(57)【要約】【課題】錘体の振動エネルギの損失を抑制することができる振動発電装置を提供する。【解決手段】振動が入力されるフレーム２と、フレーム２に固定されるコイルユニット４と、フレーム２に弾性支持される錘体５と、フレーム２に連結されて錘体５を弾性支持する弾性部８と、を備え、錘体５は、磁石１６と、磁石１６のコイルユニット４とは反対側に配置されるヨーク材１７と、を有し、磁石１６のコイルユニット４側の磁路は、開磁路となっている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動が入力されるフレームと、
前記フレームに固定されるコイルユニットと、
前記フレームに弾性支持される錘体と、
前記フレームに連結されて前記錘体を弾性支持する弾性部と、を備え、
前記錘体は、磁石と、前記磁石の前記コイルユニットとは反対側に配置されるヨーク材と、を有し、
前記磁石の前記コイルユニット側の磁路は、開磁路となっている、
振動発電装置。
【請求項２】
前記弾性部は、前記錘体と前記コイルユニットとの間に隙間が形成されるように前記錘体を弾性支持する、
請求項１に記載の振動発電装置。
【請求項３】
前記弾性部は、前記フレームに連結されて互いに反対の方向から前記錘体を弾性支持する第一引張コイルバネ及び第二引張コイルバネを有する、
請求項２に記載の振動発電装置。
【請求項４】
前記コイルは、空芯コイルである、
請求項１〜３の何れか一項に記載の振動発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動を利用して誘導起電力を生じさせる振動発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、振動を利用して誘導起電力を生じさせるようにした振動発電装置が記載されている。この振動発電装置は、コイルを備えた固定側ユニットに対して、マグネットを備えた錘体（可動側ユニット）が上下方向に振動することで、コイルに誘導起電力を生じさせるように構成されている。
【０００３】
また、特許文献１に記載された振動発電装置では、マグネット支持部材がコイル支持部材を囲むように形成されている。そして、コイル支持部材の前後両側に一対のヨークが配置されているとともに、各ヨークの内側面にマグネットが取り付けられている。これにより、マグネットの磁路が閉磁路となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−１４３７９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載された振動発電装置では、マグネット支持部材がコイル支持部材を囲むように形成されているため、固定側ユニットに対して錘体が上下方向に振動すると、マグネット支持部材がコイル支持部材に接触する。そこで、特許文献１に記載された振動発電装置では、コイル支持部材の板厚方向両面に摩擦低減フィルムを貼り付け、コイル支持部材とマグネット支持部材との間の動摩擦を低減させている。しかしながら、マグネット支持部材と摩擦低減フィルムとの間の動摩擦はゼロにならないため、マグネット支持部材が摩擦低減フィルムに接触することで、錘体の振動エネルギが損失する。特に、振動発電装置を小型化した場合は、錘体の振動エネルギが小さくなるため、錘体の振動エネルギの損失は大きな問題となる。
【０００６】
そこで、本発明の一側面は、錘体の振動エネルギの損失を抑制することができる振動発電装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一側面に係る振動伝達装置は、振動が入力されるフレームと、フレームに固定されるコイルユニットと、フレームに弾性支持される錘体と、フレームに連結されて錘体を弾性支持する弾性部と、を備え、錘体は、磁石と、磁石のコイルユニットとは反対側に配置されるヨーク材と、を有し、磁石のコイルユニット側の磁路は、開磁路となっている。
【０００８】
この振動発電装置では、磁石のコイルユニットとは反対側にヨーク材が配置されて、磁石のコイルユニット側の磁路が開磁路となっているため、コイルユニットの一方側にのみ錘体を配置することができる。これにより、コイルユニットから錘体を離してコイルユニットと錘体との間に隙間を形成することができるため、コイルユニットと錘体との間に隙間を形成して錘体の振動エネルギの損失を抑制することができる。
