JP2013126337A

JP2013126337A - 発電装置

Info

Publication number: JP2013126337A
Application number: JP2011274935A
Authority: JP
Inventors: Takeo Shirai; 健雄白井; Koji Goto; 浩嗣後藤
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2011-12-15
Filing date: 2011-12-15
Publication date: 2013-06-24

Abstract

【課題】発電特性の安定性の向上を図れ、且つ、発電効率の向上を図ることが可能な発電装置を提供する。
【解決手段】発電装置は、ＭＥＭＳ（micro electromechanical systems）構造体１を備えている。ＭＥＭＳ構造体１は、フレーム部１１、フレーム部１１の内側に配置された振動部１２、および振動部１２を挟んで配置されフレーム部１１に支持された一対のトーションばね部１３、および振動部１２に形成された平面コイル１４を有している。また、発電装置は、振動部１２および平面コイル１４を挟んで対向配置され対をなす２つの永久磁石２ａ，２ｂと、ＭＥＭＳ構造体１と各永久磁石２ａ，２ｂとを所定の相対的な位置関係で支持する支持基板３とを備えている。ここで、発電装置は、対をなす永久磁石２ａ，２ｂ同士が、磁極方向を揃えて配置されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、発電装置に関するものである。

近年、エネルギ変換装置として、電磁誘導作用により運動エネルギを電気エネルギに変換するエネルギ変換装置が提案されている（例えば、特許文献１）。

特許文献１には、エネルギ変換装置として、図１３〜図１５に示す構成の発電装置１００が記載されている。

この発電装置１００は、収納部１１０ａが設けられた支持体１１０と、収納部１１０ａに配置された永久磁石１２０およびコイルバネ１３０とを備えている。

支持体１１０は、３枚のプリント基板１１１〜１１３により構成されている。具体的には、支持体１１０は、２枚のプリント基板１１１、１１３間に配置されたプリント板１１２の矩形状の開口部１１２ａにより、収納部１１０ａが形成されている。

ここで、発電装置１００は、プリント基板１１３の下面に、平面コイル１１４ａおよび１１４ｂが形成されている。この平面コイル１１４ａおよび１１４ｂは、図１５に示すように、下面側から見て、市松模様状に配置されている。平面コイル１１４ａおよび１１４ｂの各々は、渦巻状に形成されている。なお、平面コイル１１４ａおよび１１４ｂは、巻き方向が互いに逆になるように形成されている。

また、プリント基板１１３には、平面コイル１１４ａおよび１１４ｂの中央部と対応する領域に、開口部１１３ａが形成されている。この開口部１１３ａには、ＦｅおよびＣｏなどからなる磁心（コア）１１５が埋め込まれている。また、磁心１１５は、プリント基板１１３の下面から突出するように形成されており、平面コイル１１４ａおよび１１４ｂの中央部に配置されている。

永久磁石１２０は、図１３および図１４に示すように、収納部１１０ａの内部に矢印Ｘ１方向（矢印Ｘ２方向）に移動可能に配置されている。また、永久磁石１２０は、図１４に示すように、矢印Ｙ１方向（矢印Ｙ２方向）に対する移動が規制されている。また、永久磁石１２０は、図１３に示すように、板状に形成されるとともに、平面コイル１１４ａおよび１１４ｂと所定の間隔を隔てて対向配置されている。また、永久磁石１２０は、磁化方向が矢印Ｚ１方向である部分（磁区）１２０ａと、磁化方向が矢印Ｚ２方向である部分１２０ｂとを含んでおり、多極磁石として構成されている。このため、プリント基板１１３近傍では、図１３の破線で示した磁力線で表される磁界が形成されている。また、部分１２０ａおよび１２０ｂは、図１４に示すように、平面的に見て、交互に隣接した状態（市松模様状）で配置されている。また、図１３に示すように、永久磁石１２０が基準位置に配置されている場合に、部分１２０ａが平面コイル１１４ａと対応する領域に配置されるとともに、部分１２０ｂが平面コイル１１４ｂと対応する領域に配置されている。

