JP2836030B2 - 板状発電素子 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、板状発電素子に係り、
詳細には、垂直方向の交番荷重が加えられることにより
電力を発生する板状発電素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】近時、腕時計や携帯性を重視した電子機
器には、各種電池が搭載されており、その電池寿命の長
短が、電子機器の快適な使用環境を左右する要素となっ
ている。このような従来の腕時計や電子機器に搭載され
る電池としては、使い捨て電池と充電式電池が有り、環
境保護の観点から充電式電池に対する需要が拡大してき
ている。

【０００３】また、腕時計や電子機器の内部に充電式電
池と発電機を内蔵させることにより、腕時計や電子機器
を使用しながら電池の充電も同時に行なうことを可能に
したものも実用化されている。腕時計に内蔵される発電
機としては、例えば、振り子式発電機や圧電素子を利用
したものがあり、歩行中等に腕に付与される振動により
振り子式発電機あるいは圧電素子が発電し、その発電量
により充電式電池に充電するようになっている。したが
って、電子機器においても同様の発電機を内蔵すること
により、使用環境を改善することが可能である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の腕時計や電子機器に内蔵される発電機として
の振り子式発電機あるいは圧電素子にあっては、その発
電量が小さかったため、腕時計等の消費電力が少ないも
のへの搭載には適しているが、他の比較的消費電力の大
きいノート型パーソナルコンピュータや携帯液晶テレビ
等の電子機器へ搭載した場合には、使用しながらの充電
は実用上困難であり、充電式電池への充電だけにしても
その充電時間が大幅に長引き、実際には、電子機器と同
等あるいはより大型の高速充電が可能な充電器を別に持
ち歩くことになり、ユーザーに対して電子機器携帯時の
体積、重量を増加させるとともに、電子機器の製造コス
トも増加させるという問題点があった。

【０００５】本発明の課題は、構造が単純で、かつ発電
量が大きい板状発電素子を提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の手段は次の通り
である。

【０００７】磁性材料を薄板状に形成し、その厚み方向
に磁化された磁石板と、基板内に導電材料により所定巻
数のコイルパターンを形成し、該コイルパターンの両端
部に接続端子を形成したコイル基板と、弾性材料を薄板
状に形成したクッション板と、から構成され、前記磁石
板と前記コイル基板との間に前記クッション板を挟み密
着させて一体構造とし、該磁石板と該コイル基板に垂直
方向の交番荷重が加えられた時、該クッション板が弾性
変形して該磁石板と該コイル基板との間隔を経時変化さ
せ、該板間隔の経時変化により該磁石板から発生して該
コイル基板内のコイルパターンと鎖交する磁束数の変化
によって該コイルパターンに誘起される電流を該コイル
基板に形成した接続端子から取り出し可能としたことを
特徴としている。

【０００８】

【作用】本発明の手段の作用は次の通りである。

【０００９】磁性材料を薄板状に形成し、その厚み方向
に磁化された磁石板と、基板内に導電材料により所定巻
数のコイルパターンを形成し、該コイルパターンの両端
部に接続端子を形成したコイル基板との間に弾性材料を
薄板状に形成したクッション板を挟み密着させて一体構
造とし、該磁石板と該コイル基板に垂直方向の交番荷重
が加えられた時、該クッション板が弾性変形して該磁石
板と該コイル基板との間隔を経時変化させ、該板間隔の
経時変化により該磁石板から発生して該コイル基板内の
コイルパターンと鎖交する磁束数の変化によって該コイ
ルパターンに誘起される電流を該コイル基板に形成した
接続端子から取り出し可能とする。

【００１０】したがって、磁石板の磁束発生数及びコイ
ル基板のコイル巻数の設計値を変更するだけで容易に所
望の単位時間当りの発電量を取り出すことができ、従来
の振り子式発電機あるいは圧電素子よりも発電効率の良
い発電素子を小型かつ低コストで製造することができ、
腕時計以外の電子機器への内蔵を容易にすることがで
き、電子機器の携帯性を向上させることができるととも
に、製造コストを低減することができる。

