JP7408431B2 - electromechanical converter - Google Patents

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Description

本発明は、電気機械変換器に関する。 The present invention relates to electromechanical transducers.

従来、静電力を用いた発電機構や駆動機構がある。特許文献1には、第1基板と、第1基板に対して相対移動可能に平行に配置された第2基板と、第1基板又は第2基板の一方に設置された第1帯電膜と、第1基板又は第2基板の他方に設置され、第1帯電膜と対向して設置された第1対向電極と、を有する静電誘導型発電器が開示されている。 Conventionally, there are power generation mechanisms and drive mechanisms that use electrostatic force. Patent Document 1 describes a first substrate, a second substrate disposed parallel to the first substrate so as to be movable relative to the first substrate, a first charged film disposed on one of the first substrate and the second substrate, An electrostatic induction generator is disclosed that includes a first counter electrode that is disposed on the other of the first substrate or the second substrate and is disposed to face the first charged film.

特開2015-186424号公報Japanese Patent Application Publication No. 2015-186424

静電力を用いて発電や駆動を行なう電気機械変換器において、軸方向における回転子の位置が変化すると、発電効率や駆動効率が変動してしまう。電気機械変換器における効率の変動を抑制できることが望ましい。 In an electromechanical converter that generates power or drives using electrostatic force, if the position of the rotor in the axial direction changes, the power generation efficiency and drive efficiency will fluctuate. It is desirable to be able to suppress efficiency fluctuations in electromechanical converters.

本発明の目的は、効率の変動を抑制することができる電気機械変換器を提供することである。 An object of the present invention is to provide an electromechanical converter that can suppress fluctuations in efficiency.

本発明の電気機械変換器は、板状の回転子と、前記回転子に係合された第一回転軸と、を有する回転部材と、前記回転子の第一面と対向する第一固定子と、前記回転子の第二面と対向する第二固定子と、前記第一面および前記第一固定子の一方に配置された第一帯電膜と、前記第一面および前記第一固定子の他方に配置された電極と、を有する第一変換部と、前記第二面および前記第二固定子の一方に配置された第二帯電膜と、前記第二面および前記第二固定子の他方に配置された電極と、を有する第二変換部と、を備え、前記第一変換部および前記第二変換部は、前記第一変換部における静電力と、前記第二変換部における静電力と、の総和により前記回転子に対して軸方向の一方側に向かう力を作用させるように構成されていることを特徴とする。 The electromechanical converter of the present invention includes a rotating member having a plate-shaped rotor, a first rotating shaft engaged with the rotor, and a first stator facing a first surface of the rotor. a second stator facing the second surface of the rotor; a first charged film disposed on one of the first surface and the first stator; and the first surface and the first stator. a first converting section having an electrode disposed on the other of the second surface and the second stator; a second charged film disposed on one of the second surface and the second stator; an electrode disposed on the other side, and the first converter and the second converter have an electrostatic force in the first converter and an electrostatic force in the second converter. The rotor is configured to apply a force toward one side in the axial direction to the rotor by the sum of the above.

本発明に係る電気機械変換器は、第一変換部における静電力と、第二変換部における静電力と、の総和により回転子に対して軸方向の一方側に向かう力を作用させるように構成されている。本発明に係る電気機械変換器によれば、回転子の位置変化による効率の変動を抑制できるという効果を奏する。 The electromechanical converter according to the present invention is configured to apply a force toward one side in the axial direction to the rotor by the sum of the electrostatic force in the first conversion section and the electrostatic force in the second conversion section. has been done. According to the electromechanical converter according to the present invention, it is possible to suppress fluctuations in efficiency due to changes in the position of the rotor.

図1は、第1実施形態に係る時計の正面図である。FIG. 1 is a front view of a timepiece according to a first embodiment. 図2は、第1実施形態に係る時計の断面図である。FIG. 2 is a sectional view of the timepiece according to the first embodiment. 図3は、第1実施形態に係る電気機械変換器の断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view of the electromechanical converter according to the first embodiment. 図4は、第1実施形態に係る第一変換部の概略構成図である。FIG. 4 is a schematic configuration diagram of the first conversion section according to the first embodiment. 図5は、第1実施形態に係る第二変換部の概略構成図である。FIG. 5 is a schematic configuration diagram of the second conversion section according to the first embodiment. 図6は、第1実施形態の回転部材に作用する力を示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view showing the force acting on the rotating member of the first embodiment. 図7は、回転部材の製造工程の一例を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing an example of the manufacturing process of the rotating member. 図8は、カエリが形成された回転子に対する帯電処理を示す断面図である。FIG. 8 is a cross-sectional view showing the charging process for a rotor with burrs formed thereon. 図9は、第二変換部の一例を示す概略構成図である。FIG. 9 is a schematic configuration diagram showing an example of the second conversion section. 図10は、第二変換部の一例を示す断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view showing an example of the second conversion section. 図11は、回転子の位置と発電出力との関係を示す図である。FIG. 11 is a diagram showing the relationship between the rotor position and the power generation output. 図12は、固有周期と相対回転量との関係を示す図である。FIG. 12 is a diagram showing the relationship between the natural period and the amount of relative rotation. 図13は、第一固定子に向かう静電力の合力を示す断面図である。FIG. 13 is a cross-sectional view showing the resultant force of electrostatic forces directed toward the first stator. 図14は、静電力の合力および自重による力を示す断面図である。FIG. 14 is a cross-sectional view showing the resultant force of electrostatic force and the force due to self-weight. 図15は、第2実施形態に係る時計の正面図である。FIG. 15 is a front view of a timepiece according to the second embodiment. 図16は、第2実施形態に係る時計の断面図である。FIG. 16 is a sectional view of a timepiece according to the second embodiment. 図17は、第2実施形態に係る電気機械変換器の断面図である。FIG. 17 is a cross-sectional view of the electromechanical converter according to the second embodiment. 図18は、第2実施形態に係る電気機械変換器の概略構成を示す図である。FIG. 18 is a diagram showing a schematic configuration of an electromechanical converter according to the second embodiment. 図19は、第2実施形態に係る第一変換部および第二変換部の断面図である。FIG. 19 is a cross-sectional view of the first converting section and the second converting section according to the second embodiment. 図20は、第2実施形態に係る電気機械変換器の駆動方法を示す図である。FIG. 20 is a diagram showing a method for driving an electromechanical converter according to the second embodiment.

以下に、本発明の実施形態に係る電気機械変換器につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記の実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるものあるいは実質的に同一のものが含まれる。 EMBODIMENT OF THE INVENTION Below, the electromechanical converter based on embodiment of this invention is demonstrated in detail, referring drawings. Note that the present invention is not limited to this embodiment. Furthermore, the components in the embodiments described below include those that can be easily imagined by those skilled in the art or those that are substantially the same.

[第1実施形態]
図1から図14を参照して、第1実施形態について説明する。本実施形態は、電気機械変換器に関する。図1は、第1実施形態に係る時計の正面図、図2は、第1実施形態に係る時計の断面図、図3は、第1実施形態に係る電気機械変換器の断面図、図4は、第1実施形態に係る第一変換部の概略構成図、図5は、第1実施形態に係る第二変換部の概略構成図、図6は、第1実施形態の回転部材に作用する力を示す断面図、図7は、回転部材の製造工程の一例を示す図、図8は、カエリが形成された回転子に対する帯電処理を示す断面図、図9は、第二変換部の一例を示す概略構成図、図10は、第二変換部の一例を示す断面図である。
[First embodiment]
A first embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 14. This embodiment relates to an electromechanical converter. 1 is a front view of a timepiece according to the first embodiment, FIG. 2 is a cross-sectional view of the timepiece according to the first embodiment, FIG. 3 is a cross-sectional view of the electromechanical converter according to the first embodiment, and FIG. is a schematic configuration diagram of the first conversion unit according to the first embodiment, FIG. 5 is a schematic configuration diagram of the second conversion unit according to the first embodiment, and FIG. 6 is a diagram that acts on the rotating member of the first embodiment. 7 is a cross-sectional view showing an example of the manufacturing process of a rotating member; FIG. 8 is a cross-sectional view showing a charging process for a rotor with burrs formed thereon; FIG. 9 is an example of a second converting section FIG. 10 is a cross-sectional view showing an example of the second conversion section.

図11は、回転子の位置と発電出力との関係を示す図、図12は、固有周期と相対回転量との関係を示す図、図13は、第一固定子に向かう静電力の合力を示す断面図、図14は、静電力の合力および自重による力を示す断面図である。図2には、図1のII-II断面が示されている。図3、図6、図10、図13、および図14には、図1のIII-III断面が示されている。 FIG. 11 is a diagram showing the relationship between the rotor position and the power generation output, FIG. 12 is a diagram showing the relationship between the natural period and the relative rotation amount, and FIG. 13 is a diagram showing the resultant force of the electrostatic force directed toward the first stator. The cross-sectional view shown in FIG. 14 is a cross-sectional view showing the resultant force of electrostatic force and the force due to its own weight. FIG. 2 shows a cross section taken along line II--II in FIG. 3, FIG. 6, FIG. 10, FIG. 13, and FIG. 14 show the III-III cross section of FIG. 1.

図1に示すように、第1実施形態に係る時計1は、指針4を有する時計であり、例えば、アナログ電子時計である。図1から図3に示すように、時計1は、外装ケース2と、文字板3と、指針4と、地板7と、受け板9と、電気機械変換器30と、を有する。電気機械変換器30は、時計用の変換器であり、典型的には腕時計用の変換器である。電気機械変換器30は、回転部材5と、第一固定子11と、第二固定子12と、第一変換部6と、第二変換部8と、を有する。指針4は、秒針4a、分針4b、および時針4cを有する。地板7は、回転部材5の回転子51を視認可能とする窓部73を有する。 As shown in FIG. 1, a timepiece 1 according to the first embodiment is a timepiece having hands 4, and is, for example, an analog electronic timepiece. As shown in FIGS. 1 to 3, the timepiece 1 includes an exterior case 2, a dial 3, hands 4, a main plate 7, a receiving plate 9, and an electromechanical converter 30. The electromechanical converter 30 is a converter for a watch, typically a watch. The electromechanical converter 30 includes a rotating member 5 , a first stator 11 , a second stator 12 , a first converter 6 , and a second converter 8 . The hands 4 include a second hand 4a, a minute hand 4b, and an hour hand 4c. The base plate 7 has a window 73 that allows the rotor 51 of the rotating member 5 to be viewed.

図2に示すように、外装ケース2は、ケース本体21と、裏蓋22と、を有する。ケース本体21の形状は、略筒形状である。以下の説明では、ケース本体21の軸方向を単に「軸方向Z」と称する。ケース本体21の内部空間は、軸方向Zの前面側および背面側のそれぞれに向けて開口している。裏蓋22は、ケース本体21における背面側の開口を閉塞する。透明な風防20は、ケース本体21における前面側の開口を閉塞している。 As shown in FIG. 2, the exterior case 2 includes a case body 21 and a back cover 22. The case body 21 has a substantially cylindrical shape. In the following description, the axial direction of the case body 21 will be simply referred to as "axial direction Z." The internal space of the case body 21 is open toward the front side and the back side in the axial direction Z, respectively. The back cover 22 closes the opening on the back side of the case body 21. The transparent windshield 20 closes the opening on the front side of the case body 21.

