CN103270686A - 发电机、电子机器及发电装置 - Google Patents

Abstract

本发明的电子机器（1）包括：发电机（10）；电源部（二次电池）（20），积蓄通过发电机（10）而产生的电力；及处理部（负载电路）（30），由从电源部（20）供给的电力驱动。发电机（10）包括发条部（12）、使用磁致伸缩材料而形成的发电部（14）、及电容器（16）。发条部（12）通过振动、操作者的操作、或风力而积蓄力。发电部（14）在未对磁致伸缩材料施加力时，通过积蓄在发条部（12）中的力而发电。

Description

发电机、电子机器及发电装置

技术领域

本发明涉及一种发电机、电子机器及发电装置。

本申请案基于2011年1月12日申请的日本专利特愿2011-003966号、2011年12月15日申请的日本专利特愿2011-274324号及2012年1月4日申请的日本专利特愿2012-000181号而主张优先权，并将其内容引用到本文中。

背景技术

以往，公开有一种通过使压电材料弯曲而发电的技术（例如，参照专利文献1）。

作为该发电装置的压电体，使用有形成为例如棒状的陶瓷。

背景技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开2010-230440号公报

发明内容

[发明所要解决的问题]

然而，在专利文献1所公开的技术中，存在当压电材料未振动时无法发电的问题。另外，因作为压电材料之一的陶瓷的阻抗较高，所以存在可提取的电力较少的问题。另外，因陶瓷是脆性材料，所以存在不适于小型化的问题。

本发明的形态提供一种在通过振动而发电的技术中，即便在未振动时也持续地发电且可提取的电力较多、适于小型化的技术。

另外，在压电体形成为棒状的情况下，存在不适于在一方向上小型化的问题。也就是说，存在如下问题：由于陶瓷为脆性材料，所以对抗冲击等的能力较弱，且难以为了在有限的容积内增加弯曲量以增加发电量，而制成例如线圈状之类的复杂的形状。

本发明的另一形态的目的在于提供一种适于小型化的发电装置及电子机器。

[解决问题的技术手段]

作为本发明的第一形态的发电机的特征在于包括：发条部；及发电部，使用磁致伸缩材料而形成；且所述发电部在未对所述磁致伸缩材料施加力时，通过积蓄在所述发条部中的力而发电。

在所述发电机中，所述发条部也可以通过振动、操作者的操作、或风力而积蓄力。

作为本发明的另一形态的电子机器的特征在于：包括所述发电机。

根据本发明的第二形态，提供一种发电装置，其包括：振动部，朝向一方向形成为螺旋状，且含有磁致伸缩材料；振动传递部，向所述振动部传递振动；及线圈部，根据通过所述振动部的振动而产生的磁通密度的变化来产生感应电流。

根据本发明的另一形态，提供一种电子机器，其包括：处理部，进行指定的处理；电源部，向所述处理部供给电力；及发电部，产生从所述电源部供给至所述处理部的所述电力的至少一部分；且使用按照本发明的第一形态的发电装置作为所述发电部。

[发明的效果]

根据本发明的形态，即便在机体未振动时也能进行持续的发电。另外，例如，与压电组件相比，可提取大量的电力，坚固且适于小型化。

另外，根据本发明的另一形态，可提供一种适于小型化的发电装置及电子机器。

附图说明

图1A是本发明的第一实施形态的电子机器1的构成图。

图1B是本发明的第一实施形态的电子机器1的构成图。

图2是本发明的第一实施形态的发电部14的概略示意图。

图3A是本发明的第一实施形态的发电部114的概略示意图。

图3B是本发明的第一实施形态的发电部114的概略示意图。

图4是表示本发明的第二实施形态的电子机器的概略构成的框图。

图5是表示本发明的第二实施形态的发电部的构成的概略立体图。

图6是表示本发明的第二实施形态的发电部的局部构成的图式。

图7是表示本发明的第二实施形态的发电部的另一构成的图式。

图8是表示本发明的第二实施形态的发电部的另一构成的图式。

[符号的说明]

