JP5796484B2 - 振動発電機 - Google Patents

Description

本発明は、振動によって発電する振動発電機に関する。

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提案されている。このような振動発電機では、例えば、永久磁石がコイル内で振動することで、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１参照）。振動発電機の発電効率を向上させるために、磁力の強い永久磁石が使用される場合がある。この場合、振動発電機の筐体の材料として軟磁性体を用いることによって、永久磁石によって形成される強い磁界を筐体内に効果的に閉じ込め、筐体外に漏れ出る磁界を抑制できる。

特開２００６−２９６１４４号公報

しかしながら、振動発電機の筐体の材料として軟磁性体が用いられた場合、永久磁石と筐体との間に吸引力が作用し、永久磁石は筐体に引き寄せられる。このため永久磁石はコイル内を移動し難くなる。従って、振動発電機を小さなストロークで弱く振動させた場合、永久磁石の振動は抑制され、コイルに発生する誘導電流は大幅に低下するという問題点がある。また、振動発電機を適切に発電させるために、ユーザは、振動発電機を大きなストロークで強く振動させる必要があるという問題点がある。このため、手振りなどによって振動発電機を強制振動させる場合は発電可能であるが、そうでない場合、例えば人体に取り付け、歩行時の振動によって発電させる場合、振動が弱すぎて発電不可能となる。振動発電機は、強制振動させないで使用する場合が圧倒的に多い。このため、振動発電機に負荷を接続して実際に使用する場合、放電によって充電量が足りなくなっている可能性がある。このような場合、ユーザは、振動発電機を手振りで強制振動させないと使用できないので不便である。

本発明の目的は、筐体内から外部に漏れ出る磁界を効果的に抑制し、且つ、効率的に発電可能な振動発電機を提供することである。

本発明の振動発電機は、筒状の部材である第一壁部、および、前記第一壁部の軸線方向両側端の開口を閉塞する第二壁部を備え、前記第一壁部および前記第二壁部で囲まれた空間内部の磁界を遮蔽する筐体と、前記筐体内に設けられた筒状のボビン、および、前記ボビンに巻回されるコイルを備えた振動体であって、前記筐体の軸線方向と前記ボビンの軸線方向とが一致する向きで、前記筐体に対して前記軸線方向に振動可能な振動体と、前記振動体を振動可能に支持する支持部と、前記ボビン内を、前記筐体に対して前記軸線方向に往復移動可能に設けられた可動子であって、永久磁石、および、前記永久磁石の前記軸線方向端部に設けられ、前記永久磁石が移動して前記第二壁部に近接した場合に前記永久磁石と前記第二壁部との衝突を防止するスペーサを備えた可動子とを備え、前記可動子の前記軸線方向の移動量は、前記振動体の前記軸線方向の移動量よりも大きいことを特徴とする。

本発明によれば、振動発電機は、振動可能な振動体および可動子を備えている。このため、可動子を構成する永久磁石が、軟磁性体で構成された筐体に引き寄せられた状態でも、振動体が備えるコイルを振動させることができる。よって、振動発電機が小さなストロークで弱く振動する場合でも、振動発電機は効率的に発電する。一方、可動子は端部にスペーサを備えているので、振動発電機が大きなストロークで強く振動する場合、可動子は筐体から容易に離間してコイル内を振動し、振動発電機は効率的に発電する。このように振動発電機は、軟磁性体の筐体で可動子を覆うことによって漏れ磁界の発生を抑制しつつ、振動態様が異なる状態で使用された場合も効率的に発電できる。特に、可動子が筐体に引き寄せられた状態でも、振動体を振動させることによって発電可能であるため、振動発電機を弱く振動させる態様で使用された場合でも効率的に発電できる。

本発明において、前記振動体および前記可動子が何れかの前記第二壁部に最も近接した状態で、前記永久磁石の少なくとも一部は、前記コイルの軸線方向内側に位置してもよい。振動発電機が小さなストロークで弱く振動する場合、可動子は筐体に引き寄せられ、第二壁部に近接した状態で静止する。この状態で、コイルの軸線方向内側に可動子の永久磁石のうち少なくとも一部が位置することになる。このため、振動体が振動することによってコイルに誘導電流が発生し、振動発電機は発電する。このように、振動発電機が小さなストロークで弱く振動する場合でも、振動子内を可動子が相対移動することになるので、振動発電機は適切に発電できる。

本発明において、前記永久磁石は、前記軸線方向に並べられた複数の単位永久磁石を備え、前記単位永久磁石が着磁方向に複数並べられ且つ隣接する前記単位永久磁石と他の前記単位永久磁石との近接部分で同極同士が対向配置した構造である同極対向構造を有し、前記着磁方向に往復移動可能であり、前記コイルは、複数の単位コイルを備え、前記単位コイルは、前記ボビンに巻回された部分の前記軸線方向の長さが、前記単位永久磁石の前記軸線方向の長さと略同一長さとなるように、前記ボビンに巻回されており、前記可動子が前記第二壁部に最も近接し、前記振動体が静止した状態で、前記単位コイルの前記軸線方向略中央部分の内側に、前記単位永久磁石と他の前記単位永久磁石との近接部分が位置してもよい。振動発電機が小さなストロークで弱く振動する場合、可動子は筐体に引き寄せられ、第二壁部に近接した状態で静止する。この状態で、単位永久磁石間の近接部分は、単位コイルの軸線方向略中央の内側に位置する。振動発電機の振動に伴ってボビンが僅かに振動する場合、単位コイルと単位永久磁石との軸線方向略中央の位置が一致する方向に単位コイルは移動することになる。ここで、単位コイルに発生する誘導電流は、単位コイルと単位永久磁石との軸線方向略中央の位置が一致する方向に単位コイルが移動する場合に、最も大きくなる。従って振動発電機は、小さなストロークで弱く振動する場合でも、効率的に発電できる。

