JP2019115197A - Vibration power generator - Google Patents

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JP2019115197A
JP2019115197A JP2017247953A JP2017247953A JP2019115197A JP 2019115197 A JP2019115197 A JP 2019115197A JP 2017247953 A JP2017247953 A JP 2017247953A JP 2017247953 A JP2017247953 A JP 2017247953A JP 2019115197 A JP2019115197 A JP 2019115197A
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翔太朗 工藤
Shotaro Kudo
翔太朗 工藤
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Abstract

To provide a vibration power generator capable of efficiently transmitting vibration energy to a weight while suppressing a decrease in processability.SOLUTION: The vibration power generator includes: a frame 2 to which a vibration is input; a weight 5 elastically supported by the frame 2; a first tension coil spring 6 and a second tension coil spring 7 connected to the frame 2 and elastically supporting the weight 5 from mutually opposite directions; and a power generation unit that generates an induced electromotive force by the weight 5 vibrating with respect to the frame 2. Vickers hardness of the frame 2 is 700 or less.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、振動を利用して誘導起電力を生じさせる振動発電装置に関する。   The present invention relates to a vibration power generation apparatus that generates an induced electromotive force using vibration.

特許文献1には、振動を利用して誘導起電力を生じさせるようにした振動発電装置が記載されている。この振動発電装置は、フレーム(ケース)と錘体とをコイルバネセットを介して連結することで、フレームに対して錘体が振動する構成となっている。   Patent Document 1 describes a vibration power generation apparatus configured to generate an induced electromotive force using vibration. The vibration power generating apparatus has a structure in which the weight vibrates with respect to the frame by connecting the frame (case) and the weight via a coil spring set.

特開2016−025762号公報JP, 2016-025762, A

ところで、設備機器や橋梁等の振動体は、所定周波数の環境振動を発生している。このような振動体から発生される環境振動により発電させる振動発電装置は、取り付けの自由度を鑑みて小型化することが好ましい。しかしながら、振動発電装置を小型化すると、錘体の体積及び質量も小さくなるため、発電時にコイルから発生する磁界の影響等により錘体の振動が抑制されて、出力が小さくなるという問題が発生する。このため、小型化した振動発電装置において高出力を得るためには、振動を減衰させ難い材料でフレームを構成して、振動エネルギを錘体に効率的に伝達することが有効であると考えられる。しかしながら、振動を減衰させ難い材料の多くは、硬すぎるため、加工性が悪いという問題がある。振動を減衰させ難い材料としては、例えば、単結晶シリコン等が挙げられる。   By the way, vibrators, such as equipment and bridges, generate environmental vibrations of a predetermined frequency. It is preferable to miniaturize the vibration power generation device that generates electric power by environmental vibration generated from such a vibration body in consideration of the degree of freedom of attachment. However, when the vibration power generation apparatus is miniaturized, the volume and mass of the weight are also reduced, so that the vibration of the weight is suppressed due to the influence of the magnetic field generated from the coil at the time of power generation. . For this reason, in order to obtain a high output in a miniaturized vibration power generation apparatus, it is considered effective to construct the frame with a material that is difficult to damp the vibration and efficiently transmit the vibration energy to the weight . However, many of the materials which are difficult to damp the vibration have a problem that the processability is poor because they are too hard. As a material which is hard to damp vibration, single crystal silicon etc. are mentioned, for example.

そこで、本発明の一側面は、加工性の低下を抑制しつつ振動エネルギを錘体に効率的に伝達することができる振動発電装置を提供することを目的とする。   Therefore, one aspect of the present invention is to provide a vibration power generation device capable of efficiently transmitting vibration energy to a weight while suppressing a decrease in processability.

本発明の一側面に係る振動伝達装置は、振動が入力されるフレームと、フレームに弾性支持される錘体と、フレームに連結されて互いに反対の方向から錘体を弾性支持する第一引張コイルバネ及び第二引張コイルバネと、フレームに対して錘体が振動することにより誘導起電力を生じさせる発電部と、を備え、フレームのビッカース硬さは、700以下である。   A vibration transmission device according to one aspect of the present invention includes a frame to which vibration is input, a weight elastically supported by the frame, and a first tension coil spring connected to the frame and elastically supporting the weight from opposite directions. And a second tension coil spring, and a power generation unit that generates an induced electromotive force by vibrating a weight relative to the frame, and the Vickers hardness of the frame is 700 or less.

この振動発電装置では、フレームのビッカース硬さが700以下であるため、振動エネルギを錘体に効率的に伝達することができるようにフレームを硬くしても、フレームの加工性の低下を抑制することができる。   In this vibration power generation apparatus, since the Vickers hardness of the frame is 700 or less, even if the frame is hardened so that the vibration energy can be efficiently transmitted to the weight, the deterioration of the processability of the frame is suppressed. be able to.

