CN105453397A - 发电装置、发电装置机组以及发电系统 - Google Patents

发电装置、发电装置机组以及发电系统 Download PDF

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Abstract

发电装置(100)具有发电部(10)、和支撑发电部(10)的支撑部(20)。发电部(10)构成具有第一振动系统和第二振动系统的二自由度振动系统，第一振动系统具备线圈组件(40)、和连结线圈组件(40)与框体(20)的第一弹簧部(64)，第二振动系统具备磁铁组件(30)、和连结磁铁组件(30)与线圈组件(40)的第二弹簧部(65)，第一振动系统的第一固有振动频率(ω1)与第二振动系统的第二固有振动频率(ω2)为14Hz～42Hz的范围的值。

Description

发电装置、发电装置机组以及发电系统
技术领域
本发明涉及发电装置、发电装置机组以及发电系统。
背景技术
近年来，开发出将机械的振动能量转换为电能的电气机械发电机(发电装置)(例如，参照专利文献1)。该专利文献1记载的电气机械发电机具有一个共振频率。从在小空间进行有效的发电的观点出发，例如，考虑利用空调管道的振动来进行该电气机械发电机的发电。
在此，空调管道以其自身的固有振动频率发挥作用，在空气调节过程中在与流体流动的方向大致垂直的方向上，构成管道的板材始终进行振动。此外，作为该振动源，例如，可举出由于在管道内流动的流体的压力差(脉动)、流体的流动朝向强制地被变更而产生的涡流或密度的变化、从管道的周边传递来的人的步行或机械的动作振动等。
然而，在将管道的振动频率的分布表示成曲线图的情况下，该曲线图很少是具有单一的频率的频谱。而是按每个管道而形状不同。即，按每个管道，其振动频率的分布有很大不同。从而，在专利文献1的发电装置中，由于仅具有单一的共振频率，因此从管道的振动频率的分布偏离较大，或者只能利用振动频率的一部分，有时很难进行有效的发电。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特表2011－517277
发明内容
发明要解决的问题
本发明是鉴于上述以往的问题而做出的，其目的在于提供一种能够有效地利用空调管道的振动而发电的发电装置、具备该发电装置的发电装置机组以及发电系统。
解决问题的技术方案
这种目的通过以下的(1)～(18)的本发明来达到。
(1)一种发电装置，固定在空调管道上使用，并且具有通过上述空调管道的振动而发电的发电部、和支撑该发电部的支撑部，上述发电装置的特征在于，
上述发电部构成具有第一振动系统和第二振动系统的二自由度振动系统，上述第一振动系统具备第一质量部、和连结该第一质量部与上述支撑部的第一弹簧部，上述第二振动系统具备质量小于上述第一质量部的第二质量部、和连结该第二质量部与上述第一质量部的第二弹簧部，
通过设定上述第一质量部的第一质量m1[kg]、上述第一弹簧部的第一弹簧常数k1[N/m]、上述第二质量部的第二质量m2[kg]、以及上述第二弹簧部的第二弹簧常数k2[N/m]，从而使上述第一振动系统的第一固有振动频率ω1和上述第二振动系统的第二固有振动频率ω2为14Hz～42Hz的范围的值。
(2)上述(1)所述的发电装置，上述第一振动系统的上述第一固有振动频率ω1和上述第二振动系统的上述第二固有振动频率ω2为14Hz～38Hz的范围的值。
(3)上述(1)或者(2)所述的发电装置，上述第一振动系统的第一固有角振动频率Ω1＝(k1/m1)1/2为200～250rad/S，上述第二振动系统的第二固有角振动频率Ω2＝(k2/m2)1/2为60～120rad/S，上述第一质量部与上述第二质量部的质量比μ＝m2/m1为0.4～1。
(4)(1)或者(3)所述的发电装置，在将该发电装置的第一共振频率下的发电量设为A1[mW/100mG]，将第二共振频率下的发电量设为A2[mW/100mG]时，成为A1＝0.9A2～1.1A2。
(5)上述(4)所述的发电装置，在将该发电装置的上述第一共振频率与上述第二共振频率之间的频带中的最小的发电量设为A3[mW/100mG]时，A3为0.25[(A1+A2)/2][mW/100mG]以上、且小于0.8[(A1+A2)/2][mW/100mG]。
(6)上述(4)所述的发电装置，在将该发电装置的上述第一共振频率与上述第二共振频率之间的频带中的最小的发电量设为A3[mW/100mG]时，A3为0.8[(A1+A2)/2][mW/100mG]以上、且0.9[(A1+A2)/2][mW/100mG]以下。
(7)上述(4)～(6)中任一项所述的发电装置，通过设定与上述第一固有振动频率以及上述第二固有振动频率对应的上述第二振动系统的衰减系数C2，从而成为上述发电量的关系。
(8)上述(7)所述的发电装置，与上述第一固有振动频率对应的上述衰减系数C2为6～10[N/(m/s)]，与上述第二固有振动频率对应的上述衰减系数C2为6～10[N/(m/s)]。
(9)上述(1)～(8)中任一项所述的发电装置，上述第二质量部具备以能够沿磁化方向位移的方式设置的永久磁铁，上述第一质量部具备以包围上述永久磁铁的外周侧的方式设置的线圈。
(10)上述(9)所述的发电装置，上述第一质量部还具备保持部件，该保持部件保持上述线圈，并且由含有非磁性的金属粒子的树脂材料构成。
(11)上述(9)或者(10)所述的发电装置，上述第二质量部还具备磁性部件，该磁性部件固定在上述永久磁铁上，并且由比重7以上的磁性材料构成，上述永久磁铁经由该磁性部件与上述第二弹簧部连结。
(12)上述(1)～(8)中任一项所述的发电装置，上述第一质量部以及上述第二质量部中的至少一方具备产生磁力线的永久磁铁，上述第二弹簧部具备由磁致伸缩材料构成的能够弹性变形的磁致伸缩部件，
该发电装置具有线圈，该线圈配置成使上述磁力线沿轴向通过，并且根据上述磁力线的密度的变化而产生电压。
(13)上述(12)所述的发电装置，上述线圈设在上述磁致伸缩部件的外周侧。
(14)上述(1)～(8)中任一项所述的发电装置，上述第二弹簧部具备由压电材料构成的能够弹性变形的压电部件，
该发电装置具有隔着该压电部件对置设置的一对电极。
(15)上述(1)～(8)中任一项所述的发电装置，上述第二质量部具备能够沿与极化方向大致正交的方向位移的方式设置的驻极体，
该发电装置具备隔着上述驻极体对置设置的一对电极。
(16)上述(1)～(15)中任一项所述的发电装置，该发电装置还具有用于调整该发电装置的发电量的配重。
(17)一种发电装置机组，其特征在于，具有：上述(1)～(15)中任一项所述的发电装置；以及用于调整该发电装置的发电量的配重。
(18)一种发电系统，其特征在于，具有：上述(1)～(15)中任一项所述的发电装置；以及经由上述支撑部固定该发电装置的上述空调管道。
发明的效果
根据本发明，由于构成为两个振动系统的固有振动频率为适当的值，因此能够有效地利用空调管道的振动，其结果能够以高发电效率进行发电。
附图说明
图1是表示本发明的发电装置的第一实施方式的立体图。
图2是图1所示的发电装置的俯视图。
图3是图1所示的发电装置所具备的装置主体的分解立体图。
图4是图1中的A－A线剖视图(图3所示的装置主体的纵向剖视图)。
图5是图3所示的装置主体所具备的板簧的俯视图。
图6是用于说明发电部所具有的二自由度振动系统的结构的模型图。
图7是用于说明图6所示的二自由度振动系统中的发电量的频率特性的图。
图8是对代表性的尺寸的空调管道进行模型化而表示该空调管道的各侧面(振动面)中的固有振动频率的解析结果的代表例的图。
图9是表示安装本发明的发电装置的代表性的空调管道的立体图。
图10是图1所示的发电装置所具备的吸附单元的分解立体图。
图11是图1中的B－B线剖视图。
图12是表示图1所示的发电装置的使用状态(固定状态)的图。
图13是放大表示图12所示的发电装置的侧视图。
图14是表示图1所示的发电装置的其他使用状态(固定状态)的图。
图15是表示本发明的发电装置的第二实施方式的基本状态的侧视图。
图16是表示图15所示的发电装置的振动状态的侧视图。
图17是表示本发明的发电装置的第三实施方式的基本状态的侧视图。
图18是表示图17所示的发电装置的振动状态的侧视图。
图19是本发明的发电装置的第四实施方式的横向剖视图。
图20(a)～(e)是表示各实施例以及各比较例的发电装置中的发电量的频率特性的曲线图。
具体实施方式
以下，根据附图所示的优选实施方式对本发明的发电装置进行说明。
＜第一实施方式＞
首先，对本发明的发电装置的第一实施方式进行说明。
图1是表示本发明的发电装置的第一实施方式的立体图。图2是图1所示的发电装置的俯视图。图3是图1所示的发电装置所具备的装置主体的分解立体图。图4是图1中的A－A线剖视图(图3所示的装置主体的纵向剖视图)。图5是图3所示的装置主体所具备的板簧的俯视图。
此外，在以下的说明中，将图1、图3以及图4中的上侧称为“上”或者“上方”，将下侧称为“下”或者“下方”。并且，将图2以及图5中的纸面跟前侧称为“上”或者“上方”，将纸面进深侧称为“下”或者“下方”。
图1以及图2所示的发电装置100固定在空调管道上使用。该发电装置100具有：装置主体1；通过吸附而将该装置主体1固定在空调管道上的吸附单元9；以及以从装置主体1向侧方突出的方式设置，并与外部装置连接的连接器11。
如图3以及图4所示，装置主体1具备框体(支撑部)20、和以能够沿图4的上下方向振动的方式被保持在框体20内的发电部10。该发电部10具有：一对对置的上侧板簧60U以及下侧板簧60L；固定在这些板簧之间的、具有永久磁铁31的磁铁组件30；以及具有以包围永久磁铁31的外周侧的方式设置的线圈41的线圈组件40。此外，在本实施方式中，上侧板簧60U和下侧板簧60L具有相同的结构。
＜＜框体20＞＞
如图3以及图4所示，框体20具备：罩21；将发电部10支撑在上表面(一方的面)侧的基座(支撑板)23；以及在罩21与基座23之间以包围发电部10的方式设置的筒状部22。
罩21形成圆盘状，并且沿着其外周缘部而朝向下方突出形成有圆环状(环状)的肋211。沿着与该肋211对应的部分，以大致等间隔形成有六个贯穿孔212。另外，在罩21的比肋211靠内侧的部分，形成有朝向上方凹陷形成的凹部(退让部)214。发电部10在振动时位于(退避)该凹部214内，以防止与罩21接触。
筒状部22形成圆筒状，其外径与罩21的外径大致相等。在组装了发电部10和框体20的状态(以下，将该状态称为“组装状态”)下，发电部10的有助于发电的主要部分位于筒状部22的内侧。
