JP3718725B2 - 電子時計における電源装置 - Google Patents

Description

技術分野
本発明は、電子時計における電源装置に関し、特に、発電部として機械式発電機を用いた電子時計における電源装置に関する。
背景技術
従来、偏心重錘を回転させ、その機械的エネルギーを電気エネルギーに変換して動作する電子時計が開発され製品化されている。また、例えば特公平７−５２２２９号公報などにおいても電子時計に用いられる電源装置が提案されている。
第３図は、従来の電子時計における電源装置の回路ブロック図である。
第３図において、発電部１は、偏心重錘などで構成される回転手段１１、回転手段１１の回転を増速させる増速回転輪列１２、ロータ１３、ロータ１３の回転を受けて交流電流を発生する発電コイル１４等で構成されている。ダイオード２は発電コイル４で発生する交流電流を整流するとともに、後述する蓄電部３からの逆流を防止する。
また、電圧検出部４は、蓄電部３の電圧が所定値を超えると信号を出力する。過充電防止部５は、電圧検出部４の信号によって動作し、蓄電部３の耐電圧以上の過充電を防止する。ここで、蓄電部３は、大容量コンデンサで形成されており、発電コイル１４で発生した電力を蓄えるとともに、時計回路６に電力を出力する。
この従来の電子時計における電源装置は、腕時計内に設けられた偏心重錘などの回転手段１１が使用者の腕振り動作などにともなって回転すると、その回転が増速輸列１２によって増速されロータ１３に伝えられる。ロータ１３は永久磁石で構成されており、回転すると発電コイル１４に交流電流が発生する。この交流電流はダイオード２で整流され、蓄電部としての大容量コンデンサ３に蓄えられる。この蓄えられた電力で時計回路６が動作し、電子時計が駆動される。
そして、大容量コンデンサ３に電力が十分蓄えられ、所定の電圧値（例えば２．５Ｖ）を超えると、電圧検出手段４が”Ｌ”レベルの検出信号を出力して、ＰＭＯＳトランジスタからなる過充電防止部５を動作させる。これにより、発電部１で発生した交流電流は過充電防止部５で放電され、大容量コンデンサ３には蓄えられない。
よって、大容量コンデンサ３の電圧は所定値より上がらず、高電圧による破壊が防止される。ここで、この過充電防止部５は、ダイオード２の逆方向電流発生時に電圧破壊を起さないようにするため、ダイオード２より蓄電部３側に設けてある。また、通常、発電コイル１４で発生する交流電流は最大で数十ｍＡ程度であるので、過充電防止部５が十分に機能するためには、例えば大容量コンデンサ３の耐圧値を２．５Ｖ程度とした場合は、過充電防止手段５の動作時の抵抗値を数１０Ω程度にする必要がある。
ところで、最近、蓄電部として、大容量コンデンサに代わり大容量のチタン・リチウムイオン二次電池（以下二次電池という）が利用されている。このチタン・リチウムイオン二次電池は、内部抵抗が数十〜数百Ωと比較的大きいため、図３に示すような従来の電子時計にそのまま使用すると、二次電池の電圧が所定値を越えてしまう。
このため、過充電防止部５が発電コイル１４に発生した電流の放電を開始したときに、過充電防止部５の抵抗値が従来のように数十Ω程度であると二次電池の内部抵抗との間に電圧降下を起こしてしまい、その結果、電圧検出部４が検出信号を出力しなくなり過充電防止部５の動作が停止してしまうことになる。
そして、過充電防止部５の動作が停止すると、再び二次電池の電圧が上昇するので、電圧検出部４が所定値を越えたことを検出して過充電防止部５は再び動作を開始する。すなわち、従来装置における蓄電部の大容量コンデンサを、単に大容量のチタン・リチウムイオン二次電池に代えただけでは、以上の動作が繰り返されるため、放電動作が間欠的となってしまい十分な放電ができなくなるばかりでなく、時計回路９に供給される電圧が不安定となってしまい時計の動作に支障を来たすおそれがあった。
一方、第４図に示す特開昭６１−２３６３３２号及び特開平６−３２４１６６号において、発電部１と二次電池３との間に第１の逆電流防止用ダイオード４１を直列に接続するとともに、第２の逆電流防止用ダイオード４２を過充電防止部としてのＭＯＳトランジスタ５と直列に接続した電子腕時計の電源装置が提案されている。
