(57)【要約】【課題】  往復動を伴う振動による運動エネルギーを電力に変換する振動発電機に関し、小型の筐体であっても電力の変換効率に優れ、出力電圧を高めることができる振動発電機を提供する。【解決手段】  振動発電機は、２つ以上のコイルと、コイルがそれぞれ巻回される筒状の筐体と、筐体の両端にそれぞれ設けられる２つの固定体と、着磁された磁石を含んでそれぞれの固定体との間を筐体の内面に沿って往復動可能に設置される磁石体と、を備え、磁石体が、磁石の両端面にそれぞれ連結する２つのポールと、ポールにそれぞれ連結する２つの副磁石と、を有し、それぞれの固定体が、筐体の内面の側に、磁石体と接近可能に連結されて磁石体の副磁石との間で反発力を作用させる緩衝磁石を有し、それぞれのコイルが、磁石体のそれぞれのポールが往復動する範囲に対応して筐体にそれぞれ巻回される。【選択図】  図１
2011166893.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つ以上のコイルと、該コイルがそれぞれ巻回される筒状の筐体と、該筐体の両端にそれぞれ設けられる２つの固定体と、着磁された磁石を含んでそれぞれの該固定体との間を該筐体の内面に沿って往復動可能に設置される磁石体と、を備え、
該磁石体が、該磁石の両端面にそれぞれ連結する２つのポールと、該ポールにそれぞれ連結する２つの副磁石と、を有し、
それぞれの該固定体が、該筐体の該内面の側に、該磁石体と接近可能に連結されて該磁石体の該副磁石との間で反発力を作用させる緩衝磁石を有し、
それぞれの該コイルが、該磁石体のそれぞれのポールが往復動する範囲に対応して該筐体にそれぞれ巻回される、
振動発電機。
【請求項２】
前記磁石体の前記副磁石の前記ポールに連結する端面側の磁極性が、前記ポールを間に挟んで連結する前記磁石の端面側の磁極性と一致する、
請求項１に記載の振動発電機。
【請求項３】
３つ以上のコイルと、該コイルがそれぞれ巻回される筒状の筐体と、該筐体の両端にそれぞれ設けられる２つの固定体と、着磁された２つ以上の磁石を含んでそれぞれの該固定体との間を該筐体の内面に沿って往復動可能に設置される磁石体と、を備え、
該磁石体が、２つの磁石の一方の端面に連結する１つ以上の中央ポールと、該磁石の他方の端面にそれぞれ連結する２つのポールと、該ポールにそれぞれ連結する２つの副磁石と、を有し、
それぞれの該固定体が、該筐体の該内面の側に、該磁石体と接近可能に連結されて該磁石体の該副磁石との間で反発力を作用させる緩衝磁石を有し、
それぞれの該コイルが、該磁石体の該中央ポールまたはそれぞれの該ポールが往復動する範囲に対応して該筐体にそれぞれ巻回される、
振動発電機。
【請求項４】
前記磁石体の前記副磁石の前記ポールに連結する端面側の磁極性が、前記ポールを間に挟んで連結する前記磁石の端面側の磁極性と一致する、
請求項３に記載の振動発電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
往復動を伴う振動による運動エネルギーを電力に変換する振動発電機に関し、小型の筐体であっても電力の変換効率に優れ、出力電圧を高めることができる振動発電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
運動エネルギーを電力に変換する振動発電機では、人が携帯する場合、あるいは、振動する機器に取り付ける場合に、内部の振動体に往復動の振動を発生させて、その運動エネルギーを高い変換効率で電力に変換することが要望されている。特に、往復動する磁石、または、往復動するコイルを備える振動発電機では、小型化を図る場合に、コイル長、あるいは、磁気回路の構成の制限、等により発電効率が低くなりやすいという不利な点がある。したがって、従来には、これらの問題を解決するために様々な振動発電機が提案されている。
【０００３】
従来には、充電可能なバッテリーと、筒状のコイルと、該コイルの軸芯部分に挿入されると共に軸方向に移動可能にバネで保持された棒状の永久磁石と、整流器とを含み構成し、携帯時の振動や揺動に基づく該永久磁石の軸方向振動により該コイルに発生する交流電圧を該整流器で整流し、該整流された直流電圧で該バッテリーを充電する携帯型発電機において、前記永久磁石と前記バネで構成された永久磁石系の軸方向の共振振動数を、概ね、携帯時に前記軸方向振動を生じしめる主要な振動源の平均周期に合わせたことを特徴とする携帯型発電機がある。（特許文献１）。
【０００４】
