CN110557000B - 振动发电机装置和鸣响装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种结构简易的振动发电机装置和鸣响装置。振动发电机装置(2)包括筒状构件(20)、配置在筒状构件(20)的外周的线圈(31)、可沿着筒状构件(20)在上下方向弹性振动的弹性体(40)、以从上下夹住弹性体(40)的中央部分的方式配置并通过磁力相互吸引并保持的永磁铁(51)和磁体(52)。永磁铁(51)或磁体(52)中的至少一者随着弹性体(40)的振动在线圈(31)内进行往复移动。

Description

振动发电机装置和鸣响装置

技术领域

本发明涉及一种振动发电机装置和鸣响装置。

背景技术

作为将振动能转换成电能的发电方式，在现有技术中存在利用电磁感应的方式、利用压电元件的方式、利用静电感应的方式等。利用电磁感应的方式是通过振动使线圈和磁铁之间的相对位置变化从而在线圈上产生电磁感应并发电的方式。作为该种技术可以例举出例如日本特开2014－155363号公报(专利文献1)、日本特开2017－192271号公报(专利文献2)、日本实用新型第3209360号公报(专利文献3)等。

专利文献1揭示了利用外能的伸缩力从而使线圈中产生感应电流的发电方法。专利文献2揭示了通过释放螺旋弹簧，使磁铁相对于线圈进行相对移动从而使线圈内产生电力。专利文献3揭示了永磁铁由于基座的振动从而在电磁线圈内摆动并由此发电。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2014－155363号公报

专利文献2：日本特开2017－192271号公报

专利文献3：日本实用新型第3209360号公报

发明内容

(发明要解决的技术问题)

上述专利文献1～3的振动发电机需要各种构件，其结构较为复杂。

本发明为了解决上述课题，其目的在于提供一种结构简易的振动发电机装置和鸣响装置。

(解决技术问题的手段)

本发明的一个形式的振动发电机装置包括：筒状构件，其为非磁体并具有在上下方向延伸的内部空间；线圈，其配置在筒状构件的外周；弹性体，其具有支承于筒状构件的外缘部和位于筒状构件的内部空间的中央部分，能够沿着筒状构件在上下方向弹性地振动；永磁铁和磁体，其以从上下夹住弹性体的中央部分的方式配置，通过磁力相互吸引并保持；永磁铁或磁体中的至少一者随着弹性体的振动在线圈内进行往复移动。

优选，永磁铁和磁体为球体。

优选，永磁铁为圆柱体，磁体为球体。

优选，磁体为永磁铁。

优选，弹性体为板状的橡胶，在外缘部与中央部分之间设置有环状的间隙，在间隙设置有多个连结外缘部和中央部分的连结部。

优选，筒状构件在上下设置有两个，一侧的筒状构件在内部空间配置永磁铁，另一侧的筒状构件在内部空间配置磁体。

本发明的一个形式的鸣响装置包括：振动发电机装置；框体，其收容振动发电机装置，包含顶面和底面；按钮，其从框体的顶面向上方突出，位于振动发电机装置的上方，与振动发电机装置相接；弹簧构件，其设置在框体的底面与振动发电机装置之间，向上方对振动发电机装置施力；声音发生装置，其通过由线圈产生的电流发出声音。

(发明效果)

根据本发明，能够提供一种结构简易的振动发电机装置和鸣响装置。

附图说明

图1是概略地表示本发明的实施方式1的开关装置的剖视图。

图2是表示本发明的实施方式1中的弹性体的图，图2(a)是俯视图，图2(b)是沿着图2(a)中的IIb－IIb线剖开的剖视图。

图3是本发明的实施方式1的开关装置的示意电路图。

图4是表示本发明的实施方式1的开关装置的动作的图。

图5是概略地表示本发明的实施方式2的开关装置的剖视图。

图6是概略地表示本发明的实施方式3的开关装置的剖视图。

图7是概略地表示本发明的实施方式3的开关装置的变形例的剖视图。

图8是概略地表示本发明的实施方式4的开关装置的剖视图。

图9是概略地表示本发明的实施方式5的开关装置的剖视图。

附图标记说明：

1、1B、1C、1D、1E鸣响装置，2、2A、2B、2D、2E振动发电机装置，10、10B框体，11、11B侧面，12顶面，13底面，14按钮，15、15B弹簧构件，20、20B筒状构件，21下方筒状构件，22、23、26、26B、27B内部空间，24、28B封闭构件，25、25B上方筒状构件，31、32B线圈，40弹性体，41中央部分，42连结部，43外缘部，44贯通孔，45孔，51、51A第一振动构件，52、52B、52D第二振动构件，61整流电路，62充电电路，63声音发生装置，64开关。

