CH703558A1 - Tragbares Gerät mit verbesserter Energieautonomie. - Google Patents

Abstract

Ein tragbares elektronisches Gerät wird offenbart, welches für einen Betrieb Energie einer ersten Form, insbesondere elektrische Energie, benötigt. Das Gerät umfasst: mindestens einen Wandler (11, 18, 12, 13, 19), welcher geeignet ist, zwischen mindestens einer zweiten Form von Energie und der ersten Form von Energie umzuwandeln, und welcher für mindestens eine bestimmungsgemässe Funktion des Geräts erforderlich ist. Dabei ist der mindestens eine Wandler geeignet, in einem Lademodus Energie der zweiten Form in Energie der ersten Form umzuwandeln und diese abzugeben, und die im Lademodus von dem mindestens einen Wandler abgegebene Energie erster Form ist dem Gerät zu einer Versorgung mit Energie zuführbar. Besonders vorteilhaft kann die vorliegende Erfindung zur Verbesserung der Energieeffizienz von tragbaren Telefonen eingesetzt werden.

Description

[0001] Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Energieversorgung von Geräten. Sie betrifft insbesondere ein tragbares Gerät und ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Geräts nach dem Oberbegriff der unabhängigen Patentansprüche.

Stand der Technik

[0002] Tragbare elektronische Geräte benötigen bei einem Betrieb elektrische Energie. Diese wird im Allgemeinen von einem oder mehreren ebenfalls tragbaren Energiespeichern zur Verfügung gestellt, der/die mit dem Gerät fest oder trennbar verbunden ist/sind.

[0003] Beispiele tragbarer elektronischer Geräte sind tragbare Kommunikationsgeräte, insbesondere Mobiltelefone oder drahtlose Telefone, Tonaufzeichnungsgeräte, CD-, DVD-, und Mediaplayer (Wiedergabegeräte für Audio und Video, insbesondere MP3-Player), tragbare Spielkonsolen und Fernsehgeräte, externe Festplatten, Foto- und Videokameras, Navigationsgeräte etc. Weitere Beispiele sind tragbare Computer (z.B. Notebooks) und PDAs («personal digital assistant» - sog. tragbare persönliche Assistenten). Letztere werden teilweise auch als «Pocket PC» oder «Handheld» bezeichnet. Diese waren ursprünglich primär als elektronische Kalender und Notizbücher konzipiert; aktuelle Geräte weisen jedoch einen Funktionsumfang auf, der demjenigen tragbarer Computer nahe kommt. Auch tragbare Steuerungsgeräte, wie etwa Fernbedienungen oder Controller, insbesondere drahtlose bewegungssensitive Controller, welche mittels Gesten und Bewegung eine intuitive Steuerung beispielsweise von Spielkonsolen erlauben, sind bekannte Beispiele.

[0004] Nach einer Entleerung eines Energiespeichers wird dieser im Allgemeinen entweder ersetzt oder wiederaufgeladen. Aus ökologischen und praktischen Gründen werden zunehmend wiederaufladbare Energiespeicher eingesetzt. Dabei kommen insbesondere Akkumulatoren, üblicherweise kurz Akkus genannt, zum Einsatz. Auch wiederaufladbare Brennstoffzellen oder Kondensatoren finden Verwendung, letztere insbesondere in Geräten mit einem relativ geringen Energiebedarf.

[0005] Ein grosser Teil der benötigten elektrischen Energie dient dazu, bei einem bestimmungsgemässen Gebrauch Signale zu erzeugen, welche eine Kommunikation der Geräte mit einer Umgebung, insbesondere einem Benutzer, ermöglichen. Dies geschieht im Allgemeinen unter Verwendung einer oder mehrerer Wandler, welche die elektrische Energie in eine Energie einer zweiten Form umwandeln. Bei einem Mobiltelefon kommen solche Wandler beispielsweise in Gestalt von bzw. in Verbindung mit einem Lautsprecher, einer Bildschirmanzeige (Display), einer Antenne oder ähnlichem zum Einsatz und wandeln die elektrische Energie in akustische Energie, Lichtenergie, Mikrowellenenergie usw. um.

[0006] Trotz beachtenswerter Fortschritte in der Akkutechnologie wird eine Laufzeit, d.h. eine durchschnittliche oder maximale Zeitspanne, während welcher nach einem kompletten Aufladen des Energiespeichers oder einem Einsetzen eines vollen Energiespeichers in das Gerät Energie für dessen Betrieb zur Verfügung steht, im allgemeinen als zu kurz empfunden. Dies ist in erheblichem Masse darauf zurückzuführen, dass moderne tragbare Geräte einen ständig wachsenden Funktionsumfang aufweisen und deswegen häufig verwendet werden.

[0007] Dies trifft beispielsweise auf Mobiltelefone zu, die aktuell neben einer nominellen Funktion - einer Verwendung zum Telefonieren - fast ausnahmslos auch als PDA, Foto- oder Videokamera, Media-Player, Radio- oder Fernsehempfänger, Navigationsgerät, Tonaufzeichnungsgerät, Taschenrechner, Spielkonsole etc. verwendet werden können. Zu jeder dieser Verwendungen gehört mindestens eine korrespondierende Funktion. Derartige Funktionen werden im Folgenden als bestimmungsgemässe Funktionen elektronischer Geräte bezeichnet. Weitere übliche bestimmungsgemässe Funktionen elektronischer Geräte umfassen Datenspeicherfunktionen (insbesondere bei externen Festplatten oder Flash-Speichern), Speicherung und Darstellung von Texten (insbesondere bei Lesegeräten für elektronische Bücher), Datenübertragung und -Verarbeitung (insbesondere bei tragbaren Computern), usw. Diese bestimmungsgemässen Funktionen sind dadurch charakterisiert, dass sie für einen Anwender oder Benutzer des Geräts einen Nutzen schaffen oder schaffen können, der über den Betrieb des Geräts als solchen hinausgeht. Unter einem bestimmungsgemässen Gebrauch des Geräts soll im Folgenden eine Nutzung mindestens einer bestimmungsgemässen Funktionen verstanden werden.

