KR20140135817A - 진동 발전 장치 및 발전 장치 - Google Patents

Abstract

외부 진동에 의해, 일렉트릿군과 전극군이 가동부재 및 고정부재에 마련되고, 또한 양 부재가 상대이동 방향으로 변위함으로써 발전을 행하는 진동 발전 장치로서, 일렉트릿군과 전극군은 몸체부에 수용된다. 또한, 제1 지지부에 의해, 일렉트릿군과 전극군 사이의 간극을 규정하도록, 몸체부 내의 저면에 대해 가동부재가 상대이동 가능하게 지지됨과 함께, 제2 지지부에 의해, 몸체부 내의 저면과 함께 상대이동 방향을 규정하는 몸체부의 측방 내벽면에 대해, 가동부재가 상대이동 가능해지도록 지지된다. 그리고, 몸체부 내의 측방 내벽면에 대해 가동부재가 가세되고, 상대이동시에 있어서 제2 지지부에 의한 그 가동부재의 지지 상태가 유지된다. 이에 의해, 일렉트릿과 전극을 대향시킨 상태로 상대적으로 이동시킴으로써 발전을 행하는 진동 발전 장치에 있어서, 일렉트릿의 병렬과 전극의 병렬과의 어긋남이 가급적 저감된다.

Description

진동 발전 장치 및 발전 장치{VIBRATION POWER GENERATOR AND POWER GENERATOR}

본 발명은, 외부 진동에 의해 발전을 행하는 진동 발전 장치 또는 발전 장치에 관한 것이다.

근래의 에너지 절약의 흐름으로부터, 화석 연료 등에 의존하지 않는 일상적으로 존재하는 환경 에너지가 주목되고 있다. 환경 에너지로서 태양광이나 풍력 등에 의한 발전 에너지는 널리 알려져 있지만, 이들에 뒤떨어지지 않는 에너지 밀도를 갖는 환경 에너지로서, 일상 주위에 존재하는 진동 에너지를 들 수 있다.

그리고, 이 진동 에너지를 이용하여 발전을 행하는 진동 발전 장치가 개발되고 있고, 그 발전 장치에는 전하를 반영구적으로 유지할 수 있는 일렉트릿(electret)이 널리 이용되고 있다(예를 들면, 특허 문헌 1을 참조). 당해 기술에서는, 진동 발전을 위한 가동부재와 고정부재 사이에 지지용의 강구(鋼球)가 배치됨으로써, 가동부재와 고정부재 사이의 갭이 유지되는 구성으로 되어 있다. 또한, 횡방향(이동 방향과 직교하는 방향)에서는, 가동부재와 고정부재 사이에 지지용 강구가 끼여져 배치되는 것인데, 가동부재 및 고정부재의 치수 정밀도에 의해, 어느 정도의 움직임 여유가 존재한다.

특허 문헌 1 : 일본 특개2011-135710호 공보 특허 문헌 2 : 국제공개 제2009/054251호 팜플렛

일렉트릿과 전극을 대향시킨 상태로 상대적으로 이동시킴으로써 발전을 행하는 경우, 일렉트릿의 병렬에 대한 전극의 병렬의 상대적인 각도 어긋남, 즉 애지머스(azimuth)가 커지면, 실질적인 일렉트릿과 전극의 중복 면적이 저하되기 때문에, 외부 진동에 의한 발전 효율이 저하되어 버린다. 예를 들어, 고정부재 및 가동부재에 일렉트릿이나 전극이 적절하게 배치되어 있다고 하여도, 가동부재의 상대이동 방향이, 고정부재에 마련된 전극 등의 병력에 대해 어긋나 버리면, 결과로서, 진동 발전을 위한 상대이동에서 애지머스가 커져 버린다.

그래서, 종래 기술에 나타내는 바와 같이, 일렉트릿 등의 병렬과 상대이동 방향의 어긋남이 생기지 않도록, 가동부재와 고정부재의 사이의 공극에 지지용의 강구를 배치하는 구성이나, 일방향으로 연재되는 홈에 지지용의 강구를 배치하는 구성을 채용할 수 있다. 그러나, 종래 기술에 나타내는 구성에서는, 상기 공극을 규정하는 가동부재나 고정부재의 치수 정밀도, 상기 홈의 폭을 규정하는 치수 정밀도 등에 의해, 상대이동에서의 일렉트릿의 병렬과 전극의 병렬 사이의 애지머스를 충분히 보정하기가 어렵다. 또한, 상기 공극이나 홈을 형성할 필요가 있기 때문에, 진동 발전 장치의 제조가 번잡한 것으로 된다.

본 발명은, 상기 문제를 감안하여 이루어진 것으로 일렉트릿과 전극을 대향시킨 상태로 상대적으로 이동시킴으로써 발전을 행하는 진동 발전 장치에 있어서, 일렉트릿의 병렬과 전극의 병렬과의 어긋남(애지머스)을 가급적 저감하는 구성을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에서는, 상기 과제를 해결하기 위해, 일렉트릿과 전극을 대향시킨 상태로 상대적으로 이동시킴으로써 발전을 행하는 진동 발전 장치에 있어서, 가동부재와 고정부재를 상하 방향으로 지지하는 제1 지지부에 더하여, 가동부재와 고정부재와의 상대이동 방향에 따라 연재되는 몸체부의 측방 내벽면을 이용하여 가동부재를 지지하는 제2 지지부를 채용함과 함께, 제2 지지부에 의한 지지를 유지하기 위해 가동부재를 측방 내벽면에 가세하는 구성을 채용하였다. 이와 같이 소자의 몸체부의 내벽면을 이용하여 상대이동에 관한 가동부재의 지지를 행함으로써, 간편한 구성에 의해, 일렉트릿의 병렬과 전극의 병렬과의 애지머스를 가급적 저감하는 것이 가능해진다.

그래서, 상세하게는, 본 발명은, 외부 진동에 의해, 복수의 일렉트릿으로 이루어지는 일렉트릿군과 복수의 전극으로 이루어지는 전극군이, 상대이동 방향으로 변위함으로써 발전을 행하는 진동 발전 장치로서, 상기 일렉트릿군과 상기 전극군을 수용하는 몸체부와, 상기 일렉트릿군과 상기 전극군중 일방이 마련됨과 함께, 상기 몸체부측에 고정되는 고정부재와, 상기 일렉트릿군과 상기 전극군중 타방이 마련됨과 함께, 상기 고정부재에 대해 대향한 상태를 유지한 채로, 외부 진동에 의해 상대이동이 가능해지도록 상기 몸체부 내에 수용되는 가동부재와, 상기 일렉트릿군과 상기 전극군 사이의 간극을 규정하도록, 상기 몸체부 내의 저면에 대해 상기 가동부재를 상대이동 가능하게 지지하는 제1 지지부와, 상기 몸체부 내의 저면과 함께 상기 상대이동 방향을 규정하는 상기 몸체부의 측방 내벽면에 대해, 상기 가동부재를 상대이동 가능해지도록 지지하는 제2 지지부와, 상기 몸체부 내의 측방 내벽면에 대해 상기 가동부재를 가세하고, 상대이동시에 있어서 상기 제2 지지부에 의한 그 가동부재의 지지 상태를 유지하는 지지 유지부를 구비한다.

본 발명에 관한 진동 발전 장치에서는, 일렉트릿군과 전극군이 상대이동 방향으로 외부 진동에 의해 변위함으로써, 진동 발전이 행하여진다. 여기서, 일렉트릿군과 전극군중 어느 하나가 고정부재에 배치되고, 타방이 가동부재에 배치된다. 이들의 양 부재는, 몸체부의 내부에 수용되는데, 고정부재가, 몸체부에 대해 고정되는 한편으로, 가동부재는, 고정부재에 대해 상대이동 가능해지도록 배치됨으로써, 상기한 일렉트릿군과 전극군의 진동 발전을 위한 상대이동이 실현된다.

