【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は発電装置に係り、特に各種携帯用電気機器、及び携帯用情報端末、或いは商用二次電池に対して、主に歩行運動を行うことで電力を供給する携帯用歩行発電装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の携帯用歩行発電装置として、特許出願、及び実用新案出願されたものには、履物の一部に着用者の体重に起因する圧力を起電力に変換する発電装置、蓄電手段、電力出力手段を履物に内蔵した、先行技術文献番号「特開昭６３−１４５６０１」の「発電装置を具えた履物」や、「特開平６−１４１５２４」の「充電靴」があり、その他、踏み圧をクランクを介して垂直方向の回転運動に変換し、回転式発電機を駆動させる「実用登録３０６７２５０」の「発電靴」、踏み圧をねじシャフトと圧縮ばねによって水平方向の回転運動に変換し、歯車により回転力を伝達して回転式発電機を駆動させる「実開平６−２１３６３」の「ダイナモシューズ」、踏み圧を利用して空気ポンプを作動させて空気流を起こし、当該空気流によってタービンを回転させて回転式発電機を駆動させる「特開２０００−２３６９０４」の「発電機能付き靴」、履物の踵部に内臓された磁気歪素子に歩行、及び走行時に生じる衝撃に起因する振動、及び圧力変化を伝達して当該磁気歪素子を変形させて磁界を変化させ、該磁界の変化をコイルを通すことにより誘導起電力を発生させる「特開平９−１６３７７１」の「発電方法及び装置並びに携帯用発電装置」など、発電手段も多岐にわたる。
【０００３】
そして、その発電手段に圧電素子による起電力を利用するものも存在し、上記「特開平６−１４１５２４」の請求項２や、「特開平１１−２９０４０４」の「歩行補助具」の発電手段に用いられている。
【０００４】
上記までの従来の携帯用歩行発電装置は、そのほとんどが履物の、踵部を主とする底部に発電手段、及び蓄電手段を内蔵し、該履物の一部に電力出力手段、或いは充電手段を有している。これらは、携帯可能で歩行活動に起因する発電装置の形態のひとつの総称として、発電手段を備えた履物と呼べる。
【０００５】
これら発電手段を備えた履物は、発電装置、及び蓄電手段を内蔵する為に必要な高さを持つ空間を、履物底部を上げ底にすることや、踵部を高めにすることで確保している。また、履物底部は材質の選択や構造次第で、内蔵させた該発電装置、及び該蓄電手段の破損防止と、人間工学的に人体を保護する機能を両立させられる可能性が高く、履物自体は人体の足裏に密着、或いは追従させることができることから、人間の歩行、及び走行を阻害することは無い。携帯用歩行発電装置として実現できる条件を備え持った道具として、履物は最適であったと推測できる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の携帯用歩行発電装置、とりわけ発電手段を備えた履物を実現させるうえで、幾つかの問題点を指摘できる。
【０００７】
その一つに、発電装置の破損防止、及び人体の保護を兼用する履物底部の構造の難しさがある。底部が薄ければクッション性を損ないやすく、歩行、及び走行時の衝撃により、発電装置や蓄電手段は精密である程、或いは構成部品の材質が硬質、かつ脆い程、破損しやすくなってしまう。また、使用者である人体にも、地面、及び内蔵される該発電装置、及び該蓄電手段から受ける衝撃が緩衝されきれず伝わり、悪影響を及ぼすこともありえる。そして、履物底部を厚くすれば、履物の自重が増加することによる使用者の足にかかる負荷、及び疲労度は増し、歩行時のバランスのとりにくさによる歩き難さへとつながる。このことから履物底部の構造如何によっては、実用的な履物として中途半端なものとなりやすく、事故が起きる可能性もありえるという問題点がある。
【０００８】
次に、使用者の要望に応じて、ビジネスシューズ、登山靴、スニーカーといった用途、目的、環境に即した多種多様の履物の形態を有する携帯式歩行発電装置を用意することが可能か、そして、個人的嗜好にも対応して、既存の履物を発電手段を備えた履物として後加工、改造することや、オーダーメイドなどの特別受注生産にも対応することが可能かという、本当に使用者が希望する履物の形状や性能を持った携帯用歩行発電装置を提供することがどこまで実現可能なのかという問題点がある。
【０００９】
以上のとおり、履物本来の目的を維持させたうえで発電手段を付加させることは、とてもデリケートなバランスの上で成り立つものとなり、携帯用歩行発電装置の提供者があらゆる用途、目的に即した履物の種類を用意できる程の経験、知識、技術、生産施設を有さなければならず、該発電手段を備えた履物を実現させる為には履物メーカーの協力が不可欠となる。そして、その場合にも発電手段を備えた履物を生産する為に費やす工程数、ひいては生産コストは履物のみの場合と比較して増加することはあっても、減少することはありえない。
