【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、振動発電機に係わり、更に詳しくは、磁気バネの振動を利用して発電する発電機の構造に係わるものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年携帯型の通信機器の普及は目覚しいものがある。これら携帯型の電子機器の電源には充電できる小型の電池が使用されているが、問題は、これら電池の容量が小さいために、頻繁な充電作業が必要になることである。使用頻度にもよるが、１〜３時間に１回程度の充電が必要になる場合もある。そこで、簡便に充電できる携帯型の充電器の開発が待望されている。特開平１０−６６３２３号公報、特開２０００−３０８３２７号公報には、人、車の振動を利用して発電する発電機が開示されている。この発明は、バネで懸吊した永久磁石をコイルで取り囲み、人、車が動く時の振動で永久磁石を振動させ、コイルに起電力を誘起させるものである。
この方法の第一の欠点は、繰り返しの振動でバネが劣化し、長期間使用できないこと。第二の欠点は、永久磁石の外側にコイルを配する必要があり、しかも数千回のコイルの巻線回数が必要であるために、コイルの外径が大きくなり、装置全体としてはポケットに収納できるような小型化が難しい点である。第三の欠点は重量が重たいことである。以上の欠点がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はかかる問題点にかんがみてなされたもので、その目的は、スプリングを使用することなく長期間安定して永久磁石を振動させることが出来、高出力小型化が可能で、充電しながら使用もできる新しい構造の振動発電機を提供することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記問題に関して鋭意研究を行い、下記（１）〜（７）の手段で問題を解決できることを見出した。
すなわち、
（１）非磁性材料からなるパイプの両端に固定した永久磁石の間に、永久磁石からなる磁気振動子を配置した構造からなる磁気バネの、該固定した永久磁石と該振動子の間に電磁誘導コイルを配置した構造からなることを特徴とする振動発電機。
（２）上記コイルの中に鉄芯を挿入してなることを特徴とする上記（１）に記載の振動発電機。
（３）非磁性材料からなるパイプの両端に固定した永久磁石の間に、永久磁石からなる磁気振動子を配置した構造からなる磁気バネの、該振動子の外周に、該振動子を取り囲む電磁誘導コイルを配置した構造からなることを特徴とする振動発電機。
（４）上記振動子が複数の永久磁石を直列に配列した構造からなり、該直列に配列された個々の永久磁石は、その向き合う面が同極にされてなることを特徴とする上記（１）〜（３）のいずれかに記載の振動発電機。
（５）上記振動子の永久磁石は、少なくともその一方の端が該永久磁石を取り囲む電磁誘導コイルの長さの中で振動するように配置されてなることを特徴とする上記（３）あるいは（４）のいずれかに記載の振動発電機。
（６）上記振動子の永久磁石は、少なくともその一方の端が該永久磁石を取り囲む電磁誘導コイルの端を出入りするように振動する位置に配置されてなることを特徴とする上記（３）あるいは（４）のいずれかに記載の振動発電機。
（７）上記振動子の振動周波数が３．５ Ｈｚ以上であることを特徴とする上記（１）〜（６）のいずれかに記載の振動発電機。
【０００５】
【発明の実施の形態】
図面によって本発明の作用、機能を説明する。
図１、図２は本発明の磁気ばねの構造を説明した図である。
非磁性ケース１の両端には永久磁石２、３が固定されている。
２個の永久磁石２、３の間には、磁気振動子４が配置されている。振動子４は永久磁石からなり、両端の永久磁石２、３から離隔して
配置され、ケース１の中を上下自在、あるいは左右自在に動ける様になっている。振動子４の磁石の極性は、対向する永久磁石２、３の極性と同じにされており、互いに反発する関係にある。
【０００６】
