发电装置制造方法
【专利摘要】本发明的目的在于提供一种发电装置，该种发电装置能够将来自外部的振动高效地传递至两个振动系统，从而能够在较宽的频带内进行高效的发电，而且，能够向小空间配置。本发明的发电装置（100）包括：壳体（20）；以及发电部（10），其以能够沿上下方向振动的方式被保持在壳体（20）内。发电部（10）具有：一对彼此相对的上侧板簧（60U）和下侧板簧（60L）；磁体组装体（30），其固定在这些板簧之间，具有永磁体（31）；线圈（40），其被设置为围绕永磁体（31）的外周侧；以及线圈保持部（50），其用于保持线圈（40）。
【专利说明】发电装置【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种发电装置。
【背景技术】
[0002]近年来，研究出一种能够将振动能转换成电能来发电的发电装置(例如参照专利文献I)。
[0003]如下述图15所示，专利文献I所述的发电装置具有:呈长方体状的装置主体200 ；钢棒160，其贯穿形成在装置主体200的上板240的贯通孔280，并借助设于装置主体200内上侧的螺旋弹簧360连结于装置主体200的上部；以及钢棒180，其贯穿形成在装置主体200的下板260的贯通孔400，并借助设于装置主体200内下侧的螺旋弹簧360连结于装置主体200的下部。
[0004]而且，构成为钢棒160、180中的位于上侧的钢棒160的上端部固定于支承体，并且，位于下侧的钢棒180的下端部固定于空调用风道等振动体，在振动体振动的作用下，装置主体200能够沿着钢棒160、180的轴向振动。
[0005]在该装置主体200的内部具有发电部件460，其中，该发电部件460具有:块420，其固定于装置主体200的内表面；磁体480，其借助螺旋弹簧520沿钢棒160、180的轴向支承于块420 ；以及线圈500，其固定于装置主体200的内周面。在这样的发电部件460中，伴随着装置主体200的振动，磁体480在装置主体200内产生振动。由此，线圈500相对于磁体480相对移动，从而在线圈500中产生伴随电磁感应的电压。
[0006]在该结构的发电装置中，当磁体480在上下方向上移动时，钢棒160、180作为磁体480的引导部发挥功能。由此，能够将振动体的振动转换为装置主体200 (磁体480)在上下方向上的振动，其结果，能够使发电部件460发电。
`[0007]但是，在该结构的发电装置中，装置主体200不仅容易在上下方向上振动，还容易在除了该上下方向以外的方向上振动。因此，各钢棒160、180在与各贯通孔280、400相接触的状态下振动(滑动)。其结果，发电装置的发电效率降低。
[0008]而且，在该结构的发电装置中，不得不将装置主体200在上下方向上的尺寸做得较大，因此，需要确保较大的安装空间。
[0009]专利文献1:日本特开2011 - 160548号公报
【发明内容】
[0010]发明要解决的问题
[0011]本发明即是鉴于上述以往的问题点而做成的，其目的在于提供一种发电装置，该发电装置能够将来自外部的振动高效地传递至两个振动系统，从而能够在较宽的频带内进行高效的发电，而且，能够向小空间配置。
[0012]用于解决问题的方案
[0013]通过以下的(I)~(10)的本发明来实现。[0014]( I) 一种发电装置，其特征在于，
[0015]该发电装置包括:
[0016]壳体；
[0017]磁体，其以能够沿着磁化方向移位的方式设于该壳体的内侧；
[0018]线圈，其设置为与该磁体相分离、且围绕该磁体的外周侧；
[0019]保持部，其设于上述磁体与上述壳体之间，用于以能够使上述线圈沿着上述磁化方向相对于上述磁体相对性地移位的方式保持上述线圈；以及
[0020]一对板簧，它们至少隔着上述磁体、上述线圈以及上述保持部相对地配置，且固定有上述磁体和上述保持部，
[0021]各上述板簧包括:将上述壳体与上述保持部间连结起来的多个第I弹簧部和将上述保持部与上述磁体间连结起来的多个第2弹簧部。
[0022]( 2 )根据上述(I)所述的发电装置，其中，
[0023]各上述板簧包括:
[0024]第I环状部；
[0025]第2环状部，其位于比该第I环状部靠内侧的位置，且与上述第I环状部同心地设置，并借助上述第I弹簧部与上述第I环状部相连结；以及
[0026]第3环状部，其位于比该第2环状部靠内侧的位置，且与上述第2环状部同心地设置，并借助上述第2弹簧部与上述第2环状部相连结，
[0027]上述壳体固定于第I环状部，上述保持部固定于上述第2环状部，上述磁体固定于上述第3环状部。
[0028]( 3 )根据上述(2 )所述的发电装置，其中，
[0029]各上述第I弹簧部具有沿着上述第I环状部的周向和上述第2环状部的周向延伸的部分。
[0030](4)根据上述(2)或(3)所述的发电装置，其中，
[0031]各上述第2弹簧部具有沿着上述第2环状部的周向和上述第3环状部的周向延伸的部分。
[0032](5)根据上述(2)?(4)中任一项所述的发电装置，其中，
[0033]各上述板簧呈以其中心轴线为中心的旋转对称的形状。
[0034](6)根据上述(I)?(5)中任一项所述的发电装置，其中，
[0035]上述第I弹簧部的数量与上述第2弹簧部的数量不同。
[0036]( 7 )根据上述(I)?(6 )中任一项所述的发电装置，其中，
[0037]—个上述板簧与另一个上述板簧的厚度、构成材料、上述第I弹簧部的数量以及上述第2弹簧部的数量中的至少一者不同。
[0038]( 8 )根据上述(I)?(7 )中任一项所述的发电装置，其中，
[0039]一个上述板簧的上述第I弹簧部与另一个上述板簧的上述第I弹簧部之间的分离距离在上述壳体侧与在上述保持部侧不同。
[0040](9)根据上述(I)?(8)中任一项所述的发电装置，其中，
[0041]一个上述板簧的上述第2弹簧部与另一个上述板簧的上述第2弹簧部之间的分离距离在上述保持部侧与在上述磁体侧不同。[0042](10)根据上述(I)?(9)中任一项所述的发电装置，其中，
