小型电子表的发电机 本发明涉及一种小型电子表的发电机，它的转子由一个转动质量驱动并确定用于对为表机芯供电的电流源充电，它具有一个永磁铁结构及一个电枢结构，该电枢结构至少具有一个线圈及构成电枢极的电枢片，其中圆形布置的磁铁极和电枢极限定了一个环形气隙。
对于“电枢”一词的表达这里将以传统的方式理解为绕有线圈的发电机部分，其中通过磁场的转动将感应出电压来。然而电枢可以是固定的、即属于定子或构成定子，但也可自身转动的、即属于转子或构成转子。在第一种情况下永磁铁结构构成转子，在第二种情况下永磁铁结构构成定子。
一种具有所述类型发电机且其中电枢构成定子的小型表是公知的(例如EP-A-0683442,US-A-4008566)。在该小型表中，一个电流源、例如为小蓄电池或电容器通过发电机被充电，发电机的转子与一转动质量相连接，并通过手腕处表的运动使其投入转动。可绕小型表中心转动的转子是这样被磁化或设有永磁铁的，即沿着其外围磁铁极处于交替的极性。定子极同心地位于这些磁铁极的对面，定子支承着线圈结构，后者在转子运动时感应出电流脉冲，在其整流后用于对电流源充电。定子线圈结构尤其是涉及到一种环形线圈，它在根据EP-A0683442公知地小型表中同心地围绕着转子。
为了在转子转动时能产生足够大的感应电压，以满足对电流源的可靠充电，必须提供尽可能大的磁场强度，因为当放弃使用驱动重力和转子之间的变速装置时，通过手腕的运动或重力能达到的转子速度通常不会很大。高的磁场强度是以使用尽可能强的永磁铁及尽可能多的极数为前提的。但是这就导致了，在转子的静止位置上转子保持力矩相当大，转子的静止位置也就是这样的位置，在该位置上磁路的磁阻为最小。换句话说，这意味着，直到转子开即转动时为止必须作用于转子的力必须非常大，以致仅在小且弱的运动、尤其是仅在小的翻转运动时，转子不会由静止位置转到能发生显著感应过程的程度。
在所述类型的小型表中这些情况提出了一个主要课题，即避免机械变速装置的缺点及实现一种成本合理的电机。
本发明的任务在于：借助简单措施减小转子的保持力矩(Haltemoment)，并仍然使永磁铁在感应阶段、也即在转子转动时产生的磁通实际上最大程度地充分利用以产生电流。
为了解决该任务，根据本发明该发电机具有权利要求1或2的特征部分给出的特征。
根据权利要求1的第一方案，磁铁极面和电枢极面这样地构成，即在转子的静止位置时，至少有绝大多数的电枢极面每个仅覆盖一个磁铁极面的一部分，以便减小在静止位置时转子的保持力矩；但在转子转动时每个电枢极面被一个磁铁极的整个极面扫过。
以此方式将达到，在转子的静止位置上仅是所有的磁场强度的一部分起到保持力矩的作用，而在转子转动时整个磁通均被用于电感应。
合乎目的地，电枢构作定子及永磁铁结构构成作转子，以使得无需使用滑环。因此，以下将用定子及定子极取代电枢及电枢极进行描述。
本发明允许以各种不同方式和方法来实施，第一实施形式在于：定子极面的两侧与其平行于转子轴的中线对称地通过倾斜的边缘作为边界，也即是三角形或梯形的，而磁铁极面实际上为矩形。在此情况下，磁铁板在转子圆周方向上的尺寸小于三角形或梯形的定子极面的基线。倾斜的定子极交替地从一侧及另一侧彼此无接触地相互嵌入。合乎要求的是，在一个环形线圈的两侧上设置两个盘状的定子片，在定子片的边缘上通过冲切构成定子极，为了制成定子将定子极弯成直角，以致在发电机组装状态它们伸展在环形线圈的四周。而且，一个定子片上的定子极嵌在另一定子片上定子极之间。
