JP2003199313A - Vibrating generator - Google Patents

Vibrating generator

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JP2003199313A
JP2003199313A JP2001395493A JP2001395493A JP2003199313A JP 2003199313 A JP2003199313 A JP 2003199313A JP 2001395493 A JP2001395493 A JP 2001395493A JP 2001395493 A JP2001395493 A JP 2001395493A JP 2003199313 A JP2003199313 A JP 2003199313A
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coil
coils
permanent magnet
vibration
voltage
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Application number
JP2001395493A
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Japanese (ja)
Inventor
Hiroshi Hosaka
寛 保坂
Jun Okazaki
潤 岡崎
Kenji Shiba
建次 柴
Kiyoshi Itao
清 板生
Takeshi Sasaki
健 佐々木
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Original Assignee
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  • Control Of Eletrric Generators (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To solve the problem in a vibrating generator wherein power genera tion efficiency lowers as input amplitude changes. <P>SOLUTION: This vibrating generator, which converts vibration from the outside into induced voltage in coils by supporting the coils and a permanent magnet so as to be capable of relative movement, comprises the permanent magnet 3, a plurality of coils 1a to 1c which receives at least part of the magnetic flux of the permanent magnet 3, connection parts 24-1, 24-2 which mutually connect all or one of the plurality of coils 1a to 1c, and a control part 25 which controls the connection of the plurality of coils 1a to 1c, based on the induced voltage generated in the plurality of coils 1a. The control part 25 regulates the whole inductance, even when the amplitude from the outside changes, thus, the relative movement of the maximum amplitude can be maintained, thus stabilizing the generated voltage. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、機械や人の振動を
用いて発電する振動発電機に関し、特に、振動発電機の
発電効率を改善する技術に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a vibration power generator that generates electric power using vibration of a machine or a person, and more particularly to a technique for improving power generation efficiency of the vibration power generator.

【0002】[0002]

【従来の技術】モバイルパソコンなどの携帯電子機器で
は、電源の確保が最大の課題となっている。これら機器
の電源として一般的には電池が用いられるが、1次電池
では電池交換の手間が掛かり、2次電池では充電の手間
が掛かるという問題がある。一方、交換や充電が不要な
電源として電子機器に組み込み可能な発電機がある。こ
の種の発電機は、利用者が回転軸に取りつけられたハン
ドルやレバーを回転させることにより電力を発生させて
電子機器に供給するものである。この種の発電機には交
換や充電が不要であるものの、ハンドルなどを手で動か
す煩わしさがある。太陽電池や温度差電池を電子機器に
組み込むことも考えられる。これらを用いれば交換、充
電、ハンドルを回転するなどの手間は一切かからない
が、前者はかばんの中など光が当たらない場所では発電
できず、後者は皮膚に直接固定するなどして熱源に密着
しないと発電できない。また急速に充電することもでき
ない。
2. Description of the Related Art In portable electronic devices such as mobile personal computers, securing a power source is a major issue. Batteries are generally used as a power source for these devices, but there is a problem in that a primary battery requires battery replacement and a secondary battery requires charging. On the other hand, there is a generator that can be incorporated into an electronic device as a power supply that does not require replacement or charging. In this type of generator, a user rotates a handle or a lever attached to a rotating shaft to generate electric power and supply the electric power to an electronic device. Although this type of generator does not require replacement or charging, it has the trouble of manually moving the handle. It is also possible to incorporate a solar cell or a temperature difference battery into an electronic device. If you use these, there is no need to change, charge, rotate the handle, etc., but the former cannot generate electricity in a place where the light does not hit, such as in the bag, the latter does not adhere to the heat source by fixing it directly to the skin. And cannot generate electricity. Nor can it be charged rapidly.

【0003】上記の電池、発電機、太陽電池や温度差電
池とは異なる電源として、人や機械の動きを用いて自動
的に発電する振動発電機が腕時計などに使用されてい
る。振動発電機は、回転軸に固定された半円状の錘と、
回転軸に結合された永久磁石と、これに近接して設けら
れたコイルとを備え、人や機械の動きに伴う軸の回転を
歯車列により増速した後に永久磁石を回転させ、これに
よりコイルに誘導電圧を発生させるものである。腕など
にこの発電機を装着すると、腕の動きによって錘が回転
するのでコイルから電力を得ることが出来る。また、永
久磁石とコイルをばねで結合して外から振動を加えると
コイルと永久磁石が相対運動するので、やはりコイルか
ら電力を取り出すことができる。
As a power source different from the above-mentioned battery, generator, solar battery and temperature difference battery, a vibration generator which automatically generates power by using the movement of a person or machine is used in a wristwatch or the like. The vibration generator has a semi-circular weight fixed to the rotating shaft,
A permanent magnet coupled to the rotating shaft and a coil provided in the vicinity of the permanent magnet are provided, and the permanent magnet is rotated after the rotation of the shaft due to the movement of a person or machine is accelerated by the gear train. To generate an induced voltage. When this generator is attached to an arm or the like, the weight rotates due to the movement of the arm, so that power can be obtained from the coil. Further, when the permanent magnet and the coil are coupled with a spring and vibration is applied from the outside, the coil and the permanent magnet move relative to each other, so that electric power can also be taken out from the coil.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】これらの振動発電機は
ハンドルを回すなどの手間が不要であるとともに、設置
場所が自由であり、さらに、急速充電が可能であるなど
の利点がある。しかし、振動発電機にはその発電効率が
最大となる入力振幅が存在し、一方、人や機械の運動は
振幅が一定でないため、使用状況によっては発電効率が
著しく低下するという欠点があった。
These vibration power generators have the advantages that they do not require the trouble of turning the handle, that they can be installed anywhere, and that they can be rapidly charged. However, the vibration power generator has an input amplitude that maximizes the power generation efficiency. On the other hand, the motion of a person or a machine does not have a constant amplitude, so that the power generation efficiency is significantly reduced depending on the usage conditions.

【0005】本発明は、従来の振動発電機の欠点であっ
た、入力振幅が変化すると発電効率が低下するという欠
点を解決するためになされたものである。
The present invention has been made to solve the drawback of the conventional vibration power generator, that is, the power generation efficiency is lowered when the input amplitude changes.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】この発明に係る振動発電
機は、コイルと永久磁石を相対運動可能に支持して外部
からの振動を前記コイルの誘導電圧に変換する振動発電
機であって、永久磁石と、前記永久磁石の磁束の少なく
とも一部を受ける複数のコイルと、前記複数のコイルの
全部又は一部を相互に接続する接続部と、前記複数のコ
イルのひとつ又は複数に生じた誘導電圧に基づき前記複
数のコイルの接続を制御する制御部とを備えるものであ
る。
A vibration power generator according to the present invention is a vibration power generator which supports a coil and a permanent magnet so that they can move relative to each other and converts vibration from the outside into an induced voltage of the coil. A permanent magnet, a plurality of coils that receive at least a part of the magnetic flux of the permanent magnet, a connecting portion that connects all or a part of the plurality of coils to each other, and an induction generated in one or a plurality of the plurality of coils. And a control unit that controls the connection of the plurality of coils based on the voltage.

【0007】好ましくは、前記制御部は、前記複数のコ
イルのひとつ又は複数に生じた誘導電圧を予め定められ
た第1の電圧と比較し、この比較結果に基づき前記複数
のコイルの一部又は全部を相互に接続し、前記複数のコ
イルのひとつ又は複数に生じた誘導電圧を予め定められ
た第2の電圧と比較し、この比較結果に基づき前記複数
のコイルの少なくとも一部を切り離すように、前記接続
部を制御する。
Preferably, the control section compares the induced voltage generated in one or a plurality of the plurality of coils with a predetermined first voltage, and based on the comparison result, a part or a part of the plurality of coils. All of them are connected to each other, an induced voltage generated in one or a plurality of the plurality of coils is compared with a second predetermined voltage, and at least a part of the plurality of coils is disconnected based on the comparison result. , Controlling the connection.

【0008】好ましくは、前記第1の電圧値は前記第2
の電圧値よりも高い。
Preferably, the first voltage value is the second voltage value.
Higher than the voltage value of.

【0009】好ましくは、前記第1の電圧値は、前記複
数のコイルのいずれかと前記永久磁石が最大可動範囲を
外力の卓越周波数(dominant frequency)で正弦波状に
相対運動した場合に発生する、前記複数のコイルのひと
つ又は複数に生じる誘導電圧である。
Preferably, the first voltage value is generated when one of the plurality of coils and the permanent magnet relatively move in a maximum movable range in a sinusoidal manner at a dominant frequency of an external force. It is an induced voltage generated in one or more of the plurality of coils.

