(57)【要約】【課題】発電効率を確保しつつ薄型のステータ、回転電機、および電子時計を提供することを目的とする。【解決手段】軸回りに回転する永久磁石２に対向して配置され、コイル５が設けられるステータ１において、永久磁石２の軸方向に重なって配置される第１ステータ部１ａと、コイル５が配置され、軸方向から見て、永久磁石２の輪郭より外周側または内周側に配置される第２ステータ部１ｂとを有するステータを提供する。【選択図】図１
2014060828.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸回りに回転する磁石に対向して配置され、コイルが設けられるステータにおいて、
前記軸方向から見て前記磁石と重なって配置される第１ステータ部と、
前記軸方向から見て前記磁石の輪郭より外周側または内周側に配置され、前記コイルが設けられる第２ステータ部と、を有することを特徴とするステータ。
【請求項２】
請求項１に記載されるステータであって、
前記第２ステータ部は、前記コイルの少なくとも一部が前記軸に垂直な方向から見て前記磁石と重なるように形成されることを特徴とするステータ。
【請求項３】
請求項２に記載されるステータであって、
前記軸を中心とする半径方向に延びる複数の歯極部と、前記複数の歯極部を互いに連結する連結部とを有し、
前記連結部は、前記第２ステータ部に形成されていることを特徴とするステータ。
【請求項４】
請求項３に記載されるステータであって、
前記連結部と前記歯極部とは、それぞれ板状の磁性板により形成され、
前記第１ステータ部は、前記歯極部により１層の前記磁性板により形成され、
前記第２ステータ部は、前記連結部と前記歯極部とが積層することで２層の磁性板により形成されることを特徴とするステータ。
【請求項５】
請求項４に記載されるステータであって、
前記第１ステータ部は、１つの前記歯極部の中心と前記磁石の１つの極の中心とが一致しているときに、他の前記歯極部の中心と前記磁石の他の極の中心とが相互にずれて配置されるように形成されることを特徴とするステータ。
【請求項６】
請求項５に記載されるステータであって、
前記歯極部のうち周方向に隣接する３つが前記連結部により連結されるセグメントを有し、
前記セグメントが周方向に複数配列されていることを特徴とするステータ。
【請求項７】
請求項１に記載されるステータを有する回転電機であって、
前記磁石を前記軸回りに回転可能に支持する筐体を有し、
前記ステータは、前記筐体に対して固定されていることを特徴とする回転電機。
【請求項８】
請求項７に記載される回転電機であって、
発電可能な発電機として構成されることを特徴とする回転電機。
【請求項９】
請求項８に記載される回転電機を有する電子時計であって、
前記磁石は、前記筐体に対して回転可能に設けられる回転錘に設けられることを特徴とする電子時計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ステータ、ステータを有する回転電機および電子時計に関する。
【背景技術】
【０００２】
軸回りに回転する永久磁石の周方向外側に永久磁石の外周面と対向して配置された1対の歯極部と、永久磁石と歯極部とほぼ同一平面に配置されて、対になる歯極部を連結する磁芯と、磁芯に巻回されたコイルとにより構成したステータ構造が知られている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
また、他の例としては、永久磁石の円面に回転軸方向で対向するように配置された１対の爪形の磁極片と、１対の磁極片を連結する連結部と、１対の磁極片と連結部に内包されるリングコイルとにより構成されたステータが提案されている（例えば、特許文献２）。
【０００４】
特許文献１においては、永久磁石と歯極部と磁芯がほぼ同一平面に配置されているため、薄型化しやすいという利点がある。しかしながら、歯極部の厚みを薄くすると、永久磁石と対向する面積が小さくなるため、コイルに鎖交する磁束量が少なくなって発電する電力が小さくなってしまうおそれがある。
【０００５】
特許文献２においては、永久磁石の円面と磁極片が対向する構成のため、薄型であっても対向面積を大きくできて高い電圧が得られる。また、永久磁石が多極に着磁され、磁極数と等しい数の爪形磁極片とで構成されるため、低速回転でも高い電圧が得られるという利点がある。また、多極の永久磁石が回転軸に配置されるため、従来の小型発電機と比較して高倍率の増速を必要としないという利点がある。しかし、永久磁石と爪形磁極片とコイルが軸方向に配置されるため、磁気回路の全体が軸方向に長くなって装置が大きくなってしまうおそれがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−７６３０１号公報
