特許 5771793 多次元振動発電機

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5771793

(24)【登録日】2015年7月10日

(45)【発行日】2015年9月2日

(54)【発明の名称】多次元振動発電機

(51)【国際特許分類】

   H02K 35/02 20060101AFI20150813BHJP

【ＦＩ】

   H02K35/02

【請求項の数】4

【全頁数】7

(21)【出願番号】特願2011-23952(P2011-23952)

(22)【出願日】2011年2月7日

(65)【公開番号】特開2012-165561(P2012-165561A)

(43)【公開日】2012年8月30日

【審査請求日】2014年2月7日

(73)【特許権者】

【識別番号】300015838

【氏名又は名称】有限会社オンウェーブ

(73)【特許権者】

【識別番号】504180239

【氏名又は名称】国立大学法人信州大学

(72)【発明者】

【氏名】高島 公洋

(72)【発明者】

【氏名】水野 勉

(72)【発明者】

【氏名】堀尾 達也

(72)【発明者】

【氏名】寺前 欣則

(72)【発明者】

【氏名】小柳津 一晃

【審査官】 服部 俊樹

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００７−２２１９８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−１４８１４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−１４９１６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−０３５３６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００５−５３６１７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００９／０５７３４８（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｋ ３５／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

非磁性管と、
前記非磁性管の外周に巻いたコイルと、
非磁性管内を移動する永久磁石とその両端に固定したヨークと、
前記ヨークの片側に固定した非磁性ハンマーと、
前記非磁性ハンマーの反対側の前記ヨークに固定する押しばねを備えた発電ユニットと、
２個の前記発電ユニットを平面（２次元）方向に前記発電ユニットの永久磁石が
磁力反発し対向するように一定の間隔を置き、
９０度以上１８０度未満の角度で配置した頂点部分に１個の非磁性の球体可動子と、
２個の前記発電ユニットと１個の球体可動子を収納するケースを備え、
外部から振動が加わると前記球体可動子が移動することに伴い、
配置した２個の前記発電ユニットが連動して電磁誘導により発電することを特徴とする振動発電機。

【請求項2】

前記請求項１において、
前記発電機の９０度以上１８０度未満の角度に配置した
２個の前記発電ユニットの頂点部分に、１個の非磁性の球体可動子を囲む形に、
さらに１個の前記発電ユニットを垂直方向に配置し、
外部から上下、左右、前後、斜め等の立体的な振動が加わると、
前記球体可動子が自由移動することに伴い、
配置した３個の前記発電ユニットが
連動して電磁誘導により発電することを特徴とする立体型振動発電機。

【請求項3】

前記請求項１において、
前記非磁性の球体可動子を中心に囲むように、
前記発電ユニットの非磁性ハンマーが対向するように
前記発電ユニットを３個以上配置し、
外部から前後、左右、斜め等の平面（２次元）的な振動が加わると、
前記球体可動子が移動することに伴い、
配置した３個以上の前記発電ユニットが
連動して電磁誘導により発電することを特徴とする平面型振動発電機。

【請求項4】

前記請求項１、並びに、請求項３において、
中心に貫通穴を施した前記非磁性の球体可動子と、
可動するように柔軟性がある非磁性棒の片端を前記ケースの内部上部に支点として固定し、
もう一方の片端は前記球体可動子の貫通穴を通して、前記ケース底面から外部に出し、
外部からの直接的な振動により、前記非磁性棒が前後、左右に振れ、
前記非磁性棒と共に前記球体可動子が移動することに伴い、
配置した２個以上の前記発電ユニットが
連動して電磁誘導により発電することを特徴とする平面型振動発電機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、振動を効率よく電気エネルギーに変換する発電機の構造に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、熱や振動、電磁波といった環境に存在するエネルギーを電力に変換するエネルギーハーベスティング（環境発電）が盛んになってきているが、低コストで長期耐久性があり、微量のエネルギーをいかに捉え効率よく、変換した電気エネルギーを取り出すか課題が多かった。
従来は、圧電素子もしくは、磁石を振子として用いて、垂直方向、水平方向の単一方向からの振動エネルギーにより発電を行っていたため、微量な多次元方向からの振動エネルギーを効率よく変換することが困難である。

【0003】

例えば、特許文献１に記載の技術は、中空コイル内に磁石を配置し、磁石が転がることによる発電方式であり、
コイル内に磁石が入っているため、水平方向の磁束変化のみを利用して発電する技術であり、またＬＥＤを点灯したり、バッテリーに充電できるほどの電力は発生しない。