【0010】好ましくは、前記第2の電圧値は、前記複
数のコイルの少なくとも一部を切り離した後に、前記複
数のコイルのいずれかと前記永久磁石が最大可動範囲を
外力の卓越周波数で正弦波状に相対運動する場合におい
て前記複数のコイルのひとつ又は複数に生じる誘導電圧
である。
Preferably, the second voltage value is a sine wave at a maximum movable range of any one of the plurality of coils and the permanent magnet after the at least a part of the plurality of coils is cut off. It is an induced voltage generated in one or more of the plurality of coils in the case of relative movement.

【0011】好ましくは、前記複数のコイルと前記永久
磁石の間の相対運動の固有振動数は、外部から加えられ
る振動の卓越周波数に一致する。
Preferably, the natural frequency of the relative motion between the plurality of coils and the permanent magnet corresponds to the dominant frequency of the vibration applied from the outside.

【0012】例えば、前記接続部は、前記複数のコイル
の全部又は一部を直列に接続する。
For example, the connecting portion connects all or a part of the plurality of coils in series.

【0013】例えば、前記接続部は、前記複数のコイル
の全部又は一部を並列に接続する。
For example, the connecting portion connects all or part of the plurality of coils in parallel.

【0014】この発明に係る振動発電機は、コイルと永
久磁石を相対運動可能に支持して外部からの振動を前記
コイルの誘導電圧に変換する振動発電機であって、永久
磁石と、前記永久磁石の磁束の少なくとも一部を受ける
コイルと、前記コイルのインダクタンスを変化させるイ
ンダクタンス可変手段と、前記永久磁石と前記コイルの
相対運動の振幅を検出する検出部と、前記検出部の出力
に基づき前記コイルのインダクタンスを変化させる制御
部とを備えるものである。
An oscillating power generator according to the present invention is a oscillating power generator which supports a coil and a permanent magnet so that they can move relative to each other and converts an external vibration into an induction voltage of the coil. A coil that receives at least a part of the magnetic flux of the magnet, an inductance varying unit that changes the inductance of the coil, a detection unit that detects the amplitude of relative motion of the permanent magnet and the coil, and the detection unit based on the output of the detection unit. And a control unit that changes the inductance of the coil.

【0015】好ましくは、前記制御部は、前記永久磁石
と前記コイルが最大可動範囲内で相対運動するように前
記コイルのインダクタンスを制御する。
Preferably, the controller controls the inductance of the coil such that the permanent magnet and the coil move relative to each other within a maximum movable range.

【0016】好ましくは、前記制御部は、前記相対運動
の振幅が予め定められた第1の値よりも大きいとき前記
コイルのインダクタンスを増加させ、前記相対運動の振
幅が予め定められた第2の値よりも小さいとき前記コイ
ルのインダクタンスを減少させ、前記第1の値は前記第
2の値よりも大きい。
[0016] Preferably, the control unit increases the inductance of the coil when the amplitude of the relative movement is larger than a predetermined first value, and the control unit increases the inductance of the relative movement to a second predetermined value. When it is smaller than the value, the inductance of the coil is reduced, and the first value is larger than the second value.

【0017】本発明は、入力振幅に対応してコイルのイ
ンダクタンスを変化させることで、常に最大の発電効率
を得るものである。例えば、発電機のコイルを2個以上
備え、コイルの発生電圧により入力振幅を検知し、コイ
ルの接続を切り替えることによりインダクタンス(実効
巻数)を変化させる。
The present invention always obtains the maximum power generation efficiency by changing the inductance of the coil in accordance with the input amplitude. For example, two or more coils of the generator are provided, the input amplitude is detected by the voltage generated by the coils, and the connection of the coils is switched to change the inductance (effective number of turns).

【0018】例えば、振動体の振幅が徐々に増大し、第
1のコイルの発生電圧がある値(この電圧を第1の電圧
値と呼ぶ)に達したら、第2のコイルを接続して実効巻
き数を増大させる。すると、振動体の振幅が一度減少
し、第1のコイルの発生電圧も低下する。入力振幅がさ
らに増大すると、第1のコイルの発生電圧は再度増加す
る。そして第1のコイルの電圧が第1の電圧値に等しく
なったら、第3のコイルを接続する。以下、第1のコイ
ルの電圧が第1の電圧値に達するたびにコイルを追加す
る。このように、第1のコイルの電圧値のみによって接
続を行う理由は、コイルの数によらず、第1のコイルの
発生電圧は振動体の振幅に比例するためである。
For example, when the amplitude of the vibrating body is gradually increased and the voltage generated by the first coil reaches a certain value (this voltage is called the first voltage value), the second coil is connected and effective. Increase the number of turns. Then, the amplitude of the vibrating body once decreases, and the voltage generated by the first coil also decreases. When the input amplitude further increases, the voltage generated in the first coil increases again. When the voltage of the first coil becomes equal to the first voltage value, the third coil is connected. Hereinafter, a coil is added every time the voltage of the first coil reaches the first voltage value. The reason why the connection is made only by the voltage value of the first coil is that the generated voltage of the first coil is proportional to the amplitude of the vibrating body, regardless of the number of coils.

【0019】例えば、入力振幅が減少し、第1のコイル
の発生電圧がある値(この電圧を第2の電圧値と呼ぶ)
に達したら、コイルを1つ切り離す。すると、振動体の
振幅が一度増加し、第1のコイルの発生電圧も増加す
る。入力振幅がさらに減少すると、第1のコイルの発生
電圧は再度減少する。そして第1のコイルの電圧が第2
の電圧値に等しくなったら、第3のコイルを切り離す。
以下、第1のコイルの電圧が第2の電圧値に達するたび
にコイルを1つ切り離す。第2の電圧は、切り離し後の
コイルの組ごとに決める必要がある。これは、切り離し
後の振幅は切り離し後のコイルの組合せによって変わる
ためである。
For example, the input amplitude decreases and the voltage generated by the first coil has a certain value (this voltage is called the second voltage value).
When it reaches, disconnect one coil. Then, the amplitude of the vibrating body once increases, and the voltage generated by the first coil also increases. When the input amplitude further decreases, the voltage generated in the first coil decreases again. And the voltage of the first coil is the second
When it becomes equal to the voltage value of, the third coil is disconnected.
Hereinafter, one coil is disconnected each time the voltage of the first coil reaches the second voltage value. The second voltage needs to be determined for each set of coils after disconnection. This is because the amplitude after disconnection changes depending on the combination of coils after disconnection.

【0020】例えば、同じ入力振幅に対しては、ダンピ
ングが小さいほど発電効率がよいから、最大可動幅以下
ではコイルが少ないほどよい。入力振幅が大きく、コイ
ル振幅が最大可動幅以上になるとコイルがケースに衝突
し損傷の原因となるから、振幅を下げた方がよい。以上
により、コイル振幅が最大可動範囲に一致したときにコ
イルを追加するのが最適である。
For example, for the same input amplitude, the smaller the damping is, the higher the power generation efficiency is. Therefore, the smaller the maximum movable width is, the smaller the number of coils is. If the input amplitude is large and the coil amplitude exceeds the maximum movable width, the coil may collide with the case and cause damage, so it is better to lower the amplitude. From the above, it is optimal to add a coil when the coil amplitude matches the maximum movable range.

【0021】例えば、コイルを1つ切り離した後に、第
1のコイルと永久磁石との相対振幅が最大可動範囲とな
る外力振幅においてコイルを切り離す。切り離し前後で
衝突が起こらず、かつ効率最大となるのは、切り離し後
のコイル振幅が最大可動範囲に一致したときだからであ
る。
For example, after disconnecting one coil, the coil is disconnected at an external force amplitude in which the relative amplitude of the first coil and the permanent magnet is in the maximum movable range. The reason why collision does not occur before and after disconnection and the efficiency becomes maximum is when the coil amplitude after disconnection matches the maximum movable range.

