KR100551530B1

KR100551530B1 - 전자 시계

Info

Publication number: KR100551530B1
Application number: KR1020017005045A
Authority: KR
Inventors: 나가타요이치
Original assignee: 시티즌 도케이 가부시키가이샤
Priority date: 1998-10-22
Filing date: 1999-10-22
Publication date: 2006-02-13
Also published as: EP1126336A4; CN1324458A; DE69940210D1; KR20010080889A; EP1126336B1; WO2000023853A1; CN1189802C; US6646960B1; EP1126336A1; JP3515958B2

Abstract

외부로부터의 에너지에 의해 발전하는 발전 수단과, 발전 수단의 발전에 의한 전기 에너지를 축전하는 축전 수단과, 발전 수단 또는 축전 수단으로부터 공급되는 전기 에너지에 의해 시각 표시 동작을 하는 계시 수단과, 적어도 복수의 스위칭 소자를 지니고, 발전 수단과 축전 수단 및 계시 수단과의 사이의 전기 에너지의 전달 또는 차단을 행하는 스위치 회로와, 계시 수단의 단자 전압을 계측하는 전압 계측 수단과, 상기 전압 계측 수단의 계측 결과에 따라서, 발전 수단이 축전 수단과 계시 수단을 충전할 때의 전력량의 비율을 미리 정한 다른 복수의 비율 중 어느 것으로 결정하여 스위치 회로를 제어하는 제어 수단을 구비한다.

Description

전자 시계{ELECTRONIC TIMEPIECE}

본 발명은 외부 환경의 에너지를 이용하여 발전(發電)하는 발전 수단을 내장하는 전자 시계에 관한 것으로 특히, 발전 수단이 발전한 전기 에너지를 축전하고, 그 축전한 전기 에너지에 의해서, 시각 표시 동작을 하는 계시(計時) 수단을 구동하는 기능을 갖는 전자 시계에 관한 것이다.

최근, 빛이나 열 혹은 기계적 에너지 등의 외부 에너지를 전기 에너지로 변환하여 그 전기 에너지를 시각 표시의 구동 에너지로 이용하는 발전 수단이 내장된 전자 시계가 실용화되어 있다.

이러한 발전 수단이 내장된 전자 시계에는 태양 전지를 이용하는 태양 전지식 시계나, 회전추의 기계적 에너지를 전기적 에너지로 변환하여 이용하는 기계 발전식 시계나, 열전쌍을 직렬화하여 그 양단의 온도차에 의해 발전하는 열전 발전 시계가 있다.

이들 발전 수단이 내장된 전자 시계에는 외부의 에너지가 없어졌을 때라도 항상 안정된 시계의 구동을 계속해서 행하기 위해서, 외부의 에너지가 있을 때에 발전한 전기 에너지를 시계의 내부에 축전하는 수단을 내장할 필요가 있다. 예컨대, 일본국 특허 공고 평4-81754호 공보에 그와 같은 전자 시계가 개시되어 있다.

도 7에 전기 에너지 축적 수단을 포함하는 종래의 발전 수단이 내장된 전자 시계의 구성예를 도시한다.

이 전자 시계에 있어서의 발전 수단(10)은 태양 전지이며, 정극 단자가 접지됨과 동시에 제1 다이오드(43)와 계시 수단(21)에 의해서 폐회로를 형성하고 있다. 또한, 계시 수단(21)은 전기 에너지로 시각 표시를 행하는 계시부(22) 및 커패시터가 22 ㎌인 콘덴서(23)를 병렬로 접속하여 구성되어 있다.

또, 발전 수단(10)은 제2 다이오드(44)와 제1 스위칭 소자(41)와 축전 수단(30)에 의해서 또 하나의 폐회로를 형성하고 있다.

그리고, 제2 스위칭 소자(42)는 콘덴서(23)와 축전 수단(30)을 병렬로 접속할 수 있도록, 콘덴서(23)와 축전 수단(30)과의 쌍방의 부극 사이에 접속되어 있다.

이들 제1, 제2 스위칭 소자(41, 42)와, 제1, 제2 다이오드(43, 44)에 의해서, 발전 수단(10)과 축전 수단(30)과 계시 수단(21)과의 사이의 전기 에너지의 전달 또는 차단을 행하는 스위치 회로(40)를 구성하고 있다.

그리고, 제1 전압 비교기(16)가 콘덴서(23)의 단자 전압을 제1 임계치와 비교하고, 제2 전압 비교기(17)가 콘덴서(23)의 단자 전압을 제2 임계치와 비교한다. 그리고, 제1 전압 비교기(16)와 제2 전압 비교기(17)와의 비교 결과를 계시부(22)에 입력시키고, 계시부(22) 내의 제어 회로에 의해서 출력되는 제1 스위치 신호(S21)에 의해서 제1 스위치(41)를 제어한다.

또한, 제1 임계치는 -2.0 V이며, 제2 임계치는 -1.5 V이다.

또, 제3 전압 비교기(18)는 축전 수단(30)의 단자 전압을 제3 임계치와 비교하여 그 비교 결과를 계시부(22)에 입력시키고, 계시부(22) 내의 제어 회로에 의해서 출력되는 제2 스위치 신호(S22)에 의해서 제2 스위치(42)를 제어한다. 이 제3 임계치도 여기서는 -2.0 V이다.

또한, 제1 전압 비교기(16) 내지 제3 전압 비교기(18)는 1초 주기로 간헐적으로 비교 동작한다.

도 7에 도시하는 회로도에 있어서, 발전 수단(10)이 발전을 시작하면, 우선 소용량의 콘덴서(23)에 충전이 이루어지고, 콘덴서(23)에 쌓인 전기 에너지에 의해 계시 수단(21)은 계시 동작을 시작한다. 이 때 제2 스위치(42)는 열려 있다.

그리고, 콘덴서(23)의 단자간 전압이 2.0 V 이상이 되고, 정극 단자가 접지되어 있기 때문에 제1 전압 비교기(16)로의 입력 전압이 -2.0 V 이하가 되면, 제1 전압 비교기(16)는 이 상태를 검출하고, 그 결과에 의해서 계시부(22)는 제1 스위칭 소자(41)를 닫고, 축전 수단(30) 측으로 충전을 하게 한다.

이와는 반대로 콘덴서(23)의 단자간 전압이 1.5 V 미만이 되고, 제2 전압 비교기(17)에의 입력 전압이 -1.5 V를 상회하면, 제2 전압 비교기(17)는 이 상태를 검출하고, 그 결과에 의해서 계시부(22)는 제1 스위칭 소자(41)를 열어 계시 수단(21)의 콘덴서(23) 측으로 충전을 하게 한다.

더욱이 축전 수단(30)으로의 충전이 진행되어 축전 수단(30)의 단자간 전압이 2.0 V를 넘고, 제3 전압 비교기(18)에의 입력이 -2.0 V 이하가 되면, 제3 전압 비교기(18)가 그 상태를 검출한다. 그 결과에 의해서 계시부(22)는 제2 스위칭 소자(42)를 닫고, 축전 수단(30)과 콘덴서(23)를 함께 충전시키도록 한다.

그러나, 발전 수단(10)의 발전 에너지는 외부 환경에 의해 변화된다. 예컨대 태양 전지라면 주로 출력 가능한 전류량에 변화가 생기고, 또 열전 발전 소자에서는 외부로부터 인가되는 온도차에 의해 발전 전압이 변화된다.

즉, 외부 환경에 따라서는 발전 수단(10)의 발전 에너지는 급격히 증대되는 경우가 있고, 그것에 의해 계시 수단(21) 내의 콘덴서(23)의 단자 전압이 급격히 커져 버린다.

그 결과, 콘덴서(23)를 병렬로 접속하고 있는 계시부(22)의 부하 구동이 불안정하게 되어 정확하게 시각 표시를 할 수 없게 되는 경우가 있었다.

이 문제는 콘덴서(23)의 용량을 늘리거나, 각 전압 비교기의 비교 동작을 단주기로 행하는 등으로 해결하는 것도 가능하지만, 콘덴서(23)가 대용량인 것은 사이즈가 커지기 때문에 손목 시계와 같은 소형의 전자 시계에는 들어갈 수 없다.

또, 전압 비교기(16∼18)와 같은 증폭기 회로는 소비하는 에너지가 비교적 크기 때문에 빈번히 동작시키는 것은 에너지적으로 효율이 나쁘다고 하는 문제점도 있었다.

