(57)【要約】【課題】歩行や波力による運動エネルギー、或いは懸架装置の上下運動を利用して効率よく発電を行い非常用、または補助電源として利用できる振子式簡易発電装置及び懸架発電装置を提供する。【解決手段】板ばねを形成材に用い先端部に永久磁石を備える回転自在な振子をハウジングに取り付け、当該振子を磁力で支持するコイルと鉄芯を備える永久磁石をハウジングに固着し、当該コイルを接続する誘起電圧の昇圧や整流を行う電圧変換機構と、当該電圧変換機構を接続する蓄電機構を特徴とする振子式簡易発電装置、及び、懸架装置における上側座と下側座に同極である磁極が相対する位置にコイルと鉄芯を備える永久磁石を取り付け、当該コイルを整流器に接続することを特徴とする懸架発電装置。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁極側を回転方向とする永久磁石を先端部に備える回転自在な振子をハウジングに取り付け、当該永久磁石と同極である磁極が相対する位置にコイルと鉄芯を備える永久磁石をハウジングに固着する振子運動による発電機構と、当該コイルを接続する電圧変換機構と、当該電圧変換機構の直流電圧を蓄電する充電機構をハウジングに設けることを特徴とする振子式簡易発電装置。
【請求項２】
請求項１におけるコイルを鉄芯の巻線とし、且つ、振子先端部に備える永久磁石の磁束と鎖交する大きさに形成することを特徴とする振子式簡易発電装置。
【請求項３】
請求項１及び請求項２において、振子の形成材に板ばねを用いることを特徴とする振子式簡易発電装置。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３において、電圧変換機構及び充電機構と永久磁石との間に鉄芯を配置することを特徴とする振子式簡易発電装置。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４において、振子先端部にコイルを備える永久磁石を配することを特徴とする振子式簡易発電装置。
【請求項６】
懸架装置における上側座にコイルを備える永久磁石を取り付け、下側座に永久磁石を取り付け、それぞれの永久磁石を同極である磁極側が相対する位置に配置する発電機構と、当該コイルに接続する整流器を特徴とする懸架発電装置。
【請求項７】
請求項６において上側座にコイルと鉄芯を備える永久磁石を取り付け、下側座にコイルと鉄芯を備える永久磁石を取り付けることを特徴とする懸架発電装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、携帯用とする小型発電装置や船舶の分野における非常用や補助用として設置する発電装置、或いは懸架装置に取り付ける発電装置とするものであり、永久磁石の反発力や振子運動を利用し上下左右の動きである外力を永久磁石の磁界の変化に置き換え、発電を効率よく行い電力を得る振子式簡易発電装置及び懸架発電装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、腕時計では回転中心と重心が偏心するアンバランス車を用いてランダムな動きを回転力に変換し、永久磁石と電機子の構成により発電を行い電力を得ている。
前記アンバランス車はランダムな動きに対応する優れた機構であり、その回転を歯車や自動巻機構による増速手段を用いて回転子の回転力とするため高い発電力を有し、さらに蓄電を行う備える優れた手段である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の技術による発電手段では伝動過程における摩擦により動力の損失を生じるという問題があり、またアンバランス車や増速手段の製作には高度な技術を必要としコストが高くなるという問題がある。
本発明は以上の欠点を解決するためになされたものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明による上記課題の解決手段を説明すれば、第１の特徴として磁極側を回転方向とする永久磁石を先端部に備える回転自在な振子をハウジングに取り付け、その永久磁石と磁極側が相対しコイルと鉄芯を備える永久磁石を振子が釣り合う位置にそれぞれ配置しハウジングに固定する。これらの構成は運動エネルギーを振子運動や磁界の変化を経て電力に変換する発電機構であり、さらにハウジングに内蔵する誘起電圧の昇圧と整流を行う電圧変換機構と、その直流電圧を蓄電する充電機構よりなる振子式簡易発電装置である。
