专利名称:功率发生器,计时表和电子装置,以及齿槽效应转矩调节方法
技术领域：
本发明涉及功率发生器，具有功率发生器的计时表和电子装置，以及用于功率发生器的齿槽效应转矩调节方法，功率发生器适用于电子时钟的电源等等。更具体地，本发明涉及用于最佳化功率发生器的齿槽效应转矩(步进电机的非激励转矩/掣子转矩)的技术。
背景技术：
如图1所示，具有晶体振荡器作为时间标准的所谓电子时钟，具有电源10，它带有小体积的功率发生器20和二次电源30，电源10激励处理器14的步进电机等。如图2所示，小的体积的功率发生器20配备有转子21，通过传输的旋转驱动力来旋转，被夹心在转子21的定子22，和被绕在磁芯上的功率产生线圈23，磁芯连同定子22和转子21一起构成磁路，转子21具有功率产生齿轮链60，用于加速和传输振荡摆锤25的旋转。
为了使得转子21在未加上负载时保持在想要的位置，在定子22上形成外部凹槽221和222，用于转子21的周边的磁饱和部分，如图14所示。转子21是永久磁铁，具有N和S磁极。当转子保持在某个角度位置和振荡摆锤25的旋转被传输到功率发生齿轮链60时，磁极N和S被旋转，以便对于功率产生线圈23产生电动力。由于齿槽效应转矩被加到转子21上，转子21被偏置，以便保持在预定的角度位置。(没有加上负载的转子停止位置。此后称为“无负载转子停止位置”。)因此，振荡摆锤25必须能够发送比齿槽效应转矩更大的转矩给转子21，以便旋转转子21。
然而，由于电子时钟的各个部件的尺寸和厚度必须减小，以使得电子时钟的厚度最小化，所以小体积的功率发生器20的振荡摆锤25的体积和重量必须减小。因此，对于传统的小体积的功率发生器20，当振荡摆锤25的体积和重量被减小而施加到转子21的齿槽效应转矩的大小不变时，会阻碍振荡摆锤25的旋转，因此不能对二次电源30充电，在另一种类型的功率发生器中，功率发生器的转子借助于机械能，诸如强力弹簧，而旋转的。然而，当强力弹簧等的尺寸减小时，会阻碍转子的旋转，因此在充电二次电源时造成同样的问题。
因此，希望把齿槽效应转矩的大小做得尽可能小，以使得即使在振荡摆锤25和强力弹簧等的尺寸被减小时，也便于实行转子的旋转。
发明内容
本发明的一个目的是通过改进转子的旋转稳定性提供能够有效地减小加到转子上的齿槽效应转矩的功率发生器，从而能够有效地产生电功率，提供具有功率发生器的计时表和电子器件以及功率发生器的齿槽效应转矩调节方法。
按照本发明的功率发生器包括转子，具有借助于传输的旋转驱动力而旋转的永久磁铁；定子，具有用于放置转子的转子适配孔；以及被绕在磁芯上的功率产生线圈，磁芯连同定子和转子一起构成磁路，其中从转子延伸到定子和磁芯回到转子的第一磁路和其磁通围绕与转子相邻的定子闭合的第二磁路的磁阻是可比较的，不用在转子适配孔的内周边上形成内凹槽，其中当第一磁路的磁阻较小时，在以第一磁路的转子旋转中心的磁通方向为中心的±45°的角度范围内，在定子的转子适配孔的内周边上形成内凹槽，以及其中当第二磁路的磁阻较小时，在以第二磁路的转子旋转中心的磁通方向为中心的±45°的角度范围内，在定子的转子适配孔的内周边上形成内凹槽。
在本发明中，内凹槽不限于在转子适配孔的内周边上形成的切割部分，而可以是在转子适配孔的内周边上的一个压痕(减小转子的一部分的厚度)，或替换地，可以是在转子适配孔的内周边附近形成的一个孔(在厚度方向穿透转子的通孔)。换句话说，对于内凹槽，任何安排都是可能的，只要内凹槽可以延长在转子与转子适配孔的内周边之间的一部分缝隙，或提供一个通孔到磁路上，以便调节磁路的磁阻。
当定子在转子适配孔段处被划分时，第一磁路从转子(磁铁)开始通过定子之一和磁芯到另一个定子，以及回到转子。同样地，当定子被整体地形成而不被划分时，第一磁路从转子开始通过在转子一侧的定子和磁芯到定子的另一侧，以及回到转子。在第二磁路的转子旋转中心处的磁通方向(此后被称为第二磁路方向)是其磁通在定子处围绕转子闭合的第二磁路的方向，它通常是与在第一磁路的转子旋转中心处的磁通方向(此后被称为第一磁路方向)正交的方向。
主要的第一磁路和其磁通围绕转子闭合的第二磁路的齿槽效应转矩被施加到转子。因为各个磁路通常在转子段处垂直交叉，所以基于高的磁通密度施加强的磁吸引力的磁路，即，具有较小的磁阻的磁路施加大的影响。因此，通过在具有较小的磁阻的磁路中形成内凹槽来扩大转子与定子之间的缝隙，以便增加磁阻，施加到转子的磁吸引力，即，齿槽效应转矩可被减小。所以，即使当振荡摆锤或强力弹簧的体积和重量通过减小装置的厚度而被减小时，可以有效地产生功率，以及二次电源可被有效地充电。而且，由于转子的齿槽效应转矩在使用强力弹簧时可被减小，强力弹簧的持续时间对于同样大小的强力弹簧可以被加长，这样，功率发生器可以在更长的时间内工作。
