JP2012165561A

JP2012165561A - 多次元振動発電機

Info

Publication number: JP2012165561A
Application number: JP2011023952A
Authority: JP
Inventors: Koyo Takashima; 公洋高島; Tsutomu Mizuno; 勉水野; Tatsuya Horio; 達也堀尾; Yoshinori Teramae; 欣則寺前; Kazuaki Koyaizu; 一晃小柳津
Original assignee: ONWAVE CORP; Shinshu University NUC
Current assignee: ONWAVE CORP; Shinshu University NUC
Priority date: 2011-02-07
Filing date: 2011-02-07
Publication date: 2012-08-30
Anticipated expiration: 2031-02-07
Also published as: JP5771793B2

Abstract

【課題】
常に変動する不安定要素を持つ自然エネルギー及び人間や機械から余分に放出されているエネルギーを回収し、モバイル機器の電源とするため、多方向からのエネルギーを振動として採り込み、効率よく電気エネルギーに変換する低コストで長期使用可能な耐久性のある振動発電機が望まれている。
【解決手段】
本発明は、１個の非磁性の可動子と磁石とコイルを有する発電ユニットを２個以上で構成して、多方向の振動エネルギーを電気エネルギーに変換することが可能な多次元振動発電機を提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、振動を効率よく電気エネルギーに変換する発電機の構造に関する。

近年、熱や振動、電磁波といった環境に存在するエネルギーを電力に変換するエネルギーハーベスティング（環境発電）が盛んになってきているが、低コストで長期耐久性があり、微量のエネルギーをいかに捉え効率よく、変換した電気エネルギーを取り出すか課題が多かった。
従来は、圧電素子もしくは、磁石を振子として用いて、垂直方向、水平方向の単一方向からの振動エネルギーにより発電を行っていたため、微量な多次元方向からの振動エネルギーを効率よく変換することが困難である。

例えば、特許文献１に記載の技術は、中空コイル内に磁石を配置し、磁石が転がることによる発電方式であり、
コイル内に磁石が入っているため、水平方向の磁束変化のみを利用して発電する技術であり、またＬＥＤを点灯したり、バッテリーに充電できるほどの電力は発生しない。
特開平４−１１６４２７号公報

例えば、特許文献２に記載の技術は、コイル内に上下から２つのばねで引っ張り磁石を支持し、振動でばねが伸縮して垂直方向の磁束変化で発電する技術であった。
特開平５−１６８２１３号公報

また、特許文献３に記載の技術は、筒状ケース外周にコイルを巻き、３つの磁石がそれぞれ対向する磁石と反発する様に配置し、中間の磁石が浮遊する状態で、振動により中間の磁石が垂直方向に移動することによる発電方式の技術であった。
特開２００２−２８１７２７号公報

従来でも、磁石を用いた多方向の振動発電機は存在するが、
例えば、特許文献４に記載の技術は、中心にある数極の極性を持った磁石が多方向に移動することで発電する振動発電の技術であった。
特開２００９−３８８８１号公報

従来では、圧電素子を用いた振動発電機が存在するが、圧電素子は素子が外部からの衝撃を受けることにより発電するため、圧電素子自体の寿命が約１〜２万回と長期に使用するには耐久性が問題となる。
例えば、特許文献５に記載の技術は、外部からの揺れを受け、突起状部材を持つ可動体が、突起状部を持つ圧電素子に衝撃を与えることにより発電するが、突起状部の圧電素子が摩耗し長期使用の耐久性には問題が残る。
特開２０１０−３５３６８号公報

常に変動する不安定要素を持つ自然エネルギー及び人間や機械から余分に放出されているエネルギーを回収し、モバイル機器の電源とするため、多方向からのエネルギーを振動として採り込み、効率よく電気エネルギーに変換する低コストで長期使用可能な耐久性のある振動発電機が望まれている。

本発明は、１個の非磁性可動子と磁石とコイルを有する発電ユニットを２個以上で構成し、多方向の振動エネルギーを電気エネルギーに変換することが可能な多次元振動発電機を提供する。

本発明によれば、多方向の振動エネルギーを効率よく電気エネルギーに変換することが可能となり、単一方向の振動発電機に比べＬＥＤ点灯やバッテリー充電などが可能な大きな発電量が得られる。
また、圧電素子を使用した振動発電機に比べ、低コストで長期使用における耐久性が向上する。

