專利名稱：發(fā)電裝置、發(fā)電方法及計(jì)時(shí)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及利用旋轉(zhuǎn)錘等所得的動(dòng)能來(lái)使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)進(jìn)行發(fā)電的、具有帶發(fā)電繞組的發(fā)電單元的發(fā)電裝置以及使用發(fā)電裝置的計(jì)時(shí)裝置。
在手表裝置那樣的小型、便于攜帶的電子裝置中，通過(guò)在內(nèi)部安裝發(fā)電裝置而可以不用更換電池或沒(méi)有電池本身的便攜式電子裝置正在被研究和實(shí)用化。圖1示出了作為其一例的內(nèi)部裝有發(fā)電裝置9的計(jì)時(shí)裝置1的概略結(jié)構(gòu)。在該便攜式電子裝置(計(jì)時(shí)裝置)1中，包括在計(jì)時(shí)裝置的殼中進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)重錘11，旋轉(zhuǎn)重錘11的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)通過(guò)齒輪機(jī)構(gòu)12傳遞到發(fā)電機(jī)10的轉(zhuǎn)子13。在發(fā)電機(jī)10中，如果轉(zhuǎn)子13旋轉(zhuǎn)的話，就在設(shè)在定子14中的發(fā)電繞組15中產(chǎn)生感應(yīng)電壓。從發(fā)電機(jī)10輸出的交流利用包括整流二極管2a的整流單元2進(jìn)行整流，對(duì)包括大容量電容5的充電單元4進(jìn)行充電。并且，能夠利用來(lái)自這樣的發(fā)電裝置9的充電單元4的電力使計(jì)時(shí)裝置7等處理裝置6工作。發(fā)電機(jī)10備有例如帶有2極永久磁鐵的盤狀轉(zhuǎn)子13及收存該轉(zhuǎn)子13的定子14，如果轉(zhuǎn)子13旋轉(zhuǎn)的話，就在定子14的發(fā)電繞組15中產(chǎn)生感應(yīng)電壓，取出交流輸出。
在這樣的使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)進(jìn)行發(fā)電的發(fā)電裝置中，為使提供給旋轉(zhuǎn)重錘11的動(dòng)能高效率地變換成電能，在整流單元2中，除圖1那樣的半波整流電路外，還使用了全波整流電路、倍壓整流電路等整流電路。
然而，在現(xiàn)有的發(fā)電裝置9中，在將2次電源單元即充電單元4的蓄電部件(大容量電容)5充電到一定的電壓值時(shí)，只要發(fā)電繞組15中產(chǎn)生的感應(yīng)電壓不上升到大容量電容5的充電電壓值Vsc之上就不能進(jìn)行充電。因此，多會(huì)發(fā)生由旋轉(zhuǎn)重錘11產(chǎn)生的動(dòng)能不能高效率地變換成電能的問(wèn)題。
圖2示出了計(jì)時(shí)裝置1的旋轉(zhuǎn)錘11的動(dòng)作的一例。首先，如圖2(a)所示，將旋轉(zhuǎn)重錘11鉛直地設(shè)定，將旋轉(zhuǎn)重錘11提升到正上方(180度)后使其自由落下。其殼體有如圖2(b)所示的在一次自由落下時(shí)，旋轉(zhuǎn)錘11停止在0度位置上的殼體，也有圖2(c)所示的旋轉(zhuǎn)錘11越過(guò)0度位置達(dá)數(shù)次到數(shù)十次的殼體。圖2(b)的殼體是通過(guò)自由落下將旋轉(zhuǎn)重錘11被提升到180度的勢(shì)能變換成動(dòng)能、在0度位置將這些動(dòng)能全部變換為電能、轉(zhuǎn)子軸承齒輪機(jī)構(gòu)等的機(jī)構(gòu)損失及其他損失的殼體。
與此相反，圖2(c)的殼體即使旋轉(zhuǎn)錘11在自由落下時(shí)到達(dá)0度位置，旋轉(zhuǎn)重錘11仍處于儲(chǔ)存了動(dòng)能的狀態(tài)，過(guò)沖達(dá)數(shù)次到數(shù)十次。也就是說(shuō)，動(dòng)能的大部分沒(méi)有變換成電能，充電中未被利用的動(dòng)能原封不動(dòng)地存儲(chǔ)在旋轉(zhuǎn)重錘11中。在圖2(c)的殼體中，旋轉(zhuǎn)重錘11的過(guò)沖反復(fù)進(jìn)行衰減動(dòng)作，向0度位置收縮。此時(shí)存儲(chǔ)在旋轉(zhuǎn)重錘11中的動(dòng)能慢慢地作為轉(zhuǎn)子軸承齒輪機(jī)構(gòu)等的機(jī)械損失及其他損失而消耗掉。這樣，感應(yīng)電壓也逐漸降低，因此，即使將動(dòng)能變換為電能，也不向充電單元4進(jìn)行充電。
因此，一旦對(duì)充電單元4充電后，在即使旋轉(zhuǎn)重錘11將手表裝置1的使用者的動(dòng)作作為動(dòng)能來(lái)捕獲、由此在發(fā)電繞組15中發(fā)生的感應(yīng)電壓也很小而不超過(guò)充電單元4的充電電壓時(shí)，不能完全利用旋轉(zhuǎn)錘11的動(dòng)能。
另外，在實(shí)際中將圖1所示的計(jì)時(shí)裝置作為手表使用時(shí)，作為使用者的腕的動(dòng)作，如圖2那樣旋轉(zhuǎn)錘11一次自由落下就結(jié)束的動(dòng)作很少，腕的運(yùn)動(dòng)主要是連續(xù)的運(yùn)動(dòng)。因此，一旦充電單元4的充電電壓Vsc變得相當(dāng)高，且如圖2(c)所示充電電壓Vsc與發(fā)電繞組15中發(fā)生的感應(yīng)電壓Vg的電位差小時(shí)，旋轉(zhuǎn)重錘11按箭頭A的過(guò)沖的時(shí)間、使旋轉(zhuǎn)重錘11沿箭頭B的方向反向移動(dòng)的使用者的腕的運(yùn)動(dòng)多會(huì)發(fā)生。希望利用這樣的腕的連續(xù)運(yùn)動(dòng)而提供給旋轉(zhuǎn)錘11的動(dòng)能因箭頭A和B的作用而相互抵消，但即使是這樣，也不能捕獲使用者的腕等的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行高效率的發(fā)電。
另一方面，在發(fā)電繞組15中發(fā)生的感應(yīng)電源Vg比充電單元4的充電電位Vsc變得相當(dāng)大時(shí)，在旋轉(zhuǎn)重錘11上施加很大的充電中止(ブレ-キ)，旋轉(zhuǎn)重錘11的降落速度急劇減速。在這種情況下，雖然能夠?qū)⑿D(zhuǎn)錘一次捕捉的動(dòng)能作為電能相當(dāng)高效率地利用，但充電結(jié)束后旋轉(zhuǎn)重錘11的一次落下動(dòng)作結(jié)束所需的時(shí)間要變長(zhǎng)。如上所述，使用者的腕的動(dòng)作很少有旋轉(zhuǎn)錘11一次自然落下就結(jié)束的，而是連續(xù)動(dòng)作。這樣，即使旋轉(zhuǎn)重錘11一次自然落下動(dòng)作得到了高的充電量，但其充電時(shí)間變長(zhǎng)，所以，旋轉(zhuǎn)重錘11的動(dòng)作不能跟隨連續(xù)的腕的運(yùn)動(dòng)。因此，不能利用旋轉(zhuǎn)重錘11將腕的運(yùn)動(dòng)作為高效的動(dòng)能來(lái)捕捉，將腕的運(yùn)動(dòng)變換為電能的效率便降低了。
在特開平6-30865號(hào)中記載了一種帶有發(fā)電裝置的電子表，發(fā)電裝置利用磁鐵和繞組的相對(duì)運(yùn)動(dòng)將利用人體運(yùn)動(dòng)或重力從重錘所得的機(jī)械能變換成電能，在該電子表中，檢測(cè)磁鐵的運(yùn)動(dòng)，利用發(fā)電裝置的發(fā)電來(lái)控制加到磁鐵上的負(fù)載量。具體地說(shuō)，將發(fā)電機(jī)中發(fā)生的感應(yīng)電壓與蓄電部件即電容的充電電壓進(jìn)行比較，設(shè)置使發(fā)電繞組對(duì)蓄電部件或負(fù)載斷開或?qū)ǖ木w管。如果使用這樣的晶體管開關(guān)的話，在晶體管導(dǎo)通時(shí)，充電電流流過(guò)，在旋轉(zhuǎn)重錘11中發(fā)生充電中止，另一方面，在斷開晶體管時(shí)，不流過(guò)充電電流，所以，在旋轉(zhuǎn)重錘11中完全不施加充電中止等負(fù)載。因此，通過(guò)巧妙地控制這兩個(gè)狀態(tài)，能夠謀求提高充電效率。
在旋轉(zhuǎn)重錘11的輸入動(dòng)作小而用通常的整流電路不能充電時(shí)，在斷開晶體管、減少旋轉(zhuǎn)重錘11的負(fù)載、進(jìn)行自由旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)下，在旋轉(zhuǎn)重錘11上施加大的輸入動(dòng)作時(shí)，進(jìn)行使晶體管導(dǎo)通的控制。如果進(jìn)行這樣的控制的話，在晶體管的斷開期間，旋轉(zhuǎn)重錘11的動(dòng)能不用于充電，所以，不發(fā)生向旋轉(zhuǎn)重錘11的充電中止，旋轉(zhuǎn)重錘11在存儲(chǔ)動(dòng)能的狀態(tài)下動(dòng)作。然而，該動(dòng)能的一部分作為轉(zhuǎn)子軸承齒輪機(jī)構(gòu)等的機(jī)械損失及其他損失而消耗掉。另外，如上所述，由于連續(xù)動(dòng)作而提供給旋轉(zhuǎn)重錘11的動(dòng)能由于圖2(c)的箭頭A和B的作用而相互抵消消耗掉。因此，即使進(jìn)行上述那樣的控制，在動(dòng)能小、將發(fā)電繞組15的感應(yīng)電壓小于向電容充電的充電電壓時(shí)，基本上不能進(jìn)行充電。
