JP2576402B2 - 小型発電装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は電子時計の電源として用
いることのできるような小型発電装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来電子時計等の携帯電子機器のエネル
ギー源は電池がほとんどすべてであった。この電池はそ
の持つ容量と時計体の消費電流とから決まる電池寿命が
あり電池交換のわずらわしさが常につきまとうものであ
った。そこでこの欠点を解消する為に例えば時計内部に
発電機構を設ける試みがなされている。その試みは従来
特開昭５０−１７８６６号のごとくである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、いずれも発電
効率が悪いだけでなく、かかる発電機構に用いられるア
ンバランス車は一般に増速輪列を軸支する輪列受の外側
に設置されるため、全体としてサイズが大きくなり又耐
久性にも問題があり実用化にいたっていない。

【０００４】本発明は以上の様な欠点を解消し、きわめ
て発電効率の高い、サイズ的にも自由度の高いしかも耐
久性の優れた発電装置を提供しようとするものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の小型発電装置
は、回転中心と重心が偏心したアンバランス車と、コイ
ル、板状のステーター、ローター磁石を備えたローター
より成り、前記ローター磁石の回転運動により発電する
機械−電気変換機と、前記アンバランス車の回転を増速
して前記ローターに伝達する増速輪列と、前記増速輪列
をそれぞれ軸支する地板及び輪列受とを有し、前記アン
バランス車は前記輪列受の外面と前記地板の外面との間
に設置されることを特徴とする。

【０００６】

【実施例】本発明の実施例を図によって説明する。尚小
型発電装置が組み込まれる携帯機器の例として腕時計を
用いた。

【０００７】図１は本発明を有効に活用した水晶腕時計
のシステムの概念を示すブロック図である。１は回転ト
ルクを生じせしめる手段であり回転中心と重心とが偏心
したアンバランス車で構成される手段である。この回転
手段１の回転運動を増速輪列２により増速し発電機構と
しての変換器Ａ３のローターを回転させ交流電流を生じ
せしめる。この交流を整流回路４により整流し蓄電手段
５に蓄電する。本実施例ではこの蓄電手段として大容量
コンデンサーである電気二重層コンデンサーを用いてい
る。この大容量コンデンサーを電源として、時間標準で
ある水晶を含む制御回路６やこの制御回路６に制御され
た駆動回路７が作動する。駆動回路７によりエネルギー
を供給されて変換器Ｂ８が動作し、この変換器Ｂ８の動
きが減速輪列９により指針１０に伝えられ時が表示され
る。

【０００８】図２は発電機構としての変換器Ａ３の説明
図である。永久磁石２０ａを含むローター２０をかこむ
様にステーター２１が配置されている。コイル２２は磁
心２２ａに巻かれており磁心２２ａとステーター２１と
はネジ２３により固着されている。このローター２０が
回転する事によりコイルには次式で表される起電力Ｅと
電流Ｉが生じる。

【０００９】

【数１】

【００１０】この起電力はほぼsin カーブを持つ交流で
ある。又ローター２０とそれをかこむステーター２１の
穴とが同心円であり全周にわたりロータ磁石をかこんで
いる。これによりローターのある場所に止まっていよう
とする力（引きトルク）を最小にする事ができる。この
ような形状のステータが引きトルクを下げることの説明
をもう少し詳しく説明する。ステーター２１は２つの極
片部分２１ａと２１ｂとそれぞれの極片部分をつなぐ細
い部分２１ｃでローター磁石２０ａを囲むように形成さ
れる。例えばロータ磁石２０のＮ磁極が一方のステータ
極片２１ａから他方のステータ極片２１ｂに向かって回
転しステータ極片間をつなぐ細い部分２１ｃの近傍に至
ったとき、一部の磁束が細い部分２１ｃを介して他方の
ステータ極片２１ｂの方に洩れ流れることになる。これ
は言い換えるならば、最初の一方の側のステータ極片２
１ａに残る磁束が少なくなることを意味し、結果的にロ
ータを磁気的安定点に戻そうとする最大引きトルクがそ
の分小さくなることになる。例えば細い部分２１ｃがな
く空隙を構成するようなステーター（例えば特開昭５２
−８０８７１号公報の図１に開示されているステータ
ー）の場合には空隙部の磁気抵抗が著しく大きくなるた
めローター磁極がその空隙を越えるまで磁束は最初の側
のステーター極片に残ろうとするようになり、結果的に
引きトルクが著しく大きくなってしまうが、本発明の構
成では細い部分２１ｃから他方のステーター極片２１ｂ
に磁束が洩れるので引きトルクが格段に下がることにな
る。その為、アンバランス車が小さくても容易にロータ
ーが起動開始させられるようになる。

