JP2010283948A - Generation device - Google Patents

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JP2010283948A JP2009133751A JP2009133751A JP2010283948A JP 2010283948 A JP2010283948 A JP 2010283948A JP 2009133751 A JP2009133751 A JP 2009133751A JP 2009133751 A JP2009133751 A JP 2009133751A JP 2010283948 A JP2010283948 A JP 2010283948A
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Yasutaka Kitamura
泰隆 北村
Shigenori Inamoto
繁典 稲本
Yuuki Takahashi
勇樹 高橋
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To highly efficiently generate power while a power generation device generating power by electromagnetic induction is miniaturized. <P>SOLUTION: The power generation device is provided with a permanent magnet 14, yokes 12 and 13 which are magnetically connected to the permanent magnet 14 and form a magnetic path and coils 11A and 11B installed in the yokes 12 and 13. The yokes are separated into the fixed yoke 12 and the movable yoke 13. The movable yoke 13 is relatively reciprocated to the fixed yoke 12 in a uniaxial direction (X1, X2 direction). Thus, a magnetic flux change is caused in magnetic flux flowing between the yokes 12 and 13 by bringing the yokes 12 and 13 into contact with each other and by dividing them. Then, induced electromotive force is caused in the coils 11A and 11B by the magnetic flux change. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は発電装置に係り、特に電磁誘導により発電を行う発電装置に関する。   The present invention relates to a power generation device, and more particularly to a power generation device that generates power by electromagnetic induction.

近年、電子機器に広く開放されている2.5GHz帯の電波周波数帯を利用して、種々のワイヤレスの電子機器が提供されている。そのなかの一つとして、無線スイッチが知られている。この無線スイッチは、例えば壁等に配設され照明器具のON/OFFを行うのに使用される。   In recent years, various wireless electronic devices have been provided using a radio frequency band of 2.5 GHz that is widely open to electronic devices. As one of them, a wireless switch is known. This wireless switch is disposed on a wall or the like, for example, and is used to turn on / off a lighting fixture.

このような無線スイッチでは、その電源として乾電池や屋内100V電源を用いることが考えられるが、乾電池を用いた場合にはその交換が面倒であり、また屋内電源を用いる場合には無線スイッチの配設位置が固定されてしまい移動させることがでず、いずれの場合も使用性が悪い。このため、無線スイッチ内に発電装置を設け、無線スイッチの使用性を向上させることが提案されている。   In such a wireless switch, it is conceivable to use a dry cell or an indoor 100V power source as the power source. However, if a dry cell is used, the replacement is troublesome, and if an indoor power source is used, a wireless switch is provided. The position is fixed and cannot be moved, and in either case, the usability is poor. For this reason, it has been proposed to improve the usability of the wireless switch by providing a power generation device in the wireless switch.

従来、このような小型電子機器に搭載される発電装置としては、特許文献1に示されるようなコイルの内部で円盤状の磁石を回転させることよりコイルを貫く磁束を変化させ、これにより発電を行う発電装置が知られている。また他の発電装置としては、特許文献2に示されるように、平面コイルに対して磁石が相対的に移動するよう構成し、磁石の移動により平面コイルを貫く磁束を変化させ、これにより発電を行う発電装置があった。   Conventionally, as a power generation device mounted on such a small electronic device, a magnetic flux penetrating the coil is changed by rotating a disk-shaped magnet inside the coil as shown in Patent Document 1, thereby generating power. A power generator to perform is known. As another power generation device, as shown in Patent Document 2, the magnet is configured to move relative to the planar coil, and the magnetic flux penetrating the planar coil is changed by the movement of the magnet, thereby generating power. There was a power generator to do.

特開2005−102413号公報JP 2005-102413 A 特開2004−159407号公報JP 2004-159407 A

しかしながら、コイルの内部で環状の磁石を回転させる構造の発電装置は、円盤状の磁石の外部にコイルを配設する必要があり、装置の形状が大きくなってしまうという問題点があった。また、磁石が所定の回転速度となるまでは起電力が弱く、発電の立ち上がり時間が長くなるという問題点もあった。   However, the power generation device having a structure in which the annular magnet is rotated inside the coil needs to dispose the coil outside the disk-like magnet, and there is a problem that the shape of the device becomes large. In addition, there is a problem that the electromotive force is weak until the magnet reaches a predetermined rotation speed, and the rise time of power generation becomes long.

一方、平面コイルに対して磁石が移動させる構造の発電装置は、装置内に比較的形状が大きい磁石を移動させる移動空間を設ける必要があり、やはり装置が大型化してしまうという問題点があった。   On the other hand, a power generation device having a structure in which a magnet is moved with respect to a planar coil needs to provide a moving space for moving a relatively large magnet in the device, and there is a problem that the device is also increased in size. .