[0008] Zu den bestimmungsgemässen Funktionen gehören - neben der nominellen Funktion und im Allgemeinen einer oder mehreren der im vorstehenden Absatz aufgezählten Funktionen - meist auch Teil- oder Zusatzfunktionen, die häufig als ein- oder ausschaltbare Optionen zu einer bestimmungsgemässen Funktion implementiert sind. Beispiele solcher Optionen für Foto- und Videoaufzeichnungsfunktionen sind Bildstabilisatorfunktionen, wie sie im Wikipedia-Artikel http://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Bildstabilisierung&oldid=75736084 beschrieben sind, oder Autofokus-Funktionen. Ein weiteres Beispiel sind Vibrationsfunktionen, die etwa als Anrufsignal für Telefone, insbesondere Mobiltelefone, hinlänglich bekannt sind. Auch Vibrationsfunktionen für einzelne und/oder mehrere Bereiche einer Oberfläche, beispielsweise eines berührungsempfindlichen Bildschirmes («Touchscreen»), wurden kürzlich beschrieben, so z.B. in der US 2010 0 079 264 A1.

[0009] Nicht zu den bestimmungsgemässen Funktionen zu rechnen sind Funktionen, die ausschliesslich oder zumindest in erster Linie einer Versorgung des Geräts mit Energie dienen, also insbesondere Funktionen betreffend ein Aufladen, Pflegen oder Auswechseln von Akkus, oder eine Anzeige eines Ladezustands der Akkus o.a. Solche Funktionen dienen lediglich einer Bereitstellung, Erhaltung oder Überprüfung einer Betriebsbereitschaft des Geräts, bringen aber für sich allein genommen dem Anwender oder Benutzer keinen Nutzen.

[0010] Zwar kann die Laufzeit im Prinzip relativ einfach durch Einsatz von Energiespeichern mit grösserer Kapazität erhöht werden. Allerdings besteht im Allgemeinen ein direkter Zusammenhang zwischen der Kapazität eines Energiespeichers und dessen Grösse und Gewicht. Da andererseits die eingangs genannten tragbaren elektronischen Geräte zunehmend miniaturisiert werden, besteht seitens der Abnehmer eingeschränkte Akzeptanz für eine Erhöhung von Gewicht oder Grösse der Geräte, und somit auch für eine auf diesem Wege erreichbare Laufzeiterhöhung.

[0011] Ebenfalls eingeschränkte Akzeptanz besteht für zusätzlich an tragbaren elektronischen Geräten vorgesehene Wandler, welche ausschliesslich als Generator zur Versorgung der Geräte mit Energie, insbesondere zu einem Aufladen des Akkus, dienen; für einen bestimmungsgemässen Gebrauch des entsprechenden Geräts jedoch nicht benötigt werden. Solche zusätzlich vorgesehenen Wandler sind z.B. in der DE 10 043 960 A1, FR 2 880 437 A1, GB 2 347 800 A, GB 2 442 772 A, GB 2 456 393 A, US 5 630 155 A1, US 2004 0 119 290 A1, US 2004 0 204 180 A1, US 2006 0 139 000 A1, US 2006 0 238 163 A1, US 2007 0 049 353 A1 sowie der WO 03 019 766 A1 beschrieben.

Beschreibung der Erfindung

[0012] Es ist deswegen Aufgabe der Erfindung, ein Gerät, insbesondere ein tragbares elektronisches Gerät, und ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Geräts anzugeben, welches eine gegenüber bekannten Geräten eine verbesserte Energieautonomie, insbesondere eine erhöhte Laufzeit aufweist.

[0013] Diese und weitere Aufgaben werden durch ein Gerät und ein Verfahren zur Herstellung eines Geräts mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.

[0014] Bei einem erfindungsgemässen Gerät ist ein Wandler, welcher Energie einer ersten Form, insbesondere elektrische Energie, in Energie einer zweiten Form wandelt oder umgekehrt, so konfiguriert, dass er in einem Lademodus Energie der ersten Form abgeben kann, und diese dem Geräts für eine Versorgung mit Energie bei einem bestimmungsgemässen Gebrauch zuführen kann. Vorzugsweise ist der Wandler geeignet, unter Umwandlung zwischen Energie der ersten Form und Energie der zweiten Form ein Ausgangssignal, welches insbesondere für mindestens eine bestimmungsgemässe Funktion des Geräts benötig wird, zu erzeugen. Vorzugsweise ist das Gerät tragbar.

[0015] In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemässen tragbaren Geräts umfasst dieses mindestens einen Wandler zur Umwandlung zwischen Energie der ersten Form und mindestens einer zweiten Form von Energie oder umgekehrt, welcher für die Bereitstellung mindestens einer bestimmungsgemässen Funktion des Geräts erforderlich ist. Erfindungsgemäss ist dabei das Gerät so konfiguriert, dass der mindestens eine Wandler in einem Lademodus Energie der zweiten Form in Energie der ersten Form umwandelt und diese abgeben kann, so dass die im Lademodus vom Wandler abgegebene Energie erster Form zu einer Versorgung des Geräts mit Energie diesem zugeführt werden kann.