본 발명은 종래의 발전 수단 내장의 전자 시계에 있어서의 상술한 바와 같은 문제를 해결하기 위해서 이루어진 것으로 발전 수단이나 축전 수단의 단자 전압에 변동이 생기더라도 시각 표시를 위한 부하 구동 및 축전 수단으로의 충전의 제어를 효율적으로 행할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 의한 전자 시계는 상기한 목적을 달성하기 위해서 외부로부터의 에너지에 의해 발전하는 발전 수단과, 상기 발전 수단의 발전에 의한 전기 에너지를 축전하는 축전 수단과, 상기 발전 수단 또는 축전 수단으로부터 공급되는 전기 에너지에 의해 시각 표시 동작을 하는 계시 수단과, 적어도 복수의 스위칭 소자를 포함하고, 상기 발전 수단과 축전 수단 및 계시 수단과의 사이의 전기 에너지의 전달 또는 차단을 하는 스위치 회로와, 상기 계시 수단의 단자 전압을 계측하고, 상기 전압이 적어도 3 단계의 전압 범위 중의 어느 범위에 해당하는 지의 여부를 판정 가능한 전압 계측 수단과, 상기 전압 계측 수단의 계측 결과에 따라서, 상기 발전 수단이 축전 수단과 계시 수단을 충전할 때에 일정 주기 내에서 전력량의 분배 비율을 미리 상기 전압 범위와 일대일 대응하도록 정한 적어도 3개의 다른 비율 중의 어느 것으로 결정하여 상기 스위치 회로를 제어하는 제어 수단을 구비한 것이다.
본 발명은 위 구성에 의해, 종래와 같이 스위칭 소자에 의해 축전 수단과 계시 수단의 한쪽만을 선택하여 발전 수단에 의해 충전하고, 다른쪽의 충전을 0 으로 하는 것이 아니라, 발전 에너지를 소정의 비율로 배분하여 반드시 양쪽으로 충전한다.

상기 제어 수단을 상기 전압 계측 수단에 의해 판정된 전압 범위에 따라서, 상기 발전 수단이 축전 수단과 계시 수단을 충전할 경우, 발전 수단으로부터 축전 수단과 계시 수단에의 충전 전류의 일정 주기 내에서 공급 기간의 비를 미리 상기 전압 범위와 일대일 대응하도록 정한 적어도 3개의 상이한 비 중 어느 것으로 결정하여 상기 스위치 회로를 제어하도록 구성한다.

혹은, 상기 제어 수단을 상기 전압 계측 수단에 의해 판정된 전압 범위에 따라서, 상기 발전 수단이 축전 수단과 계시 수단을 충전할 경우, 발전 수단으로부터 축전 수단과 계시 수단에의 충전 전류 공급 회로의 임피던스의 비를 미리 정한 다른 복수의 비 중 어느 것으로 결정하여 상기 스위치 회로를 제어하도록 구성하더라도 좋다.

또, 본 발명에 따른 전자 시계는 외부로부터의 에너지에 의해 발전하는 발전 수단과, 상기 발전 수단의 발전 전압을 승압하는 승압 수단과, 상기 승압 수단에 의해서 승압된 전기 에너지를 축전하는 축전 수단과, 상기 승압 수단 또는 축전 수단으로부터 공급되는 전기 에너지에 의해 시각 표시 동작을 하는 계시 수단과, 적어도 복수의 스위칭 소자로 이루어져 상기 승압 수단과 상기 축전 수단 및 계시 수단과의 사이의 에너지의 전달 또는 차단을 하는 스위치 회로와, 상기 계시 수단의 단자 전압을 계측하고 상기 전압이 적어도 3 단계의 전압 범위 중의 어느 범위에 해당하는 지의 여부를 판정 가능한 전압 계측 수단과, 상기 전압 계측 수단의 계측 결과에 따라서, 상기 발전 수단이 상기 승압 수단을 통해 축전 수단과 계시 수단을 충전할 때의 일정 주기 내에서의 전력량의 분배 비율을 상기 전압 범위와 일대일 대응하도록 미리 정한 적어도 3개의 상이한 비율 중 어느 것으로 결정하여 상기 스위치 회로를 제어하는 제어 수단을 구비하도록 하더라도 좋다.

이 경우, 상기 제어 수단을 상기 전압 계측 수단의 계측 결과에 의해 판정된 전압 범위에 따라서, 상기 발전 수단이 승압 수단을 통해 축전 수단과 계시 수단을 충전할 때에 상기 승압 수단으로부터 축전 수단과 계시 수단에의 충전 전류의 일정 주기 내에서 공급 기간의 비를 미리 상기 전압 범위와 일대일 대응하도록 정하기 위하여 적어도 3개의 다른 비 중 어느 것으로 결정하여 상기 스위치 회로를 제어하도록 구성할 수 있다.

혹은, 상기 제어 수단을 상기 전압 계측 수단에 의해 판정된 전압 범위에 따라서, 상기 발전 수단이 축전 수단과 계시 수단을 충전할 때에 상기 승압 수단으로부터 축전 수단과 계시 수단에의 충전 전류 공급 회로의 임피던스의 비를 미리 정한 적어도 3개의 다른 비 중 어느 것으로 결정하여 상기 스위치 회로를 제어하도록 구성하더라도 좋다.

또한, 이들 전자 시계에 있어서, 상기 계시 수단에 상기 전압 계측 수단의 계측 결과에 따라서, 상기 계시 수단이 시각 표시에 소비하는 전기 에너지량이 항상 소정의 범위가 되도록 제어하는 전기 에너지량 제어 수단을 설치하면 좋다.

그리고, 상기 계시 수단이 스테핑 모터(stepping motor)를 갖고 있는 경우, 상기 전기 에너지량 제어 수단을 상기 전압 계측 수단의 계측 결과에 따라서, 상기 스테핑 모터에의 통전 펄스를 미리 정한 복수의 다른 형상 중 어느 것을 선택하여 설정함으로써, 시각 표시에 소비하는 전기 에너지량이 항상 소정의 범위가 되도록 제어하는 식으로 구성하면 좋다.

상술한 본 발명에 따른 각 전자 시계에 있어서의 계시 수단은 전기 에너지를 일시적으로 축전하는 보조 축전 수단을 갖는 것이 바람직하다.

이와 같이 구성한 본 발명에 따른 전자 시계는 발전 수단으로부터의 발전 에너지를 계시 수단과 축전 수단에 적절한 전력량의 비율로 분배하여 충전할 수 있어 종래와 동일한 계측 주기라도 종래보다도 발전 수단에 의한 발전 에너지를 축전 수단에 충전하는 효율을 향상시킬 수 있게 된다.

또 외부 환경의 변화에 의해 발전 에너지가 급격히 변화된 경우라도 계시 수단의 단자 전압에는 급격한 변화가 일어나지 않도록 할 수 있고, 그 결과, 계시 수단의 계시 동작을 안정화시킬 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 전자 시계의 제1 실시예의 구성을 도시하는 블록 회 로도.

도 2는 도 1에 도시한 전자 시계에 있어서의 계시부과 전압 측정 수단과 제어 수단의 구체예를 도시하는 회로도.

도 3은 도 1 및 도 2에 도시한 전자 시계에 있어서의 각 부의 신호 파형을 도시하는 파형도.

도 4는 본 발명에 따른 전자 시계의 제2 실시예의 구성을 도시하는 블록 회로도.

도 5는 본 발명에 따른 전자 시계의 제3 실시예의 구성을 도시하는 블록 회로도.

도 6은 도 5에 도시한 전자 시계에 있어서의 제어 수단의 구체적인 실시예를 도시하는 블록 회로도.

도 7은 종래의 발전 수단을 내장한 전자 시계의 구성예를 도시하는 블록 회로도.

본 발명을 보다 상세히 설명하기 위해서, 첨부 도면에 따라서, 본 발명의 실시예를 설명한다.

[제1 실시예 : 도 1에서부터 도 3]

우선, 본 발명에 의한 전자 시계의 제1 실시예에 관해서, 도 1에서부터 도 3을 이용하여 설명한다.

