JP5979028B2

JP5979028B2 - 発電装置、発信装置、切替装置

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Publication number: JP5979028B2
Application number: JP2013017783A
Authority: JP
Inventors: 陽平塚中; 悟西牧; 宮坂　岳志; 岳志宮坂
Original assignee: Omron Corp
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 2013-01-31
Filing date: 2013-01-31
Publication date: 2016-08-24
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Description

本発明は、電磁誘導の原理によってコイルに電流を誘導する発電装置等に関するものである。

日常動作に伴う些細な操作によって発電可能な発電装置は、多様な応用が見込まれる。簡単な動作のために瞬間的な電力を必要とする小型の電気機械器具を、電池などの電力源なしに、上記発電装置は動作させることができるからである。したがって、上記発電装置は、これまでに広く研究されてきた。

例えば、下記の特許文献１には、２つの電磁気部材と電気コイルとを備え、機械エネルギーを電気エネルギーに変換する電磁エネルギー変換器が開示されている。また、下記の特許文献２には、少なくとも１つのループを形成するように、励起コイルの中央開口部を複数回通る磁気回路を備えた自立発電装置が開示されている。

図２１に基づいて、上記特許文献１および２に例示される従来の発電装置の構造を説明する。図２１は、従来の発電装置の内部構造を示し、（ａ）は当該発電装置が初期状態をとる場合の断面図、（ｂ）は当該発電装置が最終状態をとる場合の断面図である。

図２１の（ａ）に示されるように、スプール１９ａおよびスプール１９ｂに、突起１８ａおよび突起１８ｂがアマチュア１１の中央部Ｃを挟み込んでそれぞれ延設されている。また、ヨーク１２ａの端部１３ａおよびヨーク１２ｂの端部１３ｃによる磁力によって、吸着位置Ｓ_１およびＳ_２において、アマチュア１１が吸着されている。これにより、スプール１９ａおよびスプール１９ｂによって区切られた空間を斜めに貫いた姿勢で、アマチュア１１は支持されている。

図２１の（ｂ）に示されるように、操作位置Ｗにおいてばね１４が押下されることによって、アマチュア１１が中央部Ｃを支点として回転する。アマチュア１１の回転と連動するように永久磁石の磁束の向きが変化することにより、コイル１６を通過する磁束が変動するため、上記発電装置は当該コイルに電流を誘導できる。

米国特許第２０１１／０２８５４８７号公報（２０１１年１１月２４日公開）特表２００９−５１６８０２号公報（２００９年４月２３日公開）

操作位置Ｗに加えなければならない操作力が、日常動作によって発揮される力と比較して顕著に大きいという課題を、上記従来の発電装置は残している。すなわち、通常より大きな力が必要になるとユーザに違和感を与えたり、ばね１４を強く押し込むことをユーザに意識させたりすることによって、上記従来の発電装置はユーザビリティを損なう。

上記従来の発電装置の構造的欠陥が、上記課題を引き起こす。すなわち、図２１の（ａ）および（ｂ）に示されるように、アマチュア１１は常に中央部Ｃを支点として回転するため、２つの端部（図２１の（ａ）においては端部１３ａおよび端部１３ｃ、図２１の（ｂ）においては端部１３ｂおよび端部１３ｄ）による磁力の和を上回る操作力を、上記従来の発電装置は必要とする。上記磁力の和は、アマチュア１１を動作させることに問題を生じるほどは大きくないが、上記課題を引き起こす程度には十分大きい。

上記課題を解決するための最も簡単な方法は、中央部Ｃから操作位置Ｗまでの距離を伸ばすことによって、梃子の原理を有利に作用させることである。しかし、当該方法は、発電装置を巨大化させたり、操作ストロークを伸長させたりなどの問題を新たに引き起こすため、好ましい方法とは言えない。

また、発電量一定の条件下で、発電のために大きい操作力（または、長い操作ストローク）が必要になるということは、発電効率が悪いということに他ならない。小型の電気機械器具に簡単な動作を行わせる応用だけでなく、他の応用（例えば、ある程度の持続的な発電が必要となる応用など）においても、上記構造的欠陥による発電効率の悪さが無視できなくなる場合がある。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、装置を巨大化させたり、操作ストロークを伸長させたりすることなく、簡単な機構によって、従来よりも発電効率の高い発電装置等を提供することである。

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る発電装置は、
（１）外部から加えられた操作力によって所定の位置を支点として回転する回転部材と、所定の部分において発揮される磁力で吸着させることによって当該回転部材を支持する支持部材とを備え、当該回転部材の回転に連動してコイルを通過する永久磁石の磁束を変動させることによって、当該コイルに電流を誘導する発電装置であって、
（２）前記回転部材は、当該回転部材が第１の位置および第２の位置において前記支持部材における第１の部分および第２の部分にそれぞれ吸着することによって、当該支持部材に支持された第１の状態において前記操作力が加えられた場合、前記第１の位置を第１の支点として回転することによって第２の状態に遷移し、前記第１の位置とは異なる位置を第２の支点として回転することによって第３の状態にさらに遷移する。

前述したように、従来の発電装置においては、回転部材がその中央部（２つの突起に挟まれた部分）を唯一の支点として回転するため、当該回転部材が２つの端部に吸着するそれぞれの位置に対して、操作力は同時に作用しなければならない。これにより、上記従来の発電装置は、当該２つの端部による磁力の和を上回る操作力を必要とするため、ユーザに違和感を与えたり、強く操作することをユーザに意識させたりしていた。

これに対して、本発明の一態様に係る発電装置においては、上記第１の状態において操作力が加えられた場合、上記回転部材は上記第１の位置を第１の支点として回転することによって、第２の状態に遷移する。すなわち、上記第１の状態から第２の状態への遷移においては、上記第２の位置のみに対して操作力が作用するため、当該操作力は上記支持部材における第２の部分による磁力を超える大きさで足りる。

その後、上記回転部材は上記第１の位置とは異なる位置を第２の支点として回転することによって、第３の状態に遷移する。すなわち、上記第２の状態から第３の状態への遷移においては、上記第１の位置のみに対して操作力が作用するため、当該操作力は上記第１の部分による磁力を超える大きさで足りる。言い換えれば、本発明の一態様に係る発電装置は、従来の発電装置のように上記磁力の和を上回る操作力を一度に必要とせず、それぞれの磁力を上回る操作力のみを順に（時間差を伴って）必要とする。

したがって、本発明の一態様に係る発電装置は、装置を巨大化させたり、操作ストロークを伸長させたりすることなく、簡単な機構によって、上記従来の発電装置において必要であった操作力よりも小さい操作力で発電できる。本発明の一態様に係る発電装置は、上記従来の発電装置が発電可能な電力と同量の電力を発電できるため、当該従来の発電装置よりも高い発電効率で発電できる。

また、本発明の一態様に係る発電装置では、
（１）前記回転部材は、前記第１の状態において、当該回転部材と前記第２の支点となる位置との間に空間を設けて前記支持部材に支持されたことによって、前記第１の位置を前記第１の支点として回転した後、前記第１の位置とは異なる位置を第２の支点として回転するものであり、
（２）前記回転部材は、当該回転によって、前記第１の状態において前記第２の位置に対して前記操作力を作用させて前記第２の状態に遷移した後、前記第１の位置に対して前記操作力を作用させて前記第３の状態に遷移してよい。

前述したように、従来の発電装置は、当該２つの端部による磁力の和を上回る操作力を必要とする。回転部材がその中央部（２つの突起に挟まれた部分）を唯一の支点として回転するため、当該回転部材が２つの端部に吸着するそれぞれの位置に対して、操作力は同時に作用しなければならないからである。

これに対して、本発明の一態様に係る発電装置においては、上記回転部材と第２の支点となる位置（例えば、当該回転部材の中央部）とは接触しておらず、２つの間に空間を設けた状態で、当該回転部材が上記支持部材によって支持されている。