[0016] In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemässen tragbaren Geräts, welches bei einem Betrieb Energie einer ersten Form benötigt, umfasst dieses mindestens einen Wandler, welcher geeignet ist, in einem Lademodus Energie einer zweiten Form in Energie der ersten Form umzuwandeln und diese abzugeben; wobei die im Lademodus von dem mindestens einen Wandler abgegebene Energie erster Form zu einer Versorgung des Geräts mit Energie diesem zugeführt werden kann. Erfindungsgemäss weist der Wandler eine weitere Funktion auf, die nicht mit einer Energieversorgung des Geräts an sich in Zusammenhang steht. Insbesondere ist mindestens eine bestimmungsgemässen Funktion des Geräts unter Verwendung des Wandlers implementiert.

[0017] Die Verwendung eines Wandlers, welcher für den bestimmungsgemässen Gebrauch des Geräts erforderlich ist, zu einer Versorgung des Geräts mit Energie erlaubt eine Verlängerung der Laufzeit des Geräts oder unter günstigen Umständen sogar einen völlig autonomen Betrieb ohne nennenswerte Auswirkungen auf Grösse, Gewicht oder Herstellungskosten. Vorzugsweise ist mindestens ein wiederaufladbarer primärer Energiespeicher fest oder trennbar mit dem Gerät verbunden, welchem die - vom Wandler im Lademodus abgegebene Energie zugeführt werden kann, so dass sie gespeichert und zu einem späteren Zeitpunkt entnommen werden kann.

[0018] In einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemässen Geräts ist als Wandler ein Lautsprecher vorgesehen, welcher bei einem bestimmungsgemässen Gebrauch des Geräts elektrische Energie in Schallenergie umwandelt, um ein für einen Benutzer wahrnehmbares akustisches Signal z.B. in Form eines Sprach-, Ton- oder Musiksignals zu erzeugen. Wird der Lautsprecher nicht zur Erzeugung eines Signals benötigt, bildet sich bei einem Auftreffen von Schallwellen auf diesen aufgrund von Induktion eine elektrische Spannung zwischen einem ersten und zweiten elektrischen Anschluss desselben. Diese elektrische Spannung kann abgegriffen werden und einen Stromfluss antreiben und somit zur Versorgung eines Verbrauchers, insbesondere des Geräts selbst, mit elektrischer Energie verwendet werden.

[0019] In einer weiteren bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemässen Geräts ist als Wandler eine Antenne vorgesehen, welche beim bestimmungsgemässen Gebrauch insbesondere eines Mobiltelefons benötigt wird, um aus elektrischer Energie ein elektromagnetisches Signal, insbesondere ein Antennensignal, zu erzeugen, welches - beispielsweise über eine entfernte Basisstation - eine Kommunikation mit einem Gesprächspartner oder einen Datenaustausch mit einem Datendienst oder einem Server oder sonstigen Computer ermöglicht, kann in einem erfindungsgemässen Gerät eingesetzt werden. Dabei wird im Lademodus von der Antenne elektromagnetische Feldenergie aufgenommen und dabei eine Spannung erzeugt, welche abgegriffen werden kann.

[0020] Auch lichtemittierende Halbleiterbauelemente, insbesondere LEDs («lichtemittierende Dioden») lassen sich vorteilhaft in ähnlicher Weise als Wandler in einem erfindungsgemässen Gerät verwenden. Einzelne LEDs werden in tragbaren elektronischen Geräten verbreitet als Statusanzeigen eingesetzt, um einen Betriebszustand des Geräts oder von Teilen desselben zu signalisieren. Es existieren jedoch auch LED-Displays, welche eine Erzeugung komplexer visueller Signale ermöglichen. Sehr weit verbreitet sind Flüssigkristalldisplays oder -bildschirme, welche von einer Rückseite mit LEDs beleuchtet werden, und ein Bild- und/oder Videosignal erzeugen bzw. darstellen können. Wie allgemein bekannt ist, erzeugen LEDs unter Lichteinfall eine Spannung, und können somit in Analogie zu einer Solarzelle elektrische Energie abgeben, welche dem Gerät, in dem die LED oder LEDs eingesetzt sind, zugeführt werden kann. Siehe dazu auch die Wikipedia-Artikel http://en.wikipedia.org/w/index.php?title=LED_circuit&oIdid=372851317 und http://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Photodiode&oldid=373257401

[0021] LED-beleuchtete Bildschirme sind dabei aufgrund einer relativ grossen Oberfläche in der Lage, bei Lichteinfall besonders viel Lichtenergie aufzunehmen. Somit sind sie auch in der Lage, viel elektrische Energie abzugeben, und können deswegen besonders vorteilhaft in einem erfindungsgemässen Gerät eingesetzt werden.

