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技術 エネルギ変換装置

出願人 パナソニックIPマネジメント株式会社
発明者 和家佐有宇後藤浩嗣中川貴司
出願日 2012年7月17日 (8年5ヶ月経過) 出願番号 2012-158896
公開日 2014年2月3日 (6年10ヶ月経過) 公開番号 2014-023260
状態 未査定
技術分野 特殊な電動機、発電機
主要キーワード 折り返し箇所 振動ブロック 誘電電流 金属製ねじ 規定方向 有芯コイル 整形加工 ダミー部材
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (19)

課題

可動部を変位させて作動させることが可能であり、且つ、エネルギ変換効率および信頼性の向上を図ることが可能なエネルギ変換装置を提供する。

解決手段

エネルギ変換装置1は、磁石2を備えた磁石ブロック3と、コイル4aを備えたコイルブロック4とを有し、磁石ブロック3とコイルブロック4とが対向配置されている。エネルギ変換装置1は、磁石ブロック3を備えた可動部12と、支持部14と、可動部12と支持部14とを接続している弾性体部15とを有している。弾性体部15は、上記規定方向における可動部12の両側の各々に設けられている。エネルギ変換装置1は、可動部12を上記規定方向に沿って変位させるための入力機構5と、可動部12に接続された第1磁性材料部7と、入力機構5に接続された第2磁性材料部6とを備え、第1磁性材料部7と第2磁性材料部6との間に発生する磁力により可動部12を変位可能である。

概要

背景

近年、エネルギ変換装置として、電磁誘導作用により運動エネルギ電気エネルギに変換するエネルギ変換装置が提案されている(例えば、特許文献1,2)。

特許文献1には、エネルギ変換装置として、図13〜図15に示す構成の発電装置100が記載されている。

この発電装置100は、収納部110aが設けられた支持体110と、収納部110aに配置された永久磁石120およびコイルバネ130とを備えている。

支持体110は、3枚のプリント基板111〜113により構成されている。この支持体110は、2枚のプリント基板111、113間に配置されたプリント板112の矩形状の開口部112aにより、収納部110aが形成されている。

ここで、発電装置100は、プリント基板113の下面に、平面コイル114aおよび114bが形成されている。この平面コイル114aおよび114bは、図15に示すように、下面側から見て、市松模様状に配置されている。平面コイル114aおよび114bの各々は、渦巻状に形成されている。なお、平面コイル114aおよび114bは、巻き方向が互いに逆になるように形成されている。

また、プリント基板113には、平面コイル114aおよび114bの中央部と対応する領域に、開口部113aが形成されている。この開口部113aには、FeおよびCoなどからなる磁心コア)115が埋め込まれている。また、磁心115は、プリント基板113の下面から突出するように形成されており、平面コイル114aおよび114bの中央部に配置されている。

永久磁石120は、図13および図14に示すように、収納部110aの内部に矢印X1方向(矢印X2方向)に移動可能に配置されている。また、永久磁石120は、図14に示すように、矢印Y1方向(矢印Y2方向)に対する移動が規制されている。また、永久磁石120は、図13に示すように、板状に形成されるとともに、平面コイル114aおよび114bと所定の間隔を隔てて対向配置されている。また、永久磁石120は、磁化方向が矢印Z1方向である部分(磁区)120aと、磁化方向が矢印Z2方向である部分120bとを含んでおり、多極磁石として構成されている。このため、プリント基板113近傍では、図13中に破線で示した磁力線で表される磁界が形成されている。また、部分120aおよび120bは、図14に示すように、平面的に見て、交互に隣接した状態(市松模様状)で配置されている。また、図13に示すように、永久磁石120が基準位置に配置されている場合に、部分120aが平面コイル114aと対応する領域に配置されるとともに、部分120bが平面コイル114bと対応する領域に配置されている。

コイルバネ130は、図13および図14に示すように、開口部112aの側面112bと永久磁石120の端部120cとの間に配置されるとともに、開口部112aの側面112cと永久磁石120の端部120dとの間に配置されている。この一対のコイルバネ130は、支持体110に対して永久磁石120が矢印X1方向(矢印X2方向)において所定の基準位置に配置されるように付勢する機能を有する。

発電装置100では、永久磁石120が所定の基準位置に配置されるように付勢するコイルバネ130を設けてあるので、発電装置100に力が加えられた際に、容易に、永久磁石120を支持体110に対して振動させることができる。

発電装置100は、プリント基板113の上面に、平面コイル114aおよび114bにおいて発生する誘導起電力を制御するとともに、出力するための回路部116が設けられている。

発電装置100に力が加えられることにより、永久磁石120が支持体110に対して矢印X1方向に移動したとき、平面コイル114aでは、電磁誘導により図15に示すように矢印A方向の誘導電流が発生し、平面コイル114bでは、電磁誘導により図15に示すように矢印B方向の誘導電流が発生する。このため、回路部116には、図15に示すようにC方向の誘導電流が供給される。また、永久磁石120が支持体110に対して矢印X2方向に移動したとき、平面コイル114aでは、電磁誘導により矢印B方向の誘導電流が発生し、平面コイル114bでは、電磁誘導により矢印A方向の誘導電流が発生する。このため、回路部116には、C方向とは反対方向の誘導電流が供給される。

また、特許文献2には、電磁誘導型の発電装置(power generator)を備えたワイヤレススイッチ(wireless switch)が記載されている。

特許文献2には、図16に示すように、多極磁石(multipole magnet)202と、電磁誘導により誘電電流が発生する導体(conductor)204を含む多層プリント基板(multilayer circuitboard)206と、サスペンションシート(suspension sheet)200とを備えた発電装置(power generator)が記載されている。サスペンションシート200は、4つのたわみ部(flexures)208に結合されており、ばね−マス系構造(spring-massstructure)が形成されている。なお、図16中の矢印210は、サスペンションシート200の振動方向を示している。

また、特許文献2には、図17に示す構造が記載されている。この構造は、基板(substrate)1202と、2つのサスペンション(suspension)1210によって基板1202から浮かせたプルーフマス(proofmass)1208と、2つのサスペンション(suspension)1210と、基板1202に固定された回転ダイヤル(rotary dial)1200とを備えている。また、この構造は、回転ダイヤル1200が回転したときに回転する多葉カム(multi-lobed cam)1204と、多葉カム1204により押されるフォロア(follower)1206とを備えている。フォロア1206は、プルーフマス1208に結合されている。サスペンション1210は、中央部1212でフォロア1206とプルーフマス1208とに結合されている。また、サスペンション1210は、端部1214が基板1202に結合されている。多葉カム1204は、フォロア1206を変位させ当該変位させた後でプルーフマス1208を作動させる。これにより、この構造は、回転ダイヤル1200を使ってプルーフマス1208を作動させることができる。

概要

可動部を変位させて作動させることが可能であり、且つ、エネルギ変換効率および信頼性の向上をることが可能なエネルギ変換装置を提供する。エネルギ変換装置1は、磁石2を備えた磁石ブロック3と、コイル4aを備えたコイルブロック4とを有し、磁石ブロック3とコイルブロック4とが対向配置されている。エネルギ変換装置1は、磁石ブロック3を備えた可動部12と、支持部14と、可動部12と支持部14とを接続している弾性体部15とを有している。弾性体部15は、上記規定方向における可動部12の両側の各々に設けられている。エネルギ変換装置1は、可動部12を上記規定方向に沿って変位させるための入力機構5と、可動部12に接続された第1磁性材料部7と、入力機構5に接続された第2磁性材料部6とを備え、第1磁性材料部7と第2磁性材料部6との間に発生する磁力により可動部12を変位可能である。

目的

本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、可動部を変位させて作動させることが可能であり、且つ、エネルギ変換効率および信頼性の向上を図ることが可能なエネルギ変換装置を提供する

