WO2015140958A1 - 振動発電機 - Google Patents
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- H02K35/02—Generators with reciprocating, oscillating or vibrating coil system, magnet, armature or other part of the magnetic circuit with moving magnets and stationary coil systems
Definitions
- the present invention relates to a vibration power generator using a leaf spring, and more particularly to an electromagnetic induction vibration power generator having a configuration capable of widening the frequency range in which a desired power generation efficiency can be obtained as compared with the related art. Is.
- an induced current is generated in the coil and an electromotive force is generated.
- an electromagnetic induction type vibration generator using a leaf spring. Such a vibration generator can generate electric energy based on vibration energy of the external environment.
- vibration generator it is possible to generate electrical energy while eliminating the need for power supply by a power cable or a battery. From this point of view, vibration generators are expected to be used in many applications where economic advantages or operational advantages are expected. And as a prior art of the vibration generator using a leaf
- the prior art has the following problems.
- a conventional electromagnetic induction type vibration generator using a leaf spring there is no adjustment mechanism for the resonance frequency, or even if there is an adjustment mechanism, the spring is mechanically adjusted by applying stress to the spring. .
- the resonance frequency cannot be freely adjusted, and it is difficult to adjust (adjust) the resonance frequency to a desired resonance frequency according to the application.
- the present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a vibration generator capable of achieving a wider frequency range than that in the past in which a desired power generation efficiency can be obtained.
- the vibration generator according to the present invention includes a permanent magnet configured in a columnar shape or a cylindrical shape, a coil that is fixedly disposed on the outer periphery of the permanent magnet with a gap, and guide rods at both ends in the axial direction of the permanent magnet.
- Two magnetic spring portions each configured as a pair of magnets, an adjustment mechanism portion capable of adjusting the distance between the magnets of the pair of magnets in each of the two magnetic spring portions, and a shaft of the permanent magnet
- Two leaf springs that are respectively connected to guide rods provided at both ends in the direction, and that suppress the rolling of the movable portion composed of the permanent magnet and the guide rod within a plane perpendicular to the axial direction
- a vibration generator that generates electric power by relative movement between a permanent magnet and a coil due to the vibration of the magnet in the axial direction, and has a plurality of movable parts composed of permanent magnets and guide rods.
- the resonance frequency is individually set.
- the movable portion is configured as a plurality of movable portions connected by magnetic springs or winding springs, and at both ends of the connected movable portions in the vibration direction.
- a frequency range in which a desired power generation efficiency can be obtained by providing a mechanism that includes a magnetic spring part that can adjust the gap length and can individually change the resonance frequency of a plurality of movable parts in a non-contact manner.
- Embodiment 1 of this invention It is a schematic sectional drawing for demonstrating the structure of the vibration generator in Embodiment 1 of this invention. It is a schematic diagram at the time of connecting two movable parts fixedly. It is a figure which shows the frequency characteristic of the output voltage by the vibration generator of the structure of FIG. In the vibration power generator in Embodiment 1 of this invention, it is a schematic diagram at the time of connecting two movable parts with a spring. In Embodiment 1 of this invention, it is a figure which shows the frequency characteristic of an output voltage at the time of connecting two movable parts via the connection spring part 5c. In Embodiment 1 of this invention, it is a figure which shows the frequency characteristic of an output voltage at the time of connecting two movable parts via the connection spring part 5c.
- the movable part in a vibration power generator using a leaf spring, is configured as a plurality of movable parts connected by a magnetic spring or a winding spring (first feature), and the vibration direction of the connected movable parts is
- first feature a magnetic spring portion capable of adjusting the gap length is provided at both ends (second feature).
- Embodiment 1 FIG. First, the second feature “providing magnetic spring portions with adjustable gap lengths at both ends in the vibration direction of the movable portion” will be described as an example of a single movable portion.
- FIG. 7 is a schematic cross-sectional view for explaining the basic structure of the vibration generator.
- the vibration generator shown in FIG. 7 includes permanent magnets 1a and 1b, a coil 2, leaf springs 3a and 3b, guide rods 4a and 4b, magnetic spring portions 5a and 5b, a frame 10, a top plate 11, and an upper plate for attaching a magnet. 12, a middle plate 13, a lower plate 14 for attaching a magnet, a bottom plate 15, and a frequency adjusting mechanism 16.
