JP2019115201A

JP2019115201A - 振動発電装置の充電方法

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Publication number: JP2019115201A
Application number: JP2017247965A
Authority: JP
Inventors: 翔太朗工藤; Shotaro Kudo
Original assignee: Futaba Corp
Current assignee: Futaba Corp
Priority date: 2017-12-25
Filing date: 2017-12-25
Publication date: 2019-07-11

Abstract

【課題】充電時間を短くすることができる振動発電装置の充電方法を提供する。【解決手段】一実施形態に係る振動発電装置の充電方法は、コイル４に対して磁石が移動することによって発電を行う振動発電装置の充電方法である。振動発電装置は、コイル４及び磁石によって発電された電流を整流する整流器１５と、電流が流れるコンデンサ１６と、を備え、磁石を第１振幅で移動させると共に第１電流をコンデンサ１６に流すことにより、コンデンサ１６への充電を開始する工程と、磁石を第１振幅よりも大きい第２振幅で振動させると共に、第１電流よりも小さい第２電流をコンデンサ１６に流すことにより、コンデンサ１６を満充電する工程と、を備える。【選択図】図３

Description

本発明は、振動発電装置の充電方法に関する。

特許文献１には、可動子の振動によって発電を行う発電装置が記載されている。発電装置は、円錐バネと、円錐バネに取り付けられた磁石と、磁石及び円錐バネを径方向外側から囲むコイルとを備えている。発電装置では、磁石がコイルの内側で振動することにより、誘導電流を生じさせて発電を行う。コイルの巻線の両端は、外部に延長されると共に、整流回路、電圧変換回路又は充電回路等に接続されている。この発電装置では、整流回路、電圧変換回路又は充電回路等により、二次電池への充電、又は外部機器への電流供給が行われる。

特開２０１７−１７５６７６号公報

前述したように、発電装置では、発生した電力を充電することが求められる場合がある。しかしながら、発電装置において、充電時間に対する充電電圧変化量は、線形的に若干減少するものの概ね一定とされている。充電時間に対する充電電圧変化量が概ね一定である場合には、充電時間が長くなることがある。その結果、電力を得たいタイミングで電力を得られないことが起こりうるので、希望するタイミングで使用できないという問題が発生しうる。

本発明は、充電時間を短くすることができる振動発電装置の充電方法を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明者が鋭意検討した結果、振動発電装置における振動の振幅、及び発電した電力の電流をコンデンサの充電特性に合わせて調整することにより、コンデンサへの充電時間を短縮できるという知見を見出した。具体的には、充電電圧が小さいときに大きな電流が流れるというコンデンサの充電特性を利用して、初期段階でコンデンサに電荷を大量に貯めていくことによって充電時間の短縮が可能となる。本発明の一側面は、かかる知見に基づいてなされたものである。

すなわち、本発明の一形態に係る振動発電装置の充電方法は、コイルに対して磁石が振動することによって発電を行う振動発電装置の充電方法であって、コイル及び磁石によって発電された電流を整流する整流器と、電流が流れるコンデンサと、を備え、磁石を第１振幅で振動させると共に第１電流をコンデンサに流すことにより、コンデンサへの充電を開始する工程と、磁石を第１振幅よりも大きい第２振幅で振動させると共に、第１電流よりも小さい第２電流をコンデンサに流すことにより、コンデンサを満充電する工程と、を備える。

この振動発電装置の充電方法は、コンデンサへの充電を開始する工程では、第１振幅で磁石を振動させて第１電流をコンデンサに流して充電を行い、コンデンサを満充電する工程では、第１振幅より大きい第２振幅で磁石を振動させると共に、第１電流より小さい第２電流をコンデンサに流す。よって、充電開始時の第１振幅は満充電時の第２振幅よりも小さく、充電開始時の第１電流は満充電時の第２電流よりも大きい。従って、充電開始後には、振動の振幅を抑えつつ多くの電流をコンデンサに流し込むことにより、コンデンサへの充電を早期に行うことができる。その結果、満充電時にはコンデンサに流す電流が少なくても、早期に充電を完了させることができる。従って、コンデンサの充電特性を生かして充電時間を短くすることができる。

