JPWO2015068377A1 - 発電装置 - Google Patents

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Abstract

本発明の発電装置は、第一磁石部材と、第一磁石部材とN極側が逆方向に配置される第二磁石部材と、水平移動が可能で、第一磁石部材と第二磁石部材との間に配置される中央ヨークと、中央ヨークの外周に配置されるコイルと、第一磁石部材および第二磁石部材を保持しながら水平移動する駆動部材とを備える。そして、駆動部材および中央ヨークは第1の方向に水平移動する。中央ヨークの第1の方向への水平移動が停止した後、駆動部材はさらに第1の方向へ水平移動し、かつ、中央ヨークは第1の方向と反対の第2の方向へ水平移動する。

Description

本発明は、各種電子機器や、それらを遠隔操作するための操作用機器、操作部位などに用いられる発電装置に関する。
近年、各種電子機器や、それらを遠隔操作するための操作用機器、操作部位などについては小型構成の発電装置の開発要望をされることが多くなってきた。
従来の発電装置について、図15〜図22を参照しながら説明する。
図15は従来の発電装置の外観斜視図である。図16は従来の発電装置の分解斜視図である。図17は従来の発電装置の固定側部位の斜視図である。図18は従来の発電装置の可動側部位の斜視図である。図19は従来の発電装置の第一の状態を示す上面図である。なお、図19ではカバー部材27は取り除かれている。図20は従来の発電装置の第一の状態における磁石部材とヨークとの位置関係を示す模式図である。図21は従来の発電装置の第二の状態を示す上面図である。なお、図21ではカバー部材27は取り除かれている。図22は従来の発電装置の第二の状態での各磁石部材と各ヨークの位置関係を示す模式図である。
従来の発電装置は、図15に示すように、樹脂製のケース31にカバー部材27が組み合わされている。
図16や図17に示すように、ケース31は、上方が矩形状に開口した箱型である。ケース31内には、磁性体からなる棒状の中央ヨーク41が、固着されている。なお、以下の説明では中央ヨーク41の長手方向に沿う方向を前後方向、平面視で前後方向に直交する方向を左右方向と定義して説明する。
中央ヨーク41は、ケース31の凹部内の中央付近に、前後方向に沿って固着されている(図17などを参照)。中央ヨーク41の2つの端部(前端部42および後端部43)は中間部よりも太い四角柱に形成されている。
ケース31内の左端部には、上面視でコの字状の第一補助ヨーク1が固着されている。また、ケース31内の右端部には、上面視でコの字状の第二補助ヨーク2が固着されている。第一補助ヨーク1のコの字の先端1A、先端1Bは、中央ヨーク41の前端部42の左側面および後端部43の左側面から所定間隔をあけて配置されている。同様に、第二補助ヨーク2のコの字の先端2Aと2Bは、中央ヨーク41の前端部42の右側面および後端部43の右側面に所定間隔をあけて配置されている。ケース31側の部位は以上のように構成される。
ケース31に対してスライド移動する駆動部材21側の部位について、図18を参照しながら説明する。スライド移動する主要部は、第一磁石部材4と、第二磁石部材8と、第一磁石部材4と第二磁石部材8とを保持する駆動部材21で構成される。駆動部材21は樹脂製で矩形の枠である。
第一磁石部材4は、永久磁石5の前後面のそれぞれに四角柱状の磁性体6、7が固着されて構成されている。永久磁石5は前方面がN極、後方面がS極の向きで配置されている。第二磁石部材8は、永久磁石9の前後面それぞれに四角柱状の磁性体10、11が固着されて構成されている。永久磁石9は、前方面がS極、後方面がN極の向きで配置されている。
第一磁石部材4と第二磁石部材8は、駆動部材21内に、所定間隔をあけて平行に配置されている。
駆動部材21は、ケース31内で左右方向にスライド移動が可能である。ケース31に駆動部材21が組み込まれた状態では、図19や図21に示すように、第一磁石部材4と第二磁石部材8との間に中央ヨーク41が位置する。さらに、第一磁石部材4の左側に第一補助ヨーク1が配置され、第二磁石部材8の右側に第二補助ヨーク2が位置する。そして、駆動部材21には、平板バネ23を介して操作部材25が配置されている。
そして、ケース31および駆動部材21上を覆うように、上方から樹脂製のカバー部材27が配置されている。カバー部材27はケース31に結合されている。
次に従来の発電装置の動作について、図19〜図22を参照しながら説明する。図19および図20は第一の状態を示しており、図20は位置関係を示す模式図である。図21および図22は第二の状態を示してり、図22は位置関係を示す模式図である。
<第一の状態>
図19、図20に示す通り、第一の状態では、第一磁石部材4と中央ヨーク41とが当接して吸着する。駆動部材21はケース31内の右側に位置する。磁性体6の前端部の右側面が中央ヨーク41の前端部42の左側面に当接して吸着しており、かつ、磁性体7の後端部の右側面が中央ヨーク41の後端部43の左側面に当接して吸着している。この時、第一磁石部材4は、第一補助ヨーク1の先端1A、1Bから離間している。また、第二磁石部材8は、中央ヨーク41の前端部42、後端部43の右側面から離間しており、磁性体10の前端部の右側面が第二補助ヨーク2の先端2Aに当接して吸着し、磁性体11の後端部の右側面が第二補助ヨーク2の先端2Bに当接して吸着している。
第一の状態では、永久磁石5からの磁束は、磁性体6から中央ヨーク41の前端部42に伝わり、中央ヨーク41内を後端部43に向かって流れ、中央ヨーク41の後端部43から磁性体7に戻る経路で伝わる。
<第一の状態から第二の状態への変化>
第一の状態から操作部材25の操作部を左方向にスライド移動すると、第一の状態の吸着箇所が離れ、平板バネ23のばね力も加わり、駆動部材21が左方に向かって移動する。駆動部材21の移動に応じて、第一磁石部材4と第二磁石部材8とが左方へスライド移動する。第二の状態を図21および図22に示す。
<第二の状態>
第二の状態では、図21および図22に示すように、第一磁石部材4の前端部の左側面が第一補助ヨーク1の先端1Aに当接して吸着し、第一磁石部材4の後端部の左側面が第一補助ヨーク1の先端1Bに当接して吸着している。
