JP6182258B2 - Vibration generator - Google Patents

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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K35/00Generators with reciprocating, oscillating or vibrating coil system, magnet, armature or other part of the magnetic circuit
    • H02K35/02Generators with reciprocating, oscillating or vibrating coil system, magnet, armature or other part of the magnetic circuit with moving magnets and stationary coil systems

Description

本発明は、板バネを用いた振動発電機に関し、特に、所望の発電効率を得ることができる周波数範囲を、従来よりも広帯域化することができる構成を備えた電磁誘導型の振動発電機に関するものである。   The present invention relates to a vibration power generator using a leaf spring, and more particularly to an electromagnetic induction vibration power generator having a configuration capable of widening the frequency range in which a desired power generation efficiency can be obtained as compared with the related art. Is.

導電性コイルの中を通過するように磁石を振動させると、コイルに誘導電流が生じ、起電力が発生する。この原理を利用したものとして、板バネを用いた電磁誘導型の振動発電機がある。このような振動発電機は、外部環境の振動エネルギーに基づいて、電気エネルギーを発生させることが可能である。   When the magnet is vibrated so as to pass through the conductive coil, an induced current is generated in the coil and an electromotive force is generated. As an example of utilizing this principle, there is an electromagnetic induction type vibration generator using a leaf spring. Such a vibration generator can generate electric energy based on vibration energy of the external environment.

さらに、振動発電機を用いることで、電源ケーブルや電池による電源供給を不要とした上で、電気エネルギーを発生できる。このような観点で、経済的な利点または操作上の利点が見込まれる多くの用途で、振動発電機が活用されることが期待される。そして、板バネを用いた振動発電機の従来技術としては、エネルギー効率の改善を図ったものがある(例えば、特許文献1参照)。   Furthermore, by using a vibration generator, it is possible to generate electric energy while eliminating the need for power supply by a power cable or a battery. From this point of view, vibration generators are expected to be used in many applications where economic advantages or operational advantages are expected. And as a prior art of the vibration generator using a leaf | plate spring, there exists what aimed at the improvement of energy efficiency (for example, refer patent document 1).

特表2010−525779号公報Japanese Translation of PCT International Publication No. 2010-525779

しかしながら、従来技術には、以下のような課題がある。
板バネを用いた従来の電磁誘導型の振動発電機では、共振周波数の調整機構がない、あるいは、調整機構があったとしても、機械的にバネに応力を加えて調整するものとなっている。このため、自在に共振周波数の調整をすることができず、用途に応じた所望の共振周波数に調整する(合わせ込む)ことが困難であった。
However, the prior art has the following problems.
In a conventional electromagnetic induction type vibration generator using a leaf spring, there is no adjustment mechanism for the resonance frequency, or even if there is an adjustment mechanism, the spring is mechanically adjusted by applying stress to the spring. . For this reason, the resonance frequency cannot be freely adjusted, and it is difficult to adjust (adjust) the resonance frequency to a desired resonance frequency according to the application.

本発明は、前記のような課題を解決するためになされたものであり、所望の発電効率を得ることができる周波数範囲を、従来よりも広帯域化することのできる振動発電機を得ることを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a vibration generator capable of achieving a wider frequency range than that in the past in which a desired power generation efficiency can be obtained. And

本発明に係る振動発電機は、円柱あるいは円筒形で構成された永久磁石と、永久磁石の外周に、間隔を有して固定配置されるコイルと、永久磁石の軸方向の両端部にガイド棒を介して設けられ、それぞれが一対の磁石として構成される2つの磁気バネ部と、2つの磁気バネ部のそれぞれにおける一対の磁石の磁石間距離を調整可能な調整機構部と、永久磁石の軸方向の両端部に設けられたガイド棒にそれぞれ接続され、永久磁石およびガイド棒からなる可動部が、軸方向と直交する平面内で横揺れすることを抑制する2つの板バネとを備え、永久磁石が軸方向に振動することによる、永久磁石とコイルとの相対運動によって発電する振動発電機であって、永久磁石およびガイド棒で構成される可動部を複数有し、それぞれの可動部を、伸縮可能なバネ材により軸方向に沿って連結する連結バネ部をさらに備え、複数の可動部のそれぞれは、連結バネ部の選定、および調整機構部による2つの磁気バネ部の磁極間距離の調整により、共振周波数が個別設定されるものである。   The vibration generator according to the present invention includes a permanent magnet configured in a columnar shape or a cylindrical shape, a coil that is fixedly disposed on the outer periphery of the permanent magnet with a gap, and guide rods at both ends in the axial direction of the permanent magnet. Two magnetic spring portions each configured as a pair of magnets, an adjustment mechanism portion capable of adjusting the distance between the magnets of the pair of magnets in each of the two magnetic spring portions, and a shaft of the permanent magnet Two leaf springs that are respectively connected to guide rods provided at both ends in the direction, and that suppress the rolling of the movable portion composed of the permanent magnet and the guide rod within a plane perpendicular to the axial direction, A vibration generator that generates electric power by relative movement between a permanent magnet and a coil due to the vibration of the magnet in the axial direction, and has a plurality of movable parts composed of permanent magnets and guide rods. Extendable A connecting spring part that is connected along the axial direction by a spring material, and each of the plurality of movable parts is selected by selecting the connecting spring part and adjusting the distance between the magnetic poles of the two magnetic spring parts by the adjusting mechanism part. The resonance frequency is individually set.

