特開 2017-184444 振動発電機

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2017-184444(P2017-184444A)

(43)【公開日】2017年10月5日

(54)【発明の名称】振動発電機

(51)【国際特許分類】

   H02K 35/02 20060101AFI20170908BHJP

【ＦＩ】

   H02K35/02

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2016-67919(P2016-67919)

(22)【出願日】2016年3月30日

(71)【出願人】

【識別番号】516095556

【氏名又は名称】株式会社ロイヤルパーツ

(74)【代理人】

【識別番号】100155882

【弁理士】

【氏名又は名称】齋藤 昭彦

(74)【代理人】

【識別番号】100154678

【弁理士】

【氏名又は名称】齋藤 博子

(72)【発明者】

【氏名】石川 直人

(72)【発明者】

【氏名】片岡 康浩

(72)【発明者】

【氏名】齋藤 誠

(72)【発明者】

【氏名】柴田 努

(72)【発明者】

【氏名】高橋 裕行

(72)【発明者】

【氏名】高橋 佑輔

(57)【要約】

【課題】低い固有振動数に対しても高出力かつコンパクトな振動発電機を提供する。
【解決手段】振動発電機１は、横方向Ｘ、縦方向Ｙ及び高さ方向Ｚを有する筐体２と、筐体２の内部に固定されるコイル３と、コイル３と横方向Ｘに相対移動可能な振動子４と、振動子４を挟んで横方向Ｘに離間し、筐体２の振動を振動子４に伝達する一対の板ばね５、５と、を備える。振動子４は、コイル３を挟んで高さ方向Ｚに離間する複数の永久磁石６と、コイル３及び永久磁石６を囲むように配置されるヨーク７とを含む。振動発電機１が振動物体に固定されると、振動物体の振動が筐体２を介して一対の板ばね５、５に伝達され、振動子４が振動する。そして、振動子４に含まれる永久磁石６と、筐体２に固定されるコイル３との相対的な位置が変化し、電磁誘導によってコイル３に起電力が生じる。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

横方向、縦方向及び高さ方向を有する筐体と、
前記筐体の内部に固定されるコイルと、
前記コイルと前記横方向に相対移動可能な振動子と、
前記振動子を挟んで前記横方向に離間して配置されるとともに、前記筐体の振動を前記振動子に伝達する一対の板ばねと、
を備え、
前記振動子は、前記コイルを挟んで前記高さ方向に離間する複数の永久磁石と、前記コイル及び前記永久磁石を囲むように配置されるヨークとを含む
ことを特徴とする振動発電機。

【請求項2】

前記板ばねは、
長手方向、前記長手方向と直交する幅方向、並びに前記長手方向及び前記幅方向と直交する厚さ方向を有し、
前記長手方向が前記縦方向、前記幅方向が前記高さ方向、及び前記厚さ方向が前記横方向となるように、前記長手方向の両端部が前記筐体に支持されるとともに、
前記長手方向の中央部において前記振動子と連結され、
前記両端部における前記幅方向の寸法が前記中央部における前記幅方向の寸法よりも大きい
ことを特徴とする請求項１に記載の振動発電機。

【請求項3】

前記ヨークは、前記板ばねが各々連結され、前記横方向に離間して対向する第１壁部及び第２壁部と、前記第１壁部及び前記第２壁部に連続するとともに、前記高さ方向に離間して対向する第３壁部及び第４壁部とを有し、
前記永久磁石は、前記第３壁部の内面に取り付けられる第１磁石及び第２磁石と、前記第１磁石及び前記第２磁石と各々対向し、前記第４壁部の内面に取り付けられる第３磁石及び第４磁石とを有し、
前記第１磁石及び前記第３磁石は、互いに対向する磁極面が異磁極となるように配置され、
前記第２磁石及び前記第４磁石は、互いに対向する磁極面が異磁極となるように配置され、
前記第３磁石に対向する前記第１磁石の磁極面と、前記第４磁石に対向する前記第２磁石の磁極面とが異磁極となるように配置される
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の振動発電機。