【００１１】

【実施例】以下、図１〜図６を参照して実施例を説明す
る。

【００１２】原理説明 まず、本発明の基本的な考え方を図１、２を参照して説
明する。

【００１３】図１、２は、磁性材料により薄板状に形成
した磁石板１と基板内にプリントパターンにより所定巻
数のコイルパターンを形成したコイル基板２による誘導
発電の様子を示す図であり、図１では、磁石板１とコイ
ル基板２が、ある距離ｄ１だけ離れている時、磁石板１
から発生してコイル基板２と鎖交する磁束数をφ１と
し、図２に示すように、図１の位置から磁石板１を移動
して距離ｄ２までコイル基板２に近づけた時、磁石板１
から発生してコイル基板２と鎖交する磁束数をφ２と
し、コイル基板２内のコイルパターンの巻数をＮする
と、ファラデーの電磁誘導の法則に従って次式（１）に
示す誘起電圧Ｖが発生する。

【００１４】

【数１】 本発明では、上記図１、２に示したように、磁石板１と
コイル基板２を形成し、この磁石板１とコイル基板２の
間にゴム材等の弾性材料で薄板状に形成した後述するク
ッション板を挟み密着させて一体構造とした板状発電素
子を形成し、この板状発電素子に垂直方向の交番荷重が
加えられた時、クッション板が弾性変形して磁石板１と
コイル基板２との間隔を経時変化させ、これら板間隔の
経時変化により磁石板１から発生してコイル基板２内の
コイルパターンと鎖交する磁束数の変化によって上記式
（１）の誘起電圧Ｖによりコイルパターンに誘起される
誘起電流をコイル基板２に形成した出力端子から取り出
せるようにする。

【００１５】以下、上記基本的な考え方に基づいて実施
例を説明する。

【００１６】図３は、板状発電素子１０の一実施例を示
す図であり、上記磁石板１とコイル基板２の間にクッシ
ョン板３を挟む構成とした例である。

【００１７】まず、コイル基板２の構成を説明する。図
４（ａ）、（ｂ）は、コイル基板２を両面方向から見た
外観図であり、図５は、コイル基板２の拡大断面図であ
る。図４において、コイル基板２は、厚さが、約０．６
ミリメートルのプリント基板１１内の図中上面側と下面
側にプリントパターンによって、ピッチがS約４０ミク
ロン間隔のコイルパターン１２、１３が導体材料によっ
て形成されている。また、図３（ａ）、（ｂ）に示すよ
うに、このコイルパターン１２、１３は、矩形状に所定
巻数分形成されており、その各面のコイルパターン１
２、１３の一端部は、スルーホール１４を通して接続さ
れ、各面のコイルパターン１２、１３の他端部には、誘
起電流を取り出すための電極１５、１６が形成されてい
る。

【００１８】図６（ａ）、（ｂ）は、磁石板１の断面図
であり、磁石板１は、磁性材料を薄板状に形成して、そ
の厚さ方向に磁化したものを使用し、その磁化方向は、
同図（ａ）に示すように、上方がＳ極、下方がＮ極のも
のでも良いし、同図（ｂ）に示すように、上方がＮ極、
下方がＳ極のものでも良い。

【００１９】また、クッション板３は、ゴム材等の弾性
材料を薄板状に形成し、上記コイル基板２及び磁石板１
の形状と一致するようにカットしたものを使用する。

【００２０】以上の磁石板１、コイル基板２及びクッシ
ョン板３により上記図３に示したように、磁石板１とコ
イル基板２の間にクッション板３を密着して挟む一体構
造の板状発電素子１０を形成する。

【００２１】次に、本実施例の動作を説明する。

【００２２】図３に示すように、板状発電素子１０の図
中垂直方向から交番荷重Ｆが付与されると、クッション
板３が弾性変形し、磁石板１とコイル基板２の間隔ｄを
変化させ、上記図１、２に示したように、磁石板１から
発生してコイル基板２と鎖交する磁束数φを変化させ
て、上記（１）式に基づく誘起電圧Ｖを発生させ、コイ
ル基板２内のコイルパターン１２、１３に誘起電流が流
される。したがって、その付与される交番荷重の強さや
周期に応じた誘起電流がコイル基板２内のコイルパター
ン１２、１３に誘起される。この時、誘起される電流
は、脈動電流であるため、この脈動電流を整流する整流
回路を通して外部の負荷と接続することにより、誘起電
流を直流電流に変換して負荷に供給することができ、誘
起電流を有効に利用することができる。

