(57)【要約】【課題】上下方向に振動させる場合の移動量が小さい場合でも、良好な発電効率を実現することが可能な振動発電機を提供する。【解決手段】振動発電機１は、筒状部材１１と、筒状部材１１の周壁に沿って巻回された第一コイル２１と、筒状部材１１の内側を、筒状部材１１の軸線方向に沿って往復移送可能に設けられ、永久磁石３１を備えたた可動子３０と、筒状部材１１の一端に設けられ、往復移動する可動子３０に接触して衝撃を吸収するコイルばね４１を備える。コイルばね４１に可動子３０が接触した状態で、磁石端部３１Ａ、巻回端部２１１、および巻回中央部２１２を、軸線方向に平行な面に投影したときに、巻回端部２１１と巻回中央部２１２との間のいずれかの位置に磁石端部３１Ａが配置されるように、第一コイル２１が筒状部材１１に巻回されている。【選択図】図４
2014050204.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状部材と、
前記筒状部材の周壁に沿って巻回された第一コイルと、
前記筒状部材の内側を、前記筒状部材の軸線方向に沿って往復移送可能に設けられ、永久磁石を備えた可動子と、
前記筒状部材の一端に設けられ、往復移動する前記可動子に接触して衝撃を吸収する緩衝部材と、
を備えた振動発電機であって、
前記緩衝部材に前記可動子が接触した状態での前記永久磁石の前記緩衝部材と近接する側と反対側の端部である磁石端部、前記筒状部材の周壁のうち前記第一コイルが巻回された領域である巻回領域の前記緩衝部材に近接する側の端部である巻回端部、および、前記巻回領域の前記軸線方向の略中央である巻回中央部を、前記軸線方向に平行な面に投影したときに、前記巻回端部と前記巻回中央部との間のいずれかの位置に前記磁石端部が配置されるように、前記第一コイルが前記筒状部材に巻回されたことを特徴とする振動発電機。
【請求項２】
筒状部材と、
前記筒状部材の周壁に沿って巻回され、前記筒状部材の軸線方向に並べられた複数の分割コイルを備えた第一コイルと、
前記筒状部材の内側を、前記軸線方向に沿って往復移送可能に設けられ、着磁方向を前記軸線方向に向けた状態で前記軸線方向に並べられた複数の単位永久磁石を有する永久磁石を備えた可動子と、
前記筒状部材の一端に設けられ、往復移動する前記可動子に接触して衝撃を吸収する緩衝部材と、
を備えた振動発電機であって、
前記複数の単位永久磁石は、隣接する二つの単位永久磁石の近接部分で同極同士が対向配置された構造である同極対向構造を有し、
前記緩衝部材に前記可動子が接触した状態での前記永久磁石の前記緩衝部材から離れた側の端部である磁石端部、前記複数の分割コイルのうち前記緩衝部材から離れた側の端部に並べられた分割コイルが巻回された前記筒状部材の周壁の領域である巻回領域の前記緩衝部材に近接する側の端部である巻回端部、および、前記巻回領域の前記軸線方向の略中央である巻回中央部を、前記軸線方向に平行な面に投影したときに、前記巻回端部と前記巻回中央部との間のいずれかの位置に前記磁石端部が配置されるように、前記第一コイルが前記筒状部材に巻回されたことを特徴とする振動発電機。
【請求項３】
前記緩衝部材は、ばねを備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の振動発電機。
【請求項４】
前記第一コイルとは異なる第二コイルを備え、
前記第二コイルは、前記筒状部材の前記軸線方向略中央に巻回され、
前記第一コイルは、前記軸線方向の位置が前記第二コイルよりも前記緩衝部材側に巻回されたことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の振動発電機。
【請求項５】
前記ばねは、
同心円状に配置された、径と長さの異なる複数の分割ばねを備えたことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の振動発電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動によって発電する振動発電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、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振動発電機が知られている（例えば特許文献１参照）。このような振動発電機では、例えば、コイルが巻回された筒状部材内を永久磁石が振動することで、コイルに磁束の変化に伴う誘導電流が発生するようになっており、この発生した誘導電流を外部負荷に供給できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】実開昭５９−４４１８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載された振動発電機を上下方向に振動させて使用する場合であって、振動方向の移動量が小さい場合、永久磁石は筒状部材の下方部分でのみ振動し、筒状部材の略中央に巻回されたコイルの内側を通過しない。従って振動発電機の発電量が低下するという問題点がある。
