CN1258853C

CN1258853C - 电子钟表

Info

Publication number: CN1258853C
Application number: CNB998003549A
Authority: CN
Inventors: 永坂荣一
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1998-01-22
Filing date: 1999-01-22
Publication date: 2006-06-07
Anticipated expiration: 2019-01-22
Also published as: EP0998009A4; JP3551433B2; US20020067099A1; EP0998009B1; DE69939617D1; WO1999038241A1; CN1262803A; US6603236B2; EP0998009A1

Abstract

一种电磁变换器，它备有由永久磁铁构成的转子、配置在该转子附近且流过磁通的轭铁、以及绕在该轭铁上的线圈，轭铁的至少一部分由非晶形金属磁性材料构成。该非晶形金属磁性材料是Co系列非晶形金属或Fe系列非晶形金属。上述电磁变换器是小型发电机、电动机等。在带发电装置的电子表的情况下，第一轭铁(定子)采用Co系列非晶形金属磁性材料，第二轭铁(磁心)采用Fe系列非晶形金属磁性材料。在电子控制机械表的情况下，轭铁采用Co系列非晶形金属磁性材料。携带式电子机器是备有上述电磁变换器的钟表等。

Description

电子钟表

技术领域

本发明涉及小型发电机、电动机等的电磁变换器及备有它的电子机器，特别是涉及能用于手表等中的电磁变换器。

背景技术

以往，已知有这样一种电子控制式机械钟表(以下称电子控制机械表)，它用电磁变换器将发条放开时的机械能变换成电能，利用该电能使旋转控制装置工作，通过控制流过电磁变换器的线圈的电流值，驱动固定在齿轮上的指针来显示时刻(特公平7-119812号公报、特开平8-50186号公报等)。

另外，在特开平8-5758号公报中，提出了这样一种结构：为了减小这种电子控制机械表中的构成发电机的磁路的定子及磁心的磁滞损失，通过使用顽磁力比PB坡莫合金(以下简称PB材料)小的PC坡莫合金(以下简称PC材料)，来提高从机械能变换成电能的变换效率。

另一方面，近年来，还设计出了这样一种带发电装置的电子表：将发电机安装在手表本体中，利用手臂的动作，产生驱动手表所需要的电能，并将其蓄积在电容器中，以便驱动电子电路(特公平7-38029号公报等)。在安装了该发电机的手表中，旋转锤的动力通过由增速齿轮构成的动力传递机构，被传递给发电机，由于上述转子的旋转而产生的磁场的变化，在线圈中引起电磁感应而产生电力。

这些发电机备有：由永久磁铁构成的转子、配置在该转子周围的第一轭铁、以及连接该第一轭铁且有线圈的第二轭铁，如上述特公平7-38029号公报中发表的图所示，将第二轭铁置于第一轭铁上，利用螺钉确保上下导磁。

作为上述电磁变换器的轭铁材料，通常采用PC材料、PB材料等。

在带发电装置的电子表的情况下，第一轭铁(定子)没有线圈绕线，不会增加由线圈绕线引起的铜损(电阻)，所以能增加断面积，因此虽然饱和磁通密度为0.7T较低，但使用铁损也小的PC材料。另一方面，第二轭铁(磁心)由于有线圈绕线，所以如果增大其断面积，则线圈线变长，铜损增加。因此，第二轭铁的铁损虽然比PC材料大，但使用饱和磁通密度为1.4T较高的PB材料。即，虽然铁损大，但使用即使断面积小也能确保所需的磁通的PB材料，这与虽然铁损小，但使用必须增大断面积的PC材料而增加其绕线的铜损相比，前者总的损失小。因此，第二轭铁采用PB材料。

在该带发电装置的电子表的情况下，在由电磁变换器的动力传递机构产生的增速比约为100的发电机中，带手表时转子的运动多半为50～150Hz。因此，在上述轭铁中产生交流磁场，材料中产生涡流，铁损增加。因此，在开发效率好的发电机时，必须使用在交流区域(50～150Hz)铁损小的材料。

