專利名稱：振動(dòng)型電磁發(fā)電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型是關(guān)于，例如，在由復(fù)數(shù)個(gè)螺線管線圈所構(gòu)成的發(fā)電線圈中，通過至少 一個(gè)在縱向方向上磁化了的磁石的振動(dòng)來進(jìn)行發(fā)電的振動(dòng)型電磁發(fā)電機(jī)。
背景技術(shù)：
近年來，隨著手機(jī)與游戲機(jī)等便攜式電子機(jī)器的普及的進(jìn)行，它們中內(nèi)置的 充電電池也越來越多。另外，隨著無線通信技術(shù)的發(fā)展，利用微小的電力接發(fā)信號(hào)的 RFID(RatioFrequency IDentification)的應(yīng)用領(lǐng)域也不斷擴(kuò)大。特別是有電源的主動(dòng)式 (Active)式RFID可以在數(shù)百米以外進(jìn)行通信。因此，對(duì)于該技術(shù)在牧場(chǎng)的?；蝰R的健康管 理，或者是兒童的上下學(xué)的安全管理上的應(yīng)用的期待也在不斷高漲。另一方面，為了維持和改善地球的環(huán)境，對(duì)于環(huán)境負(fù)擔(dān)盡可能低的電池的研究開 發(fā)也很活躍。其中，將通常被無意識(shí)浪費(fèi)掉的能源轉(zhuǎn)化為電力能源，并儲(chǔ)藏起來，利用這種 電力能源作為便攜式機(jī)器的電源的方案也得到了廣泛的關(guān)注。專利文獻(xiàn)1中，提到了一種振動(dòng)型發(fā)電機(jī)，其是通過施加在其外部的振動(dòng)來進(jìn)行 發(fā)電的。在這里，對(duì)振動(dòng)型電磁發(fā)電機(jī)100的構(gòu)成例，參照?qǐng)D11來進(jìn)行說明。振動(dòng)型電磁發(fā) 電機(jī)100包括有非磁性材料形成的管材102，和在縱向磁化了的、且被收容于管材102內(nèi)的 棒狀可動(dòng)磁石101。管材102的中央部上形成有電磁管線圈103。在管材102的兩端部，設(shè) 置有磁石104a和104b，且使得它們與可動(dòng)磁石101的具有相同極性的極處于相對(duì)的狀態(tài)。 因此，可以防止可動(dòng)磁石101在振動(dòng)的時(shí)候，可動(dòng)磁石101與管材102的兩端部的接觸。專利文獻(xiàn)2中，提到了一種手電筒，其具有通過施加在外部的振動(dòng)來進(jìn)行發(fā)電，并 用得到的電力來發(fā)光的振動(dòng)型電磁發(fā)電機(jī)。在這里，參照?qǐng)D12對(duì)手電筒110的構(gòu)成例進(jìn)行 說明。手電筒110包括有非磁性體材料所形成的管材112、和在縱向磁化了的、且被收容于 管材112內(nèi)的棒狀可動(dòng)磁石111。在管材112的兩端部設(shè)有壓縮彈簧114a和114b。由于 壓縮彈簧114a和114b的作用，可以防止可動(dòng)磁石111與管材112的兩端部相接觸。管材 112的中央部上形成有電磁管線圈113。由于可動(dòng)磁石111在管材112內(nèi)部的振動(dòng)，電磁管 線圈113中產(chǎn)生電壓，使LED115發(fā)光。由于這種發(fā)電而發(fā)光的LED115所發(fā)散出的光線經(jīng) 由透鏡116而得以發(fā)散，并可以照射對(duì)象物。專利文獻(xiàn)1 日本專利特開2002-281727號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2 美國(guó)專利第5975714號(hào)說明書但是，專利文獻(xiàn)1中所記載的技術(shù)，除了需要直接用于發(fā)電的磁石以外，還需要在 管材的兩端部配置2個(gè)磁石。一般來說，這種電磁發(fā)電機(jī)要求在盡可能小的尺寸下，得到很 大的發(fā)電電力。因此，需要具有高磁通密度的磁石。而如此做，則會(huì)提高整體成本中的磁石 的成本比重。因此，以往的振動(dòng)型電磁發(fā)電機(jī)100在成本方面是不利的。而且，使用多個(gè)磁 石會(huì)增加振動(dòng)型電磁發(fā)電機(jī)的重量，從而產(chǎn)生例如用手動(dòng)發(fā)電時(shí)會(huì)比較疲勞的問題。另外，磁石的反作用力與彈簧的反作用力不同，磁石的反作用力與可動(dòng)磁石的移 動(dòng)距離不成比例。因此，會(huì)顯示出與由可動(dòng)磁石的質(zhì)量與線圈彈簧的彈簧系數(shù)所決定的共振振動(dòng)不同的振動(dòng)，并且可動(dòng)磁石的振動(dòng)不能長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)的問題也會(huì)發(fā)生。結(jié)果，磁石的反 作用力不能有效地轉(zhuǎn)化為有效的振動(dòng)運(yùn)動(dòng)，因此也不會(huì)有提高發(fā)電力的作用。另外，專利文獻(xiàn)2所記載的技術(shù)中，對(duì)手電筒加以振動(dòng)的話，可動(dòng)磁石111與螺旋 彈簧之間會(huì)忽而相互分離，忽而相互撞擊。因此，可動(dòng)磁石與螺旋彈簧不能構(gòu)成安定的共振 系統(tǒng)，所以不能提高發(fā)電效率。而且，可動(dòng)磁石與螺旋彈簧相撞擊的時(shí)候所發(fā)出的撞擊聲， 對(duì)使用者而言聽起來非常刺耳。