発電装置付電子時計
【目的】 エネルギー効率の良い発電装置付電子時計を提供する。
【構成】 回転錘からのエネルギーを機械エネルギー蓄積装置と発電機に分配して、機械エネルギー蓄積手段からのエネルギーにより指示系を駆動し、発電機により変換された電気エネルギーを蓄積した電源からのエネルギーにより回路系を駆動させる。
【効果】 電気エネルギーを蓄積した電源のみにより駆動される場合に比べ電源が同じならば、消費エネルギーが減るため長時間駆動させることができる。時計が止まってもすぐに駆動することができる。機械エネルギー蓄積装置による発電のように常に高速で回転する必要がないため耐久性に優れている。全てゼンマイの機械エネルギー蓄積装置に比べ、蓄積エネルギーが極めて小さいため時計の小型化ができる。
【構成】 回転錘からのエネルギーを機械エネルギー蓄積装置と発電機に分配して、機械エネルギー蓄積手段からのエネルギーにより指示系を駆動し、発電機により変換された電気エネルギーを蓄積した電源からのエネルギーにより回路系を駆動させる。
【効果】 電気エネルギーを蓄積した電源のみにより駆動される場合に比べ電源が同じならば、消費エネルギーが減るため長時間駆動させることができる。時計が止まってもすぐに駆動することができる。機械エネルギー蓄積装置による発電のように常に高速で回転する必要がないため耐久性に優れている。全てゼンマイの機械エネルギー蓄積装置に比べ、蓄積エネルギーが極めて小さいため時計の小型化ができる。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、発電装置付電子時計に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来の発電装置付電子時計は特公平３−３７１５２のように回転錘を用いたエネルギー補給装置により機械エネルギー蓄積をおこない、蓄積されたゼンマイのエネルギーにより発電をおこない水晶発振器を駆動し、標準信号により時計源振系を制御するものがあった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、前述の従来技術では、機械エネルギー蓄積装置にエネルギーが蓄積されるまで駆動できないため、駆動までの時間がかかるといった問題や全てゼンマイの機械エネルギー蓄積装置により発電を行う構成のため大きなゼンマイが必要であった。常に高速で回転するため耐久性に問題があった。
【０００４】そこで本発明はこのような問題を解決するもので、その目的とするところはエネルギー効率の良い発電装置付電子時計を提供するところにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明の発電装置付電子時計は、回転錘、前記回転錘により発生する機械エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機、前記電気エネルギーを蓄える電源、前記回転錘からの機械エネルギーを蓄積する機械エネルギー蓄積装置、前記機械エネルギー蓄積装置からのエネルギーを伝達するとともに指針を有する機械エネルギー伝達系、前記機械エネルギー伝達系に連結する調速機構、前記調速機構の周期を調整する制御機構、水晶回路を含む電子回路を有し、前記制御機構及び前記電子回路は前記電源から給電を受け、前記指針は前記機械エネルギー蓄積装置からの機械エネルギーにより駆動する。
【０００６】
【作用】回転錘からのエネルギーを機械エネルギー蓄積装置と発電機に分配して、機械エネルギー蓄積装置からのエネルギーにより指示系を駆動し、発電機により変換された電気エネルギーを蓄積した電源からのエネルギーにより回路系を駆動させる。
【０００７】
【実施例】以下、図面によりこの発明の実施例について説明する。
【０００８】図１は本発明の時計の平面レイアウト図を示す。
【０００９】１は時計ムーブメントであり、回転錘２が取り付かれている。３はその回転中心であり、回転錘２の重心と回転中心３の位置は大きくずれた形状をしている。したがって、時計体が動くと回転錘２は重力の作用で回転する。この回転を回転錘に取り付けられた歯車４と増速中間車５によって増速して、永久磁石で作られたロータ６に伝えられる。ロータ６の回りには、高透磁率材のステータ７が配置され中央部にコイル８が巻回されている。