【００１０】
他に、発電手段を備えた履物が有する電力の出力手段と、電力を供給する対象となる種携帯用電気機器、及び携帯用情報端末、或いは商用二次電池とを結ぶ手段として、大抵の場合、足下から延びる電気ケーブルなどが必需となるが、該発電手段を備えた履物を使用する際に使用者が当該電気ケーブルの存在を疎ましく感じる場合や、特に女性がスカートなどを着用して当該携帯用歩行発電装置を使用する場合は、足下から延びるケーブルが美的外観を損なうといった生理的、心情的な問題点もある。
【００１１】
本発明の課題は、上記までの発電手段を備えた履物の有する問題点を、履物自体に発電手段を内蔵させる以外の方法をとることで解決し、人間の歩行時の運動エネルギーを有効利用し、なおかつ、人体の動作に支障のないように身体の一部に装着したうえで、各種携帯用電気機器、及び携帯用情報端末、或いは商用二次電池に電力を供給する携帯用歩行発電装置を提供することを目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の手段は、次の通りである。
【００１３】
請求項１記載の発明は、外力を与えて変形させると電荷を発生する圧電素子に柔軟性に優れた圧電性高分子を用い、歩行、及び走行時に関係する運動エネルギーを利用するのに最適と思われる人体の部位に設置する該圧電性高分子による起電力を得る手段を有した発電部と、発電部で得た電力を活用するのに最適と思われる人体の部位に装着する、前記起電力を得る手段によって得た電力を整流する整流手段と、前記整流された電力を蓄積する蓄電手段と、前記蓄電手段による蓄電を経て安定した電力を出力供給する出力手段を備えた蓄電、及び電力出力部とで構成され、該発電部と該蓄電、及び出力部とが電気的に接続されていることを特徴としている。
【００１４】
上記の圧電性高分子には代表的なものにポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）がある。ポリフッ化ビニリデンは優れた柔軟性、加工性、耐衝撃性、耐水性、科学的安定性を兼ね備えており、セラミックス系圧電材料、すなわち圧電セラミックスの代表的な材質であるチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）と比較した場合、およそ２０倍に及ぶ高耐電圧性と、およそ１０倍の高い電圧出力を得られるといった特徴を有する。
【００１５】
圧電セラミックスではなく、圧電性高分子を使用することの利点は、高い高耐電圧性と電圧出力の他、その柔軟性と耐衝撃性にあり、圧電セラミックスでは不可能な人体の伸縮の動きに追従させて曲げの力が働いても、圧電セラミックスでは破損してしまう衝撃力を加えても、問題無く電圧を発生する。
【００１６】
また、圧電性高分子は軽く、柔らかで、特定の固有振動数を持ちにくいことから、特別な保護手段無しでも人体が圧電性高分子から受ける装着時の異物感や衝撃の反動といったダメージは少なく抑えられる。さらに、衝撃吸収用の高弾性体を配置、組み合わせれば、人体を歩行、及び走行に係る衝撃から保護する機能を付加することが容易にできる。
【００１７】
圧電性高分子は成形する際にフィルム状に薄膜化することが容易にできる。しかし、圧電効果で発生する電力は静電気に似ており、電極が無ければ発生した電力を取り出すことはできない為、表面、裏面に各々全面にわたる導電性の皮膜層を設けて電極とし、無用な電荷の漏れ防止に、全体を絶縁体の保護皮膜で被ったシート状のものを発電機関として使用する。また、同様の構造のものがピエゾフィルムと呼称され、両面の電極や保護皮膜を含めても４０μｍ〜２００μｍの厚さのものが製造されている。
【００１８】
上記圧電性高分子の持つ特徴を応用して、芯線と編み線間の絶縁体に該圧電性高分子を使用した同軸ケーブルを作ると、該同軸ケーブルに衝撃や伸張の力を与えた場合、力の大きさに比例した電圧変位が生じ、起電力を得られる。この場合は、芯線と編み線が電力を取り出す電極となる。こちらも同様の構造のものがピエゾケーブルと呼称され、製造されている。
【００１９】
上記のピエゾフィルムは、複数枚を積層しても発電装置を数ｍｍの厚さに抑えることができる。また、上記ピエゾケーブルは外径３ｍｍ程度である。この為、靴の中敷、及び衣類の一部に内蔵することが可能となる。
【００２０】
また、ピエゾケーブルは今後の技術の向上により、更に細い外径のものや、布のように編み込んだピエゾクロスとでも呼べるものの出現も予測できる。