フレームは、振動が入力される振動入力面と、第一引張コイルバネが連結される第一連結部と、第二引張コイルバネが連結される第二連結部と、を有し、フレームにおいて、振動入力面と第一連結部及び第二連結部とが、ヤング率が40GPa以上の材料により繋がっていてもよい。この振動発電装置では、フレームにおいて、振動入力面と第一連結部及び第二連結部とが、ヤング率が40GPa以上の材料により繋がっているため、振動入力面から入力された振動が、第一連結部及び第二連結部に伝達されるまでの間に減衰するのを抑制することができる。このため、振動エネルギを錘体に効率的に伝達することができる。   The frame has a vibration input surface to which vibration is input, a first connection portion to which a first tension coil spring is connected, and a second connection portion to which a second tension coil spring is connected. The surface and the first connection portion and the second connection portion may be connected by a material having a Young's modulus of 40 GPa or more. In this vibration power generating apparatus, in the frame, the vibration input surface and the first connection portion and the second connection portion are connected by a material having a Young's modulus of 40 GPa or more, so the vibration input from the vibration input surface is the first Attenuation can be suppressed before being transmitted to the connection part and the second connection part. Thus, vibrational energy can be efficiently transmitted to the weight.

第一連結部において第一引張コイルバネをフレームに連結する第一連結部材と、第二連結部において第二引張コイルバネをフレームに連結する第二連結部材と、を備え、第一連結部材及び第二連結部材は、ヤング率が40GPa以上の材料により形成されていてもよい。この振動発電装置では、第一連結部材及び第二連結部材が、ヤング率が40GPa以上の材料により形成されているため、フレームと第一引張コイルバネ及び第二引張コイルバネとの連結位置において振動が減衰されるのを抑制することができる。   A first connection member for connecting the first tension coil spring to the frame at the first connection portion; and a second connection member for connecting the second tension coil spring to the frame at the second connection portion; The connection member may be formed of a material having a Young's modulus of 40 GPa or more. In this vibration power generator, the first connection member and the second connection member are formed of a material having a Young's modulus of 40 GPa or more, so that the vibration is attenuated at the connection position between the frame and the first tension coil spring and the second tension coil spring. Can be suppressed.

フレームの表面の一部を覆うカバー部を更に備えてもよい。この振動発電装置では、カバー部がフレームの表面の一部を覆うため、カバー部を、例えば、樹脂やアルミダイキャスト等の金属により形成することで、安価に大量に所定の形状を得ることができる。   You may further provide the cover part which covers a part of surface of a flame | frame. In this vibration power generation apparatus, since the cover part covers a part of the surface of the frame, a large amount of predetermined shape can be obtained inexpensively by forming the cover part with, for example, resin or metal such as aluminum die casting. it can.

本発明によれば、加工性の低下を抑制しつつ振動エネルギを錘体に効率的に伝達することができる。   According to the present invention, it is possible to efficiently transmit vibrational energy to the weight while suppressing a decrease in processability.

実施形態の振動発電装置の断面図である。It is a sectional view of a vibration power generator of an embodiment. カバーを外した振動発電装置の斜視図である。It is a perspective view of a vibration power generator with a cover removed. カバーを外した振動発電装置の正面図である。It is a front view of a vibration power generator with a cover removed. 錘体、第一引張コイルバネ及び第二引張コイルバネを外した振動発電装置の正面図である。It is a front view of a vibration power generator with the weight, the first tension coil spring and the second tension coil spring removed. 錘体、第一引張コイルバネ及び第二引張コイルバネの斜視図である。It is a perspective view of a spindle, a 1st tension coiled spring, and a 2nd tension coiled spring. 変形例の振動発電装置の断面図である。It is sectional drawing of the vibration electric power generating apparatus of a modification.

以下、本発明の好適な実施形態について図面を参照しながら説明する。本実施形態は、本実施形態に係る振動発電装置を、設備機器や橋梁等の振動体が発生する環境振動により発電する振動発電装置に適用したものである。なお、各図において同一又は相当する要素については同一の符号を付し、重複する説明を省略する。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the present embodiment, the vibration power generation device according to the present embodiment is applied to a vibration power generation device that generates electric power by environmental vibration generated by a vibrating body such as equipment or a bridge. The same or corresponding elements in the drawings will be denoted by the same reference symbols, without redundant description.

図1に示すように、本実施形態の振動発電装置1は、フレーム2と、カバー3と、コイルユニット4と、錘体5と、第一引張コイルバネ6と、第二引張コイルバネ7と、を備える。   As shown in FIG. 1, the vibration power generation device 1 of this embodiment includes a frame 2, a cover 3, a coil unit 4, a weight 5, a first tension coil spring 6, and a second tension coil spring 7. Prepare.