另外，在筒状部22的内周面，在与罩21的贯穿孔212对应的位置上，沿着筒状部22的高度方向形成有六个凸台221。在该凸台221的上端部，形成有上侧螺纹孔221a。并且，在上侧板簧60U的外周部(第一环状部61)，沿着其周向以大致等间隔形成有六个贯穿孔66。
在使上侧板簧60U的外周部位于罩21与筒状部22之间的状态下，将螺钉213插通罩21的贯穿孔212以及上侧板簧60U的贯穿孔66，并使其与凸台221的上侧螺纹孔221a螺纹结合。由此，上侧板簧60U的外周部被固定在罩21和筒状部22上。
基座23形成圆盘状，并且沿着其外周缘部朝向上方突出形成有圆环状(环状)的肋231。沿着与该肋231对应的部分，以大致等间隔形成有六个贯穿孔232。另外，在基座23的比肋231靠内侧的部分，形成有朝向下方凹陷形成的凹部(退让部)234。发电部10在振动时位于(退避)该凹部234内，以防止与基座23接触。
另外，筒状部22的凸台221的下端部，形成有下侧螺纹孔(内螺纹)221b。在使下侧板簧60L的外周部(第一环状部61)位于基座23与筒状部22之间的状态下，将螺钉233插通基座23的贯穿孔232以及下侧板簧60L的贯穿孔66，并使其与凸台221的下侧螺纹孔221b螺纹结合。由此，下侧板簧60L的外周部被固定在基座23和筒状部22上。
如图4所示，基座23的下表面(另一方的面)230由朝向下方突出的弯曲凸面构成。此外，关于通过该结构所获得的效果，在后面进行说明。另外，在基座23的下表面230的中央部，形成有能够容纳构成吸附单元9的一部分的永久磁铁911等的凹部235。
作为构成框体20(罩21、筒状部22以及基座23)的材料，不做特别限定，例如，可举出金属材料、陶瓷材料、树脂材料等，能够组合它们的一种或者两种以上来使用。
框体20的尺寸不做特别限定，但是从对发电装置100进行小型化(低高度化)的观点出发，框体20(基座23)的平均宽度(平均直径)优选为60～120mm左右。并且，框体20的平均高度优选为20～50mm左右，更优选30～40mm左右。
在该框体20内，利用上侧板簧60U以及下侧板簧60L而能够振动地保持有发电部10。
＜＜上侧板簧60U、下侧板簧60L＞＞
上侧板簧60U通过其外周部在罩21与筒状部22之间被它们夹持而被固定。另外，下侧板簧60L通过其外周部在基座23与筒状部22之间被它们夹持而被固定。
各板簧60L、60U由例如铁、不锈钢之类的金属制的薄板材形成，是其整体形状呈圆盘状的部件。如图5所示，各板簧60L、60U从外周侧起具有第一环状部61、外径小于第一环状部61的内径的第二环状部62、以及外径小于第二环状部62的内径的第三环状部63。
这些第一环状部61、第二环状部62以及第三环状部63设置成同心。另外，第一环状部61和第二环状部62利用多个(本实施方式中为六个)第一弹簧部64连结，第二环状部62和第三环状部63利用多个(本实施方式中为三个)第二弹簧部65连结。
在第一环状部61，沿着其周向以大致等间隔(大致60°间隔)形成有六个贯穿孔66。如上所述，在上侧板簧60U的贯穿孔66中插通有与凸台221的上侧螺纹孔221a螺纹结合的螺钉213，另一方面，在下侧板簧60L的贯穿孔66中插通有与凸台221的下侧螺纹孔221b螺纹结合的螺钉233。
另外，在第二环状部62，也沿着其周向以大致等间隔(大致60°间隔)形成有六个贯穿孔67。并且，在后述的线圈组件40的线圈保持部50，沿着其周向沿上下方向突出地形成有六个凸台511。在各凸台511的上端部形成有上侧螺纹孔511a，在各凸台511的下端部形成有下侧螺纹孔511b。
将螺钉82插通上侧板簧60U的贯穿孔67，并使其与凸台511的上侧螺纹孔511a螺纹结合。由此，上侧板簧60U的第二环状部62被固定在线圈组件40(线圈保持部50)上。另一方面，将螺钉82插通下侧板簧60L的贯穿孔67，并使其与凸台511的下侧螺纹孔511b螺纹结合。由此，下侧板簧60L的第二环状部62被固定在线圈组件40上。
另外，在上侧板簧60U的第三环状部63，固定有配置于磁铁组件30的上方的隔离件70。另一方面，在下侧板簧60L的第三环状部63，固定有磁铁组件30。并且，在本实施方式中，利用螺钉73连结隔离件70与磁铁组件30。
六个第一弹簧部64分别形成为具有圆弧状的部分的形状(大致S字状)，并配置在第一环状部61与第二环状部62之间。具体而言，隔着第二环状部62(线圈组件40)相互对置的一对第一弹簧部64配置有三组(配置在以第三环状部63的中心轴为中心的旋转对象的位置)。各第一弹簧部64的一端在第一环状部61的贯穿孔66附近与第一环状部61连结，圆弧状的部分沿着第一环状部61以及第二环状部62的周向左旋(逆时针方向)延伸，另一端在第二环状部62的贯穿孔67附近与第二环状部62连结。
六个第一弹簧部64将第二环状部62以能够沿图4的上下方向振动的方式支撑(连结)在第一环状部61。如上所述，第一环状部61固定在框体20上，第二环状部62固定在线圈组件40上。因此，若来自空调管道的振动传递到框体20，则该振动经由第一弹簧部64传递到第二环状部62，线圈组件40相对于框体20进行振动。
另一方面，三个第二弹簧部65分别形成为具有圆弧状的部分的形状(大致S字状)，并且配置在第二环状部62与第三环状部63之间。具体而言，三个第二弹簧部65配置在以第三环状部63(磁铁组件30)的中心轴为中心的旋转对称的位置上。各第二弹簧部65的一端在第二环状部62的贯穿孔67附近与第二环状部62连结，圆弧状的部分沿着第二环状部62以及第三环状部63的周向右旋(顺时针方向)延伸，另一端与第三环状部63连结。
三个第二弹簧部65将第三环状部63以能够沿着图4的上下方向振动的方式支撑(连结)在第二环状部62。如上所述，第二环状部62固定在线圈组件40上，第三环状部63直接或者间接地固定在磁铁组件30上。因此，传递到第二环状部62的来自空调管道的振动经由第二弹簧部65传递到第三环状部63，磁铁组件30相对于线圈组件40振动。
如此，如图5所示，各板簧60L、60U形成以其中心轴(第三环状部63的中心轴)为中心的旋转对称的形状。由此，能够防止在各板簧60L、60U的周向上的第一弹簧部64以及第二弹簧部65的弹簧常数产生不均。因此，能够提高各板簧60L、60U的作为整体的在与厚度方向大致正交的方向上的刚性(横向刚性)。并且，当组装发电装置100(装置主体1)时，能够更简便地进行其作业。
此外，各板簧60L、60U的平均厚度能够以各弹簧部64、65的弹簧常数(k1、k2)成为所需的值方式进行适当调整。具体而言，各板簧60L、60U的平均厚度优选为0.1～0.4mm左右，更优选0.2～0.3mm左右。如果各板簧60L、60U的平均厚度在上述范围内，则能够可靠地防止各板簧60L、60U的塑性变形、断裂等的产生。由此，能够在将发电装置100安装于空调管道上的状态下长期使用。
在这些上侧板簧60U与下侧板簧60L之间，设有具有永久磁铁31的磁铁组件30。
＜＜磁铁组件30＞＞
磁铁组件30具有圆柱状的永久磁铁31、有底筒状的后磁轭(磁性部件)32、以及设在永久磁铁31上的圆盘状的磁轭(磁性部件)33。该磁铁组件30中，后磁轭32的底面的外周部固定在下侧板簧60L的第三环状部63，磁轭33隔着隔离件70固定在上侧板簧60U的第三环状部63。
永久磁铁31配置成N极朝向上侧且S极朝向下侧。由此，永久磁铁31(磁铁组件30)沿着其磁化方向(上下方向)位移。
永久磁铁31能够使用例如铝铁镍钴磁铁、铁氧体磁铁、钕磁铁、钐钴磁铁、对粉碎这些磁铁并混炼到树脂材料或橡胶材料中的复合原材料进行成形而成的磁铁(粘结磁铁)等。此外，永久磁铁31通过例如永久磁铁31自身的磁力所产生的吸附、基于粘接剂的粘接等而固定在后磁轭32以及磁轭33上。
磁轭33的俯视时的大小与永久磁铁31的俯视时的大小大致相等。另外，在磁轭33的中央部形成有螺纹孔331。
后磁轭32具备底板部321、和沿着其外周部竖立设置的筒状部322。永久磁铁31在底板部321的中央部与筒状部322同心地配置。另外，在底板部321的中央部形成有贯穿孔。在具备该后磁轭32的结构的磁铁组件30中，能够增大由永久磁铁31产生的磁通。
作为后磁轭32以及磁轭33的构成材料，可分别举出例如纯铁(例如、JISSUY)、软钢、碳钢、电磁钢(硅钢)、高速度工具钢、结构钢(例如、JISSS400)、不锈钢、坡莫合金之类的比重7以上的磁性材料等，并且能够组合使用它们中的一种或者两种以上。通过使用这种磁性材料，能够防止磁铁组件30的大型化且确保充分的质量。
在磁铁组件30与框体20之间设有线圈组件40。
＜＜线圈组件40＞＞
线圈组件40具有线圈41、和保持该线圈41的线圈保持部(保持部件)50。并且，线圈保持部50具有整体形状为圆筒状的主体部51、以及位于主体部51的上端内周侧的圆环状的圆盘部52。
主体部51形成将圆筒状的块体从上下方向减薄的形状。并且，在主体部51，沿着其周向沿上下方向突出地形成有六个凸台511。在各凸台511的上端部以及下端部，分别形成有供螺钉82螺纹结合的上侧螺纹孔511a以及下侧螺纹孔(内螺纹)511b。
圆盘部52与主体部51形成为一体，其内径形成为大于隔离件70(主体部71)的外径。在该圆盘部52的下表面的内周侧，保持有线圈41。
线圈保持部50优选由含有非磁性的金属粒子的树脂材料构成。通过使用这种材料，能够防止线圈组件40的大型化且确保充分的质量。作为非磁性的金属粒子，可举出例如由不锈钢、钨、铅、铜、银、金等构成的金属粒子。另外，作为树脂材料，可举出例如ABS、PBT、PA、POM、PPS、PC等。
线圈41设定为，其外径小于后磁轭32的筒状部322，内径大于永久磁铁31以及磁轭33的外径。由此，在组装状态下，线圈41在后磁轭32的筒状部322与永久磁铁31之间，与它们分离(不与它们接触)而配置。
该线圈41通过发电部10的振动而相对于永久磁铁31相对沿上下方向位移。此时，通过线圈41的来自永久磁铁31的磁力线的密度产生变化，在线圈41中产生电压。
线圈41通过卷绕例如在铜制的基线上包覆绝缘保护膜的线材、或者在铜制的基线上包覆具有热粘接功能的绝缘保护膜的线材等而形成。线材的匝数根据线材的横截面积等而适当设定，没有特别限定。另外，线材的横截面形状也可以是例如三角形、正方形、长方形、六边形之类的多边形、圆形、椭圆形等任意形状。
此外，构成该线圈41的线材的两端，隔着设置于线圈保持部50的圆盘部52的上侧的电压输出部(未图示)而与连接器11连接。由此，线圈41中产生的电压能够从连接器11输出。
