JPH0990065A

JPH0990065A - 発電装置付携帯機器

Info

Publication number: JPH0990065A
Application number: JP7250861A
Authority: JP
Inventors: Hajime Miyazaki; 肇宮崎; Tsukasa Funasaka; 司舩坂; Osamu Takahashi; 理高橋; Taiji Hashimoto; 泰治橋本
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1995-09-28
Filing date: 1995-09-28
Publication date: 1997-04-04

Abstract

(57)【要約】【課題】数ｖレベルで多くの電流を発電することの出
来る、小型の発電装置付携帯機器を実現する。【解決手段】位置の変化によりおもり１が回転し、永
久磁石３・４により磁気バイアスを与えた超磁歪部材５
に衝撃を与えると、超磁歪部材５は圧縮変形され、その
後、長軸方向に振動する。この圧縮変形および振動によ
り超磁歪部材５に繰り返し歪が加わり、超磁歪部材５回
りの磁界が変化する。従って、超磁歪部材５の周辺に配
置してあるコイル６に電力が発生し、この電力を４つの
ダイオードにより発電部２の発電を全波整流する整流回
路７で整流し、整流された電荷をコンデンサ８に蓄え、
時計部９を作動する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、おもりの運動エネ
ルギを電気エネルギに変換する発電装置を有する携帯機
器の、特に、腕時計やペイジャー等に適用できるものに
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の発電装置付携帯機器は、特公昭５
１−１７３９３号公報の３ページに記載される様に、回
転錘の運動により圧電素子に歪を加え発電する携帯用小
型電源装置が知られており、バネ性レバーに直接圧電素
子を取り付け固定し、レバーの振動により圧電素子に繰
り返し歪を加える構造が記載されている。

【０００３】また、実開平６−７６８９４号公報の７ペ
ージには、おもりの揺動によりハンマーレバーが揺動
し、そのおもりが圧電材料を打つことにより発電するお
もり発電時計が記載されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来技術
のように、一般に圧電素子で発電する場合、圧電素子の
静電容量が小さいため、１００Ｖレベルの電圧は容易に
出るが、電流を多く取り出すことが難しく、携帯用の電
子機器で使用する１．５ｖ〜１０ｖ程度の二次電源を充
電するには不向きであった。

【０００５】そこで、本発明の発電装置付携帯機器は、
上記のような課題を解決するもので、発電部を超磁歪部
材、永久磁石およびコイル部材で構成することにより、
１．５Ｖ〜１０Ｖ程度で多くの電流を発電することが出
来る小型の発電装置付携帯機器を提供することを目的と
する。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の発電装置付携帯
機器は、請求項１に記載されるように、姿勢差により運
動するおもり、前記おもりの運動により歪が加えられ発
電する超磁歪部材、永久磁石およびコイル部材からなる
発電部、前記発電部の発電した電荷を整流する整流回
路、前記整流回路の整流した電流を蓄える蓄電回路を有
することを特徴とする。

【０００７】また、発電部は永久磁石により磁気バイア
スを与えた正または負の磁歪定数を持つ超磁歪部材の回
りにコイルを巻いたもので構成されるか、音叉形状の振
動子の梁に超磁歪部材を貼り付け、その回りにコイルを
巻いたもので構成され、永久磁石により該超磁歪部材に
磁気バイアスを与えることを特徴とする。

【０００８】また、請求項３に記載されるような発電装
置付携帯機器は、請求項１記載の特徴点に加え、発電部
が永久磁石により磁気バイアスを与えた片持ち梁の回り
にコイルを巻いた構造であり、該梁部材は正の磁歪定数
を持つ超磁歪部材と負の磁歪定数を持つ超磁歪部材を貼
り合わせたもので構成されることを特徴とし、さらに正
の超磁歪部材と負の超磁歪部材の間に金属材料またはセ
ラミック材料の部材を挟むことを特徴とする。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図面に基づいて説
明する。

