JP2000504834A

JP2000504834A - 光電池を用いた蓄電池充電装置と、そのような充填装置を有する時計

Info

Publication number: JP2000504834A
Application number: JP9528858A
Authority: JP
Inventors: ザウラー，エリック; ファリヌ，ピエール―アンドレ
Original assignee: Asulab AG
Current assignee: Asulab AG
Priority date: 1996-02-16
Filing date: 1997-02-17
Publication date: 2000-04-18
Also published as: AU1587597A; DE69728034D1; CN1099150C; DE69728034T2; EP0880813B1; HK1019826A1; US5959432A; WO1997030503A1; EP0880813A1; CN1216171A

Abstract

(57)【要約】光電池電源（８）を有するバッテリ（１１）の充電装置であって、光電池電源（８）の出力電圧（ＵＳＣ）はバッテリの両端子間の電圧（ＶＤＤ）より低い。該出力電圧は、２つの電圧レベルに応じてスタティック装置（２７）によって制御される電圧増倍器（２６）によって上昇される。電源は、好ましくは１つの電池（８）を含む。前記充電装置を備えた時計において、スタティック制御装置（２７）はまた、バッテリ（１１）の電圧が低すぎる時、表示手段（１３、２３）及び測時回路（２１、２２）への給電を遮断することができる。電圧増倍器は、表示手段のモータコイル（１３）または時計に使用されている他のいずれかのコイルを利用することができる。

Description

【発明の詳細な説明】光電池を用いた蓄電池充電装置と、そのような充填装置を有する時計本発明は、光電池電源と蓄電池及び電源と蓄電池の間に直列に接続された電圧増倍器とを含み、蓄電池に接続された蓄電池の充電用の装置に関する。本発明はまた、そのような充電装置を含む電子時計、特に腕時計または目覚まし時計に関する。しかし、本発明に従った充電装置の用途は、時計分野だけに限定されず、蓄電池と、蓄電池を充電するための光電池電源を備えた電子機器、例えば携帯用または卓上計算機、無線送信機または受信機、赤外線信号遠隔制御装置、センサ、及び太陽電池で発生した電力を蓄積する装置全般に関する。現在は、低電力消費形電子機器を、一定の電子構成要素を適正に作動させるための現在の下限である１．０から１．５ボルト程度のできる限り低い供給電圧で作動させる傾向にある。しかし、これらの装置の給電用に現在好まれる光電池は、光化学形または半導体形のいずれであっても、一般的にもっと低い電圧を、一般的に０．３から０．５ボルト程度を供給するだけであるので、これらの電池を少なくとも３つ直列に接続する必要がある（例えば、英国特許書類第ＧＢ−Ａ− ２１４９９４２号を参照されたい）。これらの電池は一般的に、同じ照明状態が得られるように装置の可視面に並置される。そのような配置には欠点があるであろう。一方では、小型装置において、幾つかの電池からなる小さいユニットを製造することは、１つの大型の電池を製造するよりも高コストである。他方、時計分野等の、美的外観が重要である物では、並置電池間の分割線が不都合になることが多く、単一の電池か、特許明細書第ＷＯ９３／１９４０５号に記載されているような２つの重合した準透明電池を使用できる場合にはこれは消えるものである。腕時計に使用する場合、直列接続された幾つかの並置光電池からなる電源は、衣服による影効果を受けやすいという欠点も有している。例えば袖で１つの電池に影ができると、電池によって与えられる電圧が相当に低下し、従って電池の全出力電圧が、蓄電池の充電に不十分な値まで低下する可能性がある。ドイツ特許出願第ＤＥ−Ａ−２９００６２２号は、電源と蓄電池の間に直列に接続されたインダクタ及びダイオードを含む電圧変換器によって、蓄電池の両端子間の電圧よりも低い出力電圧を有する太陽電池によって蓄電池を充電することができる装置を記載している。