【請求項4】

前記コイルは、巻軸方向と直交する断面が環状体となるように巻回され、前記巻軸方向が前記高さ方向となるように配置され、
前記コイルは、前記縦方向に延びるとともに、前記横方向に離間する第１直線部及び第２直線部を有し、
前記第１磁石及び前記第３磁石は、前記第１壁部側に取り付けられ、前記コイルの前記第１直線部を挟んで対向し、
前記第２磁石及び前記第４磁石は、前記第２壁部側に取り付けられ、前記コイルの前記第２直線部を挟んで対向する
ことを特徴とする請求項３に記載の振動発電機。

【請求項5】

前記筐体には、前記板ばねの前記両端部が挿入される溝部が形成され、
前記溝部の溝幅の寸法は、前記板ばねの前記厚さ方向の寸法よりも大きい
ことを特徴とする請求項２に記載の振動発電機。

【請求項6】

前記板ばねのばね定数を調整する調整機構を備える
ことを特徴とする請求項１乃至請求項５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】

本発明は、振動エネルギーを電気エネルギーに変換する振動発電機に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来、橋梁や道路等の構造物の点検は、保守要員による目視や打音検査等によって行われている。保守要員の人的コストを抑える為、構造物にセンサを設置して点検を行う技術が研究されている。従来型のセンサは、検出する周波数の範囲から構造物の固有振動数を外しているため、高精度で高い検出範囲を有するが、高価な機材と大規模な配線工事が必要となる。そこで、構造物の固有振動数に共振し、振動エネルギーを電気エネルギーに変換して電気を発電することによって、無給電で安価なセンサを運用する技術が注目されている。

【0003】

このような振動エネルギーを電気エネルギーに変換する発電方式としては、電磁誘導方式、圧電素子方式、静電誘導方式に大きく分けられる。電磁誘導方式は、振動によってコイルと磁石との相対的な位置を変化させ、コイルに生じる起電力によって発電するものである。圧電素子方式は、セラミックス系の圧電素子を用い、振動によって圧電素子に歪が加わる際に、圧電素子の表面に電荷が誘起される現象を利用するものである。静電誘導方式は、半永久的に電荷を保持するエレクトレット誘電体を用い、エレクトレット誘電体と電極との相対位置を振動によって変化させることで、電荷が電極に静電誘導される現象を利用するものである。例えば、特許文献１には、電磁誘導方式の振動発電機が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１５−１８０１３４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、特許文献１に記載の技術を含む従来の技術では、低い固有振動数に対して高出力かつコンパクトな振動発電機を実現できていない。

【0006】

本発明は、前述した問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とすることは、低い固有振動数に対しても高出力かつコンパクトな振動発電機を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

前述した目的を達成するための本発明は、横方向、縦方向及び高さ方向を有する筐体と、前記筐体の内部に固定されるコイルと、前記コイルと前記横方向に相対移動可能な振動子と、前記振動子を挟んで前記横方向に離間して配置されるとともに、前記筐体の振動を前記振動子に伝達する一対の板ばねと、を備え、前記振動子は、前記コイルを挟んで前記高さ方向に離間する複数の永久磁石と、前記コイル及び前記永久磁石を囲むように配置されるヨークとを含むことを特徴とする振動発電機である。

【0008】

本発明は、一対の板ばねによって筐体の振動を振動子に伝達するので、固有振動数によって振動子が振動する時の摩擦の発生を抑えることができ、固有振動数による共振が安定し、低い固有振動数に対しても高い出力が得られる。また、コイルを挟んで複数の永久磁石を配置するとともに、コイル及び永久磁石を囲むようにヨークが配置されるので、コイルの起電力に寄与する磁束密度が上昇し、永久磁石やコイルのサイズが小さくても高い出力が得られる。

【0009】

また、本発明における前記板ばねは、長手方向、前記長手方向と直交する幅方向、並びに前記長手方向及び前記幅方向と直交する厚さ方向を有し、前記長手方向が前記縦方向、前記幅方向が前記高さ方向、及び前記厚さ方向が前記横方向となるように、前記長手方向の両端部が前記筐体に支持されるとともに、前記長手方向の中央部において前記振動子と連結され、前記両端部における前記幅方向の寸法が前記中央部における前記幅方向の寸法よりも大きくなるようにしても良い。

