JPS6269190A - 電子時計における小型発電機 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は電子時計における小型発電機に関するものであ
る。

〔発明の概要〕

本発明は電子時計における小型発電機においてロータの
有する永久磁石からのコイルの磁心を通る磁束数１２１
（ｗｌ））を ５×１０″″’（ｗｂ）（１＜、　１０ｘｌＯｘ１０−
７（とし、前記ステータの穴内径と前記ロータ８石外径
との差Ｇ　（ｍ　）を Ｇ）２　Ｘ　１０”　（ｍ　） として、発電に無関係なロータの回転トルクを極力おさ
え小さなトルクでロータを回転させることにより、きわ
めて効率の艮い、しかも時計体に組み込んだ場合でもそ
のサイズが大型化されない小型発電機を提供すること全
可能にしたものである６〔従来の技術〕 電池交換不要の小型発電機をもつ電子時計の試みはいろ
いろなされているが、その−例は特開昭５６−２９２３
４の様に回転錘や外部手動操作による回転力をエネルギ
ー蓄積部材に一端蓄積させ。

そのエネルギーでロータを回転させるものであつ九、ま
たアンバランス車の姿勢変化によるアンバランスで生じ
る回転トルクで直接ロータを回転させる場合、要求され
る発電量が得らハ４る工うにすると、ロータ磁石とステ
ータとの吸引力により生ずるある場所に止まっていＬつ
とする力が大きくなる几め、アンバランス量を犬きぐし
なければならず、アンバランス真のサイズが非常に太き
ぐなってい友。ま几外部手動操作によってその回転トル
クを得る場合においても大きな回転トルクを必要とする
ため、外部手動操作部材の形状を大きくしなければなら
なかつ友。

〔発明が解決しょうとする問題点〕

前述の従来技術では、ロータの回転力２得るための手段
のサイズが大きくなるｔめ１！！子時計の小型、薄型化
全相む大きな要因となり今だ小型発電機を有する電子時
計の実用化には至ってい乃・いという結果を招いている
。そこで本発明はこの工うな問題を解決するもので、そ
の目的とするところは電子時計における小型発電機全提
供するところにある。

〔問題点を解決するｔめの手段〕

本発明の電子時計における小型発電機はロータ。

ステータ、コイルより成る質換器と、ロータの回転をア
ンバランス車の姿勢変化のアンバランスや外部手動操作
等に工って輪列で増速させて得る手段と、ロータの回転
により生ずる交換電力全整流する整流手段とし、螢流さ
７１．九電力を蓄える蓄電手段とにニジ構成される小型
発電機において、ロータの有する永久磁石からのコイル
磁心を通る磁束数ダ（ｖｔｌ））を ５Ｘ１０””（ｗ’ｂ）　（１，（１０Ｘ　１０−’　
（ｗｂ）とじ−ｍ記ステータの穴内径と前記ロータ磁石
外径との差Ｇ（ｔｙｔ）ｆ： Ｇ）２Ｘ　１０−’　（ｍ　） となるように、前記ロータ、ステータ形状を設定し、発
電には全く無関係な力であるロータ磁石とステークとの
吸引力にエリ化ずるある場所に止まってい工うとする力
を小さく押える事に＝す、アンバランス皇及び外部手動
操作部材のサイズ全小型化する楽音特徴とする。

〔実、崩例〕

以下に本発明の実癩例を図面にもとづいて説明する。第
１図は本発明による小型発電機の略平面図である。永久
磁石１ａを有するロータ１を囲む様にステータ２が配室
され、コイル３は磁心３ａに巻かれており磁心５ａとス
テー４Ｘ２とはねじ４ａ　、４ｂにより固着されている
。そしてアンバランスｉＬ５の姿勢変化に工って生じる
回転トルクまたは外部手動操作に工って得られる竜頭乙
による回転トルクが増速輪列７ａ、７ｂを介してロータ
１に伝達され一回転する。ロータ１が回転する事に工り
コイルには電母誘導の法則から起電力が誘起され、その
交流電流が整流回路で整流さ１１、て蓄電器に電荷とし
て蓄えられる。そしてこの蓄電器を電源として電子時計
を駆動させるのである。

ここで発電におけるメカニズムを説明する。

コイル磁心３ａｉ通るロータ磁石１ａからの８束数φは
以下の式で与えられるものとする。

ｇ （ＢＨ）ｍａｘ　　：ロータ磁石の最大エネルギー積（
ＭＯｅ） ｖＲ：ロータ磁石の体積（ｔｙ／） ｒｓ：ステータ穴内径（ｍ　） そしてロータが回転する事に工りコイルにはｔ と表わされる超電力ｅが誘起され と表わされる電流１が流れる。

Ｎ：コイルの巻数 ｔ：時間（θ） Ｒ：コイルの抵抗（２） ω：ロータの回転速度（ｒａｄ／Ｂ） Ｌ：コイルのインダクタンス（Ｅ） そしてその交流電流が整流回路を流れ、蓄電器に蓄えら
れる。

