JP2006149163A - 蓄電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 所持して運動等するだけで異音を発生させるなどの不都合なく、同時に効率よく充電することができ、また、故障時には容易にメンテナンスすることのできる、使い勝手のよい安価な蓄電装置を提供すること。
【解決手段】 発電ユニット１１のコイル２４の巻かれたスライド部２２内で可動永久磁石２１を往復移動させることにより、そのコイルで発生する電磁誘導起電力を整流器１２を介してバッテリー１３に充電する蓄電装置１０であって、そのスライド部２２の両端部に内部でスライドする可動永久磁石２１の磁極に反発するように固定永久磁石２３を固設する。これにより、固定永久磁石２３は、互いに磁極が反発することで、可動永久磁石２１を衝突させることなく、高速に反対方向にスライドさせて効率よく発電させることができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、蓄電装置に関し、詳しくは、商用電源からの電力供給を受けることなく、充電することのできるものに関する。

携行しつつ利用する電気機器ではバッテリー（蓄電器）を搭載しており、このバッテリーには充電器を接続することにより商用電源からの電力を充電して蓄電している。このような電気機器は、携行中にバッテリー内の蓄電電力がなくなってしまうと、使用不能になってしまうことから、もしもの場合に備えるためには、予備のバッテリーを携帯する必要があった。

しかし、予備のバッテリーは、邪魔であると共に、その蓄電電力も消費してしまうと、もはやその電気機器を利用することはできない。この電気機器が、例えば、緊急時に利用する懐中電灯などの場合には非常に不便であり、また、携帯電話装置の場合には遭難時に利用できなくなってしまうと、助けを呼ぶことができなくなってしまう。

このことから、充電式のバッテリーを搭載した蓄電装置が考案されており、例えば、乾電池形状の本体内に永久磁石をスライド可能に収装して、その永久磁石のスライド部の周囲に導線を巻き付けてコイルとすることにより、そのコイル内を永久磁石が往復運動することにより発生する電磁誘導起電力をコンデンサ内に蓄電することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
実用新案登録第３０２６３９１号

しかしながら、この文献１に記載の蓄電装置にあっては、永久磁石が移動空間内の一端側に衝止される構造であるので、その端部に衝突する異音が発生したり、その端部に衝止される際の衝撃で装置本体側や永久磁石が破損する虞がある。

さらに、文献１に記載の蓄電装置は、永久磁石の移動可能な空間のスラスト方向の中央部にコイルが形成されて、その両端部側にコンデンサを配する組み立て構造に構成されているので、一部の構成部品を交換することが難しく、いずれの部品が故障しても全体を交換することになって、交換費用が高価になってしまう。

また、文献１に記載の蓄電装置は、永久磁石が一方向にのみ往復運動するだけなので、手で振動させるなどして、その往復可能な方向に振るなどしたときにのみ充電することができ、例えば、意識することなく所持しているだけで効率よく充電させることができない。

そこで、本発明は、所持して運動等するだけで異音を発生させるなどの不都合なく、同時に効率よく充電することができ、また、故障時には容易にメンテナンスすることのできる、使い勝手のよい安価な蓄電装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決する蓄電装置の第１の発明は、両端部がＮ極およびＳ極になる長尺形状に形成されて移動可能に保持される可動永久磁石と、該可動永久磁石を長手方向にＮ極およびＳ極の向きを維持する姿勢のままスライド可能に保持するスライド部と、該スライド部内をスライドする可動永久磁石の側面側の周囲に位置するように導線を巻いたコイルと、該コイルの導線の両端部を接続された蓄電器と、を備えて、スライド部内をスライド可能な可動永久磁石がコイル内を往復移動することによって発生する電磁誘導起電力を蓄電器に充電する蓄電装置であって、スライド部の両端部に、内部をスライドして接近する可動永久磁石の運動エネルギーを蓄積して、該可動永久磁石を内側に押し戻すように反発する反発手段を設けたことを特徴とするものである。

この発明では、スライド部内でスライドする可動永久磁石が端部で停止する際に、そのスライド部の両端部の反発手段として、例えば、スプリングが配置されている場合には、移動する可動永久磁石が当接したスプリングを縮小しつつ徐々に減速されて停止される。この後に、その可動永久磁石の運動エネルギーにより縮小されたスプリングが伸長することにより押し戻すように反発して可動永久磁石の反対方向へのスライドが開始される。したがって、可動永久磁石が両端部に衝突して衝止されることなく、往復する際の運動を促進させて、コイル内を通過する磁束変化を早くすることができ、効率よく発電して蓄電器内に充電することができる。

