JP3058813B2 - 発電装置およびその制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ゼンマイばねに蓄積さ
れた機械エネルギーを徐々に取り出しながら発電し、外
部に供給する発電装置およびその制御方法に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】従来の発電装置としては、特開平５−２
８４６９０号公報に記載される様なゼンマイの機械エネ
ルギを発電機で電気エネルギに変換し、３端子レギュレ
ータとコンデンサにより所定の電圧および所定範囲内の
脈動となった電流を電気機器に送るゼンマイばねバッテ
リがある。また、特開昭５９−１３５３８８号公報に記
載される様なゼンマイにより駆動される発電機の回転数
制御を水晶等の発振器を用いて行い、精度良く計時する
時計がある。

【０００３】これらのゼンマイに蓄積されたエネルギー
を用いて発電する発電装置は、電力網の整っていない地
域において、近年では業務や生活に不可欠となっている
電気・電子機器を取り扱う上で非常に有効である。ま
た、ゼンマイを定期的に巻けば電力を得ることができる
ので、電池切れなどの心配はない。従って、地震などの
災害時におけるバックアップ電源などとしての利用価値
も高い。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ゼンマイばねバッテリーは、電力を供給される電気機器
の消費電力が小さければ小さいほど電磁ブレーキが働か
ないため発電機は高速で回転し、ゼンマイは早く解けて
しまう。また、電気機器を接続しない場合はゼンマイは
すぐに解けてしまうのでバッテリーとしての機能を果た
さない。

【０００５】また、携帯電話のように、受信待ち状態と
電話使用状態で消費電力が異なる様な電気機器に接続す
ると、最大使用電力に合わせた発電状態を継続する必要
があり、必要以上のエネルギーを供給し続けていなけれ
ばならない。従って、ゼンマイに蓄積されたエネルギー
を有効に利用することができず、ゼンマイから多量のエ
ネルギーが発電機に与えられているにもかかわらず、そ
のほとんどが磁気損失や空気抵抗のような機械的損失で
失われしまう。従来のゼンマイばねバッテリーでは十分
な持続時間を持った発電装置を得ることは困難である。

【０００６】そこで本発明においては、ゼンマイに蓄積
されたエネルギーを有効に活用して持続時間を長くでき
る発電装置を提供することを目的としている。また、使
用側の消費電力に応じて供給する電力を自動的に制御
し、電力を供給する電気機器の使用電力量に応じて、発
電機を駆動するエネルギを自動的に最小にできる発電装
置を提供することも本発明の目的の１つである。そし
て、使用電力量の範囲が広く、その電力量に応じて持続
時間の長い発電装置を提供することを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明においては、発電
装置の供給電圧を一定となるように発電部の回転数、す
なわち回転速度を制御するようにしている。これによっ
て、使用側で消費される電力が少ないときには、発電部
の回転速度が下がってゼンマイの解けるスピードが低下
するので、発電可能な持続時間が延び、ゼンマイに蓄積
されたエネルギーを有効に活用することが可能となる。
一方、使用側で消費される電力が多い場合には、供給電
圧が一定となるように発電部の回転速度を上げ、所望す
る電力を供給可能なようにしている。このような発電部
の回転速度を制御するために、本発明の発電装置におい
ては、機械的に制御する方法と発電部の出力電流を制御
する方法の２つの方法を採用できるようにしている。

【０００８】機械的に制御する発電装置は、ゼンマイば
ねに蓄積された機械エネルギーを電気エネルギーに変換
する発電部と、この発電部からの電力を外部に供給する
供給部と、この供給部からの供給電圧に従って発電部の
回転速度を機械的に制御する回転制御部とを有すること
を特徴としている。この回転制御部は、供給電圧を基準
電圧と比較する比較部と、発電部の回転部材の少なくと
も１部に接触可能なように配置されたブレーキ部材と、
基準電圧に対して供給電圧が上がるとブレーキ部材を回
転部材に対して押圧する駆動手段とを備えたものがあ
る。発電部の回転速度制御を機械的に行うと、使用側の
電力消費がほとんどなく、供給電圧が上がった場合に発
電部を完全に停止させることが可能となる。従って、使
用側における電力消費がない場合などに、ゼンマイに蓄
積されたエネルギーをほぼ完全に保存できる。駆動手段
には、たとえば、バイモルフピエゾ素子等の圧電素子を
用いることが可能であり、この圧電素子と発電部の回転
部材との距離を調整することによって回転速度制御を開
始し、あるいは発電部を停止させる供給電圧の設定、変
更および調整を簡単に行うことができる。圧電素子に供
給電圧を直接、あるいは間接的に印加してブレーキ部材
を制御したり、非接触型の機械的な制御を用いることも
もちろん可能である。

【０００９】また、供給電圧によって発電部の出力電流
を制御する回転制御部によって、使用側の電力負荷が小
さい場合であっても発電部に対する電力負荷を制御でき
る。発電部に対する電力負荷を制御することにより、使
用側で消費される電力が少ないときでも、ゼンマイの解
けるスピードを遅くすることができるので、ゼンマイに
蓄積されたエネルギーを有効に活用できる。発電部の出
力電流を制御するために、発電部の出力端に並列に接続
可能な少なくとも１系統の昇圧容量を備え発電部の出力
電圧を昇圧して供給部に供給可能な昇圧手段を採用でき
る。そして、基準電圧に対し供給電圧が下がると昇圧手
段の昇圧量を下げる第１の制御、または基準電圧に対し
供給電圧が上がると昇圧手段の昇圧量を上げる第２の制
御の少なくともいずれかの制御を行う。発電装置を使用
している途中でゼンマイを巻かず、一定の電力を供給す
れば良いような発電装置に対しては、昇圧量を下げる制
御だけでも良い。

【００１０】このような昇圧手段を用いれば、供給電圧
が高いときに昇圧容量を発電部に対し並列に接続するこ
とができる。これによって発電部の出力電流を増やし、
出力電圧をさげる制御が行われ、発電機を回すために必
要なトルクが増加するのでゼンマイの解けるスピードが
低下する。また、昇圧容量に充電された電力は昇圧手段
を介して所定の供給電圧に昇圧され供給される。従っ
て、ゼンマイに蓄積されたエネルギーのうち、従来、使
用できずに無効に消費されていた部分も有効に活用で
き、さらに、発電部の回転速度制御も可能となる。

【００１１】また、回転制御部に発電部の出力端に対し
並列に設置された電力消費手段を採用し、基準電圧に対
し供給電圧が低下すると電力消費手段の消費量を下げる
第１の制御、または基準電圧に対し供給電圧が上昇する
と電力消費手段の消費量を上げる第２の制御の少なくと
もいずれかを行うようにしても良い。発電部からの電力
を直接消費することによって発電部の回転速度をダイレ
クトに制御でき、整流等の処理によって品質の向上した
電力を浪費しなくて済む。発電部は交流出力を行い、こ
の交流出力を半波整流する整流部が設けられている場合
は、電力消費手段に整流部と逆極性の交流出力を流す一
方向性素子を設けることによって制御によって消費され
る電力と、供給される電力を使い分けることができる。
このような電力消費手段は可変抵抗等の抵抗値を変えら
れる手段や、パルス幅制御などによってデューティーを
変えられる手段で実現できる。従って、簡素な構成の制
御回路によって発電部の回転速度制御を精度良く制御す
ることが可能である。

