TW201347362A

TW201347362A - 能量轉換裝置

Info

Publication number: TW201347362A
Application number: TW102106393A
Authority: TW
Inventors: Yu Wakasa; Takeo Shirai; Koji Goto; Hiroyuki Yagyu
Original assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2012-03-13
Filing date: 2013-02-23
Publication date: 2013-11-16
Also published as: JP2013220003A; WO2013136669A1

Abstract

一種能量轉換裝置，包含具備磁石的磁石區塊以及具備線圈的線圈區塊，磁石區塊與線圈區塊為對向配置，藉由使磁石區塊及線圈區塊在與兩者之對向方向垂直的規定方向上進行相對地位移，而產生電磁感應，並藉此將動能變換為電能。能量轉換裝置包含：可動部，具備磁石區塊；支持部；以及彈性體部，連接可動部與支持部。彈性體部，在上述規定方向上的剛性小於與上述規定方向垂直之方向上的剛性，並且分別在可動部於上述規定方向上的兩側，逐一地並排設置複數該彈性體部。

Description

能量轉換裝置

本發明係關於一種能量轉換裝置。

近年來有人提出一種藉由電磁感應作用，將動能轉換為電能的能量轉換裝置，以當作能量轉換裝置(例如日本特開2009-11149號公報：專利文獻1)。

專利文獻1中記載了如圖18~20所示之構造的發電裝置100以作為能量轉換裝置。

此發電裝置100，包含設置了收納部110a的支持體110，以及配置於收納部110a中的永久磁石120與線圈彈簧130。

支持體110係由3片印刷基板111~113所構成。此支持體110，係藉由配置於2片印刷基板111、113間的印刷板112之矩形的開口部112a，形成收納部110a。

此處，發電裝置100中，於印刷基板113的底面，形成平面線圈114a及114b。此平面線圈114a及114b，如圖20所示，從底面側所視，係以棋盤格狀配置。平面線圈114a及114b，分別形成漩渦狀。又，平面線圈114a 及114b，係以旋入方向互為相反的方式形成。

另外，印刷基板113中，在與平面線圈114a及114b之中央部對應的區域形成開口部113a。此開口部113a中，埋入Fe及Co等元素所形成的磁心(核)115。另外，磁心115，係以從印刷基板113的底面突出的方式形成，其配置於平面線圈114a及114b的中央部。

永久磁石120，如圖18、19所示，係以可在收納部110a的內部沿著箭號X1方向(箭號X2方向)移動的方式配置。另外，永久磁石120，如圖19所示，相對於箭號Y1方向(箭號Y2方向)的移動係被限制地。另外，永久磁石120，如圖18所示，在形成板狀的同時，與平面線圈114a及114b隔著既定的間隔對向配置。另外，永久磁石120，包含磁化方向為箭號Z1方向的部分(磁區)120a，及磁化方向為箭號Z2方向的部分120b，係為多極磁石(multipolar magnet)的構成。因此，印刷基板113附近，形成如圖18中以虛線表示之磁力線所代表的磁場。另外，部分120a及120b，如圖19所示，在俯視之下，係形成交互鄰接的狀態(棋盤格狀)。另外，如圖18所示，在永久磁石120配置於基準位置的情況中，部分120a配置在與平面線圈114a對應的區域，同時，部分120b配置在與平面線圈114b對應的區域。

線圈彈簧130，如圖18、19所示，在配置於開口部112a之側面112b與永久磁石120之端部120c之間的同時，配置於開口部112a之側面112c與永久磁石120之端部120d之間。該一對線圈彈簧130具有下述的功能：使永久磁石120配置在箭號X1方向(箭號X2方向)上，相對支持體110之既定的基準位置，並以此方式偏壓。

發電裝置100中，因為設置了以使永久磁石120配置於既定之基準位置的方式偏壓的線圈彈簧130，故在外力施加於發電裝置100時，可輕易地使永久磁石120相對於支持體110振動。

在發電裝置100中，於印刷基板113的頂面上設置電路部116，其用於控制平面線圈114a及114b中發生的感應電動勢並將其輸出。

發電裝置100中，在藉由將力施加於該發電裝置100，而使永久磁石120在箭號X1方向上相對支持體110移動時，於平面線圈114a及114b產生感應電流。平面線圈114a中，藉由電磁感應，在如圖20所示的箭號A方向上，產生感應電流。平面線圈114b中，藉由電磁感應，在如圖20所示的箭號B方向上，產生感應電流。因此，對電路部116供給如圖20所示之C方向的感應電流。

另外，發電裝置100中，在永久磁石120於箭號X2方向上相對支持體110移動時，在平面線圈114a及114b中產生感應電流。平面線圈114a中，藉由電磁感應而產生箭號B方向之感應電流。平面線圈114b中，藉由電磁感應產生箭號A方向之感應電流。藉此對電路部116供給方向與C方向相反之感應電流。

上述之發電裝置100中，永久磁石120與平面線圈114a及114b，係在支持體110的厚度方向上，隔著間隔對向配置，另外，藉由一對線圈彈簧130，使永久磁石120配置在箭號X1方向(箭號X2方向)上，相對支持體110的既定的基準位置，並以此方式偏壓。然而，推論這樣的發電裝置100中，線圈彈簧130的中間部可能在箭號Z1方向上產生位移。因此，在發電裝置100中，具有因為永久磁石120之厚度方向的振動而引起上述間隔變動，導致發電特性不安定、降低發電效率的風險。意即，在如同發電裝置100之能量轉換裝置中，具有能量變換特性不安定、能量轉換效率降低的風險。另外，發電裝置100中，若使上述間隔變窄，則具有永久磁石120與平面線圈114a及114b接觸的風險。

另外，上述的發電裝置100中，推論藉由印刷基板112之開口部112a的側面112b與永久磁石120接觸，來限制永久磁石120相對箭號Y1方向(箭號Y2方向)的移動。故推論在這樣的情況中，永久磁石120在箭號X1方向(箭號X2方向)上振動時產生滑動摩擦(sliding friction)，而使發電效率降低。