【０００９】
弾性部は、錘体とコイルユニットとの間に隙間が形成されるように錘体を弾性支持してもよい。この振動発電装置では、弾性部が、錘体とコイルユニットとの間に隙間が形成されるように錘体を弾性支持するため、錘体とコイルユニットとが接触するのを抑制することができる。
【００１０】
弾性部は、フレームに連結されて互いに反対の方向から錘体を弾性支持する第一引張コイルバネ及び第二引張コイルバネを有してもよい。この振動発電装置では、弾性部が、フレームに連結されて互いに反対の方向から錘体を弾性支持する第一引張コイルバネ及び第二引張コイルバネを有することで、容易に、錘体とコイルユニットとの間に隙間が形成されるように錘体を弾性支持することができる。
【００１１】
コイルは、空芯コイルであってもよい。コイルの内周側に鉄芯が設けられていると、磁石がコイル側に引き寄せられて錘体の振動エネルギが損失する可能性がある。この振動発電装置では、コイルが空芯コイルであるため、磁石がコイル側に引き寄せられることを抑制して錘体の振動エネルギが損失することを抑制することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、錘体の振動エネルギの損失を抑制ことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施形態の振動発電装置の断面図である。
【図２】カバーを外した振動発電装置の斜視図である。
【図３】カバーを外した振動発電装置の正面図である。
【図４】錘体、第一引張コイルバネ及び第二引張コイルバネを外した振動発電装置の正面図である。
【図５】錘体、第一引張コイルバネ及び第二引張コイルバネの斜視図である。
【図６】コイルホルダの一部を拡大した断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の好適な実施形態について図面を参照しながら説明する。本実施形態は、本実施形態に係る振動発電装置を、設備機器や橋梁等の振動体が発生する環境振動により発電する振動発電装置に適用したものである。なお、各図において同一又は相当する要素については同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１５】
図１に示すように、本実施形態の振動発電装置１は、フレーム２と、カバー３と、コイルユニット４と、錘体５と、弾性部８と、を備える。
【００１６】
図１〜図４に示すように、フレーム２は、カバー３と共に振動発電装置１の筐体を形成する部材である。フレーム２は、箱状、円筒状、かまぼこ状（断面略円形の筒状）等に形成されており、その一面が振動入力面１０となっている。振動入力面１０は、振動が入力される面である。つまり、振動発電装置１は、振動入力面１０を振動体（不図示）に直接的又は間接的に接続することで、振動体から発生される環境振動が振動入力面１０から振動発電装置１に入力される。振動体に振動入力面１０を接続する方法としては、例えば、フレーム２にネオジム磁石を取り付け、このネオジム磁石を振動体に取り付けることで、振動体に振動入力面１０を間接的に接続する方法、振動体にフレーム２をバンドで固定して取り付けることで、振動体に振動入力面１０を直接的に接続する方法、振動体にフレーム２をネジで固定して取り付けることで、振動体に振動入力面１０を直接的に接続する方法等が挙げられる。なお、以下の説明において、振動発電装置１の上下等の方向は、振動入力面１０を下面として振動体に設置した状態における方向をいう。
【００１７】
カバー３は、フレーム２の側面１１に着脱可能に取り付けられる。側面１１は、振動入力面１０に隣り合う面である。側面１１には、カバー３との間を気密に保持するためのパッキン１２が設けられている。パッキン１２は、略矩形の環状に形成されている。側面１１におけるパッキン１２の内周側には、略矩形の凹部１３が形成されている。凹部１３は、側面１１に形成された窪みであり、フレーム２にカバー３が取り付けられることで閉じられる。フレーム２対するカバー３の取り付けは、例えば、ねじ止めにより行うことができる。
【００１８】
