(57)【要約】【課題】  往復動を伴う振動による運動エネルギーを電力に変換する振動発電機に関し、振動発電機の共振周波数を容易に変更できるようにして、小型の筐体であっても電力の変換効率に優れ、出力電圧を高めることができる振動発電機を提供する。【解決手段】  振動発電機は、磁石体が、磁石の両端面にそれぞれ連結する２つの第１ポールを有し、それぞれの固定体が、筐体の内面の側に、磁石体との間で反発力を作用させる緩衝磁石と、磁石体と接近可能に緩衝磁石に連結される第２ポールと、を有し、磁石体の第１ポールが、第１ポールの外径を規定する周辺部と、周辺部の厚みよりも厚みが厚くて周辺部よりも固定体の第２ポールに接近する中央凸部と、を有する。【選択図】  図１
2012151982.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コイルと、該コイルが巻回される筒状の筐体と、該筐体の両端にそれぞれ設けられる固定体と、着磁された磁石を含んでそれぞれの該固定体との間を該筐体の内面に沿って往復動可能に設置される磁石体と、を備え、
該磁石体が、該磁石の両端面にそれぞれ連結する２つの第１ポールを有し、
それぞれの該固定体が、該筐体の該内面の側に、該磁石体との間で反発力を作用させる緩衝磁石と、該磁石体と接近可能に該緩衝磁石に連結される第２ポールと、を有し、
該磁石体の該第１ポールが、該第１ポールの外径を規定する周辺部と、該周辺部の厚みよりも厚みが厚くて該周辺部よりも該固定体の該該第２ポールに接近する中央凸部と、を有する、
振動発電機。
【請求項２】
前記固定体の前記緩衝磁石および前記第２ポールの外径が、前記磁石体の前記第１ポールの外径よりも小さい、
請求項１に記載の振動発電機。
【請求項３】
前記緩衝磁石および前記第２ポールが、前記固定体の径方向の中心から偏った位置に固定されている、
請求項１または２に記載の振動発電機。
【請求項４】
前記固定体が、前記緩衝磁石および前記第２ポールを径方向又は周方向に移動して任意の位置に固定する変位機構を備える、
請求項１から３のいずれかに記載の振動発電機。
【請求項５】
前記コイルが、前記筐体に複数設けられて、該複数のコイルが、直列接続および／または並列接続される、
請求項１から４のいずれかに記載の振動発電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
往復動を伴う振動による運動エネルギーを電力に変換する振動発電機に関し、小型の筐体であっても電力の変換効率に優れ、出力電圧を高めることができる振動発電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
運動エネルギーを電力に変換する振動発電機では、人が携帯する場合、あるいは、振動する機器に取り付ける場合に、内部の振動体に往復動の振動を発生させて、その運動エネルギーを高い変換効率で電力に変換することが要望されている。特に、往復動する磁石、または、往復動するコイルを備える振動発電機では、小型化を図る場合に、コイル長、あるいは、磁気回路の構成の制限、等により発電効率が低くなりやすいという不利な点がある。したがって、従来には、これらの問題を解決するために様々な振動発電機が提案されている。
【０００３】
従来には、充電可能なバッテリーと、筒状のコイルと、該コイルの軸芯部分に挿入されると共に軸方向に移動可能にバネで保持された棒状の永久磁石と、整流器とを含み構成し、携帯時の振動や揺動に基づく該永久磁石の軸方向振動により該コイルに発生する交流電圧を該整流器で整流し、該整流された直流電圧で該バッテリーを充電する携帯型発電機において、前記永久磁石と前記バネで構成された永久磁石系の軸方向の共振振動数を、概ね、携帯時に前記軸方向振動を生じしめる主要な振動源の平均周期に合わせたことを特徴とする携帯型発電機がある。（特許文献１）。
【０００４】