コイルバネ１３０は、図１３および図１４に示すように、開口部１１２ａの側面１１２ｂと永久磁石１２０の端部１２０ｃとの間に配置されるとともに、開口部１１２ａの側面１１２ｃと永久磁石１２０の端部１２０ｄとの間に配置されている。この一対のコイルバネ１３０は、支持体１１０に対して永久磁石１２０が矢印Ｘ１方向（矢印Ｘ２方向）において所定の基準位置に配置されるように付勢する機能を有する。

発電装置１００では、永久磁石１２０が所定の基準位置に配置されるように付勢するコイルバネ１３０を設けてあるので、発電装置１００に力が加えられた際に、容易に、永久磁石１２０を支持体１１０に対して振動させることができる。

発電装置１００は、プリント基板１１３の上面に、平面コイル１１４ａおよび１１４ｂにおいて発生する誘導起電力を制御するとともに、出力するための回路部１１６が設けられている。

発電装置１００に力が加えられることにより、永久磁石１２０が支持体１１０に対して矢印Ｘ１方向に移動したとき、平面コイル１１４ａでは、電磁誘導により図１５に示すように矢印Ａ方向の誘導電流が発生し、平面コイル１１４ｂでは、電磁誘導により図１５に示すように矢印Ｂ方向の誘導電流が発生する。このため、回路部１１６には、図１５に示すようにＣ方向の誘導電流が供給される。また、永久磁石１２０が支持体１１０に対して矢印Ｘ２方向に移動したとき、平面コイル１１４ａでは、電磁誘導により矢印Ｂ方向の誘導電流が発生し、平面コイル１１４ｂでは、電磁誘導により矢印Ａ方向の誘導電流が発生する。このため、回路部１１６には、Ｃ方向とは反対方向の誘導電流が供給される。

特開２００９−１１１４９号公報

上述の発電装置１００は、永久磁石１２０と平面コイル１１４ａおよび１１４ｂとが支持体１１０の厚み方向において間隔を隔てて対向配置されているので、永久磁石１２０の厚み方向の振動に起因して上述の間隔が変動し、発電特性が不安定となる懸念がある。また、発電装置１００は、上述のように間隔が変動する懸念があるため、間隔を狭くすると、永久磁石１２０が平面コイル１１４ａおよび１１４ｂに接触してしまう懸念がある。また、上述の発電装置１００は、上述の間隔がプリント基板１１３の反りに起因してばらつき、個々の発電装置１００ごとの発電特性がばらついてしまう懸念がある。

本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、発電特性の安定性の向上を図れ、且つ、発電効率の向上を図ることが可能な発電装置を提供することにある。

本発明の発電装置は、フレーム部、前記フレーム部の内側に配置された振動部、および前記振動部を挟んで配置され前記フレーム部に支持された一対のトーションばね部、および前記振動部に形成された平面コイルを有するＭＥＭＳ構造体と、前記振動部および前記平面コイルを挟んで対向配置され対をなす２つの永久磁石と、前記ＭＥＭＳ構造体と前記各永久磁石とを所定の相対的な位置関係で支持する支持基板とを備え、対をなす前記永久磁石同士が、磁極方向を揃えて配置されてなることを特徴とする。

この発電装置において、前記フレーム部の内側に、前記振動部と一対の前記トーションばね部と前記平面コイルとからなるエネルギ変換素子が複数形成されてなることが好ましい。