[0022] In einer weiteren bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemässen Geräts werden als Wandler Einheiten desselben, welche über bewegliche, insbesondere drehbare Bestandteile verfügen, beispielsweise eine Festplatte, vorgesehen. Beim bestimmungsgemässen Gebrauch wird von diesen Einheiten elektrische Energie, insbesondere mittels eines Motors, in kinetische Energie umgewandelt, beispielsweise in Rotationsenergie, um eine oder mehrere in der Festplatte befindliche, magnetisierbare Platten in eine Drehbewegung zu versetzen. Diese Drehbewegung ist erforderlich, damit Daten von verschiedenen Stellen der magnetisierbaren Platten gelesen werden können und somit ein zeitlich veränderliches Datensignal erzeugt werden kann. Wird die Einheit nicht in der bestimmungsgemässen Weise verwendet - wenn z.B. keine Daten auf die Festplatte geschrieben oder von dieser gelesen werden - kann eine von den magnetisierbaren Platten aufgrund einer beschleunigten Bewegung des tragbaren Geräts aufgenommene Rotationsenergie vom Motor in elektrische Energie umgewandelt und an das Gerät abgegeben werden. Der Motor agiert dabei als Dynamo. In ähnlicher Weise kann ein in der Festplatte vorhandener, drehbar gelagerter und motorgetriebener Arm eingesetzt werden, an welchem Schreib-/Leseköpfe der Festplatte montiert sind.

[0023] Auch optische Bildstabilisatoren, welche insbesondere in Kameras mit Foto- oder Videoaufzeichnungsfunktion zum Einsatz kommen, verfügen über bewegliche Elemente, welche bei einem bestimmungsgemässen Betrieb unter Umwandlung von elektrischer Energie in kinetische Energie beschleunigt werden, und können so mit Vorteil als Wandler in einem erfindungsgemässen Gerät eingesetzt sein. Ähnliches gilt für Autofokussysteme, bei welchen beispielsweise ein Motor, insbesondere ein Ultraschallmotor, eine Linse entlang einer optischen Achse verschieben kann, um eine Fokussierung einer Optik auf eine gewünschte Distanz zu erlauben. Vorzugsweise werden dazu Ultraschallmotoren eingesetzt, wie beispielsweise im Wikipedia-Artikel http://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Ultrasonic_motor&oldid=375584771 beschreiben. Über bewegliche Elemente verfügen ferner Vibrationselemente, welche eingesetzt werden, um bei einem bestimmungsgemässen Gebrauch des Geräts ein Vibrationssignal zu erzeugen können, und so einen Teil der Geräteoberfläche oder das gesamte Gerät in Vibration zu versetzen. Vibrationselemente werden vorzugsweise durch einen Rotationsmotor gebildet, welcher mit einem Massenelement fest verbunden ist, welches eine Unwucht aufweist, beispielsweise einen Exzenter. Es können aber auch piezoelektrische Elemente, kurz Piezoelemente, verwendet werden, um ein Massenelement in Schwingung zu versetzen. Bei Berührung, Druck oder Beschleunigung, z.B. aufgrund von Gravitation, können die vorstehend genannten beweglichen Elemente oder Vibrationselemente Energie aufnehmen, in elektrische Energie umwandeln und an das Gerät abgeben.

[0024] Die vorstehend beschriebenen Wandler werden benötigt, um beim bestimmungsgemässen Gebrauch des Geräts elektrische Energie in Energie einer zweiten Form umzuwandeln. Dabei erzeugen sie vorzugsweise aus einem elektrischen Eingangssignal unter Verbrauch elektrischer Energie ein Ausgangssignal, insbesondere ein akustisches, haptisches, optisches oder elektromagnetisches Ausgangssignal. Bei den Signalen handelt es sich im Allgemeinen um komplexe Signale, insbesondere Ton-, Bild-, Video- oder Datensignale, welche eine Interaktion oder Kommunikation des Geräts mit einer Umgebung, insbesondere einem Benutzer, Anwender oder einem anderen Gerät ermöglichen. In einem Lademodus des Wandlers erfolgt eine Energieumwandlung hingegen in einer entgegengesetzten Richtung, d.h. es wird Energie der zweiten Form, insbesondere aus der Umgebung, aufgenommen und in elektrische Energie umgewandelt. Derartig konfigurierte Wandler werden im Folgenden als bidirektionale Wandler bezeichnet. Vorteilhaft kann ein erfindungsgemässes Gerät jedoch auch oder ausschliesslich Wandler aufweisen, bei welchen die Energieumwandlung im Lademodus in der gleichen Richtung erfolgt wie beim bestimmungsgemässen Gebrauch. In solcher Weise eingesetzte Wandler werden im Folgenden als unidirektionale Wandler bezeichnet. Diese werden beim bestimmungsgemässen Gebrauch des Geräts beispielsweise benötigt, um Eingangssignale aus der Umgebung, insbesondere akustische oder optische Signale oder Daten- oder Befehlssignale, welche z.B. von einem Benutzer, Anwender oder anderem Gerät stammen, in ein elektrisches Ausgangssignal umzuwandeln. Dabei kann das elektrische Ausgangssignal unter Verbrauch elektrischer Energie erzeugt werden; vorteilhaft kann aber auch ausschliesslich dem Eingangssignal Energie entnommen werden. Vorzugsweise wird das elektrische Ausgangssignal im-Gerät verarbeitet, interpretiert, gespeichert und/oder übertragen. Teilweise wird aus dem elektrischen Ausgangssignal eines unidirektionalen Wandlers, vorzugsweise unter Verwendung eines bidirektionalen Wandlers, wieder in ein - im Allgemeinen modifiziertes und-/oder zeitversetztes - Ausgangssignal erzeugt.