本発明によれば、板バネを用いた振動発電機において、可動部を、磁気バネまたは巻バネで連結された複数の可動部として構成するとともに、連結された可動部の振動方向の両端部に、ギャップ長を調整可能な磁気バネ部を備え、非接触で複数の可動部の共振周波数を個別に変更可能な機構を有することにより、所望の発電効率を得ることができる周波数範囲を、従来よりも広帯域化することのできる振動発電機を得ることができる。   According to the present invention, in the vibration power generator using a leaf spring, the movable portion is configured as a plurality of movable portions connected by magnetic springs or winding springs, and at both ends of the connected movable portions in the vibration direction. A frequency range in which a desired power generation efficiency can be obtained by providing a mechanism that includes a magnetic spring part that can adjust the gap length and can individually change the resonance frequency of a plurality of movable parts in a non-contact manner. In addition, it is possible to obtain a vibration generator capable of widening the bandwidth.

本発明の実施の形態1における振動発電機の構造を説明するための概略断面図である。It is a schematic sectional drawing for demonstrating the structure of the vibration generator in Embodiment 1 of this invention. 2つの可動部を固定で連結した場合の模式図である。It is a schematic diagram at the time of connecting two movable parts fixedly. 図2の構成の振動発電機による出力電圧の周波数特性を示す図である。It is a figure which shows the frequency characteristic of the output voltage by the vibration generator of the structure of FIG. 本発明の実施の形態1における振動発電機において、2つの可動部をバネで連結した場合の模式図である。In the vibration power generator in Embodiment 1 of this invention, it is a schematic diagram at the time of connecting two movable parts with a spring. 本発明の実施の形態1において、2つの可動部を連結バネ部5cを介して連結した際の、出力電圧の周波数特性を示す図である。In Embodiment 1 of this invention, it is a figure which shows the frequency characteristic of an output voltage at the time of connecting two movable parts via the connection spring part 5c. 本発明の実施の形態1において、2つの可動部を連結バネ部5cを介して連結した際の、出力電圧の周波数特性を示す図である。In Embodiment 1 of this invention, it is a figure which shows the frequency characteristic of an output voltage at the time of connecting two movable parts via the connection spring part 5c. 本発明の実施の形態1における振動発電機の周波数調整方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the frequency adjustment method of the vibration generator in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1における板バネの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the leaf | plate spring in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1における磁気バネ部の磁石間距離の調整により周波数を変更した場合の、出力電圧の周波数特性を示す図である。It is a figure which shows the frequency characteristic of an output voltage at the time of changing a frequency by adjustment of the distance between magnets of the magnetic spring part in Embodiment 1 of this invention.

本発明は、板バネを用いた振動発電機において、可動部が、磁気バネまたは巻バネで連結された複数の可動部として構成され(第1の特徴)、連結された可動部の振動方向の両端部に、ギャップ長を調整可能な磁気バネ部を設けたこと(第2の特徴)を技術的特徴としている。このような構成を備えることで、非接触で複数の可動部の共振周波数を個別に設定変更することで、所望の発電効率を得ることができる周波数範囲を、従来よりも広帯域化することができるという、優れた効果を得ることができる。   According to the present invention, in a vibration power generator using a leaf spring, the movable part is configured as a plurality of movable parts connected by a magnetic spring or a winding spring (first feature), and the vibration direction of the connected movable parts is A technical feature is that a magnetic spring portion capable of adjusting the gap length is provided at both ends (second feature). By providing such a configuration, the frequency range in which a desired power generation efficiency can be obtained can be made wider than before by changing the resonance frequencies of the plurality of movable parts individually without contact. An excellent effect can be obtained.

そこで、このような技術的特徴を備えた本発明の振動発電機の好適な実施の形態につき、以下に、図面を用いて詳細に説明する。   A preferred embodiment of the vibration generator according to the present invention having such technical features will be described in detail below with reference to the drawings.