本発明において、前記支持部による前記振動体の振動を規制する規制部を備えてもよい。振動発電機が大きなストロークで強く振動する場合、振動体のボビン内を可動子が移動する。ここで振動体は規制部によって振動が規制されるので、可動子とコイルとの相対位置の変化は大きくなる。従って振動発電機は、大きなストロークで強く振動する場合、効率的に発電できる。

本発明において、前記規制部は、前記振動体を一方の前記第二壁部に押し付けることによって、前記振動体の振動を規制してもよい。これによって規制部は、振動体の振動を容易に規制できる。

本発明において、前記ボビンから、軸線方向に対して直交する向き且つ前記ボビンの外方に延びる延設部を備え、前記延設部の先端は、前記コイルよりも前記ボビンの軸線方向に直交する外側に位置してもよい。振動体が筐体内を軸線方向と交差する方向に移動した場合、筐体の内壁には延設部が接触し、コイルは内壁に接触しない。このように振動発電機は、振動体の振動時にコイルが内壁に接触することを抑止することによって、コイルが磨耗することを抑制できる。これによって振動発電機の耐久性は向上する。

本発明において、前記筐体の前記第一壁部の内側に潤滑剤を設けてもよい。振動体は、潤滑剤によって筐体内を良好に振動する。従って振動発電機は、振動体を円滑に振動させることによって発電効率を向上させることができる。

本発明において、前記可動子は、前記軸線方向に貫通する第一貫通穴を備え、前記ボビン内を前記軸線方向に延び、前記第一貫通穴に挿通する支持棒を備え、前記可動子は、前記ボビン内を前記支持棒に沿って前記軸線方向に往復移動可能に設けられてもよい。これによって、可動子は支持棒に沿って軸線方向に往復移動するため、軸線方向と直交する方向に可動子が移動してボビンに接触することを抑止できる。これによって振動発電機は、可動子を円滑に振動させることができる。

本発明において、前記第一貫通穴を前記軸線方向に挿通する棒状部であって、前記軸線方向に貫通する第二貫通穴を備えた棒状部、および、前記棒状部の前記軸線方向両端から、前記軸線方向と直交する方向に延び、前記可動子の前記軸線方向両端面に接触する延設部を有し、前記可動子の前記軸線方向両端面から前記可動子を挟持する締結部材を備え、前記支持棒は、前記第二貫通穴に挿通してもよい。これによって、ボビン内で可動子を円滑に振動させつつ、可動子を構成する永久磁石およびスペーサを適切に締結することができる。

本発明において、前記振動発電機は、歩行する人体に取り付けられ、前記支持部は、歩行する前記人体によって前記振動発電機が振動する場合の振動周波数で前記振動体が共振するように、前記振動体を支持してもよい。これによって振動発電機は、人体の歩行運動に基づいて振動体が良好に振動するので、発電効率を更に高めることができる。

本発明において、前記コイルに誘導した誘導電流を整流する複数の整流部を備え、前記コイルは、前記複数の整流部のそれぞれに接続する複数の分割コイルを備えてもよい。これによって、コイルから整流器までの配線の全長を短くできるので、配線の内部抵抗によって誘導電流が損失することを抑止できる。

本発明において、前記筐体は軟磁性体であってもよい。これによって筐体は、内部の可動子によって発生する磁界を良好に遮蔽できる。

本発明において、前記スペーサは非磁性体であってもよい。これによって、永久磁石によってスペーサが磁化されることを抑止できる。従って、筐体の第二壁部に可動子が吸着することを適切に防止できる。

振動発電機１の断面図である。 振動発電機１の上端近傍の拡大断面図である。 振動発電機１の断面図である。 第一変形例における振動発電機２の断面図である。 第二変形例における振動発電機３の断面図である。 第二変形例における振動発電機３の断面図である。 第三変形例における振動発電機４の断面図である。

本発明の一実施形態の振動発電機１について、図１を参照して説明する。図１の上側、下側、左側、右側、手前側、および奥行き側を、其々、振動発電機１の上側、下側、左側、右側、前側、および後側という。

振動発電機１は筐体３１を備える。筐体３１の形状は円筒形である。筐体３１は、第一壁部３１Ａおよび第二壁部３１Ｂ、３１Ｃを備える。第一壁部３１Ａは、筐体の３１の周壁部である。第二壁部３１Ｂ、３１Ｃは、第一壁部３１Ａの軸線方向の端部の開口を閉塞する板状の部材である。筐体３１の軸線方向は、上下方向を向く。第二壁部３１Ｂは、第一壁部３１Ａの上側端部の開口を閉塞する。第二壁部３１Ｃは、第一壁部３１Ａの下側端部の開口を閉塞する。筐体３１の材料は軟磁性体である。筐体３１は、第一壁部３１Ａおよび第二壁部３１Ｂ、３１Ｃで囲まれた空間内部の可動子５０（後述）から発生する磁界が、筐体３１の外部に漏えいすることを抑制する。筐体３１の材料の一例として、鉄、ステンレスが挙げられる。筐体３１内に、振動体４０、可動子５０、および、支持部６１Ａ、６１Ｂ（以下、総称して「支持部６１」という。）が設けられる。

