JP2013251987A - 振動発電機 - Google Patents

Abstract

【課題】作製が容易で且つ発電効率の良好な振動発電機を提供する。
【解決手段】振動発電機１は、筐体２、ボビン１０、ガイド部材２１、および可動子５０を備える。筐体２は、ボビン１０、ガイド部材２１、および可動子５０を収容する。可動子５０は、単位永久磁石５２Ａ、５２Ｂを備える。単位永久磁石５２Ａ、５２Ｂは、同極対向構造を有する。ボビン１０にコイル１４が巻回される。ガイド部材２２、２３は、ボビン１０の軸線方向両側に配置し、筐体２に対するボビン１０の位置を固定する。ボビン１０に設けられた第一穴１０Ｈと、ガイド部材２２、２３に設けられた第二穴２２Ｂ、２３Ｂは連通する。可動子５０は、第一穴１０Ｈ、および第二穴２２Ｂ、２３Ｂ内を軸線方向に往復移動する。可動子５０の単位永久磁石５２Ａ、５２Ｂがコイル１４内を横切ることで、コイル１４に誘導電流が発生する。
【選択図】図１

Description

本発明は、振動によって発電する振動発電機に関する。

従来、振動による運動エネルギーを電気エネルギーに変換する振動発電機が知られている（例えば特許文献１参照）。このような振動発電機では、例えば、コイルが巻回されたボビン内を永久磁石が振動することで、コイルに磁束の変化に伴う誘導電流が発生するようになっており、この発生した誘導電流を外部負荷に供給できる。

振動発電機は、（１）永久磁石の振動方向の移動経路を長くすること、および、（２）永久磁石とコイルとを近接させること、の条件を満たす場合、発電効率は向上する。（１）の条件を満たす場合、永久磁石の移動時における最大速度は高速化するので、コイルに発生する誘導電流も、永久磁石の速度に応じて大きくなるためである。また（２）の条件を満たす場合、永久磁石がコイルに及ぼす磁束密度が増加するため、コイルに発生する誘導電流も、磁束密度の増加に伴って大きくなるためである。（１）の条件を満たすための方法として、ボビンの軸線方向の長さを長くする方法がある。また（２）の条件を満たすための方法として、永久磁石とコイルとの間に介在するボビンの厚さを薄くする方法がある。

特開２００６−２９６１４４号公報

（１）（２）両条件を満たすボビンとして、軸線方向の長さが長く、且つ、厚さの薄いボビンが想定される。しかしながら、厚さが薄く且つ軸線方向に長いボビンを所定の精度で作製することは難易度が高い。特に、射出成形によって厚さの薄いボビンが作製される場合、溶解したボビンの原材料を金型の隅々まで行き渡らせることが難しいため、厚さが薄く且つ軸線方向に長いボビンを所定の精度で作製できない可能性が高い。従って、永久磁石の振動方向の移動経路が長い状態のまま、ボビンの厚さを薄くした発電効率のよい振動発電機を容易に作製することができないという問題点がある。

本発明の目的は、作製が容易で且つ発電効率の良好な振動発電機を提供することである。

本発明に係る振動発電機は、コイルと、筒状部材であって、軸線方向に貫通する第一穴を備え、前記軸線方向の略全域に亙って前記コイルが巻回されたボビンと、前記ボビンの前記軸線方向両側のうち少なくとも一方側に設けられた部材であって、前記軸線方向と同一方向に延びる穴であって前記第一穴に連通する第二穴を備えたガイド部材と、前記第一穴および前記第二穴内を前記軸線方向に往復移動可能に設けられた永久磁石とを備え、前記第一穴および前記第二穴内を前記永久磁石が前記軸線方向に往復移動することによって、前記コイルに電流が誘起することを特徴とする。

本発明によれば、振動発電機は、第一穴および第二穴内を永久磁石が移動することによって振動し、発電する。永久磁石の移動可能な最大の距離は、ボビンのみの構成と比較して、ガイド部材の第二穴の軸線方向の長さ分長くなる。このため、ボビンの軸線方向の長さを小さくできるので、厚さの薄いボビンを容易に作製することが可能となる。従って、発電効率の良好な振動発電機を容易に作製することが可能となる。なお、永久磁石の移動可能な距離は、ガイド部材の第二穴によって確保されるので、ボビンの軸線方向の長さを短くしても、良好な発電効率は維持される。

また本発明において、前記ボビンは、筒状を有し且つ前記軸線方向の長さが前記ボビンよりも短い複数の部材であって、前記軸線方向に貫通する分割第一穴を備えた複数の分割ボビンを有し、前記複数の分割ボビンが前記軸線方向に並んで配置することによって前記ボビンを形成し、前記複数の分割ボビンの其々に設けられた前記分割第一穴が連通することによって前記第一穴を形成してもよい。

また本発明において、前記コイルは、前記複数の分割ボビン毎に巻回される複数の分割コイルを備え、隣接配置する二つの分割ボビンの其々に巻回された二つの分割コイルは、互いに逆方向逆に巻回されてもよい。

また本発明において、前記ガイド部材は、前記ボビンの前記軸線方向の両側に設けられた一対の部分ガイド部材を備え、前記第二穴の径は、前記第一穴の径と等しいか、前記径よりも大きくてもよい。