また、コンデンサへの充電を開始する工程におけるコンデンサへの電圧は、コンデンサを満充電する工程におけるコンデンサへの電圧よりも小さくてもよい。この場合、充電開始時のコンデンサへの電圧は、満充電時のコンデンサへの電圧よりも小さい。従って、充電開始時と満充電時の電圧を可変にすることによって、コンデンサの充電特性を生かしつつコンデンサへの充電時間を短くすることができる。

本発明によれば、充電時間を短くすることができる。

図１は、実施形態に係る振動発電装置を示す斜視図である。図２は、図１の振動発電装置の縦断面図である。図３は、図１の振動発電装置のコイル、整流器及びコンデンサを示すブロック図である。図４は、図１の振動発電装置における錘体の振幅とコンデンサの充電時間との関係の一例を示すグラフである。図５は、図３のコンデンサに対する充電時間と充電電圧との関係の一例を示すグラフである。図６は、図３のコンデンサに対する充電時間と充電電圧変化量との関係の一例を示すグラフである。図７は、比較例の振動発電装置のコンデンサに対する充電時間と充電電圧変化量との関係の例を示すグラフである。

以下では、図面を参照しながら、本発明に係る振動発電装置の充電方法の実施形態について説明する。図面の説明において、同一又は相当する要素には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。また、図面は、理解を容易にするため一部を簡略化又は誇張して描いており、寸法比率等は図面に記載したものに限定されない。

図１は、実施形態に係る振動発電装置を示す斜視図である。図２は、図１の振動発電装置の縦断面図である。図１及び図２に示されるように、本実施形態に係る振動発電装置１は、例えば、筐体２と、筐体２に取り付けられた複数のバネ３と、筐体２の内部において固定されたコイル４と、バネ３によって吊り下げられた錘体１０とを備える。

錘体１０には磁石１１が取り付けられている。振動発電装置１は外部から振動を受け、受けた振動に伴って錘体１０がバネ３の軸線Ｌの延在方向に共振する。錘体１０の共振の振動数は、例えば、５０Ｈｚである。そして、固定されたコイル４に対して磁石１１が相対移動することにより、電磁誘導によってコイル４に誘導起電力が生じる。すなわち、振動発電装置１は電磁誘導方式で発電を行う振動発電デバイスである。

振動発電装置１は、例えば、工作機械若しくは移動体等を含む機械、又は橋梁等を含む建築物に取り付けられ、機械又は建築物等の振動から起電力を得る。振動発電装置１は、例えば、筐体２に取り付けられたネオジム磁石等の磁力によってモータ等の振動源に取り付けられてもよい。振動発電装置１は、例えば、筐体２とモータ等の振動源とがバンドで固定されることによって振動源に取り付けられてもよい。また、振動発電装置１は、筐体２がモータ等の振動源にボルトで固定されることによって振動源に取り付けられてもよい。

筐体２は、例えば、６つの面２ａを備えた直方体状を呈する。なお、筐体２の形状は、直方体状に限られない。例えば、筐体２は、略円柱状又はかまぼこ状（断面略半円形の柱状）等の外形を呈する箱体であってもよい。本実施形態では、６つの面２ａのうち最も広い面２ａの四隅は面取りされている。また、最も広い１つの面２ａには、バネ３、コイル４及び錘体１０が収容される凹部２ｂが形成されている。凹部２ｂには、複数のバネ３が取り付けられる枠状のフレーム２ｃが設けられており、フレーム２ｃは長方形の角部が丸められた形状を成している。フレーム２ｃは、例えば、金属製であり、アルミニウムによって構成されてもよい。

また、フレーム２ｃは、ヤング率が４０ＧＰａ以上の材料によって構成されてもよい。フレーム２ｃには、各バネ３の取付部３ａが固定部材６によって固定される。取付部３ａは、例えば、輪状を成しており、取付部３ａに固定部材６が挿通されて固定部材６がフレーム２ｃにねじ込まれることにより、フレーム２ｃに固定される。固定部材６は、例えば、六角穴付きボルトである。なお、バネ３の取付部３ａのフレーム２ｃに対する接続手段は、固定部材６に限られず適宜変更可能である。例えば、筐体２のフレーム２ｃに複数のピンが挿入され、バネ３の取付部３ａが複数のピンのそれぞれに引っ掛けられることによってフレーム２ｃに接続されてもよい。

バネ３は、例えば、引張コイルバネである。一例として、バネ３の線径は０．２９ｍｍ、バネ３の外径（直径）は２．５０ｍｍ、バネ３の自由長は１１．６ｍｍ、バネ３の許容最大長は１８．９ｍｍ、バネ３のバネ定数は０．２２５Ｎ／ｍｍである。振動発電装置１は複数のバネ３を備え、複数のバネ３は互いに平行となるように配置される。各バネ３の一端はフレーム２ｃに取り付けられ、各バネ３の他端は錘体１０に取り付けられる。錘体１０は少なくとも２本のバネ３の間に設けられる。すなわち、複数のバネ３のうちの一部は錘体１０から第１方向Ｄ１に延びると共に、複数のバネ３のうちの残部は錘体１０から第１方向Ｄ１の反対方向である第２方向Ｄ２に延びている。

第１方向Ｄ１及び第２方向Ｄ２は、各バネ３の軸線Ｌが延びる方向に一致する。複数のバネ３は、振動発電装置１の幅方向Ｄ３に沿って並設されており、例えば幅方向Ｄ３に沿って等間隔に配置される。なお、振動発電装置１の厚さ方向Ｄ４に沿って１つのバネ３が配置されているが、厚さ方向Ｄ４に沿って複数のバネ３が配置されてもよい。一例として、合計１２本のバネ３が設けられる。そして、１２本のバネ３のうち６本が幅方向Ｄ３に沿って並設されると共に錘体１０から第１方向Ｄ１に延びており、残りの６本が幅方向Ｄ３に沿って並設されると共に錘体１０から第２方向Ｄ２に延びている。錘体１０は、第１方向Ｄ１に延びる６本のバネ３と第２方向Ｄ２に延びる６本のバネ３との間に吊り下げられている。

但し、バネ３の本数は、１２本に限られない。例えば、錘体１０の四隅から第１方向Ｄ１及び第２方向Ｄ２それぞれに延びるバネ３が４本設けられていてもよく、バネ３の本数及び配置は適宜変更可能である。また、錘体１０から第１方向Ｄ１に延びる３本のバネ３と、錘体１０から第２方向Ｄ２に延びる３本のバネ３とを備えていてもよい。更に、複数のバネ３は、錘体１０の中心に対して互いに対称となる位置に配置されてもよい。この場合、錘体１０の第１方向Ｄ１及び第２方向Ｄ２以外への振動、及び錘体１０の回転を抑制することができると共に、各バネ３のバネ定数の分割、及びバネ３のストロークの確保を両立させることができる。更に、各バネ３を小型化することができるため、振動発電装置１の安定性の向上、及び振動発電装置１自体の小型化を実現させることができる。

コイル４は、筐体２の凹部２ｂの底面２ｄと、錘体１０との間に配置される。また、振動発電装置１はコイル４を保持するコイルホルダ５を備えており、コイルホルダ５は、コイル４を保持した状態で、例えば、テープによって筐体２に固定される。なお、コイルホルダ５の筐体２への固定手段は、テープに限られず適宜変更可能である。コイルホルダ５は、例えば、ネジによって筐体２に固定されてもよい。また、コイルホルダ５は、第２方向Ｄ２の端部（図２の下側端部）のみが筐体２に固定されてもよいし、コイルホルダ５の複数の箇所のそれぞれが筐体２に固定されてもよく、筐体２に対するコイルホルダ５の固定部の数及び配置態様は適宜変更可能である。

コイルホルダ５は、例えば、プラスチック製である。また、コイル４は、空芯コイルである。一例として、コイル４の巻数は３８３０ターンであり、コイル４の線径（直径）は０．０２５ｍｍである。例えば、錘体１０に取り付けられた磁石１１、コイル４及び底面２ｄの間に開磁路Ｒが形成される。また、コイルホルダ５と錘体１０との間には空間Ｃが形成されており、コイルホルダ５及び錘体１０は互いに非接触配置とされる。これにより、コイルホルダ５への接触に伴う摩擦力が錘体１０に生じないので、錘体１０の振動の低減を回避することが可能である。

錘体１０は、前述した磁石１１と、ヨーク１２と、高比重材１３，１４とを含んでいる。ヨーク１２は、バネ３の軸線Ｌ上に配置される。磁石１１はバネ３の軸線Ｌから見て一方側に配置され、高比重材１３は軸線Ｌから見て磁石１１の反対側に配置される。換言すれば、磁石１１及び高比重材１３は、各バネ３の軸線Ｌからずれた位置に配置されている。本明細書において、「バネの軸線から見て一方側に配置されている」ものは、バネの軸線から見て特定の方向に配置されているもの、及び、バネの軸線上に配置されると共に当該軸線に対して特定の方向に偏って配置されているものを含んでいる。例えば、「磁石がバネの軸線から見て一方側に配置されている」ことは、磁石１１の一部がバネ３の軸線Ｌ上に干渉している状態、及び、磁石１１のヨーク１２から突出している部分の寸法が磁石１１のヨーク１２に入り込んでいる部分の寸法より小さい状態をも含んでいる。

錘体１０には、例えば、複数の磁石１１が取り付けられている。各磁石１１は、例えば、ネオジム磁石である。一例として、各磁石１１の磁束密度は２０００ガウス以上且つ５１００ガウス以下、各磁石１１の比重は７．４ｇ／ｃｍ^３である。また、各磁石１１は、円柱状を成していてもよく、この場合、各磁石１１の直径は６ｍｍ、各磁石１１の高さは５ｍｍ、各磁石１１の体積は４５πｍｍ^３である。

各バネ３の取付部３ａとの反対側の端部３ｂは、２個のヨーク１２の間に挟まれた状態で固定されている。例えば、２個のヨーク１２のうちの一方には端部３ｂが入り込む凹部１２ｃが設けられており、凹部１２ｃの厚さ方向Ｄ４の深さは、バネ３の端部３ｂの線径と同程度である。２個のヨーク１２のうち１個に磁石１１が吸着している。各ヨーク１２は、鉄又は鋼によって構成されており、例えば、矩形板状とされている。

磁石１１は、２個のヨーク１２の片側に設けられ、且つ凹部２ｂの底面２ｄに向けられることにより、底面２ｄ側に前述した開磁路Ｒが形成される。ヨーク１２は、磁石１１の底面２ｄとの反対側に閉磁路を形成し、凹部２ｂの外側への磁束の流れを抑制する。ヨーク１２は、ＳＳ４００材によって構成されていてもよく、この場合、比較的磁気特性が良く且つ安価で入手しやすいヨーク１２が得られる。ヨーク１２の比重は、例えば、７．８ｇ／ｃｍ^３である。

ヨーク１２は、磁石１１が貼り付けられる第１面１２ａと、第１面１２ａの反対側を向くと共に高比重材１３が貼り付けられる第２面１２ｂとを有する。本明細書において、高比重材は、少なくとも磁石１１よりも比重が高い材料によって構成された部材を示しており、例えば、比重が８．０ｇ／ｃｍ^３以上の材料によって構成された部材であってもよい。すなわち、高比重材は、一般的な鋼材（７．８ｇ／ｃｍ^３〜７．９ｇ／ｃｍ^３）よりも比重が高い材料によって構成された部材を含む。

本実施形態において、高比重材１３は、タングステン含有樹脂によって構成されていてもよい。高比重材１３が樹脂を含んで構成される場合、樹脂の射出成形によって高比重材１３を製作することができるので、安価且つ大量に高比重材１３を製作できると共に、あらゆる形状の高比重材１３を製作することが可能である。タングステン含有樹脂は、粉体とされたタングステン及びナイロン等の樹脂を含んでおり、タングステン含有樹脂の比重は、例えば１３ｇ／ｃｍ^３である。高比重材１３は、例えば、矩形板状とされており、ヨーク１２の磁石１１との反対側に貼り付けられている。また、ヨーク１２の磁石１１側には高比重材１４が貼り付けられており、高比重材１４は、例えば、磁石１１の幅方向Ｄ３の両側それぞれに配置されている。高比重材１４は、例えば、高比重材１３と同一の材料によって構成される。

