CN108240309A - 发电装置以及电子设备 - Google Patents
发电装置以及电子设备 Download PDFInfo
- Publication number
- CN108240309A CN108240309A CN201711444777.7A CN201711444777A CN108240309A CN 108240309 A CN108240309 A CN 108240309A CN 201711444777 A CN201711444777 A CN 201711444777A CN 108240309 A CN108240309 A CN 108240309A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- mentioned
- magnet
- power generator
- coil
- rotation
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03G—SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS; MECHANICAL-POWER PRODUCING DEVICES OR MECHANISMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR OR USING ENERGY SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03G1/00—Spring motors
- F03G1/02—Spring motors characterised by shape or material of spring, e.g. helical, spiral, coil
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
- H02K7/18—Structural association of electric generators with mechanical driving motors, e.g. with turbines
- H02K7/1807—Rotary generators
- H02K7/1853—Rotary generators driven by intermittent forces
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K21/00—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets
- H02K21/12—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K35/00—Generators with reciprocating, oscillating or vibrating coil system, magnet, armature or other part of the magnetic circuit
- H02K35/02—Generators with reciprocating, oscillating or vibrating coil system, magnet, armature or other part of the magnetic circuit with moving magnets and stationary coil systems
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
- H02K7/06—Means for converting reciprocating motion into rotary motion or vice versa
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Connection Of Motors, Electrical Generators, Mechanical Devices, And The Like (AREA)
- Permanent Magnet Type Synchronous Machine (AREA)
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
- Reciprocating, Oscillating Or Vibrating Motors (AREA)
Abstract
本发明提供一种发电装置以及电子设备,能够稳定地提供充足的发电量。发电装置(100)具备:外壳(110);线圈(121),其固定地设于外壳(110)内;磁体(151a、151b),其设于外壳(110)内,以预定的旋转轴(140)为中心,相对于线圈(121)能够相对地旋转移动地被支撑;操作部(130),其设为相对于外壳(110)能够转动,且为了施加外力而被转动操作;以及弹性部件(160),其储存经由操作部(130)施加的外力作为弹性能量,并且通过释放储存的弹性能量来使磁体(151a、151b)相对于线圈(121)相对地旋转移动。
Description
技术领域
本发明涉及发电装置以及电子设备,更为具体而言,涉及利用经由操作部施加的外力来进行发电的发电装置以及具备该发电装置的电子设备。
背景技术
由于近来的科学技术的进步,推进了电路的驱动电力的省电力化。因此,能够利用通过操作者的开关操作施加的外力、从管道等振动体施加的外力那样的、从外部施加的较小的外力来进行发电,并使用所发的电力来驱动电路。
因此,研究了利用较小的外力来进行发电,并向电路供给电力的发电装置。例如,专利文献1公开了如下发电装置,该发电装置具备用于利用通过按下开关而施加的外力来进行发电的以往的发电机构5000。如图1所示,以往的发电机构5000具备磁体5001、固定地配置的线圈5002、以及导程部件5003,该导程部件5003以旋转轴A为中心相对于线圈5002能够往复运动地支撑磁体5001。在线圈5002的中央空腔部,插入有由磁性材料构成的磁芯5004,并且,磁芯5004与设置成包围线圈5002且由磁性材料构成的外部芯部5005一体地形成。
如图1所示,若通过操作者按下开关来施加外力,则磁体5001相对于线圈5002进行往复运动。若磁体5001相对于线圈5002进行往复运动,则从磁体5001发出且贯穿线圈5002的磁力线的密度(磁通密度)变化,从而在线圈5002内产生电压。
在专利文献1的发电装置中,通过操作者仅一次按下开关而施加的外力,就引起磁体5001相对于线圈5002的往复运动。因此,磁体5001相对于线圈5002的往复运动随着时间经过而逐渐衰减。因此,在线圈5002内产生的电压能够由图2所示那样的、逐渐衰减的交流波(正弦波)来表示。通过在线圈5002内产生的电压,从而在电容器内积蓄电力,利用积蓄的电力来作为电路的驱动电力。然而,由于通过操作者对开关的按下操作而施加的外力较小,因此通过逐渐衰减的交流波的最初的山的部分的电压而积蓄在电容器内的电力较小,不能确保电路的驱动电力。因此,一般通过使在线圈5002内产生的电压升压,并且对电流进行整流,从而使用逐渐衰减的交流波的整个部分来在电容器内积蓄电力。
然而,这样利用较小的外力得到的电力量非常少,因此存在整流以及升压时的能量损失的影响较大,难以确保稳定的发电量之类的问题。另外,操作者对开关的按下速度每次不同,因此由操作者施加的外力并非恒定。因此,存在得到的发电量不稳定之类的问题。在得到的发电量不稳定的情况下,存在通过操作者对开关的按下操作,而不能确保电路的驱动电力的担忧。因此,在利用由操作者施加的外力来进行发电的发电装置中,存在稳定地确保充足的发电量之类的需求。
现有技术文献
专利文献1:日本特开昭58-72361号公报
发明内容
本发明是鉴于上述以往的问题点而提出的技术方案,其目的在于提供一种能够稳定地供给充足的发电量的发电装置以及具备该发电装置的电子设备。
用于解决课题的方案
这种目的通过以下的(1)~(13)的本发明来实现。
(1)一种发电装置,利用外力来实行发电,其特征在于,具备:
外壳;
线圈,其固定地设于上述外壳内;
至少一个磁体,其以预定的旋转轴为中心相对于上述线圈能够相对地旋转移动地设于上述外壳内;
操作部,其设为相对于上述外壳能够转动,且为了施加上述外力而被转动操作;以及
弹性部件,其储存经由上述操作部施加的上述外力作为弹性能量,并且通过释放储存的上述弹性能量,来使上述磁体相对于上述线圈相对地旋转移动,
上述发电装置构成为,在上述磁体以上述预定的旋转轴为中心相对于上述线圈相对地旋转移动时,实行发电。
(2)根据方案1所述的发电装置,其特征在于,
在上述弹性部件引起的上述磁体的旋转移动的速度大致成为最大时,上述磁体与上述线圈最接近。
(3)根据方案2所述的发电装置,其特征在于,
还具备插入到上述线圈的中央空腔部的磁芯,
在上述磁体的上述旋转移动的上述速度大致成为最大时,上述磁体的端面与上述磁芯的端面大致水平地对置。
(4)根据方案2或3所述的发电装置,其特征在于,
上述磁体与上述线圈最接近时的上述磁体的上述旋转移动的上述速度为上述磁体的上述旋转移动的最高速度的80%以上。
(5)根据方案1~4任一项中所述的发电装置,其特征在于,
上述外壳由对置的一对板状部和连接上述一对板状部彼此的连接部构成,且具有由磁性材料形成的外部芯部,
上述线圈设置在上述外部芯部的上述一对板状部之间。
(6)根据方案5所述的发电装置,其特征在于,
上述至少一个磁体包含能够以上述预定的旋转轴为中心相对于上述线圈相对地旋转移动地被支撑的两个磁体,
上述两个磁体设为,上述两个磁体的一方与上述线圈最接近时,上述两个磁体的另一方与上述外部芯部的上述一对板状部的任一方板状部的端部最接近。
(7)根据方案6所述的发电装置,其特征在于,
上述外壳的上述一对板状部分别构成为,上述两个磁体的一方与上述线圈最接近时,上述两个磁体的另一方与上述一对板状部的任一方板状部的上述端部对置。
(8)根据方案1~7任一项中所述的发电装置,其特征在于,
还具备磁轭,该磁轭设为,能够与上述磁体一起以上述预定的旋转轴为中心相对于上述线圈相对地旋转移动,
上述磁体设置在上述磁轭上。
(9)根据方案1所述的发电装置,其特征在于,
上述磁体安装在旋转部件上,该旋转部件设为通过上述操作部而能够旋转,
上述操作部构成为,上述磁体通过上述旋转部件的旋转而向第一方向旋转移动,并与上述旋转部件卡合,直至到达第一卡合解除位置,并且,若上述磁体到达上述第一卡合解除位置,则解除与上述旋转部件的卡合,
上述弹性部件构成为,在上述磁体通过上述旋转部件的旋转而向上述第一方向旋转移动期间储存上述弹性能量,在上述操作部与上述旋转部件的上述卡合被解除时,释放上述弹性能量,且使上述磁体旋转移动。
(10)根据方案9所述的发电装置,其特征在于,
在上述操作部与上述旋转部件的上述卡合被解除后,上述操作部能够以返回预定的初始位置的方式转动。
(11)根据方案10所述的发电装置,其特征在于,
上述操作部构成为,在以返回上述预定的初始位置的方式转动时,与上述旋转部件再次卡合,且使上述旋转部件向与上述第一方向相反的第二方向旋转,并且,
上述操作部构成为,通过上述旋转部件向上述第二方向的旋转,上述磁体向上述第二方向旋转移动,并与上述旋转部件卡合,直至到达第二卡合解除位置,并且,若上述磁体到达上述第二卡合解除位置,则解除与上述旋转部件的卡合。
(12)根据方案11所述的发电装置,其特征在于,
上述弹性部件构成为,在上述磁体通过上述旋转部件的旋转而向上述第二方向旋转移动期间储存弹性能量,在上述操作部与上述旋转部件的上述卡合被解除时,释放上述弹性能量,且使上述磁体旋转移动。
(13)一种电子设备,其特征在于,具备:
方案1~12任一项中所述的发电装置;以及
由该发电装置驱动的电路。
发明的效果如下。
在本发明的发电装置中,通过利用储存施加的外力作为弹性能量、并且释放储存的弹性能量的弹性部件,以预定的旋转轴为中心使磁体相对于线圈相对地旋转移动。由于弹性部件所储存、释放的弹性能量足够大,因此即使不使磁体相对于线圈进行往复运动、而是通过一次磁体相对于线圈的相对移动(旋转移动),就能够提供用于驱动电路的充足的发电量。另外,由于通过一次磁体相对于线圈的相对移动(旋转移动)就能够提供用于驱动电路的充足的发电量,因此需要使通过本发明的发电装置得到的电压升压、或者对电流进行整流。因此,能够防止所得到的电力量因整流以及升压时的能量损失而变得不稳定。
并且,弹性部件所储存、释放的弹性能量不依赖于操作者对操作部的操作速度,能够总是以恒定的力使磁体相对于线圈旋转移动。因此,磁体相对于线圈的旋转移动的速度稳定,从而能够使通过本发明的发电装置得到的电力量稳定。
附图说明
图1是表示以往的发电装置的结构的图。
图2是表示在图1所示的以往的发电装置中,利用磁体的往复运动在线圈内产生的电压的图。
