JP7497042B2 - Power generation mechanism - Google Patents
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Description
本発明は、発電機構に関する。 The present invention relates to a power generation mechanism.
従来は使用されずに捨てられていた、身近な環境に存在する微弱な運動エネルギー（人力、振動、圧力、熱、太陽光等）を利用して、電力を発電出来る自己発電型の環境発電（エナジーハーベスティング：Energy Harvesting）が注目されている。 Energy harvesting is a self-powered type of energy harvesting that can generate electricity by utilizing weak kinetic energy (human power, vibration, pressure, heat, sunlight, etc.) present in the surrounding environment, which was previously discarded unused.
特に環境発電によって電力を発電し、その電力を使って様々な装置に動作指示や動作状態を無線で送る事で、電源の交換や充電等の作業が不要な発電機構の作製が要求されている。具体的には無線の起動時に、電源に依らずに使用者の動作を外部からの入力として発電を行って電力を得る、自己発電型の発電機構が求められている。 In particular, there is a demand for a power generation mechanism that generates power through environmental harvesting and uses that power to wirelessly send operating instructions and operating status to various devices, eliminating the need for tasks such as changing or charging power sources. Specifically, there is a demand for a self-power generation mechanism that, when wireless activation is activated, generates power using the user's actions as external input, without relying on a power source, to obtain power.
例えば特許文献１には、どんなに遅い速度の力で動作させても一定の電力量を高効率で発電する事ができ、確実なスイッチング動作を行う事が可能な発電機構及び発電方法が開示されている。
For example,
特許文献１記載の発電機構は、第１可動部品、第２可動部品、捩りコイルバネ、発電機、ハウジングで形成されている。捩りコイルバネの第１及び第２巻回部は、互いに逆方向に第１中心軸に巻回されて、第１巻回部に初期弾性エネルギーie1が付与されていると共に、第２巻回部には初期弾性エネルギーie2が付与されている。また、第１中心軸と発電機のシャフトを２つの平歯車又はかさ歯車で連結している。第２可動部品を回転させ、第１可動部品を回転して弾性エネルギーie12を第１巻回部に蓄積し、第１及び第２可動部品の歯の噛み合いを外して前記ie12で第１中心軸を逆方向に回転させ発電機で発電を行う。
The power generation mechanism described in
特許文献１記載の発電機構では、外部からの入力で回転動作する第１可動部品の回転量を、２つのかさ歯車で減速してギア比を増加している。しかし、更にギア比を高め発電量を大きくしようとすると、かさ歯車や、第１又は第２可動部品の大型化を招いてしまう。従って、発電機構の大型化を抑えながらギア比を増加させる事や、効率良く発電する事が困難であった。
In the power generation mechanism described in
また第１可動部品及び第２可動部品が対向して配置される構造の為、発電機構全体の更なる小型化も困難であった。 In addition, because the first and second movable parts are arranged opposite each other, it was difficult to further reduce the size of the entire power generation mechanism.
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、どんなに遅い速度の力で動作させても所望の電力量を発電する事が出来ると共に、小型化とギア比の増加が両立可能な発電機構の提供を目的とする。 The present invention was made in consideration of the above problems, and aims to provide a power generation mechanism that can generate the desired amount of power even when operated at a very slow force speed, and that can achieve both compactness and an increased gear ratio.
前記課題は、以下の本発明により解決される。即ち、本発明の発電機構は少なくとも、発電機と、２個の遊星歯車と、１個の太陽歯車と、捩りコイルバネと、１個の内歯車とを備える。内歯車の外観形状は円筒で、円筒の内側の少なくとも一部に歯が形成されている。太陽歯車及び遊星歯車は全て外歯車である。太陽歯車は発電機のシャフトに自転可能に固定されている。２個の遊星歯車の内、第１の遊星歯車は太陽歯車と噛み合い、第２の遊星歯車は内歯車の内側に配置されている。更に（第１の遊星歯車のピッチ円直径）＞（第２の遊星歯車のピッチ円直径）の大小関係を有している。第１の遊星歯車と第２の遊星歯車は、同一の軸に間隔を隔てて同一方向に自転可能に固定されていると共に、太陽歯車と噛み合いながら公転可能である。軸部品が軸又は軸と第２遊星歯車支持台とで構成されている。捩りコイルバネは巻回部を有しており、巻回部は軸に巻回されており、巻回部の第１の端部が軸部品に連結されていると共に、第２の端部が連結用部品に固定されている。 The above problem is solved by the present invention as described below. That is, the power generation mechanism of the present invention includes at least a generator, two planetary gears, one sun gear, a torsion coil spring, and one internal gear. The external shape of the internal gear is cylindrical, and teeth are formed on at least a part of the inside of the cylinder. The sun gear and the planetary gears are all external gears. The sun gear is fixed to the shaft of the generator so as to be rotatable. Of the two planetary gears, the first planetary gear meshes with the sun gear, and the second planetary gear is disposed inside the internal gear. Furthermore, there is a magnitude relationship of (pitch circle diameter of the first planetary gear)>(pitch circle diameter of the second planetary gear). The first planetary gear and the second planetary gear are fixed to the same axis at a distance so as to be rotatable in the same direction, and can revolve while meshing with the sun gear. The shaft part is composed of a shaft or a shaft and a second planetary gear support base. The torsion coil spring has a winding portion that is wound around a shaft, with a first end of the winding portion connected to the shaft part and a second end fixed to the connecting part.
発電機構の外部から力が入力されて、内歯車又は各軸部品の何れか又は両方に伝達され、内歯車の自転と遊星歯車の公転のどちらか又は両方が発生して、内歯車の歯と第２遊星歯車の互いの歯が噛み合って第２遊星歯車が自転される。第２遊星歯車の自転により巻回部が弾性変形する事で弾性エネルギーが捩りコイルバネに蓄積される。更に内歯車の自転と遊星歯車の公転のどちらか又は両方が進行して、内歯車と第２遊星歯車の互いの歯の噛み合いが内歯車の内周面で外れ、弾性エネルギーによって第２遊星歯車が逆方向に自転されて第１の遊星歯車も逆方向に自転される。第１の遊星歯車の自転により太陽歯車が自転され、太陽歯車の自転により発電機のシャフトが回転されて、発電機で電力が発生されて発電が行われる発電機構である。 A force is input from outside the power generation mechanism and transmitted to either or both of the internal gear and each shaft component, causing either or both of the internal gear to rotate on its axis and the planetary gear to revolve, causing the teeth of the internal gear and the second planetary gear to mesh with each other and rotate on their axis. The rotation of the second planetary gear causes the winding part to elastically deform, and elastic energy is stored in the torsion coil spring. As either or both of the internal gear to rotate on its axis and the planetary gear to revolve further, the teeth of the internal gear and the second planetary gear disengage from each other on the inner peripheral surface of the internal gear, and the second planetary gear rotates in the opposite direction due to the elastic energy, causing the first planetary gear to also rotate in the opposite direction. The sun gear rotates on its axis due to the rotation of the first planetary gear, and the generator shaft rotates on its axis, generating electricity in the generator, thus generating electricity.
本発明の発電機構に依れば、捩りにより弾性エネルギーを捩りコイルバネの巻回部に蓄積してから、その弾性エネルギーを解放して発電機で発電を行う事が出来る。従って、どんなに遅い速度の力で内歯車を自転及び／又は遊星歯車を公転させて発電機構を動作させても、所望の電力量を発電する事が可能となる。 The power generation mechanism of the present invention allows elastic energy to be stored in the windings of the torsion coil spring by twisting, and then the elastic energy can be released to generate electricity with a generator. Therefore, no matter how slow the force required to rotate the internal gear and/or revolve the planetary gear to operate the power generation mechanism, it is possible to generate the desired amount of electricity.
更に、遊星歯車に於いて（第１の遊星歯車のピッチ円直径）＞（第２の遊星歯車のピッチ円直径）の大小関係を有している為、第１の遊星歯車と第２の遊星歯車の間で大きなギア比を得る事が出来る。 Furthermore, since the planetary gears have a magnitude relationship of (pitch circle diameter of the first planetary gear) > (pitch circle diameter of the second planetary gear), a large gear ratio can be obtained between the first planetary gear and the second planetary gear.
更に、内歯車の外径寸法内に、遊星歯車、捩りコイルバネ、太陽歯車、及び発電機を収める事が可能となる為、発電機構の小径化による小型化が出来る。 In addition, it is possible to fit the planetary gears, torsion coil spring, sun gear, and generator within the outer diameter dimensions of the internal gear, making it possible to miniaturize the generator mechanism by reducing its diameter.