【特許文献２】特開２００８−５４４８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで、本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、薄型であっても発電効率を確保できるステータ、回転電機、および電子時計を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するために、本発明の第１の特徴は、軸回りに回転する磁石に対向して配置され、コイルが設けられるステータにおいて、軸方向から見て磁石と重なって配置される第１ステータ部と、軸方向から見て磁石の輪郭より外周側または内周側に配置され、コイルが設けられる第２ステータ部とを有するステータを提供することにある。
かかる特徴によれば、ステータは永久磁石の軸方向に重なって配置されるため、ステータの厚みが薄くても永久磁石との対向面積を大きくすることが出来る。そのため、コイルに鎖交する磁束を多くできてコイルは高い電圧を発生することができる。加えて、コイルが永久磁石の輪郭の外周側または内周側に配置されていることで、厚み方向において永久磁石とコイルとが接触することが抑制される。このように、装置を薄くしつつ、発電効率を確保することができる。
【０００９】
本発明の第２の特徴は、上述のステータであって、第２ステータ部は、コイルの少なくとも一部が軸に垂直な方向から見て磁石と重なるように形成されることを要旨とする。
かかる特徴によれば、上述の効果に加え、コイルの一部と磁石が軸方向に重なる分、装置を薄くすることができる。
【００１０】
本発明の第３の特徴は、上述のステータであって、軸を中心とする半径方向に延びる複数の歯極部と、複数の歯極部を連結する連結部とを有し、連結部は、第２ステータ部に形成されていることを要旨とする。
かかる特徴によれば、連結部にコイルを巻回することと、連結部を歯極部に取り付けることを独立して行うことができ、複雑な工程を経ることなくステータを制作することができる。また、コイルの巻線を容易にすることができる。
【００１１】
本発明の第４の特徴は、上述のステータであって、連結部と歯極部とは、それぞれ板状の磁性板により形成され、第１ステータ部は、歯極部により１層の磁性板により形成され、第２ステータ部は、連結部と歯極部とが積層することで２層の磁性板により形成されることを要旨とする。
かかる特徴によれば、上述の効果に加え、ステータを２層で構成できることでより一層の薄型化を可能とするとともに、連結部とコイルの巻線部とを共通の磁性板で構成することができる。
【００１２】
本発明の第５の特徴は、上述のステータであって、歯極部が、一つの歯極部の中心と磁石の一つの極の中心とが一致しているときに、他の歯極部の中心と磁石の他の極の中心とが相互にずれて配置されるように形成されることを要旨とする。
かかる特徴によれば、上述の効果に加え、ステータと磁石との間のコギングトルクが低減することができる。
【００１３】
本発明の第６の特徴は、上述のステータであって、周方向に隣接する３つの歯極部と、これらの歯極部を連結する連結部を備えるセグメントと、セグメントが周方向に複数配列されていることを要旨とする。
かかる特徴によれば、上述の効果に加え、隣接するセグメントが相互に異なる相を構成することができる。それにより、コギングトルクが小さくなるような磁石の磁極ピッチと歯極部のピッチが異なる構成にした場合においても、セグメントを越えた磁束の流れを不要とすることができる。
【００１４】
本発明の第７、８の特徴は、上述のステータと、磁石を軸回りに回転可能に支持する筐体を有し、ステータは、筐体に対して固定されている回転電機や発電機を提供する。
かかる特徴によれば、上述の効果に加え、薄型であってもコイルに鎖交する磁束を増大させることで、コイルに高い電圧を発生させることができる。
【００１５】
本発明の第９の特徴は、上述の発電機を有する電子時計であって、永久磁石は、筐体に対して回転可能に設けられる回転錘に設けられる電子時計を提供する。
かかる特徴によれば、低速であっても高い電圧が得られるため増速機構を必要としない。また、薄型の発電機を搭載できるため、時計を厚くすることがなく調和のとれた気品の良いデザインにすることができる。さらに、コギングトルクが低減できるため、回転錘のトルクを有効に発電に利用できるとともに、使用者に違和感を感じさせることがない。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、薄型でも多くの磁束をコイルに鎖交させて誘導起電圧を高く確保することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態に係るステータと永久磁石の平面図である。
【図２】図１に示すステータと永久磁石の断面図である。
【図３】図１に示すステータと永久磁石の分解斜視図である。
【図４】図１のステータと永久磁石を有する発電機（回転電機）を時計モジュールに取り付けた断面図である。
【図５】図４の発電機（回転電機）と時計モジュールを時計外装に組み付けた電子時計の平面図である。