また、機械的振動エネルギーを電気エネルギーに変換するための電気機械的デバイスであって、減衰係数および共振周波数を持つ速度減衰共振器である電気機械的デバイスと、前記電気機械的デバイスが出力した電力を検出するための電力検出器と、制御装置と、前記電気機械的デバイスの前記減衰係数を調節するための減衰係数調節器と、を備え、前記制御装置は、前記電力検出器が検出した電力出力に応じて前記減衰係数調節器を制御するように構成されていることを特徴とする電気機械的発電機がある（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−３７４６６１号公報（図１〜５）
【特許文献２】特表２００８−５３６４７０号公報（図１〜６）
【０００６】
一般的に、上記特許文献１または２のような動電型の振動発電機では、振動発電機の振動する磁石体の共振周波数と、振動発電機に振動を励起する往復動の振動周波数とが略一致しないと、磁石体の往復動の速度が最大化されないので大きな電流および大きな電圧を取り出すことが難しいという問題がある。また、振動発電機の磁石体の共振周波数は、磁石体の重量と、往復動の両端部に設けられる弾性体の弾性力、あるいは、磁石体に対して反発する反発磁石との反発力で定まる弾性力で決まるので、振動発電機の共振周波数を事前に任意の値に設定する、あるいは、振動発電機の共振周波数を製造後に変更するのは、実質的に困難である、という問題がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記の従来技術が有する問題を解決するためになされたものであり、その目的は、往復動を伴う振動による運動エネルギーを電力に変換する振動発電機に関し、振動発電機の共振周波数を容易に変更できるようにして、小型の筐体であっても電力の変換効率に優れ、出力電圧を高めることができる振動発電機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の振動発電機は、コイルと、コイルが巻回される筒状の筐体と、筐体の両端にそれぞれ設けられる固定体と、着磁された磁石を含んでそれぞれの固定体との間を筐体の内面に沿って往復動可能に設置される磁石体と、を備え、磁石体が、磁石の両端面にそれぞれ連結する２つの第１ポールを有し、それぞれの固定体が、筐体の内面の側に、磁石体との間で反発力を作用させる緩衝磁石と、磁石体と接近可能に緩衝磁石に連結される第２ポールと、を有し、磁石体の第１ポールが、第１ポールの外径を規定する周辺部と、周辺部の厚みよりも厚みが厚くて周辺部よりも固定体の第２ポールに接近する中央凸部と、を有する。
【０００９】
好ましくは、本発明の振動発電機は、固定体の緩衝磁石および第２ポールの外径が、磁石体の第１ポールの外径よりも小さい。
【００１０】
また、好ましくは、本発明の振動発電機は、緩衝磁石および第２ポールが、固定体の径方向の中心から偏った位置に固定されている。
【００１１】
また、好ましくは、本発明の振動発電機は、固定体が、緩衝磁石および第２ポールを径方向又は周方向に移動して任意の位置に固定する変位機構を備える。
【００１２】
また、好ましくは、本発明の振動発電機は、コイルが、筐体に複数設けられて、複数のコイルが、直列接続および／または並列接続される。
【００１３】
以下、本発明の作用について説明する。
【００１４】
本発明の振動発電機は、コイルと、コイルが巻回される筒状の筐体と、筐体の両端にそれぞれ設けられる固定体と、着磁された磁石を含んでそれぞれの固定体との間を筐体の内面に沿って往復動可能に設置される磁石体と、を備える。この振動発電機では、往復動可能に設置される磁石体が移動すると磁石による磁界が変化して、磁石体が往復動する範囲に対応して設けられているそれぞれのコイルに、電磁誘導によりコイル起電力が発生する。
【００１５】
ここで、磁石体は、磁石の両端面にそれぞれ連結する２つの第１ポールを有し、それぞれの固定体は、筐体の内面の側に、磁石体との間で反発力を作用させる緩衝磁石と、磁石体と接近可能に緩衝磁石に連結される第２ポールと、を有する。さらに、磁石体の第１ポールは、第１ポールの外径を規定する周辺部と、周辺部の厚みよりも厚みが厚くて周辺部よりも固定体の第２ポールに接近する中央凸部と、を有する。
