JP2011254591A - 振動発電機 - Google Patents

Abstract

【課題】発電効率の高い発電を行うことが可能な振動発電機を提供することを目的とする。
【解決手段】固定のコイル１３と可動の永久磁石１２が収納された第１筐体１０と、第１筐体１０において発電された電力を蓄える蓄電部３２が収納された第２筐体３０とが、導線４０により接続され、第２筐体３０の外周には、導線４０を収納する収納部３６が設けられる振動発電機。
【選択図】 図１

Description

本発明は、磁石が移動されることにより発電される振動発電機に関する。

従来、永久磁石が移動され、磁束がコイルを横切ることにより、発電される振動発電機がある。永久磁石が、コイルを収納した筐体内において往復移動されると、誘導電流がコイルに発生し、コンデンサなどの蓄電部に蓄電される。振動発電機は、永久磁石の移動時のストロークの増加に伴い、発電効率が向上する。例えば、特許文献１には、１つのケーシングの内部が２つの領域に分割された簡易発電器が開示されている。この簡易発電器は、一方の領域に永久磁石及びコイルが設けられ、他方の領域に整流ユニット及びコンデンサが設けられている。

特開平７−１７７７１８号公報

しかしながら、特許文献１に記載の簡易発電器は、１つのケーシング内に、永久磁石及びコイルと、整流ユニット及びコンデンサが設けられる構成である。そのため、ケーシング内における永久磁石の可動範囲は、整流ユニット及びコンデンサが設けられた領域によって制限されてしまい、発電に用いられる永久磁石の可動領域が小さい。永久磁石の可動領域が小さいと、永久磁石のストロークが短くなるため、発電効率が悪いという問題があった。

本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、発電効率の高い振動発電機を提供することを目的とする。

この目的を達成するために、請求項１記載の振動発電機においては、所定の方向に往復移動可能な永久磁石を有する可動子と、前記永久磁石の磁束が交わるコイルとが収容された筒状の第１筐体と、前記第１筐体により発生された電力を蓄える蓄電部が収容された筒状の第２筐体と、前記第１筐体と前記第２筐体とを電気的に接続する導線と、を備え、前記第１筐体又は前記第２筐体には、前記筐体の内部または外周に、前記導線を収納する収納部が設けられることを特徴とする。

また、請求項２記載の振動発電機においては、前記収納部は、前記第２筐体の内部または外周に設けられることを特徴とする。

また、請求項３記載の振動発電機においては、前記収納部は、前記第１筐体又は前記第２筐体の外周に前記導線を配置可能に設けられ、前記導線の径より深い凹部を有することを特徴とする。

また、請求項４記載の振動発電機においては、前記収納部が設けられる前記第１筐体又は前記第２筐体は円筒形状であり、前記収納部の前記凹部は、前記第１筐体又は前記第２筐体の外周に沿って、前記導線を巻回可能に設けられることを特徴とする。

また、請求項５記載の振動発電機においては、前記第１筐体の前記筒状に沿った少なくとも一端側には凸部もしくは平面部が形成され、前記第２筐体の前記筒状に沿った少なくとも一端側には平面部もしくは凸部が形成され、前記導線は、前記第１筐体及び前記第２筐体の一方の筐体の、凸部が形成される一端側と、前記第１筐体及び前記第２筐体の他方の筐体の、平面部が形成される一端側とからそれぞれ引き出されており、前記収納部は、前記導線が引き出された一端側近傍に設けられることを特徴とする。

請求項１記載の振動発電機においては、第１筐体に永久磁石とコイルとが収容され、第２筐体に蓄電部が収容される構成により、永久磁石の移動領域を大きく確保できるため、大きな誘導電流をコイルに発生させることができ、効率の高い発電をすることができる。また、第１筐体と第２筐体とに接続される導線は、第１筐体及び第２筐体を使用形態に応じて配置する際に長さを必要とする場合であっても、配置後は、収納部によって余剰な導線を収納することができる。よって、使用者は、導線が使用の邪魔にならない状態で、振動発電機を使用することができる。

