KR950001429Y1 - 발전장치 부착 전자 팔목시계 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

[고안의 명칭]

발전장치 부착 전자 팔목시계

[도면의 간단한 설명]

제1도는 본 고안에 관한 발전 전자 팔목시계 평면도.

제2a도는 제1도의 전자 팔목시계 부분 단면도.

제2b도는 제1도의 전자 팔목시계 부분 단면도.

제2c도는 제1도의 전자 팔목시계 부분 단면도.

제3도는 전달기어의 평면도.

제4a도 및 제4b도는 본 고안의 발전 전자시계에 사용되는 발전 회로의 개략도.

제5도는 본 고안의 다른 실시예를 나타내는 전달휠의 휠 단면도.

[실용신안의 상세한 설명]

[기술 분야]

본 고안은 회전추의 회전으로 영구자석 로터(permanent magnet rotor)를 회전시켜 그에 따라 코일에 발생하는 유기 전압을 축전수단에 충전하고 그 축전수단의 출력으로 시계 회로를 작동하는 팔목시계의 구체적인 구성에 관한 것이다.

[배경 기술]

종래부터 전지를 사용한 팔목시계에 있어서는 전지 수명을 길계하는 것이 커다란 과제였었다. 그러나 소형 팔목시계에 사용되는 전지 크기에는 자연히 한계가 있었다. 이들을 해결하기 위한 하나의 수단으로서 실현되어 있는 것이 미합중국 특허 제4, 653, 931호에 시사되듯이 태양전지를 문자판위등 표시면에 설치하여 태양전지에 의해 2차 전지 혹은 충전용 캐패시터를 충전하고 그 2차 전지 혹은 캐패시터의 출력으로 시계 회로를 구동하는 전자 팔목시계이다. 그러나 이 구성으로는 흑색 또는 청색의 태양 전지가 문자판위에 배치되기 때문에 디자인적인 한정을 주게 되며, 디자인을 주력으로 하는 전자시계로서는 바람직한 것은 아니었다.

게다가 다른 수단으로서 시계안에 회전추등의 기계적인 작동부를 설치하고 이에 따라서 영구면 로터를 회전시켜 발전시키고자 하는 고안 방법도 있었다. 그러나 발전기 자체가 대형으로 되어 팔목시계로서 실현된 것은 이전에 하나도 없었던 것이 현상이다.

따라서 본 고안은 이러한 종래의 충전식 전자 팔목시계의 결정이 존재하지 않는 얇고 충전 효율이 좋은 발전장치 부착 전자시계를 실현시키는 것이다.

또한 본 고안은 외부에서 충격이 가해지더라도 파손이 없는 슬립기구(slip mechanism)를 갖춘 발전장치 부착 전자 팔목시계를 제공한다.

[고안의 개시]

즉, 본 고안은 회전추에서 얻을 수 있는 기계 에너지를 전기 에너지로 변환하는 발전장치 부착 전자 팔목시계에 있어서, 상기 회전추의 동력 전달부에 소정치 이상의 토오크가 인가되었을 때 슬립하는 마찰 결합부를 갖추어 그 마찰 연결부를 사이에 두고 동력을 전달하는 기구를 갖춘 발전장치 부착 전자 팔목시계가 된다.

또한 본 고안은 회전추에서 얻을 수 있는 기계 에너지를 전기 에너지로 변화하는 발전장치 부착 전자 팔목시계에 있어서, 상기 회전추의 동력 전달부를 훨트레인(wheel train)으로 구성하고 휠트레인에 의해 구동되는 영구자석 로터와 그 로터에 자기적으로 연결하는 로터 회전운동에 따라서 유기전압을 발생할 코일을 갖추고 회전추는 중심부가 시계 중심에 회전운동 자유롭게 지지됨과 동시에 코일 바깥쪽에서 그 코일과 동일 평면상에 배치되는 외주부를 갖춘 발전장치 부착 전자시계가 된다.