これにより、上記回転部材は、当該回転部材が上記第１の位置を第１の支点として回転することにより、上記第２の位置に対して操作力を作用させた後（第１の状態から第２の状態への遷移）、上記第１の位置とは異なる位置を第２の支点として回転する（第２の状態から第３の状態への遷移）。すなわち、本発明の一態様に係る発電装置は、従来の発電装置のように回転部材が回転する支点を固定せず、操作力を作用させるべき位置（第１の位置、および第２の位置）に応じて回転の支点を入れ替える。これにより、本発明の一態様に係る発電装置は、従来の発電装置のように上記磁力の和を上回る操作力を一度に必要とせず、それぞれの磁力を上回る操作力のみを順に（時間差を伴って）必要とする。

また、本発明の一態様に係る発電装置では、
（１）前記回転部材は、当該回転部材が前記第３の状態においてさらに回転することにより、当該回転部材と前記第２の支点となる位置との間に空間を設けた状態で、当該回転部材が第３の位置および第４の位置において前記支持部材における第３の部分および第４の部分にそれぞれ吸着することによって、当該支持部材に支持された第４の状態に、さらに遷移してよい。

本発明の一態様に係る発電装置においては、上記回転部材が第３の状態からさらに回転すると、当該回転部材が上記支持部材における第３の部分および第４の部分に吸着した姿勢で、上記支持部材によって支持される（第４の状態）。このときも、上記回転部材と第２の支点となる位置（例えば、当該回転部材の中央部）とは接触しておらず、２つの間に空間を設けた状態で支持されている。これにより、本発明の一態様に係る発電装置が上記第４の状態から第３の状態および第２の状態を経て、上記第１の状態に遷移する場合、当該発電装置は、従来の発電装置のように回転部材が回転する支点を固定せず、操作力を作用させるべき位置に応じて回転の支点を入れ替えることができる。

すなわち、本発明の一態様に係る発電装置は、従来の発電装置のように上記磁力の和を上回る操作力を一度に必要とせず、それぞれの磁力を上回る操作力のみを順に（時間差を伴って）必要とする。したがって、本発明の一態様に係る発電装置は、装置を巨大化させたり、操作ストロークを伸長させたりすることなく、簡単な機構によって、従来よりも高い発電効率で発電できる。

また、本発明の一態様に係る発電装置では、
（１）前記第１の位置から前記操作力を加える位置までの距離は、前記第２の支点となる位置から当該操作力を加える位置までの距離よりも長くてよい。

前述したように、本発明の一態様に係る発電装置は、従来の発電装置のように上記磁力の和を上回る操作力を一度に必要とせず、それぞれの磁力を上回る操作力のみを順に（時間差を伴って）必要とする。このとき、上記第１の支点から上記操作力を加える位置（力点）までの距離は、上記第２の支点となる位置から上記操作位置までの距離よりも長いため、回転部材の中央部を唯一の支点とする従来の発電装置よりも梃子の原理が有利に働いた状態で、上記操作力が上記第２の位置に作用する。

したがって、上記発電装置は、上記従来の発電装置において必要であった操作力よりもさらに小さい操作力で発電できるため、当該従来の発電装置よりも一層高い発電効率で発電できる。

また、本発明の一態様に係る発電装置では、
（１）前記回転部材は、前記支持部材を固定する固定部材の所定の位置に設けられた突起を前記第２の支点として回転してよい。

すなわち、上記回転部材は、当該回転部材が上記第１の位置を第１の支点として回転することにより、上記第２の位置に対して操作力を作用させた後、上記第１の位置とは異なる位置を第２の支点として回転する。言い換えれば、本発明の一態様に係る発電装置は、従来の発電装置のように回転部材が回転する支点を固定せず、操作力を作用させる位置に応じて回転の支点を入れ替える。したがって、本発明の一態様に係る発電装置は、装置を巨大化させたり、操作ストロークを伸長させたりすることなく、簡単な機構によって、従来よりも高い発電効率で発電できる。

一例として、上記突起は矩形であってよい。単純な加工しか必要とならないため（追加的な加工を必要としないため）、上記発電装置を簡易に製造することができる。他の一例として、上記突起は矩形のエッジを落とした形状であってもよい。回転部材と突起とが接触する面積を一定にでき、当該回転部材の特定の部分にのみ集中的に荷重が加わる事態を回避できる。したがって、エッジを滑らかにした突起の形状は、回転部材の耐久性を向上させ、上記発電装置の耐用年数を延ばすことができる。

また、本発明の一態様に係る発電装置では、
（１）前記固定部材の所定の位置に設けられた突起は、応力を発揮する弾性部材によって支持されてよい。

これにより、上記発電装置が動作の状態を遷移するとき、上記弾性部材の応力が回転部材の回転を加速させる。したがって、上記発電装置は、上記従来の発電装置において必要であった操作力よりもさらに小さい操作力で発電できるため、当該従来の発電装置よりも一層高い発電効率で発電できる。

なお、上記突起が設けられる固定部材は、上下に撓むことのできる構造を有してよい。これにより、上記弾性部材の応力が一層強化されるため、上記構造は上記発電装置の発電効率を一層改善できる。

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る発信装置は、
（１）上記発電装置によって発電された電力を用いて、外部の装置に信号を発信する。

すなわち、本発明の一態様に係る発信装置は、上記発電装置と電気的に接続され、上記外部の装置に信号を発信する際に必要となる電力を当該発電装置によって発電された電力によって賄う。したがって、本発明の一態様に係る発信装置は、電池などの動力源を搭載することなく、信号を発信することができる。

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る切替装置は、
（１）外部の装置の状態を切り替える切替装置であって、
（２）上記発電装置と、
（３）上記発信装置とを含む。

すなわち、本発明の一態様に係る切替装置は、上記発電装置によって発電された電力を用いて、上記発信装置に上記外部の装置へ信号を発信させ、当該外部の装置に当該信号を受信させることにより、電池などの動力源を搭載することなく、当該外部の装置の状態を切り替えさせることができる。これにより、本発明の一態様に係る切替装置と上記外部の装置とを接続する配線が必要なくなるため、上記切替装置は、配線を伴うことによるすべてのデメリットを解消できる。

例えば、上記切替装置は、室内照明装置などの外部の装置のオン・オフを切り替える装置（電気スイッチなど）として適用できる。この場合、当該切替装置と室内照明装置とを接続する配線を壁面に埋設する必要がなくなるため、上記切替装置はコストを安くすることができるだけでなく、配線によって妨げられない自由な室内レイアウトを可能にする。

本発明の一態様に係る発電装置によれば、前記回転部材は、当該回転部材が第１の位置および第２の位置において前記支持部材における第１の部分および第２の部分にそれぞれ吸着することによって、当該支持部材に支持された第１の状態において前記操作力が加えられた場合、前記第１の位置を第１の支点として回転することによって第２の状態に遷移し、前記第１の位置とは異なる位置を第２の支点として回転することによって第３の状態にさらに遷移する。

したがって、本発明の一態様に係る発電装置は、装置を巨大化させたり、操作ストロークを伸長させたりすることなく、簡単な機構によって、従来よりも高い発電効率で発電できるという効果を奏する。