また本発明において、前記コイル、前記ボビン、前記一対の部分ガイド部材、および前記永久磁石を収容する筐体を備え、前記一対の部分ガイド部材の其々は、前記ボビンを前記軸線方向両側から挟んで保持し、前記一対の部分ガイド部材の其々は、前記筐体に近接する部分から、前記軸線方向と直交する方向且つ前記第二穴が設けられている側と反対側に向けて延びる部材であって、前記筐体に対する前記一対の部分ガイド部材の其々の位置を固定する固定部を備えていてもよい。

また本発明において、前記コイルに発生した誘導電流を整流する整流部、および、前記誘導電流を蓄電する蓄電部のうち少なくともいずれかを、前記一対の部分ガイド部材の少なくともいずれかの外周部分のいずれかの位置に備えていてもよい。

また本発明において、前記ボビンの厚さは０．２ｍｍ以上０．５ｍｍ以下であってもよい。

また本発明において、前記筐体は磁性体からなっていてもよい。

また本発明において、前記一対の部分ガイド部材の其々と前記筐体との間の隙間を密封する密封部材を備えていてもよい。

また本発明において、前記永久磁石は、前記軸線方向に並べられた複数の単位永久磁石を備え、前記複数の単位永久磁石の其々が着磁方向に複数並べられ且つ隣接する二つの単位永久磁石の近接部分で同極同士が対向配置した構造である同極対向構造を有し、前記着磁方向に往復移動可能であってもよい。

第一実施形態における振動発電機１の断面図である。 ボビン１０の円筒部１０Ａの厚さと発電量との関係を示すグラフである。 第二実施形態における振動発電機６１の断面図である。 第三実施形態における振動発電機７１の断面図である。 第四実施形態における振動発電機８１の断面図である。

＜第一実施形態＞
本発明の第一実施形態における振動発電機１について、図１を参照して説明する。図１における左右方向を、振動発電機１の左右方向と定義する。振動発電機１は、筐体２、封止部材３、ボビン１０、コイル１４、ガイド部材２１、および可動子５０を備える。筐体２の材料は磁性体である。磁性体の例として、鉄およびステンレスが挙げられる。筐体２は、円筒部２Ａおよび蓋部２Ｂを備える。円筒部２Ａの形状は円筒形である。円筒部２Ａの軸線方向は左右方向を向く。以下、円筒部２Ａの軸線方向を、振動発電機１の軸線方向、又は、単に軸線方向という。円筒部２Ａは両端に開口部を備える。蓋部２Ｂは、円筒部２Ａの開口部を閉塞する。蓋部２Ｂの形状は円形板状である。筐体２内に、封止部材３、ボビン１０、コイル１４、ガイド部材２１、および可動子５０が収容される。

ボビン１０は、円筒部１０Ａ、終端部１０Ｂ、１０Ｃ、および延設部１０Ｄを備える。円筒部１０Ａの形状は略円筒形である。円筒部１０Ａの軸線方向は、振動発電機１の軸線方向と同一方向を向く。円筒部１０Ａの左右方向の長さは、筐体２の円筒部２Ａの軸線方向の長さの略１／３である。円筒部１０Ａは、筐体２の円筒部２Ａの軸線方向略中央に配置する。円筒部１０Ａの外径は、筐体２の円筒部２Ａの内径の略半分である。円筒部１０Ａは、軸線方向に延びる貫通穴を備える。

円筒部１０Ａの外壁に、２つの延設部１０Ｄが設けられる。延設部１０Ｄは、円筒部１０Ａの外壁から、外周方向に向けて延びる。延設部１０Ｄは、等間隔で軸線方向に並び、円筒部１０Ａの外壁を軸線方向に３等分する。３等分された円筒部１０Ａの外壁のそれぞれに沿って、周回方向にコイル１４が巻回される。コイル１４は、延設部１０Ｄを隔てて隣接配置する他のコイル１４との巻線方向が逆向きとなる向きに巻回される。コイル１４は、ボビン１０の軸線方向のほぼ全域に亙って巻回される。

円筒部１０Ａの左側の端面に、終端部１０Ｂが設けられる。円筒部１０Ａの右側の端面に、終端部１０Ｃが設けられる。終端部１０Ｂ、１０Ｃの形状は円筒形である。終端部１０Ｂ、１０Ｃの軸線方向は、振動発電機１の軸線方向と同一方向を向く。終端部１０Ｂ、１０Ｃの外径は、筐体２の円筒部２Ａの内径よりも小さい。終端部１０Ｂの軸線方向の長さは、円筒部１０Ａの軸線方向の長さよりも短く、延設部１０Ｄの軸線方向の長さよりも長い。終端部１０Ｂは、左側面に凸部１０Ｆを備える。凸部１０Ｆは、左側に向けて突出する。終端部１０Ｃは、右側面に凸部１０Ｇを備える。凸部１０Ｇは、右側に向けて突出する。凸部１０Ｆ、１０Ｇは、後述するガイド部材２２、２３の凹部２２Ｃ、２３Ｃに嵌まる。

終端部１０Ｂ、１０Ｃは、軸線方向に延びる貫通穴を備える。終端部１０Ｂ、１０Ｃの貫通穴の内径は、円筒部１０Ａの貫通穴の内径と略同一である。終端部１０Ｂ、１０Ｃの貫通穴および円筒部１０Ａの貫通穴は、段差なく連通し、一体となって軸線方向に延びる。以下、一体となって軸線方向に延びる円筒部１０Ａおよび終端部１０Ｂ、１０Ｃの貫通穴を、第一穴１０Ｈという。