具体实施方式

以下参照附图详细说明本发明的实施方式。另外，对图中相同或相当的部分赋予相同的附图标记并不作反复的说明。

在本实施方式中，说明振动发电机装置用于鸣响装置的示例。

＜实施方式1＞

参照图1和图2，说明本发明的一个实施方式的鸣响装置1的大致结构。此外，在图1中，称箭头A所示的方向为上下方向。鸣响装置1是产生声音等的装置，例如为无需电池的无线鸣响装置。

本实施方式的鸣响装置1具备振动发电机装置2、收容振动发电机装置2的框体10、按钮14、弹簧构件15、声音发生装置63(图3)。

框体10的整体为箱形，其包括侧面11、连结侧面11的上端缘的顶面12、位于侧面11下方位置的底面13。框体10的下方开放。在顶面12的大致中央部分设置有配置按钮14的开口。底面13作为覆盖框体10的下方的开放端的盖部起作用。

按钮14从框体10的顶面12向上方突出，位于振动发电机装置2的上方，与振动发电机装置2连接。通过按压按钮14，能够使振动发电机装置2在上下方向移动。

弹簧构件15设置在框体10的底面13和振动发电机装置2的下端之间，向上方对振动发电机装置2施力。弹簧构件15优选为例如螺旋弹簧。弹簧构件15为非磁体。由此，弹簧构件15不会给振动发电机装置2的发电造成任何影响。

图3所示的声音发生装置63通过振动发电机装置2发电的电流发出声音。详细内容将于后述。

接着，详细说明有关收容于框体10内的振动发电机装置2。振动发电机装置2具备筒状构件20、配置在筒状构件的外周的线圈31、弹性体40、第一振动构件51、第二振动构件52。在筒状构件20的下端部配置有封闭构件24。此外，封闭构件24例如可以是排斥构件，也可以是弹性构件。

筒状构件20在上下方向延伸，具有后述的内部空间22、23。此外，对筒状构件20的外部形状和内部形状(中空形状)不做特别的限定，在剖面视图中可以例举出圆形、矩形等。另外，本实施方式的筒状构件20的内径(中空形状的直径)比后述的第一振动构件51的外径稍大。

筒状构件20由非磁体形成。非磁体是指不是强磁性材料的物质，包含顺磁体、反磁体、反铁磁性材料。作为非磁体，可以例举出例如铝等金属、塑料等合成树脂等。

筒状构件20在上下设置有两个。具体来说，筒状构件20包含位于下方位置的下方筒状构件21和位于上方位置的上方筒状构件25。下方筒状构件21和上方筒状构件25的外形在剖面视图中为圆柱形状(圆柱体)，其宽度方向(例如纸面左右方向)的长度大致相同。具体来说，下方筒状构件21具有不同大小的内部空间22、23。内部空间22是向上方开放的大空间，内部空间23是位于内部空间(大空间)22的下方位置并且其内径比内部空间(大空间)22的内径更小的小空间。上方筒状构件25也具有内部空间26。内部空间26的大小与下方筒状构件21的内部空间(大空间)22相同。

下方筒状构件21的上端开放，其下端通过上述封闭构件24封闭。另外，上方筒状构件25的上端和下端开放。上方筒状构件25的上端连接于上述按钮14的下端。在下方筒状构件21的上端和上方筒状构件25的下端之间设置有弹性体40。

