JP2018159571A - Power generator, timepiece having the same, and charging system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、静電誘導発電器付き電子時計などの発電装置において装置外部からの充電を可能にした発電装置、それを備えた時計、及び充電システムに関する。 The present invention relates to a power generation device that enables charging from the outside of a power generation device such as an electronic timepiece with an electrostatic induction generator, a timepiece including the power generation device, and a charging system.
電磁誘導式による自動巻き発電時計は良く知られている。このような磁界で発電する時計が、時計売り場などで2次電池の充電容量が減少したとき、外部より磁場を印加して急速充電を行うことは、特許文献1に開示されている。
An electromagnetic induction type self-winding timepiece is well known.
一方、近年エレクトレット材料による静電誘導を利用した実用的発電装置が、特許文献2、3に開示されているように、開発されてきている。静電誘導とは、帯電した物体を導体に接近させると、帯電した物体とは逆の極性の電荷が引き寄せられる現象のことである。静電誘導現象を利用した発電装置とは、「電荷を保持する膜」(以下、帯電膜という)と「対向電極」を配置した構造において、この現象を利用して、両者を相対移動させて誘導された電荷を取り出す発電のことである。エレクトレット材料による場合を例にとると、エレクトレットは、誘電体に電荷を打ち込んだものであり、半永久的に静電場を発生させるものである。このエレクトレットによる発電では、エレクトレットと対向電極とを近接させ、エレクトレットにより形成される静電場によって対向電極に誘導電荷が生じ、エレクトレットと対向電極の重なりの面積を変化(振動等)させれば、外部電気回路において交流電流として取り出すことができる。このエレクトレットによる発電は、構造が比較的簡単で、電磁誘導によるものより、低周波領域において高い出力が得られ有利であって、近年いわゆる「環境発電(Energy Harvesting)」として注目されている。
On the other hand, in recent years, practical power generation devices using electrostatic induction by electret materials have been developed as disclosed in
磁界で発電する時計は時計売り場などで2次電池の充電容量が減少したとき、外部より磁場を印加して急速充電を行うことが可能である。しかしながら、エレクトレットによる発電は、電磁誘導式発電時計とは異なり、電場で発電しているため、外部から磁場を印加しても発電しないという、エレクトレット発電時計に特有の事情がある。また、外部から正電場を印加しても時計部材が金属であるため、発電部に電場を印加することが難しいばかりでなく、仮に基材を金属製にして直接回そうとしても、配置上の理由(回転体が筐体から遠い位置にある、ガラスエポキシ基板がある等)により直接回すことは困難であった。 A watch that generates power using a magnetic field can be rapidly charged by applying a magnetic field from the outside when the charge capacity of the secondary battery decreases at a watch counter or the like. However, unlike the electromagnetic induction power generation timepiece, power generation by the electret is generated by an electric field. Therefore, there is a situation peculiar to the electret power generation timepiece that does not generate power even when a magnetic field is applied from the outside. In addition, since the watch member is made of metal even when a positive electric field is applied from the outside, not only is it difficult to apply an electric field to the power generation unit, but even if an attempt is made to directly turn the base material to metal, It was difficult to rotate directly for a reason (such as a rotating body at a position far from the casing or a glass epoxy substrate).
このため、エレクトレット発電時計においては、急速充電しようとしても、急速充電することができなかった。さらに、従来からよく知られたウォッチワインダーのように、時計自体を回転させて回転錘を回転しエレクトレットを回転させて充電する機構では、ウォッチワインダーが動作中は時計の視認が困難であるとともに、充電に余りにも時間がかかり過ぎて役に立たなかった。 For this reason, in the electret power generation timepiece, even when trying to fast charge, quick charging could not be performed. Furthermore, with the mechanism that rotates the watch itself, rotates the rotating weight and rotates the electret like the watch winder well known in the past, it is difficult to see the watch while the watch winder is operating, It took too long to charge and was useless.
上記課題を解決するために、静電誘導発電器付き電子時計などの発電装置において装置外部からの充電を可能にした発電装置、それを備えた時計、及び充電システムを提供する。 In order to solve the above-described problems, a power generation device that enables charging from the outside of the power generation device such as an electronic timepiece with an electrostatic induction generator, a timepiece including the power generation device, and a charging system are provided.
本発明は、ハウジングと、前記ハウジングに対して相対運動する錘と、前記錘の運動による動力に基づいて発電する発電機構と、前記発電機構で発生した電力が充電される電池と、前記錘の運動による動力を前記発電機構に伝達する動力伝達機構と、を有し、前記錘又は前記動力伝達機構の少なくとも一方は、前記ハウジング内に備えられると共に、前記ハウジングの外部から印加される磁場によって作動する磁力結合部材が設けられていることを特徴とする発電装置である。 The present invention includes a housing, a weight that moves relative to the housing, a power generation mechanism that generates electric power based on power generated by the movement of the weight, a battery that is charged with electric power generated by the power generation mechanism, A power transmission mechanism that transmits power generated by movement to the power generation mechanism, and at least one of the weight or the power transmission mechanism is provided in the housing and is operated by a magnetic field applied from outside the housing. The power generation device is provided with a magnetic coupling member.
以下、各図面を参照して、本発明の一実施形態を説明する。各実施態様について、同一構成の部分には、同一の符号を付してその説明を省略する。以下の各実施形態では、腕時計で実施形態を説明するが、必ずしも腕時計に限定されるものではない。携帯用の静電誘導発電器付き電子電気機器であれば、本発明が適用可能なものである。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. About each embodiment, the same code | symbol is attached | subjected to the part of the same structure, and the description is abbreviate | omitted. In each of the following embodiments, the embodiment will be described using a wristwatch, but is not necessarily limited to a wristwatch. The present invention is applicable to any portable electronic electric device with an electrostatic induction generator.
