JP4618749B2 - 時計部を備える小型機器用充電装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、発電機能を有する時計において、ジェネレータで発電された交流起電力を整流部で整流し、その整流後の電力を電源部で蓄電して時計部の電源として使用する時計部を備える小型機器用充電装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の充電装置において、発電された起電力を昇圧して蓄電するため、チョッパ制御による昇圧を行うものとして、たとえば特公昭６１−１５３８５号公報および特開平１０−２８２２６４号公報に開示されたものがある。
【０００３】
前者の場合は、ステップモータのコイルの出力端の電圧をチョッパ制御により昇圧する。
【０００４】
後者の場合は、発電部の出力端を短絡するスイッチ部をチョッパ制御して昇圧し、その昇圧した電力を充電する。また、起電圧をコンパレータを用いて検知してチョッパ動作を制御、つまり起電圧が一定以下のときはチョッパ制御を行い、一定電圧以上のときはチョッパ制御を行わないようになっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来では、コイルの両端を短絡させてチョッパ制御しているため、充電回路への入力に当たっては半波整流が一般的であり、全波整流の場合には、後者の特開平１０−２８２２６４号公報に開示されているような、出力同期回路を有する複雑なチョッパ制御が必要であった。また、半波整流による場合も、チョッパ制御用トランジスタやＦＥＴ等の逆電流防止手段を講ずる必要があり、これがチョッパ制御部の制約条件となっていた。
【０００６】
また、特開平１０−２８２２６４号公報における発電電圧を検出してチョッパ動作を制御する方法は、コンパレータによるものであり、数μＡの発電量を問題とする時計用の発電システムには、実際上、利用するには困難であった。
【０００７】
ところで、チョッパ制御は充電量を上げるために行うが、反面、チョッピングすることで蓄電の速度を低下させることになる。
【０００８】
そこで、この発明の第１目的は、蓄電の速度低下を抑えながら、しかもジェネレータの発電状態の変動に影響されずに、充電効率を向上させて高効率の充電ができる、時計等の小型機器用充電装置を提供することにある。
【０００９】
第２の目的は、常に最適な充電が行える時計等の小型機器用充電装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記第１の目的を達成するため、この発明は、ジェネレータで発電された交流起電力を整流部で整流し、その整流後の電力を電源部で蓄電して時計部の電源として使用する時計部を備える小型機器用充電装置において、整流部の後段に、該整流部の出力端をスイッチ部で周期的にオン・オフして整流後の電圧をチョッパ制御するチョッパ制御手段と、発電周波数を検出する発電周波数検出手段と、その発電周波数から加速度を検出する加速度検出手段とを設け、チョッパ制御手段のチョッパ制御により昇圧された電力を電源部に蓄電するとともに、加速度検出手段が検出した加速度にしたがってチョッパ制御手段によるチョッパ制御を行うか行わないかを判断することを特徴とする。すなわち、発電周波数から加速度を見て、この先、高い速度になるかどうかで、チョッピングをかけるか、かけないかを判断する。
【００１１】
発電周波数検出手段は、スイッチ部の一方の電圧によりオン・オフするインバータのオン・オフの時間から発電周波数を検出する。
【００１２】
第２の目的を達成するため、発電周波数の高低に応じて整流部を半波整流と全波整流とに切り換える整流切換手段を備える。
【００１３】
【発明の実施の形態】
次に、この発明の実施の形態を図面にしたがって詳細に説明する。
図１には、この発明による時計用充電装置の構成をブロック図にして示す。
【００１４】
この時計用充電装置は、ジェネレータ１と、このジェネレータ１で発電された交流起電力を整流する整流部２と、該整流部２の出力端を周期的にオン・オフするスイッチ部３と、充電のためのコンデンサまたは二次電池４を含む電源部５と、時計回路６を含む時計部７と、スイッチ部３の一方の電圧によりオン・オフするインバータ８と、基準信号を発生する基準信号発生回路９と、インバータ８のオン・オフの時間から発電周波数を検出する発電周波数検出手段である第１の波形合成回路１０と、その発電周波数を速度に変換する速度変換手段である第２の波形合成回路１１と、その速度と発電周波数とから加速度を検出する加速度検出手段である第３の波形合成回路１２と、チョッパ制御するチョッパ制御手段である第４の波形合成回路１３と、発電周波数の高低に応じて整流部２を半波整流と全波整流とに切り換える整流切換部１４とで構成されている。
