(57)【要約】【課題】加熱源を必要とせず、エネルギーハーベスティング技術による発電を行うことのできる揺動発電装置を提供する。【解決手段】管状部材１の中空部内に、移動可能な永久磁石２を設け、管状部材１の側面にはコイル３を巻き付けておく。管状部材１は揺動部４に固定され、加えられた外力に応じて管状部材１を揺動する。揺動によって管状部材１内を永久磁石２が移動する際にコイル３と永久磁石２との間で生じる電磁誘導によって発電する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空の管状部材と、
前記管状部材の中空部内に設けられ、かつ、該中空部内を移動可能な磁石部と、
前記管状部材の側面に巻き付けられたコイル部と、
前記管状部材が固定され、かつ、自装置に加えられた外力に応じて前記管状部材を揺動するための揺動部と、
を備え、
前記管状部材内を前記磁石部が移動する際に前記コイル部と前記磁石部との間で生じる電磁誘導によって発電することを特徴とする揺動発電装置。
【請求項２】
前記揺動部は、自装置の設置面と接触する曲面部と、前記曲面部の内部に設けられた重り部とを備えることを特徴とする請求項１に記載の揺動発電装置。
【請求項３】
前記重り部の形状は、平面視において前記管状部材の長手方向と直交する方向を長手方向とする形状であることを特徴とする請求項２に記載の揺動発電装置。
【請求項４】
前記揺動部の揺動時において、該揺動部と設置面との滑りを抑止する抑止部をさらに備えることを特徴とする請求項２に記載の揺動発電装置。
【請求項５】
前記抑止部は、前記設置面に備えられた第１のギヤと、前記曲面部のうち前記設置面に接する面に備えられた第２のギヤとからなり、
前記揺動部は、前記第１のギヤと前記第２のギヤとが歯合した状態で揺動することを特徴とする請求項４に記載の揺動発電装置。
【請求項６】
前記揺動部は、前記管状部材の長手方向と直交する方向の厚みが、前記長手方向の厚みよりも小である平板形状であり、
前記揺動部は、その揺動方向と直交する方向に突出して設けられた軸部と、前記軸部に対応して設けられ対応する軸部の移動を案内するガイド部とをさらに備え、
前記揺動部の揺動時に、該揺動部の揺動を前記ガイド部によって案内するようにしたことを特徴とする請求項４又は５に記載の揺動発電装置。
【請求項７】
前記ガイド部は、前記揺動部に近接して設けられた平板部と、前記平板部に貫通して設けられ前記軸部が挿入され該軸部の移動範囲に対応した形状を有する長孔部とを備えたことを特徴とする請求項６に記載の揺動発電装置。
【請求項８】
前記重り部は、前記揺動部の停止状態において、前記磁石部を前記管状部材の中空部内の端部に停止させる位置に設けられていることを特徴とする特徴とする請求項６又は７に記載の揺動発電装置。
【請求項９】
前記管状部材の傾き量が所定量を超えるまで、前記管状部材内における前記磁石部の移動を抑止するトラップ部を更に備えることを特徴とする請求項１から請求項８までのいずれか１項に記載の揺動発電装置。
【請求項１０】
前記トラップ部は、前記管状部材の側面に設けられ、かつ、前記磁石部による磁力によって、該磁石が吸着する吸着部材によって構成されることを特徴とする請求項９に記載の揺動発電装置。
【請求項１１】
前記トラップ部は、前記管状部材の内側面に設けられた凹部または凸部であることを特徴とする請求項９に記載の揺動発電装置。
【請求項１２】
前記管状部材は、第１および第２の端部を有し、第１の端部から第２の端部に向かう円弧に沿った形状を有し、前記第１の端部と前記第２の端部との中間部分が前記揺動部に固定され、かつ、前記第１の端部と前記揺動部との距離ならびに前記第２の端部と前記揺動部との距離は、前記中間部分と前記揺動部との距離よりも大であることを特徴とする請求項１から請求項１１までのいずれか１項に記載の揺動発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、揺動発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の揺動発電装置として、加熱した金属板に発生する振動エネルギーによって揺動体を揺動させるものが知られている（特許文献１参照）。この揺動発電装置は、金属板の表面に揺動体を載せておき、金属板を加熱することによって金属板に発生する振動エネルギーによって揺動体を揺動させるものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−３０３４７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年、従来のエネルギーに代わる新しいエネルギーとして、太陽光や風力のエネルギーを用いた発電が数多く注目されている。また、最近では、大型のソーラーバネルや風車等を用いて発電するだけにとどまらず、公共の場所で人が歩行する際の振動や、街中を飛び交う電磁波などの身の回りのエネルギーから発電するエネルギーハーベスティング技術が注目を浴びている。
【０００５】
特許文献１に記載の揺動発電装置を用いて発電するためには、金属板を加熱するための加熱源が必要となり、上記のエネルギーハーベスティング技術による発電に適用することが難しい、という問題がある。
本発明は上記した点に鑑みて行われたものであり、加熱源を必要とせず、エネルギーハーベスティング技術による発電を行うことのできる揺動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】
本発明の一態様による揺動発電装置は、中空の管状部材と、前記管状部材の中空部内に設けられ、かつ、該中空部内を移動可能な磁石部と、前記管状部材の側面に巻き付けられたコイル部と、前記管状部材が固定され、かつ、自装置に加えられた外力に応じて前記管状部材を揺動するための揺動部と、を備え、前記管状部材内を前記磁石部が移動する際に前記コイル部と前記磁石部との間で生じる電磁誘導によって発電することを特徴とする。この構成により、加熱源を必要とせず、エネルギーハーベスティング技術による発電を行うことができる。
【０００７】
また、前記揺動部は、自装置の設置面と接触する曲面部と、前記曲面部の内部に設けられた重り部とを備えていてもよい。曲面部と重り部とを備えることにより、揺動を効率良く行い発電できる。
前記重り部の形状は、平面視において前記管状部材の長手方向と直交する方向を長手方向とする形状であることが望ましい。このように長手方向同士が直交する構造を採用することにより、揺動を効率良く行い発電できる。
【０００８】
ところで、前記揺動部の揺動時において、該揺動部と設置面との滑りを抑止する抑止部をさらに備えていてもよい。揺動部と設置面との滑りを抑止することにより、規則正しい揺動を実現でき、発電効率の低下を防止できる。
前記抑止部は、前記設置面に備えられた第１のギヤと、前記曲面部のうち前記設置面に接する面に備えられた第２のギヤとからなり、前記揺動部は、前記第１のギヤと前記第２のギヤとが歯合した状態で揺動するのが望ましい。ギヤ同士の歯合による滑り抑止機能を採用することにより、規則正しい揺動を実現でき、発電効率の低下を防止できる。
【０００９】
また、前記揺動部は、前記管状部材の長手方向と直交する方向の厚みが、前記長手方向の厚みよりも小である平板形状であり、前記揺動部は、その揺動方向と直交する方向に突出して設けられた軸部と、前記軸部に対応して設けられ対応する軸部の移動を案内するガイド部とをさらに備え、前記揺動部の揺動時に、該揺動部の揺動を前記ガイド部によって案内するようにしてもよい。ガイド部を設けることにより、効率良い揺動を実現できる。
【００１０】
さらに、前記ガイド部は、前記揺動部に近接して設けられた平板部と、前記平板部に貫通して設けられ前記軸部が挿入され該軸部の移動範囲に対応した形状を有する長孔部とを備えていてもよい。これらの構成により、効率良い揺動を実現できる。
なお、前記重り部は、前記揺動部の停止状態において、前記磁石部を前記管状部材の中空部内の端部に停止させる位置に設けられていてもよい。揺動部が揺動して発電している状態をスイッチのＯＮ状態に対応付けるとすれば、揺動部の停止状態は、スイッチのＯＦＦ状態に対応付けることができる。
【００１１】
さらに、前記管状部材の傾き量が所定量を超えるまで、前記管状部材内における前記磁石部の移動を抑止するトラップ部を更に備えることが望ましい。このトラップ部を設けることにより、磁石部がコイル部分を通過する速度を上昇させることができ、効率良く発電
できる。
トラップ部は、例えば、前記管状部材の側面に設けられ、かつ、前記磁石部による磁力によって、該磁石が吸着する吸着部材によって構成されていればよい。このようなトラップ部を採用することにより、市販の管状部材を用いることができ、製造コストの増加を抑えることができる。
【００１２】
また、トラップ部は、例えば、前記管状部材の内側面に設けられた凹部または凸部であればよい。このようなトラップ部を採用することにより、吸着部材を必要とせず、部品点数の増加を抑え、装置の製造工数の増加を抑えることができる。
なお、前記管状部材は、第１および第２の端部を有し、第１の端部から第２の端部に向かう円弧に沿った形状を有し、前記第１の端部と前記第２の端部との中間部分が前記揺動部に固定され、かつ、前記第１の端部と前記揺動部との距離ならびに前記第２の端部と前記揺動部との距離は、前記中間部分と前記揺動部との距離よりも大であるように構成してもよい。この構成により、揺動を効率良く行い発電できる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、管状部材の中空部内に、移動可能な磁石部を設け、管状部材の側面にはコイルを巻き付け、管状部材が固定され、かつ、加えられた外力に応じて管状部材を揺動するための揺動部を備えることにより、管状部材内を磁石部が移動する際にコイル部と磁石部との間で生じる電磁誘導によって発電することができ、加熱源を必要とせずに発電できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態による揺動発電装置の管状部材の一例を説明する図である。
【図２】本発明の実施形態による揺動発電装置の管状部材の他の例を説明する図である。
【図３】本発明の実施形態による揺動発電装置の管状部材の他の例を説明する図である。
【図４】本発明の実施形態による揺動発電装置の管状部材の他の例を説明する図である。
【図５】永久磁石の構造を示す断面図である。
【図６】本発明の実施形態による揺動発電装置の構成例を示す図である。
【図７】円弧状に屈曲した管状部材１を有する揺動発電装置の構成例を示す図である。
【図８】整流回路を含む制御部を揺動部内に設けた揺動発電装置の構成例を示す図である。
【図９】整流回路を含む制御部等の一構成例を示す図である。
【図１０】整流回路を含む制御部等の他の構成例を示す図である。
【図１１】本発明による揺動発電装置の第１応用例を示す図である。
【図１２】本発明による揺動発電装置の第２応用例を示す図である。
【図１３】本発明による揺動発電装置の第３応用例を示す図である。
【図１４】本発明による揺動発電装置の第３変形例の構成を示す斜視図である。
【図１５】図１４の揺動発電装置の構成を示す平面図である。
【図１６】図１４の揺動発電装置の構成を示す側面図である。
【図１７】図１６において、片方のガイド部を取り除いた状態を示す図である。
【図１８】本発明による揺動発電装置の第４変形例の構成を示す側面図である。
【図１９】図１８において、片方のガイド部を取り除いた状態を示す図である。
【図２０】本発明による揺動発電装置の第４変形例の構成を示す側面図である。
【図２１】図２０において、片方のガイド部を取り除いた状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の説明において参照する各図では、他の図と同等部分は同一符号によって示されており、同等部分に関する説明を適宜省略する。
（管状部材の構成例）
まず、本発明の実施形態に係る揺動発電装置の構成を説明する。図１は、本発明の実施形態による揺動発電装置の主要部である、管状部材の構成例を示す図である。図１におい
て、本発明の実施形態による発電装置は、直線的な管状部材１によって構成されている。
管状部材１の端部１ａと端部１ｂとの間には中空部１ｃがある。この中空部１ｃは、断面が円形であり、端部１ａから端部１ｂまで連続している。
【００１６】
管状部材１の中空部１ｃ内には、永久磁石２が設けられている。本例では、球形状の永久磁石２を用いており、その直径は管状部材１の中空部１ｃの内径よりも小さくなっている。これにより、永久磁石２は、管状部材１の中空部１ｃ内を転動して移動可能になっている。すなわち、管状部材１の端部１ａ側よりも端部１ｂ側が低い位置にあれば、重力により、永久磁石２は矢印Ｙ１１の方向に（端部１ａ側から端部１ｂ側の方向に）移動する。逆に、管状部材１の端部１ｂ側よりも端部１ａ側が低い位置にあれば、重力により、永久磁石２は矢印Ｙ１１の逆方向に（端部１ｂ側から端部１ａ側の方向に）移動する。
【００１７】
管状部材１の端部１ａと端部１ｂとの間の中間部の外側面には、コイル３が巻き付けられている。したがって、中空部１ｃのうち、コイル３が巻き付けられている部分を永久磁石２が通過すると、コイル３に与えられている磁界が変化し、周知の電磁誘導によってコイル３に電流が流れる。このコイル３に流れる電流を整流回路で整流すれば、直流電流が得られる。つまり、管状部材１およびその外側面に巻き付けられたコイル３は、発電装置として機能する。
【００１８】
（凹部によるトラップ部）
ここで、図２のように、管状部材１の中空部１ｃにおいて、一方の端部１ａの近傍に凹部４１ａを設ける。また、中空部１ｃにおいて、他方の端部１ｂの近傍に凹部４１ｂを設ける。本例では、中空部１ｃの内側面に沿って凹部が一周設けられている。中空部１ｃの内側面に凹部を設けるため、管状部材１の側面はその部分の径が他の部分よりも大になっている。
【００１９】
これら凹部４１ａおよび凹部４１ｂを設けた構成において、管状部材１の端部１ａ側よりも端部１ｂ側が低い位置にあれば、上記と同様に、重力により、永久磁石２は矢印Ｙ１１の方向に移動しようとする。しかしながら、凹部４１ａが端部１ａの近傍に設けられているため、管状部材１の傾き量が小である場合には永久磁石２は凹部４１ａの位置に留まり、管状部材１の傾き量が所定量を超えた場合に始めて矢印Ｙ１１の方向に移動し、端部１ｂ側に到達する。
【００２０】
また、管状部材１の端部１ｂ側よりも端部１ａ側が低い位置にあれば、上記と同様に、重力により、永久磁石２は矢印Ｙ１１の逆方向に移動しようとする。しかしながら、凹部４１ｂが端部１ｂの近傍に設けられているため、管状部材１の傾き量が小である場合には永久磁石２は凹部４１ｂの位置に留まり、管状部材１の傾き量が所定量を超えた場合に始めて矢印Ｙ１１の逆方向に移動し、端部１ａ側に到達する。
【００２１】
つまり、これら凹部４１ａおよび凹部４１ｂは、管状部材１の傾き量が所定量を超えるまで、管状部材１内における永久磁石２の移動を抑止するトラップ部として機能する。このトラップ部を設けた場合、管状部材１の傾き量が大になった段階で永久磁石２が移動することになる。したがって、トラップ部を設けた場合、コイル３が巻き付けられている部分を永久磁石２が通過する際の速度は、トラップ部が設けられていない場合よりも大きくなる。よって、トラップ部を設けた場合はコイル３に与えられる磁界が急激に変化することになり、トラップ部が設けられていない場合よりも大きな発電量が得られる。
【００２２】
凹部４１ａおよび凹部４１ｂは、例えば、管状部材１を樹脂成形によって製造することによって容易に実現でき、凹部の形状や大きさを適切に選定することによって、永久磁石２が移動し始める管状部材１の傾き量を適切に設定できる。永久磁石２が移動し始める管
状部材１の傾き量を適切に設定すれば、コイル３が巻き付けられている部分を永久磁石２が通過する際の速度を最大にし、発電量を最大にすることができる。
【００２３】
（凸部によるトラップ部）
上記発電装置にトラップ部の機能を設ける場合、中空部１ｃに凹部４１ａおよび凹部４１ｂを設ける代わりに、凸部４２ａおよび凸部４２ｂを設けても良い。つまり、図３のように、管状部材１の中空部１ｃにおいて、一方の端部１ａの近傍に凸部４２ａを設ける。また、中空部１ｃにおいて、他方の端部１ｂの近傍に凸部４２ｂを設ける。本例では、中空部１ｃの内側面に沿って凸部が一周設けられている。中空部１ｃの内面に凸部を設けるため、管状部材１の側面はその部分の径が他の部分よりも小になっている。
【００２４】
これら凸部４２ａおよび凸部４２ｂを設けた構成において、管状部材１の端部１ａ側よりも端部１ｂ側が低い位置にあれば、上記と同様に、重力により、永久磁石２は矢印Ｙ１１の方向に移動しようとする。しかしながら、凸部４２ａが端部１ａの近傍に設けられているため、管状部材１の傾き量が小である場合には永久磁石２は凸部４２ａを乗り越えられずにその位置に留まり、管状部材１の傾き量が所定量を超えた場合に始めて矢印Ｙ１１の方向に移動し、端部１ｂ側に到達する。
【００２５】
また、管状部材１の端部１ｂ側よりも端部１ａ側が低い位置にあれば、上記と同様に、重力により、永久磁石２は矢印Ｙ１１の逆方向に移動しようとする。しかしながら、凸部４２ｂが端部１ｂの近傍に設けられているため、管状部材１の傾き量が小である場合には永久磁石２は凸部４２ｂを乗り越えられずにその位置に留まり、管状部材１の傾き量が所定量を超えた場合に始めて矢印Ｙ１１の方向に移動し、端部１ａ側に到達する。
【００２６】
つまり、これら凸部４２ａおよび凸部４２ｂは、管状部材１の傾き量が所定量を超えるまで、管状部材１内における永久磁石２の移動を抑止するトラップ部として機能する。このトラップ部を設けた場合、管状部材１の傾き量が大になった段階で永久磁石２が移動することになる。したがって、このトラップ部を設けた場合、コイル３が巻き付けられている部分を永久磁石２が通過する際の速度は、トラップ部が設けられていない場合よりも大きくなる。よって、トラップ部を設けた場合はコイル３に与えられる磁界が急激に変化することになり、トラップ部が設けられていない場合よりも大きな発電量が得られる。
【００２７】
凸部４２ａおよび凸部４２ｂは、例えば、樹脂製の管状部材１の外周に熱を加えて変形させることによって容易に実現でき、凸部の形状や大きさを適切に選定することによって、永久磁石２が移動し始める管状部材１の傾き量を適切に設定できる。永久磁石２が移動し始める管状部材１の傾き量を適切に設定すれば、コイル３が巻き付けられている部分を永久磁石２が通過する際の速度を最大にし、発電量を最大にすることができる。
【００２８】
（吸着部材によるトラップ部）
上記発電装置の管状部材１の中空部１ｃの内面に上記の凹部または凸部を設けてトラップ部とする代わりに、永久磁石２が吸着する吸着部材、例えば鉄片などを管状部材の外面、例えば側面に設けてトラップ部としても良い。例えば、図４のように、管状部材１の側面において、一方の端部１ａの近傍に鉄片４３ａを設ける。また、管状部材１の側面において、他方の端部１ｂの近傍に鉄片４３ｂを設ける。
【００２９】
これら鉄片４３ａおよび鉄片４３ｂを設けた構成において、管状部材１の端部１ａ側よりも端部１ｂ側が低い位置にあれば、上記と同様に、重力により、永久磁石２は矢印Ｙ１１の方向に移動しようとする。しかしながら、鉄片４３ａが端部１ａの近傍に設けられているため、永久磁石２は自らの磁力によって鉄片４３ａに吸着しようとする。これにより、管状部材１の傾き量が小である場合には永久磁石２は鉄片４３ａの位置に留まり、管状
部材１の傾き量が所定量を超えた場合に始めて矢印Ｙ１１の方向に移動し、端部１ｂ側に到達する。
【００３０】
また、管状部材１の端部１ｂ側よりも端部１ａ側が低い位置にあれば、上記と同様に、重力により、永久磁石２は矢印Ｙ１１の逆方向に移動しようとする。しかしながら、鉄片４３ｂが端部１ｂの近傍に設けられているため、永久磁石２は自らの磁力によって鉄片４３ｂに吸着しようとする。これにより、管状部材１の傾き量が小である場合には永久磁石２は鉄片４３ｂの位置に留まり、管状部材１の傾き量が所定量を超えた場合に始めて矢印Ｙ１１の逆方向に移動し、端部１ａ側に到達する。
【００３１】
つまり、これら鉄片４３ａおよび鉄片４３ｂは、管状部材１の傾き量が所定量を超えるまで、管状部材１内における永久磁石２の移動を抑止するトラップ部として機能する。このトラップ部を設けた場合、管状部材１の傾き量が大になった段階で永久磁石２が移動することになる。したがって、トラップ部を設けた場合、コイル３が巻き付けられている部分を永久磁石２が通過する際の速度は、トラップ部が設けられていない場合よりも大きくなる。よって、トラップ部を設けた場合はコイル３に与えられる磁界が急激に変化することになり、トラップ部が設けられていない場合よりも大きな発電量が得られる。
【００３２】
なお、鉄片４３ａおよび鉄片４３ｂを設ける位置は、管状部材１の端部１ａや端部１ｂの位置であっても良いし、鉄片４３ａおよび鉄片４３ｂの形状や大きさを適切に選定することによって、永久磁石２が移動し始める管状部材１の傾き量を適切に設定できる。永久磁石２が移動し始める管状部材１の傾き量を適切に設定すれば、コイル３が巻き付けられている部分を永久磁石２が通過する際の速度を最大にし、発電量を最大にすることができる。
【００３３】
また、鉄以外の金属を用いても良い。ただし、磁石が吸着する金属を用いる必要がある。管状部材の一部分を磁石が吸着する金属で形成することによって、トラップ部を実現しても良い。
（その他のトラップ部）
上記の端部１ａの近傍、端部１ｂの近傍において、管状部材１を特定の方向に屈曲させることによって、管状部材１の傾き量が所定量を超えるまで、管状部材１内における永久磁石２の移動を抑止するようにしても良い。樹脂製の管状部材１に熱を加えて屈曲させることによって、トラップ部を実現できる。
【００３４】
また、管状部材１の中空部１ｃの内面の一周に凸部を設けるのではなく、必要部分にのみ凸部を設けることによって、管状部材１の傾き量が所定量を超えるまで、管状部材１内における永久磁石２の移動を抑止するようにしても良い。樹脂製の管状部材１に熱を加えて中空部１ｃの内面に凸部を設けることによって、トラップ部を実現できる。
つまり、トラップ部は、管状部材１の傾き量が所定量を超えるまで、管状部材１内における永久磁石２の移動を抑止できれば、その構成はどのようなものであっても良い。
【００３５】
（磁石部）
管状部材１の中空部１ｃ内を移動可能な永久磁石２は、本例では、球形状の永久磁石２を用いており、その直径は管状部材１の中空部１ｃの内径よりも小さくなっている。球形状の永久磁石を採用することにより、管状部材内を転がって移動するので、効率良く発電することができる。
【００３６】
この永久磁石２は、互いに異なる一対の極（Ｎ極およびＳ極）を有している。例えば、球形状の半分がＮ極の領域で、他の半分がＳ極の領域になっている磁石を採用すれば良い。永久磁石の断面図である図５を参照すると、永久磁石２は、互いに異なる一対の極（Ｎ極およびＳ極の２極）を有している。また、図５の永久磁石２’は、球形状を８つに分けた４つの部分がＮ極の領域で、他の４つの部分がＳ極の領域になっている。すなわち、本
発電装置において用いる永久磁石は、互いに異なる一対の極をＮ組（Ｎは自然数）有するものである。このようにＮ極とＳ極との組数を多くすることにより、永久磁石２’による磁界をなるべく多く変化させて、永久磁石２’とコイル３との間で生じる電磁誘導によって効率良く発電することができる。さらには、永久磁石２を８極磁石等としても良い。
【００３７】
ここで、永久磁石２は、例えば、ネオジムや鉄等を成分とするネオジム磁石（永久磁石）である。このため、永久磁石２が、一方の端部から他方の端部に向かって一気に移動していくのを繰り返していくうち、その表面が欠けてしまうのを防止する必要がある。そこで、永久磁石２には、ニッケルメッキ等による表面加工が施されている。また、このような表面加工が施されることによって、永久磁石２の表面に、見栄えの良い銀色の光沢感を出すこともできる。
なお、管状部材１の中空部１ｃ内を移動可能であれば、球形状である必要はなく、形状は問わない。例えば、中空部１ｃ内を摺動して移動可能な円柱形状の磁石を採用しても良い。
【００３８】
（揺動発電装置全体の構成）
図６は、本実施形態による揺動発電装置の全体構成を示す図である。図６（Ａ）は揺動発電装置の平面図、図６（Ｂ）は揺動発電装置を図６（Ａ）の矢印Ｙ５１の方向から見た側面図、図６（Ｃ）は揺動発電装置を図６（Ｂ）の矢印Ｙ５２の方向から見た側面図、である。
【００３９】
本例の揺動発電装置１００は、略半球体の揺動部４を有し、この揺動部４の上方に、管状部材１が設けられている。管状部材１には、上述したようにコイル３が巻き付けられており、このコイル３が揺動部４の上面に固定されている。つまり、本例の揺動発電装置は、図１〜図４を参照して説明した管状部材１およびコイル３から構成される発電機が、揺動部４の上部に固定された構成になっている。
【００４０】
また、図６（Ａ）及び図６（Ｂ）において、管状部材１には、図中左方向にアーム部４ａが接続されている。また、管状部材１には、図中右方向にアーム部４ｂが接続されている。アーム部４ａの先端には重り４０１ａが設けられ、アーム部４ｂの先端には重り４０１ｂが設けられている。重り４０１ａ、４０１ｂは、本例では略球形状になっている。
揺動部４は、本例では、内部が中空になっており、内部の下部に沿って重り４０が設けられている。つまり、揺動部４は、自装置の設置面と接触する曲面部である半球体部分と、曲面部の内部に設けられた重り４０とを備えている。
【００４１】
そして、図６（Ａ）〜図６（Ｃ）を参照すると理解できるように、重り４０の形状は、平面視において管状部材１の長手方向と直交する方向を長手方向とする形状になっている。
以上の構成において、重り４０１ａと重り４０１ｂとの重さが同じであれば、平常状態では、揺動発電装置は揺動せずに静止した状態になっている。この静止状態において、重り４０１ａ、４０１ｂのいずれか一方に、図６（Ｂ）中の下方向（図６（Ａ）では紙面の表側から裏側に向かう方向）へ力を加えると、揺動発電装置は揺動を開始する。すなわち、重り４０１ａが上方に位置しかつ重り４０１ｂが下方に位置している状態と、重り４０１ａが下方に位置しかつ重り４０１ｂが上方に位置している状態とを繰返すことになる。
【００４２】
この揺動に伴い、管状部材１の中空部を永久磁石２が往復移動し、コイル３が巻き付けられている部分を永久磁石２が通過すると、コイル３に与えられている磁界が変化し、周知の電磁誘導によってコイル３に電流が流れる。このコイル３に流れる電流を整流回路で整流すれば、直流電流が得られる。つまり、管状部材１およびその外側面に巻き付けられたコイル３ならびに揺動部４は、揺動発電装置として機能する。
【００４３】
ところで、本例の揺動発電装置においては、重りの一方を押し下げた反動、すなわち装置の重心から外れた重り４０が、重力によって元の位置に戻る最初の動きにより、管状部材１の中空部内の永久磁石２を強くはね出すことになる。図６（Ｂ）において、重り４０１ｂを下方へ押した直後に、重心から外れた重り４０の重みで揺動部４が反動して重り４０１ａ方向に大きく移動する。このため、反動による加速で、永久磁石２が、コイル３が巻き付けられている部分を高速で移動することになる。揺動の際の２回目以降の動きにおいては、摩擦などの影響によって永久磁石２の移動速度は徐々に低下して行く。このため、揺動の際の最初の動きによる永久磁石２の移動速度は、それ以降の動きによる永久磁石２の速度よりも大である。よって、揺動の最初の動きによる発電量は、２回目以降の動きによる発電量よりも大となる。
【００４４】
上述したように、本例では、重り４０の形状が、平面視において管状部材１の長手方向と直交する方向を長手方向とする形状になっているため、効率良く揺動することができ、永久磁石２の往復移動がスムーズに行われ、発電効率を良好に保つことができる。
【００４５】
（第１変形例）
ところで、永久磁石２が往復移動してコイル３が巻き付けられている部分を通過する構成であれば、管状部材１の形状は問わない。例えば、図７のように、管状部材１が円弧状に屈曲しており、管状部材１のコイル３が巻き付けられている中央部よりも、管状部材１の両端部が上方に位置していても良い。つまり、管状部材は、その一方の端部から他方の端部に向かう円弧に沿った形状を有している。そして、管状部材の一方の端部と他方の端部との中間部分であるコイル３が揺動部４に固定され、かつ、管状部材の一方の端部と揺動部４との距離Ｄａならびに他方の端部と揺動部４との距離Ｄｂは、中間部分であるコイル３と揺動部４との距離（接続されているので距離は零）よりも大になっている。
【００４６】
（第２変形例）
上述した整流回路を含む制御部を揺動部４内の重りとしても良いし、重りの一部としても良い。例えば、図８のように、揺動部４内の下方に制御部５を固定し、破線で示すように、コイル３と配線で接続すれば良い。このような構成を採用すれば、揺動部４内に設ける重りの量を削減することができる。
【００４７】
（制御部等）
整流回路を含む制御部等は、例えば、図９のような構成とする。図９において、コイル３が巻き付けられている管状部材１によって発電されると、整流回路５１によって整流される。整流回路５１によって整流された電力は充電コントローラ５２に入力され、キャパシタ５３が充電される。このキャパシタ５３の充電電力によって、例えば負荷５４を動作させることができる。負荷５４は、例えば、ＬＥＤランプなどの発光素子、温度・湿度・気圧などを測定するセンサ、等である。
【００４８】
また、整流回路を含む制御部等は、図１０のような構成としても良い。図１０において、コイル３が巻き付けられている管状部材１によって発電されると、周知のダイオードブリッジ回路で構成された整流回路５１によって整流される。整流回路５１によって整流された電力は、電荷としてキャパシタ５３に蓄えられる。このキャパシタ５３を電力源として、送信機５５を動作させ、アンテナ５６を介して各種の情報を送信することができる。この送信される情報は、キャパシタ５３を電力源として動作するセンサ５７の検出出力であっても良い。
【００４９】
（第１応用例）
上記の揺動発電装置１００を筐体内に収容しておき、筐体外から力を与えることにより、発電を行うようにしてもよい。
例えば、図１１のように、筐体１０の内部に揺動発電装置１００を設けておく。筐体１
０の上方には孔部を設けておき、この孔部に棒状の操作部１１を差し込んでおく。操作部１１の一端は押し下げ操作できるように筐体１０から突出させておき、その他端は管状部材１に接触させておく。
【００５０】
以上の構成において、指などで操作部１１を矢印Ｙ９の方向に押し下げると、その押し下げ力に応じて揺動発電装置１００が矢印Ｙ４のように揺動する。この揺動発電装置１００の揺動によって発電が行われ、発電された電力を利用してＬＥＤランプを点灯させたり、センサを動作させてその出力を外部に送信したりすることができる。
【００５１】
（第２応用例）
上記の揺動発電装置１００を人形玩具内に収容しておき、人形玩具に力を与えることにより、発電を行うようにしてもよい。
例えば、図１２のように、人形玩具２０の内部に揺動発電装置１００を固定しておく。そして、人形玩具２０の上部を押すなど、人形玩具２０に外力を与えることにより、人形玩具２０が矢印Ｙ１０のように揺動する。この人形玩具２０が揺動すると揺動発電装置１００が揺動し発電が行われる。この発電された電力を利用してＬＥＤランプ（図示せず）を点灯させたり、センサを動作させてその出力を外部に送信したりすることができる。この場合、ＬＥＤランプを点灯させることによって、人形の目の部分を光らせてもよい。図示せぬタイマ回路を設け、送信機５４を周期的に動作させることにより、センサの出力を周期的に送信することができる。
【００５２】
（第３応用例）
上記の揺動発電装置を液面に浮かべておき、液面に生じる波によって発電を行うようにしてもよい。
例えば、図１３のように、揺動発電装置１００を液面３０に浮かべておく。この状態において風が液面３０にあたって波が発生すると、揺動発電装置１００が揺動し発電が行われる。この発電された電力を利用してＬＥＤランプを点灯させたり、センサを動作させてその出力を外部に送信したりすることができる。揺動発電装置１００を収容できる容器を用意し、その容器中に液体を入れて液面３０を実現してもよい。
【００５３】
（第３変形例）
上記の揺動発電装置において、揺動部を平板状にすれば、発電装置全体をコンパクトにすることができる。例えば、図１４のように、平板状の揺動部４４を採用した発電装置１０１の構成例を示す斜視図である。この揺動部４４は、管状部材１の長手方向と直交する方向の厚みが、長手方向の厚みよりも小である平板形状になっている。揺動部４４には、揺動部４４の揺動方向と直交する方向に突出するように、軸部４０ａが設けられている。
【００５４】
また、揺動部４４には、揺動力を与えるためのレバー７ａおよび７ｂが設けられている。レバー７ａは、揺動部４４において、管状部材１の一方の端部近傍の位置から斜め上方向に突出するように設けられている。また、レバー７ｂは、揺動部４４において、管状部材１の他方の端部近傍の位置から斜め上方向に突出するように設けられている。
さらに、揺動部４４の近傍には、揺動部４４を挟んで両側に、揺動部４４の揺動を案内するガイド部６ａ、６ｂが設けられている。ガイド部６ａは、揺動部４４に近接して設けられた平板部６１ａと、この平板部６１ａに貫通して設けられた長孔部６２ａとを有している。長孔部６２ａには、揺動部４４に設けられている軸部４０ａが挿入されている。長孔部６２ａは、軸部４０ａの移動範囲に対応した形状を有している。
【００５５】
ここで、図１５は、図１４の発電装置１０１を矢印Ｙａ方向から見た平面図である。図１６は、図１４の発電装置１０１を矢印Ｙｂ方向から見た側面図である。図１７は、図１６において、片方のガイド部６ａを取り除いた状態を示す図である。
これらの図を参照すると、ガイド部６ｂは、揺動部４４に近接して設けられた平板部６１ｂと、この平板部６１ｂに貫通して設けられた長孔部６２ｂとを有しており、長孔部６２ｂには、揺動部４４に設けられている軸部４０ｂが挿入されている。この長孔部６２ｂは、長孔部６２ａと同様に、軸部４０ｂの移動範囲に対応した形状を有している。このため、揺動部４４の揺動の際、その揺動をガイド部６ａ、６ｂによって案内することになる。このようなガイド部を設けることにより、効率良い揺動を実現できる。
【００５６】
また、図１６および図１７を参照すると、本例では、揺動部４４の曲面部の中央部分の内面に、重り４０が設けられている。
さらに、図１４から図１７までを参照すると、発電装置１０１においては、揺動部４４の設置面に、第１のギヤであるギヤ７１が設けられている。また、揺動部４４の曲面部のうち設置面に接する面に、第２のギヤであるギヤ７２が設けられている。そして、揺動部４４は、ギヤ７１とギヤ７２とが歯合した状態で（ギヤ同士がかみ合った状態で）揺動する。したがって、ギヤ７１およびギヤ７２は、揺動部４４の揺動時において、揺動部４４と設置面との滑りを抑止する抑止部として機能する。
【００５７】
揺動部４４の揺動時において、揺動部４４と設置面との滑りが生じると、規則正しい揺動が行われず、発電効率が低下する。本例の発電装置１０１では、上述したギヤ７１およびギヤ７２による滑り抑止機能を採用しているため、規則正しい揺動を実現でき、発電効率の低下を防止できる。
以上の構成において、レバー７ａ、７ｂのいずれか一方を押し下げる操作を行うと、その反動で揺動部４４が揺動する。この揺動に伴い、管状部材１の中空部を永久磁石２が往復移動し、コイル３が巻き付けられている部分を永久磁石２が通過すると、コイル３に与えられている磁界が変化し、周知の電磁誘導によってコイル３に電流が流れる。このコイル３に流れる電流を整流回路で整流すれば、直流電流が得られる。つまり、管状部材１およびその外側面に巻き付けられたコイル３ならびに揺動部４は、揺動発電装置として機能する。
【００５８】
なお、必要であれば、図７や図８を参照して説明した、円弧状に屈曲した管状部材を用いても良い。また、上述した整流回路を含む制御部を揺動部４４内の重りとしても良いし、重りの一部としても良い。整流回路を含む制御部等については、図９、図１０を参照して説明した構成を採用すれば良い。
以上説明した揺動発電装置１０１は、整流回路を含む制御部と共に、電源が不要でありながら、スイッチとして機能する。
【００５９】
（第４変形例）
上述した第３変形例では、揺動部４４の曲面部の中央部分の内面に、重り４０が設けられている。このため、揺動発電装置１０１が水平面に載置されていれば、揺動部４４は、揺動後に、管状部材１がほぼ水平となる状態で静止する。
ここで、上記の重り４０を設ける位置を変更することにより、揺動部４４は、揺動後に、管状部材１の中空部の一方の端部に永久磁石２が留まった状態で静止させることができる。図１８は、本発明による揺動発電装置の第４変形例の構成を示す側面図である。重り４０を設ける位置を変更することにより、揺動部４４は、例えば、図１８の状態で静止する。
【００６０】
本例では、管状部材１の一方の端部近傍にのみレバーが設けられている。すなわち、レバー７ａが、揺動部４４において、管状部材１の一方の端部近傍の位置から斜め上方向に突出するように設けられている。
図１９は、図１８において、片方のガイド部を取り除いた状態を示す図である。図１９を参照すると理解できるように、この状態において、揺動部４４の設置面に設けられている第１のギヤであるギヤ７１と、揺動部４４の曲面部のうち設置面に接する面に設けられている第２のギヤであるギヤ７２とが歯合している。このため、ユーザ（操作者）が手などでレバー７ａを押し下げ、例えば図２０の状態とする。
【００６１】
図２０において片方のガイド部を取り除いた状態を示す図である図２１を参照すると、この状態においても、揺動部４４の設置面に設けられている第１のギヤであるギヤ７１と、揺動部４４の曲面部のうち設置面に接する面に設けられている第２のギヤであるギヤ７２とが歯合している。この図２０の位置で、ユーザがレバー７ａから手を離すと、揺動部４４はもとの位置に戻ろうとするため、揺動を開始する。この揺動の際、揺動部４４は、ギヤ７１とギヤ７２とが歯合した状態で（ギヤ同士がかみ合った状態で）揺動する。
【００６２】
この揺動に伴い、管状部材１の中空部を永久磁石２が往復移動し、コイル３が巻き付けられている部分を永久磁石２が通過すると、コイル３に与えられている磁界が変化し、周知の電磁誘導によってコイル３に電流が流れる。このコイル３に流れる電流を整流回路で整流すれば、直流電流が得られる。つまり、管状部材１およびその外側面に巻き付けられたコイル３ならびに揺動部４は、揺動発電装置として機能する。
【００６３】
本実施形態においても、ギヤ７１およびギヤ７２は、揺動部４４の揺動時において、揺動部４４と設置面との滑りを抑止する抑止部として機能する。
揺動部４４の揺動時において、揺動部４４と設置面との滑りが生じると、規則正しい揺動が行われず、発電効率が低下する。本例の発電装置１０１では、上述したギヤ７１およびギヤ７２による滑り抑止機能を採用しているため、規則正しい揺動を実現でき、発電効率の低下を防止できる。
【００６４】
本装置が水平に設置されていれば、揺動部４４は、揺動後、図１８の位置、すなわち重り４０の位置が設置面に最も近づいた位置で停止する。この状態において、磁石部２は、管状部材１の中空部内の端部に停止している。つまり、本実施形態では、重り４０は、揺動部４４の停止状態において、磁石部２を管状部材１の中空部内の端部に停止させる位置に設けられている。揺動部４４が揺動して発電している状態をスイッチのＯＮ状態に対応付けるとすれば、図１８のように停止している状態は、スイッチのＯＦＦ状態に対応付けることができる。
【００６５】
本実施形態においても、揺動部４４の近傍には、揺動部４４を挟んで両側に、揺動部４４の揺動を案内するガイド部６ａ、６ｂが設けられている。ガイド部６ａは、揺動部４４に近接して設けられた平板部６１ａと、この平板部６１ａに貫通して設けられた長孔部６２ａとを有している。長孔部６２ａには、揺動部４４に設けられている軸部４０ａが挿入されている。長孔部６２ａは、軸部４０ａの移動範囲に対応した形状を有している。ガイド部を設けることにより、効率良い揺動を実現できる。
【００６６】
なお、必要であれば、図７や図８を参照して説明した、円弧状に屈曲した管状部材を用いても良い。また、上述した整流回路を含む制御部を揺動部４４内の重りとしても良いし、重りの一部としても良い。整流回路を含む制御部等については、図９、図１０を参照して説明した構成を採用すれば良い。  以上説明した揺動発電装置１０１は、整流回路を含む制御部と共に、電源が不要でありながら、スイッチとして機能する。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
本発明は、エネルギーハーベスティング技術により、発電を効率良く行う場合に利用できる。
【符号の説明】
【００６８】
１  管状部材
１ａ、１ｂ  端部
１ｃ  中空部
２  永久磁石
３  コイル
４、４４  揺動部
４ａ、４ｂ  アーム部
５  制御部
６ａ、６ｂ  ガイド部
１０  筐体
１１  操作部
２０  人形玩具
３０  液面
４０、４０１ａ、４０１ｂ  重り
４０ａ、４０ｂ  軸部
４１ａ、４１ｂ  凹部
４２ａ、４２ｂ  凸部
４３ａ、４３ｂ  鉄片
５１  整流回路
５２  充電コントローラ
５３  キャパシタ
５４  負荷
５５  送信機
５６  アンテナ
５７  センサ
６１ａ、６１ｂ  平板部
６２ａ、６２ｂ  長孔部
１００、１０１  揺動発電装置
【図１】
2013146175.tif 000003
【図２】
2013146175.tif 000004
【図３】
2013146175.tif 000005
【図４】
2013146175.tif 000006
【図５】
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【図６】
2013146175.tif 000008
【図７】
2013146175.tif 000009
【図８】
2013146175.tif 000010
【図９】
2013146175.tif 000011
【図１０】
2013146175.tif 000012
【図１１】
2013146175.tif 000013
【図１２】
2013146175.tif 000014
【図１３】
2013146175.tif 000015
【図１４】
2013146175.tif 000016
【図１５】
2013146175.tif 000017
【図１６】
2013146175.tif 000018
【図１７】
2013146175.tif 000019
【図１８】
2013146175.tif 000020
【図１９】
2013146175.tif 000021
【図２０】
2013146175.tif 000022
【図２１】
2013146175.tif 000023