(57)【要約】【課題】簡易な構成で効率よく発電することができ、これを各種装置・機器に組み込んだ場合にも全体の小型化・軽量化を図ることができる発電装置を提供する。【解決手段】所定の可動域６１を有するガイド部材６内に収容され、外部からの振動によりガイド部材６の可動域６１内で移動する移動磁石７と、変位により起電力を発生させる圧電素子モジュール９と、圧電素子モジュール９に付設され、移動磁石７が可動域６１内で移動した際に移動磁石７の接離により圧電素子モジュール９に変位を生じさせる圧電素子側磁石９１と、移動磁石７の接離により生じる磁束密度の変化により起電力を発生させるコイル５と、を備えている。【選択図】図１
2012191786.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の可動域を有するガイド部材内に収容され、外部からの振動により前記ガイド部材の前記可動域内で移動する第１の磁石と、
変位により起電力を発生させる圧電素子モジュールと、
前記圧電素子モジュールに付設され、前記第１の磁石が前記可動域内で移動した際に前記第１の磁石の接離により前記圧電素子モジュールに変位を生じさせる第２の磁石と、
前記第１の磁石の接離により生じる磁束密度の変化により起電力を発生させるコイルと、
を備えていることを特徴とする発電装置。
【請求項２】
前記圧電素子モジュールは、上下方向に変位可能となるように基端において片持ち支持され、
前記第２の磁石は、前記圧電素子モジュールの自由端に設けられており、前記第１の磁石が近接した際には前記第１の磁石との間に働く反発力によって前記圧電素子モジュールに上方向の変位を生じさせるとともに、前記第１の磁石が離間した際には自重により揺動することによって前記圧電素子モジュールに変位を生じさせるものであることを特徴とする請求項１に記載の発電装置。
【請求項３】
少なくとも一部に弾性を有する可撓性部を有し、一端側が固定されて揺動可能に片持ち支持された揺動部材を備え、
前記圧電素子モジュールは、前記揺動部材の前記可撓性部に設けられ、
前記第２の磁石は、前記揺動部材の自由端に設けられており、前記第１の磁石が近接した際には前記第１の磁石との間に働く磁力によって前記圧電素子モジュールに初期位置から一方向の変位を生じさせるものであることを特徴とする請求項１に記載の発電装置。
【請求項４】
前記圧電素子モジュールは、薄板状に形成された複数の圧電素子を貼り合わせた積層構造となっていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の発電装置。
【請求項５】
前記ガイド部材は、中空環状に形成されており、
前記第１の磁石は、前記ガイド部材内の環状の可動域内で往復動作可能であって、
前記第２の磁石及び前記コイルは、前記ガイド部材に沿って複数配置されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の発電装置。
【請求項６】
前記圧電素子モジュール及び前記コイルから発生した起電力を直流電力に変換する整流回路と、
この整流回路により変換された直流電力を蓄電する蓄電手段と、
をさらに備えていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外部からの振動により発電する発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、腕時計等の小型の機器に適用される発電手段として、回転錘を備え、その動きにより発電する発電手段が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
回転錘を用いた発電手段は、発電手段を組み込んだ機器が腕の揺動等により動くと、これに伴って回転錘が揺動し、その機械的な運動エネルギーが発電用コイルに伝えられて、電気的エネルギーに変換され、蓄電されるものである。
このような発電手段は、人の腕の動き等により、自然にエネルギーを生み出し蓄電するものであって、各種機器における電池に代わるエネルギー供給手段として期待されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−００６０６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載されているような回転錘を用いた発電手段は、一般に、回転錘によって生み出された運動エネルギーを輪列機構により増速してＡＧロータ（ＡＧ rotor）に伝達し、ＡＧロータが高速回転することにより発電用コイルに電圧が生じて電流が流れるという構成となっている。
このため、回転錘の運動エネルギーを電気的エネルギーに変換するための機構が複雑であり、小型化・軽量化することが難しいという問題がある。
【０００５】
本発明は以上のような事情に鑑みてなされたものであり、簡易な構成で効率よく発電することができ、これを各種装置・機器に組み込んだ場合にも全体の小型化・軽量化を図ることができる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】
【０００６】
前記課題を解決するために、本発明に係る発電装置は、
所定の可動域を有するガイド部材内に収容され、外部からの振動により前記ガイド部材の前記可動域内で移動する第１の磁石と、
変位により起電力を発生させる圧電素子モジュールと、
前記圧電素子モジュールに付設され、前記第１の磁石が前記可動域内で移動した際に前記第１の磁石の接離により前記圧電素子モジュールに変位を生じさせる第２の磁石と、
前記第１の磁石の接離により生じる磁束密度の変化により起電力を発生させるコイルと、
を備えていることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、第１の磁石が外部からの振動により可動域内で移動することにより、圧電素子モジュール及びコイルに起電力を発生させる。このため、簡易な構成で、装置全体の小型化を図ることができるとともに、効率よく発電することができるとの効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１の実施形態に係る発電装置を示した正面図である。
【図２】第１の実施形態に係る発電装置の側断面図である。
【図３】図１に示すガイド部材の内部構成を示す平面図である。
【図４】移動磁石とコイルとの関係を示す説明図である。
【図５】移動磁石の接離とコイルから生じる起電力との関係を時系列的に示した説明図である。
【図６】実際の回路におけるコイルから生じる起電力を時系列的に示した説明図である。
【図７】３枚の圧電素子を貼り合せて並列接続した場合の回路構成例を示したものである。
【図８】２枚の圧電素子を貼り合せて直列接続した場合の回路構成例を示したものである。
【図９】圧電素子の圧電効果を説明する説明図である。
【図１０】（Ａ）は、圧電素子に電圧をかけることにより圧電素子が延伸する例を示した図であり、（Ｂ）は、圧電素子に電圧をかけることにより圧電素子が収縮する例を示した図である。
【図１１】（Ａ）及び（Ｂ）は、移動磁石の移動と圧電素子モジュールの変位の関係を説明する説明図である。
【図１２】圧電素子モジュールの変位の方向と変位により発生する起電力の極性との関係を説明する図である。
【図１３】（Ａ）は、上側の圧電素子モジュールに生じる起電力を時系列的に示した図であり、（Ｂ）は、下側の圧電素子モジュールに生じる起電力を時系列的に示した図であり、（Ｃ）は、下側の圧電素子モジュールの配線を変更して上側の圧電素子モジュールに生じる起電力と極性を合わせた場合を示した図であり、（Ｄ）は、上下の圧電素子モジュールに生じる起電力を合わせた場合を示した図である。