顺便地，当内凹槽被安排在相对于具有较小的磁阻的第一或第二磁路方向偏离±45°位置以外时，具有较小的磁阻的第一或第二磁路方向的磁阻不会被内凹槽增大，这样齿槽效应转矩不会减小。因此，内凹槽必须被形成在围绕具有较小的磁阻的磁路方向的±45°的角度范围内。
本发明的另一个方面，功率发生器包括转子，具有借助于传输的旋转驱动力而旋转的永久磁铁；定子，具有用于放置转子的转子适配孔；以及被绕在磁芯上的功率产生线圈，磁芯连同定子和转子一起构成磁路，其中当在定子的转子适配孔的内周边上没有形成内凹槽时，第一磁路(从转子延伸通过定子和磁芯回到转子)的磁阻被设置成小于其磁通围绕与转子相邻的定子闭合的第二磁路的磁阻，以及其中在以第一磁路的转子旋转中心的磁通方向为中心的±45°的角度范围内，在定子的转子适配孔的内周边上形成内凹槽。
本发明的再一个方面，功率发生器包括转子，具有借助于传输的旋转驱动力而旋转的永久磁铁；定子，具有用于放置转子的转子适配孔；以及被绕在磁芯上的功率产生线圈，磁芯连同定子和转子一起构成磁路，其中当在定子的转子适配孔的内周边上没有形成内凹槽时，其磁通围绕与转子相邻的定子闭合的第二磁路的磁阻被设置成小于第一磁路(从转子延伸通过定子和磁芯回到转子)的磁阻，以及其中在以第二磁路的转子旋转中心的磁通方向为中心的±45°的角度范围内，在定子的转子适配孔的内周边上形成内凹槽。
按照以上的功率发生器，被施加到转子上的齿槽效应转矩可以通过在两个磁路中间的具有较小的磁阻的磁路的磁路径上形成内凹槽而被有效地减小，这样，即使当振荡摆锤或强力弹簧的体积和重量通过减小装置的厚度而被减小时，功率仍可被有效地产生，以及二次电源可被有效地充电。
在以上的安排中，内凹槽可以优选地被形成在以第一磁路或第二磁路的转子的旋转中心的磁通方向为中心的±10°的角度范围内。因此，比起更宽的角度范围的安排，齿槽效应转矩可被进一步有效地减小。
而且，内凹槽可以优选地被形成在以第一磁路或第二磁路的转子的旋转中心的磁通方向上。因此，齿槽效应转矩可被最高度有效地减小。而且，通过有效地减小齿槽效应转矩，内凹槽的尺寸可被减小。
本发明的又一个方面，功率发生器包括转子，具有借助于传输的旋转驱动力而旋转的永久磁铁；定子，具有用于放置转子的转子适配孔；以及被绕在磁芯上的功率产生线圈，磁芯连同定子和转子一起构成磁路，其中从转子延伸到定子和磁芯回到转子的第一磁路和其磁通围绕与转子相邻的定子闭合的第二磁路的磁阻被比较，而没有在转子适配孔的内周边上形成凸出物，其中当第一磁路的磁阻较大时，在以第一磁路的转子的旋转中心的磁通方向为中心的±45°的角度范围内，在定子的转子适配孔的内周边上形成伸向转子的凸出物，以及其中当第二磁路的磁阻较大时，在以第二磁路的转子的旋转中心的磁通方向为中心的±45°的角度范围内，在定子的转子适配孔的内周边上形成伸向转子的凸出物。
在本发明中，任何凸出物可被使用，只要转子与转子的适配孔的内周边之间的缝隙可被部分地减小，从而调节磁路的磁阻。
主要的第一磁路和其磁通围绕转子闭合的第二磁路的齿槽效应转矩被施加到转子。由于各个磁路通常在转子段处垂直交叉，所以磁通密度的平衡，即，在各个磁路的磁阻之间的平衡受到大的影响。因此，通过在具有较大的磁阻的磁路中形成凸出物来减小转子与定子之间的缝隙，以便减小磁阻，施加到转子的磁吸引力，即，齿槽效应转矩总的可被减小。所以，即使当振荡摆锤或强力弹簧的体积和重量通过减小装置的厚度而被减小时，可以有效地产生功率，以及二次电源可被有效地充电。而且，由于转子的齿槽效应转矩在使用强力弹簧时可被减小，强力弹簧的持续时间对于同样大小的强力弹簧可以被加长，这样，功率发生器可以在更长的时间内工作。
顺便地，凸出物可以像内凹槽那样，被安排在以具有较大的磁阻的第一磁路或第二磁路的转子的旋转中心的磁通方向为中心的±45°的角度范围内。考虑到齿槽效应转矩减小效果，角度范围优选地为±10°内，以及该效果可通过在最大磁通方向上形成凸出物而被最大化。
功率发生器优选地还可以包括振荡摆锤，用于与用户的身体运动一起旋转；以及功率产生齿轮链，用于通过把振荡摆锤的旋转传输到转子而旋转转子。
虽然用于旋转转子的旋转驱动力可以由机械能源施加，诸如强力弹簧，橡皮，弹簧和偏心摆锤，但与用户的人体运动一起旋转的振荡摆锤可被优选地使用，因为只要通过把功率发生器附属在人体而不用去关心它，转子可被方便地旋转。
按照本发明的计时表具有以上的功率发生器，以及用于由功率发生器产生的电能进行时间显示的处理器。
