JP4003382B2 - 発電機および電子制御式機械時計 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発電機および電子制御式機械時計に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、上下２枚の円板状のバックヨークの内面側に磁石を取付け、これらのバックヨーク間にコイルを配置したフラットトルクモータ型発電機が知られている。
【０００３】
このようなフラットトルクモータ型発電機は、従来、次の２種類のものが用いられていた。
【０００４】
すなわち、第１のタイプの発電機は、例えば、欧州特許出願公開０８５１３２２号公報等に記載された発電機のように、上下２枚のバックヨークの間に配置されるコイルを中心から巻回して円盤状に形成し、このコイルの中心から半分を各バックヨーク間に配置し、残りの半分側はバックヨークの外側に配置させていた。
【０００５】
また、第２のタイプの発電機は、例えば、特開平３−２１８４９３号公報に記載された発電機のように、中心に中空部を有する中空コイルを用い、かつコイルと磁石の対数を同数とし、かつ各磁石が隣接する２つのコイルの中心間部分に跨って配置される状態が生じるように、コイルおよび磁石を同ピッチで配置することで、コイル全体を２枚のバックヨーク間に配置できるようにしていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、第１タイプの発電機では、各バックヨークに取り付けた磁石からの磁界を、コイルの片側（半分の面積）にしか掛けられないという問題があった。このため、コイルによる発電量を高めるには、磁界を強くしてつまり強力な磁石が必要となり、その分、磁石が大型化してロータが重くなるという問題がある。
【０００７】
また、第２のタイプの発電機では、１つのコイルの中心を挟んだ両側で、磁束の向きを互いに逆方向にしなければ発電できないため、各磁石を２つのコイルに跨って配置できる大きさに大型化しなければならず、その分、ロータが重くなるという問題があった。
【０００８】
さらに、１つのコイルに２つの磁石から逆方向の磁界が加えられた際に、そのエリアを明確に区別できるように、コイルの中心は中空部とされている。
【０００９】
そして、これらの発電機においては、そもそもロータは、２枚のバックヨークを有していてある程度の重量がある上、磁石が大型化するとロータが非常に重くなるという問題があった。
【００１０】
このロータが重くなると、ロータを回転させるトルク等も大きくする必要があり、発電効率が低下するという問題があった。
【００１１】
また、ロータが重くなると、ロータほぞの摩擦摩耗が多くなり、その分、耐用年数が短くなるという問題があった。
【００１２】
さらに、このような発電機を組み込んだ電子制御式機械時計においては、発電機の小型、軽量化や発電効率の向上による持続時間の延長が求められている。
【００１３】
本発明の目的は、フラットトルクモータ型発電機において、ロータの重量を軽減でき、発電効率も向上できる発電機およびこの発電機を組み込んだ電子制御式機械時計を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明の発電機は、
機械的エネルギ源から機械的エネルギ伝達手段を介して伝達される機械的エネルギを電気エネルギに変換する発電機において、
対向配置された２枚のプレート、および、互いに対向するように各々のプレートに設けられた複数の磁石を有するロータと、
前記２枚のプレート間に配置され、かつ両側面が前記プレートの対向面に向かい合うように配置された複数のコイルとを備え、
前記コイルが巻回される芯部と、その芯部の両端に形成されたフランジ部とで構成された磁性体が配置され、
前記磁性体は、高透磁率材からなり、
前記磁石は、２つのコイルに跨らない大きさである
ことを特徴とする。
【００１５】
本発明の発電機では、各プレート間に配置されたコイルの中心部に磁性体を配置したので、より具体的にはコイルの各プレート対向面に平行な面方向において中心となる部分に、一方のプレートから他方のプレートに向かう方向にコイルを貫通する磁性体を配置したので、各プレートの磁石からの磁束線（一方のプレートの磁石から他方のプレートの磁石に向かう磁束線）は、コイルよりも透磁率の高い磁性体を通る。そして、プレートが回転してコイルに対して磁石が移動することで、この磁性体を通る磁束線が変化して発電が行われる。
【００１６】
すなわち、本発明では、フラットトルクモータ型発電機でありながら、磁心となる磁性体を設け、この磁性体にコイルを巻回させた構造であるため、コイルに直接鎖交する磁束線の変化で発電するのではなく、磁性体を通過する磁束の変化によって発電することができる。
【００１７】
