DE112021007700T5

DE112021007700T5 - Energieerzeugungsmodul

Info

Publication number: DE112021007700T5
Application number: DE112021007700.7T
Authority: DE
Inventors: Takeshi Musha; Yasuyuki Okada
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2021-05-18
Filing date: 2021-05-18
Publication date: 2024-03-14
Also published as: WO2022244088A1; US20240250595A1; JPWO2022244088A1; CN117280582A; JP7471519B2

Abstract

Ein Energieerzeugungsmodul umfasst ein Energieerzeugungselement mit einem in einer Richtung verlängerten Magnetkern und einer um den Magnetkern gewickelten Spule, ein Induktionsjochteil mit einem ersten Induktionsjoch, welches ein Ende des Magnetkerns in einer Längsrichtung des Magnetkerns berührt und aus einem magnetischen Material gefertigt ist, und einem zweiten Induktionsjoch, welches das andere Ende des Magnetkerns in der Längsrichtung berührt und aus einem magnetischen Material gefertigt ist, und ein Magnetteil, das relativ zu dem Energieerzeugungselement in einer Richtung senkrecht zur Längsrichtung verschiebbar ist. Das Magnetteil weist einen ersten Magneten und einen zweiten Magneten auf, die in der Verschieberichtung angeordnet sind. Der erste Magnet weist einen N-Pol-Teil und einen S-Pol-Teil auf, die in der Längsrichtung angeordnet sind. Der zweite Magnet weist einen N-Pol-Teil und einen S-Pol-Teil auf, die in der Längsrichtung angeordnet sind. Der N-Pol-Teil des ersten Magneten und der S-Pol-Teil des zweiten Magneten sind in der Verschiebungsrichtung einander zugewandt, während der S-Pol-Teil des ersten Magneten und der N-Pol-Teil des zweiten Magneten in der Verschiebungsrichtung einander zugewandt sind. Wenn sich das Magnetteil in einer ersten Position relativ zu dem Energieerzeugungselement befindet, ist der N-Pol-Teil des ersten Magneten dem ersten Induktionsjoch zugewandt ist, während der S-Pol-Teil des ersten Magneten dem zweiten Induktionsjoch zugewandt ist. Wenn sich das Magnetteil in einer zweiten Position relativ zu dem Energieerzeugungselement befindet, ist der N-Pol-Teil des zweiten Magneten dem ersten Induktionsjoch zugewandt, während der S-Pol-Teil des ersten Magneten dem zweiten Induktionsjoch zugewandt ist.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf ein Energieerzeugungsmodul.
HINTERGRUND ZUM STAND DER TECHNIK
Es gibt herkömmlich bekannte Technologien zur Energieerzeugung, die als Energy-Harvesting bezeichnet werden und Umgebungsenergie in elektrische Energie umwandeln. Unter ihnen ist eine Technologie zur Erzeugung von Vibrationsenergie bekannt, bei der elektrische Energie durch die Vibration von Menschen oder Maschinen erzeugt wird. Patentreferenz 1 offenbart beispielsweise ein Energieerzeugungselement, das ein zylindrisches, in einer Richtung verlängertes magnetisches Element, eine um das magnetische Element gewickelte Spule und einen Magneten umfasst, der angeordnet ist, um einem Ende des magnetischen Elements in der Längsrichtung zugewandt zu sein. Der Magnet ist in der Lage, sich in einer Richtung senkrecht zur Längsrichtung des magnetischen Elements hin und her zu bewegen.
Wenn sich der Magnet aufgrund von Vibration in der Links-Rechts-Richtung hin- und her bewegt, kommt es aufgrund eines großen Barkhausen-Effekts zu einer Magnetisierungsumkehr im magnetischen Element, die eine Impulsspannung in der Spule erzeugt.
FUNDSTELLEN ZUM STAND DER TECHNIK
PATENTREFERENZ
Patentreferenz 1: Internationale Veröffentlichung Nr. WO 2018/097110 (siehe zum Beispiel Absätze 0027 bis 0031 und 1).
KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
DURCH DIE ERFINDUNG ZU LÖSENDES PROBLEM
Bei der oben beschriebenen Konfiguration fließt der magnetische Fluss vom Magneten jedoch nur in ein Ende des magnetischen Elements und breitet sich nicht über das gesamte magnetische Element aus. Daher kann die Magnetisierungsumkehr aufgrund des großen Barkhausen-Effekts nicht durch das gesamte magnetische Material hindurch erfolgen, so dass die Energieerzeugungsmenge gering ist.
Die vorliegende Offenbarung dient der Lösung des obigen Problems, und eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung besteht darin, ein Energieerzeugungsmodul bereitzustellen, das eine große Menge an Energie erzeugt.
MITTEL ZUR LÖSUNG DES PROBLEMS
Ein Energieerzeugungsmodul der vorliegenden Offenbarung umfasst ein Energieerzeugungselement, aufweisend einen Magnetkern, welcher in eine Richtung verlängert ist, und eine Spule, welche um den Magnetkern gewickelt ist, ein Induktionsjochteil, aufweisend ein erstes Induktionsjoch, welches ein Ende des Magnetkerns in einer Längsrichtung des Magnetkerns berührt und aus einem magnetischen Material gefertigt ist, und ein zweites Induktionsjoch, welches das andere Ende des Magnetkerns in der Längsrichtung berührt und aus einem magnetischen Material gefertigt ist, und ein Magnetteil, das relativ zu dem Energieerzeugungselement in einer Richtung senkrecht zur Längsrichtung verschiebbar ist. Das erste Magnetteil weist einen ersten Magneten und einen zweiten Magneten auf, der in seiner Verschiebungsrichtung angeordnet ist. Der erste Magnet weist einen N-Pol-Teil und einen S-Pol-Teil auf, die in der Längsrichtung angeordnet sind. Der zweite Magnet weist einen N-Pol-Teil und einen S-Pol-Teil auf, welche in der Längsrichtung angeordnet sind. Der N-Pol-Teil des ersten Magneten und der S-Pol-Teil des zweiten Magneten sind einander in der Verschiebungsrichtung zugewandt, während der S-Pol-Teil des ersten Magneten und der N-Pol-Teil des zweiten Magneten einander in der Verschiebungsrichtung zugewandt sind. Wenn sich der Magnetteil in einer ersten Position relativ zu dem Energieerzeugungselement befindet, ist der N-Pol-Teil des ersten Magneten dem ersten Induktionsjoch zugewandt, während der S-Pol-Teil des ersten Magneten dem zweiten Induktionsjoch zugewandt ist. Wenn sich der Magnetteil in einer ersten Position relativ zu dem Energieerzeugungselement befindet, ist der N-Pol-Teil des zweiten Magneten dem ersten Induktionsjoch zugewandt, während der N-Pol-Teil des zweiten Magneten dem zweiten Induktionsjoch zugewandt ist.
WIRKUNGEN DER ERFINDUNG
Gemäß der vorliegenden Offenbarung findet die Magnetisierungsumkehr im Magnetkern statt, wenn sich der Magnetteil in der ersten Position und in der zweiten Position relativ zum Energieerzeugungselement befindet. Da die Magnetisierungsumkehr über einen großen Bereich im Magnetkern erfolgt, kann eine größere Energiemenge erzielt werden.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Energieerzeugungsmodul einer ersten Ausführungsform zeigt.
2 ist eine perspektivische Ansicht, die das Energieerzeugungsmodul der ersten Ausführungsform zeigt.
3 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Magnetteil des Energieerzeugungsmoduls der ersten Ausführungsform zeigt.
4 ist eine perspektivische Ansicht, die das Magnetteil, ein Induktionsjochteil und einen Magnetkern in dem Energieerzeugungsmodul der ersten Ausführungsform zeigt.
5 ist eine Schnittansicht, welche eine Konfiguration zur Begrenzung der Position des Magnetteils im Energieerzeugungsmodul der ersten Ausführungsform zeigt.
6 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Konfiguration zum Halten des Induktionsjochteils in dem Energieerzeugungsmodul der ersten Ausführungsform zeigt.
7 ist eine Teilschnittansicht, welche den Betrieb des Energieerzeugungsmoduls der ersten Ausführungsform zeigt.
8 ist eine Teilschnittansicht, welche den Betrieb des Energieerzeugungsmoduls der ersten Ausführungsform zeigt.
9 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Energieerzeugungsmodul einer zweiten Ausführungsform zeigt.
10 ist eine Teilschnittansicht, welche den Betrieb des Energieerzeugungsmoduls der zweiten Ausführungsform zeigt.
11 ist eine Teilschnittansicht, welche den Betrieb des Energieerzeugungsmoduls der zweiten Ausführungsform zeigt.
12 ist eine perspektivische Ansicht, welche das Energieerzeugungsmodul einer dritten Ausführungsform zeigt.
13 ist eine perspektivische Teilschnittansicht, welche den Betrieb des Energieerzeugungsmoduls der dritten Ausführungsform zeigt.
14 ist eine perspektivische Teilschnittansicht, die den Betrieb des Energieerzeugungsmoduls der dritten Ausführungsform zeigt.
15 ist eine schematische Ansicht zur Erläuterung einer Montagestruktur eines Induktionsjochteils und eines Energieerzeugungselements in dem Energieerzeugungsmodul der dritten Ausführungsform.
16 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Energieerzeugungsmodul der vierten Ausführungsform zeigt.
17 ist eine perspektivische Teilschnittansicht, die den Betrieb des Energieerzeugungsmoduls der vierten Ausführungsform zeigt.
18 ist eine perspektivische Teilschnittansicht, die den Betrieb des Energieerzeugungsmoduls der vierten Ausführungsform zeigt.
19 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Energieerzeugungsmodul einer fünften Ausführungsform zeigt.
20 ist eine perspektivische Ansicht, die den Betrieb des Energieerzeugungsmoduls der fünften Ausführungsform zeigt.
21 ist ein Schaubild, welches ein Beispiel eines Prozessors des Energieerzeugungsmoduls gemäß der fünften Ausführungsform zeigt.
22(A) und 22(B) sind perspektivische Ansichten, welche Beispiele für die Form eines Gehäuses des Energieerzeugungsmoduls gemäß der fünften Ausführungsform zeigen.
23 ist ein Schaubild, welches ein weiteres Beispiel des Prozessors des Energieerzeugungsmoduls gemäß der fünften Ausführungsform zeigt.

ART UND WEISE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Erste Ausführungsform
(Konfiguration des Energieerzeugungsmoduls)
1 und 2 sind perspektivische Ansichten, die ein Energieerzeugungsmodul 6 der ersten Ausführungsform zeigen. Wie in 1 dargestellt, umfasst das Energieerzeugungsmodul 6 ein Magnetteil 1, ein Energieerzeugungselement 2, ein Induktionsjochteil 3 und eine Umhüllung 5.
Das Energieerzeugungselement 2 weist einen in eine Richtung verlängerten Magnetkern 21 und eine um den Magnetkern 21 gewickelte Spule 22 auf. Die Erstreckungsrichtung des Magnetkerns 21 wird als eine Y-Richtung bezeichnet. Der Magnetkern 21 ist aus einem magnetischen Material gefertigt. Das magnetische Material bezieht sich auf ein Material mit einer relativen Permeabilität von mehr als 1.
Genauer gesagt besteht der Magnetkern 21 aus einem magnetischen Draht, der einen großen Barkhausen-Effekt aufweist. Der große Barkhausen-Effekt ist ein Phänomen, bei dem sich die innere Magnetisierung des magnetischen Materials in der Nähe der Grenze zwischen einem N-Pol und einem S-Pol eines Magneten gleichzeitig umkehrt. Der magnetische Draht, der den großen Barkhausen-Effekt aufweist, ist zum Beispiel ein legierter Draht, der als Wiegand-Draht bezeichnet wird.