【0022】[0022]

【発明の実施の形態】まず、振動発電機の概略について
説明する。代表的な振動発電機の構造を図10に示す。
図10は振動発電機の断面を示す。4個の永久磁石3a
乃至3dが2個の鉄製ヨーク2a,2bに固定されてい
る。ヨーク2aと2bは非磁性スペーサ4a及び4bに
より結合され、これら全体が板ばね5a,5bを介して
ベース6に支持されている。また、ヨーク2aと2b間
の隙間にはコイル1が挿入されている。コイル1はベー
ス6に剛に固定されている。図中の矢印の方向に外部か
らベース6に振動を加えると板ばね5a,5bにより支
持された永久磁石が左右に振動してコイル1を貫く磁束
が変化し、その結果コイル1に電圧が誘導される。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS First, an outline of a vibration power generator will be described. The structure of a typical vibration power generator is shown in FIG.
FIG. 10 shows a cross section of the vibration generator. 4 permanent magnets 3a
3 to 3d are fixed to two iron yokes 2a and 2b. The yokes 2a and 2b are connected by the non-magnetic spacers 4a and 4b, and the whole of them is supported by the base 6 via the leaf springs 5a and 5b. The coil 1 is inserted in the gap between the yokes 2a and 2b. The coil 1 is rigidly fixed to the base 6. When vibration is applied to the base 6 from the outside in the direction of the arrow in the figure, the permanent magnets supported by the leaf springs 5a and 5b vibrate left and right to change the magnetic flux penetrating the coil 1, and as a result, a voltage is induced in the coil 1. To be done.

【0023】図10の振動発電機を等価な力学モデルで
表すと図11となる。剛なケース13の中におもり10
があり、これはばね11とダンパー12によりケース1
3内部に支持されている。図10におけるコイル1と永
久磁石3a乃至3dからなる電磁誘導部、永久磁石3a
〜3dと鉄製ヨーク2a,2bと非磁性スペーサ4a,
4bの合計の慣性、板ばね5a,5bが、それぞれ図1
1におけるダンパー12、おもり10、ばね11に対応
する。発電量はダンパー12による消費エネルギで与え
られる。
The vibration generator of FIG. 10 is represented by an equivalent dynamic model as shown in FIG. Weight 10 in a rigid case 13
There is a case 1 with a spring 11 and a damper 12.
3 is supported inside. An electromagnetic induction portion including the coil 1 and the permanent magnets 3a to 3d in FIG. 10, the permanent magnet 3a
3d, iron yokes 2a and 2b, and non-magnetic spacer 4a,
The total inertia of 4b and the leaf springs 5a and 5b are respectively shown in FIG.
1 corresponds to the damper 12, the weight 10 and the spring 11. The amount of power generation is given by the energy consumed by the damper 12.

【0024】図11のモデルにおいて、ケース13が変
位振幅Ao、周波数ωで加振される場合、振動1周期当た
りの消費エネルギWは次式で与えられる。 W=πCωA2 (1)
In the model of FIG. 11, when the case 13 is excited with the displacement amplitude Ao and the frequency ω, the energy consumption W per one cycle of vibration is given by the following equation. W = πCωA 2 (1)

【0025】ここで、Aはケースと振動体との相対振
幅、Cはダンパー12の減衰係数である。式(1)におい
てWを最大化することを考える。WはCA2が大きいほど大
きい。Aは共振状態で最大となるから、振動体の固有振
動数を外力の周波数ωに一致させることがまず必要とな
る。つぎに、共振状態ではCとAは反比例する。このた
め、CA2はCが小さくAが大きいほど増大する。しかし、A
には上限があり、ケース内での振動体の可動幅以上には
できない。このため、可動幅一杯に振動体が振動するよ
うにCを設定すればよい。図10の振動発電機では、Cは
コイルの巻数によって変化させることが出来る。またC
が既知であれば、振動体の振幅Aは、Wすなわちコイルの
誘導電圧から知ることが出来る。
Here, A is the relative amplitude between the case and the vibrating body, and C is the damping coefficient of the damper 12. Consider maximizing W in equation (1). W is larger as CA 2 is larger. Since A becomes maximum in the resonance state, it is first necessary to match the natural frequency of the vibrating body with the frequency ω of the external force. Next, C and A are inversely proportional in the resonance state. Therefore, CA 2 increases as C decreases and A increases. But A
Has an upper limit and cannot exceed the movable width of the vibrating body in the case. Therefore, C may be set so that the vibrating body vibrates in the full movable width. In the vibration generator of FIG. 10, C can be changed by changing the number of turns of the coil. Also C
If is known, the amplitude A of the vibrating body can be known from W, that is, the induction voltage of the coil.

【0026】発明の実施の形態1.本発明の実施の形態
1に係る振動発電機を図1に示す。ケース13の中に、
断面がコの次形の永久磁石3が設けられている。これは
リニアガイド14により左右に移動できるようになって
いる。外力が加えられていないとき、ばね11により永
久磁石3はケース13の中央付近に保持されている。永
久磁石3の上方にはこれに対向して鉄製のヨーク2が設
けられている。ヨーク2にはコイル1a、コイル1b及
びコイル1cが巻き付けられている。ヨーク2はケース
13に固定されている。ケース13が外力により振動す
ると中の永久磁石3が左右に動き、永久磁石3とヨーク
2の相対的位置関係が変化し、これに伴いコイル1a〜
1cを貫く磁束が変化する。
First Embodiment of the Invention The vibration generator according to the first embodiment of the present invention is shown in FIG. In case 13,
A permanent magnet 3 having a U-shaped cross section is provided. This can be moved left and right by the linear guide 14. When no external force is applied, the spring 11 holds the permanent magnet 3 near the center of the case 13. An iron yoke 2 is provided above the permanent magnet 3 so as to face the permanent magnet 3. A coil 1a, a coil 1b, and a coil 1c are wound around the yoke 2. The yoke 2 is fixed to the case 13. When the case 13 vibrates due to an external force, the inner permanent magnet 3 moves to the left and right, and the relative positional relationship between the permanent magnet 3 and the yoke 2 changes.
The magnetic flux passing through 1c changes.

【0027】コイル1aの一方の端子には整流用のダイ
オード20が接続されている。コイル1aの他方の端子
にはスイッチ24−1の端子1Aが接続され、そしてス
イッチ24−1の共通端子1Cを介してコンデンサ21
に接続されている。ダイオード20の他端にはコンデン
サ21のもう一方の端子及び定電圧回路22の入力端が
接続されている。コイル1a〜1cからの電力はコンデ
ンサ21に蓄えられる。定電圧回路22はコンデンサ2
1を電源として例えば5Vの直流電圧を発生し、外部負
荷23を駆動する。なお、永久磁石3の振幅を大きくす
るため、その固有振動数を外力の周波数ωに一致させる
ことが望ましい。
A rectifying diode 20 is connected to one terminal of the coil 1a. The terminal 1A of the switch 24-1 is connected to the other terminal of the coil 1a, and the capacitor 21 is connected via the common terminal 1C of the switch 24-1.
It is connected to the. The other end of the diode 20 is connected to the other terminal of the capacitor 21 and the input end of the constant voltage circuit 22. The power from the coils 1a to 1c is stored in the capacitor 21. The constant voltage circuit 22 is the capacitor 2
1 is used as a power source to generate a DC voltage of, for example, 5 V to drive the external load 23. In addition, in order to increase the amplitude of the permanent magnet 3, it is desirable that its natural frequency be matched with the frequency ω of the external force.

【0028】スイッチ24−1は端子1A又は1Bのい
ずれか一方を端子1Cに接続する。スイッチ24−2は
端子2A又は2Bのいずれか一方を端子2Cに接続す
る。コイル1bの一方の端子にはスイッチ24−1の端
子1Aが接続されている。コイル1bはコイル1aと直
列に接続される。同様に、コイル1bの他端及びコイル
1cの一方の端子はスイッチ24−2の端子2Aに接続
されている。コイル1cの他端はスイッチ24−2の他
の端子2Bに接続されている。スイッチ24−2の共通
端子2Cはスイッチ24−1の他の端子1Bに接続され
ている。このようにコイル1a〜1cは直列に接続され
るとともに、コイル1a〜1cに接続されたスイッチ2
4−1と24−2も直列に接続されている。スイッチ2
4−1及び24−2を適宜切り換えることにより、コイ
ル1aのみを使用する状態(スイッチ24−1が端子1
Aを選択した場合)、コイル1a及び1bを使用する状
態(スイッチ24−1が端子1Bを選択し、スイッチ2
4−2が2Aを選択する場合)、コイル1a〜1cの全
てを使用する状態(スイッチ24−1が端子1Bを選択
し、スイッチ24−2が端子2Bを選択する場合)のい
ずれかの状態をとることができる。
The switch 24-1 connects either one of the terminals 1A and 1B to the terminal 1C. The switch 24-2 connects either one of the terminals 2A and 2B to the terminal 2C. The terminal 1A of the switch 24-1 is connected to one terminal of the coil 1b. The coil 1b is connected in series with the coil 1a. Similarly, the other end of the coil 1b and one terminal of the coil 1c are connected to the terminal 2A of the switch 24-2. The other end of the coil 1c is connected to the other terminal 2B of the switch 24-2. The common terminal 2C of the switch 24-2 is connected to the other terminal 1B of the switch 24-1. In this way, the coils 1a to 1c are connected in series and the switch 2 connected to the coils 1a to 1c.
4-1 and 24-2 are also connected in series. Switch 2
By appropriately switching 4-1 and 24-2, only the coil 1a is used (the switch 24-1 is set to the terminal 1).
When A is selected), the coils 1a and 1b are used (switch 24-1 selects terminal 1B, switch 2).
4-2 selects 2A), or any state of using all of the coils 1a to 1c (when switch 24-1 selects terminal 1B and switch 24-2 selects terminal 2B) Can be taken.