外装ケース2の内部には、地板7および受け板9が配置されている。地板7は、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として機能する。また、受け板9は、回転体の軸を支えたり、部品を固定・保持したりする機能を有する。地板7および受け板9は、ケース本体21に対して固定されている。受け板9は、地板7に対して背面側に位置している。文字板3は、地板7に対して前面側に配置されて地板7を覆っている。図3に示すように、文字板3は、地板7の窓部73に対応する窓部31を有する。 Inside the exterior case 2, a base plate 7 and a receiving plate 9 are arranged. The main plate 7 functions as a base for incorporating various parts, a support plate, an interior casing, and the like. Further, the receiving plate 9 has the function of supporting the shaft of the rotating body and fixing and holding parts. The base plate 7 and the receiving plate 9 are fixed to the case body 21. The receiving plate 9 is located on the back side of the base plate 7. The dial 3 is arranged on the front side of the main plate 7 and covers the main plate 7. As shown in FIG. 3, the dial 3 has a window 31 corresponding to the window 73 of the main plate 7.

図2に示すように、時計1は、蓄電池27、モータ28、および減速機構29を有する。蓄電池27は、充放電が可能な二次電池である。蓄電池27は、地板7に対して固定されている。モータ28は、蓄電池27から供給される電力を回転運動の運動エネルギーに変換する。減速機構29は、モータ28の出力軸と指針4との間に介在している。減速機構29は、例えば、減速輪列を有している。モータ28は、減速機構29を介して指針4を運針させる。 As shown in FIG. 2, the timepiece 1 includes a storage battery 27, a motor 28, and a speed reduction mechanism 29. The storage battery 27 is a secondary battery that can be charged and discharged. The storage battery 27 is fixed to the base plate 7. The motor 28 converts the electric power supplied from the storage battery 27 into kinetic energy of rotational motion. The speed reduction mechanism 29 is interposed between the output shaft of the motor 28 and the pointer 4. The speed reduction mechanism 29 includes, for example, a speed reduction wheel train. The motor 28 moves the pointer 4 via a deceleration mechanism 29.

本実施形態の時計1は、電気エネルギーと機械的なエネルギーとの変換を行なう電気機械変換器30を有する。図3に示すように、電気機械変換器30は、回転部材5、第一固定子11、第二固定子12、第一変換部6、および第二変換部8を有する。電気機械変換器30は、第一固定子11および第二固定子12に対する回転子51の相対回転を利用して発電を行なう。電気機械変換器30は、後述する回転錘26の運動エネルギーを電気エネルギーに変換して蓄電池27を充電する。 The watch 1 of this embodiment includes an electromechanical converter 30 that converts electrical energy and mechanical energy. As shown in FIG. 3, the electromechanical converter 30 includes a rotating member 5, a first stator 11, a second stator 12, a first converter 6, and a second converter 8. The electromechanical converter 30 generates power using the relative rotation of the rotor 51 with respect to the first stator 11 and the second stator 12. The electromechanical converter 30 converts kinetic energy of a rotary weight 26, which will be described later, into electrical energy and charges a storage battery 27.

回転部材5は、地板7および受け板9によって回転自在に支持されている。回転部材5は、回転子51、第一回転軸52、および歯車53を有する。回転子51は、シリコン基板、帯電用の電極面が設けられたガラスエポキシ基板、あるいはアルミ板などの基板材料により形成された部材である。回転子51の形状は、例えば、円盤形状である。回転子51は、第一回転軸52に係合されており、第一回転軸52と一体回転する。第一回転軸52は、回転子51の中心部を板厚方向に貫通している。 The rotating member 5 is rotatably supported by the base plate 7 and the receiving plate 9. The rotating member 5 has a rotor 51, a first rotating shaft 52, and a gear 53. The rotor 51 is a member formed of a substrate material such as a silicon substrate, a glass epoxy substrate provided with a charging electrode surface, or an aluminum plate. The shape of the rotor 51 is, for example, a disk shape. The rotor 51 is engaged with the first rotation shaft 52 and rotates together with the first rotation shaft 52. The first rotating shaft 52 passes through the center of the rotor 51 in the thickness direction.

地板7は、第一回転軸52の一端を支持する受石71および穴石72を保持している。穴石72は、第一回転軸52が挿通される穴を有しており、軸方向Zと直交する方向において第一回転軸52を位置決めする。受石71は、軸方向Zにおいて第一回転軸52の先端と対向し、第一回転軸52を回転自在に支持する。受石71は、第一回転軸52に対して軸方向Zの前面側に配置されている。 The base plate 7 holds a receiving stone 71 and a hole stone 72 that support one end of the first rotating shaft 52. The hole stone 72 has a hole through which the first rotating shaft 52 is inserted, and positions the first rotating shaft 52 in a direction perpendicular to the axial direction Z. The jewel 71 faces the tip of the first rotating shaft 52 in the axial direction Z, and rotatably supports the first rotating shaft 52. The receiving stone 71 is arranged on the front side in the axial direction Z with respect to the first rotating shaft 52.

受け板9は、第一回転軸52の他端を支持する受石91および穴石92を保持している。穴石92は、第一回転軸52が挿通される穴を有しており、軸方向Zと直交する方向において第一回転軸52を位置決めする。受石91は、軸方向Zにおいて第一回転軸52の先端と対向し、第一回転軸52を回転自在に支持する。受石91は、第一回転軸52に対して軸方向Zの背面側に配置されている。 The receiving plate 9 holds a receiving stone 91 and a hole stone 92 that support the other end of the first rotating shaft 52. The hole stone 92 has a hole through which the first rotating shaft 52 is inserted, and positions the first rotating shaft 52 in a direction perpendicular to the axial direction Z. The receiving stone 91 faces the tip of the first rotating shaft 52 in the axial direction Z, and rotatably supports the first rotating shaft 52. The receiving stone 91 is arranged on the back side of the first rotating shaft 52 in the axial direction Z.

歯車53は、第一回転軸52に係合されている部材であり、第一回転軸52と一体回転する。歯車53は、回転子51よりも軸方向Zの背面側に位置している。図2に示すように、歯車53は、第二回転軸23の歯車25と噛み合っている。第二回転軸23は、第一回転軸52とは別の軸である。例示された第二回転軸23は、第一回転軸52とは別軸上に配置され、かつ第一回転軸52と平行な回転軸である。第二回転軸23は、受け板9に配置された軸受93によって回転自在に支持されている。 The gear 53 is a member that is engaged with the first rotating shaft 52 and rotates integrally with the first rotating shaft 52. The gear 53 is located on the back side of the rotor 51 in the axial direction Z. As shown in FIG. 2, the gear 53 meshes with the gear 25 of the second rotating shaft 23. The second rotating shaft 23 is a different axis from the first rotating shaft 52. The illustrated second rotation axis 23 is a rotation axis that is arranged on a different axis from the first rotation axis 52 and is parallel to the first rotation axis 52. The second rotating shaft 23 is rotatably supported by a bearing 93 arranged on the receiving plate 9.

回転錘26は、第二回転軸23に係合されており、第二回転軸23と一体回転する。本実施形態の回転錘26は、略扇形状の部材であり、受け板9に対して軸方向Zの背面側に配置されている。回転錘26の端部26aが第二回転軸23に連結されている。回転錘26は、ユーザの腕の動きなどを捉えて回転する錘である。回転錘26が回転すると、その回転運動が歯車25から歯車53に伝達される。歯車25から歯車53に伝達された回転トルクにより、回転子51が第一固定子11および第二固定子12に対して相対回転する。なお、歯車25および歯車53は、回転トルクを伝達し、かつ軸方向Zの力を実質的に伝達しないように噛み合っている。歯車25および歯車53は、例えば、平歯の歯車である。 The rotating weight 26 is engaged with the second rotating shaft 23 and rotates together with the second rotating shaft 23 . The rotating weight 26 of this embodiment is a substantially fan-shaped member, and is arranged on the back side of the receiving plate 9 in the axial direction Z. An end portion 26a of the rotating weight 26 is connected to the second rotating shaft 23. The rotary weight 26 is a weight that rotates by capturing the movement of the user's arm. When the rotary weight 26 rotates, its rotational motion is transmitted from the gear 25 to the gear 53. Due to the rotational torque transmitted from the gear 25 to the gear 53, the rotor 51 rotates relative to the first stator 11 and the second stator 12. Note that the gear 25 and the gear 53 mesh with each other so as to transmit rotational torque and not substantially transmit force in the axial direction Z. The gear 25 and the gear 53 are, for example, spur gears.

図3に示すように、第一変換部6は、電極61および第一帯電膜64を有する。第一帯電膜64は、回転子51の第一面51aに形成されている。例示された第一面51aは、回転子51における軸方向Zの前面である。電極61は、第一固定子11の背面11bに配置されている。背面11bは、軸方向Zにおいて第一面51aと互いに対向している。 As shown in FIG. 3, the first conversion section 6 includes an electrode 61 and a first charged film 64. The first charged film 64 is formed on the first surface 51a of the rotor 51. The illustrated first surface 51a is the front surface of the rotor 51 in the axial direction Z. The electrode 61 is arranged on the back surface 11b of the first stator 11. The back surface 11b faces the first surface 51a in the axial direction Z.

図4に示すように、回転子51の第一面51aには、複数の第一帯電膜64が形成されている。複数の第一帯電膜64は、第一回転軸52を中心とする周方向に沿って等間隔で配置されている。第一帯電膜64は、エレクトレット材料で構成されている薄膜である。本実施形態の第一帯電膜64は、マイナスの電位に帯電している。第一帯電膜64の形状は、扇形状である。つまり、第一帯電膜64の幅は、半径方向の外側へ向かうに従って広がっている。回転子51には、隣接する第一帯電膜64の間に貫通孔51cが形成されている。 As shown in FIG. 4, a plurality of first charged films 64 are formed on the first surface 51a of the rotor 51. As shown in FIG. The plurality of first charged films 64 are arranged at equal intervals along the circumferential direction centered on the first rotating shaft 52. The first charged film 64 is a thin film made of an electret material. The first charged film 64 of this embodiment is charged to a negative potential. The shape of the first charged film 64 is fan-shaped. In other words, the width of the first charged film 64 increases toward the outside in the radial direction. A through hole 51c is formed in the rotor 51 between adjacent first charged films 64.

図4に示すように、第一固定子11の背面11bには、複数の電極61が形成されている。本実施形態の第一固定子11は、透明基板である。第一固定子11は、例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)等の透明な樹脂で形成されている。基板10の色は、無色であってもよい。第一固定子11は、地板7に対して背面側に配置されており、地板7の背面7bに対して固定されている。本実施形態の第一固定子11の形状は、図4に示すように円盤形状である。第一固定子11には、回転部材5の第一回転軸52が挿通される貫通孔11cが設けられている。 As shown in FIG. 4, a plurality of electrodes 61 are formed on the back surface 11b of the first stator 11. The first stator 11 of this embodiment is a transparent substrate. The first stator 11 is made of, for example, a transparent resin such as polyethylene terephthalate (PET). The color of the substrate 10 may be colorless. The first stator 11 is arranged on the back side of the base plate 7 and is fixed to the back face 7b of the base plate 7. The first stator 11 of this embodiment has a disk shape as shown in FIG. 4 . The first stator 11 is provided with a through hole 11c through which the first rotating shaft 52 of the rotating member 5 is inserted.