【０００５】
次に、本発明の第２の特徴としては、前記第１の特徴における鉄芯を備えるコイルを振子先端部の永久磁石の磁束と鎖交する大きさに形成する振子式簡易発電装置である。
【０００６】
次に、本発明の第３の特徴としては、前記第１の特徴における振子の形成材に振子運動を付勢する板ばねを用いる振子式簡易発電装置である。
【０００７】
次に、本発明の第４の特徴としては、前記第１の特徴において電圧変換機構及び充電機構に作用する磁力の影響を低減する鉄芯を、それらの機構と永久磁石との間に配置する振子式簡易発電装置である。
【０００８】
次に、本発明の第５の特徴としては、前記第１の特徴における振子先端部の永久磁石を磁極側に永久磁石を備えるコイルとする振子式簡易発電装置である。
【０００９】
次に、本発明の第６の特徴としては、懸架装置におけるばねの支持部である上側座にコイルを備える永久磁石を取り付け、下側座に永久磁石を取り付け、それぞれの永久磁石を同極である磁極側が相対する位置に配置する発電機構と、当該コイルに接続する半波整流器からなる懸架発電装置である。
【００１０】
次に、本発明の第７の特徴としては、前記第６の特徴において上側座に取り付けるコイルを鉄芯を備えるものとし、下側座に鉄芯を備えるコイルと永久磁石を取り付ける懸架発電装置である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態についての説明である。
先ず、本発明の振子式簡易発電装置を図１ないし図４を参照しつつ説明すれば、先端部に永久磁石ａ１を備え板ばねａ９を形成材に用いる振子を軸３に軸着し、軸３をハウジング６に取り付ける。鉄芯５と永久磁石ｂ２を備えるコイルａ７及びコイルｂ８をハウジング６に保持材１０を介して固着する。コンデンサ２０を備える電圧変換回路４をハウジング６内側に取り付け、コイルａ７及びコイルｂ８を電圧変換回路４に接続する構成となる（請求項１記載）。
【００１２】
次に、前記構成の機能について図１ないし図４を参照しつつ説明すれば、振子は永久磁石ａ１と永久磁石ｂ２の間に作用する反発力と板ばねａ９に支持されており、これは外力による運動エネルギーを容易に振子運動に変換する構成である。
次に、図５ないし図７を参照し発電の過程を説明すれば、図５では永久磁石ａ１と永久磁石ｂ２のＮ極側が反発力に抗して近づく方向へ回転し、磁束が減少することになり鉄芯５の磁束の変化を生じることになる。この変化はコイルａ７の誘起電圧となり矢印の方向へ電流が流れる。図６では、永久磁石ａ１と永久磁石ｂ２の反発力に従う動きとなり鉄芯５の磁束の増加となり図５とは逆の方向へ電流が流れることになる。図７ではＳ極側が反発力に抗して近づく方向へ回転しコイルｂ８の誘起電圧となり矢印の方向へ電流が流れる。
以上の行程により誘起電圧を繰り返し発生し交流電圧とすることができる。
また、図２は電圧変換回路４を示す回路図であり、前記交流電圧をパワートランスと倍電圧整流回路で昇圧と整流を行いコンデンサ２０に蓄電を行う例である。
コンデンサ２０については二次電池が適しており、電気二重層コンデンサやＮｉＣｄ電池、並びにＮｉＭＨ電池やＬｉイオン電池を用いることができる。
なお、ハウジング６については高透磁率材などを用いる磁気シールドを形成材に用いるか、或いは、取り付けることで外部への磁力の作用を低減することができる。また、軸３を軸支する軸受を設け振子運動を円滑にすることができる。
加えて、前記保持材１０のハウジング６への固着については、エポキシ樹脂系接着剤が適している。
【００１３】
次に、図８の構成は前記コイルａ７とコイルｂ８の変化例であり、永久磁石ａ１方向へ延長しコイルｃ１１とコイルｄ１２に示す形状とするものである（請求項２記載）。
【００１４】
この構成により、コイルｃ１１とコイルｄ１２の永久磁石ａ１の磁束と鎖交する部分と鉄芯５の巻線となる部分の両方で誘起電圧が発生することとなり、より高い交流電圧とすることができる。
なお、この場合永久磁石ａ１の長さを延長することで、コイルｃ１１及びコイルｄ１２と板ばねａ９との当接を防ぐことができる。
【００１５】
次に、図９の構成は永久磁石ｂ２に衝撃吸収材としてばね１３を取り付け振子の運動エネルギーを保つものである。
【００１６】