而且，一般來說，這種發(fā)電機(jī)中，可動(dòng)磁石在通過發(fā)電線圈 時(shí)的速度決定了發(fā)電(輸出電壓)的大小。據(jù)此，為了更多地發(fā)電就必須加以激烈的振動(dòng)， 而可動(dòng)磁石與螺旋彈簧的激烈撞擊會(huì)導(dǎo)致螺旋彈簧很容易破損。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型是鑒于這種現(xiàn)狀而做出的，其是以提供振動(dòng)型電磁發(fā)電機(jī)為目的，該 振動(dòng)型電磁發(fā)電機(jī)可在構(gòu)成安定的共振系統(tǒng)的同時(shí)，還使螺旋彈簧很難破損。本實(shí)用新型的振動(dòng)型電磁發(fā)電機(jī)，其包括由非磁性材料所形成的中空的管材、和 至少一個(gè)卷繞在管材周圍的發(fā)電線圈、和配置于所述管材內(nèi)的，至少由一個(gè)磁石所形成的 可動(dòng)磁石、和可以伸縮的彈性體，其被固定于管材的至少一方的端部，并可以對(duì)所述可動(dòng)磁 石加以支撐使可動(dòng)磁石沿線圈的卷繞方向振動(dòng)、和對(duì)可動(dòng)磁石的振動(dòng)加以限制的限位器 部。限位器部是在管材的至少一方的端部上形成的，限位器部與可動(dòng)磁石相接觸的位置是 在，以管材的端部為起點(diǎn)，彈性體收縮為最短時(shí)候的長(zhǎng)度還要長(zhǎng)的位置上。這樣的構(gòu)成，可以使利用彈性體構(gòu)成的共振系統(tǒng)處于安定的狀態(tài)下，且對(duì)于收縮 為最短時(shí)候的彈性體不會(huì)施加不必要的應(yīng)力。因此，可以得到一種振動(dòng)型電磁發(fā)電機(jī)，該振 動(dòng)型電磁發(fā)電機(jī)中，彈性體不會(huì)破損，即使長(zhǎng)期使用，也可以會(huì)安定地產(chǎn)生共振振動(dòng)。根據(jù)本實(shí)用新型，通過用彈性體來支撐可動(dòng)磁石，可以得到能構(gòu)成安定共振系統(tǒng) 的振動(dòng)型電磁發(fā)電機(jī)。另外，可動(dòng)磁石的振動(dòng)超過預(yù)定的振幅時(shí)，可動(dòng)磁石的振動(dòng)被限位器 部所限制，從而不會(huì)對(duì)彈性體施加多余的應(yīng)力，可以防止彈性體的破損。因此，可以得到下 述效果，即可以減少對(duì)振動(dòng)型電磁發(fā)電機(jī)的保養(yǎng)頻度，使振動(dòng)型電磁發(fā)電機(jī)得以在長(zhǎng)期內(nèi) 發(fā)電。而且，可以通過把螺旋彈簧用作彈性體，來降低部件的成本，同時(shí)實(shí)現(xiàn)振動(dòng)型電磁發(fā) 電機(jī)的輕量化。

圖1是本實(shí)用新型的第1實(shí)施形態(tài)相關(guān)聯(lián)的振動(dòng)型電磁發(fā)電機(jī)構(gòu)成例的截面圖；圖2A、B是本實(shí)用新型的第1實(shí)施形態(tài)相關(guān)聯(lián)的振動(dòng)型電磁發(fā)電機(jī)的限位器部的 構(gòu)成例的說明圖；圖3是由1個(gè)重錘與1個(gè)螺旋彈簧構(gòu)成的振動(dòng)系統(tǒng)例的說明圖；圖4A，B是振動(dòng)系統(tǒng)內(nèi)包含損失時(shí)的衰減特性的說明圖；圖5A，B是對(duì)振動(dòng)系統(tǒng)施加脈沖式外力時(shí)的應(yīng)答特性的說明圖；圖6是由1個(gè)重錘與2個(gè)螺旋彈簧構(gòu)成的振動(dòng)系統(tǒng)例的說明圖；圖7A，B是本實(shí)用新型的第2實(shí)施形態(tài)相關(guān)聯(lián)的振動(dòng)型電磁發(fā)電機(jī)構(gòu)成例的截面 圖；圖8是本實(shí)用新型的第2實(shí)施形態(tài)相關(guān)聯(lián)的其他的振動(dòng)型電磁發(fā)電機(jī)構(gòu)成例的截面圖；圖9A，B是本實(shí)用新型的第3實(shí)施形態(tài)相關(guān)聯(lián)的振動(dòng)型電磁發(fā)電機(jī)構(gòu)成例的截面 圖；圖10是本實(shí)用新型的第4實(shí)施形態(tài)相關(guān)聯(lián)的振動(dòng)型電磁發(fā)電機(jī)構(gòu)成例的截面 圖；圖11是現(xiàn)有的振動(dòng)型電磁發(fā)電機(jī)例的構(gòu)成圖；圖12是現(xiàn)有的振動(dòng)型電磁發(fā)電機(jī)例的構(gòu)成圖。附圖標(biāo)記說明1-振動(dòng)型電磁發(fā)電機(jī)，2-管材，3-可動(dòng)磁石，3a、3b_磁石，4a_第1螺線管線圈， 4b-第2螺線管線圈，4c-第3螺線管線圈，5a-第1螺旋彈簧，5b-第2螺旋彈簧，6a_第1 限位器部，6b-第2限位器部，7a-第1端構(gòu)件，7b-第2端構(gòu)件，IOa-第1限位器部的高度， 1 Ob-收縮為最短時(shí)的第1螺旋彈簧的高度，15-重錘，16、17、18-螺旋彈簧，30、40、50-振動(dòng) 型電磁發(fā)電機(jī)
具體實(shí)施方式
