（実施形態１）
以下では、本実施形態のエネルギ変換装置１について図１に基づいて説明する。
(Embodiment 1)
Below, the energy converter 1 of this embodiment is demonstrated based on FIG.
エネルギ変換装置１は、発電装置１０１と、整流平滑回路１０２と、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０３と、遅延回路１０４と、を備える。
The energy conversion device 1 includes a power generation device 101, a rectifying / smoothing circuit 102, a DC-DC converter 103, and a delay circuit 104.
発電装置１０１は、運動エネルギを電気エネルギに変換して交流電圧を発生する機能を有する。
The power generation device 101 has a function of generating an AC voltage by converting kinetic energy into electrical energy.
整流平滑回路１０２は、発電装置１０１の出力端間に接続されている。整流平滑回路１０２は、発電装置１０１で発生する交流電圧を直流電圧に整流する機能と、この直流電圧の直流成分のみを取り出すためにリップル成分（交流成分）を抑圧する機能と、を有する。要するに、整流平滑回路１０２は、発電装置１０１で発生した交流電圧を整流平滑した直流電圧を出力するように構成されている。
The rectifying / smoothing circuit 102 is connected between the output terminals of the power generation apparatus 101. The rectifying / smoothing circuit 102 has a function of rectifying an AC voltage generated in the power generation apparatus 101 into a DC voltage, and a function of suppressing a ripple component (AC component) in order to extract only the DC component of the DC voltage. In short, the rectifying / smoothing circuit 102 is configured to output a DC voltage obtained by rectifying and smoothing the AC voltage generated by the power generation apparatus 101.
ＤＣ−ＤＣコンバータ１０３は、整流平滑回路１０２の出力端間に接続されている。ＤＣ−ＤＣコンバータ１０３は、整流平滑回路１０２の出力電圧を所定の直流電圧に変換する機能を有する。
The DC-DC converter 103 is connected between the output terminals of the rectifying / smoothing circuit 102. The DC-DC converter 103 has a function of converting the output voltage of the rectifying and smoothing circuit 102 into a predetermined DC voltage.
遅延回路１０４は、整流平滑回路１０２とＤＣ−ＤＣコンバータ１０３との間に設けられている。
The delay circuit 104 is provided between the rectifying / smoothing circuit 102 and the DC-DC converter 103.
ＤＣ−ＤＣコンバータ１０３は、制御端子ＣＮを備え、制御端子ＣＮとＤＣ−ＤＣコンバータ１０３のグランドラインとの間の電圧が所定の起動電圧を超えたときに起動するように構成されている。
The DC-DC converter 103 includes a control terminal CN, and is configured to be activated when a voltage between the control terminal CN and the ground line of the DC-DC converter 103 exceeds a predetermined activation voltage.
遅延回路１０４は、受動素子のみで形成されたローパスフィルタにより構成され、ローパスフィルタを整流平滑回路１０２の出力端間に接続し、ローパスフィルタの高電位側の出力端と制御端子ＣＮとを接続し、ローパスフィルタの低電位側の出力端とＤＣ−ＤＣコンバータ１０３のグランドラインとを接続してある。
The delay circuit 104 is composed of a low-pass filter formed only of passive elements, and the low-pass filter is connected between the output terminals of the rectifying and smoothing circuit 102, and the output terminal on the high potential side of the low-pass filter and the control terminal CN are connected. The output terminal on the low potential side of the low-pass filter and the ground line of the DC-DC converter 103 are connected.
発電装置１０１としては、電磁誘導型の振動発電装置ＥＨ（図２参照）を採用しているが、これに限らず、例えば、静電誘導型の振動発電装置、圧電型の振動発電装置等を採用することができる。
As the power generation device 101, an electromagnetic induction type vibration power generation device EH (see FIG. 2) is adopted, but not limited thereto, for example, an electrostatic induction type vibration power generation device, a piezoelectric vibration power generation device, or the like. Can be adopted.
電磁誘導型の振動発電装置とは、電磁誘導を利用して運動エネルギを電気エネルギに変換する発電装置である。
The electromagnetic induction type vibration power generation device is a power generation device that converts kinetic energy into electric energy using electromagnetic induction.
静電誘導型の振動発電装置とは、静電誘導を利用して運動エネルギを電気エネルギに変換する発電装置である。
The electrostatic induction type vibration power generation device is a power generation device that converts kinetic energy into electric energy using electrostatic induction.
圧電型の振動発電装置とは、圧電効果を利用して運動エネルギを電気エネルギに変換する発電装置である。
Piezoelectric vibration power generators are power generators that convert kinetic energy into electrical energy using the piezoelectric effect.
以下では、電磁誘導型の振動発電装置ＥＨ（以下、「発電装置ＥＨ」という。）について図２〜７に基づいて説明する。
Hereinafter, an electromagnetic induction type vibration power generator EH (hereinafter referred to as “power generator EH”) will be described with reference to FIGS.
発電装置ＥＨは、磁石２を備えた磁石ブロック３と、コイル４ａを備えたコイルブロック４と、を有し、磁石ブロック３とコイルブロック４とが第１方向（図２（ａ）の上下方向）で対向配置されている。発電装置ＥＨは、磁石ブロック３とコイルブロック４とが上記第１方向に直交する第２方向（図２（ａ）の左右方向）において相対的に変位することで生じる電磁誘導により運動エネルギを電気エネルギに変換する機能を有する。
The power generation device EH includes a magnet block 3 including a magnet 2 and a coil block 4 including a coil 4a. The magnet block 3 and the coil block 4 are in a first direction (vertical direction in FIG. 2A). ). The power generation apparatus EH generates kinetic energy by electromagnetic induction that occurs when the magnet block 3 and the coil block 4 are relatively displaced in a second direction (left-right direction in FIG. 2A) orthogonal to the first direction. It has a function to convert energy.
発電装置ＥＨは、磁石ブロック３を備えた可動部１２を外部から作動させ可動部１２を減衰振動させることが可能なものである。発電装置ＥＨは、可動部１２と、支持部１４と、可動部１２と支持部１４との間に介在する弾性体部１５と、を備えている。発電装置ＥＨは、支持部１４が弾性体部１５を介して可動部１２を支持しており、可動部１２が上記第２方向に振動可能となっている。弾性体部１５は、上記第２方向における剛性が上記第２方向に直交する方向の剛性に比べて小さい。これにより、エネルギ変換装置１は、可動部１２の振動方向を上記第２方向に単方向化することが可能となる。
The power generation device EH is capable of causing the movable portion 12 including the magnet block 3 to be operated from the outside and causing the movable portion 12 to dampen and vibrate. The power generation device EH includes a movable part 12, a support part 14, and an elastic body part 15 interposed between the movable part 12 and the support part 14. In the power generation device EH, the support portion 14 supports the movable portion 12 via the elastic body portion 15, and the movable portion 12 can vibrate in the second direction. The elastic body portion 15 has a lower rigidity in the second direction than that in a direction orthogonal to the second direction. Thereby, the energy conversion device 1 can make the vibration direction of the movable part 12 unidirectional in the second direction.
発電装置ＥＨは、上述の可動部１２と支持部１４と各弾性体部１５とを有する振動ブロック１１を備えている。振動ブロック１１の可動部１２の振動方向については、例えば、可動部１２の重心を原点とする直交座標を仮定して説明することができる。この直交座標では、例えば、上記第２方向に沿ってｘ軸の正方向を決め、上記第１方向及び上記第２方向それぞれに直交する方向に沿ってｙ軸の正方向を決め、上記第１方向に沿って上記第２方向に直交するｚ軸の正方向を決めることができる。この場合、振動ブロック１１は、可動部１２の振動方向をｘ軸の正負方向に単方向化することが可能となり、ｙ軸の正負方向やｚ軸の正負方向への振動成分を抑制することが可能となる。
The power generation device EH includes the vibration block 11 having the above-described movable portion 12, support portion 14, and each elastic body portion 15. The vibration direction of the movable part 12 of the vibration block 11 can be described, for example, assuming orthogonal coordinates with the center of gravity of the movable part 12 as the origin. In the orthogonal coordinates, for example, the positive direction of the x axis is determined along the second direction, the positive direction of the y axis is determined along the direction orthogonal to the first direction and the second direction, and the first direction is determined. A positive direction of the z axis perpendicular to the second direction can be determined along the direction. In this case, the vibration block 11 can make the vibration direction of the movable portion 12 unidirectional in the positive / negative direction of the x-axis, and suppress the vibration component in the positive / negative direction of the y-axis or the positive / negative direction of the z-axis. It becomes possible.
したがって、発電装置ＥＨは、図２（ｂ）でみれば、可動部１２の振動方向が上記第２方向である左右方向に単方向化され、図２（ｂ）の上下方向や可動部１２の厚み方向（図２（ｂ）の紙面に直交する方向）等への振動が抑制される。よって、発電装置ＥＨは、不要な振動成分の発生を抑制することが可能となり、エネルギ変換効率の向上を図ることが可能となる。
Therefore, in the power generation device EH, as viewed in FIG. 2B, the vibration direction of the movable portion 12 is unidirectional in the left-right direction, which is the second direction, and the vertical direction of FIG. Vibration in the thickness direction (a direction perpendicular to the paper surface of FIG. 2B) or the like is suppressed. Therefore, the power generation device EH can suppress the generation of unnecessary vibration components, and can improve the energy conversion efficiency.
また、発電装置ＥＨは、振動ブロック１１の厚み方向の一面（第１面）側に配置される第１キャップ２１と、振動ブロック１１の厚み方向の他面（第２面）側に配置される第２キャップ３１と、を備えている。発電装置ＥＨは、第１キャップ２１及び第２キャップ３1の各々に、上述のコイルブロック４が保持されている。また、発電装置ＥＨは、第１キャップ２１と振動ブロック１１との間に配置された第１スペーサ４１と、第２キャップ３１と振動ブロック１１との間に配置された第２スペーサ４２と、を備えている。
The power generation device EH is disposed on the first cap 21 disposed on one surface (first surface) side in the thickness direction of the vibration block 11 and on the other surface (second surface) side in the thickness direction of the vibration block 11. A second cap 31. In the power generation device EH, the coil block 4 described above is held in each of the first cap 21 and the second cap 3 1. Further, the power generation device EH includes a first spacer 41 disposed between the first cap 21 and the vibration block 11 and a second spacer 42 disposed between the second cap 31 and the vibration block 11. I have.
発電装置ＥＨの各構成要素については、以下に詳細に説明する。
Each component of the power generator EH will be described in detail below.
振動ブロック１１は、支持部１４の平面視形状を枠状としてある。また、振動ブロック１１は、支持部１４の内側に、可動部本体１３が配置されている。可動部本体１３は、支持部１４の内側面から離れて配置されている。また、振動ブロック１１は、上記第２方向において可動部本体１３の両側に弾性体部１５が配置されている。また、振動ブロック１１は、可動部本体１３の平面視形状を枠状としてある。振動ブロック１１は、可動部本体１３の内側に、磁石ブロック３が配置されている。磁石ブロック３は、可動部本体１３に固定されている。
The vibration block 11 has a frame shape in plan view of the support portion 14. The vibration block 11 has a movable portion main body 13 disposed inside the support portion 14. The movable part main body 13 is disposed away from the inner surface of the support part 14. In the vibration block 11, elastic body portions 15 are disposed on both sides of the movable portion main body 13 in the second direction. The vibration block 11 has a frame shape in plan view of the movable portion main body 13. In the vibration block 11, the magnet block 3 is disposed inside the movable part main body 13. The magnet block 3 is fixed to the movable part main body 13.
可動部本体１３の内周形状は、矩形状である。磁石ブロック３の外周形状は、可動部本体１３の内周形状よりも若干小さな矩形状としてある。磁石ブロック３を可動部本体１３に固定する方法としては、例えば、接着剤により固定する方法を採用することができる。この場合には、磁石ブロック３の外周面と可動部本体１３の内側面との間に接着剤からなる接合部が介在することになる。磁石ブロック３を可動部本体１３に固定する方法は、これに限らず、例えば、磁石ブロック３と可動部本体１３との間の隙間に別部材を圧入することで固定する方法等を採用することができる。また、磁石ブロック３を可動部本体１３に固定する方法は、可動部本体１３の外側面側から螺子により固定する方法を採用することもできる。
The inner peripheral shape of the movable part main body 13 is a rectangular shape. The outer peripheral shape of the magnet block 3 is a rectangular shape slightly smaller than the inner peripheral shape of the movable part main body 13. As a method of fixing the magnet block 3 to the movable part main body 13, for example, a method of fixing with an adhesive can be employed. In this case, a bonding portion made of an adhesive is interposed between the outer peripheral surface of the magnet block 3 and the inner surface of the movable portion main body 13. The method of fixing the magnet block 3 to the movable part main body 13 is not limited to this. For example, a method of fixing the magnet block 3 by press-fitting another member into the gap between the magnet block 3 and the movable part main body 13 may be adopted. Can do. Moreover, the method of fixing the magnet block 3 to the movable part main body 13 can also employ | adopt the method of fixing with a screw from the outer surface side of the movable part main body 13. FIG.
可動部本体１３と磁石ブロック３とで構成される可動部１２の平面視形状は、八角形状としてある。可動部１２の平面視形状は、八角形状に限らず、例えば、矩形状の形状としてもよい。振動ブロック１１では、可動部本体１３の外周形状及び内周形状それぞれが大きさの異なる矩形状となっていてもよい。また、可動部１２の平面視形状は、例えば、円形状や正多角形状としてもよい。
The planar view shape of the movable part 12 constituted by the movable part main body 13 and the magnet block 3 is an octagonal shape. The planar view shape of the movable part 12 is not limited to the octagonal shape, and may be a rectangular shape, for example. In the vibration block 11, the outer peripheral shape and the inner peripheral shape of the movable portion main body 13 may be rectangular shapes having different sizes. Moreover, the planar view shape of the movable part 12 is good also as circular shape and a regular polygon shape, for example.
磁石ブロック３は、複数個（例えば、４個）の磁石２を備えており、これら複数個の磁石２が上記第２方向に並んで配置されている。つまり、磁石ブロック３は、複数個の磁石２が１次元のアレイ状に配置されている。磁石２は、永久磁石により構成することが好ましい。永久磁石の材料としては、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）、フェライト等を採用することができる。
The magnet block 3 includes a plurality of (for example, four) magnets 2, and the plurality of magnets 2 are arranged in the second direction. That is, the magnet block 3 has a plurality of magnets 2 arranged in a one-dimensional array. The magnet 2 is preferably composed of a permanent magnet. As a material of the permanent magnet, for example, neodymium (NdFeB), samarium cobalt (SmCo), alnico (Al—Ni—Co), ferrite, or the like can be employed.
