JP5327097B2 - 同極対向磁石の製造方法及び振動発電機 - Google Patents

Description

本発明は、同極対向磁石の製造方法及び同極対向磁石を備えた振動発電機に関する。

従来、運動エネルギーを電気エネルギーに変換する発電装置として、構造が比較的簡単な、電磁誘導方式の振動発電機が知られている。例えば、特許文献１に記載の振動発電機は、複数の円筒状の永久磁石を同極同士、可動方向に対向させるように形成された可動子が備えられている。

具体的には、雄型の固定部品を永久磁石の中空穴の一方から挿通して、該中空穴の他方に配置される雌型の固定部品で締結している可動子を使用している。この可動子は同極対向構造であるため、可動方向に垂直に強い磁場を発生する。そのため、交互に巻き方向が逆となるように構成された複数のコイル中にて移動させることで、より効率よく発電することが可能となる。

特開２００６−２９６１４４号公報

上記振動発電機においては、発電効率を向上させるために、永久磁石としてネオジウム磁石などの強力な磁力を有する永久磁石が使用されることが多い。このような永久磁石は、磁石自身の質量に対する磁力が非常に強い。そのため、複数の永久磁石を同極に対向させて固定することは磁石の反発力が強く非常に困難であり、永久磁石を同極対向に固定するための部品点数も多くなる傾向があった。

本発明は、複数の永久磁石を用いて極めて簡単な構成で、かつ容易に同極対向磁石を製造することができる同極対向磁石の製造方法及び振動発電機を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、第１発明の同極対向磁石の製造方法は、貫通孔を有し、互いに同極が対向するように配置された複数の永久磁石と、前記複数の永久磁石を固定するための円筒形状の固定部材を有する同極対向磁石の製造方法であって、磁性体で形成されると共に一端部に顎部を有する支持棒を、少なくとも１つの前記永久磁石の前記貫通孔及び前記永久磁石の貫通孔の内径よりも小さい外径を有する前記固定部材の内側を挿通して、前記支持棒と前記固定部材との間に前記複数の永久磁石を仮に保持させる仮止め工程と、前記固定部材の一端部に対して、前記固定部材の中空内に挿入した前記支持棒の前記顎部を圧接させることにより前記固定部材の一端部を変形させ、それにより、前記固定部材の他端部に形成された係止部との間で、前記複数の永久磁石を前記固定部材上に挟持固定するかしめ工程を有することを特徴とする。

第２発明の同極対向磁石の製造方法は、上記第１発明の構成に加えて、前記固定部材は、弾性部材を介して基台に固定された支持部材が前記固定部材の下側から前記中空内に挿入されることにより、前記係止部が下側に位置する状態で基台上に支持され、前記仮止め工程において、前記支持棒は、その他端部が前記支持部材を介して前記弾性部材を押圧しながら前記基台に支持された前記固定部材の中空内に上側から挿通されることを特徴とする。

第３発明の同極対向磁石の製造方法は、上記第１又は第２発明に加えて、前記固定部材の一端部にスリット部が形成されていることを特徴とする。

第４発明の振動発電機は、筒状をなす筐体内に設けられ、非磁性体によって形成される筒状部材と、前記筒状部材に沿って配置されたコイルと、前記筒状部材内の長手方向に往復移動可能に設けられた請求項１ないし３のいずれかの同極対向磁石の製造方法により得られた同極対向磁石を備える可動子とを有することを特徴とする。

請求項１に係る発明の同極対向磁石の製造方法によれば、磁性体によって形成される支持棒を、少なくとも１つの永久磁石の貫通孔に挿通するため、支持棒と永久磁石の間の磁力により、支持棒に永久磁石を磁着させることが容易である。さらに、支持棒を固定部材に挿入して、支持棒の一端部に設けられる顎部を、固定部材の一端部に圧接させることで、固定部材の一端部を変形させて固定部材の他端部に形成された係止部との間で、同極対向の永久磁石を固定部材上に挟持固定する。これにより、複雑な工程を介さずに容易に同極対向磁石を製造することができる。また、極めて少ない部品点数で同極対向磁石を構成することが可能である。

