(57)【要約】【課題】小型化に適した発電装置を提供することを目的とする。【解決手段】可動体２４は軸部２６Ａに沿って固定体２６に対し、板バネ２７で振動可能に配置され、可動体２４の振動に伴い磁石２３がコイル２５に対し対向した状態で振動するもので、磁石２３の内壁側でコイル２５と対向した状態を保ち、磁石２３を振動可能にすることで上下方向の厚みを抑制すると共に、薄く配置することが可能な板バネ２７を用いて構成されているため小型化に適した発電装置を提供することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コイル線が巻回されたコイルと、前記コイルと対向する磁石と、軸部を備えた固定体と、収納部を備え導磁性の材料で形成された可動体と、前記軸部と前記可動体を接続する板バネとを備え、前記コイルまたは前記磁石の一方が前記固定体に配置され、他方が前記収納部に少なくとも一部を収納されると共に、
前記可動体は前記軸部に沿って前記固定体に対し振動可能に配置され、前記可動体の振動に伴い前記磁石が前記コイルに対し対向した状態で振動する発電装置。
【請求項２】
前記固定体の前記軸部を周回し前記板バネと前記固定体との間に挟まれたコイルバネをさらに備えた請求項１記載の発電装置。
【請求項３】
前記コイルの前記コイル線が電気的に接続される整流回路と、前記整流回路に電気的に接続される蓄電回路と、前記蓄電回路に電気的に接続された正極カバーと負極カバーをさらに備え、正極カバーと負極カバーにより構成される外形を、ＩＥＣ６００８６又はそれに対応する日本国内のＪＩＳ規格であるＪＩＳＣ８５００に定める外形とした請求項１記載の発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主に時計、補聴器、携帯電話やパーソナルコンピュータ、製造用機械などの工業用電子機器、冷蔵庫・洗濯機などの家庭用電子機器、各種センサなどの電子機器に使用される発電装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、時計、補聴器、携帯電話やパーソナルコンピュータ、工業用・家庭用電子機器、各種センサなどの電子機器の多様化や高機能化が進むなか、ＣＰＵ等の制御手段の処理負荷が大きくなり、使用する電力も増大し、充電回数や電池交換の頻度も増加していることから、電子機器内に発電装置を内蔵するものが求められている。
【０００３】
このような従来の発電装置およびこれを用いた電子機器について、図６の従来の発電装置の断面図を用いて説明する。同図において発電装置１０は、円筒形状の筐体１内に配置されたバネ２と磁石３、および筐体１の外周に巻回されたコイル４から構成されている。ここで、バネ２の右端は磁石３に、左端は筐体１の側壁に固定され、磁石３が筐体１内を左右に振動可能に構成されていた。
【０００４】
このように構成された発電装置１０は、携帯電話などの電子機器（図示せず）で液晶ディスプレイの裏面などの所定位置に内蔵され、携帯電話を左右に振動させると、磁石３が左右に振動し、電磁誘導によりコイル４に生じた起電力で、電子機器を充電するものとなっていた。
【０００５】
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−１１２０６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来の発電装置は簡素な構造であるが、磁石３の可動範囲が大きくないと電子機器の動作に必要な電力を発電できないため、液晶ディスプレイの裏面に液晶ディスプレイとほぼ同じ大きさで配置するなど大型のものになりやすく、電子機器に内蔵するには適していないという課題があった。
【０００８】
本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、小型化に適した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】
【０００９】
前記目的を達成するために本発明は、以下の構成を有するものである。
【００１０】