【図６】図１のステータと永久磁石において、セグメントに形成される磁束を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明の実施形態に係るステータ、回転電機としての発電機および電子時計について、図１から図６を参照して以下に説明する。
【００１９】
本実施形態に係るステータ１は、図１から図３に示されるように、複数の歯極部３と、歯極部３の半径方向外側に歯極部３と厚み方向に重なるように連結する連結部４と、連結部４に巻き回されるコイル５と、歯極部３の半径方向内側で歯極部３を連結する接続部６を備えている。
【００２０】
軸Ｃを中心とする周方向に隣接する３枚の歯極部３と、３枚の歯極部３に連結する連結部４と、連結部４に巻回されるコイル５とでセグメント７が構成されている。
【００２１】
セグメント７は、周方向に間隔をあけて３個のセグメント７で構成されている。これにより、全体として９枚の歯極部３が、接続部６で円環状に連結されてステータ１が形成されている。
【００２２】
歯極部３はパーマロイ等の磁性材料からなる板状部材をプレス加工により形成されており、断面略短形の形状を有している。この断面略短形の長手面側であって、板厚の厚み方向に微小間隔をあけてリング状の永久磁石（磁石）２が対向配置されている。
【００２３】
ステータ１は、永久磁石２に軸方向に対向して配置される第１ステータ部１ａと、その外周側に配置される第２ステータ部１ｂを含むように構成されている。第１ステータ部は、図２の矢印Ｚのように軸Ｃ方向から見て、永久磁石２と重なって配置される。第２ステータ部は、同様に矢印Ｚの軸方向から見て永久磁石２の輪郭より外周側に配置されている。ここで、第２ステータ部は、矢印Ｚの軸方向から見て永久磁石２の輪郭より内周側に配置することもできる。
【００２４】
連結部４は、パーマロイ等の磁性材料からなる板状部材（磁性板）をプレス加工により形成されて、歯極部３の永久磁石２と対向する領域よりも半径方向外側に、永久磁石２と対向する側の面の上に端部を重ねてカシメピン９で固定されて配置されている。永久磁石２が歯極部３と相対移動する移動範囲と離間しているため、連結部４は永久磁石２の動きに干渉しない。ステータ１の軸Ｃ方向の厚みは、歯極部３を形成する磁性板と連結部４を形成する磁性板の２枚を積層した２層で構成されており、薄型化されている。なお、軸Ｃは、この軸を回転対称軸としてステータ１や永久磁石２が配置されるものである。
【００２５】
コイル５は、連結部４に巻回されて、図１のような永久磁石２の回転軸に垂直な方向から見て、一部が永久磁石２と重なるように形成されている。連結部４は両端側を歯極部３に重ねてカシメピン９で固定される構成になっており、連結部４にコイル５を巻回した後、歯極部３に固定できるため、コイル５の巻線が容易である。
【００２６】
接続部６は、歯極部３と同一部材からプレス加工により形成されてもよい。この場合、歯極部３が永久磁石２によって磁化する際に、僅かな磁束で飽和する程度の断面積が望ましい。また、歯極部３と異なる非磁性材料（例えば樹脂）により形成されてもよい。さらには、接続部６が歯極部３を所定間隔で配置する機能を有するものであるため、連結部４に流れる磁束を減少させないように、歯極部３を所定間隔で配置する治具等を用いてステータ１を形成することにより、接続部６を用いないようにしてもよい。
【００２７】
本実施形態に係る発電機１０は、図４に示すように、時計モジュール１７に固定された前記ステータ１と、時計モジュール１７の半径方向内方の軸受１１に軸支されたロータ１２とを備えている。
【００２８】
ロータ１２は、上述したようにステータ１の各歯極部３の板厚厚み方向に微小間隔をあけて対向するリング状の永久磁石２と、磁性材料からなるロータヨーク１３と、略１８０度扇型の回転錘１４を備えている。永久磁石２は、周方向に交互に異なる磁極を配列しており、磁極数は８個である。
【００２９】
本実施形態に係る電子時計としての電子腕時計１５は、図５に示されるように、筐体としての時計外装１６に内包される上述の時計モジュール１７と、時計モジュール１７に取り付けられた回転電機としての発電機１０とを備えている。ロータ１２は、腕時計使用者の動きで回転錘１４の作用により揺動され、回転軸を中心に旋回して発電機１０が発電する。発電された電力は、時計モジュール１７に内蔵されたキャパシタ又は２次電池に蓄電され、運針用ステップモータを作動させるようになっている。
【００３０】
このように構成された本実施形態に係るステータ１によれば、図６に示されるように、中央の歯極部３に永久磁石２のN磁極が正対したときに、当該セグメント７のコイル５に矢印Aで示されるように磁束が形成される。図６の状態から永久磁石２が角度２π（ｒａｄ）／永久磁石の磁極総数だけ回転すると、中央の歯極部３にS磁極が正対し矢印Aと逆向きの磁束が形成される。以上のように永久磁石２が旋回すると、コイルに鎖交する磁束の向きが交互に入れ替わることで発電される。
【００３１】