【００２１】
そして、請求項２記載の発明は、請求項１記載の携帯用歩行発電装置において記した起電力を得る手段として、靴の中敷に圧電性高分子を内蔵して、人間の歩行、及び走行時に足裏と履物の接地面の両方から掛かる、衝撃に起因する圧力変化による変形をおこして圧電効果を発生させること、及び圧電性高分子の柔軟性に優れた特性を活用し、足裏の足指の付け根付近の屈伸の動きに該圧電性高分子を追従させて、伸長、及び圧縮変形による圧電効果を発生させることを特徴とする。
【００２２】
上記の靴の中敷の形態を持った携帯用歩行発電装置があれば、該携帯用歩行発電装置の使用者は、自分の所持する行動の用途、及び目的にかなった履物を履いたうえで発電を行うことが可能となり、その他の発電手段を備えた履物が有する問題点のほとんどを解決できる。
【００２３】
また、請求項３記載の発明は、請求項１記載の携帯用歩行発電装置において記した起電力を得る手段として、衣類の適所に圧電性高分子を内蔵して、人間が歩行、走行、及び屈伸運動を行う際に関係する腰や、股関節、膝といった関節を起点とした人体の屈伸、及び伸縮の動きに該圧電性高分子を追従させて伸長、及び圧縮変形による圧電効果を発生させることを特徴とする。
【００２４】
衣類の一部に発電機関を内蔵した携帯用歩行発電装置の対象となる衣類の種類は、歩行に関係する部分、少なくとも腰下から足のつま先までを発電装置の設置の範囲とするものの為、具体的には靴下、アンダーパンツ、スパッツ、タイツ、ストッキング、スラックス、ジャンプスーツ（ツナギ服）などが思い浮かぶ。これら衣類に発電機関を内蔵することで、不用意に長い接続用ケーブルは必要なくなり、足下から延びるケーブルに係る問題点を解決できる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
発明の実施の形態を実施例にもとづき、図面を参照して説明する。
【００２６】
図１は、請求項２記載の発明の携帯用歩行発電装置に適用する実施例の、起電力を得る手段を靴の中敷に内蔵した構造を有する携帯用歩行発電装置の構成概要図であり、発電部である靴の中敷１は、あらかじめ靴の中に設置した状態で使用することを前提条件としている。尚、本図では右足用のみで左足用は略しているが、左右両足用にて構成することにより実用度は高まる。
【００２７】
上記の条件を満たしたうえで人体に装着し、歩行等の運動を開始すると、踵を地面に着地させた瞬間、靴底を土台として人体の踵裏から加わる圧力、及び衝撃力は衝撃吸収用の高弾性体２が受け止め、変形しつつ横方向の力へと変換されて放射状に拡散し、高弾性体２の周囲を密着して取り囲んだピエゾケーブル３を伸長する力として伝達される。その結果、圧電効果が発生し、発生した電圧はピエゾケーブル３の芯線側電極４と編み線側電極５から起電力として取り出される。
【００２８】
上記にてピエゾケーブル３に変形の為の力を入力すると、電圧０Ｖから変形率に比例した電圧変位が生じるが、そのままの変形状態を保持すると電極を通して放電し、次第に０Ｖまで降下してゆく。踵が地商から離れた瞬間に、高弾性体２とピエゾケーブル３は外力を受けない変形前の形状へと復元し、このとき、先の発生した電圧と同等に近い逆極性の電位を生じさせる。そして、次に変形する為の力が入力されなければ、次第に０Ｖまで降下してゆく。以上の一連の行程を連続して繰り返すことにより、脈動する交流波形の電力を得る事ができる。
【００２９】
一方、人の歩行は、踵から着地し、踏み出す時はつま先で地面を蹴り、左右の足でこれを繰り返して進む。地面を蹴る瞬間、人の足は足の指の付け根を起点にして、くの字形に屈伸している。この瞬間に足の指の付け根付近に掛かる圧力、及び曲げの応力をピエゾフィルム６で受けることで、ピエゾフィルム６は伸長、及び圧縮変形して圧電効果を引き起こす。その結果として発生した電圧は導電性皮膜による表側電極７と裏側電極８から起電力として取り出される。
【００３０】
ピエゾフィルム６は変形すると、電圧０Ｖから面積と厚みによって決まる一定の電圧まで上昇し、そのままの変形状態を保持すると次第に０Ｖへと降下してゆく。そして、該変形した状態から変形前の初期の形状へ復元する過程にて、先の発生した電圧と同等に近い逆極性の電位を生じ、次に変形するための力が入力されなければ次第に０Ｖまで降下してゆく。以上の一連の行程を連続して繰り返すことにより、脈動する交流波形の電力を得る事ができる。
【００３１】
ピエゾケーブル３の電極４、５、及びピエゾフィルム６に接する電極７、８から取り出された電力は、配線や、接続されているケーブル９を通じて各々が整流手段としてのダイオードブリッジ１０Ａ、及び１０Ｂを経て整流された直流波形の電力として合流し、蓄電手段としての蓄電池１１にて蓄電された後に、電力を出力する手段としての出力端子１２から電力を各種携帯用電気機器、及び携帯用情報端末、或いは商用二次電池に供給することができる。