[0043]一个上述板簧与另一个上述板簧具有大致相同的形状，且配置为在俯视该发电装置时上述第I弹簧部彼此和上述第2弹簧部彼此中的至少一方相错开。
[0044]发明的效果
[0045]采用本发明的发电装置，具有一对板簧，该一对板簧至少隔着磁体、线圈以及保持部相对地配置，且固定(连结)有磁体和保持部。而且，各弹簧部具有这样的构造:借助多个第I弹簧部将壳体和保持部连结起来，并借助多个第2弹簧部将保持部和磁体连结起来。
[0046]该板簧在与厚度方向大致正交的方向(横向)上的刚性(横向刚性)比在厚度方向上的刚性高，因此，相较于横向，各板簧在厚度方向上优先变形。而且，磁体和保持有线圈的保持部在它们的厚度方向上的两侧固定(连结)于一对板簧，从而能够与各板簧一体地振动。
[0047]这样，阻止磁体和保持有线圈的保持部以与板簧的厚度方向大致正交的方向为轴线的直线运动(横摆)、以及转动(摇摆)，从而将它们的振动轴线限制为恒定的方向(板簧的厚度方向)。因而，防止磁体和保持有线圈的保持部在振动时(即发电装置发电时)相互接触。
[0048]而且，在该结构的发电装置中构成有双自由度振动系统，该双自由度振动系统具有:第I振动系统，借助各板簧的第I弹簧部使保持有线圈的保持部相对于壳体振动；以及第2振动系统，借助各板簧的第2弹簧部使磁体相对于保持有线圈的保持部振动。如上所述，能够防止磁体和保持有线圈的保持部在振动时相互接触。因此，能够将来自振动体的振动能高效地传递至第I振动系统，进而将被传递至该第I振动系统的振动能高效地传递至第2振动系统。即，能够将来自振动体的振动无损失地传递至第I振动系统，进而经由第I振动系统传递至第2振动系统。因而，在该发电装置中能够进行高效的发电。
[0049]而且，第I振动系统具有第I共振频率，该第I共振频率是由线圈、保持部的质量、第I弹簧部的弹簧常数、以及第I振动系统与第2振动系统间的质量比决定的，第2振动系统具有第2共振频率，该第2共振频率是由磁体的质量、第2弹簧部的弹簧常数、以及第I振动系统与第2振动系统间的质量比决定的，通过适当地设定两个共振频率间隔，能够从两个共振频率所夹着的频带中获得能够使外部的振动增幅的频带。
[0050]因此，在该发电装置中，能够相对于第I共振频率与第2共振频率之间的频带的外部振动高效地发电。换言之，通过与来自振动体的外部振动的频带相匹配地设计各构成构件的质量和板簧的各弹簧部的弹簧常数，能够将较宽频带的外部振动高效地转换成发电倉泛。
[0051]而且，在该发电装置中，构成为第2振动系统以位于第I振动系统的内侧的方式与该第I振动系统并排地配置，因此能够谋求该发电装置的低矮化，从而能够向小空间配置。
【专利附图】
【附图说明】
[0052]图1是表示本发明的发电装置的第I实施方式的立体图。
[0053]图2是图1所示的发电装置的剖视立体图。
[0054]图3是图2所示的发电装置的分解立体图。
[0055]图4是图1所示的发电装置所具有的板簧的俯视图。[0056]图5是用于说明图1所示的发电装置的发电部所具有的双自由度振动系统(第I振动系统和第2振动系统)的结构的模型图。
[0057]图6是用于说明图5所示的双自由度振动系统的发电量的频率特性的图表。
[0058]图7是图1所示的发电装置的剖视示意图。
[0059]图8是用于说明在图1所示的发电装置中形成的磁路(磁性回路)的图。
[0060]图9是本发明的发电装置的第2实施方式所具有的板簧的俯视图。
[0061]图10是表示本发明的发电装置的第3实施方式的剖视示意图。
[0062]图11是表示本发明的发电装置的第4实施方式的第I结构例的剖视示意图。
[0063]图12是表示本发明的发电装置的第4实施方式的第2结构例的剖视示意图。
[0064]图13是表示本发明的发电装置的第4实施方式的第3结构例的剖视示意图。
[0065]图14是表示本发明的发电装置的第4实施方式的第4结构例的剖视示意图。
[0066]图15是以往的发电装置的主要部分剖视图。
【具体实施方式】
[0067]以下，根据附图所示的优选的实施方式对本发明的发电装置进行说明。
[0068]第I实施方式
[0069]首先，对本发明的发电装置的第I实施方式进行说明。
[0070]图1是表示本发明的发电装置的第I实施方式的立体图，图2是图1所示的发电装置的剖视立体图，图3是图2所示的发电装置的分解立体图。
[0071]此外，在以下的说明中，将图1?图3中的上侧称作“上”或者“上方”，将图1?图3中的下侧称作“下”或者“下方”。
[0072]如图1?图3所示，发电装置100包括:壳体20 ;以及发电部10，其以能够沿图2的上下方向振动的方式被保持在壳体20内。发电部10具有:一对彼此相对的上侧板簧60U和下侧板簧60L ;磁体组装体30，其固定在这些板簧之间，具有永磁体31 ;线圈40，其被设置为围绕永磁体31的外周侧；以及线圈保持部50，其用于保持线圈40。此外，在本实施方式中，对将具有相同构造的构件用作上侧板簧60U和下侧板簧60L的情况进行说明。
[0073]以下，对各部的结构进行说明。
[0074]壳体20
[0075]如图3所示，壳体20包括盖21、基座23、以及位于盖21与基座23之间的筒状部22。
[0076]盖21呈圆盘状，沿着其外周缘部以朝向下方突出的方式形成有圆环状(环状)的肋211。沿着与该肋211相对应的部分形成有4个大致等间隔地配置的贯通孔212。而且，在盖21的比肋211靠内侧的部分形成有以朝向上方凹陷的方式形成的凹部(退让部)214。发电部10在振动时位于(退避到)该凹部214内，从而防止了与盖21相接触的情况。
[0077]筒状部22呈圆筒状，其在俯视时的大小与盖21的肋211在俯视时的大小大致相等。在将发电部10和壳体20组装起来的状态(以下，将该状态称作“组装状态”。)下，有助于发电部10的发电的主要部分位于筒状部22的内侧。
