(57)【要約】【課題】  ロータに作用するコギングトルクを効果的に低減できる発電装置を提供すること。【解決手段】  指針式電子時計１に用いた小型発電装置２０において、ステータ２２には、ロータ２１のコギングトルクを調整するための内ノッチ２２５Ａ、２２６Ａが形成されている。内ノッチ２２５Ａ、２２６Ａは、ステータ２２および磁心２７を通る第１磁気回路１００と、ステータ２２で磁束が閉じる第２磁気回路１０１とのうち、磁気抵抗が小さい第１磁気回路１００のロータ２１の回転中心における磁束方向を中心とする±４５度の角度範囲内でロータ配置穴２３０の内周縁に形成したので、コギングトルクを効果的に低減できる。このため、計時装置の薄型化などを図るために回転錘やゼンマイなどの部品を小型化しても、ロータの回転起動性を向上でき、小型発電装置での発電効率を向上できる。【選択図】    図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
伝達された回転駆動力によって回転する永久磁石を備えるロータと、該ロータが配置されるロータ配置穴を備えるステータと、該ステータおよび前記ロータと磁気回路を構成する磁心に巻回された発電用コイルとを有する発電装置において、
前記ステータのロータ配置穴の内周縁に内ノッチを形成しない状態で、前記ロータからステータおよび磁心を通ってロータに戻る第１磁気回路の磁気抵抗と、ロータ周辺のステータで磁束が閉じる第２磁気回路の磁気抵抗とを比較し、
第１磁気回路の磁気抵抗が小さい場合には、第１磁気回路の前記ロータの回転中心における磁束方向を中心とする所定の角度範囲内で、前記ステータのロータ配置穴の内周縁に内ノッチを形成し、
第２磁気回路の磁気抵抗が小さい場合には、第２磁気回路の前記ロータの回転中心における磁束方向を中心とする所定の角度範囲内で、前記ステータのロータ配置穴の内周縁に内ノッチを形成して構成されたことを特徴とする発電装置。
【請求項２】
請求項１に記載の発電装置と、該発電装置により発生させた電気エネルギにより時刻表示の駆動が行われる処理装置とを有することを特徴とする計時装置。
【請求項３】
請求項１に記載の発電装置と、該発電装置により発生させた電気エネルギにより作動される処理装置とを有することを特徴とする電子機器。
【請求項４】
伝達された回転駆動力によって回転する永久磁石を備えるロータと、該ロータが配置されるロータ配置穴を備えるステータと、該ステータおよび前記ロータと磁気回路を構成する磁心に巻回された発電用コイルとを有する発電装置のコギングトルクを調整する発電装置のコギングトルク調整方法において、
前記ステータのロータ配置穴の内周縁に内ノッチを形成しない状態で、前記ロータからステータおよび磁心を通ってロータに戻る第１磁気回路の磁気抵抗と、ロータ周辺のステータで磁束が閉じる第２磁気回路の磁気抵抗とを比較し、
第１磁気回路の磁気抵抗が小さい場合には、第１磁気回路の前記ロータの回転中心における磁束方向を中心とする所定の角度範囲内で、前記ステータのロータ配置穴の内周縁に内ノッチを形成し、
第２磁気回路の磁気抵抗が小さい場合には、第２磁気回路の前記ロータの回転中心における磁束方向を中心とする所定の角度範囲内で、前記ステータのロータ配置穴の内周縁に内ノッチを形成することを特徴とする発電装置のコギングトルク調整方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子時計などの電源として用いることのできる発電装置、およびそれを備えた計時装置、電子機器、そのような発電装置のコギングトルク調整方法に関するものである。さらに詳しくは、発電装置におけるコギングトルク（ステップモータでいう無励磁トルク／デテントトルク）の最適化技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
水晶振動子などを時間基準として用いたいわゆる電子時計では、図１に示すように、小型発電装置２０および二次電源３０を備える電源部１０が構成され、この電源部１０によって処理装置１４のステップモータなどを駆動するようになっている。小型発電装置２０には、図２に示すように、伝達された回転駆動力によって回転するロータ２１と、ロータ２１を挟むステータ２２と、ステータ２２およびロータ２１と磁気回路を構成する磁心に巻回された発電用コイル２３とが構成され、ロータ２１に対しては、回転錘２５の回転動作を増速して伝達する発電用輪列６０が構成されている。
【０００３】
無負荷時にロータ２１を所望の位置に停止させるため、ステータ２２には、図１４に示すように、ロータ２１の周囲に一対の磁気飽和部を構成するための外ノッチ２２１、２２２が形成されている。ロータ２１は、磁極Ｎ、Ｓが形成された永久磁石であり、特定の角度位置で停止している状態から、回転錘２５の回転運動が発電用輪列６０を介して伝達されると、磁極Ｎ、Ｓが回転して発電用コイル２３に起電力が発生する。ここで、ロータ２１は、コギングトルクが作用しているため、特定の角度位置（無負荷状態におけるロータ停止位置、以下「無負荷時ロータ停止位置」という）で止まろうとする力を受けている。
【０００４】
従って、回転錘２５（ロータ２１）は、このコギングトルクよりも大きなトルクをロータ２１に伝えてロータ２１を回転させることができるように構成する必要がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、電子時計では、その薄型化を図るために、各部材を小型・薄型化する傾向にあり、小型発電装置２０の回転錘２５も、小型・軽量化される傾向にある。このため、従来の小型発電装置２０のままでは、ロータ２１に作用するコギングトルクの大きさが変わらないにも係わらず、回転錘２５が小型・軽量化されると、その分だけ、回転錘２５が回転しにくくなって、二次電源３０を充電できなくなるという問題点がある。
【０００６】