電極61は、例えば、ITO(Indium Tin Oxide)を用いて形成された膜である。電極61は、透明であり、実質的に無色である。つまり、本実施形態の第一固定子11および電極61は、それぞれ透明な基板および電極である。電極61は、第一電極61aおよび第二電極61bを有する。第一固定子11の背面11bには、周方向に沿って第一電極61aおよび第二電極61bが交互に配置されている。第一電極61aおよび第二電極61bの形状は、扇形状である。第一電極61aおよび第二電極61bは、整流回路63を介して蓄電池27に接続されている。 The electrode 61 is, for example, a film formed using ITO (Indium Tin Oxide). Electrode 61 is transparent and substantially colorless. That is, the first stator 11 and the electrode 61 of this embodiment are a transparent substrate and an electrode, respectively. The electrode 61 has a first electrode 61a and a second electrode 61b. On the back surface 11b of the first stator 11, first electrodes 61a and second electrodes 61b are alternately arranged along the circumferential direction. The shapes of the first electrode 61a and the second electrode 61b are fan-shaped. The first electrode 61a and the second electrode 61b are connected to the storage battery 27 via a rectifier circuit 63.

図3に示すように、第二変換部8は、電極81および第二帯電膜84を有する。第二帯電膜84は、回転子51の第二面51bに形成されている。例示された第二面51bは、回転子51における軸方向Zの背面である。電極81は、第二固定子12の前面12aに配置されている。前面12aは、軸方向Zにおいて回転子51の第二面51bと互いに対向している。 As shown in FIG. 3, the second conversion section 8 includes an electrode 81 and a second charged film 84. The second charged film 84 is formed on the second surface 51b of the rotor 51. The illustrated second surface 51b is the back surface of the rotor 51 in the axial direction Z. The electrode 81 is arranged on the front surface 12a of the second stator 12. The front surface 12a faces the second surface 51b of the rotor 51 in the axial direction Z.

図5に示すように、回転子51の第二面51bには、複数の第二帯電膜84が形成されている。複数の第二帯電膜84は、周方向に沿って等間隔で配置されている。第二帯電膜84は、エレクトレット材料で構成されている薄膜である。本実施形態の第二帯電膜84は、マイナスの電位に帯電している。第二帯電膜84の形状は、扇形状である。隣接する第二帯電膜84の間には、貫通孔51cが位置している。第二帯電膜84の形状、面積、および枚数は、第一帯電膜64の形状、面積、および枚数と同じであってもよい。 As shown in FIG. 5, a plurality of second charged films 84 are formed on the second surface 51b of the rotor 51. The plurality of second charged films 84 are arranged at equal intervals along the circumferential direction. The second charged film 84 is a thin film made of an electret material. The second charged film 84 of this embodiment is charged to a negative potential. The shape of the second charged film 84 is fan-shaped. A through hole 51c is located between adjacent second charged films 84. The shape, area, and number of the second charged film 84 may be the same as the shape, area, and number of the first charged film 64.

図5に示すように、第二固定子12の前面12aには、複数の電極81が形成されている。本実施形態の第二固定子12は、ガラスエポキシ樹脂等で形成された有色基板である。第二固定子12は、不透明であってもよい。第二固定子12は、例えば、ケース本体21に対して固定されている。本実施形態の第二固定子12の形状は、図5に示すように円盤形状である。第二固定子12には、回転部材5の第一回転軸52が挿通される貫通孔12cが設けられている。 As shown in FIG. 5, a plurality of electrodes 81 are formed on the front surface 12a of the second stator 12. The second stator 12 of this embodiment is a colored substrate made of glass epoxy resin or the like. The second stator 12 may be opaque. The second stator 12 is fixed to the case body 21, for example. The shape of the second stator 12 of this embodiment is a disk shape, as shown in FIG. The second stator 12 is provided with a through hole 12c through which the first rotating shaft 52 of the rotating member 5 is inserted.

電極81は、例えば、銅や金などの導電性の金属で形成された有色電極である。電極81は、第三電極81aおよび第四電極81bを有する。第二固定子12の前面12aには、周方向に沿って第三電極81aおよび第四電極81bが交互に配置されている。第三電極81aおよび第四電極81bの形状は、扇形状である。第三電極81aおよび第四電極81bは、整流回路83を介して蓄電池27に接続されている。電極81の形状、面積、および枚数は、電極61の形状、面積、および枚数と同じであってもよい。 The electrode 81 is, for example, a colored electrode made of a conductive metal such as copper or gold. The electrode 81 has a third electrode 81a and a fourth electrode 81b. On the front surface 12a of the second stator 12, third electrodes 81a and fourth electrodes 81b are alternately arranged along the circumferential direction. The shapes of the third electrode 81a and the fourth electrode 81b are fan-shaped. The third electrode 81a and the fourth electrode 81b are connected to the storage battery 27 via a rectifier circuit 83. The shape, area, and number of electrodes 81 may be the same as the shape, area, and number of electrodes 61.

本実施形態の電気機械変換器30は、図6を参照して説明するように、電気機械変換器30における発電効率の変動を抑制できるように構成されている。図6には、本実施形態の回転部材5に作用する力が示されている。吸引力F1は、第一変換部6の静電力によって回転子51に作用する力である。吸引力F1は、回転子51を第一固定子11の電極61に向けて引っ張る力である。なお、吸引力F1は、第一固定子11の電極61と第一帯電膜64との間に作用する静電力の総和である。 The electromechanical converter 30 of this embodiment is configured to suppress fluctuations in power generation efficiency in the electromechanical converter 30, as described with reference to FIG. 6. FIG. 6 shows the force acting on the rotating member 5 of this embodiment. The attractive force F1 is a force that acts on the rotor 51 due to the electrostatic force of the first converter 6. The attraction force F1 is a force that pulls the rotor 51 toward the electrode 61 of the first stator 11. Note that the attractive force F1 is the sum of electrostatic forces acting between the electrode 61 of the first stator 11 and the first charged film 64.

吸引力F2は、第二変換部8の静電力によって回転子51に作用する力である。吸引力F2は、回転子51を第二固定子12の電極81に向けて引っ張る力である。なお、吸引力F2は、第二固定子12の電極81と第二帯電膜84との間に作用する静電力の総和である。 The attractive force F2 is a force that acts on the rotor 51 due to the electrostatic force of the second converter 8. The attraction force F2 is a force that pulls the rotor 51 toward the electrode 81 of the second stator 12. Note that the attractive force F2 is the sum of electrostatic forces acting between the electrode 81 of the second stator 12 and the second charged film 84.

吸引力F1,F2の合力Feは、第一変換部6における静電力と、第二変換部8における静電力と、の総和により回転子51に対して作用する軸方向の力である。以下の説明では、吸引力F1,F2の合力Feを単に「静電力の合力Fe」と称する。図6に示すように、本実施形態の電気機械変換器30は、吸引力F2の大きさが吸引力F1の大きさよりも大きくなるように構成されている。つまり、電気機械変換器30は、回転子51に対して軸方向Zの背面側に向かう静電力の合力Feを作用させるように構成されている。 The resultant force Fe of the attractive forces F1 and F2 is an axial force that acts on the rotor 51 due to the sum of the electrostatic force in the first converter 6 and the electrostatic force in the second converter 8. In the following description, the resultant force Fe of the attraction forces F1 and F2 will be simply referred to as "resultant force Fe of electrostatic forces." As shown in FIG. 6, the electromechanical transducer 30 of this embodiment is configured such that the magnitude of the attraction force F2 is greater than the magnitude of the attraction force F1. That is, the electromechanical converter 30 is configured to apply a resultant force Fe of electrostatic force toward the back side of the rotor 51 in the axial direction Z.

静電力の合力Feによって、回転部材5は軸方向Zの背面側に向けて吸引される。これにより、軸方向Zにおける回転子51の位置が安定しやすくなる。比較例として、吸引力F1の大きさと吸引力F2の大きさとを等しくするように設計された電気機械変換器について検討する。比較例の電気機械変換器では、時計1の姿勢の変化や時計1に対する衝撃等によって、軸方向Zにおける回転子51の位置が変化しやすい。回転子51の位置が変化すると、第一帯電膜64と電極61との間のギャップ量、および第二帯電膜84と電極81との間のギャップ量が変化する。これらのギャップ量の変化は、比較例の電気機械変換器における発電効率の低下につながる。 The rotating member 5 is attracted toward the back side in the axial direction Z by the resultant force Fe of the electrostatic force. This makes it easier to stabilize the position of the rotor 51 in the axial direction Z. As a comparative example, consider an electromechanical transducer designed to equalize the magnitude of attraction force F1 and attraction force F2. In the electromechanical transducer of the comparative example, the position of the rotor 51 in the axial direction Z is likely to change due to a change in the posture of the watch 1, an impact on the watch 1, or the like. When the position of the rotor 51 changes, the amount of the gap between the first charged film 64 and the electrode 61 and the amount of the gap between the second charged film 84 and the electrode 81 change. These changes in the gap amount lead to a decrease in power generation efficiency in the electromechanical converter of the comparative example.

これに対して、本実施形態の電気機械変換器30では、第一帯電膜64と電極61との間のギャップ量、および第二帯電膜84と電極81との間のギャップ量の変化が抑制される。よって、本実施形態の電気機械変換器30によれば、第一変換部6および第二変換部8における発電効率の変動が抑制される。 In contrast, in the electromechanical transducer 30 of the present embodiment, changes in the gap amount between the first charged film 64 and the electrode 61 and the gap amount between the second charged film 84 and the electrode 81 are suppressed. be done. Therefore, according to the electromechanical converter 30 of this embodiment, fluctuations in power generation efficiency in the first converter 6 and the second converter 8 are suppressed.

回転子51に対して第二固定子12へ向かう静電力の合力Feを作用させる構成として、例えば、第二帯電膜84の帯電電圧が、第一帯電膜64の帯電電圧よりも大きくされてもよい。このような構成により、吸引力F2の大きさを吸引力F1の大きさよりも大きくすることが可能である。 As a configuration in which the resultant force Fe of electrostatic forces directed toward the second stator 12 is applied to the rotor 51, for example, even if the charging voltage of the second charged film 84 is made larger than the charging voltage of the first charged film 64, good. With such a configuration, it is possible to make the magnitude of the suction force F2 larger than the magnitude of the suction force F1.

第二帯電膜84の帯電電圧を第一帯電膜64の帯電電圧よりも大きくする方法として、例えば、以下のように回転部材5が製造されてもよい。図7には、回転部材の製造工程の一例が示されている。図7(a)に示すように、回転子51の第一面51aおよび第二面51bにそれぞれエレクトレット材料の膜65,85が形成される。回転子51の材質は、導電性を有し、生じる静電気力に対して十分な剛性を持つもの、例えばアルミニウム等の金属が用いられる。 As a method for making the charging voltage of the second charged film 84 higher than the charging voltage of the first charged film 64, the rotating member 5 may be manufactured as follows, for example. FIG. 7 shows an example of a process for manufacturing a rotating member. As shown in FIG. 7A, films 65 and 85 of electret material are formed on the first surface 51a and second surface 51b of the rotor 51, respectively. The rotor 51 is made of a material that is electrically conductive and has sufficient rigidity against the generated electrostatic force, such as a metal such as aluminum.

