JP5967396B2 - Power generation device and shock absorber for generating power - Google Patents
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Description
本発明は、車両や船舶等の乗り物や、橋梁等の構造物に配置され、振動による振動エネルギーを電気エネルギーに変換する発電装置、及び、この発電装置を用いた発電するショックアブソーバに関する。 The present invention relates to a power generation device that is arranged on a vehicle such as a vehicle or a ship or a structure such as a bridge and converts vibration energy generated by vibration into electric energy, and a shock absorber that generates power using the power generation device.
従来、自動車、バイク、自転車等の車両には、複数の車輪をしっかり接地させることにより車体の振動を緩和するためのサスペンションが装着されている。一般的なサスペンションは、コイルスプリング及び振動を減衰させるためのショックアブソーバを備える。 Conventionally, vehicles such as automobiles, motorcycles, bicycles, and the like are equipped with suspensions for reducing vibration of the vehicle body by firmly grounding a plurality of wheels. A typical suspension includes a coil spring and a shock absorber for damping vibration.
車両に加わった車輪からの衝撃はコイルスプリングが一時的に吸収する。衝撃を吸収したコイルスプリングは、比較的長い時間、振動を維持し続けて車両を揺らし続ける。一方、ショックアブソーバは、振動によるエネルギーを熱エネルギーに変換することにより振動を速やかに減衰させる。 The impact from the wheels applied to the vehicle is temporarily absorbed by the coil spring. The coil spring that has absorbed the shock keeps vibrating for a relatively long time and keeps the vehicle shaken. On the other hand, the shock absorber quickly attenuates the vibration by converting the energy generated by the vibration into heat energy.
一般的なショックアブソーバは油圧式のオイルダンパーを備える。車両が受けた振動のエネルギーは、オイルダンパー内のオリフィスを粘性オイルが通過するときに、熱エネルギーに変換される。このようなショックアブソーバで発生する熱エネルギーは回収できないために有効利用されていない。また、オイルダンパーにおいては、油が漏れたり、油が規定値以下まで漏洩して機能が低下するという問題があった。 A typical shock absorber has a hydraulic oil damper. The vibration energy received by the vehicle is converted into thermal energy when the viscous oil passes through the orifice in the oil damper. Since the heat energy generated by such a shock absorber cannot be recovered, it is not effectively used. In addition, the oil damper has a problem that oil leaks or the oil leaks to a specified value or less and the function deteriorates.
車両が受けた振動のエネルギーを電気エネルギーとして回収する技術がいくつか提案されている。例えば、下記特許文献1は、タイヤを支えるアーム部とボデイとの間の上下往復運動,揺れ,振動を吸収させる、ショックアブソーバとして作用する発電機を開示する。なお、特許文献1は、このような発電機の具体的な構成を開示していない。
Several techniques for recovering vibration energy received by a vehicle as electric energy have been proposed. For example, the following
また、下記特許文献2は、サスペンションを構成するコイルスプリングの上下運動をボールねじナットにより回転運動に変換し、この回転運動により発電機の回転軸を回転させることにより発電する技術を開示する。
また、下記特許文献3は、車体に設けた発電機と、車輪に対する車体の相対移動を回転運動に変換する運動方向変換機構と、運動方向変換機構から伝達される回転運動を発電機に伝達する伝達機構とを備えた自動車用発電システムを開示する。
また、下記特許文献4は、橋梁等の構造物に生じる振動のエネルギーを効率的に電気エネルギーに変換できる振動発電装置を開示する。具体的には、構造物の振動に共振して大きく運動する錘体に駆動されて上下動するように構造体に案内支持された被駆動体と、錘体の運動の上下方向成分を被駆動体に伝達する運動伝達手段と、被駆動体の上下方向の運動を回転運動に変換する変換機構と、変換機構により生み出された回転運動の回転数を増倍する回転数増倍機構と、回転数増倍機構により回転駆動される発電機と、を備える振動発電装置を開示する。このような振動発電装置は、運動方向が逆転するたびに電流方向が変化するために発電効率が低い。
本発明は、振動のエネルギーを電気エネルギーに変換する発電装置、及びこの発電装置を用いた発電するショックアブソーバを提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a power generator that converts vibration energy into electric energy, and a shock absorber that generates power using the power generator.
本発明の一局面は、振動のエネルギーを電気エネルギーに変換する発電装置であって、異なる2つの回転軸と、各回転軸を中心に回転可能な2つの回転部材と、2つの回転部材に掛け渡された環状体と、少なくとも一方の回転軸に接続されてその回転軸の回転により発電する少なくとも一つの発電機と、外部からの振動を環状体に伝達する振動伝達手段と、回転部材の一方向のみの回転を発電機に伝達する回転方向制限手段と、発電機に流れる電流量が所定値以下の場合に、発電機をその発電方向に回転させるよりも低いアイドリング電流を流す回路と、を備える発電装置である。 One aspect of the present invention, there is provided a power generator for converting the energy of the vibration into electric energy, and two rotary axes that different, two a rotating member rotatable about a respective rotation axis, two rotating members an annular body is stretched, and at least one generator to generate power by rotation of the rotation axis is connected to at least one of the rotary shaft, and a vibration transmitting means for transmitting vibration from the outside to the annular body, the rotation Rotation direction limiting means for transmitting the rotation in only one direction of the member to the generator, and a circuit for flowing an idling current lower than the rotation of the generator in the power generation direction when the amount of current flowing through the generator is less than a predetermined value And a power generation device.
また、本発明の他の一局面は、上述したような発電装置を備える発電するショックアブソーバである。 Another aspect of the present invention is a shock absorber that generates electric power including the power generation device as described above.
本発明に係る発電装置は、振動のエネルギーを吸収し、吸収された振動エネルギーを用いて発電する。また、本発明に係る発電するショックアブソーバは、車両等の揺動による振動のエネルギーを吸収し、吸収された振動のエネルギーを用いて発電する。 The power generation device according to the present invention absorbs vibration energy and generates power using the absorbed vibration energy. Further, the shock absorber for generating electric power according to the present invention absorbs energy of vibration caused by swinging of a vehicle or the like, and generates electric power using the absorbed energy of vibration.