請求項２に係る発明の同極対向磁石の製造方法によれば、請求項１に記載の発明の効果に加え、弾性部材を介して基台に固定された支持部材が固定部材の下側から固定部材の中空内に挿入されるので、支持棒を容易に固定部材に挿入することが可能である。

請求項３に係る発明の同極対向磁石の製造方法によれば、請求項１又は２に記載の発明の効果に加え、固定部材の一端部にスリット部が形成されているので、支持棒の顎部を圧接させることにより固定部材の一端部を変形させやすく、固定部材に備えられた係止部との間で、同極対向の永久磁石をさらに容易に挟持固定することができる。

請求項４に係る発明の振動発電機によれば、請求項１ないし３のいずれかの同極対向磁石により得られた同極対向磁石を備える可動子を有するため、可動子の構成が極めて簡単であって、可動子を構成する部品点数を減らすことができる。

本発明の実施形態の振動発電機の断面図である。 図１に示す実施形態の振動発電機のＡ−Ａ’線における矢視方向断面図である。 図１の振動発電機が有する可動子を拡大した断面図である。 固定部材の一例を示す正面図である。 同極対向磁石の製造装置の正面図である。 図５の同極対向磁石の製造装置の側面図である。 永久磁石が同極対向に支持棒に磁着された状態を示す拡大正面図である。 同極対向に永久磁石を磁着させた支持棒を固定部材に対して接近させる状態を示す拡大正面図である。 支持棒を固定部材に挿入した状態を示す拡大正面図である。 支持棒の顎部を固定部材の一端に圧接して固定部材に永久磁石をかしめ固定する状態を示す拡大正面図である。 固定部材に永久磁石をかしめ固定させた後に、支持棒を上方へ移動させた状態を示す拡大正面図である。

以下に図面を参照しつつ、本発明の好ましい実施形態を示す。まず、本発明の実施形態の振動発電機１０を図１及び図２を用いて説明する。図１に示されるように、振動発電機１０は、筒状部材１９０、筒状部材１９０の外面に巻回されている電磁誘導コイル１２、同極対向の永久磁石１３１，１３２を備えた可動子１４、筐体１１とから構成されている。

以下に振動発電機１０の各構成を図１及び図２を用いて説明する。筐体１１は円筒形状に形成され、その両端は開放されている。筐体１１の内部には、非磁性体によって形成される筒状部材１９０、電磁誘導コイル１２、可動子１４が収納されている。

筒状部材１９０は円筒形状であり、筐体１１内部に収納されて固定されている。例えば、特に図示しないが、筒状部材１９０の両端部１９１，１９２が、前記筐体１１の開放された両端部を覆うように配置された壁部に固定などされる。

前記筐体１１と筒状部材１９０は非磁性体で形成され、アクリルなどの樹脂や銅、アルミニウム、真鍮等の金属で構成される。筒状部材１９０の長手方向の開放端部１９１、１９２には、それぞれ移動規制部１６１、１６２が固着されて設けられている。

移動規制部１６１、１６２は、筒状部材１９０の内部１８０から可動子１４が抜け出ないように、筒状部材１９０の開放端部１９１、１９２を塞ぐように設けられている。なお、移動規制部１６１，１６２が筒状部材１９０の内部に形成されず、筐体１１に対して筒状部材１９０を固定するように、筐体１１と筒状部材１９０の両端部にそれぞれ覆うように設けられてもよい。

移動規制部１６１、１６２としては、例えば平板状の部材が設けられており、筒状部材１９０の内部１８０は密閉されている。移動規制部１６１、１６２は例えば、アクリル樹脂にて構成されている。

なお、本実施形態では、筒状部材１９０と筐体１１は円筒形状であるが、この形状には限定されず、例えば、楕円筒形状、四角筒等その他の多角筒形状であってもよい。また、筒状部材１９０を構成する材質は、アクリル樹脂以外でも、非磁性体であればよく、ポリアセタール、ＡＢＳ等の樹脂や、銅、アルミニウム、真鍮等の金属であってもよい。