図１〜図４及び図６に示すように、コイルユニット４は、平板状に形成されている。コイルユニット４は、コイル１４と、コイルホルダ１５と、を有する。コイル１４は、誘導起電力を生じさせる部材の一つである。コイル１４は、内周側に鉄芯が設けられていない空芯コイルである。コイル１４は、長円形となるように巻回されて、その内周側が空洞となっている。コイルホルダ１５は、コイル１４を収容して、コイル１４をフレーム２に固定する部材である。
【００１９】
コイルホルダ１５には、コイル１４を収容する貫通孔１９が形成されており、コイル１４は、この貫通孔１９に収容されている。そして、コイル１４は、コイルホルダ１５の表裏面に貼り付けられたテープ２０により、貫通孔１９に収容された状態で固定されている。なお、テープ２０は、特許文献１に記載された摩擦低減フィルムのように錘体５を当接させることを前提として錘体５との動摩擦を低減させるものではなく、単に、コイル１４をコイルホルダ１５に固定するためのものである。コイルホルダ１５は、凹部１３よりも小さい略矩形に形成されている。そして、コイルホルダ１５は、収容しているコイル１４が側面１１側から見て錘体５を横断するように、凹部１３に挿入された状態でフレーム２に固定されている。フレーム２に対するコイルホルダ１５の固定は、例えば、テープやネジ等により行うことができる。なお、図１では、コイルホルダ１５の片側の一カ所のみをフレーム２に固定しているが、コイルホルダ１５の固定箇所、固定数等は、特に限定されない。例えば、コイルホルダ１５の両側の二カ所をフレーム２に固定してもよく、コイルホルダ１５の四方の四カ所をフレーム２に固定してもよい。
【００２０】
図１〜図３及び図５に示すように、錘体５は、フレーム２に弾性支持される部材である。錘体５は、１又は複数の磁石１６と、ヨーク材１７と、高比重材１８と、を有する。
【００２１】
磁石１６は、コイル１４に磁界を与える部材である。錘体５に設けられる磁石１６の数は、特に限定されるものではないが、本実施形態では、錘体５に４個の磁石１６が設けられるとともに、４個の磁石１６が正方形の四隅の位置に配置されるものとして説明する。磁石１６としては、特に限定されるものではないが、例えば、ネオジム磁石、等方性フェライト磁石、異方性フェライト磁石、サマリウムコバルト磁石、又はアルニコ磁石等の磁石を用いることができる。磁石１６の形状としては、特に限定されるものではないが、例えば、円柱状、角柱状等とすることができる。
【００２２】
ヨーク材１７は、磁石１６から出る磁束を通すことで、磁石１６の磁束を集める部材である。ヨーク材１７は、磁石１６のコイルユニット４とは反対側に配置されており、磁石１６のコイルユニット４側には配置されていない。そして、磁石１６のコイルユニット４とは反対側の磁路は、ヨーク材１７により閉磁路となっており、磁石１６のコイルユニット４側の磁路は、開磁路となっている。つまり、磁束は、磁石１６のコイルユニット４とは反対側では、ヨーク材１７を通ることでコイルユニット４から漏れ出ないが、磁石１６のコイルユニット４側では、コイルユニット４に向かって漏れ出る。ヨーク材１７としては、特に限定されるものではないが、例えば、軟鉄、一般構造用圧延鋼、ステンレス鋼、ケイ素鋼、フェライト、ＦｅＮｉ合金、又はＦｅＣｏ合金等の材料を用いることができる。
【００２３】
高比重材１８は、錘体５の比重を高めるための部材である。高比重材１８は、磁石１６及びヨーク材１７よりも比重の高い材料により形成されている。高比重材１８は、ヨーク材１７のコイル１４側の面と、ヨーク材１７のコイル１４とは反対側の面と、に固定されている。高比重材１８としては、特に限定されるものではなく、例えば、比重が８ｇ／ｃｍ３以上の材料を用いることができる。このような高比重材１８としては、例えば、タングステン、鉛、銅、真鍮、ベリリウム銅、ニッケル鋼、オーステナイト系ステンレス鋼、及び高速度工具鋼等の材料の何れか１つ又は２つ以上を含んだものとすることができる。
【００２４】