このため、従来のコイルの片側のみに磁界を加えるタイプ（前記第１タイプ）のフラットトルクモータ型発電機に対して、コイル全体を利用して発電できるために、同じ発電量を得る場合には、従来より弱い磁石でよく、その分、磁石を小型化できてロータも軽量化できる。
【００１８】
また、中空コイルを利用し、２つのコイルに跨るような大型の磁石を用いるタイプ（前記第２タイプ）のフラットトルクモータ型発電機に対しては、２つのコイルに磁石を跨らせる必要が無いために、より小さな磁石にでき、ロータも軽量化できる。
【００１９】
従って、ロータを軽量化できるので、発電効率も向上でき、ロータほぞの摩擦摩耗を少なくできて耐用年数も延長できる。
【００２０】
なお、前記プレートに設けられた磁石は、各プレートの互いに対向する面（内面）に設けてもよいし、各プレートの外側の面（外面）に設けてもよく、さらには一方の磁石を内面に設け、他方の磁石を外面に設けてもよい。
【００２１】
また、本発明において、プレートとは、円盤状等に形成された薄板材を意味し、その平面形状は、三角形、四角形等でもよいが、特に円形であること、つまりプレートは円盤であることが好ましい。
【００２２】
ここで、前記コイルの中心部に配置されている磁性体の軸直交方向の断面形状は、三角形、台形または扇形に形成されていることが好ましい。
【００２３】
コイルの中心部に配置される磁性体の軸直交方向の断面形状（プレートの対向面に平行な面方向の断面形状）が円形の場合に比べて、三角形、台形、扇形のいずれかにすれば、コイルの巻数および大きさ（面積）が同じであれば、磁性体の断面積を大きくできる。このため、コイルのサイズ、巻数が同じ場合、鎖交磁束数を多くでき、発電性能をより向上できる。
【００２４】
一方、コイル中心の磁性体の断面積が同じ場合、断面円形の磁性体よりも、断面三角形、台形、扇形の磁性体のほうが、コイル中心が配置されるプレートの軸を中心とする円周上において、磁性体が占める長さを短くでき、その分、コイル巻数を多くできて、発電性能を向上できる。
【００２５】
また、前記ロータに設けられた磁石は、プレートの対向面においてロータの回転軸を中心とする円周上に配置され、前記コイルは、磁性体が挿入された中心部が前記ロータの磁石が配置される円周上に配置されていることが好ましい。
【００２６】
このように構成すれば、コイルに対してプレートを回転させた際に、磁石と磁性体とが最も近接した際に、一方のプレートの磁石、磁性体、他方のプレートの磁石間の磁路が一直線となって最も短くできる。このため、磁路における空隙距離が短くなり、パーミアンスを低減できる。
【００２７】
前記コイル中心部に配置された磁性体は、アモルファス材で構成されていることが好ましい。
【００２８】
磁性体がアモルファス材であれば、磁性体での鉄損を減らすことができ、ゼンマイ等の機械的エネルギ源によってロータを回転させた際に、エネルギ損を少なくできて長持続化できる。
【００３０】
磁性体が、芯部およびフランジ部を有してボビン状に形成されていれば、この磁性体にコイルを容易に巻き付けることができる。また、ボンドメット線を使わずにコイルを巻くことができるため、巻き効率を向上できる。
【００３１】
その上、フランジ部を利用してコイルを基板等に容易に固定でき、かつフランジ部が設けられているために、磁性体の磁石対向面の面積を大きくでき、磁石から出た磁束をコイル中心の磁性体に流れやすくでき、漏れ磁束を減少できる。
【００３２】
さらに、前記コイル中心部に配置された磁性体は、複数の細長い棒状磁性体の集合体で構成され、かつ前記棒状磁性体の長手方向は前記各プレートに設けられた磁石によって発生する磁束線の向きに平行に配置されていることが好ましい。このように、１本の磁性体を細くすれば、その分、渦電流損失を軽減でき、発電性能を向上できる。
【００３３】
また、前記棒状磁性体の断面形状は、正三角形、正方形、正六角形のいずれかであることが好ましい。このように構成すれば、各棒状磁性体を隙間無く配列できるため、所定面積内における棒状磁性体の有効断面積（隙間部分を除いた面積）を大きくでき、発電性能を向上できる。また、複数の棒状磁性体を束ねた際の安定性を向上できる。
【００３４】
前記コイル中心部に配置された磁性体は、薄板状磁性体を巻いて構成され、その中心軸方向は前記各プレートに設けられた磁石によって発生する磁束線の向きに平行に配置されていることが好ましい。具体的には、短冊状に形成した薄板状磁性体を巻いて円筒状に形成した際に、その円筒端面部分が各プレートに対向するように配置すればよい。
【００３５】
このように構成すれば、シート状に形成された磁性体をそのまま利用できるため、シート状に形成されるアモルファス材の場合でも、容易に利用することができる。
【００３６】
また、前記ロータ磁石は偶数対設けられ、かつ各プレートにおいて隣接して配置される各磁石同士と、各プレートにおいて対向配置される磁石同士は、それぞれ異極同士であることが好ましい。
【００３７】