弹性体40可沿着筒状构件20在上下方向弹性地振动。特别参照图2，弹性体40为板状的橡胶，例如考虑到臭氧老化等，优选为硅橡胶等的合成橡胶。弹性体40由于第一、第二振动构件51、52的外形的大小而不同，但优选为较薄的形状，其厚度为例如0.08mm以上、2mm以下，优选为0.8mm以下。另外，弹性体40的硬度优选以A型硬度计测定时为90°以下。另外，弹性体40的外形在俯视中为大致圆形。弹性体40具有外缘部43和位于筒状构件20的内部空间22、26的中央部分41。具体来说，外缘部43被夹在下方筒状构件21和上方筒状构件25之间。由此，弹性体40由筒状构件20支承。

在外缘部43和中央部分41之间设置有环状的间隙，在该间隙设置有多个连结外缘部43和中央部分41的连结部42。由此，在外缘部43和中央部分41之间设置有例如六个贯通孔44。通过设置多个贯通孔44和连结部42，弹性体40能够轻易地弯曲并上下振动。此外，也可以在外缘部43沿着其外周设置多个孔45。设置于下方筒状构件21的上端的突起(未图示)贯通孔45并卡合设置于上方筒状构件25的下端的凹部(未图示)，由此，能够将弹性体40固定于筒状构件20。

在所述下方筒状构件21的外周缠绕有线圈31。因此，下方筒状构件21还起到了作为线圈31的线圈骨架的作用。本实施方式的线圈31设置在下方筒状构件21的外周的一部分。具体来说，线圈31设置在下方筒状构件21的上下方向的大致中央部分。线圈31例如为电磁线圈(solenoidcoil)。此外，线圈31也可以设置在下方筒状构件21的整个外周。

在筒状构件20的内部，在可沿着筒状构件20的延伸方向(图1中箭头A的上下方向)移动的状态下，设置有第一振动构件51和第二振动构件52。第一振动构件51和第二振动构件52以从上下夹住弹性体40的中央部分41的方式配置，通过磁力相互吸引并保持。由此，第一振动构件51和第二振动构件52被保持于弹性体40并与弹性体40一起移动。在下方筒状构件21的内部空间22、23配置第一振动构件51，在上方筒状构件25的内部空间26配置第二振动构件52。

本实施方式的第一振动构件51是永磁铁，并被磁化成为半球状的N极和S极。对磁化方法不做特别的限定，例如可以例举出在空芯线圈的中央固定磁铁材料并施加脉冲大电流，从而向轴向磁化的方法。另外，永磁铁是包含具有矫顽力的硬磁材料的磁体。另外，对磁铁的材料不做特别的限定，但从高磁性的观点出发，优选使用Nd-Fe-B烧结磁铁。第一振动构件51为球体。此外，球体意味着其外形是球形，包括其内部为中空的球形。

本实施方式的第二振动构件52是磁轭(轭铁)，是放大磁铁拥有的吸附力的软铁，磁轭只需要包含铁即可，是包含软磁材料的磁体。因此，在本实施方式中，使用钢球作为球体的磁轭。第二振动构件52为球体，其外径比第一振动构件51更小。这里所述的球体也意味着其外形是球形，包括其内部为中空的球形。

如上所述，在下方筒状构件21的外周配置有线圈31。当按下按钮14并放开手时，振动发电机装置2向下方移动，弹性体40重复在上下方向上的小幅度振动(弹跳)。由此，在下方筒状构件21的内部空间22、23中，第一、第二振动构件51、52沿着筒状构件20的延伸方向同时进行往复运动。由于第一振动构件51以通过配置在下方筒状构件21的外周的线圈31内的方式进行往复运动，因此，从第一振动构件51产生的磁感应线与线圈31垂直相交，这时将产生作为感应电动势的感应电流。由于第一振动构件51重复在线圈31内的出入，因此，在线圈31产生交流电。

图3是鸣响装置1的等效电路图。参照图3，鸣响装置1包括上述振动发电机装置2、整流电路61、充电电路62、声音发生装置63、开关64。这些构件都收容在图1所示的框体10内。

整流电路61设置在线圈31(图1)的一端，对产生于线圈31的交流电进行整流。充电电路62对通过整流电路61转换后的直流电流进行充电。充电电路62使用例如双电层电容器。声音发生装置63只要是当施加电流时会发出声音的装置即可，对其不做特别的限定，能够使用例如蜂鸣器、铃声、音乐等。