另外，磁铁组件30隔着隔离件70而与上侧板簧60U连结。
＜＜隔离件70＞＞
隔离件70具备：有底筒状的主体部71；以及沿着该主体部71的上端外周，与主体部71一体地形成的圆环状的凸缘部72。主体部71的底部利用螺钉73与磁铁组件30(磁轭33)连结。另外，在凸缘部72的下表面的外周侧，固定有上侧板簧60U的第三环状部63。
作为构成该隔离件70的材料，能够使用例如镁、铝、成形树脂等。
在如上所述构成的装置主体1中，形成有线圈组件(第一质量部)40相对于框体20而经由第一弹簧部64进行振动的第一振动系统、以及磁铁组件(第二质量部)30相对于线圈组件40而经由第二弹簧部65进行振动的第二振动系统。换言之，在装置主体1中，发电部10构成具有第一振动系统以及第二振动系统的二自由度振动系统。
在此，图6是用于说明发电部10所具有的二自由度振动系统(第一振动系统以及第二振动系统)的结构的模型图。并且，图7是用于说明图6所示的二自由度振动系统中的发电量的频率特性的曲线图。
在这种二自由度振动系统的发电部10中，第一振动系统具有第一固有振动频率ω1[Hz]，该第一固有振动频率ω1[Hz]由线圈组件40的第一质量m1[kg]、线圈组件40与磁铁组件30的质量比μ＝m2/m1、以及第一弹簧部64的第一弹簧常数k1[N/m]决定，第二振动系统具有第二固有振动频率ω2[Hz]，该第二固有振动频率ω2[Hz]由磁铁组件30的第二质量m2[kg]、线圈组件40与磁铁组件30的质量比μ、以及第二弹簧部65的第二弹簧常数k2[N/m]决定。
在此，第一以及第二固有振动频率ω1、ω2能够用下式(1)的运动方程式表示。
[数1]
(其中， μ = m 2 m 1 , Ω 1 = k 1 m 1 , Ω 2 = k 2 m 2 )
即，二自由度振动系统的第一固有振动频率ω1以及第二固有振动频率ω2由上述的线圈组件40与磁铁组件30的质量比μ、第一振动系统的第一固有角振动频率Ω1[rad/S]、以及、第二振动系统的第二固有角振动频率Ω2[rad/S]这三个参数决定。
此外，在图6中，包含有基于衰减系数C1、C2的衰减(以下，还分别简称为“衰减C1”、“衰减C2”。)。在此，衰减C1是通过第一弹簧部64的挠曲而产生的结构衰减。另一方面，衰减C2是在第二弹簧部65的结构衰减的基础上，当外部负载消耗所发电的电力时，由想要抑制发电部10产生的振动的反作用力所产生的衰减。在如本实施方式那样的基于电磁感应的发电方式的情况下，后者的衰减表示通过基于永久磁铁31和线圈41的电磁感应而发电的电流经过发电装置100的外部负载环绕，电流流动时由推力产生的衰减，是所谓的由反电动势产生的衰减。
基于该反电动势的衰减由推力常数Kt、线圈41的电阻值R、以及线圈41的电感确定，在发电装置100上没有负载的状态(线圈41的释放状态)下，衰减C2仅是第二弹簧部65的结构衰减。此外，第二弹簧部65的结构衰减与上述的由反电动势产生的衰减相比极小，实际上是可以忽视的值。因此，以下说明中，衰减C2是指由反电动势产生的衰减。
用上述式(1)表示的二自由度振动系统的发电量(发电能力)随着包含由反电动势产生的衰减的衰减C2，如图7所示，在由各固有振动频率ω1、ω2分别引起的两个共振频率(第一共振频率f1、第二共振频率f2)中取最大值A1以及A2[mW/100mG]。而且，在发电装置100中，在这些两个共振频率f1、f2之间的整个频带中，发电部10相对于框体20有效地进行振动。此外，在没有衰减C2的情况下，各固有振动频率ω1、ω2与各共振频率f1、f2一致。
在本发明中，通过设定线圈组件40的第一质量m1[kg]、第一弹簧部64的第一弹簧常数k1[N/m]、磁铁组件30的第二质量m2[kg]、第二弹簧部65的第二弹簧常数k2[N/m]，第一振动系统的第一固有振动频率ω1和第二振动系统的第二固有振动频率ω2成为14～42Hz的范围的值。由此，发电部10(发电装置100)能够有效地利用空调管道的振动，其结果能够以高发电效率发电。以下，对这一点进行说明。
空调管道的振动频率由于各种因素而产生变动，主要的因素是与送风机的转速一致的气体的脉动、和空调管道的振动面的固有振动频率。
于是，首先，对送风机的转速进行讨论。在办公室或设施、大厦等的空调中，在送风机上一般使用感应马达。该感应马达的转速由所供给的交流电源频率、马达磁极数、以及滑移率确定，通常分布在15.8～28.5Hz的范围。当进行空调时，从送风机至空调口(进气口、排气口、送风口)为止，空气流动，压力传递到空调管道整体范围。从而，基于送风机的脉动还产生于空调管道整体。
接着，关于空调管道的固有振动频率，对代表性的尺寸的空调管道进行模型化，并进行了模拟。表1是表示模拟结果的表。图8是表示解析结果的代表例的图。
[表1]
在此，图9是表示安装有本发明的发电装置100的代表性的空调管道的立体图。
如图9所示，用于大厦设施等的天花板背面的空调管道的尺寸是纵向300～400mm左右、横向300～400mm左右、以及凸缘间的长度900～1800mm左右。此外，根据建筑物的形状，使空调管道的路径弯曲或者折回的情况下，有时是与直线形状不同的形状或者凸缘间的长度为400mm左右。因此，设想这种情况，对于将凸缘间的长度设定为450mm左右的模型也进行了模拟。
另外，用于空调管道的钢板的厚度有0.5mm、0.6mm、0.8mm、1.0mm、1.2mm等，根据空调管道的尺寸而适当选择。因此，根据模型的长度而适当选择了钢板的厚度(表1中的No.1～9)。而且，为了实现空调管道的轻量化，对于设想了极其薄且长的大型的空调管道的情况(表1中的No.10)也进行模型化，并进行了模拟。
其结果可知，在No.1～9的空调管道中，有助于发电的方向(共振模式)的固有振动频率分布在14～42Hz。在此，所谓有助于发电的方向(共振模式)，是指如图8所示的模式1以及2那样在发电装置100的发电方向上产生了振动的情况下的空调管道的振动方向，如图8所示的模式3那样，在空调管道的侧面上产生振动模式的情况下，如果设想将发电装置100设置在空调管道的侧面，则也有助于发电装置100的发电。
此外，在图8所示的模式4那样的情况下，如果将发电装置100设置在相当于振动的波节的空调管道中央，则空调管道的振动不利于发电装置100的发电，而如果将发电装置100设置在振动的波腹，则空调管道的振动有助于发电装置100的发电。此外，在各空调管道的模型中模式的种类、顺序、频率不同，因此上述说明中的模式号码在各空调管道的模型中不通用。
另外，在No.10的空调管道(薄壁的大型空调管道)的情况下，其固有振动频率为6Hz左右而较低。这种空调管道成为以高于其共振频率的频率进行的强制振动模型。即，在此情况下，空调管道的振动面以抑制基于脉动的振动的振幅的方式发挥作用，因此不会产生基于共振的放大。然而，空调管道的振动面为薄壁且面积较大，因此其弹簧常数降低，且接受脉动的面积变大。因此，空调管道的振动面对压力的力的转换率变大，其结果，其位移量变大。在此情况下，空调管道的振动面成为对送风机的脉动频率依赖较大的振动模式。
由如上所述的内容可知，通过将送风机的脉动频率作为振动源，空调管道的固有振动频率产生影响，从而强烈产生空调管道的振动的频带，如表1中粗字所表示，是14～42Hz。
从而，通过构成为第一振动系统的第一固有振动频率ω1和第二振动系统的第二固有振动频率ω2为14～42Hz的范围的值，发电装置100(发电部10)能够有效地利用空调管道的振动，能够以高发电效率发电。
另外，发电装置100优选通过使管道的脉动频率与固有振动频率(固有振动频率)调谐，将振动容易放大的15～28Hz包含于灵敏度频带(有助于发电装置100的发电的频带)中。而且，根据本发明人的研究可知，若为了扩大发电装置100的灵敏度频带而增大第一固有振动频率ω1与第二固有振动频率ω2之差(间隔)，则表现出在灵敏度频带中的发电装置100的发电量上容易产生不均的倾向。
由于这种情况，优选构成为第一振动系统的第一固有振动频率ω1和第二振动系统的第二固有振动频率ω2包含15～28Hz的频带，且成为它们之差不会过大的范围的值、即14～38Hz的范围的值。具体而言，发电装置100优选在14Hz处具有1次侧(低频侧)的固有振动频率ω1，在28～38Hz的范围具有2次侧(高频侧)的固有振动频率ω2。由此，发电装置100能够充分维持高的发电量，并且能够充分抑制发电量的不均(12％左右)，其结果，能够以更高的发电效率发电。
如上所述，各固有振动频率ω1、ω2由三个参数(第一振动系统的第一固有角振动频率Ω1＝(k1/m1)1/2、第二振动系统的第二固有角振动频率Ω2＝(k2/m2)1/2、以及第一质量部与第二质量部的质量比μ＝m2/m1)决定。
就该三个参数而言，优选将Ω1决定为200～250rad/S、将Ω2决定为60～120rad/S、将μ决定为0.4～1，更优选将Ω1决定为210～240rad/S、将Ω2决定为80～110rad/S、将μ决定为0.5～0.7。由此，能够将发电装置100的各固有振动频率ω1、ω2更可靠地设为如上所述的范围的值，并且还能够防止在较宽的灵敏度频带中的发电装置100的发电量产生不均。从而，发电装置100能够有效地利用空调管道的振动，能够以更高的发电效率发电。
在这种发电装置100中，如图7所示，在第一共振频率f1以及第二共振频率f2附近，示出高发电量(发电能力)，但优选构成为这些共振频率f1、f2附近的发电量彼此之差尽量较小。并且，更优选构成为共振频率f1、f2之间的频带中的发电量的不均也尽量较小。根据这种结构，发电装置100能够在灵敏度频带中进行有效的发电。
具体而言，在将第一共振频率f1下的发电量设为A1[mW/100mG]、将第二共振频率f2下的发电量设为A2[mW/100mG]时，优选构成为A1＝0.9A2～1.1A2，更优选构成为A1＝0.95A2～1.05A2。
而且，在将第一共振频率f1和第二共振频率f2之间的频带中的最小的发电量设为A3[mW/100mG]时，优选构成为A3＝0.8[(A1+A2)/2]～0.9[(A1+A2)/2]，更优选构成为A3＝0.8[(A1+A2)/2]～0.85[(A1+A2)/2]。
此外，在该发电装置100中，优选各共振频率f1、f2下的发电量A1、A2分别为0.6～1.5mW/100mG左右，更优选为0.7～1.2mW/100mG左右。如果发电装置100能够利用空调管道的振动而获得上述范围的发电量，则例如能够有效地利用于如下的发电系统。