磁石の配置としては、一方のプレートにＮ極の磁石のみを配置し、他方のプレートにＳ極の磁石のみを配置してもよいが、各プレートにおいてその回転軸を中心とする円周方向でＮ極、Ｓ極の磁石を交互に配置して円周方向に隣接する磁石同士が異極になるようにし、さらに両プレートで対向配置される各磁石同士も異極となるようにしたほうが、コイル中心の磁性体に磁束が流れやすくなり、かつその磁束変化を大きくできるため、鎖交磁束数を増やすことができて発電性能を向上できる。
【００３８】
また、前記コイル数が奇数個であり、ロータ磁石の数が偶数対であることが好ましい。例えば、コイルが３個の場合に、磁石を４対（各プレートにそれぞれ４個ずつ）配置したり、コイルが５個の場合に、磁石を４対（各プレートにそれぞれ４個ずつ）配置すればよい。
【００３９】
このように構成すれば、１個のコイル中心部の磁性体と磁石とを同軸上に揃えた際に、他のコイルの磁性体と磁石とは互いにずれた位置に配置されるため、すべての磁性体と各磁石とが同軸上に揃っている場合に比べて、磁性体にロータの磁石が引き寄せられるために生じるコギングトルクを小さくでき、ロータの起動性を向上できる。
【００４０】
ここで、前記コイル数をＮｃ、磁石の対数をＮｍ（但し、Ｎｃ、Ｎｍは偶数）とした場合に、Ｎｃ＜Ｎｍの時はＮｍ／Ｎｃの値が整数ではなく、Ｎｃ＞Ｎｍの時はＮｃ／Ｎｍの値が整数ではないようにされていることが好ましい。
【００４１】
例えば、コイル数（Ｎｃ）が４個、磁石対数（Ｎｍ）を６対とした場合のように、Ｎｍ／Ｎｃ＝６／４＝１．２５となるようにすればよい。通常、各コイルおよび磁石は、ロータの回転軸を中心とする円周上において等間隔で配置されるが、本発明のように構成すれば、すべてのコイルおよび磁石が各々同軸上に配置されることがなく、コイルおよび磁石対の数が一致している場合に比べてコギングトルクを低減することができる。
【００４２】
また、前記機械的エネルギ伝達手段のうちの少なくともロータと接してロータに機械的エネルギを伝達する部分は歯車で構成され、そのロータと噛み合う歯車のかなおよび軸の少なくとも一方は非磁性体で構成されていることが好ましい。
【００４３】
ロータに最も近接するロータと噛み合う歯車のかなや軸を非磁性体で構成すれば、ロータ磁石からでる磁束が前記歯車の部品と鎖交しなくなるので、渦電流損失の発生を防止でき、発電効率を向上できる。また、ロータ停止状態からのロータ起動性も向上できる。
【００４４】
本発明の電子制御式機械時計は、前記発電機から供給される電気的エネルギによって駆動され、発電機の回転周期を制御する回転制御装置と、機械的エネルギ源によって発電機と共に回転し、回転制御装置により調速制御される指針とを備えることを特徴とするものである。
【００４５】
このような電子制御式機械時計によれば、発電機の小型化によって時計の小型化を実現でき、あるいは持続時間が延長されるので、持続時間の長い時計を提供することができる。
【００４６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る電源装置の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の第１実施形態の発電機２０を組み込んだ電子制御式機械時計１００の要部を示す平面図であり、図２はその断面図である。
【００４７】
電子制御式機械時計１００は、ゼンマイ１ａ、香箱歯車１ｂ、香箱真、及び香箱蓋１ｄからなる香箱車１を備えている。ゼンマイ１ａは、外端が香箱歯車１ｂ、内端が香箱真に固定される。筒状の香箱真は、地板２に設けられた支持部材に挿通されて角穴ネジ５によって固定され、角穴車４と一体で回転する。そして、地板２には、円板状の文字板２ｂが取り付けられている。
【００４８】
香箱歯車１ｂの回転は、増速輪列となる二番車７、三番車８、四番車９、五番車１０、六番車１１の各番車を介して増速されている。これらの各番車７〜１１は、地板２および輪列受け３、二番受け３Ａに軸支されている。そして、これらの各番車７〜１１によって、機械的エネルギ源であるゼンマイ１ａ（香箱歯車１ｂ）からの機械的エネルギを伝達する機械的エネルギ伝達手段が構成されている。
【００４９】
二番車７には筒かな７ａが、筒かな７ａには分針１３が、三番車８に噛み合う秒かな１４ａに秒針１４が、筒かな７ａに日の裏車を介して噛み合う筒車７ｂには時針１５がそれぞれ固定されている。
【００５０】
この電子制御式機械時計１００の発電機２０は、図３にも示すように、ロータ３０およびコイル４０から構成されるフラットトルクモータ型発電機である。
【００５１】
ロータ３０は、地板２および輪列受け３に耐震軸受３１を介して軸支された回転軸３２と、この回転軸３２の両端近傍に配置された２枚の円盤（プレート）３３，３４と、各円盤３３，３４の互いに対向する面３３Ａ、３４Ａに固定された円柱状の磁石３５，３６と、前記六番車１１が噛み合うロータかな３７とを備えて構成されている。
【００５２】