磁石２は、短冊状に形成されている。また、磁石２は、厚み方向の一面側がＮ極、他面側がＳ極となるように着磁されている。磁石２を構成する永久磁石は、例えば、磁石材料を切削、研磨等で整形加工した後、パルス着磁法等によって着磁することにより、形成することができる。
The magnet 2 is formed in a strip shape. The magnet 2 is magnetized so that one surface side in the thickness direction is an N pole and the other surface side is an S pole. The permanent magnet constituting the magnet 2 can be formed, for example, by shaping a magnet material by cutting, polishing or the like and then magnetizing it by a pulse magnetization method or the like.
磁石ブロック３は、上述の複数個の磁石２の各々の幅方向が上記第２方向に一致するように各磁石２が配置されている。また、磁石ブロック３は、この磁石ブロック３の厚み方向の両面側それぞれで、上記第２方向においてＮ極とＳ極とが交互に並ぶように、複数個の磁石２が配置されている。要するに、磁石ブロック３は、上記第２方向において隣り合う磁石２同士の磁化の向きを逆向きとしてある。なお、磁石ブロック３は、複数個の磁石２が１次元のアレイ状に配置されているが、これに限らず、例えば、２次元のアレイ状に配置された構成としてもよい。
In the magnet block 3, the magnets 2 are arranged so that the width direction of each of the plurality of magnets 2 matches the second direction. Moreover, the magnet block 3 has a plurality of magnets 2 arranged so that N poles and S poles are alternately arranged in the second direction on both sides in the thickness direction of the magnet block 3. In short, in the magnet block 3, the magnetization directions of the magnets 2 adjacent in the second direction are opposite to each other. The magnet block 3 has a plurality of magnets 2 arranged in a one-dimensional array. However, the present invention is not limited to this. For example, the magnet block 3 may be arranged in a two-dimensional array.
振動ブロック１１は、可動部本体１３と支持部１４と各弾性体部１５とを、例えば、基板１０から形成することができる。基板１０としては、磁力線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。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。
The vibration block 11 can form the movable part main body 13, the support part 14, and each elastic body part 15 from the board | substrate 10, for example. As the substrate 10, an insulating substrate having a low attenuation with respect to the lines of magnetic force and having an electrical insulating property is preferable. For example, a silicon substrate having a high resistivity can be used. For example, the high resistivity silicon substrate preferably has a resistivity of 100 Ωcm or more, and more preferably 1000 Ωcm or more.
基板１０としてシリコン基板を用いた場合、振動ブロック１１は、可動部本体１３、支持部１４及び各弾性体部１５の材料がシリコンとなる。このような振動ブロック１１は、例えば、ＭＥＭＳ（micro electro mechanical systems）の製造技術を利用して製造することができる。この場合、振動ブロック１１では、可動部本体１３、支持部１４及び各弾性体部１５を一体に形成することができる。要するに、振動ブロック１１は、可動部本体１３と支持部１４と各弾性体部１５とが、１枚のシリコン基板から一体に形成された構成とすることができる。これにより、発電装置ＥＨの製造時には、振動ブロック１１を形成する際に、可動部本体１３、支持部１４及び各弾性体部１５のアセンブリ工程が不要となり、製造が容易になる。
When a silicon substrate is used as the substrate 10, the vibration block 11 is made of silicon as the material of the movable portion main body 13, the support portion 14, and each elastic body portion 15. Such a vibration block 11 can be manufactured using, for example, a manufacturing technology of MEMS (micro electro mechanical systems). In this case, in the vibration block 11, the movable part main body 13, the support part 14, and each elastic body part 15 can be integrally formed. In short, the vibration block 11 can be configured such that the movable portion main body 13, the support portion 14, and the elastic body portions 15 are integrally formed from a single silicon substrate. Thereby, when the power generation device EH is manufactured, when the vibration block 11 is formed, the assembly process of the movable portion main body 13, the support portion 14, and the elastic body portions 15 is not necessary, and the manufacture is facilitated.
また、各弾性体部１５と可動部本体１３及び支持部１４とが接着用の樹脂からなる接続部で接続されている場合には、振動時に振動エネルギが接続部において熱エネルギとなって損なわれる。これに対して、可動部本体１３と支持部１４と各弾性体部１５とが、１枚のシリコン基板から一体に形成された構成では、各弾性体部１５と可動部本体１３及び支持部１４とが低減衰材料であるシリコンにより一体に形成されているので、振動時のエネルギ損失を低減することが可能となり、エネルギ変換効率を向上することが可能となる。なお、基板１０の材料に関して、磁力線に対して影響を及ぼさないという点では、比透磁率が低いほうが好ましい。
In addition, when each elastic body portion 15 and the movable portion main body 13 and the support portion 14 are connected by a connection portion made of an adhesive resin, vibration energy is lost as thermal energy at the connection portion during vibration. . On the other hand, in a configuration in which the movable body 13, the support 14, and each elastic body 15 are integrally formed from a single silicon substrate, each elastic body 15, the movable body 13, and the support 14. Are integrally formed of silicon, which is a low-damping material, so that energy loss during vibration can be reduced and energy conversion efficiency can be improved. In addition, regarding the material of the substrate 10, it is preferable that the relative permeability is low in that it does not affect the magnetic field lines.
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）基板等を用いることができる。また、振動ブロック１１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。
The substrate 10 is not limited to a high resistivity silicon substrate, and for example, a high resistivity SOI (Siliconon Insulator) substrate or the like can be used. The vibration block 11 may be provided with an appropriate insulating film according to the material and resistivity of the substrate 10.
弾性体部１５は、ばねであることが好ましい。これにより、発電装置ＥＨは、弾性体部１５の１個当たりの蓄積エネルギを大きくすることが可能となり、発電装置ＥＨの小型化を図ることが可能となる。
The elastic body portion 15 is preferably a spring. As a result, the power generation device EH can increase the stored energy per elastic body portion 15, and the power generation device EH can be downsized.
弾性体部１５は、上記第２方向における可動部１２の両側の各々に、複数個（例えば、５個）ずつ並んで設けられていることが好ましい。これにより、発電装置ＥＨは、可動部１２の両側の各々に弾性体部１５が１個ずつ設けられている場合に比べて、可動部１２の振動方向の更なる単方向化が可能となり、エネルギ変換効率の更なる向上を図ることが可能となる。更に、発電装置ＥＨは、個々の弾性体部１５にかかる応力を低減することが可能となり、耐久性の向上を図ることが可能となる。可動部１２の両側の弾性体部１５の数は、特に５個に限定するものではない。
It is preferable that a plurality of (for example, five) elastic body portions 15 are provided side by side on each side of the movable portion 12 in the second direction. Thereby, compared with the case where one elastic body part 15 is provided on each of both sides of the movable part 12, the power generation device EH can further make the vibration direction of the movable part 12 unidirectional, It becomes possible to further improve the conversion efficiency. Furthermore, the power generation device EH can reduce the stress applied to each elastic body portion 15 and can improve durability. The number of elastic body portions 15 on both sides of the movable portion 12 is not particularly limited to five.
弾性体部１５を構成するばねの材料は、半導体であるシリコンや金属等を採用することができるが、金属よりもシリコンであることが好ましい。これにより、エネルギ変換装置１は、弾性体部１５を構成するばねの材料が金属である場合に比べて、弾性体部１５での振動減衰に起因した運動エネルギの損失を低減することが可能となるから、エネルギ変換効率の向上を図れる。
The material of the spring that constitutes the elastic body portion 15 may be silicon or metal that is a semiconductor, but is preferably silicon rather than metal. As a result, the energy conversion device 1 can reduce the loss of kinetic energy due to vibration damping in the elastic body portion 15 as compared with the case where the spring material constituting the elastic body portion 15 is a metal. Therefore, the energy conversion efficiency can be improved.
弾性体部１５の材料としては、シリコンに限らず、例えば、ステンレス（例えば、ＳＵＳ３０４等）、鋼、銅、銅合金（真鍮、ベリリウム銅）、Ｔｉ合金、Ａｌ合金等を採用することができる。弾性体部１５の材料は、対数減衰率の低い材料が好ましく、例えば、対数減衰率が０．０４以下の材料が好ましい。
The material of the elastic body portion 15 is not limited to silicon, and for example, stainless steel (for example, SUS304), steel, copper, copper alloy (brass, beryllium copper), Ti alloy, Al alloy, or the like can be used. The material of the elastic body portion 15 is preferably a material having a low logarithmic attenuation rate, for example, a material having a logarithmic attenuation rate of 0.04 or less.
また、発電装置ＥＨは、弾性体部１５を構成するばねの材料がシリコンであれば、金属である場合に比べて、弾性体部１５の耐久性を向上させることが可能となる。また、発電装置ＥＨは、弾性体部１５を構成するばねの材料が、シリコンであることにより、基板１０としてシリコン基板を採用し、ＭＥＭＳ等の製造技術を利用して各々が基板１０の一部からなる各弾性体部１５を形成することが可能となる。これにより、発電装置ＥＨは、ばねの形状の弾性体部１５において厚み寸法Ｗ１（図３参照）に対する幅寸法Ｈ１（図２（ａ）参照）の比で表されるアスペクト比を大きくすることが可能となる。ＭＥＭＳ等の製造技術を利用する場合には、リソグラフィ技術及びエッチング技術を利用して基板１０をバルクマイクロマシニングすることにより、ばね形状の弾性体部１５の厚み寸法Ｗ１を高精度に制御することが可能となる。しかも、この場合には、ばね形状の弾性体部１５の幅寸法Ｈ１を基板１０の厚みと同じ値とすることが可能となるから、アスペクト比の大きなばね形状の弾性体部１５を寸法精度良く形成することが可能となる。なお、図２（ａ）、（ｂ）に示した発電装置ＥＨでは、弾性体部１５の形状として、つづら折れ状のばね形状を採用しており、ばね形状の弾性体部１５の厚み寸法Ｗ１を０．４ｍｍ、幅寸法Ｈ１を１ｍｍとしてある。この場合のアスペクト比は、２．５である。また、この一例の場合には、ｘ軸方向の剛性が約２７５４Ｎ／ｍ、ｙ軸方向の剛性が約３２６７Ｎ／ｍ、ｚ軸方向の剛性が約３１４６Ｎ／ｍである。つまり、この一例の場合には、上記第２方向における剛性が上記第２方向に直交する方向の剛性に比べて小さい。ただし、これらの数値例は、図３に示すように、つづら折れ状のばね形状の弾性体部１５自身において、折り返し箇所を２箇所だけ増やし、また、隣り合う部位同士の間隔Ｗ３を０．１２ｍｍ、ｘ軸方向における弾性体部１５全体の長さＸ１１を７ｍｍ、ｙ軸方向における弾性体部１５全体の長さＹ１１を７ｍｍとした場合の値である。剛性の測定に関しては、例えば、支持部１４を冶具で固定した後、微小引張試験機、あるいはフォースゲージとμメータとを組み合わせたものを用いることができる。この場合には、可動部１２に対してｘ軸方向、ｙ軸方向及びｚ軸方向それぞれの力を加えたときの変位を測定することで、ばね定数を算出することができる。
Further, in the power generation device EH, if the spring material constituting the elastic body portion 15 is made of silicon, the durability of the elastic body portion 15 can be improved as compared with the case where it is a metal. Further, the power generation device EH employs a silicon substrate as the substrate 10 because the spring material constituting the elastic body portion 15 is silicon, and each of them is a part of the substrate 10 using a manufacturing technique such as MEMS. It becomes possible to form each elastic body part 15 which consists of. As a result, the power generation device EH can increase the aspect ratio represented by the ratio of the width dimension H1 (see FIG. 2A) to the thickness dimension W1 (see FIG. 3A) in the elastic body portion 15 in the shape of a spring. It becomes possible. When manufacturing technology such as MEMS is used, the thickness dimension W1 of the spring-shaped elastic body portion 15 can be controlled with high accuracy by performing bulk micromachining of the substrate 10 using lithography technology and etching technology. It becomes possible. In addition, in this case, since the width dimension H1 of the spring-shaped elastic body portion 15 can be set to the same value as the thickness of the substrate 10, the spring-shaped elastic body portion 15 having a large aspect ratio can be formed with high dimensional accuracy. It becomes possible to form. In the power generation device EH shown in FIGS. 2 (a) and 2 (b), a spring-shaped spring shape is adopted as the shape of the elastic body portion 15, and the thickness dimension W1 of the spring-shaped elastic body portion 15 is adopted. Is 0.4 mm, and the width dimension H1 is 1 mm. In this case, the aspect ratio is 2.5. In this example, the rigidity in the x-axis direction is about 2754 N / m, the rigidity in the y-axis direction is about 3267 N / m, and the rigidity in the z-axis direction is about 3146 N / m. That is, in this example, the rigidity in the second direction is smaller than the rigidity in the direction orthogonal to the second direction. However, in these numerical examples, as shown in FIG. 3, in the spring-shaped elastic body portion 15 itself, the number of folded portions is increased by two, and the interval W3 between adjacent portions is 0.12 mm. These values are obtained when the length X11 of the entire elastic body portion 15 in the x-axis direction is 7 mm and the length Y11 of the entire elastic body portion 15 in the y-axis direction is 7 mm. Regarding the measurement of rigidity, for example, after the support portion 14 is fixed with a jig, a micro tensile tester or a combination of a force gauge and a μ meter can be used. In this case, the spring constant can be calculated by measuring the displacement when the forces in the x-axis direction, the y-axis direction, and the z-axis direction are applied to the movable portion 12.
発電装置ＥＨは、弾性体部１５が上記第２方向における可動部１２の両側の各々に、複数個ずつ並んで設けられている場合、各複数個ずつの弾性体部１５の全ての材料をシリコンとすることができる。振動ブロック１１は、各複数個ずつの弾性体部１５のうち少なくとも１個ずつの材料がシリコンであればよく、他の弾性体部１５の材料を金属としてもよい。
When a plurality of elastic body portions 15 are provided side by side on both sides of the movable portion 12 in the second direction, the power generation device EH uses all the material of each of the plurality of elastic body portions 15 as silicon. It can be. In the vibration block 11, at least one material of the plurality of elastic body portions 15 may be silicon, and the material of the other elastic body portions 15 may be metal.
弾性体部１５を構成するばねの形状は、例えば、つづら折れ状であることが好ましい。この場合、弾性体部１５は、平面視形状において折り返し部分に角のないＵ字状に形成された形状のほうが、平面視形状において折り返し部分に角のあるＵ字状に形成された形状よりも好ましい。発電装置ＥＨは、弾性体部１５の折り返し部分に角のない形状を採用することにより、弾性体部１５の折り返し部分での応力集中に起因した破損やクラックの発生等を抑制することが可能となる。
The shape of the spring constituting the elastic body portion 15 is preferably, for example, a folded shape. In this case, the shape of the elastic body portion 15 formed in a U shape without a corner in the folded portion in the plan view shape is more than the shape formed in a U shape having a corner in the folded portion in the plan view shape. preferable. The power generation device EH can suppress the occurrence of breakage, cracks, and the like due to stress concentration at the folded portion of the elastic body portion 15 by adopting a shape having no corners at the folded portion of the elastic body portion 15. Become.
