(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転錘と、前記回転錘の動力を永久磁石を含んで構成されたロータに伝達する動力伝達機構と、
前記ロータの周囲に配置されたステータと、前記ステータに接続されたコイルとを備えた発電機を有した腕時計において、
前記ロータは腕携帯時に５０〜１５０Ｈｚで発電可能であって、
前記ステータ及び前記コイルの磁心の少なくとも一方は、Ｎｉを３５〜４０％含むＦｅ系合金であるＰＤ材よりなることを特徴とする腕時計。
【請求項２】
回転錘と、前記回転錘の動力を永久磁石を含んで構成されたロータに伝達する動力伝達機構と、
前記ロータの周囲に配置されたステータと、前記ステータに接続されたコイルとを備えた発電機を有した腕時計において、
前記ロータは腕携帯時に５０〜１５０Ｈｚで発電可能であって、
前記ステータはＰＣ材よりなり、
前記コイルの磁心は、Ｎｉを３５〜４０％含むＦｅ系合金であるＰＤ材よりなることを特徴とする腕時計。
【請求項３】
回転錘と、前記回転錘の動力を永久磁石を含んで構成されたロータに伝達する動力伝達機構と、
前記ロータの周囲に配置されたステータと、前記ステータに接続されたコイルとを備えた発電機を有した腕時計において、
前記ロータは腕携帯時に５０〜１５０Ｈｚで発電可能であって、
前記ステータは、Ｓｉを６〜１１％、Ａｌを４〜８％含むＦｅ系合金であるセンダストよりなり、
前記コイルの磁心はＰＢ材よりなることを特徴とする腕時計。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、小型発電機及びそれを備えた携帯電子機器に関し、腕時計等に応用できる。
【０００２】
【従来の技術】
従来の腕時計等においては、エネルギー源として電池が用いられていたが、近年、電池の代わりに小型発電機を腕時計に組み込んでおき、腕の動きによって腕時計の駆動に必要な電気エネルギーを生み出すようにした自動発電システムが提案されている（特公平7-38029号公報等）。  この種の小型発電機は、永久磁石を含んで構成されたロータと、このロータの周囲に配置されたステータと、このステータに接続されたコイルとを備えて構成されている。
【０００３】
この小型発電機が組み込まれた腕時計において、回転錘の動力が増速輪列よりなる動力伝達機構を介して小型発電機に伝達され、前記ロータの回転により生じた磁界の変化がコイルに電磁誘導作用を起こさせて電力を発生させている。
【０００４】
前記ステータの材料としては、通常、ＰＣ材（76Ni-4Mo-5.5Cu-Fe）が使用されている。一体ステータの場合、永久磁石の磁束はステータ外ノッチ部と磁心に分かれて流れる。このとき、ステータ外ノッチ部に流れる分は、発電に寄与しないため、少ない方が望ましい。ただし、ステータ外ノッチ部断面積を更に小さくすることは加工上難しいため、飽和磁束密度は、0.5〜0.8Ｔで使うことが望ましい。
【０００５】
一方、コイルの磁心についても、ＰＣ材とＰＢ材の鉄損を比較すると、ＰＣ材の方が小さいため、磁心にもＰＣ材を使用するのが好ましい。しかし、ＰＣ材は、ＰＢ材と比べて飽和磁束密度が小さいため、断面積を大きくして同じ磁束密度で使用すると銅損を増加させることになるため、現状では飽和磁束密度が１〜  1.5Ｔ程度のＰＢ材を使用することによってトータルの損失を少なくしている。
【０００６】
なお、上記要件を満たせば、鉄損が少ないことを条件に、例えば断面積を代えたりして、ステータ材としてＰＢ材を使用してもよく、逆に磁心材としてＰＣ材を使用しても良い。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
前記動力伝達機構による増速比を約100とした発電機において、腕時計携帯時のロータの動きは50〜150Hzの場合が多い。このため、前記ステータと磁心には、交流磁界が発生し、材料には渦電流が発生して鉄損が増加する。また、手巻き発電の場合も同様である。従って、効率のよい発電機を開発するには、交流領域（50〜150Hz）で、鉄損の少ない材料とすることが必要である。
【０００８】
また、キャパシタ等の二次電源に充電する場合も、充電に有効な周波数は50Hz以上になるため、交流領域の特性が重視される。
【０００９】