磁石３５，３６は、サマリウム・コバルト磁石（ＢＨｍａ＝３２ＭＯｅ）等の高性能磁石で構成されており、その分、磁石体積を小さく、軽量化されている。この磁石３５，３６は、図４，５に示すように、各円盤３３，３４にそれぞれ４個ずつ取り付けられており、ロータ３０の回転軸３２を中心とする円周（図５に示す一点鎖線３８）上に等間隔（磁石３５，３６と回転軸３２とを結ぶ一点鎖線３９の交差角度つまり中心角が９０度）となるように配置されている。
【００５３】
そして、円盤３３の磁石３５は、円周３８に沿って隣接する各磁石３５が互いに異極となるように、つまりＮ極の磁石（磁石の表面側の極がＮ極であり円盤３３に固定された裏面側の極がＳ極）３５ＡとＳ極（磁石の表面側の極がＳ極であり円盤３３に固定された裏面側の極がＮ極）の磁石３５Ｂとが、円周３８に沿って交互に配置されている。
【００５４】
同様に、円盤３４の磁石３６も、円周３８に沿って隣接する各磁石３６が互いに異極となるように、つまりＮ極の磁石３６ＡとＳ極の磁石３６Ｂとが、円周３８に沿って交互に配置されている。さらに、各円盤３３，３４の磁石３５，３６においては、対向する磁石同士が異極となるように、つまりＮ極の磁石３５ＡにはＳ極の磁石３６Ｂが対向配置され、Ｓ極の磁石３５ＢにはＮ極の磁石３６Ａが対向配置されている。従って、磁束線４３の向きも交互に逆方向とされている。
【００５５】
これらの各円盤３３，３４間には、３個のコイル４０が配置されている。コイル４０は、その中心部に配置された磁性体４５にウレメット線を巻き付けることで構成されている。このため、磁性体４５は、コイル４０が巻回される芯部４５Ａと、その芯部４５Ａの両端に形成されたフランジ部４５Ｂとを備えてボビン状に構成され、コイル４０の中心にその軸方向に貫通して配置されている。なお、フランジ部４５Ｂは、図３において、回転軸３２の左側に配置された磁性体４５ように、コイル４０の直径と同程度の直径に形成してもよいし、右側に配置された磁性体４５のようにコイル４０よりも小さな直径に形成してもよく、さらにはコイル４０よりも大きな直径で形成してもよい。
【００５６】
磁性体４５は、対向する磁石３５，３６の発生する磁束が飽和せずに透ることができるのに十分な断面積を有している。また、磁性体４５は、ＰＣパーマロイ材、ＰＢパーマロイ材、純鉄、珪素鋼板、パーメンジュール、鉄（Ｆｅ）系アモルファス金属、ＰＤパーマロイ材、Ｃｏ系アモルファス材、ナノ結晶軟磁性材料等の高透磁率材によって構成されている。
【００５７】
また、フランジ部４５Ｂがあるため、磁性体４５の高さ寸法は、コイル４０の高さ寸法よりも大きくされ、その分、磁石３５，３６に近接して配置されている。
【００５８】
これらの各コイル４０は、その側面（コイル４０のフランジ部４５Ｂ側の端面）が各円盤３３、３４の対向面３３Ａ，３４Ａに向かい合うように配置されている。また、図５に示すように、コイル４０の中心と回転軸３２とを結ぶ一点鎖線４２の交差角度つまり中心角が１２０度となるように、かつコイル４０の中心が円周３８上において等間隔となるように配置されている。
【００５９】
このコイル４０は、回路基板４１に取り付けられている。この取付け構造は適宜設定すればよいが、例えば、図６に示すように、磁性体４５のフランジ部４５Ｂの一部を延長し、その延長部分を回路基板４１に接着剤、ビスなどで取り付ければよい。なお、コイル４０の端部は、回路基板４１の回路に適宜接続されている。
【００６０】
このように構成された発電機２０を使用している場合、ゼンマイ１ａからの機械的エネルギでロータ３０が回転すると、各コイル４０上を順次磁石３５，３６が通過する。この際、磁性体４５は各コイル４０に比べて透磁率が高いため、磁石３５，３６の一方の磁石からの磁束は、各コイル４０の中心に配置された磁性体４５を通り、他方の磁石に流れる。そして、各磁石３５，３６が移動して磁性体４５を通る（鎖交する）磁束が変化するため、各コイル４０で起電圧が発生し発電が行われる。さらに、磁石３５，３６が移動して次の磁石３５、３６が近づくと、磁束線４３の向きも変化するため、磁性体４５を鎖交する磁束変化がより大きくなり、より大きな起電圧が得られる。
【００６１】
図７には、電子制御式機械時計１００における制御回路の構成を示すブロック図が示されている。
【００６２】
発電機２０は、増速輪列７〜１１を介してゼンマイ１ａによって駆動され、誘起電力を発生して電気的エネルギを供給する。この発電機２０からの交流出力は、昇圧整流、全波整流、半波整流、トランジスタ整流等からなる整流回路６１を通して昇圧、整流され、コンデンサ等で構成された電源回路６０に充電供給される。
【００６３】
この電源回路６０から供給される電力によって回転制御装置５０が駆動される。この回転制御装置５０は、発振回路５１、分周回路５２、ロータの回転検出回路５３、制動制御回路５５を備えて構成されている。
【００６４】