この発電装置において、前記振動部に前記平面コイルが複数形成されてなり、前記各平面コイルごとに前記永久磁石の対が対向配置されてなることが好ましい。

この発電装置において、前記各永久磁石の各々に、磁極方向が逆の永久磁石が積層されてなることが好ましい。

本発明の発電装置においては、発電特性の安定性の向上を図れ、且つ、発電効率の向上を図ることが可能となる。

実施形態１の発電装置の概略斜視図である。実施形態１の発電装置の概略断面図である。実施形態１の発電装置の概略平面図である。実施形態１の発電装置の磁場分布の説明図である。実施形態２の発電装置の概略斜視図である。実施形態３の発電装置の概略斜視図である。実施形態４の発電装置の概略斜視図である。実施形態５の発電装置の概略斜視図である。実施形態６の発電装置の概略斜視図である。実施形態７の発電装置の概略斜視図である。実施形態７の発電装置の他の構成例の概略斜視図である。実施形態７の発電装置の別の構成例の概略斜視図である。従来例の発電装置の構造を示した断面図である。図１３に示した発電装置の構造を説明するための平面図である。図１３に示した発電装置の構造を説明するための図である。

（実施形態１）
以下では、本実施形態の発電装置について図１〜図４に基づいて説明する。

発電装置は、ＭＥＭＳ（micro electro mechanicalsystems）構造体１を備えている。なお、ＭＥＭＳ構造体１は、ＭＥＭＳの製造技術を利用して製造された構造体である。

ＭＥＭＳ構造体１は、フレーム部１１、フレーム部１１の内側に配置された振動部１２、および振動部１２を挟んで配置されフレーム部１１に支持された一対のトーションばね部（トーションバー）１３、および振動部１２に形成された平面コイル１４を有している。

また、発電装置は、振動部１２および平面コイル１４を挟んで対向配置され対をなす２つの永久磁石２と、ＭＥＭＳ構造体１と各永久磁石２とを所定の相対的な位置関係で支持する支持基板３とを備えている。ここで、発電装置は、対をなす永久磁石２同士が、磁極方向を揃えて配置されている。

本実施形態の発電装置は、振動部１２の運動エネルギを電気エネルギに変換するエネルギ変換装置の一種であり、電磁誘導型の振動発電装置である。

次に、発電装置の各構成要素について詳細に説明する。

ＭＥＭＳ構造体１は、フレーム部１１と振動部１２と各トーションばね部１３とを、基板１０から形成することができる。この基板１０としては、磁力線（図４中に一点鎖線で示す）に対して低減衰で且つ電気絶縁性を有する絶縁性基板が好ましく、例えば、高抵抗率のシリコン基板を用いることができる。なお、基板１０の材料に関して、磁力線に対して低減衰という点では、比透磁率が高い材料のほうが好ましい。高抵抗率のシリコン基板は、例えば、抵抗率が１００Ωｃｍ以上であることが好ましく、１０００Ωｃｍ以上であることがより好ましい。

基板１０は、高抵抗率のシリコン基板に限らず、例えば、高抵抗率のＳＯＩ（Siliconon Insulator）基板などを用いることができる。また、ＭＥＭＳ構造体１は、基板１０の材料や抵抗率に応じて、適宜の絶縁膜を設けてもよい。

ＭＥＭＳ構造体１は、フレーム部１１の平面形状を矩形枠状としてある。したがって、フレーム部１１は、外周形状が矩形状であり、内周形状が外周形状よりも小さな矩形状となっている。

また、ＭＥＭＳ構造体１は、振動部１２の平面形状を、フレーム部１１の内周形状よりも小さな矩形状の形状としてある。

振動部１２の厚み寸法は、各トーションばね１３の厚み寸法と同じに設定してあるが、これに限らず、振動部１２の所望の質量などに基づいて各トーションばね部１３の厚みよりも大きくしてもよい。振動部１２の平面形状は、矩形状に限らず、例えば、円形状や正多角形状としてもよい。

一対のトーションばね部１３は、フレーム部１１の内側で振動部１２を挟んで配置され、捩れ変形可能となっている。ここで、ＭＥＭＳ構造体１は、フレーム部１１と振動部１２とが、この一対のトーションばね部１３により連結されている。言い換えれば、フレーム部１１の内側に配置される振動部１２は、振動部１２から相反する２方向へ連続一体に延長された２つのトーションばね部１３を介してフレーム部１１に揺動自在に支持されている。これにより、ＭＥＭＳ構造体１は、フレーム部１１に対して、一対のトーションばね部１３を結ぶ直線の回りで回動可能となっている。ここで、一対のトーションばね部１３は、両者の並設方向に沿った中心線同士を結ぶ直線が平面視で振動部１２の中心を通るように配置されている。