上記課題を解決する蓄電装置の第２の発明は、上記第１の発明の特定事項に加え、前記反発手段として、内部をスライドする可動永久磁石のＮ極またはＳ極に反発するＳ極またはＮ極が対向するように、固定永久磁石をスライド部の両端部に固設したことを特徴とするものである。

この発明では、スライド部の両端部の反発手段として、固定永久磁石が可動永久磁石に反発するように互いの磁極を対向させており、可動永久磁石が固定永久磁石に接近することによる互いの離隔距離に応じて反発力が増加しつつ徐々に減速されて停止される。この後に、その可動永久磁石の運動エネルギーにより接近して増加する磁束密度に応じた反発力で可動永久磁石が押し戻されて反対方向へのスライドが開始される。したがって、スプリングなどの反発手段とは異なって、可動永久磁石を両端部に非接触に（衝突させることなく）往復運動させることができ、恒久的に反発力が低下することなく、可動永久磁石を往復運動させて蓄電器内に効率よく充電することができる。

上記課題を解決する蓄電装置の第３の発明は、上記第１または第３の発明の特定事項に加え、前記コイルの導線の両端部と蓄電器との間に整流器を介装して、可動永久磁石が正逆方向にスライドするのに伴って発生する直流起電力を整流して蓄電器に充電可能にしたことを特徴とするものである。

この発明では、スライド部（コイル）内で可動永久磁石が往復運動することにより発生する電磁誘導起電力が整流されて蓄電器内に充電される。したがって、発生する直流起電力を無駄なく蓄電器に充電することができる。

上記課題を解決する蓄電装置の第４の発明は、上記第３の発明の特定事項に加え、前記可動永久磁石、スライド部、コイルおよび固定永久磁石からなる発電ユニットと、整流器と、蓄電器とを別部品として構成したことを特徴とするものである。

この発明では、別部品の発電ユニット、整流器および蓄電器が電気的に接続されて組み立てられる。したがって、発電ユニット、整流器または蓄電器のいずれかが故障しても、全体を分解することなくその故障部品を交換するだけで、修理することができる。

上記課題を解決する蓄電装置の第５の発明は、上記第１から第４のいずれかの発明の特定事項に加え、前記可動永久磁石、スライド部、コイルおよび固定永久磁石からなる発電ユニットを複数備えており、可動永久磁石のスライド方向が複数方向になるように設置されて、個々のコイルの導線が並列に接続されていることを特徴とするものである。

この発明では、複数の可動永久磁石のスライド方向を異ならせることができる。したがって、移動する際に、いずれかの発電ユニットで発電させて蓄電器に充電することができる。

上記課題を解決する蓄電装置の第６の発明は、上記第１から第５のいずれかの発明の特定事項に加え、前記蓄電器に充電した電力を外部に出力可能に接続する手段を備えることを特徴とするものである。

この発明では、発生する電磁誘導起電力を蓄電器に充電しつつその蓄電電力を外部出力することができる。したがって、携帯装置に搭載して、装置本体に供給する電力を自動的に充電することができ、バッテリー切れを気にすることなく、その携帯装置を利用することができる。

上記課題を解決する蓄電装置の第７の発明は、上記第１から第６のいずれかの発明の特定事項に加え、往復運動する四肢のいずれか、または、外部装置に取り付ける手段を備えることを特徴とするものである。

この発明では、人や動物の手足や運動する機械装置に取り付けることができる。したがって、特に蓄電器に充電する操作をすることなく、必要な電力を蓄電器に充電しておくことができる。

ここで、前記蓄電器は、外部接続する構成としてもよいことはいうまでもなく、例えば、蓄電器は別個に準備して接続使用してもよい。さらに、本発明の蓄電装置は、携帯装置のバッテリー自体として搭載したり、また、携帯装置のバッテリーを本発明に係る蓄電器として蓄電装置本体側を充電装置として利用するようにすることもできる。

