JP5248598B2 - 機械的振動エネルギーを電気エネルギーに変換するための永久磁石による発電機 - Google Patents

Description

本発明は、機械的振動エネルギーを電気エネルギーに変換するための電気機械発電機に関する。とりわけ、本発明は、例えば知的センサシステムに電力を供給する際に用いられるような、外部環境の振動エネルギーを電気エネルギーに変換することができる小型の発電機であるような装置に関する。このようなシステムは、電源ケーブルや電池を除去すると経済的利点または操作上の利点があるような多くの場所で使用することができる。

例えばワイヤレスセンサに電力を供給するために、外部環境の振動から有用な電気エネルギーを得るための電気機械発電機を使用することが知られている。従来の磁石−コイル発電機は、磁石またはコイルに取り付けられたバネ質量組合せ体からなる。このような従来の磁石−コイル発電機において、システムが振動すると、コイルは、磁心により形成される磁束を横切る。

技術的に、概して、磁心発電機のバネ質量組合せ体の質量が大きくなればなるほど、出力される電気エネルギーが大きくなることが一般的に知られている。エネルギー生成機は、広帯域幅を超えるような高出力を生成することを必要とする。なぜならば、振動数は、実際に使用する前は未知であり、また変化する場合があるからである。共振振動エネルギー生成機における広帯域幅を超えるような高出力は、大きな質量、大きなＱ、および高い電磁結合の要素（factor）を必要とする。

米国特許公開公報ＵＳ−Ａ−２００３／０１７３７２５には、機械的エネルギーを電気エネルギーに変換し、飛行機、とりわけヘリコプターに公知の方法でビーター（beater）として取り付けられる振動減衰装置が開示されている。このような装置は、例えばワイヤレスセンサに電力を供給するために、外部環境の振動から大量の電気エネルギーを効率的に得るための電気機械発電機として使用するようには設計されていない。

中国特許公開公報ＣＮ−Ａ−１８５２０１１には、磁場の押し出し部が強化された振動生成機が開示されている。振動生成機には、２つの対向する磁石が非磁性の材料スライスにより接続されており、これらの磁石の間に、ハウジング内で上下方向の振動を行うような、対向するバネにより付勢される組合せ体が形成されている。コイルはスライスを環状に取り囲んでおり、このコイルはハウジングの内壁に取り付けられている。組合せ体の上下方向の振動により、取り囲むコイルにおいて電流が生成される。

米国特許公開公報ＵＳ−Ａ−２００３／０１７３７２５ 中国特許公開公報ＣＮ−Ａ−１８５２０１１

本発明は、実際にこれらの３つの全ての要素（parameter）を最大化する装置を提供することを目的とする。

このために、本発明は、機械的振動エネルギーを電気エネルギーに変換するための電気機械発電機であって、ハウジングと、前記ハウジング内に固定的に取り付けられた導電性のコイル組合せ体であって、半径方向における内側部および外側部、ならびに上端部および下端部を有しているようなコイル組合せ体と、前記コイル組合せ体を前記ハウジング内の固定位置に取り付けるための、前記半径方向における内側部から内側に延びる、前記コイル組合せ体の取付部材と、前記ハウジング内に移動自在に取り付けられ、軸に沿って線形に振動するような磁心組合せ体と、前記ハウジングと前記磁心組合せ体との間に取り付けられ、中央位置に向かって前記軸に沿って前記磁心組合せ体を反対方向に付勢する付勢部材と、を備え、前記磁心組合せ体は、前記導電性のコイル組合せ体を、前記半径方向における外側部、前記上端部および前記下端部、ならびに前記半径方向における内側部の一部で取り囲んでおり、前記磁心組合せ体は、前記半径方向における内側部において隙間を有しており、前記取付部材はこの隙間を通って延びるようになっており、前記半径方向における内側部は、前記軸に沿って離間した２つの対向する磁石を有している、電気機械発電機を提供する。

好ましくは、前記付勢部材は一対のバネを備えており、各々のバネは前記磁心組合せ体の各端部に配置されている。

好ましくは、前記バネは板バネを備えている。

好ましくは、前記磁心組合せ体は、前記軸に沿って離間した２つの対向する磁気回路を備えている。

好ましくは、前記磁心組合せ体は、前記軸に沿って離間した一対の磁石を備えており、前記磁石の極は、互いに向かって対向する第１の共通の極性を有しており、互いの磁石から遠ざかるような磁石の極は第２の共通の極性を有するとともに前記軸に対して前記磁石の半径方向外側に配置された共通の強磁性体に取り付けられている。

