JP2017175676A - Power generator - Google Patents

Power generator Download PDF

Info

Publication number
JP2017175676A
JP2017175676A JP2016055673A JP2016055673A JP2017175676A JP 2017175676 A JP2017175676 A JP 2017175676A JP 2016055673 A JP2016055673 A JP 2016055673A JP 2016055673 A JP2016055673 A JP 2016055673A JP 2017175676 A JP2017175676 A JP 2017175676A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
power generation
spring
generation device
magnet
vibration
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2016055673A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
智英 青柳
Tomohide Aoyanagi
智英 青柳
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Adamant Co Ltd
Original Assignee
Adamant Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Adamant Co Ltd filed Critical Adamant Co Ltd
Priority to JP2016055673A priority Critical patent/JP2017175676A/en
Publication of JP2017175676A publication Critical patent/JP2017175676A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a power generator capable of achieving size reduction by performing resonance at a low frequency of approx. several Hz generated by an activity of a person or an animal when an object on which a power generator is installed is the person or the animal.SOLUTION: The power generator is structured to include: a conical spring with a fixed terminal and a movable terminal; a movable element mounted on a movable end on the opposite side to a free length of the conical spring; and a power generation part performing power generation by movable element's vibration, thereby achieving resonance at a low frequency and power generation and size reduction.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、発電装置に関し、特に可動子の振動運動により発電する発電装置に関する。   The present invention relates to a power generation device, and more particularly, to a power generation device that generates electric power by vibrating motion of a mover.

近年になって、光や熱、振動などの身の回りにある微小なエネルギーを電気エネルギーに変換して採集する環境発電(エナジーハーベスティング)技術が提案されてきている。環境発電技術を用いた発電装置を用いることで、例えば橋梁、ビル、動物、人などに発電装置を装着して各種電子機器の電力源とすることができる。これによって、電池交換や二次電池の充電を必要とせずに、様々な環境で自立型独立電源を確保して電子機器を長時間駆動させることが可能となる。   In recent years, an energy harvesting technique has been proposed in which minute energy such as light, heat, and vibration is converted into electrical energy and collected. By using a power generation device using environmental power generation technology, for example, a power generation device can be attached to a bridge, a building, an animal, a person, or the like to be a power source for various electronic devices. Accordingly, it is possible to secure a self-supporting independent power source in various environments and drive the electronic device for a long time without requiring battery replacement or secondary battery charging.

対象物の振動により発電を行うタイプの環境発電では、対象物が振動する周波数に共振する機構を用いて、振動による運動エネルギーを効率よく電気エネルギーに変換するように設計される(特許文献1,2等)。このような共振タイプの環境発電は、共振周波数以外では発電効率が著しく劣るため、対象物の振動に発電装置の共振点を如何に合わせてQ値を下げるかが重要になってくる。   In a type of energy harvesting that generates power by vibration of an object, it is designed to efficiently convert kinetic energy due to vibration into electrical energy using a mechanism that resonates at a frequency at which the object vibrates (Patent Document 1, 2 etc.). Such a resonance type energy harvesting is extremely inferior in power generation efficiency except at the resonance frequency, so it is important to adjust the resonance point of the power generation device to the vibration of the object to lower the Q value.

特開2014−050204号公報JP 2014-050204 A 特開2011−172351号公報JP 2011-172351 A

しかし、特に発電装置を取り付ける対象が人や動物の場合には、人や動物の活動によって生じる振動数が低く、数Hz程度(人の場合約1.9Hz程度)という特徴がある。バネと可動子を用いた共振の場合、バネ定数をk、可動子の質量をm、周波数をν、振幅をAとすると、振動のエネルギーEは

と表わされる。したがって、低周波の振動からできるだけ大きなエネルギーを採集するためには、可動子の質量mを大きくするか、低周波数で共振し振幅が大きくなるようにバネ定数kを小さくする必要がある。
However, in particular, when the target to which the power generation device is attached is a person or an animal, the frequency generated by the activity of the person or animal is low and has a feature of about several Hz (about 1.9 Hz in the case of a person). In the case of resonance using a spring and a mover, if the spring constant is k, the mover mass is m, the frequency is ν, and the amplitude is A, the vibration energy E

It is expressed as Therefore, in order to collect as much energy as possible from low-frequency vibrations, it is necessary to increase the mass m of the mover or to decrease the spring constant k so that the amplitude is increased by resonance at a low frequency.