作为这种发电系统，具体而言，可举出组合使用发电装置100、和传感器以及无线装置的发电系统。在该发电系统中，如后所述，将来自发电装置100的电力作为电源，利用传感器测量空调管道内和设施内的照度、温度、湿度、压力、噪音等，将所获得的检测数据经由无线装置发送到外部终端，能够将该检测数据作为各种控制信号和监控信号而利用。
另外，各共振频率f1、f2之间的频带中的最小的发电量A3优选为0.5～1mW/100mG左右，更优选为0.6～0.9mW/100mG左右。由此，发电装置100在各共振频率f1、f2之间的频带中，能够获得更高的发电量，例如，能够更有效地利用于如上所述的发电系统中。
如上所述，从在较宽的频带范围内进行有效的发电的观点看，优选构成为各共振频率f1、f2之间的频带中的最小的发电量A3[mW/100mG]为0.8[(A1+A2)/2][mW/100mG]以上、0.9[(A1+A2)/2][mW/100mG]以下。
另一方面，在构成为发电量A3[mW/100mG]为0.25[(A1+A2)/2][mW/100mG]以上、小于0.8[(A1+A2)/2][mW/100mG]的情况下，能够获得以下的效果。即，通过相对于发电量A3而增大发电量A1或者A2的值，换言之增大灵敏度频带的至少一端上的发电量，能够提高针对具有从灵敏度频带脱离的频率(低于第一共振频率f1的低频率、或者高于第二共振频率f2的高频率)的振动的发电量100的灵敏度。由此，能够扩大发电装置100的外观上的灵敏度频带。
关于这种发电量的关系，通过将三个参数(Ω1、Ω2以及μ)的值设定在如上述的范围，且设定与各固有振动频率ω1、ω2对应的衰减系数C2，能够适当地调整。
在本实施方式的发电装置100中，该衰减系数C2用以下式(2)表示。
[数2]
c 2 = k t 2 R 2 + ( 2 π L f ) 2 - - - ( 2 )
(其中，Kt＝推力常数，R＝线圈电阻值，L＝线圈电感。)
决定上述式(2)中所示的衰减系数C2的线圈电阻值R、线圈电感L，通过变更构成线圈41的线材的材料、线径、匝数等而能够调整。
上述式(2)中所示的与第一固有振动频率ω1对应的衰减系数C2优选为6～10[N/(m/s)]，更优选为7～9[N/(m/s)]。并且，与第二固有振动频率ω2对应的衰减系数C2は、优选为6～10[N/(m/s)]，更优选为7～9[N/(m/s)]。
如果衰减C2满足上述条件，则能够使两个共振频率f1、f2下的发电量A1、A2大致相等，并且能够使发电量A3为发电量A1、A2的80～85％左右。即，发电装置100能够在充分宽的频带范围维持高发电量，并且能够更小地抑制发电量的不均。其结果，发电装置100能够有效地利用空调管道的振动，能够以更高的发电效率发电。
在这种装置主体1中，如图4所示，若振动从空调管道传递到框体20，则发电部10在框体20的内部沿上下方向振动。更具体而言，相对于框体20，线圈组件40经由各板簧60U、60L的第一弹簧部64沿上下方向振动(即，第一振动系统振动)。并且，同样地，相对于线圈组件40，磁铁组件30经由各板簧60U、60L的第二弹簧部65沿上下方向振动(即，第二振动系统振动)。
各板簧60U、60L在其结构上，与振动方向大致正交的方向(横方向)的弹簧常数大于各弹簧部64、65的振动方向的弹簧常数。即，各板簧60U、60L的横向的刚性(横向刚性)大于其厚度方向的刚性。因此，各板簧60U、60L与其横向相比，厚度方向(振动方向)优先变形。而且，磁铁组件30和线圈组件40分别在它们的厚度方向的两侧，固定在一对板簧60U、60L上。因此，磁铁组件30和线圈组件40与各板簧60U、60L成为一体而振动。
根据这种情况，磁铁组件30和线圈组件40被阻止了以与各板簧60U、60L的厚度方向大致正交的方向作为轴的直动(横摇)以及转动(滚动)，它们的振动轴被限制在一定的方向(纵向)。而且，如上所述，线圈41配置成不与磁铁组件30(永久磁铁31以及磁轭33、后磁轭32)接触。
从而，当发电部10振动时，能够防止磁铁组件30与线圈41相互接触。尤其是，磁铁组件30和线圈组件40由于均是具有高刚性的刚体，因此与板簧60U、60L的各弹簧部64、65同样地，与振动方向大致正交的方向上的刚性(横向刚性)也高。因此，在发电部10振动时，也能可靠地防止磁铁组件30与线圈41接触。
由此，来自空调管道的振动能量有效地传递到第一振动系统，传递到该第一振动系统的振动能量进一步有效地传递到第二振动系统。其结果，磁铁组件30与线圈41的相对移动可靠地进行。如图4所示，在发电部10形成有磁场环路，该磁场环路是从永久磁铁31的中心侧经由磁轭33朝向外侧流动，并经由后磁轭32朝向永久磁铁31的中心侧流动。
因此，通过磁铁组件30与线圈41的相对移动，通过永久磁铁31所产生的磁通密度B的磁场(磁场环路)的线圈41的位置产生移动。此时，基于磁场所通过的线圈41内的电子受到的洛伦兹力，产生电动势。该电动势直接有助于发电部10的发电，因此在发电部10能够进行有效的发电。
此外，在发电部10，上侧板簧60U的第一弹簧部64与下侧板簧60L的第一弹簧部64的分离距离可以设定为，在框体20的筒状部22侧和线圈保持部50侧大致相等，或者不同。另外，上侧板簧60U的第二弹簧部65与下侧板簧60L的第二弹簧部65的分离距离可以设定为，在线圈保持部50侧和磁铁组件30侧(隔离件70侧)大致相等，或者不同。
通过将分离距离设定为不同，在发电部10不振动的状态下，能够对第一弹簧部64和第二弹簧部65赋予预张力(初始载荷)。在这种结构中，在将发电装置100横放时(图12(a)所示的状态)和纵放时(图12(b)所示的状态)之间，能够抑制发电部10的姿势变化。从而，该发电装置100与设置场所无关而能够进行有效的的发电。
在如上说明的装置主体1上，在基座(支撑板)23的下表面(与发电部10相反的面)设有吸附单元9。通过使该吸附单元9吸附于空调管道，能够将装置主体1(发电装置100)固定在空调管道上。
＜＜吸附单元9＞＞
图10是图1所示的发电装置所具备的吸附单元的分解立体图。图11是图1中的B－B线剖视图。图12是表示图1所示的发电装置的使用状态(固定状态)的图。图13是放大表示图12所示的发电装置的侧视图。图14是表示图1所示的发电装置的其他使用状态(固定状态)的图。
此外，在以下的说明中，将图10～图14中的上侧称为“上”或者“上方”，将下侧称为“下”或者“下方”。
如图10以及图11所示，吸附单元9具备：多个(本实施方式中为七个)磁铁组件91；保持磁铁组件91的第一片材92；以及设置在磁铁组件91的与装置主体1相反的一侧的第二片材93。
各磁铁组件91包括：呈圆环状的小型的永久磁铁(磁铁块)911；以及呈有底筒状，且在底部(顶棚部)形成有贯穿孔的磁轭912。而且，在该磁轭912的内侧，永久磁铁911通过例如永久磁铁911自身的磁力产生的吸附、基于粘接剂的粘接等而固定。在具备该磁轭912的结构的磁铁组件91中，能够增大永久磁铁911的吸引力。
永久磁铁911只要能够发挥足够的吸引力，则无特别限定，例如，能够使用与上述的永久磁铁31同样的永久磁铁。通过使用该永久磁铁911，与空调管道的构成材料无关，而能够将发电装置100以足够的吸引力(固定力)固定在振动体上，并且当从振动体拆卸发电装置100时，能够容易进行其拆卸操作。即，能够容易且可靠地进行发电装置100从振动体的装卸。
另外，作为磁轭912的构成材料，优选使用饱和磁通密度高的软磁性材料。在考虑通过压力成形来制造磁轭912的情况下，其原材料优选使用镀锌钢板、镀锡钢板、镀镍钢板之类的在由铁系材料构成的基材上实施了镀金属的板材。
这些磁铁组件91隔着第一片材(安装机构)92安装在基座23的下表面230。如图10所示，第一片材92具备：固定在装置主体1的基座23上的大致圆形状的固定部921；以及向该固定部921的侧方延伸，并与固定部921一体形成的多个臂部922。固定部921通过例如基于粘接剂的粘接等而固定在基座23上。
在固定部921的中央部、以及各臂部922的与固定部921相反的一侧的端部，形成有保持各磁铁组件91的凹部(保持部)923。在凹部923内容纳有磁铁组件91，例如通过基于粘接剂的粘接等，固定在固定部921或者臂部922。另外，在组装状态下，保持在固定部921的凹部923内的磁铁组件91位于基座23的凹部235内。
第一片材92具有挠性。由此，保持在臂部922的凹部923内的磁铁组件91(永久磁铁911)能够相对于基座23的厚度方向位移。并且，如图2所示，各臂部922具有如下长度，在将发电装置100载置于平坦面上时，凹部923(磁铁组件91)位于比装置主体1更靠外侧的位置。
由此，不会降低各臂部922的长度方向(长度方向)的拉伸刚性，而能够降低臂部922彼此接近的方向、或者以各臂部922的长度方向为中心轴的扭转方向上的刚性。其结果，例如，在图14所示的圆型管道300之类的具备弯曲面(弯曲部)的振动体上，也能够稳定地安装装置主体1。
另外，臂部922沿着固定部921的周向以大致等间隔(大致60°间隔)设置。即，在成为旋转对称的位置上配置有三个磁铁组件91(永久磁铁911)。由此，能够将装置主体1沿着其周向并利用均等的吸引力，固定在振动体上。并且，通过振动体的振动，能够防止发电装置100向特定的方向移动，即，即使振动体振动，也能够将发电装置100保持在振动体的预定的位置上。
尤其是，在本实施方式中，臂部922包括多个第一臂部922a、以及长度比这些第一臂部922a短的多个第二臂部922b，并且配置成第二臂部922b位于第一臂部922a彼此之间。由此，利用第一臂部922a，能够提高针对具备曲率半径较小的弯曲面的振动体的装置主体1的固定力(保持力)，利用第二臂部922b，能够提高针对具备曲率半径较大的弯曲面或平坦面的振动体的装置主体1的固定力。即，通过将臂部922设为这种结构，不必选择振动体的形状和大小，而能够将装置主体1(发电装置100)稳定地固定在振动体上。
此外，从固定部921的中心到第一臂部922a的前端的长度无特别限定，但优选为基座23的半径的1.8～4倍左右，更优选为2～3.5倍左右。另一方面，从固定部921的中心到第二臂部922b的前端的长度也无特别限定，但优选为基座23的半径的1.2～2.5倍左右，更优选为1.2～2倍左右。
第一片材92优选具有充分的柔性以及弯曲性，且拉伸强度高。该第一片材92的原材料能够使用例如聚酯薄膜、聚乙烯薄膜、聚丙烯薄膜、聚氯乙烯等薄膜、编入由这些高分子材料构成的纤维而制作的织布等。
另外，第一片材92的平均厚度无特别限定，但优选为0.01～1.0mm左右，更优选为0.03～0.1mm左右。该厚度的第一片材92与其构成材料无关而具备优异的柔性以及弯曲性，因此当振动体振动时，能够防止阻碍其振动的情况。其结果，能够防止或抑制发电装置100的发电效率降低。