【図１４】第１の実施形態におけるブロック図である。
【図１５】第１の実施形態に係る発電装置を腕時計に組み込む例を示した分解斜視図である。
【図１６】図１５の腕時計の要部断面図である。
【図１７】第２の実施形態に係る発電装置の側断面図である。
【図１８】第２の実施形態に係る発電装置の一部の分解斜視図である。
【図１９】移動磁石ユニットの平面図である。
【図２０】上側のカンチレバーの配置を示す平面図である。
【図２１】下側のカンチレバーの配置を示す平面図である。
【図２２】（Ａ）は、カンチレバーの側面図であり、（Ｂ）は、カンチレバーが上方向に撓んだ状態を示す側面図であり、（Ｃ）は、カンチレバーが下方向に撓んだ状態を示す側面図である。
【図２３】平面コイルユニットの平面図である。
【図２４】図２３に示す平面コイルユニットのコイルの巻き線について説明する説明図である。
【図２５】図２３に示す平面コイルユニットのコイルに生じる磁束密度の変化を説明する説明図である。
【図２６】第２の実施形態における要部ブロック図である。
【図２７】図２６の整流回路の回路構成例を示す図である。
【図２８】第２の実施形態に係る発電装置を腕時計に組み込む例を示した分解斜視図である。
【図２９】図２８の腕時計の要部断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
［第１の実施の形態］
以下、まず図１から図１６を参照しつつ、本発明にかかる発電装置の第１の実施形態について説明する。なお、本実施形態において発電装置は、例えば人の腕の動き（腕を振ることによる揺動等）等の外部からの振動によって発電するものであり、例えば、腕時計等の小型の装置（電子機器）の電源としての利用が想定される小型の発電装置である。
【００１０】
図１は、本実施形態における発電装置の正面図であり、図２は、図１のII-II線に沿う断面図である。
図１及び図２に示すように、発電装置１は、樹脂等で形成された中空の短柱形状に形成された枠体２を備えている。枠体２の上下（図２における上下）の開口は、図示しない板状部材により閉塞されている。なお、発電装置１を各種装置、機器内に組み込む際に、組み込み先の装置、機器内の部材等によって枠体２の上下の開口が閉塞されるような場合には、開口を閉塞する板状部材を設ける必要はない。
枠体２の内側面の上側及び下側には、それぞれ樹脂等で形成された環状のコイル固定治具３が設けられている。なお、枠体２及びコイル固定治具３を形成する材料は特に限定されず、樹脂以外の材料で形成されていてもよい。
【００１１】
枠体２の内側面の上下に配置されたコイル固定治具３の間には、１０個のコイル５が設けられている。なお、本実施形態では、コイル固定治具３が枠体２の内側全周に亘って設けられている例を図示しているが、コイル固定治具３はコイル５を枠体２に固定可能なものであればよく、コイル固定治具３を設ける範囲や位置、形状等は図示例に限定されない。
本実施形態においてコイル５は、フェライト等の導電材料でコ字状に形成されたコア５１に巻き線５２を施したものであり、コア５１の両端部がそれぞれ発電装置１の上下方向（図２において上下方向）に位置するようにコイル固定治具３に固定されている。
本実施形態では、コア５１の下側の端部は上側に、上側の端部は下側に突出して、それぞれ突起部５３を構成している。
【００１２】
各コイル５の上下の突起部５３の間には、中空の環状（ドーナツ状）に形成されたガイド部材６が、上下の突起部５３に挟持されて設けられている。なお、ガイド部材６はコア５１の突起部５３のみにより支持されていてもよいし、ガイド部材６の一部又は全部がコイル固定治具３等に固定されていてもよい。
ガイド部材６の円中心は、枠体２の円中心とほぼ同じとなっている。ガイド部材６は、例えば樹脂等により形成されており、内部に環状の可動域６１を有している。
【００１３】
図３は、本実施形態におけるガイド部材６の内部構造を示した図である。
図１及び図３に示すように、本実施形態では、ガイド部材６の可動域６１は、ほぼ対称位置に設けられた２つのストッパ部材６２ａ，６２ｂによって、第１の区域６１ａ、第２の区域６１ｂに分けられている。なお、以下単に「可動域６１」とするときは、第１の区域６１ａ、第２の区域６１ｂを総称するものとする。
ガイド部材３内の各区域６１ａ，６１ｂには、それぞれ１つずつ移動磁石７（すなわち、第１の区域６１ａには移動磁石７ａ、第２の区域６１ｂには移動磁石７ｂ）が封入されている。
移動磁石７ａ、移動磁石７ｂは、所定の可動域６１を有するガイド部材６内に収容され、外部からの振動によりガイド部材６の可動域６１内で移動する「第１の磁石」である。
なお、以下単に「移動磁石７」とするときは、移動磁石７ａ、移動磁石７ｂを総称するものとする。
【００１４】
移動磁石７ａ及び移動磁石７ｂは、ガイド部材６内の環状の可動域６１の内径よりも小さい大きさの永久磁石であり、環状の可動域６１内で往復動作可能に構成されている。移動磁石７を各区域６１ａ，６１ｂにそれぞれ１つずつ封入することにより、２つの移動磁石７ａ，７ｂが互いに結合しあったり、衝突したりすることを防止することができる。なお、図３では、２つの移動磁石７ａ，７ｂの動きを示すために、移動磁石７ａ，７ｂが各区域６１ａ，６１ｂのほぼ中央に位置している状態を実線で示している他、移動磁石７ａ，７ｂがストッパ部材６２ａ，６２ｂの近傍にある状態を破線で示している。
【００１５】
なお、ガイド部材６の可動域６１は、移動磁石７ａ及び移動磁石７ｂの円滑な移動を規制しない程度であって、かつ移動磁石７ａ及び移動磁石７ｂの移動範囲を所定の範囲内（すなわち、後述する圧電素子モジュール９のモジュール側磁石９１及びコイル５に対して磁力による影響を及ぼしうる範囲内）に規制可能な大きさに形成されている。
また、２つの移動磁石７ａ，７ｂは、隣り合う側の極性が同じとなっており、例えばストッパ部材６２ａ，６２ｂの近傍（図３において破線で囲まれている領域）において２つの移動磁石７ａ，７ｂが近接すると、反発力によって互いに離間する方向に移動する。これにより、２つの移動磁石７ａ，７ｂがストッパ部材６２ａ，６２ｂを挟んで互いに衝突したり、磁力により結合してしまうことを防止できるとともに、移動磁石７ａ，７ｂを元の位置に戻る方向に移動させることができる。このため、外部からの振動が微小な場合でも、移動磁石７ａ，７ｂ同士の反発力を利用して効率よく移動磁石７ａ，７ｂを移動させることができる。
【００１６】
本実施形態では、前記１０個のコイル５のうち、コイル５ａ〜５ｅが第１の区域６１ａに、コイル５ｆ〜５ｊが第２の区域６１ｂにそれぞれほぼ等間隔に配置されている。
コイル５のコア５１の上下端部に形成されている突起部５３の間を移動磁石７が移動して、コイル５に対して接近又は離間（接離）すると、その磁束密度に変化（すなわち、電磁誘導）を生じ、これにより起電力（すなわち、誘導起電力）を発生させるようになっている。
【００１７】
ここで、図４から図６を参照しつつ、コイル５に起電力を発生させる原理について説明する。
図４は、第１の区域６１ａに配置されている移動磁石７ａとコイル５ａ〜５ｅとの関係を示した説明図である。なお、図示は省略するが、第２の区域６１ｂに配置されている移動磁石７ｂとコイル５ｆ〜５ｊについてもコイル５に起電力を発生させる原理は同様である。
【００１８】