여기서, 진동 발전 장치의 발전 특성을 결정하는 큰 요인으로서, 일렉트릿군과 전극군 사이의 간극 거리(이하, 단지 「간극거리」라고 말하는 경우도 있다)와, 고정부재와 가동부재와의 상대이동에서의 일렉트릿의 병렬과 전극의 병렬과의 각도 어긋남(이하, 단지 「애지머스」라고 말하는 경우도 있다)을 들 수 있다. 그래서, 본 발명에 관한 진동 발전 장치에서는, 간극거리에 관해서는, 제1 지지부에 의해 가동부재가 몸체부 내의 저면에 대해 지지됨으로써, 진동 발전에 알맞은 간극거리가 규정되는 구성으로 되어 있다. 또한, 당해 저면은, 고정부재 및 가동부재가 몸체부 내에 수용될 때에, 이들의 부재의 자중이 주로 걸리는 몸체부 내의 벽면의 하나이다. 따라서 제1 지지부에 의한 가동부재의 지지에 관해서는, 항상, 가동부재의 자중의 적어도 일부가 제1 지지부를 통하여 저면에 걸린 상태로 되어 있다.

또한, 애지머스에 관해서는, 상기 저면과는 다른 몸체부의 내벽면으로서, 가동부재의 상대이동 방향을 당해 저면과 함께 규정하는 측방 내벽면에 대해, 제2 지지부에 의해 가동부재가 지지됨과 함께, 지지 유지부에 의해 가동부재를 측방 내벽면에 대해 가세함으로써, 제2 지지부에 의한 지지 상태가 유지된다. 이 결과, 고정부재에 대한 가동부재의 상대이동은, 몸체부 내의 저면과 측방 내벽면에 의해 규정되는 방향(상대이동 방향)으로 됨과 함께, 각 면에 대해 가동부재를 통하여 어떠한 하중(저면에 대해서는 가동부재의 자중의 적어도 일부, 측방 내벽면에 대해서는 가세력)이 걸려진 상태가 형성되게 된다. 따라서 가동부재는, 저면 및 측방 내벽면을 확실하게 추종하고 이들의 면을 가이드로 하여, 고정부재에 대해 상대이동하는 것이 가능해지고, 따라서, 간극거리의 적절한 유지와 애지머스 증가의 억제가 실현된다.

또한, 몸체부 내의 저면 및 측방 내벽면은, 모두 몸체부의 내벽면의 일부이기 때문에, 가동부재의 상대이동에 관한 가이드 기구를 형성함에 있어서, 특별한 구성을 마련할 필요가 없다. 그 때문에, 진동 발전 장치의 구성을 보다 간편한 것으로 할 수 있고, 그 때문에 진동 발전 장치의 제조도 용이해진다.

또한, 본 발명에 관한 진동 발전 장치에 있어서, 상기 몸체부는, 고정부재와 가동부재의 상대이동에 의해 발전을 행할 수 있도록 양 부재를 배치할 수 있음과 함께, 상기한 바와 같이 애지머스 억제를 위해 상대이동에 관한 가이드 기구로서 기능하는 내벽면을 제공하는 한에 있어서,몸체부의 내부에 형성되고 일렉트릿군과 전극군을 수용한 공간이 반드시 폐(閉)공간일 필요는 없다. 예를 들면, 그 내부에 외기가 출입 가능하도록 형성된 몸체부에 있어서, 발전이 가능해지도록 일렉트릿군과 전극군이 그 내부에 수용되어도 좋다.

여기서, 상기한 진동 발전 장치에 있어서, 상기 제2 지지부에 의한 상기 가동부재의 지지가 행하여지는 상기 측방 내벽면을, 상기 진동 발전 장치의 설치면을 기준으로 하여 하방에 배치시키도록 상기 몸체부를 경사시키는 경사부를, 또한 구비하도록 구성하여도 좋다. 그리고, 상기 지지 유지부는, 상기 경사부에 의해 상기 몸체부를 경사시킴으로써, 상기 가동부재의 자중에 의해 그 가동부재를 상기 측방 내벽면에 대해 가세하도록 구성하여도 좋다.

이와 같이 진동 발전 장치가 경사부를 구비함으로써, 측방 내벽면이 하방에 오도록 몸체부를 경사시키고, 가동부재의 자중을 제1 지지부측뿐만 아니라, 제2 지지부측에도 배분하는 것이 가능해진다. 그 결과, 가동부재의 자중을 효율적으로 이용함으로써, 가동부재를, 저면 및 측방 내벽면에 확실하게 추종시켜, 애지머스를 억제하면서 고정부재에 대해 상대이동시키는 것이 가능해지다. 또한, 경사부에 의한 몸체부의 경사에 관해, 가동부재의 자중에 의해 몸체부 내의 저면 및 측방 내벽면에 작용하는 힘이, 가동부재의 상대이동에 적합한 하중이 되는 범위인 경우에 한해 그 경사각도는 특히 한정되지 않는다.

또한, 지지 유지부에 의한 접촉 상태의 유지에 관해, 다른 형태도 채용할 수 있다. 예를 들면, 상기한 진동 발전 장치가, 상기 가동부재와 상기 몸체부 사이에 마련된 복수의 탄성 부재를, 또한 구비하는 경우에는, 상기 지지 유지부는, 상기 복수의 탄성 부재에 의해 상기 가동부재에 대해 생기는 탄성력의 합력에 의해, 그 가동부재를 상기 측방 내벽면에 대해 가세하도록 구성하여도 좋다. 즉, 제2 지지부에 의한 가동부재의 지지 상태를 유지하기 위해, 복수의 탄성 부재를 이용하는 것이다. 이 경우, 특히, 가동부재가 상대이동을 행하고 있는 사이, 복수의 탄성 부재에 의한 가세력이, 항상, 가동부재를 측방 내벽면에 대해 가압하는 힘으로 되는 것이 바람직하다.

또한, 상기한 바와 같이 복수의 탄성 부재를 이용하여 가동부재에 가세력을 작용시키는 경우, 상기 복수의 탄성 부재가, 상기 가동부재에 대해 1개소의 연결부를 통하여 연결되는 것이 바람직하다. 가령 복수 개소의 연결부를 통하여 복수의 탄성 부재가 가동부재에 대해 연결되면, 그 연결부의 위치나 각 탄성 부재의 탄성력의 크기 등에 응하여, 가동부재에 대해 발전을 위한 상대이동과는 다른 상대이동인, 가동부재의 회전을 생겨내는 회전력(모멘트)이 작용하기 쉬워진다. 가동부재에 회전력이 작용하면, 진동 발전을 위한 상대이동을 저해하는 것으로 되기 때문에, 발전 효율의 저하가 피할 수가 없다. 그래서, 상기한 바와 같이 복수의 탄성 부재의 연결부를 1개소로 함으로써, 가동부재의 회전에 의한 발전 효율의 저하를 회피하는 것이 가능해진다.

또한, 지지 유지부에 의한 접촉 상태의 유지에 관해, 또 다른 형태도 채용할 수 있다. 예를 들면, 상기 지지 유지부는, 상기 가동부재와 상기 측방 내벽면 사이에 양자를 접근시키도록 작용하는 소정의 물리력에 의해, 그 가동부재를 그 측방 내벽면에 대해 가세하도록 구성하여도 좋다. 소정의 물리력이란, 자력, 정전인력, 물리적 압력, 원심력 등을 예시할 수 있고, 가동부재의 상대이동이 저해되지 않는 경우에 한해 다양한 물리력을 채용할 수 있다.

여기서, 상술한 진동 발전 장치에서, 상기 진동 발전에 관련되는, 상기 일렉트릿군에 포함되는 복수의 일렉트릿과 상기 전극군에 포함되는 복수의 전극과의 겹침 면적이 최대가 되도록, 상기 상대이동 방향을 규정하는 상기 측방 내벽면의 형상에 의거하여, 그 일렉트릿군에서의 그 복수의 일렉트릿의 병렬과, 그 전극군에서의 그 복수의 전극의 병렬이 결정되어도 좋다. 진동 발전 장치의 발전 효율은, 복수의 일렉트릿과 복수의 전극과의 겹침 면적이 최대가 되는 경우, 가장 바람직하게는, 복수의 일렉트릿의 병렬과 복수의 전극의 병렬이 일치하고, 애지머스가 제로가 되는 경우, 최대로 된다. 그래서, 상대이동 방향을 규정하는 측방 내벽면의 형상에 의거하여, 복수의 일렉트릿의 병렬과 전극의 병렬을 결정함으로써, 가급적 양호한 발전 효율을 실현하는 것이 가능해진다. 특히, 본 발명에 관한 진동 발전 장치에서는, 몸체부 내의 저면과 측방 내벽면에 확실하게 추종한 가동부재의 상대이동이 행하여지기 때문에, 상기한 바와 같이 일렉트릿의 병렬과 전극의 병렬이 결정됨으로써, 발전 효율의 향상이 한층 더 기대된다.