インダクタとダイオードの間の接続部は、単安定装置によって制御されたトランジスタによって、周期的に接地される。単安定装置は、太陽電池が受ける照明を測定する光抵抗センサから発生する入力信号を受け取る。照明が増加すると、単安定装置の時定数が増加するため、それを最適化するために太陽電池の電荷抵抗が減少する。しかし、上記装置は、電池の照明が比較的低い時、発生するエネルギよりも多くのエネルギを消費しがちであるため、最終的に蓄電池が放電されてしまうことになるであろう。さらに、太陽電池と光抵抗器の照明応答特性が一般的に異なっているため、その作動を最適化することが困難である。他方、追加された外部素子として光抵抗器が存在することも、幾つかの点で、特に腕時計では、そのためにとっておかなければならない空間、製造コスト、及び太陽電池が異なった照明を受ける危険性のため、不都合である。本発明の１つの目的は、時計、特に腕時計に好都合に適用できる効果的で簡単であると共に低コストの充電装置を提供することによって、上記問題を回避することである。特別な目的は、蓄電池が低充電状態にあって、光電池がわずかに照明されるか、まったく照明されない時、極めて少量のエネルギを消費するように充電装置を構成することにある。別の特別な目的は、装置を電子時計に用いる場合に、蓄電池が過剰に放電されるのを避けるために、装置を時計のエネルギ消費回路と結合することにある。本発明の第１の態様によれば、電源の出力電圧の関数として、また蓄電池の充電状態の関数として電圧増倍器のスイッチを入れたり、切るように構成された制御手段を含むことを特徴とする、前文に記載された形式の充電装置が提供されている。このため、光電池電源が蓄電池を実際に充電するのに十分である時、特に蓄電池の寿命を短くする過充電を避けるために必要時だけ、充電装置の作動を好ましい期間に制限することができる。電源として、蓄電池の両端子間の通常の電圧の何分の１かに過ぎない電圧を供給する１つの光電池を使用することができる。必要に応じて、直列に接続されるが、蓄電池の両端子間の電圧より低くすることができる合計電圧を提供する少なくとも２つの光電池を含む電源を用いることもできる。本発明の第２の態様は、蓄電池と、蓄電池から給電される測時手段及び表示手段を含み、上記定義の光電池及び電圧増倍器充電装置を含むことを特徴とする電子時計に関する。本発明に従った充電装置と電子時計の組み合わせは、電池が比較的低出力電圧の形式であっても、１つの光電池を使用できるため、特に好都合である。これによって、美的外観及び製造コストに関する上記の欠点を解決することができる。これによって、好ましくは表示手段の、目に見える側の全体を覆う実質的に透明な見えない電池を使用することも容易になり、設計者は文字盤及び時計全体の外観の選択を完全に自由に行うことができる。本発明の第３の態様は、蓄電池と、蓄電池から給電される測時手段及び表示手段と、蓄電池に接続された光電池電源を備えた充電装置を含み、電源と蓄電池の間に直列に接続されて、表示手段または時計の他の装置の一部を形成するコイルによって形成されたインダクタを含む電圧増倍器が充電装置に含まれることを特徴とする時計に関する。特に、表示手段がモータを含む場合、そのコイルがモータの一部を形成することができる。この組み合わせは、電圧増倍器用の誘導コイルを追加する必要がないため、特に好都合である。そのようなコイルは、電圧増倍器の比較的やっかいで重い唯一の部材である一方、その他の部材は集積回路内に組み込むことができる。コイルをなくすことによって、時計の組み立ても簡単になる。本発明の第２及び第３態様では、充電装置用の上記制御手段を時計の従来の電子手段と組み合わせて、蓄電池の充電状態が低い時、電圧増倍器の停止と並行して、特に蓄電池の１つまたは複数の放電限界の関数として表示手段及び測時手段の両方またはいずれか一方への給電を遮断することによってエネルギを節約することができる。本発明の他の特徴及び利点は、一例として挙げられて、添付の図面を参照している好適な実施例の以下の説明から明らかになるであろう。