JP5193545B2

JP5193545B2 - 発電装置および電子機器

Info

Publication number: JP5193545B2
Application number: JP2007250459A
Authority: JP
Inventors: 直輝松原
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2007-09-27
Filing date: 2007-09-27
Publication date: 2013-05-08
Anticipated expiration: 2027-09-27
Also published as: US8030903B2; US20090085530A1; JP2009081968A

Description

本発明は、発電装置および電子機器に関し、特に、運動エネルギーを電気的エネルギーに変換する変換手段を備えた発電装置および電子機器に関する。

従来、運動エネルギーを電気的エネルギーに変換する変換手段を備えた電子機器が知られている（たとえば、特許文献１参照）。

上記特許文献１に記載の電子機器は、装置本体の運動エネルギーにより回転する回転錘（可動部）と、回転錘の運動エネルギーを機械的エネルギーとして蓄えるゼンマイと、ゼンマイの機械的エネルギーを電気的エネルギーに変換する変換手段とを含んだ発電装置を備えている。この電子機器では、使用者が電子機器を持ち運んだり使用したりする際に電子機器に加わる加速度によって回転錘が回転する。この回転錘の回転による運動エネルギーにより発電を行うことが可能であるので、電池などの外部からのエネルギー源を使用することなく、電子機器を駆動することが可能である。

特開２００２−８４７２６号公報

しかしながら、上記特許文献１の電子機器では、回転錘の回転中心を通り、かつ、回転錘の回転方向と直交する方向に加速度が加わる場合には、回転錘を回転させる力が十分に発生しないと考えられる。この場合、回転錘が十分に回転しないので、発電効率が低下する場合があるという問題点がある。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、発電効率を向上させることが可能な発電装置および発電装置を備えた電子機器を提供することである。

この発明の第１の局面による発電装置は、装置本体に働く運動エネルギーにより直線的に移動する可動部と、直線移動する可動部の運動エネルギーを電気的エネルギーに変換する第１変換手段と、可動部を含む回転部を回転可能に支持する支持機構と、装置本体の向きに拘わらず、回転部の位置を、可動部が重力方向に移動するような位置に変更するための錘とを備え、錘が自重により移動範囲内における最下点に位置した状態で、可動部が重力方向に振動するように構成されている。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

（第１実施形態）
図１および図２は、それぞれ、本発明の第１実施形態による発電装置を示す平面図およびブロック図である。

図１および図２に示すように、第１実施形態による発電装置１は、発電装置１に働く外部（たとえば、使用者である人間）から与えられる運動エネルギーにより発電を行う発電部２と、発電部２において発電された電気的エネルギーを一定の電圧に変換する電圧変換回路３と、電圧変換回路３からの電気的エネルギーを蓄積する蓄電素子４とを備えている。また、発電部２は、外部から与えられた運動エネルギーによる発電装置１の変位に伴って直線的に振動する可動部２ａと、可動部２ａの振動による運動エネルギーを電気的エネルギーに変換する変換手段（図示せず）とを含んでいる。なお、発電部２の可動部２ａおよび変換手段の具体的な構造は、後に詳細に説明する。

また、発電装置１は、錘５によるいわゆる偏心型の回転機構を備えている。具体的には、扇形状の錘５が回転軸５ａを中心に回転可能に取り付けられている。この錘５は、発電装置１の向きに拘わらず、自重により錘５の移動範囲内における最下点に位置するように構成されている。また、第１実施形態では、発電部２は錘５に固定されている。また、発電部２の可動部２ａは、錘５の中心部に配置されているとともに、可動部２ａの振動方向が錘５の回転中心５ａを向くように配置されている。これにより、錘５が自重により最下点に位置した状態で、可動部２ａは重力方向（Ａ方向）に振動するように構成されている。なお、重力方向は、後述するように、人間が発電装置１を携帯して歩行した場合に、最も加速度が大きくなる方向である。また、錘５および回転軸５ａは、それぞれ、本発明の「回転部」および「支持機構」の一例である。