또한, 상술한 진동 발전 장치에 있어서, 상기 가동부재는, 상기 상대이동 방향에 따라 그 가동부재가 변위한 때에, 상기 몸체부의 내벽면으로서 그 가동부재의 그 상대이동 방향에 위치하는 이동 방향 내벽면과 접촉하는 접촉부를, 그 이동 방향 내벽면에 대향하는 그 가동부재의 폭에서의 중앙 부위에 갖도록 구성하여도 좋다. 이와 같이, 접촉부를 가동부재의 폭의 중앙 부위에 배치함으로써, 가령 외부 진동의 결과, 가동부재가 최대 진폭까지 변위하고 이동 방향 내벽면에 접촉한 경우에 생기는 가동부재의 회전력에 관해, 가동부재의 회전 중심과 회전력의 작용점, 즉 접촉부와 이동 방향 내벽면의 접촉 위치와의 거리를 단축할 수 있고, 따라서, 가동부재에 작용하는 회전력을 가급적 작게 할 수 있다. 이 결과, 회전력에 의한 발전 효율의 저하를 억제하는 것이 가능해진다.

또한, 상술한 진동 발전 장치에 있어서, 상기 제1 지지부는, 상기 몸체부 내의 저면과 상기 가동부재 사이에 끼여져서 배치된 제1 회전 부재에 의해, 그 가동부재를 구름 지지하고, 상기 제2 지지부는, 상기 측방 내벽면과 상기 가동부재 사이에 끼여져서 배치된 제2 회전 부재에 의해, 그 가동부재를 구름 지지하도록 구성하여도 좋다. 이와 같이 제1 지지부에서의 구름 지지와, 제2 지지부에서의 구름 지지부를 독립한 회전 부재로 구성함으로써, 각 회전 부재에서의 미끄러짐을 가급적 억제하는 것이 가능해진다. 또한, 회전 부재로서는, 강구나 원주형상의 부재 등이 이용할 수 있다.

또한, 각 지지부에서의 구름 지지를, 강구를 이용함으로써 차동(差動) 미끄럼이 생기기 어려운 구성으로 하고, 가동부재와 고정부재 사이의 상대이동에서의 미끄럼마찰을 원리적으로 배제할 수 있다. 예를 들면, 제2 지지부에 의한 지지를 이하와 같이 구성함으로써, 미끄럼마찰의 배제를 기대할 수 있다.

(1) 상술한 진동 발전 장치에 있어서, 상기 제2 회전 부재가 구형상을 갖는 강구인 경우, 상기 지지 유지부에 의한 지지 상태의 유지가 행하여지고 있는 상태에 있어서, 상기 강구는, 그 강구의 낙하 방향에 대향하는 방향에서 그 강구를 지지하는 제1 접촉점과, 그 강구에 대해 상기 제1 방향과는 반대측에 위치하는 제2 접촉점을 통하여 상기 가동부재와 접촉함과 함께, 제3 접촉점을 통하여 상기 측방 내벽면과 접촉하고, 그리고, 상기 제1 접촉점, 상기 제2 접촉점, 상기 제3 접촉점을 이어서 형성되는 가상 삼각형은, 그 제3 접촉점을 정점(頂点)으로 하는 2등변삼각형으로 하여도 좋다.

(2) 상술한 진동 발전 장치에 있어서, 상기 제2 회전 부재는, 구형상을 갖는 강구인 경우, 상기 지지 유지부에 의한 지지 상태의 유지가 행하여지고 있는 상태에 있어서, 상기 강구는, 그 강구의 낙하 방향에 대향하는 방향에서 그 강구를 지지하는 제1 접촉점을 통하여 상기 가동부재와 접촉함과 함께, 제2 접촉점을 통하여 상기 측방 내벽면과 접촉하고, 그리고, 상기 제1 접촉점, 상기 제2 접촉점을 잇는 가상 직선은, 그 강구의 중심을 통과하도록 구성되어도 좋다.

또한, 본 발명을 외부로부터의 힘에 의해 발전 가능한 발전 장치의 관점에서 파악하는 것도 가능하다. 그 경우의 본 발명에 관한 발전 장치는, 복수의 일렉트릿으로 이루어지는 일렉트릿군과 복수의 전극으로 이루어지는 전극군 사이의 상대이동에 의해 발전을 행하는 발전 장치로서, 상기 일렉트릿군과 상기 전극군을 수용하는 몸체부와, 상기 일렉트릿군과 상기 전극군중 일방이 마련됨과 함께, 상기 몸체부측에 고정되는 고정부재와, 상기 일렉트릿군과 상기 전극군중 타방이 마련됨과 함께, 상기 고정부재에 대해 대향한 상태를 유지한 채로, 외부로부터의 힘에 의해 상대이동이 가능해지도록 상기 몸체부 내에 수용되는 가동부재와, 상기 일렉트릿군과 상기 전극군 사이에 공극을 규정하도록, 상기 몸체부 내의 저면에 대해 상기 가동부재를 상대이동 가능하게 지지하는 제1 지지부와, 상기 몸체부 내의 저면과 함께 상기 상대이동의 방향을 규정하는 상기 몸체부의 측방 내벽면에 대해, 상기 가동부재를 상대이동 가능해지도록 지지하는 제2 지지부와, 상기 몸체 내부의 측방 내벽면에 대해 상기 가동부재를 가세하고, 상대이동시에 있어서 상기 제2 지지부에 의한 그 가동부재의 지지 상태를 유지하는 지지 유지부를 구비한다. 상기 발전 장치에서도, 상술한 본 발명에 관한 진동 발전 장치에 관한 기술 사상이 적용될 수 있다.

따라서 당해 발전 장치에서는, 발전을 위해 외부로부터의 힘에 의해 가동부재가 고정부재에 대해 상대이동할 때에, 양자의 간극거리의 적절한 유지와 애지머스 증가의 억제가 실현될 수 있다. 또한, 당해 발전 장치에서의 가동부재의 상대이동의 형태로서는, 상기한 바와 같은 외부 진동에 의한 왕복운동에 더하여, 가동부재가 고정부재에 대해 일방향으로 이동하는 형태나, 가동부재가 고정부재에 대해 영속적으로 이동 가능한 형태(예를 들면, 고정부재가 환상(環狀)으로 형성되고, 가동부재가, 그 환상 내면 또는 외면을 이동하는 형태)를 예시할 수 있다.

또한, 본 발명을 진동 발전 장치의 조립 방법의 관점에서 파악하는 것도 가능하다. 그 경우, 본 발명은, 외부 진동에 의해, 복수의 일렉트릿으로 이루어지는 일렉트릿군과 복수의 전극으로 이루어지는 전극군이, 상대이동 방향으로 변위함으로써 발전을 행하는 진동 발전 장치의 조립 방법으로서, 상기 일렉트릿군과 상기 전극군을 수용하는 몸체부의 외부로부터, 그 일렉트릿군과 그 전극군중 일방이 마련된 고정부재를, 그 일렉트릿군 또는 그 전극군이 그 몸체부의 내부를 향한 상태로 그 몸체부 내에 삽입하는 공정과, 상기 삽입의 방향에 따라 상기 몸체부 내의 저면에 대해 소정의 높이를 갖는 위치에 위치 결정된 상기 몸체부측의 돌기부에, 상기 고정부재를 맞댄 상태로, 그 고정부재를 그 몸체부에 고정하는 공정과, 상기 일렉트릿군과 상기 전극군중 타방이 마련된 가동부재를 지지하고, 그 일렉트릿군과 그 전극군 사이의 간극을 규정하는 제1 지지부를, 상기 몸체부의 내부의 저면상에 배치하는 공정과, 상기 가동부재에 마련된 상기 일렉트릿군 또는 상기 전극군이 상기 고정부재측을 향하도록, 상기 가동부재를 상기 제1 지지 부재의 위에 배치하는 공정과, 상기 몸체부 내의 저면과 함께 상기 상대이동 방향을 규정하는 상기 몸체부의 측방 내벽면과, 상기 가동부재 사이에, 그 가동부재를 상대이동 가능해지도록 지지하는 제2 지지부를 배치하고, 그 몸체부 내의 측방 내벽면에 대해 그 가동부재를, 그 제2 지지부에 의해 지지된 상태로 가세하는 공정을 포함한다.