好ましくは、前記共通の強磁性体は管状となっており、各端部において半径方向内方に延びるアームを有しており、前記各アームに前記各磁石が取り付けられている。

好ましくは、前記共通の強磁性体は、前記磁心組合せ体の半径方向における外側部、ならびに上端部および下端部を構成し、前記磁石は前記磁心組合せ体の半径方向における内側部を構成する。

好ましくは、前記コイル組合せ体の取付部材は、中央取付部分を有するような管状のコイル支持部を備えており、前記中央取付部分は前記コイル組合せ体の中央部分から半径方向内方に延びているとともに、軸に沿って固定される中央体に取り付けられる。

好ましくは、前記中央取付部分は環状の凹部を画定し、この凹部に、前記コイル組合せ体の電気的な出力を電気的に調整するような電気回路が受け入れられる。

好ましくは、前記電気回路は、封止部材により前記環状の凹部内に密閉され、前記封止部材は、望ましくない外部環境の影響に対して前記電気回路を封止、保護する。

好ましくは、前記コイル組合せ体の取付部材は、前記コイルを密閉するような、プラスチック成形体を備え、前記プラスチック成形体は、前記軸に沿って固定された一体的な中央体を有しているとともに、前記ハウジングの蓋および底部に取り付けられている。

好ましくは、前記一体的な中央体は、前記軸に沿って延びる細長い補強部材を密閉する。

好ましくは、前記プラスチック成形体は、前記コイル組合せ体の電気的な出力を電気的に調整するような電気回路を密閉する。

好ましくは、前記プラスチック成形体は、前記コイル組合せ体から延びる電気ワイヤを密閉し、外部の電気回路と電気的に接続するための、前記ワイヤに接続される接続ピンを更に備え、前記接続ピンは、前記ハウジングの外部に露出するような前記プラスチック成形体の外表面から延びる。

また、本発明は、機械的振動エネルギーを電気エネルギーに変換するための電気機械発電機であって、固定された導電性のコイル組合せ体と、軸に沿って線形に振動するよう移動自在に取り付けられた磁石組合せ体と、を備え、前記磁石組合せ体は、前記軸に沿って離間した一対の磁石を備えており、前記磁石の極は、互いに向かって対向する第１の共通の極性を有するとともに隙間により離間しており、互いの磁石から遠ざかるような磁石の極は第２の共通の極性を有するとともに前記軸に対して前記磁石の半径方向外側に配置された共通の強磁性体に取り付けられており、前記磁石組合せ体を、中央位置に向かって前記軸に沿って反対方向に付勢する付勢部材は、一対の磁石およびこの一対の磁石に取り付けられた強磁性体を有し、前記磁石組合せ体は、前記軸に沿って離間した２つの対向する磁気回路を備え、各磁気回路は前記コイル組合せ体の各部分に対応するようになっている、電気機械発電機を提供する。

好ましくは、ハウジングを更に備え、前記導電性のコイル組合せ体は前記ハウジング内に固定的に取り付けられるようになっており、前記コイル組合せ体は、半径方向における内側部および外側部、ならびに上端部および下端部を有しており、前記コイル組合せ体をハウジング内の固定位置に取り付けるための、前記コイル組合せ体の取付部材は、前記半径方向における内側部から内側に延びており、前記磁石組合せ体は前記ハウジング内に移動自在に取り付けられ、前記付勢部材は前記ハウジングと前記磁石組合せ体との間に取り付けられ、前記磁石組合せ体は、前記導電性のコイル組合せ体を、前記半径方向における外側部、前記上端部および前記下端部、ならびに前記半径方向における内側部の一部で取り囲んでおり、前記磁石組合せ体は、前記半径方向における内側部において隙間を有しており、前記取付部材はこの隙間を通って延びるようになっており、前記半径方向における内側部は、前記軸に沿って離間した２つの対向する磁石を有している。

前記付勢部材は一対のバネを備えており、各々のバネは前記磁石組合せ体の各端部に配置されている。

前記バネは板バネを備えている。

好ましくは、前記磁石組合せ体は回転対称となっており、前記隙間を画定するような実質的にＣ字形状の断面を有している。

好ましくは、前記共通の強磁性体は管状となっており、各端部において半径方向内方に延びるアームを有しており、前記各アームに前記各磁石が取り付けられている。

好ましくは、前記共通の強磁性体は、前記磁石組合せ体の半径方向における外側部、ならびに上端部および下端部を構成し、前記磁石は前記磁石組合せ体の半径方向における内側部を構成する。