このように本発明によれば、可動永久磁石のスライド部の両端部にスプリングや固定永久磁石などの反発手段を配設するだけで、その可動永久磁石がスライド部内でスライドして往復運動してコイルに発生する電磁誘導起電力を蓄電器に充電する際のスライド部内の両端部では、可動永久磁石がそのスライド部の両端部に接近するほど蓄積される自身の運動エネルギーにより反発されて押し戻されるので、外部から加えられる運動を利用して可動永久磁石を効果的にスライドさせることができ、可動永久磁石をコイル内で素早く移動させることができる。したがって、可動永久磁石がスライド部の両端部に衝突させて異音を発生させることなく、効率よく発電して蓄電器内に充電することができる。また、スライド方向の異なる可動永久磁石を複数準備することにより効率よく充電可能にすることができ、さらに、構成部品を別部品にすることにより容易に交換可能にしてメンテナンス性を向上させることができる。この結果、使い勝手のよい蓄電装置を安価に提供することができる。

以下、本発明の最良の実施形態を図面に基づいて説明する。図１〜図３は本発明に係る蓄電装置の第１実施形態を示す図である。

図１において、蓄電装置１０は、加えられる運動に応じた正負の直流電力を発生する発電ユニット１１と、この発電ユニット１１からの運動方向に応じた直流電力を、例えば、正電圧電力はそのままに入出力するとともに、負電圧電力は正電圧電力に変換する整流処理を行う整流器１２と、この整流器１２を介して発電ユニット１１から送られてきた直流電力を充電して蓄電することのできるバッテリー（蓄電器）１３と、により構築されている。

発電ユニット１１は、両端部にＮ極およびＳ極が現れるように薄型で長尺な角柱形状に形成された可動永久磁石２１と、この可動永久磁石２１を内装してＮ極およびＳ極の向きを維持する姿勢のままその長手方向にスライド可能に保持するように角筒形状に形成されたスライド部２２と、このスライド部２２の両端側で内部の可動永久磁石２１に対して磁極同士が反発するように同極を対向させる状態（Ｎ極・Ｓ極同士を対向させる状態）に固設されている固定永久磁石（反発手段）２３と、スライド部２２の側面の周囲に導線２４ａを巻くことにより構成されてその内部を往復するようにスライドする可動永久磁石２１の移動方向に応じた電磁誘導起電力を発生するコイル２４と、により構築されており、コイル２４から引き出した導線２４ａの両端側が整流器１２を介してバッテリー１３に接続されている。なお、可動永久磁石２１は、角柱形状に限らずに円柱形状など他の形状でもよいことはいうまでもない。

これにより、発電ユニット１１は、全体がスライド部２２の延在方向に運動すると、その慣性力で内部の可動永久磁石２１がその運動に応じた方向にスライドしてコイル２４内を移動することにより、その可動永久磁石２１の移動に伴う磁束変化に応じた電磁誘導起電力がコイル２４に発生して、整流器１２を介してバッテリー１３に充電（蓄電）することができる。

このとき、可動永久磁石２１は、スライド部２２内を一方向にスライドして固定永久磁石２３に接近するが、その離隔距離が近接するほど反発力が増加して瞬間的に停止した後に、反対方向に跳ね返される（押し戻される）。この反対方向への全体の運動が開始していたときには、その方向にスライドする速度が加速され（運動が促進され）、コイル２４内を通過する磁束変化を早くすることができ、効率よく発電してバッテリー１３に充電することができる。この固定永久磁石２３との接近距離は、可動永久磁石２１のスライド速度（運動エネルギー）によるものであり、その速度が速いほど互いに接近して（運動エネルギーを蓄積して）強い反発力で反対方向に跳ね返されてスライドする。また、この可動永久磁石２１と固定永久磁石２３とは、その磁力にもよるが、ある程度の磁力強度を有することにより非接触にすることができ、互いの反発力が低下することもない。

したがって、この発電ユニット１１では、コイル２４に効果的に電磁誘導起電力を発生させることができ、効率よくバッテリー１３に充電することができる。また、可動永久磁石２１が固定永久磁石２３に衝突することを恒久的に回避しつつ往復運動させることができ、不快な衝突音を発生させることなく、快適にバッテリー１３に充電して蓄電することができる。

ここで、可動永久磁石２１や固定永久磁石２３は、高密度な磁束を生じさせて効率よく電磁誘導起電力を発生させるように、ネオジューム磁石を選択するのが好適であり、また、スライド部２２は、内部でその可動永久磁石２１がスムーズにスライドするとともにコイル２４内に磁束を妨げられることなく通過させるように、プラスチックを成形するなどして作製すればよく、また、内部をフッ素コートしても良い。