1              电子机器

2              电子机器

10             发电机

12              发条部

14、114         发电部

16              电容器

20              电源部（二次电池）

30              处理部（负载电路）

32              输入部

34              控制部

36              存储部

38              输出部

50              磁致伸缩材料

52              线圈

54              可动部

210             发电部

211             机架部

211a            固定部

212             振动部

212c            线状部件

212a            第一端部

212b            第二端部

213             振动传递部

213a            重锤体

213b            可动部

214             线圈部

220             电源部

230             处理部

具体实施方式

[第一实施形态]

以下，一面参照附图，一面对本发明的第一实施形态进行说明。图1A是本发明的第一实施形态的电子机器1的概略功能构成图。图1B是关于图1A所示的发电机10更加详细地进行图示的构成图。图2是发电部14的概略示意图。

电子机器1例如为可携式信息机器，如图1A所示，包括：发电机10；电源部（二次电池）20，积蓄通过发电机10而产生的电力；及处理部（负载电路）30，由从电源部20供给的电力驱动。

处理部30包括输入部32、控制部34、存储部36及输出部38。输入部32从外部输入信息。根据电子机器1的种类而有所不同，例如，接收从外部发送来的信息的接收部、受理操作者的输入操作的操作受理部、检测外部状况的检测部（例如磁传感器）等相当于输入部32。

控制部34基于通过输入部32而输入的信息或存储在存储部36中的信息等而执行各种处理。存储部36存储通过输入部32而输入的信息、控制部34进行的处理中所使用的信息（例如，控制程序）、通过控制部34而生成的信息（例如，输出用信息）等。

输出部38向外部输出信息。根据电子机器1的种类而有所不同，例如，向外部发送信息的发送部、对操作者提示信息的提示部（例如，显示器、指示灯、扬声器）、驱动电子机器1的机体（以下，简称为“机体”）（例如，振动功能）的驱动部等相当于输出部38。

发电机10至少包含发条部12及发电部14，如图1B所示，除了发条部12及发电部14以外，还可包含电容器16。

发条部12通过机体的振动而积蓄力（弹性能量）。例如，通过用户有意识地晃动机体时的振动、或用户搬运机体时产生的振动、或由处理部30的处理所产生的驱动（例如，振动功能）等而随时积蓄力。

另外，发条部12也可以通过振动以外的方式积蓄力。例如，也可以通过操作者的操作、或风力等而积蓄力。此外，在使用风力的情况下，也可以利用风车（风扇）。

作为操作者的操作，除了诸如直接使发条部12积蓄力的操作（例如，有意识地上紧发条的操作）以外，也可为诸如间接地使发条部12积蓄力的操作。此外，诸如间接地使发条部12积蓄力的操作的一例为按下配置在机体上的按钮。也就是说，发条部12积蓄按下按钮时的力。

此外，积蓄在发条部12中的力用作使发电部14的磁致伸缩材料变形（振动、弯曲）的力（详情将于下文叙述）。

如图2所示，发电部14包含磁致伸缩材料50与线圈52而构成。此外，图2是以也能看见线圈52内的磁致伸缩材料50的方式进行图示的剖视图。此外，在图2中，图示有两根磁致伸缩材料50，但发电部14也可以包含一根或三根以上磁致伸缩材料50（下述图3的发电部114也相同）。另外，图2表示的内容是在两根磁致伸缩材料50中的任一根上均卷绕着线圈52，但作为线圈52的卷绕方法，可针对每根磁致伸缩材料50卷绕线圈52。