図1〜図4に示すように、フレーム2は、カバー3と共に振動発電装置1の筐体を形成する部材である。フレーム2は、箱状、円筒状、かまぼこ状(断面略円形の筒状)等に形成されており、その一面が振動入力面10となっている。振動入力面10は、振動が入力される面である。つまり、振動発電装置1は、振動入力面10を振動体(不図示)に直接的又は間接的に接続することで、振動体から発生される環境振動が振動入力面10から振動発電装置1に入力される。振動体に振動入力面10を接続する方法としては、例えば、フレーム2にネオジム磁石を取り付け、このネオジム磁石を振動体に取り付けることで、振動体に振動入力面10を間接的に接続する方法、振動体にフレーム2をバンドで固定して取り付けることで、振動体に振動入力面10を直接的に接続する方法、振動体にフレーム2をネジで固定して取り付けることで、振動体に振動入力面10を直接的に接続する方法等が挙げられる。なお、以下の説明において、振動発電装置1の上下等の方向は、振動入力面10を下面として振動体に設置した状態における方向をいう。   As shown in FIGS. 1 to 4, the frame 2 is a member that forms a housing of the vibration power generator 1 together with the cover 3. The frame 2 is formed in a box shape, a cylindrical shape, a semicylindrical shape (a cylindrical shape with a substantially circular cross section) or the like, and one surface of the frame 2 is a vibration input surface 10. The vibration input surface 10 is a surface to which vibration is input. That is, the vibration power generation device 1 directly or indirectly connects the vibration input surface 10 to the vibration body (not shown), whereby environmental vibration generated from the vibration body is transmitted from the vibration input surface 10 to the vibration power generation device 1. It is input. As a method of connecting the vibration input surface 10 to the vibrating body, for example, a method of indirectly connecting the vibration input surface 10 to the vibrating body by attaching a neodymium magnet to the frame 2 and attaching the neodymium magnet to the vibrating body; A method of directly connecting the vibration input surface 10 to the vibrating body by fixing the frame 2 to the vibrating body with a band, and a vibration input to the vibrating body by fixing the frame 2 to the vibrating body by a screw The method of connecting the surface 10 directly, etc. are mentioned. In the following description, the directions such as the upper and lower sides of the vibration power generation device 1 mean the direction in the state where the vibration input surface 10 is the lower surface and is installed on the vibrating body.

カバー3は、フレーム2の側面11に着脱可能に取り付けられる。側面11は、振動入力面10に隣り合う面である。側面11には、カバー3との間を気密に保持するためのパッキン12が設けられている。パッキン12は、略矩形の環状に形成されている。側面11におけるパッキン12の内周側には、略矩形の凹部13が形成されている。凹部13は、側面11に形成された窪みであり、フレーム2にカバー3が取り付けられることで閉じられる。フレーム2対するカバー3の取り付けは、例えば、ねじ止めにより行うことができる。   The cover 3 is detachably attached to the side surface 11 of the frame 2. The side surface 11 is a surface adjacent to the vibration input surface 10. The side surface 11 is provided with a packing 12 for keeping the space between the cover 3 and the cover 3 airtight. The packing 12 is formed in a substantially rectangular ring shape. A substantially rectangular recess 13 is formed on the inner peripheral side of the packing 12 on the side surface 11. The recess 13 is a recess formed on the side surface 11 and is closed by the cover 3 being attached to the frame 2. The attachment of the cover 3 to the frame 2 can be performed, for example, by screwing.

コイルユニット4は、平板状に形成されている。コイルユニット4は、空芯コイル14と、コイルホルダ15と、を有する。空芯コイル14は、誘導起電力を生じさせる部材の一つである。空芯コイル14は、長円形となるように巻回されて、その内周側が空洞となっている。つまり、空芯コイル14は、コイルの内周側に鉄芯が設けられない構成となっている。コイルホルダ15は、空芯コイル14を収容して、空芯コイル14をフレーム2に固定する部材である。コイルホルダ15は、凹部13よりも小さい略矩形に形成されている。そして、コイルホルダ15は、収容している空芯コイル14が側面11側から見て錘体5を横断するように、凹部13に挿入された状態でフレーム2に固定されている。フレーム2に対するコイルホルダ15の固定は、例えば、テープやネジ等により行うことができる。なお、図6では、コイルホルダ15の片側の一カ所のみをフレーム2に固定しているが、コイルホルダ15の固定箇所、固定数等は、特に限定されない。例えば、コイルホルダ15の両側の二カ所をフレーム2に固定してもよく、コイルホルダ15の四方の四カ所をフレーム2に固定してもよい。   The coil unit 4 is formed in a flat plate shape. The coil unit 4 has an air core coil 14 and a coil holder 15. The air core coil 14 is one of the members that generate an induced electromotive force. The air core coil 14 is wound to have an oval shape, and the inner peripheral side is hollow. That is, the air core coil 14 has a configuration in which the iron core is not provided on the inner peripheral side of the coil. The coil holder 15 is a member that accommodates the air core coil 14 and fixes the air core coil 14 to the frame 2. The coil holder 15 is formed in a substantially rectangular shape smaller than the recess 13. And the coil holder 15 is being fixed to the flame | frame 2 in the state inserted in the recessed part 13, so that the air core coil 14 accommodated crosses the weight 5 seeing from the side 11 side. Fixing of the coil holder 15 to the frame 2 can be performed by, for example, a tape, a screw or the like. In addition, in FIG. 6, although only one one side of the coil holder 15 is being fixed to the flame | frame 2, the fixing location of the coil holder 15, the fixing number, etc. are not specifically limited. For example, two places on both sides of the coil holder 15 may be fixed to the frame 2, and four places on four sides of the coil holder 15 may be fixed to the frame 2.