また、非磁性材料で形成され、両端部が閉じられた中空の第１のパイプと、前記第１のパイプの周囲に巻回され、少なくとも１個のソレノイドコイルが設けられた発電コイルと、前記第１のパイプの内部に配置され、前記発電コイルの巻軸方向に沿って移動可能である可動磁石と、を備え、前記可動磁石は、非磁性材料で形成され、両端部が閉じられた中空の第２のパイプと、前記第２のパイプの内部に、封止される複数個の磁石と、を備え、前記可動磁石は、前記第２のパイプの両端部に配置され、前記複数個の磁石を保護する磁石端部材を備えることを特徴とする振動型電磁発電機がある（特許文献２）。
【０００５】
また、振動発電機と同様の構成を有するリニアアクチュエータでは、並設コイルと共に少なくとも３つの磁極片を備えるヨークに、所定手段によって支持される可動子マグネットを対向配設すると共に、該可動子マグネットを、その極に対して磁極片を同極または異極性に励磁することにより磁気推力を与え、磁極片間を往復駆動すべく構成せしめたリニアアクチュエータであって、前記可動子マグネットの極には、該可動子マグネットの磁力線を前記少なくとも２つの磁極片に向けてそれぞれ磁路を形成すべく強磁性片を設けると共に、該強磁性片の各先端部を、その停止位置において、移動方向に推力を与えるべく前記磁極片の中心位置よりも移動方向に僅かに位置ズレさせて構成してあることを特徴とするものがある（特許文献３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−３７４６６１号公報（図１〜５）
【特許文献２】特開２００９−１１８５８１号公報（図１〜９）
【特許文献３】特開２００５−２４５０４７号公報（図１〜３）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記の従来技術が有する問題を解決するためになされたものであり、その目的は、往復動を伴う振動による運動エネルギーを電力に変換する振動発電機に関し、小型の筐体であっても電力の変換効率に優れ、出力電圧を高めることができる振動発電機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の振動発電機は、２つ以上のコイルと、コイルがそれぞれ巻回される筒状の筐体と、筐体の両端にそれぞれ設けられる２つの固定体と、着磁された磁石を含んでそれぞれの固定体との間を筐体の内面に沿って往復動可能に設置される磁石体と、を備え、磁石体が、磁石の両端面にそれぞれ連結する２つのポールと、ポールにそれぞれ連結する２つの副磁石と、を有し、それぞれの固定体が、筐体の内面の側に、磁石体と接近可能に連結されて磁石体の副磁石との間で反発力を作用させる緩衝磁石を有し、それぞれのコイルが、磁石体のそれぞれのポールが往復動する範囲に対応して筐体にそれぞれ巻回される。
【０００９】
好ましくは、本発明の振動発電機は、磁石体の副磁石のポールに連結する端面側の磁極性が、ポールを間に挟んで連結する磁石の端面側の磁極性と一致する。
【００１０】
また、本発明の振動発電機は、３つ以上のコイルと、コイルがそれぞれ巻回される筒状の筐体と、筐体の両端にそれぞれ設けられる２つの固定体と、着磁された２つ以上の磁石を含んでそれぞれの固定体との間を筐体の内面に沿って往復動可能に設置される磁石体と、を備え、磁石体が、２つの磁石の一方の端面に連結する１つ以上の中央ポールと、磁石の他方の端面にそれぞれ連結する２つのポールと、ポールにそれぞれ連結する２つの副磁石と、を有し、それぞれの固定体が、筐体の内面の側に、磁石体と接近可能に連結されて磁石体の副磁石との間で反発力を作用させる緩衝磁石を有し、それぞれのコイルが、磁石体の中央ポールまたはそれぞれのポールが往復動する範囲に対応して筐体にそれぞれ巻回される。
【００１１】
また、好ましくは、本発明の振動発電機は、磁石体の副磁石のポールに連結する端面側の磁極性が、ポールを間に挟んで連結する磁石の端面側の磁極性と一致する。
【００１２】
以下、本発明の作用について説明する。
【００１３】
本発明の振動発電機は、コイルと、コイルがそれぞれ巻回される筒状の筐体と、筐体の両端にそれぞれ設けられる２つの固定体と、着磁された磁石を含んでそれぞれの固定体との間を筐体の内面に沿って往復動可能に設置される磁石体と、を備える。筐体に巻回されるコイルが２つ以上の場合には、移動する磁石体が、磁石の両端面にそれぞれ連結する２つのポールと、ポールにそれぞれ連結する２つの副磁石と、を有する。また、筐体に巻回されるコイルが３つ以上の場合には、磁石体が、２つの磁石の一方の端面に連結する１つ以上の中央ポールと、磁石の他方の端面にそれぞれ連結する２つのポールと、ポールにそれぞれ連結する２つの副磁石と、を有していてもよい。