エレクトレット材料の膜65,85の形成方法は、その材料に応じて選択される。膜65,85は、例えば、第一面51aおよび第二面51bの全面に成膜される。エレクトレット材料が液体でありいわゆるウェットプロセスが使用できるのであれば、成膜方法はディップコート、スピンコート、カーテンフローコート、スプレーコート、グラビアコートなど適宜のコーティング方法によってよい。その他の方法としては、スパッタリングやイオンプレーティング等のPVD、あるいはCVD、などの蒸着によって膜65,85が形成されてもよい。エレクトレット材料のフィルムを回転子51に貼付する方法で膜65,85が形成されてもよい。 The method of forming the electret material films 65, 85 is selected depending on the material. The films 65 and 85 are formed, for example, over the entire first surface 51a and second surface 51b. If the electret material is a liquid and a so-called wet process can be used, the film forming method may be an appropriate coating method such as dip coating, spin coating, curtain flow coating, spray coating, or gravure coating. As other methods, the films 65 and 85 may be formed by PVD such as sputtering or ion plating, or vapor deposition such as CVD. The membranes 65 and 85 may be formed by attaching a film of electret material to the rotor 51.

その後、図7(b)および図7(c)に示すように、プレスによる打ち抜き加工により、回転子51および膜65,85が所望の形状に加工される。打ち抜き加工により、回転子51には貫通孔51cおよび軸穴51dが形成される。図7(d)に示すように、第一回転軸52は、軸穴51dに挿通されて回転子51と係合する。 Thereafter, as shown in FIGS. 7(b) and 7(c), the rotor 51 and the membranes 65, 85 are stamped into desired shapes by punching using a press. A through hole 51c and a shaft hole 51d are formed in the rotor 51 by punching. As shown in FIG. 7(d), the first rotation shaft 52 is inserted into the shaft hole 51d and engaged with the rotor 51.

次に、図7(e)に示すように、膜65,85に対する帯電処理がなされる。帯電処理としては、例えば、コロナ放電処理が用いられる。帯電処理において、回転子51は接地される。回転子51および第一回転軸52は、一対のコロナ放電電極100の間に配置される。コロナ放電により、コロナ放電電極100から膜65,85に対して電荷が付与される。膜65,85は、電荷が付与されることで第一帯電膜64および第二帯電膜84となる。 Next, as shown in FIG. 7(e), the films 65 and 85 are charged. As the charging treatment, for example, corona discharge treatment is used. In the charging process, the rotor 51 is grounded. The rotor 51 and the first rotating shaft 52 are arranged between the pair of corona discharge electrodes 100. Due to the corona discharge, charges are applied from the corona discharge electrode 100 to the films 65 and 85. The films 65 and 85 become the first charged film 64 and the second charged film 84 by being charged.

ここで、図8に示すように、回転子51には、打ち抜き方向に突出するカエリ51eが形成されている。図7に例示された打ち抜き加工では、第一面51aの側にカエリ51eが形成される。カエリ51eを有する回転子51を接地して帯電処理を行うと、図8に示すように、カエリ51eが突出する側の第一面51aにおいて、電気力線がカエリ51eに集中し、放電電荷が回転子51に流れてしまう。このため、カエリ51eの近辺の第一帯電膜64に付与される電荷の量が減少する。その結果、第一帯電膜64の帯電電圧を第二帯電膜84の帯電電圧よりも小さくすることができる。なお、図8の破線矢印は、電気力線と、かかる電気力線に沿って放出される電荷の動きを示したものである。 Here, as shown in FIG. 8, the rotor 51 is formed with a burr 51e that protrudes in the punching direction. In the punching process illustrated in FIG. 7, a burr 51e is formed on the first surface 51a side. When the rotor 51 having the burr 51e is grounded and subjected to charging processing, as shown in FIG. It flows to the rotor 51. Therefore, the amount of charge applied to the first charged film 64 near the burr 51e is reduced. As a result, the charging voltage of the first charged film 64 can be made lower than the charging voltage of the second charged film 84. Note that the broken line arrows in FIG. 8 indicate lines of electric force and the movement of charges released along the lines of electric force.

第一帯電膜64の帯電電圧と第二帯電膜84の帯電電圧とを異ならせる手段として、コロナ放電の印加電圧を異ならせてもよい。例えば、第二帯電膜84に対する印加電圧が第一帯電膜64に対する印加電圧よりも高電圧とされてもよい。帯電処理において、回転子51を一対のコロナ放電電極100の一方に近づけることにより、第一帯電膜64の帯電電圧と第二帯電膜84の帯電電圧とを異ならせてもよい。例えば、図7(e)において、回転子51を下側のコロナ放電電極100に近づけた状態で帯電処理がなされてもよい。 As a means for making the charging voltage of the first charged film 64 and the charging voltage of the second charged film 84 different, the voltage applied to the corona discharge may be made different. For example, the voltage applied to the second charged film 84 may be higher than the voltage applied to the first charged film 64. In the charging process, the charging voltage of the first charged film 64 and the charging voltage of the second charged film 84 may be made different by bringing the rotor 51 closer to one of the pair of corona discharge electrodes 100. For example, in FIG. 7E, the charging process may be performed with the rotor 51 brought close to the lower corona discharge electrode 100.

第一帯電膜64の帯電電圧と第二帯電膜84の帯電電圧とを異ならせる手段として、例えば、第一帯電膜64および第二帯電膜84の一方にフッ素樹脂等のコーティングを施し、他方にコーティングを施さないようにしてもよい。例えば、第二帯電膜84に対してコーティングを塗布することで、第二帯電膜84の帯電電圧を第一帯電膜64の帯電電圧よりも高くすることが可能である。 As a means to make the charging voltage of the first charged film 64 and the second charged film 84 different, for example, one of the first charged film 64 and the second charged film 84 is coated with a fluororesin or the like, and the other is coated with a fluororesin or the like. No coating may be applied. For example, by applying a coating to the second charged film 84, it is possible to make the charging voltage of the second charged film 84 higher than the charging voltage of the first charged film 64.

回転子51に対して第二固定子12へ向かう静電力の合力Feを作用させる構成として、例えば、第二帯電膜84の厚さが第一帯電膜64の厚さよりも大きくされてもよい。このような構成により、吸引力F2の大きさを吸引力F1の大きさよりも大きくすることが可能である。 As a configuration in which the resultant force Fe of electrostatic forces directed toward the second stator 12 acts on the rotor 51, the thickness of the second charged film 84 may be made larger than the thickness of the first charged film 64, for example. With such a configuration, it is possible to make the magnitude of the suction force F2 larger than the magnitude of the suction force F1.

回転子51に対して第二固定子12へ向かう静電力の合力Feを作用させる構成として、例えば、第二固定子12に配置された電極の面積が、第一固定子11に配置された電極の面積よりも大きくされてもよい。一例として、一つの電極81の面積が、一つの電極61の面積よりも大きくされてもよい。また、電極81の総面積が電極61の総面積よりも大きくされてもよい。 As a configuration in which the resultant force Fe of electrostatic force directed toward the second stator 12 acts on the rotor 51, for example, the area of the electrodes arranged on the second stator 12 is larger than that of the electrodes arranged on the first stator 11. may be larger than the area of As an example, the area of one electrode 81 may be made larger than the area of one electrode 61. Further, the total area of the electrodes 81 may be made larger than the total area of the electrodes 61.

回転子51に対して第二固定子12へ向かう静電力の合力Feを作用させる構成として、第二帯電膜84の面積が第一帯電膜64の面積よりも大きくされてもよい。例えば、第二帯電膜84の面積を第一帯電膜64の面積よりも大きくする手段として、レーザー加工により貫通孔51cが形成されてもよい。この場合、例えば、回転子51の半径方向と直交する断面において、貫通孔51cの断面形状が台形形状となるように貫通孔51cが形成される。これにより、第一帯電膜64および第二帯電膜84が形成された部分の断面形状も台形形状となる。この断面形状は、第二帯電膜84の側を下底とし、第一帯電膜64の側を上底とする台形形状である。 As a configuration in which the resultant force Fe of electrostatic forces directed toward the second stator 12 acts on the rotor 51, the area of the second charged film 84 may be made larger than the area of the first charged film 64. For example, as a means for making the area of the second charged film 84 larger than the area of the first charged film 64, the through hole 51c may be formed by laser processing. In this case, for example, the through hole 51c is formed such that the cross section of the through hole 51c has a trapezoidal shape in a cross section perpendicular to the radial direction of the rotor 51. As a result, the cross-sectional shape of the portion where the first charged film 64 and the second charged film 84 are formed also becomes trapezoidal. This cross-sectional shape is a trapezoid with the second charged film 84 side as the lower base and the first charged film 64 side as the upper base.

第二帯電膜84の面積を第一帯電膜64の面積よりも大きくする構成として、回転子51の形状が湾曲形状とされてもよい。この場合、回転子51の形状は、第二面51bの側が凸面であり、第一面51aの側が凹面となる湾曲形状とされる。 As a configuration in which the area of the second charged film 84 is made larger than the area of the first charged film 64, the shape of the rotor 51 may be made into a curved shape. In this case, the shape of the rotor 51 is a curved shape in which the second surface 51b side is a convex surface and the first surface 51a side is a concave surface.

第二帯電膜84の面積を第一帯電膜64の面積よりも大きくする構成として、回転子51を被覆する絶縁性のカバーが形成されてもよい。例えば、図7(a)に示す回転子51に対して、膜65,85の一部を被覆するカバーが形成されてもよい。膜65において、カバーによって被覆されていない露出部が第一帯電膜64として機能する。膜85において、カバーによって被覆されていない露出部が第二帯電膜84として機能する。カバーは、膜85の露出面積が膜65の露出面積よりも大きくなるように形成される。その結果、第二帯電膜84の面積が第一帯電膜64の面積よりも大きくなる。 An insulating cover may be formed to cover the rotor 51 so that the area of the second charged film 84 is larger than the area of the first charged film 64. For example, a cover that partially covers the membranes 65 and 85 may be formed on the rotor 51 shown in FIG. 7(a). The exposed portion of the film 65 that is not covered by the cover functions as the first charged film 64 . The exposed portion of the film 85 that is not covered by the cover functions as the second charged film 84 . The cover is formed such that the exposed area of membrane 85 is larger than the exposed area of membrane 65. As a result, the area of the second charged film 84 becomes larger than the area of the first charged film 64.

回転子51に対して第二固定子12へ向かう静電力の合力Feを作用させる構成として、図9および図10に示す構成が採用されてもよい。図9および図10には、第二変換部8の構成の一例が示されている。図9および図10に示すように、回転子51の第二面51bには、第三帯電膜87が形成されている。第三帯電膜87の形状は、円環形状である。第三帯電膜87は、第二帯電膜84に対して半径方向の内側に配置されている。第三帯電膜87は、第二帯電膜84と接続していてもよい。第三帯電膜87には、帯電処理がなされている。 The configuration shown in FIGS. 9 and 10 may be adopted as a configuration in which the resultant force Fe of the electrostatic force directed toward the second stator 12 is applied to the rotor 51. An example of the configuration of the second converter 8 is shown in FIGS. 9 and 10. As shown in FIGS. 9 and 10, a third charged film 87 is formed on the second surface 51b of the rotor 51. The shape of the third charged film 87 is annular. The third charged film 87 is arranged radially inside the second charged film 84. The third charged film 87 may be connected to the second charged film 84. The third charged film 87 has been subjected to charging treatment.

第二固定子12の前面12aには、第五電極86が形成されている。第五電極86は、第三帯電膜87と互いに対向する位置に配置されている。第五電極86の形状は、円環形状である。第五電極86は、第三電極81aおよび第四電極81bとは独立した電極である。第五電極86は、接地されていてもよい。 A fifth electrode 86 is formed on the front surface 12a of the second stator 12. The fifth electrode 86 is arranged at a position facing the third charged film 87. The shape of the fifth electrode 86 is annular. The fifth electrode 86 is an electrode independent of the third electrode 81a and the fourth electrode 81b. The fifth electrode 86 may be grounded.