第１図は、本発明に従った蓄電池及び電圧増倍器充電装置を備えた腕時計の概略的な部分断面図であり、第２図は、腕時計の電気回路のブロック図であり、第３図は、電圧増倍器の好適な実施例を概略的に示している。第１図に概略的に示されている腕時計１はケース２を含み、それに、例えばシ −リングガスケット４を介してガラス蓋３が取り付けられている。従来通りに、ユーザはガラス蓋３を通して、文字盤５と文字盤の上を移動する針６及び７を含む表示手段を見ることができる。例えば、針とガラス蓋３の間に光電池８が配置されて、文字盤５に載置されたリング９によってガラス蓋３に押し付けられた状態で保持されている。本例では、それは、特許明細書第ＷＯ９３／１９４０５号に記載されている性質及び構造を有する透明な光電池である。この電池は、表示手段を完全に覆っているが、それは透明であるため、時間の読み取り及び文字盤の外観にまったく影響を与えない。それが光を受けると、それの出力電圧が、照射状態に応じてほぼ０．３から０．５ボルトの間で変化する。電池８は文字盤５上に載置するか、文字盤自体を形成することもできることに注意されたい。その場合、特にシリコン製の不透明電池を使用することができる。文字盤５の下方において、ケース２は特に電子時計ムーブメント１０と蓄電池１１を収容している。本例では、それは、好ましくはリチウムイオン形の、供給電圧が１．０から１．５ボルトの化学蓄電池である。しかし、本発明は他の形式の蓄電池及び電気化学コンデンサ、特にスーパコンデンサと共に使用することもできる。光電池８の電極は、文字盤５の下方に配置されている電気回路に２本の導線１２で接続されており、第１図には一方の導線だけが示されている。第２図を参照すると、腕時計１の表示手段は、蓄電池１１から与えられるエネルギを使用して針６及び７を駆動するステップモータ１３を含む。モータ１３は、例えば水晶共振器で制御された発振器２１と、ディバイダ回路及びメモリを含む電子ユニット２２をモータ用の駆動回路２３と組み合わせて含む測時集積回路２０によって制御される。発振器２１の出力信号を、駆動回路２３を制御するユニット２２が適当に処理することによって、針６及び７によって文字盤５上に時間を表示することができる。蓄電池１１の両端子間の電圧Ｖ_DDを監視するため、集積回路２０にはさらに、この電圧を１つまたは複数の限界電圧と比較して、その結果、蓄電池の電圧レベルがこれらの異なった限界より上か、下かを表す異なった値をとることができるデジタル信号ＥＯＬを発生するモニタ回路２４が設けられている。この形式の回路は、時に寿命末期回路と呼ばれて、バッテリがその寿命末期に達したかを表示するものであり、時計分野では既知である。蓄電池１１用の充電装置は、光電池８に加えて、相補型スタティックユニット２７で制御される電圧増倍器２６で形成された直流−直流変換器を含む。電圧増倍器２６は、電池８から変化する電圧Ｕ_SCの出力直流電流を受け取る。電圧増倍器２６は、スイッチが入った時、その構造に従って、電圧を例えば２から４の間の係数で増倍することによって、蓄電池１１の現在の電圧Ｖ_DDより高い出力電圧を供給する。相補型スタティックユニットは、比較器２８と、論理装置２９と、スイッチング装置３０を含み、これらの３つの素子には蓄電池の電圧Ｖ_DDが供給される。本例では、スタティック比較器２８は、０．４ボルトに設定されたスイッチング電圧を有するインバータまたはフォロワ回路ＣＭＯＳＬＶを含むことが好ましい。この値は、電池８の電圧特徴に従って選択される。それは、インバータのｐ− チャンネル及びｎ−チャンネルトランジスタ対の幾何学的寸法によって固定される。比較器２８は、出力電圧Ｕ_SCを入力信号として受け取って、この電圧がスイッチング電圧より低いか、高いかに従って、Ｕ_SC＜０．４ボルトの時に値１、Ｕ_SC ＞０．４ボルトの時に値０となる２進出力信号Ｖ_SCを論理装置２９に送る。スタティック比較器２８は、同等の効果を有する他の比較回路と交換することができることに注意されたい。しかし、それは、基準電圧源を使用しなくてもよいという利点を有する。論理装置２９は、信号Ｖ_SC及びＥＯＬを受け取って、それの状態の関数として、以下に説明する論理規則に従って２進出力信号ＣＯＮＶ、ＯＳＣ及びＤＲＩＶＥをスイッチング装置３０へ送る。