さらに、本発明は、機械的振動エネルギーを電気エネルギーに変換するための電気機械発電機であって、固定された導電性のコイル組合せ体と、軸に沿って線形に振動するよう移動自在に取り付けられた磁石組合せ体と、前記磁石組合せ体を、中央位置に向かって前記軸に沿って反対方向に付勢する付勢部材と、を備え、前記磁石組合せ体は回転対称となっており、環状のキャビティを囲む実質的にＣ字形状の断面を有しており、その内径部分に隙間を有しており、前記キャビティ内にコイル組合せ体が配置されている、電気機械発電機を提供する。

好ましくは、前記磁石組合せ体は、前記軸に沿って離間した２つの対向する磁気回路を備え、各磁気回路は前記コイル組合せ体の各部分に対応するようになっている。

好ましくは、ハウジングを更に備え、前記導電性のコイル組合せ体は前記ハウジング内に固定的に取り付けられるようになっており、前記コイル組合せ体は、半径方向における内側部および外側部、ならびに上端部および下端部を有しており、前記コイル組合せ体をハウジング内の固定位置に取り付けるための、前記コイル組合せ体の取付部材は、前記半径方向における内側部から内側に延びており、前記磁石組合せ体は前記ハウジング内に移動自在に取り付けられ、前記付勢部材は前記ハウジングと前記磁石組合せ体との間に取り付けられ、前記磁石組合せ体は、前記導電性のコイル組合せ体を、前記半径方向における外側部、前記上端部および前記下端部、ならびに前記半径方向における内側部の一部で取り囲んでおり、前記磁石組合せ体は、前記半径方向における内側部において隙間を有しており、前記取付部材はこの隙間を通って延びるようになっており、前記半径方向における内側部は、前記軸に沿って離間した２つの対向する磁石を有している。

好ましくは、前記付勢部材は一対のバネを備えており、各々のバネは前記磁石組合せ体の各端部に配置されている。

本発明の好ましい実施の形態による電気機械発電機において、内部空間のほぼ全部を金属製の磁心組合せ体により占めさせることによって、移動質量を大きくすることができる。このことは、少なくとも部分的に、磁心組合せ体の対向する両端部に設けられる板バネが十分な容量を有していることにより、達成される。さらに、磁心組合せ体の「囲まれた」構成が磁束をほとんど漏らさず、このため固定されたハウジングの周囲の材料に渦電流がほとんど生じないという事実により、高いＱが得られる。このため、移動する磁心組合せ体とハウジングとの間に間隔をほとんど設ける必要がなく、このため移動質量を大きくすることができる。磁束がほとんど漏れないような、ほとんど全ての磁束がコイルを通るよう導かれる、磁心組合せ体における囲まれた性質により、高い電磁結合が得られる。

本発明の実施の形態は、以下に示す添付図面を参照するのみのような実施例により示される。

本発明の第１の実施の形態による、機械的振動エネルギーを電気エネルギーに変換するための電気機械発電機の概略側断面図である。 図１に示す電気機械発電機の第１のバネの概略平面図である。 図１に示す電気機械発電機の第２のバネの概略斜視図である。 本発明の第２の実施の形態による、機械的振動エネルギーを電気エネルギーに変換するための電気機械発電機の概略側断面図である。 図４に示す電気機械発電機の概略側断面図であって、振動している磁心組合せ体の下部位置を示す図である。 図４に示す電気機械発電機の概略側断面図であって、振動している磁心組合せ体の上部位置を示す図である。

本発明の電気機械発電機は、「速度減衰（velocity-damped）」として技術的に知られる共振（resonant）発電機である。このような発電機において、ハウジングに対する慣性質量の移動により行われる全ての仕事量（作業結果）は、この移動の瞬間的な速度に比例する。この仕事量の一部は、必ず、望まない機械的または電気的なロスを克服するよう消費され、仕事量の残りは、以下に示すような電気的なコイル／磁石の組合せ体のような、適切な変換メカニズムを介して電流を生成するために使用される。

図１乃至図３は、本発明の第１の実施の形態による、機械的振動エネルギーを電気エネルギーに変換するための電気機械発電機２を示す。電気機械発電機２はハウジング４を備えている。ハウジング４は、環状の外周壁６、一体的な円形の蓋８および円形の底部１０を備えている。底部１０は、例えば接着結合やネジによる結合（図示せず）によって、その円形の縁部１２において外周壁６の底縁部１４に固く取り付けられている。外周壁６は、回転軸Ａ−Ａを有するような円筒形の断面内部容量１６を画定する。円形の開口部１８が蓋８を貫通するよう形成されており、この開口部１８は円筒形の断面内部容量１６と同軸となっている。