しかし、可動子の質量mを大きくすることは、発電装置の小型化や可搬性を損なうため好ましくない。また、バネ定数kを小さくすると、可動子の質量mによるバネの変位量が大きくなるため、引張バネでは小型化が困難であり、圧縮バネでは座屈する問題があった。 However, increasing the mass m of the mover is not preferable because it reduces the size and portability of the power generation device. Further, if the spring constant k is reduced, the amount of displacement of the spring due to the mass m of the mover increases, so that it is difficult to reduce the size of the tension spring, and the compression spring is buckled.

図5は従来の引張バネを用いた可動子の振動について説明する模式図であり、図5(a)は引張バネに負荷をかけない状態での自由長L0を示し、図5(b)は可動子による変位と振幅を示している。引張バネ1に負荷をかけない状態での自由長L0とすると、引張バネ1の固定端1aを固定部2に固定し、可動端1bに可動子3を取り付けたときの重さでの変位量xと振幅A、振動に必要な全長L1は、図5(b)に示すように


の関係となる。このように従来の引張バネ1を用いた振動では、振幅Aを得るために必要な全長L1が大きくなってしまい、発電装置の小型化が困難であるという問題があった。
FIG. 5 is a schematic diagram for explaining vibration of a mover using a conventional tension spring. FIG. 5A shows a free length L0 in a state where no load is applied to the tension spring, and FIG. The displacement and amplitude due to the mover are shown. Assuming that the free length L0 is in a state where no load is applied to the tension spring 1, the amount of displacement by the weight when the fixed end 1a of the tension spring 1 is fixed to the fixed portion 2 and the movable element 3 is attached to the movable end 1b. x, amplitude A, and the total length L1 necessary for vibration are as shown in FIG.


It becomes the relationship. As described above, in the vibration using the conventional tension spring 1, the total length L1 necessary for obtaining the amplitude A is increased, and it is difficult to reduce the size of the power generation apparatus.

そこで本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであり、数Hz程度の低周波数で共振し、小型化が可能な発電装置を提供することを目的とする。
Therefore, the present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and an object thereof is to provide a power generator that can resonate at a low frequency of about several Hz and can be downsized.

上記課題を解決するために、本発明の発電装置は、固定端と可動端を有する錐体バネを備え、前記錐体バネの自由長とは反対側において前記可動端に取り付けた可動子を有し、前記可動子の振動により発電する発電部を備えることを特徴とする。 In order to solve the above problems, a power generator according to the present invention comprises a cone spring having a fixed end and a movable end, and has a mover attached to the movable end on the side opposite to the free length of the cone spring. And a power generation unit that generates power by vibration of the mover.

このような本発明の発電装置では、錐体バネの自由長と反対側に可動端を反転させて可動子を取り付けているため、振幅の中心位置と固定端との距離を小さくすることができ、振動に必要な全長を小さくして小型化を図ることが可能となる。 In such a power generator of the present invention, since the movable element is attached by inverting the movable end on the opposite side to the free length of the cone spring, the distance between the center position of the amplitude and the fixed end can be reduced. Thus, it is possible to reduce the overall length necessary for vibration and to reduce the size.

また本発明の一態様では、前記錐体バネと前記可動子による固有振動数は、0.1〜5Hzの範囲である。 In one embodiment of the present invention, a natural frequency of the cone spring and the mover is in a range of 0.1 to 5 Hz.

また本発明の一態様では、前記錐体バネのバネ定数は0.005〜0.05N/mmの範囲である。   In one embodiment of the present invention, a spring constant of the cone spring is in a range of 0.005 to 0.05 N / mm.

また本発明の一態様では、前記固定端は曲率半径の大きい側である。   In one embodiment of the present invention, the fixed end is a side having a larger radius of curvature.

また本発明の一態様では、前記可動子が磁石であり、前記磁石がコイルの内部で振動する。   In one embodiment of the present invention, the mover is a magnet, and the magnet vibrates inside the coil.

また本発明の一態様では、前記可動子がコイルであり、前記コイルが磁石の近傍で振動する。   In one embodiment of the present invention, the mover is a coil, and the coil vibrates in the vicinity of the magnet.

また本発明の一態様では、前記可動子がモーターであり、前記モーターの振動を回転運動に変換して前記モーターのシャフトを回転させる変換機構を備える。
In one embodiment of the present invention, the mover is a motor, and includes a conversion mechanism that converts the vibration of the motor into a rotational motion to rotate the shaft of the motor.

本発明では、数Hz程度の低周波数で共振し、小型化が可能な発電装置を提供することができる。 In the present invention, it is possible to provide a power generator that resonates at a low frequency of about several Hz and can be miniaturized.