反之，旋轉(zhuǎn)重錘11的輸入動(dòng)作大、得到充電量大的感應(yīng)電壓時(shí)，斷開晶體管，成為對(duì)旋轉(zhuǎn)重錘11沒(méi)有負(fù)載的自由旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)，在旋轉(zhuǎn)重錘11上施加較小的輸入動(dòng)作時(shí)，也可進(jìn)行使晶體管導(dǎo)通的控制。在這樣的控制中，存在著能夠在旋轉(zhuǎn)重錘11中存儲(chǔ)大的動(dòng)能的可能性，只在晶體管導(dǎo)通期間才向電容充電，能夠減輕在將高的充電量作為電能充電時(shí)發(fā)生的向旋轉(zhuǎn)重錘11的充電中止。然而，在這樣的控制中，充電量本身變小。也就是說(shuō)，利用旋轉(zhuǎn)重錘11的大的輸入動(dòng)作所得的高充電量由于其間斷開發(fā)電繞組端而使充電量減少，收到了和減少旋轉(zhuǎn)重錘11的輸入動(dòng)作的狀態(tài)相同的效果。另外，在此期間即使控制為導(dǎo)通或斷開晶體管，發(fā)電繞組的感應(yīng)電壓小于向電容充電的充電電壓時(shí)不能進(jìn)行充電這一點(diǎn)也是相同的。如上所述，即使采用這樣的控制，由旋轉(zhuǎn)重錘高效地生成動(dòng)能，也不能將其高效地變換成電能進(jìn)行存儲(chǔ)。
這并不限于旋轉(zhuǎn)重錘，對(duì)于使用盤簧和風(fēng)力等旋轉(zhuǎn)重錘之外的裝置捕獲動(dòng)能、在發(fā)電繞組中發(fā)生感應(yīng)電壓的發(fā)電裝置，也是相同的。因此，在將這樣的發(fā)電裝置作為計(jì)時(shí)裝置的電源裝在內(nèi)部的便攜式電子裝置(計(jì)時(shí)裝置)中，即使使用者攜帶計(jì)時(shí)裝置，使旋轉(zhuǎn)重錘旋轉(zhuǎn)，只有在連續(xù)地以小的動(dòng)作供給該輸入動(dòng)作時(shí)，也基本上不能對(duì)充電單元4充電，存在著計(jì)時(shí)裝置在使用者攜帶中產(chǎn)生動(dòng)作不良和功能停止的可能性。
因此，本發(fā)明的目的在于提供一種發(fā)電裝置，即使在發(fā)電繞組中發(fā)生的感應(yīng)電壓是不能超過(guò)充電單元的充電電壓的小的感應(yīng)電壓，也能夠進(jìn)行充電，同時(shí)，在捕捉旋轉(zhuǎn)重錘等動(dòng)能的裝置連續(xù)動(dòng)作時(shí)，也不發(fā)生過(guò)沖和不必要的充電中止，能夠高效率地將得到的動(dòng)能轉(zhuǎn)換為電能。另外，目的在還在于提供能夠根據(jù)感應(yīng)電壓和充電電壓的關(guān)系，用最適于充電的裝置進(jìn)行充電的發(fā)電裝置和充電方法。另外，目的在還在于提供能夠最小限度地降低整流二極管正向電壓造成的損失的發(fā)電裝置。還有，本發(fā)明的目的在于通過(guò)在計(jì)時(shí)裝置中使用本發(fā)明的充電能力高的發(fā)電裝置，提供不需要電池、小型且可靠性高的計(jì)時(shí)裝置。
因此，在本發(fā)明中，通過(guò)對(duì)發(fā)電單元發(fā)生的感應(yīng)電壓進(jìn)行斬波放大后得到比充電電壓更高的電壓并斷續(xù)地進(jìn)行短路，以便不施加無(wú)益的充電中止。也就是說(shuō)，本發(fā)明的發(fā)電裝置是一種包括具有發(fā)電繞組的發(fā)電單元、可將上述發(fā)電單元的輸出端短路的開關(guān)單元、可控制上述開關(guān)單元的控制單元、對(duì)上述發(fā)電單元的輸出進(jìn)行整流的整流單元和可存儲(chǔ)被整流的電功率的充電單元的發(fā)電裝置，控制單元具有可使上述開關(guān)單元周期性地通斷的斬波控制功能。發(fā)電單元可利用發(fā)電繞組捕捉隨著由旋轉(zhuǎn)重錘等所得的動(dòng)能的變化而變化的磁通量進(jìn)行發(fā)電，在便攜式發(fā)電裝置中，能夠捕獲使用者身體運(yùn)動(dòng)、振動(dòng)或風(fēng)動(dòng)、車的振動(dòng)等各種能量進(jìn)行發(fā)電。
另外，通過(guò)以規(guī)定的周期使開關(guān)單元通斷，利用發(fā)電單元的發(fā)電繞組的電感，并利用存儲(chǔ)在繞組中的能量，可進(jìn)行將發(fā)電繞組的感應(yīng)電壓升壓的斬波升壓。因此，即使在旋轉(zhuǎn)重錘等的動(dòng)能小、不能得到比充電單元的充電電壓高的感應(yīng)電壓時(shí)，也能夠通過(guò)斬波升壓將動(dòng)能變換為電能進(jìn)行充電。因此，即使在感應(yīng)電壓比充電電壓低時(shí)，由旋轉(zhuǎn)重錘等捕獲的動(dòng)能也不會(huì)作為機(jī)械損失等而被消耗，其一部分可作為電能得到，能夠提高發(fā)電效率。
另外，升壓斬波動(dòng)作對(duì)于旋轉(zhuǎn)重錘的過(guò)沖等無(wú)用的動(dòng)作，通過(guò)使發(fā)電繞組的兩端暫時(shí)導(dǎo)通(短路)，將存儲(chǔ)在旋轉(zhuǎn)重錘中的動(dòng)能作為電能向發(fā)電繞組的電感存儲(chǔ)充電。此時(shí)，對(duì)旋轉(zhuǎn)重錘來(lái)說(shuō)，發(fā)電繞組中流過(guò)短路電流，因此，成為充電中止容易的狀態(tài)，減輕了過(guò)沖。接著，通過(guò)使發(fā)電繞組的兩端不導(dǎo)通，將存儲(chǔ)在發(fā)電繞組中的電能作為尖峰狀電壓進(jìn)行升壓后能夠向充電單元進(jìn)行充電。通過(guò)一連串的升壓斬波動(dòng)作，降低了連續(xù)動(dòng)作時(shí)發(fā)生的動(dòng)能相互抵消現(xiàn)象。這樣，一邊反復(fù)短路，一邊進(jìn)行充電，發(fā)生適當(dāng)?shù)某潆娭兄?，因此，即使?duì)連續(xù)的動(dòng)作，旋轉(zhuǎn)重錘的動(dòng)能相互抵消的現(xiàn)象也變少，提高了捕獲使用者的動(dòng)作等變換成動(dòng)能的效率。
開關(guān)單元能夠使用進(jìn)行導(dǎo)通(on)和非導(dǎo)通(off)的雙極性晶體管或MOSFET等所有切換元件。另外，開關(guān)單元需要阻止對(duì)整流單元逆向?qū)?。因此，希望設(shè)置判斷發(fā)電單元的感應(yīng)電壓極性的極性判斷單元，交替地進(jìn)行通斷，將二極管與開關(guān)元件串連，阻止反向?qū)ā?br> 不管旋轉(zhuǎn)重錘等所得的動(dòng)能大小如何，總可進(jìn)行斬波控制得到高的感應(yīng)電壓。然而，為了用于進(jìn)行斬波控制而減少在開關(guān)單元消耗的功率，希望在不升壓也能獲得可充電的大小的動(dòng)能時(shí)進(jìn)行斬波控制。因此，希望使控制單元具有判斷發(fā)電單元的感應(yīng)電壓的判斷功能，在發(fā)電單元的感應(yīng)電壓可對(duì)充電單元充電時(shí)，停止斬波控制功能。由于使用者的動(dòng)作等而在發(fā)電繞組中發(fā)生的感應(yīng)電壓能夠超過(guò)充電單元的充電電壓時(shí)，即使不升壓也能對(duì)充電單元充電。因此，通過(guò)不進(jìn)行斬波控制，使發(fā)電繞組兩端短路，不發(fā)生充電中止。另外，由于不進(jìn)行斬波控制，所以不升壓。因此，充電單元的充電電壓和發(fā)電繞組供給的感應(yīng)電壓的電位差不變大，因此，沒(méi)有不必要地延長(zhǎng)充電時(shí)間的現(xiàn)象。這樣，通過(guò)備有感應(yīng)電壓的判斷功能，在通常的整流動(dòng)作中，在只能捕獲不能充電的小的動(dòng)能時(shí)，通過(guò)斬波控制升壓后，使旋轉(zhuǎn)錘的過(guò)沖等無(wú)益的動(dòng)作減少，能夠有效地將存儲(chǔ)在旋轉(zhuǎn)重錘中的動(dòng)作作為電能進(jìn)行存儲(chǔ)。因此，能夠不降低所得的動(dòng)能而降低無(wú)用的動(dòng)作，能夠高效率地將動(dòng)能變換成電能。
在判斷功能中，將發(fā)電單元的感應(yīng)電壓和充電單元的充電電壓進(jìn)行比較，能夠判斷能否充電。還有，也可以將發(fā)電單元的感應(yīng)電壓與判斷為可進(jìn)行充電的規(guī)定的第一設(shè)定電壓進(jìn)行比較。設(shè)定電壓能夠使用不受二極管的齊納電壓等充電電壓左右的電壓。另外，也可以檢測(cè)對(duì)充電單元供電電路上的二極管或電阻等所引起的電壓降來(lái)判斷發(fā)電單元的感應(yīng)電壓。
另外，利用控制單元判斷充電單元的充電電壓，如果充電電壓判斷為超過(guò)過(guò)剩的第二設(shè)定電壓，就使開關(guān)單元導(dǎo)通，可將開關(guān)單元用于過(guò)電壓保護(hù)。
另外，在本發(fā)明的發(fā)電裝置的整流單元中，能夠采用倍壓整流或全波整流等整流方式。整流單元利用與發(fā)電單元的輸出端的前后相連的整流二極管和整流開關(guān)的組合進(jìn)行全波整流時(shí)，控制單元具有可判斷發(fā)電單元的感應(yīng)電壓的極性的極性判斷功能，通過(guò)將整流單元的非導(dǎo)通側(cè)的整流開關(guān)作為開關(guān)單元來(lái)控制，能夠進(jìn)行上述斬波控制和過(guò)電壓保護(hù)。這樣，能夠簡(jiǎn)化電路，降低逆流阻止用二極管的正向電壓造成的損失，因此，提高了充電效率。另外，在整流單元中設(shè)有整流二極管和將整流二極管旁路的旁路開關(guān)，在整流二極管正向流過(guò)電流時(shí)，使旁路開關(guān)接通，利用整流二極管可降低正向電壓造成的損失。