下面，就本實(shí)用新型的第一實(shí)施形態(tài)例，參照?qǐng)D1至圖6進(jìn)行說明。在本實(shí)施的形 態(tài)例，將對(duì)適用于具有下列特征的振動(dòng)型電磁發(fā)電機(jī)的實(shí)例進(jìn)行說明，其特征在于，使在縱 向方向被磁化的復(fù)數(shù)個(gè)圓筒形磁石在復(fù)數(shù)個(gè)螺線管線圈中振動(dòng)或移動(dòng)，從而進(jìn)行發(fā)電。首先，就本例中的振動(dòng)型電磁發(fā)電機(jī)1的構(gòu)成例，參照?qǐng)D1的截面圖進(jìn)行說明。振 動(dòng)型電磁發(fā)電機(jī)1，由可動(dòng)磁石3，和3個(gè)螺線管線圈(第1螺線管線圈4a至第3螺線管線 圈4c)所構(gòu)成。3個(gè)螺線管線圈是在中空的管材2的外周卷繞而成的?？蓜?dòng)磁石3在管材 2的內(nèi)部進(jìn)行直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)/振動(dòng)，則會(huì)在3個(gè)螺線管線圈中產(chǎn)生電壓。管材2是由非磁性 體材料所形成的。管材2的材質(zhì)可以是金屬等非磁性體材料，但考慮到加工性最好是用硬 塑料等合成樹脂來制造。相鄰的3個(gè)螺線管線圈，是由復(fù)數(shù)個(gè)線圈串聯(lián)在一起的，該復(fù)數(shù)個(gè)線圈以相互間 隔著預(yù)定的間隔的狀態(tài)進(jìn)行配置，且極性相反。螺線管線圈的卷繞方向如下，相鄰的兩個(gè)螺 線管線圈之間為互相呈反向的正、反、正方向。在以下說明中，串聯(lián)連接在一起的第1螺線 管線圈4a至第3螺線管線圈4c稱為發(fā)電線圈9。管材2中，至少包含1個(gè)發(fā)電線圈9?？蓜?dòng)磁石3是由復(fù)數(shù)個(gè)磁石(比如，釹磁石)所構(gòu)成的，該復(fù)數(shù)個(gè)磁石是以同極相 對(duì)的形態(tài)連接在一起的。本例中的可動(dòng)磁石3是由2個(gè)同樣長(zhǎng)且在縱向方向磁化了的磁 石3a，3b所組成的，3a，3b是通過有規(guī)定厚度的磁石間隔器，以同極相對(duì)的形態(tài)一體連接而 成。磁石間隔器的材料可以是磁性體或非磁性體的任何一種。另外，構(gòu)成可動(dòng)磁石3的磁 石至少為1個(gè)?？蓜?dòng)磁石3的一方的端部上，形成有保護(hù)磁石3a的磁石端構(gòu)件8a。磁石端構(gòu)件 8a上，開有一個(gè)細(xì)孔，以便安裝作為拉引彈簧的第1螺旋彈簧5a。同樣，可動(dòng)磁石3的另一 方的端部上，形成有保護(hù)磁石3b的磁石端構(gòu)件8b。磁石端構(gòu)件8b上，開有一個(gè)細(xì)孔，以便 安裝作為拉引彈簧的第2螺旋彈簧5b。但是，磁石端構(gòu)件8a，8b也可以為鉤子等形狀，以掛 住螺旋彈簧5a與螺旋彈簧5b的方式進(jìn)行安裝。如此，在振動(dòng)型電磁發(fā)電機(jī)1中，通過螺旋彈簧5a與螺旋彈簧5b，可以支撐可動(dòng)磁石3沿發(fā)電線圈9的卷繞軸方向進(jìn)行振動(dòng)。管材2的兩端部上，為了防止可動(dòng)磁石3飛出，鑲嵌有用樹脂等形成的第1端構(gòu)件 7a和第2端構(gòu)件7b。第1端構(gòu)件7a和第2端構(gòu)件7b為同樣的形狀，且各自上還形成有用 來固定第1螺旋彈簧5a和第2螺旋彈簧5b端部的固定部。但是，第1端構(gòu)件7a和第2端 構(gòu)件7b上也可以形成細(xì)孔或鉤子等，以便可以固定螺旋彈簧5a與螺旋彈簧5b的端部。與本實(shí)用新型相關(guān)的振動(dòng)型電磁發(fā)電機(jī)1中，如所述那樣，相鄰的3個(gè)螺線管線圈 以相互間隔著預(yù)定的間隔的狀態(tài)串聯(lián)在一起的同時(shí)，線圈的卷繞方向如下所述，即相鄰的 兩個(gè)螺線管線圈之間為互相呈反向的正、反、正方向而構(gòu)成在一起。所以，每個(gè)螺線管線圈 中發(fā)生的電壓通過位相的疊加合成，可以增大輸出電壓。為此，需要磁石長(zhǎng)度與磁石間隔 器的厚度相加而得的磁石間距(Pitch)，與線圈的長(zhǎng)度和線圈的間隔相加而得的線圈間距 (Pitch)大致相等。而且，螺線管線圈的線圈長(zhǎng)度最好小于磁石長(zhǎng)度。第1螺旋彈簧5a與第2螺旋彈簧5b是具有同樣的彈簧系數(shù)，同樣自然長(zhǎng)度的螺 旋彈簧。但是，根據(jù)不同設(shè)計(jì)，各螺旋彈簧的彈簧系數(shù)和自然長(zhǎng)度也可以改變。本實(shí)施形態(tài)的振動(dòng)型電磁發(fā)電機(jī)1中，第1螺旋彈簧5a與第2螺旋彈簧5b呈拉 引可動(dòng)磁石3的形態(tài)，并構(gòu)成振動(dòng)系統(tǒng)。這時(shí)，一旦對(duì)振動(dòng)型電磁發(fā)電機(jī)1施加外力，則可 動(dòng)磁石3就會(huì)按照由可動(dòng)磁石3的質(zhì)量，和第1螺旋彈簧5a與第2螺旋彈簧5b的彈簧系 數(shù)所決定的共振頻率f；進(jìn)行振動(dòng)。結(jié)果，可動(dòng)磁石3的振動(dòng)時(shí)間可以變長(zhǎng)，還可以獲得長(zhǎng) 時(shí)間的電壓。其次，對(duì)限位器部的構(gòu)成例，參照?qǐng)D2A，B進(jìn)行說明，該限位器部可以緩和可動(dòng)磁 石對(duì)管材2的端部的沖擊。圖2A，B中對(duì)第1限位器部6a進(jìn)行了說明，第2限位器6b也可 以同樣構(gòu)成。