【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、人力及び自然エネルギーによる発電機により充電される２次電池を電源とする電子機器における発電機出力電圧の制御に関する。
【０００２】
【従来の技術】
環境意識の高まりととともに自然エネルギーの利用が求められるようになっている。例えば太陽電池では、使用時における二酸化炭素の排出が生じないことから家庭の電力としてまた携帯機器の電力として用途を拡大している。また緊急用途の意味からも各種手回し発電ユニットを内蔵し、発電電力で２次電池を充電し、２次電池を機器の電源とする商品が販売されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、人力を含む自然エネルギーは不安定という課題を抱えている。太陽電池の場合を例に取れば、１日内での変動、季節変動だけでなく、太陽光の照射角度など多くの光量変動要素があり出力が一定しない。光量が過大な場合は発電量が大きくなりすぎ、発電電力を蓄電する２次電池へのダメージや動作機器そのものへのダメージが生じる可能性があるために、電圧クリップ等の保護回路により余分な電力をカットしている。
【０００４】
手回し発電を例に取れば、ハンドルを回転させると発電機の回転子が回転する。回転子にはＮ、Ｓの磁極が設けられていて、対向する位置に設けられた固定子コイルに回転速度に比例した電圧が誘起される。発電電圧はハンドルの回転速度とコイルの巻き数に比例するが、高すぎる場合は２次電池及び動作機器の安全のために保護回路により余分な電力をカットしているし、低過ぎる場合には蓄電部である２次電池への充電が行われないことになる。
従って、２次電池の充電は一定の電圧範囲内で行うことが望ましい。
発電機により充電される２次電池を電源とする電子時計において、発電開始時は、発電機の充電電流により２次電池の内部抵抗の両端に発生する電圧を利用して時計駆動回路に印可される電圧を高めるものが特開２００１−１３３５６５号公報に記載されているが、２次電池の充電電圧を一定の範囲内に制御するものではなかった。
【０００５】
この発明は、人力や自然エネルギーを利用した出力の変動の大きな発電機により２次電池を充電する電子機器において、発電機の出力電圧をその値に応じて切り替えることにより一定の範囲内の電圧で２次電池を充電することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る電子機器は、複数の単位発電機の集合体により発電機を構成し、複数の単位発電機間の接続を直列接続または並列接続に切り替えるスイッチとを備え、このスイッチにより発電機の出力電圧を切り替え制御して２次電池を充電するものである。
【０００７】
すなわち、本発明は、
（１） 複数の単位発電機から構成される発電機と、この発電機の出力電圧により充電される２次電池と、前記複数の単位発電機間の接続を直列接続または並列接続に切り替えることにより前記発電機の出力電圧を制御するスイッチとを備えている電子機器、
（２） 前記発電機の発電電圧の変化に応じて、前記スイッチが切り替え制御されることを特徴とする前記（１）に記載の電子機器、
（３） 発電電圧を高低２個の閾値と比較する比較器を更に備え、この比較器の出力により前記スイッチが切り替えられることを特徴とする前記（２）に記載の電子機器、
（４） 前記スイッチの切り替えと連動して前記閾値が変更されることを特徴とする前記（３）に記載の電子機器、
（５） 前記単位発電機の最大発電電圧が前記２次電池の最大許容電圧以下となるように設定されていることを特徴とする前記（１）に記載の電子機器、
に関する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
発電機が手回し発電機である場合を例に本発明の原理を説明する。
手回し発電機では、図１に示したように手回しハンドルの回転速度に比例して電圧が発生する。低い回転速度で所望の電圧を得るために発電機の巻き線数を増やした場合が特性１であり、逆に高い回転速度で所望の電圧を得るため巻き線数が少ない場合が特性３である。特性２はその中間の特性としてある。しかしながらどの特性であっても、求められる電圧範囲に収めるためには、ある限られた範囲の回転速度でなければならない。低い回転速度の領域では特性１が都合が良いが、高い回転速度では過大出力となってしまう。
【０００９】
そこで図２に示すように、従来は一体であった発電機のコイルを例えば２分割し、単位発電機（単位セルともいう）３、４で発電機全体を構成するようにした。単位発電機３、４は、夫々出力端子を有し、その接続をスイッチで切り替えることにより、発電機全体のプラス端子１（正電圧端子または正端子ともいう。）とマイナス端子２（負電圧端子、負端子または接地電圧端子ともいう。）との間に発電機全体の発電電圧を得る。図２で（ａ）は単位発電機３、４を直列接続した場合で、（ｂ）の並列接続に比べて発電機出力電圧は２倍となる。
【００１０】
回転速度が低い時は、直列接続とすると図１の特性１となり、低い回転速度でも２次電池を充電するに十分な発電機出力電圧が得られる。回転速度が増加することにより発電機出力電圧が一定値（例えば性能保証値の上限）に達すると、スイッチにより並列接続に切り替えて特性２へ移行することにより電圧を低下させ、２次電池に過電圧が印可されることを防止する。回転速度が低下して発電電圧が２次電池を充電するには低すぎる値に近づくとスイッチを切り替えて直列接続として、特性２から特性１へ移行して電圧を高める。
【００１１】
図２は単位セルが二つの２分割の例だが、単位セルの数によりｎ（ｎ：整数）分割が可能である。分割数は、分割した単位発電機が想定される使用条件で発生する電圧の最大値が２次電池や機器の最大許容電圧値以下となるように決める。さらに単位発電機の端子を直列または並列に接続するためのスイッチ回路をもうけ、外部から接続を変更できるようにする。
接続を切りかえるための基準値として電圧が高すぎることを示す閾値Ｖｈと低すぎることを示す閾値Ｖｌをプログラムにより設定できるようにし、モニターした出力電圧が設定値Ｖｈより大きければ分割比を大きく（発電機出力電圧を小さく）、逆にＶｌより小さければ分割比を小さく（発電機出力電圧を大きく）するように端子切り換えを制御するようにする。
結果として図１の特性のように、低回転速度から高回転速度までの広い範囲で発電出力を所望の電圧内に制御することが可能となり、出力電圧の変動を小さく抑えることができ、今まで無駄に捨てられていた電力が有効活用されることになる。
