JP5742860B2 - Vibration generator - Google Patents
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Description
本発明は、振動によって発電する振動発電機に関する。 The present invention relates to a vibration generator that generates power by vibration.
従来、振動による運動エネルギーを電気エネルギーに変換する振動発電機が知られている。このような振動発電機では、例えば、コイルが巻回されたボビン内を、永久磁石を含む可動子が振動することで、コイルに磁束の変化に伴う誘導電流が発生するようになっており、この発生した誘導電流を外部負荷に供給できる。例えば特許文献1に記載された振動発電機では、ボビンに巻回されたコイルがコイルばねの内部に設けられる。コイルばねの端部に固定された支持部材は、コイルばねの弾性力によって振動する。支持部材に固定された可動子(錘及び永久磁石)はコイルばね内で振動し、コイル内を往復移動する。これによって、コイルに誘導電流が発生する。
Conventionally, a vibration generator that converts kinetic energy caused by vibration into electric energy is known. In such a vibration generator, for example, an inductive current accompanying a change in magnetic flux is generated in the coil by vibrating a mover including a permanent magnet in the bobbin around which the coil is wound. This generated induced current can be supplied to an external load. For example, in the vibration power generator described in
このような場合、振動発電機の使用環境における振動周波数に、可動子の固有周波数を合わせる(近づける)ことが好ましい。理由は、使用環境における振動周波数と固有周波数と同じか非常に近い場合、可動子は使用環境で効率良く振動し、振動発電機の発電効率が向上するためである。なお、可動子の固有周波数は、共振周波数や固有振動周波数と呼ばれる場合もある。可動子の固有周波数は、コイルばねのバネ定数等に基づいて特定される。 In such a case, it is preferable to match (close) the natural frequency of the mover to the vibration frequency in the usage environment of the vibration generator. The reason is that when the vibration frequency and natural frequency in the use environment are the same or very close to each other, the mover vibrates efficiently in the use environment, and the power generation efficiency of the vibration generator is improved. The natural frequency of the mover may be called a resonance frequency or a natural vibration frequency. The natural frequency of the mover is specified based on the spring constant of the coil spring.
特許文献1に記載された振動発電機では、コイル、及び可動子(錘及び永久磁石)をコイルばね内に配置させるため、コイルばねの内径をコイル及び永久磁石の径よりも大きくしなければならない。このように、コイルばねの形状が制約された場合、振動周波数に固有周波数を合わせることが難しいという問題点がある。
In the vibration generator described in
本発明の目的は、使用環境における振動周波数に、永久磁石を含む可動子の固有周波数(共振周波数)を容易に合わせることが可能な振動発電機を提供することである。 An object of the present invention is to provide a vibration generator that can easily match the natural frequency (resonance frequency) of a mover including a permanent magnet to the vibration frequency in a use environment.
本発明の振動発電機は、コイルと、前記コイル内を、前記コイルの軸線方向に往復移動可能に設けられた永久磁石と、前記永久磁石の前記軸線方向の両端部のうち少なくとも一方に設けられた部材であって、前記軸線方向と直交する方向に切断した断面の径が前記コイルの内径よりも大きい錘と、素線が螺旋状に巻回され、前記軸線方向に弾性変形するばねであって、前記軸線方向と平行な面に投影した時に、前記コイルと重ならない位置に設けられたコイルばねと、前記コイルばねの前記軸線方向の動きを規制することによって弾性力を調整する調整手段とを備え、前記調整手段は、前記コイルばねのうち、前記錘又は前記永久磁石に接続する側と反対側の端からの前記軸線方向の距離が固定的な位置で、前記軸線方向と交差する方向に移動可能であり、前記軸線方向と交差する方向の外側から内側に移動した場合に、隣接する前記素線間の複数の隙間の何れかに入り込むことを特徴とする。 The vibration generator according to the present invention is provided on at least one of a coil, a permanent magnet that is reciprocally movable in the coil in the axial direction, and both ends of the permanent magnet in the axial direction. A weight having a cross section cut in a direction perpendicular to the axial direction and having a diameter larger than the inner diameter of the coil, and a spring in which a strand is wound spirally and elastically deformed in the axial direction. A coil spring provided at a position that does not overlap the coil when projected onto a plane parallel to the axial direction, and an adjusting means for adjusting an elastic force by restricting the movement of the coil spring in the axial direction. The adjusting means includes a direction in which the distance in the axial direction from the end of the coil spring opposite to the end connected to the weight or the permanent magnet is a fixed position and intersects the axial direction. Moved to It is possible, when moving from the outside in a direction intersecting the axial direction on the inside, characterized in that entering the one of the plurality of gaps between the wires adjacent.