第二の状態では、永久磁石9からの磁束は、磁性体11から中央ヨーク41の後端部43に伝わり、中央ヨーク41内を前端部42に向かって流れ、中央ヨーク41の前端部42から磁性体10に戻る経路で伝わる。
第一の状態から第二の状態に変化すると、中央ヨーク41内での磁束の流れる方向が逆方向に切り換わる。この磁束の流れの切り換わりによって中央ヨーク41の回りに配置されているコイル45に起電力が発生する。そして、この起電力をコイル45のコイル線から取り出す。
また、第二の状態から第一の状態に戻る時の動作は、第一の状態から第二の状態に変化する時と同様であるので、第二の状態から第一の状態に戻る時も、中央ヨーク41内での磁束の流れる方向が逆方向に切り換わる。この磁束の流れの切り換わりに応じてコイル45に生じる相応する起電力を取り出すことができる。
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献1が知られている。
国際公開第2013/084409号
本発明は、大きい起電力が得られる磁気回路構成部を有する発電装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために本発明は、第一磁石部材と、第一磁石部材とN極側が逆方向に配置される第二磁石部材と、水平移動が可能で、第一磁石部材と第二磁石部材との間に配置される中央ヨークと、中央ヨークの外周に配置されるコイルと、第一磁石部材および第二磁石部材を保持しながら水平移動する駆動部材とを備える。そして、駆動部材および中央ヨークは第1の方向に水平移動する。中央ヨークの第1の方向への水平移動が停止した後、駆動部材はさらに第1の方向へ水平移動し、かつ、中央ヨークは第1の方向と反対の第2の方向へ水平移動するものである。
この構成により、本発明の発電装置は、中央ヨーク70の磁束の流れの変化に要する時間を少なくでき、容易に大きい起電力を得ることができる。
以上のように本発明によれば、容易に大きい起電力を得られることができる発電装置を提供できる。
本発明の実施の形態における発電装置の断面図 本発明の実施の形態における発電装置の外観斜視図 図2の発電装置の分解斜視図 図2の発電装置を下方側から見た分解斜視図 本発明の実施の形態における発電装置の水平方向の断面図 図5Aに示す永久磁石と磁性体の部分拡大図 図5Aに示す永久磁石と磁性体の部分拡大図 図5Aの部分拡大図 コイル付き中央ヨークの外観斜視図 図6の分解斜視図 第一の状態の発電装置の垂直方向における断面図 第一の状態の発電装置の水平方向における断面図 図9Aの部分拡大図 図9Aの部分拡大図 第一の状態から第二の状態に変化する時の発電装置の垂直方向における断面図 第一の状態から第二の状態に変化する時の発電装置の垂直方向における断面図 第二の状態の発電装置の水平方向における断面図 12Aの部分拡大図 第二の状態の発電装置の垂直方向における断面図 第二の状態の発電装置の垂直方向における断面図 従来の発電装置における外観斜視図 従来の発電装置における分解斜視図 従来の発電装置における固定側部位の主要部の斜視図 従来の発電装置における可動側部位の主要部の斜視図 従来の発電装置における第一の状態を示す上面図 従来の発電装置における第一の状態の磁石部材とヨークとの位置関係を示す模式図 従来の発電装置における第二の状態を示す上面図 従来の発電装置における第二の状態の磁石部材とヨークとの位置関係を示す模式図
本実施の形態の説明に先立ち、上述した従来の発電装置の課題について説明する。従来の発電装置は、第一の状態から第二の状態に移行する時(または第二の状態から第一の状態に移行する時)、ケース31に固定されている中央ヨーク41内を流れる磁束の方向を切り換える磁気回路構成部を有する。従来の発電装置は、この磁気回路構成部によってファラデーの法則に応じて起電力を得る。
つまり、その起電力Eは、一般的に下記で表される。
E=N*(δφ/δt) N:コイルの巻き数
従来の発電装置において、起電力を大きくするには、コイル45の巻き数を増やす方法が考えられる。しかしながら、コイル45の巻き数を増やすと、コイル45を配置するスペースが確保できず、発電装置のサイズが大きくなるという課題があった。
また、起電力を大きくするための別の方法として、永久磁石5、9に磁束が強い永久磁石を用いることが考えられる。永久磁石5、9の磁束を大きくすることによって、中央ヨーク41内で流れる磁束の変化を大きくすることが可能となる。しかしながら、例えば第一の状態で説明すると、ケース31に固定されている中央ヨーク41に第一磁石部材4が吸着し、中央ヨーク41が第二磁石部材8から離間している。永久磁石5、9の磁束が強い場合、第二磁石部材8からの逆方向に向く磁束の影響を受けないように、中央ヨーク41と第二磁石部材8との間の距離を大きく設定する必要があった。つまり、永久磁石9の磁束が強ければ強いほど、中央ヨーク41と第二磁石部材8との間の距離を大きくする必要があった。第二の状態でも同様である。
従って、上述したコイル45の巻き数を増やしたり、磁束の強さが強い永久磁石5、9を使用したり、大きい起電力を得るためには、発電装置を大きくする必要があった。
そこで出願人は上記課題に着目して、本発明を提案する。
以下、本発明の実施の形態について、図1〜図14を参照しながら説明する。
(実施の形態)
図1は、本発明の実施の形態における発電装置の断面図である。図2は、本発明の実施の形態における外観斜視図で、図3は、図2の分解斜視図である。図4は、図2を下方側から見た分解斜視図である。図5Aは、本実施の形態における発電装置の水平方向の断面図である。なお、図5Aは第一の状態を示す。図5Bは、図5Aに示す永久磁石111、第一磁性体113、第一磁性体114の部分拡大図で、図5Cは、図5Aに示す永久磁石121と第二磁性体123、第二磁性体124の部分拡大図である。図5Dは、図5Aの部分拡大図である。図6は、コイル付き中央ヨークの外観斜視図である。図7は、図6の分解斜視図である。図8は、第一の状態の発電装置の垂直方向における断面図である。図9Aは、第一の状態の発電装置の水平方向における断面図である。図9Bおよび図9Cは、図9Aの部分拡大図である。図10は、第一の状態から第二の状態に変化する時の発電装置の垂直方向における断面図である。図11は第一の状態から第二の状態に変化する時の発電装置の垂直方向における断面図である。図12Aは、第二の状態の発電装置の水平方向における断面図である。図12Bは、12Aの部分拡大図である。図13および図14は、第二の状態の発電装置の垂直方向における断面図である。