さらに、ゼンマイ等の機械的エネルギを用いて発電機のロータを回転させる発電機もあるが、この場合にも、ゼンマイ等を小型化すると、ロータが回転しにくくなって、二次電源を充電できなくなるという同様の問題点がある。
従って、回転錘２５やゼンマイ等が小型化されても、ロータが容易に回転するように、コギングトルクをできるだけ小さくすることが求められていた。
【０００７】
本発明の目的は、ロータに作用するコギングトルクを効果的に低減でき、それによって、ロータの回転起動性を向上して効率よく発電することができる発電装置およびそれを備えた計時装置および電子機器、さらには発電装置のコギングトルク調整方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の発電装置は、伝達された回転駆動力によって回転する永久磁石を備えるロータと、該ロータが配置されるロータ配置穴を備えるステータと、該ステータおよび前記ロータと磁気回路を構成する磁心に巻回された発電用コイルとを有する発電装置において、前記ステータのロータ配置穴の内周縁に内ノッチを形成しない状態で、前記ロータからステータおよび磁心を通ってロータに戻る第１磁気回路（主磁気回路）の磁気抵抗と、ロータ周辺のステータで磁束が閉じる第２磁気回路（他の磁気回路）の磁気抵抗とを比較し、第１磁気回路の磁気抵抗が小さい場合には、第１磁気回路の前記ロータの回転中心における磁束方向を中心とする±４５度の角度範囲内で、前記ステータのロータ配置穴の内周縁に内ノッチを形成し、第２磁気回路の磁気抵抗が小さい場合には、第２磁気回路の前記ロータの回転中心における磁束方向を中心とする±４５度の角度範囲内で、前記ステータのロータ配置穴の内周縁に内ノッチを形成して構成されたことを特徴とするものである。
【０００９】
なお、本発明において、内ノッチとしては、ロータ配置穴の内周面に形成された切り欠きに限らず、ロータ配置穴の内周縁の一部分を凹ませたもの（ステータの一部の肉厚を薄くしたもの）でもよいし、ロータ配置穴の内周縁の近傍に形成された穴（ステータを厚さ方向に貫通する穴）でもよい。要するに、内ノッチとしては、前記ロータとロータ配置穴の内周縁とのギャップを部分的に拡張したり、磁気回路内に貫通穴を設けて、磁気回路の磁気抵抗を調整できるものであればよい。
【００１０】
また、第１磁気回路は、例えば、前記ステータがロータ配置穴部分で２分割されている場合には、ロータ（磁石）を始点とすると、一方のステータから磁心を通って他方のステータから元のロータに戻るように形成される。同様に、２分割されていない一体のステータの場合も、ロータを始点とすると、ロータの一方の側のステータから磁心を通って他方の側のステータから元のロータに戻るように形成される。
【００１１】
また、第２磁気回路の前記ロータの回転中心における磁束方向（以下、単に第２磁気回路方向と呼ぶことがある）とは、ロータ周辺のステータで磁束が閉じる第２磁気回路がロータの回転中心を通る方向であり、通常は、第１磁気回路の前記ロータの回転中心における磁束方向（以下、単に第１磁気回路方向と呼ぶことがある）に対して直交する方向となる。
【００１２】
ロータには、メインとなる第１磁気回路によるコギングトルクと、ロータ周囲で磁束が閉じる第２磁気回路によるコギングトルクとが作用する。ここで、通常は、各磁気回路はロータ部分においては直交するため、磁束密度が高くなって強い磁気吸引力をロータに作用させる磁気回路、つまり磁気抵抗が小さい磁気回路による作用が大きく影響する。従って、磁気抵抗が小さい磁気回路の磁路中に内ノッチを形成し、ロータおよびステータ間の間隙を大きくして磁気抵抗を増加させれば、ロータに働く磁気吸引力つまりはコギングトルクが低減する。従って、機器の薄型化などによって回転錘やゼンマイ等が小型・軽量化されても、発電、および二次電源への充電を効率よく行うことができる。さらに、ゼンマイを用いた場合には、ロータの起動トルクが小さくなるため、同じ大きさのゼンマイを用いた場合には、ゼンマイの持続時間を長くでき、発電装置をより長時間作動させることができる。
【００１３】
なお、前記内ノッチの形成位置が磁気抵抗が小さい第１または第２の磁気回路方向に対して±４５度超えると、その内ノッチによっては磁気抵抗が小さい第１または第２の磁気回路の磁気抵抗を高めることができず、結果としてコギングトルクも低減できないため、少なくとも磁気抵抗が小さい磁気回路方向を中心とする±４５度の角度範囲内に内ノッチを形成する必要がある。
【００１４】
また、本発明の発電装置は、伝達された回転駆動力によって回転する永久磁石を備えるロータと、該ロータが配置されるロータ配置穴を備えるステータと、該ステータおよび前記ロータと磁気回路を構成する磁心に巻回された発電用コイルとを有する発電装置において、前記ステータのロータ配置穴の内周縁に内ノッチを形成しない状態で、前記ロータからステータおよび磁心を通ってロータに戻る第１磁気回路の磁気抵抗が、ロータ周辺のステータで磁束が閉じる第２磁気回路の磁気抵抗よりも小さくなるように構成されるとともに、第１磁気回路の前記ロータの回転中心における磁束方向を中心とする±４５度の角度範囲内で、前記ステータのロータ配置穴の内周縁に内ノッチが形成されていることを特徴とするものでもよい。
【００１５】
さらに、本発明の発電装置は、伝達された回転駆動力によって回転する永久磁石を備えるロータと、該ロータが配置されるロータ配置穴を備えるステータと、該ステータおよび前記ロータと磁気回路を構成する磁心に巻回された発電用コイルとを有する発電装置において、前記ステータのロータ配置穴の内周縁に内ノッチを形成しない状態で、前記ロータからステータおよび磁心を通ってロータに戻る第１磁気回路の磁気抵抗が、ロータ周辺のステータで磁束が閉じる第２磁気回路の磁気抵抗よりも大きくなるように構成されるとともに、第２磁気回路の前記ロータの回転中心における磁束方向を中心とする±４５度の角度範囲内で、前記ステータのロータ配置穴の内周縁に内ノッチが形成されていることを特徴とするものでもよい。
【００１６】