发电部14所包含的磁致伸缩材料50通过力（弯曲力、拉伸力、延展力）而变形，从而使磁通密度发生变化（逆磁致伸缩效应）。发电部14所包含的线圈52通过所述磁通密度的变化而产生感应电流。也就是说，发电部14在对磁致伸缩材料50施加有力时（即，存在振动或弯曲时），将对磁致伸缩材料50施加的力变为电，即，进行发电（获得电能）。例如，发电部14在通过机体的振动而对磁致伸缩材料50施加力的情况下发电。

此外，在使用磁致伸缩材料50的情况下，例如，可获得下述效果。另外，作为磁致伸缩材料50，优选为Fe-Ga系的材料（铁-镓合金）。

·在电容性阻抗（高阻抗）的压电组件的情况下利用负载可提取的电力较小，但由于磁致伸缩材料50为低阻抗，所以利用负载可提取的电力较大（与负载的匹配较好）。

·使用陶瓷（脆弱材料）的压电组件不适于加工，但磁致伸缩材料50不易损坏，而且是延展性材料，所以可进行机械加工。由此，可实现超小型化（数毫米左右），所以可用于搭载在小型的电子机器（例如，随身听、可携式通讯机器、人体嵌入型医疗机器）等中。

·磁致伸缩材料50的发电量与材料的大小成比例。

·压电组件的效率较低（横向压电效应），但磁致伸缩材料50的效率较高。

·可通过共振振动进行发电。

·广泛的温度使用范围（-100℃～100℃）。

另外，发电部14在机体振动的情况下，如上所述，通过所述振动使磁致伸缩材料50变形而发电。然而，即便在机体未振动的情况下，也通过积蓄在发条部12中的力使磁致伸缩材料50变形而发电。例如，如图2所示，在磁致伸缩材料50形成为板状（或棒状）的情况下，也可以沿着磁致伸缩材料50弯曲的方向（图2的箭头方向）传递积蓄在发条部12中的力，从而使发电部14发电。此外，如果将被传递积蓄在发条部12中的力的部分（图2的箭头部分）的相反侧（图2的上部侧）固定，而传递积蓄在发条部12中的力，那幺磁致伸缩材料50弯曲。

另外，也可以沿着磁致伸缩材料50在长度方向上伸缩的方向传递积蓄在发条部12中的力，从而使发电部14发电。

发电部14经由电容器16将所产生的电力（通过机体的振动而产生的电力、或通过积蓄在发条部12中的力而产生的电力）供给至二次电池20。此外，电容器16用以使向二次电池20供给的电力稳定化。

以上，根据本发明的第一实施形态的电子机器1，在机体振动时，发电部14利用机体的振动而发电，且发条部12积蓄力，在机体未振动时，发电部14利用积蓄在发条部12中的力而发电。因此，即便在机体未振动时也能进行持续的发电。

另外，由于使用磁致伸缩材料50进行发电，所以如上所述般与压电组件相比，可提取大量的电力、坚固且适于小型化。进而，如上所述，利用磁致伸缩材料50的特性，或者，将机体的振动的能量不仅在磁致伸缩材料50中替换为电能，而且在发条部12中也暂时作为弹性能量而保持，所以可进行高效的发电。另外，无论振动大小如何均可获得稳定的发电量。

在图2所示的发电部14的构成的情况下，如果磁致伸缩材料50的振动为共振振动，那幺发电的效率会提高。以下，对可变更共振频率的构成进行说明。

图3A及图3B是发电部114的概略示意图。图3A是以也能看见线圈52内的磁致伸缩材料50的方式进行图示的剖视图，图3B是图示图3A的虚线S的位置的剖面的剖视图。此外，图3A及图3B表示的内容是在两根磁致伸缩材料50中的任一根上均卷绕着线圈52、及针对每根磁致伸缩材料50卷绕着线圈52。

发电机10也可以包含如图3A所示的发电部114来取代图2所示的发电部14。发电部114包含磁致伸缩材料50、线圈52及可动部（锤）54而构成。可动部54可沿着磁致伸缩材料50的长度方向（图3A的箭头A方向）移动。通过可动部54的移动使固定部与可动部54之间的距离产生变化。