振動体４０は、コイル４１、ボビン４３、および延設部４４を備える。ボビン４３の形状は円筒形である。ボビン４３は、筐体３１の軸線方向に延びる。ボビン４３の軸線方向の長さは、筐体３１の軸線方向の長さと比較して短い。ボビン４３の軸線方向と筐体３１の軸線方向とは一致する。ボビン４３の外径は、筐体３１の第一壁部３１Ａの内径の略半分である。ボビン４３の軸線方向の両端部は開口する。ボビン４３の軸線方向の両端部は、支持部６１によって支持される。詳細には、ボビン４３の一方側（上側）の端部は支持部６１Ａによって支持され、ボビン４３の他方側（下側）の端部は支持部６１Ｂによって支持される。支持部６１Ａは、第二壁部３１Ｂの内面に設けられ、筐体３１の内側に向けて軸線方向に延びる。支持部６１Ｂは、第二壁部３１Ｃの内面に設けられ、筐体３１の内側に向けて軸線方向に延びる。支持部６１はコイル状の圧縮ばねである。支持部６１の内径は、ボビン４３の内径と略同一である。支持部６１は、筐体３１の軸線方向に弾性変化し、ボビン４３に対して軸線方向に弾性力を加える。これによって振動体４０は、軸線方向に振動する。

ボビン４３に延設部４４が設けられる。延設部４４は、ボビン４３に対して鉛直方向且つ外周方向に向けて延びる。延設部４４の形状は、ボビン４３の周壁を周回する環状である。延設部４４の外周方向の端部は、筐体３１の第一壁部３１Ａの内面に近接する。延設部４４は、延設部４４Ａ〜４４Ｊを備える。延設部４４Ａ〜４４Ｊは、等間隔でボビン４３の軸線方向に並び、ボビン４３の周壁を軸線方向に９等分する。

コイル４１は、単位コイル４２Ａ〜４２Ｉ（以下、総称して「単位コイル４２」という。）を備える。単位コイル４２は、延設部４４Ａ〜４４Ｊによって９等分されたボビン４３の周壁のそれぞれに沿って巻回される。詳細には、ボビン４３の一方側（上側）の端部に設けられた延設部４４Ａと延設部４４Ｂとの間、延設部４４Ｂ〜４４Ｃ間、延設部４４Ｃ〜４４Ｄ間、延設部４４Ｄ〜４４Ｅ間、延設部４４Ｅ〜４４Ｆ間、延設部４４Ｆ〜４４Ｇ間、延設部４４Ｇ〜４４Ｈ、延設部４４Ｈ〜４４Ｉ、および、延設部４４Ｈとボビン４３の他方側（下側）の端部に設けられた延設部４４Ｊとの間に、単位コイル４２Ａ〜４２Ｉが順番に巻回される。単位コイル４２は、隣接する他の単位コイル４２との巻線方向が逆向きとなるように巻回される。巻線方向を逆向きとすることによって、後述する可動子５０の振動に伴って単位コイル４２に誘起する誘導電流の向きを揃えている。

図２に示すように、単位コイル４２のうちボビン４３の軸線方向に対して直交する方向の外側部分（第一壁部３１Ａに最も近接する部分、点線４５）は、延設部４４の先端部分（延設部４４のうち第一壁部３１Ａに最も近接する部分、点線４６）よりも内側に位置する。従って、振動体４０が筐体３１内を軸線方向と交差する方向に移動した場合、第一壁部３１Ａには延設部４４が接触し、コイル４１は第一壁部３１Ａに接触しない。従って、コイル４１が第一壁部３１Ａに接触することによってコイル４１が磨耗することを防止できるので、振動発電機１の耐久性は向上する。

第一壁部３１Ａの内側に、潤滑剤６５が塗布される。潤滑剤６５は、振動体４０が軸線方向に振動した場合に、第一壁部３１Ａと延設部４４との間に発生する摩擦力を軽減させる。潤滑剤６５によって振動体４０は、筐体３１内を軸線方向にスムーズに振動する。

図１に示すように、ボビン４３内に可動子５０が設けられる。可動子５０は、永久磁石５１およびスペーサ５３Ａ、５３Ｂ（以下、総称して「スペーサ５３」という。）を備える。可動子５０は、ボビン４３内を、筐体３１の軸線方向に往復移動可能に設けられる。永久磁石５１は、単位永久磁石５２Ａ〜５２Ｅ（以下、総称して「単位永久磁石５２」という。）を備える。単位永久磁石５２の形状は円柱形の棒状である。単位永久磁石５２Ａ〜５２Ｅの形状は同一である。単位永久磁石５２は、単位永久磁石５２Ａ〜５２Ｅの順で筐体３１の軸線方向に並んでいる。単位永久磁石５２の軸線方向は、筐体３１の軸線方向と同一方向を向く。単位永久磁石５２の軸線方向の長さは、隣接する延設部４４間の距離と略同一である。

