JP6581816B2 - Vibration power generation apparatus, electronic device, and vibration power generation method - Google Patents

Vibration power generation apparatus, electronic device, and vibration power generation method Download PDF

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Description

本発明は、機械エネルギーを電気エネルギーに変換して発電することができる振動発電装置、該振動発電装置を備える電子機器及び振動発電方法に関する。   The present invention relates to a vibration power generation apparatus capable of generating electric power by converting mechanical energy into electric energy, an electronic apparatus including the vibration power generation apparatus, and a vibration power generation method.

近年、環境に広く存在する振動、熱、光、電磁波などの微小エネルギーから電力を取り出し、小電力の電子デバイス(電子機器)の駆動に使用するエネルギーハーベスティングが注目されている。振動は、環境に存在するエネルギーの中でも光が当たらない場所でも常時使用することができるため最も有力なエネルギー源とされている。   2. Description of the Related Art In recent years, energy harvesting that draws electric power from minute energy such as vibration, heat, light, and electromagnetic waves widely present in the environment and uses it for driving a low-power electronic device (electronic equipment) has attracted attention. Vibration is the most powerful energy source because it can be used at all times even in places where light does not shine among the energy existing in the environment.

一方で、電子デバイスの一例としてのワイヤレスセンサ(ネットワークセンサ)がユビキタスネットワーク社会における医療・健康、防犯・セキュリティ、防災、環境リスクへの対応、農産物の各種生産過程などの広い分野での適用が期待されている。そして、電子デバイス自身が発電機構を持てば、電池の充電や交換などが不要となり、ユビキタスネットワーク社会への拡大が見込まれる。   On the other hand, wireless sensors (network sensors) as an example of electronic devices are expected to be applied in a wide range of fields such as medical / health, crime prevention / security, disaster prevention, response to environmental risks, and various production processes of agricultural products in a ubiquitous network society. Has been. If the electronic device itself has a power generation mechanism, it is not necessary to charge or replace the battery, and expansion to a ubiquitous network society is expected.

振動を利用して発電する技術は、種々検討されている。例えば、筒状の案内部材の内側に永久磁石を備えた可動子を設け、案内部材の周囲に券回されたコイルを配置した振動発電機を備える懐中電灯が開示されている(特許文献1参照)。   Various techniques for generating power using vibration have been studied. For example, a flashlight is disclosed that includes a vibration generator in which a mover having a permanent magnet is provided inside a cylindrical guide member, and a coiled coil is disposed around the guide member (see Patent Document 1). ).

また、基体により支持され、基体への機械的入力に応じて撓む片持ち式の振動体と、振動体に接合され振動体の変位に応じた電圧を出力する圧電素子とを備える振動発電装置が開示されている(特許文献2参照)。   Further, the vibration power generation apparatus includes a cantilever type vibrating body that is supported by the base body and bends according to mechanical input to the base body, and a piezoelectric element that is joined to the vibrating body and outputs a voltage according to the displacement of the vibrating body. Is disclosed (see Patent Document 2).

特開2014−64380号公報JP 2014-64380 A 特開2013−187928号公報JP 2013-187828 A

しかし、特許文献1の装置にあっては、発電するためには、ユーザが懐中電灯を手で所持し、振動発電機が軸線方向に振動するように振る必要があり、人力を利用した、いわゆるアクティブエネルギーである。しかし、ユビキタスネットワーク社会では、自然界のエネルギーを利用した、いわゆるパッシブエネルギーが望まれている。   However, in the device of Patent Document 1, in order to generate electric power, the user needs to hold the flashlight by hand and shake the vibration generator so as to vibrate in the axial direction. Active energy. However, in the ubiquitous network society, so-called passive energy using natural energy is desired.

また、特許文献2の装置にあっては、取り出すことができる電力が50μW程度である。しかし、ワイヤレスセンサなどの電子デバイスでは、センサの駆動、センサで得られたデータを無線で送信する機能が必要であるため、mW程度の発電力が必要となる。   Moreover, in the apparatus of Patent Document 2, the power that can be taken out is about 50 μW. However, an electronic device such as a wireless sensor requires a function of driving the sensor and transmitting data obtained by the sensor wirelessly, and thus requires a power generation of about mW.

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、パッシブエネルギーを用いて従来よりも大電力の発電を行うことができる振動発電装置、該振動発電装置を備える電子機器及び振動発電方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and provides a vibration power generation apparatus capable of generating higher power than conventional using passive energy, an electronic apparatus including the vibration power generation apparatus, and a vibration power generation method. The purpose is to do.

本発明に係る振動発電装置は、矩形状の板体であって板面と平行な磁化方向を有し、振動可能な磁石と、該磁石の前記磁化方向の一縁側に対向配置され、導体を前記磁化方向に沿って複数巻回したコイルとを備え、電磁誘導により前記コイルに起電力を発生させることを特徴とする。   A vibration power generation apparatus according to the present invention is a rectangular plate body having a magnetization direction parallel to the plate surface, arranged to be opposed to a magnet capable of vibration, and one edge side of the magnetization direction of the magnet. A plurality of coils wound along the magnetization direction, and an electromotive force is generated in the coils by electromagnetic induction.

本発明に係る振動発電方法は、矩形状の板体であって板面と平行な磁化方向を有し、振動可能な磁石を振動させるステップと、該磁石の前記磁化方向の一縁側に対向配置され、導体を前記磁化方向に沿って複数巻回したコイルに電磁誘導により起電力を発生させるステップとを含むことを特徴とする。   The vibration power generation method according to the present invention is a rectangular plate body having a magnetization direction parallel to the plate surface, and a step of vibrating a magnet that can vibrate, and arranged opposite to one edge side of the magnetization direction of the magnet And generating an electromotive force by electromagnetic induction in a coil obtained by winding a plurality of conductors along the magnetization direction.

本発明にあっては、振動発電装置は、矩形状の板体であって板面と平行な磁化方向を有し、振動可能な磁石と、磁石の磁化方向の一縁側に対向配置され、導体を磁化方向に沿って複数巻回したコイルとを備える。振動発電装置は、例えば、自動車、電気製品、電子装置、橋梁など振動を発生する振動源に取り付けることができる。振動源の振動により磁石が振動すると、磁化方向の一縁側に対向配置されたコイル(巻回された導体で囲まれる領域)に交差する磁束が変化するので、電磁誘導によりコイルに起電力を発生させる。これにより、パッシブエネルギーを用いて従来よりも大電力の発電を行うことができる。   In the present invention, the vibration power generation device is a rectangular plate having a magnetization direction parallel to the plate surface, and is arranged to be opposed to a magnet capable of vibration and one edge side of the magnetization direction of the magnet. And a coil wound a plurality of times along the magnetization direction. The vibration power generation device can be attached to a vibration source that generates vibration, such as an automobile, an electric product, an electronic device, and a bridge. When the magnet vibrates due to the vibration of the vibration source, the magnetic flux that intersects the coil (area surrounded by the wound conductor) arranged opposite to one edge of the magnetization direction changes, so an electromotive force is generated in the coil by electromagnetic induction. Let Thereby, it is possible to generate electric power with higher power than before by using passive energy.

本発明に係る振動発電装置は、前記磁石の前記一縁側と反対側の他縁側を支持する支持部を備え、前記磁石は、片持ち梁構造をなすことを特徴とする。   The vibration power generator according to the present invention includes a support portion that supports the other edge side opposite to the one edge side of the magnet, and the magnet has a cantilever structure.

本発明にあっては、磁石の一縁側と他縁側を支持する支持部を備える。すなわち、磁石の他縁側は支持部に支持され、片持ち梁構造をなす。振動発電装置を所定の振動源に取り付けることにより、片持ち梁構造の磁石を振動させることができる。また、磁石の寸法等を適宜設定して固有振動数を振動源の振動数に等しく又は近づけることにより、磁石を振動源の振動数で振動(共振振動)させることができる。これにより、振動源の振動数に応じて磁石が振動(共振振動)し、磁石の一縁側をコイルの断面に略平行に変位させて、コイルに交差する磁束を変化させることができる。   In this invention, the support part which supports the one edge side and other edge side of a magnet is provided. In other words, the other edge side of the magnet is supported by the support portion to form a cantilever structure. A magnet having a cantilever structure can be vibrated by attaching the vibration power generator to a predetermined vibration source. Further, the magnet can be vibrated at the frequency of the vibration source (resonant vibration) by appropriately setting the dimensions of the magnet and making the natural frequency equal to or close to the frequency of the vibration source. As a result, the magnet vibrates (resonant vibration) according to the frequency of the vibration source, and the magnetic flux crossing the coil can be changed by displacing one edge of the magnet substantially parallel to the cross section of the coil.

本発明に係る振動発電装置は、前記磁石の前記磁化方向と平行な1対の縁側の中途部に前記磁化方向と交差する方向の軸体を備え、前記磁石は、前記軸体を中心にして振動可能にしてあることを特徴とする。   The vibration power generation device according to the present invention includes a shaft body in a direction intersecting the magnetization direction at a pair of edge portions parallel to the magnetization direction of the magnet, and the magnet is centered on the shaft body. It is characterized by being able to vibrate.

本発明にあっては、振動発電装置は、磁石の磁化方向と平行な1対の縁側の中途部に磁化方向と交差する方向の軸体を備える。磁石は、軸体を中心にして振動可能にしてある。軸体の断面形状は、例えば、三角形にして、軸体が捻じれることによる反発力を利用したトーション振動可能にすることができる。振動発電装置を所定の振動源に取り付けることにより、磁石を振動させることができる。これにより、振動源の振動数に応じて磁石が振動し、磁石の一縁側及び一縁側と反対側の他縁側それぞれをコイルの断面に略平行に変位させて、コイルに交差する磁束を変化させることができる。   In the present invention, the vibration power generator includes a shaft body in a direction intersecting with the magnetization direction in a pair of edge portions parallel to the magnetization direction of the magnet. The magnet can be vibrated around the shaft. The cross-sectional shape of the shaft body may be, for example, a triangle, and torsional vibration using a repulsive force generated by twisting the shaft body can be made possible. The magnet can be vibrated by attaching the vibration power generator to a predetermined vibration source. As a result, the magnet vibrates according to the frequency of the vibration source, and the magnetic flux crossing the coil is changed by displacing one edge side of the magnet and the other edge side opposite to the one edge side substantially parallel to the cross section of the coil. be able to.