本発明の一実施の形態に係る発電装置が第１の状態をとる場合、当該発電装置の内部構造を示す断面図である。上記発電装置が第２の状態をとる場合、当該発電装置の内部構造を示す断面図である。上記発電装置が第３の状態をとる場合、当該発電装置の内部構造を示す断面図である。上記発電装置が第４の状態をとる場合、当該発電装置の内部構造を示す断面図である。上記発電装置の組み立て過程を段階的に示した分解斜視図であり、（ａ）は第１の組み立て過程を示し、（ｂ）は第２の組み立て過程を示し、（ｃ）は第３の組み立て過程を示し、（ｄ）は組み立てが完成した上記発電装置の外観を示す。操作力Ｆと操作力Ｆ_１とを任意の条件で比較した結果を示すグラフである。操作力Ｆと操作力Ｆ_２とを任意の条件で比較した結果を示すグラフである。互いに対面する端部の間の任意の位置に対する磁力ｆに対する磁力ｆ’の比の変化を示すグラフである。（ａ）は、操作力Ｆと操作力Ｆ_３とを任意の条件で比較した結果を示すグラフであり、（ｂ）は、操作力Ｆ_３が操作力Ｆよりも小さくなる条件を示すグラフである。（ａ）は、操作力Ｆ_１と操作力Ｆ_２とを任意の条件で比較した結果を示すグラフであり、（ｂ）は、操作力Ｆ_２が操作力Ｆ_１よりも小さくなる条件を示すグラフである。（ａ）は、操作力Ｆ_１と操作力Ｆ_３とを任意の条件で比較した結果を示すグラフであり、（ｂ）は、操作力Ｆ_３が操作力Ｆ_１よりも小さくなる条件を示すグラフである。上記発電装置および従来の発電装置のＦ−Ｓ特性を示すグラフである。上記発電装置および従来の発電装置の発電効率を示すグラフである。突起の形態のバリエーションを示し、（ａ）は、矩形の突起がスプールにそれぞれ設けられる場合を示す断面図であり、（ｂ）は、矩形の突起のみがスプールに設けられる場合を示す断面図であり、（ｃ）は、エッジを滑らかにした突起がスプールに設けられる場合を示す断面図である。応力を発揮する弾性部材によって軸が支持される構造を示し、（ａ）は上記弾性部材が軸を支持する様子を示す断面図であり、（ｂ）は上記発電装置の鳥瞰図であり、（ｃ）はスプールの構造を示す模式図である。アマチュアに突起を設けた構造を示す図であり、（ａ）は、アマチュアの下側のみに突起を設けた構造を示す断面図であり、（ｂ）は、アマチュアの両側に突起をそれぞれ設けた構造を示す断面図である。（ａ）は、アマチュアの側面に設けられた丸い軸が、長穴の軸受けによって支持される構造を示す断面図であり、（ｂ）は、アマチュアの側面に設けられた四角い軸が、スプールおよびスプールにそれぞれ設けられた突起によって支持される構造を示す断面図である。ヨークと永久磁石とが回転する過程を示し、（ａ）は、上記発電装置が第１の状態をとる場合、当該発電装置の内部構造を示す断面図であり、（ｂ）は、上記発電装置が第４の状態をとる場合、当該発電装置の内部構造を示す断面図である。上記発電装置が発電した電力を使用する電気機械器具を示し、（ａ）は、上記発電装置にコンデンサが接続されたことを示す回路図であり、（ｂ）は、上記発電装置にコンデンサおよび発信装置が接続されたことを示す回路図である。上記発電装置が発電した電力を使用する電気機械器具を示し、（ａ）は、上記発電装置、コンデンサ、および発信装置を含むスイッチを示す模式図であり、（ｂ）は、当該スイッチの使用シーンを表す模式図である。従来の発電装置の内部構造を示し、（ａ）は当該発電装置が初期状態をとる場合の断面図、（ｂ）は当該発電装置が最終状態をとる場合の断面図である。

図１〜図２０に基づいて、本発明の一実施の形態を詳細に説明する。

〔発電装置１０の構成〕
図１に基づいて、発電装置１０の構成を説明する。図１は、発電装置１０が第１の状態をとる場合、当該発電装置の内部構造を示す断面図である。なお、発電装置１０の全体と図１が示す断面との関係は、図５の（ｄ）を参照して後述する。

発電装置１０は、アマチュア１の回転と連動するように、コイル６を通過する永久磁石７（図１の断面には表れていない、図５の（ｂ）を参照）の磁束を変動させることによって、当該コイルに電流を誘導する装置である。発電装置１０は、アマチュア１、ヨーク２ａ、ヨーク２ｂ、ばね４、コイル６、永久磁石７、スプール９ａ、およびスプール９ｂを備えている。

アマチュア（回転部材）１は、両鉤型形状（板状部材の両端が略直角の鉤型となるように、当該板状部材の同側面に、同一形状の小さい板状部材を２つ付加した形状をいう）の部材であり、スプール９ａに両鉤型形状の長辺部分が載置されている。そして、当該長辺部分を覆うようにスプール９ｂが被され、スプール９ａとスプール９ｂとが上下に嵌合している（上記長辺部分が覆われて構成される直方体部分Ｅを、以下では「ボビン」と称する）。したがって、スプール９ａおよびスプール９ｂの幅は上記長辺部分の長さと略同一であり、略直角に湾曲する部位が露出するように、アマチュア１の両鉤型部分がボビンから延出している。

コイル６は、変動磁場から電流（電気エネルギー）を取り出すための部材である。コイル６は、ボビンを覆うようにスプール９ｂに載置されている。なお、コイル６の両端には、誘導した電流を利用する所定の装置（例えば、無線装置など、後で詳細に説明する）が電気回路を介して接続される。

ばね４は、アマチュア１の一方の鉤型部分に、固定ピン５によって固定されている。したがって、ばね４における任意の操作位置Ｗが押下されることによって、アマチュア１がボビンの内部で動作する。なお、アマチュア１が動作する過程は、図１〜図４（当該動作の過程を示す一連の断面図）を参照し、後で詳細に説明する。

ヨーク（支持部材）２ａおよびヨーク（支持部材）２ｂは、板状の部材である。後述するように、両ヨークは軟磁性材料を用いて作られるため、ヨーク２ａおよびヨーク２ｂそのものが磁石としての性質を有する。以下では、ヨーク２ａの両端部をそれぞれ端部（第２の部分）３ａおよび端部（第４の部分）３ｄと称し、ヨーク２ｂの両端部をそれぞれ端部（第３の部分）３ｂおよび端部（第１の部分）３ｃと称する。ヨーク２ｂとスプール（固定部材）９ａとは、ヨーク２ｂを下、スプール（固定部材）９ａを上にして、上下に嵌合されている。ヨーク２ｂの略中央には短円柱形状の突起が設けられており、ドーナツ形状（円柱の中央部をくり抜いた形状をいう）の永久磁石７の中央部（くり抜かれた穴を指し、当該穴の直径は上記突起の直径と略同一である）が嵌め込まれた状態で、当該永久磁石はヨーク２ｂに載置されている。

ヨーク２ａの略中央にも同様の突起が設けられている。そして、ヨーク２ａとヨーク２ｂとで永久磁石７を挟み込むように、当該突起が永久磁石７の中央部に上から嵌め込まれた状態で、ヨーク２ａはスプール９ａに載置されている。すなわち、永久磁石７は、ヨーク２ａおよびヨーク２ｂにそれぞれ設けられた突起によって中央部が固定された状態で、２つのヨークに上下を挟まれ、ボビンおよびアマチュア１の２つの鉤型部分によって、三方を囲われている（そのため、図１の断面図に永久磁石７は表れていない）。

ヨーク２ａおよびヨーク２ｂの両端はスプール９ａから延出しており、アマチュア１の両鉤型部分の端部を上下に挟むように位置する。なお、ヨーク２ａおよびヨーク２ｂの間隔（永久磁石７の厚さと略等しい）は、アマチュア１の厚さより大きいため、アマチュア１の両鉤型部分の端部は、両ヨークの端部によって挟まれていない。