単位永久磁石５２は、軸線方向に隣接する他の単位永久磁石５２と、軸線方向端部で接触している。単位永久磁石５２は、軸線方向に着磁している。単位永久磁石５２Ａ、５２Ｃ、５２Ｅは、第二壁部３１Ｂ側（上側）がＮ極に着磁し、第二壁部３１Ｃ側（下側）がＳ極に着磁している。単位永久磁石５２Ｂ、５２Ｄは、上側がＳ極に着磁し、下側がＮ極に着磁している。単位永久磁石５２Ａの下端と単位永久磁石５２Ｂの上端、および、単位永久磁石５２Ｃの下端と単位永久磁石５２Ｄの上端は、それぞれＳ極に着磁しており、Ｓ極同士が対向配置している。同様に、単位永久磁石５２Ｂの下端と単位永久磁石５２Ｃの上端、および、単位永久磁石５２Ｄの下端と単位永久磁石５２Ｅの上端は、其々Ｎ極に着磁しており、Ｎ極同士が対向配置している。以下、上述した構造を同極対向構造ともいう。

スペーサ５３の形状は円柱形の棒状である。単位永久磁石５２Ａのうち単位永久磁石５２Ｂと接触する側と反対側に、スペーサ５３Ａが設けられる。単位永久磁石５２Ｅのうち単位永久磁石５２Ｄと接触する側と反対側に、スペーサ５３Ｂが設けられる。スペーサ５３Ａは、可動子５０がボビン４３内を移動した場合に、単位永久磁石５２Ａが第二壁部３１Ｂに衝突することを抑止する。スペーサ５３Ｂは、可動子５０がボビン４３内を移動した場合に、単位永久磁石５２Ｂが第二壁部３１Ｃに衝突することを抑止する。

スペーサ５３の材料は非磁性体である。スペーサ５３の材料の一例として、アルミニウムや銅、真鍮が挙げられる。スペーサ５３は、永久磁石５１によって磁化されない。可動子５０が第二壁部３１Ｂ、３１Ｃに近接した状態で、永久磁石５１と第二壁部３１Ｂ、３１Ｃとの間は、スペーサ５３の軸線方向の長さ分離間する。このようにしてスペーサ５３は、永久磁石５１と第二壁部３１Ｂ、３１Ｃとの間の磁気的な吸引力を弱める。

スペーサ５３の軸線方向の長さは、支持部６１が最も大きく収縮した状態の軸線方向の長さと略同一である。支持部６１Ａが最も大きく収縮し、且つ、可動子５０が第二壁部３１Ｂに接触した状態で、単位永久磁石５２Ａの少なくとも一部は、単位コイル４２Ａの軸線方向内側に位置する。同様に、支持部６１Ｂが最も大きく収縮し、且つ、可動子５０が第二壁部３１Ｃに接触した状態で、単位永久磁石５２Ｅの少なくとも一部は、単位コイル４２Ｉの軸線方向内側に位置する。

また図１に示すように、振動体４０が静止し、且つ、可動子５０が第二壁部３１Ｃに接触した状態で、単位コイル４２の軸線方向略中央（点線４７）且つボビン４３の内側の位置に、単位永久磁石５２と他の単位永久磁石５２との接触部分が配置するように、スペーサ５３の軸線方向の長さが調整される。上述したように、単位永久磁石５２と単位コイル４２とは、軸線方向の長さが略同一である。このため、単位コイル４２Ｆ、４２Ｇ、４２Ｈ、および４２Ｉのそれぞれの軸線方向略中央且つボビン４３の内側の位置に、単位永久磁石５２Ａ〜５２Ｂ間、５２Ｂ〜５２Ｃ間、５２Ｃ〜５２Ｄ間、および５２Ｄ〜５２Ｅ間の接触部分がそれぞれ位置する。

単位永久磁石５２およびスペーサ５３には、軸線方向に延びる貫通穴５２１が設けられる。貫通穴５２１には、中心軸５２２が挿通する。中心軸５２２の両端に、中心軸５２２の延びる方向と直交する方向に突出する突出部５２３が設けられる。突出部５２３は、単位永久磁石５２およびスペーサ５３を、軸線方向両側から挟み込む。中心軸５２２は、単位永久磁石５２間に作用する磁気的な反発力によって単位永久磁石５２間が離間することを防いでいる。

振動発電機１の発電動作について説明する。振動発電機１は、次の二つの態様で使用されることによって振動し、発電することを想定している。
（１）振動発電機１は、歩行中のユーザに取り付けられる。振動発電機１には、軸線方向の移動量（以下、「ストローク」という。）の短い弱い力が軸線方向に加えられる。振動発電機１は、通常歩行であれば、所定範囲内の所定の低い周波数で振動する（以後、この所定の周波数のことを通常歩行周波数とする）。なお通常歩行周波数は、ユーザの性別や年令によって変化するが、通常は、概ね約１〜３Ｈｚ程度である。
（２）振動発電機１は、ユーザによって人為的に、ストロークの長い強い力が軸線方向に加えられる。振動発電機１は、高い周波数（約３Ｈｚ以上）で振動する。
以下、それぞれの場合について説明する。

（１）の場合について説明する。可動子５０は、永久磁石５１と筐体３１との間に作用する磁気的な吸引力によって、第二壁部３１Ｂ、３１Ｃのいずれかに引き寄せられる。例えば図１に示すように、可動子５０は第二壁部３１Ｃに引き寄せられ、可動子５０のスペーサ５３Ｂが第二壁部３１Ｃに接触した状態になったとする。