また、つづら折れ状の弾性体部１５としては、平面視において折り返し部分の厚み寸法を他の部位の厚み寸法よりも大きくした形状としてもよく、弾性体部１５の折り返し部分での応力集中に起因した破損やクラックの発生等を抑制することが可能となる。
Further, the zigzag-shaped elastic body portion 15 may have a shape in which the thickness dimension of the folded portion is larger than the thickness dimension of other portions in plan view, and is caused by stress concentration at the folded portion of the elastic body portion 15. It is possible to suppress the occurrence of breakage and cracks.
また、つづら折れ状の弾性体部１５としては、平面視において折り返し部分間の距離が徐々に短くなる形状としてもよい。
Further, the zigzag-shaped elastic body portion 15 may have a shape in which the distance between the folded portions is gradually shortened in plan view.
また、弾性体部１５は、平面視において蛇行した形状であれば、つづら折れ状の形状に限らず、例えば、波形状（平面視で正弦波状）の形状でもよい。
Further, the elastic body portion 15 is not limited to a zigzag shape as long as it has a meandering shape in a plan view, and may be, for example, a wave shape (sine wave shape in a plan view).
また、弾性体部１５を構成するばねの形状は、つづら折れ状や波形状等の蛇行した形状に限らず、他の形状でもよい。
The shape of the spring constituting the elastic body portion 15 is not limited to a meandering shape such as a zigzag shape or a wave shape, but may be another shape.
可動部本体１３の厚み寸法は、各弾性体部１５の厚み寸法と同じに設定してあるが、これに限らず、可動部１２の所望の質量等に基づいて各弾性体部１５の厚み寸法よりも大きくしてもよい。また、可動部本体１３の厚み寸法は、各弾性体部１５の厚み寸法よりも小さくしてもよい。この場合は、弾性体部１５の上記第１方向の剛性を高くすることが可能となる。
Although the thickness dimension of the movable part main body 13 is set to be the same as the thickness dimension of each elastic body part 15, it is not limited to this, and the thickness dimension of each elastic body part 15 is based on the desired mass of the movable part 12 or the like. May be larger. Moreover, the thickness dimension of the movable part main body 13 may be smaller than the thickness dimension of each elastic body part 15. In this case, the rigidity of the elastic body portion 15 in the first direction can be increased.
発電装置ＥＨは、弾性体部１５を構成するばねの平面視の形状を、蛇行した形状とした場合、上記第２方向において可動部１２と支持部１４との間に生じるデッドスペースの面積をより小さくすることが好ましい。これにより、発電装置ＥＨは、歪みエネルギとして蓄えられるエネルギ量を増加させることが可能となる。よって、発電装置ＥＨは、歪みエネルギとして蓄えるエネルギ量が同じであれば、弾性体部１５の小型化及び低背化を図ることが可能となる。金属等の機械加工では、弾性体部１５の小型化に関し、弾性体部１５の厚み寸法Ｗ１を２００〜３００μｍ程度、折り返した部位間の寸法Ｗ３を２００〜３００μｍ程度よりも小型化するのが難しい。これに対して、マイクロマシニング技術を利用して弾性体部１５を形成するようにした場合には、弾性体部１５のより一層の小型化を図ることが可能となり、デッドスペースの面積を小さくすることが可能となる。デッドスペースの面積を小さくする設計例としては、例えば、弾性体部１５の厚み寸法Ｗ１を１０μｍ程度とし、折り返した部位間の寸法Ｗ３を１０μｍ程度とすればよく、マイクロマシニング技術を利用して弾性体部１５を形成することで実現できる。
When the shape of the spring constituting the elastic body portion 15 in a plan view is a meandering shape, the power generation device EH reduces the area of the dead space generated between the movable portion 12 and the support portion 14 in the second direction. It is preferable to make it small. Thereby, the power generation device EH can increase the amount of energy stored as strain energy. Therefore, if the energy amount stored as strain energy is the same, the power generation device EH can reduce the size and the height of the elastic body portion 15. In the machining of metal or the like, regarding the downsizing of the elastic body part 15, it is difficult to reduce the thickness W1 of the elastic body part 15 to about 200 to 300 μm and the dimension W3 between the folded parts to about 200 to 300 μm. . On the other hand, when the elastic body portion 15 is formed using the micromachining technology, the elastic body portion 15 can be further reduced in size, and the area of the dead space is reduced. It becomes possible. As a design example for reducing the area of the dead space, for example, the thickness W1 of the elastic body 15 may be about 10 μm, and the dimension W3 between the folded portions may be about 10 μm. This can be realized by forming the body part 15.
また、振動ブロック１１は、弾性体部１５が、側面視で波板状（コルゲート板状）の形状でもよい。
Further, in the vibration block 11, the elastic body portion 15 may have a corrugated plate shape (corrugated plate shape) in a side view.
第１スペーサ４１及び第２スペーサ４２は、枠状に形成されている。発電装置ＥＨは、第１スペーサ４１の形状と第２スペーサ４２の形状とを同じ形状に設定してあることが好ましい。これにより、発電装置ＥＨは、部品共通化による低コスト化を図ることが可能となる。
The first spacer 41 and the second spacer 42 are formed in a frame shape. In the power generation device EH, the shape of the first spacer 41 and the shape of the second spacer 42 are preferably set to the same shape. As a result, the power generation apparatus EH can achieve cost reduction by sharing parts.
また、第１スペーサ４１及び第２スペーサ４２の外形寸法は、振動ブロック１１の外形寸法に合わせてあることが好ましい。
In addition, the outer dimensions of the first spacer 41 and the second spacer 42 are preferably matched to the outer dimensions of the vibration block 11.
第１スペーサ４１及び第２スペーサ４２の各々の材料としては、例えば、エンジニヤリングプラスチック（例えば、ポリカーボネート等）等の樹脂、セラミック、シリコン等を採用することができる。第１スペーサ４１及び第２スペーサ４２の各々の材料としてシリコンを採用した場合には、第１スペーサ４１及び第２スペーサ４２の各々をシリコン基板から形成することができる。これにより、第１スペーサ４１及び第２スペーサ４２の各々と振動ブロック１１の支持部１４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、樹脂接合法等を採用することができる。
As the material of each of the first spacer 41 and the second spacer 42, for example, resin such as engineering plastic (for example, polycarbonate), ceramic, silicon, or the like can be used. When silicon is employed as the material of each of the first spacer 41 and the second spacer 42, each of the first spacer 41 and the second spacer 42 can be formed from a silicon substrate. Thereby, as a joining method of each of the first spacer 41 and the second spacer 42 and the support portion 14 of the vibration block 11, for example, a surface activated joining method, a eutectic joining method, a resin joining method, or the like is adopted. can do.
第１キャップ２１及び第２キャップ３１の外形寸法は、振動ブロック１１の外形寸法に合わせてあることが好ましい。
The outer dimensions of the first cap 21 and the second cap 31 are preferably matched with the outer dimensions of the vibration block 11.
発電装置ＥＨは、第１キャップ２１の形状と第２キャップ３１の形状とを同じ形状に設定してあることが好ましい。これにより、発電装置ＥＨは、部品共通化による低コスト化を図ることが可能となる。
In the power generation device EH, the shape of the first cap 21 and the shape of the second cap 31 are preferably set to the same shape. As a result, the power generation apparatus EH can achieve cost reduction by sharing parts.
第１キャップ２１及び第２キャップ３１の各々の材料としては、例えば、エンジニヤリングプラスチック（例えば、ポリカーボネート等）等の樹脂、セラミック、シリコン等を採用することができる。第１キャップ２１及び第２キャップ３１の各々の材料としてシリコンを採用した場合には、第１キャップ２１及び第２キャップ３１の各々をシリコン基板から形成することができる。これにより、第１キャップ２１、第２キャップ３１と、第１スペーサ４１、第２スペーサ４２それぞれ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、樹脂接合法等を採用することができる。また、発電装置ＥＨは、第１スペーサ４１及び第２スペーサ４２を設けずに、第１キャップ２１及び第２キャップ３１を振動ブロック１１に固定した構成としてもよい。
As each material of the first cap 21 and the second cap 31, for example, resin such as engineering plastic (for example, polycarbonate) or the like, ceramic, silicon or the like can be employed. When silicon is employed as the material for each of the first cap 21 and the second cap 31, each of the first cap 21 and the second cap 31 can be formed from a silicon substrate. Thereby, as a joining method of the 1st cap 21, the 2nd cap 31, and the 1st spacer 41 and the 2nd spacer 42, for example, a surface activation joining method, a eutectic joining method, a resin joining method, etc. Can be adopted. Further, the power generation device EH may have a configuration in which the first cap 21 and the second cap 31 are fixed to the vibration block 11 without providing the first spacer 41 and the second spacer 42.
発電装置ＥＨは、第１キャップ２１と第１スペーサ４１と振動ブロック１１と第２スペーサ４２と第２キャップ３１とを、複数個（例えば、４個）のねじ（図示せず）により固定するようにしてもよいし、接着剤により固定するようにしてもよいし、固定部材として、ねじと接着剤とを併用してもよい。また、発電装置ＥＨは、第１キャップ２１、第１スペーサ４１、振動ブロック１１、第２スペーサ４２及び第２キャップ３１それぞれからなる部材のうち、発電装置ＥＨの厚み方向において隣り合う部材同士に、相互に嵌合可能な構造を設けて嵌合させることで固定するようにしてもよい。
The power generation device EH fixes the first cap 21, the first spacer 41, the vibration block 11, the second spacer 42, and the second cap 31 with a plurality of (for example, four) screws (not shown). Alternatively, it may be fixed with an adhesive, or a screw and an adhesive may be used in combination as a fixing member. In addition, the power generation device EH includes members adjacent to each other in the thickness direction of the power generation device EH among members formed of the first cap 21, the first spacer 41, the vibration block 11, the second spacer 42, and the second cap 31, respectively. You may make it fix by providing the structure which can be mutually fitted and making it fit.
図５に示した発電装置ＥＨは、第１キャップ２１、第１スペーサ４１、振動ブロック１１、第２スペーサ４２及び第２キャップ３１それぞれの四隅に、固定用のねじを挿通可能な貫通孔２１ａ、４１ａ、１１ａ、４２ａ及び３１ａをそれぞれ形成してある。各貫通孔２１ａ、４１ａ、１１ａ、４２ａ及び３１ａの平面視での開口形状は、円形状としてある。これらの開口形状は、円形状以外の形状でもよい。
The power generation device EH shown in FIG. 5 includes through holes 21a through which fixing screws can be inserted into four corners of the first cap 21, the first spacer 41, the vibration block 11, the second spacer 42, and the second cap 31, respectively. 41a, 11a, 42a and 31a are formed, respectively. The opening shape of each through hole 21a, 41a, 11a, 42a, and 31a in plan view is a circular shape. These opening shapes may be other than circular shapes.
また、振動ブロック１１は、可動部本体１３から平面視において上記第２方向に直交する方向に突出する２つの突部１３ｂを一体に設けてある。各突部１３ｂの各々は、平面視矩形状に形成されている。また、振動ブロック１１は、枠状の支持部１４の内側面に、各突部１３ｂの各々を上記第２方向に変位可能とする２つの第１凹部（第１切欠部）１４ｂが形成されている。そして、第１キャップ２１及び第２キャップ３１には、各第１凹部１４ｂの各々の投影領域に、矩形状の貫通孔２１ｂ、３１ｂがそれぞれ形成されている。また、第１スペーサ４１及び第２スペーサ４２の内側面には、各第１凹部１４ｂの各々の投影領域に、第２凹部（第２切欠部）４１ｂ、４２ｂがそれぞれ形成されている。したがって、発電装置ＥＨでは、外部から貫通孔２１ｂ、３１ｂ及び第２凹部４１ｂ、４２ｂを通して、両突部１３ｂに対して適宜の冶具により外力を与えて可動部１２を上記第２方向へ変位させることが可能となっている。これにより、発電装置ＥＨでは、両突部１３ｂを変位させた後に冶具を引き抜けば、可動部１２が上記第２方向に振動することとなる。要するに、発電装置ＥＨは、可動部１２を変位させて作動させることが可能である。この場合の可動部１２の振動は、減衰振動である。これにより、発電装置ＥＨの出力電圧（発電装置ＥＨで発生する交流電圧）の波形は、例えば、図７に示すように時間の経過とともに減衰する波形となる。なお、冶具としては、例えば、二股のフォーク状の形状のものを採用することができる。
The vibration block 11 is integrally provided with two protrusions 13b that protrude from the movable part main body 13 in a direction orthogonal to the second direction in plan view. Each protrusion 13b is formed in a rectangular shape in plan view. The vibration block 11 has two first recesses (first notch portions) 14b that can displace each of the protrusions 13b in the second direction on the inner surface of the frame-shaped support portion 14. Yes. In the first cap 21 and the second cap 31, rectangular through holes 21b and 31b are formed in the respective projection regions of the first recesses 14b. Further, on the inner side surfaces of the first spacer 41 and the second spacer 42, second recesses (second notches) 41b and 42b are formed in the respective projection regions of the first recesses 14b. Accordingly, in the power generation device EH, the movable portion 12 is displaced in the second direction by applying an external force to the protrusions 13b with an appropriate jig through the through holes 21b and 31b and the second recesses 41b and 42b from the outside. Is possible. Thereby, in the power generation device EH, if the jig is pulled out after displacing both protrusions 13b, the movable portion 12 will vibrate in the second direction. In short, the power generation device EH can be operated by displacing the movable portion 12. The vibration of the movable part 12 in this case is a damped vibration. Thereby, the waveform of the output voltage of the power generation device EH (AC voltage generated by the power generation device EH) becomes, for example, a waveform that attenuates with time as shown in FIG. As the jig, for example, a bifurcated fork-shaped one can be adopted.
振動ブロック１１は、図２（ｂ）、図６（ａ）、図６（ｂ）に示すように、支持部１４に、上記第２方向への可動部１２の変位量を制限するテーパ状のストッパ部１４ｃを設けてある。一方、可動部１２の外周面（可動部本体１３の外側面）には、ストッパ部１４ｃと略平行な傾斜面１２ｃを設けてある。支持部１４に設けられたストッパ部１４ｃは、支持部１４の内側面において上記第２方向に平行な面に対して傾斜している。可動部１２に設けられた傾斜面１２ｃは、可動部１２の外周面において上記第２方向に平行な面に対して傾斜している。
As shown in FIGS. 2B, 6A, and 6B, the vibration block 11 has a tapered shape that restricts the displacement of the movable portion 12 in the second direction on the support portion 14. A stopper portion 14c is provided. On the other hand, an inclined surface 12c substantially parallel to the stopper portion 14c is provided on the outer peripheral surface of the movable portion 12 (the outer surface of the movable portion main body 13). The stopper portion 14 c provided on the support portion 14 is inclined with respect to a plane parallel to the second direction on the inner side surface of the support portion 14. The inclined surface 12 c provided on the movable portion 12 is inclined with respect to a surface parallel to the second direction on the outer peripheral surface of the movable portion 12.
