JP7089450B2 - 電子時計 - Google Patents

Description

本発明は、電子時計に関する。

従来、消費電流の大きさが間欠的に増加する電気負荷を有する時計の技術がある。特許文献１には、間欠的に駆動される機能手段と、機能手段に並列接続される安定化電源と、機能手段ならびに安定化電源に電力を供給する電源とを備える電子機器が開示されている。

特開２０１４－１５５２７０号公報

ここで、消費電流の大きさが間欠的に増加する電気負荷に対して計時回路が常に接続されていると、計時回路の動作安定性に影響を及ぼす可能性がある。例えば、電気負荷の消費電流が変化するときに、計時回路に対する供給電圧が変動してしまう可能性がある。計時回路に対する供給電圧の変動を抑制できることが望まれている。

本発明の目的は、計時回路に対する供給電圧の変動を抑制できる電子時計を提供することである。

本発明の電子時計は、第一電池と、計時回路と、を含む第一回路と、第二電池と、消費電流の大きさが間欠的に増加する電気負荷と、を含む第二回路と、前記第一回路と前記第二回路とを接続および遮断する機能を有し、前記電気負荷が動作するときに前記第一回路と前記第二回路とを遮断する切替手段と、を備えることを特徴とする。

本発明に係る電子時計は、第一電池と、計時回路と、を含む第一回路と、第二電池と、消費電流の大きさが間欠的に増加する電気負荷と、を含む第二回路と、第一回路と第二回路とを接続および遮断する機能を有し、電気負荷が動作するときに第一回路と第二回路とを遮断する切替手段と、を備える。本発明に係る電子時計によれば、電気負荷が動作するときには第一回路と第二回路とが遮断される。よって、本発明に係る電子時計は、計時回路に対する供給電圧の変動を抑制できるという効果を奏する。

図１は、第１実施形態に係る電子時計の回路図である。 図２は、第１実施形態に係る切替手段の一例を示す図である。 図３は、ＧＰＳ回路における消費電流の一例を示す図である。 図４は、第１実施形態に係る電子時計の動作を示すフローチャートである。 図５は、第１実施形態に係る電子時計の動作を示すタイムチャートである。 図６は、第２実施形態に係る電子時計の回路図である。 図７は、第２実施形態に係る電子時計の動作を示すフローチャートである。 図８は、第２実施形態の充電制御に係るタイムチャートである。 図９は、第３実施形態に係る電子時計の回路図である。 図１０は、第３実施形態に係る電子時計のブロック図である。 図１１は、第３実施形態の電子時計における各電池の電圧を示す図である。 図１２は、第４実施形態に係る電子時計の回路図である。 図１３は、第４実施形態に係る充電制御について説明する図である。 図１４は、第４実施形態の充電制御に係るタイムチャートである。

以下に、本発明の実施形態に係る電子時計につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記の実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるものあるいは実質的に同一のものが含まれる。

［第１実施形態］
図１から図５を参照して、第１実施形態について説明する。本実施形態は、電子時計に関する。図１は、第１実施形態に係る電子時計の回路図、図２は、第１実施形態に係る切替手段の一例を示す図、図３は、ＧＰＳ回路における消費電流の一例を示す図、図４は、第１実施形態に係る電子時計の動作を示すフローチャート、図５は、第１実施形態に係る電子時計の動作を示すタイムチャートである。

図１に示すように、第１実施形態に係る電子時計１は、発電部２、第一回路１０、および第二回路２０を有する。発電部２は、発電を行う装置または発電を行う機構であり、例えば、太陽発電機構である。なお、発電部２として、電磁発電機構、熱発電機構、静電誘導発電などの機構が用いられてもよい。

第一回路１０は、発電部２と接続されている。第一回路１０は、第一電池１１、計時回路１２、電圧検出部１３、および制御部１４を有する。第一電池１１は、蓄電が可能な二次電池である。第一電池１１として、全固体電池が用いられてもよい。第一電池１１は、発電部２に対して接続されており、発電部２によって発電された電力によって蓄電される。計時回路１２は、少なくとも計時機能を有する回路である。計時回路１２は、例えば、水晶振動子や分周回路等を含み、電子時計１の内部時刻を計時する。本実施形態の計時回路１２は、第一回路１０の内部において第一電池１１に対して接続されており、少なくとも第一電池１１から電力の供給を受けることができる。

電圧検出部１３は、第一電池１１および後述する第二電池２１の電圧を検出する。電圧検出部１３は、制御部１４と通信可能に接続されている。電圧検出部１３の検出結果を示す信号は、制御部１４に送信される。

制御部１４は、後述する切替手段３を制御する機能を有する。制御部１４は、更に、第一電池１１に対する充電制御を行う機能や、第二電池２１に対する充電制御を行う機能を有している。また、制御部１４は、発電部２における発電の有無や発電量を取得することができるように構成されている。また、制御部１４は、後述するＧＰＳ回路２２による受信動作を制御する機能を有する。制御部１４は、ＧＰＳ回路２２に対して、受信開始指令や受信終了指令を出力する。

第二回路２０は、切替手段３を介して第一回路１０および発電部２と接続されている。言い換えると、切替手段３は、第一回路１０および発電部２と、第二回路２０と、を接続および遮断する。切替手段３は、接点式のスイッチやリレーであってもよく、図２に示すように切替手段３の接続時に第一電池１１が急激な電圧変動を起こさないためにトランジスタ等の素子３ａと抵抗３ｂとが直列に接続されて構成されていてもよい。切替手段３は、制御部１４から送られる制御信号に応じて、第一回路１０および発電部２に対して第二回路２０を接続および遮断する。以下の説明では、切替手段３において、第一回路１０および発電部２に対して第二回路２０を接続している状態を「接続状態」と称し、第一回路１０および発電部２に対して第二回路２０を遮断している状態を「遮断状態」と称する。