振動発電機１を取り付けたユーザが歩行したとする。振動発電機１は、筐体３１の軸線方向に弱い力で振動する。振動時のストロークは短い。軸線方向に振動する運動エネルギーが、振動体４０および可動子５０に伝達する。ここで、可動子５０と第二壁部３１Ｂとの間には磁気的な吸引力が働いているため、可動子５０に運動エネルギーが伝達しても、可動子５０は第二壁部３１Ｃから離間しない。従って、可動子５０は筐体３１の軸線方向に振動しない。一方、振動体４０は、運動エネルギーによって軸線方向に振動する（矢印３５）。振動発電機１のストロークは短いので、振動体４０の軸線方向の移動量は小さい。しかしながら、可動子５０は第二壁部３１Ｃに接触した状態で移動しないため、可動子５０と振動体４０との軸線方向の相対位置は、振動体４０の振動によって繰り返し変化する。永久磁石５１は、コイル４１に覆われた空間を出入りする。

単位永久磁石５２が単位コイル４２内の空間を通過する際、単位永久磁石５２が発する磁束が、単位コイル４２を直交する。これによって、単位コイル４２に誘導電流が発生する。単位永久磁石５２が単位コイル４２内の空間への出入りを繰り返すことで、単位コイル４２に交流電流が発生する。単位コイル４２に発生した交流電流は、単位コイル４２のそれぞれに接続された配線を介して、整流器８１に伝達する。整流器８１では、交流電流の全波整流が行われる。整流器８１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、図示外の蓄電部に蓄電される。また蓄電部に蓄電された電流は、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する。

上述したように、支持部６１Ｂが最も大きく収縮し、且つ、可動子５０が第二壁部３１Ｃに接触した状態では、単位永久磁石５２Ｅの少なくとも一部が単位コイル４２Ｉの軸線方向内側に位置する。従って、振動体４０のみが僅かに振動する（１）の場合でも、可動子５０の永久磁石５１はコイル４１に覆われた空間を確実に出入りし、コイル４１に誘導電流が発生する。このように、可動子５０が第二壁部３１Ｃに接触した状態で振動せず、振動体４０のみが僅かに振動する場合でも、振動発電機１は確実に発電する。

また、振動体４０が静止し、且つ、可動子５０が第二壁部３１Ｃに接触した状態で、単位コイル４２の軸線方向略中央（点線４７）且つボビン４３の内側の位置に、単位永久磁石５２と他の単位永久磁石５２との接触部分が配置する。振動体４０は、この位置を基準として軸線方向に上下移動を繰り返し、振動する。ここで、単位コイル４２に発生する誘導電流は、単位コイル４２と単位永久磁石５２との軸線方向略中央の位置が一致する方向に単位コイル４２が移動する場合に、最も大きくなる。従って（１）のように振動発電機１が振動した場合、振動によって振動発電機１は最も効率よく発電する。従って振動発電機１は、振動時のストロークが短い場合でも効率的に発電できる。

さらに、支持部６１は、振動発電機１が（１）の態様で使用された場合の通常歩行周波数で共振するように、バネ定数が調整される。これによって、人体の歩行動作によって振動発電機１が振動する場合、振動体４０は共振によって大きく振動する。従って、ストロークが小さく、且つ弱い力で振動発電機１が振動した場合でも、振動体４０を大きく振動させることができるので、振動発電機１の発電効率をさらに高めることができる。

（２）の場合について説明する。（１）の場合と同様、可動子５０は第二壁部３１Ｃに引き寄せられる。この状態で、ユーザが振動発電機１を人為的に強く振ったとする。振動発電機１は、軸線方向に強い力で振動する。振動時のストロークは長い。軸線方向に振動する運動エネルギーが、振動体４０および可動子５０に伝達する。（１）の場合とは異なり、図３に示すように、可動子５０は吸引力に逆らって第二壁部３１Ｃから離間し、ボビン４３内を軸線方向に振動する（矢印３６）。理由は、単位永久磁石５２Ｅと第二壁部３１Ｃとはスペーサ５３Ｂによって離間しており、双方間に働く磁気的な吸引力は弱いためである。

なお振動体４０は、（１）と同様、軸線方向に振動する（矢印３７）。可動子５０および振動体４０は、同一タイミングで同一方向に繰り返し移動することになる。ここで、可動子５０の軸線方向の移動量は、振動体４０の軸線方向の移動量と比較して大きい。このため、可動子５０と振動体４０との軸線方向の相対位置は、可動子５０の振動によって繰り返し変化する。永久磁石５１は、コイル４１に覆われた空間を出入りする。単位コイル４２に交流電流が発生する。単位コイル４２に発生した交流電流は、整流器８１、および図示外の定電圧回路および蓄電部を経て、図示外の電極を介して外部に出力される。

なお上述したように、支持部６１は、（１）の態様で振動発電機１が使用される場合の前記通常歩行周波数で共振するように、バネ定数が定められる。このため、（１）の態様よりも大きい振動周波数（約３Ｈｚ）で振動する（２）の場合、振動体４０は（１）の場合と比較して振動し難くなる。このため、振動時における振動体４０の移動量に対する可動子５０の移動量は、振動体４０が振動し難くなった分、相対的に大きくなる。従って振動発電機１は、（２）の態様で使用された場合も効率的に発電できる。

