特許 7583432 発電装置

(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】

(24)【登録日】2024-11-06

(45)【発行日】2024-11-14

(54)【発明の名称】発電装置

(51)【国際特許分類】

   H02K 35/04 20060101AFI20241107BHJP

【ＦＩ】

H02K35/04

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2020148679

(22)【出願日】2020-09-04

(65)【公開番号】P2022043419

(43)【公開日】2022-03-16

【審査請求日】2022-10-24

【審判番号】

【審判請求日】2023-09-13

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000114710

【氏名又は名称】ヤマウチ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001586

【氏名又は名称】弁理士法人アイミー国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】林 高良

【合議体】

【審判長】小宮 慎司

【審判官】大橋 達也

【審判官】中野 浩昌

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１２／７３９８０号

【文献】特開平１０－７４４２６号公報

【文献】特開２０１９－２１３２７９号公報

【文献】特開２０１２－３４４７５号公報

【文献】特開２０１１－２１７４３１号公報

【文献】特開２００１－２２４０８８号公報

【文献】再表９８－５７７６１号公報

【文献】国際公開第９８／５７７６１号

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

H02K 35/04

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ケースと、
前記ケースに固定して支持された外縁部と、上下方向に振動可能な内縁部とを有する弾性部材と、
中心穴を有し、前記弾性部材の内縁部に保持され、前記内縁部とともに上下方向に振動可能なボビンと、
前記ボビンに巻かれたコイルと、
前記ケースに固定され、前記ボビンの中心穴内に位置する磁石とを備え、
前記弾性部材は、平板状のゴムであり、
前記弾性部材の外縁部と内縁部との間には、リング状の隙間領域が設けられ、
前記隙間領域には、円周方向に沿って配置された複数の隙間と、隣接する前記隙間の間に、前記外縁部と前記内縁部とを連結する複数の連結部とが設けられており、
前記弾性部材の内縁部の中心には、貫通孔が設けられている、発電装置。

【請求項2】

前記ケースは、磁性材料で形成されている、請求項１に記載の発電装置。

【請求項3】

前記ケースは、底壁と側壁とを有し、
前記底壁には、前記磁石を前記ボビンの中心穴内で支持するように上方に延びる第１支持部材が設けられている、請求項１または２に記載の発電装置。

【請求項4】

前記ケースは、その上方を覆う覆い部をさらに含み、
前記覆い部には、前記磁石を支持するように下方に延びる第２支持部材が設けられている、請求項３に記載の発電装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、発電装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来より、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、たとえば、電磁誘導を利用する方式、圧電素子を利用する方式、静電誘導を利用する方式などがある。電磁誘導を利用する方式は、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て、コイルに生じる電磁誘導によって発電する方式である。このような技術として、たとえば特開２０１２－３４４７５号公報（特許文献１）および特開２００６－４２４２５号公報（特許文献２）などが挙げられる。

【0003】

特許文献１には、筒状部材の中央部に永久磁石が固定されており、永久磁石の周囲に沿ってボビンケースが弾性部材によって支持され、筒状部材を振り動かすことで、ボビンケースが上下に振動して発電する振動発電機が開示されている。特許文献２には、ケースの内壁に沿って永久磁石が固定されており、コイルがスプリングにより上下動可能に保持されている発電装置が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１２－３４４７５号公報

【文献】特開２００６－４２４２５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上記した特許文献１，２の発電機は、発電するためにある程度の振動が必要であり、微弱振動では発電が容易ではなかった。

【0006】

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであって、その目的は、微弱振動で発電可能な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】

【0007】

本発明の一態様に係る発電装置は、ケースと、ケースに固定して支持された外縁部と、上下方向に振動可能な内縁部とを有する弾性部材と、中心穴を有し、弾性部材の内縁部に保持され、内縁部とともに上下方向に振動可能なボビンと、ボビンに巻かれたコイルと、ケースに固定され、ボビンの中心穴内に位置する磁石とを備えている。

【0008】

好ましくは、弾性部材は、平板状のゴムである。

【0009】

好ましくは、弾性部材の外縁部と内縁部との間には、リング状の隙間領域が設けられ、隙間領域には、円周方向に沿って配置された複数の隙間と、隣接する隙間の間に、外縁部と内縁部とを連結する複数の連結部とが設けられている。