第二回路２０は、第二電池２１およびＧＰＳ回路２２を有する。第二電池２１は、蓄電および放電が可能な二次電池である。第二電池２１は、例えば、全固体電池である。切替手段３が接続状態である場合、第二電池２１は、第一電池１１と並列に接続される。この場合、第二電池２１は、発電部２によって発電された電力によって蓄電可能なように発電部２に対して接続される。

ＧＰＳ回路２２は、第二回路２０の内部において第二電池２１に対して接続されている。ＧＰＳ回路２２は、切替手段３が遮断状態であっても第二電池２１から電力の供給を受けて動作することができる。ＧＰＳ回路２２は、ＧＰＳ（GLOBAL POSITIONING SYSTEM）衛星から出力されるＧＰＳ電波を受信する。なお、ＧＰＳ電波は、ＧＰＳ時刻情報を含む電波であり、例えば、１．５ＧＨｚ帯（１５７５．４２ＭＨｚ）と、１．２ＧＨｚ帯（１２２７．６０ＭＨｚ）との２種類が使用される。ＧＰＳ回路２２は、受信したＧＰＳ電波に基づいて、現在時刻についての情報や、現在位置についての情報を取得する。ＧＰＳ回路２２によって取得された情報は、計時回路１２に対して送信される。
ＧＰＳ回路２２は、非受信動作時、回路動作を行っていないので消費電流は計時回路１２の消費電流以下であるが、受信動作時は回路動作が行われるため、消費電流が計時回路１２の消費電流の１０倍以上に増加するため、電子時計１の中で重負荷となる。

ＧＰＳ回路２２は、ＧＰＳ電波を受信する際に、大きな電力を消費する。図３には、ＧＰＳ回路２２における消費電流の一例が示されている。図３において、横軸は時間、縦軸は消費電流Ｉｃの大きさを示す。図３に示すように、ＧＰＳ回路２２では、ＧＰＳ電波を受信する動作期間Ｐａ（３～１０秒）において、消費電流Ｉｃが増加する。ＧＰＳ回路２２の消費電流Ｉｃが増加するときに第一電池１１と第二電池２１とが接続されていると、第二電池２１の電圧だけでなく、第一電池１１の電圧も低下してしまう。このため、本実施形態の切替手段３は、ＧＰＳ回路２２が動作するときに遮断状態となって第一回路１０を第二回路２０から切り離し、第一回路１０の動作を安定させる。なお、ＧＰＳ回路２２における消費電流Ｉｃの瞬時値Ｉｃ１は、例えば、第一回路１０における消費電流の平均値よりも大きい。

本実施形態の電子時計１では、第一回路１０における消費電流の平均値が、第二回路２０における消費電流の平均値よりも大きい。これに応じて、第一電池１１の容量は、第二電池２１の容量よりも大きくされている。よって、計時回路１２および制御部１４の電源が安定するため、計時回路１２および制御部１４の動作が安定する。なお、第二回路２０における消費電流の平均値が、第一回路１０における消費電流の平均値よりも大きい場合には、第二電池２１の容量が第一電池１１の容量よりも大きくされることが好ましい。このようにすれば、ＧＰＳ回路２２の電源が安定するため、ＧＰＳ回路２２の動作が安定する。また、切替手段３を遮断状態としたままでＧＰＳ回路２２を安定して動作させることが可能となる。

ここで、重負荷であるＧＰＳ回路２２が動作するときに、第一回路１０と第二回路２０とが接続された状態であると、第一電池１１において電源変動を生じてしまう可能性がある。例えば、ＧＰＳ回路２２における消費電流Ｉｃが変動するときに、計時回路１２に対する供給電圧が変動してしまう可能性がある。これに対して、本実施形態の切替手段３は、以下に説明するように、ＧＰＳ回路２２が動作するときに遮断状態となる。つまり、切替手段３は、ＧＰＳ回路２２が動作するときに第一回路１０と第二回路２０とを遮断する。よって、本実施形態の電子時計１は、第一回路１０における電源変動を抑制して第一回路１０の動作を安定させることができる。

図４および図５を参照して、第１実施形態の電子時計１の動作について説明する。図５のタイムチャートにおいて、横軸は時間を示し、縦軸は電圧を示す。図５には、第一電池１１の電圧Ｖｃおよび第二電池２１の電圧Ｖｐの推移が示されている。図４に示すフローチャートは、例えば、電子時計１が通常動作を行っているときに開始される。通常動作は、例えば、ＧＰＳ回路２２が動作してないときの電子時計１の動作である。

ステップＳ１０において、制御部１４は、受信要求がなされているか否かを判定する。電子時計１は、例えば、所定の周期でＧＰＳ回路２２によるＧＰＳ電波の受信動作を行う。ＧＰＳ電波の受信動作を行うべきタイミングが到来している場合、制御部１４が受信要求ありと判断する。図５では、時刻ｔ１において受信開始の判断がなされる。なお、時刻ｔ１よりも前では、切替手段３が接続状態とされている。従って、第一電池１１および第二電池２１の電圧Ｖｃ，Ｖｐは同様の値となっている。ステップＳ１０において受信要求ありと肯定判定された場合にはステップＳ２０に進み、受信要求無しと否定判定された場合にはステップＳ７０に進む。