【００３２】
次に、図２は請求項３記載の、起電力を得る手段を衣類の一部に内蔵した構造を持つ携帯用歩行発電装置に適用する実施例の構成概要図であり、本図では一例としてスパッツタイプを表している。
【００３３】
人体１００に、発電機関を内蔵する本体であるスパッツ１０１を装着して、歩行等の運動を開始すると、人体１００の股関節を起点とする胴体、臀部、足の付け根の連動した動きは、スパッツ１０１の左右の適所に、人体１００に密着するように配置されたピエゾフィルム１０２Ａ、及びピエゾフィルム１０２Ｂを各々に伸長、及び圧縮変形させる力として作用する。その際、ピエゾフィルム１０２Ａ、或いは１０２Ｂは圧電効果を引き起こし、ピエゾフィルム１０２Ａに発生した電圧は、接する表側電極１０３Ａと裏側電極１０４Ａから、ピエゾフィルム１０２Ｂに発生した電圧は、接する表側電極１０３Ｂと裏側電極１０４Ｂから起電力として取り出される。
【００３４】
歩行の動作として、踏み出すために前方に振り出した左右どちらかの足が地面に着地し、もう一方の足を振り出した時の重心移動と、体勢、及び慣性を保つ為に人体の後方へと移行してゆくと、ピエゾフィルム１０２Ａ、或いはピエゾフィルム１０２Ｂは、先に入力された力よる変形から外力を受けない初期の形状へと復元し、さらに先程と逆方向の変形へと移行する。上記からの一連の歩行の行程を繰り返すことで、脈動する交流波形の電力を得る事ができる。
【００３５】
ピエゾフィルム１０２Ａに接する表側電極１０３Ａと裏側電極１０４Ａ、ピエゾフィルム１０２Ｂに接する表側電極１０３Ｂと裏側電極１０４Ｂから各々取り出された電力は、配線や接続用ケーブル１０５を通じて、各々が整流手段としてのダイオードブリッジ１０６Ａ、及び１０６Ｂを経て整流された直流波形の電力として合流し、蓄電手段としての蓄電池１０７にて蓄電された後、電力を出力する手段としての電力出力端子１０８から電力を各種携帯用電気機器、及び携帯用情報端末、或いは商用二次電池に供給することができる。
【００３６】
【発明の効果】
以上のように本発明を実施することにより、これまで看過されてきた人間の歩行、及び走行時に足裏と履物の接地面に掛かる衝撃力や圧力、或いは人体の関節を起点とする屈伸等の曲げの力を有効利用して電力を得る手段を得ることができる。
【００３７】
そして、靴の中敷、及び衣類の形態を持つ、これら本発明の携帯用歩行発電装置は、発電部と蓄電、及び電力出力部を分散して身体に装着することにより、従来の携帯用歩行発電装置のほとんどが採用する、履物に発電装置、蓄電手段、電力出力手段を内蔵した形態のものよりも軽量で、単純な構造となり、部品交換も容易となって使用寿命が延びる。
【００３８】
さらに、これら本発明の携帯用歩行発電装置の使用者は、電力の供給設備、及び施設の無い場所においても電力を入手できる手段を得ることが可能となり、屋外の業務、レジャー、過酷な環境での活動など多様な目的、及び環境下での使用にも、履物を変えたり、着衣を工夫することにより対応できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】起電力を得る手段を靴の中敷に内蔵した構造を有する携帯用歩行発電装置の構成概要図である。
【図２】起電力を得る手段を着衣の一部に内蔵した構造を有する携帯用歩行発電装置の実施例の構成概要図である。
【符号の説明】
１ 靴の中敷
２ 衝撃吸収用高弾性体
３ ピエゾケーブル
４、５、７、８、１０３Ａ、１０３Ｂ、１０４Ａ、１０４Ｂ 電極
６、１０２Ａ、１０２Ｂ ピエゾフィルム
９、１０５ 接続用ケーブル
１０Ａ、１０Ｂ、１０６Ａ、１０６Ｂ ダイオードブリッジ
１１、１０７ 蓄電池
１２、１０８ 電力出力端子
１００ 人体
１０１ スパッツ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a power generating device, and more particularly to a portable walking power generating device that supplies power to various portable electric devices, portable information terminals, or commercial secondary batteries by mainly performing a walking motion. is there.