そこで、本発明は、鉄損を減少させることができる高効率の小型発電機及びそれを備えた携帯電子機器を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、回転錘と、前記回転錘の動力を永久磁石を含んで構成されたロータに伝達する動力伝達機構と、前記ロータの周囲に配置されたステータと、前記ステータに接続されたコイルとを備えた発電機を有した腕時計において、前記ロータは腕携帯時に５０〜１５０Ｈｚで発電可能であって、前記ステータ及び前記コイルの磁心の少なくとも一方は、Ｎｉを３５〜４０％含むＦｅ系合金であるＰＤ材よりなることを特徴とする。
【００１１】
前記ステータまたは前記コイルの磁心一方は、ＰＤ材であってもよく、前記記ステータ及び前記コイルの磁心は、両方ともＰＤ材であってもよい。
【００１２】
本発明によれば、腕時計の携帯時における回転周波数及び実施に発電する領域における鉄損を減少させることができるため、発電効率の向上が可能となる。また、発電効率の高効率化により、回転錘のサイズを小さくできるため、携帯電子機器のムーブメントを小型化できる。さらに、Ｎｉ含量を少なくできるため、原材料費が安くなり、コストダウンを達成できる。
【００１６】
前記ＰＤ材中には、Fe、Ni以外の元素として、Crが7〜8％含まれていてもよい。
【００１７】
また、本発明は、回転錘と、前記回転錘の動力を永久磁石を含んで構成されたロータに伝達する動力伝達機構と、前記ロータの周囲に配置されたステータと、前記ステータに接続されたコイルとを備えた発電機を有した腕時計において、前記ロータは腕携帯時に５０〜１５０Ｈｚで発電可能であって、前記ステータはＰＣ材よりなり、前記コイルの磁心は、Ｎｉを３５〜４０％含むＦｅ系合金であるＰＤ材よりなることを特徴とする。
【００１８】
さらに、本発明は、回転錘と、前記回転錘の動力を永久磁石を含んで構成されたロータに伝達する動力伝達機構と、前記ロータの周囲に配置されたステータと、前記ステータに接続されたコイルとを備えた発電機を有した腕時計において、前記ロータは腕携帯時に５０〜１５０Ｈｚで発電可能であって、前記ステータは、Ｓｉを６〜１１％、Ａｌを４〜８％含むＦｅ系合金であるセンダストよりなり、前記コイルの磁心はＰＢ材よりなることを特徴とする。
【００２５】
前記回転錘は、機械的エネルギーを発生させるものである。
【００２６】
前記動力伝達機構は、複数の歯車が組み合わされた増速輪列よりなる。
【００２７】
前記携帯電子機器の具体例は任意であり、例えば腕時計であれば、通常の時計と同様に前記構成要件に加えて、表示部、伝達部及び振動部を有するものである。
【００２８】
【発明の実施の形態】
図面を参照して本発明の一実施形態に係る小型発電機及びそれを備えた携帯電子機器を説明する。
【００２９】
本実施形態の小型発電機は、携帯電子機器である腕時計中に組み込まれたものである。
【００３０】
図１に示すように、この腕時計は、小型発電機11、回転錘12、この回転錘12の動力を小型発電機11に伝達する動力伝達機構13、図示しない表示部、伝達部及び振動部、等を備えて構成されている。
【００３１】
前記小型発電機11は、永久磁石を含んで構成されたロータ14と、このロータ14の周囲に配置されたステータ15と、このステータ15に接続されたコイル16とを備えている。このコイル16は、磁心17に電線18が巻装されたものである。
【００３２】
前記回転錘12は、半円形状を有し、回転中心と重心が偏心したものである。
【００３３】
前記動力伝達機構13は、歯数の異なる複数の歯車19A〜19Dによって構成され、回転錘12の回転が所望の増速比、例えば約100倍で増速されて小型発電機11のロータ14に伝達される。
【００３４】
本実施形態において、ステータ15、及びコイル16の磁心17の少なくとも一方は、Niを35〜40％含むFe系合金であるＰＤ材よりなる。
【００３５】
または、ステータ15、及びコイル16の磁心17の少なくとも一方を、Siを6〜11％、Alを4〜8％含むFe系合金であるセンダストよりなるものとしてもよい。
【００３６】
【実施例】
［実施例１］
上記実施形態において、前記ステータ15を38Ni-7Cr-FeのＰＤ材、及び前記コイル16の磁心17を36Ni-FeのＰＤ材よりなるものとし、その他の具体的条件を下記の通りとして腕時計を構成した。
【００３７】