Die Spule 22 ist so gewickelt, dass sie den Magnetkern 21 umgibt, so dass ihre Wickelachse in der Y-Richtung ausgerichtet ist. Die Impulsspannung wird in der Spule 22 durch elektromagnetische Induktion aufgrund der Magnetisierungsumkehr im Magnetkern 21 erzeugt. Die von der Spule 22 abgegebene Impulsspannung wird in einem Gleichrichter gleichgerichtet und einem elektrischen Speicher oder dergleichen zugeführt. Dies wird unter Bezugnahme auf die 21 und 23 beschrieben.
Der Magnetteil 1 ist in einer Richtung senkrecht zur Y-Richtung verschiebbar, welche die Längsrichtung des Magnetkerns 21 ist. Die Verschiebungsrichtung des Magnetteils 1 wird als eine X-Richtung bezeichnet. Die Richtung, die senkrecht zur X- und Y-Richtung verläuft, wird als eine Z-Richtung bezeichnet.
Das Magnetteil 1 weist ferner einen ersten Magneten 11 und einen zweiten Magneten 12 auf, welche in der X-Richtung nebeneinander angeordnet sind. Der erste Magnet 11 und der zweite Magnet 12 sind aus Permanentmagneten gebildet. Zwischen dem ersten Magneten 11 und dem zweiten Magneten 12 befindet sich ein Distanzstück 15 aus einem nicht-magnetischen Material. Das nichtmagnetische Material bezieht sich auf einen Stoff mit einer relativen Permeabilität von 1.
Der erste Magnet 11, der zweite Magnet 12 und das Distanzstück 15 sind integral miteinander verbunden und bilden das Magnetteil 1. Das Befestigungsverfahren ist zum Beispiel Kleben, Integralformen, Schraubbefestigung und Befestigung mit einem Befestigungsband, ist aber nicht darauf beschränkt.
Im Übrigen kann es sich bei dem Distanzstück 15 um Luft handeln, wenn der erste Magnet 11 und der zweite Magnet 12 in X-Richtung integral verschiebbar sind, während ein bestimmter Abstand in der X-Richtung zwischen dem ersten Magneten 11 und dem zweiten Magneten 12 eingehalten wird.
Die Umhüllung 5 ist aus einem nicht-magnetischen Material gefertigt, genauer gesagt aus einem Harzformkörper. Die Umhüllung 5 hat eine Bodenplatte 53 parallel zu einer XY-Ebene, ein Paar Rahmen 51, die an beiden Enden der Bodenplatte 53 in der Y-Richtung angeordnet sind, und ein Paar Rahmen 52, die an beiden Enden der Bodenplatte 53 in der X-Richtung angeordnet sind. Der Magnetteil 1 wird in einer Aussparung 50 gehalten, die von den Rahmen 51 und 52 und der Bodenplatte 53 umschlossen wird.
Die Breite der Aussparung 50 in der X-Richtung, d. h. ein Abstand zwischen den Rahmen 52 in der X-Richtung, ist größer als die Breite des Magnetteils 1 in der X-Richtung. Dadurch ist der Magnetteil 1 in der X-Richtung innerhalb der Aussparung 50 verschiebbar.
1 zeigt einen Zustand, in dem der Magnetteil 1 in der +X-Richtung verschoben ist, während 2 einen Zustand zeigt, in dem das Magnetteil 1 in der -X-Richtung verschoben ist. Der Verschiebungsbetrag des Magnetteils 1 ist mindestens doppelt so groß wie der Abstand zwischen dem ersten Magneten 11 und dem zweiten Magneten 12. Die Bewegung des Magnetteils 1 in der +Z-Richtung wird durch Führungsteile 54 (5) eingeschränkt, die später beschrieben werden.
Das Induktionsjochteil 3 ist auf der +Z-Seite relativ zu einem Bereich angeordnet, in dem der Magnetteil 1 verschoben wird (mit anderen Worten, Bewegungsbereich). In dem in 1 dargestellten Zustand ist der erste Magnet 11 des Magnetteils 1 dem Induktionsjochteil 3 zugewandt, während in dem in 2 dargestellten Zustand der zweite Magnet 12 dem Induktionsjochteil 3 zugewandt ist. Das Induktionsjochteil 3 wird von der Umhüllung 5 gestützt, wie in der später zu beschreibenden 6 dargestellt.
Das Induktionsjochteil 3 hat ein erstes Induktionsjoch 31 und ein zweites Induktionsjoch 32, die sich in der Z-Richtung erstrecken. Das erste Induktionsjoch 31 und das zweite Induktionsjoch 32 sind sich in der Y-Richtung zugewandt.
Ein Ende des Magnetkerns 21 in der Y-Richtung ist in Kontakt mit dem ersten Induktionsjoch 31, und das andere Ende des Magnetkerns 21 in der Y-Richtung ist in Kontakt mit dem zweiten Induktionsjoch 32. In diesem Beispiel ist ein Ende des Magnetkerns 21 in der Y-Richtung in einem Loch 31a befestigt, das in dem ersten Induktionsjoch 31 ausgebildet ist, und das andere Ende des Magnetkerns 21 in der Y-Richtung ist in einem Loch 32a befestigt, das in dem zweiten Induktionsjoch 32 ausgebildet ist.
Das erste Induktionsjoch 31 und das zweite Induktionsjoch 32 sind jeweils aus einem magnetischen Material gefertigt, insbesondere aus einem weichmagnetischen Material, und haben eine relative Permeabilität von mehr als 1. Das heißt, die relative Permeabilität des ersten Induktionsjochs 31 und des zweiten Induktionsjochs 32 ist jeweils höher als die relative Permeabilität von Luft. Das erste Induktionsjoch 31 und das zweite Induktionsjoch 32 arbeiten, um den vom Magnetteil 1 erzeugten magnetische Fluss zum Magnetkern 21 zu führen.
3 ist eine perspektivische Ansicht, die den ersten Magneten 11 und den zweiten Magneten 12 zeigt. Wie in 3 dargestellt, hat der erste Magnet 11 einen N-Pol-Teil 111 und einen S-Pol-Teil 112, die in der Y-Richtung angeordnet sind. Der N-Pol-Teil 111 ist auf der +Y-Seite angeordnet, während der S-Pol-Teil 112 auf der -Y-Seite angeordnet ist. Die Magnetisierungsrichtungen des N-Pol-Teils 111 und des S-Pol-Teils 112 sind in der Z-Richtung ausgerichtet und entgegengesetzt zueinander. Der N-Pol-Teil 111 hat einen N-Pol auf der +Z-seitigen Endfläche, und der S-Pol-Teil 112 hat einen S-Pol auf der +Z-seitigen Endfläche.
Der zweite Magnet 12 hat einen S-Pol-Teil 121 und einen N-Pol-Teil 122, die in der Y-Richtung angeordnet sind. Der S-Pol-Teil 121 ist auf der +Y-Seite angeordnet, während der N-Pol-Teil 122 auf der -Y-Seite angeordnet ist. Die Magnetisierungsrichtungen des S-Pol-Teils 121 und des N-Pol-Teils 122 sind in der Z-Richtung ausgerichtet und entgegengesetzt zueinander. Der S-Pol-Teil 121 hat einen S-Pol auf der +Z-seitigen Endfläche, und der N-Pol-Teil 122 hat einen N-Pol auf der +Z-seitigen Endfläche.
4 ist eine perspektivische Ansicht, welche die Positionsbeziehung zwischen dem Magnetkern 21 und den Induktionsjochen 31 und 32 und dem Magnetteil 1 zeigt. Der erste Magnet 11 hat eine Länge L1 in der Y-Richtung und eine Breite W1 in der X-Richtung. Das Gleiche gilt für den zweiten Magneten 12. Die Breite W2 des Distanzstücks 15 in der X-Richtung ist gleich dem Abstand zwischen den Magneten 11 und 12 in der X-Richtung.
Die Länge L1 jedes der Magnete 11 und 12 in der Y-Richtung ist vorzugsweise länger als oder gleich der Länge L2 des Magnetkerns 21 in der Y-Richtung (L1 ≥ L2). Die Breite W2 des Distanzstücks 15 in der X-Richtung ist vorzugsweise größer als oder gleich der Breite W1 jedes des Magneten 11 und 12 in der X-Richtung (W2 ≥ W1).
Es ist zu bevorzugen, dass ein Abstand H zwischen dem Magnetteil 1 und jedem der Induktionsjoche 31 und 32 in der Z-Richtung ausreichend geringer ist als die Breite W1 jedes Magneten 11, 12 (d.h. die Breite jedes der Magneten 11 und 12) und ausreichend geringer ist als die Breite W2 des Distanzstücks 15. Insbesondere sollte der Abstand H geringer als oder gleich 1/2 der oben beschriebenen Breite W1 sein.
Die Breite jedes der Induktionsjoche 31 und 32 in der X-Richtung ist vorzugsweise geringer oder gleich der Breite W1 jedes der Magneten 11 und 12. Die vorliegende Ausführungsform zeigt ein Beispiel, bei dem die Breite jedes der Induktionsjoche 31 und 32 in der X-Richtung gleich der Breite W1 jedes der Magneten 11 und 12 ist.
5 ist eine Darstellung, welche ein Beispiel für eine Konfiguration zur Begrenzung der Position des Magnetteils 1 in der Umhüllung 5 zeigt. Wie in 5 dargestellt, ist das Paar von Rahmen 51 der Umhüllung 5 mit Führungsteilen 54 versehen, welche die Position des Magnetteils 1 begrenzen, um zu verhindern, dass sich das Magnetteil 1 in die +Z-Richtung bewegt. Unabhängig vom Führungsteil 54 kann ein Element vorgesehen werden, das die Position des Magnetteils 1 einschränkt, um zu verhindern, dass sich das Magnetteil 1 in die +Z-Richtung bewegt.
6 ist eine Darstellung, die ein Beispiel für eine Konfiguration zum Halten der Induktionsjoche 31 und 32 darstellt. Wie in 6 dargestellt, ist das Paar von Rahmen 51 der Umhüllung 5 mit Jochhaltern 55 versehen, welche die Induktionsjoche 31 und 32 halten. Die Induktionsjoche 31 und 32 werden von den Jochhaltern 55 mit dem Abstand H (4) in der +Z-Richtung von dem Bereich gehalten, in dem der Magnetteil 1 in der X-Richtung verschoben wird. Nicht auf den Jochhalter 55 beschränkt kann ein Element vorgesehen werden, welches die Induktionsjoche 31 und 32 mit dem Abstand in der +Z-Richtung vom Magnetteil 1 hält.
Eine Feder 56 kann in der Umhüllung 5 als ein Zwingelement vorgesehen sein, um den Magnetteil 1 in die +X-Richtung oder die -X-Richtung zu zwingen. Durch das Vorsehen der Feder 56 ist es möglich, den Effekt der Verstärkung des Verschiebungsbetrags des Magnetteils 1 zu erzielen, wenn die Umhüllung 5 vibriert. Die Wirkung der Feder 56 wird auch in einer vierten Ausführungsform beschrieben.
(Wirkungsweise)
Als nächstes wird die Wirkungsweise des Energieerzeugungsmoduls 6 beschrieben. 7 ist eine perspektivische Teilschnittansicht, die das Energieerzeugungsmodul 6 zeigt, wenn der erste Magnet 11 dem Induktionsjochteil 3 zugewandt ist. Die Position des Magnetteils 1, wenn der erste Magnet 11 dem Induktionsjochteil 3 zugewandt ist, wird als eine erste Position bezeichnet.