具有功率发生器的计时表可以有效地减小施加到转子的齿槽效应转矩，这样，即使当振荡摆锤和强力弹簧的体积和重量由于装置的厚度减小而被减小时，功率仍可被有效地产生，以及二次电源可被有效地充电，因此能够应用到小体积的计时表，诸如手表。
按照本发明的电子装置具有以上的功率发生器，以及用于由功率发生器产生的电能进行时间显示的处理器。这样的电子装置包括蜂窝电话，PHS(个人手提电话系统)，汽车和住房钥匙(包括用于光和无钥匙进入的处理器)，无线电，个人计算机，计算器，IC卡等等。本发明可适合地应用于小体积的便携式电子装置。
按照本发明的一个齿槽效应转矩调节方法是用于功率发生器的，该功率发生器包括转子，具有借助于传输的旋转驱动力而旋转的永久磁铁；定子，具有用于放置转子的转子适配孔；以及被绕在磁芯上的功率产生线圈，磁芯连同定子和转子一起构成磁路。该方法具有以下步骤比较在没有在转子适配孔的内周边上形成内凹槽时，从转子延伸到定子和磁芯回到转子的第一磁路和其磁通围绕与转子相邻的定子闭合的第二磁路的磁阻；当第一磁路的磁阻较小时，在以第一磁路的转子的旋转中心的磁通方向为中心的±45°的角度范围内，在定子的转子适配孔的内周边上形成内凹槽；以及当第二磁路的磁阻较小时，在以第二磁路的转子的旋转中心的磁通方向为中心的±45°的角度范围内，在定子的转子适配孔的内周边上形成内凹槽。
按照本发明的另一个齿槽效应转矩调节方法是用于功率发生器的，该功率发生器包括转子，具有借助于传输的旋转驱动力而旋转的永久磁铁；定子，具有用于放置转子的转子适配孔；以及被绕在磁芯上的功率产生线圈，磁芯连同定子和转子一起构成磁路，该方法包括以下步骤比较在没有在转子适配孔的内周边上形成凸出物时，从转子延伸到定子和磁芯回到转子的第一磁路和其磁通围绕与转子相邻的定子闭合的第二磁路的磁阻；当第一磁路的磁阻较大时，在以第一磁路的转子的旋转中心的磁通方向为中心的±45°的角度范围内，在定子的转子适配孔的内周边上形成伸向转子的凸出物；以及当第二磁路的磁阻较大时，在以第二磁路的转子的旋转中心的磁通方向为中心的±45°的角度范围内，在定子的转子适配孔的内周边上伸向转子的凸出物。
在以上的功率发生器的齿槽效应转矩调节方法中，至此描述了定子和转子的安排，也描述了内凹槽和凸出物的安排。
按照本发明的齿槽效应转矩方法，齿槽效应转矩可被有效地减小。
图1是显示在电源中具有体现本发明的功率发生器的计时表的整个结构的概括的方框图；图2是显示作为计时表的例子的指针式电子时钟的整个结构的概括的透视图；图3是显示按照本发明的第一实施例的功率发生器的主要部分的平面图；图4是显示图3所示的功率发生器的内凹槽的安排的例子的说明图；
图5是显示按照本发明的第二实施例的功率发生器的主要部分的平面图；图6是显示图5所示的功率发生器的内凹槽的安排的例子的说明图；图7是显示按照本发明的内凹槽的修正的截面图；图8是显示按照本发明的内凹槽的另一个修正的说明图；图9是显示具有凸出物的本发明的另一个修正的平面图；图10是显示按照本发明的实验的、在转子的旋转角与齿槽效应转矩之间的关系的曲线图；图11是显示按照本发明的实验的、在转子的旋转角与齿槽效应转矩之间的关系的曲线图；图12是显示按照本发明的实验的、在转子的旋转角与齿槽效应转矩之间的关系的曲线图；图13是显示按照本发明的实验的、在内凹槽的预置的角度与齿槽效应转矩之间的关系的曲线图；图14是显示传统的小体积的功率发生器的平面图。
具体实施方式
下面将参照附图描述本发明的实施例。
图1是具有体现本发明的功率发生器的电子装置的概括的方案。
按照本发明的计时表具有电源10，包括小体积的功率发生器20，整流器51，用于整流从功率发生器20输出的交流电流，以及贮存电路12，用于存储由整流器11整流的电流。而且，计时表1具有处理器14，用于由功率发生器20得到的电能进行时钟计时和显示时间。
除了时钟计时和时间显示功能以外，处理器14可以具有功能诸如无线电，寻呼机和个人计算机。虽然可以使用电容用于贮存电路12，但也可以使用具有功率贮存能力的任何二次电源，诸如二次电池。整流器11不限于使用二极管113的全波整流器，也可以是半波整流，或可以是使用倒相器的整流器等等。
在以下的说明中，具有指针电子时钟作为处理器的便携式计时表(手表)被当作为例子。顺便地，在功率发生器20的各个元件中，具有与传统的功率发生器共同的功能的部分将附加以相同的参考数字。
在图2上，本发明的计时表上的电子时钟是指针显示的模拟石英手表，其中步进电动机40根据由电路板31上的晶体振荡器32发送的信号被驱动。步进电动机40包括电动机转子42，由在两个极磁化的永久磁铁制成，电动机定子43，具有用于放置电动机转子42的圆柱形转子适配孔430，和线圈块，由磁芯44和其上绕有的线圈41制成。