本発明によれは、振動発電機では、コイルとコイルばねとは、夫々を軸線方向と平行な面に投影した時に、夫々の投影像が重ならない位置関係にある。このため、コイルばねの形状はコイルの形状に制約されない。従って、振動発電機の使用環境における振動周波数に、永久磁石の固有周波数が合うように、コイルばねの形状を容易に調整できる。このため、振動発電機の使用環境における発電効率を向上させることができる。 According to the present invention, in the vibration power generator, when the coil and the coil spring are projected onto a plane parallel to the axial direction, the projected images do not overlap each other. For this reason, the shape of the coil spring is not limited by the shape of the coil. Therefore, the shape of the coil spring can be easily adjusted so that the natural frequency of the permanent magnet matches the vibration frequency in the usage environment of the vibration generator. For this reason, the power generation efficiency in the environment where the vibration power generator is used can be improved.
本発明において、前記錘は、前記永久磁石の前記軸線方向の一方の端部に設けられた第一錘、及び、他方の端部に設けられた第二錘を備えていてもよい。また、前記錘は、前記コイルばねの内部に設けられてもよい。また、前記コイルばねの内径が前記コイルの内径よりも大きくてもよい。また、前記錘は、前記永久磁石に対して前記軸線方向と交差する方向に相対移動可能に設けられてもよい。また、前記錘は、着脱可能な複数の分割錘を備えてもよい。
In the present invention, the weight may include a first weight provided at one end of the permanent magnet in the axial direction and a second weight provided at the other end . Also, the weight may be provided inside the coil spring. The inner diameter of the coil spring may be larger than the inner diameter of the coil. The weight may be provided so as to be relatively movable in a direction intersecting the axial direction with respect to the permanent magnet. The weight may include a plurality of detachable divided weights.
本発明の実施形態における振動発電機1について、図1を参照して説明する。図1の上側および下側を、振動発電機1の上側および下側という。振動発電機1は筐体11を備える。筐体11の形状は円筒形である。筐体11の軸線は上下方向に延びる。以下、筐体11の軸線の延びる方向(即ち上下方向)を、軸線方向という。筐体11の軸線方向の両端は開口する。筐体11の上側の開口部に壁部材12が設けられる。壁部材12は筐体11の上端の開口部を覆う。筐体11の下側の開口部に蓋部材13が設けられる。蓋部材13は筐体11の下側の開口部を覆う。蓋部材13は筐体11に対して着脱可能である。筐体11、壁部材12、及び蓋部材13の材料として、樹脂(ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂)等の非磁性体材料が使用できる。
A
筐体11、壁部材12、及び蓋部材13で囲まれた空間のうち上側の領域に、筒状部材10が収容される。筒状部材10は、円筒部101、2つの延設部102、及び、5つの延設部103を備える。円筒部101の形状は円筒形である。円筒部101の内径は、筐体11の内径の略1/3である。円筒部101及び筐体11の夫々の軸線方向は同一方向(上下方向)を向く。円筒部101の軸線方向の長さは、筐体11の軸線方向の長さの略1/2よりも小さい。円筒部101及び筐体11の夫々の軸心の位置は一致する。円筒部101の軸線方向の両端は開口する。円筒部101の上端は、壁部材12に接触する。壁部材12は円筒部101の上端の開口を覆う。
The