Wenn sich der Magnetteil 1 in der ersten Position befindet, ist der N-Pol-Teil 111 des ersten Magneten 11 dem ersten Induktionsjoch 31 zugewandt, und der S-Pol-Teil 112 des ersten Magneten 11 ist dem zweiten Induktionsjoch 32 zugewandt.
Der aus dem N-Pol-Teil 111 des ersten Magneten 11 austretende magnetische Fluss fließt in das erste Induktionsjoch 31, das eine höhere magnetische Permeabilität als Luft hat, und fließt dann durch das erste Induktionsjoch 31 zum +Y-seitigen Ende des Magnetkerns 21. Außerdem fließt der magnetische Fluss in der -Y-Richtung in den Magnetkern 21, fließt durch das -Y-seitige Ende des Magnetkerns 21 in das zweite Induktionsjoch 32 und fließt dann durch das zweite Induktionsjoch 32 zum S-Pol-Teil 112 des ersten Magneten 11.
8 ist eine perspektivische Teilschnittansicht, die das Energieerzeugungsmodul 6 zeigt, wenn der zweite Magnet 12 dem Induktionsjochteil 3 zugewandt ist. Die Position des Magnetteils 1, wenn der zweite Magnet 12 dem Induktionsjochteil 3 zugewandt ist, wird als eine zweite Position bezeichnet.
Wenn sich der Magnetteil 1 in der zweiten Position befindet, ist der S-Pol-Teil 121 des zweiten Magneten 12 dem ersten Induktionsjoch 31 zugewandt, und der N-Pol-Teil 122 des zweiten Magneten 12 ist dem zweiten Induktionsjoch 32 zugewandt.
Der aus dem N-Pol-Teil 122 des zweiten Magneten 12 austretende magnetische Fluss fließt in das zweite Induktionsjoch 32, das eine höhere magnetische Permeabilität als Luft hat, und fließt dann durch das zweite Induktionsjoch 32 zum +Y-seitigen Ende des Magnetkerns 21. Außerdem fließt der magnetische Fluss in der -Y-Richtung in den Magnetkern 21, fließt durch das -Y-seitige Ende des Magnetkerns 21 in das erste Induktionsjoch 31 und fließt dann durch das erste Induktionsjoch 31 zum S-Pol-Teil 121 des zweiten Magneten 12.
Auf diese Weise bewirkt die Verschiebung des Magnetteils 1 in die X-Richtung, dass sich die Richtung des magnetischen Flusses im Magnetkern 21 zwischen der -Y-Richtung und der +Y-Richtung umkehrt. Folglich nimmt für den magnetische Fluss ϕ, der durch den Magnetkern 21 fließt, d. h. den magnetische Fluss ϕ, der innerhalb der Spule 22 verläuft, eine Änderung dϕ/dt des magnetischen Flusses ϕ pro Stunde zu. Infolgedessen wird von der Spule 22 eine hohe Impulsspannung ausgegeben, die einer induzierten elektromotorischen Kraft V = -dϕ/dt entspricht.
Frühere experimentelle Ergebnisse haben gezeigt, dass insbesondere bei Verwendung eines magnetischen Materials, das den großen Barkhausen-Effekt aufweist, der Betrag der Magnetisierungsumkehr aufgrund des großen Barkhausen-Effekts zunimmt, wenn sich der innere magnetische Fluss des gesamten magnetischen Materials ändert. Bei der ersten Ausführungsform erfolgt die Magnetisierungsumkehr über einen großen Bereich des Magnetkerns 21. Dadurch ist der Betrag der Magnetisierungsumkehr größer und es kann eine höhere Impulsspannung erzielt werden als bei einer Konfiguration, bei der die Magnetisierungsumkehr nur am Ende des magnetischen Elements stattfindet (z. B. Patentreferenz 1).
Da die Länge L1 jedes der Magneten 11 und 12 in der Y-Richtung größer oder gleich der Länge L2 des Magnetkerns 21 in der Y-Richtung ist, fließt der magnetische Fluss von jedem der Magneten 11 und 12 leicht in den gesamten Bereich des Magnetkerns 21, und somit kann eine höhere Impulsspannung erzeugt werden.
In der Konfiguration, wie in Patentreferenz 1 beschrieben, bei welcher die Distanz zwischen dem Magneten und dem magnetischen Element größer ist als die Distanz zwischen dem N-Pol und dem S-Pol in der Verschiebungsrichtung des Magneten, besteht das Problem, dass ein geschlossener magnetischer Pfad gebildet wird, so dass der magnetische Fluss vom N-Pol zum S-Pol fließt, ohne das magnetische Element zu passieren, und somit ist der magnetische Fluss, der in dem magnetischen Element fließt, gering.
Im Gegensatz dazu ist bei der ersten Ausführungsform der Abstand H zwischen dem Magnetteil 1 und jedem der Induktionsjoche 31 und 32 in der Z-Richtung geringer als der Abstand zwischen den Magneten 11 und 12 in der X-Richtung, d. h. die Breite W2 des Distanzstücks 15. Dadurch kann der größte Teil des aus dem N-Pol-Teil 111 des ersten Magneten 11 austretenden magnetische Flusses in das Induktionsjoch 31 fließen und auch der größte Teil des aus dem N-Pol-Teil 122 des zweiten Magneten 12 austretenden magnetische Flusses kann in das Induktionsjoch 32 fließen.
Falls der Abstand zwischen den Magneten 11 und 12 in der X-Richtung extrem gering ist, kann der magnetische Fluss vom N-Pol-Teil 122 des zweiten Magneten 12 auch in einem Zustand in das zweite Induktionsjoch 32 fließen, in dem der S-Pol-Teil 112 des ersten Magneten 11 dem zweiten Induktionsjoch 32 zugewandt ist, wie in 7 dargestellt. In diesem Fall heben sich die magnetischen Flüsse in den entgegengesetzten Richtungen gegenseitig auf, so dass die Änderung des magnetischen Flusses im Magnetkern 21 abnehmen kann und damit auch die Magnetisierungsumkehr aufgrund des gro-ßen Barkhausen-Effekts abnehmen kann.
In der ersten Ausführungsform ist der Abstand zwischen den Magneten 11 und 12 in der X-Richtung, d.h. die Breite W2 des Distanzstücks 15, größer oder gleich der Breite W1 jedes der Magneten 11 und 12. Da die magnetische Flussdichte umgekehrt proportional zum Quadrat der Distanz vom Magneten ist, kann das Einfließen des magnetischen Flusses in jedes der Induktionsjoche 31 und 32 vom Magneten aus, welche den Induktionsjochen 31 und 32 nicht zugewandt sind, unterdrückt werden. Auf diese Weise kann im Magnetkern 21 effizient eine Magnetisierungsumkehr erzeugt werden, und es kann eine hohe Impulsspannung erzeugt werden.
Im Übrigen müssen der N-Pol-Teil 111 und der S-Pol-Teil 112 des ersten Magneten 11 nicht zwangsläufig integral ausgebildet sein. Solange der N-Pol-Teil 111 so angeordnet ist, dass er dem Induktionsjoch 31 zugewandt ist, und der S-Pol-Teil 112 so angeordnet ist, dass er dem Induktionsjoch 32 zugewandt ist, können der N-Pol-Teil 111 und der S-Pol-Teil 112 voneinander getrennt sein. In ähnlicher Weise müssen der S-Pol-Teil 121 und der N-Pol-Teil 122 des zweiten Magneten 12 nicht zwangsläufig integral ausgebildet sein, sondern können auch getrennt voneinander sein.
Der Magnetkern 21 kann auch aus einem allgemeinen weichmagnetischen Material wie Eisen oder Permalloy (eine Legierung, die hauptsächlich aus Nickel und Eisen besteht) gefertigt sein. In dem Energieerzeugungsmodul 6 mit der obigen Konfiguration ändert sich der magnetische Fluss im Magnetkern 21 abrupt, so dass ein gewisses Niveau der Impulsspannung auch dann erzeugt werden kann, wenn der große Barkhausen-Effekt nicht genutzt wird.
Wenn jedoch der große Barkhausen-Effekt genutzt wird, ist es möglich, einen konstanten Betrag der Magnetisierungsumkehr zu erzielen, unabhängig von der Verschiebungsgeschwindigkeit des Magnetteils 1, und es ist auch möglich, die Änderung des magnetischen Flusses während der Hochgeschwindigkeitsverschiebung des Magneten zu erzielen, die auch in einem gewöhnlichen weichmagnetischen Material auftritt. Aus diesem Grund ist es zu bevorzugen, einen Magnetdraht mit dem großem Barkhausen-Effekt als das Material für den Magnetkern 21 des Energieerzeugungsmoduls 6 zu verwenden.
In der ersten Ausführungsform ist die Länge der Aussparung 50 der Umhüllung 5 in der X-Richtung ausreichend länger als die Länge des Magnetteils 1 in der X-Richtung, so dass der Magnetteil 1 in der X-Richtung verschoben werden kann. Wenn eine äußere Kraft, wie etwa eine Vibration, auf die Umhüllung 5 einwirkt, beispielsweise wenn der Benutzer die Umhüllung 5 mit der Hand schüttelt, wird das Magnetteil 1 in der X-Richtung verschoben, und es wird eine Impulsspannung erzeugt.
Das Energieerzeugungsmodul 6 der ersten Ausführungsform ist jedoch nicht auf eine solche Konfiguration beschränkt. Das Energieerzeugungsmodul 6 muss nur so konfiguriert werden, dass der Magnetteil 1 so verschoben wird, dass er dem Induktionsjochteil 3 zugewandt ist, wenn eine äußere Kraft wie eine Vibration auf die Umhüllung 5 einwirkt. Wie zum Beispiel in einer fünften Ausführungsform beschrieben, kann die Umhüllung 5 beispielsweise zylindrisch geformt sein, und der Magnetteil 1 kann in der Z-Richtung verschiebbar sein.
Obwohl das oben beschriebene Energieerzeugungsmodul 6 so konfiguriert ist, dass der Magnetteil 1 relativ zu dem Energieerzeugungselement 2 und dem Induktionsjochteil 3 verschiebbar ist, können die gleichen Effekte erzielt werden, wenn das Energieerzeugungselement 2 und das Induktionsjochteil 3 relativ zu dem Magnetteil 1 verschiebbar sind.
In diesem Fall, da das Energieerzeugungselement 2 und das Induktionsjoch 3 im Allgemeinen ein geringeres spezifisches Gewicht als das Magnetteil 1 haben, ist es in diesem Fall zu bevorzugen, die Trägheitskraft durch Anbringen eines Gewichts am Energieerzeugungselement 2 zu erhöhen, um eine Verschiebung durch Vibration zu erreichen. Da es notwendig ist, Drähte an das Energieerzeugungselement 2 anzuschließen, um die Impulsspannung daraus zu entnehmen, ist weiter zu bevorzugen, dass der Magnetteil 1 in Anbetracht der Gefahr von Drahtbrüchen verschiebbar ist.