【００１６】
この振動発電機の磁石体の共振周波数は、磁石体の重量と、筐体の両端に設けられる固定体の緩衝磁石による反発力で定まる弾性力とで決まる。磁石体と固定体の緩衝磁石とによる反発力が強まれば共振周波数は高くなり、反発力が弱まれば共振周波数は低くなる。磁石体の第１ポールが、周辺部の厚みよりも厚みが厚くて周辺部よりも固定体の第２ポールに接近する中央凸部を有するので、この第１ポールの中央凸部が第２ポールに接近する相対面積を調節することで、反発力で定まる弾性力の調整が可能になる。
【００１７】
したがって、本発明の振動発電機では、固定体の緩衝磁石および第２ポールの外径を磁石体の第１ポールの外径よりも小さくする、あるいは、緩衝磁石および第２ポールを固定体の径方向の中心から偏った位置に固定する、等の手段により、磁石体の第１ポールと固定体の第２ポールとの間に作用する反発力で定まる弾性力を調整でき、その結果、振動発電機の磁石体の共振周波数を調整することができる。
【００１８】
また、本発明の振動発電機は、固定体が、緩衝磁石および第２ポールを径方向又は周方向に移動して任意の位置に固定する変位機構を備えていれば、所定の範囲で磁石体の第１ポールと固定体の第２ポールとの相対位置を調整できる。したがって、振動発電機の磁石体の共振周波数を製造後に所定の範囲で調整することができ、振動発電機の振動する磁石体の共振周波数と、振動発電機に振動を励起する往復動の振動周波数とを略一致させると、磁石体の往復動の速度が最大化されるので、大きな電流および大きな電圧を取り出すことができ、発電効率を向上させることができる。
【００１９】
また、本発明の振動発電機は、コイルが、筐体に複数設けられて、複数のコイルが、直列接続および／または並列接続されていてもよい。複数のコイルの巻線方向、あるいは、直列接続および／または並列接続する極性は、磁石体からの磁束の向きに応じて反転させる。磁石体の磁束が有効に鎖交する位置、つまり、磁束密度が高い位置に複数のコイルを設けることで、コイルにおける出力電圧をさらに高めることができる。また、複数のコイルが直列接続および／または並列接続されていれば、出力電圧をより持続的にすることができ、小型の筐体であっても電力の変換効率を高めることができ、出力電圧をさらに高めることができる。
【発明の効果】
【００２０】
往復動を伴う振動による運動エネルギーを電力に変換する振動発電機に関し、振動発電機の磁石体の共振周波数を調整でき、小型の筐体であっても電力の変換効率に優れ、出力電圧を高めることができる振動発電機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の好ましい実施形態による振動発電機１を説明する断面図である。（実施例１）
【図２】本発明の好ましい実施形態による振動発電機１の固定体４および共振周波数調整機構５を説明する図である。（実施例１）
【図３】本発明の好ましい実施形態による振動発電機１Ａの整流器の接続を説明する図である。（実施例１）
【図４】本発明の好ましい実施形態による振動発電機１において共振周波数を調整する場合を説明する断面図である。（実施例１）
【図５】本発明の好ましい実施形態による振動発電機１の固定体４および緩衝磁石５付近の磁界を説明する波形図である。（実施例１）
【図６】本発明の他の好ましい実施形態による振動発電機１Bを説明する波形図である。（実施例２）
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の好ましい実施形態による振動発電機について説明するが、本発明はこれらの実施形態には限定されない。
【実施例１】
【００２３】
図１は、本発明の好ましい実施形態による振動発電機１を説明する図である。具体的には、図１は、図示する上下方向の中心軸に沿った断面図であり、振動発電機１では、振動子である磁石体１０がこの中心軸の方向に移動して振動する。また、図２は、振動発電機１の両端に設けられる固定体４および共振周波数調整機構５を説明する図であり、図２（ａ）はその平面図であり、図２（ｂ）は断面図である。さらに、図３は、振動発電機１および整流器を含む振動発電機１Ａの接続を説明する図である。なお、後述するように、振動発電機１の一部の構造や、内部構造等は、省略している。
【００２４】
振動発電機１は、コイル２と、コイル２が巻回される筒状の筐体３と、筐体３の両端にそれぞれ設けられる固定体４および共振周波数調整機構５と、着磁された磁石１１を含んでそれぞれの固定体４との間を筐体３の内面に沿って往復動可能に設置される磁石体１０と、を含む振動発電機である。本実施例の振動発電機１は、長径方向長が約６５ｍｍ、短径直径がφ約３４ｍｍの略円筒形状を有する小型で軽量な振動発電機である。例えば、外部の振動により図示する変位Ｚ０で振動発電機１が振動すると、その内部で振動子である磁石体１０が変位Ｚ１で振動するので、振動発電機１は、この磁石体１０の振動による運動エネルギーを電力に変換することができる。
【００２５】
本実施例の磁石体１０は、外径直径がφ約２４ｍｍで長さが約２０ｍｍの円柱状の希土類の磁石１１を含む。磁石体１０の磁石１１は、図１に示すように、振動する上下方向にそれぞれ異なる磁極（Ｎ極、Ｓ極）が現れるように着磁されている。なお、希土類磁石とは、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系のネオジウム磁石、もしくは、Ｓｍ−Ｃｏ系のサマリウムコバルト磁石であって、磁石の最大エネルギー積（ＢＨ）ｍａｘが大きな値をとる磁石であり、残留磁化および保磁力がさらに大きく、小さい体積でも保磁力の強いＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系の希土類磁石であってもよい。もちろん、磁石１１は、フェライト系磁石であってもよい。
【００２６】
磁石体１０は、図１に示すように、磁石１１の両端面にそれぞれ連結する軟鉄の部材である第１ポール１２ａおよび１２ｂを備えている。第１ポール１２ａおよび１２ｂは、磁石体１０の直径にほぼ等しくそれぞれの外径を規定する周辺部と、周辺部の厚み（約５ｍｍ）よりも厚み（約１０ｍｍ）が厚くて凸状に形成される中央凸部１３ａまたは１３ｂと、を有する。本実施例の場合には、第１ポール１２ａおよび１２ｂの中央凸部１３ａまたは１３ｂの直径は、φ約１０ｍｍである。
【００２７】
筒状の筐体３は、非磁性体からなる中空の筒であって、本実施例では内径直径がφ約２４．６ｍｍの樹脂成形部品の直管パイプであり、その内面に沿って磁石体１０が往復動可能に設置される。筒状の筐体３の外側面には、コイル２ａとコイル２ｂとがそれぞれ巻回されており、直列接続されてコイル２を構成する。コイル２ａおよびコイル２ｂは、それぞれ線径がφ約０．１８ｍｍの銅線を巻幅約１８ｍｍで約１４層巻に巻回して構成されたコイルである。図示するように、コイル２ａおよびコイル２ｂは、上下に離れて筐体３に巻回されて、コイル２ａとコイル２ｂとにそれぞれ逆向きの回転方向に電流が流れる様に直列接続されている。コイル２は、コイル２ａおよびコイル２ｂに発生するコイル起電力を出力端子２１に出力する。
【００２８】
また、固定体４ａおよび４ｂは非磁性の樹脂成形部品であって、筐体３の両端にネジ又は接着剤等により固定体４ａおよび４ｂが固定されて設けられている。固定体４ａおよび４ｂは、図２に示すように、磁石体１０が往復動する筐体３の内面の側に、緩衝磁石６および第２ポール７が配置される共振周波数調整機構５ａおよび５ｂをそれぞれ有する。
【００２９】
共振周波数調整機構５ａおよび５ｂは、磁石体１０との間で反発力を作用させる緩衝磁石６ａおよび６ｂと、磁石体１０と接近可能に緩衝磁石６ａおよび６ｂに連結される第２ポール７ａおよび７ｂと、を有する。緩衝体である緩衝磁石６ａおよび６ｂは、磁石体１０が移動して筐体３の両端に位置する固定体４ａまたは４ｂに勢いよく衝突して衝撃により破壊されるのを防止する。また、磁石体１０は、緩衝磁石６ａまたは６ｂと反発するようにされているので、磁性体である第１ポール１２および１２ｂが緩衝磁石６ａまたは６ｂにそれぞれ連結する第２ポール７ａおよび７ｂと密着してしまうのを防止する。
【００３０】
なお、筐体３の上下に設ける固定体４ａおよび４ｂと、それぞれの共振周波数調整機構５ａおよび５ｂの構成とは共通するので、以下では固定体４および共振周波数調整機構５として共通して説明する。固定体４が備える共振周波数調整機構５は、振動発電機１の磁石体１０の共振周波数を調整することができる。例えば、この共振周波数調整機構５の緩衝磁石６は、直径がφ約１０ｍｍで厚みが約１．２ｍｍの円盤状の希土類磁石である。緩衝磁石６に連結する第２ポール７は、直径がφ約１０ｍｍで厚みが約１．２ｍｍの円盤状の軟鉄の部材である。固定体４ａおよび４ｂが備える緩衝磁石６および第２ポール７の外径は、磁石体１１の第１ポール１２の外径よりも小さい関係にある。固定体４には、連結した緩衝磁石６および第２ポール７が図示するＹ方向に移動可能なようにスライド溝８が設けられており、スライド溝８には緩衝磁石６に連結する係合部９が所定の位置に摺動して移動および停止可能に係合する。係合部９は、樹脂製の棒状部材であり、固定体４の外側に一端が突出して、図示するＹ方向に移動させることができる。
【００３１】
図３に示す振動発電機１Ａは、上述の振動発電機１と、整流器２２を含む振動発電機である。振動発電機１は、コイル２に発生するコイル起電力を出力端子２１に出力する。整流器２２は、振動発電機１の出力端子２１に入力側を接続する全波ブリッジ整流回路であり、交流電圧を全波整流して直流電圧に変換する。つまり、振動発電機１Ａでは、振動発電機１の出力端子２１が整流器２２に接続されて、その出力が出力端子２３に接続される。
【００３２】
外力が加わって変位Ｚ０で振動発電機１が振動すると、その内部で振動子である磁石体１０が変位Ｚ１で振動する。筐体３の内面に沿って往復動可能に設置される磁石体１０は、筐体３に巻回されたコイル２ａおよび２ｂの内側空間をある程度の相対速度で移動する。磁石体１０は、直流磁界を形成するように着磁されているので、磁石体１０がコイル２ａおよび２ｂの内側を通過すると、コイル２ａおよび２ｂにはそれぞれ磁石体１０が発生する直流磁界の変化を打ち消そうとする起電力が相対速度にほぼ比例して発生する。本実施例の振動発電機１では、外部の振動により磁石体１０が筐体３の内部を図１に図示する上下方向に繰り返し振動するので、下側のコイル２ａには、磁石体１０の下端側が振動して出入りし、上側のコイル２ｂには、磁石体１０の上端側が振動して出入りすることになる。振動発電機１は、この磁石体１０の振動による運動エネルギーを、交流のコイル起電力として電力に変換することができる。
【００３３】
コイル２ａとコイル２ｂとは、上述したようにそれぞれ逆向きに直列接続されているので、磁石体１０とコイル２との間の振動による相対速度の絶対値は、磁石体１０が筐体３の中央付近を移動するときに大きくなり、一方で筐体３の端部側である固定体４ａおよび４ｂに達して折り返してくるときに小さくなる。したがって、磁石体１０が正弦波的な振動をする場合には、振動発電機１のコイル２に接続する出力端子２１に出力されるコイル起電力の波形は、筐体３の中央付近を移動するときに大きくなり（正弦波形の腹）、一方で筐体３の端部側である固定体４ａおよび４ｂに達して折り返してくるとき（速度が最小になるとき）に小さくなる（正弦波形の節）。なお、コイル２ａとコイル２ｂとにそれぞれ逆向きの回転方向に電流が流れる様に直列接続されているが、並列接続であってもよい。
【００３４】
図４は、振動発電機１において共振周波数を調整する場合を説明する断面図である。本実施例の場合には、共振周波数調整機構５は、固定体４が備える緩衝磁石６および第２ポール７のＹ方向への変位機構として実現される。図４に図示する場合には、緩衝磁石６および第２ポール７が、固定体４の径方向の中心からＹ方向に偏った所定の位置に固定されている。振動発電機１の磁石体１０が振動する場合の共振周波数は、磁石体１０の重量と、筐体３の両端に設けられる固定体４の緩衝磁石６による反発力で定まる弾性力とで決まる。反発力を一次共振系のスティフネスに換算して考慮すると、共振周波数はスティフネスの平方根（（１／２）乗）に比例する。したがって、緩衝磁石６および第２ポール７を変位機構により変位させることで、磁石体１０と固定体４の緩衝磁石６とによる反発力が強まれば共振周波数は高くなり、反発力が弱まれば共振周波数は低くなる。
【００３５】
図５は、振動発電機１の下側の緩衝磁石６付近の磁界を説明する図である。図５（ａ）は図１の場合と同様に、緩衝磁石６および第２ポール７が固定体４の径方向の中心に位置する場合であり、図５（ｂ）は図４の場合と同様に、緩衝磁石６および第２ポール７が固定体４の径方向の中心からＹ方向に約５ｍｍ偏った位置に位置する場合であり、筐体３等の他の構成は省略して図示している。磁石体１０と固定体４の緩衝磁石６とによる反発力は、それぞれの磁石が発生させる磁界の磁束密度と、相対的な距離とによって変化するので、磁石体１０が振動して、磁石体１０に連結する第１ポール１２と緩衝磁石６に連結する第２ポール７との距離が１０ｍｍとなる位置を想定して比較する。
【００３６】
ここで、磁石体１０の第１ポール１２は、第１ポール１２の外径を規定する周辺部と、周辺部の厚みよりも厚みが厚くて周辺部よりも固定体４の緩衝磁石６および第２ポール７に接近する中央凸部１３と、を有する。図５（ａ）のように緩衝磁石６および第２ポール７が固定体４の径方向の中心に位置する場合には、磁石体１０の第１ポール１２の中央凸部１３は、第２ポール７に対してほぼ１００％の相対面積を有して接近する位置関係にある。一方で、図５（ｂ）のように緩衝磁石６および第２ポール７が固定体４の径方向の中心からＹ方向に偏った所定の位置に位置する場合には、磁石体１０の第１ポール１２の中央凸部１３は、第２ポール７に対して約半分の相対面積を有して接近する位置関係にあるに過ぎず、残りの約半分の相対面積に相当する部分は、さらに中央凸部１３よりもさらに５ｍｍほど遠い第１ポール１２の周辺部に相対する関係になる。
【００３７】
例えば、図５（ａ）の場合と図５（ｂ）の場合には、第２ポール７に最も接近する磁石体１０の第１ポール１２の中央凸部１３表面での磁束密度が約０．３５［Ｔ］である。一方で、図５（ｂ）に図示する緩衝磁石６および第２ポール７が固定体４の径方向の中心からＹ方向に偏った所定の位置に位置する場合には、中央凸部１３よりもさらに５ｍｍほど遠い第１ポール１２の周辺部表面での磁束密度が約０．５４［Ｔ］である。２つの磁石の間に作用する反発力は、磁石同士が対峙する相対面積およびそれぞれの磁石表面での磁束密度の積に比例し、２つの磁石の間の距離の二乗に反比例する。
【００３８】
したがって、磁石体１０と緩衝磁石６との間に作用する反発力は、図５（ｂ）の場合には図５（ａ）の場合に比較して約０．８６倍になり、共振周波数の低下率としても約０．９３倍になる。第１ポール１２が中央凸部１３を有する結果、第２ポール７から遠い関係になる第１ポール１２の周辺部が対峙する位置関係になると、反発力が低下するからである。したがって、例えば、振動発電機１の磁石体１０の共振周波数が約１００Ｈｚとなる場合に、振動発電機１の製造後に共振周波数を約９３Ｈｚにすることができる。本実施例の場合には、固定体４ａおよび４ｂが備える緩衝磁石６および第２ポール７の外径が、磁石体１１の第１ポール１２の外径よりも小さく、かつ、第１ポール１２の中央凸部１３とほぼ同じ面積を有する関係にあるので、緩衝磁石６および第２ポール７を径方向の中心からＹ方向に偏った所定の位置に位置させる場合に、第１ポール１２の中央凸部１３と第２ポール７とが対峙する相対面積の変化を大きくすることができる。
【００３９】
つまり、本実施例では、第１ポール１２が、周辺部の厚みよりも厚みが厚くて周辺部よりも固定体４の第２ポール７に接近する中央凸部１３を有するので、この第１ポールの中央凸部１３が第２ポール７に接近する相対面積を調節することで、緩衝磁石６および第２ポール７を変位させ得る範囲が小さい径方向（Ｙ方向）の共振周波数調整機構５であっても、反発力で定まる弾性力の調整が可能になる。振動発電機１の磁石体１０の共振周波数を、振動発電機１の製造後に所定の範囲で調整することができるので、振動発電機１の振動する磁石体１０の共振周波数と、振動発電機１に振動を励起する往復動の振動周波数とを略一致させ、磁石体１０の往復動の速度が最大化して大きな電流および大きな電圧を取り出すことができ、発電効率を向上させることができる。
【００４０】
なお、振動発電機１では、コイル２を構成するコイル２ａおよびコイル２ｂは、並列接続しても良く、さらに複数のコイルを加えても良い。コイル２は、複数のコイルの巻線方向、あるいは、直列接続および／または並列接続する極性は、磁石体からの磁束の向きに応じて反転させることができる。磁石体の磁束が有効に鎖交する位置、つまり、磁束密度が高い位置に複数のコイルを設けることで、コイルにおける出力電圧をさらに高めることができる。コイル２は、コイル２ａおよびコイル２ｂに発生するコイル起電力を、打ち消しあうことなく出力端子２１に出力するように極性を揃えて接続すればよい。
【実施例２】
【００４１】
図６は、本発明の他の好ましい実施形態による振動発電機１ａを説明する図である。具体的には、図６は、図示する上下方向の中心軸に沿った断面図であり、振動発電機１ａでは、先の実施例とは構成が異なる共振周波数調整機構５ｃおよび５ｄがそれぞれ下側の固定体４ａ及び上側の固定体４ｂに設けられている。また、磁石体１０ｃは、先の実施例とは構成が異なる第１ポール１２ｃおよび１２ｄを備えており、筐体３の中心軸の方向に移動して振動する。本実施例の振動発電機１ａは、磁石体１０ｃの構成と、共振周波数調整機構５ｃおよび５ｄの構成等と、が少々異なる他は、先の実施例の振動発電機１とほぼ共通する。したがって、先の実施例と共通する部分には共通の番号を付して説明を省略する。
【００４２】
本実施例の磁石体１０ｃは、円柱状の希土類の磁石１１と、磁石１１の両端面にそれぞれ連結する２つのポール１２ｃおよび１２ｄと、を有する。これらのポール１２ａおよび１２ｂは、先の実施例の場合とは断面形状が異なり、磁石体１０の直径にほぼ等しくそれぞれの外径を規定する周辺部と、周辺部の厚み（約５ｍｍ）よりも厚み（約１０ｍｍ）が厚くて凸状に形成される中央凸部１３ｃまたは１３ｄと、を有し、周辺部から中央凸部１３まで円錐の一部を切り取ったようなテーパー面が形成されている。本実施例の場合には、第１ポール１２ｃおよび１２ｄの中央凸部１３ｃまたは１３ｄの直径は、φ約１０ｍｍである。
【００４３】
共振周波数調整機構５ｃおよび５ｄは、磁石体１０との間で反発力を作用させる緩衝磁石６ａおよび６ｂと、磁石体１０と接近可能に緩衝磁石６ａおよび６ｂに連結される第２ポール７ｃおよび７ｄと、を有する。第２ポール７ｃおよび７ｄは、先の実施例の場合とは断面形状が異なり、磁石体１０の第１ポール１２および１２ｂと接近する側に傾いた平面が形成されるように構成されている。その結果、第２ポール７ｃおよび７ｄは、円柱のような中心軸に対して対称な形状ではなく、図６に図示するように、中心軸で回転するとその先端の位置が円周状に回転するようになっている。また、本実施例の場合には、固定体４ａおよび４ｂが備える緩衝磁石６ｂおよび第２ポール７ｃおよび７ｄの外径が、磁石体１１の第１ポール１２の外径よりも小さい。
【００４４】
したがって、本実施例での共振周波数調整機構５ｃおよび５ｄは、振動発電機１ａの磁石体１０ｃの共振周波数を調整することができる。例えば、この共振周波数調整機構５ｃおよび５ｄの緩衝磁石６ａおよび６ｂに連結する第２ポール７ｃおよび７ｄは、固定体４に設けられたスライド溝８によりＹ方向に移動可能なだけでなく、係合部９の軸方向に回転可能であり、所定の位置と方向とに移動・回転して、係合して停止することができる。つまり、共振周波数調整機構５ｃおよび５ｄが、緩衝磁石６ａおよび第２ポール７ｃ、または、緩衝磁石６ｂおよび第２ポール７ｄを径方向だけでなく周方向に移動して任意の位置に固定する変位機構を備えているので、磁石体１０の第１ポール１２ｃおよび１２ｄと固定体の第２ポール７ｃおよび７ｄとの相対位置を細かく調整でき、共振周波数の微調整も容易になる。
【００４５】