底部１０には接続部材２０が設けられており、接続部材２０の外表面は、電気機械発電機２を支持部（図示せず）に固定的に取り付けるために用いられるようになっている。

導電性のコイル２２がハウジング４内に位置固定で取り付けられている。コイル２２は円形となっており、ハウジング４と同軸である。また、コイル２２は、半径方向における内側部２１および外側部２３を有しており、各側部２１、２３は回転軸Ａ−Ａと平行に延びている。コイル２２は上端部２７および下端部２９を有している。コイル２２は環状のコイル支持部２４内に取り付けられている。コイル支持部２４は、軸Ａ−Ａと外周壁６との間における半径方向の中程に実質的に設けられており、また、蓋８と底部１０との間における軸方向の中程に実質的に設けられている。コイル支持部２４は一体的な環状の中央取付部分２６を有しており、この中央取付部分２６はコイル２２の中央部分から半径方向の内方向に延びている。中央取付部分２６は、蓋８と底部１０の間に固定的に取り付けられた中央管状体２８上に取り付けられている。この組合せ体は、コイル２２をハウジング４内の固定位置に取り付ける。コイル支持部２４は、ガラスが詰め込まれたプラスチックのような、伝導性が非常に低い材料から形成されることが好ましい。また、中央管状体２８は、３１６ステンレス鋼のような、透磁性（permeability）が低く、伝導性が低いが、弾性率が高いような材料から形成されることが好ましい。

取付部分２６は、環状の凹部３０を画定する。この凹部３０に、コイル２０の電気的な出力を例えば電圧調整により電気的に調整するような電気回路３２が受け入れられる。電気回路３２は、プラスチックまたはゴムの封止部材３４により凹部３０内に密閉される。この封止部材３４は、例えば湿気や液体等の望ましくない外部環境の影響に対して電気回路３２を封止、保護する。コイル２２は第１のワイヤ３６により電気回路３２に接続されており、同様に、電気回路３２は第２のワイヤ３８を有している。第２のワイヤ３８は電気回路３２から蓋８の開口部１８を介して延び、外部の電気回路（図示せず）と接続するようになっている。

コイル２０は、第１のコイル部分４０および第２のコイル部分４２を有しており、これらの第１のコイル部分４０および第２のコイル部分４２はそれぞれ取付部材２６の上方および下方に配置されている。

磁心組合せ体５０がハウジング４内に移動自在に取り付けられており、この磁心組合せ体５０は軸Ａ−Ａに沿って線形に振動するようになっている。磁心組合せ体５０は回転対称となっており、この磁心組合せ体５０は軸方向に位置決めされた一対の環状の磁石５２、５４を有している。これらの磁石５２、５４は、それぞれ、概して磁界の強さが大きいようなレアアース（希土類元素）の永久磁石となっている。磁石５２、５４は、取付部分２６の上部および下部における反対側の側部に取り付けられており、また、コイル２０の半径方向における内側に設けられている。磁石５２、５４は、それぞれ取付部分２６から軸方向に離間しており、隙間５５を画定している。取付部分２６は、この隙間５５を通って延びるようになっている。図１に示すように、磁石５２、５４は、その同一の極（pole）５６、５８（すなわち、図１に示されるＮ極）が取付部分２６の反対側の側部に互いに面するよう、位置決めされている。

また、磁心組合せ体５０は、共通の強磁性体６４を有している。磁石５２、５４は、共通の強磁性体６４における対向する環状アーム６０、６２の間に取り付けられている。軸方向の外方方向において互いに反対方向を向いているような磁石５２、５４の極６６、６８（すなわち、Ｓ極）は、各環状アーム６０、６２にそれぞれ取り付けられている。また、共通の強磁性体６４は、２つの互いに連動するような管状部材７２、７４からなる管状部分７０を有している。各管状部材７２、７４は、各環状アーム６０、６２と一体となっている。このようにして、第１のコイル部分４０および第２のコイル部分４２の各々は、それぞれ、共通の強磁性体６４の管状部分７０と、磁石５２、５４のうちの一つとの間に少なくとも部分的に配置されることとなる。