[0078]而且，在筒状部22的上端部的与盖21的贯通孔212相对应的位置形成有4个螺纹孔221。而且，在后述的上侧板簧60U的外周部(第I环状部61)的与上述的4个贯通孔212和螺纹孔221相对应的位置形成有贯通孔66。在使上侧板簧60U的外周部位于盖21与筒状部22之间位置的状态下，使螺钉213贯穿于盖21的贯通孔212和上侧板簧60U的贯通孔66并螺纹接合于筒状部22的螺纹孔221。由此，将上侧板簧60U的外周部即发电部10固定于盖21和筒状部22。
[0079]基座23呈矩形平板状，在其中央部以朝向上方突出的方式形成有圆环状的肋231。换言之，在该肋231的内侧形成有凹部(退让部)234。发电部10在振动时位于(退避至IJ)该凹部234内，从而防止了与基座23相接触的情况。
[0080]在该基座23中，沿着与肋231相对应的部分形成有4个大致等间隔地配置的贯通孔232。而且，在筒状部22的下端部的与基座23的贯通孔232相对应的位置也形成有4个螺纹孔221。在使下侧板簧60L的外周部(第I环状部61)位于基座23与筒状部22之间位置的状态下，使螺钉233贯穿于基座23的贯通孔232和下侧板簧60L的贯通孔66并螺纹接合于筒状部22的螺纹孔221。由此，将下侧板簧60L的外周部即发电部10固定于基座23和筒状部22。
[0081]而且，在基座23的四个角分别形成有贯通孔235。使未图示的螺钉贯穿于基座23的贯通孔235，并使该螺钉与设于振动体的螺纹孔螺纹接合。由此，将基座23与振动体之间固定起来，从而将发电装置100安装(固定)于振动体。而且，在基座23的凹部234内的、与在组装状态下贯穿于后述的垫圈80的贯通孔81的螺钉82的头部相对应的位置形成有贯通孔。
[0082]在此，振动体例如能够列举出空调风道、输送设备(货车或汽车、卡车的载物台)、用于构成轨道的枕木、高速道路或隧道、桥梁、泵或轮机等设备、用于传递液压和气压的管类等。
[0083]用于构成壳体20 (盖21、筒状部22以及基座23)的材料不受特别限定，例如能够列举出金属材料、陶瓷材料、树脂材料等，能够使用这些材料中的一种，或者将这些材料中的两种以上的材料组合起来使用。
[0084]壳体20的尺寸不受特别限定，但从使发电装置100小型化(低矮化)的观点考虑，优选的是，壳体20 (基座23)的平均宽度为60mm?120mm左右。而且，优选的是，壳体20的平均高度为20mm?50mm左右，更优选的是30mm?40mm左右。
[0085]发电部10以能够振动的方式被保持在该壳体20内。
[0086]以下，详细地对构成发电部10的各构件进行说明。
[0087]h侧板箸60U、下侧板箸60L
[0088]上侧板簧60U设于盖21与筒状部22之间，而且，下侧板簧60L设于基座23与筒状部22之间。
[0089]图4是图1所示的发电装置100所具有的板簧(上侧板簧60U、下侧板簧60L)的俯视图，以下，参照图4对各板簧的构造进行说明。
[0090]各板簧均是由金属制的薄板材形成的圆环状的构件。各板簧从外周侧起均具有如下构件:第I环状部61、外径小于第I环状部61的内径的第2环状部62、以及外径小于第2环状部62的内径的第3环状部63。这些第I环状部61、第2环状部62以及第3环状部63均设置为与各板簧同心。而且，第I环状部61与第2环状部62之间被多个(在本实施方式中为4个)第I弹簧部64连结起来，第2环状部62与第3环状部63之间被多个(在本实施方式中为两个)第2弹簧部65连结起来。
[0091]在各板簧的第I环状部61形成有4个贯通孔66。这些贯通孔66沿着第I环状部61的外周方向以大致等间隔(大致90°间隔)的方式形成。而且，上侧板簧60U的第I环状部61被贯穿各贯通孔66和盖21的贯通孔212并螺纹接合于筒状部22的上端侧的螺纹孔221的螺钉213固定(螺纹固定)于盖21和筒状部22。而且，下侧板簧60L的第I环状部61被贯穿各贯通孔66和基座23的贯通孔232并螺纹接合于筒状部22的下端侧的螺纹孔221的螺钉233固定(螺纹固定)于基座23和筒状部22。
[0092]而且，在各板簧的第2环状部62也形成有4个贯通孔67。这些贯通孔67沿着第2环状部62的外周方向以大致等间隔(大致90°间隔)的方式形成。而且，在后述的线圈保持部50的外周部(筒状部51)的上端部和下端部分别形成有4个螺纹孔511，这些螺纹孔511形成于与形成在各板簧的第2环状部62的贯通孔67相对应的位置。而且，在上侧板簧60U的上侧和下侧板簧60L的下侧配置有圆环状的垫圈80，其中，在该圆环状的垫圈80的、与形成在各板簧的第2环状部62的贯通孔67和线圈保持部50的螺纹孔511相对应的位置形成有4个贯通孔81。
[0093]在上侧板簧60U位于设在上侧板簧60U的上侧的垫圈80与线圈保持部50之间的状态下，使螺钉82贯穿于垫圈80的贯通孔81和上侧板簧60U的第2环状部62的贯通孔67并螺纹接合于线圈保持部50的上侧的螺纹孔511。由此，将上侧板簧60U的第2环状部62固定于线圈保持部50的外周部(筒状部51)的上端部。而且，在下侧板簧60L位于设在下侧板簧60L的下侧的垫圈80与线圈保持部50之间的状态下，使螺钉82贯穿于垫圈80的贯通孔81和下侧板簧60L的第2环状部62的贯通孔67并螺纹接合于线圈保持部50的下侧的螺纹孔511。由此，将下侧板簧60L的第2环状部62固定于线圈保持部50的外周部(筒状部51)的下端部。此外，垫圈80在俯视时的大小与板簧的第2环状部62在俯视时的大小大致相等。
[0094]而且，上侧板簧60U的第3环状部63与配置在后述的磁体组装体30之上的间隔件70的上部相固定，下侧板簧60L的第3环状部63与磁体组装体30的底部相固定。例如能够通过使用粘接剂等将这些构件之间固定起来。