2つの延設部102、及び、5つの延設部103は、夫々、円筒部101の外周壁から軸線方向と直交する方向(以下、「直交方向」という。)に延びる板状の部材である。延設部102、103の夫々を軸線方向から見た場合の形状は、中心に穴を有する円形である。
The two extending
円筒部101の軸線方向の両端の夫々に、2つの延設部102の夫々が設けられる。延設部102の直径は、筐体11の内径と略同一である。延設部102の直交方向の外側(先端)は、筐体11の内壁に接触する。延設部102が筐体11の内壁に接触することによって、筐体11に対する筒状部材10の位置は固定される。延設部102よりも軸線方向の内側に、5つの延設部103が設けられる。延設部103の直径は、延設部102の直径よりも僅かに小さい。5つの延設部103は、軸線方向に等間隔で並ぶ。5つの延設部103は、円筒部101の外周壁を軸線方向に6等分する。
Two extending
筒状部材10の材料として、樹脂(アセタール樹脂、液晶ポリマー樹脂)等の非磁性体材料が使用できる。筒状部材10は、後述するコイル20が巻回されるボビンとして機能する。なお、筒状部材10の形状は変更できる。例えば筒状部材10の延設部103の数は5つに限定されず、1〜4であってもよいし、6以上であってもよい。筒状部材10は、延設部103を備えない構成であってもよい。
As a material of the
円筒部101の外周壁のうち5つの延設部103によって6等分された部分の夫々に、外周壁に沿って6つのコイル20の夫々が巻回される。夫々のコイル20を構成する電線の延びる方向は、軸線方向と直交する。隣接する2つのコイル20の夫々を構成する電線は、逆方向に巻回される。コイル20の内径は、筒状部材10の円筒部101の外径と一致する。以下、コイル20の内径を「D1」という。
Each of the six
なお、コイル20は円筒部101に巻回された構成に限定されない。例えばコイル20は、螺旋状の電線のみによって構成されてもよく、この場合、円筒部101はなくてもよい。6つのコイル20の夫々を構成する電線は、同一方向に巻回されてもよい。コイル20の数は6つに限定されず、1〜5であってもよいし、7以上であってもよい。
The
筒状部材10の円筒部101の内側に、可動子30が収容される。可動子30は、筐体11内を軸線方向に沿って往復移動可能である。可動子30は6つの永久磁石34、締結部材35、及び錘50を備える。
The
6つの永久磁石34の夫々の形状は等しく、円柱形である。永久磁石34の外径は、円筒部101の内径と比較して僅かに小さい。以下、永久磁石34の外径を「D2」という。6つの永久磁石34の夫々の軸線方向は同一方向(上下方向)を向く。6つの永久磁石34の夫々の軸線方向と円筒部101の軸線方向とは同一方向(上下方向)を向く。6つの永久磁石34は軸線方向に並ぶ。6つの永久磁石の夫々の軸線方向の長さは、6つのコイル20の夫々の軸線方向の長さと略同一である。6つの永久磁石の全体の軸線方向の長さは、筒状部材10の軸線方向の長さと略同一である。6つの永久磁石34のうち少なくとも一部は、筒状部材10の円筒部101の内側に配置する。6つの永久磁石34の夫々には、軸線方向に延びる貫通穴(図示外)が軸心の位置に設けられる。
Each of the six
6つの永久磁石34の夫々は、軸線方向に着磁する。6つの永久磁石34の夫々が他の永久磁石34と隣接する部分では、同極同士が対向する。これによって、6つの永久磁石34周辺の磁束密度を高めている。6つの永久磁石34の同極同士が対向配した構造を、「同極対向構造」という。なお、永久磁石34の数は6つに限定されず、1〜5であってもよいし、7以上であってもよい。
Each of the six
6つの永久磁石34の貫通穴に沿って、棒状の締結部材35が軸線方向に挿通する。締結部材35は、軸線方向の両端に、直交方向に突出する突出部を備える。突出部は、6つの永久磁石34を軸線方向両側から内側に挟み込む。締結部材35は、6つの永久磁石34間に作用する磁気的な反発力によって夫々の永久磁石34の間が離隔することを防いでいる。
A bar-shaped
締結部材35の下端の下側に、錘50が設けられる。錘50は、6つの永久磁石34が軸線方向に往復移動し易くなるように設けられる。錘50は、固定錘501及び3つの分割錘503を備える。錘50は、筒状部材10よりも下側に配置する。
A
固定錘501は、締結部材35の下端に接続する。固定錘501の形状は略円柱形である。固定錘501の直径は、コイル20の内径D1よりも大きく、筐体11の内径よりも小さい。以下、固定錘501の直径を「D3」という。固定錘501の軸線方向と、6つの永久磁石34の夫々の軸線方向とは同一方向(上下方向)を向く。固定錘501の軸線方向の長さは、筐体11の軸線方向の長さの略1/5である。固定錘501は、直交方向に突出する突出部502を上端に備える。
The fixed
