专利名称：发电机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种利用人步行时的振动和摇动、或机动车和铁道车辆等交通工具的振动和摇动进行发电的发电机和集合多个该发电机构成的发电机。
背景技术：
近年来，便携式电子设备的普及极为迅速，特别是便携式通信设备的普及更加迅速。这些便携式电子设备的电源通常使用可充电的小型电池。然而，电池的容量小，所以需要频繁的充电作业。为此，本申请人发明了专利文献1所示那样的便携式发电机。
(专利文献1)日本特开2000-374661号公报然而，上述发电机由弹簧悬挂杆状磁铁，成为由弹簧的振动使杆状磁铁移动的构造，存在构造复杂、不能容易地小型化的缺点。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的发电机的第1特征在于包括由永久磁铁4构成的移动子、按预定轨迹可移动地支承该移动子的移动导向件5、由上述移动子的位置变动产生感应电动势的线圈6、及本体1，该本体1支承上述移动子、移动导向件、及线圈。
第2特征在于移动导向件5由凹状的曲面构成，该凹状的曲面对本体1改变位置或姿势时产生的移动子在本体1内的自由移动进行引导。
第3特征在于移动导向件5由圆形的环状内面构成，该圆形的环状内面对本体1改变位置或姿势时产生的移动子在本体1内的自由移动进行引导。
第4特征在于设置有由施加到本体1侧的外力使移动导向件5振动的振动机构。
第5特征在于移动导向件5由悬挂支承移动子、通过本体1的位置或姿势变动使移动子进行振动子运动的悬挂支承体12构成。
第6特征在于通过集合多个发电机A构成发电机，该发电机A包括由永久磁铁4构成的的移动子、可按预定轨迹移动地支承该移动子的移动导向件5、由上述移动子的位置变动产生感应电动势的线圈6、及本体1，该本体1支承上述移动子、移动导向件、及线圈。
第7特征在于在集合多个发电机构成的发电机中，不抵消发生于各线圈的感应电流地相互串联或并列各发电机的线圈。
第8特征在于在集合多个发电机构成的发电机中，不使一方的发电机的磁力线在另一方的发电机的线圈6产生感应电动势地在邻接或靠近的发电机A之间设置防止磁力线漏出的漏出防止部。
第9特征在于漏出防止部由磁力线的遮挡壁构成。
第10特征在于遮挡壁由反磁性材料构成。
第11特征在于漏出防止部由覆盖发电机外周的高透磁率材料形成的模制体构成。
第12特征在于高透磁率材料由高导磁铁镍合金(パ一マロィ)、仙台铁硅铝磁合金(センダスト)、软磁铁、硅(ケィ)钢板、非晶(ァモルファス)合金、或软磁性铁氧体构成。
按照以上那样构成的本发明的构造，本发电机在本体侧因振动或摇动等改变位置或姿势时，作为移动子的永久磁铁进行移动或振动子运动而改变位置，在线圈发生感应电动势，由此进行发电。这样，本发电机的构造简单，可容易地进行小型化和薄型化，可提供重量轻、体积小的容易携带的发电机。
特别是通过将对永久磁铁的移动进行引导的移动导向件形成为环状，可使永久磁铁的移动范围为无限大，可提高发电效率。另外，通过形成为使永久磁铁进行振动子运动而发电的构成，从而不需要移动导向件的加工，可更容易地制造本发电机。
这样，可携带本发电机或将本发电机搭载于便携式的电子设备等。特别是可形成上述那样重量轻而且紧凑的发电机，所以，在上述电子设备的搭载也容易进行。通过将本发电机用作上述电子设备的电源和充电器，可延长该电子设备的运行时间。
另外，也可集成多个上述发电机构成1个发电机，由该发电机提高输出。此时，在构成发电机的各发电机之间，不使一方的发电机的磁力线在另一方的发电机的线圈中产生感应电动势地设置防止磁力线漏出的漏出防止部。