【０００５】
本発明の目的は、上下方向に振動させる場合の移動量が小さい場合でも、大きな場合でも、良好な発電効率を実現することが可能な振動発電機を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第一態様に係る振動発電機は、筒状部材と、前記筒状部材の周壁に沿って巻回された第一コイルと、前記筒状部材の内側を、前記筒状部材の軸線方向に沿って往復移送可能に設けられ、永久磁石を備えた可動子と、前記筒状部材の一端に設けられ、往復移動する前記可動子に接触して衝撃を吸収する緩衝部材とを備えた振動発電機であって、前記緩衝部材に前記可動子が接触した状態での前記永久磁石の前記緩衝部材と近接する側と反対側の端部である磁石端部、前記筒状部材の周壁のうち前記第一コイルが巻回された領域である巻回領域の前記緩衝部材に近い側の端部である巻回端部、および、前記巻回領域の前記軸線方向の略中央である巻回中央部を、前記軸線方向に平行な面に投影したときに、前記巻回端部と前記巻回中央部との間のいずれかの位置に前記磁石端部が配置されるように、前記第一コイルが前記筒状部材に巻回されたことを特徴とする。
【０００７】
第一態様によれば、緩衝部材を下側に向けた状態で振動発電機を振動させた場合、上下方向の移動量が小さい場合でも、永久磁石は第一コイル内を確実に通過する。可動子が筒状部材内を下方に移動して緩衝部材に接触した時、永久磁石は第一コイル内を通過中であるか又は通過直後の状態となっている。また、可動子が緩衝部材に接触する直前に、永久磁石の速度は最も速くなっている。従って第一コイルには大きな電流が誘起する。このため振動発電機は、上下方向に振動させる場合の移動量が小さい場合でも、良好な発電効率を実現することが可能となる。
【０００８】
本発明の第二態様に係る振動発電機は、筒状部材と、前記筒状部材の周壁に沿って巻回され、前記筒状部材の軸線方向に並べられた複数の分割コイルを備えた第一コイルと、前記筒状部材の内側を、前記軸線方向に沿って往復移送可能に設けられ、着磁方向を前記軸線方向に向けた状態で前記軸線方向に並べられた複数の単位永久磁石を有する永久磁石を備えた可動子と、前記筒状部材の一端に設けられ、往復移動する前記可動子に接触して衝撃を吸収する緩衝部材とを備えた振動発電機であって、前記複数の単位永久磁石は、隣接する二つの単位永久磁石の近接部分で同極同士が対向配置される構造である同極対向構造を有し、前記緩衝部材に前記可動子が接触した状態での前記永久磁石の前記緩衝部材から離れた側の端部である磁石端部、前記複数の分割コイルのうち前記緩衝部材から離れた側の端部に並べられた分割コイルが巻回された前記筒状部材の周壁の領域である巻回領域の前記緩衝部材に近い側の端部である巻回端部、および、前記巻回領域の前記軸線方向の略中央である巻回中央部を、前記軸線方向に平行な面に投影したときに、前記巻回端部と前記巻回中央部との間のいずれかの位置に前記磁石端部が配置されるように、前記第一コイルが前記筒状部材に巻回されたことを特徴とする。
【０００９】
第二態様によれば、緩衝部材を下側に向けた状態で振動発電機を振動させた場合、上下方向の移動量が小さい場合でも、単位永久磁石は分割コイル内を確実に通過する。可動子が筒状部材内を下方に移動して緩衝部材に接触した時、単位永久磁石は分割コイル内を通過中であるか又は通過直後の状態となっている。また、可動子が緩衝部材に接触する直前に、単位永久磁石の速度は最も速くなっている。従って分割コイルには大きな電流が誘起する。このため振動発電機は、上下方向に振動させる場合の移動量が小さい場合でも、良好な発電効率を実現することが可能となる。
【００１０】
第一態様および第二態様において、前記緩衝部材はばねを備えてもよい。
【００１１】
第一態様および第二態様において、前記第一コイルとは異なる第二コイルを備え、前記第二コイルは、前記筒状部材の前記軸線方向略中央に巻回され、前記第一コイルは、前記軸線方向の位置が前記第二コイルよりも前記緩衝部材側に巻回されてもよい。
【００１２】
第一態様および第二態様において、前記ばねは、同心円状に配置された、径と長さの異なる複数の分割ばねを備えてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】振動発電機１の内部構造を示す側面図である。