第1実施形態における発電装置10を示す模式断面図である。It is a schematic cross section which shows the electric power generating apparatus 10 in 1st Embodiment. 円錐バネ11と磁石13による振動について説明する模式図であり、図2(a)は円錐バネ11に負荷を加えていない状態での自由長を示し、図2(b)は円錐バネ11の固定端11aと可動端11bとを反転させた状態での振動を示している。FIGS. 2A and 2B are schematic diagrams for explaining vibrations caused by the conical spring 11 and the magnet 13. FIG. 2A shows a free length when no load is applied to the conical spring 11, and FIG. The vibration is shown with the end 11a and the movable end 11b reversed. 第2実施形態における発電装置20を示す模式断面図である。It is a schematic cross section which shows the electric power generating apparatus 20 in 2nd Embodiment. 第3実施形態における発電装置30を示す模式断面図である。It is a schematic cross section which shows the electric power generating apparatus 30 in 3rd Embodiment. 従来の引張バネを用いた可動子の振動について説明する模式図であり、図5(a)は引張バネに負荷をかけない状態での自由長L0を示し、図5(b)は可動子による変位と振幅を示している。FIG. 5A is a schematic diagram for explaining vibration of a mover using a conventional tension spring. FIG. 5A shows a free length L0 when no load is applied to the tension spring, and FIG. The displacement and amplitude are shown.

(第1実施形態)
以下、本発明の第1実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付すものとし、適宜重複した説明は省略する。図1は、本実施形態における発電装置10を示す模式断面図である。発電装置10は、錐体バネとなる円錐バネ11と、固定部12と、磁石13と、ガイド14と、底部15と、コイル16とを備えている。
(First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The same or equivalent components, members, and processes shown in the drawings are denoted by the same reference numerals, and repeated descriptions are omitted as appropriate. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a power generation device 10 according to this embodiment. The power generation device 10 includes a conical spring 11 serving as a cone spring, a fixed portion 12, a magnet 13, a guide 14, a bottom portion 15, and a coil 16.

円錐バネ11は、固定端11aから可動端11bにかけて線材の曲率半径が漸減するとともに、高さ方向に螺旋状に加工した部材である。ここで円錐バネ11と一般的な名称を用いているが、必ずしも円錐形状である必要はなく、曲率半径が漸減して高さ方向に螺旋状に形成されていればよく、円錐台形状や角錐形状などの種々の形状を採用することができる。また、ここでは固定端11a側の曲率半径が可動端11b側よりも大きい例を示したが、可動端11b側の曲率半径が固定端11a側よりも大きいとしてもよい。 The conical spring 11 is a member processed in a spiral shape in the height direction while the radius of curvature of the wire gradually decreases from the fixed end 11a to the movable end 11b. Here, the conical spring 11 and a general name are used. However, the conical spring 11 is not necessarily required to have a conical shape. The conical spring 11 may be formed in a spiral shape in a height direction with a gradually decreasing curvature radius. Various shapes such as a shape can be employed. Here, an example is shown in which the radius of curvature on the fixed end 11a side is larger than that on the movable end 11b side, but the radius of curvature on the movable end 11b side may be larger than that on the fixed end 11a side.

円錐バネ11の固定端11aは固定部12の下面に固定されており、可動端11bは後述するように円錐バネ11の自由長とは反対側に反転されて磁石13が取り付けられている。固定端11aと可動端11bの他部材への取り付けは、接着剤等を用いるとしても良く、他の治具を介在させてもよい。 The fixed end 11a of the conical spring 11 is fixed to the lower surface of the fixed portion 12, and the movable end 11b is reversed to the side opposite to the free length of the conical spring 11 and a magnet 13 is attached as will be described later. Attachment to the other members of the fixed end 11a and the movable end 11b may be performed using an adhesive or the like, or another jig may be interposed.

固定部12は、円錐バネ11の固定端11aを固定して吊り下げるための部材である。発電装置10において固定部12を設ける位置は限定されないが、発電装置10を構成する筐体の天面とすることで、振動に必要な距離を確保しつつ装置の小型化を図ることができる。 The fixed portion 12 is a member for fixing and hanging the fixed end 11 a of the conical spring 11. Although the position where the fixing portion 12 is provided in the power generation device 10 is not limited, by using the top surface of the casing that constitutes the power generation device 10, it is possible to reduce the size of the device while ensuring a distance necessary for vibration.

磁石13は、円錐バネ11の可動端11bに取り付けて吊り下げられ、円錐バネ11を振動させる可動子として機能する部材である。図1中では、上方である可動端11b側をN極とし下方である底部15側をS極とした例を示したが、N極とS極が逆向きであってもよい。発電装置10では、円錐バネ11のバネ定数kと磁石13の質量mによって決まる固有振動数Fnで、磁石13が振幅Aで上下方向に振動する。 The magnet 13 is a member that is attached to the movable end 11 b of the conical spring 11 and is suspended and functions as a movable element that vibrates the conical spring 11. Although FIG. 1 shows an example in which the upper movable end 11b side is the N pole and the lower bottom 15 side is the S pole, the N pole and the S pole may be reversed. In the power generation device 10, the magnet 13 vibrates in the vertical direction with an amplitude A at a natural frequency Fn determined by the spring constant k of the conical spring 11 and the mass m of the magnet 13.

