JP2016059125A - 電磁発電機 - Google Patents

Abstract

【課題】長尺状筒体の内部に、その筒体の長さ方向の揺れに従って振動する磁石を収容した電磁発電機の改良発明を提供する。
【解決手段】電磁発電機を、長尺筒状容器、該長尺筒状容器の内部に長軸に沿って配置され、両端が固定された軸体、軸体の周囲に球体の転がりによる摺動が可能なように装着された複数の球体を備える転がり軸受、転がり軸受に接合された磁石、そして該長尺筒状容器の外周面もしくは内周面に沿って巻き回されたコイルを含むように構成する。
【選択図】図２

Description

本発明は、改良された磁石振動型の電磁発電機に関する。

周囲にコイルを巻き回した長尺状筒体の内部に、磁石（永久磁石）を筒体の長尺方向に沿った往復運動（振動）が可能なように収容し、その磁石を筒体の長尺方向に沿って速い速度で往復運動（振動）させることによってコイル内に電流が発生する現象を利用する電磁発電機は以前より知られている。発生した電流は、コイルに接続した点灯回路を介して点灯具（照明具）に送ることができるため、例えば、夜間のランニングなどでの安全を確保するための携帯用の照明具として利用されている。あるいは、上記の構成の電磁発電機を海面に浮かべ、海面の波動を利用して磁石を往復運動させることによって発電を行うとの試みにも利用されている。

従来から使用されている携帯用照明具の構成例を図１に示す。図１の携帯用照明具１は、長尺筒状容器（パイプ）１０、該長尺筒状容器の内部に収容された磁石（永久磁石）１１、長尺筒状容器１０の外周部に巻き回されたコイル１２、そしてコイル１２に接続された点灯具を含む点灯回路１３を含む構成を持つ。例えば、ランナーがこのような構成の携帯用照明具を腕部に固定してランニングを行うと、ランニング中での腕部の振れ（揺れ）に応じて携帯用照明具の筒状容器１０の内部の磁石１１が、容器１０内にて筒状容器に沿った往復運動（図において矢印にて運動方向を示している）を行うため、その磁石１１の往復運動によりコイル１２内に電流が発生し、この電流がコイル１２に接続された点灯回路１３に供給され、点灯回路に備えられている点灯具（照明具）が点灯する。なお、この点灯具の点灯は間欠的に発生するが、点灯回路１３に蓄電池を接続することにより、継続的な点灯も可能となる。

特許文献１には、基本的な構成は、上記の図１と同様であるが、製造が容易な構成を持ち、発電効率が高められた電磁発電機が開示されている。すなわち、特許文献１に開示された電磁発電機は、発電効率を高めるために、長尺筒状容器に収容する磁石を複数の互いに結合していない磁石から構成し、かつ隣接する磁石の磁極の向きが磁性的に反対になるように、すなわち、隣接する磁石のＮ極あるいはＳ極が互いに対向するように配置させることにより、隣接する磁石が互いに反発状態で浮遊させながら揺動する構成としている。

特許文献２にも、基本的な構成は、上記の図１と同様であるが、発電効率が高められた電磁発電機が開示されている。すなわち、特許文献２に開示された電磁発電機は、発電効率を高めるために、長尺筒状容器に収容する磁石を複数の相互に離隔させた磁石の結合体とし、かつその磁石の磁極の向きが磁性的に反対になるように、すなわち、隣接する磁石のＮ極あるいはＳ極が互いに対向するように配置結合させる構成としている。

特許文献３にも、基本的な構成は、上記の図１と同様であるが、発電効率が高められた電磁発電機が開示されている。すなわち、特許文献３に開示された電磁発電機は、発電効率を高めるために、長尺筒状容器に収容する磁石を複数の相互に離隔させた磁石の結合体とし、かつその磁石の磁極の向きが互いに磁性的に反対になるように、すなわち、隣接する磁石のＮ極あるいはＳ極が互いに対向するように配置結合させる構成とし、そして筒状容器の外周に巻き回すコイルを複数とする構成とされている。

特許文献４には、発電効率のよい汎用的な電磁発電機として、コイルを長尺筒状容器の内周に沿って巻き回し、磁石を一対の弾性支持体（コイルバネ）により支持するように構成した電磁発電機が開示されている。

特許文献５には、長尺筒状容器と磁石との間の摩擦を小さくするために、磁石を小径の長尺筒状容器に収容固定させた上で、前記の長尺筒状容器に収容して用いる振動型電磁発電機が開示されている。

特開２００２−２８１７２７号公報 特表２００７−５２１７８５号公報 特開２００６−２９６１４４号公報 特開平１０−３２３００６号公報 特開２００９−１１８５８１号公報

図１に示した従来型の電磁発電機は、特許文献５に述べられているように、長尺筒状容器（パイプ）と磁石（可動磁石）との間に少なくない摩擦が発生するため、その発電効率が必ずしも満足できるレベルに達しない。また、磁石の繰り返しの往復運動の際に発生する長尺筒状容器の内面との摩擦により、磁石表面の摩耗や筒状容器内部表面の摩耗が発生しやすく、また上記の摩擦により騒音が発生しやすい。