圖2A是第1螺旋線圈5a在伸展?fàn)顟B(tài)下的圖。圖2B是第1螺旋線圈5a在收縮到最短狀態(tài)下的圖。而且，比起垂直于發(fā)電線圈9的卷繞軸方向的可動(dòng)磁石3的截面徑12，第1限位 器部6a與可動(dòng)磁石3相接觸的部位的寬度11較小。即，使螺旋彈簧在伸縮運(yùn)動(dòng)的時(shí)候不 會(huì)與限位器部發(fā)生干涉，而且使限位器部與可動(dòng)磁石3確確實(shí)實(shí)地相接觸，因此，當(dāng)可動(dòng)磁 石3的振動(dòng)幅度超過規(guī)定的振幅時(shí)，第1限位器部6a可在與可動(dòng)磁石3相接觸的位置，對(duì) 可動(dòng)磁石3的振動(dòng)進(jìn)行限制。如圖2A與圖2B所示，以第1端構(gòu)件7a為起點(diǎn)的第1限位器6a的高度IOa被設(shè)定 為，比收縮為最短狀態(tài)的第1螺旋彈簧5a的高度IOb還要高。而且，可動(dòng)磁石處于具有超 過規(guī)定的振幅的動(dòng)能的狀態(tài)下進(jìn)行振動(dòng)時(shí)，會(huì)與第1限位器部6a的上端部相接觸或撞擊。 因此，由第1限位器部6a對(duì)振幅進(jìn)行了限制。而且，第1限位器部6a是由具有彈性的橡膠 等樹脂來形成的，所以可以緩和可動(dòng)磁石3的沖擊。所以，即使第1螺旋彈簧5a處于收縮 為最短的狀態(tài)時(shí)，也可以較好地抑制由于螺旋彈簧與可動(dòng)磁石3相撞擊而導(dǎo)致的，螺旋線 圈被施加了過剩的應(yīng)力所引起的破損。這里，限位器部6a，與第1和/或第2端構(gòu)件7a，7b為一體化成型的時(shí)候，最好選 擇硬質(zhì)且有彈性橡膠或樹脂。選擇這樣的材質(zhì)是由于要把用于振動(dòng)的可動(dòng)磁石3確確實(shí)實(shí) 地封入管材2的內(nèi)部。而且，還可以避免可動(dòng)磁石3與限位器部6a相撞擊時(shí)給螺旋彈簧帶 來的損傷，和限位器部自身的損傷。[0045]這里，參照?qǐng)D3至圖6，對(duì)與本實(shí)用新型相關(guān)聯(lián)的振動(dòng)型電磁發(fā)電機(jī)1的特性進(jìn)行 說明。圖3為振動(dòng)系統(tǒng)的模型圖，該振動(dòng)系統(tǒng)是由質(zhì)量M的重錘15，和彈簧系數(shù)k的螺 旋彈簧16的組合所構(gòu)成的。在螺旋彈簧16上掛著重錘15，重錘15靜止在螺旋彈簧16的 復(fù)位力與作用在重錘15的重力平衡的位置上。把這個(gè)位置定為0位移。對(duì)重錘15施加外 力，重錘15開始簡(jiǎn)諧振動(dòng)。這個(gè)振動(dòng)系統(tǒng)的共振頻率fri，由下式來給出。[數(shù)學(xué)公式1]f^iH1然而，圖3中并沒有表示出由于摩擦等原因所帶來的損失。但是，現(xiàn)實(shí)的振動(dòng)系統(tǒng) 中，包括空氣的粘性阻力在內(nèi)的摩擦阻力，或振動(dòng)體自身的內(nèi)部摩擦等要因所引起種種的 損失是存在的。因此，隨著時(shí)間的流逝，振幅不斷衰減，共振頻率也會(huì)稍稍降低。圖4A，B表示的是，對(duì)圖3所示的振動(dòng)系統(tǒng)，施加與這個(gè)振動(dòng)系統(tǒng)的共振頻率相 等的頻率的外力，該振動(dòng)系統(tǒng)呈穩(wěn)態(tài)振動(dòng)時(shí)，外力突然變?yōu)?之后緊接下來的時(shí)間內(nèi)的振 幅與時(shí)間變化例。圖4A表示的是振動(dòng)系統(tǒng)的損失比較小的情況。圖4B表示的是振動(dòng)系統(tǒng)的損失比較大的情況。如圖4B所示，振動(dòng)系統(tǒng)的損失大的情況下，外力突然變?yōu)?，就會(huì)使振動(dòng)急劇減 少。即，可以認(rèn)為，如圖4A所示那樣，盡可能減少振動(dòng)系統(tǒng)的損失時(shí)，由于延長(zhǎng)了可動(dòng)磁石 的振動(dòng)時(shí)間，從而得到了長(zhǎng)時(shí)間的電壓。圖5A，B表示的是，對(duì)圖3所示的振動(dòng)系統(tǒng)施加周期性的沖擊力時(shí)重錘15的振幅。脈沖式的沖擊力中包括較廣的頻率成分，振動(dòng)系統(tǒng)的共振頻率成分也包括在其 中。因此，由于共振頻率成分的作用，振動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)生了激勵(lì)。結(jié)果，重錘如圖5A，B所示那樣 進(jìn)行振動(dòng)。圖5A表示的是振動(dòng)系統(tǒng)的損失比較小的情況。圖5B表示的是振動(dòng)系統(tǒng)的損失比較大的情況。如圖5A，B所示，振動(dòng)系統(tǒng)的損失越小振動(dòng)就可以長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)下去。相反，損失越 大，振動(dòng)就會(huì)急劇減少。因此，損失小的一方的振幅就大。圖6是振動(dòng)系統(tǒng)的模型圖，該振動(dòng)系統(tǒng)是把質(zhì)量M的重錘15鉛直地吊在2個(gè)螺旋 彈簧17，18下而構(gòu)成的。螺旋彈簧17，18各自的彈簧系數(shù)為k”k2。圖6中，把向下作為重 力方向，把重錘由于被施加了重力而使上方的螺旋線圈17伸展時(shí)的重錘15的位置作為靜 止點(diǎn)0。重錘15的振動(dòng)是以靜止點(diǎn)0為中心進(jìn)行的。這樣的振動(dòng)系統(tǒng)的共振頻率由數(shù) 學(xué)公式(2)給出。[數(shù)學(xué)公式2]f -J- ΕΞΚ