平面コイル１４の材料としては、例えば、銅、金、銀などを採用することができる。また、平面コイル１４の材料としては、パーマロイ、コバルト基アモルファス合金、フェライトなどを採用してもよい。平面コイル１４は、蒸着法、スパッタ法などの薄膜形成技術、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術などを利用して形成することができる。

平面コイル１４の形状は、スパイラル型としてある。平面コイル１４の形状は、これに限らず、例えば、フープ型、メタンダー型、網目型などでもよい。

平面コイル１４は、振動部１２の厚み方向の一面側に設けてあるが、他面側にも設けてもよい。この場合には、適宜、貫通孔配線などを設ければよい。

なお、本実施形態の発電装置では、振動部１２と一対のトーションばね部１３と平面コイル１４とでエネルギ変換素子１５を構成している。

ＭＥＭＳ構造体１は、フレーム部１１に、平面コイル１４の両端部の各々に配線１６を介して電気的に接続された一対のパッド１７が設けられている。各配線１６は、トーションばね部１３に沿って形成されている。要するに、各配線１６は、振動部１２とトーションばね部１３とフレーム部１１とに跨って形成されている。各配線１６は、互いに異なるトーションばね部１３に沿って形成されている。

各配線１６の材料としては、例えば、銅、金、銀などを採用することができる。各パッド１７の材料としては、例えば、銅、金、銀などを採用することができる。各パッド１７の材料は、これらに限らず、アルミニウム、モリブデン、白金、イリジウムなどを採用してもよい。各配線１６および各パッド１７は、蒸着法、スパッタ法などの薄膜形成技術、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術などを利用して形成することができる。

また、ＭＥＭＳ構造体１は、平面視において平面コイル１４と配線１６との交差している領域に、平面コイル１４と配線１６とが短絡するのを防止する絶縁層１８を設けてある。この絶縁層１８の材料としては、例えば、ＳｉＯ_２や、Ｓｉ_３Ｎ_４などを採用することができる。絶縁層１８は、例えば、ＣＶＤ法などの薄膜形成技術、フォトリソグラフィ術およびエッチング技術などを利用した形成することができる。

ＭＥＭＳ構造体１は、平面コイル１４、各配線１６および各パッド１７それぞれの材料を異ならせてもよいが、これらの材料を同じとしてもよい。ここで、ＭＥＭＳ構造体１は、平面コイル１４、各配線１６および各パッド１７の材料および厚さを同じにすれば、製造時に、平面コイル１４、各配線１６および各パッド１７を同時に形成することが可能となり、製造コストの低コスト化を図れる。なお、各配線１６および各パッド１７は、単層構造に限らず、２層以上の多層構造でもよい。

支持基板３としては、磁力線に対して低減衰で且つ絶縁性を有する絶縁性基板が好ましく、例えば、高抵抗率のシリコン基板を用いることができる。高抵抗率のシリコン基板は、例えば、抵抗率が１００Ωｃｍ以上であることが好ましく、１０００Ωｃｍ以上であることがより好ましい。

本実施形態の発電装置は、ＭＥＭＳ構造体１と支持基板３とが接合されることで固着されている。ＭＥＳＭ構造体１と支持基板２との接合方法としては、例えば、表面活性化接合法や、共晶接合法や、樹脂接合法などを採用することができる。

永久磁石２の材料としては、例えば、ネオジム（ＮｄＦｅＢ）、サマリウムコバルト（ＳｍＣｏ）、アルニコ（Ａｌ−Ｎｉ−Ｃｏ）、フェライトなどを採用することができる。永久磁石２は、矩形板状に形成されており、厚み方向（図２の左右方向）の一面側がＮ極、他面側がＳ極となるように着磁されている。永久磁石２は、例えば、磁石材料を切削、研磨などで整形加工した後、パルス着磁法などによって着磁することにより、形成することができる。