図2に示すように、固定錘501は、上部に連結穴54を備える。連結穴54は、固定錘501の上面から下側に延びる第一穴541、及び、第一穴541の下端に設けられた第二穴542を備える。第一穴541及び第二穴542の形状は円筒形である。第一穴541及び第二穴542の夫々の軸線の位置は一致する。第二穴542の内径は、第一穴541の内径よりも大きい。締結部材35は、下端に突出部36を備える。突出部36は、締結部材35の下端から下方に延びる第一突出部361、及び、第一突出部361の下端に設けられた第二突出部362を備える。第一突出部361及び第二突出部362の形状は円柱形である。第一突出部361及び第二突出部362の夫々の軸線の位置は一致する。第二突出部362の直径は、第一突出部361の直径よりも大きい。
As shown in FIG. 2, the fixed
第一突出部361は第一穴541に挿通する。第一穴541の内径は、第一突出部361の直径よりも僅かに大きい。第二突出部362は第二穴542内に配置する。第二穴542の内径は、第二突出部362の直径よりも大きい。従って、締結部材35によって締結された6つの永久磁石34と固定錘501とは、第一突出部361の直径と第一穴541の内径との差分だけ直交方向に相対移動可能である。一方、第二穴542の軸線方向の長さと第二突出部362の軸線方向の長さは略同一である。従って、締結部材35によって締結された6つの永久磁石34と固定錘501との軸線方向の位置関係は固定される。
The first protrusion 361 passes through the
なお、連結穴54及び突出部36の形状は、6つの永久磁石34と固定錘501とが直交方向に相対移動可能な他の形状にできる。
In addition, the shape of the
図1に示すように、3つの分割錘503は、固定錘501の下端に接続する。3つの分割錘503の夫々の形状は略円柱形である。夫々の分割錘503の直径は、固定錘501の直径D3よりも僅かに小さい。夫々の分割錘503の軸線方向と固定錘501の軸線方向とは同一方向(上下方向)を向く。夫々の分割錘503の軸線方向の長さは、固定錘501の軸線方向の長さの略1/2である。3つの分割錘503は、夫々、上端に螺子を備え、下端に螺子穴を備える。固定錘501は、下端に螺子穴を備える。分割錘503は、固定錘501の下端の螺子穴に上端の螺子を嵌めることによって、固定錘501に固定される。このように分割錘503は、固定錘501に対して着脱可能である。また分割錘503は、他の分割錘503の下端の螺子穴に上端の螺子を嵌めることによって、他の分割錘503の下側に固定される。これによって、分割錘503を固定錘501の下側に順番に1つずつ並べて取り付けることが可能となる。
As shown in FIG. 1, the three divided
錘50の材料として、真鍮、鉛、ステンレス等が使用できる。なお、分割錘503の数は3つに限定されず、0〜2であってもよいし、4以上であってもよい。固定錘501に対して分割錘503を固定する構成、及び、分割錘503同士を固定する構成は、螺子及び螺子穴以外に変更できる。例えば分割錘503は、軸心を通って軸線方向に延びる貫通穴を備えてもよい。分割錘503の貫通穴に下側から螺子を挿入し、固定錘501の螺子穴に嵌めることによって、固定錘501に分割錘503を固定してもよい。
As a material of the
蓋部材13の上側にコイルばね40が設けられる。コイルばね40は、螺旋状に巻回された細長い金属線である素線を備える。コイルばね40は、軸線方向と同一方向に弾性変形する圧縮ばねである。コイルばね40の下端は、蓋部材13に接続する。弾性変形していない状態のコイルばね40の軸線方向の長さは、筐体11の軸線方向の長さの略1/2である。可動子30が下方に移動した状態で、コイルばね40の上端は固定錘501の突出部502に接触し、可動子30が上方に移動した状態で、コイルばね40の上端は固定錘501の突出部502から離隔する。可動子30の配置に依らず、錘50の少なくとも一部は、コイルばね40の内側に配置し、6つの永久磁石34の少なくとも一部は、筒状部材10の円筒部101の内側に配置する。
A
コイルばね40は、筐体11、壁部材12、及び蓋部材13で囲まれた空間のうち筒状部材10の下側に収容される。コイルばね40は、筒状部材10の円筒部101に巻回されたコイル20の下端よりも下側に配置する。コイル20とコイルばね40とを、軸線方向と平行な仮想平面に投影した場合、コイルばね40の投影像とコイル20の投影像とは重ならない。
The
コイルばね40の内径は、固定錘501の直径D3よりも僅かに大きい。以下、コイルばね40の内径を「D4」という。コイル20の内径D1、6つの永久磁石34の夫々の直径D2、固定錘501の直径D3、及びコイルばね40の内径D4の大きさは、D2<D1<D3<D4という関係を満たす。また、固定錘501の直径D3は、筒状部材10の円筒部101の内径よりも大きい。従って、可動子30が筐体11内を軸線方向に沿って上方に移動した場合、固定錘501の上端と筒状部材10の下端の延設部102とが接触し、固定錘501は円筒部101内に入らない。このため可動子30は、筒状部材10の下端の延設部102に固定錘501の上端が接触した状態と、最も圧縮された状態のコイルばね40の上端に固定錘501の突出部502が接触した状態との間で軸線方向に往復移動することが可能となる。