効果

実績

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請求項1

磁石を備えた磁石ブロックと、コイルを備えたコイルブロックとを有し、前記磁石ブロックと前記コイルブロックとが対向配置され、前記磁石ブロックと前記コイルブロックとが対向方向に直交する規定方向において相対的に変位することで生じる電磁誘導により運動エネルギ電気エネルギに変換するエネルギ変換装置であって、前記磁石ブロックと前記コイルブロックとの一方を備えた可動部と、支持部と、前記可動部と前記支持部とを接続している弾性体部と、前記可動部を前記規定方向に沿って変位させるための入力機構と、前記可動部に接続された第1磁性材料部と、前記入力機構に接続された第2磁性材料部とを備え、前記第1磁性材料部と前記第2磁性材料部との間に発生する磁力により前記可動部を変位可能であることを特徴とするエネルギ変換装置。

請求項2

前記第1磁性材料部は、第1磁性体もしくは第1磁石からなり、前記第2磁性材料部は、第2磁性体もしくは第2磁石からなることを特徴とする請求項1記載のエネルギ変換装置。

請求項3

前記磁力の方向は、吸引する方向であることを特徴とする請求項1又は2記載のエネルギ変換装置。

請求項4

前記支持部もしくは前記可動部に、前記規定方向への前記可動部の変位量規定値に制限するストッパ構造を備えていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載のエネルギ変換装置。

請求項5

前記支持部の平面視形状がC字状であり、前記ストッパ構造は、前記支持部の両端面により構成され、前記両端面は、前記規定方向において前記可動部から離れるにつれて前記規定方向に直交する方向の距離が徐々に短くなるように傾斜しており、前記可動部は、前記規定方向に前記可動部が前記規定値だけ変位したときに前記両端面の各々に面状に接触可能な2つの傾斜面を備えることを特徴とする請求項4記載のエネルギ変換装置。

請求項6

前記ストッパ構造は、前記規定方向において前記入力機構と同一直線上に配置されていることを特徴とする請求項4記載のエネルギ変換装置。

請求項7

前記第1磁性材料部は、前記可動部にばねを介して接続されていることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載のエネルギ変換装置。

請求項8

前記第2磁性材料部は、前記入力機構にばねを介して接続されていることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載のエネルギ変換装置。

請求項9

前記支持部は、前記第2磁性材料部が前記第1磁性材料部を吸着する位置で前記第2磁性材料部が吸着する第3磁性材料部を備えることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載のエネルギ変換装置。

技術分野

0001

本発明は、エネルギ変換装置に関するものである。

背景技術

0002

近年、エネルギ変換装置として、電磁誘導作用により運動エネルギ電気エネルギに変換するエネルギ変換装置が提案されている(例えば、特許文献1,2)。

0003

特許文献1には、エネルギ変換装置として、図13図15に示す構成の発電装置100が記載されている。

0004

この発電装置100は、収納部110aが設けられた支持体110と、収納部110aに配置された永久磁石120およびコイルバネ130とを備えている。

0005

支持体110は、3枚のプリント基板111〜113により構成されている。この支持体110は、2枚のプリント基板111、113間に配置されたプリント板112の矩形状の開口部112aにより、収納部110aが形成されている。

0006

ここで、発電装置100は、プリント基板113の下面に、平面コイル114aおよび114bが形成されている。この平面コイル114aおよび114bは、図15に示すように、下面側から見て、市松模様状に配置されている。平面コイル114aおよび114bの各々は、渦巻状に形成されている。なお、平面コイル114aおよび114bは、巻き方向が互いに逆になるように形成されている。

0007

また、プリント基板113には、平面コイル114aおよび114bの中央部と対応する領域に、開口部113aが形成されている。この開口部113aには、FeおよびCoなどからなる磁心コア)115が埋め込まれている。また、磁心115は、プリント基板113の下面から突出するように形成されており、平面コイル114aおよび114bの中央部に配置されている。

0008

永久磁石120は、図13および図14に示すように、収納部110aの内部に矢印X1方向(矢印X2方向)に移動可能に配置されている。また、永久磁石120は、図14に示すように、矢印Y1方向(矢印Y2方向)に対する移動が規制されている。また、永久磁石120は、図13に示すように、板状に形成されるとともに、平面コイル114aおよび114bと所定の間隔を隔てて対向配置されている。また、永久磁石120は、磁化方向が矢印Z1方向である部分(磁区)120aと、磁化方向が矢印Z2方向である部分120bとを含んでおり、多極磁石として構成されている。このため、プリント基板113近傍では、図13中に破線で示した磁力線で表される磁界が形成されている。また、部分120aおよび120bは、図14に示すように、平面的に見て、交互に隣接した状態(市松模様状)で配置されている。また、図13に示すように、永久磁石120が基準位置に配置されている場合に、部分120aが平面コイル114aと対応する領域に配置されるとともに、部分120bが平面コイル114bと対応する領域に配置されている。

0009

コイルバネ130は、図13および図14に示すように、開口部112aの側面112bと永久磁石120の端部120cとの間に配置されるとともに、開口部112aの側面112cと永久磁石120の端部120dとの間に配置されている。この一対のコイルバネ130は、支持体110に対して永久磁石120が矢印X1方向(矢印X2方向)において所定の基準位置に配置されるように付勢する機能を有する。

0010

発電装置100では、永久磁石120が所定の基準位置に配置されるように付勢するコイルバネ130を設けてあるので、発電装置100に力が加えられた際に、容易に、永久磁石120を支持体110に対して振動させることができる。

0011

発電装置100は、プリント基板113の上面に、平面コイル114aおよび114bにおいて発生する誘導起電力を制御するとともに、出力するための回路部116が設けられている。

0012

発電装置100に力が加えられることにより、永久磁石120が支持体110に対して矢印X1方向に移動したとき、平面コイル114aでは、電磁誘導により図15に示すように矢印A方向の誘導電流が発生し、平面コイル114bでは、電磁誘導により図15に示すように矢印B方向の誘導電流が発生する。このため、回路部116には、図15に示すようにC方向の誘導電流が供給される。また、永久磁石120が支持体110に対して矢印X2方向に移動したとき、平面コイル114aでは、電磁誘導により矢印B方向の誘導電流が発生し、平面コイル114bでは、電磁誘導により矢印A方向の誘導電流が発生する。このため、回路部116には、C方向とは反対方向の誘導電流が供給される。

0013

また、特許文献2には、電磁誘導型の発電装置(power generator)を備えたワイヤレススイッチ(wireless switch)が記載されている。

0014

特許文献2には、図16に示すように、多極磁石(multipole magnet)202と、電磁誘導により誘電電流が発生する導体(conductor)204を含む多層プリント基板(multilayer circuitboard)206と、サスペンションシート(suspension sheet)200とを備えた発電装置(power generator)が記載されている。サスペンションシート200は、4つのたわみ部(flexures)208に結合されており、ばね−マス系構造(spring-massstructure)が形成されている。なお、図16中の矢印210は、サスペンションシート200の振動方向を示している。

0015

また、特許文献2には、図17に示す構造が記載されている。この構造は、基板(substrate)1202と、2つのサスペンション(suspension)1210によって基板1202から浮かせたプルーフマス(proofmass)1208と、2つのサスペンション(suspension)1210と、基板1202に固定された回転ダイヤル(rotary dial)1200とを備えている。また、この構造は、回転ダイヤル1200が回転したときに回転する多葉カム(multi-lobed cam)1204と、多葉カム1204により押されるフォロア(follower)1206とを備えている。フォロア1206は、プルーフマス1208に結合されている。サスペンション1210は、中央部1212でフォロア1206とプルーフマス1208とに結合されている。また、サスペンション1210は、端部1214が基板1202に結合されている。多葉カム1204は、フォロア1206を変位させ当該変位させた後でプルーフマス1208を作動させる。これにより、この構造は、回転ダイヤル1200を使ってプルーフマス1208を作動させることができる。