另外，在具有可利用從上述充電單元供給的電力而工作的計(jì)時(shí)單元的計(jì)時(shí)裝置中，可從振蕩電路或分頻電路取得計(jì)時(shí)單元的計(jì)時(shí)用的振蕩信號(hào)的一部分進(jìn)行斬波控制。本發(fā)明的發(fā)電裝置能夠高效率地捕捉使用者的腕等的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行發(fā)電，將電力存儲(chǔ)到充電單元中，因此，使用充電單元的充電能量，不用說(shuō)數(shù)字顯示的計(jì)時(shí)單元，就連輸出電機(jī)驅(qū)動(dòng)脈沖的時(shí)鐘電路和由上述電機(jī)驅(qū)動(dòng)脈沖使表針動(dòng)作的運(yùn)針用電機(jī)的模擬顯示的計(jì)時(shí)單元，也都能夠穩(wěn)定地工作。并且，即使在使用者的動(dòng)作小時(shí)，也能夠防止發(fā)生在攜帶中動(dòng)作停止那樣的事故，提高攜帶工作性能，同時(shí)能提供內(nèi)部裝有發(fā)電裝置的可靠性高的計(jì)時(shí)裝置。
圖1是表示具有發(fā)電裝置的便攜式電子裝置(計(jì)時(shí)裝置)概略情況的圖；圖2是表示旋轉(zhuǎn)重錘自由落下時(shí)的動(dòng)作的圖；圖3是表示與本發(fā)明的第一實(shí)施例有關(guān)的計(jì)時(shí)裝置的電路結(jié)構(gòu)的框圖4是表示與圖3不同的發(fā)電裝置的電路結(jié)構(gòu)的框圖；圖5是表示利用斬波控制進(jìn)行升壓時(shí)的升壓電壓的計(jì)算結(jié)果的圖；圖6是表示占空比設(shè)定單元的結(jié)構(gòu)例的圖；圖7是表示在圖3所示的電路中不使開關(guān)單元工作時(shí)的各電壓電流波形的圖；圖8是表示在圖3所示的電路中使開關(guān)單元工作時(shí)的各電壓電流波形的圖；圖9是表示與本發(fā)明的第二實(shí)施例有關(guān)的計(jì)時(shí)裝置的電路結(jié)構(gòu)的框圖；圖10是表示在圖9所示的電路中不使開關(guān)單元工作時(shí)的各電壓電流波形的圖；圖11是表示在圖9所示的電路的倍壓用電容的充電電壓波形的圖；圖12是表示在圖9所示的電路中使開關(guān)單元工作時(shí)的各電壓電流波形的圖；圖13是表示與本發(fā)明的第三實(shí)施有關(guān)的發(fā)電裝置的電路結(jié)構(gòu)的框圖；圖14是表示圖13所示的發(fā)電裝置的控制的一個(gè)例子的時(shí)序圖；圖15是表示與本發(fā)明的第4實(shí)施例有關(guān)的發(fā)電裝置的電路結(jié)構(gòu)的框圖；圖16是表示過(guò)充電電壓判斷單元的電路例的圖；圖17是表示圖15所示的發(fā)電裝置的控制的一個(gè)例子的時(shí)序圖。
下面，參照


本發(fā)明的實(shí)施例。
(實(shí)施例1)圖3是表示適用本發(fā)明的計(jì)時(shí)裝置的電路結(jié)構(gòu)的一個(gè)例子的框圖。本例的計(jì)時(shí)裝置1包括發(fā)電裝置8和作為可利用該發(fā)電裝置8供給的電力工作的處理單元6的、可利用包括轉(zhuǎn)子7b和定子7c的電機(jī)模擬顯示時(shí)刻的計(jì)時(shí)單元7。本例的發(fā)電裝置8包括發(fā)電機(jī)10，它利用圖1說(shuō)明的旋轉(zhuǎn)錘的動(dòng)能產(chǎn)生交流電；開關(guān)單元20，它可將與該發(fā)電繞組相連的輸出端19短路；控制該開關(guān)單元20的控制單元30；整流單元2，它對(duì)發(fā)電機(jī)10的交流輸出進(jìn)行整流后輸出到充電單元；充電單元4，用于存儲(chǔ)發(fā)電機(jī)10的電力。在本例的發(fā)電裝置8中，利用整流單元2的整流二極管2a將發(fā)電機(jī)10發(fā)生的感應(yīng)電壓Vg的電力進(jìn)行半波整流后，對(duì)充電單元4充電。對(duì)充電單元4使用的大容量電容5充電，該充電電壓Vsc的電力輸出到計(jì)時(shí)單元7。
本例的開關(guān)單元20配置n溝道型MOSFET 21作為可將發(fā)電機(jī)10的輸出端19a和19b短路的開關(guān)，另外，沿與整流單元2方向相反不流過(guò)電流的方向，將二極管22與MOSFET 21串聯(lián)。
控制該開關(guān)單元20的控制單元30包括斬波控制單元31，它周期性地反復(fù)輸出使MOSFET 21通斷的PWM(脈寬調(diào)制)信號(hào)；用于判斷單元32，用于判斷是否可由發(fā)電機(jī)10的感應(yīng)電壓Vg對(duì)充電單元進(jìn)行充電；供給單元33，它根據(jù)判斷單元32的判斷結(jié)果，將PWM信號(hào)供給MOSFET 21的柵極G。本例的斬波控制單元31包括占空比設(shè)定單元41，可從計(jì)時(shí)單元7的計(jì)時(shí)電路7a得到分頻到適當(dāng)頻率的振蕩信號(hào)，并可輸出適當(dāng)占空比的PWM信號(hào)。占空比設(shè)定單元41將由時(shí)鐘電路7a的分頻電路輸入的振蕩輸出作為觸發(fā)脈沖，輸出成為任意占空比的PWM信號(hào)。占空比設(shè)定單元41例如如圖6所示，它包括單穩(wěn)多諧振蕩器45、電阻46、電容47，如果在接收到從外部來(lái)的一個(gè)觸發(fā)脈沖的話，就輸出一個(gè)具有一定時(shí)間寬度的脈沖。此時(shí)的輸出脈寬T具有由電阻46和電容47的時(shí)間常數(shù)確定的恒定時(shí)間寬度。因此，對(duì)由計(jì)時(shí)電路7a的分頻電路等輸入的振蕩信號(hào)的一個(gè)周期的時(shí)間寬度，能夠設(shè)定該輸出脈寬T，能夠得到任意占空比的PWM信號(hào)。
這樣的以任意占空比周期性變化的PWM信號(hào)根據(jù)判定單元32的結(jié)果、通過(guò)進(jìn)行通斷的供給單元33將PWM信號(hào)的輸出供給開關(guān)單元20的MOSFET 21的柵極G時(shí)，能周期性地使發(fā)電機(jī)10的輸出端19a和19b通斷。因此，將發(fā)電機(jī)10發(fā)生的電能存儲(chǔ)到發(fā)電繞組15的電感中，作為升壓斬波電路的電抗器工作，能夠從輸出端19a和19b得到比通常的感應(yīng)電壓還高的電壓的尖峰狀電力。為控制PWM信號(hào)的輸出，在本例中，在供給單元33中沒(méi)有“與”電路42a和用于將PWM信號(hào)放大的倒相器42b。倒相器42b具有作為將PWM信號(hào)的電平放大到足夠操作開關(guān)單元20的程度的驅(qū)動(dòng)裝置的功能，如果與門電路42輸出的PWM信號(hào)的電平足夠大的話，也可以將其省去。
本例的判斷單元32包括對(duì)與發(fā)電機(jī)10的通常的感應(yīng)電壓Vg有關(guān)的電壓進(jìn)行采樣的采樣單元35、發(fā)生用于與采樣的電壓進(jìn)行比較的基準(zhǔn)電壓的基準(zhǔn)電壓發(fā)生單元36、以及對(duì)它們進(jìn)行比較的比較器37。并且，比較器37的輸出信號(hào)和PWM信號(hào)一起輸入給供給單元33的與門42a，如果判斷為感應(yīng)電壓Vg比充電電壓Vsc足夠高的話，就能夠在停止PWM信號(hào)后不進(jìn)行斬波放大而進(jìn)行充電。本例的采樣單元35輸入開關(guān)單元20的MOSFET 21的高電位側(cè)(漏極側(cè))的電壓Vup，用兩個(gè)電阻44a和44b將該電壓Vup分壓，將分壓后的電壓Vupd輸入到比較器37的反轉(zhuǎn)輸入端?；鶞?zhǔn)電壓發(fā)生單元36包括用于由齊納電壓發(fā)生基準(zhǔn)電壓Vth的恒壓二極管45和電阻46，該電阻46用于在恒壓二極管45導(dǎo)通時(shí)限制齊納電流，與恒壓二極管45串聯(lián)。該電阻46同時(shí)具有在充電電壓Vsc到達(dá)齊納電壓之前將基準(zhǔn)電壓Vth放大到充電電壓Vsc的功能。
將齊納電壓設(shè)定在使充電單元4的充電電壓Vse進(jìn)行升壓工作所需的值。所謂升壓工作所需的值，最好是根據(jù)充電單元4的充電特性設(shè)定通常頻繁使用的電壓值。如果將該值設(shè)為Vsc1的話，則用開關(guān)單元20采樣的斬波升壓的電壓Vup的最大值Vupm由下式確定。
Vupm＝Vsc1+Vf(2a)+k…(1)其中，Vf(2a)表示整流二極管2a的正向壓降，k是升壓充電的充電電壓?jiǎn)卧帧?br> 該升壓的輸出電壓Vup利用采樣單元35，按電阻44a和電阻44的比進(jìn)行分壓，輸出電壓Vth和升壓后的輸出電壓Vup的關(guān)系如下。
R(44a)＝R(44b)×[(Vup/Vth)-1]…(2)Vth＝Vup×{R(44b)/(R(44a)+R(44b)))＝Vupd…(3)由式(2)設(shè)定的采樣單元35的分壓比在升壓后的輸出電壓Vup為式(1)設(shè)定的Vupm時(shí)，將式(3)所示的基準(zhǔn)電壓電路27的輸出電壓Vth和分壓電路36的輸出電壓Vupd設(shè)定為相等。