本発明の目的、特徴、局面、及び利点は、以下の詳細な説明及び添付する図面により、より明白となる。 The objects, features, aspects and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description and the accompanying drawings.
本発明に係る発電装置、及びこの発電装置を備えるショックアブソーバの一実施形態を図面を参照しながら説明する。図1は、ショックアブソーバ20を含むサスペンション機構100の内部構造の説明図である。(a)は正面図、(b)は側面図である。筐体1及びコイルスプリング30は、断面して示されている。また、(b)には、充電回路の一例も示している。図2は、サスペンション機構100を装着した自動車200の説明図である。
DESCRIPTION OF EMBODIMENTS An embodiment of a power generator according to the present invention and a shock absorber including the power generator will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is an explanatory diagram of the internal structure of the
図1に示すように、サスペンション機構100は、ショックアブソーバ20と、ショックアブソーバ20をその内部に挿通するコイルスプリング30とを備える。コイルスプリング30は車両に付与された衝撃を吸収する。ショックアブソーバ20は振動を減衰させる。
As shown in FIG. 1, the
ショックアブソーバ20は、略円筒形状の筐体1と、筐体1に収容された発電装置10とを備える。筐体1は上側外筒1aと上側外筒1aに進退可能に挿通された下側外筒1bとを含む。下側外筒1bは、上側外筒1aに対して接近または離間するように移動できる。上側外筒1aは、ボルト状の車体側取付部52を備える。車体側取付部52は車体40にナット51で固定される。下側外筒1bは車輪側取付部62を備える。車輪側取付部62は車輪側部材60にボルト・ナット61で固定される。車輪側部材60は、図略のサスペンションアームに設けられる。上側外筒1aの上端側外周面には上側スプリングシート6が形成されている。下側外筒1bの下端側外周面には下側スプリングシート16が形成されている。コイルスプリング30は、上側スプリングシート6と下側スプリングシート16との間に挟持される。
The
図1に示すように、発電装置10は筐体1の内部に収容され、支持部材3を介して上側外筒1aの内壁で支持されている。発電装置10は、発電機4、回転軸5a、回転軸5b、回転部材7、回転方向制限手段11、発電機14、回転軸15a、回転軸15b、回転部材17、回転方向制限手段21、及び、環状体8と、を備える。発電機4は車体40側に配置されている。発電機14は車輪側に配置されている。回転軸5aは発電機4に支持されている。回転軸5bは、連結機構22を介して回転軸5aに連結されている。回転部材7は、回転軸5bを中心軸として回転可能である。回転部材7と回転軸5bとは回転方向制限手段11を介して接続されている。回転軸15aは発電機14に支持されている。回転軸15bは、連結機構23を介して回転軸15aに連結されている。回転部材17は、回転軸15bを中心軸として回転可能である。回転部材17と回転軸15bとは回転方向制限手段21を介して接続されている。環状体8は、組を成す回転部材7と回転部材17に掛け渡されている。
As shown in FIG. 1, the
支持部材3は、固定部分3aを介して上側外筒1aの内壁に固定されている。発電機4は固定脚4aを介して支持部材3上に、例えば、溶接等により固定されている。同様に、発電機14は固定脚14aを介して支持部材3上に固定されている。
The
筐体1に収容された支持部材3は、振動を受けたときに上側外筒1aに対して下側外筒1bが接近または離間できるようにする空間sを筐体1内に確保できるような形状及び大きさを有する部材であれば、その素材、形状、大きさ等は限定されない。素材の具体例としては、例えば、金属、樹脂、カーボンファイバー等の板を加工して形成された板状の部材等が挙げられる。また、固定部分3aは、支持部材3を上側外筒1aの内壁にしっかりと固定できる、例えば、溶接、溶着、接着、ボルトとナットの組合わせのような締結具等の固定手段により形成される。
The
発電機4は回転軸5(5a、5b)の回転により発電する。また、発電機14は、回転軸15(15a、15b)の回転により発電する。以下の説明においては、回転軸5aと回転軸5bとを連結したものを回転軸5、回転軸15aと回転軸15bとを連結したものを回転軸15とも称することがある。
The
振動入力部9は連結部9aを介して下側外筒1bの内壁に固定されている。振動入力部9は、車両に生じた振動を環状体8に伝達する。例えば、走行中の車両の車輪が地面から浮いたとき、コイルスプリング30の弾性により下側外筒1bが上側外筒1aに対して車輪方向に伸びるように移動する。このとき、下側外筒1bと連結されている連結部9aを介した振動入力部9から、ベルト状の環状体8に下方向への運動が伝達される。その結果、環状体8は図1に示した矢印Xの方向に動く。その結果、環状体8を掛け渡す回転部材7及び回転部材17が時計回りの方向に回転する。
The
回転部材7は、回転軸5bの一方向への回転のみを許容し、他の方向への回転を制限するための回転方向制限手段11を介して回転軸5bに接続されている。具体的には、図1の(a)の曲り矢印で示すように、回転部材7は時計回りの一方向のみに回転軸5bを回転させる。一方、回転部材17も、回転軸15bの一方向への回転のみを許容し他の方向への回転を制限するための回転方向制限手段21を介して回転軸15bに接続されている。具体的には、図1の(a)の曲り矢印で示すように、回転部材17は反時計回りの一方向のみに回転軸15bを回転させる。
The rotating
回転方向制限手段11と回転方向制限手段21とは、互いに逆方向の回転を制限する。その結果、環状体8が矢印Xの方向に動いたとき、回転部材7は時計回りの方向に回転軸5bを回転させるが、回転部材17は、時計回りの方向には回転軸15bを回転させない。一方、環状体8が矢印Yの方向に動いたとき、回転部材17は反時計回りの方向に回転軸15bを回転させるが、回転部材7は、半時計回りの方向には回転軸5bを回転させない。このような機構を設けることにより、各回転方向制限手段が許容する方向に対して逆方向の回転が各発電機に伝達されなくなる。それにより、各発電機から発生する電気の電流方向が一方向のみに制限される。回転方向制限手段の具体例としては、例えば、機械式のワンウェイクラッチやワンウエイベアリング、電磁クラッチ等が挙げられる。
The rotation
次に、ショックアブソーバ10を含むサスペンション機構100の動作を図2及び図3を参照しながら説明する。
Next, the operation of the