【0029】制御回路25は、コイル1aの端子A(コ
イル1a〜1cの共通端子)と端子1A間の電圧レベ
ル、すなわちコイル1aの出力電圧を測定するととも
に、この測定結果に基づき内部で論理演算を行い、その
結果に基づきスイッチ24−1及びスイッチ24−2を
切り替える。制御回路25は定電圧回路22の出力から
電力を受けて作動する。制御回路25の処理フローチャ
ートを図2に示す。
The control circuit 25 measures the voltage level between the terminal A of the coil 1a (common terminal of the coils 1a to 1c) and the terminal 1A, that is, the output voltage of the coil 1a, and internally performs a logical operation based on the measurement result. And the switch 24-1 and the switch 24-2 are switched based on the result. The control circuit 25 operates by receiving electric power from the output of the constant voltage circuit 22. A processing flowchart of the control circuit 25 is shown in FIG.

【0030】図2において、S3とS4はコイル1aの
出力電圧のレベルを所定の閾値と比較するステップであ
る。S3とS4は相対運動の振幅を判定するものであ
る。この判定結果に応じてコイル1a〜1cが適宜選択
される。S5〜S7はコイル1aに1bを直列に接続す
るためのステップであり、S8〜S10はコイル1a〜
1cを直列に接続するためのステップであり、S11〜
S3はコイル1cを切り離すためのステップであり、S
14〜S16はさらにコイル1bを切り離してコイル1
aのみを使用するためのステップである。別の見方をす
れば、S5〜S10は振幅が増大する際に接続するコイ
ルの数を増やすためのステップであり、他方、S11〜
S16は振幅が減少する際に接続するコイルの数を減ら
すためのステップである。要するに、図2の処理は、コ
イル1aの出力電圧に基づき振幅が増大しているかある
いは減少しているかを判断し、増大しているときはその
程度に応じてコイルを直列に接続していくとともに、減
少しているときはその程度に応じて接続されるコイルの
数を減らしていくものである。
In FIG. 2, S3 and S4 are steps for comparing the level of the output voltage of the coil 1a with a predetermined threshold value. S3 and S4 determine the amplitude of the relative motion. The coils 1a to 1c are appropriately selected according to the determination result. S5 to S7 are steps for connecting 1b to the coil 1a in series, and S8 to S10 are coils 1a to
1c is a step for connecting 1c in series.
S3 is a step for disconnecting the coil 1c, and S3
14 to S16, the coil 1b is further separated to remove the coil 1
This is a step for using only a. From another point of view, S5 to S10 are steps for increasing the number of coils to be connected when the amplitude increases, while S11 to S10
S16 is a step for reducing the number of coils to be connected when the amplitude decreases. In short, the process of FIG. 2 judges whether the amplitude is increasing or decreasing based on the output voltage of the coil 1a, and when it is increasing, the coils are connected in series according to the degree. When the number of coils is decreasing, the number of connected coils is decreased according to the degree.

【0031】発明の実施の形態1に係る振動発電機の動
作を説明する。本発明の実施の形態1に係る振動発電機
は、好ましくは周波数が一定で振幅が変化する機械に設
置される。例えば、回転部をもつトンネル掘削機などが
該当する。ケース13の振動波形が図3(a)の場合に
ついて説明する。時刻t1に振動が始まり、徐々に振幅が
増大し、時刻t4で最大となり、その後減少し、時刻t7
振動が停止するものとする。
The operation of the vibration power generator according to the first embodiment of the invention will be described. The vibration power generator according to the first embodiment of the present invention is preferably installed in a machine whose frequency is constant and whose amplitude changes. For example, a tunnel excavator having a rotating part is applicable. A case where the vibration waveform of the case 13 is as shown in FIG. 3A will be described. It is assumed that the vibration starts at time t 1 , the amplitude gradually increases, reaches the maximum at time t 4 , decreases thereafter, and stops at time t 7 .

【0032】はじめ、スイッチ24−1は端子1Aを、
スイッチ24−2は端子2Aを選択している。外部から
振動が加わると永久磁石3が左右に振動する。この結
果、ヨーク2及びコイル1a〜1cが永久磁石3に対し
て相対運動することになるので、コイル1aの両端に誘
導電圧が発生する。するとコンデンサ21に電荷が蓄積
され、端子B(コンデンサ21のダイオード20接続側
の端子)と端子1C(コンデンサ21の他端)間の電圧
が上昇し、これが一定値以上になると定電圧回路22か
ら一定のDC電圧が出力される。これにより制御回路2
5が起動する。
Initially, the switch 24-1 changes the terminal 1A to
The switch 24-2 selects the terminal 2A. When vibration is applied from the outside, the permanent magnet 3 vibrates left and right. As a result, the yoke 2 and the coils 1a to 1c move relative to the permanent magnet 3, so that an induced voltage is generated across the coil 1a. Then, the electric charge is accumulated in the capacitor 21, and the voltage between the terminal B (terminal of the capacitor 21 on the diode 20 connection side) and the terminal 1C (the other end of the capacitor 21) rises. A constant DC voltage is output. As a result, the control circuit 2
5 starts.

【0033】制御回路25は、図2に示されたアルゴリ
ズムによりスイッチ24−1、スイッチ24−2を切り
替える。具体的には次のとおりである。
The control circuit 25 switches between the switch 24-1 and the switch 24-2 according to the algorithm shown in FIG. Specifically, it is as follows.

【0034】S1:制御回路25には予め閾値Von、V
off1、Voff2が設定されている。Vonは振幅増大時の閾値
であり、Voff1及びVoff2は振幅減少時の閾値である。典
型的には、Von>Voff1>Voff2である。最初の段階ではV
off=Voff1とされる。
S1: The control circuit 25 has thresholds V on and V in advance.
off1, V off2 has been set. V on is the threshold at the time of increased amplitude, V off1 and V off2 is the threshold at the time the amplitude decreases. Typically, a V on> V off1> V off2 . V in the first stage
off = V off1 .

【0035】S2:端子A・1A間の電圧の包絡線Vi
測定する。端子A・1A間電圧Viは図3(b)のように変
化し、その包絡線は同図の点線で与えられる。
S2: Measure the voltage envelope V i between the terminals A and 1A. The voltage V i between the terminals A and 1A changes as shown in FIG. 3B, and its envelope is given by the dotted line in the figure.

【0036】S3:Viを閾値Vonと比較する。振動開始
直後には、ケース振動振幅の増大に対応してコイル1a
の誘導電圧が増大し、Viも増大する。ある時刻t2になる
と、ヨークの振幅が可動部振幅に等しくなる。このと
き、コイル1aが発生する誘導電圧がVonである。Von
値は、あらかじめ制御回路25に記憶されている。
S3: Compare V i with a threshold V on . Immediately after the start of vibration, the coil 1a responds to the increase in the case vibration
The induced voltage of V increases and V i also increases. Becomes a certain time t 2, the amplitude of the yoke is equal to the movable portion amplitude. At this time, the induced voltage generated by the coil 1a is V on . The value of V on is stored in the control circuit 25 in advance.

【0037】S5〜S7:制御回路25は、時刻t2でVi
がVonよりも大きくなったことを認識すると、スイッチ
24−1を端子1B側に倒す。すると、コイル1aとコイ
ル1bが直列接続され、インダクタンスが2倍となり、
ヨーク2の振動に制動が掛かる。このため、時刻t2
は、Viが急激に低下する。また、コイル1aとコイル1
bの誘導電圧の合計値、すなわち、端子A・1C間の電圧
(図3(c))も低下する。これは、ケース振幅が同じ
場合、ヨーク振幅が大きいほど誘導電圧が大きいためで
ある。この後、ステップS2及びS3の処理を繰り返
す。
S5 to S7: The control circuit 25 causes V i at time t 2.
When it is recognized that V is larger than V on , the switch 24-1 is tilted to the terminal 1B side. Then, the coil 1a and the coil 1b are connected in series, and the inductance doubles,
The vibration of the yoke 2 is braked. For this reason, at time t 2, V i is rapidly lowered. Also, the coil 1a and the coil 1
The total value of the induced voltage of b, that is, the voltage between the terminals A and 1C (FIG. 3C) also decreases. This is because when the case amplitude is the same, the larger the yoke amplitude, the larger the induced voltage. After that, the processes of steps S2 and S3 are repeated.