【００１５】
次に、動作について説明する。
ジェネレータ１で発電された交流起電力は整流部２で半波整流または全波整流される。その整流後の電圧は、スイッチ部３で周期的にオン・オフしてチョッパ制御することにより、図３に示すように昇圧され、その昇圧された電圧が電源部５に蓄電され、時計部７の電源として使用される。図２には、図１における○の１の点および○の３の点の電圧波形を示す。
【００１６】
一方、インバータ８によりジェネレータ１の発電の有無を判定し、その判定信号を第１の波形合成回路１０に入力する。この第１の波形合成回路１０は、基準信号発生回路９からの基準信号と上記判定信号とにより、発電周波数に応じた信号を第２の波形合成回路１１へ出力する。図３に、測定レンジが５ｍsecの場合における図１の▲４▼および▲６▼の点の波形を示す。
【００１７】
第２の波形合成回路１１は、第１の波形合成回路１０からの発電周波数を発電速度に応じた信号に変換して第３の波形合成回路１２へ出力する。図４には、測定レンジが２０ｍsecの場合における図１の▲４▼、▲６▼および▲８▼の点の波形を示す。
【００１８】
第３の波形合成回路１２は、図５に示すように、第１の波形合成回路１０からの発電周波数に応じた信号▲６▼と第２の波形合成回路１１からの速度に応じた信号▲８▼との周期の差から、加速度を検出し、加速度に応じた信号を第４の波形合成回路１３へ出力する。
【００１９】
第４の波形合成回路１３は、第３の波形合成回路１２からの加速度に応じた信号により、加速度の大小を判断してチョッパ制御のオン・オフを判定し、つまりチョッパ制御を行うか行わないかを判定する。そして、チョッパ制御を行うときには、基準信号発生回路９からの基準信号に従ったチョッパ信号を制御して、スイッチ部２にオン・オフ信号を出力する。図６には、図１の○の９の点の波形を示す。また、図７には、チョッピング無しの場合と、加速度の大小に応じてチョッピングをかけない通常制御の場合と、上述したように加速度の大小を判断して加速度の大小によりチョッピングをかける加速度制御の場合の電圧波形を示す。
【００２０】
第４の波形合成回路１３は、同時に、チョッパ制御信号に同期して、整流切換部１４を発電周波数の高低に応じて制御する。すなわち、第２の波形合成回路１１からの速度に応じた信号○の８から、発電周波数が高いときは整流部２を半波整流、低いときは全波整流とする。
【００２１】
発電周波数に応じて整流方式を切り換えると、発電周波数に応じた高効率の充電が行える。図８には、整流方式による発電周波数と充電エネルギーの関係を示す。
【００２２】
ところで、上述した例では、この発明による充電装置を時計に適用した場合について説明した。しかし、この発明は、時計に限らず、その他の小型機器用充電装置にも適用することができる。
【００２３】
【発明の効果】
この発明による効果を、請求項毎にあげると、次のとおりである。
【００２４】
＜請求項１＞
整流部の後段でチョッパ制御するため、整流はダイオードの組み合わせのみで可能になる。
スイッチ部における逆流防止が不要になる。そのため、電源部に入力する充電電流を直接スイッチ部の端子で測定でき、チョッパ制御のための制約条件がなくなり、電圧検出が容易になる。
【００２５】
発電周波数から加速度を見て、この先、高い速度になるかどうかで、チョッピングをかけるか、かけないかを判断するので、蓄電の速度低下を抑えながら、しかもジェネレータの発電状態の変動に影響されずに、充電効率を向上させて高効率の充電ができる。
全波・半波と整流方式の制約がない。特に、全波整流は、簡単な構成となり、実用が容易な全波チョッパ制御充電装置を提供できる。
【００２６】
＜請求項２＞
スイッチ部の一方の電圧によりオン・オフするインバータのオン・オフの時間から発電周波数を検出するため、発電周波数の検出を非常に簡単な構成で行えることになり、全体のシステム構成が単純になり、またコンパレータ等の消費電流の大きい回路も不要になるので、制御部の低電力化が可能になる。
【００２７】
＜請求項３＞