在该场合，集合上述多个发电机的发电机与1个发电机相比当然变重变大，所以，通过搭载于机动车或电车车辆、船舶等可在良好的效率下进行发电，除了可作为机动车或电车车辆、船舶等的电源或电池的充电器外，还可在蓄电用的电池中储蓄发电的电力，有效地利用能量。
图1为本发明的发电机的透视图。
图2为本发明的发电机的分解透视图。
图3(a)～(d)为示出永久磁铁的形状例的正面图。
图4为示出永久磁铁的磁化例的透视图。
图5为另一实施形式的发电机的透视图。
图6为另一实施形式的发电机的透视图。
图7为另一实施形式的发电机的分解透视图。
图8为示出图7的发电机的发电状态的图。
图9为示出提供给发电机的振动条件不同的场合的图7的发电机发电状态的图。
图10为示出另一实施形式的发电机的本体部分的正面图。
图11为示出另一实施形式的发电机的本体部分的正面图。
图12(a)、(b)为另一实施形式的发电机的本体部分的正面图。
图13为另一实施形式的发电机的本体部分的正面图。
图14(a)、(b)为另一实施形式的发电机的本体部分的正面图。
图15为另一实施形式的发电机的本体部分的正面图。
图16为另一实施形式的发电机的本体部分的正面图。
图17为另一实施形式的发电机的本体部分的正面图。
图18为另一实施形式的发电机的本体部分的正面图。
图19为示于图17、图18的发电机的线圈的透视图。
图20(a)为在上下叠置发电机地构成的发电模块的透视图。
图21为由高透磁率材料的连续体模制的发电机的断面图。
图22为由反磁性材料遮挡壁覆盖的发电机的断面图。
图23为用反磁性材料遮挡壁覆盖由高透磁率材料的连续体模制的发电机的状态的发电机断面图。
图24为示出车载型发电机的构造的示意透视图。
具体实施例方式
图1和图2为本振动发电机的透视图和分解透视图。本发电机包括由树脂或非磁性金属制成的本体1、形成于该本体1并且底面呈圆弧状的槽2、从两侧方夹持本体1的2片横板3、及收容在由槽2和横板3构成的移动空间S内的永久磁铁4构成。在上述移动空间S内，设置由槽2的圆弧状的底面构成的导向件5。
上述永久磁铁4成形为圆筒形，可沿整个范围使上述导向件5转动。在上述各横板3排列地设置2个电磁感应用的线圈6。各线圈6使由永久磁铁4产生的磁通通过线圈6内、由永久磁铁4的转动使贯通线圈6的磁通变化地配置。
按照上述构造，当人携带本发电机或将其搭载于机动车等交通工具时，由人步行时的振动或交通工具的动作时和行走时的振动使永久磁铁4在移动空间S内在导向件5上转动地自由移动，由该永久磁铁4的移动在各线圈6中产生感应电动势，进行发电。
作为1个发电机，为了获得输出，可相互串联或并联地连接各线圈6，以不使在线圈6中流动交流的感应电流。通过串联各线圈6，可获得高电压，通过并联，可获得大电流。
通过使得在一般的人的步行速度或与搭载本发电机的交通工具对应的各交通工具的一般行走速度下发生的振动同期和永久磁铁4在导向件5转动的转速周期大体一致地设定，由人的步行和交通工具的行走等发生的振动不会妨碍永久磁铁4的转动，永久磁铁4的转动速度和转动距离变得最大，各线圈6中感应的电动势最大，所以，发电机的能力最大。
但是，通常人的步行产生的振动或交通工具的振动未必成为一定的周期，所以，在从本发电机的输出中包含误差。为此，在作为便携式或车载式的电子设备的电源直接使用本发电机的场合，需要由整流器将来自本发电机的输出变换成直流，由调节器稳定化。通常，最好将来自发电机的输出充电到电池中使用。
在充电到电池的场合，除将来自本发电机的输出变换成直流外，需要根据场合由调节器使电压升压。本发明的发电机除如上述那样用作电子设备等的电源外，还可共用于电源和电池的充电，或仅用于电池的充电。
