JP2012039824A

JP2012039824A - 振動発電機

Info

Publication number: JP2012039824A
Application number: JP2010179869A
Authority: JP
Inventors: Ryuta Iijima; 竜太飯島; Akinari Takahashi; 亮也高橋
Original assignee: Brother Industries Ltd
Current assignee: Brother Industries Ltd
Priority date: 2010-08-10
Filing date: 2010-08-10
Publication date: 2012-02-23

Abstract

【課題】可動子の質量がコイルの内径に限定されず、コイルを横切る磁束密度の増加により発電量が増加する振動発電機を提供する。
【解決手段】磁性体を含む第１可動子１０と、前記第１可動子１０を往復移動可能に内部に収容し、非磁性体から形成される第１筒状部材３０と、前記第１筒状部材３０を内部に収容し、非磁性体から形成される第２筒状部材４０と、前記第１筒状部材３０と前記第２筒状部材４０との間に配置されたコイル５０と、前記第２筒状部材４０の外周面に配置され、磁性体を含む第２可動子２０と、を備え、前記第１可動子１０と前記第２可動子２０との少なくとも一方の可動子の磁性体は永久磁石を含み、前記第２可動子の外周部分２２は軟磁性体とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、コイルを横切る磁束密度を増加させ、発電量を大きくすることが出来る電磁誘導型振動発電機に関するものである。

従来より、永久磁石がコイルの内部を一方向に往復移動することにより発生する電圧から電力を得る電磁誘導型の振動発電機が知られている。このような電磁誘導型の振動発電機が特許文献１などにより知られている。

可動子を振動させることにより電力を得る場合において、最大電力が、可動子の実効質量に比例することが非特許文献１に記載されている。従って、特許文献１に記載された振動発電機では、永久磁石が可動子であることから、最大電力は永久磁石の質量に比例する。

特開２００５−９４８３２号公報

「ＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｌｉｍｉｔｓｏｆｔｈｅｔｈｒｅｅＭＥＭＳｉｎｅｒｔｉａｌｅｎｅｒｇｙｇｅｎｅｒａｔｏｒｔｒａｎｓｄｕｃｔｉｏｎｔｙｐｅｓ」ＰＤＭｉｔｃｈｅｓｏｎｅｔａｌ．ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＭＩＣＲＯＭＥＣＨＡＮＩＣＳＡＮＤＭＩＣＲＯＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ２００７年８月３１日発行

特許文献１では、永久磁石の大きさはコイルの内径により限定される。これに伴い、永久磁石の質量はコイルの内径により限定される。従って、非特許文献１で記載されているように、最大電力Ｐは、可動子の可動ストロークなどの他のファクタが一定であれば、可動子の質量により限られるので、可動子の質量が大きくならなければ発電量が増加しない。

一方、従来の振動発電機において非磁性体から形成される筺体がコイルの外側に備えられることがある。この場合、磁性体がコイルの外側に存在しないので、永久磁石による磁束はコイルを横切る方向に集中しない。よって、コイルを横切る磁束密度が増加しない。これにより、発電量が増加しない。

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、可動子の質量がコイルの内径に限定されず、コイルを横切る磁束密度の増加により発電量が増加す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、請求項１記載の本発明は、磁性体を含む第１可動子と、前記第１可動子を往復移動可能に内部に収容し、非磁性体から形成される第１筒状部材と、前記第１筒状部材を内部に収容し、非磁性体から形成される第２筒状部材と、前記第１筒状部材と前記第２筒状部材との間に配置されたコイルと、前記第２筒状部材の外周面に配
置され、磁性体を含む第２可動子と、を備え、前記第１可動子と前記第２可動子との少なくとも一方の可動子の磁性体は永久磁石を含み、前記第２可動子の外周部分は軟磁性体であることを特徴とするものである。

上記目的を達成するために、請求項２記載の本発明は、請求項１に記載の振動発電機において、前記第１可動子は第１永久磁石を含み、前記第２可動子の内周部分は、第２永久磁石を含み、前記第１永久磁石の着磁方向と前記第２永久磁石の着磁方向とは互いに逆向きであることを特徴とするものである。

上記目的を達成するために、請求項３記載の本発明は、請求項１または２に記載の振動発電機において、前記往復移動の方向における、前記第１可動子の長さと、前記第２可動子の長さと、は略同じであることを特徴とするものである。

