(57)【要約】【課題】  コンパクト化が図れ、使い易く、またエネルギ消費の低減を図ることができるバネと磁石による協働発電機を提供する。【解決手段】  引っ張りバネ２と、引っ張りバネ２と一体に移動する永久磁石３と、永久磁石３との相対的移動により交流電力を出力する発電コイル４と、引っ張りバネ２を無負荷の開放状態位置から引っ張りバネ２のバネ力に抗して所定量伸長させる電磁石６とを備え、電磁石６により引っ張りバネ２に対する伸長方向の吸着力の付与及び吸着力の解除を行って引っ張りバネ２の弾性復元力で永久磁石３を前記開放状態位置に移動させ、発電コイル４に対する永久磁石３の往復移動により発電を行うようにした。【選択図】  図１
0003222807.tif 000002
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
引っ張りバネと、
前記引っ張りバネと一体に移動する永久磁石と、
前記永久磁石との相対的移動により交流電力を出力する発電コイルと、
前記引っ張りバネを無負荷の開放状態位置から当該引っ張りバネのバネ力に抗して所定量伸長させる外力付与手段とを備え、
前記外力付与手段により前記引っ張りバネに対する伸長方向の外力の付与及び当該外力の解除を行って前記引っ張りバネの弾性復元力で前記永久磁石を前記開放状態位置に移動させ、前記発電コイルに対する前記永久磁石の往復移動により発電を行うことを特徴とするバネと磁石による協働発電機。
【請求項２】
圧縮バネと、
前記圧縮バネと一体に移動する永久磁石と、
前記永久磁石との相対的移動により交流電力を出力する発電コイルと、
前記圧縮バネを無負荷の開放状態位置から当該圧縮バネのバネ力に抗して所定量押し込ませる外力付与手段とを備え、
前記外力付与手段により前記圧縮バネに対する押し込み方向の外力の付与及び当該外力の解除を行って前記圧縮バネの弾性復元力で前記永久磁石を前記開放状態位置に移動させ、前記発電コイルに対する前記永久磁石の往復移動により発電を行うことを特徴とするバネと磁石による協働発電機。
【請求項３】
シーソーをなすレバーと、
前記レバーの一端側の第１面側に配置した請求項２に記載の前記圧縮バネを備えたバネと磁石による協働発電機である第１バネ発電部と、
前記レバーの他端側で前記第１面側とは反対の第２面側に配置した請求項１に記載の前記引っ張りバネを備えたバネと磁石による協働発電機である第２バネ発電部とを備え、
前記第１バネ発電部の前記外力付与手段により前記圧縮バネを押し込むことで前記レバーを回転させ、前記第２バネ発電部は前記引っ張りバネを伸長させる前記外力付与手段の外力を前記レバーの回転による回転力としたことを特徴とするバネと磁石による協働発電機。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項において、
前記第１バネ発電部及び前記第２バネ発電部は、ケース内に収納されてユニット化されていることを特徴とするバネと磁石による協働発電機。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項において、
前記第１バネ発電部及び前記第２バネ発電部の取付対象は、靴等の履物、建物の床面、道路の路面、タイヤ、動物の足及び馬の蹄鉄のいずれかであることを特徴とするバネと磁石による協働発電機。
【請求項６】
請求項１及び２のいずれか１項において、
前記外力付与手段は、前記永久磁石に対して磁力を発生させる電磁石のコイルに直流電流を通電する直流電源と、
前記永久磁石の上下限移動位置を検出する位置センサと、
前記電磁石のコイルに対する直流電流の通電と遮断を行うリレー又は前記コイルに通電する電流の極性を反転させる極性反転回路と、
前記位置センサの位置検出情報に基づいて前記リレー又は前記極性反転回路を制御する通電制御回路部とを備えることを特徴とするバネと磁石による協働発電機。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、バネの伸縮力及び磁石の吸着力を利用したバネと磁石による協働発電機に係り、特に、コンパクト化が図れ、使い易く、またエネルギ消費の低減を図ることができるバネと磁石による協働発電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
永久磁石とコイルとの相対的移動の駆動力としてバネの伸縮力を利用した発電機が提案されている（特許文献１）。