일렉트릿과 전극을 대향시킨 상태로 상대적으로 이동시킴으로써 발전을 행하는 진동 발전 장치에 있어서, 일렉트릿의 병렬과 전극의 병렬과의 어긋남(애지머스)을 가급적 저감하는 것이 가능해진다.

도 1은 본 발명의 실시예에 관한 진동 발전 장치의 일렉트릿군, 및 전극군의 개략 구성을 도시하는 도면.
도 2는 본 발명의 제1의 실시예에 관한 진동 발전 장치의 상면도.
도 3a는 도 2에 도시하는 진동 발전 장치의 제1의 단면도.
도 3b는 도 2에 도시하는 진동 발전 장치의 제2의 단면도.
도 4는 도 2에 도시하는 진동 발전 장치의 설치 상태를 도시하는 도면.
도 5a는 도 2에 도시하는 진동 발전 장치의 조립 과정을 도시하는 제1의 도면.
도 5b는 도 2에 도시하는 진동 발전 장치의 조립 과정을 도시하는 제2의 도면.
도 5c는 도 2에 도시하는 진동 발전 장치의 조립 과정을 도시하는 제3의 도면.
도 5d는 도 2에 도시하는 진동 발전 장치의 조립 과정을 도시하는 제4의 도면.
도 5e는 도 2에 도시하는 진동 발전 장치의 조립 과정을 도시하는 제5의 도면.
도 5f는 도 2에 도시하는 진동 발전 장치의 조립 과정을 도시하는 제6의 도면.
도 6은 본 발명의 제2의 실시예에 관한 진동 발전 장치의 상면도.
도 7은 본 발명의 제3의 실시예에 관한 진동 발전 장치의 상면도.
도 8은 본 발명의 제4의 실시예에 관한 진동 발전 장치의 상면도.
도 9a는 본 발명에 관한 진동 발전 장치에서의 가동부재와 측방 내벽면 사이의 지지 구조를 도시하는 제1의 도면.
도 9b는 본 발명에 관한 진동 발전 장치에서의 가동부재와 측방 내벽면 사이의 지지 구조를 도시하는 제2의 도면.
도 9c는 본 발명에 관한 진동 발전 장치에서의 가동부재와 측방 내벽면 사이의 지지 구조를 도시하는 제3의 도면.

이하에, 도면을 참조하여, 본 발명의 실시 형태에 관한 진동 발전 장치에 관해 설명한다. 또한, 이하의 실시 형태의 구성은 예시이고, 본 발명은 이 실시의 형태의 구성으로 한정되는 것이 아니다.

도 1은, 본 발명에 관한 진동 발전 장치(10)의 개략 구성, 특히, 외부 진동에 의한 발전을 행하는 가동부재(1)와 고정부재(5)의 각각에 마련된 일렉트릿군(1a) 및 전극군(5a)의 구성을 도시한다. 또한, 도 1에서는, 일렉트릿 및 전극이 병렬된 방향으로서, 고정부재(5)에 대한 가동부재(1)의 상대이동 방향을 X방향, 가동부재(1)와 고정부재가 대향하는 방향을 Z방향, X방향 및 Z방향에 직교하는 방향을 Y방향으로 한다. 그리고, 도 1은 진동 발전 장치(10)를 ZX평면으로 절단한 때의 단면도이다.

진동 발전 장치(10)에서, 가동부재(1) 및 고정부재(5)는, 후술하는 도 2 등에 도시하는 몸체(11)의 내부에 수납된다. 가동부재(1)와, 고정부재(5)는, 서로 대향한 상태를 유지한 채로, 상대적으로 이동 가능하게 구성되어 있고, 당해 상대이동을 가능하게 하는 가동부재(1)의 지지 구조에 관해서는 후술한다. 또한, 고정부재(5)는 몸체(11)에 고정되어 있다. 이에 대해, 가동부재(1)는, 그 양단이 각각 스프링(14)에 의해 몸체(11)에 연결되어 있기 때문에(도 2 등을 참조), 가동부재(1) 그 자체는, 외부 진동에 의해 몸체(11)에 고정된 고정부재(5)에 대해 상대적으로 왕복운동(진동)하도록 구성되어 있다.

또한, 가동부재(1)와 고정부재(5)는, 서로 대향한 상태에서, 또한 서로 평행한 상태를 유지한 채로, 즉 대향하는 면의 간격이 일정한 상태를 유지한 채로, 상대적으로 이동 가능하게 구성되어 있다. 이에 의해, 가동부재(1)측의 일렉트릿(2)의 작용에 의해 고정부재(5)측의 한 쌍의 전극(6, 7)에 전기 신호를 생성하는 것이 가능해진다. 이 전기 신호의 생성 원리에 관해서는 종래 기술이기 때문에, 본 명세서에서는 그 상세한 설명은 할애한다. 또한, 가동부재(1)와 고정부재(5) 사이의 간격을 유지하는 구성, 즉 양자의 원활한 상대이동을 유지하기 위한 구성에 관해서는 후술한다.

여기서, 가동부재(1)측의 구조에 관해 설명한다. 가동부재(1)는, 가동 기판(1b)상에, 일렉트릿군(1a)이 형성되어 있다. 이 일렉트릿군(1a)은, 가동부재(1)에서의 고정부재(5)와의 대향면측에 마련되고, 각각 도전체상에 형성된 복수의 일렉트릿(2)과, 모두 접지되지 않은 복수의 가드 전극(4)을 포함한다. 그리고, 고정부재(5)에 대한 가동부재(1)의 상대이동 방향(X방향)에 따라, 일렉트릿(2)과 가드 전극(4)이 교대로 병렬하도록 배치되어 있다. 이 복수의 일렉트릿(2)과 복수의 가드 전극(4)은 각각 빗형상(櫛狀)으로 형성되고, 각각의 일렉트릿(2)과, 각각의 가드 전극(4)이 크기의 차례로 포개어 넣어진 형상으로 배치되어 있지만, 상기한 바와 같이, 도 1은 ZX 단면도이기 때문에, 일렉트릿(2)과 가드 전극(4)이 교대로 배치되어 있는 것처럼 도시된다. 본 실시 형태에서는, 일렉트릿(2)은 마이너스의 전하를 반영구적으로 유지하도록 구성되어 있다.

또한, 가드 전극(4)에 관해서는, 본 실시 형태에서는 상기한 바와 같이 접지(接地)시키지 않는 구성을 채용하고 있지만, 그에 대신하여 접지시키는 구성을 채용하여도 좋다.

다음에, 고정부재(5)측의 구조에 관해 설명한다. 고정부재(5)는, 고정 기판(5b)상에, 전극군(5a)이 형성되어 있다. 이 전극군(5a)은, 고정부재(5)에서의 가동부재(1)와의 대향면측에 마련되고, 한 쌍의 전극(제1 전극(6)과 제2 전극(7))을 1조(組)로 하는 소(小)전극군을 복수조(組) 포함한다.

이와 같이 구성되는 진동 발전 장치(10)에서는, 외부 진동에 의한 복수의 일렉트릿(2)을 갖는 가동부재(1)의 고정부재(5)에 대한 상대적인 위치 변동에 기인하여, 전극(6, 7) 사이에 당해 상대적 위치 변동(진동)에 응한 기전력이 생겨, 발전이 행하여진다. 그리고, 발전된 전력은 정류기(20)에 의해 정류되어 진동 발전 장치(10)의 출력이 된다.

실시예 1

도 2, 도 3a, 도 3b에 제1의 실시예에 관한 진동 발전 장치(10)의 개략 구성을 도시한다. 도 2는, 진동 발전 장치(10)의 상면도(XY평면에서의 상면도)이고, 도 3a는, 도 2에서의 A-A 단면도(ZY평면에서의 단면도), 도 3b는, 도 2에서의 B-B 단면도(ZX평면에서의 단면도)이다. 단, 도 2는, 몸체(11)의 윗면(11c)이 벗겨져서, 그 내부가 상방에서 가시화된 상태를 나타내고 있다. 이들의 도면으로부터도 알 수 있는 바와 같이, 전극군(5a) 및 고정 기판(5b)을 포함하는 고정부재(5)와, 일렉트릿군(1a) 및 가동 기판(1b)을 포함하는 가동부재(1)는, 진동 발전 장치(10)의 몸체(11)에 수용되어 있다. 당해 몸체(11)는, 개략 직방체의 형상을 가지며, 윗면(11c)과 저면(11b), 가동부재(1)의 상대이동 방향인 X방향으로 연재된 1조의 측면(11a)과, 당해 상대이동 방향에 직교하는 측면으로서 Y방향으로 연재된 1조의 측면(11d)을 갖는다.

