JPH06500169A - 発電機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 発　電　機 技術分野 本発明は、従動軸に連結され磁化極を有する回転子軸と、電圧提供用の複数の巻 線を有する固定子と、前記従動軸を駆動する駆動手段と、前記駆動手段と従動輪 間に弾性的な伝達効果を提供する弾性体を有するトランスミッション手段と、か ら成る遠くに小型電力消費装置用の発電機に関する。 背景技術 上記発電機はオランダ特許出願８４０２１１３号より公知であって、同願では腕 時計の一部として好適な発電機で時計をはめることによって偏心おもりの形をし た駆動手段が始動するようになったものが開示されている。上記発電機により発 生された電圧は、蓄電池の最小充電圧を上廻る時に時計内部に配列された蓄電池 を充電するために使用することができる。ファラデーの法則に従えば、回転子軸 の角速度が大きければ大きい程、発電機により生成される電圧は高くなる。従動 軸に対して同軸の偏心おもりをその内側リムの弾性体、特に螺旋ばねの一端に接 続しその他端を回転子軸の従動輪に接続すると比較的大きい角速度を得ることが できる。回転子軸と固定子間の戻り止めトルクによって固定子に対してその停止 位置の一方に保持されると、回転子軸はばねが一定範囲まで緊張するまで偏心お もりによっては運ばれることはなく、その結果、回転子軸が移動するとばねに貯 えられた位置エネルギーが回転子軸を加速するために利用できるようになり、そ の角速度を大きくする。回転子軸がばねにより従動軸に加えられる十分に大きい トルクのために移動した後、ばねは、完全に解放された後、逆方向に緊張し、回 転子軸の速度は次第に小さくなる。回転子軸は停止した後、今度は逆方向にばね により再び始動する。かくして、回転子軸は振動運動を実行し、発生した電圧は ゼロまで小さくなる振動振幅を示す。 この既知発電機の欠陥は、回転子軸の運動方向が逆転しようとする毎に発電機に よって発生される電圧が所要最小充電電圧よりも小さいために使用できないとい うことである。だが、これら使用不能な電圧周期中、例えば摩擦によるエネルギ ー損失は発生しつづける。 更に予測可能な十分量のエネルギーが生成されるようにばねを緊張させるために はそれぞれの停止位置に対する固定子と回転子輪間の戻りどめトルクが一定で十 分な振幅のものであることが必要であるが、寸法が非常に小さい固定子／回転子 の組合せの場合には、そのことを再現的に実現することは困難である。そのため 、戻り止めトルクが無視できるような大きさの固定子と回転子の組合せを適用す ることは如何なる状況下でも不可能である。 発明の開示 本発明の目的は以上の欠陥を除去することでありこの目的のため、冒頭に述べた ようなタイプの発電機で、駆動手段と従動軸間の動力の伝達を上記弾性体のばね 張力の関数として少なくとも実質上遮断する遮断手段を設ける点に特徴を有する ものが提供される。 前記遮断手段により駆動手段から従動軸への弾性的な動力の伝達を少なくとも実 質的に遮断することによって弾性体と回転子軸の振動運動は回避され、その結果 、弾性体の解除時に少なくともほぼ全周期の間、最小充電電圧を連続的に上廻る 振幅を有する電圧が得られる。 本発明の発電機において、遮断手段は、前記駆動手段に連結される回転自在の支 持手段を備える。前記中なくとも一つの弾性体の一端は、回転自在支持手段に接 続され、その他端は従動輪と間隔をおいて支持手段が回転する間に共働して回転 子軸を回転させる自由端となっている。 このようにすることによって回転子軸が加速された後、弾性体の自由端と従動軸 間の共働は終了し、その後、回転子軸は中断中に高速で自由に回転することが可 能となり、少なくとも最小充電電圧に等しい電圧が生成される。この場合、戻り 止めトルクが小さなタイプの固定子と回転子の組合せを適用することがふされし い。 その代わりに、遮断手段は駆動手段と弾性体間に配置された自由回転クラッチを 備えることができる。