図1〜図3及び図5に示すように、錘体5は、フレーム2に弾性支持される部材である。錘体5は、1又は複数の磁石16と、ヨーク材17と、高比重材18と、を有する。   As shown in FIGS. 1 to 3 and 5, the weight 5 is a member elastically supported by the frame 2. The weight 5 includes one or more magnets 16, a yoke material 17, and a high specific gravity material 18.

磁石16は、空芯コイル14に磁界を与える部材である。錘体5に設けられる磁石16の数は、特に限定されるものではないが、本実施形態では、錘体5に4個の磁石16が設けられるとともに、4個の磁石16が正方形の四隅の位置に配置されるものとして説明する。磁石16としては、特に限定されるものではないが、例えば、ネオジム磁石、等方性フェライト磁石、異方性フェライト磁石、サマリウムコバルト磁石、又はアルニコ磁石等の磁石を用いることができる。磁石16の形状としては、特に限定されるものではないが、例えば、円柱状、角柱状等とすることができる。   The magnet 16 is a member that provides the air core coil 14 with a magnetic field. The number of magnets 16 provided in weight 5 is not particularly limited, but in the present embodiment, four magnets 16 are provided in weight 5, and four magnets 16 are provided in the four corners of a square. It will be described as being located at a position. The magnet 16 is not particularly limited. For example, a magnet such as a neodymium magnet, an isotropic ferrite magnet, an anisotropic ferrite magnet, a samarium cobalt magnet, or an alnico magnet can be used. The shape of the magnet 16 is not particularly limited, but may be, for example, a cylindrical shape, a prismatic shape, or the like.

ヨーク材17は、磁石16のコイルユニット4とは反対側から出る磁束を通すことで、磁石16の空芯コイル14側に磁束を集める部材である。このため、ヨーク材17は、磁石16のコイルユニット4とは反対側に配置されている。ヨーク材17としては、特に限定されるものではないが、例えば、軟鉄、一般構造用圧延鋼、ステンレス鋼、ケイ素鋼、フェライト、FeNi合金、又はFeCo合金等の材料を用いることができる。   The yoke material 17 is a member for collecting the magnetic flux on the air core coil 14 side of the magnet 16 by passing the magnetic flux emitted from the opposite side of the magnet 16 to the coil unit 4. For this reason, the yoke material 17 is disposed on the opposite side of the magnet 16 to the coil unit 4. The yoke material 17 is not particularly limited. For example, materials such as soft iron, rolled steel for general structure, stainless steel, silicon steel, ferrite, FeNi alloy, or FeCo alloy can be used.

高比重材18は、錘体5の比重を高めるための部材である。高比重材18は、磁石16及びヨーク材17よりも比重の高い材料により形成されている。高比重材18は、ヨーク材17の空芯コイル14側の面と、ヨーク材17の空芯コイル14とは反対側の面と、に固定されている。高比重材18としては、特に限定されるものではなく、例えば、比重が8g/cm以上の材料を用いることができる。このような高比重材18としては、例えば、タングステン、鉛、銅、真鍮、ベリリウム銅、ニッケル鋼、オーステナイト系ステンレス鋼、及び高速度工具鋼等の材料の何れか1つ又は2つ以上を含んだものとすることができる。 The high specific gravity material 18 is a member for increasing the specific gravity of the weight 5. The high specific gravity material 18 is formed of a material having a higher specific gravity than the magnet 16 and the yoke material 17. The high specific gravity material 18 is fixed to the surface of the yoke material 17 on the air core coil 14 side and the surface of the yoke material 17 opposite to the air core coil 14. The high specific gravity material 18 is not particularly limited, and, for example, a material having a specific gravity of 8 g / cm 3 or more can be used. Such high specific gravity material 18 includes, for example, any one or two or more of materials such as tungsten, lead, copper, brass, beryllium copper, nickel steel, austenitic stainless steel, and high-speed tool steel. It can be done.

