moving part, perfectly sealed, and used for both mechanical watches and electronic watches.
  • thermoelectric element placed at the output of the thermoelectric element and capable of converting voltages of the order of one millivolt to volt volt voltages
  • a simple contact of the finger on the first plate is sufficient to generate sufficient electrical power to produce visible light using a light emitting diode.
  • the device is worn on the body or is in an environment at a temperature higher than that of the human body, it is necessary to rub the first plate to generate such power.
  • the apparatus may have the following characteristics, taken alone or in any technically possible combination.
  • the first plate is constituted or comprises a layer made of a material with a high coefficient of friction.
  • the electronic transmission circuit comprises a DC-DC converter and two electrical son passing through the housing, each wire being connected on the one hand to a domino of the second plate and on the other hand to said converter.
  • the electronic transmission circuit comprises an accumulator placed at the output of the DC-DC converter, and a control unit connected on the one hand to the battery and on the other hand to the electric element, to discharge the battery when its charge exceeds a threshold value.
  • the accumulator is a capacitor.
  • the actuation system comprises an electrical insulating layer disposed between the first plate and the second plate and laterally covering the thermoelectric module.
  • the actuating system comprises an intermediate plate and means for moving the intermediate plate against the first plate.
  • the apparatus is a wristwatch.
  • the device is a remote control.
  • the apparatus is a wireless wall switch.
  • the electrical element comprises a light-emitting diode.
  • the electrical element comprises a radiofrequency transmitter.
  • the figure 1 illustrates an AP apparatus, which in this case is a wristwatch.
  • the AP apparatus is not necessarily a watch, but could be another type of apparatus, for example a telephone, a remote control, or a wireless wall switch.
  • the AP watch has a BT box inside which is an electric element EL (shown in FIG. figure 4 ).
  • the electrical element EL is for example a light-emitting diode or a set of light-emitting diodes for illuminating the dial of the watch, or a radiofrequency transmitter.
  • the electrical element consists of a set of diodes, each diode being placed at an hour index.
  • the electric element EL is not necessarily a diode or a set of diodes.
  • the electrical element EL is more generally any means of activating a function, switching on a mode, etc.
  • thermoelectric module MT is positioned in a cavity CV made in the lateral zone of the housing BT and opening towards the outside of the BT box, that is to say the outer part of the AP watch.
  • the thermoelectric module MT comprises a first plate P1 and a second electrically insulating plate P2.
  • the first plate P1 carries a plurality of electrically conductive SM dominoes arranged next to one another.
  • the second plate P2 carries a plurality of electrically conductive SM dominoes arranged next to each other.
  • Each domino of the first plate P1 is connected to two dominoes of the second plate P2 by a pair of semiconductor PL pillars so as to make the best use of the Seebeck effect.
  • Each pair of pillars PL has an n-doped semiconductor and a p-doped semiconductor.
  • the first plate P1 and the second plate P2 extend substantially parallel to each other, and the pillars PL extend substantially orthogonally to the plates P1, P2.
  • the second plate P2 constituting the cold pole of the thermoelectric module MT is positioned against the bottom FD of the cavity CV.
  • the first plate P1, facing the second plate P2, is therefore accessible from outside the BT box.
  • the first plate P1 constitutes the hot pole of the thermoelectric module MT. Applying a temperature gradient across the thermoelectric module, by heating the first plate P1, causes the diffusion of charge carriers to the second plate P2, thereby generating an electrical voltage.
  • the actuation system SA also comprises a thermal insulation layer IS disposed around the thermoelectric module MT, between the first and the second plate P1, P2.
  • the first plate P1 is for example heated by rubbing the finger, as shown in FIG. figure 1 .
  • the first plate P1 is then advantageously constituted or covered with a material with a high coefficient of friction.
  • a simple contact of the finger on the first plate P1 may be sufficient to create a sufficient temperature gradient to generate a voltage of a few millivolts at the output of the thermoelectric module MT.
  • the actuating system SA comprises an intermediate plate and means for moving the intermediate plate against the first plate P1, for example springs.