有鑒於上述之問題點，本發明之目的在於提供一種可謀求能量轉換效率提升之能量轉換裝置。

本發明之能量轉換裝置，具有具備磁石的磁石區塊及具備線圈的線圈區塊，該磁石區塊與該線圈區塊對向配置，並藉由該磁石區塊與該線圈區塊，在與對向方向垂直的規定方向上相對位移，產生電磁感應，進而使動能轉變為電能，其特徵為包含：可動部，其具備該磁石區塊與該線圈區塊的一邊；支持部；以及彈性體部，其連接該可動部與該支持部；該彈性體部，在該規定方向上的剛性小於與該規定方向垂直之方向上的剛性，並且分別在該規定方向上之該可動部的兩側，以並排的方式逐一設置複數該彈性體部。

在該能量轉換裝置中，該彈性體部宜為彈簧。

在該能量轉換裝置中，該彈簧的材料宜為矽。

在該能量轉換裝置中，該可動部，具備圍住該磁石區塊與該線圈區塊之一邊的可動部本體，該可動部本體、該支持部與該彈性體部，宜以1片矽基板一體成型。

在該能量轉換裝置中，該彈簧的形狀宜為連續彎折狀。

在該能量轉換裝置中，該彈簧的形狀，宜為在與該規定方向及該對向方向垂直的方向上，具備長迴路部的形狀。

在該能量轉換裝置中，宜具備限制該彈性體部在與該規定方向及該對向方向垂直的方向上的位移限制部。

在該能量轉換裝置中，分別設置於該可動部之該兩側的複數該彈性體部，係以在與該規定方向垂直的並排設置方向上，限制該彈性體部之位移的方式互相接近或是連結設置。

本發明之能量轉換裝置，可謀求能量轉換效率的提升。

1‧‧‧能量轉換裝置

2‧‧‧磁石

3‧‧‧磁石區塊

4‧‧‧線圈區塊

4a‧‧‧線圈

4b‧‧‧芯材

10‧‧‧基板

11‧‧‧振動區塊

11a、21a、31a、41a、42a‧‧‧圓形貫通孔

12‧‧‧可動部

12c‧‧‧傾斜面

13‧‧‧可動部本體

13b‧‧‧突部

13g‧‧‧第2位置決定凹部

14‧‧‧支持部

14b‧‧‧第1凹部

14c‧‧‧停止部

14g‧‧‧第1位置決定凹部

15‧‧‧彈性體部

15b‧‧‧第1安裝部

15c‧‧‧第2安裝部

15d‧‧‧迴路部

21‧‧‧第1蓋部

21b、31b‧‧‧矩形貫通孔

21c、31c‧‧‧貫通孔

31‧‧‧第2蓋部

41‧‧‧第1隔板

41b、42b‧‧‧第2凹部

42‧‧‧第2隔板

100‧‧‧發電裝置

110a‧‧‧收納部

110‧‧‧支持體

111‧‧‧印刷基板

112a‧‧‧開口部

112b‧‧‧側面

112c‧‧‧側面

112‧‧‧印刷基板

113a‧‧‧開口部

113‧‧‧印刷基板

114a、114b‧‧‧平面線圈

115‧‧‧磁心

116‧‧‧電路部

120‧‧‧永久磁石

120a‧‧‧箭號Z1方向的部分

120b‧‧‧箭號Z2方向的部分

120c、120d‧‧‧端部

130‧‧‧線圈彈簧

【圖1】圖1A係實施態樣1之能量轉換裝置的概略剖面圖。圖1B係實施態樣1之能量轉換裝置中，主要部位的概略俯視圖。圖1C係圖1B之主要部位的擴大圖。

【圖2】圖2係實施態樣1之能量轉換裝置的概略立體圖。

【圖3】圖3係實施態樣1之能量轉換裝置的概略分解立體圖。

【圖4】圖4係實施態樣1之能量轉換裝置的動作說明圖。

【圖5】圖5係實施態樣1之能量轉換裝置的動作說明圖。

【圖6】圖6係實施態樣1之能量轉換裝置的其他構造例之主要部位的概略俯視圖。

【圖7】圖7係比較例之能量轉換裝置的主要部位的概略俯視圖。

【圖8】圖8A~8E係分別表示實施態樣1之能量轉換裝置中，彈性體部之形狀的其他範例的概略俯視圖。

【圖9】圖9A~9G係分別表示實施態樣1之能量轉換裝置中，彈性體部之形狀的另外範例的概略俯視圖。

【圖10】圖10係實施態樣1之能量轉換裝置中，關於彈性體部之形狀的再其他之範例的概略俯視圖。

【圖11】圖11A係關於實施態樣1之能量轉換裝置之再另外的構造例之主要部位的概略俯視圖。圖11B、11C係關於實施態樣1之能量轉換裝置上述之外的構造例之製造方法的說明圖。

【圖12】圖12係實施態樣1之能量轉換裝置的其他構造例的主要部位的概略俯視圖。

【圖13】圖13A係實施態樣1之能量轉換裝置的其他構成例的主要部位的概略俯視圖。圖13B係圖13A之主要部位的概略剖面圖。

【圖14】圖14A係實施態樣2之能量轉換裝置的主要部位的概略俯視圖。圖14B係實施態樣2之能量轉換裝置的主要部位的概略剖面圖。

【圖15】圖15係實施態樣3之能量轉換裝置的主要部位的概略俯視圖。

【圖16】圖16係實施態樣3之能量轉換裝置的第1變化實施例之主要部位的概略俯視圖。

【圖17】圖17係實施態樣3之能量轉換裝置的第2變化實施例之主要部位的概略俯視圖。

【圖18】圖18係表示習知例之發電裝置的構造的剖面圖。

【圖19】圖19係說明圖18所示之發電裝置的構造的俯視圖。

【圖20】圖20係說明圖18所示之發電裝置的構造圖。

(實施態樣1)

以下就本實施態樣之能量轉換裝置1，根據圖1A、1B、1C及2~5進行說明。

能量轉換裝置1包含具備磁石2的磁石區塊3，以及具備線圈4a的線圈區塊4，磁石區塊3與線圈區塊4為對向配置。此能量轉換裝置1，係以在與磁石區塊3及線圈區塊4之兩者的對向方向垂直的規定方向上，進行相對的位移而產生電磁感應，藉此將動能變換為電能之裝置。又，本實施態樣中，圖1A的上下方向為對向方向，並將圖1A的左右方向作為規定方向。