永久磁石２は、フレーム部１１と振動部１２との間で振動部１２および各トーションばね部１３に干渉しないに位置に配置されている。ここで、本実施形態の発電装置では、フレーム部１１の４つの内側面のうちトーションばね部１３が連結されていない２つの内側面の一つに、一方の永久磁石２のＳ極側を当接させ、他方の永久磁石２のＮ極側を当接させてある。したがって、発電装置は、振動部１２において、一対のトーションばね部１３を結ぶ方向（一対のトーションばね部１３の並設方向）に直交する方向の両側それぞれに永久磁石２が配置されており、２つの永久磁石２の対向面同士が互いに異なる磁極となっている。

発電装置の製造にあたっては、ＭＥＭＳ構造体１と支持基板３とを固着した後で、永久磁石２を支持基板３に固着することが好ましい。

永久磁石２の配置にあたっては、まず、支持基板３とＭＥＭＳ構造体１との積層体を用意する。その後は、ＭＥＭＳ構造体１側から、撮像装置（例えば、ＣＣＤカメラなど）によって撮像することにより得た画像を画像処理装置によって画像処理してフレーム部１１を認識する。その後には、支持基板３におけるＭＥＭＳ構造体１側の表面の永久磁石２の配置予定領域にディスペンサなどによって適量の接着剤を塗布し、続いて、真空ピンセットなどによって永久磁石２をフレーム部１１の内側面に沿って配置すればよい。上述の画像処理装置は、例えば、コンピュータに適宜のプログラムを搭載することにより実現可能である。

発電装置は、支持基板３におけるＭＥＭＳ構造体１側の表面に、各永久磁石２の各々を位置決めするための凸部や凹部を設けてもよい。このような凸部や凹部は、例えば、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術などを利用して支持基板３を加工することによって、形成することができる。

本実施形態の発電装置では、対をなす永久磁石２同士が、磁極方向を揃えて配置され、対をなす永久磁石２の並設方向と一対のトーションばね部１３の並設方向とが直交している。これにより、発電装置は、振動部１２が振動する際に、平面コイル１４を貫く磁束を強め合うことが可能となる。

発電装置は、振動部１２の振動に伴って発生する電磁誘導によって、交流の誘導起電力が発生する。したがって、発電装置の開放電圧は、環境振動に起因した振動部１２の振動に応じた正弦波状の交流電圧となる。ここで、発電装置は、この発電装置の共振周波数と一致する環境振動（外部振動）を利用して発電することを想定している。環境振動としては、例えば、稼動中のＦＡ機器で発生する振動、車両の走行によって発生する振動、人の歩行によって発生する振動など、種々の環境振動がある。発電装置で発生する交流電圧の周波数は、環境振動の周波数が発電装置の共振周波数と一致する場合、発電装置の共振周波数と同じになる。

以上説明した本実施形態の発電装置は、フレーム部１１、フレーム部１１の内側に配置された振動部１２、および振動部１２を挟んで配置されフレーム部１１に支持された一対のトーションばね部１３、および振動部１２に形成された平面コイル１４を有するＭＥＭＳ構造体１を備えている。また、発電装置は、振動部１２および平面コイル１４を挟んで対向配置され対をなす２つの永久磁石２と、ＭＥＭＳ構造体１と各永久磁石２とを所定の相対的な位置関係で支持する支持基板３とを備え、対をなす永久磁石２同士が、磁極方向を揃えて配置されている。

しかして、本実施形態の発電装置は、図１３〜図１５に基づいて説明した発電装置１００に比べて、薄型化を図れるだけでなく、相対的に移動する平面コイル１１４ａおよび１１４ｂと永久磁石１２０との相対的な位置毎におけるギャップ長のばらつきに比べて、相対的に移動する平面コイル１４と永久磁石２との相対的な位置毎におけるギャップ長のばらつきを小さくすることが可能となる。これにより、本実施形態の発電装置は、平面コイル１４と永久磁石２との間のギャップ長を短くすることが可能となり、狭ギャップ化により、磁束の利用効率の向上を図ることが可能となって、発電効率（エネルギ変換効率）の向上を図ることが可能となる。