第二实施形式在于：磁铁极在转子圆周上不是等距离分布的，而是这样地布置，即在转子静止位置时，一定数目的磁铁极面相对位于对面的定子极面以合适方式移位，如在后面的说明中所详细描述的。并且在该情况下，在转子静止位置时，形成定子极被磁铁极覆盖了小部分，并由此形成小的保持力矩，而不会在感应阶段对所有磁场强度的实际最大利用带来不利影响。
在另一实施形式中，磁铁极面或定子极面通过相对于圆周方向倾斜的平行线为界，以使得仍然在转子静止位置时仅发生由定子极面及磁铁极面的部分覆盖。
根据权利的要求2对本发明任务的第二种解决方案，磁铁极面比定子极面如此地窄，以致在转子的静止位置时，一个磁铁极面对面的定子极面在两个圆周方向上均超过磁铁极面的侧向边界，这样使在起动的最初时刻覆盖的极面没有变化及因此有效磁通没有变化。
于是，三角形或梯形、或矩形定子极面可以为这样大小，即在转子静止位置时，定子极面完全覆盖了对面的磁铁极并在圆周方向上超过其两侧。
在根据本发明的具有构成转子的永磁铁结构的发电机的优选实施形式中，至少上述措施中的二个相组合，尤其是使用倾斜的定子极面并结合所述的在圆周方向移位的磁铁极面。此外，在这里作为另一根据本发明的措施，设有在转子圆周方向正弦形式磁化的永磁铁结构，其中每个正弦半波相应于一个磁铁极。
根据本发明的发电机的合乎要求的构型可由从属权利要求中得出。
以下将借助实施例的附图更详细地描述本发明，其中电枢总是构作定子，并在以下总是用定子取代电枢来描述。附图为：
图1是一个手表例子的截面图，其中安装了根据本发明的发电机；
图2是一个盘状定子片的正视图，它具有沿其圆周冲切形成的三角形极，并处于极弯曲前的平面状态；
图3是根据图2的定子片并具有弯成直角的极，其中根据该图3的表示，这些极朝向图面下方；
图4是沿图3中Ⅳ-Ⅳ的定子片概要截面图；
图5是展开表示的定子极面的一个概要正视图，这些定子极面属于两个定子片，它们从两侧包围了图1中的线圈，其中上极片弯曲后的定子极嵌入在下极片弯曲后的定子极之间；
图6是相应图5的展开表示的在转子静止位置时定子极和位于其后的磁铁极的视图；
图7是表示具有另外形状定子极的定子片在平面状态时的一个部分正视图；
图8是展开表示的两个根据图7的定子片彼此相嵌的定子极的概要正视图；
图9是表示具有又一另外形状定子极的定子片在平面状态时的一个部分正视图；
图10是展开表示的两个根据图9的定子片彼此相嵌的定子极的概要正视图；
图11是根据本发明另一实施形式的定子极面和磁铁极面的展开表示的概要示图，它具有部分在圆周方向上错位的磁铁极；
图12是本发明的另一实施形式，其中展开表示的磁铁极面具有对转子圆周方向倾斜定向的边界；
图13是本发明另一实施形式的概要示图，其中磁铁极面被正弦形式地磁化；
图14至19表示具有各种不同极形状和极结构的另外实施例的概要示图；
图20是根据本发明的一个发电机中定子线圈结构的一个优选实施形式。
根据图1的小型表具有一个带有壳中间部分1的表壳，其上方通过一个表玻璃2及其下方通过一个底盖3封闭。借助一个塑料作的表机保持环5保持电子表机芯4，后者支承着一个表盘6。在表机芯4及底盖3之间与表机芯4隔开地设有一个发电机，它具有设有二个定子片8及9和置于其中的环形线圈10的定子结构7以及一个转子20。
总体为盘状的定子片8和9具有在边缘上垂直环绕的凸边，其中，在图1的表示中上定子片8具有向下的环绕定子极80及下定子片9具有向上的环绕定子极90，它们彼此交错地相嵌并位于一个与小型表的轴同心的圆周上，对于定子片8和9的形状还要借助图2至6在后面详细描述。
环形线圈10被缠绕在一个内软铁环11上，后者与在中央设有孔的两个定子片8和9一起被压紧在一个中心螺母13上。该螺母13被旋紧在底盖2内整体成型的螺柱14上。在环形线圈10的外圆周及隔开地围绕该环形线圈的、布置成圆形的定子极80和90之间设有一个隔离环12。