在第一片材92的下表面，固定(叠片)有具有与该第一片材92的外形大致相等的外形的第二片材93。作为第二片材93相对于第一片材92的方法，可举出例如热粘接(热热粘接、超声波热粘接、高频热粘接)或基于粘接剂的粘接等。
第二片材93具有如下功能，在将装置主体1固定在振动体上时，防止装置主体1相对于振动体的滑移。通过吸附单元9具备第二片材93，即使振动体激烈振动，也能更可靠地防止装置主体1相对于振动体产生位置偏移。
第二片材93优选摩擦系数高，且能够吸收存在于振动体的表面的微小的凹凸。该第二片材93的构成材料优选使用例如硬度10～100左右的弹性体材料(橡胶材料)。作为这种弹性体材料，无特别限定，可举出例如丁基橡胶、苯乙烯-丁二烯橡胶、丁腈橡胶、丙烯橡胶、硅酮橡胶、氟橡胶、聚氨酯橡胶等，能够组合使用它们中的一种或者两种以上。
通过使用它们之中的低硬度的弹性体材料，第二片材93能够发挥高粘接性，其摩擦系数优选设定为0.7以上，更优选设定为0.85以上。
另外，第二片材93的平均厚度无特别限定，但优选为0.1～2.0mm左右，更优选为0.3～1.0mm左右。该厚度的第二片材93与其构成材料无关而具备优异的柔性以及弯曲性，因此在固定了第二片材93的状态下，能够防止或者抑制第一片材92的挠性(柔性以及弯曲性)降低。
在发电装置100中，由于利用上述的吸附单元9固定在空调管道上，因此能够增大发电装置100与空调管道的接触面积。由此，来自空调管道的振动经由吸附单元9有效的传递到发电装置100，其结果，发电装置100能够有效地利用空调管道的振动，能够以优异的发电效率发电。
如上所示的发电装置100固定在图12所示的方型管道200、或者图14所示的圆型管道(导管型管道)300之类的、由磁性材料构成的空调管道上而使用。
图12所示的方型管道200形成为具备四个能够变形的板状部201的四角筒状。方型管道200例如通过将由磁性材料构成的板材(钢板或者镀金属钢板)折弯、接合(焊接)等而形成。该方型管道200构成对蒸气、空气之类的气体进行移送(排气、换气、进气、循环)的装置的流路。
例如，在设置于大型设施、大厦、车站等的设施上的方型管道(空调管道)200中，以设施内的排气或换气为目的，利用送风机等使空气通过。此时，由于送风机的空气压力的波动(脉动)或在方型管道200内空气(流体)移动而产生的紊流等，方型管道200振动。并且，方型管道200内由于送风机的作用而始终处于正压或者负压。对该压力施加上述的脉动等引起的方型管道200的振动，从而板状部201产生变形。具体而言，在方型管道200内为正压的情况下，如图13(a)所示，板状部201变形为朝向方型管道200的外侧突出的状态(凸状)，另一方面，在方型管道200内为负压的情况下，如图13(b)所示，板状部201变形为朝向方型管道200的内侧突出的状态(凹状)。通过这种板状部201的变形，方型管道200的振动被放大。
根据本发明，磁铁组件91隔着具有挠性的第一片材92而安装在装置主体1上。因此，即使在板状部201的表面(发电装置100的安装面)上存在凹凸，通过追随该凹凸使第一片材92产生变形，从而能够吸收由凹凸引起的台阶。从而，与板状部201的表面形状无关，而能够可靠地使吸附单元9吸附在板状部201。而且，如上所述，即使成为板状部201变形为凸状的状态(参照图13(a))、或者板状部201变形为凹状的状态(参照图13(b))，第一片材92也能够追随该板状部201的变形而产生变形。从而，能够维持吸附单元9相对于板状部201的吸附状态，能够可靠地防止发电装置100从方型管道200脱落。
此外，在本实施方式中，基座23的下表面230构成其中央部凸出的弯曲凸面。因此，即使板状部201成为图13(b)所示的状态(凹状)，基座23的边缘部也难以接触板状部201，从该观点看，也能够可靠地防止发电装置100从方型管道200脱落。
在此，本来方型管道200的振动是在设施内产生噪音或不适的振动的不需要的振动。在本发明中，通过使吸附单元9吸附在板状部201，能够将装置主体1固定在方型管道200上，利用(再生)方型管道200的不需要的振动而使发电部10产生电力(发电)。从而，如果是设置有方型管道200的场所，即使不存在电源供给配线，也能够从发电装置100获得电力。
而且，通过组合该发电装置100和传感器以及无线装置，例如能够构筑如下的发电系统。在该发电系统中，将来自发电装置100的电力作为电源，利用传感器测量方型管道200内和设施内的照度、温度、湿度、压力、噪音等，将所获得的检测数据经由无线装置发送到外部终端，能够将该检测数据作为各种控制信号和监控信号利用。
在这种方型管道200上，既可以如图12(a)所示，在构成其顶板部的板状部201固定发电装置100，也可以如图12(b)所示，在构成其侧壁部的板状部201固定发电装置100。
另外，发电装置100通过增大有助于发电的发电部10的尺寸，即增大发电装置100的重量，能够使发电能力提高。
然而，若发电装置100的重量增加，则存在其材料成本增加的问题。并且，若相对于板状部201的质量以及弹簧常数，发电装置100的重量过大，则抑制了板状部201的振动，板状部201无法充分振动，其结果，有可能无法从发电装置100获得作为目的的发电量的电力。
另一方面，根据发电装置100的重量，方型管道200(空调管道)的振动特性受到影响。例如，随着发电装置100的重量增加，管道的固有振动频率向低频率侧偏移，并且，针对管道的重量负载变大。此时，如果送风机等引起的助振力恒定，则振动振幅处于减小的倾向，但即使增加发电装置100的重量，通过使固有振动频率与原动机(送风机)的脉动频率匹配，反而还产生振动增加的现象。
如上所述，在发电装置100中，通过对基于送风机的加振频率(脉动频率)、灵敏度频带、基于发电装置100的重量的方型管道(空调管道)200的固有振动频率的平衡进行调整，能够进一步进行最优化。进一步而言，能够将发电装置100的重量设为必要最低限度的同时，也能够最大限度提高其发电量。
具体而言，通过在发电装置100上安装用于调整其发电量的配重，而获得上述效果。
在该结构中，发电装置100的重量优选设为200～700g，更优选设为350～450g。如果发电装置100的重量处于较小的上述范围内，则能够充分抑制其材料成本，并且通过安装配重而能够获得充分大的发电量。
另外，就配重的重量而言，测定安装在方型管道200上的发电装置100单独的发电量，并根据其结果进行调整即可，优选发电装置100和配重的总重量为800g以下，更优选700g以下。由此，不会由发电装置100以及配重较大地抑制方型管道200的板状部201的振动，而能够有效地利用方型管道(空调管道)200的振动。
在此，表示在方型管道(空调管道)200上固定重量200g以及400g的发电装置100，并在各发电装置100上安装各重量的配重而测定了发电量的结果。表2是表示空调管道的尺寸和发电装置100的安装位置的表。并且，表3是表示各重量的发电装置100的发电量的测定结果的表。此外，表2中，“距送风机的距离”是指从空调管道的送风机到发电装置100的距离。并且，表3中，“累计发电量”是指8秒钟的累计发电量。
[表2]
[表3]
如表3所示，发电装置100的发电量根据测定点No.1～No.5，即根据发电装置100在空调管道的设置位置而不同。
由此可知，在测定点No.2，重量200g的发电装置、重量400g的发电装置均通过追加配重，而处于其发电量降低的倾向。在该测定点，通过将重量400g的发电装置以单体(即，不安装配重)固定在空调管道上，能够获得最高的发电量。
在测定点No.4，总重量300g(安装有100g的配重的重量200g的发电装置)的发电装置与以单体的重量400g的发电装置相比，能够获得更高的发电量(7.26mJ)。从而，在该测定点，从发电装置的轻量化的观点看，通过在重量200g的发电装置上安装100g的配重，与以单体的重量400g的发电装置相比，能够获得更高的发电量。此外，从获得更高的发电量的观点看，如表3所示，通过在重量400g的发电装置上安装200g的配重，能够获得最大的发电量(16.30mJ)。
如上说明，通过在发电装置100上安装配重，能够调整其发电量，其结果，能够将发电装置100的重量设为必要最低限度的同时，还能够最大限度提高其发电量。
此外，这种配重也可以不安装在发电装置100上，而是直接安装(固定)在发电装置100周边的空调管道(方型管道200)上。在将配重直接固定在空调管道上的情况下，也与在发电装置100上直接安装配重的情况同样地，能够最大限度提高发电装置100的发电量。
在此情况下，作为配重，优选使用与永久磁铁31或永久磁铁911同样的永久磁铁。如果配重由永久磁铁构成，则容易进行向空调管道的安装(固定)、安装位置的调整，能够迅速进行发电装置100的发电量的调整。
另外，在发电装置100以及配重分别固定在空调管道上的状态下，其分离距离优选为1～150mm左右，更优选为10～100mm左右。如果从发电装置100到配重的距离在上述范围内，则能够更可靠地获得与在发电装置100上直接安装配重的情况同样的效果。
作为这种配重的构成材料，能够使用例如铅、钨等高比重的各种金属材料及其合金、由这些金属材料构成的金属粒子与树脂材料的复合材料等。
此外，由上述的发电装置100和配重构成用于调整固定在空调管道(方型管道200)上的发电装置100的发电量的发电装置机组(本申请发明的发电装置机组)。
另外，在将发电装置100的重量设为400g的情况下，吸附单元9针对板状部201的吸引力(磁铁组件91针对板状部201的吸引力的总和)优选设定为大于发电装置100的重量，具体而言，优选设定为600g以上。由此，在构成顶板部的板状部201的任何部位上，都能够稳定地固定发电装置100。
此外，在考虑到发电装置100的振动加速度、以及地震等产生的来自外部的振动的情况下，若将振动加速度设为1G、将基于地震的加速度设为1G，则加上重力加速度1G的3G施加在发电装置100上。从而，如果发电装置100的重量为400g，则优选将吸附单元9针对板状部201的吸引力设定为1200g以上。由此，对于图12(b)所示的构成方型管道200的侧壁部的板状部201，也能够稳定地固定发电装置100。另外，如果吸附单元9针对板状部201的吸引力为1200g左右，则操作员也能容易进行发电装置100从方型管道200的拆卸操作。
这种吸附单元9针对板状部201的吸引力，通过适当选择例如永久磁铁911的种类(构成材料)和个数、磁轭912的构成材料等，而能够调整。