(第1実施形態)
図1は、本発明の第1実施形態に係る発電装置100を示す模式的断面図である。図2は、本発明の第1実施形態に係る発電装置100の対向電極2と帯電膜3のパターンを示す図である。図3は、本発明の第1実施形態に係る発電装置100の裏蓋42で切断したときの断面平面図である。図4は、本発明の第1実施形態の充電システムを説明するための模式的側面図である。(「模式的」とは、分かり易く明示するために、一部点線にすべきところを実線で表記している点を指す。以下の図8、13、16、18においても同様である。)。図5は、本発明の第1実施形態の充電システムを示す説明図である。図6は、時計内部の概略レイアウトである。図1の断面図において、風防24側を上部、上側、上方といい、裏蓋42側を下部、下側、下方と称す。
(First embodiment)
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a
以下、第1実施形態を、各図面を参照して説明する。
本実施形態は、腕時計など携帯用電子時計に適用した場合の実施形態である。携帯用電子時計は、風防24を含む外装ケーシング41、42(裏蓋42、外装ケーシングもハウジングに含むものとしてもよい)と、文字盤25と、ハウジング33、34と、このハウジング33、34内に配置されたクオーツムーブメントと、ハウジング33、34内に配置された静電誘導発電器とを有している。風防24は、パッキン43を介して外装ケーシング41に嵌め込まれている。風防24は、透明材料で形成されている。ハウジング33、34は、以下において腕時計の場合によくつかわれる呼称、すなわち、地板33、受け板34として説明する。地板33は、ハウジングの一種であって、様々なパーツを組み込む土台、支持板、内装ケーシングなどを意味している。また、受け板34とは、回転体の軸を支えたり、部品を固定・保持する役割を果たす場合に良くつかわれる用語である。
Hereinafter, a first embodiment will be described with reference to the drawings.
This embodiment is an embodiment when applied to a portable electronic timepiece such as a wristwatch. The portable electronic timepiece includes
クオーツムーブメントは、ここでは、水晶振動子と、回路基板5と、ステップモータ35と、歯車駆動部21と、2次電池22などを含むものとして定義される。回路基板5には、発振回路、分周回路、ステップモータ35の駆動回路、整流回路、電源回路などが組み込まれている。図6は、時計内部構造の概略図を示している。図6の符号14は、静電誘導発電器(エレクトレット発電器)と同軸の軸8に設置された歯車を表す。符号27は、リュウズ28がねじ込まれた巻き芯27を示し、符号37はリュウズ28による切り換え手段を示している。図1にみられるように、歯車駆動部21からは、指針軸が文字盤25の上方に突き出て、時針、分針、秒針(秒針図示せず)などの指針23が取り付けられている。運針用のステップモータ35の代わりに、磁力で駆動しない静電モータ、圧電モータを使用することもできる。この場合には、後述する外部充電機の磁場の影響を受けない。
Here, the quartz movement is defined as including a crystal resonator, a
次に、図1を参照して静電誘導発電器の構成について述べる。
軸8には回転部材4が固定されている。回転部材4の下面には帯電膜3が配置されている。一方、帯電膜3に対向するように、上部表面に対向電極2が配置された対向基板1が、地板33に設置固定されている。なお、回転部材4の下面に、帯電膜3の代わりに、対向電極2を設置し、対向基板1の上面に、対向電極2の代わりに、帯電膜3が設置しても良い。クオーツムーブメントの回路基板5も、対向基板と同様に地板33に設置固定されている。
Next, the configuration of the electrostatic induction generator will be described with reference to FIG.
A rotating member 4 is fixed to the
回転部材4が回転すると、静電誘導発電が引き起こされ、帯電膜3と対向電極2間で発生した電力を、回路基板5に出力する。回転部材4の下面には帯電膜3が配置され、帯電膜3に対向するように、対向電極2が配置されている。本実施形態では、上部から下部に向かって、文字盤25、地板33、回転部材4、帯電膜3、対向電極2、対向基板1、受け板34の順序で配置されている。
When the rotating member 4 rotates, electrostatic induction power generation is caused, and the electric power generated between the charging
回転部材4、及び、その下面の帯電膜3は、図2に示すように、それぞれ、放射状に形成され、放射状の各一片との間にはブランク部(透し孔、貫孔)が形成されている。軸8は、地板33、受け板34に設けられたそれぞれ設けた上下耐震装置(一例としてパラショック)などの軸受50で軸支されている。軸8は、軸受50で軸支されるとともに、対向基板1を貫通して、受け板34において、軸受50で軸支されている。回転錘17は腕の動きなどを捉えて回転する。軸8の対向基板1の下側において、軸9に固定された回転錘17から軸8への歯車伝動機構として、軸9に固定された歯車15と、軸8に固定された歯車14とが設けられている。なお、本実施形態では、軸9に固定された回転錘17から軸8への歯車伝動機構が設けられているが、これを省略して、回転錘17は、軸9ではなく、直接軸8に回転錘17を取り付けても良い。
As shown in FIG. 2, the rotating member 4 and the charging
回転錘17の回転を歯車伝動により増速させて軸8を回転させると、回転部材に設置された帯電膜(エレクトレット膜)3を、地板上に静止した対向電極2に対して、増速回転させることができる。帯電膜3と対向電極の回転数が高まると、発電効率を上昇させることができる。なお、歯車伝動機構としては、2枚の歯車に限らず、3枚以上の歯車列を構成しても良い。特殊歯車、カム、リンク、ワンウェイクラッチ(一方向クラッチ)、ツーウェイクラッチ等を途中に介在させたものも、ここでの歯車伝動機構に含まれる。軸9は、ここでは、受け板34にベアリング16を介して軸支されている。軸9の軸支については、地板33と受け板34で軸支することも可能である。
When the rotation of the rotating
