JP3624673B2 - 発電機、およびその発電機を用いた電子機器 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転錘、輪列、ロータ、ステータ、コイルを含んで構成され、前記回転錘の回転を輪列を介して前記ロータに伝達し、このロータの回転を前記ステータおよび前記コイルにより電気エネルギに変換する発電機、およびその発電機を用いた電子機器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、腕時計等の小型電子機器の発電機として、ＡＧＳ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｇｅｎｅｒａｔｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）と呼ばれる自動発電機が知られている。この発電機は、基本的構成が回転錘、輪列、ロータ、ステータ、コイルを含んで構成され、略半円形状をなす回転錘の回転を輪列を介してロータに伝達し、このロータの回転をステータおよびコイルにより電気エネルギに変換するものである。
【０００３】
そして、このような発電機では、コイル、ロータ、ステータは、地板等に固定され、発生した電気エネルギを取り出しやすいように構成されている。
【０００４】
ここで、上述した発電機は、時計などの各種の小型電子機器における電力供給源として利用されることが多く、小型電子機器の発電機として用いられる場合、発電機を如何にして小型化、軽量化するかが重要な問題となる。
【０００５】
従って、従来より、回転錘を略半円形状に形成し、この回転錘の円弧中心を回転中心とすることにより、回転錘の回転半径を極力小さくする等の工夫がなされていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した発電機では、回転錘を回転させるために、輪列、ロータ、ステータ、コイル等の収納空間の他に何も設けられていない空間を確保する必要があり、発電機の小型化を図るにも限界があった。
【０００７】
本発明の目的は、小型化が図ることができ、しかも安定して発電および発電エネルギの蓄積が行うことができる発電機を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る発電機は、回転錘、輪列、ロータ、ステータ、コイルを含んで構成され、前記回転錘の回転を輪列を介して前記ロータに伝達し、このロータの回転を前記ステータおよび前記コイルにより電気エネルギに変換する発電機であって、 前記回転錘に隣在する空間部には、前記輪列、前記ロータ、前記ステータ、および前記コイルが前記回転錘と共に当該発電機の基枠に対して回転可能に配置され、前記回転錘の回転中心近傍には、発生した電気エネルギを蓄積する二次電池が配置されていることを特徴とする。
【０００９】
ここで、回転錘は、重心位置からずれた位置に回転中心が設定されていればよいが、回転錘が半円形状をなし、回転中心が回転錘の円弧中心に設定されているのが好ましい。上述したように、回転錘の回転半径を極力小さくして、発電機の小型化を図るためである。
【００１０】
尚、上述した輪列等が回転錘と共に回転する場合、回転中心近傍に固定歯車を設けておき、輪列をこの固定歯車と噛合させることにより、ロータを回転させることができる。
【００１１】
このような本発明によれば、輪列、ロータ等の回転錘以外の部材が回転錘に隣在する空間部に配置されているので、発電機内部の空間が有効に活用され、発電機の小型化、薄型化が図られる。
【００１２】
以上において、二次電池は発電機の基枠に対して固定されているのが好ましい。
【００１３】
すなわち、二次電池が設けられているので、電気エネルギが蓄積された二次電池から一定の電気エネルギを安定して取り出すことができる。また、二次電池が固定されていれば、ケース本体の外部に設けられる出力端子を一定位置とすることが可能となり、外部の電子機器等へ電気的接続を容易に行うことが可能となる。
【００１４】
また、上述した二次電池と発電機の回転部分との間には、両者の電気的導通を可能とするベアリングが介在しているのが好ましい。
【００１５】
すなわち、ベアリングが介在しているので、固定された二次電池に対して発電機の回転部分を円滑に回転させることが可能となるうえ、発電機により発生した電気エネルギをベアリングを介して二次電池に蓄積することが可能となり、発電機の構造を簡単化することが可能となり、発電機が一層小型化し易くなる。
【００１６】
さらに、上述した発電機の回転部分には、発生した電気エネルギを蓄積する補助蓄電手段が設けられているのが好ましい。