更に、歯車を発電機構の形成部品に用いる事で、内歯車、遊星歯車、及び太陽歯車の間で互いの歯を噛み合わせて発電機構を動作させる事が可能となる。従って、動作損失の発生を抑制又は防止する事が出来る為、どのような用途や使用状況でも所望の電力量を発電する事が可能である。 Furthermore, by using gears as components of the power generation mechanism, it is possible to operate the power generation mechanism by meshing the teeth of the internal gear, planetary gears, and sun gear with each other. This makes it possible to suppress or prevent the occurrence of operating losses, making it possible to generate the desired amount of electricity for any application or usage situation.
更に発電機構を、歯車、捩りコイルバネ、発電機と云った簡易な部品のみで形成している。従って耐候性や信頼性に優れ、どのような用途や使用状況でも確実に所望の電力量を発電可能な発電機構を形成する事が出来る。 In addition, the power generation mechanism is made up of only simple parts such as gears, torsion coil springs, and generators. This makes it possible to create a power generation mechanism that is highly weather resistant and reliable, and can reliably generate the desired amount of electricity for any purpose or usage situation.
また前記の通り（第１の遊星歯車のピッチ円直径）＞（第２の遊星歯車のピッチ円直径）の大小関係と共に、第１の遊星歯車を太陽歯車と噛み合わせ、第２の遊星歯車を太陽歯車よりもピッチ円直径の大きい内歯車と噛み合わせている。従って、第１の遊星歯車と第２の遊星歯車間のギア比が大きくても、各遊星歯車の歯に掛かる負荷が分散されて歯の強度が確保される。よって遊星歯車間に於ける、力学的な過剰性能の付与を防止する事も可能となる。従って信頼性を確保しながら、製造コストの上昇を防止する事も可能となる。 As mentioned above, in addition to the relationship of (pitch diameter of the first planetary gear) > (pitch diameter of the second planetary gear), the first planetary gear meshes with the sun gear, and the second planetary gear meshes with an internal gear whose pitch diameter is larger than that of the sun gear. Therefore, even if the gear ratio between the first and second planetary gears is large, the load on the teeth of each planetary gear is distributed, ensuring the strength of the teeth. This makes it possible to prevent excessive mechanical performance between the planetary gears. This makes it possible to prevent increases in manufacturing costs while ensuring reliability.
本実施の形態の第一の特徴は、発電機構は少なくとも、発電機と、２個の遊星歯車と、１個の太陽歯車と、捩りコイルバネと、１個の内歯車とを備えており、内歯車の外観形状は円筒で、円筒の内側の少なくとも一部に歯が形成されており、太陽歯車及び遊星歯車は全て外歯車であり、太陽歯車は発電機のシャフトに自転可能に固定されており、２個の遊星歯車の内、第１の遊星歯車は太陽歯車と噛み合い、第２の遊星歯車は内歯車の内側に配置されており、（第１の遊星歯車のピッチ円直径）＞（第２の遊星歯車のピッチ円直径）の大小関係を有しており、第１の遊星歯車と第２の遊星歯車は、同一の軸に間隔を隔てて同一方向に自転可能に固定されていると共に、太陽歯車と噛み合いながら公転可能であり、軸部品が軸又は軸と第２遊星歯車支持台とで構成されており、捩りコイルバネは巻回部を有しており、巻回部は軸に巻回されており、巻回部の第１の端部が軸部品に連結されていると共に、第２の端部が連結用部品に固定されており、発電機構の外部から力が入力されて、内歯車又は各軸部品の何れか又は両方に伝達され、内歯車の自転と遊星歯車の公転のどちらか又は両方が発生して、内歯車の歯と第２遊星歯車の互いの歯が噛み合って第２遊星歯車が自転され、第２遊星歯車の自転により巻回部が弾性変形する事で弾性エネルギーが捩りコイルバネに蓄積され、更に内歯車の自転と遊星歯車の公転のどちらか又は両方が進行して、内歯車と第２遊星歯車の互いの歯の噛み合いが内歯車の内周面で外れ、弾性エネルギーによって第２遊星歯車が逆方向に自転されて第１の遊星歯車も逆方向に自転され、第１の遊星歯車の自転により太陽歯車が自転され、太陽歯車の自転により発電機のシャフトが回転されて、発電機で電力が発生されて発電が行われる発電機構と云う事である。 The first feature of this embodiment is that the power generation mechanism includes at least a generator, two planetary gears, one sun gear, a torsion coil spring, and one internal gear, the external shape of the internal gear is cylindrical and teeth are formed on at least a portion of the inside of the cylinder, the sun gear and the planetary gears are all external gears, the sun gear is rotatably fixed to the shaft of the generator, of the two planetary gears, the first planetary gear meshes with the sun gear and the second planetary gear is disposed inside the internal gear, there is a magnitude relationship of (pitch circle diameter of the first planetary gear) > (pitch circle diameter of the second planetary gear), the first planetary gear and the second planetary gear are fixed to the same axis at a distance from each other and rotatably in the same direction, and can revolve while meshing with the sun gear, the shaft part is composed of a shaft or a shaft and a second planetary gear support base, the torsion coil spring has a winding portion, and the winding portion is wound around the shaft, The first end of the winding part is connected to the shaft part, and the second end is fixed to the connecting part. A force is input from outside the power generation mechanism and transmitted to either or both of the internal gear and each shaft part, causing either or both of the internal gear to rotate on its axis and the planetary gear to revolve around its axis, causing the teeth of the internal gear and the second planetary gear to mesh with each other and rotate on their axis, and the rotation of the second planetary gear causes the winding part to elastically deform, storing elastic energy in the torsion coil spring, and either or both of the internal gear to rotate on its axis and the planetary gear to revolve around its axis progresses, causing the teeth of the internal gear and the second planetary gear to disengage from each other on the inner peripheral surface of the internal gear, causing the second planetary gear to rotate in the opposite direction due to the elastic energy, causing the first planetary gear to also rotate in the opposite direction, causing the sun gear to rotate on its axis due to the rotation of the first planetary gear, causing the generator shaft to rotate, and generating electricity in the generator, thus generating electricity.
以上の発電機構は、ドアの開閉状態の確認や、駐車場の駐車スペースや道路上での車両有無や進入の報知に使用する事が出来る。 The above power generation mechanism can be used to check whether a door is open or closed, and to notify the presence or absence of a vehicle in a parking space or on a road, and when a vehicle is approaching.
なお本発明では、捩りコイルバネに蓄積されるトルク（Ｎ・ｍｍ）を「弾性エネルギー」（ｍＪ）と表記して説明する。 In this invention, the torque (N·mm) stored in the torsion coil spring is described as "elastic energy" (mJ).
また第二の特徴は、第１の遊星歯車と第２の遊星歯車間の間隔に、巻回部が巻回されていると云う事である。 The second feature is that the winding portion is wound in the space between the first planetary gear and the second planetary gear.
また第三の特徴は、第１の遊星歯車及び第２の遊星歯車がそれぞれ２個以上の偶数個備えられ、捩りコイルバネが第１の遊星歯車と同一数備えられ、偶数個の半数の捩りコイルバネの巻回部が、偶数個の残りの捩りコイルバネの巻回部に対し逆方向に巻回され、更に内歯車に連続して形成される歯の部分が、第１の遊星歯車及び第２の遊星歯車のそれぞれの個数以上であると云う事である。 The third feature is that there are an even number of first planetary gears and two or more second planetary gears, there are the same number of torsion coil springs as there are first planetary gears, the windings of half of the even number of torsion coil springs are wound in the opposite direction to the windings of the remaining even number of torsion coil springs, and the number of teeth formed continuously on the internal gear is equal to or greater than the number of each of the first planetary gears and the second planetary gears.
また第四の特徴は、太陽歯車のピッチ円の円周方向で、第１の遊星歯車が等角度に配置されていると云う事である。 The fourth feature is that the first planetary gears are arranged at equal angles in the circumferential direction of the sun gear's pitch circle.
また第五の特徴は、太陽歯車を中心として対称に配置される捩りコイルバネの巻回部が、互いに逆方向に巻回されていると云う事である。 The fifth feature is that the windings of the torsion coil springs, which are arranged symmetrically around the sun gear, are wound in opposite directions.
また第六の特徴は、第２の端部が、互いに独立して連結用部品に固定されていると云う事である。 The sixth feature is that the second ends are fixed to the connecting parts independently of each other.