【特許文献1】特開平４−１１６４２７号公報

【0004】

例えば、特許文献２に記載の技術は、コイル内に上下から２つのばねで引っ張り磁石を支持し、振動でばねが伸縮して垂直方向の磁束変化で発電する技術であった。

【特許文献2】特開平５−１６８２１３号公報

【0005】

また、特許文献３に記載の技術は、筒状ケース外周にコイルを巻き、３つの磁石がそれぞれ対向する磁石と反発する様に配置し、中間の磁石が浮遊する状態で、振動により中間の磁石が垂直方向に移動することによる発電方式の技術であった。

【特許文献3】特開２００２−２８１７２７号公報

【0006】

従来でも、磁石を用いた多方向の振動発電機は存在するが、
例えば、特許文献４に記載の技術は、中心にある数極の極性を持った磁石が多方向に移動することで発電する振動発電の技術であった。

【特許文献4】特開２００９−３８８８１号公報

【0007】

従来では、圧電素子を用いた振動発電機が存在するが、圧電素子は素子が外部からの衝撃を受けることにより発電するため、圧電素子自体の寿命が約１〜２万回と長期に使用するには耐久性が問題となる。
例えば、特許文献５に記載の技術は、外部からの揺れを受け、突起状部材を持つ可動体が、突起状部を持つ圧電素子に衝撃を与えることにより発電するが、突起状部の圧電素子が摩耗し長期使用の耐久性には問題が残る。

【特許文献5】特開２０１０−３５３６８号公報

【発明の開示】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

常に変動する不安定要素を持つ自然エネルギー及び人間や機械から余分に放出されているエネルギーを回収し、モバイル機器の電源とするため、多方向からのエネルギーを振動として採り込み、効率よく電気エネルギーに変換する低コストで長期使用可能な耐久性のある振動発電機が望まれている。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明は、１個の非磁性可動子と磁石とコイルを有する発電ユニットを２個以上で構成し、多方向の振動エネルギーを電気エネルギーに変換することが可能な多次元振動発電機を提供する。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、多方向の振動エネルギーを効率よく電気エネルギーに変換することが可能となり、単一方向の振動発電機に比べＬＥＤ点灯やバッテリー充電などが可能な大きな発電量が得られる。
また、圧電素子を使用した振動発電機に比べ、低コストで長期使用における耐久性が向上する。

【発明を実施するための最良の形態】

【0011】

本発明の実施例を図面を参照して説明する。
なお、これにより本発明が限定されるものではない。

【実施例1】

【0012】

[２次元型振動発電機]
実施例１では、請求項１の振動発電機の構造について説明する。
図１は２次元型振動発電機１１の上から見た断面図を示し、図２は図１のＡ−Ａの断面図を示したものである。
発電ユニットは、図２で示すように非磁性管８とその非磁性管８の外周にスペーサー５を挟みコイル４を２個巻き、その非磁性管８の中に摩擦抵抗が少ないように移動可能な永久磁石２とその両端にヨーク３を固定し、その固定したヨーク３の一方に非磁性ハンマー７を固定し、もう一方には押しばね６を備える。
２次元型振動発電機１１は、図１の非磁性可動子１と発電ユニットとケース９で構成され、２つの発電ユニットがＸ方向、Ｙ方向の２次元方向に一定の間隔で９０度以上１８０度未満の角度に、永久磁石２がお互いに反発するように配置する。
図１で示すように、外部振動を受け、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｘ−Ｙ方向に非磁性可動子１が移動することにより、非磁性可動子１にＸ方向、Ｙ方向のどちらかもしくは、両方の非磁性ハンマー７が押され、それに伴い、永久磁石２とヨーク３も非磁性ハンマー７と同方向に移動し磁束の変化を起こすことにより、コイル４に誘起電圧が生じ、発電することを特徴とする振動発電機である。

【実施例2】

【0013】

[３次元型振動発電機]
実施例２では、請求項２の振動発電機の構造について説明する。
図３は３次元型振動発電機１２の上から見た断面図を示し、図４は図３のＡ−Ａの断面図を示したものである。
３次元型振動発電機１２は、実施例１の２次元型振動発電機１１を図４に示すように、Ｚ方向に発電ユニットを１つ追加し、Ｘ−Ｙ−Ｚの立体構造を持ち、非磁性可動子１と発電ユニット３つとケース９で構成され、永久磁石２がお互いに反発する配置とする。
図３と図４に示すように、外部振動を受け、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向、Ｘ−Ｙ方向、Ｘ−Ｚ方向、Ｙ−Ｚ方向、Ｘ−Ｙ−Ｚ方向に非磁性可動子１が移動することにより、非磁性可動子１にＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向のどちらかもしくは、どれか２方向、３方向全ての非磁性ハンマー７が押され、それに伴い、永久磁石２とヨーク３も非磁性ハンマー７と同方向に移動し磁束の変化を起こすことにより、コイル４に誘起電圧が生じ、発電することを特徴とする振動発電機である。