発電装置10を人体に取り付けて人の活動による振動で環境発電をする場合には、固有振動数Fnが0.1〜5Hz、より好ましくは1〜3Hz、さらに好ましくは1.6〜2.2Hzの範囲となるように円錐バネ11のバネ定数kと磁石13の質量mを選定することが望ましい。また、発電装置10の可搬性を高めるためには、磁石13の質量は30〜100gの範囲であることが好ましく、固有振動数Fnと質量mの範囲に基づいて、円錐バネ11のバネ定数kは0.005〜0.05N/mmの範囲であることが好ましい。 When the power generation device 10 is attached to a human body and environmental power generation is performed by vibration caused by human activity, the natural frequency Fn is 0.1 to 5 Hz, more preferably 1 to 3 Hz, and still more preferably 1.6 to 2.2 Hz. It is desirable to select the spring constant k of the conical spring 11 and the mass m of the magnet 13 so as to be in the range. Moreover, in order to improve the portability of the electric power generating apparatus 10, it is preferable that the mass of the magnet 13 is in the range of 30 to 100 g, and the spring constant k of the conical spring 11 is based on the range of the natural frequency Fn and the mass m. Is preferably in the range of 0.005 to 0.05 N / mm.

ガイド14は、磁石13の振幅方向に延在されて、磁石13の振動方向を規制するための部材であり、ガイド14の上部は固定部12に接続され、下部は底部15に接続されている。図1ではガイド14が固定部12と底部15に接続された例を示したが、磁石13の振動方向を規制することが可能であればよく、磁石13の振幅Aの領域にのみ設けるとしてもよい。ガイド14の構造としては、磁石13の水平方向断面と略同一の断面を有する筒状部材であってもよく、磁石13の一部が接触して摺動するレール状部材であってもよい。 The guide 14 is a member that extends in the amplitude direction of the magnet 13 and regulates the vibration direction of the magnet 13. The upper portion of the guide 14 is connected to the fixed portion 12, and the lower portion is connected to the bottom portion 15. . Although FIG. 1 shows an example in which the guide 14 is connected to the fixed portion 12 and the bottom portion 15, it is only necessary to be able to regulate the vibration direction of the magnet 13, and it may be provided only in the region of the amplitude A of the magnet 13. Good. The structure of the guide 14 may be a cylindrical member having a cross section substantially the same as the horizontal cross section of the magnet 13 or may be a rail-like member that slides in contact with a part of the magnet 13.

底部15は、磁石13の振幅領域よりも下方に位置してガイド14に取り付けられた部材である。発電装置10において底部15を設ける位置は限定されないが、発電装置10を構成する筐体の底面とすることで、振動に必要な距離を確保しつつ装置の小型化を図ることができる。また、底部15は必ずしも設ける必要はないが、ガイド14の下端に取り付けることで、磁石13が過大な振動によって通常使用での振幅領域を超えて移動することを防止するとともに円錐バネ11と磁石13とを保護することができる。 The bottom portion 15 is a member that is positioned below the amplitude region of the magnet 13 and attached to the guide 14. Although the position where the bottom portion 15 is provided in the power generation device 10 is not limited, by using the bottom surface of the casing constituting the power generation device 10, the device can be reduced in size while ensuring a necessary distance for vibration. Although the bottom portion 15 is not necessarily provided, by attaching to the lower end of the guide 14, the magnet 13 is prevented from moving beyond the amplitude region in normal use due to excessive vibration, and the conical spring 11 and the magnet 13 are prevented. And can be protected.

コイル16は、電気伝導性の巻線を所定の内径を有する筒状に巻回した部材であり、その中心軸が磁石13の振動方向と一致するように配置されている。これにより、磁石13はコイル16の内部で振動することになり、電磁誘導によって発電が行われる。 The coil 16 is a member obtained by winding an electrically conductive winding into a cylindrical shape having a predetermined inner diameter, and is arranged so that its central axis coincides with the vibration direction of the magnet 13. As a result, the magnet 13 vibrates inside the coil 16 and power is generated by electromagnetic induction.