図2に示すようなサスペンション機構100を備えた自動車200が走行した場合、路面からの衝撃による振動が車輪を介してサスペンション機構100に伝達される。サスペンション機構100に伝達された振動は、サスペンション機構100のコイルスプリング30及びショックアブソーバ20に吸収される。振動は、コイルスプリング30を伸縮させる。また、コイルスプリング30の伸縮に連動するように、車輪側に固定されたショックアブソーバ20を構成する下側外筒1bが、車体側に固定された上側外筒1aに対して伸縮する。
When the
上側外筒1aに対して、下側外筒1bが伸縮するときの動作を図3を参照して詳しく説明する。
The operation when the lower
図3の(a)は下側外筒1bが上側外筒1aに対して車輪側に向かって伸びるように移動したときの様子を示す説明図である。(b)は下側外筒1bが上側外筒1aに対して車体側に向かって縮むように移動したときの様子を示す説明図である。
(A) of FIG. 3 is explanatory drawing which shows a mode when the lower side
車輪が路面や軌道と安定的に接触している状態では、コイルスプリング30の反発力により、下側外筒1bは上側外筒1aに対する可動域の略中央に位置するように調整されている。一方、車輪が路面や軌道から浮いた状態では、図3の(a)に示すように、コイルスプリング30が反発力により伸びることにより、下側外筒1bが上側外筒1aに対して伸びるように移動する。そして、下側外筒1bが、(a)の矢印Dで示す方向に、移動する。この場合、下側外筒1bと連結されている連結部9aを介した振動入力部9から、ベルト状の環状体8に(a)に矢印Xで示した方向への運動が伝達される。そして、環状体8が矢印Xで示した方向へ動くことにより、環状体8を掛け渡す回転部材7及び回転部材17が時計回りの方向に回転する。
In a state where the wheels are stably in contact with the road surface and the track, the lower
回転部材7は、回転軸5bを(a)の曲り矢印で示す時計回りの一方向のみに回転させるための回転方向制限手段11を介して回転軸5bに接続されている。一方、回転部材17は、回転軸15bを半時計回りの一方向のみに回転させるための回転方向制限手段21を介して回転軸15bに接続されている。このような機構により、(a)の矢印Xで示した方向にベルト状の環状体8が動いた場合、回転部材7は回転軸5bを介して発電機4に回転運動を伝達する。一方、回転軸15bは時計回りの方向には回転しないために、回転部材17の回転運動は発電機14に伝達されない。その結果、発電機4のみが発電する。また、発電機4の発電により振動によるエネルギーが消費され、振動が減衰する。
The rotating
一方、図3の(b)に示すように、サスペンション機構100が路面からの衝撃を受けてコイルスプリング30が縮んだ場合、上側外筒1aに対して下側外筒1bが縮むように移動する。そして、図3(b)の矢印Uで示す方向に、下側外筒1bが移動する。この場合、下側外筒1bと連結されている連結部9aを介した振動入力部9から、環状体8に矢印Yで示した方向への運動が伝達される。そして、環状体8が矢印Uで示した方向へ動くことにより、環状体8を掛け渡す回転部材7及び回転部材17が半時計回りの方向に回転する。
On the other hand, as shown in FIG. 3B, when the
回転部材17は、回転軸15bを(b)の曲り矢印で示す半時計回りの一方向のみに回転させるための回転方向制限手段21を介して回転軸15bに接続されている。一方、回転部材7は、回転軸5bを時計回りの一方向のみに回転させるための回転方向制限手段11を介して回転軸5bに接続されている。このような機構により、(b)の矢印Yで示した方向に環状体8が動いた場合、回転部材17は回転軸15bを介して発電機14に回転運動を伝達する。一方、回転軸5bは反時計回りの方向には回転しないために、回転部材7の回転運動は発電機4に伝達されない。その結果、発電機14のみが発電する。また、発電機14の発電により振動によるエネルギーが消費され、振動が減衰する。
The rotating
上述したように、各発電機に一方向のみの回転を伝達することにより、電気の極性の変化が抑制される。その結果、逆回転時の電力の消費によるエネルギーロスが抑制される。このような発電装置によれば、振動のエネルギーを高い効率で電気エネルギーに変換することができる。 As described above, the change in the polarity of electricity is suppressed by transmitting rotation in only one direction to each generator. As a result, energy loss due to power consumption during reverse rotation is suppressed. According to such a power generator, vibration energy can be converted into electric energy with high efficiency.
以上のようにして、ショックアブソーバ10を含むサスペンション機構100により、車両の振動によるエネルギーが電気エネルギーに変換される。発電機4及び発電機14により発電された電力は、例えば図1の(b)に示したように、正極側配線25,26と、負極側配線27,28及び所定の整流及び電圧変換の機能を有する制御手段69等を介して接続された充電装置70に充電される。充電装置70としては、発電された電力を充放電できる装置であれば特に限定されない。具体的には、例えば、車両に備えられているバッテリーやリチウムイオン二次電池充電装置等が挙げられる。
As described above, the
なお、発電機4と発電機14の、正極同士及び負極同士を接続する場合には、電流の逆流を防止するために、発電された電力を、車両に適する直流電流に整流して充電することが好ましい。そのために、例えば図1の(b)に示したように、発電機4及び発電機14と充電装置70との接続経路の間に、ダイオード69a,69bを有するような整流回路や整流器等の整流手段69を設けることが好ましい。また、発電機4及び発電機14に流れる電流と電圧は、電流電圧制御手段68により制御されることが好ましい。
When the positive electrodes and negative electrodes of the
ところで、従来、乗り心地を調整する機能を有するショックアブソーバが知られていた。本実施形態のショックアブソーバにおいても、発電機を流れる電流量を調整することにより、次のようにして乗り心地を調整することができる。 By the way, conventionally, a shock absorber having a function of adjusting riding comfort has been known. Also in the shock absorber of this embodiment, the ride comfort can be adjusted as follows by adjusting the amount of current flowing through the generator.