ケース１に外から振動を与えると、振動子４は上下（あるいは左右自在）に振動するようになる。振動子４が永久磁石２に接近すると、磁気的な反発力が働き、永久磁石３の方向に押しやられる。永久磁石３に接近すると再び永久磁石２の方向に押しやられる。このようにして振動子４は永久磁石２、３の間を往復振動することとなる。
【０００７】
振動子４を形成する永久磁石は１個（図１）でも良いし、あるいは複数個直列（図２）に並べても良い。図１は１個の場合、図２は複数個並べた場合である。
複数個並べる時は、向かい合う面の極性は同じにして互いに反発する関係にする。同じ極性にするとくっついて１個の永久磁石になってしまうので好ましくない。
【０００８】
図３〜図６は本発明発電機の構造を説明した図である。
図３、図４は、両端に固定した永久磁石と振動子の間に電磁誘導コイルを配置した時の説明図で、図４はコイルに鉄芯を入れたときの説明図である。
図５は振動子の外周にコイルを配置した時のコイルと振動子の位置関係の説明図、図６は振動子の外周にコイルを配置し、振動子は永久磁石を複数個直列に並べた時の説明図である。
【０００９】
図３、図４で、樹脂あるいはステンレス鋼等の非磁性ケース１の両端に永久磁石２、３が固定されている。
永久磁石２、３の間には磁性振動子４が配置され、振動子４と永久磁石２、３の間には電磁誘導コイル５が配置されている。
振動子４は永久磁石で出来ており、その極性は対向する永久磁石２、３の極性（Ｎ、Ｓ）と同じ極性にされており、互いに反発する関係にある。
振動子４は永久磁石２、３の間で、磁力的にバランスの取れた位置に静止する。外から振動を与えられて振動子４が永久磁石２に接近すると、磁気的な反発力が働き、永久磁石３の方向に押しやられる。永久磁石３に接近すると再び永久磁石２の方向に押しやられる。このようにして振動子４は永久磁石２、３の間を往復振動することとなる。
【００１０】
振動子４が永久磁石２、３に接近したり離れたりしてコイルを横切る磁束が変化することによってコイルに起電力が誘起されることとなる。
【００１１】
図４に示した様にコイルに予め高透磁率の鉄芯を入れておくと、コイルにはより高い起電力が誘起される。高透磁率材料としては、電磁軟鉄、珪素鋼板、パーマロイ、センダスト、Ｆｅ−Ａｌ合金、アモルファス合金、軟磁性フェライト等、通常この種の用途に使用されている材料は全て使用できる。
【００１２】
コイルと振動子の位置関係は、コイルに誘起される起電力が最大になる位置に設定する。即ち、振動子の少なくとも一方の端（図５の振動子のＮ極）がコイルの上端を出入りする時、及びコイルの全長の中で振動する時に、誘起起電力が最も大きくなるので、コイルと振動子はこのような位置関係に設定する。図５で点線は、振動子が振動するときの上死点、下死点の位置を示す。振動子は上の点線の位置と下の点線の位置の間で振動する。
【００１３】
コイルの数と振動子の永久磁石の数は必ずしも同数でなくても良い。図６の様に、振動子の永久磁石が３個、コイルが２個で、永久磁石の数が多くても良いし、またコイルの数が多くても良い。
【００１４】
本発明発電機の振動子を振動させる為の好ましい振動周波数の範囲は概ね３．５Ｈｚ以上の範囲である。３．５Ｈｚ未満では、振動子は共振することがないため，多くの発電電力は望めない。自動車のエンジンの振動、風、波、橋梁の振動、人が激しく動く時では３．５Ｈｚ以上の振動が得られるので、これらに積載、あるいは人が所持して発電機として利用できる。また本発明発電機は、加速度を与えると振動が発生し、誘起起電力は加速度の大きさに比例するので、加速度計としても利用できる。
【００１５】
本発明発電機では交流が誘起される。そのまま使用しても良いが、
コイルの端末に整流器を接続して直流に変換して、あるいは変換した直流は更にレギュレーターで電圧を昇圧して、電池の充電に使用できる。
【００１６】
発電電圧を高くする場合、一坦直流変換して、極性を整合させて直列に接続して電圧を高くする。
【００１７】
本発明は、人、車等の携帯積載型電子機器の電源として直接利用しても良いし、又電池に充電するだけのために利用しても良いし、あるいは直接電源と充電の両方に同時に利用できるようにしてもよい。
【００１８】
