JPH09257961A - 発電装置およびこれを備えた携帯型機器 - Google Patents
発電装置およびこれを備えた携帯型機器Info
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- JPH09257961A JPH09257961A JP8061492A JP6149296A JPH09257961A JP H09257961 A JPH09257961 A JP H09257961A JP 8061492 A JP8061492 A JP 8061492A JP 6149296 A JP6149296 A JP 6149296A JP H09257961 A JPH09257961 A JP H09257961A
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- Connection Of Motors, Electrical Generators, Mechanical Devices, And The Like (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 携帯型機器に収納された発電装置のように、
与えられた運動エネルギーを電気エネルギー変換する発
電装置において、運動エネルギーによって得られる起電
力が低い場合であっても、充分な充電効率を発揮できる
発電装置を提供する。 【解決手段】 発電部10と直列に蓄電部30を設け、
この蓄電部30に半波整流を行う整流部20と逆方向の
一方向性素子35を用いて一時的に電力を蓄積する。こ
れによって、整流部20から供給部4に供給される供給
電力を増加できるので、供給部4に対し発電部10の起
電力が小さな場合であっても、発電部10から出力され
た電力によって供給部4を充電できる。
与えられた運動エネルギーを電気エネルギー変換する発
電装置において、運動エネルギーによって得られる起電
力が低い場合であっても、充分な充電効率を発揮できる
発電装置を提供する。 【解決手段】 発電部10と直列に蓄電部30を設け、
この蓄電部30に半波整流を行う整流部20と逆方向の
一方向性素子35を用いて一時的に電力を蓄積する。こ
れによって、整流部20から供給部4に供給される供給
電力を増加できるので、供給部4に対し発電部10の起
電力が小さな場合であっても、発電部10から出力され
た電力によって供給部4を充電できる。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、回転錘の重りなど
から得られる運動エネルギーを用いて発電を行う発電装
置、およびこれを用いた携帯型機器に関するものであ
る。
から得られる運動エネルギーを用いて発電を行う発電装
置、およびこれを用いた携帯型機器に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】腕時計装置のような小型で携帯に適した
電子機器において、発電装置を内蔵することによって電
池の交換の不要とし、あるいは電池自体を不要とした携
帯型機器が考案され、実用化されている。図6にその一
例として、発電装置10を内蔵した腕時計装置の概略構
成を示してある。この携帯型機器においては、腕時計装
置のケース内で旋回運動を行う回転錘11と、回転錘1
1の回転運動を発電用ロータ13に伝達する輪列機構1
2と、発電部10を備えている。発電部10は、永久磁
石を備えた発電用ロータ13と、このロータ13の両側
に位置するステータ14を備えており、発電用ロータ1
3が回転するとステータ14の発電用コイル15に起電
力が発生し、交流出力が取り出せるようになっている。
発電部10から出力された交流は整流回路20によって
整流され、コンデンサ5などによって構成された供給部
4に蓄えられる。そして、この供給部4から電力が計時
装置7などの処理装置6に供給され、処理装置6が動作
できるようになっている。
電子機器において、発電装置を内蔵することによって電
池の交換の不要とし、あるいは電池自体を不要とした携
帯型機器が考案され、実用化されている。図6にその一
例として、発電装置10を内蔵した腕時計装置の概略構
成を示してある。この携帯型機器においては、腕時計装
置のケース内で旋回運動を行う回転錘11と、回転錘1
1の回転運動を発電用ロータ13に伝達する輪列機構1
2と、発電部10を備えている。発電部10は、永久磁
石を備えた発電用ロータ13と、このロータ13の両側
に位置するステータ14を備えており、発電用ロータ1
3が回転するとステータ14の発電用コイル15に起電
力が発生し、交流出力が取り出せるようになっている。
発電部10から出力された交流は整流回路20によって
整流され、コンデンサ5などによって構成された供給部
4に蓄えられる。そして、この供給部4から電力が計時
装置7などの処理装置6に供給され、処理装置6が動作
できるようになっている。
【0003】図7に上記の腕時計装置の部分的な断面を
示してある。発電部10を構成する各要素は、腕時計装
置の地板17および回転錘受17aによって挟まれるよ
うに支持されている。回転錘11は回転錘受17aに対
しボールベアリング18によって回転自在に支持されて
おり、回転錘11の回転運動は、回転錘車11a、伝え
車かな12a、伝え車12b、伝え車歯車12cといっ
た輪列機構12によって発電用ロータ13に伝達され
る。そして、発電用ロータ13の磁石13aが発電用ス
テータ14内で回転することによって回転錘11の運動
エネルギーが電気エネルギーに変換され、交流電力とし
て出力される。このような発電装置を備えた携帯型の装
置は、ユーザーの腕の動きなどを捉えて回転錘の運動エ
ネルギーに変換し、さらに、その運動エネルギーを電気
エネルギーに変換することによって計時装置などの処理
装置を稼働させることができる。従って、電池交換が不
要であり、何時でも何処でも携帯型装置の機能を用いる
ことができる。
示してある。発電部10を構成する各要素は、腕時計装
置の地板17および回転錘受17aによって挟まれるよ
うに支持されている。回転錘11は回転錘受17aに対
しボールベアリング18によって回転自在に支持されて
