CN103580442A - 发电机 - Google Patents

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Abstract

一种发电机，包括滑动部件、第一发电元件和第二发电元件。滑动部件由含生物质的材料制成。第一发电元件被配置相对于滑动部件滑动。第二发电元件被配置为通过其相对于第一发电元件的相对位置的变化来产生电力。

Description

发电机
技术领域
本发明涉及被配置为利用发电元件的相对位置的变化来产生电力的发电机。
背景技术
在被配置为利用发电元件的相对运动产生电力的发电机中，存在以下几种发电机：利用线圈和磁性物质的相对运动所产生的电磁感应的发电机；利用介电质与电介质电路的相对运动所产生的静电感应的发电机等。例如，日本专利申请公开号2012-80604（以下称为专利文献1）公开了一种振动发电机，包括在管状部件内移动的永久磁体以及固定在管状部件外的线圈。该振动发电机是利用施加有振动时该永久磁体相对于线圈的相对移动所产生的电磁感应来产生电力的发电机。
发明内容
在如上所述的利用发电元件的相对运动的这种发电机中，其中可移动元件（专利文献1中所述的永久磁体）的摩擦阻力小的那些是有利的。这是因为当摩擦阻力大时，可移动元件的移动速度降低，发电量降低。
此外，在根据专利文献1的振动发电机中以及在其它各种发电机中，从强度和成本的角度考虑，使用的材料不是环保材料。然而，当使用这样的材料时，在生命周期评估（LCA）方面，需要从发电机产生的能量中减去制造发电机所需的能量。
鉴于上述情况，希望提供一种具有优异发电效率的发电机。
根据本发明的实施方式，提供了一种发电机，包括滑动部件、第一发电元件和第二发电元件。
滑动部件由含生物质的材料制成。
第一发电元件被配置为相对于滑动部件滑动。
第二发电元件被配置为通过其相对于第一发电元件的相对位置的变化产生电力。
本文中，术语“生物质（biomass）”是指通过利用生物体获得的一种有用的物质（生物资源），并且是也包括源自植物的材料的概念。此外，术语“含生物质的材料”是指一种包括生物质作为原料的材料。这可以是任何材料，只要它包含生物质作为原料，并且生物质相对于整个含生物质的材料的含有率大小并不要紧。通过上述配置，通过采用含生物质的材料制造滑动部件，可以减少滑动部件的摩擦系数，并提高第一发电元件相对于滑动部件的滑动能力。其结果是，能够提高从第一发电元件和第二发电元件的相对位置的变化产生电力的发电效率。此外，通过采用含生物质的材料制成的滑动部件，能够减少制造发电机所需的能量总量。
第二发电元件可以被配置成相对于滑动部件滑动。
利用这样的配置，因为除了第一发电元件外，第二发电元件也相对于滑动部件滑动，通过采用含生物质的材料制成的滑动部件而获得的滑动能力的提高能够进一步促进发电效率的提高。
含生物质的材料可以包括聚甲基丙烯酸甲酯和聚乳酸的混合树脂。
由于聚甲基丙烯酸甲酯和聚乳酸的混合树脂的摩擦系数小，且具有透明性，因此含生物质的材料被用于制造要求内部可见性的发电机中的滑动部件是有利的。
含生物质的材料可以包括来自蓖麻油的聚酰胺树脂。
由于来自蓖麻油的聚酰胺树脂的摩擦系数小，具有高耐久性，以及足够的防水性和防污性能，所以含生物质的材料被用来制造要求耐久性的发电机的滑动部件是有利的。
含生物质的材料可以包括来源于淀粉的聚乳酸树脂。
由于来源于淀粉的聚乳酸树脂的摩擦系数小且具有生物降解性，所以含生物质的材料被用来制造要求生物降解性的发电机的滑动部件是有利的。
第一发电元件可以是磁体，而第二发电元件可以是线圈。
利用这样的配置，通过磁体和线圈的相对位置的变化造成的电磁感应来发电。
第一发电元件可以是包括驻极体的介电质，而第二发电元件可以是电感电路。
利用这样的配置，通过介电质与电感电路的相对位置的变化产生的静电感应来发电。
第一发电元件可以是压电元件，而第二发电元件可以是被配置为向压电元件施加压力的结构体。
利用这样的配置，通过压电元件和结构体的相对位置的变化来发电。就这一点而言，这是与静电感应或电磁感应的情况类似的实施方式，但在压电元件的情况下，与之配成一对的结构体不是非接触式。
第一发电元件可以是逆磁致伸缩元件，而第二发电元件可以是被配置为向逆磁致伸缩元件施加压力的结构体。
利用这样的配置，通过逆磁致伸缩元件和结构体相对位置的变化来发电。就这一点而言，这是与静电感应或电磁感应的情况类似的实施方式，但在逆磁致伸缩元件的情况下，与之配成一对的结构体不是非接触式。
发电机还可以包括含生物质的材料制成的壳体，其被配置为容纳滑动部件、第一发电元件和第二发电元件；以及含生物质的材料制成的固定部件，其被配置为将滑动部件固定到所述壳体。
利用这样的配置，发电机的大部分可以由含生物质的材料制成，从而能够减少制造发电机所需的能量总量。
第一发电元件可以是被配置为相对于滑动部件滑动的旋转体，而第二发电元件可以是设置在所述旋转体周围的结构体。
利用这样的配置，旋转体相对于滑动部件的滑动能力，可以通过采用含生物质的材料制成的滑动部件来提高。其结果是，能够提高从通过旋转体的旋转造成的旋转体和结构体的相对位置的变化产生电力的发电效率。
旋转体可以由含生物质的材料制成。
利用这样的配置，除了含生物质的材料制成的滑动部件，通过采用含生物质的材料制成的旋转体，能够减少制造发电机所需的能量总量。