도 1은 그 전자 시계의 구성을 도시하는 블록 회로도이며, 도 7에 도시한 종래예와 공통되는 부분에는 동일한 부호를 붙이고 있다. 도 2는 도 1에 있어서의 계시부(25)와 전압 측정 수단(80)과 제어 수단(50)의 구체예를 도시하는 회로도이며, 도 3은 이 전자 시계에 있어서의 각 부의 신호 파형을 도시하는 파형도이다.

이 실시예에 있어서는 전자 시계에 내장하는 발전 수단(10)으로서, 외부에 존재하는 온도차의 에너지를 전기 에너지로 변환하는 열전 발전기(열전 소자)를 사용하는 것을 상정하고 있다. 그러나, 이것에 한하는 것이 아니라, 태양 전지나 기계식 발전기 등을 사용할 수도 있다.

또 특별히 도시하지는 않지만, 이 실시예에 있어서의 전자 시계는 발전 수단(10)으로서, 열전쌍을 복수 직렬화한 열전 소자를 온접점(溫接點) 측을 안덮개에 접촉시키고, 냉접점(冷接點) 측을 안덮개와 열 절연된 금속제의 케이스에 접촉시키도록 배치하여 휴대시에 케이스와 안덮개와의 사이에 발생하는 온도차에 의해 얻어지는 발전 에너지로 시계를 구동하는 식의 구조로 되어 있다.

이 발전 수단(10)은 상기 온접점 측과 냉접점 측과의 사이에 생기는 1℃의 온도차로 약 2.0 V의 열기전력(전압)을 얻을 수 있는 것으로 한다.

이 전자 시계에 있어서도 도 7에 도시한 종래예와 마찬가지로 발전 수단(10)은 정극 단자가 접지되는 동시에 제1 다이오드(43)와 계시 수단(20)에 의해서 폐회로를 형성하고 있다.

계시 수단(20)은 전기 에너지로 시각 표시를 행하는 계시부(25)와 용량이 22 ㎌인 소용량의 콘덴서(23)를 병렬로 접속하여 구성되어 있다.

그리고, 제2 스위칭 소자(42)는 콘덴서(23)와 축전 수단(30)을 병렬로 접속할 수 있게 되도록, 콘덴서(23)와 축전 수단(30)과의 쌍방의 부극 사이에 접속되어 있다.

이들 제1, 제2 스위칭 소자(41, 42)와, 제1, 제2 다이오드(43, 44)에 의해서 발전 수단(10)과 축전 수단(30)과 계시 수단(20)과의 사이의 전기 에너지의 전달 또는 차단을 행하는 스위치 회로(40)를 구성하고 있다.

제1 다이오드(43) 및 제2 다이오드(44)는 발전 수단(10)에의 발전 에너지의 역류를 방지하는 스위칭 소자로서 발전 수단(10)에 접속되어 있다.

즉, 제1 다이오드(43)와 제2 다이오드(44)의 캐소드는 함께 발전 수단(10)의 부극에 접속하고 있다. 그리고, 제1 다이오드(43)의 애노드는 계시 수단(20)의 부극에 접속하고 있다. 제2 다이오드(44)의 애노드는 제1 스위칭 소자(41)를 통해 축전 수단(30)의 부극에 접속하고 있다. 그 때문에 제1 스위칭 소자(41)의 드레인 단자가 축전 수단(30)의 부극에 접속하고, 소스 단자가 제2 다이오드(44)의 애노드에 접속하고 있다.

축전 수단(30)은 예컨대 리튬 이온 2차 전지이며, 발전 수단(10)이 발전하는 전기 에너지를 축적하여 발전 수단(10)이 발전하고 있지 않을 때라도 계시 수단(20)을 동작 가능하게 하기 위해서 구비하고 있다. 이 축전 수단(30)도 정극을 접지하고 있다.

제2 스위칭 소자(42)는 축전 수단(30)과 계시 수단(20)을 병렬로 접속할 목 적으로 설치하고 있다. 즉, 이 제2 스위칭 소자(42)는 드레인 단자를 계시 수단(20)의 부극에 소스 단자를 축전 수단(30)의 부극에 접속하고 있다.

이들 제1 스위칭 소자(41) 및 제2 스위칭 소자(42)는 MOS 전계 효과 트랜지스터(FET)로 구성하고 있고, 축전 수단(30)의 충방전을 행하는 스위칭 소자이다.

계시 수단(20)의 계시부(25)은 일반적인 전자 시계에 이용되는 수정 진동자의 발진 신호를 분주하여 스테핑 모터(28)의 구동 파형을 발생하는 파형 생성 수단(51)과, 파형 생성 수단(51)이 발생시키는 구동 파형으로 구동하는 스테핑 모터(28)나 윤열(輪列) 및 시각 표시용의 지침(시침, 분침, 초침) 등을 포함하는 시각 표시 수단(27)을 갖추고 있다(도 2 참조). 이 계시부(25)의 구성의 상세한 것에 관하여는 후술한다.

한편, 여기서 도시하지는 않지만, 계시부(25)의 제어 회로 부분은 일반적인 전자 시계와 마찬가지로 상보형 전계 효과 MOS(CMOS) 집적 회로를 이용하고 있다.

또한, 이 실시예의 전자 시계는 콘덴서(23)의 단자간 전압이 1.2 V 미만인가 1.2 V 이상 1.6 V 미만인가 1.6 V 이상인가를 판정할 수 있고, 더구나 축전 수단(30)의 단자간 전압에 관해서도 이것이 1.5 V 미만인가 1.5 V 이상인가를 판정할 수 있는 전압 계측 수단(80)을 갖추고 있다.

전압 계측 수단(80)에는 콘덴서(23)의 부극 및 축전 수단(30)의 부극의 전압이 입력되고 있고, 그 출력인 제1 계측 결과 신호(S81)∼제3 계측 결과 신호(S83)가 제어 수단(50)에 입력되고 있다. 그 제어 수단(50)은 계시부(25)으로부터도 신호(S1∼S4)를 입력하고, 제1 스위치 신호(S41)와 제2 스위치 신호(S42)를 출력하여 제1, 제2 스위칭 소자(41, 42)를 개폐 제어한다. 또, 출력 신호(S50∼S53)를 계시부(25)에 입력시키고 있다.

여기서, 계시부(25), 전압 계측 수단(80) 및 제어 수단(50)의 상세한 것에 관해서, 도 2에 의해서 설명한다.

이 실시예에 있어서의 전압 계측 수단(80)은 도 2에 도시한 바와 같이 제1 분압 저항(81), 제1 분압 스위치(82), 제1 증폭기(85), 제2 증폭기(86), 제2 분압 저항(83), 제2 분압 스위치(84), 제3 증폭기(87) 및 정전압 회로(88)에 의해서 구성되어 있다.

또, 제어 수단(50)은 제1 래치(54), 제2 래치(55), 제3 래치(56). 제4 래치(53), 제1 AND 게이트(57), 제2 AND 게이트(58), 제3 AND 게이트(59) 및 OR 게이트(60)에 의해서 구성되어 있다.

계시 수단(20)의 계시부(25)은 파형 생성 수단(51), 제4 AND 게이트(61), 제5 AND 게이트(62), 제6 AND 게이트(63), 제1 NOR 게이트(64), 토글(toggle) 플립플롭(65), 제2 NOR 게이트(66), 제3 NOR 게이트(67), 제1 드라이버(68), 제2 드라이버(69) 및 시각 표시 수단(27)에 의해서 구성되어 있다.

또한, 상기한 논리 게이트는 특기하지 않는 한 2 입력이다.

파형 생성 수단(51)은 일반적인 전자 시계와 마찬가지로 수정 진동자의 발진 주파수를 적어도 주기가 2초가 되는 주파수까지 분주하고, 또한 이 분주 신호를 시각 표시 수단(27) 내의 스테핑 모터(28)의 구동에 필요한 파형으로 변형하는 부분이다.

또, 시각 표시 수단(27)은 스테핑 모터(28)와, 도시하지 않는 감속 윤열과 시각 표시용의 지침과 문자판 등으로 이루어져, 스테핑 모터(28)의 회전을 감속 윤열로 감속 전달하고, 시각 표시용의 지침을 회전함으로써 시각 표시를 행하는 부분이다.

또, 이 파형 생성 수단(51)과 시각 표시 수단(27)에 대해서는 일반적인 전자 시계와 같은 구성이기 때문에 상세한 설명은 생략한다.