半径方向における内方の磁石５２、５４に取り付けられた、半径方向における外方の共通の強磁性体６４の磁心組合せ体５０は、磁石５２、５４の間に環状の閉じたキャビティ４３を画定し、このキャビティ４３内にコイル２２が収容される。磁石５２、５４は、コイル２２の内側部２１の近傍に配置されており、共通の強磁性体６４はコイル２２の外側部２３の近傍に配置されている。磁石５２、５４および共通の強磁性体６４は、コイル２２からわずかに離間しており、これらの間で相対的な並進運動の（translational）移動を可能としている。磁心組合せ体５０は、半径方向における外側部２３、上端部２７および下端部２９、ならびに半径方向における内側部２３の一部でコイル２２を取り囲んでおり、磁石５２、５４からなる磁心組合せ体５０は、その半径方向における内側部分において隙間５５を有しており、この隙間５５を通って取付部分２６が延びるようになっている。共通の強磁性体６４は、磁心組合せ体５０の半径方向における外方部分、上部部分、および下部部分を備えている。このため、磁心組合せ体５０は、実質的にＣ字形状の断面を有しており、回転対称となっている。

キャビティ４３は各キャビティ部分４４、４６を有している。各キャビティ部分４４、４６は、第１および第２のコイル部分４０、４２の各々と、中央管状体２８との間において、取付部分２６の上方および下方に設けられている。

共通の強磁性体６４は、軟鉄のような、透磁率が高く質量が大きいような強磁性の材料から構成されている。このため、共通の強磁性体６４および磁石５２、５４の組合せ体は、磁心組合せ体５０の２つの軸方向に離間した磁気回路７６、７８を形成する。各磁石５２、５４に生成される磁束は、図１における点線により示される。各磁気回路７６、７８における磁束の線の限界は、各々の環状アーム６０、６２および管状部材７２、７４により画定される。これらの部材は、各磁石５２、５４から磁束が共通の強磁性体６４から軸方向および半径方向における外方に延びるのを抑制する。対向する磁石５２、５４は、共通の極５６、５８（すなわち、Ｎ極）が互いに向き合っているので、磁心組合せ体５０の中央領域８０において、対向する磁気回路７６、７８の磁束は反対となり、このため磁束は共通の強磁性体６４に向かって半径方向における外方に延びるようになる。

結果として生じる効果は、１つの磁心組合せ体５０は２つの分離した磁石５２、５４を備え、各磁石５２、５４は各々の磁気回路７６、７８を有するということである。各磁気回路７６、７８において、磁束のうちの非常に高い割合の量が各々のコイル部分４０、４２を通過することが抑制される。このことにより、磁石５２、５４とコイル２２との間で、非常に高い度合いの磁性連結が得られる。その結果、磁石５２、５４とコイル２２との間のいかなる相対的な移動でも、特に、以下に示すように固定されたコイル２２に対する磁心組合せ体５０の線形の軸方向の共振移動であっても、コイル２２において非常に高い電力出力を生成することができる。

共通の強磁性体６４は、一対の対向する板バネ８２、８４により中央管状体２８に移動自在に取り付けられている。一つのバネ８２、８４は、共通の強磁性体６４における各々の上端部８３または下端部８５と、中央管状体２８における各々の上端部８６または下端部８８との間に配置されている。各バネ８２、８４の半径方向における内側の環状端部９０、９２は、例えばネジ山９４、９６により、各々の上端部８６または下端部８８に固定的に取り付けられている。各バネ８２、８４の半径方向における外側の環状端部９８、１００は、例えばネジ山１０２、１０４により、共通の強磁性体６４における各々の上端部８３または下端部８５に固定的に取り付けられている。

図２に示すように、他の態様において、各バネ８２、８４は螺旋構造となっており、複数の螺旋アーム１０８が、半径方向における内側の環状端部９０、９２と、半径方向における外側の環状端部９８、１００との間で延びている。

図３に示すように、更に他の態様において、各バネ８２、８４は段のあるくびき構造となっており、複数の偏心のくびき１１０、１１２は、半径方向における内側の環状端部９０、９２と、半径方向における外側の環状端部９８、１００との間で、連続的な段階的方法（cascading stepwise manner）により延びている。

磁心組合せ体５０が中央の平衡位置から離間するよう移動したときに、２つのバネ８２、８４は、それぞれ磁心組合せ体５０に対して同じ大きさの機械的付勢力（biasing force）を与えるようになっている。２つのバネ８２、８４は、同じバネ定数を有していることが好ましい。