【0010】

これによって、筐体に支持される長手方向の両端部における幅方向の寸法が長手方向の中央部における幅方向の寸法よりも大きいので、板ばねの中央部の可撓性が向上し、固有振動数による振動子の共振時の速度が増大するので、低い固有振動数に対しても高い出力が得られる。また、振動子の振動方向が安定し、振動子とコイルとの接触の恐れがないので、高さ方向に離間して配置される永久磁石間の距離を小さくすることができる。従って、コイルの起電力に寄与する磁束密度が上昇し、永久磁石やコイルのサイズが小さくても高い出力が得られる。特に、高さ方向の寸法を小さくすることができ、装置の薄型化が可能となる。

【0011】

また、本発明における前記ヨークは、前記板ばねが各々連結され、前記横方向に離間して対向する第１壁部及び第２壁部と、前記第１壁部及び前記第２壁部に連続するとともに、前記高さ方向に離間して対向する第３壁部及び第４壁部とを有し、前記永久磁石は、前記第３壁部の内面に取り付けられる第１磁石及び第２磁石と、前記第１磁石及び前記第２磁石と各々対向し、前記第４壁部の内面に取り付けられる第３磁石及び第４磁石とを有し、前記第１磁石及び前記第３磁石は、互いに対向する磁極面が異磁極となるように配置され、前記第２磁石及び前記第４磁石は、互いに対向する磁極面が異磁極となるように配置され、前記第３磁石に対向する前記第１磁石の磁極面と、前記第４磁石に対向する前記第２磁石の磁極面とが異磁極となるように配置されるようにしても良い。

【0012】

これによって、コイルを通過する３つの磁力線のループが形成されるので、コイルの起電力に寄与する磁束密度が上昇し、低い固有振動数に対しても高い出力が得られるとともに、コンパクトな装置構成とすることができる。

【0013】

また、本発明における前記コイルは、巻軸方向と直交する断面が環状体となるように巻回され、前記巻軸方向が前記高さ方向となるように配置され、前記コイルは、前記縦方向に延びるとともに、前記横方向に離間する第１直線部及び第２直線部を有し、前記第１磁石及び前記第３磁石は、前記第１壁部側に取り付けられ、前記コイルの前記第１直線部を挟んで対向し、前記第２磁石及び前記第４磁石は、前記第２壁部側に取り付けられ、前記コイルの前記第２直線部を挟んで対向するようにしても良い。

【0014】

これによって、第１磁石〜第４磁石及びヨークによる３つの磁力線のループがコイルの第１直線部及び第２直線部を通過するように形成されるとともに、コイルの第１直線部及び第２直線部が延びる方向と、第１磁石〜第４磁石が振動する方向とが直交するので、コイルを形成するコイル線の多くを電磁誘導に関して有効に機能させることができる。

【0015】

また、本発明における前記筐体には、前記板ばねの前記両端部が挿入される溝部が形成され、前記溝部の溝幅の寸法は、前記板ばねの前記厚さ方向の寸法よりも大きくなるようにしても良い。

【0016】

これによって、板ばねは、両端固定ではなく、両端支持となり、板ばねのばね定数を低く抑えることができ、低い固有振動数で共振が可能となる。

【0017】

また、本発明は、前記板ばねのばね定数を調整する調整機構を備えるようにしても良い。

【0018】

これによって、振動物体に応じて振動発電機が共振する固有振動数を調整することができるので、様々な構造物に利用可能となる。

【発明の効果】

【0019】

本発明により、低い固有振動数に対しても高出力かつコンパクトな振動発電機を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】第１の実施形態に係る振動発電機１の斜視図

【図2】図１のＩＩ−ＩＩ線（＝縦方向Ｙの中心線）断面図

【図3】図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線（＝横方向Ｘの中心線）断面図

【図4】図１の平面図（上部２３は不図示）

【図5】第１の実施形態に係る振動子４及び板ばね５を横方向Ｘから見た図

【図6】図４のＶＩで囲った部分の拡大図

【図7】磁石６の着磁方向及び磁力線の向きを説明する図

【図8】第２の実施形態に係る振動発電機１の平面図（上部２３は不図示）

【図9】第２の実施形態に係る振動発電機１の側面図

【図10】第３の実施形態に係る振動発電機１の平面図（上部２３は不図示）

【図11】第４の実施形態に係る振動発電機１の平面図（上部２３は不図示）

【発明を実施するための形態】

【0021】

以下図面に基づいて、本発明の実施形態を詳細に説明する。本発明の実施形態に係る振動発電機は、橋梁や道路等の構造物、機械、配管等の振動物体に固定され、振動物体の振動エネルギーを電気エネルギーに変換し、無線送信モジュール等の各種モジュール又は各種センサ類に電力を供給する。尚、各実施形態において共通する部分には同一符号又は関連する符号を付けて、重複する説明を省略する。