[0002]
[Prior art]
As a conventional portable walking power generator, a patent application and a utility model application include a power generator, a power storage unit, and a power output unit that convert pressure due to the weight of a wearer into electromotive force in a part of footwear. There is a prior art document number "Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-145601""footwear equipped with a power generating device" and "Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-141524""chargingshoes". Is converted to vertical rotation through the "power generation shoes" of "Practical registration 3067250" to drive the rotary generator, the tread pressure is converted to horizontal rotation by the screw shaft and compression spring, "Dynamo shoes" of "Japanese Utility Model Application Laid-Open No. 6-21363" that transmits a rotational force to drive a rotary generator, activates an air pump using a stepping pressure to generate an air flow, and the air flow causes a turbulence. To rotate the rotary generator by rotating the "shoes with a power generation function" of "JP-A-2000-236904", walking on a magnetostrictive element incorporated in the heel of footwear, and vibration caused by impact generated during running, And generating a induced electromotive force by transmitting a pressure change and deforming the magnetostrictive element to deform the magnetostrictive element and passing the change in the magnetic field through a coil. There are a wide variety of power generation means such as "portable power generation devices."
[0003]
Some of the power generation means use electromotive force generated by a piezoelectric element, and the power generation means of claim 2 of "Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-141524" and the power generation means of "walking aid" of "Japanese Patent Application Laid-Open No. Used.
[0004]
Most of the conventional portable walking power generators described above incorporate power generation means and power storage means at the bottom of the footwear, mainly at the heel, and power output means or charging means at a part of the footwear. Have. These can be called footwear provided with power generation means as a general term of one form of a power generation device that is portable and is caused by walking activity.
[0005]
The footwear provided with these power generation means secures a space having a height necessary for incorporating the power generation device and the power storage means by raising the footwear bottom and raising the heel. . Also, depending on the material selection and the structure of the footwear bottom, there is a high possibility that both the built-in power generator and the power storage means can be prevented from being damaged and the function of ergonomically protecting the human body can be achieved. Since it can adhere to or follow the sole of the human body, there is no hindrance to human walking and running. It can be inferred that footwear was optimal as a tool having conditions that can be realized as a portable walking power generator.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, some problems can be pointed out in realizing a conventional portable walking power generation device, particularly footwear including a power generation means.
[0007]
One of the problems is the difficulty of the structure of the footwear bottom that also serves to prevent damage to the power generator and protect the human body. If the bottom is thin, the cushioning property is easily lost, and the impact during walking and running tends to cause damage as the power generation device and the power storage means become more precise, or as the material of the component parts becomes harder and more brittle. In addition, the impact received from the ground, the built-in power generation device, and the power storage means may be transmitted to the human body as a user without being fully buffered, which may have an adverse effect. If the bottom of the footwear is made thicker, the load on the user's foot due to an increase in the weight of the footwear and the degree of fatigue increase, leading to difficulty in walking due to difficulty in maintaining balance during walking. For this reason, depending on the structure of the bottom part of the footwear, practical footwear tends to be incomplete, and there is a problem that an accident may occur.