그리고, 도 3a에 도시하는 바와 같이, 고정부재(5)는, 전극군(5a)이 상방(몸체(11)의 내측)을 향하도록 하여, 몸체(11)의 저면(11b)에 고정되어 있다. 한편으로, 이와 같이 몸체(11)에 고정되는 고정부재(5)에 대해, 가동부재(1)는 지지용 강구(12)를 통하여 그 고정부재(5)에 대해 상대이동이 가능해지도록 지지되어 있고, 당해 지지가, 본 발명에 관한 제1 지지부에 의한 가동부재(1)의 지지에 상당한다. 구체적으로는, 도 3a, 도 3b에 도시하는 바와 같이, 가동부재(1)의 일렉트릿군(1a)측과 저면(11b)의 내벽면 사이에, 가동부재(1)를 지지 가능한 개수의 지지용 강구(12)가 배치된다. 즉, 저면(11b)의 내벽면상에 배치된 복수의 지지용 강구(12)의 위에, 또한 가동부재(1)가 배치되는 구성으로 되어 있다. 이와 같이 가동부재가 지지용 강구(12)로 지지된 상태에서, 가동부재(1)측의 일렉트릿군(1a)과, 고정부재(5)의 전극군(5a) 사이의 간격 거리가, 발전에 적합한 소정의 거리로 규정된다.

또한, 가동부재(1)에 관해서는, 고정부재(5)에 대한 상대이동에 있어서, 고정부재(5)측에 마련된 전극(6, 7)의 병렬과, 가동부재(1)측에 마련된 일렉트릿(2)의 병렬 사이의 애지머스를 저감시키기 위한 또 다른 지지 구조가 채용되어 있다. 구체적으로는, 가동부재(1)와 측면(11a)의 내벽면 사이에 또 다른 지지용 강구(13)가 배치되어 있다. 또한, 이 지지용 강구(13)는, 하방으로 낙하하지 않도록 가동부재(1)측의 구성에 의해 지지되어 있는데, 그 상세한 구성에 관해서는 후술한다. 측면(11a)의 내벽면과 대향하는, 가동 기판(1b)의 측면의 양단에 단부측 돌기(1d)와, 당해 가동 기판(1b)의 측면의 중앙 부분에 중앙 돌기(1c)가 설치되고, 단부측 돌기(1d)와 중앙 돌기(1c) 사이에, 지지용 강구(13)가 배치 가능한 지지용 홈(1e)이 형성된다. 따라서 도 2에 도시하는 바와 같이, 가동부재(1)의 좌우 각각에 2개씩, 지지용 홈(1e)이 형성되고, 각각에 지지용 강구(13)가 배치된다. 이와 같이 가동부재(1)의 측방에서, 몸체(11)의 내벽면과의 사이에 지지용 강구(13)를 배치시킴으로써, 고정부재(5)에 대한 가동부재(1)의 상대이동 방향에 따른 이동을 원활히 행하게 하는 것이 가능해진다. 그리고, 당해 지지가, 본 발명에 관한 제2 지지부에 의한 가동부재(1)의 지지에 상당한다.

또한, 가동부재(1)의 XY평면에서의 대강 중앙 부분에 마련된 접속부(15)를 통하여, 가동부재(1)와 몸체(11)의 2개의 측면(11d)의 각각과의 사이에 스프링(14)이 배치되어 있다. 도 2에 도시하는 상태에서는, 스프링(14)은 측면(11d)의 대강 중앙 부분에 접속되고, 각 스프링(14)에 의한 탄성력은, 상대이동 방향(X방향)으로 작용하도록 배치되어 있다. 스프링(14)의 탄성력에 의해, 외부 진동을 받은 가동부재(1)는 몸체(11) 내에서 왕복운동을 행하여, 효율적인 발전이 실현된다.

이와 같이, 본 실시예에 관한 진동 발전 장치(10)에서는, 가동부재(1)에 관해서는, 지지용 강구(12)에 의한 저면(11b)에 대한 지지와, 지지용 강구(13)에 의한 측면(11a)에 대한 지지가 독립해서 행하여지고 있게 된다. 이 양 지지가 존재함으로써, 기하학적 조건에 의해 상대이동 방향이 일의적으로 결정되게 되고, 고정부재(5)에 대한 가동부재(1)의 상대이동을 안정되게 행할 수 있다.

여기서, 지지용 강구(12)에 의한 저면(11b)에 대한 지지에 관해서는, 가동부재(1)의 자중의 적어도 일부가 지지용 강구(12)에 걸리기 때문에, 저면(11b)의 내벽면에 대한 지지용 강구(12)의 추종성은 상기 상대이동이 행하여지는 동안에 있어서 높게 유지된다. 한편으로, 지지용 강구(13)에 의한 측면(11a)에 대한 지지에 관해서는, 도 2 등에 도시하는 바와 같이 진동 발전 장치(10)가 XY평면에 수평으로 배치되는 경우에는, 원리적으로는, 지지용 강구(13)를 측면(11a)의 내벽면에 가압하는 힘이 작용하지 않기 때문에, 당해 내벽면에 대한 지지용 강구(13)의 추종성은, 상기 상대이동이 행하여지는 동안에 있어서 반드시 높게 유지된다고는 한할 수가 없다. 그리고, 그 추종성이 저하되면, 가동부재(1)의 상대이동의 흔들림을 생기게 하기 때문에, 상대이동에서의 전극(6, 7)의 병렬과 일렉트릿(2) 사이의 애지머스를 증대시킬 가능성이 있다.

그래서, 본 발명에 관한 진동 발전 장치(10)에서는, 지지용 강구(13)에 의한 측면(11a)에 대한 지지에 있어서, 지지용 강구(13)를 측면(11a)의 내벽면에 가압하는 힘을 작용시키기 위해, 도 4에 도시하는 구성을 채용한다. 도 4는, 진동 발전 장치(10)의 배치를 ZY평면으로 도시한 도면이다. 가동부재(1)는, 종이면(紙面)에 대해 수직 방향(X방향)으로 상대이동한다. 도 4에 도시하는 구성에서는, 진동 발전 장치(10) 전체가 ZY평면에서 경사된 상태로 유지된다. 구체적으로는, 진동 발전 장치(10)가, Y방향에 대해 경사각(θ)으로 기울어진 사면(斜面)을 갖는 경사 장치(16)의 당해 사면상에, 고정 장치(17)를 통하여 고정된다.

이 결과, 진동 발전 장치(10)는 발전을 행할 때에는, 도 4에 도시하는 바와 같이 ZY평면에서 경사 상태가 유지되게 된다. 이 경우, 가동부재(1)의 자중(Fg)은, 저면(11b)의 내벽면에 수직한 분력(Fg1)과, 측면(11a)의 내벽면에 수직한 분력(Fg2)으로 나누어져서, 각각의 지지용 강구(12, 13)를 통하여, 각각의 내벽면에 대해 작용한다. 그 때문에, 가동부재(1)의 상대이동이 행하여지는 동안에 있어서, 저면(11b)의 내벽면에 대한 지지용 강구(12)의 추종성은 높게 유지되면서, 측면(11a)의 내벽면에 대한 지지용 강구(13)의 추종성도 높게 유지된다. 따라서 지지용 강구(13)를 통하여 가동부재(1)를 측면(11a)의 내벽면에 가세하는, 진동 발전 장치(10)의 경사 상태로의 설치가, 본 발명에 관한 지지 유지부에 상당한다. 이 결과, 가동부재(1)의 상대이동 방향이, 저면(11b)의 내벽면과 측면(11)의 내벽면(11a)에 의해 일의적으로 규정되게 되기 때문에, 가동부재(1)의 상대이동에서의 상기 애지머스의 증가를 억제할 수 있고, 따라서, 진동 발전 장치(10)의 진동 효율의 저하를 회피할 수 있다.