如上所述，根据本发明，能够提供具有优异发电效率的发电机。
如附图所示，根据本发明最佳模式实施方式的以下详细描述，本发明的这些和其他目标、特征和优点将变得更加明显。
附图说明
图1是示出了根据本发明第一实施方式的发电机的示意图；
图2A和图2B是示出了发电机的发电部的示意图；
图3是示出了用作发电机的滑动部件的含生物质的材料和比较材料的摩擦系数的测定结果的表格；
图4是示出了用作发电机的滑动部件的含生物质的材料的物理性质值的表格；
图5是用作发电机的滑动部件的含生物质的材料和比较材料的摩擦的测量结果；
图6是用作发电机的滑动部件的含生物质的材料和比较材料的摩擦的测量结果；
图7是发电机和比较发电机的发电的振动条件的下限值的测定结果；
图8是发电机和比较发电机的发电量的测定结果；
图9A和图9B是示出了根据本发明第二实施方式的发电机的发电部的示意图；
图10A和图10B是示出了根据本发明第三实施方式的发电机的发电部的示意图；
图11A和图11B是示出了根据本发明第四实施方式的发电机的发电部的示意图；
图12A和图12B是示出了根据本发明第五实施方式的发电机的发电部的示意图；
图13A和图13B是示出了根据本发明第五实施方式的发电机的发电部的示意图；
图14A和图14B是示出了根据本发明第五实施方式的发电机的发电部的示意图；以及
图15A和图15B是示出了根据本发明第五实施方式的发电机的发电部的示意图。
具体实施方式
（第一实施方式）
将对根据本发明第一实施方式的发电机进行描述。
[发电机的整体配置]
图1是示出了根据本实施方式的发电机100的示意图。发电机100将被示出为一种用作学习发电原理的教学工具的发电机，但根据本发明的发电机不限于这种用途。
如图1所示，发电机100包括壳体101、发电部102、电路板103和发光部104。
发电部102、电路板103和发光部104被容纳在壳体101的内部。
壳体101是容纳上述每个组件的部件，并且有利的是由透明材料制成的以使得内部是可见的。壳体101可以是中空圆柱状部件，但并不限于这样的形状。壳体101可以由稍后将描述的含生物质的材料制成，从而可以减小制造发电机100所需的能量。
发电部102产生电力，并将所产生的电力提供给电路板103。发电部102的详细结构将在后面描述。发电部102可以是当向发电机100施加振动时或当发电机100从水平平面倾斜时产生电力的发电部。
电路板103包括整流电路和存储元件。电路板103将发电部102提供的电力供给发光部104。电路板103的配置和布置没有特别的限制。
发光部104包括灯泡、LED（发光二极管）等，并在接收到从电路板103供给的电力时发光。能够确认发电机100进行发电的机构（如电动机）可以被设置来替代发光部104。
[发电部的配置]
图2A和图2B是示出了发电部102的配置的示意图。图2A是发电部102的平面图，而图2B是发电部102的截面图。如这些图中所示，发电部102包括滑动部件105、线圈106、线圈止档（stop）装置107和磁体108。滑动部件105通过线圈止档装置107被固定到壳体101。线圈106绕着滑动部件105缠绕，并且通过线圈止档装置107被固定到滑动部件105。磁体108容纳在滑动部件105内部。
滑动部件105是能够实现磁体108相对于滑动部件105的滑动的部件。具体而言，滑动部件105具有圆柱形状并且被配置为将磁体108容纳在其内部。滑动部件105并不限于圆柱形状，并且可以是能够实现磁体108滑动的任何形状。滑动部件105可以由稍后将描述的含生物质的材料制成。通过采用由含生物质的材料制成的滑动部件105，可以减少制造发电机100所需的能量。
线圈106造成线圈106和磁体108之间的电磁感应。线圈可以由缠绕在滑动部件105外部的导线制成，并且导线的两端连接到电路板103（未示出）。线圈106的缠绕数目和缠绕宽度可适宜地调整。
线圈止档装置107一个接一个地设置在线圈106的两端。线圈止档装置107防止线圈的移动，并将线圈106固定到滑动部件105。此外，线圈止档装置107与壳体101的内壁接触以将滑动部件105固定到壳体101。线圈止档装置107可以由弹性材料制成，该弹性材料可以通过自身的弹性将滑动部件105固定到壳体101。线圈止档装置107可以由稍后将描述的含生物质的材料制成，从而可以减小制造发电机100所需的能量。
磁体108可滑动地容纳在滑动部件105中。当发电机100从水平平面倾斜或当振动施加于发电机上时，磁体108在滑动部件105内滑动而穿过线圈106。当磁体108穿过线圈106时，在线圈106产生电磁感应，并且产生电力。对磁体108的形状和材料没有特别的限制，与滑动部件15的摩擦系数小的那些形状和材料是有利的。
此外，在本实施方式中，线圈106和磁体108可以被颠倒。即，以下也是可行的：线圈106容纳到滑动部件105中并且被配置为在滑动部件105内滑动以及磁体108被固定到滑动部件105。
[关于含生物质的材料]
如上所述，滑动部件105、壳体101和线圈止档装置107可以是由含生物质的材料所制成的那些。含生物质的材料的具体示例包括使用糖类作为原料的聚乳酸；生物聚碳酸酯；生物PET（聚对苯二甲酸乙二醇酯）；生物PP（聚丙烯）；生物PE（聚乙烯）；以及由蓖麻油得到的聚酰胺11、聚酰胺10·10和聚酰胺6·10。多糖的示例包括纤维素、淀粉、甲壳质、脱壳多糖、葡聚糖以及它们的任何衍生物或含有它们中的至少一种的共聚物。此外，为了赋予多糖热塑性，可向其中添加各种可塑剂。