- magnets 1a and 1b columnar or cylindrical permanent magnets (hereinafter referred to as magnets) 1a and 1b are arranged with the same poles facing each other. Further, the coil 2 surrounds the magnets 1a and 1b. Here, the coil 2 is fixed to the intermediate plate 13, and electric energy is generated when the magnets 1 a and 1 b arranged in the coil 2 vibrate.
- the magnet 1a is connected to the magnetic spring portion 5a via the guide rod 4a, and the intermediate portion of the guide rod 4a is held by the leaf spring 3a.
- the magnet 1b is connected to the magnetic spring part 5b via the guide bar 4b, and the intermediate part of the guide bar 4b is held by the leaf spring 3b.
- FIG. 8 is a diagram showing the configuration of the leaf springs 3a and 3b.
- the plate springs 3a and 3b shown in FIG. 8 are formed with a plurality of spiral slits S, a central hole H1, and a plurality of outer peripheral holes H2 with respect to a circular spring member.
- the center hole H1 corresponds to the connection portion with the guide rods 4a and 4b shown in FIG. 7, and the plurality of holes H2 in the outer peripheral portion correspond to the connection portion with the frame 10 shown in FIG.
- the plurality of spiral slits S have a function of suppressing the rolling of the guide rods 4a and 4b, which are movable parts. That is, in FIG. 7, the magnets 1 a and 1 b vibrate in the vertical direction on the paper surface of FIG. 7 due to the vibration energy of the external environment, but the roll perpendicular to the vertical direction is suppressed by the action of the slit S.
- the Rukoto is, in FIG. 7, the magnets 1 a and 1 b vibrate in the vertical direction on the paper surface of FIG. 7 due to the vibration energy of the external environment, but the roll perpendicular to the vertical direction is suppressed by the action of the slit S.
- the Rukoto The Rukoto.
- each of the magnetic spring portions 5a and 5b is composed of a pair of magnets having the same poles arranged to face each other.
- one is connected to the end of the guide bar 4a, and the other is fixed to the upper plate 12 for magnet attachment.
- one of the pair of magnets constituting the magnetic spring portion 5b is connected to the end of the guide bar 4b, and the other is fixed to the lower plate 14 for attaching the magnet.
- the frequency adjusting mechanism section 16 has a rotatable shaft, is connected to the magnet mounting top plate 12 and the magnet mounting bottom plate 14, and is fixed between the top plate 11 and the bottom plate 15. Then, the rotatable shaft provided in the frequency adjusting mechanism section 16 is screwed so that the magnet mounting upper plate 12 and the magnet mounting lower plate 14 are reversed with respect to the rotation. The direction of cutting is reversed.
- the gap length of the magnetic spring portions 5a and 5b can be adjusted to be narrowed.
- Both the gap lengths of the spring portions 5a and 5b can be adjusted in a widening direction. That is, the gap length (inter-magnet distance) of the magnetic spring portions 5a and 5b can be adjusted simultaneously in the same direction (direction of narrowing or widening) by the frequency adjusting mechanism section 16.
- the resonance frequency of the vibration generator can be adjusted by adjusting the distance between the magnetic poles of the magnetic spring portions 5a and 5b.
- FIG. 9 is a diagram showing the frequency characteristics of the output voltage when the frequency is changed by adjusting the distance between the magnets of the magnetic spring portions 5a and 5b of the vibration generator having the basic structure of FIG.
- the output voltage of the vibration generator having the basic structure has a mountain-shaped frequency characteristic that maximizes the resonance frequency. That is, in the vibration power generator, power generation efficiency can be increased by resonating at a resonance frequency determined by the spring constant and the mass of the movable part.
- a vibration generator capable of outputting a larger voltage value according to the environment can be obtained.
- the frequency adjustment mechanism 16 in FIG. 7 can perform frequency adjustment in a non-contact manner by adjusting the distance between the magnets of the magnetic spring portions 5a and 5b. As a result, there is no risk of mechanical loss due to adjustment of the resonance frequency, and a vibration generator with high durability and long life can be realized.
- the adjustment of the distance between the magnets by the frequency adjusting mechanism unit 16 can simultaneously change the spring constants at both ends in the axial direction in the same state.
- the spring constants of the magnetic spring portions 5a and 5b are unbalanced, it is possible to avoid biasing the magnets and leaf springs of the movable portion.
- the repulsive force of the magnetic spring portions 5a and 5b increases as the distance between the magnets decreases.
- the magnetic spring portions 5a and 5b are provided at both ends of the movable portion, even when a large acceleration is applied, it is possible to prevent the movable portion from shaking too much and damaging the spring, and The effect of steadying when large acceleration is applied can be realized.
