JP2013078175A - 電子機器 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 電子機器の熱源への装着を検知する装着検知部を備えており、装置検知部の検知信号を元に、熱発電部の出力を昇圧する昇圧回路と電子機器部、二次電池それぞれの電気的接続を制御するスイッチ部を有する構成とする。熱源からの取り外した瞬間に電子機器部への電力供給を断ち、発電された電力全てを二次電池に蓄電する。熱源への装着時に、熱発電部からの電力に加え、二次電池からの電力を電子機器部へ供給することで、装着すると即時に電子機器部を起動することが可能となる。
【選択図】図1
Description
かかる特徴によれば、二次電池の消費電力を最小限に抑えることができる。
かかる特徴によれば、昇圧回路と二次電池の消費電力を最小限に抑えることができる。
かかる特徴によれば、二次電池を効率的に充電することができる。
かかる特徴によれば、昇圧回路と二次電池とからの出力を最小限に抑えることができる。
かかる特徴によれば、熱源への装着/非装着を判断できるため、二次電池への蓄電量を大きくでき、電子機器部に安定した電力供給が行え、所望の場合に電子機器部を駆動し続けることが可能となる。
かかる特徴によれば、熱源への装着/非装着を検知するのに、装着検出部は電力を必要としないため、熱発電部が発電する電力を電子機器部の動作および二次電池への蓄電に用いることができる。このため、二次電池への蓄電量を大きくでき、電子機器部に安定した電力供給が行え、所望の場合に電子機器部を駆動し続けることが可能となる。
かかる特徴によれば、熱源への装着/非装着を検知するのに、装着検出部は電力を必要としないため、熱発電部が発電する電力を電子機器部の動作および二次電池への蓄電に用いることができる。このため、二次電池への蓄電量を大きくでき、電子機器部に安定した電力供給が行え、所望の場合に電子機器部を駆動し続けることが可能となる。
かかる特徴によれば、熱源への装着/非装着に関わらず、使用者が電子機器部の動作を継続させたい場合にも、電子機器部を駆動することが可能となる。
かかる特徴によれば、電子機器部の動作情報を取得するのに、情報確認作業のための巡回作業が不要となる。このため、効率よく電子機器部の情報を取得収集ことが可能となる。
かかる特徴によれば、状況検出部の検知した状況により、電子機器部の動作が不要な場合に電子機器部を停止し、二次電池に蓄電することができる。このため、二次電池の蓄電量を大きくでき、必要な場合に電子機器部を確実に駆動することが可能となる。
かかる特徴によれば、生体の情報(温度、歩数、血圧、動き等)をモニタリングする場合、一次電池が不要となり、機器全体を小型化でき、生体の負荷にならないモニタリングが可能となる。
かかる特徴によれば、電池交換が不要で、ソーラー発電のように光照射の必要のない時計が実現可能である。
かかる特徴によれば、装着時に圧電素子が電気信号を発するため、電力供給不要で装着検知ができる。このため、二次電池への蓄電量を大きくでき、電子機器部に安定した電力供給が行え、所望の場合に電子機器部を駆動し続けることが可能となる。
(第1の実施形態)
(構成)
図1に、電子機器1000の構成を示す。
電子機器1000は、熱発電装置100と、熱発電装置100と電気的に接続された電子機器部500からなる。
熱発電部10は、複数の熱電変換素子12と、熱電変換素子12の一方の面に接続する放熱部13と、熱電変換素子の一方の面と反対の面に接続する吸熱部14を備えている。
スイッチ制御部20のスイッチ部22は装着検出部21から受信した情報により、昇圧回路40、二次電池30および電子機器部500それぞれの電気的接続/切断を制御する。
二次電池30は、昇圧回路40が昇圧した電力を蓄電するものである。リチウムイオン二次電池、ニッケル水素蓄電池、ニッケルカドミウム蓄電池等、一般的な二次電池を用いて構成することができる。
電子機器1000の熱源19への装着/非装着と、熱発電部10の発電量との関係を時系列に説明する。
装着開始時には、熱発電部10全体は室温で維持されているため、熱発電部10内部に温度差はなく、発電していない(A)。熱源19への装着により、吸熱部14が徐々に加温され、熱電変換素子12内部の温度差が大きくなり、熱発電部10の発電量が増加する(B)。吸熱部14に加わる熱は、熱電変換素子12を経て、放熱部13に伝達し、放熱部13も温度上昇する。このため、放熱部13と吸熱部14との温度差が小さくなり、発電量が減少する(C)。さらに時間が進むと、吸熱部14に加わる熱と、放熱部13から放熱される熱が、それぞれある一定の熱量となる。このとき、熱電変換素子12内部の温度差は一定となるため、発電量も一定値となる(D)。