本発明の請求項１に記載の発明は、固定体の軸部と可動体を接続する板バネとを備え、可動体は軸部に沿って固定体に対し振動可能に配置され、可動体の振動に伴い磁石がコイルに対し対向した状態で振動するものである。このような構成で、磁石がコイルと対向した状態を保ったまま振動可能となり、上下方向の厚みを抑制すると共に、薄く配置することが可能な板バネを用いて構成され、小型化に適した発電装置を提供することができるという作用を有する。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、請求項１記載の発電装置において、固定体の軸部を周回し板バネと固定体との間に挟まれたコイルバネをさらに備えたものであり、板バネにかかる負荷を低減することができ、耐久性が高い発電装置を提供することができるという作用を有する。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、請求項１記載の発電装置において、コイルのコイル線が電気的に接続される整流回路と、整流回路に電気的に接続される蓄電回路と、蓄電回路に電気的に接続された正極カバーと負極カバーをさらに備え、正極カバーと負極カバーにより構成される外形を、ＩＥＣ６００８６又はそれに対応する日本国内のＪＩＳ規格であるＪＩＳＣ８５００に定めるものとすることで、電池と入れ替えて電子機器で使用するのに好適な発電装置を提供することができるという作用を有する。
【発明の効果】
【００１３】
以上のように本発明によれば、小型化に適した発電装置を提供することができるという有利な効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施の形態による発電装置の断面図
【図２】同発電装置の分解斜視図
【図３】同発電装置の動作状態を示す断面図
【図４】同発電装置の動作状態を示す断面図
【図５】同発電装置の回路構成を示す概念図
【図６】従来の発電装置の断面図
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について、図１〜図５を用いて説明する。
【００１６】
なお、これらの図面は構成を判り易くするために、部分的に寸法を拡大して表している。
【００１７】
（実施の形態）
図１は、本発明の一実施の形態における発電装置の断面図、図２は同分解斜視図である。
【００１８】
ここで、発電装置４０は、正極カバー２１と負極カバー２２の間に、磁石２３を保持した可動体２４、コイル２５が配置された固定体２６と、固定体２６に対して可動体２４を振動させる板バネ２７とコイルバネ２８を備えて構成される。
【００１９】
以下、発電装置４０の構成について詳述する。
【００２０】
正極カバー２１は下方開口の円筒箱状で、環状のスペーサ２９が上面を正極カバー２１の内壁上面に接触させるよう挿入されている。なお、ここで正極カバー２１は導電性の材料である。
【００２１】
また、板バネ２７は中央に孔２７Ａが設けられた円環状で、外周部２７Ｂと内周部２７Ｃの間を複数回蛇行して形成されたバネ部２７Ｄが接続しており、このバネ部２７Ｄは前後左右に四本設けられ外周部２７Ｂと内周部２７Ｃを四箇所で接続している。
【００２２】
そして、板バネ２７の下面に接して円環状の止具３０が、その下方にコイルバネ２８が孔２７Ａと中心を揃えて配置されている。
【００２３】
また、可動体２４は断面が下方開口のＵ字状の収納部２４Ａと収納部２４Ａの内縁から内側に若干突出したガイド部２４Ｂを備えており、このガイド部２４Ｂの上面がコイルバネ２８の下面に接すると共に、収納部２４Ａは、その上面で板バネ２７の外周部２７Ｂに溶接あるいは接着などにより固定されている。
【００２４】
また、収納部２４Ａの内側面には磁石２３が接着により固定されている。ここで、磁石２３は内壁側がＳ極、外壁側がＮ極となっている。そして、磁石２３は内壁側でコイル２５と対向している。なお、磁石２３はその全部が収納部２４Ａの内側に収納されていても良いし、一部が収納部２４Ａから突出していても良い。つまり、磁石２３の少なくとも一部が収納部２４Ａ内に収納されていれば良い。
【００２５】