発振回路５１は時間標準源である水晶振動子５１Ａを用いて発振信号（３２７６８Ｈｚ）を出力し、この発振信号は１２段のフリップフロップ等からなる分周回路５２によってある一定周期まで分周される。分周回路５２の１２段目の出力Ｑ１２は、８Ｈｚの基準信号ｆｓとして出力されている。
【００６５】
回転検出回路５３は、発電機２０の出力などに基づいてその回転を検出し、回転検出信号ＦＧ１を出力する。
【００６６】
制動制御回路５５は、回転検出回路５３の回転検出信号ＦＧ１および分周回路５２からの基準信号ｆｓを比較し、その差に応じて発電機２０の速度を調整する信号ＣＨを発電機２０に出力している。この信号によって発電機２０の調速機構が動作し、発電機２０は基準信号ｆｓに同期するように調速される。
【００６７】
なお、発電機２０の調速方法は、例えば、発電機２０の各端子間を閉ループさせてショートブレーキを掛けてブレーキ制御したり、発電機２０に可変抵抗等を接続して発電機２０のコイルに流れる電流値を変えることでブレーキ制御するように構成されている。
【００６８】
このような本実施形態によれば次のような効果がある。
【００６９】
１）コイル４０の中心に磁性体４５を配置したので、この磁性体４５に磁束をを鎖交させ、その磁束変化によって発電することができる。このため、従来のフラットトルクモータ型発電機に比べ、コイル全体を利用して発電できたり、２つのコイルに跨る大型の磁石を用いる必要がないため、磁石を小型化できてロータ３０を軽量化できる。すなわち、同じ性能の磁石３５，３６を用いても、必要な磁石体積を小さくでき、発電機２０の小型化、低コスト化、ロータ３０の軽量化を実現できる。
【００７０】
２）ロータ３０を軽量化できるので、摩擦による損失を低減できて発電効率を向上できる。このため、発電機２０を組み込んだ電子制御式機械時計１００等の機器の持続時間を延長できたり、機器の小型化を実現できる。
【００７１】
３）さらに、ロータ３０の軽量化により、ロータほぞ（回転軸３２）の摩擦摩耗を少なくできて耐用年数も延長できる。
【００７２】
その上、発電機２０が組み込まれた電子制御式機械時計１００等の機器が落下するなどで衝撃が加わっても、回転軸３２の曲がりや折れを防止できる。さらに、回転軸３２の軸受として耐震軸受３１を用いているので、衝撃を受けた際の曲がりや折れを一層確実に防止できる。
【００７３】
４）従来の中空コイルを利用した発電機では、中空部をある程度の大きさに形成しなければならないが、本実施形態では磁性体４５が中心に配置されているので、中空コイルに比べて巻き数を多くでき、その分、磁石の小型化、発電性能の向上も実現できる。
【００７４】
一方で、同じ発電量であれば、必要な磁束密度を小さくできるため、低性能の磁石を利用でき、その分、コストを低減できる。
【００７５】
５）コイル４０の中心に磁性体４５があるため、コイル４０の巻き線が容易で、ウレメット線が利用できるために、巻き効率を向上できる。その上、磁性体４５には、フランジ部４５Ｂが形成されているため、コイル巻きをより一層簡単にできる。このため、生産効率を向上でき、生産コストも低減できる。
【００７６】
６）フランジ部４５Ｂを利用して磁性体４５つまりはコイル４０を基板４２などに固定でき、固定構造を簡易化できる。
【００７７】
７）コイル４０の中心に磁性体４５があるため、磁石３５，３６から周辺に漏れる磁束を少なくでき、漏れ磁束による渦電流損失を低減できる。特に、フランジ部４５Ｂが形成されていて面積が大きいため、磁石３５，３６からの磁束が磁性体４５に流れやすくなり、漏れ磁束をより一層少なくできる。
【００７８】
８）磁性体４５が設けられているので、コイル４０と磁石３５，３６間のギャップを大きくしても漏れ磁束が少なく鎖交磁束を確実に得ることができる。このため、コイル４０と磁石３５，３６とをある程度離すことができ、その分、これらの部材間の空気摩擦損失を小さくできる。このため、発電機２０つまりは電子制御式機械時計１００等の機器の持続時間を延長できる。
【００７９】
９）漏れ磁束を減少できるため、周囲の磁性部品をロータ３０に近付けることができ、余分なスペースを確保する必要がないため、電子制御式機械時計１００を小型化できる。
【００８０】
10）各磁石３５，３６において、各円盤３３，３４で円周３８方向に隣接する磁石同士と、各円盤３３，３４間で対向配置される磁石同士がそれぞれ異極になるように配置したので、コイル４０中心の磁性体４５に流れる磁束の変化が大きくなり、鎖交磁束数を増やすことができて発電性能を向上できる。
【００８１】
11）各磁石３５，３６および磁性体４５を、それらの中心が各円盤３３，３４の円周３８上に位置するように配置したので、コイル４０に対して円盤３３，３４を回転させた際に、磁石３５，３６と磁性体４５とが最も近接した際に、磁石３５、磁性体４５、磁石３６間の磁路を一直線にして最も短くできる。このため、磁路における空隙距離が短くなり、パーミアンスを低減できる。
【００８２】