[0008]
Next, according to the request of the user, it is possible to prepare a portable walking power generation device having a variety of footwear forms suitable for use, purpose, environment, such as business shoes, climbing shoes, sneakers, and The user really wants to be able to post-process and modify existing footwear as a footwear with power generation means and respond to special preferences such as made to order in response to personal preferences There is a problem that it is feasible to provide a portable walking power generation device having the shape and performance of the footwear to be worn.
[0009]
As described above, adding power generation means while maintaining the original purpose of footwear is a very delicate balance, and the provider of the portable walking power generator will provide footwear that meets all uses and purposes. Must have enough experience, knowledge, technology, and production facilities, and the cooperation of footwear manufacturers is indispensable to realize footwear equipped with the power generation means. In this case as well, the number of steps spent for producing footwear provided with the power generation means, and thus the production cost, may increase but not decrease as compared with the case of footwear alone.
[0010]
In addition, in most cases, as a means for connecting the power output means of the footwear provided with the power generation means, the portable electric device to be supplied with power, and the portable information terminal or the commercial secondary battery, An electric cable extending from the bottom of the foot is indispensable. However, when using the footwear provided with the power generation means, the user feels that the presence of the electric cable is sparse. When a walking power generator is used, there is also a physiological and emotional problem that a cable extending from under the feet impairs aesthetic appearance.
[0011]
The object of the present invention is to solve the above problems of the footwear provided with the power generation means by taking a method other than incorporating the power generation means in the footwear itself, and to effectively utilize the kinetic energy of human walking. In addition, after being mounted on a part of the body so as not to hinder the operation of the human body, various portable electric devices, portable information terminals, or portable walking power generators for supplying power to commercial secondary batteries are provided. It is intended to provide.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
The means of the present invention are as follows.
[0013]
The invention according to claim 1 uses a highly flexible piezoelectric polymer for a piezoelectric element that generates an electric charge when deformed by applying an external force, and is optimal for utilizing kinetic energy related to walking and running. A power generation unit having means for obtaining an electromotive force by the piezoelectric polymer to be installed at a site of a human body which is assumed to be mounted; and a power generation unit which is mounted on a site of the human body which is considered to be optimal for utilizing the power obtained by the power generation unit. Power storage comprising: rectifying means for rectifying power obtained by means for obtaining power; power storage means for storing the rectified power; output means for supplying stable power through power storage by the power storage means; and An output unit, wherein the power generation unit, the power storage, and the output unit are electrically connected.
[0014]
A typical example of the piezoelectric polymer is polyvinylidene fluoride (PVDF). Polyvinylidene fluoride has excellent flexibility, workability, impact resistance, water resistance, and scientific stability, and is a ceramic piezoelectric material, that is, lead zirconate titanate (PZT), which is a typical material of piezoelectric ceramics. ), It has characteristics that a high withstand voltage of about 20 times and a high voltage output of about 10 times can be obtained.
[0015]
The advantage of using a piezoelectric polymer instead of piezoelectric ceramics is its high flexibility and impact resistance, as well as high voltage resistance and voltage output. Even if a bending force acts on the piezoelectric ceramic, an impact force that breaks the piezoelectric ceramic is applied, a voltage is generated without any problem.
[0016]
In addition, since the piezoelectric polymer is light, soft, and hard to have a specific natural frequency, there is little damage such as foreign body sensation or impact recoil that the human body receives from the piezoelectric polymer when wearing it without special protection measures. Can be suppressed. Further, by arranging and combining a high-elasticity body for absorbing shock, it is possible to easily add a function of protecting the human body from a shock related to walking and running.
[0017]
The piezoelectric polymer can be easily thinned into a film when molded. However, the electric power generated by the piezoelectric effect is similar to static electricity, and the generated electric power cannot be taken out without an electrode. In order to prevent leakage, a sheet-shaped one entirely covered with a protective film of an insulator is used as a power generator. Further, a film having a similar structure is called a piezo film, and a film having a thickness of 40 μm to 200 μm including electrodes and protective films on both surfaces is manufactured.
[0018]
Applying the characteristics of the above-mentioned piezoelectric polymer, when making a coaxial cable using the piezoelectric polymer in the insulator between the core wire and the knitting wire, when an impact or extension force is applied to the coaxial cable, A voltage displacement proportional to the magnitude of the force occurs, and an electromotive force can be obtained. In this case, the core wire and the knitted wire serve as electrodes for extracting electric power. This is also called a piezo cable with a similar structure and is manufactured.