先行技術

0016

特開2009−11149号公報
米国特許出願公開第2011/0063057号明細書

発明が解決しようとする課題

0017

特許文献2に記載された発電装置では、例えば、サスペンションシート200と4つのたわみ部208との代わりに、図17の構造のプルーフマス1208と2つのサスペンション1210とを採用し、回転ダイヤル1200、多葉カム1204、フォロア1206を設けることが考えられる。しかしながら、このような発電装置では、多葉カム1204がサスペンション1210に対して不要な方向にも力を与えてしまうため、エネルギ変換効率の向上が難しいと考えられる。

0018

また、特許文献2に記載された発電装置では、多葉カム1204がサスペンション1210に対して不要な方向にも力を与えてしまうため、サスペンション1210に過大な負荷がかかり、サスペンション1210の構造破壊を引き起こしてしまうことが考えられる。なお、特許文献2に記載された発電装置では、回転ダイヤル1200を回転させることで多葉カム1204が図18中の矢印F1の向きに回り、所望の入力方向図18中の矢印F2の向き)の力以外に、上記入力方向とは異なる方向(例えば、図18中の矢印F3の向き)の力が印加されるものと推考される。

0019

さらに、特許文献2に記載された発電装置では、多葉カム1204の各葉部(lobes)の各々の先端部とフォロア1206の先端部とにそれぞれの他の部位に比べて大きな応力がかかるため、摩耗による構造劣化が起こり、発電性能が低下してしまうことが考えられる。

0020

本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、可動部を変位させて作動させることが可能であり、且つ、エネルギ変換効率および信頼性の向上を図ることが可能なエネルギ変換装置を提供することにある。

課題を解決するための手段

0021

本発明のエネルギ変換装置は、磁石を備えた磁石ブロックと、コイルを備えたコイルブロックとを有し、前記磁石ブロックと前記コイルブロックとが対向配置され、前記磁石ブロックと前記コイルブロックとが対向方向に直交する規定方向において相対的に変位することで生じる電磁誘導により運動エネルギを電気エネルギに変換するエネルギ変換装置であって、前記磁石ブロックと前記コイルブロックとの一方を備えた可動部と、支持部と、前記可動部と前記支持部とを接続している弾性体部と、前記可動部を前記規定方向に沿って変位させるための入力機構と、前記可動部に接続された第1磁性材料部と、前記入力機構に接続された第2磁性材料部とを備え、前記第1磁性材料部と前記第2磁性材料部との間に発生する磁力により前記可動部を変位可能であることを特徴とする。

0022

このエネルギ変換装置において、前記第1磁性材料部は、第1磁性体もしくは第1磁石からなり、前記第2磁性材料部は、第2磁性体もしくは第2磁石からなることが好ましい。

0023

このエネルギ変換装置において、前記磁力の方向は、吸引する方向であることが好ましい。

0024

このエネルギ変換装置において、前記支持部もしくは前記可動部に、前記規定方向への前記可動部の変位量規定値に制限するストッパ構造を備えていることが好ましい。

0025

このエネルギ変換装置において、前記支持部の平面視形状がC字状であり、前記ストッパ構造は、前記支持部の両端面により構成され、前記両端面は、前記規定方向において前記可動部から離れるにつれて前記規定方向に直交する方向の距離が徐々に短くなるように傾斜しており、前記可動部は、前記規定方向に前記可動部が前記規定値だけ変位したときに前記両端面の各々に面状に接触可能な2つの傾斜面を備えることが好ましい。

0026

このエネルギ変換装置において、前記ストッパ構造は、前記規定方向において前記入力機構と同一直線上に配置されていることが好ましい。

0027

このエネルギ変換装置において、前記第1磁性材料部は、前記可動部にばねを介して接続されていることが好ましい。

0028

このエネルギ変換装置において、前記第2磁性材料部は、前記入力機構にばねを介して接続されていることが好ましい。

0029

このエネルギ変換装置において、前記支持部は、前記第2磁性材料部が前記第1磁性材料部を吸着する位置で前記第2磁性材料部が吸着する第3磁性材料部を備えることが好ましい。

発明の効果

0030

本発明のエネルギ変換装置においては、可動部を変位させて作動させることが可能であり、且つ、エネルギ変換効率および信頼性の向上を図ることが可能となる。

図面の簡単な説明

0031

(a)は実施形態のエネルギ変換装置における振動発電装置の概略断面図、(b)は実施形態のエネルギ変換装置の要部概略平面図である。
実施形態のエネルギ変換装置における振動発電装置の要部拡大図である。
実施形態のエネルギ変換装置における振動発電装置の概略斜視図である。
実施形態のエネルギ変換装置における振動発電装置の概略分解斜視図である。
実施形態のエネルギ変換装置における入力機構の構成例の説明図である。
実施形態のエネルギ変換装置における入力機構の他の構成例の説明図である。
実施形態のエネルギ変換装置の動作説明図である。
実施形態のエネルギ変換装置の他の構成例の要部概略平面図、(b)は実施形態のエネルギ変換装置の他の構成例の動作説明図である。
実施形態のエネルギ変換装置の更に他の構成例の要部概略平面図である。
実施形態のエネルギ変換装置の別の構成例の要部概略平面図である。
実施形態のエネルギ変換装置の更に別の構成例の要部概略平面図である。
実施形態のエネルギ変換装置のまた別の構成例の要部概略平面図である。
従来例の発電装置の構造を示した断面図である。
図13に示した発電装置の構造を説明するための平面図である。
図13に示した発電装置の構造を説明するための図である。
他の従来例の発電装置の概略分解斜視図である。
他の従来例の回転ダイヤルを使ってプルーフマスを作動させるための構造の説明図である。
他の従来例の回転ダイヤルを使ってプルーフマスを作動させるための構造の動作説明図である。

実施例

0032

以下では、本実施形態のエネルギ変換装置1について図1図7に基づいて説明する。

0033

エネルギ変換装置1は、振動発電装置(装置本体)EHを備えている。

0034

振動発電装置EHは、磁石2を備えた磁石ブロック3と、コイル4aを備えたコイルブロック4とを有し、磁石ブロック3とコイルブロック4とが対向配置されている。この振動発電装置EHは、磁石ブロック3とコイルブロック4とが両者の対向方向に直交する規定方向において相対的に変位することで生じる電磁誘導により運動エネルギを電気エネルギに変換するものである。なお、本実施形態のエネルギ変換装置1では、図1(a)の上下方向が対向方向であり、図1(a)の左右方向が規定方向である。

0035

振動発電装置EHは、可動部12と、支持部14と、可動部12と支持部14とを接続している弾性体部15とを有している。これにより、振動発電装置EHは、可動部12が上記規定方向に振動可能となっている。可動部12は、上述の磁石ブロック3を備えている。振動発電装置EHは、上記規定方向における可動部12の両側の各々に、弾性体部15が設けられている。振動発電装置EHは、可動部12の運動エネルギを電気エネルギに変換する電磁誘導型の振動発電装置である。

0036

また、エネルギ変換装置1は、可動部12を上記規定方向に沿って変位させるための入力機構5を備えている。また、エネルギ変換装置1は、可動部12に接続された第1磁性材料部7と、入力機構5に接続された第2磁性材料部6とを備え、第1磁性材料部7と第2磁性材料部6との間に発生する磁力により可動部12を変位可能である。第1磁性材料部7は、第1磁石もしくは第1磁性体のいずれかにより構成することができる。また、第2磁性材料部6は、第2磁性体もしくは第2磁石のいずれかにより構成することができる。