(Wirkungen der Ausführungsform)
Wie oben beschrieben, umfasst das Energieerzeugungsmodul 6 der ersten Ausführungsform das Magnetteil 1, das Energieerzeugungselement 2 und das Induktionsjochteil 3. Das Energieerzeugungselement 2 weist einen in der Y-Richtung verlängerten Magnetkern 21 und eine um den Magnetkern 21 gewickelte Spule 22 auf. Das Induktionsjochteil 3 hat ein erstes Induktionsjoch 31, das ein Ende des Magnetkerns 21 in der Y-Richtung berührt, und ein zweites Induktionsjoch 32, welches das andere Ende des Magnetkerns 21 in der Y-Richtung berührt. Das Magnetteil 1 ist relativ zu dem Energieerzeugungselement 2 in der X-Richtung verschiebbar und weist den ersten Magneten 11 und den zweiten Magneten 12 auf, die in der X-Richtung angeordnet sind. Der N-Pol-Teil 111 des ersten Magneten 11 und der S-Pol-Teil 121 des zweiten Magneten 12 sind in der X-Richtung einander zugewandt, während der S-Pol-Teil 112 des ersten Magneten 11 und der N-Pol-Teil 122 des zweiten Magneten 12 einander in der X-Richtung zugewandt sind. Wenn sich der Magnetteil 1 in der ersten Position relativ zum Energieerzeugungselement 2 befindet, ist der N-Pol-Teil 111 des ersten Magneten 11 dem ersten Induktionsjoch 31 zugewandt, während der S-Pol-Teil 112 des ersten Magneten 11 dem zweiten Induktionsjoch 32 zugewandt ist. Wenn sich das Magnetteil 1 in der zweiten Position relativ zum Energieerzeugungselement 2 befindet, ist der S-Pol-Teil 121 des zweiten Magneten 12 dem ersten Induktionsjoch 31 zugewandt, während der N-Pol-Teil 122 des zweiten Magneten 12 dem zweiten Induktionsjoch 32 zugewandt ist.
Bei dieser Konfiguration kann die Richtung des magnetischen Flusses, der zum Magnetkern 21 des Energieerzeugungselements 2 fließt, umgekehrt werden, wenn sich der Magnetteil 1 in der ersten Position relativ zum Energieerzeugungselement 2 befindet und wenn sich der Magnetteil 1 in der zweiten Position relativ zum Energieerzeugungselement 2 befindet. Da die Richtung des magnetischen Flusses über einen großen Bereich des Magnetkerns 21 umgekehrt wird, kann eine hohe Impulsspannung erzeugt werden.
Da das Distanzstück 15 aus einem nicht-magnetischen Material zwischen dem ersten Magneten 11 und dem zweiten Magneten 12 in der X-Richtung angeordnet ist, kann nur der magnetische Fluss von dem den Induktionsjochen 31 und 32 zugewandten Magneten durch die Induktionsjoche 31 und 32 zum Magnetkern 21 geführt werden.
Insbesondere ist die Breite W2 des Distanzstücks 15 in der X-Richtung größer als die Breite W1 jedes der Magneten 11 und 12 in der X-Richtung, so dass es möglich ist, das Einfließen des magnetischen Flusses in die Induktionsjoche 31 und 32 von dem Magneten aus, der den Induktionsjochen 31 und 32 nicht zugewandt ist, wirksam zu unterdrücken.
Ferner, da der Abstand H, welcher die kürzeste Distanz zwischen dem Magnetteil 1 und dem Induktionsjochteil 3 ist, geringer ist als die Breite W2 des Distanzstücks 15 in der X-Richtung, kann außerdem verhindert werden, dass der aus dem N-Pol-Teil des ersten Magneten 11 oder des zweiten Magneten 12 austretende magnetische Fluss zum S-Pol-Teil zurückfließt, ohne das Induktionsjochteil 3 zu passieren.
Die Umhüllung 5 hält das Magnetteil 1, so dass der Magnetteil 1 in der X-Richtung verschiebbar ist, das Energieerzeugungselement 2 und das Induktionsjochteil 3 sind an der Umhüllung 5 befestigt, und das Magnetteil 1 ist um die Distanz verschiebbar, welche mindestens das Doppelte des Abstands zwischen den Magneten 11 und 12 in der X-Richtung beträgt. Durch die Verschiebung des Magnetteils 1 kann also entweder der erste Magnet 11 oder der zweite Magnet 12 dem Induktionsjochteil 3 zugewandt werden.
Durch die weitere Bereitstellung der Feder 56, welche das Magnetteil 1 in die der X-Richtung zu einer Seite hin zwingt, kann der Verschiebungsbetrag des Magnetteils 1 aufgrund von Vibrationen verstärkt werden und eine höhere Impulsspannung kann erzeugt werden.
Alle N-Pol-Teile 111 und 122 und S-Pol-Teile 112 und 121 der Magneten 11 und 12 haben die Magnetisierungsrichtung in der Z-Richtung, und sie sind auf einer Seite in der Z-Richtung relativ zum ersten Induktionsjoch 31 des Induktionsjochteils 3 und des Magnetteils 1 angeordnet. Daher fließt der von den N-Pol-Teilen 111 und 122 austretende magnetische Fluss leicht in die Induktionsjoche 31 beziehungsweise. 32.
Zweite Ausführungsform
Im Folgenden wird eine zweite Ausführungsform beschrieben. 9 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Energieerzeugungsmodul 6A der zweiten Ausführungsform zeigt. Das Energieerzeugungsmodul 6A umfasst ein Magnetteil 1A, das Energieerzeugungselement 2, ein Induktionsjochteil 3A und die Umhüllung 5. Die zweite Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform durch die Konfiguration des Magnetteils 1A und des Induktionsjochteils 3A.
Das Magnetteil 1A hat einen ersten Magneten 18, einen zweiten Magneten 19 und ein Distanzstück 15 zwischen den Magneten 18 und 19, welche in der X-Richtung angeordnet sind. Die Magnetisierungsrichtung des ersten Magneten 18 ist die Y-Richtung, und die Magnetisierungsrichtung des zweiten Magneten 19 ist ebenfalls die Y-Richtung. Eine Konfiguration des Distanzstücks 15 ist wie in der ersten Ausführungsform beschrieben.
10 ist eine perspektivische Teilschnittansicht, welche des Energieerzeugungsmodul 6A zeigt. Wie in 10 dargestellt, ist der erste Magnet 18 so magnetisiert, dass sein eines Ende in +Y-Richtung einen N-Pol-Teil 181 bildet und sein anderes Ende in der -Y-Richtung einen S-Pol-Teil 182 bildet.
11 ist eine perspektivische Teilschnittansicht, welche das Energieerzeugungsmodul 6A zeigt, wenn das Magnetteil 1A aus der in 9 dargestellten Position in der -X-Richtung verschoben ist. Wie in 11 dargestellt, ist der zweite Magnet 19 so magnetisiert, dass sein eines Ende in der +Y-Richtung einen S-Pol-Teil 191 bildet und sein anderes Ende in der -Y-Richtung einen N-Pol-Teil 192 bildet.
Wie in 9 dargestellt, ist das erste Induktionsjoch 31 des Induktionsjochteils 3A so angeordnet, dass es über den Rahmen 51 dem Ende des Magnetteils 1A in der +Y-Richtung zugewandt ist. Das zweite Induktionsjoch 32 des Induktionsjochteils 3A ist so angeordnet, dass es über den Rahmen 51 dem Ende des Magnetteils 1A in der -Y-Richtung zugewandt ist.
Das erste Induktionsjoch 31 und das zweite Induktionsjoch 32 erstrecken sich beide in der Y-Richtung. Das erste Induktionsjoch 31 und das zweite Induktionsjoch 32 sind mit den Löchern 31a und 32a versehen, an denen die beiden Enden des Magnetkerns 21 des Energieerzeugungselements 2 in der Y-Richtung befestigt sind. Die Konfiguration des Energieerzeugungselements 2 ist wie in der ersten Ausführungsform beschrieben.
In 10 ist der erste Magnet 18 des Magnetteils 1A den Induktionsjochen 31 und 32 zugewandt. Das heißt, das Magnetteil 1A befindet sich in der ersten Position. Zu diesem Zeitpunkt ist der N-Pol-Teil 181 des ersten Magneten 18 dem ersten Induktionsjoch 31 zugewandt, während der S-Pol-Teil 182 des ersten Magneten 18 dem zweiten Induktionsjoch 32 zugewandt ist.
Der aus dem N-Pol-Teil 181 des ersten Magneten 18 austretende magnetische Fluss fließt in das erste Induktionsjoch 31 und fließt durch das erste Induktionsjoch 31 zum +Y-seitigen Ende des Magnetkerns 21. Außerdem fließt der magnetische Fluss in der -Y-Richtung in den Magnetkern 21, fließt durch das -Y-seitige Ende des Magnetkerns 21 in das zweite Induktionsjoch 32 und fließt durch das zweite Induktionsjoch 32 zum S-Pol-Teil 182 des ersten Magneten 18.
In 11 ist der zweite Magnet 19 des Magnetteils 1A den Induktionsjochen 31 und 32 zugewandt. Das heißt, das Magnetteil 1A befindet sich in der zweiten Position. Zu diesem Zeitpunkt ist der S-Pol-Teil 191 des zweiten Magneten 19 dem ersten Induktionsjoch 31 zugewandt, während der N-Pol-Teil 192 des zweiten Magneten 19 dem zweiten Induktionsjoch 32 zugewandt ist.
Der aus dem N-Pol-Teil 192 des zweiten Magneten 19 austretende magnetische Fluss fließt in das zweite Induktionsjoch 32 und fließt durch das zweite Induktionsjoch 32 zum -Y-seitigen Ende des Magnetkerns 21. Außerdem fließt der magnetische Fluss in der -Y-Richtung in den Magnetkern 21, fließt durch das -Y-seitige Ende des Magnetkerns 21 in das zweite Induktionsjoch 31 und fließt dann durch das zweite Induktionsjoch 31 zum S-Pol-Teil 191 des ersten Magneten 19.
Auf diese Weise bewirkt die Verschiebung des Magnetteils 1A in der X-Richtung, dass sich die Richtung des magnetischen Flusses im Magnetkern 21 in der -Y-Richtung und der +Y-Richtung abwechselnd umkehrt. Auf diese Weise kann eine hohe Impulsspannung von der Spule 22 ausgegeben werden, wie in der ersten Ausführungsform.
Im Übrigen ist das Energieerzeugungsmodul 6A der zweiten Ausführungsform in der gleichen Weise konfiguriert wie das Energieerzeugungsmodul 6 der ersten Ausführungsform.
In der zweiten Ausführungsform sind die Induktionsjoche 31 und 32 auf beiden Seiten des Magnetteils 1A in der X-Richtung angeordnet, so dass die Länge L1 des Magnetteils 1A in der Y-Richtung kürzer sein kann als die Länge L2 des Magnetkerns 21 in der Y-Richtung, wie in 11 dargestellt. Durch die Verringerung der Größe und des Gewichts des Magnetteils 1A, das ein bewegliches Teil ist, kann die Verringerung der Größe des Energieerzeugungsmoduls 6A erzielt werden. Da das Magnetteil 1A mit einer geringeren Kraft verschoben wird, kann außerdem mit einer geringeren Vibrationskraft (d. h. Energieerzeugungsenergie) elektrische Energie erzeugt werden.
Wie in der ersten Ausführungsform beschrieben, kann der Magnetkern 21 aus einem weichmagnetischen Material wie Eisen oder Permalloy gebildet sein, doch ist ein Magnetdraht mit dem großen Barkhausen-Effekt zu bevorzugen. Anstelle der Konfiguration, bei welcher das Magnetteil 1A relativ zum Energieerzeugungselement 2 und zum Induktionsjochteil 3A verschoben wird, kann der gleiche Effekt durch die Konfiguration erzielt werden, bei der das Energieerzeugungselement 2 und das Induktionsjochteil 3A relativ zum Magnetteil 1A verschiebbar sind.
Dritte Ausführungsform
Im Folgenden wird eine dritte Ausführungsform beschrieben. 12 ist eine perspektivische Ansicht, welche ein Energieerzeugungsmodul 6B der dritten Ausführungsform zeigt. Das Energieerzeugungsmodul 6B umfasst das Magnetteil 1A, das Energieerzeugungselement 2, ein Induktionsjochteil 3B und die Umhüllung 5. Die dritte Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform durch die Konfiguration des Induktionsjochteils 3B.