[0095]4个第I弹簧部64均呈具有圆弧状的部分的形状(大致S字状)，它们配置在形成于第I环状部61与第2环状部62之间的圆环状的间隙内。该4个第I弹簧部64以隔着线圈保持部50彼此相对的方式设有两对。而且，就各第I弹簧部64而言，其一端在第I环状部61的贯通孔66附近与第I环状部61相连结，其圆弧状的部分沿着第I环状部61的内周缘和第2环状部62的外周缘呈右转弯(顺时针)地延伸，其另一端在第2环状部62的贯通孔67附近与第2环状部62相连结。
[0096]各板簧的4个第I弹簧部64以能够使第2环状部62相对于第I环状部61在图2的上下方向上振动的方式将第2环状部62支承(连结)于第I环状部61。此外，如上所述，第I环状部61固定于壳体20 (盖21、筒状部22以及基座23)，第2环状部62固定于线圈保持部50。因此，当振动体所产生的振动被传递至壳体20时，线圈保持部50借助第I弹簧部64相对于壳体20振动。
[0097]两个第2弹簧部65均呈具有圆弧状的部分的形状(大致S字状)，它们配置在形成于第2环状部62与第3环状部63之间的圆环状的间隙内。该两个第2弹簧部65以隔着磁体组装体30彼此相对的方式设有一对。而且，就各第2弹簧部65而言，其一端在形成于第2环状部62的、隔着磁体组装体30相对的两个贯通孔67附近与第2环状部62相连结，其圆弧状的部分沿着第2环状部62的内周缘和第3环状部63的外周缘呈右转弯(顺时针)地延伸，其另一端与第3环状部63相连结。
[0098]各板簧的两个第2弹簧部65以能够使第3环状部63相对于第2环状部62在图2的上下方向上振动的方式将第3环状部63支承(连结)于第2环状部62。此外，如上所述，第2环状部62固定于线圈保持部50，第3环状部63在上侧板簧60U中隔着间隔件70固定于磁体组装体30，而且，第3环状部63在下侧板簧60L中直接固定于磁体组装体30。因此，磁体组装体30借助第2弹簧部65相对于线圈保持部50振动。 [0099]以上所说明的各板簧如图4所示的那样，呈以其中心轴线(第3环状部63的中心轴线)为中心的旋转对称的形状。由此，能够防止各板簧的周向上的第I弹簧部64和第2弹簧部65的弹簧常数产生偏差。因此，能够提高各板簧整体的横向刚性。而且，在组装发电装置100时，能够更简便地进行该作业。
[0100]在该结构的发电装置100中，形成有借助各板簧60U、60L的第I弹簧部64使线圈保持部50相对于壳体20振动的第I振动系统和借助各板簧60U、60L的第2弹簧部65使磁体组装体30相对于线圈保持部50振动的第2振动系统。换言之，在发电装置100中，发电部10构成为具有第I振动系统和第2振动系统的双自由度振动系统。
[0101]在此，参照附图对该结构的双自由度振动系统进行说明。
[0102]图5是用于说明发电部10所具有的双自由度振动系统(第I振动系统和第2振动系统)的结构的模型图。而且，图6是用于说明图5所示的双自由度振动系统的发电量的频率特性的图表。
[0103]在这样的双自由度振动系统的发电部10中,第I振动系统具有第I固有振动频率O1，该第I固有振动频率Co1是由线圈保持部50 (线圈40和线圈保持部50)的质量Hi1、线圈保持部50与磁体组装体30间的质量比μ、以及第I弹簧部64的弹簧常数Ic1决定的，第2振动系统具有第2固有振动频率ω2，该第2固有振动频率ω2是由磁体组装体30的质量m2、线圈保持部50与磁体组装体30间的质量比μ、以及第2弹簧部65的弹簧常数k2决定的。
[0104]更具体地讲，根据图5所示的发电部10的双自由度振动系统的模型图，能够利用下述式(I)的运动方程式表示各固有振动频率ωρ ω2。
[0105]式I
[0106]
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[0107]
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[0108]即，双自由度振动系统的各固有振动频率ω2由上述μ、Ωρ Ω 2这三个参数决定。[0109]伴随着因发电而产生的衰减，如图6所示，上述式(I)所示的双自由度振动系统的发电量(发电能力)在分别由各固有振动频率ωρ ω2决定的两个共振频率f\、f2处获得最大值。而且，就发电装置100而言，在这两个共振频率(f\、f2)之间的整个频带内，发电部10高效地相对于壳体20振动。此外，在无衰减的情况下，各固有振动频率COpco2与各共振频率 f\、f2—致。
[0110]因而，通过调整各振动系统的质量(m1、m2)和弹簧常数(kp k2)而将第I振动系统的共振频率与第2振动系统的共振频率f2设定为互不相同的值(双重化)，从而能够利用该设定好的频带的外部振动(施加于壳体20的振动)使发电部10高效地振动。
[0111]此外，例如在振动体的振动频率为20Hz?40Hz的频带的情况下，通过将上述各振动系统的质量Up m2)和弹簧常数(Ic1、k2)调整为满足下述式(I)?(3)的条件，从而能够使发电装置100的相对于该振动体的发电效率特别优异。
[0112]Hi1 [kg]:m2[kg] =1.5:1 (I)
[0113]Iii1 [kg] Ik1 [N/m] = 1:60000 (2)
[0114]m2[kg]:k2[N/m] = 1:22000 (3)
[0115]此外，为了使各弹簧部(第I弹簧部64、第2弹簧部65)的弹簧常数(k1、k2)成为期望的值而能够适当地调整各板簧的平均厚度，各板簧的平均厚度优选为0.1mm?0.4_左右，更优选为0.2mm?0.3mm左右。只要板簧的平均厚度在上述范围内，就能够可靠地防止发生板簧的塑性变形、断裂等。由此，能够以安装于振动体的状态长期地使用发电装置100。
[0116]在这些上侧板簧60U与下侧板簧60L之间设有具有永磁体31的磁体组装体30。
[0117]磁体组装体30