除了上述的热塑性生物塑料之外，含生物质的材料还包括一种使用用于热塑性弹性体树脂的硬链段部分的生物塑料的热塑性弹性体树脂，其中热塑性弹性体树脂形成硬链段和软链段。“热塑性弹性体”是指具有通过加热而软化和显示出流动性的特性，并且具有通过冷却返回到原来的橡胶状弹性体的特性的树脂。
此外，含生物质的材料包括可生物降解塑料。通过利用可生物降解塑料，允许滑动部件105、壳体101和线圈止档装置107是可生物降解的。“可生物降解塑料”的定义是使用后能够通过自然界中微生物的参与而被分解成低分子化合物并最终分解为水和二氧化碳的塑料（可生物降解塑料协会，ISO/TC-207/SC3）。
作为这种可生物降解塑料的原料的可生物降解聚合物的示例包括多糖衍生物，如纤维素、淀粉、葡聚糖、甲壳质；多肽类，如胶原蛋白、酪蛋白、纤维蛋白和明胶；聚氨基酸；聚乙烯醇；聚酰胺，如尼龙4和尼龙2/尼龙6共聚物；聚酯，如聚乙醇酸、聚乳酸、聚琥珀酸酯、聚草酸酯、聚羟基丁酸、聚二甘醇酸、聚己内酯和聚对二氧环己酮。
上述的含生物质的材料并不限于仅由生物质材料组成的那些。含有5至100wt%的生物质材料的那些是有利的，更理想的是含有25wt%以上的生物质材料的那些是有利的。含生物质的材料可以是塑料除外的那些，也可以是使用生物质作为原料的纤维、碎屑或粉末状材料。
此外，含生物质的材料还可以含有添加剂。可以使用的添加剂的示例包括可塑剂、阻燃剂、耐光性改良剂、着色剂、离型剂、分散剂、抗氧化剂、结晶化促进剂、水解控制剂、紫外线吸收剂、填充剂（增强剂）、热稳定剂、润滑剂等。
含生物质的材料的有利物理性质为如下。树脂的熔化温度为从140℃到320℃是有利的，更理想的是从180℃到250℃。熔体流动速率（树脂的熔融状态的指标）为每10分钟0.5克至30克是有利的，更理想的是，每10分钟0.5克到5克。室温下树脂的储能模量为从0.01GPa到20GPa是有利的，更理想的是从0.1GPa到10GPa。顺便说一下，在通过对物体的外力和应力所产生的能量的组成成分中，“储能模量”是要存储在物体内的成分，而“损耗模量”是扩散到外部的成分，可以通过动态粘弹性测定装置来对它们进行测量。
[滑动部件的材料]
滑动部件105可以由如上所述的含生物质的材料制成。在含生物质的材料中，其中摩擦系数小的那些是有利的。这是因为，由于如上所述磁体108在滑动部件105内滑动，所以如果滑动部件105的摩擦系数小，则磁体108的移动不会受到滑动部件105和磁体108之间的摩擦阻碍。
从滑动部件105的摩擦系数的观点出发，有利的含生物质的材料的示例包括：聚甲基丙烯酸甲酯和聚乳酸的混合树脂（例如，东丽工业公司生产的“Ecodear CA11-049”）；以及聚酰胺树脂（例如，阿科玛公司生产的“Rilsan Clear G830”和EMS-化学公司生产的“Grilamid XE4010”）。在采用聚甲基丙烯酸甲酯和聚乳酸树脂的混合树脂（PMMA/PLA）的情况下，树脂中作为生物质原料的聚乳酸的含有比例为25wt%；即使在材料中生物质材料（聚乳酸）的含有比例小的这种情况下，这样的材料也应该包括在本发明的“含生物质的材料”中。
图3示出了含生物质的材料（材料A、B和C）和用于比较的不含生物质材料的材料D（以下简称为“非生物质材料”）的动摩擦系数和静摩擦系数的测量结果。
在下面的描述中，作为含生物质的材料的聚甲基丙烯酸甲酯和聚乳酸的混合树脂（东丽工业公司生产的“Ecodear CA11-049”）、聚酰胺树脂（例如，EMS-化学公司生产的“Grilamid XE4010”）和其他聚酰胺树脂（阿科玛公司生产的“Rilsan Clear G830”）分别由材料A、B和C表示；而比较的聚甲基丙烯酸甲酯树脂（“Acrypet VH-001”）由材料D表示。此外，图4示出了材料A到C的每个物理性质值，应当注意的是，图4所示的“PLA”表示“聚乳酸”，而“PA”表示“聚酰胺”。
图3所示的每个动摩擦系数和静摩擦系数都通过按照JIS-K7125标准测定摩擦系数来测定的。具体而言，测定条件为：温度：23±1℃；湿度：50±5％RH；滑块：80×80mm；对偶材料：SUS304（不锈钢）；测定装置：INSTRON5566型拉伸模式；负荷FS：100N；以及测试速度：100mm/min。
如图3所示，与比较材料D相比，作为含生物质的材料的材料A至C的动摩擦系数和静摩擦系数的值更小。也就是说，当非生物质材料的聚甲基丙烯酸甲酯树脂（材料D）的静摩擦系数为0.23时，材料A至C的值约比该值小20％至30％，其值是0.19或更小。因此，通过采用由含生物质的材料制成的滑动部件105，能够提高磁体108的滑动能力。例如，如果假设滑动部件105由材料A制成，那么磁体108运动的最小加速度将减少68.5％，从0.54G到0.17G。
图5和图6是含生物质的材料和比较的非生物质材料的摩擦力的测量结果。如这些图中所示，可以说与非生物质材料相比，含生物质的材料更适合于用作滑动部件。