例えばロータ錘を用いて発電する場合、発電周波数が高いときは、半波整流の方がロータ錘の発電負荷が小さくなり、ロータ錘の動作速度が速くなり発電効率がアップする。逆に、発電周波数が低いときには、起電力が小さく、チョッパ制御が必要となる。さらに、微小電流を無駄なく充電できるようにするためには、全波整流が良い。したがって、発電周波数の高低に応じて整流部を半波整流と全波整流とに切り換えれば、常に最適な充電が行える。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明による時計用充電装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図１における▲１▼および▲３▼の点の電圧波形図である。
【図３】測定レンジが５ｍsecの場合における図１の▲４▼および▲６▼の点の波形図である。
【図４】測定レンジが２０ｍsecの場合における図１の▲４▼、▲６▼および▲８▼の点の波形図である。
【図５】図１における第１の波形合成回路からの発電周波数に応じた信号▲６▼と第２の波形合成回路からの速度に応じた信号▲８▼との周期の差から、加速度を検出することを示すタイミングチャートである。
【図６】図１の▲９▼の点の波形図である。
【図７】チョッピング無しの場合と、通常制御の場合と、加速度制御の場合の電圧波形図である。
【図８】整流方式による発電周波数と充電エネルギーの関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１ ジェネレータ
２ 整流部
３ スイッチ部
４ コンデンサまたは二次電池
５ 電源部
６ 時計回路
７ 時計部
８ インバータ
９ 基準信号発生回路
１０ 第１の波形合成回路
１１ 第２の波形合成回路
１２ 第３の波形合成回路
１３ 第４の波形合成回路
１４ 整流切換部
【発明の属する技術分野】
この発明は、発電機能を有する時計において、ジェネレータで発電された交流起電力を整流部で整流し、その整流後の電力を電源部で蓄電して時計部の電源として使用する時計部を備える小型機器用充電装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の充電装置において、発電された起電力を昇圧して蓄電するため、チョッパ制御による昇圧を行うものとして、たとえば特公昭６１−１５３８５号公報および特開平１０−２８２２６４号公報に開示されたものがある。
【０００３】
前者の場合は、ステップモータのコイルの出力端の電圧をチョッパ制御により昇圧する。
【０００４】
後者の場合は、発電部の出力端を短絡するスイッチ部をチョッパ制御して昇圧し、その昇圧した電力を充電する。また、起電圧をコンパレータを用いて検知してチョッパ動作を制御、つまり起電圧が一定以下のときはチョッパ制御を行い、一定電圧以上のときはチョッパ制御を行わないようになっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来では、コイルの両端を短絡させてチョッパ制御しているため、充電回路への入力に当たっては半波整流が一般的であり、全波整流の場合には、後者の特開平１０−２８２２６４号公報に開示されているような、出力同期回路を有する複雑なチョッパ制御が必要であった。また、半波整流による場合も、チョッパ制御用トランジスタやＦＥＴ等の逆電流防止手段を講ずる必要があり、これがチョッパ制御部の制約条件となっていた。
【０００６】
また、特開平１０−２８２２６４号公報における発電電圧を検出してチョッパ動作を制御する方法は、コンパレータによるものであり、数μＡの発電量を問題とする時計用の発電システムには、実際上、利用するには困難であった。
【０００７】
ところで、チョッパ制御は充電量を上げるために行うが、反面、チョッピングすることで蓄電の速度を低下させることになる。
【０００８】
そこで、この発明の第１目的は、蓄電の速度低下を抑えながら、しかもジェネレータの発電状態の変動に影響されずに、充電効率を向上させて高効率の充電ができる、時計等の小型機器用充電装置を提供することにある。
【０００９】
第２の目的は、常に最適な充電が行える時計等の小型機器用充電装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記第１の目的を達成するため、この発明は、ジェネレータで発電された交流起電力を整流部で整流し、その整流後の電力を電源部で蓄電して時計部の電源として使用する時計部を備える小型機器用充電装置において、整流部の後段に、該整流部の出力端をスイッチ部で周期的にオン・オフして整流後の電圧をチョッパ制御するチョッパ制御手段と、発電周波数を検出する発電周波数検出手段と、その発電周波数から加速度を検出する加速度検出手段とを設け、チョッパ制御手段のチョッパ制御により昇圧された電力を電源部に蓄電するとともに、加速度検出手段が検出した加速度にしたがってチョッパ制御手段によるチョッパ制御を行うか行わないかを判断することを特徴とする。すなわち、発電周波数から加速度を見て、この先、高い速度になるかどうかで、チョッピングをかけるか、かけないかを判断する。