また、請求項２記載の振動発電機においては、前記収納部が、第２筐体に設けられる構成により、第１筐体に収容される永久磁石は、可動領域を最大限に確保して第１筐体内を移動し、大きな誘導電流をコイルに発生させて発電することができ、発電効率の高い形態の振動発電機を実現することができる。

また、請求項３記載の振動発電機においては、導線の径より深い凹部が筐体の外周に設けられる構成により、筐体の外周に設けられる凹部によって、余剰な導線を筐体の外周より内側に収納することができ、振動発電機を配置させた後に、使用形態に応じて導線を収納させることができる。

また、請求項４記載の振動発電機においては、円筒形状の筐体の外周に沿って収納部が設けられ、導線が収納部に巻回可能な構成であることにより、余剰な導線を筐体の外周に沿って収納部に巻きつけて収納させることができ、第１筐体及び第２筐体を使用形態に応じて設置した後に、筐体を回転させるのみで、導線を容易に収納させることができる。

また、請求項５記載の振動発電機においては、第１筐体または第２筐体のいずれか一方の筐体の凸部が形成される一端側と、他方の筐体の平面部が形成される一端側とが導線により接続されることにより、第１筐体と第２筐体は直列に接続される態様であり、更に、導線は、一端側の近傍に設けられた収納部に収納可能である構成により、導線を、使用される可能性の高い形態に適して合理的に配線及び収納させ、利便性の高い振動発電機を実現することができる。

本実施形態における振動発電機１の斜視図である。 振動発電機１の収納端部３６ａの縦断面を示す図である。 振動発電機１の凹部３６ｂの縦断面を示す図である。 電池ボックス５０における振動発電機１の配置形態を示す斜視図である。 電池ボックス５０における振動発電機１の配置形態を示す斜視図である。 電池ボックス５０及び振動発電機１による電気的な配線を示す概略図である。 本実施形態における振動発電機の収納部の変形例を示す発電ユニット１１０の斜視図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

図１は、本実施形態の振動発電機１の全体を示す斜視図である。振動発電機１は、発電ユニット１００と、蓄電ユニット３００とにより構成される。発電ユニット１００と、蓄電ユニット３００とは、導線４０により電気接続されている。本実施形態において、振動発電機１は、図１に示すように左右方向、前後方向及び上下方向を定めて説明する。図１では、発電ユニット１００及び蓄電ユニット３００は、左右方向を長手方向として配置している。尚、発電ユニット１００及び蓄電ユニット３００は、共に乾電池として規格された単三形の電池と同じ形状且つ同じ寸法である。

発電ユニット１００は、導電性材料の円筒形状の部材により形成される第１筐体１０を備える。第１筐体１０は、内部に非磁性材料の筒状部材１１が封入されて構成される。さらに、筒状部材１１の内部には、筒状部材１１より外径がやや小さい円柱形状の永久磁石１２が、筒状部材１１の長手方向に往復移動可能に設けられる。筒状部材１１には、エナメル線が外周に沿って巻回されたコイル１３が形成される。コイル１３には、導線４０の一端が接続される。また、第１筐体１０は、右端１０Ｒに、電極端子１４が設けられ、左端１０Ｌに、電極端子１５が設けられる。電極端子１４は、電池の−極端子として規格化された平面形状の端子であり、電極端子１５が、電池の＋極端子として規格化された凸形状の端子である。さらに、第１筐体１０の左端１０Ｌには、引き出し孔１０Ｈが設けられる。電極端子１４及び１５は、共に導電性の金属材料により形成される。発電ユニット１００は、第１筐体１０が導電性材料で形成されていることにより、電極端子１４と電極端子１５とが導通している。