能量轉換裝置1包含：具備磁石區塊3的可動部12、支持部14、與可動部12及支持部14連接的彈性體部15。藉此，能量轉換裝置1中，可動部12可在上述規定方向上振動。在能量轉換裝置1中，分別於上述規定方向上的可動部12的兩側設置彈性體部15。能量轉換裝置1，具有將可動部12之動能轉換為電能的功能，可作為電磁感應型的振動發電裝置使用。

彈性體部15，在上述規定方向上的剛性，小於與上述規定方向垂直之方向的剛性。藉此，能量轉換裝置1，可使可動部12的振動方向在上述的規定方向上單方向化。能量轉換裝置1，包含具有上述的可動部12、支持部14及各彈性體部15的振動區塊11。振動區塊11中，若以可動部12之重心為原點假設垂直座標，沿著上述規定方向決定x軸的正方向，並在振動區塊11的俯視下，沿著與上述規定方向垂直的方向決定y軸的正方向，沿著可動部12的厚度方向決定與上述規定方向垂直的z軸的正方向，則振動區塊11可將可動部12的振動方向在x軸的正負方向上單方向化，並抑制其在y軸之正負方向與z軸之正負方向上的振動成分。

因此，從圖1B來看，能量轉換裝置1使可動部12的振動方向在上述規定方向的左右方向上單方向化，可抑制在圖1B之上下方向與可動部12之厚度方向(與圖1B的紙面垂直的方向)上的振動。因此，能量轉換裝置1可抑制不必要的振動成分產生，而謀求能量轉換效率的提升。

另外，能量轉換裝置1中，具備配置於振動區塊11之厚度方向之一側的第1蓋部21，以及配置於振動區塊11之厚度方向之另一側的第2蓋部31。能量轉換裝置1中，第1蓋部21及第2蓋部31，分別保持上述之線圈區塊4。另外，能量轉換裝置1中，具備配置於第1蓋部21與振動區塊11之間的框狀的第1隔板41，以及配置於第2蓋部31及振動區塊11之間的框狀的第2隔板42。

以下詳細說明能量轉換裝置1的各構成部位。

振動區塊11中，支持部14在俯視下的形狀為框狀。另外，振動區塊11中，於支持部14的內側配置可動部本體13。該可動部本體13，係以離開支持部14之內側面的方式配置。另外，振動區塊11中，在上述規定方向，於可動部本體13的兩側配置了彈性體部15。另外，在振動區塊11中，可動部本體13的俯視形狀為框狀。在振動區塊11中，於可動部本體13的內側配置磁石區塊3。磁石區塊3，固定於可動部本體13上。

可動部本體13的內部形狀為矩形。磁石區塊3的外部形狀，係略小於可動部本體13之內部形狀的矩形。可使用例如，以黏著劑固定的方法作為將磁石區塊3固定於可動部本體13上的方法。該情況中，在磁石區塊3之外側面與可動部本體13的內側面之間夾設以黏著劑所形成的接合部。將磁石區塊3固定於可動部本體13的方法並不僅限於此，可使用例如，藉由將其他構件壓入磁石區塊3及可動部本體13之間的間隙來固定的方法等。另外，將磁石區塊3固定於可動部本體13的方法，亦可使用從可動部本體13之外側面側以螺絲固定的方法。

以可動部本體13與磁石區塊3所構成的可動部12之俯視形狀為八角形。可動部12之俯視形狀並不限於八角形，亦可為例如，圖6中所示的矩形的形狀。在圖6所示的振動區塊11中，可動部本體13係為矩形框狀。該振動區塊11中，可動部本體13的外周形狀及內周形狀分別為大小相異的矩形。另外，可動部12的俯視形狀，亦可為例如，圓形或正多角形。

磁石區塊3，具備複數(例如4個)磁石2，該等複數磁石2在上述規定方向上並排配置。意即，磁石區塊3中，配置了為陣列狀的複數磁石2。宜以永久磁石構成磁石2。可使用例如，釹(NdFeB)、釤鈷磁石(SmCo)、鋁鎳鈷合金(Al-Ni-Co)及肥粒鐵等材料作為永久磁石的材料。

磁石2形成短冊狀。另外，磁石2，係以厚度方向的一面側形成N極，另一面側形成S極的方式磁化。構成磁石2的永久磁石，可藉由例如下述之方法形成：將磁石材料切削、研磨整形加工之後，以脈衝磁化法等方法磁化。

磁石區塊3，係以上述複數磁石2的個別寬度方向與上述規定方向一致的方式配置。另外，磁石區塊3，分別在該磁石區塊3的厚度方向的兩面側，在上述規定方向上以N極與S極交互並排的方式，配置複數磁石2。簡而言之，磁石區塊3中，在上述規定方向上相鄰的磁石2之間的磁化方向係為相反。又，磁石區塊3中，以1維陣列狀配置複數磁石2，但並不僅限於此，亦可由例如，2維陣列狀地配置所構成。

振動區塊11中，可由基板10形成可動部本體13、支持部14與各彈性體部15。宜為對磁力線低衰減且具有電絶緣性質的絶緣性基板作為此基板10，例如，可使用高電阻率的矽基板。高電阻率的矽基板，例如電阻率宜為100Ωcm以上，更宜為1000Ωcm以上。振動區塊11中，可動部本體13、支持部14及各彈性體部15的材料可由矽形成。像這樣的振動區塊11，可使用例如，微機電系統(MEMS；micro electro mechanical systems)製造技術來製造。此情況下，振動區塊11中，可動部本體13、支持部14及各彈性體部15可為一體成型。簡而言之，振動區塊11中，可動部本體13、支持部14與各彈性體部15，可由1片矽基板一體成型所構成。藉此，形成振動區塊11時，不需要可動部本體13、支持部14及各彈性體部15的組裝步驟，而更易於製造。另外，在以接合用的樹脂所形成的連接部來連接各彈性體部15、可動部本體13及支持部14的情況中，因為在振動時，於連接部形成熱能，而使得振動能量損失。相對於此，若可動部本體13、支持部14及各彈性體部15係以1片矽基板一體成型所構成，因為各彈性體部15、可動部本體13及支持部14可藉由為低衰減材料的矽一體成型，故可降低振動時的能量損失，而可提升能量轉換效率。又，關於基板10的材料，從不受磁力線影響的點來看，磁導率(magnetic permeability)宜為較低。