取り外した瞬間には、装着時の熱源19からの熱伝達により、吸熱部14は放熱部13より高温となっており、熱電変換素子12内部に一定の温度差が発生している。このため、熱発電部10では一定の電力が発電している(E)。電子機器1000を熱源19から取り外して、例えば、熱源装着面を机上に接触させて設置する。これにより、高温であった吸熱部14から机へと放熱される。放熱部13の熱量は最終的に外気へと放熱されるため、吸熱部14の放熱量のほうが放熱部13の放熱量より大きくなる。このため、吸熱部14の方が早く温度低下し、やがて吸熱部14の温度は放熱部13の温度を下回り、逆極性の電力が発電する(F)。吸熱部14は短時間で室温に到達するが、放熱部13が室温に到達するには、より時間がかかる。この期間は、吸熱部14と放熱部13の温度差は徐々に小さくなり、逆極性の発電量も低下してゆく(G)。最終的には、放熱部13は室温に戻り、熱発電部10内部の温度差がなくなり、発電しなくなる(H)。
電子機器1000を熱源19に装着したときのスイッチ制御部20の動作について、図5に示す。
電子機器1000を熱源19に装着すると、まず、装着検出部21は熱源19への装着を検知して、スイッチ部22に対して装着検知信号を発信する。装着検知信号を受信したスイッチ部22は、昇圧回路40の出力を確認する。昇圧回路40からの出力が得られる場合、昇圧回路40と電子機器部500を電気的に接続し、電子機器部500を駆動する。同時に、電子機器部500の駆動電力以上の電力が昇圧回路40から得られる場合、昇圧回路40と二次電池30も接続し、二次電池30に余剰電力を蓄電する(イ)。
上記のスイッチ制御部20の動作により、熱源19への装着を装着検出部21が検知すれば、電子機器部500が常に駆動できるよう電力を供給し続け、余剰電力があれば二次電池30に蓄電する。また、装着検出部21が熱源19からの取り外しを検知すれば、電子機器部500を即時に停止し、発電された全ての電力を二次電池30に蓄電する。
以下、本発明に係る第2の実施形態の電子機器について、図6を用いて説明する。第1の実施形態と異なる点は、停止期間計時部211及び時刻設定部511を有し、時計部501の時刻修正を行う点である。その他の構成及び動作は第1の実施形態と同じである。
装着時の人の体温で発電し、時計部501を駆動する点および取り外し時には時計部501を停止し、発電した電力を二次電池30に蓄電する点は、上述の構成と同様である。
ここでは熱発電腕時計1001の人体への装着および取り外しを検知する装着検出部21の構成および装着検出動作について詳細に説明する。
以下、本発明に係る第2の実施形態の変形例である電子機器について、図7を用いて説明する。第2の実施形態と異なる点は、停止期間計時部211および停止期間計時部211を備えず、標準電波受信部512を有し、再起動時の時刻修正を行うことも可能である点である。その他の構成及び動作は第2の実施形態と同じである。
標準電波受信部512は標準周波数報時電波を受信し、標準周波数報時電波の情報を元に、接続された時計部501に対して時刻設定する機能を有する。
時計部501の起動時に、標準電波受信部512も起動し、標準周波数報時電波を受信する。この電波情報を元に時計部501の現時刻設定を行う。なお、この標準周波数報時電波を用いた時刻修正構成は、一般的な電波時計の時刻修正方法と同一である。
以下、本発明に係る第3の実施形態の電子機器について、図7を用いて説明する。本実施形態の電子機器は、体温で発電し駆動する熱発電腕時計1002である。第1の実施形態と異なる点は、ロックボタン212を設け、熱発電腕時計1002を人体から取り外した場合にも、時刻表示を行うことが可能である点である。その他の構成及び動作は第1の実施形態と同じである。
ロックボタン212は装着検出部21と電気的に接続され、装着検出部21の動作を制御する機能を有する。
なお、電子機器1002にロックボタン212構造を単独で追加するのではなく、時計部501のリューズにロックボタン212の機能を追加してもよい。
以下、本発明に係る第4の実施形態の電子機器について、図8を用いて説明する。本実施形態の電子機器は、体温で発電し駆動する熱発電腕時計1003である。第1の実施形態と異なる点は、状況検知部51を設け、腕時計を見ていない、もしくは見られない場合にも、時計部501の動作を停止し蓄電することが可能である点である。その他の構成及び動作は第1の実施形態と同じである。
例えば状況検知部51は、外部の明るさを検知する照度センサから構成されている。状況検知部51は、文字盤が目視できないほど暗い状況を検知して、停止信号をスイッチ部22に送信する。受信したスイッチ部22は、装着検出部22からの装着/非装着検知信号の受信有無に関わらず、昇圧回路40からの信号が得られる場合、昇圧回路40と二次電池30とを電気的に接続し、昇圧回路40と時計部501とを切断する。昇圧回路40からの信号が得られない場合には、昇圧回路40、二次電池30、時計部501それぞれを電気的に切断する。これにより、腕時計の装着/非装着に関わらず、腕時計の表示が必要ない暗闇にいる場合には、時計部501の動作を停止し、発電される電力は全て二次電池30に蓄えられる。