また第七の特徴は、内歯車の歯が、全て同一の円ピッチで形成されていると云う事である。 The seventh feature is that all the teeth of the internal gear are formed with the same circular pitch.
以下、図１～図５を参照して、本発明に係る第１の実施形態の発電機構１を説明する。図１及び図２に示すように、発電機構１は少なくとも、発電機２と、２個の遊星歯車（第１の遊星歯車3aと第２の遊星歯車4a）と、１個の太陽歯車５と、捩りコイルバネ6aと、１個の内歯車（Internal gear）７とを備えている。以下、必要に応じて、単に「遊星歯車3a」、「遊星歯車4a」、「バネ6a」と記載する。
The
部分的に図示している発電機２は、少なくともコイルとマグネットを含むモータであり、更にシャフト2aの回転と共にコイルかマグネットのどちらかが回転する型式のものである。具体的には、コアード型モータ、コアレス型モータ、ギアードモータが挙げられる。更にシャフト2aの端部には、太陽歯車５が自転可能に固定されている。
The
太陽歯車５及び遊星歯車（3a、4a）は全て外歯車（External gear）であり、全周に歯が形成されている。更に本実施形態では、太陽歯車５及び遊星歯車（3a、4a）は平歯車に成形されている。遊星歯車3aと4aは同一の軸（軸単体8a）に固定されており、２つの遊星歯車（3a、4a）とも同一方向に自転可能に固定されている。更に遊星歯車（3a、4a）どうしは、軸単体8aの軸方向に互いに間隔を隔てて固定されている。
The
太陽歯車５及び遊星歯車（3a、4a）の歯形は、本実施形態では共にインボリュート歯形である。インボリュート歯形とする事で、互いの歯車の中心軸間の直線間隔が若干変化しても噛み合いが正しく保たれると共に、容易に作製でき、滑りも少ない為好ましい。なお太陽歯車５及び遊星歯車（3a、4a）の歯形を、インボリュート歯形に換えてサイクロイド歯形に形成する事も可能である。
In this embodiment, the teeth of the
２個の遊星歯車（3a、4a）の内、遊星歯車3aは太陽歯車５と噛み合う。図２に遊星歯車3aを破線で示し、太陽歯車５との噛み合い状態を示している。更に遊星歯車3aは太陽歯車５と噛み合いながら公転可能である。
Of the two planetary gears (3a, 4a),
軸部品８は、軸単体8a、又は軸単体8aと第２遊星歯車支持台8bとで構成されている。軸単体8aは第１遊星歯車支持台９に挿入され、自転可能とされている。以下、必要に応じて単に「支持台９」と記載する。支持台９の外形は円盤状に成形される。
The
更に遊星歯車3aと4a間には、（遊星歯車3aのピッチ円直径）＞（遊星歯車4aのピッチ円直径）の大小関係を有している。また（遊星歯車3aの歯数）＞（遊星歯車4aの歯数）の大小関係も有している。
Furthermore, there is a size relationship between
バネ6aは少なくとも１つの巻回部を有し、巻回部は軸（軸単体8a）に巻回されている。更に、軸（軸単体8a）に於ける巻回部の巻回箇所は、２つの遊星歯車（3a、4a）間に設けられた間隔に於ける軸上である。より詳述すると、遊星歯車4aと一体に成形されている第２遊星歯車支持台8bと、遊星歯車3a間の間隔に於ける軸上に巻回されている。以下、必要に応じて単に「支持台8b」と記載する。支持台8bの外形は円盤状に成形される。
The
図３より、巻回部の第１の端部6a1（以下、必要に応じて単に「端部6a1」と記載）は、軸部品８に連結されている。本実施形態では図１及び図２に示す様に、端部6a1は軸部品８の内、支持台8bに挿入固定されて連結されている。一方、第２の端部6a2（以下、必要に応じて単に「端部6a2」と記載）は、連結用部品10に連結されて固定されている。本実施形態では、連結用部品10として設けられた軸部（以下、必要に応じて「軸部10」と記載）に、端部6a2が挿入固定されて連結されている。なお軸部10は、支持台９の面上に固定されている。支持台９は、軸単体8aを支持する事で遊星歯車3aを支持する台状の部品である。
3, the first end 6a1 (hereinafter, simply referred to as "end 6a1" as necessary) of the winding part is connected to the
更に、軸（軸単体8a）の端部付近に内歯車７が設けられる。内歯車７の外観形状は、図１に示す様な軸単体8aの軸方向の厚みが薄い円筒で、円筒の内側である内周面の少なくとも一部に、歯が複数形成されている。歯の形成箇所以外の円筒内側には、歯が形成されていない内周面が形成されている。図１及び図２より、円ピッチを有して連続して形成されている歯の部分が２箇所（２歯ずつ）、180°対向で形成されている。なお、歯が「連続して形成されている」という意味は、歯が形成されていない内周面を挟まずに円ピッチを有して、歯が形成されていると云う意味である。更に内歯車７の内側に、遊星歯車4aが配置されている。内歯車７の歯形も、インボリュート歯形かサイクロイド歯形に形成する。
Furthermore, an
太陽歯車５、遊星歯車（3a、4a）、支持台９、支持台8b、及び内歯車７の材料はそれぞれ任意に選択可能であり、例えばプラスチックや、無潤滑で摺動可能な樹脂、ステンレス、鋼などを用いれば良い。
The materials for the
次に、発電機構１における自己発電の動作に関して説明する。発電機構１の外部から図示しない力が入力されて、その力が回転力として内歯車７又は軸部品８の何れか又は両方に伝達されると、内歯車７の自転と遊星歯車（3aと4a）の公転のどちらか又は両方が発生する。回転力が軸部品８に伝達されると、軸部品８が支持されている支持台９が自転をする事で、遊星歯車（3aと4a）は太陽歯車５の周りで公転する。
Next, the operation of self-power generation in the
内歯車７の自転と遊星歯車（3aと4a）の公転のどちらか又は両方の発生により、内歯車７の歯と遊星歯車4aの互いの歯が噛み合って、遊星歯車4aの自転が開始される（図４参照）。図２及び図４では、遊星歯車4aの反時計方向の公転により、前記噛み合いが開始されている状態を図示している。
When either or both of the
遊星歯車4aの自転に伴い支持台8bも自転する為、端部6a1も回転して移動する。回転力が伝達され続け、内歯車７の自転と遊星歯車（3aと4a）の公転のどちらか又は両方が進行し、内歯車７と遊星歯車4aの互いの歯が噛み合わされている間は、遊星歯車4aは回転（自転）し続ける。よって、内歯車７と遊星歯車4aの互いの歯の噛み合いが外れるまで、遊星歯車4aは自転される。
As the
遊星歯車4aの自転に伴い、端部6a1も支持台8bの自転に連動して移動する。遊星歯車（3aと4a）が公転して前記噛み合いが開始され、内歯車７と遊星歯車4aの互いの歯が噛み合っている間は、遊星歯車（3aと4a）の公転及び支持台９の自転は中断される為、端部6a2の動きは止められる。よって巻回部は第２の端部6a2を支点とした第１の端部6a1の移動により捩られる事となり、内歯車７と遊星歯車4aの互いの歯の噛み合いに伴う捩りにより、弾性エネルギーiea（ｍＪ）が巻回部に蓄積される。
As the
巻回部の捩りは、内歯車７及び又は遊星歯車（3aと4a）に力が伝達され続け、内歯車７と遊星歯車4aの互いの歯が噛み合わされている間は保持される。従って、内歯車７と遊星歯車4aの互いの歯の噛み合いが外れる直前における、巻回部の弾性エネルギーieaが最大量となる。
The twisting of the winding portion is maintained as long as the force is transmitted to the
なお巻回部の巻回方向と、内歯車７の自転方向及び／又は遊星歯車（3aと4a）の公転方向により、巻回部は捩りにより締められて弾性変形するか、又は緩められて弾性変形する。何れにしても巻回部において弾性変形が発生する。図１、図２、図４に於いては、巻回部は締められる形態を図示している。
Depending on the winding direction of the winding part, the rotation direction of the
内歯車７及び／又は遊星歯車（3aと4a）が自転（回転）した後に、更に内歯車７の自転と遊星歯車（3aと4a）の公転のどちらか又は両方が進行し、図５に示すように内歯車７と遊星歯車4aの互いの歯の噛み合いが、内歯車７の歯が形成されていない内周面で外れる。すると巻回部の捩りによる変形の保持が外れて巻回部の変形が解放され、端部6a2を支点にして、ieaにより遊星歯車4aが前記噛み合い時の自転方向とは逆方向に回転する。即ち、ieaが遊星歯車4aの逆方向の回転（自転）に変換される。
After the
遊星歯車4aの逆方向の回転に伴い、軸単体8aも逆方向に回転すると共に、軸単体8aに固定されている遊星歯車3aも連動して同一方向（即ち逆方向）に自転される。更に、遊星歯車3aと噛み合って配置されている太陽歯車５も、遊星歯車3aの自転により自転される。