另外，在给电容器等二次电源充电的情况下，为了获得有效充电的电动势，频率为50Hz以上，所以从这一点也要求在交流区域铁损小的材料。

因此，在带发电装置的电子表的情况下，不缠绕线圈的第一轭铁(定子)要求铁损小的材料，缠绕线圈的第二轭铁(磁心)要求铁损小、而且饱和磁通密度大的材料。

另外，在电子控制机械表的情况下，流过磁路的磁通量比带发电装置的电子表小一个数量级，由于有线圈绕线，为了减少由线圈绕线引起的铜损，即使减小断面积，也达不到饱和，所以能使用饱和磁通密度低的PC材料，以便使饱和磁通密度为0.7T。

在电子控制机械表的情况下，电磁变换器损失的大部分取决于铁损和齿轮或轴承的机械损失(简称机械损失)。产生该机械损失的原因是由于进行了接近于10万～30万倍的增速，而且该机械损失具有与铁损成正比的特性。因此，虽然应减少铁损，但减少全部损失便成为课题。另外，由于发电机的旋转负载转矩(磁矩)的大小影响持续时间，所以减少铁损变得很重要。

发明内容

本发明是一种电子钟表，其特征在于：它备有包括由永久磁铁构成的转子、和配置在该转子附近且流过磁通的第1轭铁和第2轭铁所构成的发电机，在该上述第1和第2轭铁上分别卷有线圈，并且，上述至少一个轭铁的全部或一部分将由包含Co 50wt％以上的Co系列非晶形金属磁性材料构成的多片薄板重叠而形成。

另外，本发明是一种备有该电磁变换器的电子机器。在该电子机器中，最好制成携带式电子机器，例如携带式钟表最适合。

在上述电磁变换器中，包括小型发电机、电动机等。

如果采用本发明，则由于发电机的铁损少、效率高，所以在电子控制机械表的情况下，能延长持续时间，在带发电装置的电子表的情况下，能使旋转锤的尺寸小等、且能使表小型化及薄形化。

上述轭铁一般至少由两个用磁性材料构成的磁性构件构成，上述磁性构件的至少一个由上述非晶形金属磁性材料构成即可。

在磁性材料的情况下，一旦有磁通流过，便沿其方向发生反磁场，具有阻碍磁通流过的作用。例如，在将两个平板状的磁性材料的上下面的一部分重合起来接合的情况下，磁化方向(磁通方向)沿着板的厚度方向。反磁场强度Hd由板厚T和平面的表面积S决定，用公式表示，则为Hd＝k(S/T)(k为常数)。

因此，在非晶形金属磁性材料的情况下，设板厚例如为25微米，与以往的例如PC材料时的0.5mm相比，厚度较薄，所以反磁场的影响大，磁通难以流过，其结果与PC材料相比，特性变坏。

因此，在至少由两个平板状的上述磁性材料构成的磁性构件接触的情况下，如本发明所述，在侧面之间大致接触或结合(以下称接触)的情况下，由于磁通只沿平板的纵向流过，所以能消除反磁场的影响。

另外，由于在上述接触的上方及下方两个磁性构件中的至少一个上增加连接构件，所以能使磁通更容易地流过。

由于用这样的连接构件将两个磁性构件之间连接起来，构成磁回路，所以能增加磁通量。另外，该连接构件的厚度不需要与磁性构件的厚度相同，是其厚度的一半就够了。该连接构件的材料最好不易受反磁场的影响、原材料最好使用厚的PC材料，但也可以是非晶形材料(特别是Co系列材料)。

