(57)【要約】【課題】振動、揺動を理由して電磁誘導を誘起させて発電することができるカード型の携帯発電機の構造に係わる。【解決方法】貫通孔を持つ磁性シートの、該シートを直立せしめたときに形成される貫通孔内面に対向して配置された非磁性の凹局面の上を自在に転動する永久磁石と、該永久磁石の磁束を横切る位置に配置された電磁誘導コイルの組合せから成ることを特徴とするカード型携帯発電機。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
貫通孔を持つ非磁性シートと、該シートを直立せしめたときに形成される貫通孔内面の凹曲面に載置され、該凹局面の上を自在に転動する永久磁石と、該永久磁石の磁束を横切る位置に配置された電磁誘導コイルの組合せから成ることを特徴とするカード型携帯発電機。
【請求項２】
貫通孔を持つ磁性シートの、該シートを直立せしめたときに形成される貫通孔内面に対向して配置された非磁性の凹局面の上を自在に転動する永久磁石と、該永久磁石の磁束を横切る位置に配置された電磁誘導コイルの組合せから成ることを特徴とするカード型携帯発電機。
【請求項３】
磁性シートの貫通孔の中に、該貫通孔の中で該シートの厚さの垂直方向に振り子振動する永久磁石を懸吊し、該永久磁石の磁束を横切る位置に電磁誘導コイルを配置した構造からなることを特徴とするカード型携帯発電機。
【請求項４】
上記永久磁石のＮＳ方向が該永久磁石の転動軸と直角方向されてなることを特徴とする請求項１あるいは２に記載のカード型発電機。
【請求項５】
上記永久磁石のＮＳ方向が該永久磁石の振り子の運動方向と直角方向されてなることを特徴とする請求項３に記載のカード型発電機。
【請求項６】
上記誘導コイルを上記貫通孔の内面に開口せしめてなることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のカード型発電機。
【請求項７】
上記振動発電機を複数併設するに際して、各発電機の外側を高透磁率材料の連続体で包囲してなることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の振動発電機。
【請求項８】
上記高透磁率材料が（パーマロイ、センダスト、電磁軟鉄、ケイ素鋼板、アモルファス合金、軟磁性フェライト）から選択された材料である請求項７に記載の振動発電機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、カード型携帯発電機に係わり、更に詳しくは、カードの様に薄く、軽く、人間が歩くときの振動、揺動あるいは自動車や鉄道車両の振動で発電することが出来る発電機の構造に係わるものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年携帯型電子機器の普及は目覚しく、とりわけ携帯型の通信機器の普及は目覚しいものがある。これら携帯型の電子機器の電源には充電できる小型の電池が使用されているが、問題は、これら電池の容量が小さいために、頻繁な充電作業が必要になることである。使用頻度にもよるが、１〜３時間に１回程度の充電が必要になる場合もある。
そこで、どこででも簡便に充電できる携帯型の充電器の開発が待望されているが、現状は、特開平１０−２１０６７３に開示されている手動式の発電機を利用したものが開発されている程度である。この発明は手動による充電の煩わしさと併せ、機器そのものが大型化し携帯は極めて困難である。又その他特開平１０−３１３９３３の発明も開示されているが、いずれの従来技術も実用的には未完成のものである。
かかる問題点に鑑みて本発明者は先に歩行時の振動を利用する、いわゆる携帯型の振動発電機を発明（特願２００１−１８０９６６号）したが、この発明は、棒磁石をスプリングで懸吊して、スプリングの振動で棒磁石を上下振動させるために重たくて小型化に限界があり、単位重量あたりの発電電力も小さい欠点がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はかかる問題点にかんがみてなされたもので、第一の目的は、スプリングを使用することなく永久磁石の磁束を周期的に変化させることができるカードの様に薄く、軽く簡便で、高出力で、充電しながら使用もできる新しい構造の携帯発電機を提供することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記問題に関して鋭意研究を行い、下記（１）〜（６）の手段で問題を解決できることを見出した。
すなわち、
（１）貫通孔を持つ非磁性シートと、該シートを直立せしめたときに形成される貫通孔内面の凹曲面に載置され、該凹局面の上を自在に転動する永久磁石と、該永久磁石の磁束を横切る位置に配置された電磁誘導コイルの組合せから成ることを特徴とするカード型携帯発電機。
（２）貫通孔を持つ磁性シートの、該シートを直立せしめたときに形成される貫通孔内面に対向して配置された非磁性の凹局面の上を自在に転動する永久磁石と、該永久磁石の磁束を横切る位置に配置された電磁誘導コイルの組合せから成ることを特徴とするカード型携帯発電機。