なお、本実施の形態では、中央ヨーク70内を流れる磁束の方向を切り換える構成を磁気回路構成部と呼び、磁気回路構成部は、少なくとも第一磁石部材110、第二磁石部材120、中央ヨーク70、コイル85、駆動部材60を有する。
<発電装置の構成>
本実施の形態の発電装置の構成について図1〜図4を参照しながら説明する。下ケース50は上方から見ると矩形で樹脂製である。下ケース50の下方には蓋板部51が組み込まれている。下ケース50の下面と蓋板部51との間には、電気回路部を有する配線基板52が配置されている。下ケース50の左右方向側の外縁部には、爪部を有する保持部50Aが上方に突出して設けられている。下ケース50は樹脂製の上ケース55と保持部50Aによって結合されている。
上ケース55は、外形が直方体で、前後および左右のそれぞれが外壁部57で囲まれている。上ケース55の内部の中央に、中板部56が設けられている。上ケース55の中板部56より下方は、外壁部57で囲まれ、下方は開口している。
上ケース55の中板部56と下ケース50との間の空間には、樹脂製の駆動部材60が配置されている。駆動部材60の下方には、中央ヨーク70、第一磁石部材110、第二磁石部材120などが配置されている。
駆動部材60は、左右方向(水平方向)にスライド移動可能な状態で、下ケース50の上に配置されている。そして、駆動部材60は、上ケース55の左右の外壁部57(57A、57B)の内面に当接することによって左右方向への移動規制がなされる。
〔中央ヨーク70の構成の詳細〕
次に、中央ヨーク70の構成の詳細について図6および図7を参照しながら説明する。
中央ヨーク70は磁性板で構成され、細幅部73と、太幅部71とを有する。中央ヨーク70は、中央部が内側に細幅でくびれた長尺状で、前方および後方に設けられた太幅部71には被規制部72がそれぞれ形成されている。言い換えれば、被規制部72は中央ヨーク70の前後方向における両端部に形成されるくびれ部分に相当する。
太幅部71に形成される被規制部72は、所定幅(寸法B)の矩形で打ち抜かれた切り欠きによって構成されている。なお、本実施の形態の被規制部72は外方に向かって開放状態であるが、被規制部72は開口していない形状(穴状)であってもよい。被規制部72が開放状態の方が、開口していない形状より加工形成しやすく好ましい。
図6に示すように、中央ヨーク70は、コイル保持用部材80に組み込まれている。コイル保持用部材80は樹脂製である。
図7に示すように、コイル保持用部材80は、中央ヨーク70を載せる面状部81と、上方に突出する側壁部82とを有する。面状部81には、左右方向に直線状に伸びる断面円弧状の小突起が数本平行関係で設けられている。中央ヨーク70の細幅部73は側壁部82で固定されている。
そして、コイル保持用部材80の面状部81の上に中央ヨーク70を配置した状態で、コイル保持用部材80の側壁部82の外面および細幅部73の周辺を巻くようにコイル85が配置される。図6に示す構成をコイル85付き中央ヨーク70と表す。
コイル85のコイル線(図示せず)の両端は、それぞれ対応するターミナル87に接続されている。ターミナル87は、図7に示すように、導電性を有するばね材がU字状に折り曲げて形成されている。複数のターミナル87は、コイル保持用部材80に設けられたターミナル装着部83内にそれぞれ挿入されている。
ターミナル87の下方側の板材には、下方に突出する円弧状部88が設けられている。ターミナル87がターミナル装着部83内に装着している状態では、円弧状部88はコイル保持用部材80よりも下方に突出している。そして、円弧状部88の下端は配線基板52に設けられた電極部53(図3参照)に弾接している。なお、下ケース50には貫通孔54(図3参照)が設けられている。
コイル保持用部材80の面状部81には、その前端部および後端部のそれぞれに圧入用の被固定部84が設けられている。前端部の被固定部84は、前方に向かって開口する矩形状の切り欠きによって構成され、前端部の被固定部84は、後方に向かって開口する矩形状の切り欠きによって構成されている。そして、被固定部84の左右方向の幅(寸法A)は、中央ヨーク70における被規制部72の左右方向の幅(寸法B)よりも狭い。
コイル85付き中央ヨーク70においては、コイル85の上部が、駆動部材60の中央付部付近に設けられているコイル用貫通孔61内に配置される(図1、図3参照)。コイル用貫通孔61は、駆動部材60の中央部付近に矩形状に上下に貫通して形成されている。なお、詳細は後述するが、コイル85付き中央ヨーク70は、上ケース55に一体化されている。
〔磁気回路構成部の詳細〕
続いて、図1、図3、図4、図5A〜図5Dを参照しながら、磁気回路構成部の構成の詳細について説明する。なお、図5B〜図5Dは図5Aの部分拡大図である。
第一磁石部材110は、直方体の永久磁石111と、永久磁石111の前方面に固着される第一磁性体113と、永久磁石111の後方面に固着される第一磁性体114とから構成されている。第一磁性体113、114は軟磁性の磁性体である。永久磁石111は、第一磁性体113が固着されている側がN極で、第一磁性体114が固着されている側がS極である。
第一磁性体113は、左方向に突出する第一突出部115と右方向に突出する第二突出部116を有する。また、第一磁性体114は、左方に突出する第一突出部115と右方に突出する第二突出部116を有する。二つの第一突出部115は第一補助ヨーク130と吸着可能に設けられている。また、二つの第二突出部116は中央ヨーク70の太幅部71の左側端面に当接可能に設けられている。
第二磁石部材120は、直方体の永久磁石121と、永久磁石121の前方面に固着される第二磁性体123と、永久磁石121の後方面に固着される第二磁性体124とから構成されている。第二磁性体123、124は軟磁性の磁性体である。永久磁石121は、第二磁性体123が固着されている側がS極で、第二磁性体124が固着されている側がN極である。