[0118]磁体组装体30具有:圆盘状(厚度较薄的圆柱状)的永磁体31 ;圆筒状的背磁轭32，其具有底板部321和筒状部322，永磁体31配设在底板部321的大致中央位置，自底板部321的外周端部竖立设有筒状部322 ;以及磁轭33,其设于永磁体31的上表面。就磁体组装体30而言，背磁轭32的底板部321的外周部与下侧板簧60L的第3环状部63相固定，并且，磁轭33隔着后述的间隔件70与上侧板簧60U的第3环状部63相固定。
[0119]永磁体31以N极位于磁轭33侧、S极位于背磁轭32的底板部321侧的方式配置在背磁轭32与磁轭33之间。S卩，磁体组装体30在借助各板簧的第2弹簧部65相对于线圈保持部50振动时，磁体组装体30沿着永磁体31的磁化方向移位。
[0120]永磁体31能够使用例如铝镍钴磁体、铁氧体磁体、钕磁体、钐钴磁体、或者对将这些磁体粉碎并与树脂材料、橡胶材料混炼而成的复合原材料进行成形而成的磁体(粘结磁体)等。此外，永磁体31例如利用粘接剂的粘接来固定于背磁轭32和磁轭33。
[0121]磁轭33在俯视时的大小与永磁体31在俯视时的大小大致相等。而且，在磁轭33的中央部附近形成有贯通孔。
[0122]背磁轭32构成为在被后述的线圈保持部50保持着的线圈40与筒状部322以及永磁体31相分离的状态配置在筒状部322与永磁体31 (磁轭33)之间。S卩，筒状部322的内径设计得大于线圈40的外径。而且，在背磁轭32的底板部321的中央部附近形成有贯通孔。
[0123]作为这些背磁轭32和磁轭33的构成材料例如能够列举出纯铁(例如JISSUY)、软铁、碳素钢、电磁钢(硅钢)、高速工具钢、结构钢(例如Jis SS400)、不锈钢坡莫合金等，能够使用这些材料中的一种，或者将这些材料中的两种以上组合起来使用。
[0124]在磁体组装体30与壳体20之间设有线圈保持部50。
[0125]线圈保持部50
[0126]线圈保持部50具有圆筒状的筒状部51和配设在筒状部51的内周面侧的圆环状的环状部52。
[0127]在筒状部51的上端部和下端部分别形成有4个螺纹孔511。通过使螺钉82贯穿于垫圈80的贯通孔81和各板簧的第2环状部62的贯通孔67并螺纹接合于该螺纹孔511，从而能够使筒状部51与各板簧的第2环状部62相固定(螺纹固定)。S卩，线圈保持部50与各板簧的第2环状部62相固定。而且，在筒状部51的上部形成有4个缺口部512。
[0128]环状部52的外径与筒状部51的内径大致相等，且环状部52形成有4个自外周部向外侧突出的突起521。通过将环状部52的4个突起521卡定于筒状部51的缺口部512，从而将环状部52固定于筒状部51。
[0129]而且，环状部52的内径形成得大于后述的间隔件70 (间隔件70的筒状部71)的外径。
[0130]这样的线圈保持部50在环状部52的下表面侧保持线圈40。
[0131]线圈40
[0132]线圈40固定于线圈保持部50的环状部52下表面的内周部附近，并被线圈保持部50保持。而且，线圈40在被线圈保持部50保持着的状态下，以与磁体组装体30的背磁轭
32的筒状部322与永磁体31相分离的方式配置在筒状部322与永磁体31之间。该线圈40伴随着发电部10的振动(线圈保持部50的振动和磁体组装体30的振动)而相对于永磁体31相对性地在上下方向上移位。此时，来自贯穿线圈40的永磁体31的磁感线的密度发生变化，而使线圈40产生电压。
[0133]在组装状态下，线圈40是通过以围绕永磁体31的周围的方式将线材卷绕起来而形成的。作为这样的线材不受特别限定，例如能够列举出在铜制的基线上被覆绝缘覆膜而成的线材、在铜制的基线上被覆带有熔接功能的绝缘覆膜而成的线材等，能够使用这些线材中的一种，或者将这些线材中的两种以上的线材组合起来使用。线材的卷绕圈数能够根据线材的横截面积等适当地设定，不受特别限定。
[0134]此外，线材的横截面形状例如也可以是三角形、正方形、长方形、六边形那样的多边形、圆形、椭圆形等任意形状。
[0135]此外，构成该线圈40的线材的两端与设于线圈保持部50的环状部52的上侧的电压获取部90相连接，从而构成为能够自该电压获取部90获取线圈40所产生的电压。
[0136]而且，在本实施方式的发电装置100中，在磁轭33的上表面设有间隔件70，其中，该间隔件70具有:一端闭塞的、呈圆筒状的筒状部71 ;以及沿着筒状部71的另一端的外周一体地设置的圆形的凸缘部72。就该间隔件70而言，筒状部71的一端侧固定于磁轭33，凸缘部72的外周部固定于上侧板簧60U的第3环状部63。在本实施方式的发电装置100中，借助间隔件70将磁轭33与上侧板簧60U之间固定起来，从而使得在发电部10未振动的状态下，上侧板簧60U的各环状部(第I环状部61、第2环状部62、第3环状部63)彼此平行。换言之，成为未对各弹簧部(第I弹簧部64和第2弹簧部65)施加张力的状态。
[0137]而且，作为构成间隔件70的材料例如能够使用镁、铝、成形树脂等。[0138]接着，对这样的发电装置100的作用进行说明。
[0139]图7是图1所示的发电装置的剖视示意图，图8是用于说明在图1所示的发电装置中形成的磁路(磁场回路)的图。
[0140]如图7所示，在发电装置100中，当自振动体向壳体20传递振动时，发电部10在形成于盖21的凹部214、形成于基座23的凹部234内振动。更具体地讲，线圈保持部50借助各板簧60U、60L的第I弹簧部64而相对于壳体20在各凹部214、234内沿图7中的上下方向振动(即，第I振动系统振动)。而且，同样地，磁体组装体30借助各板簧60U、60L的第2弹簧部65而相对于线圈保持部50在各凹部214、234内沿图7中的上下方向振动(即，第2振动系统振动)。
[0141]从各板簧60U、60L的构造方面讲，各弹簧部(第I弹簧部64、第2弹簧部65)在与振动方向大致正交的方向(横向)上的弹簧常数比在振动方向上的弹簧常数大。即，各板簧60U、60L的横向上的刚性(横向刚性)高于其厚度方向上的刚性。因此，相较于横向，各板簧60U、60L在厚度方向(振动方向)上优先变形。