【００１２】発電部の回転速度を機械的に制御する回転
制御部、発電部の出力電流を制御する回転制御部、すな
わち、昇圧量を制御する回転制御部と自己消費量を制御
する回転制御部をそれぞれ組み合わせることももちろん
可能である。昇圧量と自己消費量をそれぞれ制御すれ
ば、昇圧量を制御することによってゼンマイに蓄積され
た機械エネルギーの利用範囲を広げられ、さらに、自己
消費量を制御することによって機械エネルギーの有効利
用を図れる。供給電圧に対する回転速度の微調整を自己
消費量の制御で行い、大きな範囲の制御を昇圧量を制御
することによって行うことができる。さらに、自己消費
量の制御のステップを変えて大きな回転速度に大きなブ
レーキをかけることも可能である。また、昇圧量と機械
的な回転速度の制御を行えば、機械エネルギーの利用範
囲の拡大および機械エネルギーの保存を図れる。自己消
費量と機械的な回転速度の制御を組み合わせても良く、
これによれば比較的簡単な回路構成で機械エネルギーの
有効利用とその保存が図れる。

【００１３】供給部の供給電圧に従って発電部の回転速
度を機械的に制御する機械制御工程と、供給電圧に従っ
て発電部の出力電流を制御する電流制御工程の両方の制
御を採用する場合は、機械制御工程に対し電流制御工程
を優先して行うことが望ましい。電流を制御することに
よって回転速度の微調整が容易に行え、さらに、機械的
な制御によって発電部を停止させゼンマイに蓄積された
機械エネルギーの浪費をさらに少なくできるからであ
る。

【００１４】また、昇圧量を制御する昇圧制御工程と、
電力消費量を制御する電力消費制御工程を採用する場合
は、電力消費制御工程を昇圧制御工程に対し優先して行
うことが望ましい。昇圧量を制御することによってゼン
マイに蓄積されたエネルギーの無駄な消費を抑えられ、
さらに、回転速度の微調整は電力消費量の制御によって
実現できるからである。

【００１５】

【実施例】

（実施例１）図１に、本発明の実施例１に係る発電装置
１の概略構成をブロック図を用いて示してある。本例の
発電装置１では、ゼンマイばね２と、このゼンマイばね
２に輪列１０を介してつながった発電機３とによって発
電部４が構成され、発電部４からの電力が全波整流を行
う整流部５によって整流され供給部６に供給される。供
給部６にはバッファーとなる出力コンデンサー７が設け
られており、その両端が出力端子Ｏ１およびＯ２に接続
されている。

【００１６】本発明の発電装置１は、供給部６から供給
される電力の供給電圧Ｖｓを一定の範囲に制御するよう
にしており、このための種々の回路が搭載された制御用
ＩＣ２０と、これによって動かされるいくつかの素子を
備えている。本例の発電装置１は、発電部４の回転速度
を機械的に制御する回転制御部３０と、発電部４の出力
電圧Ｖｏを昇圧して供給部の出力コンデンサー７に供給
する昇圧部６０と、発電部４からの出力電力Ｗｏの一部
を自己消費可能な電力消費部７０とを備えている。

【００１７】本例の回転制御部３０は、例えば発電機３
のフライホイール等の回転部材にブレーキをかけられる
ブレーキ部材と、このブレーキ部材を駆動する駆動部３
１を備えている。本例の駆動部３１はバイモルフピエゾ
などの圧電素子３２によって構成されており、この圧電
素子３２が駆動制御回路３３によって制御される。駆動
制御回路３３は、Ｄタイプのフリップフロップ３４によ
って構成されている。供給電圧Ｖｓの監視は、基準電圧
発生回路５０で発生された基準電圧Ｖｒｅｆと比較する
比較部としての機能を持った制御回路４０によって行わ
れており、この制御回路４０から駆動制御回路３３にセ
ット信号Ｓ０とリセット信号Ｒ０が供給され回転制御部
３０の制御が行われる。

【００１８】昇圧部６０は、整流部５によって整流され
た電圧を昇圧して出力コンデンサー７に供給できるよう
に配置されている。昇圧部６０は、３つの昇圧用のコン
デンサー６１、６２および６３を備えており、１倍、
１．５倍、２倍および３倍の昇圧量をとれるようになっ
ている。これらの昇圧用コンデンサー６１、６２および
６３の接続は切り替え回路６４によって所定の昇圧量が
とれるように切り替えられる。切り替え回路６４は、昇
圧制御回路６５によって制御され、本例においては、２
ビットのアップダウンカウンター６６によって昇圧制御
回路６５を構成してある。この昇圧制御回路６５は、供
給電圧Ｖｓを基準電圧Ｖｒｅｆと比較し、監視している
制御回路４０からアップ信号Ｕ１、ダウン信号Ｄ１およ
びリセット信号Ｒ１によって制御される。

【００１９】本例の電力消費部７０は、発電部４に並列
に接続された可変抵抗回路７１と、この可変抵抗回路７
１を制御する抵抗値制御回路７２とを備えている。可変
抵抗回路７１は、抵抗値の異なる３つの抵抗ＲＥ１、Ｒ
２およびＲ３が並列に接続さ１ており、それぞれに対し
スイッチＳＷ１、ＳＷ２およびＳＷ３が直列に接続され
ている。また、抵抗値制御回路７２は、３ビットのアッ
プダウンカウンター７３によって構成されており、供給
電圧Ｖｓを基準電圧Ｖｒｅｆと比較し、監視している制
御回路４０からのアップ信号Ｕ２、ダウン信号Ｄ２およ
びリセット信号Ｒ２によって制御される。

【００２０】本例の制御回路４０は、上記の電力消費部
７０、昇圧部６０および機械式の回転制御部３０の協調
制御を行う機能も備えており、そのため、電力消費部７
０のアップダウンカウンター７３の出力ビット（γ，
β，α）および昇圧部６０のアップダウンカウンター６
６の出力ビット（ｙ，ｘ）を監視している。

【００２１】回転制御部の構成 図２および図３に、発電部の概略構成を示してある。本
例の発電装置においては、ゼンマイの格納された香箱車
１８と、さらに２番車１１、３番車１２、４番車１３お
よび５番車１４からなる輪列１０、および発電機３が平
面的に配置されており、薄型化が図られている。香箱車
１８には、逆転防止歯車１６が取り付けられており、こ
はぜ１５が噛み合って逆転するのを防止している。ま
た、香箱車１８に格納されたゼンマイ２は、その外端２
ａが香箱歯車１８ａと溶接等によって固定されており、
内端２ｂが香箱真１８ｂに固定ピン等によって固定され
ている。本例の発電装置１においては、逆転防止歯車１
６は、こはぜ１５によって時計方向には回転するが反時
計方向には回転しないようになっており、また、ゼンマ
イ２の外端２ａおよび内端２ｂがそれぞれ香箱歯車１８
ａと香箱真１８ｂに固定されているので、発電機３を回
している状態でゼンマイを巻くことが可能である。従っ
て、発電中であっても、定期的に、あるいは、発電装置
１からの出力が低下したときに、香箱真１８ｂにつなが
ったシャフト１８ｃを用いてゼンマイを巻いてエネルギ
ーを蓄積することができる。

【００２２】本例の発電機３は、永久磁石からなるロー
ター３ａと、ローターの回転の安定を図るフライホイー
ル３ｂを備えており、これらがステーター１７に対して
回転して発電を行う。ステーター１７は磁心にコイルを
巻いたコイルブロック１７ｃに接続している。磁心およ
びステーター１７には、ＰＣパーマロイの使用された２
層１７ａおよび１７ｂの構造が採用されており、渦電流
による損失の低減が図られ、さらに、保磁力を小さくす
ることによってヒステリシス損失も小さくしている。