【００１０】回転錘２が回転するとこの回転がロータ６に伝えられロータ６が回転するとステータ７にロータ６の回転に応じて変化する磁束が誘導される。
【００１１】この磁束の変化によりコイル８には電圧が誘起され回転錘２の機械エネルギーが電気エネルギーに変換される。
【００１２】コイル８の誘起電圧はダイオードによる整流回路及び過充電防止回路を経て二次電源９に充電される。
【００１３】１０は９からの電力により駆動する電子回路で水晶発振器、論理回路を有する回路である。
【００１４】１１は電磁作用等を応用した調速機構である。調速機構は電気エネルギーの機械力変換装置であり、電磁変換、圧電変換、静電変換等である。
【００１５】１２は電子回路１０の出力により調速機構１１の電流を制御する制御機構である。
【００１６】１３は弾性材料を有する機械エネルギー蓄積装置である。機械時計用語ではゼンマイを有する「香箱」と呼ぶ。
【００１７】１４は伝達輪列であり、通常時、分、秒、カレンダーを表示する指針１５を有する歯車を持つ。１６は回転錘２からの回転を機械エネルギー蓄積装置に伝える減速中間車である。
【００１８】図２は本発明のブロック図である。
【００１９】２１は図１のロータ６、ステータ７、コイル８からなる発電機である。
【００２０】２２は発電機２１、二次電源９、電子回路１０、制御機構１２から構成される回路系である。
【００２１】２３は機械エネルギー蓄積装置１３、伝達輪列１４、調速機構１１、指針１５から構成される指示系である。
【００２２】本発明の構成は回転錘２の回転エネルギーを回路系２２と指示系２３に分配して、その各々のエネルギーにより時計の回路系、指示系をそれぞれ駆動させるものである。
【００２３】図３は回路系、指示系へのエネルギー伝達を示す図である。
【００２４】３２は二番車、３３は三番車、３４は４番車、３５は５番車である。
【００２５】指示系及び回路系へのエネルギー分配比を１時間駆動させるために必要な回転錘のエネルギーを算出することにより回転錘からのエネルギー分配比について説明する。
【００２６】指示系を駆動させるエネルギーは、２番車での出力トルクＴ＝３ｇｃｍ輪列伝達効率 ηは９０％×３段とすると、指針を１時間駆動させるために必要な回転錘からのエネルギーは、
【００２７】
【数１】
【００２８】一方、回路系を駆動させるエネルギーは、ＩＣの消費電力Ｐ1Ｐ1 ＝１．５Ｖ×０．２μＡ＝０．３μＷ調速機構を制御するエネルギーＰ2Ｐ2 ＝１．５Ｖ×０．１μＡ＝０．１５μＷ発電機のエネルギー交換効率 ｋ＝３０％輪列伝達効率 ηは９０％×２段とすると、回路系を１時間駆動させるために必要な回転錘からのエネルギーは、
【００２９】
【数２】
【００３０】したがって、時計を１時間駆動させるのに必要な回転錘のエネルギーは、Ｕ＝Ｕ1 ＋Ｕ2Ｕ＝２．５３＋６．６７＝９．２（ｍＪ）となる。
【００３１】これを比率に直すと、指示系へのエネルギーは、２７．５％回路系へのエネルギーは、７２．５％上記の様に回転錘からのエネルギー分配比は、指示系を駆動させる機械エネルギー蓄積装置への分配量より、回路系を駆動させる発電機への分配量を多くすれば良いことになる。
【００３２】図４で本発明の調速機構について説明する。
【００３３】本発明の調速機構はステップモータを応用したものである。
【００３４】ロータ４１には常に機械エネルギー蓄積装置からの回転トルクが加わっている。ステータ４２にはロータ４１の引きトルクを発生させる内ノッチが設けられている。
【００３５】ロータ４１の引きトルクは機械エネルギー蓄積装置からの回転トルクより大きく設定されており、通常ロータは引きトルクと回転トルクのつり合った位置で保持されている。ロータ４１は電子回路１０からの信号により１秒毎に回転する。
【００３６】この時、ロータ４１には機械エネルギー蓄積装置１３からの回転エネルギーが加わっているため少量のエネルギーでロータ４１は回転することができる。
【００３７】ロータ４１の極数は２極以上の多極の方が回転エネルギーが少量ですむため多極のロータをもちいることが望ましい。
【００３８】又、圧電素子で雁木車を制御する調速機構を用いてもよい。