[0142]而且，磁体组装体30和保持有线圈40的线圈保持部50分别在它们的厚度方向上的两侧固定于一对板簧60U、60L的连接于各弹簧部的环状部(第2环状部62和第3环状部63)。因此，磁体组装体30和保持有线圈40的线圈保持部50与各板簧60U、60L —体地振动。
[0143]这样，阻止磁体组装体30和保持有线圈40的线圈保持部50以与各板簧60U、60L的厚度方向大致正交的方向为轴线的直线运动(横摆)、以及转动(摇摆)，从而将这些振动轴线限制为恒定的方向(板簧60U、60L的厚度方向)。因而，防止磁体组装体30和保持有线圈40的线圈保持部50在振动时(即发电装置发电时)相互接触。特别是由于磁体组装体30和保持有线圈40的线圈保持部50均是具有较高的刚性的刚性体，因此，与板簧60U、60L的各弹簧部同样，在与振动方向正交的方向上的刚性(横向刚性)也较高。因此，更可靠地防止磁体组装体30与保持有线圈40的线圈保持部50在振动时相互接触。
[0144]因而，在发电装置100中，如上所述，由于能够防止在发电时磁体组装体30与保持有线圈40的线圈保持部50相互接触，因此，能够将来自振动体的振动能高效地传递至第I振动系统，进而能够将被传递至该第I振动系统的振动能高效地传递至第2振动系统。SP，能够将来自振动体的振动能无损失地传递至第I振动系统，进而经由第I振动系统传递至第2振动系统。因而，在该发电装置中能够进行高效的发电。
[0145]而且，如已经说明的那样，第I振动系统具有第I共振频率，该第I共振频率由线圈保持部50 (线圈40和线圈保持部50)的质量Hi1、线圈保持部50与磁体组装体30间的质量比μ、以及第I弹簧部64的弹簧常数Ic1决定，第2振动系统具有第2共振频率f2，该第2共振频率f2由磁体组装体30的质量m2、线圈保持部50与磁体组装体30间的质量比μ、以及第2弹簧部65的弹簧常数k2决定。因此，在发电装置100中，能够相对于第I共振频率与第2共振频率f2之间的频带的外部振动高效地发电。换言之，通过与来自振动体的外部振动的频带相匹配地设计各构成构件的质量和板簧的各弹簧部的弹簧常数，能够高效地将较宽频带的外部振动转换为发电能。
[0146]而且，发电装置100是这样的结构:如图7所示，第I振动系统和第2振动系统沿发电装置100的横向排列，且第I振动系统和第2振动系统在高度方向上相互重叠，因此，能够降低发电装置100的高度(低矮化)。因此，具有这样的优势:在将发电装置100安装于振动体时，不受安装空间的限制。
[0147]而且，发电装置100是这样的结构:构成各振动系统的磁体组装体30和线圈保持部50连结在横向刚性较高的一对板簧60U、60L之间，因此，能够以使发电装置100相对于振动体纵向放置(将壳体20安装于振动体的侧面的放置)的方式将发电装置100安装于振动体。即使在这种情况下，与各板簧60U、60L相连结的磁体组装体30、线圈保持部50的振动特性也不会变化。即，在将发电装置100以相对于振动体纵向放置的方式安装于振动体的情况下，也与以横向放置(将壳体20安装于振动体的上表面或者下表面的放置)的方式安装的情况具有同样的发电效率。
[0148]而且，在这样的发电装置100中，如上所述，在磁体组装体30的磁轭33和背磁轭32的底板部321的中央部附近形成有贯通孔。由此，如图8所示，由永磁体31、磁轭33以及背磁轭32形成的磁场回路自磁体组装体30的中心侧经由磁轭33朝向外侧流动，并自磁体组装体30的外侧经由背磁轭32朝向中心侧流动。在该结构中，在发电部10振动时，会引起磁体组装体30与线圈40之间相对性的移动。由此，贯穿线圈40的、由磁体组装体30产生的磁通密度B的磁场在线圈导电体内移动。此时，由线圈导电体内的电子所受到的洛伦兹力产生电动势。该电动势直接促使发电部10发电，从而能够进行高效的发电。
[0149]第2实施方式
[0150]接着，对本发明的发电装置的第2实施方式进行说明。
[0151]图9是本发明的发电装置的第2实施方式所具有的板簧的俯视图。
[0152]以下，针对第2实施方式的发电装置的与上述第I实施方式的发电装置的不同点为中心进行说明，省略对同样事项的说明。
[0153]在第2实施方式的发电装置中，除了变更了上侧板簧60U和下侧板簧60L中的其中一个板簧的结构之外，其他与上述第I实施方式的发电装置100相同。
[0154]在第2实施方式的发电装置100中，在使下侧板簧60L相对于上侧板簧60U向顺时针方向旋转了 90°的状态下，将下侧板簧60L固定于壳体20的基座23和筒状部22。
[0155]如图9的(b)所示，在本实施方式的发电装置100中，在俯视时，下侧板簧60L的一对第2弹簧部65相对于上侧板簧60U的一对第2弹簧部65沿顺时针方向(沿逆时针方向)错开90°。
[0156]在上侧板簧60U中，在AA方向上、第I弹簧部64与第2弹簧部65远离其与各环状部(第I环状部61、第2环状部62)间的连结点。因此，在上侧板簧60U中，AA方向上的横向刚性低于其他方向上的横向刚性。
[0157]另一方面，由于使下侧板簧60L相对于上述上侧板簧60U向顺时针方向旋转了90° ,因此,在下侧板簧60L中，与AA方向正交的BB方向上的横向刚性低于其他方向上的横向刚性。
[0158]在本实施方式的发电装置100中，使上侧板簧60U的横向刚性较低的方向(AA方向)与下侧板簧60L的横向刚性较低的方向(BB方向)正交。由此，能够使上侧板簧60U的横向刚性较低的方向与下侧板簧60L的横向刚性较低的方向相互抵消。其结果，能够利用自振动体传递至壳体20的振动中的、与各弹簧部的发电方向(各弹簧部的铅垂方向)垂直的方向(各弹簧部的水平方向)上的振动，可靠地防止各板簧60U、60L (发电部10)产生不必要的共振。通过防止产生这样的不必要的共振，能够使发电装置100的发电效率更加优异。
[0159]此外，在上述的说明中，对图9的(b)所示的那样使下侧板簧60L相对于上侧板簧60U向顺时针方向旋转了 90°的结构进行了说明，但只要是上侧板簧60U的横向刚性较低的方向与下侧板簧的横向刚性较低的方向相互错开，就能够获得防止各板簧60U、60L (发电部10)产生不必要的共振的效果。