【００２３】このとき、コイル基板２に形成した電極１
５、１６に整流回路を通して負荷として、例えば、充電
式電池を接続しておけば、充電を行なうことができる。
また、この板状発電素子１０と簡単な整流回路を組み合
わせることにより、従来よりも小型で発電量の大きい発
電機を容易に作成することができ、この発電機を腕時計
だけでなく比較的消費電力の大きいノート型パーソナル
コンピュータや携帯液晶テレビ等の電子機器に充電式電
池とともに内蔵させれば、使用しながら充電を同時に行
なわせることができ、充電装置を別に持ち歩く必要がな
くなり、携帯型電子機器の体積、重量を大幅に軽減する
ことができ、携帯性を向上させることができるるととも
に、製造コストも低減することができる。

【００２４】なお、上記実施例では、コイル基板２内に
コイルパターン１２、１３を矩形状に形成しているが、
円形状等の他の形状でも良いことは勿論である。また、
複数の板状発電素子１０を直列あるいは並列接続するこ
とにより、より発電量の大きい発電装置を容易に構成す
ることも可能である。

【００２５】さらに、本発明の板状発電素子は、磁石板
の発生磁束線数、コイル基板の面積、コイルパターンの
巻数間隔設定、巻数設定及びクッション板の材質等を用
途に合わせて自由に設計変更が可能であり、その用途
は、電子機器に限らず、板状発電素子に振動が付与され
る環境であれば、各種家電製品、健康器具やスポーツ用
具等にも応用が可能である。

【００２６】

【発明の効果】本発明によれば、磁性材料を薄板状に形
成し、その厚み方向に磁化された磁石板と、薄板内に平
面状に電導線材により所定巻数のコイルを形成し、該コ
イルの両端部に端子を形成したコイル基板との間に弾性
材料を薄板状に形成したクッション板を挟み密着させて
一体構造とし、該磁石板と該コイル基板に垂直方向の交
番荷重が加えられた時、該クッション板が弾性変形して
該磁石板と該コイル基板との間隔を経時変化させ、該板
間隔の経時変化により該磁石板から発生して該コイル基
板と鎖交する磁束数の変化によって誘起される電力を該
コイル基板に形成した端子から取り出し可能とする構成
としているので、磁石板の磁束発生数及びコイル基板の
コイル巻数の設計値を変更するだけで容易に所望の単位
時間当りの発電量を取り出すことができ、従来の振り子
式発電機あるいは圧電素子よりも発電効率の良い発電素
子を小型かつ低コストで製造することができ、腕時計以
外の電子機器への内蔵を容易にすることができ、電子機
器の携帯性を向上させることができるとともに、製造コ
ストを低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の板状発電素子の動作原理を説明するた
めの図。

【図２】図１の板状発電素子の動作状態を補足説明する
ための図。

【図３】本発明の板状発電素子を適用した板状発電素子
の構成図。

【図４】図３の板状発電素子内のコイル基板の外観図。

【図５】図４のコイル基板の拡大断面図。

【図６】図３の磁石板の断面図。

【符号の説明】

１ 磁石板 ２ コイル基板 ３ クッション板 １０ 板状発電素子 １１ プリント基板 １２、１３ コイルパターン １４ スルーホール １５、１６ 電極

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 磁性材料を薄板状に形成し、その厚み方
   向に磁化された磁石板と、 基板内に導電材料により所定巻数のコイルパターンを形
   成し、該コイルパターンの両端部に接続端子を形成した
   コイル基板と、 弾性材料を薄板状に形成したクッション板と、 から構成され、前記磁石板と前記コイル基板との間に前
   記クッション板を挟み密着させて一体構造とし、該磁石
   板と該コイル基板に垂直方向の交番荷重が加えられた
   時、該クッション板が弾性変形して該磁石板と該コイル
   基板との間隔を経時変化させ、該板間隔の経時変化によ
   り該磁石板から発生して該コイル基板内のコイルパター
   ンと鎖交する磁束数の変化によってコイルパターンに誘
   起される電流を該コイル基板に形成した接続端子から取
   り出し可能としたことを特徴とする板状発電素子。