- the movable part that vibrates is composed of one magnet 1a, 1b. Therefore, by adjusting the resonance frequency, it is possible to increase the power generation efficiency, but if the natural vibration of the vibration source in the environment where the vibration generator is used changes, the frequency will deviate from the resonance frequency, As shown in FIG. 9, there is a problem that the output voltage is extremely lowered.
- the present invention solves this problem by including the first feature that “the movable part is configured as a plurality of movable parts connected by magnetic springs or winding springs”. I am trying. Therefore, a specific configuration and effect relating to the “plural movable parts” will be described in detail below.
- FIG. 1 is a schematic cross-sectional view for explaining the structure of a vibration generator according to Embodiment 1 of the present invention.
- the vibration generator in the first embodiment shown in FIG. 1 includes permanent magnets 1a (1), 1b (1), 1a (2), 1b (2), coils 2 (1), 2 (2), plates Spring 3a, 3b, 3c (1), 3c (2), guide rod 4a (1), 4b (1), 4a (2), 4b (2), magnetic spring part 5a, 5b, connecting spring part 5c, frame 10, a top plate 11, a magnet mounting top plate 12, middle plates 13 (1) and 13 (2), a magnet mounting bottom plate 14, a bottom plate 15, and a frequency adjustment mechanism 16.
- the movable part is configured as one stage.
- the movable part is configured as two stages, and the subscript “(1)” is added to the first stage configuration.
- the subscript “(2)” is attached to the configuration of the second stage for distinction. That is, the configuration of FIG. 1 is different from the configuration of FIG. 7 in that the movable portion including the permanent magnets 1a and 1b and the guide rods 4a and 4b and the coil have a two-stage configuration. .
- the basic operation is the same as the operation according to the configuration of FIG. 7 described above.
- a connecting spring part 5c for connecting the two stages of movable parts is provided. The operation will be described below with a focus on the operation of the connecting spring portion 5c.
- the connecting spring portion 5c can be constituted by a pair of magnets as in the case of the magnetic spring portions 5a and 5b, but a general winding spring can also be used.
- the plurality of movable parts are not fixedly connected, but are connected via an extendable spring (magnetic spring or winding spring).
- FIG. 2 is a schematic diagram when two movable parts are fixedly connected. Each code
- FIG. 3 is a diagram showing the frequency characteristics of the output voltage by the vibration power generator configured as shown in FIG. As shown in FIG. 3, the frequency characteristics of the output voltage cannot be widened by the vibration generator having the configuration of FIG.
- FIG. 4 is a schematic diagram when two movable parts are connected by a spring in the vibration power generator according to Embodiment 1 of the present invention.
- symbol in FIG. 4 has shown the following content.
- K3 Spring constant by the action of the connecting spring part 5c
- C3 Damping coefficient by the action of the connecting spring part 5c
- each movable portion is also vibrated at the resonance frequency of the other movable portions, and can generate power.
- FIG. 5 and 6 are diagrams showing frequency characteristics of the output voltage when two movable parts are connected via the connecting spring part 5c in the first embodiment of the present invention.
- the individual resonance frequencies adjusted for the first-stage movable section and the second-stage movable section are different, and the following specific characteristics are shown.
- Condition of FIG. 5 Resonant frequency of the movable part of the first stage 21.5 Hz
- Resonant frequency of the second stage movable part 27.3Hz
- Condition of FIG. 6 Resonant frequency of 1st stage movable part 19.5 Hz
- FIG. 3 When FIG. 3 is compared with FIG. 5 and FIG. 6, for example, an output of 6 mW or more is obtained in FIG. 3 at about 7 Hz between 18 Hz and 25 Hz, whereas in FIG. 5, it is between 16 Hz and 30 Hz.
- FIG. 6 a wide band of about 13 Hz between 15 Hz and 28 Hz can be realized.
- the frequency range in which a desired power generation efficiency can be obtained can be made wider than in the past. Recognize. That is, a wide band can be realized by combining a plurality of movable parts, each set to a different resonance frequency.
- a vibration generator capable of dealing with vibration sources of various frequencies can be realized. Furthermore, it is possible to realize a vibration generator that can generate a desired output voltage even when vibrations having a plurality of frequencies are mixed in the vibration source.
- a vibration power generator using a leaf spring a plurality of movable parts are provided with a configuration including a magnetic spring part capable of adjusting a gap length at both ends in a vibration direction.