[0025] Besonders vorteilhaft können beispielsweise Bildsensoren, insbesondere CMOS-Sensoren, als unidirektionale Wandler bei einem erfindungsgemässen Gerät eingesetzt werden. In Geräten mit einer Bild- oder Videoaufzeichnungsfunktion werden derartige Bildsensoren benötigt, um Lichtenergie in elektrische Energie umzuwandeln und so ein Bildsignal zu erzeugen, welches vom tragbaren Gerät gespeichert und/oder übertragen werden kann. Analog zu vorstehend beschriebenen LEDs können die Bildsensoren jedoch in einem Lademodus auch als Photozelle betrieben werden und elektrische Energie abgeben.

[0026] In einer weiteren bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemässen Geräts ist als Wandler ein Mikrofon vorgesehen, welches beim bestimmungsgemässen Gebrauch des Geräts aus Schallenergie ein elektrisches Ausgangssignal erzeugt, welches für verschiedene bestimmungsgemässe Funktionen elektrischer Geräte benötigt wird. Auch das Mikrofon kann in einem Lademodus elektrische Energie abgeben und dem Gerät zur Verfügung stellen.

[0027] In einer weiteren bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemässen Gerätes werden als Wandler ferner berührungs- oder druckempfindliche Elemente, insbesondere Tastaturen, Joysticks, Touchpads oder Touchscreens, welche im allgemeinen benötigt werden, um an einem Gerät Daten oder Befehle einzugeben, dazu eingesetzt, in einem Lademodus Energie abzugeben und dem Gerät zwecks Versorgung mit Energie zuzuführen. Besonders geeignet sind Piezoelemente, welche insbesondere in Tastaturen oder bei gewissen Touchscreen-Designs zum Einsatz kommen. Dabei werden ein oder mehrere Piezoelemente dazu benötigt, bei Berührung oder Druck eine Spannung oder einen Stromstoss zu erzeugen, mittels welchen festgestellt werden kann, ob bzw. wo eine Berührung bzw. ein Druck erfolgt ist, oder welche Taste gedrückt wurde. Im Lademodus wird die durch Berührung oder Druck erzeugte Spannung verwendet, um das Gerät mit elektrischer Energie zu versorgen. In ähnlicher Weise lassen sich vorteilhaft auch Bewegungs- und/oder Beschleunigungssensoren beispielsweise von Steuerungsgeräten einsetzen, welche vorzugsweise über ein Massenelement verfügen, welches bei einer Bewegung beschleunigt bzw. in Rotation versetzt wird und eine Spannung oder einen Strom erzeugt, vorzugsweise mittels Induktion oder auch mittels piezoelektrischem Effekt.

[0028] In einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemässen Geräts sind ein oder mehrere unidirektionale und/oder ein oder mehrere bidirektionale Wandler vorgesehen, von denen jeder geeignet ist, in einem Lademodus Energie der ersten Form abzugeben. Vorzugsweise werden Wandler vorgesehen, die zusätzlich zu oder anstelle von Energie zweiter Form auch Energie einer weiteren Form in Energie erster Form umwandeln können. Dabei kann das Gerät so ausgelegt sein, dass diesem nur dann Energie von einem oder mehreren Wandlern im Lademodus zugeführt wird, wenn das Gerät nicht bestimmungsgemäss gebraucht wird, d.h. wenn keine seiner bestimmungsgemässen Funktionen benutzt wird. Vorteilhaft ist das Gerät aber so ausgelegt, dass auch während eines bestimmungsgemässen Gebrauchs, also während der Nutzung mindestens einer der bestimmungsgemässen Funktionen des Geräts, diejenigen Wandler, welche für die gerade verwendete bestimmungsgemässe Funktion nicht benötigt werden, in den Ladezustand übergehen oder versetzt werden und Energie an das Gerät abgeben können. Für einzelne, insbesondere unidirektionale Wandler, können bestimmungsgemässe Funktion und Lademodus auch überlagert sein. In diesem Fall wird nur ein Teil der vom Wandler umgewandelten Energie erster Form für die bestimmungsgemässe Funktion verwendet; eine überschüssige Energie erster Form wird hingegen abgegeben und dem Gerät zugeführt. Dies kann vorteilhaft mit Wandlern realisiert werden, welche besonders empfindlich sind und/oder besonders effizient Energie zweiter Form in Energie erster Form umwandeln. Für diese wird vorteilhaft ein Modus mit niedriger Empfindlichkeit vorgesehen, in welchem der Wandler gleichzeitig der bestimmungsgemässen Funktion als auch einer Abgabe von elektrischer Energie dient. Dies lässt sich besonders vorteilhaft bei Steuerungsgeräten, insbesondere bewegungssensitiven Controllern, Joysticks oder einem sogenannten Trackball für Spielkonsolen einsetzen, welche zur erfolgreichen Steuerung eines auf der Konsole ausgeführten Spielprogramms zum Teil heftigen Bewegungen bzw. Beschleunigungen ausgesetzt werden müssen. Da auf diese Weise relativ grosse Mengen kinetischer Energie zugeführt werden, können Wandler, welche in der Lage sind, diese in elektrische Energie umzuwandeln, das Gerät so sehr effizient mit Energie versorgen.

[0029] In allen vorstehend beschriebenen Varianten und Weiterbildungen des erfindungsgemässen Geräts kann die im Lademodus von einem Wandler abgegebene Energie direkt dem Gerät zum sofortigen Verbrauch zugeführt werden, wobei ggf. eine Zwischenspeicherung in einem sekundären Energiespeicher, vorzugsweise in einem Kondensator, stattfindet, um Schwankungen einer Menge an vom Wandler abgegebener Energie auszugleichen. Vorzugsweise ist ein primärer Energiespeicher des Geräts jedoch als wiederaufladbarer Speicher ausgelegt, und die vom Wandler abgegebene Energie wird zunächst dem primären Energiespeicher zugeführt, welcher sie beim Betrieb des Geräts wieder freisetzt.