또한 본 고안은 회전추에서 얻을 수 있는 기계 에너지를 전지 에너지로 변환하는 발전장치 부착 전자시계에 있어서, 시계 표시용의 표시휠 트레인과 그 표시휠 트레인을 구동하는 로터와 스테이터(stator)와 코일로 이루어지는 스테핑 모터와 상기 회전추의 동력 전달부를 구성하는 전달 휠트레인과 그 전달 휠트레인으로 회전운동되는 영구자석 로터와 그 영구자석 로터를 자기적으로 연결하여 로터 회전운동에 따라 유기전압을 발생하는 발전용 코일과 상기 시계용 스테핑 모터의 구동 신호를 출력하는 발전용 코일에서의 출력을 충전 제어하는 회로기판을 가지며, 표시 휠트레인, 전달 휠트레인, 시계용 코일, 충전용 코일 및 회헌기판에 실질적으로 겹치는 일이 없이 분산 배치하여 기계본체가 구성되고 그 기계본체에 표면쪽으로 회전중추를 회전운동자유롭게 배치한 발전장치 부착 팔목시계가 된다.

[고안을 실시하기 위한 최량의 형태]

본 고안을 보다 상세히 설명하기 위하여 이하 도면에 따라 이를 설명하겠다. 제1도는 본 고안의 발전 전자 팔목 시계의 표면쪽 평면도이다. 주판(main plate) (1)의 상면에는 시각 표시휠 트레인, 스테핑모터, 축전수단, 발전장치 및 회전기판이 배치되어 있다. 각각 부분을 도면과 대응시켜 순차대로 설명해간다. 도 제2a, 2b, 2c도는 제1도의 요부 단면도이며, 제1도와 아울러 설명하겠다. 시각 표시휠 트레인은 코일 블록(3), 판모양의 스테이터(4) 및 영구자석 로터(5)로 이루어지는 스테핑 모터로 구동되고 로터(5)에 순차로 맞물리는 중간 휠(6), 4번 휠(7), 3번 휠(8), 2번 휠(9), 날짜의 안쪽 휠(10), 통 휠(11)로 구성된다. 휠트레인 받이(12)는 로터에서 3번 휠(8)까지의 표면쪽 휠 트레인을 주판(1)사이에서 축받이 하고 있다. 코일(3)은 코일과 그것을 관통하는 자심으로 이루어지며 코일 블록(3)을 휠 트레인받이(12)에서 떼어 겹치지 않도록 구성하므로써 휠 트레인부분이 두꺼워지는 것을 막고 있다.

발전 장치는 제2도에 나타내듯이 휠 트레인받이 윗쪽에 배치된 회전추받이(1 3)에 베어링(14)를 사이에 두고 회전운동 자유롭게 축받이 되고 있는 회전추(15)와, 그 회전추와 일체로 고정된 회전추 기어(16)와, 그 회전추 기어(16)에 순차로 맞물려 회전운동되는 전달 휠(17) 및 발전용 영구자석 로터(18)와, 발전을 위해 발전용 로터(18) 주위에 배치된 발전용 스테이터(19) 및 발전용 코일 블록(20)으로 이루어진다. 회전추(15)는 회전추 본체(15a)와 회전중추(15b)를 용접해서 일체로 한 것이다.

베어링(14)에 고착되는 회전추 휠 스핀들(21)은 윗끝 부분에서 회전추 본체( 15a)를 코킹(caulking) 고정하고, 아랫끝 부분에 회전추 기어(16)를 고착하고 있다. 베어링(14)은 주지의 것이며, 회전추받이(13)에 고착되는 바깥 휠부분(14a)과 회전추 휠 스핀들(21)과 고착되는 안쪽 휠 부분(14b)과, 그들 사이에 배치되는 볼(14c)로 구성된다. 전달 휠(17)은 피니언을 가진 전달 휠 스핀들(17a)과, 그것에 마찰 결합할 전달기어(17b)로 이루어진다. 영구자석 로터(18)는 휠을 갖춘 로터 스핀들(18a)과 영구자석(18b)으로 구성되며 발전 효율을 높이기 위해 평평하게 형성되어 있다. 실험에 따르면 로터의 지름 Rd와 로터 두께의 비가 0.05내지 0.5에서, 바람직하게는 0.1내지 0.3의 경우 충전효율이 높아지는 것을 알았다. 로터 자석은 경량으로 자속 밀도가 높은 Sm₂Co₁₇등의 희토류 자석이 사용 2극 자화되어 있으나, 6극, 8극등으로도 가능하다. 전달휠(17)과 발전용 로터(18)는 주판(1)과 회전추받이(13)에 의해 축받이 되어 있으며 코일 블록(20)은 회전추받이(13)와 떼어 겹치지 않도로 배치하여 시계본체가 두꺼워지는 것을 막고 있다. 또 제1도에서 명백하듯이 발전 휠트레인이 되는 전달휠(18)과 발전용 로터(18)와 표시휠 트레인은 서로 겹치지 않도록 분산 배치되고 시계용 코일 블록(3)과 발전용 코일 블록(20)도 두꺼워지는 것을 막기 위해 주판 바깥둘레의 양 옆에 있는 위치에 분산하여 배치되어 있다.