<진동 발전 장치(10)의 조립에 관해>

여기서, 도 5a 내지 도 5f에 의거하여 진동 발전 장치(10)의 조립 방법에 관해 설명한다. 또한, 본 발명에 관한 진동 발전 장치(10)의 조립은, 이하에 나타내는 조립 방법으로 한정되지 않지만, 하기한 조립 방법은, 가동부재(1)의 상대이동시의 애지머스를 억제하는 구성을 용이하게 형성하는 방법으로서 극히 유용한 것이다. 또한, 도 5a 내지 도 5f의 각 도면에서, 상단은 상면도(XY 상면도)이고, 하단은 단면도(ZY 단면도)이다.

(공정 1)

도 5a에 도시하는 바와 같이, 고정 기판(5b)상에 전극군(5a)을 배치함으로써, 고정부재(5)를 형성한다. 전극군(5a)의 고정 기판(5b)에의 고정은, 접착제에 의한 접착이나 코킹이나 나사채움 등의 물리적인 고정 방법을 이용할 수 있다. 또한, 전극군(5a)을 고정 기판(5b)에 대해 정확하게 위치 결정하기 위해, 고정 기판(5b)측에 위치 결정용의 돌기 등을 마련하고, 당해 돌기 등에 전극군(5a)을 접촉시킨 다음 고정 기판(5b)에 고정하여도 좋다. 또한, 전극군(5a)을 고정하기 위한 치구를 이용하여도 좋다.

(공정 2)

다음에, 도 5b에 도시하는 바와 같이, 공정 1에서 작성한 고정부재(5)를, 전극군(5a)이 몸체(11)의 내부를 향하도록, 몸체(11)의 저면(11b)측부터 삽입한다. 이 때, 몸체(11)의 네모퉁이에는 높이 위치 결정용의 돌기부(11e)가 마련되어 있다. 이 돌기부(11e)의 하면(110)은, 몸체(11)의 저면(11b)의 내벽면(111)에 대해 정확하게 높이 치수가 규정되어 있다. 또한, 몸체(11)에는, 도 5b에서의 횡방향(Y방향)의, 몸체(11)에 대한 고정부재(5)의 위치를 정하기 위한 위치 결정 돌기부(11f)가 마련되어 있다. 그리고, 위치 결정 돌기부(11f)에 의해 횡방향의 위치 결정이 행하여지면서 저면(11b)측부터 몸체(11) 내에 삽입된 고정부재(5)는, 돌기부(11e)의 하면(110)에 부딪쳤던 상태에서, 저면(11)에 대해 고정된다. 이 고정부재(5)의 고정에는, 접착제에 의한 접착이나 코킹이나 나사채움 등의 물리적인 고정 방법을 이용할 수 있다.

(공정 3)

다음에, 도 5c에 도시하는 바와 같이, 가동 기판(1b)상에 일렉트릿군(1a)을 배치함으로써, 가동부재(1)를 형성한다. 일렉트릿군(1a)의 가동 기판(1b)에의 고정은, 접착제에 의한 접착이나 코킹이나 나사채움 등의 물리적인 고정 방법을 이용할 수 있다. 또한, 일렉트릿군(1a)을 가동 기판(1b)에 대해 정확하게 위치 결정하기 위해, 가동 기판(1b)측에 위치 결정용의 돌기 등을 마련하고, 당해 돌기 등에 일렉트릿군(1a)을 접촉시킨 다음 가동 기판(1b)에 고정하여도 좋다. 또한, 일렉트릿군(1a)을 고정하기 위한 치구를 이용하여도 좋다. 또한, 상술한 바와 같이 가동 기판(1b)과 측면(11a)의 내벽면 사이에 지지용 강구(13)를 배치시키기 위해, 일렉트릿군(1a)의 가동 기판(1b)에의 고정에 의해 지지용 홈(1e)이 형성된다.

(공정 4)

다음에, 도 5d에 도시하는 바와 같이, 공정 2에서 고정부재(5)가 고정된 몸체(11)에서, 저면(11b)의 내벽면(111)상에, 지지용 강구(12)를 배치한다. 이 내벽면(111)은, 고정부재(5)의 고정에 의해, 고정부재(5)의 측면과, 몸체(11)의 측면(11a) 사이에 위치한다. 또한, 도 5d는, 가동부재(1)를 안정되게 지지하기 위해(때문에) 4개의 지지용 강구(12)를 배치한 상태를 나타내고 있다.

(공정 5)

다음에, 도 5e에 도시하는 바와 같이, 공정 4에서 배치된 4개의 지지용 강구(12)의 위에, 공정 3에서 작성한 가동부재(1)를 싣는다. 이에 의해, 가동부재(1)상의 일렉트릿군(1b)의 표면은, 저면(11b)의 내벽면(111)을 기준으로 하여 지지용 강구(12)의 직경분만큼 상방에 위치하게 된다. 한편으로, 고정부재(5)상의 전극군(5a)의 표면에 관해서는, 내벽면(111)을 기준으로 높이가 정하여진 돌기부(11e)의 하면(110)에 당해 표면이 맞닿아짐으로써 그 높이가 결정된다. 따라서 일렉트릿군(1b)의 표면의 높이와, 고정부재(5)상의 전극군(5a)의 표면의 높이는, 모두 내벽면(111)이 기준이 됨으로써, 공정 5에서 가동부재(1)를 지지용 강구(12)상에 싣는 것만으로, 가동부재(1)와 고정부재(5)의 간격 거리를 정확하게 규정하는 것이 가능해진다.

(공정 6)

최후에, 도 5f에 도시하는 바와 같이, 공정 5에서 지지용 강구(12)상에 배치된 가동부재(1)의 지지용 홈(1e)에, 지지용 강구(13)를 둠과 함께, 가동부재(1)의 중앙 부분에 마련된 연결부(15)를 통하여 가동부재(1)와 몸체(11)의 측면(11d)을 연결하고, 윗면(11c)으로 덮개를 덮음으로써 몸체(11) 내에 가동부재(1) 등을 수용한다.

이와 같이 조립된 진동 발전 장치(10)를, 도 4에 도시하는 경사 장치(16)상에 측면(11a)이 하방에 오도록 설치함으로써, 지지용 강구(13)에 의한 지지 상태를 양호하게 유지하는 것이 가능해진다. 또한, 상기 조립 방법에서는, 몸체(11)의 내벽면(저면(11b)의 내벽면과, 측면(11a)의 내벽면)을 이용하여 지지용 강구(12, 13)를 배치하는 구성이기 때문에, 비교적 용이하게 조립을 행할 수 있다.

실시예 2

지지용 강구(13)에 의한 측면(11a)에 대한 지지에 있어서, 지지용 강구(13)를 측면(11a)의 내벽면에 꽉 누르는 힘을 작용시키는 구성에 관해, 도 6에 제2의 실시예를 도시한다. 본 실시예에서는, 연결부(15)를 통하여 가동부재(1)에 대해 연결되어 있는 2개의 스프링(14)에 대해, 당해 스프링(14)의 몸체(11)측의 연결 개소를, 상기 실시예 1의 연결 개소, 즉 측면(11d)의 중앙 부분보다도, 가압력을 작용시키는 측면(11a)측으로 거리(ΔL)만큼 근접한 위치로 하고 있다. 이 결과, 가동부재(1)가 스프링(14)으로부터 받는 탄성력(Fk1)의 방향이, 실시예 1에서의 방향(대강 상대이동 방향)보다도 측면(11a)측을 향하게 된다. 그리고, 스프링(14)으로부터의 탄성력의 합력(Fk2)이, 측면(11a)을 향하여 발생하고, 당해 합력이, 지지용 강구(13)를 측면(11a)의 내벽면으로 꽉 누르는 힘으로서 기능하게 된다. 이에 의해, 가동부재(1)의 상대이동 방향이, 저면(11b)의 내벽면과 측면(11)의 내벽면(11a)에 의해 일의적으로 규정되게 되기 때문에, 가동부재(1)의 상대이동에서의 애지머스의 증가를 억제할 수 있고, 따라서, 진동 발전 장치(10)의 진동 효율의 저하를 회피할 수 있다. 따라서 지지용 강구(13)를 통하여 가동부재(1)를 측면(11a)의 내벽면에 가세하는 2개의 스프링(14)이, 본 발명에 관한 지지 유지부에 상당한다.

또한 도 6에 도시하는 구성에서는, 2개의 스프링(14)이 1개소의 연결부(15)를 통하여 가동부재(1)에 연결되기 때문에, 복수 개소의 연결부에서 스프링(14)이 연결되는 경우에 비하여, 가동부재(1)에 회전력을 작용시키기 어려워진다. 상대이동 방향으로 상대이동을 행하는 가동부재(1)에 회전 운동이 생기면 발전을 위한 상대이동을 저해하게 되기 때문에, 상기 연결 구성은 발전 효율의 저하를 억제하는데 유용하다.