【０００３】
この発電機は、圧縮バネの一端に取り付けた永久磁石に対し、電磁石により反発力と吸着力を交互に付与し、永久磁石の周囲に配置されるコイルから交流電力を取り出す構成としている。圧縮バネは圧縮バネに対して外力が開放された自由高さ位置を中立位置とし、永久磁石が中立位置よりも短い下死位置と中立位置よりも長い上死位置との間を伸縮する。電磁石は、永久磁石に対し下死位置から上死位置に向けて吸着力を付与し、上死位置から下死位置に向けて反発力を付与するように極性反転回路により電磁石コイルの両端子に印加する直流電源の極性を反転する。
【０００４】
このように、圧縮バネを自由端位置からさらに伸ばした上死位置と下死位置との間で伸縮させ、圧縮バネの一端に取り付けた永久磁石を往復移動させることにより、出力される交流電力の振幅を大きくしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】実用新案登録第３２２０７９５号公報
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、引用文献１に開示のバネ発電機は永久磁石の移動方向のストローク長が長くなる傾向にある。
【０００７】
そこで、本考案は、このような従来のバネ発電機をさらに発展させ、コンパクト化が図れ、使い易く、またエネルギ消費の低減を図ることができるバネと磁石による協働発電機を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
〔考案１〕  上記目的を達成するために、考案１のバネと磁石による協働発電機は、引っ張りバネと、前記引っ張りバネと一体に移動する永久磁石と、前記永久磁石との相対的移動により交流電力を出力する発電コイルと、前記引っ張りバネを無負荷の開放状態位置から当該引っ張りバネのバネ力に抗して所定量伸長させる外力付与手段とを備え、前記外力付与手段により前記引っ張りバネに対する伸長方向の外力の付与及び当該外力の解除を行って前記引っ張りバネの弾性復元力で前記永久磁石を前記開放状態位置に移動させ、前記発電コイルに対する前記永久磁石の往復移動により発電を行う。
【０００９】
〔考案２〕  さらに、考案２のバネと磁石による協働発電機は、圧縮バネと、前記圧縮バネと一体に移動する永久磁石と、前記永久磁石との相対的移動により交流電力を出力する発電コイルと、前記圧縮バネを無負荷の開放状態位置から当該圧縮バネのバネ力に抗して所定量押し込ませる外力付与手段とを備え、前記外力付与手段により前記圧縮バネに対する押し込み方向の外力の付与及び当該外力の解除を行って前記圧縮バネの弾性復元力で前記永久磁石を前記開放状態位置に移動させ、前記発電コイルに対する前記永久磁石の往復移動により発電を行う。
【００１０】
〔考案３〕  さらに、考案３のバネと磁石による協働発電機は、シーソーをなすレバーと、前記レバーの一端側の第１面側に配置した考案２に記載の前記圧縮バネを備えたバネと磁石による協働発電機である第１バネ発電部と、前記レバーの他端側で前記第１面側とは反対の第２面側に配置した考案１に記載の前記引っ張りバネを備えたバネと磁石による協働発電機である第２バネ発電部とを備え、前記第１バネ発電部の前記外力付与手段により前記圧縮バネを押し込むことで前記レバーを回転させ、前記第２バネ発電部は前記引っ張りバネを伸長させる前記外力付与手段の外力を前記レバーの回転による回転力とした。
【００１１】
〔考案４〕  さらに、考案４のバネと磁石による協働発電機は、考案１乃至３のいずれか１のバネと磁石による協働発電機において、前記第１バネ発電部及び前記第２バネ発電部は、ケース内に収納されてユニット化されている。
【００１２】
〔考案５〕  さらに、考案５のバネと磁石による協働発電機は、考案１乃至４のいずれか１のバネと磁石による協働発電機において、前記第１バネ発電部及び前記第２バネ発電部の取付対象は、靴等の履物、建物の床面、道路の路面、タイヤ、動物の足及び馬の蹄鉄のいずれかである。
【００１３】
〔考案６〕  さらに、考案６のバネと磁石による協働発電機は、考案１及び２のいずれか１のバネと磁石による協働発電機において、前記外力付与手段は、前記永久磁石に対して磁力を発生させる電磁石のコイルに直流電流を通電する直流電源と、前記永久磁石の上下限移動位置を検出する位置センサと、前記電磁石のコイルに対する直流電流の通電と遮断を行うリレー又は前記コイルに通電する電流の極性を反転させる極性反転回路と、前記位置センサの位置検出情報に基づいて前記リレー又は前記極性反転回路を制御する通電制御回路部とを備える。