弾性部８は、フレーム２に連結されて錘体５を弾性支持する。弾性部８は、フレーム２に連結されて互いに反対の方向から錘体５を弾性支持する第一引張コイルバネ６及び第二引張コイルバネ７を有する。第一引張コイルバネ６及び第二引張コイルバネ７は、それぞれ複数本で構成されており、互いに対向する位置に配置されている。本実施形態では、第一引張コイルバネ６及び第二引張コイルバネ７は、それぞれ６本で構成されている。ここで、本実施形態ではヨーク材１７の上下面にそれぞれ６本ずつ第一引張コイルバネ６及び第二引張コイルバネ７が接続されているが、６本ずつ接続されていることに限定されない。例えば、ヨーク材１７の上下面に３本以上ずつ第一引張コイルバネ６及び第二引張コイルバネ７が接続されていてもよい。例えば、ヨーク材１７に接続されるコイルバネの本数は、錘体５を振動させる際に必要とされるばね定数に応じて決定されてもよい。ヨーク材１７の上面に複数の第一引張コイルバネ６が上方向に沿って２列に並べて配置されていてもよい。同様に、ヨーク材１７の下面に複数の第二引張コイルバネ７が下方向に沿って２列に並べて配置されていてもよい。また、ヨーク材１７の上面の四隅に、４本の第一引張コイルバネ６がそれぞれ接続されていてもよい。同様に、ヨーク材１７の下面の四隅に、４本の第二引張コイルバネ７がそれぞれ接続されていてもよい。また、上記のように複数の第一引張コイルバネ６及び第二引張コイルバネ７をヨーク材１７に接続する場合であっても、上下方向において、上下方向の中央位置に対して対称となるように第一引張コイルバネ６及び第二引張コイルバネ７が配置されることが好ましい。
【００２５】
第一引張コイルバネ６の一方端部は、ネジ２３により、側面１１の凹部１３の上方に位置する第一側面部２１に連結されている。第二引張コイルバネ７の一方端部は、ネジ２４により、側面１１の凹部１３の下方に位置する第二側面部２２に連結されている。つまり、第一側面部２１にねじ込まれるネジ２３に第一引張コイルバネ６の一方端部が係止されることで、第一引張コイルバネ６の一方端部が第一側面部２１に連結されている。また、第二側面部２２にねじ込まれるネジ２４に第二引張コイルバネ７の一方端部が係止されることで、第二引張コイルバネ７の一方端部が第二側面部２２に連結されている。なお、ネジ２３及びネジ２４の代わりに、フレーム２の側面１１に差し込まれて係止される第一ピン及び第二ピンを用いてもよい。この場合、第一ピン及び第二ピンをフレーム２の側面１１に差し込んで係止するとともに、この第一ピン及び第二ピンに第一引張コイルバネ６及び第二引張コイルバネ７を係止することで、第一引張コイルバネ６及び第二引張コイルバネ７をフレーム２の側面１１に連結することができる。
【００２６】
第一引張コイルバネ６及び第二引張コイルバネ７の他方端部は、錘体５に連結されている。具体的には、第一引張コイルバネ６の他方端部は、錘体５の第一側面部２１側の部分に連結されており、第二引張コイルバネ７の他方端部は、錘体５の第二側面部２２側の部分に連結されている。錘体５に対する第一引張コイルバネ６及び第二引張コイルバネ７の連結は、例えば、ヨーク材１７を２分割するとともに、この２分割されたヨーク材１７に第一引張コイルバネ６及び第二引張コイルバネ７の他方端部を係止して挟み込むことにより行うことができる。但し、第一引張コイルバネ６及び第二引張コイルバネ７の他方端部は、錘体５を構成する何れの部材に連結されていてもよい。
【００２７】
錘体５は、コイルユニット４の一方側にのみ配置されている。そして、錘体５は、磁石１６とコイルユニット４とが対向するとともにコイルユニット４との間に隙間を形成するように、第一引張コイルバネ６及び第二引張コイルバネ７により宙吊り状態で弾性支持されている。ここで、上述したように、第一引張コイルバネ６及び第二引張コイルバネ７は、ネジ２３及びネジ２４に係止されて、第一側面部２１及び第二側面部２２に連結されている。このため、ネジ２３及びネジ２４に対する第一引張コイルバネ６及び第二引張コイルバネ７の係止位置を調整することで、又は、凹部１３の奥行き方向におけるコイルユニット４と第一側面部２１及び第二側面部２２との距離を調整することで、錘体５とコイルユニット４との間の隙間を調整することができる。
【００２８】
また、錘体５は、第一引張コイルバネ６及び第二引張コイルバネ７の弾性力に抗することにより、フレーム２に対して上下方向Ｄに振動することが可能となっている。そして、錘体５がフレーム２に対して上下方向Ｄに振動すると、磁石１６がコイル１４に対して振動するため、コイル１４の鎖交磁束が変化する。これにより、コイル１４に誘導起電力が発生する。なお、錘体５（磁石１６、ヨーク材１７、及び高比重材１８）は、振動発電装置１における振動子として機能し、フレーム２、カバー３、及びコイルユニット４（コイル１４及びコイルホルダ１５）は、振動発電装置１における固定子として機能する。