例如，从丙烯酸构成本体1和横板3，设本体1的宽度为9mm，导向件5的长度为100mm，导向件5的半径为55mm，横板的厚度为1mm，作为永久磁铁4，使用厚度方向为N极和S极的直径18mm、宽8mm的圆筒形的、1万高斯的钕磁铁，在左右的各横板3各3个地在长度方向排列由直径0.2mm的铜线形成的外径9mm的线圈6，抵消相互的感应电动势(串联或并联)地连接，构成本发电机。
在该场合，当作为连接8Ω(砍)的电阻的输出电压测定安装于人体的步行时的发电状态时，输出平均电压0.34V的交流电压。该交流电压升压到2V、整流成直流时，可获得6.5mW的平均功率，进行电池的充电。
上述永久磁铁4如可在导向件5上转动，则可为任何的永久磁铁，例如可为图3(a)所示的各端面构成1个圆上的圆弧的呈十字状的场合、图3(b)所示的将杆形磁铁M收容于圆形断面的环4a内的场合、图3(c)所示的在圆形断面的环4a内收容各端面构成1个圆上的圆弧的呈十字状的磁铁的场合、如图3(d)所示那样从中心在对称位置穿设孔4b的场合等。
作为上述永久磁铁4，也可如图4所示那样，形成为空心圆筒形。可使磁化方向为相向面或周面，特别是在空心圆筒状的场合，也可使内周面侧磁化，此外，也可在其它2方向磁化，增加永久磁铁4的回转时的磁通变化。
产生于线圈6的感应电动势与线圈6的圈数成比例，所以，线圈6最好尽可能地没有间隙地集中导线。线圈6可如本实施形式那样分别在两横板3设置多个，也可在两横板3分别设置1个，也可仅在单方的横板3设置多个。在设置多个线圈6进行各连接的场合，如上述那样，需要不抵消感应电流地连接各线圈。
线圈6也可如图5所示那样，省去横板3，由导线卷绕本体1的外侧。在该场合，形成1个连续的线圈也可分割成多个线圈。在设置横板3的状态下，也可由导线卷绕横板3的外侧，形成为线圈6。
在一般由永久磁铁和线圈进行发电的场合，由于单位时间的磁通变化量越大则发生的感应电动势越大，所以，最好在永久磁铁的移动速度最大的位置的近旁配置线圈。
在本发电机的场合，永久磁铁4在导向件5上的转动时的下止点成为最大移动速度，所以，在导向件5的永久磁铁4的移动时的下止点的近旁设置线圈6，从而可在线圈6发生大的感应电动势。此外，在另一上述导向件5的下止点近旁位置紧密地集成线圈6，使线圈6的卷绕状态较密，从而发生大的感应电动势，提高发电能力。
相反，永久磁铁4在导向件5上转动时的上止点速度变得最低(0)，所以，在排列多个线圈6的场合，通过增加接近导向件5的、永久磁铁4转动时的上止点处的线圈的圈数可从各线圈6获得平均的感应电动势。
另一方面，也可如图6、图7所示那样，在本体1设置孔7，由该孔7和横板3构成移动空间S。在该场合，由两横板3完全闭塞移动空间S，所以，永久磁铁4不从本体1脱开。特别是由孔7夹住永久磁铁4的上下，可自由转动地从上下方向夹入永久磁铁4，从而可对永久磁铁4的转动路径进行引导，稳定地进行永久磁铁4的转动。
例如，图6、图7的形状的发电机由丙烯酸构成本体1和横板3，设本体1的宽度为5mm，导向件5的长度为100mm，导向件5的半径为66.3mm，横板的厚度为1mm，作为永久磁铁4，形成直径18mm、宽4.9mm的圆筒形的、厚度方向为N极和S极的1万高斯的钕磁铁，在方形的铁心绕直径0.1mm的瓷漆被覆铜线2000圈，形成线圈6，在左右的各横板3各分别沿长度方向排列3个线圈6。
在该场合，不抵消相互的感应电动势(串联或并列)地连接各线圈6，当按1.7Hz施加振幅2.5mm的振动测量输出时，输出电压如图8所示那样，输出±2V左右的峰值的交流，平均电压为0.8V。