本発明に係る振動発電装置は、前記磁石の前記一縁側及び該一縁側と反対側の他縁側それぞれに設けられた弾性部材と、各弾性部材を支持する支持部とを備え、前記磁石は、両持ち梁構造をなすことを特徴とする。   The vibration power generation device according to the present invention includes an elastic member provided on each of the one edge side of the magnet and the other edge side opposite to the one edge side, and a support portion that supports each elastic member. It is characterized by a doubly supported beam structure.

本発明にあっては、磁石の一縁側及び他縁側それぞれに設けられた弾性部材と、各弾性部材を支持する支持部とを備える。すなわち、磁石の一縁側及び他縁側それぞれは弾性部材を介して支持部され、両持ち梁構造をなす。つまり、磁石の一縁側及び他縁側それぞれと支持部との間は、例えば、バネ定数が比較的小さい弾性部材で接続する。これにより、磁石を磁化方向に垂直に振動可能にすることができる。振動発電装置を所定の振動源に取り付けることにより、磁石を振動させることができる。これにより、振動源の振動数に応じて磁石が振動し、磁石の一縁側及び一縁側と反対側の他縁側それぞれをコイルの断面に略平行に変位させて、コイルに交差する磁束を変化させることができる。   In this invention, the elastic member provided in each one edge side and other edge side of a magnet, and the support part which supports each elastic member are provided. That is, the one edge side and the other edge side of the magnet are each supported by an elastic member to form a double-supported beam structure. That is, the one edge side and the other edge side of the magnet and the support portion are connected by, for example, an elastic member having a relatively small spring constant. Thereby, the magnet can be vibrated perpendicularly to the magnetization direction. The magnet can be vibrated by attaching the vibration power generator to a predetermined vibration source. As a result, the magnet vibrates according to the frequency of the vibration source, and the magnetic flux crossing the coil is changed by displacing one edge side of the magnet and the other edge side opposite to the one edge side substantially parallel to the cross section of the coil. be able to.

本発明に係る振動発電装置は、前記磁石の前記一縁側と反対側の他縁側に前記コイルをさらに対向配置してあることを特徴とする。   The vibration power generator according to the present invention is characterized in that the coil is further arranged to face the other edge side opposite to the one edge side of the magnet.

本発明にあっては、振動発電装置は、磁石の一縁側と反対側の他縁側にコイルをさらに対向配置してある。これにより、発電することができる電力を増やすことができる。   In the present invention, in the vibration power generator, the coil is further arranged to face the other edge side opposite to the one edge side of the magnet. Thereby, the electric power which can be generated can be increased.

本発明に係る振動発電装置は、前記コイルを、板厚方向に沿って複数配置してあることを特徴とする。   The vibration power generator according to the present invention is characterized in that a plurality of the coils are arranged along the plate thickness direction.

本発明にあっては、振動発電装置は、コイルを、板厚方向に沿って複数配置してある。これにより、発電することができる電力を増やすことができる。   In the present invention, the vibration power generator has a plurality of coils arranged along the plate thickness direction. Thereby, the electric power which can be generated can be increased.

本発明に係る振動発電装置は、前記導体は、断面が長方形状をなし、前記コイルは、前記導体の短辺の方向が前記磁化方向をなすように該導体を巻回してあることを特徴とする。   The vibration power generator according to the present invention is characterized in that the conductor has a rectangular cross section, and the coil is wound around the conductor so that the direction of the short side of the conductor is the magnetization direction. To do.

本発明にあっては、導体は、断面が長方形状をなし、コイルは、導体の短辺の方向が磁化方向をなすように導体を巻回してある。導体の短辺の寸法をwとし、長辺の寸法をdとする。導体の抵抗Rは、w×dに反比例する。導体の抵抗Rが小さいほど発電電力Pを大きくすることができる。導体の短辺の方向が磁化方向をなすように導体を巻回することにより、例えば、導体の断面が円形状又は正方形状の場合と比較して、コイルの磁化方向の寸法が同等であっても、導体の断面積を大きくすることができ、導体の抵抗を小さくすることができるので、大きな電力を発電することができる。   In the present invention, the conductor has a rectangular cross section, and the coil is wound with the conductor such that the direction of the short side of the conductor is the magnetization direction. Let the dimension of the short side of the conductor be w and the dimension of the long side be d. The resistance R of the conductor is inversely proportional to w × d. As the resistance R of the conductor is smaller, the generated power P can be increased. By winding the conductor so that the direction of the short side of the conductor forms the magnetization direction, for example, compared with the case where the cross section of the conductor is circular or square, the dimension of the magnetization direction of the coil is equivalent. However, since the cross-sectional area of the conductor can be increased and the resistance of the conductor can be reduced, large electric power can be generated.

本発明に係る振動発電装置は、前記コイルは、前記導体を矩形状に巻回してあり、前記磁石の前記コイルが対向配置された縁側の長さ寸法は、巻回された導体の該縁側方向の寸法と略等しいことを特徴とする。   In the vibration power generator according to the present invention, the coil has the conductor wound in a rectangular shape, and the length of the edge side of the magnet facing the coil is the edge direction of the wound conductor. It is characterized by being approximately equal to the dimension of.

本発明にあっては、コイルは、導体を矩形状に巻回してあり、磁石のコイルが対向配置された縁側の長さ寸法は、巻回された導体の縁側方向の寸法と略等しい。これにより、磁石の磁束の大部分をコイルに交差させるとともに、コイルに交差する磁束の磁束密度を大きくすることができるので、大きな電力を発電することができる。   In the present invention, the coil is formed by winding a conductor in a rectangular shape, and the length on the edge side where the coil of the magnet is opposed is substantially equal to the dimension in the edge side direction of the wound conductor. As a result, most of the magnetic flux of the magnet intersects the coil, and the magnetic flux density of the magnetic flux intersecting the coil can be increased, so that a large amount of electric power can be generated.

本発明に係る振動発電装置は、前記磁石は、基体と、該基体の表面に物理蒸着法により成膜した薄膜磁石とを有することを特徴とする。   In the vibration power generation device according to the present invention, the magnet includes a base and a thin film magnet formed on the surface of the base by a physical vapor deposition method.

本発明にあっては、磁石は、基体と、基体の表面に物理蒸着法により成膜した薄膜磁石とを有する。基体は、例えば、シリコン、ステンレス、金属又は金属ガラスを用いることができる。薄膜磁石は、例えば、希土類磁石又は貴金属類磁石を用いることができる。物理蒸着法を用いることにより、所要の膜厚であって高磁気特性(例えば、飽和磁束密度及び保磁力が大きい)の磁石を実現することができる。なお、焼結磁石は、一般的に厚みが厚く研磨加工などで薄くしてもせいぜい1mm程度までであり、研磨により酸化劣化が起こり磁気特性も劣化する。   In the present invention, the magnet has a base and a thin film magnet formed on the surface of the base by physical vapor deposition. As the substrate, for example, silicon, stainless steel, metal, or metal glass can be used. As the thin film magnet, for example, a rare earth magnet or a noble metal magnet can be used. By using the physical vapor deposition method, a magnet having a required film thickness and high magnetic properties (for example, a high saturation magnetic flux density and a large coercive force) can be realized. Note that the sintered magnet is generally thick and is thinned by polishing or the like up to about 1 mm at most, and oxidative deterioration occurs due to polishing, and magnetic characteristics are also deteriorated.

本発明に係る電子機器は、前述の発明のいずれか1つに係る振動発電装置を備えることを特徴とする。   An electronic apparatus according to the present invention includes the vibration power generation device according to any one of the above-described inventions.

本発明にあっては、電子機器は、振動発電装置を備える。これにより、電子機器自身がパッシブエネルギーを用いて従来よりも大電力の発電を行うことができる発電機構を具備することができる。   In the present invention, the electronic device includes the vibration power generation device. Thereby, the electronic device itself can be provided with a power generation mechanism that can generate higher power than before by using passive energy.

本発明によれば、パッシブエネルギーを用いて従来よりも大電力の発電を行うことができる。   According to the present invention, it is possible to generate electric power with higher power than before by using passive energy.

第1実施形態の電子機器としてのセンサ装置の構成の一例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows an example of a structure of the sensor apparatus as an electronic device of 1st Embodiment. 第1実施形形態の振動発電装置の構成の要部の一例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows an example of the principal part of a structure of the vibration electric power generating apparatus of 1st Embodiment. 第1実施形形態の振動発電装置の構成の要部の一例を示す平面図である。It is a top view which shows an example of the principal part of a structure of the vibration electric power generating apparatus of 1st Embodiment. 第1実施形形態の振動発電装置の構成の要部の一例を示す側面図である。It is a side view which shows an example of the principal part of the structure of the vibration electric power generating apparatus of 1st Embodiment. 第1実施形態の磁石の構成の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of a structure of the magnet of 1st Embodiment. 第1実施形態のコイルの構成の一例を示す正面図である。It is a front view which shows an example of a structure of the coil of 1st Embodiment. 図6のVII−VII線から見た断面図である。It is sectional drawing seen from the VII-VII line of FIG. 第1実施形態の振動発電装置のコイルに交差する磁束の変化の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the change of the magnetic flux which cross | intersects the coil of the vibration electric power generating apparatus of 1st Embodiment. 第1実施形態の振動発電装置のコイルに発生する起電力及び発電電力の変化の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the change of the electromotive force and generated power which generate | occur | produce in the coil of the vibration electric power generating apparatus of 1st Embodiment. 第1実施形態の振動発電装置による振動周波数が95Hzの場合の発電電力の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the electric power generated when the vibration frequency by the vibration electric power generating apparatus of 1st Embodiment is 95 Hz. 第1実施形態の振動発電装置による振動周波数が95Hzの場合の発電電力の他の例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the other example of the electric power generated when the vibration frequency by the vibration electric power generating apparatus of 1st Embodiment is 95 Hz. 第1実施形態の振動発電装置のコイルに交差する磁束の変化の他の例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the other example of the change of the magnetic flux which cross | intersects the coil of the vibration electric power generating apparatus of 1st Embodiment. 第1実施形態の振動発電装置のコイルに発生する起電力及び発電電力の変化の他の例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the other example of the change of the electromotive force which generate | occur | produces in the coil of the vibration electric power generating apparatus of 1st Embodiment, and generated electric power. 第1実施形態の振動発電装置による振動周波数が100Hzの場合の発電電力の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the electric power generated when the vibration frequency by the vibration electric power generating apparatus of 1st Embodiment is 100 Hz. 第2実施形態の振動発電装置の構成の要部の第1実施例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the 1st Example of the principal part of the structure of the vibration electric power generating apparatus of 2nd Embodiment. 第2実施形態の振動発電装置による発電電力の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the electric power generated by the vibration electric power generating apparatus of 2nd Embodiment. 第2実施形態の振動発電装置の構成の要部の第2実施例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the 2nd Example of the principal part of the structure of the vibration electric power generating apparatus of 2nd Embodiment. 第3実施形態の振動発電装置の構成の要部の一例を示す平面図である。It is a top view which shows an example of the principal part of the structure of the vibration electric power generating apparatus of 3rd Embodiment.