开关64通过用户操作，切换声音发生装置63的导通/非导通。当在开关为关闭的状态下按压按钮14(图1)时，产生于振动发电机装置2的电流被存储于充电电路62。因此，根据本实施方式，只要充电电路62被充电，即使不按压按钮14，也能够通过打开开关64从而使声音发生装置63发出声响。

接着，参照图1、图4说明本实施方式的鸣响装置1的动作。

首先，打开开关64(图3)使其成为导通状态。当向下方按压鸣响装置1的按钮14时，如图4(a)所示，振动发电机装置2也抵抗弹簧构件15的作用力从而向下方移动。由此，在筒状构件20的内部空间22、23、26中，第一、第二振动构件51、52向下方移动，由此，弹性体40也向下方拉伸。而且，如图4(b)所示，当手从按钮14放开时，随着弹簧构件15的作用力，振动发电机装置2也向上方移动。

由此，在筒状构件20的内部空间22、23、26中，随着第一振动构件51和第二振动构件52向上方移动，弹性体40也向上方移动。进而，弹性体40随着弹簧构件15的上下的振动在上下方向振动，第一振动构件51和第二振动构件52也沿着筒状构件20的延伸方向在上下方向进行往复运动。第一振动构件51以通过配置在下方筒状构件21的外周的线圈31内的方式进行往复运动，因此，从第一振动构件51产生的磁感应线与线圈31垂直相交，这时将产生作为感应电动势的感应电流。由于第一振动构件51重复在线圈31内的出入，因此，在线圈31产生交流电。

此外，图1、3所示，产生于振动发电机装置2的线圈31的交流电介由连接在线圈31的两端的配线(未图示)被传递至整流电路61。通过整流电路61，进行将交流电整流成为直流电的全波整流，通过充电电路62进行充电。充电后的电流介由开关64被传递至声音发生装置63。声音发生装置63由被供给的电流驱动(运作)。由此，用户能够使用鸣响装置1。

在本实施方式的鸣响装置1中，由于通过弹性体40可振动地在上下方向支承在线圈31内进行往复运动的第一振动构件51，因此，能够通过简易的结构发电。

另外，当弹性体40在上下方向振动时，如图4所示，其进行伸缩运动并反复进行弹性变形。在这种情况下，由于第一、第二振动构件51、52均为球体，因此，当通过第一振动构件51和第二振动构件52从上下夹住弹性体40时，第一、第二振动构件51、52介由弹性体40在第一、第二振动构件51、52的外周的宽度方向中央部分的一点上强烈地受到吸引。由此，由于第一振动构件51和第二振动构件52不会妨碍弹性体40的弹性变形，因此，弹性体40能够有效地反复上下振动。

在以下的实施方式中，说明鸣响装置1的其他构成例。以下仅详细说明其与实施方式1不同的点。

＜实施方式2＞

在上述实施方式1的振动发电机装置2中，第一振动构件51和第二振动构件52均为球体，但在本实施方式中，第一振动构件51A的形状不同。其他结构也可以与实施方式1形成相同的结构。

参照图5，在本实施方式中，第一振动构件51A为永磁铁，其形状为圆柱体。此外，圆柱体是指外形为圆柱形状，也包括其内部为空洞的圆柱体。

在这种情况下，由于第一振动构件51A为圆柱体、第二振动构件52为球体，因此，当通过第一、第二振动构件51A、52从上下夹住弹性体40时，第一、第二振动构件51A、52介由弹性体40在第一振动构件51A的平面部分的宽度方向中央部分的一点以及第二振动构件52的外周的宽度方向中央部分的一点上强烈地受到吸引。由此，第一振动构件51A和第二振动构件52不会妨碍弹性体40的弹性变形，弹性体40能够有效地反复振动。

＜实施方式3＞

在实施方式1、2中，振动发电机装置2、2A仅设置有一个线圈31，但也可以在上方筒状构件25B设置线圈。在本实施方式中，上方筒状构件25B、第二振动构件52B以及弹簧构件15B不同。其他结构也可以与实施方式1相同。

