JP5987144B2 - 発電構造及び照明装置 - Google Patents

Description

本発明は、振動により発電する発電構造及びこれを用いた照明装置に関する。

従来、無電源発光装置として、例えば、特許文献１、２に記載されたものがある。

特許文献１に記載の懐中電灯は、外部からの力に応じた振り子振動する振動子に一端で固着されたシム板を有し、このシム板に連動して発電し発光させるものである。特許文献２に記載の圧電式発光装置は、圧電素子に付与された応力により発生する起電力を利用し発光ダイオード等の発光体を発光させるものである。

しかし、何れの装置も、圧電素子を用いるため、振動エネルギの伝達は、直接接触を介して行う必要があり、圧電素子に振動を伝達する過程でエネルギを損失し易い構造となり、僅かな振動で発光させるには限界があった。

特願２００６−６０４３５号公報 特開２００１−３５１４１６号公報

解決しようとする問題点は、圧電素子に振動を伝達する過程で振動エネルギを損失し易い構造となり、僅かな振動で発電、或いは発光させるには限界があった点である。

本発明は、振動エネルギを損失し難い構造となり、僅かな振動でも発電させることを可能とするため、運動方向に沿って両極性が配分された運動側の磁石を有する可動子と、前記可動子の運動方向に直交する方向へ回転軸が配置されこの回転軸２１の回りに周方向に両極性が配置された回転側の磁石を有するロータが前記可動子の運動で移動する運動側の磁石に応じ回転して発電するジェネレータとを備えたことを発電構造の特徴とする。

本発明は、僅かな振動でも発光させることを可能とするため、上記発電構造を用いた照明装置であって、前記ジェネレータにより発電された電力により発光する発光体を備えたことを照明装置の特徴とする

本発明の発電構造は、上記構造としたため、ジェネレータのロータを可動子の運動を介して非接触で回転させることができる。このため、エネルギを損失し難い構造となり、僅かな振動でも発電させることが可能となる。

本発明の照明装置は、上記発電構造を用いるため、僅かな振動でも発光させることが可能となる。

照明装置の透視正面図である。（実施例１） 照明装置の断面図である。（実施例１） 照明装置の一部省略分解斜視図である。（実施例１） 照明装置のカバー部を外した一部省略斜視図である。（実施例１） （Ａ）は、周方向一対の両極を１個の回転磁石で備えたジェネレータの概略断面図、（Ｂ）は、周方向一対の両極を２個の回転磁石で備えたジェネレータの概略断面図、（Ｃ）は、周方向二対の両極を１個の回転磁石で備えたジェネレータの概略断面図、（Ｄ）は、周方向二対の両極を４個の回転磁石で備えたジェネレータの概略断面図である。（実施例１） 発電構造の動作原理を示し、（Ａ）は、中立位置の正面図、（Ｂ）は、回転初期の正面図、（Ｃ）は、最大振幅位置の正面図である。（実施例１）

エネルギを損失し難い構造となり、僅かな振動でも発電させることを可能とするため、往復揺動方向の前後両側に極性Ｓ、Ｎを逆向きにして両極性Ｓ、Ｎが配分された揺動側の磁石２９ａ、２９ｂを有する振り子１５と、振り子１５の揺動方向に直交する方向へ回転軸２１が配置されこの回転軸２１の回りに周方向に両極性Ｓ、Ｎが配置された回転側の磁石１９ａを有するロータ１９が振り子１５の運動で移動する揺動動側の磁石２９ａ、２９ｂに応じ回転して発電するジェネレータ５とを備えたことにより実現した。

図１〜図６は、本発明実施例１に係り、図１は、照明装置の透視正面図、図２は、照明装置の断面図、図３は、照明装置の一部省略分解斜視図、図４は、照明装置の蓋部を外した一部省略斜視図、図５（Ａ）は、周方向一対の両極を１個の回転磁石で備えたジェネレータの概略断面図、（Ｂ）は、周方向一対の両極を２個の回転磁石で備えたジェネレータの概略断面図、（Ｃ）は、周方向二対の両極を１個の回転磁石で備えたジェネレータの概略断面図、（Ｄ）は、周方向二対の両極を４個の回転磁石で備えたジェネレータの概略断面図、図６は、発電構造の動作原理を示し、（Ａ）は、中立位置の正面図、（Ｂ）は、回転初期の正面図、（Ｃ）は、最大振幅位置の正面図である。なお、以下の説明において、重力方向を上下方向とし、振り子の揺動方向を正面側から見て左右方向とし、振り子の揺動軸方向を前後方向とする。