軸9に固定された回転錘17から軸8への歯車伝動機構としては、機械式腕時計においてこれまで公知の自動巻きの回転駆動技術を転用することが可能である。たとえば、腕の運動などの振動による、軸9に固定された回転錘17の正逆両方向の回転を、歯車伝動機構に内在した変換クラッチ機構によって、常に一方向の回転に変換するようにすれば、発電効率を一層高めることができる。このような変換クラッチ機構は、ツーウェイクラッチ機構として機械式自動巻き腕時計の公知技術として、よく知られているので、これらの公知技術などを適用することが可能である。また、回転錘17による軸9の回転や揺動の正逆一方向のみを、ワンウェイクラッチで軸8に伝動しても良い。以上述べた回転部材4と回転錘17との歯車伝動機構は、以下に述べる実施形態においても適宜適用することができる。ワンウェイクラッチ、ツーウェイクラッチの一例は、後述する。
As a gear transmission mechanism from the
続いて、本実施形態の詳細について以下に説明する。
本発明で帯電膜として用いられるエレクトレット材料には、帯電しやすい材料を用い、例えばマイナスに帯電する材料としてはシリコン酸化物(SiO2)や、フッ素樹脂材料などを用いる。具体的には一例としてマイナスに帯電する材料として旭硝子製のフッ素樹脂材料であるCYTOP(登録商標)などがある。
Next, details of the present embodiment will be described below.
As the electret material used as a charging film in the present invention, a material that is easily charged is used. For example, silicon oxide (SiO 2 ) or a fluororesin material is used as a negatively charged material. Specifically, as a negatively charged material, there is CYTOP (registered trademark), which is a fluororesin material manufactured by Asahi Glass.
さらに、その他にもエレクトレット材料としては、高分子材料としてポリプロピレン(PP)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリビニルクロライド(PVC)、ポリスチレン(PS)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリビニルデンジフルオライド(PVDF)、ポリビニルフルオライド(PVF)などがあり、無機材料としては前述したシリコン酸化物(SiO2)やシリコン窒化物(SiN)なども使用することができる。その他、周知の帯電膜を使用することができる。 In addition, other electret materials include polymer materials such as polypropylene (PP), polyethylene terephthalate (PET), polyvinyl chloride (PVC), polystyrene (PS), polytetrafluoroethylene (PTFE), and polyvinyldendifluoride (PVDF). ), Polyvinyl fluoride (PVF), and the like, and the aforementioned silicon oxide (SiO 2 ) and silicon nitride (SiN) can be used as the inorganic material. In addition, a well-known charged film can be used.
図2を参照して、帯電膜3と対向電極2を説明する。
帯電膜3(エレクトレット膜)の内面には、負電荷が保持されているので、対向電極2には、静電誘導により正電荷が引き寄せられる。対向基板1に設けられた対向電極2、回転部材4に設けられた帯電膜3は、図2に示すようなパターンである。対向電極2および帯電膜3において、中心から等しい角度の放射部2’、3’が等間隔で形成されている。このパターンでは、放射部3’、3’相互間はそれぞれブランク部(透し孔)となっている。一方、対向基板1上の対向電極2については、対向電極2の放射部2’を、1つおきにそれぞれ独立させ、とびとびに接続配線した放射部2’を、2端子としてそれぞれ整流回路20の入力側に接続させている。図2の上部の帯電膜3のパターンは、出力端子が不要となっている。(特許文献3の図9、10の実施例の原理説明を参照。特許文献3を引用補充する。)この場合には、静止する対向基板1上の対向電極2のみから電流を取り出せばよいので、回転する回転部材の電気的接続が不要になって便利である。
The charging
Since negative charges are held on the inner surface of the charging film 3 (electret film), positive charges are attracted to the
回転錘17によって、軸8に固定された回転部材4が回転すると、帯電膜(エレクトレット膜)3と対向電極2間との重なり面積が増減し、対向電極2に引き寄せられる正電荷が増減して、飛び飛びの接続した片方の対向電極2の放射部2’(第1放射部2’)と、他方の対向電極2の放射部2’(第2放射部2’)との間に交流電流を発生させる。第1、第2放射部2’、2’間の電流を、出力部として、整流回路20を通し直流変換して、クオーツムーブメントに出力させるものである。
When the rotating member 4 fixed to the
整流回路20は、ブリッジ式であり、4個のダイオードを備え、入力側には、第1、2放射部2’、2’がそれぞれ接続されている。出力側には平滑回路を介して、所定電圧に変換する図示しない電源回路が接続されており、この直流変換された発電電流は、クオーツムーブメントに電力として供給されるとともに、2次電池22に蓄電される。本実施形態における帯電膜および対向電極は放射形状にパターニングされていたが、対向基板1、回転部材4に対して相対回動したときに、重なり面積が周期的に増減するのであれば、他の形状にパターニングされていても良い。
The