In der dritten Ausführungsform hat das Induktionsjochteil 3B ein erstes Induktionsjoch 33, ein zweites Induktionsjoch 34, ein drittes Induktionsjoch 35 und ein viertes Induktionsjoch 36. Jedes der Induktionsjoche 33, 34, 35 und 36 ist aus einem magnetischen Material, genauer gesagt aus einem weichmagnetischen Material gebildet.
Das erste Induktionsjoch 33 und das zweite Induktionsjoch 34 sind so angeordnet, dass sie beide Enden des Magnetkerns 21 in der Y-Richtung berühren. Das dritte Induktionsjoch 35 ist auf der -Z-Seite des ersten Induktionsjochs 33 angeordnet. Das vierte Induktionsjoch 36 ist auf der -Z-Seite des zweiten Induktionsjochs 34 angeordnet.
In diesem Beispiel haben sowohl das erste Induktionsjoch 33 als auch das zweite Induktionsjoch 34 eine zylindrische Form um den Magnetkern 21. Das erste Induktionsjoch 33 und das zweite Induktionsjoch 34 haben Löcher 33a und 34a, an denen die beiden Enden des Magnetkerns 21 befestigt sind. Jedes von dem dritten Induktionsjoch 35 und dem vierten Induktionsjoch 36 hat eine rechteckige Parallelepipedform.
Das erste Induktionsjoch 33 und das dritte Induktionsjoch 35 bilden eine +-Y-seitige Induktionsjocheinheit 37. Das zweite Induktionsjoch 34 und das vierte Induktionsjoch 36 bilden eine -Y-seitige Induktionsjocheinheit 38.
13 ist eine perspektivische Teilschnittansicht, die einen Zustand zeigt, in dem der erste Magnet 11 und das Induktionsjochteil 3B einander zugewandt sind. In 13 befindet sich der Magnetteil 1 in der ersten Position. Zu diesem Zeitpunkt ist der N-Pol-Teil 111 des ersten Magneten 11 dem dritten Induktionsjoch 35 zugewandt, während der S-Pol-Teil 112 des ersten Magneten 11 dem vierten Induktionsjoch 36 zugewandt ist.
Der aus dem N-Pol-Teil 111 des ersten Magneten 11 austretende magnetische Fluss fließt in das dritte Induktionsjoch 35, das eine höhere magnetische Permeabilität als Luft hat, fließt dann in das erste Induktionsjoch 33 und fließt dann von dort zu dem +Y-seitigen Ende des Magnetkerns 21. Außerdem fließt der magnetische Fluss in der -Y-Richtung in den Magnetkern 21, fließt in das zweite Induktionsjoch 34 durch das -Y-seitige Ende des Magnetkerns 21, fließt dann in das vierte Induktionsjoch 36 und fließt von dort zum S-Pol-Teil 112 des ersten Magneten 11.
14 ist eine perspektivische Teilschnittansicht, die einen Zustand zeigt, in dem das Magnetteil 1 von der in 13 dargestellten Position in die - X-Richtung bewegt wird und der zweite Magnet 12 dem Induktionsjochteil 3B zugewandt ist. In 14, befindet sich das Magnetteil 1 in der zweiten Position. Zu diesem Zeitpunkt ist der S-Pol-Teil 121 des zweiten Magneten 12 dem dritten Induktionsjoch 35 zugewandt, während der N-Pol-Teil 122 des zweiten Magneten 12 dem vierten Induktionsjoch 36 zugewandt ist.
Der aus dem N-Pol-Teil 122 des zweiten Magneten 12 austretende magnetische Fluss fließt in das vierte Induktionsjoch 36, das eine höhere magnetische Permeabilität als Luft hat, fließt dann in das zweite Induktionsjoch 34 und fließt dann von dort zum -Y-seitigen Ende des Magnetkerns 21. Außerdem fließt der magnetische Fluss in der +Y-Richtung in den Magnetkern 21, fließt in das erste Induktionsjoch 33 durch das +Y-seitige Ende des Magnetkerns 21, fließt dann in das dritte Induktionsjoch 35 und fließt von dort zum S-Pol-Teil 121 des zweiten Magneten 12.
Auf diese Weise bewirkt die Verschiebung des Magnetteils 1 in der X-Richtung, dass sich die Richtung des magnetischen Flusses im Magnetkern 21 abwechselnd in die -Y-Richtung und die +Y-Richtung umkehrt, und somit eine hohe Impulsspannung von der Spule 22 ausgegeben werden kann, wie bei der ersten Ausführungsform.
In der dritten Ausführungsform wird das Induktionsjochteil 3B durch das erste Induktionsjoch 33, das zweite Induktionsjoch 34, das dritte Induktionsjoch 35 und das vierte Induktionsjoch 36 gebildet, wodurch die folgenden Effekte erzielt werden.
Die Abmessung und Form (im Folgenden als eine Abmessung/Form bezeichnet) des Magnetteils 1 kann in Übereinstimmung mit den Abmessungsbeschränkungen des Energieerzeugungsmoduls 6B relativ flexibel gestaltet werden. Im Gegensatz dazu muss die Abmessung/Form des dem Magnetteil 1 zugewandten Induktionsjochteils 3B in Übereinstimmung mit der Abmessung/Form des Magnetteils 1 optimiert werden.
Da die Umhüllung 5 einen Abschnitt aufweist, der das Induktionsjochteil 3B hält, muss die Abmessung/Form der Umhüllung 5 unter Berücksichtigung der Abmessung/Form des Induktionsjochteils 3B bestimmt werden. Daher muss für jede Abmessung/Form des Magnetteils 1 eine Gussform zum Gießen der Umhüllung 5 vorbereitet werden.
In der dritten Ausführungsform ist das Induktionsjochteil 3B aus den vier Induktionsjochen 33 bis 36 gebildet. So können, wie in 15 beispielhaft dargestellt, das Energieerzeugungselement 2, das erste Induktionsjoch 33 und das zweite Induktionsjoch 34 in einem Package 30 untergebracht werden. Gleichzeitig können das dritte Induktionsjoch 35 und das vierte Induktionsjoch 36 an der Umhüllung 5 montiert werden.
Die Abmessungen/Formen des dritten Induktionsjochs 35 und des vierten Induktionsjochs 36, welche die Teile sind, die dem Magnetteil 1 zugewandt sind, werden in Übereinstimmung mit den Abmessung/Form des Magnetteils 1 optimiert. Im Gegensatz dazu muss das Package 30, welches das Energieerzeugungselement 2, das erste Induktionsjoch 33 und das zweite Induktionsjoch 34 umfasst, nur eine Art von Abmessung und Form haben, unabhängig von der Abmessung und Form des Magnetteils 1.
Auf diese Weise kann das Energieerzeugungsmodul 6B, das mit einer Vielzahl von Formen des Magnetteils 1 kompatibel ist, durch eine Art von Package 30 realisiert werden. Dadurch lassen sich die Kosten für das Energieerzeugungsmodul 6B senken.
Die Montage des dritten Induktionsjochs 35 und des vierten Induktionsjochs 36 an der Umhüllung 5 kann unter Verwendung des in 6 dargestellten Jochhalters 55 oder dergleichen erfolgen, wie durch die gestrichelte Linie A in 15 angedeutet.
Da das Induktionsjochteil 3B aus den vier Induktionsjochen 33 bis 36 gebildet ist, können das erste und das zweite Induktionsjoch 33 und 34 aus Ferritkugeln bestehen. Da Ferritperlen preiswert und im Handel erhältlich sind, können die Bauteilkosten des Induktionsjochteils 3B gesenkt werden.
Das erste Induktionsjoch 33 und das zweite Induktionsjoch 34 sind zylindrisch, und die allgemeinen Ferritperlen sind ebenfalls zylindrisch. Die Ferritperlen können also ohne irgendeinen Prozess verwendet werden. Da die allgemeinen Ferritkugeln in ihrer Mitte Löcher haben, ist es nicht erforderlich, einen Prozess zur Ausformung der Löcher 33a und 34a durchzuführen, in die der Magnetkern 21 eingesetzt wird.
Das dritte Induktionsjoch 35 und das vierte Induktionsjoch 36 sind zum Beispiel quaderförmig und lassen sich daher leicht verarbeiten. Das dritte Induktionsjoch 35 und das vierte Induktionsjoch 36 müssen nicht dem Prozess zur Ausformung von Löchern unterzogen werden, in die der Magnetkern 21 eingesetzt wird, wodurch eine weitere Kostensenkung erreicht werden kann.
Im Übrigen ist das Energieerzeugungsmodul 6B der dritten Ausführungsform in der gleichen Weise konfiguriert wie das Energieerzeugungsmodul 6 der ersten Ausführungsform.
Gemäß der dritten Ausführungsform können das erste Induktionsjoch 33 und das zweite Induktionsjoch 34 aus kostengünstigen Materialien hergestellt werden, und das dritte Induktionsjoch 35 und das vierte Induktionsjoch 36 können in einer einfachen Form, wie beispielsweise einem rechteckigen Parallelepiped, in Übereinstimmung mit den Abmessung/Form des Magnetteils 1 geformt werden. Auf diese Weise können die Kosten für das Energieerzeugungsmodul 6B gesenkt werden.
Vierte Ausführungsform
Nachfolgend wird eine vierte Ausführungsform beschrieben. 16 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Energieerzeugungsmodul 6C der vierten Ausführungsform zeigt. Das Energieerzeugungsmodul 6C umfasst ein Magnetteil 1C, das Energieerzeugungselement 2, ein Induktionsjochteil 3C, eine Abschirmung 4 und die Umhüllung 5. Die vierte Ausführungsform unterscheidet sich von der dritten Ausführungsform durch die Konfiguration des Magnetteils 1C und die Bereitstellung der Abschirmung 4.
Das Magnetteil 1C hat einen ersten Magneten 11, einen zweiten Magneten 12, einen dritten Magneten 13 und einen vierten Magneten 14, die in der X-Richtung angeordnet sind. Eine Breite W3 jedes der Magneten 11, 12, 13, 14 in der X-Richtung (das heißt die Breite jedes der Magneten 11, 12, 13 und 14 in der X-Richtung) ist geringer als die Breite W1 jedes der Magneten 11 und 12 in der X-Richtung in der ersten Ausführungsform und beträgt zum Beispiel 1/2 der Breite W1.
17 ist eine Darstellung, welche das Magnetteil 1C, den Magnetkern 21 und das Induktionsjochteil 3C zeigt. Wie in 17 dargestellt, hat der erste Magnet 11 einen N-Pol-Teil 111 auf der +Y-Seite und einen S-Pol-Teil 112 auf der -Y-Seite, wie bei dem ersten Magneten 11 der ersten Ausführungsform. Der zweite Magnet 12 hat einen S-Pol-Teil 121 auf der +Y-Seite und einen N-Pol-Teil 122 auf der -Y-Seite, wie beim zweiten Magneten 12 der ersten Ausführungsform.
Der dritte Magnet 13 hat einen N-Pol-Teil 131 auf der +Y-Seite und einen S-Pol-Teil 132 auf der -Y-Seite, wie beim ersten Magneten 11. Der vierte Magnet 14 hat einen S-Pol-Teil 141 auf der +Y-Seite und einen N-Pol-Teil 142 auf der -Y-Seite, wie beim zweiten Magneten 12.