おり、回転錘11の回転運動は、回転錘車11a、伝え
車かな12a、伝え車12b、伝え車歯車12cといっ
た輪列機構12によって発電用ロータ13に伝達され
る。そして、発電用ロータ13の磁石13aが発電用ス
テータ14内で回転することによって回転錘11の運動
エネルギーが電気エネルギーに変換され、交流電力とし
て出力される。このような発電装置を備えた携帯型の装
置は、ユーザーの腕の動きなどを捉えて回転錘の運動エ
ネルギーに変換し、さらに、その運動エネルギーを電気
エネルギーに変換することによって計時装置などの処理
装置を稼働させることができる。従って、電池交換が不
要であり、何時でも何処でも携帯型装置の機能を用いる
ことができる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】携帯型の機器に収納さ
れ、回転錘などの運動エネルギーを電気エネルギーに変
換して発電を行う発電装置は、ユーザの腕の動きなどに
よって得られた運動エネルギーを用いて発電を行うた
め、継続的に一定の発電出力を得ることが難しい。そこ
で、コンデンサーや2次電池などの供給部を用いて発電
部から出力された電力を蓄えられるようにしており、発
電部から出力された電力をこの供給部に効率良く充電す
ることが重要となる。特に、供給部にある程度の電力が
蓄えられている状態では、供給部の電圧以上の起電力が
発電部から得られないと供給部に充電できない。発電部
の起電力は供給される運動エネルギーの密度などによっ
て変化する。例えば、回転錘を用いた発電装置において
は、回転錘の回転速度を速くして発電用ロータの回転速
度を上げるようなユーザーの動きが必要になる。一方、
ユーザーの緩い動作によっても発電用ロータが充分に早
い速度で回転し、高い起電力が得られるようにすると、
回転錘の動きを増速して発電部に伝達する必要があるた
め輪列機構が複雑で大型になる。また、ロータの回転速
度が非常に早くなるのでそれに付随した振動や支持方法
などの問題も生ずる。さらに、回転速度を上げることに
よって機械的なロスが増加するといった問題もある。
れ、回転錘などの運動エネルギーを電気エネルギーに変
換して発電を行う発電装置は、ユーザの腕の動きなどに
よって得られた運動エネルギーを用いて発電を行うた
め、継続的に一定の発電出力を得ることが難しい。そこ
で、コンデンサーや2次電池などの供給部を用いて発電
部から出力された電力を蓄えられるようにしており、発
電部から出力された電力をこの供給部に効率良く充電す
ることが重要となる。特に、供給部にある程度の電力が
蓄えられている状態では、供給部の電圧以上の起電力が
発電部から得られないと供給部に充電できない。発電部
の起電力は供給される運動エネルギーの密度などによっ
て変化する。例えば、回転錘を用いた発電装置において
は、回転錘の回転速度を速くして発電用ロータの回転速
度を上げるようなユーザーの動きが必要になる。一方、
ユーザーの緩い動作によっても発電用ロータが充分に早
い速度で回転し、高い起電力が得られるようにすると、
回転錘の動きを増速して発電部に伝達する必要があるた
め輪列機構が複雑で大型になる。また、ロータの回転速
度が非常に早くなるのでそれに付随した振動や支持方法
などの問題も生ずる。さらに、回転速度を上げることに
よって機械的なロスが増加するといった問題もある。
【0005】そこで、本発明においては、ロータの回転
速度を上げなくてもユーザーの緩い動作によって充分に
高い起電力が得られる発電装置を実現することによっ
て、供給部に効率良く充電が行える発電装置を提供する
ことを目的としている。さらに、簡易な構成で小形の携
帯型機器に収納でき、発電能力の高い発電装置を提供す
ることを目的としている。そして、この発電装置を用い
ることによって、携帯型機器に収納された処理装置の機
能を何時でも何処でも充分に発揮させることが可能な携
帯型機器を提供することを目的としている。
速度を上げなくてもユーザーの緩い動作によって充分に
高い起電力が得られる発電装置を実現することによっ
て、供給部に効率良く充電が行える発電装置を提供する
ことを目的としている。さらに、簡易な構成で小形の携
帯型機器に収納でき、発電能力の高い発電装置を提供す
ることを目的としている。そして、この発電装置を用い
ることによって、携帯型機器に収納された処理装置の機
能を何時でも何処でも充分に発揮させることが可能な携
帯型機器を提供することを目的としている。
【0006】
【課題を解決するための手段】このため、本発明におい
ては、発電部から出力された交流出力を整流部によって
半波整流すると共に、整流される出力と逆極性の出力を
発電部に直列に接続された蓄電部に一時的に蓄えること
によって、半波整流される交流出力の電位を上昇させる
ようにしている。すなわち、本発明の発電装置は、運動
エネルギーを電気エネルギーに変換し交流を出力する発
電部と、この発電部からの交流出力を半波整流する整流
部と、整流された電力を蓄えて外部に供給する供給部と
を有し、さらに、発電部と直列に接続された蓄電部と、
整流部と逆極性の交流出力を流し蓄電部を充電可能な一
方向性素子とを有することを特徴としている。従って、
例えば、発電部にロータおよびステータを用いた発電機
構を採用するのであれば、ロータの回転速度を上げずに
発電部からの出力電圧を上げられるので、増速するため
の機構を新たに設ける必要がなく、さらに、発電部に供
給される運動エネルギーの密度が低い場合であっても効
率良く発電し供給部に充電できる。また、圧電素子を用
いた振動片などを用いて発電部を構成する場合であって
も、振動片の振幅を増加させずに済むので、機械的なロ
スの増加を防止し、発電効率および充電効率を向上でき
る。
ては、発電部から出力された交流出力を整流部によって
半波整流すると共に、整流される出力と逆極性の出力を
発電部に直列に接続された蓄電部に一時的に蓄えること
によって、半波整流される交流出力の電位を上昇させる
ようにしている。すなわち、本発明の発電装置は、運動
エネルギーを電気エネルギーに変換し交流を出力する発
電部と、この発電部からの交流出力を半波整流する整流
部と、整流された電力を蓄えて外部に供給する供給部と