具體地說(shuō)，假定使用電壓Vsc1＝1.3V，整流二極管2的正向電壓降f(2a)＝0.2v，升壓充電的充電電壓分量k＝0.1v，恒壓二極管35的齊納電壓(Vth)＝0.8v，則升壓后的輸出電壓的最大值Vupm為1.3+0.2+0.1＝1.6V，采樣單元35的分壓比為R(44a)＝R(44b)。因此，升壓后的電壓Vup達(dá)到最大值Vupm(1.6v)時(shí)，采樣單元35輸出的電壓Vupm為0.8v，和基準(zhǔn)電壓?jiǎn)卧?6輸出的設(shè)定電壓Vth.0.8v是同一電位。因此，升壓后的輸出電壓Vup達(dá)到1.6V以上時(shí)，比較器37的輸出反轉(zhuǎn)，供給單元33的與門42a關(guān)斷，所以，不向開關(guān)單元20提供PWM信號(hào)。
這樣，在本例的控制單元30中，如果升壓后的電壓Vup分壓后的電壓Vupd達(dá)到設(shè)定電壓Vth的話，則斷定發(fā)電機(jī)10的感應(yīng)電壓Vg已達(dá)到可對(duì)充電單元4的使用電壓Vsc1進(jìn)行充電的相當(dāng)大的值。并且，在得到這樣大的感應(yīng)電壓的大的輸入動(dòng)作中，不進(jìn)行斬波升壓，而是把發(fā)電機(jī)10的輸出原封不動(dòng)地通過(guò)整流單元2提供給發(fā)電單元4。另一方面，在分壓的電壓Vupd未達(dá)到設(shè)定電壓Vth時(shí)，則斷定發(fā)電機(jī)10的感應(yīng)電壓Vg未達(dá)到可對(duì)充電單元4的使用電壓Vsc1進(jìn)行充電的相當(dāng)大的值。因此，判斷為輸入動(dòng)作是小的動(dòng)作，進(jìn)行斬波控制，用升壓的電壓Vup供給充電單元4。
如果歸納比較器37的工作的話，就是將由采樣單元35對(duì)升壓后的輸出電壓Vup進(jìn)行分壓的電壓Vupd和基準(zhǔn)電壓?jiǎn)卧?6的設(shè)定電壓Vth進(jìn)行比較，在對(duì)升壓后的輸出電壓Vup分壓的電壓Vupd為超過(guò)設(shè)定電壓Vth的高電位(Vupd＞Vth)時(shí)，輸入動(dòng)作為大的動(dòng)作，輸出低電平的信號(hào)，供給單元33不導(dǎo)通，不向開關(guān)單元20提供PWM信號(hào)。另一方面，在分壓后的輸出Vupd為不超過(guò)設(shè)定電壓Vth的低電平(Vupd＜Vth)時(shí)，輸入動(dòng)作為小的動(dòng)作，輸出高電平信號(hào)，供給單元33打開，向開關(guān)單元20提供PWM信號(hào)，進(jìn)行斬波放大。
在該判斷單元32中，在充電單元4的充電電壓Vsc比設(shè)定電壓Vth低、基本上不充電的狀態(tài)下，恒壓元件45不導(dǎo)通，所以，基準(zhǔn)電壓?jiǎn)卧?6的設(shè)定電壓Vth和充電單元4的充電電壓Vsc為同一電位，充電單元4的充電電壓Vsc低時(shí)，即使在發(fā)電繞組15中發(fā)生的感應(yīng)電壓Vg低時(shí)，也容易超過(guò)充電單元4的充電電壓Vsc，即使不進(jìn)行斬波放大，也呈可對(duì)充電單元4充電的狀態(tài)。在這樣的條件下，在本例的基準(zhǔn)電壓?jiǎn)卧?6中，設(shè)定電壓Vth配合充電電壓Vsc下降，因而，即使升壓后的Vup未達(dá)到上述值時(shí)，比較器37也判斷為發(fā)電機(jī)10的感應(yīng)電壓Vg是相當(dāng)高的電壓，即判斷為輸入動(dòng)作為大的動(dòng)作，停止對(duì)開關(guān)單元20提供PWM信號(hào)。這樣，本例的控制單元30在不進(jìn)行斬波控制而可以充電時(shí)就不進(jìn)行斬波控制，能夠降低用于驅(qū)動(dòng)開關(guān)單元的能量。因此，即使在這一點(diǎn)，發(fā)電效率也得以改善。
在本例的整流單元2中進(jìn)行半波整流，即使控制單元30發(fā)生和整流方向反極性的感應(yīng)電壓時(shí)，也將WPM信號(hào)供給開關(guān)單元20，MOSFET21進(jìn)行短路動(dòng)作。然而，逆通電防止用的二極管22和MOSFET21串聯(lián)，所以，發(fā)電機(jī)10的感應(yīng)電壓為反極性時(shí)，輸出端19a和19b也不短路，在不能充電的狀態(tài)下，電流流過(guò)，轉(zhuǎn)子13運(yùn)動(dòng)，即在旋轉(zhuǎn)錘的運(yùn)動(dòng)不會(huì)中止。還有，如果反極性短路的話，則此時(shí)發(fā)生的電能會(huì)因發(fā)電繞組15的繞線電阻而發(fā)熱消耗掉，對(duì)充電完全不起作用，所以，在本例中，利用逆通電防止用二極管22防止MOSFET21的切換造成的電能消耗，防止發(fā)電效率降低。
還有，如圖4所示，在控制單元30中設(shè)置使用比較器等的極性判斷單元34a和34b，添加判斷發(fā)電機(jī)10的感應(yīng)電壓的極性的功能，在和整流單元2整流的感應(yīng)電壓反極性時(shí)，通過(guò)打開和開關(guān)單元20的整流單元2反極性側(cè)19b相連的MOSFET 21b，可以防止逆流，可省去逆通電防止用的二極管22。還有，圖4中例示了設(shè)置高電位Vdd的發(fā)電裝置8。
圖5示出了發(fā)電繞組15的感應(yīng)電壓Vg和進(jìn)行斬波控制所得的升壓后的電壓Vup的計(jì)算結(jié)果。如上所述，通過(guò)進(jìn)行斬波控制，在開關(guān)單元20導(dǎo)通時(shí)，在發(fā)電繞組15中發(fā)生的感應(yīng)電壓Vg被作為能量存儲(chǔ)在發(fā)電繞組15的電感中，開關(guān)單元21非導(dǎo)通時(shí)，存儲(chǔ)在電感中的能量與感應(yīng)電壓Vg重疊，可得到升壓后的電壓Vup，如果該升壓后的電壓Vup比充電單元4的充電電壓Vsc高得多，則即使在感應(yīng)電壓Vg比充電電壓Vsc低的狀態(tài)，也能夠?qū)Τ潆妴卧?進(jìn)行充電。
圖5示出了表示相對(duì)于發(fā)電機(jī)的感應(yīng)電壓Vg使開關(guān)單元20通斷的PWM信號(hào)的一個(gè)振蕩頻率周期中開關(guān)單元20的導(dǎo)通比例的占空比可變時(shí)所得的升壓后的電壓Vup的計(jì)算結(jié)果。在計(jì)算時(shí)，將充電單元4的充電電壓Vsc設(shè)定為1.3V。從圖5可知，占空比越高，在發(fā)電繞組15中發(fā)生的感應(yīng)電壓Vg越小，所以，可以充分地進(jìn)行升壓。在本例的斬波控制單元31中，這些設(shè)定能夠利用占空比設(shè)定單元41設(shè)定得最合適。
圖7示出了在圖3所示的發(fā)電裝置8中進(jìn)行斬波控制即在打開開關(guān)單元20的狀態(tài)下所得的發(fā)電繞組15的感應(yīng)電壓Vg(圖7(a))和在整流單元2中進(jìn)行半波整流后向充電單元4充電的充電電流Isc(圖6(b))。如圖7所示進(jìn)行斬波控制時(shí)，如果不考慮二極管2a的正向電壓Vf的話，只有在發(fā)電繞組15的感應(yīng)電壓Vg超過(guò)二次電源單元4的充電電壓Vsc時(shí)，向充電單元4充電的充電電流Isc才發(fā)生。因此可知，在發(fā)電繞組15中發(fā)生的感應(yīng)電壓比充電電壓Vsc小時(shí)，使發(fā)電機(jī)10旋轉(zhuǎn)的動(dòng)能就白白地消耗掉了。
圖8示出了在圖3所示的發(fā)電裝置8中進(jìn)行斬波控制充電時(shí)的各個(gè)波形。圖8(a)用實(shí)線示出了利用得到與圖7所示相同的發(fā)電繞組15的感應(yīng)電壓Vg(虛線所示)時(shí)的斬波控制而放大的電壓(升壓電壓)Vup。在本例的發(fā)電裝置8中，圖8(b)所示的控制單元30的斬波控制單元31供給的PWM信號(hào)通過(guò)供給單元33、作為MOSFET21的驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出，通過(guò)利用該驅(qū)動(dòng)信號(hào)將發(fā)電機(jī)10的輸出斬波成單脈沖，得到斬波放大的升壓電壓Vup。
另外，如圖8(a)所示，將判斷單元32的設(shè)定電壓Vth設(shè)定為比充電單元4的充電電壓Vsc高的值。因此，如果升壓電壓Vup達(dá)到該設(shè)定電壓Vth的話，則如圖8(b)所示，使比較器37的輸出電壓反轉(zhuǎn)，供給單元33閉合，所以，PWM信號(hào)不作為驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出。因此，其間不進(jìn)行開關(guān)單元20的斬波控制，將發(fā)電機(jī)10的感應(yīng)電壓Vg的電力輸出到充電單元4。
圖8(c)示出了進(jìn)行斬波控制后由整流單元2進(jìn)行半波整流后向充電單元4充電的充電電流Isc。通過(guò)進(jìn)行斬波控制，從發(fā)電機(jī)端得到的電壓變成升壓電壓Vup，所以，感應(yīng)電壓Vg即使沒(méi)達(dá)到充電電壓Vsc，也將存在升壓電壓Vup超出充電電壓Vsc的期間，在該期間流過(guò)充電電流Isc。因此，與進(jìn)行圖7(b)所示的斬波控制時(shí)比較，充電電流Isc大幅度增加。另外，在時(shí)刻t1到t2的期間，利用升壓電壓Vup達(dá)到設(shè)定電壓Vth來(lái)判斷得到了相當(dāng)高的感應(yīng)電壓Vg，在該期間即使不升壓也流過(guò)充電電流Isc。因此，停止斬波控制，節(jié)省了開關(guān)單元20的操作等自身消耗的功率，提高了對(duì)充電單元4的充電效率。