[0160]而且，作为与本实施方式的结构不同的防止产生不必要的共振的方法，有将上侧板簧60U和下侧板簧60L做成彼此构造不同的板簧的方法。具体地讲，该方法通过改变上侧板簧60U和下侧板簧60L中的其中一个板簧的厚度、构成材料、第I弹簧部64的数量以及第2弹簧部65的数量中的至少一个参数来进行。
[0161]通过改变上侧板簧60U和下侧板簧60L中的任意一个板簧的上述参数，能够使第I弹簧部64的弹簧常数和第2弹簧部65的弹簧常数在上侧板簧60U和下侧板簧60L中不同。
[0162]从振动方向(垂直方向)上看，由于上侧板簧60U与下侧板簧60L之间是利用线圈保持部50的筒状部51、间隔件70以及磁体组装体30结合起来的，因此，能够将发电部10整体的第I弹簧部64的弹簧常数看作是将两个板簧60U、60L的第I弹簧部64的弹簧常数合成而得到的值，而且，能够将发电部10整体的第2弹簧部65的弹簧常数看作是将两个板簧60U、60L的第2弹簧部65的弹簧常数合成而得到的值。因此，即使改变了上侧板簧60U和下侧板簧60L中的任意一个板簧的参数,也不会对第I振动系统和第2振动系统产生特另Ij的影响。
[0163]另一方面，从与振动方向垂直的方向(水平方向)上看，上侧板簧60U的由各弹簧部(第I弹簧部64和第2弹簧部65)决定的共振频率与下侧板簧60L的由各弹簧部(第I弹簧部64和第2弹簧部65)决定的共振频率是不同的值。因此，当自振动体向壳体20传递了例如与上侧板簧60U所具有的共振频率一致的频率的外部振动时，上侧板簧60U产生共振，但由于与下侧板簧60L的共振频率不一致，因此，下侧板簧60L不产生共振。因而，针对整个发电部10而言，能够减少因各弹簧部在水平方向上的振动而产生的不必要的共振。其结果，能够使发电装置100的发电效率更加优异。
[0164]而且，采用该第2实施方式的发电装置100，也能够产生与上述第I实施方式的发电装置100同样的作用、效果。
[0165]第3实施方式
[0166]接着，对本发明的发电装置的第3实施方式进行说明。
[0167]图10是表示本发明的发电装置的第3实施方式的剖视示意图。
[0168]此外，在以下的说明中，将图10中的上侧称作“上”或者“上方”，将图10中的下侧称作“下”或者“下方”。
[0169]以下，针对第3实施方式的发电装置的与上述第I实施方式和第2实施方式的发电装置不同点为中心进行说明，省略对同样事项的说明。
[0170]在第3实施方式的发电装置100中，在磁体组装体30和线圈保持部50的结构方面与上述第I实施方式有所不同，其他与上述第I实施方式相同。
[0171]磁体组装体30
[0172]如图10所示，磁体组装体30由永磁体31构成，永磁体31的底面与下侧板簧60L的第3环状部63相固定，并且，永磁体31的上表面借助间隔件70与上侧板簧60U的第3环状部63相固定。
[0173]线圈保持部50和线圈40
[0174]线圈保持部50由圆筒状的筒状部51构成。而且，线圈40固定于筒状部51的内周面的上部侧，且被线圈保持部50保持。筒状部51与上述第I实施方式的筒状部51同样地在上端部和下端部分别形成有4个螺纹孔511，从而与各板簧的第2环状部62相固定(螺纹固定)。S卩，线圈保持部50与各板簧的第2环状部62相固定。
[0175]采用该第3实施方式的发电装置100，也能够产生与上述第I实施方式和第2实施方式的发电装置100同样的效果。
[0176]如图10所示，在本实施方式的发电装置100中，磁体组装体30由永磁体31单体构成，而且，线圈保持部50由筒状部51单体构成。这样，本实施方式的发电装置100与上述第I实施方式的发电装置100相比，零件件数较少，从而能够谋求削减制造成本。
[0177]第4实施方式
[0178]接着，对本发明的发电装置的第4实施方式进行说明。
[0179]图11是表示本发明的发电装置的第4实施方式的第I结构例的剖视示意图，图12?图14是表示本发明的发电装置的第4实施方式的其他结构例的剖视示意图。
[0180]此外，在以下的说明中，将图11?图14中的上侧称作“上”或者“上方”，将图11?图14中的下侧称作“下”或者“下方”。
[0181]以下，针对第4实施方式的发电装置的与上述第I实施方式?第3实施方式的发电装置的不同点为中心进行说明，省略对同样事项的说明。
[0182]在第4实施方式的发电装置100中，构成为使上侧板簧60U与下侧板簧60L之间的分离距离在整个发电部10的局部位置发生变化。除此以外，与上述第I实施方式相同。
[0183]如图11所示，第4实施方式的发电装置100 (具有第I结构例的本实施方式的发电装置)构成为使上侧板簧60U的第I弹簧部64与下侧板簧60L的第I弹簧部64之间的分离距离在线圈保持部50侧比壳体20的筒状部22侧变大。能够通过如下方式获得这样的结构:例如降低筒状部22的高度，并且增大设于盖21的肋211和设于基座23的肋231的突出高度，在自然状态下使平坦的各板簧60U、60L在第I环状部61与第2环状部62之间变形。
[0184]在该结构的发电装置100中，在发电部10未振动的状态下，各板簧的第I弹簧部64向图11中的上侧或者下侧挠曲。因此，能够利用第I弹簧部64自线圈保持部50 (发电部10)的上侧和下侧对线圈保持部50 (发电部10)施加预置张力(初始负荷)。在这样的结构中，能够抑制发电装置100在纵向放置时与在横向放置时的姿势变化，从而能够将发电部10保持在壳体20内。因而，就这样的发电装置100而言，即使在纵向放置的情况下，也能够更可靠地获得与横向放置的情况同样的发电效率。