実施の形態1.
まず始めに、第2の特徴である「可動部の振動方向の両端部に、ギャップ長を調整可能な磁気バネ部を設けたこと」について、可動部が1つの場合を例に説明する。
Embodiment 1 FIG.
First, the second feature “providing magnetic spring portions with adjustable gap lengths at both ends in the vibration direction of the movable portion” will be described as an example of a single movable portion.

図7は、振動発電機の基本構造を説明するための概略断面図である。図7に示した振動発電機は、永久磁石1a、1b、コイル2、板バネ3a、3b、ガイド棒4a、4b、磁気バネ部5a、5b、フレーム10、天板11、磁石取付け用上板12、中板13、磁石取付け用下板14、底板15、および周波数調整機構部16を備えて構成されている。   FIG. 7 is a schematic cross-sectional view for explaining the basic structure of the vibration power generator. The vibration generator shown in FIG. 7 includes permanent magnets 1a and 1b, a coil 2, leaf springs 3a and 3b, guide rods 4a and 4b, magnetic spring portions 5a and 5b, a frame 10, a top plate 11, and an upper plate for attaching a magnet. 12, a middle plate 13, a lower plate 14 for attaching a magnet, a bottom plate 15, and a frequency adjusting mechanism 16.

図7においては、円柱あるいは円筒形をした永久磁石(以下磁石)1a、1bが、同極を対向して配置されている。さらに、磁石1a、1bの周りを、コイル2が囲む構成となっている。ここで、コイル2は、中板13に固定されており、コイル2の中に配置された磁石1a、1bが振動することで、電気エネルギーが発生することとなる。   In FIG. 7, columnar or cylindrical permanent magnets (hereinafter referred to as magnets) 1a and 1b are disposed so as to face the same pole. Further, the coil 2 surrounds the magnets 1a and 1b. Here, the coil 2 is fixed to the intermediate plate 13, and electric energy is generated when the magnets 1 a and 1 b arranged in the coil 2 vibrate.

さらに、磁石1aは、ガイド棒4aを介して磁気バネ部5aと接続され、ガイド棒4aの中間部分は、板バネ3aにより保持されている。同様に、磁石1bは、ガイド棒4bを介して磁気バネ部5bと接続され、ガイド棒4bの中間部分は、板バネ3bにより保持されている。   Further, the magnet 1a is connected to the magnetic spring portion 5a via the guide bar 4a, and an intermediate portion of the guide bar 4a is held by the plate spring 3a. Similarly, the magnet 1b is connected to the magnetic spring part 5b via the guide bar 4b, and the intermediate part of the guide bar 4b is held by the leaf spring 3b.

ここで、板バネ3a、3bの構造について、図面を用いて説明する。図8は、板バネ3a、3bの構成を示す図である。図8に示した板バネ3a、3bは、円形状のバネ部材に対して、渦巻き状の複数のスリットS、中心部の穴H1、および外周部の複数の穴H2が形成されている。   Here, the structure of the leaf springs 3a and 3b will be described with reference to the drawings. FIG. 8 is a diagram showing the configuration of the leaf springs 3a and 3b. The plate springs 3a and 3b shown in FIG. 8 are formed with a plurality of spiral slits S, a central hole H1, and a plurality of outer peripheral holes H2 with respect to a circular spring member.

中心部の穴H1は、図7に示したガイド棒4a、4bとの接続部に相当し、外周部の複数の穴H2は、図7に示したフレーム10との接続部に相当する。また、渦巻き状の複数のスリットSは、可動部であるガイド棒4a、4bの横揺れを抑制する働きを有している。すなわち、図7において、磁石1a、1bは、外部環境の振動エネルギーにより、図7の紙面上の上下方向には振動するが、上下方向と直交する横揺れに関しては、スリットSの働きにより抑制されることとなる。   The hole H1 at the center corresponds to the connection with the guide rods 4a and 4b shown in FIG. 7, and the plurality of holes H2 at the outer periphery correspond to the connection with the frame 10 shown in FIG. The plurality of spiral slits S have a function of suppressing the rolling of the guide rods 4a and 4b, which are movable parts. That is, in FIG. 7, the magnets 1 a and 1 b vibrate in the vertical direction on the paper surface of FIG. 7 due to the vibration energy of the external environment, but the roll perpendicular to the vertical direction is suppressed by the action of the slit S. The Rukoto.