顺便说一下，图5和图6所示的每个样品的质量变化（磨损质量）和动摩擦系数是按照JIS K7218A标准通过耐滑动磨损试验方法测定的。具体而言，测量条件为：试验片：30×30×t3mm；对偶材料：S45C环（表面粗糙度：0.8μmRa）；滑动速度：0.5m/s；负荷：50N；试验持续时间：100分钟；温度：23±2℃；湿度：50±10％RH；测定装置：由Orientec有限公司生产的摩擦和磨损测试仪EMF-3-F。
图6是示出动摩擦系数μ随时间变化的结果。经过5分钟时间后，与作为比较例的材料D相比，材料B和C具有更大的动摩擦系数。然而，当已经过去更长的时间如60分钟或100分钟，植物的材料A至C的动摩擦系数几乎没有变化，并且揭示了能够有效地长时间使用。
如上所述，含生物质的材料的摩擦系数（动摩擦系数和静摩擦系数）都很小，并且磨损质量小。因此，通过采用由含生物质的材料制成的滑动部件105，可以获得磁体108的滑动能力优良的发电机100。因此，如后面将要描述的，可以实现发电机100的发电性能的提高。
除此之外，由于聚甲基丙烯酸甲酯和聚乳酸的混合树脂的摩擦系数小，且具有透明性，所以作为含生物质的材料被用来制造要求内部可见性的发电机的滑动部件是有利的（参见下面的应用例1）。此外，由于来自蓖麻油的聚酰胺树脂的摩擦系数小、具有高耐久性以及足够的防水性和防污性，作为含生物质的材料被用来制造要求耐久性的发电机的滑动部件是有利的（参见下面的应用例2）。此外，由于来自于淀粉的聚乳酸树脂的摩擦系数小且可生物降解，所以作为含生物质的材料被用来制造要求可生物降解的发电机的滑动部件是有利的（参见下面的应用例5）。
[制造方法]
使用含生物质的材料的发电机100的每个部件（壳体101、滑动部件105或线圈止档装置107）能够通过任何制造方法来形成。具体而言，可以使用注塑成型、吹塑成型、管成形、压力成形、薄膜成形、挤出成形等，而注塑成型可能是特别期望的。更具体地，挤出成形可以是按照使用已知的挤出机（例如单螺杆挤出机、多螺杆挤出机、串列式挤出机等）进行的通常的方法。
[本实施方式的效果]
将对根据本实施方式的发电机的效果进行描述。图7是示出了发电的振动条件下限值的比较的曲线图。此图示出了根据本实施方式的发电机100和比较发电机（以下称为“发电机α”）中能够实现发电的最小加速度。发电机α是具有非生物质材料制造的滑动部件替代发电机100的滑动部件105的发电机。在图7中，发电机100的测量值被示出为“含生物质的材料”，而发电机α的测量值被示出为“非生物质材料”。
该图所示的曲线是通过在振动发电机上安装3轴加速度传感器和要测量的发电机，并允许振动发电机的振动速度逐渐增加之后，在要测量的发电机的输出超过阈值的时间测量发电机的加速度、振动频率和输出电压，而从测量得到的。
在图7中，发电机100（含生物质的材料）的情况下的结果是，最大加速度：0.17G；平均加速度：0.12G；最小加速度：0.07G；以及平均频率：1.17Hz。发电机α（非生物质材料）的情况下的结果是，最大加速度：0.54G，平均加速度：0.37G，最小加速度：0.20G；以及平均频率：1.45Hz。也就是说，与发电机α相比，发现发电机100能够以更小的加速度（减少68.5％）和更小的振动频率（减少19.3％）来发电。因此，可以说，与使用非生物质材料的发电机相比，根据本实施方式的发电机100可以通过弱的振动发电，并且提高了发电的容易性。
图8是示出了发电量的比较的曲线图。此图示出了在特定振动频率下根据本实施方式的发电机100和比较发电机α的发电量。在测量用于上述发电的振动下限中，特定的振动频率是处于发电机α的下限的振动频率。在图8中，发电机100的测量值显示为“含生物质的材料”，而发电机α的测量值显示为“非生物质材料”。
该图所示的曲线图是通过在振动发电机上安装3轴加速度传感器和要测量的发电机之后，测量处于发电机α的下限的振动频率的发电机的输出电压，而从测量得到的。
在图8中，发电机100（含生物质的材料）的情况下的结果是，电阻：26.7Ω；峰峰电压（Vp-p）：279mV；最大电压（Vmax）：198mV；最大功率：714μW；∫Vdt：0.30。发电机α（非生物质材料）的情况下的结果是，电阻：26.9Ω，峰峰电压（Vp-p）：27mV；最大电压（Vmax）：15mV；最大功率：7μW；∫Vdt：0.05。也就是说，与使用非生物质的材料的发电机相比，根据本实施方式的发电机100的峰峰电压大10.3倍，所产生的最大电压大13.2倍，并且所产生的最大功率大102倍。因此，可以说，与使用非生物质材料的发电机相比，即使具有相同的振动，根据本实施方式的发电机100能够产生更大的电力。
如上所述，与具有由非生物质材料制成的滑动部件的发电机相比，通过根据本实施方式的发电机100中的由含生物质的材料制成的滑动部件105与磁体108之间良好的滑动性，能够提高发电机100的发电性能。
（第二实施方式）
将对根据本发明第二实施方式的发电机进行描述。除了发电部，根据本实施方式的发电机的配置与第一实施方式中的基本上相同，因此将省略描述。
图9A和图9B是示出了根据本实施方式的发电机的发电部201的示意图。图9A是发电部201的平面图，而图9B是发电部201的截面图。如这些图中所示，发电部201包括滑动部件202、线圈部203和磁体部204。滑动部件202被固定到壳体（未示出）。线圈部203和磁体部204被单独地可滑动地安装到滑动部件202。