Zwischen dem ersten Magneten 11 und dem zweiten Magneten 12 ist ein Distanzstück 15 angeordnet, zwischen dem zweiten Magneten 12 und dem dritten Magneten 13 ist ein Distanzstück 16 angeordnet und zwischen dem dritten Magneten 13 und dem vierten Magneten 14 ist ein Distanzstück 17 angeordnet.
Jedes der Distanzstücke 15, 16 und 17 ist aus einem nicht-magnetischen Material gefertigt. Die Breite jedes der Distanzstücke 15, 16 und 17 in der X-Richtung muss nur dicker als oder gleich der Breite W3 (16) jedes der Magneten 11, 12, 13 und 14 sein.
Wie in 16 dargestellt, sind die Magneten 11 bis 14 über die Distanzstücke 15 bis 17 integral verbunden und bilden das Magnetteil 1C. Das Magnetteil 1C ist in der Aussparung 50 der Umhüllung 5 untergebracht. Die Länge der Aussparung 50 in der X-Richtung ist länger als die Länge des Magnetteils 1C in der X-Richtung, so dass das Magnetteil 1C in der X-Richtung in der Aussparung 50 verschiebbar ist.
Das Induktionsjochteil 3C hat ein erstes Induktionsjoch 33, ein zweites Induktionsjoch 34, ein drittes Induktionsjoch 35 und ein viertes Induktionsjoch 36, wie bei dem Induktionsjochteil 3B der dritten Ausführungsform.
Die Breite jedes der Induktionsjoche 35 und 36 in der X-Richtung ist vorzugsweise geringer als oder gleich der Breite W3 jedes der Magneten 11, 12, 13 und 14. Die vorliegende Ausführungsform zeigt ein Beispiel, bei dem die Breite jedes der Induktionsjoche 35 und 36 in der X-Richtung gleich der Breite W3 jedes der Magneten 11, 12, 13 und 14 ist.
Die Abschirmjoche 41 und 42 sind auf beiden Seiten des Induktionsjochteils 3C in der X-Richtung vorgesehen. Die Abschirmjoche 41 und 42 befinden sich auf der +Z-Seite in Bezug auf das Magnetteil 1C und bilden die Abschirmung 4. Jedes der Induktionsjoche 41 und 42 ist aus einem magnetischen Material gefertigt, genauer gesagt einem weichmagnetischen Material.
Jedes der Abschirmjoche 41 und 42 hat die Form einer flachen Platte und weist eine Dicke in der X-Richtung, eine Länge in der Y-Richtung und eine Breite in der Z-Richtung auf. Jedes der Abschirmjoche 41 und 42 ist jedoch nicht auf eine solche Form beschränkt und kann beispielsweise prismatisch sein.
Die Länge jedes der Abschirmjoche 41 und 42 in der Y-Richtung ist vorzugsweise länger als oder gleich der Summe der Längen in der Y-Richtung des N-Pol-Teils und des S-Pol-Teils jedes der Magneten 11 bis 14.
Der Abstand zwischen dem Abschirmjoch 41 und dem Induktionsjochteil 3C in der X-Richtung kann je nach Form und Magnetkraft der Magnete 11 bis 14 eingestellt werden. In diesem Beispiel beträgt der Abstand zwischen dem Induktionsjochteil 3C und dem Abschirmjoch 41 die 1/2 der Breite W3 jedes der Magneten 11 bis 14. Das gleiche gilt für den Abstand zwischen dem Induktionsjochteil 3C und dem Abschirmjoch 42.
In dem in 17 gezeigten Zustand ist der erste Magnet 11 des Magnetteils 1C dem Induktionsjochteil 3C zugewandt. Das heißt, das Magnetteil 1C befindet sich in der ersten Position. Zu diesem Zeitpunkt ist der N-Pol-Teil 111 des ersten Magneten 11 dem dritten Induktionsjoch 35 zugewandt, während der S-Pol-Teil 112 des ersten Magneten 11 dem vierten Induktionsjoch 36 zugewandt ist.
Der aus dem N-Pol-Teil 111 des ersten Magneten 11 austretende magnetische Fluss fließt in das dritte Induktionsjoch 35, fließt dann in das erste Induktionsjoch 33 und fließt von dort zum +Y-seitigen Ende des Magnetkerns 21. Außerdem fließt der magnetische Fluss in der -Y-Richtung in den Magnetkern 21, fließt in das zweite Induktionsjoch 34 durch das -Y-seitige Ende des Magnetkerns 21, fließt dann in das vierte Induktionsjoch 36 und fließt von dort zum S-Pol-Teil 112 des ersten Magneten 11.
18 ist eine Darstellung, welche den Magnetteil 1C, den Magnetkern 21 und den Induktionsjochteil 3C zeigt, wenn der zweite Magnet 12 dem Induktionsjochteil 3C zugewandt ist. Das heißt, der Magnetteil 1C befindet sich in der zweiten Position. Zu diesem Zeitpunkt ist der S-Pol-Teil 121 ( 17) des zweiten Magneten 12 dem dritten Induktionsjoch 35 zugewandt, während der N-Pol-Teil 122 (17) des zweiten Magneten 12 dem vierten Induktionsjoch 36 zugewandt ist.
Der aus dem N-Pol-Teil 122 des zweiten Magneten 12 austretende magnetische Fluss fließt in das vierte Induktionsjoch 36, fließt dann in das zweite Induktionsjoch 34 und fließt von dort zum +Y-seitigen Ende des Magnetkerns 21. Außerdem fließt der magnetische Fluss in der +Y-Richtung in den Magnetkern 21, fließt in das erste Induktionsjoch 33 durch das +Y-seitige Ende des Magnetkerns 21, fließt dann in das dritte Induktionsjoch 35 und fließt von dort zum S-Pol-Teil 121 des zweiten Magneten 12.
In ähnlicher Weise, wenn der dritte Magnet 13 dem Induktionsjochteil 3C zugewandt ist, fließt der magnetische Fluss im Magnetkern 21 in der -Y-Richtung. Wenn der vierte Magnet 14 dem Induktionsjochteil 3C zugewandt ist, fließt der magnetische Fluss im Magnetkern 21 in der +Y-Richtung.
Bei der vierten Ausführungsform sind die Breite und der Abstand jedes der Magnete 11 bis 14 in der X-Richtung geringer als bei der ersten Ausführungsform. Somit ist der Verschiebungsbetrag des Magnetteils 1C, der für das Auftreten einer Magnetisierungsumkehr im Magnetkern 21 erforderlich ist, kleiner als bei der ersten Ausführungsform und beträgt beispielsweise die Hälfte des Betrags bei der ersten Ausführungsform. Das heißt, dass Energie mit einem geringeren Verschiebungsbetrag des Magnetteils 1C erzeugt werden kann.
Wenn jedoch die Distanz zwischen dem N- und dem S-Pol in X-Richtung abnimmt, kann der magnetische Fluss von dem Magnetpol, der dem Induktionsjochteil 3C nicht zugewandt ist, in das Induktionsjochteil 3C fließen. In 18 kann der magnetische Fluss beispielsweise vom N-Pol-Teil 111 des ersten Magneten 11 oder vom N-Pol-Teil 131 des dritten Magneten 13 (7) in das dritte Induktionsjoch 35 des Induktionsjochteils 3C fließen. Wenn das Einfließen des magnetischen Flusses von den benachbarten Magneten 11 und 13 erfolgt, wird die Menge des durch den Magnetkern 21 fließenden magnetischen Flusses reduziert.
Um das Einfließen des magnetischen Flusses in die benachbarten Magneten 11 und 13 zu unterdrücken, ist es denkbar, das Induktionsjochteil 3C in der Z-Richtung näher am Magnetteil 1C anzuordnen. Die magnetische Anziehungskraft wirkt jedoch zwischen dem Induktionsjochteil 3C und dem Magnetteil 1C, weshalb zwischen dem Magnetteil 1C und dem Induktionsjochteil 3C eine Abdeckung oder Führung vorgesehen sein kann. In diesem Fall sind der Anordnung des Induktionsjochteils 3C näher am Magnetteil 1C Grenzen gesetzt.
Daher sind bei der vierten Ausführungsform die oben beschriebenen Abschirmjoche 41 und 42 auf beiden Seiten des Induktionsjochteils 3C in der X-Richtung angeordnet.
Wenn der zweite Magnet 12 dem Induktionsjochteil 3C zugewandt ist, fließt der vom N-Pol-Teil 111 des ersten Magneten 11 austretende magnetische Fluss in das erste Abschirmjoch 41, das sich näher an diesem befindet als das Induktionsjochteil 3C, wie in 18 dargestellt. Der in das erste Abschirmjoch 41 fließende magnetische Fluss fließt weiter in die -Y-Richtung und fließt zum S-Pol-Teil 112 des ersten Magneten 11.
In ähnlicher Weise fließt der magnetische Fluss vom N-Pol-Teil 131 (17) des dritten Magneten 13 durch das zweite Abschirmjoch 42 zum S-Pol-Teil 132. Das heißt, der magnetische Fluss vom ersten Magneten 11 und vom dritten Magneten 13 fließt nicht zum Induktionsjochteil 3C.
Auf diese Weise fließt nur der magnetische Fluss vom zweiten Magneten 12, der dem Induktionsjochteil 3C zugewandt ist, durch das Induktionsjochteil 3C zum Magnetkern 21.
In ähnlicher Weise wird, wenn der erste Magnet 11 dem Induktionsjochteil 3C zugewandt ist (17), das Einfließen des magnetischen Flusses vom benachbarten zweiten Magneten 12 in das Induktionsjochteil 3C durch das Abschirmjoch 42 abgeschirmt.
Wenn der dritte Magnet 13 dem Induktionsjochteil 3C zugewandt ist, wird das Einfließen des magnetischen Flusses von den benachbarten Magneten 12 und 14 in das Induktionsjochteil 3C durch die Abschirmjoche 41 und 42 abgeschirmt. Wenn der vierte Magnet 14 dem Induktionsjochteil 3C zugewandt ist, wird das Einfließen des magnetischen Flusses vom benachbarten dritten Magneten 13 in das Induktionsjochteil 3C durch das Abschirmjoch 41 abgeschirmt.
Infolgedessen bewirkt die Verschiebung des Magnetteils 1C in der X-Richtung eine wirksame Magnetisierungsumkehr im Magnetkern 21, so dass eine hohe Impulsspannung in der Spule 22 erzeugt werden kann.
In der Konfiguration, wie sie in Patentreferenz 1 beschrieben ist, bei der ein Magnet an einer Endseite des Magnetelements in der Längsrichtung angeordnet ist und der Magnet sich in einer Richtung senkrecht zur Längsrichtung des Magnetelements hin- und herbewegt, erfolgt nur eine Umkehrung des Magnetfelds im Magnetelement pro Hin- und Herbewegung des Magneten. Daher ist die Anzahl der Male der Energieerzeugung gering.
Um mit einer einzigen Hin- und Herbewegung des Magneten Energie eine Vielzahl von Malen erzeugen, ist es denkbar, die Anzahl der Pole der Magneten zu erhöhen. Wenn jedoch die Anzahl der Pole der Magneten erhöht wird, fließt der magnetische Fluss in das magnetische Element von dem Pol, der dem magnetischen Element nicht zugewandt ist, und daher ist es für die Umkehrung des magnetischen Flusses in dem magnetischen Element weniger wahrscheinlich, durch die Verschiebung des Magneten erzeugt zu werden.
In der vierten Ausführungsform sind die Abstände zwischen benachbarten Magneten 11 bis 14 gering ausgelegt, und die Abschirmjoche 41 und 42 sind auf beiden Seiten des Induktionsjochteils 3C in der X-Richtung vorgesehen. So kann die Magnetisierungsumkehr im Magnetkern 21 durch eine kleine Verschiebung des Magnetteils 1C erzeugt werden. Das heißt, die Anzahl der Male der Energieerzeugung kann erhöht werden und eine hohe Impulsspannung kann erzeugt werden.