第一引張コイルバネ6及び第二引張コイルバネ7は、フレーム2に連結されて互いに反対の方向から錘体5を弾性支持する部材である。第一引張コイルバネ6及び第二引張コイルバネ7は、それぞれ複数本で構成されており、互いに対向する位置に配置されている。本実施形態では、第一引張コイルバネ6及び第二引張コイルバネ7は、それぞれ6本で構成されている。ここで、本実施形態ではヨーク材17の上下面にそれぞれ6本ずつ第一引張コイルバネ6及び第二引張コイルバネ7が接続されているが、6本ずつ接続されていることに限定されない。例えば、ヨーク材17の上下面に3本以上ずつ第一引張コイルバネ6及び第二引張コイルバネ7が接続されていてもよい。例えば、ヨーク材17に接続されるコイルバネの本数は、錘体5を振動させる際に必要とされるばね定数に応じて決定されてもよい。ヨーク材17の上面に複数の第一引張コイルバネ6が上方向に沿って2列に並べて配置されていてもよい。同様に、ヨーク材17の下面に複数の第二引張コイルバネ7が下方向に沿って2列に並べて配置されていてもよい。また、ヨーク材17の上面の四隅に、4本の第一引張コイルバネ6がそれぞれ接続されていてもよい。同様に、ヨーク材17の下面の四隅に、4本の第二引張コイルバネ7がそれぞれ接続されていてもよい。また、上記のように複数の第一引張コイルバネ6及び第二引張コイルバネ7をヨーク材17に接続する場合であっても、上下方向において、上下方向の中央位置に対して対称となるように第一引張コイルバネ6及び第二引張コイルバネ7が配置されることが好ましい。   The first tension coil spring 6 and the second tension coil spring 7 are members which are connected to the frame 2 and elastically support the weight 5 from opposite directions. Each of the first tension coil spring 6 and the second tension coil spring 7 is constituted by a plurality of coils, and is disposed at mutually opposing positions. In the present embodiment, the first tension coil spring 6 and the second tension coil spring 7 are each configured of six. Here, in the present embodiment, the first tension coil spring 6 and the second tension coil spring 7 are connected to the upper and lower surfaces of the yoke material 17, respectively. However, the present invention is not limited to this. For example, the first tension coil spring 6 and the second tension coil spring 7 may be connected to the upper and lower surfaces of the yoke material 17 three or more each. For example, the number of coil springs connected to the yoke material 17 may be determined according to the spring constant required when vibrating the weight 5. A plurality of first tension coil springs 6 may be arranged in two rows on the upper surface of the yoke material 17 along the upper direction. Similarly, the plurality of second tension coil springs 7 may be arranged in two rows in the lower direction on the lower surface of the yoke material 17. In addition, four first tension coil springs 6 may be connected to the four corners of the upper surface of the yoke material 17, respectively. Similarly, four second tension coil springs 7 may be connected to the four corners of the lower surface of the yoke material 17, respectively. In addition, even when the plurality of first tension coil springs 6 and the second tension coil springs 7 are connected to the yoke material 17 as described above, the first tension coil spring 6 and the second tension coil spring 7 are symmetrical with respect to the vertical center position in the vertical direction. Preferably, one tension coil spring 6 and a second tension coil spring 7 are arranged.

ここで、フレーム2の第一引張コイルバネ6が連結される部分を第一連結部21といい、フレーム2の第二引張コイルバネ7が連結される部分を第二連結部22という。本実施形態では、第一連結部21は、凹部13の上方に位置する側面11であり、第二連結部22は、凹部13の下方の側面11である。   Here, a portion of the frame 2 to which the first tension coil spring 6 is connected is referred to as a first connection portion 21, and a portion to which the second tension coil spring 7 of the frame 2 is connected is referred to as a second connection portion 22. In the present embodiment, the first connection portion 21 is the side surface 11 located above the recess 13, and the second connection portion 22 is the side surface 11 below the recess 13.

第一引張コイルバネ6の一方端部は、第一連結部材23により、フレーム2の第一連結部21に連結されている。第二引張コイルバネ7の一方端部は、第二連結部材24により、フレーム2の第二連結部22に連結されている。本実施形態では、第一連結部材23及び第二連結部材24は、ネジである。そして、第一引張コイルバネ6の一方端部を係止した第一連結部材23が第一連結部21にねじ込まれることで、第一引張コイルバネ6の一方端部が第一連結部21に連結されている。また、第二引張コイルバネ7の一方端部を係止した第二連結部材24が第二連結部22にねじ込まれることで、第二引張コイルバネ7の一方端部が第二連結部22に連結されている。なお、第一連結部材23及び第二連結部材24は、フレーム2の側面11に差し込まれて係止されるピンであってもよい。この場合、第一連結部材23及び第二連結部材24であるピンをフレーム2の側面11に差し込んで係止するとともに、このピンに第一引張コイルバネ6及び第二引張コイルバネ7を係止することで、第一引張コイルバネ6及び第二引張コイルバネ7をフレーム2の側面11に連結することができる。   One end of the first tension coil spring 6 is connected to the first connecting portion 21 of the frame 2 by the first connecting member 23. One end of the second tension coil spring 7 is connected to the second connecting portion 22 of the frame 2 by the second connecting member 24. In the present embodiment, the first connecting member 23 and the second connecting member 24 are screws. Then, by screwing the first connection member 23 that locks the one end of the first tension coil spring 6 into the first connection portion 21, the one end of the first tension coil spring 6 is connected to the first connection portion 21. ing. Further, by screwing the second connection member 24 locking the one end of the second tension coil spring 7 into the second connection portion 22, one end of the second tension coil spring 7 is connected to the second connection portion 22. ing. The first connecting member 23 and the second connecting member 24 may be pins inserted into and locked to the side surface 11 of the frame 2. In this case, a pin which is the first connecting member 23 and the second connecting member 24 is inserted into and locked to the side surface 11 of the frame 2, and the first tension coil spring 6 and the second tension coil spring 7 are locked to this pin. Thus, the first tension coil spring 6 and the second tension coil spring 7 can be coupled to the side surface 11 of the frame 2.