The inner diameter of the
筐体11は、蓋部材13から軸線方向に長さL1だけ離隔した部分にスリット17を備える。スリット17は、直交方向に延びる細長い切れ込みである。スリット17の近傍且つ筐体11の外側に、板状の板部材16が設けられている。板部材16は、直交方向に移動可能である。図1に示すように、板部材16が筐体11の直交方向の外側に移動した状態で、板部材16はスリット17から離れる。一方、図3に示すように、板部材16が直交方向の内側に移動した状態で、板部材16はスリット17から筐体11内に入り込む。板部材16の直交方向の内側の端部は、コイルばね40を構成する素線のうちスリット17の内側に配置する部分から内部に入り込む。具体的には次の通りである。コイルばね40は、軸線方向に螺旋状に巻回された素線のうち直交方向に延びる複数の部分の夫々の間に、複数の隙間を形成する。板部材16は、複数の隙間のうちスリット17の内側に配置する隙間に入り込む。
The
板部材16が複数の隙間のうちいずれかに入り込んだ場合、コイルばね40の弾性力は変化する。具体的には次の通りである。板部材16が直交方向の外側に移動した状態(図1参照)では、コイルばね40は軸線方向の全領域(長さL1+L2)の素線が、有効な巻線として作用する。コイルばね40は、軸線方向の全領域に亙って均等に弾性変形する。一方、板部材16が直交方向の内側に移動した状態(図3参照)では、コイルばね40は、板部材16が挿入された部分からコイルばね40の上端までの長さL2分の領域の素線が、有効な巻線として作用する。コイルばね40は、長さL2分の領域でのみ弾性変形する。このため弾性力は、板部材16が直交方向の内側に移動した状態の方が、板部材16が直交方向の外側に移動した状態と比較して小さくなる。
When the
なお、筐体11、筒状部材10の円筒部101、可動子30の永久磁石34及び錘50の形状は変更できる。例えば、筐体11、円筒部101、永久磁石34、及び、錘50の形状は、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。なお、永久磁石34の形状は、円筒部101内と同一の断面形状を有していることが望ましい。錘50の形状は、筐体11と同一の断面形状を有していることが好ましい。なお、錘の形状が円柱形以外である場合でも、錘50を直交方向に切断した場合の断面の径は、コイルばね40の内径D4よりも小さく、コイル20の内径D1よりも大きくなる。
In addition, the shape of the housing | casing 11, the
分割錘503の直径が、固定錘501の直径よりも大きくてもよい。この場合、分割錘503の直径を「D5」というと、コイル20の内径D1、6つの永久磁石34の夫々の直径D2、コイルばね40の内径D4、及び分割錘503の直径D5の大きさは、D2<D1<D5<D4という関係を満たす。即ち分割錘503の直径D5は、コイルばね40の内径D4よりも小さく、コイル20の内径D1よりも大きくなる。
The diameter of the divided
筐体11の材料は、漏れ磁場の抑制を積極的に行うためには鉄やステンレス等の磁性体材料が好ましいが、漏れ磁場の抑制を積極的に行わなくてもよい場合、非磁性体であってもよい。この場合、銅、アルミニウム、真鍮等の金属であってもよい。
The material of the
スリット17及び板部材16の形状は変更できる。例えばスリット17は、筐体11のうち蓋部材13から軸線方向に長さL1だけ離隔した部分に複数設けられてもよい。
The shapes of the
振動発電機1の発電動作について、図1を参照して説明する。ユーザは、筐体11の軸線方向が上下方向を向き、且つ、壁部材12が蓋部材13に対して上側に配置された状態で、上下方向に振動する振動体(例えば自動車など)に振動発電機1を固定する。可動子30は重力によって下方に移動する。固定錘501の突出部502にコイルばね40の上端が接触し、錘50はコイルばね40によって下方から支持される。振動体が上下方向に振動することに伴い、運動エネルギーが可動子30に伝達される。また、コイルばね40の弾性力によって、運動エネルギーが可動子30に伝達される。
The power generation operation of the
可動子30は、筐体11内を軸線方向に沿って上下方向に往復移動する。錘50は、筒状部材10の下端の延設部102に固定錘501の上端が接触した状態と、コイルばね40の上端に固定錘501の突出部502が接触した状態との間で軸線方向に往復移動する。6つの永久磁石34の少なくとも一部は、筒状部材10の円筒部101の内側を軸線方向に往復移動する。永久磁石34に錘50が接続されているので、振動体の上下方向の移動量が小さい場合でも、永久磁石34は軸線方向に良好に往復移動する。
The