図３および図４は、それぞれ、第１実施形態による発電装置の発電部としての静電誘導型の発電部を示す平面図および断面図である。

図３および図４に示すように、発電部１０は、可動部１０ａと固定部１０ｂとを備えている。また、可動部１０ａは、基板１１と、基板１１の表面上にＢ方向に延びるように形成された一定の電荷を半永久的に保持するエレクトレット１２と、基板１１をＣ方向に振動させるためのバネ１３と、可動部１０ａと固定部１０ｂとの間を所定の間隔以上に隔てるためのスペーサ１４とを含んでいる。また、固定部１０ｂは、箱状の筐体１５と、筐体１５の底面１５ａ（図４参照）の表面上に櫛歯状に形成された集電電極１６および１７とを含んでいる。発電部１０では、エレクトレット１２を含む可動部１０ａが筐体１５内をＣ方向に振動することにより、静電誘導により集電電極１６および１７に誘導された電荷量を変動させることが可能である。これにより、可動部１０ａと固定部１０ｂとに接続された回路（図示せず）に電流を発生させることが可能である。発電部１０では、発電部１０の変位に伴って可動部１０ａが振動するので、発電部１０の変位に伴って発電が行われる。

図５は、人間の歩行時における、水平方向からの傾き角度とその角度における人間の加速度との関係を計測した計測結果を示す図である。

図５に示すように、人間の歩行時においては、水平方向から９０度傾いた垂直方向（重力方向）に加速度が最も大きく加わることが判明した。このことから、人間が発電装置１を携帯しながら歩行する場合においては、発電部２を可動部２ａが重力方向に振動するように配置することにより、可動部２ａに大きい加速度を与えることができるので、可動部２ａを効率的に振動させることができると考えられる。

第１実施形態では、上記のように、人間の歩行時において、発電装置１の向きに拘わらず、可動部２ａの移動する方向を可動部２ａに加わる加速度がより大きくなる方向（重力方向）に変更する偏心型の回転機構を設けることによって、可動部２ａの振動する方向を、より大きい加速度が可動部２ａに対して加わる重力方向に自動的に変更することができる。これにより、可動部２ａを移動させる力（運動エネルギー）を十分に発生させることができるので、発電効率を向上させることができる。

また、第１実施形態では、上記のように、回転軸５ａにより回転可能に支持された錘５によるいわゆる偏心型回転機構を設けるとともに、錘５が最下点に位置した時に可動部２ａが重力方向に振動するように錘５に発電部２を固定することによって、容易に、発電装置１の向きに拘わらず可動部２ａを重力方向に振動させることができる。

（第２実施形態）
図６および図７は、それぞれ、本発明の第２実施形態による発電装置の発電部としての電磁誘導型の発電部を示す平面図および断面図である。この第２実施形態では、静電誘導型の発電部１０を用いた上記第１実施形態と異なり、電磁誘導型の発電部２０により発電を行う例を説明する。

図６および図７に示すように、第２実施形態による発電部２０は、可動部２０ａと固定部２０ｂとを備えている。また、可動部２０ａは、基板２１と、基板２１の表面上に千鳥格子状に交互に配置されたＳ極磁石２２およびＮ極磁石２３と、基板２１をＤ方向に振動させるためのバネ２４と、可動部２０ａと固定部２０ｂとの間を所定の間隔以上に隔てるためのスペーサ２５とを含んでいる。また、固定部２０ｂは、箱状の筐体２６と、筐体２６の底面２６ａ（図７参照）の表面上に千鳥格子状に交互に配置された左巻きコイル２７および右巻きコイル２８とを含んでいる。発電部２０では、Ｓ極磁石２２およびＮ極磁石２３を含む可動部２０ａが筐体２６内を振動することにより、電磁誘導により左巻きコイル２７および右巻きコイル２８に電流を流すことが可能である。発電部２０では、発電部２０の変位に伴って可動部２０ａが振動するので、発電部２０の変位に伴って発電が行われる。

第２実施形態では、上記のように、電磁誘導型の発電部２０により発電を行うことによって、上記第１実施形態の静電誘導型の発電部１０と異なり、発電部２０を大きく変位させるような比較的大きな運動エネルギーによってもその運動エネルギーに対応して発電を行うことができるので、発電量を増加させることができる。