基板10，不限於高電阻率的矽基板，可使用例如，高電阻率之SOI(Silicon on Insulator)基板等。另外，振動區塊11中，亦可對應基板10的材料與電阻率，設置適當的絶緣薄膜。

彈性體部15宜為彈簧。藉此，能量轉換裝置1，可使每1個彈性體部15的蓄積能量變大，而謀求能量轉換裝置1的小型化。

宜在上述規定方向上的可動部12的兩側，分別以並排的方式逐一設置複數(例如5個)彈性體部15。藉此，能量轉換裝置1，與圖7所示的比較例中，分別於可動部12兩側設置1個彈性體部15的情況相比，可使可動部12的振動方向更加單方向化，而可謀求能量轉換效率的更加提升。更進一步，能量轉換裝置1，可降低施加於每個彈性體部15的應力，而可謀求耐久性的提升。在逐一設置複數彈性體部15的情況中，彈性體部15的數量並未特別限定為5個。

構成彈性體部15的彈簧的材料，可使用為半導體的矽，或是金屬等材料，但相較於金屬，宜使用矽。藉此，能量轉換裝置1，與構成彈性體部15的彈簧的材料為金屬的情況相比，可降低因為於彈性體部15的振動衰減所引起的動能的損失，故可謀求能量轉換效率的提升。

作為彈性體部15的材料，並不限於矽，亦可使用例如，不銹鋼(例如，SUS304等)、鋼、銅、銅合金(黃銅、鈹銅合金)、鈦合金、鋁合金等材料。彈性體部15的材料，宜為對數衰減率(Logarithmic decrement)較低的材料，例如，宜為對數衰減率為0.04以下的材料。下記表1中，表示各種材料的對數衰減率的值。表1中的數值，係根據參考文獻1(「材料的振動減衰能」，2007年，日本學術振興會「材料的細微組織與機能性」委員會編)的值。然而，關於SUS304的對數衰減率，係引用組成相近的Fe-22.5%Cr的值。另外，關於鈹銅合金的對數衰減率，係分別引用銅及鈹的值。

上述對數衰減率在0.04以下的材料，如同由表1所得知，係指其對數衰減率在銅的對數衰減率以下的材料。又，若將對數衰減率當作δ，並將相當於振動1週期的振動能量損失率當作△W/W，可以下式(1)表示對數衰減率δ。

【數1】

在能量轉換裝置1中，若構成彈性體部15之彈簧的材料為矽，與為金屬的情況相比，可提升彈性體部15的耐久性。另外，在能量轉換裝置1中，以矽作為彈性體部15之彈簧的材料，且使用矽基板作為上述的基板10，可利用MEMS等製造技術，形成分別為基板10的一部份的各彈性體部15。藉此，能量轉換裝置1，在彈簧形狀的彈性體部15中，可使表示寬度尺寸H1(圖1A參照)對於厚度尺寸W1(參照圖1C)之比例的深寬比變大，另外，亦可使用以一筆劃無法完成之形狀的彈簧。

在利用MEMS等製造技術的情況中，藉由利用微影技術及蝕刻技術來對基板10進行體型微加工技術(bulk micromachining)，可以高精度控制彈簧形狀之彈性體部15的厚度尺寸W1，且因為可使彈簧形狀之彈性體部15的寬度尺寸H1與基板10的厚度同值，故可尺寸精度良好地形成深寬比較大的彈簧形狀之彈性體部15。

圖1A所示的能量轉換裝置1中，使用連續彎折狀的彈簧形狀作為彈性體部15的形狀，彈簧狀之彈性體部15的厚度尺寸W1為0.4mm，寬度尺寸H1為1mm。此情況下的深寬比為2.5。另外，在此例的情況中，x軸方向的剛性約為2754N/m，y軸方向的剛性約為3267N/m，z軸方向的剛性約為3146N/m。意即，在此例的情況中，上述規定方向的剛性，小於與上述規定方向垂直之方向的剛性。然而，該等數值例，如圖1C所示，係在連續彎折狀的彈簧形狀之彈性體部15本體中，僅增加兩處折返處，另外，相鄰部位之間的間隔定為W3，x軸方向上的彈性體部15的整體長度定為X1，y軸方向上的彈性體部15整體的長度定為Y1；其中W3=0.12mm、X1=7mm、Y1=7mm。又，關於剛性的測定，例如，在以工具固定支持部14後，使用微拉伸試驗機，或是將測力計(force gauge)與摩擦係數測試儀組合之裝置，藉由分別測定在將x軸方向、y軸方向及z軸方向的力施加於可動部12時的位移，可算出彈簧常數。

能量轉換裝置1中，在分別在可動部12之上述規定方向上的兩側，逐一地並排設置複數的彈性體部15的情況下，可以矽作為各個複數彈性體部15的材料。振動區塊11中，只要各複數的彈性體部15中至少1個彈性體部15的材料為矽即可，而可將金屬作為其他彈性體部15的材料。

構成彈性體部15的彈簧之形狀，宜為例如連續彎折狀。此情況中，彈性體部15，相較於圖8B所示的在俯視下折返部分形成有角的U字形，圖8A所示的俯視下折返部分形成無角的U字形為較佳。能量轉換裝置1中，藉由使用折返部分為無角形狀的彈性體部15，可抑制應力集中於彈性體部15的折返部分所引起的破損與裂痕的產生等情況。

另外，作為連續彎折狀的彈性體部15，如圖8C所示，亦可為在俯視下折返部分的厚度尺寸W2大於其他部位的厚度尺寸W1的形狀，可抑制因為應力集中於彈性體部15的折返部分所引起的破損與裂痕的產生等情況。

