JP2017011947A - 振動式発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】無駄なエネルギー消費を生じず効率的な発電が可能な振動式発電装置を提供する。
【解決手段】容器体５と、容器体５の底面に設けられた浮上用磁石体３と、当該浮上用磁石体３の磁力によって浮上させられ、上下振動入力に応じて浮上状態で上下に振動させられる発電用磁石体６と、発電用磁石体６に対して配置された発電用コイル７と、容器体５内に収容された液体８とを備え、左右振動入力に伴い揺動する液体８の表面の衝突による作用力で発電用磁石体６を上下振動させるようにし、発電用磁石体６の相対振動に伴う磁束変化によって発電用コイル７に発電電力を生じさせる。
【選択図】 図１

Description

本発明は振動式発電装置に関し、特に、効率的な発電が可能な振動式発電装置に関する。

環境に存在する微少エネルギーを集めて電力として出力する「エネルギーハーベスティング技術」が注目されており、特許文献１には微小な機械的振動で発電する振動式発電装置が提案されている。ここでは、永久磁石をコイルバネで支持し、振動入力に応じて共振振動する永久磁石を発電用コイル内で前後動させて、この時の磁束変化によって発電用コイルに発電電力を生じさせている。

特開２０１１−１１４８８４

しかし、上記従来の構造では、コイルバネの有する抵抗減衰力によってエネルギーが無駄に消費され、発電効率が悪いという問題があった。

そこで、本発明はこのような課題を解決するもので、無駄なエネルギー消費を生じず効率的な発電が可能な振動式発電装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本第１発明では、容器体（５）と、前記容器体（５）の底面に設けられた浮上用磁石体（３）と、当該浮上用磁石体（３）の磁力によって浮上させられ、上下振動入力に応じて浮上状態で上下に振動させられる発電用磁石体（６）ないし発電用コイル（７）の一方と、前記発電用磁石体（６）ないし発電用コイル（７）の一方に対して配置された発電用磁石体（６）ないし発電用コイル（７）の他方と、前記容器体（５）内に収容された液体（８）とを備え、左右振動入力に伴い揺動する前記液体（８）の表面の衝突による作用力で前記発電用磁石体（６）ないし発電用コイル（７）を上下振動させるようにし、前記発電用磁石体（６）の相対振動に伴う磁束変化によって前記発電用コイル（７）に発電電力を生じるようにする。

本第１発明においては、発電用磁石体ないし発電用コイルの一方が磁力によって浮上させられているから、振動時の抵抗減衰を十分に小さく抑えることができ、エネルギーが無駄に消費されないから発電効率が向上する。そして本第１発明では、上下振動入力に加えて左右振動入力によっても発電用磁石体ないし発電用コイルを上下振動させることができるから、さらに効率的な発電が可能である。

本第２発明では、前記浮上用磁石体（３）は前記発電用磁石体（６）の下方に配置されて磁気反発力によって前記発電用磁石体（６）を浮上させるようにする。

本第２発明においては、発電用磁石体を浮上用磁石体に対する磁気反発力で直接浮上させているから、構造が簡易である。

本第３発明では、前記発電用磁石体（６）の上方にさらに浮上抑制用磁石体（４）を配置してその磁気反発力で前記発電磁石体（６）の浮上を抑制するようにする。

本第３発明においては、発電用磁石体は、浮上用磁石体から受ける上方への磁気反発力と浮上抑制用磁石体から受ける下方への磁気反発力が均衡した位置に磁気的に拘束された状態で浮上位置させられて、一定の共振周波数を有している。したがって、この共振周波数を振動入力の周波数と一致させることにより、発電用磁石体を大きく振動させて大きな発電電力を得ることができる。

本第４発明では、前記浮上抑制用磁石体（４）の高さ位置を調節可能とする。

本第４発明において、振動入力の周波数が変化した場合には、その周波数変化に応じて浮上抑制用磁石体を上下動させることにより、発電用磁石体の共振周波数を振動入力の周波数に変更一致させることができる。したがって、振動入力の周波数が変化しても発電用磁石体を大きく振動させて常に大きな発電電力を得ることができる。

なお、上記カッコ内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を参考的に示すものである。

本発明の振動式発電装置によれば、無駄なエネルギー消費を生じず効率的な発電が可能である。

振動式発電装置の全体正面図である。 振動式発電装置の発電部の拡大断面図である。 上下振動入力時の作動を説明する発電部の拡大断面図である。 左右振動入力時の作動を説明する発電部の拡大断面図である。

なお、以下に説明する実施形態はあくまで一例であり、本発明の要旨を逸脱しない範囲で当業者が行う種々の設計的改良も本発明の範囲に含まれる。

（第１実施形態）
図１には本発明の振動式発電装置（以下、単に発電装置という）の一例を示す。図１において、発電装置Ｅの基体１は長板状をなし、その板面上には長手方向へ複数の浮上用磁石体３が設けられている。基体１から上方へ離れて同じく長板状の基体２が位置しており、その下面には上記各浮上用磁石体３に対応させてこれと同数の浮上抑制用磁石体４が固定されている。

そして、各浮上用磁石体３から上方の各浮上抑制用磁石体４に向けて長筒状の容器体たるボビン５が立設されており、これらボビン５の筒空間内に発電用磁石体６が配置されている。なお、上記浮上用磁石体３はボビン５の下端開口内にこれを閉鎖するように固定されており、一方、上記浮上抑制用磁石体４は、基体２の下面に突設された棒状の樹脂製保持体４１の下端部内に埋設されて、ボビン５の上端開口からその内空間へ進退可能に、すなわち上下動可能に進入している。