これらの発電装置においても、２つの磁気回路のうち、磁気抵抗の小さい磁気回路の磁路上に内ノッチを形成することで、ロータに作用するコギングトルクを効果的に低減でき、機器の薄型化などによって回転錘やゼンマイ等が小型・軽量化されても、発電、および二次電源への充電を効率よく行うことができる。
【００１７】
ここで、前記内ノッチは、第１磁気回路の前記ロータの回転中心における磁束方向または第２磁気回路の前記ロータの回転中心における磁束方向を中心とする±１０度の角度範囲内に形成されていることが望ましい。このようにすれば、より広い角度範囲にある場合に比べてコギングトルク低減効果を一層高めることができる。
【００１８】
さらに、前記内ノッチは、第１磁気回路の前記ロータの回転中心における磁束方向または第２磁気回路の前記ロータの回転中心における磁束方向上に形成されていることが好ましい。このようにすれば、コギングトルク低減効果を最大とすることができる。そして、このような効果的なコギングトルクの低減により、その分、内ノッチのサイズも小さくできる。
【００１９】
本発明の発電装置は、伝達された回転駆動力によって回転する永久磁石を備えるロータと、該ロータが配置されるロータ配置穴を備えるステータと、該ステータおよび前記ロータと磁気回路を構成する磁心に巻回された発電用コイルとを有する発電装置において、前記ステータのロータ配置穴の内周縁に凸部を形成しない状態で、前記ロータからステータおよび磁心を通ってロータに戻る第１磁気回路の磁気抵抗と、ロータ周辺のステータで磁束が閉じる第２磁気回路の磁気抵抗とを比較し、第１磁気回路の磁気抵抗が大きい場合には、第１磁気回路の前記ロータの回転中心における磁束方向を中心とする±４５度の角度範囲内で、前記ステータのロータ配置穴の内周縁にロータに向かって突出する凸部を形成し、第２磁気回路の磁気抵抗が大きい場合には、第２磁気回路の前記ロータの回転中心における磁束方向を中心とする±４５度の角度範囲内で、前記ステータのロータ配置穴の内周縁にロータに向かって突出する凸部を形成して構成されたものでもよい。
【００２０】
本発明において、凸部としては、前記ロータとロータ配置穴の内周縁とのギャップを部分的に縮小して、磁気回路の磁気抵抗を調整できるものであればよい。
【００２１】
ロータには、メインとなる第１磁気回路によるコギングトルクと、ロータ周囲で磁束が閉じる第２磁気回路によるコギングトルクとが作用する。ここで、通常は、各磁気回路はロータ部分においては直交し、これらの磁束密度のバランスつまり各磁気回路の磁気抵抗のバランスによる作用が大きく影響する。従って、磁気抵抗が大きい磁気回路の磁路中に凸部を形成し、ロータおよびステータ間の間隙を小さくして磁気抵抗を減少させれば、他の磁気回路との磁気抵抗バランスが改善され、ロータに働く磁気吸引力つまりはコギングトルクが全体として低減する。従って、機器の薄型化などによって回転錘やゼンマイ等が小型・軽量化されても、発電、および二次電源への充電を効率よく行うことができる。さらに、ゼンマイを用いた場合には、ロータの起動トルクが小さくなるため、同じ大きさのゼンマイを用いた場合には、ゼンマイの持続時間を長くでき、発電装置をより長時間作動させることができる。
【００２２】
なお、前記凸部の形成位置も内ノッチの場合と同様に、第１および第２の磁気回路のうち少なくとも磁気抵抗が大きい何れかのロータの回転中心における磁束方向を中心とする±４５度の角度範囲内に形成する必要がある。この角度範囲はコギングトルクの低減効果を考慮すると±１０度の範囲内とすることが好ましく、前記磁束方向上とすればこの効果を最大とすることができる。
【００２３】
発電装置としては、利用者の体動に連動して回転する回転錘と、該回転錘の回転を前記ロータに伝達することにより該ロータを回転させる発電用輪列とを備えているものでもよい。
【００２４】
ロータを回転させる回転駆動力は、例えば、ゼンマイ、ゴム、スプリング、重錘等の機械的エネルギ源から供給されるものでもよいが、利用者の体動に連動して回転する回転錘を用いれば、腕時計のように利用者が身につけているだけで、意識することなくロータを回転させることができ、利便性が高い。
【００２５】
本発明の計時装置は、前記発電装置と、該発電装置により発生させた電気エネルギにより時刻表示の駆動が行われる処理装置とを有することを特徴とするものである。
【００２６】
前記発電装置を備えた計時装置であれば、ロータに作用するコギングトルクを効果的に低減でき、機器の薄型化などによって回転錘やゼンマイ等が小型・軽量化されても、発電、および二次電源への充電を効率よく行うことができるため、特に腕時計などの小型の計時装置にも適用することができる。
【００２７】
本発明の電子機器は、前記発電装置と、該発電装置により発生させた電気エネルギにより作動される処理装置とを有することを特徴とするものである。このような電子機器としては、例えば、携帯電話、ＰＨＳ（簡易型携帯電話）、自動車や家屋等のキー（ライトやキーレスエントリー等の処理装置を含むキー）、ラジオ、パーソナルコンピュータ、電卓、ＩＣカード等が利用できる。特に、本発明は、小型で携帯に適した電子機器に適用できる。
【００２８】
本発明の発電装置のコギングトルク調整方法は、伝達された回転駆動力によって回転する永久磁石を備えるロータと、該ロータが配置されるロータ配置穴を備えるステータと、該ステータおよび前記ロータと磁気回路を構成する磁心に巻回された発電用コイルとを有する発電装置のコギングトルクを調整する発電装置のコギングトルク調整方法において、前記ステータのロータ配置穴の内周縁に内ノッチを形成しない状態で、前記ロータからステータおよび磁心を通ってロータに戻る第１磁気回路の磁気抵抗と、ロータ周辺のステータで磁束が閉じる第２磁気回路の磁気抵抗とを比較し、第１磁気回路の磁気抵抗が小さい場合には、第１磁気回路の前記ロータの回転中心における磁束方向を中心とする±４５度の角度範囲内で、前記ステータのロータ配置穴の内周縁に内ノッチを形成し、第２磁気回路の磁気抵抗が小さい場合には、第２磁気回路の前記ロータの回転中心における磁束方向を中心とする±４５度の角度範囲内で、前記ステータのロータ配置穴の内周縁に内ノッチを形成することを特徴とするものである。