另外，亦可如圖8D所示，以在俯視下折返部分間的距離逐漸縮短的形狀作為連續彎折狀的彈性體部15。

另外，彈性體部15，只要在俯視下為蛇行的形狀即可，並不限於連續彎折狀，例如，亦可為圖8E所示之波的形狀(圖式中，在俯視下為正弦波狀)。

另外，構成彈性體部15的彈簧形狀，並不限於連續彎折狀或波的形狀等蛇行的形狀，亦可為例如，分別於圖9A~9G所示的平面形狀。分別表示於圖9A~9G之平面形狀的彈性體部15，任一均為在與上述規定方向及上述對向方向垂直的方向上具備長迴路部15d的形狀。圖9A的彈性體部15，係具有1個迴路部15d，且迴路部15d的形狀為矩形框狀的範例。另外，圖9B的彈性體部15，係具有複數迴路部15d(圖式中為5個)，且各迴路部15d的形狀分別為矩形框狀的範例。另外，圖9C的彈性體部15，係具有複數迴路部15d(圖式中為5個)，且各迴路部15d的形狀分別為賽道(race track)狀的範例。另外，圖9D的彈性體部15，係具有複數迴路部15d(圖式中為5個)，且各迴路部15d的形狀分別為賽道狀，而弧狀部分的厚度尺寸大於直線部分的厚度尺寸的範例。另外，圖9E的彈性體部15，係具有複數迴路部15d(圖式中為5個)，且各迴路部15d的形狀分別為菱形框狀的範例。另外，圖9F的彈性體部15，係具有複數迴路部15d(圖式中為5個)，且各迴路部15d的形狀分別為六角形框狀的範例。另外，圖9G的彈性體部15，係具有複數迴路部15d(圖式中為3個)，且各迴路部15d形狀分別為橢圓框狀的範例。

可動部本體13的厚度尺寸，雖設定為與各彈性體部15的厚度尺寸相同，但並不僅限於此，亦可根據可動部12之期望的質量等條件，使其大於各彈性體部15的厚度。另外，可動部本體13的厚度尺寸，可小於各彈性體部15的厚度尺寸，此情況下，可提高彈性體部15在上述對向方向上的剛性。

能量轉換裝置1中，構成彈性體部15的彈簧之俯視形狀，為圖10所示的蛇行形狀的情況中，可縮小在上述規定方向上可動部12與支持部14之間所產生的無效空間之面積。藉此，能量轉換裝置1中，可增加儲存為應變能的能量。因此，能量轉換裝置1中，只要儲存為應變能的能量相同，就可謀求彈性體部15的小型化及薄化。在金屬等機械加工中，就彈性體部15的小型化而言，難以使其比彈性體部15的厚度尺寸W1為200~300μm左右、且折返部位之間的尺寸W3為200~300μm左右更加的小型化。相對於此，使用體型微加工技術來形成彈性體部15的情況中，可謀求彈性體部15的更加的小型化，並可縮小無效空間的面積。作為縮小無效空間之面積的設計範例，例如，使彈性體部15的厚度尺寸W1為10μm左右、折返部位間的尺寸W3為10μm左右，可使用體型微加工技術來實現彈性體部15的形成。

亦可以使無效空間縮小的方式所設計的彈性體部15、支持部14及可動部本體13一體成型，亦可如圖11A所示分別成型。在彈性體部15與支持部14及可動部本體13為分別個體的情況下，亦可在例如，支持部14的內側面，於彈性體部15的一端側設置決定第1安裝部15b之位置的第1位置決定凹部14g(參照圖11B)，而在可動部本體13的外側面，設置設於彈性體部15之另一端側、決定第2安裝部15c之位置的第2位置決定凹部13g(參照圖11C)。接著，在製造振動區塊11時，可在將第1安裝部15b的位置決定於第1位置決定凹部14g後以黏著劑固定，另外，並可在將第2安裝部15c的位置決定於第2位置決定凹部13g後以黏著劑固定。可使用例如環氧樹脂等材料作為黏著劑。第1安裝部15b及第2安裝部15c的形狀雖為T字狀，但並未特別限定於此。另外，第1安裝部15b與第2安裝部15c，亦可為不同的形狀。第1位置決定凹部14g及第2位置決定凹部13g的形狀雖為T字狀，但並未特限定於此。另外，第1位置決定凹部14g與第2位置決定凹部13g，亦可為不同的形狀。

另外，振動區塊11中，作為縮小無效空間的彈簧形狀之彈性體部15的設計範例，亦可為如圖12所示的蜂巢狀的彈性體部15。在製造振動區塊11時，可使用微加工技術，來實現彈性體部15的形成。

振動區塊11中，藉由使彈性體部15為蜂巢狀，具有更可降低無效空間的優點，以及更能分散施加於彈性體部15之應力的優點。藉由該等優點，可使振動區塊11中儲存為應變能的能量增加。

另外，振動區塊11中，如圖13A、13B所示，彈性體部15亦可為波浪板狀(瓦楞板狀)。在圖13A、13B中的彈性體部15，於振動區塊11之厚度方向的一面(圖13B的頂面)，在上述規定方向，以相等間隔並排複數凹部15e，於振動區塊11之厚度方向的另一面(圖13B的底面)，在上述規定方向，以等間隔並排複數凹部15f。另外，複數凹部15e與複數凹部15f，係交錯配置。在以微加工技術形成這種彈性體部15的情況中，首先準備主面為(100)面的矽基板，以作為彈性體部15之基部的矽基板(矽晶圓)。之後，分別在矽基板的主面側、背面側形成第1遮罩層、第2遮罩層。第1遮罩層，係以光微影技術等方式形成，並以在矽基板的主面上露出預定形成凹部15e之區域的方式使其圖樣化。第2遮罩層，係以光微影技術等方式所形成，並以在矽基板的背面上露出預定形成凹部15f之區域的方式使其圖樣化。第1遮罩層及第2遮罩層，可藉由例如，光阻層、氧化矽薄膜、氮化矽薄膜，氧化矽薄膜與氮化矽薄膜的積層薄膜等材料所構成。

在形成上述第1遮罩層及第2遮罩層後，藉由以鹼系溶液進行異向性蝕刻，分別在矽基板的主面側及背面側形成剖面為V字狀的凹部15e、15f，之後去除第1遮罩層及第2遮罩層即可。可使用TMAH溶液、KOH溶液、乙二胺鄰苯二酚(EDP；ethylenediamine pyrocatechol)等材料作為鹼系溶液。上述之波浪板狀的彈性體部15的形成方法，分別以第1遮罩層及第2遮罩層的圖樣大致決定了3維的加工形狀，故具有因為蝕刻時間等條件的容許範圍變寬，而使步驟管理及製造變得容易的優點。