発電装置ＥＨでは、両突部１３ｂに対して適宜の冶具により外力を与えて可動部１２を上記第２方向へ変位させる際に、傾斜面１２ｃがストッパ部１４ｃに接触することで可動部１２の変位が制限される。これにより、発電装置ＥＨは、可動部１２を作動させる際に可動部１２の変位量（可動部１２の初期変位）を略一定値とすることが可能となる。また、発電装置ＥＨでは、上記第２方向とは異なる方向への可動部１２の変位を抑制することが可能となる。これらにより、発電装置ＥＨでは、外力を与える度に発電出力がばらつくのを抑制することが可能となる。なお、図６（ａ）中の矢印は、可動部１２を変位させる向きの一例を示している。発電装置ＥＨは、図６（ａ）中の矢印とは逆向きへ変位させることも可能である。
In the power generation device EH, when the movable portion 12 is displaced in the second direction by applying an external force to both the protrusions 13b with an appropriate jig, the inclined surface 12c comes into contact with the stopper portion 14c so that the movable portion 12 Displacement is limited. Thus, the power generation device EH can set the displacement amount of the movable portion 12 (initial displacement of the movable portion 12) to a substantially constant value when the movable portion 12 is operated. Moreover, in the electric power generating apparatus EH, it becomes possible to suppress the displacement of the movable part 12 in a direction different from the second direction. As a result, in the power generation device EH, it is possible to suppress the variation in the power generation output each time an external force is applied. In addition, the arrow in Fig.6 (a) has shown an example of the direction which displaces the movable part 12. FIG. The power generation device EH can be displaced in the direction opposite to the arrow in FIG.
コイルブロック４は、複数個（例えば、５個）のコイル４ａを備えている。これら複数個のコイル４ａは、上記第２方向に並んで配置され接着剤によりブロック化されている。要するに、コイルブロック４は、コイル４ａが１次元のアレイ状に配置されたコイルアレイにより構成されている。また、磁石ブロック３は、磁石２が１次元のアレイ状に配置された磁石アレイにより構成されている。コイルブロック４のコイル４ａの数は、磁石ブロック３の磁石２の数より１だけ多いほうが好ましい。要するに、磁石ブロック３の磁石２の数をｍ（ｍは自然数）とすれば、コイルブロック４のコイル４ａの数は、ｍ＋１とすることが好ましい。また、コイルブロック４におけるコイル４ａのピッチと、磁石ブロック３における磁石２のピッチとは同じであることが好ましい。また、コイルブロック４は、対向する磁石ブロック３において隣り合う磁石２同士の境界とコイル４ａの中心線（口軸）とが同一平面上に揃うように各コイル４ａが配置されていることが好ましい。これにより、発電装置ＥＨは、エネルギ変換効率を向上させることが可能となる。
The coil block 4 includes a plurality of (for example, five) coils 4a. The plurality of coils 4a are arranged side by side in the second direction and are blocked by an adhesive. In short, the coil block 4 is configured by a coil array in which the coils 4a are arranged in a one-dimensional array. The magnet block 3 is configured by a magnet array in which the magnets 2 are arranged in a one-dimensional array. The number of coils 4 a in the coil block 4 is preferably one more than the number of magnets 2 in the magnet block 3. In short, if the number of magnets 2 in the magnet block 3 is m (m is a natural number), the number of coils 4a in the coil block 4 is preferably m + 1. Moreover, it is preferable that the pitch of the coil 4a in the coil block 4 and the pitch of the magnet 2 in the magnet block 3 are the same. Moreover, it is preferable that each coil 4a is arrange | positioned so that the boundary of the adjacent magnets 2 and the centerline (mouth axis) of the coil 4a may be on the same plane. . Thereby, the power generation device EH can improve the energy conversion efficiency.
コイル４ａは、芯材４ｂに巻回されたコイル線材により構成されている。コイル線材としては、絶縁被覆付きの銅線を採用することができる。コイル線材は、巻線機により芯材４ｂに巻き付けて接着剤等により固定されている。芯材４ｂの材料としては、例えば、エンジニヤリングプラスチック（例えば、ポリカーボネート等）等の樹脂や、セラミック等の絶縁性材料を採用することが好ましい。銅線を被覆する絶縁膜の材料としては、例えば、ウレタン、ホルマール、ポリエステル、ポリエステルイミド、ポリアミドイミド等を採用することができる。
The coil 4a is composed of a coil wire wound around the core material 4b. As the coil wire, a copper wire with an insulation coating can be employed. The coil wire is wound around the core 4b by a winding machine and fixed with an adhesive or the like. As the material of the core material 4b, it is preferable to employ, for example, a resin such as engineering plastic (for example, polycarbonate) or an insulating material such as ceramic. As a material for the insulating film covering the copper wire, for example, urethane, formal, polyester, polyesterimide, polyamideimide and the like can be employed.
芯材４ｂは、短冊状に形成されている。芯材４ｂは、厚み方向が上記第２方向に一致し、幅方向が振動ブロック１１の厚み方向に一致し、長手方向が平面視において上記第２方向に直交する方向に一致するように配置されている。
The core material 4b is formed in a strip shape. The core material 4b is disposed so that the thickness direction thereof coincides with the second direction, the width direction thereof coincides with the thickness direction of the vibration block 11, and the longitudinal direction thereof coincides with a direction orthogonal to the second direction in plan view. ing.
コイルブロック４は、磁石ブロック３との対向面側が平坦化されるように、各コイル４ａを各芯材４ｂの幅方向において磁石ブロック３側の一端部に巻回してある。第１キャップ２１に保持されるコイルブロック４（以下、「第１コイルブロック４Ａ」ともいう。）は、各芯材４ｂの幅方向の他端部を、第１キャップ２１に形成された複数の位置決め用の貫通孔２１ｃの各々に挿入し固定してある。第１キャップ２１に第１コイルブロック４Ａを組み込む際には、例えば、別途に用意したダミー部材（組立用の冶具）の平坦面に、磁石ブロック３との対向面となる側を突き当てた状態で、各芯材４ｂを第１キャップ２１に固定し、その後、ダミー部材を取り去ればよい。これにより、第１コイルブロック４Ａでは、複数のコイル４ａのコイル面が揃うこととなり、磁石ブロック３との対向面側が略平坦となる。
In the coil block 4, each coil 4a is wound around one end portion on the magnet block 3 side in the width direction of each core member 4b so that the surface facing the magnet block 3 is flattened. The coil block 4 held by the first cap 21 (hereinafter also referred to as “first coil block 4A”) has a plurality of other end portions in the width direction of the core members 4b formed on the first cap 21. It is inserted and fixed in each of the positioning through holes 21c. When the first coil block 4A is assembled in the first cap 21, for example, a state where the side that faces the magnet block 3 is abutted against the flat surface of a separately prepared dummy member (assembly jig). Then, each core member 4b may be fixed to the first cap 21, and then the dummy member may be removed. Thus, in the first coil block 4A, the coil surfaces of the plurality of coils 4a are aligned, and the surface facing the magnet block 3 is substantially flat.
また、第２キャップ３１に保持されるコイルブロック４（以下、「第２コイルブロック４Ｂ」ともいう。）は、各芯材４ｂの幅方向の他端部を、第２キャップ３１に形成された複数の位置決め用の貫通孔３１ｃの各々に挿入し固定してある。第２キャップ３１に第２コイルブロック４Ｂを組み込む際には、例えば、別途に用意したダミー部材（組立用の冶具）の平坦面に、磁石ブロック３との対向面となる側を突き当てた状態で、各芯材４ｂを第２キャップ３１に固定し、その後、ダミー部材を取り去ればよい。これにより、第２コイルブロック４Ｂでは、複数のコイル４ａのコイル面が揃うこととなり、磁石ブロック３との対向面側が略平坦となる。
The coil block 4 held by the second cap 31 (hereinafter also referred to as “second coil block 4B”) is formed on the second cap 31 at the other end in the width direction of each core member 4b. It is inserted and fixed in each of the plurality of positioning through holes 31c. When assembling the second coil block 4B into the second cap 31, for example, a state where the side that faces the magnet block 3 is abutted against the flat surface of a separately prepared dummy member (assembly jig) Then, each core member 4b may be fixed to the second cap 31, and then the dummy member may be removed. Thereby, in the 2nd coil block 4B, the coil surface of the some coil 4a will be gathered, and the opposing surface side with the magnet block 3 will become substantially flat.
コイルブロック４において隣り合うコイル４ａ同士は、第１の導電性接合材で接合され電気的に接続されている。第１の導電性接合材の材料としては、例えば、半田や銀ペースト等を採用することができる。隣り合うコイル４ａ同士は、それぞれ逆巻き方向となるように直列接続されている。
The adjacent coils 4a in the coil block 4 are joined and electrically connected by a first conductive joining material. As a material of the first conductive bonding material, for example, solder, silver paste, or the like can be employed. Adjacent coils 4a are connected in series so as to be in the reverse winding direction.
第１コイルブロック４Ａの両端のコイル４ａそれぞれにおいて隣り合うコイル４ａに接続されていない側の線端部は、第１キャップ２１に設けられた電極（図示せず）に電気的に接続されている。第２コイルブロック４Ｂの両端のコイル４ａそれぞれにおいて隣り合うコイル４ａに接続されていない側の線端部は、第２キャップ３１に設けられた電極（図示せず）に電気的に接続されている。線端部と電極とは、第２の導電性接合材で接合され電気的に接続されている。第２の導電性接合材の材料としては、例えば、半田や銀ペースト等を採用することができる。第２の導電性接合材としては、金属製のねじ等を用いてもよい。
In each of the coils 4a at both ends of the first coil block 4A, the line end on the side not connected to the adjacent coil 4a is electrically connected to an electrode (not shown) provided on the first cap 21. . In each of the coils 4a at both ends of the second coil block 4B, the line end on the side not connected to the adjacent coil 4a is electrically connected to an electrode (not shown) provided on the second cap 31. . The line end and the electrode are joined and electrically connected by the second conductive joining material. As the material of the second conductive bonding material, for example, solder, silver paste, or the like can be employed. A metal screw or the like may be used as the second conductive bonding material.
発電装置ＥＨは、各コイル４ａの各々が芯材４ｂを備えている（つまり、各コイル４ａの各々は、いわゆる有芯コイルである）が、芯材４ｂを備えていないもの（いわゆる空芯コイル）でもよい。芯材４ｂを備えない構成とする場合には、例えば、第１キャップ２１及び第２キャップ３１の各々に各コイル４ａを各別に位置決めするリブ（突起）を設ければよい。この場合には、例えばリブにコイル４ａが巻装された状態で、リブとコイル４ａとを接着剤等で接着すればよい。
In the power generation device EH, each of the coils 4a includes a core material 4b (that is, each of the coils 4a is a so-called cored coil), but does not include the core material 4b (a so-called air-core coil). ) In the case where the core material 4b is not provided, for example, ribs (projections) for positioning the coils 4a individually may be provided on each of the first cap 21 and the second cap 31. In this case, for example, the rib and the coil 4a may be bonded with an adhesive or the like in a state where the coil 4a is wound around the rib.
また、各コイル４ａの各々は、例えば、平面コイルにより構成してもよい。この場合には、例えば、第１キャップ２１及び第２キャップ３１の各々に平面コイルを形成すればよい。
Further, each of the coils 4a may be constituted by a planar coil, for example. In this case, for example, a planar coil may be formed in each of the first cap 21 and the second cap 31.
平面コイルの材料としては、例えば、銅、金、銀等を採用することができる。また、平面コイルの材料としては、パーマロイ、コバルト基アモルファス合金、フェライト等を採用してもよい。平面コイルは、蒸着法、スパッタ法等の薄膜形成技術、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術等を利用して形成することができる。
As a material of the planar coil, for example, copper, gold, silver or the like can be adopted. Further, as a material for the planar coil, permalloy, cobalt-based amorphous alloy, ferrite, or the like may be employed. The planar coil can be formed using a thin film formation technique such as a vapor deposition method or a sputtering method, a photolithography technique, an etching technique, or the like.
ところで、図１９に示した構成の発電装置３００では、コイルバネ３３０の中間部が矢印Ｚ１方向へ変位可能であると推考される。このため、発電装置３００では、永久磁石３２０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ったり、発電効率が低下する懸念がある。つまり、発電装置３００のようなエネルギ変換装置では、エネルギ変換特性が不安定となったり、エネルギ変換効率が低下する懸念がある。また、発電装置３００は、上述の間隔を狭くすると、永久磁石３２０が平面コイル３１４ａ及び３１４ｂに接触してしまう懸念がある。
By the way, in the electric power generating apparatus 300 of the structure shown in FIG. 19, it is estimated that the intermediate part of the coil spring 330 can be displaced to the arrow Z1 direction. For this reason, in the power generation device 300, there is a concern that the above-described interval fluctuates due to vibration in the thickness direction of the permanent magnet 320, power generation characteristics become unstable, and power generation efficiency decreases. That is, in an energy conversion device such as the power generation device 300, there is a concern that the energy conversion characteristics become unstable or the energy conversion efficiency decreases. Moreover, if the above-mentioned space | interval narrows the electric power generating apparatus 300, there exists a possibility that the permanent magnet 320 may contact flat coil 314a and 314b.
また、上述の発電装置３００は、プリント基板３１２の開口部３１２ａにおける矢印Ｘ１方向及び矢印Ｘ２方向に沿った側面と永久磁石３２０とが接することで、矢印Ｘ１方向と矢印Ｚ１方向とに直交する方向に対する永久磁石３２０の移動が規制されているものと推考される。しかしながら、このような場合には、永久磁石３２０が矢印Ｘ１方向（矢印Ｘ２方向）に振動する際に摺動抵抗が生じて、発電効率が低下してしまうものと考えられる。
Further, in the power generation device 300 described above, the permanent magnet 320 is in contact with the side surface along the arrow X1 direction and the arrow X2 direction in the opening 312a of the printed circuit board 312 so that the direction is perpendicular to the arrow X1 direction and the arrow Z1 direction. It is considered that the movement of the permanent magnet 320 with respect to is restricted. However, in such a case, it is considered that when the permanent magnet 320 vibrates in the direction of the arrow X1 (the direction of the arrow X2), sliding resistance is generated and power generation efficiency is reduced.
これに対し、発電装置ＥＨにおける弾性体部１５は、上記第２方向における剛性が上記第２方向に直交する方向の剛性に比べて小さい。よって、発電装置ＥＨは、可動部１２の振動方向を、上記第２方向に単方向化することが可能となり、エネルギ変換効率の向上を図ることが可能となる。
On the other hand, the elastic body portion 15 in the power generation device EH has a rigidity in the second direction that is smaller than a rigidity in a direction orthogonal to the second direction. Therefore, the power generation device EH can make the vibration direction of the movable portion 12 unidirectional in the second direction, and can improve the energy conversion efficiency.