Im Übrigen ist das Energieerzeugungsmodul 6C der vierten Ausführungsform in der gleichen Weise konfiguriert wie das Energieerzeugungsmodul 6 der ersten Ausführungsform.
In diesem Beispiel sind die Distanzstücke 15 bis 17 zwischen den Magneten 11 bis 14 angeordnet. Je nach Anordnung der Abschirmjoche 41 und 42 können die Magneten 11 bis 14 aber auch nebeneinander angeordnet werden, ohne dass die Distanzstücke 15 bis 17 vorhanden sind. In diesem Fall kann die Energie durch eine geringere Verschiebung des Magnetteils 1C erzeugt werden.
In diesem Beispiel ist die Konfiguration des Induktionsjochteils 3C die gleiche wie die des Induktionsjochteils 3B in der dritten Ausführungsform. Die Konfiguration des Induktionsjochteils 3C kann jedoch die gleiche sein wie die des Induktionsjochteils 3 in der ersten Ausführungsform oder des Induktionsjochteils 3A in der zweiten Ausführungsform.
Wie in der ersten und dritten Ausführungsform hat das Magnetteil 1C die Magneten 11 bis 14, in denen jeweils zwei Magnet-Pol-Teile (z. B. der N-Pol-Teil 111 und der S-Pol-Teil 112) mit den Magnetisierungsrichtungen in der Z-Richtung in der Y-Richtung angeordnet sind. Es ist jedoch auch möglich, Magneten mit Magnetisierungsrichtungen in der Y-Richtung zu verwenden, wie bei den Magneten 18 und 19 (10 und 11) der zweiten Ausführungsform.
Die Abschirmjoche 41 und 42 sind in diesem Beispiel auf beiden Seiten des Induktionsjochteils 3C vorgesehen, aber die Wirkung kann bis zu einem gewissen Grad durch das Vorsehen mindestens eines der Abschirmjoche 41 und 42 erzielt werden. Obwohl das Magnetteil 1C in diesem Beispiel vier Magnete 11, 12, 13 und 14 hat, kann das Magnetteil 1C auch mehr Magnete haben.
Wie in 16 dargestellt, kann die Feder 56 als ein Zwingelement an dem Magnetteil 1C befestigt werden. Die Feder 56 dient dazu, den Verschiebungsbetrag eines Vibrationskörpers, an dem die Feder 56 befestigt ist, zu verstärken. In dem Fall, in dem die Vibrationsfrequenz des vibrierenden Körpers, d.h. des Magnetteils 1C, bekannt ist, kann der Verschiebungsbetrag des Magnetteils 1C aufgrund einer kleinen Vibration des Magnetteils 1C maximiert werden, indem eine Federkonstante so eingestellt wird, dass die Eigenfrequenz der Feder 56 gleich der Vibrationsfrequenz des Magnetteils 1C ist. Es ist auch wirksam, ein Material mit einem höheren spezifischen Gewicht für das Distanzstück 15 zu verwenden oder ein Gewicht an dem Magnetteil 1C anzubringen, um dadurch die Trägheitskraft zu erhöhen, um den Verschiebungsbetrag der Feder 56 zu vergrößern.
Fünfte Ausführungsform
Im Folgenden wird eine fünfte Ausführungsform beschrieben. 19 ist eine perspektivische Teilschnittansicht, die ein Energieerzeugungsmodul 6D der fünften Ausführungsform zeigt. Das Energieerzeugungsmodul 6D umfasst ein Magnetteil 1D, das Energieerzeugungselement 2, ein Induktionsjochteil 3D, eine Umhüllung 5D und ein Gehäuse 8.
Bei dem Energieerzeugungsmodul 6D der fünften Ausführungsform ist die Verschiebungsrichtung des Magnetteils 1D die Z-Richtung. Die Umhüllung 5D ist zylindrisch um eine Achse in der Z-Richtung.
Das Magnetteil 1D hat scheibenförmige Magneten 101, 102, 103 und 104, die in der Z-Richtung angeordnet sind. Jeder der Magneten 101, 102, 103 und 104 hat die Magnetisierungsrichtung in der Y-Richtung, wie bei den Magneten 18 und 19 (10 und 11) in der zweiten Ausführungsform.
In diesem Beispiel ist die Magnetisierungsrichtung des ersten Magneten 101 die +Y-Richtung, die Magnetisierungsrichtung des zweiten Magneten 102 ist die -Y-Richtung, die Magnetisierungsrichtung des dritten Magneten 103 ist die +Y-Richtung, und die Magnetisierungsrichtung des vierten Magneten 104 ist die +Y-Richtung.
Ein Distanzstück 105 ist zwischen den Magneten 101 und 102 angeordnet, ein Distanzstück 106 ist zwischen den Magneten 102 und 103 angeordnet, und ein Distanzstück 107 ist zwischen den Magneten 103 und 104 angeordnet. Jedes der Distanzstücke 105 bis 107 ist scheibenförmig und aus einem nicht-magnetischen Material gefertigt.
Die Magneten 101 bis 104 und die Distanzstücke 105 bis 107 sind integral verbunden, um das zylindrische Magnetteil 1D zu bilden. Die Breite jedes der Magneten 101 bis 104 in der Z-Richtung und die Breite jedes der Distanzstücke 105 bis 107 in der Z-Richtung sind wie in der vierten Ausführungsform beschrieben.
Die Umhüllung 5D ist ein Behälter, der um die oben beschriebene Achse in der Z-Richtung zylindrisch ist und das Magnetteil 1D von seiner äußeren peripheren Seite her umschließt. Die Umhüllung 5D hat eine periphere Wand 57, ein Bodenteil 58 und einen Deckenteil 59. Die Distanz in der Z-Richtung vom Bodenteil 58 zum Deckenteil 59 ist größer als die Länge des Magnetteils 1D in der Z-Richtung, und das Magnetteil 1D ist in der Z-Richtung innerhalb der Umhüllung 5D verschiebbar. Die Umhüllung 5D ist aus einem nicht-magnetischen Material gefertigt.
Das Induktionsjochteil 3D weist das erste Induktionsjoch 33, das zweite Induktionsjoch 34, das dritte Induktionsjoch 35 und das vierte Induktionsjoch 36 auf. Das dritte Induktionsjoch 35 und das vierte Induktionsjoch 36 befinden sich auf der +Y-Seite beziehungsweise der -Y-Seite der Umhüllung 5D und sind an der peripheren Wand 57 befestigt.
Das erste Induktionsjoch 33 erstreckt sich in der Richtung +Z von der Spitze des dritten Induktionsjochs 35. Das zweite Induktionsjoch 34 erstreckt sich in der +Z-Richtung von der Spitze des vierten Induktionsjochs 36. Die beiden Enden des Magnetkerns 21 des Energieerzeugungselements 2 in der Y-Richtung sind an den Induktionsjochen 33 und 34 befestigt.
Das Energieerzeugungselement 2 hat den Magnetkern 21 und die Spule 22, die um den Magnetkern 21 gewickelt ist, wie in der ersten Ausführungsform beschrieben.
Das Gehäuse 8 ist ein zylindrischer Behälter, der das Magnetteil 1D, das Energieerzeugungselement 2, das Induktionsjochteil 3D und die Umhüllung 5D umschließt. Das Gehäuse 8 ist vorzugsweise aus einem nicht-magnetischen Material gefertigt. Im Inneren des Gehäuses 8 befindet sich eine Leiterplatte 7, die mit der Spule 22 verbunden ist.
20 zeigt einen Zustand, in dem das Magnetteil 1D von der in 19 dargestellten Position in die +Z-Richtung bewegt wird und der erste Magnet 101 den Jochen 35 und 36 des Induktionsjochteils 3D zugewandt ist. Das Magnetteil 1D befindet sich in der ersten Position. Zu diesem Zeitpunkt ist der N-Pol-Teil des ersten Magneten 101 ist dem dritten Induktionsjoch 35 zugewandt, während der S-Pol-Teil des ersten Magneten 101 dem vierten Induktionsjoch 36 zugewandt ist.
Der aus dem N-Pol-Teil des ersten Magneten 101 austretende magnetische Fluss fließt in das dritte Induktionsjoch 35 und fließt durch das erste Induktionsjoch 33 zum +Y-seitigen Ende des Magnetkerns 21. Außerdem fließt der magnetische Fluss in der -Y-Richtung in den Magnetkern 21, fließt durch das -Y-seitige Ende des Magnetkerns 21 in das zweite Induktionsjoch 34 und fließt durch das vierte Induktionsjoch 36 zum S-Pol-Teil des ersten Magneten 101.
In der oben erläuterten 19 ist der zweite Magnet 102 den Jochen 35 und 36 des Induktionsjochteils 3D zugewandt. Das Magnetteil 1D befindet sich in der zweiten Position. Zu diesem Zeitpunkt ist der N-Pol-Teil des zweiten Magneten 102 dem vierten Induktionsjoch 36 zugewandt, während der S-Pol-Teil desselben dem dritten Induktionsjoch 35 zugewandt ist.
Der aus dem N-Pol-Teil des zweiten Magneten 102 austretende magnetische Fluss fließt in das vierte Induktionsjoch 36 und fließt durch das zweite Induktionsjoch 34 zum +Y-seitigen Ende des Magnetkerns 21. Außerdem fließt der magnetische Fluss in der +Y-Richtung in den Magnetkern 21, fließt durch das +Y-seitige Ende des Magnetkerns 21 in das erste Induktionsjoch 33, und fließt dann durch das dritte Induktionsjoch 35 zum S-Pol-Teil des zweiten Magneten 102.
In ähnlicher Weise, wenn der dritte Magnet 103 den Jochen 35 und 36 des Induktionsjochteils 3D zugewandt ist, fließt der magnetische Fluss im Magnetkern 21 in der -Y-Richtung. Wenn der vierte Magnet 104 den Jochen 35 und 36 des Induktionsjochteils 3D zugewandt ist, fließt der magnetische Fluss in +Y-Richtung im Magnetkern 21.
Auf diese Weise bewirkt die Verschiebung des Magnetteils 1D in die Z-Richtung, dass sich die Richtung des magnetischen Flusses im Magnetkern 21 abwechselnd in die -Y-Richtung und die +Y-Richtung umkehrt und somit eine hohe Impulsspannung von der Spule 22 ausgegeben werden kann. Das heißt, in der ersten bis vierten Ausführungsform wird die elektrische Energie durch horizontales Schwenken der Energieerzeugungsmodule 6 erzeugt, in der fünften Ausführungsform wird die elektrische Energie jedoch durch vertikales Schwenken des Energieerzeugungsmoduls 6D erzeugt.
Die von der Spule 22 ausgegebene Impulsspannung wird über nicht dargestellte Drähte an einen auf der Leiterplatte 7 montierten Prozessor 70 (21) weitergeleitet.
21 ist ein Schaubild, welches ein Beispiel für den Prozessor 70 zeigt. Der Prozessor 70 hat ein Gleichrichterelement 71, das die Impulsspannung von der Spule 22 gleichrichtet, und einen elektrischen Speicher 72, der die vom Gleichrichterelement 71 gleichgerichtete Spannung speichert. Auf diese Weise wird die vom Energieerzeugungselement 2 erzeugte elektrische Energie in den Energiespeicher 72 geladen. Die im Energiespeicher 72 gespeicherte elektrische Energie kann über die Anschlüsse E1 und E2 entnommen werden. In diesem Fall wird das Energieerzeugungsmodul 6D als eine wiederaufladbare Batterie genutzt.