(第1実施形態)
以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて説明する。図1は第1実施形態の電子機器としてのセンサ装置200の構成の一例を示すブロック図である。センサ装置200(ワイヤレスセンサ又はネットワークセンサとも称する)は、装置の発電機構である振動発電装置50、整流回路61、昇降圧回路62、制御部63、センサ部64、通信部65などを備える。また、振動発電装置50は、磁石10、1又は複数のコイル20などを備える。
(First embodiment)
Hereinafter, the present invention will be described with reference to the drawings illustrating embodiments thereof. FIG. 1 is a block diagram illustrating an example of a configuration of a sensor device 200 as an electronic apparatus according to the first embodiment. The sensor device 200 (also referred to as a wireless sensor or a network sensor) includes a vibration power generation device 50 that is a power generation mechanism of the device, a rectifier circuit 61, a step-up / down circuit 62, a control unit 63, a sensor unit 64, a communication unit 65, and the like. The vibration power generator 50 includes a magnet 10, one or a plurality of coils 20.

センサ装置200(すなわち、振動発電装置50)は、例えば、自動車、電気製品、電子装置、構造物(例えば、橋梁)などの振動を発生する所定の振動源に取り付けることができる。また、その振動源の近くに設置することもできる。振動発電装置50は、振動源の振動に応じて磁石10を振動させ、磁石10が振動することによる磁束の変化に基づく電磁誘導によりコイル20に起電力を発生させることにより発電することができる。環境中の振動源の振動周波数としては、例えば、洗濯乾燥機や電子レンジでは120Hz程度、ノート型パーソナルコンピュータでは75Hz程度、自動車のエンジン周辺では200Hzなどである。なお、振動発電装置50の詳細は後述する。   The sensor device 200 (that is, the vibration power generation device 50) can be attached to a predetermined vibration source that generates vibration such as an automobile, an electric product, an electronic device, and a structure (for example, a bridge). It can also be installed near the vibration source. The vibration power generator 50 can generate power by causing the magnet 10 to vibrate according to the vibration of the vibration source and generating an electromotive force in the coil 20 by electromagnetic induction based on a change in magnetic flux caused by the vibration of the magnet 10. The vibration frequency of the vibration source in the environment is, for example, about 120 Hz for a washing / drying machine or a microwave oven, about 75 Hz for a notebook personal computer, and 200 Hz around an automobile engine. The details of the vibration power generator 50 will be described later.

整流回路61は、振動発電装置50が出力する交番電圧を整流して直流に変換し、変換した直流を昇降圧回路62へ出力する。   The rectifier circuit 61 rectifies the alternating voltage output from the vibration power generator 50 and converts it into direct current, and outputs the converted direct current to the step-up / down circuit 62.

昇降圧回路62は、整流回路61が出力する直流を自身が動作するための電源とする。昇降圧回路62は、整流された直流を所要の電圧の昇圧又は降圧して、制御部63、センサ部64及び通信部65へ出力する。   The step-up / step-down circuit 62 uses the direct current output from the rectifier circuit 61 as a power source for operating itself. The step-up / step-down circuit 62 boosts or steps down the rectified direct current to a required voltage and outputs it to the control unit 63, the sensor unit 64, and the communication unit 65.

制御部63は、マイクロプロセッサ、入出力インタフェース等で構成され、センサ装置200全体の制御を行う。   The control unit 63 includes a microprocessor, an input / output interface, and the like, and controls the entire sensor device 200.

センサ部64は、センサ装置200の用途に応じて種々のセンサのうちの少なくとも1つを備える。センサとしては、例えば、温度センサ、磁気センサ、光センサ、力・重量センサ、圧力センサ、音・超音波センサ、位置・変位・角度センサ、振動・衝撃・角速度・ジャイロセンサ、流量・流速・レベルセンサ、湿度・ガス・匂いセンサなどを含む。センサ部64は、制御部63の制御の下、検出したデータを制御部63へ出力する。   The sensor unit 64 includes at least one of various sensors depending on the application of the sensor device 200. Examples of sensors include temperature sensor, magnetic sensor, optical sensor, force / weight sensor, pressure sensor, sound / ultrasonic sensor, position / displacement / angle sensor, vibration / impact / angular velocity / gyro sensor, flow rate / flow velocity / level Includes sensors, humidity / gas / odor sensors, etc. The sensor unit 64 outputs the detected data to the control unit 63 under the control of the control unit 63.

通信部65は、無線通信機能を備え、制御部63の制御の下、センサ部64で検出したデータを外部装置へ送信する。なお、無線通信は、例えば、近距離無線通信、インタネーット通信、電話回線網通信などを含む。   The communication unit 65 has a wireless communication function, and transmits data detected by the sensor unit 64 to an external device under the control of the control unit 63. Note that the wireless communication includes, for example, short-range wireless communication, Internet communication, telephone line network communication, and the like.

図2は第1実施形形態の振動発電装置50の構成の要部の一例を示す斜視図であり、図3は第1実施形形態の振動発電装置50の構成の要部の一例を示す平面図であり、図4は第1実施形形態の振動発電装置50の構成の要部の一例を示す側面図である。振動発電装置50は、矩形状の板体であって板面と平行な磁化方向(図3、図4の矢印で示す方向、なお、SとNが逆であってもよい)を有し、振動可能な磁石10を備える。   FIG. 2 is a perspective view illustrating an example of a main part of the configuration of the vibration power generation apparatus 50 according to the first embodiment, and FIG. 3 is a plan view illustrating an example of a main part of the structure of the vibration power generation apparatus 50 according to the first embodiment. FIG. 4 is a side view showing an example of a main part of the configuration of the vibration power generator 50 of the first embodiment. The vibration power generation device 50 is a rectangular plate body and has a magnetization direction parallel to the plate surface (directions indicated by arrows in FIGS. 3 and 4, where S and N may be reversed), A magnet 10 that can vibrate is provided.

磁石10は、磁化方向の一縁側12、一縁側と反対側の他縁側11、磁化方向と平行な1対の縁側13、14を有する。磁石10の他縁側11は、支持部としての枠体30に支持されている。すなわち、磁石10は、他縁側11が支持された片持ち梁構造をなす。磁石10の磁化方向の寸法(磁石10の長さ)をMLで表し、磁石10の磁化方向と交差する方向の寸法(磁石10の幅)をMWで表す。   The magnet 10 has one edge side 12 of the magnetization direction, another edge side 11 opposite to the one edge side, and a pair of edge sides 13 and 14 parallel to the magnetization direction. The other edge side 11 of the magnet 10 is supported by a frame body 30 as a support portion. That is, the magnet 10 has a cantilever structure in which the other edge side 11 is supported. The dimension in the magnetization direction of the magnet 10 (the length of the magnet 10) is represented by ML, and the dimension in the direction crossing the magnetization direction of the magnet 10 (the width of the magnet 10) is represented by MW.

磁石10の磁化方向の一縁側12には、導体21を磁化方向に沿って複数巻回したコイル20を備える。図2〜図4の例では、コイル20を、磁石10の板厚方向に沿って3個配置してある。便宜上、3つのコイル20を、上方から上段コイル20、中段コイル20、下段コイル20と称する。また、上段コイル20、中段コイル20、下段コイル20を纏めてコイル20とも称する。磁石10の一縁側12は、中段コイル20のほぼ中央に対向配置されている。   On one edge 12 of the magnetization direction of the magnet 10, a coil 20 is provided in which a conductor 21 is wound a plurality of times along the magnetization direction. 2 to 4, three coils 20 are arranged along the plate thickness direction of the magnet 10. For convenience, the three coils 20 are referred to as an upper coil 20, a middle coil 20, and a lower coil 20 from above. Further, the upper coil 20, the middle coil 20, and the lower coil 20 are collectively referred to as a coil 20. One edge side 12 of the magnet 10 is disposed opposite to the center of the middle coil 20.

コイル20は、断面が矩形状のコア22を間にして導体21を矩形状に巻回してある。コイル20の磁化方向の寸法(コイル20の長さ)をCLで表し、コイル20の高さをCH1で表し、上段コイル20と中段コイル20との離隔寸法及び中段コイル20と下段コイル20との離隔寸法をhで表す。磁石10は、中段コイル20の高さ方向の中央に対応する位置に水平方向に配置されている。また、磁石10の一縁側12と中段コイル20とのギャップをgで表す。なお、離隔寸法hは2mmであり、ギャップgは1mmであるが、これらの数値に限定されない。   The coil 20 is formed by winding a conductor 21 in a rectangular shape with a core 22 having a rectangular cross section in between. The dimension of the magnetization direction of the coil 20 (the length of the coil 20) is represented by CL, the height of the coil 20 is represented by CH1, the separation between the upper coil 20 and the middle coil 20, and the middle coil 20 and the lower coil 20 The separation dimension is represented by h. The magnet 10 is disposed in the horizontal direction at a position corresponding to the center of the middle coil 20 in the height direction. Further, the gap between the one edge side 12 of the magnet 10 and the middle coil 20 is represented by g. In addition, although the separation dimension h is 2 mm and the gap g is 1 mm, it is not limited to these numerical values.