フレーム2、第一連結部材23及び第二連結部材24は、ビッカース硬さが700以下の材料により形成されている。この場合、ビッカース硬さは、550以下であることが好ましく、400以下であることが更に好ましい。このような硬さを有するフレーム2、第一連結部材23及び第二連結部材24の材料としては、例えば、ステンレス鋼、アルミ材、銅、真鍮、黄銅、ベリリウム銅等が挙げられる。   The frame 2, the first connecting member 23 and the second connecting member 24 are formed of a material having a Vickers hardness of 700 or less. In this case, the Vickers hardness is preferably 550 or less, and more preferably 400 or less. Examples of the material of the frame 2 having such hardness, the first connection member 23 and the second connection member 24 include stainless steel, aluminum, copper, brass, brass, beryllium copper and the like.

また、フレーム2、第一連結部材23及び第二連結部材24は、ヤング率が40GPa以上の材料により形成されていてもよい。この場合、ヤング率は、60GPa以上であることが好ましく、100GPa以上であることが更に好ましい。フレーム2がこのような材料により形成されていることで、フレーム2において、振動入力面10と第一連結部21及び第二連結部22とが、ヤング率が40GPa以上の材料により、好ましくは60GPa以上の材料により、更に好ましくは100GPa以上の材料により繋がっている。   The frame 2, the first connecting member 23 and the second connecting member 24 may be formed of a material having a Young's modulus of 40 GPa or more. In this case, the Young's modulus is preferably 60 GPa or more, and more preferably 100 GPa or more. Since the frame 2 is formed of such a material, in the frame 2, the vibration input surface 10 and the first connection portion 21 and the second connection portion 22 preferably have a Young's modulus of 40 GPa or more, preferably 60 GPa. More preferably, they are connected by a material of 100 GPa or more.

第一引張コイルバネ6及び第二引張コイルバネ7の他方端部は、錘体5に連結されている。具体的には、第一引張コイルバネ6の他方端部は、錘体5の第一連結部21側の部分に連結されており、第二引張コイルバネ7の他方端部は、錘体5の第二連結部22側の部分に連結されている。錘体5に対する第一引張コイルバネ6及び第二引張コイルバネ7の連結は、例えば、ヨーク材17を2分割するとともに、この2分割されたヨーク材17に第一引張コイルバネ6及び第二引張コイルバネ7の他方端部を係止して挟み込むことにより行うことができる。但し、第一引張コイルバネ6及び第二引張コイルバネ7の他方端部は、錘体5を構成する何れの部材に連結されていてもよい。   The other ends of the first tension coil spring 6 and the second tension coil spring 7 are connected to the weight 5. Specifically, the other end of the first tension coil spring 6 is connected to a portion on the first connection portion 21 side of the weight 5, and the other end of the second tension coil spring 7 is a second weight of the weight 5. It is connected to the part by the side of 2 connection part 22. The connection of the first tension coil spring 6 and the second tension coil spring 7 to the weight 5, for example, divides the yoke material 17 into two, and the first tension coil spring 6 and the second tension coil spring 7 It can be carried out by locking and pinching the other end of the. However, the other ends of the first tension coil spring 6 and the second tension coil spring 7 may be connected to any of the members constituting the weight 5.

錘体5は、磁石16とコイルユニット4とが対向するとともにコイルユニット4との間に隙間を形成するように、第一引張コイルバネ6及び第二引張コイルバネ7により宙吊り状態で弾性支持されている。また、錘体5は、第一引張コイルバネ6及び第二引張コイルバネ7の弾性力に抗することにより、フレーム2に対して上下方向Dに振動することが可能となっている。そして、錘体5がフレーム2に対して上下方向Dに振動すると、磁石16が空芯コイル14に対して振動するため、空芯コイル14の鎖交磁束が変化する。これにより、空芯コイル14に誘導起電力が発生する。このため、空芯コイル14及び磁石16は、フレーム2に対して錘体5が振動することにより誘導起電力を生じさせる発電部として機能する。なお、錘体5(磁石16、ヨーク材17、及び高比重材18)は、振動発電装置1における振動子として機能し、フレーム2、カバー3、及びコイルユニット4(空芯コイル14及びコイルホルダ15)は、振動発電装置1における固定子として機能する。   The weight 5 is elastically supported in a suspended state by the first tension coil spring 6 and the second tension coil spring 7 so that the magnet 16 and the coil unit 4 face each other and a gap is formed between the magnet 16 and the coil unit 4. . Further, the weight 5 can vibrate in the vertical direction D with respect to the frame 2 by resisting the elastic force of the first tension coil spring 6 and the second tension coil spring 7. Then, when the weight 5 vibrates in the vertical direction D with respect to the frame 2, the magnet 16 vibrates with respect to the air core coil 14, so the flux linkage of the air core coil 14 changes. As a result, an induced electromotive force is generated in the air core coil 14. Therefore, the air core coil 14 and the magnet 16 function as a power generation unit that generates an induced electromotive force by vibrating the weight 5 with respect to the frame 2. The weight 5 (the magnet 16, the yoke material 17, and the high specific gravity material 18) functions as a vibrator in the vibration power generation device 1, and the frame 2, the cover 3, and the coil unit 4 (air core coil 14 and coil holder) 15) functions as a stator in the vibration power generator 1.