発電装置を組み込んだ機器を人が振る等によって発電装置１に外部から振動等が加えられると、図４に示すように、移動磁石７ａは、コイル５のコア５１の両端部に支持されているガイド部材６の中を通って往復移動する。
そして、移動磁石７ａがコイル５に接近すると、例えば、コイル５を正の向きに貫く磁束ΨBは、増加する方向（ΔΨB／Δｔ＞０）となり、負の向きの起電力（Vaｒ＜０）が生じる。このことは、ファラデーの法則を示す下記の式で表すことができる。
Var ＝ − ΔΨB／Δｔ
逆に、移動磁石７ａがコイル５から離間すると、例えば、コイル５を正の向きに貫く磁束ΨBは、減少する方向（ΔΨB／Δｔ＜０）となり、正の向きの起電力（Vaｒ＞０）が生じる。
【００１９】
図５は、移動磁石７ａがガイド部材６の第１の区域６１ａ内において、ストッパ部材６２ａに隣接する位置からストッパ部材６２ｂに隣接する位置まで移動し、再度ストッパ部材６２ａまで移動するという往復移動を繰り返している場合の各コイル５ａ〜５ｅで発生する起電圧の様子を時系列的に示した図である。なお、図５における起電力の向きは、前記式で示した例によっている。
図５に示すように、移動磁石７ａがストッパ部材６２ａに隣接する位置からストッパ部材６２ｂに向かって移動すると、まず、コイル５ａに接近するため、コイル５ａから負の向きの起電力（図５において「−Ｖ」とする。）が発生する。移動磁石７ａがコイル５ａから離間してコイル５ｂに接近すると、コイル５ａから正の向きの起電力（図５において「＋Ｖ」とする。）が発生するとともに、コイル５ｂから負の向きの起電力が発生する。同様に、コイル５ｃ、５ｄ、５ｅについても、移動磁石７ａが接近すると負の向きの起電力が発生し、離間すると正の向きの起電力が発生する。
そして、移動磁石７ａは、ストッパ部材６２ｂに突き当たると、再度コイル５ｅからコイル５ａまで順に接離を繰り返して、コイル５ｅ〜５ａから負の向きの起電力、正の向きの起電力を交互に発生させる。
なお、ガイド部材６の第２の区域６１ｂ内において移動磁石７ｂが往復移動する場合に、コイル５ｆ〜５ｊから発生する起電力についてもこれと同様である。
【００２０】
図６は、図５に示したコイル５ａ〜５ｅで発生する起電圧を１つの時系列上に示した図である。
本実施形態における実際の回路では、コイル５ａ〜５ｅを結線し、コイル５ｆ〜５ｊを結線して、それぞれ起電力を取り出している。
このため、１つに結線されているコイル５ａ〜５ｅから発生する起電圧を１つの時系列上に示すと、図６に示すように、各コイル５ａ〜５ｅから負の向きの起電力、正の向きの起電力が交互に発生する。なお、コイル５ｆ〜５ｊから発生する起電圧についても同様である。
【００２１】
なお、本実施形態では、ガイド部材６を支持するコア５１の両端部が突起部５３となっており、移動磁石７の移動を捉える面積が小さくなっている。これにより、移動磁石７の微小な振動（動き）に対しても磁束密度の変化を俊敏に捉えることできる。
【００２２】
さらに、本実施形態において、枠体２の円中心又はその近傍には、樹脂等で形成された円筒状の圧電素子固定部材治具８が設けられている。なお、圧電素子固定部材治具８は、後述する圧電素子モジュール９を固定可能なものであればよく、圧電素子固定部材治具８を形成する材料、圧電素子固定部材治具８の大きさ、形状等は特に限定されない。
【００２３】
圧電素子固定部材治具８の上下方向（図２における上下方向）中央近傍には、複数の圧電素子モジュール９が、上下方向に変位可能となるように一端（基端）において片持ち支持されている。
圧電素子モジュール９は、発電装置１に外部から振動等が加えられることにより圧電素子モジュール９の全部又は一部に変位を生ずると、これにより起電力を発生させるものである。
【００２４】
本実施形態では、図１及び図２に示すように、圧電素子モジュール９がガイド部材６の表裏に位置するようになっており、ガイド部材６の表側に配置された圧電素子モジュール９は、これが変位する前の状態（初期位置）において、圧電素子モジュール９の自由端がガイド部材６の表面に接するとともに、ガイド部材６とほぼ水平となる位置で圧電素子固定部材治具８に固定されている。また、ガイド部材６の裏側に配置された圧電素子モジュール９は、これが変位する前の状態（初期位置）において、圧電素子モジュール９の自由端がガイド部材６の裏面に接するとともに、ガイド部材６とほぼ水平となる位置で圧電素子固定部材治具８に固定されている。
本実施形態では、ガイド部材６の表側及び裏側に、それぞれ１２個の圧電素子モジュール９が、圧電素子固定部材治具８からガイド部材６に向かって放射状となるようにほぼ等間隔に配置されている。なお、圧電素子モジュール９の数や配置等はここに例示したものに限定されない。
【００２５】
各圧電素子モジュール９の自由端には、それぞれ圧電素子側磁石９１が付設されている。圧電素子側磁石９１は、「第１の磁石」である移動磁石７ａ，７ｂがガイド部材６の可動域６１内で移動した際に、この移動磁石７ａ，７ｂの接離により圧電素子モジュール９に変位を生じさせる「第２の磁石」である。また、本実施形態において、圧電素子側磁石９１は、圧電素子モジュール９を上下方向に振動させ、圧電素子モジュール９に変位を生じさせる錘としての機能も果たす。
【００２６】
圧電素子側磁石９１は、ガイド部材６に接する側の極性が、ガイド部材６内に収容されている移動磁石７ａ，７ｂの極性と同じとなっている。
すなわち、例えば移動磁石７ａ，７ｂの上側の極性がＳ極、下側の極性がＮ極である場合、ガイド部材６の上側に配置される圧電素子モジュール９に付設される圧電素子側磁石９１は、下側（すなわちガイド部材６と対向する側）の極性がＳ極となるように配置される。また、ガイド部材６の下側に配置される圧電素子モジュール９に付設される圧電素子側磁石９１は、上側（すなわちガイド部材６と対向する側）の極性がＮ極となるように配置される。
【００２７】
ガイド部材６の上側に配置される圧電素子モジュール９の圧電素子側磁石９１は、第１の磁石である移動磁石７ａ，７ｂが近接した際には、この移動磁石７ａ，７ｂとの間に働く反発力によって圧電素子モジュール９に上方向（図２における上方向）の変位を生じさせる。また、ガイド部材６の下側に配置される圧電素子モジュール９の圧電素子側磁石９１は、第１の磁石である移動磁石７ａ，７ｂが近接した際には、この移動磁石７ａ，７ｂとの間に働く反発力によって圧電素子モジュール９に下方向（図２における下方向）の変位を生じさせる。
また、ガイド部材６の上側に配置される圧電素子モジュール９においては、移動磁石７ａ，７ｂが離間した際には圧電素子側磁石９１の自重により圧電素子モジュール９を上下方向に揺動させ、これによって圧電素子モジュール９に変位を生じさせる。なお、ガイド部材６の下側に配置される圧電素子モジュール９においても、移動磁石７ａ，７ｂが離間すると、移動磁石７ａ，７ｂとの間の反発力を失った反動によって圧電素子モジュール９を上下方向に揺動させ、これによって圧電素子モジュール９に変位を生じさせる。
【００２８】
本実施形態において、圧電素子モジュール９は、図７に示すように、薄板状に形成された複数の圧電素子９０を貼り合わせた積層構造となっている。なお、圧電素子モジュール９は、振動や磁石の反発力等により揺動可能な厚みであればよく、圧電素子９０を貼り合わせる枚数や構成は特に限定されない。例えば圧電素子モジュール９は、２枚の圧電素子９０を積層したバイモルフ（bimorph）型であってもよいし、４枚以上の圧電素子９０を積層したものであってもよいし、１枚の圧電素子９０を金属板等に貼り付ることによって構成されたモノモルフ（monomorph）型であってもよい。圧電素子９０を複数枚積層して圧電素子モジュール９にある程度の厚みを持たせることにより、板バネのように、圧電素子モジュール９に変位が生じた後、もとの水平状態（初期位置）に戻ろうとする復元力を持たせることができる。