図1では図示を省略しているが、コイル16の巻線の両端は外部に延長されて回路部に電気的に接続され、整流回路や電圧変換回路、充電回路などにより二次電池への充電や、外部機器への電流供給が行われる。また、図1ではコイル16をガイド14とは別体として外側に配置した例を示したが、コイル16とガイド14を一体してもよく、ガイド14の内側に配置してもよい。また、コイル16を振動方向に沿って複数設ける構成としてもよい。 Although not shown in FIG. 1, both ends of the winding of the coil 16 are extended to the outside and electrically connected to the circuit unit, and the secondary battery is charged by a rectifier circuit, a voltage conversion circuit, a charging circuit, or the like. In addition, current is supplied to external devices. 1 shows an example in which the coil 16 is disposed outside the guide 14 as a separate body, but the coil 16 and the guide 14 may be integrated or may be disposed inside the guide 14. A plurality of coils 16 may be provided along the vibration direction.

図2は、円錐バネ11と磁石13による振動について説明する模式図であり、図2(a)は円錐バネ11に負荷を加えていない状態での自由長を示し、図2(b)は円錐バネ11の固定端11aと可動端11bとを反転させた状態での振動を示している。 2A and 2B are schematic diagrams for explaining vibrations caused by the conical spring 11 and the magnet 13. FIG. 2A shows a free length when no load is applied to the conical spring 11, and FIG. The vibration in a state where the fixed end 11a and the movable end 11b of the spring 11 are reversed is shown.

図2(a)に示したように、円錐バネ11は負荷を加えていない状態では自由長L0の長さであり、固定端11aを下方とし可動端11bを上方としている。この円錐バネ11を発電装置10に用いる際には、固定端11aと可動端11bとが同一面内となるまで円錐バネ11を上方から圧縮した後、可動端11bが固定端11aよりも下方となる位置にまで下方から引っ張って状態で可動端11bに磁石13を取り付ける。これにより、可動端11bは、円錐バネ11の自由長とは反対側にまで反転されて、磁石13の自重によって反転状態が維持される。   As shown in FIG. 2A, the conical spring 11 has a free length L0 when no load is applied, with the fixed end 11a on the lower side and the movable end 11b on the upper side. When the conical spring 11 is used in the power generation device 10, the conical spring 11 is compressed from above until the fixed end 11a and the movable end 11b are in the same plane, and then the movable end 11b is positioned below the fixed end 11a. The magnet 13 is attached to the movable end 11b while being pulled from below to such a position. Thereby, the movable end 11b is inverted to the side opposite to the free length of the conical spring 11, and the inverted state is maintained by the weight of the magnet 13.

図2(b)に示すように、円錐バネ11の反転状態での振動は、自由長L0のときの円錐バネの可動端11bが固定端11aよりも上方であるから、磁石13の重さでの変位量をxとし、振幅をAとすると、振動に必要な全長L1は

で表わされる。
As shown in FIG. 2B, the vibration of the conical spring 11 in the inverted state is caused by the weight of the magnet 13 because the movable end 11b of the conical spring is higher than the fixed end 11a when the free length L0. Where x is the displacement amount and A is the amplitude, the total length L1 required for vibration is

It is represented by

ここで、可動子である磁石13の質量をm、円錐バネ11のバネ定数をkとすると、変位量xは

であり、固有振動数Fnは

となる。
Here, when the mass of the magnet 13 as a mover is m and the spring constant of the conical spring 11 is k, the displacement amount x is

And the natural frequency Fn is

It becomes.

これらの数式を用い、円錐バネ11のバネ定数kと可動子である磁石13の質量mを適切に選択することで、振動に必要な全長L1と固有振動数Fnを設計することができ、発電装置10によるエネルギー採集を人の活動による1.9Hz程度に最適化できる。   By using these formulas and appropriately selecting the spring constant k of the conical spring 11 and the mass m of the magnet 13 as the mover, the total length L1 and the natural frequency Fn necessary for vibration can be designed, and power generation Energy collection by the device 10 can be optimized to about 1.9 Hz due to human activity.

このように、円錐バネ11を反転させて自由長とは反対側において可動端11bに可動子である磁石13を取り付けることで、通常の引張バネを用いた場合の数2よりも振動に必要な全長L1を2L0短くすることができる。したがって本実施形態の発電装置10では、小型化を図りながらも数Hz程度の低周波数で共振し、効率よく振動エネルギーを電気エネルギーに変換可能となる。 In this way, by reversing the conical spring 11 and attaching the magnet 13 as the mover to the movable end 11b on the side opposite to the free length, it is necessary for vibration than the number 2 in the case of using a normal tension spring. The total length L1 can be shortened by 2L0. Therefore, in the power generation device 10 according to the present embodiment, it is possible to resonate at a low frequency of about several Hz while downsizing and efficiently convert vibration energy into electric energy.

