JP2011250611A

JP2011250611A - 振動発電機

Info

Publication number: JP2011250611A
Application number: JP2010122093A
Authority: JP
Inventors: Akinari Takahashi; 亮也高橋
Original assignee: Brother Industries Ltd
Current assignee: Brother Industries Ltd
Priority date: 2010-05-27
Filing date: 2010-05-27
Publication date: 2011-12-08

Abstract

【課題】中空部材がケース内で片側に偏るのを防止することができる振動発電機を提供する。
【解決手段】磁性体によって形成されるケースと、前記ケース内に設けられ、非磁性体によって形成される中空部材と、前記中空部材に沿って配置されたコイルと、前記中空部材内に往復移動可能に設けられ、永久磁石を有する可動子とを備える振動発電機であって、前記ケースと前記中空部材の間には、前記可動子の移動方向と平行な前記ケースの中心線と、前記可動子の移動方向と平行な前記中空部材の中心線を一致させるための弾性部材が備えられることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、ケースと中空部材の間に弾性部材を備えた振動発電機に関する。

従来、運動エネルギーを電気エネルギーに変換する発電装置として、構造が比較的簡単な電磁誘導方式の振動発電機が知られている。例えば、特許文献１の振動発電機は、非磁性材料からなる凹曲面を有する中空部材と、凹曲面に載置され凹曲面に沿って移動可能な永久磁石と、永久磁石の磁束を横切る位置に配置されたコイルから構成されている。この永久磁石が中空部材の凹曲面上を転動することにより、コイルに誘導起電力が発生する。

また、この振動発電機には、永久磁石が移動することにより発生する磁束が外部へ漏洩することを防止するために、磁性材料からなるケースの中に中空部材やコイルが配置されている。

特開２００４−１２９４７６号公報

しかしながら、振動発電機を構成する各構成部材の寸法精度による影響や、振動発電機の使用に伴う振動の衝撃により、中空部材とケースとの間に余計な隙間が生じてがたつきが発生してしまうことがある。そうすると、中空部材がケースの一側に偏ってしまい、中空部材の中の永久磁石は磁性材料からなるケースに磁着される。これにより、振動発電機の発電効率が低下する問題があった。

本発明は、磁性材料によって形成されるケース内で中空部材が片側に偏るのを防止して、発電効率を向上することができる振動発電機を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、第１発明の振動発電機は、磁性体によって形成されるケースと、前記ケース内に設けられ、非磁性体によって形成される中空部材と、前記中空部材に沿って配置されたコイルと、前記中空部材内に往復移動可能に設けられ、永久磁石を有する可動子とを備える振動発電機であって、前記ケースと前記中空部材の間には、前記可動子の移動方向と平行な前記ケースの中心線と、前記可動子の移動方向と平行な前記中空部材の中心線を一致させるための弾性部材が備えられることを特徴とする。

第２発明の振動発電機は、上記第１発明の構成に加えて、前記弾性部材は、前記ケースと前記中空部材の間に２箇所以上設けられることを特徴とする。

第３発明の振動発電機は、上記第２発明に加えて、前記弾性部材は、前記ケースの両端側に配置され、前記中空部材は前記弾性部材を介して前記ケースに取り付けられることを特徴とする。

第４発明の振動発電機は、上記第１ないし第３発明のいずれかにおいて、前記弾性部材は、前記中空部材に一体的に形成されていることを特徴とする。

第１発明の振動発電機によれば、磁性体によって形成されるケースと中空部材の間には、可動子の移動方向と平行なケースの中心線と、可動子の移動方向と平行な中空部材の中心線を一致させるための弾性部材が備えられている。そのため、磁性体からなるケース内で中空部材が片側に偏るのを防止することができ、振動発電機の運動エネルギーが低下するのを防止することができる。

第２発明の振動発電機によれば、第１発明の効果に加え、前記弾性部材は、前記ケースと前記中空部材の間に２箇所以上設けられるので、ケース内で中空部材が片側に偏るのを確実に防止することができる。

第３発明の振動発電機によれば、第２発明に加え、弾性部材は、ケースの両端側に配置され、中空部材は弾性部材を介してケースに取り付けられるので、ケース内で中空部材が片側に偏るのをさらに確実に防止することができる。