図10に示すように、第三帯電膜87および第五電極86は、軸方向Zにおいて互いに対向している。従って、回転子51には、第三帯電膜87と第五電極86との間の静電力により、第二固定子12に向かう吸引力F3が作用する。図10に示すように、第二変換部8では、電極81と第二帯電膜84とが互いに対向し、かつ第五電極86と第三帯電膜87とが互いに対向している。これにより、第二変換部8における静電力に関する対向面積は、第一変換部6における静電力に関する対向面積よりも大きい。よって、第二固定子12に向かう静電力の合力Feの増加が実現される。 As shown in FIG. 10, the third charged film 87 and the fifth electrode 86 face each other in the axial direction Z. Therefore, an attractive force F3 directed toward the second stator 12 acts on the rotor 51 due to the electrostatic force between the third charged film 87 and the fifth electrode 86. As shown in FIG. 10, in the second conversion section 8, the electrode 81 and the second charged film 84 face each other, and the fifth electrode 86 and the third charged film 87 face each other. Thereby, the opposing area regarding electrostatic force in the second converting section 8 is larger than the opposing area regarding electrostatic force in the first converting section 6. Therefore, an increase in the resultant force Fe of electrostatic forces directed toward the second stator 12 is realized.

回転子51に対して第二固定子12へ向かう静電力の合力Feを作用させる構成として、例えば、第二変換部8の電極81のインピーダンスが第一変換部6の電極61のインピーダンスよりも小さくされてもよい。本実施形態の電気機械変換器30では、第二変換部8の電極81は導電性が相対的に高い有色電極であり、第一変換部6の電極61は導電性が相対的に低い透明電極である。このような構成により、吸引力F2の大きさを吸引力F1の大きさよりも大きくすることが可能である。 As a configuration in which the resultant force Fe of electrostatic forces directed toward the second stator 12 is applied to the rotor 51, for example, the impedance of the electrode 81 of the second conversion section 8 is smaller than the impedance of the electrode 61 of the first conversion section 6. may be done. In the electromechanical converter 30 of the present embodiment, the electrode 81 of the second conversion section 8 is a colored electrode with relatively high conductivity, and the electrode 61 of the first conversion section 6 is a transparent electrode with relatively low conductivity. It is. With such a configuration, it is possible to make the magnitude of the suction force F2 larger than the magnitude of the suction force F1.

本実施形態の電気機械変換器30によれば、以下に説明するように、発電量の最大化を図ることができる。図11には、軸方向Zにおける回転子51の位置と、電気機械変換器30における発電量との関係が示されている。図11において、横軸は軸方向Zにおける回転子51の位置を示し、縦軸は発電出力[W]を示している。 According to the electromechanical converter 30 of this embodiment, the amount of power generation can be maximized, as described below. FIG. 11 shows the relationship between the position of the rotor 51 in the axial direction Z and the amount of power generated in the electromechanical converter 30. In FIG. 11, the horizontal axis indicates the position of the rotor 51 in the axial direction Z, and the vertical axis indicates the power generation output [W].

図11において、曲線Pw1は、第一変換部6における発電出力を示し、曲線Pw2は、第二変換部8における発電出力を示している。また、曲線Pwtは、電気機械変換器30における発電総出力を示している。なお、第一変換部6および第二変換部8における発電出力の値は、例えば、電気機械変換器30を単体で動作させたときの値、言い換えると、電気機械変換器30を時計1に組み込まれていない状態で動作させたときの値である。発電出力の値は、例えば、外力によって第一回転軸52を一定の速度で回転させたときの値である。 In FIG. 11, a curve Pw1 shows the power generation output in the first conversion section 6, and a curve Pw2 shows the power generation output in the second conversion section 8. Further, the curve Pwt indicates the total power generation output in the electromechanical converter 30. Note that the values of the power generation output in the first converter 6 and the second converter 8 are, for example, values when the electromechanical converter 30 is operated alone, in other words, when the electromechanical converter 30 is incorporated into the watch 1. This is the value when operating without being installed. The value of the power generation output is, for example, a value when the first rotating shaft 52 is rotated at a constant speed by an external force.

図11において、第一の位置Z1は、回転子51が可動範囲において最も第一固定子11に近づいた位置である。第二の位置Z2は、回転子51が可動範囲において最も第二固定子12に近づいた位置である。可動範囲は、受石71,91の位置によって決まる。図11からわかるように、回転子51が第一の位置Z1にある場合や、回転子51が第二の位置Z2にある場合に発電総出力Pwtが大きくなる。本実施形態の第一変換部6および第二変換部8は、回転子51を第二の位置Z2に向かわせる静電力の合力Feを発生させる。よって、本実施形態の電気機械変換器30によれば、発電量の最大化を図ることができる。 In FIG. 11, the first position Z1 is the position where the rotor 51 is closest to the first stator 11 in its movable range. The second position Z2 is the position where the rotor 51 is closest to the second stator 12 in its movable range. The movable range is determined by the positions of the stones 71 and 91. As can be seen from FIG. 11, the total power generation output Pwt increases when the rotor 51 is at the first position Z1 or when the rotor 51 is at the second position Z2. The first converter 6 and the second converter 8 of this embodiment generate a resultant force Fe of electrostatic forces that directs the rotor 51 toward the second position Z2. Therefore, according to the electromechanical converter 30 of this embodiment, the amount of power generation can be maximized.

また、本実施形態の時計1は、回転動作部32(図2参照)における固有周期Tejの変動を抑制することができる。回転動作部32は、回転部材5、歯車25、第二回転軸23、および回転錘26を含む。固有周期Tejは、回転動作部32の機械的な固有周期であり、下記式(1)で表される。ここで、jaは、回転錘26から回転子51までの負荷であり、回転部材5の回転負荷も含まれる。負荷jaは、例えば、歯車25、歯車53、および回転子51における変速比や慣性モーメントをパラメータとして含む。mは、回転錘26の質量、rは、回転錘26の回転中心から回転錘26の重心までの距離、gは、重力加速度である。つまり、m・g・rは、回転錘26に発生する重力トルクである。
Tej=2・π・√(ja/m・g・r) (1)
Furthermore, the timepiece 1 of this embodiment can suppress fluctuations in the natural period Tej in the rotational operation section 32 (see FIG. 2). The rotation operation unit 32 includes a rotation member 5 , a gear 25 , a second rotation shaft 23 , and a rotation weight 26 . The natural period Tej is a mechanical natural period of the rotary operation section 32, and is expressed by the following formula (1). Here, ja is the load from the rotating weight 26 to the rotor 51, and includes the rotational load of the rotating member 5. The load ja includes, for example, the gear ratio and moment of inertia of the gear 25, the gear 53, and the rotor 51 as parameters. m is the mass of the rotating weight 26, r is the distance from the center of rotation of the rotating weight 26 to the center of gravity of the rotating weight 26, and g is the gravitational acceleration. That is, m·g·r is the gravitational torque generated in the rotating weight 26.
Tej=2・π・√(ja/m・g・r) (1)

本実施形態の時計1では、時計1がユーザの腕に装着された状態において効率的に発電がなされるように固有周期Tejが定められている。固有周期Tejは、例えば、図12を参照して説明する実験結果に基づいて定められる。図12において、横軸は回転動作部の固有周期の値を示し、縦軸は、測定された相対回転量を示す。つまり、図12には、回転動作部の固有周期Tejの値を様々に変化させた場合に測定された相対回転量が示されている。なお、図12の相対回転量の値は、複数の被験者について得られた相対回転量の平均値である。 In the watch 1 of this embodiment, the natural period Tej is determined so that power can be efficiently generated when the watch 1 is worn on the user's wrist. The natural period Tej is determined, for example, based on the experimental results described with reference to FIG. 12. In FIG. 12, the horizontal axis shows the value of the natural period of the rotating motion part, and the vertical axis shows the measured relative rotation amount. That is, FIG. 12 shows the amount of relative rotation measured when the value of the natural period Tej of the rotational movement section was varied. Note that the value of the relative rotation amount in FIG. 12 is the average value of the relative rotation amount obtained for a plurality of subjects.

固有周期Tejにおいて、閾値Tminよりも小さい範囲では、回転動作部32を時計1に搭載可能な機構として成立させることが困難であったり、被験者ごとの測定値のバラツキが大きかったりする。このため、閾値Tmin以上の範囲において固有周期Tejが選択される。本実施形態の時計1では、固有周期Tejの値が図12に示す第一周期T1に設定されている。第一周期T1は、相対回転量が極大値となる周期である。第一周期T1は、例えば、1[sec]よりもわずかに小さな値である。 In a range where the natural period Tej is smaller than the threshold value Tmin, it may be difficult to establish the rotary operation section 32 as a mechanism that can be mounted on the watch 1, or there may be large variations in the measured values for each subject. Therefore, the natural period Tej is selected in a range equal to or greater than the threshold value Tmin. In the timepiece 1 of this embodiment, the value of the natural period Tej is set to the first period T1 shown in FIG. 12. The first period T1 is a period in which the relative rotation amount reaches a maximum value. The first period T1 is, for example, a value slightly smaller than 1 [sec].

本実施形態の電気機械変換器30では、回転子51に対して静電力の合力Feが作用していることで、回転子51が第二の位置Z2に位置付けられる。固有周期Tejの設計における負荷jaの値は、回転子51が第二の位置Z2にある場合の回転動作部32の負荷の値が用いられる。つまり、本実施形態の時計1は、回転子51が第二の位置Z2にある場合に電気機械変換器30における発電出力が最大化されるように構成されている。従って、本実施形態の時計1は、第一変換部6および第二変換部8が発生させる静電力の合力Feにより、最も発電出力が大きくなる位置に回転子51を位置付けることができる。 In the electromechanical converter 30 of this embodiment, the rotor 51 is positioned at the second position Z2 due to the resultant force Fe of the electrostatic force acting on the rotor 51. As the value of the load ja in designing the natural period Tej, the value of the load on the rotational operation section 32 when the rotor 51 is in the second position Z2 is used. That is, the timepiece 1 of this embodiment is configured such that the power generation output in the electromechanical converter 30 is maximized when the rotor 51 is in the second position Z2. Therefore, in the watch 1 of the present embodiment, the rotor 51 can be positioned at a position where the power generation output is maximized by the resultant force Fe of the electrostatic forces generated by the first converter 6 and the second converter 8.

静電力の合力Feは、回転子51が第二の位置Z2から移動することを規制し、固有周期Tejの値の変動を抑制することができる。よって、本実施形態の電気機械変換器30は、高効率で継続して発電することができる。 The resultant force Fe of the electrostatic forces can restrict movement of the rotor 51 from the second position Z2, and can suppress fluctuations in the value of the natural period Tej. Therefore, the electromechanical converter 30 of this embodiment can continuously generate power with high efficiency.