整流器１２は、図２に示すように、ダイオード２６をブリッジ型に接続する一般的な単相ブリッジ整流回路であり、入力側にコイル２４から引き出した導線２４ａの両端側が接続される一方、出力側にバッテリー１３が接続される。この整流器１２は、可動永久磁石２１がスライド部２２内を正逆方向にスライドしてコイル２４内を往復運動すると、その可動永久磁石２１のスライド方向に応じた正電圧または負電圧の直流起電力がコイル２４に発生するが、ブリッジ型のダイオード２６によりバッテリー１３の接続電極に合わせて、起電力の正負を反転させて無駄なく充電することができる。なお、この整流器１２には、バッテリー１３に接続する出力側にコンデンサー２７が介装されており、このコンデンサー２７により整流した起電力を平滑化してバッテリー１３に充電することができる。

この蓄電装置１０は、発電ユニット１１、整流器１２およびバッテリー１３をそれぞれ交換可能に接続組み立てする別部品（セル部品）に構成されており、例えば、図３に示すように、携帯電話装置１００の補助バッテリーとして使用可能に設計する場合には、整流器１２とバッテリー１３が着脱可能に組み込まれたカバー部材３１に、発電ユニット１１を接続する構造に設計されている。また、カバー部材３１には、携帯電話装置１００の充電用接続端子１０１に接続してバッテリー１３内に蓄電した電力を外部出力する外部接続端子３２を配設する。また、この蓄電装置１０には、運動する部位に取り付ける手段として、例えば、ゴムバンド３３が設けられており、そのゴムバンド３３を用いることにより、携帯電話装置１００を使用する人の手や足（四肢）や往復運動などする器具に取り付けることができる。

これにより、この蓄電装置１０は、バッテリー１３に充電するために特別な振動を加えるなどの操作をすることなく、そのバッテリー１３に電力を自然に蓄電しておくことができる。したがって、この蓄電装置１０を取り付けておくだけで、バッテリー切れを気にすることなく携帯電話装置１００を利用することができ、また、付属品の充電器を接続する商用電源のないような場所でも緊急用のバッテリーとして機能させて携帯電話装置１００の利用を可能にすることができる。また、この蓄電装置１０の発電ユニット１１、整流器１２またはバッテリー１３のいずれかが故障などした際には、全体が一体的に設計されている場合のように全体を分解するのではなく、個々を容易に交換して修理することができる。

なお、この蓄電装置１０は、携帯電話装置１００などのように独自のバッテリーを抱える装置に接続する場合には、例えば、外部装置への電力供給を接断するスイッチを設けたり、互いのバッテリー電力に応じて電力供給を開始するように設計すればよい。

このように本実施形態においては、スライド部２２の両端部に可動永久磁石２１に反発する固定永久磁石２３を固設するだけで、その可動永久磁石２１が往復運動（スライド）する際に（バッテリー１３に充電する電磁誘導起電力をコイル２４に発生させる際に）、端部の固定永久磁石２３に衝突して衝止されることなく、永久磁石２１、２３同士の反発力で高速に反対方向にスライドさせることができ、不快な異音（衝突・破損音）を発生させることなく、効率よくバッテリー１３内に電力を充電して蓄電させることができる。また、発電ユニット１１などの部品が故障しても、その部品ごと交換して復旧させることができ、メンテナンス性や使い勝手のよい安価な蓄電装置１０として利用することができる。

本実施形態の他の態様としては、上述実施形態では、独自にバッテリーを抱える携帯電話装置１００に接続する場合を説明するが、これに限るものではないことはいうまでもない。例えば、携帯電話装置１００のバッテリーの装着部に蓄電装置１０を取り付けて、そのバッテリーとして機能するようにしてもよく、また、バッテリー１３を省いて携帯電話装置１００のバッテリーに直接充電する充電装置として利用可能にすることもできる。

次に、図４は本発明に係る蓄電装置の第２実施形態を示す図である。なお、本実施形態は、上述実施形態と略同様に構成されているので、同様な構成には同一の符号を付して特徴部分を説明する。

図４において、蓄電装置４０は、複数の発電ユニット１１が並列接続されて、整流器１２を介してバッテリー１３に接続されており、この発電ユニット１１は、スライド部２２内の可動永久磁石２１のスライド方向が複数方向に、例えば、直交するように並設されている。なお、この発電ユニット１１は、均等な位置関係になるように図５に示すパターンで配列してもよい。また、スライド部２２がより多くの方向やランダムな方向に向くようにしてもよい。