このように、錘体１０が高比重材１３，１４を備えることにより、小型化を維持しつつ錘体１０の質量を大きくすることができる。よって、錘体１０の慣性エネルギーを高めて振動の振幅を大きくすることにより、振動発電装置１の小型化を実現すると共に振動発電装置１からの電力の高出力化が可能となる。また、磁石１１の比重より高い高比重材１３，１４を貼り付けることにより、錘体１０のバランスを良好にして、錘体１０を第１方向Ｄ１及び第２方向Ｄ２のみに動かすことが可能である。従って、第１方向Ｄ１及び第２方向Ｄ２以外の振動モードの入力を抑制して錘体１０を第１方向Ｄ１及び第２方向Ｄ２に沿って安定して振動させることができるので、更なる高出力化が可能となる。

一例として、バネ３の軸線方向（第１方向Ｄ１及び第２方向Ｄ２）における錘体１０の長さは１２．８ｍｍ、幅方向Ｄ３の錘体１０の長さは２３．０ｍｍ、厚さ方向Ｄ４の錘体１０の長さは１３．５ｍｍである。この１２．８ｍｍ×２３．０ｍｍ×１３．５ｍｍの範囲内に磁石１１、ヨーク１２、高比重材１３及び高比重材１４が収められており、錘体１０の質量は例えば３２ｇである。

次に、振動発電装置１が発電した電力を充電する構成について説明する。前述したように、振動発電装置１では、電磁誘導によってコイル４に誘導起電力が発生する。図３に示されるように、コイル４は、整流器１５及びコンデンサ１６に接続されている。整流器１５は、コイル４において発電された交流電力を直流電力に変換すると共に電圧を調整する。コンデンサ１６は、例えば、電解コンデンサ、又は電気二重層コンデンサであり、電荷を蓄えるために設けられる。すなわち、コンデンサ１６は、コイル４において発電された電力を充電する。

ここで、従来の電磁誘導方式の振動発電装置の充電特性について説明する。従来の振動発電装置の充電方式では、定格出力を最大化する設計とされており、図７に示されるように、充電時間と充電電圧変化量との関係は、充電時間の経過に伴って充電電圧変化量が若干線形的に減少するものの概ね一定となる。また、電磁誘導方式で発電を行う振動発電装置を用いて外部装置に電力供給を行うときには、間欠的又は周期的に電力供給を求められることがある。しかしながら、従来の振動発電装置の充電方式のように充電電圧変化量が概ね一定である場合には、充電時間が長いという現状がある。このように充電時間が長い場合には、所望のタイミングで外部装置に電力を供給できないという問題が生じうる。

上記の問題を解消するために、本実施形態に係る振動発電装置１の充電方法では、充電時間に対する充電電圧及び充電電圧変化量を可変としている。また、振動発電装置１では、電力の出力側が無負荷である場合における錘体１０の最大振幅をＬ_ｏｃ、電力の出力側が負荷を有する（例えば抵抗が取り付けられている）場合における錘体１０の振幅をＬ_{ｃｏｎｓｔ}としたときに、Ｌ_ｏｃ＞Ｌ_{ｃｏｎｓｔ}を満たしている。すなわち、無負荷時の振幅Ｌ_ｏｃは負荷を有するときのＬ_{ｃｏｎｓｔ}よりも大きい。例えば、Ｌ_ｏｃが３ｍｍ、そして出力側に４７Ωの外部負荷を接続した場合におけるＬ_{ｃｏｎｓｔ}が１ｍｍとなるように、コイル４の巻数及び線径、並びに磁石１１の磁力及び個数が設計されている。

例えば、図４のグラフの一点鎖線に示されるように、磁石１１の磁力が標準的な磁力より大きい（一例として、磁石１１の大きさが４５πｍｍ^３より大きい、若しくは磁石１１の数が４個以上）、又はコイル４の内径が一定であってコイル４の巻数が３８３０ターンより多い場合、充電開始時の錘体１０の振幅が２ｍｍ程度と大きくなる。これに対し、図４のグラフの破線に示されるように、磁石１１の磁力が標準的な磁力より小さい（一例として、磁石１１が４５πｍｍ^３未満、若しくは磁石１１の数が３個以下）、又は、コイル４の内径が一定であってコイル４の巻数が３８３０ターンより少ない場合、充電開始時の振幅を０．５ｍｍ程度と小さくすることが可能である。

続いて、本実施形態に係る振動発電装置１の充電方法について図５及び図６を参照しながら説明する。以下では、錘体１０に５０Ｈｚ及び０．１Ｇの入力振動を与え、５．５Ｖ且つ０．１Ｆのコンデンサ１６を３．３Ｖまで充電するときの充電方法の例について説明する。

図５の（１）及び図６の（１）に示されるように、コンデンサ１６への充電の初期段階では、充電電圧を１．５Ｖ以下で低く抑えると共にコンデンサ１６に第１電流を流し、錘体１０を第１振幅で振動させてコンデンサ１６への充電を開始する（充電を開始する工程）。第１電流は後述する第２電流よりも大きく、第１振幅は後述する第２振幅よりも小さい。このように、充電電圧が低い（１）の段階では、第１電流を大きくしてコンデンサ１６に電荷を貯め込む。このように、充電電圧が小さいときに大きな電流が流れるというコンデンサ１６の特性を利用して、初期段階ではコンデンサ１６に電荷を大量に貯めていく。一方、第１電流が大きい場合には、コイル４に電流が流れることによって発生する磁界の影響が大きくなり錘体１０の振動が抑えられるため第１振幅は小さい値となる。よって、前述したように、第１振幅は、例えばＬ_{ｃｏｎｓｔ}＝１ｍｍとなる。

図５の（２）及び図６の（２）に示されるように、コンデンサ１６への充電を進めると、充電電圧が上昇すると共にコンデンサ１６への電流が減少する。その結果、コイル４に電流が流れることによって発生する磁界の影響が小さくなるので、錘体１０の振幅は増大する。図５の（３）及び図６の（３）に示されるように、コンデンサ１６への充電を更に進めると、コンデンサ１６に第１電流より小さい第２電流を流し、錘体１０を第２振幅で振動させてコンデンサ１６を満充電させる（満充電する工程）。このとき、コイル４に電流が流れることによって発生する磁界の影響がなくなるため錘体１０の振幅は第１振幅よりも更に大きい第２振幅となる。第２振幅は、例えばＬ_ｏｃ＝３ｍｍである。

続いて、本実施形態に係る振動発電装置１の充電方法から得られる作用効果について詳細に説明する。振動発電装置１の充電方法は、コンデンサ１６への充電を開始する工程では、第１振幅で磁石１１を振動させて第１電流をコンデンサ１６に流して充電を行い、コンデンサ１６を満充電する工程では、第１振幅より大きい第２振幅で磁石１１を振動させると共に、第１電流より小さい第２電流をコンデンサ１６に流す。

よって、充電開始時の第１振幅は満充電時の第２振幅よりも小さく、充電開始時の第１電流は満充電時の第２電流よりも大きい。従って、充電開始後には、振動の振幅を抑えつつ多くの電流をコンデンサ１６に流し込むことにより、コンデンサ１６への充電を早期に行うことができる。その結果、満充電時にはコンデンサ１６に流す電流が少なくても、早期に充電を完了させることができる。従って、コンデンサ１６の充電特性を生かして充電時間を短くすることができる。

また、コンデンサ１６への充電を開始する工程におけるコンデンサ１６への電圧は、コンデンサ１６を満充電する工程におけるコンデンサ１６への電圧よりも小さい。よって、充電開始時のコンデンサ１６への電圧は、満充電時のコンデンサ１６への電圧よりも小さい。従って、充電開始時と満充電時の電圧を可変にすることによって、コンデンサ１６の充電特性を生かしつつコンデンサ１６への充電時間を短くすることができる。

以上、本発明に係る振動発電装置の充電方法の実施形態について説明したが、本発明は前述した実施形態に限定されるものではない。本発明は、特許請求の範囲に記載した要旨を変更しない範囲において種々の変形が可能である。すなわち、振動発電装置の充電方法の各工程は、前述の実施形態に限定されず適宜変更可能である。また、振動発電装置の構成についても適宜変更可能である。

例えば、前述の実施形態では、矩形状の筐体２と、固定部材６によって筐体２のフレーム２ｃに固定された１２本のバネ３と、コイルホルダ５によって筐体２に固定されたコイル４と、を備える振動発電装置１について説明した。しかしながら、筐体、バネ、コイル、コイルホルダ、及びバネを固定する固定部材の形状、大きさ、数、材料及び配置態様は、前述の実施形態のものに限定されず適宜変更可能である。