滑动部件202是使能线圈部203和磁体部204相对于滑动部件202滑动的部件。具体而言，滑动部件202具有圆柱形状，并且被配置为将线圈部203和磁体部204容纳在其内部。线圈部203和磁体部204不固定到滑动部件202，也就是说，当滑动部件202从水平平面倾斜时，或当向其施加振动时，线圈部203和磁体部204相对于滑动部件202滑动。滑动部件202并不限于圆柱形状，并且可以是使能线圈部203和磁体部204的滑动的任何形状。如第一实施方式，滑动部件202可以由含生物质的材料制成。
线圈部203包括支撑部件203a和线圈203b。支撑部件203a支撑线圈203b，并且被配置为当发电机倾斜或向发电机施加振动时在滑动部件202上滑动。线圈203b被固定到支撑部件203a，并且随着支撑部件203a在滑动部件202的滑动而相对于滑动部件202移动。支撑部件203a可以由第一实施方式中所描述的各种含生物质的材料中任何一种制成。
磁体部204包括支撑部件204a和磁体204b。支撑部件204a支撑磁体204b，并且被配置为当发电机倾斜或向其施加振动时在滑动部件202上滑动。磁体204b被固定到支撑部件204a，并且随着支撑部件204a在滑动部件202上滑动而相对于滑动部件202移动。支撑部件204a可以是由第一实施方式中所描述的各种含生物质的材料中的任一种所制成的。
通过线圈部203和磁体部204在滑动部件202上这样独立滑动，线圈203b和磁体204b的相对位置变化，并通过电磁感应来发电。因此，通过采用滑动部件202、由摩擦系数小的含生物质的材料制成的支撑部件203a与支撑部件204a，能够提高发电性能。
此外，在本实施方式中，还可以设置电极替代线圈203b并设置介电质（例如驻极体）替代磁体204b，以产生电极和驻极体的静电感应所产生的电位差，从而产生电力。
（第三实施方式）
将对根据本发明第三实施方式的发电机进行描述。除了发电部，根据本实施方式的发电机的配置与第一实施方式中的基本上相同，因此省略描述。
图10A和图10B是示出了根据本实施方式的发电机的发电部301的示意图。图10A是发电部301的平面图，而图10B是发电部301的截面图。如这些图中所示，发电部301包括滑动部件302、线圈303和磁体304。滑动部件302被固定到壳体（未示出）。线圈303和磁体304被单独地可滑动地安装到滑动部件302。
滑动部件302是使能线圈303和磁体304相对于滑动部件302滑动的部件。具体而言，滑动部件302具有内周空间的外周空间的双圆柱形状，并且被配置为将线圈303容纳在内周空间中，将磁体304容纳在外周空间中。线圈303和磁体304不被固定到滑动部件302，也就是说，当滑动部件302从水平平面倾斜或向其施加振动时，线圈303和磁体304均相对于滑动部件302滑动。滑动部件302并不限于双圆柱形状，并且可以是使能线圈303和磁体304的滑动的任何形状。如第一实施方式，滑动部件302可以由含生物质的材料制成。
线圈303被可滑动地容纳在滑动部件302的内周空间中。当发电机倾斜时或当向其施加振动时，线圈303在滑动部件302内部滑动。对线圈303的形状和材料都没有特别的限制，与滑动部件302的摩擦系数小的那些是有利的。
磁体304被可滑动地容纳在滑动部件302的外周空间中。磁体304可以是具有圆柱形状的磁体，并且其形状没有特别的限制。当发电机倾斜时或当向其施加振动时，磁体304在滑动部件302内部滑动。
通过线圈303和磁体304在滑动部件302内部这样独立地滑动，线圈303和磁体304的相对位置变化，并通过电磁感应来发电。因此，通过采用由摩擦系数小的含生物质的材料制成的滑动部件302，能够提高发电性能。
此外，在本实施方式中，还可以设置电极来替代线圈303并设置介电质（例如驻极体）来替代磁体304，以产生电极和驻极体的静电感应所造成的电位差，从而产生电力。
（第四实施方式）
将对根据本发明第四实施方式的发电机进行描述。除了发电部，根据本实施方式的发电机的配置与第一实施方式中的基本上相同，因此省略描述。
图11A和图11B是示出了根据本实施方式的发电机的发电部401的示意图。图11A是发电部401的平面图，而图11B是发电部401的截面图。如这些图中所示，发电部401包括滑动部件402、介电质403、电感电路404和支撑部件405。滑动部件402和支撑部件405被固定到壳体（未示出）。介电质403被可滑动地容纳在滑动部件402中。电感电路404被固定到支撑部件405。
滑动部件402是使能介电质403相对于滑动部件402的滑动的部件。具体而言，滑动件402具有圆柱形状，并且被配置为将介电质403容纳在其内部。滑动部件402并不限于圆柱形状，并且可以是使能介电质403的滑动的任何形状。如第一实施方式，滑动部件402可以由含生物质的材料制成。
介电质403由介电质材料制成，并且被可滑动地容纳到滑动部件402。介电质403不被固定到滑动部件402，也就是说，当滑动部件402从水平平面倾斜时或当向其施加振动时，介电质403相对于滑动部件402滑动。对介电质403的形状和材料没有特别的限制，其中与滑动部件402的摩擦系数小的那些是有利的。
