JP2006202744A - 電源スイッチシステム - Google Patents

Abstract

【課題】 機器の電源がオフ状態にあるときに、電源からの電流を絶えず取り込むことがない電源スイッチシステムを提供すること。
【解決手段】機器のための電源スイッチシステムであって、力学的な力を電力に変換する変換器と、該変換器とモニタとの間に結合され、前記変換器に加えられる力学的な力に応答して前記モニタに電力を供給する、パワーコンディショナとを備える、機器のための電源スイッチシステム。機器のための電源スイッチシステムであって、変換器に加えられる力学的な力に応答して起電力を生成すること、前記機器のオン状態への移行を指示すること、及び前記機器の前記オン状態への移行が指示されるのに応答して、電源を機器回路に接続することを含む、機器のための電源スイッチシステム。
【選択図】図２

Description

本発明は電源スイッチシステムに関する。

多くのタイプの電子機器が、手動で起動される電源スイッチによってオン及びオフに切り替えられる。起動されるとき、電源スイッチは通常、モニタ回路によってモニタされる信号線を接地する。モニタ回路が接地された信号線を検出するとき、モニタ回路は制御スイッチを閉じて、結果として、電源からの電力が電子機器内の回路に供給されるようになる。

通常の従来技術の電源スイッチングシステム（図１に示される）を用いて、電子機器のオフ状態とオン状態との間の移行を検出するために、モニタ回路は電源に接続される。したがって、モニタ回路は、その機器がオフ状態にあるときでも、電源からの電流ｉを絶えず取り込む。これにより、モニタ回路は電池を放電し、その機器の利用可能な動作時間を短縮する可能性があるか、又はその放電が電池を空にするほど十分に長い時間に及ぶ場合には、その機器を動作できなくする可能性があるので、これは電池駆動の機器において問題を提起する。低電力の機器の場合、その機器がオフ状態にある間に、電源によってモニタ回路に供給される電力は、その機器の電源使用量のかなりの部分を占める可能性がある。

機器の電源がオフ状態にあるときに、電源からの電流を絶えず取り込むことがない電源スイッチシステムを提供すること。

本発明の実施形態による電源スイッチシステムは、力学的な力を電力に変換する変換器を備える。変換器が機械的に起動されるとき、電源スイッチシステムに収容されるモニタに電力が供給される。変換器によって供給される電力は、電子機器がオフ状態にあるときにモニタが電子機器の電源から電力を取り込むことを不要にすることができる。

図２は、本発明の実施形態による電源スイッチシステム１０の一例を示す。電源スイッチシステム１０は、変換器１２と、パワーコンディショナ１４と、モニタ１６とを備える。この例では、電子機器又は他のタイプの機器２０内の回路（これ以降、「機器回路１８」）が、制御スイッチＳ１を介して電源２２に選択的に接続される。機器２０には電池、燃料電池、電力供給装置又は任意の他のタイプの電源２２によって動作する任意のデバイス、素子又はシステムを用いることができる。

変換器１２は、力学的な力を電力に変換するのに適した任意のデバイス、素子又はシステムである。変換器１２を機械的に起動する際に、変換器１２はモニタ１６に電力を供給し、機器２０がオフ状態にあるときに、モニタ１６が電源２２から電力を取り込むことを不要にすることができる。

通常、機器２０のユーザは、変換器１２の可動部を押すこと、可動部を引くこと、可動部の位置をずらすこと、又は他の方法で動かすことによって、変換器１２に力学的な力を加える。図２では、変換器１２は線形ｅｍｆ（起電力）発生器を含む。線形ｅｍｆ発生器は、スリーブ１５内に摺動可能に取り付けられる変位ピストン１３に結合されるボタン９を有する。スリーブ１５はコイル１７、すなわち一連の巻線を有する。変位ピストン１３は磁石を含む。通常、変位ピストン１３は磁化されるか、又は磁性体を含み、磁石が形成される。変位ピストン１３がスリーブ１５の中を動かされるとき、コイル１７に接続される一対の端子１９ａと１９ｂとの間に電圧ｖ_１が生成される。変位ピストン１３の動きは、機器２０のユーザによってボタン９を介して直に、又は変位ピストン１３への種々の機械的な結合のうちの任意のものによって間接的に与えられることができる。本発明の別の実施形態では、コイル１７は変位ピストン１３上に取り付けることができ、スリーブ１５は磁石を含むことができる。図２は、機器２０上の固定された場所にあるスリーブ１５を示しており、変位ピストン１３はスリーブ１５内に摺動可能に取り付けられる。別法では、変換器１２は、変位ピストン１３とスリーブ１５との間の相対的な動きを与え、電圧ｖ_１を供給する起電力を生成する任意の適当な電気機械構造又は電気機械構成を含む。磁石によって生じる磁界、コイル１７に含まれる巻線の数、及びコイル１７内の巻線と磁石との間の近さは、ユーザが相対的な変位、速度及び力をボタン９に付与して、変位ピストン１３とスリーブ１５との間に相対的な動きを与える場合に、モニタ１６にとって十分な電力が生成されるように選択される。