另一方面，图14所示的圆型管道300，通过例如将由磁性材料构成的板材(钢板或者镀金属钢板)弯曲成圆管状并接合(焊接)等而形成。即，圆型管道300在其外周整体范围具备弯曲部(弯曲面)。该圆型管道300也与上述的方型管道200同样地，构成对蒸气、空气之类的气体进行移送(排气、换气、进气、循环)的装置的流路。
根据本实施方式，磁铁组件91隔着具有挠性的第一片材92安装在装置主体1上。因此，对于图14所示的圆型管道300那样具有弯曲面(弯曲部)的振动体，也能够固定发电装置100。
另外，如上所述，在本实施方式中，第一片材92具备长度不同的两种臂部922a、922b，因此对于横截面形状中曲率半径不同的种类的圆型管道300，也能够可靠地固定发电装置100。
此外，对圆型管道300也模拟了其固有振动频率的结果，获得了与以方型管道为例的表1同样的结果。即，在将发电装置100安装在圆型管道300上的情况下，也产生与将发电装置100安装在方型管道200上的情况同样的作用和效果。
＜第二实施方式＞
以下，对本发明的发电装置的第二实施方式进行说明。
图15是表示本发明的发电装置的第二实施方式的基本状态的侧视图。图16是表示图15所示的发电装置的振动状态的侧视图。此外，在以下的说明中，将图15以及图16中的上侧称为“上”或者“上方”，将下侧称为“下”或者“下方”。并且，将图15以及图16中的左侧称为“前端”，将右侧称为“基端”。
以下，对第二实施方式的发电装置，以与上述第一实施方式的发电装置的不同点为中心进行说明，对于同样的事项，省略其说明。
如图15所示，第二实施方式的发电装置100具有：固定在空调管道上的框架110；固定在框架110的前端侧的第一质量部120；设在第一质量部120的前端侧的第二质量部130；以及连结第一质量部120与第二质量部130的一对并列设置的磁致伸缩元件140。
另外，第一质量部120具备设在成对的磁致伸缩元件140、140彼此之间的永久磁铁122，第二质量部130具备设在成对的磁致伸缩元件140、140彼此之间的永久磁铁131。在该发电装置100中，由各永久磁铁122以及131发出的磁力线通过一对磁致伸缩元件140、140，由永久磁铁122、131和磁致伸缩元件140、140形成磁场环路。
框架110是用于将发电装置100固定在空调管道上的部分。这种框架110例如通过将铁、不锈钢之类的金属制的板材弯曲“コ”字状而形成。该框架110具备固定在空调管道上的底板部111、以及从底板部111的上下两端竖立设置的一对侧板部112。在本实施方式中，由一对侧板部112构成第一弹簧部，由这些侧板部112和第一质量部120构成第一振动系统。
此外，框架110也可以将底板部111以及一对侧板部112形成为分体部件，并将它们通过焊接等来连接而构成。另外，作为将底板部111固定在空调管道上的方法，能够使用例如螺纹固定、基于粘接剂的粘接、铆接、扩散接合、销的压入、钎焊、焊接(激光焊接、电焊等)等。
如图15所示，在该一对侧板部112的前端侧，第一质量部120通过销113的压入而被固定(保持)。
第一质量部120具有：在前端侧连结一对磁致伸缩元件140的连结部121；以及固定在连结部121的基端侧的配重123。连结部121呈大致长方体状，并且在其前端侧的高度方向(图15中、上下方向)的大致中央形成有凹部1211。各磁致伸缩元件140的基端部以在其之间隔着永久磁铁122的状态下插入到该凹部1211内，各磁致伸缩元件140与永久磁铁122之间、以及各磁致伸缩元件140与凹部1211之间利用粘接剂等固定。
此外，作为这种连结部121的构成材料，优选使用能够防止由磁致伸缩元件140、140以及永久磁铁122、131形成的磁场环路被连结部121短路。因此，连结部121优选由弱磁性材料或者非磁性材料构成，从更可靠地防止磁场环路的短路的观点看，更优选由非磁性材料构成。
配重123呈圆筒状，并且用于调整第一质量部120整体的质量。作为这种配重123的构成材料，能够使用例如与第一实施方式的配重同样的材料，能够使用铅、钨等高比重的各种金属材料及其合金、由这些金属材料构成的金属粒子与树脂材料的复合材料等。
在第一质量部120(连结部121)的前端侧连结有一对磁致伸缩元件140。
各磁致伸缩元件140具备形成长条的平板状的磁致伸缩棒141、以及卷绕在其外周的线圈142。该磁致伸缩棒141由磁致伸缩材料构成，使磁力线沿着轴向通过。并且，磁致伸缩棒141以容易产生磁化的方向(磁化容易方向)作为轴向，配置在第一质量部120与第二质量部130之间。
磁致伸缩棒141以第一质量部120侧(基端部)作为固定端，以第二质量部130侧(前端部)作为可动端，能够在与其轴向大致垂直的方向(图15中、上下方向)上相对位移。即，在本实施方式中，由各磁致伸缩棒(磁致伸缩部件)141构成第二弹簧部，由各磁致伸缩棒141和第二质量部130构成第二振动系统。通过第二质量部130相对于第一质量部120进行相对位移，磁致伸缩棒141进行伸缩。此时，通过逆磁致伸缩效应而磁致伸缩棒141的导磁率产生变化，通过磁致伸缩棒141的磁力线的密度(贯穿线圈142的磁力线的密度)产生变化，从而在线圈142产生电压。
这种磁致伸缩棒141的厚度(横截面积)沿着轴向大致恒定。磁致伸缩棒141的平均厚度无特别限定，但优选为0.3～10mm左右，更优选为0.5～5mm左右。并且，磁致伸缩棒141的平均横截面积优选为0.2～200mm2左右，更优选为0.5～50mm2左右。根据该结构，能够可靠地使磁力线沿磁化致伸缩棒141的轴向通过。
磁致伸缩材料的杨氏模量优选为30～100GPa左右，更优选为50～90GPa左右，进一步优选为60～80GPa左右。通过由具有该杨氏模量的磁致伸缩材料构成磁致伸缩棒141，能够使磁致伸缩棒141更大地进行伸缩。因此，能够使磁致伸缩棒141的导磁率更大地产生变化，因此能够进一步提高发电装置100的发电效率。
作为该磁致伸缩材料，无特别限定，可举出例如铁－镓系合金、铁－钴系合金、铁－镍系合金等，能够组合使用它们中的一种或者两种以上。其中优选使用以铁－镓系合金(杨氏模量：大约70GPa)作为主要成分的磁致伸缩材料。以铁－镓系合金作为主要成分的磁致伸缩材料容易设定在如上所述的杨氏模量的范围。
另外，如上所述的磁致伸缩材料优选包含Y、Pr、Sm、Tb、Dy、Ho、Er、Tm之类的稀土类金属中的至少一种。由此，能够使磁致伸缩棒141的导磁率的变化更大。
在这种各磁致伸缩棒141的外周，以包围除了其两端部(第一质量部120、第二质量部130的连结部)以外的部分的方式卷绕(配置)有线圈142。
该线圈142通过将线材卷绕在磁致伸缩棒141的外周而构成。由此，线圈142被设置成，通过磁致伸缩棒141的磁力线沿其轴向通过(贯穿内腔部)。在该线圈142上，基于磁致伸缩棒141的导磁率的变化、即通过磁致伸缩棒141的磁力线的密度(磁通密度)的变化，产生电压。
作为线材，无特别限定，可举出例如在铜制的基线上包覆了绝缘保护膜的线材、在铜制的基线上包覆了具有热粘接功能的绝缘保护膜的线材等，能够组合使用它们中的一种或者两种以上。
线材的匝数无特别限定，但优选为100～500左右，更优选为150～450左右。由此，能够使产生于线圈142的电压更大。
另外，线材的横截面积无特别限定，但优选为5×10－4～0.126mm2左右，更优选为2×10－3～0.03mm2左右。这种线材由于其电阻值非常低，因此能够利用所产生电压而使流过线圈142的电流有效地流向外部，能够进一步提高发电装置100的发电效率。
此外，线材的横截面形状也可以是例如三角形、正方形、长方形、六边形之类的多边形、圆形、椭圆形等任意形状。
在磁致伸缩元件140、140的前端侧固定有第二质量部130。
该第二质量部130是作为对磁致伸缩元件140赋予外力或振动的配重而发挥功能的部位。通过空调管道的振动，对第二质量部130赋予沿上下方向的外力或者振动。由此，磁致伸缩元件140的前端相对于基端进行相对位移(振动)。
第二质量部130呈大致长方体状，并且在其基端侧的高度方向(图15中、上下方向)的大致中央形成有凹部1301。各磁致伸缩棒141的前端部在其之间隔着永久磁铁131的状态下插入到该凹部1301内，各磁致伸缩棒141与永久磁铁131之间、以及各磁致伸缩棒141与凹部1301之间利用粘接剂等固定。
此外，作为第二质量部130以及上述的连结部121的构成材料，优选分别使用能够防止由磁致伸缩棒141以及永久磁铁122、131形成的磁场环路被第二质量部130短路。因此，第二质量部130优选由弱磁性材料或者非磁性材料构成，尤其更优选由非磁性材料构成。
如图15所示，设在磁致伸缩棒141的基端部彼此之间的永久磁铁122配置成，S极朝向图15中上侧，且N极朝向图15中下侧。并且，设在磁致伸缩棒141的前端部彼此之间的永久磁铁131配置成，S极朝向图15中下侧，且N极朝向图15中上侧。即，各永久磁铁122、131配置成其磁化方向与磁致伸缩棒141(磁致伸缩元件140)的并列设置方向大致正交。由此，在发电部10(发电装置100)形成有顺时针方向的磁场环路。
另外，作为永久磁铁122以及131的构成材料，能够使用与上述的永久磁铁31同样的材料。
如上所述的结构的发电装置100中，由构成第一振动系统的一对侧板部112以及第一质量部120、以及构成第二振动系统的一对磁致伸缩棒141以及第二质量部130构成发电部，由框架110的底板部111构成支撑发电部的支撑部。
这种发电装置100，如图16所示，框架110的底板部111固定在空调管道(方型管道200)上。在该状态下，若来自空调管道的振动传递到框架110，则该振动经由一对侧板部112传递到第一质量部120，第一质量部120相对于底板部111(支撑部)沿上下方向振动。并且，传递到第一质量部120的来自空调管道的振动经由磁致伸缩棒141、141传递到第二质量部130，第二质量部130相对于第一质量部120沿上下方向振动。当该第二质量部130沿上下方向振动时，各磁致伸缩棒141以伸缩的方式产生变形，通过各磁致伸缩棒141的磁力线的密度(沿轴向贯穿线圈142的内腔部的磁力线的密度)产生变化。由此，在线圈142产生电压。
在如上所述的结构的发电装置100中，形成有第一质量部120相对于底板部111经由一对侧板部112(第一弹簧部)振动的第一振动系统、以及第二质量部130相对于第一质量部120经由一对磁致伸缩棒141、141(第二弹簧部)振动的第二振动系统。即，本实施方式的发电装置100也与上述的第一实施方式的发电装置100同样地，构成二自由度振动系统。
