(57)【要約】【課題】電池に代わる電源として機能する発電装置を実現する。【解決手段】腕時計１００がユーザの手首に装着されると、腕時計１００のベルトに一体化された発電部２０は、腕の動きや手首の脈動に応じて起電力を発生する複数の圧電素子モジュール５００と、使用環境下における受光量に従って光電変換した起電力を発生する複数の太陽電池素子アレイ３０と、これら起電力を蓄電した電荷を所定電圧に昇圧して出力する回路部６０とを備えるので、電池に代わる電源として機能する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ユーザに装着するベルトに設けられ、当該ユーザの動きに応じて起電力を発生する第１の発電手段と、
ユーザに装着されたベルトの使用環境下での受光量に応じて光電変換した起電力を発生する第２の発電手段と、
前記第１および第２の発電手段が発生する各起電力を蓄電した電荷を所定電圧に昇圧して出力する出力手段と
を具備することを特徴とする発電装置。
【請求項２】
前記第１の発電手段は、基端に電極を配設して片持ち支持し、先端部に重りを配設したバイモルフ構造の圧電素子を複数設け、ユーザの動きに応じて、それら圧電素子の先端部が揺動変位するのに従って各基端の電極からそれぞれ起電力を発生することを特徴とする請求項１記載の発電装置。
【請求項３】
素子長および先端部に配設される重りの重量を異ならせた複数種の圧電素子を有することを特徴とする請求項２記載の発電装置。
【請求項４】
前記第２の発電手段は、前記ベルトの表面側に貼設されるシート状の複数の太陽電池素子アレイから構成されることを特徴とする請求項１記載の発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、携帯用電子機器の電池に代わる電源として機能する発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯用の電子機器を充電する充電器として、例えば特許文献１には、熱電発電素子を有する熱電発電ユニットと、複数の熱電発電ユニットが湾曲自在にかつ電気的に接続されたバンドと、バンドの一端に設けられ、バンドと電気的に接続された蓄電池とから構成され、バンドをユーザの腕に装着した場合に、周囲温度と人体温度との温度差に応じて熱電発電ユニットが発生する電力で蓄電池を充電するようにした充電器が開示されている。
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−２０６０３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記特許文献１に開示の充電器は、熱電発電ユニットだけで発電を行っていることから高効率な電気エネルギー変換が望めず、電池に代わる電源として機能することが出来ない、という問題がある。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、電池に代わる電源として機能することができる発電装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、ユーザに装着するベルトに設けられ、当該ユーザの動きに応じて起電力を発生する第１の発電手段と、ユーザに装着されたベルトの使用環境下での受光量に応じて光電変換した起電力を発生する第２の発電手段と、前記第１および第２の発電手段が発生する各起電力を蓄電した電荷を所定電圧に昇圧して出力する出力手段とを具備することを特徴とする。
【０００７】
上記請求項１に従属する請求項２に記載の発明では、前記第１の発電手段は、基端に電極を配設して片持ち支持し、先端部に重りを配設したバイモルフ構造の圧電素子を複数設け、ユーザの動きに応じて、それら圧電素子の先端部が揺動変位するのに従って各基端の電極からそれぞれ起電力を発生することを特徴とする。
【０００８】
上記請求項２に従属する請求項３に記載の発明では、  素子長および先端部に配設される重りの重量を異ならせた複数種の圧電素子を有することを特徴とする。
【０００９】
上記請求項１に従属する請求項４に記載の発明では、前記第２の発電手段は、前記ベルトの表面側に貼設されるシート状の複数の太陽電池素子アレイから構成されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明では、電池に代わる電源として機能することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図１は実施の一形態による発電装置を備えた腕時計１００の外観を示す外観図である。腕時計１００は、時計本体部１０と、この時計本体部１０に接続されるベルトとして機能すると共に、時計本体部１０に電源供給する発電部２０とから構成される。発電部２０は、シート状に形成された複数の太陽電池素子アレイ３０と、可撓性を有するベルト基材４０に内包される圧電発電ユニット５０と、ベルト基材４０に内包される回路部６０とから構成される。
【００１２】
次に、図２〜図７を参照して発電部２０の構造を説明する。図２は、ベルト長手方向に沿った発電部２０の断面構造を示す断面図である。シート状に形成された複数の太陽電池素子アレイ３０は、ベルト表面に設けられ、図３に図示するように、最上層の保護フィルム／集電極３０１、透明電極３０２、アモルファスシリコン層（ｐ層３０３、ｉ層３０４およびｎ層３０５）および裏面電極５０６からなる太陽電池素子を２次元配列してシート状に形成したものであり、受光量に応じた光起電流を発生する。
【００１３】
