JPH0752229B2 - 電子時計 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 本発明は近年主流となった水晶時計の様に電気エネルギ
ーをエネルギー源とする電子時計に関するものである。

〔従来技術〕

従来電子時計のエネルギー源は電池がほとんど全てであ
った。この電池はその持つ容量と時計体の消費電流とか
ら決まる電池寿命があり電池交換のわずらわしさが常に
つきまとい電子時計の最大の欠点となっていた。そこで
この欠点を解消する為に時計内部に発電機構を設ける試
みが成されている。その試みは従来特開昭50−17866の
ごとくであり発電効率もわるく、サイズも大きくなり又
耐久性にも問題があり実用化にいたっていない。又従来
交流発電機の整流回路は第４図に示すごとく４つのダイ
オードをブリッジに組んだものであり素子数も多く時計
の様な小型機器への応用をはばんでいた。

〔目的〕

本発明は以上の様な欠点を解消し、きわめて発電効率の
高い、サイズ的にも自由度の高いしかも耐久性の優れた
発電機構を時計内部に設け電池交換のわずらわしさのな
い電子時計を提供しようとするものである。

〔概要〕

本発明の電子時計は、少なくとも１つの永久磁石を有す
るロータと、高透磁率材より成り前記ロータの全周を取
り囲むような前記ロータと同心円状の穴部を有するとと
もに前記磁石の磁束をコイルに導く様に配置されるステ
ーターと、高透磁率材より成る磁心にコイルが巻かれた
コイルと、前記ステーターと前記磁心との固着手段とか
ら成る変換器と、 前記ロータを回転させる回転手段と、 前記回転手段の回転を増速しロータに伝える増速手段
と、 前記変換器により生ずる交流電流を整流する整流手段
と、 前記整流された電力を蓄えるコンデンサより成る蓄電手
段と、 前記蓄電手段への過充電を防ぐ過充電防止用のリミッタ
を有し、 前記回転手段は重心が回転中心と異なる回転部より成
り、 前記整流手段は１つの逆流防止手段で構成されるととも
に、前記コイルと前記リミッタをつなぐ配線経路の間に
配置されたことを特徴とする。

〔実施例〕

本発明を図によって説明する。

第１図は本発明を有効に活用した水晶腕時計のシステム
の概念を示すブロック図である。

１は回転トルクを生じせしめる手段であり、回転中心と
重心とが偏心したアンバランス車（回転錘）からなる回
転手段である。この回転手段１の回転運動を増速輪列２
により増速し発電機構としての変換器A3のローターを回
転させ交流電流を生じせしめる。この交流を整流回路４
により整流し蓄電手段５に蓄電する。本実施例ではこの
蓄電手段として大容量コンデンサーである電気二重層コ
ンデンサーを用いている。この大容量コンデンサーを電
源として時間標準である水晶を含む制御回路６やこの制
御回路６に制御された駆動回路７が作動する。駆動回路
７によりエネルギーを供給されて変換器B8が動作し、こ
の変換器B8の動きが減速輪列９により指針10に伝えられ
時が表示される。

第２図は発電機構としての変換器A3の説明図である。

永久磁石20aを含むローター20をかこむ様にステーター2
1が配置されている。コイル22は磁心22aに巻かれており
磁心22aとステーター21とはネジ23により固着されてい
る。

このローター20が回転する事によりコイルには と表わされる起電力が生じ と表わされる電流が生じる。

N:コイルの巻数 φ：磁心22aを通る磁束数 t:時間 R:コイルの抵抗 w:ローター20の回転速度 L:コイルのインダクタンス この起電力はほぼsinカーブを持つ交流である。又ロー
ター20とそれをかこむステーター21の穴とが同心円であ
りほぼ全周にわたりローター磁石をかこんでいる。これ
によりローターのある場所に止まっていようとする力
（引きトルク）を最小にする事ができる。

第３図は回転手段１から増速輪列２を介して変換器A3に
いたるまでの機構の説明用の断面図である。この第３図
においては回転手段として回転中心と重心とが偏心した
アンバランス車31を用いている。32が地板、33が受であ
る。アンバランス車31のアンバランスにより生じる回転
運動が増速輪列31a,34,及びローターかな22bによりロー
ター磁石20aの回転運動になる。22bはコイルリード基板
でありコイルの端末処理が成され、このコイルリード基
板22bと回路基板35とが接触しコイルに誘起された電力
が回路に伝えられる。

前記したごとくローターの引きトルクが小さければアン
バランス車31のアンバランス量も小さくてよい。最低条
件は （ローター引きトルク）＜（アンバランス車のアンバラ
ンストルク） となる。