【００２９】
また、本発明の発電装置のコギングトルク調整方法は、伝達された回転駆動力によって回転する永久磁石を備えるロータと、該ロータが配置されるロータ配置穴を備えるステータと、該ステータおよび前記ロータと磁気回路を構成する磁心に巻回された発電用コイルとを有する発電装置のコギングトルクを調整する発電装置のコギングトルク調整方法において、前記ステータのロータ配置穴の内周縁に凸部を形成しない状態で、前記ロータからステータおよび磁心を通ってロータに戻る第１磁気回路の磁気抵抗と、ロータ周辺のステータで磁束が閉じる第２磁気回路の磁気抵抗とを比較し、第１磁気回路の磁気抵抗が大きい場合には、第１磁気回路の前記ロータの回転中心における磁束方向を中心とする±４５度の角度範囲内で、前記ステータのロータ配置穴の内周縁にロータに向かって突出する凸部を形成し、第２磁気回路の磁気抵抗が大きい場合には、第２磁気回路の前記ロータの回転中心における磁束方向を中心とする±４５度の角度範囲内で、前記ステータのロータ配置穴の内周縁にロータに向かって突出する凸部を形成することを特徴とするものでもよい。
【００３０】
これらの本発明の発電装置のコギングトルク調整方法において、ロータおよびステータ等の構成は前述した発電装置について説明した通りであり、内ノッチおよび凸部についても同様である。
これにより、本発明のコギングトルク調整方法においても、コギングトルクを効果的に低減できる。
【発明の効果】
【００３１】
以上説明したように、本発明に係る発電装置、計時装置および電子機器、発電装置のコギングトルク調整方法では、ステータにはロータに作用するコギングトルクを調整するために、第１磁気回路および第２磁気回路のうち、磁気抵抗が小さい磁気回路の方向を中心とする±４５度の角度範囲内でロータ配置穴の内周縁に内ノッチ等の磁気抵抗調整手段を形成したので、コギングトルクを大幅に低減することができる。このため、計時装置の薄型化などを図るために回転錘やゼンマイなどの部品を小型化しても、ロータの回転起動性を向上でき、小型発電装置での発電を効率よく行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
添付図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
【００３３】
［全体構成］
図１は、本発明を適用した発電装置を備える電子機器の概要を示してある。
本発明に係る計時装置１では、小型の発電装置２０と、そこから出力されていく交流電流を整流するための整流回路１１と、この整流回路１１で整流された電流を蓄積する蓄電回路１２とによって電源部１０が構成されている。また、計時装置１には、発電装置２０で得られた電気エネルギによって計時および時刻表示などの駆動が行われる処理装置１４が構成されている。
【００３４】
処理装置１４は、時計部を駆動したり、アラーム処理を行うなどの計時処理の他に、ラジオ、ページャ、あるいはパソコンなどの機能を備えているものであってもよい。蓄電回路１２にはコンデンサを用いているが、二次電池などの電力蓄積能力を備えた二次電源３０であればよい。整流回路１１は、ダイオード１１３を用いた全波整流回路に限定されず半波整流回路であってもよく、インバータなどを用いた整流回路であってもよい。
【００３５】
以下の説明では、処理装置１４として指針式の電子時計部を備えた携帯用計時装置（腕時計）を例に説明する。なお、発電装置２０の各構成部分のうち、従来の発電装置と共通する機能を有する部分については、同一符合を付して説明する。
【００３６】
図２において、本発明の計時装置１に構成した電子時計部は、指針表示式のアナログ水晶腕時計であり、回路基板３１上の水晶振動子３２から送出された信号に基づいて、ステップモータ４０が駆動されるようになっている。ステップモータ４０は、２極に着磁された永久磁石製のモータ用ロータ４２と、このモータ用ロータ４２が配置される筒状のロータ配置穴４３０を有するモータ用ステータ４３と、コイル４１を巻いた磁心４４からなるコイルブロックとから構成されている。
【００３７】
モータ用ロータ４２には、かなを介して、五番車５１、四番車５２、三番車５３、二番車５４、日の裏車５５、筒車５６からなる時計用輪列５０が接続され、そのうち、四番車５２の軸の先端には秒針１６１が固定されている。二番車５４の円筒軸の先端には分針１６２が固定されている。また、筒車５６の円筒軸の先端には、時針１６３が固定されている。ここで、モータ用ロータ４２から四番車５２までの減速比は、１／３０に設定されている。秒針１６１は、モータ用ロータ４２が１秒おきに１８０°ずつ間欠的に回転することによって６°ずつ間欠的に回転するように構成されている。
【００３８】
［電源部の小型発電装置の構成］
ステップモータ４０を駆動するための電源部１０は、小型発電装置２０および二次電源３０（キャパシタ）によって大略構成されている。小型発電装置２０は、指針式電子時計１を嵌めた腕を動かしたときに発電するように、腕の動きによって回転する片重りの回転錘２５と、この回転錘２５から運動エネルギを受けて回転するロータ２１と、ロータ２１を挟むステータ２２と、このステータ２２およびロータ２１と磁気回路を構成する磁心２７に巻回された発電用コイル２３とから構成されている。回転錘２５とロータ２１は、回転錘２５の回転動作を増速して伝達する発電用輪列６０によって機構的に接続されており、この発電用輪列６０は、回転錘２５と一体に形成された歯車６１と、この歯車６１と噛み合うかな部を備える伝え車６２とから構成されている。
【００３９】
図３に示すように、ステータ２２にはロータ２１を配置するためのロータ配置穴２３０が形成されている。そして、ステータ２２および磁心２７を通る第１磁気回路（主磁気回路）１００は、ロータ２１を通してループ状に形成されている。すなわち、第１磁気回路１００は、ロータ２１を始点とすると、ロータ２１の一方の側のステータ２２から磁心２７を通って他方の側のステータ２２から元のロータ２１に戻るように形成されている。