弾性体、この場合には螺旋ばねがそのばねエネルギーを従 動軸に伝達後完全に釈放されると、ばねの逆方向への緊張は、弾性体がその後駆 動手段から自由に運動するという事実のため防止されることになる。 スイス特許明細書５９７．８３８号は、時計用の駆動機構で時計仕掛の一部を通 る３６時間螺旋ばねが更に発電機を駆動し、同発電機がほぼ一定周波数の、時計 仕掛の運転速度を安定させる電気回路に給電する交流を発生するようになったも のについて開示している。このようにすることによって、発電機は従来のばね平 衡発振器の代用となっている。実際には、螺旋ばねは、時計仕掛を駆動するため に永久巻取り状態にすべきである。 本発明のその他の特徴利点は本発明の図解例にもとづき更に明らかとなるはずで ある。 〔図面の簡単な説明〕 図１は、本発明の発電機の第一の実施例の長手方向断面の概略図である。 図２は、図１の線■−■による発電機の断面図である。 図３は、図１の線■−■による断面図である。 図４は、本発明の発電機の第２実施例の長手方向断面の概略図である。 図５は、図４の線ｖ−■の発電機断面図である。 図６は、本発明の発電機の第３の実施例の長手方向断面の概略図である。 図７は、本発明の第４実施例の概略斜視図である。 図８・８Ａは、図７の発電機の一部の上面と側面の概略図である。 図９・９Ａは、図８に示す発電機の一部の変更例の上面図と側面図である。 発明を実施するための最良の形態 図１は本発明の発電機の第一実施例の長手方向部分を示す。発電機ｌは偏心おも り２と、従動軸３に連結された回転子軸４を備える。 回転子軸はコイル巻線６と共に固定子５内に構成される。ケーシング７内には若 干の部品が格納され、フレーム８が、なかんづく偏心おもり２とトランスミッシ ョン手段９を支持するために設けられる。 トランスミッション手段９はシャフト１１の周囲を回転するディスク１２の形を した支持手段を備える。前記支持手段には弾性材料製の板ばねが固定される。偏 心おもり２は１９までのギア装置１４によりシャフトＩ３を介してディスク１２ に連結される。 図２は、図１の線Ｕ−Ｕによる発電機の断面図である。全部で６個の板ばねｌＯ がディスク１２の周囲に配置され、その各々はその一端が互いに対して規則的に 間隔をおいて配置される。板ばね１０はディスク１２から径方向に延びる。それ ぞれの板ばねｌＯの他方側の自由端２０付近には、カーブ形の部分が設けられる 。板ばねｌＯの長さ、カーブ部分の形、従動軸３とディスク１２のシャフト間の 距離は、偏心おもり２によってひきおこされるディスク１２の回転中に各板ばね の自由端の凸側か従動軸３と共働するように選択される。 自由端２０の曲率により規定されるディスク１２の回転方向は図２の矢印Ａによ り示される。 この場合、板ばねｌＯの自由端と従動軸３の間の共働は従動軸３上に取付けられ る中間従動輪２１により確立される。十分な摩擦力を得るために、従動輪２１、 又はそれぞれの自由端２０は適当なコーチングを有し、（又は）積形とするか粗 くするか、のこ歯状とすることができる。 板ばねｌＯは、最初、従動軸３に対して少なくとも実質上径方向に向いた力を付 与するように従動軸３を打つことによって板ばね１０の緊張を可能にする。その 結果、固定子と回転子輪間の戻り止めトルクは不要となる。ディスク１２がそれ 以上回転すると、従動軸３に対して接線方向に向いた力かつ（りだされ、最終的 に従動軸を回転させる。その後、板ばねｌＯは解除され従動軸３、従って回転子 軸を加速する貯えられた位置エネルギーの少なくとも一部が解放される。 板ばねｌＯはばねエネルギーの全体が運動エネルギーに変換され終るまで従動軸 ３と接触したままにとどまることが望ましい。 これに関連して、必要とあらば、従動軸３と回転子軸４間に適当な歯切ギアを設 けることができる。板ばね１ｏが緊張可能な範囲の角度として偏心おもりによっ て供給されるエネルギーを一時貯えるために比較的大きな最大限戻り止めトルク が必要となる。このことは原則歯切りギア、例えば偏心おもり２とディスク１２ 間のギアホイール１６．