파형 생성 수단(51)은 계측 신호(S1)와, 제1 분배 신호(S2), 제2 분배 신호(S3) 및 제3 분배 신호(S4)와, 제1 표시 신호(S5), 제2 표시 신호(S6) 및 제3 표시 신호(S7)를 출력하고 있다.

계측 신호(S1)는 하이 레벨이 되는 시간이 60 마이크로초로 주기가 1초인 파형이다.

또, 제1 분배 신호(S2)와 제2 분배 신호(S3)와 제3 분배 신호(S4)는 발전 수단(10)의 발전 에너지를 축전 수단(30)과 콘덴서(23)로 나누기 위한 기준이 되는 타이밍을 부여하는 신호이다.

제1 분배 신호(S2)와 제2 분배 신호(S3)와 제3 분배 신호(S4)는 전부 주기가 1초인 파형이고,

제1 분배 신호(S2)는 하이 레벨이 되는 것이 875ms 동안이며,

제2 분배 신호(S3)는 하이 레벨이 되는 것이 750ms 동안이고,

제3 분배 신호(S4)는 하이 레벨이 되는 것이 500ms 동안이다.

또, 제1 표시 신호(S5)와 제2 표시 신호(S6)와 제3 표시 신호(S7)는 전술한 시각 표시 수단(27) 중의 스테핑 모터(28)를 회전 구동하기 위한 기초가 되는 신호이다.

제1 표시 신호(S5)와 제2 표시 신호(S6)와 제3 표시 신호(S7)는 전부 주기가 1초인 파형이며,

제1 표시 신호(S5)는 하이 레벨이 되는 것이 3ms 동안이며,

제2 표시 신호(S6)는 하이 레벨이 되는 것이 3.5ms 동안이며,

제3 표시 신호(S7)는 하이 레벨이 되는 것이 4ms 동안이다.

여기서는, 계측 신호(S1) 및 제1 분배 신호(S2)∼제3 분배 신호(S4)는 파형의 상승 타이밍이 전부 동기하고 있는 것으로 하고, 또 제1 표시 신호(S5)∼제3 표시 신호(S7)의 파형의 상승 타이밍은 계측 신호(S1)의 하강과 동기하고 있는 것으로 한다.

또한, 이들 파형 생성은 간단한 파형 합성으로 가능하기 때문에 그 생성 방법에 관한 설명은 생략한다.

전압 계측 수단(80)에 있어서의 제1 증폭기(85)와 제2 증폭기(86)와 제3 증폭기(87)는 정전압 회로(88)의 출력 전압과 또 한쪽의 입력 전압을 비교할 수 있는 구성으로 되어 있다.

정전압 회로(88)는 전압이 변동하는 전원으로부터 일정한 전압을 얻기 위해서 일반적으로 이용되는 레귤레이터 회로이다. 여기서는 정전압 회로(88)는 -0.8 V의 일정 전압을 출력하는 것으로 하고, 정전압 회로(88)의 동작을 위한 에너지는 콘덴서(23)로부터 공급하도록 접속하고 있다.

이 콘덴서(23)는 이미 설명한 계시 수단(20)에 포함되는 구성 요소이다.

제1 분압 저항(81)은 고정밀도의 고저항 소자이며, 제1 분압 저항(81)의 일단은 제1 분압 스위치(82)의 드레인 단자와 접속하고, 제1 분압 저항(81)의 타단은 접지하고 있다. 또 제1 분압 스위치(82)의 소스 단자는 콘덴서(23)의 부극과 접속하고 있다.

마찬가지로 고정밀도의 고저항 소자인 제2 분압 저항(83)의 일단은 제2 분압 스위치(84)의 드레인 단자와 접속하고, 제2 분압 저항(83)의 타단은 접지하고 있다. 또, 제2 분압 스위치(84)의 소스 단자는 축전 수단(30)의 부극과 접속하고 있다.

또한 여기서는 제1 분압 저항(81) 및 제2 분압 저항(83)은 함께 600 KΩ의 저항치인 것으로 한다.

제1 분압 스위치(82) 및 제2 분압 스위치(84)의 게이트 단자에는 계시부(25)으로부터 출력되는 계측 신호(S1)가 입력되고 있다.

제1 증폭기(85)와 제2 증폭기(86)와 제3 증폭기(87)는 전압 검출용 비교기이며, 각각의 비부입력(非負入力) 단자에 전술한 정전압 회로(88)의 출력 전압이 입력되고 있다.

그리고, 제1 증폭기(85)의 부입력 단자에는 제1 분압 저항(81)의 중간점이 접속하고 있다. 이 중간점은 접지측에서 보아 제1 분압 저항(81)의 2/4의 저항치(300 KΩ)가 되는 점으로 한다.

마찬가지로 제2 증폭기(86)의 부입력 단자에는 제1 분압 저항(81)의 2/3의 저항치(접지측에서부터 400 KΩ)의 점을 접속하고 있다.

또한 마찬가지로 제3 증폭기(87)의 부입력 단자에는 제2 분압 저항(83)의 중간점이 접속하고 있다. 이 중간점은 접지측에서 보아 제2 분압 저항(83)의 8/15의 저항치(320 KΩ)가 되는 점으로 한다.

이 구성에서는 제1 분압 스위치(82)가 온이 되면 제1 분압 저항(81)에는 전류가 발생하여 콘덴서(23)의 부극 전압의 2/4가 제1 증폭기(85)에 입력되고, 이 전압이 정전압 회로(88)의 출력 전압인 -0.8 V를 밑돌면, 제1 증폭기(85)는 하이 레벨을 출력하고, 그 이외에서는 로우 레벨을 출력한다.

즉, 콘덴서(23)의 단자간 전압이 1.6 V를 상회하면 제1 증폭기(85) 출력은 하이 레벨이 되도록 설정해 놓는다.

마찬가지로 제2 증폭기(86)는 콘덴서(23)의 단자간 전압이 1.2 V를 상회하면 하이 레벨을 출력하고, 제3 증폭기(87)는 축전 수단(30)의 단자간 전압이 1.5 V를 상회하면 하이 레벨을 출력하는 구성으로 되어 있다.

또한, 제1 증폭기(85)∼제3 증폭기(87)에는 인에이블 단자가 있고, 이 인에이블 단자에는 계측 신호(S1)가 접속하고 있다. 즉 제1 증폭기(85)∼제3 증폭기(87)는 계측 신호(S1)가 하이 레벨로 되고 있는 동안만 동작한다.

또, 제1 증폭기(85)∼제3 증폭기(87)가 동작하지 않는 동안, 즉 인에이블 단자가 로우 레벨일 때는 이들 증폭기의 출력은 하이 레벨로 풀업되도록 되어 있는 것으로 한다.

그리고, 제1 증폭기(85)의 출력은 제1 래치(54)의 데이터 입력에 제2 증폭기(86)의 출력은 제2 래치(55)의 데이터 입력에 제3 증폭기(87)의 출력은 제3 래치(56)의 데이터 입력에 각각 입력한다.

제1 증폭기(85)의 출력을 제1 계측 결과 신호(S81)로 하고, 제2 증폭기(86)의 출력을 제2 계측 결과 신호(S82)로 하고, 제3 증폭기(87)의 출력을 제3 계측 결과 신호(S83)로 하여 각각 상술된 바와 같이 제어 수단(50)의 제1∼제3 래치(54, 55, 56)의 데이터 입력이 된다.

제어 수단(50)의 제1 래치(54)와 제2 래치(55)와 제3 래치(56)는 전원 투입시에 출력이 리셋되는 데이터 래치이다. 각 래치에는 클록 단자에 계측 신호(S1)가 각각 입력되고 있고, 계측 신호(S1)의 파형의 하강에서, 데이터 입력되고 있는 신호의 유지 및 출력이 가능하게 되어 있다.

또, 제1 AND 게이트(57)는 제1 래치(54)의 출력(S50)과 제1 분배 신호(S2)와의 논리곱을 출력한다. 3 입력의 AND 게이트인 제2 AND 게이트(58)는 제1 래치(54)의 부정 출력(S51)과 제2 래치(55)의 출력(S52)과 제2 분배 신호(S3)와의 논리곱을 출력한다. 또한, 제3 AND 게이트(59)는 제2 래치(55)의 부정 출력(S53)과 제3 분배 신호(S4)와의 논리곱을 출력한다.