第４図は従来の整流回路の説明図である。

整流回路は41,42,43,44の４つのダイオードで構成され
ている。５は蓄電手段であり本実施例では大容量コンデ
ンサーである電気二重層コンデンサーを用いている。コ
イル22に細線45で示す電力が誘起されると電流は細線で
示す様に流れコンデンサー５に蓄電される。又破線46で
示す電力がコイルに誘起されると電流が破線で示す様に
流れこれも45の時と同様の方向でコンデンサー５に蓄電
される。

第５図は本発明による充電回路の説明図である。回転錘
51による回転力を増速輪列52でローター53に伝える。ロ
ーター53の回転により生じた磁界の変化がステーター54
を介してコイル55に伝わりコイル両端に誘起電力が発生
する。57は蓄電手段であるコンデンサーであり、コイル
55で生じた電力を0₁，0₂を通じて蓄えて時計体56へその
電力を供給する。このコンデンサー57の耐電圧以上の過
充電防止回路がリミッター58である。59は逆流防止用ダ
イオードでありコイル55で発生した交流電力を半波整流
している。しかもコイル55で電力が発生していない時コ
ンデンサー57に蓄えられた電力がコイル55を通じて失な
われる事を防止する役割も兼ねている。

又ダイオード59を、コイル55と、リミッター58及びコン
デンサー57の両方との間に配置したことにより、非充電
期間（第６図の66の期間）では、リミッタ58を通してコ
イル55に逆方向の電流は流れない。

したがって、コイル55に磁界が発生せずローター53に加
わる電磁ブレーキが少ないため、充電効率の低下を防止
しているものである。

第６図は蓄電手段57に流れる電流波形を第４図に示した
従来の整流回路と第５図に示した本発明による１つのダ
イオード59による整流とを比較して示したものである。

60が基準線である。61が従来の整流回路での発生電流、
62は本発明での発生電流、63は従来の整流回路での電圧
ドロップによるロス分であり、64は本発明による整流回
路での電圧ドロップによるロス分である。蓄電手段に蓄
えられる電荷量は従来は61と63とに包まれた面積分であ
り本発明によるものは62と64とに包まれた面積分であ
る。この面積比較ではほとんど差はなく蓄電性能は同等
である。従来の全波整流に比べ半波整流にしても蓄電性
能に差のない理由を次に述べる。半波整流でカットされ
ている期間（第６図では66に示す）はコイル22に電流が
流れず、したがってローターに加わるブレーキトルクが
小さい為回転錘の動きが速くなる。すなわち66の期間の
エネルギーは回転錘の運動エネルギーとして蓄えられ発
電時に解放される。したがって61に比べ62のピーク値も
大になっているのである。又整流ロスもダイオード２コ
が１コになり半分となる事も有利に働いている。この結
果半波整流にしたにもかかわらずその発電及び蓄電性能
は全波整流に比べ悪くならないのである。

第１図における蓄電手段５から先の制御回路6,駆動回路
7,変換器B8,減速輪列9,指針10は従来と同じものでよく
衆知の機構が用いられている。

以上述べた本実施例によれば回転手段にアンバランス車
を用いているので自動巻水晶時計が実現されている。発
電機構については特開昭50−17866に示されるコイル可
動型のユニット形式はコイルを回転させる関係上コイル
を大きくするには限界があり発電効率を高くする事がで
きない。又ブラシ部が機械的な接点であり磨耗が常に心
配される。又サイズの面でもコイルの巻数を得る為に厚
くせざるを得ない。又磁石も薄肉円筒の加工は難しく近
年実用化されている希土類磁石等の強い磁石等は使用が
困難であり、この面からも発電効率を高くできないとい
う欠点を有していたが、本実施例によれば発電器の構成
部品である磁石とコイルをレイアウト上切はなして配置
する事が可能でありその必要とされる特性に合せて設定
できる。コイルもコイル回転型のユニット型に比しきわ
めて大きく取る事が可能でありその発電効率を高くする
事ができる。又磁石も厚肉円筒型であり加工はきわめて
簡単であり希土類磁石等あらゆる磁石を使用する事がで
きる。又磁石の磁束をステーター，磁心という高透磁率
材により磁気回路を構成し取り出している為コイルを鎖
交する磁束数φがきわめて大きくなっている。したがっ
てこの面からも発電効率が大巾に高くなっている。

