(57)【要約】【課題】用途に応じた所望の共振周波数を得るための調整を容易に行うことができ、かつ、加速度に対する強度の向上を実現できる振動発電機を得る。【解決手段】円柱あるいは円筒形で構成された永久磁石（１ａ、１ｂ）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（２）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、永久磁石の軸方向の両端部にガイド棒（４ａ、４ｂ）を介して設けられた２つの磁気バネ部（５ａ、５ｂ）と、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（１６）と、ガイド棒に接続され、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（３ａ、３ｂ）とをさらに備える。【選択図】図１
2015180134.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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
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
をさらに備える振動発電機。
【請求項２】
請求項１に記載の振動発電機において、
前記調整機構部は、前記磁石間距離を広げる方向あるいは狭める方向に調整する際に、前記２つの磁気バネ部におけるそれぞれの磁石間距離を、同時に、かつ同方向に調整可能な構成を有する
振動発電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、板バネを用いた振動発電機に関し、特に、共振周波数を容易に調整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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２０１０−５２５７７９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、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。さらに、規定以上の強い加速度が加わった場合の強度にも、問題があった。
【０００６】
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、用途に応じた所望の共振周波数を得るための調整を容易に行うことができ、かつ、加速度に対する機械的強度の向上を実現できる振動発電機を得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つの板バネとをさらに備えるものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、板バネを用いた振動発電機において、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、非接触で共振周波数を変更可能な機構を有することにより、用途に応じた所望の共振周波数を得るための調整を容易に行うことができ、かつ、加速度に対する機械的強度の向上を実現できる振動発電機を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】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２】本発明の実施の形態１における板バネの構成を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態１における磁気バネ部の磁石間距離を３０ｍｍと５ｍｍに調整して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。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明は、板バネを用いた振動発電機において、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設けたことを技術的特徴としている。このような磁気バネ部を備えることで、共振周波数の調整の容易化を実現するとともに、振動発電機に加速度が加わった際の機械的強度の向上を実現できるという、従来技術では得ることのできない優れた効果を得ることができる。
【００１１】
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。
【００１２】
実施の形態１．
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、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。
【００１３】
図１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。
【００１４】
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。
【００１５】
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２は、本発明の実施の形態１における板バネ３ａ、３ｂの構成を示す図である。図２に示した本実施の形態１における板バネ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。
【００１６】
中心部の穴Ｈ１は、図１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１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１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１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。
【００１７】
次に、図１に戻って、本願の技術的特徴である磁気バネ部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１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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
図３は、本発明の実施の形態１における磁気バネ部５ａ，５ｂの磁石間距離を３０ｍｍと５ｍｍに調整して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３に示すように、本発明の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。
【００２３】
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。
【００２４】
さらに、本発明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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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の調整を、容易に行うことができる。さらに、規定以上の強い加速度が加わった場合にも、機構的な破損を防止できる強度を有するとともに、加速度が加わった際の揺れ止めの効果も得ることができる。
【００２８】
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。「板バネを用いた振動発電機において、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設ける」という技術的特徴を満たす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。
【符号の説明】
【００２９】
１ａ、１ｂ  永久磁石（磁石）、２  コイル、３ａ、３ｂ  板バネ、４ａ、４ｂ  ガイド棒、５ａ、５ｂ  磁気バネ部、１０  フレーム、１１  天板、１２  磁石取付け用上板、１３  中板、１４  磁石取付け用下板、１５  底板、１６  周波数調整機構部。
【図１】
2015180134.tif 000003
【図２】
2015180134.tif 000004
【図３】
2015180134.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成27年1月15日(2015.1.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
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つの板バネとをさらに備え、調整機構部は、磁石間距離を広げる方向あるいは狭める方向に調整する際に、２つの磁気バネ部におけるそれぞれの磁石間距離を、同時に、かつ同方向に調整可能な構成を有するものである。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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
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
をさらに備え、
前記調整機構部は、前記磁石間距離を広げる方向あるいは狭める方向に調整する際に、前記２つの磁気バネ部におけるそれぞれの磁石間距離を、同時に、かつ同方向に調整可能な構成を有する
振動発電機。