JP2021027633A - 発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】シンプルな構造であって軽い押し力によって発電し、音の発生も少ない発電装置を提供する。【解決手段】発電装置（１）は、内部空間を有し、両端閉鎖型の非磁性体の筒状部材（２）と、筒状部材（２）の外周に配置されたコイル（３）と、筒状部材（２）の内部空間に配置され、筒状部材（２）の延在方向に沿って往復移動可能な第１マグネット（４）と、筒状部材（２）の外部に配置され、第１マグネット（４）に対して作用する第２マグネット（５）と、筒状部材（２）および第２マグネット（５）のうちのいずれか一方を、他方に対して相対移動させる作動部（６）とを備える。【選択図】図１

Description

この発明は、シンプルな構造の発電装置に関するものである。

操作部の操作によって発生した運動エネルギーを電磁誘導方式によって電気エネルギーに変換して発電する発電装置が知られている。このような発電装置は、たとえば、トイレ室、浴室、キッチンなどの水回り設備において、電子機器を遠隔操作するリモコン装置に組み込まれている。

特開２０１８−７４５３７号公報（特許文献１）に開示されたリモコン装置は、押し操作に応じて機器を操作する操作ボタンと、上記押し操作に応じて押圧されることで電磁誘導を発生させ発電を行う発電部と、上記機器を遠隔操作するための信号を生成する電子部品を有する制御部と、上記操作ボタンの押し操作に応じて移動し上記発電部を押圧する伝達機構とを備える。伝達機構は、押し操作に応じて回転する回転カムと、回転カムの回転動作によって押圧されるリンクとを有し、操作ボタンを押す力が所定の値となるときに、回転カムとリンクとの移動方向が同一となるようにされている。発電部は、操作ボタンの押し操作に伴う操作力がモータの回転軸に伝達されて、回転軸を回転させ、これにより、モータから交流の電力が発生する。

特開２０１２−８０７０２号公報（特許文献２）に開示された発電装置は、発電時に操作されるスイッチレバーと、被駆動部が駆動されることによって誘導起電力を発生させる発電機と、外力が印加されることにより弾性力を蓄積すると共に蓄積された弾性力を出力することにより被駆動部を駆動する発電用ばねと、発電用ばねに蓄積された弾性力の出力を許容するスライド部材およびピンホイールとを備えている。発電機は、被駆動部を回転させることによりコイルの内部で円筒形状の磁石を回転させ、これによりコイルを貫く磁束を変化させて誘導起電力を発生させる構成とされている。

特開２０１８−７４５３７号公報 特開２０１２−８０７０２号公報

特開２０１８−７４５３７号公報（特許文献１）および特開２０１２−８０７０２号公報（特許文献２）に開示された発電装置は、いずれも操作部材の操作力をコイル内に配置されたロータの回転運動に変換する機構がやや複雑であり、押し力がやや硬く感じる。

また、特開２０１８−７４５３７号公報（特許文献１）や特開２０１２−８０７０２号公報（特許文献２）に記載されたような複雑な構成の発電装置では、音の発生が避けられず、たとえばトイレ内に設置される発電装置としてはあまり好ましくない。

本発明の目的は、シンプルな構造であって軽い押し力によって発電し、音の発生も少ない発電装置を提供することである。

本発明による発電装置は、内部空間を有し、両端閉鎖型の非磁性体の筒状部材と、筒状部材の外周に配置されたコイルと、筒状部材の内部空間に配置され、筒状部材の延在方向に沿って往復移動可能な第１マグネットと、筒状部材の外部に配置され、第１マグネットに対して作用する第２マグネットと、筒状部材および第２マグネットのうちのいずれか一方を、他方に対して相対移動させる作動部とを備える。

好ましくは、第２マグネットは、筒状部材を取り囲むように配置される。

好ましくは、第２マグネットは、リング状磁石である。

好ましくは、第１マグネットは、柱状磁石である。

好ましくは、発電装置は、筒状部材の外周を覆う筐体をさらに備え、第２マグネットは、筐体に固定されており、作動部は、筒状部材に固定されるとともに、筐体に対して変位可能に支持されている。