由第五齿轮传动组51、扫描齿轮传动组52、第三齿轮传动组53、中心齿轮和小齿轮分齿轮55、和小时齿轮56组成的时钟齿轮链50通过一个小齿轮被连接到电动机转子42。秒针161被安装到扫描齿轮传动组52的枢轴的末端。分针162被固定到中心齿轮传动组54的圆柱轴。以及时针163被固定到小时齿轮56的圆柱轴。从电动机转子42到扫描齿轮传动组52的减小比值是1/30。秒针161按照每秒180°的电动机间歇式旋转，而间歇地旋转6°。
用于驱动步进电动机40的电源10主要由小体积的功率发生器20和二次电源(电容器)30构成。小体积的功率发生器20具有由臂的运动旋转的振荡摆锤25，通过从振荡摆锤25接收动能而旋转的转子21，夹心转子21的定子22，和被绕在磁芯27上的功率产生线圈23，磁芯27连同定子22和转子21一起构成磁路。振荡摆锤25和转子21由用于加速和传输振荡摆锤25的旋转的功率产生齿轮链60进行机械连接，功率产生齿轮链60包括与振荡摆锤25整体地形成的齿轮盘61，和传输齿轮62，具有与齿轮盘61啮合的小齿轮。
如图3所示，用于放置转子21的转子适配孔230被提供在定子22上。通过定子22和磁芯27的第一磁路(主要的磁路)100被形成穿过转子21的环形。换句话说，第一磁路100从转子21开始，通过定子22的一侧，磁芯27和定子22的另一端，然后回到转子21。
用于在转子21的周边上形成一对磁饱和部分的外凹槽221和222，被形成在定子的两侧，相对于旋转中心O、与第一磁路100正交地放置。
转子21是圆柱形永久磁铁，具有用于相等地隔开转子21的周界的两个磁极N和S。当磁极N和S在振荡摆锤25的旋转被传输时进行旋转时，可以从功率产生线圈23得到感应电动势，由此充电二次电源30。
由于齿槽效应转矩通过第一磁路100和第二磁路101(其磁通在靠近转子21的定子22处闭合)被施加到转子21，所以转子21被偏离成保持在某个角度位置(无负载转子停止位置)。
顺便地，转子21被来自按照壁运动旋转的振荡摆锤25的转矩推动旋转。然而，振荡摆锤25的体积和重量按照指针式电子时钟1的厚度减小变成为减小的。因此，当振荡摆锤25的体积和重量在传统的小体积的功率发生器中被减小时，转子的旋转稳定性将降低，因为来自振荡摆锤25的转矩在施加到转子21的齿槽效应转矩保持为不变时将降低。
因此，在本实施例中，内凹槽225A和226A被提供在定子22上，用于调节齿槽效应转矩，如图3所示，这样减小齿槽效应转矩和改进功率发生器的效率。
在本实施例中，各个定子22和磁芯27的连接部分的材料，面积和缝隙尺寸被安排成使得，当没有形成内凹槽225A和226A时，如图3的双点线所示的、从转子21和靠近转子21的定子22延伸以及在定子22的部分闭合的第二磁路101的磁阻大于如图3的单点线所示的、从转子延伸通过定子22、磁芯27和定子22返回到转子21的第一磁路100的磁阻。
顺便地，各个磁路100和101的尺寸可通过定子22和磁芯27的连接部分的缝隙的存在和尺寸而被特别地调节。
而且，转子21、定子22和磁芯27的材料可被适当地选择。例如，各种永久磁铁，诸如钐钴烧结的磁铁，可被使用于转子21，以及坡莫合金(PB和PC材料)可被使用于定子22和磁芯27。
在本实施例中，转子21的永久磁铁的磁极N和S，在用于在第一磁路方向(图3的箭头100A所示)放松磁极N和S的方向上，即，在用于在与连接外凹槽221和222的方向正交的方向吸引磁极N和S的方向上，被施加以齿槽效应转矩。要通过齿槽效应转矩来放松的转子21的位置是无负载转子停止位置。
在本实施例中，为了减小齿槽效应转矩，用于调节齿槽效应转矩的内凹槽225A和226A在转子适配孔230的内周界上被凹进。具体地，内凹槽225A和226A被安排成使得从转子21的旋转中心延伸到内凹槽225A和226A的方向是在围绕箭头的100A方向(第一磁路方向)的±45°的角度范围内，更具体地，精确地在第一磁路方向上。顺便地，由于制造误差可以造成在大约±5°的角度范围内的起伏。
内凹槽225A和226A可以梯形地或三角形地被凹进，以及任何配置结构是可能的。在本实施例中，凹槽225A和226A在转子适配孔230的内周界上按半球形地被凹进。
顺便地，被施加到转子21的齿槽效应转矩的减小比值可以通过齿槽效应转矩调节的内凹槽225A和226A的位置、尺寸和配置结构而被调节。
因此，虽然在通常情况下，各个内凹槽225A和226A优选地沿着第一磁路方向100A形成，如图3和4(A)所示，但第一齿槽效应转矩调节的内凹槽225A可以相对于第一磁路方向100A顺时针地(以CW方向)移动预定的角度(例如，20°)，以及第二齿槽效应转矩调节的内凹槽226A可以形成在从第一内凹槽225A移动180°的位置上。