【0010】

好ましくは、ケースは、磁性材料で形成されている。

【0011】

好ましくは、ケースは、底壁と側壁とを有し、底壁には、磁石をボビンの中心穴内で支持するように上方に延びる第１支持部材が設けられている。

【0012】

好ましくは、ケースは、その上方を覆う覆い部をさらに含み、覆い部には、磁石を支持するように下方に延びる第２支持部材が設けられている。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、微弱振動で発電可能な発電装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明の実施の形態１に係る発電装置を概略的に示す端面図である。

【図2】本発明の実施の形態１に係る発電装置の分解斜視図である。

【図3】弾性部材の平面図である。

【図4】本発明の実施の形態１に係る発電装置の動作を示す断面図である。

【図5】本発明の実施の形態２に係る発電装置を概略的に示す端面図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

【0016】

＜実施の形態１＞
（構成について）
図１～３を参照して、実施の形態１に係る発電装置１について説明する。発電装置１は、微振動で発電することが可能な発電装置である。概略として、発電装置１は、ケース２と、弾性部材３と、ボビン４と、コイル５と、磁石６とを備える。なお、図１において、矢印Ａで示す高さが上下方向であり、矢印Ａに直行する方向が横方向である。

【0017】

ケース２は、たとえば上方が開放した中空の円柱形状であり、底壁２０と側壁２１とを有している。ケース２は、磁性材料で形成されている。磁性材料としては、硬磁性材料、軟磁性材料などが挙げられ、たとえば亜鉛メッキ鋼板、錫メッキ鋼板等を用いることができるが、これらに限定されない。

【0018】

底壁２０の底面には、底壁２０と同じ大きさであり、底壁２０に重ねられるカバーゴム２２が設けられている。後述するように、発電装置１は機械装置の上に載置されるが、カバーゴム２２が設けられることで、機械装置の上で動くことを防止することができる。

【0019】

底壁２０の上面には、平面視円形状のベース部７０が設けられている。ベース部７０の略中央部には、上方に延びる第１支持部材７１が設けられている。第１支持部材７１は、後述する磁石６を保持するものである。第１支持部材７１は、側壁２１の高さのおよそ３分の１程度の高さまで延びていることが好ましい。第１支持部材７１は、たとえば棒状であり、後述するボビン４の中心穴４３の内径よりも小さい。第１支持部材７１は、非磁性材料で形成される。非磁性材料とは、強磁性体ではない物質で、常磁性体、反磁性体および反強磁性体を含む。非磁性体として、例えば、アルミニウムなどの金属、プラスチックなどの合成樹脂などが挙げられる。

【0020】

特に図２に示すように、ベース部７０の外周側には、第１支持部材７１と同様に上方に延びるピン部材７２が一定間隔をあけて３本設けられている。ピン部材７２は、後述する弾性部材３を保持するものである。ピン部材７２は、たとえば棒状であるが、ケース２の側壁２１に沿うように面状に設けられていてもよい。ピン部材７２は、第１支持部材７１と同様に、非磁性材料で形成される。

【0021】

弾性部材３は、その周囲がケース２に支持され、ケース２の上下方向に沿って弾性的に振動可能である。図２，３を特に参照して、弾性部材３は、典型的には平板状のゴムであることが好ましい。弾性部材３は、たとえばオゾン劣化等を考慮して、シリコンゴム等の合成ゴムであることが好ましい。弾性部材３は、ダイヤフラム（膜）のように薄い方が好ましく、その厚みは、たとえば、０．０８ｍｍ以上であり、たとえば、０．５ｍｍ以下、好ましくは０．４ｍｍ以下である。また、弾性部材３の硬度は、デュロメータＡ硬度で４０°以上７０°以下であることが好ましい。弾性部材３は、ダイヤフラム（膜）であるため、発電装置１が振動を受けると、膜振動を繰り返す。

【0022】

図３に示すように、弾性部材３の外形は、たとえば平面視略円形状である。弾性部材３は、ケース２に固定して支持された外縁部３０と、上下方向に振動可能な内縁部３１とを有する。弾性部材３の外縁部３０と内縁部３１との間には、リング状の隙間領域３３が設けられる。隙間領域３３には、円周方向に沿って配置された複数の隙間３４と、隣接する隙間３４の間に、外縁部３０と内縁部３１とを連結する複数の連結部３５とが設けられている。本実施の形態では、外縁部３０と内縁部３１との間には、たとえば１２つの隙間３４が設けられる。これにより、複数の連結部３５は、放射線状に設けられる。