しかして、本実施形態の発電装置は、発電特性の安定性の向上を図れ、且つ、発電効率の向上を図ることが可能となる。また、本実施形態の発電装置では、ＭＥＭＳ構造体１および支持基板３の各々をシリコン基板から形成するようにすれば、従来のように３枚のプリント基板１１１〜１１３（図１３参照）を用いて支持体１１０を形成したものに比べて、磁力線の減衰を抑制することが可能なり、発電効率の向上を図ることが可能となる。

（実施形態２）
以下では、本実施形態の発電装置について図５に基づいて説明する。

本実施形態の発電装置は、フレーム部１１の内側に、振動部１２と一対のトーションばね部１３と平面コイル１４とからなるエネルギ変換素子１５が複数（図示例では、２つ）形成されている点などが実施形態１の発電装置と相違する。なお、実施形態１と同様の構成要素については、同様の符号を付して説明を省略する。

図５に例示した発電装置では、フレーム部１１の内側の空間が、仕切部１９により二分されており、フレーム部１１の内側の２つの空間の各々に、１つのエネルギ変換素子１５が配置されている。また、本実施形態の発電装置は、フレーム部１１の内側の２つの空間の各々に、エネルギ変換素子１５の振動部１２を挟んで対向する２つの永久磁石２が配置されている。仕切部１９は、フレーム部１１、振動部１２およびトーションばね部１３と同様に、基板１０から形成されている。そして、仕切部１９の厚さ寸法は、フレーム部１１と同じ厚さ寸法に設定してある。これにより、仕切部１９は、フレーム部１１と同様、支持基板３に固着することが可能となる。

各エネルギ変換素子１５は、一方のトーションばね部１３が、フレーム部１１に連結され、他方のトーションばね部１３が仕切部１９に連結されている。要するに、仕切部１９は、フレーム部１１および上記他方のトーションばね部１３と連続一体に形成されている。

本実施形態の発電装置は、複数の平面コイル１４が、それぞれにおいて発生する誘導起電力が打ち消されないように接続されている。また、発電装置は、これら複数の平面コイル１４の直列回路の一端が、配線１６を介して一方のパッド１７に電気的に接続され、他端が、別の配線１６を介して他方のパッド１７に電気的に接続されている。

ここにおいて、発電装置は、各平面コイル１４の巻き数を同じとすることが好ましい。また、発電装置は、隣り合う平面コイル１４が、一方のパッド１７から他方のパッド１７にかけて見た場合に、巻回方向が互いに逆方向になるように形成されており、平面コイル１４の並設方向において隣り合う永久磁石２の磁極方向を逆向きにしてある。

本実施形態の発電装置では、複数のエネルギ変換素子１５が並設され、これら複数のエネルギ変換素子１５ごとに一対の永久磁石２を備えているので、発電効率の向上を図ることが可能となる。

（実施形態３）
以下では、本実施形態の発電装置について図６に基づいて説明する。

本実施形態の発電装置は、振動部１２に平面コイル１４が複数（図示例では、３つ）形成されており、各平面コイル１４ごとに永久磁石２の対が対向配置されている点などが実施形態１の発電装置と相違する。なお、実施形態１と同様の構成要素については、同様の符号を付して説明を省略する。

本実施形態の発電装置は、振動部１２に関して、一対のトーションばね部１３の並設方向に沿った方向の寸法を大きく設定してあり、当該方向に沿って複数（図示例では、３つ）の平面コイル１４を並設してある。ここでは、振動部１２の平面形状を細長の長方形状としてあり、振動部１２の長手方向に複数の平面コイル１４を並設し、各平面コイル１４ごとに、振動部１２の短手方向の両側に、対をなす永久磁石２を配置してある。

また、発電装置は、これら複数の平面コイル１４の直列回路の一端が、配線１６を介して一方のパッド１７に電気的に接続され、他端が、別の配線１６を介して他方のパッド１７に電気的に接続されている。