ステップＳ２０において、制御部１４は、切替手段３を遮断状態（ｏｆｆ）とする。これにより、第一回路１０および発電部２に対して第二回路２０が遮断される。図５では、時刻ｔ１に切替手段３が接続状態（ｏｎ）から遮断状態（ｏｆｆ）に切り替えられる。ステップＳ２０が実行されると、ステップＳ３０に進む。

ステップＳ３０において、ＧＰＳ回路２２による受信動作が開始される。ＧＰＳ回路２２は、例えば、制御部１４からの指令信号に応じて受信動作を開始する。図５では、時刻ｔ１に受信動作が開始される。ＧＰＳ回路２２は、予め定められたプログラムに基づいて受信動作を実行する。受信動作では、ＧＰＳ回路２２における消費電流Ｉｃが増加する。切替手段３が遮断状態であることから、第二回路２０において電圧変動が生じたとしても、その電圧変動は第一回路１０に伝わらない。よって、第一回路１０の計時回路１２や制御部１４が安定して動作することができる。ステップＳ３０が実行されると、ステップＳ４０に進む。

ステップＳ４０において、ＧＰＳ回路２２による受信動作が終了する。制御部１４は、例えば、予め定められた一連の受信動作が完了すると、ＧＰＳ回路２２に対して受信終了を示す信号を送信する。ステップＳ４０が実行されると、ステップＳ５０に進む。

通常、電池はＧＰＳ回路２２が動作したときのように多くの消費電流が流れたとき、電池の内部インピーダンスの関係から電池電圧が大きく低下する。しかし、動作が終了し、消費する電流がなくなると、ほぼ無負荷の状態になるため、内部インピーダンスに関係なく、元の電池電圧に復帰する。電圧が復帰するには電池の分極作用によるため、復帰に一定の時間を要する。このため、ステップＳ５０において、制御部１４は、予め定められた待機時間が経過するまで待機する。
待機時間は、第二電池２１の電圧Ｖｐが回復するために要する時間である。受信動作が終了してＧＰＳ回路２２に対する電力供給が停止することで、第二電池２１の電圧Ｖｐが徐々に回復する。待機時間は、第二電池２１の電圧Ｖｐが適切に回復するために必要な時間として設定されている。待機時間は、例えば、１０秒間とされてもよい。図５では、時刻ｔ２から時刻ｔ３までが待機時間である。ステップＳ５０が実行されると、ステップＳ６０に進む。

ステップＳ６０において、制御部１４は、電圧検出部１３を用いて第一電池１１の電圧Ｖｃと第二電池２１の電圧Ｖｐとの差分が所定値未満であるか否かを判定する。所定値は、例えば、１００［ｍＶ］とされてもよい。所定値は、第二回路２０が第一回路１０に対して接続される際に第一回路１０において電圧変動が生じにくいように定められている。図５では、第二電池２１の電圧Ｖｐが時刻ｔ２から時刻ｔ３にかけて上昇していき、時刻ｔ３には第一電池１１の電圧Ｖｃよりは低い電圧とはなるがほぼ近い値となる。このように二つの電池１１，２１の電圧差が小さい状態となっていれば、切替手段３を接続状態に切り替える際に第一回路１０において電圧変動が生じにくい。制御部１４は、第一電池１１の電圧Ｖｃと第二電池２１の電圧Ｖｐとの差分が所定値未満であると肯定判定した場合、ステップＳ７０に進む。一方、制御部１４は、ステップＳ６０において否定判定した場合、ステップＳ５０に移行する。

ステップＳ７０において、制御部１４は、切替手段３を接続状態とする。これにより、第二回路２０が第一回路１０および発電部２に対して接続される。第二電池２１は、発電部２に対して接続され、発電部２において発電された電力によって蓄電される。図５では、時刻ｔ３に切替手段３が接続状態に切り替えられる。ステップＳ７０が実行されると、本制御フローは終了する。

以上説明したように、本実施形態の電子時計１は、第一回路１０と、第二回路２０と、切替手段３と、を有する。第一回路１０は、第一電池１１と、計時回路１２と、を含む回路である。第二回路２０は、第二電池２１と、ＧＰＳ回路２２と、を含む回路である。ＧＰＳ回路２２は、消費電流の大きさが間欠的に増加する電気負荷の一例である。切替手段３は、第一回路１０と第二回路２０とを接続および遮断する機能を有する。切替手段３は、ＧＰＳ回路２２が動作するときに第一回路１０と第二回路２０とを遮断する。ＧＰＳ回路２２が動作するときに第一回路１０と第二回路２０とが遮断されることで、ＧＰＳ回路２２の消費電流が変化して第二電池２１の電圧が変動したとしても、その電圧変動が第一回路１０に伝わらない。よって、本実施形態の電子時計１は、計時回路１２に対する供給電圧の変動を抑制することができる。

本実施形態の電子時計１では、第一回路１０における消費電流の平均値が第二回路２０における消費電流の平均値よりも大きく、第一電池１１の容量は、第二電池２１の容量よりも大きい。よって、計時回路１２および制御部１４の電源が安定するため、計時回路１２および制御部１４の動作が安定する。なお、第二回路２０における消費電流の平均値が、第一回路１０における消費電流の平均値よりも大きい場合には、第二電池２１の容量が第一電池１１の容量よりも大きくされてもよい。この場合、ＧＰＳ回路２２の電源が安定するため、ＧＰＳ回路２２の動作が安定する。

本実施形態の電子時計１は、第一電池１１に対して充電可能に接続された発電部２を有する。切替手段３は、ＧＰＳ回路２２が動作していないときに第一回路１０と第二回路２０とを接続して、第一電池１１に対して第二電池２１を並列に接続する。よって、発電部２において発電された電力によって第一電池１１および第二電池２１に対して充電を行うことが可能となる。