振動発電機1では、コイル20とコイルばね40とは、夫々が軸線方向と平行な仮想平面に投影された場合に、夫々の投影像とは重ならない位置関係にある。このためコイルばね40の形状は、コイル20の形状に限定されない。従って、振動発電機1の使用環境、具体的には、振動発電機1が取り付けられる振動体の振動周波数に、可動子30の固有周波数が合う(非常に近くなる)ように、コイルばね40の形状を容易に調整できる。振動体の振動周波数と可動子30の固有周波数とが合う場合、可動子30は、振動体の振動によって効率的に振動する。このため、振動発電機1の発電効率は向上する。尚、可動子30における固有周波数は、共振周波数や固有振動周波数と呼ばれる場合もある。
In the
なお振動発電機1は、コイルばね40の内径をコイル20の内径よりも大きくできる。このため、コイルばね40の弾性力を広範囲に調整できるので、可動子30の固有周波数を広い範囲で調整することが可能となる。
The
また振動発電機1は、固定錘501の直径D3及び分割錘502の直径D5を、コイル20の内径D1よりも大きくすることができる。なお、可動子30の総重量、即ち、6つの永久磁石34と錘50の重量とを加算した重量が大きくなる程、可動子30は僅かな力で振動し易くなる。このため振動発電機1は、固定錘501の直径D3及び分割錘502の直径D5を大きくすることによって、可動子30をより容易に振動するように調整できる。
Further, the
また、可動子30の固有周波数は、コイルばね40の弾性力だけでなく、可動子30の総重量、即ち、6つの永久磁石34と錘50の重量とを加算した重量によっても変化する。具体的には、錘50の総重量が大きくなる程、可動子30の固有周波数を小さく(低く)できる。従って、錘50の重量を調整することによって、振動発電機1が取り付けられる振動体の振動周波数が小さい場合でも、可動子30の固有周波数が振動周波数に合うように調整することが更に容易になる。
The natural frequency of the
また、振動発電機1のユーザは、振動発電機1を取り付ける振動体の振動周波数に応じて分割錘503の数を切り替え、可動子30の固有周波数を調整できる。これによって、振動体の振動周波数に応じて可動子30を更に効率的に振動させることができる。
The user of the
また、板部材16が直交方向の外側に移動した状態(図1参照)と、板部材16が直交方向の内側に移動した状態(図3参照)とでは、コイルばね40から可動子30に加えられる弾性力は変化するため、可動子30の固有周波数も変化する。具体的には、例えば、板部材16が直交方向の外側に移動した状態(図1参照)での可動子30の固有周波数が約2.0Hzとなり、板部材16が直交方向の内側に移動した状態(図3参照)での可動子30の固有周波数が約2.2Hzとなるように、スリット17の軸線方向の位置が決定される。このため、振動発電機1のユーザは、振動発電機1を取り付ける振動体の振動周波数に応じて板部材16の位置を切り替えることによって、振動体の振動周波数に応じて可動子30を効率的に振動させることができる。
Further, in the state where the
コイル20の内側を永久磁石34が通過する際、永久磁石34が発する磁束が、コイル20を直交する。これによって、コイル20に誘導電流が発生する。永久磁石34がコイル20の内側で往復移動を繰り返すことで、コイル20に交流電流が発生する。コイル20に発生した交流電流は、コイル20に接続された配線を介して、図示外の整流器に伝達される。整流器では、交流電流の全波整流が行われる。整流器で整流された電流は、図示外の定電圧回路によって定電圧化された後、図示外の電極を介して外部に出力される。外部に出力された電流は、外部装置の負荷に供給される。外部装置は、供給された電流によって駆動される。
When the
なお振動発電機1は、錘50の少なくとも一部がコイルばね40の内側に常に配置した状態になる。このため、錘50のうちコイルばね40の内側に入り込んだ部分の軸線方向の長さ分、振動発電機1の軸線方向の長さを短くすることができる。従って、振動発電機1を小型化することができる。
The
なお、振動発電機1の製造工程において、筐体11及び筒状部材10の寸法に誤差が生じる場合がある。この場合、筐体11の軸線の位置と円筒部101の軸心の位置が僅かにずれる可能性がある。しかしながら振動発電機1では、永久磁石34と錘50とが直交方向に相対移動可能であるため、軸心の位置のずれに応じて双方は直交方向に相対移動する。従って、可動子30の往復移動時において、筐体11及び円筒部101の内壁に可動子30の一部が繰り返し接触して可動子30の往復移動が妨げられることを抑止できる。
In the manufacturing process of the
本発明は上記実施形態に限定されず、種々の変更が可能である。以下、別の実施形態について説明する。例えば図4に示すように、振動発電機1の可動子30は、6つの永久磁石34の軸線方向の両側に錘を備えていてもよい。図4の振動発電機1は、6つの永久磁石34の下側の錘50に加えて、上側に錘60が設けられている点で、図1の振動発電機1と異なる。また図4の振動発電機1は、錘50、60の夫々と6つの永久磁石34との間に、スペーサ38、39が夫々設けられている点で、図1の振動発電機1と異なる。