第２実施形態のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。

（第３実施形態）
図８および図９は、それぞれ、本発明の第３実施形態による発電装置を示す平面図およびブロック図である。この第３実施形態では、上記第１実施形態と異なり、発電部２のみならず、錘５の回転による運動エネルギーを用いて発電を行う例を説明する。

図８および図９に示すように、第３実施形態による発電装置３０は、上記第１実施形態と同様に、発電部２と錘５によるいわゆる偏心型回転機構を備えている。ここで、発電装置３０では、回転軸５ａを中心に錘５と一体的に回転するギア５ｂが設けられている。また、発電装置３０は、ギア５ｂと噛合うギア６ａを有する発電部６を備えている。発電部６は、固定的に配置されたコイル６ｂと、ギア６ａと一体的に回転するＮ極およびＳ極からなる永久磁石６ｃとを含んでいる。発電装置３０では、錘５と一体的に回転するギア５ｂの回転に伴って、発電部６のギア６ａおよび永久磁石６ｃを回転させることが可能である。この永久磁石６ｃの回転により、電磁誘導による電流をコイル６ｃに発生させることが可能である。なお、ギア５ｂに対するギア６ａのギア比は、１００以上である。これにより、ギア５ｂの回転速度が小さい場合であっても、ギア６ａの回転速度を大きくすることが可能である。

第３実施形態では、上記のように、錘５の回転運動の運動エネルギーを電気的エネルギーに変換する発電部６を設けることによって、発電部２のみならず発電部６においても発電を行うことができるので、発電装置３０による発電量を大きくすることができる。

第３実施形態のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。

（第４実施形態）
図１０は、本発明の第４実施形態による発電装置を示す平面図である。この第４実施形態では、上記第１実施形態と異なり、軸受回転機構により発電部２を回転可能に支持する例を説明する。

図１０に示すように、第４実施形態による発電装置４０は、錘７ａが固定された円盤状の回転部材７と、回転部材７よりも大きい径を有する円筒状の筐体８と、回転部材７と筐体８との間に回転部材７の外周に沿って配置された複数のベアリングボール９とを含んでいる。この錘７ａは、発電装置４０の向きに拘わらず、自重により錘７ａの移動範囲内における最下点に位置するように構成されている。また、発電部２は、回転部材７に固定されている。また、発電部２の可動部２ａは、錘７ａと回転部材７の回転中心とを結ぶ直線上を振動するように配置されている。これにより、錘７ａが自重により最下点に位置するように回転部材７が回転した状態で、可動部２ａは重力方向に振動するように構成されている。第４実施形態の上記以外の構成は、上記第１実施形態と同様である。

第４実施形態では、上記のように、軸受回転機構により回転可能に支持された円盤状の回転部材７に発電部２を固定することによって、上記第１実施形態の扇形状の錘５に発電部２を固定する場合と異なり、発電部２を大きくすることができる。これにより、発電量を増加させることができる。

第４実施形態のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。

（第５実施形態）
図１１は、上記第１実施形態の発電装置１が組み込まれた第５実施形態によるキーレスエントリー機能を有する自動車用キーを示すブロック図である。

図１１に示すように、第５実施形態による自動車用キー５０は、発電装置１と、電波を送信するトランスミッター５１と、トランスミッター５１を制御する制御装置（ＬＳＩ）５２とを備えている。また、発電装置１は、トランスミッター５１および制御装置５２に電力を供給している。

第５実施形態では、使用者が自動車用キー５０を持ち運ぶ際、自動車用キー５０の向きに拘わらず、発電装置１の可動部２ａの振動方向が加速度の最も大きい重力方向に変更されるので、発電効率を向上させることができる。