さらに、コイル２５はエナメル線やポリアミドの融着層が塗布された自己融着線などのコイル線３２が巻回されて構成されており、固定体２６は略中央に円筒状の軸部２６Ａが、軸部２６Ａの下縁から外側に平板部２６Ｂが設けられている。そして、軸部２６Ａが可動体２４の中心、コイルバネ２８をやや撓ませて挿入され、軸部２６Ａの上端が止具３０に接着剤（図示せず）などで固定される。さらに、コイル２５が平板部２６Ｂ上に配置されると共に、コイル線３２の両端が軸部２６Ａの内部に挿入される。
【００２６】
なお、板バネ２７は下側にやや撓んだ状態となっているが、これはコイルバネ２８がやや撓んだ状態で挿入されることで弾性力が生じると共に、磁石２３が固定された可動体２４の重力で撓むものである。
【００２７】
また、軸部２６Ａの内部に、基板３３および、その上下面の配線に接続されて、コンデンサあるいは電池などの蓄電回路３４、蓄電回路３４への電流を整流する整流回路３５を備えた電気回路３６が配置されている。また、軸部２６Ａの内部に挿入されたコイル線３２の両端は、基板３３に接続され、電気回路３６に電気的に接続される。さらに、蓄電回路３４からは配線（図示せず）が延出し、正極カバー２１と負極カバー２２に電気的に接続される。
【００２８】
また、負極カバー２２が下方から、円環状で絶縁性のリング３７を正極カバー２１との間に挟んで組みつけられ、正極カバー２１と負極カバー２２が短絡しないようにして発電装置４０が構成されている。
【００２９】
ここで、発電装置４０の各部品の材料について補足すると、正極カバー２１と負極カバー２２は導電性の材料で形成されており、例えば、ステンレス鋼が適している。
【００３０】
また、固定体２６、リング３７は絶縁性の材料で構成され、樹脂で形成することが適している。
【００３１】
さらに、可動体２４は磁石２３の磁力線がその内部を流れるため、導磁性の材料で形成されており、例えば鉄系の冷間圧延鋼が適している。
【００３２】
また、止具３０は、絶縁性・導電性いずれの材料でも可能だが、伸び撓みする板バネ２７や伸縮するコイルバネ２８と接するため、硬い材料の方が好ましく、例えばステンレス鋼で形成される。
【００３３】
板バネ２７は、一般に板バネとして使用される材料なら使用可能であるが、ステンレス鋼の薄板、リン青銅などが適している。
【００３４】
このように構成された、発電装置４０はボタン電池やコイン電池、乾電池などの所定の外形に構成され、時計、補聴器、携帯電話やパーソナルコンピュータ、製造用機械などの工業用電子機器、冷蔵庫・洗濯機などの家庭用電子機器、各種センサなどの所定の電子機器において、電池に置き換えて内蔵される。
【００３５】
そして、例えば携帯電話などに使用された際には電子機器を保持した使用者が歩行などすると、使用者の動きに応じて、発電装置４０に外力が加わり、可動体２４が固定体２６に対し振動することで、蓄電回路３４に蓄電される。そして、電子機器の使用時に、蓄電回路３４に蓄電された電気を正極カバー２１と負極カバー２２を介して動作電力として使用することができる。
【００３６】
このような、発電装置４０の蓄電動作について、図１、図３、図４の動作を示す断面図、図５の回路構成を示す概念図を用いて説明する。
【００３７】
図１の断面図の状態から、発電装置４０へ下方への外力が働き、発電装置４０に対して下向きの加速度がかかると、可動体２４が上方に移動し、板バネ２７に蓄えられた弾性力が開放される一方、コイルバネ２８はさらに撓み弾性力が蓄えられ、図３の断面図に示した状態になる。
【００３８】
また、このとき図５（ａ）に示すように、磁石２３に対しコイル２５が下方（矢印ＦＡの方向）に移動するため、フレミングの右手の法則（親指が導体であるコイル２５の動いた方向、人差指が磁界の方向、中指が電流の方向）に従い、電磁誘導による起電力が生じコイル線３２に電流が流れる。
【００３９】
ここで、コイル線３２の断面で見ると左側は、紙面の表から裏に向かう方向（×印を丸で囲い示す）、右側は、紙面の裏から表に向かう方向（黒点を丸で囲い示す）の電流が生じ、矢印ＩＡで示す時計回転方向の電流となる。そして全波整流回路となる整流回路３５に矢印ＩＢの方向で電流が流れ、蓄電回路３４の正極に流入し、蓄電回路３４が充電される。また、蓄電回路３４の負極から流れた電流は矢印ＩＣの経路を辿り、コイル線３２に戻る。