上述非晶形金属磁性材料的具体例是Co系列非晶形金属。

上述Co系列非晶形金属是含50wt％以上的Co的金属。作为其他元素，也可以含有Fe、Ni、B、Si等。

本发明的电子机器的具体例是例如安装了小型发电机的电子控制式钟表。

上述电子控制式钟表包括：①带有利用旋转锤发电的发电装置的电子表、②电子控制机械表、③用步进电动机驱动的石英表等。

其次，详细地说明①和②。

首先，说明上述①带发电装置的电子表。

该电子表至少备有：作为本发明的电磁变换器的发电机、蓄积上述发电机的电动势的蓄电装置，由上述蓄电装置驱动的钟表电路、以及由上述钟表电路驱动的钟表显示部。

上述①所述的电子表的发电机，具体地说，是备有旋转锤、以及将该旋转锤的动力传递给上述小型发电机的动力传递机构的发电机。

上述旋转锤是产生机械能的旋转锤。

上述动力传递机构由多个齿轮组合起来的增速齿轮组构成。

而且，该带发电装置的电子表的发电机的第一轭铁(定子)采用Co系列非晶形金属磁性材料，第二轭铁(磁心)采用Fe系列非晶形金属磁性材料。

在第一轭铁(定子)的情况下，没有线圈绕线，不会增加由线圈绕线引起的铜损的增加，所以能增加第一轭铁的断面积，铁损低，另外最好使用饱和磁通密度低的(0.7T)Co系列非晶形金属磁性材料。

另一方面，在第二轭铁(磁心)的情况下，由于有线圈绕线，所以如果使用Co系列非晶形金属磁性材料，不饱和地增大断面积，则线圈线变长，铜损增加。因此，使用铁损虽然比Co系列非晶形金属磁性材料大、但饱和磁通密度高的(1.4T)Fe系列非晶形金属磁性材料，虽然断面积减少了，但是与在断面积大的Co系列非晶形金属磁性材料上绕线而铜损增大相比，总的损失小。因此，最好使用Fe系列非晶形金属磁性材料。

其次，说明上述②电子控制机械表。

上述②所述的电子控制机械表备有：发条、将通过齿轮组传递的发条的机械能变换成电能的发电机、连接在上述齿轮组上的显示时刻用的指针、利用上述变换的上述电能驱动的石英振荡器等基准信号源、以及同样利用上述变换的上述电能驱动来控制上述发电机的旋转周期的旋转控制装置。该电子控制机械表的上述轭铁由Co系列非晶形金属磁性材料构成。

在电子控制机械表的情况下，由于磁回路内流过的磁通量少，而且有线圈绕线，所以即使减少轭铁的断面积，也达不到饱和，因此最好使用Co系列非晶形金属磁性材料之类铁损低的材料。

具体地说，上述Co系列非晶形金属磁性材料的组成例如为66Co-4Fe-1Ni-14B-15Si。

另外，上述Fe系列非晶形金属磁性材料的组成例如为78Fe-13B-9Si。

如图1所示，如果测定转子的磁矩(旋转负载转矩)和轭铁的铁损之间的关系，则铁损变少，磁矩减小。因此，通过使用铁损少的非晶形金属磁性材料，能减小磁矩。因此，为了驱动发电机的转子，能减小必要的旋转负载转矩，能延长电子控制机械表的发条的使用时间(持续时间)。另外，减小驱动发电机的转子旋转负载转矩，才能在带发电机的电子表中例如使旋转锤或发电机小型化。

为了驱动电子控制机械表的IC，所需要的电动势必须在1V以上，为了达到这个条件，从下表1可知，用收容发条的齿轮构成一个上述齿轮组的齿轮的条盒轮的所需转矩，在用PC材料构成轭铁的情况下，必须为30gcm以上，在用Co系列的非晶形材料构成的情况下，必须为20gcm以上。在这些转矩以上的情况下，蓄积发电机的电动势的电容器(用其输出驱动IC)的电压为1V以上。

表1

	非晶形	PC材料
	非晶形	PC材料	输入能量(发电转矩)	0.76μW20.1gcm	1.16μW30.6gcm
输出能量(电容器电压)	0.117μW1.08V	0.106μW1.03V	输入能量(发电转矩)	0.76μW20.1gcm	1.16μW30.6gcm
输出能量(电容器电压)	0.117μW1.08V	0.106μW1.03V	发电效率	15.4％	9.1％