【0022】

＜第１の実施形態＞
図１は、第１の実施形態に係る振動発電機１の斜視図であり、説明のために上部２３の一部を破断してその内部が見えるようにしている。尚、図１においては、上部２３の一部の概形を二点鎖線で示している。図２は図１のＩＩ−ＩＩ線断面図であり、図３は図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図であるが、上部２３が設置された状態で示している。図４は、振動発電機１の上部２３側から見た正面図であって、その内部の説明のために上部２３を外した状態を示している。

【0023】

図１〜図４を参照すると、振動発電機１は、横方向Ｘ、縦方向Ｙ及び高さ方向Ｚを有する筐体２と、筐体２の内部に固定されるコイル３と、コイル３と横方向Ｘに相対移動可能な振動子４と、振動子４を挟んで横方向Ｘに離間し、筐体２の振動を振動子４に伝達する一対の板ばね５、５と、を備える。振動子４は、コイル３を挟んで高さ方向Ｚに離間する複数の永久磁石６と、コイル３及び永久磁石６の横方向Ｘ及び高さ方向Ｚを囲むように配置されるヨーク７とを含む。

【0024】

筐体２は、例えば樹脂やアルミ合金等の非磁性体であり、コイル３が固定される固定部２１と、両側部２２と、上部２３と、を備える。固定部２１は、底面２１１及び両端面２１２を有する。底面２１１は、上部２３と高さ方向Ｚに離間して対向する。両端面２１２は、底面２１１の縦方向Ｙの両端からそれぞれ高さ方向Ｚに延び、縦方向Ｙに離間して対向する。

【0025】

両側部２２は、Ｘ方向に離間して対向する。この実施形態において、横方向Ｘに延びる面を両端面２１２と両側部２２の一部で構成し、縦方向Ｙに延びる面を両側部２２の他の部分で構成する。筐体２は、コイル３、振動子４及び一対の板ばね５、５を内部に収納し、上部２３、両側部２２及び固定部２１が四本のねじ８１によって四隅をねじ止めされて連結され、方形箱形状をなす。

【0026】

特に図３及び図４を参照すると、固定部２１には、底面２１１から高さ方向Ｚに起立する柱体であって、縦方向Ｙに離間する一対のボビン台部２１３、２１３が形成されている。ボビン台部２１３には、二本のねじ８２によってコイルボビン２４が固定される。コイルボビン２４は、平面視がいわゆるレーストラック形状の柱体であり、コイル３が巻回されている。このとき、コイル３の巻軸方向は、高さ方向Ｚとなる。コイル３のコイル線は、巻軸方向に螺旋状に巻回され、複数段積層されるとともに、巻軸方向と直交する方向に同心円状に複数回巻回される。これによって、コイル３は、巻軸方向と直交する断面が環状体となり、縦方向Ｙに延び、横方向Ｘに離間する第１直線部３１及び第２直線部３２と、第１直線部３１及び第２直線部３２と連続する一対の曲線部３３、３３とを有する。コイル３の高さ方向Ｚの寸法は、コイルボビン２４の高さ方向Ｚの寸法と略同一である。尚、コイルボビン２４は、ボビン台部２１３と一体成型されても良い。

【0027】

上記のような構造において、筐体２とコイル３は、ボビン台部２１３等を介して互いに固定されているから、これらは相対移動することはない。これに対して、振動子４は板ばね５を介して筐体２に支持されるから、板ばね５が撓むと振動子４が筐体２に対して相対移動する。板ばね５は横方向Ｘすなわち図４の左右方向に撓み、これに伴い振動子４も横方向Ｘに振動する。