As
次に、太陽歯車５の自転により発電機２のシャフト2aが回転されて、発電機２の内部でコイル又はマグネットが可動する事で電磁誘導により誘導起電力が発生して、電力が発生されて発電が行われる。その電力により、発電機構１の用途に応じて、別途任意に設置可能な無線通信装置を起動させる事が可能となる。
Next, the rotation of the
なおieaは、内歯車７の歯数と円ピッチ、及び遊星歯車3aの歯数と円ピッチに伴う巻回部の弾性変形量に応じて変わるので、これらの設計変更により、ieaは任意に設定可能である。従って、発電機構１毎の仕様に応じて、シャフト2aの回転量も任意の回転量に設定出来る為、発電機２による電力量も発電機構１の外部からの力の速度に関係無く、所望の値に設定可能となる。
The IEA changes depending on the number of teeth and circular pitch of the
以上、発電機構１に依れば、捩りにより弾性エネルギーieaをバネ6aの巻回部に蓄積してから、ieaを解放して発電機２で発電を行う事が出来る。従って、どんなに遅い速度の力で内歯車７を自転及び／又は遊星歯車（3a、4a）を公転させて発電機構１を動作させても、所望の電力量を発電する事が可能となる。
As described above, the
更に、（遊星歯車3aのピッチ円直径）＞（遊星歯車4aのピッチ円直径）の大小関係を有している為、遊星歯車3aと4aの間で大きなギア比を得る事が出来る。
Furthermore, since the pitch circle diameter of
更に、各部品の寸法設定により、内歯車７の外径寸法内に遊星歯車（3a、4a）、バネ6a、太陽歯車５、及び発電機２を収める事が可能となる。具体的には、支持台8bの直径、巻回部の中心直径、遊星歯車3aの歯先円直径、支持台９の直径、及び発電機２の径寸法を。内歯車７の外径寸法未満とする。以上により、発電機構１の小径化による小型化が可能となる。
Furthermore, by setting the dimensions of each part, it becomes possible to fit the planetary gears (3a, 4a),
更に、歯車を発電機構１の形成部品に用いる事で、内歯車７、遊星歯車（3a、4a）、及び太陽歯車５の間で互いの歯を噛み合わせて発電機構１を動作させる事が可能となる。従って、動作損失の発生を抑制又は防止する事が出来る為、どのような用途や使用状況でも所望の電力量を発電する事が可能である。
Furthermore, by using gears as components of the
更に発電機構１を、歯車（内歯車７、遊星歯車（3a、4a）、太陽歯車５）、捩りコイルバネ6a、発電機２と云った簡易な部品のみで形成している。従って耐候性や信頼性に優れ、どのような用途や使用状況でも確実に所望の電力量を発電可能な発電機構１を形成する事が出来る。
Furthermore, the
また前記の通り（遊星歯車3aのピッチ円直径）＞（遊星歯車4aのピッチ円直径）の大小関係と共に、遊星歯車3aを太陽歯車５と噛み合わせ、遊星歯車4aを太陽歯車５よりもピッチ円直径の大きい内歯車7と噛み合わせている。従って、遊星歯車3aと4a間のギア比が大きくても、各遊星歯車（3a又は4a）の歯に掛かる負荷が分散されて歯の強度が確保される。よって遊星歯車（3aと4a）間に於ける、力学的な過剰性能の付与を防止する事も可能となる。従って信頼性を確保しながら、製造コストの上昇を防止する事も可能となる。
As mentioned above, in addition to the relationship of (pitch diameter of
更に、軸（軸単体8a）の軸方向に於いて、遊星歯車3aと4aの間に設けられる間隔に、バネ6aの巻回部を巻回する事が好ましい。太陽歯車５はシャフト2aに固定されているので、太陽歯車５との噛み合いを考慮すると、遊星歯車3aは発電機２側に配置したい。従って、遊星歯車3aと支持台９の間に、バネ6aの巻回部を設置する間隔を設ける事は出来ない。更に軸（軸単体8a）に於ける内歯車７側の端部に巻回部を設置すると、巻回部が軸単体8aから離脱するおそれがある。よって巻回部を、２個の遊星歯車（3aと4a）で挟む事で前記離脱が防止され、好ましい。
Furthermore, it is preferable to wind the wound part of the
更に図１及び図３に示される様に、バネ6aの巻回部は軸単体8aの軸方向に巻回されている為、端部6a1と6a2は前記軸方向で分かれて形成される。よって２つの端部（6a1と6a2）の引き回しと、支持台8b又は連結用部品10への各々の連結の容易性を考慮しても、バネ6aの巻回部は遊星歯車3aと 4a間が最も好ましい。
Furthermore, as shown in Figures 1 and 3, the winding portion of the
内歯車７の歯の円ピッチは、次の様な場合は異なっていても良い。その場合とは、円ピッチを有して連続して形成されている歯の部分が、歯が形成されていない内周面を介して複数箇所形成され、各歯の部分どうしの円ピッチを異ならせる場合である。しかし内歯車７の歯は、全て同一の円ピッチで形成される事が好ましい。その理由として、どの歯の部分でも遊星歯車4aと噛み合わせる事が可能になる為である。従って、内歯車７の自転方向及び／又は遊星歯車4aの公転方向が制限されないので、発電機構１の組み立てが容易になると共に、発電機構１の使用時の設置も容易になる。更に、内歯車７の製造が容易になる為、好ましい。
The circular pitch of the teeth of the
巻回部の端部6a1は、軸単体8aに連結しても良く、軸単体8aの自転により端部6a1の位置を回転させてバネ6aを弾性変形させても良い。一方の端部6a2は、支持台９に連結しても良い。よって本発明に係る発電機構では、支持台９も連結用部品の一種と見なす。
The end 6a1 of the winding part may be connected to the
次に図６～図１０を参照して、本発明に係る第２の実施形態の発電機構12を説明する。なお前記発電機構１と同一箇所には同一の引出番号を付し、重複する説明は省略又は簡略化して記載する。
Next, a
発電機構12が発電機構１と異なる点は、新たに第１の遊星歯車3b、第２の遊星歯車4b、軸部品11、捩りコイルバネ6bが追加で備えられている点である。以下、必要に応じて、単に「遊星歯車3b」、「遊星歯車4b」、「バネ6b」と記載する。
The
以上の各部品の追加により、第１の遊星歯車（3a、3b）及び第２の遊星歯車（4a、4b）はそれぞれ２個以上の偶数個備えられる。発電機構12では、それぞれ２個備えられた形態を示している。
By adding the above parts, the first planetary gears (3a, 3b) and the second planetary gears (4a, 4b) are each provided in an even number of two or more. The
本実施形態で追加された遊星歯車（3bと4b）も全て外歯車で、平歯車に成形されている。遊星歯車3bと4bは同一の軸（軸単体11a）に固定され、２つの遊星歯車（3b、4b）とも同一方向に自転可能に固定されている。更に遊星歯車（3b、4b）どうしは、軸単体11aの軸方向に互いに間隔を隔てて固定されている。
The planetary gears (3b and 4b) added in this embodiment are also all external gears, formed as spur gears.
更に、２個の遊星歯車（3aと3b）は図７より、太陽歯車５のピッチ円の円周方向に於いて等角度に対向配置されている。図７では、２個の遊星歯車（3aと3b）を破線で示し、太陽歯車５との噛み合い状態を示している。本実施形態では180°間隔で、太陽歯車５を中心とした対称位置に２個の遊星歯車（3aと3b）を対向配置している。２個の遊星歯車（3aと3b）は共に太陽歯車５と噛み合いながら、太陽歯車５の周りで公転可能である。
Furthermore, as shown in Figure 7, the two planetary gears (3a and 3b) are arranged to face each other at equal angles in the circumferential direction of the pitch circle of the
遊星歯車（3bと4b）の歯形も、インボリュート歯形が好ましいが、サイクロイド歯形でも良い。 The teeth of the planetary gears (3b and 4b) are preferably involute teeth, but cycloid teeth are also acceptable.