また、発電装置ＥＨは、上記第２方向における可動部１２の両側それぞれに複数の弾性体部１５が設けられている。これにより、発電装置ＥＨは、可動部１２の両側の各々に弾性体部１５が１個ずつ設けられている場合に比べて、可動部１２の振動方向の更なる単方向化が可能となり、エネルギ変換効率の更なる向上を図ることが可能となる。
Moreover, the electric power generating apparatus EH is provided with a plurality of elastic body portions 15 on both sides of the movable portion 12 in the second direction. Thereby, compared with the case where one elastic body part 15 is provided on each of both sides of the movable part 12, the power generation device EH can further make the vibration direction of the movable part 12 unidirectional, It becomes possible to further improve the conversion efficiency.
また、発電装置ＥＨは、第１キャップ２１、第２キャップ３1に、第１コイルブロック４Ａ、第２コイルブロック４Ｂそれぞれが保持されている。これにより、発電装置ＥＨは、第１キャップ２１と第２キャップ３１との一方のみにコイルブロック４が保持されている場合に比べて、エネルギ変換効率の向上を図れる。
In the power generation device EH, the first coil block 4A and the second coil block 4B are held by the first cap 21 and the second cap 31, respectively. As a result, the power generation device EH can improve the energy conversion efficiency as compared with the case where the coil block 4 is held only in one of the first cap 21 and the second cap 31.
また、発電装置ＥＨは、第１コイルブロック４Ａにおける複数個のコイル４ａの直列回路と、第２コイルブロック４Ｂにおける複数個のコイル４ａの直列回路とを直列接続することで、出力電圧を高めることも可能となる。
Further, the power generation device EH increases the output voltage by connecting in series the series circuit of the plurality of coils 4a in the first coil block 4A and the series circuit of the plurality of coils 4a in the second coil block 4B. Is also possible.
また、発電装置ＥＨは、第１キャップ２１と振動ブロック１１との間に配置された枠状の第１スペーサ４１を備えている。これにより、発電装置ＥＨは、第１コイルブロック４Ａと磁石ブロック３との間のギャップ長を、第１スペーサ４１の厚みで規定することが可能となる。したがって、発電装置ＥＨは、第１コイルブロック４Ａと磁石ブロック３との間のギャップの狭ギャップ化を図りながらも、第１コイルブロック４Ａと磁石ブロック３との接触を防止することが可能となる。発電装置ＥＨは、第１コイルブロック４Ａと磁石ブロック３との間のギャップの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、エネルギ変換効率の向上を図ることが可能となる。
In addition, the power generation device EH includes a frame-shaped first spacer 41 disposed between the first cap 21 and the vibration block 11. Accordingly, the power generation device EH can define the gap length between the first coil block 4A and the magnet block 3 by the thickness of the first spacer 41. Therefore, the power generation device EH can prevent the contact between the first coil block 4A and the magnet block 3 while narrowing the gap between the first coil block 4A and the magnet block 3. . The power generation device EH can improve the use efficiency of the magnetic flux by narrowing the gap between the first coil block 4A and the magnet block 3, and can improve the energy conversion efficiency. It becomes.
また、発電装置ＥＨは、第２キャップ３１と振動ブロック１１との間に配置された枠状の第２スペーサ４２を備えている。これにより、発電装置ＥＨは、第２コイルブロック４Ｂと磁石ブロック３との間のギャップ長を、第２スペーサ４２の厚みで規定することが可能となる。したがって、発電装置ＥＨは、第２コイルブロック４Ｂと磁石ブロック３との間のギャップの狭ギャップ化を図りながらも、第２コイルブロック４Ｂと磁石ブロック３との接触を防止することが可能となる。発電装置ＥＨは、第２コイルブロック４Ｂと磁石ブロック３との間のギャップの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、エネルギ変換効率の向上を図ることが可能となる。
Further, the power generation device EH includes a frame-shaped second spacer 42 disposed between the second cap 31 and the vibration block 11. Accordingly, the power generation device EH can define the gap length between the second coil block 4B and the magnet block 3 by the thickness of the second spacer 42. Therefore, the power generation device EH can prevent contact between the second coil block 4B and the magnet block 3 while narrowing the gap between the second coil block 4B and the magnet block 3. . The power generation device EH can improve the use efficiency of the magnetic flux by narrowing the gap between the second coil block 4B and the magnet block 3, and can improve the energy conversion efficiency. It becomes.
発電装置ＥＨは、可動部１２の上記第２方向へ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。この場合、発電装置ＥＨの開放電圧は、可動部１２の振動に応じた交流電圧となる。発電装置ＥＨは、両突部１３ｂに冶具等により外力を与え後に冶具を引き抜けば、可動部１２が減衰振動するので、この減衰振動に応じた交流電圧を発生する。
In the power generation apparatus EH, an AC induced electromotive force is generated by electromagnetic induction generated in accordance with the vibration of the movable portion 12 in the second direction. In this case, the open circuit voltage of the power generation device EH is an AC voltage corresponding to the vibration of the movable part 12. The power generation device EH generates an AC voltage corresponding to the damped vibration because the movable portion 12 dampens when the jig 13 is pulled out after applying external force to the both protrusions 13b with a jig or the like.
よって、本実施形態のエネルギ変換装置１においては、可動部１２を変位させて作動させることが可能であり、且つ、エネルギ変換効率の向上を図ることが可能となる。
Therefore, in the energy conversion device 1 of the present embodiment, the movable portion 12 can be operated by being displaced, and the energy conversion efficiency can be improved.
なお、発電装置ＥＨは、この発電装置ＥＨの共振周波数と一致する環境振動（外部振動）を利用して発電させることもできる。環境振動としては、例えば、稼動中のＦＡ（factory automation）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等、種々の環境振動がある。発電装置ＥＨ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ＥＨの共振周波数と一致する場合、発電装置ＥＨの共振周波数と同じになる。
The power generation device EH can also generate power using environmental vibration (external vibration) that matches the resonance frequency of the power generation device EH. Examples of the environmental vibration include various environmental vibrations such as vibrations generated by an operating FA (factory automation) device, vibrations generated by traveling of the vehicle, and vibrations generated by human walking. The frequency of the AC voltage generated by the power generation device EH is the same as the resonance frequency of the power generation device EH when the frequency of the environmental vibration matches the resonance frequency of the power generation device EH.
以下では、エネルギ変換装置１の具体的な回路構成例について図８の回路図に基づいて説明する。
Below, the specific circuit structural example of the energy converter 1 is demonstrated based on the circuit diagram of FIG.
図８では、発電装置ＥＨを等価回路で記載してある。この等価回路では、発電装置ＥＨを、交流電圧源Ｖｓと、発電装置ＥＨの抵抗成分により構成される抵抗Ｒｓと、発電装置ＥＨのインダクタンス成分により構成されるインダクタＬｓとの直列回路で表わしてある。発電装置ＥＨの抵抗成分とは、コイルブロック４の各コイル４ａの抵抗成分の合成抵抗に相当する抵抗成分である。発電装置ＥＨのインダクタンス成分とは、コイルブロック４の各コイル４ａのインダクタンス成分の合成インダクタンスに相当するインダクタンス成分である。
In FIG. 8, the power generation device EH is described with an equivalent circuit. In this equivalent circuit, the power generation device EH is represented by a series circuit of an AC voltage source Vs, a resistor Rs constituted by a resistance component of the power generation device EH, and an inductor Ls constituted by an inductance component of the power generation device EH. . The resistance component of the power generation device EH is a resistance component corresponding to the combined resistance of the resistance components of the coils 4 a of the coil block 4. The inductance component of the power generation device EH is an inductance component corresponding to the combined inductance of the inductance components of the coils 4a of the coil block 4.
整流平滑回路１０２は、両波倍電圧整流回路により構成することができる。両波倍電圧整流回路は、２個のダイオードＤ１、Ｄ２と、２個のコンデンサＣ１、Ｃ２と、を備えている。両波倍電圧整流回路は、２個のダイオードＤ１、Ｄ２の直列回路と、２個のコンデンサＣ１、Ｃ２の直列回路と、が並列接続されている。要するに、両波倍電圧整流回路は、２個のダイオードＤ１、Ｄ２と、２個のコンデンサＣ１、Ｃ２と、がブリッジ接続されている。両波倍電圧整流回路は、ダイオードＤ１のカソードが、２個のコンデンサＣ１、Ｃ２の直列回路の一端に接続され、ダイオードＤ２のアノードが、２個のコンデンサＣ１、Ｃ２の直列回路の他端に接続されている。
The rectifying / smoothing circuit 102 can be constituted by a double wave voltage doubler rectifying circuit. The double wave voltage doubler rectifier circuit includes two diodes D1 and D2 and two capacitors C1 and C2. In the double voltage rectifier circuit, a series circuit of two diodes D1 and D2 and a series circuit of two capacitors C1 and C2 are connected in parallel. In short, in the double-wave voltage doubler rectifier circuit, two diodes D1 and D2 and two capacitors C1 and C2 are bridge-connected. In the double voltage rectifier circuit, the cathode of the diode D1 is connected to one end of a series circuit of two capacitors C1 and C2, and the anode of the diode D2 is connected to the other end of the series circuit of two capacitors C1 and C2. It is connected.
エネルギ変換装置１は、発電装置１０１の一方の出力端が、２個のダイオードＤ１、Ｄ２の直列回路における両ダイオードＤ１、Ｄ２の接続点に接続されている。また、エネルギ変換装置１は、発電装置１０１の他方の出力端が、２個のコンデンサＣ１、Ｃ２の直列回路における両コンデンサＣ１、Ｃ２の接続点に接続されている。
In the energy conversion device 1, one output terminal of the power generation device 101 is connected to a connection point between both diodes D1 and D2 in a series circuit of two diodes D1 and D2. In the energy conversion device 1, the other output terminal of the power generation device 101 is connected to a connection point between both capacitors C1 and C2 in a series circuit of two capacitors C1 and C2.
ダイオードＤ１（以下、「第１ダイオードＤ１」ともいう。）とダイオードＤ２（以下、「第２ダイオードＤ２」ともいう。）とは、仕様の同じものを用いており、同じ特性を有しているのが好ましい。なお、各ダイオードＤ１、Ｄ２の各々は、ショットキーバリアダイオードであるのが好ましい。これにより、エネルギ変換装置１は、各ダイオードＤ１、Ｄ２の各々がシリコンダイオードである場合に比べて、第１ダイオードＤ１、第２ダイオードＤ２それぞれでの順方向電圧降下をより小さくすることが可能となる。
The diode D1 (hereinafter also referred to as “first diode D1”) and the diode D2 (hereinafter also referred to as “second diode D2”) use the same specification and have the same characteristics. Is preferred. Each of the diodes D1 and D2 is preferably a Schottky barrier diode. Thereby, the energy conversion device 1 can reduce the forward voltage drop in each of the first diode D1 and the second diode D2 as compared with the case where each of the diodes D1 and D2 is a silicon diode. Become.
コンデンサＣ１（以下、「第１コンデンサＣ１」ともいう。）とコンデンサＣ２（以下、「第２コンデンサＣ２」ともいう。）とは、仕様の同じものを用いており、同じ特性を有しているのが好ましい。
The capacitor C1 (hereinafter also referred to as “first capacitor C1”) and the capacitor C2 (hereinafter also referred to as “second capacitor C2”) have the same specifications and have the same characteristics. Is preferred.
整流平滑回路１０２は、両波倍電圧整流回路に限らない。整流平滑回路１０２は、例えば、４個の整流用ダイオードがブリッジ接続された全波整流回路と、この全波整流回路の出力端間に接続された平滑コンデンサとで構成してもよい。また、整流平滑回路１０２は、例えば、整流用ダイオードと、この整流用ダイオードに直列接続された平滑コンデンサとで構成することもできる。
The rectifying / smoothing circuit 102 is not limited to a double wave voltage doubler rectifier circuit. The rectifying / smoothing circuit 102 may be constituted by, for example, a full-wave rectifier circuit in which four rectifying diodes are bridge-connected, and a smoothing capacitor connected between output terminals of the full-wave rectifier circuit. Further, the rectifying / smoothing circuit 102 can be constituted by, for example, a rectifying diode and a smoothing capacitor connected in series to the rectifying diode.
ＤＣ／ＤＣコンバータ１０３は、例えば、図８に示すように、ＤＣ−ＤＣコンバータ用のＩＣ（Integrated Circuit）素子１３１に加えて、インダクタＬ３、抵抗Ｒ２、Ｒ３及びコンデンサＣ３を備えた構成を採用することができる。インダクタＬ３、抵抗Ｒ２、Ｒ３及びコンデンサＣ３は、ＩＣ素子１３１に外付けした電子部品である。図８では、ＩＣ素子１３１として、Microchip Technology社のＭＣＰ１６４０／Ｂ／Ｃ／Ｄを用いる場合を例示してある。インダクタＬ３は、ＩＣ素子１３１のＶIN端子とＳＷ端子との間に接続してある。コンデンサＣ３は、ＩＣ素子１３１のＶOUT端子とＧＮＤ端子との間に接続してある。抵抗Ｒ２は、ＩＣ素子１３１のＶOUT端子とＶFB端子との間に接続してある。抵抗Ｒ３は、ＩＣ素子１３１のＶFB端子とＧＮＤ端子の間に接続してある。ＩＣ素子１３１のＧＮＤ端子は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０３のグランドライン１０３ｂに接続されている。ＤＣ−ＤＣコンバータ１０３のグランドライン１０３ｂは、例えば、ＩＣ素子１３１、インダクタＬ３、抵抗Ｒ２、Ｒ３及びコンデンサＣ３を実装する回路基板でグランド用にパターン化された導体層（配線）により構成することができる。この回路基板には、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０３の回路部品以外に、発電装置１０１、整流平滑回路１０２の回路部品等を実装することが好ましい。回路基板としては、例えば、プリント配線基板等を採用することができる。
For example, as shown in FIG. 8, the DC / DC converter 103 employs a configuration including an inductor L3, resistors R2, R3, and a capacitor C3 in addition to an IC (Integrated Circuit) element 131 for a DC-DC converter. be able to. The inductor L3, the resistors R2 and R3, and the capacitor C3 are electronic components externally attached to the IC element 131. In FIG. 8, the case where MCP1640 / B / C / D of Microchip Technology is used as the IC element 131 is illustrated. The inductor L3 is connected between the V IN terminal and the SW terminal of the IC element 131. The capacitor C3 is connected between the V OUT terminal and the GND terminal of the IC element 131. The resistor R2 is connected between the V OUT terminal and the V FB terminal of the IC element 131. The resistor R3 is connected between the V FB terminal and the GND terminal of the IC element 131. The GND terminal of the IC element 131 is connected to the ground line 103 b of the DC-DC converter 103. The ground line 103b of the DC-DC converter 103 may be constituted by a conductor layer (wiring) patterned for ground on a circuit board on which the IC element 131, the inductor L3, the resistors R2, R3, and the capacitor C3 are mounted. it can. In addition to the circuit components of the DC-DC converter 103, it is preferable to mount the power generation device 101, the circuit components of the rectifying and smoothing circuit 102, and the like on the circuit board. As a circuit board, a printed wiring board etc. are employable, for example.