【実施例3】

【0014】

[２次元型３方向振動発電機]
実施例３では、請求項３の振動発電機の構造について説明する。
図５は２次元型３方向振動発電機１３の上から見た断面図を示し、図６は図５のＡ−Ａの断面図を示したものである。
２次元型３方向振動発電機１３は、実施例１の２次元型振動発電機１１を２方向ではなく、図４に示すように非磁性可動子１を中心に１２０度間隔で３つ配置した発電ユニットとケース９で構成される。

図５と図６に示すように、Ｘ方向に外部振動を受け、Ｘ方向に非磁性可動子１が移動することにより、３方向の発電モジュールのうち、非磁性可動子１に２方向の発電モジュールの非磁性ハンマー７が押され、それに伴い、永久磁石２とヨーク３も非磁性ハンマー７と同方向に移動し、反対側にある１方向の発電モジュールの永久磁石２とヨーク３と非磁性ハンマー７は、押しばね６に押し戻され、３方向の発電モジュールで磁束の変化が起こり、コイル４に誘起電圧が生じ発電する。
また、Ｙ方向、または、Ｘ−Ｙ方向に外部振動を受け、Ｙ方向に非磁性可動子１が移動することにより、３方向の発電モジュールのうち、非磁性可動子１に１方向の発電モジュールの非磁性ハンマー７が押され、それに伴い、永久磁石２とヨーク３も非磁性ハンマー７と同方向に移動し、
反対側にある２方向の発電モジュールの永久磁石２とヨーク３と非磁性ハンマー７は、押しばね６に押し戻され、３方向の発電モジュールで磁束の変化が起こり、コイル４に誘起電圧が生じ発電することを特徴とする振動発電機である。

【実施例4】

【0015】

[２次元型ダイレクト振動発電機]
実施例４では、請求項４の振動発電機の構造について説明する。
図７は２次元型ダイレクト振動発電機１４の上から見た断面図を示し、図８は図７のＡ−Ａの断面図を示したものである。
２次元型ダイレクト振動発電機１４は、実施例３の２次元型３方向振動発電機１３の非磁性可動子１に図７のように中心に貫通孔をあけ、非磁性棒１０を通しケース９の上面で振子となるように固定し、ケース９の底面に非磁性可動子が抜け落ちない程度の大きさの穴を開け、貫通穴から非磁性棒１０を垂らし、その非磁性棒１０がケース９の底面から外部にはみ出した状態で構成される。

図７と図８に示すように、非磁性棒１０が外部からＸ方向に力が加わると、実施例３の２次元型３方向振動発電機と同様にＸ方向に非磁性可動子１が移動することにより、３方向の発電モジュールのうち、非磁性可動子１に２方向の発電モジュールの非磁性ハンマー７が押され、それに伴い、永久磁石２とヨーク３も非磁性ハンマー７と同方向に移動し、反対側にある１方向の発電モジュールの永久磁石２とヨーク３と非磁性ハンマー７は、押しばね６に押し戻され、３方向の発電モジュールで磁束の変化が起こり、コイル４に誘起電圧が生じ発電する。
また、非磁性棒１０が外部からＹ方向、または、Ｘ−Ｙ方向に力が加わると、Ｙ方向に非磁性可動子１が移動することにより、３方向の発電モジュールのうち、非磁性可動子１に１方向の発電モジュールの非磁性ハンマー７が押され、それに伴い、永久磁石２とヨーク３も非磁性ハンマー７と同方向に移動し、反対側にある２方向の発電モジュールの永久磁石２とヨーク３と非磁性ハンマー７は、押しばね６に押し戻され、３方向の発電モジュールで磁束の変化が起こり、コイル４に誘起電圧が生じ発電することを特徴とする振動発電機である。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】実施例１における２次元型振動発電機を上からの断面図

【図2】図１におけるＡ−Ａ断面図

【図3】実施例２における３次元型振動発電機の上からの断面図

【図4】図３におけるＡ−Ａ断面図

【図5】実施例３における２次元型３方向振動発電機を上から見た断面図

【図6】図５におけるＡ−Ａ断面図

【図7】実施例４における２次元型ダイレクト振動発電機を上から見た断面図

【図8】図７におけるＡ−Ａ断面図

【符号の説明】

【0017】

１ 非磁性可動子
２ 永久磁石
３ ヨーク
４ コイル
５ スペーサ
６ 押しばね
７ 非磁性ハンマー
８ 非磁性管
９ ケース
１０ 非磁性棒
１１ ２次元型振動発電機
１２ ３次元型振動発電機
１３ ２次元型３方向振動発電機
１４ ２次元型ダイレクト振動発電機

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】