【００１７】
すなわち、発電機の回転部分に補助蓄電手段が設けられているので、ベアリングの接触状態により、ベアリングによる電気的導通が途切れた場合であっても、補助蓄電手段に一定量電気的エネルギを蓄積することが可能となる。そして、ベアリングによる電気的導通が回復すれば、この補助蓄電手段の電気エネルギを二次電池に供給することが可能となるので、発電機により発生する電気エネルギを無駄なく効率的に二次電池に蓄積することが可能となる。
【００１８】
そして、上述したステータおよびコイルの磁心は、一体的に形成されるのが好ましく、さらには、コイルが回転錘の回転中心に向かう径方向に沿って複数本並列に設けられているのが好ましい。
【００１９】
すなわち、ステータおよびコイルの磁心が一体的に形成されているので、磁気損失を少なくして、より大きな電気エネルギを発生することのできる発電機とすることが可能となる。また、コイルが複数本並列に設けられていれば、狭いスペースを利用してより高出力の発電機とすることが可能となる。
【００２０】
また、本発明に係る電子機器は、上述した発電機を用いた電子機器であることを特徴とする。
【００２１】
ここで、電子機器は、主として持ち運び容易な携帯用の電子機器を意味し、例えば、電子時計、携帯電話、電卓、パソコン、万歩計等が考えられる。
【００２２】
すなわち、上述した発電機をこのような携帯用電子機器に用いれば、携帯者の移動とともに発電機による発電が行われるので、携帯用電子機器の充電回数を低減することが可能となる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の一形態を図面に基づいて説明する。
【００２４】
図１には、本発明の実施形態に係る発電機の平面図が示されており、図２は、図１におけるＩＩ−ＩＩ線切断面図、図３は図１におけるＩＩＩ−ＩＩＩ線切断面図であり、本発明の実施形態に係る発電機は、上側に配置される金属製のケース体１、および下側に配置されるプラスチック製のケース体２とから構成される平面視円形状のケース本体３に収納されている。このケース本体３は、直径略２０ｍｍ、厚さ２．５ｍｍの円板状体であり、汎用のボタン電池（２０２５サイズ）に対応している。そして、このケース本体３内の中心部には、二次電池４が固定されている。この二次電池４は、図２に示されるように、上側がプラス端子、下側がマイナス端子であって、それぞれ板バネ５、６を介して導電性の保持ケース７、８内に保持されている。保持ケース７、８は絶縁材９を介して接合している。
【００２５】
ケース本体３内には、図１に示されるように、二次電池４の左側に半円形状の回転錘１０が設置され、その右側の半円形状の空間部に他の発電機構成部材（後述する増速輪列、ロータ、ステータ、コイル）が設置されている。
【００２６】
また、ケース本体３内には、図４に示すような形状の保持部材１１が２枚相対向して配置され、図２から判るように、上述した発電機構成部材は、この２枚の保持部材１１に挟み込まれるようにして保持され、２枚の保持部材１１は、外周端部に形成された孔に挿通される固定ネジ４１により固定されている。
【００２７】
尚、保持部材１１は、アルミニウムまたはチタン等の軽量でかつ導電性を有する板材から構成され、図４に示されるように、外周部分に曲げ加工による起立片１１ａが形成されているとともに、保持部材１１の中心に向かう方向に沿って複数本のリブ１１ｂが形成され、軽量化が図られている。また、保持部材１１には、増速輪列を構成する歯車群（後述）を保持するための孔１１ｃと、回転錘１０と接合して一体化するための孔１１ｄと、固定ネジ４１を挿通するための孔１１ｅとが形成されている。さらに、図４中左側の部分には、突出部１１ｆが形成され、この突出部１１ｆと回転錘１０の内周部分とが溶接されて保持部材１１に保持される発電機構成部材は回転錘１０と一体化されている。
【００２８】
保持部材１１の材料として軽量の板材を用いているのは、上述した発電機構成部材および回転錘を含む回転部分の重心位置を回転中心からなるべく遠ざけるためである。
【００２９】
図１および図２に示されるように、二次電池４の上側の保持ケース７の外周部分には、固定歯車１２が設けられ、この固定歯車１２には、小歯車１３が噛合し、この小歯車１３が噛合し、この小歯車１３と同軸に支持されている大歯車１４を回転させている。
【００３０】
この大歯車１４は、発電ロータ１５のロータ磁石１５ａと一体のロータ歯車１５ｂと噛合し、これらの歯車１３、１４、１５ｂによって、回転錘１０の回転運動が発電ロータ１５の回転に増速して伝達される。
【００３１】
これらの増速輪列を構成する歯車の歯数は、固定歯車１２が１０８、小歯車１３が７、大歯車１４が４５、ロータ歯車１５ｂが７と設定され、輪列による増速比は９９．１８倍となっている。