또한, OR 게이트(60)는 제1 AND 게이트(57)와 제2 AND 게이트(58)와 제3 AND 게이트(59)의 논리합을 출력할 수 있도록 접속하고 있다. 이 OR 게이트(60)의 출력은 제1 스위치 신호(S41)가 되어 도 1의 스위치 회로(40)로 출력되어 그 제1 스위칭 소자(41)를 개폐 제어한다.

한편, 제3 래치(56)의 출력은 제4 래치(53)의 데이터 입력이 된다. 이 제4 래치(53)도 전원 투입시에 출력이 리셋되는 데이터 래치이다. 제4 래치(53)의 클록 단자에는 제3 표시 신호(S7)가 입력되고 있고, 제3 표시 신호(S7)의 파형의 하강에서, 데이터 입력되고 있는 신호의 유지 및 출력이 가능하게 되어 있다.

그리고, 이 제4 래치(53)의 출력이 제2 스위치 신호(S42)로서 도 1의 스위치 회로(40)에 출력되어 그 제2 스위칭 소자(42)를 개폐 제어한다.

계시부(25)에 있어서, 제4 AND 게이트(61)는 제1 래치(54)의 출력(S50)과 제1 표시 신호(S5)와의 논리곱을 출력한다. 3 입력의 AND 게이트인 제5 AND 게이트(62)는 제1 래치(54)의 부정 출력(S51)과 제2 래치(55)의 출력(S52)과 제2 표시 신호(S6)와의 논리곱을 출력한다. 또한, 제6 AND 게이트(63)는 제2 래치(55)의 부정출력(S53)과 제3 표시 신호(S7)와의 논리곱을 출력한다.

또한, 제1 NOR 게이트(64)는 제4 AND 게이트(61)와 제5 AND 게이트(62)와 제6 AND 게이트(63)의 논리합의 부정 신호를 출력한다. 이 제1 NOR 게이트(64)의 출력은 선택 표시 신호(S8)가 된다.

그리고, 입력 신호가 상승할 때마다 유지 및 출력하는 신호를 반전하는 토글 타입의 플립플롭인 토글 플립플롭(65)은 선택 표시 신호(S8)를 입력으로 하고 있다. 여기서 토글 플립플롭(65)은 단순화를 위해 전원 투입시에는 유지 데이터가 리셋되는 것으로 한다.

또한, 이 토글 플립플롭(65)의 출력과 선택 표시 신호(S8)와의 논리합의 부정 신호를 제2 NOR 게이트(66)가 출력한다.

마찬가지로 토글 플립플롭(65)의 부정 출력과 선택 표시 신호(S8)와의 논리 합의 부정 신호를 제3 NOR 게이트(67)가 출력한다.

이 제2 NOR 게이트(66)의 출력은 제1 드라이버(68)에 입력하고, 제3 NOR 게이트(67)의 출력은 제2 드라이버(69)에 입력한다. 그리고, 이 제1 드라이버(68)의 출력과 제2 드라이버(69)의 출력과의 사이에 시각 표시 수단(27) 중의 스테핑 모터(28)가 접속되어 있다.

제1 드라이버(68) 및 제2 드라이버(69)는 출력단 임피던스가 매우 낮은 인버터이며, 제1 드라이버(68) 또는 제2 드라이버(69) 중 어느 한쪽의 입력을 하이 레벨로 하고, 또 다른 쪽을 로우 레벨로 함으로써, 출력 단자에 접속된 스테핑 모터(28)에 임의 방향의 전류(i22)를 공급할 수 있는 구성으로 되어 있다.

이상과 같이 이 실시예에 있어서의 전압 계측 수단(80), 제어 수단(50) 및 계시부(25)을 구성하고 있다.

이어서, 도 3의 파형도 및 도 1과 도 2를 이용하여 이 실시예의 전자 시계의 동작을 설명한다.

우선 처음에 도 1에 있어서의 축전 수단(30)에는 축전된 에너지가 거의 없고, 단자간 전압이 0.9 V 정도로 되어 있고, 계시 수단(20)의 동작은 정지하고 있는 상태로 한다.

이 상태에서, 축전 수단(30)의 단자 전압이 1.0 V 이상이 되면, 이 실시예의 전자 시계는 시동 가능한 구성으로 되고 있고, 우선 이 시동 동작에서부터 설명한다.

상술한 정지 상태에서, 발전 수단(10)이 순방향으로 발전을 시작하여 약 1.0 V의 발전 전압이 발생하게 되면, 제1 다이오드(43)가 온으로 되어 발전 수단(10)의 발전에 의한 전기 에너지가 계시 수단(20)에 투입된다.

이에 의해 계시 수단(20)이 시동되면, 계시부(25) 내의 도 2에 도시한 파형 생성 수단(51)은 계측 신호(S1), 제1 분배 신호(S2)∼제3 분배 신호(S4) 및 제1 표시 신호(S5)∼제3 표시 신호(S7)의 출력을 각각 시작한다.

또, 제1 래치(54), 제2 래치(55), 제3 래치(56) 및 제4 래치(53)는 계시 수단(20)이 시동한 직후는 모두 출력이 로우 레벨로 초기화된다.

그 결과, 제어 수단(50) 내의 제3 AND 게이트(59)는 제3 분배 신호(S4)를 그대로 출력하고, 제1 AND 게이트(57) 및 제2 AND 게이트(58)의 출력은 로우 레벨이 된 채 그대로가 된다. 따라서 OR 게이트(60)의 출력인 제1 스위치 신호(S41)는 분배 신호(S4)와 동일하게 되고, 그것에 의하여 제1 스위칭 소자(41)를 개폐 제어한다.

또, 제2 스위치 신호(S42)는 로우 레벨 그대로이며, 그것에 의하여 제어되는 제2 스위칭 소자(42)는 오프 상태가 된다.

이 때, 계시부(25) 내의 선택 표시 신호(S8)에는 제3 표시 신호(S7)의 부정 신호가 나타난다. 다만, 그 후 곧바로 계측 신호(S1)의 하이 레벨 펄스가 나타나기 때문에 실제로는 다음에 설명하는 발전 개시후의 동작으로 바로 옮겨간다.

계측 신호(S1)에 하이 레벨 펄스가 나타나면, 그 계측 신호(S1)가 하이 레벨일 때는 전압 계측 수단(80)의 제1 분압 스위치(82)와 제2 분압 스위치(84)가 함께 온으로 되기 때문에 제1 분압 저항(81) 및 제2 분압 저항(83)에는 전류가 발생하 고, 제1 증폭기(85)와 제2 증폭기(86)에는 콘덴서(23)의 단자간 전압의 2/4의 전압과 2/3의 전압이 각각 입력된다. 또 같은 식으로 제3 증폭기(87)에는 축전 수단(30)의 단자간 전압의 8/15의 전압이 입력된다.

이 계측 신호(S1)의 하강 타이밍에 제1 래치(54)와 제2 래치(55)와 제3 래치(56)가 각각 제1 증폭기(85)와 제2 증폭기(86)와 제3 증폭기(87)의 출력을 각각 받아들인다.

이 때는 축전 전압은 0.9 V로 낮지만 발전 전압은 충분히 높고, 콘덴서(23)의 단자 전압은 1.6 V를 넘고 있는 것으로 하면, 제1 증폭기(85) 및 제2 증폭기(86)는 함께 하이 레벨을 출력하기 때문에 제1 래치(54) 및 제2 래치(55)는 함께 하이 레벨을 받아들여 출력한다.

그러면, 제2 AND 게이트(58), 제3 AND 게이트(59), 제5 AND 게이트(62) 및 제6 AND 게이트(63)의 출력은 모두 로우 레벨이 되고, 또한 제1 AND 게이트(57) 및 제4 AND 게이트(61)의 한쪽의 입력은 하이 레벨이 된다. 이 결과 OR 게이트(60)는 제1 분배 신호(S2)를 그대로 출력하고, 제1 NOR 게이트(64)는 제1 표시 신호(S5)의 부정 신호를 출력한다.

따라서, 계측 신호(S1)가 하강하는 동시에 제1 스위치 신호(S41)는 제1 분배 신호(S2)와 같아지고, 선택 표시 신호(S8)는 제1 표시 신호(S5)의 부정 신호와 같아진다.

토글 플립플롭(65)은 로우 레벨의 펄스가 입력될 때마다 출력을 반전시키기 때문에 선택 표시 신호(S8)가 제1 표시 신호(S5)의 부정 신호와 같아지면, 제2 NOR 게이트(66)와 제3 NOR 게이트(67)는 제1 표시 신호(S5)의 하이 레벨 펄스를 교대로 출력하게 된다.