【0038】S8〜S10:ケース振幅がさらに増加す
ると、ヨーク振幅が再び増加し、時刻t3でViが再びVon
に達する。すると制御回路25は、スイッチ24−2を
スイッチ2B側に倒す。すると、コイル1aとコイル1
bとコイル1cが直列接続され、インダクタンスがさら
に増加し、ヨークの振動に制動が掛かる。このため、時
刻t3では、Viが急激に低下する。また、端子A・1C間の
電圧も低下する。この後、ステップS2及びS3の処理
を繰り返す。
S8-S10: When the case amplitude further increases, the yoke amplitude again increases, and at time t 3 , V i returns to V on again.
Reach Then, the control circuit 25 turns the switch 24-2 to the switch 2B side. Then, the coil 1a and the coil 1
b and the coil 1c are connected in series, the inductance further increases, and the vibration of the yoke is damped. Therefore, at time t 3 , V i sharply drops. The voltage between terminals A and 1C also drops. After that, the processes of steps S2 and S3 are repeated.

【0039】S11〜S13:ケース振幅がさらに増加
し、やがて減少に転じると、Viも低下する。時刻t5にな
ると、ViはVoff2に等しくなる。すると制御回路は、ス
イッチ24−2を端子2A側に倒す。すると、コイル1
cが切り離され、コイル1aとコイル1bのみがコンデ
ンサ21に接続された状態となる。するとインダクタン
スが減少し、ヨーク2振動の制動が弱まり、ヨーク振幅
が増大する。このため、時刻t5では、Viが急激に上昇す
る。このとき、ヨーク振幅が可動幅に一致するように、
Voff2は設定されている。つまり、Voff2は、この電圧で
コイル1cを切り離したならば、インダクタンスの減少
によりコイル1と永久磁石3の相対運動の振幅が増大
し、その結果、振幅が最大可動範囲(可動範囲)に一致
するように決められる。Voff2は、予め制御回路に記憶
にされている。また、端子A・1C間の電圧も上昇する。
この後、ステップS2及びS3の処理を繰り返す。
S11 to S13: When the case amplitude further increases and then starts to decrease, V i also decreases. At time t 5 , V i becomes equal to V off2 . Then, the control circuit tilts the switch 24-2 to the terminal 2A side. Then coil 1
c is disconnected, and only the coils 1a and 1b are connected to the capacitor 21. Then, the inductance is reduced, damping of the vibration of the yoke 2 is weakened, and the yoke amplitude is increased. Therefore, at time t 5 , V i rises sharply. At this time, so that the yoke amplitude matches the movable width,
V off2 is set. That is, if the coil 1c is disconnected at this voltage, V off2 increases the amplitude of the relative motion between the coil 1 and the permanent magnet 3 due to the decrease in inductance, and as a result, the amplitude matches the maximum movable range (movable range). Decided to do. V off2 is stored in advance in the control circuit. The voltage between terminals A and 1C also rises.
After that, the processes of steps S2 and S3 are repeated.

【0040】S14〜S16:ケース振幅がさらに減少
すると、ヨーク振幅が再び減少し、時刻t6でViがVoff1
に達する。すると制御回路は、スイッチ24−1をスイ
ッチ1A側に倒す。すると、コイル1bが切り離され、
コイル1aのみがコンデンサ21に接続された状態とな
る。するとインダクタンスが減少し、ヨーク振幅が増大
する。このため、時刻t6では、Viが急激に上昇する。こ
のとき、ヨーク振幅が可動幅に一致するように、Voff1
は設定されている。つまり、Voff2は、この電圧でコイ
ル1bを切り離してコイル1aのみにしたならば、イン
ダクタンスの減少によりコイル1と永久磁石3の相対運
動の振幅が増大し、その結果、振幅が最大可動範囲(可
動範囲)に一致するように決められる。Voff1は、予め
制御回路に記憶されている。また時刻t6で、端子A・1C
間の電圧も一度上昇する。
S14-S16: When the case amplitude further decreases, the yoke amplitude again decreases, and at time t 6 , V i changes to V off1.
Reach Then, the control circuit tilts the switch 24-1 to the switch 1A side. Then, the coil 1b is separated,
Only the coil 1a is connected to the capacitor 21. Then the inductance decreases and the yoke amplitude increases. For this reason, at time t 6, V i rises rapidly. At this time, set V off1 so that the yoke amplitude matches the movable width.
Is set. That is, in V off2 , if the coil 1b is separated by this voltage and only the coil 1a is used, the amplitude of the relative movement between the coil 1 and the permanent magnet 3 increases due to the reduction of the inductance, and as a result, the amplitude is in the maximum movable range ( Movable range) is determined to match. V off1 is stored in the control circuit in advance. Also, at time t 6 , terminal A / 1C
The voltage between them also rises once.

【0041】ケース振幅がさらに減少すると、コイルの
誘導電圧が再度低下し、やがて定電圧回路22の出力が
停止し、制御回路25も停止する。
When the case amplitude further decreases, the induction voltage of the coil decreases again, and eventually the output of the constant voltage circuit 22 stops and the control circuit 25 also stops.

【0042】コンデンサ21の端子間電圧は、図3
(d)のように変化する。端子A・1C間電圧が大きいほ
ど早く充電される。
The voltage across the terminals of the capacitor 21 is shown in FIG.
It changes like (d). The higher the voltage between terminals A and 1C, the faster the charge.

【0043】以上の動作を、従来の振動発電機と比較し
てみる。発電機の出力はコンデンサの電圧で決まるか
ら、端子A・1C間電圧の包絡線を比較する。図4(a)
はケース振幅を示し、図4(b)は本発明の実施の形態
における端子A・1C間電圧を示し、図4(c)の実線
はコイル1aのみ使用した場合の端子A・1C間電圧を
示し(点線は図4(b)のグラフを示す)、図4(d)
実線はコイル1a〜1cを直列に接続した場合の端子A
・1C間電圧を示す(点線は図4(b)のグラフを示
す)。いずれも包絡線のみを示す。図4(c)と図4
(d)が従来の方式に対応する。
The above operation will be compared with the conventional vibration generator. Since the output of the generator is determined by the voltage of the capacitor, compare the envelopes of the voltage between terminals A and 1C. Figure 4 (a)
Shows the case amplitude, FIG. 4 (b) shows the voltage between the terminals A and 1C in the embodiment of the present invention, and the solid line in FIG. 4 (c) shows the voltage between the terminals A and 1C when only the coil 1a is used. (Dashed line indicates the graph of FIG. 4B), and FIG.
The solid line indicates the terminal A when the coils 1a to 1c are connected in series.
-The voltage between 1C is shown (the dotted line shows the graph of FIG. 4B). All show only the envelope. 4C and FIG.
(D) corresponds to the conventional method.

【0044】図4(b)とコイル1aのみの場合の図4
(c)を対比すると、時刻t1からt2の間は本発明の実施
の形態による電圧と従来方式の電圧は同じである。しか
し、図4(c)の場合は時刻t2から時刻t6の間において
電圧は頭打ちであり増加しない。これはヨーク2がケー
ス13に衝突しながら振動し、振幅は増大しないためで
ある。これに対し、図4(b)の場合は電圧が増大し、
時刻t4でピークになる。時刻t6以後はヨーク2がケース
13に衝突することなく振動するため、図4(b)のグ
ラフと図4(c)のグラフは同じとなる。結局、時刻t2
から時刻t6の間において、本発明の実施の形態に係る装
置の方がより高い電圧を発生することができて従来の手
法よりも優れていることがわかる。
FIG. 4B and FIG. 4 in the case of only the coil 1a
Comparing (c), the voltage according to the embodiment of the present invention and the voltage according to the conventional method are the same from time t 1 to time t 2 . However, in the case of FIG. 4C, the voltage has reached a peak between time t 2 and time t 6 and does not increase. This is because the yoke 2 vibrates while colliding with the case 13, and the amplitude does not increase. On the other hand, in the case of FIG. 4B, the voltage increases,
It peaks at time t 4 . Since the yoke 2 vibrates without colliding with the case 13 after the time t 6, the graph of FIG. 4B and the graph of FIG. 4C are the same. After all, time t 2
It can be seen that from time t 6 to time t 6 , the device according to the embodiment of the present invention can generate a higher voltage and is superior to the conventional method.