なお、第二回路２０に含まれる重負荷は、ＧＰＳ回路２２には限定されない。第二回路２０は、ＧＰＳ回路２２に代えて、あるいはＧＰＳ回路２２に加えて、他の無線通信回路、モーター回路、センサ回路等を有していてもよい。無線通信回路としては、例えば、Bluetooth（登録商標）等の無線通信を行う回路が挙げられる。モーター回路としては、例えば、静電誘導モーターや電磁モーターを駆動する回路が挙げられる。センサ回路としては、例えば、圧力センサの回路、方位センサの回路等が挙げられる。

図４に示すフローチャートにおいて、ステップＳ６０で肯定判定がなされない場合であっても、所定の制限時間が経過した場合には切替手段３が接続状態に切り替えられてもよい。この制限時間は、ステップＳ５０の待機時間よりも長い時間である。このようにすれば、制限時間が経過した場合には切替手段３が接続状態とされて第二電池２１に対する蓄電が可能となる。

［第２実施形態］
図６から図８を参照して、第２実施形態について説明する。第２実施形態については、上記第１実施形態で説明したものと同様の機能を有する構成要素には同一の符号を付して重複する説明は省略する。図６は、第２実施形態に係る電子時計の回路図、図７は、第２実施形態に係る電子時計の動作を示すフローチャート、図８は、第２実施形態の充電制御に係るタイムチャートである。

第２実施形態の電子時計１において、上記第１実施形態と異なる点は、充電制御において、第一電池１１の電圧上昇を優先させる点である。図６に示すように、第２実施形態に係る電子時計１は、第二切替手段４を有する。第二切替手段４は、第一回路１０と発電部２とを接続および遮断する。第二切替手段４は、例えば、接点式のスイッチやリレーであってもよく、トランジスタ等の素子と抵抗とが直列に接続されて構成されていてもよい。第二切替手段４において、第一回路１０と発電部２とを接続している状態を「接続状態」と称し、第一回路１０を発電部２から遮断している状態を「遮断状態」と称する。第二切替手段４が遮断状態である場合、第一回路１０は、第二回路２０と遮断される。

第２実施形態の電子時計１は、第一電池１１および第二電池２１の電圧Ｖｃ，Ｖｐが共に低下している状態から充電を行う場合、第一電池１１の電圧Ｖｃを優先して回復させる。これにより、計時機能等のコア機能を優先して動作させることが可能となる。

図７および図８を参照して、第２実施形態の電子時計１の動作について説明する。以下に説明する充電制御は、第一電池１１および第二電池２１の電圧Ｖｃ，Ｖｐが低下している状態で実行されるものであり、典型的にはパワーブレークモードからの復帰時に実行される。なお、パワーブレークモードは、第一電池１１および第二電池２１の電池容量が減少したときに第一電池１１および第二電池２１の減少を少なくするために運針動作や計時動作等のコア動作を停止するモードであり、電圧Ｖｃ，Ｖｐが所定の下限値以下となった場合に実行される。パワーブレークモードでは、例えば、計時回路１２に対する電力供給が停止される。パワーブレークモードにおいて、発電部２による発電がなされると、パワーブレークモードからの復帰制御を行う回路が起動する。例えば、本実施形態では、発電部２からの電力によって、制御部１４が復帰のための発電制御および充電制御を行う。

図７のステップＳ１１０において、制御部１４は、切替手段３を遮断状態とし、かつ第二切替手段４を接続状態とする。これにより、第二回路２０が発電部２に対して遮断され、かつ第一回路１０が発電部２に接続される。従って、発電部２によって発電された電力は、第一電池１１に対して蓄電されることになる。ステップＳ１１０が実行されると、ステップＳ１２０に進む。

ステップＳ１２０において、制御部１４は、第一電池１１に対する充電を実行する。制御部１４は、第一電池１１に対する蓄電を許可し、発電部２から第一電池１１に対する蓄電を実行する。図８では、時刻ｔ１１に第一電池１１に対する充電が開始され、電圧Ｖｃが上昇していく。ステップＳ１２０が実行されると、ステップＳ１３０に進む。

ステップＳ１３０において、計時回路１２が起動する。第一電池１１の電圧Ｖｃが所定の電圧以上となると、計時回路１２が動作を開始する。図８では、時刻ｔ１２に計時回路１２が起動する。ステップＳ１３０が実行されると、ステップＳ１４０に進む。

ステップＳ１４０において、制御部１４は、時分割充電を実行する。時分割充電は、第一電池１１に対する充電、および第二電池２１に対する充電を交互に行う充電モードである。第一電池１１に対する充電がなされる場合、切替手段３が遮断状態とされ、かつ第二切替手段４が接続状態とされる。これにより、第一電池１１が発電部２と接続され、かつ第二電池２１が発電部２から遮断される。一方、第二電池２１に対する充電がなされる場合、切替手段３が接続状態とされ、かつ第二切替手段４が遮断状態とされる。これにより、第二電池２１が発電部２と接続され、かつ第一電池１１が発電部２から遮断される。制御部１４は、例えば、時分割充電において、第一電池１１に対する一回の充電時間と、第二電池２１に対する一回の充電時間とを等しくする。ただし、制御部１４は、時分割充電において、第一電池１１に対する一回の充電時間を第二電池２１に対する一回の充電時間よりも長くしてもよい。第一電池１１および第二電池２１に対する一回の充電時間は、第一電池１１の容量および第二電池２１に応じて定められてもよい。例えば、一回の充電時間における第一電池１１の電圧上昇量が一回の充電時間における第二電池２１の電圧上昇量と等しくされてもよい。