１７によって実現することができる。 だが、偏心おもり２によって駆動する代りに手操作によりディスク１２を駆動す ることによっても大きな最大ばねトルクを得ることができる。時計のような小型 動力消費装置の場合、この駆動方法は蓄電池を短時間に充電しなおすために使用 することができる。時計の場合、この状況は時計が長時間着用しない場合に発生 する。手動操作手段は、例えばラックと−もしくはそれ以上のギアホイールによ って板ばね１０を支持するディスク１２に接続される押しボタンとすることがで きる。同様に、時計の巻取リップは、その位置の一つで手動操作手段としての役 割を果すことができる。前記大きな最大ばねトルクはそのために巻取りノブがデ ィスクと直接、即ち、適当な伝達比を得るために必要とされるギアホイール列な しに連結できるという利点を有する。偏心おもりによる駆動と手動操作手段によ る駆動の双方が必要とされる場合には、連結解除手段を設けて偏心おもりを連結 解除し、前記押しボタンや巻取リップによって駆動される場合にそれが回転しな いようにすることが望ましい。巻取りノブの場合には連結解除手段は、例えば、 前記巻取りノブをその駆動位置に引出すことによって実現することができる。 電力消費装置、特に時計内に偏心おもりにより最適駆動される発電機と手動操作 手段、特に巻取りノブにより最適駆動される発電機の双方を本発明により設ける ためにそれぞれの方法で駆動される本発明の発電機を２個別個に備える電力消費 装置を設ける。 もし固定子と回転子の組合せが戻り止めトルクを有する場合には、板ばねｌＯと 従動輪３間の共働によって、たとい一定の力が接線方向に既に加えられていても 、この力が戻り止めトルクを克服する上で必要なものよりも小さい限り、板ばね を緊張させることが可能となる。従動輪２１の径は回転子軸の移動瞬間を決定す る要素の−っであることは明らかである。 実験によれば、このようにすることによって、板ばねが従動軸３を通過する毎に 回転子軸の回転が起こることが示された。 シャフト１３周囲の双方向への偏心おもり２の回転を可能にするため、ディスク １２の矢印Ａへの所定運動方向にもかかわらず、図３に略示されるように共に機 械的矯正手段を構成するギアホイール１４，１５、１８．１９が提供される。一 対のギアホイール１８．１９は、ギアホイール１４がその回転方向に応じてギア ホイール１８かギアホイール１８．１９の何れかによってギアホイール１５と係 合するようにシャフト２３周囲を回転するプレート２２上に取付ける。 図４は本発明の発電機の第２の実施例を示す。板ばね１０の形は真直ぐである。 ディスク１２は直接、偏心おもり２に連結されることによってシャフト１１と１ ３は一致するようになっている。この構造によって、図５の矢印ＡとＢによって 示すように両方向へのディスク１２の回転が可能になる。 それぞれの板ばねｌＯの自由端２０は、フレーム８上に取付けられる阻止手段２ ３により阻止された後、従動軸３に達し、板ばねは緊張する。その結果、板ばね が阻止手段により丁度阻止された時に達する最大ばね張力が正確に形成され、発 電機は規則的に動作することが可能となる。かくして、板ばねの緊張は例えば戻 り止めトルクのないタイプとか、実際上、戻り止めトルクが僅かなタイプとかい った固定子と回転子の組合せに関係をもたない。 図５に詳解する阻止手段２３は、従動輪２１の両側に構成される２個の爪２４． ２５を備える。その各々は、板ばね１０の通過後、板ばねＩＯが従動軸３から矢 印Ｂ方向に移動中に常２５が自由端により転回され、板ばねｌＯが従動軸３から 移動し去る時に爪が板ばねｌＯに対する障害とならなくなる。爪２４．２５は、 それぞれ、フレーム８の支持手段２８と関連する爪２４．２５の間に予め緊張す るコイルばね２７によってセットされる。図５は、ディスク１２が矢印Ｂ方向に 回転中に板ばねｌＯが丁度型２４によって阻止されたときの発電機の状態を示す 。 板ばねの数は先行するばねが完全に釈放された時いっても次のばねが緊張を開始 する具合に選択されるため、偏心おもり２の“バックラッシ”は回避される。　 