在图3A所示的发电部114的构成的情况下，可动部54的位置产生变化，从而固定部与可动部54之间的距离产生变化，因此可变更共振频率。即，如果缩短固定部与可动部54之间的距离，那幺共振频率升高，如果拉长固定部与可动部54之间的距离，那幺共振频率降低。

作为可动部54的位置（固定部与可动部54之间的距离）的变更方法（调整方法），可想到若干种方法。例如，在可动部54的外部配置致动器（未图示），且以可动部54沿着磁致伸缩材料50的长度方向移动的方式使致动器对可动部54施加力，从而变更可动部54的位置。另外，也可以在可动部54的内部配置致动器（未图示），通过致动器的驱动使可动部54自行移动，从而变更可动部54的位置。

最优选的共振频率可根据在机体振动的状态下产生发电量为最大的可动部54的位置来决定。此外，在机体未振动时，也可以利用积蓄在发条部12中的力，使可动部54向磁致伸缩材料50弯曲的方向（图3A的箭头B方向）移动，使磁致伸缩材料50变形而发电。

以上，参照附图对本发明的第一实施形态进行了详细叙述，但具体的构成并不限定于该实施形态，未脱离本发明主旨的范围内的设计等也包含在内。

[第二实施形态]

以下，一面参照附图，一面对本发明的第二实施形态进行说明。

图4是本发明的第二实施形态的电子机器2的概略功能构成图。如图4所示，电子机器2包括：处理部230，进行指定的处理；电源部220，向所述处理部230供给电力；及发电部210，产生从所述电源部220供给至处理部230的电力的至少一部分。作为电子机器2，可列举形成为便于携带的尺寸的可携式信息终端等。

处理部230包括输入部232、控制部234、存储部236及输出部238。输入部232从外部输入信息。根据电子机器2的种类而有所不同，例如，接收从外部发送来的信息的接收部、受理操作者的输入操作的操作受理部、检测外部状况的检测部（例如磁传感器）等相当于输入部232。

控制部234基于通过输入部232而输入的信息、存储在存储部236中的信息等而执行各种处理。存储部236存储通过输入部232而输入的信息、控制部234进行的处理中所使用的信息（例如，控制程序）、通过控制部234而生成的信息（例如，输出用信息）等。

输出部238向外部输出信息。根据电子机器2的种类而有所不同，例如，向外部发送信息的发送部、对操作者提示信息的提示部（例如，显示器、指示灯、扬声器）、驱动电子机器2的机体（以下，简称为“机体”）（例如，振动功能）的驱动部等相当于输出部238。

图5是表示发电部210的构成的立体图。

如图5所示，发电部210包括机架部211、振动部212、振动传递部213及线圈部214。发电部210成为通过机架部211一体地支撑着振动部212、振动传递部213的构成。机架部211固定在电子机器2的机体等上。

振动部212包括含有磁致伸缩材料的线状部件212c。振动部212具有将线状部件212c朝着指定方向呈螺旋状（弹簧状）卷绕而成的构成。因此，振动部212可沿着所述指定方向伸缩。具体来说，振动部212通过来自外部的力（弯曲力、拉伸力、延展力等）而变形，并沿着指定方向伸缩。

作为磁致伸缩材料，可使用例如Fe-Ga系的材料（铁-镓合金）。

振动部212因含有这种磁致伸缩材料，所以具有通过变形而使周围的磁通密度发生变化（逆磁致伸缩效应）这一功能。

振动部212中的一方向的第一端部（图中为上侧端部）212a固定在机架部211的固定部211a上。固定部211a是从机架部211突出而设置。振动部212中的一方向的相反侧的第二端部212b连接于振动传递部213的可动部213b。