ヨーク２ａおよびヨーク２ｂの端部３ａ〜３ｄによる磁力は、アマチュア１の両鉤型部分の端部を吸着するように作用する。また、ボビンの内部において、スプール９ａおよびスプール９ｂに、アマチュア１の両鉤型形状の長辺部分の幅方向へ、突起８ａおよび突起８ｂがそれぞれ延設されている。これにより、一方のヨークの両端部にアマチュア１が吸着することが妨げられるため、アマチュア１を挟んで互いに対角に位置する端部による磁力によって、ボビンの内部を対角に貫いた姿勢で、アマチュア１は常に支持される。

なお、図１に示されるように、ボビンの内部でアマチュア１が上記姿勢で支持された状態を、以下では「第１の状態」と称する。また、突起８ｂは、ヨーク２ａの端部３ａおよび端部３ｄにアマチュア１が吸着することを防ぐに過ぎず、後述するアマチュア１の動作に直接関与しない。したがって、突起８ｂはスプール９ｂに延設されていなくてもよい。

さらに、端部３ａ〜３ｄがアマチュア１と接触するそれぞれの端部の面は、アマチュア１の上記姿勢がボビンの内部の面に対してなす角と略等しい角度を有する。これにより、それぞれの端部とアマチュア１とは、面で接触する（アマチュア１は、端部の角部で当該端部と当接するわけではない）。ここで、アマチュア１が端部３ａに吸着する面の中央を吸着位置（第２の位置）Ｓ_１、端部３ｃに吸着する面の中央を吸着位置（第１の位置）Ｓ_２、端部３ｂに吸着する面の中央を吸着位置（第３の位置）Ｓ_３、端部３ｄに吸着する面の中央を吸着位置（第４の位置）Ｓ_４とする（図４参照）。

第１の状態において、アマチュア１と突起８ａとは接触しないため、アマチュア１と突起８ａとの間（突起８ａの先端から垂直上向へアマチュア１の面に至るまで）には空間（以下「クリアランスＡ」と称する）が発生する。したがって、任意の操作位置Ｗにおいてばね４が押下されると、突起８ａではなく吸着位置Ｓ_２を支点として、アマチュア１が端部３ａから端部３ｂに近づく方向に、当該アマチュアは回転を開始する。すなわち、クリアランスＡが存在せず、常にアマチュアの中央部を支点として回転する従来の構造（図２１参照）と異なり、第１の状態において、アマチュア１の中央部Ｃは操作位置Ｗとともに回転する。

これにより、従来の発電装置のように、２つの端部による磁力の和を上回る操作力は必要にならず、発電装置１０においては、それぞれの磁力を上回る操作力が順に（時間差を伴って）発揮されればよい。このとき、吸着位置Ｓ_２（支点）から操作位置Ｗ（力点）までの距離（Ｌ_１＋Ｌ_２）は、中央部Ｃから操作位置Ｗまでの距離（Ｌ_１／２＋Ｌ_２）よりも長いため、従来の発電装置よりも梃子の原理が有利に働いた状態で、上記操作力が吸着位置Ｓ_１（作用点）に作用する。

したがって、発電装置１０は、装置を巨大化させたり、操作ストロークを伸長させたりすることなく、簡単な機構によって、上記従来の発電装置において必要であった操作力よりも小さい操作力で発電できる。発電装置１０は、従来の発電装置が発電可能な電力と同量の電力を発電できるため、従来よりも小さい操作力で発電可能な発電装置１０は、当該従来の発電装置よりも高い発電効率で発電できる。

〔各構成の寸法および材質〕
アマチュア１は、パーマロイや純鉄（例えばＳＵＹ−０）などの軟磁性材料を用いて作られる。本実施の形態において、アマチュア１は、縦８ｍｍ、横２０ｍｍ、厚さ１.４ｍｍの寸法をとる。ただし、当該寸法は説明のための例示に過ぎず、発電装置１０の寸法に依存して任意に変更可能である。

ヨーク２ａおよびヨーク２ｂは、パーマロイや純鉄（例えばＳＵＹ−０）などの軟磁性材料を用いて作られる。本実施の形態では、アマチュア１の可動角度（ボビンの内部を対角に貫くアマチュア１の姿勢が、当該ボビンの内部の面に対してなす角）が約３.２°となるように、吸着位置Ｓ_１から吸着位置Ｓ_２までの垂直方向の距離（図１に示される断面図においては縦方向の距離）を２.０ｍｍとするため、上記垂直方向の距離にあわせて、ヨーク２ａとヨーク２ｂとの間隔をとる。ただし、アマチュア１の寸法と同様に、上記可動角度および間隔はいずれも任意に変更可能である。また、本実施の形態において、吸着位置Ｓ_１からＳ_２までの距離Ｌ_１が１５ｍｍとなり、吸着位置Ｓ_１から操作位置Ｗまでの距離Ｌ_２が１０ｍｍとなるように、ヨーク２ａ、ヨーク２ｂ、およびばね４は、それぞれ適当な寸法をとる。

ばね４は、ステンレス（ＳＵＳ）などの非磁性材料を用いて作られる。ばね４の弾性はアマチュア１の回転を容易にする。アマチュア１が端部３ａの吸着から離れて回転を始めたとき、ばね４の応力が当該アマチュアの回転を加速させるからである。

スプール９は、ポリカーボネート（polycarbonate；ＰＣ）、ポリブチレンテレフタレート（polybutylene terephthalate；ＰＢＴ）、ＡＢＳ（アクリロニトリル (Acrylonitrile)、ブタジエン (Butadiene)、スチレン (Styrene)共重合合成樹脂の総称をいう）などの樹脂、または銅などの非磁性の金属を用いて作られる。アマチュア１が前述した一例の寸法をとる場合、クリアランスＡの大きさが０.２ｍｍとなるように、スプール９ａとスプール９ｂとの間隔を２.０ｍｍとする。ただし、アマチュア１の寸法と同様に、当該間隔は任意に変更可能である。

アマチュア１が前述した一例の寸法をとる場合、突起８ａの高さは、例えば０.２ｍｍでよい。

〔発電装置１０の動作〕
図１〜図４に基づいて、発電装置１０が動作する過程を説明する。図１を参照して前述したように、発電装置１０が第１の状態にある場合、任意の操作位置Ｗにおいてばね４が押下されると、吸着位置（第１の位置）Ｓ_２を支点（第１の支点）としてアマチュア１は回転を開始する。第１の状態において、アマチュア１と突起８ａとが接触しておらず（クリアランスＡが存在し）、中央部Ｃは操作位置Ｗとともに回転するからである。

図２は、発電装置１０が第２の状態をとる場合、当該発電装置の内部構造を示す断面図である。図２に示されるように、操作位置Ｗに加えられた操作力がアマチュア１を固定する磁力を上回り、アマチュア１が端部３ａから離れて回転すると、当該アマチュアが中央部Ｃにおいて突起８ａに接触する。そのため、アマチュア１は突起（第１の位置とは異なる位置）８ａを支点（第２の支点）として回転し始める。なお、図２に示される上記状態を、以下では「第２の状態」と称する。

図３は、発電装置１０が第３の状態をとる場合、当該発電装置の内部構造を示す断面図である。図３に示されるように、上記第２の状態からアマチュア１がさらに回転すると、当該アマチュアは吸着位置Ｓ_３において端部３ｂに吸着する。アマチュア１を回転させる力が端部３ｃによる磁力を上回ると、当該アマチュアは端部３ｃから離れ、さらに回転する。なお、図３に示される上記状態を、以下では「第３の状態」と称する。

図４は、発電装置１０が第４の状態をとる場合、当該発電装置の内部構造を示す断面図である。図４に示されるように、上記第３の状態からアマチュア１がさらに回転すると、回転による慣性、端部３ｄによる磁力、および操作位置Ｗに加わる操作力によって、アマチュア１は突起８ａから離れ（クリアランスＡが生まれ）、吸着位置Ｓ_３を支点として回転する。すなわち、中央部Ｃはアマチュア１の左端部Ｄとともに回転する。最終的に、アマチュア１は吸着位置Ｓ_４において端部３ｄに吸着する。これにより、ボビンを第１の状態とは逆の対角に貫いた姿勢で、アマチュア１は支持される。なお、図４に示される上記状態を、以下では「第４の状態」と称する。