替换地，如图4(C)所示，用于调节齿槽效应转矩的第二内凹槽226A可以相对于第一磁路方向100A顺时针地移动预定的角度(例如，20°)，以及用于调节齿槽效应转矩的第一内凹槽225A可以形成在从第二内凹槽226A顺时针移动140°的位置上。
换句话说，内凹槽225A和226A可以形成在围绕转子旋转中心相对于第一磁路方向100A的±45°的角度范围内。例如，角度可以被设置为相对于第一磁路方向100A的±45°，±30°，±20°，±10°，±0°等等。为了有效地调节齿槽效应转矩，角度最好是尽可能小。
通过形成内凹槽225A和226A，转子21和定子22之间的缝隙在凹槽处被扩大。因此，原先具有的磁阻比第二磁路101小的第一磁路100的磁阻可被增加，因此减小施加到转子21的齿槽效应转矩。
按照本实施例，因为内凹槽225A和226A形成在第一磁路100与第二磁路101之间，在转子21的旋转中心沿着原先具有的较小的磁阻的第一磁路100的磁通方向100A，被施加到转子21的齿槽效应转矩可被有效地减小。
因此，虽然振荡摆锤25的非平衡量随着小体积的功率发生器20的体积减小而降低，因为被施加到转子21的齿槽效应转矩也可被减小，转子21的旋转稳定性可被改进，以使得转子21可以由轻微的壁运动推动旋转，这样使得功率产生系统能够有效地工作。
而且，齿槽效应转矩的减小可以通过用于调节齿槽效应转矩的内凹槽225A和226A的位置、尺寸和配置结构而被调节。因此，即使当振荡摆锤25的体积和重量通过减小指针电子时钟1的厚度而被减小时，仍可以由小体积的功率发生器20有效地产生功率，从而可以只通过形成相应于振荡摆锤25的体积和重量减小的数量、位置、尺寸和配置结构的内凹槽225A和226A而有效地充电二次电源30。
下面将参照图5和6描述本发明的第二实施例。
顺便地，在以下的实施例和修正方案中，与第一实施例相同的参考数字将附着到相同的或相似的部件，以便简化或省略对于它们的描述。
在本实施例中，各个电子22和磁芯27的连接部分的材料、面积和缝隙被安排成使得，当没有形成内凹槽225A和226A时，如图5的双点线所示的、其磁通在靠近转子21的定子22处闭合的第二磁路101的磁阻小于如单点线所示的、从定子22延伸通过磁芯27和返回到定子22的第一磁路100的磁阻。
因此，转子21的永久磁铁的磁极N和S，在用于将磁极N和S保持在第二磁路方向(与第一磁路方向100A正交的、图5的箭头101A所示的方向)，即，在用于在连接外凹槽221和222的方向吸引磁极N和S的方向上，被施加以齿槽效应转矩。要被齿槽效应转矩放松转子21的位置在本实施例中是无负载转子停止位置。
在本实施例中，为了减小齿槽效应转矩，用于调节齿槽效应转矩的内凹槽225A和226A在转子适配孔230的内周界上被凹进。具体地，内凹槽225A和226A被安排成使得从转子21的旋转中心O延伸到内凹槽225A和226A的方向是在围绕箭头的101A方向(第二磁路方向)的±45°的角度范围内，更具体地，精确地在第二磁路方向上。顺便地，由于制造误差可以造成在大约±5°的角度范围内的起伏。
虽然在通常情况下，各个内凹槽225A和226A优选地沿着第二磁路方向101A形成，如图5和6(A)所示，但用于调节齿槽效应转矩的第一内凹槽225A可以相对于第二磁路方向101A顺时针地移动预定的角度(例如，20°)，以及用于调节齿槽效应转矩的第二内凹槽226A可以形成在从第一内凹槽225A移动180°的位置上。
替换地，如图6(B)所示，用于调节齿槽效应转矩的第二内凹槽226A可以相对于第二磁路方向101A顺时针地(以CW方向)移动预定的角度(例如，20°)，以及用于调节齿槽效应转矩的第一内凹槽225A可以形成在从第二内凹槽226A顺时针移动140°的位置上。
通过形成内凹槽225A和226A，转子21和定子22之间的缝隙在凹槽处被扩大。因此，原先具有的磁阻比第一磁路100小的第二磁路101的磁阻可被增加，因此减小施加到转子21的齿槽效应转矩。
按照本实施例，可以得到与第一实施例相同的功能和效果。
顺便地，本发明的范围不限于以上各个实施例，而包括其它安排，只要可以达到本发明的其它目的，它包括以下的修正方案。
例如，用于调节齿槽效应转矩的内凹槽225A和226A的配置结构不限于半球形，而可以是如图6(A)和(B)所示的梯形，或替换地，近似的三角形，方形或其它多边形。另外，通过形成如图6所示的、梯形或方形的内凹槽，因为凹槽在某个角度内具有恒定的厚度，凹槽的位置移动对第一齿槽效应转矩并没有太大影响，即使当在定子22处内凹槽的位置略微移动时，这样齿槽效应转矩可被稳定地调节。