【0028】

コイル３のコイル線の両端部には、不図示の端子が電気的に接続される。端子は、例えば、固定部２１の端面２１２に形成される不図示の孔から筐体２の外部に引き出されても良い。一方、電力負荷となる各種モジュールを筐体２内に収納し、各種モジュールと振動発電機１を一体化する場合、端子が筐体２の外部に引き出される必要はない。

【0029】

図５を参照すると、板ばね５は、例えば、ばね用ステンレス鋼を材料とし、長手方向Ｌと、長手方向Ｌと直交する幅方向Ｗと、長手方向Ｌ及び幅方向Ｗと直交する厚さ方向Ｔ（＝紙面と直交する方向）と、を有する。一対の板ばね５、５は、長手方向Ｌが縦方向Ｙ、幅方向Ｗが高さ方向Ｚ、及び厚さ方向Ｔが横方向Ｘとなるように筐体２に支持されるとともに、振動子４と連結される。

【0030】

板ばね５は、両端部５１における幅方向Ｗの寸法が中央部５２における幅方向Ｗの寸法よりも大きく、厚さ方向Ｔから見た平面視がＨ形状である。これによって、板ばね５の中央部５２の可撓性が向上し、固有振動数による振動子４の共振時の速度が増大するので、低い固有振動数に対しても高い出力が得られる。

【0031】

再び図４を参照すると、一対の板ばね５、５は、それぞれ長手方向Ｌの両端部５１が筐体２に支持され、長手方向Ｌの中央部５２において、それぞれ二本のねじ８３によって振動子４と連結される。筐体２には、板ばね５を支持する溝部２５が形成されている。溝部２５は、各端面２１２の内側の二か所に、横方向Ｘに離間して設けられる。すなわち、溝部２５は、四か所に設けられる。各溝部２５には、一対の板ばね５、５の両端部５１が挿入される。

【0032】

図６を参照すると、溝部２５の溝幅（＝横方向Ｘ）の寸法Ｄ１は、板ばね５の厚さ方向Ｔ（＝横方向Ｘ）の寸法Ｄ２よりも大きい。これによって、板ばね５は、両端固定ではなく、両端支持となり、板ばね５のばね定数を低く抑えることができ、低い固有振動数で共振が可能となる。

【0033】

再び図２及び図４を参照すると、一対の板ばね５、５の両端部５１における幅方向Ｗ（＝高さ方向Ｚ）においては、筐体２の固定部２１及び上部２３によってほぼ隙間なく挟まれ（図２参照）、長手方向Ｌ（＝縦方向Ｙ）においては、両側部２２によってほぼ隙間なく挟まれている（図４参照）。これによって、一対の板ばね５、５は、厚さ方向Ｔ（＝横方向Ｘ）以外への移動が規制されるので、これに連結する振動子４も、横方向Ｘ以外への移動が規制される。

【0034】

このように構成された一対の板ばね５、５によって筐体２の振動を振動子４に伝達するので、固有振動数によって振動子４が振動する時の摩擦の発生を抑えることができ、固有振動数による共振が安定し、低い固有振動数に対しても高い出力が得られる。また、コイル３を挟んで複数の永久磁石６を配置するとともに、コイル３及び永久磁石６を囲むようにヨーク７が配置されるので、コイル３の起電力に寄与する磁束密度が上昇し、永久磁石６やコイル３のサイズが小さくても高い出力が得られる。

【0035】

更に、振動子４の振動方向が安定し、振動子４とコイル３との接触の恐れがないので、コイル３の巻軸方向に離間して配置される複数の永久磁石６間の距離を小さくすることができる。従って、コイル３の起電力に寄与する磁束密度が上昇し、永久磁石６やコイル３のサイズが小さくても高い出力が得られる。

【0036】

再び図２を参照すると、ヨーク７は、磁性体を材料とし、横方向Ｘに離間して対向する第１壁部７１及び第２壁部７２と、高さ方向Ｚに離間して対向する第３壁部７３及び第４壁部７４と、を有する。第１壁部７１及び第２壁部７２には、それぞれ板ばね５がねじ８３によって連結される。

