JP2009278817A - 振動発電機 - Google Patents

Abstract

【課題】自転車の走行時の振動を有効に利用して、走行エネルギーにロスを生じさせることなく電力を得ることが可能な振動発電機を提供する。
【解決手段】振動発電機は、コイル１１が巻回された鉄心１０と、自転車の走行時の振動により、鉄心１０に対して相対的に移動する磁石部材２０と、鉄心１０に固定され、磁石部材２０に密着する非磁性部材３０Ａ，３０Ｂとを備える。複数の磁石２１〜２８は、同極が対向するように積層される。自転車の走行時の振動により、鉄心１０の突出部１３ＡがＮ極の集磁導磁板２３Ａ，２５Ａ，２７Ａに吸着されるとともに鉄心１０の突出部１３ＢがＳ極の集磁導磁板２２Ａ，２４Ａ，２６Ａ，２８Ａに吸着される状態と、突出部１３ＢがＮ極の集磁導磁板２３Ａ，２５Ａ，２７Ａに吸着されるとともに突出部１３ＡがＳ極の集磁導磁板２２Ａ，２４Ａ，２６Ａ，２８Ａに吸着される状態とが切り換えられる。
【選択図】図１

Description

本発明は、振動発電機に関し、特に、自転車の走行時の振動を利用して発電する振動発電機に関する。

自転車用の発電機としては、タイヤにローラを押し付けて発電するローラダイナモと、車輪軸を発電機として用いるハブダイナモとが従来から知られている。

ローラダイナモでは、タイヤの外周にローラが押し付けられるため、摩擦によるエネルギーロスが大きい。他方、ハブダイナモでは、摩擦によるエネルギーロスは小さいが、自転車に組み込む際、車輪ごと取り換える必要がある。

ところで、マグネットを取り付けた可動体を直線運動させることによって発電を行なう発電装置が従来から知られている。

たとえば、特開２００５−１５１７５０号公報（特許文献１）には、コイルが巻回された鉄心に対向させて永久磁石が固定されたヨークを配置することが記載されている。

また、特開２００６−２９６１４４号公報（特許文献２）には、振動発電機において、磁石スペーサを挟んでＮ極どうし（またはＳ極どうし）が対向するように可動磁石を設けることが記載されている。

また、実用新案登録第３１２１６５５号公報（特許文献３）には、自動車の走行中の振動によりおこる往復運動作用により発電し、その電気をバッテリに充電することが記載されている。
特開２００５−１５１７５０号公報 特開２００６−２９６１４４号公報 実用新案登録第３１２１６５５号公報

ローラダイナモやハブダイナモのように、走行エネルギーを利用して発電を行なう場合、必然的に、走行エネルギーにロスが生じる。これに対し、本願発明者は、自転車の走行時に発生する振動を利用して発電することを検討した。

しかしながら、特許文献１〜３に記載の構成を自転車に適用するだけでは、自転車の走行時の振動を必ずしも有効に発電に利用することができない。たとえば、特許文献１〜３に記載のリニアアクチュエータでは、磁石と鉄心との間に隙間が形成されているため、振動数が低く、振幅も小さい場合には、必ずしも十分な起電力を得ることができない。

本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、自転車の走行時の振動を有効に利用して、走行エネルギーにロスを生じさせることなく電力を得ることが可能な振動発電機を提供することにある。

本発明に係る振動発電機は、自転車の走行時の振動を利用して発電する振動発電機であって、コイルが巻回された鉄心と、透磁性を有する板状部材を挟持するように複数の磁石を積層して形成され、自転車の走行時の振動により、鉄心に対して相対的に移動する磁石部材と、鉄心に固定され、磁石部材に密着する非磁性部材とを備える。複数の磁石は、同極が対向するように積層される。鉄心は、コイルに関して互いに反対側に設けられ、非磁性部材とともに板状部材に密着する第１の極および第２の極を有する。板状部材は、複数の磁石のＮ極に挟持される第１板状部材と、複数の磁石のＳ極に挟持される第２板状部材を含む。そして、自転車の走行時の振動により、第１の極が第１板状部材に吸着されるとともに第２の極が第２板状部材に吸着される第１状態から、第２の極が第１板状部材に吸着されるとともに第１の極が第２板状部材に吸着される第２状態に切り換わる。