を有し、さらに、発電部と直列に接続された蓄電部と、
整流部と逆極性の交流出力を流し蓄電部を充電可能な一
方向性素子とを有することを特徴としている。従って、
例えば、発電部にロータおよびステータを用いた発電機
構を採用するのであれば、ロータの回転速度を上げずに
発電部からの出力電圧を上げられるので、増速するため
の機構を新たに設ける必要がなく、さらに、発電部に供
給される運動エネルギーの密度が低い場合であっても効
率良く発電し供給部に充電できる。また、圧電素子を用
いた振動片などを用いて発電部を構成する場合であって
も、振動片の振幅を増加させずに済むので、機械的なロ
スの増加を防止し、発電効率および充電効率を向上でき
る。
【0007】さらに、発電部および蓄電部の共振周波数
が発電部から出力される交流出力の周波数とほぼ一致す
るように蓄電部の容量成分を選択することによって、発
電部および蓄電部のインピーダンスを最小にできる。従
って、発電部の発電能力を活かし大きな電流を供給部に
供給し、さらに発電効率と充電効率を向上できる。
が発電部から出力される交流出力の周波数とほぼ一致す
るように蓄電部の容量成分を選択することによって、発
電部および蓄電部のインピーダンスを最小にできる。従
って、発電部の発電能力を活かし大きな電流を供給部に
供給し、さらに発電効率と充電効率を向上できる。
【0008】発電部が重りの運動エネルギーを用いて発
電を行う場合は、出力される交流周波数は必ずしも一定
ではないので、発電部および蓄電部の共振周波数が発電
部から出力される確率の高い交流出力の周波数とほぼ一
致するように蓄電部の容量成分を選択することが望まし
い。発電装置が腕装着型の装置の場合で、発電部として
ロータおよびステータを備えた回転型を採用している場
合は、ユーザの腕の動きなどを考慮すると、共振周波数
を10Hzから2kHzの範囲とすることが望ましい。
そして、この回転型の発電部のステータコイルのインダ
クタンスを考慮すると蓄電部の容量成分は0.01μF
から10μFの範囲であることが望ましい。
電を行う場合は、出力される交流周波数は必ずしも一定
ではないので、発電部および蓄電部の共振周波数が発電
部から出力される確率の高い交流出力の周波数とほぼ一
致するように蓄電部の容量成分を選択することが望まし
い。発電装置が腕装着型の装置の場合で、発電部として
ロータおよびステータを備えた回転型を採用している場
合は、ユーザの腕の動きなどを考慮すると、共振周波数
を10Hzから2kHzの範囲とすることが望ましい。
そして、この回転型の発電部のステータコイルのインダ
クタンスを考慮すると蓄電部の容量成分は0.01μF
から10μFの範囲であることが望ましい。
【0009】さらに、発電部と直列に蓄電部を接続し供
給部に供給される電圧を昇圧すると、供給部あるいはそ
れに接続された処理部の許容電圧以上の電圧が印加され
る可能性が発生する。そこで、交流出力の電圧値が所定
の値に達すると交流出力を短絡するバイパス手段を設け
ることが望ましい。そして、バイパス手段がトランジス
タスイッチの場合は、一方向性素子としてトランジスタ
スイッチの寄生ダイオードを用い、発電装置をさらに簡
略化することも可能である。また、バイパス手段に対し
並列にショトキバリアダイオードを一方向性素子として
接続し、蓄電部に一時的に充電する際の電圧降下を低減
し、発電および充電効率の向上を図ることも可能であ
る。
給部に供給される電圧を昇圧すると、供給部あるいはそ
れに接続された処理部の許容電圧以上の電圧が印加され
る可能性が発生する。そこで、交流出力の電圧値が所定
の値に達すると交流出力を短絡するバイパス手段を設け
ることが望ましい。そして、バイパス手段がトランジス
タスイッチの場合は、一方向性素子としてトランジスタ
スイッチの寄生ダイオードを用い、発電装置をさらに簡
略化することも可能である。また、バイパス手段に対し
並列にショトキバリアダイオードを一方向性素子として
接続し、蓄電部に一時的に充電する際の電圧降下を低減
し、発電および充電効率の向上を図ることも可能であ
る。
【0010】そして、このような発電装置と、この発電
装置からの電力によって動作可能な処理装置と備えた携
帯型機器においては、ユーザーの動きなどによって何時
でも何処でも充分な電力が得られるので、電池交換など
の心配なく処理装置の機能を充分に発揮させることがで
きる。
装置からの電力によって動作可能な処理装置と備えた携
帯型機器においては、ユーザーの動きなどによって何時
でも何処でも充分な電力が得られるので、電池交換など
の心配なく処理装置の機能を充分に発揮させることがで
きる。
【0011】
【発明の実施の形態】本発明をさらに詳しく説明するた
めに、以下に図面を用いて本発明の実施の幾つかの形態
を示す。図1は、本発明の1実施例における発電装置1
の構成を回路図を用いて示してある。本例の発電装置1
は、交流を出力する発電部10と、この交流出力を半波
整流する整流部20と、整流された電力を蓄積して供給
端2から不図示の処理装置に供給する供給部4を備えて
いる。さらに、発電部10にはコンデンサ31からなる
蓄電部30が直列に接続されており、この発電部10お
よび蓄電部30と並列にダイオード36を用いた一方向
性素子35が接続されている。この一方向性素子35
は、整流部20と逆方向の極性を備えている。さらに、
発電部10および蓄電部30と並列に、これらからの出
力を短絡できるようにMOSトランジスタ41を用いた
バイパス部40が接続されており、このMOSトランジ
スタ41は制御回路42によって発電部10および蓄電
部30からの出力電圧に基づきオンオフされるようにな
っている。
めに、以下に図面を用いて本発明の実施の幾つかの形態
を示す。図1は、本発明の1実施例における発電装置1
の構成を回路図を用いて示してある。本例の発電装置1
は、交流を出力する発電部10と、この交流出力を半波
整流する整流部20と、整流された電力を蓄積して供給
端2から不図示の処理装置に供給する供給部4を備えて
いる。さらに、発電部10にはコンデンサ31からなる
蓄電部30が直列に接続されており、この発電部10お
よび蓄電部30と並列にダイオード36を用いた一方向