以上説明したように、振動発電機１は振動体４０および可動子５０を備えているので、可動子５０が筐体３１に接触して離れず、振動しない状態でも、振動体４０のみを振動させることができる（図１参照）。従って、振動発電機１に対して軸線方向に弱い力が加えられ、小さなストロークで低速に振動する場合でも、振動発電機１は効率的に発電できる。なお振動発電機１は、（１）として説明したように、ユーザに取り付けられて歩行動作によって発電するように使用される場合が多い。従って振動発電機１は、振動体４０のみを振動させても発電可能とすることによって、振動発電機１を頻繁に発電させることができる。この場合、蓄電部には常時電流が蓄電されることになるので、振動発電機１を電源として常時使用可能な状態にしておくことができる。

一方、振動発電機１に対して軸線方向に強い力が加えられ、大きなストロークで高速に振動した場合、可動子５０は第二壁部３１Ｂ、３１Ｃから容易に離間してボビン４３内を振動する（図３参照）。可動子５０の軸線方向の移動量は大きくなるので、振動発電機１は効率的に発電する。例えば振動発電機１の蓄電部に蓄電された電流が不足している場合、ユーザは、振動発電機１を強制的に振動させることによって、必要な電流を蓄電部に蓄電すると共に、振動発電機１から外部機器に電流を供給することができる。また振動発電機１は、可動子５０を筐体３１で覆うことによって漏れ磁界の発生を抑制できる。

なお本発明は上述の実施形態に限定されず、種々の変形が可能である。以下、本発明の変形例について説明する。

図４を参照し、本発明の第一変形例における振動発電機２について説明する。振動発電機２は、上述の振動発電機１（図１参照）と異なり、単位コイル４２Ｅを備えない。また、延設部４４Ｅ〜４４Ｆ間の距離は、他の延設部４４間の距離よりも短い。さらに振動発電機２は、振動発電機１の整流器８１（図１参照）の代わりに整流器８２、８３を備える。単位コイル４２Ａ〜４２Ｄ（以下、総称して「分割コイル７１」という。）は直列的に接続し、整流器８２に接続する。整流器８２は、分割コイル７１に誘導した誘導電流を整流する。単位コイル４２Ｆ〜４２Ｉ（以下、総称して「分割コイル７２」という。）は直列的に接続し、整流器８３に接続する。整流器８３は、分割コイル７２に誘導した誘導電流を整流する。振動発電機２における他の構成は、上述の振動発電機１と同一であるため、振動発電機１と同一符号を付し、説明を省略する。

以上のように第一変形例では、単位コイル４２Ａ〜４２Ｄ、４２Ｆ〜４２Ｉを分割コイル７１、７２に分割し、それぞれに整流器８２、８３を別々に接続する。これによって、整流器８２、８３を単位コイル４２のできるだけ近傍に配置することができるため、単位コイル４２から整流器８２、８３までの配線を短くできる。従って、配線の長さに比例して大きくなる内部抵抗の影響を小さくすることができるので、単位コイル４２に発生した誘導電流が内部抵抗によって損失することを抑制できる。

なお、延設部４４Ｅ〜４４Ｆ間の距離を、他の延設部４４間の距離よりも短くすることによって、分割コイル７１、７２のそれぞれに誘起する誘導電流がピーク値を示すタイミングを相違させることができる。これによって、瞬間的に大きな誘導電流が発生することを抑制することができる。

図５、６を参照し、本発明の第二変形例における振動発電機３について説明する。振動発電機３は、規制部９１を備えるという点で、上述の振動発電機２（図４参照）と異なる。振動発電機３における他の構成は、上述の振動発電機２と同一であるため、振動発電機２と同一符号を付し、説明を省略する。

規制部９１は、筐体３１の第二壁部３１Ｂに設けられる。規制部９１は、架設部９１Ａ及び押下部９１Ｂを備える。架設部９１Ａは、筐体３１の外側且つ第二壁部３１Ｂの上側に設けられる。架設部９１Ａは板体である。架設部９１Ａは、第二壁部３１Ｂと並行に延びる。架設部９１Ａの延設方向の長さは、第二壁部３１Ｂの直径よりも小さい。架設部９１Ａの両端に、押下部９１Ｂが設けられる。押下部９１Ｂは、架設部９１Ａに対して鉛直方向且つ第二壁部３１Ｂに向かう方向に延びる棒状の部材である。第二壁部３１Ｂには、穴３２が設けられる。押下部９１Ｂは穴３２を通過し、筐体３１外部から内部に延びる。押下部９１Ｂの下端は、振動体４０の延設部４４Ａに近接する。

規制部９１は、架設部９１Ａが第二壁部３１Ｂ側に移動して押下部９１Ｂを筐体３１内に押し込んだ状態（図５参照、以下「規制状態」という。）と、架設部９１Ａを第二壁部３１Ｂから引き離して押下部９１Ｂを筐体３１外部に引き抜いた状態（図６参照、以下「解除状態」という。）とに切り替えることができる。規制状態では、振動体４０は押下部９１Ｂによって第二壁部３１Ｃ側に押し付けられる。支持部６１Ｂは圧縮し、振動体４０は振動不可能な状態になる。一方、解除状態では、振動体４０は押下部９１Ｂによって押下されない。従って振動体４０は、軸線方向に移動可能な状態になる。