图3是表示本发明的第一实施方式的发电装置的外观的立体图。
图4是图3所示的发电装置的分解立体图。
图5是表示图3所示的发电装置的操作部以及磁体组装体的图。
图6是表示图3所示的发电装置的内部构造的俯视图。
图7是用于说明图3所示的发电装置的动作的图。
图8是表示图7所示的发电装置的动作之间的磁体的旋转速度的变化的图。
图9是表示本发明的第二实施方式的发电装置的外观的立体图。
图10是图9所示的发电装置的分解立体图。
图11是表示图9所示的发电装置的线圈组装体的图。
图12是表示图9所示的发电装置的旋转部件以及磁体组装体的图。
图13是表示图9所示的发电装置的内部构造的俯视图。
图14是用于说明图9所示的发电装置的动作的图。
图15是用于说明图9所示的发电装置的动作的图。
图中:
100—发电装置,110—外壳,111—下板,1111—第一基座,1112—第二基座,1113—轴承部,1114—凹部,1115—圆柱体,1116—第一阴螺纹部,1117—第二阴螺纹部,112—上板,1121—第一插通孔,1122—第二插通孔,1123—第三插通孔,113—可动部收纳部,1131—第一L字状部,1132—第二L字状部,1133—切口部,114—外部芯部,1141—第一板状部,1142—第二板状部,1143—连接部,1144—第一折弯部,1145—第二折弯部,1146—切口部,120—线圈组装体,121—线圈,122—磁芯,130—操作部,131—臂部,132—凹部,133—弹簧装配轴,134—轴插通孔,135—磁体组装体安装部,140—轴,150—磁体组装体,151a—第一磁体,151b—第二磁体,152—磁轭,160—扭转弹簧(弹性部件),161、162—端部,171—第一阳螺栓,172—第二阳螺栓,200—发电装置,210—外壳,211—下板,212—上板,2121—第一插通孔,2122—第二插通孔,213—可动部收纳部,2131、2132、2133—狭缝,2134—切口部,214—外部芯部,2141—第一板状部,2142—第二板状部,2143—连接部,2144—第一折弯部,2145—第二折弯部,220—线圈组装体,221—线轴,222—线圈,223—磁芯,230—操作部,231—臂部,232—轴插通孔,233—贯通孔,234—卡合部,240a—第一轴部件,241a—第一支撑部,242a—第一轴,240b—第二轴部件,241b—第二支撑部,242b—第二轴,250—旋转部件,251—主体,252—弹簧装配轴,253—轴插通孔,254—磁体组装体安装部,255a、255b—弹簧端部支撑部,256—卡合部,260—磁体组装体,261a—第一磁体,261b—第二磁体,262—磁轭,270a—上侧扭转弹簧,271a、272a—弹簧端部,270b—下侧扭转弹簧,271b、272b—弹簧端部,280—扭转弹簧,281、282—弹簧端部,5000—以往的发电机构,5001—磁体,5002—线圈,5003—导程部件,5004—磁芯,5005—外部芯部。
具体实施方式
以下,基于附图所示的优选实施方式来对本发明的发电装置以及具备该发电装置的电子设备进行说明。
<第一实施方式>
首先,参照图3~图8,对本发明的第一实施方式的发电装置进行说明。图3是表示本发明的第一实施方式的发电装置的外观的立体图。图4是图3所示的发电装置的分解立体图。图5是表示图3所示的发电装置的操作部以及磁体组装体的图。图6是表示图3所示的发电装置的内部构造的俯视图。图7是用于说明图3所示的发电装置的动作的图。图8是表示图7所示的发电装置的动作之间的磁体的旋转速度的变化的图。此外,在图6中,示出发电装置的内部构造,因此省略发电装置的上板。
此外,在以下的说明中,将图3、图4、以及图5的上侧称为“上”或者“上方”,将下侧称为“下”或者“下方”,将左侧称为“左”或者“左侧”,将右侧称为“右”或者“右侧”。另外,将图3、图4、以及图5的纸面里侧称为“里侧”,将纸面近前侧称为“近前侧”。
图3以及图4所示的发电装置100大概具备:外壳110,其收纳发电装置100的各部件;线圈组装体120,其包含固定地设于外壳110内的线圈121;操作部130,其设为相对于外壳110能够转动且为了施加外力而以预定的轴(旋转轴)140为中心被转动操作;磁体组装体150,其设于外壳110内,包含以预定的轴140为中心相对于线圈121能够相对地旋转移动的第一磁体151a及第二磁体151b;以及扭转弹簧(弹性部件)160,其储存经由操作部130施加的外力作为弹性能量,并且通过释放储存的弹性能量,来使磁体151a、151b相对于线圈121相对地旋转移动。
如图3所示,在组装了发电装置100的状态下,操作部130的臂部131从外壳110朝向左里侧突出。操作者(使用者、向发电装置100施加外力的其他设备等)以使操作部130向图3中的箭头所示的方向转动的方式施加外力。若对发电装置100施加外力,则发电装置100利用施加的外力来进行发电,经由未图示的端子能够将所发的电力供给至设于发电装置100的外部的电路(未图示)。供给至电路的电力用于驱动电路。
更为具体而言,发电装置100构成为,利用经由操作部130施加的外力,以预定的轴140为中心使磁体151a、151b相对于线圈121相对地旋转移动,由此使从磁体151a、151b发出且贯穿线圈121的磁通(磁力线)的密度变化,来进行发电。
以下,对发电装置100的各部件进行详细叙述。
<<外壳110>>
外壳110是用于收纳发电装置100的各部件的长尺寸的箱状部件(例如,宽度约8mm×高度约12mm×长度约33mm)。外壳110具备:下板111;上板
112;用于收纳发电装置100的可动部(操作部130、轴140、磁体组装体150、以及扭转弹簧160)的可动部收纳部113;以及收纳线圈组装体120并且作为相对于线圈121的外部芯发挥功能的外部芯部114。
下板111是作为发电装置100的整体的基板发挥功能的长尺寸的板状部件。在下板111上设有第一基座1111、第二基座1112、以及用于支撑轴140的轴承部1113。
如图4所示,第一基座1111设于下板111的上表面左侧。第一基座1111具有对图4中的右里侧的角部实施倒角加工而成的长方体形状,并固定于下板111上。在组装了图6所示的发电装置100的状态下,第一基座1111的图6中的左侧、上侧以及下侧的侧面与外壳110的可动部收纳部113的内表面接触,图6中的右侧的侧面与操作部130对置。
在第一基座1111的上表面设有用于承接扭转弹簧160的一方端部161的凹部1114、和在其上表面形成有与第一阳螺栓171螺纹结合的第一阴螺纹部1116的圆柱体1115。
如图6所示,凹部1114形成于第一基座1111的上表面的左侧,圆柱体1115设于凹部1114的右侧。另外,第一基座1111以及圆柱体1115的合计高度与可动部收纳部113以及外部芯部114的高度大致相等。因此,在组装了发电装置100的状态下,圆柱体1115的上表面与可动部收纳部113以及外部芯部114的上侧端部位于大致同一平面上。
第二基座1112设于下板111的上表面右侧。第二基座1112具有长方体形状,且固定于下板111上。在组装了图6所示的发电装置100的状态下,第二基座1112的图6中的左侧以及下侧的侧面与外壳110的外部芯部114接触,图6中的右侧以及上侧的侧面向外部露出。
在第二基座1112的上表面形成有与第二外螺栓172螺纹结合的第二阴螺纹部1117。第二基座1112的高度与可动部收纳部113以及外部芯部114的高度大致相等。因此,在组装了图6所示的发电装置100的状态下,第二基座1112的上表面与可动部收纳部113以及外部芯部114的上侧端部位于大致同一平面上。
轴承部1113设于下板111的上表面的第一基座1111与第二基座1112之间且偏靠第一基座1111侧的位置。轴承部1113构成为对作为旋转轴发挥功能的轴140的下侧端部进行支撑,该旋转轴是磁体组装体150(磁体151a、151b)相对于线圈121旋转移动的旋转轴。
上板112是作为发电装置100整体的罩发挥功能的长尺寸的板状部件。上板112的形状与下板111的形状大致相同。上板112具备:用于供第一阳螺栓171插通的第一插通孔1121、用于供第二阳螺栓172插通的第二插通孔1122、以及用于支撑轴140的上侧端部的第三插通孔1123。
第一插通孔1121形成于与下板111上的第一基座1111的第一阴螺纹部1116对应的位置。第二插通孔1122形成于与下板111上的第二基座1112的第二阴螺纹部1117对应的位置。第三插通孔1123形成于与下板111的轴承部1113对应的位置。
在将发电装置100的各部件收纳在外壳110内的状态下,将第一阳螺栓171插通上板112的第一插通孔1121,使其与下板111上的第一基座1111的第一阴螺纹部1116螺纹结合,并且,将第二阳螺栓172插通上板112的第二插通孔1122,使其与下板111上的第二基座1112的第二阴螺纹部1117螺纹结合,由此能够组装发电装置100。
可动部收纳部113具备第一L字状部1131和第二L字状部1132。在组装了图6所示的发电装置100的状态下,发电装置100的可动部(操作部130、轴140、磁体组装体150、以及扭转弹簧160)收纳在第一L字状部1131与第二L字状部1132之间。
第一L字状部1131以及第二L字状部1132分别是短边部和长边部形成直角的L字状的板状部件。第一L字状部1131以及第二L字状部1132的短边部相互接合,形成具有向右侧敞开的コ字形状的可动部收纳部113。
另外,在第二L字状部1132的长边部的右上侧形成有切口部1133。在组装了图6所示的发电装置100的状态下,操作部130的臂部131经由切口部1133向外壳110的外侧突出。
此外,在本实施方式中,第一L字状部1131以及第二L字状部1132是分开的部件,但本发明并不限于此。例如,第一L字状部1131以及第二L字状部1132也可以作为一体成型的一个部件而构成。另外,可动部收纳部113也可以通过粘接剂的粘接等接合于下板111上,下板111和可动部收纳部113也可以一体地形成。
作为以上说明的外壳110的下板111、上板112、以及可动部收纳部113的结构材料,可列举陶瓷材料、树脂材料、碳材料等非磁性材料、弱磁性材料。在作为构成材料而使用了陶瓷材料的情况下,下板111、上板112、以及可动部收纳部113的成形变得容易。另外,从费用、重量的观点出发,优选使用树脂材料来构成下板111、上板112、以及可动部收纳部113。下板111、上板112、以及可动部收纳部113既可以分别由相同非磁性材料或者弱磁性材料构成,也可以分别由不同种类的非磁性材料或者弱磁性材料构成。
外部芯部114具备:第一板状部1141;与第一板状部1141对置的第二板状部1142;以及连接第一板状部1141和第二板状部1142的连接部1143。在组装了图6所示的发电装置100的状态下,线圈组装体120(线圈121)收纳在第一板状部1141与第二板状部1142之间。
外部芯部114的各部件(第一板状部1141、第二板状部1142以及连接部1143)由磁性材料构成,作为线圈组装体120(线圈121)的外部芯发挥功能。作为构成外部芯部114的磁性材料,能够列举例如铁氧体系不锈钢(例如JISSUS430)、马氏体系不锈钢(例如JISSUS403)、纯铁(例如JISSUY)、软铁、碳钢、电磁刚(硅钢)、高速度工具钢、构造钢(例如JISSS400)、坡莫合金、或者它们的组合。其中特别优选使用具有优异的强度和抗蚀性的铁氧体系不锈钢来构成外部芯部114。外部芯部114的各部件既可以分别由相同的磁性材料构成,也可以分别由不同的种类的磁性材料构成。
由于外部芯部114的各部件由磁性材料构成,因此外部芯部114的各部件能够作为供从磁体151a、151b发出且贯穿线圈121的磁通(磁力线)流动的磁路的一部分发挥功能。
第一板状部1141是长条状的板状部件。在第一板状部1141的左侧前端形成有第一折弯部1144。第一折弯部1144通过将第一板状部1141的左侧前端向内侧(图4中的里侧)折弯而形成,在参照图7而后述的发电装置100的动作中,构成为第一折弯部1144的左侧端部与第一磁体151a或者第二磁体151b的端部对置。
第二板状部1142是与第一板状部1141大致相同的长条状的板状部件。在第二板状部1142的左侧前端形成有第二折弯部1145。第二折弯部1145通过将第二板状部1142的左侧前端向内侧(图4中的近前侧)折弯而形成,在参照图7而后述的发电装置100的动作中,构成为第二折弯部1145的左侧端部与第一磁体151a或者第二磁体151b的端部对置。
另外,在第二折弯部1145的左上侧形成有在参照图7而后述的发电装置100的动作中,用于使操作部130的臂部131退让的切口部1146。
此外,在本实施方式中,连接部1143与第二板状部1142一体地形成,但本发明并不限于此。例如,连接部1143既可以与第一板状部1141一体地形成,连接部1143也可以作为与第一板状部1141以及第二板状部1142分开的部件而形成,第一板状部1141、第二板状部1142、以及连接部1143也可以一体地形成。另外,外部芯部114通过粘接剂的粘接等接合于下板111上。
<<线圈组装体120>>
线圈组装体120具有线圈121和插入到线圈121的中央空腔部内的磁芯122。若磁体151a、151b相对于线圈121相对移动,则贯穿线圈121的磁力线的数量(磁通密度)变化,从而在线圈121内产生电力。线圈121的两端部(电力引出线)与设于发电装置100的外部的电路(未图示)连接,产生于线圈121内的电力经由电力引出线供给至电路,电路通过供给的电力而被驱动。
线圈组装体120固定地配置在外壳110的下板111上。另外,在组装了图6所示的发电装置100的状态下,线圈组装体120位于外壳110的外部芯部114的第一板状部1141与第二板状部1142之间。将线圈组装体120固定地配置在外壳110的下板111上的方法没有特别限定,通过使用了粘接剂的粘接、基于热的热粘接、使用了螺钉等固定件的固定、或者它们的组合,能够将线圈组装体120固定地配置在下板111上。
线圈121通过将线材卷绕成线圈121的剖面形状为扁平的椭圆形状而形成。另外,线圈121也可以通过将线材卷绕在由非磁性材料或者弱磁性材料构成的线轴上而形成。磁芯122是具有能够插入到线圈121的中央空腔部内的尺寸以及形状的板状部件,由与外壳110的外部芯部114相同的磁性材料构成。
作为形成线圈121的线材,没有特别限定,但能够使用例如在铜制的基线上包覆绝缘被膜而成的线材、在铜制的基线上包覆附加了热粘接功能的绝缘被膜而成的线材、以及它们的组合。此外,线材的横剖面形状也可以是例如三角形、正方形、长方形、六边形那样的多边形、圆形、椭圆形等任意的形状。
<<操作部130>>
操作部130是为向发电装置100施加外力而由操作者以轴140为中心进行转动操作的部件。如图4以及图5所示,操作部130具备:长条状的臂部131;形成于臂部131的上表面的前端侧(图4以及图5的里侧)的凹部132;以贯通臂部131的方式设于臂部131的基端侧(图4以及图5的近前侧)的弹簧装配轴133;以在弹簧装配轴133的厚度方向上贯通的方式形成于弹簧装配轴133的大致中央部的轴插通孔134;以及设于操作部130的臂部131的下表面的基端侧的磁体组装体安装部135。
凹部132构成为承接扭转弹簧160的端部162。另外,弹簧装配轴133构成为弹簧装配轴133的从臂部131的上表面突出的部分能够插入到扭转弹簧160的中央空腔部内。另外,弹簧装配轴133的从臂部131的上表面突出的部分的高度与扭转弹簧160的中央空腔部的高度大致相等。另外,轴插通孔134构成为能够使轴140插通。
在组装了图6所示的发电装置100的状态下,在扭转弹簧160的中央空腔部内插通弹簧装配轴133,扭转弹簧160的一方端部161支撑在外壳110的下板111上所设的第一基座1111的凹部1114内,扭转弹簧160的另一方端部162支撑在操作部130的凹部132内,并且,在操作部130的轴插通孔134内插通轴140。由此,能够将操作部130支撑为能够以轴140为中心相对于外壳110转动。
如图5所示,磁体组装体安装部135具有由两个斜面构成的V字形状,且设于操作部130的臂部131的下表面的基端侧。在磁体组装体安装部135的V字形状的外侧面安装有磁体组装体150。将磁体组装体150安装在磁体组装体安装部135的V字形状的外侧面上的方法没有特别限定,例如通过使用了粘接剂的粘接、基于热的热粘接、使用了螺钉等固定件的固定、或者它们的组合,能够将磁体组装体150固定地安装在磁体组装体安装部135的V字形状的外侧面上。
上述的操作部130的各部分由与外壳110的可动部收纳部113相同的非磁性材料或者弱磁性材料构成。构成操作部130的各部分的非磁性材料或者弱磁性材料既可以是相同材料,也可以分别由不同种类的非磁性材料或者弱磁性材料构成操作部130的各部分。另外,操作部130的各部分虽然可以是通过粘接等而相互连接的各自分开的部件,但从部件件数的削减以及防止各部件间的粘接不良、防止脱离的观点出发,优选通过一体成型来形成。
<<轴140>>
轴140由与外壳110的可动部收纳部113相同的非磁性材料或者弱磁性材料构成,作为操作部130转动的旋转轴、以及磁体151a、151b相对于线圈121的相对的旋转移动的旋转轴发挥功能。在组装了图6所示的发电装置100的状态下,轴140在操作部130的轴插通孔134内插通,轴140的上端部支撑在外壳110的上板112的第三插通孔1123内,并且,轴140的下端部支撑在外壳110的下板111的轴承部1113内。
<<磁体组装体150>>
在组装了图6所示的发电装置100的状态下,磁体组装体150安装于操作部130的磁体组装体安装部135的V字形状的外侧面上,在操作部130转动了时,相对于线圈121旋转移动。如图4以及图5所示,磁体组装体150具备:安装于磁体组装体安装部135的磁轭152;以及安装于磁轭152上的第一磁体151a及第二磁体151b。
磁轭152具有与磁体组装体安装部135的V字形状对应的V字形状,并构成为磁轭152的V字形状的内侧面与磁体组装体安装部135的V字形状的外侧面配合。磁轭152由与外壳110的外部芯部114相同的磁性材料构成,并作为供贯穿线圈121的磁通(磁力线)流动的磁路的一部分发挥功能。
在构成磁轭152的V字形状的两个斜面的外侧面,通过自身的磁力分别安装有第一磁体151a以及第二磁体151b。此外,第一磁体151a以及第二磁体151b除了自身的磁力以外,也可以利用粘接剂等安装于磁轭152。由此,能够可靠地防止第一磁体151a以及第二磁体151b在磁轭152上偏移、或者脱离磁轭152。
第一磁体151a以及第二磁体151b分别是具有相同的方柱形状以及磁力的相同的磁体。第一磁体151a以第一磁体151a的N极面与磁轭152对置的方式,安装于构成磁轭152的V字形状的两个斜面的一方斜面上。另一方面,第二磁体151b以第二磁体151b的S极面与磁轭152对置的方式,安装于构成磁轭152的V字形状的两个斜面的另一方斜面上。
作为磁体151a、151b,例如能够使用对铝镍钴磁铁、铁氧体磁铁、钕磁铁、钕钴磁铁、将它们粉碎混入到树脂材料或橡胶材料而成的复合原材料进行成形而得到的磁铁(粘结磁铁)等。其中,优选使用具有较强的磁力的钕磁铁、具有较高的耐热性的钕钴磁铁,来作为磁体151a、151b。
若操作部130转动,磁体组装体150以轴140为中心进行旋转移动,则磁体151a、151b以轴140为中心相对于线圈121相对地旋转移动。若磁体151a、151b相对于线圈121相对移动,则贯穿线圈121的磁力线的数量(磁通密度)变化,从而在线圈121内产生电力。
因此,在本发明的发电装置100中,线圈121(线圈组装体120)和相对于线圈121相对地旋转移动的磁体151a、151b(磁体组装体150)构成用于实行发电的发电部。
<<扭转弹簧(弹性体)160>>
在组装了图6所示的发电装置100的状态下,就扭转弹簧160而言,在扭转弹簧160的中央空腔部内插通弹簧装配轴133,扭转弹簧160的一方端部161支撑在外壳110的下板111上所设的第一基座1111的凹部1114内,扭转弹簧160的另一方端部162支撑在操作部130的凹部132内,并且在操作部130的轴插通孔134内插通轴140。
在操作部130通过施加的外力而转动了时,扭转弹簧160弹性变形,将施加的外力作为弹性能量而储存。然后,若解除操作者对外力的施加,则扭转弹簧160通过弹性复原来释放储存的弹性能量,使操作部130以轴140为中心快速转动。
如上所述,磁体组装体150安装于操作部130的磁体组装体安装部135,因此在操作部130以轴140为中心转动了时,磁体组装体150的磁体151a、151b也以轴140为中心相对于线圈121相对地旋转移动。
因此,在本实施方式中,扭转弹簧160作为如下弹性部件发挥功能,即,将经由操作部130施加的外力作为弹性能量来储存,并且通过释放储存的弹性能量,来使磁体151a、151b相对于线圈121相对地旋转移动。
<发电装置100的动作>
接着,参照图7,对发电装置100的动作进行详细叙述。此外,在图7中,为了示出发电装置100的内部构造,省略了发电装置100的上板112。
<<初始状态>>
图7(a)表示组装了发电装置100而且未向操作部130施加外力的初始状态下的发电装置100的俯视图。如图7(a)所示,在未向操作部130施加外力的初始状态下,第一磁体151a以及第二磁体151b与外壳110的外部芯部114以及线圈组装体120的磁芯122分离预定的距离。
在初始状态下,第一磁体151a位于外部芯部114的第一板状部1141的第一折弯部1144与线圈组装体120的磁芯122之间,第二磁体151b位于外部芯部114的第二板状部1142的第二折弯部1145与线圈组装体120的磁芯122之间。
<<施加外力>>
图7(b)表示由操作者向操作部130施加外力、且操作部130以轴140为中心绕逆时针转动的状态的发电装置100的俯视图。
若操作者通过向图7(b)中的箭头的方向按压操作部130来施加外力,则操作部130以轴140为中心绕逆时针转动。操作部130绕逆时针转动,直到操作部130的臂部131与形成于可动部收纳部113的第二L字状部1132的切口部1133接触,从而发电装置100转变到图7(b)所示的状态。其结果,扭转弹簧160(弹性部件)弹性变形,所施加的外力作为弹性能量而被储存在扭转弹簧160内。
所施加的外力引起的操作部130的绕逆时针的转动被切口部1133限制。操作者必须继续进行外力的施加,直到操作部130的臂部131与切口部1133接触,因此能够使储存在扭转弹簧160内的弹性能量恒定。由此,能够防止每次操作时储存在扭转弹簧160内的弹性能量变动,从而能够使磁体151a、151b的相对于线圈121的相对的旋转移动的速度稳定。
此外,在操作部130通过所施加的外力而绕逆时针转动时,磁体151a、151b相对于线圈121相对地旋转移动,贯穿线圈121的磁力线的数量(磁通密度)变化。然而,操作者所施加的外力引起的磁体151a、151b的旋转移动的速度与电磁的现象的时间标度相比较缓慢,而且不稳定,因此通过该旋转移动在线圈121内产生的电力为微量。因此,在磁体151a、151b通过操作者所施加的外力而相对于线圈121相对地旋转移动时,在线圈121内产生的电力实质上无助于发电装置100的发电量。
如图7(b)所示,在结束了所施加的外力引起的操作部130的绕逆时针的转动的时刻,第一磁体151a位于外部芯部114的第二板状部1142的第二折弯部1145与线圈组装体120的磁芯122之间,第二磁体151b位于外部芯部114的第二板状部1142的第二折弯部1145的外侧。
<<解除外力施加以及发电开始>>
图7(c)表示解除相对于操作部130的外力的施加,发电装置100开始发电时的发电装置100的俯视图。
在操作者向操作部130施加了外力直到操作部130的臂部131与切口部1133接触之后,解除相对于操作部130的外力的施加。若解除相对于操作部130的外力的施加,则释放储存在扭转弹簧160内的弹性能量。其结果,操作部130以轴140为中心绕顺时针快速地转动,从而发电装置100转变到图7(c)所示的状态。
若操作部130以轴140为中心绕顺时针快速地转动,则安装于操作部130的磁体组装体150的磁体151a、151b也以轴140为中心相对于线圈121快速地绕顺时针旋转移动(相对移动)。如图7(c)所示,若通过磁体151a、151b的旋转移动,而第一磁体151a与线圈组装体120的磁芯122(线圈121)最接近、同时第二磁体151b与外部芯部114的第二板状部1142的第二折弯部1145最接近,则实质上开始发电装置100的发电。
在图7(b)所示的状态下解除外力的施加,直到在图7(c)所示的状态下开始发电装置100的发电这期间,磁体151a、151b被充分地加速。即、本实施方式的发电装置100从图7(b)所示的状态直至转变到图7(c)所示的状态的磁体151a、151b的移动区间能够被看作磁体151a、151b的加速区间。
另外,在该加速区间内,由于从第一磁体151a至线圈组装体120的磁芯122的距离、以及从第二磁体151b至第二折弯部1145的距离较大,因此磁体151a、151b和磁性体(线圈组装体120以及外部芯部114)所引起的旋转转矩(旋转阻力)较小。因此,在该加速区间内,能够使磁体151a、151b有效地加速。
通过在发电装置100内形成这样的磁体151a、151b的加速区间,从而磁体151a、151b被充分地加速,在磁体151a、151b的旋转移动的速度成为大致最大的状态下,能够使第一磁体151a与线圈组装体120的磁芯122(线圈121)最接近,同时使第二磁体151b与第二折弯部1145最接近。由此,能够使发电时的磁体151a、151b相对于线圈121的旋转移动(相对移动)引起的、贯穿线圈121的磁力线的数量(磁通密度)的变化足够大。
此外,这里所说的“磁体151a、151b的旋转移动的速度大致最大”的语句的意思,如参照图8将在后文叙述的那样,是“磁体151a、151b的旋转移动的速度为磁体151a、151b的旋转移动的最大速度的约80%以上”,更为具体而言,是“磁体151a、151b的旋转移动的速度为磁体151a、151b的旋转移动的最大速度的约85%以上”的意思。
此外,即使磁体151a、151b在加速区间内加速的期间,磁体151a、151b也相对于线圈121相对地旋转移动,贯穿线圈121的磁力线的数量(磁通密度)变化。然而,在加速区间内,磁体151a、151b的旋转移动的速度与电磁的现象的时间标度相比较缓慢,并且,从第一磁体151a至线圈组装体120的磁芯122的距离、以及从第二磁体151b至第二折弯部1145的距离较大,因此通过该加速区间内的旋转移动而在线圈121内产生的电力为微量。因此,在加速区间内产生于线圈121内的电力实质上无助于发电装置100的发电量。
在图7(c)所示的状态下,由第二磁体151b、外部芯部114(第二板状部1142以及连接部1143)、磁芯122、第一磁体151a、以及磁轭152形成磁路。在图7(c)所示的状态下,在该磁路内绕顺时针流动的磁力线从右侧向左侧贯穿线圈121。
另外,在第一磁体151a与线圈组装体120的磁芯122(线圈121)最接近时,第一磁体151a的右侧端面(S极面)与线圈组装体120的磁芯122的左侧端面大致水平地对置。另一方面,在第二磁体151b与第二折弯部1145最接近时,第二磁体151b的右侧端面(N极面)与第二折弯部1145的左侧端面对置。根据这种结构,可防止在第一磁体151a与线圈组装体120的磁芯122之间、以及第二磁体151b与第二折弯部1145之间的磁力线的扩散,因此能够提高发电装置100的发电效率。
<<发电结束>>
图7(d)表示发电装置100的发电结束了时的发电装置100的俯视图。
在图7(c)所示的状态下,若操作部130进一步绕顺时针转动,则发电装置100转变到图7(d)所示的状态。若发电装置100转变到图7(d)所示的状态,则实质上结束发电装置100的发电。
在图7(d)所示的状态下,第一磁体151a与外部芯部114的第一板状部1141的第一折弯部1144最接近,第二磁体151b与线圈组装体120的磁芯122(线圈121)最接近。
此外,发电装置100在从图7(c)所示的状态至转变到图7(d)所示的状态这期间,即、在发电装置100的发电区间,磁体151a、151b相对于线圈121的旋转移动(相对移动)的速度维持大致最大。因此,能够使发电装置100在发电区间的、贯穿线圈121的磁力线的数量(磁通密度)的变化足够大。
另外,在图7(d)所示的状态下,由第二磁体151b、磁芯122、外部芯部114(连接部1143以及第一板状部1141)、第一磁体151a、以及磁轭152形成磁路。在图7(d)所示的状态下,在该磁路内绕顺时针流动的磁力线从左侧向右侧贯穿线圈121。在图7(c)所示的状态下,磁力线从右侧向左侧贯穿线圈121,因此发电装置100在从图7(c)所示的状态至转变到图7(d)所示的状态的发电区间,贯穿线圈121的磁力线的朝向反转。因此,能够使发电装置100在发电区间的、贯穿线圈121的磁力线的数量(磁通密度)的变化足够大。
另外,在第一磁体151a与第一折弯部1144最接近时,第一磁体151a的右侧端面(S极面)与第一折弯部1144的左侧端面对置。另一方面,在第二磁体151b与线圈组装体120的磁芯122(线圈121)最接近时,第二磁体151b的右侧端面(N极面)与磁芯122的左侧端面大致水平地对置。根据这种结构,可防止在第一磁体151a与第一折弯部1144之间、以及第二磁体151b与线圈组装体120的磁芯122之间的磁力线的扩散,因此能够提高发电装置100的发电效率。
此外,即使在图7(d)所示的状态之后,磁体151a、151b也相对于线圈121相对地旋转移动,贯穿线圈121的磁力线的数量(磁通密度)变化。然而,在图7(d)所示的状态之后,磁体151a、151b的旋转移动的速度下降。并且,从第一磁体151a至第一折弯部1144的距离、以及从第二磁体151b至线圈组装体120的磁芯122的距离增加。因此,在图7(d)所示的状态之后在线圈121内产生的电力实质上无助于发电装置100的发电量。因此,在图7(d)所示的状态下,实质上结束发电装置100的发电。
<<旋转移动停止以及向初始状态的转变>>
图7(e)表示磁体151a、151b相对于线圈121的旋转移动停止了时的发电装置100的俯视图。
在图7(d)所示的状态之后,若操作部130进一步绕顺时针转动,则操作部130与外部芯部114的第二板状部1142的切口部1146接触,操作部130的转动停止。此时,磁体151a、151b相对于线圈121的旋转移动停止,发电装置100转变到图7(e)所示的状态。
在图7(e)所示的状态下,若磁体151a、151b相对于线圈121的旋转移动停止,则操作部130通过扭转弹簧160而绕逆时针转动。其结果,如图7(f)所示,发电装置100返回初始状态。
这样,在本发明的发电装置100中,在开始实际的发电之前,形成用于使磁体151a、151b充分加速的加速区间。因此,在磁体151a、151b充分加速的状态下,能够开始发电。
另外,在本发明的发电装置100中,在发电区间(从图7(c)所示的状态至图7(d)所示状态这期间),外壳110的一部分即外部芯部114(第一板状部1141、第二板状部1142、以及连接部1143)作为发电时所形成的磁路的一部分发挥功能。因此,能够削减用于构成磁路的部件件数,将发电装置100的构造简单化以及小型化。由此,能够提高发电装置100的生产性。
另外,在本发明的发电装置100中,磁体151a、151b不与线圈组装体120(线圈121以及磁芯122)以及外壳110的外部芯部114接触。因此,不会有磁体151a、151b因与线圈组装体120以及外部芯部114的接触而破损的担忧,能够期待发电装置100的耐久性的提高。
另外,在本发明的发电装置100中,为了操作部130的转动、即、磁体151a、151b相对于线圈121的相对的旋转移动而从扭转弹簧160释放的弹性能量不依赖于操作者对操作部130的操作速度,而仅依赖于所施加的外力引起的操作部130的转动量(扭转弹簧160的弹性变形量)。因此,与操作者对操作部130的操作速度无关,能够总是以恒定的力使磁体151a、151b相对于线圈121旋转移动。因此,能够使磁体151a、151b相对于线圈121的旋转移动的速度稳定,从而能够通过本发明的发电装置100得到的电力量稳定。
另外,在本发明的发电装置100中,扭转弹簧160的弹簧常数调整为,扭转弹簧160所储存、释放的弹性能量足够用于发出为了驱动电路所需要的电力。因此,本发明的发电装置100即使不使磁体151a、151b相对于线圈121进行往复运动,通过一次磁体151a、151b相对于线圈121的相对移动(旋转移动),也能够提供用于驱动电气设备的电路的充足的发电量。
这样,本发明的发电装置100通过一次磁体151a、151b相对于线圈的相对移动(旋转移动),能够提供用于驱动电路的充足的发电量,因此不需要使通过本发明的发电装置100得到的电压升压、或者对电流进行整流。因此,能够防止所得到的电力量因整流以及升压时的能量损失而变得不稳定。
另外,在本发明的发电装置100中,发电区间的磁体151a、151b相对于线圈121的相对的旋转移动的速度成为大致最大。图8是表示参照图7详细叙述的发电装置100的动作期间的磁体151b相对于线圈121的相对的旋转移动的速度的图。
如图8所示,在发电区间内,磁体151a、151b分别旋转移动约18°,两个磁体151a、151b合计旋转移动约36°。此外,图示的磁体151a、151b的旋转移动量(旋转角度)只不过一个例子,能够根据磁体151a、151b的磁力的强度、所需要的发电量等其他条件来适当设定。
该发电区间的磁体151a、151b的旋转移动的速度为磁体151a、151b的旋转移动的最高速度的约80%以上,更为具体而言,为约85%以上。因此,能够使发电装置100在发电区间的、贯穿线圈121的磁力线的数量(磁通密度)
的变化足够大,从而能够提高发电装置100的发电效率。
<第二实施方式>
接着,参照图9~图15,对本发明的第二实施方式的发电装置进行详细叙述。图9是表示本发明的第二实施方式的发电装置的外观的立体图。图10是图9所示的发电装置的分解立体图。图11是表示图9所示的发电装置的线圈组装体的图。图12是表示图9所示的发电装置的旋转部件以及磁体组装体的图。图13是表示图9所示的发电装置的内部构造的俯视图。图14是用于说明图9所示的发电装置的动作的图。图15是用于说明图9所示的发电装置的动作的图。此外,在图13中,为了表示发电装置的内部构造,而省略了发电装置的上板。
此外,在以下的说明中,将图9、图10、图11、以及图12的上侧称为“上”或者“上方”,将下侧称为“下”或者“下方”,将左侧称为“左”或者“左侧”,将右侧称为“右”或者“右侧”。另外,将图9、图10、图11以及图12的纸面里侧称为“里侧”,将纸面近前侧称为“近前侧”。
以下,关于第二实施方式的发电装置,以与第一实施方式的发电装置的不同点为中心进行说明,对于相同的事项,省略其说明。第二实施方式的发电装置基于与第一实施方式的发电装置100相同的概念。第二实施方式的发电装置除了参照第一实施方式的发电装置100说明的概念以外,构成为通过一次操作者的外力施加操作能够实行两次发电。
图9以及图10所示的第二实施方式的发电装置200大概具备:外壳210,其收纳发电装置200的各部件;线圈组装体220,其包含固定地设于外壳210内的线圈222;操作部230,其设为相对于外壳210能够转动且为了施加外力而以第一轴242a为中心被转动操作;旋转部件250,其设为通过操作部230能够旋转;磁体组装体260,其包含相对于线圈222能够相对地旋转移动地安装于旋转部件250上的第一磁体261a以及第二磁体261b;以及上侧扭转弹簧270a及下侧扭转弹簧270b,其储存经由操作部230施加的外力作为弹性能量,并且释放所储存的弹性能量,由此能够使磁体261a、261b相对于线圈222相对地旋转移动。
如图9所示,在组装了发电装置200的状态下,操作部230的臂部231从外壳210朝向里侧突出。操作者对操作部230时间外力以使其向图9中的箭头所示的方向转动。若对发电装置200施加外力,则发电装置200利用所施加的外力进行两次发电。
以下,对发电装置200的各部件进行详细叙述。
<<外壳210>>
外壳210是用于收纳发电装置200的各部件的长尺寸的箱状部件(例如,宽度约8mm×高度约12mm×长度约33mm)。外壳210具备:下板211;上板212;收纳发电装置200的可动部的可动部收纳部213;以及收纳线圈组装体220并且作为相对于线圈222的外部芯发挥功能的外部芯部214。
下板211是作为发电装置200的整体的基板发挥功能的长尺寸的板状部件。在下板211的上表面左侧一体地形成有可动部收纳部213。可动部收纳部213由包围用于收纳发电装置200的可动部的空间的四个板状部构成。另外,在可动部收纳部213的右侧面形成有用于使线圈组装体220的磁芯223、外部芯部214的第一板状部2141以及第二板状部2142分别插通的狭缝2131、2132、2133。另外,下板211的右侧前端部构成为能够与外部芯部214卡合。
另外,在可动部收纳部213的左里侧的部分形成有切口部2134。如图9所示,在组装了发电装置200的状态下,操作部230的臂部231经由切口部2134而向外壳210的外侧突出。
在下板211的上表面且在可动部收纳部213内,固定地安装有第一轴部件240a以及第二轴部件240b。第一轴部件240a具备支撑操作部230的下表面的第一支撑部241a、和形成于第一支撑部241a上的第一轴242a。
第一支撑部241a是圆柱状的部件,在组装了图13所示的发电装置200的状态下,在对操作部230进行加力的扭转弹簧280的中央空腔部内插通。
第一轴242a是形成于第一支撑部241a的上表面的大致中央部的圆柱状的部件,在组装了图13所示的发电装置200的状态下,插通于操作部230的轴插通孔232。此外,第一支撑部241a的直径比轴插通孔232的直径大,在组装了图13所示的发电装置200的状态下,操作部230被支撑在第一支撑部241a上。
第二轴部件240b具备支撑旋转部件250的下表面的第二支撑部241b、和形成于第二支撑部241b上的第二轴242b。第二支撑部241b是圆柱状的部件,在组装了图13所示的发电装置200的状态下,在下侧扭转弹簧270b的中央空腔部内插通。
第二轴242b是形成于第二支撑部241b的上表面的大致中央部的圆柱状的部件,在组装了图13所示的发电装置200的状态下,插通于旋转部件250的轴插通孔253。此外,第二支撑部241b的直径比轴插通孔253的直径大,在组装了图13所示的发电装置200的状态下,旋转部件250被支撑在第二支撑部241b上。
上板212是作为发电装置200整体的罩发挥功能的长尺寸的板状部件。上板212具备用于支撑第一轴242a的前端部的第一插通孔2121、和用于支撑第二轴242b的前端部的第二插通孔2122。
第一插通孔2121形成于与下板211上的第一轴242a对应的位置。第二插通孔2122形成于与下板211上的第二轴242b对应的位置。上板212的右侧前端部构成为能够与外部芯部214卡合,上板212的左侧前端部构成为能够与下板211上的可动部收纳部213卡合。在将发电装置200的各部件收纳在外壳210内的状态下,通过使下板211、上板212、可动部收纳部213、以及外部芯部214相互卡合,从而能够组装发电装置200。
作为以上说明的外壳210的下板211、上板212、以及可动部收纳部213的结构材料,可列举与上述的第一实施方式的外壳110的下板111、上板112、以及可动部收纳部113相同的非磁性材料、弱磁性材料。下板211、上板212、以及可动部收纳部213既可以分别由相同的非磁性材料或者弱磁性材料构成,也可以分别由不同的种类的非磁性材料或者弱磁性材料构成。
外部芯部214具备:第一板状部2141;与第一板状部2141对置的第二板状部2142;以及连接第一板状部2141和第二板状部2142的连接部2143。在组装了图13所示的发电装置200的状态下,线圈组装体220(线圈222)收纳在第一板状部2141与第二板状部2142之间。
外部芯部214能够由与上述的第一实施方式的外部芯部114相同的磁性材料构成。另外,第一板状部2141、第二板状部2142、以及连接部2143可以由分别相同的磁性材料构成,也可以由分别不同的种类的磁性材料构成。
由于外部芯部214由磁性材料构成,因此外部芯部214能够作为供从磁体261a、261b发出且贯穿线圈222的磁通(磁力线)流动的磁路的一部分发挥功能。
第一板状部2141是长条状的板状部件。在第一板状部2141的左侧前端形成有第一折弯部2144。第一折弯部2144通过将第一板状部2141的左侧前端向内侧(图10中的里侧)折弯而形成,在参照图14以及图15而后述的发电装置200的动作中,构成为第一折弯部2144的左侧端部与第一磁体261a或者第二磁体261b的端部对置。
第二板状部2142是与第一板状部2141大致相同的长条状的板状部件。在第二板状部2142的左侧前端形成有第二折弯部2145。第二折弯部2145通过将第二板状部2142的左侧前端向内侧(图10中的近前侧)折弯而形成,在参照图14以及图15而后述的发电装置200的动作中,构成为第二折弯部2145的左侧端部与第一磁体261a或者第二磁体261b的端部对置。
另外,在组装了图13所示的发电装置200的状态下,第一板状部2141的第一折弯部2144插通外壳210的可动部收纳部213的狭缝2132,第一折弯部2144的左端部位于可动部收纳部213内。同样,第二板状部2142的第二折弯部2145插通外壳210的可动部收纳部213的狭缝2133,第二折弯部2145的左端部位于可动部收纳部213内。
此外,在本实施方式中,第一板状部2141、第二板状部2142、以及连接部2143一体地形成,但本发明并不限于此。例如,第一板状部2141、第二板状部2142、以及连接部2143也可以全部作为分开的部件而形成,也可以连接部2143与第一板状部2141以及第二板状部2142的一方一体地形成。
<<线圈组装体220>>
如图11所示,线圈组装体220具备:线轴221;通过在线轴221的外周卷绕线材而形成的线圈222;以及插入到线轴221(线圈222)的中央空腔部内的磁芯223。
线轴221由与外壳210的下板211、上板212、以及可动部收纳部213相同的非磁性材料或者弱磁性材料构成,也作为用于将线圈222固定地保持在外壳210内的基座发挥功能。线圈222以及磁芯223具有与上述的第一实施方式的线圈121以及磁芯122相同的结构,因而这里省略说明。
若磁体261a、261b相对于线圈222相对移动,则贯穿线圈222的磁力线的数量(磁通密度)变化,在线圈222内产生电力。线圈222的两端部(电力引出线)与设于发电装置200的外部的电路(未图示)连接,在线圈222内产生的电力经由电力引出线供给至电路,利用所供给的电力驱动电路。
线圈组装体220固定地配置在外壳210的下板211上。另外,在组装了图13所示的发电装置200的状态下,线圈组装体220位于外壳210的外部芯部214的第一板状部2141与第二板状部2142之间,磁芯223插通外壳210的可动部收纳部213的狭缝2131,磁芯223的左端部位于可动部收纳部213内。
将线圈组装体220固定地配置在外壳210的下板211上的方法没有特别限定,通过与下板211或外部芯部214的卡合、使用了粘接剂的粘接、基于热的热粘接、使用了螺钉等固定件的固定、或者它们的组合,从而线圈组装体220固定地配置在外壳210的下板211上。
<<操作部230>>
操作部230是为了向发电装置200施加外力而以第一轴242a为中心由操作者转动操作的部件。如图10所示,操作部230具备:长条状的臂部231;用于使第一轴242a插通的轴插通孔232;用于承接扭转弹簧的端部282的贯通孔233;以及与旋转部件250卡合的卡合部234。
轴插通孔232以在臂部231的厚度方上贯通臂部231的方式形成于臂部231的基端侧(图10的近前侧),构成为能够供第一轴部件240a的第一轴242a插通。贯通孔233以在臂部231的厚度方向上贯通臂部231的方式形成于臂部231的基端侧且比轴插通孔232靠前端侧(图10的里侧),并构成为能够承接扭转弹簧280的端部282。卡合部234是以从臂部231的基端侧的端部向外侧突出的方式形成的方柱状的部件,在参照图14以及图15说明的发电装置200的动作中,构成为能够与后述的旋转部件250的卡合部256卡合。
在组装了图13所示的发电装置200的状态下,第一轴部件240a的第一轴242a插通操作部230的轴插通孔232,扭转弹簧280的端部282插入贯通孔233内,并且,操作部230的下表面由第一轴部件240a的第一支撑部241a支撑。由此,能够将操作部230支撑为能够以第一轴242a为中心相对于外壳210转动。
<<旋转部件250>>
旋转部件250通过操作部230能够旋转地设置在外壳210内,对磁体组装体260(磁体261a、261b)进行支撑。
如图12所示,旋转部件250具备:主体251;设于主体251的上表面的圆柱状的弹簧装配轴252;形成于弹簧装配轴252的上表面的大致中央的轴插通孔253;形成于主体251的右侧面的磁体组装体安装部254;形成于主体251的与形成有磁体组装体安装部254的面相反侧的面上的一对弹簧端部支撑部255a、255b(参照图13);以及以从主体251的左侧面向外侧突出的方式形成的卡合部256。
弹簧装配轴252设于主体251的上表面,在组装了图13所示的发电装置200的状态下,在上侧扭转弹簧270a的中央空腔部内插通。弹簧装配轴252的高度与上侧扭转弹簧270a的中央空腔部的高度大致相等。
轴插通孔253以在主体251以及弹簧装配轴252的厚度方向上贯通主体251以及弹簧装配轴252的方式形成于弹簧装配轴252的上表面的大致中央。在组装了图13所示的发电装置200的状态下,第二轴242b在轴插通孔253内插通。
磁体组装体安装部254是形成于主体251的右侧面的凹部,具有与磁体组装体260的形状对应的形状。在组装了图13所示的发电装置200的状态下,磁体组装体260安装于磁体组装体安装部254。
如图13所示,一对弹簧端部支撑部255a、255b在旋转部件250的俯视图中是经由弹簧装配轴252而形成为上下对称的凹部。在组装了图13所示的发电装置200的状态下,在弹簧端部支撑部255a插入下侧扭转弹簧270b的端部271b,在弹簧端部支撑部255b插入上侧扭转弹簧270a的端部272a。由此,旋转部件250由上侧扭转弹簧270a以及下侧扭转弹簧270b支撑。
卡合部256以从主体251的左侧面向外侧突出的方式形成,在参照图14以及图15说明的发电装置200的动作中,构成为能够与操作部230的卡合部234卡合。
在组装了图13所示的发电装置200的状态下,在弹簧端部支撑部255b插入上侧扭转弹簧270a的端部272a,在弹簧端部支撑部255a插入下侧扭转弹簧270b的端部271b,并且,在旋转部件250的轴插通孔253内插通第二轴242b。由此,能够旋转地支撑旋转部件250。
旋转部件250由非磁性材料或者弱磁性材料构成。在非常性材料或者弱磁性材料中,也优选使用POM(聚缩醛)或者非磁性的金属材料来构成旋转部件250。通过使用POM或者非磁性的金属材料来构成旋转部件250,从而能够提高旋转部件250的滑动性。另外,上述的旋转部件250的各部分既可以一体地形成、也可以分别作为不同的部件而形成。
<<磁体组装体260>>
在组装了图13所示的发电装置200的状态下,磁体组装体260安装于旋转部件250的磁体组装体安装部254。因此,在旋转部件250通过操作部230而旋转了时,磁体组装体260以第二轴242b为中心相对于线圈222旋转移动。如图10以及图12所示,磁体组装体260具备安装于磁体组装体安装部254的磁轭262、和安装于磁轭262上的第一磁体261a及第二磁体261b。
磁体261a、261b以及磁轭262分别具有与第一实施方式的磁体151a、151b及磁轭152相同的结构,因此这里省略说明。
若旋转部件250通过操作部230而旋转,磁体组装体260以第二轴242b为中心相对于线圈222相对地旋转移动,则磁体261a、261b以第二轴242b为中心相对于线圈222相对地旋转移动。若磁体261a、261b相对于线圈222相对移动,则贯穿线圈222的磁力线的数量(磁通密度)变化,在线圈222内产生电力。
因此,在本发明的发电装置200中,线圈222(线圈组装体220)和相对于线圈222相对地旋转移动的磁体261a、261b(磁体组装体260)构成用于实行发电的发电部。
<<上侧扭转弹簧270a以及下侧扭转弹簧270b>>
上侧扭转弹簧270a以及下侧扭转弹簧270b具有彼此相同的结构,在组装了图13所示的发电装置200的状态下,以经由旋转部件250而上下反转的状态配置。
在组装了图13所示的发电装置200的状态下,下侧扭转弹簧270b载置于外壳210的下板211上,位于旋转部件250的下侧。另外,在下侧扭转弹簧270b的中央空腔部内插通第二轴部件240b的第二支撑部241b,下侧扭转弹簧270b的一方端部271b通过插入旋转部件250的弹簧端部支撑部255a内而被支撑,并且,下侧扭转弹簧270b的另一方端部272b通过与外壳210的可动部收纳部213的内表面卡合而被支撑。
另一方面,在组装了图13所示的发电装置200的状态下,上侧扭转弹簧270a载置于旋转部件250的主体251的上表面上,位于旋转部件250的上侧。另外,在上侧扭转弹簧270a的中央空腔部内插通旋转部件250的弹簧装配轴252,上侧扭转弹簧270a的一方端部271a通过与外壳210的可动部收纳部213的内表面卡合而被支撑,并且,上侧扭转弹簧270a的另一方端部272a通过插入旋转部件250的弹簧端部支撑部255b内而被支撑。
根据这种结构,操作部230通过外力的施加而转动,并且,若旋转部件250通过操作部230而以第二轴242b为中心旋转,则所施加的外力作为弹性能量储存在上侧扭转弹簧270a以及下侧扭转弹簧270b内。另外,上侧扭转弹簧270a以及下侧扭转弹簧270b通过释放储存的弹性能量,能够使旋转部件250以第二轴242b为中心而快速地旋转。
如上所述,由于磁体组装体260安装于旋转部件250的磁体组装体安装部254,因此在旋转部件250以第二轴242b为中心而快速地旋转时,磁体组装体260的磁体261a、261b也以第二轴242b为中心相对于线圈222快速地旋转移动。
因此,在本实施方式中,上侧扭转弹簧270a以及下侧扭转弹簧270b作为下述弹性部件发挥功能,即,储存经由操作部230施加的外力作为弹性能量,并且通过释放所储存的弹性能量,使磁体261a、261b相对于线圈222相对地旋转移动。
<<扭转弹簧280>>
扭转弹簧280是用于将操作部230保持在预定的初始位置的部件。在组装了图13所示的发电装置200的状态下,扭转弹簧280载置于外壳210的下板211上,且位于操作部230的下侧。另外,在扭转弹簧280的中央空腔部内插通有第一轴部件240a的第一支撑部241a,扭转弹簧280的一方端部281通过与外壳210的可动部收纳部213的内表面卡合而被支撑,并且,扭转弹簧280的另一方端部282通过插入操作部230的贯通孔233内而被支撑。根据这种结构,能够将操作部230保持在预定的初始位置。
<发电装置200的动作>
接着,参照图14以及图15对发电装置100的动作进行详细叙述。此外,在图14以及图15中,为了表示发电装置200的内部构造,而省略了发电装置200的上板212。
<<初始状态>>
图14(a)表示安装了发电装置200、而且未向操作部230施加外力的初始状态下的发电装置200的俯视图。如图14(a)所示,在未向操作部230施加外力的初始状态下,操作部230的卡合部234与旋转部件250的卡合部256分离预定的距离。另外,第一磁体261a以及第二磁体261b与外壳210的外部芯部214以及线圈组装体220的磁芯223分离预定的距离。
在初始状态下,第一磁体261a位于外部芯部214的第一板状部2141的第一折弯部2144与线圈组装体220的磁芯223之间,第二磁体261b位于外部芯部214的第二板状部2142的第二折弯部2145与线圈组装体220的磁芯223之间。
<<施加外力>>
图14(b)表示由操作者向操作部230施加外力,操作部230以第一轴242a为中心绕逆时针转动的状态的发电装置200的俯视图。
若操作者通过向图14(b)中的箭头的方向按压操作部230来施加外力,则操作部230以第一轴242a为中心绕逆时针转动。若操作部230绕逆时针转动,则操作部230的卡合部234与旋转部件250的卡合部256卡合。其结果,通过操作部230,旋转部件250以第二轴242b为中心绕顺时针旋转。此时,安装于旋转部件250的磁体261a、261b也以第二轴242b为中心绕顺时针(第一方向)相对于线圈222相对地旋转移动。
操作部230的卡合部234与旋转部件250的卡合部256的卡合持续至安装于旋转部件250的磁体261a、261b通过旋转移动而到达第一卡合解除位置。若旋转部件250旋转,则支撑旋转部件250的上侧扭转弹簧270a以及下侧扭转弹簧270b弹性变形,所施加的外力作为弹性能量储存在上侧扭转弹簧270a以及下侧扭转弹簧270b内。另外,此时,支撑操作部230的扭转弹簧280也同样地弹性变形,所施加的外力作为弹性能量储存在扭转弹簧280内。
此外,在操作部230通过所施加的外力而绕逆时针转动时,磁体261a、261b相对于线圈222相对地旋转移动,贯穿线圈222的磁力线的数量(磁通密度)变化。然而,操作者施加的外力引起的磁体261a、261b的旋转移动的速度与电磁的现象的时间标度相比较缓慢,而且不稳定,因此通过该旋转移动而在线圈222内产生的电力为微量。因此,在磁体261a、261b通过操作者施加的外力而旋转移动时在线圈222内产生的电力实质上无助于发电装置200的发电量。
<<解除卡合以及开始第一次发电>>
图14(c)表示安装于旋转部件250的磁体261a、261b到达第一卡合解除位置,操作部230的卡合部234与旋转部件250的卡合部256的卡合被解除时的发电装置200的俯视图。
若操作部230的卡合部234与旋转部件250的卡合部256的卡合被解除,则储存在上侧扭转弹簧270a以及下侧扭转弹簧270b内的弹性能量被释放,旋转部件250以第二轴242b为中心绕逆时针快速地旋转。此时,安装于旋转部件250的磁体261a、261b也以第二轴242b为中心绕逆时针相对于线圈222快速地旋转移动。此外,在操作部230的卡合部234与旋转部件250的卡合部256的卡合被解除后,相对于操作部230的外力的施加也不被解除。
如图14(d)所示,若通过磁体261a、261b的旋转移动,而第一磁体261a与外部芯部214的第一板状部2141的第一折弯部2144最接近、同时第二磁体261b与线圈组装体220的磁芯223(线圈222)最接近,则实质上开始发电装置200的第一次发电。
在图14(c)所示的状态下,操作部230的卡合部234与旋转部件250的卡合部256的卡合被解除,直到在图14(d)所示的状态下发电装置200开始发电期间,磁体261a、261b被充分加速。即、本实施方式的发电装置200从图14(c)所示的状态直至转变到图14(d)所示的状态的磁体261a、261b的移动区间能够被看作磁体261a、261b的第一加速区间。
另外,在该第一加速区间内,由于从第一磁体261a至第一折弯部2144的距离、以及从第二磁体261b至线圈组装体220的磁芯223的距离较大,因此磁体261a、261b和磁性体(线圈组装体220以及外部芯部214)所引起的旋转转矩(旋转阻力)较小。因此,在该第一加速区间内,能够使磁体261a、261b有效地加速。
通过在发电装置200内形成这样的磁体261a、261b的第一加速区间,从而磁体261a、261b被充分地加速,在磁体261a、261b的旋转移动的速度成为大致最大的状态下,能够使第一磁体261a与第一折弯部2144最接近、同时使第二磁体261b与线圈组装体220的磁芯223(线圈222)最接近。由此,能够使磁体261a、261b相对于线圈222的旋转移动(相对移动)引起的、贯穿线圈222的磁力线的数量(磁通密度)的变化足够大。
此外,这里所说的“磁体261a、261b的旋转移动的速度大致最大”的语句与第一实施方式相同,是“磁体261a、261b的旋转移动的速度为磁体261a、261b的旋转移动的最大速度的约80%以上”的意思,更为具体而言,是“磁体261a、261b的旋转移动的速度为磁体261a、261b的旋转移动的最大速度的约85%以上”的意思。
此外,磁体261a、261b在第一加速区间内加速的期间,磁体261a、261b也相对于线圈222相对地旋转移动,贯穿线圈222的磁力线的数量(磁通密度)变化。然而,在第一加速区间内,磁体261a、261b的旋转移动的速度与电磁的现象的时间标度相比较缓慢,并且,从第一磁体261a至第一折弯部2144的距离、以及从第二磁体261b至线圈组装体220的磁芯223的距离较大,因此在第一加速区间内在线圈222内产生的电力为微量。因此,在第一加速区间内,磁体261a、261b相对于线圈222相对地旋转移动时在线圈222内产生的电力实质上无助于发电装置200的发电量。
在图14(d)所示的状态下,由第二磁体261b、磁芯223、外部芯部214(连接部2143以及第一板状部2141)、第一磁体261a、以及磁轭262形成磁路。在图14(d)所示的状态下,在该磁路内绕顺时针流动的磁力线从左侧向右侧贯穿线圈222。
另外,在第一磁体261a与第一折弯部2144最接近时,第一磁体261a的右侧端面(S极面)与第一折弯部2144的左侧端面对置。另一方面,在第二磁体261b与磁芯223(线圈222)最接近时,第二磁体261b的右侧端面(N极面)与磁芯223的左侧端面大致水平地对置。根据这种结构,可防止在第一磁体261a与第一折弯部2144之间、以及在第二磁体261b与线圈组装体220的磁芯223之间的磁力线的扩散,因此能够提高发电装置200的发电效率。
<<第一次发电结束>>
图14(e)表示发电装置200的第一次发电结束时的发电装置200的俯视图。
在图14(d)所示的状态下,若旋转部件250进一步绕逆时针转动,则发电装置200转变到图14(e)所示的状态。若发电装置200转变到图14(e)所示的状态,则发电装置200的第一次发电实质上结束。
在图14(e)所示的状态下,第一磁体261a与线圈组装体220的磁芯223(线圈222)最接近,第二磁体261b与外部芯部214的第二板状部2142的第二折弯部2145最接近。
此外,在发电装置100从图14(d)所示的状态至转变到图14(e)所示的状态这期间、即、在发电装置200的第一发电区间,磁体261a、261b相对于线圈222的旋转移动(相对移动)的速度维持大致最大。因此,能够使发电装置200在第一发电区间的、贯穿线圈222的磁力线的数量(磁通密度)的变化足够。
在图14(e)所示的状态下,由第二磁体261b、外部芯部214(第二板状部2142以及连接部2143)、磁芯223、第一磁体261a、以及磁轭262形成磁路。在图14(e)所示的状态下,在该磁路内绕顺时针流动的磁力线从右侧向左侧贯穿线圈222。在图14(d)所示的状态下,磁力线从左侧向右侧贯穿线圈222,因此发电装置200在从图14(d)所示的状态至转变到图14(e)所示的状态的第一发电区间,贯穿线圈222的磁力线的朝向反转。因此,能够使发电装置200在第一发电区间的、贯穿线圈222的磁力线的数量(磁通密度)的变化足够大。
另外,在第一磁体261a与线圈组装体220的磁芯223(线圈222)最接近时,第一磁体261a的右侧端面(S极面)与线圈组装体220的磁芯223的左侧端面大致水平地对置。另一方面,在第二磁体261b与第二折弯部2145最接近时,第二磁体261b的右侧端面(N极面)与第二折弯部2145的左侧端面对置。根据这种结构,可防止在第一磁体261a与线圈组装体220的磁芯223之间、以及在第二磁体261b与第二折弯部2145之间的磁力线的扩散,因此能够提高发电装置200的发电效率。
在图14(e)所示的状态之后,旋转部件250的绕逆时针的旋转的速度因上侧扭转弹簧270a以及下侧扭转弹簧270b的旋转转矩(旋转阻力)而减速,其结果,旋转部件250的绕逆时针的旋转停止。若旋转部件250的绕逆时针的旋转停止,则旋转部件250通过上侧扭转弹簧270a以及下侧扭转弹簧270b而绕顺时针旋转,旋转部件250返回初始状态。
在图14(e)所示的状态之后,直至旋转部件250返回初始状态这期间,磁体261a、261b相对于线圈222相对地旋转移动,贯穿线圈222的磁力线的数量(磁通密度)变化。然而,在图14(e)所示的状态之后,磁体261a、261b的旋转移动的速度下降。并且,从第一磁体261a至线圈组装体220的磁芯223的距离、以及从第二磁体261b至第二折弯部2145的距离增加。因此,在图14(e)所示的状态之后,直至旋转部件250返回初始状态这期间,通过磁体261a、261b相对于线圈222的旋转移动而在线圈222内产生的电力实质上无助于发电装置200的发电量。因此,在图14(e)所示的状态下,实质上结束发电装置200的第一次发电。
<<再次卡合>>
图14(f)以及图15(a)表示相对于操作部230的外力的施加被解除、操作部230的卡合部234与旋转部件250的卡合部256再次卡合时的发电装置200的俯视图。
在旋转部件250返回初始状态之后,由操作者对操作部230的外力的施加被解除。若对操作部230的外力的施加被解除,则储存在扭转弹簧280内的弹性能量被释放,操作部230以返回预定的初始位置的方式绕顺时针转动,操作部230的卡合部234与旋转部件250的卡合部256再次卡合。其结果,发电装置200转变到图14(f)以及图15(a)所示的状态。
在本实施方式的发电装置200中,对扭转弹簧280、上侧扭转弹簧270a以及下侧扭转弹簧270b的弹簧常数、以及操作部230以及旋转部件250的形状进行调整,以便在图14(f)以及图15(a)所示的状态下,操作部230给与旋转部件250的旋转转矩N1=r1×F1比旋转部件250给与操作部230的旋转转矩N2=r2×F2大。这里,r1是从作为操作部230的旋转轴的第一轴242a的中心至操作部230的卡合部234与旋转部件250的卡合部256的卡合点的距离,F1是由扭转弹簧280向操作部230施加的力,r2是从作为旋转部件250的旋转轴的第二轴242b的中心至操作部230的卡合部234与旋转部件250的卡合部256的卡合点的距离,F2是由上侧扭转弹簧270a以及下侧扭转弹簧270b向旋转部件250施加的力。
在图14(f)以及图15(a)所示的状态下,操作部230给与旋转部件250的旋转转矩N1比旋转部件250给与操作部230的旋转转矩N2大。因此,在操作部230的卡合部234与旋转部件250的卡合部256再次卡合后,操作部230以第一轴242a为中心绕顺时针转动,旋转部件250以第二轴242b为中心通过操作部230而绕逆时针旋转。此时,安装于旋转部件250的磁体261a、261b也以第二轴242b为中心绕逆时针(第二方向)相对于线圈222相对地旋转移动。
操作部230的卡合部234与旋转部件250的卡合部256的卡合持续到安装于旋转部件250的磁体261a、261b通过旋转移动而到达第二卡合解除位置。此外,操作部230给与旋转部件250的旋转转矩N1、与旋转部件250给与操作部230的旋转转矩N2的大小关系维持到磁体261a、261b通过旋转移动而到达第二卡合解除位置。
与第一次发电时相同,若旋转部件250旋转,则支撑旋转部件250的上侧扭转弹簧270a以及下侧扭转弹簧270b弹性变形,所施加的外力作为弹性能量储存在上侧扭转弹簧270a以及下侧扭转弹簧270b内。
在旋转部件250通过操作部230而绕逆时针旋转时,磁体261a、261b相对于线圈222相对地旋转移动,贯穿线圈222的磁力线的数量(磁通密度)变化。然而,由操作部230引起的磁体261a、261b的旋转移动的速度与电磁的现象的时间标度相比较缓慢,因此通过该旋转移动在线圈222内产生的电力为微量。因此,在磁体261a、261b通过操作部230而相对于线圈222相对地旋转移动时在线圈222内产生的电力实质上无助于发电装置200的发电量。
<<卡合解除以及第二次发电开始>>
图15(b)表示安装于旋转部件250的磁体261a、261b通过旋转移动而到达第二卡合解除位置、操作部230的卡合部234与旋转部件250的卡合部256的卡合被解除时的发电装置200的俯视图。
若操作部230的卡合部234与旋转部件250的卡合部256的卡合被解除,则储存在上侧扭转弹簧270a以及下侧扭转弹簧270b内的弹性能量被释放,旋转部件250以第二轴242b为中心绕顺时针快速旋转。此时,安装于旋转部件250的磁体261a、261b也以第二轴242b为中心绕顺时针相对于线圈222快速地旋转移动。
如图15(c)所示,若通过磁体261a、261b的旋转移动,而第一磁体261a与线圈组装体220的磁芯223(线圈222)最接近、同时第二磁体261b与外部芯部214的第二板状部2142的第二折弯部2145最接近,则实质上开始发电装置200的第二次发电。
在图15(b)所示的状态下,操作部230的卡合部234与旋转部件250的卡合部256的卡合被解除,直到在图15(c)所示的状态下发电装置200开始发电这期间,磁体261a、261b被充分加速。即、本实施方式的发电装置200在从图15(b)所示的状态直至转变到图15(c)所示的状态的磁体261a、261b的移动区间能够被看作磁体261a、261b的第二加速区间。
与第一加速区间相同,在该第二加速区间内中,由于从第一磁体261a至线圈组装体220的磁芯223的距离、以及从第二磁体261b至第二折弯部2145的距离较大,因此磁体261a、261b和磁性体(线圈组装体220以及外部芯部214)所引起的旋转转矩(旋转阻力)较小。因此,即使在该第二加速区间内,也能够使磁体261a、261b有效地加速。
通过在发电装置200内形成这样的磁体261a、261b的第二加速区间,从而磁体261a、261b被充分地加速,在磁体261a、261b的旋转移动的速度成为大致最大的状态下,能够使第一磁体261a与线圈组装体220的磁芯223(线圈222)最接近、同时使第二磁体261b与第二折弯部2145最接近。
此外,在磁体261a、261b在第二加速区间内加速的期间,磁体261a、261b相对于线圈222相对地旋转移动,贯穿线圈222的磁力线的数量(磁通密度)变化。然而,在第二加速区间内,磁体261a、261b的旋转移动的速度与电磁的现象的时间标度相比较缓慢,并且,从第一磁体261a至线圈组装体220的磁芯223的距离、以及从第二磁体261b至第二折弯部2145的距离较大,因此通过在第二加速区间内的旋转移动而在线圈222内产生的电力为微量。因此,在第二加速区间内,磁体261a、261b相对于线圈222相对地旋转移动时在线圈222内产生的电力实质上无助于发电装置200的发电量。
在图15(c)所示的状态下,由第二磁体261b、外部芯部214(第二板状部2142以及连接部2143)、磁芯223、第一磁体261a、以及磁轭262形成磁路。在图15(c)所示的状态下,在该磁路内绕顺时针流动的磁力线从右侧向左侧贯穿线圈222。
<<结束第二次发电>>
图15(d)表示发电装置200的第二次发电结束时的发电装置200的俯视图。
在图15(c)所示的状态下,若旋转部件250进一步绕顺时针转动,则发电装置200转变到图15(d)所示的状态。若发电装置200转变到图15(d)所示的状态,则发电装置200的第二次发电实质上结束。
在图15(d)所示的状态下,第一磁体261a与外部芯部214的第一板状部2141的第一折弯部2144最接近,第二磁体261b与线圈组装体220的磁芯223(线圈222)最接近。
此外,在发电装置100从图15(c)所示的状态至转变到图15(d)所示的状态这期间、即、在发电装置200的第二发电区间,磁体261a、261b相对于线圈222的旋转移动(相对移动)的速度维持大致最大。因此,能够使发电装置200在第二发电区间的、贯穿线圈222的磁力线的数量(磁通密度)的变化足够大。
在图15(d)所示的状态下,由第二磁体261b、磁芯223、外部芯部214(连接部2143以及第一板状部2141)、第一磁体261a、以及磁轭262形成磁路。在图15(d)所示的状态下,在该磁路内绕顺时针流动的磁力线从左侧向右侧贯穿线圈222。在图15(c)所示的状态下,磁力线从右侧向左侧贯穿线圈222,因此发电装置200在从图15(c)所示的状态至转变到图15(d)所示的状态的第二发电区间贯穿线圈222的磁力线的朝向反转。因此,能够使发电装置200在第二发电区间的、贯穿线圈222的磁力线的数量(磁通密度)的变化足够大。
在图15(d)所示的状态之后,旋转部件250绕顺时针的旋转的速度因上侧扭转弹簧270a以及下侧扭转弹簧270b的旋转转矩(旋转阻力)而减速,其结果,旋转部件250的绕顺时针的旋转停止。若旋转部件250绕顺时针的旋转停止,则旋转部件250通过上侧扭转弹簧270a以及下侧扭转弹簧270b而绕逆时针旋转,从而旋转部件250返回初始状态。
另外,上述的旋转部件250绕逆时针旋转的同时,操作部230通过扭转弹簧280而转动,操作部230返回初始状态。图15(e)表示操作部230以及旋转部件250这双方返回初始状态时的发电装置200的俯视图。
如以上说明的那样,本实施方式的发电装置200构成为,通过经由操作者进行的操作部230的一次外力施加,能够实行两次发电。因此,与第一实施方式的发电装置100相比较,本实施方式的发电装置200能够确保约两倍的发电量。
另外,在本实施方式的发电装置200中,第一次发电时的磁体261a、261b的旋转方向与第二次发电时的磁体261a、261b的旋转方向不同,因此在第一次发电和第二次发电时,在线圈222内产生的电压的正负不同。因此,通过判断在线圈222内产生的电压是正还是负,能够判断所得到的电力是在第一次发电中得到的电力、还是在第二次发电中得到的电力。
另外,如上所述,本实施方式的发电装置200的发电原理是利用弹性部件使两个磁体以预定的轴为中心相对于线圈相对地旋转移动,与第一实施方式的发电装置100的发电原理相同。因此,通过本实施方式的发电装置200,也能够得到利用上述的第一实施方式的发电装置100得到的效果。
以上,作为本发明的方案之一,对发电装置100以及发电装置200进行了说明。
在本发明的其它方案中,本发明是包含上述的发电装置100或者发电装置200、和由发电装置100或者发电装置200发出的电力来驱动的电路的电子设备。
电子设备所执行的功能没有特别限定。例如,电子设备也可以利用从发电装置100或者发电装置200供给的电力来执行对用于接通/关闭(ON/OFF)照明设备等外部设备的信号进行无线发送的无线发送功能。该情况下,电子设备构成为使用由发电装置100或者发电装置200发出的微量的电力(例如,约200μJ)来向外部设备无线发送信号。
此外,本发明的电子设备的电路设置在发电装置100或者发电装置200的外部,但本发明并不限定于此。例如,电路也可以设置在发电装置100或者发电装置200的内部。
以上基于图示的实施方式对本发明的发电装置以及电子设备进行了说明,但本发明并不限定于此。本发明的各结构能够与可发挥相同的功能的任意的结构置换,或者,能够对本发明的各结构附加任意的结构。
另外,第一实施方式以及第二实施方式的发电装置的构成要素的数量、种类不过是用于说明的例示,本发明并不限定于此。在不脱离本发明的原理以及意愿的范围,可追加或者组合任意的构成要素、或者删除任意的构成要素后的形态都在本发明的范围内。
例如,能够使第一实施方式以及第二实施方式的发电装置的任意的构成要素组合。另外,在第一实施方式以及第二实施方式的发电装置中,磁体的数量为两个,但本发明并不限于此。在第一实施方式或者第二实施方式的发电装置中所使用的磁体的数量能够根据弹性体的弹簧常数、为了驱动电子设备的电路而所需要的电力量、磁体的磁力的强度等任意变更。
例如,在为了驱动电子设备的电路而所需要的电力量较少的情况下,所使用的磁体的数量也可以是一个。另一方面,在为了驱动电子设备的电路而所需要的电力量较多的情况下,所使用的磁体的数量也可以是三个以上。在磁体的数量为一个或者三个以上的情况下,能够在发电装置中使用与磁体的数量相应的数量的线圈、磁芯以及外部芯。
另外,在上述的各实施方式中,使用扭转弹簧作为弹性部件,但本发明并不限定于此,能够使用其他的结构的弹簧、橡胶、使用了气缸等的弹性机构来作为弹性部件。
另外,在上述的第二实施方式的发电装置200,第一次发电结束后,操作部230通过扭转弹簧280以返回预定的初始位置的方式转动,但本发明并不限于此。例如,也可以由利用人的手来实行接通/断开(ON/OFF)切换的摇杆开关来构成该操作部230,从而省略扭转弹簧280。该情况下,在第一次发电结束后利用人的手对操作部230(摇杆开关)进行操作,操作部230以返回预定的初始位置的方式转动。即使在这种形态中,在第一次发电结束后,操作部230与旋转部件250再次卡合,能够实行第二次发电。
Claims (13)
1.一种发电装置,利用外力来实行发电,其特征在于,具备:
外壳;
线圈,其固定地设于上述外壳内;
至少一个磁体,其能够以预定的旋转轴为中心相对于上述线圈相对地旋转移动地设于上述外壳内;
操作部,其设为能够相对于上述外壳转动,且为了施加上述外力而被转动操作;以及
弹性部件,其储存经由上述操作部施加的上述外力作为弹性能量,并且通过释放所储存的上述弹性能量,来使上述磁体相对于上述线圈相对地旋转移动,上述发电装置构成为,在上述磁体以上述预定的旋转轴为中心相对于上述线圈相对地旋转移动时,实行发电。
2.根据权利要求1所述的发电装置,其特征在于,
在由上述弹性部件产生的上述磁体的旋转移动的速度大致成为最大时,上述磁体与上述线圈最接近。
3.根据权利要求2所述的发电装置,其特征在于,
还具备插入到上述线圈的中央空腔部的磁芯,
在上述磁体的上述旋转移动的上述速度大致成为最大时,上述磁体的端面与上述磁芯的端面大致水平地对置。
4.根据权利要求2或3所述的发电装置,其特征在于,
上述磁体与上述线圈最接近时的上述磁体的上述旋转移动的上述速度为上述磁体的上述旋转移动的最高速度的80%以上。
5.根据权利要求1~3任一项中所述的发电装置,其特征在于,
上述外壳由对置的一对板状部和连接上述一对板状部彼此的连接部构成,且具有由磁性材料形成的外部芯部,
上述线圈设置在上述外部芯部的上述一对板状部之间。
6.根据权利要求5所述的发电装置,其特征在于,
上述至少一个磁体包含能够以上述预定的旋转轴为中心相对于上述线圈相对地旋转移动地被支撑的两个磁体,
上述两个磁体设为,在上述两个磁体的一方与上述线圈最接近时,上述两个磁体的另一方与上述外部芯部的上述一对板状部的任一方的板状部的端部最接近。
7.根据权利要求6所述的发电装置,其特征在于,
上述外壳的上述一对板状部分别构成为,在上述两个磁体的一方与上述线圈最接近时,上述两个磁体的另一方与上述一对板状部的任一方的板状部的上述端部对置。
8.根据权利要求1~3任一项中所述的发电装置,其特征在于,
还具备磁轭,该磁轭设为,能够与上述磁体一起以上述预定的旋转轴为中心相对于上述线圈相对地旋转移动,
上述磁体设置在上述磁轭上。
9.根据权利要求1所述的发电装置,其特征在于,
上述磁体安装在旋转部件上,该旋转部件设为通过上述操作部而能够旋转,
上述操作部构成为,上述磁体通过上述旋转部件的旋转而向第一方向旋转移动,并与上述旋转部件卡合,直至到达第一卡合解除位置,并且,若上述磁体到达上述第一卡合解除位置,则解除与上述旋转部件的卡合,
上述弹性部件构成为,在上述磁体通过上述旋转部件的旋转而向上述第一方向旋转移动期间储存上述弹性能量,在上述操作部与上述旋转部件的上述卡合被解除时,释放上述弹性能量,且使上述磁体旋转移动。
10.根据权利要求9所述的发电装置,其特征在于,
在上述操作部与上述旋转部件的上述卡合被解除后,上述操作部能够以返回预定的初始位置的方式转动。
11.根据权利要求10所述的发电装置,其特征在于,
上述操作部构成为,在以返回上述预定的初始位置的方式转动时,与上述旋转部件再次卡合,且使上述旋转部件向与上述第一方向相反的第二方向旋转,并且,
上述操作部构成为,通过上述旋转部件向上述第二方向的旋转,上述磁体向上述第二方向旋转移动,并与上述旋转部件卡合,直至到达第二卡合解除位置,并且,若上述磁体到达上述第二卡合解除位置,则解除与上述旋转部件的卡合。
12.根据权利要求11所述的发电装置,其特征在于,
上述弹性部件构成为,在上述磁体通过上述旋转部件的旋转而向上述第二方向旋转移动期间储存弹性能量,在上述操作部与上述旋转部件的上述卡合被解除时,释放上述弹性能量,且使上述磁体旋转移动。
13.一种电子设备,其特征在于,具备:
权利要求1~12任一项中所述的发电装置;以及
由该发电装置驱动的电路。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016253687A JP6908823B2 (ja) | 2016-12-27 | 2016-12-27 | 発電装置および電子デバイス |