別の実施形態では、変換器１２は、図３の変換器１２の別の例において図示されるような回転式ｅｍｆ発生器３０を備える。回転式ｅｍｆ発生器３０は、ピストン３３とガイド３５との間の相対的な線形変位を回転式ｅｍｆ発生器３０内のロータ３８の回転に変換するギアアセンブリ３２を介して、ピストン３３及びガイド３５に結合される。ピストン３３がガイド３５の中を動かされるとき、回転式ｅｍｆ発生器３０内のステータ３１のコイル３７に接続される一対の端子３９ａと３９ｂとの間に電圧Ｖ_１が生成される。ピストン３３の動きは、機器２０のユーザによってボタン９を介して直に、又はピストン３３への種々の機械的結合のうちの任意のものによって間接的に与えることができる。本発明の別の実施形態では、コイル３７はロータ３８上に取り付けることができ、ステータ３１は、磁石を含むように磁化することができる。ガイド３５は通常、機器２０上の固定された位置にあり、ピストン３３がガイド３５内に摺動可能に取り付けられるが、別法では、変換器１２は、ロータ３８とステータ３１との間の相対的な回転を与え、電圧Ｖ_１を供給する起電力を発生させる任意の適当な電気機械構造又は電気機械構成を含む。磁石によって生じる磁界、コイル３７に含まれる巻線の数、磁石に対する回転式ｅｍｆ発生器３０内の巻線の近さ、及びギアアセンブリ３２内のギアは、ユーザが相対的な変位、速度及び力をボタン９に付与して、ロータ３８とステータ３１との間に相対的な動きを与える場合に、モニタ１６にとって十分な電力が生成されるように選択される。

パワーコンディショナ１４（図２に示される）は、変換器１２の一対の端子１９ａ、１９ｂに接続される。パワーコンディショナ１４は、変換器１２から電力を受け取り、その後、一対の端子２９ａ、２９ｂを介して、調整済みの電力をモニタ１６に供給する。図４Ａ及び図４Ｂは、パワーコンディショナ１４に収容するのに適した別のタイプの電圧レギュレータ回路の例を示す。図４Ａのパワーコンディショナ１４は、端子１９ａ、１９ｂにわたって接続される入力キャパシタＣ_１と、端子２９ａ、２９ｂにわたって接続される出力キャパシタＣ_２と、端子１９ａ、端子２９ａ及び端子１９ｂ、２９ｂの間に接続される、線形電圧レギュレータ又はスイッチング電圧レギュレータのようなレギュレータ４２とを備える。図４Ｂのパワーコンディショナ１４は、端子１９ａ、１９ｂにわたって接続される入力キャパシタＣ_３と、端子１９ａと端子２９ａとの間に接続される直列抵抗Ｒと、端子２９ａと端子２９ｂとの間に接続される、ツェナーダイオードのようなシャントレギュレータ４４とを備える。図４Ａ及び図４Ｂはパワーコンディショナ１４の例を提供するが、別法では、変換器１２によって供給される電力をモニタ１６によって用いるのに適した形に調整するのに適した任意の適当なデバイス、素子又はシステムが用いられる。変換器１２によって供給される電力がモニタ１６によって直に用いるのに適しているとき、パワーコンディショナ１４は、変換器１２とモニタ１６との間の直接接続を含むことができる。

図２は、説明の便宜上、モニタ１６、機器回路１８、パワーコンディショナ１４及び変換器１２を個別の素子として示す。しかしながら、別法では、モニタ１６、機器回路１８、パワーコンディショナ１４及び変換器１２は、これらの素子のうちの１つ又は複数の素子が集積されるように実装される。別法では、図２に示される素子は分散して実装され、その場合には、図示される素子間の物理的な境界は図２に示されるものとは異なる。