参照图6，上方筒状构件25B包括与下方筒状构件21相同的结构。具体来说，上方筒状构件25B以弹性体40为边界地上下对称地设置。也就是说，上方筒状构件25B具有大小不同的内部空间26B、27B。内部空间26B是向下方开放的大空间，内部空间27B是位于内部空间(大空间)26B的上方并且其内径比内部空间(大空间)26B的内径更小的小空间。在上方筒状构件25B的上端部配置有封闭构件28B。此外，封闭构件28B例如可以是排斥构件，也可以是弹性构件。

在该上方筒状构件25B的外周缠绕有线圈32B。因此，上方筒状构件25B还起到了线圈32B的线圈骨架的作用。本实施方式的线圈32B设置在上方筒状构件25B的外周的一部分。具体来说，线圈32B安装在上方筒状构件25B的上下方向的大致中央部分。线圈32B例如是电磁线圈。此外，线圈32B可以设置在上方筒状构件25B的整个外周。

在本实施方式中，第一、第二振动构件51、52B是永磁铁，其形状为球体。也就是说，在本实施方式的振动发电机装置2B设置有两个球形的永磁铁。第一、第二振动构件51、52B的外形的大小大致相同。

在振动发电机装置2B中，上方筒状构件25B和下方筒状构件21具有相同的结构，与实施方式1、2相比较，由于振动发电机装置2B的上下方向的长度变长，因此，框体10B的侧面11B的上下方向的长度也变长。

弹簧构件15B例如为环形弹簧。环形弹簧是具有圆锥面的把内圈和外圈相互重叠的弹簧。弹簧构件15B的顶部固定振动发电机装置2B的顶部，弹簧构件15B的底部设置在框体10B的底面13。由此，弹簧构件15B向上方对振动发电机装置2B施力。弹簧构件15B是非磁体。

在这种情况下，本实施方式的振动发电机装置2B设置有两个线圈31、32B，永磁铁的第一、第二振动构件51、52B在线圈31、32B之间进行往复运动，因此，与实施方式1、2相比较，本实施方式的振动发电机装置2B能够增大发电量。另外，由于振动构件51、52B均为球体，因此，当通过第一、第二振动构件51、52B从上下方夹住弹性体40时，其在第一、第二振动构件51、52B的外周的宽度方向中央部分的一点上强烈地受到吸引。由此，第一、第二振动构件51、52B不会妨碍弹性体40的弹性变形，弹性体40能够有效地反复振动。

此外，在实施方式3的鸣响装置1B中，使用环形弹簧作为弹簧构件15B。但是，如图7所示，鸣响装置1C与实施方式1、2相同地，也可以使用螺旋弹簧作为弹簧构件15。其他结构也可以与上述实施方式3相同。

＜实施方式4＞

在上述实施方式3的变形例中，振动发电机装置2B的第一、第二振动构件51、52B均为球体，但在本实施方式中，第一、第二振动构件51A、52D的形状不同。其他结构也可以形成与实施方式3的变形例的鸣响装置1C相同的结构。

参照图8，在本实施方式中，第一、第二振动构件51A、52D为永磁铁，其形状为圆柱体。

在这种情况下，由于第一、第二振动构件51A、52D的形状均为圆柱体，因此，当通过第一、第二振动构件51A、52D从上下夹住弹性体40时，第一、第二振动构件51A、52D的平面部分、也就是说面彼此强烈地吸引，其吸附力增强。由此，第一、第二振动构件51A、52D虽然会稍稍妨碍弹性体40的弹性变形，但由于能够通过第一、第二振动构件51A、52D可靠地从上下夹住弹性体，因此，第一、第二振动构件51A、52D不会从弹性体40脱落。

＜实施方式5＞

在上述实施方式4中，振动发电机装置2D的第一、第二振动构件51A、52D均为圆柱体，但在本实施方式中，第二振动构件52B的形状不同。其他结构也可以与实施方式4相同。