【００２３】本例の発電装置１では、これらの輪列１０
および発電機３を収納したハウジング１９にサポート３
８を介して回転制御部３０を構成するバイモルフピエゾ
素子３２が取り付けられている。そして、このピエゾ素
子３２の先端にブレーキパッド３５が取り付けらてい
る。ピエゾ素子３２は電圧が供給されると、ブレーキパ
ッド３５の取り付けられた先端が発電機のフライホイー
ル３ｂに向かって伸び、ブレーキパッド３５をフライホ
イール３ｂに押圧することによって発電機３の回転を低
下させ、さらには回転を停止した状態に保持できる。バ
イモルフピエゾ素子３５の取り付けられたサポート３８
は、偏心した位置にある軸の回りに回転する取付ネジ３
９によってハウジング１９に固定されている。従って、
取付ネジ３９を回転させるとサポート３８がハウジング
１９に対しＹ方向に動き、バイモルフピエゾ素子３２と
フライホイール３ｂとの隙間Ｘが変わってブレーキパッ
ド３５がフライホイール３ｂに接触するタイミングを調
整できる。本例では、取付ネジ３９の周囲のハウジング
１９に取付ネジ３９を旋回したときにブレーキパッド３
５によって発電機３が停止するタイミングを供給電圧の
概略値によって示してある。従って、ユーザーは取付ネ
ジ３９を調整することによって、この回転制御部３０が
制御を開始するタイミングあるいは発電機３を止めるタ
イミングを変えることができる。

【００２４】図４に、機械的に発電部４の回転を制御す
る回転制御部３０、およびこの回転制御部３０を制御す
るための制御回路４０および基準電圧発生回路５０の回
路構成の一例を示してある。本例の基準電圧発生回路５
０は、公知のオペアンプ５１とツェナーダイオード５２
を用いた基準電圧発生回路であり、ツェナー電圧Ｖｚの
ツェナーダイオード５２がオペアンプ５１の出力と反転
入力に対し並列に接続されている。一方、直列に接続さ
れた抵抗ＲＥ５１およびＲ５２がオペアンプ５１の出力
と非反転入力に対して並列に接続されており、抵抗ＲＥ
５１がオペアンプ５１の非反転入力に接続している。ま
た、抵抗ＲＥ５３がオペアンプ５１の反転入力に接続し
ている。このような回路では、オペアンプ５１の出力か
ら以下の式で求められる基準電圧Ｖｒｅｆが得られる。

【００２５】 Ｖｒｅｆ＝（１＋ＲＥ５１／ＲＥ５２）×Ｖｚ ・・・（１） さらに、本例の基準電圧発生回路５０では、サンプリン
グ信号ＳＰを用いてオペアンプ５１に電源Ｖｄｄを供給
する時間を限定し、電力の浪費を防止している。そし
て、オペアンプ５１の出力を基準電圧Ｖｒｅｆとして制
御回路４０に供給している。

【００２６】制御回路４０は、基準電圧Ｖｒｅｆが反転
入力に接続され、供給電圧Ｖｓが非反転入力に接続され
たコンパレータ４１を備えており、この出力とサンプリ
ング信号ＳＰの和をアンドゲート４２でとってクロック
信号ＣＬによって動作するセレクター４３に入力してい
る。従って、制御回路４０からは、クロック信号ＣＬの
タイミングで、供給電圧Ｖｓが基準電圧Ｖｒｅｆより高
い場合はセット信号Ｓ０が、また、供給電圧Ｖｓが基準
信号Ｖｒｅｆより低い場合はリセット信号Ｒ０が出力さ
れる。

【００２７】このセレクター４３には、制御回路４０の
論理回路４５からの信号Ｌ０が入力されており、昇圧部
６０および電力消費部７０における制御によっても供給
電圧Ｖｓが下がらないときに機械式の回転制御部３０が
動作するようにしている。

【００２８】回転制御部３０の駆動制御回路３３は、Ｄ
タイプフリップフロップ３４を備えており、このフリッ
プフロップ３４のデータ入力が電源電圧Ｖｄｄに接続し
ている。また、クロック入力にセット信号Ｓ０が入力さ
れ、リセット入力にリセット信号Ｒ０が入力されてい
る。さらに、フリップフロップ３４の出力はバッファー
３３ａを介して駆動部であるバイモルフピエゾ素子３２
につながっている。従って、供給電圧Ｖｓが基準電圧Ｖ
ｒｅｆより高いときは、セット信号Ｓ０によって駆動制
御回路３３から電圧がバイモルフピエゾ素子３２に供給
され、ブレーキパッドの付いた先端３５が発電機のフラ
イホイール３ｂに押しつけられる。これによって発電機
の回転速度が落とされ、発電を停止しゼンマイばねのエ
ネルギーの浪費が防がれる。供給電圧Ｖｓが基準電圧Ｖ
ｒｅｆより低いときは、リセット信号Ｒ０によってフリ
ップフロップ３４がリセットされ、駆動制御回路３３か
らバイモルフピエゾ素子３２に電圧が供給されないの
で、発電部４はゼンマイばねのエネルギーによって回転
し、発電を行う。

【００２９】例えば、供給部７の出力端Ｏ１およびＯ２
に機器が接続されていない場合は、発電部４からの電力
によって出力コンデンサー７が充電され、供給電圧Ｖｓ
が基準電圧Ｖｒｅｆを越える。すると、制御回路４０を
介して回転制御部３０によって発電部４の回転が落とさ
れ、最終的には停止しゼンマイが解けるのを防止する。
制御回路４０や回転制御部３０の内部消費によって出力
コンデンサー７の電圧が低下して供給電圧Ｖｓが基準電
圧Ｖｒｅｆより下がると、回転制御部３０による制御が
解かれ発電部４は発電を開始し、出力コンデンサー７の
電圧を上昇させる。

【００３０】本例の発電装置１においては、基準電圧発
生回路５０や制御回路４０において内部消費する電力を
低減できるようにサンプリング信号ＳＰを用いてオペア
ンプ等で消費する電力を低減するようにしている。図５
に示すように、サンプリング信号ＳＰは、クロック信号
ＣＬと同じ周期のパルス信号であり、パルス幅をクロッ
ク信号ＣＬより広く設定してある。さらに、サンプリン
グ信号ＳＰの立ち上がり時刻ｔ１を、クロック信号ＣＬ
の立ち上がり時刻ｔ２より早く設定してある。このた
め、クロック信号ＣＬによって、例えばセレクター４３
が動作するときには、安定した信号がセレクター４３に
入力される。従って、安定した動作環境を確保しながら
消費電力を抑制することができる。

【００３１】図６に、上記と異なる回路の例を示してあ
る。図６（ａ）に示した例は、制御回路４０のコンパレ
ータ４１の出力をバッファー３３ａを介して直に駆動部
であるバイモルフピエゾ素子３２に接続してある。この
例は、制御回路４０が駆動制御回路３３の機能も兼ね備
えている例である。また、図６（ｂ）に示したように、
供給電圧Ｖｓを直接、あるいはバッファー３３ａを介し
て駆動部であるバイモルフピエゾ素子３２に接続しても
良い。供給電圧Ｖｓが上昇するとバイモルフピエゾ素子
３２が動作するので上記と同様に発電部の回転にブレー
キをかけることができる。このように、本発明に係る発
電装置は上記の例に限定されることはなく、供給電圧が
上がるとブレーキ量を大きくし、下がるとブレーキ量を
小さくするまたはブレーキをかけない様にできる機能を
備えていれば良い。このような発電装置は、供給電圧が
上がりすぎたとき、すなわち、使用側で消費される電力
が少ないときに機械的に発電部の回転を制御および停止
させることができるので、ゼンマイに蓄積されたエネル
ギーをほぼそのままの状態で保存することができる。