如果進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明進(jìn)行斬波控制時(shí)的電壓波形的話，則開關(guān)單元20根據(jù)PWM信號(hào)的高電平或低電平的輸出信號(hào)而反復(fù)導(dǎo)通和非導(dǎo)通，PWM信號(hào)為高電平，開關(guān)單元20導(dǎo)通，所以，感應(yīng)電壓Vg基本上為0。此時(shí)，通過(guò)向發(fā)電繞組15流過(guò)短路電流，向發(fā)電繞組15的電感中存儲(chǔ)能量。接著，PWM信號(hào)為低電平，開關(guān)單元20非導(dǎo)通，所以感應(yīng)電壓Vg輸出將電感中存儲(chǔ)的能量疊加在感應(yīng)電壓Vg上的升壓電壓Vup。還有，對(duì)感應(yīng)電壓Vg，判斷單元32的輸出信號(hào)為低電平時(shí)，旋轉(zhuǎn)重錘的輸入動(dòng)作變大，判斷為可利用此時(shí)的感應(yīng)電壓Vg使充電單元4充分地充電，使開關(guān)單元20處于非導(dǎo)通狀態(tài)。此時(shí)的升壓電壓Vup和在發(fā)電繞組15中發(fā)生的感應(yīng)電壓Vg呈相同的電位。由上可知，向二次電源單元4的充電動(dòng)作是，當(dāng)感應(yīng)電壓Vg比充電電壓Vsc小時(shí)，因升壓斬波動(dòng)作而流過(guò)充電電流，當(dāng)感應(yīng)電壓Vg比充電電壓Vsc大時(shí)，停止升壓斬波動(dòng)作，流過(guò)由通常的半波整流電路產(chǎn)生的充電電流。
通過(guò)進(jìn)行這樣的斬波控制，比較圖7(b)和圖8(c)可知，變得能夠使用迄今還不能直接用感應(yīng)電壓Vg進(jìn)行充電的發(fā)電機(jī)的輸出電力進(jìn)行充電，能夠把比驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)重錘的動(dòng)能還多的部分變換成電能進(jìn)行充電，因此，能夠提高發(fā)電效率和充電效率。同時(shí)，通過(guò)進(jìn)行斬波控制，利用流過(guò)發(fā)電繞組15的短路電流，能夠?yàn)樾D(zhuǎn)重錘的動(dòng)作施加適當(dāng)?shù)闹苿?dòng)，所以，過(guò)沖的機(jī)會(huì)減少。因此，旋轉(zhuǎn)重錘也容易跟隨腕等的連續(xù)動(dòng)作，所以，能夠提高用旋轉(zhuǎn)重錘捕獲動(dòng)能的效率。這樣，通過(guò)進(jìn)行斬波控制，充電效率自不必說(shuō)，就連從發(fā)電裝置8或計(jì)時(shí)裝置1的周圍環(huán)境獲得變換成電能的動(dòng)能的效率也提高了，所以，能夠提供發(fā)電能力非常高的發(fā)電裝置8和計(jì)時(shí)裝置1。
(實(shí)施例2)圖9示出了在計(jì)時(shí)裝置中應(yīng)用本發(fā)明的不同例，本發(fā)明的計(jì)時(shí)裝置1也包括發(fā)電裝置8和作為可利用從該發(fā)電裝置8提供的電力工作的處理單元6的計(jì)時(shí)單元7。本例的發(fā)電裝置8的基本結(jié)構(gòu)和上述說(shuō)明的相同，包括發(fā)電機(jī)10、可將發(fā)電繞組15的兩端19a和19b短路的開關(guān)單元20、控制開關(guān)單元20的控制單元30、整流單元2和發(fā)電單元4。因此，對(duì)相同的部分標(biāo)以相同的符號(hào)，省略其說(shuō)明。
本例的發(fā)電裝置8在整流單元2中除半波整流二極管2a外，還有倍壓整流二極管51和倍壓用的電容52。而且，在發(fā)電機(jī)10中發(fā)生的感應(yīng)電壓為接地側(cè)(Vss)電位時(shí)，倍壓用二極管51導(dǎo)通，倍壓用電容52充電，感應(yīng)電壓Vg變成高電位側(cè)(Vss)時(shí)，向感應(yīng)電壓Vg上疊加對(duì)倍壓用電容52充電的電壓后，向充電單元4輸出。即，如果充電到倍壓電容52的電壓為Vsub的話，則接著，在感應(yīng)電壓Vg為高電位側(cè)的電位時(shí)，變成原先對(duì)倍壓用電容52充電的充電電壓Vsub和感應(yīng)電壓Vg合成的電位，整流二極管導(dǎo)通，使充電單元4的大容量電容5充電。此時(shí)，倍壓用二極管51利用感應(yīng)電壓Vg和充電電壓Vsub的極性，從負(fù)極側(cè)向正極側(cè)施加電壓，成為反向偏置，變成不導(dǎo)通。這樣，本例的整流單元2通過(guò)交替地合成輸出極性不同的感應(yīng)電壓，成為能夠得到感應(yīng)電壓Vg的電位的倍數(shù)的輸出電壓的倍壓整流電路。
另外，本例的發(fā)電裝置8包括和上述發(fā)電裝置相同的開關(guān)單元20，通過(guò)進(jìn)行斬波控制，能夠斬波放大高電位側(cè)的極性的感應(yīng)電壓Vg。因此，能夠和上述發(fā)電裝置相同，將高電位側(cè)的極性的感應(yīng)電壓Vg升壓到升壓電壓Vup，供給整流單元2。感應(yīng)電壓為反極性側(cè)時(shí)，由于在開關(guān)單元20中設(shè)置了逆通電防止用的二極管21，所以，不進(jìn)行斬波放大，由感應(yīng)電壓Vg對(duì)倍壓電容52充電。因?yàn)楸秹弘娙萜?2在每一個(gè)周期都放電，所以充電電壓Vsub不比感應(yīng)電壓Vg高，故不進(jìn)行斬波放大也能夠進(jìn)行充電。
作為斬波控制單元31，與上述相同，本例的控制單元30也包括占空比設(shè)定單元41，可使用時(shí)鐘電路7a輸出的振蕩信號(hào)而輸出PWM信號(hào)。PWM信號(hào)通過(guò)根據(jù)來(lái)自判斷單元32的信號(hào)而動(dòng)作的供給單元33成為驅(qū)動(dòng)信號(hào)，供給開關(guān)單元20的MOSFET21的柵極G，進(jìn)行斬波控制。本例的判斷單元32采用上述基準(zhǔn)電壓發(fā)生單元32的電路，利用恒壓二極管45的齊納電壓來(lái)輸出設(shè)定電壓Vdth。將該設(shè)定電壓Vdth與構(gòu)成選擇部33的n溝道型MOSFET 43的漏極D相連。n溝道型MOSFET 43的源極S與接地例相連，漏極D與基準(zhǔn)電壓Vdth和開關(guān)單元20的n溝道型MOSFET 21的柵極G相連。并且，將從占空比設(shè)定單元41來(lái)的PWM信號(hào)供給MOSFET43的柵極G，該P(yáng)WM信號(hào)為高電平時(shí)，MOSFET 43的漏極D和源極S導(dǎo)通，開關(guān)單元20的MOSFET 21的柵極G變成低電平。另一方面，如果PWM信號(hào)為低電平的話，供給單元33的MOSFET 43變成非導(dǎo)通，所以，在開關(guān)單元20的MOSFET 21的柵極G上施加設(shè)定電壓Vdth。
開關(guān)單元20的n溝通型MOSFET21是電壓驅(qū)動(dòng)型開關(guān)單元元件，利用施加到柵極G和源極S上的電壓，使漏極D和源極S間的電阻從無(wú)限大歐姆向數(shù)毫歐姆變化。該電阻與施加到柵極G和源極S間的電壓成正比降低。MOSFET 21導(dǎo)通時(shí)，需要將柵極G和源極S間的電壓設(shè)定為能使電流充分地流過(guò)漏極G的電壓。柵極G和源極S間的閾值電壓VGSth表示漏電流小于某一規(guī)定的電流值的柵極G和源極S間的電壓。另外，MOSFET的柵極G和源極S間可視為具有等效輸入電容Ciss的電容器。通過(guò)將該輸入電容Ciss充電到閾值電壓VGSth以上，能夠使MOSFET 21的漏極D和源極S間導(dǎo)通。
在本例的發(fā)電裝置8中，在整流單元2中采用了倍壓整流電路，因此，MOSFET21的源極S的電壓Vs成為倍壓用電容52的充電電壓Vsub。并且，該倍壓用電容52的充電電壓Vsub成為反映發(fā)電機(jī)10的感應(yīng)電壓Vg的值，是隨驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)10的旋轉(zhuǎn)重錘的輸入動(dòng)作的大小而不同的值。也就是說(shuō)，充電電壓Vsub在旋轉(zhuǎn)重錘進(jìn)行大的輸入動(dòng)作時(shí)，發(fā)電繞組15發(fā)生的低電位側(cè)的極性的感應(yīng)電壓Vg成為大的數(shù)值的充電電壓，小的輸入動(dòng)作時(shí)成為小的充電電壓。還有，通過(guò)使該電壓與充電單元4的低電位側(cè)接地，MOSFET 21的源極電壓Vs成為由倍壓用電容52的充電電壓Vsub附加偏移電壓的狀態(tài)。
因此，可由充電電壓Vsub進(jìn)行是否對(duì)開關(guān)單元20進(jìn)行斬波控制的控制。為了將n溝道型MOSFET 21的輸入電容Ciss充電到VGSth以上而將基準(zhǔn)電壓Vdt設(shè)定為下式。
Vdth＞Vsub+VGSth…(4)由式(4)可知，為了將n溝通型MOSFET 21的漏極D和源極S間導(dǎo)通，需要使由驅(qū)動(dòng)用的MOSFET 43施加的基準(zhǔn)電壓Vdth和倍壓用電容52的充電電壓Vsub的電位差成為比閾值VGSth的值還大的值。也就是說(shuō)，將閾值VGSth及設(shè)定電壓Vdth固定，因此，在充電電壓Vsub滿足下述條件時(shí)，開關(guān)單元20進(jìn)行斬波控制。