（１）ムーブメントの直径：20〜30mm、ムーブメントの厚さ：3〜4mm。
【００３８】
（２）ステータの断面：0.5mm×3mm。
【００３９】
磁心の断面：0.5mm×1.5mm。磁心の断面をこれ以上大きくすると、コイル抵抗が大きくなり、銅損が増加する。
【００４０】
（３）コイルの巻数：10,000ターン以下。線径を細くすればターン数を増やせるが、銅損が増加する。
【００４１】
（４）ステータの磁束密度：0.5Ｔ。ステータ材は、飽和すると、コギングトルクが大きくなり、ロータが動きにくくなるので、飽和しない磁束密度で使用する。
【００４２】
（５）起電圧：２Ｖ。ＩＣが動作する電圧１Ｖに充電する場合、倍の約２Ｖの電圧が必要になる。
【００４３】
以上（１）〜（５）の条件より、２Ｖの起電圧を出力するために必要なロータ回転数は、Ｅ＝Ｎ（ｄφ／ｄｔ）＝Ｎ（ｄφ／ｄθ）ωである。
【００４４】
この式を展開することにより、42Hzとなる。
【００４５】
本実施例のＰＤ材（38Ni-7Cr-Fe）について、鉄損−周波数特性を測定した結果を図２に示す。また、従来のＰＣ材（76Ni-4Mo-5.5Cu-Fe）についても同様に測定した結果を図２に併せて示す。
【００４６】
図２によれば、腕時計携帯時の回転周波数及び実際に発電する領域においては、本実施例のＰＤ材は、従来のＰＣ材と比べて鉄損が減少していることがわかる。
【００４７】
［実施例２］
上記実施形態において、前記ステータ15を9Si-7Al-Feのセンダスト、及び前記コイル16の磁心17を46Ni-FeのＰＢ材よりなるものとし、その他の具体的条件は実施例１と同様にして腕時計を構成した。
【００４８】
本実施例のセンダスト（9Si-7Al-Fe）について、鉄損−周波数特性を測定した結果を図２に示す。
【００４９】
図２によれば、腕時計携帯時の回転周波数及び実際に発電する領域においては、本実施例のセンダストは、従来のＰＣ材と比べて鉄損が減少していることがわかる。
【００５０】
［実施例３］
上記実施形態において、前記ステータ15を76Ni-4Mo-5.5Cu-FeのＰＣ材、及び前記コイル16の磁心17を40Ni-FeのＰＤ材よりなるものとし、その他の具体的条件は実施例１と同様にして腕時計を構成した。
【００５１】
本実施例のＰＤ材（40Ni-Fe）について、鉄損−周波数特性を測定した結果を図３に示す。また、従来のＰＢ材（46Ni-Fe）についても同様に測定した結果を図３に併せて示す。
【００５２】
図３によれば、腕時計携帯時の回転周波数及び実際に発電する領域においては、本実施例のＰＤ材は、従来のＰＢ材と比べて鉄損が減少していることがわかる。
［実施例４］
上記実施形態において、前記ステータ15を76Ni-4Mo-5.5Cu-FeのＰＣ材、及び前記コイル16の磁心17を36Ni-FeのＰＤ材よりなるものとし、その他の具体的条件は実施例１と同様にして腕時計を構成した。
【００５３】
本実施例のＰＤ材（36Ni-Fe）について、鉄損−周波数特性を測定した結果を図３に示す。
【００５４】
図３によれば、腕時計携帯時の回転周波数及び実際に発電する領域においては、本実施例のＰＤ材は、従来のＰＢ材と比べて鉄損が減少していることがわかる。
【００５５】
なお、上記実施例１〜４において示したように、基本的には38Ni-7Cr-FeのＰＤ材及びセンダストはステータ材として、36Ni-Fe又は40Ni-FeのＰＤ材は磁心材として使用するが、それぞれ逆に磁心材又はステータ材としての使用も可能である。
【００５６】
【発明の効果】
本発明に係る小型発電機及びそれを備えた携帯電子機器によれば、ステータ、及びコイルの磁心は、ＰＤ材又はセンダストよりなるため、鉄損を減少させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る腕時計の要部斜視図である。
【図２】実施例１と２に係るＰＤ材及びセンダストの鉄損−周波数特性を測定したグラフである。
【図３】実施例３と４に係るＰＤ材の鉄損−周波数特性を測定したグラフである。
【符号の説明】
11  小型発電機
12  回転錘
13  動力伝達機構
14  ロータ
15  ステータ
17  磁心
【図１】
0003834950.tif 000002
【図２】
0003834950.tif 000003
【図３】
0003834950.tif 000004