【００１１】また最初の最大引きトルクを越えてロータ
ーが回転を開始するとアンバランス車は慣性もあって回
転を継続するが、回転の後半になりエネルギーが少なく
なって引きトルクを越えられない地点でアンバランス車
は停止する。従って引きトルクが小さい方がローターの
回転角度を広げることができることになる。本発明の構
成では上述のごとく引きトルクが小さいので、その分ア
ンバランス車はより後の方まで回転することができ、回
転角度を広げて発電量を充分確保できるものである。特
にアンバランス車とロータとの間は増速輪列で接続され
るので、アンバランス車の回転角度の僅かな増加もロー
ターでは数回転に相当することになり小型発電装置にと
っての影響はかなり大きく発電効率を高めるポイントと
なる。かかる本発明の構成によれば、腕時計を携帯した
者がデスクワーク等の僅かの動きをしてもアンバランス
車が直ちに起動し、アンバランス車の傾きをローターの
有効な回転につなげるので、時計を動かすのに十分な電
力が確実に蓄積される。

【００１２】尚、磁束の漏れが磁束の変化量ｄφを減ず
ることになるので起電力Ｅも下がることが予想される
が、実際には引きトルクが小さくなるためロータの回転
速度が早くなり、磁束の変化速度１／ｄｔが大きくなる
ため起電力Ｅは実質的に下がることはない。

【００１３】図３は回転手段１から増速輪列２を介して
変換器Ａ３にいたるまでの機構の説明用の断面図であ
る。３１が回転中心と重心とを偏心させたアンバランス
車で、３２が地板、３３が輪列受である。そして、この
アンバランス車３１は、地板３２と輪列受３３との間に
両ほぞ案内された状態で設置されている。ただし、図示
の形態に代えて、アンバランス車３１の上面が輪列受３
３の外面（上面）と同一面になる形態や、アンバランス
車３１の下面が地板３２の外面（下面）と同一面となる
形態であってもよい。すなわち、アンバランス車３１
は、地板３２もしくは輪列受３３から外方に突出しない
ように設置されることが必要である。そして、アンバラ
ンス車３１のアンバランスにより生じる回転運動が増速
輪列３１ａ、３４、及びローターかな２０ｂによりロー
ター磁石２０ａの回転運動になる。なお、増速輪列３１
ａ、３４、及びローターかな２０ｂは、それぞれ地板３
２と輪列受３３によって互いに同じ高さでほぞ案内され
ている。また、アンバランス車３１のアンバランス部３
１ｂの最大半径は、輪列３１ａの回転軸から輪列３４の
回転軸までの距離よりも短く設定されており、アンバラ
ンス部３１ｂが回転する際の支障とならないようにして
いる。その一方、輪列３１ａの外周歯車部分をアンバラ
ンス部３１ｂの最大半径より大きくして、輪列３４との
噛み合いを確保している。２２ｂはコイルリード基板で
ありコイルの端末処理がなされ、このコイルリード基板
２２ｂと回路基板３５とが接触しコイルに誘起された電
力が回路に伝えられる。

【００１４】前記したごとくローターの引きトルクが小
さければアンバランス車３１のアンバランス量も小さく
てよい。起動の最低条件は （ローター引きトルク）＜（アンバランス車のアンバラ
ンストルク） となる。

【００１５】図４は整流回路４の説明図である。整流回
路は４１、４２、４３、４４の４つのダイオードで構成
されている。５は蓄電手段であり本実施例では大容量コ
ンデンサーである電気二重層コンデンサーを用いてい
る。コイル２２に細線４５で示す電力が誘起されると電
流は細線で示す様に流れコンデンサー５に蓄電される。
又破線４６で示す様に流れこれも４５の時と同様の方向
でコンデンサー５に蓄電される。

