JPWO2011040265A1

JPWO2011040265A1 - 振動発電機

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Publication number: JPWO2011040265A1
Application number: JP2011534199A
Authority: JP
Inventors: 飯島　竜太; 竜太飯島
Original assignee: Brother Industries Ltd
Current assignee: Brother Industries Ltd
Priority date: 2009-09-29
Filing date: 2010-09-17
Publication date: 2013-02-28
Also published as: US20120194008A1; CN102577053A; CN102577053B; WO2011040265A1; US8618702B2

Abstract

永久磁石の磁性体への吸着を防止し、確実に発電することができる振動発電機を提供することを目的とする。外周面に電磁誘導コイル２が捲回された非磁性筒ケース１内に、往復可能に永久磁石３を配設した振動発電機において、永久磁石３の両端に、同極が対向する向きに磁気漏洩防止用磁石４、５を設ける。これにより、永久磁石３の端面から永久磁石３の移動方向に放射される磁力線が、磁気漏洩防止用磁石４、５から放射される磁力線によって前記移動方向と直交する方向に曲げられ、前記移動方向の磁力線の磁束密度が減少する。このため、永久磁石３の接点金具への吸着が防止され、発電を継続することが可能となる。

Description

本発明は、振動により発電する振動発電機の改良に関する。

従来から特許文献１に示されるように、振動による運動エネルギーを電気エネルギーに変換する電池型の振動発電機が提案されている。このような電池型の振動発電機は、電池を交換する必要がない点で便利であり、半永久的に使用することができるので省資源である。この電池型の振動発電機５０は、図７に示されるように、非磁性体の筒状のケース５１の外周に電磁誘導コイル５２を捲回し、ケース５１内で電磁誘導コイル５２に対して永久磁石５３を反復動させることにより、電磁誘導コイル５２に誘導電流を発生させる構成のものである。前記誘導電流が整流回路５４で整流され、整流された電流が二次電池等の蓄電手段５５で蓄電されたうえ、＋電極５６及び−電極５７に供給されるようになっている。

実用新案登録第３０２６３９１号公報

ところが、＋電極５６及び−電極５７を銅などの非磁性体で構成したとしても、電池ケースの接点金具６１、６２が鉄などの磁性体で構成されている場合には、永久磁石５３が接点金具６１、６２に吸着されてしまい、永久磁石５３がケース５１内を移動できない状態となり、発電することができないという問題があった。

振動発電機は上述した電池型の構成に限られない。たとえば、永久磁石の移動方向側の両端に、磁性体が配置されるような状況であれば、磁性体に吸着されることにより永久磁石の移動が阻害されるという問題がある。このように、電池ケースの接点金具６１、６２以外の磁性体であっても、永久磁石が磁性体に吸着されることにより、永久磁石の移動が阻害され、発電することができないという問題があった。この問題は、永久磁石の磁力線が永久磁石の移動方向に延びることにより発生する。

本発明は、上記問題を解決し、永久磁石の磁性体への吸着を防止し、確実に発電することができる振動発電機を提供することを目的とする。

上記課題を解決するためになされた請求項１に記載の発明は、非磁性体にて形成される非磁性筒ケースと、前記非磁性筒ケースの外周面に捲回された電磁誘導コイルと、前記非磁性筒ケース内にその長手方向に往復移動可能に配設され、当該移動方向に着磁された永久磁石と、前記永久磁石の移動方向における一端に、前記永久磁石と同極が対向する向きにて設けられた第１の磁気漏洩防止用磁石と、を有することを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、前記振動発電機は、磁性体の正負接点金具を有する電池収容ケースに収容されて使用され、前記非磁性筒ケースを収納する外被ケースと、前記外被ケースの長手方向の端部に設けられ、前記電磁誘導コイルに生じた電流を前記接点金具に導電させる電極部材と、を有することを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記永久磁石の移動方向における他端に、前記永久磁石と同極が対向する向きにて設けられた第２の磁気漏洩防止磁石を有することを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記永久磁石の移動により、前記電磁誘導コイルに生じた電流を整流する整流回路と、前記整流回路により整流された電流を蓄電する蓄電手段とを有することを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の発明において、前記整流回路及び前記蓄電手段を前記非磁性筒ケースの端部の外側に設けたことを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記永久磁石の移動により、前記電磁誘導コイルに生じた電流を整流する整流回路と、前記整流回路により整流された電流を蓄電する蓄電手段とを、有し、前記永久磁石の移動方向における他端側に位置する非磁性筒ケースの端部の外側に、前記整流回路及び蓄電手段を設けたことを特徴とする。