図８では、時刻ｔ１２に時分割充電が開始される。これにより、第一電池１１の電圧Ｖｃ、および第二電池２１の電圧Ｖｐが上昇する。ステップＳ１４０が実行されると、ステップＳ１５０に進む。

ステップＳ１５０において、制御部１４は、第一電池１１の電圧Ｖｃが判定値Ｖｔよりも大であるか否かを判定する。判定値Ｖｔは、時分割充電を終了するか否かを判定するための電圧である。判定値Ｖｔは、例えば、第一回路１０の機器を安定して動作させることができる電圧である。制御部１４は、第一電池１１の電圧Ｖｃが判定値Ｖｔよりも大であると肯定判定した場合にはステップＳ１６０に進み、否定判定した場合にはステップＳ１４０に移行する。

ステップＳ１６０において、制御部１４は、切替手段３を接続状態とし、かつ第二切替手段４を遮断状態とする。これにより、第二電池２１が発電部２と接続され、かつ第一電池１１が発電部２から遮断される。よって、発電部２において発電された電力は、第二電池２１に継続的に蓄電される。図８では、時刻ｔ１３において切替手段３が接続状態とされ、かつ第二切替手段４が遮断状態とされる。ステップＳ１６０が実行されると、ステップＳ１７０に進む。

ステップＳ１７０において、制御部１４は、第二電池２１の電圧Ｖｐが判定値Ｖｔよりも大であるか否かを判定する。制御部１４は、第二電池２１の電圧Ｖｐが判定値Ｖｔよりも大であると肯定判定した場合にはステップＳ１８０に進み、否定判定した場合にはステップＳ１６０に移行する。

ステップＳ１８０において、制御部１４は、切替手段３および第二切替手段４を何れも接続状態とする。図８では、時刻ｔ１４に切替手段３および第二切替手段４が接続状態とされる。時刻ｔ１４以降は第一電池１１および第二電池２１の両方に対して蓄電がなされる。これにより、時刻ｔ１４以降は第一電池１１の電圧Ｖｃおよび第二電池２１の電圧Ｖｐがそれぞれ上昇する。ステップＳ１８０が実行されると、本制御フローは終了する。

このように、第２実施形態の充電制御によれば、第一電池１１に対する蓄電が第二電池２１に対する蓄電よりも優先される。第一電池１１の電圧Ｖｃおよび第二電池２１の電圧Ｖｐが共に低下している場合、第一電池１１の電圧Ｖｃを上昇させることが優先される。よって、本実施形態の電子時計１は、計時回路１２を早期に起動させることや、計時回路１２や制御部１４の動作を安定させることができる。

［第３実施形態］
図９から図１１を参照して、第３実施形態について説明する。第３実施形態については、上記第１実施形態および第２実施形態で説明したものと同様の機能を有する構成要素には同一の符号を付して重複する説明は省略する。図９は、第３実施形態に係る電子時計の回路図、図１０は、第３実施形態に係る電子時計のブロック図、図１１は、第３実施形態の電子時計における各電池の電圧を示す図である。

図９に示すように、第３実施形態の電子時計１は、第三回路３０を有する。第三回路３０は、第三電池３１およびメモリ回路３２を有する。第三電池３１は、蓄電および放電が可能な二次電池である。第三電池３１は、全固体電池であってもよい。メモリ回路３２は、図１０に示すように、不揮発性メモリからなるメモリ部３２ａを有する回路である。不揮発性メモリとして、例えば、ＭＯＮＯＳ（Metal Oxide Nitride Oxide Silicon）型メモリが用いられてもよい。メモリ回路３２は、第三電池３１から供給される電力によってメモリ部３２ａに情報を記憶する。

第三回路３０は、整流部５を介して発電部２、第一回路１０、および第二回路２０と接続されている。整流部５は、外部回路から第三電池３１に対して蓄電する向きの電流を許容し、かつ第三電池３１から外部回路へ放電する向きの電流を規制する。すなわち、整流部５は、発電部２、第一電池１１、および第二電池２１から第三電池３１に対して蓄電する向きの電流を許容する。整流部５は、例えば、ダイオード等の素子であるが、これに代えて、スイッチおよびコンパレータが用いられてもよい。

図１０に示すように、計時回路１２は、発振部１２ａ、計時部１２ｂ、処理部１２ｃ、およびモーター駆動回路１２ｄを有する。発振部１２ａは、例えば、水晶振動子である。計時部１２ｂは、発振部１２ａから出力される信号に基づいて時計内部時刻を算出する。処理部１２ｃは、ＧＰＳ回路２２から取得する情報および計時部１２ｂから取得する情報に基づいてモーター駆動回路１２ｄに対して指令信号を出力する。

電子時計１は、現在時刻を表示する表示部６を有する。本実施形態の表示部６は、指針によって現在時刻を表示するアナログ表示部である。なお、電子時計１は、デジタル表示部を更に有していてもよい。表示部６は、指針として、時針６１、分針６２、および秒針６３を有する。時針６１、分針６２、および秒針６３は、図示しないモーターによって回転駆動される。モーターは、モーター駆動回路１２ｄから出力されるパルス信号等によって動作し、指針を回転させる。また、電子時計１は、指針の実際の回転位置を検出する機構を有している。計時回路１２は、検出された指針の実際の位置と時計内部時刻とに齟齬が生じている場合、指針の位置を修正する。