【0037】

第３壁部７３及び第４壁部７４は、それぞれ、ねじ８４によって第１壁部７１及び第２壁部７２と連結される。これによって、第１壁部７１〜第４壁部７４は、コイル３及び永久磁石６の横方向Ｘ及び高さ方向Ｚを囲むように縦方向Ｙに延びる筒形状を形成する。尚、第１壁部７１〜第４壁部７４は、一体成型されても良い。すなわち、第１壁部７１及び第２壁部７２と、第３壁部７３及び第４壁部７４は、磁性体として連続していれば良い。

【0038】

永久磁石６は、第３壁部７３の内面７３１において横方向Ｘに離間して取り付けられる第１磁石６１及び第２磁石６２と、第４壁部７４の内面７４１において横方向Ｘに離間して取り付けられる第３磁石６３及び第４磁石６４とを有する。第１磁石６１〜第４磁石６４は、ほぼ直方体の同一形状を有する。永久磁石６は、例えば接着剤等を用いて第３壁部７３の内面７３１及び第４壁部７４の内面７４１に固定される。

【0039】

第１磁石６１及び第３磁石６３は、第１壁部７１側に取り付けられ、コイル３の第１直線部３１を挟んで対向する。第２磁石６２及び第４磁石６４は、第２壁部７２側に取り付けられ、コイル３の第２直線部３２を挟んで対向する。従って、コイル３の第１直線部３１及び第２直線部３２が延びる方向（＝縦方向Ｙ）と、振動子４が振動する方向（＝横方向Ｘ）とが直交するので、コイル３の第１直線部３１及び第２直線部３２を形成するコイル線の多くを電磁誘導に関して有効に機能させることができる。

【0040】

図７は、永久磁石６の着磁方向及び磁力線の向きを説明するために、図２におけるコイル３の第１直線部３１及び第２直線部３２並びに振動子４のみを図示している。第１磁石６１及び第３磁石６３は、互いに対向する磁極面が異磁極となるように配置され、第２磁石６２及び第４磁石６４は、互いに対向する磁極面が異磁極となるように配置される。また、第３磁石６３に対向する第１磁石６１の磁極面と、第４磁石６４に対向する第２磁石６２の磁極面とが異磁極となるように配置される。

【0041】

この実施形態においては、第１磁石６１は、第３磁石６３と対向する磁極面がＮ極、第３壁部７３と対向する磁極面がＳ極に着磁されている。第２磁石６２は、第４磁石６４と対向する磁極面がＳ極、第３壁部７３と対向する磁極面がＮ極に着磁されている。第３磁石６３は、第１磁石６１と対向する磁極面がＳ極、第４壁部７４と対向する磁極面がＮ極に着磁されている。第４磁石６４は、第２磁石６２と対向する磁極面がＮ極、第４壁部７４と対向する磁極面がＳ極に着磁されている。

【0042】

これによって、第１磁石６１、第１直線部３１、第３磁石６３、第４壁部７４、第１壁部７１、第３壁部７３及び第１磁石６１の順に流れる磁力線のループＭ１が形成される。また、第４磁石６４、第２直線部３２、第２磁石６２、第３壁部７３、第２壁部７２、第４壁部７４及び第４磁石６４の順に流れる磁力線のループＭ２が形成される。更に、第１磁石６１、第１直線部３１、第３磁石６３、第４壁部７４、第４磁石６４、第２直線部３２、第２磁石６２、第３壁部７３及び第１磁石６１の順に流れる磁力線のループＭ３が形成される。これら３つの磁力線のループＭ１〜Ｍ３がコイル３の第１直線部３１及び第２直線部３２を通過するため、コイル３の起電力に寄与する磁束密度が上昇し、低い固有振動数に対しても高い出力が得られるとともに、コンパクトな装置構成とすることができる。

【0043】

以上説明した通り、第１の実施形態に係る振動発電機１によれば、低い固有振動数に対しても高い出力が得られるとともに、コンパクトな装置構成とすることができる。第１の実施形態に係る振動発電機１を３６Ｈｚの固有振動数に共振するように調整し、加振ステージ上に固定し、３６Ｈｚの加振を行ったところ、５Ｖ近い出力電圧が得られた。これは、無線送信モジュール等の動作に十分な出力である。このときの振動発電機１の筐体２の大きさは、横方向Ｘが約４．８ｃｍ、縦方向Ｙが約６．６ｃｍ、高さ方向Ｚが約２．０ｃｍであった。第１の実施形態に係る振動発電機１によれば、特に、高さ方向Ｚの寸法を小さくすることができ、装置の薄型化が可能となる。

