(57)【要約】  第１の軟磁性体（１）と、コイル（２）と、永久磁石（３）とを含む永久磁石発電装置において、第１の軟磁性体は、離間して設置される第１のブランチ（１１）、第２のブランチ（１２）及び第３のブランチ（１３）を有し、第２のブランチが第１の、第３のブランチの間に位置し、コイルは、第２のブランチに巻かれるように設置されており、永久磁石は、Ｃ形状であり、２つのブランチを有し、永久磁石の２つのブランチがそれぞれ第１の、第２のブランチの間、及び第２の、第３のブランチの間に挿入されるように設置されており、永久磁石の２つのブランチは、選択可能に、第１の軟磁性体の第１のブランチと第２のブランチに接触するか、第１の軟磁性体の第２のブランチと第３のブランチに接触する。当該永久磁石発電装置は、コストが低く、構造が簡単であり、汚染がなく、マイクロエネルギー収集の応用に適用する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の軟磁性体と、コイルと、永久磁石とを含む永久磁石発電装置において、前記第１の軟磁性体は、離間して設置される第１のブランチ、第２のブランチ及び第３のブランチを有し、前記第２のブランチが前記第１のブランチと第３のブランチの間に位置し、前記コイルは、前記第２のブランチに巻かれるように設置されており、前記永久磁石は、Ｃ形状であり、２つのブランチを有し、前記永久磁石の２つのブランチがそれぞれ前記第１の軟磁性体の第１のブランチと第２のブランチの間、及び前記第１の軟磁性体の第２のブランチと第３のブランチの間に挿入されるように設置されており、前記永久磁石の２つのブランチは、選択可能に、前記第１の軟磁性体の第１のブランチと第２のブランチに接触するか、前記第１の軟磁性体の第２のブランチと第３のブランチに接触することを特徴とする永久磁石発電装置。
【請求項２】
請求項１に記載の永久磁石発電装置において、前記第１の軟磁性体は、平板形状の軟磁性ベースを有し、前記第１の軟磁性体の３つのブランチは、いずれも前記軟磁性ベースから延伸して形成されており、かつその末端が互いに平行することを特徴とする永久磁石発電装置。
【請求項３】
請求項２に記載の永久磁石発電装置において、前記第１の軟磁性体は、Ｅ形状であり、前記第１の軟磁性体の３つのブランチは、互いに平行して前記軟磁性ベースに直交することを特徴とする永久磁石発電装置。
【請求項４】
請求項２に記載の永久磁石発電装置において、前記軟磁性ベースの前後両端からそれぞれ垂直に折り曲げられ、延伸してバリア壁を形成し、前記第１のブランチは、前記２つのバリアへ器の上端の間に接続され、かつ前記軟磁性ベースと２つのバリア壁とともに前記コイル収納用の貫通穴を囲んで形成し、前記第３のブランチは、前記２つのバリア壁の下端の間に接続され、前記第２のブランチは、前記軟磁性ベースから垂直に延伸して形成されることを特徴とする永久磁石発電装置。
【請求項５】
請求項２に記載の永久磁石発電装置において、前記軟磁性ベースの前端又は後端から垂直に折り曲げられ、延伸してバリア壁を形成し、前記第１のブランチと第３のブランチは、前記バリア壁の末端の上下両側から垂直に折り曲げられ、延伸して形成され、前記第２のブランチは、前記軟磁性ベースから垂直に延伸して形成されることを特徴とする永久磁石発電装置。
【請求項６】
請求項１に記載の永久磁石発電装置において、前記永久磁石は、永久磁石本体及び２つの第２の軟磁性体を含み、前記２つの第２の軟磁性体がそれぞれ前記永久磁石本体の両端に接続されて前記Ｃ形状構造を形成することを特徴とする永久磁石発電装置。
【請求項７】
請求項６に記載の永久磁石発電装置において、前記永久磁石本体は、極性が異なる２つの端面を有し、前記永久磁石本体の２つの端面がそれぞれ前記２つの第２の軟磁性体の側面に平面的に接触して接続することを特徴とする永久磁石発電装置。
【請求項８】