次に、板ばねａ９については、図１０に示すように板ばねｂ１４を成形し軸３に軸着することで製造工程の簡略と共に振子運動を付勢する効果を得るものである（請求項３記載）。
【００１７】
次に、図１１に示す構成は振子両端に永久磁石を備え振子の重心から離れた位置に軸３を配し永久磁石ｃ１６と永久磁石ｂ２の磁極が相対するように鉄芯ｂ１５を成形するものである。
この構成により、振子両端に配する永久磁石の作用で発電効率を高めるものである。
【００１８】
次に、図１２に示すように鉄芯ｃ１９を成形しコイルｆ１８を配する。この場合の接続方法は図１３に示す例である。
この構成により、永久磁石ｂ２の磁力並びに保持力を高めることができ、さらにこの配置では電圧変換機構及び充電機構に作用する永久磁石の磁力の影響を低減することができる（請求項４記載）。
【００１９】
また、この構成では振子先端部に永久磁石ｂ２と共に配するコイルｅ１７を接続することでより高い電力を得ることができる（請求項５記載）。
【００２０】
次に、図１４は前記図１２の構成に図８に示すコイルｃ１１とコイルｄ１２を応用する例であり、この構成は簡略な製造工程と合わせて発電効果を得るものである。
また、図１５は電圧変換機構及び充電機構の例でありダイオードブリッジ２２を全波整流器とし、過充電対策として限圧器であるツェナーダイオード２３を配設するものである。
【００２１】
次に、図１６に示す応用例は懸架装置に永久磁石とコイルを取り付け、前記振子式簡易発電装置と概ね同様の発電効果を得るものである。
先ず、その構成を説明すれば永久磁石ｄ２６と鉄芯ｄ２５を備えるコイルｈ２４を懸架装置の上側座３１に取り付け固定し、下側座３２に永久磁石ｅ２７と鉄芯ｅ２９を備えるコイルｉ２８並びに永久磁石ｆ３３を取り付け固定する。
永久磁石ｄ２６と永久磁石ｅ２７の配置については、それぞれの同極である磁極側が相対する位置とする。
次に、図１７に示すようにコイルｈ２４とコイルｉ２８の整流を行うダイオードに接続する（請求項７記載）。
【００２２】
次に、その機能を説明すれば永久磁石ｅ２７の上下方向への動きは、コイルｈ２４と鎖交する磁束の動きとなり、また鉄芯ｄ２５の磁束の変化となりコイルｈ２４に誘起電圧が発生し発電力となる。さらに、コイルｉ２８においても同様にに誘起電圧が発生し発電力となる。
この場合の上方向への動きにおいては、永久磁石ｅ２７と永久磁石ｄ２６が反発力に抗して近づくに従いその力が強くなる。これはコイルばね３０の圧縮運動における作用と同様であり、懸架装置としての機能を有することとなる。
また、このときの誘起電圧により生じる磁力は反発力となるため、前記機能を損なわずに電力を得ることができる。
しかし、下方向への動きにおいては、そのとき生じる誘起電圧による磁力は引力となるためコイルばね３０の戻り運動における反応を遅らせることになり、前記懸架装置としての機能を損なうことになる。
図１７はその解決手段を示すものであり、コイルｈ２４とコイルｉ２８にダイオードを接続することで戻り運動の際に電流が流れないようにし、誘起電圧による引力の発生を防ぐものである。
なお、図１６に示すように下側座３２に取り付ける永久磁石ｅ２７と鉄芯ｅ２９並びに永久磁石ｆ３３を環状に形成することで、ばね下重量の低減を計ることができる。
加えて、この構成ではダイオードで整流を行うため発振回路を用いて交流電圧電圧とすることで前記振子式簡易発電装置と同様に電圧変換機構と蓄電機構を用いることができる。
【００２３】
次に、図１８に示す構成は前記図１６の変化例であり、コイル３０の内側に永久磁石とコイルを配置し機構の小型化を図る例である。
【００２４】
次に、図１９に示す構成は上側座３１に磁極間の距離の長い永久磁石ｇ３４とコイルｊ３６を取り付け、下側座３２に永久磁石ｈ３５を取り付ける（請求項６記載）。
【００２５】
この構成では鉄芯による磁束の変化を利用することはできないが、磁極間の距離の長い永久磁石を用いることで保持力の低下を防ぐことができる。
また、本発明の懸架発電装置において誘起電圧により生じる磁力は常に永久磁石の磁力を強める方向へ作用するため、この点においても保磁力の低下を防ぐことになる。
なお、この構成では永久磁石ｇ３４ｈにコイルを取り付けていないため発電量と保磁力は低下するが、ばね下重量の低減を計ることができる。
【００２６】
【発明の効果】