また、太陽電池などの場合にはセルの組み方で、単位電池電圧を機器が必要とする最大許容電圧以下に設定することで２次電池の保護回路の簡易化や削除が可能となる。
【００１２】
実施の形態１．
この実施の形態は、４個の単位発電機により発電機全体を構成するものである。
図３は発電機全体の構成図で、図４は機器全体の構成を示す回路図である。
図３に示すように、発電機全体のプラス端子１とマイナス端子２との間に４個の単位発電機３〜６が設けられている。これらの単位発電機は、制御端子１０により制御されるスイッチ７〜９により、相互の接続が直列接続または並列接続に切り替えられる。
初期時、または電源オフ時のスイッチ７〜９は右に（ノーマルクローズ）倒れており、直列接続の状態となっている。各スイッチは２連の双極スイッチとなっており、左に倒れれば並列接続となる。
【００１３】
従って、各スイッチの接続を切りかえることで、発電機全体の出力電圧を単位発電機の電圧（単位電圧）の４倍（すべてのスイッチが右に倒れ全ての単位発電機が直列接続の場合）から２倍（スイッチ７が左に倒れ単位発電機３、４が並列接続、スイッチ９が左に倒れ単位発電機５、６が並列接続、スイッチ８が右に倒れ直列接続の場合）、１倍（すべてのスイッチが左に倒れ全ての単位発電機が並列接続の場合）と変化させることが可能となる。これは全てを直列接続した時の全直列電圧を基準に考えれば１倍、１／２倍、１／４倍と発電機の出力電圧が変わることであり、全てを直列接続した電圧を１分割、２分割、４分割することである。
【００１４】
なお、スイッチを切り替えても４個の単位発電機が発生する発電電力（電圧×電流）は一定であるから、発電電圧が単位発電機の電圧の４倍、２倍、１倍に切り替わるに従って、充電電流の相対値は１倍、２倍、４倍と切り替わることになる。
また、スイッチ７、８を右に倒し、スイッチ９を左に倒せば、単位発電機５、６は並列接続され、これに単位発電機３、４が直列に接続されるから、全体の出力電圧は単位発電機の電圧の３倍となる。このような接続も可能である。
【００１５】
図４のプラス端子１とマイナス端子２の間には、図３に示す４個の単位発電機３〜６とスイッチ７〜９が設けられており、発電電圧は端子１、２間の電圧として取り出される。 発電電圧は、保護抵抗１１と逆流防止のダイオード１３を通り２次電池１４につながり、これを充電する。２次電池は機器の電源となる。なお、端子１、２間に発生する電圧は交流電圧であり、これを直流に整流する整流回路が存在するが図示を省略している。また、発電電圧は減衰器１５によりディジタル回路に入力できるレベルまで下げられて、発電電圧のモニター値Ｖｘとして中央演算処理装置（ＣＰＵ）１８、比較器１６、１７に入力されている。
符号１２は過電圧保護用のツェナーダイオードで、一定以上の電圧が印可されると導通して回路を保護するものである。
【００１６】
２次電池１４の端子の電圧は充電時ほぼ１．４Ｖとなり、その安定化された電圧で中央演算処理装置（ＣＰＵ）１８、その他の周辺回路が動作する。発電機出力電圧のモニター値Ｖｘは、ＣＰＵのＤ／Ａ出力を利用し比較器１６、１７に入力される。比較器１６、１７は、全体として、高い閾値電圧Ｖｈ及び低い閾値電圧Ｖｌを有するヒステリシス付きのウィンドコンパレータ回路を構成しており、発電機モニター電圧Ｖｘをこれらの閾値と比較、判定する。電圧Ｖｘが閾値Ｖｈより高い場合はＵＰ信号が、閾値Ｖｌより低い場合はＤＯＷＮ信号が生成され中央演算処理装置（ＣＰＵ）１８に入力される。コンパレータの入力が電源電圧より大きくならないようにあらかじめ出力電圧は減衰器１５で抵抗分割で小さくしてから入力している。閾値Ｖｈを２次電池や機器の許容最大電圧以下にすれば過電圧の保護ダイオード１２は削除が可能であり、さらに最大充電電流値以下になるように設定すれば過電流保護抵抗１１を削除することも可能となる。
【００１７】
電圧Ｖｘが増加してＵＰ信号が出されると、中央演算処理装置（ＣＰＵ）１８は、端子１の電圧を低下させるべく単位発電機の接続を切りかえる制御信号を制御端子１０に与える。これを受けて制御端子１０はスイッチ７〜９を切り替えて端子１の電圧を低下させる。電圧Ｖｘが減少してＤＯＷＮ信号が出されると、中央演算処理装置（ＣＰＵ）１８は、端子１の電圧を上昇させるべく単位発電機の接続を切りかえる制御信号を制御端子１０に与える。これを受けて制御端子１０はスイッチ７〜９を切り替えて端子１の電圧を上昇させる。比較器１６、１７にはヒステリシス特性をハード上で持たせているので、安定なＵＰ，ＤＯＷＮ判定が可能である。
【００１８】
このようにして、閾値電圧Ｖｈと閾値電圧Ｖｌの範囲内の電圧で２次電池１４を充電することができるので、手回し発電機や太陽電池のような出力電圧の変動の大きな発電機でも２次電池の充電電圧を一定の範囲内とできる。従って、過電圧により２次電池や動作機器が損傷を受けることはなく、また、過電圧をカットしないので、発生した電力の全てを充電に有効利用できる。
閾値Ｖｈと閾値Ｖｌの設定の仕方と分割比によって矛盾が生じないようにＶｈ、Ｖｌは分割比毎に別の値を持てるようにすることが好ましい。
【００１９】
図５に基づき図４の回路の制御フローについて説明する。図３に示すように４個の単位発電機の接続を３個のスイッチにより、１分割（単位発電機はすべて直列接続）、２分割（単位発電機は２個ずつ並列接続され、それらが直列接続される）、４分割（単位発電機はすべて並列接続）と切り替える場合を説明する。
先ず、ステップ１（Ｓ１）で、中央演算処理装置（ＣＰＵ）１８は、モニター電圧Ｖｘにより発電機が出力していることを確認する。次いでステップ２（Ｓ２）で、中央演算処理装置（ＣＰＵ）１８は、システムの初期化として、閾値電圧Ｖｈ、Ｖｌ、切り換えスイッチ７〜９の設定などを行う。初期設定は、発電電圧が零付近から次第に増加する場合を想定して、閾値電圧Ｖｈ＝３．０Ｖ、閾値電圧Ｖｌ＝０、切り換えスイッチ７〜９の設定は全て右側（直列接続）で１分割の状態とする。
【００２０】
初期設定が終わると電圧Ｖｘを測定し（Ｓ３）、閾値電圧Ｖｈ＝３．０Ｖ、閾値電圧Ｖｌ＝０Ｖと比較する（Ｓ４、Ｓ５）。電圧Ｖｘが閾値電圧Ｖｈ＝３．０Ｖに達していない時は、ＵＰ信号もＤＯＷＮ信号も出ず、一定（ｔ）時間間隔で電圧測定を繰り返す（Ｓ１０、Ｓ３）。手回し発電機の回転速度が上がるとそれに比例して電圧Ｖｘも上昇する。電圧Ｖｘが閾値電圧Ｖｈ＝３．０Ｖを越えるとＵＰ信号が比較器１６から出され（Ｓ４）、中央演算処理装置（ＣＰＵ）１８から分割比を２とする制御信号が制御端子１０に出力され、制御端子１０はスイッチ７、９が左側（並列接続）でスイッチ８が右側（直列接続）の状態に切り替える（Ｓ７）。
