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公開番号2021191021
公報種別公開特許公報(A)
公開日20211213
出願番号2020090811
出願日20200525
発明の名称発電装置
出願人パナソニックIPマネジメント株式会社
代理人個人,個人,個人
主分類H02N 2/18 20060101AFI20211115BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】従来技術に比較して高効率の発電が可能な発電装置を提供する。
【解決手段】発電装置は、外力によりその一端を自由端として振動する非磁性ヨークと、非磁性ヨークの1面に固定されて非磁性ヨークから応力を受ける磁歪素子と、磁歪素子に巻かれたコイルと、磁歪素子に磁界を印加する第1の磁石と、非磁性ヨークの自由端でない端部に一端を接続され、外力を非磁性ヨークに伝える磁性ヨークと、非磁性ヨークの一方の湾曲面の自由端の近傍に固定された第2の磁石と、第2の磁石との間に間隙を設けて固定された第3の磁石と、非磁性ヨークの他方の湾曲面の自由端の近傍に固定された第4の磁石と、第4の磁石との間に間隙を設けて固定された、第5の磁石と、を備え、第2及び第3の磁石の組と、第4及び第5の磁石の組のうちのいずれか一方は同極が対向するように配置され、他方の組は異なる磁極が対向するように配置される。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項1】
剛性及び弾性を有し、第1の方向に長い形状の非磁性材料で構成され、外力によりその一端を自由端として振動する非磁性ヨークと、
前記第1の方向に長い磁歪材料で構成され、振動により湾曲する前記非磁性ヨークの面のうちの1面に固定されて前記非磁性ヨークから応力を受ける磁歪素子と、
前記磁歪素子の前記第1の方向の周囲に巻かれたコイルと、
前記磁歪素子の両端のうち前記自由端に近い側の端の近傍に配置され、前記磁歪素子に磁界を印加する第1の磁石と、
前記非磁性ヨークの両端のうち前記自由端でない端部に一端を接続され、振動体により他端から振動を受けて前記非磁性ヨークに前記振動を伝達し、かつ、前記磁歪素子の前記自由端から遠い側の端から前記第1の磁石の他方の磁極にわたって、内部を磁束が通過するように接続する磁性ヨークと、
前記非磁性ヨークの湾曲面のうちの一方に、前記自由端の近傍に固定された第2の磁石と、
前記第2の磁石の近傍に、前記非磁性ヨークの振動に際し前記第2の磁石と接触しないように前記第2の磁石との間に間隙を設けて固定された、第3の磁石と、
前記非磁性ヨークの湾曲面のうちの他方に、前記自由端の近傍に固定された第4の磁石と、
前記第4の磁石の近傍に、前記非磁性ヨークの振動に際し前記第4の磁石と接触しないように前記第4の磁石との間に間隙を設けて固定された、第5の磁石と、
を備え、
前記第2及び第3の磁石の組と、前記第4及び第5の磁石の組のうちのいずれか一方の組は、互いに同じ磁極が対向するように配置され、他方の組は互いに異なる磁極が対向するように配置される、
発電装置。
続きを表示(約 570 文字)【請求項2】
前記第2〜第5の磁石を含む2つの前記組のうち、同じ磁極が対向するように配置された前記組の2つの磁石は、それ自体のN極からS極に磁束が向かう磁路をそれぞれ形成し、異なる磁極が対向するように配置された前記組の2つの磁石は、前記対向する磁極のN極からS極に磁束が向かう磁路を形成する、
請求項1に記載の発電装置。
【請求項3】
前記振動体又は前記発電装置の外部の物体に固定されたフレームをさらに備え、
前記第3及び第5の磁石のうち少なくとも1つは、前記フレームに固定されている、
請求項1又は2に記載の発電装置。
【請求項4】
前記第3及び第5の磁石のうち少なくとも1つは、前記振動体又は前記発電装置の外部の物体に固定されている、
請求項1又は2に記載の発電装置。
【請求項5】
前記非磁性ヨークの前記自由端に錘をさらに備える、
請求項1から4のうちいずれか1つに記載の発電装置。
【請求項6】
前記第1の磁石は、前記磁性ヨークの前記非磁性ヨークに接続された端部と逆側の端部に固定され、
前記第1の磁石、前記磁性ヨーク、及び前記磁歪素子は閉磁路を形成する、