図１〜図４を参照して前述したように、クリアランスＡが存在することにより、動作の過程において吸着位置Ｓ_２またはＳ_３と突起８ａとで回転の支点が入れ替わり、発電装置１０は第１の状態から第４の状態に遷移する。これに伴って永久磁石７の磁束が変動し、当該発電装置はコイル６に電流を誘導する（電気エネルギーを取り出す）ことができる。

上記の説明においては、発電装置１０が第１の状態から第２の状態および第３の状態を経て、第４の状態に遷移することを説明した。一方で、発電装置１０は、第４の状態から第２の状態および第３の状態を経て、第１の状態に遷移できる。この場合も、前述と同様に、クリアランスＡが存在することにより、動作の過程において吸着位置Ｓ_２またはＳ_３と突起８ａとで回転の支点が入れ替わる。ただし、第４の状態から第１の状態に遷移する場合、操作力を作用させる位置に応じて、上記動作の過程が変化することに注意する。例えば、操作位置Ｗに上向き（アマチュア１を持ち上げる方向）に操作力を加えた場合、動作の過程において吸着位置Ｓ_２またはＳ_３と突起８ｂ（突起８ａではなく）とで回転の支点が入れ替わる。これにより、第４の状態から第１の状態に遷移する場合も、第１の状態から第４の状態に遷移する場合と同様に、従来の発電装置よりも高い発電効率で発電できるという効果を、発電装置１０は奏する。

〔発電装置１０の外観および組み立て過程〕
図５に基づいて、発電装置１０の外観および組み立て過程を説明する。図５は、発電装置１０の組み立て過程を段階的に示した分解斜視図であり、（ａ）は第１の組み立て過程を示し、（ｂ）は第２の組み立て過程を示し、（ｃ）は第３の組み立て過程を示し、（ｄ）は組み立てが完成した発電装置１０の外観を示す。なお、前述した図１〜図４は、図５の（ｄ）におけるＢ−Ｂ線矢視断面図に相当する。

図５の（ａ）〜（ｄ）に示されるように、発電装置１０は組み立てられる。すなわち、第１の組立て過程において、固定ピン５によってばね４がアマチュア１に固定され、当該アマチュアの長辺部分がスプール９ａに載置され、スプール９ａとスプール９ｂとが上下に嵌合される（図５の（ａ）参照）。そして、第２の組立て過程において、永久磁石７がヨーク２ｂに載置され、ヨーク２ｂとスプール９ａとが上下に嵌合され、ヨーク２ａがスプール９ａに載置される（図５の（ｂ）および（ｃ）参照）。最後に、第３の組立て過程において、コイル６がスプール９ｂに載置される（図５の（ｄ）参照）。

前述したように、永久磁石７は、ヨーク２ａおよびヨーク２ｂにサンドイッチ状に挟まれて固定されている。第１の状態において、永久磁石７の磁束は時計回りに発生し、第４の状態において、当該磁束は反時計回りに発生する。すなわち、第１の状態から第４の状態に遷移することによって、永久磁石７の磁束が変動する（第１の状態と第４の状態とで磁束が変動しさえすればよく、上記の回転方向は一例に過ぎないことに注意する）。したがって、発電装置１０は、アマチュア１が回転することによって、コイル６に電流を誘導することができる。

〔操作力ＦとＦ_１、Ｆ_２、およびＦ_３とのそれぞれの比較〕
図６に基づいて、発電装置１０を第１の状態から第２の状態に遷移させる操作力Ｆ_１が、従来の発電装置において必要であった操作力Ｆよりも小さいことを説明する。図６は、操作力Ｆと操作力Ｆ_１とを任意の条件で比較した結果を示すグラフである。当該グラフの横軸は、吸着位置Ｓ_１からＳ_２までの距離Ｌ_１に対する、吸着位置Ｓ_１から操作位置Ｗまでの距離Ｌ_２の比を表す。当該グラフの左縦軸は、端部３による磁力ｆに対する操作力Ｆおよび操作力Ｆ_１の比を表し、右縦軸は、操作力Ｆに対する操作力Ｆ_１の比を表す。

前述したように、２つの端部（図２１の（ａ）においては端部１３ａおよび端部１３ｃ、図２１の（ｂ）においては端部１３ｂおよび端部１３ｄ）による磁力の和を上回る操作力を、従来の発電装置は必要とするため、操作力Ｆは以下の式によって表される。

一方、第１の状態をとる発電装置１０（図１参照）は、端部３ａからアマチュア１を引きはがす操作力で足りるため、操作力Ｆ_１は以下の式によって表される。

したがって、操作力Ｆに対する操作力Ｆ_１の比は、以下の式によって表される。

図６の右縦軸および上式に示されるように、操作力Ｆに対する操作力Ｆ_１の比は、常に１を下回る。すなわち、任意の条件のもとで、Ｆ_１＜Ｆが成り立つ。また、図６の左縦軸に示されるように、端部３による磁力ｆに対する操作力Ｆおよび操作力Ｆ_１の比も、常にＦ_１の方が小さい。前述したように、本実施の形態においては距離Ｌ_１が１５ｍｍ、距離Ｌ_２が１０ｍｍであるため、横軸が示す比は１０／１５≒０.６７となる（図６において点線で示される）。このとき右縦軸の値は０.７であるため、上記第１の状態をとる発電装置１０は、従来の７割程度の操作力でアマチュア１を操作できることが分かる。

図７に基づいて、発電装置１０を第２の状態から第３の状態に遷移させる操作力Ｆ_２が、従来の発電装置において必要であった操作力Ｆよりも小さいことを説明する。図７は、操作力Ｆと操作力Ｆ_２とを任意の条件で比較した結果を示すグラフである。当該グラフの横軸は、距離Ｌ_１に対する距離Ｌ_２の比を表す。当該グラフの縦軸は、磁力ｆに対する磁力ｆ’（アマチュア１が端部３に接触していない場合、当該端部が発揮する磁力をいう。図８を参照して後で詳述する）の比が各値をとる場合、端部３による磁力ｆに対する操作力Ｆおよび操作力Ｆ_２の比を表す。

突起８ａを支点としてアマチュア１をさらに回転させるために、第２の状態をとる発電装置１０（図２参照）が、端部３ｃから当該アマチュアを引きはがす操作力を必要とするため、操作力Ｆ_２は以下の式によって表される。

したがって、操作力Ｆに対する操作力Ｆ_２の比は、以下の式によって表される。

図７の縦軸に示されるように、磁力ｆに対する磁力ｆ’の比にかかわらず、端部３による磁力ｆに対する操作力Ｆ_２の比は、操作力Ｆの比よりも小さい。したがって、上式に示されるように、操作力Ｆに対する操作力Ｆ_２の比は、常に１を下回る。すなわち、任意の条件のもとで、Ｆ_２＜Ｆが成り立つ。また、横軸が示す比が０.６７となるときの縦軸（Ｆ_２／ｆ、ｆ’／ｆ＝−０.１）の値は０.３９であるため、上記第２の状態をとる発電装置１０は、従来（Ｆ／ｆ＝０.８５）の半分以下の操作力でアマチュア１を操作できることが分かる。

図８に基づいて、互いに対面する端部（端部３ａと端部３ｂのペア、および端部３ｃと端部３ｄのペア）による磁力の影響を説明する。図８は、端部３ａから端部３ｂまで（または端部３ｃから端部３ｄまで）の間の任意の位置に対する、磁力ｆに対する磁力ｆ’の比の変化を示すグラフである。当該グラフの横軸は、端部３ａから端部３ｂまで（または端部３ｃから端部３ｄまで）の移動距離を、−１から１の範囲に正規化した値である。すなわち、吸着位置Ｓ_１の位置は−１、吸着位置Ｓ_１と吸着位置Ｓ_３との中間の位置は０、吸着位置Ｓ_３の位置は１に対応する。