従来の技術によると、二次電圧の電圧を検出するときにＭＯＳトランジスタ５をオンにし、発電部を短絡させることによって、二次電池の内部抵抗による電圧の誤検出を防止することができる。また、ダイオード４２によって、ＭＯＳトランジスタ５に発生する寄生ダイオードによる逆流を防止し、交流発電部の発電効率の低下を防ぐことができる。
ところで、上記した偏心重錘などで構成された回転手段１１を用いて発電を行う場合には、偏心重錘の急激な回転によって、発電部１から極端に大きな電圧が発生することがある。この場合、第４図に示す従来の電源装置では、二つの逆流防止用ダイオード４１，４２として、耐電圧の高いものを用いなければならないといった問題がある。
したがって、本発明は、偏心重錘などで構成された回転手段を用いた発電部によって、交流電圧を発生し、チタン・リチウムイオン二次電池などの大容量で比較的内部抵抗が大きい蓄電部に蓄電する電源装置において、耐電圧の高いダイオードを一つ用いるだけでよく、また充電効率に優れた電子時計における電源装置を構築することを目的とする。
発明の開示
本発明の機械式の発電部と蓄電部を有する電子時計における電源装置は、蓄電部の電圧を検出する電圧検出部と、この電圧検出部により制御され前記発電部で発生する電流を放電する過充電防止部と、前記発電部と前記蓄電部，電圧検出部，過充電防止部との間に接続された逆流防止ダイオードとを有するとともに、前記過充電防止部と蓄電部との間に、前記過充電防止部が放電したときにオフとなるスイッチングトランジスタからなる逆流防止部を接続した構成としてあり、より具体的には、前記過充電防止部が、前記逆流防止部のスイッチングトランジスタと逆特性のスイッチングトランジスタであり、前記電圧検出部からの信号で同時に逆の作動をする構成としてある。
これにより、一つの耐電圧の高いダイオードとスイッチングトランジスタを用いるだけで、ときとして高電圧を発生する機械式発電部を有する電源装置における耐電圧性と、充電効率の向上を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明の電子時計における電源装置の第一実施形態を示すブロック図である。
第２図は、本発明の電子時計における電源装置の第二実施形態を示すブロック図である。
第３図は、従来の電子時計における電源装置の一従来例を示すブロック図である。
第４図は、従来の電子時計における電源装置の他の従来例を示すブロック図である。
発明を実施するための最良の態様
本発明をより詳細に説明するため、図面にもとづいて説明する。
第１図は、本発明の第一実施形態に係る電子時計における電源装置のブロック図であり、第３図と同一の構成には同一の番号を付してある。
本発明の実施の形態では、ダイオード２として耐電圧性の高いものを用い、発電部１と蓄電部３０，電圧検出部４，過充電防止部５の間に接続している。これにより、機械式の発電部１から、ときとして発生する極端に大きな電圧が電圧検出部４及び過充電防止部５にかからないようにしてある。したがって、電圧検出部４及び過充電防止部５に耐電圧性の高い素子を用いる必要がなくなり、コストの低減を図れる。
また、蓄電部３０としては、チタン・リチウムイオン二次電池等の内部抵抗が比較的大きくて大容量の二次電池を使用している。
また、逆流防止部７としてＮＭＯＳトランジスタ等からなるスイッチングトランジスタが設けられている。すなわち、過充電防止部５のＰＭＯＳトランジスタとは逆特性のスイッチングトランジスタを用いている。
本発明の実施形態に係る電子時計の電源装置においては、蓄電部３０を形成する二次電池３０が、所定の電圧値（例えば２．５Ｖ）以下の場合は電圧検出部４は”Ｈ”レベルの信号を出力している。これにより、逆流防止部７はオン状態となり、また、過充電防止部５は、オフ状態となっているので発電部１で発電された電力は二次電池３０に蓄電される。
やがて二次電池３０の電圧が２．５Ｖを超えると電圧検出部４は”Ｌ”レベルの信号を出力する。すると過充電防止部５はオン状態になり、同時に逆流防止部７はオフ状態となる。その結果、発電部１で発生した電流は過充電防止部５によって放電され、二次電池３０に蓄電されなくなる。さらにこのとき、逆流防止部７はオフ状態となっているため過充電防止部５と二次電池３０が接続されず、二次電池３０が電圧降下を起こすのを防止する。