請求項７に記載の発明は、請求項１〜請求項６のいずれかに記載の発明において、前記第１の磁気漏洩防止用磁石、前記第２の磁気漏洩防止用磁石及び前記永久磁石の前記移動方向と直交する方向の断面の外縁形状は円形状であり、前記第1の磁気漏洩防止用磁石及び前記第２の磁気漏洩防止用磁石の断面半径を前記永久磁石の断面半径と略同一にし、前記第１の磁気漏洩防止用磁石及び前記第２の磁気漏洩防止用磁石の、少なくとも一方の厚さを、前記永久磁石の断面半径の２５％〜９０％に設定したことを特徴とする。

請求項１に記載の発明によると、永久磁石の端面から永久磁石の移動方向に放射される磁力線が第１の磁気漏洩防止用磁石から放射される磁力線によって永久磁石の移動方向と直交する方向に曲げられる。また、第１の磁気漏洩防止磁石の端面から永久磁石の移動方向に放射される磁力線が、永久磁石と第１の磁気漏洩防止磁石との境界面付近の強い磁場に引き寄せられるため、移動方向の磁力線の磁束密度が減少する。このため、永久磁石の磁性体への吸着が防止される。すなわち、永久磁石の磁力線が移動方向に延びることを抑え、確実に発電することが可能となる。また、本発明の振動発電機の永久磁石の端面から放射される磁力線の磁束密度を減少させることが可能となるので、永久磁石の移動方向に電気機器又は電子機器が配置される状況では、永久磁石の磁気漏洩による電気機器又は電子機器の動作不良を回避し、機器の誤動作を防止することができる。

請求項２に記載の発明によると、永久磁石の端面から永久磁石の移動方向に放射される磁力線が第１の磁気漏洩防止用磁石から放射される磁力線によって永久磁石の移動方向と直交する方向に曲げられ、また、第１の磁気漏洩防止磁石の端面から永久磁石の移動方向に放射される磁力線が、永久磁石と第１の磁気漏洩防止磁石との境界面付近の強い磁場に引き寄せられるため、移動方向の磁力線の磁束密度が減少する。このため、永久磁石の接点金具への吸着が防止され、確実に発電を継続することが可能となる。また、本発明の振動発電機の永久磁石の端面から放射される磁力線の磁束密度を減少させることが可能となるので、永久磁石の移動方向に電気機器又は電子機器が配置される状況では、永久磁石の磁気漏洩による電気機器又は電子機器の動作不良を回避し、機器の誤動作を防止することができる。

請求項３に記載の発明によると、永久磁石の両端面から放射される磁力線の磁束密度を減少させることが可能となる。このため、永久磁石の接点金具などの磁性体への吸着が防止され、確実に発電を継続することが可能となる。

請求項４に記載の発明によると、平滑化された直流電流を安定して機器に供給することが可能となる。

請求項５に記載の発明によると、電磁誘導コイルの巻線径及び永久磁石の直径を大きく設定することが可能となり、電磁誘導コイルに、より大きな誘導電流を発生させることが可能となり、発電効率を向上させることが可能となる。