12）コイル４０が３個と奇数個であり、磁石３５，３６の数が４対（計８個）と偶数対（偶数個）であるため、１個のコイル４０の磁性体４５が磁石３５，３６と同軸上に揃った際に、他のコイル４０の磁性体４５と磁石３５，３６とを互いにずれた位置に配置できる。このため、すべての磁性体４５と各磁石３５，３６とが同軸上に揃うことが無いため、コギングトルクを小さくでき、ロータ３０の起動性を向上できる。
【００８３】
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
【００８４】
例えば、前記実施形態では、フランジ部４５Ｂを有する磁性体４５を利用していたが、図８に示すように、フランジ部４５Ｂを有さない磁性体４６を用いてもよい。この際、図８の回転軸３２の左側の磁性体４６のように、コイル４０の厚さ寸法と同じ長さのものを用いてもよいが、右側の磁性体４６のように、コイル４０よりも長い磁性体４６を用いれば、コイル４０が巻きやすく、かつ磁石３５，３６に磁性体４６が近づくために磁性体４６に流れる磁束数を増やすことができる利点がある。
【００８５】
また、磁性体としては、図９に示すように、複数の細長い棒状磁性体４７の集合体で構成され、かつ前記棒状磁性体４７の長手方向（軸方向）が前記一方の円盤３３から他方の円盤３４に向かう方向（各磁石３５，３６によって発生する磁束線４３の向き）に平行に配置してもよい。
【００８６】
この際、図９に示すように、先にコイル４０を巻いておき、その中心に前記棒状磁性体４７を束ねて挿入してもよいし、複数の棒状磁性体４７を接着により略円柱状に束ね、これにコイル４０を巻き付けてもよい。なお、棒状磁性体４７にコイル４０を巻き付ける場合には、棒状磁性体４７を先にコイル４０の厚さに応じて切断してからコイル４０を巻き付けてもよいし、コイル４０を巻き付けてから棒状磁性体４７を切断してもよい。
【００８７】
このような線材の棒状磁性体４７を用いれば、その分、渦電流損失を軽減でき、発電性能を向上できる。但し、棒状磁性体４７が細くなるにしたがって、および棒状磁性体４７の本数が増えるにしたがって、前記渦電流損失を軽減できる効果は小さくなる。また、棒状磁性体４７が細くなると、棒状磁性体４７同士を接着した際に接着剤が占める断面積が増え、磁性体４７の割合が低減してしまう。従って、磁性体４７の線径、本数は、磁性体４７の材料特性、必要な鎖交磁束数、有効断面積などに応じて適宜設定すればよい。
【００８８】
また、予め磁性体４７を接着してからコイル巻きをすれば、コイル巻き作業が容易になって作業性を向上できる。その上、巻き工程で磁性体４７の束の変形が無くなり、チャッキングも容易になり、組立作業性を向上できる。
【００８９】
また、棒状磁性体４７の断面形状は、円形等でもよいが、特に正六角形、正方形、正三角形等で構成されて隣接する他の棒状磁性体４７と隙間無く配置されていることが好ましい。すなわち、図１０に示すように、棒状磁性体４７の断面形状を正六角形等とすれば、隣接する各棒状磁性体４７を隙間無く配置することができる。このように各棒状磁性体４７を隙間無く配置すれば、所定面積内における棒状磁性体４７の有効断面積（隙間部分を除いた面積）を大きくでき、発電性能を向上できる。また、複数の棒状磁性体４７を束ねた際の安定性を向上でき、接着剤で強固に接着できる。
【００９０】
さらに、磁性体としては、図１１に示すような、薄板状の磁性体４８を巻いて構成されたものでもよい。この際、その中心軸方向が前記各磁石３５，３６によって発生する磁束線４３の向きに平行となるようにすればよい。具体的には、短冊状に形成した薄板状のアモルファス材等からなる磁性体４８を巻いて円筒状に形成し、円筒の端面部分が各円盤３３，３４に対向するように配置すればよい。
【００９１】
このように構成すれば、シート状に形成された磁性体４８をそのまま利用できるため、磁気特性に優れるがシート状に形成されてしまうアモルファス材の場合でも、容易に利用することができる。
【００９２】
なお、薄板状磁性体４８としては、図１１（Ａ）に示すように、薄板状磁性体４８を巻いて円筒状にしたものを順次積層して構成される複数枚の薄板状磁性体４８からなるものでもよいし、図１１（Ｂ）に示すように、１枚の薄板状磁性体４８を巻いて円筒状に構成されるものでもよい。
【００９３】
また、コイル４０の数と、磁石３５，３６の数とは、前記実施形態に限らない。例えば、コイル４０としては、３個に限らず、１個、２個あるいは４個以上でもよい。また、磁石３５，３６の数は、４個ずつに限らず、１〜３個ずつ、または５個ずつ以上でもよい。
【００９４】
この際、コイル数をＮｃ、磁石３５，３６の対数をＮｍ（但し、Ｎｃ、Ｎｍは偶数）とした場合に、Ｎｃ＜Ｎｍの時はＮｍ／Ｎｃの値が整数ではなく、Ｎｃ＞Ｎｍの時はＮｃ／Ｎｍの値が整数ではないようにされていることが好ましい。
【００９５】