図１〜図６のように、照明装置１は、本発明実施例の振り子を用いた発電構造３を備え、ジェネレータ５により発電された電力により発光する発光体として、発光ダイオード（ＬＥＤ）７を備えている。

照明装置１は、例えばランドセルに簡易に取り付ける形態であり、ケース９に発電構造３を内蔵し、ＬＥＤ７を取り付けている。

ケース９は、例えば、正面から見てほぼ三角形状に形成され、ベース部１１にカバー部１３を取り付けている。

ベース部１１には、発電構造３が設けられている。発電構造３は、ジェネレータ５と可動子である揺動子としての振り子１５とにより構成されている。ベース部１１には、ランドセルに取り付けるための係合舌部１６が設けられている。

ジェネレータ５は、ベース部１１の中央下部側に取り付けられ、ステータ・コイル１７に対して図５（Ａ）〜図５（Ｄ）のように回転側の磁石（以下「回転磁石」と言う。）１９ａ（１９ｂ、１９ｃ）（１９ｄ）（１９ｅ、１９ｆ、１９ｇ、１９ｈ）を有するロータ１９の何れかを備えている。なお、回転磁石は、両極性Ｓ、Ｎが周方向に配置されていれば良く、磁石の個数等は限定されない。

例えば、図５（Ａ）のジェネレータ５は、１個の回転磁石１９ａで一対の両極Ｓ、Ｎを形成した。図５（Ｂ）のジェネレータ５は、２個の回転磁石１９ｂ、１９ｃで一対の両極Ｓ、Ｎを形成した場合を示すジェネレータの概略断面図、図５（Ｃ）のジェネレータ５は、１個の回転磁石１９ｄで二対の両極（Ｓ、Ｎ）（Ｓ、Ｎ）を形成した。図５の（Ｄ）ジェネレータ５は、４個の回転磁石１９ｅ、１９ｆ、１９ｇ、１９ｈで二対の両極（Ｓ、Ｎ）（Ｓ、Ｎ）を形成した。

ステータ・コイル１７は、ベース部１１側に固定され、ロータ１９の回転軸２１は、左右方向に向いている。

振り子１５は、円弧状に揺動する揺動子の一例であり、ベース部１１の中央を中立位置とするように配置され、上端が、回転支持軸２３によりベース部１１及びカバー部１３の上端部間に回転自在に支持されている。この振り子１５は、
ジェネレータ５を上下に挟んで下側に重り２７を備え、上側に揺動側の磁石２９ａ、２９ｂ（以下、「揺動磁石」と言う。）を備えている。具体的に、振り子１５は、回転支持軸２３に取り付けられたアーム・プレート２５を備えている。アーム・プレート２５は、下部に前後方向の屈曲部２５ａが形成され、屈曲部２５ａは、ジェネレータ５を前方へ迂回する形状となっている。屈曲部２５ａの下端には、重り２７が一体に設けられ、ジェネレータ５の下側に配置されている。屈曲部２５ａの直上でアーム・プレート２５に揺動磁石２９ａ、２９ｂが取り付けられている。

揺動磁石２９ａ、２９ｂは、揺動方向の前後両側に一対備えている。揺動磁石２９ａ、２９ｂは、磁石支持部材３１に取り付けられ、正面から見て左から（Ｓ、Ｎ）、（Ｓ、Ｎ）の逆向きの極性配置となっている。磁石支持部材３１は、非磁性体で形成され、本実施例では、重り２７と共に振り子の重りを構成する。

ただし、磁石支持部材３１を軽量材で形成し、振り子１５の主な重りを、重り２７のみで構成することもできる。また、アーム・プレート２５に屈曲部２５ａを設けずに磁石支持部材３１までの長さとし、磁石支持部材３１を重りとして構成することもできる。

振り子１５の最大振幅位置に対応して、固定側磁石３３ａ、３３ｂがベース部１１に取り付けられている。固定側磁石３３ａ、３３ｂは、各揺動側磁石２９ａ、２９ｂの外端部極性の反対の極性で対向配置されている。したがって、振り子１５の最大振幅付近で固定側磁石３３ａ、３３ｂに対し各揺動側磁石２９ａ、２９ｂが反発し、振り子１５が反揺動方向へ付勢される。

ＬＥＤ７は、カバー部１３の内面側に取り付けられ、例えば６個備えられている。カバー部１３は、光透過性を有し、正面から内部の発光が見えるようになっている。各ＬＥＤ７は、配線３５ａ、３５ｂによりジェネレータ５に回路接続されている。