可将上述输出电压连接到小型的升压型斩波器进行升压，整流成直流，进行电池的充电。当使永久磁铁4自动振动时，如图9所示那样，最大±3V左右的交流输出随着振动的衰减而下降，最终因振动的停止而使输出为0V。
另外，使图6、图7的形状的发电机的本体1的宽度为2.5mm，导向件5的长度为24mm，导向件5的半径为51.0mm，作为永久磁铁4，形成直径3mm、宽1mm的圆筒形的、厚度方向为N极和S极的1万高斯的钕磁铁，其它条件和环境与上述情况相同，进行发电时，可时常进行4～5伏的发电。
另一方面，也可如图10所示那样，由本体1的孔7和横板3构成移动空间S，由相向的圆弧部分形成导向件5。在该场合，与上述同样，由两横板3完全闭塞移动空间S，从本体1拆下永久磁铁4，除此之外，可扩大永久磁铁4的转动范围，为此，可从线圈6取出大的感应电动势。
也可形成为使导向件5连续的曲面。特别是如图11所示那样，将孔7形成为圆形，将导向件5形成为环状，从而使永久磁铁4的转动圆滑而且转动距离无限。在该场合，本体1不论如何移动，都可使永久磁铁4回转，以良好的效率发生感应电动势。
也可如图12(a)、(b)所示那样，在移动空间S内与本体分开地设置导向件5，随着本体1的振动，导向件5自身上下摇动。在该场合，可考虑如图12(a)所示那样由两端支承于固定支点E的板簧等弹性体形成导向件5，或如图12(b)所示那样用弹簧8支承由板簧等弹性体构成的导向件5的两端等。上述弹性体最好使用非磁性的金属带等。
通过如上述那样构成导向件5，可由本体1侧的振动在本体1内使永久磁铁4产生大的变动，所以，可从各线圈6取出更大的感应电动势，提高本发电机的能力。
通常的弹簧和弹簧系的构造物存在2个固有振动频率。为此，可相对人的行走时的振动和交通工具行走时的振动在2个频率区域使导向件5共振，由该导向件5的共振使永久磁铁4变化较大，较大地获取发电功率。
也可如图13所示那样，在导向件5悬挂支承振动子9，该导向件5由两端支承于固定支点E的板簧等弹性体构成。这样，如由风等使振动子9摇动，则在不携带或不如上述那样在交通工具搭载发电机的场合，通过将发电机放置到迎风的地方，由风的流动使振动子9振动，使导向件5振动，使永久磁铁4变动，发电机进行发电。为了将振动子9设于本体1的外侧，需要使孔7的下方的一部分开口。
此外，也可如图14(a)、(b)所示那样，将导向件5形成为凹形或V字形等。在该场合，可由本体1之外的块11等构成导向件5，在移动空间S内使该块11以摇动支点C摆动地轴支该块11，由人步行时的振动和交通工具行走时的振动使块11以跷跷板状摇动，使导向件5自身摇动，随之使永久磁铁4在导向件5上转动。这样，永久磁铁4相对本体1的振动使永久磁铁4有效地转动，可在线圈6产生大的感应电动势。
也可如图15所示那样，不在移动空间S内设置导向件5，使由线或刚体等构成的悬挂支承体12的上端侧支承于横板3或本体1侧，同时，在该悬挂支承体12的下端侧安装永久磁铁4，以悬挂支承体12的支点C为中心使永久磁铁4进行振动子运动，改变线圈6内的磁通。
此时，永久磁铁4的移动速度在振动子运动的下止点成为最大，在振动子运动的下止点的近旁配置线圈6，或集中配置多个线圈6，增加线圈6的导线的圈数，从而在线圈6产生大的感应电动势，提高发电机的发电能力。
当使永久磁铁4的振动子运动与人步行产生的振动或交通工具行走时的振动等共振时，由于上述振动不在妨碍永久磁铁4的振动子运动的方向上作用，所以，在永久磁铁4的下止点的速度最高，可提高发电机的发电能力。