【００３２】なお、このような接触型のブレーキに代わ
り、磁力などによる非接触型のブレーキを用いて発電部
の回転速度を機械的に制御しても良い。

【００３３】昇圧部の構成 図７に、本例の発電装置の昇圧部６０の構成をさらに詳
しく示してある。本例の昇圧部６０は、３つの昇圧用コ
ンデンサー６１、６２および６３を備えており、これら
の接続を切り替え回路６４によって切り替えている。こ
の切り替え回路６４では７つのスイッチＳＷ１〜ＳＷ７
を用いており、これらのスイッチＳＷ１〜ＳＷ７を制御
するためのスイッチング制御回路６７を備えている。ス
イッチング制御回路６７には、発電部４からの電力によ
って昇圧コンデンサー６１、６２および６３を充電する
ステップと、これらの昇圧コンデンサー６１、６２およ
び６３をつなぎ替えて出力コンデンサー７に再充電する
ステップを制御するクロック信号ＣＬ１およびＣＬ２が
入力される。昇圧制御回路６５は、２ビットのアップダ
ウンカウンター６６によって構成されており、この出力
ｘおよびｙによってスイッチング制御回路６７が制御さ
れ、切り替え回路６４における昇圧量が変わる。アップ
ダウンカウンター６６のアップ入力には、供給電圧Ｖｓ
を管理している制御回路４０からのアップ信号Ｕ１が入
力され、カウンター６６のダウン入力にはダウン信号Ｄ
１が入力される。これらのアップ信号Ｕ１およびダウン
信号Ｄ１は、例えば、先に図４に基づき説明した制御回
路のセレクター４３と同じ構成のセレクター４６から供
給することができ、セット信号Ｓ０およびリセット信号
Ｒ０をアップ信号Ｕ１およびダウン信号Ｄ１にそれぞれ
割り当てることができる。

【００３４】セレクター４６には、制御回路４０の論理
回路４５からの出力Ｌ１が入力されており、本例では、
消費電力部７０を制御しても供給電圧Ｖｓがさらに上昇
あるいは下降するときに昇圧部６０が制御されるように
なっている。また、機械式の回転制御部３０に制御がわ
たったときに、昇圧部６０をリセットできるようにリセ
ット信号Ｒ１が論理回路４５からカウンター６６に供給
されている。

【００３５】図８および図９に基づき、本例の昇圧部６
０の動作を説明する。アップダウンカウンター６６の出
力（ｙ，ｘ）が（０，０）のときは、充電および再充電
のステップにおいて昇圧コンデンサー６１、６２および
６３、さらに出力コンデンサー７はすべて発電部４に対
し並列に接続される。従って、発電部４の出力電圧Ｖｏ
がそのまま出力コンデンサー７に印加され、発電部４に
は、出力コンデンサー７から消費された電流ｉに相当す
る電流が流れる。

【００３６】供給電圧Ｖｓが基準電圧Ｖｒｅｆを越えて
制御回路４０からアップ信号Ｕ１が昇圧制御回路６５に
入力すると、アップダウンカウンター６６の出力（ｙ，
ｘ）は（０，１）となる。これによって、スイッチング
制御回路６７の状態が変わり、充電するステップにおい
ては、昇圧コンデンサー６２および６３が直列に接続さ
れ、さらにこれらと昇圧コンデンサー６１が発電部４に
対し並列に接続される。また、再充電するステップにお
いては、並列に接続された昇圧コンデンサー６２および
６３が昇圧コンデンサー６１と直列に接続され、これら
が並列に出力コンデンサー７に接続する。従って、出力
コンデンサー７には発電部４の出力電圧の１．５倍の電
圧が印加される。逆に言うと、充電するステップにおい
ては、出力コンデンサー７の供給電圧Ｖｓに対し、１／
１．５の電圧が発電部４にかかる。また、充電するステ
ップにおいて、出力コンデンサー７に充電する電流ｉの
１．５倍の電流が発電部４から出力される。

【００３７】アップダウンカウンター６６の出力（ｙ，
ｘ）が（０，１）の状態で供給電圧Ｖｓが基準電圧Ｖｒ
ｅｆより高くなると、制御回路４０からアップ信号Ｕ１
がアップダウンカウンター６６に入力される。これによ
って、アップダウンカウンター６６の出力（ｙ，ｘ）は
（１，０）に変わる。この状態では、充電するステップ
において昇圧用コンデンサー６１、６２および６３が発
電部４に対し並列に接続され充電される。また、再充電
するステップにおいて昇圧コンデンサー６２および６３
は並列に接続され、これらが昇圧コンデンサー６１に対
し直列に接続される。そして、このように接続されたコ
ンデンサー６１〜６３が出力コンデンサー７と並列に接
続され、２倍に昇圧された電圧が出力コンデンサー７に
印加される。従って、充電するステップにおいては、出
力コンデンサー７に充電する電流ｉの２倍の電流が発電
部４から出力される。

【００３８】図１０および図１１に、ゼンマイに蓄積さ
れたエネルギーを用いて発電する本例の発電部４の特性
を示してある。図１０は、発電時のゼンマイのトルクを
巻きほどけ角に対して示してある。また、図１１には、
発電電力をローターの回転速度に対して示してある。ロ
ーターの回転速度が一定の値ω０である場合は、発電機
からは一定の電流ｉの電力が供給される。従って、ゼン
マイに蓄積されたエネルギーのうち、電流ｉに相当する
トルクに対応するエネルギーだけが発電に費やされ、残
りのエネルギーはローターの回転速度を一定に保つため
のブレーキ等によって消費される。従って、発電機に流
れる電流ｉを増やすことによって、発電に費やされるエ
ネルギーを増やすことができ、ブレーキ等によって浪費
されるエネルギーを削減することができる。例えば、発
電機に流れる電流を２倍にすることによって、同じ発電
電力でブレーキを増加できる。したがって、図１０に示
したように従来浪費されていたエネルギーの多くを発電
に費やすことができる。このとき、ローターの回転速度
はω１となりω０より小さいため、ゼンマイのほどける
スピードが遅くなっている。このような発電能力の高い
状態は、２倍の電流に相当するトルクをゼンマイが発生
できる間だけ継続される。

【００３９】また、図１１に示したように、発電部４の
発電電力は、出力電圧が等しい場合はローターの回転速
度にほぼ比例し、同じＷｏで、発電部から２倍の電流が
出力され、出力電圧を１／２にすれば、ローターの回転
速度を低下することができる。本例の昇圧部６０は、上
記のように、供給電圧Ｖｓが基準電圧Ｖｒｅｆより高い
ときに発電部の出力電圧Ｖｏを１／２にして発電部４に
流れる電流を２倍にすることができる。これにより、発
電部４の回転速度を減らし、さらに、ゼンマイが発生す
るトルクでカバーできる範囲のエネルギーをより多く発
電に費やすことができる。従って、昇圧部６０によって
昇圧量を制御することにより、ゼンマイの巻きほどける
速度を低くすると同時にゼンマイに蓄積されたエネルギ
ーの有効利用を図ることができる。

【００４０】図８および図９に戻って、アップダウンカ
ウンター６６の出力（ｙ，ｘ）が（１，０）の状態でも
供給電圧Ｖｓが基準電圧Ｖｒｅｆより高くなると、制御
回路４０からアップ信号Ｕ１がアップダウンカウンター
６６に入力される。これによって、アップダウンカウン
ター６６の出力（ｙ，ｘ）は（１，１）に変わる。この
状態では、充電するステップにおいて昇圧用コンデンサ
ー６１、６２および６３が発電部４に対し並列に接続さ
れ充電される。また、再充電するステップにおいて昇圧
コンデンサー６１、６２および６３が出力コンデンサー
７に対し直列に接続される。従って、出力コンデンサー
には、３倍に昇圧された電圧が出力コンデンサー７に印
加され、逆に、充電するステップにおいては、出力コン
デンサー７に充電された電流ｉの３倍の電流が発電部４
から出力される。これによって、発電部４の回転速度は
さらに遅くなり、ゼンマイの巻ほどけるスピードは低下
する。また、アップダウンカウンター６６の出力（ｙ，
ｘ）が（０，０）のときと比べてほぼ３倍のトルクに相
当するゼンマイのエネルギーを発電に用いることができ
る。