【００２９】
また、圧電素子９０を複数積層することにより、容量を大きくすることができ、圧電素子９０を単体で用いる場合よりも大きな起電力を発生させることができる。
例えば、本実施形態では、３枚の圧電素子９０を貼り合せて、起電力を取り出している。この場合、図７に示すように、各圧電素子９０を並列接続した場合には、電力値を大きくすることができる。
また、図８に示すように、各圧電素子９０を直列接続した場合には、電圧値を大きくすることができ、例えば各圧電素子９０から１Ｖの電圧の起電力を取り出すことができる場合、２枚の圧電素子９０を貼り合わせることによって、２Ｖの電圧の起電力を取り出すことができる。
【００３０】
圧電素子９０は、例えば圧電効果を有するポリフッ化ビニリデン樹脂（ＰＶＤＦ；Polyvinylidene fluoride）の一軸延伸フィルムを高電圧で分極処理することにより形成された圧電フィルム（ピエゾフィルム）である。フィルムの厚みは、例えば数十μｍ程度に成形されている。
圧電フィルムは、圧電セラミックスのチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等と同様に、押したり、引張ったりして変位を生じさせることにより、起電力を発生させる特性を有している。ポリフッ化ビニリデン樹脂（ＰＶＤＦ）から形成された圧電フィルムは、有機材料であるため、柔軟性、伸縮性、耐衝撃性、耐水性、化学的安定性等に優れるとともに、加工性がよく、大面積で薄膜化が容易な圧電素子である。
なお、圧電素子９０は、圧電フィルムに限定されない。例えば、薄い金属板(ステンレス鋼、チタン、銅等)に圧電皮膜(チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）など)を設けたものを用いてもよい。この場合、金属板の上に形成する圧電皮膜の層の数は特に限定されない。また、圧電皮膜を形成する手法は、例えばスパッタリング法、蒸着法、ＣＶＤ法、水熱合成法等によることができる。
【００３１】
ここで、図９から図１３を参照しつつ、圧電素子モジュール９に起電力を発生させる原理について説明する。
【００３２】
圧電素子モジュール９を構成する個々の圧電素子９０は、図９に示すように、板状の圧電素子９０の長手方向と厚み方向に大きな圧電性を有する。
例えば圧電素子９０を長手方向に延伸することにより変位（歪み、変形）させると、圧電素子９０の延伸方向の応力σ１によって生じる垂直方向（圧電素子９０の表面に対して垂直）の分極Ｐ３は、圧電歪定数ｄ31によって表され、分極した圧電素子９０内では、分極方向と反対方向に圧電素子９０内に電界が発生する。なお、変位とは逆に、圧電素子９０に、電圧Ｅ３を加えると、電界に沿って分極が発生し、分極するための変位量γiに相当する変位（変形）が起こる。このことは下記の式で表すことができる。
∇Ｐ3/∇σi＝ｄ31＝∇γi/∇Ｅ3(i＝1,2,3)
【００３３】
すなわち、圧電素子９０は、その両面に電圧を加えると、図１０（Ａ）及び図１０（Ｂ）に示すように長手方向に伸縮するとともに、長手方向（図９において延伸方向）に、押したり、引張ったりして変位（歪み、変形）を生じさせることにより、起電力を発生させる。
【００３４】
本実施形態では、前述のように、第１の磁石である移動磁石７が圧電素子側磁石９１に近接すると、移動磁石７と圧電素子側磁石９１との間に働く反発力によって、ガイド部材６の上側に配置される圧電素子モジュール９の圧電素子側磁石９１は上方向に撥ね上げられ、これにより圧電素子側磁石９１が付設されている圧電素子モジュール９の自由端が上方向に押し上げられて変位が生じる。また、ガイド部材６の下側に配置される圧電素子モジュール９の圧電素子側磁石９１は下方向に撥ねて、これにより圧電素子側磁石９１が付設されている圧電素子モジュール９の自由端が下方向に押し下げられて変位が生じる。
また、移動磁石７が圧電素子側磁石９１から離間すると、圧電素子側磁石９１の自重又は移動磁石７との間の反発力を失った反動によって圧電素子モジュール９の自由端を上下方向に揺動させ、圧電素子モジュール９に変位が生ずる。
【００３５】
図１１は、移動磁石７の移動に伴う各圧電素子モジュール９の変位を模式的に示した図である。
例えば、図１１（Ａ）に示すように、移動磁石７ａがストッパ部材６２ａに隣接する位置からストッパ部材６２ｂに向かって移動すると、移動磁石７と圧電素子側磁石９１との間に働く反発力によって、ガイド部材６の表裏に配置されている圧電素子モジュール９のうち、ストッパ部材６２ａに近い位置に配置されている圧電素子モジュール９から順にその自由端側が移動磁石７ａの接近に伴って移動磁石７ａから離間する方向に変位する。そして、移動磁石７ａが圧電素子モジュール９の近傍を通過していくと、圧電素子側磁石９１の自重又は移動磁石７ａとの間の反発力を失った反動によって、圧電素子モジュール９はもとの水平状態に戻っていく。
また、移動磁石７ａがストッパ部材６２ｂに隣接する位置からストッパ部材６２ａに向かって移動する場合も、図１１（Ｂ）に示すように、移動磁石７ａと圧電素子側磁石９１との間に働く反発力によって、圧電素子モジュール９の自由端側が順次変位する。
なお、ここでは、移動磁石７ａの移動による圧電素子モジュール９の変位について説明したが、移動磁石７ｂの移動による圧電素子モジュール９の変位についても同様である。
【００３６】
圧電素子モジュール９は、変位した方向によって発生する起電力のプラス・マイナス（極性）が異なっている。例えば、本実施形態では、図１２に示すように、圧電素子モジュール９が上方向に変位した際には、正の向きの起電力（図１２において「＋Ｖ」とする。）が発生する。また、圧電素子モジュール９が下方向に変位した際には、負の向きの起電力（図１２において「−Ｖ」とする。）が発生する。
【００３７】
図１３（Ａ）及び図１３（Ｂ）は、ガイド部材６の表裏に配置されている圧電素子モジュール９から発生する起電力を時系列的に示したものである。
ガイド部材６の表側に配置されている圧電素子モジュール９では、図１３（Ａ）に示すように、移動磁石７が接近することにより圧電素子側磁石９１が反発力により上方向に撥ね上げられると圧電素子モジュール９に上方向の変位が生じ、正の向きの起電力（図１３（Ａ）において「＋Ｖ」とする。）が発生する。また、移動磁石７が離間して圧電素子側磁石９１の自重により圧電素子モジュール９の自由端が下方向に変位すると、負の向きの起電力（図１３（Ａ）において「−Ｖ」とする。）が発生する。
他方、ガイド部材６の裏側に配置されている圧電素子モジュール９では、図１３（Ｂ）に示すように、移動磁石７が接近して圧電素子側磁石９１が反発力により下方向に押し下げられると圧電素子モジュール９に下方向の変位が生じ、負の向きの起電力（図１３（Ｂ）において「−Ｖ」とする。）が発生する。また、移動磁石７が離間すると移動磁石７ａとの間の反発力を失った反動によって、圧電素子モジュール９はもとの水平状態に戻っていくため、上方向に変位する。これにより、圧電素子モジュール９から正の向きの起電力（図１３（Ｂ）において「＋Ｖ」とする。）が発生する。
【００３８】
なお、圧電素子モジュール９から発生する起電力の向き（すなわち、プラス・マイナス（極性））は、配線により動方向に置き換えることが可能である。