0037

弾性体部15は、上記規定方向における剛性が上記規定方向に直交する方向の剛性に比べて小さい。これにより、エネルギ変換装置1は、可動部12の振動方向を上記規定方向に単方向化することが可能となる。エネルギ変換装置1は、上述の可動部12と支持部14と各弾性体部15とを有する振動ブロック11を備えている。ここで、振動ブロック11は、可動部12の重心を原点とする直交座標仮定し、上記規定方向に沿ってx軸の正方向を決め、振動ブロック11の平面視において上記規定方向に直交する方向に沿ってy軸の正方向を決め、可動部12の厚み方向に沿って上記規定方向に直交するz軸の正方向を決めれば、可動部12の振動方向をx軸の正負方向に単方向化することが可能となり、y軸の正負方向やz軸の正負方向への振動成分を抑制することが可能となる。

0038

したがって、エネルギ変換装置1は、図1(b)でみれば、可動部12の振動方向が上記規定方向である左右方向に単方向化され、図1(b)の上下方向や可動部12の厚み方向(図1(b)の紙面に直交する方向)などへの振動が抑制される。よって、エネルギ変換装置1は、不要な振動成分の発生を抑制することが可能となり、エネルギ変換効率の向上を図ることが可能となる。

0039

また、振動発電装置EHは、振動ブロック11の厚み方向の一面側に配置される第1キャップ21と、振動ブロック11の厚み方向の他面側に配置される第2キャップ31とを備えている。振動発電装置EHは、第1キャップ21および第2キャップ31の各々に、上述のコイルブロック4が保持されている。また、振動発電装置EHは、第1キャップ21と振動ブロック11との間に配置された第1スペーサ41と、第2キャップ31と振動ブロック11との間に配置された第2スペーサ42とを備えている。第1スペーサ41および第2スペーサ42は、平面視形状をC字状としてある。

0040

次に、エネルギ変換装置1の各構成要素について詳細に説明する。

0041

振動ブロック11は、支持部14の平面視形状をC字状としてある。また、振動ブロック11は、支持部14の内側に可動部本体13が配置されている。この可動部本体13は、支持部14の内側面から離れて配置されている。また、振動ブロック11は、上記規定方向において可動部本体13の両側に弾性体部15が配置されている。また、振動ブロック11は、可動部本体13の平面視形状を枠状としてあり、可動部本体13の内側に磁石ブロック3が配置されている。磁石ブロック3は、可動部本体13に固定されている。

0042

可動部本体13の内周形状は、矩形状である。磁石ブロック3の外周形状は、可動部本体13の内周形状よりも若干小さな矩形状としてある。磁石ブロック3を可動部本体13に固定する方法としては、例えば、接着剤により固定する方法を採用することができる。この場合には、磁石ブロック3の外周面と可動部本体13の内側面との間に接着剤からなる接合部が介在することになる。磁石ブロック3を可動部本体13に固定する方法は、これに限らず、例えば、磁石ブロック3と可動部本体13との間の隙間に別部材を圧入することで固定する方法などを採用することができる。また、磁石ブロック3を可動部本体13に固定する方法は、可動部本体13の外側面側から螺子により固定する方法を採用することもできる。

0043

可動部本体13の外周形状は、八角形状としてあるが、これに限らず、例えば、他の多角形状や円形状などとしてもよい。また、可動部12は、可動部本体13の外側面から上記規定方向に沿って突出する突出部18を備えている。突出部18の先端面には、上述の第1磁性材料部7が接続されている。突出部18と第1磁性材料部7とは接着剤により接続されている。突出部18の平面視形状は、上記規定方向を長手方向とする長方形状としてある。ここで、突出部18の短手方向の寸法は、支持部14の両端面間の寸法よりもやや小さな寸法に設定してある。第1磁性材料部7の平面視形状は、矩形状としてある。

0044

第1磁性材料部7は、第1磁性体により構成してあるが、これに限らず、第1磁石により構成してもよい。第1磁性材料部7を第1磁性体により構成する場合の材料としては、例えば、鉄−コバルト合金電磁軟鉄電磁ステンレスパーマロイなどを採用することができる。また、第1磁性材料部7を第1磁石により構成する場合の材料としては、例えば、ネオジム(NdFeB)、サマリウムコバルト(SmCo)、アルニコ(Al−Ni−Co)、フェライトなどを採用することができる。

0045

磁石ブロック3は、複数個(例えば、4個)の磁石2を備えており、これら複数個の磁石2が上記規定方向に並んで配置されている。つまり、磁石ブロック3は、複数個の磁石2がアレイ状に配置されている。磁石2は、永久磁石により構成することが好ましい。永久磁石の材料としては、例えば、ネオジム、サマリウムコバルト、アルニコ、フェライトなどを採用することができる。

0046

磁石2は、短冊状に形成されている。また、磁石2は、厚み方向の一面側がN極、他面側がS極となるように着磁されている。磁石2を構成する永久磁石は、例えば、磁石材料切削研磨などで整形加工した後、パルス着磁法などによって着磁することにより、形成することができる。

0047

上述の複数個の磁石2は、各磁石2の幅方向が上記規定方向に一致するように配置されている。また、磁石ブロック3は、この磁石ブロック3の厚み方向の両面側それぞれで、上記規定方向においてN極とS極とが交互に並ぶように、複数個の磁石2が配置されている。要するに、磁石ブロック3は、上記規定方向において隣り合う磁石2同士の磁化の向きを逆向きとしてある。なお、磁石ブロック3は、複数個の磁石2が1次元のアレイ状に配置されているが、これに限らず、例えば、2次元のアレイ状に配置された構成としてもよい。

0048

振動ブロック11は、可動部本体13と突出部18と支持部14と各弾性体部15とを、例えば、基板10から形成することができる。この基板10としては、磁力線に対して低減衰で且つ電気絶縁性を有する絶縁性基板が好ましく、例えば、高抵抗率シリコン基板を用いることができる。これにより、振動ブロック11は、可動部本体13、突出部18、支持部14および各弾性体部15の材料がシリコンとなる。このような振動ブロック11は、例えば、MEMS(micro electro mechanical systems)の製造技術を利用して製造することができる。この場合、振動ブロック11では、可動部本体13、突出部18、支持部14および各弾性体部15を一体に形成することができる。要するに、振動ブロック11は、可動部本体13と突出部18と支持部14と各弾性体部15とが、1枚のシリコン基板から一体に形成された構成とすることができる。これにより、振動ブロック11を形成する際に、可動部本体13、突出部18、支持部14および各弾性体部15のアセンブリ工程が不要となり、製造が容易になる。また、各弾性体部15と可動部本体13および支持部14とが接着用樹脂からなる接続部で接続されている場合には、振動時に振動エネルギが接続部において熱エネルギとなって損なわれる。これに対して、可動部本体13と突出部18と支持部14と各弾性体部15とが、1枚のシリコン基板から一体に形成された構成では、各弾性体部15と可動部本体13、突出部18および支持部14とが低減衰材料であるシリコンにより一体に形成されているので、振動時のエネルギ損失を低減することが可能となり、エネルギ変換効率を向上することが可能となる。なお、基板10の材料に関して、磁力線に対して影響を及ぼさないという点では、比透磁率が低いほうが好ましい。高抵抗率のシリコン基板は、例えば、抵抗率が100Ωcm以上であることが好ましく、1000Ωcm以上であることがより好ましい。

0049

基板10は、高抵抗率のシリコン基板に限らず、例えば、高抵抗率のSOI(Siliconon Insulator)基板などを用いることができる。また、振動ブロック11は、基板10の材料や抵抗率に応じて、適宜の絶縁膜を設けてもよい。

0050

弾性体部15は、ばねであることが好ましい。これにより、エネルギ変換装置1は、弾性体部15の1個当たり蓄積エネルギを大きくすることが可能となり、エネルギ変換装置1の小型化を図ることが可能となる。