【００３９】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれば回転錘からのエネルギーを機械エネルギー蓄積装置と発電機に分配して、機械エネルギー蓄積装置からのエネルギーにより指示系を駆動させ、発電機により変換された電気エネルギーを蓄積した電源からのエネルギーにより回路系を駆動させることにより以下の様な効果を有する。
【００４０】１．電気エネルギーを蓄積した電源のみにより駆動される場合に比べ電源の容量が同じならば、消費エネルギーが減るため長時間駆動させることができる。
【００４１】２．時計が止まってもすぐに駆動することができる。
【００４２】３．機械エネルギー蓄積装置による発電のように常に高速で回転する必要がないため耐久性に優れている。
【００４３】４．全てゼンマイの機械エネルギー蓄積装置に比べ、蓄積エネルギーが極めて小さいため時計体の小型化ができる。
【００４４】５．機械式時計に比べ時間精度が良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の時計の平面レイアウト図。
【図２】 本発明のブロック図。
【図３】 回路系、指示系へのエネルギー伝達を示す図。
【図４】 調速機構の図
【符号の説明】
１時計ムーブメント
２回転錘
３回転中心
４歯車
５増速中間車
６ロータ
７ステータ
８コイル
９二次電源
１０電子回路
１１調速機構
１２制御機構
１３機械エネルギー蓄積装置
１４伝達輪列
１５指針
１６減速中間車
２１発電機
３２二番車
３３三番車
３４四番車
３５五番車
４１ロータ
４２ステータ
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、発電装置付電子時計に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来の発電装置付電子時計は特公平３−３７１５２のように回転錘を用いたエネルギー補給装置により機械エネルギー蓄積をおこない、蓄積されたゼンマイのエネルギーにより発電をおこない水晶発振器を駆動し、標準信号により時計源振系を制御するものがあった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、前述の従来技術では、機械エネルギー蓄積装置にエネルギーが蓄積されるまで駆動できないため、駆動までの時間がかかるといった問題や全てゼンマイの機械エネルギー蓄積装置により発電を行う構成のため大きなゼンマイが必要であった。常に高速で回転するため耐久性に問題があった。
【０００４】そこで本発明はこのような問題を解決するもので、その目的とするところはエネルギー効率の良い発電装置付電子時計を提供するところにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明の発電装置付電子時計は、回転錘、前記回転錘により発生する機械エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機、前記電気エネルギーを蓄える電源、前記回転錘からの機械エネルギーを蓄積する機械エネルギー蓄積装置、前記機械エネルギー蓄積装置からのエネルギーを伝達するとともに指針を有する機械エネルギー伝達系、前記機械エネルギー伝達系に連結する調速機構、前記調速機構の周期を調整する制御機構、水晶回路を含む電子回路を有し、前記制御機構及び前記電子回路は前記電源から給電を受け、前記指針は前記機械エネルギー蓄積装置からの機械エネルギーにより駆動する。
【０００６】
【作用】回転錘からのエネルギーを機械エネルギー蓄積装置と発電機に分配して、機械エネルギー蓄積装置からのエネルギーにより指示系を駆動し、発電機により変換された電気エネルギーを蓄積した電源からのエネルギーにより回路系を駆動させる。
【０００７】
【実施例】以下、図面によりこの発明の実施例について説明する。
【０００８】図１は本発明の時計の平面レイアウト図を示す。
【０００９】１は時計ムーブメントであり、回転錘２が取り付かれている。３はその回転中心であり、回転錘２の重心と回転中心３の位置は大きくずれた形状をしている。したがって、時計体が動くと回転錘２は重力の作用で回転する。この回転を回転錘に取り付けられた歯車４と増速中間車５によって増速して、永久磁石で作られたロータ６に伝えられる。ロータ６の回りには、高透磁率材のステータ７が配置され中央部にコイル８が巻回されている。