本発明によれば、それぞれの板ばねが遮断により一回転毎に僅かな角度範囲まで しか従動軸と共働しないため、ディスク１２と板ばねｌＯは一以上の従動軸３を 駆動するために使用することができて好都合である。これは、図２において従動 軸３と従動輪２１と同様に、板ばね１０の自由端が辿るトラックに沿って構成さ れる第２と第３の従動軸３’、３’および従動輪２１’　、２１　’をそれぞれ 点線で示す。それぞれの従動輪はそれと関連する固定子と回転子の組合せに連結 することができる。こうすれば、板ばね１０は、それぞれの従動輪２１．２１　 ’　、２１　’により従動軸３．３’、３’の各々と共働することになる。従動 輪はディスク１２にかかる負荷が動作中、少なくとも実質上一定であるように間 隔をおき配置することが望ましい。−もしくはそれ以上の板ばね１０は、例えば 硬磁性材料の薄い層や小さなブロックの形をした小さな磁石をその自由端２０に 個々に担うことができる。ディスク１２の回転中、自由端２０かたどるトラック に沿って一つもしくはそれ以上の誘導コイルを取付けた一枚の板ばねの自由端に 磁石が通過した時電圧を発生させ、−もしくはそれ以上の従動軸と関連する固定 子／回転子の−もしくはそれ以上の組合せを補完もしくはそれらと代替させるこ とができる。かくして−個の誘導コイルは上記−又はそれ以上の磁石と相俟って 一個の電圧発生器を構成する。 図６は、本発明の発電機の第３の実施例の長手方向概略断面図を示す。偏心おも り２はその一端がディスク１２の中空空間２９内に配置された比較的たるんだ螺 旋ねじ３０によってディスク１２の内周に連結される。かくして、螺旋ねじ３０ によって、たとえ偏心おもりが従動輪や阻止手段と共働する時に対応するトルク が最初一つの板ばねの逆トルクよりもずっと小さい場合にも偏心おもり２の運動 が可能となる。 例えば図１．２．３について示すような時計の押しボタンや巻取リップより構成 される手動操作手段によって手で駆動する方法は、図７．８．８Ａ、９．９Ａに 示すような以下に述べる実施例と共に図４．５．６の実施例にも使用できること は明らかである。図７は本発明による発電機の第４の実施例を略示したものであ る。本図もまた、既に先に論じたように手で回転子軸４を駆動するための巻取リ ップ３３を示す。図８．８Ａに詳細に示すように、本実施例ではギアホイール４ １が接続される遠心おもり２の回転は、前記ギアホイ−ル４１　；　１８．１９ を介して矯正手段を構成するばねバレル３４へ伝達され、バレル内に構成された ばね３５を巻取る。前記ばねは、この場合、螺旋ばねである。この目的のため、 矯正手段１８．１９はフリーホイールクラッチ３７によりばねバレル３４のシャ フト３８に連結されるギアホイール３６を係合する。ばねバレル３４には螺旋ば ねの第一端が接続される。螺旋ばね３５の他端はギアホイール３５が連結される バレル３４の内側へ接続される。ギアホイール３９は回転子４の従動輪２Ｉと係 合する。 本例では、固定子６と回転子４の組合せは戻り止めトルクを有するタイプもので ある。爪４０は、矯正手段１８．１９が旋回した直後、螺旋ばね３５が解放され るのを防止する働きをする。螺旋ばね３５が戻り止めトルクが克服される範囲ま で巻取られた時には常に、ばね１５は解放される一方でバレル３４とギアホイー ル３９を回転させ、従って回転子軸４を高速で回転させることになる。ばね３５ が完全に解放状態に達した時、即ち、そのゼロ位置に達するや否や、その後のば ねの逆方向への緊張は、ギアホイール３６とシャフト３８間の、即ち、偏心重量 ２と従動軸３間の伝達を遮断するフリーホイールクラッチによって妨げられる。 その結果、シャフト３８は、ギアホイール３９と共にギアホイール３６に対して 自由に回転する。従って、ばね端はその他端と共に回転する。ゼロ位置に達した 時に運動エネルギーに変換される螺旋ばね３５の位置エネルギーは、かくして後 者の形で回転子の従動輪２１を駆動するために利用可能なままにとどまり、位置 エネルギーに再変換され、従来技術の場合と同様に、ばね内に再び貯えられる。 