【００４０】
ステータ２２において、ロータ２１の回転中心Ｏに対して、前記第１磁気回路１００と直交する方向に位置するステータ側端縁の２か所には、ロータ２１の周囲に一対の磁気飽和部を構成するための外ノッチ２２１、２２２が形成されている。
【００４１】
ロータ２１は円柱状を有し、周方向を二分割するような２つの磁極Ｎ、Ｓを備えた永久磁石であり、回転錘２５の回転が伝達されると、磁極Ｎ、Ｓが回転するので、発電用コイル２３から誘導起電力を得ることができ、二次電源３０を充電することができる。
【００４２】
ここで、ロータ２１には、前記第１磁気回路１００と、ロータ２１周辺のステータ２２で磁束が閉じる第２磁気回路１０１とによってコギングトルクが作用しているため、特定の角度位置（無負荷時ロータ停止位置）で停止しようとする力を受けている。
【００４３】
なお、ロータ２１は、腕の動きに伴って回転する回転錘２５からのトルクによって回転する。但し、回転錘２５は、指針式電子時計１の薄型化に伴って小型・軽量化される傾向にあるため、従来の小型発電装置のままで回転錘２５を小型・軽量化すると、ロータ２１に作用するコギングトルクの大きさが変わらないのに対し、回転錘２５からのトルクが小さくなるため、ロータ２１の回転起動性が低下する。
【００４４】
［第１実施形態］
そこで、本実施形態では、図３を参照して説明するように、ステータ２２にコギングトルク調整用の内ノッチ２２５Ａ、２２６Ａを設けることにより、コギングトルクを低減し、効率の良い発電装置としている。
【００４５】
本実施形態では、内ノッチ２２５Ａ、２２６Ａを形成しない状態で、図３に一点鎖線で示すロータ２１からステータ２２、磁心２７、ステータ２２を通りロータ２１に戻る第１磁気回路１００の磁気抵抗に比べて、図３に二点鎖線で示すロータ２１周辺のステータ２２およびロータ２１を通りこのステータ２２部分で磁束が閉じる第２磁気回路１０１の磁気抵抗が大きくなるように、各ステータ２２や磁心２７の材質、各ステータ２２および磁心２７の接合部の面積や隙間寸法などが設定されている。
【００４６】
なお、上記各磁気回路１００，１０１の大小は、特に、ステータ２２および磁心２７の接合部の隙間の有無やその大きさで調整できる。
【００４７】
また、ロータ２１、ステータ２２、磁心２７の材質は、適宜設定すればよく、例えば、ロータ２１としてはサマリウムコバルト焼結磁石等の各種の永久磁石等が利用でき、ステータ２２や磁心２７としてはパーマロイ材（ＰＢ材）、パーマロイ材（ＰＣ材）等が利用できる。
【００４８】
本実施形態では、ロータ２１は、永久磁石の磁極Ｎ、Ｓが第１磁気回路方向に静止する方向（図３の矢印１００Ａで示される第１磁気回路方向）、つまり本実施形態においては、磁極Ｎ、Ｓが外ノッチ２２１、２２２を結ぶ方向に対して直交する方向に引き止められるコギングトルクを受けている。このようにしてロータ２１がコギングトルクにより引き止められる位置が無負荷時ロータ停止位置である。
【００４９】
本実施形態では、このようなコギングトルクを低減することを目的に、ロータ配置穴２３０の内周縁で凹むコギングトルク調整用の内ノッチ２２５Ａ、２２６Ａが形成されている。具体的には、内ノッチ２２５Ａ、２２６Ａは、ロータ２１の回転中心から内ノッチ２２５Ａ、２２６Ａに向かう方向が、前記矢印１００Ａの方向（第１磁気回路方向）を中心として±４５度の角度範囲内、より具体的には、第１磁気回路方向上に形成されている。なお、実際には製造誤差等により、約±５度の角度範囲内程度の触れ幅が生じることがある。
【００５０】
コギングトルク調整用の内ノッチ２２５Ａ、２２６Ａは、台形状や三角形状に凹む切り欠き等でもよく、その形状は限定されないが、ここではロータ配置穴２３０の内周縁で半円形状に凹む切り欠きとして形成されている。
【００５１】
なお、ロータ２１に作用するコギングトルクの低減度合いは、コギングトルク調整用の内ノッチ２２５Ａ、２２６Ａの形成位置、大きさ、形状などによって調整することができる。
【００５２】
従って、通常は、図３や図４（ａ）に模式的に示すように、第１磁気回路方向１００Ａに沿って、各内ノッチ２２５Ａ、２２６Ａを形成することが好ましいが、図４（ｂ）に示すように、ロータ２１の回転中心Ｏを中心として、第１磁気回路方向１００Ａに対して所定角度（例えば２０°）だけ、図面に向かって時計周りの方向（ＣＷの方向）に第１のコギングトルク調整用の内ノッチ２２５Ａを形成し、この内ノッチに対して、１８０°の角度をなす位置に第２のコギングトルク調整用の内ノッチ２２６Ａを形成してもよい。
【００５３】
また、図４（ｃ）に示すように、ロータ２１の回転中心Ｏを中心として、第１磁気回路方向１００Ａに対して所定角度（例えば２０°）だけ時計周りの方向（ＣＷの方向）に第２のコギングトルク調整用内ノッチ２２６Ａを形成し、この内ノッチの形成位置から、１４０°だけ時計周りの方向に第１のコギングトルク調整用内ノッチ２２５Ａを形成してもよい。
【００５４】
要するに、ロータ２１の回転中心Ｏを中心Ｏとして、前記第１磁気回路方向１００Ａに対して、±４５°の角度範囲内に内ノッチ２２５Ａ、２２６Ａを形成すればよく、例えば、第１磁気回路方向１００Ａに対して、±４５度、±３０度、±２０度、±１０度、±０度等に設定すればよい。特に、コギングトルクを効果的に調整できる点で、この角度はできるだけ小さいほうが好ましい。
【００５５】
このような内ノッチ２２５Ａ、２２６Ａを形成すると、その部分においてはロータ２１およびステータ２２間の隙間が大きくなる。このため、第２磁気回路１０１に比べて磁気抵抗が小さかった第１磁気回路１００の磁気抵抗を大きくでき、その分、ロータ２１に働くコギングトルクが低減する。
【００５６】
（本実施形態の主な効果）