以下、本発明に係る第5の実施形態の電子機器について、図9に詳細に説明する。本実施形態の電子機器は、体温で発電し駆動する熱発電歩数計1004である。第1の実施形態と異なる点は、前述の電子機器部500が歩数計502、熱源19が人体となる構成である点である。その他の構成及び動作は第1の実施形態と同じである。
ここでは熱発電部10が発電した電力で駆動する熱発電歩数計1004、特に歩数計502の機能について説明する。
さらに、装着は人に限らず、ペット動物等に取り付けても所望の動作が可能である。
以下、本発明に係る第3の実施形態の電子機器について、図10に詳細に説明する。本実施形態の電子機器は、温冷水配管にとりつけられ、管内を流れる温水もしくは冷水と外気との温度差で発電し、配管の温度を監視する熱発電配管温度モニタリング装置1005である。第1の実施形態と異なる点は、前述の電子機器部500が温度モニタリング装置503、熱源19は冷温水が流れる配管となる構成である。その他の構成及び動作は第1の実施形態と同じである。
ここでは熱発電部10が発電した電力で駆動する熱発電配管温度モニタリング装置1005の機能について説明する。
1001、1002、1003 熱発電腕時計
1004 熱発電歩数計
1005 熱発電配管温度モニタリング装置
10 熱発電部
12 熱電変換素子
13 放熱部
14 吸熱部
19 熱源
20 スイッチ制御部
21 装着検出部
22 スイッチ部
30 二次電池
40 昇圧回路
51 状況検知部
100 熱発電装置
211 停止期間計時部
212 ロックボタン
500 電子機器部
501 時計部
502 歩数計
503 温度モニタリング装置
511 時刻設定部
512 標準電波受信部
521、531 表示部
Claims (14)
- 熱電変換素子を有し、熱源からの熱により発電するする熱発電部と、
前記熱発電部に接続され、前記熱発電部の出力電力を所望の電圧に昇圧して出力する昇圧回路と、
前記昇圧回路の出力電力を蓄電して出力する二次電池と、
前記昇圧回路と前記二次電池と前記電子機器部と接続されたスイッチ制御部とを備え、
前記スイッチ制御部は、
前記昇圧回路および前記二次電池と前記電子機器部との電気的接続を制御するスイッチ部と、
前記スイッチ部に接続された装着検出部とを備え、
前記装着検出部は、
前記熱発電部が前記熱源に離反したことを検出し、前記スイッチ部に対して検出信号を発信し、
前記スイッチ部は、
受信した前記検出信号に基づいて、前記昇圧回路と、前記二次電池と、前記昇圧回路または前記二次電池の少なくともいずれか一方からの出力により駆動する電子機器部との電気的接続を制御することを特徴とする電子機器。 - 前記スイッチ部は、前記検出信号を受信した際に、前記二次電池からの出力を低減させることを特徴とする請求項1に記載の電子機器。
- 前記スイッチ部は、前記電子機器部を前記昇圧回路と前記二次電池とから前記電気的接続を断ち、前記電子機器部の駆動を停止することを特徴とする請求項2に記載の電子機器。
- 前記スイッチ部は、前記昇圧回路からの出力が所望値以上であった際に、前記昇圧回路と前記二次電池との前記電気的接続を維持し、前記二次電池を充電することを特徴とする請求項3に記載の電子機器。
- 前記スイッチ部は、前記昇圧回路からの出力が所望値以下であった際に、前記昇圧回路と前記二次電池との電気的接続を断つことを特徴とする請求項3に記載の電子機器。
- 前記装着検出部は、前記熱発電部の発電電力の増減分を測定し、前記熱源への装着もしくは非装着を検知することを特徴とする請求項1から5のいずれか一項に記載の電子機器。
- 前記装着検出部は、前記熱源への装着時もしくは非装着時のみに発電し、前記熱源への装着または非装着を検知することを特徴とする請求項1から5のいずれか一項に記載の電子機器。
- 前記装着検出部は、前記熱発電部と異なる熱発電素子であることを特徴とする請求項1から5のいずれか一項に記載の電子機器。
- 前記装着検出部に接続し、前記装着検出部に前記検出信号を送信させるロックボタンを備えることを特徴とする請求項1から5のいずれか一項に記載の電子機器。
- 前記電子機器部に無線送信装置を備え、前記熱発電部の発電状況もしくは前記電子機器部の駆動情報を外部に無線送信することを特徴とする請求項1から5のいずれか一項に記載の電子機器。
- 前記スイッチ部に接続し周囲の照度もしくは姿勢である環境状況を検知し、所定の前記環境状況を検知した場合に前記スイッチ部に停止信号を送信する状況検出部を備えることを特徴とする請求項1から5のいずれか一項に記載の電子機器。
- 前記熱源は生体であることを特徴とする請求項1から5のいずれか一項に記載の電子機器。
- 前記電子機器部は、腕時計であることを特徴とする請求項1から5のいずれか一項に記載の電子機器。
- 前記装着検出部は、前記腕時計のバンド部に備えられ、前記バンド部の屈曲を電気信号に変換する圧電素子であることを特徴とする請求項13に記載の電子機器。
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