  • a user does not have to touch or rub the first plate P1, which has a high coefficient of friction and is therefore not pleasant to the touch, but only to move the intermediate plate which itself rubs against the first plate P1.
  • the intermediate plate is advantageously made of a material pleasant to the touch, for a better comfort of use.

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Abstract

L'invention se rapporte à un appareil (AP) comprenant :
- un boîtier (BT) présentant une cavité (CV) ouverte vers l'extérieur du boîtier (BT)
- un élément électrique (EL) disposé à l'intérieur du boitier (BT)
- un système d'actionnement (SA) de l'élément électrique (EL), comprenant :
o un module thermoélectrique (MT) comportant une première plaque (P1) et une deuxième plaque (P2) électriquement isolantes, sensiblement parallèles l'une à l'autre et portant des dominos (SM) électriquement conducteurs, et des piliers semi-conducteurs (PL) s'étendant entre les dominos de la première plaque et les dominos de la deuxième plaque, le module thermoélectrique (MT) étant logé dans la cavité (CV) de sorte que la deuxième plaque (P2) est disposée contre des parois (FD) de la cavité (CV) et la première plaque (P1) est accessible depuis l'extérieur du boîtier (BT)
o un circuit électronique de transmission (CT) reliant deux dominos (SM) de la deuxième plaque (P2) à l'élément électrique (EL).

Description

    Domaine de l'invention
  • L'invention se rapporte à un appareil (par exemple une montre, un téléphone, une télécommande, etc.) muni d'un système d'actionnement permettant d'activer un élément électrique dudit appareil (l'élément électrique est par exemple une LED, une antenne de transmission d'ondes électromagnétiques, des moyens de chronométrage, etc.).
    • Arrière-plan de l'invention
  • Il est connu d'activer un élément électrique d'un appareil en actionnant un bouton poussoir. Par exemple, il est connu d'activer des moyens d'éclairage du cadran d'une montre en actionnant un bouton poussoir situé à l'extérieur de la carrure, d'activer une antenne de transmission d'une télécommande via un bouton de la télécommande, par exemple pour commander un appareil audiovisuel ou un luminaire. L'actionnement du bouton poussoir provoque l'établissement d'un contact électrique entre une source d'énergie (généralement une batterie) et l'élément électrique (une source lumineuse, généralement une diode électroluminescente, un élément de transmission optique infrarouge ou radiofréquence, etc.).
  • Ce système nécessite toutefois l'utilisation d'une source d'énergie électrique épuisable (la batterie).
    • Résumé de l'invention
  • Le but de la présente invention est de pallier l'inconvénient cité précédemment.
  • A cet effet, l'invention se rapporte à un appareil comprenant :
    • un boîtier présentant une cavité ouverte vers l'extérieur du boîtier
    • un élément électrique disposé à l'intérieur du boitier
    • un système d'actionnement de l'élément électrique, comprenant :
      • o un module thermoélectrique comportant une première plaque et une deuxième plaque électriquement isolantes, sensiblement parallèles l'une à l'autre et portant des dominos électriquement conducteurs, et des piliers semi-conducteurs s'étendant entre les dominos de la première plaque et les dominos de la deuxième plaque, le module thermoélectrique étant logé dans la cavité de sorte que la deuxième plaque est disposée contre des parois de la cavité et la première plaque est accessible depuis l'extérieur du boîtier
      • o un circuit électronique de transmission reliant deux dominos de la deuxième plaque à l'élément électrique.
  • La première plaque est initialement à la température de l'environnement de l'appareil, et la deuxième plaque est initialement à la température du boitier puisqu'elle est positionnée contre une paroi de la cavité du boitier. Lorsque la première plaque est échauffée, par exemple par transmission de la chaleur naturelle dégagée par un doigt posé sur la première plaque, par frottement du doigt sur la première plaque, ou par actionnement d'une plaque intermédiaire qui elle-même vient créer des frottements sur la première plaque, il se produit une différence de température entre la première et la deuxième plaque. Le gradient de température est à l'origine d'une différence de potentiel électrique via l'effet Seebeck entre les dominos de la première plaque et les dominos de la deuxième plaque. Cette différence de potentiel électrique est ensuite communiquée à l'élément électrique via le circuit électronique de transmission. Le système d'actionnement se comporte donc comme un bouton poussoir thermoélectrique sans partie mobile, parfaitement étanche, et utilisable aussi bien pour les montres mécaniques que les montres électroniques.