0051

振動ブロック11は、上記規定方向における可動部12の両側それぞれに、複数の弾性体部15が並んで設けられていることが好ましい。これにより、エネルギ変換装置1は、可動部12の両側の各々に弾性体部15が1個ずつ設けられている場合に比べて、可動部12の振動方向の更なる単方向化が可能となり、エネルギ変換効率の更なる向上を図ることが可能となる。更に、エネルギ変換装置1は、個々の弾性体部15にかかる応力を低減することが可能となり、耐久性の向上を図ることが可能となる。可動部12の両側それぞれの弾性体部15の数は、特に限定するものではない。

0052

弾性体部15を構成するばねの材料は、半導体であるシリコンや金属などを採用することができるが、金属よりもシリコンであることが好ましい。これにより、エネルギ変換装置1は、弾性体部15を構成するばねの材料が金属である場合に比べて、弾性体部15での振動減衰に起因した運動エネルギの損失を低減することが可能となるから、エネルギ変換効率の向上を図れる。

0053

弾性体部15の材料としては、シリコンに限らず、例えば、ステンレス(例えば、SUS304など)、鋼、銅、銅合金真鍮ベリリウム銅)、Ti合金、Al合金などを採用することができる。弾性体部15の材料は、対数減衰率の低い材料が好ましく、例えば、対数減衰率が0.04以下の材料が好ましい。

0054

振動発電装置EHは、弾性体部15を構成するばねの材料がシリコンであれば、金属である場合に比べて、弾性体部15の耐久性を向上させることが可能となる。また、振動発電装置EHは、弾性体部15を構成するばねの材料が、シリコンであることにより、上述の基板10としてシリコン基板を採用し、MEMSなどの製造技術を利用して各々が基板10の一部からなる各弾性体部15を形成することが可能となる。これにより、振動発電装置EHは、ばねの形状の弾性体部15において厚み寸法W1(図2参照)に対する幅寸法H1(図1(a)参照)の比で表されるアスペクト比を大きくすることが可能となる。MEMSなどの製造技術を利用する場合には、リソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して基板10をバルクマイクロマシニングすることにより、ばね形状の弾性体部15の厚み寸法W1を高精度に制御することが可能となり、且つ、ばね形状の弾性体部15の幅寸法H1を基板10の厚みと同じ値とすることが可能となるから、アスペクト比の大きなばね形状の弾性体部15を寸法精度良く形成することが可能となる。なお、図1に示した振動発電装置EHでは、弾性体部15の形状として、つづら折れ状のばねの形状を採用しており、ばね形状の弾性体部15の厚み寸法W1を0.4mm、幅寸法H1を1mmとしてある。この場合のアスペクト比は、2.5である。また、この一例の場合には、x軸方向の剛性が約2754N/m、y軸方向の剛性が約3267N/m、z軸方向の剛性が約3146N/mである。つまり、上記規定方向における剛性が上記規定方向に直交する方向の剛性に比べて小さい。ただし、これらの数値例は、図2に示すように、つづら折れ状のばね形状の弾性体部15自身において、折り返し箇所を2箇所だけ増やし、また、隣り合う部位同士の間隔をW3、x軸方向における弾性体部15全体の長さをX11、y軸方向における弾性体部15全体の長さをY11と規定し、W3=0.12mm、X11=7mm、Y11=7mmとした場合の値である。なお、剛性の測定に関しては、例えば、支持部14を冶具で固定した後、微小引張試験機、あるいはフォースゲージとμメータとを組み合わせたものを用い、可動部12に対してx軸方向、y軸方向およびz軸方向それぞれの力を加えたときの変位を測定することで、ばね定数を算出することができる。

0055

振動発電装置EHは、上記規定方向における可動部12の両側それぞれに複数の弾性体部15が並んで設けられている場合、可動部12の両側それぞれにおける複数の弾性体部15の全ての材料をシリコンとすることができる。振動ブロック11は、可動部12の両側それぞれにおいて複数の弾性体部15のうち少なくとも1ずつの弾性体部15の材料がシリコンであればよく、他の弾性体部15の材料を金属としてもよい。

0056

弾性体部15を構成するばねの形状は、例えば、つづら折れ状であることが好ましい。この場合、弾性体部15は、平面視形状において折り返し部分に角のないU字状に形成された形状のほうが、平面視形状において折り返し部分に角のあるU字状に形成された形状よりも好ましい。エネルギ変換装置1は、弾性体部15の折り返し部分に角のない形状を採用することにより、弾性体部15の折り返し部分での応力集中に起因した破損やクラックの発生などを抑制することが可能となる。

0057

また、つづら折れ状の弾性体部15としては、平面視において折り返し部分の厚み寸法を他の部位の厚み寸法よりも大きくした形状としてもよく、弾性体部15の折り返し部分での応力集中に起因した破損やクラックの発生などを抑制することが可能となる。

0058

また、つづら折れ状の弾性体部15としては、平面視において折り返し部分間の距離が徐々に短くなる形状としてもよい。

0059

また、弾性体部15は、平面視において蛇行した形状であれば、つづら折れ状の形状に限らず、例えば、波形状(例えば、平面視で正弦波状)の形状でもよい。

0060

また、弾性体部15を構成するばねの形状は、つづら折れ状や波形状などの蛇行した形状に限らない。

0061

可動部本体13の厚み寸法は、各弾性体部15の厚み寸法と同じに設定してあるが、これに限らず、可動部12の所望の質量などに基づいて各弾性体部15の厚みよりも大きくしてもよい。また、可動部本体13の厚み寸法は、各弾性体部15の厚み寸法よりも小さくしてもよく、この場合は、弾性体部15の上記対向方向の剛性を高くすることが可能となる。

0062

ところで、振動発電装置EHは、弾性体部15を構成するばねの平面視の形状を、蛇行した形状とした場合、上記規定方向において可動部12と支持部14との間に生じるデッドスペース面積をより小さくすることが好ましい。これにより、振動発電装置EHは、歪みエネルギとして蓄えられるエネルギ量を増加させることが可能となる。よって、振動発電装置EHは、歪みエネルギとして蓄えるエネルギ量が同じであれば、弾性体部15の小型化および低背化を図ることが可能となる。金属などの機械加工では、弾性体部15の小型化に関し、弾性体部15の厚み寸法W1を200〜300μm程度、折り返した部位間の寸法W3を200〜300μm程度よりも小型化するのが難しい。これに対して、マイクロマシニング技術を利用して弾性体部15を形成するようにした場合には、弾性体部15のより一層の小型化を図ることが可能となり、デッドスペースの面積を小さくすることが可能となる。デッドスペースの面積を小さくする設計例としては、例えば、弾性体部15の厚み寸法W1を10μm程度とし、折り返した部位間の寸法W3を10μm程度とすればよく、マイクロマシニング技術を利用して弾性体部15を形成することで実現できる。

0063

また、振動ブロック11は、弾性体部15が側面視で波板状コルゲート板状)となる形状でもよい。

0064

振動発電装置EHは、第1スペーサ41の形状と第2スペーサ42の形状とを同じ形状に設定してあることが好ましい。これにより、エネルギ変換装置1は、部品共通化による低コスト化を図ることが可能となる。

0065

また、第1スペーサ41および第2スペーサ42の外形寸法は、振動ブロック11の外形寸法に合わせてあることが好ましい。

0066

第1スペーサ41および第2スペーサ42の各々の材料としては、例えば、エンジニヤリングプラスチック(例えば、ポリカーボネートなど)などの樹脂、セラミック、シリコンなどを採用することができる。第1スペーサ41および第2スペーサ42の各々の材料としてシリコンを採用した場合、第1スペーサ41および第2スペーサ42の各々をシリコン基板から形成することができる。これにより、第1スペーサ41および第2スペーサ42の各々と振動ブロック11の支持部14との接合方法としては、例えば、表面活性化接合法や、共晶接合法や、樹脂接合法などを採用することができる。

0067

第1キャップ21および第2キャップ31の外形寸法は、振動ブロック11の外形寸法に合わせてあることが好ましい。

0068

振動発電装置EHは、第1キャップ21の形状と第2キャップ31の形状とを同じ形状に設定してあることが好ましい。これにより、エネルギ変換装置1は、部品共通化による低コスト化を図ることが可能となる。