振动传递部213包含重锤体213a及可动部213b。振动传递部213向振动部212传递振动。重锤体213a经由可动部213b而连接于振动部212的第二端部212b。可动部213b的一端部213c被支撑在机架部211上，另一端部213d能够以支撑在机架部211上的端部213c为中心旋动。

重锤体213a配置在可动部213b的另一端。另外，在可动部213b的端部213c与端部213d之间，连接着振动部212的第二端部212b。

重锤体213a在电子机器2振动时，根据杠杆原理使所述电子机器2的振动易于传递给振动部212。作为这种电子机器2的振动，例如，可列举使用者有意地晃动电子机器2时的振动、使用者搬运电子机器2时产生的振动、由处理部230的处理所产生的驱动（例如，振动功能）等。

线圈部214根据通过振动部212的振动而产生的磁通密度的变化来产生感应电流。图6是将振动部212的一部分放大而表示的图。如图6所示，线圈部214成为在振动部212的线状部件上卷绕着电线214a的构成。作为线圈部214的构成，除了将电线214a直接卷绕在振动部212的线状部件上的构成以外，例如也可以设为如下构成，即，以由管部件覆盖的方式形成振动部212的线状部件，并在所述管部件上形成有电线。线圈部214的电线214a连接于电源部220。

其次，对使用以如上方式构成的电子机器2进行发电时的动作进行说明。在使用者拥有电子机器2期间，电子机器2会受到来自于使用者的力或冲击等。此时，重锤体213a承受所述力或冲击等而振动。通过重锤体213a振动，从而所述振动被传递给可动部213b。可动部213b以支撑在机架部211上的端部213c为中心沿着旋动方向振动。该可动部213b的振动经由第二端部212b而向振动部212传递。如此，通过重锤体213a，利用杠杆原理使可动部213b振动，由此与未设置所述重锤体213a的情况相比，传递给振动部212的振动变大。

当被传递来自可动部213b的振动时，振动部212沿着指定方向伸缩。由于振动部212含有磁致伸缩材料，所以通过所述振动部212伸缩时的变形，使振动部212周围的磁通密度变化。如果所述磁通密度产生变化，那幺在线圈部214中，产生基于所述磁通密度的变化的感应电流。如此，在发电部210中进行发电动作。

线圈部214中所产生的感应电流经由电线214a供给至电源部220。此外，也可以预先在线圈部214与电源部220之间设置未图示的电容器等。所述电容器用以使向电源部220供给的电力稳定化。通过以此方式从发电部210供给的感应电流，而在电源部220中积蓄电力。

如上所述，根据本实施形态，包括：振动部212，朝向指定方向形成为螺旋状且含有磁致伸缩材料；振动传递部213，向所述振动部212传递振动；及线圈部214，根据通过振动部212的振动而产生的磁通密度的变化来产生感应电流；所以与使用例如压电材料而进行发电的构成相比，可实现小型化。

即，由于例如陶瓷等压电材料为脆弱材料，所以不适于加工。相对于此，磁致伸缩材料不易损坏，而且是延展性材料，所以可进行机械加工。由此，可实现超小型化（数毫米左右），因此可用于搭载在小型的电子机器（例如，随身听、可携式通讯机器、人体嵌入型医疗机器）等中。

此外，在本实施形态中，由于设为振动部212中含有磁致伸缩材料的构成，所以与例如使压电组件（压电材料）变形而产生电流的情况相比，可提取的电力变大。其原因在于：压电材料的阻抗比磁致伸缩材料高。进而，在使用磁致伸缩材料的情况下，可通过共振振动进行发电。进而，在使用磁致伸缩材料的情况下，即便为广泛的温度使用范围（例如，-100℃～100℃）也能发电。