本発明の発電機は、少なくとも３．５Ｈｚ以上の振動数の振動は全て利用できるものであり、特定の振動源、揺動源の種類に何ら限定されるものではない。
【００１９】
本発明に使用する電磁誘導コイルは巻き線型のコイルからシート状のコイルまで形状に何ら制約を受けることなく使用できる。又シート状コイルでは、丸、四角、楕円形状等いかなる形状でも良い。
【００２０】
永久磁石は、鋳造磁石、焼結磁石、永久磁石粒子をプラスチックで固めた磁石等、いかなる製法のものでも使用することができる。
永久磁石の形状は棒状、円板状からリング状までいかなる形状のものでも適宜採用できる。
【００２１】
【実施例】
実施例１
図３に示した構造の発電機を試作した。
非磁性ケース：テフロン（登録商標）樹脂製（板厚２ｍｍ）
内径：２０．０ｍｍ 長さ：７０ｍｍ
両端の永久磁石：直径１９ｍｍ×厚さ５ｍｍ 残留磁束密度１．２テスラ
両端の永久磁石の上に電磁誘導コイルを載置し、永久磁石に接着剤で固定した。
電磁誘導コイルには線径０．２ｍｍのエナメル被覆銅線を１０００回巻いたものを使用した。コイルは整流器に接続した。
２個の電磁誘導コイルの間に、直径１９．８ｍｍ、厚さ１０ｍｍ、９８００ガウスの振動子（永久磁石）を入れて非磁性ケースを垂直に立てると
振動子は２個の電磁誘導コイルの間で空中に静止した。
次に非磁性ケースに振幅４ ｍｍ（Ｐｅａｋ ｔｏ Ｐｅａｋ）、振動数１０．０ Ｈｚの振動を与えた。
整流器の取り出し端子には、コイル１個当り直流０．５Ｖの電圧が発電された。
２個のコイルの極性を整合させて、直列に接続すると合計１．０Ｖの電圧が得られた。
【００２２】
実施例２（図７の構造）
図７の構造の発電機を試作した。
非磁性ケース：アクリル樹脂製（板厚２ｍｍ）
内径：５１ｍｍ 長さ：７０ｍｍ
両端の永久磁石：直径５０ｍｍ×厚さ５ｍｍ 残留磁束密度１．２テスラ
両端の永久磁石の間に外径５０ｍｍ、内径２０ｍｍ長さ３０ｍｍの電磁誘導コイルを入れてアクリル製ケースに接着剤で固定した。
電磁誘導コイルには線径０．２ｍｍのエナメル被覆銅線を１５００回巻いたものを使用した。コイルの端末は整流器に接続した。
コイルの内径には厚さ０．２ｍｍのテフロン（登録商標）のスリーブ（振動子のガイド）を嵌入し、コイル内面に固定した。
テフロン（登録商標）スリーブの中に外径１９．２ｍｍ、長さ２０ｍｍ、残留磁束密度１．２テスラの棒状振動子（永久磁石）を入れてアクリルケースを垂直に立てると振動子は２個の永久磁石の間で空中に静止した。
次に非磁性ケースに振幅５ｍｍ（Ｐｅａｋ ｔｏ Ｐｅａｋ）、振動数１０．０Ｈｚの振動を与えた。
整流器の取り出し端子には、直流１．５Ｖの電圧が発電された。
【００２３】
【発明の効果】
以上詳記したように本発明は、簡単な構造で耐久性にも優れ、かつ複数個直列につないで大きな電圧を得ることも出来るものであり、携行用電子機器、通信機器の電力補給に大いに貢献するものである。また種々の振動エネルギーを利用して発電することが出来、エネルギーの有効利用と省エネに多大な貢献をなすものである。
【００２４】
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、磁気バネの説明図である。
【図２】図２は、磁気バネの説明図である。
【図３】図３は、本発明発電機の説明図である。
【図４】図４は、本発明発電機（鉄芯入り）の説明図である。
【図５】図５は、本発明発電機の別の構造の説明図である。
【図６】図６は、本発明発電機の別の構造の説明図である。
【図７】図７は、実施例の構造の説明図である。
【符号の説明】
１…非磁性ケース ２…永久磁石
３…永久磁石 ４…振動子
５…コイル[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a vibration power generator, and more particularly to a structure of a power generator that generates power using vibration of a magnetic spring.