モニタ１６は、機器２０がオフ状態にあるときには、機器２０の電源２２からの電力には依存しない。オフ状態では、制御スイッチＳ１が開き、機器回路１８を電源２２から切り離す。ダイオードのような、オプションで含まれる方向性スイッチＳ２は、機器２０がオフ状態にあるときには、非導通状態にある。たとえば、機器２０のユーザによって、変換器１２のボタン９に力学的な力が加えられるとき、モニタ１６は、パワーコンディショナ１４を介して、モニタ１６を動作させるだけの十分な電力を受け取る。変換器１２によって供給される電力は、制御スイッチＳ１を閉じることにより機器回路１８に電源２２が接続されるまで、モニタ１６を動作させるだけの十分な電力である。制御スイッチＳ１を閉じると、方向性スイッチＳ２も導通状態に切り替えられ、その際、モニタ１６への電力は電源２２から供給されるようになる。

図５は、本発明の別の実施形態による電源スイッチシステム５０の一例の流れ図である。その流れ図のステップ５２は、変換器１２に力学的な力を加えて、変換器１２の端子１９ａ、１９ｂに電圧ｖ_１を供給する起電力を生成することを含む。流れ図５０のステップ５４は、機器２０のオン状態への移行を指示することを含む。通常接点スイッチＳ３を閉じることにより、一旦、ステップ５２において起電力が生成されたなら、この指示が与えられる。接点スイッチＳ３を閉じると、信号線１１が接地され、それがモニタ１６によって検出される。別法では、ステップ５４におけるオン状態への移行は、モニタ１６が変換器１２によって供給される電力を検出することにより指示される。

一旦、ステップ５４においてオン状態への移行が指示されたなら、流れ図のステップ５６において、電源２２が機器回路１８に接続される。通常、モニタ１６は制御スイッチＳ１を駆動し、制御スイッチＳ１が閉じられるとき、電源２２が機器回路１８に接続される。オプションのステップ５８では、電源２２と機器回路１８との間を接続するスイッチＳ１の制御は、機器２０内のプロセッサ２１の制御下に置かれる。これは通常、モニタ１６によってもたらされる遅延の後に与えられる。

図６は、電源スイッチシステム１０に収容するのに適しており、且つ電源スイッチシステム５０のステップ５４〜５８を実施するのに適したモニタ１６の一例を示す。モニタ１６はパワーコンディショナ１４の端子２９ａ、２９ｂに接続される（receive）。端子２９ａは方向性スイッチＳ２への接続７に接続される。信号線１１を接地することにより、ワンショットタイマ６２が起動され、機器２０のオン状態への移行が指示される。ワンショットタイマ６２はパルスＰをゲート６４への第１の入力に与え、制御スイッチＳ１が閉じられる。パルスＰは、プロセッサ２１がゲート６４への第２の入力を介してスイッチＳ１を制御するだけの十分に長いパルス幅、すなわち持続時間を有する。一例では、パルスＰは２００ミリ秒の持続時間を有し、それは、プロセッサ２１がゲート６４への第２の入力に対する信号をアサートし、且つ保持できるようにするだけの十分な長さである。モニタ１６は、接点スイッチＳ３のスイッチのはね返りの影響を軽減するか、又は機器２０がオン状態に移行中に種々の他の機能を提供するための付加回路（図示せず）も備えることができる。

機器２０がオン状態にあるとき、プロセッサ２１がワンショットタイマ６２の出力をモニタする。信号線１１の接地によって起動される別のパルスＰが、ワンショットタイマ６２からプロセッサ２１によって検出され、機器２０のオン状態からオフ状態への移行が指示される。この検出されたパルスＰに応答して、プロセッサ２１は機器２０のシャットダウンを開始する。プロセッサ２１は、ワンショットタイマ６２によって与えられるパルスＰよりも長いパルスをゲート６４の第２の入力に与える。機器２０のシャットダウンを完了するために、プロセッサ２１は、プロセッサ２１がゲート６４の第２の入力に以前に加えた信号をデアサートする。これにより制御スイッチＳ１が開かれて、機器回路１８から電源２２が切り離され、モニタ１６と電源２２との間の方向性スイッチＳ２が非導通状態に設定される。

本発明の実施形態が詳細に例示されてきたが、添付の特許請求の範囲に記載されるような本発明の範囲から逸脱することなく、これらの実施形態に対する変更及び改変を当業者が思いつくことができることは明らかであろう。

従来技術の電源スイッチングシステムを示す図である。 本発明の実施形態による電源スイッチシステムの一例を示す図である。 本発明の実施形態による電源スイッチシステムに収容するのに適した変換器の一例を示す図である。 図２の電源スイッチシステムに収容されるパワーコンディショナの一例の詳細図である。 図２の電源スイッチシステムに収容されるパワーコンディショナの別の例の詳細図である。 本発明の別の実施形態による電源スイッチシステムの一例の流れ図である。 本発明の実施形態による電源スイッチシステムに収容するのに適したモニタの一例を示す図である。