실시예 3

여기서, 도 7에 의거하여, 고정부재(5)에서의 전극군(5a)에 포함되는 전극의 병렬에 관한 제3의 실시예에 관해 설명한다. 몸체(11)를 제조함에 있어서, 지지용 강구(13)를 꽉 누르는 측면의 두께가 얇아질수록, 그 측면 자체가 만곡하기 쉬워진다. 도 7은, 당해 측면의 만곡의 정도를 과장하여 기재하는 것이고, 상기까지의 실시예와 구별하기 위해 당해 만곡 측면의 참조 번호를 11A로 하고 있다. 이와 같이 만곡한 측면(11A)에 대해 지지용 강구(13)를 꽉누른 상태로 가동부재(1)의 상대이동을 행하여도, 어느 정도의 애지머스의 저감은 기대할 수 있지만, 원래 측면(11A)의 만곡에 기인한 애지머스를 배제하는 것은 곤란하다.

그래서, 고정부재(5)의 전극군(5a)에서의 전극(6, 7)의 병렬을, 측면(11A)의 만곡에 응하여 조정함으로써, 측면(11A)의 만곡에 기인한 애지머스도 배제하는 것이 가능해진다. 예를 들면, 도 7에 도시하는 바와 같이, 측면(11A)이, 그 중앙 부분이 내측에 부풀도록 만곡하고 있는 경우에는, 전극(6, 7)이, 측면(11A)의 내벽면에 대해 수직하게 되도록 전극군(5a)을 형성한다. 따라서 도 7에 도시하는 예에서는, 전극군(5a)상의 전극 간격이, 도의 좌측(측면(11A)측)의 쪽이 우측보다도 좁아지도록, 각 전극이 배치된다.

이와 같이 고정부재(5)를 구성함과 함께, 지지용 강구(13)를 측면(11A)의 내벽면에 꽉누름으로써, 가령 측면(11A)이 만곡하고 있다고 하여도, 가동부재(1)의 상대이동에서의 애지머스의 증가를 억제할 수 있고, 따라서, 진동 발전 장치(10)의 진동 효율의 저하를 가급적 회피할 수 있다.

실시예 4

여기서, 도 8에 의거하여, 본 발명에 관한 진동 발전 장치(10)의 제4의 실시예에 관해 설명한다. 도 8에 도시하는 진동 발전 장치(10)에서는, 가동부재(1)의 Y방향에서의 중앙 부분에, 가동부재(1)의 상대이동 방향에 위치하는 측면(11d)측으로 돌출한 돌기부(18)가 마련되어 있다. 그리고, 가동부재(1)가 외부 진동에 의해 크게 진동한 경우, 이 돌기부(18)가 측면(11d)의 내벽면에 접촉하도록 구성되어 있다.

따라서 가동부재(1)의 진폭이 커진 경우는, 가동부재(1)는, 돌기부(18)에 대응하는 측면(11d)의 내벽면의 개소, 즉 당해 내벽면의 대강 중앙 부분에 대해 접촉하게 된다. 이와 같이 측면(11d)과 가동부재(1)의 접촉 부분이 중앙 부분에 가까운 개소일수록, 그 접촉 부분과 가동부재(1)의 회전 중심과의 거리를 단축할 수 있기 때문에, 접촉시에 가동부재(1)에 대해 작용하는 회전력을 경감할 수 있다. 그 결과, 진동 발전 장치(10)의 발전 효율의 저하를 억제할 수 있다.

실시예 5

여기서, 도 9a 내지 도 9c에 의거하여, 지지용 강구(13)를 통한 가동부재(1)의 지지 상태에 관해 설명한다. 도 9a 내지 도 9c는, 당해 지지 상태를 개략적으로 기재한 도면이고, 특히, 도 9a는, 상술한 실시예에 나타낸 바와 같이, 지지용 홈(1e) 내에 배치된 지지용 강구(13)에 의한 지지 상태를 개시하고 있다. 여기서, 도 9a에 도시하는 지지 상태에서는, 지지용 강구(13)와 가동부재(1)가 점(P1)과 점(Q1)에서 접촉함과 함께, 지지용 강구(13)와 측면(11a)의 내벽면과는 점(P2)에서 접촉하는 구성으로 되어 있고, 그리고, 접촉점(P1, Q1)에서의 지지용 강구(13)의 구름 반경이 다르기 때문에 차동(差動) 미끄럼이 생기기 쉽다. 예를 들면, 점(P1)에서는 굴림 마찰이 발생하지만, 점(P2)에서는 미끄럼마찰이 발생하기 때문에, 지지용 강구(13)에 의한 지지에 관해 내마모성의 저하나, 가동부재(1)의 가속도 성능의 저하 등이 우려된다.

그래서, 지지용 강구(13)를 통한 가동부재(1)의 지지 상태에 관해, 도 9b에 도시하는 지지 구성을 채용할 수도 있다. 당해 구성에서는, 지지용 홈(1e)에서, 지지용 강구(13)가 하방으로 낙하하지 않도록, 돌출한 사면(1g)에 의해 지탱됨과 함께(그 때의 지지용 강구(13)와 사면(1g)의 접촉 부분은 점(P4)으로 된다), 사면(1g)의 상방에 마련된 반구면형상의 돌기부(1f)에 대해 지지용 강구(13)가 접촉한다. 이 때, 지지용 강구(13)와 돌기부(1f)는 점(P5)에서 접촉함과 함께, 지지용 강구(13)와 측면(11a)의 내벽면과는 점(P6)에서 접촉한다. 그리고, 점(P4), 점(P5), 점(P6)의 상관(相關)에 관해서는, 점(P6)을 정점으로 하는 2등변삼각형이 형성되도록, 사면(1g), 돌기부(1f)의 크기, 형상이 설계된다. 그 결과, 점(P4)과 점(P5)에서의 지지용 강구(13)의 구름 반경을 같게 할 수 있고, 따라서 차동 미끄럼의 발생을 억제할 수 있다.

또한, 지지용 강구(13)에서의 차동 미끄럼의 발생을 억제하는 구성으로서고, 도 9c에 도시하는 구성도 채용할 수 있다. 당해 구성에서는, 지지용 홈(1e)에서, 지지용 강구(13)가 하방으로 낙하하지 않도록, 사면(1h)에 의해 지탱되고, 이 때 지지용 강구(13)는 점(P7)에서 사면(1h)과 접촉한다. 그리고, 당해 사면(1h)과 평행한 사면(11a1)이, 측면(11a)의 내벽면측에 형성되고, 지지용 강구(13)는, 이 사면(11a1)에 대해 점(P8)을 통하여 접촉한다. 도 9c에 도시하는 구성에서는, 지지용 강구(13)는, 점(P7)과 점(P8)만으로 접촉하고, 이들, 점(P7)과 점(P8)의 관계에 관해서는, 점(P7)과 점(P8)을 잇는 선이, 지지용 강구(13)의 중심을 통과하도록, 사면(1h, 11a1)의 형상이 설계된다. 그 결과, 지지용 강구(13)에서의 차동 미끄럼의 발생을 억제할 수 있다.

실시예 6

여기서, 가동부재(1)와 고정부재(5)의 원활한 상대이동을 실현하기 위해서는, 지지용 홈(1e)에서의 지지용 강구(13)가, 홈(1e)의 양단(중앙 돌기(1c), 단부측 돌기(1d))과 접촉하지 않는 것이 바람직하다. 따라서 지지용 홈(1e)의 길이(상대이동 방향의 길이)는, 지지용 강구(13)의 직경에, 가동부재(1)의 최대 진폭을 가(加)한 길이 이상인 것이 바람직하다. 또한, 가동부재(1)의 최대 진폭은, 상정된 외부 진동에 의해 가동부재(1)가 상대이동을 행할 때의 진폭의 최대치이고, 예를 들면, 가동부재(1)가 ±2㎜로 상대이동(진동)한 경우에는, 그 최대 진폭 2㎜가로 된다.