第二磁性体123は、左方向に突出する第三突出部125と右方向に突出する第四突出部126を有する。また、第二磁性体124には、左方に突出する第三突出部125と右方に突出する第四突出部126を有する。二つの第三突出部125は中央ヨーク70の太幅部71の右側端面に当接可能に設けられている。また二つの第四突出部126は第二補助ヨーク131と吸着可能に設けられている。
そして、第一磁石部材110と第二磁石部材120は、駆動部材60の下面に配置されている。第一磁石部材110と第二磁石部材120との間には所定間隔が開いており、第一磁石部材110と第二磁石部材120との間には、コイル85付き中央ヨーク70が配置されている。
第一磁石部材110と第二磁石部材120とを保持する駆動部材60は、下ケース50上に載せられている。第一磁石部材110、第二磁石部材120の水平面の高さは、中央ヨーク70の水平面の高さと同じである(図1参照)。第一磁石部材110は中央ヨーク70の左側に配置され、第二磁石部材120は中央ヨーク70の右側に位置する。
〔駆動部材60の構成の詳細〕
図3に示すように、駆動部材60は、前後に向かってそれぞれ突出する2つの延設部63を有する。また、延設部63の上部それぞれの左端部および右端部には第一係止部64、65が設けられている。第一係止部64、65は左右で線対称の同じ形状である。さらに、駆動部材60は、コイル用貫通孔61と前方の延設部63との間、およびコイル用貫通孔61と後方の延設部63との間に矩形孔67をそれぞれ有する。
〔コイル85付き中央ヨーク70と上ケース55の構成の詳細〕
次に、コイル85付き中央ヨーク70と上ケース55とが一体化している構成について説明する。
図4に示すように、上ケース55の中板部56の下面には、下方に突出する段付き突起58が二つ設けられている。段付き突起58は、外壁部57より内側に設けられている。また段付き突起58は、外壁部57の前後の面とほぼ平行に設けられている。段付き突起58は、二つの段部を有し、根元部58Aと、中間部58Bと、先端部58Cで構成されている。根元部58Aは、中板部56の下面に配置されている。段付き突起58の下方向における最も先端部が、先端部58Cである。先端部58Cと根元部58Aとの間が中間部58Bである。
根元部58A、中間部58B、先端部58Cのそれぞれ水平方向の断面形状は矩形である。中間部58Bおよび先端部58Cの水平方向の断面は、根元部58Aの水平方向の断面より小さい。
段付き突起58において、根元部58Aの左右方向における幅は、中間部58Bや先端部58Cの左右方向における幅より広く、根元部58Aが、中央ヨーク70の上方への位置規制を行っている。そして、中間部58Bが中央ヨーク70の左右方向(水平方向)の位置規制を行っている。中間部58Bは固定部として機能している。
そして、中間部58B(固定部)の左右方向の幅の寸法C(図4参照)は、中央ヨーク70の被規制部72の左右方向の幅の寸法B(図6参照)よりも小さい。先端部58Cの水平方向の断面は、中間部58B(固定部)の水平方向の断面よりも小さく、先端部58Cはコイル保持用部材80の被固定部84に圧入可能な形状に形成されている。
段付き突起58が、駆動部材60の矩形孔67と中央ヨーク70の被規制部72内に配置され、先端部58Cがコイル保持用部材80の被固定部84に圧入されている。これによって、上ケース55の中板部56下方にコイル85付き中央ヨーク70が固定状態で一体化されている。コイル保持用部材80の面状部81の下面側は下ケース50上に載っている。
上記の固定状態で、駆動部材60の矩形孔67内には根元部58Aが配置されている。矩形孔67は、駆動部材60の左右方向への移動規制を与えない大きさで設けられている。
また、上記の固定状態で、中央ヨーク70の被規制部72内には中間部58Bが配置されている。ここに、被規制部72の左右方向の寸法(寸法B)と中間部58Bの左右方向の寸法(寸法C)に差が設けられているので、第一の状態では、図5Dに示すように、中間部58Bの右側面と被規制部72との間に間隙Lを有した状態となる。なお、本実施の形態では説明を分かりやすくするために、中間部58B(固定部)と被規制部72との左右の隙間を同じLとしているが、必ずしも左右同じにする必要はない。
中央ヨーク70の細幅部73の左側端面とコイル保持用部材80との間の距離、および、中央ヨーク70の細幅部73の右側端面とコイル保持用部材80との間の距離は、間隙L以上である必要がある。
コイル保持用部材80は上ケース55に固定されているが、中央ヨーク70はコイル保持用部材80や上ケース55に固定されていない。
第一の状態では、中央ヨーク70は左方に向かって少なくとも間隙Lだけ移動が可能である。
なお、本実施の形態では、図4に示すように、中間部58Bと先端部58Cとを互いに矩形状のものとし、両者を前後方向は同一寸法で左右方向の幅寸法のみを異なるものとしている。この構成であれば、コイル85付き中央ヨーク70の装着が容易にでき、しかも先端部58Cの大きさの確保ができ、好ましい。
〔駆動体150、160、スライド部材180などの構成〕
次に、発電装置の駆動体などの構成の詳細について、図1、図3、図4、図5A、図8を参照しながら説明する。
そして、上ケース55の左右方向側にあたる外壁部57(57A、57B)の内面位置にはスリット状の溝部59(図4、図5A参照)が設けられており、このスリット状溝部59に磁性板製の第一補助ヨーク130、131がそれぞれ挿入されている。第一補助ヨーク130、131の下端は下ケース50上に載っている。
さらに、上ケース55は、図3に示すように、中板部56上の前方向の端部、および後方向の端部付近のそれぞれに、一対の軸受け部を有している。一対の軸受部は軸受け部141、142で構成されている。
2つの軸受け部141に駆動体150の円柱軸部152の両端部が回動可能に保持され、2つの軸受け部142に駆動体160の円柱軸部162の両端部が回動可能に保持されている。
駆動体150の下面には第二係止部154が二つ設けられている(図4参照)。各第二係止部154は、駆動部材60の第一係止部64にそれぞれ対応して設けられている。そして、図8に示すように、対となる第一係止部64と第二係止部154にU字ばね170の端部がそれぞれ係止されている。つまり、左側の駆動体150は、二つのU字ばね170を介して駆動部材60に接続された状態になっている。U字ばね170の突出方向は下方に向いている。