各発電用磁石体６は、下方の浮上用磁石体３や上方の浮上抑制用磁石体４と同極が対向させられて、上下方向からの磁気反発力で磁気的に拘束されつつ浮上位置させられている。したがって、発電装置Ｅに上下方向の振動が入力すると、発電用磁石体６はある共振周波数を有して上下方向へ振動する。各ボビン５の外周には各発電用磁石体６の位置に略対応する長手方向（上下方向）の所定範囲に発電用コイル７が巻回されている。これにより、発電用磁石体６が上下に振動すると、この時の磁束変化によって電磁誘導により発電用コイル７に発電電力が生じる。各発電用コイル７に生じた発電電力は整流後にバッテリ等に蓄えられる。ここで、各発電用コイルの直後にそれぞれ全波整流回路を設けて整流後の発電出力を合成した後、バッテリ等に供給しても良いし、各発電用コイルの発電出力を合成した後、単一の全波整流回路で整流してバッテリ等に供給しても良い。前者の方が発電出力は大きくなるが、いずれの構成にするかはコストと必要性の兼ね合いで決定される。

基体１の両端部上には棒状支持部材１１が立設されており、基体２はその両端が、支持部材１１に沿った上下方向で位置を変更調整できるように当該支持部材１１に取り付けられている。基体２を上昇させると、浮上用磁石体３と浮上抑制用磁石体４の対向間隔が大きくなって、これらの間に位置する発電用磁石体６に対する磁気的拘束力が弱まり、磁気浮上させられた発電用磁石体６が上下方向へ振動する際の共振周波数が低くなる。

一方、基体２を下降させると、浮上用磁石体３と浮上抑制用磁石体４の対向間隔が小さくなって、これらの間に位置する発電用磁石体６に対する磁気的拘束力が強まり、磁気浮上させられた発電用磁石体６が上下方向へ振動する際の共振周波数は高くなる。このように、基体２の位置を上下調整することによって、発電用磁石体の共振周波数を容易に変更することができる。

上記ボビン５内には図２に示すように、低粘性液体８、例えば油、がその液面が発電用磁石体６の下方に位置するように封入してある。このような構造によると、発電装置Ｅに上下方向の振動が入力した場合には、発電用磁石体６は自身の慣性による振動に加えて、図３に示すように、同様に振動させられる上記液体８の液面が発電用磁石体６の下面に衝突する際の作用力を受けて、より効率的に振動させられて発電用コイル７に発電電力を生じる。

さらに上記構造の発電装置において、左右方向からの振動が入力すると、上記液体８の液面は図４（１）、（２）に示すように大きく揺動し、揺動する液体８の液面が発電用磁石体６の下面に衝突して大きな作用力が働いて、発電用磁石体６を上下方向へ起振する。なお、液面の揺動による作用力は液面の振動による作用力よりも十分に大きい。

本実施形態の発電装置Ｅではこのように、上下方向のみならず左右方向からの振動入力によっても発電用磁石体６はある共振周波数を有して上下方向へ大きく振動させられて、この時の磁束変化によって発電用コイル７に発電電力が生じる。したがって、このような発電装置を例えば上下左右方向からの振動が頻繁に入力する車両等に搭載すれば、発電をより効率的に行うことができる。

上記実施形態において、基板を上下に駆動させる機構を設けるとともに、入力振動の周波数を検知して、当該周波数に発電用磁石体の共振周波数を合致させるように基板を自動的に上下動させるようにすれば、振動周波数が変わっても常に良好な発電状態を維持することができる。また、浮上抑制用磁石体を特に設けず、発電用磁石体を浮上用磁石体で浮上させるだけの構造としても良い。さらには、発電用磁石体ないし発電用コイルを支持する支持体を設けて、当該支持体に、浮上用磁石体や浮上抑制用磁石体と対向して支持体を浮上状態とする補助磁石体を設け、当該補助磁石体に、液体の液面を衝突させるような構造としても良い。なお、磁気反発力に代えて磁気吸引力を利用するようにしても良い。上記実施形態では、ボビンの上端を開放状態としたが、浮上抑制用磁石体は必ずしもボビン内へ進入させる必要は無く、この場合にはボビンの上端開口は閉鎖することができる。

２…基板、３…浮上用磁石体、４…浮上抑制用磁石体、５…ボビン（容器体）、６…発電用磁石体、７…発電用コイル、８…液体。

Claims (4)

1. 容器体と、前記容器体の底面に設けられた浮上用磁石体と、当該浮上用磁石体の磁力によって浮上させられ、上下振動入力に応じて浮上状態で上下に振動させられる発電用磁石体ないし発電用コイルの一方と、前記発電用磁石体ないし発電用コイルの一方に対して配置された発電用磁石体ないし発電用コイルの他方と、前記容器体内に収容された液体とを備え、左右振動入力に伴い揺動する前記液体の表面の衝突による作用力で前記発電用磁石体ないし発電用コイルを上下振動させるようにし、前記発電用磁石体の相対振動に伴う磁束変化によって前記発電用コイルに発電電力を生じるようにした振動式発電装置。
2. 前記浮上用磁石体は前記発電用磁石体の下方に配置されて磁気反発力によって前記発電用磁石体を浮上させるようにした請求項１に記載の振動式発電装置。
3. 前記発電用磁石体の上方にさらに浮上抑制用磁石体を配置してその磁気反発力で前記発電磁石体の浮上を抑制するようにした請求項１又は２に記載の振動式発電装置。
4. 前記浮上抑制用磁石体の高さ位置を調節可能とした請求項３に記載の振動式発電装置。

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