すなわち、本実施形態に係るステータ１は、ステータの厚みが薄い場合であっても、永久磁石２とステータ１の中央の歯極部３は板厚の厚み方向で対向するため、対向面積が大きくできて、多くの磁束をコイル５に鎖交させることができる。よって、薄型な小型のステータを用いる場合においても、十分な発電効率を確保することができる。
【００３２】
また、歯極部３の永久磁石２と対向する領域よりも半径方向外側にコイル５が配置されているため、ステータ１を薄くすることができる。
【００３３】
さらに、図２の断面図において、つまり、軸Ｃに垂直な方向（矢印Ｒ）から見て、コイル５の厚み方向ｔ１の一部が永久磁石２の厚み方向ｔ２に重なって配置されているため、ステータ１と永久磁石５の軸Ｃ方向（厚み方向）長さを小さくすることができる。ロータ１２と時計モジュール１７との距離ｔ３が、コイル５の厚みｔ１と永久磁石２の厚みｔ２を足した長さより小さくすることができ、コイル５の厚みや永久磁石２の厚みにかかわらず回転電機としての発電機１０を薄型化することができる。そして、かかる発電機１０を時計モジュール１７とともに時計外装１６に組み込むことで、電子腕時計１５の厚みを抑えることができるようになる。特に本実施形態のように、回転錘１４の回転に伴い永久磁石２が回転するよう、回転錘１４が永久磁石２とともに電子腕時計１５に組み込まれている場合には、回転錘１４が電子腕時計１５内に占める体積により、電子腕時計１５全体の厚さが大きくなるおそれがある。本実施形態においては、回転錘１４に取り付けられる永久磁石２に対向するステータ１を上述のように薄型化できるので、電子腕時計１５全体の厚さを抑えることができる。これは、電子腕時計１５が外部から受ける比較的低い周波数の外部振動に回転錘１４を共振させるために回転錘１４の回転モーメントを大きくするよう回転錘１４の体積が比較的大きく設定される電子腕時計１５において、その全体の厚みを効果的に薄型化できるという利点となる。また、ステータ１の薄型化により少ない起磁力によっても所望の発電が可能となるので、小さい振幅の回転錘１４の回転によっても所望の電力を確保できるようになる。よって、使用者に装着された電子腕時計１５による発電効率を向上させることができる。
【００３４】
また、本実施形態に係るステータ１を備える本実施形態に係る発電機によれば、歯極部３の個数が９個で永久磁石２の磁極数が８である。この歯極部３の数と永久磁石２の磁極数が９対８である場合は、コギングトルクが小さくできるので、これにより、薄型化を図りながら、コイル５に鎖交する多くの磁束により高い出力電圧を得て、コギングトルクを小さくできるという利点がある。つまり、歯極部が、図６のように一つの歯極部３の中心と永久磁石２の一つの極の中心とが一致しているときに、他の歯極部３の中心と永久磁石２の他の極の中心とが相互にずれて配置されるように形成されるステータ１を採用することによりコギングトルクを低減でき、上述の構成と併せることで、さらに発電効率を高めることができるようになっている。なお、本実施形態においては、歯極部３の個数が９個で永久磁石２の磁極数を８としたが、これに限定されるものではない。Ｎを整数として磁極数８Ｎ、歯極数９Ｎとすることもできる。
【００３５】
また、ステータ１は、周方向に隣接す３枚の歯極部３と、この３枚の歯極部３を連結する連結部４と、連結部４に巻回されるコイル５とでセグメント７が構成されている。連結部４は、中央の歯極部３と両側の歯極部３との上に厚み方向に重ねて配置されることで、中央の歯極部３と両側の歯極部３とを連結している。ステータ１をセグメント７同士独立させているのでセグメント間の連結部を必要としない。よって、両端の歯極部３と連結部４の重なる面積を大きくすることができて磁束の漏れが低減できる。仮に、セグメント間の連結部を追加すると、さらに１層の連結部を追加しなければならなくならず、ステータの薄型化が図れない。
【００３６】
また、本実施形態のステータ１は、３つのセグメント７を備えることとしたが、これに限定されるものではない。また、本実施形態においては、セグメント７に設けられた３つの歯極部３の内、中央の歯極部３の幅をその両側の歯極部３の幅よりも大きく形成したが、全ての歯極部３が同等の幅あるいは同等の断面積を有する構造を採用してもよい。
【００３７】
また、連結部４は端部側を歯極部３に重ねてカシメピン９で固定される構成としたが、これに限定されるものではない。たとえば、溶接、レーザー溶接等で接合することができる。
【符号の説明】
【００３８】
１    ステータ
１ａ  第１ステータ部
１ｂ  第２ステータ部
２    永久磁石（磁石）
３    歯極部
４    連結部
５    コイル
６    接続部
７    セグメント
９    カシメピン
１０  発電機（回転電機）
１１  軸受
１２  ロータ
１３  ロータヨーク
１４  回転錘
１５  電子腕時計（電子時計）
１６  時計外装（筐体）
１７  時計モジュール
【図１】
2014060828.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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