発電機を回転させる回転軸のトルクは発電機に流れる電流量により変化する。電流量が少ない場合にはトルクが小さくなり、電流量が多い場合にはトルクが大きくなる。従って、発電機に流れる電流量を制御して回転軸のトルクを調整することにより、乗り心地の硬さや柔らかさを調整することができる。具体的には、発電機に流れる電流量が少ないときには回転軸のトルクが小さくなり、乗り心地が柔らかくなる。逆に、電流量が多いときには回転軸のトルクが大きくなり、乗り心地が硬くなる。発電機に流れる電流量により回転させるトルクを調整することにより、無段階で乗り心地を調整することもできる。また、発電機の種類によっては、発電方向と逆方向の電流を供給されることにより、発電方向と逆方向に回転軸を回転させるモータとして機能することもある。 The torque of the rotating shaft that rotates the generator varies depending on the amount of current flowing through the generator. When the amount of current is small, the torque is small, and when the amount of current is large, the torque is large. Therefore, the hardness and softness of the riding comfort can be adjusted by adjusting the torque of the rotating shaft by controlling the amount of current flowing through the generator. Specifically, when the amount of current flowing through the generator is small, the torque of the rotating shaft is reduced and the ride comfort is softened. On the contrary, when the amount of current is large, the torque of the rotating shaft increases and the ride comfort becomes harder. The ride comfort can be adjusted steplessly by adjusting the torque to be rotated according to the amount of current flowing through the generator. In addition, depending on the type of generator, it may function as a motor that rotates a rotating shaft in a direction opposite to the power generation direction by supplying a current in a direction opposite to the power generation direction.
また、車両の揺動が小さい安定走行時には発電量が少なくなるために、発電電圧が充電可能な電圧に達しないことがある。例えば、自動車に搭載される一般的な鉛蓄電池バッテリーの電圧は12Vである。発電電圧が12Vに達しない低い電圧(例えば、3V程度)の場合には、鉛蓄電池バッテリーは充電されない。一方、車輪が大きな縁石を踏む等により大きすぎる衝撃を受けて車両の揺動が著しく大きくなることがある。車両の揺動が著しく大きくなったときには、発電電圧が急上昇する。例えば、50V程度にまで発電電圧が急上昇した場合には、鉛蓄電池バッテリーに過負荷が与えられる。このような場合、発電電圧を電圧変換することにより、適正な充電電圧に調整することが好ましい。 Moreover, since the amount of power generation is reduced during stable running with small vehicle swing, the generated voltage may not reach a rechargeable voltage. For example, the voltage of a general lead-acid battery mounted on an automobile is 12V. When the generated voltage is a low voltage that does not reach 12V (for example, about 3V), the lead-acid battery is not charged. On the other hand, the swing of the vehicle may be remarkably increased due to an impact that is too great, such as when a wheel steps on a large curb. When the swing of the vehicle becomes significantly large, the generated voltage rapidly increases. For example, when the generated voltage rapidly rises to about 50V, an overload is given to the lead-acid battery. In such a case, it is preferable to adjust the generated voltage to an appropriate charging voltage by voltage conversion.
図7を参照して、電流電圧制御手段の好ましい構成の一例を説明する。図7は、DC-DCコンバータ66と電流制限器67とを備えた電流電圧制御手段168を備える電流電圧制御系の構成図である。DC-DCコンバータ66は直流電圧を所定の電圧に変換する。電流制限器67は発電電流を規定値の充電電流に制御する。
With reference to FIG. 7, an example of a preferable configuration of the current / voltage control means will be described. FIG. 7 is a configuration diagram of a current / voltage control system including a current / voltage control means 168 including a DC-
DC-DCコンバータ66は発電電圧を充電に適した電圧に変換する。例えば、3V程度の低い発電電圧をDC-DCコンバータ66で12V以上の電圧に変換することにより、12Vの鉛蓄電池バッテリーに充電可能になる。また、例えば、50V程度の高い発電電圧をDC-DCコンバータ66で15〜16V程度の電圧に変換することにより、12Vの鉛蓄電池バッテリーに対する負荷を低減できる。
The DC-
また、電流制限器67により充電電流値を制御することにより乗り心地が調整される。例えば、充電電流を増加させて発電機に流れる電流量を減少させるようにすることにより、乗り心地が柔らかくなるように調整される。一方、充電電流を減少させて発電機に流れる電流量を増加させるようにすることにより乗り心地が硬くなるように調整される。
Further, the ride comfort is adjusted by controlling the charging current value by the
なお、電流電圧制御手段168の制御は、例えば、ショックアブソーバ20または車体200に備えられた振動検知手段71によりモニターされる振動量に基づいて、所定の制御プログラムを備えたCPU72により実行される。また、車輪の空転状態を検知して車両の接地状態を判定して、充電電流値を制御してもよい。
The control of the current / voltage control means 168 is executed by the
さらに、モータとしても作用する発電機を用いた場合には、ショックアブソーバ20は次のように制御されることも好ましい。路面や軌道から車輪が浮くことにより車輪が空転して車体が不安定になったとき、ショックアブソーバ20の下側外筒1bを伸ばすような方向、すなわち環状体8を図1の(a)における矢印Xの方向に動かすように回転部材7を回転させるようにモータとなる発電機4に電力を供給する。下側外筒1bを伸ばすことにより、車輪の接地が早くなる。この場合、車輪が地面から浮きあがったときの空転時間が短縮するために安定性が早く回復する。
Furthermore, when the generator which acts also as a motor is used, it is preferable that the
また、図8を参照して、電流電圧制御手段の他の好ましい構成の一例を説明する。図7に示したDC-DCコンバータ66は、低い電圧の発電電流をより高い電圧に変換することにより、充電量を増加させることができる。一方、例えば、図8に示すように、トランジスタを備える電流制限回路のみを用いることにより、電流値のみを制御してもよい。この場合には、低い電圧の発電電流は充電電圧として用いずに、大きな電圧の発電電流のみを充電電圧として電力を回収する。このような制御によれば発電効率は低下するが、制御装置を安価に製造することができる。