請求項1から5のうちいずれか1つに記載の発電装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は発電装置に関し、より詳細には、逆磁歪効果を利用して、磁歪素子に印加された機械エネルギーを電気エネルギーに変換する振動発電装置に関する。
続きを表示(約 1,700 文字)【背景技術】
【0002】
近年、産業分野、防犯・防災分野、社会インフラ分野、医療・福祉分野等の多くの分野において、モノのインターネット(Internet of Things、以下IoTと呼ぶ)の利用シーンが多く想定されている。IoTにおいて、人と機械、又は機械と機械は、センサによって取得された温度、湿度、加速度、又は画像などの情報を、インターネットなどの通信網を介して送受信する。その際に重要となるコンポーネントは、センサ、電源、及び無線通信から構成される無線センサモジュールである。
【0003】
現在、無線センサモジュールの電源には、例えば使い切りの1次電池、又は充電が可能な2次電池等の電池が多く使用されている。1次電池を用いる場合には、電池の交換が必要となる。また、2次電池を用いる場合には充電が必要となり、充電のための配線及び作業等が必要となる。
【0004】
このように、無線センサモジュールの電源として電池を使用する場合は、モジュールの定期的な手動メンテナンスが必要となる。しかしながら、無線センサモジュールが壁の中等に埋め込まれる場合、又は機械の狭い隙間に設置される場合等、無線センサモジュールの設置場所によっては、電池の交換、充電等は困難若しくは不可能であり得る。
【0005】
ここで、設置場所の環境で発生しているエネルギー、例えば、モーター、エンジン若しくは橋梁等から発生する振動エネルギー、プラントの排熱若しくは人体の体温等からの熱エネルギー、又は、太陽、照明等の環境光からの光エネルギー等から電力を発生させることができれば、無線センサモジュールはエネルギー的に自立し、手動のメンテナンスを行うことなく長期間使用可能となる。また、外部との配線を必要としないことから、既に設置された機械、鉄道、又は橋梁などのインフラ設備に後から追加することが容易に可能である。
【0006】
このような環境で発生するエネルギーを利用する発電には、振動発電、熱発電、光発電等が挙げられる。これらの中でも振動発電は、振動、衝撃、移動等から電気エネルギーを取り出す極めて汎用性の高い発電方式である。
【0007】
振動発電には、圧電方式、静電誘導方式、電磁誘導方式、磁歪方式等の方式がある。これらの内で圧電素子(ピエゾ素子)を使用した圧電方式は、素子の脆弱性により機械的な耐久性が低い。また、電磁誘導方式の発電部には可動部があるため、小型化が困難である。一方で、鉄系の磁歪材料を用いた磁歪方式は、材料の高い延性のため素子の加工性に優れ、無線センサモジュールへの適用に有用である。
【0008】
この磁歪方式の振動発電では、磁界中に配置された磁歪素子に応力を加えると、逆磁歪効果により、磁歪素子内を通過する磁束が変化する。この磁歪素子の周囲にコイルを配置することで、電磁誘導によりこの磁束の変化を電気エネルギーに変換することができる。
【0009】
特許文献1は、振動中の運動エネルギーの損失を抑えて振動を長続きさせることができる発電素子及びこの発電素子の構造を利用するアクチュエータを提供する。
【0010】
特許文献1に係る逆磁歪式の発電素子は、磁歪材料からなる第1の磁歪棒、これに巻かれる第1のコイル、第1の磁歪棒に一様な圧縮力又は引張力を加えるための剛性及び形状を有しており、当該第1の磁歪棒と平行に配置される第2の磁性棒から構成される第1の発電部と、コ字状に屈曲した磁性材料からなり当該屈曲箇所を挟んで一方の端部が固定端、他方の端部が自由端になるフレームと、磁石とを備えている。第1の発電部を自由端側のフレームに取り付け、磁石をフレームのうち互いに対峙する2つの内側面のいずれか一方にのみ取り付けることで、フレームの一部をバックヨークとして機能させると共に当該磁石を取り付けない側の内側面と当該磁石との間に空隙を形成する。
【先行技術文献】
【特許文献】
(【0011】以降は省略されています)

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