軸部品11は、軸単体11a、又は軸単体11aと第２遊星歯車支持台11bとで構成されている。軸単体11aは支持台９に挿入され、自転可能とされている。
The
更に遊星歯車3bと4b間には、（遊星歯車3bのピッチ円直径）＞（遊星歯車4bのピッチ円直径）の大小関係を有している。また（遊星歯車3bの歯数）＞（遊星歯車4bの歯数）の大小関係も有している。
Furthermore, there is a size relationship between
更に、２つの遊星歯車（3aと3b）のピッチ円直径と歯数は同一が好ましい。また、２つの遊星歯車（4aと4b）のピッチ円直径と歯数は同一が好ましい。その理由として、遊星歯車の製造と管理が容易となり、発電機構12の組み立て時の確認作業も簡素化され、製造コストが低減される為である。
Furthermore, it is preferable that the pitch circle diameter and the number of teeth of the two planetary gears (3a and 3b) are the same. It is also preferable that the pitch circle diameter and the number of teeth of the two planetary gears (4a and 4b) are the same. The reason for this is that the manufacturing and management of the planetary gears becomes easier, the checking work during assembly of the
また、遊星歯車4bは内歯車７の内側に配置される。
In addition, the
またバネ6bが新たに追加される事で、バネ（6a、6b）も計２個の偶数個備えられ、遊星歯車（3a、3b）と同一数備えられる。
In addition, with the addition of
バネ6bは図８に示す様に少なくとも１つの巻回部を有し、巻回部は図６より軸（軸単体11a）に巻回されている。更に、軸（軸単体11a）に於ける巻回部の巻回箇所は、２つの遊星歯車（3b、4b）間に設けられた間隔に於ける軸上である。より詳述すると、遊星歯車4bと一体に成形されている第２遊星歯車支持台11bと、遊星歯車3b間の間隔に於ける軸上に巻回されている。以下、必要に応じて単に「支持台11b」と記載する。支持台11bの外形は円盤状に成形される。
The
更に、軸（軸単体11a）の軸方向に於いて、遊星歯車3bと4bの間に設けられる間隔に、バネ6bの巻回部を巻回する事が好ましい。太陽歯車５はシャフト2aに固定されているので、太陽歯車５との噛み合いを考慮すると、遊星歯車3bは発電機２側に配置したい。従って、遊星歯車3bと支持台９の間に、バネ6bの巻回部を設置する間隔を設ける事は出来ない。更に軸（軸単体11a）に於ける内歯車７側の端部に巻回部を設置すると、巻回部が軸単体11aから離脱するおそれがある。よって巻回部を、２個の遊星歯車（3bと4b）で挟む事で前記離脱が防止され、好ましい。
Furthermore, it is preferable to wind the wound part of the
偶数個の内の半数（発電機構12では１個）の捩りコイルバネの巻回部は、偶数個の内の残りの捩りコイルバネの巻回部に対し逆方向に巻回される。詳述すると図１と図３に示す様にバネ6aの巻回部は、軸単体8aの軸方向が内歯車７側に行くに伴い反時計周りに巻回形成されている。一方でバネ6bの巻回部は図６と図８に示す様に、軸単体11aの軸方向が内歯車７側に行くに伴い時計周りに巻回形成されている。
The windings of half of the even number of torsion coil springs (one in the power generation mechanism 12) are wound in the opposite direction to the windings of the remaining even number of torsion coil springs. In more detail, as shown in Figures 1 and 3, the windings of
またバネ6bの巻回部の第１の端部6b1（以下、必要に応じて単に「端部6b1」と記載）は、軸部品11に連結されている。本実施形態では図６及び図７に示す様に、端部6b1は軸部品11の内、支持台11bに挿入固定されて連結されている。一方、第２の端部6b2（以下、必要に応じて単に「端部6b2」と記載）は、連結用部品10に連結されて固定されている。本実施形態では、別途連結用部品10として設けられた軸部（以下、必要に応じて「軸部10」と記載）に、端部6b2が挿入固定されて連結されている。支持台９は、軸単体11aを支持する事で遊星歯車3bを支持している。
The first end 6b1 (hereinafter, simply referred to as "end 6b1" as necessary) of the wound part of the
図６及び図８に示される様に、バネ6bの巻回部は軸単体11aの軸方向に巻回されている為、端部6b1と6b2は前記軸方向で分かれて形成される。よって２つの端部（6b1と6b2）の引き回しと、支持台11b又は連結用部品10への各々の連結の容易性を考慮しても、バネ6bの巻回部は遊星歯車3bと 4b間が最も好ましい。
As shown in Figures 6 and 8, the winding portion of
遊星歯車（3b、4b）、支持台11bの材料はそれぞれ任意に選択可能であり、例えばプラスチックや、無潤滑で摺動可能な樹脂、ステンレス、鋼などを用いれば良い。
The materials for the planetary gears (3b, 4b) and the
次に、発電機構12における自己発電の動作に関して説明する。発電機構12の外部から図示しない力が入力されて、その力が回転力として内歯車７又は各軸部品（８又は11）の何れか又は両方に伝達されると、内歯車７の自転と遊星歯車（3a、4a、3b、4b）の公転のどちらか又は両方が発生する。回転力が軸部品（８又は11）に伝達されると、軸部品（８又は11）が支持されている支持台９が自転をする事で、遊星歯車（3a、4a、3b、4b）は太陽歯車５の周りで公転する。
Next, the operation of self-power generation in the
内歯車７に連続して形成される歯の部分は、遊星歯車（3a、3b）及び遊星歯車（4a、4b）のそれぞれの個数以上であり、図６と図７では、２箇所180°対向で形成されている。更に、第１の遊星歯車（3a、3b）と第２の遊星歯車（4a、4b）が、太陽歯車５の周囲に配置される角度と同一角度で等間隔に、内歯車７に於いて各歯の部分が形成される。
The number of teeth formed continuously on the
内歯車７の自転と遊星歯車（3a、4a、3b、4b）の公転のどちらか又は両方の発生により、内歯車７の歯と遊星歯車（4a、4b）の互いの歯が噛み合って、遊星歯車（4a、4b）の自転が開始される（図９参照）。図７及び図９では、遊星歯車（4a、4b）の反時計方向の公転により、前記噛み合いが開始されている状態を図示している。２つの遊星歯車（4a、4b）の自転方向は、同一方向である。
When either or both of the
遊星歯車（4a、4b）の自転に伴い支持台（8b、11b）も自転する為、端部（6a1、6b1）も回転して移動する。回転力が伝達され続け、内歯車７の自転と遊星歯車（3a、4a、3b、4b）の公転のどちらか又は両方が進行し、内歯車７と遊星歯車（4a、4b）の互いの歯が噛み合わされている間は、遊星歯車（4a、4b）は回転（自転）し続ける。よって、内歯車７と遊星歯車（4a、4b）の互いの歯の噛み合いが外れるまで、遊星歯車（4a、4b）は自転される。
As the planetary gears (4a, 4b) rotate, the support bases (8b, 11b) also rotate, causing the ends (6a1, 6b1) to rotate and move. The rotational force continues to be transmitted, and either or both of the rotation of the
遊星歯車（4a、4b）の自転に伴い、端部（6a1、6b1）も支持台（8b、11b）の自転に連動して移動する。遊星歯車（3a、4a、3b、4b）が公転して前記噛み合いが開始され、内歯車７と遊星歯車（4a、4b）の互いの歯が噛み合っている間は、遊星歯車（3a、4a、3b、4b）の公転及び支持台９の自転は中断される為、端部（6a2、6b2）の動きは止められる。よって巻回部は第２の端部（6a2、6b2）を支点とした第１の端部（6a1、6b1）の移動により捩られる。内歯車７と遊星歯車（4a、4b）の互いの歯の噛み合いに伴う捩りにより、前記弾性エネルギーiea（ｍＪ）が巻回部に蓄積されると共に、弾性エネルギーieb（ｍＪ）がバネ6bの巻回部に蓄積される。
As the planetary gears (4a, 4b) rotate, the ends (6a1, 6b1) also move in conjunction with the rotation of the support base (8b, 11b). The planetary gears (3a, 4a, 3b, 4b) revolve and the meshing begins. While the teeth of the
巻回部の捩りは、内歯車７及び又は遊星歯車（3a、4a、3b、4b）に力が伝達され続け、内歯車７と遊星歯車（4a、4b）の互いの歯が噛み合わされている間は保持される。従って、内歯車７と遊星歯車（4a、4b）の互いの歯の噛み合いが外れる直前における、巻回部の弾性エネルギーiea及びiebが最大量となる。
The torsion of the winding portion is maintained while the force is transmitted to the
なお巻回部の巻回方向と、内歯車７の自転方向及び／又は遊星歯車（3a、4a、3b、4b）の公転方向により、２つのバネ（6a、6b）のどちらかの巻回部は捩りにより締められて弾性変形し、もう一方の巻回部は逆に緩められて弾性変形する。図６、図７、図９に於いては、バネ6aの巻回部は締められると共に、バネ6bの巻回部は緩められる形態を図示している。
Depending on the winding direction of the winding portion, the rotation direction of the
内歯車７及び／又は遊星歯車（3a、4a、3b、4b）が自転（回転）した後に、更に内歯車７の自転と遊星歯車（3a、4a、3b、4b）の公転のどちらか又は両方が進行する。すると、図１０に示すように内歯車７と遊星歯車（4a、4b）の互いの歯の噛み合いが、内歯車７の歯が形成されていない内周面で外れる。すると巻回部の捩りによる変形の保持が外れて巻回部の変形が解放され、端部（6a2、6b2）を支点にして、iea又はiebにより遊星歯車（4a、4b）が前記噛み合い時の自転方向とは逆方向に回転する。即ち、iea又はiebが遊星歯車（4a、4b）の逆方向の回転（自転）に変換される。なお弾性変形が解放された時、全ての遊星歯車（3a、4a、3b、4b）は同一回転方向に自転する。