請求項１に記載の永久磁石発電装置において、前記永久磁石と第１の軟磁性体のブランチ接触位置は、面接触であることを特徴とする永久磁石発電装置。
【請求項９】
請求項１に記載の永久磁石発電装置において、前記永久磁石又は第１の軟磁性体は、前記コイルに直交する中軸線方向に相対移動できることを特徴とする永久磁石発電装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の永久磁石発電装置において、前記永久磁石又は第１の軟磁性体には、その移動を駆動するための弾性装置が設けられていることを特徴とする永久磁石発電装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の永久磁石発電装置において、前記弾性装置は、バネ又は弾性片であることを特徴とする永久磁石発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁力発電装置に係り、特に永久磁石直線運動型発電装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在、様々な種類の磁力発電装置が知られており、その中で最もよく用いられるのが発電機である。発電機は、連続的な回転動作による機械エネルギーを電気エネルギーに変換することができるが、その構造が複雑であり、体積が大きく、体積への制限が厳しい環境条件には適さない。しかも、発電機を代表とする従来の磁力発電装置は、動作が連続的な回転動作でなければならず、連続的な電気エネルギーの供給が求められるため、通常発電所などにのみ適用される。
【０００３】
省エネ・環境保護という国の呼びかけのもと、エネルギー収集分野において小型発電装置への特殊な需要が多く出てきているが、それを満足するには、発電機を代表とする従来の磁力発電装置には難しいことが多い。新興分野であるモノのインターネット分野では、従来の電池を用いると、保守コストが高くなり、汚染が深刻化するという問題を引き起こす。マイクロパワー無線センサネットワークの電源問題も、モノのインターネットの普及に障害をきたす問題になっている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明が解決しようとする技術問題は、一回の小ストローク並進動作のエネルギーをパルス電気エネルギーに変換し、特定応用における電気供給ユニットとすることができる永久磁石発電装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記問題を解決するために、本発明は、以下の技術方案を採用する。第１の軟磁性体と、コイルと、永久磁石とを含む永久磁石発電装置を提供し、前記第１の軟磁性体は、離間して設置される第１のブランチ、第２のブランチ及び第３のブランチを有し、前記第２のブランチが前記第１のブランチと第３のブランチの間に位置し、前記コイルは、前記第２のブランチに巻かれるように設置されており、前記永久磁石は、Ｃ形状であり、２つのブランチを有し、前記永久磁石の２つのブランチがそれぞれ前記第１の軟磁性体の第１のブランチと第２のブランチの間、及び前記第１の軟磁性体の第２のブランチと第３のブランチの間に挿入されるように設置されており、前記永久磁石の２つのブランチは、選択可能に、前記第１の軟磁性体の第１のブランチと第２のブランチに接触するか、前記第１の軟磁性体の第２のブランチと第３のブランチに接触する。
【０００６】
さらに、前記第１の軟磁性体は、平板形状の軟磁性ベースを有し、前記第１の軟磁性体の３つのブランチは、いずれも前記軟磁性ベースから延伸して形成されており、かつ、その末端が互いに平行する。
【０００７】
さらに、前記第１の軟磁性体は、Ｅ形状であり、前記第１の軟磁性体の３つのブランチは、互いに平行して前記軟磁性ベースに直交する。
【０００８】