【考案の効果】
【００１４】
以上説明したように、考案１のバネと磁石による協働発電機によれば、引っ張りバネは開放状態位置において最も高さが低いので、永久磁石の移動方向の高さを低くすることができ、バネと磁石による協働発電機のコンパクト化を図ることができる。また、永久磁石は引っ張りバネのバネ開放状態位置まで弾性復元力で戻されるが、バネ開放状態位置を超えて移動することがないので、ストッパ手段等を設けることなく確実に永久磁石を所定位置まで移動させることができ、発電コイルから安定した周波数で交流電力を出力することができる。
【００１５】
さらに、考案２のバネと磁石による協働発電機によれば、圧縮バネは開放状態位置を超えて伸長されることはないので、永久磁石の移動方向の高さを低く抑えることが可能となり、バネと磁石による協働発電機のコンパクト化を図ることができ、また圧縮バネに加える外力の低減化を図ることができる。
【００１６】
さらに、考案３のバネと磁石による協働発電機によれば、第１バネ発電部の圧縮バネを押し込むために加える外力でレバーが回転し、この回転力で第２バネ発電部の引っ張りバネを伸長させ、圧縮バネを押し込む外力を解除すると、圧縮バネと引っ張りバネはそれぞれ自己の弾性復元力で開放状態位置に復帰する。このため、第１バネ発電部と第２バネ発電部の両方の発電コイルから交流電力を出力することができ、大きな電力を発電することができる。
【００１７】
さらに、考案４のバネと磁石による協働発電機によれば、バネと磁石による協働発電機をケース内に収納してユニット化できるので、バネと磁石による協働発電機の取り扱いが容易で、また取付対象への取付も容易となる。
【００１８】
さらに、考案５のバネと磁石による協働発電機によれば、取付対象は外力の付加と解除が連続的に行われ、交流電力の連続的な出力が可能となる。
【００１９】
さらに、考案６のバネと磁石による協働発電機によれば、電磁石の磁極の反転、通電と遮断を制御することで、圧縮バネでは開放状態位置を超えて伸長させることがなく、また引っ張りバネでは開放状態位置を超えて任意の位置まで伸長することができ、電磁石の駆動エネルギの低減化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】（ａ）は本考案に係る「バネと磁石による協働発電機」の第１実施形態を示すブロック図、（ｂ）は引っ張りバネの負荷開放状態における永久磁石と電磁誘導コイルとの位置関係を示す図である。
【図２】（ａ）は本考案に係る「バネと磁石による協働発電機」の第２実施形態を示すブロック図、（ｂ）は圧縮バネの負荷開放状態における永久磁石と電磁誘導コイルとの位置関係を示す図である。
【図３】本考案に係る「バネと磁石による協働発電機」の第３実施形態を示す概略図である。
【図４】本考案に係る「バネと磁石による協働発電機」の第４実施形態を示し、「バネと磁石による協働発電機」をユニット化した概略図である。
【図５】本考案に係る「バネと磁石による協働発電機」の第５実施形態を示し、（ａ）は床に配置した断面図、（ｂ）は靴に配置した断面図である。
【考案を実施するための形態】
【００２１】
以下、本考案を図面に示す実施形態に基づいて説明する。
〔第１実施形態〕
図１の（ａ）は本考案に係る「バネと磁石による協働発電機」の第１実施形態を示すブロック図、（ｂ）は引っ張りバネの負荷開放状態における永久磁石と電磁誘導コイルとの位置関係を示す図である。
【００２２】
バネと磁石による協働発電機（以下「バネ発電機」という。）１は、図１に示すように、引っ張りコイルバネ（引っ張りバネとする）２の一端（自由端）に固定した永久磁石３と、永久磁石３を内装する電磁誘導コイルである発電コイル４とを軸方向に相対的に移動することにより、発電コイル４の両端から交流電力Ｖを出力する。永久磁石３と発電コイル４との相対的移動は、外力付与手段として電磁石６による磁力と引っ張りバネ２の弾性復元力を利用して、固定した発電コイル４に対し、永久磁石３を軸方向に往復移動させる。
【００２３】