Vsub＜Vdth-VGSth…(4)倍壓用電容52的充電電壓Vsub的電位可隨旋轉(zhuǎn)重錘的輸入動(dòng)作而變大，所以，如果相對(duì)于設(shè)定的Vdth的值增大Vsub的值，則不可能滿足式(4)′。因此，MOSFET 21不導(dǎo)通，雖然向柵極G提供PWM信號(hào)，但呈截止?fàn)顟B(tài)。因此，不進(jìn)行斬波控制，也能向整流單元2提供感應(yīng)電壓Vg的電力。因此，設(shè)定電壓Vdth例如在感應(yīng)電壓Vg比充電單元4的使用電壓Vsc1小時(shí)進(jìn)行斬波控制后升壓，另一方面，感應(yīng)電壓Vg比使用電壓Vsc1大時(shí)不進(jìn)行斬波控制，能夠設(shè)定為只用通常的倍壓整流進(jìn)行充電。
圖10示出了在本例的發(fā)電裝置8中不使開關(guān)單元20工作，不進(jìn)行斬波控制而用倍壓整流進(jìn)行充電時(shí)的各電壓、電流波形。將發(fā)電繞組15中發(fā)生的感應(yīng)電壓Vg的極性為低電位側(cè)的電力充電到倍壓用電容52中，充電電壓Vsub上升。此時(shí)，倍壓用電容52的極性如圖9所示，與充電單元4的低電位側(cè)連接的一側(cè)為低電位。因此，接著的感應(yīng)電壓Vg的極性為高電位的電力與先前充電的倍壓用電容52的充電電壓Vsub的極性一致，所以作為感應(yīng)電壓Vg和充電電壓Vsub的合成電壓Vmix的電力施加到充電單元4上。然而，如圖10(b)所示，只有在合成電壓Vmi x超過(guò)充電電壓Vsc時(shí)才發(fā)生充電電流1sc。因此，即使進(jìn)行倍壓整流而合成電壓Vmi x還沒(méi)達(dá)到充電單元4的充電電壓Vsc時(shí)，不從發(fā)電機(jī)10提供電力，用于驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)10的旋轉(zhuǎn)重錘的動(dòng)能白白地消耗掉，或者說(shuō)，成為將使用者連續(xù)動(dòng)作變換為電能的障礙。
圖11示出了提取倍壓用電容52的充電電壓Vsub的波形。開關(guān)單元20的n溝道型MOSFET 21的閾值VGSth為0.5V，施加到驅(qū)動(dòng)用MOSFET 43上的設(shè)定電壓Vdth為1V時(shí)，對(duì)旋轉(zhuǎn)重錘的輸入動(dòng)作小時(shí)(Vsub值的小的部分)，充電電壓Vsub沒(méi)有達(dá)到從設(shè)定電壓Vdth減去閾值VGSth的值。因此，如果進(jìn)行斬波控制，在該范圍中，利用PWM信號(hào)的開關(guān)單元20的MSFET21因PWM信號(hào)而周期性地通斷，進(jìn)行斬波放大。另一方面，倍壓用電容52被充電，充電電壓Vsub上升而超過(guò)從設(shè)定電壓Vth減去閾值VGSth的值時(shí)，MOSFET 21不導(dǎo)通，不進(jìn)行斬波放大。
接著，從發(fā)電機(jī)10輸出高電位極性的感應(yīng)電壓Vg時(shí)，在整流單元2中進(jìn)行倍壓整流，向充電單元4供電。此時(shí)，倍壓電容52漫漫放電，因此，在時(shí)刻t3，充電電壓Vsub比從設(shè)定電壓Vdth減去閾值VGSth的值還低時(shí)，開關(guān)單元20就開始斬波工作，向整流部2提供升壓電壓Vup的電力來(lái)代替感應(yīng)電壓Vg。因此，供給充電單元4的電壓Vmi x從(Vg+Vsub)上升到(Vup+Vsub)，如果超過(guò)充電單元4的充電電壓Vsc的話，就流過(guò)充電電流Isc。
這樣，圖12(a)和(b)示出了在本例的發(fā)電裝置8中使斬波功能有效時(shí)供給充電單元4的電壓和流到充電單元4的充電電流Isc的情形。由本圖可知，進(jìn)行倍壓整流后將電力供給充電單元4時(shí)，倍壓用電容52的充電電壓Vsub低時(shí)，將斬波放大的電壓Vup加到Vsub上后輸出。結(jié)果，進(jìn)行倍壓整流也好、不超過(guò)充電電壓Vsc也好，通過(guò)斬波升壓，存在著超過(guò)充電電壓Vsc的時(shí)間，與圖10(b)比較可知，通過(guò)進(jìn)行斬波控制能夠大幅度地增大充電電流Isc。另外，通過(guò)進(jìn)行斬波控制，得到了向旋轉(zhuǎn)重錘施加適當(dāng)?shù)闹苿?dòng)、容易獲取動(dòng)能等效果，這與上述實(shí)施例說(shuō)明的相同。
另外，如果進(jìn)行斬波放大的話，充電電流Isc增加，所以，使用現(xiàn)在只存儲(chǔ)在倍壓用電容52中，還沒(méi)供給充電單元4的電能來(lái)進(jìn)行充電。因此，倍壓用電容52的充電電壓Vsub如圖11的虛線B所示的那樣降低。因此，充電電壓Vsub比從設(shè)定電壓Vth減去閾值VGSth的值還低，所以，斬波放大的期間變長(zhǎng)。這樣，在本例中，通過(guò)采用充電電壓Vsub作為感應(yīng)電壓Vg可否向充電單元4充電的參數(shù)，能夠更可靠地進(jìn)行在倍壓升壓后可否向充電單元4進(jìn)行充電的判斷。
另外，輸出設(shè)定電壓Vdth的基準(zhǔn)電壓發(fā)生單元32的結(jié)構(gòu)和上述說(shuō)明的相同。因此，在本例中，在充電電壓Vsc沒(méi)達(dá)到設(shè)定電壓Vdth時(shí)，將充電電壓Vsc作為設(shè)定電壓Vdth輸出，在充電電壓Vsc低時(shí)，即使感應(yīng)電壓Vg降低，也可進(jìn)行充電，防止了進(jìn)行斬波控制的切換的電力消耗，結(jié)果，能夠進(jìn)一步改善發(fā)電效率。
(實(shí)施例3)圖13示出了本發(fā)明的發(fā)電裝置的另一例。本例的發(fā)電裝置8也能夠利用由它提供的電力驅(qū)動(dòng)計(jì)時(shí)裝置等處理裝置。本例的發(fā)電裝置8的基本結(jié)構(gòu)和上述說(shuō)明的相同，包括發(fā)電機(jī)10、可將發(fā)電繞組15的兩端19a和19b短路的開關(guān)單元20、控制該開關(guān)單元20的控制單元30、整流單元2和充電單元4。因此，對(duì)相同的部分標(biāo)以相同的符號(hào)，省略其說(shuō)明。
與已說(shuō)明的將電路的低電位側(cè)(Vss側(cè))接地不同，本例的發(fā)電裝置8是將高電位側(cè)(Vdd側(cè))接地后成為基準(zhǔn)電位。如果考慮到這一點(diǎn)，本例的發(fā)電裝置8和實(shí)施例1已說(shuō)明的半波整流方式的發(fā)電裝置的結(jié)構(gòu)基本相同。另外，在本例中，電壓大小用絕對(duì)值進(jìn)行說(shuō)明。
本例的控制單元30包括具有輸出PWM信號(hào)的占空比設(shè)定單元41的斬波控制單元31、可由發(fā)電機(jī)10的感應(yīng)電壓Vg判斷可否充電的判斷單元32、利用判斷單元32的判斷結(jié)果向開關(guān)單元20提供PWM信號(hào)的供給單元33。本例的判斷單元33由比較器37檢測(cè)出整流單元2的整流二極管2a的前后的電位，如果充電電流流過(guò)整流二極管，比較器37就反轉(zhuǎn)，成為低電平。結(jié)果，由使用與門電路42c的供給單元33變換成進(jìn)行斬波控制的PWM信號(hào)，使P溝道型MOSFET 23所用的開關(guān)單元20不導(dǎo)通，輸出高電平的驅(qū)動(dòng)信號(hào)Φp1。
圖14使用時(shí)序圖表示出了本例的發(fā)電裝置8的控制例。如果在時(shí)刻t11開始半波整流的一個(gè)循環(huán)的話，就將發(fā)電機(jī)10的感應(yīng)電壓供給開關(guān)單元20，由PWM信號(hào)進(jìn)行斬波放大。結(jié)果，如果升壓電壓Vup在時(shí)刻t12超過(guò)充電單元4的充電電壓Vsc加上整流二極管2a的正向電壓Vf的值的話，則通過(guò)整流二極管2a流過(guò)充電電流Isc。這樣，在時(shí)刻t12，比較器37的輸出反轉(zhuǎn)為低電平，不輸出PWM信號(hào)。然而，在比較器37的低電平輸出在驅(qū)動(dòng)信號(hào)Φp1的高電平(MOSFET 23截止)期間結(jié)束時(shí)(比較器37的輸出從低電平再次轉(zhuǎn)移到高電平時(shí))，在驅(qū)動(dòng)信號(hào)Φp1為低電平(MOSFET 23導(dǎo)通)期間，將不在整流二極管2a中流過(guò)電流，所以，比較器37的輸出為高電平，繼續(xù)利用斬波控制進(jìn)行升壓工作。
另一方面，在時(shí)刻t13，在整流二極管2a中流過(guò)電流，比較器37成為低電平，成為不輸出PWM信號(hào)的狀態(tài)，之后，如果感應(yīng)電壓Vg比充電電壓Vsc高的話，即使在驅(qū)動(dòng)信號(hào)Φp1的低電平(MOSFET導(dǎo)通)的時(shí)間內(nèi)，電流也流過(guò)整流二極管2a，比較器37繼續(xù)輸出連續(xù)的低電平，PWM信號(hào)完全被禁止，在不進(jìn)行斬波控制的狀態(tài)下流過(guò)充電電流。因此，比較器37的輸出照樣成為低電平，不進(jìn)行斬波控制。所以，能夠節(jié)省其間的切換操作等的耗電。如果在時(shí)刻t14感應(yīng)電壓Vg降低到充電電壓Vsc和正向電壓Vf之和的電壓以下或者充電電壓Vsc上升到其與正向電壓Vf之和大于感應(yīng)電壓Vg的話，則比較器37的輸出成為高電平。因此再次向開關(guān)單元20供給PWM信號(hào)，再次開始斬波控制，將升壓的電壓Vup供給充電單元4。