ここで発電機におけるステータ、コイル条件及びアンバ
ランス車を同一にして０式におけるロータの体積をかえ
てφの値違いのものについて央験的に携帯試験を行ない
、ｇ３の値と蓄電器に蓄えられる発電量との関係を示し
たものが第２図である。

第２図における点腺はＩＣ回路部とモータ部にＬる消費
電流から求められる時計体の１日の消費電流である。

１日の携帯試験でそれ以上の発電量が得られる場合、そ
れを電源として駆動する電子時計は半永久的に動き続け
ることができるのである。したがってアンバランス車の
姿勢変化のアンバランスに工り増速輪列を介してロータ
を回転させ発電を得る発電機において、その発Ｋｆｔ金
電子時計の消費電流以上とする之めには０式のφの値を
少なくとも次の工うに設定することが必要である。

ｑ３　）　５　Ｘ　１０−’　（ｗｂ）　　　−■しか
し、ロータ缶石の体積音大きくすることによりΦの値を
大きくとれば、それだけ大きなロータの回転力が必要と
１つでくる６第２図において、φ）５Ｘ１０−７（ｗｂ
）以上において発電量の増加率が減少−ｒるのはロータ
研石とステータとの吸引力にニジ化ずる力が急激に大き
くなり、アンバランス車が回りにくぐなる友めである。

アンバランス車でロータの回転力を得る場合−Ｓの値を
大きくするとそのアンバランス車全大きくしなければな
らないが１時計等の小型携帯機器にそれ全搭載するには
そのサイズの制約を受ける事になる。現在アンバランス
車からロータまでの増速輪列の増速比は１：１００とし
ているがその比率を少なくして、アンバランス車を回シ
やすぐすることでそのサイズを小を化しても、それだけ
ロータの回転数が減少し発ｉ！量が減少する几め、結果
的には−の値を小さくした場合と同じになってしまう。

アンバランス車にヘビーメタル等の高重量密度材料を用
い、サイズ的に時計体に組み込み可能なものを作る場合
、最大とれるアンバランス量は約５２・（７）である。

そのトルクでロータを回転させる場合。

ロータの静的引きトルクＴＳ　　（ロータ磁石とステー
タとの吸引力に工っで生ずる力の事でＴｓ　については
後で詳しく説明する）が、アンバランス車の回転エリ小
さくなければ、ロータ（ｄ回転しない。

しまたがってロータの静的引きトルクＴＢは少なくとも
５２＠α以下でなければならない。ここで第３図はφの
値の違いによるステータ穴内径とロータ磁石外径の差Ｇ
と静的引きトルクＴ８　との関係？示す図である。この
図からもわかるようにＧの値を大きくとるとＴ８は減少
していくが−Ｑ３の値が１０　Ｘ　１０−７０−７（Ｌ
り大きくすると−Ｇ（７：）差を犬きぐとっても、　Ｔ
ａ　Ｏ値が５′１・ｔｒｎＪ、り大きくなってし゛まう
。したがってロータの静的引きトルクＴｓ　を５ｙφｍ
以下とするためにはφの値は以下のように設定する必要
がある。

ｄ（１０Ｘ　１０−’　（ｗｂ）　　　−■■、゛■式
、！ニジ、ＦＩＦＰ計体に組み込み可能な小型発電機に
おいて０式によるφの値は ５Ｘ　１０−７（ｗｂ）０−７（１０Ｘ　１０−’　（
ｗｂ　）と設定される。

また本発明に工れば、発電に必・表なロータの回転トル
クをアンバランス嵐の姿勢変化によるアンバランスで生
じる回転トルクや外部手動操作部材による回転トルクで
直接罹保している。その回転トルクの大きさは１時計体
の消費電流から発電機の発電量が求められる場合、ロー
タの回転により発電電流をどり出す事で電母誘導にＬつ
でその回転を止め工うとする方向に生じる負荷（これを
動的引きトルクと呼ぶことにする）とロータの回転の有
無にかかわらずロータ缶石とステータとの吸引力に二り
生ずるある場所に止１つてい二うとする力（これを静的
引きトルクと呼ぶことにする）とで決められ石。そして
動的引きトルクと静的引キトルクの和よりアンバランス
車のアンバランストルクや外部手動操作部材による回転
トルクが大きい場合、増速輪列を介してロータが回転し
て要求される発電量が得られるのである。し几がってロ
ータを回転させるのに必要なトルクＴは次の工うに考え
られる。

Ｔ　）　ＴＤ　＋　Ｔ８ ＴＤ　　：　　動的引きトルク Ｔｇ　：　静的引きトルク ここで動的引きトルクＴＤの大きさは、取シ出す電流１
とコイルの巻数Ｎとコイル磁心を通る磁束数−の積に比
例する。