借助弹簧触头15使线圈端部与一环形导板16相连接，后者对转子轴同心地设置。导板16一方面与由集成电路作成的电流源充电电路16′电连接、该电流源例如为一个电容器；另一方面借助弹簧触头17与设在表机芯壳内的电流源的极相连接。
转子由一个位于定子结构7下方的环21组成，后者借助一个滚珠轴承24可绕表中心转动地被支承着，并具有一个被该环支承的环形永磁铁结构22，该环形永磁铁的内表面围绕着布置成圆形的定子极并与其形成一个空气隙。在环21的外圆周上固定了一个转动质量23，它仅是扇形地伸展在该环21圆周的一部分上，由此起到惯性体的作用。它位于表壳外围附近的一个自由环形空间中。滚珠轴承24的内环座落在从底盖3中心整体成型出的柱台上，该柱台通过所述螺柱14向内加长。
环形永磁铁结构22这样地被磁化，即在它内周面上与定子极对立的磁极具有交替的极性。
该永磁铁结构也可由固定在环21上的永磁铁构成。
以下将借助表示第一实施例的图2至6来描述与磁铁极相互作用的定子极。
根据该实施例，两个定子片8和9的每个具有14个等距离布置的三角形定子极，如图2中所示，其中定子极通过冲压一个平的薄片而形成，其上定子片8具有它的14个定子极80。图3表示具有朝图面下方直角地弯曲的极的同一定子片，如图4的截面所示。安装在线圈10两侧的两个定子片8和9这样地彼此相对置，即，使得在组装状态它们彼此对置的定子极80和90不相接触，如图5中概要地表示，并构成彼此相嵌的锯齿形窄气隙，其中定子极面81和91面对着环形永磁铁结构22。永磁铁结构具有与定子极所有极数正好一样多的磁铁极，在所述该例中也即为28个磁铁极，它们相接地以它们的直角极面彼此相邻。
图6表示在转子的一个静止状态时磁铁板和定子极的展开图，其中所有的定子极表面81、91与磁铁极的矩形磁铁极面N(北极)、S(南极)彼此对齐地对置，这就是说，以点划线表示的、与转子轴平行定向的定子极平面的中线和磁铁极平面的中线彼此相重叠。
定子极具有三角形状，它的基线长于一个磁铁极表面圆周方向的尺寸，其高度即与转子轴平行方向的尺寸至少等于一个磁铁极表面N、S的高度。通过该构型将达到，在所示静止位置上定子极面仅被一部分的磁铁极面覆盖，由此仅是一部分的磁场强度起作保持力矩的作用。此外，与每个定子极面、例如定子极面81的基线相邻的区域不仅覆盖了位于对面的磁铁板面N，而且也覆盖了两侧相邻磁铁极S的角部，这就进一步减小了保持力矩。由于定子极面倾斜的侧界面使得在极交换时不会发生突然的磁通变化，而是缓慢连续的磁通变化，这体现了易于起动的另一作用。
转子摆离它的静止位置仅需要相当小的力，这就是说仅轻轻地移动手腕或很微小的表抖动，就能使转动质量及转子投入运动。当转子转过至少约两个极部分时，定子极面却被整个磁铁极面扫过，由此可使整个磁场强度用于感应。
对此重要的是：定子极80和90的两侧倾斜，以使得定子极面81和91的两侧通过倾斜边缘分界，并且其两侧最好相对平行于转子轴的中线对称；及使得其高度最好至少与磁铁极面相应尺寸相同，以便当转子转动时，能供支配的磁通尽可能得以完全利用。
定子极面的基线及一个斜边之间的倾角α在该例中根据图约为55°，它也可作另外的选择，尤其是选得大些，如根据图7至10的例中所示的。在这些例中磁铁极面仍是矩形形状并彼此直接交界。根据图7及8该倾角α约为60°，在根据图9及10的例中该倾角约为70°。由此使定子极不会超出磁铁极过宽，它的高度尺寸是这样的，根据图8及10的定子极面81和91具有梯形构型，如在图7和9中表示的具有其极80的定子片8那样，在极80之间布置着示为已弯曲的极90的顶面。