【００４１】一方、供給電圧Ｖｓが基準電圧Ｖｒｅｆよ
り低くなると、制御回路４０からダウン信号Ｄ１がアッ
プダウンカウンター６６に入力され、出力（ｙ，ｘ）が
（１，１）から（１，０）に変わり、切り替え回路６４
における昇圧量は３倍から２倍に低下する。これによっ
て、発電部４は少ないトルクでも発電ができる状態とな
り、回転速度が上がって所定の電力を供給できる状態に
なる。同様に、この状態でも供給電圧Ｖｓが低下すると
昇圧量が２倍から１．５倍、さらに１倍へと変化する。
また、その途上において、ゼンマイが巻かれることによ
ってエネルギーが蓄積されたり、供給部が使用側の機器
から開放されたりして供給電圧Ｖｓが基準電圧Ｖｒｅｆ
より大きくなると上記と逆にアップ信号Ｄ１が制御回路
４０からアップダウンカウンター６６に入力され昇圧量
が上がる。

【００４２】電力消費部の構成 図１に戻って、本例の発電装置１の消費電力部７０の構
成を説明する。本例の消費電力部７０は、発電部４と並
列に接続された可変抵抗回路７１と、この可変抵抗回路
７１を制御する抵抗値制御回路７２を備えている。可変
抵抗回路７１は、３つの抵抗ＲＥ１、ＲＥ２およびＲＥ
３が並列に接続されており、これらの抵抗値は、ほぼ
４：２：１に設定されている。抵抗値制御回路７２は、
３ビットのアップダウンカウンター７３によって構成さ
れており、制御回路４０からのアップ信号Ｕ２およびダ
ウン信号Ｄ２によって制御される。これらのアップ信号
Ｕ２およびダウン信号Ｄ２には、上記の昇圧部と同様に
図４に基づき説明した制御回路のセレクター４３の出力
であるセット信号Ｓ０およびリセット信号Ｒ０をそれぞ
れ割り当てることができる。さらに、カウンター７３に
は、論理回路４５からのリセット信号Ｒ２が接続されて
おり、昇圧部６０あるいは機械式の回転制御部３０に制
御がわたるとカウンター７３はリセットされるようにな
っている。

【００４３】アップダウンカウンター７３の出力（γ、
β、α）は、抵抗ＲＥ３を接続するスイッチＳＷ３、抵
抗ＲＥ２を接続するスイッチＳＷ２および、抵抗ＲＥ１
を発電部４に並列に接続するスイッチＳＷ１にそれぞれ
つながっている。

【００４４】本例の電力消費部７０においては、例え
ば、アップダウンカウンター７３の出力（γ、β、α）
が（０，０，１）の時に、すなわち抵抗ＲＥ１が発電部
４と並列に接続されている状態で、供給電圧Ｖｓが基準
電圧Ｖｒｅｆより大きくなると、アップ信号Ｕ２がアッ
プダウンカウンター７３に入力され出力（γ、β、α）
が（０，１，０）に変わる。これによって抵抗ＲＥ１よ
り抵抗値の小さな抵抗ＲＥ２が発電部３と並列に接続さ
れ、可変抵抗回路７１に流れる電流が増加する。このた
め、発電部４に流れる電流が増加し、発電部４の負荷が
増えるので発電部４の回転速度が減少する。そして、ゼ
ンマイの巻きほどけるスピードが低下するのでゼンマイ
に蓄積されているエネルギーの消費を抑制することがで
きる。すなわち、供給部６からの出力される電力が、発
電部４から供給される電力より小さい場合は、出力コン
デンサー７の供給電圧Ｖｓが上昇する。供給電圧Ｖｓが
基準電圧Ｖｒｅｆより大きくなると、可変抵抗回路７１
の抵抗値が減少して発電部４に並列に接続されている電
力消費部７０の消費電力が増加する。これによって発電
部４の負荷が増加するので回転速度が落ち、ゼンマイの
エネルギーを浪費しなくて済む。さらに、供給電圧Ｖｓ
が上昇傾向にあるとカウンター７３の出力はアップし、
可変抵抗回路７１の抵抗値が下がるので消費電力は増
し、回転速度を押さえ込む。

【００４５】逆に、供給電圧Ｖｓが基準電圧Ｖｒｅｆよ
り下がったときは、制御回路４０からダウン信号Ｄ２が
アップダウンカウンター７３に入力され、可変抵抗回路
７１の並列に接続された抵抗が抵抗値の小さなものから
順次切り離され、可変抵抗回路７１の抵抗値が増加す
る。これによって、電力消費部７０で消費される電力が
低くなるので、発電部４の負荷が低くなり回転速度が増
加する。従って、ゼンマイのエネルギーによる発電能力
が増し、供給電圧Ｖｓが上昇する。

【００４６】図１２および図１３に、電力の自己消費の
増減をデューティーを制御することによって行う電力消
費部７０の例を示してある。この電力消費部７０は、発
電部４と並列に接続される抵抗ＲＥ４と、この抵抗ＲＥ
４のオンオフを行うスイッチＳＷ４を備えている。そし
て、スイッチＳＷ４のオンオフのデューティーを変える
ことによって消費する電力を調整する。電力消費部７０
は、上記と同様に制御回路４０からのアップ信号Ｕ２お
よびダウン信号Ｄ２によって制御されるアップダウンカ
ウンター７３を備えており、その出力（γ，β，α）と
ディーティーの異なるパルス信号Ａ、ＢおよびＣを組み
合わせる切り替え回路７６と、さらにこの切り替え回路
７６の出力によってスイッチＳＷ４を駆動するセレクタ
ー７７を備えている。上記の電力消費部および昇圧部で
も同様であるが、アップダウンカウンターに変わり、リ
セット付きのバイナリーカウンターを用いても本実施例
に説明しているのと同等の制御を行える。

【００４７】図１３に示すようにパルス信号Ａ、Ｂおよ
びＣはパルス幅および周期が１：２：４となるように設
定されており、アップダウンカウンター７３の出力
（γ，β，α）が（０，０，１）のときは、スイッチＳ
Ｗ４がデューティー１／８でオンオフされる。時刻ｔ７
に、供給電圧Ｖｓが基準電圧Ｖｒｅｆより大きくなる
と、アップ信号Ｕ２がアップダウンカウンター７３に入
力され、出力（γ，β，α）が（０，１，０）になり、
ディーティーは２／８に増加する。このため、電力消費
部７０で消費される電力が上がり、発電部４の負荷が増
えて発電部の回転速度は低下する。従って、供給部に供
給される電力が低くなり供給電圧Ｖｓは下がる傾向とな
る。

【００４８】図１４に、消費電力部７０のさらに異なる
例を示してある。この例では、抵抗ＲＥ１、ＲＥ２およ
びＲＥ３が直列に接続されており、これらとそれぞれ並
列に接続されたスイッチＳＷ３、ＳＷ２およびＳＷ１が
直列に接続され可変抵抗回路７１を構成している。さら
に、抵抗ＲＥ１、ＲＥ２およびＲＥ３と直列にスイッチ
ＳＷ５が接続されており、カウンター７３の出力（γ、
β、α）が（０，０，０）すなわちカウンター７３がリ
セットされた状態で消費電力部７０を発電部４から切り
離し、その時点の機械エネルギーによって発電された電
力のすべてを供給部６の側に出力できるようにしてい
る。本例の消費電力部７０では、カウンター７３の出力
によってそれぞれの抵抗をバイパスする経路を構成し、
可変抵抗回路７１の抵抗値を上述した例と同様に制御し
て消費する電力を調整している。