緩衝部材１７１、１７２は略円柱形状に形成されており、筒状部材１９０内における前記移動規制部１６１、１６２の内側に設けられている。緩衝部材１７１、１７２は、可動子１４が筒状部材１９０の内部を移動するときに、固定部材２００の端部２０１，２０２が移動規制部１６１，１６２に当接して、可動子１４、筒状部材１９０あるいは移動規制部１６１，１６２が破損するのを防止するために設けられている。緩衝部材１７１，１７２は、弾性材料により形成されており、その材質の例としては、イソブレンゴム、ニトリルゴム、ブタジエンゴム等が挙げられる。

電磁誘導コイル１２は、筒状部材１９０の外周面に沿って筒状部材１９０の外周面の長手方向（図１の左右方向）と直交する方向に巻きつけて固定されている。電磁誘導コイル１２の両端は、図示されない整流部、蓄電部を介して外部配線に接続されている。電磁誘導コイル１２の材質は、銅製のエナメル線等である。なお、本実施形態では、電磁誘導コイル１２は筒状部材１９０の一部の外面に巻回されて設けられているが、電磁誘導コイル１２が筒状部材１９０の全周にわたって設けられていてもよい。ここで、電磁誘導コイル１２は本発明のコイルである。

可動子１４は、図１ないし図３に示すように、互いに同極が対向するように配置された２つの円柱形状の永久磁石１３１，１３２と、２つの永久磁石１３１，１３２を固定するための円筒形状の固定部材２００から構成されている。可動子１４は、筒状部材内部１８０に対して、断面方向の大きさがほぼ同じ大きさで形成されており、筒状部材内部１８０の長手方向に対して自在に往復移動可能に形成されている。

可動子１４は本実施形態では円柱形状であるが、この形状には限定されない。ただし、筒状部材内部１８０の空間と同じ断面形状を有することが望ましい。なお、２つの永久磁石１３１，１３２と固定部材２００を備える可動子１４が本発明の同極対向磁石及び可動子に相当する。

永久磁石１３１，１３２は、その磁化方向が移動方向（図１の左右方向）と同一方向である。なお、永久磁石１３１，１３２はここでは２つ設けられているが、これに限定されることはなく、３つ以上の永久磁石を同極対向配置させてもよい。また、さらに強磁性体からなるリング状の磁気ヨークを永久磁石間に配置させても良い。この場合、磁気ヨークの断面形状は永久磁石と略同一であることが望ましい。

また、永久磁石１３１，１３２は、貫通孔１３５，１３６を備えた円柱形状に形成されている（図３参照）。２つの永久磁石１３１，１３２は、筒状部材１９０の内部１８０で往復移動する方向（図１の左右方向）と同一方向で、且つ、２つの永久磁石１３１，１３２の夫々が互いに同極が対向するように着磁された状態で配置される。永久磁石１３１，１３２としては特に限定されないが、高い磁力を示すネオジム磁石が好適に用いられる。

固定部材２００は、図１及び図３において、２つの永久磁石１３１，１３２を同極が対向するように配置固定するために設けられる。固定部材２００は２つの永久磁石１３１，１３２の貫通孔１３５，１３６の内径よりも小さい外径を有している。２つの永久磁石１３１，１３２の貫通孔１３５，１３６に対して固定部材２００が挿通されて、固定部材２００の一端部２０１を後述する方法により変形させて形成した変形係止部２５１と、他端部２０２に備えられた係止部２５２との間で２つの永久磁石１３１，１３２を固定する。

また、固定部材２００は、図４のように、一端部２０１にスリット部２５５を備える。スリット部２５５が形成されることで、後述する方法により変形させて図３の変形係止部２５１を形成しやすくなる。なお、スリット部２５５は必ずしも形成されていなくてもよく、その形状は特に限定されない。固定部材２００は非磁性体で形成されることが好ましく、例えば、オーステナイト系ステンレス材料やアルミ合金材料、真鍮が挙げられる。

ここで、図１を用いて、本実施形態の振動発電機１０の動作を説明する。まず、振動発電機１０を筒状部材１９０の長手方向（図１の左右方向）に振動させる。振動させたことにより振動発電機１０に加えられた力は、可動子１４に運動エネルギーとして伝達される。可動子１４は筒状部材１９０の内部１８０を長手方向に往復移動し、電磁誘導コイル１２に覆われた空間に出入りする。