用于减小转子保持力矩的另一措施表示在图11上，其中定子极和磁铁极的展开的方式表示，其中定子极如图2至6的例中那样，仍是构成三角形定子极面81和91而形成倾斜，而与其直接相邻的磁铁极仍为矩形。三角形定子极面的基线仍长于磁铁极面圆周方向的尺寸。定子极仍是等距离布置的，与转子轴平行定向的定子极面81、91的中线彼此间均为等距离，但磁铁极不是等距离的。
在图11中，用点划线表示通过定子极顶点的定子极面81、91的中线及磁铁极面N1、S1、N2、S2等的中线M。在所述该例中，假定：具有16个定子极及16个磁铁极，及在图示转子静止状态下，仅是每第四个定子极与一个磁铁极对齐。在图11中，磁铁极N1、N3和N5所属的那些极对相互对准。在这些极对上极面的中心彼此重合地对齐，这在图11中用距离0来指示。而位于一个对准的极对两侧的磁铁极面相对与它重叠的定子极面在相反方向上移动很小的间隔X或2X，其中在一个圆周方向上位移量的总和至少近似地等于在另一圆周方向上位移量的总和。
在图11的表示中，位于对准极对(N3、81)的左边并在该极对与下一对准极对(N1、81)之间三个磁铁极面S2、N2、S1、它们的中线M在一个圆周方向-根据图11为向右-相对于对面的定子极面81、91位移间隔X、2X、及X。相反地，在对准极对(N3、81)另一侧并在该极对与下一对准极对(N5、81)之间的三个相互依次排列的磁铁极面S3、N4及S4、它们的中线在另一圆周方向上-根据图11为向左-相对于对面的定子极面位移同样的间隔X、2X及X。
参照图11，对于左方对准的极对(N1、81)仍然是位于其两侧的磁铁极面在相反方向上错开，这就是说，在对准极对(N1,81)左面依次排列的磁铁极对S16、N16、等向左移动X、2X等，而在图11上位于对准极对(N5、81)右面的磁铁极面S5、等等向右移动相应间隔X等等。
在转子静止状态中以此方式形成的圆周方向的力分量用箭头表示在图11的下侧，并可看出，在一个对准极对两侧作用的各个力分量彼此方向相反，并对于整个转子全部相互抵消。它们因而减小了保持力矩。在转子静止状态，所述的磁铁板面相对定子极面的错位仍然起到仅是部分极覆盖的作用，因此在转子转动时不会对整个磁通的利用产生不利影响。
在转子静止状态时，对准极对的数目自然可以根据总的极数任意地选择，但其中至少有两个对准极对是合乎要求的。对于磁铁极面相对与其重叠的定子极面所位移的间隔可以总是相等的或对于不同的磁铁极面是不相等的，但仅要求：其位移是对称的，即使得在一个圆周方向上所有位移量的和等于在另一圆周方向上所有位移量的和。
也可取代磁铁极，定子极以上述相似方式位移，由此得到相同的效果。
上述磁铁极面的移位原则上可作为减小保持力矩的单独措施，这就是说，允许使用相同构型的矩形磁铁极面和定子极面。但当该措施与倾斜定子极的措施-如图11中所示-相结合时，当然会增强减小保持力矩的效果，而决不会丢弃对能供支配的磁通的完全充分利用。
在转子静止位置时仅是部分极的覆盖也可如此地实现，即如图12所示，在所述该例中，磁铁极面(N22、S22)彼此间隔地布置，并通过对圆周方向倾斜的平行边为界，尤其是具有平行四边形的形状。
在所述该例中定子极面82、92为矩形的极面，它们整体地成型在类似于图1的定子片8、9的两个定子片的边缘上，并从两侧交替地相互嵌入。在图12的例中，定子极面82、92在该静止位置上从转子圆周方向上看完全覆盖了磁铁极面N22、S22。也可能遇到这样的位置，即在静止状态时，倾斜定向的磁铁极面的两侧边缘覆盖了相邻的两侧定子极面的角区。在转子静止状态时部分极的覆盖也可实际上以类似方式获得：这时定时极面通过对圆周方向倾斜的平行边为界，而磁铁极面为矩形，其中磁通极面可在圆周方向上或是直接地相邻或是彼此相隔一距离。倾斜定向的磁铁极面也可用使用在具有三角形或梯形定子极面的定子情况中。