【図２】ばね４１の側面図である。
【図３】分割ばね４１１、４１２の側面図である。
【図４】振動発電機１の下側を拡大した図である。
【図５】永久磁石３１および第一コイル２１の位置関係と、誘導電流との関係を示す図である。
【図６】振動発電機１０の内部構造を示す図である。
【図７】振動発電機１０の下側を拡大した図である。
【図８】振動発電機１の下側を拡大した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
＜第一実施形態＞
本発明の第一実施形態における振動発電機１について、図１を参照して説明する。図１の上側および下側を、振動発電機１の上側および下側という。振動発電機１は筐体１２を備える。筐体１２の形状は円筒形である。筐体１２の軸線方向は上下方向を向く。筐体１２の軸線方向の両端は開口する。筐体１２の開口部に壁部１３Ａ、１３Ｂ（以下、総称して「壁部１３」ともいう。）が設けられる。壁部１３Ａは筐体１２の上端の開口部を覆う。壁部１３Ｂは筐体１２の下端の開口部を覆う。筐体１２および壁部１３の材料として、樹脂（ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂）等の非磁性体材料が使用できる。
【００１５】
筐体１２および壁部１３で囲まれた空間に筒状部材１１が収容される。筒状部材１１の形状は円筒形である。筒状部材１１の内径は、筐体１２の内径の略１／３である。筒状部材１１と筐体１２とは、軸線方向が一致する。筒状部材１１と筐体１２とは、軸線方向の長さが略同一である。筒状部材１１の軸線方向の両端は開口する。壁部１３Ａは、筒状部材１１の上端の開口部に接触し、該開口部を覆う。壁部１３Ｂは、筒状部材１１の下端の開口部に接触し、該開口部を覆う。筒状部材１１の材料として、樹脂（アセタール樹脂、液晶ポリマー樹脂）等の非磁性体材料が使用できる。
【００１６】
筒状部材１１の内側に可動子３０が収容される。可動子３０は、筒状部材１１内を軸線方向に沿って往復移動可能である。可動子３０は永久磁石３１を備える。永久磁石３１の形状は円柱形である。永久磁石３１の外径は、筒状部材１１の内径と比較して僅かに小さい。永久磁石３１と筒状部材１１とは、軸線方向が一致する。永久磁石３１の軸線方向の長さは、筒状部材１１の軸線方向の長さの略１／６である。永久磁石３１は、一対の磁極を有する。永久磁石３１は軸線方向に着磁する。永久磁石３１の上端部はＳ極に着磁し、下端部はＮ極に着磁する。
【００１７】
なお、筒状部材１１、筐体１２、および可動子３０の永久磁石３１の形状は変更できる。例えば、筒状部材１１および筐体１２の形状は、楕円筒形状、四角筒等その他の多角筒形状であってもよい。筐体１２の材料は、漏れ磁場の抑制を積極的に行うためには鉄やステンレス等の磁性体材料が好ましいが、漏れ磁場の抑制を積極的に行わなくてもよい場合、非磁性体であってもよい。この場合、銅、アルミニウム、真鍮等の金属であってもよい。永久磁石３１の形状は円柱形に限定されないが、筒状部材１１内と同一の断面形状を有していることが望ましい。
【００１８】
筒状部材１１の下端部の内側にコイルばね４１が設けられる。コイルばね４１は、筒状部材１１の軸線方向と同一方向に弾性力を有する圧縮ばねである。コイルばね４１の下端は、壁部１３Ｂに接続する。コイルばね４１は、可動子３０が筒状部材１１内の下側に移動した際に可動子３０に接触し、接触時の衝撃を吸収する。またコイルばね４１は、可動子３０による衝撃を吸収することによって収縮した場合、元の長さに戻ろうとする反発力によって、可動子３０に上向きの力を与える。
【００１９】
図２および図３に示すように、コイルばね４１は分割ばね４１１、４１２を備える。分割ばね４１２は分割ばね４１１の内部に配置される。コイルばね４１を軸線方向から見た場合、分割ばね４１１、４１２は同心円状に配置される。分割ばね４１１と分割ばね４１２とは、軸線方向が一致する。
【００２０】
図３に示すように、分割ばね４１１は、上座金部４１１Ａ、下座金部４１１Ｂ、および有効部４１１Ｃを備える。上座金部４１１Ａは、分割ばね４１１の上端部に配置する螺旋状の金属線である。下座金部４１１Ｂは、分割ばね４１１の下端部に配置する螺旋状の金属線である。有効部４１１Ｃは、上座金部４１１Ａと下座金部４１１Ｂとの間に接続された螺旋状の金属線である。上座金部４１１Ａの径と有効部４１１Ｃの径とは略同一である。上座金部４１１Ａおよび有効部４１１Ｃの径は、下座金部４１１Ｂの径よりも小さい。分割ばね４１２は、上座金部４１２Ａ、下座金部４１２Ｂ、および有効部４１２Ｃを備える。上座金部４１２Ａは、分割ばね４１２の上端部に配置する螺旋状の金属線である。下座金部４１２Ｂは、分割ばね４１２の下端部に配置する螺旋状の金属線である。有効部４１２Ｃは、上座金部４１２Ａと下座金部４１２Ｂとの間に接続された螺旋状の金属線である。上座金部４１２Ａの径と有効部４１２Ｃの径とは略同一である。上座金部４１２Ａおよび有効部４１２Ｃの径は、下座金部４１２Ｂの径よりも小さい。