The present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made. Hereinafter, another embodiment will be described. For example, as shown in FIG. 4, the
錘60は固定錘601を備える。固定錘601の形状は、固定錘501と同一であり、連結穴(第一穴及び第二穴、図2参照)及び螺子穴を備える。固定錘601には、固定錘501と同様、分割錘を取り付けることが可能であるが、図4の振動発電機1では、固定錘601に分割錘は取り付けられていない。スペーサ38は、下端の締結部材35と固定錘501との間に設けられる。スペーサ39は、上端の締結部材35と固定錘601との間に設けられる。スペーサ38、39の夫々の形状は、軸心部分に貫通穴を有する円柱形である。締結部材35の下端に設けられた突出部36(図2参照)のうち第一突出部361(図2参照)は、図2よりも軸線方向に長い。第一突出部361はスペーサ38の貫通穴に挿通する。永久磁石34と固定錘501とは、スペーサ38の軸線方向の長さ分離隔する。第一突出部361の先端に設けられた第二突出部362(図2参照)は、固定錘501の第二穴542(図2参照)内に配置する。
The
図1の振動発電機1と異なり、締結部材35の上端から上方に、突出部36と同一形状の突出部(第一突出部及び第二突出部)が延びる。第一突出部は、スペーサ39の貫通穴に挿通する。永久磁石34と固定錘601とは、スペーサ39の軸線方向の長さ分離隔する。第一突出部の先端に設けられた第二突出部は、固定錘601の第二穴内に配置する。これによって、錘60は締結部材35に接続される。6つの永久磁石34と固定錘601とは、直交方向に相対移動可能である。
Unlike the
図4の振動発電機1のように、6つの永久磁石34の両端の夫々に錘50、60の夫々が設けられることによって、6つの永久磁石34の一端に錘50が設けられる場合(図1参照)と比較して、可動子30の総重量を大きくすることができる。このように図4の振動発電機1では、目的とする固有周波数とするための可動子30の総重量の調整が更に容易になる。
When the
また例えば図5に示すように、振動発電機1の可動子30の下端、即ち、錘50の下端に永久磁石71が取り付けられ、蓋部材13の上側に永久磁石72が取り付けられてもよい。なお永久磁石71、72は、夫々、同極同士が対向配置するように向きが調整されている。図5の場合、錘50の下端に設けられた永久磁石71は、上側がN極に着磁され、下側がS極に着磁されている。蓋部材13の上面に設けられた永久磁石72は、上側がS極に着磁され、下側がN極に着磁される。このため、永久磁石71、72間には反発力が作用する。なお蓋部材13は、筐体11に対する軸線方向の位置を変化させることが可能となっている。
For example, as shown in FIG. 5, the
図5の振動発電機1が振動した場合、永久磁石71、72間の反発力によって、可動子30に上向きの力が作用する。これによって、可動子30の固有周波数は変化する。このように、図5の振動発電機1は、錘50の総重量、コイルばね40の弾性力、及び、板部材16の使用の有無に加えて、永久磁石71、72によって可動子30の固有周波数を変化させることが可能となる。また、例えばユーザは、筐体11に対する蓋部材13の軸線方向の位置を変化させることによって、永久磁石71、72によって可動子30に作用する力の大きさを微調整できる。従って振動発電機1は、錘50の総重量やコイルばね40の弾性力を変更することなく、可動子30の固有周波数の微調整を容易に行うことが可能となる。
When the
上述の実施形態では、可動子30が下方に移動した場合に、コイルばね40は固定錘501の突出部502に接触した。これに対し、可動子30が下方に移動した場合に、コイルばね40は可動子30のいずれかの部分に接触すればよい。例えばコイルばね40は、永久磁石34に接触してもよいし、締結部材35に接触してもよい。これらの場合でも、コイルばね40の弾性力は可動子30に伝達されるので、コイルばね40は可動子30を良好に振動させることができる。
In the above-described embodiment, when the
コイルばね40は、錘50の下側に設けられてもよい。コイルばね40の上端は、錘50の下端(即ち分割錘503の下端)に接触することによって、可動子30に弾性力を伝達してもよい。なおこの場合、コイルばね40の内径D4は、固定錘501の直径D3、分割錘503の直径D5、及び、コイル20の内径D1のうちいずれかより小さくてもよい。振動発電機1は、スリット17及び板部材16を備えない構成であってもよい。締結部材35と錘50とは、螺子や接着剤等で固定されてもよい。締結部材35と錘50との直交方向の相対位置は固定的であってもよい。
The