請求項６に記載の発明によると、整流回路及び蓄電手段が設けられている側では、非磁性筒ケースの一側端と接点金具などの磁性体との距離が離間するので、整流回路及び蓄電手段と反対側の永久磁石の一端のみに第１の漏洩防止用磁石を設けるだけで、永久磁石の接点金具などの磁性体への固着を防止することが可能となる。

請求項７に記載の発明によると、磁気漏洩防止用磁石の端面から永久磁石の移動方向へ放射される磁束密度を５０％以上減少させることが可能となり、永久磁石の接点金具などの磁性体への固着を確実に防止することが可能となる。

第１の実施形態の振動型発電機の断面図である。振動型発電機の電気回路図である。磁気漏洩防止用磁石の効果を示す説明図である。永久磁石及び磁気漏洩防止用磁石から放射される磁力線を表した図である。磁気漏洩防止用磁石の厚さと磁束密度との関係を表したグラフである。第２の実施形態の振動型発電機の断面図である。従来の電池型の振動型発電機の説明図である。

（第１の実施形態）
以下に図面を参照しつつ、本発明の好ましい実施の形態を示す。図１に示されるように、第１の実施形態の振動型発電機２０は、非磁性筒ケース１、電磁誘導コイル２、永久磁石３、第１の磁気漏洩防止用磁石４、第２の磁気漏洩防止用磁石５、＋電極６、−電極７、外被ケース９、及び整流蓄電部１０とから構成されている。第１の実施形態の振動型発電機２０は、乾電池形状であり、電気機器又は電子機器の電池収容ケースに収納されて、乾電池の代用品として使用される。前記電池収容ケースは、正負接点金具を有している。

外被ケース９は円筒形状である。外被ケース９の一端には＋電極６が配設され、外被ケース９の他端には−電極７が配設されている。＋電極６及び−電極７の材質は、真鍮等の非磁性導電材料である。外被ケース９の内部には、非磁性筒ケース１、電磁誘導コイル２、永久磁石３、第１の磁気漏洩防止用磁石４、及び第２の磁気漏洩防止用磁石５が収納されている。非磁性筒ケース１は、樹脂等の非磁性体で形成されている。前記樹脂には、ポリアセタールが含まれる。非磁性筒ケース１は、本実施形態では円筒形状である。非磁性筒ケース１の外周面には、電磁誘導コイル２が非磁性筒ケース１の外周面の長手方向に沿って捲回固定されている。電磁誘導コイル２の材質には、エナメル線が含まれる。電磁誘導コイル２の両端は、後述する整流蓄電部１０に接続している。

非磁性筒ケース１内には、永久磁石３が非磁性筒ケース１の長手方向に往復移動可能に配設されている。永久磁石３は、前記移動方向に着磁されている。第１の実施形態では、永久磁石３の移動方向の両端に、第１の磁気漏洩防止用磁石４と第２の磁気漏洩防止用磁石５とが固着されている。両磁石４、５は、永久磁石３と同極が対向するように配置されている。この構造による効果は後で詳細に説明する。永久磁石３の両端への第１の磁気漏洩防止用磁石４及び第２の磁気漏洩防止用磁石５の固着構造には、ネジ止め、接着、又は金具による固定が含まれる。永久磁石３が非磁性筒ケース１内を往復移動すると、電磁誘導コイル２に、誘導電流が生じる。本実施形態では、永久磁石３、第１の磁気漏洩防止用磁石４、及び第２の磁気漏洩防止用磁石５は円柱形状であり、これら磁石の横断面の外縁形状は円形状である。

図２に示されるように、整流蓄電部１０は電磁誘導コイル２に生じた誘導電流を整流する整流回路であるブリッジダイオード１１と、整流された電流を蓄電する蓄電手段１２とから構成されている。電磁誘導コイル２の両端は、ブリッジダイオード１１の入力側に接続している。永久磁石３の非磁性筒ケース１内の往復移動により、電磁誘導コイル２に生じる交番電流である誘導電流は、ブリッジダイオード１１で全波整流される。ブリッジダイオード１１の出力側には、蓄電手段１２が接続されている。蓄電手段１２にはコンデンサー、又は二次電池が含まれる。ブリッジダイオード１１で全波整流された電流は、蓄電手段１２で蓄電されて平滑化される。蓄電手段１２には＋電極６及び−電極７が接続している。＋電極６と−電極７との間で電位差が生じ、平滑化された電流が蓄電手段１２から供給されるようになっている。