[0030] Vorzugsweise sind am erfindungsgemässen Gerät Mittel vorgesehen oder vorsehbar, welche eine Menge der von den uni- oder bidirektionalen Wandlern im Lademodus aufgenommenen Energie zweiter Form erhöhen können, und somit auch eine Menge der dem Gerät zuführbaren elektrischen Energie erhöhen. Auf diese Weise wird eine Energieversorgung des Geräts optimiert. Diese Mittel können mit dem Gerät bzw. Dem Wandler fest oder trennbar verbunden sein. Für Lautsprecher oder Mikrofone können beispielsweise trichterförmige Elemente vorgesehen werden, um Schallenergie zu bündeln und gezielt dem Wandler zuzuführen. Für kleinflächige optische Wandler, insbesondere, einzelne LEDs, Photodioden oder Bildsensoren, können reflektierende oder fokussierende Elemente, insbesondere Linsen, verwendet werden, um Licht, insbesondere Sonnenlicht, zu bündeln und/oder gezielt auf den Wandler zu lenken.

[0031] Für rückseitig von einer Lichtquelle, insbesondere LED(s), beleuchtete Flüssigkristalldisplays, wird besonders vorzugsweise ein Flüssigkristallelement und evtl. vorhandene Farbfilter etc. so ausgestaltet, dass sie im Lademodus von der Lichtquelle entfernt oder beiseite geklappt werden können, um einen ungehinderten Einfall von Licht ohne unnötige Absorption zu ermöglichen. Insbesondere Sonnenenergie lässt sich auf diese Weise sehr effizient zum Versorgen des Geräts mit Energie verwenden. An beweglichen Bauteilen, welche im Lademodus kinetische Energie aufnehmen, können vorteilhaft Massen angebracht werden, um die bei einer Bewegung aufgenommene kinetische Energie zu erhöhen. Bei drehbaren Bauteilen wird auf diese Weise vorzugsweise eine Unwucht eingestellt oder erhöht, so dass sichergestellt ist, das das Bauteil bei Bewegung des Geräts in eine Drehbewegung versetzt wird. Insbesondere für Laufwerke mit Wechselmedien, z.B. CD- oder DVD-Laufwerke, wie sie insbesondere in tragbaren Computern, aber auch einfachen Wiedergabegeräten zum Einsatz kommen, können Scheiben vorgesehen werden, welche eine Unwucht aufweisen. Diese können dann im Lademodus anstelle einer CD oder DVD in das Gerät eingelegt werden, und versetzen den Motor sehr effizient in Rotation, sobald das Gerät beschleunigt wird, z.B. durch Gravitation.

[0032] In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemässen Geräts können zusätzlich zu oder anstelle der für bestimmungsgemässe Funktionen vorgesehenen Wandler noch ein, vorzugsweise mehrere Hilfswandler vorgesehen sein, welche vorzugsweise so konfiguriert sind, dass sie bei einem bestimmungsgemässen Gebrauch des Geräts zwangsläufig betätigt werden; und dabei Energie, vorzugsweise Energie der ersten Form, erzeugen und an das Gerät abgeben. Vorteilhaft lässt sich ein derartiger Hilfswandler insbesondere in Verbindung mit einem berührungs- oder druckempfindlichen Bereichen, insbesondere Tastaturen oder Touchscreens vorsehen. Zu diesem Zweck kann beispielsweise der gesamte Touchscreen, insbesondere ein kapazitiver Touchscreen, auf einem oder mehreren Piezoelementen gelagert werden. Gibt der Benutzer dann über den Touchscreen Daten oder Befehle ein, wird das Piezoelement mehr oder weniger stark zusammengedrückt, so dass eine Spannung entsteht, welche einen Strom antreiben kann, der dem Gerät Energie zuführt. Auch Hilfswandler, bei welchen bei einer Bewegung des Geräts ein Massenelement, beispielsweise ein Exzenter, in eine Linear- oder Drehbewegung versetzt wird und aus dieser Bewegung elektrische Energie, vorzugweise mittels eines Dynamos, gewonnen wird, können vorteilhaft eingesetzt werden.

[0033] In Analogie zu den Wandlern in den vorstehend beschriebenen Weiterbildungen der Erfindung können auch andere, dem Fachmann an sich bekannte Wandler, in einem erfindungsgemässen Gerät eingesetzt werden. Vorteilhaft können auch thermische Wandler, z.B. Peltier-Elemente, welche geeignet sind, eine Temperaturdifferenz in elektrische Spannung zu wandeln und umgekehrt, eingesetzt werden, insbesondere um eine Verlustwärme in elektrische Energie umzuwandeln. Besonders vorteilhaft können solche thermischen Wandler in Verbindung mit für den bestimmungsgemässen Gebrauch benötigten bidirektionalen Wandlern eingesetzt werden, da diese beim bestimmungsgemässen Gebrauch häufig eine relativ grosse Verlustwärme produzieren.