而且，内凹槽可以通过减小定子22的厚度在转子适配孔230的一部分内周界上形成凹陷240而被形成，如图7所示。替换地，如图8所示，内凹槽可以在靠近转子适配孔230的内周界的厚度方向上以穿透定子22的孔250来提供。换句话说，对于内凹槽来说，任何配置结构是可能的，只要在正交的缝隙可被局部地扩大，或磁路100和101的磁阻可以通过在磁路上提供通孔而被调节。
而且，在本发明中，各个磁路100和101的磁阻不一定能如在以上的各个实施例中那样通过形成内凹槽而被平衡，但如图9所示的凸出物260可被形成来平衡磁阻。具体地，各个磁阻100和101的磁阻可以通过在转子21和定子22之间的缝隙尺寸而被调节。因此，不是通过在具有较小的磁阻的磁路方向上形成内凹槽以便于相对于其它磁路增加磁阻，而是可以在具有较大的磁阻的磁路方向上形成凸出物260，以便于比其它磁路减小磁阻，从而调节磁阻的平衡。换句话说，在具有较大的磁阻的磁路方向上形成凸出物260，具有与在具有较小的磁阻的磁路方向上形成内凹槽同样的效果，这样，各个磁路的磁阻之间的差别可被减小，用于平衡调节。因此，通过形成凸出物260可以达到与上述的实施例同样的功能和效果。
而且，虽然上述的实施例的定子22是整体类型的，但也可以使用由被放置成夹心转子21的两个定子材料组成的两片式定子。在这个安排中，内凹槽也可以被形成在具有较小的磁阻的第一磁路100或第二磁路101上。
而且，虽然以上的实施例涉及到自绕组类型，其中转子21由振荡摆锤25推动旋转，但本发明可以应用于人工绕组类型，用于由冠齿轮人工地旋转转子21。当被施加到转子21的齿槽效应转矩在手工绕组类型中被减小时，功率可以通过小的冠齿轮被有效地产生。
而且，转子21可以通过从机械能源诸如，强力弹簧，橡皮，弹簧和偏心摆锤，通过机械能传输装置，诸如齿轮链(齿轮盘)，摩擦齿轮，皮带和滑轮，链条和链轮齿轮，齿条传动装置，和凸轮等传输机械能而被旋转。
内凹槽的数目、预定的范围内的位置、体积、和配置结构应当按照所需要的齿槽效应转矩的调节被适当地设置。因此，在本发明中可以形成单个内凹槽。
内凹槽的位置根据第一磁路100和第二磁路101的各个磁阻的大小而不同。然而，磁阻通常按照小体积的功率发生器20的设计而不同，它对于相同的设计的功率发生器20是共同的。因此，内凹槽的位置可以在设计或样本制造过程期间被测试和被设置，以及只要制造相同的小体积的功率发生器20的时候，内凹槽就可被形成在相同的位置上。
而且，本发明的计时表不限于手表，而可以是各种计时表，诸如台钟和挂钟。替换地，本发明的计时表除了时钟功能以外可以具有其它功能，诸如蜂窝电话，计算器，便携式个人计算机，和便携式无线电接收设备。
按照本发明的功率发生器不限于被应用于计时表，而可以被应用于各种电子装置，诸如血压计，便携式蜂窝电话，PHS，计步器，计算器，个人计算机，诸如笔记本电脑，个人管理器，PDA(个人数字助手)，便携式无线电，玩具，IC卡，以及汽车和住房钥匙。换句话说，本发明可被广泛地应用于消耗电源的电子装置。由于被施加到转子21的齿槽效应转矩可被减小，以使得振荡摆锤25和强力弹簧的体积也可被减小，以及可以制造非常小体积的功率发生器，本发明可被适合地应用于具有小体积的各种电子装置，用于便携式应用。虽然干电池和充电器通常被使用于这样的电子装置，但按照本发明的功率发生器的安装使得电子电路和处理器(诸如在电子装置中的驱动系统)能够不用电池而进行工作，这样，不需要电池的交换工作以及可以防止环境污染。而且，由于功率可以通过安装振荡摆锤和强力弹簧而被人工地产生，所以不需要对于充电器所需要的充电工作，这样，电子装置可以甚至在灾害的情况下，在室外或在家庭外面被启动。
接着，下面将描述用于说明本发明的效果而进行的实验。
在本实验中，按照第一和第二实施例的功率发生器20被使用来通过基于有限元方法的三维分析而证实在存在内凹槽225A和226A时齿槽效应转矩的改变。
顺便地，具有32MGOe(254.7KJ/m3，以国际单位系统计)的最大能量积、和具有1.8mm直径与0.4mm厚度的的圆盘状钐钴烧结的磁铁被使用作为转子21。具有最大导磁率400000和0.74T的饱和磁通密度的坡莫合金材料(PC材料)被使用作为定子22，以及具有最大导磁率50000和1.5T的饱和磁通密度的另一种坡莫合金材料(PB材料)被使用作为磁芯27。
另外，为了同时测试定子22和磁芯27的连接部分的缝隙的影响，也分析了在连接部分处有和没有10μm缝隙时齿槽效应转矩的改变。