上記目的を達成するために、請求項４記載の本発明は、請求項１から３のいずれかに記載の振動発電機において、前記往復移動の方向の前記第２筒状部材の両端には、前記往復移動の方向と交差する方向にその第２筒状部材の外周面から突設された突設部を備え、前記第２可動子は両突設部の間を、往復移動することを特徴とするものである。

上記目的を達成するために、請求項５記載の本発明は、請求項１から４のいずれかに記載の振動発電機において、前記第１可動子と前記第２可動子とを連結する連結部を備えることを特徴とするものである。

上記目的を達成するために、請求項６記載の本発明は、請求項５に記載の振動発電機において、前記往復移動の方向における前記第１筒状部材の両端のうち、少なくとも一方の端部に配置され、磁界を発生する磁界発生部を備え、前記第１可動子は第１永久磁石を含み、前記磁界発生部の着磁方向と前記第１永久磁石の着磁方向とは互いに逆向きであることを特徴とするものである。

請求項１に記載の振動発電機によれば、第１可動子と第２可動子との少なくとも一方は永久磁石を備える。第１可動子と第２可動子とは、永久磁石が発生する磁界の中で同じ方向に往復移動する。この往復移動の場合、最大電力に寄与する質量は、第１可動子の質量と第２可動子の質量とを足した質量である。従って、可動子がコイルの内部を通過する振動発電機よりも、発電量を増加することが出来る。また、第２可動子の外周部分は軟磁性体である。永久磁石による磁束は軟磁性体に引き寄せられる。これにより、コイルを横切る磁束密度が増加する。従って、発電量を増加することが出来る。

請求項２に記載の振動発電機によれば、請求項１に記載の振動発電機において、第１可動子は第１永久磁石を含む。第２可動子の内周部分は、第２永久磁石を含む。これにより、可動子に占める永久磁石の割合が増えるので、永久磁石による磁束が増加する。従って、発電量が増加することが出来る。

請求項３に記載の振動発電機によれば、請求項１または２に記載の振動発電機において、往復移動の方向における第１可動子の長さと、第２可動子の長さと、は略同じである。往復移動の方向の第２可動子の長さが、往復移動の方向の第１可動子の長さより短い場合よりも、本発明の第２可動子の質量が増加する。従って、最大発電量に寄与する可動子の質量を増加することが出来る。一方、往復移動の方向の第２可動子の長さが、往復移動の方向の第１可動子の長さより長い場合は、永久磁石による磁束は、第２可動子の両端に引き寄せられる。第１可動子が第１筒状部材の内部を往復移動する場合に、永久磁石による磁束が第２可動子の両端に引き寄せられることにより、コイルを横切る方向の磁束成分が
小さくなる。これにより、コイルを横切る磁束密度が低下し、発電量が減少する。これに対し、請求項３に記載の振動発電機は往復移動方向の第１可動子の長さと、往復移動方向の第２可動子の長さと、は略同じであるので、コイルを横切る方向の磁束成分が大きくなる。従って、コイルを横切る磁束密度が増加するので、発電量を増加することが出来る。

請求項４に記載の振動発電機によれば、請求項１から３のいずれかに記載の振動発電機において、突設部が第２筒状部材の両端に備えられる。第２可動子は、両突設部の間を往復移動する。これにより、第１可動子が第１筒状部材の内部を移動する場合に、第２可動子が第１可動子と同じ方向に移動する。従って、最大電力に寄与する可動子の質量が減少することを防ぐことが出来る。よって、発電量が減少することを防ぐことが出来る。また、突設部が第２筒状部材の両端に備えられたことにより、往復移動の方向における第１可動子と第２可動子との位置は、ずれ難くなる。これにより、永久磁石による磁束は、第２筒状部材の外周部分である軟磁性体に引き付けられ、コイルを横切る方向に集中する。従って、発電量が減少するのを抑えることが出来る。

請求項５に記載の振動発電機によれば、第１可動子と第２可動子とを連結する連結する連結部が備えられる。第１可動子と第２可動子とは、連結部により、一定の相対位置関係で往復移動する。第１可動子と第２可動子とが連結部により連結されない構成に比べ、第１可動子と第２可動子との相対位置関係がより正確に保持される。これにより、特に、往復移動の方向に直交する方向の相対位置関係が保持されるので、第２可動子が第２筒状部材の外周面をより滑らかに移動する。従って、第２筒状部材の外周面との摩擦で第２可動子の往復移動が阻害されることによる発電量の減少を抑えることが出来る。また、永久磁石による磁束は、第２可動子の外周部分に備えられる軟磁性体に引き寄せられ、コイルを横切る方向に常に集中する。従って、発電量が減少することを抑えることが出来る。