なお、静電力の合力Feの向きは、回転子51を第二固定子12へ向かわせる向きには限定されない。電気機械変換器30は、回転子51に対して第一固定子11に向かう静電力の合力Feを作用させるように構成されてもよい。図13には、第一固定子11に向かう静電力の合力Feを作用させる電気機械変換器30の一例が示されている。図13に示す電気機械変換器30において、第一帯電膜64の厚さt1は、第二帯電膜84の厚さt2よりも大きい。この構成により、第一変換部6における静電力と、第二変換部8における静電力と、の総和により第一固定子11に向かう静電力の合力Feを回転部材5に作用させることが可能となる。 Note that the direction of the resultant force Fe of the electrostatic forces is not limited to the direction that directs the rotor 51 toward the second stator 12. The electromechanical converter 30 may be configured to apply a resultant force Fe of electrostatic forces directed toward the first stator 11 to the rotor 51 . FIG. 13 shows an example of an electromechanical converter 30 that applies a resultant force Fe of electrostatic forces toward the first stator 11. In the electromechanical transducer 30 shown in FIG. 13, the thickness t1 of the first charged film 64 is larger than the thickness t2 of the second charged film 84. With this configuration, it is possible to cause the resultant force Fe of the electrostatic forces directed toward the first stator 11 to act on the rotating member 5 by the sum of the electrostatic force in the first converter 6 and the electrostatic force in the second converter 8. Become.

なお、回転子51に対して第一固定子11に向かう静電力の合力Feを作用させる手段は、帯電膜64,84の厚さt1,t2を異ならせることには限定されない。上記において説明した、回転子51に対して第二固定子12に向かう静電力の合力Feを作用させるための各手段は、第一固定子11に向かう静電力の合力Feを作用させる手段として応用可能である。 Note that the means for applying the resultant force Fe of the electrostatic force toward the first stator 11 to the rotor 51 is not limited to making the thicknesses t1 and t2 of the charged films 64 and 84 different. The means for causing the resultant force Fe of electrostatic forces directed toward the second stator 12 to act on the rotor 51 described above are applied as means for causing the resultant force Fe of electrostatic forces directed toward the first stator 11 to act on the rotor 51. It is possible.

電気機械変換器30は、第一固定子11に設けられた電極61の抵抗値を第二固定子12に設けられた電極81の抵抗値よりも高く設定し、かつ第一固定子11に向かう静電力の合力Feを発生させるように構成されてもよい。この場合、回転子51に作用するブレーキ力が小さくなる。その結果、時計1の姿勢が変化したときの回転子51の回転量が大きくなり、電気機械変換器30の発電量が大きくなることが期待できる。 The electromechanical converter 30 sets the resistance value of the electrode 61 provided on the first stator 11 to be higher than the resistance value of the electrode 81 provided on the second stator 12, and moves toward the first stator 11. It may be configured to generate a resultant force Fe of electrostatic forces. In this case, the braking force acting on the rotor 51 becomes smaller. As a result, it can be expected that the amount of rotation of the rotor 51 increases when the attitude of the timepiece 1 changes, and the amount of power generated by the electromechanical converter 30 increases.

また、電気機械変換器30は、第二固定子12に設けられた電極81の抵抗値を第一固定子11に設けられた電極61の抵抗値よりも低く設定し、かつ第二固定子12に向かう静電力の合力Feを発生させるように構成されてもよい。この場合、回転子51の単位回転量に対する発電量が大きくなる。 Further, the electromechanical converter 30 sets the resistance value of the electrode 81 provided on the second stator 12 to be lower than the resistance value of the electrode 61 provided on the first stator 11, and It may be configured to generate a resultant force Fe of electrostatic forces directed toward . In this case, the amount of power generated per unit rotation amount of the rotor 51 increases.

第一固定子11に設けられた電極61の抵抗値と、第二固定子12に設けられた電極81の抵抗値とを異ならせる場合、発生させる合力Feの向きは、発電量の最大化を図るように定められることが好ましい。静電力の合力Feの向きは、回転錘26の質量mや、回転錘26の回転中心から回転錘26の重心までの距離r等に基づいてシミュレーションによって定められてもよい。静電力の合力Feの向きは、被験者の腕に時計1を装着して得られる発電量の計測結果に基づいて定められてもよい。 When the resistance value of the electrode 61 provided on the first stator 11 and the resistance value of the electrode 81 provided on the second stator 12 are made different, the direction of the generated resultant force Fe is determined to maximize the amount of power generation. It is preferable that the The direction of the resultant force Fe of the electrostatic forces may be determined by simulation based on the mass m of the rotating weight 26, the distance r from the rotation center of the rotating weight 26 to the center of gravity of the rotating weight 26, and the like. The direction of the resultant force Fe of the electrostatic forces may be determined based on the measurement result of the amount of power generation obtained by wearing the watch 1 on the wrist of the subject.

電気機械変換器30は、静電力の合力Feを回転部材5の自重に応じた軸方向Zの力よりも大きくするように構成されてもよい。図14には、静電力の合力Fe、および自重による力Fwが示されている。図14には、軸方向Zを鉛直方向と一致させた時計1が示されている。図14において、第一固定子11は、第二固定子12よりも鉛直方向の上側に位置している。自重による力Fwは、回転部材5の質量m1に比例する力である。回転部材5の質量m1には、帯電膜を含む回転子51の質量m2、第一回転軸52の質量m3、および第一回転軸52に係合された他の部材の質量m4を含む。図14に例示された回転部材5において、他の部材は歯車53である。
m1=m2+m3+m4 (2)
The electromechanical converter 30 may be configured to make the resultant force Fe of the electrostatic force larger than the force in the axial direction Z that corresponds to the weight of the rotating member 5 . FIG. 14 shows the resultant force Fe of electrostatic force and the force Fw due to its own weight. FIG. 14 shows a watch 1 in which the axial direction Z coincides with the vertical direction. In FIG. 14, the first stator 11 is located above the second stator 12 in the vertical direction. The force Fw due to its own weight is a force proportional to the mass m1 of the rotating member 5. The mass m1 of the rotating member 5 includes a mass m2 of the rotor 51 including the charged film, a mass m3 of the first rotating shaft 52, and a mass m4 of other members engaged with the first rotating shaft 52. In the rotating member 5 illustrated in FIG. 14, the other member is a gear 53.
m1=m2+m3+m4 (2)

時計1の姿勢が図14に示す姿勢である場合、回転部材5に対して作用する自重に応じた力Fwは、軸方向Zの力となる。電気機械変換器30は、例えば、自重に応じた力Fwよりも静電力の合力Feが大きくなるように構成される。この場合、電気機械変換器30は、時計1の姿勢にかかわらず回転子51を可動範囲の一端に位置付けておくことができる。図14に示す時計1では、電気機械変換器30は、回転子51を第一固定子11に最も近づいた第一の位置Z1に位置付けておくことが可能である。自重による力の大きさよりも静電力の合力Feの大きさを大きくすることで、電気機械変換器30における発電効率の変動が効果的に抑制される。また、電気機械変換器30における発電効率の最大化や、発電出力の最大化を図ることが可能である。 When the posture of the timepiece 1 is the posture shown in FIG. 14, the force Fw acting on the rotating member 5 according to its own weight becomes a force in the axial direction Z. The electromechanical converter 30 is configured, for example, so that the resultant force Fe of electrostatic forces is larger than the force Fw corresponding to its own weight. In this case, the electromechanical converter 30 can position the rotor 51 at one end of the movable range regardless of the posture of the timepiece 1. In the timepiece 1 shown in FIG. 14, the electromechanical converter 30 can position the rotor 51 at a first position Z1 closest to the first stator 11. By making the magnitude of the resultant force Fe of electrostatic force larger than the magnitude of the force due to own weight, fluctuations in power generation efficiency in the electromechanical converter 30 are effectively suppressed. Furthermore, it is possible to maximize the power generation efficiency and power generation output in the electromechanical converter 30.

以上説明したように、本実施形態の電気機械変換器30は、回転部材5と、第一固定子11と、第二固定子12と、第一変換部6と、第二変換部8と、を有する。回転部材5は、板状の回転子51と、回転子51に係合された第一回転軸52と、を有する。第一固定子11は、回転子51の第一面51aと対向している。第二固定子12は、回転子51の第二面51bと対向している。 As explained above, the electromechanical converter 30 of this embodiment includes the rotating member 5, the first stator 11, the second stator 12, the first converter 6, the second converter 8, has. The rotating member 5 includes a plate-shaped rotor 51 and a first rotating shaft 52 that is engaged with the rotor 51. The first stator 11 faces the first surface 51a of the rotor 51. The second stator 12 faces the second surface 51b of the rotor 51.

第一変換部6は、第一帯電膜64と、電極61と、を有する。第一帯電膜64は、第一面51aおよび第一固定子11の一方に配置され、電極61は、第一面51aおよび第一固定子11の他方に配置される。第二変換部8は、第二帯電膜84と、電極81と、を有する。第二帯電膜84は、第二面51bおよび第二固定子12の一方に配置され、電極81は、第二面51bおよび第二固定子12の他方に配置される。 The first conversion unit 6 includes a first charged film 64 and an electrode 61. The first charged film 64 is arranged on one of the first surface 51a and the first stator 11, and the electrode 61 is arranged on the other of the first surface 51a and the first stator 11. The second conversion unit 8 includes a second charged film 84 and an electrode 81. The second charged film 84 is arranged on one of the second surface 51b and the second stator 12, and the electrode 81 is arranged on the other of the second surface 51b and the second stator 12.

第一変換部6および第二変換部8は、第一変換部6における静電力と、第二変換部8における静電力と、の総和により回転子51に対して静電力の合力Feを作用させるように構成されている。静電力の合力Feは、軸方向Zの一方側に向かう力である。よって、本実施形態の電気機械変換器30は、軸方向Zにおける回転子51の位置の変化による効率の変動を抑制することができる。 The first converter 6 and the second converter 8 cause a resultant force Fe of electrostatic forces to act on the rotor 51 by the sum of the electrostatic force in the first converter 6 and the electrostatic force in the second converter 8. It is configured as follows. The resultant force Fe of the electrostatic forces is a force directed toward one side in the axial direction Z. Therefore, the electromechanical converter 30 of this embodiment can suppress fluctuations in efficiency due to changes in the position of the rotor 51 in the axial direction Z.

静電力の合力Feは、回転部材5の自重に応じた軸方向の力Fwよりも大きくされてもよい。この構成により、軸方向Zにおける回転子51の位置がより安定しやすくなる。 The resultant force Fe of the electrostatic forces may be made larger than the axial force Fw depending on the weight of the rotating member 5. With this configuration, the position of the rotor 51 in the axial direction Z becomes more stable.

本実施形態の電気機械変換器30は、第二回転軸23と、第二回転軸23に係合された回転錘26と、を有する。第二回転軸23は、第一回転軸52とは別の軸であり、かつ回転部材5との間で機械的に動力を伝達する。回転部材5は、回転錘26の回転運動と連動して回転するように構成されている。回転錘26が第一回転軸52とは異なる第二回転軸23に係合されていることで、静電力の合力Feを自重に応じた軸方向の力Fwよりも大きくすることが容易となる。 The electromechanical converter 30 of this embodiment includes a second rotating shaft 23 and a rotating weight 26 engaged with the second rotating shaft 23. The second rotating shaft 23 is a different shaft from the first rotating shaft 52, and mechanically transmits power to and from the rotating member 5. The rotating member 5 is configured to rotate in conjunction with the rotational movement of the rotating weight 26. Since the rotating weight 26 is engaged with the second rotating shaft 23 that is different from the first rotating shaft 52, it becomes easy to make the resultant force Fe of the electrostatic force larger than the axial force Fw depending on the own weight. .