이러한 발전장치는 회전추(15)가 회전운동하면 회전추 기어(16), 전달휠(17)를 사이에 두고 로터(18)가 속도 증가하여 회전운동되므로 코일 블록에 유기전압이 발생한다. 이 유기전압을 후술할 회로블록을 사이에 두고 축전수단이 되는 캐패시터에 충전해 가는 것이다. 회전추는 휴대시 팔목의 자연스러운 흔들림으로 쉽게 회전운동하기 때문에 충분한 충전을 얻을 수 있는 것으로 실험에 따르면 회전추(15)에서 로터(18)까지의 속도 증가비는 30내지 200의 범위로 설정할 필요가 있음을 알았다. 또한 스테이터(19)는 본 고안에서는 1-피스 스테이터(1-piece stator)로 했으나 이는 2-피스 스테이터(미합중국 특허 제3, 984, 972호에 기술된다)가 되면 로터와 스테이터의 인력이 커지며 회전추의 회전운동 브레이크가 되는 것을 막기 위한 것이다. 물론 설정을 엄밀히 하면 2-피스 스테이터라도 사용할 수 있다.

그리고 상술한 발전장치의 경우 낙하등으로 회전추(15)에 강한 충격부하 토오크가 더해지면 동력 전달부분의 기어 지지부분 및 기어 톱니가 파손해 버려 내충격 성능이 떨어진다는 문제가 있다. 내충격 성능을 향상시키기 위해서는 개개의 부품을 충격력에 견딜 수 있도록 강도를 올릴 필요가 있으나 이에는 구조의 대형화가 수반하여 팔목시계와 같은 작은 제품에 채용하는 것은 곤란해진다고 하는 문제가 있다.

그래서 본 고안에서는 상기 회전추의 동력 전달부분에 마찰력으로 동력을 전달할 기구를 적어도 하나 가지고 있는 것이며 낙하등으로 인한 강한 충격 부하 토오크 회전의 무거운 충격이 가해겼을 때에 상기 마찰력으로 동력을 전달할 기구가 슬립하고, 상기 기구 이후의 동력 전달부분에 강한 층격 부하 토오크가 전해지는 것을 피할 수 있다.

구체적으로는 상술한 바와 같이 전달휠(17)의 전달 휠 스핀들(17a)과 전달기어(17b)가 마찰력을 가지고 고정되고 있다. 제3도에 전달기어(17b)의 평면도를 도시한다. 전달기어(17b)에 탄성아암(17c)에 의해 전달 휠 스핀들에 탄력적으로 부착되고 있다.

이 마찰력은 다음 관계로 설정되어 있다. 먼저 통상시를 생각하면 슬립하지 않고 전달하여야 하므로 로터(18)와 스테이터(19)에 생기는 자기력으로 인한 부하부분 및 휠 트레인 부분의 마찰등의 기계적인 부하보다 커다란 마찰력으로 되어 있다. 다음에 충격시를 생각하면 자력에 의한 부하는 로터(18) 의 회전 속도가 빨라지면 전자유도 작용으로 커지므로 마찰력은 이 부하 및 조금전의 기계적인 부하보다 작아지고 있다. 이들 값은 간이적으로 다음의 고압법으로 구하면 실제 사용을 만족한다.