2 2π\(zhòng) M根據(jù)數(shù)學(xué)公式(2)，共振頻率隨著螺旋彈簧17的彈簧系數(shù)Ic1與螺旋彈簧18的 彈簧系數(shù)&的和增高而變大。這樣，對(duì)重錘15施加振動(dòng)，規(guī)定時(shí)間內(nèi)重錘15的振動(dòng)次數(shù) 就會(huì)變多。[0063]根據(jù)以上說明的第1實(shí)施形態(tài)相關(guān)聯(lián)的振動(dòng)型電磁發(fā)電機(jī)1，可動(dòng)磁石3的振動(dòng) 超過規(guī)定的振幅的時(shí)候，可動(dòng)磁石3的振動(dòng)由第1限位器部6a與第2限位器部6b來限制。 這樣，不會(huì)對(duì)彈性體施加多余的應(yīng)力，從而可以防止彈性體的破損。結(jié)果，對(duì)于振動(dòng)型電磁 發(fā)電機(jī)1的零件修理等保養(yǎng)的頻度也會(huì)得到抑制，從而使振動(dòng)型電磁發(fā)電機(jī)1具有可以長(zhǎng) 期發(fā)電的效果。而且，振動(dòng)型電磁發(fā)電機(jī)1可以構(gòu)成，由可動(dòng)磁石3的質(zhì)量、第1螺旋彈簧5a及第 2螺旋彈簧5b的彈簧系數(shù)所決定的共振系統(tǒng)。并且，通過選擇管材2的材質(zhì)，減小管材2與 可動(dòng)磁石間的摩擦系數(shù)，可動(dòng)磁石3的振動(dòng)在長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)就不會(huì)急劇衰減。這樣做，能得到可 以提高振動(dòng)型電磁發(fā)電機(jī)1的發(fā)電效率的效果。另外，在如圖1所示的形態(tài)例中，從可動(dòng)磁 石3的兩端到管材2的兩端部，即第1及第2端構(gòu)件7a，7b為止，配置有第1及第2螺旋彈 簧5a，5b。這樣的配置具有以下效果，即無論振動(dòng)型電磁發(fā)電機(jī)1朝向任何一個(gè)方向都可能 高效地進(jìn)行發(fā)電。另外，根據(jù)預(yù)先測(cè)量的可動(dòng)磁石3的質(zhì)量來選擇第1螺旋彈簧5a及第2螺旋彈簧 5b的彈簧系數(shù)，則可以任意調(diào)整共振頻率。因此，具有以下的效果，S卩，可以得到適用于各種 用途的，發(fā)電效率高的振動(dòng)型電磁發(fā)電機(jī)1。而且，使用振動(dòng)型電磁發(fā)電機(jī)1，可以把微弱的振動(dòng)能量高效地轉(zhuǎn)化為可動(dòng)磁石3 的直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)。因此，可以說非常適合下述發(fā)動(dòng)機(jī)，即振動(dòng)型電磁發(fā)電機(jī)1與重力方向平 行，并且振動(dòng)型電磁發(fā)電機(jī)1的設(shè)置方向?yàn)橐欢ǖ那闆r，比如，為了海上船舶安全航行用的 利用波浪上下運(yùn)動(dòng)而發(fā)電發(fā)光的發(fā)光浮標(biāo)等。而且，加上因?yàn)榫哂邢尬黄鞑?，即使發(fā)生強(qiáng)烈 振動(dòng)，也不太需要擔(dān)心振動(dòng)型電磁發(fā)電機(jī)發(fā)生損傷，所以還可能被應(yīng)用于自行車的座椅或 貨架，或者是自行車的懸掛裝置等。另外，對(duì)振動(dòng)型電磁發(fā)電機(jī)1施加脈沖狀沖擊力的時(shí)候，該沖擊力中所包含的與 自振頻率相等的成分使得可動(dòng)磁石3發(fā)生激勵(lì)。因此，具有以下效果，即，外力的頻率不需 一定要與振動(dòng)型電磁發(fā)電機(jī)的共振頻率相吻合也可以。另外，具有可以解決現(xiàn)有的振動(dòng)型電磁發(fā)電機(jī)的后述課題的效果，即由于使用了 反作用的磁石，而導(dǎo)致成本上升和共振系統(tǒng)的不均衡，以及，非磁性管材的端面的用于反作 用的彈簧與可動(dòng)磁石為非接觸狀態(tài)配置時(shí)造成的噪音，和振動(dòng)效率劣化的同時(shí)，發(fā)電效率 低下的問題。其次，參照?qǐng)D7A，B來說明本實(shí)用新型的第2實(shí)施形態(tài)相關(guān)聯(lián)的振動(dòng)型電磁發(fā)電機(jī) 30的構(gòu)成例。另外，在圖7A，B中，與已經(jīng)說明完畢的圖1和圖2A，B中相對(duì)應(yīng)的部分，被賦 予同樣的符號(hào)，并省略詳細(xì)的說明。圖7A表示出振動(dòng)型電磁發(fā)電機(jī)30的截面圖。圖7B表示出限位器部的構(gòu)成例。如圖7A所示，第1螺旋彈簧32a與第2螺旋彈簧32b同是壓縮彈簧。由于第1螺 旋彈簧32a與第2螺旋彈簧32b與可動(dòng)磁石3的兩端部相接觸，所以可以支撐可動(dòng)磁石3 在發(fā)電線圈9的卷繞軸方向振動(dòng)。這時(shí)，由于第1和第2螺旋彈簧32a，32b彼此之間壓縮 并支撐可動(dòng)磁石3，所以不需要第1實(shí)施形態(tài)中使用的磁石端構(gòu)件8a，8b，因而構(gòu)成更加簡(jiǎn) 略。