【００１０】回転錘２が回転するとこの回転がロータ６に伝えられロータ６が回転するとステータ７にロータ６の回転に応じて変化する磁束が誘導される。
【００１１】この磁束の変化によりコイル８には電圧が誘起され回転錘２の機械エネルギーが電気エネルギーに変換される。
【００１２】コイル８の誘起電圧はダイオードによる整流回路及び過充電防止回路を経て二次電源９に充電される。
【００１３】１０は９からの電力により駆動する電子回路で水晶発振器、論理回路を有する回路である。
【００１４】１１は電磁作用等を応用した調速機構である。調速機構は電気エネルギーの機械力変換装置であり、電磁変換、圧電変換、静電変換等である。
【００１５】１２は電子回路１０の出力により調速機構１１の電流を制御する制御機構である。
【００１６】１３は弾性材料を有する機械エネルギー蓄積装置である。機械時計用語ではゼンマイを有する「香箱」と呼ぶ。
【００１７】１４は伝達輪列であり、通常時、分、秒、カレンダーを表示する指針１５を有する歯車を持つ。１６は回転錘２からの回転を機械エネルギー蓄積装置に伝える減速中間車である。
【００１８】図２は本発明のブロック図である。
【００１９】２１は図１のロータ６、ステータ７、コイル８からなる発電機である。
【００２０】２２は発電機２１、二次電源９、電子回路１０、制御機構１２から構成される回路系である。
【００２１】２３は機械エネルギー蓄積装置１３、伝達輪列１４、調速機構１１、指針１５から構成される指示系である。
【００２２】本発明の構成は回転錘２の回転エネルギーを回路系２２と指示系２３に分配して、その各々のエネルギーにより時計の回路系、指示系をそれぞれ駆動させるものである。
【００２３】図３は回路系、指示系へのエネルギー伝達を示す図である。
【００２４】３２は二番車、３３は三番車、３４は４番車、３５は５番車である。
【００２５】指示系及び回路系へのエネルギー分配比を１時間駆動させるために必要な回転錘のエネルギーを算出することにより回転錘からのエネルギー分配比について説明する。
【００２６】指示系を駆動させるエネルギーは、２番車での出力トルクＴ＝３ｇｃｍ輪列伝達効率 ηは９０％×３段とすると、指針を１時間駆動させるために必要な回転錘からのエネルギーは、
【００２７】
【数１】
【００２８】一方、回路系を駆動させるエネルギーは、ＩＣの消費電力Ｐ1Ｐ1 ＝１．５Ｖ×０．２μＡ＝０．３μＷ調速機構を制御するエネルギーＰ2Ｐ2 ＝１．５Ｖ×０．１μＡ＝０．１５μＷ発電機のエネルギー交換効率 ｋ＝３０％輪列伝達効率 ηは９０％×２段とすると、回路系を１時間駆動させるために必要な回転錘からのエネルギーは、
【００２９】
【数２】
【００３０】したがって、時計を１時間駆動させるのに必要な回転錘のエネルギーは、Ｕ＝Ｕ1 ＋Ｕ2Ｕ＝２．５３＋６．６７＝９．２（ｍＪ）となる。
【００３１】これを比率に直すと、指示系へのエネルギーは、２７．５％回路系へのエネルギーは、７２．５％上記の様に回転錘からのエネルギー分配比は、指示系を駆動させる機械エネルギー蓄積装置への分配量より、回路系を駆動させる発電機への分配量を多くすれば良いことになる。
【００３２】図４で本発明の調速機構について説明する。
【００３３】本発明の調速機構はステップモータを応用したものである。
【００３４】ロータ４１には常に機械エネルギー蓄積装置からの回転トルクが加わっている。ステータ４２にはロータ４１の引きトルクを発生させる内ノッチが設けられている。
【００３５】ロータ４１の引きトルクは機械エネルギー蓄積装置からの回転トルクより大きく設定されており、通常ロータは引きトルクと回転トルクのつり合った位置で保持されている。ロータ４１は電子回路１０からの信号により１秒毎に回転する。
【００３６】この時、ロータ４１には機械エネルギー蓄積装置１３からの回転エネルギーが加わっているため少量のエネルギーでロータ４１は回転することができる。
【００３７】ロータ４１の極数は２極以上の多極の方が回転エネルギーが少量ですむため多極のロータをもちいることが望ましい。
【００３８】又、圧電素子で雁木車を制御する調速機構を用いてもよい。