电感电路404是在介电质403与电感电路404之间产生静电感应的电路。其配置没有特别的限制。电感电路404由支撑部件405支撑，并且其位置相对于壳体是固定的。
支撑部件405在壳体支撑电感电路404。支撑部件405的材料和形状没有特别的限定，通过采用第一实施方式中各种含生物质的材料中的任一种制成的支撑部件405，因此，可以减少制造发电机所需的能量。
当振动或倾斜施加到发电机时，介电质403在滑动部件402内滑动，并且在介电质403与电感电路404之间由于静电感应产生电位差。因此，通过采用由摩擦系数小的含生物质的材料制成的滑动部件402，能够提高发电性能。
此外，在本实施方式中，介电质403与电感电路404可以颠倒。也就是说，也有可能电感电路404被容纳到滑动部件402并且被配置为在滑动部件402内部滑动，而介电质403被固定到支撑部件405。
（第五实施方式）
将对根据本发明第五实施方式的发电机进行描述。除了滑动部分，根据本实施方式的发电机的配置与第一实施方式中的基本上相同，因此省略描述。
图12A和图12B是示出了根据本实施方式的发电机的滑动部分501的示意图。图12A是滑动部501的俯视图，而图12B是滑动部501的截面图。如这些图中所示，滑动部501包括滑动部件502、旋转体503和导向件504。导向件504被固定到壳体（未示出）。滑动部件502被固定到导向件504。如图12A中所示，旋转体503具有球形形状，并且通过设置在旋转体503上的两个突起部，被可滑动地嵌合到滑动部件502。此外，尽管未示出，但与作为发电元件的旋转体503配成一对的结构体设置在旋转体503的周围。可以利用旋转体503和结构体之间的相对位置的变化产生电力。
这里，滑动部件502表示在发电机中使用的支撑轴或轴承（与旋转体503接触的部分）。在所谓的陀螺仪发电方法中，通常，使用其中磁体等被直接嵌入到旋转体以从其中产生电力的一种类型，或者其中旋转体和与其相对移动的部分没有发电元件并且被配置为产生岁差运动（precessions，旋进）。在后者的情况下，与发电元件配成一对的部件将被安装在与旋转体无关的位置。然而，因为有可能施加外力以维持旋转体的速度，所以需要减小旋转体的外周的摩擦，以甚至略微减小这种外力。在这种情况下，即使与发电元件配成一对的该部件不位于旋转体的周围，也最终能够通过间接地减少旋转体的外周的摩擦，来提高系统的效率。
滑动部件502是使能旋转体503相对于滑动部件502的滑动的部件。具体而言，滑动部件502可以是具有环形轨道状形状的滑动部件。滑动部件502并不限于这样的形状，并且可以是能够实现旋转体503的滑动的任何形状。如第一实施方式，滑动部件502可以由含生物质的材料制成。
旋转体503通过相对于滑动部件502滑动而旋转。上述那对发电元件中的任一个发电元件（线圈和磁体；或包括驻极体的介电质与电感电路）可以被容纳到旋转体503，或者该对发电元件可以被设置在其他地方。此外，旋转体503可以由含生物质的材料制成。在这种情况下，滑动部件502可以不是由含生物质的材料制成的，但最好是由含生物质的材料制成的。
导向件504可以在其中容纳发电元件，其中该发电元件与被容纳到旋转体503的发电元件配成一对。此外，导向件504也可以由含生物质的材料制成。
在上述那对发电元件（线圈和磁体；或包括驻极体的介电质与电感电路）中的一个发电元件已经被容纳到旋转体503的情况下，当旋转体503滑动所述滑动部件502以相对于导向件504旋转时，被容纳到旋转体503的该对发电元件中的相应一个与导向件504的相对位置变化，从而产生电力。此外，在上述那对发电元件（线圈和磁体；或包括驻极体的介电质与电感电路）的一个发电元件没有被容纳的情况下，例如，当使用由旋转体503的旋转产生的岁差运动时，必须首先通过外部能量旋转旋转体503或维持其旋转，并且如果摩擦力大，这需要消耗能量。因此，通过采用由摩擦系数小的含生物质的材料制成的滑动部件502，能够抑制能量消耗，并提高发电性能。
图13A和图13B至图15A和图15B是示出了根据本实施方式的滑动部501的其它形式的示意图。每个图13A、14A和15A是滑动部501的俯视图，而每个图13B、14B和15B是滑动部501的截面图。如这些图中所示，可以适宜地修改滑动部件502和旋转体503的形状。
图13A和图13B示出了其中采用具有圆柱形状的旋转体503来替代图12A和图12B中的具有球形形状的旋转体503的示例。
在图14A和图14B的滑动部501中，通过设置在旋转体503上的突起部，具有球面形状的旋转体503被可滑动地嵌合到滑动部件502。滑动部件502被设置在导向件504的大致中央部分，而导向件504被固定到壳体（未示出）。
图15A和15B示出了其中采用具有圆柱形状的旋转体503来替代图14A和14B中的具有球形形状的旋转体503的示例。
在图13A到图15B的每个配置中，虽然未示出，但应当注意，与作为发电元件的旋转体503配成一对的结构体被设置在旋转体503的周围。这可以从旋转体503和结构体之间的相对位置的变化产生电力。
应该注意，图12A到图15B中示出的滑动部501、滑动部件502、旋转体503、导向件504等的形状和构造仅仅作为示例，并且还可以采用其他的形状和构造。
（应用例）
将对根据本发明上述实施方式的发电机的应用例进行描述。
[应用例1]
用于教育的振动发电机用具：其是没有CE（消费电子产品）那么高规格的设备，并且在其中耐久性不被限制。
用于教育的振动发电机用具将被描述为本发明的应用例1。该振动发电机使用电磁感应方法，例如，是用于学习发电机制的一种学习工具。此用途要求的特性是内部结构的高可见性和易于装配。
此外，由于在许多情况下这样的发电机由力量小的儿童操作，所以滑动部件必须是其中静摩擦系数和动摩擦系数小的材料，使得通过低加速和低频率的振动可以很容易地移动磁体。
作为实现它们的树脂材料，在滑动部件中，可以采用作为含生物质的材料的聚甲基丙烯酸甲酯和聚乳酸的混合树脂（上述材料A）。
材料A在摩擦的滑动性能方面具有良好的摩擦性能，而且还具有透明性。根据图3，按照JIS-K7125标准测得的静摩擦系数是，当作为非生物质材料的聚甲基丙烯酸甲酯树脂（上述材料D）的静摩擦系数是0.23时，材料A至C具有比上述小约20％至30％的值，该值是0.19以下。作为按照JIS K7218A标准的耐滑动磨损试验的结果的动摩擦系数是，当60分钟时间和100分钟时间过后，比较例的材料D的动摩擦系数是0.47时，本发明的材料A至C的动摩擦系数都显示出较低的值，该值是0.44或更小。
因此，磁体的运动的最小加速度已经减少了68.5％，从0.54G到0.17G。因此，在用于发电的振动的下限，在过去的材料被用在滑动部件的情况与使用含生物质的材料的情况之间，观察到相差约100倍程度的输出差。线圈止档装置可以是由聚酰胺树脂（上述材料C）所制成的那些。在过去，已经使用了硅橡胶或橡胶材料，但难以获得足够的刚性来承载线圈，并且它不具有透明性。
与此相反，材料C具有足够的刚性，并且具有透明性。作为防止磁体脱落的止档装置的材料，通过使用PA（聚酰胺），利用弹性能够实现磁体的固定，以及防止由于磁体在壳体的碰撞造成壳体的破坏，还有消除动能损失的结构。作为壳体的材料，可以使用聚酰胺树脂（上述材料B）。与过去使用的PP（聚丙烯）相比，这可以提高透明性、耐冲击性和耐磨损性。因此，与过去的材料相比，通过使用这样的环保材料，能够在实现同样性能的情况下价位方面可以取得优势，而且能够实现比过去设备具有更高功能性的设备。
[应用例2]
CE（消费电子产品）设备：适合便携使用的一种，并且其中要求约3年的耐久性。
发电机集成的便携式电子装置将作为本发明的应用例2被描述。该装置是小型装置，其可以由人携带，并且具有任何一个或一些功能来执行音乐再现、视频图像再现、静止图像再现、录音、录像、通信和由计算电路进行的处理。要求可设计性、耐用性（跌落冲击、少老化、防水、防污性能）和阻燃性。此外，如果要求通过携带该装置能够产生电力的能力，要求通过较小加速度发电。
此外，振动频率低（约1kHz）。因此，除应用例1中提到的配置以外，该装置需要有一种与电子产品相对应的环保材料。特别是，壳体通常需要有足够的阻燃性和跌落冲击强度，最好是利用来自图4列出的源自蓖麻油的聚酰胺材料（上述材料B或C），其中阻燃性相当于UL94HB且跌落冲击强度（简支梁冲击强度）相当于9到10kJ/m2。因为它具有应用例1在也使用这种材料的情况下被提及的特征，所以与过去的材料被用于实现相同的性能的情况相比，能够取得成本方面的优势。
顺便说一句，图4提及的“UL94”可燃性标准是一个标准，其代表通过用于设备和器具中的部件的塑料材料的可燃性试验得到的材料不燃性程度。在UL94标准中，此处含生物质的材料A至C都是可以通过UL94HB测试的材料。此测试中，通过水平地持有试验片（（125±5）×（13±0.5）×t mm）并将试验片在20mm的火焰下暴露30秒，根据间距为75mm的基准标记之间的燃烧速率进行测定。
[应用例3]
无线传感器：其目的是在安装后作为移动对象（小型/薄型结构）使用约5年。
无线传感器将被描述作为本发明的应用例3。要求小而薄。本应用例的操作环境是高振动频率、大的加速度（必要时相当于3G以上的加速度），并且还包括超过100℃的高温部分，其中振动频率也往往很高（1kHz或更高）。不要求可设计性。作为发电机，可以假设从移动物体的振动发电、热发电等。考虑到要假定的发电机和运行环境是高温和高冲击，使用再生PC（聚碳酸酯）材料作为环保材料，该材料利用废旧光盘等作为原料。能够实现相同的性能的同时取得成本方面的优势。
[应用例4]
无电源开关：其目的是安装后在同一个地方使用约10年，并且不变色。
无电源开关将作为本发明的应用例4被描述。与应用例1至3相比，安装的无电源开关的数量大，并且要求可设计性和防污性。另一方面，在室内使用时，温度和湿度的环境中在一定程度上是恒定的，但不要求耐热性。可以假设要使用各种发电机，可以包括利用人的力量（如按下并释放开关的动作）的发电以及利用太阳光、热、无线电波、糖等的发电。从高设计性以及从环境退化的低电阻的观点出发，相应的材料可以是具有改善的耐用性的聚乳酸组合物或聚酰胺材料。利用这样的配置，与使用过去的材料的情况相比，能够在实现相同的性能的情况下取得成本方面的优势。
[应用例5]
动物生态系统调查传感器、环境传感器：安装后在几年后分解，并要求减少对环境的负担，不伤害动物（低杀伤性），而且食用无害。