An example of another preferred configuration of the current / voltage control means will be described with reference to FIG. The DC-
さらに、電流電圧制御手段の他の好ましい構成の一例を説明する。車輪が大きな縁石を踏んで車両の揺動が著しく大きくなったとき、発電機に連結された回転軸は急激に回転させられる。発電機に急激に大きな回転力が入力された場合、トルクの急激な変化により、発電機に焼付き損傷やギヤ損傷等が生じるおそれがある。このような場合、振動を受けておらず発電していないときには、回転軸を回す最低電流値未満の弱い電流(アイドリング電流)を発電電流と同じ方向に発電機に流して待機しておくことにより、急激なトルクの変化が緩和される。このような方法の一例を図9の電流電圧制御回路の一例を参照して説明する。 Furthermore, an example of another preferable configuration of the current / voltage control means will be described. When the wheel steps on a large curb and the vehicle swings significantly, the rotating shaft connected to the generator is suddenly rotated. When a large rotational force is suddenly input to the generator, a sudden change in torque may cause seizure damage or gear damage to the generator. In such a case, when no vibration is generated and power is not generated, a weak current (idling current) less than the minimum current value for rotating the rotating shaft is passed through the generator in the same direction as the generated current to stand by. A sudden torque change is alleviated. An example of such a method will be described with reference to an example of the current / voltage control circuit of FIG.
図9に示した電流電圧制御回路は、サスペンション装置20の振動を受けている状態と受けていない状態とを判定し、振動を受けていないときに発電機4,14に、発電電流と同じ方向にアイドリング電流I1,I2を供給する回路である。図9中、77はCPU、78は電流検知部、79は極性を変換するためのDC-DCコンバータ、R1,R2は半導体接点等の接点、r1,r2は電流を低下させるための電流調整抵抗である。The current / voltage control circuit shown in FIG. 9 determines whether the
図9の回路においては、サスペンション装置20が振動を受けているときには、発電機4,14が発電する。そして、発電された電力は整流手段69を介して充電装置70に充電される。整流手段69と充電装置70との経路の途中に配置された電流検知部78は、整流手段69から流れる電流の量を検知し、その結果をCPU77に送信する。CPU77は、図10に示すように、電流検知部78から受信した電流量データとあらかじめ設定された規定値とを比較する(S1)。そして、検知された電流量が規定値以上である場合には、充電装置70に対して充電回路170を閉、放電回路171を開にするように指令する(S2)。さらに、接点R1,R2を開にするように指令する(S3)。その結果、発電機4,14で発電された発電電流IGが充電装置70に充電される(S4)。一方、電流検知部78から受信した電流量データとあらかじめ設定された規定値とを比較し(S1)、電流量が規定値未満である場合には、充電装置70に充電回路を開、放電回路を閉にするように指令する(S5)。さらに、接点R1,R2を閉にするように指令する(S6)。接点R1,R2を閉にしたとき、DC-DCコンバータ79で極性及び電圧が調整された後、発電機4,14に発電電流と同じ方向に回転軸を回す最低電流値未満のアイドリング電流I1,I2が供給される(S7)。その結果、発電機がトルクをやや高めて待機することにより、急に衝撃が付与されたときの急激なトルク変化が緩和される。In the circuit of FIG. 9, the
以上、本発明に係る発電装置、及びこのような発電装置を備えるショックアブソーバの一実施形態に沿って詳しく説明した。本発明の発電装置及びショックアブソーバは上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更して用いられる。 The power generator according to the present invention and the shock absorber including such a power generator have been described in detail above. The power generator and the shock absorber according to the present invention are not limited to the above-described embodiments, and can be appropriately modified and used without departing from the gist of the present invention.
発電機としては、回転軸の回転により発電する発電機であればとくに限定なく用いられる。具体的には、例えば、ネオジム磁石を用いた発電機等の電磁誘導型の直流式もしくは交流式の発電機等が挙げられる。なお、発電された電力がバッテリーや二次電池のような充電装置に直流で充電される場合には、直流式の発電機が好ましい。しかしながら、直流式の発電機はブラシが摩耗するという欠点も有する。このような問題を解決するためには、ブラシレスの交流式の発電機を用いてもよい。しかしながら、交流式の発電機は正弦波やパルスにより、回転がステップ的になる点からはサスペンション機構としてなめらかな動きを失うおそれもある。 The generator is not particularly limited as long as it is a generator that generates electricity by rotation of a rotating shaft. Specifically, for example, an electromagnetic induction type DC type or AC type generator such as a generator using a neodymium magnet may be used. In addition, when the generated electric power is charged with a direct current to a charging device such as a battery or a secondary battery, a direct current generator is preferable. However, the DC generator has a drawback that the brush is worn. In order to solve such a problem, a brushless AC generator may be used. However, the AC generator may lose a smooth movement as a suspension mechanism from the point that rotation is stepped by a sine wave or a pulse.
また、回転部材と複数の回転部材に掛け渡される環状体との組み合わせとしては、直線運動を回転運動に変換可能な機構を実現する組み合わせであればとくに限定なく用いられる。組み合わせの具体例としては、例えば、プーリとタイミングベルト、歯付きプーリと歯付きベルトとの組合せ、チェーンとスプロケットとの組合せ、または、ラックとピニオンとの組合せが挙げられる。 In addition, the combination of the rotating member and the annular body spanned by the plurality of rotating members is not particularly limited as long as it is a combination that realizes a mechanism capable of converting linear motion into rotational motion. Specific examples of the combination include, for example, a pulley and a timing belt, a combination of a toothed pulley and a toothed belt, a combination of a chain and a sprocket, or a combination of a rack and a pinion.