能量轉換裝置1中，宜將第1隔板41的形狀與第2隔板42的形狀設定為相同形狀。藉此，因為零件共通化，而可謀求能量轉換裝置1的低成本化。

另外，第1隔板41及第2隔板42的外形尺寸，宜配合振動區塊11的外形尺寸。

可使用例如，工程塑膠(例如聚碳酸酯)等樹脂、陶瓷、矽等材料分別作為第1隔板41及第2隔板42的材料。在使用矽來分別作為第1隔板41及第2隔板42的情況中，可從矽基板分別形成第1隔板41及第2隔板42。藉此，作為分別將第1隔板41及第2隔板42與振動區塊11的支持部14連接的方法，可使用例如，表面活性化接合法、共晶接合法、樹脂接合法等方法。

第1蓋部21及第2蓋部31的外形尺寸，宜配合振動區塊11的外形尺寸。

能量轉換裝置1，宜設定為與第1蓋部21的形狀及第2蓋部31的形狀相同的形狀。藉此，能量轉換裝置1中，可謀求因為零件共通化的低成本化。

可使用例如，工程塑膠(例如聚碳酸酯)等樹脂、陶瓷以及矽分別作為第1蓋部21及第2蓋部31的材料。在使用矽分別作為第1蓋部21及第2蓋部31之材料的情況中，可從矽基板分別形成第1蓋部21及第2蓋部31。藉此，可使用例如表面活性化接合法、共晶接合法、樹脂接合法等方法，作為分別將第1蓋部21及第2蓋部31與第1隔板41及第2隔板42連接的方法。另外，能量轉換裝置1中，亦可以不設置第1隔板41及第2隔板42的方式，將第1蓋部21及第2蓋部31固定於振動區塊11。

能量變換裝置1中，可以複數(例如4個)螺絲(圖中未顯示)來固定第1蓋部21、第1隔板41、振動區塊11、第2隔板42與第2蓋部31，亦可以黏著劑固定該等元件，亦可將螺絲與黏著劑併用以作為固定元件。另外，亦可在能量變換裝置1中，在分別由第1蓋部21、第1隔板41、振動區塊11、第2隔板42及第2蓋部31所形成的元件之中，於能量變換裝置1的厚度方向上相鄰的元件之間，設置可互相嵌合的構造，藉由互相嵌合而固定。

如圖1A、1B、1C、2~5所示之構成的能量轉換裝置1中，分別在第1蓋部21、第1隔板41、振動區塊11、第2隔板42及第2蓋部31的四個角落，形成使用以固定的螺絲插入並貫通的貫通孔21a、41a、11a、42a及31a。各貫通孔21a、41a、11a、42a及31a在俯視下的開口形狀為圓形。

另外，振動區塊11，從可動部本體13俯視，在與上述規定方向垂直的方向上突出的2個突部13b一體成型。各突部13b，在俯視下分別形成矩形。另外，振動區塊11中，於框狀支持部14的內側面，形成2個第1凹部(第1缺口部)14b，其可使各突部13b分別在上述規定方向上位移。接著，第1蓋部21及第2蓋部31中，分別在各第1凹部14b的投影區域，形成矩形的貫通孔21b、31b。另外，分別在第1隔板41及第2隔板42的內側面、各第1凹部14b的投影區域上，分別形成第2凹部(第2缺口部)41b、42b。因此，本實施態樣之能量轉換裝置1中，使用適當的工具從外部通過貫通孔21b、31b及第2凹部41b、42b對突部13b施予外力，可使可動部12往上述規定方向位移。藉此，能量轉換裝置1中，使突部13b位移後將工具拔除，可使可動部12在上述規定方向上振動。

振動區塊11，如圖1B、4A、4B及5所示，在支持部14上，設置帶狀的停止部14c，其可限制可動部12在上述規定方向上移動的位移量，在可動部12的外周面(可動部本體13的外側面)，設置與停止部14c約略平行的傾斜面12c。設置於支持部14上的停止部14c，於支持部14的內側面，相對與上述規定方向平行的面傾斜。設於可動部12的傾斜面12c，在可動部12的外周面上，相對與上述規定方向平行的面傾斜。能量轉換裝置1中，如上所述，在以適當的工具對突部13b施加外力時，可動部12往上述規定方向位移時，藉由傾斜面12c與停止部14c接觸，可限制可動部12的位移，可使可動部12的位移量約略為定值。另外，能量轉換裝置1中，可在與上述規定方向相反方向上，抑制可動部12的位移。能量轉換裝置1中，藉由該等機制，可抑制施予外力時，發電輸出的不均勻，另外，在施予外力時，可抑制在上述規定方向以外之方向的力作用於彈性體部15，而可謀求可靠度的提升。又，圖4A中的箭號，表示可動部12位移之方向的一例，並可使可動部12在與圖4A之箭號相反的方向上位移。另外，圖5中的箭號表示可動部12的最大位移量(意即，可從外部給予的最大位移量)。

線圈區塊4，具備複數(例如5個)線圈4a。該等複數線圈4a，在上述規定方向上並排配置，並藉由黏著劑區塊化。簡而言之，線圈區塊4，係以將線圈4a陣列狀配置的線圈陣列所構成。另外，磁石區塊3中，磁石2係由陣列狀配置的磁石陣列所構成。線圈區塊4之線圈4a的數量，宜僅比磁石區塊3的磁石2的數量多1。簡而言之，若磁石區塊3的磁石2的數量為m(m為自然數)，則線圈區塊4的線圈4a之數量，宜為m+1。另外，線圈區塊4中的線圈4a的間距，宜與磁石區塊3中的磁石2的間距相同。另外，線圈區塊4中，宜以使對向的磁石區塊3中，相鄰的磁石2間的邊界與線圈4a之中心線(口軸)在同一平面上齊平的方式，配置各線圈4a。藉此可提升能量轉換裝置1的能量轉換效率。

線圈4a，係由捲繞在芯材4b上的線圈線材所構成。線圈線材，可使用附有絶緣披覆膜的銅線。線圈線材，係以捲線機捲附於芯材4b上，並由黏著劑等材料固定。芯材4b的材料，宜使用例如，工程塑膠(例如，聚碳酸酯)等樹脂，或陶瓷等絶緣性材料。可使用例如，氨基甲酸乙酯、二甲氧甲烷、聚酯、聚亞醯胺酯、聚醯胺醯亞胺，作為披覆銅線的絶緣薄膜的材料。