規制部９１の使用方法について説明する。ユーザは、（１）の態様で振動発電機３を振動させて発電させる場合、規制部９１を解除状態（図６参照）にする。（１）の態様では、振動体４０を積極的に振動させることによって振動体４０と可動子５０との相対位置を変化させ、発電を行う必要があるためである。一方ユーザは、（２）の態様で振動発電機３を振動させて発電させる場合、規制部９１を規制状態（図５参照）にする。（２）の態様で、振動体４０および可動子５０の両方が振動すると、振動体４０および可動子５０の相対的な位置の変化は小さくなるためである。規制状態とすることによって、振動体４０は振動不能な状態になるため、可動子５０のみが軸線方向に振動することによって、振動体４０と可動子５０との相対的な位置の変化は大きくなる。従って、振動発電機３は効率的に発電する。

以上説明したように、第二変形例では、振動体４０の振動を規制することが可能な規制部９１を設ける。（２）の態様で振動発電機３が使用される場合、可動子５０のみがボビン４３内を軸線方向に振動するように、規制部９１を規制状態（図５参照）とする。振動体４０は、規制部９１によって振動が規制されるため、振動しない。これによって、可動子５０と振動体４０との相対位置を大きく変化させることが可能となる。従って振動発電機３は効率的に発電できる。

図７を参照し、本発明の第三変形例における振動発電機４について説明する。振動発電機４では、中心軸５２２（図１参照）の代わりに締結部材９６が貫通穴５２１に挿通される。締結部材９６は、棒状部９６１、延設部９６２、および貫通穴９６３を備える。

棒状部９６１の形状は棒状である。棒状部９６１は、貫通穴５２１内を軸線方向に延びる。棒状部９６１の軸線方向の長さは、可動子５０の軸線方向の長さと略同一である。棒状部９６１の直径は、貫通穴５２１の内径と略同一である。貫通穴９６３は、棒状部９６１を軸線方向に貫通する貫通穴である。延設部９６２は、棒状部９６１の軸線方向両端に設けられる。延設部９６２は、棒状部９６１の軸線方向両端から、軸線方向に対して直交する方向、且つ、棒状部９６１の外側に延びる。延設部９６２は、スペーサ５３のうち単位永久磁石５２に接触する側と反対側の面に沿って延び、該面に接触する。延設部９６２は、単位永久磁石５２およびスペーサ５３を、軸線方向両側から挟み込む。締結部材９６は、単位永久磁石５２間に作用する磁気的な反発力によって単位永久磁石５２間が離間することを防いでいる。

ボビン４３内に、支持棒９５が設けられる。支持棒９５は、ボビン４３内を軸線方向に延びる。支持棒９５は、第二壁部３１Ｂ、３１Ｃ間に亙って設けられる。支持棒９５は、締結部材９６の貫通穴９６３に挿通している。支持棒９５の直径は、貫通穴９６３の内径よりも小さい。可動子５０は、支持棒９５に沿って軸線方向に往復移動可能である。可動子５０の軸線方向と直交する方向への移動は、支持棒９５によって妨げられる。従って、可動子５０が軸線方向に往復移動する過程で、可動子５０はボビン４３に接触しない。従って可動子５０は、ボビン４３内を軸線方向に円滑に往復移動する。

以上説明したように、第三変形例では、可動子５０は支持棒９５によって軸線方向に直交する方向への移動が妨げられるので、軸線方向に往復移動する過程で、ボビン４３に接触しない。従って、可動子５０はボビン４３内を円滑に往復移動することが可能となるので、振動発電機４は効率的に発電することが可能となる。

なお上述の第三変形例において、貫通穴９６３の内壁に潤滑剤が塗布されても良い。これによって、支持棒９５と貫通穴９６３との間の摩擦力は小さくなるので、可動子５０は支持棒９５に沿って円滑に往復移動することが可能となる。

上述の実施形態および変形例において、（１）の使用態様では、歩行する人体に振動発電機１、２、３が取り付けられることを想定した。振動発電機１〜３は、振動する他の物体（以下、「振動物体」という。）に取り付けられて使用されてもよい。またこの場合、振動発電機１〜３が振動物体の振動に基づいて振動する場合に想定される周波数で振動体４０が共振するように、支持部６１のバネ定数が調整されてもよい。これによって振動発電機１〜３は、外部からの僅かな力によっても振動体４０を振動させることができる。従って振動発電機１〜３は、（１）の使用態様で使用された場合に効率的に発電できる。一方、（２）の使用態様で振動発電機１〜３が振動する場合、振動時の周波数は、（１）の使用態様で振動する場合と異なる。このため、振動体４０の振動は抑制されるので、振動発電機１〜３の振動による振動体４０と可動子５０との間の相対的な位置関係の変化は大きくなる。従って振動発電機１〜３は、（２）の使用態様で使用された場合も効率的に発電できる。

ボビン４３内にも潤滑剤が塗布されてもよい。これによって、可動子５０はボビン４３内をスムーズに振動することができるので、振動発電機１の発電効率をさらに向上させることができる。スペーサ５３の軸線方向の長さは、上述した長さよりも長くてもよい。スペーサ５３の軸線方向の長さを大きくすることによって、可動子５０はさらに容易に第二壁部３１Ｂ、３１Ｃから離間することになるので、振動発電機１〜３を（２）の使用態様で使用することが容易に可能となる。可動子５０の永久磁石５１は、同極対向構造を有していなくてもよい。