【００２１】
上座金部４１２Ａおよび有効部４１２Ｃの径は、上座金部４１１Ａおよび有効部４１１Ｃの径よりも小さい。下座金部４１２Ｂの径と下座金部４１１Ｂの径とは略同一である。分割ばね４１１、４１２に力が加わっていない状態で、分割ばね４１１の軸線方向の長さは、分割ばね４１２の軸線方向の長さよりも長い。分割ばね４１１、４１２は、下座金部４１１Ｂ、４１２Ｂを壁部１３Ｂに接触させた状態で、筒状部材１１の内側に設けられる。分割ばね４１１の上座金部４１１Ａは、分割ばね４１２の上座金部４１２Ａよりも上側に配置される。筒状部材１１及び壁部１３Ｂは、下座金部４１１Ｂ、４１２Ｂを上下方向から挟む。これによって、分割ばね４１１、４１２を容易に固定することが可能である。分割ばね４１２のバネ定数は、分割ばね４１１のバネ定数よりも大きい。
【００２２】
分割ばね４１１は、可動子３０の小さな運動エネルギーを保存し、分割ばね４１２は、可動子３０による大きな運動エネルギーを保存する。例えば可動子３０の振動方向の移動量が小さい場合、可動子３０の運動エネルギーは小さく、可動子３０がコイルばね４１に接触した際の衝撃は小さい。この場合、分割ばね４１１が可動子３０に接触し、可動子３０の全ての運動エネルギーを保存する。分割ばね４１１の収縮は僅かであるため、可動子３０は分割ばね４１２に接触しない。一方、可動子３０の振動方向の移動量が大きい場合、可動子３０の運動エネルギーは大きく、可動子３０がコイルばね４１に接触した際の衝撃は大きい。この場合、分割ばね４１１は大きく収縮し、可動子３０は分割ばね４１２に接触する。分割ばね４１２のバネ定数は分割ばね４１１よりも大きいため、分割ばね４１２は、可動子３０が接触した際の大きな運動エネルギーを保存できる。
【００２３】
図１に示すように、筒状部材１１の周壁に沿って、第一コイル２１および第二コイル２２が巻回される。以下、第一コイル２１および第二コイル２２を総称し、「コイル２０」ともいう。コイル２０は、筒状部材１１の軸線方向と直交する方向に巻回される。筒状部材１１の周壁のうち、第一コイル２１が巻回された領域２１５の軸線方向の長さと、第二コイル２２が巻回された領域２２５の軸線方向の長さとは略等しい。筒状部材１１の周壁のうち、第一コイル２１および第二コイル２２が巻回された其々の領域２１５、２２５の軸線方向の長さと、永久磁石３１の軸線方向の長さとは略等しい。以下、筒状部材１１の周壁のうちコイルが巻回された領域を、「巻回領域」という。
【００２４】
第二コイル２２が巻回された巻回領域２２５の軸線方向中央の位置Ｐ１は、筒状部材１１の軸線方向略中央の位置に配置される。筒状部材１１の上端から位置Ｐ１までの長さＬ１と、筒状部材１１の下端から位置Ｐ１までの長さＬ２とは略等しい。第一コイル２１が巻回された巻回領域２１５は、第二コイル２２が巻回された巻回領域２２５に対して軸線方向の下側、即ち、コイルばね４１に近い側に配置される。第一コイル２１が巻回された巻回領域２１５の上端と、第二コイル２２が巻回された巻回領域２２５の下端とは、軸線方向に離隔する。第一コイル２１と第二コイル２２とは、軸線方向に離隔する。
【００２５】
図４に示すように、可動子３０が筒状部材１１内を下側に移動し、可動子３０の下端部、即ち、永久磁石３１の軸線方向の端部（以下「磁石端部」という。）のうち下端側である磁石端部３１Ｂが、コイルばね４１の上端に接触した場合を想定する。この場合、永久磁石３１の上端側の磁石端部３１Ａの軸線方向の位置Ｑ１は、第一コイル２１が巻回された巻回領域２１５の軸線方向の下端部、即ち、巻回領域２１５のコイルばね４１に近い側の端部（以下、「巻回端部」ともいう。）２１１の位置Ｑ３よりも上側、且つ、第一コイル２１が巻回された巻回領域２１５の軸線方向中央（以下、「巻回中央部」ともいう。）２１２の位置Ｑ２よりも僅かに下側に配置される。磁石端部３１Ａ、巻回端部２１１、および、巻回中央部２１２を、軸線方向に平行な仮想平面に投影したとき、磁石端部３１Ａは、巻回端部２１１と巻回中央部２１２との間の位置に配置される。
【００２６】