本実施形態の発電装置では、複数の平面コイル１４が並設され、これら複数の平面コイル１４ごとに一対の永久磁石２を備えているので、発電効率の向上を図ることが可能となる。

（実施形態４）
以下では、本実施形態の発電装置について図７に基づいて説明する。

発電装置は、フレーム部１１の内側に２つのエネルギ変換素子１５が配置されており、隣り合うエネルギ変換素子１５の間に配置された１つの永久磁石２と、当該１つの永久磁石２と一方のエネルギ変換素子１５を挟んで対向する永久磁石２とが対をなしている。また、発電装置は、当該１つの永久磁石と他方のエネルギ変換素子１５を挟んで対向する永久磁石２とが対をなしている。

本実施形態の発電装置は、複数の平面コイル１４が、それぞれにおいて発生する誘導起電力が打ち消されないように適宜接続することができる。ここにおいて、発電装置は、各平面コイル１４の巻き数を同じとすることが好ましい。

本実施形態の発電装置では、複数の平面コイル１４が並設され、これら複数の平面コイル１４ごとに一対の永久磁石２を備えているので、発電効率の向上を図ることが可能となる。また、発電装置は、隣り合う平面コイル１４間に配置する永久磁石２が両平面コイル１４で共通利用されるので、装置全体の小型化を図ることが可能となる。

（実施形態５）
以下では、本実施形態の発電装置について図８に基づいて説明する。

本実施形態の発電装置は、フレーム部１１の内側に、振動部１２と一対のトーションばね部１３と平面コイル１４とからなるエネルギ変換素子１５が複数形成されている点などが実施形態１の発電装置と相違する。なお、実施形態１と同様の構成要素については、同様の符号を付して説明を省略する。

図８に例示した発電装置では、４つのエネルギ変換素子１５が２×２の２次元アレイ状に配置されている。

ここにおいて、発電装置は、フレーム部１１の内側の空間が、仕切部１９により二分されており、フレーム部１１の内側の２つの空間の各々に、２つのエネルギ変換素子１５が配置されている。また、本実施形態の発電装置は、フレーム部１１の内側の２つの空間の各々に、エネルギ変換素子１５の振動部１２を挟んで対向する永久磁石２が配置されている。仕切部１９は、フレーム部１１、振動部１２およびトーションばね部１３と同様に、基板１０から形成されている。そして、仕切部１９の厚さ寸法は、フレーム部１１と同じ厚さ寸法に設定してある。これにより、仕切部１９は、フレーム部１１と同様、支持基板３に固着することが可能となる。

本実施形態の発電装置は、一対のトーションばね部１３の並設方向に並んで配置された２つの平面コイル１４が、それぞれにおいて発生する誘導起電力が打ち消されないように接続されている。また、発電装置は、これら２つの平面コイル１４の直列回路の一端が、配線１６を介して一方のパッド１７に電気的に接続され、他端が、別の配線１６を介して他方のパッド１７に電気的に接続されている。

ここにおいて、発電装置は、各平面コイル１４の巻き数を同じとすることが好ましい。また、発電装置は、一対のトーションばね部１３の並設方向において隣り合う平面コイル１４が、一方のパッド１７から他方のパッド１７にかけて見た場合に、巻回方向が互いに逆方向になるように形成されており、平面コイル１４の並設方向において隣り合う永久磁石２の磁極方向を逆向きにしてある。

また、発電装置は、平面視で一対のトーションばね部１３の並設方向とは直交する方向において、隣り合うエネルギ変換素子１５の間に配置された１つの永久磁石２と、当該１つの永久磁石２と一方のエネルギ変換素子１５を挟んで対向する永久磁石２とが対をなし、また、当該１つの永久磁石と他方のエネルギ変換素子１５を挟んで対向する永久磁石２とが対をなしている。本実施形態の発電装置は、複数の平面コイル１４が、それぞれにおいて発生する誘導起電力が打ち消されないように適宜接続することができる。