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、小形化を図りつつ効率の高い発電を行いうる発電装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide a power generation apparatus that can perform highly efficient power generation while achieving downsizing.

上記の課題は、第1の観点からは、
永久磁石(14)と、
前記永久磁石(14)と磁気的に接続されると共に該永久磁石(14)の磁束の磁路を形成するヨーク(12,13)と、
該ヨーク(12,13)に装着されるコイル(11A,11B)とを有する発電装置であって、
前記ヨークを第1ヨーク部(12)と第2ヨーク部(13)とに分離し、
該第1及び第2ヨーク部(12,13)を相対的に一軸方向(X1,X2方向)に往復移動させて接触及び離間させることにより、前記第1及び第2ヨーク(12,13)を流れる磁束に磁束変化を発生させ、
該磁束変化により前記コイル(11A,11B)に誘導起電力を発生させることを特徴とする発電装置により解決することができる。
From the first point of view, the above problem is
A permanent magnet (14);
Yokes (12, 13) magnetically connected to the permanent magnet (14) and forming a magnetic path of magnetic flux of the permanent magnet (14);
A power generator having coils (11A, 11B) mounted on the yoke (12, 13),
Separating the yoke into a first yoke part (12) and a second yoke part (13);
The first and second yoke portions (12, 13) are reciprocated relatively in one axial direction (X1, X2 direction) to contact and separate from each other, thereby moving the first and second yokes (12, 13). Generate magnetic flux change in the flowing magnetic flux,
This can be solved by a power generator that generates an induced electromotive force in the coils (11A, 11B) by the magnetic flux change.

尚、上記参照符号は、あくまでも参考であり、これによって、特許請求の範囲の記載が限定されるものではない。   In addition, the said reference code is a reference to the last, and description of a claim is not limited by this.

開示の発電装置は、分離した第1及び第2ヨーク部を相対的に一軸方向に往復移動させることによりコイルに誘導起電力を発生させるため、装置の薄型化を図ることができる。   The disclosed power generation apparatus generates an induced electromotive force in the coil by relatively reciprocating the separated first and second yoke portions in a uniaxial direction, so that the apparatus can be thinned.

図1は、本発明の一実施形態である発電装置の斜視図である。FIG. 1 is a perspective view of a power generator according to an embodiment of the present invention. 図2は、本発明の一実施形態である発電装置を搭載した無線スイッチの要部斜視図である。FIG. 2 is a perspective view of a main part of a wireless switch equipped with a power generation device according to an embodiment of the present invention. 図3は本発明の一実施形態である発電装置を示す図であり、(A)は平面図、(B)は正面図、(C)は底面図、(D)は左側面図、(E)は右側面図である。3A and 3B are diagrams showing a power generation apparatus according to an embodiment of the present invention, in which FIG. 3A is a plan view, FIG. 3B is a front view, FIG. 3C is a bottom view, and FIG. ) Is a right side view. 図4は本発明の一実施形態である発電装置の動作を説明するための図であり、固定ヨークと可動ヨークが吸着した状態を示す一部断面とした斜視図である。FIG. 4 is a view for explaining the operation of the power generation apparatus according to the embodiment of the present invention, and is a perspective view with a partial cross section showing a state where the fixed yoke and the movable yoke are adsorbed. 図5は本発明の一実施形態である発電装置の動作を説明するための図であり、固定ヨークと可動ヨークが離間した状態を示す一部断面とした斜視図である。FIG. 5 is a diagram for explaining the operation of the power generation apparatus according to the embodiment of the present invention, and is a perspective view with a partial cross section showing a state where the fixed yoke and the movable yoke are separated from each other. 図6は固定ヨーク及び可動ヨークを流れる磁束を示す断面図であり、(A)は固定ヨークと可動ヨークが吸着した状態を示す図、(B)は固定ヨークと可動ヨークが離間した状態を示す図である。6A and 6B are cross-sectional views showing magnetic fluxes flowing through the fixed yoke and the movable yoke. FIG. 6A shows a state where the fixed yoke and the movable yoke are attracted, and FIG. 6B shows a state where the fixed yoke and the movable yoke are separated. FIG. 図7は、図1に示した発電装置の変形例を示す斜視図である。FIG. 7 is a perspective view showing a modification of the power generation device shown in FIG. 図8は変形例に係る発電装置において固定ヨーク及び可動ヨークに流れる磁束を示す断面図であり、(A)は固定ヨークと可動ヨークが吸着した状態を示す図、(B)は固定ヨークと可動ヨークが離間した状態を示す図である。8A and 8B are cross-sectional views showing magnetic fluxes flowing through the fixed yoke and the movable yoke in the power generation device according to the modification. FIG. 8A is a diagram showing a state where the fixed yoke and the movable yoke are attracted, and FIG. It is a figure which shows the state which the yoke separated.