【0044】

このような構成の振動発電機１が橋梁等の振動物体に固定されると、振動物体の振動が筐体２を介して板ばね５に伝達され、振動子４が振動する。そして、振動子４に含まれる永久磁石６と、筐体２に固定されるコイル３との相対的な位置が変化し、電磁誘導によってコイル３に起電力が生じる。

【0045】

振動物体の固有振動数は、質量とばね定数によって決まる。振動物体の老朽化、基礎の洗掘、地震等の外力によってばね定数が低下すると、振動物体の固有振動数も低下する。例えば、板ばね５のばね定数を振動物体の固有振動数に共振するように調整しておくと、振動物体が正常の場合、すなわち固有振動数によって振動している場合、振動発電機１が発電を行う。一方、振動物体に異常がある場合、すなわち固有振動数より低い振動数によって振動している場合、振動発電機１が発電を行わない。この原理を利用し、振動発電機１に無線送信モジュールを接続し、発電を行っている間は無線送信モジュールに信号を送信させることで、信号が途切れた時には振動物体の異常が発生していると判断することができ、振動物体の異常検出が可能となる。

【0046】

＜第２の実施形態＞
第２の実施形態に係る振動発電機１は、第１の実施形態に係る振動発電機１の構成に対して、板ばね５のばね定数を調整する調整機構９を追加したものである。調整機構９によって、振動物体に応じて振動発電機１が共振する固有振動数を調整することができる。

【0047】

図８は、振動発電機１の上部２３側から見た正面図であって、その内部の説明のために上部２３を外した状態を示している。また、図９は、振動発電機１の横方向Ｘから見た側面図であって、説明のために側部２２の一部を破断してその内部が見えるようにしている。

【0048】

調整機構９は、ピニオンギア９１と、ピニオンギア９１に噛み合わされ、縦方向Ｙに延びる一対のラックギア９２、９２と、各ラックギア９２に連結され、板ばね５を支持する一対の支持部９３、９３と、を有する。一対のラックギア９２、９２と一対の支持部９３、９３は、それぞれが一体成型されても良い。

【0049】

ピニオンギア９１は、操作部９１１を有する。操作部９１１は、筐体２の側部２２に形成される孔から突出している突起状の部材である。一対のラックギア９２、９２は、高さ方向Ｚに離間している。

【0050】

各支持部９３は、板ばね５に対して横方向Ｘから当接する当接面９３１を有し、平面視においてＴ字状の形状を有する柱体である。当接面９３１は、板ばね５の横方向Ｘ外側の面と対向し、板ばね５が横方向Ｘに撓むときの支点となる。一対の支持部９３、９３は、板ばね５の長手方向Ｌの中心を基点として、当接面９３１同士が対称の位置になるように設けられる。これによって、板ばね５の長手方向Ｌのバランスが偏ることがない。

【0051】

操作部９１１を回すと、ピニオンギア９１が回転し、一対のラックギア９２、９２が、縦方向Ｙに沿って互いに反対向きに移動する。これによって、一対のラックギア９２、９２と連結されている一対の支持部９３、９３も、縦方向Ｙに沿って互いに反対向きに移動し、板ばね５と当接する当接面９３１の位置が変化する。これによって、板ばね５のばねとして有効に機能する長さ（＝有効長）が変化し、ばね定数が変化する。有効長が短くなれば、ばね定数は大きくなり、有効長が長くなれば、ばね定数は小さくなる。

【0052】

第２の実施形態によれば、精度良く板ばね５のばね定数を調整することができる。筐体２の両側部２２には、操作部９１１の回転角度が分かるように、目盛りを設けることが望ましい。これによって、各操作部９１１の回転角度を合わせることができ、２つの板ばね５同士の有効長が同一、すなわちばね定数が同一になるように変更することができる。２つの板ばね５同士のばね定数が同一であれば、これに連結される振動子４の振動が安定する。

【0053】

＜第３の実施形態＞
第３の実施形態に係る振動発電機１は、第１の実施形態に係る振動発電機１の構成に対して、板ばね５のばね定数を調整する調整機構９を追加したものである。調整機構９によって、振動物体に応じて振動発電機１が共振する固有振動数を調整することができる。