用于减小转子保持力矩一个附加措施是，磁铁极面不是以相同的强度进行磁化，而是这样地进行磁化：在极面上圆周方向的磁场强度以正弦形状变化，如在图13中对于磁铁极面排列N′、S′等所概要表示的。在该例中，定子极面81、91也为三角形。在该例中，极面上垂直线的密度表示向极中心变强的磁通密度，该磁通密度的变化在图13的下方用正弦形磁化曲线表示。其中每个正弦半波相应于一个极面。通过这种正弦形状的磁化可以达到，在起动的最初瞬间最大场强的区域经过同一定子极运动，故实际上不引起任何保持力矩。在极交换时，磁通密度进而连接变化且其方向不会突然变化，由此使转子的起动同样变得容易。
在倾斜定子极或位移磁铁极或这两种措施组合的的情况下，可使用的这样一种附加措施将导致保持力矩的进一步减小。根据本发明在使用所有这三种所述措施的情况下实际形成了该发电机的一个优选实施形式，这就是，由带有倾斜侧边的定子极、位移磁铁极和正弦形式磁化的磁铁极面形成的组合。这种优选实施形式故具有在图11及图13中所示实施例的组合特征，其中正弦状磁化曲线的最大值及最小值并非彼此依次具有相同距离，而是按照图11的极中线M产生位移。
图14至17概要地表示由矩形磁铁极面与三角形定子极面的另四种可能的组合，在所述这些例中矩形磁铁极面彼此隔有距离，而三角形定子极面仍如图1的例子那样，被整体成型在两个定子片上并从两侧交替地互相嵌入。
在图14的例中，三角形定子极面83、93的基线与磁铁极面N23、S23圆周方向的尺寸相同，因此在转子静止状态时磁铁极面的侧面边界不会被定子极面超出。
在图15的例中，三角形定子极面84、94的基线实际小于磁铁极面圆周方向的尺寸，由此在转子静止状态时，磁铁极面超过定子极面的两侧，即在圆周方向上超出定子极面。通过这些极的构造和布置，根据本发明将产生使保持力矩减小的进一步效果，该效果在于：在起动的初始时刻，在一个或另一圆周方向上定子极和磁铁极的重叠面不会改变并由此使有效磁通不会改变。只要在起动时磁铁板面完全覆盖了对面的定子极面，实际上根本不作用任何保持力矩，故不用克服任何保持力矩。在转子静止状态时就形成了一种中性的平衡，以致当在极交换时开始形成磁力并已具有一确定的摆动的情况下转子在非常小的外力作用下就能进入运动。
此外，在图15的例中，如上所述，通过定子极面倾斜的侧面边界、如在这些例中可以是三角形或梯形的定子极面，这样形成的效果将有助于减小保持力矩。
图16表示另一实施例，其中同样产生上述的效果，即在起动的最初时刻实际上不会有任何磁通的变化，并由此在起动的最初时刻转子实际上无需克服任何力。但在该例中定子极面和磁铁极面的作用相互换。矩形的、在该例中实际为方形的磁铁极面N25、S25的尺寸比三角形定子极面85、95的尺寸小得多，以致在转子静止状态时每个磁铁极面的两侧被对面的定子极面超出。
同样在图16的例中，三角形的定子极面此外还起这样的作用，即在极交换时磁通的方向不是突然改变，而是连续地变化的。
图17的例子是图6实施例的一个变型，其中矩形磁铁极面N21、S21彼此隔开地布置，及三角形定子极面81、91的底部这样地长，即在转子静止状态时它不仅部分地覆盖对面的磁铁极面，而且也覆盖了两个相邻的磁铁极面的各一个角区。
在图18及19的例中不仅磁铁极面而且定子极面均是矩形的。在图18中，定子极面86、96较窄，并且在所述该例中约为磁铁板面N26、S26的三分之一窄。由此可获得上述效果，即在起动的最初阶段实际上没有保持力矩作用，因为有效的磁通未有变化。由于在静止状态定子极面仅部分地覆盖磁铁极面，在图18的该实施形式中，此外还具有由于仅是部分极覆盖所产生的上述效果。