振動発電装置50を所定の振動源に取り付けることにより、片持ち梁構造の磁石10を振動(共振振動)させることができる。具体的には、図4に示すように、振動源の振動に応じて磁石10が振動(共振振動)し、磁石10の一縁側12をコイル20の断面に略平行(図4の符号Aで示す方向)に変位させることができる。   By attaching the vibration power generation device 50 to a predetermined vibration source, the cantilevered magnet 10 can be vibrated (resonant vibration). Specifically, as shown in FIG. 4, the magnet 10 vibrates (resonant vibration) in accordance with the vibration of the vibration source, and one edge 12 of the magnet 10 is substantially parallel to the cross section of the coil 20 (reference numeral A in FIG. 4). In the direction shown).

図5は第1実施形態の磁石10の構成の一例を示す断面図である。磁石10は、基体としてのシリコン(Si)101の表面に、シリコン酸化膜(SiO2)102、タンタル層103、薄膜磁石104の順序で成膜してある。シリコン101、シリコン酸化膜102、タンタル層103、薄膜磁石104のそれぞれ厚みは、例えば、500μm、0.2μm、0.02μm、数十μm〜数百μmとすることができるが、これに限定されるものではない。また、基体は、シリコンに代えて、ステンレス、金属又は金属ガラスを用いることもできる。   FIG. 5 is a cross-sectional view showing an example of the configuration of the magnet 10 of the first embodiment. The magnet 10 is formed in the order of a silicon oxide film (SiO 2) 102, a tantalum layer 103, and a thin film magnet 104 on the surface of silicon (Si) 101 as a base. The thickness of each of the silicon 101, the silicon oxide film 102, the tantalum layer 103, and the thin film magnet 104 can be, for example, 500 μm, 0.2 μm, 0.02 μm, and several tens of μm to several hundred μm, but is not limited thereto. It is not something. Further, stainless steel, metal, or metallic glass can be used for the substrate instead of silicon.

薄膜磁石104は、例えば、物理蒸着法(PVD法)により成膜することができる。例えば、PVD(Physical Vapor Deposition)法の一種として、パルスレーザーアブレーション(PLD:Pulsed Laser Deposition)を用いることができる。PLDは、チャンバの中に基体(例えば、シリコン)とターゲット(例えば、ネオジム・鉄・ホウ素の合金:NdFeB合金)をセットし、チャンバ内を高真空状態にする。その後、レーザ光(例えば、波長:355nm)をターゲットに照射し、イオン、分子、原子として放出させて基体の表面に堆積させることにより成膜する。   The thin film magnet 104 can be formed by, for example, physical vapor deposition (PVD method). For example, pulsed laser ablation (PLD) can be used as a kind of PVD (Physical Vapor Deposition) method. In the PLD, a base (for example, silicon) and a target (for example, an alloy of neodymium, iron, and boron: NdFeB alloy) are set in a chamber, and the inside of the chamber is brought into a high vacuum state. Thereafter, the target is irradiated with laser light (for example, wavelength: 355 nm), emitted as ions, molecules, and atoms and deposited on the surface of the substrate.

ターゲットとしては、NdFeB合金などの希土類金属でもよく、あるいはFePt合金(白金・鉄の合金)などの貴金属類の金属でもよい。   The target may be a rare earth metal such as an NdFeB alloy or a noble metal such as an FePt alloy (platinum / iron alloy).

上述のようにして薄膜磁石を成膜した磁石10は、飽和磁束密度(Mr)が、例えば、1.04Tであり、保磁力(Hc)が426kA/mであるようなM−H特性を有する。なお、この数値は一例であって、これに限定されるものではない。ただし、大きな発電電力を実現するには、残留磁束密度Brが0.5Tesla以上、保磁力Hcが250kA/m以上の高い磁気特性を有するNdFeB系もしくはFePt系薄膜磁石を用いることが望ましい。すなわち、本実施の形態の振動発電装置50は、残留磁束密度Brが0.5Tesla以上であり、保磁力Hcが250kA/m以上であるNdFeB薄膜磁石又はFePt薄膜磁石を有することにより、従来よりも大きな発電能力を達成することができる。   The magnet 10 formed with the thin film magnet as described above has an MH characteristic such that the saturation magnetic flux density (Mr) is, for example, 1.04 T and the coercive force (Hc) is 426 kA / m. . In addition, this numerical value is an example, Comprising: It is not limited to this. However, in order to realize a large generated power, it is desirable to use an NdFeB-based or FePt-based thin film magnet having high magnetic characteristics such as a residual magnetic flux density Br of 0.5 Tesla or higher and a coercive force Hc of 250 kA / m or higher. That is, the vibration power generation apparatus 50 according to the present embodiment has an NdFeB thin film magnet or FePt thin film magnet having a residual magnetic flux density Br of 0.5 Tesla or more and a coercive force Hc of 250 kA / m or more. Large power generation capacity can be achieved.

また、磁石10は、着磁装置により、図5等に示すように、板面と平行な方向に着磁させる。例えば、他縁側11がS極、一縁側12がN極とすることができる。   Further, the magnet 10 is magnetized by a magnetizing device in a direction parallel to the plate surface as shown in FIG. For example, the other edge side 11 can be the S pole and the one edge side 12 can be the N pole.

磁石10の具体的な寸法は、例えば、磁石10の長さMLは20mm、磁石10の幅MWは10mmである。また、磁石10の膜厚(薄膜磁石の厚み)は150μmである。なお、各数値はこれらに限定されない。なお、焼結磁石は、一般的に厚みが厚く研磨加工などで薄くしてもせいぜい1mm程度までであり、研磨により酸化劣化が起こり磁気特性も劣化する。本実施の形態によれば、磁石の厚みを薄くすることができる。   Specific dimensions of the magnet 10 are, for example, a length ML of the magnet 10 of 20 mm and a width MW of the magnet 10 of 10 mm. The film thickness of the magnet 10 (thickness of the thin film magnet) is 150 μm. Each numerical value is not limited to these. Note that the sintered magnet is generally thick and is thinned by polishing or the like up to about 1 mm at most, and oxidative deterioration occurs due to polishing, and magnetic characteristics are also deteriorated. According to the present embodiment, the thickness of the magnet can be reduced.

図6は第1実施形態のコイル20の構成の一例を示す正面図であり、図7は図6のVII−VII線から見た断面図である。図6に示すように、コイル20は、導体21を矩形状に巻回してある。また、図7に示すように、導体21は、断面が長方形状をなし、長辺の寸法(導体21の高さ)をdとし、短辺の寸法(導体21の幅)をwとする。また、導体21間のギャップをtとする。巻回された導体21のピッチは、(w+t)となる。   FIG. 6 is a front view showing an example of the configuration of the coil 20 of the first embodiment, and FIG. 7 is a cross-sectional view taken along the line VII-VII in FIG. As shown in FIG. 6, the coil 20 has a conductor 21 wound in a rectangular shape. As shown in FIG. 7, the conductor 21 has a rectangular cross section, the long side dimension (the height of the conductor 21) is d, and the short side dimension (the width of the conductor 21) is w. Further, the gap between the conductors 21 is assumed to be t. The pitch of the wound conductor 21 is (w + t).

コイル20、導体21の具体的な寸法は、例えば、以下のとおりである。コイル20の高さCH1は6mmであり、コイル20の幅CW1は20mm、コイル20の長さCLは18mm、導体21の幅wは0.1mm、導体21の高さdは0.5mmである。コイル20の内径高さCH2は5mm、コイル20の内径幅CW2は19mmとなる。また、巻回された導体21のピッチ(w+t)は0.12mmとなる。導体21の巻数は150回である。なお、各数値はこれらに限定されない。   Specific dimensions of the coil 20 and the conductor 21 are, for example, as follows. The height CH1 of the coil 20 is 6 mm, the width CW1 of the coil 20 is 20 mm, the length CL of the coil 20 is 18 mm, the width w of the conductor 21 is 0.1 mm, and the height d of the conductor 21 is 0.5 mm. . The inner diameter height CH2 of the coil 20 is 5 mm, and the inner diameter width CW2 of the coil 20 is 19 mm. Moreover, the pitch (w + t) of the wound conductor 21 is 0.12 mm. The number of turns of the conductor 21 is 150. Each numerical value is not limited to these.

次に、第1実施形態の振動発電装置50の評価結果について説明する。図8は第1実施形態の振動発電装置50のコイル20に交差する磁束の変化の一例を示す説明図である。図8において、横軸は時間(sec)を示し、縦軸は磁束(Wb)を示す。また、簡便のため、中段コイル20及び下段コイル20のデータを示し、上段コイル20のデータは、下段コイル20のデータと等価であるので省略している。片持ち梁構造の磁石10を、周波数95Hzで振動させ、磁石10の一縁側12の最大変位量は±15mmとした。   Next, the evaluation result of the vibration power generator 50 of the first embodiment will be described. FIG. 8 is an explanatory diagram illustrating an example of a change in magnetic flux that intersects the coil 20 of the vibration power generator 50 according to the first embodiment. In FIG. 8, the horizontal axis indicates time (sec), and the vertical axis indicates magnetic flux (Wb). Further, for the sake of simplicity, the data of the middle coil 20 and the lower coil 20 are shown, and the data of the upper coil 20 are omitted because they are equivalent to the data of the lower coil 20. The magnet 10 having a cantilever structure was vibrated at a frequency of 95 Hz, and the maximum displacement amount on one edge side 12 of the magnet 10 was ± 15 mm.

図8に示すように、磁石10の一縁側12が最大に変位した位置から中段コイル20の略中央(磁束の単位時間あたりの変化量が最大の点)に近づくにつれて中段コイル20の磁束変化が大きくなり、変位量が0近傍で磁束変化が最大となっている。また、下段コイル20の磁束変化は、中段コイル20の磁束変化より若干遅れて変化していることが分かる。   As shown in FIG. 8, the magnetic flux change of the intermediate coil 20 changes from the position at which the one edge side 12 of the magnet 10 is displaced to the approximate center of the intermediate coil 20 (the point at which the amount of change in magnetic flux per unit time is maximum). The magnetic flux change becomes maximum when the displacement amount is near zero. Further, it can be seen that the magnetic flux change in the lower coil 20 changes slightly later than the magnetic flux change in the middle coil 20.