また、環状体は経年変化や使用頻度により劣化して伸びるおそれがある。このような場合、振動が回転部材に正確に伝達しにくくなる。テンショナを設けることにより、環状体の張力が調整されて、振動が正確に伝達される。テンショナとしては、例えば、図4に示すような、回転部材81にシャフト83を接続し、下側外筒1bにシャフト83を貫通させ、シャフト83にばね84を挿通して、下側外筒1bの外側からナット82を締めることにより張力を調整できるようなベルトテンショナ80が挙げられる。
In addition, the annular body may deteriorate and grow due to aging and frequency of use. In such a case, it is difficult to accurately transmit vibration to the rotating member. By providing the tensioner, the tension of the annular body is adjusted, and the vibration is accurately transmitted. As the tensioner, for example, as shown in FIG. 4, a shaft 83 is connected to a rotating
また、本実施形態の発電装置10は2つの回転部材7,17と、それらに接続された2つの発電機4,14とを備える。回転部材の数及び回転部材に接続される発電機の数は特に限定されず、目的とする発電能力等に応じて適宜調整してもよい。例えば、発電能力を増強させるために、3つ以上の回転部材及びそれらに接続される3つ以上の発電機を備えた発電装置であってもよい。
Moreover, the electric
また、発電装置10においては、回転部材7に発電機4が接続されている。同様に、回転部材17に発電機14が接続されている。このように2つの回転部材のそれぞれに発電機を接続した場合には、振動による往方向の運動及び復方向の運動の両方の運動エネルギーを電気エネルギーに変換して回収することができる。しかしながら、要求される発電能力や衝撃吸収能力に応じて、それぞれの回転部材の全てに発電機を接続する代わりに、発電機を接続せず、発電能力のない軸受けで支持された回転部材を備えてもよい。
In the
また、発電装置10においては、回転軸5,15はそれぞれ片持ち支持されている。片持ち支持の代わりに、回転軸、各発電機を配置した方向と反対側でベアリングを備えた軸受等により回転軸を支えた両持ち支持であってもよい。
Moreover, in the electric
また、発電装置10においては、発電機4に支持された回転軸5aと回転部材7を支持する回転軸5bとを連結し、発電機14に平行支持された回転軸15aと回転部材17を支持する回転軸15bとを連結した回転軸を用いている。これらのように連結機構で連結された2本の回転軸の代わりに、一本の回転軸を用いてもよい。
In the
また、本実施形態のサスペンション機構100を備えた車両200は、高い凸部を乗り越えるような場合、ショックアブソーバ20が突然大きな衝撃を受けて発電機が高回転させられて過負荷を受ける場合がある。このような過負荷を抑制するために、発電機に付与される負荷を制限するためのトルクリミッタを設けてもよい。トルクリミッタの具体例としては、例えば、所定値以上のトルクが掛かった場合には回転軸が空回りするような機械的なトルクリミッタや、電気の消費量に応じて発電機に付与される負荷を変化させる電磁力を用いたトルクリミッタ等が挙げられる。また、回転軸を連結する連結機構として、例えば、過負荷がかかると連結された回転軸同士の連結を切り、トルク伝達を遮断するようなトルクリミッタの機能を備える連結装置を用いてもよい。
In addition, when the
さらに、ショックアブソーバが極めて大きな衝撃を受けて、発電機が過負荷を受けることを機械的に抑制する機構を必要に応じて設けてもよい。具体的には、発電装置に振動を入力する経路の何れかの部分、例えば、連結部、振動入力部、環状体の少なくとも一部分に高弾性率のバネやゴム等の弾性体を介在させることにより、予想外の振動を受けたときに伸びることにより負荷を緩和するような弾性材料による保護機構を設けてもよい。 Furthermore, a mechanism may be provided as necessary to mechanically suppress the shock absorber from receiving an extremely large impact and the generator from being overloaded. Specifically, by inserting an elastic body such as a high elastic modulus spring or rubber in any part of the path for inputting vibration to the power generation device, for example, at least a part of the coupling part, the vibration input part, or the annular body. A protective mechanism made of an elastic material that relieves the load by stretching when subjected to unexpected vibration may be provided.
また、回転部材による回転力が不足する場合には、増速機構をさらに設けることにより発電能力を増強させてもよい。増速機構としては、回転部材の回転数に比べて発電機に伝達される回転数を増加させることができる従来から知られた機構が特に限定なく用いられる。具体的には、例えば、回転軸同士をギヤ比の異なるギヤで連結するような増速機構や、発電機と回転軸とをギヤボックス等を介して連結するような方法が挙げられる。 Moreover, when the rotational force by the rotating member is insufficient, the power generation capacity may be enhanced by further providing a speed increasing mechanism. As the speed increasing mechanism, a conventionally known mechanism capable of increasing the number of rotations transmitted to the generator as compared with the number of rotations of the rotating member is used without particular limitation. Specifically, for example, a speed increasing mechanism for connecting the rotating shafts with gears having different gear ratios, and a method for connecting the generator and the rotating shaft through a gear box or the like can be mentioned.