一方の蓄電ユニット３００は、樹脂等からなる円筒形状の部材により形成される第２筐体３０を備え、第２筐体３０の内部に、整流部３１、蓄電部３２及び基板３３が収納されて構成される。基板３３は、第２筐体３０の内周に固定して設置され、基板３３の両面に整流部３１と蓄電部３２とがそれぞれ取り付けられる。さらに、基板３３には、導線４０の他端が接続される。整流部３１としては、例えばブリッジダイオードが用いられ、蓄電部３２としては、コンデンサや二次電池等が使用される。また、第２筐体３０は、右端３０Ｒに、負極端子３４が設けられ、左端３０Ｌに、正極端子３５が設けられる。負極端子３４は、電池の−極端子として規格化された平面形状の端子であり、正極端子３５は、電池の＋極端子として規格化された凸形状の端子である。負極端子３４及び正極端子３５は、導電性の金属材料により形成される。第２筐体３０の内部において、蓄電部３２は、基板３３を介して、負極端子３４とリード線Ｒにより電気的に接続されている。さらに、蓄電部３２は、基板３３を介して、正極端子３５とリード線Ｒにより電気的に接続されている。第２筐体３０には、その外周に後述する収納部３６が設けられ、収納部３６の一部に、引き出し孔３０Ｈが形成される。

導線４０は、一端が第１筐体１０内のコイル１３に接続され、他端が第２筐体３０内の基板３３に接続され、それぞれ引き出し孔１０Ｈ及び３０Ｈから引き出されている。導線４０は、振動発電機１の様々な使用形態や、様々な発電ユニット１００及び蓄電ユニット３００の配置形態に応じて対応可能なように、十分である長さを備える。ここで、導線４０の十分である長さとは、例えば第１筐体１０及び第２筐体３０の左右方向の長さを指す。また、本実施形態において振動発電機１は、第１筐体１０の電極端子１５側と、第２筐体３０の負極端子３４側とが対向するように、導線４０が接続されている。

第２筐体３０には収納部３６が、外周面に、右端３０Ｒ側から前記第２筐体３０の左右方向の全体の約１割程度の領域に形成される。収納部３６は、右端３０Ｒに形成される収納端部３６ａと、収納端部３６ａに隣接する領域に形成される凹部３６ｂとからなる。凹部３６ｂは、第２筐体３０の外周に沿って一周し、導線４０の径より深い溝により構成さ
れる。収納端部３６ａは、側面に導線４０が配線可能な構成であり、凹部３６ｂは、導線４０を巻回可能な構成である。

図２Ａを用いて収納端部３６ａを、図２Ｂを用いて凹部３６ｂを、それぞれ詳細に説明する。図２Ａは、図１のＡ−Ａ線に従う第２筐体３０の収納端部３６ａ及び、収納端部３６ａの側面に配線される導線４０の断面を示す図である。更に、図２Ａには、第２筐体３０の外径ＡＲと、収納端部３６ａの外径ｂｒと、収納端部３６ａの側面に導線４０が配線されたときにおける導線４０の径ＣＲとの寸法関係を矢印により示す。収納端部３６ａは、外径ｂｒが、第２筐体３０の外径ＡＲと導線４０の径ＣＲとの差より小さく形成される。特に、収納端部３６ａは、引き出し孔３０Ｈに隣り合う領域において、収納端部３６ａの外周が、第２筐体３０の外周より、導線４０の径の分だけ内側となるように形成される。これは、引き出し孔Ｈから引き出される導線４０を、収納端部３６ａの側面に配線させる場合に、確実に第２筐体３０の外径よりはみ出さないように配線させるためである。

図２Ｂは、図１のＢ−Ｂ線に従う第２筐体３０の凹部３６ｂの断面を示し、導線４０が、凹部３６ｂの周に沿って巻回された状態を示す図である。図２Ｂにおいて、第２筐体３０の外径ＡＲと、凹部３６ｂの外径ｄｒと、凹部３６ｂに沿って導線４０が巻回されたときにおける導線４０の径ＣＲとの寸法関係を矢印により示す。凹部３６ｂは、外径ｄｒを、凹部３６ｂの周に沿って導線４０が巻回される場合に、導線４０が第２筐体３０の外径からはみ出さないように、第２筐体３０の外径ＡＲと、導線４０の径ＣＲの二倍との差より小さく形成する。尚、本実施形態の収納部３６が、本発明の収納部の一例である。

本実施形態の振動発電機１は、使用者により、発電ユニット１００の第１筐体１０が振り動かされることで、発電することが可能である。第１筐体１０が振り動かされると、第１筐体１０内の永久磁石１２が左右方向に往復移動される。このとき、永久磁石１２の磁束がコイル１３を横切り、コイル１３に交流電流が発生される。コイル１３に発生された交流電流は、導線４０を介して蓄電ユニット３００に伝送される。蓄電ユニット３００では、導線４０を介して第１筐体１０から伝送された交流電流が、整流部３１により直流電流に変換され、整流された電流が蓄電部３２に蓄電される。

［使用例］
次に、図３Ａ、図３Ｂ及び図４を用いて、振動発電機１の使用例を説明する。振動発電機１は、電気器具を遠隔操作する図３Ａ及び図３Ｂに示すようなリモートコントロール等に用いられる。リモートコントロールは、所定の電池ボックス５０を備え、２個の単三形電池を収納可能な収納領域５１ａ及び５１ｂを備える形状である。電池ボックス５０は、通常、２個の単三形電池を、収納領域５１ａ及び５１ｂに設置して、直列に接続して使用される。本実施形態においては、振動発電機１の発電ユニット１００及び蓄電ユニット３００が、収納領域５１ａ及び５１ｂに収納されて使用される。図３Ａ及び３Ｂは、電池ボックス５０内に収納される振動発電機１の配置を示す斜視図である。図４は、振動発電機１及び電池ボックス５０の電気的な配線を示す概略図である。

図３Ａに示すように、電池ボックス５０は、右側に収納領域５１ａを備え、左側に収納領域５１ｂを備える。収納領域５１ａには、両端に接続端子５２ａ及び５２ｂが設けられ、収納領域５１ｂには、両端に接続端子５２ｃ及び５２ｄが設けられる。電池ボックス５０は、２個の単三形電池を直列接続するために、接続端子５２ｄと５２ａ、及び接続端子５２ｂと５２ｃが、図４に示すようにそれぞれリード線で電気接続されている。さらに、接続端子５２ｄと５２ａとの間には外部負荷５３が設けられている。

本実施形態において、電池ボックス５０の収納領域５１ａに、発電ユニット１００が配置され、収納領域５１ｂに蓄電ユニット３００が配置されるとき、発電ユニット１００は
、収納領域５１ａの右側の接続端子５２ａに電極端子１４が当接し、左側の接続端子５２ｂに電極端子１５が当接する。蓄電ユニット３００は、収納領域５１ｂの右側の接続端子５２ｃに負極端子３４が当接し、左側に接続端子５２ｄに正極端子３５が当接する。発電ユニット１００及び蓄電ユニット３００は、接続端子５１ａ及び５１ｂと、接続端子５１ｃ及び５１ｄにより、収納領域５１ａ及び５１ｂの左右方向の両側から挟持され、固定される。

振動発電機１が、電池ボックス５０に配置されると、図４に示すように電気的に配線される。蓄電ユニット３００の蓄電部３２に蓄電される電力は、リード線Ｒを通って負極端子３４及び正極端子３５へ出力される。よって、正極端子３５から出力された電流は、接続端子５２ｄ、外部負荷５３、接続端子５２ａ、発電ユニット１００の電極端子１４、第１筐体１０、電極端子１５、接続端子５２ｄ、接続端子５２ｃを順に通り、負極端子３４に入力される。

発電ユニット１００及び蓄電ユニット３００が、電池ボックス５０の収納領域５１ａ及び５１ｂに配置されるとき、図３Ａに示すように導線４０は、電池ボックス５０に収納されず、電池ボックス５０の上方に位置した状態である。しかしながら、振動発電機１が使用されるとき、電池ボックス５０には、第１筐体１０及び第２筐体３０を外部から保護するための蓋等（図示外）が設置される。そのため、導線４０は、発電ユニット１００及び蓄電ユニット３００に対応して設置される蓋に干渉しないように収納させる必要がある。

そこで、本実施形態の振動発電機１は、第２筐体３０の外周に形成される収納部３６を備え、導線４０を、収納部３６の凹部３６ｂに沿って巻回させて、電池ボックス５０内に収納させることが可能な構成とした。振動発電機１が電池ボックス５０に配置された時点では、発電ユニット１００と蓄電ユニット３００とに接続された導線４０の大部分は、図３Ａに示すように、電池ボックス５０の上方に位置している。ここで、ユーザは、導線４０を電池ボックス５０の空間内に収納させるための収納動作を行う。収納動作とは、具体的には、収納部３６を備える第２筐体３０を、前後方向に回転させる動作である。

ユーザは、一端と他端とが固定された第２筐体３０に対し、側面３０ａを回転させるように動かす。第２筐体３０は、負極端子３４及び正極端子３５が支点となった状態であり、負極端子３４と正極端子３５と結ぶ直線を回転軸として、回転される。このとき、第２筐体３０が回転されると、引き出し孔３０Ｈの位置も回転される。導線４０は、他端が基板３３に固定され、引き出し孔３０Ｈから導出されているため、第２筐体３０の回転に伴い、引き出し孔３０Ｈと発電ユニット１００に接続された一端との間の長さが、第２筐体３０の凹部３６ｂに沿って巻き付けられる。さらに、導線４０は、第２筐体３０の回転に伴って、電池ボックス５０の上方に位置する長さが次第に短くなり、接続端子５２ｃと接続端子５２ｂとの間の距離に相当する長さを残して、凹部３６ｂの周囲に巻回される。このように、収納動作が行われると、導線４０は、振動発電機１が電池ボックス５０に配置された時点で電池ボックス５０の上方に位置していた長さのうち、接続端子５２ｃと接続端子５２ｂとの間の距離に相当する長さ以外である余剰な長さが、第２筐体３０の凹部３６ｂに巻き取られ、収納されることできる。

本実施形態の振動発電機１は、規格化された単三形の電池の形状である発電ユニット１００と蓄電ユニット３００とを備え、第２筐体３０の外周に収納部３６が形成された構成である。振動発電機１の導線４０は、前記発電ユニット１００と前記蓄電ユニット３００との配置関係を可変であるような十分な長さを備えているため、振動発電機１を電池ボックス５０等に収納して使用する場合は、導線４０の長さにより制限されることなく、発電ユニット１００と蓄電ユニット３００とを電池ボックス５０の形状や使用形態に応じて配置することができ、配置後は、収納部３６により、導線４０を巻回して収納させ、第１筐
体１０及び第２筐体３０の外周よりはみ出して配線されることを防止できる。また、収納端部３６ａは、径ｂｒが、第２筐体３０の外周の径ＡＲより小さい構成により、導線４０が、電池ボックス５０に配置される蓋等に影響することなく収納端部３６ａの側面に配線することが可能であり、第１筐体１０及び第２筐体３０を固定することができる。

［変形例］
本実施形態の振動発電機１は上述した構成であるが、これに限らない。本実施形態の第１筐体１０及び第２筐体３０の形状は、長手方向に永久磁石１２が往復移動可能な筒形状であればよい。詳細には、電池として規格化された形状、即ち、単一形、単二形、単三形などであればよく、円筒形状の他にも、例えば、四角筒形状や多角筒形状の部材であってもよい。また、本実施形態において、第１筐体１０に封入される筒状部材１１は円筒形状であったが、これに限らない。例えば、筒状部材１１は、コイル１３を巻回可能な筒形状であればよく、多角筒形状であってもよい。また、コイル１３は、筒状部材１１の一部または全体にわたって、巻回される構成であればよい。また、本実施形態において、永久磁石１２は円柱形状であったが、これに限らず、多角柱形状や、筒形状であってもよい。尚、第１筐体１０と、永久磁石１２は、筒状且つ、同一形状であることが望ましい。

また、本実施形態の振動発電機１においては、導線４０が、第１筐体１０の左端１０Ｌと、第２筐体３０の右端３０Ｒとに接続されており、発電ユニット１００と蓄電ユニット３００とが、電池ボックス５０によって直列接続される形態に適した配線がされている。しかしながら、導線４０は、必ずしも第１筐体１０の左端１０Ｌと、第２筐体３０の右端３０Ｒとを接続させる必要はなく、第１筐体１０の右端１０Ｒと、第２筐体３０の右端３０Ｒとを接続する、又は第１筐体１０の左端１０Ｌと、第２筐体３０の左端３０Ｌとを接続してもよい。また、一方の凸形状の端面と、他方の平面形状の端面とが互いに接続されていればよく、第１筐体１０の左端１０Ｌと第２筐体３０の右端３０Ｒとが、導線４０により接続される構成であっても良い。

また、本実施形態において、電力を蓄え供給する蓄電部３２は、第２筐体３０の内部に設けられる構成である。正極端子と負極端子は、少なくとも第２筐体３０に設けられる構成であればよく、第１筐体１０は、導通される構造であり、収納領域５１ａ又は５１ｂの左右両側から挟持される構成であれば、正極と負極とを区別せず、左右方向の両端が、共に乾電池として規格された＋極端子として規格化された凸形状の電極端子、又は−極端子として規格化された平面形状の電極端子が設けられる構成であってもよい。

また、本実施形態１において、収納部３６は、第２筐体の外周に沿って凹部３６ａが設けられる構成であるが、これに限らない。例えば、図５に示すように、第１筐体１０の外周に沿って設けられていてもよく、その他、第１筐体１０または第２筐体３０の外周に設ける構成以外にも、内側が空洞となっている第１筐体１０または第２筐体３０のいずれか一方の筐体の内部に、収納領域を設け、導線４０を収納可能とする構成であってもよい。図５には、筐体の内部に収納領域を設けた構成の一例として、第１筐体６０の内部の一部の領域に、収納領域３６０を設け、収納領域３６０に導線４０が納められる発電ユニット１１０を示す。収納部３６が第２筐体３０に設けられる場合は、第１筐体１０に設けられる場合に比べて、永久磁石１２の可動領域が十分に確保され、発電効率の高い発電を行うことができる。

また、本実施形態のように、収納部３６が、第２筐体３０の外周に設けられる場合であっても、導線４０を巻回させて収納する構成は必須ではない。例えば、本実施形態のような、第２筐体３０の外周に沿って溝が設けられる構成の他に、筐体の外周面に、導線４０を埋め込み可能な溝が形成され、導線４０が収納される構成であってもよい。また、本実施形態では、第２筐体３０において、端部から所定の領域に収納される構成であるが、筐
体の長手方向の中心部や、筐体の全体領域にわたって、導線４０を収納可能とする収納部を設ける構成であってもよい。

１ 振動発電機
１０ 第１筐体
１０Ｒ、１０Ｌ、３０Ｒ、３０Ｌ 端部
１１ 筒状部材
１２ 永久磁石
１３ コイル
３０ 第２筐体
３１ 蓄電部
３６ 収納部
３６ａ 収納端部
３６ｂ 凹部
４０ 導線

Claims (5)

1. 所定の方向に往復移動可能な永久磁石を有する可動子と、前記永久磁石の磁束が交わるコイルとが収容された筒状の第１筐体と、
   前記第１筐体により発生された電力を蓄える蓄電部が収容された筒状の第２筐体と、
   前記第１筐体と前記第２筐体とを電気的に接続する導線と、を備え、
   前記第１筐体又は前記第２筐体には、前記筐体の内部または外周に、前記導線を収納する収納部が設けられることを特徴とする振動発電機。
2. 前記収納部は、前記第２筐体の内部または外周に設けられることを特徴とする請求項１記載の振動発電機。
3. 前記収納部は、前記第１筐体又は前記第２筐体の外周に前記導線を配置可能に設けられ、前記導線の径より深い凹部を有することを特徴とする請求項１または２に記載の振動発電機。
4. 前記収納部が設けられる前記第１筐体又は前記第２筐体は円筒形状であり、
   前記収納部の前記凹部は、前記第１筐体又は前記第２筐体の外周に沿って、前記導線を巻回可能に設けられることを特徴とする請求項３に記載の振動発電機。
5. 前記第１筐体の前記筒状に沿った少なくとも一端側には凸部もしくは平面部が形成され、
   前記第２筐体の前記筒状に沿った少なくとも一端側には平面部もしくは凸部が形成され、
   前記導線は、前記第１筐体及び前記第２筐体の一方の筐体の、凸部が形成される一端側と、前記第１筐体及び前記第２筐体の他方の筐体の、平面部が形成される一端側とからそれぞれ引き出されており、
   前記収納部は、前記導線が引き出された一端側近傍に設けられることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の振動発電機。