마찰력의 하한치는 톱니수비로 토오크 환산하여 회전추의 비평형 토오크를 극복하도록 설정한다. 예컨대 회전추의 비평형 토오크를 Wg, cm, 회전추기어의 톱니수를 Z₁, 전달휠 금속 치수를 Z₂로 했을 때의 전달휠 마찰력은 WX(Z₂/Z₁) 이상으로 설정하면 좋다. 이렇게 하면 시계를 조용히 휴대할 때는 회전추에 1G정도의 가속도가 가해지고 있는 것 뿐이므로 슬립해 버릴 일은 없다. 마찰력의 상한치는 휠 장부(tenon), 톱니부등 기계적인 강도 한계보다도 작은 값으로 하면 좋다.

이상의 구성에 따르면 통상 휴대시는 팔목의 움직임등으로 발생하는 회전중추(15)의 토오크보다 마찰력이 크기 때문에 전달기어(17b)는 회전중추(2)의 회전을 그대로 로터(18)에 전하지만 예컨대 낙하등의 강한 충격이 회전추(15)에 가해졌을 때는 회전추(15)의 토오크가 마찰력을 상회하므로 전달기어(17b)가 슬립하고 회전추(15)의 회전은 이후의 휠에 전해지지 않는다.

또한 마찰 맞물림 위치는 다른 휠의 위치라도 된다. 즉 회전추기어(16)와 회전추 휠 스핀들(21)사이, 로터 금속(18a)과 로터 자석(18b)의 사이에 마찰 맞물림부분을 마련해도 좋다.

이 경우의 마찰력을 각각의 톱니수 비에 의해 달라지며 전자의 경우에는 회전추의 비평형 토오크이상 필요하고 후자의 경우에는 전달기어와 로터 스핀들 피니언의 톱니수 비분만큼 더욱더 작아도 된다.

그리고 마찰력을 발생시키는 구조에 관해서는 전술한 것에 한정되지 않고 분(minute) 휠 슬립기구로서 사용되는 주지의 통피니언 방법이나 자석의 자력을 사용한 방법 등 갖가지 구조가 생각된다.

자석을 사용한 구조의 일예를 제5도에 나타내고 도면을 따라 설명한다. 17a는 자성체로 이루어지는 전달휠의 피니언, 17d는 자석, 17b는 전달휠 기어를 나타낸다. 자석(17d)은 기어(17d)에 고착하고, 기어(17b)는 피니언(17a)과 느슨하게 맞물려져 있다. 기어(17b)는 자석(17d)과 금속(17a)의 흡착력으로 금속(17a)에 고착되어 있다. 회전추에서의 힘이 흡착력보다 약할때는 회전을 전달하고, 흡착력보다 강할때는 피니언(17a)이 헛돌게 된다. 또 이구조를 발전용 형판에 응용하면 자석을 로터자석과 겸용하는 것도 가능하다.

축전수단은 캐패시터(2)로 구성된다. 캐패시터(2)는 제1도 및 제2c도로 명백하듯이 볼록한 모양의 전극부분(2a)에 리이드판(23)이 용접으로 고착되어 있다. 캐패시터(2)는 라이드판(23)이 표면이 도록 오목한 곳에 설치되고 절연판(23)이 표면이 되도록 오목한 곳에 설치되고 절연판(25)을 사이에 두고 링형상의 캐패시터 홀더(24)로 눌러 유지된다.

캐패시터 홀더(24)는 나사(26, 27)로 주판(1)에 고착된다. 이때 회로기판(28 )의 패턴(28a)이 리이드판(23)과 주판(1) 사이에서 끼워져 부극의 전기적 도통을 취하고 있다. 캐패시터의 정극은 회로기판 패턴과 도통하는 플러스 리이드(39)를 캐패시터(2)의 옆에 탄성 접촉시켜 도통을 취한다.