[0019]
The above-described piezo film can suppress the power generation device to a thickness of several mm even when a plurality of the piezo films are stacked. The piezo cable has an outer diameter of about 3 mm. For this reason, it can be built in the shoe insole and a part of the clothing.
[0020]
In addition, with the improvement of technology in the future, the appearance of a piezo cable having a smaller outer diameter or a piezo cloth woven like a cloth can be expected.
[0021]
According to a second aspect of the present invention, as a means for obtaining the electromotive force described in the first aspect of the invention, a piezoelectric polymer is incorporated in the insole of the shoe to allow human walking and running. Occasionally from both the sole and the ground contact surface of the footwear, the piezoelectric effect is generated by deforming due to the pressure change caused by the impact, and utilizing the excellent flexibility of the piezoelectric polymer, The present invention is characterized in that the piezoelectric polymer follows the bending and stretching movements near the base of the toe, thereby generating a piezoelectric effect by extension and compression deformation.
[0022]
If there is a portable walking power generator in the form of the above-mentioned insole, the user of the portable walking power generator may wear the footwear that suits the purpose of the behavior possessed by the user and the purpose. Power generation can be performed, and most of the problems of footwear provided with other power generation means can be solved.
[0023]
According to a third aspect of the present invention, as the means for obtaining the electromotive force described in the portable walking power generator according to the first aspect, a piezoelectric polymer is incorporated in an appropriate place of clothing so that a human can walk, run, and The piezoelectric polymer follows the flexion and extension and expansion and contraction movements of the human body starting from joints such as hips, hip joints and knees involved in performing flexion and extension movements, and generates a piezoelectric effect by extension and compression deformation. It is characterized by.
[0024]
The type of clothing that is the object of the portable walking power generator with a built-in power generator in part of the clothing is the area related to walking, at least from the lower back to the toes of the feet, as the range of installation of the power generator, Specifically, socks, underpants, spats, tights, stockings, slacks, and jumpsuits (jumpsuits) come to mind. By incorporating a power generation engine in these clothes, carelessly long connection cables are not required, and the problems associated with cables extending from under the feet can be solved.
[0025]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described based on examples with reference to the drawings.
[0026]
FIG. 1 is a schematic structural view of a portable walking power generator having a structure in which a means for obtaining an electromotive force is built in a shoe insole according to an embodiment applied to the portable walking power generator according to the second aspect of the present invention. The insole 1 of the shoe, which is a power generation unit, is presupposed to be used in a state where it is installed in the shoe in advance. In this drawing, although only the right foot is used and the left foot is omitted, the practicality is enhanced by using both right and left feet.
[0027]
When the body is worn on the human body after satisfying the above conditions and walking and other exercises are started, the moment the heel lands on the ground, the pressure applied from the back of the heel of the human body with the shoe sole as the base, and the impact force are for absorbing shock The high elastic body 2 receives and transforms into a lateral force while being deformed, radially diffuses, and is transmitted as a force for extending the piezo cable 3 which closely surrounds the high elastic body 2. As a result, a piezoelectric effect is generated, and the generated voltage is extracted as an electromotive force from the core side electrode 4 and the knitted side electrode 5 of the piezo cable 3.
[0028]
When a force for deformation is input to the piezo cable 3 as described above, a voltage displacement proportional to the deformation ratio is generated from a voltage of 0 V. However, when the deformed state is maintained as it is, discharge occurs through the electrodes and gradually falls to 0 V. At the moment when the heel is separated from the territory, the high elastic body 2 and the piezo cable 3 are restored to the shape before deformation without receiving any external force, and at this time, a potential having a polarity opposite to that of the previously generated voltage is generated. Let it. Unless a force for the next deformation is input, the voltage gradually drops to 0V. By repeating the above series of steps continuously, it is possible to obtain pulsating AC waveform power.
[0029]
On the other hand, when walking, the person lands on the heel, kicks the ground with his toes when stepping, and repeats this with his left and right feet. At the moment of kicking the ground, the person's feet are bent and stretched from the base of the toes as a starting point. At this moment, the piezo film 6 receives the pressure and the bending stress applied to the vicinity of the base of the toe, and the piezo film 6 expands and compresses to generate a piezoelectric effect. The resulting voltage is extracted as electromotive force from the front electrode 7 and the back electrode 8 made of the conductive film.