本発明の実施例を図面を参照して説明する。
なお、これにより本発明が限定されるものではない。

[２次元型振動発電機]
実施例１では、請求項１の振動発電機の構造について説明する。
図１は２次元型振動発電機１１の上から見た断面図を示し、図２は図１のＡ−Ａの断面図を示したものである。
発電ユニットは、図２で示すように非磁性管８とその非磁性管８の外周にスペーサー５を挟みコイル４を２個巻き、その非磁性管８の中に摩擦抵抗が少ないように移動可能な永久磁石２とその両端にヨーク３を固定し、その固定したヨーク３の一方に非磁性ハンマー７を固定し、もう一方には押しばね６を備える。
２次元型振動発電機１１は、図１の非磁性可動子１と発電ユニットとケース９で構成され、２つの発電ユニットがＸ方向、Ｙ方向の２次元方向に一定の間隔で９０度以上１８０度未満の角度に、永久磁石２がお互いに反発するように配置する。
図１で示すように、外部振動を受け、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｘ−Ｙ方向に非磁性可動子１が移動することにより、非磁性可動子１にＸ方向、Ｙ方向のどちらかもしくは、両方の非磁性ハンマー７が押され、それに伴い、永久磁石２とヨーク３も非磁性ハンマー７と同方向に移動し磁束の変化を起こすことにより、コイル４に誘起電圧が生じ、発電することを特徴とする振動発電機である。

[３次元型振動発電機]
実施例２では、請求項２の振動発電機の構造について説明する。
図３は３次元型振動発電機１２の上から見た断面図を示し、図４は図３のＡ−Ａの断面図を示したものである。
３次元型振動発電機１２は、実施例１の２次元型振動発電機１１を図４に示すように、Ｚ方向に発電ユニットを１つ追加し、Ｘ−Ｙ−Ｚの立体構造を持ち、非磁性可動子１と発電ユニット３つとケース９で構成され、永久磁石２がお互いに反発する配置とする。
図３と図４に示すように、外部振動を受け、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向、Ｘ−Ｙ方向、Ｘ−Ｚ方向、Ｙ−Ｚ方向、Ｘ−Ｙ−Ｚ方向に非磁性可動子１が移動することにより、非磁性可動子１にＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向のどちらかもしくは、どれか２方向、３方向全ての非磁性ハンマー７が押され、それに伴い、永久磁石２とヨーク３も非磁性ハンマー７と同方向に移動し磁束の変化を起こすことにより、コイル４に誘起電圧が生じ、発電することを特徴とする振動発電機である。

[２次元型３方向振動発電機]
実施例３では、請求項３の振動発電機の構造について説明する。
図５は２次元型３方向振動発電機１３の上から見た断面図を示し、図６は図５のＡ−Ａの断面図を示したものである。
２次元型３方向振動発電機１３は、実施例１の２次元型振動発電機１１を２方向ではなく、図４に示すように非磁性可動子１を中心に１２０度間隔で３つ配置した発電ユニットとケース９で構成される。

図５と図６に示すように、Ｘ方向に外部振動を受け、Ｘ方向に非磁性可動子１が移動することにより、３方向の発電モジュールのうち、非磁性可動子１に２方向の発電モジュールの非磁性ハンマー７が押され、それに伴い、永久磁石２とヨーク３も非磁性ハンマー７と同方向に移動し、反対側にある１方向の発電モジュールの永久磁石２とヨーク３と非磁性ハンマー７は、押しばね６に押し戻され、３方向の発電モジュールで磁束の変化が起こり、コイル４に誘起電圧が生じ発電する。
また、Ｙ方向、または、Ｘ−Ｙ方向に外部振動を受け、Ｙ方向に非磁性可動子１が移動することにより、３方向の発電モジュールのうち、非磁性可動子１に１方向の発電モジュールの非磁性ハンマー７が押され、それに伴い、永久磁石２とヨーク３も非磁性ハンマー７と同方向に移動し、
反対側にある２方向の発電モジュールの永久磁石２とヨーク３と非磁性ハンマー７は、押しばね６に押し戻され、３方向の発電モジュールで磁束の変化が起こり、コイル４に誘起電圧が生じ発電することを特徴とする振動発電機である。