ガイド部材２１は、ガイド部材２２、２３を備える。ガイド部材２２は、ボビン１０の左側に設けられる。ガイド部材２３は、ボビン１０の右側に設けられる。ガイド部材２２、２３の形状は円筒形である。ガイド部材２２、２３の軸線方向は、振動発電機１の軸線方向と同一方向を向く。ガイド部材２２、２３のそれぞれの軸線方向の長さは、筐体２の円筒部２Ａの軸線方向の長さの略１／３であり、ボビン１０の円筒部１０Ａの軸線方向の長さと略同一である。ガイド部材２２、２３およびボビン１０の円筒部１０Ａの軸線方向の長さの総計は、筐体２の円筒部２Ａの軸線方向の長さと略同一である。ガイド部材２２、２３の外径は、筐体２の円筒部２Ａの内径よりも小さく、ボビン１０の終端部１０Ｂ、１０Ｃの外径と略同一である。ガイド部材２２の右側面と、ボビン１０の終端部１０Ｂの左側面とは接触する。ガイド部材２３の左側面と、ボビン１０の終端部１０Ｃの右側面とは接触する。ガイド部材２２、２３は、軸線方向両側からボビン１０を支持する。

ガイド部材２２は、右側面に凹部２２Ｃを備える。凹部２２Ｃは左側に凹んでいる。終端部１０Ｂから突出する凸部１０Ｆは、凹部２２Ｃに嵌る。ガイド部材２３は、左側面に凹部２３Ｃを備える。凹部２３Ｃは右側に凹んでいる。終端部１０Ｃから突出する凸部１０Ｇは、凹部２３Ｃに嵌る。これによって、ガイド部材２２、２３に対するボビン１０の位置は固定される。

ガイド部材２２、２３は、それぞれ、軸線方向に延びる貫通穴を備える。以下、ガイド部材２２に設けられた貫通穴を、第二穴２２Ｂという。ガイド部材２３に設けられた貫通穴を、第二穴２３Ｂという。第二穴２２Ｂ、２３Ｂの内径は、第一穴１０Ｈの内径と略同一である。第一穴１０Ｈおよび第二穴２２Ｂ、２３Ｂは、段差なく連通し、一体となって軸線方向に延びる。

ガイド部材２２の外壁に固定部２２Ａが設けられる。固定部２２Ａは、ガイド部材２２の外壁から、外周方向に向けて延びる。ガイド部材２３の外壁に固定部２３Ａが設けられる。固定部２３Ａは、ガイド部材２３の外壁から、外周方向に向けて延びる。固定部２２Ａ、２２Ｂは、それぞれ、筐体２の円筒部２Ａの内壁に接触する。これによって、筐体２に対するガイド部材２２、２３の位置は固定される。なおボビン１０は、凹部２２Ｃ、２３Ｃおよび凸部１０Ｆ、１０Ｇが嵌まることによって、ガイド部材２２、２３に対する位置が固定されている。このため、筐体２に対するボビン１０の位置は、ガイド部材２２、２３を介して固定される。

可動子５０は、永久磁石５１およびスペーサ５３Ａ、５３Ｂ（以下、総称して「スペーサ５３」という。）を備える。可動子５０は、第一穴１０Ｈおよび第二穴２２Ｂ、２３Ｂ内を、軸線方向に往復移動可能に設けられる。可動子５０が軸線方向に移動することが可能な距離（以下、「移動可能距離」という。）は、ボビン１０の円筒部１０Ａの軸線方向の長さの略３倍である。

永久磁石５１は、単位永久磁石５２Ａ、５２Ｂ（以下、総称して「単位永久磁石５２」という。）を備える。単位永久磁石５２の形状は円柱形である。単位永久磁石５２Ａ、５２Ｂの形状は同一である。単位永久磁石５２は、単位永久磁石５２Ａ、５２Ｂの順で左側から順に軸線方向に並んでいる。単位永久磁石５２Ａの右側面と、単位永久磁石５２Ｂの左側面とは接触する。単位永久磁石５２の軸線方向は、振動発電機１の軸線方向と同一方向を向く。単位永久磁石５２の軸線方向の長さは、ボビン１０の隣接する延設部１０Ｄ間の距離と略同一である。

単位永久磁石５２は、軸線方向に着磁している。単位永久磁石５２Ａは、左側がＮ極に着磁し、右側がＳ極に着磁する。単位永久磁石５２Ｂは、左側がＳ極に着磁し、右側がＮ極に着磁する。単位永久磁石５２Ａの右側と単位永久磁石５２Ｂの左側は、それぞれＳ極に着磁しており、Ｓ極同士が対向配置している。以下、単位永久磁石５２の同極同士が対向配置した構造を、同極対向構造ともいう。

スペーサ５３の形状は円柱形である。単位永久磁石５２Ａのうち単位永久磁石５２Ｂと接触する側と反対側に、スペーサ５３Ａが設けられる。単位永久磁石５２Ｂのうち単位永久磁石５２Ａと接触する側と反対側に、スペーサ５３Ｂが設けられる。スペーサ５３の軸線方向の長さは、単位永久磁石５２の軸線方向の長さよりも短い。スペーサ５３は、可動子５０が第一穴１０Ｈおよび第二穴２２Ｂ、２３Ｂ内を軸線方向に移動した場合に、単位永久磁石５２Ａ、５２Ｂが蓋部２Ｂに直接接触することを抑止する。これによって、単位永久磁石５２が蓋部２Ｂに磁気的な力で吸着する（「磁着する」ともいう。）ことを防止する。