  • On note qu'à l'aide d'un convertisseur placé en sortie de l'élément thermoélectrique et capable de convertir des tensions de l'ordre du millivolt en tensions de l'ordre du volt, si l'appareil se trouve dans un environnement à une température inférieure à celle du corps humain, un simple contact du doigt sur la première plaque suffit à générer une puissance électrique suffisante pour produire de la lumière visible à l'aide d'une diode électroluminescente. En revanche, si l'appareil est porté sur le corps ou se trouve dans un environnement à une température supérieure à celle du corps humain, il est nécessaire de frotter la première plaque pour générer une telle puissance.
  • Conformément à des modes de réalisation avantageux de l'invention, l'appareil peut présenter les caractéristiques suivantes, prises seules ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles.
  • Dans un mode de réalisation non limitatif, la première plaque est constituée ou comporte une couche constituée d'un matériau à fort coefficient de frottement.
  • Dans un mode de réalisation non limitatif, le circuit électronique de transmission comporte un convertisseur continu-continu et deux fils électriques traversant le boitier, chaque fil étant relié d'une part à un domino de la deuxième plaque et d'autre part audit convertisseur.
  • Dans un mode de réalisation non limitatif, le circuit électronique de transmission comporte un accumulateur placé en sortie du convertisseur continu-continu, et une unité de contrôle connectée d'une part à l'accumulateur et d'autre part à l'élément électrique, pour décharger l'accumulateur lorsque sa charge dépasse une valeur seuil.
  • Dans un mode de réalisation non limitatif, l'accumulateur est un condensateur.
  • Dans un mode de réalisation non limitatif, le système d'actionnement comporte une couche d'isolant électrique disposée entre la première plaque et la deuxième plaque et recouvrant latéralement le module thermoélectrique.
  • Dans un mode de réalisation non limitatif, le système d'actionnement comporte une plaque intermédiaire et des moyens de déplacement de la plaque intermédiaire contre la première plaque.
  • Dans un mode de réalisation non limitatif, l'appareil est une montre bracelet.
  • Dans un mode de réalisation non limitatif, l'appareil est une télécommande.
  • Dans un mode de réalisation non limitatif, l'appareil est un interrupteur mural sans fil.
  • Dans un mode de réalisation non limitatif, l'élément électrique comporte une diode électroluminescente.
  • Dans un mode de réalisation non limitatif, l'élément électrique comporte un émetteur radiofréquence.
    • Description sommaire des dessins
  • D'autres particularités et avantages ressortiront clairement de la description qui en est faite ci-après, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés, dans lesquels :
    • La figure 1 est un schéma de principe d'un bouton poussoir thermoélectrique porté par une montre selon un mode de réalisation de l'invention.
    • La figure 2 est une vue de côté de la montre de la figure 1.
    • La figure 3 est une représentation schématique du poussoir thermoélectrique de la figure 1.
    • La figure 4 est une représentation schématique d'un circuit électronique de transmission faisant partie du poussoir thermoélectrique de la figure 1.
    Description détaillée des modes de réalisation préférés
  • La figure 1 illustre un appareil AP, qui est dans le cas présent une montre bracelet. Naturellement, l'appareil AP n'est pas nécessairement une montre, mais pourrait être un autre type d'appareil, par exemple un téléphone, une télécommande, ou un interrupteur mural sans fil. La montre AP comporte un boitier BT à l'intérieur duquel se trouve un élément électrique EL (représenté à la figure 4). L'élément électrique EL est par exemple une diode électroluminescente ou un ensemble de diodes électroluminescentes servant à éclairer le cadran de la montre, ou un émetteur radiofréquence. Dans un mode de réalisation non limitatif, l'élément électrique est constitué d'un ensemble de diodes, chaque diode étant placée au niveau d'un index des heures. Naturellement, l'élément électrique EL n'est pas nécessairement une diode ou un ensemble de diodes. L'élément électrique EL est plus généralement tout moyen d'activation d'une fonction, d'enclenchement d'un mode, etc.
