JP2009268229A - マイクロ発電機 - Google Patents

Abstract

【課題】小型化及び薄型化が可能なマイクロ発電機を提供する。
【解決手段】コイル７ａ，７ｂが巻回された磁極６ａ，６ｂを有する磁性体からなる固定ヨーク６を備える固定子２と、磁極６ａ，６ｂの先端面に対し磁気ギャップを介して対向配置された永久磁石８を有し、弾性バネ３を介して磁極６ａ，６ｂとの対向方向と直交する方向に往復動自在に支持された可動子４と、可動子４の往復動に伴いコイル７ａ，７ｂに誘起される電力を取り出す電力取出部とを備え、弾性バネ３と可動子４が一体成形されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、携帯型情報端末，無線機器，自転車用ＬＥＤランプ，自動車用無線通信機，遠隔操作端末等の電子機器における電力源に適用して好適な、マイクロ発電機に関する。

従来より、可動子の振動に伴いコイルに誘起される電力を発電電力として出力するマイクロ発電機が知られている（特許文献１，２参照）。
特開平7-170713号公報 特開2007-267590号公報

従来のマイクロ発電機では、可動子はコイルの軸方向に振動する形態であるために、コイルの軸方向の小型化及び薄型化を実現することが困難であった。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、コイルの軸方向に小型化及び薄型化が可能なマイクロ発電機を提供することにある。

本発明に係るマイクロ発電機は、コイルが巻回された磁極を有する磁性体からなる固定ヨークを備える固定子と、磁極の先端面に対し磁気ギャップを介して対向配置された永久磁石を有し、弾性バネを介して磁極との対向方向と直交する方向に往復動自在に支持された可動子と、可動子の往復動に伴いコイルに誘起される電力を取り出す電力取出部とを備え、弾性バネと可動子が一体成形されている。

本発明に係るマイクロ発電機によれば、可動子がコイルとの対向方向と直交する方向に往復動すると共に弾性バネと可動子が一体成形されているので、コイルの軸方向に小型化及び薄型化することができる。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態となるマイクロ発電機の構成について説明する。

〔マイクロ発電機の構成〕
本発明の実施形態となるマイクロ発電機１は、図１，２に示すように、固定子２と、弾性バネ３を介して固定子２の長手方向（左右方向）に揺動自在に支持された可動子４と、固定子２に固定された可動子４を保護するためのカバー部材５（図１では図示を省略）を主な構成要素として備える。固定子２は、２つの磁極６ａ，６ｂを備える略コの字型形状の磁性体からなる固定ヨーク６と、磁極６ａ，６ｂに巻回されたコイル７ａ，７ｂを有する。本実施形態では、コイル７ａ，７ｂは、固定ヨーク６の磁極６ａ，６ｂに巻回されているが、図３に示すように固定ヨーク６の磁極６ａ，６ｂ以外の領域に巻回してもよい。また固定子２は、図４に示すように、セラミック基板，ＬＴＣＣ（Low Temperature Co-fired Ceramics）基板，テフロン（登録商標）基板，ガラスエポキシ基板等の基板が複数積層された積層基板からなり、コイル７ａ，７ｂはスクリーン印刷やインクジェット法等の手法を利用してパターンコイルにより形成されていることが望ましい。

可動子４は、磁気ギャップを介して磁極６ａ，６ｂの端面に対向配置され、固定子２の上面に固定された弾性バネ３を介して磁極６ａ，６ｂが並ぶ方向に往復動自在に支持されている。可動子２の磁極６ａ，６ｂとの対向面には、上下方向において異なる磁極を有する永久磁石８が設けられている。カバー部材５は、シリコン，ガラス，セラミックス等のウェハにより形成されている。本実施形態では、弾性バネ３は可動子４の往復動方向に変位しやすく、その他の方向では変位しない板バネ形状等の形状を有し、弾性バネ３と可動子４はＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）プロセス等の半導体製造技術を利用してシリコンウェハにより一体成形されている。本実施形態では、弾性バネ３は、固定子２の上面に固定されているが、カバー部材５の左右方向内壁面に固定してもよい。また低コスト化を実現するために、永久磁石８はエアロゾルデポジション法，パルスレーザーデポジション法，メッキ法，スパッタリング法，スクリーン印刷法等の半導体製造技術を利用して形成することが望ましい。