図１−６の実施例と同様に、その結果はばねが一方の運動と一方向に解放される 。即ち、発生した電圧の振幅にそれに対応する振動をもたらすような相当な振動 は発生することがない。螺旋ばね３５の解放時期は一秒の数１００分Ｉ、ないし 数１０分の１の範囲で変化するのが普通である。 フリーホイールクラッチ３７は、例えば、クランピングボールやピンチローラを 有するタイプや、歯状ホイールと共働してラチェットを構成する爪を有するタイ プのものとすることができる。このようなフリーホイールクラッチ自体は公知で あるから、ここではそれ以上詳しく説明しない。更に、図のような機械的な矯正 手段の代わりに任意の適当な矯正手段を使用することも明らかである。 図９と９Ａは図８の実施例と類似する実施例を示す。回転子／固定子の組合せは 戻り止めトルクが僅かなタイプのものでよい。ばね３５の解放の時期は、ギアホ イール３９と係合するもう一つの爪４２の上昇によって決定される。上記上昇は 突起４３がそのカーブ端でシャフト４４の周囲に回転可能なレバーに達するや否 や行われる。本例において、突起４３はギアホィール３６上部に取付ける。その 代わり、突で突起４３のシャフト３日に対する一定の角度変位が減速に従ってば ね３５のより大きな角度変位に相当するようにすることもできる。爪４２は螺旋 ばね３５が巻取られる時にそれを一時阻止するための阻止手段である。爪４２の 上昇は多くの異なる方法で、例えば、追加的な歯切ギアによって発生させること ができることは明らかである。 利用可能な偏心おもりトルクが所与で、ばねｌＯ又は３５が緊張可能な利用可能 経路の大きさが所与、固定子／回転子の組合せの戻り止めトルクが所与の場合、 ばね定数が変位の増大と共に小さくなるような非線形特性を有するばねを使用す ることが望ましい。こうすることによって、最大量のエネルギーをばねが解放す る前にその中に貯えることができる。ばねはこの非線形動作を改善するために予 め緊張させることができる。可変のトルク伝達比を角度変位の関数として実行す るめに楕円形ギアホイールと（又は）偏心ギアホイールを有するトランスミッシ ョンを使用して増大するばねの緊張と（又は）非線形特性を補償することもでき る。図６の実施例と同様にまたそれと同じ理由から図７，８又は９の実施例にお いては偏心おもりとばね３５間に構成されるもう一つのたるんだ螺旋ばねを設け ることができる。更に、図２について述べたような減速トランスミッションを駆 動手段とばね３５のに構成することもできる。更に、より以上の固定子／回転子 の組合せをばねバレル３４周囲に構成することもできる。 本発明の発電機は、多かれ少なかれ動作中の電力消費装置や主電源からの電力供 給が装置の可動性に関する要求のために不可能であるようなその他の任意の装置 における電源として使用することができる。時計、ペースメーカー、記録識別の ために動物の体内に組込んだ電気回路がそのような装置の例である。発電機によ り生成された信号もまた一人の人間又は動物の活動を測定するために使用するこ とができる。もしペースメーカーを設ける場合には後者の場合の生成信号はペー スメーカーの制御信号として使用することができる。 当業者には本発明の発電機の実施例に対して本発明の範囲で多数の変更を施すこ とができることは明らかであろう。 ＦＩＧ、６ 補正書の翻訳文提出書 （特・許法第１８４条の８の規定による補正書）平成５年３月８日

Claims (25)

【特許請求の範囲】
1. １．特に小型電力消費装置用の発電機で従動軸に連結され礎極を有する回転子輪 と、複数の巻線を備え電圧を提供する固定子と、前記従動軸を駆動するための駆 動手段と、弾性体を有し前記駆動手段と従動軸間に弾性的なトランスミッション を提供するトランスミッション手段と、から成るものにおいて、前記駆動手段と 従動軸間に前記弾性体のばね張力の関数として前記トランスミッションを少なく とも実質上遮断する遮断手段が設けられる前記発電機。