また、磁石10の一縁側12の変位が最大位置に向かうにつれて、下段コイル20の磁束変化は若干減少するが、磁石10の一縁側12の変位が最大位置を超えて0に向かって減少すると、下段コイル20の磁束変化はピークに向かって増加し、その後減少することが分かる。   Further, as the displacement of the one edge side 12 of the magnet 10 goes to the maximum position, the change in the magnetic flux of the lower coil 20 slightly decreases, but when the displacement of the one edge side 12 of the magnet 10 exceeds the maximum position and decreases toward zero, It can be seen that the change in the magnetic flux of the lower coil 20 increases toward the peak and then decreases.

図9は第1実施形態の振動発電装置50のコイル20に発生する起電力及び発電電力の変化の一例を示す説明図である。上段の図において、横軸は時間(sec)を示し、縦軸は起電力(mV)を示す。また、下段の図において、横軸は時間(sec)を示し、縦軸は電力(μW)を示す。磁石10の一縁側12が中段コイル20の略中央(磁束の単位時間あたりの変化量が最大の点)で起電力及び発電電力がピークとなることが分かる。なお、図8及び図9は一例であって、磁束変化、起電力及び発電電力の変化は、これらに限定されるものではない。   FIG. 9 is an explanatory diagram illustrating an example of changes in electromotive force and generated power generated in the coil 20 of the vibration power generator 50 according to the first embodiment. In the upper diagram, the horizontal axis indicates time (sec), and the vertical axis indicates electromotive force (mV). In the lower diagram, the horizontal axis represents time (sec), and the vertical axis represents power (μW). It can be seen that the electromotive force and generated power peaks at the edge 12 of the magnet 10 at the approximate center of the middle coil 20 (the point at which the amount of change in magnetic flux per unit time is maximum). 8 and 9 are examples, and changes in magnetic flux, electromotive force, and generated power are not limited to these.

図10は第1実施形態の振動発電装置50による振動周波数が95Hzの場合の発電電力の一例を示す説明図である。図10に示すように、磁石10の長さMLは20mm、幅MWは10mmであり、コイル20の長さCLは18mm、幅CW1は20mm、高さCH1は6mmである。また、コイル数は、上段コイル、中段コイル20及び下段コイル20の3段構成である。また、磁石10の一縁側12の最大変位量は±15mm、振動周波数は95Hzとした。導体21の巻数と磁石10の膜厚とは、比較のためいくつかの数値を用いている。   FIG. 10 is an explanatory diagram illustrating an example of generated power when the vibration frequency by the vibration power generation apparatus 50 of the first embodiment is 95 Hz. As shown in FIG. 10, the magnet 10 has a length ML of 20 mm and a width MW of 10 mm, the coil 20 has a length CL of 18 mm, a width CW1 of 20 mm, and a height CH1 of 6 mm. The number of coils is a three-stage configuration of an upper stage coil, a middle stage coil 20 and a lower stage coil 20. Further, the maximum displacement amount on one edge side 12 of the magnet 10 was ± 15 mm, and the vibration frequency was 95 Hz. Several numbers are used for the number of turns of the conductor 21 and the film thickness of the magnet 10 for comparison.

まず、導体21の巻数が150回、磁石10の膜厚が150μmの場合、発電することができた実効電力は473.6μW(最大電力:1955.5μW)であった。このように、振動源の振動により磁石10が振動すると、磁化方向の一縁側12に対向配置されたコイル20(巻回された導体で囲まれる領域)に交差する磁束が変化するので、電磁誘導によりコイル20に起電力を発生させることができる。そして、パッシブエネルギーを用いて従来よりも大電力の発電を行うことができる。   First, when the number of turns of the conductor 21 was 150 and the film thickness of the magnet 10 was 150 μm, the effective power that could be generated was 473.6 μW (maximum power: 1955.5 μW). Thus, when the magnet 10 vibrates due to the vibration of the vibration source, the magnetic flux intersecting the coil 20 (region surrounded by the wound conductor) disposed opposite to the one edge side 12 of the magnetization direction changes, so that electromagnetic induction Thus, an electromotive force can be generated in the coil 20. And it is possible to generate electric power with higher power than before by using passive energy.

また、磁石10は、コイル20が対向配置される一縁側12と反対側の他縁側11を支持した片持ち梁構造をなし、板厚方向に振動可能にしてある。すなわち、磁石10の他縁側11は所定の部材30に支持され、片持ち梁構造をなす。振動発電装置50を所定の振動源に取り付けることにより、片持ち梁構造の磁石10を振動(共振振動)させることができる。また、磁石10の寸法等を適宜設定して固有振動数を振動源の振動数に等しく又は近づけることにより、磁石10を振動源の振動数で振動(共振振動)させることができる。これにより、振動源の振動数に応じて磁石10が振動し、磁石10の一縁側12をコイル20の断面に略平行に変位させて、コイル20に交差する磁束を変化させることができる。   Further, the magnet 10 has a cantilever structure that supports the one edge side 12 on which the coil 20 is disposed opposite to the other edge side 11 on the opposite side, and can vibrate in the plate thickness direction. That is, the other edge side 11 of the magnet 10 is supported by a predetermined member 30 and forms a cantilever structure. By attaching the vibration power generation device 50 to a predetermined vibration source, the cantilevered magnet 10 can be vibrated (resonant vibration). Further, the magnet 10 can be vibrated at the frequency of the vibration source (resonant vibration) by appropriately setting the dimensions of the magnet 10 and making the natural frequency equal to or close to the frequency of the vibration source. Thereby, the magnet 10 vibrates according to the frequency of the vibration source, and the one edge side 12 of the magnet 10 is displaced substantially parallel to the cross section of the coil 20 so that the magnetic flux intersecting the coil 20 can be changed.

また、導体21は、断面が長方形状をなし、コイル20は、導体21の短辺の方向が磁化方向をなすように導体21を巻回してある。導体21の短辺の寸法をwとし、長辺の寸法をdとする。導体の抵抗Rは、w×dに反比例する。導体21の抵抗Rが小さいほど発電電力Pを大きくすることができる。導体21の短辺の方向が磁化方向をなすように導体21を巻回することにより、例えば、導体21の断面が円形状又は正方形状の場合と比較して、コイル20の磁化方向の寸法が同等であっても、導体21の断面積を大きくすることができ、導体21の抵抗を小さくすることができるので、結果として大きな電力を発電することができる。   The conductor 21 has a rectangular cross section, and the coil 20 is wound around the conductor 21 so that the direction of the short side of the conductor 21 is the magnetization direction. The dimension of the short side of the conductor 21 is w, and the dimension of the long side is d. The resistance R of the conductor is inversely proportional to w × d. The generated power P can be increased as the resistance R of the conductor 21 decreases. By winding the conductor 21 so that the direction of the short side of the conductor 21 forms the magnetization direction, for example, the dimension of the magnetization direction of the coil 20 is smaller than when the cross section of the conductor 21 is circular or square. Even if they are equivalent, the cross-sectional area of the conductor 21 can be increased, and the resistance of the conductor 21 can be reduced. As a result, large electric power can be generated.

また、図10に示すように、導体21の巻数を150回とし、磁石10の膜厚を150μmから100μm、200μmに変えた場合、発電することができた実効電力はそれぞれ182.5μW(最大電力:853.0μW)、834.0μW(最大電力:3471.1μW)であった。このように、磁石10の膜厚を厚くすることにより、より大きな電力を発電することができる。   As shown in FIG. 10, when the number of turns of the conductor 21 is 150 and the film thickness of the magnet 10 is changed from 150 μm to 100 μm and 200 μm, the effective power that can be generated is 182.5 μW (maximum power). : 853.0 μW) and 834.0 μW (maximum power: 3471.1 μW). As described above, by increasing the thickness of the magnet 10, it is possible to generate a larger amount of electric power.

また、図10に示すように、磁石10の膜厚を150μmとして、導体21の巻数を150回から75回、300回、600回、1000回に変えた場合、発電することができた実効電力はそれぞれ270.3μW(最大電力:983.1μW)、915.3μW(最大電力:3860.9μW)、1780.0μW(最大電力:76622.2μW)、2853.9μW(最大電力:12265.8μW)であった。このように、導体21の巻数を多くすることにより、より大きな電力を発電することができ、50μW程度を遥かに上回るmW程度の発電を実現することができる。   In addition, as shown in FIG. 10, when the film thickness of the magnet 10 is 150 μm and the number of turns of the conductor 21 is changed from 150 times to 75 times, 300 times, 600 times, and 1000 times, the effective power that can be generated. Are 270.3 μW (maximum power: 983.1 μW), 915.3 μW (maximum power: 3860.9 μW), 1780.0 μW (maximum power: 76222.2 μW), and 2853.9 μW (maximum power: 12265.8 μW), respectively. there were. As described above, by increasing the number of turns of the conductor 21, it is possible to generate a larger amount of power, and it is possible to realize a power generation of about mW far exceeding about 50 μW.

図11は第1実施形態の振動発電装置50による振動周波数が95Hzの場合の発電電力の他の例を示す説明図である。図11の例では、比較例として、コイル20の高さCH1、コイル数を変えている。まず、コイルの高さCH1は6mmのまま、コイル数を3から1に変えた場合(すなわち、上段コイル20及び下段コイル20を取り外し、中段コイル20のみとした場合)、発電することができた実効電力は、473.6μW(最大電力:1955.5μW)から147.1μW(最大電力:740.8μW)となった。   FIG. 11 is an explanatory diagram showing another example of generated power when the vibration frequency by the vibration power generator 50 of the first embodiment is 95 Hz. In the example of FIG. 11, the height CH1 of the coil 20 and the number of coils are changed as a comparative example. First, when the coil height CH1 was 6 mm and the number of coils was changed from 3 to 1 (that is, when the upper coil 20 and the lower coil 20 were removed and only the middle coil 20 was used), power could be generated. The effective power was changed from 473.6 μW (maximum power: 1955.5 μW) to 147.1 μW (maximum power: 740.8 μW).

すなわち、コイル20を、磁石10の板厚方向に沿って複数(例えば、3個)配置することにより、発電することができる電力を増やすことができる。なお、センサ装置200の用途によっては、コイル20が1個でも十分な発電電力が得られる場合には、装置全体を小型化することができる。   That is, by arranging a plurality (for example, three) of the coils 20 along the plate thickness direction of the magnet 10, the electric power that can be generated can be increased. Note that, depending on the application of the sensor device 200, if sufficient generated power can be obtained even with one coil 20, the entire device can be downsized.