請求項６に記載の振動発電機によれば、磁界発生部が第１筒状部材の少なくとも一方の端部に備えられる。磁界発生部の着磁方向と第１永久磁石の着磁方向とが互いに逆向きである。第１可動子は磁界発生部に向かって移動する場合に、移動方向と逆向きの磁力を受ける。すなわち、第１可動子はコイルの内部に戻ろうとする力を受ける。これにより、第１可動子と第２可動子と連結部とは、振動発電機の外部から微小な力を受けた場合に、振動振幅が短い状況においても、第１可動子がコイルの内部を往復移動する回数が増える。従って、発電量を増加させることが出来る。

本発明の第１実施形態に係る振動発電機１の長手方向に沿って切断した概略断面図である。振動発電機１が含まれる発電機１００の概略を示した説明図である。本発明の第２実施形態に係る振動発電機２の長手方向に沿って切断した概略断面図である。第１可動子１０または単一の可動子の往復移動の方向ＤＲＭと直交する方向において、第１可動子または単一の可動子の上方側面の位置である原点ＰＯに対するコイル及び第２可動子の位置関係を示す説明図である。コイルを横切る磁束密度と第１可動子の側面からの距離Ｒ１との関係を示したシミュレーション図である。

（第１の実施形態）
本発明の第１実施形態について、図１を参照して説明する。図１は振動発電機１の長手方向に沿って切断した概略断面図である。図１に示すように、振動発電機１は、第１可動子１０と、第２可動子２０と、第１筒状部材３０と、第２筒状部材４０と、コイル５０と
を備える。

円筒形の第１筒状部材３０は、ＡＢＳ樹脂などの非磁性材料から形成される。円柱形の第１可動子１０が第１筒状部材３０の内部に配置される。第１可動子１０はネオジム磁石、フェライト磁石などの永久磁石である。図１に示すように、第１可動子１０は、第１筒状部材３０の内部を長手方向に沿って往復移動する。第１可動子１０の長手方向の長さは長さＬである。第１可動子１０である永久磁石、及び長手方向がそれぞれ本発明の第１永久磁石、往復移動の方向の一例である。

円筒形の第２筒状部材４０は、ＡＢＳ樹脂などの非磁性材料から形成される。第１筒状部材３０は、第１筒状部材３０の長手方向と第２筒状部材４０の長手方向とを同一にして、第２筒状部材４０の内部に配置される。第２筒状部材４０の長手方向の長さは第１筒状部材３０の長手方向の長さと同じである。図１に示すように、長手方向における第１筒状部材３０の両端と第２筒状部材４０の両端とは、ＡＢＳ樹脂、銅などの非磁性材料からなる封止部材４１で封じられる。この封止部材４１の径は第２筒状部材４０の径よりも大きい。この径の差により、封止部材４１は、第２筒状部材４０の外周面から突出する外周部４２を備える。この封止部材４１の外周部４２が本発明の突設部の一例である。

コイル５０が第１筒状部材３０と第２筒状部材４０との間に配置される。コイル５０は、第１筒状部材３０の長手方向中央に固定される。コイル５０の長手方向の長さは長さＬと同じである。尚、コイルを横切る方向は、図１において長手方向に垂直な方向である。

円筒形の第２可動子２０が、第２筒状部材４０の外周面４３に配置される。第２可動子２０は、第２筒状部材４０の外周面４３を長手方向に沿って往復移動する。第２可動子２０の長手方向の長さは長さＬと同じである。第２可動子２０の内周部分２１は永久磁石であり、外周部分２２は鉄などの軟磁性体である。軟磁性体は永久磁石からの磁力により、第２可動子２０の内周部分２１と固着される。第２可動子２０の内周部分２１の永久磁石の着磁方向は、第１可動子１０である永久磁石の着磁方向とは逆方向である。従って、永久磁石の磁力により、第２可動子２０が、第１可動子１０の移動方向と同じ方向に、第２筒状部材４０の外周面４３を往復移動する。第２可動子２０の内周部分２１である永久磁石が本発明の第２永久磁石の一例である。