[２次元型ダイレクト振動発電機]
実施例４では、請求項４の振動発電機の構造について説明する。
図７は２次元型ダイレクト振動発電機１４の上から見た断面図を示し、図８は図７のＡ−Ａの断面図を示したものである。
２次元型ダイレクト振動発電機１４は、実施例３の２次元型３方向振動発電機１３の非磁性可動子１に図７のように中心に貫通孔をあけ、非磁性棒１０を通しケース９の上面で振子となるように固定し、ケース９の底面に非磁性可動子が抜け落ちない程度の大きさの穴を開け、貫通穴から非磁性棒１０を垂らし、その非磁性棒１０がケース９の底面から外部にはみ出した状態で構成される。

図７と図８に示すように、非磁性棒１０が外部からＸ方向に力が加わると、実施例３の２次元型３方向振動発電機と同様にＸ方向に非磁性可動子１が移動することにより、３方向の発電モジュールのうち、非磁性可動子１に２方向の発電モジュールの非磁性ハンマー７が押され、それに伴い、永久磁石２とヨーク３も非磁性ハンマー７と同方向に移動し、反対側にある１方向の発電モジュールの永久磁石２とヨーク３と非磁性ハンマー７は、押しばね６に押し戻され、３方向の発電モジュールで磁束の変化が起こり、コイル４に誘起電圧が生じ発電する。
また、非磁性棒１０が外部からＹ方向、または、Ｘ−Ｙ方向に力が加わると、Ｙ方向に非磁性可動子１が移動することにより、３方向の発電モジュールのうち、非磁性可動子１に１方向の発電モジュールの非磁性ハンマー７が押され、それに伴い、永久磁石２とヨーク３も非磁性ハンマー７と同方向に移動し、反対側にある２方向の発電モジュールの永久磁石２とヨーク３と非磁性ハンマー７は、押しばね６に押し戻され、３方向の発電モジュールで磁束の変化が起こり、コイル４に誘起電圧が生じ発電することを特徴とする振動発電機である。

実施例１における２次元型振動発電機を上からの断面図図１におけるＡ−Ａ断面図実施例２における３次元型振動発電機の上からの断面図図３におけるＡ−Ａ断面図実施例３における２次元型３方向振動発電機を上から見た断面図図５におけるＡ−Ａ断面図実施例４における２次元型ダイレクト振動発電機を上から見た断面図図７におけるＡ−Ａ断面図

１非磁性可動子
２永久磁石
３ヨーク
４コイル
５スペーサ
６押しばね
７非磁性ハンマー
８非磁性管
９ケース
１０非磁性棒
１１２次元型振動発電機
１２３次元型振動発電機
１３２次元型３方向振動発電機
１４２次元型ダイレクト振動発電機

Claims

非磁性管と、
前記非磁性管の外周に巻いたコイルと、
非磁性管内を移動する永久磁石とその両端に固定したヨークと、
前記ヨークの片側に固定した非磁性ハンマーと、
前記非磁性ハンマーの反対側の前記ヨークに固定する押しばねを備えた発電ユニットと、
２つの前記発電ユニットが平面（２次元）方向に一定の間隔を置き
９０度以上１８０度未満の角度で配置した頂点部分に１つの非磁性の可動子と、
前記発電ユニットと可動子を収納するケースを備え、
外部から振動が加わると前記可動子が移動することに伴い、
配置した各々の前記発電ユニットで発電することを特徴とする発電機。
９０度以上１８０度未満の角度に配置した２つの前記発電ユニットの頂点部分に、
さらに１つの前記発電ユニットを垂直方向に配置した請求項１の発電機。
前記発電ユニットを３つ以上、平面配置する請求項１に記載の発電機。
前記可動子の中心に貫通穴を施した可動子と、
前記ケースの上面に貫通穴を施し、
前記貫通穴から棒状のものを垂らし、その棒状のものが底面から外部に出ており、
直接的に振動が伝わる特徴を有する請求項１、３に記載の発電機
前記可動子は、素材及び形状が異なることを特徴とする請求項１から４に記載の発電機。