振動発電機１の発電動作について、図１および図４を参照して説明する。ユーザは、筐体１２の軸線方向が上下方向を向き、且つ、壁部１３Ａが壁部１３Ｂに対して上側に配置された状態で、上下方向に振動する振動体（例えば自動車など）に振動発電機１を固定する。可動子３０は重力によって下方に移動し、コイルばね４１上に載置される（図４参照）。可動子３０の下端部、即ち、永久磁石３１の磁石端部３１Ｂは、コイルばね４１の上端に接触する。振動体が上下方向に振動することに伴い、振動発電機１は、軸線方向に振動する。可動子３０と筒状部材１１との摩擦力、および、可動子３０がコイルばね４１と衝突する力などを介して、運動エネルギーが可動子３０に伝達される。可動子３０は、筒状部材１１内を軸線方向に沿って上下方向に往復移動する。
【００２７】
振動体の上下方向の移動量が小さい場合、可動子３０は筒状部材１１の内側の下方付近を上下方向に僅かに移動する。コイルばね４１に接触した状態の可動子３０のうち永久磁石３１の少なくとも一部は、第一コイル２１が巻回された巻回領域２１５内に配置されるので、可動子３０の上下方向の移動量が小さい場合でも、永久磁石３１は第一コイル２１に覆われた空間を出入りする。一方、永久磁石３１は第二コイル２２に覆われた空間を出入りしない。第一コイル２１内の空間を永久磁石３１が通過する際、永久磁石３１が発する磁束が、第一コイル２１を直交する。これによって、第一コイル２１に誘導電流が発生する。永久磁石３１が第一コイル２１内の空間への出入りを繰り返すことで、第一コイル２１に交流電流が発生する。
【００２８】
一方、振動体の上下方向の移動量が大きい場合、可動子３０は筒状部材１１の内側を上下方向全体に大きく移動する。可動子３０の永久磁石３１は、第一コイル２１および第二コイル２２に覆われた空間を出入りし、第一コイル２１および第二コイル２２に誘導電流が発生する。永久磁石３１が第一コイル２１および第二コイル２２内の空間への出入りを繰り返すことで、第一コイル２１および第二コイル２２に交流電流が発生する。
【００２９】
コイル２０に発生した交流電流は、コイル２０に接続された配線を介して、図示外の整流器に伝達される。整流器では、交流電流の全波整流が行われる。整流器で整流された電流は、図示外の定電圧回路によって定電圧化された後、図示外の電極を介して外部に出力される。外部に出力された電流は、外部装置の負荷に供給される。外部装置は、供給された電流によって駆動される。
【００３０】
図５は、可動子３０の永久磁石３１が下方向に移動する場合に第一コイル２１に発生する誘導電流の大きさを示している。第一コイル２１が巻回された巻回領域２１５の内側に永久磁石３１が進入していない状態（時間ｔ０）では、第一コイル２１に発生する誘導電流は低く、０に等しい。永久磁石３１が下方向に移動し、巻回領域２１５の内側に永久磁石３１が進入すると、第一コイル２１に発生する誘導電流が増加する。永久磁石３１の下端部（磁石端部３１Ｂ（図４参照））の軸線方向の位置と、巻回領域２１５の軸線方向中央（巻回中央部２１２（図４参照））の軸線方向の位置Ｑ２とが一致した状態（時間ｔ１）で、第一コイル２１に発生する誘導電流は正方向に最大になる。
【００３１】
さらに永久磁石３１か下方向に移動すると、第一コイル２１に発生する誘導電流は減少し始める。そして、永久磁石３１の下端部（磁石端部３１Ｂ）の軸線方向の位置と、巻回領域２１５の下端部（巻回端部２１１（図４参照））の軸線方向の位置Ｑ３とが一致し、且つ、永久磁石３１の上端部（磁石端部３１Ａ（図４参照））の軸線方向の位置Ｑ１と、巻回領域２１５の上端部の軸線方向の位置とが一致した状態（時間ｔ２）で、第一コイル２１に発生する誘導電流は再び０になる。
【００３２】
さらに永久磁石３１か下方向に移動すると、第一コイル２１に発生する誘導電流は増加し始める。そして、永久磁石３１の上端部（磁石端部３１Ａ）の軸線方向の位置Ｑ１と、巻回領域２１５の軸線方向中央（巻回中央部２１２）の軸線方向の位置Ｑ２とが一致した状態（時間ｔ３）で、第一コイル２１に発生する誘導電流は負方向に最大になる。
【００３３】
なお永久磁石３１は、時間ｔ３の直後にコイルばね４１に接触し、下方向への移動が規制され、下方向への移動は停止する。このため振動発電機１では、永久磁石３１と第一コイル２１との位置関係は、図５における時間ｔ４の状態にはならない。なお時間ｔ４の状態は、変形例（図８参照）を説明する場合に参照する。
【００３４】
従って、可動子３０の下方向への移動がコイルばね４１によって規制され、移動が停止する直前で、第一コイル２１には大きな誘導電流が発生する。また、可動子３０が下方向に移動してコイルばね４１に接触するまでの間、可動子３０は徐々に加速するので、可動子３０がコイルばね４１に接触する直前で、可動子３０の速度は最も速くなる。第一コイル２１に発生する誘導電流は、永久磁石３１の速度に比例して大きくなるため、可動子３０がコイルばね４１に接触する直前で、第一コイル２１に発生する誘導電流は更に大きくなる。このように振動発電機１は、コイルばね４１に可動子３０が接触した状態での永久磁石３１と第一コイル２１との位置関係を調整することによって、第一コイル２１に誘導電流を効率的に発生させている。