（３）磁性シートの貫通孔の中に、該貫通孔の中で該シートの厚さの垂直方向に振り子振動する永久磁石を懸吊し、該永久磁石の磁束を横切る位置に電磁誘導コイルを配置した構造からなることを特徴とするカード型携帯発電機。
（４）上記永久磁石のＮＳ方向が該永久磁石の転動軸と直角方向されてなることを特徴とする上記（１）あるいは（２）に記載のカード型発電機。
（５）上記永久磁石のＮＳ方向が該永久磁石の振り子の運動方向と直角方向されてなることを特徴とする上記（３）に記載のカード型発電機。
（６）上記誘導コイルを上記貫通孔の内面に開口せしめてなることを特徴とする上記（１）〜（５）のいずれかに記載のカード型発電機。
（７）上記振動発電機を複数併設するに際して、各発電機の外側を高透磁率材料の連続体で包囲してなることを特徴とする上記（１）〜（６）のいずれかに記載の振動発電機。
（８）上記高透磁率材料が（パーマロイ、センダスト、電磁軟鉄、ケイ素鋼板、アモルファス合金、軟磁性フェライト）から選択された材料である上記（７）に記載の振動発電機。
【０００５】
【発明の実施の形態】
図面によって本発明の作用、機能を説明する。
図１は本発明の代表的構造の作用、機能を説明した図である。
シート１には貫通孔２が形成されており、シート１を立てた時、貫通孔の内面には凹曲面３が形成されることとなる。
凹局面には、永久磁石４が載せられ、シートの振動によって左右に転動する。
永久磁石が外に逸脱しないように、シート１を図示していない薄い２枚の非磁性の側板で両側から挟んで、永久磁石を貫通孔の中に閉じ込める。かくして永久磁石は外に逸脱することなく貫通孔と側板に挟まれた空間の中を左右自在に転動することとなる。
【０００６】
コイルの配置は、要は磁束を横切る位置であればいかなる配置でも良いが、シートの転動面真下および必要に応じて転動面真上に空間を作り、この空間の中にコイルを収めて固定するとき発電効率が最大になる。図１では、コイルは転動面の真下のみに配置しているが必要に応じて図２に示す転動面の上にも配置しても良い。
コイルを収めるときの位置関係は、図３に示すコイルを巻いたときに形成されるコイル開口部が転動面に対向するように配置する時、その発電効率が最大になる。
【０００７】
永久磁石のＮＳの方向は、永久磁石の転動軸に直角方向、つまりコイルの開口方向にする。
【０００８】
磁石には棒磁石から４極、６、８等々、単極、多極磁石を適宜使用できる。図４は磁石の形状の説明図である。永久磁石は転動面の上を円滑に転動するように永久磁石の外周に非磁性のリングを嵌めてリングが転動するようにすると良い。
【０００９】
シートは磁性、非磁性何れの材料を使用しても良いが、磁石が小さくて軽量の場合、磁力によって磁石がシートに吸着して永久磁石の転動にブレーキがかかり効率が低下するので非磁性のほうが良い。
【００１０】
転動面の形状は、転動周期が人の歩行周期あるいは積載する車の振動周期と一致するように凹局面の曲面半径を決定すると、永久磁石の転動速度と転動距離を最大にすることが出来、コイルに誘起される起電力が最大になる。
【００１１】
コイルの数は、転動面の下に１個あるいは複数個並べても良いし、また更に転動面の上側に１個あるいは複数個追加して配置しても良い。
【００１２】
電磁誘導で誘起される電圧は、コイルの巻き数に比例するのでコイル巻線は隙間なく集積するほうが良い。
【００１３】
同じ側の隣同士のコイルには逆の電流が誘起されるので、隣り合うコイルは電流が打ち消されないように接続する。
【００１４】
本発明の振動源が常に一定した振動が得られない場合、たとえば、人の歩行時の振動、常時使用しない車に積載する場合等の様に常時一定した振動が得られない場合は、発電した電力は一旦電池に充電して使用するほうが好ましい。コイルには交流が誘起されるので、コイルの最終端末に整流器を接続して直流に変換して、あるいは必要に応じて変換した直流は更にレギュレーターで電圧を昇圧して、電池に充電する。
【００１５】
発電電圧を高くする場合、複数の発電機をそれぞれ一坦直流変換して、極性を整合させて直列に接続して電圧を高くする。
【００１６】
発電電力をより高くするためには図５、図６に示すようにコイルに鉄芯をいれるとよい。このとき磁石は鉄芯に吸着されて動きにブレーキがかかるので、磁石はより重くするほうが良い。磁石を大型化、あるいは重い非磁性の金属、たとえばタングステンのリングに磁石を取り付けて磁力に抗して転動できるようにするとよい。
【００１７】
又磁石の運動を転動式に替えて振り子式にすると良い、
図７は振り子式の構造を説明した図である。
振り子はコイルとコイルの間を図示した方向に振り子振動する。
磁石はコイルとコイルの間を通る時に鉄芯に吸引されてスピードが減速する。振り子が減衰しないようにするためには、上記したように、振り子の先の磁石の重さを重くする。磁石単独で重くすることが困難な場合は磁石にタングステンのような重い材料を取り付ける。
【００１８】