【００１１】
発電周波数検出手段は、スイッチ部の一方の電圧によりオン・オフするインバータのオン・オフの時間から発電周波数を検出する。
【００１２】
第２の目的を達成するため、発電周波数の高低に応じて整流部を半波整流と全波整流とに切り換える整流切換手段を備える。
【００１３】
【発明の実施の形態】
次に、この発明の実施の形態を図面にしたがって詳細に説明する。
図１には、この発明による時計用充電装置の構成をブロック図にして示す。
【００１４】
この時計用充電装置は、ジェネレータ１と、このジェネレータ１で発電された交流起電力を整流する整流部２と、該整流部２の出力端を周期的にオン・オフするスイッチ部３と、充電のためのコンデンサまたは二次電池４を含む電源部５と、時計回路６を含む時計部７と、スイッチ部３の一方の電圧によりオン・オフするインバータ８と、基準信号を発生する基準信号発生回路９と、インバータ８のオン・オフの時間から発電周波数を検出する発電周波数検出手段である第１の波形合成回路１０と、その発電周波数を速度に変換する速度変換手段である第２の波形合成回路１１と、その速度と発電周波数とから加速度を検出する加速度検出手段である第３の波形合成回路１２と、チョッパ制御するチョッパ制御手段である第４の波形合成回路１３と、発電周波数の高低に応じて整流部２を半波整流と全波整流とに切り換える整流切換部１４とで構成されている。
【００１５】
次に、動作について説明する。
ジェネレータ１で発電された交流起電力は整流部２で半波整流または全波整流される。その整流後の電圧は、スイッチ部３で周期的にオン・オフしてチョッパ制御することにより、図３に示すように昇圧され、その昇圧された電圧が電源部５に蓄電され、時計部７の電源として使用される。図２には、図１における○の１の点および○の３の点の電圧波形を示す。
【００１６】
一方、インバータ８によりジェネレータ１の発電の有無を判定し、その判定信号を第１の波形合成回路１０に入力する。この第１の波形合成回路１０は、基準信号発生回路９からの基準信号と上記判定信号とにより、発電周波数に応じた信号を第２の波形合成回路１１へ出力する。図３に、測定レンジが５ｍsecの場合における図１の▲４▼および▲６▼の点の波形を示す。
【００１７】
第２の波形合成回路１１は、第１の波形合成回路１０からの発電周波数を発電速度に応じた信号に変換して第３の波形合成回路１２へ出力する。図４には、測定レンジが２０ｍsecの場合における図１の▲４▼、▲６▼および▲８▼の点の波形を示す。
【００１８】
第３の波形合成回路１２は、図５に示すように、第１の波形合成回路１０からの発電周波数に応じた信号▲６▼と第２の波形合成回路１１からの速度に応じた信号▲８▼との周期の差から、加速度を検出し、加速度に応じた信号を第４の波形合成回路１３へ出力する。
【００１９】
第４の波形合成回路１３は、第３の波形合成回路１２からの加速度に応じた信号により、加速度の大小を判断してチョッパ制御のオン・オフを判定し、つまりチョッパ制御を行うか行わないかを判定する。そして、チョッパ制御を行うときには、基準信号発生回路９からの基準信号に従ったチョッパ信号を制御して、スイッチ部２にオン・オフ信号を出力する。図６には、図１の○の９の点の波形を示す。また、図７には、チョッピング無しの場合と、加速度の大小に応じてチョッピングをかけない通常制御の場合と、上述したように加速度の大小を判断して加速度の大小によりチョッピングをかける加速度制御の場合の電圧波形を示す。
【００２０】
第４の波形合成回路１３は、同時に、チョッパ制御信号に同期して、整流切換部１４を発電周波数の高低に応じて制御する。すなわち、第２の波形合成回路１１からの速度に応じた信号○の８から、発電周波数が高いときは整流部２を半波整流、低いときは全波整流とする。
【００２１】
発電周波数に応じて整流方式を切り換えると、発電周波数に応じた高効率の充電が行える。図８には、整流方式による発電周波数と充電エネルギーの関係を示す。
【００２２】
ところで、上述した例では、この発明による充電装置を時計に適用した場合について説明した。しかし、この発明は、時計に限らず、その他の小型機器用充電装置にも適用することができる。
【００２３】
【発明の効果】
この発明による効果を、請求項毎にあげると、次のとおりである。
【００２４】
＜請求項１＞