振動発電機３における規制部９１の代わりに、他の態様で振動体４０の振動を規制する記載部材を設けてもよい。例えば、筐体３１の第一壁部３１Ａに穴を設けてもよい。筐体３１外側から内側に突出させることが可能なストッパを、該穴に挿入できるようにしてもよい。そしてストッパが、振動体４０の軸線方向の振動を規制できるようにしてもよい。

１、２、３、４ 振動発電機
３１ 筐体
３１Ａ 第一壁部
３１Ｂ、３１Ｃ 第二壁部
４０ 振動体
４１ コイル
４２ 単位コイル
４３ ボビン
５０ 可動子
５１ 永久磁石
５２ 単位永久磁石
５３ スペーサ
６１ 支持部
７１、７２ 分割コイル
６５ 潤滑剤
８１、８２、８３ 整流器
９１ 規制部

Claims (13)

1. 筒状の部材である第一壁部、および、前記第一壁部の軸線方向両側端の開口を閉塞する第二壁部を備え、前記第一壁部および前記第二壁部で囲まれた空間内部の磁界を遮蔽する筐体と、
   前記筐体内に設けられた筒状のボビン、および、前記ボビンに巻回されるコイルを備えた振動体であって、前記筐体の軸線方向と前記ボビンの軸線方向とが一致する向きで、前記筐体に対して前記軸線方向に振動可能な振動体と、
   前記振動体を振動可能に支持する支持部と、
   前記ボビン内を、前記筐体に対して前記軸線方向に往復移動可能に設けられた可動子であって、永久磁石、および、前記永久磁石の前記軸線方向端部に設けられ、前記永久磁石が移動して前記第二壁部に近接した場合に前記永久磁石と前記第二壁部との衝突を防止するスペーサを備えた可動子と
   を備え、
   前記可動子の前記軸線方向の移動量は、前記振動体の前記軸線方向の移動量よりも大きいことを特徴とする振動発電機。
2. 前記振動体および前記可動子が何れかの前記第二壁部に最も近接した状態で、前記永久磁石の少なくとも一部は、前記コイルの軸線方向内側に位置することを特徴とする請求項１に記載の振動発電機。
3. 前記永久磁石は、前記軸線方向に並べられた複数の単位永久磁石を備え、前記単位永久磁石が着磁方向に複数並べられ且つ隣接する前記単位永久磁石と他の前記単位永久磁石との近接部分で同極同士が対向配置した構造である同極対向構造を有し、前記着磁方向に往復移動可能であり、
   前記コイルは、複数の単位コイルを備え、
   前記単位コイルは、前記ボビンに巻回された部分の前記軸線方向の長さが、前記単位永久磁石の前記軸線方向の長さと略同一長さとなるように、前記ボビンに巻回されており、
   前記可動子が前記第二壁部に最も近接し、前記振動体が静止した状態で、前記単位コイルの前記軸線方向略中央部分の内側に、前記単位永久磁石と他の前記単位永久磁石との近接部分が位置することを特徴とする請求項１又は２に記載の振動発電機。
4. 前記支持部による前記振動体の振動を規制する規制部を備えたことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の振動発電機。
5. 前記規制部は、
   前記振動体を一方の前記第二壁部に押し付けることによって、前記振動体の振動を規制することを特徴とする請求項４に記載の振動発電機。
6. 前記ボビンから、軸線方向に対して直交する向き且つ前記ボビンの外側に延びる延設部を備え、
   前記延設部の先端は、前記コイルよりも前記ボビンの軸線方向に直交する外側に位置する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。
7. 前記筐体の前記第一壁部の内側に潤滑剤を設けたことを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の振動発電機。
8. 前記可動子は、前記軸線方向に貫通する第一貫通穴を備え、
   前記ボビン内を前記軸線方向に延び、前記第一貫通穴に挿通する支持棒を備え、
   前記可動子は、
   前記ボビン内を前記支持棒に沿って前記軸線方向に往復移動可能に設けられることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の振動発電機。
9. 前記第一貫通穴を前記軸線方向に挿通する棒状部であって、前記軸線方向に貫通する第二貫通穴を備えた棒状部、および、前記棒状部の前記軸線方向両端から、前記軸線方向と直交する向き且つ前記棒状部の外側に延び、前記可動子の前記軸線方向両端面に接触する延設部を有し、前記可動子の前記軸線方向両端面から前記可動子を挟持する締結部材を備え、
   前記支持棒は、前記第二貫通穴に挿通することを特徴とする請求項８に記載の振動発電機。
10. 前記振動発電機は、歩行する人体に取り付けられ、
    前記支持部は、
    歩行する前記人体によって前記振動発電機が振動する場合の振動周波数で前記振動体が共振するように、前記振動体を支持することを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載の振動発電機。
11. 前記コイルに誘導した誘導電流を整流する複数の整流部を備え、
    前記コイルは、
    前記複数の整流部のそれぞれに接続する複数の分割コイルを備えたことを特徴とする請求項１から１０のいずれかに記載の振動発電機。
12. 前記筐体は軟磁性体であることを特徴とする請求項１から１１のいずれかに記載の振動発電機。
13. 前記スペーサは非磁性体であることを特徴とする請求項１から１２のいずれかに記載の振動発電機。

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