【００４９】デューティーや、抵抗値を変化させて自己
消費する電力を制御する電力消費部７０は、比較的簡単
な構成で発電部４の回転速度をきめ細やかに制御するこ
とができる。これに対し、昇圧部６０を用いた制御は、
昇圧用コンデンサーのつなぎ替えを必要とするため回路
および制御は複雑となる。また、昇圧用コンデンサーを
数を増やすことによって上記の４段階に限らずに制御す
ることが可能であるが、そのためにはさらに複雑な回路
が必要となる。しかしながら、昇圧することによってゼ
ンマイに蓄積されたエネルギーのうち、従来は熱損や機
械損として浪費されていたエネルギーを発電に費やせる
ので、ゼンマイに蓄積されたエネルギーを有効に活用す
る点でのメリットは大きい。さらに、機械的に発電部の
回転速度を制御する回転制御部は、回転速度の微妙な制
御は難しいが、発電部を完全に停止させることができる
ので、発電装置に使用側の機器が接続されていない場合
でもゼンマイに蓄積されたエネルギーを保存できる。こ
のようなそれぞれの制御の特性を考慮すると、昇圧部を
用いた制御を電力消費による制御に優先して行うことが
望ましく、また、これらの発電部の負荷の制御に対し機
械式の制御を優先して行うことが望ましい。もちろん、
昇圧部による制御に対しさらに電力消費による制御を組
み合わせて回転速度の大まかな制御を行うことも可能で
あり、上記の組み合わせはさまざまである。

【００５０】図１５に、本例の発電装置に採用されてい
る上記の回転数制御部の制御ロジックの概要をフローチ
ャートを用いて示してある。まず、ステップ１０１で供
給電圧Ｖｓと基準電圧Ｖｒｅｆを比較する。制御電圧Ｖ
ｓが基準電圧Ｖｒｅｆを越えている場合は発電部の回転
速度を低下させる制御論理に移行する。ステップ１０２
で電力消費部のカウンター７３が上限（１，１，１）に
あるか否かをチェックし、上限に達していなければステ
ップ１０３でカウンター７３をアップして電力消費部に
よって回転速度を制御しステップ１０１に戻る。ステッ
プ１０２でカウンター７３が上限に達していると、ステ
ップ１０４に移行し、昇圧部６０のカウンター６６が上
限（１，１）にあるか否かをチェックする。カウンター
６６が上限に達していなければステップ１０５において
カウンター６６をアップして昇圧部による回転速度の制
御を行う。そして、ステップ１０６で電力消費部のカウ
ンター７３をリセットして電力消費部による回転速度の
制御範囲を確保し、ステップ１０１に戻る。ステップ１
０４においてカウンター６６が上限に達していると、ス
テップ１０７に移行し、機械式の制御を行い発電部の回
転を最終的には停止する。そして、ステップ１０８およ
び１０６で昇圧部のカウンター６６と電力消費部のカウ
ンター７３をリセットし、ステップ１０１に戻って供給
電圧Ｖｓと基準電圧Ｖｒｅｆを比較する。

【００５１】ステップ１０１で供給電圧Ｖｓが基準電圧
Ｖｒｅｆ以下となると、発電部の回転速度を上昇する制
御を行う。ステップ１１２で電力消費部のカウンター７
３が下限、すなわちリセットされた状態であるか否かを
チェックし、リセット状態でなければステップ１１３で
カウンター７３をダウンし、発電部の回転速度を上げ
る。ステップ１１２においてカウンター７３がリセット
状態であると、昇圧部のカウンター６６が下限、すなわ
ちリセットされた状態であるか否かをチェックする。リ
セット状態でなければステップ１１５において昇圧部の
カウンター６６をダウンさせ、発電部の回転速度を上げ
る。昇圧部のカウンターがリセットされた状態であれば
機械式の制御がオンの状態であるので、ステップ１１７
で機械式の制御をオフし、発電部からの発電を開始し供
給部への電力供給を行う。

【００５２】以上のような本例の協調制御では、供給電
圧が低下傾向にあると発電部の発電能力をできるだけ引
き出し、供給部からの供給電力が不足しないようにして
いる。例えば、機械式の制御によって発電部が停止して
いた状態で供給電圧が低下すると、電力消費部および昇
圧部による回転速度の制御が行われない状態、すなわ
ち、それぞれのカウンター７３および６６がリセットさ
れた状態で発電部を立ち上げ、過剰ぎみに電力を供給す
ることによって供給電圧の急激に低下するのを未然に防
止している。協調制御の方式は本例に限定されず、例え
ば、発電部の立ち上げをそれぞれのカウンター７３およ
び６６が制御に入った状態で行ってももちろん良い。あ
るいは、上述したように昇圧部の制御に優先して電力消
費部による制御をさらに加えても良い。このように電力
消費部、昇圧部および機械的な回転制御部の制御を組み
合わせて行うことにより、供給電圧Ｖｓをほぼ一定に保
ち、ゼンマイに蓄積されたエネルギーの浪費を防止する
ことができる。さらに、本例の発電装置は、従来使用さ
れていなかった範囲までゼンマイに蓄積されたエネルギ
ーを発電に活用することができ、また、使用側の機器が
接続されていない状態であってもゼンマイの巻きほどけ
を防止することができる。従って、発電可能な持続時間
を大幅に延長することができ、発電能力の高い発電装置
を実現することができる。

【００５３】（実施例２）図１６に、本発明の実施例２
に係る発電装置の構成をブロック図を用いて示してあ
る。本例の発電装置１も、ゼンマイ２に蓄積されたエネ
ルギーを用いて発電機３が回転し発電する発電部４と、
電力を外部に供給する供給部６とを備えている。また、
制御用ＩＣ２０には、基準電圧発生回路５０、制御回路
４０等が搭載されており、これら上記の実施例に共通す
る部分については同じ符号を付して説明を省略する。

【００５４】本例の発電装置１は、交流を発生する発電
部４に対し半波整流を行う整流部５を設けてある。ま
た、この整流部５において整流される電流と逆極性の電
流によって充電される昇圧用コンデンサー６１と、この
逆極性のときにこの昇圧用コンデンサー６１に発電部４
からの電力を供給するダイオード６９を備えた昇圧部６
０を設けてある。さらに、発電部４の回転速度を制御す
るための電力消費部７０を設けてあり、本例では、デュ
ーティーを変えて消費電流を制御するようにしている。
従って、電力消費部７０には、図１２に基づき説明した
オンオフスイッチＳＷ４と抵抗ＲＥ４が設けられてお
り、整流される方向と同一の極性の電流を抵抗ＲＥ４に
流すダイオード７９を介して抵抗ＲＥ４が発電部４に接
続されている。また、電力消費部７０はスイッチＳＷ４
の制御を行う制御回路７８を備えており、この制御回路
７８は、図１２に基づき説明したアップダウンカウンタ
ー７３、デューティーの切り替え回路７６およびセレク
ター７７の機能を有している。

【００５５】本例の発電装置１においては、ゼンマイ２
によって発電機３が駆動されると、発電機３の交流出力
の半周期でダイオード６９を介して昇圧用コンデンサー
６１に電流が流れ、充電される。次の半周期で整流部５
を介して出力用コンデンサー７に電流が流れ充電され
る。この際、昇圧用コンデンサー６１と発電部４が直列
に接続されるので、２倍に昇圧された電圧が出力用コン
デンサー７に印加される充電される。

【００５６】発電部４の回転速度制御は電力消費部７０
によって行われ、出力コンデンサー７の供給電圧Ｖｓが
基準電圧Ｖｒｅｆより大きくなると、制御回路７８によ
ってスイッチＳＷ４の単位時間当たりのオン時間、すな
わちデューティーを長くする。これによって、発電部４
に流れる電流が大きくなり、負荷の増大によって電磁ブ
レーキが増加し回転速度が減少する。また、電力消費部
７０をバイパスして流れる時間が増加するので、出力コ
ンデンサー７に充電される時間が短縮される。従って、
スイッチＳＷ４のデューティーを大きくすることによっ
て発電部４の発電能力が低下し、また、出力コンデンサ
ー７の充電時間が短くなるので供給電圧Ｖｓは低下す
る。