ベルト基材４０に内包される圧電発電ユニット５０は、複数の圧電素子モジュール５００を備える。ここで、図２、図４および図５を参照して圧電発電ユニット５０の構造および圧電素子モジュール５００の構造について説明する。なお、図４は圧電発電ユニット５０の断面構造を示す断面図、図５は図４中の矢視Ａ方向から見た発電部２０および圧電発電ユニット５０の断面構造を示す断面図である。
【００１４】
先ず図５に図示するように、圧電発電ユニット５０は、ベルト基材４０と同様に可撓性を有する部材により隔室構造を形成する。圧電発電ユニット５０の隔室内部には、図２および図４に図示する通り、ベルト長手方向に沿って複数の圧電素子モジュール５００が並列に配設される。
【００１５】
１つの圧電素子モジュール５００は、図４および図５に図示する通り、両サイドのユニット隔壁５１に嵌着してモジュール全体を支持固定するモジュール支柱５０１と、このモジュール支柱５０１と同軸に固着される電極固定部５０２と、電極固定部５０２の両側部にそれぞれ配設される４つの電極部５０３と、２枚の圧電セラミックを貼り合わせたバイモルフ構造を有し、その基端が電極部５０３に接続され、他端の下面側に重り５０５が固着された素子部５０４とから構成される。
【００１６】
上記構造による圧電素子モジュール５００では、腕時計１０がユーザの腕に嵌められている場合、図６に図示するように、ユーザの腕の動きや手首の脈動に応じて、各圧電素子モジュール５００の８つの素子部５０４が、それぞれ圧電発電ユニット５０の隔室内部で揺動変位することによって電極部５０３に電圧（起電力）が発生する。１つの素子部５０４が発生する起電力は極めて微少であるが、１つの圧電素子モジュール５００当たり８つの素子部５０４を備え、かつ圧電素子モジュール５００を複数並列的に配設することにより充分な起電力を生成し得る。
【００１７】
上述のシート状に形成された複数の太陽電池素子アレイ３０が発生する光起電力と、複数の圧電素子モジュール５００が発生する起電力とは、図示していないが、ベルト基材４０内部に配設される接続ラインを経て、図７に図示する回路部６０に入力される。回路部６０は、図８に図示するように、全波整流回路６１、逆流防止回路６２、蓄電回路６３および出力回路６４を備える。
【００１８】
全波整流回路６１は、上述した圧電発電ユニット５０が備えなる複数の圧電素子モジュール５００の各出力（圧電起電力）を全波整流して蓄電回路６３に供給する。逆流防止回路６２は、起電流逆流防止用のダイオードを備え、シート状に形成された複数の太陽電池素子アレイ３０から出力される光起電流を蓄電回路６３に供給する。蓄電回路６３は、全波整流回路６１および逆流防止回路６２の各出力を蓄電するキャパシタを備える。出力回路６４は、蓄電回路６３に蓄電された電荷に基づき所定電圧に昇圧した出力電圧を発生する。出力回路６４が発生する出力電圧は、図７に図示するように、ベルト基材４０中に設けられたフレキシブル基板の出力経路ＯＵＴを介して時計部１０の駆動電源として供給される。
【００１９】
以上説明したように、本実施形態では、ユーザの手首に装着され、腕の動きや手首の脈動に応じて起電力を発生する複数の圧電素子モジュール５００と、使用環境下における受光量に従って光電変換した起電力を発生する複数の太陽電池素子アレイ３０とを備え、これら起電力を蓄電した電荷を所定電圧に昇圧して出力するので、電池に代わる電源として機能することができる。
【００２０】
なお、上述した実施形態では、１つの圧電素子モジュール５００において、素子長および先端部に配設される重り５０５の重量を全て同一とした８つの素子部５０４を備えるようにしたが、これに替えて、素子長や重り５０５の重量を異ならせた複数種の素子部５０４を用いて圧電素子モジュール５００を構成する態様とすることも可能である。
【００２１】
すなわち、２枚の圧電セラミックを貼り合わせたバイモルフ構造の素子部５０４の長さと、当該素子部５０４の先端部に配設される重り５０５の重量とを異ならせることによって、例えばユーザの手首の脈動に共振するような素子長および重りの重量を設定したり、ユーザが歩行時に振る腕の動きに共振するような素子長および重りの重量を設定すれば、安静時や歩行時など様々な状況でユーザの動きを効率良く電気エネルギーに変換することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明による実施の一形態による腕時計１００の外観を示す外観図である。
【図２】発電部２０の断面構造を示す断面図である。
【図３】発電部２０のベルト表面側に設けられる太陽電池素子アレイ３０の構造を示す断面図である。
【図４】圧電発電ユニット５０の断面構造を示す断面図である。
【図５】図４中の矢視Ａ方向から見た発電部２０および圧電発電ユニット５０の断面構造を示す断面図である。
【図６】圧電素子モジュール５００の発電メカニズムを説明するための図である。
【図７】ベルト基材４０に内包れる回路部６０を示す断面図である。
【図８】回路部６０の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００２３】
１００  腕時計
１０  時計本体部
２０  発電部
３０  太陽電池素子アレイ
４０  ベルト基材
５０  圧電発電ユニット
５１  ユニット隔室
５００  圧電素子モジュール
５０１  モジュール支柱
５０２  電極固定部
５０３  電極部
５０４  素子部
５０５  重り
６０  回路部
６１  全波整流回路
６２  逆流防止回路
６３  蓄電回路
６４  出力回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2010016936.tif 000008
【図７】
2010016936.tif 000009
【図８】
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