’ｌ’ｎｃｃｉＸＮＸＩ２Ｉ よってＮＸｌ１１が一定、すなわちロータ、ヌテータ、
コイルの形状が同一の場合＋　ＴＤは１に比例している
。ここで発電機の発電量を電荷Ｑで表わすと、Ｑ、＝ｉ
Ｘｔ（ｔは時間）であるからＴＤは発電量に比例してい
ることになる。一方、静的引きトルクＴ８はロータ磁石
とステータとの吸引力によるものでロータ回転の有無に
かかわらず存在する九め１発電には全く無関係な力であ
る。しｔかってＴ１１１を小さく押える事ができれば、
同一の発を量を得る場合にもその分だけロータの回転負
荷ろ；小さくなり１回転トルクを小さなものと−ｆる事
が可能となるためアンバランス量の減少にエリアンバラ
ンス車や外部手動操作部材の小型化が可能になる。ここ
でＴｓ　ｒｉ実験的に次の；うｌ関係がある事がわかつ
几。

ダ ’ｌ’ｓｃｃ　　　− 一二コイルＳ心を通る磁束数 Ｇ：ステータ穴内径とロータ研石外径 の差 し友がってＧを犬きくとってφの値を設定することにＬ
すＴ８をさげることができる。■式において−の値を３
種類設定（実験的にアンバランス車の位置におけるロー
タの静的引きトルクを測定しｔものを、横軸にステータ
穴内径とロータ缶石外径の差Ｇ（ｍ）−縦軸に静的引き
トルクＴｓ　ｆとつ友ものにプロットしたものが第３図
である。

この図かられかる＝うにφの値にかかわらずＧの値が２
Ｘ１０−’（ｙｘ）エリ小さくなると急激にＴ８が大き
くな＃）時計に組み込み可能な最大サイズのアンバラン
ス車による回転トルク（５ｆ・ｃｒＲ）より、ロータに
よる引きトルクの方が犬き（なってしまう。したがって
アンバランス車ヲ時計組み込み可能サイズとして要求さ
れる発電量が得られる工うにロータ磁石、ステータ穴内
径でグの値を設定する場合にはＧの値をＧ）２０Ｘ１０
−４（惜）としなければならない。その工うに設定する
ことに＝り静的引きトルクＴ８　を小さくおさえる事で
。

アンバランス車や外部手動操作部材が工り小型化でき、
′成子時計に組み込み可能な小型発電機が実現できるの
である。

〔発明の効果〕

本発明に工ればその発電機構を時計内部に組み込み可能
とする事にＪ−，９−電子時計最大の欠点である電池変
換のわずられしさを解消し時計の寿命を半永久的なもの
とする効果は大である。ま九発電機の構成部品であるロ
ータ、ステータ、コイルにおいてはロータ８石の８束を
ステーク−研石という高透舟率材に＝ね磁気回路を形成
し取り出（−ている几め発電効率に最も大きく影響する
コイル磁心を通る磁束数をきわめて大きくとる事ができ
る。ま九さらにステータ穴内径とロータ磁石外径の差Ｇ
をＧ）２Ｘ１０”−’（ｍ）として、要求される発電量
が得られる工うにステータ、ｏ−夕形状を測定しｆｃ場
合には、静的引きトルクＴ８を小さく押える事ができア
ンバランス車及び外部手動操作部材の小型化設定が可能
なため、小さなスペースで大きな発電力を潜る事ができ
るようになり。

初めて時計サイズで実用的な発電システムが可能となつ
几。

し友がって本発明による小型発電機においてはきわめて
効率の＝い、しかも時計体に組み込んだ場合でもそのサ
イズが大型化さｆ′Ｌない小型発電機を提供することを
可能とするものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す小型発電機の略平面図
。 第２図は本発明しておける実験によるコイル磁心を通る
砒束数φと発電二重との関係図。 第３図は本発明における実験によるヌテータ穴内径とロ
ータ研石外径の差Ｇと静的引きトルク１日　との関係図
。 以上 図面のＲ書（内容に変更なし） 第１図 つ４１０轟、・（４る扁−章ｎ←窟Ｏν）ｈ像面第２図 ′７．訃フ大ぜコ味卸−又石耘外名ズ乙−ｂ〒７１−ワ
ざ内′（次に口づ（良石外Ｉ俄−届４剛中別）う１−＋
＊’ｌ　１５　Ｙ−ｓｌｉ４ｔ　ｕコ竺　リ　ドＡ 手続補正書（方式） ％式％ １、事件の表示 昭和６０年　　　特許願　第２１０６０８号Ｚ発明の８
弥 電子時計における小型発電機 ４代理人 ＆＼補正の対果 図面（第１〜３図）（内容に変更なし）ｌ″−補正の内
容　別紙。通。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ロータ、ステータ、コイルより成る変換器と、前記ロー
   タの回転をアンバランス車の姿勢変化のアンバランスや
   外部手動操作等によつて輪列で増速させて得る手段と、
   前記ロータの回転により生ずる交流電力を整流する整流
   手段と、整流された電力を蓄える蓄電手段とにより構成
   される小型発電機において、前記ロータの有する永久磁
   石からの前記コイルの磁心を通る磁束数φ（ｗｂ）を５
   ×１０＾−＾７（ｗｂ）＜φ＜１０×１０＾−＾７（ｗ
   ｂ）とし、前記ステータの穴内径と前記ロータ磁石外径
   との差Ｇ（ｍ）を Ｇ＞２×１０＾−＾４（ｍ） となるように前記ロータ、ステータ形状を設定すること
   を特徴とする電子時計における小型発電機。