[0034] Bei einem Verfahren zur Herstellung eines tragbaren Geräts, wird ein wiederaufladbarer Energiespeicher vorgesehen, welcher eine Energie einer ersten Form freisetzen kann, die für einen Betrieb des Geräts benötigt wird; wird mindestens ein Wandler vorgesehen, welcher geeignet ist, Energie einer zweiten Form in Energie der ersten Form umzuwandeln und diese abzugeben; werden Verbindungen, insbesondere schaltbare Verbindungen vorgesehen, mittels welcher vom Wandler abgegebene Energie erster Form dem Energiespeicher zugeführt werden kann. Erfindungsgemäss wird dabei mindestens eine Funktion des Geräts, die nicht einer Energieversorgung des Geräts dient, unter Verwendung des Wandlers implementiert.

[0035] In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemässen Verfahrens wird mindestens ein Wandler der Art verwendet, wie sie weiter oben in Verbindung mit bevorzugten Weiterbildungen des erfindungsgemässen Geräts beschrieben wurden. Vorzugsweise werden ein oder mehrere unidirektionale und/oder ein oder mehrere bidirektionale Wandler verwendet.

[0036] Ein erfindungsgemässes Gerät ermöglicht die kombinierte Zu- und Rückführung der um mobile Kommunikationsgeräte und ihren Gebrauch freigesetzten Energien, z.B. Erschütterung, Bewegung, Reibung, insbesondere Bildschirm-Fingerreibung, Licht, Aufziehen, Wärme - insbesondere Rückführung einer Körpertemperatur und einer vom Akku selbst produzierten Wärme - zum Akku, wodurch die Geräte unabhängig von externen Stromanschlüssen funktionieren. Vorzugsweise ist auch Rückführung der Energie von Eigensignalen des Gerätes, also beispielsweise Schallwellen eines Klingeltons, Musiksignals, Vibration usw., durch ein oder mehrere Wandler, insbesondere Lautsprecher, Mikrofon, piezoelektrischer Vibrator oder Vibrator-Exzenter, vorgesehen.

[0037] Während sich die vorstehenden Schilderungen auf elektronische Geräte beziehen, lassen sich auch andere, insbesondere tragbare mechanische Geräte, zu deren Betrieb mechanische Energie benötigt wird, in erfindungsgemässer Weise ausbilden

[0038] Diese und weitere Aufgaben, Vorteile und Merkmale der Erfindung werden aus der nachfolgenden, detaillierten Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung in Verbindung mit den Zeichnungen offensichtlich.

Kurze Beschreibung der Figuren

[0039] Es zeigen schematisch

[0040] Fig. 1 ein ausschnittsweises Schaltschema eines bevorzugten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemässen Geräts in Form eines Mobiltelefons.

[0041] Fig. 2 ein ausschnittsweises Schaltschema eines weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemässen Geräts in Form eines Mobiltelefons.

[0042] Grundsätzlich bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Teile.

Wege zur Ausführung der Erfindung

[0043] Fig. 1 zeigt ein ausschnittsweises Schaltschema eines bevorzugten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemässen Geräts in Form eines Mobiltelefons, welches von einen Akku 2 mit elektrischer Energie versorgt wird. Das Mobiltelefon umfasst eine Vielzahl bidirektionaler Wandler, nämlich einen Lautsprecher 11, eine Antenne 12 und mindestens eine LED 13. Das Mobiltelefon umfasst ferner eine Vielzahl unidirektionaler Wandler, nämlich ein Mikrofon 18 und eine Tastatur, die von piezoelektrischen Tasten 19 gebildet wird, von welchen der Übersichtlichkeit halber nur eine einzige dargestellt ist. Jeden Wandler ist einen elektronische Steuerungseinheit zugeordnet: Lautsprechersteuerung, Mikrofonsteuerung, Antennensteuerung, LED-Steuerung und Tastatursteuerung. Die Steuerungseinheiten sind mit einer zentralen Recheneinheit (CPU) verbunden. Die Versorgung der Steuerungseinheiten und der CPU mit elektrischer Energie erfolgt über eine Spannungsregeleinheit 3, welche einen Versorgungsausgang 30 umfasst, welcher vorzugsweise eine stabilisierte Spannung zur Verfügung stellt, und an welche auch der Akku 2 anschliessbar ist. Die Spannungsregeleinheit 3 verfügt ferner über einen Ladeanschluss 31, welcher einen Anschluss der Spannungsregeleinheit 3 an eine externe Spannungsquelle, insbesondere ein Netz- oder Ladegerät, ermöglicht, um einerseits den Akku 2 laden zu können, und um andererseits das Mobiltelefon unabhängig vom Akku 2 betreiben zu können. An den einzelnen Wandlern sind Abgriffe vorgesehen, an welchen die in einem Lademodus von den Wandlern abgegebene elektrische Energie abgegriffen und über Rückführungsverbindungen 4 einem oder mehreren Rückführungsanschlüssen 32 der Spannungsregeleinheit 3 zugeführt, welche die zugeführte Energie verwenden kann, um den Akku 2 zu laden oder das Gerät zu betreiben. Die Spannungsregeleinheit 3 ist beispielsweise als ASIC ausgeführt. Vorzugsweise sind zusätzlich in der Figur nicht gezeigte Schalter, insbesondere in Form von Transistorschaltern, vorhanden, welche es erlauben, im Lademodus einzelne oder mehrere Wandler von der ihnen zugeordneten Steuerungseinheit und/oder von einer Erde zu trennen. Im Allgemeinen ist ferner für eine oder mehrere Rückführungsverbindungen 4 eine in der Figur nicht gezeigte Gleichrichterschaltung vorhanden oder vorzugsweise in der Spannungsregeleinheit 3 integriert. Verfügt das Mobiltelefon über eine Foto- oder Videoaufzeichnungsfunktion, ist vorzugsweise auch ein für diese benötigter Bildsensor mit einer zugeordneten Steuerung in gleicher Weise eingebunden wie die übrigen Wandler, so dass von diesem bei Lichteinfall, insbesondere Sonneneinstrahlung, Energie an den Akku 2 abgegeben werden kann.