为此，最好设从永久磁铁4的振动子运动的中心到永久磁铁4的重心的距离即从悬挂支承体12在上端侧的本体1或横板3的支承位置到永久磁铁4的重心的距离为0.5～100mm的范围，特别是当共振频率为5～20Hz时为0.5～10mm的范围较好。
也可如图16所示那样，在本体1或横板3侧可以摇动支点C为中心自由摇动地设置收容线圈6的支架15，除在永久磁铁4的导向件5上的转动外，使线圈6摇动，增加线圈6与永久磁铁4的相对位移量，使通过线圈6的磁通的变化量进一步增加，增加在线圈6产生的感应电动势。
在上述发电机中，由设于在本体1或横板3侧固定安装的台座14的弹簧13接受支架15的摇动极限，通过使支架12弹性地摇动，可在某种程度维持线圈6的摇动周期，可在某种程度使从线圈6输出的感应电动势稳定。
如图17所示那样，在由较薄的板构成的本体1作为圆弧状的长孔设置构成导向件5的孔7，收容沿圆弧在该孔7内转动的永久磁铁4，在孔7的下方设置将导线卷绕于绕线管16而构成的线圈6，由较薄的横板3夹持本体1的两侧面，从而可形成片状的发电机。
上述发电机在成为永久磁铁4的转动时的上止点的孔7的两端部分的下方设置将较多的圈数绕到较小直径的绕线管16的线圈6a，在成为永久磁铁4转动时的下止点的、孔7的下端部分的下方设置将较少圈数绕到较大直径的绕线管16的线圈6b。
这样，使从线圈6a线圈6b输出的感应电动势平均化，从本构造的发电机取出的发电机输出较稳定。也可如图18所示那样，在夹住线圈6b的孔7的相反侧设置与上述线圈6b同样的线圈6b，可取出更大的电力。
上述绕线管16如图19所示那样，具有限制到本体1的厚度内的厚度的椭圆形断面，不增大本发电机的厚度。
如图20(a)、(b)所示那样，将上述所示各构成的发电机A在纵向或横向集合多个重叠构成1个组件，不抵消相互的感应电流地串联或并联各发电机的输出，从而可构成大输出的发电机(发电模块)M.图20(a)、(b)示出重叠多个如上述图1所示构成的发电机构成的发电模块M。
但是在重叠多个发电机的场合，各发电机A的线圈6需要不接受其它发电机A的永久磁铁的影响地对各发电机A进行磁隔离。为此，可考虑例如图21所示那样的构成，即，由高透磁率材料的连续体17从线圈6的外侧包围各发电机A将其覆盖，将永久磁铁4的磁通集中通过成为模制发电机A的模制体的上述高透磁率材料的连续体17，不使磁通泄漏到高透磁率材料的连续体17的外部。
作为高透磁率材料，可使用软磁铁、硅钢板、高导磁铁镍合金、仙台铁硅铝磁合金、Fe-Al合金、非晶合金、难磁性铁氧体等。
另外，可考虑如图22所示那样的构造，即，将各发电机A收容到由反磁性材料构成的罩18内，将罩18作为遮挡壁，在罩18内使磁力线反射，不泄漏到罩18的外面。作为反磁性材料，可使用锌、黄铜、镁、镁合金等，除由反磁性材料构成罩18全体外，也可仅在遮挡壁部分设置反磁性材料。
另外，也可考虑图23所示那样的构成，即，与上述同样，由上述的高透磁率材料的连续体17对各发电机A进行模制，将由该连续体17模制的发电机A收容到由反磁性材料构成的罩18内。在该场合，具有由与图21同样的高透磁率材料的连续体17模制的效果和由与图22同样的反磁性材料的罩18进行的磁力线的遮挡效果双方，磁力线的泄漏防止效果高。
(实施例1)图24为应用本发电机的车载型发电装置21的透视图，成为搭载于机动车等交通工具进行发电的装置。该车载型发电装置21在以支点轴25为中心可上下自动摇动地支承于台座22侧的固定板23安装上述发电模块M的组件P的构造。
在台座22与固定板23之间设置弹簧24，将台座22固定于交通工具侧，将振动加到本车载型发电装置21，从而由弹簧24使固定板23按大体预定的周期摇动振动。这样，可从该发电模块M取出感应电动势，可用作电池的充电或电源。