【００２９】
このように構成される振動発電装置１を用いて発電を行う際は、振動入力面１０が振動体に直接的又は間接的に接続されるように、振動発電装置１を振動体に設置（固定）する。振動体に対する振動発電装置１の設置は、例えば、ねじ止め、接着等により行うことができる。
【００３０】
すると、振動体からの環境振動は、振動入力面１０から振動発電装置１に入力される。振動発電装置１では、錘体５が第一引張コイルバネ６及び第二引張コイルバネ７によりフレーム２に弾性支持されているため、錘体５（磁石１６、ヨーク材１７、及び高比重材１８）が、フレーム２、カバー３、及びコイルユニット４（コイル１４及びコイルホルダ１５）に対して上下方向Ｄに振動する。このとき、振動体が発生する環境振動に対して錘体５が共振するように第一引張コイルバネ６及び第二引張コイルバネ７のばね定数を設定しておくことで、錘体５を共振させて、その振幅を大きくすることができる。なお、第一引張コイルバネ６及び第二引張コイルバネ７のばね定数は、例えば、第一引張コイルバネ６及び第二引張コイルバネ７の本数、巻き数、線径等により設定することができる。そして、コイル１４に対して磁石１６が振動し、コイル１４の鎖交磁束が変化することにより、コイル１４に誘導起電力が発生する。これにより、振動発電装置１が発電する。
【００３１】
このように、本実施形態に係る振動発電装置１では、磁石１６のコイルユニット４とは反対側にヨーク材１７が配置されて、磁石１６のコイルユニット４側の磁路が開磁路となっているため、コイルユニット４の一方側にのみ錘体５を配置することができる。これにより、コイルユニット４から錘体５を離してコイルユニット４と錘体５との間に隙間を形成することができるため、コイルユニット４と錘体５との間に隙間を形成して錘体５の振動エネルギの損失を抑制することができる。
【００３２】
また、弾性部８が、錘体５とコイルユニット４との間に隙間が形成されるように錘体５を弾性支持するため、錘体５とコイルユニット４とが接触するのを抑制することができる。
【００３３】
また、弾性部８が、フレーム２に連結されて互いに反対の方向から錘体５を弾性支持する第一引張コイルバネ６及び第二引張コイルバネ７を有することで、容易に、錘体５とコイルユニット４との間に隙間が形成されるように錘体５を弾性支持することができる。
【００３４】
また、コイル１４が空芯コイルであるため、磁石１６がコイル１４側に引き寄せられることを抑制して錘体５の振動エネルギが損失することを抑制することができる。
【００３５】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限られるものではない。
【００３６】
例えば、上記実施形態では、弾性部が第一引張コイルバネ及び第二引張コイルバネを有するものとして説明したが、弾性部は、フレームに連結されて錘体を弾性支持するものであれば、如何なるものであってもよい。
【００３７】
また、上記実施形態では、コイルが空芯コイルであるものとして説明したが、磁石がコイル側に引き寄せられることが問題なければ、又は、磁石がコイル側に引き寄せられることを抑制する他の手段があれば、コイルの内周側に鉄芯が設けられていてもよい。
【００３８】
また、上記実施形態では、振動入力面をフレームの特定の面として説明したが、振動入力面は、フレームの如何なる面であってもよい。また、振動入力面は、フレームの一つの面の全体である必要はなく、フレームの一つの面の一部分のみであってもよい。
【符号の説明】
【００３９】
１…振動発電装置、２…フレーム、３…カバー、４…コイルユニット、５…錘体、６…第一引張コイルバネ、７…第二引張コイルバネ、８…弾性部、１０…振動入力面、１１…側面、１２…パッキン、１３…凹部、１４…コイル、１５…コイルホルダ、１６…磁石、１７…ヨーク材、１８…高比重材、１９…貫通孔、２０…テープ、２１…第一側面部、２２…第二側面部、２３…ネジ、２４…ネジ。
【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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