【００５７】さらに、本例の発電装置１は、常に２倍に
昇圧して出力コンデンサー７に充電する昇圧部６０を備
えている。従って、先に説明したように同じ供給電圧Ｖ
ｓを得るために、発電部４の回転速度は半分で済む。こ
れによって、空気抵抗や機械損失などの回転速度に依存
する損失を低減することができるので、ゼンマイに蓄積
されたエネルギーを有効に活用することができる。

【００５８】整流等に用いられるダイオードは、順方向
電圧のドロップが少なく、逆リーク電流の少ないものが
好ましい。例えば、ショットキダイオードなどを用いる
ことが有効である。

【００５９】（実施例３）図１７に、本発明の実施例３
に係る発電装置の構成をブロック図を用いて示してあ
る。本例の発電装置１もゼンマイ２に蓄積されたエネル
ギーを用いて発電機３が回転し発電する発電部４と、電
力を外部に供給する供給部６とを備えている。また、制
御用ＩＣ２０には、基準電圧発生回路５０、制御回路４
０等が搭載されており、これら上記の実施例に共通する
部分については同じ符号を付して説明を省略する。

【００６０】本例の発電装置１においては、発電部４の
回転速度を制御するために抵抗値を変化させられる電力
消費部７０を用いている。従って、制御用ＩＣ２０に
は、図１に基づき説明した可変抵抗回路７１と、抵抗値
制御回路７２が搭載されており、制御回路４０によって
これらは制御される。また、本例の発電装置１は、実施
例２と同様に整流部５において半波整流を行っている。
そして、発電部４から出力される電流のうち、この半波
整流される電流とは逆極性の電流を可変抵抗回路７１に
流すダイオード８０が付加されている。従って、本例の
発電装置１においては、発電部４の回転速度を制御する
ために電力消費部７０に流れる電流と、出力コンデンサ
ー７を充電するために流れる電流とが区分けされてお
り、出力コンデンサー７に対し安定した電圧の電力を常
時供給できる。また、出力コンデンサー７に充電された
電力が電力消費部７０で消費されることはない。

【００６１】このように、本例は交流発電機を用いた時
に簡単な回路構成で本発明の目的を達成できる例であ
る。つまり、従来の発電装置と比較し、ゼンマイに蓄え
られたエネルギーを浪費することなく発電部４の回転速
度制御が可能であり、これによってゼンマイがほどける
スピードを遅くできる。すなわち、ゼンマイから放出さ
れるエネルギーを供給部から供給される電力に合わせて
削減することができ、ゼンマイがほどけきるまでの時
間、すなわち、持続時間を延長することができる。供給
部に接続される機器の消費電力が変動する場合でも、そ
の時の消費電力に従ってゼンマイの放出エネルギーを最
小にできるので、持続時間を長くすることができる。

【００６２】以上では、供給部から外部の機器に電力を
供給する発電装置を例にとって本発明を説明している
が、本発明の発電装置を電気機器の一部として取り込む
ことももちろん可能である。例えば、携帯電話、ハンデ
ィービデオ、時計、ストップウォッチ、ラジオ等に用い
ることができその応用範囲は広い。また、制御回路、基
準電圧発生回路等の回路構成は公知の回路構成の一例を
示したにすぎず、本例の回路に限定されるものではな
い。さらに、上記例では、発電した電力を使用して各制
御回路等が駆動するタイプのものを説明したが、これら
の回路を搭載した制御用ＩＣの消費電力はわずかであ
り、小型のボタン型の電池を使用して上記の制御回路等
を駆動させることももちろん可能である。

【００６３】発電機の構成もステーターの間でローター
が回転する形式に限定されるものではない。例えば、図
１８に示すようなブラシレスモーターと同様のタイプの
発電機を用いることも可能である。図１８に示した発電
機３は、ローター９０の上下に取り付けられた１対のほ
ぼ円筒形のバックヨーク９１と、その内側に取り付けら
れたディスク状の磁石９２を備えており、これらの間に
基板９５の上に形成されたコイル９３を持ったステータ
ー９４を挟み込んである。ステーター９４を形成する磁
気回路に鉄損を発生するステータコイルがないため、損
失を小さくすることができる。また、この発電機は、磁
束に対し巻数をすくなくできるためコイル抵抗による損
失も少なく、大電流を取り出し易い発電機である。ただ
し、ステーター９４の両側にローターが配置されるため
に、装置に組み込む際には若干の厚みが必要となる。従
って、ある程度の厚みが許容される発電装置には好適な
発電機である。

【００６４】また、交流発電機に限らず、直流発電機で
あってももちろん良い。この場合は整流部が不要とな
り、出力コンデンサー等からの逆流によって発電機がモ
ーター駆動するのを防止するダイオードを設けることが
望ましいことがある。

【００６５】さらに、ゼンマイの形式は置き時計に代表
される簡単な例をもって説明したが、この形式に限定さ
れず腕時計等で用いられる形式のゼンマイであってもも
ちろん良い。また、オルゴール等のように巻いている間
は駆動力がなくなるような形式のゼンマイであっても良
い。さらに、上述した発電装置の制御機構および制御方
法は、ゼンマイばねを用いた発電装置に限定されず、他
のバネや、圧力エネルギー等のゼンマイばねと同等の特
性を備えたエネルギー蓄積手段によって発電機を回転さ
せる発電装置に対し同様に適用でき同等の効果が得られ
る。

【００６６】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明の発電装
置は、発電部の回転速度を供給端の電圧に基づき制御す
ることによって、この発電装置から実際に供給される電
力に合わせてゼンマイばねのほどけるスピードを制御で
きるようにしている。従って、供給される電力が少ない
場合は、ゼンマイばねの解けるスピードを遅くし、発電
可能な持続時間を大幅に延ばすことができる。また、供
給される電力が大きな場合は、発電量を増加して対処す
ることができる。さらに、本発明の発電装置において
は、機械的な回転速度制御を用いることによって、供給
される電力が非常に少ない場合、あるいは電気機器が接
続されていない場合であってもゼンマイばねに蓄積され
たエネルギーを保存することができる。また、発電部の
電圧を昇圧することによって、発電部の回転速度制御が
可能であり、同時に従来はブレーキ損失等として浪費さ
れていたゼンマイばねのエネルギーを発電に振り替える
ことができる。さらに、可変抵抗やデューティーを制御
して自己消費される電力を制御することによって発電部
の回転速度を精度よく制御することが可能である。従っ
て、これらの制御方法を組み合わせることによって、電
力網の整っていない地域や、災害時に非常に有効であ
り、持続時間が長く、電力の自動調整が可能な発電装置
を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１に係る発電装置の概略構成を
示すブロック図である。