永久磁石３は、引っ張りバネ２に対する負荷が開放された無負荷での開放状態位置（自由高さ位置）に対応する下限位置５Ａと、外力により引っ張りバネ２をバネ力に抗して自由高さ位置から所定位置まで伸長する上限位置５Ｂとの間を往復移動する。下限位置５Ａから上限位置５Ｂへの永久磁石３の往復方向移動は、電磁石６の磁力により永久磁石３に対して吸引力を作用させることにより行い、復方向移動は、電磁石６への通電を断って引っ張りバネ２のバネ復元力により行う。
【００２４】
電磁石６は、例えば不図示の軟鉄製コイルボビン又は鉄芯等に巻回されたコイル６ａに直流電源７から直流電流を通電することにより、前記コイルボビン又は鉄芯に発生する磁力により永久磁石３に対する吸着力を発生する。コイル６ａは、永久磁石３の周囲に配置される。直流電源７とコイル６ａとの配線にはリレー８が接続され、オン信号（二値化で１）が入力されるとリレー８がオンとなって直流電流をコイル６ａに通電する。また、オフ信号（二値化で０）が入力されるとリレー８がオフとなり、コイル６ａへの通電が遮断される。
【００２５】
リレー８のオン/オフ制御は、引っ張りバネ２の下限位置５Ａを検出する接点式の第１位置センサ９Ａと、上限位置５Ｂを検出する接点式の第２位置センサ９Ｂの位置検出情報に基づいてリレー８にオン信号とオフ信号を出力する通電制御回路部１０により行う。第１位置センサ９Ａと第２位置センサ９Ｂは、永久磁石３の側面に可動片１１ａの凸部（ボッチ）１１ｂが接触して押し込まれると、固定片１１ｃに向けて弾性変形し、可動片１１ａの接点１１ｄが固定片１１ｃの接点１１ｅに接触し、信号１を出力する。可動片１１ａに対して永久磁石３が離れると、可動片１１ａが弾性復元力で固定片１１ｃから離れる方向に戻り、接点１１ｄと接点１１ｅとが非接触となり、信号０を出力する。
【００２６】
通電制御回路部１０は、さらに第１位置センサ９Ａからの位置検出信号が入力端子Ｔａに入力する第１フリップフロップ（ＦＦ）回路１２と、第２位置センサ９Ｂからの位置検出信号が入力端子Ｔｂに入力する第２フリップフロップ（ＦＦ）回路１３と、ＸＯＲゲート（排他的ＯＲゲート）１４を有する。
【００２７】
図１中のタイミングチャートに示すように、駆動初期において永久磁石３は引っ張りバネ２の自由高さ位置である下限位置５Ａに停止しているため、第１位置センサ９Ａから第１ＦＦ回路１２の入力端子Ｔａには信号１、第２位置センサ９Ｂから第２ＦＦ回路１３の入力端子Ｔｂには信号０が入力する。第１ＦＦ回路１２の出力Ｑａは信号１、第２ＦＦ回路１３の出力Ｑｂは信号０を出力する。したがって、ＸＯＲゲート１４のＸＯＲ出力は１となり、リレー８をオンとして電磁石６による永久磁石３に対する吸着動作が開始され、引っ張りバネ２のバネ力に抗して引っ張りバネ２を伸長しながら永久磁石３が上限位置５Ｂに向けて移動する。
【００２８】
永久磁石３が上限位置５Ｂに達すると、第２センサ９Ｂは信号１を出力し（この際、第１センサ９Ａの信号は０に切り替わっている）、第２ＦＦ回路１３の出力Ｑｂは１に切り替わる。第１ＦＦ回路１２の出力Ｑａは、第１位置センサ９Ａが次に信号１を出力するまで信号１を維持するため、ＸＯＲ４ゲート１４のＸＯＲ出力は０に切り替わり、電磁石６への通電が遮断され、永久磁石３は引っ張りバネ２の弾性復元力により下限位置５Ａに向けて移動する。永久磁石３の１往復移動を１サイクルとすると、第１ＦＦ回路１２の出力Ｑａと第２ＦＦ回路１３の出力Ｑｂは半サイクルのずれを有しているため、永久磁石３が下限位置５Ａに達するとリレー８がオンとなって電磁石６への通電がなされ、永久磁石３が上限位置５Ｂに達するとリレー８がオフとなって電磁石６への通電が遮断される。
【００２９】
引っ張りバネ２の基端部側は基台１５に固定されており、電磁石６への通電が遮断されると永久磁石３は上限位置５Ｂから下限位置５Ａの自由高さ位置まで弾性復元力で一気に移動する。その際、下限位置５Ａを引っ張りバネ２の自由高さ位置としているので、特に下限位置を規定するストッパ等を設ける必要がない。また、電磁石６の吸着力で永久磁石３を上限位置５Ｂまで移動させる際、引っ張りバネ２のバネ力に抗して移動するので、電磁石６のコイル６ａに対する通電を遮断すると直ちに上限位置５Ｂに永久磁石３が停止する。したがって、永久磁石３を下限位置５Ａと上限位置５Ｂとの間で確実に往復移動させることができる。
【００３０】
第１実施形態によれば、永久磁石３を往復移動させる外力は、引っ張りバネ３を下限位置５Ａから上限位置５Ｂに向けて引っ張るために電磁石６への通電による吸着力だけであるため、省エネ化が図れる。また、上限位置５Ａの位置設定により、永久磁石３の移動距離を短くすることができ、バネ発電機１のコンパクト化を図ることができる。