芯材4b形成短冊狀。芯材4b，係以厚度方向與上述規定方向一致，寬度方向與振動區塊11之厚度方向一致，長邊方向在俯視下，與上述規定方向垂直的方向一致的方式配置。

線圈區塊4中，係以使與磁石區塊3對向面側平坦化的方式，將各線圈4a捲繞於各芯材4b之寬度方向上的磁石區塊3側的一端部。保持於第1蓋部21的線圈區塊4，分別將各芯材4b之寬度方向上的另一端部，插入形成於第1蓋部21上的複數用於決定位置的貫通孔21c並固定。在將線圈區塊4組合至第1蓋部21時，例如，使另外準備的虛擬零件(組裝用工具)之平坦面，在頂住磁石區塊3之對向面的側的狀態下，將各芯材4b固定於第1蓋部21，之後，可移除虛擬零件。藉此，線圈區塊4中，複數線圈4a的線圈面齊平，與磁石區塊3之對向面側形成約略平坦的態樣。

另外，保持於第2蓋部31的線圈區塊4，將各芯材4b的寬度方向的另一端部，分別插入形成於第2蓋部31的複數用以決定位置的貫通孔31c並固定。在將線圈區塊4組合至第2蓋部31時，例如，使另外準備的虛擬零件(組裝用工具)之平坦面，在頂住磁石區塊3形成對向面側的狀態下，將各芯材4b固定於第2蓋部31，之後可移除虛擬零件。藉此，線圈區塊4中，複數線圈4a的線圈面齊平，與磁石區塊3的對向面側形成略為平坦的態樣。

線圈區塊4中相鄰的線圈4a之間，以第1導電性接合材料接合且電性連接。可使用例如，銲錫或銀膠等材料作為第1導電性接合材料的材料。此處，相鄰的線圈4a之間，分別以捲入方向相反的方式串聯連接。另外，第1蓋部21及第2蓋部31中，分別設置了電極(圖中未顯示)，其與線圈區塊4的兩端之線圈4a中，未與相鄰的線圈4a連接側的線端部電性連接。線端部與電極，以第2導電性接合材料接合且電性連接。可使用例如，銲錫與銀膠等材料作為第2導電性接合材料。亦可使用金屬製螺絲等材料作為第2導電性接合材料。

本實施態樣之能量轉換裝置1中，各線圈4a分別具備芯材4b(意即，各線圈4a分別為所謂的有芯線圈)，但亦可為未具備芯材4b者(所謂的空芯線圈)。在不具備芯材4b之構成的情況中，例如，分別在第1蓋部21及第2蓋部31上，設置分別決定各線圈4a位置的凸起物(rib)。此情況中，例如在線圈4a捲繞於凸起物上的狀態下，以黏著劑接合凸起物及線圈4a即可。

另外，各線圈4a，亦可分別藉由例如平面線圈而構成。此情況下，例如，亦可分別在第1蓋部21及第2蓋部31上形成平面線圈。

作為平面線圈的材料，可使用例如銅、金、銀等材料。另外，作為平面線圈的材料，亦可使用高導磁合金(permalloy)，鈷基非晶合金。可使用蒸鍍法、濺鍍法等薄膜形成技術、微影技術及蝕刻技術等方法形成平面線圈。

以上說明的本實施態樣之能量轉換裝置1中，具有磁石區塊3、線圈區塊4，而磁石區塊3與線圈區塊4為對向配置。接著，能量轉換裝置1，包含具備磁石區塊3的可動部12、支持部14、連接可動部12與支持部14的彈性體部15。另外，彈性體部15，在上述規定方向上的剛性，小於與上述規定方向垂直之方向的剛性。然而，本實施態樣之能量轉換裝置1，可將可動部12的振動方向，在與磁石區塊3與線圈區塊4的對向方向垂直的上述規定方向上單方向化，故可謀求能量轉換效率的提升。

另外，能量轉換裝置1中，第1蓋部21及第2蓋部31，分別保持線圈區塊4。藉此，能量轉換裝置1與僅將線圈區塊4保持於第1蓋部21與第2蓋部31中的一邊的情況相比，可謀求能量轉換效率的提升。

另外，能量轉換裝置1中，保持於第1蓋部21的線圈區塊4中的複數線圈4a的串聯電路，與保持於第2蓋部31的線圈區塊4中的複數線圈4a的串聯電路串聯連接，藉此可提高輸出。

另外，能量轉換裝置1，具備配置於第1蓋部21與振動區塊11之間的框狀的第1隔板41。藉此，可以第1隔板41之厚度規定能量轉換裝置1中，第1蓋部21的線圈區塊4與振動區塊11的磁石區塊3之間的間隙長度。因此，可謀求能量轉換裝置1中，第1蓋部21之線圈區塊4與振動區塊11的磁石區塊3之間的間隙的窄化，並防止第1蓋部21之線圈區塊4與振動區塊11之磁石區塊3接觸。能量轉換裝置1，藉由將第1蓋部21之線圈區塊4與振動區塊11之磁石區塊3之間的間隙窄化，可謀求磁通量的使用效率的提升，進而謀求能量轉換效率的提升。

另外，能量轉換裝置1，具備配置於第2蓋部31與振動區塊11之間的框狀的第2隔板42。藉此，可以第2隔板42的厚度規定能量轉換裝置1中，第2蓋部31的線圈區塊4與振動區塊11之磁石區塊3之間的間隙長度。因此，可謀求能量轉換裝置1中，第2蓋部31之線圈區塊4與振動區塊11之磁石區塊3之間的間隙的窄化，並且防止第2蓋部31之線圈區塊4與振動區塊11之磁石區塊3接觸。能量轉換裝置1，藉由使第2蓋部31之線圈區塊4與振動區塊11之磁石區塊3之間的間隙窄化，可謀求磁通量的使用效率的提升，進而謀求能量轉換效率的提升。

能量轉換裝置1，藉由伴隨可動部12在上述規定方向上振動所產生的電磁感應，而產生交流的感應電動勢。因此，可將能量轉換裝置1作為發電裝置使用。此情況中，從能量轉換裝置1所形成的發電裝置的開放電壓，形成對應可動部12之振動的交流電壓。此處，能量轉換裝置1，如上所述，藉由工具等對突部13b施予外力後，將工具移除，因為可動部12進行阻尼振動，而產生與此阻尼振動相應的交流電壓。另外，能量轉換裝置1，可使用與此能量轉換裝置1的共振頻率一致的環境振動(外部振動)發電。作為環境振動，具有例如，運作中的工廠自動化(factory automation；FA)機器所發生的振動、車輛行駛所發生的振動、人的步行所發生的振動等各種的環境振動。在環境振動的頻率與能量轉換裝置1的共振頻率一致的情況中，能量轉換裝置1中所產生的交流電壓的頻率，與能量轉換裝置1的共振頻率相同。