- the structure which connects with a spring is realized.
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Abstract
所望の発電効率を得ることができる周波数範囲を、従来よりも広帯域化することのできる振動発電機を得る。 永久磁石と、永久磁石の外周に固定配置されるコイルと、永久磁石の軸方向の両端部にガイド棒を介して設けられた２つの磁気バネ部と、２つの磁気バネ部のそれぞれの磁石間距離を調整可能な調整機構部と、ガイド棒に接続され、永久磁石およびガイド棒の横揺れを抑制する２つの板バネとを備え、永久磁石およびガイド棒で構成される可動部を複数有し、それぞれの可動部を軸方向に沿って連結する連結バネ部をさらに備え、複数の可動部のそれぞれは、連結バネ部の選定、および調整機構部による２つの磁気バネ部の磁極間距離の調整により、共振周波数が個別設定される。
Description
本発明は、板バネを用いた振動発電機に関し、特に、所望の発電効率を得ることができる周波数範囲を、従来よりも広帯域化することができる構成を備えた電磁誘導型の振動発電機に関するものである。
導電性コイルの中を通過するように磁石を振動させると、コイルに誘導電流が生じ、起電力が発生する。この原理を利用したものとして、板バネを用いた電磁誘導型の振動発電機がある。このような振動発電機は、外部環境の振動エネルギーに基づいて、電気エネルギーを発生させることが可能である。
さらに、振動発電機を用いることで、電源ケーブルや電池による電源供給を不要とした上で、電気エネルギーを発生できる。このような観点で、経済的な利点または操作上の利点が見込まれる多くの用途で、振動発電機が活用されることが期待される。そして、板バネを用いた振動発電機の従来技術としては、エネルギー効率の改善を図ったものがある（例えば、特許文献１参照）。
しかしながら、従来技術には、以下のような課題がある。
板バネを用いた従来の電磁誘導型の振動発電機では、共振周波数の調整機構がない、あるいは、調整機構があったとしても、機械的にバネに応力を加えて調整するものとなっている。このため、自在に共振周波数の調整をすることができず、用途に応じた所望の共振周波数に調整する（合わせ込む）ことが困難であった。
板バネを用いた従来の電磁誘導型の振動発電機では、共振周波数の調整機構がない、あるいは、調整機構があったとしても、機械的にバネに応力を加えて調整するものとなっている。このため、自在に共振周波数の調整をすることができず、用途に応じた所望の共振周波数に調整する（合わせ込む）ことが困難であった。
本発明は、前記のような課題を解決するためになされたものであり、所望の発電効率を得ることができる周波数範囲を、従来よりも広帯域化することのできる振動発電機を得ることを目的とする。
本発明に係る振動発電機は、円柱あるいは円筒形で構成された永久磁石と、永久磁石の外周に、間隔を有して固定配置されるコイルと、永久磁石の軸方向の両端部にガイド棒を介して設けられ、それぞれが一対の磁石として構成される２つの磁気バネ部と、２つの磁気バネ部のそれぞれにおける一対の磁石の磁石間距離を調整可能な調整機構部と、永久磁石の軸方向の両端部に設けられたガイド棒にそれぞれ接続され、永久磁石およびガイド棒からなる可動部が、軸方向と直交する平面内で横揺れすることを抑制する２つの板バネとを備え、永久磁石が軸方向に振動することによる、永久磁石とコイルとの相対運動によって発電する振動発電機であって、永久磁石およびガイド棒で構成される可動部を複数有し、それぞれの可動部を、伸縮可能なバネ材により軸方向に沿って連結する連結バネ部をさらに備え、複数の可動部のそれぞれは、連結バネ部の選定、および調整機構部による２つの磁気バネ部の磁極間距離の調整により、共振周波数が個別設定されるものである。
本発明によれば、板バネを用いた振動発電機において、可動部を、磁気バネまたは巻バネで連結された複数の可動部として構成するとともに、連結された可動部の振動方向の両端部に、ギャップ長を調整可能な磁気バネ部を備え、非接触で複数の可動部の共振周波数を個別に変更可能な機構を有することにより、所望の発電効率を得ることができる周波数範囲を、従来よりも広帯域化することのできる振動発電機を得ることができる。