[0185]而且，在本实施方式中，也可以如图12所示那样构成为使上侧板簧60U的第I弹簧部64与下侧板簧60L的第I弹簧部64之间的分离距离在线圈保持部50侧比壳体20的筒状部22侧变小。能够通过如下方式获得这样的结构:例如使筒状部22的高度高于线圈保持部50 (筒状部51)的高度。在具有该结构(第2结构例)的本实施方式的发电装置100中，也能够利用第I弹簧部64自线圈保持部50(发电部10)的上侧和下侧对线圈保持部50(发电部10)施加预置张力(初始负荷)，从而能够获得与上述第I结构例的发电装置100同样的效果。
[0186]而且，在本实施方式中，也可以如图13所示那样构成为使上侧板簧60U的第2弹簧部65与下侧板簧60L的第2弹簧部65之间的分离距离在磁体组装体30侧(间隔件70侦D比线圈保持部50侧变大。能够通过如下方式获得这样的结构:例如将上述第I实施方式的发电装置100中的间隔件70的高度做得更高。
[0187]在具有该结构(第3结构例)的本实施方式的发电装置100中，在发电部10未振动的状态下，各板簧的第2弹簧部65向图13中的上侧或者下侧挠曲。因此，能够利用第2弹簧部65自磁体组装体30的上侧和下侧对磁体组装体30施加预置张力(初始负荷)。在这样的结构中，能够抑制发电装置100在纵向放置时与在横向放置时的姿势变化，从而能够将发电部10保持在壳体20内。因而，就这样的发电装置100而言，即使在纵向放置的情况下，也能够更可靠地获得与横向放置的情况同样的发电效率。
[0188]而且，在本实施方式中，也可以如图14所示那样构成为使上侧板簧60U的第2弹簧部65与下侧板簧60L的第2弹簧部65之间的分离距离在磁体组装体30侧(间隔件70侦D比线圈保持部50侧变小。能够通过如下方式获得这样的结构:例如将上述第I实施方式的发电装置100中的间隔件70的高度做成得较低。在具有该结构(第4结构例)的本实施方式的发电装置100中，也能够利用第2弹簧部65自磁体组装体30的上侧和下侧对磁体组装体30施加预置张力(初始负荷)，从而能够获得与上述第3结构例的发电装置100同样的效果。
[0189]以上，根据图示的实施方式对本发明的发电装置进行了说明，但本发明并不限定于此，能够将各结构置换成能够发挥同样的功能的任意结构，或者能够附加任意的结构。
[0190]例如也能够将上述第I实施方式?第4实施方式的任意的结构组合起来。
[0191]附图标记说明
[0192]10、发电部；20、壳体；21、盖；211、肋；212、贯通孔；213、螺钉；214、凹部；22、筒状部；221、螺纹孔；23、基座；231、肋；232、贯通孔；233、螺钉；234、凹部；235、贯通孔;30、磁体组装体；31、永磁体；32、背磁轭；321、底板部；322、筒状部；33、磁轭；40、线圈；50、线圈保持部；51、筒状部；511、螺纹孔；512、缺口部；52、环状部；521、突起；60U、上侧板簧；60L、下侧板簧；61、第I环状部；62、第2环状部；63、第3环状部；64、第I弹簧部；65、第2弹簧部；66、贯通孔；67、贯通孔；70、间隔件；71、筒状部；72、凸缘部；80、垫圈；81、贯通孔；82、螺钉；90、电压获取部；100、发电装置；160、钢棒；180、钢棒；200、装置主体；240、上板；260、下板;280、贯通孔;360、螺旋弹簧;400、贯通孔;420、块;460、发电部件;480、磁体；500、线圈；520、螺旋弹簧。
【权利要求】
1.一种发电装置，其特征在于， 该发电装置包括: 壳体； 磁体，其以能够沿着磁化方向移位的方式设于该壳体的内侧； 线圈，其设置为与该磁体相分离、且围绕该磁体的外周侧； 保持部，其设于上述磁体与上述壳体之间，用于以能够使上述线圈沿着上述磁化方向相对于上述磁体相对性地移位的方式保持上述线圈；以及 一对板簧，它们至少隔着上述磁体、上述线圈以及上述保持部相对地配置，且固定有上述磁体和上述保持部， 各上述板簧包括:将上述壳体与上述保持部间连结起来的多个第I弹簧部和将上述保持部与上述磁体间连结起来的多个第2弹簧部。
2.根据权利要求1所述的发电装置，其中， 各上述板簧包括: 第I环状部； 第2环状部，其位于比该第I环状部靠内侧的位置，且与上述第I环状部同心地设置，并借助上述第I弹簧部与上述第I环状部相连结；以及 第3环状部，其位于比该第2环状部靠内`侧的位置，且与上述第2环状部同心地设置，并借助上述第2弹簧部与上述第2环状部相连结， 上述壳体固定于第I环状部，上述保持部固定于上述第2环状部，上述磁体固定于上述第3环状部。
3.根据权利要求2所述的发电装置，其中， 各上述第I弹簧部具有沿着上述第I环状部的周向和上述第2环状部的周向延伸的部分。
4.根据权利要求2或3所述的发电装置，其中， 各上述第2弹簧部具有沿着上述第2环状部的周向和上述第3环状部的周向延伸的部分。
5.根据权利要求2或3所述的发电装置，其中， 各上述板簧呈以其中心轴线为中心的旋转对称的形状。
6.根据权利要求1~3中任一项所述的发电装置，其中， 上述第I弹簧部的数量与上述第2弹簧部的数量不同。
7.根据权利要求1~3中任一项所述的发电装置，其中， 一个上述板簧与另一个上述板簧的厚度、构成材料、上述第I弹簧部的数量以及上述第2弹簧部的数量中的至少一者不同。
8.根据权利要求1~3中任一项所述的发电装置，其中， 一个上述板簧的上述第I弹簧部与另一个上述板簧的上述第I弹簧部之间的分离距离在上述壳体侧与在上述保持部侧不同。
9.根据权利要求1~3中任一项所述的发电装置，其中， 一个上述板簧的上述第2弹簧部与另一个上述板簧的上述第2弹簧部之间的分离距离在上述保持部侧与在上述磁体侧不同。
10.根据权利要求1~3中任一项所述的发电装置，其中， 一个上述板簧与另一个上述板簧具有大致相同的形状，且配置为在俯视该发电装置时上述第I弹簧部彼此和上述第2`弹簧部彼此中的至少一方相错开。
【文档编号】H02K35/00GK103731003SQ201310473037
【公开日】2014年4月16日 申请日期:2013年10月11日 优先权日:2012年10月11日
【发明者】古河宪一, 山田健介 申请人:三美电机株式会社