電磁誘導コイル１２内の空間を通過する際に、永久磁石１３１，１３２を備えた可動子１４から発生する磁束線が、電磁誘導コイル１２を直交し、その際に誘導電流が発生する。可動子１４が電磁誘導コイル１２内の空間への出入りを繰り返すことで、交番電流を発生することができる。

次に、図５及び図６を用いて、本発明の実施形態である図１ないし図３の可動子１４を構成する同極対向磁石の製造方法に使用される同極対向磁石の製造装置５００について説明する。なお、可動子１４は本発明の同極対向磁石及び可動子に相当する。

可動子製造装置５００は、図５及び図６において、基台５１１上面に立設されている支柱５１２には、操作者が操作可能なレバー５１３が設けられる。レバー５１３には、レバーの回転動作と連動して上下方向に移動可能な圧入部５１４が取り付けられている。例えば、操作者が図６の反時計周りにレバー５１３を回動させると、圧入部５１４が図５及び図６の下方向へ移動する。

支持棒５５０は前記圧入部５１４に取り付けられる。支持棒５５０の上端部にはテーパー状に広がる鍔部５５５を備えている。支持棒５５０は磁性体で構成されており、支持棒５５０が磁性体で形成されることで、後述のように、支持棒５５０に対して永久磁石１３１，１３２を容易に磁着させることができる。

支持棒５５０を構成する磁性体の一例としては、マルテンサイト系やフェライト系のステンレス材料などが挙げられる。また、本実施形態では、支持棒５５０の先端部５５１はＲ加工が施されている。

ストレート穴部５６０は基台５１１に設けられ、レバー５１３の回動により、支持棒５５０が下方へ移動する方向（図５及び図６の下方向）の延長線上に形成される。このストレート穴部５６０は、支持棒５５０本体を構成する円柱の外径よりも大きな内径を有している。また、ストレート穴部５６０の底面には本発明の弾性部材であるバネ５７０の一端部が固定して備えられる。

バネ５７０の他端部には支持部材５８０が取り付けられている。この支持部材５８０は、前述の固定部材２００の中空内に下側２５３から挿入されて固定部材２００を支持するためのものであり（図８参照）、バネ５７０を介して基台５１１に固定されている。また、本実施形態では支持棒５５０本体を構成する円柱の外径と支持部材５８０の内径は略同一に形成されている。

支持部材５８０は、それ自体の重力がバネ５７０に負荷されたときに、ストレート穴部５６０から支持部材５８０全体が露出されないように、ストレート穴部５６０の深さ方向（図５及び図６の上下方向）の寸法、バネ５７０の長さ、支持部材５８０の質量が適宜調整される。これにより、支持部材５８０はストレート穴部５６０からその一部が露出された状態で、略垂直に自立されており、固定部材２００の中空内に下側２５３から容易に挿入することが可能である（図８参照）。

支持部材５８０は非磁性体で形成されることが好ましく、一例としてオーステナイト系ステンレス材料やアルミ合金材料、真鍮が挙げられる。その他の可動子製造装置５００を構成する部材は、特に限定されないが、例えば非磁性体であるオーステナイト系ステンレス材料で形成される。

ここで、支持棒５５０、支持部材５８０、ストレート穴部５６０、及び固定部材２００の関係は以下のようになっている。支持部材５８０は、バネ５７０を介して図６のように、上下方向の移動が可能に形成されている。

支持棒５５０の外径は固定部材２００の内径よりも小さく形成されている。また、固定部材２００の外径は永久磁石１３１，１３２の貫通孔１３５，１３６よりも小さく形成されている（図３参照）。

また、図９のように、支持棒５５０の外径はストレート穴部５６０の内径よりも小さく形成され、ストレート穴部５６０の内径は固定部材２００の外径よりも小さく形成されている。

次に、図７ないし図１１を用いて、上述の同極対向磁石の製造装置５００による、本発明の振動発電機１０の可動子１４を構成する同極対向磁石の製造方法を説明する。同極対向磁石の製造方法は、以下に説明する仮止め工程とかしめ工程を有する。