また、本実施形態の発電装置10においては、発電機4の回転軸5aと回転軸5bとを連結機構22を介して、また、発電機14の回転軸15aと回転軸15bとを連結機構23を介して直線状に連結している。このように直線状に発電機を接続した場合には、発電機を収容するための筐体の幅を大きく確保する必要があり、筐体の幅が大きくなる。筐体の幅を小さくするために、次のような機構に置き換えてもよい。
Further, in the
例えば、図5に示すように、回転部材7に接続された回転軸5bと、かさ歯車(ベベルギヤ)31,32により回転軸5bの回転を直角方向に変換するギアセットと、直角方向に変換された回転力を供給される発電機34を有するような構成であってもよい。また、回転方向制限手段11に連結された回転部材7を用いる代わりに、図6に示すように、回転方向制限手段に連結されていない回転部材17を用い、発電機34に回転力を入力する直前で回転方向を制限するための回転方向制限手段41を有するような構成であってもよい。
For example, as shown in FIG. 5, a
また、本実施形態においては、代表的に、コイルスプリング30の内部にショックアブソーバ20を挿通させた一般的な形態のサスペンション機構100について詳しく説明した。本発明に係るショックアブソーバは、例えば、ショックアブソーバをコイルスプリングから独立させて配置させたトレーリングアーム式のサスペンション機構や、リーフスプリングを用いたリーフスプリング式のサスペンション機構にも適用できる。
In the present embodiment, the
また、上述した実施形態のショックアブソーバは、自動車のサスペンション機構に適用した例を代表例として例示したが、自動二輪車、自転車、電車のサスペンション機構にも適用することができる。さらに、自動車の種類としては、ガソリンエンジン車、電気自動車、ハイブリッド車等各種自動車に適用できる。また、本発明に係る発電装置は車両に限られず、振動を発生する船舶や、橋梁や建築物にも配置することにより、振動エネルギーを電気エネルギーに効率的に変換することができる。 In addition, the shock absorber according to the above-described embodiment is exemplified as an example applied to a suspension mechanism of an automobile, but can be applied to a suspension mechanism of a motorcycle, a bicycle, or a train. Furthermore, the types of automobiles can be applied to various automobiles such as gasoline engine cars, electric cars, and hybrid cars. Further, the power generation device according to the present invention is not limited to a vehicle, and vibration energy can be efficiently converted into electric energy by being disposed on a ship that generates vibration, a bridge, or a building.
以上説明した発電装置においては、外部からの振動が振動伝達手段を介して環状体に伝達される。環状体は、振動伝達手段を介して伝達された振動により往復運動させられる。環状体の往復運動により、環状体を掛け渡した回転部材が回転する。そして、回転部材の回転運動が回転軸を介して発電機に伝達される。回転部材には、回転軸の一方向のみの回転を発電機に伝達する回転方向制限手段が設けられている。発電機に一方向のみの回転を伝達することにより、電気の極性の変化を抑制する。その結果、逆回転時の電力の消費によるエネルギーロスが抑制される。このような発電装置によれば、振動のエネルギーを高い効率で電気エネルギーに変換することができる。 In the power generation apparatus described above, external vibration is transmitted to the annular body via the vibration transmitting means. The annular body is reciprocated by the vibration transmitted through the vibration transmitting means. By the reciprocating motion of the annular body, the rotating member around the annular body rotates. Then, the rotational movement of the rotating member is transmitted to the generator via the rotating shaft. The rotation member is provided with rotation direction limiting means for transmitting rotation in only one direction of the rotation shaft to the generator. By transmitting the rotation in only one direction to the generator, the change in the polarity of electricity is suppressed. As a result, energy loss due to power consumption during reverse rotation is suppressed. According to such a power generator, vibration energy can be converted into electric energy with high efficiency.
また、複数の回転部材は、2つの回転部材であり、2つの回転部材は、互いに逆方向への回転のみを許容する回転方向制限手段を、それぞれ備えていること、さらには、2つの回転部材は、各回転軸の回転により回転力を供給される2つの発電機にそれぞれ接続されており、2つの発電機は互いに逆方向への回転により発電し、発電した電力を一方向のみに流れるように整流する整流手段をさらに備えることが好ましい。このような構成によれば、環状体の往復運動による、往方向の運動と復方向の運動の全ての運動エネルギーを電気エネルギーとして回収することができる。その結果、上下方向の振動の場合には、上下方向の両方の運動エネルギーを回収することができる。 The plurality of rotating members are two rotating members, and each of the two rotating members includes a rotation direction limiting unit that allows only rotation in opposite directions to each other, and further includes two rotating members. Are connected to two generators to which rotational force is supplied by the rotation of each rotating shaft, and the two generators generate power by rotating in opposite directions so that the generated power flows only in one direction. It is preferable to further include a rectifying means for rectifying the current. According to such a configuration, all the kinetic energy of the forward motion and the backward motion due to the reciprocating motion of the annular body can be recovered as electric energy. As a result, in the case of vertical vibration, both kinetic energy in the vertical direction can be recovered.
また、発電機は、トルクリミッタを介して回転部材に連結されていることが好ましい。このような構成によれば、突発的な大きな振動を受けた場合に、トルクリミッタにより発電機に付与される負荷を制限することができ、それにより、過負荷による発電機の損傷を抑制することができる。 Moreover, it is preferable that the generator is connected to the rotating member via a torque limiter. According to such a configuration, when a sudden large vibration is received, a load applied to the generator by the torque limiter can be limited, thereby suppressing damage to the generator due to overload. Can do.
また、回転部材と環状体との組み合わせとしては、プーリとタイミングベルトとの組合せ、歯付きプーリと歯付きベルトとの組合せ、チェーンとスプロケットとの組合せ、またはラックとピニオンとの組合せ等が好ましく用いられる。 As the combination of the rotating member and the annular body, a combination of a pulley and a timing belt, a combination of a toothed pulley and a toothed belt, a combination of a chain and a sprocket, or a combination of a rack and a pinion is preferably used. It is done.
また、発電装置は、環状体の張力を調整するテンショナをさらに備えることが好ましい。本発明に係る発電装置を車両用のショックアブソーバとして用いる場合、長期間の運転により環状体が徐々に伸びて、振動が伝達しにくくなることがある。このような場合に、テンショナにより張力を調整することにより振動の正確な伝達を維持することができる。 Moreover, it is preferable that a power generator is further equipped with the tensioner which adjusts the tension | tensile_strength of an annular body. When the power generation device according to the present invention is used as a shock absorber for a vehicle, the annular body may gradually expand due to a long-term operation, and vibration may not be transmitted. In such a case, accurate transmission of vibration can be maintained by adjusting the tension with the tensioner.