図８は、一方の吸着位置（吸着位置Ｓ_１または吸着位置Ｓ_２）から離れて他方の吸着位置（吸着位置Ｓ_３または吸着位置Ｓ_４）に近づくにつれて（横軸が示す移動距離が増加するにつれて）、一方の端部（端部３ａまたは端部３ｄ）による磁力が弱まると同時に、他方の端部（端部３ｂまたは端部３ｃ）による磁力が強まることを端的に示す。すなわち、吸着位置Ｓ_１の位置において（移動距離が−１の場合）、磁力ｆ’は磁力ｆと等しい（磁力ｆに対する磁力ｆ’の比は１になる）。

吸着位置Ｓ_１から離れて吸着位置Ｓ_３に近づく（移動距離が増加する）につれて、磁力ｆ’の影響は非線形に減衰し、吸着位置Ｓ_１と吸着位置Ｓ_３との中間の位置において０になる（対面する端部による磁力は釣り合う）。さらに吸着位置Ｓ_１から離れて吸着位置Ｓ_３に近づくにつれて、端部３ａによる磁力ｆ’の影響は非線形にさらに減衰する（端部３ｂによる磁力ｆ’の影響は非線形にさらに増加する）。吸着位置Ｓ_３の位置において（移動距離が１の場合）、磁力ｆ’の絶対値は磁力ｆと等しい（磁力ｆに対する磁力ｆ’の比は−１になる）。

前述した図７の説明において、ｆ’／ｆ＝−０.１（図８において横点線で示される位置）における、端部３による磁力ｆに対する操作力Ｆ_２の比に着目した理由は、移動距離が約０.６となる位置（図８において縦点線で示される位置）において、アマチュア１が端部３ｃから離れることが通常だから（すなわち、第２の状態と第３の状態との臨界点だから）である。

図９に基づいて、発電装置１０を第３の状態から第４の状態に遷移させる操作力Ｆ_３が、従来の発電装置において必要であった操作力Ｆよりも小さいことを説明する。図９の（ａ）は、操作力Ｆと操作力Ｆ_３とを任意の条件で比較した結果を示すグラフであり、図９の（ｂ）は、操作力Ｆ_３が操作力Ｆよりも小さくなる条件を示すグラフである。両グラフの横軸は、距離Ｌ_１に対する距離Ｌ_２の比を表す。図９の（ａ）のグラフの縦軸は、磁力ｆに対する磁力ｆ’の比（図８参照）が各値をとる場合、端部３による磁力ｆに対する操作力Ｆおよび操作力Ｆ_２の比を表し、図９の（ｂ）のグラフの縦軸は、磁力ｆに対する磁力ｆ’の比を表す。

突起８ａを支点としてアマチュア１をさらに回転させるために、第３の状態をとる発電装置１０（図３参照）が必要とする操作力Ｆ_３は、以下の式によって表される。

したがって、操作力Ｆに対する操作力Ｆ_３の比は、以下の式によって表される。

図９の（ａ）に示されるように、弱い条件のもとで、端部３による磁力ｆに対する操作力Ｆ_３の比は、操作力Ｆの比よりも小さい（Ｆ_３＜Ｆが成り立つ）。ここで、Ｆ_３＜Ｆが成り立つための上記弱い条件は、以下の不等式で表される。

図９の（ｂ）は、上記不等式を満たす範囲（Ｆ_３＝Ｆを示す曲線の下側部分）を示す。図９の（ｂ）に示される範囲におさまるように、発電装置１０の仕様が決定されることが好ましい。ただし、実際の設計において、上記仕様の条件は厳しくない。（１）距離Ｌ_２が距離Ｌ_１の半分よりも短くなる設計は、あまり行われない設計である（当業者が通常行う設計ではない）から、（２）磁力ｆに対する磁力ｆ’の比が０.５となるのは、アマチュア１が端部３に密接するという極めて特殊な条件に限られるから（図８参照）、（３）中間の位置に達したアマチュア１は運動量を持っており、回転の慣性が働くため、上式で表される操作力Ｆ_３よりも小さな操作力で足りることが実際であるからである。

例えば、横軸が示す比が０.６７となるときの縦軸（Ｆ_３／ｆ、ｆ’／ｆ＝０.１）の値は０.２であるため、上記第３の状態をとる発電装置１０は、従来（Ｆ／ｆ＝０.８５）の２割程度の操作力でアマチュア１を操作できることが分かる。

以上のように、従来の発電装置のように、２つの端部による磁力の和を上回る操作力は一度に必要にならない。すなわち、発電装置１０においては、それぞれの端部による磁力を上回る操作力を順に（時間差を伴って）発揮すればよい。このとき、吸着位置Ｓ_２から操作位置Ｗまでの距離は、中央部Ｃから操作位置Ｗまでの距離よりも長いため、従来の発電装置よりも梃子の原理が有利に働いた状態で、上記操作力が吸着位置Ｓ_１（作用点）に作用する。

〔操作力Ｆ_１とＦ_２およびＦ_３とのそれぞれの比較〕
図１０に基づいて、操作力Ｆ_２が操作力Ｆ_１より小さいことを説明する。図１０の（ａ）は、操作力Ｆ_１と操作力Ｆ_２とを任意の条件で比較した結果を示すグラフであり、図１０の（ｂ）は、操作力Ｆ_２が操作力Ｆ_１よりも小さくなる条件を示すグラフである。

図１０の（ａ）に示されるように、磁力ｆに対する磁力ｆ’の比が小さくなるほど（アマチュア１が端部３ａから離れるほど）、任意の距離Ｌ_１、Ｌ_２において、操作力Ｆ_２が操作力Ｆ_１よりも小さくなりやすい（Ｆ_２＜Ｆ_１が成立しやすくなる）。すなわち、アマチュア１が押し込まれるほど、必要となる操作力は小さくなる。なお、前述したように、操作力Ｆ_２は操作力Ｆよりも常に小さいため（Ｆ_２＜Ｆが成立する、図７および数５参照）、操作力Ｆ_２が操作力Ｆ_１よりも大きくなる場合（Ｆ_２＞Ｆ_１が成立する場合）であっても、操作力Ｆ_２は操作力Ｆよりも小さいことに注意する。

ここで、操作力Ｆ_２が操作力Ｆ_１よりも小さくなる条件は、以下の式で表される。

図１０の（ｂ）に示されるように、上記不等式を満たす範囲（Ｆ_２＝Ｆ_１を示す曲線の下側部分）を示す。仕様が図１０の（ｂ）に示される範囲におさまるように、発電装置１０は設計されることが好ましい（必須ではない）。

図１１に基づいて、操作力Ｆ_３が操作力Ｆ_１より小さいことを説明する。図１１の（ａ）は、操作力Ｆ_１と操作力Ｆ_３とを任意の条件で比較した結果を示すグラフであり、図１１の（ｂ）は、操作力Ｆ_３が操作力Ｆ_１よりも小さくなる条件を示すグラフである。

図１１の（ａ）に示されるように、磁力ｆに対する磁力ｆ’の比が小さくなるほど（アマチュア１が端部３ａから離れるほど）、任意の距離Ｌ_１、Ｌ_２において、操作力Ｆ_３が操作力Ｆ_１よりも小さくなりやすい（Ｆ_３＜Ｆ_１が成立しやすくなる）。すなわち、前述と同様に、アマチュア１が押し込まれるほど、必要となる操作力は小さくなる。