<그 밖의 실시예>

상술한 실시예에서는, 외부 진동에 의해 가동부재(1)가 고정부재(5)에 대해,

왕복운동이 되는 상대이동을 함으로써 발전이 행하여졌지만, 이것과는 다른 상대이동을 행하는 것으로 발전을 행하는 발전 장치에도, 상술한 실시예에서 개시된 애지머스 억제의 구성을 적용할 수 있다. 예를 들면, 외부로부터의 힘에 의해, 리니어 모터와 같이 가동부재가 고정부재에 대해 일방향으로 이동함으로써 발전하는 장치나, 고정부재가 환상(環狀)으로 형성되며 또한 그 고정부재의 내측의 표면 또는 외측의 표면상을, 가동부재가 영속적으로 일방향, 또는 왕복하여 회전 이동함으로써 발전한 장치에도, 상기 애지머스 억제의 구성은 알맞게 적용될 수 있다.

1 : 가동부재 1a : 일렉트릿군
1b : 가동 기판 1e : 지지용 홈
2 : 일렉트릿 5 : 고정부재
5a : 전극군 5b : 고정 기판
6, 7 : 전극 10 : 진동 발전 장치
11 : 몸체 11a : 측면
11b : 저면 11d : 측면
12 : 지지용 강구 13 : 지지용 강구
14 : 스프링 15 : 연결부
16 : 경사 장치 18 : 돌기부

Claims (11)

1. 외부 진동에 의해, 복수의 일렉트릿으로 이루어지는 일렉트릿군과 복수의 전극으로 이루어지는 전극군이, 상대이동 방향으로 변위함으로써 발전을 행하는 진동 발전 장치로서,
   상기 일렉트릿군과 상기 전극군을 수용하는 몸체부와,
   상기 일렉트릿군과 상기 전극군중 일방이 마련됨과 함께, 상기 몸체부측에 고정되는 고정부재와,
   상기 일렉트릿군과 상기 전극군중 타방이 마련됨과 함께, 상기 고정부재에 대해 대향한 상태를 유지한 채로, 외부 진동에 의해 상대이동이 가능해지도록 상기 몸체부 내에 수용되는 가동부재와,
   상기 일렉트릿군과 상기 전극군 사이의 간극을 규정하도록, 상기 몸체부 내의 저면에 대해 상기 가동부재를 상대이동 가능하게 지지하는 제1 지지부와,
   상기 몸체부 내의 저면과 함께 상기 상대이동 방향을 규정하는 상기 몸체부의 측방 내벽면에 대해, 상기 가동부재를 상대이동 가능해지도록 지지하는 제2 지지부와,
   상기 몸체부 내의 측방 내벽면에 대해 상기 가동부재를 가세하고, 상대이동시에 있어서 상기 제2 지지부에 의한 그 가동부재의 지지 상태를 유지하는 지지 유지부를 구비하는 것을 특징으로 하는 진동 발전 장치.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 제2 지지부에 의한 상기 가동부재의 지지가 행하여지는 상기 측방 내벽면을, 상기 진동 발전 장치의 설치면을 기준으로 하여 하방에 배치시키도록 상기 몸체부를 경사시키는 경사부를, 또한 구비하고,
   상기 지지 유지부는, 상기 경사부에 의해 상기 몸체부를 경사시킴으로써, 상기 가동부재의 자중에 의해 그 가동부재를 상기 측방 내벽면에 대해 가세하는 것을 특징으로 하는 진동 발전 장치.
3. 제 1항에 있어서,
   상기 가동부재와 상기 몸체부 사이에 마련된 복수의 탄성 부재를, 또한 구비하고,
   상기 지지 유지부는, 상기 복수의 탄성 부재에 의해 상기 가동부재에 대해 생기는 탄성력의 합력에 의해, 그 가동부재를 상기 측방 내벽면에 대해 가세하는 것을 특징으로 하는 진동 발전 장치.
4. 제 3항에 있어서,
   상기 복수의 탄성 부재는, 상기 가동부재에 대해 1개소의 연결부를 통하여 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 진동 발전 장치.
5. 제 1항에 있어서,
   상기 지지 유지부는, 상기 가동부재와 상기 측방 내벽면 사이에 양자를 접근시키도록 작용하는 소정의 물리력에 의해, 그 가동부재를 그 측방 내벽면에 대해 가세하는 것을 특징으로 하는 진동 발전 장치.
6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 진동 발전에 관련되는, 상기 일렉트릿군에 포함되는 복수의 일렉트릿과 상기 전극군에 포함되는 복수의 전극과의 겹침 면적이 최대가 되도록, 상기 상대이동 방향을 규정하는 상기 측방 내벽면의 형상에 의거하여, 그 일렉트릿군에서의 그 복수의 일렉트릿의 병렬과, 그 전극군에서의 그 복수의 전극의 병렬이 결정되는 것을 특징으로 하는 진동 발전 장치.
7. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 가동부재는, 상기 상대이동 방향에 따라 그 가동부재가 변위한 때에, 상기 몸체부의 내벽면으로서 그 가동부재의 그 상대이동 방향에 위치하는 이동 방향 내벽면과 접촉하는 접촉부를, 그 이동 방향 내벽면에 대향하는 그 가동부재의 폭에서의 중앙 부위에 갖는 것을 특징으로 하는 진동 발전 장치.
8. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제1 지지부는, 상기 몸체부 내의 저면과 상기 가동부재 사이에 끼여져서 배치된 제1 회전 부재에 의해, 그 가동부재를 구름 지지하고,
   상기 제2 지지부는, 상기 측방 내벽면과 상기 가동부재 사이에 끼여져서 배치되는 제2 회전 부재에 의해, 그 가동부재를 구름 지지하는 것을 특징으로 하는 진동 발전 장치.
9. 제 8항에 있어서,
   상기 제2 회전 부재는, 구형상을 갖는 강구로서,
   상기 지지 유지부에 의한 지지 상태의 유지가 행하여지고 있는 상태에서, 상기 강구는, 그 강구의 낙하 방향에 대향하는 방향에서 그 강구를 지지하는 제1 접촉점과, 그 강구에 대해 상기 제1 방향과는 반대측에 위치하는 제2 접촉점을 통하여 상기 가동부재와 접촉함과 함께, 제3 접촉점을 통하여 상기 측방 내벽면과 접촉하고,
   상기 제1 접촉점, 상기 제2 접촉점, 상기 제3 접촉점을 이어서 형성되는 가상 삼각형은, 그 제3 접촉점을 정점으로 하는 2등변삼각형이 되는 것을 특징으로 하는 진동 발전 장치.
10. 제 8항에 있어서,
    상기 제2 회전 부재는, 구형상을 갖는 강구로서,
    상기 지지 유지부에 의한 지지 상태의 유지가 행하여지고 있는 상태에서, 상기 강구는, 그 강구의 낙하 방향에 대향하는 방향에서 그 강구를 지지하는 제1 접촉점을 통하여 상기 가동부재와 접촉함과 함께, 제2 접촉점을 통하여 상기 측방 내벽면과 접촉하고,
    상기 제1 접촉점, 상기 제2 접촉점을 잇는 가상 직선은, 그 강구의 중심을 통과하는 것을 특징으로 하는 진동 발전 장치.
11. 복수의 일렉트릿으로 이루어지는 일렉트릿군과 복수의 전극으로 이루어지는 전극군 사이의 상대이동에 의해 발전을 행하는 발전 장치로서,
    상기 일렉트릿군과 상기 전극군을 수용하는 몸체부와,
    상기 일렉트릿군과 상기 전극군중 일방이 마련됨과 함께, 상기 몸체부측에 고정되는 고정부재와,
    상기 일렉트릿군과 상기 전극군중 타방이 마련됨과 함께, 상기 고정부재에 대해 대향한 상태를 유지한 채로, 외부로부터의 힘에 의해 상대이동이 가능해도록 상기 몸체부 내에 수용되는 가동부재와,
    상기 일렉트릿군과 상기 전극군 사이에 공극을 규정하도록, 상기 몸체부 내의 저면에 대해 상기 가동부재를 상대이동 가능하게 지지하는 제1 지지부와,
    상기 몸체부 내의 저면과 함께 상기 상대이동의 방향을 규정하는 상기 몸체부의 측방 내벽면에 대해, 상기 가동부재를 상대이동 가능해지도록 지지하는 제2 지지부와,
    상기 몸체 내부의 측방 내벽면에 대해 상기 가동부재를 가세하고, 상대이동시에 있어서 상기 제2 지지부에 의한 그 가동부재의 지지 상태를 유지하는 지지 유지부를 구비하는 것을 특징으로 하는 발전 장치.

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