次に、図7に戻って、本願の技術的特徴の1つである磁気バネ部5a、5b、および周波数調整機構部16について、説明する。磁気バネ部5a、5bは、磁石1a、1bの振動方向(図7の紙面上の上下方向)の両端に設けられている。より具体的には、磁気バネ部5a、5bのそれぞれは、同極が対向して配置された一対の磁石で構成されている。   Next, returning to FIG. 7, the magnetic spring portions 5a and 5b and the frequency adjusting mechanism portion 16 which are one of the technical features of the present application will be described. The magnetic spring parts 5a and 5b are provided at both ends in the vibration direction of the magnets 1a and 1b (vertical direction on the paper surface of FIG. 7). More specifically, each of the magnetic spring portions 5a and 5b is composed of a pair of magnets having the same poles arranged to face each other.

磁気バネ部5aを構成する一対の磁石のうち、一方は、ガイド棒4aの端部に接続され、他方は、磁石取付け用上板12に固定されている。同様に、磁気バネ部5bを構成する一対の磁石のうち、一方は、ガイド棒4bの端部に接続され、他方は、磁石取付け用下板14に固定されている。   One of the pair of magnets constituting the magnetic spring portion 5a is connected to the end of the guide bar 4a, and the other is fixed to the magnet mounting upper plate 12. Similarly, one of the pair of magnets constituting the magnetic spring portion 5b is connected to the end of the guide bar 4b, and the other is fixed to the lower plate 14 for attaching the magnet.

また、周波数調整機構部16は、回転可能な軸を有し、磁石取付け用上板12および磁石取付け用下板14に接続されるとともに、天板11と底板15の間で固定されている。そして、周波数調整機構部16に設けられた回転可能な軸は、回転に対して、上下に配置された磁石取付け用上板12と磁石取付け用下板14が反転動作を行うように、ねじを切る方向が逆となっている。   The frequency adjustment mechanism 16 has a rotatable shaft, is connected to the magnet mounting upper plate 12 and the magnet mounting lower plate 14, and is fixed between the top plate 11 and the bottom plate 15. Then, the rotatable shaft provided in the frequency adjusting mechanism section 16 is screwed so that the magnet mounting upper plate 12 and the magnet mounting lower plate 14 are reversed with respect to the rotation. The direction of cutting is reversed.

この結果、回転可能な軸を一方の方向に回すことで、磁気バネ部5a、5bのギャップ長をともに狭める方向に調整でき、逆に、回転可能な軸を逆の方向に回すことで、磁気バネ部5a、5bのギャップ長をともに広げる方向に調整できる。すなわち、周波数調整機構部16により、磁気バネ部5a、5bのギャップ長(磁石間距離)を同時に、同じ方向(狭める方向、あるいは広げる方向)に調整することができる。   As a result, by rotating the rotatable shaft in one direction, the gap length of the magnetic spring portions 5a and 5b can be adjusted to be narrowed. Conversely, by rotating the rotatable shaft in the opposite direction, Both the gap lengths of the spring portions 5a and 5b can be adjusted in a widening direction. That is, the gap length (inter-magnet distance) of the magnetic spring portions 5a and 5b can be adjusted simultaneously in the same direction (direction of narrowing or widening) by the frequency adjusting mechanism section 16.

次に、磁石間距離の調整による効果について説明する。周波数調整機構部16により、磁気バネ部5a、5bの磁石間距離を調整した際に、磁石間距離が狭くなった場合には、バネ定数が大きくなり、周波数が高くなる。一方、磁石間距離が広くなった場合には、バネ定数が小さくなり、周波数が低くなる。従って、磁気バネ部5a、5bの磁極間距離を調整することで、振動発電機の共振周波数を調整することが可能となる。   Next, the effect of adjusting the distance between magnets will be described. When the distance between the magnets of the magnetic spring portions 5a and 5b is adjusted by the frequency adjusting mechanism 16, the spring constant increases and the frequency increases. On the other hand, when the distance between the magnets is increased, the spring constant is decreased and the frequency is decreased. Therefore, the resonance frequency of the vibration generator can be adjusted by adjusting the distance between the magnetic poles of the magnetic spring portions 5a and 5b.

図9は、図7の基本構造を有する振動発電機の磁気バネ部5a,5bの磁石間距離の調整により周波数を変更した場合の、出力電圧の周波数特性を示す図である。図9に示すように、基本構造を有する振動発電機の出力電圧は、共振周波数において最大となるような山形の周波数特性を有している。すなわち、振動発電機では、バネ定数と可動部質量によって決まる共振周波数で共振させることで、発電効率を高めることができる。   FIG. 9 is a diagram showing the frequency characteristics of the output voltage when the frequency is changed by adjusting the distance between the magnets of the magnetic spring portions 5a and 5b of the vibration generator having the basic structure of FIG. As shown in FIG. 9, the output voltage of the vibration generator having the basic structure has a mountain-shaped frequency characteristic that maximizes the resonance frequency. That is, in the vibration power generator, power generation efficiency can be increased by resonating at a resonance frequency determined by the spring constant and the mass of the movable part.