移動自在の磁心組合せ体５０における対向する軸方向端部において一対の板バネ８２、８４が設けられていることにより、以下に示す構造体が得られる。すなわち、この構造体は、磁心組合せ体５０に十分なバネの付勢復元力を与え、コイル２２に対する軸方向の中央の位置に向かって磁心組合せ体５０を付勢するのみならず、ハウジング４内で実質的に最小限の容量を占めるようになる。とりわけ、移動自在の磁心組合せ体５０における対向する軸方向端部にバネ８２、８４を配置することにより、磁心組合せ体５０は、ハウジング４の内部半径の限界まで半径方向の外方に実質的に延びることができるようになる。このことは、内部容量１６が所定の大きさである場合の磁心組合せ体５０のサイズを最大化し、このことは磁性連結を最大化するのみならず、重要なことには、それに伴って移動自在の磁心組合せ体の質量を最大化させることができるようになる。技術的に知られているように、共振振動の電気機械発電機において移動自在の磁心組合せ体の質量を最大化することが望まれている。このことにより、出力電力を増大させることができるからである。

また、一対の板バネ８２、８４が設けられていることにより、移動自在の磁心組合せ体の周囲に高価かつ扱いにくい螺旋形状のバネを設ける必要がなくなる。このことにより、この部材の費用を節減することができるようになり、製造コストを下げることができる。

移動自在の磁心組合せ体とコイルとの間の磁性連結の度合いが大きく、また移動自在の磁心組合せ体の質量が大きいことにより、共振振動数を容易に望ましい値に正確に合わせることができ、また、磁心組合せ体の共振振動の間に大きな自己修復力をこの磁心組合せ体に与えることができ、振動の大きさを小さくすることができる。振動の大きさが制限されるので、バネ８２、８４は、線形のバネの特性の範囲内で、非常に小さな度合いで変形するのみとなる。概して、環状の接続部分１０２、１０４と、蓋８または底部１０との間の環状の隙間１１４、１１６は、それぞれ約１ｍｍであり、従って、最大の振動の大きさはこの距離よりも小さくなる。すなわち、このことにより、軸方向におけるハウジング４の使用容量１６が最大化される。

電気機械発電機２に機械的な力が加えられたときに、特に軸Ａ−Ａに沿った要素を少なくとも有する機械的振動が加えられたときに、バネ８２、８４は、軸Ａ−Ａに沿って軸方向に移動することができる磁心組合せ体５０に、中央位置に戻すような力を付勢する。バネ８２、８４は、横方向、すなわち半径方向において高い剛性を有しており、実質的に磁心組合せ体５０を軸方向以外の方向には移動させないようになっている。

ハウジング４の内部容量１６は気体を含んでいてもよい。ハウジング４は、ハウジング４の内部容量１６を密閉してシールするようになっていてもよい。

電気機械発電機２は、ハウジング４内に取り付けられた、共振質量バネ構造を使用している。もし、電気機械発電機２が、Ａ−Ａ方向に沿って電気機械発電機２を移動させるような外部振動源の影響を受ける場合は、磁心組合せ体５０は、ハウジング４に対してＡ−Ａ方向に沿って移動するような慣性質量を備えることとなる。この際に、バネ８２、８４は軸方向に変形し、静止した電気コイルおよび移動自在の磁心組合せ体を備えたダンパーに対して仕事が行われる。移動自在の磁心組合せ体は、電気コイルが配置された範囲内において磁束の領域を生成する。磁束の範囲内で電気コイルが移動することにより、電気コイル内に電力が生じる。電気コイルは、外部装置（図示せず）を駆動する電力源として使用することができるようになる。

また、この実施の形態ではバネは板バネであるが、他の付勢要素を使用してもよい。

磁心組合せ体の質量は、装置のサイズに対して非常に大きくすることができる。このため、例えば片持ち梁のような装置（cantilever device）と比較して、装置の全体の質量密度を増加させることができる。装置により占められるべき容量が一定の場合、より大きな移動質量を用いることができる。また、このことにより、上述した理由によって、電力出力が最大化される。

電気出力を増加させることにより、増加した磁性連結によって、装置の操作性能を大幅に向上させることができる。このことにより、多くの新しいエネルギー生成機器に使用されるべき装置の能力を大幅に増大させることができる。

電気機械発電機において１つの板バネを使用してもよい。このことにより、磁心組合せ体の横方向の移動を抑止するような、信頼性のあるシンプルな構造が得られる。この場合、摩擦が小さくなり、複雑な、込み入ったおよび／または高価な製造技術を必要としない。結果として得られる構造体は頑丈でありコンパクトである。板バネは変形の影響をほとんど受けないので、それらの機械的な性質は特に重要な意味を持つわけではない。なぜならば、板バネは、線形弾性運動の機械的限界に近い場合では決して変形することはないからである。このため、板バネは、おおよそ従来の性質のものとすることができ、その結果、コストを低くすることができる。