【００３５】
以上説明したように、振動発電機１では、筒状部材１１の一端側の近傍に第一コイル２１が設けられているので、第一コイル２１が設けられた側を下側に向けた状態で振動発電機１を振動させた場合、可動子３０の上下方向の移動量が小さい場合でも、永久磁石３１は第一コイル２１内を確実に通過する。このため振動発電機１は、上下方向に振動する場合の移動量が小さい場合でも、良好な発電効率を実現することが可能となる。
【００３６】
また振動発電機１では、筒状部材１１の軸線方向略中央に第二コイル２２が設けられているので、可動子３０の上下方向の移動量を大きくした場合、第一コイル２１だけでなく第二コイル２２内を永久磁石３１が通過する。従って振動発電機１は、上下方向の移動量の大小に関わらず、良好な発電効率を実現することができる。
【００３７】
なお振動発電機１では、第一コイル２１と第二コイル２２との間を離隔させており、筒状部材１１の周壁全域に亙ってコイルは巻回されない。このため、良好な発電効率を実現しつつ、コイルの全長を短くすることができるので、振動発電機１のコストを抑制できる。また、コイルの全長が長くなることによってコイルの内部抵抗が増大し、発電効率が悪化することを抑止できる。
【００３８】
また振動発電機１は、コイルばね４１を備えているので、可動子３０の移動による衝撃を効果的に和らげることができる。またコイルバネ４１は、可動子３０に振動方向の力を与えることができるので、振動発電機１の発電効率をさらに向上させることができる。
【００３９】
さらに、コイルばね４１は分割ばね４１１、４１２を備えているので、可動子３０の振動時の移動量の大小に関わらず、可動子３０がコイルばね４１に接触した際の衝撃を効果的に和らげることができる。
【００４０】
＜第二実施形態＞
図６および図７を参照し、本発明の第二実施形態における振動発電機１０について説明する。振動発電機１０は、第一実施形態における振動発電機１の可動子３０の代わりに可動子３５を備える。また、第一コイル２１の代わりに第一コイル２６を備える。また、第二コイル２２の代わりに第二コイル５６を備える。他の構成は振動発電機１と同一であるので、説明を省略する。
【００４１】
可動子３５は永久磁石３６を備える。永久磁石３６は単位永久磁石３７、３８を備える。単位永久磁石３７、３８の形状は等しく、円柱形である。単位永久磁石３７、３８の外径は、筒状部材１１の内径と比較して僅かに小さい。単位永久磁石３７、３８の軸線方向と、筒状部材１１の軸線方向とは一致する。単位永久磁石３７、３８の軸線方向の長さは等しい。単位永久磁石３７、３８は、其々、軸線方向に着磁されている。単位永久磁石３７、３８は軸線方向に並んでいる。単位永久磁石３７は単位永久磁石３８の上側に配置される。単位永久磁石３７の上側および単位永久磁石３８の下側は、Ｎ極に着磁される。単位永久磁石３７の下側および単位永久磁石３８の上側は、Ｓ極に着磁される。単位永久磁石３７の下端と単位永久磁石３８の上端とは接触する。単位永久磁石３７のＳ極と、単位永久磁石３８のＳ極とは対向配置されている。永久磁石３６は、単位永久磁石３７、３８の同極同士を対向配置させることによって、周辺の磁束密度を高めている。以下、単位永久磁石の同極同士が対向配した構造を、「同極対向構造」という。
【００４２】
可動子３５は、永久磁石３６の軸線方向の上側に錘３９を備え、下側に錘４０を備える。錘３９、４０は、可動子３５の重量を大きくする為に設けられる。可動子３５の重量が大きくなることによって、可動子３５は振動発電機１０の振動時に往復移動し易くなる。錘３９、４０の材料として、真鍮、鉛、ステンレス等が使用できる。
【００４３】
筒状部材１１の周壁に沿って、第一コイル２６および第二コイル５６が巻回されている。第一コイル２６は、筒状部材１１の軸線方向の下側近傍に巻回される。第二コイル５６は、筒状部材１１の軸線方向略中央に巻回される。第一コイル２６および第二コイル５６は、筒状部材１１の軸線方向と直交する方向に巻回される。
【００４４】
第一コイル２６は、分割コイル２７、２８、２９を備える。分割コイル２７、２８、２９の其々が巻回された巻回領域２７５、２８５、２９５の軸線方向の長さは略等しい。巻回領域２７５、２８５、２９５の其々の軸線方向の長さと、単位永久磁石３７、３８の其々の軸線方向の長さとは略等しい。分割コイル２７、２８、２９は軸線方向に並んでいる。分割コイル２７の下側に分割コイル２８が配置され、分割コイル２８の下側に分割コイル２９が配置される。分割コイル２７、２８、２９は、隙間が空かないように隣接している。
【００４５】