図１に示される実施形態では、整流蓄電部１０を非磁性筒ケース１の一端の外側に配設している。これにより、電磁誘導コイル２の巻線径及び永久磁石３の直径を大きく設定することが可能となり、電磁誘導コイル２に、より大きな誘導電流を発生させることが可能となっている。

（磁気漏洩防止用磁石の効果の説明）
図３の（Ａ）に示されるように、永久磁石３の端面からは永久磁石３の移動方向に磁力線が放射される。このため、＋電極６及び−電極７と接続される接点金具６１、６２にも磁力線が放射され、電気機器又は電子機器の電池収容ケースの接点金具６１、６２が磁性体である場合には、永久磁石３が接点金具６１、６２に吸着してしまう。一方で、図３の（Ｂ）に示されるように、永久磁石３の端部に第１の磁気漏洩防止用磁石４及び第２の磁気漏洩防止用磁石５が同極を対向させて固着されると、永久磁石３から放射された磁力線と第１の磁気漏洩防止用磁石４及び第２の磁気漏洩防止用磁石５から放射された磁力線とが反発し合あう。これにより、永久磁石３の端面から永久磁石３の移動方向に放射される磁力線が、第１の磁気漏洩防止用磁石４及び第２の磁気漏洩防止用磁石５から放射される磁力線によって永久磁石３の移動方向と直交する方向に曲げられて、永久磁石３の端面から永久磁石３の移動方向に磁力線が放射されない。また、第１の磁気漏洩防止磁石４及び第２の磁気漏洩磁石５の端面から、永久磁石３の移動方向に放射される磁力線は、両磁石４、５の各々と永久磁石３との境界面付近の強い磁場に引き寄せられるため、移動方向の磁力線の磁束密度が減少する。このため、永久磁石３が接点金具６１、６２に吸着することがない。

次に図４を用いて、磁気漏洩防止用磁石４の厚さを変化させた場合に、永久磁石３及び磁気漏洩防止用磁石４から放射される磁力線について説明する。ここで、磁気漏洩防止磁石４の厚さは、永久磁石３の移動方向における寸法である。なお、図４の例では、永久磁石３と磁気漏洩防止用磁石４は、同種の磁石である。永久磁石３の移動方向と直交する方向におけるこれら磁石の横断面の外縁形状は円形状である。また、永久磁石３と磁気漏洩防止用磁石４とは、同一半径であり、その半径は２ｍｍである。なお、図４では、永久磁石３及び磁気漏洩防止用磁石４の移動方向を矢印にて示す。
図４の（Ａ）に示されるように、磁気漏洩防止用磁石４を設けない場合には、前述したように、永久磁石３の端面から永久磁石３の移動方向へ磁力線が漏洩してしまう。
図４の（Ｃ）に示されるように、磁気漏洩防止用磁石４の厚さが３．０ｍｍの場合には、磁気漏洩防止用磁石４の磁力が強すぎる。このため、磁気漏洩防止用磁石４の端面から永久磁石３の移動方向に磁力線が放射されてしまう。
図４の（Ｂ）に示されるように、磁気漏洩防止用磁石４の厚さが１．０ｍｍの場合には、磁気漏洩防止用磁石４の磁力が適度であり、永久磁石３の端面から永久磁石３の移動方向へ磁力線が漏洩することなく、磁気漏洩防止用磁石４の端面から永久磁石３の移動方向に磁力線が殆ど放射されることが無い。