【００３１】
〔第１実施形態の変形例〕
第１実施形態の変形例として、第１実施形態のリレー８に代えて、電磁石６のコイル６ａに通電する直流電源７の正負の極性を反転させる極性反転回路を設ける。極性反転回路は、ＸＯＲ出力が信号０の間において、電磁石６のコイル６ａに通電する直流電流の極性をＸＯＲ出力が信号１の場合とは逆となるように反転させ、永久磁石３に対して電磁石６により反発力を付与する。この場合、永久磁石３が上限位置５Ｂから下限位置５Ａに向けて移動する速度を速くすることができ、発電コイル４から出力される交流電流の周波数を高くすることができる。
【００３２】
〔第２実施形態〕
図２は本考案に係る「バネと磁石による協働発電機」の第２実施形態を示す。なお、図２に示す部材において、図１に示す部材と同じ部材には同じ符号を付してその説明を省略する。
【００３３】
図２において、バネ発電機２１は、第１実施形態と同様に、外力付与手段として電磁石６による磁力と圧縮コイルバネ（圧縮バネ）２２の弾性復元力を利用して、固定する発電コイル４に対して永久磁石３を往復移動させる。永久磁石３は、圧縮バネ２２の一端（自由端）に取り付けられる。圧縮バネ２２は、負荷が開放された開放状態位置（自由高さ位置）又は自由高さ位置よりも僅かに短い位置を上限位置５Ｂとし、外力によりバネ力に抗して押し込んで自由端の高さを短くした位置を下限位置５Ａとする。
【００３４】
圧縮バネ２２は基端側が基台２３に固定され、基台２３にストッパーフレーム２４が固定されている。ストッパーフレーム２４には、円板形状の下限ストッパ２５と上限ストッパ２６が上下に隔設して配置される。下限ストッパ２５は下限位置５Ａで永久磁石３の下端と当接して永久磁石３の下方への移動を規制し、上限ストッパ２６は永久磁石３の上端と当接して永久磁石３の慣性力による上方への移動を規制する。下限ストッパ２５は例えばドーナツ形状に形成され、内径部２５ａ内に圧縮バネ２２が挿通され、圧縮バネ２２のスムーズな伸縮動作を可能とする。
【００３５】
圧縮バネ２２の下限位置５Ａを検出する接触式の第１位置センサ２７Ａを下限ストッパ２５に設け、圧縮バネ２２の上限位置５Ｂを検出する接触式の第２位置センサ２７Ｂを上限ストッパ２６に設けている。第１位置センサ２７Ａと第２位置センサ２７Ｂは、導電性の端子板２８の先端に設けた凸部状の接触端子２８ａが導電性の永久磁石３の側面に接触することにより、圧縮バネ２２を介して接地側と導通し、オン信号を出力する。
【００３６】
圧縮バネ２２は、自由高さ位置を超えて伸長することはなく、外力により永久磁石３を上限位置５Ｂから下限位置５Ｂに向けバネ力に抗して押し込まれながら縮み、下限位置５Ａから上限位置５Ｂに向けて弾性復元力により伸び、その間で永久磁石３を往復移動させる。永久磁石３を往復移動させる外力は、永久磁石３の上方に配置した電磁石６により吸着力と反発力を永久磁石３に対して付与し、永久磁石３を往復移動させる。
【００３７】
永久磁石３に対する電磁石６による吸着力と反発力の生成は、第１実施形態の変形例で記載のように、電磁石６のコイル６ａに通電する直流電源７の正負の極性を極性反転回路２９により反転させて行う。極性反転回路２９は、通電制御回路部１０により極性の反転制御が行われる。
【００３８】
バネ発電機１の起動初期は、圧縮バネ２２が自由高さ位置で待機しているため、第１位置センサ２７Ａは信号０、第２位置センサ２７Ｂは信号１を出力する。通電制御回路部１０は、制御開始初期において、第１ＦＦ回路１２の入力端子Ｔａに信号０が入力した後に信号１が入力するまで出力Ｑｂは信号０を出力し、さらに信号１が入力した後に再び信号１が入力するまで出力Ｑａは信号１を出力する。
【００３９】
一方、制御開始初期において、第２ＦＦ回路１３の入力端子Ｔｂに信号１が入力した後に信号１が入力するまで出力Ｑｂは信号０を出力する。永久磁石３の１往復動作を１サイクルとすると、その後、出力Ｑａと出力Ｑｂは半サイクルのずれを有して出力される。ＸＯＲゲート１４のＸＯＲ信号は、半サイクルごとに信号０と信号１を交互に出力する。ＸＯＲ信号０は、永久磁石３が上限位置５Ｂから下限位置５Ａに向けて移動する際に出力され、ＸＯＲ信号１は永久磁石３が下限位置５Ａから上限位置５Ｂに向けて移動する際に出力される。
【００４０】