そこで、磁気バネ部5a,5bの磁石間距離を調整して、振動発電機が使用される環境の振動源の固有振動に合うように、振動発電機の共振周波数を容易に変更することで、環境に応じて、より大きな電圧値を出力できる振動発電機を得ることが可能となる。   Therefore, by adjusting the distance between the magnets of the magnetic spring portions 5a and 5b and easily changing the resonance frequency of the vibration generator so as to match the natural vibration of the vibration source in the environment where the vibration generator is used, A vibration generator capable of outputting a larger voltage value according to the environment can be obtained.

さらに、図7における周波数調整機構部16は、磁気バネ部5a,5bの磁石間距離の調整により、非接触により周波数調整を行うことができる。この結果、共振周波数を調整することによる機構上の損失のおそれがなく、耐久性が高く、長寿命の振動発電機が実現できる。   Furthermore, the frequency adjustment mechanism 16 in FIG. 7 can perform frequency adjustment in a non-contact manner by adjusting the distance between the magnets of the magnetic spring portions 5a and 5b. As a result, there is no risk of mechanical loss due to adjustment of the resonance frequency, and a vibration generator with high durability and long life can be realized.

さらに、周波数調整機構部16による磁石間距離の調整は、軸方向両端のバネ定数を同時に、同じ状態で変更することが可能である。この結果、磁気バネ部5a、5bのバネ定数がアンバランスとなることで、可動部の磁石、板バネが偏ることを避けることができる。   Furthermore, the adjustment of the distance between the magnets by the frequency adjusting mechanism unit 16 can simultaneously change the spring constants at both ends in the axial direction in the same state. As a result, since the spring constants of the magnetic spring portions 5a and 5b are unbalanced, it is possible to avoid biasing the magnets and leaf springs of the movable portion.

さらに、磁気バネ部5a、5bは、磁石間距離が小さくなるに従って反発力が大きくなる。この結果、可動部の両端に磁気バネ部5a、5bを設けた構成を採用することで、大きな加速度が加わった際にも、可動部が振れ過ぎてバネが破損するといったことを防止でき、かつ、大きな加速度が加わった際の振れ止めの効果を実現できる。   Furthermore, the repulsive force of the magnetic spring portions 5a and 5b increases as the distance between the magnets decreases. As a result, by adopting a configuration in which the magnetic spring portions 5a and 5b are provided at both ends of the movable portion, even when a large acceleration is applied, it is possible to prevent the movable portion from shaking too much and damaging the spring, and The effect of steadying when large acceleration is applied can be realized.

ただし、図7に示した基本構造は、振動する可動部が、磁石1a、1bによる1つで構成されている。従って、共振周波数を調整することで、発電効率を高めることはできるが、振動発電機が使用される環境の振動源の固有振動が変化した場合には、周波数が、共振周波数からずれてしまい、先の図9に示したように、出力電圧が極端に低下してしまうという問題がある。   However, in the basic structure shown in FIG. 7, the movable part that vibrates is constituted by one magnet 1a, 1b. Therefore, by adjusting the resonance frequency, it is possible to increase the power generation efficiency, but if the natural vibration of the vibration source in the environment where the vibration generator is used changes, the frequency will deviate from the resonance frequency, As shown in FIG. 9, there is a problem that the output voltage is extremely lowered.

この問題に対して、本発明では、上述したように、「可動部が、磁気バネまたは巻バネで連結された複数の可動部として構成されている」という第1の特徴を備えることで、解決を図っている。そこで、「複数の可動部」に関する具体的な構成および効果について、以下に、詳細に説明する。   As described above, the present invention solves this problem by including the first feature that “the movable part is configured as a plurality of movable parts connected by magnetic springs or winding springs”. I am trying. Therefore, a specific configuration and effect relating to the “plural movable parts” will be described in detail below.