単位永久磁石５２およびスペーサ５３には、軸線方向に延びる貫通穴５２１が設けられる。貫通穴５２１には、中心軸５２２が挿通する。中心軸５２２の両端に、中心軸５２２の延びる方向と直交する方向に突出する突出部５２３が設けられる。突出部５２３は、単位永久磁石５２およびスペーサ５３を、軸線方向両側から挟み込む。中心軸５２２は、単位永久磁石５２間に作用する磁気的な反発力によって単位永久磁石５２間が離隔することを防いでいる。

封止部材３は、筐体２の蓋部２Ｂの軸線方向内側に設けられる。封止部材３の内側面の外周部は、ガイド部材２２の左面およびガイド部材２３の右面に接触する。封止部材３の形状は円形である。封止部材３の円形の径は、第二穴２２Ｂ、２３Ｂの径よりも大きい。封止部材３は、第二穴２２Ｂ、２３Ｂ内を密閉する。第一穴１０Ｈおよび第二穴２２Ｂ、２３Ｂ内に潤滑剤が塗布された状態で振動発電機１が使用される場合、潤滑剤は、第一穴１０Ｈおよび第二穴２２Ｂの内部に封じ込められ、外部に漏れない。

振動発電機１の発電動作について、図１を参照して説明する。ユーザは、振動発電機１を手で所持し、筐体２が軸線方向に振動するように振動発電機１を振る。運動エネルギーが筐体２に加えられる。第一穴１０Ｈおよび第二穴２２Ｂ、２３Ｂの内壁面と可動子５０との摩擦力、および、可動子５０が封止部材３と衝突する力などを介して、運動エネルギーが可動子５０に伝達する。可動子５０は、第一穴１０Ｈおよび第二穴２２Ｂ、２３Ｂ内を軸線方向に往復移動する。可動子５０の永久磁石５１は、筐体２の円筒部２Ａの軸線方向略中央を軸線方向に移動する場合に、コイル１４に覆われた空間を出入りする。可動子５０がコイル１４内の空間を通過する場合、永久磁石５１が発する磁束はコイル１４を交差する。これによって、コイル１４に誘導電流が発生する。可動子５０が軸線方向に往復移動し、永久磁石５１がコイル１４内の空間への出入りを繰り返すことで、コイル１４に交流電流が発生する。

振動発電機１が振動する過程で、可動子５０の移動方向は、筐体２の蓋部２Ｂの近傍で反転する。可動子５０の速度は、蓋部２Ｂの近傍で０になる。また、一方の蓋部２Ｂの近傍から、他方の蓋部２Ｂに向けて可動子５０が移動する場合、可動子５０の速度は徐々に加速し、ボビン１０の円筒部１０Ａ内を高速で通過する。コイル１４に発生する誘導電流は、可動子５０の速度に応じて大きくなるため、振動発電機１の発電効率は向上する。

コイル１４に発生した交流電流は、コイル１４に接続された配線を介して、図示外の整流部２８に伝達する。整流部２８では、交流電流の全波整流が行われる。整流部２８の一例として、ダイオードブリッジが挙げられる。整流部２８で整流された電流は、図示外の定電圧回路によって定電圧化された後、図示外の蓄電部２９に蓄電される。蓄電部２９の一例として、コンデンサが挙げられる。蓄電部２９に蓄電された電流は、図示外の電極を介して外部に出力される。外部に出力された電流は、外部装置の負荷に供給される。外部装置は、供給された電流によって駆動する。

振動発電機１において良好な発電効率を実現させるためには、ボビン１０の円筒部１０Ａの厚さはより薄い方が好ましい。理由は、ボビン１０の円筒部１０Ａの厚さを薄くすることによって、可動子５０を構成する永久磁石５１とコイル１４とを近接させることができるので、永久磁石５１がコイル１４に及ぼす磁束密度を増加させ、コイル１４に発生する誘導電流を大きくできるためである。そこで振動発電機１では、ボビン１０の円筒部１０Ａの厚さを薄くしている。

なお、円筒部１０Ａの厚さの薄いボビン１０を射出成形によって作製する場合、許容される精度を充足させつつ作製できるボビン１０の円筒部１０Ａの軸線方向の長さは、制限される。理由は、円筒部１０Ａの軸線方向の長さが長いと、溶解したボビン１０の原材料を金型の隅々まで行き渡らせることが難しいためである。従って振動発電機１では、円筒部１０Ａの軸線方向の長さをできるだけ短くして、円筒部１０Ａの厚みを薄くしている。

なお振動発電機１は、可動子５０の永久磁石５１が第一穴１０Ｈおよび第二穴２２Ｂ、２３Ｂ内を軸線方向に往復移動することによって発電する。このため、可動子５０の移動可能距離は、ボビン１０のみの構成と比較して、ガイド部材２２の第二穴２２Ｂおよびガイド部材２３の第二穴２３Ｂの軸線方向の長さ分長くなる。具体的には、第二穴２２Ｂ、２３Ｂの軸線方向の長さは、第一穴１０Ｈの軸線方向の長さと略同一であるため、ボビン１０のみの構成と比較して、可動子５０の移動可能距離は略３倍になる。ボビン１０の第一穴１０Ｈ内を可動子５０が通過する場合の速度は、ガイド部材２２、２３の第二穴２２Ｂ、２３Ｂ内を可動子５０が通過する過程で加速する。このため、ボビン１０に巻回されたコイル１４内の空間を可動子５０が通過する場合の速度は、ボビン１０のみの構成である場合の速度と比較して速くなる。従って、コイル１４に発生する誘導電流は大きくなるため、ボビン１０の円筒部１０Ａの軸線方向の長さを短くしても、振動発電機１の発電効率は良好に維持される。