【００１４】
なお、筐体に巻回されるコイルは４つ以上の複数であっても良く、その場合には、移動する磁石体が、コイルの数に応じた複数の磁石および複数の中央ポールと、両端に位置するポールにそれぞれ連結する２つの副磁石と、を有していてもよい。コイルは、移動する磁石体が有する磁石により形成される磁極の数に対応して増やして良い。また、筐体と固定体とは、一体に形成されていても良い。
【００１５】
さらに、本発明の振動発電機では、それぞれの固定体が、筐体の内面の側に、磁石体と接近可能に連結されて磁石体の副磁石との間で反発力を作用させる緩衝磁石を有する。緩衝磁石は、磁石体が移動して筐体の両端に位置する固定体に勢いよく衝突して衝撃により破壊されるのを防止する。また、移動する磁石体が、ポールに連結する副磁石を備えているので、緩衝磁石と反発することにより、磁石体であるポールが緩衝磁石と密着してしまうのを防止する。さらに、振動発電機では、それぞれのコイルが、磁石体のそれぞれのポールが往復動する範囲に対応して筐体にそれぞれ巻回される。したがって、本発明の振動発電機は、往復動可能に設置される磁石体が移動すると、透磁率の高いポールが往復動する範囲に対応して設けられているので、それぞれのコイルに電磁誘導によりコイル起電力が発生する。
【００１６】
本発明の振動発電機では、コイルが、筐体に複数設けられて、複数のコイルが、直列接続および／または並列接続されていてもよい。複数のコイルの巻線方向、あるいは、直列接続および／または並列接続する極性は、磁石体からの磁束の向きに応じて反転させる。磁石体による磁束が有効に鎖交する位置、つまり、磁束密度が高い位置に複数のコイルを設けることで、コイルにおける出力電圧をさらに高めることができる。本発明の振動発電機は、小型の筐体であっても電力の変換効率を高めることができ、出力電圧をさらに高めることができる。
【００１７】
加えて、本発明の振動発電機では、磁石体の副磁石のポールに連結する端面側の磁極性が、ポールを間に挟んで連結する磁石の端面側の磁極性と一致するようにすれば、磁石体の両端部に設けられる透磁率の高いポールには、磁石と副磁石とが形成する反発磁界による磁束が、より多く通過することになる。したがって、コイルの位置における磁石体による磁束密度がより高められるので、コイルにおける出力電圧をさらに高めることができる。
【発明の効果】
【００１８】
往復動を伴う振動による運動エネルギーを電力に変換する振動発電機に関し、磁石体が、磁石の両端面にそれぞれ連結する２つのポールと、ポールにそれぞれ連結する２つの副磁石と、を有し、それぞれの固定体が、筐体の内面の側に、磁石体と接近可能に連結されて磁石体の副磁石との間で反発力を作用させる緩衝磁石を有し、それぞれのコイルが、磁石体のそれぞれのポールが往復動する範囲に対応して筐体にそれぞれ巻回されるようにすることで、小型の筐体であっても電力の変換効率に優れ、出力電圧を高めることができる振動発電機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の好ましい実施形態による振動発電機１を説明する断面図である。（実施例１）
【図２】本発明の好ましい実施形態による振動発電機１Ａの整流器の接続を説明する図である。（実施例１）
【図３】本発明の好ましい実施形態による振動発電機１および比較例の磁束密度分布を示すグラフである。（実施例１、比較例１、比較例２）
【図４】比較例の振動発電機１０１を説明する図である。（比較例１）
【図５】比較例の振動発電機１０２を説明する図である。（比較例２）
【図６】本発明の好ましい実施形態による他の振動発電機１Ｂを説明する断面図である。（実施例２）
【図７】本発明の好ましい実施形態による他の振動発電機１Ｃを説明する断面図である。（実施例３）
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の好ましい実施形態による振動発電機について説明するが、本発明はこれらの実施形態には限定されない。
【実施例１】
【００２１】
図１は、本発明の好ましい実施形態による振動発電機１を説明する図である。具体的には、図１は、図示する上下方向の中心軸に沿った断面図であり、振動発電機１では、振動子である磁石体１０がこの中心軸の方向に移動して振動する。また、図２は、振動発電機１および整流器を含む振動発電機１Ａの接続を説明する図である。なお、後述するように、振動発電機１の一部の構造や、内部構造等は、省略している。