0069

第1キャップ21および第2キャップ31の各々の材料としては、例えば、エンジニヤリングプラスチック(例えば、ポリカーボネートなど)などの樹脂、セラミック、シリコンなどを採用することができる。第1キャップ21および第2キャップ31の各々の材料としてシリコンを採用した場合には、第1キャップ21および第2キャップ31の各々をシリコン基板から形成することができる。これにより、第1キャップ21および第2キャップ31と、第1スペーサ41および第2スペーサ42それぞれとの接合方法としては、例えば、表面活性化接合法や、共晶接合法や、樹脂接合法などを採用することができる。また、振動発電装置EHは、第1スペーサ41および第2スペーサ42を設けずに、第1キャップ21および第2キャップ31を振動ブロック11に固定した構成としてもよい。

0070

振動発電装置EHは、第1キャップ21と第1スペーサ41と振動ブロック11と第2スペーサ42と第2キャップ31とを、複数個(例えば、4個)のねじ(図示せず)により固定するようにしてもよいし、接着剤により固定するようにしてもよいし、固定部材として、ねじと接着剤とを併用してもよい。また、振動発電装置EHは、第1キャップ21、第1スペーサ41、振動ブロック11、第2スペーサ42および第2キャップ31それぞれからなる部材のうち、振動発電装置EHの厚み方向において隣り合う部材同士に、相互に嵌合可能な構造を設けて嵌合させることで固定するようにしてもよい。

0071

図4に示した振動発電装置EHでは、第1キャップ21、第1スペーサ41、振動ブロック11、第2スペーサ42および第2キャップ31それぞれの四隅に、固定用のねじを挿通可能な貫通孔21a、41a、11a、42aおよび31aをそれぞれ形成してある。各貫通孔21a、41a、11a、42aおよび31aの平面視での開口形状は、円形状としてある。

0072

コイルブロック4は、複数個(例えば、5個)のコイル4aを備えている。これら複数個のコイル4aは、上記規定方向に並んで配置され接着剤によりブロック化されている。要するに、コイルブロック4は、コイル4aがアレイ状に配置されたコイルアレイにより構成されている。また、磁石ブロック3は、磁石2がアレイ状に配置された磁石アレイにより構成されている。コイルブロック4のコイル4aの数は、磁石ブロック3の磁石2の数より1だけ多いほうが好ましい。要するに、磁石ブロック3の磁石2の数をm(mは自然数)とすれば、コイルブロック4のコイル4aの数は、m+1とすることが好ましい。また、コイルブロック4におけるコイル4aのピッチと、磁石ブロック3における磁石2のピッチとは同じであることが好ましい。また、コイルブロック4は、対向する磁石ブロック3において隣り合う磁石2同士の境界とコイル4aの中心線(口軸)とが同一平面上に揃うように各コイル4aが配置されていることが好ましい。これにより、エネルギ変換装置1は、エネルギ変換効率を向上させることが可能となる。

0073

コイル4aは、芯材4bに巻回されたコイル線材により構成されている。コイル線材としては、絶縁被覆付きの銅線を採用することができる。コイル線材は、巻線機により芯材4bに巻き付けて接着剤などにより固定されている。芯材4bの材料としては、例えば、エンジニヤリングプラスチック(例えば、ポリカーボネートなど)などの樹脂や、セラミックなどの絶縁性材料を採用することが好ましい。銅線を被覆する絶縁膜の材料としては、例えば、ウレタンホルマールポリエステルポリエステルイミドポリアミドイミドなどを採用することができる。

0074

芯材4bは、短冊状に形成されている。芯材4bは、厚み方向が上記規定方向に一致し、幅方向が振動ブロック11の厚み方向に一致し、長手方向が平面視において上記規定方向に直交する方向に一致するように配置されている。

0075

コイルブロック4は、磁石ブロック3との対向面側が平坦化されるように、各コイル4aを各芯材4bの幅方向において磁石ブロック3側の一端部に巻回してある。第1キャップ21に保持されるコイルブロック4は、各芯材4bの幅方向の他端部を、第1キャップ21に形成された複数の位置決め用の貫通孔21cの各々に挿入し固定してある。第1キャップ21にコイルブロック4を組み込む際には、例えば、別途に用意したダミー部材組立用の冶具)の平坦面に、磁石ブロック3との対向面となる側を突き当てた状態で、各芯材4bを第1キャップ21に固定し、その後、ダミー部材を取り去ればよい。これにより、コイルブロック4では、複数のコイル4aのコイル面が揃うこととなり磁石ブロック3との対向面側が略平坦となる。

0076

また、第2キャップ31に保持されるコイルブロック4は、各芯材4bの幅方向の他端部を、第2キャップ31に形成された複数の位置決め用の貫通孔31cの各々に挿入し固定してある。第2キャップ31にコイルブロック4を組み込む際には、例えば、別途に用意したダミー部材(組立用の冶具)の平坦面に、磁石ブロック3との対向面となる側を突き当てた状態で、各芯材4bを第2キャップ31に固定し、その後、ダミー部材を取り去ればよい。これにより、コイルブロック4では、複数のコイル4aのコイル面が揃うこととなり磁石ブロック3との対向面側が略平坦となる。

0077

コイルブロック4において隣り合うコイル4a同士は、第1の導電性接合材で接合され電気的に接続されている。第1の導電性接合材の材料としては、例えば、半田銀ペーストなどを採用することができる。ここで、隣り合うコイル4a同士は、それぞれ逆巻き方向となるように直列接続されている。また、第1キャップ21および第2キャップ31には、コイルブロック4の両端のコイル4aそれぞれにおいて隣り合うコイル4aに接続されていない側の線端部が電気的に接続される電極(図示せず)が設けられている。線端部と電極とは、第2の導電性接合材で接合され電気的に接続されている。第2の導電性接合材の材料としては、例えば、半田や銀ペーストなどを採用することができる。第2の導電性接合材としては、金属製ねじなどを用いてもよい。

0078

本実施形態における振動発電装置EHでは、各コイル4aの各々が芯材4bを備えている(つまり、各コイル4aの各々は、いわゆる有芯コイルである)が、芯材4bを備えていないもの(いわゆる空芯コイル)でもよい。芯材4bを備えない構成とする場合には、例えば、第1キャップ21および第2キャップ31の各々に各コイル4aを各別に位置決めするリブを設ければよい。この場合には、例えばリブにコイル4aが巻装された状態で、リブとコイル4aとを接着剤などで接着すればよい。

0079

また、各コイル4aの各々は、例えば、平面コイルにより構成してもよい。この場合には、例えば、第1キャップ21および第2キャップ31の各々に平面コイルを形成すればよい。

0080

平面コイルの材料としては、例えば、銅、金、銀などを採用することができる。また、平面コイルの材料としては、パーマロイ、コバルト基アモルファス合金、フェライトなどを採用してもよい。平面コイルは、蒸着法、スパッタ法などの薄膜形成技術、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術などを利用して形成することができる。

0081

以上説明した振動発電装置EHでは、磁石ブロック3と、コイルブロック4とを有し、磁石ブロック3とコイルブロック4とが対向配置されている。そして、振動発電装置EHは、磁石ブロック3を備えた可動部12と、支持部14と、可動部12と支持部14とを接続している弾性体部15とを有している。また、弾性体部15は、上記規定方向における剛性が上記規定方向に直交する方向の剛性に比べて小さい。しかして、振動発電装置EHは、可動部12の振動方向を、磁石ブロック3とコイルブロック4との対向方向に直交する上記規定方向に単方向化することが可能となり、エネルギ変換効率の向上を図ることが可能となる。