本発明は、板バネを用いた振動発電機において、可動部が、磁気バネまたは巻バネで連結された複数の可動部として構成され（第１の特徴）、連結された可動部の振動方向の両端部に、ギャップ長を調整可能な磁気バネ部を設けたこと（第２の特徴）を技術的特徴としている。このような構成を備えることで、非接触で複数の可動部の共振周波数を個別に設定変更することで、所望の発電効率を得ることができる周波数範囲を、従来よりも広帯域化することができるという、優れた効果を得ることができる。
そこで、このような技術的特徴を備えた本発明の振動発電機の好適な実施の形態につき、以下に、図面を用いて詳細に説明する。
実施の形態１．
まず始めに、第２の特徴である「可動部の振動方向の両端部に、ギャップ長を調整可能な磁気バネ部を設けたこと」について、可動部が１つの場合を例に説明する。
まず始めに、第２の特徴である「可動部の振動方向の両端部に、ギャップ長を調整可能な磁気バネ部を設けたこと」について、可動部が１つの場合を例に説明する。
図７は、振動発電機の基本構造を説明するための概略断面図である。図７に示した振動発電機は、永久磁石１ａ、１ｂ、コイル２、板バネ３ａ、３ｂ、ガイド棒４ａ、４ｂ、磁気バネ部５ａ、５ｂ、フレーム１０、天板１１、磁石取付け用上板１２、中板１３、磁石取付け用下板１４、底板１５、および周波数調整機構部１６を備えて構成されている。
図７においては、円柱あるいは円筒形をした永久磁石（以下磁石）１ａ、１ｂが、同極を対向して配置されている。さらに、磁石１ａ、１ｂの周りを、コイル２が囲む構成となっている。ここで、コイル２は、中板１３に固定されており、コイル２の中に配置された磁石１ａ、１ｂが振動することで、電気エネルギーが発生することとなる。
さらに、磁石１ａは、ガイド棒４ａを介して磁気バネ部５ａと接続され、ガイド棒４ａの中間部分は、板バネ３ａにより保持されている。同様に、磁石１ｂは、ガイド棒４ｂを介して磁気バネ部５ｂと接続され、ガイド棒４ｂの中間部分は、板バネ３ｂにより保持されている。
ここで、板バネ３ａ、３ｂの構造について、図面を用いて説明する。図８は、板バネ３ａ、３ｂの構成を示す図である。図８に示した板バネ３ａ、３ｂは、円形状のバネ部材に対して、渦巻き状の複数のスリットＳ、中心部の穴Ｈ１、および外周部の複数の穴Ｈ２が形成されている。
中心部の穴Ｈ１は、図７に示したガイド棒４ａ、４ｂとの接続部に相当し、外周部の複数の穴Ｈ２は、図７に示したフレーム１０との接続部に相当する。また、渦巻き状の複数のスリットＳは、可動部であるガイド棒４ａ、４ｂの横揺れを抑制する働きを有している。すなわち、図７において、磁石１ａ、１ｂは、外部環境の振動エネルギーにより、図７の紙面上の上下方向には振動するが、上下方向と直交する横揺れに関しては、スリットＳの働きにより抑制されることとなる。
次に、図７に戻って、本願の技術的特徴の１つである磁気バネ部５ａ、５ｂ、および周波数調整機構部１６について、説明する。磁気バネ部５ａ、５ｂは、磁石１ａ、１ｂの振動方向（図７の紙面上の上下方向）の両端に設けられている。より具体的には、磁気バネ部５ａ、５ｂのそれぞれは、同極が対向して配置された一対の磁石で構成されている。
磁気バネ部５ａを構成する一対の磁石のうち、一方は、ガイド棒４ａの端部に接続され、他方は、磁石取付け用上板１２に固定されている。同様に、磁気バネ部５ｂを構成する一対の磁石のうち、一方は、ガイド棒４ｂの端部に接続され、他方は、磁石取付け用下板１４に固定されている。
また、周波数調整機構部１６は、回転可能な軸を有し、磁石取付け用上板１２および磁石取付け用下板１４に接続されるとともに、天板１１と底板１５の間で固定されている。そして、周波数調整機構部１６に設けられた回転可能な軸は、回転に対して、上下に配置された磁石取付け用上板１２と磁石取付け用下板１４が反転動作を行うように、ねじを切る方向が逆となっている。
この結果、回転可能な軸を一方の方向に回すことで、磁気バネ部５ａ、５ｂのギャップ長をともに狭める方向に調整でき、逆に、回転可能な軸を逆の方向に回すことで、磁気バネ部５ａ、５ｂのギャップ長をともに広げる方向に調整できる。すなわち、周波数調整機構部１６により、磁気バネ部５ａ、５ｂのギャップ長（磁石間距離）を同時に、同じ方向（狭める方向、あるいは広げる方向）に調整することができる。
次に、磁石間距離の調整による効果について説明する。周波数調整機構部１６により、磁気バネ部５ａ、５ｂの磁石間距離を調整した際に、磁石間距離が狭くなった場合には、バネ定数が大きくなり、周波数が高くなる。一方、磁石間距離が広くなった場合には、バネ定数が小さくなり、周波数が低くなる。従って、磁気バネ部５ａ、５ｂの磁極間距離を調整することで、振動発電機の共振周波数を調整することが可能となる。