また、発電装置は、発電機と回転部材との間に増速手段をさらに備えることが、回転部材の回転数よりも発電機の回転数を高めることにより発電能力を向上させることができる点から好ましい。 In addition, since the power generation device further includes speed increasing means between the generator and the rotating member, the power generation capacity can be improved by increasing the number of revolutions of the generator rather than the number of revolutions of the rotating member. preferable.
また、発電装置は、上側外筒及び下側外筒の一方が他方に挿入され、振動方向に摺接しつつ互いに離間または接近の相対動作が可能な筐体を備え、上側外筒または下側外筒の何れか一方のみに複数の回転部材が直接または間接的に支持されており、複数の回転部材を支持しない他方の上側外筒または下側外筒の何れか一方のみに振動伝達手段が支持されていることが好ましい。このような構成によれば、例えば、上側外筒を車両の車体側に固定し、下側外筒を車両の車輪側に固定することにより、振動を効率的に伝達することができるとともに、発電装置本体を外界から保護できる。 In addition, the power generation device includes a housing in which one of the upper outer cylinder and the lower outer cylinder is inserted into the other, and is capable of moving relative to each other while being separated from or approaching the upper outer cylinder or the lower outer cylinder. A plurality of rotating members are directly or indirectly supported by only one of the cylinders, and the vibration transmitting means is supported by only one of the other upper outer cylinder or lower outer cylinder that does not support the plurality of rotating members. It is preferable that According to such a configuration, for example, by fixing the upper outer cylinder to the vehicle body side of the vehicle and fixing the lower outer cylinder to the wheel side of the vehicle, vibration can be efficiently transmitted and power generation The device body can be protected from the outside world.
上述したような発電装置を車両用のショックアブソーバとして用いた場合には、車両の揺動による振動を吸収して、吸収した振動のエネルギーを用いて発電することができる。すなわち、従来の油圧式のショックアブソーバ等において、熱として外界に放出されていた振動のエネルギーを電気エネルギーとして回収することができる。 When the power generation device as described above is used as a shock absorber for a vehicle, it is possible to absorb the vibration caused by the swing of the vehicle and generate power using the absorbed vibration energy. That is, in a conventional hydraulic shock absorber or the like, vibration energy released to the outside as heat can be recovered as electric energy.
本発明の発電装置は、乗り物や橋梁等の構造物に配置することにより、その振動のエネルギーを電気エネルギーに変換することができる。また、本発明の発電装置を備えたショックアブソーバは、発電するショックアブソーバとして、車両の燃費を向上させる。 The power generation apparatus of the present invention can convert the vibration energy into electric energy by being arranged in a structure such as a vehicle or a bridge. Moreover, the shock absorber provided with the electric power generating apparatus of this invention improves the fuel consumption of a vehicle as a shock absorber which generates electric power.
1a 上側外筒
1b 下側外筒
1 筐体
3 支持部材
3a 固定部分
4,14,34 発電機
5(5a、5b) 回転軸
6 上側スプリングシート
7,17 回転部材
8 環状体
9 振動入力部
9a 連結部
10 発電装置
11、21,41 回転方向制限手段
15(15a、15b) 回転軸
16 下側スプリングシート
20 ショックアブソーバ
22,23 連結機構
25,26,27,28 配線
30 コイルスプリング
31,32 かさ歯車
40 車体
51,61 ボルト
52 車体側取付部
60 車輪側部材
66,79 DC-DCコンバータ
67 電流制限器
68,168 電流電圧制御手段
69 整流手段
69a,69b,77,78 ダイオード
70 充電装置
72,77 CPU
78 電流検知部
80 ベルトテンショナ
100 サスペンション機構DESCRIPTION OF SYMBOLS 1a Upper
78
Claims (10)
異なる2つの回転軸と、
前記2つの各回転軸を中心にそれぞれ回転可能な2つの回転部材と、
前記2つの回転部材に掛け渡された環状体と、
少なくとも一方の前記回転軸に接続されてその回転軸の回転により発電する少なくとも1つの発電機と、
外部からの振動を前記環状体に伝達する振動伝達手段と、
前記回転部材の一方向のみの回転を前記発電機に伝達する回転方向制限手段と、
前記発電機に流れる電流量が所定値以下の場合に、前記発電機をその発電方向に回転させるよりも低いアイドリング電流を流す回路と、を備える発電装置。 A power generator that converts vibration energy into electrical energy,
Two different rotation axes,
Two rotating members that are respectively rotatable about the two rotating shafts;
An annular body spanned between the two rotating members;
At least one generator for power generation by the rotation of the rotation axis is connected to at least one of the previous SL rotary shaft,
Vibration transmitting means for transmitting external vibrations to the annular body;
A rotation direction limiting means for transmitting rotation in only one direction of the rotating member to the generator;
And a circuit for causing an idling current to flow lower than rotating the generator in the power generation direction when the amount of current flowing through the generator is equal to or less than a predetermined value .
前記2つの発電機は互いに各前記回転軸の逆方向の回転により発電し、各発電機が発電した電力を一方向のみに流れるように整流する整流手段をさらに備える請求項2に記載の発電装置。 The two rotating members are respectively connected to the two generators that generate electric power by the rotation of the rotating shafts,
3. The power generator according to claim 2, further comprising a rectifier that rectifies the two power generators so that the power generated by each of the rotary shafts rotates in the opposite direction and flows in only one direction. .
前記上側外筒または前記下側外筒の何れか一方のみに前記複数の回転部材が直接的または間接的に支持されており、前記複数の回転部材を支持しない他方の前記上側外筒または前記下側外筒の何れか一方のみに前記振動伝達手段が支持されている請求項1に記載の発電装置。 One of the upper outer cylinder and the lower outer cylinder is inserted into the other, and includes a housing that can be moved apart or approached while sliding in the vibration direction.
The plurality of rotating members are directly or indirectly supported by only one of the upper outer cylinder and the lower outer cylinder, and the other upper outer cylinder or the lower that does not support the plurality of rotating members. The power generation device according to claim 1, wherein the vibration transmission unit is supported by only one of the side outer cylinders.
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