メモリ回路３２は、計時回路１２と相互に通信を行うことができるように構成されている。メモリ回路３２は、例えば、計時回路１２から取得した指針の現在位置についての情報をメモリ部３２ａに記憶することができる。計時回路１２は、メモリ回路３２から、メモリ部３２ａに記憶された指針の位置を取得することができる。計時回路１２は、例えば、パワーブレークモードから復帰する場合に、指針の位置についての情報をメモリ回路３２から取得する。計時回路１２は、指針の運針を再開させるときに、ＧＰＳ電波に基づいて算出した現在時刻に対応する位置まで指針を回転させる。

本実施形態の電子時計１では、第三回路３０が整流部５を介して他の回路と接続されている。これにより、図１１を参照して説明するように、第三電池３１の電圧Ｖｐ２の低下が抑制される。図１１において、横軸は時間、縦軸は電圧［Ｖ］を示す。図１１には、第一電池１１の電圧Ｖｃ、第二電池２１の電圧Ｖｐ１、および第三電池３１の電圧Ｖｐ２の推移が示されている。

図１１の時刻ｔ２１から時刻ｔ２２までは、発電部２において発電がなされていない。また、ＧＰＳ回路２２が動作していないため、切替手段３が第一回路１０と第二回路２０とを接続している。つまり、第一回路１０の各機器に対して、第一電池１１および第二電池２１から電力が供給される。この場合、例えば、第一電池１１の電圧Ｖｃおよび第二電池２１の電圧Ｖｐ１が実質的に同じ値となる。一方、第三電池３１は整流部５を介して第一回路１０および第二回路２０と接続されている。整流部５は、第三電池３１から外部の回路（第一回路１０、第二回路２０）への放電を規制している。よって、第三電池３１の電圧Ｖｐ２の低下が抑制される。電圧Ｖｐ２の低下は、微小なリーク電流に基づく軽微なものにとどまる。このため、第三電池３１の電圧Ｖｐ２は、第一電池１１および第二電池２１の電圧Ｖｃ，Ｖｐ１と比較して高い電圧値となる。

時刻ｔ２２から、発電部２による発電が開始される。発電部２において発電される電力により第一電池１１および第二電池２１に蓄電がなされ、電圧Ｖｃ，Ｖｐ１が上昇する。電圧Ｖｃ，Ｖｐ１が第三電池３１の電圧Ｖｐ２以上となると、第三電池３１に対する蓄電が開始される。これにより、三つの電池１１，２１，３１の電圧Ｖｃ，Ｖｐ１，Ｖｐ２が共に上昇する。時刻ｔ２３に発電部２による発電が終了する。その後は、第一回路１０における電力消費に応じて第一電池１１および第二電池２１の電圧Ｖｃ，Ｖｐ１が低下する一方で、第三電池３１の電圧Ｖｐ２は高い電圧を保つ。

発電部２による発電がなされないまま、時刻ｔ２４に第一電池１１および第二電池２１の電圧Ｖｃ，Ｖｐ１が下限値Ｖｐｂ以下となる。その結果、電子時計１はパワーブレークモードに移行する。制御部１４は、各指針の現在位置をメモリ回路３２に記憶させる。このときに、第三電池３１の電圧Ｖｐ２は、十分に高い値を維持している。よって、メモリ回路３２に情報を記憶させる記憶動作が安定して行われる。

このように、第３実施形態の電子時計１では、第三電池３１の電圧Ｖｐ２を高い電圧に維持しておくことができる。電流の逆流を防止する整流部５によって、第三電池３１の電圧Ｖｐ２が第一電池１１および第二電池２１の電圧Ｖｃ，Ｖｐ１に対して高い値にされる。よって、記憶動作において高い電圧が要求されるメモリ回路３２に対しても安定して情報を記憶させることが可能となる。

以上説明したように、第３実施形態の電子時計１は、整流部５を介して第一回路１０および第二回路２０と接続された第三回路３０を有する。第三回路３０は、第三電池３１と、メモリ部３２ａと、を含む。メモリ部３２ａは、不揮発性のメモリである。第三回路３０が整流部５を介して第一回路１０および第二回路２０と接続されていることで、第三電池３１の電圧低下が抑制される。第３実施形態の電子時計１では、整流部５によって、第三電池３１の電圧Ｖｐ２の極大値を保持させるピークホールドが実行される。よって、第３実施形態の電子時計１は、メモリ部３２ａに対する書き込み動作を安定して実行することができる。

［第４実施形態］
図１２から図１４を参照して、第４実施形態について説明する。第４実施形態については、上記第１実施形態から第３実施形態で説明したものと同様の機能を有する構成要素には同一の符号を付して重複する説明は省略する。図１２は、第４実施形態に係る電子時計の回路図、図１３は、第４実施形態に係る充電制御について説明する図、図１４は、第４実施形態の充電制御に係るタイムチャートである。第４実施形態において、上記の各実施形態と異なる点は、第二電池２１の電圧Ｖｐを一定の範囲内の値に維持する充電制御がなされる点である。

図１２に示すように、第４実施形態の電子時計１は、発電部２、切替手段３、第一回路１０、および第二回路２０を有する。発電部２、切替手段３、および第一回路１０の構成は、上記第１実施形態の発電部２、切替手段３、および第一回路１０の構成と同様である。第二回路２０は、第二電池２１およびモーター回路２３を有する。モーター回路２３は、電子時計１に搭載されたモーターを駆動する駆動回路である。モーター回路２３によって駆動されるモーターは、例えば、時針６１、分針６２、秒針６３の少なくとも一つを回転させる運針用のモーターである。ただし、これに限定されるものではなく、モーター回路２３によって駆動されるモーターは、時針６１、分針６２、秒針６３の何れとも異なる指針を回転させるモーターであってもよい。また、モーターは、指針以外の構成要素を動作させるモーターであってもよい。モーター回路２３によって駆動されるモーターは、例えば、静電誘導モーターや電磁モーターである。