【0045】図4(b)と3つのコイルを最初から直列
接続した場合の図4(d)を対比すると、時刻t3からt5
の間は、本発明の実施の形態に係る装置と従来の装置の
インダクタンスは等しく、電圧も等しい。しかし、時刻
t1からt3の間、および時刻t4からt6の間は、従来の装置
のインダクタンスすなわちヨークに働く制動力が大き
い。このため、これらの時間において従来の装置は同図
に点線で示した本発明の実施の形態に係る装置より劣
る。
Comparing FIG. 4 (b) with FIG. 4 (d) when three coils are connected in series from the beginning, time t 3 to t 5
During the period, the device according to the embodiment of the present invention and the conventional device have the same inductance and the same voltage. But the time
Between t 1 and t 3 and between times t 4 and t 6 , the inductance of the conventional device, that is, the braking force acting on the yoke is large. Therefore, at these times, the conventional device is inferior to the device according to the embodiment of the present invention shown by the dotted line in FIG.

【0046】ケース振幅が小さい場合において本発明の
実施の形態に係る装置を従来の振動発電機と比較してみ
る。図5(a)はケース振幅、図5(b)は本発明の実
施の形態による端子A・1C間電圧、図5(c)は1つ
のコイルのみ使用した場合の端子A・1C間電圧、図5
(d)は3つのコイルを最初から直列に接続した場合の
端子A・1C間電圧である。これらの図はケース振幅が
小さく、本発明の実施の形態においてコイルの接続切り
換えが生じない場合、つまりViがVonに達しない場合を
示す。この場合、1つのコイルのみ使用されるから図5
(b)の電圧と図5(c)の電圧は同じである。一方、
図5(d)のコイル1a〜1cを直列接続した場合の発
生電圧は、ヨークに働く制動力が大きくヨークがほとん
ど振動しないため、図5(b)あるいは図5(c)の場
合よりも低い。
When the case amplitude is small, the device according to the embodiment of the present invention will be compared with the conventional vibration generator. 5A is a case amplitude, FIG. 5B is a voltage between terminals A and 1C according to the embodiment of the present invention, and FIG. 5C is a voltage between terminals A and 1C when only one coil is used. Figure 5
(D) is the voltage between terminals A and 1C when three coils are connected in series from the beginning. These figures show the case where the case amplitude is small, and the coil connection switching does not occur in the embodiment of the present invention, that is, the case where V i does not reach V on . In this case, since only one coil is used, FIG.
The voltage in (b) and the voltage in FIG. 5 (c) are the same. on the other hand,
The voltage generated when the coils 1a to 1c in FIG. 5D are connected in series is lower than that in the case of FIG. 5B or 5C because the braking force acting on the yoke is large and the yoke hardly vibrates. .

【0047】以上のように、本発明の実施の形態によれ
ば、振幅が大きいとき小さいときのいずれの場合におい
てもより高い電圧を発生させることができる。
As described above, according to the embodiment of the present invention, it is possible to generate a higher voltage regardless of whether the amplitude is large or small.

【0048】なお、制御回路25を駆動するため、本発
明の実施の形態において最終的に得られる出力は、その
消費電力を差し引いたものとなる。制御回路の機能は、
振動的な電圧から包絡線を抽出することと、その電圧値
にもとづきスイッチを切り替えることである。前者はAM
検波と同じであり、受動素子のみで構成できる。後者
は、切り替え頻度が高々数秒に1回と低頻度なため、演
算は遅くてよく、消費電力1mW以下のマイクロプロセッ
サで十分実現できる。一方、振動発電機は、10cm角程度
の大きさで出力20mW〜1Wのものが製作されている。この
ため、制御回路25による損失は無視できるほどに小さ
い。
Since the control circuit 25 is driven, the output finally obtained in the embodiment of the present invention is obtained by subtracting the power consumption. The function of the control circuit is
It is to extract the envelope from the oscillating voltage and to switch the switch based on the voltage value. The former is AM
This is the same as the detection, and can be composed of only passive elements. In the latter case, the switching frequency is as low as once every few seconds, so the calculation may be slow and can be sufficiently realized by a microprocessor with power consumption of 1 mW or less. On the other hand, vibration generators with a size of about 10 cm square and an output of 20 mW to 1 W are manufactured. Therefore, the loss due to the control circuit 25 is so small that it can be ignored.

【0049】発明の実施の形態2.発明の実施の形態1
は、振動振幅の大きさに応じてコイルを直列接続で追加
するものであった。この発明はこれに限定されず、コイ
ルを並列接続で追加する場合にも適用できる。
Second Embodiment of the Invention First Embodiment of the Invention
Was to add coils in series according to the magnitude of vibration amplitude. The present invention is not limited to this, and can be applied to the case of adding coils in parallel connection.

【0050】本発明の実施の形態2に係る装置を図6に
示す。ケース13の中に、コの次形の永久磁石3があ
り、リニアガイド14により左右に移動できるようにな
っている。またばね11により、ケース13の中央付近
に保持されている。永久磁石3の上方には、鉄製のヨー
ク2があり、コイル1a、コイル1b、コイル1cが巻
き付けられている。コイル1aの一方の端子にはダイオ
ード20が接続され、さらにコンデンサ21、定電圧回
路22がつながっている。定電圧回路22は、例えば5
Vの直流電圧を発生し、外部負荷23を駆動する。コイ
ル1b、コイル1cはそれぞれ一方の端子がコイル1a
の端子とつながり、他方の端子がスイッチ26−1、ス
イッチ26−2につながっている。制御回路25は、定
電圧回路22の出力を電力として駆動する。端子A・C
間の電圧レベルを測定し、内部で論理演算を行い、スイ
ッチ26−1、スイッチ26−2を切り替えるようにな
っている。
FIG. 6 shows an apparatus according to the second embodiment of the present invention. Inside the case 13, there is a permanent magnet 3 of the following shape, which can be moved left and right by a linear guide 14. Further, it is held near the center of the case 13 by the spring 11. Above the permanent magnet 3, there is an iron yoke 2 around which the coil 1a, the coil 1b, and the coil 1c are wound. A diode 20 is connected to one terminal of the coil 1a, and a capacitor 21 and a constant voltage circuit 22 are further connected. The constant voltage circuit 22 has, for example, 5
A DC voltage of V is generated to drive the external load 23. One terminal of each of the coil 1b and the coil 1c is the coil 1a.
, And the other terminal is connected to the switch 26-1 and the switch 26-2. The control circuit 25 drives the output of the constant voltage circuit 22 as electric power. Terminal A / C
The voltage level between them is measured, a logical operation is internally performed, and the switch 26-1 and the switch 26-2 are switched.

【0051】制御回路25の制御フローチャートを図7
に示す。発明の実施の形態2に係る装置の動作を説明す
る。ケース振幅は図4(a)と同様に変化するものとす
る。はじめ、スイッチ26―1、スイッチ26−2は開
いている。外部から振動が加わると、ヨーク2が永久磁
石3に対して相対運動して、コイル1aに誘導電圧が発
生する。するとコンデンサ21に電荷が蓄積され、端子
B・C間の電圧が一定値以上になると定電圧回路22か
ら一定のDC電圧が出力される。これにより、制御回路
25が起動する。
FIG. 7 is a control flowchart of the control circuit 25.
Shown in. The operation of the apparatus according to the second embodiment of the invention will be described. It is assumed that the case amplitude changes as in FIG. Initially, the switch 26-1 and the switch 26-2 are open. When vibration is applied from the outside, the yoke 2 moves relative to the permanent magnet 3 and an induced voltage is generated in the coil 1a. Then, electric charges are accumulated in the capacitor 21, and when the voltage between the terminals B and C becomes a certain value or more, the constant voltage circuit 22 outputs a constant DC voltage. This activates the control circuit 25.

【0052】制御回路内部では、図7のアルゴリズムに
よりスイッチ26−1、スイッチ26−2を切り替え
る。まず端子A・C間の電圧の包絡線Viを測定する。端
子A・C間電圧は、実施の形態1で示した図3(b)と
ほぼ同じ形で変化する。ヨークの相対振幅が可動部振幅
に等しいときに、コイル1aが発生する誘導電圧をVon
とする。制御回路は、 ViがVonに等しくなったことを認
識すると、スイッチ26−1を閉じる。すると、コイル
1aとコイル1bが並列接続され、インダクタンスが2
倍となる。この直後、Viは一度低下する。
Inside the control circuit, the switch 26-1 and the switch 26-2 are switched by the algorithm of FIG. First, the voltage envelope V i between the terminals A and C is measured. The voltage between terminals A and C changes in substantially the same manner as in FIG. 3B shown in the first embodiment. When the relative amplitude of the yoke is equal to the amplitude of the movable part, the induced voltage generated by the coil 1a is set to V on.
And When the control circuit recognizes that V i has become equal to V on , it closes switch 26-1. Then, the coil 1a and the coil 1b are connected in parallel, and the inductance is 2
Doubled. Immediately after this, V i drops once.