After the
遊星歯車（4a、4b）の逆方向の回転に伴い、軸単体（8a、11a）も逆方向に回転すると共に、軸単体（8a、11a）に固定されている遊星歯車（3a、3b）も連動して同一方向（即ち逆方向）に自転される。更に、遊星歯車（3a、3b）と噛み合って配置されている太陽歯車５も、遊星歯車（3a、3b）の自転により自転される。
As the planetary gears (4a, 4b) rotate in the reverse direction, the shaft unit (8a, 11a) also rotates in the reverse direction, and the planetary gears (3a, 3b) fixed to the shaft unit (8a, 11a) also rotate in the same direction (i.e., the reverse direction) in conjunction with each other. Furthermore, the
次に、太陽歯車５の自転により発電機２のシャフト2aが回転されて、発電機２の内部で誘導起電力が発生して発電が行われる。
Next, the rotation of the
発電機構12でも内歯車７の歯は、全て同一の円ピッチで形成される事が好ましい。その理由として、どの歯の部分でも遊星歯車（4a及び4b）と噛み合わせる事が可能になる為である。従って、内歯車７の自転方向及び／又は遊星歯車（4a及び4b）の公転方向が制限されず、どの遊星歯車（4a及び4bのどちら）にも噛み合わせ可能になる。また発電機構12の組み立てが容易になると共に、発電機構12の使用時の設置も容易になる。更に、内歯車７の製造が容易になる為、好ましい。
In the
内歯車７に連続して形成される歯の部分は、遊星歯車（3a、3b）及び遊星歯車（4a、4b）のそれぞれの個数以上であり、図６と図７では２箇所180°対向で形成されている。更に、遊星歯車（3a、3b）及び遊星歯車（4a、4b）が、太陽歯車５の周囲に配置される角度と同一角度で等間隔に、内歯車７に於いて各歯の部分が形成される。
The teeth formed continuously on the
なおiea又はiebは、内歯車７の歯数と円ピッチ、及び遊星歯車（3a、3b）の歯数と円ピッチに伴う巻回部の弾性変形量に応じて変わるので、これらの設計変更により、iea又はiebは任意に設定可能である。従って、発電機構12毎の仕様に応じて、シャフト2aの回転量も任意の回転量に設定出来る為、発電機２による電力量も発電機構12の外部からの力の速度に関係無く、所望の値に設定可能となる。
Incidentally, iea or ieb varies depending on the number of teeth and circular pitch of the
以上、発電機構12に依れば発電機構１が有する各効果に加えて、捩りにより弾性エネルギーiebをバネ6bの巻回部に蓄積してから、iebを解放して発電機２で発電を行う事が出来る。従って前記ieaとiebの解放により、どんなに遅い速度の力で内歯車７を自転及び／又は遊星歯車（3a、4a、3b、4b）を公転させて発電機構12を動作させても、所望の電力量を発電する事が可能となる。
As described above, in addition to the various effects of the
更に、（遊星歯車3aのピッチ円直径）＞（遊星歯車4aのピッチ円直径）の大小関係に加えて、（遊星歯車3bのピッチ円直径）＞（遊星歯車4bのピッチ円直径）の大小関係を有している為、第１の遊星歯車（3aと3b）と、第２の遊星歯車（4aと4b）の間で大きなギア比を得る事が出来る。
Furthermore, in addition to the relationship (pitch diameter of
更に、各部品の寸法設定により、内歯車７の外径寸法内に遊星歯車（3a、4a、3b、4b）、バネ（6a、6b）、太陽歯車５、及び発電機２を収める事が可能となる。具体的には、支持台（8b、11b）の各直径、バネ（6a、6b）の各巻回部の中心直径、遊星歯車（3a、3b）の各歯先円直径、支持台９の直径、及び発電機２の径寸法を、内歯車７の外径寸法未満とする。以上により、発電機構12の小径化による小型化が可能となる。
Furthermore, by setting the dimensions of each part, it becomes possible to fit the planetary gears (3a, 4a, 3b, 4b), springs (6a, 6b),
更に、歯車を発電機構12の形成部品に用いる事で、内歯車７、遊星歯車（3a、4a、3b、4b）、及び太陽歯車５の間で互いの歯を噛み合わせて発電機構12を動作させる事が可能となる。従って、動作損失の発生を抑制又は防止する事が出来る為、どのような用途や使用状況でも所望の電力量を発電する事が可能である。
Furthermore, by using gears as components forming the
更に発電機構12を、歯車（内歯車７、遊星歯車（3a、4a、3b、4b）、太陽歯車５）、捩りコイルバネ（6a、6b）、発電機２と云った簡易な部品のみで形成している。従って耐候性や信頼性に優れ、どのような用途や使用状況でも確実に所望の電力量を発電可能な発電機構１を形成する事が出来る。
Furthermore, the
発電機構12では、前記の通り（遊星歯車3aのピッチ円直径）＞（遊星歯車4aのピッチ円直径）及び（遊星歯車3bのピッチ円直径）＞（遊星歯車4bのピッチ円直径）の大小関係を有する。更に遊星歯車（3aと3b）を太陽歯車５と噛み合わせ、遊星歯車（4aと4b）を太陽歯車５よりもピッチ円直径の大きい内歯車7と噛み合わせている。従って、第１の遊星歯車（3aと3b）と第２の遊星歯車（4aと4b）の間のギア比が大きくても、各遊星歯車（3a、4a、3b、4b）の歯に掛かる負荷が分散されて歯の強度が確保される。更に、第１の遊星歯車（3aと3b）と第２の遊星歯車（4aと4b）間に於ける、力学的な過剰性能の付与を防止する事も可能となる。よって信頼性を確保しながら、製造コストの上昇を防止する事も可能となる。
As mentioned above, the
また、バネ（6aと6b）の個数を偶数個とし、偶数個の半数の巻回部での巻回方向を、偶数個の残りの巻回方向に対し逆方向とする事で、弾性変形時に締められる巻回部の個数と緩められる巻回部の個数を同数とする事が可能となる。従って、遊星歯車（3a、4a、3b、4b）の公転方向及び／又は内歯車７の自転方向に伴う、巻回部の弾性変形状態の偏りが防止され、常に所望で一定の弾性エネルギー（iea＋ieb）を解放する事が可能となり、所望で一定の電力量を発電する事が可能となる。更に、内歯車７の歯と遊星歯車（4a、4b）の歯の噛み合い時に、内歯車７の全体の歯に加わる応力が、巻回方向が逆方向なので打ち消され、内歯車７及び遊星歯車（4a、4b）の各歯の破損を抑制する事も可能となる。
In addition, by making the number of springs (6a and 6b) an even number and winding the windings of half of the even number of springs in the opposite direction to the winding direction of the remaining even number of springs, it is possible to make the number of windings that are tightened and the number of windings that are loosened during elastic deformation equal. Therefore, bias in the elastic deformation state of the windings due to the revolution direction of the planetary gears (3a, 4a, 3b, 4b) and/or the rotation direction of the
各捩りコイルバネの巻回部に於ける巻回方向は任意だが、最も好ましくは太陽歯車５を中心として対称に配置される捩りコイルバネの巻回部が、互いに逆方向に巻回されている構成である。発電機構12では、太陽歯車５を中心として対称に配置されたバネ（6aと6b）の巻回部を、互いに逆方向に巻回している。この構成により、応力の前記打ち消しをより一層図る事が出来る。
The winding direction of the winding portion of each torsion coil spring can be arbitrary, but most preferably, the winding portions of the torsion coil springs arranged symmetrically around the
各捩りコイルバネの巻回部に於ける巻回方向が全て同一方向だと、内歯車７と遊星歯車（4a、4b）の各歯の噛み合いに伴う巻回部の弾性変形が、締まるのみ又は緩まるのみとなってしまう。本発明の検証に当たり、捩りコイルバネでは（締まる時に巻回部に蓄積される弾性エネルギー）＞（緩まる時に巻回部に蓄積される弾性エネルギー）の関係を有る事を確認した。従って前記巻回方向を全て同一方向に設定すると、全ての巻回部に蓄積される弾性エネルギーの合計値が、遊星歯車（3a、4a、3b、4b）の公転方向及び／又は内歯車７の自転方向に依存する為、望ましくない。
If the winding directions of the winding parts of each torsion coil spring are all the same, the elastic deformation of the winding parts associated with the meshing of the teeth of the
但し、発電機構12の使用用途や使用環境により、遊星歯車（3a、4a、3b、4b）の公転方向及び／又は内歯車７の自転方向が一定方向のみの動作状態に於いては、全ての巻回部が締まる様な弾性変形をする巻回方向に設定する。この設定により、より大きな弾性エネルギーを解放して、より大きな発電量を得る事が出来る。
However, depending on the application and environment of the
捩りコイルバネの個数は奇数個でも良いか、２個以上の偶数個が好ましい。その理由は、奇数個では全ての巻回部の巻回方向に於いて必ず１箇所で巻回方向の偏りが生じ、応力を打ち消し合う事が出来ない為である。 The number of torsion coil springs can be an odd number, but an even number of two or more is preferable. The reason is that if there is an odd number, there will always be a deviation in the winding direction at one point in all the windings, and the stresses cannot be cancelled out.