前提条件：以转子频率为10Hz、条盒轮～转子增速比为162000的实验为依据。

可以按照(增速比×发条圈数)÷(转子频率×60×60小时)，求出发条从上满弦的状态到完全松开的时间、即持续时间。具体地说，如表1所示，在轭铁采用PC材料的情况下，且在使用转子频率为10Hz、增速比为162000的齿轮组的钟表的情况下，假设对持续时间有效的发条圈数约为5.3圈，能算出持续时间为24小时。如果该发电机的轭铁采用非晶形材料，且如果使用发电转矩变为1/1.5的部分、使增速比为1.5倍的243000(由于转子的转速一定，所以条盒轮的转速为1/1.5)，则用相同的有效发条圈数(5.3圈)能使持续时间达到1.5倍、即达到36小时。

另一方面，在上述①带发电装置的电子表中，通过使上述的磁矩变小，向发电机供给驱动电力的旋转锤容易动作。

附图说明

图1是所测定的转子的磁矩(旋转负载转矩)和铁损的关系的曲线图。

图2是本发明的第一实施形态的手表的主要部分的透视图。

图3是表示第一实施形态的手表的另一结构的主要部分的透视图。

图4是表示本发明的第二实施形态的手表的主要部分的平面图。

图5是表示第二实施形态的手表的另一结构的主要部分的平面图。

图6是图5所示的手表沿VI-VI线的剖面图。

图7是图5所示的手表的连接部分沿VII-VII线的剖面的主要部分的图。

图8是所测定的实施例1的Co系列非晶形金属及PC材料的铁损-频率特性曲线图。

图9是所测定的实施例1的Fe系列非晶形金属及PB材料的铁损-频率特性曲线图。

图10是实施例2的轭铁的剖面图。

图11是现有例的轭铁的剖面图。

具体实施方式

[第一实施形态]

参照图2说明本实施形态的小型发电机及备有它的携带式电子机器。

本实施形态的小型发电机是安装在作为携带式电子机器的自动发电系统的手表(带发电装置的电子表)中的小型发电机。

如图2所示，该手表备有：小型发电机11；旋转锤12；将该旋转锤12的动力传递给小型发电机11的动力传递机构13；图中虽然未示出，但连接在小型发电机11的电线18的两端、蓄积小型发电机11的电动势的蓄电装置；由该蓄电装置驱动的钟表电路；由钟表电路驱动的步进电动机；由步进电动机驱动的齿轮组；安装在该齿轮组的一部分齿轮轴上的指针等。

上述小型发电机11备有：由永久磁铁构成的转子14、配置在该转子14周围的第一轭铁15、以及连接该第一轭铁15上的第二轭铁17。第二轭铁17有缠绕了电线18的线圈16。

上述旋转锤12呈半圆状，其旋转中心和重心呈偏心状态。

上述动力传递机构13由齿数不同的多个齿轮19A～19D构成，旋转锤12的旋转以所希望的增速比、例如约100倍增速后，传递给小型发电机11的转子14。

在本实施形态中，第一轭铁15和第二轭铁17的连接部分20由两个轭铁15、17的侧面之间的连接形成。而且，两个轭铁15、17中的至少一个由Co系列非晶形金属磁性材料或Fe系列非晶形金属磁性材料构成。

如图3所示，在本实施形态的手表中，连接构件41安装在第一和第二轭铁15、17的下侧，两个轭铁15、17通过该连接构件41连接即可。该连接构件41最好用Co系列非晶形金属磁性材料、Fe系列非晶形金属磁性材料、或PC材料构成。

[第二实施形态]

参照图4说明本实施形态的小型发电机及备有它的携带式电子机器。

本实施形态的小型发电机是安装在作为携带式电子机器的电子控制机械表中的小型发电机。

如图4所示，本实施形态的电子控制机械表由齿轮组21、发电机22等构成。

上述齿轮组21有：收容发条的条盒轮23、二号轮24、三号轮25、四号轮26、五号轮27及六号轮28。

上述发电机22备有：有磁铁29的转子31、有四万匝绕线32的第一轭铁33、以及由具有十一万匝绕线35的线圈36构成的第二轭铁34。

在该发电机中，条盒轮23的旋转通过二号轮24、三号轮25、四号轮26、五号轮27及六号轮28依次增速后，传递到转子31上，最后达到243000倍的增速。

在本实施形态中，第一轭铁33和第二轭铁34的连接部分37由两个轭铁33、34的侧面之间的连接形成。而且，两个轭铁33、34中的至少一个由Co系列非晶形金属磁性材料或Fe系列非晶形金属磁性材料构成。