用于动物生态系统调查的发电机集成监视传感器以及用于农业和环境测量的环境传感器将作为本发明的应用例5来进行论述。与应用例1至4相比，安装传感器的数量显著大，并且许多情况它们是不需要被回收的。在约-60℃至60℃的广泛温度范围和高湿度下工作的能力；防水性和对雨和水的耐酸性；对付紫外线辐射的对策是必要的。高温侧不是在非常高的温度。然而，与应用例1至4相比，要求室外使用的耐久性，要求设备本身是低环境负担的材料。
此外，作为与发电相关的环境，没有非常大的加速度，并且加速度是3G以下。振动频率也较小并且小于或等于1kHz。作为发电机，可以涉及从动物的动作的振动发电，利用风、水等的压力差的振动发电，利用温度差和温度变化的热发电，太阳能发电，利用树木与土壤之间的离子浓度差的发电，无线电波发电等。从这样的环境和发电机出发，可以使用应用例1中所示的低频和低加速度的材料A。从耐候性和生物降解性需求的观点出发，可以使用包括从淀粉得到的聚乳酸树脂作为主要成分的材料。以这样的方式，能够获得与使用过去的材料的情况相同的性能，并且同时还能够取得成本方面的优势。
本发明不仅限于上述各实施方式，而是在不背离本发明的主旨的前提下可以被修改。例如，虽然在这些实施方式中主要描述了具有圆柱形状的发电机，但是本发明还可应用于具有球形形状或其它形状的发电机。在这种情况下，在具有球形形状的发电机中，特别是可以采用上述图12A至图15B中的滑动部。
本发明可以采取以下配置。
（1）一种发电机，包括：
滑动部件，其由含生物质的材料制成；
第一发电元件，其被配置为相对于滑动部件滑动；
第二发电元件，其被配置为通过其相对于第一发电元件的相对位置的变化来产生电力。
（2）根据（1）的发电机，其中
第二发电元件被配置为相对于滑动部件滑动。
（3）根据（1）或（2）的发电机，其中
含生物质的材料包括聚甲基丙烯酸甲酯和聚乳酸的混合树脂。
（4）根据（1）至（3）中任一项的发电机，其中
含生物质的材料包括来自蓖麻油的聚酰胺树脂。
（5）根据（1）至（4）中任一项的发电机，其中
含生物质的材料包括来源于淀粉的聚乳酸树脂。
（6）根据（1）至（5）中任一项的发电机，其中
第一发电元件是磁体；以及
第二发电元件是线圈。
（7）根据（1）至（5）中任一项的发电机，其中
第一发电元件是包括驻极体的介电质；以及
第二发电元件是电感电路。
（8）根据（1）至（5）中任一项的发电机，其中
第一发电元件是压电元件；以及
第二发电元件是被配置为向压电元件施加压力的结构体。
（9）根据（1）至（5）中任一项的发电机，其中
第一发电元件是逆磁致伸缩元件；以及
第二发电元件是被配置为向逆磁致伸缩元件施加压力的结构体。
（10）根据（1）至（9）中任一项的发电机，还包括：
由含生物质的材料制成的壳体，被配置为容纳滑动部件、第一发电元件和第二发电元件；以及
由含生物质的材料制成的固定部件，被配置为将滑动部件固定到壳体。
（11）根据（1）至（10）中任一项的发电机，其中
第一发电元件是旋转体，其被配置为相对于滑动部件滑动；以及
第二发电元件是旋转体，其被设置在结构体的周围。
（12）根据（11）的发电机，其中
旋转体由含生物质的材料制成。
本发明包含于2012年7月27日向日本专利局提交的日本在先专利申请JP2012-167649中所公开的相关主题，其全部内容通过引用结合于此。
本领域技术人员应当理解，根据设计需求和其他因素，在所附权利要求或其等价物范围内，可以进行各种修改、组合、子组合、以及更改。

Claims (13)

1.一种发电机，包括：
滑动部件，由含生物质的材料制成；
第一发电元件，被配置为相对于所述滑动部件滑动；以及
第二发电元件，被配置为通过所述第二发电元件相对于所述第一发电元件的相对位置的变化来产生电力。
2.根据权利要求1所述的发电机，其中
所述第二发电元件被配置为相对于所述滑动部件滑动。
3.根据权利要求1所述的发电机，其中
所述含生物质的材料包括聚甲基丙烯酸甲酯和聚乳酸的混合树脂。
4.根据权利要求1所述的发电机，其中
所述含生物质的材料包括来自蓖麻油的聚酰胺树脂。
5.根据权利要求1所述的发电机，其中
所述含生物质的材料包括来源于淀粉的聚乳酸树脂。
6.根据权利要求1的所述发电机，其中
所述第一发电元件是磁体；以及
所述第二发电元件是线圈。
7.根据权利要求1所述的发电机，其中
所述第一发电元件是包括驻极体的介电质；以及
所述第二发电元件是电感电路。
8.根据权利要求1所述的发电机，其中
所述第一发电元件是压电元件；以及
所述第二发电元件是被配置为向所述压电元件施加压力的结构体。
9.根据权利要求1所述的发电机，其中
所述第一发电元件是逆磁致伸缩元件；以及
所述第二发电元件是被配置为向所述逆磁致伸缩元件施加压力的结构体。
10.根据权利要求1所述的发电机，还包括：
由含生物质的材料制成的壳体，被配置为容纳所述滑动部件、所述第一发电元件和所述第二发电元件；以及
由含生物质的材料制成的固定部件，被配置为将所述滑动部件固定到所述壳体。
11.根据权利要求1所述的发电机，其中
所述第一发电元件是被配置为相对于所述滑动部件滑动的旋转体；以及
所述第二发电元件是设置在所述旋转体周围的结构体。
12.根据权利要求11所述的发电机，其中
所述旋转体由含生物质的材料制成。
13.根据权利要求1所述的发电机，其中，所述第一发电元件被固定至支撑元件，并且所述支撑元件被配置为相对于所述滑动部件滑动。
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