【００２２】
振動発電機１は、コイル２と、コイル２が巻回される筒状の筐体３と、筐体３の両端にそれぞれ設けられる固定体４と、着磁された磁石１１を含んでそれぞれの固定体４との間を筐体３の内面に沿って往復動可能に設置される磁石体１０と、を含む振動発電機である。本実施例の振動発電機１は、長径方向長が約６５ｍｍ、短径直径がφ約３４ｍｍの略円筒形状を有する小型で軽量な振動発電機である。例えば、外部の振動により図示する変位Ｚ０で振動発電機１が振動すると、その内部で振動子である磁石体１０が変位Ｚ１で振動するので、振動発電機１は、この磁石体１０の振動による運動エネルギーを電力に変換することができる。
【００２３】
筒状の筐体３は、非磁性体からなる中空の筒であって、本実施例では内径直径がφ約２４．６ｍｍの樹脂成型品の直管パイプであり、その内面に沿って磁石体１０が往復動可能に設置される。筒状の筐体３の外側面には、コイル２ａとコイル２ｂとがそれぞれ巻回されており、直列接続されてコイル２を構成する。コイル２ａおよびコイル２ｂは、それぞれ線径がφ約０．１８ｍｍの銅線を巻幅約１８ｍｍで約１４層巻に巻回して構成されたコイルである。図示するように、コイル２ａおよびコイル２ｂは、上下に離れて筐体３に巻回されて、コイル２ａとコイル２ｂとにそれぞれ逆向きの回転方向に電流が流れる様に直列接続されている。コイル２は、コイル２ａおよびコイル２ｂに発生するコイル起電力を出力端子２１に出力する。
【００２４】
また、固定体４は非磁性の樹脂成形部品であって、筐体３の両端にネジ又は接着剤等により固定体４ａおよび４ｂが固定されて設けられている。それぞれの固定体４ａおよび４ｂは、その中央部において磁石体１０と接近可能に連結される緩衝体を含む。本実施例の場合には、緩衝体は、接近する磁石体１０と固定体４との間で反発力を作用させる円盤形状の緩衝磁石５を有する。緩衝体である緩衝磁石５は、磁石体１０が移動して筐体３の両端に位置する固定体４に勢いよく衝突して衝撃により破壊されるのを防止する。例えば、この緩衝磁石５は、直径がφ約１１ｍｍで厚みが約１．２ｍｍの円盤状の希土類磁石である。この緩衝磁石５は、接着剤で固定体４の中央部に取り付けられている。本実施例の場合には、図１に示すように、下側の固定体４ａに設けられる緩衝磁石５ａと、上側の固定体４ｂに設けられる緩衝磁石５ｂとは、振動する磁石体１０に近い側にそれぞれ異なる磁極（Ｎ極、Ｓ極）が現れるように着磁されている。
【００２５】
本実施例の磁石体１０は、外径直径がφ約２４ｍｍで長さが約２０ｍｍの円柱状の希土類の磁石１１を含む。磁石体１０の磁石１１は、図１に示すように、振動する上下方向にそれぞれ異なる磁極（Ｎ極、Ｓ極）が現れるように着磁されている。なお、希土類磁石とは、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系のネオジウム磁石、もしくは、Ｓｍ−Ｃｏ系のサマリウムコバルト磁石であって、磁石の最大エネルギー積（ＢＨ）ｍａｘが大きな値をとる磁石であり、残留磁化および保磁力がさらに大きく、小さい体積でも保磁力の強いＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系の希土類磁石であってもよい。もちろん、磁石１１は、フェライト系磁石であってもよい。
【００２６】
磁石体１０は、磁石１１の両端面にそれぞれ連結する２つのポール１２ａおよび１２ｂと、これらのポール１２ａおよび１２ｂにそれぞれ連結する２つの副磁石１３ａおよび１３ｂと、をさらに含む。ポール１２ａおよび１２ｂは、円盤状の磁性体であり、具体的には、それぞれ外径直径がφ約２４ｍｍで厚みが約３ｍｍの軟鉄の部材である。また、副磁石１３ａおよび１３ｂは、外径直径がφ約４．８ｍｍで厚みが約１ｍｍの円柱状の希土類の磁石である。また、一方の固定体４ａの緩衝磁石５ａは、直径がφ約１１ｍｍで厚みが約１．２ｍｍの円盤状の希土類磁石であり、他方の固定体４ｂの緩衝磁石５ｂは、直径がφ約４．８ｍｍで厚みが約１．０ｍｍの円盤状の希土類磁石である。移動する磁石体１０が、ポールに連結する副磁石１３ａおよび１３ｂを備えているので、緩衝磁石５ａまたは５ｂと反発することにより、磁性体であるポール１２ａおよび１２ｂが緩衝磁石５ａまたは５ｂと密着してしまうのを防止することができる。
【００２７】