第４発明の振動発電機によれば、第１発明ないし第３発明のいずれかに加え、構成部材が少なくなるので、それぞれの構成部材の寸法誤差による間隙が生じにくくなる。

本発明の第１実施形態の振動発電機の断面図である。第１実施形態の（Ａ）ケース（Ｂ）弾性部材（Ｃ）中空部材の断面図である。本発明の第2実施形態の振動発電機の断面図である。本発明の第２実施形態の（Ａ）ケース（Ｂ）弾性部材（Ｃ）中空部材の断面図である。本発明の第３実施形態の振動発電機の断面図である。中空部材の一例を示す斜視図である。中空部材の別例を示す斜視図である。中空部材の他の例を示す斜視図である。

（第１実施形態について）
以下に図面を参照しつつ、本発明の好ましい実施形態を示す。まず、本発明の第１実施形態の振動発電機１０について、図１を用いて説明する。図１に示されるように、振動発電機１０は、ケース１１、中空部材１９０、中空部材１９０の外面に巻回されている電磁誘導コイル１２、永久磁石を備えた可動子１４とから構成されている。

ケース１１は円筒形状に形成され、その両端は開放されている。ケース１１は後述の永久磁石からの漏洩磁場を低減するために、磁性体で形成されている。磁性体の一例としては、マルテンサイト系やフェライト系のステンレス材料などが挙げられる。ケース１１の内部には、非磁性体によって形成される中空部材１９０、電磁誘導コイル１２、可動子１４を備えている。なお、図１ではケース１１は振動発電機１０の筐体として構成されているが、ケース１１の外側に筐体が別途構成されていてもよい。

中空部材１９０は円筒形状であり、ケース１１内部に収納されて固定されている。本実施形態では、中空部材１９０の両端部とケース１１の両端部を覆うように配置された移動規制部１６１、１６２が設けられる。

中空部材１９０は非磁性体で形成される。例えば、アクリル、ＡＢＳ、ポリアセタール、ポリエチレンテレフタラート等の樹脂やアルミナやガラス等のセラミック、アルミニウ
ム、真鍮等の金属などで構成される。

本実施形態では、中空部材１９０とケース１１は円筒形状であるが、この形状には限定されず、例えば、楕円筒形状、四角筒、カード型の平板状等その他の多角筒形状であってもよい。

弾性部材２０は、ケース１１と中空部材１９０の間であって、両端側に備えられる。この弾性部材２０は、可動子の移動方向Ｙと平行なケース１１の中心線Ａと、可動子１４の移動方向Ｙと平行な中空部材１９０の中心線Ａ‘を一致させるために設けられている。なお、弾性部材２１は弾性部材２０と同一の構成であるので、その説明を省略する。

本実施形態では弾性部材２０は円筒形状であり、内側に中空部材１９０の端部が嵌挿されている。また、ケース１１、弾性部材２０及び中空部材１９０は同心円状に配置されており、以下の第２実施形態、第３実施形態でも同様である。

図２に示すように、弾性部材２０の外径Ｌ２２（図２（Ｂ）参照）はケース１１の内径Ｌ１１（図２（Ａ）参照）よりも大きく形成されている。弾性部材２０をケース１１内に装着する際に、弾性部材２０を中心方向（図１の矢印Ｘ１方向）に変形させてケース１１内部に上から嵌め込む。また、弾性部材２０の内径Ｌ２１は中空部材１９０の外径Ｌ３２（図２（Ｃ）参照）よりも小さく形成されている。弾性部材２０の空洞部にケース１１を挿入する際に、弾性部材２０を中心から外側方向（図１の矢印Ｘ２方向）に押し広げるようにして中空部材１９０の端部を嵌め込む。

そのため、例えば、中空部材１９０やケース１１に寸法誤差が生じていても、弾性部材２０の外側が中心から外側方向（図１の矢印Ｘ２方向）へ等方的に弾性変形すると共に、弾性部材の内側が中心方向（図１の矢印Ｘ１方向）へ等方的に弾性変形することにより、ケース１１に対して中空部材１９０を隙間無く確実に保持することができる。また、これにより、可動子１４の移動方向Ｙと平行なケース１１の中心線Ａと、部材１９０の中心線Ａ’が一致するように保持される。

なお、本実施形態では、弾性部材２０と弾性部材２１がケース１１の両端側に２箇所設けられているが、片側１箇所であったり、中央部に設けられていたり、２箇所以上設けられていてもよい。

移動規制部１６１，１６２は、筒状部材１９０の内部から後述の可動子１４が抜け出ないように設けられる。移動規制部１６１，１６２としては、例えば平板状の部材が設けられており、アクリル樹脂等にて形成される。

緩衝部材１７１、１７２は略円柱形状に形成されており、筒状部材１９０内における移動規制部１６１、１６２の内側に設けられている。緩衝部材１７１、１７２は、可動子１４が筒状部材１９０の内部を移動するときに、可動子１４の端部が移動規制部１６１，１６２に当接して、可動子１４、中空部材１９０あるいは移動規制部１６１，１６２が破損するのを防止するために設けられている。

緩衝部材１７１，１７２は、弾性材料により形成されており、その材質の例としては、イソブレンゴム、ニトリルゴム、ブタジエンゴム等が挙げられる。

電磁誘導コイル１２は、中空部材１９０の外周面に沿って中空部材１９０の外周面の長手方向（図１のＹ方向）と直交する方向に巻きつけて固定されている。電磁誘導コイル１２の両端は、図示されない整流部、蓄電部を介して外部配線に接続されている。電磁誘導
コイル１２の材質は、銅製のエナメル線等である。

なお、本実施形態では、図１では電磁誘導コイル１２は中空部材１９０の一部の外面に巻回されて設けられているが、電磁誘導コイル１２が中空部材１９０の全周にわたって設けられていたり、複数個所に設けられていたり、内周に沿うように設けられてもよい。ここで、電磁誘導コイル１２は本発明のコイルである。

可動子１４は、中空部材１９０内に図１の矢印Ｙ方向に往復移動可能に設けられる。可動子１４は永久磁石を備えており、本実施形態では円柱形状の永久磁石が可動子１４を構成している。なお、特に図示しないが、固定部材によって複数の永久磁石を固定したものを可動子としてもよく、複数の永久磁石は同極が対向に備えられていてもよい。

可動子１４は本実施形態では円柱形状であるが、この形状には限定されない。ただし、筒状部材内部１９０の空間と同じ断面形状を有することが望ましい。

（第１実施形態の動作について）
ここで、図１を用いて、本実施形態の振動発電機１０の動作を説明する。まず、振動発電機１０を中空部材１９０の長手方向（図１のＹ方向）に振動させる。振動させたことにより振動発電機１０に加えられた力は、可動子１４に運動エネルギーとして伝達される。可動子１４は筒状部材１９０の内部を長手方向に往復移動し、電磁誘導コイル１２に覆われた空間に出入りする。

電磁誘導コイル１２内の空間を通過する際に、可動子１４から発生する磁束線が、電磁誘導コイル１２を直交し、その際に誘導起電力としての誘導電流が発生する。可動子１４が電磁誘導コイル１２内の空間への出入りを繰り返すことで、交番電流を発生することができる。

このとき、本実施形態の振動発電機１０には、弾性部材２０、２１が備えられているので、振動発電機１０を振っても、中心位置が一致してケース１１の内部で中空部材１９０が片側に偏ることが無い。可動子１４は、ケース１１に磁着されることなく、中空部材１９０内部でスムーズにＹ方向に往復移動することができる。そのため、ケース１１が磁性体であっても、可動子１４の運動エネルギーが低下するのを効果的に防止して、十分に誘導起電力を得ることができる。また、各部材の寸法精度に依存することがないので、高い寸法精度を要求されることなくコストの低減にもつながる。

（第２実施形態について）
続いて、第２実施形態の振動発電機１０Ａについて、図３を用いて説明する。第２実施形態の振動発電機１０Ａは、第１実施形態の振動発電機１０において、移動規制部１６１，１６２及び弾性部材２０，２１を弾性部材２２，２５に置き換えた点で異なる。なお、図３において、図１と同じ符号のものは同じ構成を示すものとして、その説明を省略する。

弾性部材２２と弾性部材２５は、ケース１１の両端側にそれぞれ設けられる。中空部材１９０はこの弾性部材２２，２５を介して、ケース１１に取り付けられている。また、弾性部材２２，２５は、中空部材１９０の内部から可動子１４が抜け出ないように設けられている。なお、弾性部材２５は弾性部材２２と同一の構成であるので、その説明を省略する。

弾性部材２２は中央に中空部材１９０の端部を挿入するための凹部２４を有している。図４に示すように、凹部２４の内径Ｌ２３（図４（Ｂ）参照）は中空部材１９０の外径Ｌ
３２（図４（Ｃ）参照）よりも小さく形成されていて、凹部２４を外側方向（図３のＸ２方向）へ押し広げるようにして中空部材１９０を圧入する。これにより、中空部材１９０と凹部２４には余計な隙間が生じることがなく、部品間のがたつきを防ぐことができる。