ＤＣ−ＤＣコンバータ１０３は、ＩＣ素子１３１として、MicrochipTechnology社のＭＣＰ１６４０／Ｂ／Ｃ／Ｄを用いる場合、ＭＣＰ１６４０／Ｂ／Ｃ／ＤのＥＮ端子が、制御端子ＣＮを構成する。ＤＣ−ＤＣコンバータ１０３は、制御端子ＣＮとＧＮＤ端子との間の電圧が所定の起動電圧を超えるまでＩＣ素子１３１が起動しないので、低消費電力化を図ることが可能となる。
When the DC-DC converter 103 uses MCP1640 / B / C / D manufactured by Microchip Technology as the IC element 131, the EN terminal of the MCP1640 / B / C / D constitutes the control terminal CN. In the DC-DC converter 103, since the IC element 131 does not start until the voltage between the control terminal CN and the GND terminal exceeds a predetermined start voltage, the power consumption can be reduced.
また、ＩＣ素子１３１は、ＭＣＰ１６４０／Ｂ／Ｃ／Ｄに限らず、例えば、ＭＡＸ１７２４、ＬＴＣ（登録商標）３５２６、TEXAS INSTRUMENT社のＴＰＳ６１２２０、トレックス・セミコンダクター株式会社のＸＣ９１３５等を用いることもできる。ＩＣ素子１３１は、製品によって端子（ピン）の機能や配置、端子の割り当て（ピンアサイン）が異なる場合がある。
Further, the IC element 131 is not limited to MCP1640 / B / C / D, and for example, MAX1724, LTC (registered trademark) 3526, TPSAS 61220 of TEXAS INSTRUMENT, XC9135 of Torex Semiconductor Co., etc. can be used. The IC element 131 may have different terminal (pin) functions and arrangement, and terminal assignment (pin assignment) depending on the product.
ＤＣ−ＤＣコンバータ１０３は、ＭＡＸ１７２４を用いる場合、例えば、インダクタＬ３をＢＡＴＴ端子とＬＸ端子との間に接続し、コンデンサＣ３をＯＵＴ端子とＧＮＤ端子との間に接続すればよく、ＳＨＤＮ端子が、制御端子ＣＮを構成する。
When the MAX 1724 is used for the DC-DC converter 103, for example, the inductor L3 may be connected between the BATT terminal and the LX terminal, and the capacitor C3 may be connected between the OUT terminal and the GND terminal. The control terminal CN is configured.
ＤＣ−ＤＣコンバータ１０３は、ＬＴＣ（登録商標）３５２６を用いる場合、例えば、インダクタＬ３をＶIN端子とＳＷ端子との間に接続し、コンデンサＣ３をＶOUT端子とＧＮＤ端子との間に接続し、抵抗Ｒ２をＶOUT端子とＦＢ端子との間に接続し、抵抗Ｒ３をＦＢ端子とＧＮＤ端子の間に接続すればよく、ＳＨＤＮ端子が、制御端子ＣＮを構成する。
When the LTC (registered trademark) 3526 is used for the DC-DC converter 103, for example, the inductor L3 is connected between the V IN terminal and the SW terminal, and the capacitor C3 is connected between the V OUT terminal and the GND terminal. The resistor R2 may be connected between the V OUT terminal and the FB terminal, and the resistor R3 may be connected between the FB terminal and the GND terminal, and the SHDN terminal constitutes the control terminal CN.
ＤＣ−ＤＣコンバータ１０３は、ＴＰＳ６１２２０を用いる場合、例えば、インダクタＬ３をＶＩＮ端子とＬ端子との間に接続し、コンデンサＣ３をＶＯＵＴ端子とＧＮＤ端子との間に接続し、抵抗Ｒ２をＶＯＵＴ端子とＦＢ端子との間に接続し、抵抗Ｒ３をＦＢ端子とＧＮＤ端子の間に接続すればよく、ＥＮ端子が、制御端子ＣＮを構成する。
When the TPS61220 is used, the DC-DC converter 103, for example, connects the inductor L3 between the VIN terminal and the L terminal, connects the capacitor C3 between the VOUT terminal and the GND terminal, and connects the resistor R2 to the VOUT terminal. It is only necessary to connect between the FB terminal and the resistor R3 between the FB terminal and the GND terminal, and the EN terminal constitutes the control terminal CN.
ＤＣ−ＤＣコンバータ１０３は、ＸＣ９１３５を用いる場合、例えば、インダクタＬ３をＢＡＴ端子とＬｘ端子との間に接続し、コンデンサＣ３をＶＯＵＴ端子とＰＧＮＤ端子との間に接続すればよく、ＥＮ端子が、制御端子ＣＮを構成する。
When the XC9135 is used for the DC-DC converter 103, for example, the inductor L3 may be connected between the BAT terminal and the Lx terminal, and the capacitor C3 may be connected between the VOUT terminal and the PGND terminal. The control terminal CN is configured.
ＤＣ／ＤＣコンバータ１０３の構成は特に限定するものではなく、例えば、昇圧用トランスを備えた昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータでもよい。ＩＣ素子１３１は、入力側から出力側へ電流が流れないように入力側と出力側とを電気的に絶縁する機能（「負荷切断機能」とも呼ばれる。）を備えているのが好ましい。
The configuration of the DC / DC converter 103 is not particularly limited, and may be, for example, a step-up DC-DC converter including a step-up transformer. The IC element 131 preferably has a function of electrically insulating the input side and the output side (also referred to as “load cutting function”) so that no current flows from the input side to the output side.
遅延回路１０４は、受動素子として、抵抗Ｒ４とコンデンサＣ４とを用い、抵抗Ｒ４とコンデンサＣ４とを直列接続したローパスフィルタにより構成してある。遅延回路１０４は、抵抗Ｒ４とコンデンサＣ４との直列回路を整流平滑回路１０２の出力端間に接続し、コンデンサＣ４の高電位側の出力端と制御端子ＣＮとを接続し、コンデンサＣ４の低電位側の出力端とＤＣ−ＤＣコンバータ１０３のグランドラインとを接続してある。
The delay circuit 104 includes a low-pass filter in which a resistor R4 and a capacitor C4 are used as passive elements, and the resistor R4 and the capacitor C4 are connected in series. The delay circuit 104 connects a series circuit of a resistor R4 and a capacitor C4 between the output terminals of the rectifying and smoothing circuit 102, connects the output terminal on the high potential side of the capacitor C4 and the control terminal CN, and sets the low potential of the capacitor C4. The output terminal on the side and the ground line of the DC-DC converter 103 are connected.
エネルギ変換装置１は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０３の出力端間に、負荷１０５を接続すれば、負荷１０５の電源として機能することとなる。負荷１０５としては、例えば、無線回路、センサ、固体発光素子等を採用することが可能である。無線回路は、無線通信規格として、例えば、EnOcean（登録商標）、Zigbee（登録商標）、Bluetooth（登録商標）、特定小電力無線、微弱無線、Wi-Fi（登録商標）、UWB（Ultra Wide Band）等を採用することができるが、特に限定するものではない。センサとしては、例えば、温度センサ、湿度センサ、ガスセンサ（例えば、ＣＯ２センサ、ＣＯセンサ等）、浮遊粒子センサ（例えば、ほこりセンサ、花粉センサ等）、加速度センサ、圧力センサ等を採用することができる。固体発光素子としては、例えば、発光ダイオード、半導体レーザ等を採用することができる。
If the load 105 is connected between the output terminals of the DC-DC converter 103, the energy conversion device 1 functions as a power source for the load 105. As the load 105, for example, a wireless circuit, a sensor, a solid light emitting element, or the like can be used. The wireless circuit includes, for example, EnOcean (registered trademark), Zigbee (registered trademark), Bluetooth (registered trademark), specific low power wireless, weak wireless, Wi-Fi (registered trademark), UWB (Ultra Wide Band) as wireless communication standards. ) Etc. can be employed, but is not particularly limited. As the sensor, for example, a temperature sensor, a humidity sensor, a gas sensor (for example, a CO 2 sensor, a CO sensor, etc.), a suspended particle sensor (for example, a dust sensor, a pollen sensor, etc.), an acceleration sensor, a pressure sensor, or the like may be employed. it can. For example, a light emitting diode, a semiconductor laser, or the like can be employed as the solid light emitting element.
エネルギ変換装置１は、コンデンサＣ４の両端電圧がＤＣ−ＤＣコンバータ１０３の所定の起動電圧以上の電圧になると、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０３が起動される。要するに、エネルギ変換装置１は、発電装置１０１の発電開始からＤＣ−ＤＣコンバータ１０３が起動されるまでの遅延時間を、ローパスフィルタの時定数によって決めることが可能となる。よって、エネルギ変換装置１は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０３を安定動作させることが可能となる。
In the energy conversion device 1, the DC-DC converter 103 is activated when the voltage across the capacitor C4 becomes equal to or higher than a predetermined activation voltage of the DC-DC converter 103. In short, the energy conversion device 1 can determine the delay time from the start of power generation by the power generation device 101 until the DC-DC converter 103 is activated by the time constant of the low-pass filter. Therefore, the energy conversion device 1 can stably operate the DC-DC converter 103.
図９は、エネルギ変換装置１の動作説明図であり、Ａ１が、整流平滑回路１０２の入力電圧波形、Ａ２が、整流平滑回路１０２の出力電圧波形、Ａ３が、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０３の出力電圧波形、それぞれを示している。
FIG. 9 is a diagram for explaining the operation of the energy conversion device 1. A1 is the input voltage waveform of the rectifying and smoothing circuit 102, A2 is the output voltage waveform of the rectifying and smoothing circuit 102, and A3 is the output voltage of the DC-DC converter 103. Each waveform is shown.
図１０は、比較例のエネルギ変換装置の回路図である。比較例のエネルギ変換装置は、図８の遅延回路１０４を備えていない点のみが実施形態１のエネルギ変換装置１と相違する。また、図１１は、比較例のエネルギ変換装置の動作説明図であり、Ａ１が、整流平滑回路１０２の入力電圧波形、Ａ２が、整流平滑回路１０２の出力電圧波形、Ａ３が、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０３の出力電圧波形、それぞれを示している。
FIG. 10 is a circuit diagram of an energy conversion device of a comparative example. The energy conversion device of the comparative example is different from the energy conversion device 1 of the first embodiment only in that the delay circuit 104 of FIG. FIG. 11 is an operation explanatory diagram of the energy conversion device of the comparative example, in which A1 is an input voltage waveform of the rectifying and smoothing circuit 102, A2 is an output voltage waveform of the rectifying and smoothing circuit 102, and A3 is a DC-DC converter. 103 shows the output voltage waveforms of 103, respectively.
比較例のエネルギ変換装置では、図１１のＡ３に示すＤＣ−ＤＣコンバータ１０３の出力電圧波形から見て、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０３が正常に動作していないと推考される。これに対して、実施形態１のエネルギ変換装置１では、図９のＡ３に示すＤＣ−ＤＣコンバータ１０３の出力電圧波形から見て、発電装置１０１の出力電圧が発生し始めた時点から遅延してＤＣ−ＤＣコンバータ１０３が起動され、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０３が正常に昇圧動作していると推考される。なお、比較例のエネルギ変換装置では、コンデンサＣ１、Ｃ２の各容量値を小さくすることで整流平滑回路１０２の出力電圧を大きくすることも考えられる。しかしながら、比較例のエネルギ変換装置では、コンデンサＣ１、Ｃ２の各容量値を変えてしまうと、発電装置１０１と整流平滑回路１０２とのインピーダンス不整合が生じ、発電装置１０１から取り出せるエネルギ量が低下し、エネルギ変換効率が低下してしまう。
In the energy conversion device of the comparative example, it is assumed that the DC-DC converter 103 is not operating normally, as seen from the output voltage waveform of the DC-DC converter 103 shown in A3 of FIG. On the other hand, in the energy conversion device 1 according to the first embodiment, the output voltage waveform of the power generation device 101 starts to be delayed as seen from the output voltage waveform of the DC-DC converter 103 shown in A3 of FIG. It is assumed that the DC-DC converter 103 is activated and the DC-DC converter 103 is normally performing a boost operation. In the energy conversion device of the comparative example, it is conceivable to increase the output voltage of the rectifying and smoothing circuit 102 by decreasing the capacitance values of the capacitors C1 and C2. However, in the energy conversion device of the comparative example, if the capacitance values of the capacitors C1 and C2 are changed, impedance mismatch between the power generation device 101 and the rectifying / smoothing circuit 102 occurs, and the amount of energy that can be extracted from the power generation device 101 decreases. The energy conversion efficiency will be reduced.
本実施形態のエネルギ変換装置１では、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０３の起動を遅延させるための遅延回路１０４が受動素子のみで形成されているので、低消費電力化を図ることが可能となり、且つ、発電装置１０１と整流平滑回路１０２とをインピーダンス整合させつつＤＣ−ＤＣコンバータ１０３を安定動作させることが可能となる。よって、本実施形態のエネルギ変換装置１では、エネルギ変換効率の向上を図ることが可能となる。また、本実施形態のエネルギ変換装置１では、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０３の起動を遅延させるための回路構成を、図１８における動作開始制御部２３０に比べて簡略化することができ、低コスト化を図ることが可能となる。
In the energy conversion device 1 of the present embodiment, the delay circuit 104 for delaying the start-up of the DC-DC converter 103 is formed by only passive elements, so that it is possible to reduce power consumption and generate power. The DC-DC converter 103 can be stably operated while impedance matching is performed between the device 101 and the rectifying / smoothing circuit 102. Therefore, in the energy conversion device 1 of the present embodiment, it is possible to improve the energy conversion efficiency. Further, in the energy conversion device 1 of the present embodiment, the circuit configuration for delaying the activation of the DC-DC converter 103 can be simplified as compared with the operation start control unit 230 in FIG. It becomes possible to plan.
実施形態１のエネルギ変換装置１は、発電装置１０１が電磁誘導型の振動発電装置ＥＨにより構成されているので、発電装置１０１を圧電型の振動発電装置や静電容量型の振動発電装置により構成する場合に比べて、整流平滑回路１０２のコンデンサ（コンデンサＣ１、Ｃ２や、平滑コンデンサ）の容量値を大きくすることが可能となり、エネルギ変換効率の向上を図ることが可能となる。
In the energy conversion device 1 according to the first embodiment, since the power generation device 101 is configured by an electromagnetic induction type vibration power generation device EH, the power generation device 101 is configured by a piezoelectric vibration power generation device or a capacitance type vibration power generation device. Compared with the case where it does, it becomes possible to enlarge the capacity | capacitance value of the capacitor | condenser (capacitor C1, C2 and a smoothing capacitor) of the rectification smoothing circuit 102, and it becomes possible to aim at improvement of energy conversion efficiency.