図１３（Ｃ）は、ガイド部材６の裏側に配置されている圧電素子モジュール９について配線を変更し、圧電素子モジュール９から発生する起電力の向きを、ガイド部材６の表側に配置されている圧電素子モジュール９から発生する起電力の向きに揃えた場合を示した図である。
このように起電力の向きが同方向に揃っている場合には、両者を足し合わせることにより、図１３（Ｄ）に示すように、ガイド部材６の一方側に配置されている圧電素子モジュール９から発生する起電力の２倍の起電力を取り出すことができる。
【００３９】
図１４は、本実施形態における発電装置１の要部ブロック図である。
前述のように、本実施形態の発電装置１は起電力を発生させる手段として、複数の圧電素子モジュール２と複数のコイル５とを備えており、圧電素子モジュール２から発生した起電力を直流電力に変換する整流回路１１（第１の整流回路１１ａ）及びコイル５から発生した起電力を直流電力に変換する整流回路１１（第２の整流回路１１ｂ）を備えている。各圧電素子モジュール２の端子部（図２参照）及び各コイル５の端子部（図２参照）は、この整流回路１１と接続されている。
第１の整流回路１１ａ及び第２の整流回路１１ｂは、例えばダイオードやコンデンサで構成された半波整流回路、4つのダイオードを用いてブリッジを構成した全波整流回路のいずれでもよい。
また、各整流回路１１（第１の整流回路１１ａ及び第２の整流回路１１ｂ）には、それぞれ平滑回路１２が接続されている。平滑回路１２は、コンデンサの充放電を利用して、電圧を平滑化し、変動の少ない電圧を得るものである。
また、各平滑回路１２は、蓄電回路１３に接続されている。蓄電回路１３は、整流回路１１により変換された直流電力を蓄電する蓄電手段であり、整流回路１１において直流電力に変換され平滑回路１２において平滑化された起電力は、蓄電回路１３において蓄電される。なお、蓄電手段は蓄電回路１３に限定されず、例えばキャパシタ等でもよい。
また、蓄電回路１３には小型の携帯機器等に電力を出力するための電源出力端子１４が接続されている。
【００４０】
図１５は、本実施形態における発電装置１を小型の電子機器である腕時計１００に組み込む場合の一例を示した分解斜視図であり、図１６は、図１５に示す腕時計１００の要部断面図である。
腕時計１００は、金属等で形成された時計ケース１０１、時計ガラス１０２、文字板１０３、指針１０４、及び指針１０４等を動作させる時計モジュール１０５等を備えている。時計ケース１０１には、時計バンド１０６が取り付けられている。また、時計ケース１０１の裏面側（図１６において下側）は裏蓋部材１０７により閉塞されるようになっている。
図１５及び図１６に示すように、発電装置１は、腕時計１００の時計モジュール１０５と裏蓋部材１０７との間に配置されるようになっている。なお、発電装置１に設けられている移動磁石７及び圧電素子側磁石９１が時計モジュール１０５に影響を及ぼすことを避けるために、時計モジュール１０５と発電装置１との間には、磁気を遮蔽可能な材料で形成された消磁板１０８が配置される。また、時計ケース１０１内には、発電装置１の電源出力端子１４と時計モジュール１０５の回路基板等（図示せず）とを電気的に接続するためのコネクタ部１０９が設けられている。コネクタ部１０９を時計モジュール１０５の回路基板等に接続し、このコネクタ部１０９に発電装置１の電源出力端子１４を接続することにより、発電装置１において発電された電力が腕時計１００の時計モジュール１０５に供給される。
【００４１】
次に、本実施形態の作用を説明する。
本実施形態において、発電装置１が設けられた小型の装置、機器等（例えば、図１５及び図１６に示す腕時計１００）をユーザが振る等の動きにより、発電装置１に外部から振動が与えられると、ガイド部材６の可動域６１（第１の区域６１ａ、第２の区域６１ｂ）内で、それぞれ移動磁石７ａ，７ｂが往復移動する。
この移動磁石７ａ，７ｂがコイル５に接近すると、コイル５から負の向きの起電力が発生する。また、移動磁石７ａ，７ｂがコイル５から離間すると、コイル５から正の向きの起電力が発生する。コイル５から発生した起電力は、第２の整流回路１１ｂにおいて直流電力に変換され、平滑回路１２において平滑化された上で、蓄電回路１３に送られ、蓄電される。
また、移動磁石７ａ，７ｂが圧電素子モジュール９の自由端に設けられている圧電素子側磁石９１に接近すると、圧電素子側磁石９１が反発力により、移動磁石７ａ，７ｂから離間する方向に動作する。これにより圧電素子側磁石９１が付設されている圧電素子モジュール９に変位が生じ、起電力が発生する。また、移動磁石７ａ，７ｂが圧電素子側磁石９１から離間すると、圧電素子側磁石９１の自重又は移動磁石７ａとの間の反発力を失った反動によって、圧電素子モジュール９はもとの水平状態（初期位置）に戻っていく。これにより圧電素子モジュール９に変位が生じ、起電力が発生する。圧電素子モジュール９から発生した起電力は、第１の整流回路１１ａにおいて直流電力に変換され、平滑回路１２において平滑化された上で、蓄電回路１３に送られ、蓄電される。
電源出力端子１４に各種電子機器等の端子が接続されると、蓄電回路１３に蓄電された電力は、適宜取り出されて、接続先の電子機器等に送られ、電子機器等に電力を供給する。
【００４２】
以上のように、本実施形態によれば、発電装置１が組み込まれた小型の装置をユーザが身につけて腕を振る等により発電装置１に外部から振動が加えられると、ガイド部材６の可動域６１内で第１の磁石である移動磁石７ａ，７ｂが移動する。そして、この移動磁石７ａ，７ｂがその移動に伴って、圧電素子モジュール９に付設された第２の磁石である圧電素子側磁石９１に接近又は離間することにより、移動磁石７ａ，７ｂと圧電素子側磁石９１との間に働く反発力により、圧電素子モジュール９に変位を生じさせ、起電力を発生させる。また、移動磁石７ａ，７ｂがその移動に伴って、コイル５に接近又は離間することにより、コイル５に磁束密度の変化を生じさせ、これにより起電力を発生させる。
このため、ユーザが腕を振る等の日常的な動作によって、圧電素子モジュール９及びコイル５から効率的に電力を得ることができ、これを腕時計１００等の小型機器に供給することができるため、簡易な構成で電池等を用いずに各種機器を動作させることが可能となる。
また、本実施形態では、圧電素子モジュール９は、上下方向に変位可能となるように基端において片持ち支持され、第２の磁石である圧電素子側磁石９１は、圧電素子モジュール９の自由端に設けられている。このため、ガイド部材６の表側（上側）に設けられている圧電素子モジュール９の場合には、第１の磁石である移動磁石７ａ，７ｂが近接した際には移動磁石７ａ，７ｂとの間に働く反発力によって圧電素子モジュール９に上方向の変位を生じさせるとともに、移動磁石７ａ，７ｂが離間した際には自重により揺動することによって圧電素子モジュール９に変位を生じさせる。このように圧電素子側磁石９１が錘としての機能も果たすため、圧電素子モジュール９を撓らせて変位を生じさせることができ、効率よく起電力を発生させることができる。
圧電素子モジュール９は、薄板状に形成された複数の圧電素子９０を貼り合わせた積層構造となっているため、多くの電力を効率よく発生させることができる。また、圧電素子９０を複数積層することで圧電素子モジュール９の強度を上げることができるとともに、板バネのような復元力を持たせることができ、移動磁石７ａ，７ｂと圧電素子側磁石９１との間の反発力により圧電素子モジュール９が変位した後に、もとの水平位置（初期位置）まで戻ることが可能となる。
また、本実施形態では、ガイド部材６は、中空環状に形成されており、第１の磁石である移動磁石７ａ，７ｂは、このガイド部材６内の環状の可動域６１内で往復動作可能となっている。これにより、腕を振る等の単純な動きでも移動磁石７ａ，７ｂを移動させることが可能となる。
さらに、第２の磁石である圧電素子側磁石９１及びコイル５は、ガイド部材６に沿って複数配置されているため、移動磁石７ａ，７ｂの移動により、多くの起電力を発生させることが可能である。
また、本実施形態の発電装置１は、圧電素子モジュール９及びコイル５から発生した起電力を直流電力に変換する整流回路１１とこの整流回路１１により変換された直流電力を蓄電する蓄電回路１３とを備えている。このため、発電装置１によって発電された電力を外部機器等に適宜供給可能な状態で蓄積させておくことができる。
【００４３】
なお、本実施形態では、ガイド部材６の可動域６１が、２つのストッパ部材６２ａ，６２ｂによって、第１の区域６１ａ、第２の区域６１ｂに分けられている場合を例としたが、ストッパ部材６２ａ，６２ｂを設けない構成とすることも可能である。この場合、可動域６１に封入する移動磁石７ａ，７ｂの隣り合う側の極性を同じにする。これにより、２つの移動磁石７ａ，７ｂが近接すると反発力によって互いに離間する方向に移動するため、ストッパ部材６２ａ，６２ｂを設けなくても、２つの移動磁石７ａ，７ｂが互いに衝突したり結合したりすることを防止することができる。
【００４４】
また、ガイド部材６の可動域６１に封入する移動磁石の数は２つに限定されない。例えば、移動磁石の数を１つとする場合には、ストッパ部材を設けない構成とする。また、移動磁石を３つ以上設ける場合には、ストッパ部材を３つ以上設けて、ガイド部材３の可動域６１を３つ以上の区域に区分し、各区域内にそれぞれ移動磁石を封入する。なお、移動磁石を偶数個封入する場合には、各移動磁石の隣り合う極性を同じとすることにより、ストッパ部材を設けなくても、各移動磁石が結合し合うことを防止し、互いの反発力によって適度な距離を維持させることができる。
【００４５】
なお、本実施形態では、枠体２の円中心とガイド部材３円中心とがほぼ同じである例を示したが、ガイド部材３の設けられる位置は図示例に限定されず、枠体２の円中心に対して偏心していてもよい。
【００４６】
［第２の実施の形態］
次に、図１７から図２９を参照しつつ、本発明に係る発電装置の第２の実施形態について説明する。なお、以下においては、特に第１の実施形態と異なる点について説明する。
【００４７】
図１７は、本実施形態に係る発電装置の側断面図であり、図１８は、本実施形態に係る発電装置の一部（具体的には、上側の閉塞部材２０３ａ、上側のカンチレバー２０６、上側の平面コイルユニット２０８ａ、及び移動磁石ユニット２０５）を分解した分解斜視図である。
図１７に示すように、本実施形態の発電装置２００は、樹脂等で形成された中空の短柱形状に形成された枠体２０２を備えている。枠体２０２の上下（図１７における上下）の開口は、図示しない板状の閉塞部材２０３ａ，２０３ｂにより閉塞されている。
閉塞部材２０３ａ，２０３ｂの内側ほぼ中央部には、それぞれ枠体側磁石２０４ａ，２０４ｂが設けられている。
【００４８】
枠体２０２の上下方向におけるほぼ中央部には、円盤状の移動磁石ユニット２０５が設けられている。移動磁石ユニット２０５は、移動磁石２０５ａと、この移動磁石２０５ａを囲むように配置される環状（ドーナツ状）の移動枠部材２０５ｂと、移動枠部材２０５ｂの上下にそれぞれ配置されるユニットカバー部材２０５ｃとを備えている。
本実施形態において、移動磁石ユニット２０５の移動枠部材２０５ｂは、所定の可動域を有するガイド部材であり、移動磁石２０５ａはこのガイド部材内に収容され、外部からの振動によりガイド部材の可動域内で移動する第１の磁石である。
【００４９】
なお、移動磁石２０５ａは、枠体側磁石２０４ａ，２０４ｂと互いに引き合う極性となるように配置されている。
すなわち、例えば、図１７に示すように、発電装置２００の上側の閉塞部材２０３ａに設けられた枠体側磁石２０４ａの極性がＮ極であり、発電装置２００の下側の閉塞部材２０３ｂに設けられた枠体側磁石２０４ｂの極性がＳ極である場合には、移動磁石２０５ａは、上側の極性がＳ極、下側の極性がＮ極となるように配置される。
【００５０】
図１９は、移動磁石ユニット２０５の移動枠部材２０５ｂと移動磁石２０５ａとを示した平面図である。
本実施形態において、移動磁石２０５ａを移動枠部材２０５ｂの穴部分に配置した上で、移動枠部材２０５ｂの上下にユニットカバー部材２０５ｃを配置することによって、移動磁石ユニット２０５のほぼ中央部に移動磁石２０５ａが移動可能な可動域２０５ｄが形成される。移動枠部材２０５ｂの厚みは特に限定されないが、移動磁石２０５ａの移動妨げないように移動磁石２０５ａの厚みよりも厚くなっている。また、可動域２０５ｄの広さは、移動磁石２０５ａが、枠体側磁石２０４ａ，２０４ｂや、後述するコイル、レバー側磁石２０６ｃの直下（又は直上）又はその近傍に位置する状態と、これらから離間した状態とを取り得るだけの大きさがあることを要する。
【００５１】
図２０は、移動磁石ユニット２０５の上側から閉塞部材２０３ａを透過して内部を見た場合の平面図であり、図２１は、移動磁石ユニット２０５の下側から閉塞部材２０３ｂを透過して内部を見た場合の平面図である。
移動磁石ユニット２０５の上下（図１７における上下）には、図２０及び図２１に示すように、それぞれ８個のカンチレバー２０６が、放射線状に設けられている。
図２２（Ａ）は、カンチレバー２０６の側面図である。
各カンチレバー２０６は、少なくとも一部に弾性を有する可撓性部を有し、一端側が固定されて上下方向に変位可能に片持ち支持された揺動部材である。カンチレバー２０６は、例えば樹脂等で形成されている。
【００５２】
本実施形態では、各カンチレバー２０６は、それぞれ一端側が枠体２０２の内側側面に固定されている。なお、カンチレバー２０６は、その一端側が直接枠体２０２の内側側面に固定されていてもよいし、治具等の固定手段を介して固定されていてもよい。
カンチレバー２０６の長手方向の中央部近傍には、他の部分よりも厚みの薄い薄肉部２０６ａが設けられている。この薄肉部２０６ａは、弾性を有し、容易に撓むことのできる可撓性部である。なお、薄肉部２０６ａは、カンチレバー２０６の長手方向の先端部よりも固定端側の方がより撓みやすいため好ましい。
この薄肉部２０６ａの上には、圧電素子モジュール２０６ｂが接着固定等により設けられている。なお、圧電素子モジュール２０６ｂの構成は第１の実施形態と同様であるため、その説明を省略する。
【００５３】
また、各カンチレバー２０６の自由端には、レバー側磁石２０６ｃが設けられている。レバー側磁石２０６ｃは、揺動部材であるカンチレバー２０６の自由端に設けられており、第１の磁石である移動磁石２０５ａが近接した際には、この移動磁石２０５ａとの間に働く反発力によって圧電素子モジュール２０６ｂに上方向の変位を生じさせるとともに、移動磁石２０５ａが離間した際には自重により揺動することにより圧電素子モジュール２０６ｂに変位を生じさせる第２の磁石である。
なお、レバー側磁石２０６ｃは、カンチレバー２０６の自由端を揺動させる錘としての機能も果たすものである。
【００５４】
また、レバー側磁石２０６ｃは、移動磁石２０５ａ、及び枠体側磁石２０４ａ，２０４ｂと互いに引き合う極性となるように配置されている。