0082

また、振動発電装置EHは、第1キャップ21および第2キャップ31の各々に、コイルブロック4が保持されている。これにより、振動発電装置EHは、第1キャップ21と第2キャップ31との一方のみにコイルブロック4が保持されている場合に比べて、エネルギ変換効率の向上を図れる。

0083

また、振動発電装置EHは、第1キャップ21に保持されたコイルブロック4における複数個のコイル4aの直列回路と、第2キャップ31に保持されたコイルブロック4における複数個のコイル4aの直列回路とを直列接続することで、出力を高めることも可能となる。

0084

また、振動発電装置EHは、第1キャップ21と振動ブロック11との間に配置されたC字状の第1スペーサ41を備えている。これにより、振動発電沿装置EHは、第1キャップ21のコイルブロック4と振動ブロック11の磁石ブロック3との間のギャップ長を第1スペーサ41の厚みで規定することが可能となる。したがって、振動発電装置EHは、第1キャップ21のコイルブロック4と振動ブロック11の磁石ブロック3との間のギャップの狭ギャップ化を図りながらも、第1キャップ21のコイルブロック4と振動ブロック11の磁石ブロック3との接触を防止することが可能となる。振動発電装置EHは、第1キャップ21のコイルブロック4と振動ブロック11の磁石ブロック3との間のギャップの狭ギャップ化により、磁束の利用効率の向上を図ることが可能となって、エネルギ変換効率の向上を図ることが可能となる。

0085

また、振動発電装置EHは、第2キャップ31と振動ブロック11との間に配置されたC字状の第2スペーサ42を備えている。これにより、振動発電装置EHは、第2キャップ31のコイルブロック4と振動ブロック11の磁石ブロック3との間のギャップ長を第2スペーサ42の厚みで規定することが可能となる。したがって、振動発電装置EHは、第2キャップ31のコイルブロック4と振動ブロック11の磁石ブロック3との間のギャップの狭ギャップ化を図りながらも、第2キャップ31のコイルブロック4と振動ブロック11の磁石ブロック3との接触を防止することが可能となる。振動発電装置EHは、第2キャップ31のコイルブロック4と振動ブロック11の磁石ブロック3との間のギャップの狭ギャップ化により、磁束の利用効率の向上を図ることが可能となって、エネルギ変換効率の向上を図ることが可能となる。

0086

振動発電装置EHは、可動部12の上記規定方向への振動に伴って発生する電磁誘導によって、交流の誘導起電力が発生する。振動発電装置EHの開放電圧は、可動部12の振動に応じた交流電圧となる。ここで、エネルギ変換装置1は、上述の入力機構5に外力を与えることで可動部12を上記規定方向に沿って変位させた後で、第2磁性材料部6が第1磁性材料部7から離れれば、可動部12が減衰振動するので、この減衰振動に応じた交流電圧を発生する。

0087

ところで、エネルギ変換装置1は、振動発電装置EHが実装される実装基板8を備えている。実装基板8としては、例えば、プリント配線板などの回路基板を採用することができる。そして、入力機構5は、実装基板8に固定されている。これにより、エネルギ変換装置1は、振動発電装置EHと入力機構5との相対的な位置関係を規定することができる。

0088

入力機構5は、回路基板8に固定される円柱状の回動軸51と、この回動軸51に回動自在に保持された回動部本体52と、回動部本体52から突出された操作部53と、回動部本体52から操作部53とは反対側に突出された突出部54とを備えている。操作部53は、例えば、エネルギ変換装置1の使用者などが指などで操作可能な大きさに形成されている。操作部53と回動部本体52と突出部54とは、例えば、樹脂により形成することができる。第2磁性材料部6は、突出部54の先端面に接続されている。突出部54と第2磁性材料部6とは接着剤により接続されている。第2磁性材料部6の平面視形状は、矩形状としてある。

0089

第2磁性材料部6は、第2磁石により構成されているが、これに限らず、第2磁性体により構成してもよい。第2磁性材料部6を第2磁石により構成する場合の材料としては、例えば、ネオジム、サマリウムコバルト、アルニコ、フェライトなどを採用することができる。また、第2磁性材料部6を第2磁性体により構成する場合の材料としては、例えば、鉄−コバルト合金、電磁軟鉄、電磁ステンレス、パーマロイなどを採用することができる。

0090

第1磁性材料部7と第2磁性材料部6との間に発生する磁力の方向は、吸引する方向であるが、これに限らず、反発する方向でもよい。例えば、第1磁性材料部7を第1磁石により構成し、第2磁性材料部6を第2磁石により構成し、第1磁石と第2磁石との同極同士が対向するように第1磁石と第2磁石とを配置すれば、第1磁性材料部7と第2磁性材料部6との間に発生する磁力の方向は、反発する方向となる。

0091

入力機構5は、操作部53と突出部54と第2磁性材料部6とが一直線上に配置されており、操作部53と突出部54と第2磁性材料部6とを結ぶ直線が上記規定方向と略直交するように配置されている。

0092

ここにおいて、入力機構5は、例えば、図5に示すように、ねじりコイルばねからなる復帰ばね55を備えている。復帰ばね55は、回動部本体52内で回動軸51を囲むように配置されており、一端部55aが実装基板8に固定され、他端部55bが操作部53に固定されている。

0093

図5に示した入力機構5は、初期位置にある操作部53に対して復帰ばね55のばね力に抗して外力を与えることにより、上記規定方向に沿って突出部54が突出部18から離れる向きへ変位する。そして、入力機構5は、操作部53へ与えられていた外力がなくなると、復帰ばね55のばね力によって、操作部53が初期位置に戻るようになっている。

0094

入力機構5は、図5の構成に限らず、例えば、図6に示す構成を採用することもできる。図6に示した入力機構5は、コイルスプリングからなる復帰ばね56を備えている。復帰ばね56は、操作部53と操作部53に対向する固定部57との間に保持されている。固定部57は、実装基板8に固定されている。

0095

図6に示した入力機構5は、初期位置にある操作部53に対して復帰ばね56のばね力に抗して外力を与えることにより、上記規定方向に沿って突出部54が突出部18から離れる向きへ変位する。そして、入力機構5は、操作部53へ与えられていた外力がなくなると、復帰ばね56のばね力によって、操作部53が初期位置に戻るようになっている。

0096

なお、第1磁性材料部7が第1磁性体であり且つ第2磁性材料部6が第2磁性体である場合には、入力機構5が、第2磁性材料部6を磁化可能な磁石(以下、磁化用磁石と称する)を備えるようにすればよい。入力機構5は、磁化用磁石を第2磁性材料部6に接触させて第2磁性材料部6を磁化することにより第2磁性材料部6と第1磁性材料部7との間に磁力を発生させ、第2磁性材料部6から磁化用磁石を離すことにより第2磁性材料部6の磁気消失させ第2磁性材料部6と第1磁性材料部7との間の磁力を消失させるようにすればよい。

0097

振動ブロック11は、支持部14に、上記規定方向への可動部12の変位量を規定値に制限するストッパ構造14cを設けてある。ストッパ構造14cは、支持部14の内側面において上記規定方向に平行な面に対して傾斜したテーパ状である。これに対し、可動部12の外周面(可動部本体13の外側面)には、ストッパ構造14cと略平行な傾斜面12cを設けてある。可動部12に設けられた傾斜面12cは、可動部12の外周面において上記規定方向に平行な面に対して傾斜している。エネルギ変換装置1では、上述の入力機構5に外力を与えて可動部12を上記規定方向へ変位させる際に、傾斜面12cがストッパ構造14cに接触することで可動部12の変位量が規定値に制限されるから、可動部12の変位量を略一定値とすることが可能となる。また、エネルギ変換装置1では、上記規定方向とは異なる方向への可動部12の変位を抑制することが可能となる。これらにより、エネルギ変換装置1では、外力を与える度に発電出力ばらつくのを抑制することが可能となり、また、外力を与える際に弾性体部15に上記規定方向以外の方向へ過大な力が作用するのを抑制することが可能となり信頼性の向上を図ることが可能となる。