このような本実施形態によれば、第１磁気回路１００、第２磁気回路１０１のうち、磁気抵抗が小さな第１磁気回路１００のロータ２１回転中心における磁束方向（第１磁気回路方向）１００Ａに沿って、内ノッチ２２５Ａ、２２６Ａを形成したので、ロータ２１に働くコギングトルクを効果的に低減できる。
【００５７】
このため、本例の小型発電装置２０では、小型化したため回転錘２５のアンバランス量も小さくなるが、ロータ２１に作用するコギングトルクも低減できるので、ロータ２１の回転起動性を向上でき、腕の僅かな動きでもロータ２１を回転させることができて効率のよい発電システムが可能となる。
【００５８】
また、コギングトルクを低減、調整する程度は、コギングトルク調整用内ノッチ２２５Ａ、２２６Ａの形成位置、大きさ、形状によって調整することができるので、本例の指針式電子時計１では、それを薄型化するために回転錘２５を小型・軽量化しても、それに見合う数、位置、大きさ、または形状のコギングトルク調整用の内ノッチ２２５Ａ、２２６Ａを形成するだけで、小型発電装置２０での発電、および二次電源３０への充電を効率よく行うことができる。
【００５９】
［第２実施形態］
以下に、本発明の第２実施形態を、図５、６を参照して説明する。
なお、以下の実施形態および変形例において、前記第１実施形態と同一もしくは同様の構成部品については、同一の符号を用い、説明を省略あるいは簡略する。
【００６０】
本実施形態では、内ノッチ２２５Ａ、２２６Ａを形成しない状態で、図５に一点鎖線で示すステータ２２から磁心２７を通りステータ２２に戻る第１磁気回路１００の磁気抵抗に比べて、二点鎖線で示すロータ２１周辺のステータ２２で磁束が閉じる第２磁気回路１０１の磁気抵抗が小さくなるように、各ステータ２２や磁心２７の材質、各ステータ２２および磁心２７の接合部の面積や隙間寸法などが設定されている。
【００６１】
このため、ロータ２１は、永久磁石の磁極Ｎ、Ｓが第２磁気回路方向に静止する方向（図５の矢印１０１Ａで示される第２磁気回路方向であり、第１磁気回路方向１００Ａに直交する方向）、つまり本実施形態においては、磁極Ｎ、Ｓが外ノッチ２２１、２２２を結ぶ方向に引き止められるコギングトルクを受けている。このようにしてロータ２１がコギングトルクにより引き止められる位置が本実施形態における無負荷時ロータ停止位置である。
【００６２】
本実施形態では、このようなコギングトルクを低減することを目的に、ロータ配置穴２３０の内周縁で凹むコギングトルク調整用の内ノッチ２２５Ａ、２２６Ａが形成されている。具体的には、内ノッチ２２５Ａ、２２６Ａは、ロータ２１の回転中心Ｏから内ノッチ２２５Ａ、２２６Ａに向かう方向が、前記矢印１０１Ａの方向（第２磁気回路方向）を中心として±４５度の角度範囲内、より具体的には、第２磁気回路方向上に形成されている。なお、実際には製造誤差等により、約±５度の角度範囲内程度の触れ幅が生じることがある。
【００６３】
また、本実施形態においても、通常は、図５に示すように、第２磁気回路方向１０１Ａに沿って、各内ノッチ２２５Ａ、２２６Ａを形成することが好ましいが、図６（ａ）に示すように、ロータ２１の回転中心Ｏを中心として、第２磁気回路方向１０１Ａに対して所定角度（例えば２０°）だけ、図面に向かって時計周りの方向（ＣＷの方向）に第１のコギングトルク調整用内ノッチ２２５Ａを形成し、この内ノッチに対して、１８０°の角度をなす位置に第２のコギングトルク調整用の内ノッチ２２６Ａを形成してもよい。
【００６４】
また、図６（ｂ）に示すように、ロータ２１の回転中心Ｏを中心として、第２磁気回路方向１０１Ａに対して所定角度（例えば２０°）だけ時計周りの方向（ＣＷの方向）に第１のコギングトルク調整用内ノッチ２２５Ａを形成し、この内ノッチの形成位置から、所定角度（例えば１４０°）だけ時計周りの方向に第２のコギングトルク調整用内ノッチ２２６Ａを形成してもよい。
【００６５】
このような内ノッチ２２５Ａ、２２６Ａを形成すると、その部分においてはロータ２１およびステータ２２間の隙間が大きくなるため、第１磁気回路１００に比べて磁気抵抗が小さい第２磁気回路１０１の磁気抵抗を大きくでき、その分、ロータ２１に働くコギングトルクが低減する。
【００６６】
このような本実施形態においても、前記第１実施形態と同じ作用効果を奏することができる。
【００６７】
なお、本発明は、前記各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他の構成も含み、以下に示すような変形例なども本発明に含まれる。
【００６８】
例えば、コギングトルク調整用内ノッチ２２５Ａ、２２６Ａの形状については、半円形状に限らず、図６（ａ），（ｂ）に示すような台形状、あるいは略三角状形、略四角形状、さらにはそれ以上の多角形状でもよい。なお、内ノッチの形状を、図６に示すような台形や四角形状などにすれば、一定の角度範囲にわたってノッチの奥行き寸法が一定の部分があるため、ステータ２２における内ノッチの形成位置が多少ずれたとしても、そのずれ量がコギングトルクに大きな影響を及ぼさないので、コギングトルクを安定して調整できるという利点がある。
【００６９】
また、内ノッチとしては、図７に示すように、ロータ配置穴２３０の内周縁の一部に凹み２４０を設けてステータ２２の肉厚を薄くすることで内ノッチとしてもよいし、図８に示すように、ロータ配置穴２３０の内周縁の近傍に、ステータ２２の厚さ方向に貫通する穴２５０を形成して内ノッチとしてもよい。要するに、内ノッチとしては、前記ロータ２１とロータ配置穴２３０の内周縁とのギャップを部分的に拡張したり、磁気回路内に貫通穴を設けて、磁気回路１００，１０１の磁気抵抗を調整できるものであればよい。
【００７０】