図1は、本発明の実施の形態1における振動発電機の構造を説明するための概略断面図である。図1に示した本実施の形態1における振動発電機は、永久磁石1a(1)、1b(1)、1a(2)、1b(2)、コイル2(1)、2(2)、板バネ3a、3b、3c(1)、3c(2)、ガイド棒4a(1)、4b(1)、4a(2)、4b(2)、磁気バネ部5a、5b、連結バネ部5c、フレーム10、天板11、磁石取付け用上板12、中板13(1)、13(2)、磁石取付け用下板14、底板15、および周波数調整機構部16を備えて構成されている。   FIG. 1 is a schematic cross-sectional view for explaining the structure of the vibration power generator according to Embodiment 1 of the present invention. The vibration generator in the first embodiment shown in FIG. 1 includes permanent magnets 1a (1), 1b (1), 1a (2), 1b (2), coils 2 (1), 2 (2), plates Spring 3a, 3b, 3c (1), 3c (2), guide rod 4a (1), 4b (1), 4a (2), 4b (2), magnetic spring part 5a, 5b, connecting spring part 5c, frame 10, a top plate 11, a magnet mounting top plate 12, middle plates 13 (1) and 13 (2), a magnet mounting bottom plate 14, a bottom plate 15, and a frequency adjustment mechanism 16.

先の図7では、可動部が1段として構成されていたが、図1では、可動部が2段として構成されており、1段目の構成には添字「(1)」を付しており、2段目の構成には添字「(2)」を付して、区別している。すなわち、図1の構成においては、永久磁石1a、1bとガイド棒4a、4bからなる可動部、およびコイルが、2段構成となっている点が、先の図7の構成とは異なっている。   In FIG. 7, the movable part is configured as one stage. However, in FIG. 1, the movable part is configured as two stages, and the subscript “(1)” is added to the first stage configuration. In addition, the subscript “(2)” is attached to the configuration of the second stage for distinction. That is, the configuration of FIG. 1 is different from the configuration of FIG. 7 in that the movable portion including the permanent magnets 1a and 1b and the guide rods 4a and 4b and the coil have a two-stage configuration. .

基本的な動作は、先の図7の構成による動作と同じであるが、可動部を2段としたことにより、2段の可動部を連結するための連結バネ部5cを設けている点が異なっており、この連結バネ部5cの動作を中心に、以下に説明する。   The basic operation is the same as the operation according to the configuration of FIG. 7 described above. However, since the movable part has two stages, a connecting spring part 5c for connecting the two stages of movable parts is provided. The operation will be described below with a focus on the operation of the connecting spring portion 5c.

図1においては、可動部を2段としたことで、それぞれの可動部を連結バネ部5cにより接続している。ここで、連結バネ部5cとしては、磁気バネ部5a、5bと同様に、一対の磁石により構成することができるが、一般の巻バネを用いることもできる。このようにして、本実施の形態1では、複数の可動部が固定で連結されているのではなく、伸縮可能なバネ(磁気バネあるいは巻バネ)を介して連結されている。   In FIG. 1, the movable parts are arranged in two stages, so that each movable part is connected by a connecting spring part 5 c. Here, the connecting spring portion 5c can be constituted by a pair of magnets as in the case of the magnetic spring portions 5a and 5b, but a general winding spring can also be used. In this way, in the first embodiment, the plurality of movable parts are not fixedly connected, but are connected via an extendable spring (magnetic spring or winding spring).

そこで、バネを介して複数の可動部を連絡した場合に得られる優れた効果について、複数の可動部を固定で連結した場合と対比しながら、図面を用いて、詳細に説明する。なお、以下の説明では、説明を簡略化するために、複数の可動部が2つである場合を具体例として挙げている。   Therefore, an excellent effect obtained when a plurality of movable parts are connected via a spring will be described in detail with reference to the drawings, in comparison with a case where the plurality of movable parts are fixedly connected. In the following description, in order to simplify the description, a case where there are two movable parts is given as a specific example.

図2は、2つの可動部を固定で連結した場合の模式図である。図2における各符号は、以下の内容を示している。
K1:1段目の可動部のバネ定数
C1:1段目の可動部の減衰係数
M1:1段目の可動部の質量
K2:2段目の可動部のバネ定数
C2:2段目の可動部の減衰係数
M2:2段目の可動部の質量
FIG. 2 is a schematic diagram when two movable parts are fixedly connected. Each code | symbol in FIG. 2 has shown the following content.
K1: Spring constant of the first stage movable part C1: Damping coefficient of the first stage movable part M1: Mass of the first stage movable part K2: Spring constant of the second stage movable part C2: Second stage movable Damping coefficient M2: Mass of the second stage movable part

図2に示すように、複数の可動部が固定で連結されている場合には、1つに連結された可動部と見なすことができ、共振周波数は、K1+K2、C1+C2、M1+M2により決定される1つの周波数となる。図3は、図2の構成の振動発電機による出力電圧の周波数特性を示す図である。この図3に示すように、出力電圧の周波数特性は、図2の構成の振動発電機では広帯域化を実現することはできない。   As shown in FIG. 2, when a plurality of movable parts are fixedly connected, they can be regarded as a single connected movable part, and the resonance frequency is determined by K1 + K2, C1 + C2, M1 + M2. One frequency. FIG. 3 is a diagram showing the frequency characteristics of the output voltage by the vibration power generator configured as shown in FIG. As shown in FIG. 3, the frequency characteristics of the output voltage cannot be widened by the vibration generator having the configuration of FIG.