また、帯電膜3および対向電極2は、図2のパターンに限定されるものではなく、帯電膜3の配置を図2の上側と同じにして、下側の対向電極2を、帯電膜3の配置と同じように、放射部2’、2’を飛び飛びに配置して、放射部2’、2’の相互間には電極が設けないようにしても良い。この場合には、回転部材4の下面の帯電膜3は、導電部材の軸8に電気接点を介して接続されて、1端子として出力する。一方、対向基板1の対向電極2も、飛び飛びの放射部2’が全て連結されて、外周側の電極部から1端子として出力が取り出される。両出力端子は、整流回路20に接続される。
Further, the charging
次に、本実施形態における、外部充電を可能にした発電装置100と、外部充電機101からなる充電システムについて述べる。まず、外部充電を可能にした発電装置100から述べる。
Next, a charging system including the
本実施形態においては、発電装置100は、図1に示すように、腕時計などの携帯用電子時計に適用したエレクトレット発電時計である。本実施形態のエレクトレット発電時計は、急速充電するために、回転錘17の一部に磁場で外部と磁力結合して連動できる磁力結合部材(強磁性体、軟磁性体)を設け、外部から磁場を、回転させながら印加することによって回転錘17が回転し、帯電膜3(エレクトレット)を有する回転部材4が回転して発電できるようにしている。
In the present embodiment, the
磁性体には、強磁性体、常磁性体、反磁性体の3種がある。これらを大雑把に定義すれば、強磁性体とは磁界を取り除いても磁石の性質が残るものを指し、外部磁場がない時は磁性を持たないものが、常磁性体である。反磁性体とは、磁場とは逆向きに磁化されるものをいう。強磁性体の中でも比較的簡単に磁極が消えたり反転したりする磁性体は、軟磁性体(鉄、パーマロイなど)と呼ばれ、そうでないものは硬磁性体(永久磁石など)と呼ばれる。非磁性体とは、その物質が磁化されないものを指す。例えば、チタン、ステンレス、ゴム、プラスチック、布などが代表例である。 There are three types of magnetic materials: ferromagnetic materials, paramagnetic materials, and diamagnetic materials. If these are roughly defined, a ferromagnetic material refers to a material that retains the properties of a magnet even when a magnetic field is removed, and a material that does not have magnetism when there is no external magnetic field is a paramagnetic material. A diamagnetic material is one that is magnetized in the opposite direction to the magnetic field. Among the ferromagnetic materials, the magnetic material in which the magnetic pole disappears or reverses relatively easily is called a soft magnetic material (iron, permalloy, etc.), and the other magnetic material is called a hard magnetic material (permanent magnet, etc.). A non-magnetic material refers to a material that is not magnetized. For example, titanium, stainless steel, rubber, plastic, cloth, etc. are representative examples.
図3にみられるように、図1のエレクトレット発電時計100の裏蓋42を外すと、回転錘17が露出する。回転錘17は、本実施形態では円板に形成されている。ここでは、円板は、磁力結合部材に相当し、パーマロイなどの保磁力の小さい軟磁性体で構成されているが、磁力結合部材は、強磁性体や常磁性体であっても良い。軟磁性体や常磁性体で磁力結合部材を形成すると、ステップモータ35への影響がないため好ましい。磁場の影響を避けるために、磁場から保護すべき部材の周りには耐磁板を設置して磁場を遮蔽することも一案である。
As shown in FIG. 3, when the
本実施形態では、回転錘17は、円板に形成したが、これに限定されるものではなく任意の形状でよい。円板の一部が欠けた形状、扇形、半月形の場合は片錘を形成する上で好都合である。11は片錘である。強磁性体、軟磁性体は比重が小さいので片錘として機能させるには円板10、片錘11が大型になってしまう。このため、片錘11としては、円板10と一体に形成するよりは、タングステン、鉛のような常磁性体を円板10に取り付けた方がよい。
In the present embodiment, the
外部から磁場を回転させながら印加することによって回転錘17を回転させる必要があるので、裏蓋42は、磁場が通過しやすい材料で形成されていることが必要である。このため、裏蓋42は、非磁性体(真鍮、アルミ、ガラス、セラミックなど)で形成されていることが好ましい。
Since it is necessary to rotate the rotating
次に、図4を参照して、外部充電機101を説明し、発電装置100と外部充電機101からなる充電システムについて述べる。図4は、外部充電機101の内部がわかるように模式的に表示している。
Next, the
外部充電機101は、磁力回転部103と、それを回転させる回転駆動モータ102を有している。磁力回転部103には、本実施形態では、少なくとも1対のN極とS極(永久磁石)が、回転軸O2の周りに設けられている。N極とS極の組は1対に限らず複数であっても良い。
The
本実施形態の充電システムは、次のように作動される。
回転駆動モータ102が回転すると、磁力回転部103の1対のN極とS極が、回転軸O2の周りに回転する。エレクトレット発電時計100(発電装置)が、図5の溝Uをガイドにして、図4のように外部充電機101に載置される。この時、U溝に合わせて発電時計100を載置すると、回転錘の回転軸O1と磁力回転部103のO2が概ね同軸になるように設定されている。回転錘の回転軸O1と磁力回転部103のO2が同軸になるにするためには、U溝以外にも、目印、各種載置形状に合わせた枠型、逆ネジ作動の把持爪対などを設けて芯出ししても良い。
The charging system of this embodiment is operated as follows.