【0023】

弾性部材３に複数の隙間３４および連結部３５が設けられることで、後述するボビン４を内縁部３１に取り付けた場合に、発電装置１が受けた振動が増幅されてボビン４に伝わる。さらに、連結部３５は放射線状に設けられるため、発電装置１の振動が均等にボビン４に伝わるため、微振動でも上下に振動しやくなる。また、内縁部３１の略中心には、貫通孔３６が設けられている。この貫通孔３６は、後述するボビン４の中心穴４３と略同じか、それよりも大きいことが好ましい。

【0024】

図１，２に示すように、弾性部材３の外縁部３０は、第１リング８１と第２リング８２とに挟まれている。さらに、第２リング８２の下端は、３本のピン部材７２の上端に接着固定されている。第１リング８１と第２リング８２は、略同一形状であり、いずれも非磁性体であり、典型的には合成樹脂で形成されている。さらに、内縁部３１は、第３リング８３と後述するボビン４の第１フランジ部４１との間に挟まれている。これにより、ボビン４は、弾性部材３によりケース２の底壁２０から浮いた（中吊り）状態で、ケース２の側壁２１から離れて保持される。

【0025】

なお、図３に示すように、外縁部３０には、周方向に沿って複数の第１穴部３０ａが設けられ、内縁部３１には、周方向に沿って複数の第２穴部３１ａが設けられていてもよい。この場合、第１リング８１および第２リング８２にも穴部（図示せず）が設けられていて、外縁部３０、第１リング８１および第２リング８２は、それらの穴部を貫通するネジ（図示せず）で固定されていてもよい。さらに、第３リング８３および第１フランジ部４１にも穴部（図示せず）が設けられていて、内縁部３１、第３リング８３および第１フランジ部４１は、それらの穴部を貫通するネジで固定されていてもよい。

【0026】

ボビン４は、両端フランジ付の円筒形状である。具体的には、図１に示すように、ボビン４は、軸部４０と、軸部４０の上端の第１フランジ部４１と、軸部４０の下端の第２フランジ部４２とを含む。ボビン４の軸部４０には、上下に貫通する中心穴４３が設けられている。第１フランジ部４１、第２フランジ部４２、および中心穴４３は、平面視円形状である。ボビン４は、ケース２に固定されている弾性部材３の内縁部３１に保持され、内縁部３１とともに上下方向に振動可能である。具体的には、第１フランジ部４１の上端は、弾性部材３の内縁部３１の下端に接着固定されている。

【0027】

ボビン４の軸部４０には、コイル５が巻かれている。具体的には、コイル５は、ボビン４の軸部４０の外周に設けられている。コイル５は、たとえばソレノイドコイルである。

【0028】

磁石６は、ケース２に固定され、ボビン４の中心穴４３内に位置している。具体的には、磁石６は、第１支持部材７１の上端に支持されることで、ボビン４の中心穴４３内で支持されている。磁石６は、典型的には永久磁石である。磁石６は、上下に移動する方向（軸方向）に着磁している。着磁（磁化）方法は特に限定されないが、たとえば、空芯コイルの中央にマグネット材料を固定し、パルス高電流を流して、軸方向に磁化する方法が挙げられる。また、永久磁石の材料は特に限定されないが、高い磁力を示す観点から、Ｎｄ‐Ｆｅ‐Ｂ焼結磁石を用いることが好ましい。また、本実施の形態の磁石６は、円柱形状であるが、磁石６の形状は限定されない。

【0029】

上述のように、本実施の形態の発電装置１は、ボビン４の中央穴４３内に磁石６が配置されており、ボビン４は、弾性部材３によりケース２の底壁２０から浮いた状態で支持されている。発電装置１に微振動が加わると、ボビン４は磁石６に対して小刻みに上下に振動（バウンド）を繰り返す。具体的には、ボビン４は、弾性部材３により上下方向の移動が許容されながらも、左右方向の移動は制限されるように保持されている。そのため、ボビン４が振動したとしても、磁石６に当たらない。

【0030】

（動作について）
続いて、主に図４（Ａ）および図４（Ｂ）を参照して、本実施の形態の発電装置１の動作について説明する。

【0031】

図４（Ａ）および図４（Ｂ）に示すように、発電装置１に微振動が加わると、弾性部材３の内縁部３１に保持されているボビン４がその振動に伴って上下に振動する。これにより、コイル５には交流電流が発生する。