これらの信号は、装置３０内の電子スイッチを制御して、供給電圧Ｖ_DDをそれぞれ電圧増倍器２６、発振器２１及びユニット２２のアセンブリ、及びモータ１３の駆動回路２３へ供給できるようにする。第２図に示されている装置の実施形態では、モニタ装置２４は蓄電池１１の電圧Ｖ_DDを１つの限界値、例えば１．０ボルトと比較する、すなわち、それの出力信号ＥＯＬは２進信号である。このため、論理装置２９の入力部に存在する２つの２進信号Ｖ_SC及びＥＯＬには、表Ｉに示されている４つの状況に対応して４種類の可能な組み合わせがあり、表Ｉは、この回路が各状況において信号ＣＯＮＶ、ＯＳＣ及びＤＲＩＶＥに与える値を示している。値１は、対応の素子のスイッチが入っていることを、値０はそのスイッチが切れていることを表す。表ＩケースＵ_SC≧０.４ｓＶ_DD≧１.０ｖＣＯＮＶＯＳＣＤＲＩＶＥＡＮＮ００＊０ＢＹＮ１０＊０ＣＮＹ０１１ＤＹＹ１１１電池８が０．４ボルト以上の電圧を供給する時だけ、電圧変換器すなわち増倍器のスイッチが入ることに注意されたい。ここで使用されている形式の蓄電池では、完全に充電されている蓄電池の両端子間の電圧が２ボルト近くまで上昇し、増倍した後でも電池の電圧はこの値に到達できないので、過充電の危険性がない。蓄電池１１の両端子間が１．０ボルトの限界値より低い場合、エネルギを節約するために、測時回路２１及び２２と表示手段２３及び１３のスイッチが切れる。蓄電池の自己放電電流の値に従って、例えば１年間までの長期間にわたって暗黒状態にあった後に電池８が再び光を受けた時でも、充電装置を作動させることができるようにするため、この限界は蓄電池の電荷の１０から２０％の間を保持できるように選択される。ＯＳＣ欄の＊記号は、モニタ回路２４が蓄電池１１の放電曲線上の２つの異なった限界電圧、例えば１．１ボルトの第１限界と、１．０ボルトの第２限界を監視する際の変化の可能性を表している。その時、信号ＥＯＬは数ビットを有する。この場合、電圧が１．１から１．０ボルトの間にある第１放電段階で、論理装置２９は信号ＤＲＩＶＥを値０にして、最も電流を消費する素子２３及び１３のスイッチを切る、すなわち表示を停止する。反対に、蓄電池が充電中である時でも腕時計が測時するように、測時回路２１ないし２２は作動し続ける。信号ＯＳＣが０になって測時回路を停止させるのは、電圧ＶＤＤが１．０ボルトより低くなった場合だけである。しかしながら、蓄電池の残留電荷は、光電池８が再び光を受けた時に充電装置に給電するのに十分である。モニタ回路２４はまた、蓄電池１１の充電レベルが非常に高いことを信号ＥＯＬで表示することができる。その場合、論理装置２９が信号ＣＯＮＶで電圧増倍器２６のスイッチを切ることによって、蓄電池を制御することができる。第３図は、ノード３３とアースの間で蓄電池１１に並列に接続された電子スイッチ３２を含む直流電圧増倍器２６の既知の実施形態を示しており、ショットキーダイオード３４がノード３３と蓄電池の間に直列に接続されている一方、インダクタ３５がノード３３と光電池８から電圧ＵＳＣを受け取る入力端子３６の間に直列に接続されている。スイッチ３２は、スイッチング装置３０から送られる妥当性検査信号ＥＮＣＮＶによって作動する制御回路３７によって周期的に開閉される。スイッチ３２が開く毎に、インダクタ３５による高電圧誘導電流が蓄電池１１を充電する。スイッチ３２及びその制御回路３７は、例えばマキシム( Ｍａｘｉｍ)社のＭＡＸ６３１型回路で形成することができる。この電圧増倍器の１つの好都合な面は、通常は腕時計表示手段を駆動することを目的としたステップモータ１３のステータ誘導コイルをインダクタ３５として利用できることにある。このモータは表示用に短時間作動するだけであるため、そのような時間以外で、すなわち大部分の時間でそのコイルを電圧増倍器２６に接続することが可能である。このため、本発明に従って装置を製造するために、比較的重くかさばる素子であるコイルを腕時計に追加する必要がない。その場合、コイルの前後に電子スイッチング装置３８及び３９を設けて、駆動回路２３から送られる制御信号Ｘの関数として、それを電圧増倍器２６及びモータ１３の回路に交互に接続できるように構成する。