このように構成される振動発電装置1を用いて発電を行う際は、振動入力面10が振動体に直接的又は間接的に接続されるように、振動発電装置1を振動体に設置(固定)する。振動体に対する振動発電装置1の設置は、例えば、ねじ止め、接着等により行うことができる。   When generating power using the vibration power generation device 1 configured in this manner, the vibration power generation device 1 is installed (fixed to the vibration body so that the vibration input surface 10 is directly or indirectly connected to the vibration body) ). The installation of the vibration power generation device 1 with respect to the vibration body can be performed, for example, by screwing, bonding, or the like.

すると、振動体からの環境振動は、振動入力面10から振動発電装置1に入力される。振動発電装置1では、錘体5が第一引張コイルバネ6及び第二引張コイルバネ7によりフレーム2に弾性支持されているため、錘体5(磁石16、ヨーク材17、及び高比重材18)が、フレーム2、カバー3、及びコイルユニット4(空芯コイル14及びコイルホルダ15)に対して上下方向Dに振動する。このとき、振動体が発生する環境振動に対して錘体5が共振するように第一引張コイルバネ6及び第二引張コイルバネ7のばね定数を設定しておくことで、錘体5を共振させて、その振幅を大きくすることができる。なお、第一引張コイルバネ6及び第二引張コイルバネ7のばね定数は、例えば、第一引張コイルバネ6及び第二引張コイルバネ7の本数、巻き数、線径等により設定することができる。そして、空芯コイル14に対して磁石16が振動し、空芯コイル14の鎖交磁束が変化することにより、空芯コイル14に誘導起電力が発生する。これにより、振動発電装置1が発電する。   Then, environmental vibration from the vibrating body is input to the vibration power generation device 1 from the vibration input surface 10. In the vibration power generator 1, since the weight 5 is elastically supported by the first tension coil spring 6 and the second tension coil spring 7 on the frame 2, the weight 5 (the magnet 16, the yoke material 17, and the high specific gravity material 18) is The frame 2, the cover 3, and the coil unit 4 (air core coil 14 and coil holder 15) vibrate in the vertical direction D. At this time, by setting the spring constants of the first tension coil spring 6 and the second tension coil spring 7 so that the weight 5 resonates with the environmental vibration generated by the vibrator, the weight 5 is made to resonate. , Its amplitude can be increased. The spring constants of the first tension coil spring 6 and the second tension coil spring 7 can be set by, for example, the number of the first tension coil spring 6 and the second tension coil spring 7, the number of turns, the wire diameter, and the like. Then, the magnet 16 vibrates with respect to the air core coil 14 and the linkage flux of the air core coil 14 changes, whereby an induced electromotive force is generated in the air core coil 14. Thereby, the vibration power generator 1 generates power.

このように、本実施形態に係る振動発電装置1では、フレーム2のビッカース硬さが700以下であるため、振動エネルギを錘体5に効率的に伝達することができるようにフレーム2を硬くしても、フレーム2の加工性の低下を抑制することができる。   Thus, in the vibration power generation device 1 according to the present embodiment, since the Vickers hardness of the frame 2 is 700 or less, the frame 2 is hardened so that vibration energy can be efficiently transmitted to the weight 5. Even in this case, it is possible to suppress the deterioration of the processability of the frame 2.

また、フレーム2において、振動入力面10と第一連結部21及び第二連結部22とが、ヤング率が40GPa以上の材料により繋がっているため、振動入力面10から入力された振動が、第一連結部21及び第二連結部22に伝達されるまでの間に減衰するのを抑制することができる。このため、振動エネルギを錘体5に効率的に伝達することができる。   Further, in the frame 2, the vibration input surface 10 and the first connection portion 21 and the second connection portion 22 are connected by a material having a Young's modulus of 40 GPa or more, so the vibration input from the vibration input surface 10 is It is possible to suppress attenuation before being transmitted to the first connection portion 21 and the second connection portion 22. For this reason, vibrational energy can be efficiently transmitted to the weight 5.

また、第一連結部材23及び第二連結部材24が、ヤング率が40GPa以上の材料により形成されているため、フレーム2と第一引張コイルバネ6及び第二引張コイルバネ7との連結位置において振動が減衰されるのを抑制することができる。   In addition, since the first connection member 23 and the second connection member 24 are formed of a material having a Young's modulus of 40 GPa or more, vibration occurs at the connection position between the frame 2 and the first tension coil spring 6 and the second tension coil spring 7 It can suppress being attenuated.

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限られるものではない。   As mentioned above, although the suitable embodiment of the present invention was described, the present invention is not limited to the above-mentioned embodiment.