さらに、前記軟磁性ベースの前後両端からそれぞれ垂直に折り曲げられ、延伸してバリア壁を形成し、前記第１のブランチは、前記２つのバリアへ器の上端の間に接続され、かつ、前記軟磁性ベースと２つのバリア壁とともに前記コイル収納用の貫通穴を囲んで形成し、前記第３のブランチは、前記２つのバリア壁の下端の間に接続され、前記第２のブランチは、前記軟磁性ベースから垂直に延伸して形成される。
【０００９】
さらに、前記軟磁性ベースの前端又は後端から垂直に折り曲げられ、延伸してバリア壁を形成し、前記第１のブランチと第３のブランチは、前記バリア壁の末端の上下両側から垂直に折り曲げられ、延伸して形成され、前記第２のブランチは、前記軟磁性ベースから垂直に延伸して形成される。
【００１０】
さらに、前記永久磁石は、永久磁石本体及び２つの第２の軟磁性体を含み、前記２つの第２の軟磁性体がそれぞれ前記永久磁石本体の両端に接続されて前記Ｃ形状構造を形成する。
【００１１】
さらに、前記永久磁石本体は、極性が異なる２つの端面を有し、前記永久磁石本体の２つの端面がそれぞれ前記２つの第２の軟磁性体の側面に平面的に接触して接続する。
【００１２】
さらに、前記永久磁石と第１の軟磁性体のブランチ接触位置は、面接触である。
【００１３】
さらに、前記永久磁石又は第１の軟磁性体は、前記コイルに直交する中軸線方向に相対移動できる。
【００１４】
さらに、前記永久磁石又は第１の軟磁性体には、それらを駆動するための弾性装置が設けられている。
【００１５】
さらに、前記弾性装置は、バネ又は弾性片である。
【発明の効果】
【００１６】
上記永久磁石発電装置は、永久磁石と第１の軟磁性体の異なるブランチとの接触により２つの平衡状態での変換を実現するものである。永久磁石と第１の軟磁性体との閉じた接触位置で磁気による吸引力が生じ、両者を現在状態に吸着して固定する。外力がなくまたは外力が磁気による吸引力より小さい場合、発電装置は、平衡状態に維持される。磁気方向と反対方向の外力が磁力を超えた場合、発電装置は、１つの平衡状態から別の平衡状態に切り替わる。このとき、コイルにおける磁束が急に変化し、電磁誘導から電流が生じ、さらに電気エネルギーが生じる。上記永久磁石発電装置は、従来の永久磁石発電機とは異なり、発電時に連続的な回転動作を必要とせず、小ストロークの並進動作にもつエネルギーを電気エネルギーに変換することができ、そのコストが低く、構造が簡単であり、汚染がなく、特にマイクロエネルギー収集分野での応用、例えば無線スイッチ、キー、振動環境、無線信号送信器などに適用し、従来の電池の代わりに電気を供給することができ、マイクロパワー無線センサネットワークの理想的なエネルギー解決方案の１つである。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の永久磁石発電装置の好適実施例の第１の平衡状態時の構造原理模式図である。
【図２】本発明の永久磁石発電装置の好適実施例の第２の平衡状態時の構造原理模式図である。
【図３】本発明の永久磁石発電装置の第１の実施例の斜視図である。
【図４】本発明の永久磁石発電装置の第２の実施例の斜視図である。
【図５】図４における第１の軟磁性体の斜視図である。
【図６】本発明の永久磁石発電装置の第３の実施例の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明の解決しようとする技術問題、技術方案及び有益な効果をより明確化するために、以下、図面及び実施例とともに、本発明について更に詳細に説明する。なお、ここで記載する具体的な実施例は、本発明を限定するためのものではなく、単に本発明を解釈するためのものである。
【００１９】
図１と図２を参照する。本発明の永久磁石発電装置は、一実施例として、第１の軟磁性体１と、コイル２と、永久磁石３と、を含む。
【００２０】
第１の軟磁性体１は、離間して設置される第１のブランチ１１、第２のブランチ１２及び第３のブランチ１３を有し、第２のブランチ１２が第１のブランチ１１と第３のブランチ１３の間に位置する。コイル２は、第２のブランチ１２に巻かれるように設置されている。