JP2016-253687 | 2016-12-27 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN108240309A true CN108240309A (zh) | 2018-07-03 |
CN108240309B CN108240309B (zh) | 2022-05-17 |
Family
ID=60990589
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201711444777.7A Active CN108240309B (zh) | 2016-12-27 | 2017-12-27 | 发电装置以及电子设备 |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US10826350B2 (zh) |
EP (1) | EP3343739B1 (zh) |
JP (1) | JP6908823B2 (zh) |
CN (1) | CN108240309B (zh) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN112740522A (zh) * | 2018-10-02 | 2021-04-30 | 阿尔卑斯阿尔派株式会社 | 发电装置 |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN114828685A (zh) * | 2019-11-28 | 2022-07-29 | 恩乐维宾有限公司 | 将弯曲转换成旋转的转换器 |
JP2021109165A (ja) * | 2020-01-15 | 2021-08-02 | ミネベアミツミ株式会社 | 振動アクチュエーター及び電子機器 |
US20210257896A1 (en) * | 2020-02-17 | 2021-08-19 | Dan Haronian | Movement and Vibration energy harvesting |
US11936269B2 (en) * | 2021-09-22 | 2024-03-19 | Apple Inc. | Haptic engine based on angular resonant actuator with pivot axis and mass center that differ |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1936787A1 (en) * | 2006-12-21 | 2008-06-25 | Saab Ab | AMPG device for generation of electrical energy from vibrations, an AMPG device assembly, and a method to optimize the generation of said electrical energy |
WO2008148904A1 (es) * | 2007-06-04 | 2008-12-11 | Serracanta Marcet, Maria Del Mar | Mecanismo de generación de energía eléctrica a partir de energía mecánica, por inducción electromagnética |
CN101964578A (zh) * | 2009-07-22 | 2011-02-02 | 三星电机株式会社 | 线性振动电机 |
CN104953783A (zh) * | 2015-06-19 | 2015-09-30 | 刘远芳 | 无源无线发射模块 |
CN204707018U (zh) * | 2015-04-27 | 2015-10-14 | 吴建忠 | 按键发电结构 |
CN105471218A (zh) * | 2016-01-05 | 2016-04-06 | 吴建忠 | 按键发电结构 |
Family Cites Families (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US1053107A (en) * | 1909-01-30 | 1913-02-11 | John Lewis Milton | Apparatus for generating alternating currents. |
US3980908A (en) * | 1974-08-12 | 1976-09-14 | Mcclintock Richard D | Exposure control system |
US4412355A (en) * | 1981-10-14 | 1983-10-25 | Hughes Aircraft Company | Push-button operated electrical power source for an optical communication link |
JPS593629U (ja) * | 1982-06-30 | 1984-01-11 | ナイルス部品株式会社 | パルス発生装置 |
US5565769A (en) * | 1993-12-02 | 1996-10-15 | Mehnert; Walter | Position detector taking its operation energy from the body monitored by it |
JP3616386B2 (ja) * | 2002-12-17 | 2005-02-02 | 太平洋セメント株式会社 | 信号発信装置 |
JP2011172391A (ja) * | 2010-02-19 | 2011-09-01 | Brother Industries Ltd | 振動発電機 |
US9279645B2 (en) * | 2012-02-29 | 2016-03-08 | Detnet South Africa (Pty) Ltd | Electronic detonator |
WO2014162706A1 (ja) * | 2013-04-05 | 2014-10-09 | パナソニック株式会社 | 発電装置 |
-
2016
- 2016-12-27 JP JP2016253687A patent/JP6908823B2/ja active Active
-
2017
- 2017-12-21 US US15/851,027 patent/US10826350B2/en active Active
- 2017-12-27 EP EP17210609.8A patent/EP3343739B1/en active Active
- 2017-12-27 CN CN201711444777.7A patent/CN108240309B/zh active Active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1936787A1 (en) * | 2006-12-21 | 2008-06-25 | Saab Ab | AMPG device for generation of electrical energy from vibrations, an AMPG device assembly, and a method to optimize the generation of said electrical energy |
WO2008148904A1 (es) * | 2007-06-04 | 2008-12-11 | Serracanta Marcet, Maria Del Mar | Mecanismo de generación de energía eléctrica a partir de energía mecánica, por inducción electromagnética |
CN101964578A (zh) * | 2009-07-22 | 2011-02-02 | 三星电机株式会社 | 线性振动电机 |
CN204707018U (zh) * | 2015-04-27 | 2015-10-14 | 吴建忠 | 按键发电结构 |
CN104953783A (zh) * | 2015-06-19 | 2015-09-30 | 刘远芳 | 无源无线发射模块 |
CN105471218A (zh) * | 2016-01-05 | 2016-04-06 | 吴建忠 | 按键发电结构 |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN112740522A (zh) * | 2018-10-02 | 2021-04-30 | 阿尔卑斯阿尔派株式会社 | 发电装置 |
CN112740522B (zh) * | 2018-10-02 | 2023-11-07 | 阿尔卑斯阿尔派株式会社 | 发电装置 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN108240309B (zh) | 2022-05-17 |
EP3343739A1 (en) | 2018-07-04 |
US10826350B2 (en) | 2020-11-03 |
JP6908823B2 (ja) | 2021-07-28 |
JP2018107941A (ja) | 2018-07-05 |
US20180183300A1 (en) | 2018-06-28 |
EP3343739B1 (en) | 2019-08-21 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN108240309A (zh) | 发电装置以及电子设备 | |
US7453341B1 (en) | System and method for utilizing magnetic energy | |
JP6239248B2 (ja) | リレー | |
US9396858B2 (en) | Magnetic spring device | |
US7332826B2 (en) | Automated motion provider for self powered cell phones | |
CN108808979B (zh) | 发电装置以及电子设备 | |
TW201041277A (en) | Magnetic force intensifying electromagnetic driving device | |
JP2021072138A (ja) | レーストラック磁気メモリ装置、及びその書き込み方法 | |
CN104718690A (zh) | 摆动型致动器 | |
KR20170071458A (ko) | 점자 액츄에이터 및 이를 이용한 점자 출력 장치 | |
WO2006098217A1 (ja) | ベクトル量の性質が応用される電力消費装置 | |
CN108809038A (zh) | 自发电装置及智能穿戴设备 | |
CN100517522C (zh) | 脉冲励磁双稳态电磁致动器 | |
RU2391730C1 (ru) | Способ косокругового намагничивания ферромагнитного тороида | |
CN103794331A (zh) | 摆动式双保持电磁铁 | |
JP2013118332A (ja) | ソレノイド駆動装置 | |
US11437901B2 (en) | Electromagnetic energy converter | |
CN206865332U (zh) | 一种恒力矩比例旋转的电磁装置、系统 | |
CN100587884C (zh) | 无电保持接触器 | |
JP6868926B1 (ja) | 発電機 | |
CN203631230U (zh) | 一种摆动式双保持电磁铁 | |
US11094440B2 (en) | Linearly enhanced circular magnetic field actuator | |
SI21771A (sl) | Elektromagnetni pogonski sistem prikazovalnika | |
RU97116354A (ru) | Импульсный магнитоэлектрический генератор | |
CN109067128A (zh) | 基于地磁场的磁感应转动装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |