JP2022049071A - 振動発電機 - Google Patents

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敦郎 大西
Atsuro Onishi
博 高橋
Hiroshi Takahashi
貴光 砂押
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    • H02K7/18—Structural association of electric generators with mechanical driving motors, e.g. with turbines
    • H02K7/1892—Generators with parts oscillating or vibrating about an axis

Abstract

【課題】機械的な減衰比が小さく、発電性能の高い発電機を提供することである。【解決手段】振動発電機は、梁部と前記梁部を支持する支持部が一体的に形成された第１の一体化弾性支持体と、梁部と前記梁部を支持する支持部が一体的に形成された第２の一体化弾性支持体と、前記第１の一体化弾性支持体と前記第２の一体化弾性支持体に挟まれて振動可能に支持され、磁石と磁性体を備える振動子と、前記第１の一体化弾性支持体と前記第２の一体化弾性支持体に挟まれて支持され、前記振動子の内部に位置するコイルとを備える。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、振動発電機に関する。
振動発電機は、環境振動（例えば、車や電車の振動、雨が地面をたたく振動）を利用して発電する。振動発電機により発電した電力は、センサなどの装置に用いる電源（例えば電池）の代替として期待されている。振動発電機の発電性能を向上させるには、機械的な減衰比の低減が不可欠である。
特開２０１７－２２９１１８号公報
本発明が解決しようとする課題は、機械的な減衰比が小さく、発電性能の高い発電機を提供することである。
実施形態の振動発電機は、梁部と前記梁部を支持する支持部が一体的に形成された第１の一体化弾性支持体と、梁部と前記梁部を支持する支持部が一体的に形成された第２の一体化弾性支持体と、前記第１の一体化弾性支持体と前記第２の一体化弾性支持体に挟まれて振動可能に支持され、磁石と磁性体を備える振動子と、前記第１の一体化弾性支持体と前記第２の一体化弾性支持体に挟まれて支持され、前記振動子の内部に位置するコイルとを備える。
図１は、第１の実施形態に係る振動発電機を模式的に示す断面図である。 図２は、天部筐体と上側一体化弾性支持体が除かれた、図１に示された第１の実施形態に係る振動発電機の部分断面斜視図である。 図３は、天部筐体と上側一体化弾性支持体と固定子が除かれた、図１に示された第１の実施形態に係る振動発電機の部分断面斜視図である。 図４は、図１に示された第１の実施形態に係る上側一体化弾性支持体を模式的に示す斜視図である。 図５は、図１に示されたＡ－Ａ線に沿った第１の実施形態に係る振動発電機の断面図である。 図６は、図１に示されたＢ－Ｂ線に沿った第１の実施形態に係る振動発電機の断面図である。 図７は、第１の実施形態に係る図５に示された梁部と図６に示された梁部を重ねて示した図である。 図８は、第２の実施形態に係る振動発電機を模式的に示す断面図である。 図９は、図１に示された第１の実施形態に係る上側一体化弾性支持体の主要製造工程を模式的に示す図である。 図１０は、図８に示された第２の実施形態に係る上側一体化弾性支持体の主要製造工程を模式的に示す図である。
以下、図面を参照しながら実施形態を説明する。以下に説明する実施形態を通して、同一の構成要素に同一の参照符号を付して、重ねての説明を省略する。なお、図面は、模式的または概念的なものである。
［第１の実施形態］
図１～図３を参照して、第１の実施形態に係る振動発電機１００について説明する。図１は、振動発電機１００の断面図である。図２と図３は、振動発電機１００の部分断面斜視図である。説明の便宜上、図１に示すように円筒座標を設定する。以下の説明では、＋Ｚ側または＋Ｚ方向を上側または上方とし、－Ｚ側または－Ｚ方向を下側または下方と称する。
振動発電機１００は、筐体１３０と、筐体１３０内に振動可能に支持された振動子１２０と、筐体１３０内に不動に支持された固定子１１０とを備える。振動発電機１００はまた、上側一体化弾性支持体１４０と、天部筐体１５０と、下側一体化弾性支持体１６０と、底部筐体１７０とを備える。
筐体１３０は、円柱状の外観形状を有する。筐体１３０は、上側一体化弾性支持体１４０の一部と、天部筐体１５０と、下側一体化弾性支持体１６０の一部と、底部筐体１７０とで構成される。
一体化弾性支持体１４０，１６０は、それぞれ、梁部１４１，１６１と、円筒状の支持部１４２，１６２と、振動子支持部１４３，１６３とを有する。梁部１４１，１６１と支持部１４２，１６２と振動子支持部１４３，１６３は、それぞれ、一体的に形成されている。たとえば、一体化弾性支持体１４０，１６０は、１つの母材に対して適当な加工たとえば切削や切断等を施して作製される。
梁部１４１，１６１は、それぞれ、円筒状の支持部１４２，１６２の片方の端部と連続している。つまり、上側一体化弾性支持体１４０の梁部１４１は、支持部１４２の上端部と連続している。下側一体化弾性支持体１６０の梁部１６１は、支持部１６２の下端部と連続している。
振動子支持部１４３，１６３は、いずれも、円筒状である。振動子支持部１４３，１６３は、それぞれ、梁部１４１，１６１の中央に位置している。詳しくは、上側一体化弾性支持体１４０の振動子支持部１４３は、梁部１４１の下面に位置している。下側一体化弾性支持体１６０の振動子支持部１６３は、梁部１６１の上面に位置している。振動子支持部１４３，１６３は、振動子１２０を支持する。
支持部１４２，１６２と振動子支持部１４３，１６３は、実質的に変形しない。一方、梁部１４１，１６１は、比較的に容易に、一体化弾性支持体１４０，１６０の中心軸すなわちＺ軸に沿って弾性的に変形する。すなわち、振動子１２０の振動に対する支持部１４２，１６２と振動子支持部１４３，１６３の剛性は、それぞれ、梁部１４１，１６１の剛性よりも高い。
支持部１４２，１６２は、それぞれ、上端部と下端部に段差を有する。このため、支持部１４２，１６２は、それぞれ、内側上端面１４６ａ，１６６ａと外側上端面１４６ｂ，１６６ｂと、内側下端面１４７ａ，１６７ａと外側下端面１４７ｂ，１６７ｂを有する。内側上端面１４６ａ，１６６ａと外側上端面１４６ｂ，１６６ｂは、同中心の円環形状を有し、内側下端面１４７ａ，１６７ａと外側下端面１４７ｂ，１６７ｂは、同中心の円環形状を有する。
また、支持部１４２，１６２は、それぞれ、半径の異なる４つの円筒面を有する。すなわち、支持部１４２，１６２は、それぞれ、内側円筒面１４５ａ，１６５ａと、外側円筒面１４５ｂ，１６５ｂと、上側中間円筒面１４５ｃ，１６５ｃと、下側中間円筒面１４５ｄ，１６５ｄを有する。
上側中間円筒面１４５ｃ，１６５ｃの半径と下側中間円筒面１４５ｄ，１６５ｄの半径は、内側円筒面１４５ａ，１６５ａの半径よりも大きく、外側円筒面１４５ｂ，１６５ｂの半径よりも小さい。
内側円筒面１４５ａ，１６５ａは内向きであり、外側円筒面１４５ｂ，１６５ｂは外向きである。上側中間円筒面１４５ｃ，１６５ｃと下側中間円筒面１６５ｄは外向きであり、下側中間円筒面１４５ｄは内向きである。
内側円筒面１４５ａの半径は内側円筒面１６５ａの半径と等しく、外側円筒面１４５ｂの半径は外側円筒面１６５ｂの半径と等しい。下側中間円筒面１４５ｄの半径は、上側中間円筒面１６５ｃの半径と等しい。
上側一体化弾性支持体１４０と下側一体化弾性支持体１６０は、下側中間円筒面１４５ｄと上側中間円筒面１６５ｃが接続され、また外側下端面１４７ｂと外側上端面１６６ｂが接続され、互いに固定される。
天部筐体１５０と底部筐体１７０は共に、有底円筒形状である。天部筐体１５０は、円板状の天板部１５１と、円筒状の支持部１５２とを有する。天板部１５１は、円筒状の支持部１５２の上端部と連続している。底部筐体１７０は、円板状の底板部１７１と、円筒状の支持部１７２とを有する。底板部１７１は、円筒状の支持部１７２の下端部と連続している。
天板部１５１と支持部１５２は、一体的に形成されている。底板部１７１と支持部１７２は、一体的に形成されている。たとえば、天部筐体１５０と底部筐体１７０は、それぞれ、１つの母材に対して適当な加工たとえば切削や切断等を施して作製される。天部筐体１５０と底部筐体１７０は、実質的に変形しない。
天部筐体１５０の支持部１５２は、下端部に段差を有する。このため、支持部１５２は、内側下端面１５４ａと外側下端面１５４ｂを有する。内側下端面１５４ａと外側下端面１５４ｂは、同中心の円環形状を有する。
また、支持部１５２は、半径の異なる３つの円筒面を有する。すなわち、支持部１５２は、内側円筒面１５３ａと、外側円筒面１５３ｂと、中間円筒面１５３ｃを有する。中間円筒面１５３ｃの半径は、内側円筒面１５３ａの半径よりも大きく、外側円筒面１５３ｂの半径よりも小さい。内側円筒面１５３ａと中間円筒面１５３ｃは内向きであり、外側円筒面１５３ｂは外向きである。
外側円筒面１５３ｂの半径は、上側一体化弾性支持体１４０の支持部１４２の外側円筒面１４５ｂの半径と等しい。中間円筒面１５３ｃの半径は、上側一体化弾性支持体１４０の支持部１４２の上側中間円筒面１４５ｃの半径と等しい。
天部筐体１５０は、上側一体化弾性支持体１４０に固定される。天部筐体１５０の支持部１５２の中間円筒面１５３ｃは、上側一体化弾性支持体１４０の支持部１４２の上側中間円筒面１４５ｃと接続される。天部筐体１５０の支持部１５２の内側下端面１５４ａと外側下端面１５４ｂは、それぞれ、上側一体化弾性支持体１４０の支持部１４２の内側上端面１４６ａと外側上端面１４６ｂと接続される。
底部筐体１７０の支持部１７２は、上端部に段差を有する。このため、支持部１７２は、内側上端面１７４ａと外側上端面１７４ｂを有する。内側上端面１７４ａと外側上端面１７４ｂは、同中心の円環形状を有する。
また、支持部１７２は、半径の異なる３つの円筒面を有する。すなわち、支持部１７２は、内側円筒面１７３ａと、外側円筒面１７３ｂと、中間円筒面１７３ｃを有する。中間円筒面１７３ｃの半径は、内側円筒面１７３ａの半径よりも大きく、外側円筒面１７３ｂの半径よりも小さい。内側円筒面１７３ａと中間円筒面１７３ｃは内向きであり、外側円筒面１７３ｂは外向きである。
外側円筒面１７３ｂの半径は、下側一体化弾性支持体１６０の支持部１６２の外側円筒面１６５ｂの半径と等しい。中間円筒面１７３ｃの半径は、下側一体化弾性支持体１６０の支持部１６２の下側中間円筒面１６５ｄの半径と等しい。
底部筐体１７０は、下側一体化弾性支持体１６０に固定される。底部筐体１７０の支持部１７２の中間円筒面１７３ｃは、下側一体化弾性支持体１６０の支持部１６２の下側中間円筒面１６５ｄと接続される。底部筐体１７０の支持部１７２の内側上端面１７４ａと外側上端面１７４ｂは、それぞれ、下側一体化弾性支持体１６０の支持部１６２の内側下端面１６７ａと外側下端面１６７ｂと接続される。
このように互いに接続された天部筐体１５０と上側一体化弾性支持体１４０と下側一体化弾性支持体１６０と底部筐体１７０は、筐体１３０を構成している。詳しくは、天部筐体１５０と、上側一体化弾性支持体１４０の支持部１４２と、下側一体化弾性支持体１６０の支持部１６２と、底部筐体１７０とが、筐体１３０を構成している。天部筐体１５０と一体化弾性支持体１４０，１６０の支持部１４２，１６２と底部筐体１７０は、筐体１３０の最外縁を形成している。
振動子１２０は、４つの磁石１２１，１２２，１２３，１２４と、３つのヨーク１２６，１２７，１２８とを備える。すなわち、振動子１２０は、外側上側磁石１２１と外側下側磁石１２２と内側上側磁石１２３と内側下側磁石１２４と、上側ヨーク１２６と下側ヨーク１２７と中間ヨーク１２８とを備える。
上側ヨーク１２６と下側ヨーク１２７は、いずれも、有底円筒状である。つまり、ヨーク１２６，１２７は、それぞれ、円筒部１２６ａ，１２７ａと、円筒部１２６ａ，１２７ａの片方の端部と連続した平板部１２６ｂ，１２７ｂとを有する。上側ヨーク１２６は、平板部１２６ｂを上にして、筐体１３０の内部に配置される。下側ヨーク１２７は、平板部１２７ｂを下にして、筐体１３０の内部に配置される。
ヨーク１２６，１２７はまた、それぞれ、一体化弾性支持体１４０，１６０の振動子支持部１４３，１６３に固定される固定部１２６ｃ，１２７ｃを有する。固定部１２６ｃ，１２７ｃは、いずれも、円柱状である。固定部１２６ｃは、平板部１２６ｂの上側の中央に位置している。固定部１２７ｃは、平板部１２７ｂの下側の中央に位置している。
円筒部１２６ａ，１２７ａと平板部１２６ｂ，１２７ｂと固定部１２６ｃ，１２７ｃは、一体的に形成されている。たとえば、ヨーク１２６，１２７は、それぞれ、１つの母材に対して適当な加工たとえば切削や切断等を施して作製される。ヨーク１２６，１２７は、実質的に変形しない。
外側磁石１２１，１２２は、いずれも、円筒状である。外側磁石１２１，１２２は、それぞれ、ヨーク１２６，１２７の円筒部１２６ａ，１２７ａの内側周面に固定されている。詳しくは、外側上側磁石１２１は、上側ヨーク１２６の円筒部１２６ａの下端部に固定されている。外側下側磁石１２２は、下側ヨーク１２７の円筒部１２７ａの上端部に固定されている。
内側上側磁石１２３と内側下側磁石１２４と中間ヨーク１２８は、いずれも、円柱状である。たとえば、内側上側磁石１２３と内側下側磁石１２４と中間ヨーク１２８は、等しい半径を有する。内側上側磁石１２３は中間ヨーク１２８の上端に固定され、内側下側磁石１２４は中間ヨーク１２８の下端に固定されている。
また、内側上側磁石１２３は、上側ヨーク１２６の平板部１２６ｂの中央に固定されている。内側下側磁石１２４は、下側ヨーク１２７の平板部１２７ｂの中央に固定されている。上側ヨーク１２６と下側ヨーク１２７は、内側上側磁石１２３と内側下側磁石１２４と中間ヨーク１２８によって、一定の隙間を置いて、互いに接続されている。
ヨーク１２６，１２７の固定部１２６ｃ，１２７ｃは、それぞれ、一体化弾性支持体１４０，１６０の振動子支持部１４３，１６３の貫通穴に挿入され、振動子支持部１４３，１６３に固定されている。これにより、振動子１２０は、一体化弾性支持体１４０，１６０の間に挟まれて、筐体１３０の内部に、Ｚ軸に沿って振動可能に支持されている。
固定子１１０は、２つのコイル１１１，１１２と、コイル１１１，１１２を支持するコイル支持体１１４を有する。すなわち、固定子１１０は、上側コイル１１１と下側コイル１１２とコイル支持体１１４を有する。
コイル支持体１１４は、支持部１１５と、コイル固定部１１６を有する。支持部１１５は、円環板状である。コイル固定部１１６は、円筒の両端に円環板が設けられた形状を有している。コイル固定部１１６の中央部は、支持部１１５の内側端と連続している。コイル固定部１１６は、支持部１１５と協働して、円筒状の一対の溝を形成している。
コイル支持体１１４は、電気絶縁性を有する。たとえば、支持部１１５とコイル固定部１１６は、電気絶縁材料によって一体的に形成される。
コイル１１１，１１２は、それぞれ、支持部１１５とコイル固定部１１６によって形成される一対の溝内に巻回されている。コイル１１１，１１２は、円筒状に巻回されている。図示されないが、コイル１１１，１１２の端部は、支持部１１５の内部を通って、振動発電機１００の外部に引き出されている。
コイル支持体１１４の支持部１１５の外周部は、上側一体化弾性支持体１４０と下側一体化弾性支持体１６０に固定されている。詳しくは、支持部１１５の外周部は、上側一体化弾性支持体１４０の支持部１４２の内側下端面１４７ａと下側一体化弾性支持体１６０の支持部１６２の内側上端面１６６ａに挟まれて、保持されている。
円環状の支持部１１５は、上側ヨーク１２６と下側ヨーク１２７の間の隙間を通って、拡がっている。このため、上側コイル１１１と下側コイル１１２は、振動子１２０の内部に位置している。
上側コイル１１１は外側上側磁石１２１に対向し、下側コイル１１２は、外側下側磁石１２２に対向している。詳しくは、上側コイル１１１の外周面が、外側上側磁石１２１の内周面に対向し、下側コイル１１２の外周面が、外側下側磁石１２２の内周面に対向している。
振動発電機１００の要素間の固定は、接着、圧入、焼嵌め、溶接、ねじ止め等、周知の手法によって実施される。
振動発電機１００において、振動子１２０は、上側一体化弾性支持体１４０と下側一体化弾性支持体１６０によって、筐体１３０の内部に、Ｚ軸に沿って振動可能に支持されている。また、上側コイル１１１と下側コイル１１２は、振動子１２０の内部に、不動に支持されている。外側上側磁石１２１と内側上側磁石１２３は、上側コイル１１１を貫く磁界を生成する。また、外側下側磁石１２２と内側下側磁石１２４は、下側コイル１１２を貫く磁界を生成する。
振動子１２０がＺ軸に沿って振動すると、上側コイル１１１と下側コイル１１２に対して、外側上側磁石１２１と内側上側磁石１２３と外側下側磁石１２２と内側下側磁石１２４がＺ軸に沿って往復移動する。このため、上側コイル１１１と下側コイル１１２を貫く磁界が変化する。これにより、上側コイル１１１と下側コイル１１２にそれぞれ電流が流れる。その結果、振動発電機１００から引き出された上側コイル１１１の両端部の間に誘導起電力が発生する。同様に、振動発電機１００から引き出された下側コイル１１２の両端部の間に誘導起電力が発生する。つまり、電力が発生される。
本実施形態に係る振動発電機１００における一体化弾性支持体１４０，１６０では、梁部１４１，１６１と支持部１４２，１６２と振動子支持部１４３，１６３は、それぞれ、一体的に形成されている。
これとは異なり、梁部と支持部が別部材で構成された振動発電機においては、振動子が振動した際に、梁部と支持部の接続面において梁部と支持部の間に滑りが生じると、摩擦が発生し、振動子の振動を大きく減衰させてしまう。言い換えれば、振動子の振動における機械的な減衰比が大きくなってしまう。
しかし、本実施形態に係る振動発電機１００では、梁部１４１，１６１と支持部１４２，１６２が、それぞれ、一体的に形成されているため、梁部１４１，１６１と支持部１４２，１６２の間で摩擦力が発生することがなく、したがって、振動子１２０の振動を不所望に減衰させることがない。つまり、振動子１２０の振動における機械的な減衰比が小さく抑えられる。これにより、振動発電機１００は、高い発電性能を達成できる。
以下、図４～図７を参照して、上側一体化弾性支持体１４０と下側一体化弾性支持体１６０の詳細を説明する。図４は、上側一体化弾性支持体１４０の斜視図である。図５と図６は、それぞれ、図１に示されたＡ－Ａ線とＢ－Ｂ線に沿った振動発電機１００の断面図である。図５と図６において、便宜上、ハッチングは省略されている。図７は、図５に示された梁部１４１と図６に示された梁部１６１を重ねて示した図である。これらの図において、角度方向すなわちθ方向は、＋Ｚ側から見て、＋Ｚ軸回りに、反時計回り方向を＋θ方向、時計回り方向を－θ方向としている。
梁部１４１，１６１は、それぞれ、３つのＳ字梁弾性部１４４，１６４を有する。Ｓ字梁弾性部１４４，１６４の形状は、厳密にはＳ字形ではないが、ここでは、便宜上、Ｓ字梁弾性部１４４，１６４と称する。
このように３つのＳ字梁弾性部１４４，１６４をそれぞれ有する梁部１４１，１６１は、単なる円板で構成された梁部と比較して、振動子１２０が容易に振動するように、振動子１２０を支持する。
３つのＳ字梁弾性部１４４，１６４をそれぞれ有する梁部１４１，１６１は、一例に過ぎない。Ｓ字梁弾性部１４４，１６４の個数は、３つに限定されない。梁部１４１，１６１は、それぞれ、４つ以上のＳ字梁弾性部１４４，１６４を有していてもよい。
３つのＳ字梁弾性部１４４，１６４は、それぞれ、角度方向に均等に配置されている。すなわち、３つのＳ字梁弾性部１４４，１６４は、それぞれ、角度方向に１２０度ずれて位置している。
各Ｓ字梁弾性部１４４，１６４は、それぞれ、支持部１４２，１６２に固定された外側端部１４４ａ，１６４ａと、振動子支持部１４３，１６３に固定された内側端部１４４ｂ，１６４ｂと、外側端部１４４ａ，１６４ａと内側端部１４４ｂ，１６４ｂの間に延びる中間部１４４ｃ，１６４ｃとを有する。中間部１４４ｃ，１６４ｃは、おおよそ、角度方向に延びている。
外側端部１４４ａ，１６４ａは、それぞれ、支持部１４２，１６２から内向きに径方向に延びている。内側端部１４４ｂ，１６４ｂは、それぞれ、振動子支持部１４３，１６３から外向きに径方向に延びている。外側端部１４４ａ，１６４ａの角度位置は、それぞれ、内側端部１４４ｂ，１６４ｂの角度位置と異なっている。
このようなＳ字梁弾性部１４４，１６４においては、外側端部１４４ａ，１６４ａから中間部１４４ｃ，１６４ｃを経て内側端部１４４ｂ，１６４ｂに至る経路は、支持部１４２，１６２から振動子支持部１４３，１６３に直線的に延びる経路よりも長い。このため、Ｓ字梁弾性部１４４，１６４をそれぞれ有する梁部１４１，１６１は、直線状の梁弾性部材を有する梁部と比較して、振動子１２０が容易に振動するように、振動子１２０を支持する。
図５に示されるように、上側一体化弾性支持体１４０のＳ字梁弾性部１４４では、外側端部１４４ａの角度位置に対して、内側端部１４４ｂの角度位置は、＋θ側に位置している。言い換えれば、Ｓ字梁弾性部１４４の中間部１４４ｃは、外側端部１４４ａから内側端部１４４ｂへ、＋θ方向に延びている。
図６に示されるように、下側一体化弾性支持体１６０のＳ字梁弾性部１６４では、外側端部１６４ａの角度位置に対して、内側端部１６４ｂの角度位置は、－θ側に位置している。言い換えれば、Ｓ字梁弾性部１６４の中間部１６４ｃは、外側端部１６４ａから内側端部１６４ｂへ、－θ方向に延びている。
上側一体化弾性支持体１４０の梁部１４１のＳ字梁弾性部１４４と、下側一体化弾性支持体１６０の梁部１６１のＳ字梁弾性部１６４とでは、角度方向における外側端部１４４ａ，１６４ａと内側端部１４４ｂ，１６４ｂと中間部１４４ｃ，１６４ｃの位置関係が逆になっている。つまり、Ｓ字梁弾性部１４４とＳ字梁弾性部１６４は、Ｒ軸に対して線対称な形状を有している。言い換えれば、３つのＳ字梁弾性部１４４を含む梁部１４１の形状は、３つのＳ字梁弾性部１６４を含む梁部１６１がＲ軸の回りに１８０度回転された形状と、角度位置を除いて、同じである。
図７に示されるように、梁部１４１と梁部１６１は、Ｚ軸に垂直な平面への投影において、Ｓ字梁弾性部１４４の外側端部１４４ａと内側端部１４４ｂが、それぞれ、Ｓ字梁弾性部１６４の外側端部１６４ａと内側端部１６４ｂと重ならないように、配置されている。Ｓ字梁弾性部１４４の外側端部１４４ａに対して、Ｓ字梁弾性部１６４の外側端部１６４ａは、角度方向にαずれている。たとえば、αは６０度である。この場合、Ｓ字梁弾性部１４４，１６４の外側端部１４４ａ，１６４ａは、角度方向に等間隔に配置される。
このような外側端部１４４ａ，１６４ａの等間隔配置は、振動子１２０の不所望な横振動すなわちＺ軸に垂直な方向の振動の発生を好適に抑制する。
３つのＳ字梁弾性部１４４，１６４を含む梁部１４１，１６１のＺ軸回りの剛性は、＋θ方向と－θ方向とで異なる。たとえば、Ｓ字梁弾性部１４４では、図５に示されるように、外側端部１４４ａが内側端部１４４ｂよりも－θ側に位置しているため、梁部１４１のＺ軸回りの剛性は、＋θ方向の方が－θ方向よりも高い。一方、Ｓ字梁弾性部１６４では、図６に示されるように、外側端部１６４ａが内側端部１６４ｂよりも＋θ側に位置しているため、梁部１６１のＺ軸回りの剛性は、－θ方向の方が＋θ方向よりも高い。
図７に示されるように、梁部１４１と梁部１６１は、Ｚ軸に垂直な平面への投影において、裏返しの配置関係にある。このため、梁部１４１のＺ軸回りの剛性が低い－θ方向の振動子１２０のＺ軸回りの回転は、Ｚ軸回りの－θ方向の剛性が高い梁部１６１によって抑制される。反対に、梁部１６１のＺ軸回りの剛性が低い＋θ方向の振動子１２０のＺ軸回りの回転は、Ｚ軸回りの＋θ方向の剛性が高い梁部１４１によって抑制される。これにより、振動子１２０の不所望なＺ軸回りの回転の発生が好適に抑制される。
以上、本実施形態によれば、機械的な減衰比が小さく、発電性能の高い振動発電機１００が提供される。
［第２の実施形態］
図８を参照して、第２の実施形態に係る振動発電機２００について説明する。図８は、振動発電機２００の断面図である。図８において、図１に示された部材と同一の参照符号が付された部材は同様の部材であり、その詳しい説明は省略する。以下、相違部分に重点をおいて説明する。つまり、以下の説明で触れない部分は、第１の実施形態と同様である。
振動発電機２００は、筐体２３０と、筐体２３０内に振動可能に支持された振動子１２０と、筐体２３０内に不動に支持された固定子１１０とを備える。振動発電機２００はまた、上側一体化弾性支持体２４０と、上側円筒筐体２５０と、天部筐体１５０と、下側一体化弾性支持体２６０と、下側円筒筐体２７０と、底部筐体１７０とを備える。
別の言い方をすると、振動発電機２００は、振動発電機１００における上側一体化弾性支持体１４０が上側一体化弾性支持体２４０と上側円筒筐体２５０に置き換えられ、振動発電機１００における下側一体化弾性支持体１６０が下側一体化弾性支持体２６０と下側円筒筐体２７０に置き換えられた構成となっている。
一体化弾性支持体２４０，２６０は、それぞれ、梁部２４１，２６１と、円筒状の支持部２４２，２６２と、振動子支持部２４３，２６３とを有する。梁部２４１，２６１と支持部２４２，２６２と振動子支持部２４３，２６３は、それぞれ、一体的に形成されている。
梁部２４１，２６１は、それぞれ、円筒状の支持部２４２，２６２の片方の端部と連続している。振動子支持部２４３，２６３は、それぞれ、梁部２４１，２６１の中央と連続している。梁部２４１，２６１と振動子支持部２４３，２６３の詳細は、第１の実施形態における梁部１４１，１６１と振動子支持部１４３，１６３と同様である。
支持部２４２，２６２は、それぞれ、上端部と下端部に段差を有する。このため、支持部２４２，２６２は、それぞれ、内側上端面２４６ａ，２６６ａと外側上端面２４６ｂ，２６６ｂと、内側下端面２４７ａ，２６７ａと外側下端面２４７ｂ，２６７ｂを有する。
また、支持部２４２，２６２は、それぞれ、半径の異なる４つの円筒面を有する。すなわち、支持部２４２，２６２は、それぞれ、内側円筒面２４５ａ，２６５ａと、外側円筒面２４５ｂ，２６５ｂと、上側中間円筒面２４５ｃ，２６５ｃと、下側中間円筒面２４５ｄ，２６５ｄを有する。
上側中間円筒面２４５ｃ，２６５ｃの半径と下側中間円筒面２４５ｄ，２６５ｄの半径は、内側円筒面２４５ａ，２６５ａの半径よりも大きく、外側円筒面２４５ｂ，２６５ｂの半径よりも小さい。
内側円筒面２４５ａ，２６５ａは内向きであり、外側円筒面２４５ｂ，２６５ｂと上側中間円筒面２４５ｃ，２６５ｃと下側中間円筒面２４５ｄ，２６５ｄは外向きである。
支持部２４２の上側中間円筒面２４５ｃの半径は、天部筐体１５０の中間円筒面１５３ｃの半径と等しい。天部筐体１５０は、上側一体化弾性支持体１４０に固定される。天部筐体１５０の支持部１５２の中間円筒面１５３ｃは、上側一体化弾性支持体２４０の支持部２４２の上側中間円筒面２４５ｃと接続される。天部筐体１５０の支持部１５２の内側下端面１５４ａと外側下端面１５４ｂは、それぞれ、上側一体化弾性支持体２４０の支持部２４２の内側上端面２４６ａと外側上端面２４６ｂと接続される。
支持部２６２の下側中間円筒面２６５ｄの半径は、底部筐体１７０の中間円筒面１７３ｃの半径と等しい。底部筐体１７０は、下側一体化弾性支持体２６０に固定される。底部筐体１７０の支持部１７２の中間円筒面１７３ｃは、下側一体化弾性支持体２６０の支持部２６２の下側中間円筒面２６５ｄと接続される。底部筐体１７０の支持部１７２の内側上端面１７４ａと外側上端面１７４ｂは、それぞれ、下側一体化弾性支持体２６０の支持部２６２の内側下端面２６７ａと外側下端面２６７ｂと接続される。
円筒筐体２５０，２７０は、いずれも、円筒状である。円筒筐体２５０，２７０は、それぞれ、上端部と下端部に段差を有する。このため、円筒筐体２５０，２７０は、それぞれ、内側上端面２５６ａ，２７６ａと外側上端面２５６ｂ，２７６ｂと、内側下端面２５７ａ，２７７ａと外側下端面２５７ｂ，２７７ｂを有する。
また、円筒筐体２５０，２７０は、それぞれ、半径の異なる４つの円筒面を有する。すなわち、円筒筐体２５０，２７０は、それぞれ、内側円筒面２５５ａ，２７５ａと、外側円筒面２５５ｂ，２７５ｂと、上側中間円筒面２５５ｃ，２７５ｃと、下側中間円筒面２５５ｄ，２７５ｄを有する。
上側中間円筒面２５５ｃ，２７５ｃの半径と下側中間円筒面２５５ｄ，２７５ｄの半径は、内側円筒面２５５ａ，２７５ａの半径よりも大きく、外側円筒面２５５ｂ，２７５ｂの半径よりも小さい。
内側円筒面２５５ａ，２７５ａは内向きであり、外側円筒面２５５ｂ，２７５ｂは外向きである。上側中間円筒面２５５ｃ，２７５ｃと下側中間円筒面２７５ｄは内向きであり、下側中間円筒面２５５ｄは外向きである。
上側円筒筐体２５０の上側中間円筒面２５５ｃの半径は、上側一体化弾性支持体２４０の下側中間円筒面２４５ｄの半径と等しい。上側円筒筐体２５０と上側一体化弾性支持体２４０は互いに固定される。上側円筒筐体２５０の上側中間円筒面２５５ｃは、上側一体化弾性支持体２４０の下側中間円筒面２４５ｄと接続される。また、上側円筒筐体２５０の内側上端面２５６ａと外側上端面２５６ｂは、それぞれ、上側一体化弾性支持体２４０の内側下端面２４７ａと外側下端面２４７ｂと接続される。
互いに固定された上側円筒筐体２５０と上側一体化弾性支持体２４０は、第１の実施形態における上側一体化弾性支持体１４０と実質的に同等の構造体を構成する。したがって、互いに固定された上側円筒筐体２５０と上側一体化弾性支持体２４０の詳細は、第１の実施形態における上側一体化弾性支持体１４０と同様である。
下側円筒筐体２７０の下側中間円筒面２７５ｄの半径は、下側一体化弾性支持体２６０の上側中間円筒面２６５ｃの半径と等しい。下側円筒筐体２７０と下側一体化弾性支持体２６０は互いに固定される。下側円筒筐体２７０の下側中間円筒面２７５ｄは、下側一体化弾性支持体２６０の上側中間円筒面２６５ｃと接続される。また、下側円筒筐体２７０の内側下端面２７７ａと外側下端面２７７ｂは、それぞれ、下側一体化弾性支持体２６０の内側上端面２６６ａと外側上端面２６６ｂと接続される。
互いに固定された下側円筒筐体２７０と下側一体化弾性支持体２６０は、第１の実施形態における下側一体化弾性支持体１６０と実質的に同等の構造体を構成する。したがって、互いに固定された下側円筒筐体２７０と下側一体化弾性支持体２６０の詳細は、第１の実施形態における下側一体化弾性支持体１６０と同様である。
上側円筒筐体２５０と下側円筒筐体２７０は、互いに固定される。
上側円筒筐体２５０の下側中間円筒面２５５ｄの半径は、下側円筒筐体２７０の上側中間円筒面２７５ｃの半径と等しい。上側円筒筐体２５０と下側円筒筐体２７０は互いに固定される。上側円筒筐体２５０の下側中間円筒面２５５ｄは、下側円筒筐体２７０の上側中間円筒面２７５ｃと接続される。また、上側円筒筐体２５０の外側下端面２５７ｂは、下側円筒筐体２７０の外側上端面２７６ｂと接続される。上側円筒筐体２５０の内側下端面２５７ａと下側円筒筐体２７０の内側上端面２７６ａの間に、固定子１１０の支持部１１５の外周部が挟まれて保持される。
このように互いに接続された天部筐体１５０と上側一体化弾性支持体２４０と上側円筒筐体２５０と下側円筒筐体２７０と下側一体化弾性支持体２６０と底部筐体１７０は、筐体２３０を構成している。詳しくは、天部筐体１５０と、上側一体化弾性支持体２４０の支持部２４２と、上側円筒筐体２５０と、下側円筒筐体２７０と、下側一体化弾性支持体２６０の支持部２６２と、底部筐体１７０とが、筐体２３０を構成している。天部筐体１５０と一体化弾性支持体２４０，２６０の支持部２４２，２６２と円筒筐体２５０，２７０と底部筐体１７０は、筐体２３０の最外縁を形成している。
このように構成された本実施形態に係る振動発電機２００は、第１の実施形態に係る振動発電機１００と実質的に同じ構成と利点を有する。
次に、図９と図１０を参照して、代表的に、第１の実施形態に係る上側一体化弾性支持体１４０と、第２の実施形態に係る上側一体化弾性支持体２４０の製造について比較して説明する。図９は、第１の実施形態に係る一体化弾性支持体１４０の主要製造工程を模式的に示す図であり、図１０は、第２の実施形態に係る上側一体化弾性支持体２４０の主要製造工程を模式的に示す図である。図９と図１０には、製造後の完成品の各部が図示されないが、便宜上、前述した各部の名称は継承する。
上側一体化弾性支持体１４０と上側一体化弾性支持体２４０は、それぞれ、母材１４０Ａと母材２４０Ａに対して適当な加工たとえば切削や切断等を施して作製される。
上側一体化弾性支持体１４０の母材１４０Ａは、図９に示されるように、上側一体化弾性支持体１４０の支持部１４２の高さ寸法すなわちＺ軸に沿った寸法よりも大きい高さ寸法を有する円柱体である。
母材１４０Ａの加工においては、まず円柱領域Ｍ０が切削され、続いて円環領域Ｍ１が切削される。次に、円柱領域Ｍ２が切削または切断によって除去される。図示しないが、その後、適当な加工を施して、梁部１４１と支持部１４２と振動子支持部１４３が形成される。
一方、上側一体化弾性支持体２４０の母材２４０Ａは、図１０に示されるように、上側一体化弾性支持体２４０の支持部２４２の高さ寸法すなわちＺ軸に沿った寸法よりも大きい高さ寸法を有する円柱体である。したがって、母材２４０Ａの高さ寸法は、母材１４０Ａの高さ寸法よりも小さい。
母材２４０Ａの加工においては、まず円環領域Ｍ１が切削される。次に、円柱領域Ｍ２が切削または切断によって除去される。図示しないが、その後、適当な加工を施して、梁部２４１と支持部２４２と振動子支持部２４３が形成される。
これらから分かるように、上側一体化弾性支持体１４０，２４０の大まかな外観形状を作り出す主要製造工程において、母材１４０Ａは３回の加工を必要とするのに対して、母材２４０Ａは２回の加工を必要とするだけである。
したがって、第２の実施形態に係る上側一体化弾性支持体２４０は、第１の実施形態に係る上側一体化弾性支持体１４０と比較して、少ない加工によって作製される。その分、上側一体化弾性支持体２４０の方が、第１の実施形態に係る上側一体化弾性支持体１４０よりも、製造に係るコストを低減できる。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
１００…振動発電機、１１０…固定子、１１１…上側コイル、１１２…下側コイル、１１４…コイル支持体、１１５…支持部、１１６…コイル固定部、１２０…振動子、１２１…外側上側磁石、１２２…外側下側磁石、１２３…内側上側磁石、１２４…内側下側磁石、１２６…上側ヨーク、１２６ａ…円筒部、１２６ｂ…平板部、１２６ｃ…固定部、１２７…下側ヨーク、１２７ａ…円筒部、１２７ｂ…平板部、１２７ｃ…固定部、１２８…中間ヨーク、１３０…筐体、１４０…上側一体化弾性支持体、１４０Ａ…母材、１４１…梁部、１４２…支持部、１４３…振動子支持部、１４４…Ｓ字梁弾性部、１４４ａ…外側端部、１４４ｂ…内側端部、１４４ｃ…中間部、１４５ａ…内側円筒面、１４５ｂ…外側円筒面、１４５ｃ…上側中間円筒面、１４５ｄ…下側中間円筒面、１４６ａ…内側上端面、１４６ｂ…外側上端面、１４７ａ…内側下端面、１４７ｂ…外側下端面、１５０…天部筐体、１５１…天板部、１５２…支持部、１５３ａ…内側円筒面、１５３ｂ…外側円筒面、１５３ｃ…中間円筒面、１５４ａ…内側下端面、１５４ｂ…外側下端面、１６０…下側一体化弾性支持体、１６１…梁部、１６２…支持部、１６３…振動子支持部、１６４…Ｓ字梁弾性部、１６４ａ…外側端部、１６４ｂ…内側端部、１６４ｃ…中間部、１６５ａ…内側円筒面、１６５ｂ…外側円筒面、１６５ｃ…上側中間円筒面、１６５ｄ…下側中間円筒面、１６６ａ…内側上端面、１６６ｂ…外側上端面、１６７ａ…内側下端面、１６７ｂ…外側下端面、１７０…底部筐体、１７１…底板部、１７２…支持部、１７３ａ…内側円筒面、１７３ｂ…外側円筒面、１７３ｃ…中間円筒面、１７４ａ…内側上端面、１７４ｂ…外側上端面、２００…振動発電機、２３０…筐体、２４０…上側一体化弾性支持体、２４０Ａ…母材、２４１…梁部、２４２…支持部、２４３…振動子支持部、２４５ａ…内側円筒面、２４５ｂ…外側円筒面、２４５ｃ…上側中間円筒面、２４５ｄ…下側中間円筒面、２４６ａ…内側上端面、２４６ｂ…外側上端面、２４７ａ…内側下端面、２４７ｂ…外側下端面、２５０…上側円筒筐体、２５５ａ…内側円筒面、２５５ｂ…外側円筒面、２５５ｃ…上側中間円筒面、２５５ｄ…下側中間円筒面、２５６ａ…内側上端面、２５６ｂ…外側上端面、２５７ａ…内側下端面、２５７ｂ…外側下端面、２６０…下側一体化弾性支持体、２６１…梁部、２６２…支持部、２６３…振動子支持部、２６５ａ…内側円筒面、２６５ｂ…外側円筒面、２６５ｃ…上側中間円筒面、２６５ｄ…下側中間円筒面、２６６ａ…内側上端面、２６６ｂ…外側上端面、２６７ａ…内側下端面、２６７ｂ…外側下端面、２７０…下側円筒筐体、２７５ａ…内側円筒面、２７５ｂ…外側円筒面、２７５ｃ…上側中間円筒面、２７５ｄ…下側中間円筒面、２７６ａ…内側上端面、２７６ｂ…外側上端面、２７７ａ…内側下端面、２７７ｂ…外側下端面、Ｍ０…円柱領域、Ｍ１…円環領域、Ｍ２…円柱領域。

Claims (11)

  1. 梁部と前記梁部を支持する支持部が一体的に形成された第１の一体化弾性支持体と、
    梁部と前記梁部を支持する支持部が一体的に形成された第２の一体化弾性支持体と、
    前記第１の一体化弾性支持体と前記第２の一体化弾性支持体に挟まれて振動可能に支持され、磁石と磁性体を備える振動子と、
    前記第１の一体化弾性支持体と前記第２の一体化弾性支持体に挟まれて支持され、前記振動子の内部に位置するコイルと、
    を備える振動発電機。
  2. 前記第１の一体化弾性支持体の前記支持部と前記第２の一体化弾性支持体の前記支持部は、それぞれ、半径の異なる２つ以上の円筒面を有し、
    前記第１の一体化弾性支持体の前記円筒面の少なくともひとつが、前記第２の一体化弾性支持体の前記円筒面の少なくともひとつに接続されている、
    請求項１に記載の振動発電機。
  3. 第１の円筒筐体と、
    第２の円筒筐体と、
    前記第１の円筒筐体に支持され、梁部と前記梁部を支持する支持部が一体的に形成された第１の一体化弾性支持体と、
    前記第２の円筒筐体に支持され、梁部と前記梁部を支持する支持部が一体的に形成された第２の一体化弾性支持体と、
    前記第１の一体化弾性支持体と前記第２の一体化弾性支持体に挟まれて振動可能に支持され、磁石と磁性体を備える振動子と、
    前記第１の円筒筐体と前記第２の円筒筐体に挟まれて支持され、前記振動子の内部に位置するコイルと、
    を備える振動発電機。
  4. 前記第１の一体化弾性支持体の前記支持部と前記第２の一体化弾性支持体の前記支持部は、それぞれ、半径の異なる２つ以上の円筒面を有し、
    前記第１の円筒筐体と前記第２の円筒筐体は、それぞれ、半径の異なる２つ以上の円筒面を有し、
    前記第１の一体化弾性支持体の前記円筒面の少なくともひとつが、前記第１の円筒筐体の前記円筒面の少なくともひとつに接続され、
    前記第２の一体化弾性支持体の前記円筒面の少なくともひとつが、前記第２の円筒筐体の前記円筒面の少なくともひとつに接続され、
    前記第１の円筒筐体の前記円筒面の少なくともひとつが、前記第２の円筒筐体の前記円筒面の少なくともひとつに接続されている、
    請求項３に記載の振動発電機。
  5. 前記第１の一体化弾性支持体の前記支持部と前記第２の一体化弾性支持体の前記支持部は、前記振動子と前記コイルを収容する筐体の最外縁を形成している、
    請求項１から４までのいずれかひとつに記載の振動発電機。
  6. 前記第１の一体化弾性支持体と前記第２の一体化弾性支持体は、それぞれ、前記梁部に固定され、前記振動子を支持する振動子支持部を有する、
    請求項１から４までのいずれかひとつに記載の振動発電機。
  7. 前記第１の一体化弾性支持体の前記支持部と前記第２の一体化弾性支持体の前記支持部は、前記振動子と前記コイルを収容する筐体の最外縁を形成し、
    前記第１の一体化弾性支持体と前記第２の一体化弾性支持体は、それぞれ、前記梁部に固定され、前記振動子を支持する振動子支持部を有する、
    請求項１から４までのいずれかひとつに記載の振動発電機。
  8. 前記振動子の振動に対する前記支持部の剛性は、前記梁部の剛性よりも高い、
    請求項１から７までのいずれかひとつに記載の振動発電機。
  9. 筐体と、
    前記筐体に固定された第１のＳ字梁弾性部と、
    前記筐体に固定された第２のＳ字梁弾性部と、
    前記第１のＳ字梁弾性部と前記第２のＳ字梁弾性部に挟まれて、前記筐体の内部に振動可能に支持され、磁石と磁性体を備える振動子と、
    前記振動子の内部に位置するコイルと、を備え、
    第２のＳ字梁弾性部は、第１のＳ字梁弾性部に対して、前記振動子の振動方向に垂直な軸周りに１８０度回転して配置されている、
    振動発電機。
  10. 前記第１のＳ字梁弾性部と前記第２のＳ字梁弾性部は、前記振動子の振動方向に垂直な平面への投影において前記第１のＳ字梁弾性部の端部が前記第２のＳ字梁弾性部の端部と重ならないように、配置されている、
    請求項９に記載の振動発電機。
  11. 前記第１のＳ字梁弾性部と前記第２のＳ字梁弾性部は、各々、外側端部と、内側端部と、それらの間に延びる中間部とを備え、前記外側端部と前記内側端部は周方向に異なる位置で形成されている、
    請求項９または１０に記載の振動発電機。
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