参照图9，在本实施方式中，第一振动构件51A为永磁铁，其形状为圆柱体。第二振动构件52B为永磁铁，其形状为球体。

在这种情况下，由于第一振动构件51A为圆柱体、第二振动构件52B为球体，因此，当通过第一、第二振动构件51A、52B从上下夹住弹性体40时，其在第一振动构件51A的平面的宽度方向中央部分以及第二振动构件52B的外周的宽度方向中央部分的一点上强烈地受到吸引。由此，第一、第二振动构件51A、52B不会妨碍弹性体40的弹性变形，弹性体40能够有效地反复振动。

此外，在实施方式1～5中，说明了振动发电机装置2～2E用于鸣响装置1～1E。但是，振动发电机装置2～2E不限定于用于鸣响装置，也可以使用在例如按钮、信号发电机等能够利用弹性体40的振动进行发电的各种机器。

另外，在实施方式1、2中，说明了第二振动构件52是磁轭，但也可以是永磁铁。当第二振动构件52为永磁铁时，第一振动构件51、51A也可以是磁轭。在这种情况下，成为磁轭的第一振动构件51在线圈31内进行往复移动。另外，在实施方式3～5中，说明了第一振动构件51、51A和第二振动构件52B、52D均为永磁铁，但也可以是其中一者为永磁铁，另一者为磁轭。实施方式1～5的第一振动构件51、51A和第二振动构件52B、52D的外形不限定于上述形状。

另外，在实施方式1、2中，设置了一个永磁铁作为第一振动构件51，但也可以设置两个以上的永磁铁作为第一振动构件51、51A。另外，在实施方式3～5中，不仅只有第一振动构件51、51A，也可以在第二振动构件52B、52D设置两个以上的永磁铁。

另外，在实施方式1、2中，说明了上方筒状构件25设置在下方筒状构件21的上方，但也可以不设置上方筒状构件25，也可以通过隔板(spacer)等其他结构保持第二振动构件52。

另外，也可以适当地组合上述实施方式1～5。

以上，参照附图对本发明的实施方式进行了说明，但本发明并不局限附图所示的实施方式。对于附图所示的实施方式，在与本发明的相同范围或均等范围内，能够追加各种修改或变形。

Claims (7)

1.一种振动发电机装置，其特征在于，包括：

筒状构件，其为非磁体并具有在上下方向延伸的内部空间；

线圈，其配置在所述筒状构件的外周；

弹性体，其具有支承于所述筒状构件的外缘部、和位于所述筒状构件的内部空间的中央部分，所述弹性体能够沿着所述筒状构件在上下方向弹性地振动；

永磁铁和磁体，其以从上下夹住所述弹性体的中央部分的方式配置，通过磁力相互吸引并保持；

所述永磁铁或所述磁体中的至少一者随着所述弹性体的振动在所述线圈内进行往复移动，

所述弹性体为板状的橡胶，在所述外缘部与所述中央部分之间设置有环状的间隙，

在所述间隙设置有多个连结所述外缘部和所述中央部分的连结部。

2.根据权利要求1所述的振动发电机装置，其特征在于，

所述环状的间隙为多个贯通孔。

3.根据权利要求1所述的振动发电机装置，其特征在于，

所述永磁铁和所述磁体为球体。

4.根据权利要求1所述的振动发电机装置，其特征在于，

所述永磁铁为圆柱体，所述磁体为球体。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的振动发电机装置，其特征在于，

所述磁体为永磁铁。

6.根据权利要求1～4中任一项所述的振动发电机装置，其特征在于，

所述筒状构件在上下设置有两个，

一侧的所述筒状构件在所述内部空间配置所述永磁铁，另一侧的所述筒状构件在所述内部空间配置所述磁体。

7.一种鸣响装置，其特征在于，包括：

权利要求1～4中任一项所述的振动发电机装置；

框体，其收容所述振动发电机装置，包含顶面和底面；

按钮，其从所述框体的顶面向上方突出，位于所述振动发电机装置的上方，与所述振动发电机装置相接；

弹簧构件，其设置在所述框体的底面与所述振动发电机装置之间，向上方对所述振动发电机装置施力；

声音发生装置，其通过由所述线圈产生的电流发出声音。

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