一方、特許文献５に開示された構成、すなわち、複数の磁石を小径の筒状容器に収容した上で、この磁石を内包する小径に筒状容器（内側容器）を外側容器に収容する構成を利用した場合でも、内側容器と外側容器との間で、内側容器の往復移動の際に摩擦が発生するため、図１に示した構成の従来型の電磁発電機と同様な問題が発生しやすいとの問題がある。また、複数の磁石を内部容器に収容するため、外側容器として径の大きい筒状容器の使用が必要となり、このため、電磁発電機のサイズが大きくなるとの問題もある。

従って、本発明の目的は、原理的には図１に示したような従来型の電磁発電機で利用される電磁発電システムを利用しながらも、長尺筒状容器に収容される磁石が該筒状容器内で往復運動する際に発生する摩擦を顕著に低減させることができ、これにより、長尺筒状容器内の磁石の往復運動（振動）が顕著に円滑となって、磁石のさらに素早い往復運動が可能となり、また磁石の筒状容器内の往復運動が騒音を伴うこと無く実現させることが可能となる電磁発電機を提供することにある。

本発明の電磁発電機は、長尺筒状容器、該長尺筒状容器の内部に長軸に沿って配置され、両端が固定された軸体、該軸体の周囲に球体の転がりによる摺動が可能なように装着された複数の球体を備える転がり軸受（転がり摺動具）、該転がり軸受に接合された磁石、そして該長尺筒状容器の外周面もしくは内周面に沿って巻き回されたコイルを含む電磁発電機である。

本発明の電磁発電機の好ましい態様を以下に記載する。
（１）上記長尺筒状容器が非磁性容器であり、上記球体が非磁性球体であって、かつ上記軸体が非磁性軸体である。
（２）上記非磁性球体が合成樹脂もしくはセラミック材料から形成された球体である。
（３）上記転がり軸受が、リニアブッシュである。
（４）上記転がり軸受が、球体無限循環型のリニアブッシュである。
（５）上記転がり軸受が、非磁性の筒状枠体と該枠体に収容された複数の非磁性球体からなる。
（６）上記コイルに点灯回路と点灯具とが接続している。

本発明の電磁発電機では、長尺筒状容器内に収容された磁石の往復運動が、軸体の周囲に装着された転がり軸受（転がり摺動具）を介して行われ、その往復運動が極めて円滑に、かつ素早く行われるため、発電効率が顕著に向上し、かつ磁石の往復運動に際して発生しやすい騒音も極めて低いレベルとなる。また、コイルを長尺筒体の内側に配置することもできるため、電磁発電機のさらなる小型化が可能となる。

従来の電磁発電機（あるいは携帯用発電照明具）の基本的構成を示す模式図である。 本発明の電磁発電機の第一の構成例を示す模式図である。 本発明の電磁発電機の転がり軸受（転がり摺動具）として特に有利に用いることのできる球体無限循環型の直動軸受（リニアブッシュ）を軸体の周囲に装着した状態で示す斜視図である。 図３に示した球体無限循環型の直動軸受（リニアブッシュ）の詳細な構成を示す斜視図である。 本発明の電磁発電機で用いることのできる複数の球体と該球体を回転可能に保持する保持器とからなる構成の転がり軸受の構成を、転がり軸受と、その周囲に装着固定された磁石とともに、そして軸体に転がり摺動が可能なように装着された状態を示す模式図である。 本発明の電磁発電機の第二の構成例を示す模式図である。 本発明の電磁発電機の第三の構成例を示す模式図である。 本発明の電磁発電機において磁石を二個転がり軸受を挟んで装着する構成における各々の磁石の極性を考慮した配置の例を示す模式図である。 図８の各磁石配置を実現するための磁石と転がり軸受との接続方法あるいは接合方法の例を示す模式図である。

本発明の電磁発電機を添付図面の図２乃至図９を参照しながら、以下に詳しく説明する。

図２は、本発明の電磁発電機の第一の構成例を示す模式図である。すなわち、図２において、本発明の電磁発電機１は、長尺筒状容器（パイプ）１０、筒状容器１０の内部に長軸に沿って配置され、両端が固定された軸体（シャフト）１４、軸体１４の周囲に球体の転がりによる摺動が可能なように装着された複数の球体を備える転がり軸受１５、転がり軸受１５に接合された磁石１１、そして筒状容器１０の外周部もしくは内周部に沿って巻き回されたコイル１２を含む。なお、図２の電磁発電機は、転がり軸受１５に接合された磁石１１の筒状容器１０内の往復運動によりコイル１２内に発生する電流を発光として取り出すための点灯回路１３が備えられている。