【００４０】
なお、正極カバー２１は蓄電回路３４の正極に、負極カバー２２は蓄電回路３４の負極に接続されており、蓄電回路３４に充電された電力は、正極カバー２１、負極カバー２２を経由して、発電装置４０が搭載された電子機器の電源として使用されるものである。
【００４１】
そして、図３の断面図の状態から、発電装置４０へ外力が働かなくても、コイルバネ２８の弾性力により可動体２４を押し下げ、図１の断面図の中立状態を越えて、図４の断面図に示した状態になる。同図の状態では、板バネ２７が下方に撓み弾性力が蓄えられると共に、コイルバネ２８も伸びているので、上方向への弾性力が生じている。
【００４２】
また、このとき図５（ｂ）に示すように、磁石２３に対しコイル２５が上方（矢印ＦＢの方向）に移動するため、フレミングの右手の法則に従い、図５（ａ）とは逆向きの矢印ＩＤの方向にコイル線３２には電流が流れる。そして全波整流回路となる整流回路３５に矢印ＩＥの方向で電流が流れ、蓄電回路３４の正極に流入し、蓄電回路３４が充電される。また、蓄電回路３４の負極から流れた電流は矢印ＩＦの経路を辿り、コイル線３２に戻る。
【００４３】
そして、図４の断面図の状態の後、図１の断面図の中立状態を中心に、可動体２４の位置が上下に振動し、蓄電回路３４に対し充電が行われる。
【００４４】
なお、前述の説明では、発電装置４０へ下方への外力が働いた場合について説明したが、発電装置４０へ上方への外力が働いた場合についても同様で、その場合には、図１の状態から図４の状態となり、その後図３の状態へ可動体２４が固定体２６に対し振動し、蓄電回路３４に対し充電が行われる。
【００４５】
つまり、例えば発電装置４０を搭載した電子機器の使用者が運動することにより、発電装置４０へ外力が働くと、可動体２４が固定体２６に対し振動し、電磁誘導による起電力で蓄電回路３４に対し充電が行われるものとなっている。
【００４６】
ここで、可動体２４、板バネ２７およびコイルバネ２８などで可動体２４の共振周波数は定まる。そしてこの共振周波数を、携帯電話などの電子機器に発電装置４０を用いた場合には、使用者の歩行などの運動の周波数（数Ｈｚから数十Ｈｚ）に合わせ、また冷蔵庫などの家庭用電子機器、橋梁に取り付けた振動センサなどのセンサに用いる場合にはその振動により生じる周波数に合わせることにより効率的な充電が可能となる。
【００４７】
なお、前記の説明では、コイル２５を固定体２６に、磁石２３を可動体２４に配置したものとして説明したが、コイル２５と磁石２３の配置が逆、つまり、コイル２５を可動体２４に、磁石２３を固定体２６に配置した構成としても良い。
【００４８】
このような構成によれば、発電装置４０近傍に磁性を有した部材がある場合でも、磁石２３の距離が離れるため影響が小さくなり、発電装置４０が安定して動作しうるという利点がある。
【００４９】
また、前記の説明ではコイルバネ２８を用いるものとして説明したが、コイルバネ２８が無いものとして構成しても本発明の実施は可能である。しかしながら、コイルバネ２８を用いる方が板バネ２７にかかる力が小さくなり、耐久性が向上するため、より望ましい。
【００５０】
また、止具３０について一つの構成要素として前記の説明では記述したが、止具３０は板バネ２７と一体化して構成することも可能である。
【００５１】
また、コイル線３２は絶縁性の樹脂などで構成されたボビンに巻回するものとして構成しても良い。なお、ボビンを使用すると巻回は容易になるが、ボビンを使用しない方が、発電装置４０の小型化に適している。
【００５２】
また、バネ部２７Ｄは外周部２７Ｂおよび内周部２７Ｃと四箇所で接続されるものとして説明したが、これに限定されるものではなく、少なくとも一箇所で接続されていれば良い。また、バネ部２７Ｄの形状も蛇行したものだけでなく、様々な変形が可能である。
【００５３】
また、磁石２３は内壁側をＳ極、外壁側をＮ極とするものとして説明したが、逆に外壁側がＳ極、内壁側がＮ極であっても本発明の実施は可能である。