また、弾性部材２２は凹部２４の外側に係止爪２３を少なくとも２箇所以上、各々が対向するように備えられている。この係止爪２３は、その先端部がケース１１の内径Ｌ１１よりも大きく広がるように、図４ではケース１１の内径Ｌ１１よりも長いＬ２４（図４（Ｂ）参照）の長さで形成されている。弾性部材２２をケース１１内に装着するときに、係止爪２３を中心方向（図３のＸ１方向）へ湾曲させて、ケース１１の内側へ挿入する。これにより、ケース１１に寸法誤差が生じているような場合でも、中心から外側方向（図３のＸ２方向）へ係止爪２３が弾性変形するので、中空部材１９０が弾性部材２２を介してケース１１に確実に固定される。

また、これにより、可動子１４の移動方向Ｙと平行なケース１１の中心線Ａと、中空部材１９０の中心線Ａ‘が一致するように保持される。なお、第２実施形態の動作は第１実施形態の動作と同様であるので、その説明を省略する。以下の実施形態も同様である。

（第３実施形態について）
続いて、第３実施形態の振動発電機１０Ｂについて、図５及び図６を用いて説明する。第３実施形態の振動発電機１０Ｂは、第１実施形態の振動発電機１０において、弾性部材２０，２１及び中空部材１９０を、横羽根２６を備えた中空部材１９１に置き換えた点で異なる。なお、図５において、図１と同じ符号のものは同じ構成を示すものとして、その説明を省略する。

図５及び図６に示すように、中空部材１９１はその両端部に複数の横羽根２６を備えており、中空部材１９１と横羽根２６は一体的に形成される。少なくとも横羽根２６は弾性部材で形成されており、弾性変形可能に構成されている。また、中空部材１９１の中心から外側方向の横羽根２６の先端部の長さは、ケース１１の内径よりも大きく形成される。なお、横羽根２６が本発明の弾性部材である。

図５に示すように、中空部材１９１をケース１１内部に挿入するときは、横羽根２６を中心方向（図５のＸ１方向）へ変形させて、ケース１１に嵌め込む。中空部材１９１に横羽根２６が一体的に形成されているので、部品点数が少なくなり、その分だけ各構成部材の寸法誤差などによる隙間がより一層生じにくくなる。また、これにより、可動子１４の移動方向Ｙと平行なケース１１の中心線Ａと、中空部材１９１の中心線Ａ‘が一致するように保持される。

また、上述の実施形態と同様に、ケース１１に寸法誤差が生じたりしていても、中心から外側方向（図５のＸ２方向）へ横羽根２６が弾性変形するので、中空部材１９１がケース１１に確実に固定される。また、これにより、振動発電機１０Ｂを振動させて使用する際の衝撃によって、ケース１１内における中空部材１９１のがたつきが生じるのを防止することができる。

なお、本実施形態では中空部材１９１に一体的に形成される弾性部材として、横羽根２６を説明したが、図７に示すような縦羽根２７であってもよい。また、図８のような縦羽根２８やリブ２９を備えた中空部材１９２，１９３が備えられていてもよい。これらの縦羽根２７、２８及びリブ２９は本発明の弾性部材に相当し、図５に示すように、ケース１１内に挿入するときに、中心方向（図５のＸ１方向）へ変形させてケース１１へ嵌め込む。縦羽根２７，２８、リブ２９は中心から外側方向（図５のＸ２方向）へ弾性変形するので、中空部材１９２，１９３がケース１１に確実に固定される。

なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲において種々変更を加えてもよい。

１０，１０Ａ，１０Ｂ振動発電機
１１ケース
１２電磁誘導コイル（コイル）
１４可動子
２０，２１，２２，２５弾性部材
２６横羽根
２７，２８縦羽根
２９リブ
１９０，１９１，１９２，１９３中空部材

Claims

磁性体によって形成されるケースと、
前記ケース内に設けられ、非磁性体によって形成される中空部材と、
前記中空部材に沿って配置されたコイルと、
前記中空部材内に往復移動可能に設けられ、永久磁石を有する可動子とを備える振動発電機であって、
前記ケースと前記中空部材の間には、前記可動子の移動方向と平行な前記ケースの中心線と、前記可動子の移動方向と平行な前記中空部材の中心線を一致させるための弾性部材が備えられることを特徴とする振動発電機。
前記弾性部材は、前記ケースと前記中空部材の間に２箇所以上設けられることを特徴とする請求項１に記載の振動発電機。
前記弾性部材は、前記ケースの両端側に配置され、前記中空部材は前記弾性部材を介して前記ケースに取り付けられることを特徴とする請求項２に記載の振動発電機。
前記弾性部材は、前記中空部材に一体的に形成されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の振動発電機。