図１２は、エネルギ変換装置１の変形例の回路図である。この変形例のエネルギ変換装置１は、遅延回路１０４を構成するローパスフィルタが、インダクタＬ５と抵抗Ｒ５とを直列接続して構成してある点が相違する。すなわち、変形例における遅延回路１０４は、インダクタＬ５と抵抗Ｒ５との直列回路を整流平滑回路１０２の出力端間に接続し、抵抗Ｒ５の高電位側の出力端と制御端子ＣＮとを接続し、抵抗Ｒ５の低電位側の出力端とＤＣ−ＤＣコンバータ１０３のグランドラインとを接続してある。
FIG. 12 is a circuit diagram of a modified example of the energy conversion device 1. The energy conversion device 1 of this modification is different in that the low-pass filter constituting the delay circuit 104 is configured by connecting an inductor L5 and a resistor R5 in series. That is, the delay circuit 104 in the modified example connects the series circuit of the inductor L5 and the resistor R5 between the output terminals of the rectifying and smoothing circuit 102, connects the output terminal on the high potential side of the resistor R5 and the control terminal CN, The output terminal on the low potential side of the resistor R5 and the ground line of the DC-DC converter 103 are connected.
変形例のエネルギ変換装置１は、抵抗Ｒ５の両端電圧がＤＣ−ＤＣコンバータ１０３の所定の起動電圧以上の電圧になると、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０３が起動される。要するに、変形例のエネルギ変換装置１は、発電装置１０１の発電開始からＤＣ−ＤＣコンバータ１０３が起動されるまでの遅延時間を、ローパスフィルタの時定数によって決めることが可能となる。よって、変形例のエネルギ変換装置１は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０３を安定動作させることが可能となる。
In the energy conversion device 1 according to the modified example, when the voltage across the resistor R5 becomes equal to or higher than a predetermined starting voltage of the DC-DC converter 103, the DC-DC converter 103 is started. In short, the energy conversion device 1 according to the modification can determine the delay time from the start of power generation by the power generation device 101 to the activation of the DC-DC converter 103 by the time constant of the low-pass filter. Therefore, the energy conversion device 1 according to the modification can stably operate the DC-DC converter 103.
（実施形態２）
以下では、本実施形態のエネルギ変換装置について図１３〜図１７に基づいて説明する。
(Embodiment 2)
Below, the energy converter of this embodiment is demonstrated based on FIGS.
本実施形態のエネルギ変換装置は、実施形態１のエネルギ変換装置１と比べて、発電装置ＥＨの構成が相違し、可動部１２を上記第２方向に沿って変位させるための入力機構５を備えている点等が相違する。なお、本実施形態のエネルギ変換装置は、実施形態１のエネルギ変換装置１と同様、図１や図８に示した、整流平滑回路１０２、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０３及び遅延回路１０４を備えている。
The energy conversion device according to the present embodiment is different from the energy conversion device 1 according to the first embodiment in the configuration of the power generation device EH, and includes an input mechanism 5 for displacing the movable portion 12 along the second direction. Is different. In addition, the energy conversion apparatus of this embodiment is provided with the rectification smoothing circuit 102, the DC-DC converter 103, and the delay circuit 104 which were shown in FIG.1 and FIG.8 similarly to the energy conversion apparatus 1 of Embodiment 1. FIG.
また、本実施形態のエネルギ変換装置は、可動部１２に接続された第１磁性材料部７と、入力機構５に接続された第２磁性材料部６とを備え、第１磁性材料部７と第２磁性材料部６との間に発生する磁力により可動部１２を変位可能である。
In addition, the energy conversion device of the present embodiment includes a first magnetic material unit 7 connected to the movable unit 12 and a second magnetic material unit 6 connected to the input mechanism 5, and the first magnetic material unit 7 The movable part 12 can be displaced by the magnetic force generated between the second magnetic material part 6 and the second magnetic material part 6.
第１磁性材料部７は、第１磁石もしくは第１磁性体のいずれかにより構成することができる。また、第２磁性材料部６は、第２磁石もしくは第２磁性体のいずれかにより構成することができる。
The first magnetic material portion 7 can be composed of either the first magnet or the first magnetic body. The second magnetic material portion 6 can be composed of either a second magnet or a second magnetic body.
振動ブロック１１は、支持部１４の平面視形状をＣ字状としてある。ここで、振動ブロック１１は、互いに対向する２つの端面１４ｅ、１４ｅを有している。また、可動部１２は、可動部本体１３の外側面から上記第２方向に沿って突出する１つの突出部１８を備えている。突出部１８の先端面には、上述の第１磁性材料部７が接続されている。突出部１８と第１磁性材料部７とは、接着剤により接続されている。突出部１８の平面視形状は、上記第２方向を長手方向とする長方形状としてある。突出部１８の短手方向の寸法は、支持部１４の両端面間の寸法よりもやや小さな寸法に設定してある。第１磁性材料部７の平面視形状は、矩形状としてある。
The vibration block 11 has a C-shaped plan view shape of the support portion 14. Here, the vibration block 11 has two end faces 14e and 14e facing each other. In addition, the movable portion 12 includes one projecting portion 18 that projects from the outer surface of the movable portion main body 13 along the second direction. The first magnetic material portion 7 described above is connected to the distal end surface of the protruding portion 18. The protrusion 18 and the first magnetic material part 7 are connected by an adhesive. The planar view shape of the protrusion 18 is a rectangular shape having the second direction as a longitudinal direction. The dimension in the short direction of the projecting portion 18 is set to be slightly smaller than the dimension between both end faces of the support portion 14. The first magnetic material portion 7 has a rectangular shape in plan view.
第１磁性材料部７は、第１磁性体により構成してあるが、これに限らず、第１磁石により構成してもよい。第１磁性材料部７を第１磁性体により構成する場合の材料としては、例えば、鉄−コバルト合金、電磁軟鉄、電磁ステンレス、パーマロイ等を採用することができる。また、第１磁性材料部７を第１磁石により構成する場合の材料としては、例えば、ネオジム、サマリウムコバルト、アルニコ、フェライト等を採用することができる。
Although the 1st magnetic material part 7 is comprised with the 1st magnetic body, you may comprise not only this but a 1st magnet. For example, iron-cobalt alloy, electromagnetic soft iron, electromagnetic stainless steel, permalloy, or the like can be used as the material when the first magnetic material portion 7 is formed of the first magnetic body. Moreover, as a material when the 1st magnetic material part 7 is comprised with a 1st magnet, neodymium, samarium cobalt, alnico, a ferrite, etc. are employable, for example.
振動ブロック１１は、可動部本体１３と突出部１８と支持部１４と各弾性体部１５とを、例えば、基板１０から形成することができる。この場合、振動ブロック１１では、可動部本体１３、突出部１８、支持部１４及び各弾性体部１５を一体に形成することができる。要するに、振動ブロック１１は、可動部本体１３と突出部１８と支持部１４と各弾性体部１５とが、１枚のシリコン基板から一体に形成された構成とすることができる。これにより、発電装置ＥＨの製造時には、振動ブロック１１を形成する際に、可動部本体１３、突出部１８、支持部１４及び各弾性体部１５のアセンブリ工程が不要となり、製造が容易になる。可動部本体１３と突出部１８と支持部１４と各弾性体部１５とが、１枚のシリコン基板から一体に形成された構成では、各弾性体部１５と可動部本体１３、突出部１８及び支持部１４とが低減衰材料であるシリコンにより一体に形成されているので、振動時のエネルギ損失を低減することが可能となり、エネルギ変換効率を向上することが可能となる。
In the vibration block 11, the movable part main body 13, the protruding part 18, the support part 14, and each elastic body part 15 can be formed from the substrate 10, for example. In this case, in the vibration block 11, the movable part main body 13, the protruding part 18, the support part 14, and each elastic body part 15 can be formed integrally. In short, the vibration block 11 can be configured such that the movable portion main body 13, the projecting portion 18, the support portion 14, and each elastic body portion 15 are integrally formed from a single silicon substrate. Thereby, when the power generation device EH is manufactured, when the vibration block 11 is formed, the assembly process of the movable part main body 13, the projecting part 18, the support part 14, and each elastic body part 15 becomes unnecessary, and the manufacture becomes easy. In the configuration in which the movable body 13, the protrusion 18, the support 14, and each elastic body 15 are integrally formed from one silicon substrate, each elastic body 15, the movable body 13, the protrusion 18, and Since the support portion 14 is integrally formed of silicon, which is a low-damping material, energy loss during vibration can be reduced, and energy conversion efficiency can be improved.
振動ブロック１１は、上記第２方向における可動部１２の両側それぞれに、複数の弾性体部１５が並んで設けられていることが好ましい。これにより、発電装置ＥＨは、可動部１２の両側の各々に弾性体部１５が１個ずつ設けられている場合に比べて、可動部１２の振動方向の更なる単方向化が可能となり、エネルギ変換効率の更なる向上を図ることが可能となる。更に、発電装置ＥＨは、個々の弾性体部１５にかかる応力を低減することが可能となり、耐久性の向上を図ることが可能となる。可動部１２の両側それぞれの弾性体部１５の数は、特に限定するものではない。
The vibration block 11 is preferably provided with a plurality of elastic body portions 15 arranged on both sides of the movable portion 12 in the second direction. Thereby, compared with the case where one elastic body part 15 is provided on each of both sides of the movable part 12, the power generation device EH can further make the vibration direction of the movable part 12 unidirectional, It becomes possible to further improve the conversion efficiency. Furthermore, the power generation device EH can reduce the stress applied to each elastic body portion 15 and can improve durability. The number of the elastic body portions 15 on both sides of the movable portion 12 is not particularly limited.
第１スペーサ４１及び第２スペーサ４２は、平面視形状がＣ字状の形状である。発電装置ＥＨは、第１スペーサ４１の形状と第２スペーサ４２の形状とを同じ形状に設定してあることが好ましい。これにより、エネルギ変換装置１は、部品共通化による低コスト化を図ることが可能となる。
The first spacer 41 and the second spacer 42 are C-shaped in plan view. In the power generation device EH, the shape of the first spacer 41 and the shape of the second spacer 42 are preferably set to the same shape. Thereby, the energy conversion device 1 can achieve cost reduction by sharing parts.
また、第１スペーサ４１及び第２スペーサ４２の外形寸法は、振動ブロック１１の外形寸法に合わせてあることが好ましい。
In addition, the outer dimensions of the first spacer 41 and the second spacer 42 are preferably matched to the outer dimensions of the vibration block 11.
また、発電装置ＥＨは、第１スペーサ４１及び第２スペーサ４２を設けずに、第１キャップ２１及び第２キャップ３１を振動ブロック１１に固定した構成としてもよい。
Further, the power generation device EH may have a configuration in which the first cap 21 and the second cap 31 are fixed to the vibration block 11 without providing the first spacer 41 and the second spacer 42.
発電装置ＥＨは、上述の入力機構５に外力を与えることで可動部１２を上記第２方向に沿って変位させた後で、第２磁性材料部６が第１磁性材料部７から離れれば、可動部１２が減衰振動するので、この減衰振動に応じた交流電圧を発生する。要するに、発電装置ＥＨは、可動部１２を変位させて作動させることが可能である。
If the second magnetic material unit 6 is separated from the first magnetic material unit 7 after the movable unit 12 is displaced along the second direction by applying an external force to the input mechanism 5 described above, Since the movable part 12 oscillates damped, an alternating voltage corresponding to the damped vibration is generated. In short, the power generation device EH can be operated by displacing the movable portion 12.
入力機構５は、実装基板８に固定されている。実装基板８としては、例えば、実施形態１のエネルギ変換装置１で説明した回路基板を採用することができる。これにより、本実施形態のエネルギ変換装置は、発電装置ＥＨと入力機構５との相対的な位置関係を規定することができる。
The input mechanism 5 is fixed to the mounting substrate 8. As the mounting substrate 8, for example, the circuit substrate described in the energy conversion device 1 of Embodiment 1 can be employed. Thereby, the energy converter of this embodiment can prescribe | regulate the relative positional relationship of the electric power generating apparatus EH and the input mechanism 5. FIG.
入力機構５は、実装基板８に固定される円柱状の回動軸５１と、この回動軸５１に回動自在に保持された回動部本体５２と、回動部本体５２から突出された操作部５３と、回動部本体５２から操作部５３とは反対側に突出された突出部５４と、を備えている。操作部５３は、例えば、エネルギ変換装置の使用者等が指等で操作可能な大きさに形成されている。操作部５３と回動部本体５２と突出部５４とは、例えば、樹脂により形成することができる。第２磁性材料部６は、突出部５４の先端面に接続されている。突出部５４と第２磁性材料部６とは接着剤により接続されている。第２磁性材料部６の平面視形状は、矩形状としてある。
The input mechanism 5 protrudes from the rotating portion main body 52, a columnar rotating shaft 51 fixed to the mounting substrate 8, a rotating portion main body 52 rotatably held by the rotating shaft 51, and the rotating portion main body 52. An operating portion 53 and a protruding portion 54 that protrudes from the rotating portion main body 52 to the opposite side of the operating portion 53 are provided. The operation unit 53 is formed in a size that can be operated by a user or the like of the energy conversion device with a finger or the like, for example. The operation part 53, the rotation part main body 52, and the protrusion part 54 can be formed with resin, for example. The second magnetic material portion 6 is connected to the distal end surface of the protruding portion 54. The protrusion 54 and the second magnetic material portion 6 are connected by an adhesive. The planar view shape of the second magnetic material portion 6 is a rectangular shape.
第２磁性材料部６は、第２磁石により構成されているが、これに限らず、第２磁性体により構成してもよい。第２磁性材料部６を第２磁石により構成する場合の材料としては、例えば、ネオジム、サマリウムコバルト、アルニコ、フェライト等を採用することができる。また、第２磁性材料部６を第２磁性体により構成する場合の材料としては、例えば、鉄−コバルト合金、電磁軟鉄、電磁ステンレス、パーマロイ等を採用することができる。
Although the 2nd magnetic material part 6 is comprised by the 2nd magnet, you may comprise not only this but a 2nd magnetic body. For example, neodymium, samarium cobalt, alnico, ferrite, or the like can be used as the material when the second magnetic material portion 6 is formed of the second magnet. Moreover, as a material when the 2nd magnetic material part 6 is comprised with a 2nd magnetic body, iron-cobalt alloy, electromagnetic soft iron, electromagnetic stainless steel, a permalloy etc. are employable, for example.