これにより、蓄電装置４０は、複数の発電ユニット１１を備えて、個々に発電させることができると共に、その発電ユニット１１の可動永久磁石２１のスライド方向を直交させて（異ならせて）、運動方向に左右されることなく、少なくとも、いずれかの可動永久磁石２１をスライドさせて発電することができ、バッテリー１３への充電を効果的に行うことができる。

このように本実施形態においては、上述実施形態による作用効果に加えて、充電することを意識していない運動を有効に利用して、少なくとも、いずれかのスライド部２２内の可動永久磁石２１をスライドさせることができ、より効率よくバッテリー１３内に電力を充電して蓄電させることができる。

本実施形態の他の態様としては、上述実施形態では、平面方向に広がるパターンで発電ユニット１１を配列する場合を説明するが、これに限るものではなく、例えば、発電ユニット１１を積層させてもよく、また、スライド部２２内の可動永久磁石２１が３次元の異なる方向にスライドするようにしてもよい。

また、上述実施形態では、可動永久磁石２１に反発する手段として、スライド部２２の両端部に固定永久磁石２３を固設する場合を説明するが、これに限るものではなく、例えば、可動永久磁石２１のスライドする方向に伸縮するスプリングなどの弾性部材を配置してもよい。ただし、この場合には、可動永久磁石２１の運動エネルギーにより繰り返し伸縮されることから、耐久性の観点からすると、上述実施形態のように構成するのが好適である。

これまで本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは言うまでもない。

本発明に係る蓄電装置の第１実施形態を示す図であり、その概略全体構成を示す平面図である。 その整流器の回路構成を示す回路図である。 その携帯電話装置に接続した場合の一例を示す斜視図である。 本発明に係る蓄電装置の第２実施形態を示す図であり、その概略全体構成を示す平面図である。 その他の態様の概略全体構成を示す平面図である。

符号の説明

１０、４０ 蓄電装置
１１ 発電ユニット
１２ 整流器
１３ バッテリー
２１ 可動永久磁石
２２ スライド部
２３ 固定永久磁石
２４ コイル
２４ａ 導線
２６ ダイオード
２７ コンデンサー
３１ カバー部材
３２ 外部接続端子
３３ ゴムバンド
１００ 携帯電話装置
１０１ 充電用接続端子

Claims (7)

1. 両端部がＮ極およびＳ極になる長尺形状に形成されて移動可能に保持される可動永久磁石と、該可動永久磁石を長手方向にＮ極およびＳ極の向きを維持する姿勢のままスライド可能に保持するスライド部と、該スライド部内をスライドする可動永久磁石の側面側の周囲に位置するように導線を巻いたコイルと、該コイルの導線の両端部を接続された蓄電器と、を備えて、スライド部内をスライド可能な可動永久磁石がコイル内を往復移動することによって発生する電磁誘導起電力を蓄電器に充電する蓄電装置であって、
   スライド部の両端部に、内部をスライドして接近する可動永久磁石の運動エネルギーを蓄積して、該可動永久磁石を内側に押し戻すように反発する反発手段を設けたことを特徴とする蓄電装置。
2. 前記反発手段として、内部をスライドする可動永久磁石のＮ極またはＳ極に反発するＳ極またはＮ極が対向するように、固定永久磁石をスライド部の両端部に固設したことを特徴とする請求項１に記載の蓄電装置。
3. 前記コイルの導線の両端部と蓄電器との間に整流器を介装して、可動永久磁石が正逆方向にスライドするのに伴って発生する直流起電力を整流して蓄電器に充電可能にしたことを特徴とする請求項１または２に記載の蓄電装置。
4. 前記可動永久磁石、スライド部、コイルおよび固定永久磁石からなる発電ユニットと、整流器と、蓄電器とを別部品として構成したことを特徴とする請求項３に記載の蓄電装置。
5. 前記可動永久磁石、スライド部、コイルおよび固定永久磁石からなる発電ユニットを複数備えており、
   可動永久磁石のスライド方向が複数方向になるように設置されて、個々のコイルの導線が並列に接続されていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の蓄電装置。
6. 前記蓄電器に充電した電力を外部に出力可能に接続する手段を備えることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の蓄電装置。
7. 往復運動する四肢のいずれか、または、外部装置に取り付ける手段を備えることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の蓄電装置。

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