また、円錐バネ11を反転させて引張バネとして用いることから、圧縮バネのように座屈対策としてバネ径を大きくする必要がなく、バネの設計自由度が高くなる。また、特殊なバネ形状を設計しなくてもよく、既存設備で製造可能な円錐バネ11を用いることから、製造コストの低減や量産性の向上を図ることができる。   Further, since the conical spring 11 is inverted and used as a tension spring, it is not necessary to increase the spring diameter as a countermeasure against buckling as in the case of a compression spring, and the design freedom of the spring is increased. Moreover, it is not necessary to design a special spring shape, and since the conical spring 11 that can be manufactured with existing facilities is used, the manufacturing cost can be reduced and the mass productivity can be improved.

(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態について説明する。第1実施形態と共通の部分については説明を省略する。図3は、本実施形態における発電装置20を示す模式断面図である。発電装置20は、円錐バネ21と、固定部22と、コイル23と、ガイド24と、底部25と、磁石26とを備えている。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described. A description of portions common to the first embodiment is omitted. FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing the power generation device 20 in the present embodiment. The power generation device 20 includes a conical spring 21, a fixing portion 22, a coil 23, a guide 24, a bottom portion 25, and a magnet 26.

円錐バネ21は固定端21aと可動端21bを備え、固定端21aは固定部22の下面に固定されており、可動端21bは円錐バネ21の自由長とは反対側に反転されてコイル保持部23aが取り付けられている。コイル23はコイル保持部23aに取り付けられ、円錐バネ21の可動端21bに吊り下げられ、円錐バネ21を振動させる可動子として機能する。磁石26は、磁石26の両極方向にコイル23の中心軸が一致するように底部25上に立設されている。図3ではコイル23をガイド24の内側に配置した例を示したが、ガイド24の外側に配置してもよい。 The conical spring 21 includes a fixed end 21a and a movable end 21b. The fixed end 21a is fixed to the lower surface of the fixed portion 22, and the movable end 21b is reversed to the opposite side to the free length of the conical spring 21 to be coil holding portions. 23a is attached. The coil 23 is attached to the coil holding part 23a, is suspended from the movable end 21b of the conical spring 21, and functions as a movable element that vibrates the conical spring 21. The magnet 26 is erected on the bottom portion 25 so that the central axes of the coils 23 coincide with the polar directions of the magnet 26. Although FIG. 3 shows an example in which the coil 23 is disposed inside the guide 24, the coil 23 may be disposed outside the guide 24.

本実施形態では、コイル23およびコイル保持部23aが円錐バネ21の可動子となり、磁石26の磁界内でコイル23が振動する。したがって発電装置20では、コイル23およびコイル保持部23aの合計質量をmとして、数3〜数5で示される振動をして、コイル23での電磁誘導によって振動エネルギーの採集が行われる。 In the present embodiment, the coil 23 and the coil holding portion 23 a serve as the mover of the conical spring 21, and the coil 23 vibrates in the magnetic field of the magnet 26. Therefore, in the power generation device 20, vibrations are collected by electromagnetic induction in the coil 23, where m is the total mass of the coil 23 and the coil holding portion 23 a, and the vibration shown in Equations 3 to 5 is performed.

このように、円錐バネ21を反転させて自由長とは反対側において可動端21bに可動子であるコイル23を取り付けることで、通常の引張バネを用いた場合の数2よりも振動に必要な全長L1を2L0短くすることができる。したがって本実施形態の発電装置20でも、小型化を図りながらも数Hz程度の低周波数で共振し、効率よく振動エネルギーを電気エネルギーに変換可能となる。   Thus, by reversing the conical spring 21 and attaching the coil 23, which is a mover, to the movable end 21b on the side opposite to the free length, it is necessary for vibration than the number 2 in the case of using a normal tension spring. The total length L1 can be shortened by 2L0. Therefore, the power generation apparatus 20 of the present embodiment also resonates at a low frequency of about several Hz while achieving downsizing, and can efficiently convert vibration energy into electric energy.

(第3実施形態)
次に、本発明の第3実施形態について説明する。第1実施形態と共通の部分については説明を省略する。図4は、本実施形態における発電装置30を示す模式断面図である。発電装置30は、円錐バネ31と、固定部32と、モーター33と、ガイド34と、底部35と、ラック36とを備えている。
(Third embodiment)
Next, a third embodiment of the present invention will be described. A description of portions common to the first embodiment is omitted. FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing the power generation device 30 in the present embodiment. The power generation device 30 includes a conical spring 31, a fixing portion 32, a motor 33, a guide 34, a bottom portion 35, and a rack 36.