図２に示すように、永久磁石３の上側（電磁石６に対向する側）の磁極をＮとした場合、極性反転回路２９は、ＸＯＲゲート１４からＸＯＲ信号０が入力されると、電磁石６のコイル６ａの入力端子に正方向極性で直流電流を流し、永久磁石３に対向する側に磁極Ｎを発生させて永久磁石３に反発力を付与する。また、ＸＯＲゲート１４からＸＯＲ信号１が入力されると、極性反転回路２９は、電磁石６のコイル６ａの入力端子に正方向極性とは反対の極性に反転して直流電流を流し、永久磁石３に対向する側に磁極Ｓを発生させて永久磁石３に対して吸着力を付与する。
【００４１】
上限位置５Ｂで永久磁石３が電磁石６により反発力を付与されると、永久磁石３は圧縮バネ２２の弾性力に抗して圧縮バネ２２を上限位置５Ｂから下限位置５Ａに向けて押し込む。そして、下限位置５Ａで永久磁石３が電磁石６により吸着力を付与されると、吸着力と圧縮バネ２２の弾性復元力で永久磁石３が下限位置５Ａから上限位置５Ｂに向けて移動する。この動作を１サイクルとして繰り返し行われ、発電コイル４から交流電力が出力される。
【００４２】
第２実施形態によれば、圧縮バネ２２の自由端に永久磁石３を弾性的に取り付け、上限ストッパ２６により圧縮バネ２２が自由高さを超えて伸長しない構成としているため、永久磁石３を往復移動させる外力の省エネ化が図れ、また永久磁石３の移動方向のサイズを小さくすることができる。このため、電磁石６を永久磁石３の上方に配置しても永久磁石３の移動方向のサイズが必要以上に大きくなることを避けることができる。
【００４３】
〔第２実施形態の変形例〕
第２実施形態の変形例として、第２実施形態の極性反転回路２９に代え、図１に示すリレー８を設け、電磁石６のコイル６ａに通電する直流電源７の通電/遮断を行う。この場合、リレーは、ＸＯＲ出力が信号０の間において、電磁石６のコイル６ａに直流電源７の直流電流を通電し、電磁石６により永久磁石３に付与される反発力で永久磁石３を圧縮バネ２２のバネ力に抗して下限位置５Ａに向けて移動させる。
【００４４】
一方、リレーは、ＸＯＲ出力が信号１の間において、直流電源７の通電を遮断し、永久磁石３を圧縮バネ２２の弾性復元力のみで下限位置５Ａから上限位置５Ｂに向けて移動させる。
【００４５】
この変形例では、永久磁石３を上限位置５Ｂから下限位置５Ａに向けて移動する際にのみ電磁石６のコイル６ａに通電するため、省エネ化が図れる。
【００４６】
〔第３実施形態〕
図３は本考案に係る「バネと磁石による協働発電機」の第３実施形態を示す。なお、図３に示す部材において、図１、図２に示す部材と同じ部材には同じ符号を付してその説明を省略する。
【００４７】
図３において、バネ発電機３０は、支点部３１を中心として回動するシーソー構造のレバー３２の一端部３２ａに第１バネ発電部３３を配置し、他端部３２ｂに第２バネ発電部３４を配置したハイブリッド型バネ発電機の構成としている。第１バネ発電部３３は図２に示す第２実施形態のバネ発電機２１を基本的構成とし、第２バネ発電部３４は図１に示す第１実施形態のバネ発電部１を基本的構成としている。第１バネ発電部３３と第２バネ発電部３４は、永久磁石３に対する外力の付与は、いずれも電磁石６によらず、外力付与手段として荷重の付与と解除を行う機械的な外力Ｆにより永久磁石３と発電コイル４との相対的移動を行っている。
【００４８】
図３に示すハイブリッド型バネ発電機３０は、第１バネ発電部３３をレバー３２の一端部３２ａの上面側（第１面側）に配置し、第２バネ発電部３４をレバー３２の他端部３２ｂの下面側（前記第１面側とは反対の第２面側）に配置する。
【００４９】
第１バネ発電部３３は、圧縮バネ２２内に永久磁石３を配置し、圧縮バネ２２の外周に発電コイル４を配置する。圧縮バネ２２の上端に作動板３６が固定され、発電コイル４の下端が基台６０に固定される。基台６０をレバー３２の上面に固定している。永久磁石３は作動板３６から下方に支出された支持ロッド３５の下端に固定される。
【００５０】
この実施形態において、作動板３６には例えば靴で踏みつけて外力である踏力Ｆを加えるものとする。圧縮バネ２２のバネ力に抗して作動板３６を押し込むと、永久磁石３が発電コイル４に対して下方に移動し、レバー３２が二点鎖線で示すように反時計回りに回転する。
【００５１】
一方、第２バネ発電部３４は、レバー３２の他端部の下面と基台３７との間に配置した引っ張りバネ２の外周に発電コイル４を配置し、発電コイル４の下端を基台３７に固定する。引っ張りバネ２は上端がレバー３２の下面に固定され、下端が基台３７に固定される。また、引っ張りバネ２内に永久磁石３を配置し、レバー３２の下面から下方に支出した支持ロッド３８の下端に固定される。