在图19的例中，磁铁极面N27、S27和定子极面87、97的作用相互换，同时，这里磁铁极面在圆周方向上实际小于定子极面。在该情况下，也是在起动初始阶段，只在磁铁极面完全被对面的定子极面覆盖，实际上没有任何保持力矩。
概括起来，根据本发明的定子极和磁铁极的一种适当形式和结构可以充分利用以下六个不同的效果：
A)在转子静止状态时，一个定子极仅部分地覆盖一个磁铁极，但最好具有至少等于磁铁极面高度的平行于转子轴的高度，以便使在转动时供支配的磁通得到完全的利用。在根据图6至11、13、14、15、17入18的例中起到这种效果。
B)在起动时起初不发生磁通变化，以使得极覆盖不改变。在此情况睛，或是定子极面在圆周方向上比磁铁极面窄(根据图15及18的例子)，磁铁板面在圆周方向上比定子极面窄(根据图16及19的例子)。
C)在极交换时由于倾斜的极面界线不产生突然的磁通方向变化，而是或多或少缓慢持续的磁通方向的变化(根据图6至17的例子)。
D)在转子静止位置上，定子极面不仅覆盖其对面的磁铁极面，而且也覆盖了一些两相邻侧的磁铁极面(根据图6、11、13及17的例子)。
E)永磁铁结构在圆周方向被正弦形式地磁化(根据图13的例子)。
F)多个定子极或磁铁极相对在静止位置时对面的极面在一个或另一圆周方向上位移一定间隔，但其中在一个方向上所有位移量的和等于在另一方向上所有位移量的和(根据图11的例子)。
图20表示定子线圈结构的一个优选实施形式，它由两个线圈组成，这就是，由两个以合理方式同时绕制并因此相同的线圈10a和10b组成。这两个线圈可以在考虑绕制方向的情况下借助一个电子开关30选择地连接成串联或并联，并且这将根据发电机的工作参数选择。在串联连接时，与并联连接相比较，两个线圈形成两倍圈数及两倍的电阻。因此，通过选择转换，线圈的圈数和电阻将会变为双倍或一半。
这样一种转换可能性由于下列理由是有利的：感应电压已知与线圈的圈数成正比。为一方面线圈的电阻随其圈数的增加而增加并由此减小了产生的充电电流。由于感应电压与转子的速度有关，并且随情况不同而大有差异，线圈圈数和电阻的最佳组合不是恒定值，而是随电压值变化的。在慢速运动时大圈数是有利的，以便得到有效的充电电压。相反地在快速运动时为了电阻匹配，电阻是有尽可能小的值，以便达到最佳充电。由于空间的原因，仅能提供尽可能的小线圈容积，故仅能采用一种或另一种线圈类型。
通过使用双线圈和电子转换就可以对每个给定发电机结构考虑一个作为工作参数的函数的最佳充电来选择转换点，工作参数可与转子速度或极转换频率、感应电压及电流源的充电电压有关。转换点可基于计算数据被存储在一个转换逻辑电路中或根据瞬时的测量值来确定。
用于减小保持力矩的另一措施为：根据图1的线圈结构10或根据图20构成该线圈结构的两个线圈10a和10b可通过一个电子开关31(图20)进行开和关，这就是说，可与电流源的充电电路断开及与该充电电路接通。在静止状态时该线圈结构断开，以使得起动转矩相应地减小。在达到一个预定旋转速度或另一合适工作参数后，该线圈结构才接通，以便利用感应电压对电流源充电。该电子开关31也可自动地通过相应转换逻辑电路来操作。
本发明并不受到所述实施例的限制，而包括尤其在发电机结构及定子极形状方面的种种各样的变型。因此定子线圈结构也可以围绕在内置的永磁铁结构的外面。但根据借助图1所描述的结构，环形永磁铁结构环绕在定子线圈结构的外面更具优点，即在相同圈数时由于线圈的长度小，具有小的电阻。永磁铁结构也可固定地安装，而线圈结构及其极片可以运动，也即安装在转子上。