图10到12上的图形显示了在以上的条件下的分析结果。另外，当磁铁(转子21)的磁极取向为外部凹槽方向(与主磁路正交的方向)时，旋转角被设置为0度。图10所示的数据201代表在没有形成内凹槽时在定子22和磁芯27的连接部分处没有缝隙时的齿槽效应转矩。数据202代表在没有形成内凹槽时在定子22和磁芯27的连接部分处有10μm缝隙时的齿槽效应转矩。
如图10所示，由于磁铁(转子21)的无负载转子停止位置是其中齿槽效应转矩在之间改变时的一个点，在数据201中无负载转子停止位置是以旋转角度90°的一个位置，即，在与外部凹槽方向正交的方向(第一磁路方向100A)上，如在上述的第一实施例中那样。
另一方面，在数据202中无负载转子停止位置是以旋转角度180°的一个位置，即，沿着外部凹槽方向(第二磁路方向101A)，如在上述的第二实施例中那样。换句话说，可以知道，无负载转子停止位置由于定子22和磁芯27的连接部分的缝隙的存在，只移动90°，即使定子22和磁芯27的材料与配置结构都是相同的。
而且，图11所示的数据203代表当200μm直径的内凹槽225A和226A被形成在第一磁路方向以及在定子22和磁芯27的连接部分处没有缝隙(如图3所示)时的齿槽效应转矩。
图12所示的数据204代表当200μm直径的内凹槽225A和226A被形成在第一磁路方向以及在定子22和磁芯27的连接部分处有10μm缝隙(如图5所示)时的齿槽效应转矩。
正如图11清楚地显示的，当无负载转子停止位置是在第一磁路方向(数据201)时，换句话说，当第一磁路100的磁阻小于第二磁路101的磁阻时，通过在转子适配孔230处在第一磁路方向100A上形成内凹槽225A和226A，可以很大地减小齿槽效应转矩。例如，虽然在数据201中显示的、没有形成内凹槽时的齿槽效应转矩的峰值是1.4*10-7(N·m)，但当形成内凹槽225A和226A时在数据203中显示的齿槽效应转矩的峰值是1.0*10-8(N·m)，它小于没有内凹槽时的峰值的十四分之一。
同样地，如图12所示，当第二磁路方向是无负载转子停止位置(数据204)时，换句话说，当第二磁路101的磁阻小于第一磁路100的磁阻时，通过在转子适配孔230处在第二磁路方向101A上形成内凹槽225A和226A，可以很大地减小齿槽效应转矩。
因此，通过沿着具有较小的磁阻的磁路的方向形成内凹槽穿过转子适配孔230，换句话说，通过在围绕具有较小的磁阻的磁路的方向±45°角度范围内，在转子适配孔的内周界上形成内凹槽穿过转子的旋转中心，被施加到转子的齿槽效应转矩可被有效地减小，因此证实本发明的有效性。
而且，在与图10到12所示的实验相同的条件下，分别对于内凹槽从第一磁路方向或第二磁路方向移动±45°，±10°和±0°(在磁路方向)的位置测量了齿槽效应转矩。结果，当内凹槽被放置在±0°的安排(在磁路方向)时，齿槽效应转矩被最大地减小，如图13所示。当内凹槽被放置在±10°的安排时，可以看到齿槽效应转矩的次于±0°的、高的减小效果。另一方面，在±45°放置时，比起没有内凹槽的安排，齿槽效应转矩被减小大约40％。如上所示，由于调节磁阻的凹槽可以有效地放置在±45°角度范围内，以及可以在±10°放置时得到高的减小效果。
权利要求
1.一种功率发生器，包括转子，具有借助于传输的旋转驱动力而旋转的永久磁铁；定子，具有用于放置该转子的转子适配孔；以及被绕在磁芯上的功率产生线圈，磁芯连同该定子和前述转子一起构成磁路，其中从前述转子延伸通过定子和磁芯回到转子的第一磁路的磁阻和其磁通围绕与转子相邻的定子闭合的第二磁路的磁阻被比较，而不用在前述转子适配孔的内周边上形成内凹槽，其中当第一磁路的磁阻较小时，在以第一磁路的前述转子旋转中心的磁通方向为中心的±45°的角度范围内，在前述定子的转子适配孔的内周边上形成内凹槽，以及其中当第二磁路的磁阻较小时，在以第二磁路的前述转子旋转中心的磁通方向为中心的±45°的角度范围内，在前述定子的转子适配孔的内周边上形成内凹槽。
2.一种功率发生器，包括转子，具有借助于传输的旋转驱动力而旋转的永久磁铁；定子，具有用于放置该转子的转子适配孔；以及被绕在磁芯上的功率产生线圈，磁芯连同该定子和前述转子一起构成磁路，其中当在前述定子的转子适配孔的内周边上没有形成内凹槽时，从前述转子延伸通过定子和磁芯回到转子的第一磁路的磁阻被设置成小于其磁通围绕与转子相邻的定子闭合的第二磁路的磁阻，以及其中在以第一磁路的前述转子旋转中心的磁通方向为中心的±45°的角度范围内，在前述定子的转子适配孔的内周边上形成内凹槽。
3.一种功率发生器，包括转子，具有借助于传输的旋转驱动力而旋转的永久磁铁；定子，具有用于放置该转子的转子适配孔；以及被绕在磁芯上的功率产生线圈，磁芯连同该定子和前述转子一起构成磁路，其中当在前述定子的转子适配孔的内周边上没有形成内凹槽时，其磁通围绕与转子相邻的定子闭合的第二磁路的磁阻被设置成小于从前述转子延伸通过定子和磁芯回到转子的第一磁路的磁阻，以及其中在以第二磁路的前述转子旋转中心的磁通方向为中心的±45°的角度范围内，在前述定子的转子适配孔的内周边上形成内凹槽。