【００１０】図１は、本発明における発電装置付携帯機
器の１つの実施例を示す発電装置付腕時計の概念図であ
る。腕の動きにより回転するおもり１と、おもり１の衝
突により発電する発電部２を設ける。永久磁石３・４に
より磁気バイアスを与えた超磁歪部材５の周辺にはコイ
ル部材６が配置されている。さらに、４つのダイオード
により発電部２の発電を全波整流する整流回路７と、整
流された電荷を蓄えるコンデンサ８を設ける。時計部９
は、コンデンサ８を電源として作動する。なお、図中で
は２個の永久磁石３・４により磁気バイアスを与えてい
るが、磁気バイアスの与え方は本構造に限定するもので
はなく、例えば１個の永久磁石により磁気バイアスを与
えることも可能である。図１は概念図の為、整流回路
７、コンデンサ８及び時計部９をおもり１及び発電部２
と分けてあるが、実際にはおもり１と平面的に重なるよ
うに配置し、小型化を実現している。

【００１１】図２に、本発明に係わる発電装置付携帯機
器の発電部の一実施例を示す。発電部１０は両端に永久
磁石１１・１２を貼り付けた正または負の磁歪定数を持
つ超磁歪部材１３の一端を固定したものであり、超磁歪
部材１３の回りにはコイル１４が巻かれている。

【００１２】矢印の方向に衝撃が与えられると、超磁歪
部材１３は圧縮変形され、その後、長軸方向に振動す
る。この圧縮変形および振動により超磁歪部材１３に繰
り返し歪が加わり、超磁歪部材１３回りの磁界が変化す
る。従って、超磁歪部材１３の周辺に配置されているコ
イル部材１４に電力が発生し、衝撃エネルギーを電気エ
ネルギーに変換する。

【００１３】図３に、本発明に係わる発電装置付携帯機
器の発電部２０の別の実施例を示す。発電部２０は両端
に永久磁石２１・２２を貼り付けた片持ち梁であり、正
の超磁歪部材２３と負の超磁歪部材２４が接着剤で貼り
合わされており、その回りにはコイル部材２５が巻かれ
ている。なお、正の超磁歪部材は磁界の印加方向に伸
び、負の超磁歪部材は反対に縮むように変形する。以
下、動作を説明する。図３において、初期に衝突または
たわみ等により矢印の方向に曲げ変形を加えると、その
後、曲げモードの自由振動を行う。そこで、図４に示す
ように下側に変形している時、正の超磁歪部材２３は引
っ張り方向に変位し、負の超磁歪部材２４は圧縮方向に
変形する。従って、梁の長手方向に磁界が発生し、コイ
ル部材２５に電流が流れる。又、図５に示すように上側
に変形している時、正の超磁歪部材２３は圧縮方向に変
形し、負の超磁歪部材２４は引っ張り方向に変形する。
従って、下側に変形した場合と逆方向に磁界が発生し、
図４と逆方向に電流が流れる。

【００１４】ここで、超磁歪部材、永久磁石とコイル部
材からなる発電部が歪エネルギを電気エネルギに変換す
る時の効率について説明する。超磁歪部材の振動は電気
エネルギを取り出さなくても、超磁歪部材内部の自己損
失や永久磁石部、固定部からの振動漏れなど（以下、自
己減衰という）により、徐々に減衰する。この時、１回
の振動で自己減衰する歪エネルギ減衰率をａ％とする。
又、超磁歪部材とコイル部材が歪エネルギを電気エネル
ギに変換することにより、取り出した電気エネルギに相
当する歪エネルギが減衰する。この歪エネルギの減衰率
をｂ％とする。従って、１回の振動で（ａ＋ｂ）％の歪
エネルギが失われ、ｂ％の電気エネルギが得られたこと
になり、全ての振動について合計すると、エネルギ変換
効率はｂ／（ａ＋ｂ）となる。つまり、自己減衰のない
超磁歪部材であれば、歪エネルギは１００％電気エネル
ギに変換することが出来る。尚、発生電圧、電流につい
てはコイルの巻数、永久磁石の強さや超磁歪部材の形状
により自由振動時の振動周波数を合わせ込むことにより
所望の電圧、電流を得ることが可能となる。なお、振動
を利用しないで１回の圧縮または引っ張りだけを利用す
る事により全体の機構を簡単にすることも出来る。