例えば、図１２に示すように、コイル数（Ｎｃ）が４個、磁石対数（Ｎｍ）を６対つまりＮｍ／Ｎｃ＝６／４＝１．２５とすればよい。このように構成すれば、すべてのコイル４０および磁石３５，３６が各々同軸上に配置されることがなく、コイル４０および磁石３５，３６対の数が一致している場合に比べてコギングトルクを低減することができる。
【００９６】
さらに、前記実施形態では、各コイル４０および磁石３５，３６は、回転軸３２を中心とする円周３８上において等間隔で配置されるが、等間隔で配置しなくてもよい。また、各円盤３３，３４に固定される磁石３５，３６は、一方の円盤３３にＮ極の磁石３５のみを設け、他方の円盤３４にＳ極の磁石３６のみを設けてもよい。
【００９７】
また、前記実施形態では、磁性体４５の軸直交方向の断面形状は略円形としていたが、図１３（Ａ）に示すように、横長形状でもよいし、図１３（Ｂ）に示すように、三角形状でもよい。さらには、磁性体４５の軸直交方向の断面形状は、台形または扇形に形成されていてもよい。
【００９８】
コイル４０の中心部に配置される磁性体４５の軸直交方向の断面形状が円形の場合（図１３（Ｂ）の二点鎖線）に比べて、三角形、台形、扇形のいずれかにすれば、コイル４０の巻数および大きさ（面積）が同じであれば、磁性体の断面積を大きくできる。このため、コイル４０のサイズ、巻数が同じ場合、鎖交磁束数を多くでき、発電性能をより向上できる。
【００９９】
一方、コイル４０中心の磁性体４５の断面積が同じ場合、断面円形の磁性体よりも、断面三角形、台形、扇形の磁性体のほうが、回転軸３２を中心とする円周３８上において、磁性体４５が占める長さを短くでき、その分、コイル４０の巻数を多くできて、発電性能を向上できる。
【０１００】
また、磁性体４５の材質としては、前記実施形態に記載されたものに限らず、磁性体として利用可能な様々な材質のものが利用できる。特に、磁気特性に優れるアモルファス材を用いれば、磁性体４５での鉄損を軽減でき、長持続化を実現することができる。なお、アモルファス材を用いた場合の磁性体４５の形状は、磁気特性に優れるバルク材でもよいし、薄板材を丸めて円柱状にしたものでもよい。さらに、適当な幅に切断した薄板を重ねてもよい。
【０１０１】
また、前記実施形態では、磁石３５，３６を各プレート３３，３４の互いに対向する面（内面）３３Ａ，３４Ａに設けていたが、各プレート３３，３４の外側の面（外面）に設けてもよく、さらには一方の磁石を内面に設け、他方の磁石を外面に設けてもよく、要するに各磁石３５，３６が互いに対向するように配置されていればよい。
【０１０２】
また、増速輪列７〜１１を構成する歯車は、通常の鋼鉄製のものでもよいが、特にロータ３０に噛み合う六番車１１のかなおよび軸の少なくとも一方、好ましくは両方を、非磁性体の材料で構成されたものが好ましい。この非磁性体としては、真鍮やアルミ等の金属材料、さらには合成樹脂等でもよく、要するに、きわめて磁化され難いものや全く磁化されない材料であれば任意である。
【０１０３】
ロータ３０に近接する六番車１１のかなや軸を非磁性体で構成すれば、磁石３５，３６からの磁束がこれらの部品に鎖交しなくなるので、渦電流損失の発生を防止でき、かつロータ３０の停止状態からのロータ起動性を向上することができる。
【０１０４】
また、ロータ３０のプレートとしては、円盤３３，３４に限らず、平面形状が多角形のものや、星形（☆形）のものなどを利用してもよい。
【０１０５】
さらに、前記実施形態では機械的エネルギ源として、機械エネルギ蓄積手段であるゼンマイ１ａを用いていたが、この機械エネルギ蓄積手段としては板ばねや重りなどを用いてもよく、要するに機械的エネルギ（弾性エネルギや位置エネルギなど）を蓄積できるものであればよい。
【０１０６】
また、機械的エネルギ源としては、機械エネルギ蓄積するタイプではなく、例えば、運動によって回転錘を回転させ、その回転力で発電機２０のロータ３０を回転させるようなタイプでもよい。
【０１０７】
また、機械的エネルギ蓄積手段を用いた場合に、機械的エネルギを入力する手段としては、手巻き、回転錘、位置エネルギ、気圧変化、風力、波力、水力、温度差等でもよい。
【０１０８】
また、ゼンマイ１ａなどの機械的エネルギ源からの機械的エネルギを発電機に伝達する機械エネルギ伝達手段としては、前記実施形態のような輪列７〜１１（歯車）に限らず、摩擦車、ベルト（タイミングベルト等）及びプーリ、チェーン及びスプロケットホイール、ラック及びピニオン、カムなどを利用したものでもよい。
【０１０９】
