具有能量采集功能的计时器 |
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| 申请号 | CN201410609280.6 | 申请日 | 2014-10-31 | 公开(公告)号 | CN105425575A | 公开(公告)日 | 2016-03-23 |
| 申请人 | 宏达国际电子股份有限公司; | 发明人 | 陈建志; 郭彦良; 何建廷; | ||||
| 摘要 | 一种具有 能量 采集功能计时器，包含无线充电模 块 、多个 指针 与驱动模块。指针连接无线充电模块。至少其中的一指针作为无线充电模块的接收天线。驱动模块连接无线充电模块与指针。驱动模块自无线充电模块撷取能量以驱动指针运转。上述的计时器利用指针当作接收天线进行无线充电，以提供计时器的指针运转的动 力 来源。如此一来，计时器即能维持其电力，可不需进行更换 电池 或手动上链 发条 ，其便能提供指针足够的动力来源，亦能克服如传统 动能 表需配戴才能运作的缺点。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种具有能量采集功能的计时器，其特征在于，包含： |
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| 说明书全文 | 具有能量采集功能的计时器技术领域[0001] 本发明是有关于一种具有能量采集功能的计时器。 背景技术[0002] 目前，具实体指针的手表以机械表与石英表为大宗。机械表利用手动或自动上链发条以产生指针转动的动力来源。若使用者一段时间没有上链，发条所储存的机械能便会慢慢耗尽，造成时间误差，甚至停止运转。另外，石英表则需要内建电池以供给动力来源。若电池电量用尽则需拆解手表进行电池的更换。因此，不论是机械表或是石英表，皆需利用人工方式以能维持手表的运作。 发明内容[0003] 本发明的一方面提供一种具有能量采集功能的计时器，包含无线充电模块、多个指针与驱动模块。指针连接无线充电模块。至少其中的一指针作为无线充电模块的接收天线。驱动模块连接无线充电模块与指针。驱动模块自无线充电模块撷取能量以驱动指针运转。 [0004] 在一或多个实施方式中，无线充电模块包含整流器、电压转换器、储电装置与电源管理芯片。整流器用以将接收天线所接收的电磁波转换为直流电。电压转换器用以调整直流电的电压。电源管理芯片连接储电装置、电压转换器与驱动模块。电源管理芯片用以将直流电传至储电装置，并将储电装置的能量传递至驱动模块。 [0005] 在一或多个实施方式中，具有能量采集功能的计时器还包含无线通讯模块，连接无线充电模块。无线充电模块提供能量至无线通讯模块。 [0006] 在一或多个实施方式中，具有能量采集功能的计时器还包含切换模块，连接指针、无线通讯模块与无线充电模块。切换模块用以选择性地将其中的一指针与无线通讯模块作连接，并且切断指针与无线充电模块之间的连接。与无线通讯模块连接的指针是作为无线通讯模块的传输天线。 [0007] 在一或多个实施方式中，无线通讯模块包含无线通讯芯片与匹配电路。匹配电路连接无线通讯芯片与切换模块，用以匹配无线通讯芯片与传输天线之间的阻抗。 [0008] 在一或多个实施方式中，无线通讯模块为蓝芽模块。 [0010] 在一或多个实施方式中，驱动模块包含石英振荡器、集成电路、步进马达与齿轮组。石英振荡器用以提供时脉信号。集成电路连接石英振荡器。步进马达连接集成电路。齿轮组连接指针与步进马达。集成电路根据时脉信号驱动步进马达，使得步进马达带动齿轮组转动。 [0011] 在一或多个实施方式中，指针的长度皆不同。 [0012] 在一或多个实施方式中，计时器为手表或时钟。 [0014] 图1为本发明一实施方式的具有能量采集功能的计时器的正视图； [0015] 图2为图1的计时器的功能方块图； [0016] 图3为本发明另一实施方式的具有能量采集功能的计时器的功能方块图。 具体实施方式[0017] 以下将以附图揭露本发明的多个实施方式，为明确说明起见，许多实务上的细节将在以下叙述中一并说明。然而，应了解到，这些实务上的细节不应用以限制本发明。也就是说，在本发明部分实施方式中，这些实务上的细节是非必要的。此外，为简化附图起见，一些已知惯用的结构与元件在附图中将以简单示意的方式绘示。 [0018] 图1为本发明一实施方式的具有能量采集功能的计时器的正视图，图2为图1的计时器的功能方块图。如图所示，具有能量采集功能的计时器(在此简称“计时器”)，例如一模拟接口的计时器，包含无线充电模块110、多个指针与驱动模块150。例如在图1与图2中，计时器包含指针132、134与136。指针132、134与136连接无线充电模块110。至少其中的一指针132、134与136作为无线充电模块110的接收天线。驱动模块150连接无线充电模块110与指针132、134与136。驱动模块150自无线充电模块110撷取能量以驱动指针132、134与136运转。 [0019] 简言之，本实施方式的计时器利用指针132、134与136当作接收天线进行无线充电，以提供计时器的指针132、134与136运转的动力来源。具体而言，由于现在无线通讯的发达，生活周遭环境充满了基地台与无线网络基地台(WiFi AP)的电磁波。经由指针132、134及136与电磁波的耦合，指针132、134与136能够将电磁波的能量传递至无线充电模块 110。而无线充电模块110则可将其接收的能量传输至驱动模块150，以驱动指针132、134与136的运转。如此一来，本实施方式的计时器即能维持其电力，可不需进行更换电池或手动上链发条，其便能提供指针132、134与136足够的动力来源，亦能克服如传统动能表需配戴才能运作的缺点。 [0020] 在本实施方式中，计时器可为手表或时钟，亦即，指针132为时针，指针134为分针，且指针136为秒针。然而在其他的实施方式中，指针的个数可依盘面设计而不同，例如仅包含时针与分针，或者包含多组指针的计时系统，以提供不同时区的时间。指针132、134与136的材质可皆为金属材质，以提高接收电磁波的效率。 [0021] 因指针132、134与136的长度决定所接收到的电磁波的频率，因此在本实施方式中，指针132、134与136的长度可皆不同，以增加接收到的电磁波的种类。例如指针132的长度L1为约1.5厘米，指针134的长度L2为约2.1厘米，而指针136的长度L3为约2.4厘米，如此一来指针132与电磁波的耦合频率为约2.4GHz(其为蓝芽与无线网络(WiFi)的通讯频率)，指针134与电磁波的耦合频率为约1910～2170MHz(其为3G网络的通讯频率)，而指针136与电磁波的耦合频率为约900MHz(其为全球移动通讯系统(GSM)的通讯频率)。然而在其他的实施方式中，指针132、134与136的长度L1、L2与L3可依实际情况而设计，本发明不以此为限。 [0022] 在本实施方式中，无线充电模块110包含整流器112、电压转换器114、储电装置116与电源管理芯片(Power Management IC)118。整流器112用以将接收天线(即指针 132、134与136)所接收的电磁波转换为直流电。电压转换器114用以调整直流电的电压。 电源管理芯片118连接储电装置116、电压转换器114与驱动模块150。电源管理芯片118用以将直流电传至储电装置116，并将储电装置116的能量传递至驱动模块150。 [0023] 详细而言，当指针132、134与136与电磁波进行耦合时，整流器112会将电磁波的电能转换为直流电。接着电压转换器114则将直流电的电压调整至储电装置116所需的电压后进入电源管理芯片118。电源管理芯片118再将直流电传递至储电装置116，如此一来，即完成了无线充电模块110的充电程序。 [0024] 另外，当储电装置116越趋近充饱状态时，电源管理芯片118的输入阻抗(Input Impedance)会逐渐增加，使得电压转换器114流入电源管理芯片118的电流逐渐变小。而当储电装置116充满电后，电源管理芯片118的输入阻抗会变成开路，使得电压转换器114的电流变成零，因此从空间中收集到的电磁波将不会再被转换成电能，以保护无线充电模块110。 [0025] 在一或多个实施方式中，无线充电模块110所储存的能量不但可提供指针132、134与136的运转，亦能提供能量给计时器中其他需使用电能的元件，例如提供闹铃的电能，可侦测生理状态的感测元件或者提供数据传输功能。以数据传输而言，计时器还可包含无线通讯模块170，连接无线充电模块110，更进一步而言，连接至无线充电模块110的电源管理芯片118。无线充电模块110提供能量至无线通讯模块170。也就是说，无线充电模块 110所储存的能量可供给无线通讯模块170，以进行通讯工作。如此的设置例如可应用于家电互联网中，计时器与其他家电之间的通讯。 [0026] 在一或多个实施方式中，指针132、134或136亦可作为无线通讯模块170的传输天线。具体而言，计时器还可包含切换模块190，连接指针132、134与136、无线通讯模块170与无线充电模块110。切换模块190用以选择性地将其中的一指针(在本实施方式为指针132，然而在其他的实施方式亦可为其他指针)与无线通讯模块170作连接，并且切断指针132与无线充电模块110之间的连接。故与无线通讯模块170连接的指针132是作为无线通讯模块170的传输天线。 [0027] 详细而言，切换模块190例如为三刀二掷(3 Pole 2 Throw，3P2T)开关。在计时器处于无线充电状态时，切换模块190将指针132、134与136皆连接至无线充电模块110。当计时器有无线通讯的需求时，切换模块190可将其中的一指针(在本实施方式为指针132)连接至无线通讯模块170，并切断指针132与无线充电模块110之间的连接，而指针134与136仍连接至无线充电模块110。也就是说，指针132用以作为无线通讯模块170的传输天线，而同时指针134与136用以作为无线充电模块110的接收天线，如此一来计时器即可同时进行无线充电与无线通讯的功能。 [0028] 在本实施方式中，无线通讯模块170包含无线通讯芯片172与匹配电路174。匹配电路174连接无线通讯芯片172与切换模块190，用以匹配无线通讯芯片172与传输天线(在本实施方式中为指针132)之间的阻抗，借此提升指针132与无线通讯芯片172之间的耦合。而无线通讯芯片172则用以处理无线通讯的程序。 [0029] 在本实施方式中，无线通讯模块170可为蓝芽模块，亦即其对应的传输天线为指针132。在平常时，切换模块190可将指针132、134与136皆连接至无线充电模块110。而当计时器欲发出定位信号(如Beacon)时，切换模块190可将指针132短暂地切换至与无线通讯模块170作连接以发出信号。另外，当无线通讯模块170的无线通讯芯片172欲发出通讯或传输数据的指令时，切换模块190可将指针132连接至无线通讯模块170的时间拉长，直到通讯或传输动作结束为止。无线通讯模块170亦可为GPS模块等。 [0030] 在无线充电的效率方面，以充电源为无线网络(WiFi)为例。表一为计时器在1W无线网络基地台(WiFi AP)的状况下可以接收的功率。由表一可知，当无线网络基地台的天线增益为19dBi，且距离计时器约5米时可接收到约314μW的功率。 [0031] 表一：计时器在1W无线网络基地台可以接收的功率 [0032]天线增益 距离 接收的功率 16dBi 5米 157μW 16dBi 10米 39μW 19dBi 5米 314μW 19dBi 10米 78μW [0033] 另外，在系统功率的消耗方面，低耗能蓝芽(Bluetooth Low Energy,BLE)的平均耗电流为约60～80μA，相当于约240μW(取自Broadcom BCM20715 datasheet的数据)。而一般石英表的平均消耗功率为1～4μW。当计时器的充电功率大于消耗功率(例如未使用无线通讯功能时)，其多出来的能量即可储存于储电装置116中。 [0034] 在本实施方式中，驱动模块150为机械齿轮组150’(如图1所示)，其中图1的机械齿轮组150’的组成仅为例示，并非用以限制本发明。具体而言，电源管理芯片118将储电装置116的能量传输至机械齿轮组150’，提供机械齿轮组150’转动，借此带动指针132、134与136的运转。 [0035] 然而驱动模块150的结构不以机械齿轮组150’为限。接着请参照图3，其为本发明另一实施方式的模拟接口的计时器的功能方块图。在本实施方式中，驱动模块150包含石英振荡器152、集成电路154、步进马达156与齿轮组158。石英振荡器152用以提供时脉信号。集成电路154连接石英振荡器152。步进马达156连接集成电路154。齿轮组158连接指针132、134与136与步进马达156。集成电路154根据时脉信号驱动步进马达156，使得步进马达156带动齿轮组158转动。电源管理芯片118会供电至石英振荡器152、集成电路154与步进马达156，因此步进马达156能够通过齿轮组158而使指针132、134与136转动。 [0036] 综合上述，因上述实施方式的计时器利用指针当作接收天线进行无线充电，以提供计时器的指针运转的动力来源。如此一来，本实施方式的计时器即能维持其电力，可不需进行更换电池或手动上链发条，其便能提供指针足够的动力来源，亦能克服如传统动能表需配戴才能运作的缺点。更进一步地，计时器可还包含无线通讯模块，利用撷取无线充电模块所收集的电能来进行无线通讯或传输工作，且指针亦可作为无线讯讯模块的传输天线，不但能节省元件空间，亦能减少元件成本。 [0037] 虽然本发明已以实施方式揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟悉此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附的权利要求书所界定的范围为准。 |
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