上記構成によれば、自転車の走行時の振動によって第１状態と第２状態とのに切り換えを行なうことにより、自転車の走行時の振動を利用して電磁誘導により発電を行なうことができる。ここで、同極が対向するように複数の磁石を積層することにより、複数の磁石に挟持される板状部材の磁束密度を高めることができる。また、鉄心（第１の極および第２の極）と磁石部材（第１板状部材および第２板状部材）とを密着させることで、磁石と鉄心との間の磁気回路中の空隙を無くし、磁気抵抗を低減することができる。さらに、鉄心に固定された非磁性部材を磁石部材に密着させることにより、鉄心に対する磁石部材の相対移動をガイドすることができる。以上の結果として、自転車の走行時の振動を有効に利用して、走行エネルギーにロスを生じさせることなく電力を得ることができる。

好ましくは、上記振動発電機において、複数の磁石は、自転車の上下方向に積層される。

自転車の走行時には、上下方向の振動が最も安定して継続的に生じている。上記のように、複数の磁石を上下方向に積層することにより、自転車の走行時の上下振動を有効に利用することができる。

好ましくは、上記振動発電機において、磁石部材は、自転車のサドルの下面に固定され、鉄心は、自転車のシートポストに固定された舟線に固定される。

自転車の走行時には、サドルに振動が生じる。上記のように、振動発電機をサドルの下側に設けることにより、自転車の走行時のサドルの振動を利用して発電を行なうことができる。

好ましくは、上記振動発電機において、磁石部材は、固定部材を介して自転車のサドルの下面に固定され、固定部材と磁石部材とのうち、一方は孔部を有し、他方は、自転車の前後方向に沿って孔部に挿入される突起部を有し、孔部は、自転車の幅方向に長い楕円形状を有する。

上記のように、振動発電機をサドルの下側に設けることにより、自転車の走行時のサドルの振動を利用して発電を行なうことができる。さらに、突起部が挿入される孔部を楕円形状とすることにより、サドルに上下方向の力と同時に左右方向の力が加わった際にも、鉄心に対する磁石部材の相対移動が可能となるため、サドルが上下すると同時に左右に揺れても有効に発電を行なうことができる。

好ましくは、上記振動発電機において、複数の磁石は互いに同じ厚みを有し、第１の極と第２の極との間の空隙の幅と、複数の磁石の厚みとが等しい。

上記のように、第１の極および第２の極間の空隙の幅と複数の磁石の厚みとを合わせることにより、第１の極および第２の極の位置と第１板状部材および第２板状部材の位置とを精密に合わせることができるので、磁気回路の抵抗を低減して振動をさらに有効に利用することができる。

本発明によれば、自転車の走行時の振動を有効に利用して、走行エネルギーにロスを生じさせることなく電力を得ることができる。

以下に、本発明の実施の形態について説明する。なお、同一または相当する部分に同一の参照符号を付し、その説明を繰返さない場合がある。

なお、以下に説明する実施の形態において、個数、量などに言及する場合、特に記載がある場合を除き、本発明の範囲は必ずしもその個数、量などに限定されない。また、以下の実施の形態において、各々の構成要素は、特に記載がある場合を除き、本発明にとって必ずしも必須のものではない。また、以下に複数の実施の形態が存在する場合、特に記載がある場合を除き、各々の実施の形態の構成を適宜組合わせることは、当初から予定されている。

本実施の形態に係る振動発電機は、自転車の走行時に必要となる電力を供給するためのものである。たとえば、本実施の形態に係る振動発電機とＬＥＤとを直結すれば、点滅回路を設けることなく点滅式シグナルライトを構成することができる。また、二次電池と充電回路とを設け、昼間の走行時に充電すれば、夜間の連続点灯も可能となる。さらに、本実施の形態に係る振動発電機と太陽電池とを併用することも考えられる。

図１は、本発明の１つの実施の形態に係る振動発電機の構成を示す図である。また、図２は、図１に示す振動発電機における鉄心１０と磁石部材２０との密着部分の周辺を拡大して示す斜視図である。なお、図２では、図１に示す非磁性部材３０Ａ，３０Ｂを図示していない。

図１，図２を参照して、本実施の形態に係る振動発電機は、鉄心１０と、磁石部材２０と、非磁性部材３０Ａ，３０Ｂとを含む。

鉄心１０には、コイル１１が巻回されている。鉄心１０は、矩形リングの一部を分断して隙間１２を形成した形状（ここでは、略Ｃ字形状と称する。）を有する。鉄心１０は、略Ｃ字形状の両端部において、磁石部材２０に向けて突出する突出部１３Ａ，１３Ｂを有する。突出部１３Ａ，１３Ｂは、磁石部材２０に密着している。

磁石部材２０は、複数（図１の例では８個）の磁石２１〜２８と、集磁導磁板２１Ａ〜２９Ａとを含む。複数の磁石２１〜２８と、集磁導磁板２１Ａ〜２９Ａとは、自転車の上下方向（矢印ＤＲ１方向）に沿って、交互に積層されている。すなわち、複数の磁石２１〜２８は、集磁導磁板２１Ａ〜２９Ａにそれぞれ挟持されている。換言すると、集磁導磁板２２Ａ〜２８Ａは、複数の磁石２１〜２８にそれぞれ挟持されている。なお、磁石２１〜２８の厚み（Ｔ１：たとえば３ｍｍ程度）は、鉄心１０における隙間１２の幅（Ｌ）と同じであり、集磁導磁板２１Ａ〜２９Ａの厚み（Ｔ２：たとえば１ｍｍ程度）は、突出部１３Ａ，１３Ｂの厚みと同じである。図１の例では、集磁導磁板２１Ａ〜２９Ａの厚み（Ｔ２）が磁石２１〜２８の厚み（Ｔ１）よりも小さく形成されている。しかし、これらの厚みは適宜変更可能であり、集磁導磁板２１Ａ〜２９Ａの厚み（Ｔ２）が磁石２１〜２８の厚み（Ｔ１）よりも大きく形成されることもあり得る。

磁石部材２０において、複数の磁石２１〜２８は、同極が対向するように積層されている。この結果、複数の集磁導磁板２１Ａ〜２９Ａは、たとえば、集磁導磁板２１Ａ，２３Ａ，２５Ａ，２７Ａ，２９ＡがＮ極、集磁導磁板２２Ａ，２４Ａ，２６Ａ，２８ＡがＳ極というように、Ｎ極とＳ極とが交互に形成されることになる。なお、集磁導磁板２１Ａ〜２９Ａは、たとえば電磁軟鉄など透磁率が高い素材からなる強磁性体であることが好ましい。

非磁性部材３０Ａ，３０Ｂは、鉄心１０に固定されている。非磁性部材３０Ａ，３０Ｂは、たとえば樹脂などの非磁性の素材により構成されている。非磁性部材３０Ａ，３０Ｂの厚み（Ｔ３）は、鉄心１０の突出部１３Ａ，１３Ｂの突出量と同じである。したがって、非磁性部材３０Ａ，３０Ｂは、鉄心１０の突出部１３Ａ，１３Ｂとともに磁石部材２０に密着することになる。

磁石部材２０は、自転車の走行時に、自転車のフレームに対して上下方向（矢印ＤＲ１方向）に振動する。他方、鉄心１０および非磁性部材３０Ａ，３０Ｂは自転車のフレームに対して固定状態にある。したがって、磁石部材２０と鉄心１０および非磁性部材３０Ａ，３０Ｂとは、自転車の走行時に矢印ＤＲ１方向に沿って相対移動する。この結果、たとえば図１に示す状態（突出部１３ＡにＳ極である集磁導磁板２４Ａが密着し、突出部１３ＢにＮ極である集磁導磁板２５Ａが密着する状態）から、磁石部材２０が鉄心１０に対して下側に移動すれば、突出部１３ＡにＮ極である集磁導磁板２３Ａが密着し、突出部１３ＢにＳ極である集磁導磁板２４Ａが密着する状態となる。すなわち、自転車の走行時の上下振動により、鉄心部１０における磁束の向きが逆転するのである。この結果、電磁誘導により、コイル１１に電流が流れる。この電流を取り出すことにより、発電を行なうことができる。以上に説明した原理で、自転車の走行時の上下振動を利用して発電を行なうことが可能である。

上記のように、自転車の走行時の振動によって突出部１３Ａ，１３Ｂの極性を切換えてコイル１１が巻回された鉄心１０における磁束の向きを変動させることにより、自転車の走行時の振動を利用して電磁誘導により発電を行なうことができる。ここで、同極が対向するように複数の磁石２１〜２８を積層することにより、集磁導磁板２１Ａ〜２９Ａの磁束密度を高めることができる。また、鉄心１０における突出部１３Ａ，１３Ｂと磁石部材２０における集磁導磁板２１Ａ〜２９Ａとを密着させることで、磁石部材２０と鉄心１０との間の磁気回路中の空隙を無くし、磁気抵抗を低減することができる。さらに、鉄心１０に固定された非磁性部材３０Ａ，３０Ｂを磁石部材２０に密着させることにより、鉄心１０に対する磁石部材２０の（矢印ＤＲ１方向の）相対移動をガイドすることができる。以上の結果として、自転車の走行時の振動を有効に利用することができる。すなわち、本実施の形態では、可動部（磁石部材２０）を固定部（鉄心１０および非磁性部材３０）に対して密着させることにより、振動数が低く、振幅も小さい振動であっても有効に利用して電力を得ることができる。

また、自転車の走行時には、上下方向（ＤＲ１方向）の振動が最も安定して継続的に生じているため、上記のように、複数の磁石２１〜２８を上下方向に積層することにより、自転車の走行時の上下振動を有効に利用することができる。

また、上記のように、突出部１３Ａ，１３Ｂ間の空隙の幅（Ｌ）と磁石２１〜２８の厚み（Ｔ１）とを合わせ、さらに、突出部１３Ａ，１３Ｂの厚みと集磁導磁板２１Ａ〜２９Ａの厚み（Ｔ２）とを合わせることにより、突出部１３Ａ，１３Ｂの位置と集磁導磁板２１Ａ〜２９Ａの位置とを精密に合わせることができる。この結果、磁気回路の抵抗を低減して、上下振動をさらに有効に利用することができる。

次に、図３，図４を用いて、本実施の形態に係る振動発電機の取付構造について説明する。図３，図４を参照して、鉄心１０と磁石部材２０との間には、ガイド４０が設けられる。ガイド４０は、鉄心１０および磁石部材２０を受け入れるガイド孔４０Ａを有しており、ガイド孔４０Ａの内部において、鉄心１０の突出部１３Ａ，１３Ｂと磁石部材２０とが接触する。

磁石部材２０は、磁石２１〜２８および集磁導磁板２１Ａ〜２９Ａを保持する保持部２０Ａと、保持部２０Ａから突出する突起部２０Ａ１とを有する。磁石部材２０には、駆動部材５０が結合される。駆動部材５０は、孔部５１およびフランジ部５２を有する。駆動部材５０の孔部５１に磁石部材２０の突起部２０Ａ１を挿入することにより、磁石部材２０と駆動部材５０とが結合される。また、フランジ部５２をサドル下面に固定することにより、駆動部材５０がサドルに固定される。

鉄心１０およびガイド４０は、自転車のフレームに対して固定状態にある。他方、磁石部材２０は、駆動部材５０を介して自転車のサドル下面に固定される。自転車の走行時には、サドルは、自転車のフレームに対して上下に振動する。したがって、自転車の走行時には、磁石部材２０は、鉄心１０およびガイド４０に対して上下に振動することになる。この上下振動は、ガイド孔４０Ａによりガイドされる。本実施の形態では、サドルの下側に振動発電機を設けることにより、上述のサドルの上下振動を利用して発電を行なう。

図５，図６は、本実施の形態に係る振動発電機をサドルに取り付けた状態を示す斜視図である。図５，図６を参照して、サドル１は、「弾性部材」としてのコイルばね２を介してわたり３および舟線４に固定される。わたり３は、舟線４に固定されている。また、舟線４は、シートポスト５に固定されている。コイル１１が巻回された鉄心１０は、取付部材６０を用いて、わたり３および舟線４に固定される。

自転車の走行時において、サドル１には、上下の振動（図７中の矢印ＤＲ１）だけでなく、左右の揺れ（図８中の矢印ＤＲ２）も生じる。本実施の形態では、この左右の揺れも有効に利用する。すなわち、図７，図８に示すように、駆動部材５０に形成される孔部５１を自転車の幅方向に長い楕円形状とすることにより、サドル１に上下方向（矢印ＤＲ１）の力と同時に左右方向の力（矢印ＤＲ２）が加わった際にも、鉄心１０に対する磁石部材２０の相対移動が可能となるため、サドル１が上下すると同時に左右に揺れても有効に発電を行なうことができる。

上述した内容について要約すると、以下のようになる。すなわち、本実施の形態に係る振動発電機は、自転車の走行時の振動を利用して発電する振動発電機であって、コイル１１が巻回された鉄心１０と、透磁性を有する「板状部材」としての集磁導磁板２２Ａ〜２８Ａを挟持するように複数の磁石２１〜２８を積層して形成され、自転車の走行時の振動により、鉄心１０に対して相対的に移動する磁石部材２０と、鉄心１０に固定され、磁石部材２０に密着する非磁性部材３０Ａ，３０Ｂとを備える。複数の磁石２１〜２８は、同極が対向するように積層される。鉄心１０は、コイル１１に関して互いに反対側に設けられ、非磁性部材３０Ａ，３０Ｂとともに集磁導磁板２２Ａ〜２８Ａに密着する「第１の極」および「第２の極」としての突出部１３Ａ，１３Ｂを有する。集磁導磁板２２Ａ〜２８Ａは、複数の磁石のＮ極に挟持される「第１板状部材」としての集磁導磁板２３Ａ，２５Ａ，２７Ａと、複数の磁石のＳ極に挟持される「第２板状部材」としての集磁導磁板２２Ａ，２４Ａ，２６Ａ，２８Ａとを含む。そして、自転車の走行時の振動により、突出部１３ＡがＮ極の集磁導磁板２３Ａ，２５Ａ，２７Ａに吸着されるとともに突出部１３ＢがＳ極の集磁導磁板２２Ａ，２４Ａ，２６Ａ，２８Ａに吸着される状態（第１状態）と、突出部１３ＢがＮ極の集磁導磁板２３Ａ，２５Ａ，２７Ａに吸着されるとともに突出部１３ＡがＳ極の集磁導磁板２２Ａ，２４Ａ，２６Ａ，２８Ａに吸着される状態（第２状態）とが切り換えられる。

より具体的には、鉄心１０は、自転車のシートポスト５に固定された舟線４に固定され、磁石部材２０は、「固定部材」としての駆動部材５０を介して自転車のサドル１の下面に固定される。駆動部材５０は孔部５１を有し、磁石部材２０における保持部２０Ａは、自転車の前後方向に沿って孔部５１に挿入される突起部２０Ａ１を有し、孔部５１は、自転車の幅方向に長い楕円形状を有している。なお、上記とは逆に、駆動部材５０が突起部を有し、磁石部材２０が孔部を有していてもよい。

また、本実施の形態では、磁石部材２０と鉄心１０および非磁性部材３０Ａ，３０Ｂとの接触面（密着面）が平面である例について説明したが、この接触面は曲面状であってもよい。また、本実施の形態では、自転車のサドル１の下部に振動発電機を設ける例について説明したが、この振動発電機は、たとえば、シートポスト５の内部や、サスペンションの内部など、自転車における他の部分にも適用し得るものである。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明の１つの実施の形態に係る振動発電機の構成を示す図である。 図１に示す振動発電機における鉄心と磁石部材との密着部分の周辺を拡大して示す斜視図である。 本発明の１つの実施の形態に係る振動発電機の取付構造を示す分解斜視図である。 本発明の１つの実施の形態に係る振動発電機の取付構造を示す斜視図である。 本発明の１つの実施の形態に係る振動発電機をサドルに取り付けた状態を示す斜視図（その１）である。 本発明の１つの実施の形態に係る振動発電機をサドルに取り付けた状態を示す斜視図（その２）である。 サドルの左右の揺れと上下振動とについて説明する図（その１）である。 サドルの左右の揺れと上下振動とについて説明する図（その２）である。

符号の説明

１ サドル、２ コイルばね、３ わたり、４ 舟線、５ シートポスト、１０ 鉄心、１１ コイル、１２ 隙間、１３Ａ，１３Ｂ 突出部、２０ 磁石部材、２０Ａ 保持部、２０Ａ１ 突起部、２１〜２８ 磁石、２１Ａ〜２９Ａ 集磁導磁板、３０Ａ，３０Ｂ 非磁性部材、４０ ガイド、４０Ａ ガイド孔、５０ 駆動部材、５１ 孔部、５２ フランジ部、６０ 取付部材。

Claims (5)

1. 自転車の走行時の振動を利用して発電する振動発電機であって、
   コイルが巻回された鉄心と、
   透磁性を有する板状部材を挟持するように複数の磁石を積層して形成され、前記自転車の走行時の振動により、前記鉄心に対して相対的に移動する磁石部材と、
   前記鉄心に固定され、前記磁石部材に密着する非磁性部材とを備え、
   前記複数の磁石は、同極が対向するように積層され、
   前記鉄心は、前記コイルに関して互いに反対側に設けられ、前記非磁性部材とともに前記板状部材に密着する第１の極および第２の極を有し、
   前記板状部材は、前記複数の磁石のＮ極に挟持される第１板状部材と、前記複数の磁石のＳ極に挟持される第２板状部材を含み、
   前記自転車の走行時の振動により、前記第１の極が前記第１板状部材に吸着されるとともに前記第２の極が前記第２板状部材に吸着される第１状態から、前記第２の極が前記第１板状部材に吸着されるとともに前記第１の極が前記第２板状部材に吸着される第２状態に切り換わる、振動発電機。
2. 前記複数の磁石は、前記自転車の上下方向に積層される、請求項１に記載の振動発電機。
3. 前記磁石部材は、前記自転車のサドルの下面に固定され、
   前記鉄心は、前記自転車のシートポストに固定された舟線に固定される、請求項１または請求項２に記載の振動発電機。
4. 前記磁石部材は、固定部材を介して前記自転車のサドルの下面に固定され、
   前記固定部材と前記磁石部材とのうち、一方は孔部を有し、他方は、前記自転車の前後方向に沿って前記孔部に挿入される突起部を有し、
   前記孔部は、前記自転車の幅方向に長い楕円形状を有する、請求項１から請求項３のいずれかに記載の振動発電機。
5. 前記複数の磁石は互いに同じ厚みを有し、
   前記第１の極と前記第２の極との間の空隙の幅と、前記複数の磁石の厚みとが等しい、請求項１から請求項４のいずれかに記載の振動発電機。

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