一方、図4は、本発明の実施の形態1における振動発電機において、2つの可動部をバネで連結した場合の模式図である。図4における各符号は、以下の内容を示している。
K1:1段目の可動部のバネ定数
C1:1段目の可動部の減衰係数
M1:1段目の可動部の質量
K2:2段目の可動部のバネ定数
C2:2段目の可動部の減衰係数
M2:2段目の可動部の質量
K3:連結バネ部5cの働きによるバネ定数
C3:連結バネ部5cの働きによる減衰係数
On the other hand, FIG. 4 is a schematic diagram when two movable parts are connected by a spring in the vibration power generator according to Embodiment 1 of the present invention. Each code | symbol in FIG. 4 has shown the following content.
K1: Spring constant of the first stage movable part C1: Damping coefficient of the first stage movable part M1: Mass of the first stage movable part K2: Spring constant of the second stage movable part C2: Second stage movable M2: Mass of the second stage movable part K3: Spring constant by the action of the connecting spring part 5c C3: Damping coefficient by the action of the connecting spring part 5c

図4に示すように、複数の可動部が連結バネ部5cを介して連結されている場合には、全体としては、1段目の可動部と2段目の可動部の個々の固有振動数の特性を合成したような応答特性となる。すなわち、複数の可動部は、連結バネ部5cで結合されているので、それぞれの可動部は、他の可動部の共振周波数でも加振され、発電することができる形となる。   As shown in FIG. 4, when a plurality of movable parts are connected via the connecting spring part 5c, the individual natural frequencies of the first-stage movable part and the second-stage movable part as a whole. It becomes a response characteristic that combines these characteristics. That is, since the plurality of movable portions are coupled by the connecting spring portion 5c, each movable portion is also vibrated at the resonance frequency of the other movable portions, and can generate power.

図5、図6は、本発明の実施の形態1において、2つの可動部を連結バネ部5cを介して連結した際の、出力電圧の周波数特性を示す図である。図5と図6では、1段目の可動部と2段目の可動部のそれぞれについて調整した個別の共振周波数が異なっており、以下のような具体例としての特性を示している。
図5の条件:1段目の可動部の共振周波数 21.5Hz
2段目の可動部の共振周波数 27.3Hz
図6の条件:1段目の可動部の共振周波数 19.5Hz
2段目の可動部の共振周波数 25.5Hz
5 and 6 are diagrams showing frequency characteristics of the output voltage when two movable parts are connected via the connecting spring part 5c in the first embodiment of the present invention. In FIG. 5 and FIG. 6, the individual resonance frequencies adjusted for the first-stage movable section and the second-stage movable section are different, and the following specific characteristics are shown.
Condition of FIG. 5: Resonant frequency of the movable part of the first stage 21.5 Hz
Resonant frequency of the second stage movable part 27.3Hz
Condition of FIG. 6: Resonant frequency of 1st stage movable part 19.5 Hz
Resonant frequency of the second stage movable part 25.5Hz

図3と図5、図6とを比較すると、たとえば、6mW以上の出力が得られるのは図3では18Hzから25Hzの間の約7Hzであるのに対し、図5では、16Hzから30Hzの間の約14Hz、図6では、15Hzから28Hzの間の約13Hzと広帯域化が実現できている。このように、複数の可動部が連結バネ部5cを介して連結されている図1の構成を採用することにより、所望の発電効率を得ることができる周波数範囲を、従来よりも広帯域化できることがわかる。すなわち、それぞれが異なる共振周波数に設定された複数の可動部を組み合わせることで、広帯域化が実現できる。   When FIG. 3 is compared with FIG. 5 and FIG. 6, for example, an output of 6 mW or more is obtained in FIG. 3 at about 7 Hz between 18 Hz and 25 Hz, whereas in FIG. 5, it is between 16 Hz and 30 Hz. In FIG. 6, a wide band of about 13 Hz between 15 Hz and 28 Hz can be realized. In this way, by adopting the configuration of FIG. 1 in which a plurality of movable parts are connected via the connecting spring part 5c, the frequency range in which a desired power generation efficiency can be obtained can be made wider than in the past. Recognize. That is, a wide band can be realized by combining a plurality of movable parts, each set to a different resonance frequency.