好ましくは、筒状部材の延在方向一方端部と、その一方端部に対面する筐体の端部との間に弾性部材が設けられている。

好ましくは、発電装置は、筒状部材の外周を覆う筐体をさらに備え、第２マグネットは、筐体に固定されており、作動部は、筐体に固定されるとともに、筒状部材に対して変位可能に支持されている。

好ましくは、筒状部材の内部空間の延在方向両端部には、第１マグネットに対して反発力を発揮する反発マグネットが配置されている。

上記構成の本発明によれば、シンプルな構造の発電装置を得ることができる。

本発明の実施の形態１に係る発電装置の動作を示す図である。 本発明の実施の形態２に係る発電装置の動作を示す図である。

本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。以下の説明における左右方向は、紙面上の左右方向と一致するものとする。

＜実施の形態１＞
図１（ａ）を参照して、本発明の一実施形態の発電装置１について説明する。

本実施の形態に係る発電装置１は、主要な構成部品を収容する筐体７と、筐体７内に配置された筒状部材２と、筒状部材２の外周に配置されたコイル３と、筒状部材２の内部空間に配置された第１マグネット４と、第１マグネット４に対して作用する第２マグネット５と、筒状部材２および第２マグネット５のうちいずれか一方を、他方に対して相対移動させる作動部６とを備える。

筐体７は、主要な構成部品を内部に収容し、具体的には筒状部材２や作動部６の外周を覆うように設けられる。筐体７内部には、第２マグネット５が固定されている。筐体７の延在方向右側端部には、作動部６を外部から操作することができ、作動部６に固定された筒状部材２を延在方向に移動させることのできる開口部が設けられている。

筒状部材２は、内部空間を有しており、両端閉鎖型の非磁性体である。筒状部材２の内部空間には、第１マグネット４が収容されている。非磁性体として、たとえば、アルミニウムなどの金属、プラスチックなどの合成樹脂などが挙げられる。本実施の形態では、筒状部材２は合成樹脂である。

筒状部材２は、円柱形状であり、筒状部材２の外周にはコイル３が配置されている。このため、筒状部材２は、コイル３のボビンの役割も担う。本実施の形態のコイル３は、筒状部材２の外周の一部に設けられているが、筒状部材２の全周に設けられていてもよく、筒状部材２の外周の分離した領域に設けられていてもよい。コイル３は、たとえばソレノイドコイルである。また、筒状部材２の形状は、円柱形状に限られず、四角柱等の多角形状であってもよい。

第１マグネット４は、筒状部材２の内部空間に配置され、筒状部材２の延在方向に沿って往復移動可能に設けられる。筒状部材２の外周にコイル３が配置されているため、第１マグネット４がコイル３の内部を往復運動することにより、コイル３に誘導起電力が発生する。第１マグネット４は、たとえば柱状磁石であり、本実施の形態において、第１マグネット４は円柱磁石である。第１マグネット４のＮ極およびＳ極の位置関係は、図１（ａ）に示した通りである。

第２マグネット５は、筒状部材２の外部に配置され、第１マグネット４に対して作用する。より確実に第１マグネット４に対して作用する観点から、第２マグネット５は、好適には筒状部材２を取り囲むように配置される。ここで言う「作用する」とは、具体的には第１，２マグネット４，５が磁力的に吸引または反発するように作用することを示す。本実施の形態において、第２マグネット５は、リング状磁石であるが、筒状部材２を取り囲むように配置されているのであれば、筒状部材２の周囲にリング状に点在して設けられていてもよい。第２マグネット５のＮ極およびＳ極の位置関係は、図１（ａ）に示した通りである。

本実施の形態において、第２マグネット５は、筐体７の内周面に固定される。具体的には、第２マグネット５の左側側面とコイル３の右側端部の位置が、略同一となる位置に固定される。また、静止状態において、第２マグネット５の左右方向中央部の位置と、第１マグネット４の左右方向中央部の位置とは、略同一であることが好ましい。この位置関係にあるとき、第１マグネット４と第２マグネット５との間で発生する磁力は、最も安定した平衡状態である。

作動部６は、外部から発電装置１を操作するスイッチ６１と、スイッチ６１および筒状部材２とを固定連結する棒状部材６２と、筒状部材２の延在方向左側端部と、その左側端部に対面する筐体７の端部との間に設けられる弾性部材６３と、スイッチ６１や棒状部材６２が必要以上に筐体７から突出することを防ぐストッパ６４とを含む。

スイッチ６１は、典型的には筐体７の延在方向一方端部にスライド可能に設けられた押しボタンである。外部からの押し力によって、第１マグネット４が筒状部材２の延在方向に沿って往復移動することができるのであれば、スイッチ６１が設けられる位置については限定されない。具体的には、スイッチ６１を筐体７の延在方向途中位置に設け、筒状部材２の延在方向途中位置に固定してもよい。棒状部材６２は、筒状部材２に固定されており、スイッチ６１の移動に伴って移動する。弾性部材６３は、スイッチ６１の移動に応じて伸縮するように設けられる。なお、弾性部材６３は、典型的にはバネであるが、たとえばゴム製の部材であってもよい。ストッパ６４は、作動部６のスイッチ６１や棒状部材６２が、必要以上に筐体７から突出することを防ぐための形状であればよく、素材や形状については限定されない。

以上の構成を備えるため、作動部６は、筒状部材２および第２マグネット５のうちのいずれか一方を、他方に対して相対移動させることができる。本実施の形態では、作動部６は、筒状部材２に固定されるとともに、筐体７に対して変位可能に支持されている。

続いて、図１（ａ）〜（ｄ）を参照して、本実施の形態の発電装置１の動作について説明する。

図１（ａ）に示すように、初期状態は、第１マグネット４および第２マグネット５の左右方向中央部の位置が、略同一の位置関係に保たれている。また、第２マグネット５の左側端面とコイル３の右側端部の位置は、略同一の位置関係に保たれている。

図１（ｂ）に示すように、スイッチ６１を矢印Ａの方向に押し込む。すると、スイッチ６１に固定された棒状部材６２、および棒状部材６２に固定された筒状部材２が矢印Ａの方向に移動する。この移動に伴い、左側の弾性部材６３が矢印Ａの方向に縮まる。筒状部材２の内部空間に配置された第１マグネット４は、筒状部材２とともに矢印Ａの方向に移動し、その移動途中で第１マグネット４のＮ極が第２マグネット５のＮ極を超える。すると、第１マグネット４と第２マグネット５との間に反発磁力が作用し、この反発磁力によって第１マグネット４は、勢いよく筒状部材２の内部空間の左端位置まで移動する。この状態が図１（ｃ）に示されている。

次に、図１（ｄ）に示すように、スイッチ６１を押す力を解放すると、弾性部材６３の弾性力により筒状部材２は右側（矢印Ｂで示す方向）に移動する。筒状部材２の右方向への移動に伴って、第１マグネット４も右方向へ移動する。ストッパ６４が筐体７に当接し、筒状部材２の右方向への移動は停止する。ここで、第１マグネット４は、筒状部材２が初期状態の位置で停止した後も、慣性力により筒状部材２の内部空間内を右方向に移動し、初期状態の位置（図１（ａ））まで戻る。このように、図１に示した発電装置１では、スイッチ６１を押し込めば、第１マグネット４がリング状の第２マグネット５との間に発生する反発磁力によって、勢いよくコイル３の内部空間を通過する。このように、第１マグネット４の勢いよい動きによって、コイル３に電流が流れ、発電する。

作動部６の操作により、筒状部材２内部の第１マグネット４が筒状部材２の延在方向に移動すると、コイル３内を第１マグネット４が通過するため、電磁誘導によりコイル３に電流が流れて発電する。図示を省略したが、コイル３には発生した電流を取り出す電流取出し部が接続されている。電流取出し部は、たとえば、電波発信機を含む。