另外，与图4所示的轭铁33、34不同，如图5所示，第一和第二轭铁33、34呈左右对称的形状，在图5的左方，由黄铜等非磁性材料构成，收容转子31的磁铁29的开口部分33A、33B对安装在底板49上的定位构件44进行定位。这时，上述轭铁33、34的侧面利用可以转动插入的偏心销43挤压在底板49上，所以上述开口部分33A、33B接触在上述定位构件44上，确定其位置。在图5的右方，将上述两个轭铁33、34的导向孔插在导向销45上进行定位，利用被拧入导向销45上的螺钉48，将两个轭铁33、34固定在底板49上。而且，由于两个轭铁33、34的侧面的连接部分47的磁阻大，所以将插入底板49上的偏心销43设置在两个轭铁33、34的侧面部分，用这些偏心销43挤压两个轭铁33、34，使其接触，减少漏磁(损失)即可。如图6、7所示，在这些轭铁33、34的下侧，由PC材料等构成的连接构件46被安装在两个轭铁33、34上，或者放置在底板49上，通过该连接构件46连接两个轭铁33、34。

另外，关于对轭铁进行导向的侧面连接侧的导向销45和螺钉48虽然也采用非晶形等的磁性材料，但最好能确保通过轭铁的磁通量。

另外，本发明不限定于图2～7所示的由一对N极和S极构成的二极发电机，同样也能适用于使用四极以上的发电机的情况。例如，用本发明的非晶形金属磁性材料构成特公平7-69440号公报中记载的多极发电机的轭铁，能提供一种铁损少的高效率的发电机。另外，在特开平9-211152号公报记载的没有轭铁的发电机中，在中空线圈的中空部分，用非晶形金属磁性材料之类的铁损少的材料构成轭铁，能集中更多的磁通，能使磁铁薄型化、以及减少匝数，所以能实现小型化。

另外，上述实施形态虽然是关于手表的发电机，但也同样适用于手表的电动机。即，电动机也能采用与发电机同样的结构、材料。

[实施例1]

本实施例的携带式电子机器是上述第一实施形态的图2所示结构的机器。

利用由66Co-4Fe-1Ni-14B-15Si构成的非晶形金属制成上述第一轭铁15，利用由78Fe-13B-9Si构成的非晶形金属制成上述第二轭铁，构成了手表。

测定了本实施例的Co系列非晶形金属的铁损-频率特性，将其结果示于图8。另外，同样对现有的PC材料(76Ni-4Mo-5.5Cu-Fe)进行了测定，将其结果一并示于图8。

由图8可知，在戴手表时的旋转频率及实际发电区中，本实施例的Co系列非晶形金属与现有的PC材料相比，铁损减少了。

测定了本实施例的Fe系列非晶形金属的铁损-频率特性，将其结果示于图9。另外，同样对现有的PB材料(46Ni-Fe)进行了测定，将其结果一并示于图9。

由图9可知，在戴手表时的旋转频率及实际发电区中，本实施例的Fe系列非晶形金属与现有的PB材料相比，铁损减少了。

因此，如果采用本实施例，则由于小型发电机的铁损减少了，所以通过发电机的高效率化，能减小旋转锤的尺寸，钟表的薄型化及小型化成为可能。

另外，本实施例的Co系列非晶形金属的拉伸应力约为100kg/mm²，与此不同，PC材料的拉伸应力约为50kg/mm²。因此，本实施例的Co系列非晶形金属与PC材料相比，材料强度倍增，所以不会变形，容易处理。

[实施例2]