When the
裏蓋42は、磁場が通過する非磁性材で形成されているので、図3の回転錘17の軟磁性材の円板10には、磁力回転部103の1対のN極とS極のそれぞれに対応して、S極、N極が発生し、磁力回転部103のN極とS極と、円板10のS極とN極とがそれぞれ吸引する。磁力回転部103のN極とS極が回転すると、回転錘17の円板10を連れ回りさせる。回転駆動モータ102の回転数は、磁力回転部103と円板10とが脱調しないように、うまく同期して連れ回りするような回転数を選定する。
Since the
本実施形態の回転錘17は回転部材4と兼用することもできる。この場合には、下面に帯電膜3が配置されている回転部材4に、片錘11を設置し、回転部材4の中央などを磁力結合部材からなる軟磁性体にする(全体を磁性体にしても良い)。この場合にも、外部充電機101の磁力回転部103の回転により、回転部材4を回転させることができる。
The
本実施形態によれば、時計売り場などで2次電池22の充電容量が減少したとき、時計を振ったり、リューズを巻いて発電する必要がなくなり、外部充電機101により外部より磁場を印加して、外部充電機101に急速充電を行うことが可能となる。回転錘17が、片錘11のついた円板の場合には、円板が時計全面を裏側から覆って耐磁板となるため、回転錘全面に外部磁界をかけても、運針用モータに影響が出ない。
According to the present embodiment, when the charging capacity of the
(第2実施形態)
図7は、本発明の第2実施形態の裏蓋42で切断したときの断面平面図である。図8は、本発明の第2実施形態の充電システムを説明するための模式的側面図である。図9は、本発明の第2実施形態の外部充電機を示す斜視図である。図10は、本発明の第2実施形態の充電システムの作動を示す説明図である。図11は、ワンウェイクラッチの一例を説明する説明図である。(a)は平面図であり、(b)は、側方断面図である。図6は、本実施態様の内部概略レイアウトでもある。
(Second Embodiment)
FIG. 7 is a cross-sectional plan view when cut by the
第2実施形態では、外部充電機101が、軸9を有する回転錘17ではなく、歯車伝動機構の1つの歯車14を回転させるようにした実施形態である。この1つの歯車14は、軸9に固定された回転錘17から回転部材4の軸8へ至る、歯車伝動機構に含まれる歯車である。本実施形態では、外部充電機101が回転させる歯車は歯車14であるが、これに限定されるものではなく、回転錘17から回転部材4の軸8へ至る歯車伝動機構のいずれであっても良い。
In the second embodiment, the
本実施形態では、図7に示すように、好ましくは、回転錘17は扇形である。外部充電機101が回転させる対象が、歯車14であり、歯車14が、磁力結合部材に相当し、パーマロイなどの保磁力の小さい軟磁性体で構成されている。回転錘17は扇形であれば、回転錘17を介在させることなく、外部から磁場を回転させながら印加することによって、歯車14を回転させることができるためである。
ここで、歯車伝動機構における磁力結合性を有する歯車14以外の歯車は、非磁性体にすることが好ましい。これにより、外部充電機101から伝達される動力の影響を受けなくなり、歯車同士の磁気的な干渉がなくなるため、外部充電機101から歯車伝動機構へ伝達される動力伝達効率を高めることができる。
In the present embodiment, as shown in FIG. 7, the
Here, gears other than the
第2実施形態には、次のような特徴を有している。第2実施形態においても、第1実施形態と同様な外部充電機101を有しているが、図8にみられるように、エレクトレット発電時計100(発電装置)を載置する、外部充電機101’の時計の載置面は、水平面に対して傾斜している。そして、磁力回転部103と、それを回転させる回転駆動モータ102は傾斜面の上部に設置されている。図8に示すように、エレクトレット発電時計100内部の回転錘17は、自重によって下方向に来るので(重力によって重心が最下位に位置)、時計を載置したときに、磁力結合部材の歯車14は、回転錘17と重ならない。
The second embodiment has the following features. The second embodiment also has the same
これにより、回転錘17を介在させることなく、外部から磁場を回転させながら印加することによって、歯車14を回転させることができる。この場合、歯車14の軸8と磁力回転部103のO2が概ね同軸になるようにする。なお、本実施形態では、歯車14の軸は、回転部材4の軸8と同一であるが、歯車14の軸は、回転部材4の軸8と異なっていても良い。したがって、歯車14の軸は必ずしも回転部材4と同軸でない場合であっても本実施形態に含まれる。また、図8に示すように、磁場の発生位置を斜面の上部にしているので、図6に示すように、ステップモータ35は、磁場の影響を受けない下側に位置させることができる。回転錘17の位置も下側に安定しやすいので、磁力結合部材の歯車14を、回転錘17を介在させることなく、外部から磁場を印加できる。
Thereby, the
第2実施形態の特徴には次の点も含まれていても良い。
本実施形態においては、軸9に固定された回転錘17から軸8への歯車伝動機構として、軸9に固定された歯車15と、軸8に固定された歯車14とが設けられている。この歯車14と歯車15の間に、一例として図11に示すようなワンウェイクラッチを介在させている。
The features of the second embodiment may include the following points.