本実施の形態の発電装置１は、スイッチ６１を軽く押すだけで発電を行うことができる。また、ギア等を使用していないシンプルな構造であるため音の発生も少なく、たとえばトイレ室や浴室など、プライバシー空間に好適に用いることができる。

本実施の形態の発電装置１は、作動部６や筒状部材２の移動が少ないにも関わらず、第１マグネット４の移動が大きい。また、磁石の反発力を利用することで、コイル３内部において、第１マグネット４を素早く移動させることができる。これにより、少ない操作で効率よく発電を行うことができる。

以下の実施の形態では、発電装置１の他の構成例について説明する。以下に実施の形態１との相違点のみ詳細に説明する。

＜実施の形態２＞
図２（ａ）を参照して、本発明の実施の形態２の発電装置１Ａについて説明する。実施の形態２の発電装置１Ａは、基本的には実施の形態１の発電装置１と同様の構成を備えているが、筐体７Ａおよび筒状部材２Ａの延在方向両端部に反発マグネット８と弾性板材９とを備える点や、作動部６Ａについて相違している。

作動部６Ａは、筐体７Ａと一体的に形成されるスイッチ６１Ａと、筒状部材２Ａの延在方向右側端部と、その右側端部に対面する筐体７Ａの端部との間に設けられる弾性部材６３Ａとを含む。本実施の形態では、作動部６Ａは、筐体７Ａに固定されるとともに、筒状部材２Ａに対して変位可能に支持されている。

スイッチ６１Ａは、筐体７Ａと一体的に形成されている。ここで「一体的に形成」とは、筐体７Ａとスイッチ６１Ａが固定されていることをいう。つまり、筐体７Ａとスイッチ６１Ａは同一部材であってもよいし、別部材であってもよい。弾性部材６３Ａは、筐体７Ａおよび筒状部材２Ａの間に設けられ、筐体７Ａを筒状部材２Ａの延在方向に沿って移動させることができる。

筐体７Ａは、筒状部材２Ａの外周を覆い、左側に開放部を有する。本実施の形態では、この開放部を閉鎖するように閉鎖部材１０が設けられている。また、閉鎖部材１０には、筒状部材２Ａの左側端部が固定されている。

筒状部材２Ａの内部空間の延在方向両端部には、第１マグネット４に対して反発力を発揮する反発マグネット８と、弾性板材９とが配置される。反発マグネット８は、第１マグネット４と対向する面に、対面する第１マグネット４の磁極と同じ磁極が配置されるように設けられる。反発マグネット８のＮ極およびＳ極の位置関係は、図２（ａ）に示した通りである。弾性板材９は、たとえばゴム板材である。これにより、第１マグネット４が筒状部材２Ａの内部空間の延在方向両端部に当たった場合に生じる衝撃を吸収し、さらに音の発生を抑制することができる。

続いて、図２（ａ）〜（ｄ）を参照して、本実施の形態の発電装置１Ａの動作について説明する。

図２（ａ）に示すように、初期状態は、第１，２マグネット４，５の左右方向中央部の位置が略同一の位置関係に保たれている。

図２（ｂ）に示すように、スイッチ６１Ａを矢印Ａの方向に押し込む。すると、スイッチ６１Ａに固定された筐体７Ａが矢印Ａの方向に移動する。この移動に伴い、弾性部材６３Ａが矢印Ａの方向に縮まる。筐体７Ａの内面に固定されている第２マグネット５は、筐体７Ａとともに矢印Ａの方向に移動し、その移動途中で第２マグネット５のＳ極が第１マグネット４のＳ極と略同一の位置となる。すると、第２マグネット５および反発マグネット８と、第１マグネット４との間に反発磁力が作用する。この反発磁力によって、第１マグネット４は、勢いよく筒状部材２Ａの内部空間の右端位置まで移動する。ここで、筒状部材２Ａの内部空間の右端位置では、第１マグネット４のＮ極と反発マグネット８のＮ極とが反発するため、第１マグネット４は筒状部材２Ａの内部空間の右端位置よりも手前位置まで移動する。この状態が図２（ｃ）に示されている。

次に、図２（ｄ）に示すように、スイッチ６１Ａを押す力を解放すると、弾性部材６３Ａの弾性力により筐体７Ａおよび第２マグネット５は、右側（矢印Ｂで示す方向）に移動する。ここで、第１マグネット４は、筐体７Ａが初期状態の位置で停止した後、第２マグネット５に吸引され、筒状部材２Ａの内部空間内を左方向に移動し、初期状態（図２（ａ））まで戻る。このように、図２に示した発電装置１Ａでは、スイッチ６１Ａを押し込めば、第１マグネット４がリング状の第２マグネット５および反発マグネット８との間に発生する反発磁力によって、勢いよくコイル３の内部空間を通過する。このように、第１マグネット４の勢いよい動きによって、コイル３に電流が流れ、発電する。

図２（ａ）〜（ｄ）に示すように、スイッチ６１Ａを矢印Ａの方向に押し込み、矢印Ｂの方向に戻すことで、第１マグネット４がコイル３内を素早く移動する。これにより、電磁誘導が発生し、コイル３に電流が流れて発電することができる。

本実施の形態の発電装置１Ａは、筒状部材２Ａの内部空間の両端部に反発マグネット８を配置している。これにより、第１マグネット４は、第２マグネット５との反発磁力だけでなく、反発マグネット８との反発磁力の作用も受けるため、第１マグネット４は、より勢いよくコイル３の内部空間を通過する。これにより、発電装置１Ａは、高出力の発電を行うことができる。

なお、実施の形態１，２では、第１マグネット４として、１つの柱状磁石を設けていたが、柱状磁石は複数個設けられてもよい。

以上、図面を参照してこの発明の実施の形態を説明したが、この発明は、図示した実施の形態のものに限定されない。図示した実施の形態に対して、この発明と同一の範囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変形を加えることが可能である。

１，１Ａ 発電装置、２，２Ａ 筒状部材、３ コイル、４ 第１マグネット、５ 第２マグネット、６，６Ａ 作動部、７，７Ａ 筐体、８ 反発マグネット、９ 弾性板材、１０ 閉鎖部材、６１，６１Ａ スイッチ、６２ 棒状部材、６３，６３Ａ 弾性部材、６４ ストッパ。

Claims (8)

1. 内部空間を有し、両端閉鎖型の非磁性体の筒状部材と、
   前記筒状部材の外周に配置されたコイルと、
   前記筒状部材の内部空間に配置され、前記筒状部材の延在方向に沿って往復移動可能な第１マグネットと、
   前記筒状部材の外部に配置され、前記第１マグネットに対して作用する第２マグネットと、
   前記筒状部材および前記第２マグネットのうちのいずれか一方を、他方に対して相対移動させる作動部とを備える、発電装置。
2. 前記第２マグネットは、前記筒状部材を取り囲むように配置される、請求項１に記載の発電装置。
3. 前記第２マグネットは、リング状磁石である、請求項１または２に記載の発電装置。
4. 前記第１マグネットは、柱状磁石である、請求項１〜３のいずれかに記載の発電装置。
5. 前記筒状部材の外周を覆う筐体をさらに備え、
   前記第２マグネットは、前記筐体に固定されており、
   前記作動部は、前記筒状部材に固定されるとともに、前記筐体に対して変位可能に支持されている、請求項１〜４のいずれかに記載の発電装置。
6. 前記筒状部材の延在方向一方端部と、その一方端部に対面する前記筐体の端部との間に弾性部材が設けられている、請求項５に記載の発電装置。
7. 前記筒状部材の外周を覆う筐体をさらに備え、
   前記第２マグネットは、前記筐体に固定されており、
   前記作動部は、前記筐体に固定されるとともに、前記筒状部材に対して変位可能に支持されている、請求項１〜４のいずれかに記載の発電装置。
8. 前記筒状部材の内部空間の延在方向両端部には、前記第１マグネットに対して反発力を発揮する反発マグネットが配置されている、請求項１〜７のいずれかに記載の発電装置。

Images