さらに振動発電機１では、２つのガイド部材２２、２３をボビン１０の軸線方向両側に設けることによって、ボビン１０を、振動発電機１の軸線方向略中央に配置する。このため、可動子５０が左側に移動する場合と、可動子５０が右側に移動する場合とのいずれの場合も、軸線方向略中央に配置したボビン１０の第一穴１０Ｈを可動子５０が通過する際の速度を速くすることができる。従って、ボビン１０に巻回されたコイル１４に発生する誘導電流は更に大きくなるので、振動発電機１の発電効率は向上する。

なお、ボビン１０の円筒部１０Ａの厚さを薄くした場合、筐体２がボビン１０を内側に押さえ込むことによって筐体２にボビン１０を固定すると、ボビン１０の円筒部１０Ａが第一穴１０Ｈの内側に撓む可能性がある。円筒部１０Ａの撓みが僅かな場合でも、第一穴１０Ｈ内を可動子５０がスムーズに移動できなくなり、強いては破損したりする可能性がある。これに対して振動発電機１では、ガイド部材２２、２３がボビン１０を軸線方向両側から挟み込むことによって、ボビン１０は支持される。また、凹部２２Ｃ、２３と凸部１０Ｆ、１０Ｇとが嵌合することによって、ボビン１０はガイド部材２２、２３に固定される。またガイド部材２２、２３は、固定部２２Ａ、２３Ａによって筐体２に固定されるので、ボビン１０は、ガイド部材２２、２３を介して筐体２に固定される。これによって、ボビン１０が第一穴１０Ｈの内側に撓むことを抑制できる。このため、ボビン１０の円筒部１０Ａを筐体２が内側に押さえ込むことによって筐体２にボビン１０を固定する場合のように、ボビン１０の円筒部１０Ａが撓んで可動子５０のスムーズな移動の妨げとなることを抑止できる。従って振動発電機１は、可動子５０が第一穴１０Ｈ内をスムーズに移動することになるので、振動発電機１の発電効率を更に向上させることができる。

また、第一穴１０Ｈの径および第二穴２２Ｂ、２３Ｂの径を略同一とすることによって、第一穴１０Ｈおよび第二穴２２Ｂ、２３の継ぎ目に段差が生じることを抑制できる。このため、第一穴１０Ｈおよび第二穴２２Ｂ、２３Ｂ内で可動子５０をスムーズに往復移動させることが可能となるので、振動発電機１の発電効率は更に向上する。

また可動子５０の永久磁石５１は同極対向構造を有しているため、同極対向構造を有しない永久磁石が使用された場合と比較して、可動子５０の周囲に発生する磁束密度は大きくなる。このため、振動発電機１の発電効率は更に向上する。

また、筐体２を磁性体とすることによって、可動子５０の永久磁石５１によって形成される強い磁界を筐体２内に効果的に閉じ込め、筐体２外に漏れ出る磁界を抑制できる。さらに、永久磁石５１の磁力によって筐体２自体が着磁することを抑止できるので、着磁した筐体２に可動子５０が引き寄せられて可動子５０の移動が妨げられることを防止できる。

ボビン１０を実際に作成し、ボビン１０の円筒部１０Ａの最適な厚さを検証したので、以下に説明する。ボビン１０は、射出成形によって作成した。ボビン１０の原材料として、液晶ポリマー（ＬＣＰ）を使用した。成形温度約４００度、金型温度７０〜１６０度、射出圧力１２００〜１６００ｋｇ／ｃｍ^２、スクリュー回転数５０〜１００ｒｐｍの条件で射出成形し、ボビン１０を作成した。作成したボビン１０の軸線方向の長さは３０ｍｍ、円筒部１０Ａの内径は８．２ｍｍ、円筒部１０Ａの最外径は１６ｍｍとした。作成したボビン１０は、乾燥温度１２０度の条件で３時間乾燥させた。作成したボビン１０は、円筒部１０Ａの厚さが均一であるか、および、穴、破れなどが発生しているかを目視にて確認することによって評価した。

図２を参照し、ボビン１０の円筒部１０Ａの厚さと、コイル１４に発生する電流の発電量との関係について説明する。作成したボビン１０の円筒部１０Ａの厚さを０．２ｍｍ未満とした場合、円筒部１０Ａの厚さは均一とならず、穴、破れなどが高い頻度で発生した。このため、円筒部１０Ａの厚さの下限は０．２ｍｍに設定するのが好ましいことがわかった。

また、図２にて示されるように、円筒部１０Ａの厚さを０．２ｍｍから徐々に増やしていくと、円筒部１０Ａの厚さを０．２ｍｍとした場合と比較して、発電量は徐々に低下した。そして、円筒部１０Ａの厚さを０．５ｍｍとした場合の発電量は、厚さを０．２ｍｍとした場合の発電量から３０％低下し、約７０％となった。また、更にその厚さを増やすと、発電量はますます低下していくことがわかった。また、前述した説明で明らかなように、円筒部１０Ａの厚さは、厚ければ厚いほど、厚さの均一性を保ち易く、作成し易くなる。ボビン１０の円筒部１０Ａの厚さは、発電量を重視すると０．２ｍｍ程度まで薄くすることが好ましいが、ボビン１０の円筒部１０Ａの作製上のばらつきが大きくなる場合もある。このため円筒部１０Ａの厚さは、ボビン１０の円筒部１０Ａの作製のしやすさをより考慮すると、発電量の一般的な許容範囲として通常使用される７０％（約１／√２＝−３ｄＢ）程度となる０．５ｍｍ程度まで許容できることになる。以上の結果から、ボビン１０の円筒部１０Ａの厚さを０．２ｍｍ以上０．５ｍｍ以下とすることによって、十分な発電量を保ちつつ、厚さが均一で穴や破れのないボビン１０を作製できることがわかった。