2. ２．前記遮断手段が、前記弾性体がその内部に貯えられたばねエネルギーを前記 従動軸に少なくとも実質上移転した瞬間から前記トランスミッションを少なくと も実質上遮断する請求項１に記載の発電機。
3. ３．前記遮断手段が前記駆動手段に連結された回転支持手段を備え、前記少なく とも一つの弾性体の一端が回転支持手段に接続され、その他端が前記従動軸と間 隔をおいて前記支持手段の回転中共働して前記回転子輪を回転させる自由端であ る請求項１または２に記載の発電機。
4. ４．前記少なくとも一つの弾性体が主として前記支持手段から径方向に延びる実 質上長尺体である請求項３に記載の発電機。
5. ５．複数の弾性体が前記支持手段の周囲に規則的間隔をおいて配置される請求項 ３又は４に記載の発電機。
6. ６．前記少なくとも一つの弾性体が板ばねである請求項３−５に記載の発電機。
7. ７．前記少なくとも一つの弾性体がその自由端がカーブし、その凸側が従動軸と 共働する請求項３−７に記載の発電機。
8. ８．阻止手段が設けられ、同阻止手段が、前記弾性体が従動軸に達する前に前記 阻止手段によってその自由端に一時阻止されるように前記少なくとも一つの弾性 体の自由端が辿るトラックに沿って構成される請求項３−７に記載の発電機。
9. ９．前記阻止手段が従動軸側に構成された少なくとも一つの爪を備える請求項８ に記載の発電機。
10. １０．前記少なくとも一つの爪が軸周囲に回転し、前記弾性体が前記従動軸から 去る方向に前記爪を移動させた時に弾性体の自由端により向きを変えられる請求 項９に記載の発電機。
11. １１．少なくとも一つのばね手段が、爪が向きを向えられた後に爪をリセットす るために設けられる請求項１０に記載の発電機。
12. １２．前記従動軸上に従動輪が取付けられ、同輪が摩擦により前記少なくとも一 つの弾性体の自由端と共働する辺縁面を備える請求項３−１１に記載の発電機。
13. １３．複数の弾性体が設けられ、その端々がその自由端に少なくとも一つの固定 誘導コイルと共働する硬磁気材料を備える請求項３−１２に記載の発電機。
14. １４．前記遮断手段が前記駆動手段と弾性体間に設けられたフリーホイールクラ ッチより成る請求項１又は２に記載の発電機。
15. １５．前記弾柱体がばねバレル内に納められた螺旋ばねより成る請求項１４に記 載の発電機。
16. １６．爪の形をした阻止手段が設けられ、同手段が前記螺旋ばねと共働して螺旋 ばねが巻取られる時にそれを一時阻止し、螺旋ばねの所定角変位に達した時に爪 が突起により持上げられる請求項１５に記載の発電機。
17. １７．機械的矯正手段が前記駆動手段と弾性体間に取付けられる請求項１−１６ に記載の発電機。
18. １８．複数の従動軸が設けられ、その各々が前記少なくとも一つの弾性体と共働 する請求項１−１７に記載の発電機。
19. １９．前記回転子輪と固定子とにより形成される固定／回転子の組合せが戻り止 めトルクが僅かなタイプのものである請求項１−１８に記載の発電機。
20. ２０．前記駆動手段が偏心おもりを備え、減速歯状ギアが前記偏心おもりと弾性 体間に設けられる請求項１−１９に記載の発電機。
21. ２１．前記駆動手段が偏心おもりを備え、前記弾性体がもう一つの弾性体により 前記偏心おもりに連結される請求項１−２０に記載の発電機。
22. ２２．前記もう一つの弾性体が螺旋ばねである請求項２１に記載の発電機。
23. ２３．前記駆動手段が手動操作手段、殊に巻取りノブを備える請求項１−１９に 記載の発電機。
24. ２４．前記駆動手段が偏心おもりを備え、連結解除手段が設けられて前記手動操 作手段を介して駆動する時に偏心おもりの連結を解除する請求項２３に記載の発 電機。
25. ２５．手動操作手段、殊に巻取りノブを備える時計で関連する駆動手段が偏心お もりを備える請求項１−２２に記載の少なくとも一つの第１発電機と、関連する 駆動手段が前記手動操作手段を備える請求項１−１９に記載の第２発電機より成 る前記時計。