【0032】

本実施の形態の発電装置１は、弾性部材３の内縁部３１にボビン４が保持され、ボビン４の中心穴４３内に磁石６が配置されている。そのため、発電装置１に微振動が加わると弾性部材３は膜振動し、ケース２に固定されている磁石６に対して、ボビン４が上下に振動して発電することができる。さらに、弾性部材３は、平板状のゴムで形成され、ボビン４を保持する内縁部３１は、連結部３５を介して外縁部３０に支持されている。そのため、発電装置１に微振動が加わると、その微振動は弾性部材３の連結部３５により増幅されてボビン４に伝わり、ボビン４は大きく上下に振動するため、微細振動でも効率的に発電することができる。

【0033】

また、ケース２は磁性材料で形成されているため、閉回路となり、起電力をアップさせることができる。さらに、磁石６がケース２に固定されているため、ケース２に磁性材料を用いたとしても、磁石６とケース２との間隔を考慮する必要がない。

【0034】

なお、コイル５に発生した起電力は、コイル５の両端に接続された配線（図示せず）を介して整流部（図示せず）に伝達され、整流部によって、交流電流を整流して直流電源にする全波整流が行われてもよい。整流された電流は、電極（図示せず）を介して外部に出力される。外部に出力された電流は、外部装置の負荷に供給され、供給された電流によって駆動（稼働）する。

【0035】

このように、本実施の形態の発電装置１は、微振動で発電することができる。具体的な使用例としては、たとえば、ベアリングを用いた機械装置の上に本実施の形態の発電装置１を載置し、その機械装置の振動が大きくなると点灯するように設定したベアリングの寿命判定、および、ゴム練り用のニーダーの振動判定などが挙げられる。

【0036】

以下の実施の形態では、発電装置１の他の構成例について説明する。以下に実施の形態
１との相違点のみ詳細に説明する。

【0037】

＜実施の形態２＞
上記実施の形態１のケース２は、上方が開放していたが、実施の形態２のケース２Ａは、覆い部２３Ａを含んでいてもよい。その他の構成は、実施の形態１と同様の構成であってもよい。

【0038】

図５を参照して、実施の形態２の発電装置１Ａについて説明する。実施の形態２のケース２は、その上方を覆う覆い部２３Ａをさらに含んでいる。覆い部２３Ａは、蓋の役割を果たす。覆い部２３Ａには、磁石６を支持するように下方に延びる第２支持部材７３Ａが設けられている。

【0039】

覆い部２３Ａの内面には、平面視円形状のベース部７２Ａが設けられている。ベース部７２Ａの略中央部には、上方に延びる第２支持部材７３Ａが設けられている。第２支持部材７３Ａは、第１支持部材７１とともに磁石６を保持するものである。具体的には、第２支持部材７３Ａは、磁石６の上端に向かって延びている。これにより、第１支持部材７１および第２支持部材７３Ａは、磁石６の上下両端を挟んでいる。第２支持部材７３Ａは、上述した第１支持部材７１と同様の構成である。

【0040】

このような構成により、本実施の形態２の発電装置１Ａは、その内部にホコリやゴミが侵入することを防止することができる。さらに、磁石６を上下から挟むことができるため、磁石６を確実にケース２Ａで保持することができる。

【0041】

なお、実施の形態１，２では、弾性部材３は、平板状のゴムであるとしたが、たとえば巻きばね、板バネなど他の弾性部材で構成されていてもよい。また、弾性部材３がゴムである場合であっても、上述した形状に限定されず、たとえばリング状の隙間領域３３に小孔が無数に設けられる形状などであってもよい。

【0042】

また、実施の形態１，２では、弾性部材３の外縁部３０は、ピン部材７２に支持された第１，２リング８１，８２により支持されているとして説明したが、たとえばケース２の側壁２１に直接固定されているなど、ケース２に固定されていればよく、固定箇所は限定されない。

【0043】

さらに、実施の形態１，２では、ボビン４は、弾性部材３の内縁部３１の下端に取り付けられて吊り下げられていたが、ボビン４が弾性部材３により上下方向に振動可能に保持され、弾性部材３で浮かされている形状であれば、どのように弾性部材３により保持されていてもよい。

【0044】

以上、図面を参照してこの発明の実施の形態を説明したが、この発明は、図示した実施の形態のものに限定されない。図示した実施の形態に対して、この発明と同一の範囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変形を加えることが可能である。

【符号の説明】

【0045】

１，１Ａ 発電装置、２，２Ａ ケース、３ 弾性部材、４ ボビン、５ コイル、６ 磁石、２３Ａ 覆い部、３０ 外縁部、３１ 中央部、３２ リブ、３３ 隙間領域、３４ 隙間、３５ 連結部、４３ 中心穴、７１ 第１支持部材、７３Ａ 第２支持部材。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】