発電構造の動作原理を図５により説明する。

（ジェネレータの回転磁石が一対の両極Ｓ、Ｎを有する場合）
図６（Ａ）では、振り子１５が中立位置にあり、この状態では、揺動磁石２９ａ、２９ｂのＳ、Ｎ位置の関係で、図５（Ａ）又は図５（Ｂ）の回転磁石１９ａ又は回転磁石１９ｂ、１９ｃは、図５（Ａ）又は図５（Ｂ）の状態で静止している。

振動入力があり、振り子１５のアーム・プレート２５が回転支持軸２３を中心に左右方向の何れかへ回転する。図６（Ｂ）では、図中左方向へ回転したものとしている。この回転が始まると、図中左の揺動磁石２９ａのＮ極によってジェネレータ５の回転磁石１９ａ又は回転磁石１９ｂのＳ極が引き付けられ、ロータ１９が回転を始める。回転方向は、図５（Ａ）又は図５（Ｂ）において時針回りとなる。

アーム・プレート２５の回転が角度θ１を超えると揺動磁石２９ａの磁力が解消され、図６（Ｂ）（Ｃ）のように、図中右の揺動磁石２９ｂに移行する。この移行により回転磁石１９ａ又は回転磁石１９ｃのＮ極が揺動磁石２９ｂのＳ極に急激に引き付けられ、ロータ１９の回転力が増す。このとき、電磁誘導により強い発電がおこなわれ、ステータ・コイル１７に電流が流れる。

振り子１５の最大振幅付近θ２では、揺動磁石２９ａのＳ極が固定側磁石３３ａのＳ極に反発して図６（Ｃ）の右方向への付勢力を得る。この付勢力が振動入力に加えられてアーム・プレート２５は図中右方向へ振れを戻す。

アーム・プレート２５が中立位置を過ぎて図中右方向へ振れると、同様の作用によりロータ１９が逆回転し同様に発電が行われる。

振り子１５の右方向の最大振幅付近θ２では、揺動磁石２９ｂが固定側磁石３３ｂに反発して図中左方向への付勢力が振動入力に加えられ、アーム・プレート２５が左方向へ振れ、ロータ１９が再度逆回転し同様に発電が行われる。

こうして、振動により振り子１５が働く限りジェネレータ５での発電が行われる。

この照明装置１を係合舌部１６によりランドセル等へ取り付けると、歩行時の振動により振り子１５が揺動振動する。この振り子１５の揺動振動により、図５のように振り子１５の揺動磁石２９ａ、２９ｂが働き、ジェネレータ５が発電する。

この発電により配線３５ａ、３５ｂを介して各ＬＥＤ７に給電され、各ＬＥＤ７が点灯する。

（ジェネレータの回転磁石が二対の両極Ｓ、Ｎを有する場合）
図６（Ａ）では、振り子１５が中立位置にあり、この状態では、揺動磁石２９ａ、２９ｂのＳ、Ｎ位置の関係で、回転磁石１９ｄ又は回転磁石１９ｅ、１９ｆ、１９ｇ、９１ｈは、図５（Ｃ）又は図５（Ｄ）の状態で静止している。

振動入力があり、振り子１５のアーム・プレート２５が回転支持軸２３を中心に左右方向の何れかへ回転する。図６（Ｂ）では、図中左方向へ回転したものとしている。この回転が始まると、図中左の揺動磁石２９ａのＮ極によってジェネレータ５の回転磁石１９ｄ又は回転磁石１９ｅのＳ極が引き付けられ、ロータ１９が回転を始める。回転方向は、図５（Ｃ）又は図５（Ｄ）において時針回りとなる。

アーム・プレート２５の回転が角度θ１を超えると揺動磁石２９ａの磁力が解消され、図５（Ｂ）（Ｃ）のように、図中右の揺動磁石２９ｂに移行する。この移行により回転磁石１９ｄ左下のＮ極又は回転磁石１９ｆのＮ極が揺動磁石２９ｂのＳ極に急激に引き付けられ、ロータ１９の回転力が増す。このとき、電磁誘導により強い発電がおこなわれ、ステータ・コイル１７に電流が流れる。

振り子１５の最大振幅付近θ２では、揺動磁石２９ａのＳ極が固定側磁石３３ａのＳ極に反発して図６（Ｃ）の右方向への付勢力を得てアーム・プレート２５は右方向へ振れを戻す。