（第６実施形態）
図１２は、上記第１実施形態の発電装置が組み込まれた第６実施形態による携帯型デジタルオーディオ機器を示すブロック図である。

図１１に示すように、第６実施形態による携帯型デジタルオーディオ機器６０は、発電装置１と、液晶ディスプレイ６１と、記憶装置６２と、スピーカ６３と、液晶ディスプレイ６１、記憶装置６２およびスピーカ６３を制御する制御装置（ＬＳＩ）６４とを備えている。また、発電装置１は、液晶ディスプレイ６１、記憶装置６２および制御装置６４に電力を供給している。

第６実施形態の効果は、上記第５実施形態と同様である。

（第７実施形態）
図１３は、上記第１実施形態の発電装置が組み込まれた第７実施形態によるワイヤレス型のマウスを示すブロック図である。

図１３に示すように、第７実施形態によるマウス７０は、発電装置１と、２つのボタン７１および７２と、ホイール７３と、ボタン７１、７２およびホイール７３の動きを検知するセンサ７４と、マウス７０の動きを検知するセンサ７５と、マウス７０の動きに関する情報を含む電波を送信するトランスミッター７６と、トランスミッター７６を制御する制御装置（ＬＳＩ）７７とを備えている。また、発電装置１は、センサ７４、センサ７５、トランスミッター７６および制御装置７７に電力を供給している。第７実施形態では、発電装置１は、錘５が水平面内で回転するように配置されている。このマウス７０では、マウス７０が移動した場合に、錘５の慣性力により、錘５の移動範囲内においてマウス７０の移動方向（矢印Ｅ方向）と反対方向（矢印Ｆ方向）側に錘５が移動する。これにより、加速度の最も大きいマウス７０の移動方向上において可動部２ａを振動させることが可能である。

第７実施形態では、使用者がマウス７０を使用する際、マウス７０の移動方向に拘わらず、加速度が最も大きく加えられるマウス７０の移動方向上において可動部２ａを振動させることができるので、可動部２ａをより大きく振動させることができる。これにより、発電装置１の発電効率を向上させることができる。

（第８実施形態）
図１４は、タイヤに取り付けられた上記第１実施形態の発電装置を含む第８実施形態による空気圧センサを示す側面図である。図１５および図１６は、それぞれ、低速走行時および高速走行時の空気圧センサを示すブロック図である。

図１４に示すように、タイヤ８０は、ホイール８１とゴムタイヤ８２とからなる。また、空気圧センサ９０は、ゴムタイヤ８２に取り付けられている。

また、図１５に示すように、第８実施形態による空気圧センサ９０は、発電装置１と、タイヤ８０の空気圧を検知するセンサ９１と、検知した空気圧の情報を電波として送信するトランスミッター９２と、トランスミッター９２を制御する制御装置（ＬＳＩ）９３とを備えている。第８実施形態では、発電装置１は、タイヤ８０の回転面と平行な面内で錘５が回転するように配置されている。

図１５に示すように、低速走行時においては、タイヤ８０の回転により錘５に加わる遠心力よりも錘５の重力の方が大きいので、錘５は錘５の移動範囲内における最下点に移動するとともに、可動部２ａは、重力方向に振動する。また、低速走行時においては、路面の凹凸などによりタイヤ８０が上下運動するのに伴って、重力方向に大きい加速度が加えられる。したがって、低速走行時には、路面の凹凸などに起因する重力方向の加速度によって、可動部２ａを効率的に振動させることが可能である。

また、図１６に示すように、高速走行時においては、タイヤ８０の回転により錘５に加わる遠心力の方が錘５の重力よりも大きいので、錘５は遠心力の加わる方向に移動するとともに、可動部２ａも、遠心力の加わる方向に振動する。この場合、走行の際の加速および減速により遠心力（可動部２ａに加わる加速度）が増減する。したがって、高速走行時には、走行の際の加速および減速による遠心力の増減によって、可動部２ａを効率的に振動させることが可能である。

第８実施形態では、上記のように、発電装置１を空気圧センサ９０に組み込むことによって、低速走行時および高速走行時のそれぞれにおいて、加速度が大きく加わる方向に可動部２ａを振動させることができるので、発電効率を向上させることができる。

なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

たとえば、上記第１実施形態では、発電装置１に加わる加速度により可動部２ａを振動させることのみによって発電を行った例を示したが、本発明はこれに限らず、図１７および図１８に示す変形例の発電装置１００のように、人間の手動によって加えられた運動エネルギーによっても発電を行うことが可能なように構成してもよい。具体的には、図１７に示すように、第１実施形態の変形例による発電装置１００は、人間が手動で回すレバー１０１と、レバー１０１と一体的に回転するギア１０２と、ギア１０２に噛合うギア６ａを有する上記第３実施形態の発電部６とを備えている。上記した構成以外の構成は、上記第３実施形態と同様である。発電装置１００では、電力が不足した場合に、使用者がレバー１０１を手動で回すことによって、使用者が手動で発電を行うことができる。なお、レバー１０１は、本発明の「手動発電部」の一例である。

また、上記実施形態では、発電部２の具体例として、静電誘導式の発電部１０および電磁誘導式の発電部２０を示したが、本発明はこれに限らず、静電容量式または圧電式などの他の方式の発電部でもよい。

本発明の第１実施形態による発電装置を示す平面図である。本発明の第１実施形態による発電装置を示すブロック図である。本発明の第１実施形態による発電装置の発電部を示す平面図である。本発明の第１実施形態による発電装置の発電部を示す断面図である。人間の歩行時における加速度の計測結果を示す図である。本発明の第２実施形態による発電装置の発電部を示す平面図である。本発明の第２実施形態による発電装置の発電部を示す断面図である。本発明の第３実施形態による発電装置を示す平面図である。本発明の第３実施形態による発電装置を示すブロック図である。本発明の第４実施形態による発電装置を示す平面図である。本発明の第５実施形態による電子機器（自動車用キー）を示すブロック図である。本発明の第６実施形態による電子機器（携帯型デジタルオーディオ機器）を示すブロック図である。本発明の第７実施形態による電子機器（ワイヤレスマウス）を示すブロック図である。本発明の第８実施形態による電子機器（空気圧センサ）およびタイヤを示す側面図である。本発明の第８実施形態による低速走行状態の電子機器（空気圧センサ）を示すブロック図である。本発明の第８実施形態による高速走行状態の電子機器（空気圧センサ）を示すブロック図である。本発明の第１実施形態の変形例による発電装置を示す平面図である。本発明の第１実施形態の変形例による発電装置を示すブロック図である。

符号の説明

１、３０、４０、１００発電装置
２発電部
２ａ可動部
５錘（回転部）
５ａ回転軸
６発電部
７回転部材（回転部）
７ａ錘
５０自動車用キー（電子機器）
６０携帯型デジタルオーディオ機器（電子機器）
７０マウス（電子機器）
９０空気圧センサ（電子機器）

Claims

装置本体に働く運動エネルギーにより直線的に移動する可動部と、
直線移動する前記可動部の運動エネルギーを電気的エネルギーに変換する第１変換手段と、
前記可動部を含む回転部を回転可能に支持する支持機構と、
前記装置本体の向きに拘わらず、前記回転部の位置を、前記可動部が重力方向に移動するような位置に変更するための錘とを備え、
前記錘が自重により移動範囲内における最下点に位置した状態で、前記可動部が重力方向に振動するように構成されている、発電装置。
前記回転部の回転運動の運動エネルギーを電気的エネルギーに変換する第２変換手段をさらに備える、請求項１に記載の発電装置。
発電を行うために使用者が操作する手動発電部と、
使用者が前記手動発電部を操作することによって与えられた運動エネルギーを電気的エネルギーに変換する第３変換手段とをさらに備える、請求項１または２に記載の発電装置。
装置本体に働く運動エネルギーにより直線的に移動する可動部と、直線移動する前記可動部の運動エネルギーを電気的エネルギーに変換する第１変換手段と、前記可動部を含む回転部を回転可能に支持する支持機構と、前記装置本体の向きに拘わらず、前記回転部の位置を、前記可動部が重力方向に移動するような位置に変更するための錘とを含み、前記錘が自重により移動範囲内における最下点に位置した状態で、前記可動部が重力方向に振動するように構成されている発電装置を備えた、電子機器。