駆動体150と同様に、駆動体160の下面に第二係止部164が二つ設けられている(図4参照)。各第二係止部164は、駆動部材60の第一係止部65にそれぞれ対応して設けられている。そして、図8に示すように、対となる第一係止部65と第二係止部164にU字ばね170の端部がそれぞれ係止されている。つまり、右側の駆動体160は、二つのU字ばね170を介して駆動部材60に接続された状態になっている。U字ばね170の突出方向は下方に向いている。
本実施の形態では、U字ばね170は所定幅のばね板からなり、四つとも同じものである。なお、図3に示すようにU字ばね170の端部を折り返すしておくと、削れることを防止でき好ましい。なお、U字ばね170のU字部分が配置できるように、延設部63が配置される位置や、駆動部材60の形状が設定されている。
駆動体150は、円柱軸部152を中心として回動可能に組み込まれている。駆動体160は、円柱軸部162を中心として回動可能に組み込まれている。
さらに、上ケース55の前後方向の端部に形成される外壁部57の上端部の内側にはガイド部が設けられている。そして、そのガイド部にスライド部材180が組み込まれている(図1、図2、図8参照)。スライド部材180はガイド部でガイドされつつ、左右方向に水平移動可能に上ケース55に組み込まれている。
スライド部材180は、下面に2つの押圧部182を有する。一方の押圧部182はスライド部材180の左端部に配置され、もう一方の押圧部182はスライド部材180の右端部に配置される。そして、押圧部182は前後方向に沿って延伸する半円柱状である(図4参照)。押圧部182は、下方に突出して設けられている。押圧部182は、スライド部材180が左右方向に移動すると、対応する左側の駆動体150または右側の駆動体160を押し下げる部位として機能する。
〔駆動体150、160の構成の詳細〕
次に、駆動体150の構成について図1、図3、図4を参照しながら、さらに詳細に説明する。
左側の押圧部182で押圧される左側の駆動体150の上面の中央部の形状は、図1や図3に示すように、第一面156、第二面157、第三面158を有する。第三面158が左側に位置し、スライド部材180側に近い面である。また、第二面157が右側に位置し、スライド部材180側から遠い面である。そして、第一面156が第三面158と第二面157とをつなぐ傾斜面である。なお、第一面156と第三面158との接続箇所は、角は形成されず、滑らかな接続面となっている。第二面157と第一面156との接続箇所についても同様である。さらに、第二面157、第一面156、第三面158の上面には、左右方向に延伸する線状突起159が設けられている(図3参照)。線状突起159の高さは同じで、線状突起159に対向する押圧部182それぞれの箇所には図4に示すように逃げ溝182Aが設けられている。この逃げ溝182A内に線状突起159を配置させる構成にすると、スライド部材180の左右方向への移動がスムーズになり好ましい。
右側の押圧部182で押圧される右側の駆動体160の上面の中央部の形状は、駆動体150と同様に、第一面166、第二面167、第三面168を有する。第三面168が右側に位置し、スライド部材180側に近い面である。また、第二面167が左側に位置し、スライド部材180側から遠い面である。そして、第一面166が第三面168と第二面167とをつなぐ傾斜面である。なお、第一面166と第三面168との接続箇所は、角は形成されず、滑らかな接続面となっている。第二面167と第一面166との接続箇所についても同様である。さらに、第二面167、第一面166、第三面168の上面には、左右方向に延伸する線状突起169が設けられているが、上述した線状突起159と同様であるので説明を省略する。
以上のように、本実施の形態による発電装置は構成されている。
<発電装置の動作説明>
続いて、本実施の形態の発電装置が、第一の状態から第二の状態へ変化する動作について説明する。
[第一の状態]
図1、図5A、図5D、図8は第一の状態を示している。第一の状態では、スライド部材180は、上ケース55の左側の外壁部57Aに当接しており、最も左方に位置する。左側の押圧部182は、図1に示すように、左側の駆動体150の第三面158上に当接している。この時、左側の駆動体150は正面から見て、左回転に回動し、押し下げられた状態になっている。一方、駆動部材60は、図5A、図5Dに示すように、駆動部材60の右側面が、右側の外壁部57Bの内面に当接している。(図5Dに“0”で示す)なお、駆動部材60の左側面は、対応する左側の外壁部57Aの内面から離間している。
第一の状態では、駆動部材60に保持される第二磁石部材120においては、第四突出部126が第二補助ヨーク131に近接した状態(吸着状態)となる。また、第三突出部125は中央ヨーク70の太幅部71の右側端面から離間している。
一方、第一磁石部材110においては、第二突出部116が中央ヨーク70の太幅部71と当接した状態(吸着状態)となる。また、第一突出部115は第二補助ヨーク131から離間している。
上述した通り、中央ヨーク70の被規制部72内には段付き突起58の中間部58Bが配置されている。そして第一の状態では、中間部58Bの右側面と被規制部72のとの間には、間隙Lがある。図5Dは中間部58Bの左側にも間隙Lがあるが、左側については必ずしも隙間Lである必要はない。
第一の状態では、中央ヨーク70には、第一磁石部材110の磁束が第一磁性体113から前方の太幅部71に伝わって、その磁束が後方の太幅部71に流れて第一磁性体114に戻る経路で伝わる。
また、第一の状態では、四つのU字ばね170は、図8に示すように、左側の駆動体150用の二つのU字ばね170はほぼ伸びた状態(僅かに撓んだ状態)であり、駆動部材60を若干右方に向けて付勢している。一方、右側の駆動体160用の二つのU字ばね170は完全に伸びた状態である。つまり、右側の駆動体160には右側の押圧部182は接触していないため、右側の駆動体160は、右端が上方に位置する押し下げ前の状態になっている。なお、本実施の形態の構成では、操作停止位置となる第一の状態および後述する第二の状態では、四つのU字ばね170がほぼ伸びた状態(僅かに撓んだ状態)または伸びた状態になるように構成されている。このように構成することにより、四つのU字ばね170のクリープによる劣化が少なくなり、長期間に亘って四つのU字ばね170のばね特性が維持され好ましい。