【0053】ケース振幅がさらに増加し、再び ViがVon
に達すると、制御回路25は、スイッチ26−2を閉じ
る。すると、コイル1a〜1cが並列接続され、インダ
クタンスがさらに増加する。
The case amplitude further increases, and V i becomes V on again.
Control circuit 25 closes the switch 26-2. Then, the coils 1a to 1c are connected in parallel, and the inductance further increases.

【0054】ケース振幅がさらに増加し、やがて減少す
ると、Viも低下する。 ViがVoff2に等しくなると、制御
回路26はスイッチ26−2を開く。すると、コイル1
cが切り離され、コイル1aとコイル1bのみがコンデ
ンサ21に接続された状態となる。このときヨーク振幅
は一度増加する。Voff2は、切り離し後のヨーク振幅が
可動幅に等しくなるように設定されている。
When the case amplitude further increases and then decreases, V i also decreases. When V i equals V off2 , control circuit 26 opens switch 26-2. Then coil 1
c is disconnected, and only the coils 1a and 1b are connected to the capacitor 21. At this time, the yoke amplitude increases once. V off2 is set so that the yoke amplitude after separation becomes equal to the movable width.

【0055】ケース振幅がさらに減少すると、 ViがV
off1に達する。すると制御回路25は、スイッチ26−
1を開く。すると、コイル1bが切り離され、コイル1
aのみがコンデンサ21に接続された状態となる。V
off1は、切り離し後のヨーク振幅が可動幅に等しくなる
ように設定されている。
When the case amplitude further decreases, V i becomes V
reaches off1 . Then, the control circuit 25 causes the switch 26-
Open one. Then, the coil 1b is disconnected, and the coil 1b
Only a is connected to the capacitor 21. V
off1 is set so that the yoke amplitude after separation becomes equal to the movable width.

【0056】ケース振幅がさらに減少すると、コイルの
誘導電圧が再度低下し、やがて定電圧回路22の出力が
停止し、制御回路26も停止する。
When the case amplitude further decreases, the induction voltage of the coil decreases again, and eventually the output of the constant voltage circuit 22 stops and the control circuit 26 also stops.

【0057】コンデンサ21の端子間電圧も、実施の形
態1で示した図3(d)の類似の波形で変化する。実施
の形態1と同様に、端子A・C間の電圧は、従来のコイ
ル1のみの場合、コイル1、2、3が固定的に並列接続
された場合のいずれよりも大きい。
The voltage across the terminals of the capacitor 21 also changes with a waveform similar to that of FIG. 3 (d) shown in the first embodiment. Similar to the first embodiment, the voltage between the terminals A and C is higher than in the case of only the conventional coil 1 and in the case where the coils 1, 2, and 3 are fixedly connected in parallel.

【0058】発明の実施の形態3.上記発明の実施の形
態1、2において、コイル1aの電圧に基づきコイルの
切り換えを行っていた。この発明はこれに限定されな
い。相対運動の振幅を検出するほかの手段、例えば最大
振幅の近傍に設けられたスイッチや所定の場所に設けら
れたスイッチなどを用いることができる。また、インダ
クタンスを変化させる手段としてスイッチの代わりに、
例えばコイル上を摺動する接点を用いることもできる。
Third Embodiment of the Invention In the first and second embodiments of the present invention, the coils are switched based on the voltage of the coil 1a. The present invention is not limited to this. Other means for detecting the amplitude of the relative motion, such as a switch provided near the maximum amplitude or a switch provided at a predetermined place, can be used. Also, instead of a switch as a means of changing the inductance,
For example, a contact that slides on the coil can be used.

【0059】図8は本発明が適用される一般的な振動発
電機の構成を示す。これは、n個のコイル1−1〜1−
nを備え、振幅検出部28の出力に基づきインダクタン
ス可変手段27がこれらを適宜接続して全体のインダク
タンスを変化させる。制御部25は、振幅−インダクタ
ンス増加/減少テーブル25aに予め書き込まれた判定
情報を参照してインダクタンスを決定する。
FIG. 8 shows the configuration of a general vibration power generator to which the present invention is applied. This is the n coils 1-1 to 1-
n, and the inductance varying means 27 appropriately connects them based on the output of the amplitude detector 28 to change the overall inductance. The control unit 25 determines the inductance by referring to the determination information previously written in the amplitude-inductance increase / decrease table 25a.

【0060】テーブル25aには例えば次のようなデー
タが書き込まれている。 振幅 インダクタンス増加/減少 A0(最大振幅) インダクタンスをΔL0だけ増加 A1 インダクタンスをΔL1だけ減少 A2 インダクタンスをΔL2だけ減少
The following data, for example, is written in the table 25a. Amplitude Inductance increase / decrease A0 (maximum amplitude) Inductance increase by ΔL0 A1 Inductance decrease by ΔL1 A2 Inductance decrease by ΔL2

【0061】あるいは 振幅 振幅変化 インダクタンス増加/減少 A0(最大振幅) 増加 インダクタンスをΔL0だけ増加 A1 減少 インダクタンスをΔL1だけ減少Or     Amplitude Amplitude change Inductance increase / decrease     Increase A0 (maximum amplitude) Increase inductance by ΔL0     A1 decrease Inductance decreased by ΔL1

【0062】図9に発明の実施の形態3における処理フ
ローチャートを示す。
FIG. 9 shows a processing flowchart in the third embodiment of the invention.

【0063】本発明は、以上の実施の形態に限定される
ことなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内
で、種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内
に包含されるものであることは言うまでもない。
The present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made within the scope of the invention described in the claims, and these are also included in the scope of the present invention. It goes without saying that this is what is done.

【0064】また、本明細書において、手段とは必ずし
も物理的手段を意味するものではなく、各手段の機能
が、ソフトウェアによって実現される場合も包含する。
さらに、一つの手段の機能が、二つ以上の物理的手段に
より実現されても、若しくは、二つ以上の手段の機能
が、一つの物理的手段により実現されてもよい。
Further, in the present specification, the means does not necessarily mean a physical means, but also includes the case where the function of each means is realized by software.
Further, the function of one means may be realized by two or more physical means, or the functions of two or more means may be realized by one physical means.

【0065】[0065]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
振動発電機において、誘導電圧及び/又は永久磁石とコ
イルの相対運動の振幅に基づきコイルのインダクタンス
を変化させるので、発電効率を向上させることができ
る。
As described above, according to the present invention,
In the vibration power generator, the inductance of the coil is changed based on the induced voltage and / or the amplitude of relative motion between the permanent magnet and the coil, so that power generation efficiency can be improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 発明の実施の形態1に係る振動発電機の概略
図である。
FIG. 1 is a schematic diagram of a vibration power generator according to a first embodiment of the invention.

【図2】 発明の実施の形態1に係る制御回路の動作フ
ローチャートである。
FIG. 2 is an operation flowchart of the control circuit according to the first embodiment of the invention.

【図3】 発明の実施の形態に係る振動発電機のケース
振動と電圧波形のグラフである。
FIG. 3 is a graph of case vibration and voltage waveform of the vibration power generator according to the embodiment of the invention.

【図4】 振動振幅が大きい場合のケース振動と電圧波
形の包絡線のグラフである。
FIG. 4 is a graph of envelope curves of case vibration and voltage waveform when the vibration amplitude is large.

【図5】 振動振幅が小さい場合のケース振動と電圧波
形の包絡線のグラフである。
FIG. 5 is a graph of case vibration and an envelope of a voltage waveform when the vibration amplitude is small.

【図6】 発明の実施の形態2に係る振動発電機の概略
図である。
FIG. 6 is a schematic diagram of a vibration power generator according to a second embodiment of the invention.

【図7】 発明の実施の形態2に係る制御回路の動作フ
ローチャートである。
FIG. 7 is an operation flowchart of the control circuit according to the second embodiment of the invention.

【図8】 発明の実施の形態3に係る振動発電機の概略
図である。
FIG. 8 is a schematic diagram of a vibration power generator according to a third embodiment of the invention.

【図9】 発明の実施の形態3に係る制御回路の動作フ
ローチャートである。
FIG. 9 is an operation flowchart of the control circuit according to the third embodiment of the invention.

【図10】 従来の振動発電機の概略図である。FIG. 10 is a schematic diagram of a conventional vibration power generator.