（実施形態６）
以下では、本実施形態の発電装置について図９に基づいて説明する。

本実施形態の発電装置は、フレーム部１１の内側で２つの振動部１２が並設され、各振動部１２の各々が一対のトーションばね部１３を介してフレーム部１１に支持されている点などが実施形態１の発電装置と相違する、また、本実施形態の発電装置は、各振動部１２の各々に平面コイル１４が複数（図示例では、３つ）形成されており、各平面コイル１４ごとに永久磁石２の対が対向配置されている点などが実施形態１の発電装置と相違する。なお、実施形態１と同様の構成要素については、同様の符号を付して説明を省略する。

本実施形態の発電装置では、複数の平面コイル１４が並設され、これら複数の平面コイル１４ごとに一対の永久磁石２を備えているので、発電効率の向上を図ることが可能となる。また、発電装置は、振動部１２の並設方向において隣り合う平面コイル１４間に配置する永久磁石２が両平面コイル１４で共通利用されるので、装置全体の小型化を図ることが可能となる。

（実施形態７）
以下では、本実施形態の発電装置について図１０〜図１２に基づいて説明する。

本実施形態の発電装置は、各永久磁石２の各々に、磁極方向が逆の永久磁石２が積層されている点などが実施形態１の発電装置と相違する。なお、実施形態１と同様の構成要素については、同様の符号を付して説明を省略する。

本実施形態の発電装置では、対をなす永久磁石が振動部１２の厚み方向に沿った方向において積層されているので、発電効率の向上を図ることが可能となる。

発電装置は、永久磁石２を図１０のように２層に積層する例に限らず、例えば、図１１のように３層に積層してもよい。ただし、３層の場合には、真ん中の層となる永久磁石２の中心と振動部１２の中心とが同一平面上に位置するように設計することが好ましい。

また、発電装置は、図１２に示すように、対をなす永久磁石２の対向面同士を湾曲させ、振動部１２の厚み方向に積層された２つの永久磁石２の振動部１２側の磁極面により構成される面を凹面状とすれば、図１０の場合に比べて磁力線の利用効率を向上させることが可能となり、発電効率を向上させることが可能となる。

ところで、上述の実施形態１〜７それぞれに関して、平面視において一対のトーションばね部１３の並設方向に直交する方向をｘ軸方向とし、一対のトーションばね部１３の並設方向をｙ軸方向とし、ｘ軸方向とｙ軸方向とに直交する方向をｚ軸方向とする直交座標系を規定したとする。この場合には、実施形態１〜７の説明から分かるように、永久磁石２の対と平面コイル１４との少なくともどちらかが、少なくとも、ｘ軸方向、ｙ軸方向、ｚ軸方向の少なくとも一方向に並設されていることにより、発電効率の向上を図ることが可能となる。

１ＭＥＭＳ構造体
２永久磁石
３支持基板
１１フレーム部
１２振動部
１３トーションばね部
１４平面コイル
１５エネルギ変換素子

Claims

フレーム部、前記フレーム部の内側に配置された振動部、および前記振動部を挟んで配置され前記フレーム部に支持された一対のトーションばね部、および前記振動部に形成された平面コイルを有するＭＥＭＳ構造体と、前記振動部および前記平面コイルを挟んで対向配置され対をなす２つの永久磁石と、前記ＭＥＭＳ構造体と前記各永久磁石とを所定の相対的な位置関係で支持する支持基板とを備え、対をなす前記永久磁石同士が、磁極方向を揃えて配置されてなることを特徴とする発電装置。
前記フレーム部の内側に、前記振動部と一対の前記トーションばね部と前記平面コイルとからなるエネルギ変換素子が複数形成されてなることを特徴とする請求項１記載の発電装置。
前記振動部に前記平面コイルが複数形成されてなり、前記各平面コイルごとに前記永久磁石の対が対向配置されてなることを特徴とする請求項１記載の発電装置。
前記各永久磁石の各々に、磁極方向が逆の永久磁石が積層されてなることを特徴とする請求項１記載の発電装置。