第二回路２０は、切替手段３を介して発電部２および第一回路１０と接続されている。制御部１４は、充電制御において切替手段３に対する指令を行う。図１２に示す切替手段３の状態は、第二回路２０を発電部２および第一回路１０に対して接続する接続状態である。図１３に示す切替手段３の状態は、第二回路２０を発電部２および第一回路１０から遮断する遮断状態である。図１４を参照して説明するように、制御部１４は、第二電池２１の電圧Ｖｐが第一の閾値Ｖｐｍｉｎと第二の閾値Ｖｐｍａｘとの間の値となるように充電制御を行う。ここで、第一の閾値Ｖｐｍｉｎは、目標とする電圧範囲の最小値であり、第二の閾値Ｖｐｍａｘは、目標とする電圧範囲の最大値である。従って、第二の閾値Ｖｐｍａｘは、第一の閾値Ｖｐｍｉｎよりも大きい。また、第二の閾値Ｖｐｍａｘは、後述する上限値Ｖｃｍａｘよりも小さい。

図１４において、横軸は時間を示し、縦軸は電圧［Ｖ］を示す。時刻ｔ３１において、電子時計１はパワーブレークモードの状態にあり、発電部２は発電を行っている。制御部１４は、発電部２からの電力によって動作し、第一電池１１および第二電池２１に対する蓄電を実行する。この場合、制御部１４は、切替手段３を接続状態として第二電池２１に対する蓄電を行う。第一電池１１および第二電池２１に対して蓄電がなされることで、第一電池１１および第二電池２１の電圧Ｖｃ，Ｖｐがそれぞれ上昇する。

時刻ｔ３２に電圧Ｖｃ，Ｖｐが第一の閾値Ｖｐｍｉｎまで上昇し、電子時計１がパワーブレークモードから復帰する。つまり、第一の閾値Ｖｐｍｉｎは、パワーブレークモードから復帰する復帰電圧である。時刻ｔ３２に計時回路１２が起動して計時動作を再開する。パワーブレークモードから復帰した後も第一電池１１および第二電池２１に対する充電が継続される。

時刻ｔ３３に第二電池２１の電圧Ｖｐが第二の閾値Ｖｐｍａｘ以上の値となる。これにより、制御部１４は、図１３に示すように切替手段３を遮断状態とする。その結果、時刻ｔ３３以降はモーター回路２３の動作によって第二電池２１の電圧Ｖｐが低下する。
なお、モーター回路２３の動作によって消費する電流量は、第１実施形態で説明したＧＰＳ回路２２が動作したときよりも時間当たりの電流量が小さいため、第二電池２１の電圧降下や分極作用の影響が小さくなる。そのため、切替手段３を遮断状態としても第二電池２１の電圧は復帰することがない。よって、モーター回路２３の動作の影響を強く受け、図１４のように徐々に電圧Ｖｐが低下していく。
また、第一電池１１の電圧Ｖｃが上限値Ｖｃｍａｘに到達すると、第一電池１１に対する蓄電が禁止される。上限値Ｖｃｍａｘは、過充電を防止するために定められているガード値である。

時刻ｔ３４に第二電池２１の電圧Ｖｐが第一の閾値Ｖｐｍｉｎ以下の値となる。これにより、制御部１４は、図１２に示すように切替手段３を接続状態とする。その結果、第二電池２１に対する蓄電が再開され、第二電池２１の電圧Ｖｐが上昇する。

時刻ｔ３５に第二電池２１の電圧Ｖｐが第二の閾値Ｖｐｍａｘ以上となり、切替手段３が遮断状態とされる。その後の時刻ｔ３６に発電部２による発電が終了する。発電部２からの電力供給がなされなくなったことで、第一回路１０によって時刻ｔ３６以降は第一電池１１の電圧Ｖｃが徐々に低下していく。
時刻ｔ３７に第二電池２１の電圧Ｖｐが第一の閾値Ｖｐｍｉｎ以下となり、切替手段３が接続状態とされる。その後、時刻ｔ３８に第二電池２１の電圧Ｖｐが第二の閾値Ｖｐｍａｘ以上となり、切替手段３が遮断状態とされる。時刻ｔ３９に第一電池１１の電圧Ｖｃが第一の閾値Ｖｐｍｉｎを下回り、電子時計１がパワーブレークモードに移行する。

このように、本実施形態の電子時計１では、第二電池２１の電圧Ｖｐが第一の閾値Ｖｐｍｉｎと第二の閾値Ｖｐｍａｘとの間の値に維持される。よって、モーター回路２３に対する供給電圧が略一定の電圧となる。従って、本実施形態の電子時計１では、モーター回路２３においてＤＣ／ＤＣコンバータ等の変圧部が不要となる。その結果、本実施形態の電子時計１では、モーター回路２３の消費電力が低減される。また、モーター回路２３における駆動パルスの統一化が可能となり、変換器の設計負荷や、モーター回路２３の回路規模が低減される。また、モーター回路２３に対する印加電圧が略一定となることで、モーターに対する印加電圧も略一定となり、モーターの駆動ランクが削減可能となる。

なお、パワーセーブモードでは、上記とは異なる充電制御がなされてもよい。パワーセーブモードは、指針の運針を停止させる節電モードである。パワーセーブモードでは、計時回路１２による計時動作が実行されたままで、少なくとも一部の指針が停止される。停止される指針は、モーター回路２３によって運針される指針である。パワーセーブモードは、例えば、第一電池１１の電圧Ｖｃが低下した場合に実行される。パワーセーブモードにおいて実行される充電制御は、第一電池１１に対する蓄電を第二電池２１に対する蓄電よりも優先させる制御であってもよい。