まず、仮止め工程において、図７のように、一端部に顎部５５５を有する支持棒５５０を、同極が対向する配置になるように２つの永久磁石１３１，１３２の貫通孔に挿通して、支持棒５５０に２つの永久磁石１３１，１３２を仮に保持させる。

２つの永久磁石１３１，１３２は、支持棒５５０との間に作用する磁力により、支持棒５５０に磁着される。このように、支持棒５５０と永久磁石１３１，１３２間の磁力により、同極が対抗するように配置されて反発する永久磁石１３１，１３２であっても、支持棒５５０に永久磁石１３１，１３２を容易に保持させることができる。このとき、永久磁石１３１，１３２は互いの磁力により、反発力が生じて離間している。そのため、支持棒５５０本体の上下方向（図７の上下方向）の長さＹは、永久磁石１３１と永久磁石１３２を支持棒５５０に磁着させたときの外側端部の長さＸより長くなるように構成されている。

図８において、支持棒５５０に永久磁石１３１，１３２を仮に保持させた状態で、レバー５１３を操作者が図６の反時計周りに回動させることにより、圧入部５１４に取り付けられた支持棒５５０が図８の下方向へ移動させて、固定部材１９０の内側に挿通させる。これにより、図８のように、永久磁石１３１，１３２の貫通孔と支持棒５５０との間隙に固定部材２００が挿通されることになる。

具体的には、支持棒５５０はその他端部５５６が支持部材５８０を介してバネ５７０を押圧しながら、基台５１１に支持された固定部材２００の中空内に上側から挿通される（図９参照）。

ここで、固定部材２００に対する支持棒５５０の配置は、支持棒５５０が下方へ移動したときに、永久磁石１３１，１３２の貫通孔と支持棒５５０の間隙に固定部材２００が挿入されるように、あらかじめ適宜調整されている。なお、永久磁石１３１，１３２の貫通孔１３５，１３６の端部には、固定部材２００が永久磁石１３１，１３２の貫通孔１３５，１３６と支持棒５５０の間隙に容易に挿入できるように、Ｒ加工やテーパ加工が施されていることが好ましい。

なお、本実施形態では、支持棒５５０に２つの永久磁石１３１，１３２を磁着させたが、これに限られない。同極対向磁石を構成する複数の永久磁石がある場合に、全ての永久磁石を支持棒に磁着させておく必要はなく、例えば、複数の永久磁石のうち、１つの永久磁石を支持棒５５０に磁着させておいて、他の永久磁石は固定部材２００に挿入させておいてもよい。永久磁石が複数備えられている場合において、支持棒に磁着させる永久磁石の数と固定部材に挿通させる永久磁石の数は特に限定されない。また、支持棒５５０に先に固定部材２００を仮に保持させておいてもよい。

次に、図９ないし図１１を用いて、かしめ工程について説明する。図９において、支持部材５８０は支持棒５５０の他端部５５６に押圧されて、バネ５７０が縮む。このバネ５７０の付勢力に抗うようにして、ストレート穴部５６０の底面に向かって支持棒５５０が挿入される。

このとき、支持棒５５０の上方に備えられた顎部５５５によって、上側の永久磁石１３１が下方に押し下げられ、同極が対向していることによる磁力の反発によって生じた永久磁石１３１と永久磁石１３２の間隔が狭まることにより、さらに支持棒５５０がストレート穴部５６０に挿入される。

次に、図１０において、固定部材２００の中空内に挿入した支持棒５５０を固定部材２００（図９参照）に対して、さらに押圧することにより、支持棒５５０の一端部に備わる鍔部５５５が、固定部材２００の一端部２０１に圧接される。これにより、形成されたスリット部２５５（図８参照）が変形して変形係止部２５１が形成されることにより係止部２５２との間で、固定部材２００に対して同極対向の２つの永久磁石１３１，１３２がかしめ固定される。なお、鍔部５５５は上方（図８ないし１１の上側）に向かってテーパー状に拡がっているため、スリット部２５５（図８参照）は先端部から徐々に拡がり、永久磁石１３１，１３２の貫通孔の直径よりも大きい変形係止部２５１が形成されることにより、永久磁石１３１，１３２を同極対向に容易に固定することができる。