符号の説明

９ ボタン
１２ 変換器
１３ 変位ピストン
１４ パワーコンディショナ
１５ スリーブ
１６ モニタ
１７ コイル
１８ 機器回路
２０ 機器
２１ プロセッサ
２２ 電源
１９ａ、１９ｂ 一対の端子
２９ａ、２９ｂ 一対の端子
３０ 回転式ｅｍｆ発生器
３１ ステータ
３２ ギアアセンブリ
３３ ピストン
３５ ガイド
６２ ワンショットタイマ
６４ ゲート

Claims (20)

1. 機器のための電源スイッチシステムであって、
   力学的な力を電力に変換する変換器と、
   該変換器とモニタとの間に結合され、前記変換器に加えられる力学的な力に応答して前記モニタに電力を供給する、パワーコンディショナとを備える、機器のための電源スイッチシステム。
2. 前記変換器は線形起電力発生器及び回転式起電力発生器のうちの１つを含む、請求項１に記載の電源スイッチシステム。
3. 前記モニタに接続される信号線を選択的に接地する接点スイッチをさらに備え、該接点スイッチは前記機器のオン状態とオフ状態との間の移行を指示する、請求項１に記載の電源スイッチシステム。
4. 前記モニタは、前記信号線の選択的な接地に応答して、電源を機器回路に選択的に接続する制御スイッチを駆動する、請求項３に記載の電源スイッチシステム。
5. 前記制御スイッチが前記電源を前記機器回路に接続するときに、電力を前記電源から前記モニタに供給する方向性スイッチをさらに備える、請求項４に記載の電源スイッチシステム。
6. 前記機器がオフ状態にあるときに、前記方向性スイッチは前記モニタを前記電源から切り離す、請求項５に記載の電源スイッチシステム。
7. 前記機器の前記オフ状態から前記機器の前記オン状態への移行が指示されるときにもたらされる遅延の後に、前記電源と前記機器回路との間の接続を制御するプロセッサをさらに備える、請求項４に記載の電源スイッチシステム。
8. 前記プロセッサは、前記制御スイッチを介して前記電源と前記機器回路との間の接続を制御する、請求項７に記載の電源スイッチシステム。
9. 機器のための電源スイッチシステムであって、
   変換器に加えられる力学的な力に応答して起電力を生成すること、
   前記機器のオン状態への移行を指示すること、及び
   前記機器の前記オン状態への移行が指示されるのに応答して、電源を機器回路に接続することを含む、機器のための電源スイッチシステム。
10. 前記機器のオン状態への移行が指示されるときにもたらされる遅延の後に、プロセッサを用いて前記電源と前記機器回路との間の接続を制御することをさらに含む、請求項９に記載の電源スイッチシステム。
11. 前記機器の前記オン状態への移行を指示することは、信号線を接地することを含む、請求項９に記載の電源スイッチシステム。
12. 前記機器の前記オン状態への移行を指示することは、前記変換器に加えられる前記力学的な力に応答して、生成される前記起電力を検出することを含む、請求項９に記載の電源スイッチシステム。
13. 前記電源を前記機器回路に接続することは、前記電源を前記機器回路に選択的に接続する制御スイッチを閉じることを含む、請求項９に記載の電源スイッチシステム。
14. 機器のための電源スイッチシステムであって、
    変換器に加えられる力学的な力に応答して生成される起電力からの電力をモニタに供給すること、
    前記モニタに前記機器のオン状態への移行を指示すること、及び
    前記モニタに前記機器の前記オン状態への移行が指示されるのに応答して、電源を機器回路に接続することを含む、機器のための電源スイッチシステム。
15. 前記モニタに前記機器の前記オン状態への移行が指示されるときにもたらされる遅延の後に、プロセッサを用いて前記電源と前記機器回路との間の接続を制御することをさらに含む、請求項１４に記載の電源スイッチシステム。
16. 前記機器の前記オン状態への移行を指示することは、信号線を接地することを含む、請求項１４に記載の電源スイッチシステム。
17. 前記機器の前記オン状態への移行を指示することは、前記変換器に加えられる前記力学的な力に応答して生成される前記起電力を検出することを含む、請求項１４に記載の電源スイッチシステム。
18. 前記電源と前記機器回路との間の接続を制御することは、前記電源を前記機器回路に選択的に接続する制御スイッチを制御することを含む、請求項１５に記載の電源スイッチシステム。
19. 前記電源及び前記機器回路が接続されるときに、前記電源から前記モニタに電力を供給することをさらに含む、請求項１５に記載の電源スイッチシステム。
20. 前記電源及び前記機器回路が接続されないときに、前記モニタを前記電源から切り離すことをさらに含む、請求項１８に記載の電源スイッチシステム。
    
    

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