本実施形態の電子時計１において、モーター回路２３がモーターを駆動しているときには、切替手段３が遮断状態とされることが好ましい。例えば、第二電池２１に対する蓄電がなされている途中であっても、モーター回路２３がモーターを駆動するときには、切替手段３が遮断状態とされる。モーター回路２３が動作しているときに切替手段３が遮断状態とされることで、第一回路１０における電圧変動の発生が抑制される。

充電制御において、切替手段３を接続状態に切り替える条件は上記と異なっていてもよい。例えば、切替手段３を接続状態に切り替える条件は、「電圧Ｖｐが第一の閾値Ｖｐｍｉｎ以下であること」に代えて、「モーター回路２３がモーターを駆動していない（モーター回路２３が動作していない）こと」であってもよい。このようにすれば、モーター回路２３が駆動動作を終了したときに、第二電池２１に対する蓄電が開始される。従って、モーター回路２３が動作していない期間を有効利用して第二電池２１に対する蓄電を行うことができる。

なお、図１４に示す充電制御において、モーター回路２３が動作しているときであっても切替手段３が接続状態とされ、第二電池２１に対する蓄電がなされてもよい。このようにすれば、第二電池２１の電圧Ｖｐを適切に回復させることができる。

以上説明したように、第４実施形態の電子時計１は、切替手段３によって第二電池２１と接続および遮断される発電部２を有する。切替手段３は、第二電池２１の電圧Ｖｐが第一の閾値Ｖｐｍｉｎ以下となると発電部２と第二電池２１とを接続し、第二電池２１の電圧Ｖｐが第二の閾値Ｖｐｍａｘ以上となると発電部２と第二電池２１とを遮断する。第二の閾値Ｖｐｍａｘは、第一の閾値Ｖｐｍｉｎよりも大きい電圧値である。第４実施形態の電子時計１は、第二電池２１の電圧Ｖｐを第一の閾値Ｖｐｍｉｎと第二の閾値Ｖｐｍａｘとの間の値に維持することができる。

第４実施形態の電子時計１によれば、モーター回路２３における消費電力の低減や、モーター回路２３の回路規模の低減などが実現される。

なお、第二回路２０における電気負荷は、モーター回路２３には限定されない。第二回路２０は、モーター回路２３に代えて、あるいはモーター回路２３に加えて、無線通信回路やセンサ回路を有していてもよい。無線通信回路としては、上記のＧＰＳ回路２２やその他の無線通信を行う回路が挙げられる。センサ回路としては、圧力センサの回路、方位センサの回路等が挙げられる。

上記の各実施形態および変形例に開示された内容は、適宜組み合わせて実行することができる。

１ 電子時計
２ 発電部
３ 切替手段
４ 第二切替手段
５ 整流部
６ 表示部
１０ 第一回路
１１ 第一電池
１２ 計時回路
１２ａ 発振部
１２ｂ 計時部
１２ｃ 処理部
１２ｄ モーター駆動回路
１３ 電圧検出部
１４ 制御部
２０ 第二回路
２１ 第二電池
２２ ＧＰＳ回路
２３ モーター回路
３０ 第三回路
３１ 第三電池
３２ メモリ回路
３２ａ メモリ部
６１ 時針
６２ 分針
６３ 秒針
Ｉｃ 消費電流
Ｖｃ 第一電池の電圧
Ｖｃｍａｘ 上限値
Ｖｐ，Ｖｐ１，Ｖｐ２ 第二電池の電圧
Ｖｐｍｉｎ 第一の閾値
Ｖｐｍａｘ 第二の閾値
Ｖｐｂ 下限値
Ｖｔ 判定値

Claims (5)

1. 第一電池と、計時回路と、を含む第一回路と、
   第二電池と、消費電流の大きさが間欠的に増加する電気負荷と、を含む第二回路と、
   前記第一回路と前記第二回路とを接続および遮断する機能を有し、前記電気負荷が動作するときに前記第一回路と前記第二回路とを遮断する切替手段と、
   を備え、
   前記第一回路における消費電流の平均値は、前記第二回路における消費電流の平均値よりも大きく、
   前記第一電池の容量は、前記第二電池の容量よりも大きい
   ことを特徴とする電子時計。
2. 更に、前記第一電池に対して充電可能に接続された発電部を備え、
   前記切替手段は、前記電気負荷が動作していないときに前記第一回路と前記第二回路とを接続して、前記第一電池に対して前記第二電池を並列に接続する
   請求項１に記載の電子時計。
3. 第一電池と、計時回路と、を含む第一回路と、
   第二電池と、消費電流の大きさが間欠的に増加する電気負荷と、を含む第二回路と、
   前記第一回路と前記第二回路とを接続および遮断する機能を有し、前記電気負荷が動作するときに前記第一回路と前記第二回路とを遮断する切替手段と、
   を備え、
   更に、前記切替手段によって前記第二電池と接続および遮断される発電部を備え、
   前記切替手段は、前記第二電池の電圧が第一の閾値以下となると前記発電部と前記第二電池とを接続し、前記第二電池の電圧が前記第一の閾値よりも大きい第二の閾値以上となると前記発電部と前記第二電池とを遮断する
   ことを特徴とする電子時計。
4. 前記電気負荷は、モーター回路である
   請求項３に記載の電子時計。
5. 更に、第三電池と、不揮発性メモリと、を含み、整流部を介して前記第一回路および前記第二回路と接続された第三回路を備える
   請求項１から４の何れか１項に記載の電子時計。

Images