さらに、本発明は、前記各実施形態のように内ノッチを形成して各磁気回路１００，１０１の磁気抵抗のバランスを調整するものに限らず、図９に示すように、凸部２６０を形成することで磁気抵抗のバランスを調整してもよい。すなわち、各磁気回路１００，１０１の磁気抵抗は、ロータ２１とステータ２２とのギャップの間隙寸法によって調整される。従って、前記各実施形態のように、磁気抵抗の小さい磁気回路の方向に内ノッチを形成して、他方の回路に対して相対的に磁気抵抗を増加させてバランスを取る代わりに、磁気抵抗の大きい磁気回路の方向に凸部２６０を形成して、他方の回路に対して相対的に磁気抵抗を減少させて磁気抵抗バランスを調整してもよい。すなわち、磁気抵抗の大きい磁気回路の方向に凸部２６０を形成することは、前記実施形態のように、磁気抵抗の小さい磁気回路の方向に内ノッチを形成することと、各磁気回路の磁気抵抗の差を小さくしてバランスを調整する点で同じ効果がある。従って、このように凸部２６０を形成することによっても前記各実施形態と同じ作用効果を奏することができる。
【００７１】
また、前記各実施形態では、ステータ２２は一体型のもので説明したが、ロータ２１を挟むように配置された２枚のステータ材からなる２体ステータを用いてもよく、この場合にも、第１磁気回路１００および第２磁気回路１０１で、磁気抵抗が小さい方に内ノッチを形成すればよい。
【００７２】
さらにまた、いずれの形態でも、ロータ２１を回転錘２５によって回転させる自動巻きタイプを説明したが、ロータ２１を竜頭などによって回転させる手動巻きタイプに適用してもよい。かかる手動巻きタイプにおいて、ロータ２１に対するコギングトルクを低減した場合には、小さな竜頭でも効率よく発電できるという利点がある。
【００７３】
また、ゼンマイ、ゴム、スプリング、重錘等の機械的エネルギ源からの機械的エネルギを、輪列（歯車）、摩擦車、ベルト及びプーリ、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、カムなどの機械的エネルギ伝達装置を介して伝達してロータ２１を回転してもよい。
【００７４】
また、内ノッチの数、所定範囲内における位置、大きさ、または形状については、コギングトルクを調整する度合いに応じて最適な条件に設定されるべき性質のものであり限定がない。従って、内ノッチについては１つだけ形成される場合もある。
【００７５】
さらに、内ノッチは、前述のように、第１磁気回路１００および第２磁気回路１０１の各磁気抵抗の大きさによって形成位置が異なるが、この磁気抵抗は通常、小型発電装置２０の設計によって異なり、同一設計の小型発電装置２０においては共通する。このため、設計時あるいは試作時に内ノッチの形成位置を検証して設定し、その後は同一の小型発電装置２０を製造する限りにおいて、同じ位置に内ノッチを形成すればよい。
【００７６】
また、本発明の計時装置は、腕時計に限らず、置き時計、クロック等の各種時計や、時計機能以外に携帯電話機、ページャ、電卓、携帯用パーソナルコンピュータ、携帯ラジオ等の機能を有するものでもよい。
【００７７】
さらに、本発明の発電装置は、計時装置に組み込まれるものに限らず、携帯型の血圧計、携帯電話機、ＰＨＳ、ページャ、万歩計、電卓、ノートパソコン等のパーソナルコンピュータ、電子手帳、ＰＤＡ（小型情報端末、「Personal Digital Assistant」）、携帯ラジオ、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にも適用することができる。要するに電力を消費する電子機器であれば広く適用できる。特に、ロータ２１に作用するコギングトルクを低減できるため、回転錘２１やゼンマイ等も小型化できて非常に小型の発電装置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。このような携帯用の電子機器では、従来、乾電池や充電器が用いられていたが、本発明の発電装置を組み込めば、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、回転錘やゼンマイを組み込むことで、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。
【実施例１】
【００７８】
次に、本発明の効果を確認するために行った実施例について説明する。
本実施例は、前記第１，２実施形態の発電装置２０を用い、内ノッチ２２５Ａ，２２６Ａの有無によるコギングトルク（引きトルク）の変化を有限要素法３次元解析によって確認したものである。
【００７９】
なお、ロータ２１としては、最大エネルギ積が３２ＭＧＯe（国際単位系に換算すると２５４．７ＫＪ／ｍ３）であり、かつ直径１．８ｍｍ、厚み０．４ｍｍの円板状のサマリウムコバルト焼結磁石を用いた。また、ステータ２２としては、最大透磁率４０００００、飽和磁束密度０．７４Ｔのパーマロイ材（ＰＣ材）を用い、磁心２７としては、最大透磁率５００００、飽和磁束密度１．５Ｔのパーマロイ材（ＰＢ材）を用いた。
【００８０】
なお、合わせて、ステータ２２および磁心２７の接合部の隙間による影響を検証するため、その接合部に１０μｍの隙間がある場合と、無い場合とでのコギングトルクの変化に関しても解析した。
【００８１】
以上の条件での解析結果を図１０〜図１２のグラフに示す。なお、本グラフにおいて、回転角は、磁石（ロータ２１）の磁極が外ノッチ方向（主磁路方向に対して直交する方向）を向いた時を０deg としている。図１０に示すデータ２０１は、内ノッチを形成しない場合において、ステータ２２および磁心２７の接合部に隙間が無い場合のコギングトルクを表し、データ２０２は、内ノッチを形成しない場合において、ステータ２２および磁心２７の接合部に１０μｍの隙間が有る場合のコギングトルクを表す。
【００８２】
図１０から明らかなように、磁石（ロータ２１）の無負荷時ロータ停止位置は、コギングトルクが正の値から負の値に変化する変化点となるため、データ２０１の場合には、回転角９０°の位置つまり前記第１実施形態と同様に、外ノッチ方向に対して直交する方向（第１磁気回路方向１００Ａ）が無負荷時ロータ停止位置となる。
【００８３】