アーム・プレート２５が中立位置を過ぎて図中右方向へ振れると、同様の作用によりロータ１９が逆回転し同様に発電が行われる。

振り子１５の右方向の最大振幅付近θ２では、揺動磁石２９ｂのＮ極が固定側磁石３３ｂのＮ極に反発して付勢力が振動入力に加えられ、アーム・プレート２５が図中左方向へ振れ、ロータ１９が再度逆回転し同様に発電が行われる。

この発電により配線３５ａ、３５ｂを介して各ＬＥＤ７に給電され、各ＬＥＤ７が点灯する。

［実施例の効果］
本発明の実施例１では、往復揺動方向に沿って両極性Ｓ、Ｎが配分された揺動側の磁石２９ａ、２９ｂを有する振り子１５と、振り子１５の揺動方向に直交する方向へ回転軸２１が配置されこの回転軸２１の回りに周方向に両極性Ｓ、Ｎが配置された回転側の磁石１９ａを有するロータ１９が振り子１５の運動で移動する揺動動側の磁石２９ａ、２９ｂに応じ回転して発電するジェネレータ５とを備えた。

このため、振動入力により振り子１５が働き、揺動磁石２９ａ、２９ｂを介してジェネレータ５のロータ１９を非接触で回転させることができ、エネルギを損失し難い構造となり、僅かな振動でも発電させることが可能となる。

振り子１５は、揺動方向の前後両側に極性Ｓ、Ｎを逆向きにして揺動磁石２９ａ、２９ｂを一対備えた。

このため、振り子１５の振動により連続して効率的に発電することができる。

振り子１５は、ジェネレータ５を上下に挟んで下側に重り２７を備え、中間に揺動磁石２９ａ、２９ｂを備えた。

このため、重り２７、ジェネレータ５、揺動磁石２９ａ、２９ｂをスペース効率良く配置することができ、照明装置１の薄型化、小型化を図ることができる。

発電構造３を用いた照明装置１であって、ジェネレータ５により発電された電力により発光するＬＥＤ７を備えた。

このため、振り子１５の振動による揺動を利用した非接触の発電により、ＬＥＤ７を僅かな振動でも無理なく発光させることができる。
［その他］
可動子である揺動子は、振り子１５に限らず、リニアに前後揺動する構造にすることもできる。この場合、揺動磁石２９ａ、２９ｂは、ジェネレータ５のロータ１９に対して直線的に配置されることになる。

磁石２９ａ、２９ｂを備えた揺動子は、円形に形成されたガイドに旋回可能に支持され、ガイドに沿って揺動する形態にすることもできる。

磁石を備えた可動子を円形に形成されたガイドに旋回可能に支持し、可動子が旋回することでジェネレータ５のロータ１９を一方向へ回転させ発電させることもできる。

磁石を備えた可動子に対してジェネレータを複数配置することもできる。 ジェネレータに対して可動子を複数配置することもできる。

発電構造３は、照明装置１に適用するものに限らず、その他の給電を必要とする装置や、蓄電装置に適用することもできる。

固定側磁石３３ａ、３３ｂに代えてばねにすることもできる。

１ 照明装置
３ 発電構造
５ ジェネレータ
７ ＬＥＤ
１５ 振り子（揺動子、可動子）
１７ ステータ・コイル
１９ ロータ
１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄ 回転磁石（回転側の磁石）
２７ 重り
２９ａ、２９ｂ 揺動磁石（運動側の磁石）

Claims (5)

1. 運動方向に沿って両極性が配分された運動側の磁石を有する可動子と、
   前記可動子の運動方向に直交する方向へ回転軸が配置されこの回転軸の回りに周方向に両極性が配置された回転側の磁石を有するロータが前記可動子の運動で移動する運動側の磁石に応じ回転して発電するジェネレータと、
   を備えたことを特徴とする発電構造。
2. 請求項１記載の発電構造であって、
   前記可動子は、円弧状又は直線状に揺動する揺動子であり、
   前記運動側の磁石は、揺動方向の前後両側に極性を逆向きにして一対備えた、
   ことを特徴とする発電構造。
3. 請求項２記載の発電構造であって、
   前記揺動子は、振り子である、
   ことを特徴とする発電構造。
4. 請求項３記載の発電構造であって、
   前記振り子は、前記ジェネレータを上下に挟んで下側に重りを備え、上側に前記運動側の磁石を備えた、
   ことを特徴とする発電構造。
5. 請求項1〜４の何れか1項記載の発電構造を用いた照明装置であって、
   前記ジェネレータにより発電された電力により発光する発光体を備えた、
   ことを特徴とする照明装置。

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