図４は第２の実施の形態を示す。第２の実施の形態は、第１の実施の形態よりも部品コストが低く、とりわけ、入力される機械的振動エネルギーの頻度は低いがその大きさが大きいようなエネルギー生成機器に使用するのに適している。

この実施の形態において、電気機械発電機２００の外部ハウジング２０４は、成形されたプラスチック材料から構成されている。コイル支持部２２４、中央取付部分２２６および中央管状体２２８は、１つの一体的なプラスチック成形体２３０から形成されている。このプラスチック成形体２３０は、好ましくは銅線から形成されるコイル２２２を密閉する。選択的に設けられる回路基板２２５もまた成形体２３０内に密閉される。金属製の補強部材２２６が、１つの一体的なプラスチック成形体２３０の内部に選択的に成形される。コイル２２２はワイヤ２３２を有しており、ワイヤ２３２は、コイル２２２から延びて、選択的に設けられる回路基板２２５を介して接続ピン２３４に接続されている。接続ピン２３４は、外部の電気回路と電気的に接続するために、ハウジング２０４の頂部表面２３６に形成されている。磁心組合せ体２５０は、対向する極性が設けられた２つの環状の磁石２５２、２５４を有している。これらの２つの磁石２５２、２５４は、例えば軟鋼のような高透磁性の金属コア２５６により互いに接続されている。上部バネ２８２および下部バネ２８４は、それぞれコア２５６の上部部分２８６および下部部分２８８と、本体２３０の上部部分２９０および下部部分２９２との間に取り付けられており、本体２３０の上部部分２９０および下部部分２９２は、蓋２９４および底部２９６にそれぞれ固く取り付けられている。このような接続は、ハウジング２０４の内部容量２３０を密閉してシールするようになっていてもよい。バネ２８２、２８４は、例えば図２または図３に示すような螺旋形状の板バネの構造を有するような、化学的エッチングにより形付けられる金属シートを備えていてもよい。底部２９６に設けられたネジ穴２９８により、電気機械発電機２００を振動表面（図示せず）にネジにより取り付けるためのネジ結合が得られる。

図５および図６は、図４に示す電気機械発電機の概略側断面図であって、振動している磁心組合せ体の下部位置および上部位置をそれぞれ示している。上部バネ２８２および下部バネ２８４は、磁心組合せ体２５０を図４における中央位置に付勢する。しかし、電気機械発電機２００に振動が与えられたときには、磁心組合せ体２５０は中央位置を中心として図５および図６に示すような下部位置および上部位置の範囲内で振動する。上部バネ２８２および下部バネ２８４は、振動している磁心組合せ体２５０の移動を制御し、ハウジング２０４の内部容量３００全体が実質的に使用され、電力を生成するのに移動要素を適用し、このことによりサイズに対する動力の比が効率的である装置が得られることが理解されよう。その上部および下部の限界において、振動している磁心組合せ体２５０は、概してハウジング２０４の蓋２９４および底部２９６から約１ｍｍ離間する。

本発明による他の修正点および実施形態は、当業者にとって明らかである。

Claims (16)