ダイオード３４が存在する結果、装置３９はいずれの場合にも必要というわけではないことに注意されたい。充電装置はまた、モータ１３のステータコイルの代わりに、時計の他の装置、特にアラーム装置内の既存のコイル、例えばエレクトロルミネセンス素子に給電するための変圧器、または圧電モータに並列に接続されたコイルを利用することもできる。モータコイルまたは他の装置のコイルを電圧変換器のインダクタ３５として使用することによって、軽量でコンパクトな低価格構造が可能となり、変換器の他の構成要素はスタティック装置２７を含む集積回路、特に上記の集積回路２０に容易に組み込むことができるため、この構造は時計に特に適している。本発明の用途は光化学形式の光電池の場合に限定されないで、他の形式、特に単結晶または多結晶無定形シリコン電池にも拡がることに注意されたい。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項【提出日】１９９８年５月１１日（１９９８．５．１１）【補正内容】補正請求の範囲１．蓄電池（１１）と、蓄電池から給電される測時手段（２１、２２）及び表示手段（６、７、１３、２３）と、蓄電池（１１）に接続された光電池電源（８）を備えた充電装置を含む電子時計（１）であって、その充電装置に、電源と蓄電池の間に直列に接続されて、表示手段または時計の他の装置の一部を形成するコイルによって形成されたインダクタ（３５）を含む電圧増倍器（２６）が含まれることを特徴とする時計。２．表示手段はモータ（１３）を含み、前記コイルはそのモータの一部を形成していることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の時計。３．充電装置は、光電池電源（８）の出力電圧（Ｕ_SC）の関数として電圧増倍器のスイッチを入れたり、切るように構成された制御手段（２４、２７）を含むことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の時計。４．前記制御手段（２４、２７）はまた、蓄電池の充電状態が第１限界状態より低い時、表示手段（６、７、１３、２３）への給電を遮断するように構成されていることを特徴とする請求の範囲第３項に記載の時計。５．前記制御手段（２４、２７）はまた、蓄電池の充電状態が第１限界状態より、または第２限界状態より低い時、測時手段（２１、２２）への給電を遮断するように構成されていることを特徴とする請求の範囲第４項に記載の時計。６．電源（８）は、表示手段の目に見える側の前に広がっている１つまたは複数のほぼ透明の光電池を含むことを特徴とする請求の範囲第１項から第５項までのいずれか１項に記載の時計。７．電源（８）は、１つの光電池を含むことを特徴とする請求の範囲第１項から第５項までのいずれか１項に記載の時計。８．電源（８）は、直列に接続された少なくとも２つの光電池を含むことを特徴とする請求の範囲第１項から第５項までのいずれか１項に記載の時計。９．制御手段（２４、２７）に、電源（８）の出力電圧（Ｕ_SC）を表すアナログ信号を受け取って、その出力電圧が所定閾値より高いか、低いかを表す２進信号（Ｖ_SC）を発生するように構成された比較装置（２８）が含まれることを特徴とする請求の範囲第３項に記載の時計。１０．比較装置（２８）は、蓄電池から給電されるスタティック比較器であることを特徴とする請求の範囲第９項に記載の時計。１１．スタティック比較器（２８）は、少なくとも１対の相補型ｐ及びｎ型トランジスタを含むインバータまたはフォロワＣＭＯＳ回路であり、スタティック比較器は、そのトランジスタの幾何学的寸法によって固定されたスイッチング電圧を有することを特徴とする請求の範囲第１０項に記載の時計。１２．制御手段（２４、２７）に、蓄電池の両端子間の電圧（ＶＤＤ）を入力として受け取って、蓄電池電圧信号（ＥＯＬ）を発生する電圧モニタ回路（２４）と、前記２進信号（Ｖ_SC）及び前記蓄電池電圧信号（ＥＯＬ）を受け取って、電圧増倍器のスイッチを入れたり、切るために少なくとも１つの制御信号（ＣＯＮＶ）を発生する論理回路（２９）が含まれることを特徴とする請求の範囲第９項に記載の時計。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＡＵ，ＣＨ，ＣＮ，ＪＰ，ＫＲ，ＳＧ，ＵＳ