In the present embodiment, a
ワンウェイクラッチによって回転錘17の伝達方向Y(図10)は一定になる。外部充電機101からの伝達方向Xを同一にすることによって、外部充電機101により歯車14を回転しても、ワンウェイクラッチにより回転の伝動を切り離して、回転錘17を回すことなく、エレクトレット発電器の回転部材4に動力を伝達できる。通常回転錘17は重たいので、外部充電機101により歯車14を回転する際に、外部充電機101に無駄な動力を使用しないようにしなければならない。ワンウェイクラッチにより回転の伝動を切り離した点は、本実施形態の特徴の1つである。また、磁力結合部材は、本実施形態では歯車14であったが、エレクトレット発電器の回転部材4、ワンウェイクラッチの歯車の1つであっても良い。本実施形態ではワンウェイクラッチを使用したが、ツーウェイクラッチを使用することも可能である。
The transmission direction Y (FIG. 10) of the
図11のワンウェイクラッチは、一例として挙げたものであるが、次のような構造になっている。以下は、回転錘17から歯車15、歯車14の順に伝動する場合の動作である。歯車15と、14の間には、入力側の歯車15に噛合う歯車61が、軸60回りに、回転自在に嵌合して軸60とは無関係に回転する。歯車61には星形歯車64が、歯車61の突起軸65に回転自在に嵌めこまれている。歯車61は、特殊歯車63に対して、S方向の回転には両歯車の相互関係が不動状態に固定されて、歯車61に固定された突起軸65が軸60の回りに公転すると、その回転を特殊歯車63に伝動することになる。特殊歯車63は軸60に固定されているので、カナ歯車62から、歯車15の回転が、出力側の歯車14に伝動されることになる。
The one-way clutch shown in FIG. 11 is given as an example, and has the following structure. The following is an operation in the case of transmission from the
一方、T方向の回転時には、歯車61が回転して、星形歯車64が軸60回りに公転しても、星形歯車64は、突起軸65に回転自在に嵌めこまれているので、特殊歯車63に対して空回りしてしまう。したがって、入力側の歯車15の回転は、出力側の歯車14に伝動されない。逆に、入力側と出力側を入れ替えて、歯車14からの回転がT方向の場合には、ワンウェイクラッチは、滑って回転錘17には回転が伝動されない。このような時計用のワンウェイクラッチは、図11の機構に限定されず周知のものを適用しても良い。第2実施形態においても、以上述べた点以外の構成は、第1実施形態と同じであり、作用効果を同様である。
On the other hand, during rotation in the T direction, even if the
(第3実施形態)
図12は、本発明の第3実施形態の裏蓋42における断面平面図である。図13(a)は、本発明の第3実施形態の充電システムを示す模式的側面図であり、(b)は、第3実施形態の外部充電機を示す斜視図である。図14(a)〜(c)は、本発明の第3実施形態の充電システムの作動を示す説明図である。図15は、ツーウェイクラッチの一例を説明する説明図である。(a)は、入力軸の歯車15が図面上で反時計回りの場合を示す図であり、(b)は、入力軸の歯車15が図面上で時計回りの場合を示す図である。
(Third embodiment)
FIG. 12 is a cross-sectional plan view of the
第3実施形態では、外部充電機101が、回転錘17を外部から磁場で左右に吸引して揺動回転させる。本実施形態では、図12に示すように、好ましくは、回転錘17は扇形である。回転錘17の回転軸である軸9と回転錘17の重心点を結んだ線上に、軟磁性体でできた吸引部13が回転錘17に一体形成されている。吸引部13が、磁力結合部材に相当し、パーマロイなどの保磁力の小さい軟磁性体で構成されている。吸引部13を除いて回転錘17のその他の部分は、非磁性体で形成されている。回転錘17は扇形に限定されず、その他の形状であっても良い。
In the third embodiment, the
図13、14に示すように、載置された時計における吸引部13の揺動位置に対応して、外部充電機101には電磁石104が、水平に間隔を置いて1対設置されている。外部充電機101の時計の載置面は、水平面に対して傾斜している。図13に示すように、エレクトレット発電時計100内部の回転錘17は、自重によって下方向に来るので、時計を載置したときに、ステップモータ35が上部に配置されるようにすれば、外部充電機101には電磁石104と重ならない。これにより、ステップモータ35には磁場の影響が受けなくなる。ステップモータ35の位置は、必ずしも上部に限定されるものではなく、電磁石104の影響の少ない位置であればよい。
As shown in FIGS. 13 and 14, a pair of
図14(a)〜(c)を参照して、本実施形態の作動を説明する。なお、図14(a)〜(c)は実際には傾斜面上にある。図14(a)は、左右の電磁石104が励磁されていない状態を示し、回転錘17は、自重によって下方向位置で静止している。図14(b)では、右側の電磁石104のみがONにされて励磁された状態である。これにより、吸引部13が電磁石に吸引されるので、回転錘17は右側への振り子運動を行う。回転錘17は右側の上死点に近づくと、右側の電磁石104はOFFとなり、今度は、図14(c)に示すように左側の電磁石104が励磁され、回転錘17は左側への振り子運動を行う。左右の電磁石104の励磁を繰り返して、回転錘17に振り子運動させる。この揺動運動は、回転部材4を回転して発電するので、2次電池22に充電することができる。
With reference to FIGS. 14A to 14C, the operation of this embodiment will be described. 14A to 14C are actually on an inclined surface. FIG. 14A shows a state in which the left and
軸9に固定された回転錘17の正逆両方向の揺動運動を、歯車伝動機構に内在したツーウェイクラッチによって、常に回転部材4が一方向の回転になるように変換すると、発電効率が良くなる。もちろんワンウェイクラッチ、クラッチ機構がない伝達機構でも実施可能であるが、ユーザーが携帯して発電するときの充電効率を考慮した場合、歯車14の慣性力が働きやすいツーウェイクラッチ、ワンウェイクラッチ、クラッチ機構がない伝達機構の順に伝達効率が良い。ツーウェイクラッチの一例は、図15(a)、(b)に示されているが、これに限定されるものではない。