なお、電気機械変換器30は、指針4を駆動する駆動機構におけるブレーキとして用いられてもよい。例えば、時計1は、ぜんまいの力を指針4に伝達して指針4を運針する駆動機構を有していてもよい。この駆動機構において、電気機械変換器30は、駆動力に対してブレーキ力を作用させるブレーキ装置として用いられてもよい。電気機械変換器30は、回転子51の運動エネルギーを電気エネルギーに変換することで回転子51に対してブレーキ力を作用させることができる。変換された電気エネルギーは、例えば、蓄電池27に充電される。 Note that the electromechanical converter 30 may be used as a brake in a drive mechanism that drives the pointer 4. For example, the timepiece 1 may include a drive mechanism that transmits the force of a mainspring to the hands 4 to move the hands 4. In this drive mechanism, the electromechanical converter 30 may be used as a braking device that applies braking force to the driving force. The electromechanical converter 30 can apply a braking force to the rotor 51 by converting the kinetic energy of the rotor 51 into electrical energy. For example, a storage battery 27 is charged with the converted electrical energy.

[第2実施形態]
図15から図20を参照して、第2実施形態に係る時計1および電気機械変換器30について説明する。第2実施形態については、上記第1実施形態で説明したものと同様の機能を有する構成要素には同一の符号を付して重複する説明は省略する。図15は、第2実施形態に係る時計の正面図、図16は、第2実施形態に係る時計の断面図、図17は、第2実施形態に係る電気機械変換器の断面図、図18は、第2実施形態に係る電気機械変換器の概略構成を示す図、図19は、第2実施形態に係る第一変換部および第二変換部の断面図、図20は、第2実施形態に係る電気機械変換器の駆動方法を示す図である。第2実施形態の時計1において、上記第1実施形態の時計1と異なる点は、例えば、電気機械変換器30が静電モータの動力発生機構として機能する点である。
[Second embodiment]
A timepiece 1 and an electromechanical converter 30 according to a second embodiment will be described with reference to FIGS. 15 to 20. Regarding the second embodiment, components having the same functions as those described in the first embodiment are given the same reference numerals, and redundant explanations will be omitted. 15 is a front view of the timepiece according to the second embodiment, FIG. 16 is a cross-sectional view of the timepiece according to the second embodiment, FIG. 17 is a cross-sectional view of the electromechanical converter according to the second embodiment, and FIG. 19 is a diagram showing a schematic configuration of an electromechanical converter according to the second embodiment, FIG. 19 is a cross-sectional view of the first conversion section and the second conversion section according to the second embodiment, and FIG. 20 is a diagram showing the schematic configuration of the electromechanical converter according to the second embodiment. It is a figure showing the driving method of the electromechanical converter concerning this. The timepiece 1 of the second embodiment differs from the timepiece 1 of the first embodiment in that, for example, the electromechanical converter 30 functions as a power generation mechanism for an electrostatic motor.

図15に示すように、第2実施形態の時計1は、表示針54を有する。表示針54の回転は、電気機械変換器30によって制御される。表示針54は、例えば、秒針として機能する。なお、表示針54は、クロノグラフの針や、時計1の内部状態を示す針や、ユーザに対して情報を提供する針として機能してもよい。図16に示すように、表示針54は、回転部材5の一部であり、第一回転軸52に係合されている。表示針54は、第一回転軸52における前面側の端部に係合されており、第一回転軸52と一体となって回転する。 As shown in FIG. 15, the timepiece 1 of the second embodiment has display hands 54. Rotation of indicator hand 54 is controlled by electromechanical transducer 30. The display hand 54 functions as a second hand, for example. Note that the display hand 54 may function as a chronograph hand, a hand that indicates the internal state of the timepiece 1, or a hand that provides information to the user. As shown in FIG. 16, the display hand 54 is a part of the rotating member 5 and is engaged with the first rotating shaft 52. The display hand 54 is engaged with the front end of the first rotating shaft 52 and rotates together with the first rotating shaft 52.

図17に示すように、第2実施形態の第一変換部6は、上記第1実施形態と同様の電極61および第一帯電膜64を有する。また、第2実施形態の第二変換部8は、上記第1実施形態と同様の電極81および第二帯電膜84を有する。上記第1実施形態の回転部材5とは異なり、第2実施形態の回転部材5は、歯車53を有していないが、他の歯車に動力を伝達して表示針の位置や減速比を歯車によって変更しても良い。 As shown in FIG. 17, the first conversion unit 6 of the second embodiment has the same electrode 61 and first charged film 64 as in the first embodiment. Further, the second conversion unit 8 of the second embodiment has the same electrode 81 and second charged film 84 as in the first embodiment. Unlike the rotating member 5 of the first embodiment, the rotating member 5 of the second embodiment does not have a gear 53, but transmits power to other gears to control the position of the display hand and the reduction ratio. It may be changed by

図18に示すように、電気機械変換器30は、駆動部41および制御部42を有する。駆動部41は、第一変換部6および第二変換部8を駆動する駆動回路である。駆動部41は、制御部42から入力される制御信号に応じて、所定の駆動周波数で極性が交互に切り替わる駆動パルスを出力する。具体的には、駆動部41は、第一電極61aおよび第二電極61bに対して駆動パルスを出力し、かつ第三電極81aおよび第四電極81bに対して駆動パルスを出力する。 As shown in FIG. 18, the electromechanical converter 30 includes a drive section 41 and a control section 42. The drive section 41 is a drive circuit that drives the first conversion section 6 and the second conversion section 8. The drive unit 41 outputs drive pulses whose polarity alternates at a predetermined drive frequency in accordance with a control signal input from the control unit 42 . Specifically, the drive unit 41 outputs a drive pulse to the first electrode 61a and the second electrode 61b, and outputs a drive pulse to the third electrode 81a and the fourth electrode 81b.

図19に示すように、第二変換部8の電極81(第三電極81a,第四電極81b)は、第一変換部6の電極61(第一電極61a,第二電極61b)に対して位相をずらして配置されている。本実施形態のような配置は一例であり、動力発生機構としての静電モータの電極配置は、本実施形態の配置に限られるものではない。 As shown in FIG. 19, the electrodes 81 (third electrode 81a, fourth electrode 81b) of the second conversion section 8 are different from the electrodes 61 (first electrode 61a, second electrode 61b) of the first conversion section 6. They are arranged out of phase. The arrangement as in this embodiment is just an example, and the electrode arrangement of the electrostatic motor as a power generation mechanism is not limited to the arrangement in this embodiment.

駆動部41は、駆動パルスにより、図20の(a)~(d)に示すように電極61および電極81を帯電させる。駆動部41は、第一電極61aおよび第二電極61bのうち一方を正電位に帯電させ、他方を負電位に帯電させる。また、駆動部41は、第三電極81aおよび第四電極81bのうち一方を正電位に帯電させ、他方を負電位に帯電させる。駆動部41は、正電位に帯電した電極61から第一帯電膜64に対して回転方向Cの静電引力を作用させるように、第一電極61aおよび第二電極61bの電位を切り替える。また、駆動部41は、正電位に帯電した電極81から第二帯電膜84に対して回転方向Cの静電引力を作用させるように、第三電極81aおよび第四電極81bの電位を切り替える。 The drive unit 41 charges the electrode 61 and the electrode 81 using a drive pulse as shown in FIGS. 20(a) to 20(d). The drive unit 41 charges one of the first electrode 61a and the second electrode 61b to a positive potential, and charges the other to a negative potential. Further, the drive unit 41 charges one of the third electrode 81a and the fourth electrode 81b to a positive potential, and charges the other to a negative potential. The drive unit 41 switches the potentials of the first electrode 61a and the second electrode 61b so that the positively charged electrode 61 applies electrostatic attraction in the rotational direction C to the first charged film 64. Further, the drive unit 41 switches the potentials of the third electrode 81a and the fourth electrode 81b so that the positively charged electrode 81 applies electrostatic attraction in the rotational direction C to the second charged film 84.

第2実施形態の第一変換部6および第二変換部8は、第一変換部6における静電力と、第二変換部8における静電力と、の総和により回転子51に対して軸方向Zの一方側に向かう力を作用させるように構成されている。 The first converting section 6 and the second converting section 8 of the second embodiment are configured to rotate in the axial direction Z with respect to the rotor 51 by the sum of the electrostatic force in the first converting section 6 and the electrostatic force in the second converting section 8. It is configured to apply a force toward one side of the

例えば、第一変換部6および第二変換部8は、第二固定子12に向かう静電力の合力Feを発生させるように構成されてもよい。この場合、回転子51の第一面51aの側にカエリ51eが形成されてもよい。また、第一帯電膜64の帯電電圧と第二帯電膜84の帯電電圧とを異ならせるように、コロナ放電の印加電圧を異ならせてもよい。また、第二帯電膜84の厚さが第一帯電膜64の厚さよりも大きくされてもよい。また、第二固定子12に配置された電極の面積が、第一固定子11に配置された電極の面積よりも大きくされてもよい。また、第二帯電膜84の面積が第一帯電膜64の面積よりも大きくされてもよい。また、回転子51の第二面51bに第三帯電膜87が形成され、第二固定子12に第五電極86が形成されてもよい。また、電極81のインピーダンスが電極61のインピーダンスよりも小さくされてもよい。 For example, the first converter 6 and the second converter 8 may be configured to generate a resultant force Fe of electrostatic forces directed toward the second stator 12. In this case, a burr 51e may be formed on the first surface 51a side of the rotor 51. Further, the voltage applied to the corona discharge may be made different so that the charging voltage of the first charged film 64 and the charging voltage of the second charged film 84 are made different. Further, the thickness of the second charged film 84 may be made larger than the thickness of the first charged film 64. Further, the area of the electrodes arranged on the second stator 12 may be larger than the area of the electrodes arranged on the first stator 11. Further, the area of the second charged film 84 may be made larger than the area of the first charged film 64. Further, a third charged film 87 may be formed on the second surface 51b of the rotor 51, and a fifth electrode 86 may be formed on the second stator 12. Further, the impedance of the electrode 81 may be made smaller than the impedance of the electrode 61.

駆動部41は、回転子51に対して第二固定子12へ向かう静電力の合力Feを作用させるように、駆動パルスの電圧を制御してもよい。例えば、第二固定子12の電極81に出力される駆動パルスの電圧が第一固定子11の電極61に出力される駆動パルスの電圧よりも高電圧とされてもよい。 The drive unit 41 may control the voltage of the drive pulse so that the resultant force Fe of the electrostatic force directed toward the second stator 12 acts on the rotor 51 . For example, the voltage of the drive pulse output to the electrode 81 of the second stator 12 may be higher than the voltage of the drive pulse output to the electrode 61 of the first stator 11.

本実施形態の電気機械変換器30によれば、回転子51に対して第二固定子12へ向かう静電力の合力Feが作用していることで、回転子51が第二の位置Z2に位置付けられる。軸方向Zにおける回転子51の位置が変動しにくいことで、静電モータにおける動力の伝達率が安定する。よって、静電モータの効率向上が実現される。また、軸方向Zにおける回転子51の位置が安定することで、駆動パルスを最適化し、電力消費の低減を図ることが可能となる。例えば、回転子51が第二の位置Z2にあることを前提として第一変換部6の駆動パルスおよび第二変換部8の駆動パルスが最適化されてもよい。 According to the electromechanical converter 30 of this embodiment, the rotor 51 is positioned at the second position Z2 because the resultant force Fe of the electrostatic force directed toward the second stator 12 acts on the rotor 51. It will be done. Since the position of the rotor 51 in the axial direction Z is difficult to fluctuate, the transmission rate of power in the electrostatic motor is stabilized. Therefore, the efficiency of the electrostatic motor can be improved. Furthermore, by stabilizing the position of the rotor 51 in the axial direction Z, it becomes possible to optimize the drive pulse and reduce power consumption. For example, the drive pulses for the first converter 6 and the drive pulses for the second converter 8 may be optimized on the premise that the rotor 51 is in the second position Z2.