性素子35が接続されている。この一方向性素子35
は、整流部20と逆方向の極性を備えている。さらに、
発電部10および蓄電部30と並列に、これらからの出
力を短絡できるようにMOSトランジスタ41を用いた
バイパス部40が接続されており、このMOSトランジ
スタ41は制御回路42によって発電部10および蓄電
部30からの出力電圧に基づきオンオフされるようにな
っている。
【0012】本例の発電部10は、上述したようなロー
タおよびステータを備えた回転型の発電機構あるいは圧
電体を用いた振動子を備えた振動型の発電機構などの交
流電力を出力する。従って、この発電部10からは半波
整流される極性の電力w1とその反対の極性の電力w2
が出力される。電力w2は、蓄電部30および一方向性
素子35を通って流れ、蓄電部30を充電する。一方、
電力w1は、整流部20を通って整流され供給部4に供
給されるが、その際、電力w2によって充電された蓄電
部30が発電部10に対し直列に接続された状態となる
ので、整流部20を通って供給部4に供給される電力の
電圧Voは、発電部10の出力電圧Vgに蓄電部30に
一時的に充電された電荷によって発生する電圧Vcを加
えたものになる。
タおよびステータを備えた回転型の発電機構あるいは圧
電体を用いた振動子を備えた振動型の発電機構などの交
流電力を出力する。従って、この発電部10からは半波
整流される極性の電力w1とその反対の極性の電力w2
が出力される。電力w2は、蓄電部30および一方向性
素子35を通って流れ、蓄電部30を充電する。一方、
電力w1は、整流部20を通って整流され供給部4に供
給されるが、その際、電力w2によって充電された蓄電
部30が発電部10に対し直列に接続された状態となる
ので、整流部20を通って供給部4に供給される電力の
電圧Voは、発電部10の出力電圧Vgに蓄電部30に
一時的に充電された電荷によって発生する電圧Vcを加
えたものになる。
【0013】図2に、本例の蓄電部20を用いて昇圧整
流を行った場合と、従来の昇圧整流を行わずに半波整流
を行った場合の供給電圧Voの変化を示してある。供給
部4に対しては整流された電力の供給電圧Voが供給部
4の電圧Vsを越えないと充電が行われない。従って、
供給部4が電圧Vs0の場合は、供給される電力の内、図
2に斜線で示した部分によって供給部4が充電される。
本例の発電装置1においては、蓄電部20を用いて供給
電圧Voを昇圧しているので、発電部10から同じ電圧
Vgの出力が得られた場合であっても供給電圧Voを高
くすることができ、供給部4に対する充電効率を向上で
きる。特に、供給部4がある程度充電されてその電圧が
Vs1に達すると、昇圧を行なっていない発電装置におい
ては殆ど充電ができないのに対し、本例の発電装置1に
おいては充分に充電が行える。
流を行った場合と、従来の昇圧整流を行わずに半波整流
を行った場合の供給電圧Voの変化を示してある。供給
部4に対しては整流された電力の供給電圧Voが供給部
4の電圧Vsを越えないと充電が行われない。従って、
供給部4が電圧Vs0の場合は、供給される電力の内、図
2に斜線で示した部分によって供給部4が充電される。
本例の発電装置1においては、蓄電部20を用いて供給
電圧Voを昇圧しているので、発電部10から同じ電圧
Vgの出力が得られた場合であっても供給電圧Voを高
くすることができ、供給部4に対する充電効率を向上で
きる。特に、供給部4がある程度充電されてその電圧が
Vs1に達すると、昇圧を行なっていない発電装置におい
ては殆ど充電ができないのに対し、本例の発電装置1に
おいては充分に充電が行える。
【0014】図3に、本発明の昇圧整流を行った発電装
置において、その充電効率が供給部の電圧Vsに対して
変化する傾向を実線で示してある。また、蓄電部を用い
ずに半波整流を行ったときの充電効率の変化する傾向を
一点鎖線で示してある。図3(a)は、例えば、腕に装
着された携帯型装置を激しく動かした場合のような発電
部10の起電力が高いときの傾向を示してある。図から
判るように、供給部4の電圧Vsが低いときは蓄電部3
0および一方向性素子35における損失がないため半波
整流を行った装置の方が充電効率が高い。これに対し、
供給部4の電圧Vsが上昇すると、充分な供給電圧Vo
を確保できるので昇圧整流を行っている本例の発電装置
の方が充電効率が高くなる。図3(b)は、発電部10
の起電力が低いときの充電効率の傾向を示してあり、本
図から判るように、昇圧整流を行って供給電圧Voを上
げた本例の発電装置の方が高い充電効率を確保できる。
置において、その充電効率が供給部の電圧Vsに対して
変化する傾向を実線で示してある。また、蓄電部を用い
ずに半波整流を行ったときの充電効率の変化する傾向を
一点鎖線で示してある。図3(a)は、例えば、腕に装
着された携帯型装置を激しく動かした場合のような発電
部10の起電力が高いときの傾向を示してある。図から
判るように、供給部4の電圧Vsが低いときは蓄電部3
0および一方向性素子35における損失がないため半波
整流を行った装置の方が充電効率が高い。これに対し、
供給部4の電圧Vsが上昇すると、充分な供給電圧Vo
を確保できるので昇圧整流を行っている本例の発電装置
の方が充電効率が高くなる。図3(b)は、発電部10
の起電力が低いときの充電効率の傾向を示してあり、本
図から判るように、昇圧整流を行って供給電圧Voを上
げた本例の発電装置の方が高い充電効率を確保できる。
【0015】携帯型機器において、常に発電部10から
電力供給を受けれるとは限らないので、供給部4を充分
に充電しておくことが重要である。本発明の発電装置は
蓄電部30を用いて昇圧整流を行っており、発電部10
がどのような状態で発電を行っても供給部4に対し充分
に高い供給電圧Voを確保できる。従って、緩やかな腕
の動きであっても、早い腕の動きであっても、供給部4
の電圧Vsが高い領域における充電効率を大幅に向上で
き、短時間で供給部4をフルに充電できる。このため、
本例の発電装置に接続された処理装置に対し充分な電力
を長時間にわたって供給することができる。また、腕の
動きなどが緩やかで重りの運動として得られる運動エネ