円錐バネ31は固定端31aと可動端31bを備え、固定端31aは固定部32の下面に固定されており、可動端31bは円錐バネ31の自由長とは反対側に反転されてモーター33が取り付けられている。モーター33のシャフト33aにはピニオンギヤ33bが取り付けられており、ラック36の歯とピニオンギヤ33bの歯が噛み合ってラックアンドピニオン機構を構成している。また、モーター33には通常のモーターと同様に磁石およびコイルが内蔵されており、図示しない端子から外部に導線が延長されて回路部に電気的に接続され、整流回路や電圧変換回路、充電回路などにより二次電池への充電や、外部機器への電流供給が行われる。 The conical spring 31 includes a fixed end 31a and a movable end 31b. The fixed end 31a is fixed to the lower surface of the fixed portion 32. The movable end 31b is reversed to the opposite side of the free length of the conical spring 31, and the motor 33 is rotated. It is attached. A pinion gear 33b is attached to the shaft 33a of the motor 33, and the teeth of the rack 36 and the teeth of the pinion gear 33b mesh with each other to constitute a rack and pinion mechanism. In addition, the motor 33 contains a magnet and a coil in the same manner as a normal motor, and a lead wire is extended from a terminal (not shown) to the outside and is electrically connected to a circuit unit. A rectifier circuit, a voltage conversion circuit, a charging circuit, etc. For example, the secondary battery is charged and current is supplied to an external device.

本実施形態では、モーター33が円錐バネ31の可動子となり、モーター33の質量をmとして、モーター33がラック36に沿って数3〜数5で示される振動をする。したがって発電装置30では、モーター33の振動運動がラック36とピニオンギヤ33bとで回転運動に変換され、シャフト33aが回転することでモーター33が発電して振動エネルギーの採集が行われる。 In the present embodiment, the motor 33 becomes a mover of the conical spring 31, and the motor 33 vibrates along the rack 36 as expressed by Equations 3 to 5, where m is the mass of the motor 33. Therefore, in the power generation device 30, the vibration motion of the motor 33 is converted into rotational motion by the rack 36 and the pinion gear 33b, and the motor 33 generates power and collects vibration energy by rotating the shaft 33a.

このように、円錐バネ31を反転させて自由長とは反対側において可動端31bに可動子であるモーター33を取り付けることで、通常の引張バネを用いた場合の数2よりも振動に必要な全長L1を2L0短くすることができる。したがって本実施形態の発電装置30でも、小型化を図りながらも数Hz程度の低周波数で共振し、効率よく振動エネルギーを電気エネルギーに変換可能となる。   In this way, by reversing the conical spring 31 and attaching the motor 33 as a mover to the movable end 31b on the side opposite to the free length, it is necessary for vibration more than the number 2 when a normal tension spring is used. The total length L1 can be shortened by 2L0. Therefore, the power generation device 30 of the present embodiment also resonates at a low frequency of about several Hz while achieving downsizing, and can efficiently convert vibration energy into electric energy.

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications are possible within the scope shown in the claims, and embodiments obtained by appropriately combining technical means disclosed in different embodiments. Is also included in the technical scope of the present invention.

1…引張バネ
2…固定部
3…可動子
10,20,30…発電装置
11,21、31…円錐バネ
1a,11a,21a,31a…固定端
1b,11b,21b,31b…可動端
12,22,32…固定部
13,26…磁石
14,24,34…ガイド
15,25,35…底部
16,23…コイル
23a…コイル保持部
33…モーター
33a…シャフト
33b…ピニオンギヤ
36…ラック
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Tension spring 2 ... Fixed part 3 ... Movable element 10, 20, 30 ... Power generator 11, 21, 31 ... Conical spring 1a, 11a, 21a, 31a ... Fixed end 1b, 11b, 21b, 31b ... Movable end 12, 22, 32 ... fixed parts 13, 26 ... magnets 14, 24, 34 ... guides 15, 25, 35 ... bottom parts 16, 23 ... coil 23 a ... coil holding part 33 ... motor 33 a ... shaft 33 b ... pinion gear 36 ... rack

Claims (7)