【００５２】
ハイブリッド型バネ発電機３０は、作動板３６に踏力Ｆを矢印方向に加えると、圧縮バネ２２を押し込みながら第１バネ発電部３３の永久磁石３が発電コイル４に対して下方に移動する。そして、レバー３２が二点鎖線で示すように反時計回り方向に回転力が付与され、引っ張りバネ２をバネ力に抗して上方に引き上げ、第２バネ発電部３４の永久磁石３が発電コイル４に対して上方に移動する。
【００５３】
作動板３６に対する踏力Ｆを解除すると、第１バネ発電部３３の圧縮バネ２２の弾性復元力で作動板３６が上方に向けて移動するのに伴って、第１発電部３３の永久磁石３が発電コイル４に対して上方に移動する。また、第２バネ発電部３４の引っ張りバネ２が自由高さ位置に向けて復帰する弾性復元力で永久磁石３が発電コイル４に対して下方に向けて移動すると共に、レバー３２を時計回り方向に回転させる。
【００５４】
ハイブリッド型バネ発電機３０によれば、作動板３６に対して踏力Ｆの付加と解除を行うと、シーソー動作で第１バネ発電部３３の発電コイル４と第２バネ発電部３４の発電コイル４から同時に交流電力が出力され、大きな交流電力を得ることができる。
【００５５】
〔第３実施形態の変形例〕
図３の実施形態では、バネ発電機３０を第１バネ発電部３３と第２バネ発電部３４を備えたハイブリッド構造とし、踏力等の機械的外力の付加と、圧縮バネ２２と引っ張りバネ２の弾性復元力により、２つの発電コイル４から交流電力を出力するようにしている。これに対し、第１バネ発電部３３、第２バネ発電部３４をそれぞれ単独でバネ発電機としてもよい。
【００５６】
この場合、図３の第１バネ発電部３３をバネ発電機とするには、レバー３２の一端部側を基台とすればよく、第２バネ発電部３４をバネ発電機とするには、基台３７を作動板とし、レバー３２の他端部３２ｂを基台とすればよく、その際、基台３７に代えた作動板のレバー３２方向に沿った長さを長くし、長くなった部分に外力を上方から加えることができる。
【００５７】
〔第４実施形態〕
図４は本考案に係る「バネと磁石による協働発電機」の第４実施形態を示す。
【００５８】
第４の実施形態のバネ発電機５０は、図３に示すハイブリッド型バネ発電機３０をケース５１内に収納してユニット化している。ケース５１内には、発電コイル４で発電した交流電力を直流に変換するＡＣ−ＤＣコンバータ５２、ＡＣ−ＤＣコンバータ５２で変換された直流電力を蓄電する蓄電池５３を設けている。ケース５１の側板５１ａに、蓄電池５３の電力を外部に出力する接続端子部５４が設けられている。
【００５９】
引っ張りバネ２が自由高さ位置に位置し、レバー３２が水平姿勢に保持された状態で、作動板３６は、ケース５１の上板５１ｂよりも上方に突出した突出部３６ａを球面に形成し、真上からだけでなく、斜め上方からの作用する外力に対して作動板３６の確実な押し込みを可能とする。
【００６０】
ユニット化するバネ発電機としては、第１実施形態で示した引っ張りバネ２のバネ力と電磁石６の吸引力、反発力を利用したバネ発電機１、第２実施形態で示した圧縮バネ２２のバネ力と電磁石６の吸引力、反発力を利用したバネ発電機２１をケース５１内に収納することができる。さらに、第３実施形態の変形例で説明したように、第１バネ発電部３３を単独でバネ発電機とした構成、第２バネ発電部３４を単独でバネ発電機とした構成のバネ発電機をケース５１内に収納してユニット化することができる。
【００６１】
ユニット化に用いるケース５１は、直方体形状、円盤形状、多角形形状等を例示できる。
【００６２】
〔第５実施形態〕
図５は第５実施形態を示しており、（ａ）（ｂ）はバネ発電機の使用態様を示している。
【００６３】
図５（ａ）は、図３に示す圧縮バネ２２を備えた第１バネ発電部３３を単独のバネ発電機として、基台６０に支持ロッド３５と圧縮バネ２２を固定した構成としている。基台６０を備えた第１バネ発電部３３は、家庭内やオフィス内の床や道路等の設置部６１に形成した複数の凹部６２内に収納され、複数の第１バネ発電部３３によりマルチバネ発電機を構成している。凹部６２内に収納される第１バネ発電部３３は、基台６０を凹部６２の内底面に固定し、作動板３６は、設置部６１の表面と略同一面に位置し、例えば人間が作動板３６を踏むと作動板３６が下方に沈むことで発電コイル４が永久磁石３に対して上下方向に移動可能とし、発電コイル４から交流電力が出力する。