図９は、図７の基本構造を有する振動発電機の磁気バネ部５ａ，５ｂの磁石間距離の調整により周波数を変更した場合の、出力電圧の周波数特性を示す図である。図９に示すように、基本構造を有する振動発電機の出力電圧は、共振周波数において最大となるような山形の周波数特性を有している。すなわち、振動発電機では、バネ定数と可動部質量によって決まる共振周波数で共振させることで、発電効率を高めることができる。
そこで、磁気バネ部５ａ，５ｂの磁石間距離を調整して、振動発電機が使用される環境の振動源の固有振動に合うように、振動発電機の共振周波数を容易に変更することで、環境に応じて、より大きな電圧値を出力できる振動発電機を得ることが可能となる。
さらに、図７における周波数調整機構部１６は、磁気バネ部５ａ，５ｂの磁石間距離の調整により、非接触により周波数調整を行うことができる。この結果、共振周波数を調整することによる機構上の損失のおそれがなく、耐久性が高く、長寿命の振動発電機が実現できる。
さらに、周波数調整機構部１６による磁石間距離の調整は、軸方向両端のバネ定数を同時に、同じ状態で変更することが可能である。この結果、磁気バネ部５ａ、５ｂのバネ定数がアンバランスとなることで、可動部の磁石、板バネが偏ることを避けることができる。
さらに、磁気バネ部５ａ、５ｂは、磁石間距離が小さくなるに従って反発力が大きくなる。この結果、可動部の両端に磁気バネ部５ａ、５ｂを設けた構成を採用することで、大きな加速度が加わった際にも、可動部が振れ過ぎてバネが破損するといったことを防止でき、かつ、大きな加速度が加わった際の振れ止めの効果を実現できる。
ただし、図７に示した基本構造は、振動する可動部が、磁石１ａ、１ｂによる１つで構成されている。従って、共振周波数を調整することで、発電効率を高めることはできるが、振動発電機が使用される環境の振動源の固有振動が変化した場合には、周波数が、共振周波数からずれてしまい、先の図９に示したように、出力電圧が極端に低下してしまうという問題がある。
この問題に対して、本発明では、上述したように、「可動部が、磁気バネまたは巻バネで連結された複数の可動部として構成されている」という第１の特徴を備えることで、解決を図っている。そこで、「複数の可動部」に関する具体的な構成および効果について、以下に、詳細に説明する。
図１は、本発明の実施の形態１における振動発電機の構造を説明するための概略断面図である。図１に示した本実施の形態１における振動発電機は、永久磁石１ａ（１）、１ｂ（１）、１ａ（２）、１ｂ（２）、コイル２（１）、２（２）、板バネ３ａ、３ｂ、３ｃ（１）、３ｃ（２）、ガイド棒４ａ（１）、４ｂ（１）、４ａ（２）、４ｂ（２）、磁気バネ部５ａ、５ｂ、連結バネ部５ｃ、フレーム１０、天板１１、磁石取付け用上板１２、中板１３（１）、１３（２）、磁石取付け用下板１４、底板１５、および周波数調整機構部１６を備えて構成されている。
先の図７では、可動部が１段として構成されていたが、図１では、可動部が２段として構成されており、１段目の構成には添字「（１）」を付しており、２段目の構成には添字「（２）」を付して、区別している。すなわち、図１の構成においては、永久磁石１ａ、１ｂとガイド棒４ａ、４ｂからなる可動部、およびコイルが、２段構成となっている点が、先の図７の構成とは異なっている。
基本的な動作は、先の図７の構成による動作と同じであるが、可動部を２段としたことにより、２段の可動部を連結するための連結バネ部５ｃを設けている点が異なっており、この連結バネ部５ｃの動作を中心に、以下に説明する。
図１においては、可動部を２段としたことで、それぞれの可動部を連結バネ部５ｃにより接続している。ここで、連結バネ部５ｃとしては、磁気バネ部５ａ、５ｂと同様に、一対の磁石により構成することができるが、一般の巻バネを用いることもできる。このようにして、本実施の形態１では、複数の可動部が固定で連結されているのではなく、伸縮可能なバネ（磁気バネあるいは巻バネ）を介して連結されている。
そこで、バネを介して複数の可動部を連絡した場合に得られる優れた効果について、複数の可動部を固定で連結した場合と対比しながら、図面を用いて、詳細に説明する。なお、以下の説明では、説明を簡略化するために、複数の可動部が２つである場合を具体例として挙げている。
図２は、２つの可動部を固定で連結した場合の模式図である。図２における各符号は、以下の内容を示している。
Ｋ１：１段目の可動部のバネ定数
Ｃ１：１段目の可動部の減衰係数
Ｍ１：１段目の可動部の質量