図３と図４は、本発明の電磁発電機の転がり軸受（転がり摺動具）として特に有利に用いることのできる球体無限循環型の直動軸受（リニアブッシュ）を示す斜視図である。図３の斜視図は、直動軸受を軸体の周囲に装着した状態で描かれている。
図３と図４に示された球体無限循環型の直動軸受自体については、様々な構成のものが既に周知であり、各種の機械器具に装着されて使用されている。すなわち、通常の直動軸受１５は、外筒１６、外筒の内側に装着される球体保持器（リテーナ）１７、そして球体保持器に無限循環が可能なように収容された球体（ボール、鋼球）１８とから構成されている。そして、一般には、直動軸受１５の両端面からの球体１８の抜け落ちを防ぐために、外筒１６の両端部の内側周面に球体抜け止めの止め輪１９（もしくはシール）が付設されている。なお、図２の本発明の電磁発電機１では、図４に示した球体無限循環型の直動軸受１５の外筒１６の外周側に筒状に成形した磁石１１が装着固定されている。

本発明の電磁発電機で用いる球体無限循環型の直動軸受の球体（ボール）１８は、非磁性球体であることが好ましく、また軸体１４も非磁性軸体であって、外筒１６や保持器１７も非磁性材料から形成されていることが好ましい。非磁性球体および非磁性軸体の構成材料の例としては、非磁性金属、合成樹脂及びセラミック材料を挙げることができる。

図５は、本発明の電磁発電機で用いることのできる複数の球体と該球体を回転可能に保持する保持器とからなる構成の転がり軸受の構成を、転がり軸受と、その周囲に装着固定された磁石とともに、そして軸体に転がり摺動が可能なように装着された状態を示す模式図である。すなわち、図５には、軸体１４の周囲に複数の球体１８を収容する枠体である保持器１７が、球体１８を介して転がり移動が可能なように軸体の周囲に装着された構成の転がり軸受１５が示されている。そして、この転がり軸受１５の周囲には、筒状に成形した磁石１１が装着固定されている。

図６は、本発明の電磁発電機の第二の構成例を示す模式図である。この第二の構成例でも、図２に示した直動軸受１５と同じタイプの転がり軸受が軸体１４の周囲に転がり移動が可能なように装着されているが、この第二の構成例では、二個の磁石１１ａ、１１ｂがそれぞれ、直動軸受１５の各端部に接続固定されている。

図７は、本発明の電磁発電機の第三の構成例を示す模式図である。この第三の構成例でも、図２に示した直動軸受１５と同じタイプの転がり軸受が軸体１４の周囲に転がり移動が可能なように装着されているが、この第三の構成例では、二個の直動軸受１５ａ、１５ｂが一個の磁石１１の各端部に接続固定されている。

図８は、本発明の電磁発電機において二個の磁石１１ａ、１１ｂを一個の転がり軸受（直動軸受）１５を挟んで装着する構成における各々の磁石の極性を考慮した配置の例を示す模式図である。なお、磁石を複数個装着する場合における磁石の配置には、前記の先行特許文献に記載されているような様々な組み合わせが可能である。

図９は、図８の磁石配置を実現するための磁石１１ａ、１１ｂと転がり軸受（直動軸受）１５との接続固定方法の例を示す模式図であり、この図では、直動軸受１５と磁石１１ａ、１１ｂとの間の接続固定は、直動軸受１５の両端部に設けられている止め輪１９（もしくはシール）を利用して行われている。ただし、本発明の電磁発電機において用いられる磁石と転がり軸受との接続固定については、このような方法に限定される訳ではないことは勿論である。

１ 携帯用照明具（電磁発電機）
１０ 長尺筒状容器（パイプ）
１１、１１ａ、１１ｂ 磁石（永久磁石）
１２ コイル
１３ 点灯回路
１４ 軸体（シャフト）
１５、１５ａ、１５ｂ リニアブッシュ（直動軸受）または転がり軸受
１６ 外筒
１７ 保持器（リテーナ）
１８ 球体（ボール）
１９ 止め輪（シール）

Claims (7)

1. 長尺筒状容器、該長尺筒状容器の内部に長軸に沿って配置され、両端が固定された軸体、該軸体の周囲に球体の転がりによる摺動が可能なように装着された複数の球体を備える転がり軸受、該転がり軸受に接合された磁石、そして該長尺筒状容器の外周面もしくは内周面に沿って巻き回されたコイルを含む電磁発電機。
2. 上記長尺筒状容器が非磁性容器であり、上記球体が非磁性球体であって、かつ上記軸体が非磁性軸体である請求項１に記載の電磁発電機。
3. 上記非磁性球体が合成樹脂もしくはセラミック材料から形成された球体である請求項２に記載の電磁発電機。
4. 上記転がり軸受が、リニアブッシュである請求項１乃至３の内のいずれかの項に記載の電磁発電機。
5. 上記転がり軸受が、球体無限循環型のリニアブッシュである請求項１乃至３の内のいずれかの項に記載の電磁発電機。
6. 上記転がり軸受が、非磁性の筒状枠体と該枠体に収容された複数の非磁性球体からなる請求項１に記載の電磁発電機。
7. 上記コイルに点灯回路と点灯具が接続している請求項１乃至６の内のいずれかの項に記載の電磁発電機。

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