(實施態樣2)

本實施態樣之能量轉換裝置，與實施態樣1中所說明的能量轉換裝置1具有大略相同的基本構成，如圖14A、14B所示，振動區塊11的構成與圖6所示的構成不同。又，其他的構成要素與實施態樣1相同，故省略其說明。另外，關於振動區塊11，對與實施態樣1相同的構成要素附上同一符號，並適當省略其說明。

本實施態樣中的振動區塊11，如圖14A所示，具備位移限制部16(以下亦稱為第1位移限制部16)，其限制彈性體部15在上述規定方向及與上述對向方向垂直的方向上的位移。藉此，能量轉換裝置更可將動部12的振動方向單方向化，而更能謀求能量轉換效率的提升。

另外，本實施態樣中的振動區塊11，如圖14A所示，於可動部12中的上述規定方向的兩側各設置兩個彈性體部15；4個第1位移限制部16，係以從支持部14的內側面，往各彈性體部15側突出的方式設置。第1位移限制部16，在俯視下為矩形，並以長邊方向與上述規定方向平行的方式配置。第1位移限制部16，雖在俯視下為矩形，但並未特別限定於此。第1位移限制部16的材料，只要為與支持部14相同的材料，就能與支持部4一體成型。第1位移限制部16，宜以不限制可動部12在上述規定方向上位移的方式配置。

另外，本實施態樣中的振動區塊11，亦具備位移限制部17，其限制彈性體部15在上述對向方向的位移(以下亦稱為第2位移限制部17)。藉此，能量轉換裝置更可將可動部12的振動方向單方向化，更能夠謀求能量轉換效率的提升。第2位移限制部17，在俯視下為矩形，但並不特別限定於此。振動區塊11中，4個第2位移限制部17，分別從支持部14的內側面，以與各彈性體部15重疊的方式突出設置。可使用例如工程塑膠(例如聚碳酸酯)等樹脂、陶瓷、矽等材料作為第2位移限制部17的材料。第2位移限制部17，只要以黏著劑等材料，相對於支持部14的內側面固定即可。

(實施態樣3)

本實施態樣之能量轉換裝置，具有與實施態樣1中說明的能量轉換裝置1大略相同的基本構成，如圖15所示，振動區塊11的構成與圖6所示的構成相異。又，其他的構成要素與實施態樣1相同，故省略其說明。另外，振動區塊11中與實施態樣1相同的構成要素，附上同一符號，並適當省略其說明。

本實施態樣中的振動區塊11，如圖15所示，在上述規定方向上、可動部12的兩側，分別逐一設置的複數彈性體部15，在與上述規定方向垂直的並設方向上，以限制彈性體部15之位移的方式互相接近。上述在並排設置方向上相鄰的彈性體部15之間，形成鏡像關係的形狀。藉此，能量轉換裝置可使可動部12的振動方向更加單方向化，可謀求能量轉換效率更提升。上述的「接近」，包含在上述並排設置方向中相鄰的彈性體部15之間連接的情況，以及以不接觸的程度接近的情況兩者，圖15為前者的情況。另外，振動區塊11中，在上述規定方向上，分別逐一設置於可動部12兩側的複數彈性體部15，亦可以在與上述規定方向上垂直的並排設置方向上，以限制彈性體部15之位移的方式連接。藉此，可提高能量轉換裝置中，彈性體部15在上述對向方向上的剛性。因此，能量轉換裝置可謀求將可動部12的振動方向更加單方向化，並可謀求將能量轉換效率更加提升。

本實施態樣之能量轉換裝置的第1變化實施例，具有與實施態樣1中說明的能量轉換裝置1大略相同的基本構成，如圖16所示，振動區塊11的構成與圖6所示的構成相異。又，第1變化實施例的其他構成要素，與實施態樣1相同，故省略說明。另外，對於振動區塊11中，與實施態樣1相同的構成要素，附上同一符號，並適當省略說明。

第1變化實施例中的振動區塊11，如圖16所示，在上述規定方向上，於可動部12兩側分別逐一設置的複數彈性體部15，係以限制彈性體部15在與上述規定方向垂直的並排設置方向上位移的方式互相接近。藉此，第1變化實施例的能量轉換裝置，更能使可動部12的振動方向單方向化，而謀求將能量轉換效率更加提升。

本實施態樣之能量轉換裝置的第2變化實施例，係具有與實施態樣1中說明的能量轉換裝置1約略相同的基本構成，如圖17所示，振動區塊11之構成與圖6所示之構成相異。又，第2變化實施例的其他構成要素與實施態樣1相同，故省略說明。另外，對於振動區塊11中，與實施態樣1相同的構成要素，附上同一符號，並適當省略說明。

第2變化實施例的振動區塊11中，將圖17中的上下方向，作為可動部12之期望振動方向的規定方向，磁石區塊3中的複數磁石2的並排設置方向及各彈性體部15的形狀，與實施態樣1相異。然而，磁石區塊3中的磁石2，在上述規定方向上並排設置的點，與實施態樣1相同。另外，關於各彈性體部15，在上述規定方向上的剛性小於與上述規定方向垂直的方向之剛性此點，係與實施態樣1相同。另外，實施態樣1中說明的線圈區塊4雖未於圖中顯示，但使線圈區塊4中的複數線圈4a的並排設置方向與上述規定方向一致此點，係與實施態樣1相同。然而，第2變化實施例之能量轉換裝置，係與實施態樣1相同，可將可動部12的振動方向，在上述規定方向上單方向化，而可謀求能量轉換效率的提升。

此外，上述各實施態樣1~3、第1變化實施例及第2變化實施例中，可動部12具備磁石區塊3，第1蓋部21及第2蓋部31分別具備線圈區塊 4，但並不限於該等態樣，亦可為可動部12具備線圈區塊4，第1蓋部21及第2蓋部31的至少一方具備磁石區塊3的構成。另外，彈性體部15，並不限於彈簧形狀，亦可以橡膠或樹脂等材料形成。