【００２１】
永久磁石３は、Ｃ形状であり、２つのブランチを有し、永久磁石３の２つのブランチは、それぞれ、第１の軟磁性体１の第１のブランチ１１と第２のブランチ１２の間、及び第１の軟磁性体１の第２のブランチ１２と第３のブランチ１３の間に挿入されるように設置されている。本実施例において、永久磁石３は、永久磁石本体３１及び２つの第２の軟磁性体３２を含み、２つの第２の軟磁性体３２がそれぞれ永久磁石本体３１の両端に接続されることにより、Ｃ形状構造を形成する。永久磁石本体３１が両端の第２の軟磁性体３２を磁化することができ、永久磁石本体３１の両極を同一方向に誘導することに相当し、それによってＣ形状の永久磁石３を形成する。
【００２２】
より具体的には、永久磁石本体３１は、極性が異なる二つの端面３１１を有し、永久磁石本体３１の２つの端面３１１がそれぞれ２つの第２の軟磁性体３２の側面に平面的に接触して接続する。このような接触方式は、第２の軟磁性体３２の端面が永久磁石本体３１の側面に接触する方式より、磁化効果が優れる。
【００２３】
前記永久磁石３の２つのブランチは、選択可能に、第１の軟磁性体１の第１のブランチ１１と第２のブランチ１２に接触するか、第１の軟磁性体１の第２のブランチ１２と第３のブランチ１３に接触する。具体的に、上記永久磁石発電装置は、第１の平衡状態と第２の平衡状態の２つの磁路導通状態を有する。永久磁石発電装置が第１の平衡状態にある場合、図１に示すように、永久磁石３の２つのブランチは、それぞれ第１の軟磁性体１の第１のブランチ１１と第２のブランチ１２に接触するが、第３のブランチ１３と離間する。このとき、永久磁石３が第１の軟磁性体１の上端（図１に示す位置）に吸着し、永久磁石３の下半分と第１の軟磁性体１との間に隙間ができる。上半分の磁路が導通する。下端は、エアギャップの磁気抵抗が大きいため、磁路は開回路であると見なすことができる。大部分の磁力線は上半分の磁路を通過し、コイル２における磁場方向が図１の矢印方向により示される。一方、永久磁石発電装置が第２の平衡状態にある場合、図２に示すように、永久磁石３の２つのブランチは、それぞれ第１の軟磁性体１の第２のブランチ１２と第３のブランチ１３に接触するが、第１のブランチ１１と離間する。このとき、永久磁石３が第１の軟磁性体１の下端（図２に示す位置）に吸着し、永久磁石３の上半分と第１の軟磁性体１との間には隙間ができ、その磁気抵抗が大きいため、開回路であると見なすことができる。下半分の磁化された第２の軟磁性体３２は第１の軟磁性体１に吸着し、磁路が導通する。大部分の磁力線が下半分の磁路を通過し、コイル２における磁場方向が図２の矢印方向により示される。
【００２４】
本実施例において、永久磁石３と第１の軟磁性体１のブランチ接触位置は、面接触であり、かつ、永久磁石３と第１の軟磁性体１のブランチの末端が接触する。
【００２５】
上記永久磁石発電装置は、永久磁石３と第１の軟磁性体１の異なるブランチとの接触により２つの平衡状態での変換を実現するものである。永久磁石３と第１の軟磁性体１との閉じた接触位置で磁気吸引力が生じ、両者を現在状態に吸着して固定する。外力がなくまたは外力が磁気吸引力より小さい場合、発電装置は、平衡状態に維持される。磁気方向と反対方向の外力が磁力を超えた場合、発電装置は、１つの平衡状態から別の平衡状態に切り替わる。このとき、コイル２における磁束が急に変化し、電磁誘導から電流を生じ、さらに電気エネルギーを生じる。
【００２６】