【００１６】蓄電手段５から先の制御回路６、駆動回路
７、変換器Ｂ８、減速輪列９、指針１０は従来と同じも
のでよく周知の機構が用いられている。

【００１７】本実施例の発電装置ではローター磁石は厚
肉円筒型であり加工はきわめて簡単であり、希土類磁石
等あらゆる磁石を使用することができる。又磁石の磁束
をステーター、磁心という高透磁率材により磁気回路を
構成し取り出している為コイルを鎖交する磁束Ｎ，φが
きわめて大きくなっている。従ってこの面からも発電効
率が大幅に高くなっている。また本実施例では磁石とコ
イルをレイアウト上切りはなして配置し、磁石とコイル
を平板状ステーターで磁気的に結合するので組み込みが
容易であるとともに薄型の発電装置となる。また各要素
を分散配置できる事から時計全体のレイアウトを考えて
他の構成部品、例えば輪列や回路等のスキマへ自由に配
置できそのスペース効率はきわめて良い。

【００１８】又本実施例では蓄電手段として大容量コン
デンサーを用いている。コンデンサーは電池等の様な化
学反応でなく物理現象であり蓄電手段そのものの寿命が
きわめて長く、本実施例によるシステムによれば従来の
ゼンマイ式の時と同様な寿命が得られ、もちろん電池交
換のごとくわずらわしさもなく、しかも水晶時計等高い
精度の時計が実現できる。

【００１９】蓄電手段５については本実施例では大容量
コンデンサを用いたが充電可能な電源であれば何でもか
まわない。例えば近年充電可能なリチウム電池や固体電
解質電池等も実用化されつつあり、これらも電池そのも
のの容量も大きく長期信頼性も高く本発明に適した電源
である。又銀電池はその長期信頼性に若干問題はあるが
蓄電手段として使用も可能である。

【００２０】又図１における蓄電手段以降の制御回路か
ら表示手段である指針までの構成は針表示の例で示した
ものであるが、表示手段が針でなくＬＣＤ等のデジタル
表示でもかまわない。

【００２１】以上のように、上述の如くステータ極片間
を細い部分でつなげることにより生じる磁束の洩れを巧
みに利用して引きトルクを下げ、小型のアンバランス車
の使用を可能にし、発電装置全体を腕時計のような小型
携帯機器に組み込める程度に小型化したものである。ま
た同時に、小型のアンバランス車を使用しているにもか
かわらず、発電装置の装着された携帯機器のわずかな動
きもアンバランス車ひいてはロータを起動させ、且つア
ンバランス車の回転角度を確実に広げたものであり、発
電効率を高め実用化可能となるものである。従って、こ
の小型発電装置を腕時計に組み込んだ場合、デスクワー
ク等の僅かな動きであっても時計を駆動するのに十分な
発電・蓄電が可能となったものであり、日常生活で使用
できるものである。ただし、本発明では、図示のように
ステーター極片間を細い部分でつなげることに限定する
ものではなく、ステーター極片間が離れたタイプのもの
を用いるようにしてもよい。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の小型発電
装置は、磁石とコイルをレイアウト上切りはなして配置
し、磁石とコイルを平板状ステーターで磁気的に結合す
るので組み込みが容易であるとともに薄型の発電装置と
なる。しかも、アンバランス車が地板の外面から輪列受
の外面までの間に設置されるため、より一層薄型の発電
装置を提供することができる。また各要素を分散配置で
きる事から携帯機器のレイアウトを考えて他の構成部
品、例えば回路部品等のスキマへ自由に配置できそのス
ペース効率はきわめて良い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のシステムの概念を示すブロック図。

【図２】発電機構の説明図。

【図３】輪列部の断面図。

【図４】整流回路の説明図。

【符号の説明】

１・・・・・回転手段 ２・・・・・増速手段 ３・・・・・発電機構 ４・・・・・整流回路 ５・・・・・蓄電手段 ２０・・・・ローター ２１・・・・ステーター ２２・・・・コイル

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転中心と重心が偏心したアンバランス
   車と、 コイル、板状のステーター、ローター磁石を備えたロー
   ターより成り、前記ローター磁石の回転運動により発電
   する機械−電気変換機と、 前記アンバランス車の回転を増速して前記ローターに伝
   達する増速輪列と、 前記増速輪列をそれぞれ軸支する地板及び輪列受とを有
   し、前記アンバランス車は前記輪列受の外面と前記地板の外
   面との間に設置される ことを特徴とする小型発電装置。