なお、固定体４に設けられたスライド溝８は、緩衝磁石６ａおよび第２ポール７ｃ、または、緩衝磁石６ｂおよび第２ポール７ｄを径方向であるＹ方向に移動可能としているが、径方向と周方向とにともに移動可能なものであってもよい。もちろん、第２ポール７ｃおよび７ｄの形状も、上記実施例に限らず、第１ポールの中央凸部１３が第２ポール７に接近する相対面積が大きく変化するような形状であればよい。振動発電機１ｃの磁石体１０ｃの共振周波数を、振動発電機１ｃの製造後に所定の範囲で調整することができるので、振動する磁石体１０ｃの共振周波数と、振動発電機１ｃに振動を励起する往復動の振動周波数とを略一致させて、発電効率を向上させることができる。
【００４６】
また、上記の振動発電機１ｃでは、磁石体１０ｃが有する２つのポール１２ｃおよび１２ｄを、周辺部から中央凸部１３まで円錐の一部を切り取ったようなテーパー面を有する場合としたが、複数の円周状の平面により階段状に形成してもよい。磁石体１０の第１ポール１２の中央凸部１３が、磁石体１０の軸対称の中心位置にあれば、振動する磁石体１０が例え軸を中心にして回転しても、共振周波数がバラつくように変化しないからである。磁石体１０の第１ポール１２は、第１ポール１２の外径を規定する周辺部と、周辺部の厚みよりも厚みが厚くて周辺部よりも固定体４の第２ポール７に接近する中央凸部１３と、を有していればよい。
【００４７】
また、本実施例の場合には、固定体４ａおよび４ｂが備える緩衝磁石６ｂおよび第２ポール７ｃおよび７ｄの外径が、磁石体１１の第１ポール１２の外径よりも小さくされているが、緩衝磁石６ｂおよび第２ポール７ｃおよび７ｄの外径は、磁石体１１の第１ポール１２の外径と同程度の大きさであってもよい。本実施例のように、第２ポール７ｃおよび７ｄが、磁石体１０の第１ポール１２および１２ｂと接近する側に傾いた平面が形成されるように構成されている場合には、緩衝磁石６ｂおよび第２ポール７ｃまたは７ｄを回転させれば、実質的に第１ポール１２の中央凸部１３と第２ポール７とが対峙する相対面積を変化させることができるからである。したがって、振動発電機１ｃの磁石体１０ｃの共振周波数を、振動発電機１ｃの製造後に所定の範囲で調整することができるので、振動する磁石体１０ｃの共振周波数と、振動発電機１ｃに振動を励起する往復動の振動周波数とを略一致させて、発電効率を向上させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明の振動発電機は、整流器、蓄電池、充電回路等を含む発電機、あるいは、充電電池、充電器にも適用が可能である。また、本発明の振動発電機を備える電子機器は、可搬性に優れるので、使用者が持ち運ぶモバイル機器、または、振動が多く発生する車両に取り付ける発電機として、特に適する。
【符号の説明】
【００４９】
１、１Ａ、１ａ  振動発電機
２、２ａ、２ｂ  コイル
３              筐体
４ａ、４ｂ      固定体
５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ      共振周波数調整機構
６ａ、６ｂ      緩衝磁石
７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ      第２ポール
８ａ、８ｂ      スライド溝
９ａ、９ｂ      係合部
１０、１０ｃ    磁石体
１１            磁石
１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ    第１ポール
１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ    中央凸部
２１、２３      出力端子
２２            整流器
【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６】
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【図５】
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