[0002]
[Prior art]
In recent years, there has been a remarkable spread of portable communication devices. A small battery that can be charged is used as the power source of these portable electronic devices, but the problem is that the capacity of these batteries is so small that frequent charging work is required. Depending on the frequency of use, charging may be required about once every 1-3 hours. Therefore, development of a portable charger that can be easily charged is awaited. Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-66323 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-308327 disclose generators that generate power using vibrations of people and vehicles. According to the present invention, a permanent magnet suspended by a spring is surrounded by a coil, and the permanent magnet is vibrated by vibration when a person or a vehicle moves to induce an electromotive force in the coil.
The first disadvantage of this method is that the spring deteriorates due to repeated vibration and cannot be used for a long time. The second disadvantage is that it is necessary to arrange the coil outside the permanent magnet, and the coil has to be wound several thousand times, which increases the outer diameter of the coil, and the entire device is in a pocket. It is difficult to reduce the size so that it can be stored. The third disadvantage is that it is heavy. There are the above disadvantages.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made in view of such problems, and its purpose is to stably vibrate permanent magnets for a long period of time without using a spring, enabling high output miniaturization and use while charging. It is to provide a vibration generator with a new structure.
[0004]
[Means for Solving the Problems]
The present inventor has conducted extensive research on the above problems and found that the problems can be solved by the following means (1) to (7).
That is,
(1) A magnetic spring having a structure in which a magnetic vibrator made of a permanent magnet is arranged between permanent magnets fixed to both ends of a pipe made of a nonmagnetic material, and an electromagnetic wave between the fixed permanent magnet and the vibrator. A vibration generator having a structure in which an induction coil is arranged.
(2) The vibration generator according to (1), wherein an iron core is inserted into the coil.
(3) An electromagnetic surrounding the vibrator on the outer periphery of a magnetic spring having a structure in which a magnetic vibrator made of a permanent magnet is arranged between permanent magnets fixed to both ends of a pipe made of a nonmagnetic material. A vibration generator having a structure in which an induction coil is arranged.
(4) The above-mentioned vibrator has a structure in which a plurality of permanent magnets are arranged in series, and the individual permanent magnets arranged in series have the opposite faces made the same polarity. The vibration generator according to any one of (3) to (3).
(5) The permanent magnet of the vibrator is arranged so that at least one end thereof vibrates within the length of the electromagnetic induction coil surrounding the permanent magnet. 4) The vibration generator according to any one of the above.
(6) The above-mentioned (3) or the above-mentioned (3), wherein the permanent magnet of the vibrator is arranged at a position that vibrates so that at least one end thereof enters and exits the end of the electromagnetic induction coil surrounding the permanent magnet. (4) The vibration generator in any one of.
(7) The vibration generator according to any one of (1) to (6), wherein a vibration frequency of the vibrator is 3.5 Hz or more.
[0005]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The operation and function of the present invention will be described with reference to the drawings.
1 and 2 are views for explaining the structure of the magnetic spring of the present invention.
Permanent magnets 2 and 3 are fixed to both ends of the nonmagnetic case 1.
A magnetic vibrator 4 is arranged between the two permanent magnets 2 and 3. The vibrator 4 is made of a permanent magnet, and is arranged apart from the permanent magnets 2 and 3 at both ends, so that it can move in the case 1 up and down or left and right. The polarities of the magnets of the vibrator 4 are the same as the polarities of the permanent magnets 2 and 3 facing each other, and are in a repulsive relationship.
[0006]
When vibration is applied to the case 1 from the outside, the vibrator 4 vibrates up and down (or left and right freely). When the vibrator 4 approaches the permanent magnet 2, a magnetic repulsive force works and is pushed in the direction of the permanent magnet 3. When approaching the permanent magnet 3, it is pushed again in the direction of the permanent magnet 2. In this way, the vibrator 4 reciprocates between the permanent magnets 2 and 3.
[0007]
The number of permanent magnets forming the vibrator 4 may be one (FIG. 1), or a plurality of permanent magnets may be arranged in series (FIG. 2). FIG. 1 shows the case of one, and FIG. 2 shows the case of arranging a plurality.