固定端と可動端を有する錐体バネを備え、
前記バネの自由長とは反対側において前記可動端に取り付けた可動子を有し、
前記可動子の振動により発電する発電部を備えることを特徴とする発電装置。
Comprising a cone spring having a fixed end and a movable end;
A mover attached to the movable end on the opposite side of the free length of the spring;
A power generation apparatus comprising a power generation unit that generates power by vibration of the mover.
請求項1に記載の発電装置であって、
前記錐体バネと前記可動子による固有振動数は、0.1〜5Hzの範囲であることを特徴とする発電装置。
The power generation device according to claim 1,
A natural frequency generated by the cone spring and the mover is in a range of 0.1 to 5 Hz.
請求項1または2に記載の発電装置であって、
前記錐体バネのバネ定数は0.005〜0.05N/mmの範囲であることを特徴とする発電装置。
The power generation device according to claim 1 or 2,
The power generator according to claim 1, wherein a spring constant of the cone spring is in a range of 0.005 to 0.05 N / mm.
請求項1乃至3の何れか1つに記載の発電装置であって、
前記固定端は曲率半径の大きい側であることを特徴とする発電装置。
The power generation device according to any one of claims 1 to 3,
The power generation apparatus according to claim 1, wherein the fixed end is on a side having a larger radius of curvature.
請求項1乃至4の何れか1つに記載の発電装置であって、
前記可動子が磁石であり、前記磁石がコイルの内部で振動することを特徴とする発電装置。
The power generation device according to any one of claims 1 to 4,
The power generation device, wherein the mover is a magnet, and the magnet vibrates inside a coil.
請求項1乃至4の何れか1つに記載の発電装置であって、
前記可動子がコイルであり、前記コイルが磁石の近傍で振動することを特徴とする発電装置。
The power generation device according to any one of claims 1 to 4,
The power generator is characterized in that the mover is a coil and the coil vibrates in the vicinity of a magnet.
請求項1乃至4の何れか1つに記載の発電装置であって、
前記可動子がモーターであり、前記モーターの振動を回転運動に変換して前記モーターのシャフトを回転させる変換機構を備えることを特徴とする発電装置。
The power generation device according to any one of claims 1 to 4,
The power generator is provided with a conversion mechanism for converting the vibration of the motor into a rotational motion and rotating the shaft of the motor.
JP2016055673A 2016-03-18 2016-03-18 Power generator Pending JP2017175676A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016055673A JP2017175676A (en) 2016-03-18 2016-03-18 Power generator

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016055673A JP2017175676A (en) 2016-03-18 2016-03-18 Power generator

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2017175676A true JP2017175676A (en) 2017-09-28

Family

ID=59973592

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2016055673A Pending JP2017175676A (en) 2016-03-18 2016-03-18 Power generator

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2017175676A (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110445238A (en) * 2019-08-30 2019-11-12 保定河软机器人科技有限公司 Walking charger
CN113422490A (en) * 2021-07-19 2021-09-21 深圳市信为科技发展有限公司 Broadband vibration energy collecting device
CN114508562A (en) * 2022-03-10 2022-05-17 重庆科技学院 Vibration reduction energy harvesting device based on nonlinear energy trap and electromagnetic induction and combination thereof

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110445238A (en) * 2019-08-30 2019-11-12 保定河软机器人科技有限公司 Walking charger
CN113422490A (en) * 2021-07-19 2021-09-21 深圳市信为科技发展有限公司 Broadband vibration energy collecting device
CN114508562A (en) * 2022-03-10 2022-05-17 重庆科技学院 Vibration reduction energy harvesting device based on nonlinear energy trap and electromagnetic induction and combination thereof

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5811719B2 (en) Vibration generator
US9231461B2 (en) Electromagnetic energy conversion through coil and magnet arrays
US20130241211A1 (en) Power generator, electronic device, and power generating device
Chye et al. Electromagnetic micro power generator—A comprehensive survey
US20080001578A1 (en) Motion Activated Power Source
JP2017175676A (en) Power generator
US20130033131A1 (en) Inductive Energy Converter
JP2005094832A (en) Generator
JP2009219342A (en) Oscillating current converter
CN108183627B (en) Direction vibration energy collecting device based on giant magnetostrictive material
KR101332006B1 (en) Omnidirectional vibration based energy harvester
JP2005057982A (en) Power generating device with pendulum type piezoelectric element
US20100237719A1 (en) Electromagnetic vibratory generator for low freqency vibrations
JP2016178821A (en) Vibration power generator
JP2012070535A (en) Thin vibration power generation device
CN105871169A (en) Non-interruptible electric power supply system with sound power generation
KR20100092806A (en) Electric generator having piezoelectric device
JP5742860B2 (en) Vibration generator
JP2014204482A (en) Energy conversion device
KR101136561B1 (en) Self-generator for Transforming Tiny Kinetic Energy into Electric Energy
KR101429402B1 (en) A Pendulum device based Energy Harvester
CN110401326B (en) Cable energy collecting device
US8736089B2 (en) Electric generator operated by random motion
KR101197829B1 (en) Self-Generated Safety Lamp using Piezoelectric Energy Harvester
JP6424485B2 (en) POWER GENERATOR AND ELECTRONIC DEVICE PROVIDED WITH THE SAME

Legal Events

Date Code Title Description
A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712

Effective date: 20180220