這樣，在本例的發(fā)電裝置8中，不是將感應(yīng)電壓Vg、升壓電壓Vup等電壓與設(shè)定電壓進(jìn)行比較的方法，實(shí)際上是根據(jù)是否流過(guò)充電電流判斷感應(yīng)電壓Vg是否可向充電單元4充電。利用這樣的方法適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行斬波控制的通斷控制，能夠防止過(guò)多地增加斬波的自身消耗。另外，如先前說(shuō)明的那樣，不過(guò)多降低用于驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)10的旋轉(zhuǎn)重錘的速度，所以，能夠接連不斷地捕獲連續(xù)動(dòng)作的腕的運(yùn)動(dòng)后變換成動(dòng)能，能夠提高發(fā)電效率。
本例的判定部的結(jié)構(gòu)并不限于半波整流，當(dāng)然也能適用于采用上述倍壓整流或全波整流方式的整流單元的發(fā)電裝置。
(實(shí)施例4)圖15示出了本發(fā)明的發(fā)電裝置的另一例。本例的發(fā)電裝置8的基本結(jié)構(gòu)和上述相同，包括發(fā)電機(jī)10、可將發(fā)電繞組15的兩端19a和19b短路的開關(guān)單元20、控制開關(guān)單元20、控制單元30、整流單元2和充電單元4。因此，對(duì)相同的部分標(biāo)以相同的符號(hào)，省略其說(shuō)明。
本例的發(fā)電裝置8的整流單元2由全波整流電路構(gòu)成該全波整流電路在輸出端19a和19b的高電位(Vdd)側(cè)分別配置整流二極管2a和2b，另外在低電位(接地)側(cè)分別配置整流用開關(guān)單元53a和53b，整流開關(guān)單元53a和53b兼作短路用的開關(guān)單元20。這些整流開關(guān)單元53a和53b是n溝通型MOSFET，利用控制單元30的極性判斷單元34a和34b形成整流電路，如果與各開關(guān)53a和53b連接的輸出端19a和19b相反一側(cè)的輸出端19b或19a的感應(yīng)電壓比基準(zhǔn)電壓Vref2或Vref1高，整流電壓就接通。
整流二極管2a和2b分別與旁路的p溝道型MOSFET24a和24b并聯(lián)，這些MOSFET24a和24b分別利用比較器25a和25b斷定各二極管2a和2b通電后就導(dǎo)通。因此，如果在整流二極管2a和2b中流過(guò)充電電流的話，旁路開關(guān)24a和24b就接通，所以，能夠防止二極管2a和2b的正向電壓造成的損失。在下面，將用整流二極管和旁路開關(guān)的組合構(gòu)成的單元稱為單向性單元26。在本例中，能夠由該單向性單元26的比較器25a和25b的輸出判斷充電電流是否發(fā)生，所以，作為判斷控制單元30中的感應(yīng)電壓Vg是否成為可充電的電壓的判斷單元的功能，使用比較器輸出Φp1和Φp2。
作為判斷單元的功能，本例的控制單元30使用單向性元件的比較器輸出，另外包括提供PWM信號(hào)的斬波控制單元31和供給單元33。本例的控制單元30還包括使用上述比較器49判斷發(fā)電機(jī)10輸出的感應(yīng)電壓Vg的極性的極性判斷單元34a、34b、以及可判斷充電電壓Vsc是否為過(guò)電壓的充電電壓判斷單元60。充電電壓判斷單元60判斷在充電單元4進(jìn)行充電的過(guò)程中充電電壓Vsc是否達(dá)到了電容器5的耐壓或與該發(fā)電裝置8連接的計(jì)時(shí)裝置等處理裝置的耐壓的程度，例如，能夠用圖16所示的電路構(gòu)成。圖16中所示的電路是使用D觸發(fā)器61的電路，用電阻62和63對(duì)充電電壓Vsc進(jìn)行分壓，用比較器64將分壓的電壓與用來(lái)判斷如果為過(guò)電壓就停止充電的設(shè)定電壓Vrd1進(jìn)行比較，同時(shí)用比較器65將分壓后的電壓與判斷為如果不是過(guò)電壓就再次充電的設(shè)定電壓Vrd2進(jìn)行比較。
如果對(duì)充電電壓Vsc分壓后的電壓達(dá)到設(shè)定電壓Vrd1的話，就將觸發(fā)器61置位，輸出高電平信號(hào)，通過(guò)供給單元33將兼作整流單元2的一部分用的開關(guān)單元20的MOSFET 53a和53b設(shè)定為接通。這樣，能夠使發(fā)電機(jī)10的輸出端19a和19b短路，能夠停止從發(fā)電機(jī)10輸出電力。因此，無(wú)論提供怎樣的動(dòng)能，也不向充電單元4供電，不進(jìn)行充電，所以，能夠阻止充電電壓Vsc上升。另一方面，充電單元4的電力由計(jì)時(shí)單元等處理裝置消耗，充電電壓Vsc降低，如果分壓后的電壓在設(shè)定電壓Vrd2以下時(shí)，就使觸發(fā)器61復(fù)原。這樣，MOSFET 53a和53b打開，可用于整流或斬波放大。
將PWM信號(hào)供給開關(guān)單元20的供給單元33包括輸入PWM信號(hào)及單向性單元26a、26b的比較器25a和25b的輸出信號(hào)的三輸入與門電路42d，檢測(cè)到流過(guò)與比較器25a或25b某一對(duì)應(yīng)的二極管2a或2b的充電電流時(shí)，輸出Φp1或Φp2就變成低電平，PWM信號(hào)作為驅(qū)動(dòng)信號(hào)ΦL1不輸出。該驅(qū)動(dòng)信號(hào)ΦL1和充電電壓判斷單元60的輸出信號(hào)Φdd被輸入或門電路42e中，任一方為高電平時(shí)便生成高電平的驅(qū)動(dòng)信號(hào)ΦL2。
將該驅(qū)動(dòng)信號(hào)ΦL2和用于使各MOSFET53a和53b進(jìn)行整流工作的極性判斷電路34a和34b的輸出Φ2或Φ1一起輸入到或門電路39a和39b，對(duì)為整流而截止的MOSFET53a或53b進(jìn)行斬波控制后輸出斬波放大的電壓Vup，或者在充電電壓Vsc為過(guò)電壓時(shí)接通而短路，停止發(fā)電。
圖17使用時(shí)序圖示出了本例的發(fā)電裝置8的控制例。在時(shí)刻t21，感應(yīng)電壓Vg啟動(dòng)某一極性的整流循環(huán)。發(fā)電端19a的輸出電壓達(dá)到設(shè)定電壓Vref1時(shí)，極性判斷電路34b的比較器49的輸出Φ1為高電平，開關(guān)53b的驅(qū)動(dòng)信號(hào)Φm1成為高電平。這樣，開關(guān)單元53b接通，構(gòu)成感應(yīng)電壓Vg整流某一極性的電力的整流電路。在本例的發(fā)電裝置8的整流單元2中，通過(guò)使用極性判斷電路34a和34b判斷感應(yīng)電壓Vg的極性，先前用四個(gè)整流二極管構(gòu)成橋路進(jìn)行全波整流，可見是利用開關(guān)單元來(lái)進(jìn)行全波整流。因此，能夠降低二極管的正向電壓造成的損失，能夠提高發(fā)電機(jī)10的充電效率。
用于驅(qū)動(dòng)整流開關(guān)的另一開關(guān)53a的信號(hào)Φn2根據(jù)PWM信號(hào)而周期性的反復(fù)通斷，結(jié)果，發(fā)電機(jī)的輸出端19a和19b通過(guò)開關(guān)53a和53b反復(fù)短路，進(jìn)行斬波控制。因此，在輸出端19a出現(xiàn)的電壓為放大的電壓，如果在時(shí)刻t22超過(guò)充電電壓Vsc的話，充電電流就流過(guò)整流二極管2a。與此同時(shí)，單向性單元26a的比較器25a的輸出Φp1成為低電平，單向性單元26a導(dǎo)通。這樣，能夠?qū)⒄鞫O管旁路供給充電電流，因此，能夠消除二極管2a的正向電壓造成的損失。因此，如果能夠利用斬波放大提供比充電電壓Vsc大一些的升壓電壓Vup的話，就可向充電單元4充電。如果單向性單元26a接通的話，就停止供給單元33中的PWM信號(hào)的供給，但斬波放大的停止期間在PWM信號(hào)的低電平期間內(nèi)(FET 53a或53b的截止信號(hào)內(nèi))結(jié)束(單向單元26a的輸出從ON轉(zhuǎn)變到OFF)時(shí)，在PWM信號(hào)為高電平(FET 53a或53b的ON信號(hào))的期間，感應(yīng)電壓Vg沒(méi)達(dá)到充電電壓Vsc，因此，繼續(xù)輸出PWM信號(hào)進(jìn)行斷續(xù)升壓。
在時(shí)刻t23，感應(yīng)電壓Vg啟動(dòng)另一極性的電力的整流循環(huán)，如果輸出端19b的感應(yīng)電壓Vg達(dá)到設(shè)定電壓Vref2的話，極性判別電路34a的比較器輸出Φ2成為高電平，開關(guān)單元53a的驅(qū)動(dòng)信號(hào)Φn2成為高電平，開關(guān)53a構(gòu)成整流電路而接通。因此，另一側(cè)的開關(guān)53b的驅(qū)動(dòng)信號(hào)Φn1利用PWM信號(hào)而周期性地反復(fù)通斷進(jìn)行斬波控制。在時(shí)刻t24，利用斬波升壓的電壓流過(guò)充電電流，單向性單元26b接通。因此，單向單元26b的比較器25b的輸出信號(hào)Φp2成為低電平，PWM信號(hào)停止，驅(qū)動(dòng)信號(hào)ΦL1和ΦL2都變成低電平。因此，開關(guān)53a的驅(qū)動(dòng)信號(hào)Φn1是低電平，維持?jǐn)嚅_狀態(tài)。在感應(yīng)電壓Vg比充電電壓Vsc高的期間，該狀態(tài)繼續(xù)，不進(jìn)行斬波控制。在時(shí)刻t25，如果感應(yīng)電壓Vg低于充電電壓Vsc的話，單向性單元25b截止，所以，再次進(jìn)行斬波控制。
這樣進(jìn)行充電的結(jié)果，如果在時(shí)刻t26充電電壓(在本例中是分壓后的電壓，但為簡(jiǎn)單起見，是直接與Vsc比較的電壓)達(dá)到判斷為過(guò)電壓的設(shè)定電壓Vrd1的話，來(lái)自過(guò)電壓判斷單元60的信號(hào)Φdd就成為高電平。因此，驅(qū)動(dòng)信號(hào)ΦL2成為高電平，開關(guān)53a和53b的驅(qū)動(dòng)信號(hào)Φn1和Φn2也變成高電平。因此，開關(guān)53a和53b導(dǎo)通，使輸出端19a和19b短路。因此，不從輸出端19a和19b輸出電力，不進(jìn)行充電。