例えば、フレームは、一つの材料で構成されている必要はなく、複数の材料により構成されていてもよい。また、振動発電装置は、フレームの表面の一部を覆うカバー部を備えていてもよい。例えば、図6に示す振動発電装置1Aは、フレーム2Aの表面の一部を覆うカバー部31Aを備えている。カバー部31Aは、安価で大量に製造することができる樹脂やアルミダイキャスト等の金属により形成することができる。なお、カバー部31Aは、フレーム2Aと同じ材料により形成されていてもよい。このように、カバー部31Aがフレーム2Aの表面の一部を覆うことで、安価に大量に所定の形状を得ることができる。カバー部31Aを樹脂製とする場合は、振動入力面10Aから振動が入力される際に振動が減衰されるのを抑制するために、振動入力面10Aがカバー部31Aから露出していることが好ましい。なお、カバー3Aを樹脂製とすることで、更に生産性が向上する。   For example, the frame does not have to be made of one material, but may be made of a plurality of materials. The vibration power generation apparatus may also include a cover that covers a part of the surface of the frame. For example, the vibration power generation device 1A shown in FIG. 6 includes a cover portion 31A that covers a part of the surface of the frame 2A. The cover portion 31A can be formed of a resin that can be manufactured inexpensively and in large quantities, or a metal such as an aluminum die cast. The cover 31A may be formed of the same material as the frame 2A. As described above, by covering part of the surface of the frame 2A with the cover portion 31A, a predetermined shape can be obtained inexpensively and in large quantities. When the cover portion 31A is made of resin, the vibration input surface 10A is exposed from the cover portion 31A in order to suppress the attenuation of the vibration when the vibration is input from the vibration input surface 10A. preferable. The productivity is further improved by making the cover 3A of resin.

また、上記実施形態では、振動入力面をフレームの特定の面として説明したが、振動入力面は、フレームの如何なる面であってもよい。また、振動入力面は、フレームの一つの面の全体である必要はなく、フレームの一つの面の一部分のみであってもよい。   In the above embodiment, the vibration input surface is described as a specific surface of the frame, but the vibration input surface may be any surface of the frame. Also, the vibration input surface does not have to be the whole of one surface of the frame, but may be only a part of the one surface of the frame.

1,1A…振動発電装置、2,2A…フレーム、3,3A…カバー、4…コイルユニット、5…錘体、6…第一引張コイルバネ、7…第二引張コイルバネ、10,10A…振動入力面、11…側面、12…パッキン、13…凹部、14…空芯コイル(発電部)、15…コイルホルダ、16…磁石(発電部)、17…ヨーク材、18…高比重材、21…第一連結部、22…第二連結部、23…第一連結部材、24…第二連結部材、31A…カバー部。   1, 1A: vibration power generator, 2, 2A: frame, 3, 3A: cover, 4: coil unit, 5: cone, 6: first tension coil spring, 7: second tension coil spring, 10, 10A: vibration input Surface 11 11 Side 12 Packing 12 Recess 14 Air core coil (power generation unit) 15 Coil holder 16 Magnet (power generation unit) 17 Yoke material 18 High specific gravity material 21 First connecting portion, 22: second connecting portion, 23: first connecting member, 24: second connecting member, 31A: cover portion.

Claims (4)

振動が入力されるフレームと、
前記フレームに弾性支持される錘体と、
前記フレームに連結されて互いに反対の方向から前記錘体を弾性支持する第一引張コイルバネ及び第二引張コイルバネと、
前記フレームに対して前記錘体が振動することにより誘導起電力を生じさせる発電部と、を備え、
前記フレームのビッカース硬さは、700以下である、
振動発電装置。
A frame into which vibrations are input,
A weight elastically supported by the frame;
A first tension coil spring and a second tension coil spring which are connected to the frame and elastically support the weight from opposite directions;
A power generation unit that generates an induced electromotive force by vibrating the weight relative to the frame;
The Vickers hardness of the frame is 700 or less.
Vibration generator.
前記フレームは、振動が入力される振動入力面と、前記第一引張コイルバネが連結される第一連結部と、前記第二引張コイルバネが連結される第二連結部と、を有し、
前記フレームにおいて、前記振動入力面と前記第一連結部及び前記第二連結部とが、ヤング率が40GPa以上の材料により繋がっている、
請求項1に記載の振動発電装置。
The frame has a vibration input surface to which vibration is input, a first connecting portion to which the first tension coil spring is connected, and a second connecting portion to which the second tension coil spring is connected,
In the frame, the vibration input surface and the first connection portion and the second connection portion are connected by a material having a Young's modulus of 40 GPa or more.
The vibration power generation device according to claim 1.
前記第一連結部において前記第一引張コイルバネを前記フレームに連結する第一連結部材と、
前記第二連結部において前記第二引張コイルバネを前記フレームに連結する第二連結部材と、を備え、
前記第一連結部材及び前記第二連結部材は、ヤング率が40GPa以上の材料により形成されている、
請求項2に記載の振動発電装置。
A first connection member connecting the first tension coil spring to the frame at the first connection portion;
A second connection member connecting the second tension coil spring to the frame in the second connection portion;
The first connection member and the second connection member are formed of a material having a Young's modulus of 40 GPa or more.
The vibration power generation device according to claim 2.
前記フレームの表面の一部を覆うカバー部を更に備える、
請求項1〜3の何れか一項に記載の振動発電装置。
It further comprises a cover part which covers a part of surface of said frame,
The vibration power generation device according to any one of claims 1 to 3.
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