本発明の振子式簡易発電装置において、振子は磁力の反発力と板ばねに支持さるため外力を振子の運動へ変換することが容易であり、さらに振子の動きを直接磁界の変化に変換し誘起電圧を得るため、少ない損失で運動エネルギーを電力に変換し蓄電することができる。
従って、携帯可能である小型な構成とし鞄内などの歩行時に高い運動エネルギーを有する位置に備えることで携帯用電子機器の補助電源とすることができる。また、前記の使用方法により乾電池の消費の低減が可能であり、環境保護の効果も期待することができる。
さらに、船舶の分野においても波力を振子の運動エネルギーとすることができるため、非常用電源や補助電源として用いることができる。またこれは、浮標などに用いる発電装置とすることができる。
次に、本発明の懸架発電装置においては、懸架装置の機能を損なうことなく電力を得ることができるため、電気自動車の懸架装置に取り付けることで走行距離の延長を計ることができる。
従って、省エネルギーの観点からも有用である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の振子式簡易発電装置を示す実施形態の正面図である。
【図２】本発明の振子式簡易発電装置の電圧変換及び蓄電機構を示す回路図である。
【図３】本発明の振子式簡易発電装置を示す実施形態の斜視図である。
【図４】本発明の振子式簡易発電装置を示す実施形態の、一部を断面にした側面図である。
【図５】本発明の振子式簡易発電装置におけるＮ極側が近づく振子運動と電流を示す実施形態の要部正面図である。
【図６】本発明の振子式簡易発電装置におけるＮ極側が遠ざかる振子運動と電流を示す実施形態の要部正面図である。
【図７】本発明の振子式簡易発電装置におけるＳ極側が近づく振子運動と電流を示す実施形態の要部正面図である。
【図８】本発明の振子式簡易発電装置のコイルの変化例を示す実施形態の要部正面図である。
【図９】本発明の振子式簡易発電装置の衝撃吸収部を示す実施形態の要部正面図である。
【図１０】本発明の振子式簡易発電装置の振子に用いる板ばねの変化例を示す実施形態の要部斜視図である。
【図１１】本発明の振子式簡易発電装置の振子と鉄芯の変化例を示す実施形態の、一部を断面にした正面図である。
【図１２】本発明の振子式簡易発電装置の永久磁石と鉄芯の変化例を示す実施形態の、一部を断面にした正面図である。
【図１３】本発明の振子式簡易発電装置の接続方法の変化例を示す回路図である。
【図１４】本発明の振子式簡易発電装置のコイルと鉄芯及び電圧変換機構の変化例を示す実施形態の、一部を断面にした正面図である。
【図１５】本発明の振子式簡易発電装置の電圧変換及び蓄電機構の変化例を示す回路図である。
【図１６】本発明の懸架発電装置を示す実施形態の斜視図である。
【図１７】本発明の懸架発電装置の接続方法を示す回路図である。
【図１８】本発明の懸架発電装置の変化例を示す実施形態の斜視図である。
【図１９】本発明の懸架発電装置の変化例を示す実施形態の斜視図である。
【符号の説明】
１  永久磁石ａ
２  永久磁石ｂ
３  軸
４  電圧変換回路
５  鉄芯ａ
６  ハウジング
７  コイルａ
８  コイルｂ
９  板ばねａ
１０  保持材
１１  コイルｃ
１２  コイルｄ
１３  ばね
１４  板ばねｂ
１５  鉄芯ｂ
１６  永久磁石ｃ
１７  コイルｅ
１８  コイルｆ
１９  鉄芯ｃ
２０  コンデンサ
２１  コイルｇ
２２  ダイオードブリッジ
２３  ツェナーダイオード
２４  コイルｈ
２５  鉄芯ｄ
２６  永久磁石ｄ
２７  永久磁石ｅ
２８  コイルｉ
２９  鉄芯ｅ
３０  コイルばね
３１  上側座
３２  下側座
３３  永久磁石ｆ
３４  永久磁石ｇ
３５  永久磁石ｈ
３６  コイルｊ
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
2004215472.tif 000015
【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
2004215472.tif 000019
【図１８】
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【図１９】
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