ここで、操作力Ｆ_３が操作力Ｆ_１よりも小さくなる条件は、以下の式で表される。

図１１の（ｂ）に示されるように、上記不等式を満たす範囲（Ｆ_３＝Ｆ_１を示す曲線の下側部分）を示す。仕様が図１１の（ｂ）に示される範囲におさまるように、発電装置１０は設計されることが好ましい（必須ではない）。

以上のように、発電装置１０の設計が所定の条件を満たす場合、当該発電装置は、アマチュア１が回転するほど、必要な操作力を小さくすることができる。したがって、発電装置１０は、従来の発電装置よりもさらに高い発電効率で発電できる。

〔操作力および発電効率の比較〕
図１２に基づいて、発電装置１０の動作に必要となる操作力と従来の発電装置の動作に必要となる操作力とを、さらに比較した結果を説明する。図１２は、発電装置１０および従来の発電装置のＦ−Ｓ特性を示すグラフである。当該グラフの横軸は、操作位置Ｗの移動量を表し、当該グラフの縦軸は、当該操作位置に加わった力を表す。

操作力Ｆ_１によって発生するモーメントが、端部３の磁力によるモーメントより小さい又は当該モーメントと釣り合う場合、アマチュア１は回転せず、弾性を有するばね４が撓むことにより、当該操作力によるエネルギーが当該ばねに蓄積される。一方、操作力Ｆ_１によって発生するモーメントが端部３の磁力によるモーメントを上回る場合、アマチュア１は回転する。このとき、ばね４に蓄積された上記エネルギーにより、アマチュア１は回転を加速させる。

図１２に示されるように、前者の場合、操作力Ｆ_１は線形に増加する（グラフ横軸の０〜０.８の範囲）。後者の場合、アマチュア１は端部３から離れて回転し、微量な操作力Ｆ_２およびＦ_３が瞬間的に計測される（グラフ横軸の０.８〜１.０の範囲）。そのため、発電装置１０の操作においては、全体の操作力（Ｆ_１＋Ｆ_２＋Ｆ_３）に対して、操作力Ｆ_１（当該グラフの頂点の高さ）が支配的に影響する。

従来の発電装置が３Ｎの操作力Ｆを必要とするのに対し、発電装置１０は２Ｎの操作力Ｆ_１で足りる。すなわち、発電装置１０は、従来の７割以下の操作力で発電できる。すなわち、発電装置１０は、従来の発電装置とは異なり、ユーザに違和感を与えたり、ばね４を強く押し込むことをユーザに意識させたりすることなく、日常動作に伴う些細な操作によって発電できる。

図１３に基づいて、発電装置１０の発電効率と従来の発電装置の発電効率とを比較した結果を説明する。図１３は、発電装置１０および従来の発電装置の発電効率（ばね４に蓄積されたエネルギーに対する発電量の比）を示すグラフである。

図１３に示されるように、従来の発電装置の発電効率は僅か１６％程度であるのに対して、発電装置１０の発電効率は２７％超にまで達する。すなわち、発電装置１０は、従来の発電装置の発電効率を１.６倍も改善できる。発電装置１０は、従来の発電装置が発電可能な発電量を維持したまま、操作力を従来の７割以下にまで抑えられるからである。このように、発電装置１０は、従来の発電装置よりも高い発電効率で発電できる。

〔突起８ａおよび突起８ｂの他の形状〕
図１４〜図１７に基づいて、突起８ａおよび突起８ｂの他の形態または構造を説明する。図１４は、突起８ａおよび突起８ｂの形態のバリエーションを示す。図１４の（ａ）は、矩形の突起８ａおよび突起８ｂがスプール９ｂおよびスプール９ａにそれぞれ設けられる場合を示す断面図であり、図１４の（ｂ）は、矩形の突起８ａのみがスプール９ａに設けられる場合を示す断面図であり、図１４の（ｃ）は、エッジを滑らかにした突起８ａがスプール９ａに設けられる場合を示す断面図である。

図１４の（ａ）に示されるように、突起８ａおよび突起８ｂの形状は矩形でよい。追加的な加工を必要としないため、発電装置１０を簡易に製造することができる。

図１４の（ｂ）に示されるように、操作力Ｆ_１〜Ｆ_３が常に垂直下向き（ばね４を押下する方向）に加わる場合、突起８ｂはなくてもよい。加工をさらに必要としないため、発電装置１０をより簡易に製造できるだけでなく、製造コストを下げることができる。

図１４の（ｃ）に示されるように、突起８ａのエッジを滑らかにすることによって、アマチュア１と突起８ａとが接触する面積を一定することができる。すなわち、ある瞬間において、アマチュア１の特定の部分にのみ集中的に荷重が加わる事態を回避できる。したがって、エッジを滑らかにした突起８ａの形状は、アマチュア１の耐久性を向上させ、発電装置１０の耐用年数を延ばすことができる。

図１５は、応力を発揮する弾性部材によって突起８ａが支持される構造を示す。図１５の（ａ）は上記弾性部材が突起８ａを支持する様子を示す断面図であり、（ｂ）は発電装置１０（コイル６は不図示）の鳥瞰図であり、（ｃ）はスプール９ｂの構造を示す模式図である。

図１５の（ａ）に示されるように、突起８ａは、ばね（弾性部材）２２によって支持されてよい。この構造においては、発電装置１０が第３の状態から第４の状態に遷移するとき、アマチュア１がばね２２の応力によって押し上げられることによって、当該アマチュアの回転が加速される。したがって、操作力Ｆ_３はさらに小さくて済むため、上記構造は発電装置１０の発電効率をさらに改善できる。なお、図１５の（ａ）に示される構造においてはスプール９ａに突起８ａのみが設けられているが、スプール９ｂに突起８ｂ（ばね２２と同様のばねによって支持されていても支持されていなくてもよい）が設けられていてもよい。

図１５の（ｂ）および（ｃ）に示されるように、突起８ｂ（または突起８ａ）の設置部は、上下に撓むことのできる構造を有してよい。これにより、ばね２２の応力が一層強化されるため、上記構造は発電装置１０の発電効率を一層改善できる。

図１６は、アマチュア１に突起を設けた構造を示す図であり、（ａ）は、アマチュア１の下側のみに突起８ａを設けた構造を示す断面図であり、（ｂ）は、アマチュア１の両側に突起８ａおよび突起８ｂをそれぞれ設けた構造を示す断面図である。

図１６の（ａ）に示されるように、突起８ａをアマチュア１に設けた構造でもよい。当該構造は、スプール９ａに突起８ａを設ける構造と同様の効果を得られる。また、突起８ａには硬い軟磁性材料を利用してもよく、この場合は強度を高くすることができる。

図１６の（ｂ）に示されるように、突起８ａおよび突起８ｂをアマチュア１の両側に設けてもよい。これにより、一方のヨークの両端部にアマチュア１が吸着することによって、当該アマチュアが回転できなくなるリスクを回避できる。また、操作位置Ｗが押し下げられた場合だけでなく、押し上げられた場合も、発電装置１０は発電することができる。

図１７の（ａ）は、アマチュア１の側面に設けられた丸い軸２８が、長穴の軸受け２９によって支持される構造を示す断面図であり、（ｂ）は、アマチュア１の側面に設けられた四角い軸２８が、スプール９ａおよびスプール９ｂにそれぞれ設けられた突起３０ａおよび突起３０ｂによって支持される構造を示す断面図である。

図１７の（ａ）に示されるように、上記構造において、アマチュア１に設けられた軸２８が縦に長い穴（長穴）２９に嵌合されており、軸２８は当該長穴を上下に動く。これにより、上記構造は、スプール９ａに突起８ａを設ける構造と同様の効果を得られる。

図１７の（ｂ）に示されるように、上記構造においては、スプールが平面となる部分が荷重を受け止める（広い面積でアマチュア１が軸２８によって支持される）。したがって、上記構造は、アマチュア１の耐久性を向上させ、発電装置１０の耐用年数を延ばすことができる。