When arranging a plurality, the opposite faces have the same polarity and are repelled from each other. If they have the same polarity, they will stick to one permanent magnet, which is not preferable.
[0008]
3-6 is a figure explaining the structure of this invention generator.
3 and 4 are explanatory views when an electromagnetic induction coil is arranged between a permanent magnet fixed at both ends and a vibrator, and FIG. 4 is an explanatory view when an iron core is put in the coil.
FIG. 5 is an explanatory diagram of the positional relationship between the coil and the vibrator when the coil is arranged on the outer periphery of the vibrator. FIG. 6 is a diagram showing the coil arranged on the outer circumference of the vibrator, and the vibrator has a plurality of permanent magnets arranged in series. It is explanatory drawing at the time.
[0009]
3 and 4, permanent magnets 2 and 3 are fixed to both ends of a nonmagnetic case 1 made of resin or stainless steel.
A magnetic vibrator 4 is disposed between the permanent magnets 2 and 3, and an electromagnetic induction coil 5 is disposed between the vibrator 4 and the permanent magnets 2 and 3.
The vibrator 4 is made of a permanent magnet. The polarity of the vibrator 4 is the same as that of the opposing permanent magnets 2 and 3 (N, S), and they are repelled.
The vibrator 4 is stationary between the permanent magnets 2 and 3 at a magnetically balanced position. When vibration is applied from the outside and the vibrator 4 approaches the permanent magnet 2, a magnetic repulsive force works and is pushed toward the permanent magnet 3. When approaching the permanent magnet 3, it is pushed again in the direction of the permanent magnet 2. In this way, the vibrator 4 reciprocates between the permanent magnets 2 and 3.
[0010]
When the vibrator 4 approaches or separates from the permanent magnets 2 and 3 and the magnetic flux across the coil changes, an electromotive force is induced in the coil.
[0011]
As shown in FIG. 4, when an iron core having a high magnetic permeability is placed in the coil in advance, a higher electromotive force is induced in the coil. As the high magnetic permeability material, all materials usually used for this type of application such as electromagnetic soft iron, silicon steel plate, permalloy, sendust, Fe-Al alloy, amorphous alloy, soft magnetic ferrite, etc. can be used.
[0012]
The positional relationship between the coil and the vibrator is set to a position where the electromotive force induced in the coil is maximized. That is, when at least one end of the vibrator (N pole of the vibrator in FIG. 5) moves in and out of the upper end of the coil and vibrates in the entire length of the coil, the induced electromotive force becomes the largest. The vibrator is set in such a positional relationship. In FIG. 5, dotted lines indicate the positions of the top dead center and the bottom dead center when the vibrator vibrates. The vibrator vibrates between the position of the upper dotted line and the position of the lower dotted line.
[0013]
The number of coils and the number of permanent magnets of the vibrator are not necessarily the same. As shown in FIG. 6, the vibrator has three permanent magnets and two coils, and the number of permanent magnets may be large or the number of coils may be large.
[0014]
A preferable range of vibration frequency for vibrating the vibrator of the generator of the present invention is approximately 3.5 Hz or more. If the frequency is less than 3.5 Hz, the vibrator does not resonate, so a large amount of generated power cannot be expected. When an automobile engine vibrates, wind, waves, bridge vibration, or a person moves violently, vibrations of 3.5 Hz or higher can be obtained, and these can be loaded or carried by a person and used as a generator. Moreover, since the generator of the present invention generates vibration when acceleration is applied and the induced electromotive force is proportional to the magnitude of acceleration, it can also be used as an accelerometer.
[0015]
In the generator of the present invention, alternating current is induced. You can use it as is,
A rectifier is connected to the end of the coil to convert it to direct current, or the converted direct current can be further boosted by a regulator and used to charge the battery.
[0016]
When increasing the generated voltage, DC conversion is performed for one carrier, the polarity is matched, and the voltage is increased by connecting in series.
[0017]
The present invention may be used directly as a power source for a portable electronic device such as a person or a car, may be used only for charging a battery, or may be used for both direct power supply and charging at the same time. It may be made available.
[0018]
The generator according to the present invention can use all vibrations having a frequency of at least 3.5 Hz, and is not limited to any particular vibration source or type of oscillation source.
[0019]
The electromagnetic induction coil used in the present invention can be used without any restrictions on the shape from a wound coil to a sheet coil. Further, the sheet-like coil may have any shape such as a round shape, a square shape, or an oval shape.
[0020]
As the permanent magnet, any manufacturing method such as a cast magnet, a sintered magnet, or a magnet in which permanent magnet particles are hardened with plastic can be used.
As the shape of the permanent magnet, any shape from a rod shape, a disc shape to a ring shape can be appropriately adopted.
[0021]
【Example】
Example 1
A generator having the structure shown in FIG. 3 was prototyped.
Non-magnetic case: made of Teflon (registered trademark) resin (thickness 2 mm)
Inner diameter: 20.0 mm Length: 70 mm
Permanent magnets at both ends: Diameter 19 mm × thickness 5 mm Residual magnetic flux density 1.2 Tesla The electromagnetic induction coils were placed on the permanent magnets and fixed to the permanent magnets with an adhesive.
As the electromagnetic induction coil, an enamel-coated copper wire having a wire diameter of 0.2 mm was wound 1000 times. The coil was connected to a rectifier.
When a nonmagnetic case is set up vertically by placing a vibrator (permanent magnet) having a diameter of 19.8 mm, a thickness of 10 mm, and a 9800 gauss between two electromagnetic induction coils, the vibrator is located between the two electromagnetic induction coils. And stopped in the air.
Next, vibration with an amplitude of 4 mm (Peak to Peak) and a frequency of 10.0 Hz was applied to the nonmagnetic case.
A voltage of 0.5V DC per coil was generated at the rectifier take-out terminal.
When the polarities of the two coils were matched and connected in series, a total voltage of 1.0 V was obtained.
[0022]
Example 2 (Structure of FIG. 7)
A generator having the structure shown in FIG. 7 was prototyped.
Non-magnetic case: Made of acrylic resin (plate thickness 2mm)
Inner diameter: 51 mm Length: 70 mm
Permanent magnets at both ends: Diameter 50 mm x thickness 5 mm Residual magnetic flux density 1.2 Tesla Electromagnetic induction coils with an outer diameter of 50 mm, an inner diameter of 20 mm and a length of 30 mm are inserted between the permanent magnets and fixed to an acrylic case with an adhesive. .
As the electromagnetic induction coil, an enamel-coated copper wire having a wire diameter of 0.2 mm was wound 1500 times. The end of the coil was connected to a rectifier.
A Teflon (registered trademark) sleeve (vibrator guide) having a thickness of 0.2 mm was fitted into the inner diameter of the coil and fixed to the inner surface of the coil.
When a stick-shaped vibrator (permanent magnet) having an outer diameter of 19.2 mm, a length of 20 mm, and a residual magnetic flux density of 1.2 Tesla is placed in a Teflon (registered trademark) sleeve and the acrylic case is set up vertically, two vibrators are provided. It stopped in the air between the permanent magnets.
Next, vibration with an amplitude of 5 mm (Peak to Peak) and a frequency of 10.0 Hz was applied to the nonmagnetic case.
A voltage of DC 1.5V was generated at the take-out terminal of the rectifier.
[0023]
【The invention's effect】
As described above in detail, the present invention has a simple structure and excellent durability, and can obtain a large voltage by connecting a plurality of them in series. It contributes. Moreover, it can generate electric power using various vibrational energy, and makes a great contribution to effective use of energy and energy saving.
[0024]
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram of a magnetic spring.
FIG. 2 is an explanatory diagram of a magnetic spring.
FIG. 3 is an explanatory diagram of the generator of the present invention.
FIG. 4 is an explanatory diagram of a power generator of the present invention (with iron core).
FIG. 5 is an explanatory diagram of another structure of the generator of the present invention.
FIG. 6 is an explanatory diagram of another structure of the generator of the present invention.
FIG. 7 is an explanatory diagram of a structure of an example.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Nonmagnetic case 2 ... Permanent magnet 3 ... Permanent magnet 4 ... Vibrator 5 ... Coil