上述した構成を備える振動発電機１の動作について説明する。第１可動子１０である永久磁石と第２可動子２０の内周部分２１である永久磁石とは、永久磁石の磁力により互いに引き付け合う。第２可動子２０の内周部分２１である永久磁石からの磁力により、内周部分２１と軟磁性体である外周部分２２とは互いに固着される。第１可動子１０は第１筒状部材３０の内部を長手方向に沿って移動する場合、第２可動子２０は、永久磁石同士の磁気的な引力により、第１可動子１０の移動方向と同じ方向に移動する。換言すれば、第１可動子１０と第２可動子２０とは、永久磁石が発生する磁界の中で同じ方向に往復移動する。すなわち、第１可動子１０と第２可動子２０とは１つの可動子として往復移動する。非特許文献１に記載されているように、最大電力Ｐは可動子の質量に比例する。従って、最大電力Ｐは、第１可動子１０の質量ｍ１と第２可動子２０の質量ｍ２とを足し合わせた質量である質量Ｍに比例する。

第１実施形態の振動発電機１の使用例について図２を参照して説明する。図２は第１実施形態に記載された振動発電機１が含まれる発電機１００の概略を示した説明図である。図２に示すように、振動発電機１は、乾電池形状の筺体９０の内部に収容される。第１可動子１０と第２可動子２０とが往復移動することにより、コイル５０に発生した交流電流は、図示しない配線により、ブリッジ回路などの整流部により整流される。整流された直流電流はコンデンサなどの蓄電部に供給される。図２では、整流部と蓄電部とをまとめて
回路部６０として図示する。蓄電部から供給される電流は、発電機１００が懐中電灯などの電気機器の電源部に装着される際に、プラス電極７０及びマイナス電極８０から電力として供給される。

（第２の実施形態）
本発明の第２実施形態について図３を参照して説明する。図３は振動発電機２の長手方向に沿って切断した概略断面図である。第１実施形態では、永久磁石の磁力により、第１可動子１０と第２可動子２０とが同じ方向に移動したが、第２実施形態では、永久磁石の磁力に加えて、第１可動子１０と第２可動子２０とが、連結部２１０によって連結されることにより同じ方向に移動する。第１実施形態と同一の構成については同じ番号を付して説明する。

図３に示すように、連結部２１０は、円柱状の第１アーム２１１と、円筒形の第２アーム２１２と、第１アーム２１１と第２アーム２１２とを連結するアーム連結部２１３と、から構成される。第１可動子１０と第２可動子２０とは、連結部２１０によって連結される。第１筒状部材３０の一方の端部に備えられた封止部材２４１は、挿入穴２４１Ａを備える。この挿入穴２４１Ａの径は、第１筒状部材３０の内径より小さく、第１可動子１０の径より小さい。この挿入穴２４１Ａの内周部の中心と第１筒状部材３０の内周部の中心とが、第１筒状部材３０の長手方向において一致するように、封止部材２４１は第１筒状部材４０と固定される。第１アーム２１１は挿入穴２４１Ａに挿通されて、第１可動子１０と連結される。第１可動子１０と連結された第１アーム２１１が第１筒状部材３０の内部に挿通された状態で封止部材２４１は第１筒状部材３０の端部に固定される。この構成により、第１可動子１０は第１筒状部材３０の内部から抜け落ちない。第１アーム２１１が第１筒状部材３０の内部に挿通された状態で、第１アーム２１１は、長手方向に直交する方向にぶれないように、第１アーム２１１の径が設定される。第１可動子１０と連結部２１０とは、接着剤などの固定部材により固定される。第２アーム２１２は、第２筒状部材の外周面４３に沿って第２可動子２０と連結される。第２可動子２０と連結部２１０とは接着剤などの固定部材により連結される。第２アーム２１２は第２筒状部材４０の外周面４３と接触しないように、アーム連結部２１３における第２アーム２１２の固定位置が定められる。連結部２１０は、封止部材２４１により、第１アーム２１１の位置が定められ、第２アーム２１２の固定位置が外周面４３と接触しないように定められる。これにより、連結部２１０、第１可動子１０、及び第２可動子２０は、特に、往復移動の方向に直交する方向の相対位置関係が保持される。連結部２１０はＡＢＳ樹脂、銅などから形成される。

図３に示すように、第１筒状部材３０の長手方向を上下方向として説明をする。２つのコイル２５０、２５１が、第１筒状部材１０と第２筒状部材２０との間に配置される。この配置状態において、２つのコイル２５０、２５１は、第１筒状部材１０の長手方向における中心に対して上下対称にそれぞれ配置される。第１可動子１０の長手方向における中心が２つのコイル２５０、２５１の間に配置された状態において、封止部材２４１とアーム連結部２１３との間の長さは長さＬ１である。この長さＬ１は、Ｌ／２以上、且つ第１筒状部材３０の長手方向の長さ以下である。コイル２５０、２５１を形成する互いのエナメル線の巻かれる方向は、互いに逆向きであり、両コイル２５０，２５１は互いに近接配置される側で接続される。

永久磁石２２０が、連結部２１０が配置される第１筒状部材３０の端部とは反対方向の端部に固定される。永久磁石２２０の着磁方向は、第１可動子１０である永久磁石の着磁方向と逆向きである。従って、第１可動子１０は、下方向に移動する場合に上方向の磁力を永久磁石２２０から受ける。すなわち、第１可動子１０はコイル２５０、２５１の内部に戻ろうとする力を永久磁石２２０から受ける。また、第１筒状部材３０の長手方向が鉛
直方向に沿う方向に振動発電機２が配置された場合は、第１可動子１０は、上方向に移動する場合にも自重によりコイル２５０、２５１の内部に戻ろうとする力を受ける。永久磁石２２０が本発明の磁界発生部の一例である。

上述した構成を備える振動発電機２の動作について説明する。第１可動子１０と第２可動子２０とは連結部２１０により連結される。これにより、第１可動子１０と第２可動子２０と連結部２１０とは、１つの可動子として、第１可動子１０である永久磁石及び第２可動子２０の内周部分２１である永久磁石が発生する磁界の中で同じ方向に往復移動する。非特許文献１に記載されているように、最大電力Ｐは可動子の質量に比例する。従って、最大電力Ｐは、第１可動子１０の質量ｍ１と第２可動子２０の質量ｍ２と連結部２１０ｍ３とを足し合わせた質量である質量Ｍに比例する。

第１可動子１０の長手方向における中心が２つのコイル２５０、２５１の間に配置された状態において、封止部材２４１とアーム連結部２１３との間の長さは長さＬ１である。この長さＬ１は、Ｌ／２以上、且つ第１筒状部材３０の長手方向の長さ以下であるので、第１可動子１０の下端はコイル２５０の下端より下方に移動する。これにより、コイル２５０を横切る磁束密度は変化する。従って、振動発電機２は、発電することが出来る。

第２実施形態の振動発電機２の使用例について説明する。振動発電機２は、連結部２１０が上下方向に移動する空間を必要とする。振動発電機２が備えられた図示しない発電機は、この空間と回路部６０と振動発電機２とを筐体の内部に含む。振動発電機２で発電された電力は、図示しない発電機が備えられた装置に供給される。

［実施形態の効果］
第１実施形態では、第１可動子１０と第２可動子２０とが１つの可動子として同じ方向に移動する。最大発電量Ｐに寄与する質量は、第１可動子全体の質量ｍ１と第２可動子全体の質量ｍ２とを足した質量Ｍである。振動発電機において、振動発電機の出力は可動子の実効質量に比例することが非特許文献１に記載されている。第１の実施形態では可動子の実効質量は質量ｍ１よりも大きな質量Ｍであるので、従来技術のように単一の可動子がコイルの内部を通過する振動発電機よりも、発電量を増加することが出来る。

第２実施形態では、第１可動子１０と第２可動子２０と連結部２１０とが１つの可動子として同じ方向に移動する。最大発電量Ｐに寄与する質量は、第１可動子全体の質量ｍ１と第２可動子全体の質量ｍ２と連結部２１０の質量ｍ３とを足した質量Ｍである。従って、単一の可動子がコイルの内部を通過する振動発電機よりも、発電量を増加することが出来る。

第１及び第２実施形態では、永久磁石は第１可動子１０及び第２可動子２０の内周部分２１にそれぞれ含まれる。これにより、永久磁石が第１可動子１０のみに含まれる振動発電機よりもコイル２５０、またはコイル２５０、２５１を横切る磁束密度が増加する。従って、発電量を増加することが出来る。

第１及び第２実施形態では、第２可動子２０の外周部分２２は、軟磁性体である。従って、永久磁石による磁束は軟磁性体に引き寄せられる。これにより、コイル５０、またはコイル２５０、２５１を横切る磁束密度が増加する。従って、発電量を増加することが出来る。

第１及び第２実施形態では、第１可動子１０である永久磁石及び第２可動子２０の内周部分２１である永久磁石による磁束は、第２可動子２０の外周部分２２である軟磁性体に引き付けられる。これにより、永久磁石による磁束が第２可動子２０の外周部分２２より
も外部へ漏洩することが低減される。従って、振動発電機が、電子機器または電気機器に電源として備えられた場合に、漏洩した磁束が、機器の回路に誘導電流を発生するなどして、電子機器などを誤作動させることを減らすことが出来る。

第１及び第２実施形態では、軟磁性体が第２可動子２０の外周部分２２である。特許文献１のように永久磁石が長手方向に往復移動するような構成では、コイルを横切る磁束密度を増加させるために、コイルの外側に軟磁性体を設けることが考えられる。しかし、この構成では、往復移動する距離すべてに軟磁性体を備える必要がある。これに対し、本発明は、第１可動子１０と同じ方向に移動する第２可動子２０の外周部分２２に軟磁性体を備える。従って、軟磁性体を設ける領域を減らすことが出来る。また、軟磁性体が１つの可動子として移動する第２可動子２０の外周部分２２であるので、第１可動子１０である永久磁石による磁束と第２可動子２０の内周部分２１である永久磁石による磁束とは、常に、移動方向とは直交する方向に向かう。これにより、第１可動子１０と第２可動子２０とが１つの可動子として移動する過程において、コイルを横切る磁束密度は増加する。従って、発電量が増加する。

第２実施形態では、連結部２１０により、第１可動子１０と第２可動子２０とが連結される。従って、両可動子１０、２０が、永久磁石の磁力により同じ方向に移動する振動発電機よりも、連結部２１０により固定されるので、第１可動子１０と第２可動子２０との位置が常に一定に保持される。これにより、特に、往復移動の方向に直交する方向の相対位置関係が保持されるので、第２可動子２０が第２筒状部材４０の外周面４３をより滑らかに移動する。従って、発電量を増加することが出来る。

第２実施形態では、永久磁石２２０の着磁方向と第１可動子１０である永久磁石の着磁方向とが互いに逆向きである。これにより、第１可動子１０は、永久磁石２２０に向かって移動する場合に、移動方向と逆向きの磁力を受ける。すなわち、第１可動子１０はコイル２５０、２５１の内部に戻ろうとする力を受ける。これにより、第１可動子１０と第２可動子２０と連結部２１０とは、振動発電機２の外部から微小な力を受けた場合に、振動振幅が短い状況においても、第１可動子１０がコイル２５０、２５１の内部を往復移動する回数が増える。従って、発電量を増加させることが出来る。

［変形例１］
第１及び第２実施形態では、第２可動子２０の内周部分２１は永久磁石であるが、第２可動子２０の内周部分２１は、鉄などの軟磁性体であってもよい。すなわち、第２可動子２０は、内周部分２１も外周部分２２も軟磁性体からなる。第１可動子１０と第２可動子２０とは、第１可動子１０である永久磁石が発生する磁界の中で同じ方向に往復移動する。第１可動子１０である永久磁石による磁束は、第２可動子２０である軟磁性体に引き寄せられる。従って、永久磁石による磁束が外部に漏洩するのを軽減すること、及びコイルを横切る磁束密度の増加により発電量を増加させることが出来る。

［変形例２］
第１及び第２実施形態では、第１可動子１０が永久磁石であるが、第１可動子１０は軟磁性体であってもよい。第１可動子１０と第２可動子２０とは、第２可動子２０の内周部分２１である永久磁石が発生する磁界の中で同じ方向に往復移動する。第２可動子２０の内周部分２１である永久磁石による磁束は、第２可動子２０の外周部分２２である軟磁性体、及び第１可動子１０である軟磁性体に引き寄せられる。従って、永久磁石による磁束が外部に漏洩するのを軽減すること、及びコイルを横切る磁束密度の増加により発電量を増加させることが出来る。

［変形例３］
第１及び第２実施形態では、第１可動子１０が永久磁石であるとしたが、第１可動子１０が、複数の永久磁石と、複数の永久磁石を締結する締結部と、から構成されても良い。この場合、永久磁石の各々は、隣接する永久磁石と同極が対向された状態で配置される。同極が対向された状態で配置されると、斥力が永久磁石の各々に働く。締結部は、この斥力が永久磁石の各々に働いている状態においても、複数の永久磁石を締結する。複数の永久磁石を同極が対向するように配置すると、永久磁石による磁束が往復移動方向である振動方向に対して交差する方向に延びるので、コイルを横切る磁束密度が増加する。従って、発電量を増加させることが出来る。同様に第２可動子が、複数の永久磁石と締結部とを含んでもよい。

［変形例４］
第２実施形態では、永久磁石２２０が磁界発生部の一例としたが、ヘルムホルツコイルが磁界発生部として用いられてもよい。ヘルムホルツコイルが磁界発生部として用いられた場合は、図示しない電源が振動発電機２に備えられる。

［変形例５］
第１及び第２実施形態では、第１可動子１０及び第２可動子２０は円柱形状及び円筒形状であり、第１筒状部材３０及び第２筒状部材４０は円筒形状であったが、これに限られない。第１可動子１０及び第２可動子２０は、例えば角柱形状及び中空の角柱形状であってもよい。第１筒状部材３０及び第２筒状部材４０は、例えば、中空の角柱形状であってもよい。

［変形例６］
第１及び第２実施形態では、第２可動子２０の長さは第１可動子１０の長さＬと同じであったが、これに限られない。第２可動子２０の長さは第１可動子１０の長さよりも長くてもよいし、短くてもよい。また、コイル５０、またはコイル２５０、２５１の長さは第１可動子１０の長さＬと同じであったが、これに限られない。コイル５０、またはコイル２５０、２５１の長さは、第１可動子１０の長さよりも長くてもよいし、短くてもよい。

［変形例７］
第１及び第２実施形態では、摩擦係数の小さいコーティング層が第２筒状部材４０の外周面４３に備えられるとよい。これにより第２可動子２０が第２筒状部材４０の外周面４３を滑らかに移動する。従って、発電量を増加することが出来る。また、摩擦係数の小さいコーティング層が、第１筒状部材２０の内面に備えられるとよい。これにより、第１可動子１０が第１筒状部材３０の内部を滑らかに移動する。従って、発電量を増加することが出来る。

［変形例８］
第２実施形態では、磁界発生部である永久磁石２２０を、連結部２１０が配置される第１筒状部材３０の端部とは反対方向の端部に固定したが、これに限られない。連結部２１０の移動方向外側に、第１の可動子１０である永久磁石の着磁方向とは逆向きに着磁された磁界発生部を配置してもよい。

［変形例９］
第２実施形態では、永久磁石２２０が、連結部２１０が備えられない第１筒状部材３０の一方の端部に配置され、封止部材４１と別体に構成されたが、これに限られない。挿入穴２４１Ａを有する封止部材２４１が永久磁石から形成され、着磁方向を第１可動子１０の着磁方向と逆向きにしてもよい。この場合、封止部材２４１が本発明の磁界発生部の一例である。

［変形例１０］
第２実施形態では、２つのコイル２５０、２５１が第１筒状部材３０の長手方向の中央に設けられたが、これに限られない。コイルは１つでもよいし、複数設けられてもよい。

［変形例１１］
第１及び第２実施形態では、第１可動子１０と第２可動子２０とが永久磁石が発生する磁界の中で同じ方向に往復移動すればよく、第１可動子１０と第２可動子２０との相対位置関係が往復移動の方向において常に一定に保持されることは要求されない。すなわち、コイルを横切る磁束密度に大きな変動が生じない限り、第１可動子１０と第２可動子２０との間で相対的位置のずれは許容される。

［変形例１２］
第２の実施形態では、第１可動子１０はコイル２５０の下部を通過すると、コイル２５０を横切る磁束密度は変化し、振動発電機２は発電出来るとしたが、これに限られない。第１可動子１０の長手方向における中心が２つのコイル２５０、２５１の間に配置された状態において、封止部材２４１とアーム連結部２１３との間の長さは長さＬ１である。この長さＬ１は、特に限定されない。第１可動子１０が、微小に振動しても、コイル２５０、２５１を横切る磁束密度は変化する。従って、振動発電機２は、発電することが出来る。

［変形例１３］
第１及び第２実施形態に記載の振動発電機の使用例は、電池に限られない。振動発電機は、電力を必要とする装置に備えられ、装置の振動により、第１可動子１０と第２可動子２０とがコイルの内部を往復移動すればよい。

［シミュレーション］
第１実施形態に記載の振動発電機と、変形例１に記載の振動発電機と、従来技術である単一の可動子を備える振動発電機との構成を用い、第１可動子１０と第２可動子２０とが同じ方向に移動する場合において、コイル５０を横切る磁束密度と、第１可動子１０が移動する方向ＤＲＭと直交する方向における第１可動子１０からの距離Ｒ１の依存性をシミュレーションした。シミュレーション条件は、図４に示すように、第１可動子１０が移動する方向ＤＲＭと直交する方向を距離Ｒ１の方向とし、原点ＰＯを第１可動子１０のコイル５０側の側面の位置とする。第１可動子１０、コイル５０及び第２可動子２０のそれぞれの端部は、距離Ｒ１の軸に接している。コイル５０を横切る磁束密度はコイル５０の端部である位置ＰＡでの値である。詳細な条件は、距離ＰＯＰＡ＝０．５ｍｍ、距離ＰＯＰＢ＝１．５ｍｍ、距離ＰＯＰＣ＝２．０ｍｍである。図５は、このシミュレーションの結果を示し、縦軸は距離Ｒ１での磁束密度の値を表し、横軸は原点ＰＯからの距離Ｒ１を表す。図５に示すように、第１実施形態に記載の振動発電機のシミュレーション結果を実線で「磁石／鉄」として示す。変形例１に記載の振動発電機のシミュレーション結果を一点鎖線で「鉄のみ」として示す。単一の可動子を備える、すなわち第２可動子２０が備えられない振動発電機のシミュレーション結果を点線で「なし」として示す。シミュレーション結果より、長手方向に直交する方向における第１可動子１０の永久磁石側面からの距離Ｒ１が０．５ｍｍから１．５ｍｍまでの任意の距離Ｒ１において、単一の可動子を備える振動発電機、変形例１に記載の振動発電機、第１実施形態に記載の振動発電機の順に磁束密度は増加することが示された。このシミュレーション結果から、単一の可動子を備える振動発電機、変形例１に記載の振動発電機、第１実施形態に記載の振動発電機の順に発電量が増大する。すなわち、従来技術である振動発電機よりも、本発明の振動発電機のほうが、発電量が増大する。

１、２振動発電機
１０第１可動子
２０第２可動子
２１内周部分
２２外周部分
３０第１筒状部材
４０第２筒状部材
４１封止部材
４２外周部
４３外周面
５０コイル
６０回路部
７０プラス電極
８０マイナス電極
９０筐体
１００発電機
２１０連結部
２２０永久磁石
２４１封止部材
２５０、２５１コイル

Claims

磁性体を含む第１可動子と、
前記第１可動子を往復移動可能に内部に収容し、非磁性体から形成される第１筒状部材と、
前記第１筒状部材を内部に収容し、非磁性体から形成される第２筒状部材と、
前記第１筒状部材と前記第２筒状部材との間に配置されたコイルと、
前記第２筒状部材の外周面に配置され、磁性体を含む第２可動子と、
を備え、
前記第１可動子と前記第２可動子との少なくとも一方の可動子の磁性体は永久磁石を含み、
前記第２可動子の外周部分は軟磁性体であること
を特徴とする振動発電機。
前記第１可動子は第１永久磁石を含み、
前記第２可動子の内周部分は、第２永久磁石を含み、
前記第１永久磁石の着磁方向と前記第２永久磁石の着磁方向とは互いに逆向きであることを特徴とする請求項１に記載の振動発電機。
前記往復移動の方向における、前記第１可動子の長さと、前記第２可動子の長さと、は略同じであ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。
前記往復移動の方向の前記第２筒状部材の両端には、前記往復移動の方向と交差する方向にその第２筒状部材の外周面から突設された突設部を備え、
前記第２可動子は両突設部の間を、往復移動することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の振動発電機。
前記第１可動子と前記第２可動子とを連結する連結部を備えること
を特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の振動発電機。
前記往復移動の方向における前記第１筒状部材の両端のうち、少なくとも一方の端部に配置され、磁界を発生する磁界発生部を備え、
前記第１可動子は第１永久磁石を含み、
前記磁界発生部の着磁方向と前記第１永久磁石の着磁方向とは互いに逆向きであることと特徴とする請求項５に記載の振動発電機。