〔第一の状態から第二の状態への変化(第1ステップ)〕
次に、スライド部材180を右方に移動させていくと、左側の押圧部182は左側の駆動体150の第三面158上から第一面156上へと移動する。
そのスライド部材180の右方への移動途中時点から、右側の押圧部182は右側の駆動体160の第二面167上に当接し、第二面167上を右方に移動していく。スライド部材180の移動に応じて、右側の駆動体160は右端部が下がり、右回転方向に回動する。
上記のように駆動体160が徐々に回動すると、駆動体160用の二つのU字ばね170も徐々に撓んでいく。そして、本実施の形態では、そのばね力によって駆動部材60が左方に移動し始める。つまり、駆動体160にU字ばね170を介して回動可能な駆動体160が接続され、駆動体の回動に応じてばね力がばねに蓄積され、ばね力により駆動部材の水平移動がなされる。このときの駆動体160用のU字ばね170に蓄積されるばね力は、第二磁石部材120と第二補助ヨーク131との吸着力よりも大きく設定されている。よって、このばね力によって駆動部材60が左方(第1の方向)へ移動する。
なお、本実施の形態では、第一の状態において、第二磁石部材120と第二補助ヨーク131とを当接させずに近接した状態としているので、上記動作を容易に実現できる。
駆動部材60が左方へ移動し始めた際には、中央ヨーク70、第一磁石部材110、第二磁石部材120の位置関係は、第一の状態と同じである。中央ヨーク70、第一磁石部材110、第二磁石部材120が第一の状態と同じ位置関係を維持したまま、中央ヨーク70、第一磁石部材110、第二磁石部材120が駆動部材60と共に左方に移動する。駆動部材60が左方に移動し始める時(図5Dに示す第一の状態では)、中間部58Bの右側には、中央ヨーク70と間隙Lがある。さらに、中央ヨーク70は固定されておらず左方に移動可能な状態としているため、中央ヨーク70と第一磁石部材110とが当接した吸着状態のまま、まずは間隙L分の距離だけ左方に移動する。
繰り返し説明するが、まず、駆動部材60は、間隙L分の距離を、中央ヨーク70、第一磁石部材110、第二磁石部材120とともに、互いの位置関係を変えず左方に移動する。
その後、中央ヨーク70は、中間部58Bの右側面が被規制部72の右側端面に当接するため、左方への移動が規制され停止状態となる。この停止状態を図9A(図9B)に示す。図9Aまたは図9Bに示す通り、停止状態では、中間部58Bの左側面と中央ヨーク70における被規制部72の左側端面が間隙(L+L)だけ離れている。言い換えれば中間部58Bの左方が中央ヨーク70と離れた状態となる。なお、中央ヨーク70は、第二磁石部材120と離間状態であることは上述したとおりである。中央ヨーク70と第二磁石部材120の距離を図9Bに距離dとして示す。そして、駆動部材60の中央主要部の右側面が、上ケース55の右側の外壁部57Bの内面から間隙Lだけ離れた状態になる。この時、駆動部材60の中央主要部の左側面が、上ケース55の左側の外壁部57B内面から離れている。
〔第一の状態から第二の状態への変化(第2ステップ)〕
次に、中央ヨーク70の左方(第1の方向)へ移動が規制をされた後の動作について説明する。
中央ヨーク70が被規制部72との当接により左方への移動が規制され、停止状態になると、中央ヨーク70と吸着している第一磁石部材110を保持した駆動部材60も停止状態となる。スライド部材180の右側の押圧部182が右側の駆動体160の第二面167上を右方に移動していく間に、U字ばね170に蓄積されるばね力は、中央ヨーク70と第一磁石部材110との吸着力よりも小さい。よって、中央ヨーク70の停止後に、右側の押圧部182が右側の駆動体160の第二面167上をさらに右方に移動していったとしても、駆動部材60や磁気回路構成部は、上述した停止状態を維持する。
なお、スライド部材180の左側の押圧部182は、左側の駆動体150の第三面158から第一面156上へと移動し、その後、第二面157の上方位置に移動する。図10に、右側の押圧部182が第二面167から第一面166に移る直前の状態を示す。図10に示す状態では、左側の駆動体150用の二つのU字ばね170が伸びた状態となっており、左側の駆動体150の左端が上がるように少し右回転で回動した状態になっている。
図10に示す状態から、スライド部材180の右側の押圧部182が右側の駆動体160の第一面166上を右方に向かって移動する。すると、第一面166は右斜め上方向の傾斜面で構成されているため、図11に示すように、右側の駆動体160が大きく押し下げられていく。右側の駆動体160が押し下げられるのに応じて右側の駆動体160用の二つのU字ばね170が短時間で大きく撓まされる。
このときにU字ばね170に蓄積されるばね力が、第一磁石部材110と中央ヨーク70との吸着力よりも大きくなるように設定されており、蓄積されるばね力が、第一磁石部材110と中央ヨーク70との吸着力よりも大きくなると、第一磁石部材110と中央ヨーク70との吸着箇所が離れて駆動部材60がさらに左方(第1の方向)に向かって水平に移動する。
言い換えると、上記ばね力の水平方向の分力で駆動部材60がさらに左方に向かって移動する。この移動距離を図12Bに距離Mで示す。
なお、傾斜面である第一面166を設けたことにより、その傾斜面内の短い距離でU字ばね170が短時間で大きく撓むように構成できる。つまり、その傾斜面の勾配や長さを適宜設定することによって、U字ばね170のばね力や各磁石部材110、120の磁力のばらつきなどがあっても、その傾斜面の中間位置近傍で必要なばね力が得られる構成とすることが容易となる。また、左側の駆動体150についても傾斜面である第一面156を設けたのも同じ理由である。
第一磁石部材110と中央ヨーク70とが離れてばね力によって駆動部材60が再び左方に水平移動すると、駆動部材60に保持されている第一磁石部材110と第二磁石部材120が同期して左方に移動する。すると、第一磁石部材110が中央ヨーク70から離れ、第二磁石部材120が中央ヨーク70に近づく。
このとき、図9Bに示す通り、中央ヨーク70は、中間部58Bの左方側が離れた状態(図9BにL+Lで示す)になっている。つまり、中央ヨーク70は右方(第2の方向)への移動可能な状態になっている。第二磁石部材120が第1の方向に近づくにつれて、第二磁石部材120の磁力を大きく受けるようになって、中央ヨーク70が右方(第2の方向)に向かって移動し、中央ヨーク70と第二磁石部材120が吸着する。