図１に示すように、磁石体１０が備える副磁石１３ａおよび１３ｂは、下側の固定体４ａに設けられる緩衝磁石５ａと、上側の固定体４ｂに設けられる緩衝磁石５ｂとに対して、振動する磁石体１０に近い側にそれぞれ異なる磁極（Ｎ極、Ｓ極）が現れるように着磁されて、取り付けられている。本実施例の場合には、磁石体１０が備える磁石１１と、副磁石１３ａおよび１３ｂとは、異なる磁極同士がそれぞれポール１２ａおよび１２ｂを挟むように配置されている。
【００２８】
図２に示す振動発電機１Ａは、上述の振動発電機１と、整流器２２とを含む振動発電機である。振動発電機１は、コイル２に発生するコイル起電力を出力端子２１に出力し、整流器２２は出力端子２３に接続する。例えば、整流器２２は、４つのダイオードを接続する全波ブリッジ整流回路であり、交流電圧を全波整流して直流電圧に変換する。つまり、振動発電機１Ａでは、振動発電機１のコイル２で発生するコイル起電力を整流して出力する。
【００２９】
外力が加わって変位Ｚ０で振動発電機１が振動すると、その内部で振動子である磁石体１０が変位Ｚ１で振動する。筐体３の内面に沿って往復動可能に設置される磁石体１０は、筐体３に巻回されたコイル２ａおよび２ｂの内側空間をある程度の相対速度で移動する。磁石体１０は、直流磁界を形成するように着磁されているので、磁石体１０がコイル２ａおよび２ｂの内側を通過すると、コイル２ａおよび２ｂにはそれぞれ磁石体１０が発生する直流磁界の変化を打ち消そうとする起電力が相対速度にほぼ比例して発生する。本実施例の振動発電機１では、外部の振動により磁石体１０が筐体３の内部を図１に図示する上下方向に繰り返し振動するので、下側のコイル２ａには、磁石体１０の下端側が振動して出入りし、上側のコイル２ｂには、磁石体１０の上端側が振動して出入りすることになる。振動発電機１は、この磁石体１０の振動による運動エネルギーを、交流のコイル起電力として電力に変換することができる。
【００３０】
コイル２ａとコイル２ｂとは、上述したようにそれぞれ逆向きに直列接続されているので、磁石体１０とコイル２との間の振動による相対速度の絶対値は、磁石体１０が筐体３の中央付近を移動するときに大きくなり、一方で筐体３の端部側である固定体４ａおよび４ｂに達して折り返してくるときに小さくなる。したがって、磁石体１０が正弦波的な振動をする場合には、振動発電機１のコイル２に接続する出力端子２１に出力されるコイル起電力の波形は、筐体３の中央付近を移動するときに大きくなり（正弦波形の腹）、一方で筐体３の端部側である固定体４ａおよび４ｂに達して折り返してくるとき（速度が最小になるとき）に小さくなる（正弦波形の節）。
【００３１】
振動発電機１では、それぞれのコイル２ａおよび２ｂが、磁石体１０のそれぞれのポール１２ａおよび１２ｂが往復動する範囲に対応して筐体３にそれぞれ巻回される。したがって、振動発電機１は、往復動可能に設置される磁石体１０が移動すると、透磁率の高いポール１２ａおよび１２ｂが往復動する範囲に対応して設けられているので、それぞれのコイル２ａおよび２ｂに電磁誘導により、より高いコイル起電力が発生する。
【００３２】
図３は、本実施例の振動発電機１と、比較例の振動発電機１０１または１０２の場合において、筐体３の中央点（Ｚ＝０ｍｍ）に位置させた磁石体１０が発生する磁界について、中心軸からコイル２が配置される距離（半径約１５ｍｍ）における有効磁束密度分布を示すグラフである。横軸は、中心軸に沿った筐体３の中央点からの距離であり、縦軸は、磁束密度であって、コイル２と直交する一方向に向かう磁束の方向を正とし、その反対に向かう磁束の方向を負としている。
【００３３】
本実施例の振動発電機１では、磁石体１０が発生する磁界の有効磁束密度の絶対値が、約±１２ｍｍの位置で約０．３５［Ｔ］に達する程度に大きくなっている。振動発電機１では、それぞれのコイル２ａおよび２ｂが、磁石体１０のそれぞれのポール１２ａおよび１２ｂが往復動する範囲に対応して筐体３にそれぞれ巻回される。磁石体１０が振動すると、これらのピークの大きい有効磁束密度を有する磁界がコイル２ａおよび２ｂと鎖交する。したがって、振動発電機１は、往復動可能に設置される磁石体１０が移動すると、透磁率の高いポール１２ａおよび１２ｂが往復動する範囲に対応して設けられているので、それぞれのコイル２ａおよび２ｂに電磁誘導により、より高いコイル起電力が発生する。
【００３４】