此时，机动车的行走产生的振动不仅发生在纵向上，而且发生在横向上，但固定板23出于上述摇动构造的原因，所以发电模块M的横向的振动也使得由朝上方的分力的作用而上下摇动。即，上述摇动构造将横向的振动变换到纵向，发电模块M朝纵向振动，发电模块M利用弹簧24的周期振动产生的感应电动势进行充电，可使发电模块M的摇动在某种程度与永久磁铁的转动周期一致，按较高的效率进行发电。
另外，作为发电模块M，使图6所示发电机A收容到厚1mm的铁板箱中，在横向上排列100个，装载于机动车，从而可按平均电压76V发电。
权利要求
1.一种发电机，其特征在于包括由永久磁铁(4)构成的的移动子、按预定轨迹可移动地支承该移动子的移动导向件(5)、由上述移动子的位置变动产生感应电动势的线圈(6)、及本体(1)，该本体(1)支承上述移动子、移动导向件(5)、及线圈(6)。
2.根据权利要求1所述的发电机，其特征在于移动导向件(5)由凹状的曲面构成，该凹状的曲面对本体(1)改变位置或姿势时产生的移动子在本体(1)内的自由移动进行引导。
3.根据权利要求1所述的发电机，其特征在于移动导向件(5)由圆形的环状内面构成，该圆形的环状内面对本体(1)改变位置或姿势时产生的移动子在本体(1)内的自由移动进行引导。
4.根据权利要求2或3所述的发电机，其特征在于设置有由施加到本体(1)侧的外力使移动导向件(5)振动的振动机构。
5.根据权利要求1所述的发电机，其特征在于移动导向件(5)由悬挂支承移动子、通过本体(1)的位置或姿势变动使移动子进行振动子运动的悬挂支承体(12)构成。
6.一种发电机，其特征在于通过以组件状集合多个发电机A构成，该发电机(A)包括由永久磁铁(4)构成的移动子、可按预定轨迹移动地支承该移动子的移动导向件(5)、由上述移动子的位置变动产生感应电动势的线圈(6)、及本体(1)，该本体(1)支承上述移动子、移动导向构件及线圈。
7.根据权利要求6所述的发电机，其特征在于不抵消发生于各线圈(6)的感应电流地相互串联或并联各发电机(A)的线圈(6)。
8.根据权利要求6或7所述的发电机，其特征在于不使一方的发电机的磁力线在另一方的发电机的线圈(6)产生感应电动势地在邻接或靠近的发电机(A)之间设置防止磁力线漏出的漏出防止部。
9.根据权利要求8所述的发电机，其特征在于漏出防止部由磁力线的遮挡壁(18)构成。
10.根据权利要求9所述的发电机，其特征在于遮挡壁(18)由反磁性材料构成。
11.根据权利要求8所述的发电机，其特征在于漏出防止部由覆盖发电机(A)外周的高透磁率材料形成的模制体(17)构成。
12.根据权利要求11所述的发电机，其特征在于高透磁率材料由高导磁性镍合金、仙台铁硅铝磁合金、软磁铁、硅钢板、非晶合金、或软磁性铁氧体构成。
全文摘要
一种发电机，由发电机用导向件5可按预定轨迹移动地支承由永久磁铁4构成的移动子，通过移动子的位置变动从线圈6产生感应电动势，由凹状的曲面或环、使移动子振子运动的悬挂支承体12等构成移动导向件5，该凹状的曲面或环对支承移动子、导向件5、及线圈6的本体1改变位置或姿势导致的移动子在本体1内的自由移动进行引导。另外，使上述发电机以组件状集合多个上述发电机，而且在邻接或接近的发电机A之间，不使一方的发电机的磁力线在另一方的发电机的线圈6产生感应电动势地设置防止磁力线漏出的漏出防止部。
文档编号H02K35/02GK1505246SQ03154350
公开日2004年6月16日 申请日期2003年8月21日 优先权日2002年11月28日
发明者中野公彦, 松永全央, 央 申请人:Mn工程株式会社