つまり、図9Cに示すように、第二磁石部材120が第1の方向に距離M移動し、中央ヨーク70が第2の方向に移動することにより、中央ヨーク70と第二磁石部材120との距離dはなくなる。その状態を図12Bに示す。
また、左方(第1の方向)に向かって移動する駆動部材60の中央主要部の左側面が、左側の外壁部57Aの内面に当接して停止する。(図12Bに“0”で示す。)なお、上述した移動は瞬間的に行われる。駆動部材60が左方に移動し停止状態で、かつ、中央ヨーク70と第二磁石部材120が吸着した状態を第二の状態と呼び、第二の状態の発電装置を図12Aに示す。図12Bは図12Aの部分拡大図である。図12A(図12B)は水平方向の断面図である。
また、図11は、図10と図13の間の状態を示す本実施の形態の発電装置の垂直方向の断面図である。
図11については同じ構成については同一の符号を付与し、説明を省略する。
〔第二の状態〕
駆動部材60が左方に移動して停止状態になった時、図12Aおよび図12Bに示すように、第一磁石部材110においては、第一突出部115が第一補助ヨーク130に近接した吸着状態になっている。第二突出部116は中央ヨーク70の太幅部71の左側端面から離間している。第二磁石部材120においては、第三突出部125が中央ヨーク70の太幅部71の右側端面と当接した吸着状態になっている。第四突出部126は第二補助ヨーク131から離間している。
最終的に、スライド部材180は、図13および図14に示すように、右側の外壁部57Bに当接して右端の位置で停止する。図13に示す状態(第二の状態)では、右側の押圧部182は第一面166上から第三面168上に移動している。
第二の状態では、スライド部材180の右側の押圧部182が、右側の駆動体160の第三面168上に当接状態になっている。この時、駆動体160が右回転の方向に回動し、押し下げ状態になっている。図13に示す状態の時、駆動部材60については、図12に示す状態である。つまり、駆動部材60は、中央主要部の左側面が左側の外壁部57Aの内面に当接して停止している。右側の駆動体160用の二つのU字ばね170はほぼ伸びた状態(僅かに撓んだ状態)で、上記駆動部材60に対して若干左方に付勢するばね力を加えている。左側の駆動体150用の二つのU字ばね170は完全に伸びた状態であり、左側の駆動体150には左側の押圧部182は接触していない。このため、左側の駆動体150は、左端が上方に位置する押し下げ前の状態になっている。
第二の状態では、磁気回路構成部は上述説明した図12A(図12B)に示す状態のままである。つまり、中央ヨーク70は、第二磁石部材120に吸着しており、中央ヨーク70の被規制部72内に位置する中間部58Bの左側面と被規制部72の左側端面との間、言い換えれば中間部58Bからみて左側位置に間隙Lがある状態になっている。
そして、第二の状態では、第一磁石部材110の第二突出部116は中央ヨーク70の太幅部71の左側端面から離間している(図12Bに“d”で示す)。また、第二磁石部材120の第三突出部125が中央ヨーク70の太幅部71の右側端面と当接した吸着状態になっている。
第二の状態では、中央ヨーク70には、第二磁石部材120の磁束が第二磁性体124を介して太幅部71に伝わり、その後、第二磁性体123に戻る経路で伝わる。第二の状態では、第一の状態の時とは磁束の流れる方向が逆になる。
つまり、第一の状態から第二の状態に変化すると、中央ヨーク70に流れる磁束の方向が変わり、その磁束の流れの変化に応じてコイル85に起電力が生じる。コイル85で生じた起電力はターミナル87を介して配線基板52に設けられた電極部53に給電される。そして、配線基板52の電気回路部が作動する。電気回路部の作動内容としては、例えば、所定の無線信号を生成して送信するなどがあげられる。
本実施の形態の発電装置では、上述した説明からも明らかなように、第一磁石部材と、第一磁石部材とN極側が逆方向に配置される第二磁石部材と、水平移動が可能で、第一磁石部材と第二磁石部材との間に配置される中央ヨークと、中央ヨークの外周に配置されるコイルと、第一磁石部材および第二磁石部材を保持しながら水平移動する駆動部材とを備える。そして、駆動部材および中央ヨークは第1の方向に水平移動する。中央ヨークの第1の方向への水平移動が停止した後、駆動部材はさらに第1の方向へ水平移動し、かつ、中央ヨークは第1の方向と反対の第2の方向へ水平移動する。
つまり、本実施の形態の発電装置では、第一の状態から第二の状態に至る間に中央ヨーク70そのものが第二磁石部材120側に向けて(第2の方向)移動可能な構成としている。中央ヨーク70の第2の方向への移動分だけ、吸着時間の短縮化ができ、中央ヨーク70の磁束の流れの変化に要する時間を少なくできる。よって、容易に大きい起電力が得られる発電装置を提供できる。
さらに、本実施の形態の発電装置では、中央ヨーク70の動作を規制するために、中央ヨーク70に被規制部72が設けられている。被規制部72内に段付き突起58の中間部58B(固定部)を配置している。この構成により、駆動部材60の水平移動中に、駆動部材60と同じ水平方向(第1の方向)に向けて移動している中央ヨーク70が停止する。この構成により、水平方向(第1の方向)に中央ヨーク70を移動させる時における中央ヨークの移動距離を、間隙Lの設定で容易に設定でき、好ましい。
なお、第二の状態から第一の状態への変化する場合は、スライド部材180を左方に移動させる。その動作状態は上述した第一の状態から第二の状態へ変化した場合と、左右を逆にした説明となる。第二の状態から第一の状態への変化する場合は、第一の状態から第二の状態へ変化した場合と同様であるため、詳細説明は省略する。
第二の状態から第一の状態への変化する場合、中央ヨーク70が第一磁石部材110に向かって移動して第一磁石部材110に吸着するため、第一の状態から第二の状態へ変化した場合と同様の効果が得られる。
以上のように、本発明は、中央ヨーク70そのものを所定範囲で移動可能なものとして、それによって大きい起電力が得られる新たな磁気回路構成部を有したものとしたことを特徴としている。