[0030]
When the piezo film 6 is deformed, it rises from a voltage of 0 V to a fixed voltage determined by the area and thickness, and gradually drops to 0 V when the deformed state is maintained. Then, in the process of restoring from the deformed state to the initial shape before deformation, a potential having a polarity opposite to that of the previously generated voltage is generated, and 0 V is gradually applied unless a force for deforming is input next. It descends to. By repeating the above series of steps continuously, it is possible to obtain pulsating AC waveform power.
[0031]
The electric power extracted from the electrodes 4 and 5 of the piezo cable 3 and the electrodes 7 and 8 in contact with the piezo film 6 passes through wires and connected cables 9 through diode bridges 10A and 10B as rectifying means. After being merged as rectified DC waveform power and stored in the storage battery 11 as power storage means, power is output from the output terminal 12 as power output means 12 to various portable electric devices and portable information terminals, or It can be supplied to commercial secondary batteries.
[0032]
Next, FIG. 2 is a schematic diagram of an embodiment in which a means for obtaining an electromotive force according to claim 3 is applied to a portable walking power generator having a structure in which a part of clothing is incorporated. Shows spats type.
[0033]
When the human body 100 is fitted with the spats 101, which is a main body having a built-in power generator, and starts walking and other exercises, the linked movement of the torso, buttocks, and groin starting from the hip joint of the human body 100 is performed by the spats 101. Of the piezo film 102A and the piezo film 102B arranged in close contact with the human body 100 at appropriate positions on the left and right sides of the body, respectively, and acts as a force for extending and compressing the piezo film 102A and the piezo film 102B. At this time, the piezo film 102A or 102B causes a piezoelectric effect, and the voltage generated in the piezo film 102A is from the contacting front electrode 103A and the back electrode 104A, and the voltage generated in the piezo film 102B is the contact voltage between the contacting front electrode 103B and the back electrode. It is extracted from 104B as an electromotive force.
[0034]
As a walking motion, either the left or right foot swinging forward to step on touches the ground, and the center of gravity moves when the other foot swings, and shifts to the back of the human body to maintain posture and inertia Then, the piezo film 102A or the piezo film 102B is restored from the deformation due to the previously input force to the initial shape without receiving any external force, and further moves to the deformation in the opposite direction. By repeating the above-described series of walking steps, pulsating AC waveform power can be obtained.
[0035]
The power extracted from the front side electrode 103A and the back side electrode 104A in contact with the piezo film 102A, and the power extracted from the front side electrode 103B and the back side electrode 104B in contact with the piezo film 102B are respectively passed through a wiring or a connection cable 105 to a diode bridge 106A as a rectifier. , And 106B, are combined as rectified DC waveform power, stored in the storage battery 107 as power storage means, and then output power from a power output terminal 108 as power output means 108 to various portable electric devices, and It can be supplied to a portable information terminal or a commercial secondary battery.
[0036]
【The invention's effect】
By practicing the present invention as described above, human walking, which has been overlooked so far, and the impact force and pressure applied to the sole and footwear of the footwear during running, or bending and stretching starting from the joint of the human body, etc. Means for obtaining electric power by effectively utilizing the bending force can be obtained.
[0037]
These portable walking power generators of the present invention, which have the form of insoles and clothing, provide a conventional portable walking power generator by dispersing a power generation unit, a power storage unit, and a power output unit on a body. It is lighter in weight and simpler in structure than the form in which the power generator, power storage means, and power output means are incorporated in footwear, which is adopted by most of the power generator.
[0038]
Furthermore, users of these portable walking power generators of the present invention can obtain a power supply facility and a means for obtaining power even in a place where there is no facility. It can be used for various purposes, such as the activities of the above, and use in the environment by changing the footwear or devising clothes.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a portable walking power generator having a structure in which a means for obtaining an electromotive force is incorporated in a shoe insole.
FIG. 2 is a schematic configuration diagram of an embodiment of a portable walking power generator having a structure in which a means for obtaining an electromotive force is incorporated in a part of clothing.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Insole of shoe 2 High elastic body 3 for shock absorption 3 Piezo cable 4, 5, 7, 8, 103A, 103B, 104A, 104B Electrode 6, 102A, 102B Piezo film 9, 105 Cable 10A, 10B, 106A for connection 106B Diode bridge 11, 107 Storage battery 12, 108 Power output terminal 100 Human body 101 Spats