本实施例的携带式电子机器是上述第二实施形态的图4～7所示结构的机器。另外，轭铁33、34的形状及结构如图5所示。

在上述第二实施形态中，利用由66Co-4Fe-1Ni-14B-15Si构成的非晶形金属制成上述第一轭铁33及第二轭铁34，构成了手表。使用PC材料作为连接构件46的材料。

测定了本实施例的Co系列非晶形金属的铁损-频率特性，其结果如图8所示。因此，如果采用本实施例，由于小型发电机的铁损少，所以发电效率提高了，持续时间变长。

如图10所示，第二轭铁34(也可以是第一轭铁33)可以由宽度尺寸不同的非晶形薄板41按照椭圆形状重叠构成。薄板41的厚度例如为20～25微米。粘接层由聚脂系列粘接材料等构成，厚度为2微米左右。

将粘接材料复制在非晶形薄板41上，将各薄板41重叠起来，将该重叠体放置在200℃的温度下持续约40分钟，固定后，在60℃的温度下放置一周至10天，能制成这种重叠结构的第二轭铁34。

如果将线绕在图11所示的现有的断面呈四边形的轭铁上，则四边形的磁心断面的上下左右增厚，构成椭圆形的线圈。与此不同，如图10所示，在非晶形的情况下，由于能重叠成断面呈椭圆的形状，所以能将线绕成与该椭圆形状近似的形状，按同一断面积进行比较时，该方法能缩短每一周的线圈线，降低了铜损。

通过本实施例的各轭铁内的磁通量为0.182μWb，发电效率为14.5％。

另外，在不使用连接构件46的情况下，磁通量为0.136μWb，发电效率为12.8％。

工业上利用的可能性

如果采用本发明，则由于轭铁的至少一部分由Co系列非晶形金属或Fe系列非晶形金属构成，能减少铁损，所以能作为电磁变换器及备有它的电子机器使用。作为电磁变换器，除了各实施形态所示的发电机外，也能应用于步进电动机等电动机中，这时的结构与图示的各实施形态的结构大致相同，其材料及特性也与各实施形态、实施例所示的大致相同。另外，作为备有本发明的电磁变换器的电子机器能用于例如手表、挂钟、座钟、台式计算器、携带用个人计算机、传呼机、携带式电话等。

Claims

1.一种电子钟表，其特征在于：它备有包括由永久磁铁构成的转子、和配置在该转子附近且流过磁通的第1轭铁和第2轭铁所构成的发电机，在该上述第1和第2轭铁上分别卷有线圈，并且，上述至少一个轭铁的全部或一部分将由包含Co 50wt％以上的Co系列非晶形金属磁性材料构成的多片薄板重叠而形成。

2.根据权利要求1所述的电子钟表，其特征在于：

上述Co系列非晶形金属磁性材料包含66Co-4Fe-1Ni-14B-15Si。

3.根据权利要求1所述的电子钟表，其特征在于：

上述一对轭铁具有磁性构件，各磁性构件的一部分或全部的侧面互相接触。

4.根据权利要求3所述的电子钟表，其特征在于：

有助于上述接触的两个磁性构件之间的磁通的流过的连接构件至少配置在上述各磁性构件的上方及下方中的一方。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的电子钟表，其特征在于备有：发条和齿轮组，上述发电机将通过齿轮组传递的发条的机械能变换成电能。

6.根据权利要求1～4中任一项所述的电子钟表，其特征在于备有：发条、将通过齿轮组传递的发条的机械能变换成电能的上述发电机、利用上述变换的上述电能驱动的基准信号源、以及利用上述变换的上述电能进行驱动来控制上述发电机的旋转周期的旋转控制装置。

7.根据权利要求1～4中任一项所述的电子钟表，其特征在于备有：发条、将通过齿轮组传递的发条的机械能变换成电能的上述发电机、连接在上述齿轮组上的显示时刻用的指针、利用上述变换的上述电能驱动的基准信号源、以及利用上述变换的上述电能进行驱动来控制上述发电机的旋转周期的旋转控制装置。

8.根据权利要求1～4中任一项所述的电子钟表，其特征在于：设有将上述一对轭铁的侧面互相挤压的偏心销。