さらに本実施の形態では、中央ヨーク70そのものが移動して第一磁石部材110(または、第二磁石部材120)に吸着するため、駆動部材60が樹脂製の外壁部57A(または、外壁部57)に当接して停止する。よって、上記吸着時の音の低減ができるという付帯的な効果が得られる。
なお、本発明の構成は、上述した本実施の形態に限定されることはない。例えば、中央ヨーク70の被規制部72の形状や形成位置などは適宜設定してもよいし、その被規制部72内に配置される固定部として、上ケース55に設けられた段付き突起58に限定されるものではない。
また、本実施の形態では、上ケース55の外壁部57A(または57B)によって、駆動部材60の左右方向への移動を規制しているが、この構成に限定されるものではない。
また、被規制部72以外の中央ヨーク70の形状、第一磁石部材110、第二磁石部材120の形状や構成なども上述したもののみに限定されるものではなく、適宜設定すればよい。
また、本実施の形態では、駆動部材60と駆動体150、160とをU字ばね170で接続していたが、用いるばねは、U字ばね170に限定されるものではない。
また、駆動体150、160としても、軸支箇所を左右方向側の端部位置にあたる箇所に構成し、左右方向側の中央位置にあたる箇所を押し下げる構成などにしてもよい。
また、配線基板52を必ずしも有する必要はなく、磁気回路構成部のみを有していてもよい。さらに、第一補助ヨーク130および第二補助ヨーク131は必要に応じて設ければよい。
また、本実施の形態において、「矩形」、「矩形状」の用語を用いて説明したが、必ずしも厳密な矩形である必要はなく、本実施の形態で説明に用いたい「矩形」、「矩形状」の用語には、角部が丸まっている略矩形も含まれる。
本発明における発電装置は、大きい起電力が得られる発電装置を提供することができるという有利な効果を有し、各種電子機器などに有用である。
50 下ケース
50A 保持部
51 蓋板部
52 配線基板
53 電極部
54 貫通孔
55 上ケース
56 中板部
57,57A,57B 外壁部
58 段付き突起
58A 根元部
58B 中間部
58C 先端部
59 スリット状溝部
60 駆動部材
61 コイル用貫通孔
63 延設部
64,65 第一係止部
67 矩形孔
70 中央ヨーク
71 太幅部
72 被規制部
73 細幅部
80 コイル保持用部材
81 面状部
82 側壁部
83 ターミナル装着部
84 被固定部
85 コイル
87 ターミナル
88 円弧状部
110 第一磁石部材
111,121 永久磁石
113,114 第一磁性体
115 第一突出部
116 第二突出部
120 第二磁石部材
123,124 第二磁性体
125 第三突出部
126 第四突出部
130 第一補助ヨーク
131 第二補助ヨーク
141,142 軸受け部
150,160 駆動体
152,162 円柱軸部
154,164 第二係止部
156,166 第一面
157,167 第二面
158,168 第三面
159,169 線状突起
170 U字ばね
180 スライド部材
182 押圧部
182A 逃げ溝
コイル保持用部材80の面状部81には、その前端部および後端部のそれぞれに圧入用の被固定部84が設けられている。前端部の被固定部84は、前方に向かって開口する矩形状の切り欠きによって構成され、後端部の被固定部84は、後方に向かって開口する矩形状の切り欠きによって構成されている。そして、被固定部84の左右方向の幅(寸法A)は、中央ヨーク70における被規制部72の左右方向の幅(寸法B)よりも狭い。
コイル85付き中央ヨーク70においては、コイル85の上部が、駆動部材60の中央部付近に設けられているコイル用貫通孔61内に配置される(図1、図3参照)。コイル用貫通孔61は、駆動部材60の中央部付近に矩形状に上下に貫通して形成されている。なお、詳細は後述するが、コイル85付き中央ヨーク70は、上ケース55に一体化されている。
上記のように駆動体160が徐々に回動すると、駆動体160用の二つのU字ばね170も徐々に撓んでいく。そして、本実施の形態では、そのばね力によって駆動部材60が左方に移動し始める。つまり、駆動部材60にU字ばね170を介して回動可能な駆動体160が接続され、駆動体の回動に応じてばね力がばねに蓄積され、ばね力により駆動部材の水平移動がなされる。このときの駆動体160用のU字ばね170に蓄積されるばね力は、第二磁石部材120と第二補助ヨーク131との吸着力よりも大きく設定されている。よって、このばね力によって駆動部材60が左方(第1の方向)へ移動する。

Claims (4)

  1. 第一磁石部材と、
    前記第一磁石部材とN極側が逆方向に配置される第二磁石部材と、
    水平移動が可能で、前記第一磁石部材と前記第二磁石部材との間に配置される中央ヨークと、
    前記中央ヨークの外周に配置されるコイルと、
    前記第一磁石部材および前記第二磁石部材を保持しながら水平移動する駆動部材と
    を備え、
    前記駆動部材および前記中央ヨークは第1の方向に水平移動し、
    前記中央ヨークの前記第1の方向への水平移動が停止した後、前記駆動部材はさらに前記第1の方向へ水平移動し、かつ、前記中央ヨークは前記第1の方向と反対の第2の方向へ水平移動する
    ことを特徴とする発電装置。
  2. さらに、固定部を備え、
    前記中央ヨークが被規制部を有し、
    前記被規制部に前記固定部が配置され、
    前記被規制部と前記固定部との間に隙間を有し、
    前記固定部と前記被規制部とが接すると、前記中央ヨークの前記第1の方向への水平移動が停止する
    ことを特徴とする請求項1記載の発電装置。
  3. さらに、ケースを備え、
    前記ケースが外壁部を有し、
    前記駆動部材と前記外壁部が接すると、前記駆動部材の前記第1の方向への水平移動が停止する
    ことを特徴とする請求項1記載の発電装置。
  4. さらに、ばねと、回動可能な駆動体とを備え、
    前記駆動部材に前記ばねを介して前記駆動体が接続され、
    前記駆動体の回動に応じて前記ばねにばね力が蓄積され、
    前記ばね力により前記駆動部材の水平移動がなされる
    ことを特徴とする請求項1記載の発電装置。
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