図４は、比較例の振動発電機１０１を説明する図である。また、図５は、比較例の振動発電機１０２を説明する図である。具体的には、図４および図５は、図示する上下方向の中心軸に沿った断面図であり、これらの比較例の振動発電機１０１ないし１０２では、先の実施例とは構成が異なる振動子である磁石体１１０、または、磁石体１２０がこの中心軸の方向に移動して振動する。本実施例の振動発電機１０１ないし１０２は、磁石体１１０または１２０の構成が少々異なる他は、先の実施例の振動発電機１とほぼ共通する。したがって、先の実施例と共通する部分には共通の番号を付して説明を省略する。
【００３５】
比較例の振動発電機１０１の磁石体１１０は、外径直径がφ約２４ｍｍで長さが約２０ｍｍの円柱状の希土類の磁石１１１のみからなる。つまり、振動発電機１０１の磁石１１１のサイズは、先の実施例での磁石１１と同じであり、比較例の磁石体１１０は、先の実施例における磁石体１０からポール１２ａおよび１２ｂと、副磁石１３ａおよび１３ｂと、を除いたものである。したがって、この磁石体１１０が有する磁気エネルギーは、先の実施例における磁石体１０とほぼ同じである。
【００３６】
比較例の振動発電機１０２の磁石体１２０は、外径直径がφ約２４ｍｍで長さが約２８ｍｍの円柱状の希土類の磁石１２１のみからなる。つまり、振動発電機１０２の磁石１２１のサイズは、先の実施例でのポール１２および副磁石１３を含む磁石体１０と略同じであり、比較例の磁石体１２０は、先の実施例における磁石体１０にポール１２ａおよび１２ｂと、副磁石１３ａおよび１３ｂと、を連結した状態の大きさとほぼ等しい大きさを有する磁石である。したがって、この磁石体１２０が有する磁気エネルギーは、先の実施例における磁石体１０よりも大きい。
【００３７】
比較例の振動発電機１０１では、磁石体１１０が発生する磁界の有効磁束密度の絶対値が、約±１０ｍｍの位置で約０．２８［Ｔ］に達する程度であり、本実施例の振動発電機１に比べてピークの値が小さくなっている。また、比較例の振動発電機１０２では、磁石体１２０が発生する磁界の有効磁束密度の絶対値が、約±１３ｍｍの位置で約０．３０［Ｔ］を少々超える程度であり、本実施例の振動発電機１に比べてピークの値が小さくなっている。すなわち、実施例における磁石体１０が有する磁気エネルギーは、比較例の磁石体１１０とほぼ同じであり、比較例の磁石体１２０よりも小さいにもかかわらず、有効磁束密度の絶対値が最も大きくなる。したがって、比較例の振動発電機１０１または１０２において、それぞれの磁石体が同じ振動速度で振動するとすれば、透磁率の高いポール１２ａおよび１２ｂが往復動する範囲に対応して設けられていないので、それぞれのコイル２ａおよび２ｂに電磁誘導により発生するコイル起電力は、本実施例の振動発電機１に比べて低くなる。
【００３８】
本実施例の振動発電機１の磁石体１０が正弦波的な振動をする場合には、コイル起電力が入力される整流器２２の出力波形は、磁石体１０が筐体３の中央付近を移動する約１／２周期毎に大きくなり、一方で磁石体１０が筐体３の端部側である固定体４ａまたは４ｂに達して折り返してくる約１／２周期毎に小さくなる。すなわち、振動発電機１を含む振動発電機１Ａは、比較例の振動発電機１０１または１０２の場合に比べて、小型の筐体であっても電力の変換効率を高めることができ、高い出力電圧を得ることができる。
【実施例２】
【００３９】
図６は、本発明の他の好ましい実施形態による振動発電機１Ｂを説明する図である。具体的には、図６は、図示する上下方向の中心軸に沿った断面図であり、振動発電機１Ｂでは、先の実施例とは構成が異なる振動子である磁石体１０Ｂがこの中心軸の方向に移動して振動する。本実施例の振動発電機１Ｂは、磁石体１０Ｂの構成のうちで副磁石１４ａおよび１４ｂの着磁方向と、固定体４ａおよび４ｂがそれぞれ備える緩衝磁石６ａおよび６ｂの着磁方向と、が異なる他は、先の実施例の振動発電機１とほぼ共通する。したがって、先の実施例と共通する部分には共通の番号を付して説明を省略する。
【００４０】
本実施例の磁石体１０Ｂは、外径直径がφ約２４ｍｍで長さが約２０ｍｍの円柱状の希土類の磁石１１と、磁石１１の両端面にそれぞれ連結する２つのポール１２ａおよび１２ｂと、これらのポール１２ａおよび１２ｂにそれぞれ連結する２つの副磁石１４ａおよび１４ｂと、を有する。副磁石１４ａおよび１４ｂは、先の副磁石１３ａおよび１３ｂとサイズが同じ円柱状の希土類の磁石であり、着磁方向が反対になっている磁石である。また、固定体４ａおよび４ｂがそれぞれ備える緩衝磁石６ａおよび６ｂは、それぞれが先の緩衝磁石５ａおよび５ｂとサイズが同じ円盤状の希土類磁石であり、着磁方向が反対になっている磁石である。
【００４１】