【図11】 振動発電機の力学モデルを示す図である。FIG. 11 is a diagram showing a dynamic model of the vibration power generator.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 コイル 2 ヨーク 3 永久磁石 4 非磁性スペーサ 5 板ばね 6 ベース 10 おもり 11 ばね 12 ダンパー 13 ケース 14 リニアガイド 20 ダイオード 21 コンデンサ 22 定電圧回路 23 外部負荷 24 スイッチ 25 制御回路 26 スイッチ 27 インダクタンス可変手段 28 振幅検出部 1 coil 2 York 3 permanent magnet 4 Non-magnetic spacer 5 leaf spring 6 base 10 weights 11 springs 12 damper 13 cases 14 Linear guide 20 diodes 21 capacitor 22 Constant voltage circuit 23 External load 24 switches 25 Control circuit 26 switch 27 Inductance changing means 28 Amplitude detector

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 500235179 板生 清 神奈川県鎌倉市浄明寺6−6−8 (71)出願人 501496717 佐々木 健 千葉県柏市新柏2−4−9 (72)発明者 保坂 寛 千葉県松戸市松戸159−1−2−302 (72)発明者 岡崎 潤 東京都杉並区荻窪1−59−6 (72)発明者 柴 建次 東京都北区岩渕25−21 ファイブステップ 202号 (72)発明者 板生 清 神奈川県鎌倉市浄明寺6−6−8 (72)発明者 佐々木 健 千葉県柏市新柏2−4−9 Fターム(参考) 5H590 AA02 CA18 CA24 CC02 CC24 CC32 EB02 FA05 FB01 FC26 GA02 GB05 HA02 JA03    ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    (71) Applicant 500235179             Kiyo Itao             6-6-8 Jomyoji Temple, Kamakura City, Kanagawa Prefecture (71) Applicant 501496717             Ken Sasaki             2-4-9 Shin-Kashiwa, Kashiwa City, Chiba Prefecture (72) Inventor Hiroshi Hosaka             Chiba Prefecture Matsudo City Matsudo 159-1-2-302 (72) Inventor Jun Okazaki             1-59-6 Ogikubo, Suginami-ku, Tokyo (72) Inventor Kenji Shiba             Five Steps, Iwabuchi 25-21, Kita-ku, Tokyo             No. 202 (72) Inventor Kiyoshi Itao             6-6-8 Jomyoji Temple, Kamakura City, Kanagawa Prefecture (72) Inventor Ken Sasaki             2-4-9 Shin-Kashiwa, Kashiwa City, Chiba Prefecture F-term (reference) 5H590 AA02 CA18 CA24 CC02 CC24                       CC32 EB02 FA05 FB01 FC26                       GA02 GB05 HA02 JA03

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 コイルと永久磁石を相対運動可能に支持
して外部からの振動を前記コイルの誘導電圧に変換する
振動発電機であって、永久磁石と、前記永久磁石の磁束
の少なくとも一部を受ける複数のコイルと、前記複数の
コイルの全部又は一部を相互に接続する接続部と、前記
複数のコイルのひとつ又は複数に生じた誘導電圧に基づ
き前記複数のコイルの接続を制御する制御部とを備える
振動発電機。
1. A vibration generator for supporting a coil and a permanent magnet so that they can move relative to each other and converting an external vibration into an induction voltage of the coil, wherein the permanent magnet and at least a part of a magnetic flux of the permanent magnet. Receiving a plurality of coils, a connecting portion for connecting all or a part of the plurality of coils to each other, and a control for controlling the connection of the plurality of coils based on an induced voltage generated in one or a plurality of the plurality of coils. And a vibration generator.
【請求項2】 前記制御部は、前記複数のコイルのひと
つ又は複数に生じた誘導電圧を予め定められた第1の電
圧と比較し、この比較結果に基づき前記複数のコイルの
一部又は全部を相互に接続し、前記複数のコイルのひと
つ又は複数に生じた誘導電圧を予め定められた第2の電
圧と比較し、この比較結果に基づき前記複数のコイルの
少なくとも一部を切り離すように、前記接続部を制御す
ることを特徴とする請求項1記載の振動発電機。
2. The control unit compares an induced voltage generated in one or a plurality of the plurality of coils with a predetermined first voltage, and based on a result of the comparison, a part or all of the plurality of coils. Are connected to each other, the induced voltage generated in one or a plurality of the plurality of coils is compared with a second predetermined voltage, and at least a part of the plurality of coils is disconnected based on the comparison result, The vibration power generator according to claim 1, wherein the connection unit is controlled.
【請求項3】 前記第1の電圧値は前記第2の電圧値よ
りも高いことを特徴とする請求項2記載の振動発電機。
3. The vibration generator according to claim 2, wherein the first voltage value is higher than the second voltage value.
【請求項4】 前記第1の電圧値は、前記複数のコイル
のいずれかと前記永久磁石が最大可動範囲を外力の卓越
周波数で正弦波状に相対運動した場合に発生する、前記
複数のコイルのひとつ又は複数に生じる誘導電圧である
ことを特徴とする請求項3記載の振動発電機。
4. The one of the plurality of coils, wherein the first voltage value is generated when one of the plurality of coils and the permanent magnet relatively move in a sinusoidal manner within a maximum movable range at a dominant frequency of an external force. Alternatively, the vibration power generator according to claim 3, which is an induced voltage generated in a plurality of parts.
【請求項5】 前記第2の電圧値は、前記複数のコイル
の少なくとも一部を切り離した後に、前記複数のコイル
のいずれかと前記永久磁石が最大可動範囲を外力の卓越
周波数で正弦波状に相対運動する場合において前記複数
のコイルのひとつ又は複数に生じる誘導電圧であること
を特徴とする請求項3記載の振動発電機。
5. The second voltage value has a sine wave shape in which a maximum moving range of one of the plurality of coils and the permanent magnet is within a maximum movable range at a predominant frequency of an external force after at least a part of the plurality of coils is cut off. The vibration power generator according to claim 3, wherein the vibration generator is an induced voltage generated in one or a plurality of the plurality of coils when exercising.
【請求項6】 前記複数のコイルと前記永久磁石の間の
相対運動の固有振動数は、外部から加えられる振動の卓
越周波数に一致することを特徴とする請求項1記載の振
動発電機。
6. The vibration generator according to claim 1, wherein the natural frequency of the relative motion between the plurality of coils and the permanent magnet matches the dominant frequency of the vibration applied from the outside.
【請求項7】 前記接続部は、前記複数のコイルの全部
又は一部を直列に接続することを特徴とする請求項1記
載の振動発電機。
7. The vibration power generator according to claim 1, wherein the connecting portion connects all or part of the plurality of coils in series.
【請求項8】 前記接続部は、前記複数のコイルの全部
又は一部を並列に接続することを特徴とする請求項1記
載の振動発電機。
8. The vibration power generator according to claim 1, wherein the connecting portion connects all or part of the plurality of coils in parallel.
【請求項9】 コイルと永久磁石を相対運動可能に支持
して外部からの振動を前記コイルの誘導電圧に変換する
振動発電機であって、永久磁石と、前記永久磁石の磁束
の少なくとも一部を受けるコイルと、前記コイルのイン
ダクタンスを変化させるインダクタンス可変手段と、前
記永久磁石と前記コイルの相対運動の振幅を検出する検
出部と、前記検出部の出力に基づき前記コイルのインダ
クタンスを変化させる制御部とを備える振動発電機。
9. A vibration generator for supporting a coil and a permanent magnet so that they can move relative to each other and converting an external vibration into an induced voltage of the coil, wherein the permanent magnet and at least a part of a magnetic flux of the permanent magnet. Receiving coil, an inductance varying means for changing the inductance of the coil, a detecting section for detecting the amplitude of relative motion of the permanent magnet and the coil, and a control for changing the inductance of the coil based on the output of the detecting section. And a vibration generator.
【請求項10】 前記制御部は、前記永久磁石と前記コ
イルが最大可動範囲内で相対運動するように前記コイル
のインダクタンスを制御することを特徴とする請求項9
記載の振動発電機。
10. The control unit controls the inductance of the coil such that the permanent magnet and the coil move relative to each other within a maximum movable range.
Vibration generator as described.
【請求項11】 前記制御部は、前記相対運動の振幅が
予め定められた第1の値よりも大きいとき前記コイルの
インダクタンスを増加させ、前記相対運動の振幅が予め
定められた第2の値よりも小さいとき前記コイルのイン
ダクタンスを減少させ、前記第1の値は前記第2の値よ
りも大きい、ことを特徴とする請求項9記載の振動発電
機。
11. The control unit increases the inductance of the coil when the amplitude of the relative movement is larger than a first predetermined value, and the amplitude of the relative movement is a second predetermined value. 10. The vibration power generator according to claim 9, wherein the inductance of the coil is reduced when smaller than, and the first value is larger than the second value.
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