4.按照权利要求
1到3的任一项的功率发生器，其特征在于，其中内凹槽被形成在以第一磁路或第二磁路的前述转子的旋转中心的磁通方向周围的±10°的角度范围内。
5.按照权利要求
4的功率发生器，其特征在于，其中内凹槽被形成在以第一磁路或第二磁路的前述转子的旋转中心的磁通方向上。
6.一种功率发生器，包括转子，具有借助于传输的旋转驱动力而旋转的永久磁铁；定子，具有用于放置该转子的转子适配孔；以及被绕在磁芯上的功率产生线圈，磁芯连同该定子和前述转子一起构成磁路，其中从前述转子延伸通过定子和磁芯回到转子的第一磁路的磁阻和其磁通围绕与转子相邻的定子闭合的第二磁路的磁阻被比较，而没有在前述转子适配孔的内周边上形成凸出物，其中当第一磁路的磁阻较大时，在以第一磁路的前述转子旋转中心的磁通方向为中心的±45°的角度范围内，在前述定子的转子适配孔的内周边上形成伸向转子的凸出物，以及其中当第二磁路的磁阻较大时，在以第二磁路的前述转子旋转中心的磁通方向为中心的±45°的角度范围内，在前述定子的转子适配孔的内周边上形成伸向转子的凸出物。
7.按照权利要求
6的功率发生器，其特征在于，其中凸出物被形成在以第一磁路或第二磁路的前述转子的旋转中心的磁通方向周围的±10°的角度范围内。
8.按照权利要求
7的功率发生器，其特征在于，其中凸出物被形成在以第一磁路或第二磁路的前述转子的旋转中心的磁通方向上。
9.按照权利要求
1到8的任一项的功率发生器，其特征在于，还包括振荡摆锤，用于与用户的身体运动一起旋转；以及功率产生齿轮链，用于通过把振荡摆锤的旋转传输到转子而旋转转子。
10.一种计时表，包括按照权利要求
1到9的任一项的功率发生器；以及用于由该功率发生器产生的电能进行时间显示驱动的处理器。
11.一种电子装置，包括按照权利要求
1到9的任一项的功率发生器；以及通过由该功率发生器产生的电能驱动的处理器。
12.一种用于功率发生器的齿槽效应转矩调节方法，该功率发生器包括转子，具有借助于传输的旋转驱动力而旋转的永久磁铁；定子，具有用于放置该转子的转子适配孔；以及被绕在磁芯上的功率产生线圈，磁芯连同该定子和前述转子一起构成磁路，该方法具有以下步骤比较在没有在前述转子适配孔的内周边上形成内凹槽时从前述转子延伸通过定子和磁芯回到转子的第一磁路的磁阻和其磁通围绕与转子相邻的定子闭合的第二磁路的磁阻；当第一磁路的磁阻较小时，在以第一磁路的前述转子的旋转中心的磁通方向为中心的±45°的角度范围内，在前述定子的转子适配孔的内周边上形成内凹槽；以及当第二磁路的磁阻较小时，在以第二磁路的前述转子的旋转中心的磁通方向为中心的±45°的角度范围内，在前述定子的转子适配孔的内周边上形成内凹槽。
13.一种用于功率发生器的齿槽效应转矩调节方法，该功率发生器包括转子，具有借助于传输的旋转驱动力而旋转的永久磁铁；定子，具有用于放置该转子的转子适配孔；以及被绕在磁芯上的功率产生线圈，磁芯连同该定子和前述转子一起构成磁路，该方法具有以下步骤比较在没有在前述转子适配孔的内周边上形成凸出物时，从前述转子延伸通过定子和磁芯回到转子的第一磁路的磁阻和其磁通围绕与转子相邻的定子闭合的第二磁路的磁阻；当第一磁路的磁阻较大时，在以第一磁路的前述转子的旋转中心的磁通方向为中心的±45°的角度范围内，在前述定子的转子适配孔的内周边上形成形成伸向转子的凸出物；以及当第二磁路的磁阻较大时，在以第二磁路的前述转子的旋转中心的磁通方向为中心的±45°的角度范围内，在前述定子的转子适配孔的内周边上形成伸向转子的凸出物。
专利摘要
用于调节转子的齿槽效应转矩的内凹槽(225A，226A)被形成在小体积的功率发生器(20)中的定子(22)上。由于内凹槽(225A，226A)被形成在以转子(21)的旋转中心的具有较小的磁阻的第一磁路(100)的磁通方向周围的±45°的角度范围内在转子适配孔(230)的内周边上，齿槽效应转矩可被有效地减小。因此，即使当诸如振荡摆锤和强力弹簧那样的部件的尺寸被减小以便制成薄的计时表时，转子的旋转稳定性可被改进，这样改进了小体积的功率发生器的功率产生效率。
文档编号H02K1/14GKCN1211898SQ01101238
公开日2005年7月20日 申请日期2001年1月8日
发明者松泽欣也 申请人:精工爱普生株式会社导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan