(57)【要約】【課題】スプリング反転高速機構を利用することにより、磁石をより早く、より距離を長く移動させ、大きな起電力を得ることができる小形スイッチ型発電装置を提供する。【解決手段】  小形スイッチ型発電装置であって、筐体２の内側に配置されるコイル回路３が形成された基板２と、前記コイル回路３から所定の距離を置いて配置される磁石５を備え、前記磁石５が前記コイル回路３に対向して早い速度で移動することにより、起電力を発生させる。【選択図】  図１
2016208786.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筐体の内側に配置されるコイル回路が形成された基板と、前記コイル回路から所定の距離を置いて配置される磁石を備え、前記磁石が前記コイル回路に対向して早い速度で移動することにより、起電力を発生させることを特徴とする小形スイッチ型発電装置。
【請求項２】
請求項１記載の小形スイッチ型発電装置において、前記磁石はスプリング反転速動機構に連動し、該スプリング反転速動機構の動作により、早い速度で移動することを特徴とする小形スイッチ型発電装置。
【請求項３】
請求項１または２記載の小形スイッチ型発電装置において、前記コイル回路が形成された基板が前記筐体の内側側面に配置されるプリント回路基板であり、該プリント回路基板から狭い空間距離をおいて前記磁石が移動することを特徴とする小形スイッチ型発電装置。
【請求項４】
請求項１または２記載の小形スイッチ型発電装置において、前記コイル回路が形成された基板が前記筐体の内側両側面に配置されるプリント回路基板であり、該プリント回路基板にそれぞれ前記磁石を対向させることを特徴とする小形スイッチ型発電装置。
【請求項５】
請求項１または２記載の小形スイッチ型発電装置において、前記コイル回路が形成された基板にはさらに磁束ポストが形成され、該基板は前記筐体の内側底面側に配置され、前記磁石は前記コイル回路の上方に所定の距離を置いて配置されることを特徴とする小形スイッチ型発電装置。
【請求項６】
請求項１から５の何れか一項記載の小形スイッチ型発電装置において、前記磁石が移動する距離が長くなるようにしたことを特徴とする小形スイッチ型発電装置。
【請求項７】
請求項１から６の何れか一項記載の小形スイッチ型発電装置において、前記磁石が磁力の強い磁石であることを特徴とする小形スイッチ型発電装置。
【請求項８】
請求項７記載の小形スイッチ型発電装置において、前記磁石の材料がネオジムであることを特徴とする小形スイッチ型発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スイッチの動作に伴って自己発電を行う小形スイッチ型発電装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、小形スイッチは発電装置を備えておらず、専ら電路の開閉を行う働きをするものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】実公昭４１−２０６６５号公報
【特許文献２】特表２０１３−５０５６９８号公報
【特許文献３】特表２０１３−５０５５３７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、電源不要の無線スイッチ等では、スイッチ自体の発電機能による通信への展開が望まれており、より大きな起電力の実現が求められている。
【０００５】
本発明は、上記状況に鑑みて、スイッチのスプリング反転速動機構を利用することにより、磁石をより早く、より距離を長く移動させ、大きな起電力を得ることができる小形スイッチ型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】
本発明は、上記目的を達成するために、
〔１〕小形スイッチ型発電装置であって、筐体の内側に配置されるコイル回路が形成された基板と、前記コイル回路から所定の距離を置いて配置される磁石を備え、前記磁石が前記コイル回路に対向して早い速度で移動することにより、起電力を発生させることを特徴とする。
【０００７】
〔２〕上記〔１〕記載の小形スイッチ型発電装置において、前記磁石はスプリング反転速動機構に連動し、このスプリング反転速動機構の動作により、早い速度で移動することを特徴とする。
【０００８】
〔３〕上記〔１〕又は〔２〕記載の小形スイッチ型発電装置において、前記コイル回路が形成された基板が前記筐体の内側側面に配置されるプリント回路基板であり、このプリント回路基板から狭い空間距離をおいて前記磁石が移動することを特徴とする。
【０００９】
〔４〕上記〔１〕又は〔２〕記載の小形スイッチ型発電装置において、前記コイル回路が形成された基板が前記筐体の内側両側面に配置されるプリント回路基板であり、このプリント回路基板にそれぞれ前記磁石を対向させることを特徴とする。
【００１０】
〔５〕上記〔１〕又は〔２〕記載の小形スイッチ型発電装置において、前記コイル回路が形成された基板にはさらに磁束ポストが形成され、この基板は前記筐体の内側底面側に配置され、前記磁石は前記コイル回路の上方に所定の距離を置いて配置されることを特徴とする。
【００１１】
〔６〕上記〔１〕から〔５〕の何れか一項記載の小形スイッチ型発電装置において、前記磁石が移動する距離が長くなるようにしたことを特徴とする。
【００１２】
〔７〕上記〔１〕から〔６〕の何れか一項記載の小形スイッチ型発電装置において、前記磁石が磁力の強い磁石であることを特徴とする。
【００１３】
〔８〕上記〔７〕記載の小形スイッチ型発電装置において、前記磁石の材料がネオジムであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、小形スイッチ型発電装置のスプリング反転速動機構を利用することにより、磁石をより早く、より距離を長く移動させ、大きな起電力を得ることができる。すなわち、非常に簡単な構造で大きな起電力を得ることができる。よって、電源不要の無線スイッチ等の無線通信に展開が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１実施例を示す小形スイッチ型発電装置の分解斜視図である。
【図２】本発明の第１実施例を示す小形スイッチ型発電装置の上面図である。
【図３】本発明の第２実施例を示す小形スイッチ型発電装置の上面図である。
【図４】本発明の第２実施例を示す小形スイッチ型発電装置のＰＣＢの斜視図である。
【図５】本発明の第３実施例を示す小形スイッチ型発電装置の模式図である。
【図６】本発明の第３実施例を示す小形スイッチ型発電装置の発電機構の断面斜視図である。
【図７】本発明の第３実施例を示す小形スイッチ型発電装置の発電機構の動作説明図である。
【図８】本発明の第３実施例を示す小形スイッチ型発電装置の発電機構の要部斜視図である。
【図９】本発明の小形スイッチ型発電装置の発電機構を示す図である。
【図１０】図６に示した小形スイッチ型発電装置の正面断面図である。
【図１１】本発明の第３実施例を示す小形スイッチ型発電装置の出力電圧のシミュレーションを示す図である。
【図１２】本発明の第３実施例を示す小形スイッチ型発電装置の出力エネルギーのシミュレーションを示す図である。
【図１３】本発明の第３実施例を示す小形スイッチ型発電装置の磁束プロファイルを得るＦＥＭ（起電力）シミュレーションを示す図（その１）である。
【図１４】本発明の第３実施例を示す小形スイッチ型発電装置の磁束プロファイルを得るＦＥＭ（起電力）シミュレーションを示す図（その２）である。
【図１５】本発明の第３実施例を示す小形スイッチ型発電装置の磁束プロファイルを得るＦＥＭ（起電力）シミュレーションを示す図（その３）である。
【図１６】本発明の第３実施例を示す小形スイッチ型発電装置の磁束プロファイルを得るＦＥＭ（起電力）シミュレーションを示す図（その４）である。
【図１７】本発明の第３実施例を示す小形スイッチ型発電装置の磁束プロファイルを得るＦＥＭ（起電力）シミュレーションを示す図（その５）である。
【図１８】本発明の小形スイッチ型発電装置の出力回路図と関係式である。
【図１９】本発明の小形スイッチ型発電装置のコイル内部のトータルフラックスと磁石位置の関係を示す図である。
【図２０】本発明の小形スイッチ型発電装置の出力電圧のシミュレーションを示す図である。
【図２１】本発明の小形スイッチ型発電装置の出力エネルギーのシミュレーション図である。
【図２２】本発明のテスト装置ＣＡＤ図である。
【図２３】本発明のテスト装置の拡大上面図である。
【図２４】本発明のテスト装置の拡大上面図を示す図面代用写真である。
【図２５】本発明の磁束プロファイルを得るために用いられるＦＥＡを示す図である。
【図２６】本発明の出力電圧（Ｎ５２磁石）のサンプル図である。
【図２７】本発明の実験（Ｎ５２磁石）とシミュレーションの対比を示す図である。
【図２８】本発明の実験（Ｎ５２磁石）とシミュレーションの対比を示す図である。
【図２９】本発明の実験（Ｎ４２磁石）とシミュレーションの対比を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の小形スイッチ型発電装置は、筐体の内側に配置されるコイル回路が形成された基板と、前記コイル回路から所定の距離を置いて配置される磁石を備え、前記磁石が前記コイル回路に対向して早い速度で移動することにより、起電力を発生させる。
【実施例】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００１８】
図１は本発明の第１実施例を示す小形スイッチ型発電装置の分解斜視図、図２はその小形スイッチ型発電装置の上面図である。
【００１９】
これらの図において、１は小形スイッチ型発電装置、２は小形スイッチ型発電装置の筐体、４はその筐体２の内側側面に配置されるコイル回路３が形成された基板（ＰＣＢ：プリント回路基板）、６は磁石５が保持される操作装置であり、この操作装置６はスプリング反転速動機構（図示なし）に連動し、早い速度で磁石５を移動させることができる。なお、スプリング反転速動機構としては、例えば、上記した特許文献１に開示されるスイッチの可動片がブランコ式のスプリング反転速動機構を用いることができる。また、２Ａは操作装置６の揺動軸６Ａの受け部、２Ｂは基板４の支持溝であり、この支持溝２Ｂには基板４のコイル回路３のリード線３Ａが導出される脚部４Ｂが支持される。４Ａは操作装置６の揺動軸６Ａの受け部であり、６Ｂは操作装置６に形成される磁石５の支持部である。
【００２０】
上記したように、本発明の小形スイッチ型発電装置１は、筐体２の内側側面にコイル回路３が形成された基板（ＰＣＢ）４を備えている。そこで、この小形スイッチ型発電装置１の操作部材（図示なし）を操作して、スプリング反転速動機構が動作すると、操作装置６に支持された磁石５がコイル回路３に対向して早いスピードで移動する際に起電力が発生し、発電を行うことができる。このように、スプリング反転速動機構を用いることで、磁石５をより早く、より距離を長く移動させ、大きな起電力を得ることができるように構成している。
【００２１】
なお、磁石５としては、ネオジム等の磁力の強い磁石を用いることができる。また、コイル回路３が形成された基板２と磁石５は狭い空間距離、例えば、０．５〜１．０ｍｍ程度の距離をあけて配置されるものとする。
【００２２】
図３は本発明の第２実施例を示す小形スイッチ型発電装置の上面図、図４はその小形スイッチ型発電装置のＰＣＢの斜視図である。
【００２３】
この実施例では、小形スイッチ型発電装置１１の筐体１２の内側両側面にコイル回路１３ａ、１３ｂが形成された基板１４ａ、１４ｂが配置されている。スプリング反転速動機構が動作すると、操作装置１６の両側面に支持された磁石１５ａ（１５ｂ）がコイル回路１３ａ（１３ｂ）に対向するように移動される。なお、ここでもスプリング反転速動機構としては、例えば上記した特許文献１のスプリング反転速動機構を用いることができる。また、コイル回路１３ａ（１３ｂ）が形成された基板１４ａ（１４ｂ）は、筐体１２の内側両側面に配置される点を除くと図１と図２に示されたコイル回路３が形成された基板（ＰＣＢ：プリント回路基板）４と同じ構成である。
【００２４】
上記したように、本発明の第２実施例を示す小形スイッチ型発電装置１１は、筐体１２の内側両側面にコイル回路１３ａ（１３ｂ）が形成された基板（ＰＣＢ）１４ａ（１４ｂ）を備えており、スイッチのスプリング反転速動機構と連動する操作装置１６には、それぞれのコイル回路１３ａ、１３ｂに対向するように磁石１５ａ、１５ｂが取り付けられている。その他の構造は上記第１実施例と同様である。このように、本発明の第２実施例によれば、コイル回路１３ａ、１３ｂが形成された基板（ＰＣＢ）１４ａ、１４ｂとそれに対向するように配置された磁石１５ａ、１５ｂを備えるので、片側だけに備える第１実施例と比較してより強い出力を得ることができる。
【００２５】
このように、本発明の小形スイッチ型発電装置は、スプリング反転速動機構を利用することにより、磁石をより早く、より距離を長く移動させ、大きな起電力を得ることができるように構成している。
【００２６】
図５は本発明の第３実施例を示す小形トグルスイッチ型発電装置を示す模式図であり、図５（ａ）は小形トグルスイッチ型発電装置の正面断面図、図５（ｂ）は小形トグルスイッチ型発電装置の断面斜視図を示している。
【００２７】
図５において、２１は小形トグルスイッチ型発電装置、２２は操作装置、２３は引き出し端子、２４は蓋体、２５はスプリング反転速動機構（スイッチ機構）と連動する操作部材を示している。このようなスプリング反転速動機構を備えるトグルスイッチを基礎として、わずかな変更を加えるだけで本発明の小形スイッチ型発電装置を作製することができる。なお、ここでのスプリング反転速動機構としても、例えば、上記した特許文献１のスプリング反転速動機構を用いることができる。
【００２８】
図６は本発明の第３実施例を示す小形スイッチ型発電装置の発電機構の断面斜視図、図７は本発明の第３実施例を示す小形スイッチ型発電装置の発電機構の動作説明図であり、図７（ａ）は操作部材を右に倒した場合、図７（ｂ）は操作部材が中立位置にある場合、図７（ｃ）は操作部材を左に倒した場合の動作をそれぞれ示している。また、図８は本発明の第３実施例を示す小形スイッチ型発電装置の発電機構を示す図であり、図８（ａ）はその発電機構の斜視図、図９（ｂ）はその発電機構の側面図である。図９は本発明の第３実施例を示す小形スイッチ型発電装置の発電機構を示す図であり、図９（ａ）はその発電機構の正面図、図９（ｂ）はその発電機構の側面図である。また、図１０は図６に示した小形スイッチ型発電装置の正面断面図である。
【００２９】
これらの図において、２１は小形スイッチ型発電装置、２２は操作装置、２２ａはスイッチ機構、２２ｂは磁石、２２ｃは磁束を形成する磁極片、２２ｄは底基板、２２ｅは磁束を引き寄せる磁束ポスト（１０１８スチール）、２２ｆは発電コイルである。
【００３０】
図１，２に示した本発明の第１、第２実施例では小形スイッチ型発電装置内側の片側側面または両側側面にコイル回路を形成した基板を配置した。これに対して、本発明の第３実施例を示す小形スイッチ型発電装置においては、図６に示すように、発電装置内側の底面側にコイル回路を形成した底基板２２ｄを配置しており、これに対向するように、磁石２２ｂがスプリング反転速動機構と連動する操作装置２２の下端部に配置されている。ここで、磁石２２ｂの寸法は例えば、６ｍｍ×３ｍｍ×７ｍｍである。このように、スイッチ機構にわずかな変更を加えるだけで、本発明の小形スイッチ型発電装置を作製することができる。
【００３１】
次に、本発明の第３実施例を示す小形スイッチ型発電装置の発電機構の動作を図７（ａ）〜（ｃ）で説明する。スプリング反転速動機構（スイッチ機構２２ａ）と接続される操作部材（図示なし）を右に倒した場合、操作部材とスプリング反転速動機構との間に載置されるバネ（図示なし）の押圧力により、操作装置２２は図７（ａ）のように急速に右方向へ移動し、接触点に接触して停止する。また、操作部材２５を左に倒した場合は、操作装置２２は同様に図７（ｃ）のように急速に左方向へ移動し、接触点に接触して停止する。ここで、スプリング反転速動機構の下端部が描く円弧の曲率半径は例えば１１ｍｍである。このようにして、コイル回路に対向して配置される磁石２２ｂがコイル回路上を早いスピードで通過する際に起電力が発生し、発電を行うことができる。また、スプリング反転速動機構を利用することにより、磁石２２ｂをより早く、より距離を長く移動させ、大きな起電力を得ることができるように構成している。
【００３２】
ここで、本発明の第３実施例を示す小形スイッチ型発電装置の構成をより詳細に説明する。
【００３３】
コイル回路を形成した基板には、高透磁性材料からなる磁束ポスト２２ｅが複数設けられており、例えば１０１８スチールが用いられる。複数の磁束ポスト２２ｅはその上面が集合的に円弧形状をなすように形成されていて、磁石２２ｂの描く円形軌道と対応している。磁束ポスト２２ｅの周囲にコイル２２ｆが巻かれている。
【００３４】
磁石２２ｂには高透磁性材料からなる磁極片２２ｃが取り付けられており、この磁極片２２ｃが磁束を形成する。磁極片２２ｃは磁束を広い領域から狭い領域へ集中させるように形成され、磁束ポスト２２ｅが磁束を集中させる。磁束が集中した領域はコイルが巻かれる材料の断面となる。高透磁性材料は磁束をスイッチ境界内に留めるようガイドする。また、磁石２２ｂは操作装置２２と一体化しており、コイル２２ｆ／磁束ポスト２２ｅ組立体と磁石２２ｂ／磁極片２２ｃ組立体の間には狭い空隙（ａｉｒ  ｇａｐ）が存在する。
【００３５】
スプリング反転速動機構が磁石２２ｂの動きを制御しており、操作部材２５の操作と連動してスプリング反転速動機構２２が動作する。磁石２２ｂはスプリング反転速動機構により円弧軌道を描きながらより長い距離で、複数のコイル２２ｆを早い速度で通過するので、より高い電圧を発生させることができる。
【００３６】
個々のコイル２２ｆは個別にＡＣ電圧を発生し、直列に足しあわされる。電圧の成分が同じ符号となり、整流前に足しあわされるように、コイル２２ｆは１つの導体から作製され、それぞれのコイル２２ｆは逆方向に巻回される。
【００３７】
コイル２２ｆで発生する出力は、バッテリー、蓄電器、または直接ワイヤレス送信機に供給することができる。
【００３８】
上記第３実施例では単一の磁石が複数のコイルを通過する構成としているが、複数の磁石が複数のコイルを通過する構成としてもよい。
【００３９】
本発明の第３実施例を示す小形スイッチ型発電装置は、図１０に示すように、図５に示したスイッチ構造と比較して、元々の内部空洞をわずかに広げ、基礎として用いたスイッチ構造では使用されていなかった領域も利用して磁束ポストとコイルを配置することで、内部のわずかな変更のみで外形仕様は変更することなく小形スイッチ型発電装置を作製することができる。
【００４０】
図１１は本発明の第３実施例を示す小形スイッチ型発電装置の出力電圧のシミュレーションを示す図であり、図１１（ａ）は２２オームの負荷を通じた電圧における時間と出力の関係を示し、図１１（ｂ）は直列に反対に配置された（ａｎｔｉ−ａｌｉｇｎｅｄ）コイルに負荷電圧をかけた場合の時間と出力の関係を示している図である。２２オームの抵抗を通じて１．０５ｍＪが発生した。なお、ここで、各コイルは４０８巻回され、スイッチング時間はテストに基づき６．５ｍ秒と評価された。
【００４１】
図１２は本発明の第３実施例を示す小形スイッチ型発電装置の出力エネルギーのシミュレーションを示す図であり、図１２（ａ）はコイル毎のエネルギーと時間の関係を示し、図１２（ｂ）は時間とトータルエネルギーの関係を示す図である。
【００４２】
ここでも、２２オームの抵抗を通じて１．０５ｍＪが発生した。なお、各コイルは４０８巻回され、スイッチング時間はテストに基づき６．５ｍ秒と評価された。
【００４３】
（１）出力パラメーターの要約
パラメーター                                  値            単位
２２Ω負荷を通して得られたエネルギー        １．０５        ｍＪ
最大電圧（開放回路、シングルコイル）        ４．３４        ｖ
２２Ω負荷を通じた最大電圧（シングルコイル）２．１７        ｖ
最大電圧（開放回路、逆接続コイル）          ８．２          ｖ
２２Ω負荷を通じた最大電圧（逆接続）        ４．１          ｖ
各コイルの抵抗                              ２２            Ω
（２）デザインパラメーターの要約
パラメーター                              値            単位
発電機のトータル幅                      １１            ｍｍ
発電機のトータル長さ                    １８            ｍｍ
コイル毎の巻数（３コイル合計）        ４０８
電線直径（３８標準寸法）            ０．１０１６        ｍｍ
磁束ポスト/ コイルの数                    ３
磁束ポストの形状                    ３×４×７          ｍｍ
磁束ポストの材料                    １０１８スチール
磁石寸法                            ６×３×７          ｍｍ
磁石の材料                          Ｎ５２
磁極片の厚さ                            １              ｍｍ
磁極片の材料                        １０１８スチール
磁石と磁束ポストのとの間隔          ０．５              ｍｍ
（３）重要なシミュレーションパラメーターの要約
パラメーター    値    単位      コメント
スイッチ期間  ６．５  ｍｓｅｃ  測定３−５ｍｓｅｃ、しかしこの設計は
約３０％間隔が増加する。
【００４４】
Ａ    ０．００２５５  Ｔ−ｍ2   このパラメーターは磁束プロファイル関数                                  を作るのに用いられる。
【００４５】
Ｂ    ４０８          ｍ-1      このパラメーターは磁束プロファイル関数                                  を作るのに用いられる。
【００４６】
図１３〜図１７は本発明の第３実施例を示す小形スイッチ型発電装置の磁束プロファイルを得るＦＥＭ（起電力）シミュレーションを示す図（その１〜その５）であり、図１３（ａ）〜図１７までの各図は、磁石の移動プロセス毎の磁束プロファイルを示す図である。
【００４７】
以下に重要な前提条件（ｃｒｉｔｉｃａｌ  ａｓｓｕｍｐｔｉｏｎ）を示す。
１．トータルスイッチング時間は現在のスイッチでは３〜５ｍｓｅｃと測定された。トータルのスイッチ距離は現在のスイッチに対して３０％増加したので、これに伴い時間も増加した。
２．磁石は一定の速度で移動する。
３．コイルの数は割り当てられた空間に収まるコイルの最大数の８５％である。
４．電磁力がスイッチを著しく遅らせる（つまり、スイッチング時間を増加させる）ことはない。
【００４８】
図１８は本発明の小形スイッチ型発電装置の出力回路図と関係式である。
【００４９】
なお、図１８の関係式において、
Φはコイル内部のトータルフラックス
Ｂは磁束密度べクトル
Ａはコイルによって囲まれる領域
Ｎはコイル巻回の数
Ｌc はコイルのインダクタンス
Ｒc はコイル抵抗
ＲL は負荷抵抗
最適出力のためにはＲc ＝ＲL ＝Ｒとする。
【００５０】
Ｐは負荷の電力
Ｅは負荷によって消散されるエネルギー、である。
【００５１】
誘導性インピーダンスはコイル抵抗Ｒc および負荷抵抗ＲL に比べて低い。
【００５２】
また、シミュレーションのための磁束プロファイル関数は以下の通りである。
【００５３】
Φ（ｉ）＝Ｎｌp Ａｃｏｓ[ Ｂ｛ｘm −ｘp （ｉ）｝] 
ここで、Φ（ｉ）は磁束ポストｉにおけるトータルフラックス                        Ｎは磁束ポストｉまわりのコイルの数
ＡはＦＥＭシミュレーションからフィットされた定数｛上記（３）参          照｝
ＢはＦＥＭシミュレーションからフィットされた定数｛上記（３）参          照｝
ｘm は磁石の中心の位置
ｘp （ｉ）は磁束ポストｉの位置
図１９は本発明の小形スイッチ型発電装置のコイル内部のトータルフラックスと磁石位置の関係を示す図である。
【００５４】
この図において、実線はＦＥＭシミュレーション、破線は近似曲線である。
【００５５】
図２０は本発明の小形スイッチ型発電装置の出力電圧のシミュレーションを示す図であり、図２０（ａ）は１８Ω抵抗の負荷を通じた電圧における時間と出力の関係を示す図、図２０（ｂ）は直列に反対に配置された（ａｎｔｉ−ａｌｉｇｎｅｄ）コイルに負荷電圧をかけた場合の時間と出力の関係を示す図である。
【００５６】
１８Ωの抵抗を通じて０．８０ｍＪが発生した。ここで、各コイルは３６３巻回され、スイッチング時間はテストに基づいて５ｍ秒で評価された。
【００５７】
図２１は本発明の小形スイッチ型発電装置の出力エネルギーのシミュレーション図であり、図２１（ａ）は、コイル毎のエネルギーと時間の関係を示す図であり、図２１（ｂ）は、時間とト−タルエネルギーの関係を示す図である。
【００５８】
ここでも、各コイルは３６３巻回され, スイッチング時間はテストに基づいて５ｍ秒で評価された。
【００５９】
次に、実験モデルの妥当性を確認する。
【００６０】
図２２は本発明のテスト装置ＣＡＤ図であり、図２２（ａ）はＣＡＤ等角図、図２２（ｂ）はＣＡＤ上面図である。
【００６１】
テスト装置の目的は大変低いコストのベンチトップテスト装置で本発明のモデルの妥当性を確認することである。
【００６２】
図２３は本発明のテスト装置の拡大上面図であり、この図において、３３は磁石３１が埋め込まれ、回転スプリング３２が搭載されたローターである。３４はコイルが巻回されたフェラスポスト〔Ｆｅｒｒｏｕｓ  ｐｏｓｔｓ（１０１８スチール）〕であり、外側の２つの磁束ポスト３４ａ，３４ｃは速度の計測に、内側の磁束ポスト３４ｂは電圧及び電力の計測に用いられる。
【００６３】
図２４は本発明のテスト装置の拡大上面図を示す図面代用写真であり、この図において、内側の磁束ポスト３４ｂの回りには２００ターンのコイルの巻回、各外側の磁束ポスト３４ａ，３４ｃの回りには１００ターンのコイルの巻回がなされている。
【００６４】
図２５は本発明の磁束プロファイルを得るために用いられるＦＥＡを示す図であり、ここでは、フェラスポスト（Ｆｅｒｒｏｕｓ  ｐｏｓｔｓ）における磁束対位置のプロファイルを得るために９つの位置でシミュレーションを行った。図２５（ａ）はポジション１を、図２５（ｂ）はポジション２を、図２５（ｃ）はポジション３を示している。
【００６５】
図２６は本発明の出力電圧（Ｎ５２磁石）のサンプル図である。ここでは、内側のポストには、４４ゲージ（直径５０．８μｍ）線の２００巻回コイルが用いられ、外側の両磁束ポストには、１００巻回の直列のコイルが用いられている。３４Ωであり、開放回路電圧が示されている。
【００６６】
図２７は本発明の実験（Ｎ５２磁石）とシミュレーションの対比を示す図であり、Ｎ５２磁石を用いたテスト５の電圧と時間の関係を示している。ここに示されるように、開放回路電圧のシミュレーションと実験結果とはみごとに一致している。ここで、１０．６ｍ／ｓ速度、２．９ボルト開放回路、３４Ω負荷で１．４５Ｖ、３０μＪである。
【００６７】
図２８は本発明の実験（Ｎ５２磁石）とシミュレーションの対比を示す図であり、速度とピーク電圧の関係を示している。ここでは、速度対ピーク電圧を得るために異なったプレ負荷をかけて種々の試験を行った。速度対ピーク電圧は予測されたように直線的である。シミュレーションと実験結果とは良好な一致をみた。
【００６８】
図２９は本発明の実験（Ｎ４２磁石）とシミュレーションの対比を示す図であり、Ｎ４２磁石を用いたテスト１２の電圧と時間の関係を示している。
【００６９】
Ｎ５２磁石に変えてＮ４２磁石で同様のテストを行った。ここでも、開放回路電圧のシミュレーションと実験結果はみごとに一致している。ここで、１０．６ｍ／ｓ速度、２．５ボルト開放回路、３４Ω負荷で１．４５Ｖ、２１．３μＪである。
【００７０】
上記からして、以下のよう結論を得ることができた。