【図２】図１に示す発電装置の発電部の構成を示す側面
図である。

【図３】図２に示す発電部を平面的な構成を示す図であ
る。

【図４】図１に示す発電装置の機械的な回転制御部の構
成を示すブロック図である。

【図５】サンプリング信号とクロック信号の関係を示す
タイミングチャートである。

【図６】図４に示す回転制御部の異なる構成を示すブロ
ック図である。

【図７】図１に示す発電装置の昇圧部の構成を示すブロ
ック図である。

【図８】図７に示す昇圧部の切り替え状態を示す説明図
である。

【図９】図７に示す昇圧部のスイッチ類の動作を示すタ
イミングチャートである。

【図１０】図１に示す発電装置のゼンマイばねのトルク
を巻きほどけ角に対して示すグラフである。

【図１１】図１に示す発電装置の発電機の発電電力をロ
ーターの回転速度に対して示すグラフである。

【図１２】電力消費手段の異なる例を示すブロック図で
ある。

【図１３】図１２に示す電力消費手段の動きを示すタイ
ミングチャートである。

【図１４】電力消費手段の上記と異なる例を示すブロッ
ク図である。

【図１５】本例の制御を示すフローチャートである。

【図１６】本発明の実施例２に係る発電装置の構成を示
すブロック図である。

【図１７】本発明の実施例３に係る発電装置の構成を示
すブロック図である。

【図１８】異なる発電機の構成を示す図であり、図１８
（ａ）は断面図であり、図１８（ｂ）はステーターの構
成を示す図である。

【符号の説明】

１・・発電装置 ２・・ゼンマイばね ３・・発電機 ４・・発電部 ５・・整流部 ６・・供給部 ７・・出力コンデンサー １０・・輪列 ２０・・制御用ＩＣ ３０・・機械式の回転制御部 ３２・・バイモルフピエゾ素子 ３３・・駆動制御回路 ４０・・制御回路 ５０・・基準電圧発生回路 ６０・・昇圧部 ６１〜６３・・昇圧用コンデンサー ６４・・切り替え回路 ６５・・昇圧量制御回路 ７０・・電力消費部 ７１・・可変抵抗回路 ７２・・抵抗値制御回路 ８０・・一方向性素子（ダイオード）

フロントページの続き (72)発明者 高倉 昭 千葉県千葉市美浜区中瀬１丁目８番地 セイコー電子工業株式会社内 (56)参考文献 特開 平４−76489（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−135388（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−255889（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−227798（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−95272（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G04C 10/00 G04B 17/00 H02K 7/18 H02P 9/00

Claims (12)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ゼンマイばねに蓄積された機械エネルギ
   ーを電気エネルギーに変換する発電部と、この発電部か
   らの電力を外部に供給する供給部と、この供給部からの
   供給電圧に基づき前記発電部の出力電流を制御する回転
   制御部とを有する発電装置において、 前記回転制御部は、前記供給電圧を基準電圧と比較する
   比較部と、 前記発電部の出力端に並列に接続可能な少なくとも１系
   統の昇圧容量を備え前記発電部の出力電圧を昇圧して前
   記供給部に供給可能な昇圧手段と、 前記基準電圧に対し前記供給電圧が下がると前記昇圧手
   段の昇圧量を下げる第１の制御および前記基準電圧に対
   し前記供給電圧が上がると前記昇圧手段の昇圧量を上げ
   る第２の制御の少なくともいずれかを行う制御部とを有
   することを特徴とする発電装置。
2. 【請求項２】 ゼンマイばねに蓄積された機械エネルギ
   ーを電気エネルギーに変換する発電部と、この発電部か
   らの電力を外部に供給する供給部と、この供給部からの
   供給電圧に基づき前記発電部の出力電流を制御する回転
   制御部とを有する発電装置において、 前記発電部は交流出力を行い、この交流出力を半波整流
   する整流部と、 前記発電部の出力端に対し並列に設置された電力消費手
   段に、前記整流部と逆極性の前記交流出力を流す一方向
   性素子とを有することを特徴とする発電装置。
3. 【請求項３】 請求項２において、前記電力消費手段は
   抵抗値を変えられる手段であることを特徴とする発電装
   置。
4. 【請求項４】 請求項２において、前記電力消費手段は
   デューティーを変えられる手段であることを特徴とする
   発電装置。
5. 【請求項５】 ゼンマイばねに蓄積された機械エネルギ
   ーを電気エネルギーに変換する発電部と、この発電部か
   らの電力を外部に供給する供給部と、この供給部からの
   供給電圧に従って前記発電部の回転速度を機械的に制御
   する第１の回転制御部と、この供給部からの供給電圧に
   基づき前記発電部の出力電流を制御する第２の回転制御
   部とを有することを特徴とする発電装置。
6. 【請求項６】 請求項５において、前記第２の回転制御
   部は、前記発電部の出力電圧を昇圧して前記供給部に供
   給し、その昇圧量を前記供給電圧に基づき制御可能であ
   ることを特徴とする発電装置。
7. 【請求項７】 請求項５において、前記第２の回転制御
   部は、前記発電部の出力端に対し並列に設置された電力
   消費手段を備え、この電力消費手段の消費量を前記供給
   電圧に基づき制御可能であることを特徴とする発電装
   置。
8. 【請求項８】 ゼンマイばねに蓄積された機械エネルギ
   ーを電気エネルギーに変換する発電部と、 この発電部からの電力を外部に供給する供給部と、 前記発電部の出力電圧を昇圧して前記供給部に供給し、
   その昇圧量を前記供給電圧に基づき制御する第１の回転
   制御部と、 前記発電部の出力端に対し並列に設置された電力消費手
   段を備え、この電力消費手段の消費量を前記供給電圧に
   基づき制御する第２の回転制御部とを有することを特徴
   とする発電装置。
9. 【請求項９】 ゼンマイばねに蓄積された機械エネルギ
   ーを電気エネルギーに変換する発電部と、 この発電部からの電力を外部に供給する供給部と、 この供給部からの供給電圧に従って前記発電部の回転速
   度を機械的に制御する第１の回転制御部と、 前記発電部の出力電圧を昇圧して前記供給部に供給し、
   その昇圧量を前記供給電圧に基づき制御する第２の回転
   制御部と、 前記発電部の出力端に対し並列に設置された電力消費手
   段を備え、この電力消費手段の消費量を前記供給電圧に
   基づき制御する第３の回転制御部とを有することを特徴
   とする発電装置。
10. 【請求項１０】 ゼンマイばねに蓄積された機械エネル
    ギーを用いて発電する発電部と、この発電部からの電力
    を外部に供給する供給部とを有する発電装置において、 前記供給部の供給電圧に従って前記発電部の回転速度を
    機械的に制御する機械制御工程と、前記供給電圧に従っ
    て前記発電部の出力電流を制御する電流制御工程とを有
    し、前記機械制御工程に対し前記電流制御工程を優先し
    て行うことを特徴とする発電装置の制御方法。
11. 【請求項１１】 ゼンマイばねに蓄積された機械エネル
    ギーを用いて発電する発電部と、この発電部からの電力
    を外部に供給する供給部と、前記発電部の出力端に並列
    に接続可能な少なくとも１系統の昇圧容量を切り替えて
    前記発電部の出力端電圧を昇圧し前記供給部に供給可能
    な昇圧手段とを有する発電装置の制御方法であって、 前記供給部の供給電圧を少なくとも１つの基準電圧と比
    較し、前記供給電圧が上がると前記昇圧手段の昇圧量を
    上げ、前記供給電圧が下がると前記昇圧量を下げること
    を特徴とする発電装置の制御方法。
12. 【請求項１２】 ゼンマイばねに蓄積された機械エネル
    ギーを用いて発電する発電部と、この発電部からの電力
    を外部に供給する供給部と、前記発電部の出力端に並列
    に接続可能な少なくとも１系統の昇圧容量を切り替えて
    前記発電部の出力端電圧を昇圧し前記供給部に供給可能
    な昇圧手段と、前記発電部の出力端に対して並列に接続
    され電力消費量を変えられる電力消費手段とを有する発
    電装置の制御方法であって、 前記供給部の供給電圧を少なくとも１つの基準電圧と比
    較する工程と、 前記供給電圧が上がると前記昇圧手段の昇圧量を上げ、
    前記供給電圧が下がると前記昇圧量を下げる昇圧制御工
    程と、 前記供給電圧が上がると前記電力消費量を上げ、前記供
    給電圧が下がると前記電力消費量を下げる電力消費制御
    工程とを有し、 前記電力消費制御工程を前記昇圧制御工程に対し優先し
    て行うことを特徴とする発電装置の制御方法。