在本实施方式的发电装置100中，也与上述的第一实施方式的发电装置100同样地，设定第一质量部120的第一质量m1[kg]、一对侧板部112(第一弹簧部)的第一弹簧常数k1[N/m]、第二质量部130的第二质量m2[kg]、以及磁致伸缩棒141、141(第二弹簧部)的第二弹簧常数k2[N/m]，并且构成为第一振动系统的第一固有振动频率ω1和第二振动系统的第二固有振动频率ω2成为14～42Hz的范围的值。由此，发电部(发电装置100)能够有效地利用空调管道的振动，其结果能够以高发电效率发电。
另外，通过将确定发电装置100的两个共振频率f1、f2的三个参数(Ω1、Ω2以及μ)以及衰减系数C2设计成与第一实施方式的发电装置100相同，能够获得与上述的第一实施方式的发电装置100同样的效果。
此外，在本实施方式的发电装置100中，与各固有振动频率ω1、ω2对应的衰减系数C2的值，利用由通过线圈142内部的来自永久磁铁122、131的偏压的磁通密度和线圈142的匝数确定的反电动势常数、线圈142的匝数、由线材直径确定的内部阻抗和电感来调整。即，衰减系数C2的值能够通过变更线圈142的匝数、线材直径而调整。
此外，在上述的本实施方式的发电装置100中，对在第一质量部120侧以及第二质量部130侧均设置永久磁铁122、131的结构进行了说明，但也可以是将这些永久磁铁中的一方变更为由磁性材料构成的部件的结构。
另外，在上述的本实施方式的发电装置100中，作为发电部的结构，不限于图15所示的结构。例如，也可以设置磁轭，该磁轭与各磁致伸缩元件140并列设置，并在图15的纸面进深侧隔着永久磁铁与第一质量部120以及第二质量部130连结。在此情况下，第一质量部120以及第二质量部130均由与上述的磁轭33同样的磁性材料构成，且各永久磁铁122、131的磁化方向设为从图15的纸面跟前侧朝向进深侧(或者、从纸面进深侧朝向跟前侧)。由此，能够设置成形成有在两个磁致伸缩元件140、140上沿相同方向使磁力线流过的磁场环路的发电部。此外，在这种结构中，也可以代替在各磁致伸缩棒141卷绕(设置)线圈142，在磁轭的外周卷绕线圈142。
根据该第二实施方式的发电装置100，也产生与上述第一实施方式的发电装置100同样的作用和效果。
＜第三实施方式＞
以下，对本发明的发电装置的第三实施方式进行说明。
图17是表示本发明的发电装置的第三实施方式的基本状态的侧视图。图18是表示图17所示的发电装置的振动状态的侧视图。此外在，以下的说明中，将图17以及图18中的上侧称为“上”或者“上方”，将下侧称为“下”或者“下方”。并且，将图17以及图18中的左侧称为“前端”，将右侧称为“基端”。
以下，对于第三实施方式的发电装置，以与上述第一以及第二实施方式的发电装置的不同点为中心进行说明，关于同样的事项，省略其说明。
第三实施方式的发电装置100除了对第二弹簧部的结构进行了变更以外，与上述第二实施方式的发电装置100相同。即，在本实施方式中，第二弹簧部由一个压电元件150构成。
如图17所示，压电元件150具备：能够弹性变形的压电体层(压电部件)151；以及隔着压电体层151对置配置的一对电极152。
压电体层151由压电材料构成，并且呈带状(长条的平板状)。该压电体层151将第一质量部120侧(基端部)作为固定端，将第二质量部130侧(前端部)作为可动端，能够在与其轴向大致垂直的方向(图17中、上下方向)上相对位移。若压电体层151产生变形(伸缩)，则通过压电效果，在压电体层151的两表面附近产生极化，在一对电极152之间产生电压。
作为构成压电体层151的压电材料，能够使用例如钛酸钡、锆酸铅、钛酸锆酸铅、氧化锌、氮化铝、钽酸锂、铌酸锂、水晶等。
压电体层151的平均厚度无特别限定，但优选为0.05～1mm左右，更优选为0.1～0.3mm左右。由此，能够维持压电体层151的耐久性，同时抑制其材料成本。
另外，作为构成各电极152的材料，能够使用Fe、Ni、Co、Zn、Pt、Au、Ag、Cu、Pd、Al、W、Ti、Mo或者包括它们的合金等各种金属材料。
电极152的平均厚度无特别限定，但优选为0.1～100μm左右，更优选为1～10μm左右。由此，能够提高电极152的耐久性，长期防止电极152从压电体层151剥离。
这种发电装置100，如图18所示，若来自空调管道的振动传递到框架110，则该振动经由一对侧板部112传递到第一质量部120，第一质量部120相对于底板部111(支撑部)沿上下方向振动。并且，传递到第一质量部120的来自空调管道的振动经由压电体层151传递到第二质量部130，第二质量部130相对于第一质量部120沿上下方向振动。当该第二质量部130沿上下方向振动时，若压电体层151产生变形，则通过压电效果，在压电体层151的两表面附近产生极化，在一对电极152之间产生电压。
该本实施方式的发电装置100也与上述第二实施方式的发电装置100同样地，构成二自由度振动系统，产生与上述第一以及第二实施方式的发电装置100同样的作用和效果。
此外，在本实施方式的发电装置100中，与各固有振动频率ω1、ω2对应的衰减系数C2的值，通过变更压电体层151的厚度和宽度、压电元件150自身所具有的压电常数而能够调整。
＜第四实施方式＞
以下，对本发明的发电装置的第四实施方式进行说明。
图19是本发明的发电装置的第四实施方式的横向剖视图。此外，在以下的说明中，将图19中的上侧称为“上”或者“上方”，将下侧称为“下”或者“下方”。
以下，对于第四实施方式的发电装置，以与上述第一～第三实施方式的发电装置的不同点为中心进行说明，对于同样的事项，省略其说明。
如图19所示，第四实施方式的发电装置100具备：固定在空调管道上的框体(支撑部)410；以及以能够沿图19的左右方向振动的方式保持在框体410内的发电部10。该发电部10具备：具有驻极体层421的驻极体组件(第一质量部)420；隔着驻极体组件420设在与框体410相反的一侧的电极(第二质量部)430；连结驻极体组件420与框体410的一对(两个)第一弹簧部440；以及连结电极430与驻极体组件420的一对(两个)第二弹簧部450。
一对第一弹簧部440将驻极体组件420以能够在框体410内沿图19的左右方向振动的方式连结在框体410，一对第二弹簧部450将电极430以能够在驻极体组件420上沿图19的左右方向振动的方式连结在驻极体组件420。
框体410具备：俯视时呈矩形状，并固定在空调管道上的底板部411；以及以包围底板部411的边缘部的方式向铅垂上方竖立设置的侧板部412。在由该底板部411和侧板部412规定的凹部(空间)413内容纳有发电部10。
作为构成框体410的材料，可举出例如金属材料、陶瓷材料、树脂材料等，能够组合使用它们中的一种或者两种以上。尤其是，优选驻极体组件420能够在底板部411上以低摩擦(或者无摩擦)振动，从该观点看，更优选金属材料以及陶瓷材料。
在该框体410(凹部413)内，利用一对第一弹簧部440，以能够沿图19的左右方向振动的方式设有驻极体组件(第一质量部)420。
各第一弹簧部440由线圈弹簧构成，一端固定在框体410的侧板部412，另一端固定在驻极体组件420上。
如图19所示，驻极体组件420具备：电极422；层叠在电极422上的驻极体层421；以及将电极422及驻极体层421保持在中央的驻极体保持部423。
驻极体层421由在其表面附近半永久性地保持大量的电荷的材料构成。
作为构成这种驻极体层421的材料，可举出各种电介质材料，能够使用例如聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯等的氟系树脂、作为晶体结构具有钙钛矿结构、铋层状结构、或者钨青铜结构的各种强电介质材料。
驻极体层421的平均厚度无特别限定，但优选为1～100μm左右，更优选为10～50μm左右。由此，能够维持驻极体层421的耐久性和电荷保持性，同时抑制材料成本。
电极422由与上述的电极152同样的各种金属材料构成。
电极422的平均厚度无特别限定，但优选为0.1～100μm左右，更优选为1～10μm左右。由此，电极422的耐久性提高。
驻极体保持部423在俯视时其外形呈矩形状，具备底部4231和沿着底部4231的边缘部向铅垂上方竖立设置的侧部4232，并且通过第一弹簧部440的伸缩而相对于框体410的底板部411滑动。在底部4231的中央部，形成有沿厚度方向贯穿的贯穿孔，在该贯穿孔内固定有电极422以及驻极体层421。并且，在由底部4231和四个侧部4232规定的凹部(空间)424内容纳有电极430。
在该驻极体保持部423(凹部424)内，利用一对第二弹簧部450，以能够沿图19的左右方向振动的方式设有电极(第二质量部)430。
各第二弹簧部450由线圈弹簧构成，一端与驻极体保持部423的侧部4232固定，另一端与电极430固定。
该电极430具备平板状的支撑基板431、以及设在支撑基板431上的电极层432。该电极层432在自然状态下，俯视时与驻极体层421叠加。
在该发电装置100中，利用由在表面附近存在大量的电荷的驻极体层421形成的静电场，在电极层432上静电感应感应电荷。通过电极430相对于驻极体组件420沿左右方向振动，电极层432与驻极体层421的俯视时叠加的面积产生变化，在电极层432与电极422之间产生电压。
支撑基板431与一对第二弹簧部固定，并且相对于驻极体组件420沿左右方向振动。作为支撑基板431无特别限定，例如能够使用FPC基板。
电极层432由与上述的电极152同样的各种金属材料构成。
这种电极层432的平均厚度无特别限定，但优选为0.1～100μm左右，更优选为1～10μm左右。由此，能够提高电极层432的耐久性，能够可靠地防止电极层432从支撑基板431剥离或者产生裂纹。
这种发电装置100，如图19所示，框体410的底板部411固定在空调管道(方型管道200)上。在该状态下，若来自空调管道的振动传递到框体410，则该振动经由一对第一弹簧部440传递到驻极体组件420，驻极体组件420相对于框体410(支撑部)沿左右方向振动。并且，传递到驻极体组件420的来自空调管道的振动经由一对第二弹簧部450传递到电极430，电极430相对于驻极体组件420沿左右方向振动。当该电极430沿左右方向振动时，电极430(电极层432)与驻极体层421的俯视时叠加的面积产生变化，在电极层432与电极422之间产生电压。
在如上所述的结构的发电装置100中，形成有驻极体组件420相对于框体410经由一对第一弹簧部440振动的第一振动系统、以及电极430相对于驻极体组件420相对一对第二弹簧部450振动的第二振动系统。即，本实施方式的发电装置100也与上述的第一～第三实施方式的发电装置100同样地，构成二自由度振动系统。