次に、本発明の実施の形態について図面と共に説明する。   Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は本発明の一実施形態である発電装置10Aを示しており、また図2は発電装置10Aが搭載される電子機器の一例として無線スイッチ1を示している。   FIG. 1 shows a power generation device 10A according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 shows a wireless switch 1 as an example of an electronic device on which the power generation device 10A is mounted.

発電装置10Aは、コイル11A,11B、ヨーク、及び永久磁石14等を有している。この発電装置10Aは、後に詳述するようにヨークが固定ヨーク12と可動ヨーク13とにより構成されており、固定ヨーク12に対して可動ヨーク13を矢印X1,X2方向に往復移動させることにより発電を行う構成とされている。   The power generation device 10A includes coils 11A and 11B, a yoke, a permanent magnet 14, and the like. In this power generation apparatus 10A, as will be described in detail later, the yoke is composed of a fixed yoke 12 and a movable yoke 13, and power generation is performed by reciprocating the movable yoke 13 in the directions of arrows X1 and X2 with respect to the fixed yoke 12. It is set as the structure which performs.

図2に示す無線スイッチ1は、この発電装置10Aを装着した構成とされている。無線スイッチ1は、発電装置10Aの他に、押しボタン3、ヨーク駆動機構4、及び図示しない高周波通信装置等が設けられている。   The wireless switch 1 shown in FIG. 2 is configured to be equipped with the power generator 10A. The wireless switch 1 is provided with a push button 3, a yoke drive mechanism 4, a high-frequency communication device (not shown), and the like in addition to the power generation device 10A.

押しボタン3は、図中矢印A1方向に操作可能な構成とされている。操作者が押しボタン3を矢印A1方向に押圧操作すると、この操作力はヨーク駆動機構4に伝達される。ヨーク駆動機構4は、回転部材5及び揺動アーム6等を有している。   The push button 3 is configured to be operable in the arrow A1 direction in the figure. When the operator presses the push button 3 in the direction of the arrow A1, this operating force is transmitted to the yoke drive mechanism 4. The yoke drive mechanism 4 has a rotating member 5, a swing arm 6, and the like.

押しボタン3の1回のA1方向の押圧操作により、回転部材5は180度回転する構成とされている。また、回転部材5の上面には6個の操作突起5aが形成されている。この操作突起5aは、回転部材5の回転に伴い揺動アーム6と係合するよう構成されている。   The rotating member 5 is configured to rotate 180 degrees by one pressing operation of the push button 3 in the A1 direction. In addition, six operation projections 5 a are formed on the upper surface of the rotating member 5. The operation protrusion 5 a is configured to engage with the swing arm 6 as the rotating member 5 rotates.

揺動アーム6は、支軸7を中心として矢印B1,B2方向に揺動可能な構成とされている。また、支軸7の近傍位置には連結軸8が設けられ、この連結軸8は発電装置10Aを構成する可動ヨーク13の取り付け用孔21と係合している。よって、揺動アーム6が揺動することにより、可動ヨーク13は図2に矢印X1,X2方向に移動する。   The swing arm 6 is configured to be swingable in the directions of arrows B1 and B2 about the support shaft 7. Further, a connecting shaft 8 is provided in the vicinity of the support shaft 7, and the connecting shaft 8 is engaged with a mounting hole 21 of the movable yoke 13 constituting the power generation apparatus 10A. Therefore, when the swing arm 6 swings, the movable yoke 13 moves in the directions of arrows X1 and X2 in FIG.

前記のように、押しボタン3の1回のA1方向の押圧操作により回転部材5は180度回転する。また、回転部材5には6個の操作突起5aが等間隔で形成されている。このため回転部材5が180度回転する間に、3個の操作突起5aが揺動アーム6と係合して揺動アーム6を揺動させる。   As described above, the rotating member 5 rotates 180 degrees by a single pressing operation of the push button 3 in the A1 direction. In addition, six operation protrusions 5 a are formed on the rotating member 5 at equal intervals. For this reason, while the rotating member 5 rotates 180 degrees, the three operation projections 5a engage with the swing arm 6 to swing the swing arm 6.

従って、ヨーク駆動機構4は、1回の押しボタン3の操作により、発電装置10Aの可動ヨーク13をX1,X2方向に3回往復移動させる。可動ヨーク13がX1,X2方向に移動することにより、発電装置10Aは誘導起電力を発生し、この誘導起電力は端子16を介して高周波通信装置に送られる。これにより、高周波通信装置は2.5GHz帯の電波を無線スイッチ1により作動される電気機器(例えば、照明機器等)に送信し、当該電気機器のON/OFFを行う。   Therefore, the yoke drive mechanism 4 reciprocates the movable yoke 13 of the power generation apparatus 10A three times in the X1 and X2 directions by operating the push button 3 once. When the movable yoke 13 moves in the X1 and X2 directions, the power generation device 10A generates an induced electromotive force, and this induced electromotive force is sent to the high-frequency communication device via the terminal 16. As a result, the high-frequency communication device transmits a 2.5 GHz band radio wave to an electrical device (for example, a lighting device) operated by the wireless switch 1 to turn the electrical device on / off.

次に、図1に加えて図3〜図5を参照し、発電装置10Aの各構成要素について説明する。図3は発電装置10Aの六面図、図4及び図5は発電装置10Aの横断面図である。   Next, each component of the power generation apparatus 10A will be described with reference to FIGS. 3 to 5 in addition to FIG. FIG. 3 is a hexahedral view of the power generator 10A, and FIGS. 4 and 5 are cross-sectional views of the power generator 10A.

本実施形態に係る発電装置10Aは、2個のコイル11A,11Bを設けている。各コイル11A,11Bは、樹脂製のボビン15に巻回されている。このコイル11A,11Bの具体例としては、コイル線材の直径は0.10mmとし、各コイル11A,11Bのコイル巻数を708回(二つ合計で1416回)、各コイル11A,11Bの巻線抵抗を28.28Ω(二つ合計で56,57Ω)とすることができる。   The power generation apparatus 10A according to the present embodiment is provided with two coils 11A and 11B. The coils 11A and 11B are wound around a resin bobbin 15. As a specific example of the coils 11A and 11B, the diameter of the coil wire is 0.10 mm, the number of coil turns of each coil 11A and 11B is 708 (1416 in total), and the winding resistance of each coil 11A and 11B is 28.28Ω (56,57Ω in total).

ヨークは、軟磁性体(例えば、鉄)により形成されている。本実施形態では、ヨークを固定ヨーク12と可動ヨーク13(請求項に記載の第1のヨーク部,第2のヨーク部)に分離したことを特徴としている。固定ヨーク12は、二股状に分岐した延出部12Aと延出部12Bを有している。この延出部12Aはコイル11A内に挿入され、延出部12Bはコイル11B内に挿入されている。この際、延出部12Aはコイル11A内に固定され、延出部12Bもコイル11B内に固定される。   The yoke is formed of a soft magnetic material (for example, iron). The present embodiment is characterized in that the yoke is separated into a fixed yoke 12 and a movable yoke 13 (first and second yoke portions described in claims). The fixed yoke 12 has an extending portion 12A and an extending portion 12B that are bifurcated. The extending portion 12A is inserted into the coil 11A, and the extending portion 12B is inserted into the coil 11B. At this time, the extending portion 12A is fixed in the coil 11A, and the extending portion 12B is also fixed in the coil 11B.

また、固定ヨーク12のボビン15から露出した部分には、界磁用の永久磁石14が設けられている。この永久磁石14は、単極着磁されたものが用いられる。この永久磁石14は、固定ヨーク12と磁気的に接続している。   A field permanent magnet 14 is provided on a portion of the fixed yoke 12 exposed from the bobbin 15. The permanent magnet 14 is a single pole magnetized one. The permanent magnet 14 is magnetically connected to the fixed yoke 12.

また、本実施形態では、延出部12Aと延出部12Bは連結部12Cにおいて連結した構成となっている。よって、延出部12Aと延出部12Bとを一体的に取り扱えるため、コイル11A,11Bへの装着時等における作業性を高めることができる。   In the present embodiment, the extending portion 12A and the extending portion 12B are connected at the connecting portion 12C. Therefore, since the extension part 12A and the extension part 12B can be handled integrally, workability at the time of mounting on the coils 11A and 11B can be improved.

更に、固定ヨーク12のボビン15から露出した部分には、固定用孔20が形成されている。この固定用孔20に図示しない固定ねじを挿通しケース2に形成されたねじ孔に螺着することにより、発電装置10Aはケース2に固定される。   Further, a fixing hole 20 is formed in a portion exposed from the bobbin 15 of the fixed yoke 12. The power generation device 10 </ b> A is fixed to the case 2 by inserting a fixing screw (not shown) into the fixing hole 20 and screwing it into a screw hole formed in the case 2.

可動ヨーク13は、二股状に分岐した延出部13A,13Bを有している。この延出部13Aはコイル11A内に挿入され、延出部13Bはコイル11B内に挿入されている。この際、延出部13A,13Bはコイル11A,11B内で移動可能となるよう構成されている。また、延出部13A,13Bがコイル11A,11B内で移動する際、延出部13A,13Bの移動はボビン15に案内されるため、図中矢印X1,X2方向のみとなる。即ち、可動ヨーク13は、一軸方向にのみ往復移動する構成となっている。   The movable yoke 13 has extending portions 13A and 13B branched in a bifurcated manner. The extending portion 13A is inserted into the coil 11A, and the extending portion 13B is inserted into the coil 11B. At this time, the extending portions 13A and 13B are configured to be movable in the coils 11A and 11B. Further, when the extending portions 13A and 13B move in the coils 11A and 11B, the movement of the extending portions 13A and 13B is guided by the bobbin 15, and therefore only in the directions of arrows X1 and X2 in the figure. That is, the movable yoke 13 is configured to reciprocate only in one axial direction.

また、可動ヨーク13のボビン15から露出した部分には、取り付け用孔21が形成されている。この取り付け用孔21は、揺動アーム6に設けられた連結軸8と連結されている。よって、揺動アーム6が前記のようにB1,B2方向に揺動することにより、可動ヨーク13は連結軸8を介して図中矢印X1,X2方向に往復移動する。   A mounting hole 21 is formed in a portion of the movable yoke 13 exposed from the bobbin 15. The mounting hole 21 is connected to a connecting shaft 8 provided in the swing arm 6. Therefore, when the swing arm 6 swings in the B1 and B2 directions as described above, the movable yoke 13 reciprocates in the directions of the arrows X1 and X2 in the figure via the connecting shaft 8.

上記のように本実施形態では、ヨークを固定ヨーク12と可動ヨーク13に分離した構成としているが、各ヨーク12,13の重量を異ならせている。具体的には、ケース2に固定される固定ヨーク12の重量に対し、可動ヨーク13の重量が軽くなるよう設定している。即ち、重量の重い固定ヨーク12を固定し、重量の軽い可動ヨーク13を固定ヨーク12に対して可動させる構成としている。   As described above, in this embodiment, the yoke is separated into the fixed yoke 12 and the movable yoke 13, but the weights of the yokes 12 and 13 are different. Specifically, the weight of the movable yoke 13 is set to be lighter than the weight of the fixed yoke 12 fixed to the case 2. That is, the heavy fixed yoke 12 is fixed, and the light movable yoke 13 is movable with respect to the fixed yoke 12.

このように、往復移動を行う可動ヨーク13の重量を軽く設定することにより、押しボタン3の操作力の低減を図ることができると共に、無線スイッチ1に設けられるヨーク駆動機構4の機械的強度の低減を図ることができる。更に、可動ヨーク13が固定ヨーク12よりも軽く設定されていることで、可動ヨーク13の速度を増すことができるため、発電量の増加を図ることができる。   In this way, by setting the weight of the movable yoke 13 that performs reciprocal movement light, the operation force of the push button 3 can be reduced, and the mechanical strength of the yoke drive mechanism 4 provided in the wireless switch 1 can be reduced. Reduction can be achieved. Furthermore, since the movable yoke 13 is set to be lighter than the fixed yoke 12, the speed of the movable yoke 13 can be increased, so that the amount of power generation can be increased.

図4は、可動ヨーク13が矢印X2方向に移動することにより、固定ヨーク12に吸着された状態を示している(以下、この状態を吸着状態という)。前記のように固定ヨーク12には永久磁石14が設けられているため、可動ヨーク13は永久磁石14の磁力により固定ヨーク12に吸着される。   FIG. 4 shows a state in which the movable yoke 13 is attracted to the fixed yoke 12 by moving in the arrow X2 direction (hereinafter, this state is referred to as an attracted state). As described above, since the fixed yoke 12 is provided with the permanent magnet 14, the movable yoke 13 is attracted to the fixed yoke 12 by the magnetic force of the permanent magnet 14.

また、延出部12A,12Bの先端部17A,17B、及び延出部13A,13Bの先端部18A,18Bは平坦面とされている。よって吸着状態では、延出部12A,12Bの先端部17A,17Bと延出部13A,13Bの先端部18A,18Bは、その全面が接触した状態となる。よって、先端部17Aと先端部18Bとの接触位置、及び先端部17Bと先端部18Bとの接触位置において、流れる磁束数を増大させることができる。   Further, the distal end portions 17A and 17B of the extending portions 12A and 12B and the distal end portions 18A and 18B of the extending portions 13A and 13B are flat surfaces. Therefore, in the attracted state, the end portions 17A and 17B of the extending portions 12A and 12B and the end portions 18A and 18B of the extending portions 13A and 13B are in contact with each other. Therefore, the number of magnetic fluxes flowing can be increased at the contact position between the distal end portion 17A and the distal end portion 18B and at the contact position between the distal end portion 17B and the distal end portion 18B.

一方、図5は、可動ヨーク13が矢印X1方向に移動することにより、固定ヨーク12から離間した状態を示している(以下、この状態を離間状態という)。このように離間状態では固定ヨーク12に対して可動ヨーク13が離間しているため、固定ヨーク12と可動ヨーク13との間には磁気抵抗が高い空気層が形成される。よって、先端部17Aと先端部18Bとの間、及び先端部17Bと先端部18Bとの間で磁束の流れは遮断される。   On the other hand, FIG. 5 shows a state where the movable yoke 13 is moved away from the fixed yoke 12 by moving in the arrow X1 direction (hereinafter, this state is referred to as a separated state). Thus, since the movable yoke 13 is separated from the fixed yoke 12 in the separated state, an air layer having a high magnetic resistance is formed between the fixed yoke 12 and the movable yoke 13. Therefore, the flow of magnetic flux is blocked between the tip portion 17A and the tip portion 18B and between the tip portion 17B and the tip portion 18B.

次に、図6を用いて発電装置10Aの発電原理について説明する。   Next, the power generation principle of the power generation apparatus 10A will be described with reference to FIG.

発電装置10Aは、電磁誘導を用いて発電を行う構成とされている。いま、誘導起電圧[V]をe(t)、コイル巻回数[turns]をN、磁束[Wb]をφ(t)、可動ヨーク13の移動量[m]をx(t)とすると、e(t)=−N(dφ/dt)=−N×(dφ/dx(t))×(dx(t)/dt)となる。よってこの式より、可動ヨーク13の位置による磁束数の変化と、可動ヨーク13の移動速度に比例して誘導起電圧e(t)が発生することがわかる。   The power generator 10A is configured to generate power using electromagnetic induction. Assuming that the induced electromotive voltage [V] is e (t), the number of coil turns [turns] is N, the magnetic flux [Wb] is φ (t), and the moving amount [m] of the movable yoke 13 is x (t), e (t) = − N (dφ / dt) = − N × (dφ / dx (t)) × (dx (t) / dt). Therefore, it can be seen from this equation that an induced electromotive voltage e (t) is generated in proportion to the change in the number of magnetic fluxes depending on the position of the movable yoke 13 and the moving speed of the movable yoke 13.

図6(A)は、吸着状態の発電装置10Aを示している。この吸着状態では可動ヨーク13は固定ヨーク12に吸着されているため、永久磁石14の磁束は図6(A)中に実線の矢印で示すように各ヨーク12,13内で閉磁路を形成するため、コイル11A,11Bを貫く磁束(以下、錯交磁束という)の数は多い。   FIG. 6A shows the power generation device 10A in an adsorption state. Since the movable yoke 13 is attracted to the fixed yoke 12 in this attracted state, the magnetic flux of the permanent magnet 14 forms a closed magnetic circuit in each of the yokes 12 and 13 as indicated by solid arrows in FIG. Therefore, the number of magnetic fluxes (hereinafter referred to as complex magnetic fluxes) penetrating the coils 11A and 11B is large.

これに対し、図6(B)に示すように可動ヨーク13をX1方向に移動させることにより発電装置10Aを分離状態にすると、固定ヨーク12と可動ヨーク13とにより構成される磁気回路に磁気抵抗が高い空気層(エア・ギャップ)が形成される。これにより、永久磁石14の磁束は図6(B)中に実線の矢印で示すように固定ヨーク12の永久磁石14に近い位置で閉磁路を形成してしまい、コイル11A,11Bに対する錯交磁束数は急激に減少してしまう。   On the other hand, when the power generation device 10A is separated by moving the movable yoke 13 in the X1 direction as shown in FIG. 6B, the magnetoresistive circuit includes the fixed yoke 12 and the movable yoke 13. A high air layer (air gap) is formed. As a result, the magnetic flux of the permanent magnet 14 forms a closed magnetic path at a position close to the permanent magnet 14 of the fixed yoke 12 as indicated by the solid line arrow in FIG. 6B, and the interlaced magnetic flux for the coils 11A and 11B. The number decreases rapidly.

このように、吸着状態と分離状態でコイル11A,11Bを貫く錯交磁界が短時間に急激に変化することにより、コイル11A,11Bには電磁誘導による誘導起電力が発生する。上記の原理に基づき、発電装置10Aは発電を行う。   As described above, the complex magnetic field penetrating the coils 11A and 11B in the attracted state and the separated state suddenly changes in a short time, so that an induced electromotive force due to electromagnetic induction is generated in the coils 11A and 11B. Based on the above principle, the power generation apparatus 10A generates power.

ここで、上記構成とされた発電装置10Aは、薄板状の可動ヨーク13を一軸方向(X1,X2方向)に移動させることにより発電を行う構成であるため、従来のように磁石を回転させる構成や磁石を移動させる構成に比べ、装置の薄型化を図ることができる。また、本実施形態に係る発電装置10Aは、永久磁石14は移動させずに、各ヨーク12,13を分離或いは吸着させることにより錯交磁界を急激に変化させ発電を行うため、磁石を移動させることにより発電を行う構成に比べて急激な磁束変化を発生させることができ、発電の立ち上がり時間の短縮を図ることが可能となる
また、本実施形態のように一対のヨーク12,13間に流れる磁束を急激に変化させる構成では、各ヨーク12,13に渦電流が発生するおそれがある。この渦電流の発生は発電効率の低下を招くと共にジュール熱の発生により高周波通信装置等に悪影響を及ぼす可能性がある。しかしながら、ヨーク12,13を金属層を積層した構造とすることにより、渦電流の発生を抑制することができる。
Here, since the power generation device 10A configured as described above is configured to generate power by moving the thin plate-shaped movable yoke 13 in the uniaxial direction (X1, X2 direction), a configuration in which a magnet is rotated as in the related art. Compared to the configuration in which the magnet is moved, the apparatus can be made thinner. In addition, the power generation apparatus 10A according to the present embodiment moves the magnets in order to generate power by rapidly changing the complex magnetic field by separating or attracting the yokes 12 and 13 without moving the permanent magnets 14. As a result, it is possible to generate a rapid magnetic flux change compared to a configuration in which power generation is performed, and it is possible to shorten the rise time of power generation. Further, the current flows between the pair of yokes 12 and 13 as in the present embodiment. In the configuration in which the magnetic flux is rapidly changed, eddy currents may be generated in the yokes 12 and 13. The generation of the eddy current causes a decrease in power generation efficiency and may adversely affect the high-frequency communication device or the like due to the generation of Joule heat. However, generation of eddy currents can be suppressed by making the yokes 12 and 13 have a structure in which metal layers are laminated.

図7及び図8は、図1〜図6を用いて説明した発電装置10Aの変形例である発電装置10Bを示している。尚、図7及び図8で、図1〜図6に示した構成と対応する構成のついては同一符号を付し、その説明は省略するものとする。   7 and 8 illustrate a power generation device 10B that is a modification of the power generation device 10A described with reference to FIGS. 1 to 6. 7 and 8, the same reference numerals are given to the components corresponding to those shown in FIGS. 1 to 6, and the description thereof will be omitted.

前記した発電装置10Aは、組み立て時等の作業性を考慮して固定ヨーク12の延出部12Aと延出部12Bが連結部12Cにより連結された構成とされていた。しかしながら、連結部12Cを有した構成では、この連結部12Cも磁路を形成することとなり、吸着時において図6(A)に実線で示す発電に寄与する磁束の流れの他に、同図に破線で示す連結部12Cを通る磁束のループが発生してしまう。この連結部12Cを通る磁束の流れが発生すると発電に寄与する磁束数が低減し、発電効率が低下してしまう。   The power generation device 10A described above has a configuration in which the extending portion 12A and the extending portion 12B of the fixed yoke 12 are connected by the connecting portion 12C in consideration of workability during assembly. However, in the configuration having the connecting portion 12C, this connecting portion 12C also forms a magnetic path. In addition to the flow of magnetic flux contributing to power generation indicated by the solid line in FIG. A loop of magnetic flux passing through the connecting portion 12C indicated by the broken line is generated. When the flow of magnetic flux passing through the connecting portion 12C is generated, the number of magnetic fluxes contributing to power generation is reduced, and the power generation efficiency is lowered.

そこで本変形例では、連結部12Cを除去し、固定ヨーク19を構成する延出部19Aと延出部10Bとの間に磁気ギャップ22を形成し、この磁気ギャップ22内に永久磁石14を配置したことを特徴とするものである。本変形性では、延出部19Aと延出部10Bとを分離して二つの部品とし、その間に永久磁石14を配置した構成としている。   Therefore, in the present modification, the connecting portion 12C is removed, a magnetic gap 22 is formed between the extending portion 19A and the extending portion 10B constituting the fixed yoke 19, and the permanent magnet 14 is disposed in the magnetic gap 22. It is characterized by that. In the present deformability, the extending portion 19A and the extending portion 10B are separated into two parts, and the permanent magnet 14 is disposed between them.

このように、連結部12Cを除去することにより、図8(A)に示すように吸着時において発電効率を低下させる磁束のループの発生は抑制される。よって、本変形例に係る発電装置10Bによれば、より効率の高い発電を行うことが可能となる。   Thus, by removing the connecting portion 12C, the generation of a magnetic flux loop that reduces the power generation efficiency during adsorption is suppressed as shown in FIG. 8A. Therefore, according to the power generation device 10B according to the present modification, it is possible to perform power generation with higher efficiency.

以上、本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は上記した特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能なものである。   The preferred embodiments of the present invention have been described in detail above. However, the present invention is not limited to the specific embodiments described above, and various modifications are possible within the scope of the gist of the present invention described in the claims. It can be modified and changed.

例えば、上記した実施形態では発電装置10A,10Bを無線スイッチ1に適用した例を示したが、本発明に係る発電装置の適用はこれに限定されるものではなく、いわゆるバッテリーレス化を行いたい各種電気機器及び電子機器に適用が可能なものである。   For example, in the above-described embodiment, an example in which the power generation devices 10A and 10B are applied to the wireless switch 1 is shown. However, the application of the power generation device according to the present invention is not limited to this, and so-called battery-less operation is desired. It can be applied to various electric devices and electronic devices.

1 無線スイッチ
3 押しボタン
4 ヨーク駆動機構
6 揺動アーム
7 支軸
8 連結軸
10A,10B 発電装置
11A,11B コイル
12 固定ヨーク
12A,12B,13A,13B,19A,19B 延出部
12C 連結部
13 可動ヨーク
14 永久磁石
15 ボビン
17A,17B,18A,18B 先端部
19 固定ヨーク
22 磁気ギャップ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Wireless switch 3 Push button 4 Yoke drive mechanism 6 Swing arm 7 Support shaft 8 Connection shaft 10A, 10B Power generator 11A, 11B Coil 12 Fixed yoke 12A, 12B, 13A, 13B, 19A, 19B Extension part 12C Connection part 13 Movable yoke 14 Permanent magnet 15 Bobbins 17A, 17B, 18A, 18B Tip 19 Fixed yoke 22 Magnetic gap

Claims (4)

永久磁石と、
前記永久磁石と磁気的に接続されると共に該永久磁石の磁束の磁路を形成するヨークと、
該ヨークに装着されるコイルとを有する発電装置であって、
前記ヨークを第1ヨーク部と第2ヨーク部とに分離し、
該第1及び第2ヨーク部を相対的に一軸方向に往復移動させて接触及び離間させることにより、前記第1及び第2ヨーク部を流れる磁束に磁束変化を発生させ、
該磁束変化により前記コイルに誘導起電力を発生させることを特徴とする発電装置。
With permanent magnets,
A yoke magnetically connected to the permanent magnet and forming a magnetic path of magnetic flux of the permanent magnet;
A power generator having a coil mounted on the yoke,
Separating the yoke into a first yoke part and a second yoke part;
By causing the first and second yoke parts to reciprocate relatively in one axial direction to contact and separate, a magnetic flux change is generated in the magnetic flux flowing through the first and second yoke parts,
A power generator that generates an induced electromotive force in the coil by the magnetic flux change.
前記第1ヨーク部と前記第2ヨーク部の重量を異ならせ、
重量の重いヨーク部を固定し、重量の軽いヨークを前記重量の重いヨーク部に対して可動させることにより、前記第1及び第2ヨーク部を接触及び離間させることを特徴とする請求項1記載の発電装置。
Different weights of the first yoke part and the second yoke part;
2. The first and second yoke parts are brought into contact with and separated from each other by fixing a heavy yoke part and moving a light yoke with respect to the heavy yoke part. Power generator.
前記ヨークに磁路を切断する磁気ギャップを設け、該磁気ギャップ内に前記永久磁石を配置したことを特徴とする請求項1又は2記載の発電装置。   3. The power generator according to claim 1, wherein a magnetic gap for cutting a magnetic path is provided in the yoke, and the permanent magnet is disposed in the magnetic gap. 前記ヨークは、金属層を積層した構造であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の発電装置。
The power generation apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein the yoke has a structure in which metal layers are stacked.
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