＜第二実施形態＞
本発明の第二実施形態における振動発電機６１について、図３を参照して説明する。振動発電機６１が第一実施形態の振動発電機１と異なる点は、ボビン１０が分割ボビン３０、４０を備える点である。振動発電機１と同一の構成については、同一符号を付し、説明を省略する。

ボビン１０は、分割ボビン３０、４０を備える。分割ボビン３０は、円筒部３０Ａ、終端部３０Ｂ、および延設部３０Ｃ、３０Ｄを備える。円筒部３０Ａの形状は略円筒形である。円筒部３０Ａの軸線方向は、振動発電機６１の軸線方向と同一方向を向く。円筒部３０Ａの左右方向の長さは、筐体２の円筒部２Ａの軸線方向の長さの略１／４である。円筒部３０Ａの右端は、筐体２の円筒部２Ａの軸線方向略中央に配置する。円筒部３０Ａの外径は、筐体２の円筒部２Ａの内径の略半分である。円筒部３０Ａは、軸線方向に延びる貫通穴を備える。

円筒部３０Ａの外壁に、延設部３０Ｃ、３０Ｄが設けられる。延設部３０Ｃ、３０Ｄは、円筒部３０Ａの外壁から、外周方向に向けて延びる。延設部３０Ｃは、円筒部３０Ａの軸線方向略中央に設けられる。延設部３０Ｄは、円筒部３０Ａの右端に設けられる。円筒部３０Ａの左端に、終端部３０Ｂが設けられる。終端部３０Ｂの形状は円筒形である。終端部３０Ｂの軸線方向は、振動発電機６１の軸線方向と同一方向を向く。終端部３０Ｂの外径は、筐体２の円筒部２Ａの内径よりも小さく、ガイド部材２２の外径と略同一である。終端部３０Ｂの軸線方向の長さは、円筒部３０Ａの軸線方向の長さよりも短く、延設部３０Ｃ、３０Ｄの軸線方向の長さよりも長い。終端部３０Ｂは、左側面に凸部３０Ｆを備える。凸部３０Ｆは、左側に向けて突出する。凸部３０Ｆは、ガイド部材２２の凹部２２Ｃに嵌まる。

終端部３０Ｂは、軸線方向に延びる貫通穴を備える。終端部３０Ｂの貫通穴の内径は、円筒部３０Ａの貫通穴の内径と略同一である。終端部３０Ｂの貫通穴および円筒部３０Ａの貫通穴は、段差なく連通し、一体となって軸線方向に延びる。以下、一体となって軸線方向に延びる円筒部３０Ａおよび終端部３０Ｂの貫通穴を、分割第一穴３０Ｈという。

終端部３０Ｂ、および延設部３０Ｃ、３０Ｄは、等間隔で軸線方向に並んでいる。終端部３０Ｂ、および延設部３０Ｃ、３０Ｄ間の軸線方向の長さは、単位永久磁石５２Ａ、５２Ｂの軸線方向の長さと略同一である。延設部３０Ｃは、円筒部３０Ａの外壁を軸線方向に２等分する。２等分された円筒部３０Ａの外壁のそれぞれに沿って、周回方向にコイル１４が巻回される。コイル１４は、延設部３０Ｃを隔てて隣接する他のコイル１４との巻線方向が逆向きとなるように巻回される。コイル１４は、分割ボビン３０の軸線方向のほぼ全域に亙って巻回される。

分割ボビン４０は、分割ボビン３０と同一構造を有する。分割ボビン４０は、円筒部４０Ａ、終端部４０Ｂ、および延設部４０Ｃ、４０Ｄを備える。円筒部４０Ａ、終端部４０Ｂ、および延設部４０Ｃ、４０Ｄは、それぞれ、分割ボビン３０の円筒部３０Ａ、終端部３０Ｂ、および延設部３０Ｃ、３０Ｄに対応する。分割ボビン４０は、分割ボビン３０を左右反転させた向きと同一の向きで、分割ボビン３０の右側に配置する。終端部４０Ｂは、右側面に凸部４０Ｆを備える。凸部４０Ｆは、右側に向けて突出する。凸部４０Ｆは、ガイド部材２３の凹部２３Ｃに嵌まる。終端部４０Ｂの貫通穴、および、円筒部４０Ａの貫通穴は、段差なく連通し、一体となって軸線方向に延びる。以下、一体となって軸線方向に延びる円筒部４０Ａおよび終端部４０Ｂの貫通穴を、分割第一穴４０Ｈという。

分割ボビン３０、４０は、軸線方向に並んでいる。分割ボビン３０の延設部３０Ｄと、分割ボビン４０の延設部４０Ｄとは接触する。分割ボビン３０の分割第一穴３０Ｈ、および分割ボビン４０の分割第一穴４０Ｈは、段差なく連通し、一体となって軸線方向に延びる。一体となって軸線方向に延びる分割第一穴３０Ｈ、４０Ｈは、第一穴１０Ｈを形成する。分割ボビン３０の延設部３０Ｃ、３０Ｄ間に巻回されたコイル１４と、分割ボビン４０の延設部４０Ｃ、４０Ｄ間に巻回されたコイル１４とは、逆方向に巻回される。