図４に示すように、磁石体１０Ｂが備える副磁石１４ａおよび１４ｂは、下側の固定体４ａに設けられる緩衝磁石６ａと、上側の固定体４ｂに設けられる緩衝磁石６ｂとに対して、振動する磁石体１０Ｂに近い側にそれぞれ異なる磁極（Ｎ極、Ｓ極）が現れるように着磁されて、取り付けられている。さらに、本実施例の場合には、磁石体１０Ｂが備える磁石１１と、副磁石１４ａおよび１４ｂとは、同じ磁極同士がそれぞれポール１２ａおよび１２ｂを挟むように配置されている。すなわち、磁石体１０Ｂの副磁石１４ａおよび１４ｂのポール１２ａおよび１２ｂに連結する端面側の磁極性を、ポール１２ａおよび１２ｂを間に挟んで連結する磁石１１の端面側の磁極性と一致するようにしている。
【００４２】
振動発電機１Ｂでは、それぞれのコイル２ａおよび２ｂが、磁石体１０Ｂのそれぞれのポール１２ａおよび１２ｂが往復動する範囲に対応して筐体３にそれぞれ巻回される。したがって、振動発電機１Ｂは、往復動可能に設置される磁石体１０Ｂが移動すると、透磁率の高いポール１２ａおよび１２ｂが往復動する範囲に対応して設けられているので、それぞれのコイル２ａおよび２ｂに電磁誘導により、より高いコイル起電力が発生する。
【００４３】
つまり、振動発電機１Ｂでは、磁石体１０Ｂの構成を、両端のポール１２ａおよび１２ｂにおいて、反発磁界を発生させるように、磁石１１および副磁石１４ａないし１４ｂの着磁方向を調整する。磁石体１０Ｂの両端部に設けられる透磁率の高いポール１２ａおよび１２ｂには、磁石１１と副磁石１４ａおよび１４ｂとが形成する反発磁界による磁束が、より多く通過することになる。したがって、コイル２ａおよび２ｂの位置における磁石体１０Ｂによる磁束密度がより高められるので、コイル２における出力電圧をさらに高めることができる。
【実施例３】
【００４４】
図７は、本発明の他の好ましい実施形態による振動発電機１Ｃを説明する図である。具体的には、図７は、図示する上下方向の中心軸に沿った断面図であり、振動発電機１Ｃは、先の実施例の振動発電機１のコイル２とはコイル数が２つから３つに増加し、構成が異なる磁石体１０Ｃを有する点で相違し、その他は、先の実施例の振動発電機１とほぼ共通する。したがって、先の実施例と共通する部分には共通の番号を付して説明を省略する。
【００４５】
振動発電機１Ｃは、３つのコイル２（２ａ、２ｂおよび２ｃ）と、コイル２が巻回される筒状の筐体３と、筐体３の両端にそれぞれ設けられる固定体４と、着磁された磁石１１を含んでそれぞれの固定体４との間を筐体３の内面に沿って往復動可能に設置される磁石体１０Ｃと、を含む振動発電機である。本実施例の振動発電機１は、長径方向長が約８８ｍｍ、短径直径がφ約３４ｍｍの略円筒形状を有する小型で軽量な振動発電機である。
【００４６】
振動発電機１Ｃの振動子である磁石体１０Ｃは、着磁された２つ磁石１１ａおよび１１ｂを含んでそれぞれの固定体４ａおよび４ｂとの間を筐体３の内面に沿って往復動可能に設置される磁石体である。磁石体１０Ｃは、２つの磁石１１ａおよび１１ｂの一方の端面に連結する中央ポール１５と、磁石１１ａおよび１１ｂのそれぞれの他方の端面にそれぞれ連結する２つのポール１２ａおよび１２ｂと、ポール１２ａおよび１２ｂにそれぞれ連結する２つの副磁石１３ａおよび１３ｂと、を有する。
【００４７】
先の実施例と同様に、それぞれの固定体４ａおよび４ｂが、筐体３の内面の側に、磁石体１０Ｃと接近可能に連結されて磁石体１０Ｃの副磁石１３ａまたは１３ｂとの間で反発力を作用させる緩衝磁石５ａおよび５ｂをそれぞれ有する。また、それぞれのコイル２ａ、２ｂおよび２ｃが、磁石体１０Ｃのそれぞれのポール１２ａおよび１２ｂと、中央ポール１５と、がそれぞれ往復動する範囲に対応して筐体３にそれぞれ巻回される。
【００４８】
コイル２ａとコイル２ｂとコイル２ｃとは、先の実施例と同様にそれぞれ逆向きに直列接続されているので、磁石体１０とコイル２との間の振動による相対速度の絶対値は、磁石体１０Ｃが筐体３の中央付近を移動するときに大きくなり、一方で筐体３の端部側である固定体４ａおよび４ｂに達して折り返してくるときに小さくなる。したがって、磁石体１０Ｃが正弦波的な振動をする場合には、振動発電機１のコイル２に接続する出力端子２１に出力されるコイル起電力の波形は、筐体３の中央付近を移動するときに大きくなり（正弦波形の腹）、一方で筐体３の端部側である固定体４ａおよび４ｂに達して折り返してくるとき（速度が最小になるとき）に小さくなる（正弦波形の節）。
【００４９】