而且，位于管材2的兩端附近的內(nèi)壁上，形成有4個(gè)突起部。這些突起部分別作為第1限位器部31a和第2限位器部31b。第1限位器部31a與第2限位器部31b與可動(dòng)磁 石3相接觸的位置是在，比以管材2的端部7a，7b作為起點(diǎn)時(shí)，第1螺旋彈簧32a和第2螺 旋彈簧32b收縮為最短時(shí)候的長(zhǎng)度還要長(zhǎng)的位置上。而且，比起發(fā)電線圈9的卷繞軸方向 的垂直方向的可動(dòng)磁石3的截面徑，第1限位器部6a或者第2限位器部6b與可動(dòng)磁石3 相接觸的部分的寬度更小。因此，當(dāng)可動(dòng)磁石3的振動(dòng)超過規(guī)定的振幅時(shí)，第1限位器部6a 或者第2限位器部6b在與可動(dòng)磁石3相接觸的位置限制了其振動(dòng)。另外，管材2與限位器部為一體化形成時(shí)，如果把管材2成型為筒狀，則由于限位 器部突出的原因，可動(dòng)磁石不可能被封入管材2中。因此，可以把與管材2的縱向方向相平 行的，且被分割成型的管材拼接而構(gòu)成管材構(gòu)件，或從管材2的中央部沿縱向方向垂直將 其分成2份，相互連接的部分上設(shè)有螺紋和螺絲槽，并將其螺合旋緊在一起而構(gòu)成管材構(gòu) 件。在這里，著眼于第1限位器部31a，就其功能和效果進(jìn)行說明。構(gòu)成第1限位器部 31a的4個(gè)突起部的頂點(diǎn)具有比第1螺旋彈簧32a的卷繞半徑還要大的寬度，即，在螺旋彈 簧伸縮運(yùn)動(dòng)的時(shí)候，限位器部具有不會(huì)與螺旋彈簧相干涉的尺寸條件，并被固定于管材2 的內(nèi)壁上。因此，第1螺旋彈簧32a的伸縮不會(huì)被限位器部31a所限制。但是，因?yàn)?個(gè)突 起部的頂點(diǎn)的寬度被設(shè)定為比可動(dòng)磁石3的截面直徑還小，所以4個(gè)突起部的頂點(diǎn)與可動(dòng) 磁石3被形成為能確確實(shí)實(shí)地相接觸的樣子。因此，第1螺旋彈簧32a在收縮為最短前的階 段里，可動(dòng)磁石3就與4個(gè)突起部的頂點(diǎn)附近相接觸，并限制了可動(dòng)磁石3的振動(dòng)。結(jié)果， 可以得到以下效果，即回避了對(duì)收縮為最短的第1螺旋彈簧32a施加過剩的應(yīng)力，而導(dǎo)致第 1螺旋彈簧32a或可動(dòng)磁石3破損的危險(xiǎn)性。另外，第2限位器部31b也可以得到同樣的效
^ ο其次，振動(dòng)型電磁發(fā)電機(jī)30中，只是把第1螺旋彈簧32a和第2螺旋彈簧32b封 入管材2中即可構(gòu)成振動(dòng)系統(tǒng)。因此，具有構(gòu)成既簡(jiǎn)單，又可以使螺旋彈簧長(zhǎng)時(shí)間地振動(dòng)， 從而高效地進(jìn)行發(fā)電的效果。另外，第2實(shí)施形態(tài)相關(guān)聯(lián)的振動(dòng)型電磁發(fā)電機(jī)30中，形成了 4個(gè)突起部作為限 位器部，但突起部的個(gè)數(shù)少于4個(gè)也可以，多于4個(gè)也可以。另外，突起部的形狀并不局限 于圖7B所示形狀。只要是能限制超過合適的振幅的可動(dòng)磁石3的振動(dòng)，并能減少其對(duì)端部 的沖擊或?qū)β菪龔椈墒┘拥亩嘤嗟膽?yīng)力的形狀，無論什么形狀都可以。另外，第2實(shí)施形態(tài)相關(guān)聯(lián)的振動(dòng)型電磁發(fā)電機(jī)30中，利用了 2個(gè)壓縮彈簧。但 是，只用一個(gè)壓縮彈簧也可以。這種情況下，螺旋彈簧被設(shè)置在可動(dòng)磁石3的重力方向(下 方)，同時(shí)，磁石端構(gòu)件8a與第1端構(gòu)件7a最好固定在一起。即使是這樣的構(gòu)成，也可以良 好地進(jìn)行發(fā)電。另外，螺旋彈簧32a，32b使用壓縮彈簧的時(shí)候，最好在螺旋彈簧的內(nèi)徑側(cè)設(shè)置限 位器部。對(duì)具有這種構(gòu)成的振動(dòng)型電磁發(fā)電機(jī)的構(gòu)成例，參照?qǐng)D8進(jìn)行說明。另外，圖8中， 雖然示出了相對(duì)于第1螺旋彈簧32a的限位器部33的狀態(tài)，但相對(duì)于第2螺旋彈簧32b的 限位器部也可以同樣構(gòu)成。把可動(dòng)磁石3封入在管材2的第1端構(gòu)件34上，形成有圓柱狀，且具有到前端為止 的圓錐形狀的限位器部33。而且，第1端構(gòu)件34上，設(shè)置有第1螺旋彈簧32a。第1螺旋 彈簧32a在振動(dòng)時(shí)，不會(huì)由于限位器部33而產(chǎn)生位置變動(dòng)。當(dāng)可動(dòng)磁石3的振動(dòng)超過規(guī)定的振幅，可動(dòng)磁石3與限位器部33的頂面相接觸，從而其振動(dòng)得到了限制。但是，限位器部 33的頂部與可動(dòng)磁石3相接觸的位置，比以第1端構(gòu)件34為起點(diǎn)的時(shí)，第1螺旋彈簧32a 收縮為最短的長(zhǎng)度還要長(zhǎng)的位置上。因此，對(duì)于收縮為最短的第1螺旋彈簧32a，不會(huì)施加 多余的應(yīng)力，從而得到回避第1螺旋彈簧32a破損的危險(xiǎn)性的效果。而且，因?yàn)橄尬黄鞑砍?為圓錐形，所以可以不干涉螺旋彈簧的伸縮運(yùn)動(dòng)而發(fā)電。