이에 따라, 제1 드라이버(68)와 제2 드라이버(69)는 제1 표시 신호(S5)의 하이 레벨 펄스에 동기하여 1초마다 교대로 방향이 변하는 전류를 스테핑 모터(28)로 흘릴 수 있게 된다. 또한, 도 2 및 도 3에서는 이 스테핑 모터(28)에 통전한 전류를 i22로서 표기하고 있다.

이에 따라, 시각 표시 수단(27)은 제1 표시 신호(S5)에 맞춰 통상의 전자 시계와 마찬가지로 시각 표시용의 지침을 운침(運針)한다.

이 때는 제1 스위치 신호(S41)는 제1 분배 신호(S2)와 같은 파형이지만, 제1 분배 신호(S2)∼제3 분배 신호(S4)는 계측 신호(S1)에 동기하여 모두 하이 레벨로 되고 있기 때문에 제1 스위치 신호(S41)는 하이 레벨로 되고 있고, 제1 스위치(41)는 온 상태가 된다.

따라서, 발전 수단(10)의 발전에 의한 전기 에너지는 축전 수단(30)으로 보내어져, 축전 수단(30)이 충전되게 된다.

그리고 또한, 계측 신호(S1)가 상승하고 나서 875ms 후에는 하이 레벨로 되어 있었던 제1 분배 신호(S2)가 로우 레벨로 되기 때문에 제1 스위치(41)는 온 상태에서 오프 상태로 되어 축전 수단(30)에 흐르고 있었던 발전 수단(10)으로부터의 발전 에너지는 계시 수단(20)측, 즉 콘덴서(23)로 보내지게 된다.

이 때는 콘덴서(23)에 발전 에너지가 보내지는 것은 125ms간(1초당)으로 짧지만, 이미 콘덴서(23)의 단자간 전압은 1.6 V를 넘고 있기 때문에 콘덴서(23)는 너무 충전할 필요는 없고, 발전 에너지의 대부분은 축전 수단(30)에 충전하더라도 문제없다.

또, 시각 표시 수단(27) 중의 스테핑 모터(28)에는 3ms 동안밖에 통전되지 않지만, 콘덴서(23)의 단자간 전압은 충분히 높기 때문에 스테핑 모터(28)에는 충분한 구동 전류를 공급할 수 있다.

이어서, 전술한 것보다도 발전 수단(10)의 발전 에너지가 저하된 경우의 동작에 관해서 설명한다.

계측 신호(S1)에 하이 레벨 펄스가 나타나면, 이 하강 타이밍에 제어 수단(50)의 제1 래치(54), 제2 래치(55) 및 제3 래치(56)는 각각 전압 측정 수단(80)의 제1 증폭기(85), 제2 증폭기(86) 및 제3 증폭기(87)의 출력을 각각 받아들인다.

이 때는 축전 수단(30)의 축전 전압은 0.9 V로 낮지만, 발전 수단(10)의 발전 에너지의 저하와 계시 수단(20)에 의한 에너지 소비에 의해 콘덴서(23)의 단자 전압은 1.4 V 정도로 되어 있다고 하면, 제1 증폭기(85)는 로우 레벨을 출력하고, 제2 증폭기(86)는 하이 레벨을 출력한다. 따라서, 제1 래치(54)는 로우 레벨을 제2 래치(55)는 하이 레벨을 각각 받아들여 출력한다.

그러면, OR 게이트(60)는 제2 분배 신호(S3)를 그대로 출력하고, 제1 NOR 게이트(64)는 제2 표시 신호(S6)의 부정 신호를 출력하기 때문에 계측 신호(S1)가 하강하는 동시에 제1 스위치 신호(S41)는 제2 분배 신호(S3)와 같게 되고, 또 선택 표시 신호(S8)는 제2 표시 신호(S6)의 부정 신호와 같게 된다.

이 때는 콘덴서(23)의 단자 전압은 1.4 V 정도로 전술한 것보다 낮은 전압이지만, 계시부(25)의 스테핑 모터(28)에는 3.5ms로 전술한 3ms보다 긴 시간 통전이 행해지기 때문에 스테핑 모터(28)의 구동에는 거의 전술한 것과 동등한 전기 에너지를 공급할 수 있다.

또, 계측 신호(S1)의 상승과 동시에 하이 레벨로 되고 있는 제1 스위치 신호(S41)는 750ms 후에 로우 레벨이 된다. 이에 따라, 발전 수단(10)의 발전 에너지는 콘덴서(23)에 250ms 동안 보내지게 된다.

이 때도 발전 수단(10)의 발전 에너지는 전술한 것보다도 적어지고 있기 때문에 콘덴서(23)에의 충전 시간을 전술한 125ms보다 길게 함으로써, 계시부(25)의 계시 동작을 계속하는 것이 가능하게 된다.

또한, 전술한 발전 상태가 계속되고, 축전 수단(30)의 축전 전압이 1.5 V 미만인 동안, 콘덴서(23)의 단자 전압이 1.2 V 미만일 때에는 전술한 것까지와 같은 행정을 거침으로써, 계시 수단(20)은 콘덴서(23)에의 충전 시간을 500ms로 설정하고, 또 스테핑 모터(28)의 구동 펄스를 4ms로 설정한다.

이 때는 콘덴서(23)에 축적되어 있는 전기 에너지는 전술한 것까지의 상태보다 저하하고 있기 때문에 콘덴서(23)의 충전 시간을 전술한 것까지의 250ms보다 길게 함으로써, 계시부(25)의 계시 동작의 계속에 필요한 에너지를 발전 수단(10)으로부터 얻을 수 있게 된다.

또, 계시부(25)의 스테핑 모터(28)에 관해서도 전술한 것까지의 3.5ms보다도 통전 시간을 길게 설정함으로써, 스테핑 모터(28)의 구동에 필요한 에너지를 스테 핑 모터(28)에 공급할 수 있게 된다.

이어서, 축전 수단(30)에의 충전이 충분히 행해진 상태에 대한 동작을 설명한다.

축전 수단(30)에의 충전이 진행되고, 축전 수단(30)의 단자간 전압이 1.5 V를 넘게 되면, 제어 수단(50)의 제3 래치(56)가 전압 측정 수단(80)의 제3 증폭기(87)의 출력을 받아들일 때에는 제3 증폭기(87)의 출력은 하이 레벨로 되고 있기 때문에 제3 래치(56)는 그것을 받아들여 출력을 하이 레벨로 한다.

이 제3 래치(56)의 출력은 제4 래치(53)에 입력되지만, 제2 스위치 신호(S42)는 곧바로는 변화하지 않는다. 제3 표시 신호(S7)가 하강하면, 제4 래치(53)는 제3 래치(56)의 출력을 받아들여 제2 스위치 신호(S42)를 하이 레벨로 변화시킨다.

즉, 제2 스위치 신호(S42)는 적어도 선택 표시 신호(S8)가 로우 레벨로 된 후에 하이 레벨이 된다.

그러면, 도 1에 도시하는 제2 스위치(42)가 온이 되고, 계시 수단(20)과 축전 수단(30)이 병렬로 접속되게 되어 발전 수단(10)의 발전에 의한 전기 에너지는 계시 수단(20)과 축전 수단(30)에 동시에 공급되도록 된다.

이 때, 축전 수단(30)의 단자간 전압은 계시 수단(20)의 동작에 충분한 레벨로 되고 있고, 계시 수단(20)은 그 후에도 안정된 계시 동작을 계속하는 것이 가능하게 된다.

또한, 이 실시예에 있어서는 콘덴서(23)에 충전하는 시간은 적어도 전압 계 측 수단(80)의 계측 주기인 1초의 반(500ms) 이하가 되도록 설정해 놓고 있기 때문에 발전 수단(10)이 급격히 발전을 시작했다고 하여도 종래보다도 콘덴서(23)의 단자간 전압의 변화를 완만하게 할 수 있다. 그 결과, 계시부(25)은 안정적으로 동작하는 것이 가능하게 된다.

더구나, 이 실시예에서는 콘덴서(23)의 단자간 전압에 따라서 계시부(25) 중의 스테핑 모터(28)의 구동 조건을 적절히 설정하도록 하고도 있어 콘덴서(23)의 단자간 전압이 천천히 상승하더라도 그 상태에 따라서 스테핑 모터(28)에 소정 범위의 전기 에너지를 투입할 수 있게 되고 있어 스테핑 모터(28)를 효율적으로 구동하는 것이 가능하게 되고 있다.