【００６４】
図５（ｂ）は、スニーカ等の靴７０の靴底７１に設けた凹部７２に例えば第１発電部３３を取り付けた構成で、図５（ａ）とは上下を逆向きにし、基台６０を凹部７２の天面に固定している。作動板３６は、靴底７１の底面よりも下方に突出し、球面形状の突出部３６ａが地面を踏みつける。したがって、靴７０を履いた人が歩行やランニングすると、作動板３６が靴７０を履いた人の体重で内側に向けて押し込まれ、靴７０が地面から離れると、圧縮バネ２２の弾性復元力で作動板３６と共に発電コイル４が下方に移動し、発電小オイル４と永久磁石３との相対的な往復移動が行われ、発電コイル４から交流電力が出力される。
【００６５】
また、靴７０の靴底７１には、図４に示すユニット型のバネ発電機５０を取り付けることもできる。その際、作動板３６を下方に位置するように上下を反転して取り付ける。図５（ｂ）では、ユニット型のバネ発電機５０を独立構成の第１バネ発電部３３と共に取り付けているが、バネ発電機５０のみを取り付けても良く、また第１バネ発電部３３のみを取り付けても良い。
【００６６】
ユニット型のバネ発電機５０は、靴だけでなく、例えば自動車のタイヤ、馬などの蹄鉄、牛などのひずめに取り付けても良い。上記したような取付対象は外力の付加と解除が連続的に行われ、交流電力の連続的な出力が可能となる。
【符号の説明】
【００６７】
１…バネ発電機、  ２…引っ張りコイルバネ（引っ張りバネ）、  ３…永久磁石、  ４…発電コイル、  ５Ａ…下限位置、  ５Ｂ…上限位置、  ６…電磁石、  ６ａ…コイル、  ７…直流電源、  ８…リレー、  ９Ａ…第１位置センサ、  ９Ｂ…第２位置センサ、  １０…通電制御回路部、  １１ａ…可動片、  １１ｂ…凸部（ボッチ）、  １１ｃ…固定片、  １１ｄ…接点、  １１ｅ…接点、  １２…第１フリップフロップ（ＦＦ）回路、  １３…第２フリップフロップ（ＦＦ）回路、  １４…ＸＯＲゲート（排他的ＯＲゲート）、  １５…基台、  Ｔａ…入力端子、  Ｔｂ…入力端子、  Ｑａ…出力、  Ｑｂ…出力、  ２１…バネ発電機、  ２２…圧縮コイルバネ（圧縮バネ）、  ２３…基台、  ２４…ストッパーフレーム、  ２５…下限ストッパ、  ２５ａ…内径部、  ２６…上限ストッパ、  ２７Ａ…第１位置センサ、  ２７Ｂ…第２位置センサ、  ２８…端子板、  ２８ａ…接触端子、  ２９…極性反転回路、  ３０…バネ発電機、  ３１…支点部、  ３２…レバー、  ３２ａ…一端部、  ３２ｂ…他端部、  ３３…第１バネ発電部、  ３４…第２バネ発電部、  ３５、３８…支持ロッド、  ３６…作動板、  ３６ａ…突出部、  ３７…基台、  Ｆ…外力（踏力）、  ５０…バネ発電機、  ５１…ケース、  ５１ａ…側板、  ５１ｂ…上板、  ５２…ＡＣ−ＤＣコンバータ、  ５３…蓄電池、  ５４…接続端子部、  ６０…基台、  ６１…設置部、  ６２…凹部、  ７０…靴、  ７１…靴底、  ７２…凹部
【図１】
0003222807.tif 000003
【図２】
0003222807.tif 000004
【図３】
0003222807.tif 000005
【図４】
0003222807.tif 000006
【図５】
0003222807.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】令和1年7月3日(2019.7.3)
【手続補正１】
【補正対象書類名】実用新案登録請求の範囲
【補正対象項目名】請求項４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項４】
請求項３において、
前記第１バネ発電部及び前記第２バネ発電部は、ケース内に収納されてユニット化されていることを特徴とするバネと磁石による協働発電機。
【手続補正２】
【補正対象書類名】実用新案登録請求の範囲
【補正対象項目名】請求項５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項５】
請求項３及び４のいずれか１項において、
前記第１バネ発電部及び前記第２バネ発電部の取付対象は、靴等の履物、建物の床面、道路の路面、タイヤ、動物の足及び馬の蹄鉄のいずれかであることを特徴とするバネと磁石による協働発電機。