ルギーの密度が低い場合であっても高い充電効率が得ら
れるので、ユーザーが特に腕を激しく動かさなくても日
常生活の動作から充分な電力が得られる。従って、動き
の多いユーザーでなくとも、老若男女を問わず本発明の
発電装置を備えた携帯型機器の機能を充分に発揮させる
ことが可能となる。
電力供給を受けれるとは限らないので、供給部4を充分
に充電しておくことが重要である。本発明の発電装置は
蓄電部30を用いて昇圧整流を行っており、発電部10
がどのような状態で発電を行っても供給部4に対し充分
に高い供給電圧Voを確保できる。従って、緩やかな腕
の動きであっても、早い腕の動きであっても、供給部4
の電圧Vsが高い領域における充電効率を大幅に向上で
き、短時間で供給部4をフルに充電できる。このため、
本例の発電装置に接続された処理装置に対し充分な電力
を長時間にわたって供給することができる。また、腕の
動きなどが緩やかで重りの運動として得られる運動エネ
ルギーの密度が低い場合であっても高い充電効率が得ら
れるので、ユーザーが特に腕を激しく動かさなくても日
常生活の動作から充分な電力が得られる。従って、動き
の多いユーザーでなくとも、老若男女を問わず本発明の
発電装置を備えた携帯型機器の機能を充分に発揮させる
ことが可能となる。
【0016】さらに、本例の発電装置1は、供給部4に
印加される電圧Voをバイパス部40の制御回路42で
監視し、昇圧された電圧が供給部4あるいはそれに接続
された処理装置に悪影響を与える場合は、スイッチ41
によって発電部10からの交流出力を短絡できるように
している。従って、発電部10の起電力が大きくなり、
その電圧を昇圧整流すると処理装置などに障害が発生す
る場合は、電力の供給が遮断されるので、安全・確実に
処理装置の機能を用いることが可能である。制御回路4
2としては、コンパレータなどによって供給電圧Voを
基準電圧と比較するような様々な公知の回路を採用でき
る。
印加される電圧Voをバイパス部40の制御回路42で
監視し、昇圧された電圧が供給部4あるいはそれに接続
された処理装置に悪影響を与える場合は、スイッチ41
によって発電部10からの交流出力を短絡できるように
している。従って、発電部10の起電力が大きくなり、
その電圧を昇圧整流すると処理装置などに障害が発生す
る場合は、電力の供給が遮断されるので、安全・確実に
処理装置の機能を用いることが可能である。制御回路4
2としては、コンパレータなどによって供給電圧Voを
基準電圧と比較するような様々な公知の回路を採用でき
る。
【0017】このように、蓄電部30を発電部10に直
列に接続し、一方向性素子を用いて発電部10からの電
力を一時的に蓄電することによって、特に供給部4の電
圧が高い場合の発電効率および充電効率を向上させるこ
とができる。さらに、本発明においては、図4に示すよ
うに、発電部10を発電用コイルのインダクタンス
(L)および抵抗(R)の成分に着目し、これらと蓄電
部30の容量成分Cによって構成される共振回路の共振
周波数を適当に設定することにより、発電装置1の発電
および充電効率を向上させるようにしている。特に、発
電装置1を共振回路として解析することにより、蓄電部
30におけるロスを低減できるので、図3に示した供給
部4の電圧Vsが低く発電部10の起電力が大きいとき
の充電効率を向上することが可能となる。なお、発電部
10から出力される交流出力のうち、整流部20を通っ
て供給部4に充電される電流w1に対しては、供給部4
の容量も共振回路の一部を構成するが、供給部4の容量
は蓄電部30の容量より非常に大きく設定されるので、
以下においては考慮していない。
列に接続し、一方向性素子を用いて発電部10からの電
力を一時的に蓄電することによって、特に供給部4の電
圧が高い場合の発電効率および充電効率を向上させるこ
とができる。さらに、本発明においては、図4に示すよ
うに、発電部10を発電用コイルのインダクタンス
(L)および抵抗(R)の成分に着目し、これらと蓄電
部30の容量成分Cによって構成される共振回路の共振
周波数を適当に設定することにより、発電装置1の発電
および充電効率を向上させるようにしている。特に、発
電装置1を共振回路として解析することにより、蓄電部
30におけるロスを低減できるので、図3に示した供給
部4の電圧Vsが低く発電部10の起電力が大きいとき
の充電効率を向上することが可能となる。なお、発電部
10から出力される交流出力のうち、整流部20を通っ
て供給部4に充電される電流w1に対しては、供給部4
の容量も共振回路の一部を構成するが、供給部4の容量
は蓄電部30の容量より非常に大きく設定されるので、
以下においては考慮していない。
【0018】発電部10のインダクタンス成分をL、抵
抗成分をR、さらに、蓄電部30のコンデンサ31の容
量成分をCとして本発電装置のインピーダンス(Z)を
ほぼ表現することが可能であり、インピーダンスZは以
下の式で表される。
抗成分をR、さらに、蓄電部30のコンデンサ31の容
量成分をCとして本発電装置のインピーダンス(Z)を
ほぼ表現することが可能であり、インピーダンスZは以
下の式で表される。
【0019】 Z = √(R2 +(2πfL−1/(2πfC))2 )・・・(1) ここで、fは発電部10から出力される交流の周波数で
あり、2ポールの回転型の発電部10においてはロータ
の回転数に相当する。そして、fが以下の式で表される
ときに共振周波数f0となり、インピーダンスZが最小
になるので回路に大きな電流が流れる。
あり、2ポールの回転型の発電部10においてはロータ
の回転数に相当する。そして、fが以下の式で表される
ときに共振周波数f0となり、インピーダンスZが最小
になるので回路に大きな電流が流れる。
【0020】 f0 = 1/(2π√(LC)) ・・・(2) 従って、腕装着型などの発電装置が設置される環境にお
いて、発電装置から得られる確率の最も高い周波数が式
(2)で示した共振周波数となるように蓄電部30の容
量成分Cを設定することにより、供給部4に供給される
出力を大きくすることができる。
いて、発電装置から得られる確率の最も高い周波数が式
(2)で示した共振周波数となるように蓄電部30の容