次に、コイル数を1個のまま、コイル20の高さCH1を6mmから18mmに変えた場合、発電することができた実効電力は、147.1μW(最大電力:740.8μW)から43.8μW(最大電力:140.9μW)となった。これは、コイル20の断面積が大きくなったため、交差する磁束が減少したものと考えられる。このことから、コイル20の幅CW1は、磁石10の幅MWに比べて余り大きくしすぎない方が好ましいことが分かる。また、コイル20の高さCH1は、磁石10の最大変位量に比べて余り大きくしすぎない方が好ましいことが分かる。   Next, when the height CH1 of the coil 20 is changed from 6 mm to 18 mm with the number of coils being one, the effective power that can be generated is 147.1 μW (maximum power: 740.8 μW) to 43. It was 8 μW (maximum power: 140.9 μW). This is probably because the cross-sectional area of the coil 20 has increased, and the crossing magnetic flux has decreased. From this, it can be seen that the width CW1 of the coil 20 is preferably not too large compared to the width MW of the magnet 10. Further, it can be seen that the height CH1 of the coil 20 is preferably not too large compared to the maximum displacement of the magnet 10.

また、図11に示すように、コイル20の高さCH1を6mmから3mmとし、コイル数を5(5段重ね)とし、コイル20間の離隔寸法hを2mmから1mmとする。この場合、発電することができた実効電力は、473.6μW(最大電力:1955.5μW)から896.5μW(最大電力:3234.9μW)となった。このことからも、コイル20を、磁石10の板厚方向に沿って配置する数を増やすことにより、発電することができる電力を増やすことができる。   Further, as shown in FIG. 11, the height CH1 of the coil 20 is set to 6 mm to 3 mm, the number of coils is set to 5 (5-level stack), and the separation dimension h between the coils 20 is set to 2 mm to 1 mm. In this case, the effective power that could be generated was 473.6 μW (maximum power: 1955.5 μW) to 896.5 μW (maximum power: 3234.9 μW). Also from this, the electric power which can generate electric power can be increased by increasing the number which arrange | positions the coil 20 along the plate | board thickness direction of the magnet 10. FIG.

図12は第1実施形態の振動発電装置50のコイル20に交差する磁束の変化の他の例を示す説明図である。図12において、横軸は時間(sec)を示し、縦軸は磁束(Wb)を示す。上段コイル20、中段コイル20及び下段コイル20のデータを示している。片持ち梁構造の磁石10を、周波数100Hzで振動させ、磁石10の一縁側12の最大変位量は±15mmとした。   FIG. 12 is an explanatory diagram illustrating another example of a change in magnetic flux that intersects the coil 20 of the vibration power generator 50 according to the first embodiment. In FIG. 12, the horizontal axis indicates time (sec), and the vertical axis indicates magnetic flux (Wb). The data of the upper stage coil 20, the middle stage coil 20, and the lower stage coil 20 are shown. The magnet 10 having a cantilever structure was vibrated at a frequency of 100 Hz, and the maximum displacement amount on one edge side 12 of the magnet 10 was ± 15 mm.

図12に示すように、磁石10の一縁側12が最大に変位した位置から中段コイル20の略中央(磁束の単位時間あたりの変化量が最大の点)に近づくにつれて中段コイル20の磁束変化が大きくなり、変位量が0近傍で磁束変化が最大となっている。また、下段コイル20の磁束変化は、中段コイル20の磁束変化より若干遅れて変化し、上段コイル20の磁束変化は、中段コイル20の磁束変化より若干早く変化していることが分かる。   As shown in FIG. 12, the magnetic flux change of the middle coil 20 changes from the position where the one edge 12 of the magnet 10 is displaced to the approximate center of the middle coil 20 (the point at which the amount of change in magnetic flux per unit time is maximum). The magnetic flux change becomes maximum when the displacement amount is near zero. Further, it can be seen that the magnetic flux change of the lower coil 20 changes slightly later than the magnetic flux change of the middle coil 20, and the magnetic flux change of the upper coil 20 changes slightly earlier than the magnetic flux change of the middle coil 20.

また、磁石10の一縁側12の変位が最大位置に向かうにつれて、上段コイル20又は下段コイル20の磁束変化は若干減少するが、磁石10の一縁側12の変位が最大位置を超えて0に向かって減少すると、上段コイル20又は下段コイル20の磁束変化はピークに向かって増加し、その後減少することが分かる。   Further, as the displacement of the one edge side 12 of the magnet 10 goes to the maximum position, the magnetic flux change of the upper coil 20 or the lower coil 20 slightly decreases, but the displacement of the one edge side 12 of the magnet 10 exceeds the maximum position and goes to zero. It can be seen that the magnetic flux change of the upper coil 20 or the lower coil 20 increases toward the peak and then decreases.

図13は第1実施形態の振動発電装置50のコイル20に発生する起電力及び発電電力の変化の他の例を示す説明図である。上段の図において、横軸は時間(sec)を示し、縦軸は起電力(mV)を示す。また、下段の図において、横軸は時間(sec)を示し、縦軸は電力(μW)を示す。磁石10の一縁側12が中段コイル20の略中央(磁束の単位時間あたりの変化量が最大の点)前後で起電力及び発電電力がピークとなることが分かる。なお、図12及び図13は一例であって、磁束変化、起電力及び発電電力の変化は、これらに限定されるものではない。   FIG. 13 is an explanatory diagram illustrating another example of an electromotive force generated in the coil 20 of the vibration power generator 50 of the first embodiment and a change in the generated power. In the upper diagram, the horizontal axis indicates time (sec), and the vertical axis indicates electromotive force (mV). In the lower diagram, the horizontal axis represents time (sec), and the vertical axis represents power (μW). It can be seen that the electromotive force and generated power peak at approximately the center of the middle stage coil 20 (the point at which the amount of change in magnetic flux per unit time is maximum) at one edge 12 of the magnet 10. Note that FIG. 12 and FIG. 13 are examples, and changes in magnetic flux, electromotive force, and generated power are not limited to these.

図14は第1実施形態の振動発電装置50による振動周波数が100Hzの場合の発電電力の一例を示す説明図である。図14に示すように、磁石10の長さMLが20mm、幅MWが10mm、コイル20の長さCLが18mm、幅CW1が20mm、高さCH1が6mm、コイル数は、上段コイル、中段コイル20及び下段コイル20の3段構成であり、導体21の巻数が150回、磁石10の膜厚が150μmの場合、発電することができた実効電力は593.9μWであった。   FIG. 14 is an explanatory diagram illustrating an example of generated power when the vibration frequency by the vibration power generation apparatus 50 of the first embodiment is 100 Hz. As shown in FIG. 14, the length ML of the magnet 10 is 20 mm, the width MW is 10 mm, the length CL of the coil 20 is 18 mm, the width CW1 is 20 mm, the height CH1 is 6 mm, and the number of coils is the upper stage coil and the middle stage coil. When the number of turns of the conductor 21 was 150 and the film thickness of the magnet 10 was 150 μm, the effective power that could be generated was 593.9 μW.

次に、コイル数を1とし、上段コイル20のみの場合、中段コイル20のみの場合、及び下段コイル20の場合に発電することができた実効電力はそれぞれ、76.0μW、159.4μW、74.0μWであった。上段コイル20のみの場合、中段コイル20のみの場合、及び下段コイル20の場合の実効電力の合計は、309.4μWとなり、3段構成の場合の593.9μWよりもかなり少ないことが分かる。逆に言えば、個々のコイル20を単独で配置するよりも、複数のコイル20を近接させて複数配置することにより、個々のコイル20による発電電力の単純な合計よりも大きな発電電力を得ることができる。これは、コイル20を複数近接させて配置することにより、コイル20同士はお互いに磁束が干渉しているためと考えられる。   Next, assuming that the number of coils is 1, the effective power that can be generated when only the upper coil 20 is used, when only the middle coil 20 is used, and when the lower coil 20 is used is 76.0 μW, 159.4 μW, and 74, respectively. 0.0 μW. In the case of only the upper stage coil 20, the case of only the middle stage coil 20, and the case of the lower stage coil 20, the total effective power is 309.4 μW, which is significantly smaller than 593.9 μW in the case of the three-stage configuration. In other words, it is possible to obtain a generated power larger than a simple sum of the power generated by the individual coils 20 by arranging a plurality of the coils 20 close to each other rather than arranging the individual coils 20 alone. Can do. This is presumably because the coils 20 are arranged close to each other so that the coils 20 interfere with each other.

また、図14に示すように、コイル20の幅CW1を20mmから10mmに変えた場合、発電することができた実効電力は593.9μWから827.8μWとなった。これは、コイル20の幅CW1を磁石10の幅MWと同程度にすることにより、コイル20に交差する磁束の減少割合よりも磁束密度の増加割合の方が大きく寄与しているものと考えられる。   Further, as shown in FIG. 14, when the width CW1 of the coil 20 was changed from 20 mm to 10 mm, the effective power that could be generated was 593.9 μW to 827.8 μW. This is considered to be because the increase rate of the magnetic flux density contributes more than the decrease rate of the magnetic flux crossing the coil 20 by making the width CW1 of the coil 20 equal to the width MW of the magnet 10. .

すなわち、磁石10のコイル20が対向配置された縁側の長さ寸法(磁石10の幅MW)は、巻回された導体21の縁側方向の寸法(コイル20の幅CW1、又は内径幅CW2)と略等しい。ここで、略等しいとは、例えば、磁石10の幅MWがコイル20の幅CW1又は内径幅CW2のいずれかと等しい場合、幅MWが内径幅CW2より小さく、その寸法差が、例えば、内径幅CW2の20%程度である場合を含む。なお、磁石10の幅MWがコイル20の幅CW1より若干(例えば、幅CW1の20%程度)大きくてもよい。これにより、磁石10の磁束の大部分をコイル20に交差させるとともに、コイル20に交差する磁束の磁束密度を大きくすることができるので、大きな電力を発電することができる。   That is, the length dimension (width MW of the magnet 10) of the magnet 10 on which the coil 20 is opposed is equal to the dimension (width CW1 or inner diameter width CW2 of the coil 20) of the wound conductor 21 in the edge direction. Almost equal. Here, substantially equal, for example, when the width MW of the magnet 10 is equal to either the width CW1 or the inner diameter width CW2 of the coil 20, the width MW is smaller than the inner diameter width CW2, and the dimensional difference is, for example, the inner diameter width CW2. Including the case of about 20%. The width MW of the magnet 10 may be slightly larger than the width CW1 of the coil 20 (for example, about 20% of the width CW1). As a result, most of the magnetic flux of the magnet 10 intersects the coil 20, and the magnetic flux density of the magnetic flux intersecting the coil 20 can be increased, so that a large amount of electric power can be generated.