  • La montre AP porte un système d'actionnement SA (représenté à la figure 4) de l'élément électrique EL, aussi appelé bouton poussoir thermoélectrique, dont une partie P1 est visible sur les figures 1 et 2. Comme cela est montré en détail à la figure 3, le système d'actionnement SA comporte :
    • un module thermoélectrique MT positionné par exemple sur une zone latérale du boitier BT, à l'emplacement classique d'un bouton poussoir
    • un circuit électrique de transmission CT, traversant le boitier BT et reliant le module thermoélectrique MT à l'élément électrique EL.
  • Le module thermoélectrique MT est positionné dans une cavité CV réalisée dans la zone latérale du boitier BT et s'ouvrant vers l'extérieur du boitier BT, c'est-à-dire la partie externe de la montre AP. De manière connue et classique, le module thermoélectrique MT comporte une première plaque P1 et une deuxième plaque P2 électriquement isolantes. La première plaque P1 porte une pluralité de dominos SM électriquement conducteurs disposés les uns à côté des autres. De même, la deuxième plaque P2 porte une pluralité de dominos SM électriquement conducteurs disposés les uns à côté des autres. Chaque domino de la première plaque P1 est relié à deux dominos de la deuxième plaque P2 par un couple de piliers PL semi-conducteurs de manière à exploiter au mieux l'effet Seebeck. Chaque couple de piliers PL comporte un semi-conducteur dopé n et un semi-conducteur dopé p. La première plaque P1 et la deuxième plaque P2 s'étendent sensiblement parallèlement l'une à l'autre, et les piliers PL s'étendent sensiblement orthogonalement aux plaques P1, P2.
  • La deuxième plaque P2, constituant le pôle froid du module thermoélectrique MT, est positionnée contre le fond FD de la cavité CV. La première plaque P1, faisant face à la deuxième plaque P2, est donc accessible depuis l'extérieur du boitier BT. La première plaque P1 constitue le pôle chaud du module thermoélectrique MT. Appliquer un gradient de température à travers le module thermoélectrique, en chauffant la première plaque P1, entraine la diffusion de porteurs de charge vers la deuxième plaque P2, générant alors une tension électrique. Le système d'actionnement SA comporte également une couche d'isolant thermique IS disposée tout autour du module thermoélectrique MT, entre la première et la deuxième plaque P1, P2.
  • La première plaque P1 est par exemple chauffée par frottement du doigt, comme cela est représenté sur la figure 1. La première plaque P1 est alors avantageusement constituée ou recouverte d'un matériau à fort coefficient de frottement. Toutefois, dans des cas où la montre se trouve dans un environnement suffisamment froid, un simple contact du doigt sur la première plaque P1 peut suffire à créer un gradient de température suffisant pour générer une tension de quelques millivolts en sortie du module thermoélectrique MT.
  • Dans un mode de réalisation alternatif, le système d'actionnement SA comporte une plaque intermédiaire et des moyens de déplacement de la plaque intermédiaire contre la première plaque P1, par exemple des ressorts. Un utilisateur n'a alors pas à toucher ou frotter la première plaque P1, qui présente un fort coefficient de frottement et n'est donc pas agréable au toucher, mais seulement à déplacer la plaque intermédiaire qui elle-même vient frotter contre la première plaque P1. La plaque intermédiaire est avantageusement réalisée en un matériau agréable au toucher, pour un meilleur confort d'utilisation.