Ｋ２：２段目の可動部のバネ定数
Ｃ２：２段目の可動部の減衰係数
Ｍ２：２段目の可動部の質量
Ｋ１：１段目の可動部のバネ定数
Ｃ１：１段目の可動部の減衰係数
Ｍ１：１段目の可動部の質量
Ｋ２：２段目の可動部のバネ定数
Ｃ２：２段目の可動部の減衰係数
Ｍ２：２段目の可動部の質量
図２に示すように、複数の可動部が固定で連結されている場合には、１つに連結された可動部と見なすことができ、共振周波数は、Ｋ１＋Ｋ２、Ｃ１＋Ｃ２、Ｍ１＋Ｍ２により決定される１つの周波数となる。図３は、図２の構成の振動発電機による出力電圧の周波数特性を示す図である。この図３に示すように、出力電圧の周波数特性は、図２の構成の振動発電機では広帯域化を実現することはできない。
一方、図４は、本発明の実施の形態１における振動発電機において、２つの可動部をバネで連結した場合の模式図である。図４における各符号は、以下の内容を示している。
Ｋ１：１段目の可動部のバネ定数
Ｃ１：１段目の可動部の減衰係数
Ｍ１：１段目の可動部の質量
Ｋ２：２段目の可動部のバネ定数
Ｃ２：２段目の可動部の減衰係数
Ｍ２：２段目の可動部の質量
Ｋ３：連結バネ部５ｃの働きによるバネ定数
Ｃ３：連結バネ部５ｃの働きによる減衰係数
Ｋ１：１段目の可動部のバネ定数
Ｃ１：１段目の可動部の減衰係数
Ｍ１：１段目の可動部の質量
Ｋ２：２段目の可動部のバネ定数
Ｃ２：２段目の可動部の減衰係数
Ｍ２：２段目の可動部の質量
Ｋ３：連結バネ部５ｃの働きによるバネ定数
Ｃ３：連結バネ部５ｃの働きによる減衰係数
図４に示すように、複数の可動部が連結バネ部５ｃを介して連結されている場合には、全体としては、１段目の可動部と２段目の可動部の個々の固有振動数の特性を合成したような応答特性となる。すなわち、複数の可動部は、連結バネ部５ｃで結合されているので、それぞれの可動部は、他の可動部の共振周波数でも加振され、発電することができる形となる。
図５、図６は、本発明の実施の形態１において、２つの可動部を連結バネ部５ｃを介して連結した際の、出力電圧の周波数特性を示す図である。図５と図６では、１段目の可動部と２段目の可動部のそれぞれについて調整した個別の共振周波数が異なっており、以下のような具体例としての特性を示している。
図５の条件：１段目の可動部の共振周波数 ２１．５Ｈｚ
２段目の可動部の共振周波数 ２７．３Ｈｚ
図６の条件：１段目の可動部の共振周波数 １９．５Ｈｚ
２段目の可動部の共振周波数 ２５．５Ｈｚ
図５の条件：１段目の可動部の共振周波数 ２１．５Ｈｚ
２段目の可動部の共振周波数 ２７．３Ｈｚ
図６の条件：１段目の可動部の共振周波数 １９．５Ｈｚ
２段目の可動部の共振周波数 ２５．５Ｈｚ
図３と図５、図６とを比較すると、たとえば、６ｍＷ以上の出力が得られるのは図３では１８Ｈｚから２５Ｈｚの間の約７Ｈｚであるのに対し、図５では、１６Ｈｚから３０Ｈｚの間の約１４Ｈｚ、図６では、１５Ｈｚから２８Ｈｚの間の約１３Ｈｚと広帯域化が実現できている。このように、複数の可動部が連結バネ部５ｃを介して連結されている図１の構成を採用することにより、所望の発電効率を得ることができる周波数範囲を、従来よりも広帯域化できることがわかる。すなわち、それぞれが異なる共振周波数に設定された複数の可動部を組み合わせることで、広帯域化が実現できる。
この結果、色々な周波数の振動源に対応可能な振動発電機が実現できる。さらに、振動源に複数の周波数の振動が混在した場合にも、所望の出力電圧を発電することが可能な振動発電機が実現できる。
以上のように、実施の形態１によれば、板バネを用いた振動発電機として、振動方向の両端部に、ギャップ長を調整可能な磁気バネ部を備えた構成とともに、複数の可動部をバネで連結する構成を実現している。この結果、用途に応じた所望の共振周波数を得るために、複数の可動部の共振周波数を個別設定して、所望の発電効率を得ることができる周波数範囲を広帯域化することができる。従って、振動源の固有振動が変動するような環境においても、出力電圧が極端に低下してしまうことを抑制でき、振動発電機の適用範囲を広げることが可能となる。
なお、本発明の振動発電機の具体的な構成について、図１を用いて説明したが、本発明は、この構成に限定されるものではない。上述した第１の特徴と第２の特徴を兼ね備えた構成が実現できれば、同様の優れた効果を得ることができる。
Claims (2)
- 円柱あるいは円筒形で構成された永久磁石と、
前記永久磁石の外周に、間隔を有して固定配置されるコイルと、
前記永久磁石の前記軸方向の両端部にガイド棒を介して設けられ、それぞれが一対の磁石として構成される２つの磁気バネ部と、