이와 같이 본 발명의 제1 실시예에 따르면, 제어 수단(50)이 계시 수단(20)의 단자 전압(콘덴서(23)의 단자 전압)을 계측하는 전압 계측 수단(80)의 계측 결과, 즉 전술한 바와 같이 그 전압이 적어도 3 단계의 전압 범위(1.2 V 미만, 1.2-1.5 V, 1.5 V 초과) 중의 어느 범위에 해당하는 지의 여부를 판정한 결과에 따라서, 발전 수단(10)이 축전 수단(30)과 계시 수단(20)을 충전할 때의 일정 주기(본 실시예에 있어서는 1초) 내의 전력량의 분배 비율을 미리 상기 전압 범위와 일대일 대응하도록 정한 적어도 3개의 상이한 비율 중 어느 것으로 결정하여 스위치 회로(40)를 제어한다.

그 전력량의 분배 비율은 도 3에 나타내는 각각 듀티가 다른 제1, 제2, 제3 분배 신호(S2, S3, S4) 중의 어느 것을 제1 스위치 제어 신호로서 선택하여 제1 스위칭 소자(41)의 개폐를 제어함으로써, 발전 수단(10)으로부터 축전 수단(30)과 계시 수단(20)에의 충전 전류의 공급 기간의 비를 선택하여, 그 어느 것도 0 으로 되지 않도록 변화시키고 있다.

또, 이 실시예에서는 계시부(25)에 설치한 전기 에너지량 제어 수단에 의해서, 전압 계측 수단(80)의 계측 판정 결과에 따라서, 계시 수단(20)이 시각 표시에 소비하는 전기 에너지량이 항상 소정의 범위가 되도록 제어하고 있다.

또한, 이 실시예에 있어서는 충전 제어 동작을 실현하기 위해서 전압 계측 수단(80)을 1초 동안에 1회밖에 가동시키지 않는다.

도 7에 도시한 것과 같은 종래의 전자 시계에 있어서 같은 충전 제어 동작을 하게 할 수 있기 위해서는 적어도 1초 동안에 4회 이상은 전압 계측을 할 필요가 있고, 이 실시예에 따르면, 전압 계측에 필요한 계측 에너지를 삭감할 수도 있다.

또, 이 실시예에서는 발전 수단(10)으로서 열전 발전기를 이용했지만, 다른 발전기를 이용하더라도 좋다. 예컨대, 태양 전지 등도 발전 수단(10)으로서 문제없이 사용 가능하다.

또, 발전 수단(10)으로서 열전 발전기를 이용하는 경우에도 그것을 구성하는 열전쌍의 쌍수를 줄임으로써, 온도차 1℃로 약 1.0 V의 기전압을 발생하도록 한 것을 이용하여 발전 전압이 낮은 만큼을 승압 회로를 이용하여 승압하여 이용하도록 하는 것도 가능하다.

[제2 실시예 : 도 4]

그래서, 본 발명에 의한 전자 시계의 제2 실시예로서, 발전 수단과 승압 수단을 설치한 것에 관해서 도 4에 따라 설명한다.

도 4는 그 전자 시계의 구성을 도시하는 블록 회로도이며, 도 1과 공통되는 부분에는 동일한 부호를 붙이고, 이들의 설명은 생략한다.

이 전자 시계에 있어서, 도 1에 도시한 전자 시계와 상이한 것은 승압 수단(100)을 설치한 점과 스위치 회로(90)의 구성이 도 1의 스위치 회로(40)의 구 성과 조금 다른 점이다.

즉, 도 4에 도시하는 전자 시계에서는 발전 수단(10)의 단자간 전압을 승압할 수 있는 승압 회로인 승압 수단(100)을 발전 수단(10)에 병렬로 접속하고, 또한, 그 승압 수단(100)의 출력을 계시 수단(20)과 축전 수단(30)으로 나뉘도록, 제3 스위칭 소자(45)를 계시 수단(20)의 부극과 승압 수단(100)의 출력 단자와의 사이에 접속하고, 또 제4 스위칭 소자(46)를 축전 수단(30)의 부극과 승압 수단(100)의 출력 단자와의 사이에 접속한다.

그리고, 제3 스위칭 소자(45)는 이 실시예에서의 제1 스위치 신호(S41)를 인버터(95)에서 반전한 부정 신호(S41)로 제어하고, 제4 스위칭 소자(46)를 제1 스위치 신호(S41)로 제어하도록 구성함으로써, 승압 수단을 이용한 경우라도 전술한 제1 실시예와 같은 작용 및 효과를 얻을 수 있다.

또, 도 2에 도시한 스테핑 모터(28) 또는 그 밖의 부하 구동에 통상보다 큰 에너지가 필요하게 되는 경우에는 발전 수단(10)에 의한 발전 에너지를 계시 수단(20)과 축전 수단(30)으로 보내는 시간 비율을 전술한 것과는 다른 값으로 설정하더라도 좋다.

[제3 실시예 : 도 5 및 도 6]

이어서, 본 발명에 의한 전자 시계의 제3 실시예를 도 5 및 도 6에 의해서 설명한다. 또, 이들 도면에 있어서 도 1 및 도 2와 공통되는 부분에는 동일한 부호를 붙이고, 이들의 설명은 생략한다.

이 제3 실시예에 있어서, 도 1에 도시한 제1 실시예와 상이한 점은 제어 수 단(70)과 스위치 회로(110)가 전술한 제어 수단(50) 및 스위치 회로(40)와 상이한 것뿐이다.

스위치 회로(110)는 제1 스위칭 소자(41) 대신에 스위칭 소자(Sa)와 저항(R1)의 직렬 회로 스위칭 소자(Sb)와 저항(R2)의 직렬 회로 및 스위칭 소자(Sc)와 저항(R3)의 직렬 회로를 서로 병렬로 접속하여 제2 다이오드(44)의 애노드와 축전 수단(30)의 부극과의 사이에 접속하고 있다. 또, 제1 다이오드(43)와 계시 수단(20)의 부극과의 사이에도 저항(R0)을 개재 삽입하고 있다.

제어 수단(70)은 도 6에 도시한 바와 같이 제1 실시예의 제어 수단(50)에 있어서의 제1, 제2, 제3, 제4 래치(54, 55, 56, 53)와 같은 4개의 래치와 제1 래치(54)의 반전 출력과 제2 래치(55)의 출력과의 논리곱을 출력하는 AND 게이트(71)에 의해서 구성한다.

그리고, 제1 래치(54)의 출력을 스위치 제어 신호(Sa), AND 게이트(71)의 출력을 스위치 제어 신호(Sb), 제2 래치(55)의 반전 출력을 스위치 제어 신호(Sc)로 하고, 도 5의 스위치 회로(110)에 출력하여 스위칭 소자(41a, 41b, 41c)의 어느 1개를 선택적으로 온으로 한다.

그것에 의하여 발전 수단(10)으로부터 계시 수단(20)에의 충전 회로에는 항상 저항(R0)이 개재 삽입되어 있는 데에 대해 발전 수단(10)으로부터 축전 수단(30)에의 충전 회로에는 저항(R12, R2, R3) 중 어느 것이 선택적으로 개재 삽입되게 된다.

따라서, 전압 계측 수단(80)의 계측 판정 결과에 따라서, 제어 수단(70)이 발전 수단(10)으로부터 축전 수단(30)과 계시 수단(20)에의 충전 전류 공급 회로의 임피던스의 비를 미리 3단계의 전압 범위와 일대일 대응하도록 정한 3개의 다른 비(저항(R0)의 저항치와 저항(R12, R2, R3)의 각 저항치의 비에 의해서 결정됨) 중 어느 것으로 결정하여 스위치 회로(110)를 제어함으로써, 축전 수단(30)과 계시 수단(20)으로 분배하는 전력량의 비율을 그 어느 것도 0 으로 되지 않도록 다르게 하고 있다.

이와 같이 하여도 전술한 제1 실시예의 전자 시계와 같은 작용·효과를 얻을 수 있다.

또한, 저항(R0, R1, R2, R3)의 각 저항치의 일례를 나타내면, R0=100 Ω, R1=100 Ω, R2=150 Ω, R3=175 Ω로 한다.