〔マイクロ発電機の動作〕
このような構成を有するマイクロ発電機１では、可動子４が振動，風力，波動等によって図２に示すＡ方向及びＢ方向に往復動（振動）すると固定ヨーク６の磁束量が変化することから、固定ヨークの磁束量変化を抑える方向にコイル７ａ，７ｂに電圧，電流が発生する。すなわち、可動子４が図２に示すＡ方向に移動している期間は、磁極６ａ，６ｂをそれぞれＳ極及びＮ極に励磁する誘起電力がコイル７ａ，７ｂに発生する。一方、可動子４が図２に示すＢ方向に移動している期間は、磁極６ａ，６ｂをそれぞれＮ極及びＳ極に励磁する誘起電力がコイル７ａ，７ｂに発生する。従って、整流回路を介してマイクロ発電機１をコンデンサ，バッテリ，電気回路（例えばＩＣ等）等に接続することにより、この誘起電力を発電電力として取り出し，利用することができる。

以上の説明から明らかなように、本発明の実施形態となるマイクロ発電機１では、可動子４はコイル７ａ，７ｂとの対向方向と直交する方向に往復動すると共に弾性バネ３と可動子４がシリコンウェハにより一体成形されているので、コイル７ａ，７ｂの軸方向に小型化及び薄型化することができる。また本実施形態では、固定子２は積層基板により構成され、コイル７ａ，７ｂはパターンコイルにより形成されているので、コイル７ａ，７ｂの加工プロセスを省略することが可能になり、低コストで小型化することができる。

なお本実施形態では、永久磁石８は、可動子４表面に直接固定されているが、図５に示すように、磁性体からなる可動子ヨーク９を介して可動子４表面に固定してもよい。このような構成によれば、可動子４と磁極６ａ，６ｂ間に閉ループの磁路を形成することができるので、マイクロ発電機１の発電効率を向上させることができる。またこの場合、図６に示すように、可動ヨーク９の磁極６ａ，６ｂとの対向面上には、磁極６ａ，６ｂの先端面に対し磁気ギャップを介して対向し、永久磁石８の厚さと略同じ高さを有する凸部９ａを形成することが望ましい。このような構成によれば、可動子２と磁極６ａ，６ｂ間の磁気ギャップを短くすることができるので、マイクロ発電機１の発電効率をさらに向上させることができる。またこの場合、図７に示すように、凸部９ａを永久磁石８ａにより形成することにより、マイクロ発電機１の発電効率をさらに向上させることができる。なお低コスト化を実現するために、固定ヨーク６及び／又は可動ヨーク９はスパッタリング法や蒸着法等の半導体製造技術を利用して形成することが望ましい。

また図１〜図７に示す実施形態では、固定ヨーク６は、略コの字型形状であったが、図８(a),(b),(c)に示すように、略Ｅ字型形状としてもよい。このような構成によれば、磁極数が多くなり、また閉ループの磁路を形成することができるので、マイクロ発電機１の発電効率を向上させることができる。またこの場合、図９に示すように、永久磁石を複数（２組又は２極）設けるようにしてもよい。このような構成によれば、永久磁石による磁束変化量を大きくすることができるので、マイクロ発電機１の発電効率を向上させることができる。また本実施形態では、可動子４は１軸方向にのみ往復動することとしたが、図１０に示すように、可動子４と対向する面内方向に４つの磁極６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄを有する固定ヨーク６を設け、弾性バネ３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄを介して可動子４を固定子２と対向する面内方向に揺動自在に支持するようにしてもよい。このような構成によれば、ＸＹの２軸方向への可動子４の変位に対し発電することが可能となる。

以上、本発明者によってなされた発明を適用した実施の形態について説明したが、この実施の形態による本発明の開示の一部をなす論述及び図面により本発明は限定されることはない。すなわち、上記実施の形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施の形態、実施例及び運用技術等は全て本発明の範疇に含まれることは勿論であることを付け加えておく。

本発明の実施形態となるマイクロ発電機の構成を示す斜視図である。 図１に示すマイクロ発電機の構成を示す断面図である。 図１に示すコイルの変形例の構成を示す部分断面図である。 図１に示す固定子の構成を示す断面図である。 図１に示すマイクロ発電機の変形例の構成を示す断面図である。 図１に示すマイクロ発電機の変形例の構成を示す断面図である。 図１に示すマイクロ発電機の変形例の構成を示す断面図である。 図５，６，７に示すマイクロ発電機の変形例の構成を示す断面図である。 図８（ａ）に示すマイクロ発電機の変形例の構成を示す断面図である。 図１に示すマイクロ発電機の変形例の構成を示す分解斜視図である。

符号の説明

１：マイクロ発電機
２：固定子
３，３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ：弾性バネ
４：可動子
５：カバー部材
６：固定ヨーク
６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ：磁極
７ａ，７ｂ：コイル
８，８ａ，８ｂ，８ｃ：永久磁石
９：可動ヨーク
９ａ：凸部

Claims (11)

1. コイルが巻回された磁極を有する磁性体からなる固定ヨークを備える固定子と、
   前記磁極の先端面に対し磁気ギャップを介して対向配置された永久磁石を有し、弾性バネを介して前記磁極との対向方向と直交する方向に往復動自在に支持された可動子と
   前記可動子の往復動に伴いコイルに誘起される電力を取り出す電力取出部とを備え、
   弾性バネと可動子が一体成形されていること
   を特徴とするマイクロ発電機。
2. 請求項１に記載のマイクロ発電機において、前記固定子が積層基板により構成され、前記コイルがパターンコイルにより形成されていることを特徴とするマイクロ発電機。
3. 請求項１又は請求項２に記載のマイクロ発電機において、前記永久磁石が磁性体からなる可動ヨークを介して前記可動子に固定されていることを特徴とするマイクロ発電機。
4. 請求項３に記載のマイクロ発電機において、前記可動ヨークの前記磁極との対向面上には、前記磁極の先端面に対し磁気ギャップを介して対向し、前記永久磁石の厚さと略同じ高さを有する凸部が形成されていることを特徴とするマイクロ発電機。
5. 請求項４に記載のマイクロ発電機において、前記凸部が永久磁石により形成されていることを特徴とするマイクロ発電機。
6. 請求項１乃至請求項５のうち、いずれか１項に記載のマイクロ発電機において、前記固定ヨークは略Ｅ字型形状であることを特徴とするマイクロ発電機。
7. 請求項６に記載のマイクロ発電機において、前記可動子が往復動方向に永久磁石を複数備えることを特徴とするマイクロ発電機。
8. 請求項１乃至請求項７のうち、いずれか１項に記載のマイクロ発電機において、前記固定ヨークが前記可動子と対向する面内方向に４つの磁極を有し、前記可動子は弾性バネを介して前記固定子と対向する面内方向に揺動自在に支持されていることを特徴とするマイクロ発電機。
9. 請求項３乃至請求項８のうち、いずれか１項に記載のマイクロ発電機において、前記固定ヨークと前記可動ヨークの少なくとも一方が半導体製造技術を利用して形成されていることを特徴とするマイクロ発電機。
10. 請求項１乃至請求項９のうち、いずれか１項に記載のマイクロ発電機において、前記永久磁石が半導体製造技術を利用して形成されていることを特徴とするマイクロ発電機。
11. 請求項１乃至請求項１０のうち、いずれか１項に記載のマイクロ発電機において、
    前記弾性バネと可動子はシリコンウェハにより一体成形されていることを特徴とするマイクロ発電機。

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