【００３２】
一方、発電ロータ１５のロータ磁石１５ａの回りには、コイル２０の磁心と一体化されたステータ２１、２２が配置されている。尚、発電ロータ１５はステータ２１、２２に対して宙に浮いた状態で保持され、摩擦による発電ロータ１５の回転損失が防止され、高速回転を可能としている。
【００３３】
ステータ２１、２２の磁心となる部分は、図１から判るように、回転錘１０の回転方向に沿って設けられ、回転の径方向に２本並列に配置される。そして、この２本の磁心部分には、それぞれ、巻線が行われてコイルブロック２０ａ、２０ｂが構成され、これらのコイルブロック２０ａ、２０ｂがステータ２１、２２により一体化されたコイル２０となる。
【００３４】
そして、このようなコイル２０は、図２から判るように、上述した固定ネジ４１によって２枚の保持部材１１の間に狭持固定される。尚、図２では図示を略したが、保持部材１１およびステータ２１、２２の当接面には、合成樹脂製のパッキンが介装され、ステータ２１、２２を介して保持部材１１が電気的に導通することを防止している。
【００３５】
また、保持ケース７、８と保持部材１１との間には、ボールベアリング２４が介在し、このボールベアリング２４は保持部材１１の内側に設けられるベアリング受２３によって保持されている。これにより、保持部材１１および回転錘１０は、保持ケース７、８等の固定部分に対して円滑に回転することが可能となる。ボールベアリング２４は導電性の材料から構成され、ベアリング受２３を介して保持部材１１と電気的に接続されているとともに、保持ケース７、８の外周部分と当接して当該保持ケース７、８に対して電気的に接続されている。
【００３６】
コイル２０の出力端子は、図１〜図４では図示を略したが、プラス側出力端子が上側の保持部材１１に電気的に接続され、マイナス側出力端子が下側の保持部材１１に電気的に接続されている。
【００３７】
すなわち、図５に示される回路模式図に示されるように、コイル２０の出力はプラス側、マイナス側がそれぞれ、上側、下側の保持部材１１と電気的に接続され、ベアリング受２３、ボールベアリング２４、保持ケース７、８を介して二次電池４と電気的に接続されている。
【００３８】
尚、コイル２０には、発生した電気的エネルギを整流する４つのダイオードをブリッジ状に組み合わせた整流回路３０が設けられ、この整流回路３０の出力端子が保持部材１１と接続されているとともに、上下の保持部材１１間には、補助蓄電手段となるコンデンサ３１が設けられている。
【００３９】
このコンデンサ３１の容量は、二次電池４の容量が０．５Ｆ程度であるのに対して、１０μＦ程度でよい。
【００４０】
次に、前記構成の発電機の動作を説明する。
【００４１】
ケース本体３の動きに応じて回転錘１０および保持部材１１は、保持ケース７、８の周囲を回転する。固定歯車１２に噛合する小歯車１３は、固定歯車１２の周囲を回転しながら移動することとなる。この小歯車１３と同軸に支持されている大歯車１４も同じく回転し、大歯車１４が発電ロータ１５のロータ歯車１５ｂと噛合しているため、発電ロータ１５はステータ２２に対して回転する。
【００４２】
この結果、コイル２０において電圧が発生して電流が流れ、整流回路３０、保持部材１１、ベアリング２４、保持ケース７、８を介して二次電池４に電気的エネルギが蓄積される。
【００４３】
尚、上述した回転動作による発電中に、発電機が振動し、保持ケース７、８と保持部材１１との間の電気的導通が途切れた場合、発生した電気エネルギはコンデンサ３１内に補助的に蓄積され、再び二次電池との電気的導通が回復した時に、このコンデンサ３１内に蓄積された電気エネルギは二次電池４に供給される。以上のような構成の発電機は、電子時計、携帯電話、電卓、パソコン等の携帯用電子機器に用いられ、携帯者の移動とともに、上述した動作により電気エネルギを発電し、順次二次電池に蓄電していく。
【００４４】
前述のような本実施形態によれば、次のような効果がある。
【００４５】
すなわち、回転錘１０に隣在する略半円形状の空間部に、増速輪列を構成する歯車群１２、１３、１４、１５ｂ、発電ロータ１５、ステータ２２、コイル２０等の回転錘１０と共に回転可能に配置されているので、発電機内部の空間が有効に活用され、発電機の小型化、薄型化を図ることができる。
【００４６】
また、二次電池４が設けられているので、電気エネルギが蓄積された二次電池４から一定の電圧、電流の電気エネルギを安定して取り出すことができる。
【００４７】
さらに、二次電池４がケース本体３の内部に固定されているので、ケース本体３の外部に設けられる出力端子を一定位置に固定することができ、外部の電子機器等への電気的接続を容易に行うことができる。
