JP2012135131A - Power generation apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、主に時計、補聴器、携帯電話やパーソナルコンピュータ、製造用機械などの工業用電子機器、冷蔵庫・洗濯機などの家庭用電子機器、各種センサなどの電子機器に使用される発電装置に関するものである。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a power generator used mainly for industrial electronic devices such as watches, hearing aids, mobile phones and personal computers, manufacturing machines, household electronic devices such as refrigerators and washing machines, and electronic devices such as various sensors. Is.
近年、時計、補聴器、携帯電話やパーソナルコンピュータ、工業用・家庭用電子機器、各種センサなどの電子機器の多様化や高機能化が進むなか、CPU等の制御手段の処理負荷が大きくなり、使用する電力も増大し、充電回数や電池交換の頻度も増加していることから、電子機器内に発電装置を内蔵するものが求められている。 In recent years, as electronic devices such as watches, hearing aids, mobile phones and personal computers, industrial and household electronic devices, and various sensors have become more diverse and sophisticated, the processing load on control means such as CPUs has increased and has been used. Since the power to be used is increasing and the number of times of charging and the frequency of battery replacement are also increasing, there is a demand for a power generator built in an electronic device.
このような従来の発電装置およびこれを用いた電子機器について、図6の従来の発電装置の断面図を用いて説明する。同図において発電装置10は、円筒形状の筐体1内に配置されたバネ2と磁石3、および筐体1の外周に巻回されたコイル4から構成されている。ここで、バネ2の右端は磁石3に、左端は筐体1の側壁に固定され、磁石3が筐体1内を左右に振動可能に構成されていた。
Such a conventional power generator and an electronic apparatus using the same will be described with reference to a cross-sectional view of the conventional power generator shown in FIG. In FIG. 1, a
このように構成された発電装置10は、携帯電話などの電子機器(図示せず)で液晶ディスプレイの裏面などの所定位置に内蔵され、携帯電話を左右に振動させると、磁石3が左右に振動し、電磁誘導によりコイル4に生じた起電力で、電子機器を充電するものとなっていた。
The
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献1が知られている。 As prior art document information related to the invention of this application, for example, Patent Document 1 is known.
しかしながら、従来の発電装置は簡素な構造であるが、磁石3の可動範囲が大きくないと電子機器の動作に必要な電力を発電できないため、液晶ディスプレイの裏面に液晶ディスプレイとほぼ同じ大きさで配置するなど大型のものになりやすく、電子機器に内蔵するには適していないという課題があった。 However, although the conventional power generation device has a simple structure, since the power necessary for the operation of the electronic device cannot be generated unless the movable range of the magnet 3 is large, it is arranged on the back surface of the liquid crystal display with approximately the same size as the liquid crystal display. There is a problem that it tends to be large-sized, and is not suitable for being built in an electronic device.
本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、小型化に適した発電装置を提供することを目的とする。 The present invention solves such a conventional problem, and an object of the present invention is to provide a power generator suitable for downsizing.
前記目的を達成するために本発明は、以下の構成を有するものである。 In order to achieve the above object, the present invention has the following configuration.
本発明の請求項1に記載の発明は、固定体の軸部と可動体を接続する板バネとを備え、可動体は軸部に沿って固定体に対し振動可能に配置され、可動体の振動に伴い磁石がコイルに対し対向した状態で振動するものである。このような構成で、磁石がコイルと対向した状態を保ったまま振動可能となり、上下方向の厚みを抑制すると共に、薄く配置することが可能な板バネを用いて構成され、小型化に適した発電装置を提供することができるという作用を有する。 The invention according to claim 1 of the present invention includes a shaft portion of the fixed body and a leaf spring connecting the movable body, and the movable body is arranged to be able to vibrate with respect to the fixed body along the shaft portion. Along with the vibration, the magnet vibrates while facing the coil. With such a configuration, the magnet can vibrate while keeping the state facing the coil, and is configured using a leaf spring that can suppress the vertical thickness and can be arranged thinly, and is suitable for downsizing. The power generation device can be provided.
請求項2に記載の発明は、請求項1記載の発電装置において、固定体の軸部を周回し板バネと固定体との間に挟まれたコイルバネをさらに備えたものであり、板バネにかかる負荷を低減することができ、耐久性が高い発電装置を提供することができるという作用を有する。 According to a second aspect of the present invention, in the power generation device according to the first aspect, the coil spring further includes a coil spring that goes around the shaft portion of the fixed body and is sandwiched between the plate spring and the fixed body. Such a load can be reduced, and a power generator having high durability can be provided.
請求項3に記載の発明は、請求項1記載の発電装置において、コイルのコイル線が電気的に接続される整流回路と、整流回路に電気的に接続される蓄電回路と、蓄電回路に電気的に接続された正極カバーと負極カバーをさらに備え、正極カバーと負極カバーにより構成される外形を、IEC60086又はそれに対応する日本国内のJIS規格であるJISC8500に定めるものとすることで、電池と入れ替えて電子機器で使用するのに好適な発電装置を提供することができるという作用を有する。 According to a third aspect of the present invention, in the power generation device according to the first aspect, the rectifier circuit to which the coil wire of the coil is electrically connected, the storage circuit to be electrically connected to the rectifier circuit, and the storage circuit to be electrically connected The battery is further replaced with a battery by further providing a positive electrode cover and a negative electrode cover that are connected to each other, and having an outer shape constituted by the positive electrode cover and the negative electrode cover defined in IEC 60086 or JIS C8500 corresponding to JIS standard in Japan. Therefore, it is possible to provide a power generator suitable for use in electronic equipment.
以上のように本発明によれば、小型化に適した発電装置を提供することができるという有利な効果が得られる。 As described above, according to the present invention, an advantageous effect that it is possible to provide a power generation device suitable for downsizing can be obtained.
以下、本発明の実施の形態について、図1〜図5を用いて説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to FIGS.
なお、これらの図面は構成を判り易くするために、部分的に寸法を拡大して表している。 These drawings are partially enlarged in size for easy understanding of the configuration.
(実施の形態)
図1は、本発明の一実施の形態における発電装置の断面図、図2は同分解斜視図である。
(Embodiment)
FIG. 1 is a sectional view of a power generator according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is an exploded perspective view thereof.
ここで、発電装置40は、正極カバー21と負極カバー22の間に、磁石23を保持した可動体24、コイル25が配置された固定体26と、固定体26に対して可動体24を振動させる板バネ27とコイルバネ28を備えて構成される。
Here, the
以下、発電装置40の構成について詳述する。
Hereinafter, the configuration of the
正極カバー21は下方開口の円筒箱状で、環状のスペーサ29が上面を正極カバー21の内壁上面に接触させるよう挿入されている。なお、ここで正極カバー21は導電性の材料である。
The
また、板バネ27は中央に孔27Aが設けられた円環状で、外周部27Bと内周部27Cの間を複数回蛇行して形成されたバネ部27Dが接続しており、このバネ部27Dは前後左右に四本設けられ外周部27Bと内周部27Cを四箇所で接続している。
The
そして、板バネ27の下面に接して円環状の止具30が、その下方にコイルバネ28が孔27Aと中心を揃えて配置されている。
An
また、可動体24は断面が下方開口のU字状の収納部24Aと収納部24Aの内縁から内側に若干突出したガイド部24Bを備えており、このガイド部24Bの上面がコイルバネ28の下面に接すると共に、収納部24Aは、その上面で板バネ27の外周部27Bに溶接あるいは接着などにより固定されている。
In addition, the
また、収納部24Aの内側面には磁石23が接着により固定されている。ここで、磁石23は内壁側がS極、外壁側がN極となっている。そして、磁石23は内壁側でコイル25と対向している。なお、磁石23はその全部が収納部24Aの内側に収納されていても良いし、一部が収納部24Aから突出していても良い。つまり、磁石23の少なくとも一部が収納部24A内に収納されていれば良い。
A
さらに、コイル25はエナメル線やポリアミドの融着層が塗布された自己融着線などのコイル線32が巻回されて構成されており、固定体26は略中央に円筒状の軸部26Aが、軸部26Aの下縁から外側に平板部26Bが設けられている。そして、軸部26Aが可動体24の中心、コイルバネ28をやや撓ませて挿入され、軸部26Aの上端が止具30に接着剤(図示せず)などで固定される。さらに、コイル25が平板部26B上に配置されると共に、コイル線32の両端が軸部26Aの内部に挿入される。
Further, the
なお、板バネ27は下側にやや撓んだ状態となっているが、これはコイルバネ28がやや撓んだ状態で挿入されることで弾性力が生じると共に、磁石23が固定された可動体24の重力で撓むものである。
The
また、軸部26Aの内部に、基板33および、その上下面の配線に接続されて、コンデンサあるいは電池などの蓄電回路34、蓄電回路34への電流を整流する整流回路35を備えた電気回路36が配置されている。また、軸部26Aの内部に挿入されたコイル線32の両端は、基板33に接続され、電気回路36に電気的に接続される。さらに、蓄電回路34からは配線(図示せず)が延出し、正極カバー21と負極カバー22に電気的に接続される。
In addition, an
また、負極カバー22が下方から、円環状で絶縁性のリング37を正極カバー21との間に挟んで組みつけられ、正極カバー21と負極カバー22が短絡しないようにして発電装置40が構成されている。
In addition, the
ここで、発電装置40の各部品の材料について補足すると、正極カバー21と負極カバー22は導電性の材料で形成されており、例えば、ステンレス鋼が適している。
Here, to supplement the material of each component of the
また、固定体26、リング37は絶縁性の材料で構成され、樹脂で形成することが適している。
In addition, the
さらに、可動体24は磁石23の磁力線がその内部を流れるため、導磁性の材料で形成されており、例えば鉄系の冷間圧延鋼が適している。
Further, the
また、止具30は、絶縁性・導電性いずれの材料でも可能だが、伸び撓みする板バネ27や伸縮するコイルバネ28と接するため、硬い材料の方が好ましく、例えばステンレス鋼で形成される。
The
板バネ27は、一般に板バネとして使用される材料なら使用可能であるが、ステンレス鋼の薄板、リン青銅などが適している。
The
このように構成された、発電装置40はボタン電池やコイン電池、乾電池などの所定の外形に構成され、時計、補聴器、携帯電話やパーソナルコンピュータ、製造用機械などの工業用電子機器、冷蔵庫・洗濯機などの家庭用電子機器、各種センサなどの所定の電子機器において、電池に置き換えて内蔵される。
The
そして、例えば携帯電話などに使用された際には電子機器を保持した使用者が歩行などすると、使用者の動きに応じて、発電装置40に外力が加わり、可動体24が固定体26に対し振動することで、蓄電回路34に蓄電される。そして、電子機器の使用時に、蓄電回路34に蓄電された電気を正極カバー21と負極カバー22を介して動作電力として使用することができる。
For example, when the user holding the electronic device walks when used in a mobile phone or the like, an external force is applied to the
このような、発電装置40の蓄電動作について、図1、図3、図4の動作を示す断面図、図5の回路構成を示す概念図を用いて説明する。
Such a power storage operation of the
図1の断面図の状態から、発電装置40へ下方への外力が働き、発電装置40に対して下向きの加速度がかかると、可動体24が上方に移動し、板バネ27に蓄えられた弾性力が開放される一方、コイルバネ28はさらに撓み弾性力が蓄えられ、図3の断面図に示した状態になる。
From the state of the cross-sectional view of FIG. 1, when a downward external force acts on the
また、このとき図5(a)に示すように、磁石23に対しコイル25が下方(矢印FAの方向)に移動するため、フレミングの右手の法則(親指が導体であるコイル25の動いた方向、人差指が磁界の方向、中指が電流の方向)に従い、電磁誘導による起電力が生じコイル線32に電流が流れる。
At this time, as shown in FIG. 5A, the
ここで、コイル線32の断面で見ると左側は、紙面の表から裏に向かう方向(×印を丸で囲い示す)、右側は、紙面の裏から表に向かう方向(黒点を丸で囲い示す)の電流が生じ、矢印IAで示す時計回転方向の電流となる。そして全波整流回路となる整流回路35に矢印IBの方向で電流が流れ、蓄電回路34の正極に流入し、蓄電回路34が充電される。また、蓄電回路34の負極から流れた電流は矢印ICの経路を辿り、コイル線32に戻る。
Here, when viewed from the cross section of the
なお、正極カバー21は蓄電回路34の正極に、負極カバー22は蓄電回路34の負極に接続されており、蓄電回路34に充電された電力は、正極カバー21、負極カバー22を経由して、発電装置40が搭載された電子機器の電源として使用されるものである。
The
そして、図3の断面図の状態から、発電装置40へ外力が働かなくても、コイルバネ28の弾性力により可動体24を押し下げ、図1の断面図の中立状態を越えて、図4の断面図に示した状態になる。同図の状態では、板バネ27が下方に撓み弾性力が蓄えられると共に、コイルバネ28も伸びているので、上方向への弾性力が生じている。
Then, even if no external force is applied to the
また、このとき図5(b)に示すように、磁石23に対しコイル25が上方(矢印FBの方向)に移動するため、フレミングの右手の法則に従い、図5(a)とは逆向きの矢印IDの方向にコイル線32には電流が流れる。そして全波整流回路となる整流回路35に矢印IEの方向で電流が流れ、蓄電回路34の正極に流入し、蓄電回路34が充電される。また、蓄電回路34の負極から流れた電流は矢印IFの経路を辿り、コイル線32に戻る。
At this time, as shown in FIG. 5 (b), the
そして、図4の断面図の状態の後、図1の断面図の中立状態を中心に、可動体24の位置が上下に振動し、蓄電回路34に対し充電が行われる。
Then, after the state of the cross-sectional view of FIG. 4, the position of the
なお、前述の説明では、発電装置40へ下方への外力が働いた場合について説明したが、発電装置40へ上方への外力が働いた場合についても同様で、その場合には、図1の状態から図4の状態となり、その後図3の状態へ可動体24が固定体26に対し振動し、蓄電回路34に対し充電が行われる。
In the above description, the case where the downward external force is applied to the
つまり、例えば発電装置40を搭載した電子機器の使用者が運動することにより、発電装置40へ外力が働くと、可動体24が固定体26に対し振動し、電磁誘導による起電力で蓄電回路34に対し充電が行われるものとなっている。
That is, for example, when an external force is applied to the
ここで、可動体24、板バネ27およびコイルバネ28などで可動体24の共振周波数は定まる。そしてこの共振周波数を、携帯電話などの電子機器に発電装置40を用いた場合には、使用者の歩行などの運動の周波数(数Hzから数十Hz)に合わせ、また冷蔵庫などの家庭用電子機器、橋梁に取り付けた振動センサなどのセンサに用いる場合にはその振動により生じる周波数に合わせることにより効率的な充電が可能となる。
Here, the resonance frequency of the
なお、前記の説明では、コイル25を固定体26に、磁石23を可動体24に配置したものとして説明したが、コイル25と磁石23の配置が逆、つまり、コイル25を可動体24に、磁石23を固定体26に配置した構成としても良い。
In the above description, the
このような構成によれば、発電装置40近傍に磁性を有した部材がある場合でも、磁石23の距離が離れるため影響が小さくなり、発電装置40が安定して動作しうるという利点がある。
According to such a configuration, even when there is a magnetic member in the vicinity of the
また、前記の説明ではコイルバネ28を用いるものとして説明したが、コイルバネ28が無いものとして構成しても本発明の実施は可能である。しかしながら、コイルバネ28を用いる方が板バネ27にかかる力が小さくなり、耐久性が向上するため、より望ましい。
In the above description, the
また、止具30について一つの構成要素として前記の説明では記述したが、止具30は板バネ27と一体化して構成することも可能である。
Further, although the
また、コイル線32は絶縁性の樹脂などで構成されたボビンに巻回するものとして構成しても良い。なお、ボビンを使用すると巻回は容易になるが、ボビンを使用しない方が、発電装置40の小型化に適している。
The
また、バネ部27Dは外周部27Bおよび内周部27Cと四箇所で接続されるものとして説明したが、これに限定されるものではなく、少なくとも一箇所で接続されていれば良い。また、バネ部27Dの形状も蛇行したものだけでなく、様々な変形が可能である。
In addition, although the
また、磁石23は内壁側をS極、外壁側をN極とするものとして説明したが、逆に外壁側がS極、内壁側がN極であっても本発明の実施は可能である。
Further, the
また、スペーサ29を正極カバー21の内部に備えるものとして説明したが、スペーサ29を必ずしも備える必要はなく、正極カバー21の内壁上面に段を設けて、内部のスペーサ29の代りとすることも可能である。
The
さらに、既存の電池と交換可能とするため、正極カバー21と負極カバー22とで構成される外形は、国際電気標準会議が定めた電池に対する規格であるIEC60086又はそれに対応する日本国内のJIS規格であるJISC8500に従うものとする。
Furthermore, in order to be able to replace an existing battery, the outer shape constituted by the
例えば、外形寸法の規格である、R41、R43、R44、R48、R54、R55、R70などの固有記号に従い形成する。また、固有記号が定められていなくても、既存の電池寸法として存在するR1632、R2450、R1025、R1216、R1220、R1225、R1616、R2012、R2016、R2025、R2032、R2325、R2330、R2354、R2477、R3032(数字の上2桁が直径、下2桁が厚みを表し、例えば2032は直径20mm厚み3.2mmを示している)などに従い形成する。 For example, it is formed in accordance with specific symbols such as R41, R43, R44, R48, R54, R55, and R70 which are standards for external dimensions. In addition, even if a unique symbol is not defined, R1632, R2450, R1025, R1216, R1220, R1225, R1616, R2012, R2016, R2025, R2032, R2325, R2330, R2354, R2477, R3032 exist as existing battery dimensions. (The first two digits of the number represent the diameter and the last two digits represent the thickness. For example, 2032 indicates a diameter of 20 mm and a thickness of 3.2 mm).
また、外形寸法は円柱形状のR03(日本の通称では単4形に相当する)、R1(日本の通称では単5形に相当する)、R6(日本の通称では単3形に相当する)、R14(日本の通称では単2形に相当する)、R20(日本の通称では単1形に相当する)、R123A、R2などで構成しても良いし、角形電池の形状で構成しても良い。 In addition, the outer dimensions are cylindrical R03 (corresponding to AA type in Japanese name), R1 (corresponding to AA type in Japanese name), R6 (corresponding to AA type in Japanese name), R14 (corresponding to single 2 type in Japanese name), R20 (corresponding to single 1 type in Japanese name), R123A, R2 or the like, or a rectangular battery shape. .
このように本実施の形態によれば、固定体26の軸部26Aと可動体24を接続する板バネ27とを備え、可動体24は軸部26Aに沿って固定体26に対し振動可能に配置され、可動体24の振動に伴い磁石23がコイル25に対し対向した状態で振動するものである。このような構成で、磁石23の内壁側でコイル25と対向した状態を保ち、磁石23を振動可能にすることで上下方向の厚みを抑制すると共に、薄く配置することが可能な板バネ27を用いて構成されているため小型化に適した発電装置40を提供することができるものである。
As described above, according to the present embodiment, the
さらに、固定体26の軸部26Aを周回し板バネ27と固定体26との間に挟まれたコイルバネ28をさらに備えたものとすることで、板バネ27にかかる負荷を低減することができ、耐久性が高い発電装置40を提供することができるものである。
Furthermore, the load applied to the
そして、コイル25のコイル線32が電気的に接続される整流回路35と、整流回路35に電気的に接続される蓄電回路34と、蓄電回路34に電気的に接続された正極カバー21と負極カバー22をさらに備え、正極カバー21と負極カバー22により構成される外形を、IEC60086又はそれに対応する日本国内のJIS規格であるJISC8500に定めるものとすることで、電池と入れ替えて電子機器で使用するのに好適な発電装置40を提供することができるものである。
And the
本発明による発電装置は、小型化に適しているという有利な効果を有し、主に各種電子機器の動作電力の供給のため有用である。 The power generator according to the present invention has an advantageous effect that it is suitable for downsizing, and is mainly useful for supplying operating power to various electronic devices.
21 正極カバー
22 負極カバー
23 磁石
24 可動体
24A 収納部
24B ガイド部
25 コイル
26 固定体
26A 軸部
26B 平板部
27 板バネ
27A 孔
27B 外周部
27C 内周部
27D バネ部
28 コイルバネ
29 スペーサ
30 止具
32 コイル線
33 基板
34 蓄電回路
35 整流回路
36 電気回路
37 リング
40 発電装置
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記可動体は前記軸部に沿って前記固定体に対し振動可能に配置され、前記可動体の振動に伴い前記磁石が前記コイルに対し対向した状態で振動する発電装置。 A coil around which a coil wire is wound, a magnet facing the coil, a fixed body having a shaft portion, a movable body having a storage portion and formed of a conductive material, and the shaft portion and the movable body. And one of the coil or the magnet is disposed on the fixed body, and the other is at least partially housed in the housing portion,
The said movable body is arrange | positioned so that it can vibrate with respect to the said fixed body along the said shaft part, and the said magnet vibrates in the state facing the said coil with the vibration of the said movable body.
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