第１磁性材料部７と第２磁性材料部６との間に発生する磁力の方向は、吸引する方向であるが、これに限らず、反発する方向でもよい。例えば、第１磁性材料部７を第１磁石により構成し、第２磁性材料部６を第２磁石により構成し、第１磁石と第２磁石との同極同士が対向するように第１磁石と第２磁石とを配置すれば、第１磁性材料部７と第２磁性材料部６との間に発生する磁力の方向は、反発する方向となる。
The direction of the magnetic force generated between the first magnetic material part 7 and the second magnetic material part 6 is the direction of attraction, but is not limited thereto, and may be a repulsive direction. For example, the 1st magnetic material part 7 is comprised by the 1st magnet, the 2nd magnetic material part 6 is comprised by the 2nd magnet, and the 1st magnet so that the same polarity of a 1st magnet and a 2nd magnet may oppose And the second magnet are arranged, the direction of the magnetic force generated between the first magnetic material part 7 and the second magnetic material part 6 is a repulsive direction.
入力機構５は、操作部５３と突出部５４と第２磁性材料部６とが一直線上に配置されており、操作部５３と突出部５４と第２磁性材料部６とを結ぶ直線が上記第２方向と略直交するように配置されている。
In the input mechanism 5, the operation portion 53, the protruding portion 54, and the second magnetic material portion 6 are arranged on a straight line, and a straight line connecting the operating portion 53, the protruding portion 54, and the second magnetic material portion 6 is the first line. They are arranged so as to be substantially orthogonal to the two directions.
入力機構５は、例えば、図１６に示すように、ねじりコイルばねからなる復帰ばね５５を備えている。復帰ばね５５は、回動部本体５２内で回動軸５１を囲むように配置されており、一端部５５ａが実装基板８に固定され、他端部５５ｂが操作部５３に固定されている。
The input mechanism 5 includes a return spring 55 made up of a torsion coil spring, for example, as shown in FIG. The return spring 55 is disposed so as to surround the rotation shaft 51 in the rotation unit main body 52, one end 55 a is fixed to the mounting substrate 8, and the other end 55 b is fixed to the operation unit 53.
図１６に示した入力機構５は、初期位置にある操作部５３に対して復帰ばね５５のばね力に抗して外力を与えることにより、上記第２方向に沿って突出部５４が突出部１８から離れる向きへ変位する。そして、入力機構５は、操作部５３へ与えられていた外力がなくなると、復帰ばね５５のばね力によって、操作部５３が初期位置に戻るようになっている。なお、入力機構５は、図１６の構成に限定するものではなく、他の構成でもよい。
The input mechanism 5 shown in FIG. 16 applies an external force against the spring force of the return spring 55 to the operating portion 53 at the initial position, so that the protruding portion 54 extends along the second direction. Displacement away from the direction. The input mechanism 5 is configured such that when the external force applied to the operation unit 53 disappears, the operation unit 53 returns to the initial position by the spring force of the return spring 55. The input mechanism 5 is not limited to the configuration shown in FIG. 16 and may have other configurations.
第１磁性材料部７が第１磁性体であり且つ第２磁性材料部６が第２磁性体である場合には、入力機構５が、第２磁性材料部６を磁化可能な磁石（以下、磁化用磁石と称する）を備えるようにすればよい。入力機構５は、磁化用磁石を第２磁性材料部６に接触させて第２磁性材料部６を磁化することにより第２磁性材料部６と第１磁性材料部７との間に磁力を発生させ、第２磁性材料部６から磁化用磁石を離すことにより第２磁性材料部６の磁気を消失させ第２磁性材料部６と第１磁性材料部７との間の磁力を消失させるようにすればよい。
When the first magnetic material portion 7 is a first magnetic body and the second magnetic material portion 6 is a second magnetic body, the input mechanism 5 is a magnet that can magnetize the second magnetic material portion 6 (hereinafter, referred to as a magnet). (Referred to as magnetizing magnet). The input mechanism 5 generates a magnetic force between the second magnetic material portion 6 and the first magnetic material portion 7 by magnetizing the second magnetic material portion 6 by bringing the magnetizing magnet into contact with the second magnetic material portion 6. The magnetism of the second magnetic material portion 6 is lost by separating the magnetizing magnet from the second magnetic material portion 6 so that the magnetic force between the second magnetic material portion 6 and the first magnetic material portion 7 is lost. do it.
振動ブロック１１は、支持部１４に、上記第２方向への可動部１２の変位量を規定値に制限するストッパ部１４ｃ（図１３（ｂ）参照）を設けてある。ストッパ部１４ｃは、支持部１４の内側面において上記第２方向に平行な面に対して傾斜したテーパ状である。これに対し、可動部１２の外周面（可動部本体１３の外側面）には、ストッパ部１４ｃと略平行な傾斜面１２ｃ（図１３（ｂ）参照）を設けてある。可動部１２に設けられた傾斜面１２ｃは、可動部１２の外周面において上記第２方向に平行な面に対して傾斜している。エネルギ変換装置では、上述の入力機構５に外力を与えて可動部１２を上記第２方向へ変位させる際に、傾斜面１２ｃがストッパ部１４ｃに接触することで可動部１２の変位量が規定値に制限されるから、可動部１２の変位量を略一定値とすることが可能となる。また、エネルギ変換装置では、上記第２方向とは異なる方向への可動部１２の変位を抑制することが可能となる。これらにより、エネルギ変換装置では、外力を与える度に発電出力がばらつくのを抑制することが可能となり、また、外力を与える際に弾性体部１５に上記第２方向以外の方向へ過大な力が作用するのを抑制することが可能となり、信頼性の向上を図ることが可能となる。
The vibration block 11 is provided with a stopper portion 14c (see FIG. 13B) that restricts the amount of displacement of the movable portion 12 in the second direction to a specified value on the support portion 14. The stopper portion 14c has a tapered shape inclined on the inner side surface of the support portion 14 with respect to the plane parallel to the second direction. In contrast, an inclined surface 12c (see FIG. 13B) substantially parallel to the stopper portion 14c is provided on the outer peripheral surface of the movable portion 12 (the outer surface of the movable portion main body 13). The inclined surface 12 c provided on the movable portion 12 is inclined with respect to a surface parallel to the second direction on the outer peripheral surface of the movable portion 12. In the energy conversion device, when the movable portion 12 is displaced in the second direction by applying an external force to the input mechanism 5 described above, the displacement amount of the movable portion 12 is a specified value by the inclined surface 12c coming into contact with the stopper portion 14c. Therefore, the displacement amount of the movable part 12 can be set to a substantially constant value. Further, in the energy conversion device, it is possible to suppress the displacement of the movable portion 12 in a direction different from the second direction. As a result, in the energy conversion device, it is possible to prevent the power generation output from varying every time an external force is applied, and when the external force is applied, an excessive force is applied to the elastic body portion 15 in a direction other than the second direction. It is possible to suppress the action, and it is possible to improve the reliability.
エネルギ変換装置の動作の一例について図１７に基づいて説明するが、図１７は、第２磁性材料部６が第２磁石により構成され、第１磁性材料部７が第１磁性体により構成されている場合の動作例を説明するためのものである。
An example of the operation of the energy conversion device will be described with reference to FIG. 17. In FIG. 17, the second magnetic material portion 6 is composed of a second magnet, and the first magnetic material portion 7 is composed of a first magnetic body. It is for demonstrating the operation example in case it exists.
エネルギ変換装置は、図１７（ａ）に示すように操作部５３が初期位置にある状態では、第２磁性材料部６と第１磁性材料部７との間に発生している磁力により、第２磁性材料部６に第１磁性材料部７が吸着されている。エネルギ変換装置は、初期位置にある操作部５３に対して、操作部５３が発電装置ＥＨに近づく向き（図１７（ａ）中の矢印の向き）の外力が与えられると、図１７（ｂ）の矢印で示すように、操作部５３及び突出部５４が反時計回りに回動する。この際、エネルギ変換装置は、可動部１２が図１７（ｂ）の右側の弾性体部１５の弾性力に抗して移動し、第１磁性材料部７が第２磁性材料部６に吸着された状態が維持される。なお、図１７（ｂ）において入力機構５に付した矢印は、入力機構５の回動方向を示している。
As shown in FIG. 17A, the energy conversion device has a first magnetic force generated between the second magnetic material portion 6 and the first magnetic material portion 7 in a state where the operation portion 53 is in the initial position. The first magnetic material portion 7 is adsorbed to the two magnetic material portions 6. When the external force in the direction in which the operation unit 53 approaches the power generation device EH (the direction of the arrow in FIG. 17A) is applied to the operation unit 53 in the initial position, the energy conversion device in FIG. As indicated by the arrow, the operation portion 53 and the protruding portion 54 rotate counterclockwise. At this time, in the energy conversion device, the movable portion 12 moves against the elastic force of the elastic body portion 15 on the right side in FIG. 17B, and the first magnetic material portion 7 is adsorbed by the second magnetic material portion 6. Maintained. In addition, the arrow attached | subjected to the input mechanism 5 in FIG.17 (b) has shown the rotation direction of the input mechanism 5. FIG.
そして、エネルギ変換装置１は、操作部５３が更に回動され弾性体部１５のばね力が第１磁性材料部７と第２磁性材料部６との間の磁力よりも大きくなると、図１７（ｃ）に示すように第１磁性材料部７が第２磁性材料部６から離れ、可動部１２が上記第２方向に沿って振動する。この振動は、減衰振動である。なお、図１７（ｃ）において、可動部１２に付した矢印は、可動部１２の振動方向を示し、入力機構５に付した矢印は、入力機構５の回動方向を示している。
When the operation portion 53 is further rotated and the spring force of the elastic body portion 15 becomes larger than the magnetic force between the first magnetic material portion 7 and the second magnetic material portion 6 in the energy conversion device 1, FIG. As shown in c), the first magnetic material portion 7 is separated from the second magnetic material portion 6, and the movable portion 12 vibrates along the second direction. This vibration is a damped vibration. In FIG. 17C, the arrow attached to the movable part 12 indicates the vibration direction of the movable part 12, and the arrow attached to the input mechanism 5 indicates the rotation direction of the input mechanism 5.
その後、入力機構５へ外力を与えるのを止めると、入力機構５は、復帰ばね５５のばね力によって初期位置に戻る。なお、図１７（ｄ）において入力機構５に付した矢印は、入力機構５の回動方向を示している。
Thereafter, when the application of external force to the input mechanism 5 is stopped, the input mechanism 5 returns to the initial position by the spring force of the return spring 55. In addition, the arrow attached | subjected to the input mechanism 5 in FIG.17 (d) has shown the rotation direction of the input mechanism 5. FIG.
エネルギ変換装置は、操作部５３を初期位置から第１所定角（例えば、５°）だけ回動させたときに可動部１２が上記規定値だけ変位し、操作部５３を初期位置から第２所定角（例えば、１０°）だけ回動させたときに弾性体部１５のばね力が第１磁性材料部７と第２磁性材料部６との間の磁力よりも大きくなるように、弾性体部１５のばね力を設計してある。第１所定角及び第２所定角は、特に限定するものでないが、第２磁性材料部６が上記第２方向に沿った一直線上で変位するように設計することが好ましい。
In the energy conversion device, when the operation unit 53 is rotated from the initial position by a first predetermined angle (for example, 5 °), the movable unit 12 is displaced by the specified value, and the operation unit 53 is moved from the initial position to the second predetermined value. The elastic body portion so that the spring force of the elastic body portion 15 is larger than the magnetic force between the first magnetic material portion 7 and the second magnetic material portion 6 when rotated by an angle (for example, 10 °). Fifteen spring forces are designed. The first predetermined angle and the second predetermined angle are not particularly limited, but it is preferable that the second magnetic material portion 6 is designed to be displaced on a straight line along the second direction.
本実施形態のエネルギ変換装置は、可動部１２を上記第２方向に沿って変位させるための入力機構５と、可動部１２に接続された第１磁性材料部７と、入力機構５に接続された第２磁性材料部６と、を備え、第１磁性材料部７と第２磁性材料部６との間に発生する磁力により、可動部１２を変位可能である。これにより、エネルギ変換装置は、入力機構５へ外力を適宜与えることで可動部１２を変位させて作動させることが可能であり、且つ、可動部１２へ上記第２方向とは異なる方向の力が作用するのを抑制することが可能となり、エネルギ変換効率及び信頼性の向上を図ることが可能となる。エネルギ変換装置は、入力機構５と第２磁性材料部６と第１磁性材料部７とで、可動部１２を変位させるアクチュエータを構成している。
The energy conversion device of the present embodiment is connected to the input mechanism 5 for displacing the movable part 12 along the second direction, the first magnetic material part 7 connected to the movable part 12, and the input mechanism 5. The movable part 12 can be displaced by a magnetic force generated between the first magnetic material part 7 and the second magnetic material part 6. Thereby, the energy conversion device can be operated by displacing the movable portion 12 by appropriately applying an external force to the input mechanism 5, and a force in a direction different from the second direction is applied to the movable portion 12. It is possible to suppress the action, and it is possible to improve energy conversion efficiency and reliability. In the energy conversion device, the input mechanism 5, the second magnetic material portion 6, and the first magnetic material portion 7 constitute an actuator that displaces the movable portion 12.
エネルギ変換装置は、第１磁性材料部７が、第１磁性体もしくは第１磁石のいずれかからなり、第２磁性材料部２が、第２磁性体もしくは第２磁石のいずれかからなるので、第１磁性材料部７と第２磁性材料部６との間に発生する磁力を適宜設定することが可能となる。
In the energy conversion device, the first magnetic material portion 7 is made of either the first magnetic body or the first magnet, and the second magnetic material portion 2 is made of either the second magnetic body or the second magnet. It is possible to appropriately set the magnetic force generated between the first magnetic material portion 7 and the second magnetic material portion 6.
また、エネルギ変換装置は、第１磁性材料部７と第２磁性材料部６との間に発生する磁力の方向が、吸引する方向なので、磁力の方向が反発する方向である場合に比べて、可動部１２を上記第２方向に沿って安定して変位させることが可能となる。
Moreover, since the direction of the magnetic force which generate | occur | produces between the 1st magnetic material part 7 and the 2nd magnetic material part 6 is an attraction | suction direction, an energy converter is compared with the case where the direction of a magnetic force is a repulsive direction, The movable portion 12 can be stably displaced along the second direction.
ところで、上述の各実施形態１、２では、可動部１２が磁石ブロック３を備え、第１キャップ２１及び第２キャップ３１の各々がコイルブロック４を備えているが、これらに限らず、可動部１２がコイルブロック４を備え、第１キャップ２１及び第２キャップ３１の少なくとも一方が磁石ブロック３を備えた構成としてもよい。また、弾性体部１５は、ゴムや樹脂等により形成してもよい。
By the way, in each of the above-described first and second embodiments, the movable portion 12 includes the magnet block 3 and each of the first cap 21 and the second cap 31 includes the coil block 4. 12 may include the coil block 4, and at least one of the first cap 21 and the second cap 31 may include the magnet block 3. The elastic body portion 15 may be formed of rubber, resin, or the like.