另外，所述第2實(shí)施狀態(tài)中，在螺旋彈簧的彈簧徑小于管材2內(nèi)周徑的狀態(tài)下，壓 縮螺旋彈簧(壓縮彈簧)時(shí)，螺旋彈簧被壓縮成彎曲的樣態(tài)。一旦成為這種狀態(tài)，最壞的情 況下，可以預(yù)想螺旋彈簧在壓縮過程中會(huì)與限位器部相干涉。因此，比較好的形態(tài)例是，比 如說，相對(duì)管材2的內(nèi)周徑，螺旋彈簧32a，32b的彈簧徑取與其相等或略小的值。根據(jù)所述 的構(gòu)成，壓縮彈簧會(huì)被規(guī)則地壓縮，螺旋彈簧即使在壓縮過程中也不會(huì)與限位器部產(chǎn)生干 涉，同時(shí)，還可以得到充分的限位器的功能。其次，對(duì)本實(shí)用新型的第3實(shí)施系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的振動(dòng)型電磁發(fā)電機(jī)40的構(gòu)成例，參 照?qǐng)D9A，B進(jìn)行說明—。另外，圖9A，B中，對(duì)已在第1實(shí)施形態(tài)中說明的，且與圖1和圖2A， B相對(duì)應(yīng)的部分，賦予同樣的符號(hào)，并省略詳細(xì)的說明。圖9A表示振動(dòng)型電磁發(fā)電機(jī)40的截面圖。圖9B表示棒狀限位器部的構(gòu)成例。管材2的側(cè)面上，成有2根棒狀限位器可以插入的孔部。插入這孔部的2根棒狀 限位器，分別作為第1限位器部41a和第2限位器部41b。第1限位器部41a和第2限位器 部41b與可動(dòng)磁石3相接觸的位置在，比以管材2的端部為起點(diǎn)的時(shí)候，第1螺旋彈簧5a 與第2螺旋彈簧5b收縮為最短時(shí)的長(zhǎng)度還要長(zhǎng)的位置上。在這里，著眼于第1限位器部41a，就其功能和效果進(jìn)行說明。第1限位器部41a 是由非磁性的樹脂或金屬形成的2根棒狀的限位器所構(gòu)成的，并被固定在具有比第1螺旋 彈簧5a的卷繞半徑還要大的寬度的管材2的內(nèi)壁上。因此，第1螺旋彈簧5a的伸縮不會(huì) 被限位器部41a所限制。但是，2根棒狀的限位器的寬度被設(shè)定為比可動(dòng)磁石3的截面直徑 還小。因此，第1螺旋彈簧5a在收縮為最短時(shí)，可動(dòng)磁石3就與2根棒狀的限位器相接觸， 并限制了可動(dòng)磁石3的振動(dòng)。結(jié)果，可以得到以下效果，即回避了對(duì)收縮為最短的第1螺旋 彈簧5a施加過剩的應(yīng)力，而導(dǎo)致第1螺旋彈簧5a或可動(dòng)磁石3破損的危險(xiǎn)性。另外，第2 限位器部41b也可以采用了同樣的構(gòu)成，同時(shí)也可以得到同樣的效果。另外，第3實(shí)施形態(tài)相關(guān)聯(lián)的振動(dòng)型電磁發(fā)電機(jī)40中，插入了 2根棒狀的限位器 作為限位器部，但2根棒狀的限位器的個(gè)數(shù)少于2根也可以，多于2根也可以。另外，突起 部的形狀并不局限于圖9B所示形狀。比如，棒狀的限位器的截面形狀可以是多角形或是橢 圓形等。棒狀的限位器的形狀只要是能限制超過合適的振幅的可動(dòng)磁石3的振動(dòng)，并能減 少其對(duì)端部的沖擊或?qū)β菪龔椈砂l(fā)生的多余的應(yīng)力的形狀，無論什么形狀都可以。其次，對(duì)本實(shí)用新型的第4實(shí)施形態(tài)相關(guān)聯(lián)的振動(dòng)型電磁發(fā)電機(jī)50的構(gòu)成例，參 照?qǐng)D10進(jìn)行說明。另外，圖10中，對(duì)已在第1實(shí)施形態(tài)中說明的，且與圖1和圖2A，B相對(duì) 應(yīng)的部分，賦予同樣的符號(hào)，并省略詳細(xì)的說明。所述第1至第3實(shí)施形態(tài)相關(guān)聯(lián)的振動(dòng)型電磁發(fā)電機(jī)，是由分別設(shè)置在可動(dòng)磁石 的兩側(cè)的螺旋彈簧所構(gòu)成的。但是，如本實(shí)施形態(tài)一樣，由1個(gè)螺旋彈簧和可動(dòng)磁石3所構(gòu) 成振動(dòng)系統(tǒng)也可以。[0090] 管材2的第2端構(gòu)件材51上，沒有形成固定螺旋彈簧用的凸部，或者鉤子，或者細(xì) 孔等。因此，第2端構(gòu)件材51具有把可動(dòng)磁石3封入管材2內(nèi)的功能。振動(dòng)型電磁發(fā)電機(jī) 50中，通過第1螺旋彈簧5a支撐可動(dòng)磁石3沿發(fā)電彈簧9的卷繞軸方向進(jìn)行振動(dòng)。 對(duì)振動(dòng)型電磁發(fā)電機(jī)50施加外力，可動(dòng)磁石3就可以振動(dòng)。這種振動(dòng)是具有，根 據(jù)可動(dòng)磁石3的質(zhì)量和第1螺旋彈簧5a的彈簧系數(shù)，由所述數(shù)學(xué)公式(1)所求出的共振頻 率的共振運(yùn)動(dòng)。圖10所示的振動(dòng)型電磁發(fā)電機(jī)50僅使用1個(gè)螺旋彈簧。因此，具有容易將各構(gòu) 件組裝起來的效果。另外，振動(dòng)型電磁發(fā)電機(jī)50適合于安裝在，發(fā)電機(jī)的安裝方向相對(duì)于 重力為一定的地方。S卩，用拉引彈簧作為螺旋彈簧時(shí)，把螺旋彈簧配置在可動(dòng)磁石的重力方向的上方， 并將可動(dòng)磁石吊在其下即可。相反，如果把壓縮彈簧作為螺旋彈簧，那么就把螺旋彈簧配置 在可動(dòng)磁石的重力方向的下方，并將可動(dòng)磁石托在其上即可。