一方、データ２０２の場合には、回転角１８０°の位置つまり第２実施形態と同様に、外ノッチ方向に沿った方向（第２磁気回路方向１０１Ａ）が無負荷時ロータ停止位置となる。つまり、ステータ２２や磁心２７の材質、形状などが同一であっても、ステータ２２および磁心２７の接合部の隙間の有無のみで、無負荷時ロータ停止位置が９０°変化することが分かった。
【００８４】
また、図１１に示すデータ２０３は、図３に示すように、第１磁気回路方向１００Ａ上に直径２００μｍの内ノッチ２２５Ａ、２２６Ａを形成し、かつステータ２２および磁心２７の接合部に隙間が無い場合のコギングトルクを表している。
【００８５】
さらに、図１２に示すデータ２０４は、図５に示すように、第２磁気回路方向１０１Ａ上に直径２００μｍの内ノッチ２２５Ａ、２２６Ａを形成し、かつステータ２２および磁心２７の接合部に１０μｍの隙間が有る場合のコギングトルクを表している。
【００８６】
そして、図１１から明らかなように、第１磁気回路方向が無負荷時ロータ停止位置の場合（データ２０１）、つまり第１磁気回路１００の磁気抵抗が、第２磁気回路１０１の磁気抵抗よりも小さい場合には、ロータ配置穴２３０における第１磁気回路方向１００Ａに内ノッチ２２５Ａ、２２６Ａを形成することで、コギングトルクを大幅に低減できる。例えば、データ２０１に示す内ノッチが形成されていない状態でのコギングトルクのピーク値が１．４×１０−７（Ｎ・ｍ）であるのに対し、データ２０３に示す内ノッチ２２５Ａ、２２６Ａを形成した場合のコギングトルクのピーク値は１．０×１０−８（Ｎ・ｍ）と内ノッチが無い場合の１／１４以下程度に激減することができた。
【００８７】
同様に、図１２に示すように、第２磁気回路方向が無負荷時ロータ停止位置の場合（データ２０４）、つまり第２磁気回路１０１の磁気抵抗が、第１磁気回路１００の磁気抵抗よりも小さい場合には、ロータ配置穴２３０における第２磁気回路方向１０１Ａに内ノッチ２２５Ａ、２２６Ａを形成することで、コギングトルクを大幅に低減できる。
【００８８】
これにより、本発明のように、磁気抵抗が小さい磁気回路がロータ配置穴２３０を通る方向に沿って内ノッチを形成することで、つまり磁気抵抗が小さい磁気回路がロータの回転中心を通る方向を中心とする±４５度の角度範囲内でロータ配置穴の内周縁に内ノッチを形成することで、ロータに作用するコギングトルクを効果的に低減でき、本発明の有効性が確認できた。
【００８９】
さらに、図１０〜図１２の実験と同様の条件下で、内ノッチの形成位置を第１磁気回路方向または第２磁気回路方向から±４５度で配置したもの、±１０度で配置したもの、±０度（各磁気回路方向上）に配置したものについて、それぞれコギングトルクを測定した。その結果、図１３に示すように、±０度（各磁気回路方向上）に配置したものでコギングトルクの低減効果が最大になった。また、±１０度に配置したものでは±０度のものに準じる高いコギングトルクの低減効果が見られた。一方、±４５度で配置したものでもノッチ無しに対して４０％程度までコギングトルクが低減されていることが解る。このように、磁気抵抗調整用のノッチ等は±４５度の角度範囲内に配置すれば有効であり、±１０度の角度範囲であれば高いコギングトルクの低減効果が得られるといえる。
【産業上の利用可能性】
【００９０】
本発明は、電子時計などの電源として用いることのできる発電装置、およびそれを備えた計時装置、電子機器などにおけるコギングトルク（ステップモータでいう無励磁トルク／デテントトルク）の最適化技術として利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】本発明を適用した発電装置を電源部に備える計時装置の全体構成を示す概略構成図である。
【図２】計時装置の代表的な例としての指針式電子時計の全体構成を示す概略構成図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る発電装置の要部を示す平面図である。
【図４】図３に示す発電装置において、内ノッチの形成位置の例を示す説明図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係る発電装置の要部を示す平面図である。
【図６】図５に示す発電装置において、内ノッチの形成位置の例を示す説明図である。
【図７】本発明の内ノッチの変形例を示す断面図である。
【図８】本発明の内ノッチの他の変形例を示す説明図である。
【図９】本発明の他の変形例である凸部を形成した例を示す平面図である。
【図１０】本発明の実施例におけるロータの回転角とコギングトルクの関係を示すグラフである。
【図１１】本発明の実施例におけるロータの回転角とコギングトルクの関係を示すグラフである。
【図１２】本発明の実施例におけるロータの回転角とコギングトルクの関係を示すグラフである。
【図１３】本発明の実施例における内ノッチの設定角度とコギングトルクの関係を示すグラフである。
【図１４】従来の小型発電装置の平面図である。
【符号の説明】
【００９２】
１      計時装置（指針式電子時計）
１０      電源部
１１      整流回路
１２      蓄電回路
１４      処理装置
２０      発電装置
２１      ロータ
２２      ステータ
２３      発電用コイル
２５      回転錘
２７      磁心
３０      二次電源
４０      ステップモータ
５０      時計用輪列
６０      発電用輪列
１００      第１磁気回路
１０１      第２磁気回路
２２１、２２２      外ノッチ
２２５Ａ、２２６Ａ      内ノッチ
２３０      ロータ配置穴
２４０      凹み
２５０      穴
２６０      凸部
【図１】
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【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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