振動発電機１Ｃでは、それぞれのコイル２ａ、２ｂおよび２ｃが、磁石体１０Ｃのそれぞれのポール１２ａおよび１２ｂ、ならびに中央ポール１５が往復動する範囲に対応して筐体３にそれぞれ巻回される。したがって、振動発電機１Ｃは、往復動可能に設置される磁石体１０が移動すると、透磁率の高いポール１２ａおよび１２ｂと、中央ポール１５とが往復動する範囲に対応して設けられているので、それぞれのコイル２ａ、２ｂおよび２ｃに電磁誘導により、より高いコイル起電力を発生させることができる。
【００５０】
磁石体１０Ｃが備える副磁石１３ａおよび１３ｂは、先の実施例の副磁石１４ａおよび１４ｂと同様に、下側の固定体４ａに設けられる緩衝磁石６ａと、上側の固定体４ｂに設けられる緩衝磁石６ｂとに対して、振動する磁石体１０Ｃに近い側にそれぞれ異なる磁極（Ｎ極、Ｓ極）が現れるように着磁されて、取り付けられていてもよい。さらに、磁石体１０Ｃが備える磁石１１と、副磁石１３ａおよび１３ｂとは、同じ磁極同士がそれぞれポール１２ａおよび１２ｂを挟むように配置されていてもよい。すなわち、磁石体１０Ｃの副磁石１３ａおよび１３ｂのポール１２ａおよび１２ｂに連結する端面側の磁極性を、ポール１２ａおよび１２ｂを間に挟んで連結する磁石１１の端面側の磁極性と一致するようにしてもよい。
【００５１】
つまり、振動発電機１Ｃでは、磁石体１０Ｃの構成を、両端のポール１２ａおよび１２ｂにおいて、反発磁界を発生させるように、磁石１１および副磁石１３ａないし１３ｂの着磁方向を調整してもよい。磁石体１０Ｃの両端部に設けられる透磁率の高いポール１２ａおよび１２ｂには、磁石１１ａおよび１１ｂと副磁石１３ａおよび１３ｂとが形成する反発磁界による磁束が、より多く通過することになる。また、２つの磁石１１ａおよび１１ｂに挟まれる中央ポール１５については、同様に反発磁界を発生させる構成になっている。したがって、コイル２ａおよび２ｂ、２ｃの位置における磁石体１０Ｃによる磁束密度がより高められるので、コイル２における出力電圧をさらに高めることができる。
【００５２】
なお、振動発電機１Ｃでは、コイル２を構成するコイル２ａ、２ｂ、および、２ｃは、並列接続しても良く、さらに複数のコイルを加えても良い。コイル２は、複数のコイルの巻線方向、あるいは、直列接続および／または並列接続する極性は、磁石体からの磁束の向きに応じて反転させることができる。磁石体の磁束が有効に鎖交する位置、つまり、磁束密度が高い位置に複数のコイルを設けることで、コイルにおける出力電圧をさらに高めることができる。コイル２は、コイル２ａ、２ｂ、および、２ｃに発生するコイル起電力を、打ち消しあうことなく出力端子２１に出力するように極性を揃えて接続すればよい。
【００５３】
また、振動発電機１Ｃは、振動子である磁石体１０が中心軸の方向に移動して振動する場合に、接近する磁石体１０Ｃと固定体４ａおよび４ｂ（あるいは、緩衝磁石５ａまたは５ｂ）との間でそれぞれ弾性力を作用させる弾性部材をさらに有してもよい。弾性部材は、非磁性の金属バネ、弾性を有する樹脂、あるいは、気泡を含むフォーム材、等であってもよい。弾性部材は、その両端が、振動子である磁石体１０Ｃと、固定体４と、に固定される。弾性部材は、磁石体１０Ｃが移動して筐体の両端に位置する固定体４に勢いよく衝突して衝撃により破壊されるのを防止する。また、移動する磁石体１０Ｃのポール１２ａおよび１２ｂに連結する副磁石１３ａまたは１３ｂを備えているので、磁性体であるポール１２ａおよび１２ｂが緩衝磁石５ａまたは５ｂと密着してしまうのを防止することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明の振動発電機は、整流器、蓄電池、充電回路等を含む発電機、あるいは、充電電池、充電器にも適用が可能である。また、本発明の振動発電機を備える電子機器は、可搬性に優れるので、使用者が持ち運ぶモバイル機器、または、振動が多く発生する車両に取り付ける発電機として、特に適する。
【符号の説明】
【００５５】
１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ  振動発電機
２        コイル
３        筐体
４        固定体
５、６    緩衝磁石
１０、１０Ｂ、１０Ｃ  磁石体
１１      磁石
１２      ポール
１３、１４      副磁石
２１、２３    出力端子
２２          整流器
【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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