上記記載から、第１の平衡状態と第２の平衡状態において、コイル２における磁場方向が逆となる。コイル２の巻数及び断面積を考慮すると、大きな磁束の変化をもたらしてコイル２で電流が生じたことが分かる。このとき、電気エネルギーを外部へエネルギー蓄積設備に出力するか、整流と電圧安定化を経て、関連するマイクロパワー設備に提供することができる。上記永久磁石３と第１の軟磁性体１は、コイル２に直交する中軸線方向において相対移動できる。実際の実施時に、コイル２で生じる電流が磁束の変化速度にも関連することを考慮し、状態が切り替わる時の速度をなるべく加速させる必要がある。外力付加元が充分に速い場合、発電構造における運動部材（永久磁石３又は第１の軟磁性体１）に直接作用できる。外部付加元が速くない場合、弾性装置（例えばバネ又は弾性片など）により外部付加元と発電部材における運動部材（永久磁石３又は第１の軟磁性体１）を接続し、力を弾性装置に蓄積し、それから瞬間的に放出し、発電量を向上させる。
【００２７】
図３〜図６は、本発明の２つの実施例の具体的な構造である。当該第１の軟磁性体１は、平板形状の軟磁性ベース１４を有する。第１の軟磁性体１の３つのブランチは、いずれも軟磁性ベース１４から延伸して形成されており、かつ、その末端が互いに平行する。
【００２８】
図３は、本発明の第１の実施例の具体的構造模式図であり、当該実施例が典型的なＥ字型の第１の軟磁性体１構造である。第１の軟磁性体１は、一体成形であってもよいし組み合わせて形成されてもよい。その３つのブランチは、互いに平行して軟磁性ベース１４に直交する。コイル２は、中間に位置する第２のブランチ１２に巻かれている。第１のブランチ１１及び第３のブランチ１３は、コイル２を挟んで相対する両側に位置する（図３における位置は上下側である）。永久磁石本体３１の磁化方向が上下方向であり、第２の軟磁性体３２とともにＣ形状の永久磁石３を構成する。運動部材は、永久磁石３であってもよいし、第１の軟磁性体１であってもよい。
【００２９】
図４と図５は、本発明に対応する改良構造であり、構造の高さを低減することができ、より薄く要求される製品に応用しやすい。本実施例では、軟磁性ベース１４の前後両端からそれぞれ垂直に折り曲げられ、延伸してバリア壁１５を形成する。第１のブランチ１１は、２つのバリア１５壁の上端の間に接続され、かつ軟磁性ベース１４と２つのバリア壁１５とともにコイル２収納用の貫通穴１６を囲んで形成する。第３のブランチ１３は、２つのバリア壁１５の下端の間に接続される。第２のブランチは、軟磁性ベース１４から垂直に延伸して形成される。
【００３０】
図６は、本発明の第３の実施例の具体的構造模式図である。当該軟磁性ベース１４の前端又は後端から垂直に折り曲げられ、延伸してバリア壁１７を形成する（図６に示す実施例では、バリア壁１７が軟磁性ベース１４の後端から折り曲げられて延伸して形成される）。第１のブランチ１１と第３のブランチ１３は、それぞれバリア壁１７の末端の上下両側から垂直に折り曲げられ、延伸して形成される。第２のブランチ１２は、軟磁性ベース１４から垂直に延伸して形成する。
【００３１】
上記永久磁石発電装置は、従来の永久磁石発電機とは異なり、発電時に連続な回転動作を必要とせず、小ストロークの並進動作にもつエネルギーを電気エネルギーに変換することができ、そのコストが低く、構造が簡単であり、汚染がなく、特にマイクロエネルギー収集分野での応用、例えば無線スイッチ、キー、振動環境、無線信号送信器などに適用し、従来の電池の代わりに電気供給をすることができ、マイクロパワー無線センサネットワークの理想的なエネルギー解決方案の１つである。
【００３２】
以上は、本発明を詳細に説明した。上記記載は、単に本発明の好適な実施例に過ぎず、もちろん、本発明の実施範囲を限定するものではない。すなわち、本願の範囲をもって成し遂げた均等な変化や修飾は、いずれも本発明の範囲内に属するものである。
【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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【国際調査報告】
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