以上のように、ボビン１０が分割ボビン３０、４０を備えることによって、振動発電機１のボビン１０の円筒部１０Ａの軸線方向の長さよりも、円筒部３０Ａ、３０Ｂのそれぞれの軸線方向の長さをさらに短くすることができる。このため、円筒部３０Ａ、３０Ｂの厚さの薄い分割ボビン３０、４０を容易に作製することができるので、円筒部３０Ａ、３０Ｂの厚さが薄い場合でも厚さが均一なボビン１０を、所定の精度で容易に作製することが可能となる。

＜第三実施形態＞
本発明の第三実施形態における振動発電機７１について、図４を参照して説明する。振動発電機７１が第一実施形態における振動発電機１と異なる点は、ガイド部材２２、２３がそれぞれ溝部２２Ｄ、２３Ｄを備える点と、溝部２２Ｄ、２３ＤにＯリング２６、２７が嵌っている点である。振動発電機１と同一の構成については、同一符号を付し、説明を省略する。

ガイド部材２２の外壁且つ固定部２２Ａの右側に、周回に沿って溝部２２Ｄが設けられる。溝部２２ＤにはＯリング２６が嵌っている。ガイド部材２３の外壁且つ固定部２３Ａの左側に、周回に沿って溝部２３Ｄが設けられる。溝部２３ＤにはＯリング２７が嵌っている。Ｏリング２６、２７は、筐体２の円筒部２Ａの内壁に接触する。Ｏリング２６、２７は、ボビン１０およびガイド部材２２、２３と、筐体２の円筒部２Ａとの間の空間を密閉する。

可動子５０を軸線方向にスムーズに移動させるため、第一穴１０Ｈおよび第二穴２２Ｂ、２３Ｂの内壁面に潤滑剤が塗布される場合がある。また潤滑剤は、ボビン１０とガイド部材２２、２３との間の隙間から外部に漏れ、ボビン１０およびガイド部材２２、２３と、筐体２の円筒部２Ａとの間の隙間に流出する場合がある。

しかしながら振動発電機７１は、ボビン１０およびガイド部材２２、２３と、筐体２の円筒部２Ａとの間の隙間をＯリング２６、２７が密閉するので、潤滑剤は筐体２の蓋部２Ｂ側に流れない。このため振動発電機７１は、筐体２の円筒部２Ａと蓋部２Ｂとの間の隙間から潤滑剤が外部に漏れ出ることを抑止することが可能となる。このように振動発電機７１は、第一穴１０Ｈおよび第二穴２２Ｂ、２３Ｂの内壁面に潤滑剤が塗布された場合でも、円筒部２Ａおよび蓋部２Ｂの間の隙間から潤滑剤が筐体２の外部に漏れ出ることを抑止できる。

＜第四実施形態＞
本発明の第四実施形態における振動発電機８１について、図５を参照して説明する。振動発電機８１が第一実施形態における振動発電機１と異なる点は、ガイド部材２２の外壁の一部に空間部２２Ｅが設けられている点と、整流部２８および蓄電部２９が空間部２２Ｅに収容されている点である。振動発電機１と同一の構成については、同一符号を付し、説明を省略する。

空間部２２Ｅは、ガイド部材２２の外壁に沿って設けられる。空間部２２Ｅは、ガイド部材２２の外壁の一部が、第二穴２２Ｂ側に凹むことによって形成される。整流部２８および蓄電部２９は、空間部２２Ｅ内に収容される。コイル１４は整流部２８に接続する。蓄電部２９は整流部２８に接続する。

コイル１４に発生した交流電流は、コイル１４に接続された配線を介して、整流部２８に伝達する。整流部２８では、交流電流の全波整流が行われる。整流部２８で整流された電流は、配線を介して蓄電部２９に伝達し、蓄電部２９に蓄電される。蓄電部２９に蓄電された電流は外部装置の負荷に供給される。外部装置は、供給された電流によって駆動する。

整流部２８および蓄電部２９は、ガイド部材２２の外壁に沿って設けられた空間部２２Ｅ内に収容されるので、整流部２８および蓄電部２９は第二穴２２Ｂを塞がない。このため、整流部２８および蓄電部２９は可動子５０の移動の邪魔にならないので、可動子５０の移動可能距離は長い状態で維持される。このように振動発電機８１は、整流部２８および蓄電部２９が第二穴２２Ｂを塞ぎ、可動子５０の移動の邪魔になることを防止できる。このため、可動子５０移動可能距離を長くすることができるので、良好な発電効率を維持することが可能となる。

本発明は上述の第一〜第四実施形態に限定されず、種々の変更が可能である。上述の実施形態では、第一穴１０Ｈの径と、第二穴２２Ｂ、２３Ｂの径とを略同一とした。これに対し、第二穴２２Ｂ、２３Ｂの穴の径を、第一穴１０Ｈの径よりも大きくしてもよい。これによって、第一穴１０Ｈの径が製造誤差によって僅かに変動した場合でも、第二穴２２Ｂ、２３Ｂが第一穴１０Ｈよりも小さくなることを抑止できる。このため振動発電機１は、第一穴１０Ｈの径が変動した場合でも、第一穴１０Ｈおよび第二穴２２Ｂ、２３Ｂ内で可動子５０をスムーズに振動させることが可能となる。