회로기판(28)은 플렉시블 기판을 베이스로서 그 주판과 대향하는 면상에 IC 칩(30), 다이오드(31), 승압용 캐패시터(32), 보조 캐패시터(33), 수정 진동자(34)가 고착되어 전극 패턴으로 서로 접속하고 있다. 회로기판(28)의 한쪽 끝부분(28b)에는 발전용 코일 블록(20)에 마련된 코일 리이드 기판(20a)의 패턴과 접속할 패턴이 설치되어 있으며 나사(35)로 압착 접속시키고 있다. 또 회로기판(28)의 한쪽 단부(28c)에는 전술한 캐패시터(2)와의 접속부분으로서의 패턴(28a)이 회전기판에서 돌출하고 있다. 또 회로기판(28)의 중간에는 시계용 코일 블록(3)과 수정 진동자(3 4)를 릴리프하기 위한 구멍부분(28d)이 구성되어 시계가 두꺼워지는 것을 막고 있다. 구멍부분(28d) 주변에는 시계용 코일 블록(3)의 코일 리이드 기판(3a)의 패턴과 접속할 패턴이 형성되어 나사(36)로 압착 접속되어 있다. 회로기판(28)에 고착되는 IC칩(30), 다이오드(31), 승압용 캐패시터(32), 보조 캐패시터(33), 수정 진동자(4)의 전자부품은 각각 플라스틱 주판(1)의 리세스에 수납되어 보호됨과 동시에 시계 본체가 두꺼워지지 않도록 고안되어 있다. 또 회로기판(28)은 표시휠 트레인 및 발전휠 트레인과 겹치지 않도록 분산해서 배치하고 시계가 두꺼워지는 것을 방지하고 있다.

그리고 회로기판(28)의 표면쪽에는 금속박판으로 형성된 회로 압착판(29)이 얹어 놓여져 있다. 회로 압착판(29)은 나사(35, 36, 26) 및 코일 블록(3)을 고정하는 나사(38)의 나사류와 회로기판 사이에 개재하도록 배치되고 많은 나사로 주판에 고정된다. 회로 압착판(29)의 일부분에는 회전 중추의 궤적을 방해하지 않도록 주판 주변부분의 회로기판(28)을 단단히 누르는 스프링부분(29a, 29b)이 형성되어 있으며 또한 나사(38) 근방에 감기는 스템(stem)의 위치 결정을 할 셋팅 레버(도시하지 않음)를 누르는 스프링부분(29c)을 형성하고 있다. 스프링부분(29c)과 대향하는 회로기판은 구멍부분이 형성되어 있다. 또 수정 진동자(34)를 주판에 누르는 스프링부분(29d)과 케이스에 접촉하여 접지를 제공하는 스프링부분(29e)과 케이스에 접촉하여 접지를 제공하는 스프링부분(29e)을 일체로 갖추고 있다. 그위에 접지 리이드용 스프링부분(29e)을 시계 본체 측면에 마련한 것은 회전추(15)의 궤적을 방해하지 않게 하기 위한 것이다.

이상, 시각 표시휠 트레인 스테핑 모터, 축전수단, 발전 장치 및 회로기판에 관하여 순차로 설명해 왔다. 여기서 전체 레이아웃에 대해서의 특징을 기술한다. 본 실시예에 있어서의 레이아웃은 표시휠 트레인(5, 6, 7, 8)과 발전휠 트레인(17, 18) 시계용 코일 블록(3), 발전용 코일 블록(20), 캐패시터(2), 회로기판(28)을 서로 평면적으로 겹치는 일이 없이 분산하여 배치하고 회로기판상의 전기 소자는 주판(1)위의 오목한 곳에 수납해서 두꺼워지는 것은 막고 있으며, 게다가 수정 진동자(34)를 시계용 코일(3)의 바깥쪽 불필요 공간부분에 배치하여 공간을 이용하는 설계를 함으로써 회전추(15)를 제외한 기계 본체를 전체로서 평평한 형상으로 만들 수 있다. 또한 회전추(15)는 그 바깥둘레의 두꺼운 벽부분(15c)이 코일 바깥쪽 주판 바깥둘레 부분에 마련되어 단면적으로 코일과 동일 평면상에 오도록 구성한 것으로 회전추(15)와 회전추받이(13)의 틈새도 최소한으로 할 수가 있으며, 회전추를 가지면서도 전체로서 통상의 시계두께에 비해도 아무런 손색이 없는 전자시계를 제공할 수 있는 것이다. 아울러 회전중추의 최중량 부분을 시계의 최 바깥둘레 부분에 가져옴으로써 발전효율이 높은 발전장치 부착 전자시계를 제공할 수 있는 것이다. 그리고 본 실시예에 사용되는 발전 회로에 관해서 제4a, 4b도에 간략하게 기술한다. 제4a도는 전파 정류 회로를 사용한 예이다. 발전용 코일(40)에 전파(full wave) 정류용 다이오드(41, 42, 43, 44)가 접속되어 있으며 거기에 축전용 캐패시터(45)가 접속되어 있다. 46은 보조 캐패시터이며 캐패시터(45)에 비해 용량을 작게 하고 있다.