なお、電気機械変換器30は、第一固定子11へ向かう静電力の合力Feを作用させるように構成されてもよい。 Note that the electromechanical converter 30 may be configured to apply a resultant force Fe of electrostatic forces toward the first stator 11.

第2実施形態の電気機械変換器30は、静電力の合力Feが回転部材5に対して作用する自重に応じた力Fwよりも大きくなるように構成されてもよい。なお、第2実施形態に係る回転部材5の質量は、帯電膜64,84を含む回転子51の質量、第一回転軸52の質量、および表示針54の質量を含む。なお、表示針54と第一回転軸52との間に輪列が設けられてもよい。この場合、回転部材5の質量は、輪列を構成する部材のうち第一回転軸52に係合されている部材の質量を含む。例えば、輪列を構成する第一歯車が第一回転軸52に係合されている場合、第一歯車は回転部材5に含まれる。 The electromechanical converter 30 of the second embodiment may be configured such that the resultant force Fe of the electrostatic forces is larger than the force Fw acting on the rotating member 5 according to its own weight. Note that the mass of the rotating member 5 according to the second embodiment includes the mass of the rotor 51 including the charged films 64 and 84, the mass of the first rotating shaft 52, and the mass of the indicator needle 54. Note that a train wheel may be provided between the display hand 54 and the first rotating shaft 52. In this case, the mass of the rotating member 5 includes the mass of the members that are engaged with the first rotating shaft 52 among the members that constitute the wheel train. For example, when the first gear that constitutes the wheel train is engaged with the first rotating shaft 52, the first gear is included in the rotating member 5.

[実施形態の変形例]
上記第1実施形態および第2実施形態の変形例について説明する。第一変換部6および第二変換部8の配置は、各実施形態において例示された配置には限定されない。例えば、地板7の側に第二変換部8が配置され、受け板9の側に第一変換部6が配置されてもよい。時計1は、回転子51を視認可能とするスケルトン構造を有していなくてもよい。すなわち、文字板3および地板7は、窓部31,73を有していなくてもよい。
[Modification of embodiment]
Modifications of the first and second embodiments will be described. The arrangement of the first converting section 6 and the second converting section 8 is not limited to the arrangement illustrated in each embodiment. For example, the second converting section 8 may be arranged on the base plate 7 side, and the first converting section 6 may be arranged on the receiving plate 9 side. The timepiece 1 does not need to have a skeleton structure that makes the rotor 51 visible. That is, the dial 3 and the main plate 7 do not need to have the windows 31 and 73.

第一帯電膜64および第二帯電膜84は、回転子51に代えて固定子11,12に配置されてもよい。この場合、電極61,81は、回転子51に配置される。例えば、第一変換部6は、第一固定子11に形成された第一帯電膜64および回転子51に形成された電極61を有していてもよい。例えば、第二変換部8は、第二固定子12に形成された第二帯電膜84および回転子51に形成された電極81を有していてもよい。 The first charged film 64 and the second charged film 84 may be arranged on the stators 11 and 12 instead of the rotor 51. In this case, the electrodes 61 and 81 are arranged on the rotor 51. For example, the first conversion unit 6 may include a first charged film 64 formed on the first stator 11 and an electrode 61 formed on the rotor 51. For example, the second conversion unit 8 may include a second charged film 84 formed on the second stator 12 and an electrode 81 formed on the rotor 51.

上記第1実施形態および第2実施形態では、二つの変換部6,8のうちの一方を「第一変換部6」と称し、他方を「第二変換部8」と称したが、これらの名称は二つの変換部を区別するための便宜的なものである。したがって、二つの変換部6,8の配置や構成要素は各実施形態で例示された配置や構成要素には限定されない。 In the first and second embodiments described above, one of the two converters 6 and 8 was referred to as the "first converter 6" and the other was referred to as the "second converter 8," but these The name is for convenience to distinguish between the two converters. Therefore, the arrangement and components of the two conversion units 6 and 8 are not limited to those exemplified in each embodiment.

時計1は、デジタル表示部によって時刻を表示し、第1実施形態の発電機構を有する第1実施形態のデジタル時計であってもよい。この場合、時計1は、時刻を示す指針4を有していなくてもよい。 The watch 1 may be the digital watch of the first embodiment that displays the time using a digital display and has the power generation mechanism of the first embodiment. In this case, the watch 1 does not need to have the hands 4 that indicate the time.

上記の各実施形態および変形例に開示された内容は、適宜組み合わせて実行することができる。 The contents disclosed in each of the embodiments and modifications described above can be executed in combination as appropriate.

1 時計
2 外装ケース
3 文字板
4 指針
4a:秒針、 4b:分針、 4c:時針
5 回転部材
6 第一変換部
7 地板
7a:前面、 7b:背面
8 第二変換部
9 受け板
11 第一固定子
12 第二固定子
20:風防、 21:ケース本体、 22:裏蓋
23:第二回転軸、 25:歯車、 26:回転錘
27:蓄電池、 28:モータ、 29:減速機構
30 電気機械変換器
31 窓部
32 回転動作部
41 駆動部、 42:制御部
51:回転子、 52:第一回転軸、 53:歯車、 54:表示針
61:電極、 61a:第一電極、 61b:第二電極、 63:整流回路、
64:第一帯電膜、 65:膜
71:受石、 72:穴石、 73:窓部
81:電極、 81a:第三電極、 81b:第四電極、 83:整流回路、
84:第二帯電膜、 85:膜、 86:第五電極、 87:第三帯電膜
91:受石、 92:穴石
m:質量、 r:回転錘の回転中心から重心までの距離、 ja:負荷
Tej 固有周期、 T1:第一周期
F1,F2,F3:吸引力、 Fe:静電力の合力、 Fw:自重に応じた力
Z 軸方向
Z1:第一の位置、 Z2:第二の位置
1 Clock 2 Exterior case 3 Dial plate 4 Pointer 4a: Second hand, 4b: Minute hand, 4c: Hour hand 5 Rotating member 6 First conversion section 7 Main plate 7a: Front, 7b: Back 8 Second conversion section 9 Receiving plate 11 First fixing Child 12 Second stator 20: Windshield, 21: Case body, 22: Back cover 23: Second rotating shaft, 25: Gear, 26: Rotating weight 27: Storage battery, 28: Motor, 29: Reduction mechanism 30 Electromechanical conversion Container 31 Window 32 Rotating operation unit 41 Drive unit, 42: Control unit 51: Rotor, 52: First rotating shaft, 53: Gear, 54: Display hand 61: Electrode, 61a: First electrode, 61b: Second electrode, 63: rectifier circuit,
64: first charged film, 65: film 71: stone receiving stone, 72: hole stone, 73: window 81: electrode, 81a: third electrode, 81b: fourth electrode, 83: rectifier circuit,
84: Second charged film, 85: Membrane, 86: Fifth electrode, 87: Third charged film 91: Stone receiving stone, 92: Hole stone m: Mass, r: Distance from the center of rotation of the rotating weight to the center of gravity, ja : Load Tej Natural period, T1: First period F1, F2, F3: Attraction force, Fe: Resultant force of electrostatic force, Fw: Force according to own weight Z Axial direction Z1: First position, Z2: Second position

Claims (9)

板状の回転子と、前記回転子に係合された第一回転軸と、を有する回転部材と、
前記回転子の第一面と対向する第一固定子と、
前記回転子の第二面と対向する第二固定子と、
前記第一面および前記第一固定子の一方に配置された第一帯電膜と、前記第一面および前記第一固定子の他方に配置された電極と、を有する第一変換部と、
前記第二面および前記第二固定子の一方に配置された第二帯電膜と、前記第二面および前記第二固定子の他方に配置された電極と、を有する第二変換部と、
を備え、
前記第一変換部および前記第二変換部は、前記第一変換部における静電力と、前記第二変換部における静電力と、の総和により前記回転子に対して軸方向の一方側に向かう力を作用させるように構成されており、
前記第一変換部における静電力と、前記第二変換部における静電力と、の総和により前記回転子に対して作用する軸方向の力は、前記回転部材の自重に応じた軸方向の力よりも大きい
ことを特徴とする電気機械変換器。
a rotating member having a plate-shaped rotor and a first rotating shaft engaged with the rotor;
a first stator facing the first surface of the rotor;
a second stator facing the second surface of the rotor;
a first conversion unit having a first charged film disposed on one of the first surface and the first stator; and an electrode disposed on the other of the first surface and the first stator;
a second conversion unit having a second charged film disposed on one of the second surface and the second stator, and an electrode disposed on the other of the second surface and the second stator;
Equipped with
The first conversion section and the second conversion section generate a force directed toward one side in the axial direction with respect to the rotor due to the sum of the electrostatic force in the first conversion section and the electrostatic force in the second conversion section. It is configured to act on
The axial force acting on the rotor due to the sum of the electrostatic force in the first conversion section and the electrostatic force in the second conversion section is greater than the axial force according to the weight of the rotating member. Also big
An electromechanical converter characterized by:
前記第二帯電膜の帯電電圧は、前記第一帯電膜の帯電電圧よりも大きい
請求項1に記載の電気機械変換器。
The electromechanical converter according to claim 1, wherein a charging voltage of the second charged film is higher than a charging voltage of the first charged film.
前記第二変換部の電極のインピーダンスは、前記第一変換部の電極のインピーダンスよりも小さい
請求項1または2に記載の電気機械変換器。
The electromechanical converter according to claim 1 or 2, wherein the impedance of the electrode of the second conversion section is smaller than the impedance of the electrode of the first conversion section.
前記第二変換部の電極は、有色電極であり、
前記第一変換部の電極は、透明電極である
請求項1から3の何れか1項に記載の電気機械変換器。
The electrode of the second conversion section is a colored electrode,
The electromechanical converter according to any one of claims 1 to 3, wherein the electrode of the first converting section is a transparent electrode.
前記第二帯電膜の厚さは、前記第一帯電膜の厚さよりも大きい
請求項1から4の何れか1項に記載の電気機械変換器。
The electromechanical transducer according to any one of claims 1 to 4, wherein the thickness of the second charged film is greater than the thickness of the first charged film.
前記回転部材は、前記回転子に加えて、前記第一回転軸に係合された他の部材を有する
請求項1から5の何れか1項に記載の電気機械変換器。
The electromechanical converter according to any one of claims 1 to 5, wherein the rotating member includes, in addition to the rotor, another member engaged with the first rotating shaft.
前記他の部材は、歯車を含む
請求項に記載の電気機械変換器。
The electromechanical converter according to claim 6 , wherein the other member includes a gear.
前記他の部材は、表示針を含む
請求項6または7に記載の電気機械変換器。
The electromechanical transducer according to claim 6 or 7 , wherein the other member includes an indicator needle.
前記第一回転軸とは別の軸であり、かつ前記回転部材との間で機械的に動力を伝達する第二回転軸と、
前記第二回転軸に係合された回転錘と、
を備え、
前記回転部材は、前記回転錘の回転運動と連動して回転する
請求項1からの何れか1項に記載の電気機械変換器。
a second rotating shaft that is different from the first rotating shaft and mechanically transmits power to and from the rotating member;
a rotating weight engaged with the second rotating shaft;
Equipped with
The electromechanical converter according to any one of claims 1 to 8 , wherein the rotating member rotates in conjunction with the rotational movement of the rotating weight.
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