なお、全ての捩りコイルバネ（本実施形態では6aと6bの２つ）の巻回数は、同一回数でも良いし、異なっていても良い。しかし同一回数とする事が、応力の前記打ち消しがより一層図られる為、好ましい。 The number of turns of all the torsion coil springs (two in this embodiment, 6a and 6b) may be the same or different. However, having the same number of turns is preferable because it further counteracts the stress.
更に、太陽歯車５のピッチ円の円周方向で、遊星歯車（3a、3b）を等角度（本実施形態では180°）に配置する事により、太陽歯車５と遊星歯車（3a、3b）の歯の噛み合いに於ける、太陽歯車５の歯に加わる応力の偏りが防止される。従って、太陽歯車５の破損を抑制する事が出来る。
Furthermore, by arranging the planetary gears (3a, 3b) at equal angles (180° in this embodiment) in the circumferential direction of the pitch circle of the
前記の通り、内歯車７に連続して形成される歯の部分を、遊星歯車（3a、3b）及び遊星歯車（4a、4b）のそれぞれの個数以上とし、更に、遊星歯車（3a、3b）及び遊星歯車（4a、4b）が太陽歯車５の周囲に配置される角度と同一角度で等間隔に、内歯車７に於いて各歯の部分を形成する。よって、内歯車７と遊星歯車（4aと4b）間での歯の噛み合いを、全ての遊星歯車（4aと4b）で同時に行う事が可能となる。よって全ての遊星歯車（4aと4b）を同時に自転させてiea及びiebをバネ（6a、6b）の各巻回部に蓄積させ、同一のタイミングで解放可能となる。従って、太陽歯車５に伝達される回転力が増加し、発電量が増加する。
As mentioned above, the number of teeth formed continuously on the
端部6b1は軸単体11aに連結しても良く、軸単体11aの自転により端部6b1の位置を回転させてバネ6bを弾性変形させても良い。一方の端部6b2は、支持台９に連結しても良い。
The end 6b1 may be connected to the
なお発電機構12では、端部（6a2、6b2）を、各々軸部10に連結しているが、図１１及び図１２に示す様に端部（6a2、6b2）どうしを互いに連結する事で、複数の巻回部を有する１つの捩りコイルバネを発電機構に備えても良い。従って、本発明では「連結用部品」には、それぞれの第２の端部も含むものとする。但し、端部（6a2、6b2）どうしは図６及び図７に示す様に、互いに独立してそれぞれ軸部10に連結されるか、若しくは互いに独立してそれぞれ支持台９に連結される事が望ましい。その理由は、第２の端部どうしが連結されず互いに独立している事で、互いの巻回部の弾性変形に影響を及ぼす事が防止され、所望の弾性エネルギーを蓄積し、所望の電力量を発電する事が可能となる為である。
In the
以上、発電機構１又は12共に、構成部品全体を図示しないハウジングに収める事が望ましい。ハウジングに収める事で、防塵性や防水性を確保する事が可能となる。また、歯車部分の防錆効果も得られる。従って、発電機構１又は12の耐候性や信頼性をより一層向上させる事ができ、より確実な発電動作を実現する事が可能となる。
As described above, it is desirable to enclose all of the components of both the
なお内歯車７とそれ以外の各部品とで、個別のハウジングに収納する事が、内歯車７の自転と遊星歯車（3a、4a、3b、4b）の公転（即ち、支持台９の自転）を阻害しないので好ましい。また個別のハウジングを介して、前記回転力を内歯車７又は軸部品（８又は11）に伝達可能となる。
It is preferable to house the
更に、遊星歯車（3a、4a、3b、4b）の公転に伴う配置位置を感知する為のセンサを、少なくとも２個備える事で、遊星歯車（3a、4a、3b、4b）の公転方向を感知する事が出来る。更にセンサを２個以上取り付ける事で、位置感知の分解能が向上する。 Furthermore, by providing at least two sensors for sensing the position of the planetary gears (3a, 4a, 3b, 4b) as they revolve, it is possible to sense the direction of revolution of the planetary gears (3a, 4a, 3b, 4b). Furthermore, by installing two or more sensors, the resolution of position sensing is improved.
また太陽歯車５、遊星歯車（3a、4a、3b、4b）、内歯車７の外歯車の各歯は、平歯車に換えてヘリカル歯車に変更しても良い。従って、本発明では「外歯車」とは平歯車に加えてヘリカル歯車も含まれるものとする。
In addition, the teeth of the external gears of the
なお、本発明に係る発電機構の内歯車の自転方向、及び遊星歯車の公転方向（即ち、第１遊星歯車支持台の自転方向）は、前記各実施形態に限定されず、任意に回転可能である。 The direction of rotation of the internal gear of the power generation mechanism according to the present invention and the direction of revolution of the planetary gear (i.e., the direction of rotation of the first planetary gear support base) are not limited to those in the above-described embodiments and can be rotated arbitrarily.
本発明に係る発電機構は、ドアの開閉状態の確認や、駐車場の駐車スペースや道路上での車両有無や進入の報知に用いる事が出来る。それぞれドア開閉時の回転力や、車両の車輪の進入に伴う入力を回転力として発電機構に入力する事で、自己発電により無線通信装置を起動させ、所望の確認を行う事が可能となる。なおドアの開閉状態を確認したい場合は、蝶番を内歯車７と支持台９にそれぞれ連結し、ドアのヒンジに設置して回転力を入力とすれば良い。
The power generation mechanism according to the present invention can be used to check the open/closed state of a door, or to notify the presence or absence of a vehicle in a parking space in a parking lot or on a road, or when a vehicle is entering. By inputting the rotational force generated when the door is opened or closed, or the input associated with the entry of the vehicle's wheels as rotational force into the power generation mechanism, it is possible to start up the wireless communication device through self-power generation and perform the desired confirmation. If you wish to check whether the door is open or closed, you can connect the hinge to the
以下に本発明に係る実施例を説明するが、本発明は以下の実施例にのみ限定されるものではない。 The following describes examples of the present invention, but the present invention is not limited to the following examples.