なお、錘50、60のうち一方が本発明の「第一錘」に相当し、他方が本発明の「第二錘」に相当する。板部材16が本発明の「調整手段」に相当する。
One of the
1 振動発電機
10 筒状部材
16 板部材
17 スリット
20 コイル
30 可動子
34 永久磁石
50、60 錘
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記コイル内を、前記コイルの軸線方向に往復移動可能に設けられた永久磁石と、
前記永久磁石の前記軸線方向の両端部のうち少なくとも一方に設けられた部材であって、前記軸線方向と直交する方向に切断した断面の径が前記コイルの内径よりも大きい錘と、
素線が螺旋状に巻回され、前記軸線方向に弾性変形するばねであって、前記軸線方向と平行な面に投影した時に、前記コイルと重ならない位置に設けられたコイルばねと、
前記コイルばねの前記軸線方向の動きを規制することによって弾性力を調整する調整手段と
を備え、
前記調整手段は、
前記コイルばねのうち、前記錘又は前記永久磁石に接続する側と反対側の端からの前記軸線方向の距離が固定的な位置で、前記軸線方向と交差する方向に移動可能であり、前記軸線方向と交差する方向の外側から内側に移動した場合に、隣接する前記素線間の複数の隙間の何れかに入り込むことを特徴とする振動発電機。 Coils,
A permanent magnet provided in the coil so as to be capable of reciprocating in the axial direction of the coil;
A weight provided at at least one of both ends of the permanent magnet in the axial direction, wherein a weight of a cross section cut in a direction perpendicular to the axial direction is larger than the inner diameter of the coil,
A coil spring that is wound spirally and elastically deforms in the axial direction, and is provided at a position that does not overlap the coil when projected onto a plane parallel to the axial direction ;
Adjusting means for adjusting elastic force by restricting movement of the coil spring in the axial direction ;
The adjusting means includes
Of the coil spring, the distance in the axial direction from the end opposite to the side connected to the weight or the permanent magnet is fixed, and is movable in a direction intersecting the axial direction. A vibration power generator that enters any one of a plurality of gaps between adjacent strands when moving from the outside to the inside in a direction that intersects the direction .
前記永久磁石の前記軸線方向の一方の端部に設けられた第一錘、及び、他方の端部に設けられた第二錘を備えたことを特徴とする請求項1に記載の振動発電機。
The weight is
The vibration generator according to claim 1, further comprising a first weight provided at one end portion of the permanent magnet in the axial direction and a second weight provided at the other end portion. .
着脱可能な複数の分割錘を備えたことを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載の振動発電機。 The weight is
Vibration generator according to any of claims 1 5, characterized in that it comprises a removable plurality of divided weights.
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