また、本発明の発電機２０は、前記電子制御式機械時計１００に組み込まれるものに限らず、クオーツ式の腕時計や、腕時計以外の置き時計、クロック等の各種時計に組み込んでもよい。さらに、時計以外の携帯電話機、ページャ、電卓、携帯用パーソナルコンピュータ、携帯ラジオ、歩数計、ひげ剃り、携帯型血圧計、電子手帳、ＰＤＡ（小型情報端末、「Personal Digital Assistant」）、玩具、ＩＣカード、自動車や家屋用のキー等の各種の電子機器の電源として利用することができる。特に、本発明では、小型、軽量の発電機２０とすることができるため、携帯用に小型化された各種電子機器に最適である。また、携帯用でない電子機器にも当然適用することができる。このような携帯用等の各種電子機器では、従来、電源として乾電池や充電器が用いられていたが、本発明の発電機を組み込めば、電池が無くても電子機器内の電子回路や機構系等の処理装置を動作させることができ、電池交換を不要にでき、環境にも配慮できる。その上、回転錘やゼンマイで駆動するように構成すれば、手動で発電できるため、充電器のような充電作業を不要にでき、災害時やアウトドア、外出時等でも電子機器を作動させることができる。
【０１１０】
【発明の効果】
以上に述べたように、本発明の発電機によれば、ロータの重量を軽減でき、発電効率も向上できる。
【０１１１】
さらに、本発明の電子制御式機械時計によれば、発電機の小型化によって時計の小型化を実現でき、あるいは持続時間が延長されるので、持続時間の長い時計を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態における電子制御式機械時計の構造を示す平面図である。
【図２】本実施形態の電子制御式機械時計の構造を示す断面図である。
【図３】本実施形態の発電機の構成を示す断面図である。
【図４】本実施形態の発電機のロータを示す概略斜視図である。
【図５】本実施形態のロータの磁石およびコイルの平面配置を示す図である。
【図６】本実施形態のコイルの固定構造を示す図である。
【図７】本実施形態の制御回路を示すブロック図である。
【図８】本発明の変形例の発電機の構成を示す断面図である。
【図９】本発明のコイルの変形例を示す斜視図である。
【図１０】本発明のコイル中心部に配置される磁性体の変形例を示す斜視図である。
【図１１】本発明のコイル中心部に配置される磁性体の他の変形例を示す斜視図である。
【図１２】本発明の他の変形例におけるロータ磁石およびコイルの平面配置を示す図である。
【図１３】本発明のコイルの変形例を示す図である。
【符号の説明】
１ 香箱車
１ａ ゼンマイ
１ｂ 香箱歯車
１ｄ 香箱蓋
２ 地板
２ｂ 文字板
３ 輪列受け
４ 角穴車
５ 角穴ネジ
７〜１１ 番車（増速輪列）
１３ 分針
１４ 秒針
１５ 時針
２０ 発電機
３０ ロータ
３１ 耐震軸受
３２ 回転軸
３３，３４ 円盤（プレート）
３３Ａ、３４Ａ 対向面
３５，３６ 磁石
３５Ａ 磁石（Ｎ極）
３５Ｂ 磁石（Ｓ極）
３６Ａ 磁石（Ｎ極）
３６Ｂ 磁石（Ｓ極）
３７ ロータかな
３８ 円周
４０ コイル
４１ 回路基板
４３ 磁束線
４５ 磁性体
４５Ａ 芯部
４５Ｂ フランジ部
４６ 磁性体
４７ 棒状磁性体
４８ 薄板状磁性体
５０ 回転制御装置
１００ 電子制御式機械時計

Claims (5)

1. 機械的エネルギ源から機械的エネルギ伝達手段を介して伝達される機械的エネルギを電気エネルギに変換する発電機において、
   対向配置された２枚のプレート、および、互いに対向するように各々のプレートに設けられた複数の磁石を有するロータと、
   前記２枚のプレート間に配置され、かつ両側面が前記プレートの対向面に向かい合うように配置された複数のコイルとを備え、
   前記コイルが巻回される芯部と、その芯部の両端に形成されたフランジ部とで構成された磁性体が配置され、
   前記磁性体は、高透磁率材からなり、
   前記磁石は、２つのコイルに跨らない大きさである
   ことを特徴とする発電機。
2. 請求項１に記載の発電機において、
   前記磁石は、前記プレートの対向面において前記ロータの回転軸を中心とする円周上に配置され、
   前記コイルの前記磁性体が挿入された中心部は、前記磁石が配置される円周上に配置されていることを特徴とする発電機。
3. 請求項１または２のいずれかに記載の発電機において、
   前記磁石は偶数対設けられ、かつ各プレートにおいて隣接して配置される各磁石同士と、各プレートにおいて対向配置される磁石同士は、それぞれ異極同士であることを特徴とする発電機。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の発電機において、
   前記コイル数をＮｃ、前記磁石の対数をＮｍ（但し、Ｎｃ、Ｎｍは偶数）とした場合に、
   Ｎｃ＜Ｎｍの時はＮｍ／Ｎｃの値が整数ではなく、
   Ｎｃ＞Ｎｍの時はＮｃ／Ｎｍの値が整数ではないことを特徴とする発電機。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載の発電機と、
   前記発電機から供給される電気的エネルギによって駆動され、前記発電機の回転周期を制御する回転制御装置と、
   機械的エネルギ源によって前記発電機と共に回転し、前記回転制御装置により調速制御される指針とを備える電子制御式機械時計。

Images