次に図５を用いて、磁気漏洩防止用磁石（第１の磁気漏洩防止用磁石４及び第２の磁気漏洩防止用磁石５）の厚さと磁束密度との関係について説明する。なお、図５の例では、永久磁石３と磁気漏洩防止用磁石とは、同種の磁石であり、これら磁石の横断面の外縁形状は円形状である。また、永久磁石３と磁気漏洩防止用磁石とは、同一半径であり、その半径は２ｍｍである。
図５の磁束密度は、磁気漏洩防止用磁石の端面中央から軸方向に１ｍｍ離間した位置で計測された値である。図５に示されるように、磁気漏洩防止用磁石の厚さを磁気漏洩防止用磁石の半径の概ね半分の厚さに設定した場合に、磁束密度が最小値となっている。このことは、図４の（Ｃ）に示されるように、永久磁石３と磁気漏洩防止用磁石との半径が２ｍｍの場合に、磁気漏洩防止用磁石の厚さを１．０ｍｍに設定した場合に、磁気漏洩防止用磁石の端面から永久磁石３の移動方向に磁力線が殆ど放射されないことからも確認することができる。磁気漏洩防止用磁石の厚さを、磁気漏洩防止用磁石の半径の半分の厚さに設定すると、磁気漏洩防止用磁石を設けない場合と比較して、磁束密度が概ね１／５となる。言い換えると、磁束密度を概ね８０％減少させることができる。

図５からも明らかなように、第１の磁気漏洩防止用磁石４及び第２の磁気漏洩防止用磁石５の厚さを、第１の磁気漏洩防止用磁石４及び第２の磁気漏洩防止用磁石５の半径の２５％〜９０％の厚さに設定すると、第１の磁気漏洩防止用磁石４及び第２の磁気漏洩防止用磁石５を設けない場合と比較して、磁束密度を５０％以上減少させることができるので好ましい。第１の磁気漏洩防止用磁石４及び第２の磁気漏洩防止用磁石５の厚さを第１の磁気漏洩防止用磁石４及び第２の磁気漏洩防止用磁石５の半径の２５％より薄くした場合、又は、第１の磁気漏洩防止用磁石４及び第２の磁気漏洩防止用磁石５の厚さを第１の磁気漏洩防止用磁石４及び第２の磁気漏洩防止用磁石５の半径の９０％よりも厚く設定した場合には、第１の磁気漏洩防止用磁石４及び第２の磁気漏洩防止用磁石５の端面から永久磁石３の移動方向へ放射される磁力線の磁束密度が大きくなってしまうため、永久磁石３が接点金具６１、６２に吸着してしまう。

（第２の実施形態）
以下、第１の実施形態の振動型発電機２０と異なる点について、第２の実施形態の振動型発電機３０を説明する。第１の実施形態の振動型発電機２０では、永久磁石３の両端に、それぞれ、第１の磁気漏洩防止用磁石４及び第２の磁気漏洩防止用磁石５を設けているが、第２の実施形態の振動型発電機３０では、永久磁石３の一端のみに第１の磁気漏洩防止用磁石４を設けている。図６に示される実施形態では、整流蓄電部１０は非磁性筒ケース１の一端の外側に配設されている。このため、非磁性筒ケース１の一側端と＋電極６との距離ａが離れ、結果として、永久磁石３の一端と接点金具６１との距離も離れる。前記距離ａが十分な場合には、整流蓄電部１０が配設されている側に磁気漏洩防止用磁石を設けなくても、永久磁石３が接点金具６１に吸着されることがない。このように、前記距離ａが十分に離れている場合には、整流蓄電部１０と反対側の永久磁石３の一端のみに第１の漏洩防止用磁石４を設けるだけで、永久磁石３の接点金具６１、６２への固着を防止することが可能となる。

（総括）
以上説明した本発明の技術的思想は、電池型でない振動発電機にも適用可能なことは言うまでもない。本発明の技術的思想によれば、振動型発電機の永久磁石の端面から放射される磁力線の磁束密度を減少させることが可能となるので、永久磁石の磁気漏洩による電気機器又は電子機器の動作不良を回避することができる。以上、現時点において、もっとも、実践的であり、かつ好ましいと思われる実施形態に関連して本発明を説明したが、本発明は、本願明細書中に開示された実施形態に限定されるものではなく、請求の範囲および明細書全体から読み取れる発明の要旨あるいは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う振動発電機もまた技術的範囲に包含されるものとして理解されなければならない。つまり、本発明のように、非磁性筒ケース、電磁誘導コイル、永久磁石で構成され、その永久磁石の移動方向側の両端の少なくとも一端に、磁性金属の接点金具などの磁性体が配置されるような構成であれば何でも適用可能である。例えば、非磁性筒ケース又は永久磁石の断面形状を、円形に限らず、楕円形、又は四角形等の多角形にしても差し支えない。

１非磁性筒ケース
２電磁誘導コイル
３永久磁石
４第１の磁気漏洩防止用磁石
５第２の磁気漏洩防止用磁石
６＋電極
７ −電極
９外被ケース
１０整流蓄電部
１１ブリッジダイオード
１２蓄電手段
２０振動型発電機（第１の実施形態）
３０振動型発電機（第２の実施形態）
５０従来の電池型振動発電機
５１ケース
５２電磁誘導コイル
５３永久磁石
５４整流回路
５５蓄電手段
５６＋電極
５７ −電極
６１接点金具
６２接点金具

Claims

非磁性体にて形成される非磁性筒ケースと、
前記非磁性筒ケースの外周面に捲回された電磁誘導コイルと、
前記非磁性筒ケース内にその長手方向に往復移動可能に配設され、当該移動方向に着磁された永久磁石と、
前記永久磁石の移動方向における一端に、前記永久磁石と同極が対向する向きにて設けられた第１の磁気漏洩防止用磁石と、
を有することを特徴とする振動発電機。
前記振動発電機は、磁性体の正負接点金具を有する電池収容ケースに収容されて使用され、
前記非磁性筒ケースを収納する外被ケースと、
前記外被ケースの長手方向の端部に設けられ、前記電磁誘導コイルに生じた電流を前記接点金具に導電させる電極部材と、
を有することを特徴とする請求項１に記載の振動発電機。
前記永久磁石の移動方向における他端に、前記永久磁石と同極が対向する向きにて設けられた第２の磁気漏洩防止用磁を有することを特徴とする請求項１に記載の振動発電機。
前記永久磁石の移動により、前記電磁誘導コイルに生じた電流を整流する整流回路と、
前記整流回路により整流された電流を蓄電する蓄電手段とを有することを特徴とする請求項１に記載の振動発電機。
前記整流回路及び前記蓄電手段を前記非磁性筒ケースの端部の外側に設けたことを特徴とする請求項４に記載の振動発電機。
前記永久磁石の移動により、前記電磁誘導コイルに生じた電流を整流する整流回路と、
前記整流回路により整流された電流を蓄電する蓄電手段とを、有し、
前記永久磁石の移動方向における他端側に位置する非磁性筒ケースの端部の外側に、前記整流回路及び蓄電手段を設けたことを特徴とする請求項１に記載の振動発電機。
前記第１の磁気漏洩防止用磁石、前記第２の磁気漏洩防止用磁石及び前記永久磁石の前記移動方向と直交する方向の断面の外縁形状は円形状であり、
前記第1の磁気漏洩防止用磁石及び前記第２の磁気漏洩防止用磁石の断面半径を前記永久磁石の断面半径と略同一にし、
前記第１の磁気漏洩防止用磁石及び前記第２の磁気漏洩防止用磁石の、少なくとも一方の厚さを、前記永久磁石の断面半径の２５％〜９０％に設定したことを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれかに記載の振動発電機。