なお、図１１のように、支持棒５５０をストレート穴部５６０から引き上げる場合には、レバー５１３を図６の時計回りに回動させる。バネ５７０の付勢力によって、支持棒５５０を比較的上方に引き上げやすい。支持棒５５０から固定部材２００ごと永久磁石１３１，１３２を取り外すと、図３のような同極対向磁石、すなわち可動子１４が得られる。

本実施形態の振動発電機１０は同極対向の永久磁石１３１，１３２を備えた可動子１４を有するため、高効率な発電が可能である。また、可動子１４の構成部材が永久磁石１３１，１３２と固定部材２００から形成されるため、従来の雄型固定部品と雌型固定部品などを備える可動子と比べて、部品点数を減らすことが可能である。

なお、本実施形態において、可動子１４は２つの永久磁石１３１，１３２から構成されているが、本発明はこれに限定されることはなく、３つ以上の永久磁石を同極対向配置させることも可能である。また、さらに強磁性体からなるリング状の磁気ヨークを永久磁石間に配置させても良い。この場合、磁気ヨークの断面形状は永久磁石と略同一であることが望ましい。

また、本実施形態の同極対向磁石の製造方法において、図５及び図６に示されるように、手動動作する同極対向磁石の製造装置について説明したが、これに限定されるものではなく、モーターにより電気的に駆動して自動動作する同極対向磁石の製造装置であっても良い。なお、支持棒の長さや顎部の形状などは適宜変更可能である。

加えて、本実施形態において、固定部材に対する複数の永久磁石のかしめ固定は、鍔部を備える支持棒を挿入することにより行われるが、この後に、同極対向磁石を支持棒から取り外し、再度バイス等により、さらに固定しても良い。また、支持棒５５０に２つの永久磁石１３１，１３２を磁着させて仮止めしているが、さらに接着剤を用いるなどしてもよい。その他、一々例示はしないが、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲内において、種々の変更が加えられて実施されるものである。

１０ 振動発電機
１１ 筐体
１２ 電磁誘導コイル（コイル）
１３１，１３２ 永久磁石
１３５，１３６ 貫通孔
１９０ 筒状部材
２００ 固定部材
２０１ 一端部
２０２ 他端部
２５２ 係止部
５５０ 支持棒
５５５ 顎部

Claims (4)

1. 貫通孔を有し、互いに同極が対向するように配置された複数の永久磁石と、前記複数の永久磁石を固定するための円筒形状の固定部材を有する同極対向磁石の製造方法であって、
   磁性体で形成されると共に一端部に顎部を有する支持棒を、少なくとも１つの前記永久磁石の前記貫通孔及び前記永久磁石の貫通孔の内径よりも小さい外径を有する前記固定部材の内側を挿通して、前記支持棒と前記固定部材との間に前記複数の永久磁石を仮に保持させる仮止め工程と、
   前記固定部材の一端部に対して、前記固定部材の中空内に挿入した前記支持棒の前記顎部を圧接させることにより前記固定部材の一端部を変形させ、それにより、前記固定部材の他端部に形成された係止部との間で、前記複数の永久磁石を前記固定部材上に挟持固定するかしめ工程を有することを特徴とする同極対向磁石の製造方法。
2. 前記固定部材は、弾性部材を介して基台に固定された支持部材が前記固定部材の下側から前記中空内に挿入されることにより、前記係止部が下側に位置する状態で基台上に支持され、
   前記仮止め工程において、前記支持棒は、その他端部が前記支持部材を介して前記弾性部材を押圧しながら前記基台に支持された前記固定部材の中空内に上側から挿通されることを特徴とする請求項１に記載の同極対向磁石の製造方法。
3. 前記固定部材の一端部にスリット部が形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の同極対向磁石の製造方法。
4. 筒状をなす筐体内に設けられ、非磁性体によって形成される筒状部材と、
   前記筒状部材に沿って配置されたコイルと、
   前記筒状部材内の長手方向に往復移動可能に設けられた請求項１ないし３のいずれかの同極対向磁石の製造方法により得られた同極対向磁石を備える可動子とを有することを特徴とする振動発電機。