(第2実施形態)
図15は第2実施形態の振動発電装置50の構成の要部の第1実施例を示す斜視図である。図15に示すように、振動発電装置50は、磁石10の磁化方向と平行な1対の縁側13、14の中途部に磁化方向と交差する方向の軸体15を備える。磁石10は、軸体15を中心にして振動可能(図15の符号Bで示す方向、及び符号Cで示す方向に振動可能)にしてある。軸体15の断面形状は、例えば、三角形にして、軸体15が捻じれることによる反発力を利用したトーション振動可能にすることができる。
(Second Embodiment)
FIG. 15 is a perspective view showing a first example of a main part of the configuration of the vibration power generator 50 of the second embodiment. As shown in FIG. 15, the vibration power generation device 50 includes a shaft body 15 in a direction intersecting with the magnetization direction in the middle of the pair of edge sides 13 and 14 parallel to the magnetization direction of the magnet 10. The magnet 10 can vibrate about the shaft body 15 (can vibrate in the direction indicated by reference sign B and the direction indicated by reference sign C in FIG. 15). The cross-sectional shape of the shaft body 15 can be, for example, a triangle, and can be torsionally vibrated using a repulsive force caused by the shaft body 15 being twisted.

また、図15の例では、1個のコイル20(第1実施形態の中段コイル20に相当)を、磁石10の一縁側12に対向配置してある。また、図15の例において、軸体15の断面形状である三角形の頂点が上方を向いているが、これに限定されるものではなく、軸体15の断面形状が逆三角形、すなわち、三角形の頂点が下方を向いているようにしてもよい。   Further, in the example of FIG. 15, one coil 20 (corresponding to the middle stage coil 20 of the first embodiment) is disposed to face the one edge side 12 of the magnet 10. Further, in the example of FIG. 15, the vertex of the triangle that is the cross-sectional shape of the shaft body 15 faces upward, but is not limited thereto, and the cross-sectional shape of the shaft body 15 is an inverted triangle, that is, a triangular shape. The apex may be directed downward.

振動発電装置50を所定の振動源に取り付けることにより、磁石10を振動させることができる。これにより、振動源の振動数に応じて磁石10が振動し、磁石10の一縁側12をコイル20の断面に略平行に変位させて、コイル20に交差する磁束を変化させることができる。   The magnet 10 can be vibrated by attaching the vibration power generation device 50 to a predetermined vibration source. Thereby, the magnet 10 vibrates according to the frequency of the vibration source, and the one edge side 12 of the magnet 10 is displaced substantially parallel to the cross section of the coil 20 so that the magnetic flux intersecting the coil 20 can be changed.

図16は第2実施形態の振動発電装置50による発電電力の一例を示す説明図である。図16に示すように、磁石10の長さMLを10mm、幅MWを20mmとし、コイル20の長さCLを18mm、幅CW1を20mm、高さCH1を3mmとする。また、導体21の巻数を150回、磁石10の膜厚を150μmとする。この場合に、振動周波数を95Hzとし、磁石10の変位角(回転角:例えば、符号Bの方向を正の回転角、符号Cの方向を負の回転角とする)をそれぞれ±26.6°、±36.9°、±45.0°としたとき、発電することができた実効電力はそれぞれ39.0μW(最大電力:89.6μW)、81.5μW(最大電力:209.6μW)、118.9μW(最大電力:331.3μW)であった。このことから、磁石10の変位角(回転角)が大きくなるようにすれば、より大きな電力を発電することができる。   FIG. 16 is an explanatory diagram illustrating an example of power generated by the vibration power generator 50 according to the second embodiment. As shown in FIG. 16, the length ML of the magnet 10 is 10 mm, the width MW is 20 mm, the length CL of the coil 20 is 18 mm, the width CW1 is 20 mm, and the height CH1 is 3 mm. Further, the number of turns of the conductor 21 is 150, and the thickness of the magnet 10 is 150 μm. In this case, the vibration frequency is 95 Hz, and the displacement angle (rotation angle: for example, the direction of the sign B is a positive rotation angle and the direction of the sign C is a negative rotation angle) is ± 26.6 °. , ± 36.9 °, ± 45.0 °, the effective power that could be generated was 39.0 μW (maximum power: 89.6 μW), 81.5 μW (maximum power: 209.6 μW), It was 118.9 μW (maximum power: 331.3 μW). For this reason, if the displacement angle (rotation angle) of the magnet 10 is increased, larger electric power can be generated.

また、図16に示すように、振動周波数を95Hzから300Hzに変えた場合に、磁石10の変位角をそれぞれ±20.0°、±40.0°としたとき、発電することができた実効電力はそれぞれ178.2μW(最大電力:396.6μW)、952.9μW(最大電力:2493.1μW)であった。このことから、磁石10の振動周波数が大きくなると、すなわち振動源の振動周波数が大きいほど、より大きな電力を発電することができる。   Further, as shown in FIG. 16, when the vibration frequency is changed from 95 Hz to 300 Hz, the effective power can be generated when the displacement angle of the magnet 10 is ± 20.0 ° and ± 40.0 °, respectively. The powers were 178.2 μW (maximum power: 396.6 μW) and 952.9 μW (maximum power: 2493.1 μW), respectively. From this, when the vibration frequency of the magnet 10 is increased, that is, as the vibration frequency of the vibration source is increased, larger electric power can be generated.

また、図16に示すように、磁石10の長さMLを10mmから20mmに変更し、幅MWを20mmから10mmに変更した場合、振動周波数を95Hzとし、磁石10の変位角をそれぞれ±26.6°、±36.9°としたとき、発電することができた実効電力はそれぞれ36.5μW、61.3μWであった。このことからも、磁石10のコイル20が対向配置された縁側の長さ寸法(磁石10の幅MW)は、巻回された導体21の縁側方向の寸法(コイル20の幅CW1、又は内径幅CW2)と略等しくすることにより、磁石10の磁束の大部分をコイル20に交差させるとともに、コイル20に交差する磁束の磁束密度を大きくすることができるので、大きな電力を発電することができる。   As shown in FIG. 16, when the length ML of the magnet 10 is changed from 10 mm to 20 mm and the width MW is changed from 20 mm to 10 mm, the vibration frequency is 95 Hz, and the displacement angle of the magnet 10 is ± 26. When the angles were 6 ° and ± 36.9 °, the effective powers that could be generated were 36.5 μW and 61.3 μW, respectively. Also from this, the length of the edge of the magnet 10 on which the coil 20 is opposed (width MW of the magnet 10) is the dimension of the wound conductor 21 in the direction of the edge (the width CW1 of the coil 20 or the inner diameter width). By making it substantially equal to CW2), most of the magnetic flux of the magnet 10 intersects with the coil 20, and the magnetic flux density of the magnetic flux intersecting with the coil 20 can be increased, so that large electric power can be generated.

図15の例において、コイル20を1個ではなく、例えば、3個、5個、7個の如く磁石10の板厚方向に沿ってお互いに近接させて配置することもできる。また、図15の例では、コイル20を磁石10の一縁側12に対向配置してあるが、磁石10の他縁側11にもコイル20を対向配置させることもできる。この場合、磁石10の一縁側12及び他縁側11それぞれをコイル20の断面に略平行に変位させることができ、より大きな電力を発電することができる。   In the example of FIG. 15, the coils 20 may be arranged close to each other along the plate thickness direction of the magnet 10 instead of one, for example, three, five, and seven. Further, in the example of FIG. 15, the coil 20 is disposed to face the one edge side 12 of the magnet 10, but the coil 20 may be disposed to face the other edge side 11 of the magnet 10. In this case, each of the one edge side 12 and the other edge side 11 of the magnet 10 can be displaced substantially parallel to the cross section of the coil 20, and more electric power can be generated.

図17は第2実施形態の振動発電装置50の構成の要部の第2実施例を示す斜視図である。図17に示すように、磁石10の一縁側12及び他縁側11それぞれに沿って棒状の重り16を設けている。これにより、磁石10が軸体15を中心にして振動する際のモーメントを大きくして、より大きな変位角(回転角)を得ることができ、発電電力を増加させることができる。また、図17の例において、軸体15の断面形状である三角形の頂点が上方を向いているが、これに限定されるものではなく、軸体15の断面形状が逆三角形、すなわち、三角形の頂点が下方を向いているようにしてもよい。   FIG. 17 is a perspective view showing a second example of the main part of the configuration of the vibration power generator 50 of the second embodiment. As shown in FIG. 17, rod-like weights 16 are provided along the one edge side 12 and the other edge side 11 of the magnet 10. Thereby, the moment when the magnet 10 vibrates around the shaft body 15 can be increased, a larger displacement angle (rotation angle) can be obtained, and the generated power can be increased. Further, in the example of FIG. 17, the vertex of the triangle that is the cross-sectional shape of the shaft body 15 faces upward, but is not limited to this, and the cross-sectional shape of the shaft body 15 is an inverted triangle, that is, a triangular shape. The apex may be directed downward.

(第3実施形態)
図18は第3実施形態の振動発電装置50の構成の要部の一例を示す平面図である。図18に示すように、磁石10の一縁側12及び他縁側11それぞれに弾性部材31を設けてあり、各弾性部材31は、枠体30に支持されている。磁石10は、両持ち梁構造をなす。つまり、磁石10の一縁側12及び他縁側11それぞれと支持部30との間は、例えば、バネ定数が比較的小さい弾性部材31で接続する。そして、磁石10は、一縁側12及び他縁側11それぞれが弾性部材31を介して枠体30に支持された両持ち梁構造をなし、磁化方向に垂直に振動可能にしてある。
(Third embodiment)
FIG. 18 is a plan view showing an example of a main part of the configuration of the vibration power generator 50 of the third embodiment. As shown in FIG. 18, an elastic member 31 is provided on each of the one edge side 12 and the other edge side 11 of the magnet 10, and each elastic member 31 is supported by a frame body 30. The magnet 10 has a double-supported beam structure. That is, the one edge side 12 and the other edge side 11 of the magnet 10 and the support portion 30 are connected by, for example, the elastic member 31 having a relatively small spring constant. The magnet 10 has a double-supported beam structure in which the one edge side 12 and the other edge side 11 are supported by the frame body 30 via the elastic member 31, and can vibrate perpendicular to the magnetization direction.