1. 機械的振動エネルギーを電気エネルギーに変換するための電気機械発電機であって、
   ハウジングと、
   前記ハウジング内に固定的に取り付けられた導電性のコイル組合せ体であって、半径方向における内側部および外側部、ならびに上端部および下端部を有しているようなコイル組合せ体と、
   前記コイル組合せ体を前記ハウジング内の固定位置に取り付けるための、前記半径方向における内側部から内側に延びる、前記コイル組合せ体の取付部材と、
   前記ハウジング内に移動自在に取り付けられ、軸に沿って線形に振動するような磁心組合せ体と、
   前記ハウジングと前記磁心組合せ体との間に取り付けられ、中央位置に向かって前記軸に沿って前記磁心組合せ体を反対方向に付勢する付勢部材と、
   を備え、
   前記磁心組合せ体は、前記導電性のコイル組合せ体を、前記半径方向における外側部、前記上端部および前記下端部、ならびに前記半径方向における内側部の一部で取り囲んでおり、前記磁心組合せ体は、前記半径方向における内側部において隙間を有しており、前記取付部材はこの隙間を通って延びるようになっており、前記半径方向における内側部は、前記軸に沿って離間した２つの対向する磁石を有している、電気機械発電機。
2. 前記付勢部材は一対のバネを備えており、各々のバネは前記磁心組合せ体の各端部に配置されている、請求項１記載の電気機械発電機。
3. 前記バネは板バネを備えている、請求項２記載の電気機械発電機。
4. 前記磁心組合せ体は、前記軸に沿って離間した２つの対向する磁気回路を備えている、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の電気機械発電機。
5. 前記磁心組合せ体は、前記軸に沿って離間した一対の磁石を備えており、前記磁石の極は、互いに向かって対向する第１の共通の極性を有しており、互いの磁石から遠ざかるような磁石の極は第２の共通の極性を有するとともに前記軸に対して前記磁石の半径方向外側に配置された共通の強磁性体に取り付けられている、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の電気機械発電機。
6. 前記共通の強磁性体は管状となっており、各端部において半径方向内方に延びるアームを有しており、前記各アームに前記各磁石が取り付けられている、請求項５記載の電気機械発電機。
7. 前記共通の強磁性体は、前記磁心組合せ体の半径方向における外側部、ならびに上端部および下端部を構成し、前記磁石は前記磁心組合せ体の半径方向における内側部を構成する、請求項５または６記載の電気機械発電機。
8. 前記コイル組合せ体の取付部材は、中央取付部分を有するような管状のコイル支持部を備えており、前記中央取付部分は前記コイル組合せ体の中央部分から半径方向内方に延びているとともに、軸に沿って固定される中央体に取り付けられる、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の電気機械発電機。
9. 前記中央取付部分は環状の凹部を画定し、この凹部に、前記コイル組合せ体の電気的な出力を電気的に調整するような電気回路が受け入れられる、請求項８記載の電気機械発電機。
10. 前記電気回路は、封止部材により前記環状の凹部内に密閉され、前記封止部材は、望ましくない外部環境の影響に対して前記電気回路を封止、保護する、請求項９記載の電気機械発電機。
11. 前記コイル組合せ体の取付部材は、前記コイルを密閉するような、プラスチック成形体を備え、前記プラスチック成形体は、前記軸に沿って固定された一体的な中央体を有しているとともに、前記ハウジングの蓋および底部に取り付けられている、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の電気機械発電機。
12. 前記一体的な中央体は、前記軸に沿って延びる細長い補強部材を密閉する、請求項１１記載の電気機械発電機。
13. 前記プラスチック成形体は、前記コイル組合せ体の電気的な出力を電気的に調整するような電気回路を密閉する、請求項１１または１２記載の電気機械発電機。
14. 前記プラスチック成形体は、前記コイル組合せ体から延びる電気ワイヤを密閉し、外部の電気回路と電気的に接続するための、前記ワイヤに接続される接続ピンを更に備え、前記接続ピンは、前記ハウジングの外部に露出するような前記プラスチック成形体の外表面から延びる、請求項１１乃至１３のいずれか一項に記載の電気機械発電機。
15. 機械的振動エネルギーを電気エネルギーに変換するための電気機械発電機であって、
    固定された導電性のコイル組合せ体と、
    軸に沿って線形に振動するよう移動自在に取り付けられた磁石組合せ体と、
    を備え、
    前記磁石組合せ体は、前記軸に沿って離間した一対の磁石を備えており、前記磁石の極は、互いに向かって対向する第１の共通の極性を有するとともに隙間により離間しており、互いの磁石から遠ざかるような磁石の極は第２の共通の極性を有するとともに前記軸に対して前記磁石の半径方向外側に配置された共通の強磁性体に取り付けられており、
    前記磁石組合せ体を、中央位置に向かって前記軸に沿って反対方向に付勢する付勢部材は、一対の磁石およびこの一対の磁石に取り付けられた強磁性体を有し、
    前記磁石組合せ体は、前記軸に沿って離間した２つの対向する磁気回路を備え、各磁気回路は前記コイル組合せ体の各部分に対応するようになっている、電気機械発電機。
16. 機械的振動エネルギーを電気エネルギーに変換するための電気機械発電機であって、
    固定された導電性のコイル組合せ体と、
    軸に沿って線形に振動するよう移動自在に取り付けられた磁石組合せ体と、
    前記磁石組合せ体を、中央位置に向かって前記軸に沿って反対方向に付勢する付勢部材と、
    を備え、
    前記磁石組合せ体は回転対称となっており、環状のキャビティを囲む実質的にＣ字形状の断面を有しており、その内径部分に隙間を有しており、前記キャビティ内にコイル組合せ体が配置されている、電気機械発電機。

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