充電電壓Vsc慢慢降低，在時(shí)刻t27再次充電，如果達(dá)到設(shè)定電壓Vrd2的話，來(lái)自過(guò)電壓判斷單元60的信號(hào)Φdd就成為低電平，驅(qū)動(dòng)信號(hào)Φn1和Φn2成為根據(jù)其他條件的值。因此，感應(yīng)電壓Vg低時(shí)，進(jìn)行斬波控制后再升壓，重新充電。
還有，在實(shí)施例4中，是由Vss側(cè)的N溝道MOSFET切換后進(jìn)行斬波放大，但當(dāng)然也可以采用上下反轉(zhuǎn)控制電路的結(jié)構(gòu)，使用Vdd側(cè)的P溝道MOFSFET進(jìn)行切換的結(jié)構(gòu)。
如上所述，與本發(fā)明有關(guān)的發(fā)電裝置8使發(fā)電機(jī)10的發(fā)電繞組15的兩端周期性地通斷，得到了斬波升壓的電壓。因此，即使在對(duì)發(fā)電機(jī)10的輸入小而感應(yīng)電壓Vg不足以對(duì)充電單元9充電，但若斬波升壓的電壓Vup是足夠大的電壓，也能對(duì)充電單元4進(jìn)行充電。因此，即使對(duì)發(fā)電機(jī)10的輸入小時(shí)，也可將動(dòng)能變換成電能后存儲(chǔ)，能夠提供發(fā)電效率和充電效率高的發(fā)電裝置。另外，通過(guò)選擇斬波升壓作為升壓方法，具有能夠向旋轉(zhuǎn)重錘施加充電中止的優(yōu)點(diǎn)。例如，本申請(qǐng)的發(fā)明人等利用實(shí)驗(yàn)得到下述結(jié)果，即如果使用實(shí)施例4的本發(fā)明的全波方式的發(fā)電裝置的話，就可得到使用二極管橋路的全波整流電路的20倍以上的充電電流。
以上說(shuō)明的本發(fā)明的發(fā)電裝置的電路只是一些例子，當(dāng)然并不限于這些。另外，這些發(fā)電裝置并不限定于手表式的計(jì)時(shí)裝置，也可戴在使用者腳部，還可裝在車輛等移動(dòng)物上，能夠在利用振動(dòng)等使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)進(jìn)行發(fā)電的裝置等各種裝置中使用。另外，作為從本發(fā)明的發(fā)電裝置供電進(jìn)行處理的處理裝置，并不限于上述計(jì)時(shí)裝置，例如可以是尋呼機(jī)、電話、無(wú)線電話、助聽器、計(jì)步器、臺(tái)式電腦，電子記事本等信息終端、IC卡和無(wú)線接收機(jī)等，通過(guò)在這些便攜式裝置中采用本發(fā)明的發(fā)電裝置，能夠捕獲人的運(yùn)動(dòng)等高效地發(fā)電，可抑制電池的消耗，或者還可以不用電池。因此，使用者能夠使用這些攜帶裝置而不用擔(dān)心電池用盡，能夠?qū)⒂捎陔姵赜猛甓鴮?dǎo)致存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)的內(nèi)容丟失等事故防患于未然。另外，即使不容易得到電池和充電裝置等的地區(qū)和地方，或者由于災(zāi)害等而導(dǎo)致電池補(bǔ)充困難的情況下，也可發(fā)揮電子裝置的功能。
如上所述，本發(fā)明的發(fā)電裝置通過(guò)進(jìn)行斬波控制，即使在發(fā)電繞組中發(fā)生的感應(yīng)電壓是不超過(guò)充電單元的充電電壓的小的感應(yīng)電壓，也能向充電單元充電，改善發(fā)電效率。另外，即使向發(fā)電機(jī)輸入動(dòng)力的旋轉(zhuǎn)重錘的動(dòng)作是連續(xù)的動(dòng)作，旋轉(zhuǎn)重錘也不過(guò)沖和產(chǎn)生不必要的充電中斷，能夠提供將所得的動(dòng)能高效率地變換為電能的發(fā)電裝置。
另外，由于備有在正進(jìn)行升壓的狀態(tài)下判斷可否充電的功能，所以不進(jìn)行無(wú)用的斬波控制，能節(jié)省開關(guān)動(dòng)作等消耗的電力。這樣，能夠進(jìn)一步改善實(shí)際的發(fā)電效率。
還有，用于進(jìn)行斬波控制的開關(guān)單元可具有用于消除過(guò)充電狀態(tài)的旁路電路的功能，可由簡(jiǎn)單的電路實(shí)現(xiàn)多個(gè)功能。另外，通過(guò)采用單向性單元等，可降低二極管正向電壓造成的損失，能夠提供發(fā)電效率和充電效率高的發(fā)電裝置。
這樣，通過(guò)使用本發(fā)明的發(fā)電裝置，能夠捕獲使用者的動(dòng)作等進(jìn)行效率極高的充電，例如，通過(guò)將本發(fā)明的發(fā)電裝置用作計(jì)時(shí)裝置的電源，即使使用者的動(dòng)作為小的動(dòng)作，使用者在攜帶過(guò)程中計(jì)時(shí)裝置不會(huì)停止工作，能夠提供一種攜帶工作性能好、可靠性高的計(jì)時(shí)裝置。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)電裝置，包括具有發(fā)電繞組的發(fā)電單元、可將上述發(fā)電單元的輸出端短路的開關(guān)單元、可控制上述開關(guān)單元的控制單元、對(duì)上述發(fā)電單元的輸出進(jìn)行整流的整流單元和可存儲(chǔ)被整流的電力的充電單元，其特征在于，上述控制單元具有可使上述開關(guān)單元周期性地通斷的斬波控制功能。
2.權(quán)利要求1記載的發(fā)電裝置，其特征在于，上述控制單元具有可判斷上述發(fā)電單元的感應(yīng)電壓極性的極性判斷功能。
3.權(quán)利要求1記載的發(fā)電裝置，其特征在于，上述開關(guān)單元只單向流過(guò)電流。
4.權(quán)利要求1記載的發(fā)電裝置，其特征在于，上述控制單元具有判斷上述發(fā)電單元的感應(yīng)電壓的判斷功能，在上述發(fā)電單元的感應(yīng)電壓可對(duì)上述充電單元充電時(shí)，停止上述斬波控制功能。
5.權(quán)利要求4記載的發(fā)電裝置，其特征在于，上述判斷功能對(duì)上述發(fā)電單元的感應(yīng)電壓與上述充電單元的充電電壓進(jìn)行比較。
6.權(quán)利要求4記載的發(fā)電裝置，其特征在于，上述判斷功能對(duì)上述發(fā)電單元的感應(yīng)電壓與判斷為可充電的第一設(shè)定電壓進(jìn)行比較。
7.權(quán)利要求4記載的發(fā)電裝置，其特征在于，上述判斷功能檢測(cè)對(duì)上述充電單元的電力供給電路上的電壓降來(lái)判斷上述發(fā)電單元的感應(yīng)電壓。
8.權(quán)利要求1記載的發(fā)電裝置，其特征在于，上述控制單元具有判斷上述充電單元的充電電壓的判斷功能，如上述充電電壓超過(guò)被判斷為過(guò)剩的第二設(shè)定電壓，就使上述開關(guān)單元接通。
9.權(quán)利要求1記載的發(fā)電裝置，其特征在于，上述整流單元使用與上述發(fā)電單元輸出端的前后連接的整流二極管和整流開關(guān)單元的組合來(lái)進(jìn)行全波整流，上述控制單元具有可判斷上述發(fā)電單元的感應(yīng)電壓的極性的極性判斷功能，可將上述整流單元斷開側(cè)的上述整流開關(guān)作為上述開關(guān)單元來(lái)控制。
10.權(quán)利要求1記載的發(fā)電裝置，其特征在于，上述整流單元包括整流二極管和將該整流二極管旁路的旁路開關(guān)。
11.一種計(jì)時(shí)裝置，其特征在于，包括權(quán)利要求1記載的發(fā)電裝置和可利用從上述充電單元供給的電力工作的計(jì)時(shí)單元。
12.權(quán)利要求11記載的計(jì)時(shí)裝置，其特征在于，上述控制單元使用上述計(jì)時(shí)單元的振蕩信號(hào)的一部分進(jìn)行上述斬波控制。
13.一種充電方法，通過(guò)整流單元將具有發(fā)電繞組的發(fā)電單元產(chǎn)生的電力存儲(chǔ)到充電單元中，其特征在于，具有斬波放大工序，在上述發(fā)電單元的感應(yīng)電壓沒(méi)達(dá)到可對(duì)上述充電單元充電的電壓時(shí)，周期性地接通/斷開使該發(fā)電單元的輸出端短路的開關(guān)單元。
14.權(quán)利要求13記載的充電方法，其特征在于，具有接通工序，如判斷為上述充電單元的充電電壓為過(guò)剩，就使上述開關(guān)單元接通。
15.權(quán)利要求13記載的充電方法，其特征在于，在斬波放大工序中，使用可利用從上述充電單元供給的電力工作的計(jì)時(shí)單元的振蕩信號(hào)的一部分來(lái)操作上述開關(guān)單元。
全文摘要
一種發(fā)電裝置,備有:發(fā)電機(jī)10;開關(guān)單元20;控制單元30;整流單元2;充電單元4?？刂茊卧?0可使用PWM信號(hào)進(jìn)行使開關(guān)單元20周期性地通斷的斬波控制,即使發(fā)電機(jī)10的感應(yīng)電壓Vg小于充電電壓Vsc,也能通過(guò)進(jìn)行斬波控制得到升壓電壓,即使感應(yīng)電壓Vg低,如果升壓電壓Vup相當(dāng)高,也能對(duì)充電單元4充電。
文檔編號(hào)G04C10/00GK1196596SQ98104380
公開日1998年10月21日 申請(qǐng)日期1998年2月6日 優(yōu)先權(quán)日1997年2月7日
發(fā)明者新川修, 藤澤照彥, 植竹昭仁 申請(qǐng)人:精工愛普生株式會(huì)社