量成分Cを設定することにより、供給部4に供給される
出力を大きくすることができる。
【0021】図6に示したような回転錘を用いてユーザ
ーの動きを運動エネルギーに変える腕装着型の発電装置
においては、回転錘の運動が100倍程度に増速されて
ロータに加えられる。従って、2ポールの回転型の発電
部10を用いて手を激しく運動させると1〜2kHzの
周波数の高い交流出力が得られる。一方、回転型の発電
部においては数Hz程度の回転では殆ど出力が得られな
い。従って、10Hzから2kHzの交流出力が発電装
置の共振周波数となるように蓄電部30の容量成分Cを
設定することが望ましい。特に、図3に示したように発
電部10の起電力の大きなときの充電効率を向上させる
ためには、発電部10のロータの回転数が高いとき、す
なわち、交流出力の周波数の高い領域に共振周波数f0
を設定することが望ましく、200Hz程度あるいはそ
れ以上に共振周波数を設定することが有効である。
ーの動きを運動エネルギーに変える腕装着型の発電装置
においては、回転錘の運動が100倍程度に増速されて
ロータに加えられる。従って、2ポールの回転型の発電
部10を用いて手を激しく運動させると1〜2kHzの
周波数の高い交流出力が得られる。一方、回転型の発電
部においては数Hz程度の回転では殆ど出力が得られな
い。従って、10Hzから2kHzの交流出力が発電装
置の共振周波数となるように蓄電部30の容量成分Cを
設定することが望ましい。特に、図3に示したように発
電部10の起電力の大きなときの充電効率を向上させる
ためには、発電部10のロータの回転数が高いとき、す
なわち、交流出力の周波数の高い領域に共振周波数f0
を設定することが望ましく、200Hz程度あるいはそ
れ以上に共振周波数を設定することが有効である。
【0022】また、ステータの発電用コイルのインダク
タンスLは、通常、0.1〜1.0(H)の範囲のもの
が用いられる。従って、蓄電部30の容量成分Cは、イ
ンダクタンスLが0.1〜1.0で、共振周波数f0が
10〜2000Hzの範囲に対応して、1.0×10-8
〜1.0×10-5(F)(0.01μF〜10μF)と
することが望ましい。このため、蓄電部30としては、
コンデンサあるいはMOSトランジスタのゲート容量な
どを用いることができる。
タンスLは、通常、0.1〜1.0(H)の範囲のもの
が用いられる。従って、蓄電部30の容量成分Cは、イ
ンダクタンスLが0.1〜1.0で、共振周波数f0が
10〜2000Hzの範囲に対応して、1.0×10-8
〜1.0×10-5(F)(0.01μF〜10μF)と
することが望ましい。このため、蓄電部30としては、
コンデンサあるいはMOSトランジスタのゲート容量な
どを用いることができる。
【0023】さらに、図4に示した発電装置1において
は、バイパス部40のバイパススイッチ41としてMO
Sトランジスタ41を採用しており、その寄生ダイオー
ド43によって一方向性素子35を構成している。従っ
て、発電装置1はいっそうコンパクトとなり、小形化を
図れる。
は、バイパス部40のバイパススイッチ41としてMO
Sトランジスタ41を採用しており、その寄生ダイオー
ド43によって一方向性素子35を構成している。従っ
て、発電装置1はいっそうコンパクトとなり、小形化を
図れる。
【0024】また、図5には、MOSトランジスタ41
に並列にショトキバリアダイオード37を並列に接続し
て一方向性素子35を構成している。従って、ショトキ
バリアダイオード37とMOSトランジスタ41の寄生
ダイオード43が並列に接続されることになり、一方向
性素子35における電圧降下を少なくすることが可能と
なる。このため、一方向性素子35を介して蓄電部30
に一時的に充電されるときの電圧降下が小さくなり、図
3に示した発電部の起電力が大きい場合の充電効率を特
に向上できる。従って、本例の発電装置1は、蓄電部3
0の容量として発電装置の共振周波数に適した値が設定
され、さらに、一方向性素子35における電圧降下が削
減されているので、発電部の起電力が変化しても充電効
率が高く、運動エネルギーから変換された電気エネルギ
ーを有効に活用できる発電装置である。
に並列にショトキバリアダイオード37を並列に接続し
て一方向性素子35を構成している。従って、ショトキ
バリアダイオード37とMOSトランジスタ41の寄生
ダイオード43が並列に接続されることになり、一方向
性素子35における電圧降下を少なくすることが可能と
なる。このため、一方向性素子35を介して蓄電部30
に一時的に充電されるときの電圧降下が小さくなり、図
3に示した発電部の起電力が大きい場合の充電効率を特
に向上できる。従って、本例の発電装置1は、蓄電部3
0の容量として発電装置の共振周波数に適した値が設定
され、さらに、一方向性素子35における電圧降下が削
減されているので、発電部の起電力が変化しても充電効
率が高く、運動エネルギーから変換された電気エネルギ
ーを有効に活用できる発電装置である。
【0025】また、供給電圧Voを上昇するためにロー
タの回転数を上げる必要がないので、輪列機構を複雑す
るなどのメカニカルな変更は不要であり、小形で携帯に
適した効率の高い発電装置を提供することができる。さ
らに、ロータの回数を上げることによる機械的な損失の
増加や発電部の改変も防止できるので、安価で高効率の
発電装置を実現できる。
タの回転数を上げる必要がないので、輪列機構を複雑す
るなどのメカニカルな変更は不要であり、小形で携帯に
適した効率の高い発電装置を提供することができる。さ
らに、ロータの回数を上げることによる機械的な損失の
増加や発電部の改変も防止できるので、安価で高効率の
発電装置を実現できる。
【0026】なお、以上に説明した例では、ロータおよ
びステータを備えた回転型の発電部に基づき説明してい
るが、圧電体層を備えた振動片を用いた振動型などの運
動エネルギーを交流出力に変換可能な発電部であっても
良いことは勿論である。共振周波数f0および蓄電部3
0の容量Cは、それぞれの発電部において発生される交
流周波数の頻度に基づき設定すれば良い。また、一方向
性素子はショトキバリアダイオードに限定されることは
なく、シリコンダイオードなどであっても同様の効果が