【００５４】
また、スペーサ２９を正極カバー２１の内部に備えるものとして説明したが、スペーサ２９を必ずしも備える必要はなく、正極カバー２１の内壁上面に段を設けて、内部のスペーサ２９の代りとすることも可能である。
【００５５】
さらに、既存の電池と交換可能とするため、正極カバー２１と負極カバー２２とで構成される外形は、国際電気標準会議が定めた電池に対する規格であるＩＥＣ６００８６又はそれに対応する日本国内のＪＩＳ規格であるＪＩＳＣ８５００に従うものとする。
【００５６】
例えば、外形寸法の規格である、Ｒ４１、Ｒ４３、Ｒ４４、Ｒ４８、Ｒ５４、Ｒ５５、Ｒ７０などの固有記号に従い形成する。また、固有記号が定められていなくても、既存の電池寸法として存在するＲ１６３２、Ｒ２４５０、Ｒ１０２５、Ｒ１２１６、Ｒ１２２０、Ｒ１２２５、Ｒ１６１６、Ｒ２０１２、Ｒ２０１６、Ｒ２０２５、Ｒ２０３２、Ｒ２３２５、Ｒ２３３０、Ｒ２３５４、Ｒ２４７７、Ｒ３０３２（数字の上２桁が直径、下２桁が厚みを表し、例えば２０３２は直径２０ｍｍ厚み３．２ｍｍを示している）などに従い形成する。
【００５７】
また、外形寸法は円柱形状のＲ０３（日本の通称では単４形に相当する）、Ｒ１（日本の通称では単５形に相当する）、Ｒ６（日本の通称では単３形に相当する）、Ｒ１４（日本の通称では単２形に相当する）、Ｒ２０（日本の通称では単１形に相当する）、Ｒ１２３Ａ、Ｒ２などで構成しても良いし、角形電池の形状で構成しても良い。
【００５８】
このように本実施の形態によれば、固定体２６の軸部２６Ａと可動体２４を接続する板バネ２７とを備え、可動体２４は軸部２６Ａに沿って固定体２６に対し振動可能に配置され、可動体２４の振動に伴い磁石２３がコイル２５に対し対向した状態で振動するものである。このような構成で、磁石２３の内壁側でコイル２５と対向した状態を保ち、磁石２３を振動可能にすることで上下方向の厚みを抑制すると共に、薄く配置することが可能な板バネ２７を用いて構成されているため小型化に適した発電装置４０を提供することができるものである。
【００５９】
さらに、固定体２６の軸部２６Ａを周回し板バネ２７と固定体２６との間に挟まれたコイルバネ２８をさらに備えたものとすることで、板バネ２７にかかる負荷を低減することができ、耐久性が高い発電装置４０を提供することができるものである。
【００６０】
そして、コイル２５のコイル線３２が電気的に接続される整流回路３５と、整流回路３５に電気的に接続される蓄電回路３４と、蓄電回路３４に電気的に接続された正極カバー２１と負極カバー２２をさらに備え、正極カバー２１と負極カバー２２により構成される外形を、ＩＥＣ６００８６又はそれに対応する日本国内のＪＩＳ規格であるＪＩＳＣ８５００に定めるものとすることで、電池と入れ替えて電子機器で使用するのに好適な発電装置４０を提供することができるものである。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本発明による発電装置は、小型化に適しているという有利な効果を有し、主に各種電子機器の動作電力の供給のため有用である。
【符号の説明】
【００６２】
２１  正極カバー
２２  負極カバー
２３  磁石
２４  可動体
２４Ａ  収納部
２４Ｂ  ガイド部
２５  コイル
２６  固定体
２６Ａ  軸部
２６Ｂ  平板部
２７  板バネ
２７Ａ  孔
２７Ｂ  外周部
２７Ｃ  内周部
２７Ｄ  バネ部
２８  コイルバネ
２９  スペーサ
３０  止具
３２  コイル線
３３  基板
３４  蓄電回路
３５  整流回路
３６  電気回路
３７  リング
４０  発電装置
【図１】
2012135131.tif 000003
【図２】
2012135131.tif 000004
【図３】
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【図４】
2012135131.tif 000006
【図５】
2012135131.tif 000007
【図６】
2012135131.tif 000008