而且，在本实施方式的发电装置100中，也与上述的第一实施方式的发电装置100同样地，设定驻极体组件420的第一质量m1[kg]、一对第一弹簧部440的第一弹簧常数k1[N/m]、电极430的第二质量m2[kg]、一对第二弹簧部450的第二弹簧常数k2[N/m]，第一振动系统的第一固有振动频率ω1和第二振动系统的第二固有振动频率ω2成为14～42Hz的范围的值。由此，发电部10(发电装置100)能够有效地利用空调管道的振动，其结果能够以高发电效率发电。
另外，通过将确定发电装置100的两个共振频率f1、f2的三个参数(Ω1、Ω2以及μ)以及衰减系数C2设计成与第一实施方式的发电装置100相同，从而能够获得与上述的第一实施方式的发电装置100同样地效果。
此外，在本实施方式的发电装置100中，与各固有振动频率ω1、ω2对应的衰减系数C2的值，能够通过变更驻极体层421与电极层432的分离距离(间隙)、自然状态(无振动状态)下的驻极体层421与电极层432的对置面积而能够调整。另外，在将电极430构成为在支撑基板431上具备多个电极区域的情况下，通过调整电极区域的数量而能够调整衰减系数C2的值。
此外，在该发电装置100中，当驻极体组件420相对于框体410振动时，框体410的侧板部412(图19的纸面跟前侧以及纸面进深侧的侧板部412)与驻极体组件420可以分离，但优选为接触。在此情况下，驻极体组件420与框体410的侧板部412滑动接触的同时振动。从而，该侧板部412作为对驻极体组件420的沿左右方向的振动进行引导的引导部发挥功能，能够防止向其他方向(纸面跟前侧或者纸面进深侧)振动。由此，能够使基于空调管道的振动的驻极体组件420的振动效率更加优异，其结果，能够进一步提高发电装置100的发电效率。
另外，当电极430相对于驻极体组件420振动时，驻极体组件420的侧部4232(图19的纸面跟前侧以及纸面进深侧的侧部4232)与电极430可以分离，但优选为接触。由此，电极430与驻极体组件420的侧部4232滑动接触的同时振动。从而，与上述同样地，该侧部4232作为对电极430的沿左右方向的振动进行引导的引导部发挥功能，能够使基于空调管道的振动的电极430的振动效率更加优异。而且，能够进一步提高发电装置100的发电效率。
此外，在上述的说明中，对框体410以及驻极体组件420的外形在俯视时呈矩形状的情况进行了说明，但也可以构成为其他的形状。例如，框体410以及驻极体组件420的外形也可以分别呈圆筒状。
根据该第四实施方式的发电装置100，也产生与上述第一～第三实施方式的发电装置100同样的作用和效果。
以上，基于图示的实施方式对本发明的发电装置、发电装置机组以及发电系统进行了说明，但本发明不限于此，各结构能够置换为能够发挥同样的功能的任意的结构，或者能够附加任意的结构。
例如，在本发明中，还能够组合上述第一～第四实施方式的任意的结构。
以上，基于图示的实施方式对本发明的发电装置、发电装置机组以及发电系统进行了说明，但本发明不限于此，各结构能够置换为能够发挥同样的功能的任意的结构，或者能够附加任意的结构。
例如，在本发明中，还能够组合上述第一～第四实施方式的任意的结构。
实施例
以下，基于实施例对本发明进行说明，但本发明不限于此。
(实施例1、2以及比较例1～3)
在图1～图4所示的结构的发电装置100中，如以下表4所示设定了线圈组件40的第一质量m1[kg]、第一弹簧部64的第一弹簧常数k1[N/m]、磁铁组件30的第二质量m2[kg]、第二弹簧部65的第二弹簧常数k2[N/m]，求出了第一振动系统的第一固有振动频率ω1和第二振动系统的第二固有振动频率ω2。并且，如以下表4所示设定了与各固有振动频率ω1、ω2对应的衰减C2。
图20(a)～(e)是表示上述实施例1、2以及比较例1～3的发电装置中的发电量的频率特性的曲线图。在表4中表示了各曲线图所示的第一共振频率f1下的发电量A1[mW/100mG]、第二共振频率f2下的发电量A2[mW/100mG]、以及第一共振频率f1与第二共振频率f2之间的频带中的最小的发电量A3[mW/100mG]。
[表4]
实施例1以及实施例2中，第一振动系统的第一固有振动频率ω1都是14Hz，第二振动系统的第二固有振动频率ω2都是38Hz。由此可知，在这些实施例中，第一共振频率f1与第二共振频率f2的间隔非常大，在该较宽的频带中，维持高发电量的同时，发电量的不均较小。即可知，实施例1以及实施例2的发电装置能够有效地利用空调管道的振动，能够以高发电效率发电。
此外，根据实施例1与实施例2的比较可知，根据与各固有振动频率ω1、ω2对应的衰减C2的值的不同，表现出表示频率特性的曲线图形状产生变化，实施例1的发电装置与实施例2的发电装置相比，频率特性的平衡更加优异。
另一方面，在比较例1的发电装置中，第一振动系统的第一固有振动频率ω1小于14Hz(13.25Hz)。因此，在第一共振频率f1和第二共振频率f2下的发电量的不均变得过大。在这种发电装置中，无法根据空调管道的振动有效地发电。
另外，在比较例2以及比较例3的发电装置中，第二振动系统的第二固有振动频率ω2分别为48Hz、58Hz。在这些发电装置中，灵敏度频带较宽，但发电量的最大值(各共振频率f1、f2下的发电量)变得过低。而且，灵敏度频带中的发电量的不均也极大。
产业上的可利用性
根据本发明，在具有两个振动系统的发电装置中，通过构成为各振动系统的固有振动频率为适当的值(14～42Hz)，能够有效地利用空调管道的振动，能够提高发电装置的发电效率，从而本发明具有产业上的可利用性。

Claims (18)

1.一种发电装置，固定在空调管道上使用，并且具有通过上述空调管道的振动而发电的发电部、和支撑该发电部的支撑部，
上述发电装置的特征在于，
上述发电部构成具有第一振动系统和第二振动系统的二自由度振动系统，上述第一振动系统具备第一质量部、和连结该第一质量部与上述支撑部的第一弹簧部，上述第二振动系统具备质量小于上述第一质量部的第二质量部、和连结该第二质量部与上述第一质量部的第二弹簧部，
通过设定上述第一质量部的第一质量(m1)[kg]、上述第一弹簧部的第一弹簧常数(k1)[N/m]、上述第二质量部的第二质量(m2)[kg]、以及上述第二弹簧部的第二弹簧常数(k2)[N/m]，从而使上述第一振动系统的第一固有振动频率(ω1)和上述第二振动系统的第二固有振动频率(ω2)为14Hz～42Hz的范围的值。
2.根据权利要求1所述的发电装置，其特征在于，
上述第一振动系统的上述第一固有振动频率(ω1)和上述第二振动系统的上述第二固有振动频率(ω2)为14Hz～38Hz的范围的值。
3.根据权利要求1或2所述的发电装置，其特征在于，
上述第一振动系统的第一固有角振动频率Ω1＝(k1/m1)1/2为200～250rad/S，上述第二振动系统的第二固有角振动频率Ω2＝(k2/m2)1/2为60～120rad/S，上述第一质量部与上述第二质量部的质量比(μ＝m2/m1)为0.4～1。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的发电装置，其特征在于，
在将该发电装置的第一共振频率下的发电量设为A1[mW/100mG]，将第二共振频率下的发电量设为A2[mW/100mG]时，成为A1＝0.9A2～1.1A2。
5.根据权利要求4所述的发电装置，其特征在于，
在将该发电装置的上述第一共振频率与上述第二共振频率之间的频带中的最小的发电量设为A3[mW/100mG]时，A3为0.25[(A1+A2)/2][mW/100mG]以上、且小于0.8[(A1+A2)/2][mW/100mG]。
6.根据权利要求4所述的发电装置，其特征在于，
在将该发电装置的上述第一共振频率与上述第二共振频率之间的频带中的最小的发电量设为A3[mW/100mG]时，A3为0.8[(A1+A2)/2][mW/100mG]以上、且0.9[(A1+A2)/2][mW/100mG]以下。
7.根据权利要求4～6中任一项所述的发电装置，其特征在于，
通过设定与上述第一固有振动频率以及上述第二固有振动频率对应的上述第二振动系统的衰减系数C2，从而成为上述发电量的关系。
8.根据权利要求7所述的发电装置，其特征在于，
与上述第一固有振动频率对应的上述衰减系数C2为6～10[N/(m/s)]，与上述第二固有振动频率对应的上述衰减系数C2为6～10[N/(m/s)]。
9.根据权利要求1～8中任一项所述的发电装置，其特征在于，
上述第二质量部具备以能够沿磁化方向位移的方式设置的永久磁铁，上述第一质量部具备以包围上述永久磁铁的外周侧的方式设置的线圈。
10.根据权利要求9所述的发电装置，其特征在于，
上述第一质量部还具备保持部件，该保持部件保持上述线圈，并且由含有非磁性的金属粒子的树脂材料构成。
11.根据权利要求9或10所述的发电装置，其特征在于，
上述第二质量部还具备磁性部件，该磁性部件固定在上述永久磁铁上，并且由比重7以上的磁性材料构成，上述永久磁铁经由该磁性部件与上述第二弹簧部连结。
12.根据权利要求1～8中任一项所述的发电装置，其特征在于，
上述第一质量部以及上述第二质量部中的至少一方具备产生磁力线的永久磁铁，上述第二弹簧部具备由磁致伸缩材料构成的能够弹性变形的磁致伸缩部件，
该发电装置具有线圈，该线圈配置成使上述磁力线沿轴向通过，并且根据上述磁力线的密度的变化而产生电压。
13.根据权利要求12所述的发电装置，其特征在于，
上述线圈设在上述磁致伸缩部件的外周侧。
14.根据权利要求1～8中任一项所述的发电装置，其特征在于，
上述第二弹簧部具备由压电材料构成的能够弹性变形的压电部件，
该发电装置具有隔着该压电部件对置设置的一对电极。
15.根据权利要求1～8中任一项所述的发电装置，其特征在于，
上述第二质量部具备能够沿与极化方向大致正交的方向位移的方式设置的驻极体，
该发电装置具备隔着上述驻极体对置设置的一对电极。
16.根据权利要求1～15中任一项所述的发电装置，其特征在于，
该发电装置还具有用于调整该发电装置的发电量的配重。
17.一种发电装置机组，其特征在于，具有：
权利要求1～15中任一项所述的发电装置；以及
用于调整该发电装置的发电量的配重。
18.一种发电系统，其特征在于，具有：
权利要求1～15中任一项所述的发电装置；以及
经由上述支撑部固定该发电装置的上述空调管道。
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