また、前述の実施形態では、ヨーク１２の第１面１２ａに磁石１１が取り付けられ、ヨーク１２の第２面１２ｂに高比重材１３が取り付けられる錘体１０について説明した。しかしながら、錘体１０の構成も適宜変更可能である。すなわち、磁石１１、ヨーク１２及び高比重材１３，１４の形状、大きさ、数、材料及び配置態様は適宜変更可能であり、例えば、高比重材１３，１４を省略することも可能である。

例えば、前述の実施形態では、比重が８．０ｇ／ｃｍ^３以上の高比重材１３，１４として、タングステンを含む例を説明したが、タングステン以外の物質を含んでいてもよい。例えば、高比重材１３，１４は、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いずれか１つ又は２つ以上を含んでいてもよい。磁石１１としては、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適宜の磁石が用いられ得る。磁石１１の形状は、特に限定されないが、例えば、円柱状又は角柱状等とすることができる。また、ヨーク１２としては、磁気回路を形成可能な物質であれば、適宜の種類の物質が用いられ得る。例えば、ヨーク１２としては、軟鉄、一般構造用圧延鋼、機械構造用炭素鋼、ステンレス鋼、ケイ素鋼、フェライト、ＦｅＮｉ合金、又はＦｅＣｏ合金等の材料が用いられ得る。

振動発電装置１は、コイルバネであるバネ３に代えて、コイルバネ以外の構成のバネを備えていてもよい。また、バネ３は、高比重材１３，１４に接続されていてもよい。更に、前述の実施形態では、ヨーク１２の上下面のそれぞれに６本ずつのバネ３が接続されている例について説明した。しかしながら、前述したように、バネの本数及び配置態様は適宜変更可能である。例えば、ヨーク１２の上下面のそれぞれに１本ずつのバネ３が接続されていてもよい。すなわち、バネ３は、それぞれ複数本で構成されていなくてもよい。

また、例えば、ヨーク１２の上下面のそれぞれに３本以上ずつのバネ３が接続されていてもよい。例えば、ヨーク１２に接続されるバネ３の本数は、錘体１０を振動させるときに必要とされるバネ定数に応じて決定されてもよい。ヨーク１２の上面に複数のバネ３が幅方向Ｄ３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１２の下面に複数のバネ３が幅方向Ｄ３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１２の上面の四隅に、４本のバネ３のそれぞれが接続されていてもよい。また、上記のように複数のバネ３をヨーク１２に接続する場合であっても、幅方向Ｄ３において、幅方向Ｄ３の中央位置に対して対称となるようにバネ３が配置されてもよい。これらのバネ３の接続構成であっても、錘体１０を安定して振動させることができると共に、錘体１０の移動量を大きくできる等、前述した実施形態と同様の効果を奏する。

１…振動発電装置、２…筐体、２ａ…面、２ｂ…凹部、２ｃ…フレーム、２ｄ…底面、３…バネ、３ａ…取付部、３ｂ…端部、４…コイル、５…コイルホルダ、６…固定部材、１０…錘体、１１…磁石、１２…ヨーク、１２ａ…第１面、１２ｂ…第２面、１２ｃ…凹部、１３，１４…高比重材、１５…整流器、１６…コンデンサ、Ｃ…空間、Ｄ１…第１方向、Ｄ２…第２方向、Ｄ３…幅方向、Ｄ４…厚さ方向、Ｌ…軸線、Ｒ…開磁路。

Claims

コイルに対して磁石が振動することによって発電を行う振動発電装置の充電方法であって、
前記コイル及び前記磁石によって発電された電流を整流する整流器と、
前記電流が流れるコンデンサと、
を備え、
前記磁石を第１振幅で振動させると共に第１電流を前記コンデンサに流すことにより、前記コンデンサへの充電を開始する工程と、
前記磁石を前記第１振幅よりも大きい第２振幅で振動させると共に、前記第１電流よりも小さい第２電流を前記コンデンサに流すことにより、前記コンデンサを満充電する工程と、
を備える振動発電装置の充電方法。
前記コンデンサへの充電を開始する工程における前記コンデンサへの電圧は、前記コンデンサを満充電する工程における前記コンデンサへの電圧よりも小さい、
請求項１に記載の振動発電装置の充電方法。