分割比の変更に伴い、閾値電圧Ｖｌは１．５Ｖに変更される（Ｓ９）。閾値電圧Ｖｈは３．０Ｖのままである。分割比が１から２となったので、電圧Ｖｘは半分に低下し、１．５Ｖを少し越えた値となる。
【００２１】
発電機の回転速度が更に上がり電圧Ｖｘが再び閾値電圧Ｖｈ＝３．０Ｖを越えるとＵＰ信号が比較器１６から出され（Ｓ４）、中央演算処理装置（ＣＰＵ）１８から分割比を４とする制御信号が制御端子１０に出力され、制御端子１０はスイッチ７〜９全てが左側（並列接続）状態に切り替える（Ｓ７）。
この場合は、分割比が変更されても、閾値電圧Ｖｌは１．５Ｖ、閾値電圧Ｖｈは３．０Ｖのままである。 分割比が２から４となったので、電圧Ｖｘは半分に低下し、１．５Ｖを少し越えた値となる。
この状態は、最大の分割比を選択しているので、如何にスイッチを切り替えても、これ以上分割比を上げることはできない。従って、発電機の回転速度が更に上がり電圧Ｖｘが再び閾値電圧Ｖｈ＝３．０Ｖを越えても、もはや入力電圧Ｖｘを下げることはできない。発電電圧の広いダイナミックレンジに対応するには、分割比を更に高くする必要がある。ダイナミックレンジがそれほど広くない場合には、本実施の形態で採用する４分割でも十分である。
【００２２】
次に、分割比４の状態で発電機の回転速度が低下し、それに従ってモニター電圧Ｖｘが低下する場合を説明する。
一定時間（ｔ）間隔で測定される電圧Ｖｘが閾値Ｖｌ＝１．５Ｖを下回ることが検出されると、比較器１７はＤＯＷＮ信号を発生し（Ｓ５）、これを受けて中央演算装置（ＣＰＵ）１８は制御端子１０に分割比を下げる制御信号を出力し、制御端子１０はスイッチを切り替えて分割比を２にする（Ｓ８）。
分割比が４から２に変更されると、電圧Ｖｘは２倍となり、３．０Ｖより少し低い値となるが、閾値Ｖｈ＝３．０Ｖ、閾値Ｖｌ＝１．５Ｖで変更はない。
【００２３】
分割比が２の状態で出力電圧Ｖｘが低下して閾値Ｖｌ＝１．５Ｖを下回ることが検出されると、比較器１７はＤＯＷＮ信号を発生し（Ｓ５）、これを受けて中央演算装置（ＣＰＵ）１８は制御端子１０に分割比を下げる制御信号を出力し、制御端子１０はスイッチを切り替えて分割比を１にする（Ｓ８）。
分割比が２から１に変更されとことに伴い、閾値Ｖｌは０Ｖに変更される（Ｓ９）。閾値Ｖｈは３．０Ｖのままで変更はない。電圧Ｖｘは２倍となり、３．０Ｖより少し低い値となる。
【００２４】
図６は、以上のフローにおける発電機の回転速度に対する全発電機直列電圧、発電機出力電圧、分割比の変化を図示したものである。
発電機の回転速度は相対値を示し、回転速度の相対値が２０、４０、６０、８０、１００の時に全発電機直列電圧は、２Ｖ、４Ｖ、６Ｖ、８Ｖ、１０Ｖが発生するとしている。全発電機直列電圧を分割比で割ったものが発電機出力電圧である。
発電機出力電圧は、全発電機直列電圧が増大しても一定の範囲内である。従って、２次電池の充電が一定の電圧範囲内で行われることになる。例えば、全発電機直列電圧が１０Ｖの場合でも、これを４分割して２．５Ｖの発電機出力電圧とするので、２次電池は２．５Ｖで充電されることになる。
【００２５】
実施の形態２．
実施の形態１では、スイッチにより単位発電機の接続を直列接続または並列接続に切り替えるものについて説明したが、スイッチにより特定の単位発電機を開放することもできる。これにより、より多くの分割比を実現できる。
図７は、単位発電機を開放することが出来るスイッチ３１〜３６と、これにより接続が、直列、並列、開放の３態様に切り替えられる４個の単位発電機３〜６とを示す。一対のスイッチ３５、３６は、図示のようにスイッチ３５は左でスイッチ３６は右を選択するよう別方向に倒すことが出来るように構成されている。他の一対のスイッチ３１、３２と３３、３４についても同様である。スイッチ３１〜３６は制御端子１０により切り替えられる。
【００２６】
図７の場合は、単位発電機６は開放され端子１，２間の発電機出力電圧に関与しない。残りの単位発電機３〜５は全て並列接続されている。その結果、端子１，２間の発電機出力電圧は、単位発電機の電圧と等しくなり、分割比を４にしたことになる。この場合、単位発電機６の電力は使われないので、効率は落ちる。
なお、スイッチ３１〜３４を右に倒し、スイッチ３５、３６を左に倒せば、単位発電機３、４は直列接続、単位発電機５、６は並列接続となり、端子１、２間の発電機出力電圧は、単位発電機の電圧の３倍となり、分割比を４／３にすることが出来る。
【００２７】
実施の形態３．
図８は６個の単位発電機の接続を切り替えることにより、分割比を１〜６の範囲で変化させることにより、全発電機直列電圧の広いダイナミックレンジに対応できる例を示している。
２０〜２５は単位発電機、２６〜３０は単位発電機間の接続を直列、並列、開放に切り替えられるスイッチであり、図７に示す構成を有する。
【００２８】
図８（ａ）は、スイッチ２６〜３０をすべて並列接続位置にした場合で、発電機出力電圧は単位発電機の電圧と等しくなり、分割比は６となる。図８（ｂ）は、スイッチ２６、２７、２９、３０を並列接続位置に、スイッチ２８を直列接続位置にした場合で、発電機出力電圧は単位発電機の電圧の２倍となり、分割比は３となる。図８（ｃ）は、スイッチ２６、２８、３０を並列接続位置に、スイッチ２７、２９を直列接続位置とした場合で、発電機出力電圧は単位発電機の電圧の３倍となり、分割比は２となる。図８（ｄ）は、スイッチ２６〜３０をすべて直列接続位置にした場合で、発電機出力電圧は単位発電機の電圧の６倍となり、分割比は１となる。
図８（ｅ）は、スイッチ２６、２７、２９、３０を直列接続位置に、スイッチ２８を並列接続位置にした場合で、発電機出力電圧は単位発電機の電圧の３倍となり、分割比は２となる。図８（ｆ）は、スイッチ２６、２８、３０を直列接続位置に、スイッチ２７、２９を並列接続位置にした場合で、発電機出力電圧は単位発電機の電圧の２倍となり、分割比は３となる。図８（ｇ）は、スイッチ２６〜２９直列接続位置に、スイッチ３０を開放接続位置にした場合で、発電機出力電圧は単位発電機の電圧の５倍となり、分割比は１．２となる。
【００２９】
図示しないが、スイッチ２６〜２９を直列接続位置に、スイッチ３０を並列接続位置にした場合も、図８（ｇ）と同様に、発電機出力電圧は単位発電機の電圧の５倍となり、分割比は１．２となる。この方が図８（ｇ）に比し単位発電機２５の出力を有効利用できる。また、図示しないが、スイッチ２６〜２８を直列接続位置に、スイッチ２９、３０を並列接続位置にした場合、発電機出力電圧は単位発電機の電圧の４倍となり、分割比は１．５となる。