第二コイル５６は、分割コイル５７、５８、５９を備える。分割コイル５７、５８、５９の其々が巻回された巻回領域５７５、５８５、５９５の軸線方向の長さは、其々、巻回領域２７５、２８５、２９５と略等しい。分割コイル５７、５８、５９は軸線方向に並んでいる。分割コイル５７の下側に分割コイル５８が配置され、分割コイル５８の下側に分割コイル５９が配置される。分割コイル５７、５８、５９は、隙間が空かないように隣接している。
【００４６】
なお、分割コイル２７、２８、２９間、および、分割コイル５７、５８、５９間に隙間が設けられてもよい。例えば分割コイル２７、２８、２９および分割コイル５７、５８、５９間はスペーサによって隔てられてもよい。
【００４７】
図７に示すように、可動子３５が筒状部材１１内を下側に移動し、可動子３５の下端部、即ち、錘４０の下端部４０Ｂが、コイルばね４１の上端に接触した場合を想定する。また、位置Ｑ４〜９を定義する。位置Ｑ４は、永久磁石３６におけるコイルばね４１から離れた側の端部、即ち、単位永久磁石３７、３８のうち、コイルばね４１から離れた側に配置される単位永久磁石３７の上端側の磁石端部３７Ａの軸線方向の位置を示す。位置Ｑ５は、分割コイル２７、２８、２９のうち、コイルばね４１から離れた側に配置される分割コイル２７が巻回された巻回領域２７５の軸線方向中央（巻回中央部）２７２の軸線方向の位置を示す。位置Ｑ６は、分割コイル２７、２８、２９のうち、コイルばね４１から離れた側に配置される分割コイル２７が巻回された巻回領域２７５の軸線方向の下端部、即ち、巻回領域２７５のコイルばね４１に近い側の端部（巻回端部）２７１の軸線方向の位置を示す。位置Ｑ７は、単位永久磁石３８の上端側の磁石端部３８Ａの軸線方向の位置を示す。位置Ｑ８は、分割コイル２８が巻回された巻回領域２８５の軸線方向中央（巻回中央部）２８２の軸線方向の位置を示す。Ｑ９は、分割コイル２８が巻回された巻回領域２８５の軸線方向の下端部（巻回端部）２８１の軸線方向の位置を示す。
【００４８】
位置Ｑ４は、位置Ｑ６よりも上側、且つ、位置Ｑ５よりも僅かに下側に配置される。磁石端部３７Ａ、巻回端部２７１、および、巻回中央部２７２を、軸線方向に平行な仮想平面に投影したとき、磁石端部３７Ａは、巻回端部２７１と巻回中央部２７２との間の位置に配置される。
【００４９】
振動発電機１０の発電動作について説明する。振動発電機１０が取り付けられた振動体が上下方向に振動することによって、振動発電機１０は上下方向に振動する。可動子３５は、筒状部材１１内を軸線方向に沿って上下方向に往復移動する。コイルばね４１に可動子３５が接触した状態で、単位永久磁石３７の少なくとも一部は、分割コイル２７が巻回された巻回領域２７５内に配置される。このため、可動子３５が筒状部材１１の内側の下方付近を上下方向に僅かに移動する場合でも、単位永久磁石３７は分割コイル２７に覆われた空間を出入りする。また、可動子３５の下方向への移動がコイルばね４１によって規制され、移動が停止する直前で、分割コイル２７には大きな誘導電流が発生する（図５参照）。さらに、可動子３５がコイルばね４１に接触する直前で、可動子３５の速度は最も速くなる。従って、可動子３５がコイルばね４１に接触する直前で、分割コイル２７に発生する誘導電流は更に大きくなる。
【００５０】
なお上述したように、分割コイル２７、２８、２９の其々が巻回された巻回領域２７５、２８５、２９５の軸線方向の長さと、単位永久磁石３７、３８の其々の軸線方向の長さとは略等しい。このため、位置Ｑ４〜６の関係と、位置Ｑ７〜９の関係とは同一になる。具体的には、位置Ｑ７は、位置Ｑ９よりも上側、且つ、位置Ｑ８よりも僅かに下側に配置される。コイルばね４１に可動子３５が接触した状態で、単位永久磁石３８の少なくとも一部は、分割コイル２８が巻回された巻回領域２８５内に配置される。従って、可動子３５が筒状部材１１の内側の下方付近を上下方向に僅かに移動する場合でも、単位永久磁石３８は分割コイル２８に覆われた空間を出入りする。また、可動子３５の下方向への移動が停止する直前で、分割コイル２８には大きな誘導電流が発生する（図５参照）。さらに、可動子３５がコイルばね４１に接触する直前で、可動子３５の速度は最も速くなる。従って、可動子３５がコイルばね４１に接触する直前で、分割コイル２８に発生する誘導電流は更に大きくなる。
【００５１】
以上説明したように、振動発電機１０では、振動発電機１と同様、可動子３５の上下方向の移動量が小さい場合でも、単位永久磁石３７は分割コイル２７内を確実に通過する。このため振動発電機１０は、上下方向に振動する場合の移動量が小さい場合でも、良好な発電効率を実現することが可能となる。さらに振動発電機１０では、永久磁石３６は、単位永久磁石３７、３８の同極同士が対向配置された同極対向構造を有している。従って、永久磁石３６の周辺の磁束を高めることができるので、振動発電機１０の発電効率を更に高めることができる。