0098

エネルギ変換装置1の動作の一例について図7に基づいて説明するが、図7は、第2磁性材料部6が第2磁石により構成され、第1磁性材料部7が第1磁性体により構成されている場合の動作例を説明するためのものである。

0099

エネルギ変換装置1は、図7(a)に示すように操作部53が初期位置にある状態では、第2磁性材料部6と第1磁性材料部7との間に発生している磁力により第2磁性材料部6に第1磁性材料部7が吸着されている。エネルギ変換装置1は、初期位置にある操作部53に対して、操作部53が振動発電装置EHに近づく向き(図7(a)中の矢印の向き)の外力が与えられると、図7(b)の矢印で示すように、操作部53および突出部54が反時計回りに回動する。この際、エネルギ変換装置1は、可動部12が図7(b)の右側の弾性体部15の弾性力に抗して移動し、第1磁性材料部7が第2磁性材料部6に吸着された状態が維持される。なお、図7(b)において入力機構5に付した矢印は、入力機構5の回動方向を示している。

0100

そして、エネルギ変換装置1は、操作部53が更に回動され弾性体部15のばね力が第1磁性材料部7と第2磁性材料部6との間の磁力よりも大きくなると、図7(c)に示すように第1磁性材料部7が第2磁性材料部6から離れ、可動部12が上記規定方向に沿って振動する。この振動は、減衰振動である。なお、図7(c)において、可動部12に付した矢印は、可動部12の振動方向を示し、入力機構5に付した矢印は、入力機構5の回動方向を示している。

0101

その後、入力機構5へ外力を与えるのを止めると、入力機構5は、復帰ばね55のばね力によって初期位置に戻る。なお、図7(d)において入力機構5に付した矢印は、入力機構5の回動方向を示している。

0102

本実施形態のエネルギ変換装置1は、操作部53を初期位置から第1所定角(例えば、5°)だけ回動させたときに可動部12が上記規定値だけ変位してストッパ構造14cに接触し、操作部53を初期位置から第2所定角(例えば、10°)だけ回動させたときに弾性体部15のばね力が第1磁性材料部7と第2磁性材料部6との間の磁力よりも大きくなるように、弾性体部15のばね力を設計してある。第1所定角および第2所定角は、特に限定するものでないが、第2磁性材料部6が上記規定方向に沿った一直線上で変位するように設計することが好ましい。

0103

以上説明したエネルギ変換装置1は、可動部12を上記規定方向に沿って変位させるための入力機構5と、可動部12に接続された第1磁性材料部7と、入力機構5に接続された第2磁性材料部6とを備え、第1磁性材料部7と第2磁性材料部6との間に発生する磁力により可動部12を変位可能である。これにより、エネルギ変換装置1は、入力機構5へ外力を適宜与えることで可動部12を変位させて作動させることが可能であり、且つ、可動部12へ上記規定方向とは異なる方向の力が作用するのを抑制することが可能となり、エネルギ変換効率(発電効率)および信頼性の向上を図ることが可能となる。エネルギ変換装置1は、入力機構5と第2磁性材料部6と第1磁性材料部7とで可動部12を変位させるアクチュエータを構成している。

0104

エネルギ変換装置1は、第1磁性材料部7が、第1磁性体もしくは第1磁石のいずれかからなり、第2磁性材料部6が、第2磁性体もしくは第2磁石のいずれかからなるので、第1磁性材料部7と第2磁性材料部6との間に発生する磁力を適宜設定することが可能となる。

0105

また、エネルギ変換装置1は、第1磁性材料部7と第2磁性材料部6との間に発生する磁力の方向が、吸引する方向なので、磁力の方向が反発する方向である場合に比べて、可動部12を上記規定方向に沿って安定して変位させることが可能となる。

0106

エネルギ変換装置1は、図8(a)に示すように、可動部12に、上記規定方向への可動部12の変位量を規定値に制限するストッパ構造18aを備えている構成としてもよい。ストッパ構造18aは、可動部12から突出した突出部18の一部を先端部18bに比べて幅広とすることで形成されている。ここで、ストッパ構造18aの幅寸法は、支持部14の両端面14e,14e間の距離よりも長く設定してある。これにより、エネルギ変換装置1は、図8(b)に示すように、可動部12の変位量が規定値に制限されるから、可動部12の変位量を略一定値とすることが可能となる。また、エネルギ変換装置1では、上記規定方向とは異なる方向への可動部12の変位を抑制することが可能となる。これらにより、エネルギ変換装置1では、外力を与える度に発電出力がばらつくのを抑制することが可能となり、また、外力を与える際に弾性体部15に上記規定方向以外の方向へ過大な力が作用するのを抑制することが可能となり信頼性の向上を図ることが可能となる。

0107

図8の例では、ストッパ構造18aが、上記規定方向において入力機構5と同一直線上に配置されているので、可動部12に上記規定方向以外の不要な変位入力が発生するのを抑制することが可能となる。

0108

エネルギ変換装置1は、図9に示すように、支持部14の両端面14e,14eが、上記規定方向において可動部12から離れるにつれて上記規定方向に直交する方向の距離が徐々に短くなるように傾斜しており、これら両端面14e,14eが、上記規定方向への可動部12の変位量を規定値に制限するストッパ構造を構成するものでもよい。可動部12は、上記規定方向に可動部12が上記規定値だけ変位したときに両端面14e,14eの各々に面状に接触可能な2つの傾斜面18e,18eを備えることが好ましい。これにより、エネルギ変換装置1は、可動部12に上記規定方向以外の不要な変位入力が発生するのを抑制することが可能となる。

0109

エネルギ変換装置1は、図10に示すように、第1磁性材料部7が、可動部12にばね16を介して接続されている構成としてもよい。これにより、エネルギ変換装置1は、可動部12および第1磁性材料部7それぞれにかかる引張応力緩和することが可能となり、信頼性を向上させることが可能となる。

0110

エネルギ変換装置1は、図11に示すように、第2磁性材料部6が、入力機構5にばね17を介して接続されている構成としてもよい。これにより、エネルギ変換装置1は、第2磁性材料部6および入力機構5それぞれにかかる引張応力を緩和することが可能となり、信頼性を向上させることが可能となる。

0111

エネルギ変換装置1は、図12に示すように、支持部14が、第2磁性材料部6が第1磁性材料部7を吸着する位置で第2磁性材料部6が吸着する第3磁性材料部9を備えた構成としてもよい。これにより、エネルギ変換装置1は、可動部12の変位量が第2磁性材料部6の変位可能量により制限されるから、可動部12の変位量を略一定値とすることが可能となる。また、エネルギ変換装置1では、上記規定方向とは異なる方向への可動部12の変位を抑制することが可能となる。これらにより、エネルギ変換装置1では、外力を与える度に発電出力がばらつくのを抑制することが可能となり、また、外力を与える際に弾性体部15に上記規定方向以外の方向へ過大な力が作用するのを抑制することが可能となり信頼性の向上を図ることが可能となる。

0112

ところで、上述の実施形態では、可動部12が磁石ブロック3を備え、第1キャップ21および第2キャップ31の各々がコイルブロック4を備えているが、これらに限らず、可動部12がコイルブロック4を備え、第1キャップ21および第2キャップ31の少なくとも一方が磁石ブロック3を備えた構成としてもよい。また、弾性体部15は、ゴムや樹脂などにより形成してもよい。

0113

1エネルギ変換装置
2磁石
3磁石ブロック
4コイルブロック
4aコイル
5入力機構
6 第2磁性材料部
7 第1磁性材料部
9 第3磁性材料部
12可動部
14 支持部
14e 端面(ストッパ構造)
14c ストッパ構造
15弾性体部
16 ばね
17 ばね
18a ストッパ構造
18e 傾斜面

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