本実施例の発電機構の構造は、前記第２の実施形態の発電機構12と同一とした。従って説明の便宜上、図６～図１０の引出番号を適宜引用して説明し、前記第２の実施形態と重複する説明は省略又は簡略化し、新たに説明が必要な箇所を重点的に説明する。
The structure of the power generation mechanism in this embodiment is the same as the
内歯車７は、材料をポリアセタール（polyacetal）ポリマーとし、外径34（ｍｍ）、内径28（ｍｍ）、連続して形成される歯の部分は２箇所で180°間隔とし、各歯の部分に於ける歯数は２とした。また各歯の部分に於ける円ピッチは2.5（ｍｍ）で共通とした。
The
第２の遊星歯車（4aと4b）は、材料をポリアセタールポリマーとし、支持台（8b、11b）と一体成形し、歯数８、ピッチ円直径6.4（ｍｍ）で共通とした。また２つの支持台（8b、11b）は図６及び図７に示す様に並列に配置した時に、内歯車７の外径に収まる直径寸法とした。
The second planetary gears (4a and 4b) are made of polyacetal polymer and are integrally molded with the supports (8b, 11b), with a common number of teeth of 8 and a pitch circle diameter of 6.4 (mm). In addition, the two supports (8b, 11b) have a diameter that fits within the outer diameter of the
２つの軸単体（8a、11a）は、直径４（ｍｍ）、SUS303製で共通とした。 The two shafts (8a, 11a) are common, with a diameter of 4 (mm) and made of SUS303.
捩りコイルバネ（6a、6b）の各巻回部の巻回方向は、前記第２の実施形態と同一とした。また共にSUS303製とし、巻回部の中心直径は10.5（ｍｍ）で共通とした。 The winding direction of each winding part of the torsion coil springs (6a, 6b) is the same as in the second embodiment. Both are made of SUS303 and have a common center diameter of 10.5 (mm).
連結用部品の軸部10は、SUS303製とした。
The
第１の遊星歯車（3a、3b）は、材料をジュラコンとし、歯数24、ピッチ円直径12（ｍｍ）で共通とした。 The first planetary gear (3a, 3b) is made of Duracon material, has 24 teeth, and has a common pitch circle diameter of 12 (mm).
太陽歯車５は、材料をジュラコンとし、歯数１２、ピッチ円直径６（ｍｍ）とした。
The
支持台９は、材料をポリアセタールポリマーとし、直径32（ｍｍ）とした。
The
発電機２には、コアード型モータを採用した。
以上の様な構成の、本実施例に係る発電機構の自己発電動作を確認した。最初に内歯車７の自転のみで発電させた。次に、遊星歯車（3a、4a、3b、4b）の公転のみで発電させた。最後に、内歯車７の自転と遊星歯車（3a、4a、3b、4b）の公転の両方により発電させた。更に、内歯車７の自転方向と遊星歯車（3a、4a、3b、4b）の公転方向も変更して確認した。
The self-power generation operation of the power generation mechanism of this embodiment, configured as described above, was confirmed. First, power was generated only by the rotation of the
それぞれの自己発電動作に於ける発電量を確認した。何れの自己発電動作に於いても、コアード型モータのコイルがマグネットに対して回転し、電磁誘導により電力が発生した。また得られた発電量は、何れの自己発電動作に於いても19.3（ｍＪ）で一定であった。この発電量により、特定小電力無線機が動作する事が確認された。 The amount of power generated in each self-powered operation was confirmed. In each self-powered operation, the coil of the cored motor rotated relative to the magnet, generating electricity through electromagnetic induction. The amount of power generated was constant at 19.3 (mJ) in each self-powered operation. It was confirmed that this amount of power was sufficient to operate a specific low-power radio.
１、12 発電機構
２ 発電機
2a シャフト
3a、3b 第１の遊星歯車
4a、4b 第２の遊星歯車
５ 太陽歯車
6a、6b 捩りコイルバネ
6a1、6b1 捩りコイルバネの巻回部の第１の端部
6a2、6b2 捩りコイルバネの巻回部の第２の端部
７ 内歯車
８、11 軸部品
8a、11a 軸単体
8b、11b 第２遊星歯車支持台
９ 第１遊星歯車支持台
10 連結用部品
1, 12
2a shaft
3a, 3b First planetary gear
4a, 4b Second
6a, 6b Torsion coil spring
6a1, 6b1 First end of the winding of the torsion coil spring
6a2, 6b2 Second end of the wound portion of the
8a, 11a shaft only
8b, 11b Second planetary
10 Connecting parts
Claims (7)
内歯車の外観形状は円筒で、円筒の内側の少なくとも一部に歯が形成されており、
太陽歯車及び遊星歯車は全て外歯車であり、
太陽歯車は発電機のシャフトに自転可能に固定されており、
２個の遊星歯車の内、第１の遊星歯車は太陽歯車と噛み合い、第２の遊星歯車は内歯車の内側に配置されており、
（第１の遊星歯車のピッチ円直径）＞（第２の遊星歯車のピッチ円直径）の大小関係を有しており、
第１の遊星歯車と第２の遊星歯車は、同一の軸に間隔を隔てて同一方向に自転可能に固定されていると共に、太陽歯車と噛み合いながら公転可能であり、
軸部品が軸又は軸と第２遊星歯車支持台とで構成されており、
捩りコイルバネは巻回部を有しており、巻回部は軸に巻回されており、巻回部の第１の端部が軸部品に連結されていると共に、第２の端部が連結用部品に固定されており、
発電機構の外部から力が入力されて、内歯車又は各軸部品の何れか又は両方に伝達され、
内歯車の自転と遊星歯車の公転のどちらか又は両方が発生して、
内歯車の歯と第２遊星歯車の互いの歯が噛み合って第２遊星歯車が自転され、第２遊星歯車の自転により巻回部が弾性変形する事で弾性エネルギーが捩りコイルバネに蓄積され、
更に内歯車の自転と遊星歯車の公転のどちらか又は両方が進行して、内歯車と第２遊星歯車の互いの歯の噛み合いが内歯車の内周面で外れ、
弾性エネルギーによって第２遊星歯車が逆方向に自転されて第１の遊星歯車も逆方向に自転され、
第１の遊星歯車の自転により太陽歯車が自転され、
太陽歯車の自転により発電機のシャフトが回転されて、発電機で電力が発生されて発電が行われる発電機構。 the power generation mechanism includes at least a generator, two planetary gears, one sun gear, a torsion coil spring, and one internal gear;
The external shape of the internal gear is cylindrical, and teeth are formed on at least a portion of the inside of the cylinder.
The sun gear and planetary gears are all external gears.
The sun gear is rotatably fixed to the shaft of the generator,
Of the two planetary gears, the first planetary gear meshes with the sun gear, and the second planetary gear is disposed inside the internal gear;
The pitch circle diameter of the first planetary gear is greater than the pitch circle diameter of the second planetary gear.
The first planetary gear and the second planetary gear are fixed to the same axis at an interval so as to be rotatable in the same direction, and are capable of revolving around the sun gear while meshing with it.
The shaft part is composed of a shaft or a shaft and a second planetary gear support base,
The torsion coil spring has a winding portion, the winding portion being wound around a shaft, a first end of the winding portion being connected to the shaft part and a second end being fixed to the connecting part,
A force is input from outside the power generating mechanism and transmitted to either or both of the internal gear and each shaft component,
Either or both of the internal gear rotation and planetary gear revolution occur,
The teeth of the internal gear and the teeth of the second planetary gear mesh with each other, causing the second planetary gear to rotate on its axis. The rotation of the second planetary gear causes the winding portion to elastically deform, and elastic energy is stored in the torsion coil spring.
As the rotation of the internal gear and/or the revolution of the planetary gear progresses, the teeth of the internal gear and the second planetary gear disengage from each other on the inner peripheral surface of the internal gear,
The elastic energy causes the second planetary gear to rotate in the opposite direction, and the first planetary gear also rotates in the opposite direction.
The rotation of the first planetary gear causes the sun gear to rotate,
A generator mechanism in which the rotation of the sun gear rotates the generator shaft, generating electricity.
前記捩りコイルバネが前記第１の遊星歯車と同一数備えられ、
前記偶数個の半数の前記捩りコイルバネの前記巻回部が、前記偶数個の残りの前記捩りコイルバネの前記巻回部に対し逆方向に巻回され、
更に前記内歯車に連続して形成される前記歯の部分が、前記第１の遊星歯車及び前記第２の遊星歯車のそれぞれの個数以上である請求項１又は２に記載の発電機構。 The first planetary gears and the second planetary gears are each provided in an even number of two or more,
The torsion coil springs are provided in the same number as the first planetary gears,
The winding portions of half of the torsion coil springs of the even number are wound in a direction opposite to the winding portions of the remaining torsion coil springs of the even number,
3. The power generating mechanism according to claim 1, wherein the number of teeth formed continuously on the internal gear is equal to or greater than the number of teeth on the first planetary gear and the number of teeth on the second planetary gear.
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