以上のように、この実施形態に係る電源装置では、過充電防止部５と二次電池３０との間に、過充電防止部５の放電中はオフ状態となるスイッチングトランジスタからなる逆流防止部７を設けているので、過充電防止部５の放電中に二次電池３０が電圧降下を起こすことがなく、二次電池３０の電圧が２．５Ｖ以下になるまで安定した放電動作が可能となる。よって過充電防止部を有する電子腕時計等の電子時計、特に過充電防止部の動作抵抗と蓄電部の内部抵抗が同程度の場合に有効となる。
また、過充電防止部５と逆流防止部７のスイッチングトランジスタとして逆特性のものを用い、電圧検出部４からの一つの信号で同時に逆動作を行うようにしているので、動作が正確で、回路構成も簡単になる。
第２図は、本発明の第二実施形態の電子時計の電源装置を示すブロック図である。
同実施形態においては、第一実施形態の逆流防止部７を形成するＮＭＯＳトランジスタのサブスレートとドレイン及びサブスレートとソースの間に、ともにコントロール端子Ｃが”Ｈ”レベルになるとオン状態となるスイッチ手段７１，７２を接続してある。そして、スイッチ手段７１のコントロール端子Ｃには電圧検出部４からの信号がそのまま入力され、スイッチ手段７２のコントロール端子Ｃには電圧検出部４からの信号がインバータ７３によって反転された後入力されるようになっている。
この電源装置では、通常時、すなわち、蓄電部３０の電圧が所定の電圧値（例えば２．５Ｖ）以下のとき、つまり過充電防止部５がオフ状態のときに発電が行われると、第２図に示すＡ点とＢ点の電位の関係はＡ＜Ｂとなる。このとき、逆流防止部１０のスイッチングトランジスタを正常に動作させるためにはバルグをＡ点側に接続する必要がある。そのためには、スイッチ手段７１がオン状態、スイッチ手段７２がオフ状態となるように制御すればよい。
一方、通常時は、電圧検出部４から出力される信号は”Ｈ”レベルなので、スイッチ手段７１はオン状態となり、スイッチ手段７２はオフ状態となり、正常な動作が行われる。
一方、放電時、すなわち、蓄電部３０の電圧が所定値（例えば２．５Ｖ）を超えると上記とは逆にＡ点の電位とＢ点の電位はＡ＞Ｂとなる。このとき、逆流防止部１０のスイッチングトランジスタを正常に動作させるためには、バルグをＢ側に接続する必要がある。そのためには、スイッチ手段７１がオフ状態、スイッチ手段７２がオン状態になるように制御すればよい。
一方、放電時は、電圧検出部４から出力される信号は”Ｌ”レベルであるので、スイッチ手段７１はオフ状態、スイッチ手段７２はオン状態となり、正常な動作が行われる。
本実施形態の電子時計における電源装置によれば、逆流防止部７であるスイッチングトランジスタを確実に作動させることができる。
産業上の利用の可能性
以上のように、本発明の電子時計における電源装置は、電子腕時計のような電子時計の電源装置として用いるのに適している。

Claims (2)

1. 機械式の発電部と、この発電部で発電された電力を蓄電する大容量二次電池からなる蓄電部と、この蓄電部の電圧を検出する電圧検出部と、この電圧検出部により制御され前記発電部で発生する電流を放電する過充電防止部とを有する電子時計における電源装置において、
   前記機械式の発電部と前記過充電防止部との間に整流用のダイオードを接続するとともに、前記過充電防止部と蓄電部との間にスイッチングトランジスタを接続し、
   さらに、このスイッチングトランジスタのサブスレートとドレイン及びサブストレートとソースの間に、スイッチ手段を接続し、
   前記スイッチ手段を、前記電圧検出部からの信号で作動させ、前記過充電防止部の放電時に前記スイッチングトランジスタをオフにして前記蓄電部の電圧降下を防止する
   ことを特徴とした電子時計における電源装置。
2. 前記スイッチ手段を前記電圧検出部からの信号で交互にオン，オフ状態にさせる構成とした請求項１記載の電子時計における電源装置。

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