The power generation efficiency is improved by converting the forward / reverse oscillating motion of the rotating
このツーウェイクラッチは良く知られた機構であるが、図15(a)、(b)を参照して、簡単に作動を解説する。回転錘17の回転軸である軸9には歯車15が設けられている。これに噛合う歯車72は、Z軸まわりの揺動アーム71に回転自在に設けられている。歯車15が、図15(a)のように反時計回りに回転するときは、揺動アーム71が反時計回りに回転して、歯車72が歯車74に噛合う。歯車74と噛合う歯車75は時計回りである。一方、歯車15が、図15(b)のように時計回りに回転するときは、揺動アーム71が時計回りに回転して、歯車72が、歯車74に噛合うことなく歯車75に噛合う。歯車72と噛合う歯車75は時計回りである。歯車15が反時計回りに回転するか時計回りに回転するかにかかわらず、いずれの場合も、中間歯車76、77、78を経て、歯車14を時計回りに回転させる。中間歯車76、77、78は省略されても良い。
Although this two-way clutch is a well-known mechanism, its operation will be briefly described with reference to FIGS. 15 (a) and 15 (b). A
本実施形態によれば、軸9に固定された回転錘17の正逆両方向の揺動運動が、歯車伝動機構に内在したツーウェイクラッチによって、常に回転部材4を一方向に回転させるので、発電効率が良くなる。また、回転錘17が揺動運動しており、電磁石104の位置が特定位置に限定できるので、ステップモータなどへの磁界の影響を限定的にすることができる。その他の構成、作用効果は、第1実施形態と同じである。
According to the present embodiment, the forward and backward oscillating motion of the rotating
(第4実施形態)
図16(a)は、本発明の第4実施形態の充電システムを示す模式的側面図であり、(b)は、第4実施形態の外部充電機を示す斜視図である。図17(a)〜(c)は、本発明の第4実施形態の充電システムの作動を示す説明図である。
(Fourth embodiment)
FIG. 16A is a schematic side view showing the charging system of the fourth embodiment of the present invention, and FIG. 16B is a perspective view showing the external charger of the fourth embodiment. FIGS. 17A to 17C are explanatory views showing the operation of the charging system according to the fourth embodiment of the present invention.
第3実施形態では、軸9に固定された回転錘17の揺動運動を発生させるために、外部充電機101には電磁石104が、水平に間隔を置いて1対設置されていた。第4実施形態では、電磁石104の代わりに、両端部にN、S極を有する揺動腕としての磁力回転部103が、軸9に固定された回転錘17の揺動運動を発生させる。揺動腕としての磁力回転部103は、回転駆動モータ102で、リンク機構などによって揺動運動させるか、又は、揺動モータを使用しても良い。その他の構成、作用効果は、第3実施形態と同じである。
In the third embodiment, a pair of
図17(a)〜(c)を参照して、本実施形態の作動を説明する。なお、図17(a)〜(c)は実際には傾斜面上にある。図17(a)は、駆動モータ102が駆動されていない初期位置を示している。回転錘17は、自重によって下方向位置で静止している。回転錘17の静止位置に合わせて、駆動モータ102の初期位置が設定されている。図17(b)では、揺動腕としての磁力回転部103が右側に揺動した状態である。これにより、吸引部13がS極に吸引されるので、回転錘17は右側への振り子運動を行う。図17(c)に示すように、今度は、磁力回転部103が左側に揺動して、回転錘17は左側への振り子運動を行う。左右の電磁石104の励磁を繰り返して、回転錘17に振り子運動させる。この揺動運動は、第3実施形態と同様に、ツーウェイクラッチにより一方向の回転運動に変換されて回転部材4を回転して発電するので、2次電池22に充電することができる。吸引部13のN、S極は逆であっても良い。
With reference to FIGS. 17A to 17C, the operation of this embodiment will be described. 17A to 17C are actually on an inclined surface. FIG. 17A shows an initial position where the
(第5実施形態)
図18は、本発明の第5実施形態の充電システムを示す模式的側面図である。図19は、本発明の第5実施形態の外部充電機を示す斜視図である。図20は、本発明の第5実施形態の磁力印加部の出力磁界パターンを示す。図21は、本発明の第5実施形態の充電システムの作動を示す説明図である。図22は、本発明の第5実施形態の充電システムを示すブロック図である。
(Fifth embodiment)
FIG. 18 is a schematic side view showing the charging system of the fifth embodiment of the present invention. FIG. 19 is a perspective view showing an external charger according to the fifth embodiment of the present invention. FIG. 20 shows an output magnetic field pattern of the magnetic force application unit of the fifth embodiment of the present invention. FIG. 21 is an explanatory diagram showing the operation of the charging system according to the fifth embodiment of the present invention. FIG. 22 is a block diagram showing a charging system according to the fifth embodiment of the present invention.