複数個併設するとき、隣り合う永久磁石の磁力線の影響を受けないように各コイルは磁気的に隔離する。
隔離は、下記▲１▼、▲２▼、▲３▼の構造が好ましい。
▲１▼  発電機の外側、つまり永久磁石、ガイド、コイルの外側から包囲するように高透磁率材料の連続体でシールする構造。磁力線を連続体の中を選択的に透過させて外に漏洩させない構造である。
▲２▼  各コイルの間に遮蔽壁を設けて遮蔽する構造。
反磁性材料の遮蔽壁を設けて磁力線を反射させて外に漏洩させない構造である。反磁性材料には、真鍮、マグネシウム合金等を用いる。遮蔽壁は全体が反磁性材でも良いし、遮蔽面に反磁性材の被膜を被覆する形でも良い。
▲３▼  ▲１▼と▲２▼の折衷型つまり高透磁率材料の連続体でシールして、その外側を反磁性材料で被覆する構造である。
【００１９】
高透磁率材料としては、電磁軟鉄、珪素鋼板、パーマロイ、センダスト、Ｆｅ−Ａｌ合金、アモルファス合金、軟磁性フェライト等、通常この種の用途に使用されている材料は全て使用できる。
【００２０】
反磁性材料としては、亜鉛、真鍮、マグネシウム、マグネシウム合金等を適宜使用することが出来る。
【００２１】
本発明は、携帯型あるいは車載型電子機器の電源として直接利用しても良いし、又電池に充電するだけのために利用しても良いし、あるいは直接電源と充電の両方に同時に利用できるようにしてもよい。
【００２２】
本発明の発電機は、歩行時の振動、揺動、あるいは車、鉄道車両、船等の交通機関に載せて発生する振動、揺動を利用して発電するものであり、特定の振動源、揺動源の種類に何ら限定されるものではなく、少なくとも振動揺動を発生させるものであればすべて本発明に適用可能である。
【００２３】
転動面の曲面の（あるいは振り子の）一番高い位置から磁石が転がり降りるとき、位置のエネルギーが最低になる位置、つまり曲面の一番低い底面で永久磁石の動くスピードが最大になる。従ってこの位置で誘起される起電力は最大になるので、電磁誘導コイルはこの位置の巻き線を最大にすると良い。
【００２４】
永久磁石が転動する面の形状は、要は永久磁石が振動で左右に転動すればよいので、凹曲面のみに限定されるものではない。たとえば単純な凹形状あるいはＶ型形状等でも勿論かまわない。単純な凹形状では、人が携帯時の上下動でガイドがシーソーの様に上下動して丸い永久磁石が左右に転動して発電させる場合等に利用できる。
【００２５】
永久磁石は、鋳造磁石、焼結磁石、永久磁石粒子をプラスチックで固めた磁石等、いかなる製法のものでも使用することができる。
【００２６】
【実施例】
実施例１
下記（図１）の構造の発電機を試作した。
［シート部分］
１５０ｍｍ幅×１５０ｍｍ高さ、厚さ１．１ｍｍ、のアクリル板の内面を図１の様にくり抜いた。なおくり抜いた転動面の半径は６６．３ｍｍ、転動面の長さは１００ｍｍである。
［永久磁石］
図４の（１）の構造の４極磁石（ネオジウム磁石）を使用した。
非磁性リングの直径：９ｍｍ    厚さ：１ｍｍ
［コイル］
開口部が０．３×２０ｍｍ、長さ１００ｍｍの中空ボビンに線径０．１ｍｍのエナメル被覆銅線を３０００回巻回した。コイルの厚さは概ね１．１ｍｍであった。これを３個、図１のくり抜き部分に入れて樹脂で固定した。
［側板の貼付け］
シートの磁石転動面に非磁性リングを取付けた４極磁石を載せ、永久磁石が外に逸脱しないようにシート両面から同じ大きさで厚さ１００μｍの透明アクリル箔の側板を張り付けて永久磁石とコイルを供にシートのくり抜き空間の中にとじこめた。
シートの振動で永久磁石は左右自在に転動することが出来た。
この時、隣同士のコイルには逆相の起電力が発生するので、コイルの巻き方は交互に反対にした。
【００２７】
個々のコイルは、整流器と小型の昇圧形チョッパに接続して整流および昇圧を行い、電池の充電に使用できた。
【００２８】
人が携帯して歩いたときの発電電圧の平均値は、０．５Ｖであった。
【００２９】
【発明の効果】
以上詳記したように本発明は、構造が極めて簡単で、軽薄簡便で携帯に便利であって、かつ複数個組合わせて大きな電圧を得ることも出来るものであり、電子機器、通信機器の携帯化に大いに貢献するものである。
【００３０】
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明構造の説明図である。
【図２】図２は、本発明構造の説明図である。
【図３】図３は、コイル開口部の説明図である。
【図４】図４は、転動する永久磁石の説明図である。
【図５】図５は、鉄芯を入れた実施例の構造の説明図である。
【図６】図６は、鉄芯を入れた別の実施例の構造の説明図である。
【図７】図７は、鉄芯を入れた別の実施例の構造の説明図で、磁石が振り子振動する構造の説明図である。
【符号の説明】
１…シート      ２…貫通孔
３…凹局面      ４…永久磁石
【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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