Claims

【特許請求の範囲】１．蓄電池用であり、蓄電池（１１）に接続された光電池電源（８）と、電源と蓄電池の間に直列に接続された電圧増倍器（２６）を有する充電装置であって、電源（８）の出力電圧（Ｕ_SC）の関数として、また蓄電池の充電状態（ＥＯＬ）の関数として電圧増倍器（２６）のスイッチを入れたり、切るように構成された制御手段（２４、２７）を含むことを特徴とする充電装置。２．電源（８）は、１つの光電池を含むことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の充電装置。３．電源（８）は、直列に接続された少なくとも２つの光電池を含むことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の充電装置。４．制御手段（２４、２７）に、電源（８）の出力電圧（Ｕ_SC）を表すアナログ信号を受け取って、該出力電圧が所定閾値より高いか、低いかを表す２進信号（Ｖ_SC）を発生するように構成された比較装置（２８）が含まれることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の充電装置。５．比較装置（２８）は、蓄電池から給電されるスタティック比較器であることを特徴とする請求の範囲第４項に記載の充電装置。６．スタティック比較器（２８）は、少なくとも１対の相補型ｐ及びｎ型トランジスタを含むインバータまたはフォロワＣＭＯＳ回路であり、スタティック比較器は、該トランジスタの幾何学的寸法によって固定されたスイッチング電圧を有することを特徴とする請求の範囲第５項に記載の充電装置。７．制御手段（２４、２７）に、蓄電池の両端子間の電圧（ＶＤＤ）を入力として受け取って、蓄電池電圧信号（ＥＯＬ）を発生する電圧モニタ回路（２４）と、前記２進信号（Ｖ_SC）及び前記蓄電池電圧信号（ＥＯＬ）を受け取って、電圧増倍器のスイッチを入れたり、切るために少なくとも１つの制御信号（ＣＯＮＶ）を発生する論理回路（２９）が含まれることを特徴とする請求の範囲第４項に記載の充電装置。８．蓄電池（１１）と、蓄電池から給電される測時手段（２１、２２）及び表示手段（６、７、１３、２３）を含む電子時計（１）であって、請求の範囲第１項から第７項までのいずれか１項に記載の光電池電源（８）及び電圧増倍器を備えた充電装置を含むことを特徴とする電子時計（１）。９．蓄電池（１１）と、蓄電池から給電される測時手段（２１、２２）及び表示手段（６、７、１３、２３）と、蓄電池（１１）に接続された光電池電源（８）を備えた充電装置を含む時計（１）であって、該充電装置に、電源と蓄電池の間に直列に接続されて、表示手段または時計の他の装置の一部を形成するコイルによって形成されたインダクタ（３５）を含む電圧増倍器（２６）が含まれることを特徴とする時計。１０．表示手段はモータ（１３）を含み、前記コイルは該モータの一部を形成していることを特徴とする請求の範囲第９項に記載の時計。１１．充電装置は、光電池電源（８）の出力電圧（Ｕ_SC）の関数として電圧増倍器のスイッチを入れたり、切るように構成された制御手段（２４、２７）を含むことを特徴とする請求の範囲第８項または第９項に記載の時計。１２．該制御手段（２４、２７）はまた、蓄電池の充電状態が第１限界状態より低い時、表示手段（６、７、１３、２３）への給電を遮断するように構成されていることを特徴とする請求の範囲第１１項に記載の時計。１３．前記制御手段（２４、２７）はまた、蓄電池の充電状態が第１限界状態より、または第２限界状態より低い時、測時手段（２１、２２）への給電を遮断するように構成されていることを特徴とする請求の範囲第１２項に記載の時計。１４．電源（８）は、表示手段の、目に見える側の前方に延在した１つまたは複数のほぼ透明の光電池を含むことを特徴とする請求の範囲第８項から第１３項までのいずれか１項に記載の時計。