得られる。
びステータを備えた回転型の発電部に基づき説明してい
るが、圧電体層を備えた振動片を用いた振動型などの運
動エネルギーを交流出力に変換可能な発電部であっても
良いことは勿論である。共振周波数f0および蓄電部3
0の容量Cは、それぞれの発電部において発生される交
流周波数の頻度に基づき設定すれば良い。また、一方向
性素子はショトキバリアダイオードに限定されることは
なく、シリコンダイオードなどであっても同様の効果が
得られる。
【0027】さらに、発電装置は、腕装着型に限定され
ることはなく、ユーザーの脚部に装着されたり、さら
に、車両に搭載されその振動によって発電を行う機器な
ど様々な形態が可能である。
ることはなく、ユーザーの脚部に装着されたり、さら
に、車両に搭載されその振動によって発電を行う機器な
ど様々な形態が可能である。
【0028】また、本発明の発電装置から電力を供給さ
れて処理を行う処理装置として、上述した計時装置に限
らず、例えばページャー、電話機、無線機、補聴器、万
歩計、電卓、電子手帳などの情報端末、ICカード、ラ
ジオ受信機などがあり、これらの携帯型機器に本発明の
発電装置を適用することによって、これらの処理装置に
対し十分な電力を供給することが可能である。そして、
これらの携帯型の電子機器に本発明の発電装置を採用す
ることにより、人間の動きなどを捉えて効率良く発電を
行い、電池の消費を抑制したり、あるいは電池その物を
不要にすることも可能である。従って、ユーザーは電池
切れを心配せずに、これらの携帯型機器を使用すること
ができ、電池切れによってメモリーに記憶した内容が失
われるなどのトラブルも未然に防止できる。さらに、電
池や充電装置が容易に入手できない地域や場所、あるい
は災害などによって電池の補充が困難な事態であっても
携帯型機器の機能を発揮させることが可能となる。
れて処理を行う処理装置として、上述した計時装置に限
らず、例えばページャー、電話機、無線機、補聴器、万
歩計、電卓、電子手帳などの情報端末、ICカード、ラ
ジオ受信機などがあり、これらの携帯型機器に本発明の
発電装置を適用することによって、これらの処理装置に
対し十分な電力を供給することが可能である。そして、
これらの携帯型の電子機器に本発明の発電装置を採用す
ることにより、人間の動きなどを捉えて効率良く発電を
行い、電池の消費を抑制したり、あるいは電池その物を
不要にすることも可能である。従って、ユーザーは電池
切れを心配せずに、これらの携帯型機器を使用すること
ができ、電池切れによってメモリーに記憶した内容が失
われるなどのトラブルも未然に防止できる。さらに、電
池や充電装置が容易に入手できない地域や場所、あるい
は災害などによって電池の補充が困難な事態であっても
携帯型機器の機能を発揮させることが可能となる。
【0029】
【発明の効果】以上に説明したように、本発明の発電装
置は、発電部に対し蓄電部を直列に接続し、この蓄電部
に半波整流する方向と逆極性の電流を一時的に蓄えるこ
とによって供給部に供給する電圧を高められるようにし
ている。従って、整流部から供給部に供給される供給電
力を増加できるので、供給部に対し発電部の起電力が小
さな場合であっても、発電部から出力された電力によっ
て供給部を充電できる。このように、発電部の出力電圧
が低い場合であっても、その電力を供給部に充電するこ
とが可能となり、携帯型機器に搭載されるような出力電
力が変動する発電装置においても高い充電効率を得るこ
とができる。
置は、発電部に対し蓄電部を直列に接続し、この蓄電部
に半波整流する方向と逆極性の電流を一時的に蓄えるこ
とによって供給部に供給する電圧を高められるようにし
ている。従って、整流部から供給部に供給される供給電
力を増加できるので、供給部に対し発電部の起電力が小
さな場合であっても、発電部から出力された電力によっ
て供給部を充電できる。このように、発電部の出力電圧
が低い場合であっても、その電力を供給部に充電するこ
とが可能となり、携帯型機器に搭載されるような出力電
力が変動する発電装置においても高い充電効率を得るこ
とができる。
【0030】また、発電部のロータの回転速度を上げな
くても高い供給電圧が得られるので、小形・携帯に適し
た効率の高い発電装置を実現できる。そして、この発電
装置を用いることにより、携帯型機器に収納された処理
装置の機能を何時でも何処でも充分に発揮させることが
可能な携帯型機器を提供できる。
くても高い供給電圧が得られるので、小形・携帯に適し
た効率の高い発電装置を実現できる。そして、この発電
装置を用いることにより、携帯型機器に収納された処理
装置の機能を何時でも何処でも充分に発揮させることが
可能な携帯型機器を提供できる。
【図1】本発明の実施例に係る発電装置を示す回路図で
ある。
ある。
【図2】図1に示す発電装置から昇圧整流されて供給部
に供給される供給電圧を、半波整流された供給電圧と比
較して示す図であり、図2(a)は半波整流された状態
を示し、図2(b)は昇圧整流された状態を示す。
に供給される供給電圧を、半波整流された供給電圧と比
較して示す図であり、図2(a)は半波整流された状態
を示し、図2(b)は昇圧整流された状態を示す。
【図3】昇圧整流された場合の充電効率と半波整流され
た場合の充電効率が供給部の電圧Vsによって変化する
様子を示す図であり、図3(a)は発電部の起電力が高
い場合を示し、図3(b)は発電部の起電力が低い場合
を示す。
た場合の充電効率が供給部の電圧Vsによって変化する
様子を示す図であり、図3(a)は発電部の起電力が高
い場合を示し、図3(b)は発電部の起電力が低い場合
を示す。
【図4】本発明の異なる実施例を示す回路図である。
【図5】本発明のさらに異なる実施例を示す回路図であ
る。
る。
【図6】回転錘の回転エネルギーを電気エネルギーに変
換可能な携帯型装置の構成例を示す図である。
換可能な携帯型装置の構成例を示す図である。
【図7】図6に示す携帯型装置を腕装着型として実現し
た場合の構成を断面を用いて示す図である。
た場合の構成を断面を用いて示す図である。