すなわち、例えば、図１７に示すように、発電装置２００の上側の閉塞部材２０３ａに設けられた枠体側磁石２０４ａの極性がＮ極であり、発電装置２００の下側の閉塞部材２０３ｂに設けられた枠体側磁石２０４ｂの極性がＳ極であって、移動磁石２０５ａの上側の極性がＳ極、下側の極性がＮ極である場合には、移動磁石ユニット２０５の上側に設けられるカンチレバー２０６のレバー側磁石２０６ｃ、下側に設けられるカンチレバー２０６のレバー側磁石２０６ｃは、ともに上側の極性がＳ極、下側の極性がＮ極となるように配置される。
【００５５】
このようにレバー側磁石２０６ｃを配置することにより、移動磁石２０５ａが移動磁石ユニット２０５の可動域２０５ｄ内を移動した場合、移動磁石２０５ａがレバー側磁石２０６ｃに対応する位置（すなわち、接近する位置）に来ると、レバー側磁石２０６ｃが移動磁石２０５ａに引き付けられることにより、カンチレバー２０６は、その薄肉部２０６ａを中心として移動磁石２０５ａに近づく方向に撓む（例えば下側のカンチレバー２０６の場合、図２２（Ｂ）に示すように上方向に撓む。）。これにより、薄肉部２０６ａに設けられている圧電素子モジュール２０６ｂが変位（歪み、変形）し、起電力を発生させる。
また、閉塞部材２０３ａに設けられた枠体側磁石２０４ａ，２０４ｂは、レバー側磁石２０６ｃと引き合うようにレバー側磁石２０６ｃとは異なる極性となっている。このため、移動磁石２０５ａがレバー側磁石２０６ｃから離間すると、レバー側磁石２０６ｃは枠体側磁石２０４ａ，２０４ｂに引き付けられて逆側に撓む（例えば下側のカンチレバー２０６の場合、図２２（Ｃ）に示すように下方向に撓む。）。レバー側磁石２０６ｃは錘としての役割も果たすため、レバー側磁石２０６ｃは、枠体側磁石２０４ａ，２０４ｂと移動磁石２０５ａとの間で共振振動し、この振動により薄肉部２０６ａに貼付されている圧電素子モジュール２０６ｂを効率よく変位させる。
【００５６】
移動磁石ユニット２０５と上下のカンチレバー２０６との間には、それぞれ平面コイルユニット２０８ａ，２０８ｂが設けられている。
図２３は平面コイルユニット２０８ａ，２０８ｂの平面図であり、図２４は、本実施形態における平面コイルユニット２０８ａ，２０８ｂのコイルの巻き線方向を説明する説明図である。また、図２５は、平面コイルユニット２０８ａ，２０８ｂによって起電力が発生する原理を説明するための説明図である。
【００５７】
図２３に示すように、平面コイルユニット２０８ａ，２０８ｂは、円盤状の基板２１０と、この基板２１０の中に埋め込まれた平面コイル２１１と平面コイル２１１から引き出された端子２１２とを備えている。
平面コイル２１１は、基板２１０のほぼ中央部であって、移動磁石２０５ａの可動域２０５ｄ内に設けられており、図２４に示すように、全て同じ方向に巻き線が施されている。
【００５８】
図２５に示すように、平面コイル２１１に移動磁石２０５ａが接近してくる場合、平面コイル２１１の磁束密度Φは大きく変化する。
平面コイル２１１に生ずる誘導起電力をＶは、平面コイル２１１を貫く磁束密度Φの単位時間当たりの変化に比例するため、仮に平面コイル２１１の枚数をｎとすると、誘導起電力Ｖは、下記の式により求めることができる。
V＝−ｎ*ｄΦ／ｄｔ[V]
となる。
【００５９】
また、本実施形態では、平面コイル２１１を挟んで上下にカンチレバー２０６が配置されており、その自由端にはレバー側磁石２０６ｃが設けられている。このため、移動磁石２０５ａの移動による磁束密度Φへの影響はレバー側磁石２０６ｃがない場合と比較して大きくなり、移動磁石２０５ａの１回の移動により発生する誘導起電力は、絶対値で表すと、下記の式により求めることができる。
V＝２ｎ*ｄΦ／ｄｔ[V]
【００６０】
さらに、本実施形態では、平面コイル２１１を挟んで上下にそれぞれ８つのカンチレバー２０６が配置されている。このため、移動磁石２０５ａが平面コイル２１１の配置されている領域を通過する度に、より大きな誘導起電力を平面コイル２１１から発生させることが可能となる。
【００６１】
図２６は、本実施形態における発電装置２００の要部ブロック図である。
前述のように、本実施形態の発電装置２００は起電力を発生させる手段として、発電装置２００の表裏にそれぞれ８個ずつ設けられた各カンチレバー２０６に付設された複数の圧電素子モジュール２０６ｂと移動磁石ユニット２０５の上下に配置された平面コイルユニット２０８ａ，２０８ｂとを備えており、発電装置２００の表側及び裏側に設けられた各カンチレバー２０６に付設された圧電素子モジュール２０６ｂ、及び平面コイル２１１から発生した起電力を直流電力に変換する整流回路２２０と、この整流回路２２０により直流電力に変換された起電力を蓄電する蓄電手段としての蓄電回路２２１が設けられている。
なお、整流回路２２０と蓄電回路２２１との間に平滑回路等が設けられていてもよい。また、整流回路は、圧電素子モジュール２０６ｂ、平面コイルユニット２０８ａ，２０８ｂごとに設けられていてもよい。また、整流回路は、第１の実施形態と同様、半波整流でも、全波整流でもよい。
さらに、蓄電手段は蓄電回路２２１ではなくキャパシタであってもよい。
なお、図示はしないが、第１の実施形態と同様に、蓄電回路１３には小型の携帯機器等に電力を出力するための電源出力端子１４が接続されていてもよい。
【００６２】
図２７は、図２６に示す整流回路２２０の具体的な回路構成例を示したものである。ここでは、整流回路２２０がそれぞれ４つのダイオードで構成された全波整流回路である場合を例として示したが、整流回路２２０の回路構成は図示例に限定されない。
【００６３】
図２８は、本実施形態における発電装置２００を小型の電子機器である腕時計３００に組み込む場合の一例を示した分解斜視図であり、図２９は、図２８に示す腕時計３００の要部断面図である。
腕時計３００は、金属等で形成された時計ケース３０１、時計ガラス３０２、文字板３０３、指針３０４、及び指針３０４等を動作させる時計モジュール３０５等を備えている。時計ケース３０１には、時計バンド３０６が取り付けられている。また、時計ケース３０１の裏面側（図２９において下側）は裏蓋部材３０７により閉塞されるようになっている。
図２８及び図２９に示すように、発電装置２００は、腕時計３００の時計モジュール３０５と裏蓋部材３０７との間に配置されるようになっている。時計ケース３０１内には、発電装置２００の図示しない電源出力端子と時計モジュール３０５の回路基板等（図示せず）とを電気的に接続するためのコネクタ部３０９が設けられている。コネクタ部３０９を時計モジュール３０５の回路基板等に接続し、このコネクタ部３０９に発電装置２００の電源出力端子を接続することにより、発電装置２００において発電された電力が腕時計３００の時計モジュール３０５に供給される。
【００６４】
次に、本実施形態の作用を説明する。
本実施形態において、発電装置２００が設けられた小型の装置、機器等（例えば、図２８及び図２９に示す腕時計３００）をユーザが振る等の動きにより、発電装置２００に外部から振動が与えられると、、移動磁石ユニット２０５の可動域２０５ｄ内で移動磁石２０５ａが自由移動する。
この移動磁石２０５ａが平面コイル２１１に接近又は離間すると、平面コイル２１１の磁束密度に変化が生じ、平面コイル２１１に起電力が発生する。平面コイル２１１から発生した起電力（誘導起電力）は、整流回路２２０において直流電力に変換され、蓄電回路２２１に送られ、蓄電される。