これにより、磁石10を磁化方向に垂直に振動可能にすることができる。振動発電装置50を所定の振動源に取り付けることにより、磁石10を振動させることができる。これにより、振動源の振動数に応じて磁石10が振動し、磁石10の一縁側12及び他縁側11それぞれをコイル20の断面に略平行に変位させて、コイル20に交差する磁束を変化させることができる。   Thereby, the magnet 10 can be vibrated perpendicularly to the magnetization direction. The magnet 10 can be vibrated by attaching the vibration power generation device 50 to a predetermined vibration source. As a result, the magnet 10 vibrates according to the frequency of the vibration source, and each of the one edge side 12 and the other edge side 11 of the magnet 10 is displaced substantially parallel to the cross section of the coil 20 to change the magnetic flux crossing the coil 20. be able to.

上述の各実施の形態によれば、センサ装置200などの電子機器は、振動発電装置50を備えるので、電子機器自身がパッシブエネルギーを用いて従来よりも大電力の発電を行うことができる発電機構を具備することができる。すなわち、センサ装置200自身が発電機構を有するので、電池の交換や充電を行う必要がなく、センサネットワークの大幅な拡大に寄与することができる。また、電池交換が不要となれば、廃棄物の大幅な削減となることから、環境負荷の大幅な低減にも寄与することができる。   According to the above-described embodiments, the electronic device such as the sensor device 200 includes the vibration power generation device 50, and thus the power generation mechanism that enables the electronic device itself to generate higher power than before using passive energy. Can be provided. That is, since the sensor device 200 itself has a power generation mechanism, it is not necessary to replace or charge the battery, which can contribute to a significant expansion of the sensor network. In addition, if battery replacement is not necessary, waste is greatly reduced, which can contribute to a significant reduction in environmental burden.

また、上述の各実施の形態によれば、振動発電装置50は、従来の発電能力(例えば、50μW程度)を遥かに上回る電力(例えば、約4倍以上の250μW以上の電力)を発電することができる。すなわち、本実施の形態の振動発電装置50は、磁石の寸法、コイルの寸法、コイル数、コイルの巻数、磁石の膜厚などを適宜設定することにより、実効電力が200μW以上の発電能力を達成することが可能となる。また、本実施の形態の振動発電装置50は、凡その外形寸法が、例えば、15mm×35mm×10mm程度の大きさにすることができ、小型化を実現することができる。なお、振動発電装置50の用途に応じて、大きな電力を発電する必要がある場合には、コイル20の数を適宜増やせばよい。また、振動源の振動周波数と共振して磁石10が振動するように、磁石20の形状や支持の構成を適宜変更して振動発電装置50(磁石10)の固有振動数が振動源の振動周波数に近づくようにすればよい。   In addition, according to each of the above-described embodiments, the vibration power generation apparatus 50 generates electric power (for example, electric power of 250 μW or more that is about four times or more) far exceeding conventional electric power generation capacity (for example, about 50 μW). Can do. That is, the vibration power generation apparatus 50 of the present embodiment achieves a power generation capacity with an effective power of 200 μW or more by appropriately setting the dimensions of the magnet, the dimensions of the coil, the number of coils, the number of turns of the coil, the film thickness of the magnet, and the like. It becomes possible to do. In addition, the vibration power generation apparatus 50 according to the present embodiment can have an approximate outer size of, for example, about 15 mm × 35 mm × 10 mm, and can be downsized. In addition, what is necessary is just to increase the number of the coils 20 suitably, when it is necessary to generate | occur | produce a big electric power according to the use of the vibration electric power generating apparatus 50. In addition, the shape of the magnet 20 and the configuration of the support are appropriately changed so that the magnet 10 vibrates in resonance with the vibration frequency of the vibration source, so that the natural frequency of the vibration power generator 50 (magnet 10) is the vibration frequency of the vibration source. You may make it approach.

なお、前述の実施形態の少なくとも一部を任意に組み合わせることができる。   It should be noted that at least a part of the above-described embodiments can be arbitrarily combined.

10 磁石
11 他縁側
12 一縁側
13、14 縁側
15 軸体
16 重り
20 コイル
21 導体
30 枠体
31 弾性部材
50 振動発電装置
61 整流回路
62 昇降圧回路
63 制御部
64 センサ部
65 通信部
101 シリコン
102 シリコン酸化膜
103 タンタル層
104 薄膜磁石
200 センサ装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Magnet 11 Other edge side 12 One edge side 13, 14 Edge side 15 Shaft body 16 Weight 20 Coil 21 Conductor 30 Frame body 31 Elastic member 50 Vibration power generator 61 Rectifier circuit 62 Buck-boost circuit 63 Control part 64 Sensor part 65 Communication part 101 Silicon 102 Silicon oxide film 103 Tantalum layer 104 Thin film magnet 200 Sensor device

Claims (10)

矩形状の板体であって板面と平行な磁化方向を有し、振動可能な磁石と、
該磁石の前記磁化方向の一縁側に対向配置され、断面が矩形状のコアの外周に導体を前記磁化方向と平行な方向に沿って並べて複数巻回したコイルと
を備え、
前記導体は、断面が長方形状をなし、
前記導体の短辺側の表面を前記コアの外周に対向してあり、
電磁誘導により前記コイルに起電力を発生させることを特徴とする振動発電装置。
A rectangular plate having a magnetization direction parallel to the plate surface and capable of vibrating;
A coil that is arranged opposite to one edge side of the magnetizing direction of the magnet and has a plurality of windings arranged on the outer periphery of a core having a rectangular cross section along a direction parallel to the magnetizing direction,
The conductor has a rectangular cross section,
The short side surface of the conductor is opposed to the outer periphery of the core,
An oscillating power generator that generates electromotive force in the coil by electromagnetic induction.
前記磁石の前記一縁側と反対側の他縁側を支持する支持部を備え、
前記磁石は、
片持ち梁構造をなすことを特徴とする請求項1に記載の振動発電装置。
A support portion for supporting the other edge side opposite to the one edge side of the magnet;
The magnet
The vibration power generation device according to claim 1, wherein the vibration power generation device has a cantilever structure.
前記磁石の前記磁化方向と平行な1対の縁側の中途部に前記磁化方向と交差する方向の軸体を備え、
前記磁石は、
前記軸体を中心にして振動可能にしてあることを特徴とする請求項1に記載の振動発電装置。
A shaft in a direction crossing the magnetization direction is provided in a midway part of a pair of edges parallel to the magnetization direction of the magnet,
The magnet
The vibration power generator according to claim 1, wherein the vibration power generator is configured to be able to vibrate about the shaft body.
前記磁石の前記一縁側及び該一縁側と反対側の他縁側それぞれに設けられた弾性部材と、
各弾性部材を支持する支持部と
を備え、
前記磁石は、
両持ち梁構造をなすことを特徴とする請求項1に記載の振動発電装置。
An elastic member provided on each of the one edge side of the magnet and the other edge side opposite to the one edge side;
A support portion for supporting each elastic member,
The magnet
The vibration power generation apparatus according to claim 1, wherein the vibration power generation apparatus has a double-supported beam structure.
前記磁石の前記一縁側と反対側の他縁側に前記コイルをさらに対向配置してあることを特徴とする請求項1から請求項4までのいずれか1項に記載の振動発電装置。   5. The vibration power generation apparatus according to claim 1, wherein the coil is further arranged to face the other edge side opposite to the one edge side of the magnet. 6. 前記コイルを、板厚方向に沿って複数配置してあることを特徴とする請求項1から請求項5までのいずれか1項に記載の振動発電装置。   The vibration power generator according to any one of claims 1 to 5, wherein a plurality of the coils are arranged along a plate thickness direction. 前記コイルは、前記導体を矩形状に巻回してあり、
前記磁石の前記コイルが対向配置された縁側の長さ寸法は、巻回された導体の該縁側方向の寸法と略等しいことを特徴とする請求項1から請求項までのいずれか1項に記載の振動発電装置。
The coil is formed by winding the conductor into a rectangular shape,
Length of edge of the coil is disposed opposite the magnets, to any one of claims 1 to 6, characterized in that substantially equal to said edge side direction of the dimension of the wound conductor The vibration power generator described.
前記磁石は、
基体と、
該基体の表面に物理蒸着法により成膜した薄膜磁石と
を有することを特徴とする請求項1から請求項までのいずれか1項に記載の振動発電装置。
The magnet
A substrate;
The vibration power generator according to any one of claims 1 to 7 , further comprising: a thin film magnet formed by physical vapor deposition on a surface of the substrate.
請求項1から請求項までのいずれか1項に記載の振動発電装置を備えることを特徴とする電子機器。 An electronic apparatus comprising the vibration power generation device according to any one of claims 1 to 8 . 矩形状の板体であって板面と平行な磁化方向を有し、振動可能な磁石を振動させるステップと、
該磁石の前記磁化方向の一縁側に対向配置され、断面が矩形状のコアの外周に導体を前記磁化方向と平行な方向に沿って並べて複数巻回したコイルであって、前記導体は、断面が長方形状をなし、前記導体の短辺側の表面を前記コアの外周に対向させた前記コイルに電磁誘導により起電力を発生させるステップと
を含むことを特徴とする振動発電方法。
A rectangular plate having a magnetization direction parallel to the plate surface and vibrating a magnet that can vibrate;
A coil that is arranged opposite to one edge side of the magnetizing direction of the magnet and is wound by arranging a plurality of conductors on the outer periphery of a core having a rectangular cross section along a direction parallel to the magnetizing direction. vibration power method but a rectangular shape, characterized in that it comprises the steps of generating an electromotive force by electromagnetic induction the surface of the short sides of the conductor to the coil is opposed to the outer periphery of the core.
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