又各要素を分散配置できる事から時計全体のレイアウト
を考えて他の構成部品、例えば輪列や回路等のスキマへ
自由に配置できそのスペース効率はきわめて良い。

又本実施例では蓄電手段として大容量コンデンサーを用
いている。コンデンサーは銀電池等の様な化学反応でな
く物理現象であり蓄電手段そのものの寿命がきわめて長
く本実施によるシステムによれば従来のゼンマイ式の時
計と同様な寿命が得られもちろん電池交換のごとくのわ
ずらわしさもなくしかも水晶時計等高い精度の時計が実
現できる。

又整流回路として１つのダイオードによる半波整流にす
る事により従来４つ必要とした素子が１つになりスペー
ス的にきわめて有利となっている。又実装上も簡単にな
りコスト的にもダイオード３コ分の低減にとどまらず回
路全体の歩留りも向上しその効果は大である。

又信頼性面も構成がシンプルになった事により向上して
いる。

又ダイオードをリミッターより発電機側に配したことに
より、半波整流の電流カット時の（逆方向電流が生じる
時の）リミッターへ電流が流れ、ローターに電磁ブレー
キが作用するという悪影響も防止して、充電効率を向上
させている。

又アンバランス車のアンバランス部は第３図においては
増速輪列や発電器等とほぼ同一断面に配置されており薄
型化の効果が大である。

又このアンバランス部31bは本構造のみでなく他ももち
ろん可能である。

例えば第３図において受33の上に配置すれば、アンバラ
ンス量を大きく取る事がたやすく行える。

又第１図における蓄電手段以降の制御回路から表示手段
である指針までの構成は針表示の例で示したものである
が表示手段が針でなくLCD等のデジタル表示でもかまわ
ない。

〔効果〕 以上述べたように本発明の構成によれば、一つの逆流防
止手段で半波整流を行うことにより、電流がカットされ
ている期間の逆向きの電流がコイルに流れず、したがっ
てロータに加わるブレーキトルクが小さくなる。その為
回転錘の動きが速くなり、カットされた分のエネルギー
は回転錘の運動エネルギーとして蓄えられ、電流の向き
が逆流防止手段の順方向となる次の発電時に取り出すこ
とができる。

そして本発明では増速手段によって回転手段の回転を更
に増速しているので、より高出力が得られる。したがっ
て、回転錘を用いた場合の、磁界を変化させる為の機械
的エネルギーを得る回転が一定ではない発電では、半波
整流で十分に電力を取り出すことができる。その上、ダ
イオード等を通過する際１段分だけの電圧降下で済むた
め整流による電圧ロスが少ない。

更に、逆流防止手段が一つでよいことから回路配置等の
実装上でもスペース効率が良く、又、回路構成が簡単な
もので済むため製造コストの面でも極めて有利であると
いう効果を有するものである。

更には、逆流防止手段がコイルとリミッターとの間に配
置される構成により、蓄電手段であるコンデンサに蓄え
られた電力がコイルを通じて失われることを防止するこ
とができるとともに、非充電時の逆方向電流がリミッタ
ーを通じてコイルに流れロータに電磁ブレーキが作用す
ることも防止でき充電効率を向上させることができる。

又、二次電池としてコンデンサーを用いたことにより、
蓄電手段が物理現象であるため、蓄電手段の寿命として
も非常に長く時計としての信頼性も高めることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図：本発明の一実施例を示すブロック図 第２図：一実施例の発電機構図 第３図：一実施例の輪列部の断面図 第４図：従来の整流回路の説明図 第５図：本発明による整流回路の説明図 第６図：蓄電電流の波形図 １……回転手段 ２……増速輪列 ３……発電機構 ４……整流回路 ５……蓄電手段 22……コイル 51……ダイオード

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電気エネルギーをエネルギー源とする電子
   時計において、 少なくとも１つの永久磁石を有するロータと、高透磁率
   材より成り前記ロータの全周を取り囲むような前記ロー
   タと同心円状の穴部を有するとともに前記磁石の磁束を
   コイルに導く様に配置されるステーターと、高透磁率材
   より成る磁心にコイルが巻かれたコイルと、前記ステー
   ターと前記磁心との固着手段とから成る変換器と、 前記ロータを回転させる回転手段と、 前記回転手段の回転を増速しロータに伝える増速手段
   と、 前記変換器により生ずる交流電流を整流する整流手段
   と、 前記整流された電力を蓄えるコンデンサより成る蓄電手
   段と、 前記蓄電手段への過充電を防ぐ過充電防止用のリミッタ
   を有し、 前記回転手段は重心が回転中心と異なる回転部より成
   り、 前記整流手段は１つの逆流防止手段で構成されるととも
   に、前記コイルと前記リミッタをつなぐ配線経路の間に
   配置されたことを特徴とする電子時計。