  • En référence à la figure 4, le circuit électronique de transmission CT comporte :
    • deux fils électriques F1, F2 connectés à deux dominos SM de la deuxième plaque P2 tels que les piliers PL semi-conducteurs sont en série entre ces deux dominos. Ces deux dominos constituent des bornes électriques. Les fils électriques F1, F2 traversent le boitier.
    • un convertisseur continu-continu CC branché entre lesdits deux fils F1, F2 et disposé à l'intérieur du boîtier BT, pour augmenter la tension électrique générée par le module thermoélectrique MT. Typiquement, le convertisseur continu-continu CC est configuré pour convertir des tensions de l'ordre du millivolt en des tensions de l'ordre du volt.
    • un accumulateur CD, dans le cas présent un simple condensateur tampon mais ce mode de réalisation n'est pas limitatif, en sortie du convertisseur continu-continu CC,
    • une unité de contrôle UC pour décharger l'accumulateur CD lorsque sa charge dépasse une valeur seuil, le courant délivré par décharge de l'accumulateur CD étant fourni à l'élément électrique EL pour l'alimenter.
  • Bien entendu, la présente invention ne se limite pas à l'exemple illustré mais est susceptible de diverses variantes et modifications qui apparaîtront à l'homme de l'art.

Claims (12)

  1. Appareil (AP) comprenant :
    - un boîtier (BT) présentant une cavité (CV) ouverte vers l'extérieur du boîtier (BT)
    - un élément électrique (EL) disposé à l'intérieur du boitier (BT)
    - un système d'actionnement (SA) de l'élément électrique (EL), comprenant :
    o un module thermoélectrique (MT) comportant une première plaque (P1) et une deuxième plaque (P2) électriquement isolantes, sensiblement parallèles l'une à l'autre et portant des dominos (SM) électriquement conducteurs, et des piliers semi-conducteurs (PL) s'étendant entre les dominos de la première plaque et les dominos de la deuxième plaque, le module thermoélectrique (MT) étant logé dans la cavité (CV) de sorte que la deuxième plaque (P2) est disposée contre des parois (FD) de la cavité (CV) et la première plaque (P1) est accessible depuis l'extérieur du boîtier (BT)
    o un circuit électronique de transmission (CT) reliant deux dominos (SM) de la deuxième plaque (P2) à l'élément électrique (EL).
  2. Appareil (AP) selon la revendication précédente, dans lequel la première plaque (P1) est constituée ou comporte une couche constituée d'un matériau à fort coefficient de frottement.
  3. Appareil (AP) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le circuit électronique de transmission (CT) comporte un convertisseur continu-continu (CC) et deux fils électriques (F1, F2) traversant le boitier (BT), chaque fil étant relié d'une part à un domino (SM) de la deuxième plaque (P2) et d'autre part audit convertisseur (CC).
  4. Appareil (AP) selon la revendication précédente, dans lequel le circuit électronique de transmission (CT) comporte un accumulateur (CD) placé en sortie du convertisseur continu-continu (CC), et une unité de contrôle (UC) connectée d'une part à l'accumulateur (CD) et d'autre part à l'élément électrique (EL), pour décharger l'accumulateur (CD) lorsque sa charge dépasse une valeur seuil.
  5. Appareil (AP) selon la revendication précédente, dans lequel l'accumulateur (CD) est un condensateur.
  6. Appareil (AP) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le système d'actionnement (SA) comporte une couche d'isolant électrique (IS) disposée entre la première plaque (P1) et la deuxième plaque (P2) et recouvrant latéralement le module thermoélectrique (MT).
  7. Appareil (AP) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le système d'actionnement (SA) comporte une plaque intermédiaire et des moyens de déplacement de la plaque intermédiaire contre la première plaque (P1).
  8. Appareil (AP) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est une montre bracelet.
  9. Appareil (AP) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est une télécommande.
  10. Appareil (AP) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est un interrupteur mural sans fil.
  11. Appareil (AP) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'élément électrique (EL) comporte une diode électroluminescente.
  12. Appareil (AP) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'élément électrique (EL) comporte un émetteur radiofréquence.
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