本发明的技术范围并不限定于所述实施形态，可在不脱离本发明的主旨的范围内适当地添加变更。

例如，在所述实施形态中，列举将线圈部214的电线214a卷绕在振动部212的线状部件212c上的构成为例进行了说明，但并不限定于此。

例如，如图7所示，也可以为线圈部214以包围振动部212周围的方式配置的构成。在该情况下，线圈部214在振动部212的周围设置有多个，且在各线圈部214中，成为电线214a卷绕在芯部214b上的构成。在该情况下，也与所述实施形态相同，成为可实现小型化的构成。另外，在该情况下，通过设为将线圈部214作为重锤体而向振动部212传递振动的构造，可进一步小型化。

另外，例如在所述实施形态中，列举在振动部212的第二端部212b上安装着可动部213b，重锤体213a经由所述可动部213b而连接于第二端部212b的构成为例进行了说明，但并不限定于此。例如，如图8所示，也可以为在振动部212的第二端部212b上直接安装着重锤体213a的构成。在该情况下，也与所述实施形态相同，可实现小型化。

另外，在所述实施形态中，列举将根据电子机器2的振动而在发电部210中产生的感应电流随时供给至电源部220的构成为例进行了说明，但并不限定于此。例如，也可以为设置着积蓄用以使振动部212振动的力（弹性能量）的振动积蓄部的构成。

在该构成中，可通过积蓄在振动积蓄部中的力使可动部213b移动，并经由所述可动部213b使振动部212振动。因此，即便在电子机器2未振动时也能进行持续的发电。作为这种振动积蓄部，可使用例如发条机构等。

另外，例如，在所述实施形态中，作为振动传递部213，列举设置有重锤体213a及可动部213b的构成为例进行了说明，但并不限定于此。例如，也可以为在发电部210中安装着共振构造等的构成。由此，可使振动部212有效率地振动。

另外，例如，在所述实施形态中，均以在振动部212的外部设置重锤体213a或重锤体214的形态进行了说明，但并不限定于此。例如，也可以活用线圈的形状，在振动部212的内侧形成重锤体213a或重锤体214。由此，可进一步小型化。

Claims (13)

1.一种发电机，其特征在于，包括：

发条部；及

发电部，使用磁致伸缩材料而形成；且

所述发电部在未对所述磁致伸缩材料施加力时，通过积蓄在所述发条部中的力而发电。

2.根据权利要求1所述的发电机，其特征在于：

所述发条部通过振动、操作者的操作、或风力而积蓄力。

3.一种电子机器，其特征在于：

包含根据权利要求1或2所述的发电机。

4.一种发电装置，其包括：

振动部，朝向一方向形成为螺旋状，且含有所述磁致伸缩材料；

振动传递部，向所述振动部传递振动；及

线圈部，根据通过所述振动部的振动而产生的磁通密度的变化来产生感应电流。

5.根据权利要求4所述的发电装置，其中

所述振动传递部与所述振动部一体地设置。

6.根据权利要求4或5所述的发电装置，其中

所述振动部的所述一方向的第一端部被固定。

7.根据权利要求6所述的发电装置，其中

所述振动传递部包含重锤体，该重锤体连接于所述振动部中的在所述一方向上与所述第一端部不同的第二端部。

8.根据权利要求7所述的发电装置，其中

所述重锤体安装在所述第二端部上。

9.根据权利要求7或8所述的发电装置，其中

所述振动传递部包含连接于所述第二端部的可动部；且

所述重锤体安装在所述可动部上。

10.根据权利要求9所述的发电装置，其

还包含具有固定所述第一端部的固定部的机架部；且

所述可动部可移动地固定在所述机架部上。

11.根据权利要求4至6中任一项所述的发电装置，其中

在所述线圈部的内侧形成有重锤体。

12.根据权利要求4至11中任一项所述的发电装置，其中

所述线圈部卷绕在所述振动部上。

13.一种电子机器，其包括：

处理部，进行指定的处理；

电源部，向所述处理部供给电力；及

发电部，产生从所述电源部供给至所述处理部的所述电力的至少一部分；且使用根据权利要求4至12中任一项所述的发电装置作为所述发电部。

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