【００１５】図６に、本発明に係わる発電装置付携帯機
器の別の実施例による発電部３０の構造を示す。発電部
３０は永久磁石３１・３２により磁気バイアスを与えた
片持ち梁構造であり、正の超磁歪部材３３と負の超磁歪
部材３４が金属材料またはセラミック材料からなる薄板
部材３５を挟むように貼り合わされており、その回りに
はコイル部材３６が巻かれている。動作については図３
において記載したものと同じである。なお、薄板部材と
しては、超磁歪部材よりも薄く、リン青銅のようにバネ
性のあるものが望ましい。

【００１６】図７に、本発明に係わる発電装置付携帯機
器のさらに別の実施例による発電部４０の構造を示す。
発電部４０は音叉形状をした振動子４１に超磁歪部材４
４・４５が接着されており、それぞれの超磁歪部材４４
・４５の回りには、コイル部材４６・４７が巻かれてい
る。また、超磁歪部材は２枚の永久磁石４２・４３によ
り磁気バイアスを与えられている。音叉として両方の梁
が振動すると、超磁歪部材４４・４５はともに同位相で
圧縮と引張を繰り返すことにより、磁界が発生しコイル
部材４６・４７に電流が流れる。

【００１７】なお、本発明の説明は腕時計に関して記載
してきたが、ペイジャーやカメラ等の携帯機器にも適用
可能である。

【００１８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば以
下のような効果を有する。

【００１９】１）発電部を超磁歪材、永久磁石とコイル
で構成することにより、数ｖの電圧で多くの電流を簡単
に取り出すことができる。

【００２０】２）曲げモードを利用することにより、小
さな運動エネルギーでも大きな歪を得ることが出来、従
っておもりの僅かな変動でも効率よく電気エネルギに変
換することができる。

【００２１】３）磁歪部材の間に金属材料等の薄板を挟
むことにより強度が向上するとともに、薄板をバネ材に
することにより、振動時の損失も改善することができ変
換効率を向上することができる。

【００２２】４）発電部を音叉形状にすることにより、
固定部からの損失を大幅に低減することができ、従って
変換効率を向上することが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１つの実施例を示す発電装置付腕時計
の概念図である。

【図２】本発明の１つの実施例を示す発電部の構造図で
ある。

【図３】本発明の１つの実施例を示す発電部の構造図で
ある。

【図４】本発明の１つの実施例を示す発電部の状態図で
ある。

【図５】本発明の１つの実施例を示す発電部の状態図で
ある。

【図６】本発明の１つの実施例を示す発電部の構造図で
ある。

【図７】本発明の１つの実施例を示す発電部の構造図で
ある。

【符号の説明】

１おもり２、１０、２０、３０、４０発電部３、４、１１、１２、２１、永久磁石２２、３１、３２、４２、４３永久磁石５、１３、４４、４５超磁歪部材６、１４、２５、３６、４６、４７コイル部材７整流回路８コンデンサ９時計部２３、３３正の磁歪部材２４、３４負の磁歪部材３５薄板部材４１振動子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者橋本泰治長野県諏訪市大和３丁目３番５号セイコーエプソン株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】姿勢差により運動するおもりと、該おも
りの運動により歪が加えられ発電する超磁歪部材、永久
磁石およびコイル部材からなる発電部と、該発電部の発
電した電荷を整流する整流回路と、該整流回路の整流し
た電流を蓄える蓄電回路とを有することを特徴とする発
電装置付携帯機器。
【請求項２】前記発電部は、永久磁石により磁気バイ
アスを与えた正または負の磁歪定数を持つ超磁歪部材の
回りにコイルを巻いたもので構成されることを特徴とす
る請求項１記載の発電装置付携帯機器。
【請求項３】前記発電部は、永久磁石により磁気バイ
アスを与えた片持ち梁の回りにコイルを巻いた構造であ
り、該梁部材は正の磁歪定数を持つ超磁歪部材と負の磁
歪定数を持つ超磁歪部材を貼り合わせたもので構成され
ることを特徴とする請求項１記載の発電装置付携帯機
器。
【請求項４】前記正の超磁歪部材と負の超磁歪部材の
間に金属材料またはセラミック材料の部材を挟むことを
特徴とする請求項３記載の発電装置付携帯機器。
【請求項５】前記発電部は、音叉形状の振動子の梁に
超磁歪部材を貼り付け、その回りにコイルを巻いたもの
で構成され、永久磁石により該超磁歪部材に磁気バイア
スを与えることを特徴とする請求項１記載の発電装置付
携帯機器。