この結果、色々な周波数の振動源に対応可能な振動発電機が実現できる。さらに、振動源に複数の周波数の振動が混在した場合にも、所望の出力電圧を発電することが可能な振動発電機が実現できる。   As a result, it is possible to realize a vibration generator that can deal with vibration sources having various frequencies. Furthermore, it is possible to realize a vibration generator that can generate a desired output voltage even when vibrations having a plurality of frequencies are mixed in the vibration source.

以上のように、実施の形態1によれば、板バネを用いた振動発電機として、振動方向の両端部に、ギャップ長を調整可能な磁気バネ部を備えた構成とともに、複数の可動部をバネで連結する構成を実現している。この結果、用途に応じた所望の共振周波数を得るために、複数の可動部の共振周波数を個別設定して、所望の発電効率を得ることができる周波数範囲を広帯域化することができる。従って、振動源の固有振動が変動するような環境においても、出力電圧が極端に低下してしまうことを抑制でき、振動発電機の適用範囲を広げることが可能となる。   As described above, according to the first embodiment, as a vibration power generator using a leaf spring, a plurality of movable parts are provided with a configuration including a magnetic spring part capable of adjusting a gap length at both ends in a vibration direction. The structure which connects with a spring is realized. As a result, in order to obtain a desired resonance frequency according to the application, it is possible to individually set the resonance frequencies of the plurality of movable parts and to widen the frequency range in which the desired power generation efficiency can be obtained. Therefore, even in an environment where the natural vibration of the vibration source fluctuates, it is possible to suppress the output voltage from being extremely lowered, and it is possible to widen the application range of the vibration generator.

なお、本発明の振動発電機の具体的な構成について、図1を用いて説明したが、本発明は、この構成に限定されるものではない。上述した第1の特徴と第2の特徴を兼ね備えた構成が実現できれば、同様の優れた効果を得ることができる。   In addition, although the specific structure of the vibration generator of this invention was demonstrated using FIG. 1, this invention is not limited to this structure. If a configuration having both the first feature and the second feature described above can be realized, the same excellent effect can be obtained.

Claims (2)

円柱あるいは円筒形で構成された永久磁石と、
前記永久磁石の外周に、間隔を有して固定配置されるコイルと、
前記永久磁石の軸方向の両端部にガイド棒を介して設けられ、それぞれが一対の磁石として構成される2つの磁気バネ部と、
前記2つの磁気バネ部のそれぞれにおける前記一対の磁石の磁石間距離を調整可能な調整機構部と、
前記永久磁石の前記軸方向の両端部に設けられた前記ガイド棒にそれぞれ接続され、前記永久磁石および前記ガイド棒からなる可動部が、前記軸方向と直交する平面内で横揺れすることを抑制する2つの板バネと
を備え、前記永久磁石が軸方向に振動することによる、前記永久磁石と前記コイルとの相対運動によって発電する振動発電機であって、
前記永久磁石および前記ガイド棒で構成される前記可動部を複数有し、
それぞれの可動部を、伸縮可能なバネ材により前記軸方向に沿って連結する連結バネ部
をさらに備え、
複数の可動部のそれぞれは、前記連結バネ部の選定、および前記調整機構部による前記2つの磁気バネ部の磁極間距離の調整により、共振周波数が個別設定される
振動発電機。
A permanent magnet composed of a cylinder or cylinder;
A coil that is fixedly disposed around the outer periphery of the permanent magnet;
Two magnetic spring portions provided at both axial ends of the permanent magnet via guide rods, each configured as a pair of magnets;
An adjustment mechanism capable of adjusting a distance between magnets of the pair of magnets in each of the two magnetic spring parts;
It is connected to the guide rods provided at both ends of the permanent magnet in the axial direction, respectively, and the movable portion composed of the permanent magnet and the guide rod is prevented from rolling in a plane perpendicular to the axial direction. A vibration generator that generates electric power by relative movement of the permanent magnet and the coil by virtue of the vibration of the permanent magnet in the axial direction.
A plurality of the movable parts composed of the permanent magnet and the guide rod;
A connecting spring part that connects each movable part along the axial direction with an elastic spring material;
Each of the plurality of movable parts has a resonance frequency individually set by selecting the coupling spring part and adjusting the distance between the magnetic poles of the two magnetic spring parts by the adjusting mechanism part.
請求項1に記載の振動発電機において、
前記連結バネ部は、一対の磁石として構成される磁気バネ部である
振動発電機。
The vibration generator according to claim 1,
The connection spring portion is a magnetic spring portion configured as a pair of magnets.
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