1・・発電装置 4・・供給部 10・・発電部 20・・整流部 30・・蓄電部 35・・一方向性素子 36・・ダイオード 37・・ショトキバリアダイオード 40・・バイパス部 41・・バイパススイッチ 42・・制御回路 43・・寄生ダイオード R・・発電部の抵抗成分 L・・発電部のインダクタンス成分 C・・蓄電部の容量成分
Claims (9)
- 【請求項1】 運動エネルギーを電気エネルギーに変換
し交流を出力する発電部と、この発電部からの交流出力
を半波整流する整流部と、整流された電力を蓄えて外部
に供給する供給部とを有し、さらに、 前記発電部と直列に接続された蓄電部と、前記整流部と
逆極性の前記交流出力を流し前記蓄電部を充電可能な一
方向性素子とを有することを特徴とする発電装置。 - 【請求項2】 請求項1において、前記発電部および蓄
電部の共振周波数が前記発電部から出力される前記交流
出力の周波数とほぼ一致するように、前記蓄電部の容量
成分が選択されていることを特徴とする発電装置。 - 【請求項3】 請求項1において、前記発電部は重りの
運動エネルギーを用いて発電を行い、前記発電部および
蓄電部の共振周波数が前記発電部から出力される確率の
高い前記交流出力の周波数とほぼ一致するように、前記
蓄電部の容量成分が選択されていることを特徴とする発
電装置。 - 【請求項4】 請求項3において、前記発電装置は腕装
着型の装置であり、前記発電部はロータおよびステータ
を備えた回転型であり、さらに、前記共振周波数が10
Hzから2kHzの範囲であることを特徴とする発電装
置。 - 【請求項5】 請求項3において、前記発電装置は腕装
着型の装置であり、前記発電部はロータおよびステータ
を備えた回転型であり、さらに、前記蓄電部の容量成分
が0.01μFから10μFの範囲であることを特徴と
する発電装置。 - 【請求項6】 請求項1において、前記交流出力の電圧
値が所定の値に達すると前記交流出力を短絡するバイパ
ス手段を備えていることを特徴とする発電装置。 - 【請求項7】 請求項6において、前記バイパス手段は
トランジスタスイッチであり、前記一方向性素子が前記
トランジスタスイッチの寄生ダイオードであることを特
徴とする発電装置。 - 【請求項8】 請求項6において、前記一方向性素子
は、前記バイパス手段に対し並列に接続されたダイオー
ドであることを特徴とする発電装置。 - 【請求項9】 請求項1に記載の発電装置と、この発電
装置からの前記電力によって動作可能な処理装置とを有
することを特徴とする携帯型機器。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8061492A JPH09257961A (ja) | 1996-03-18 | 1996-03-18 | 発電装置およびこれを備えた携帯型機器 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8061492A JPH09257961A (ja) | 1996-03-18 | 1996-03-18 | 発電装置およびこれを備えた携帯型機器 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH09257961A true JPH09257961A (ja) | 1997-10-03 |
Family
ID=13172655
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP8061492A Withdrawn JPH09257961A (ja) | 1996-03-18 | 1996-03-18 | 発電装置およびこれを備えた携帯型機器 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH09257961A (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH1132432A (ja) * | 1997-06-19 | 1999-02-02 | Nec Corp | 電源装置 |
US6034492A (en) * | 1997-04-30 | 2000-03-07 | Nec Corporation | Motor-generator |
JP2009118637A (ja) * | 2007-11-06 | 2009-05-28 | Toyota Motor Corp | 電源回路 |
JP2014030326A (ja) * | 2011-10-03 | 2014-02-13 | Seiko Epson Corp | 発電装置、電子機器、移動手段及び発電装置の制御方法 |
-
1996
- 1996-03-18 JP JP8061492A patent/JPH09257961A/ja not_active Withdrawn
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6034492A (en) * | 1997-04-30 | 2000-03-07 | Nec Corporation | Motor-generator |
JPH1132432A (ja) * | 1997-06-19 | 1999-02-02 | Nec Corp | 電源装置 |
JP2009118637A (ja) * | 2007-11-06 | 2009-05-28 | Toyota Motor Corp | 電源回路 |
JP2014030326A (ja) * | 2011-10-03 | 2014-02-13 | Seiko Epson Corp | 発電装置、電子機器、移動手段及び発電装置の制御方法 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20040729 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20050301 |
|
A761 | Written withdrawal of application |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761 Effective date: 20050427 |