【００３９】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれば回転錘からのエネルギーを機械エネルギー蓄積装置と発電機に分配して、機械エネルギー蓄積装置からのエネルギーにより指示系を駆動させ、発電機により変換された電気エネルギーを蓄積した電源からのエネルギーにより回路系を駆動させることにより以下の様な効果を有する。
【００４０】１．電気エネルギーを蓄積した電源のみにより駆動される場合に比べ電源の容量が同じならば、消費エネルギーが減るため長時間駆動させることができる。
【００４１】２．時計が止まってもすぐに駆動することができる。
【００４２】３．機械エネルギー蓄積装置による発電のように常に高速で回転する必要がないため耐久性に優れている。
【００４３】４．全てゼンマイの機械エネルギー蓄積装置に比べ、蓄積エネルギーが極めて小さいため時計体の小型化ができる。
【００４４】５．機械式時計に比べ時間精度が良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の時計の平面レイアウト図。
【図２】 本発明のブロック図。
【図３】 回路系、指示系へのエネルギー伝達を示す図。
【図４】 調速機構の図
【符号の説明】
１時計ムーブメント
２回転錘
３回転中心
４歯車
５増速中間車
６ロータ
７ステータ
８コイル
９二次電源
１０電子回路
１１調速機構
１２制御機構
１３機械エネルギー蓄積装置
１４伝達輪列
１５指針
１６減速中間車
２１発電機
３２二番車
３３三番車
３４四番車
３５五番車
４１ロータ
４２ステータ
【特許請求の範囲】
【請求項１】 回転錘、前記回転錘により発生する機械エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機、前記電気エネルギーを蓄える電源、前記回転錘からの機械エネルギーを蓄積する機械エネルギー蓄積装置、前記機械エネルギー蓄積装置からのエネルギーを伝達するとともに指針を有する機械エネルギー伝達系、前記機械エネルギー伝達系に連結する調速機構、前記調速機構の周期を調整する制御回路、水晶回路を含む電子回路を有し、前記制御回路及び前記電子回路は前記電源から給電を受け、前記指針は前記機械エネルギー蓄積装置からの機械エネルギーにより駆動することを特徴とする発電装置付電子時計。
【請求項２】 前記回転錘からのエネルギー分配量を前記機械エネルギー蓄積装置側より前記発電機側に多く分配することを特徴とする請求項１記載の発電装置付電子時計。
【請求項１】 回転錘、前記回転錘により発生する機械エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機、前記電気エネルギーを蓄える電源、前記回転錘からの機械エネルギーを蓄積する機械エネルギー蓄積装置、前記機械エネルギー蓄積装置からのエネルギーを伝達するとともに指針を有する機械エネルギー伝達系、前記機械エネルギー伝達系に連結する調速機構、前記調速機構の周期を調整する制御回路、水晶回路を含む電子回路を有し、前記制御回路及び前記電子回路は前記電源から給電を受け、前記指針は前記機械エネルギー蓄積装置からの機械エネルギーにより駆動することを特徴とする発電装置付電子時計。
【請求項２】 前記回転錘からのエネルギー分配量を前記機械エネルギー蓄積装置側より前記発電機側に多く分配することを特徴とする請求項１記載の発電装置付電子時計。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開平６−９４８５０
【公開日】平成６年（１９９４）４月８日
【国際特許分類】
【出願番号】特願平４−２４２２２６
【出願日】平成４年（１９９２）９月１０日
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【公開日】平成６年（１９９４）４月８日
【国際特許分類】
【出願日】平成４年（１９９２）９月１０日
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
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