【００４８】
そして、保持ケース７、８および保持部材１１の間にボールベアリング２４が介在しているので、固定された保持ケース７、８に対して保持部材１１を円滑に回転させることができる。
【００４９】
また、回転部分と固定部分との電気的導通がこのボールベアリング２４を介して行われるので、発電機の回路部分の構造が簡単化され、小型化、薄型化を一層図ることができる。
【００５０】
さらに、発電機を構成する回転部分にコンデンサ３１が設けられているので、動作中にボールベアリング２４による電気的導通が途切れたときであっても、コンデンサ３１に一定量を蓄電しておくことができる。そして、電気的導通が回復すれば、コンデンサ３１の電気エネルギを二次電池に供給することができ、発電機により発生する電気エネルギを無駄なく効率的に蓄積することができる。
【００５１】
そして、ステータ２１、２２とコイル２０の磁心部分が一体的に形成されているので、磁気損失を少なくして、より大きな電気エネルギを発生することのできる発電機とすることができる。コイル２０が複数本並列に設けられていれば、狭いスペースを利用してより高出力の発電機とすることができる。
【００５２】
また、上述した発電機を携帯用の電子機器に用いることにより、携帯者の移動とともに発電が行われ、携帯用電子機器の充電回数を低減することが可能となる。さらに、発電機がケース本体３に収納され、このケース本体３が汎用のボタン電池サイズを有しているので、専用の電子機器に限られることなく、種々の携帯用電子機器に発電機を利用することができる。
【００５３】
尚、本発明は、前述の実施形態に限定されるものではなく、次に示すような変形をも含むものである。
【００５４】
すなわち、前述の実施形態では、発電機の回転中心近傍に二次電池４が配置されていたが、これに限らず、発生した電気エネルギを導電部材を介して直接ケース本体３の外部に設けられる出力端子に出力できるような構成としてもよい。二次電池を省略することにより、発電機の小型化、軽量化を一層図ることができる。
【００５５】
また、前述の実施形態では、上下の保持部材１１間に補助蓄電手段となるコンデンサ３１が設けられていたが、これに限らず、補助蓄電手段が設けられてないものであってもよい。補助蓄電手段を省略することにより、発電機の構造を一層簡素化することができる。
【００５６】
その他、本発明の実施の際の具体的な構造および形状等は、本発明の目的を達成できる範囲で他の構造等としてもよい。
【００５７】
【発明の効果】
上述した本発明の発電機によれば、増速輪列、ロータ等の回転錘以外の部材が回転錘に隣在する空間部に配置されているので、発電機内部の空間が有効に活用され、発電機の小型化、薄型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る発電機の平面図である。
【図２】図１におけるＩＩ−ＩＩ線切断面図である
【図３】図１におけるＩＩＩ−ＩＩＩ線切断面図である。
【図４】前記実施形態における保持部材の形状を表す平面図である。
【図５】前記実施形態における発生した電気エネルギを二次電池に蓄積する構成を表す回路模式図である。
【符号の説明】
３ ケース本体
４ 二次電池
７、８ 保持ケース
１０ 回転錘
１１ 保持部材
１１ａ 起立片
１１ｂ リブ
１２ 固定歯車
１３ 小歯車
１４ 大歯車
１５ 発電ロータ
１５ａ ロータ磁石
１５ｂ ロータ歯車
２０ コイル
２１、２２ ステータ
２４ ベアリング
３０ 整流回路
３１ 補助蓄電手段（コンデンサ）

Claims (3)

1. 回転錘、輪列、ロータ、ステータ、コイルを含んで構成され、前記回転錘の回転を輪列を介して前記ロータに伝達し、このロータの回転を前記ステータおよび前記コイルにより電気エネルギに変換する発電機であって、
   前記回転錘に隣在する空間部には、前記輪列、前記ロータ、前記ステータ、および前記コイルが前記回転錘と共に当該発電機の基枠に対して回転可能に配置され、前記回転錘の回転中心近傍には、発生した電気エネルギを蓄積する二次電池が配置されていることを特徴とする発電機。
2. 請求項１に記載の発電機において、
   前記ステータおよび前記コイルの磁心は一体的に形成され、
   前記コイルは、前記回転錘の回転方向に沿って設けられ、かつ当該回転の径方向に並列配置される複数本のコイルブロックから構成されていることを特徴とする発電機。
3. 請求項１または請求項２に記載の発電機を用いたことを特徴とする電子機器。

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