【0054】

図１０は、振動発電機１の上部２３側から見た正面図であって、その内部の説明のために上部２３を外した状態を示している。

【0055】

この実施形態において、調整機構９は、板ばね５を支持する一対のねじ９４、９４によって構成される。ねじ９４は、筐体２の側部２２を横方向Ｘに貫通し、板ばね５と当接する当接面９４１を有する。一対のねじ９４、９４は、板ばね５の長手方向Ｌの中心を基点として、当接面９４１同士が対称の位置になるように設けられる。

【0056】

各当接面９４１は、板ばね５に対して、横方向Ｘに沿って初期荷重を与えている。ねじ９４を締めると、板ばね５に与える初期荷重の大きさが変化し、板ばね５のばね定数が変化する。

【0057】

第３の実施形態によれば、簡易な構成によって板ばね５のばね定数を調整することができる。尚、２つの板ばね５同士のばね定数を同一にするために、四本のねじ９４の締め具合は、板ばね５に与える初期荷重の大きさが同一になるようにすることが望ましい。

【0058】

＜第４の実施形態＞
第４の実施形態に係る振動発電機１は、第１の実施形態に係る振動発電機１の構成に対して、板ばね５のばね定数を調整する調整機構９を追加したものである。調整機構９によって、振動物体に応じて振動発電機１が共振する固有振動数を調整することができる。

【0059】

図１１は、振動発電機１の上部２３側から見た正面図であって、その内部の説明のために上部２３を外した状態を示している。

【0060】

この実施形態において、一対の板ばね５、５には、横方向Ｘに対向する端部５１同士を連結する連結部５３が設けられる。一対の板ばね５、５及び連結部５３は、全体として平面視でコの字状の形状を有し、一体成型される。この実施形態において、調整機構９は、連結部５３を支持するねじ９５によって構成される。

【0061】

ねじ９５は、筐体２の固定部２１の端面２１２を縦方向Ｙに貫通し、連結部５３と当接する当接面９５１を有する。ねじ９５は、一対の板ばね５、５が横方向Ｘに離間する幅の中心の位置に設けられる。

【0062】

当接面９５１は、連結部５３に対して、縦方向Ｙに沿って初期荷重を与えている。ねじ９５を締めると、連結部５３に与える初期荷重の大きさが変化し、一対の板ばね５、５のばね定数が変化する。

【0063】

第４の実施形態によれば、単一の部材のみで２つの板ばね５のばね定数を調整することができる。特に、ねじ９５は、２つの板ばね５が横方向Ｘに離間する幅の中心の位置に設けられるので、２つの板ばね５同士のばね定数が同一になるように調整することができる。

【0064】

以上、添付図面を参照しながら、本発明に係る振動発電機の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、本願で開示した技術的思想の範疇内において、各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

【符号の説明】

【0065】

１.........振動発電機
２.........筐体
２１.........固定部
２１１.........底面
２１２.........端面
２１３.........ボビン台部
２２.........側部
２３.........上部
２４.........コイルボビン
２５.........溝部
３.........コイル
３１.........第１直線部
３２.........第２直線部
３３.........曲線部
４.........振動子
５.........板ばね
５１.........端部
５２.........中央部
５３.........連結部
６.........永久磁石
６１.........第１磁石
６２.........第２磁石
６３.........第３磁石
６４.........第４磁石
７.........ヨーク
７１.........第１壁部
７２.........第２壁部
７３.........第３壁部
７３１.........内面
７４.........第４壁部
７４１.........内面
８１、８２、８３、８４.........ねじ
９.........調整機構
９１.........ピニオンギア
９１１.........操作部
９２.........ラックギア
９３.........支持部
９３１.........当接面
９４.........ねじ
９４１.........当接面
９５.........ねじ
９５１.........当接面
Ｄ１.........溝部２５の溝幅の寸法
Ｄ２.........板ばね５の厚さ方向Ｔの寸法
Ｘ.........横方向
Ｙ.........縦方向
Ｚ.........高さ方向
Ｌ.........長手方向
Ｗ.........幅方向
Ｔ.........厚さ方向

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】