這樣，振動(dòng)型電磁發(fā)電機(jī)50 可以根據(jù)用途和設(shè)置形態(tài)來選擇最佳的手段。而且，所述的任意的構(gòu)成中，最好采用掛鉤固定等手段對(duì)可動(dòng)磁石、端構(gòu)件和螺旋 彈簧進(jìn)行固定，這樣的話，螺旋彈簧的振動(dòng)系統(tǒng)可以得到充分的運(yùn)用。而且，具有可以得到， 與使用了 2個(gè)螺旋彈簧的第1至第3實(shí)施形態(tài)相關(guān)聯(lián)的振動(dòng)型電磁發(fā)電機(jī)相等的發(fā)電特性 的效果。另外，所述第1至第4實(shí)施形態(tài)中，相鄰的螺線管線圈之間隔著一定的間隔，可以 用樹脂等構(gòu)件來形成間隔器。另外，也可以用磁性體與非磁性體的組合，來形成磁石間隔 器，進(jìn)而構(gòu)成可動(dòng)磁石。而且，所述第1至第4實(shí)施形態(tài)中，管材與可動(dòng)磁石的形狀為圓筒形，但截面可以 是多角形、橢圓形、或者是由曲線和直線所組合而成的形狀。這時(shí)，螺線管線圈與磁石間隔 器的截面形狀可以是，配合可動(dòng)磁石的截面形狀而得到形狀。而且，所述第1至第4實(shí)施形態(tài)中，為了把可動(dòng)磁石3封入管材2，在管材2的兩端 部安裝了第1及第2端構(gòu)件，但是也可以通過實(shí)施熱加工等，使管材2的端部產(chǎn)生變形從而 封入可動(dòng)磁石3。而且，也可以將所述第1至第4實(shí)施形態(tài)中所示出的各種限位器部組合在一起。而且，限位器部可以根據(jù)螺旋彈簧的個(gè)數(shù)，在管材2的至少一方的端部上形成。因 此，在使用1個(gè)螺旋彈簧的時(shí)候，限位器部有一個(gè)就足夠了，從而使構(gòu)件的成型更為容易。而且，可以在配置有螺旋彈簧側(cè)的可動(dòng)磁石3的端部上設(shè)置磁石端構(gòu)件。由于螺 旋彈簧與可動(dòng)磁石3的端部相接觸，所以通過設(shè)置磁石端構(gòu)件可以防止磁石的損傷。而且， 磁石端構(gòu)件與管材2的端部可以通過螺旋彈簧來結(jié)合在一起。而且，在管材2的兩端部形成 限位器部的同時(shí)，螺旋彈簧可以配置在從可動(dòng)磁石3的兩端到管材2的兩端的位置上。這 樣做，可以使可動(dòng)磁石3得到確確實(shí)實(shí)的支撐，并且不需損失振動(dòng)能量，從而在長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)可 以持續(xù)振動(dòng)。
權(quán)利要求一種振動(dòng)型電磁發(fā)電機(jī)，其特征在于，包括由非磁性材料所形成的中空的管材、和至少一個(gè)卷繞在所述管材周圍的發(fā)電線圈、和配置于所述管材內(nèi)的，至少由一個(gè)磁石所形成的可動(dòng)磁石、和可以伸縮的彈性體，其固定于所述管材的至少一方的端部，并可以使所述可動(dòng)磁石沿所述線圈的卷繞軸方向振動(dòng)的同時(shí)，對(duì)所述可動(dòng)磁石加以支撐、和對(duì)所述可動(dòng)磁石的振動(dòng)加以限制的限位器部；所述限位器部是在所述管材的至少一方的端部上形成的，所述限位器部與所述可動(dòng)磁石相接觸的位置在，比以所述管材的端部為起點(diǎn)，所述彈性體收縮為最短時(shí)候的長(zhǎng)度還要長(zhǎng)的位置上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述振動(dòng)型電磁發(fā)電機(jī)，其中，在所述可動(dòng)磁石的、配置有所述彈性體側(cè)的端部上配置有磁石端構(gòu)件的同時(shí)，所述磁 石端構(gòu)件與所述管材的端部是通過所述彈性體結(jié)合在一起。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述振動(dòng)型電磁發(fā)電機(jī)，其中，在所述管材的兩端部形成所述限位器部的同時(shí)，從所述可動(dòng)磁石的兩端到所述管材的 兩端部為止配置有所述彈性體。
專利摘要一種振動(dòng)型電磁發(fā)電機(jī)，其包括由非磁性材料所形成的中空的管材(2)、和至少一個(gè)卷繞在管材(2)周圍的發(fā)電線圈(9)、和配置于管材(2)內(nèi)的，至少由一個(gè)磁石所形成的可動(dòng)磁石(3)、和可以伸縮的第1螺旋彈簧(5a)及第2螺旋彈簧(5b)，其固定于管材(2)的至少一方的端部，并可以使所述可動(dòng)磁石沿發(fā)電線圈的卷繞軸方向振動(dòng)的同時(shí)，對(duì)可動(dòng)磁石加以支撐、和對(duì)可動(dòng)磁石的振動(dòng)加以限制的第1限位器部(6a)及第2限位器部(6b)。限位器部是在管材(2)的至少一方的端部上形成的，限位器部與可動(dòng)磁石(3)相接觸的位置在，比以管材(2)的端部為起點(diǎn)，螺旋彈簧收縮為最短時(shí)候的長(zhǎng)度還要長(zhǎng)的位置上。
文檔編號(hào)H02K35/02GK201663534SQ20089010013
公開日2010年12月1日 申請(qǐng)日期2008年6月24日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月2日
發(fā)明者會(huì)澤幸雄, 吉田哲男, 菅沼茂實(shí) 申請(qǐng)人:勝美達(dá)集團(tuán)株式會(huì)社