캐패시터(45)의 전하로 보조 캐패시터(46)를 충전하고 그에 따라 시계 회로(47)가 구동된다. 회전추의 한족 회전에 수반하여 실선과 같이 전류가 흐르며 다른족 회전으로 점선과 같이 전류가 흐른다. 이로 인해 회전중추의 어떠한 회전도 충전에 이용할 수가 있는 것이다. 또 48은 리미터이며 캐패시터(45)가 과충전 상태가 되었을 때 그것을 검출하여 코일 양끝을 단락시켜 그 이상의 충전이 되지 않도록 하는 것이다.

제4b도는 반파 정류 회로를 사용한 예이다. 도면중 코일(40), 캐패시터(45), 보조 캐패시터(46), 시계회로(47), 리미터(48)는 제4a도에서와 같다. 본 실시예에 있어서는 정류소자로서 다이오드(49)가 하나만 사용되고 있다. 이 경우 다이오드수가 적어지므로 그만큼 저항 성분이 줄어지도록 효율이 좋은 충전이 가능하게 된다. 또한 캐패시터(45)의 축전 전압을 보다 유효하게 이용하기 위하여 캐패시터(45)와 보조 캐패시터(46)사이에 승압 회로를 삽입하는 것도 가능하다. 이 구체적인 구성은 동일 출원인에 의해 이미 미합중국에 출원되어 있는 미합중국 특허원 제 06/849, 932호에 상술되어 있다.

Claims (3)

1. 시각표시 수단(10, 11)을 구동하는 전원(2), 회전추(15), 회전추(15)에서 얻어진 기계에너지를 전원 전송용 에너지로 변화키 위한 변환 수단(16-21)을 구비하되 상기 변환수단(16-21)이 회전추(15)로 구동되게 배열된 영구 자석 로터(18)를 가지며, 상기 영구자석 로터(18)의 회전이 전원(2)에 접속된 변환기 코일(20)에서 전압을 유도하도록 한 전자 팔목시계에 있어서, 상기 변환 수단(16-21)은 상기 회전추(15)에 결합되어, 그와 함께 회전하는 회전추 기어(16), 상기 회전추 기어(16)와 바퀴가 맞물린 피니언을 가진 전달 휠 스핀들(17a) 및 상기 회전자(18)와 결합된 전달기어(17b) 및 상기 회전자(18)와 결합된 전달 기어(17b)를 가진 전달 휠(17 )을 포함하는 데, 상기 전달 휠 스핀들(17a) 및 전달 기어(17b)가 마찰 결합으로 접속하며, 상기 회전추(15)에서 전달휠 스핀들(17a)로 전달된 토오크가 상기 전달 휠 스핀들(17a)로부터 로터(18)에 구동이 전달되는 것을 특징으로 하는 전자 팔목시계.
2. 제1항에 있어서, 상기 변환 수단(16-21)은 영구자석 로터(18)가 배치된 보어를 가진 1-피스형 스테이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 팔목시계.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 회전추(15)는 시계의 중심 부분에서 회전 운동 자유롭게 지지됨과 동시에 변환기 코일(20)의 외측 및 상기 변환기 코일과 거의 동일 평면상에 방사상으로 배치된 바깥 둘레부분(15c)을 갖는 것을 특징으로 하는 전자 팔목시계.