[0044] Fig. 2 zeigt ein ausschnittsweises Schaltschema eines weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemässen Geräts in Form eines Mobiltelefons. Im Gegensatz zum Ausführungsbeispiel aus Fig. 1 sind hier nicht direkt an den Wandlern Abgriffe vorgesehen. Eine Umschaltung zwischen einem bestimmungsgemässem Betrieb und dem Lademodus erfolgt vielmehr durch die den Wandlern zugeordneten Steuerungen, welche die im Lademodus von einem Wandler abgegebene Energie über Rückführungsverbindungen 4 ́ einem oder mehreren Rückführungsanschlüssen 32 ́ der Spannungsregeleinheit 3 zuführen.

[0045] Auch wenn die Erfindung vorstehend mit Bezug auf spezifische Ausführungsformen beschrieben und veranschaulicht ist, ist diese nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt. Vielmehr können innerhalb des Schutz- und Äquivalenzbereichs der Patentansprüche verschiedene Modifikationen von Einzelheiten vorgenommen werden, ohne dass daraus eine Abweichung von der Erfindung resultiert.

Claims (14)

1. Tragbares Gerät, insbesondere tragbares elektronisches Gerät, welches für einen Betrieb Energie einer ersten Form, insbesondere elektrische Energie, benötigt, umfassend: a) mindestens einen Wandler, welcher geeignet ist, zwischen mindestens einer zweiten Form von Energie und der ersten Form von Energie umzuwandeln, und b) welcher für mindestens eine bestimmungsgemässe Funktion des Geräts erforderlich ist, dadurch gekennzeichnet, dass c) der mindestens eine Wandler geeignet ist, in einem Lademodus Energie der zweiten Form in Energie der ersten Form umzuwandeln und diese abzugeben, und dass d) die im Lademodus von dem mindestens einen Wandler abgegebene Energie erster Form dem Gerät zu einer Versorgung mit Energie zuführbar ist.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Wandler bei einem bestimmungsgemässen Gebrauch des Geräts ein Ausgangssignal erzeugt, welches für mindestens eine bestimmungsgemässe Funktion des Geräts benötigt wird.

3. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das vom Wandler erzeugte Ausgangssignal eine Kommunikation des Geräts mit einem Benutzer, Anwender oder einem anderen Gerät ermöglicht.

4. Gerät nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass es sich beim vom Wandler erzeugten Ausgangssignal um ein Sprach, Ton-, Musik-, Bild- oder Videosignal handelt.

5. Gerät nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass es sich beim vom Wandler erzeugten Ausgangssignal um ein elektrisches Ausgangssignal handelt, welches ein Sprach-, Ton-, Musik-, Bild- oder Videosignal kodiert.

6. Gerät nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das vom Wandler erzeugte Ausgangssignal vom Gerät bearbeitet, verarbeitet, interpretiert, gespeichert und/oder übertragen werden kann.

7. Gerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gerät mindestens einen primären Energiespeicher umfasst, welcher mit dem Gerät fest oder trennbar verbunden ist, und welcher vorgesehen ist, um Energie einer ersten Form für einen Betrieb des Geräts freizusetzen.

8. Gerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der primäre Energiespeicher ein wiederaufladbarer Energiespeicher ist, und dass die im Lademodus von dem mindestens einen Wandler abgegebene Energie erster Form dem primären Energiespeicher zuführbar ist.

9. Gerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die im Lademodus von dem mindestens einen Wandler abgegebene Energie erster Form dem Gerät direkt zuführbar ist.

10. Gerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere bidirektionale Wandler vorhanden sind, welche geeignet sind, bei einem bestimmungsgemässen Gebrauch des Geräts Energie der ersten Form in Energie der zweiten Form umzuwandeln.

11. Gerät nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die bidirektionalen Wandler mindestens einen Lautsprecher, eine LED, eine Antenne oder ein piezoelektrisches Element umfassen.

12. Gerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere unidirektionale Wandler vorhanden sind, welche geeignet sind, bei einem bestimmungsgemässen Gebrauch des Geräts Energie der zweiten Form in Energie der ersten Form umzuwandeln.

13. Gerät nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die unidirektionalen Wandler mindestens ein Mikrofon, einen Bildsensor oder ein piezoelektrisches Element umfassen.

14. Verfahren zum Herstellen eines tragbaren Geräts, insbesondere eines tragbaren elektronischen Geräts, bei welchem a) ein wiederaufladbarer Energiespeicher vorgesehen wird, welcher eine Energie einer ersten Form freisetzen kann, die für einen Betrieb des Geräts benötigt wird, b) ein Wandler vorgesehen wird, welcher geeignet ist, Energie einer zweiten Form in Energie der ersten Form umzuwandeln und diese abzugeben, c) Verbindungen, insbesondere schaltbare Verbindungen vorgesehen werden, mittels welcher vom Wandler abgegebene Energie erster Form dem Gerät, insbesondere dem Energiespeicher, zugeführt werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass d) mindestens eine Funktion des Geräts, die nicht einer Energieversorgung des Geräts dient, unter Verwendung des Wandlers implementiert wird.