〔ヨーク２および永久磁石７の動作〕
図１８に基づいて、アマチュア１に代えて、ヨーク２ａおよびヨーク２ｂと永久磁石７とが回転する形態を説明する。図１８は、ヨーク２ａおよびヨーク２ｂと永久磁石７とが回転する過程を示し、（ａ）は、発電装置１０が第１の状態をとる場合、当該発電装置の内部構造（ヨーク２ａ、ヨーク２ｂ、永久磁石７のみ）を示す断面図であり、（ｂ）は、発電装置１０が第４の状態をとる場合、当該発電装置の内部構造を示す断面図である。

図１８の（ａ）および（ｂ）に示されるように、発電装置１０は、アマチュア１が回転する代わりに、ヨーク２ａ、ヨーク２ｂ、および永久磁石７が回転する構造を有してもよい。当該構造においては、アマチュア１が回転するため、スプール９ａおよびスプール９ｂによって区切られた空間（ボビンの内部）を確保する必要がなく、コイル６を小さくできる。

〔発電装置１０の応用例〕
図１９に基づいて、発電装置１０の応用例を説明する。図１９は、発電装置１０が発電した電力を使用する電気機械器具を示す。図１９の（ａ）は、発電装置１０にコンデンサ２１が接続されたことを示す回路図であり、（ｂ）は、発電装置１０にコンデンサ２１および発信装置２０が接続されたことを示す回路図である。

図１９の（ａ）に示されるように、発電装置１０にコンデンサ２１が接続された場合、当該発電装置によって発電された電力を、当該コンデンサに蓄電することができる。

図１９の（ｂ）に示されるように、発電装置１０によって発電された電力を用いて、無線や赤外線などを外部の装置に発信する発信装置２０を接続してもよい。すなわち、無線や赤外線などを発信するという簡単な動作のために、瞬間的な電力を必要とする発信装置２０を、電池などの電力源なしに、発電装置１０は動作させることができる。

図２０に基づいて、より具体的な発電装置１０の応用例を説明する。図２０は、発電装置１０が発電した電力を使用する電気機械器具を示す。図２０の（ａ）は、発電装置１０、コンデンサ２１、および発信装置２０を含むスイッチ１００を示す模式図であり、（ｂ）は、スイッチ１００の使用シーンを表す模式図である。

図２０の（ａ）に示されるように、スイッチ（切替装置）１００は、発電装置１０およびコンデンサ２１を含み、ユーザがスイッチ１００を押下することによって、発電装置１０のアマチュア１を回転させることができるように設計されている。

図２０の（ｂ）に示されるように、例えば、室内照明装置（部屋の蛍光灯など）のオン・オフを切り替える装置として、スイッチ１００を応用可能である。従来、スイッチを部屋の壁面に設置し、当該スイッチと上記室内照明装置とを接続する配線を当該壁面に埋設することが通常であった。

これに対して、スイッチ１００によれば、発信装置２０が発信する信号を受信可能な装置を上記室内照明装置が備えてさえいれば、上記配線を壁面に埋設する必要はない。ユーザがスイッチ１００を押下するという日常的な動作によって発電装置１０が発電し、発電された電力を用いて発信装置２０が上記室内照明装置に無線信号を発信することによって、当該室内照明装置のオン・オフを切り替えることができるからである。したがって、スイッチ１００は、配線を埋設するための工事を不要にできる。これにより、スイッチ１００は、上記工事に必要となる費用を安くできるだけでなく、配線によって妨げられない自由な室内レイアウトを可能にする。

以上のように、発電装置１０は多様な応用が見込まれる。すなわち、発電装置１０の応用は、図１９および図２０を参照して説明した応用例に限られず、その他の様々な用途に応用可能である。

〔発電装置１０が奏する効果〕
以上、図１〜図２０を参照して説明したように、発電装置１０は、装置を巨大化させたり、操作ストロークを伸長させたりすることなく、簡単な機構によって、上記従来の発電装置において必要であった操作力よりも小さい操作力で発電できる。発電装置１０は、従来の発電装置が発電可能な電力と同量の電力を発電できるため、従来よりも小さい操作力で発電可能な発電装置１０は、当該従来の発電装置よりも高い発電効率で発電できるという効果を奏する。

〔実施の形態の組み合わせについて〕
本発明は、上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施の形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施の形態についても、本発明の技術的範囲に含まれる。さらに、それぞれの実施の形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成できる。

本発明は、電磁誘導の原理によってコイルに電流を誘導する発電装置等に、広く適用できる。

１アマチュア（回転部材）
２ａヨーク（支持部材）
２ｂヨーク（支持部材）
３ａ端部（第２の部分）
３ｂ端部（第３の部分）
３ｃ端部（第１の部分）
３ｄ端部（第４の部分）
６コイル（コイル）
７永久磁石（永久磁石）
８ａ突起（突起、第１の位置とは異なる位置）
９ａスプール（固定部材）
９ｂスプール（固定部材）
１０発電装置（発電装置）
２０発信装置（発信装置）
２２ばね（弾性部材）
１００スイッチ（切替装置）
Ａクリアランス（空間）
Ｓ_１吸着位置（第２の位置）
Ｓ_２吸着位置（第１の位置）
Ｓ_３吸着位置（第３の位置）
Ｓ_４吸着位置（第４の位置）
ｆ磁力（磁力）
ｆ’ 磁力（磁力）

Claims

外部から加えられた操作力によって所定の位置を支点として回転する回転部材と、所定の部分において発揮される磁力で吸着させることによって当該回転部材を支持する支持部材とを備え、当該回転部材の回転に連動してコイルを通過する永久磁石の磁束を変動させることによって、当該コイルに電流を誘導する発電装置であって、
前記回転部材は、当該回転部材が第１の位置および第２の位置において前記支持部材における第１の部分および第２の部分にそれぞれ吸着することによって、当該支持部材に支持された第１の状態において前記操作力が加えられた場合、前記第１の位置を第１の支点として回転することによって第２の状態に遷移し、前記第１の位置とは異なる位置を第２の支点として回転することによって第３の状態にさらに遷移することを特徴とする発電装置。
前記回転部材は、前記第１の状態において、当該回転部材と前記第２の支点となる位置との間に空間を設けて前記支持部材に支持されたことによって、前記第１の位置を前記第１の支点として回転した後、前記第１の位置とは異なる位置を第２の支点として回転するものであり、
前記回転部材は、当該回転によって、前記第１の状態において前記第２の位置に対して前記操作力を作用させて前記第２の状態に遷移した後、前記第１の位置に対して前記操作力を作用させて前記第３の状態に遷移することを特徴とする請求項１に記載の発電装置。
前記回転部材は、当該回転部材が前記第３の状態においてさらに回転することにより、当該回転部材と前記第２の支点となる位置との間に空間を設けた状態で、当該回転部材が第３の位置および第４の位置において前記支持部材における第３の部分および第４の部分にそれぞれ吸着することによって、当該支持部材に支持された第４の状態に、さらに遷移することを特徴とする請求項１または２に記載の発電装置。
前記第１の位置から前記操作力を加える位置までの距離は、前記第２の支点となる位置から当該操作力を加える位置までの距離よりも長いことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の発電装置。
前記回転部材は、前記支持部材を固定する固定部材の所定の位置に設けられた突起を前記第２の支点として回転することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の発電装置。
前記固定部材の所定の位置に設けられた突起は、応力を発揮する弾性部材によって支持されたことを特徴とする請求項５に記載の発電装置。
請求項１から６のいずれか１項に記載の発電装置によって発電された電力を用いて、外部の装置に信号を発信することを特徴とする発信装置。
外部の装置の状態を切り替える切替装置であって、
請求項１から６のいずれか１項に記載の発電装置と、
請求項７に記載の発信装置とを含むことを特徴とする切替装置。