整流部の後段でチョッパ制御するため、整流はダイオードの組み合わせのみで可能になる。
スイッチ部における逆流防止が不要になる。そのため、電源部に入力する充電電流を直接スイッチ部の端子で測定でき、チョッパ制御のための制約条件がなくなり、電圧検出が容易になる。
【００２５】
発電周波数から加速度を見て、この先、高い速度になるかどうかで、チョッピングをかけるか、かけないかを判断するので、蓄電の速度低下を抑えながら、しかもジェネレータの発電状態の変動に影響されずに、充電効率を向上させて高効率の充電ができる。
全波・半波と整流方式の制約がない。特に、全波整流は、簡単な構成となり、実用が容易な全波チョッパ制御充電装置を提供できる。
【００２６】
＜請求項２＞
スイッチ部の一方の電圧によりオン・オフするインバータのオン・オフの時間から発電周波数を検出するため、発電周波数の検出を非常に簡単な構成で行えることになり、全体のシステム構成が単純になり、またコンパレータ等の消費電流の大きい回路も不要になるので、制御部の低電力化が可能になる。
【００２７】
＜請求項３＞
例えばロータ錘を用いて発電する場合、発電周波数が高いときは、半波整流の方がロータ錘の発電負荷が小さくなり、ロータ錘の動作速度が速くなり発電効率がアップする。逆に、発電周波数が低いときには、起電力が小さく、チョッパ制御が必要となる。さらに、微小電流を無駄なく充電できるようにするためには、全波整流が良い。したがって、発電周波数の高低に応じて整流部を半波整流と全波整流とに切り換えれば、常に最適な充電が行える。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明による時計用充電装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図１における▲１▼および▲３▼の点の電圧波形図である。
【図３】測定レンジが５ｍsecの場合における図１の▲４▼および▲６▼の点の波形図である。
【図４】測定レンジが２０ｍsecの場合における図１の▲４▼、▲６▼および▲８▼の点の波形図である。
【図５】図１における第１の波形合成回路からの発電周波数に応じた信号▲６▼と第２の波形合成回路からの速度に応じた信号▲８▼との周期の差から、加速度を検出することを示すタイミングチャートである。
【図６】図１の▲９▼の点の波形図である。
【図７】チョッピング無しの場合と、通常制御の場合と、加速度制御の場合の電圧波形図である。
【図８】整流方式による発電周波数と充電エネルギーの関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１ ジェネレータ
２ 整流部
３ スイッチ部
４ コンデンサまたは二次電池
５ 電源部
６ 時計回路
７ 時計部
８ インバータ
９ 基準信号発生回路
１０ 第１の波形合成回路
１１ 第２の波形合成回路
１２ 第３の波形合成回路
１３ 第４の波形合成回路
１４ 整流切換部
Claims (3)
- ジェネレータで発電された交流起電力を整流部で整流し、その整流後の電力を電源部で蓄電して時計部の電源として使用する時計部を備える小型機器用充電装置において、前記整流部の後段に、該整流部の出力端をスイッチ部で周期的にオン・オフして整流後の電圧をチョッパ制御するチョッパ制御手段と、発電周波数を検出する発電周波数検出手段と、その発電周波数から加速度を検出する加速度検出手段とを設け、前記チョッパ制御手段のチョッパ制御により昇圧された電力を前記電源部に蓄電するとともに、前記加速度検出手段が検出した加速度にしたがって前記チョッパ制御手段によるチョッパ制御を行うか行わないかを判断することを特徴とする、時計部を備える小型機器用充電装置。
- 前記発電周波数検出手段は、前記スイッチ部の一方の電圧によりオン・オフするインバータのオン・オフの時間から発電周波数を検出することを特徴とする、請求項１に記載の時計部を備える小型機器用充電装置。
- 発電周波数の高低に応じて整流部を半波整流と全波整流とに切り換える整流切換手段を備えたことを特徴とする、請求項１、または２に記載の時計部を備える小型機器用充電装置。
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- 2000-07-17 JP JP2000215488A patent/JP4618749B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (6)
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