第5実施形態は、第3実施形態の左右の電磁石104に相当する磁力印加部A、E以外にさらに磁力印加部B、C、D、Fを設けたものである。磁力印加部A、Eは、図20に示すようにON、OFF制御させて、回転錘17を往復動させるものであり、第3実施形態のものと同じ機能を有している。図21に示すように、磁力印加部A、Eによる第5実施形態の充電システムの作動は、第3実施形態のものと同様である。一方、同時に、磁力印加部B、C、D、Fは、図20に示すように、時計部品の脱磁を行なう。これらの励磁を終了する時には電流をゼロに持って行く。その他の構成、作用効果は、基本的に第3実施形態と同じである。なお、時計の種類によって各印加磁力部の出力磁界パターンを切り換えるようにして複数種類の時計に対応できるようにしても良い。本実施形態を、エレクトレット発電時計、機械時計の双方に利用できるようにしても良い。この時、エレクトレット発電時計のような場合は、磁力印加部B、C、D、Fの印加が、50Hz程度では、ステップモータが外部磁界によって駆動してしまうことがあるため、周波数を機械時計のときより早くしたりして、ステップモータの運針に影響を受けないようにする。
In the fifth embodiment, in addition to the magnetic force application units A and E corresponding to the left and
図22に示すように、本実施形態では、発電装置と外部充電機との間に、通信手段を設け、充電量が所定値に達したら、磁力印加部A〜Fの印加を停止するように構成しても良い。なお、磁力印加部A〜Fは6個に限定されるものではなく、さらに個数を増やすことも可能である。時計の種類によっては、扇形の回転錘17の大きさが異なるので、磁力印加部の個数が多ければ、時計の種類に応じて、回転錘17を往復動させる磁力印加部の位置を選択することができる。
As shown in FIG. 22, in the present embodiment, communication means is provided between the power generation device and the external charger, and when the amount of charge reaches a predetermined value, the application of the magnetic force application units A to F is stopped. It may be configured. The number of magnetic force application portions A to F is not limited to six, and the number can be increased further. Depending on the type of timepiece, the size of the fan-shaped
図22において、(a)は発電装置であり、(b)は、外部充電機である。両者は相互の通信回路で連結している。下側が外部充電機の入力回路において、時計の種類を選択し各磁力印加部で駆動する磁力の種類を決定する。外部充電機の制御回路は、通信回路を使って発電装置である時計の充電状態を確認し、充電量が一定値B以下であれば、磁力印加部A〜Fの印加を開始する。発電装置の充電量が一定値A以上になったら、磁力の印加を停止する。また、充電量が一定値B以下になったら再度、磁力印加を行なう。ここで、一定値A、Bの関係はA>Bとなる。 In FIG. 22, (a) is a power generator, and (b) is an external charger. Both are connected by mutual communication circuits. On the lower side, in the input circuit of the external charger, the type of timepiece is selected and the type of magnetic force driven by each magnetic force application unit is determined. The control circuit of the external charger confirms the charging state of the timepiece that is the power generation device using the communication circuit, and starts application of the magnetic force application units A to F if the charge amount is equal to or less than a certain value B. When the amount of charge of the power generation device exceeds a certain value A, the application of magnetic force is stopped. Further, when the charged amount becomes equal to or less than a certain value B, the magnetic force is applied again. Here, the relationship between the constant values A and B is A> B.
リュウズのよる切り換え手段は、周知の機構であり、リュウズを引くと、時分針の指針表示部の時刻合わせを行う。リュウズを引かずに回転させると、リュウズの手巻きによって歯車伝達機構を介して回転部材4を回転させ、発電器に発電を行うことができるようになっている。2次電池には、残容量測定回路が接続しており、発電装置の充電量が一定値A以上か、一定値B以下かの判別を行うことができる。この結果を、通信回路で送信して外部充電機を上述のように制御することができる。図22のシステム構成は、これまで述べた各実施形態に適用することができる。 The switching means by the crown is a well-known mechanism, and when the crown is pulled, the time of the pointer display portion of the hour / minute hand is adjusted. When the crown is rotated without being pulled, the rotating member 4 is rotated through a gear transmission mechanism by manual winding of the crown so that the generator can generate electric power. The secondary battery is connected to a remaining capacity measurement circuit, and it is possible to determine whether the amount of charge of the power generation device is a certain value A or more or a certain value B or less. This result can be transmitted by the communication circuit to control the external charger as described above. The system configuration of FIG. 22 can be applied to each of the embodiments described so far.
なお、本発明の技術範囲は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した実施形態に種々の変更を加えたものを含む。すなわち、実施形態で挙げた具体的構成はほんの一例に過ぎず、適宜変更が可能である。 It should be noted that the technical scope of the present invention is not limited to the above-described embodiments, and includes those in which various modifications are made to the above-described embodiments without departing from the spirit of the present invention. That is, the specific configuration described in the embodiment is merely an example, and can be changed as appropriate.
1 対向基板
2 対向電極
3 帯電膜
4 回転部材
8、9 軸
10、13 磁力結合部材
14、15 歯車伝動機構
17 回転錘
22 電池
33、34、41、42 ハウジング
DESCRIPTION OF
Claims (12)
前記ハウジングに対して相対運動する錘と、
前記錘の運動による動力に基づいて発電する発電機構と、
前記発電機構で発生した電力が充電される電池と、
前記錘の運動による動力を前記発電機構に伝達する動力伝達機構と、を有し、
前記錘又は前記動力伝達機構の少なくとも一方は、前記ハウジング内に備えられると共に、前記ハウジングの外部から印加される磁場によって作動する磁力結合部材が設けられていることを特徴とする発電装置。 A housing;
A weight that moves relative to the housing;
A power generation mechanism that generates power based on the power generated by the movement of the weight;
A battery that is charged with power generated by the power generation mechanism;
A power transmission mechanism that transmits power generated by the movement of the weight to the power generation mechanism;
At least one of the weight or the power transmission mechanism is provided in the housing, and is provided with a magnetic coupling member that operates by a magnetic field applied from the outside of the housing.
前記ハウジングに対して回転自在な回転部材と、
前記ハウジングに固定された対向基板と、
前記回転部材と前記対向基板の両者のいずれか一方に設置された帯電膜と、
前記両者のうちの他方に、前記帯電膜に対向して設置された対向電極と、を有し、
前記錘又は前記動力伝達機構の少なくとも一方の作動により、前記帯電膜と前記対向電極との間で電力を発生させることを特徴とする請求項1に記載の発電装置。 The power generation mechanism is
A rotating member rotatable with respect to the housing;
An opposing substrate fixed to the housing;
A charging film installed on either one of the rotating member and the counter substrate;
A counter electrode disposed opposite the charging film on the other of the two,
2. The power generation device according to claim 1, wherein electric power is generated between the charging film and the counter electrode by an operation of at least one of the weight or the power transmission mechanism.
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