【００５２】
なお本発明は上述の実施形態に限定されず、種々の変更が可能である。上述の第一実施形態では、可動子３０の永久磁石３１の磁石端部３１Ｂがコイルばね４１の上端に接触した状態で、位置Ｑ１は、位置Ｑ３よりも上側且つ位置Ｑ２よりも僅かに下側に配置された（図４参照）。これに対し、例えば図８に示すように、永久磁石３１の磁石端部３１Ｂがコイルばね４１の上端に接触した状態で、位置Ｑ１は、位置Ｑ３よりも僅かに上側且つ位置Ｑ２よりも下側に配置されてもよい。
【００５３】
上述のように永久磁石３１および第一コイル２１の配置が調整された場合、図５で永久磁石３１は、時間ｔ３の状態からさらに下方向に移動可能となる。永久磁石３１が時間ｔ３の状態からさらに下方向に移動すると、第一コイル２１に発生する誘導電流は減少する。そして、永久磁石３１の上端部（磁石端部３１Ａ（図４参照））の軸線方向の位置Ｑ１と、巻回領域２１５の下端部（（巻回端部２１１（図４参照））の軸線方向の位置Ｑ３とが一致した状態（時間ｔ４）の直前で、永久磁石３１はコイルバネ４１に接触し、下方向への移動が規制され、下方向への移動は停止する。第一コイル２１に発生する誘導電流は再び０になる。従って、可動子３０の下方向への移動がコイルばね４１によって規制され移動が停止するまでの間に、第一コイル２１には十分な量の誘導電流が発生する。従って振動発電機１は、良好な発電効率を実現することが可能となる。
【００５４】
さらには、位置Ｑ１は、位置Ｑ２と位置Ｑ３との略中央の位置に配置されてもよい。
【００５５】
また上述の第二実施形態では、可動子３５の錘４０の下端部４０Ｂがコイルばね４１の上端に接触した状態で、位置Ｑ４は、位置Ｑ６よりも上側且つ位置Ｑ５よりも僅かに下側に配置された（図７参照）。これに対し、例えば、可動子３５の錘４０の下端部４０Ｂがコイルばね４１の上端に接触した状態で、位置Ｑ４は、位置Ｑ６よりも僅かに上側且つ位置Ｑ５よりも下側に配置されてもよい。さらには、位置Ｑ４は、位置Ｑ５と位置Ｑ６との略中央の位置に配置されてもよい。
【００５６】
上述の第一実施形態では、永久磁石３１の磁石端部３１Ｂがコイルばね４１に接触した状態で、磁石端部３１Ａの軸線方向の位置Ｑ１を、巻回領域２１５の巻回中央部２１１の軸線方向の位置Ｑ２と巻回端部２１２の軸線方向の位置Ｑ３との関係に基づいて規定した。同様に第二実施形態では、可動子３５の錘４０の下端部４０Ｂがコイルばね４１に接触した状態で、単位永久磁石３７の磁石端３７Ａの軸線方向の位置Ｑ４を、巻回領域２７５の巻回中央部２７１の軸線方向の位置Ｑ５と巻回端部２７２の軸線方向の位置Ｑ６との関係に基づいて規定した。これに対して例えば第一実施形態において、永久磁石３１の自重によってコイルばね４１が収縮した状態で、位置Ｑ２と位置Ｑ３との間に位置Ｑ１が配置されるように、永久磁石３１および第一コイル２１の配置が調整されてもよい。同様に例えば第二実施形態において、可動子３５の自重によってコイルばね４１が収縮した状態で、位置Ｑ５と位置Ｑ６との間に位置Ｑ４が配置されるように、永久磁石３６（単位永久磁石３７、３８）および分割コイル２７の配置が調整されてもよい。
【００５７】
上述の第一実施形態および第二実施形態において、第二コイル２６、５６は設けられていなくてもよい。またコイルバネ４１は分割ばね４１２を備えていなくてもよい。
【００５８】
第一実施形態および第二実施形態において、筒状部材１１の両端にコイルばねを設けてもよい。また、コイルばね４１の代わりに別の緩衝部材を設けてもよい。別の緩衝部材として、ゴムやスポンジ等を使用してもよい。また、壁部１３Ｂの内側に永久磁石を設けてもよい。この永久磁石は、可動子３０、３５が備える永久磁石３１、３６の下端部の極性と逆極性が上側を向くように配置されてもよい。
【００５９】
なお、コイルばね４１が本発明の「緩衝部材」に相当する。
【符号の説明】
【００６０】
１、１０  振動発電機
１１    筒状部材
２０、２６    コイル
２１    第一コイル
２２    第二コイル
２７、２８、２９  分割コイル
３０    可動子
３１    永久磁石
３１Ａ  磁石端部
３１Ｂ  磁石端部
３５    可動子
３６    永久磁石
３７、３８  単位永久磁石
３７Ａ、３８Ａ  磁石端部
４１    コイルバネ
２１１  巻回端部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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