22(A) ist eine Darstellung, welche ein Beispiel für die Form des Gehäuses 8 des Energieerzeugungsmoduls 6D zeigt. Das in 22(A) dargestellte Gehäuse 8 hat eine zylindrische Form, deren Länge in axialer Richtung länger ist als ihr Durchmesser. Das Gehäuse 8 hat vorzugsweise die gleiche Form wie eine D, C, AA oder AAA Trockenzellenbatterie. Die Formen der D, C, AA und AAA Trockenzellenbatterien entsprechen den durch R20, R14, R6 beziehungsweise R03 spezifizierten Formen und sind in Übereinstimmung mit der JIS-Norm (JIS_C8500:2017).
22(B) ist eine Darstellung, welche ein weiteres Beispiel für die Form des Gehäuses 8 zeigt. Das in 22(B) dargestellte Gehäuse 8 hat eine abgeflachte zylindrische Form, deren Länge in axialer Richtung kürzer ist als ihr Durchmesser. Das Gehäuse 8 hat vorzugsweise die gleiche Form wie die einer Knopfbatterie. Die Form der Knopfbatterie ist die durch R41, R43, R44, R48, R54, R55, R70 oder dergleichen spezifizierte Form in Übereinstimmung mit der JIS-Norm (JIS_C8500:2017).
Mit einer solchen Konfiguration können die wiederaufladbaren Batterien, die durch die Vibration der Bewegung von Menschen oder Maschinen oder durch Vibrationen in der Umgebung, wie zum Beispiel Windkraft, wieder aufgeladen werden, austauschbar mit Trockenzellenbatterien oder Knopfbatterien verwendet werden.
In diesem Beispiel ist der Prozessor 70 innerhalb des Gehäuses 8 des Energieerzeugungsmoduls 6D installiert, aber der Prozessor 70 kann auch außerhalb des Gehäuses 8 installiert sein. Darüber hinaus kann eine wiederaufladbare Batterie, beispielsweise eine handelsübliche Sekundärbatterie, außerhalb des Gehäuses 8 installiert werden.
In diesem Fall hat der Prozessor 70, wie in 23 dargestellt, das Gleichrichterelement 71, das die Impulsspannung von der Spule 22 gleichrichtet, und einen Ausgangsprozessor 73, der die durch das Gleichrichterelement 71 gleichgerichtete Spannung über die Anschlüsse E1 und E2 einer wiederaufladbaren Batterie, beispielsweise einer Sekundärbatterie, zuführt. Folglich wird die vom Energieerzeugungselement 2 erzeugte elektrische Energie einer Sekundärbatterie 9 zugeführt. In diesem Fall wird das Energieerzeugungsmodul 6D als ein Lader genutzt.
Das Energieerzeugungsmodul 6D der fünften Ausführungsform kann mit der in der ersten und vierten Ausführungsform beschriebenen Feder 56 ausgestattet sein. So können zum Beispiel kleine Vibrationen von Maschinerie, die regelmäßig vibrieren, mit Hilfe der Feder 56 verstärkt werden, um eine regelmäßige Aufladung durchzuführen.
Die Merkmale der jeweiligen Ausführungsformen können miteinander kombiniert werden. Beispielsweise können die in der fünften Ausführungsform beschriebene wiederaufladbare Batterie oder der Lader unter Verwendung der Energieerzeugungsmodule 6, 6A, 6B und 6C der ersten bis vierten Ausführungsform konfiguriert werden.
Obwohl vorstehend die bevorzugten Ausführungsformen konkret erläutert wurden, ist die vorliegende Offenbarung nicht auf die oben genannten Ausführungsformen beschränkt, und verschiedene Modifikationen und Änderungen können an diesen Ausführungsformen vorgenommen werden.
BESCHREIBUNG VON BEZUGSZEICHEN
1, 1A, 1B, 1C, 1D: Magnetteil, 2: Energieerzeugungselement, 3, 3A, 3B, 3C, 3D: Induktionsjochteil, 4: Abschirmung, 5, 5D: Umhüllung, 6, 6A, 6B, 6C, 6D: Energieerzeugungsmodul, 7: Leiterplatte, 8: wiederaufladbare Batterie, 9: Gehäuse, 11: erster Magnet, 12: zweiter Magnet, 13: dritter Magnet, 14: vierter Magnet, 15, 16, 17: Distanzstück, 18: erster Magnet, 19: zweiter Magnet, 21: Magnetkern, 22: Spule, 30: Gehäuse, 31, 33: erstes Induktionsjoch, 32, 34: zweites Induktionsjoch, 35: drittes Induktionsjoch, 36: viertes Induktionsjoch, 41: erstes Abschirmjoch, 42: zweites Abschirmjoch, 50: Aussparung, 56: Feder, 70: Prozessor, 71: Gleichrichterelement, 72: elektrischer Speicher, 73: Signalverarbeitungsschaltung, 81: Umhüllung, 101: erster Magnet, 102: zweiter Magnet, 103: dritter Magnet, 104: vierter Magnet, 105, 106, 107: Distanzstück, 111, 121, 131, 141, 181, 191: N-Pol-Teil, 112, 122, 132, 142, 182, 192: S-Pol-Teil.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 2018/097110 [0004]

Claims

Energieerzeugungsmodul, umfassend: ein Energieerzeugungselement, aufweisend einen Magnetkern, welcher in eine Richtung verlängert ist, und eine Spule, welche um den Magnetkern gewickelt ist; ein Induktionsjochteil, aufweisend ein erstes Induktionsjoch, welches ein Ende des Magnetkerns in einer Längsrichtung des Magnetkerns berührt und aus einem magnetischen Material gefertigt ist, und ein zweites Induktionsjoch, welches das andere Ende des Magnetkerns in der Längsrichtung berührt und aus einem magnetischen Material gefertigt ist; und ein Magnetteil, das relativ zu dem Energieerzeugungselement in einer Richtung senkrecht zur Längsrichtung verschiebbar ist, wobei das Magnetteil einen ersten Magneten und einen zweiten Magneten aufweist, die in seiner Verschiebungsrichtung angeordnet sind, wobei der erste Magnet einen N-Pol-Teil und einen S-Pol-Teil aufweist, die in der Längsrichtung angeordnet sind, wobei der zweite Magnet einen S-Pol-Teil und einen N-Pol-Teil aufweist, die in der Längsrichtung angeordnet sind, wobei der N-Pol-Teil des ersten Magneten und der S-Pol-Teil des zweiten Magneten in der Verschiebungsrichtung einander zugewandt sind, während der S-Pol-Teil des ersten Magneten und der N-Pol-Teil des zweiten Magneten in der Verschiebungsrichtung einander zugewandt sind, wobei, wenn sich das Magnetteil in einer ersten Position relativ zu dem Energieerzeugungselement befindet, der N-Pol-Teil des ersten Magneten dem ersten Induktionsjoch zugewandt ist, während der S-Pol-Teil des ersten Magneten dem zweiten Induktionsjoch zugewandt ist, und wobei, wenn sich das Magnetteil in einer zweiten Position relativ zu dem Energieerzeugungselement befindet, der S-Pol-Teil des zweiten Magneten dem ersten Induktionsjoch zugewandt ist, während der N-Pol-Teil des zweiten Magneten dem zweiten Induktionsjoch zugewandt ist.
Energieerzeugungsmodul nach Anspruch 1, ferner umfassend ein Distanzstück, das zwischen dem ersten Magneten und dem zweiten Magneten in der Verschiebungsrichtung angeordnet ist und aus einem nicht-magnetischen Material gefertigt ist.
Energieerzeugungsmodul nach Anspruch 2, wobei eine Breite des Distanzstücks in der Verschiebungsrichtung größer ist als eine Breite des ersten Magneten in der Verschiebungsrichtung und größer als eine Breite des zweiten Magneten in der Verschiebungsrichtung.
Energieerzeugungsmodul nach Anspruch 2 oder 3, wobei eine kürzeste Distanz zwischen dem Magnetteil und dem Induktionsjochteil geringer ist als eine Breite des Distanzstücks in der Verschiebungsrichtung.
Energieerzeugungsmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 4, ferner umfassend ein Abschirmjoch, das auf mindestens einer Seite des Induktionsjochteils in der Verschiebungsrichtung angeordnet ist und aus einem magnetischen Material gefertigt ist.
Energieerzeugungsmodul nach Anspruch 5, wobei das Abschirmjoch eine Länge aufweist, die größer als oder gleich der Gesamtlänge des N-Pol-Teils und des S-Pol-Teils des ersten Magneten in der Längsrichtung ist.
Energieerzeugungsmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Induktionsjochteil umfasst: ein drittes Induktionsjoch auf der Seite des Magnetteils relativ zum ersten Induktionsjoch, und ein viertes Induktionsjoch auf der Seite des Magnetteils relativ zum zweiten Induktionsjoch.
Energieerzeugungsmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 7, ferner umfassend eine Umhüllung, welche das Magnetteil hält, so dass das Magnetteil in der Verschiebungsrichtung verschiebbar ist, wobei das Energieerzeugungselement und das Induktionsjochteil an der Umhüllung befestigt sind, und wobei eine Distanz, um welche das Magnetteil in der Umhüllung verschiebbar ist, mindestens das Doppelte eines Abstands zwischen dem ersten Magneten und dem zweiten Magneten in der Verschiebungsrichtung beträgt.
Energieerzeugungsmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 8, ferner umfassend eine Feder, welche das Magnetteil in der Verschiebungsrichtung zu einer Seite hin zwingt.
Energieerzeugungsmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der erste Magnet und der zweite Magnet jeweils eine Magnetisierungsrichtung in einer Richtung senkrecht zu sowohl der Längsrichtung als auch der Verschiebungsrichtung aufweisen, und wobei das erste Induktionsjoch und das zweite Induktionsjoch auf einer Seite in der Magnetisierungsrichtung relativ zu dem Magnetteil angeordnet sind.
Energieerzeugungsmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der erste Magnet und der zweite Magnet jeweils eine Magnetisierungsrichtung in der Längsrichtung aufweisen, wobei das Induktionsjochteil auf einer Seite in einer Richtung senkrecht zu sowohl der Längsrichtung als auch der Verschiebungsrichtung relativ zu dem Magnetteil angeordnet ist, und wobei das erste Induktionsjoch und das zweite Induktionsjoch auf einer Seite des Magnetteils in der Längsrichtung angeordnet sind.
Energieerzeugungsmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei das Magnetteil ferner einen dritten Magneten und einen vierten Magneten aufweist, welche in der Verschieberichtung angeordnet sind.
Energieerzeugungsmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 12, ferner umfassend einen elektrischen Speicher, der mit der Spule des Energieerzeugungselements verbunden ist, und eine elektrische Ladung aufgrund einer vom Energieerzeugungselement erzeugten Impulsspannung speichert.
Energieerzeugungsmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 13, ferner umfassend ein Gleichrichterelement, das mit der Spule des Energieerzeugungselements verbunden ist, und eine von dem Energieerzeugungselement erzeugte Impulsspannung gleichrichtet.
Energieerzeugungsmodul nach Anspruch 14, ferner umfassend eine Ausgabeeinheit, die mit dem Gleichrichterelement verbunden ist, und welche die von dem Energieerzeugungselement erzeugte Impulsspannung an eine Sekundärbatterie ausgibt.
Energieerzeugungsmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 15, ferner umfassend ein Gehäuse, in welchem das Energieerzeugungselement, das Magnetteil und das Induktionsjochteil untergebracht sind, wobei das Gehäuse die gleiche Form wie eine D, C, AA oder AAA Trockenzellenbatterie, oder eine gleiche Form wie eine Knopfbatterie hat.