以上のとおり、スイッチ２６〜３０を直列接続位置または並列接続位置に切り替えることにより、発電機出力電圧を単位発電機の電圧の１倍（分割比６）、２倍（分割比３）、３倍（分割比２）、４倍（分割比１．５）、５倍（分割比１．２）、６倍（分割比１）の範囲で変化させることが出来る。
なお、所望の分割比を得るためにスイッチを開放位置にすることは、開放された単位発電機の発電電力が利用されないため効率が低下するので、好ましくない。また、開放した場合と同じ分割比は直列接続位置及び並列接続位置の組み合わせだけで得られ、その場合全ての単位発電機の発電電力を有効利用できるからである。
【００３０】
図８に示す単位発電機とスイッチを用いて、発電機の回転速度（相対値）が０〜１６０の範囲で変化し、それに伴い全直列発電電圧が０〜１６Ｖの範囲で変化した場合に、スイッチの切り替えにより分割比を変えて、発電機出力電圧すなわち２次電池充電電圧を一定範囲内に制御することが出来ることを図９、図１０に示す。
図９は、発電機回転速度（相対値）、全直列発電電圧、発電機出力電圧、分割比、閾値の一覧表を示し、図１０は、それをグラフに示したものである。図９、図１０から、全直列発電電圧の変化に応じて分割比を１、２、３、６に切り替えることにより、電圧立ち上がり時を除いて発電機出力電圧すなわち２次電池充電電圧を１．５〜３．０Ｖの範囲内にできることが分かる。発電機回転速度が２０から１６０へ８倍変化しても発電機出力電圧の変動は２．０Ｖから３．０Ｖの１．５倍以内に収まっている。従って、過大電圧が２次電池や機器に印可される危険が少なく、保護回路の簡易化、削除が可能になる
【００３１】
スイッチの切り替え制御及び閾値Ｖｈ、Ｖｌの変更制御は、中央演算処理装置（ＣＰＵ）１８により図５のフローテャートに従い実行される。
システムは初期化として、閾値電圧Ｖｈ、Ｖｌ、切り換えスイッチ設定などを行う。測定電圧Ｖｘは閾値Ｖｈと比較され、大小が判定される。閾値Ｖｈを越えるまで一定時間ｔの間隔で測定、比較が繰り返される。閾値Ｖｈを越えたと判断された場合、モード（分割比）がＵＰされ端子切り変えスイッチの設定変更が行われ発電機出力電圧が分割される。また分割比に応じた閾値Ｖｈ、Ｖｌが再設定される。その後も測定、比較が行われ閾値Ｖｈ以上であるか閾値Ｖｌ以下であるかの判断により分割比のアップ、ダウンが繰り返される。
【００３２】
閾値Ｖｈは３．０Ｖ固定としＶｌはそのモード（分割比）毎に変化させている。モニター電圧Ｖｘが３．０Ｖを越えるまでは電圧優先となり単位セルは直列接続となっている。モニター電圧Ｖｘが３．０Ｖを越えた場合は分割比が１から２に変更されるとともに閾値Ｖｌが０Ｖから１．５Ｖに変更される。十分な電圧が発生しているために電流優先型の並列接続と変わる。こうすることで、電圧が不十分な時は電圧発生を第一に考え、電圧が十分な時は電流発生が優先される形となる。即ち、回転速度が低い場合は電圧優先、回転速度が高い場合は電流優先となり無駄が少なくなる。
【００３３】
閾値Ｖｈ、Ｖｌは適宜決めてよいが出力電圧を分割した電圧はその分割比で使用される閾値Ｖｌより大きくしなければならない。また閾値Ｖｈは減衰器１５（図４中では、電圧クリップ回路（ＡＴＴ））が図４のように比較器１６、１７の前に挿入されている場合は、クリップ電圧より低くしなければならない。
なお、以上では、説明の便宜上、減衰器１５による電圧の減衰はないものと仮定し、発電機の出力電圧のモニター値Ｖｘが発電機出力電圧及び２次電池充電電圧と等しいとして説明した。減衰器１５による電圧の減衰を考慮する場合は、減衰率に応じて閾値Ｖｈ、Ｖｌの設定を変えれば良い。例えば、１／２に減衰する場合は、閾値Ｖｈ、Ｖｌを１／２にすれば良い。
この発明が適用される電子機器としては、携帯電話機や携帯ラジオがある。
【００３４】
また図２、図３には一つの発電機の出力端子間に複数の単位発電機を持つ例を示したが、図１１のように複数の発電機の出力をスイッチで接続するように構成してももちろん良い。同一仕様の発電機４１、４２を同一ハンドル３７で歯車３８、３９、４０を介して回すことで同じ回転速度になるように構成してある。
【００３５】
【発明の効果】
この発明は、複数の単位発電機により発電機を構成し、単位発電機間の接続をスイッチにより直列接続または並列接続に切り替えることにより発電機の出力電圧を制御するので、発電機の発電電圧が変動しても発電機の出力電圧の変動を一定の範囲内に納めることが出来、２次電池に過大電圧が印可される危険がない。これにより、過電圧保護回路や過電流保護回路を省略したり簡単化することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係る電子機器の発電機の出力特性の切り替え制御の原理図である。
【図２】この発明に係る電子機器の発電機の構成及び単位発電機の接続切り替えの原理図である。
【図３】この発明に係る電子機器の一実施の形態における４個の単位発電機からなる発電機及びスイッチを示す回路図である。
【図４】この発明に係る電子機器の一実施の形態の全体構成を示す回路図である。
【図５】図４の回路の制御のフロー図である。
【図６】この発明に係る電子機器の一実施の形態における発電電圧特性及び分割比の制御を示す図である。
【図７】この発明に係る電子機器で用いうるスイッチ構成の一例を示す図である。
【図８】この発明に係る電子機器の他の実施の形態における６個の単位発電機からなる発電機及びスイッチを示す構成図である。
【図９】図８の発電機及びスイッチを備えた電子機器の発電機の回転速度、全直列電圧、発電電圧、分割比及び閾値を示す図である。
【図１０】図８の発電機及びスイッチを備えた電子機器の発電電圧特性及び分割比の制御を示す図である。
【図１１】この発明に係る電子機器に用いうる手回し発電機の一例を示す図である。
【符号の説明】
１ プラス端子、２ マイナス端子、３〜６ 単位発電機、
７〜９ スイッチ、１４ ２次電池、１６，１７ 比較器、
１８ 中央演算処理装置[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to control of a generator output voltage in an electronic device powered by a secondary battery charged by a generator using human power and natural energy.
[0002]
[Prior art]
With the rise of environmental awareness, the use of natural energy is required. For example, the use of solar cells is expanding as home electric power and portable electric power because no carbon dioxide is emitted during use. Also, for the purpose of emergency use, products are being sold that incorporate various hand-held power generation units, charge secondary batteries with generated power, and use the secondary batteries as power sources for devices.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, natural energy including human power has a problem of instability. Taking the case of a solar cell as an example, not only fluctuations within a day and seasonal fluctuations, but also many light quantity fluctuation factors such as the irradiation angle of sunlight, the output is not constant. If the amount of light is excessive, the amount of power generation becomes too large, which may cause damage to the secondary battery that stores the generated power or damage to the operating equipment itself. Has been cut.
[0004]
Taking the case of manual power generation as an example, when the handle is rotated, the rotor of the generator rotates. The rotor is provided with N and S magnetic poles, and a voltage proportional to the rotation speed is induced in a stator coil provided at an opposing position. The generated voltage is proportional to the rotation speed of the steering wheel and the number of turns of the coil. If it is too high, extra power is cut off by a protection circuit for the safety of the secondary battery and operating equipment, and if it is too low, it is The charging of the secondary battery as the power storage unit is not performed.
Therefore, it is desirable to charge the secondary battery within a certain voltage range.
In an electronic timepiece that uses a secondary battery charged by a generator as a power source, at the start of power generation, a voltage is generated across the internal resistance of the secondary battery by a charging current of the generator and applied to a clock drive circuit. Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-133565 discloses a technique for increasing the voltage, but does not control the charging voltage of the secondary battery within a certain range.
[0005]
According to the present invention, in an electronic device that charges a secondary battery with a generator having large fluctuations in output using human power or natural energy, the output voltage of the generator is switched in accordance with the value of the generator so that the voltage within a certain range is obtained. The purpose is to charge a secondary battery.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
An electronic device according to the present invention includes a generator configured by an aggregate of a plurality of unit generators, and a switch that switches a connection between the plurality of unit generators to a series connection or a parallel connection. The switching of the output voltage is performed to charge the secondary battery.
[0007]
That is, the present invention
(1) By switching a generator composed of a plurality of unit generators, a secondary battery charged by an output voltage of the generator, and a series connection or a parallel connection between the plurality of unit generators An electronic device comprising: a switch that controls an output voltage of the generator;
(2) The electronic device according to (1), wherein the switch is controlled to be switched according to a change in a generated voltage of the generator.
(3) The electronic device according to (2), further including a comparator that compares the generated voltage with two threshold values, wherein the switch is switched by an output of the comparator.
(4) The electronic device according to (3), wherein the threshold is changed in conjunction with switching of the switch.
(5) The electronic device according to (1), wherein a maximum generated voltage of the unit generator is set to be equal to or lower than a maximum allowable voltage of the secondary battery.
About.
[0008]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
The principle of the present invention will be described with an example in which the generator is a hand-driven generator.
In the manual generator, a voltage is generated in proportion to the rotation speed of the manual handle as shown in FIG. Characteristic 1 is when the number of windings of the generator is increased to obtain a desired voltage at a low rotation speed, and characteristic 3 is when the number of windings is small to obtain a desired voltage at a high rotation speed. . Characteristic 2 is an intermediate characteristic. However, regardless of the characteristics, the rotation speed must be within a certain limited range in order to fall within the required voltage range. The characteristic 1 is convenient in a low rotation speed region, but an excessive output is generated at a high rotation speed.
[0009]
Therefore, as shown in FIG. 2, the coil of the generator, which was conventionally integrated, is divided into, for example, two, and unit generators (also referred to as unit cells) 3 and 4 constitute the entire generator. Each of the unit generators 3 and 4 has an output terminal, and the connection thereof is switched by a switch, so that a positive terminal 1 (also referred to as a positive voltage terminal or a positive terminal) and a negative terminal 2 (a negative voltage terminal) of the entire generator. , A negative terminal or a ground voltage terminal). In FIG. 2, (a) shows a case where the unit generators 3 and 4 are connected in series, and the generator output voltage is doubled compared to the parallel connection of (b).
[0010]
When the rotation speed is low, if the connection is made in series, the characteristic 1 shown in FIG. 1 is obtained. Even at a low rotation speed, a generator output voltage sufficient to charge the secondary battery can be obtained. When the generator output voltage reaches a certain value (for example, the upper limit of the guaranteed performance value) due to an increase in the rotation speed, the voltage is reduced by switching to parallel connection by a switch and shifting to the characteristic 2, and the overvoltage is applied to the secondary battery. Is prevented from being applied. When the rotation speed decreases and the generated voltage approaches a value that is too low to charge the secondary battery, the switch is switched to connect in series, and the voltage shifts from characteristic 2 to characteristic 1 to increase.
[0011]
FIG. 2 shows an example in which two unit cells are divided into two, and n (n: integer) division is possible depending on the number of unit cells. The number of divisions is determined such that the maximum value of the voltage generated under the usage conditions in which the divided unit generator is assumed is not more than the maximum allowable voltage value of the secondary battery or the device. Further, a switch circuit for connecting the terminals of the unit generator in series or in parallel is provided so that the connection can be changed from the outside.
A threshold value Vh indicating that the voltage is too high and a threshold value Vl indicating that the voltage is too low can be set by a program as a reference value for switching the connection. If the monitored output voltage is larger than the set value Vh, the division ratio is increased (power generation The terminal switching is controlled so as to reduce the division ratio (increase the generator output voltage) if it is smaller than Vl.
As a result, as shown in the characteristic of FIG. 1, it is possible to control the power generation output within a desired voltage in a wide range from a low rotation speed to a high rotation speed, and it is possible to suppress the fluctuation of the output voltage. The waste power is effectively used.
Further, in the case of a solar battery or the like, by setting the unit battery voltage to be equal to or less than the maximum allowable voltage required by the device depending on how the cells are assembled, the protection circuit for the secondary battery can be simplified or deleted.
[0012]
Embodiment 1 FIG.
In this embodiment, the entire generator is constituted by four unit generators.
FIG. 3 is a configuration diagram of the entire generator, and FIG. 4 is a circuit diagram illustrating a configuration of the entire device.
As shown in FIG. 3, four unit generators 3 to 6 are provided between the plus terminal 1 and the minus terminal 2 of the entire generator. The connection between these unit generators is switched to series connection or parallel connection by switches 7 to 9 controlled by the control terminal 10.
At the initial stage or when the power is off, the switches 7 to 9 are tilted to the right (normally closed), and are in a serial connection state. Each switch is a two-pole bipolar switch, and is parallel-connected when tilted to the left.
[0013]
Therefore, by switching the connection of each switch, the output voltage of the entire generator is increased from four times the voltage of the unit generator (unit voltage) (when all switches are tilted to the right and all unit generators are connected in series). Double (when the switch 7 is turned left and the unit generators 3 and 4 are connected in parallel, the switch 9 is turned left and the unit generators 5 and 6 are connected in parallel, and the switch 8 is turned right and connected in series) All switches are tilted to the left and all unit generators are connected in parallel). This means that the output voltage of the generator changes by a factor of 1, 1/2, or 1/4, based on the total series voltage when all are connected in series. , 2 divisions, and 4 divisions.
[0014]
Since the generated power (voltage × current) generated by the four unit generators is constant even when the switch is switched, as the generated voltage is switched to four times, twice or one time the voltage of the unit generator, The relative value of the charging current is switched between 1, 2, and 4 times.
When the switches 7 and 8 are turned to the right and the switch 9 is turned to the left, the unit generators 5 and 6 are connected in parallel, and the unit generators 3 and 4 are connected in series. Is three times the unit generator voltage. Such a connection is also possible.
[0015]
Four unit generators 3 to 6 and switches 7 to 9 shown in FIG. 3 are provided between the plus terminal 1 and the minus terminal 2 in FIG. Taken out. The generated voltage is connected to the secondary battery 14 through the protection resistor 11 and the diode 13 for backflow prevention, and charges the secondary battery 14. The secondary battery is a power source for the device. Note that the voltage generated between the terminals 1 and 2 is an AC voltage, and there is a rectifier circuit for rectifying the AC voltage, but is not shown. The generated voltage is reduced to a level that can be input to the digital circuit by the attenuator 15 and is input to the central processing unit (CPU) 18 and the comparators 16 and 17 as the monitored value Vx of the generated voltage.
Reference numeral 12 denotes a Zener diode for overvoltage protection, which conducts when a predetermined voltage or more is applied to protect the circuit.
[0016]
The voltage of the terminal of the secondary battery 14 is approximately 1.4 V during charging, and the central processing unit (CPU) 18 and other peripheral circuits operate at the stabilized voltage. The monitor value Vx of the generator output voltage is input to the comparators 16 and 17 using the D / A output of the CPU. The comparators 16 and 17 constitute a window comparator circuit with hysteresis having a high threshold voltage Vh and a low threshold voltage Vl as a whole, and compare and determine the generator monitor voltage Vx with these thresholds. When the voltage Vx is higher than the threshold Vh, an UP signal is generated. When the voltage Vx is lower than the threshold Vl, a DOWN signal is generated and input to the central processing unit (CPU) 18. The output voltage is input before being reduced by the attenuator 15 by resistance division so that the input of the comparator does not become larger than the power supply voltage. If the threshold value Vh is set to be equal to or less than the maximum allowable voltage of the secondary battery or the device, the overvoltage protection diode 12 can be deleted. Is also possible.
[0017]
When the voltage Vx increases and the UP signal is output, the central processing unit (CPU) 18 gives a control signal to the control terminal 10 to switch the connection of the unit generator to reduce the voltage of the terminal 1. In response, the control terminal 10 switches the switches 7 to 9 to lower the voltage of the terminal 1. When the voltage Vx decreases and the DOWN signal is output, the central processing unit (CPU) 18 provides a control signal to the control terminal 10 for switching the connection of the unit generator to increase the voltage of the terminal 1. In response, the control terminal 10 switches the switches 7 to 9 to increase the voltage of the terminal 1. Since the comparators 16 and 17 have hysteresis characteristics on hardware, stable UP and DOWN determinations are possible.
[0018]
In this way, the secondary battery 14 can be charged with a voltage within the range between the threshold voltage Vh and the threshold voltage Vl. Therefore, even a generator having a large output voltage variation such as a hand-held generator or a solar cell can be charged with the secondary battery. The charging voltage of the battery can be within a certain range. Therefore, the secondary battery and the operating device are not damaged by the overvoltage, and the overvoltage is not cut, so that all of the generated power can be effectively used for charging.
It is preferable that Vh and Vl have different values for each division ratio so that no inconsistency occurs depending on how the threshold values Vh and Vl are set and the division ratio.
[0019]
The control flow of the circuit of FIG. 4 will be described based on FIG. As shown in FIG. 3, the connection of the four unit generators is divided into one by three switches (all of the unit generators are connected in series), and divided by two (two unit generators are connected in parallel by two, and they are connected in series. A description will be given of a case in which the connection is switched to four divisions (the unit generators are all connected in parallel).
First, in step 1 (S1), the central processing unit (CPU) 18 confirms that the generator is outputting based on the monitor voltage Vx. Next, in step 2 (S2), the central processing unit (CPU) 18 performs setting of the threshold voltages Vh and Vl, setting of the changeover switches 7 to 9, and the like as initialization of the system. The initial settings are based on the assumption that the power generation voltage gradually increases from near zero, and the threshold voltage Vh = 3.0 V, the threshold voltage Vl = 0, and the setting of the changeover switches 7 to 9 are all divided by one on the right side (series connection). State.
[0020]
When the initial setting is completed, the voltage Vx is measured (S3) and compared with the threshold voltage Vh = 3.0V and the threshold voltage Vl = 0V (S4, S5). When the voltage Vx has not reached the threshold voltage Vh = 3.0 V, neither the UP signal nor the DOWN signal is output, and the voltage measurement is repeated at regular (t) time intervals (S10, S3). As the rotational speed of the hand-powered generator increases, the voltage Vx also increases in proportion thereto. When the voltage Vx exceeds the threshold voltage Vh = 3.0 V, an UP signal is output from the comparator 16 (S4), and a control signal with a division ratio of 2 is output from the central processing unit (CPU) 18 to the control terminal 10. The control terminal 10 switches the switches 7 and 9 to the left side (parallel connection) and the switch 8 to the right side (series connection) (S7).
With the change of the division ratio, the threshold voltage Vl is changed to 1.5 V (S9). The threshold voltage Vh remains at 3.0V. Since the division ratio has changed from 1 to 2, the voltage Vx is reduced to half, and slightly exceeds 1.5 V.
[0021]
When the rotation speed of the generator further increases and the voltage Vx exceeds the threshold voltage Vh = 3.0 V again, an UP signal is output from the comparator 16 (S4), and the division ratio is set to 4 by the central processing unit (CPU) 18. The control signal is output to the control terminal 10, and the control terminal 10 switches all the switches 7 to 9 to the left side (parallel connection) state (S7).
In this case, even if the division ratio is changed, the threshold voltage Vl remains at 1.5 V and the threshold voltage Vh remains at 3.0 V. Since the division ratio has changed from 2 to 4, the voltage Vx is reduced to half, and slightly exceeds 1.5V.
In this state, the maximum division ratio is selected, so that no matter how the switch is switched, the division ratio cannot be further increased. Therefore, even if the rotation speed of the generator further increases and the voltage Vx exceeds the threshold voltage Vh = 3.0 V again, the input voltage Vx cannot be reduced anymore. In order to cope with a wide dynamic range of the generated voltage, it is necessary to further increase the division ratio. If the dynamic range is not so wide, four divisions used in the present embodiment are sufficient.
[0022]
Next, a case where the rotation speed of the generator decreases in the state of the division ratio 4 and the monitor voltage Vx decreases accordingly will be described.
When it is detected that the voltage Vx measured at regular time (t) intervals falls below the threshold value Vl = 1.5 V, the comparator 17 generates a DOWN signal (S5), and in response thereto, the central processing unit (CPU) ) 18 outputs a control signal for lowering the division ratio to the control terminal 10, and the control terminal 10 switches a switch to set the division ratio to 2 (S8).
When the division ratio is changed from 4 to 2, the voltage Vx doubles to a value slightly lower than 3.0 V, but there is no change at the threshold Vh = 3.0 V and the threshold Vl = 1.5 V.
[0023]
When it is detected that the output voltage Vx decreases and falls below the threshold value Vl = 1.5 V in a state where the division ratio is 2, the comparator 17 generates a DOWN signal (S5), and in response thereto, the central processing unit ( The CPU 18 outputs a control signal for lowering the division ratio to the control terminal 10, and the control terminal 10 switches a switch to set the division ratio to 1 (S8).
With the change of the division ratio from 2 to 1, the threshold value Vl is changed to 0 V (S9). The threshold value Vh remains at 3.0 V and is not changed. The voltage Vx doubles, and becomes a value slightly lower than 3.0 V.
[0024]
FIG. 6 illustrates changes in the total generator series voltage, the generator output voltage, and the division ratio with respect to the rotation speed of the generator in the above flow.
The rotation speed of the generator indicates a relative value, and when the relative value of the rotation speed is 20, 40, 60, 80, or 100, 2 V, 4 V, 6 V, 8 V, and 10 V are generated in all generator series voltages. The generator output voltage is obtained by dividing the total generator series voltage by the division ratio.
The generator output voltage is within a certain range even if the total generator series voltage increases. Therefore, charging of the secondary battery is performed within a certain voltage range. For example, even if the total generator series voltage is 10 V, this is divided into four to generate a generator output voltage of 2.5 V, so that the secondary battery is charged with 2.5 V.
[0025]
Embodiment 2 FIG.
In the first embodiment, a description has been given of a case where the connection of the unit generators is switched to a series connection or a parallel connection by a switch, but a specific unit generator may be opened by a switch. As a result, a larger division ratio can be realized.
FIG. 7 shows switches 31 to 36 that can open the unit generators, and four unit generators 3 to 6 whose connection can be switched to three modes of series, parallel, and open. The pair of switches 35 and 36 are configured so that the switch 35 can be tilted in another direction so as to select the left and the switch 36 to the right as shown in the drawing. The same applies to the other pair of switches 31, 32 and 33, 34. Switches 31 to 36 are switched by control terminal 10.
[0026]
In the case of FIG. 7, the unit generator 6 is opened and does not contribute to the generator output voltage between the terminals 1 and 2. The remaining unit generators 3 to 5 are all connected in parallel. As a result, the generator output voltage between the terminals 1 and 2 becomes equal to the voltage of the unit generator, and the division ratio is set to 4. In this case, since the power of the unit generator 6 is not used, the efficiency is reduced.
When the switches 31 to 34 are turned to the right and the switches 35 and 36 are turned to the left, the unit generators 3 and 4 are connected in series, the unit generators 5 and 6 are connected in parallel, and the generator between the terminals 1 and 2 is connected. The output voltage is three times the voltage of the unit generator, and the division ratio can be set to 4/3.
[0027]
Embodiment 3 FIG.
FIG. 8 shows an example in which a wide dynamic range of all generator series voltages can be accommodated by changing the division ratio in the range of 1 to 6 by switching the connection of the six unit generators.
Reference numerals 20 to 25 denote unit generators, and reference numerals 26 to 30 denote switches for switching connection between the unit generators to series, parallel, or open, and have a configuration shown in FIG.
[0028]
FIG. 8A shows a case where all the switches 26 to 30 are set in the parallel connection position, the generator output voltage becomes equal to the voltage of the unit generator, and the division ratio becomes 6. FIG. 8B shows a case where the switches 26, 27, 29, and 30 are in the parallel connection position and the switch 28 is in the series connection position. The generator output voltage is twice the unit generator voltage, and the division ratio is It becomes 3. FIG. 8C shows a case where the switches 26, 28, 30 are in the parallel connection position and the switches 27, 29 are in the series connection position. The generator output voltage is three times the unit generator voltage, and the division ratio is It becomes 2. FIG. 8D shows a case where all the switches 26 to 30 are set to the series connection position, the generator output voltage is six times the unit generator voltage, and the division ratio is one.
FIG. 8 (e) shows a case where the switches 26, 27, 29 and 30 are in the series connection position and the switch 28 is in the parallel connection position. The generator output voltage is three times the unit generator voltage, and the division ratio It becomes 2. FIG. 8 (f) shows a case where the switches 26, 28, 30 are in the series connection position and the switches 27, 29 are in the parallel connection position, the generator output voltage is twice the unit generator voltage, and the division ratio is It becomes 3. FIG. 8 (g) shows a case where the switches 30 to 29 are connected in series and the switch 30 is set to the open connection position. The generator output voltage is five times the unit generator voltage and the division ratio is 1.2. .
[0029]
Although not shown, when the switches 26 to 29 are in the serial connection position and the switch 30 is in the parallel connection position, the generator output voltage is five times the unit generator voltage, as in FIG. The ratio is 1.2. In this case, the output of the unit generator 25 can be used more effectively than in FIG. Also, although not shown, when the switches 26 to 28 are in the series connection position and the switches 29 and 30 are in the parallel connection position, the generator output voltage is four times the voltage of the unit generator, and the division ratio is 1.5. Become.
As described above, by switching the switches 26 to 30 to the serial connection position or the parallel connection position, the output voltage of the generator is set to one time (division ratio 6), twice (division ratio 3), and three times the voltage of the unit generator. (Division ratio 2), 4 times (division ratio 1.5), 5 times (division ratio 1.2), and 6 times (division ratio 1) can be changed.
It is not preferable to set the switch to the open position in order to obtain a desired division ratio because the power generated by the opened unit generator is not used and the efficiency is reduced. Further, the same division ratio as in the case of opening is obtained only by the combination of the series connection position and the parallel connection position, and in that case, the power generated by all the unit generators can be effectively used.
[0030]
Using the unit generator and the switch shown in FIG. 8, when the rotation speed (relative value) of the generator changes in the range of 0 to 160 and the total series generation voltage changes in the range of 0 to 16 V, FIGS. 9 and 10 show that the generator output voltage, that is, the secondary battery charging voltage can be controlled within a certain range by changing the division ratio by switching the switch.
FIG. 9 shows a list of the generator rotation speed (relative value), the all-series power generation voltage, the generator output voltage, the division ratio, and the threshold value, and FIG. 10 shows them in a graph. From FIGS. 9 and 10, by switching the division ratio to 1, 2, 3, and 6 according to the change in the all-series power generation voltage, the generator output voltage, that is, the secondary battery charging voltage is set to 1. It can be seen that the voltage can be set within the range of 5 to 3.0 V. Even if the generator rotation speed changes eight times from 20 to 160, the fluctuation of the generator output voltage is within 1.5 times of 2.0 V to 3.0 V. Therefore, there is little danger that an excessive voltage is applied to the secondary battery or the device, and the protection circuit can be simplified and deleted.
[0031]
The switching control of the switches and the change control of the thresholds Vh and Vl are executed by the central processing unit (CPU) 18 in accordance with the flowchart of FIG.
The system performs threshold voltage Vh, Vl, setting of a changeover switch, and the like as initialization. The measured voltage Vx is compared with a threshold value Vh, and the magnitude is determined. Measurement and comparison are repeated at regular time intervals t until the threshold value Vh is exceeded. When it is determined that the threshold value Vh is exceeded, the mode (division ratio) is increased, the setting of the terminal changeover switch is changed, and the generator output voltage is divided. Also, the thresholds Vh and Vl according to the division ratio are reset. After that, measurement and comparison are performed, and the determination of whether the division ratio is equal to or more than the threshold value Vh or equal to or less than the threshold value Vl repeats up / down of the division ratio.
[0032]
The threshold value Vh is fixed at 3.0 V, and Vl is changed for each mode (division ratio). Until the monitor voltage Vx exceeds 3.0 V, priority is given to voltage, and the unit cells are connected in series. When the monitor voltage Vx exceeds 3.0 V, the division ratio is changed from 1 to 2, and the threshold Vl is changed from 0 V to 1.5 V. This is different from current priority type parallel connection because sufficient voltage is generated. With this configuration, when the voltage is insufficient, the generation of the voltage is considered first, and when the voltage is sufficient, the generation of the current is prioritized. That is, when the rotation speed is low, priority is given to the voltage, and when the rotation speed is high, priority is given to the current, and waste is reduced.
[0033]
The thresholds Vh and Vl may be determined as appropriate, but the voltage obtained by dividing the output voltage must be larger than the threshold Vl used in the division ratio. The threshold Vh must be lower than the clip voltage when the attenuator 15 (voltage clipping circuit (ATT) in FIG. 4) is inserted before the comparators 16 and 17 as shown in FIG.
In the above, for convenience of explanation, it has been assumed that the voltage is not attenuated by the attenuator 15, and the monitor value Vx of the output voltage of the generator is equal to the generator output voltage and the secondary battery charging voltage. When the attenuation of the voltage by the attenuator 15 is considered, the settings of the thresholds Vh and Vl may be changed according to the attenuation rate. For example, when attenuating to 1/2, the thresholds Vh and Vl may be reduced to 1/2.
Electronic devices to which the present invention is applied include a mobile phone and a portable radio.
[0034]
FIGS. 2 and 3 show an example in which a plurality of unit generators are provided between output terminals of one generator. However, as shown in FIG. 11, the outputs of the plurality of generators are connected by switches. Of course it is good. The generators 41, 42 of the same specification are rotated by the same handle 37 via the gears 38, 39, 40 so as to have the same rotational speed.
[0035]
【The invention's effect】
In the present invention, a generator is constituted by a plurality of unit generators, and the output voltage of the generator is controlled by switching the connection between the unit generators to a series connection or a parallel connection by a switch. Even if it fluctuates, the fluctuation of the output voltage of the generator can be kept within a certain range, and there is no danger that an excessive voltage is applied to the secondary battery. Thereby, the overvoltage protection circuit and the overcurrent protection circuit can be omitted or simplified.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a principle diagram of switching control of output characteristics of a generator of an electronic device according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of a generator of an electronic device according to the present invention and a principle of switching connection of unit generators.
FIG. 3 is a circuit diagram showing a generator including four unit generators and a switch in one embodiment of the electronic apparatus according to the present invention.
FIG. 4 is a circuit diagram showing an overall configuration of an embodiment of an electronic device according to the present invention.
FIG. 5 is a flowchart of control of the circuit of FIG. 4;
FIG. 6 is a diagram showing control of a generated voltage characteristic and a division ratio in an embodiment of an electronic device according to the present invention.
FIG. 7 is a diagram showing an example of a switch configuration that can be used in the electronic device according to the present invention.
FIG. 8 is a configuration diagram showing a generator including six unit generators and a switch in another embodiment of the electronic device according to the present invention.
9 is a diagram showing a rotation speed, a total series voltage, a generated voltage, a division ratio, and a threshold value of a generator of an electronic apparatus including the generator and the switch of FIG.
FIG. 10 is a diagram showing control of a generated voltage characteristic and a division ratio of an electronic device including the generator and the switch of FIG. 8;
FIG. 11 is a diagram showing an example of a hand-held power generator that can be used for an electronic device according to the present invention.
[Explanation of symbols]
1 plus terminal, 2 minus terminal, 3-6 unit generator,
7-9 switch, 14 secondary battery, 16, 17 comparator,
18 Central processing unit