（１）同じスイッチング機構で１ｍＪのエネルギーを発生させることができる。この場合、
（ａ）２２Ω抵抗で３つのコイルは各々２．１Ｖを発生させた。
【００７１】
（ｂ）スイッチの内部空間を少しだけ大きくする必要がある。
【００７２】
（ｃ）外的なスイッチ寸法は変わらない。
（２）同じ内部空間の大きさを保持して０．８ｍＪのエネルギーを発生させることができる。
【００７３】
本発明によれば、小形スイッチ型装置に発電機能を付加することにより、小形スイッチ自体によって発電することができ、緊急時などに、例えば、無線通信を可能にする付加的な機能を展開することができる。
【００７４】
また、本発明の小形スイッチ型発電装置は、トグルスイッチ型をはじめ、ロッカスイッチ型、スライドスイッチ型など各種の小形スイッチ型に適用可能である。
【００７５】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づき種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
本発明の小形スイッチ型発電装置は、スプリング反転高速機構を利用することにより、磁石をより早く、より距離を長く移動させ、大きな起電力を得ることができる発電機能付小形スイッチとして利用することができる。
【符号の説明】
【００７７】
１、１１、２１  小形スイッチ型発電装置
２、１２  小形スイッチ型発電装置の筐体
２Ａ、４Ａ  操作装置の揺動軸の受け部
２Ｂ  基板の支持溝
３、１３ａ、１３ｂ  コイル回路
３Ａ  コイル回路のリード線
４、１４ａ、１４ｂ  基板（ＰＣＢ）
４Ｂ  コイル回路のリード線が導出される脚部
５、１５ａ、１５ｂ、２２ｂ、３１  磁石
６、２２    操作装置
６Ａ  操作装置の揺動軸
６Ｂ  磁石の支持部
２２ａ  スイッチ機構
２２ｃ  磁束を形成する磁極片
２２ｄ  底基板
２２ｅ  磁束を引き寄せる磁束ポスト（１０１８スチール）
２２ｆ  発電コイル
２３  引き出し端子
２４  蓋体
２５  操作部材
３２  回転スプリング
３３  ローター
３４  フェラスポスト〔Ｆｅｒｒｏｕｓ  ｐｏｓｔｓ（１０１８スチール）〕
３４ａ、３４ｃ  外側の２つの磁束ポスト
３４ｂ  内側の磁束ポスト
【図１】
2016208786.tif 000003
【図２】
2016208786.tif 000004
【図３】
2016208786.tif 000005
【図４】
2016208786.tif 000006
【図５】
2016208786.tif 000007
【図６】
2016208786.tif 000008
【図７】
2016208786.tif 000009
【図８】
2016208786.tif 000010
【図９】
2016208786.tif 000011
【図１０】
2016208786.tif 000012
【図１１】
2016208786.tif 000013
【図１２】
2016208786.tif 000014
【図１３】
2016208786.tif 000015
【図１４】
2016208786.tif 000016
【図１５】
2016208786.tif 000017
【図１６】
2016208786.tif 000018
【図１７】
2016208786.tif 000019
【図１８】
2016208786.tif 000020
【図１９】
2016208786.tif 000021
【図２０】
2016208786.tif 000022
【図２１】
2016208786.tif 000023
【図２２】
2016208786.tif 000024
【図２３】
2016208786.tif 000025
【図２４】
2016208786.tif 000026
【図２５】
2016208786.tif 000027
【図２６】
2016208786.tif 000028
【図２７】
2016208786.tif 000029
【図２８】
2016208786.tif 000030
【図２９】
2016208786.tif 000031