また、移動磁石２０５ａが各カンチレバー２０６の端部に設けられたレバー側磁石２０６ｃに接近すると、レバー側磁石２０６ｃが移動磁石２０５ａの側に引っ張られてカンチレバー２０６の薄肉部２０６ａが撓み、圧電素子モジュール２０６ｂが変位して、起電力が発生する。また、レバー側磁石２０６ｃは枠体側磁石２０４ａ，２０４ｂにも引き付けられるため、上下方向に共振し、これによって圧電素子モジュール２０６ｂを変位させ、起電力を発生させる。圧電素子モジュール２０６ｂから発生した起電力（圧電効果による起電力）は、整流回路２２０において直流電力に変換され、蓄電回路２２１に送られ、蓄電される。
電源出力端子に各種電子機器等の端子が接続されると、蓄電回路２２１に蓄電された電力は、適宜取り出されて、接続先の電子機器等に送られ、電子機器等に電力を供給する。
【００６５】
以上のように、本実施形態によれば、発電装置２００が組み込まれた小型の装置をユーザが身につけて腕を振る等により発電装置２００に外部から振動が加えられると、移動磁石ユニット２０５の可動域２０５ｄ内で第１の磁石である移動磁石２０５ａが移動する。そして、この移動磁石２０５ａがその移動に伴って、カンチレバー２０６に付設された第２の磁石であるレバー側磁石２０６ｃに接近又は離間することにより、レバー側磁石２０６ｃが移動磁石２０５ａと枠体側磁石２０４ａ，２０４ｂとの間で引っ張られ合い、上下方向に振動（又は共振振動）を生じてカンチレバー２０６の薄肉部２０６ａが撓み、圧電素子モジュール２０６ｂが変位して、起電力が発生する。また、移動磁石２０５ａがその移動に伴って、平面コイル２１１に接近・離間することにより、平面コイル２１１に磁束密度の変化を生じさせ、これにより起電力を発生させる。
このため、ユーザが腕を振る等の日常的な動作によって、圧電素子モジュール２０６ｂ及び平面コイル２１１から効率的に電力を得ることができ、これを腕時計３００等の小型機器に供給することができるため、簡易な構成で電池等を用いずに各種機器を動作させることが可能となる。
また、本実施形態では、圧電素子モジュール２０６ｂは、上下方向に変位可能となるように基端において片持ち支持されたカンチレバー２０６の薄肉部２０６ａに設けられており、第２の磁石であるレバー側磁石２０６ｃは、カンチレバー２０６の自由端に設けられている。このため、レバー側磁石２０６ｃに移動磁石２０５ａが接近すると、これに引き付けられてカンチレバー２０６が撓み、圧電素子モジュール２０６ｂに変位を生じさせる。さらに、本実施形態では、移動磁石２０５ａと対向する位置にもレバー側磁石２０６ｃと引き合う枠体側磁石２０４ａ，２０４ｂが設けられているため、レバー側磁石２０６ｃが上下両方向から磁力により引っ張られて、共振振動を生じ、これにより圧電素子モジュール２０６ｂに変位を生じさせる。このため、微小な腕の動き等でも、効率よく発電することができる。
さらに、圧電素子モジュール２０６ｂ及び平面コイル２１１を発電装置２００の上下に複数配置している。このため、移動磁石２０５ａの移動により、多くの起電力を発生させることが可能である。
また、本実施形態の発電装置２００は、圧電素子モジュール２０６ｂ及び平面コイル２１１から発生した起電力を直流電力に変換する整流回路２２０とこの整流回路２２０により変換された直流電力を蓄電する蓄電回路２２１とを備えている。このため、発電装置２００によって発電された電力を外部機器等に適宜供給可能な状態で蓄積させておくことができる。
【００６６】
なお、上述した実施形態では、整流回路、平滑回路、蓄電回路を発電装置側が備えている構成としたが、発電装置がこれら各回路を備えることは必須の要素ではない。これらの回路は、発電装置を組み込む先の装置（例えば腕時計）内に設けられていてもよい。
【００６７】
また、上記各実施形態では、発電装置を腕時計に適用する場合を例として説明したが、発電装置を適用する装置・機器は、必ずしも腕時計に限定されない。例えば、発電装置を携帯電話機や歩数計などの携帯型の機器にも適用してもよい。
【００６８】
なお、本発明が上記実施の形態に限らず適宜変更可能であるのは勿論である。
【００６９】
以上本発明のいくつかの実施形態を説明したが、本発明の範囲は、上述の実施の形態に限定するものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲とその均等の範囲を含む。
以下に、この出願の願書に最初に添付した特許請求の範囲に記載した発明を付記する。付記に記載した請求項の項番は、この出願の願書に最初に添付した特許請求の範囲の通りである。
〔付記〕
＜請求項１＞
所定の可動域を有するガイド部材内に収容され、外部からの振動により前記ガイド部材の前記可動域内で移動する第１の磁石と、
変位により起電力を発生させる圧電素子モジュールと、
前記圧電素子モジュールに付設され、前記第１の磁石が前記可動域内で移動した際に前記第１の磁石の接離により前記圧電素子モジュールに変位を生じさせる第２の磁石と、
前記第１の磁石の接離により生じる磁束密度の変化により起電力を発生させるコイルと、
を備えていることを特徴とする発電装置。
＜請求項２＞
前記圧電素子モジュールは、上下方向に変位可能となるように基端において片持ち支持され、
前記第２の磁石は、前記圧電素子モジュールの自由端に設けられており、前記第１の磁石が近接した際には前記第１の磁石との間に働く反発力によって前記圧電素子モジュールに上方向の変位を生じさせるとともに、前記第１の磁石が離間した際には自重により揺動することによって前記圧電素子モジュールに変位を生じさせるものであることを特徴とする請求項１に記載の発電装置。
＜請求項３＞
少なくとも一部に弾性を有する可撓性部を有し、一端側が固定されて揺動可能に片持ち支持された揺動部材を備え、
前記圧電素子モジュールは、前記揺動部材の前記可撓性部に設けられ、
前記第２の磁石は、前記揺動部材の自由端に設けられており、前記第１の磁石が近接した際には前記第１の磁石との間に働く磁力によって前記圧電素子モジュールに初期位置から一方向の変位を生じさせるものであることを特徴とする請求項１に記載の発電装置。
＜請求項４＞
前記圧電素子モジュールは、薄板状に形成された複数の圧電素子を貼り合わせた積層構造となっていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の発電装置。
＜請求項５＞
前記ガイド部材は、中空環状に形成されており、
前記第１の磁石は、前記ガイド部材内の環状の可動域内で往復動作可能であって、
前記第２の磁石及び前記コイルは、前記ガイド部材に沿って複数配置されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の発電装置。
＜請求項６＞
前記圧電素子モジュール及び前記コイルから発生した起電力を直流電力に変換する整流回路と、
この整流回路により変換された直流電力を蓄電する蓄電手段と、
をさらに備えていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の発電装置。
【符号の説明】
【００７０】
１  発電装置
５  コイル
６  ガイド部材
７  移動磁石
９  圧電素子モジュール
６１  可動域
９０  圧電素子
９１  圧電素子側磁石
２０５ａ  移動磁石
２０６  カンチレバー
２０６ａ  レバー側磁石
２１１  平面コイル
【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】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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