前記２つの磁気バネ部のそれぞれにおける前記一対の磁石の磁石間距離を調整可能な調整機構部と、
前記永久磁石の前記軸方向の両端部に設けられた前記ガイド棒にそれぞれ接続され、前記永久磁石および前記ガイド棒からなる可動部が、前記軸方向と直交する平面内で横揺れすることを抑制する２つの板バネと
を備え、前記永久磁石が軸方向に振動することによる、前記永久磁石と前記コイルとの相対運動によって発電する振動発電機であって、
前記永久磁石および前記ガイド棒で構成される前記可動部を複数有し、
それぞれの可動部を、伸縮可能なバネ材により前記軸方向に沿って連結する連結バネ部
をさらに備え、
複数の可動部のそれぞれは、前記連結バネ部の選定、および前記調整機構部による前記２つの磁気バネ部の磁極間距離の調整により、共振周波数が個別設定される
振動発電機。 - 請求項１に記載の振動発電機において、
前記連結バネ部は、一対の磁石として構成される磁気バネ部である
振動発電機。
Priority Applications (2)
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|---|---|---|---|
| JP2016508394A JP6182258B2 (ja) | 2014-03-19 | 2014-03-19 | 振動発電機 |
| PCT/JP2014/057524 WO2015140958A1 (ja) | 2014-03-19 | 2014-03-19 | 振動発電機 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PCT/JP2014/057524 WO2015140958A1 (ja) | 2014-03-19 | 2014-03-19 | 振動発電機 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO2015140958A1 true WO2015140958A1 (ja) | 2015-09-24 |
Family
ID=54143965
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PCT/JP2014/057524 WO2015140958A1 (ja) | 2014-03-19 | 2014-03-19 | 振動発電機 |
Country Status (2)
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| JP (1) | JP6182258B2 (ja) |
| WO (1) | WO2015140958A1 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2021078497A1 (en) * | 2019-10-23 | 2021-04-29 | Revibe Energy Ab | Magnet enabled power generator |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007121380A2 (en) * | 2006-04-13 | 2007-10-25 | Ciiis, Llc | Motion-specific power generator unit and method of generating power using same |
| JP2012249442A (ja) * | 2011-05-27 | 2012-12-13 | Onkyo Corp | 振動発電機 |
| JP2013055714A (ja) * | 2011-08-31 | 2013-03-21 | Brother Ind Ltd | 振動発電機 |
-
2014
- 2014-03-19 WO PCT/JP2014/057524 patent/WO2015140958A1/ja active Application Filing
- 2014-03-19 JP JP2016508394A patent/JP6182258B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| JPWO2015140958A1 (ja) | 2017-04-06 |
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