제어 수단(70)으로부터의 스위치 제어 신호(Sa, Sb, Sc)를 계시부(25)에도 입력시켜, 제1 실시예와 마찬가지로 계시부(25)에 설치한 전기 에너지량 제어 수단에 의해서, 전압 계측 수단(80)의 계측 판정 결과에 따라서, 계시 수단(20)이 시각 표시에 소비하는 전기 에너지량이 항상 소정의 범위가 되도록 제어한다.

또, 도 4에 도시한 제2 실시예도 이 제3 실시예의 제어 수단(70) 및 스위치 회로(110)와 같은 것으로 변경할 수도 있다.

이상의 설명에서 분명하지만, 본 발명의 전자 시계는 계시 수단의 단자 전압을 계측하여 그 결과에 의해서 발전 수단의 발전 에너지를 계시 수단측과 축전 수단측으로 보낼 때의 전력량의 비율을 알맞게 설정하도록 되어 있다.

이 때문에 발전 에너지를 계시 수단과 축전 수단과 적절히 분배할 수 있어 종래와 같은 계측 주기라도 종래보다도 축전 수단에의 발전 에너지를 충전하는 효율을 향상시킬 수 있게 된다.

또, 외부 환경의 변화에 의해 발전 에너지가 급격히 변화되더라도 계시 수단의 단자 전압에 급격한 변화가 일어나지 않도록 할 수 있고, 이 결과 계시 수단의 계시 동작을 안정화할 수 있다.
따라서, 발전 수단을 내장하는 전자 시계의 성능을 대폭으로 향상할 수 있다.

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Claims

외부로부터의 에너지에 의해 발전하는 발전 수단과,

상기 발전 수단의 발전에 의한 전기 에너지를 축전하는 축전 수단과,

상기 발전 수단 또는 상기 축전 수단으로부터 공급되는 전기 에너지에 의해 시각 표시 동작을 하는 계시 수단과,

적어도 복수의 스위칭 소자를 지니고, 상기 발전 수단과 상기 축전 수단 및 상기 계시 수단과의 사이의 전기 에너지의 전달 또는 차단을 하는 스위치 회로와,

상기 계시 수단의 단자 전압을 계측하고 상기 전압이 적어도 3 단계의 전압 범위 중의 어느 범위에 해당하는 지의 여부를 판정 가능한 전압 계측 수단과,

상기 전압 계측 수단의 계측 결과에 따라서 상기 발전 수단이 축전 수단과 계시 수단을 충전할 때의 일정 주기 내에서의 전력량의 분배 비율을 미리 상기 전압 범위와 일대일 대응하도록 정한 적어도 3개의 상이한 비율 중 어느 것으로 결정하여 상기 스위치 회로를 제어하는 제어 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 전자 시계.
제1항에 있어서,

상기 제어 수단이 상기 전압 계측 수단에 의해 판정된 전압 범위에 따라서, 상기 발전 수단이 상기 축전 수단과 상기 계시 수단을 충전할 때에 상기 발전 수단으로부터 상기 축전 수단과 상기 계시 수단에의 충전 전류의 일정 주기 내에서 공급 기간의 비를 미리 상기 전압 범위와 일대일 대응하도록 정한 적어도 3개의 다른 비 중의 어느 것으로 결정하여 상기 스위치 회로를 제어하는 수단인 것을 특징으로 하는 전자 시계.
제1항에 있어서,

상기 제어 수단이 상기 전압 계측 수단에 의해 판정된 전압 범위에 따라서, 상기 발전 수단이 상기 축전 수단과 상기 계시 수단을 충전할 때에 상기 발전 수단으로부터 상기 축전 수단과 상기 계시 수단에의 충전 전류 공급 회로의 임피던스의 비를 미리 정한 적어도 3개의 다른 비 중 어느 것으로 결정하여 상기 스위치 회로를 제어하는 수단인 것을 특징으로 하는 전자 시계.
외부로부터의 에너지에 의해 발전하는 발전 수단과,

상기 발전 수단의 발전 전압을 승압하는 승압 수단과,

상기 승압 수단에 의해서 승압된 전기 에너지를 축전하는 축전 수단과,

상기 승압 수단 또는 상기 축전 수단으로부터 공급되는 전기 에너지에 의해 시각 표시 동작을 하는 계시 수단과,

적어도 복수의 스위칭 소자로 이루어져 상기 승압 수단과 상기 축전 수단 및 상기 계시 수단과의 사이의 에너지의 전달 또는 차단을 하는 스위치 회로와,

상기 계시 수단의 단자 전압을 계측하고 상기 전압이 적어도 3 단계의 전압 범위 중의 어느 범위에 해당하는 지의 여부를 판정 가능한 전압 계측 수단과,

상기 전압 계측 수단에 의해 판정된 전압 범위에 따라서, 상기 발전 수단이 상기 승압 수단을 통해 상기 축전 수단과 상기 계시 수단을 충전할 때의 일정한 주기 내에서 전력량의 분배 비율을 미리 상기 전압 범위에 일대일 대응하도록 정한 적어도 3개의 다른 비율 중 어느 것으로 결정하여 상기 스위치 회로를 제어하는 제어 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 전자 시계.
제4항에 있어서,

상기 제어 수단이 상기 전압 계측 수단에 의해 판정된 전압 범위에 따라서, 상기 발전 수단이 상기 승압 수단을 통해 상기 축전 수단과 상기 계시 수단을 충전할 때에 상기 승압 수단으로부터 상기 축전 수단과 상기 계시 수단에의 충전 전류의 일정 주기 내에서 공급 기간의 비를 미리 상기 전압 범위에 일대일 대응하도록 정한 적어도 3개의 다른 비 중 어느 것으로 결정하여 상기 스위치 회로를 제어하는 수단인 것을 특징으로 하는 전자 시계.
제4항에 있어서,

상기 제어 수단이 상기 전압 계측 수단에 의해 판정된 전압 범위에 따라서, 상기 발전 수단이 상기 축전 수단과 상기 계시 수단을 충전할 때에 상기 승압 수단으로부터 상기 축전 수단과 상기 계시 수단에의 충전 전류 공급 회로의 임피던스의 비를 미리 정한 적어도 3개의 다른 비 중 어느 것으로 결정하여 상기 스위치 회로를 제어하는 수단인 것을 특징으로 하는 전자 시계.
제1항에 있어서, 상기 계시 수단에 상기 전압 계측 수단의 계측 결과에 따라서, 상기 계시 수단이 시각 표시에 소비하는 전기 에너지량이 항상 소정의 범위가 되도록 제어하는 수단을 설치한 것을 특징으로 하는 전자 시계.
제4항에 있어서, 상기 계시 수단에 상기 전압 계측 수단의 계측 결과에 따라서, 상기 계시 수단이 시각 표시에 소비하는 전기 에너지량이 항상 소정의 범위가 되도록 제어하는 전기 에너지량 제어 수단을 설치한 것을 특징으로 하는 전자 시계.
제7항에 있어서,

상기 계시 수단은 스테핑 모터를 갖고 있고,

상기 전기 에너지량 제어 수단이 상기 전압 계측 수단의 계측 결과에 따라서, 상기 스테핑 모터에의 통전 펄스를 미리 정한 복수의 다른 형상 중 어느 것을 선택하여 설정함으로써, 상기 시각 표시에 소비하는 전기 에너지량이 항상 소정의 범위가 되도록 제어하는 수단인 것을 특징으로 하는 전자 시계.
제8항에 있어서,

상기 계시 수단은 스테핑 모터를 갖고 있고,

상기 전기 에너지량 제어 수단이 상기 전압 계측 수단의 계측 결과에 따라서, 상기 스테핑 모터에의 통전 펄스를 미리 정한 복수의 다른 형상 중 어느 것을 선택하여 설정함으로써, 상기 시각 표시에 소비하는 전기 에너지량이 항상 소정의 범위가 되도록 제어하는 수단인 것을 특징으로 하는 전자 시계.
제1항에 있어서,

상기 계시 수단은 전기 에너지를 일시적으로 축전하는 보조 축전 수단을 갖는 것을 특징으로 하는 전자 시계.
제4항에 있어서,

상기 계시 수단은 전기 에너지를 일시적으로 축전하는 보조 축전 수단을 갖는 것을 특징으로 하는 전자 시계.