筐体２の円筒部２Ａ、およびボビン１０の円筒部１０Ａの断面形状は円形に限定されず、多角形であってもよいが、円筒部２Ａ、１０Ａの断面形状は同一であることが好ましい。ボビン１０の軸線方向両端にガイド部材２２、２３が設けられていたが、ガイド部材は、ボビン１０の軸線方向の左右いずれかの側にのみ設けられてもよい。可動子５０は、単一の永久磁石によって構成されてもよい。ガイド部材２１は、外壁の全域に亙って筐体２の内壁と接触していてもよい。ガイド部２１と筐体２とは、一体構造となっていてもよい。封止部材３の内側にばねを設けても良い。

分割ボビン３０、４０には、一のコイル１４のみが巻回されていてもよい。具体的には、分割ボビン３０は延設部３０Ｃのない構成であってもよい。分割ボビン３０には、終端部３０Ｂおよび延設部３０Ｄの間に一のコイル１４が巻回されていてもよい。同様に、分割ボビン４０は延設部４０Ｃのない構成であってもよい。分割ボビン４０には、終端部４０Ｂおよび延設部４０Ｄの間に一のコイル１４が巻回されていてもよい。以下、分割ボビン３０、４０のそれぞれに巻回された一のコイル１４を、分割コイル１４ともいう。分割ボビン３０に巻回された分割コイル１４と、分割ボビン４０に巻回された分割コイル１４とは、逆方向に巻回されていてもよい。このように、互いに逆方向に分割コイル１４が巻回された分割ボビン３０、４０を用いることで、複数のコイル１４が逆方向に巻回されたボビン１０を容易に作製することが可能となる。

ガイド部材２２、２３は、ボビン１０の凸部１０Ｆ、１０Ｇを凹部２２Ｃ、２３Ｃに嵌めることによって、筐体２に対するボビン１０の位置を固定した。ガイド部材２２、２３は、別の方法でボビン１０を支持することによって、筐体２に対するボビン１０の位置を固定してもよい。例えばガイド部材２２、２３は、接着剤によってボビン１０に接着することによって、ボビン１０を支持してもよい。

１、６１、７１、８１ 振動発電機
２ 筐体
１０ ボビン
１０Ｈ 第一穴
１４ コイル、分割コイル
２１、２２ ガイド部材
２６、２７ Ｏリング
２８ 整流部
２９ 蓄電部
３０、４０ 分割ボビン
３０Ｈ、４０Ｈ 分割第一穴
５０ 可動子
５１ 永久磁石
５２、５２Ａ、５２Ｂ 単位永久磁石

Claims (10)

1. コイルと、
   筒状部材であって、軸線方向に貫通する第一穴を備え、前記軸線方向の略全域に亙って前記コイルが巻回されたボビンと、
   前記ボビンの前記軸線方向両側のうち少なくとも一方側に設けられた部材であって、前記軸線方向と同一方向に延びる穴であって前記第一穴に連通する第二穴を備えたガイド部材と、
   前記第一穴および前記第二穴内を前記軸線方向に往復移動可能に設けられた永久磁石と
   を備え、
   前記第一穴および前記第二穴内を前記永久磁石が前記軸線方向に往復移動することによって、前記コイルに電流が誘起することを特徴とする振動発電機。
2. 前記ボビンは、
   筒状を有し且つ前記軸線方向の長さが前記ボビンよりも短い複数の部材であって、前記軸線方向に貫通する分割第一穴を備えた複数の分割ボビンを有し、
   前記複数の分割ボビンが前記軸線方向に並んで配置することによって前記ボビンを形成し、前記複数の分割ボビンの其々に設けられた前記分割第一穴が連通することによって前記第一穴を形成することを特徴とする請求項１に記載の振動発電機。
3. 前記コイルは、
   前記複数の分割ボビン毎に巻回される複数の分割コイルを備え、
   隣接配置する二つの分割ボビンの其々に巻回された二つの分割コイルは、互いに逆方向逆に巻回されることを特徴とする請求項２に記載の振動発電機。
4. 前記ガイド部材は、前記ボビンの前記軸線方向の両側に設けられた一対の部分ガイド部材を備え、
   前記第二穴の径は、前記第一穴の径と等しいか、前記径よりも大きい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。
5. 前記コイル、前記ボビン、前記一対の部分ガイド部材、および前記永久磁石を収容する筐体を備え、
   前記一対の部分ガイド部材は、前記ボビンを前記軸線方向両側から挟んで保持し、
   前記一対の部分ガイド部材の其々は、
   前記筐体に近接する部分から、前記軸線方向と直交する方向且つ前記第二穴が設けられている側と反対側に向けて延びる部材であって、前記筐体に対する前記一対の部分ガイド部材の其々の位置を固定する固定部を備えたことを特徴とする請求項４に記載の振動発電機。
6. 前記ガイド部材は、
   前記コイルに発生した誘導電流を整流する整流部、および、前記誘導電流を蓄電する蓄電部のうち少なくともいずれかを、前記ガイド部材の外周部分のいずれかの位置に備えたことを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の振動発電機。
7. 前記ボビンの厚さは０．２ｍｍ以上０．５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の振動発電機。
8. 前記筐体は磁性体からなることを特徴とする請求項５に記載の振動発電機。
9. 前記一対の部分ガイド部材の其々と前記筐体との間の隙間を密封する密封部材を備えたことを特徴とする請求項５または８に記載の振動発電機。
10. 前記永久磁石は、
    前記軸線方向に並べられた複数の単位永久磁石を備え、前記複数の単位永久磁石の其々が着磁方向に複数並べられ且つ隣接する二つの単位永久磁石の近接部分で同極同士が対向配置した構造である同極対向構造を有し、前記着磁方向に往復移動可能であることを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載の振動発電機。

Images