CN110915096A - 发电系统和电力系统 - Google Patents

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Abstract

发电系统具备：至少1个发电装置(3)，其响应于输入轴(31)的旋转来产生电力；以及蓄电电路(12)，其包括至少1个蓄积由发电装置(3)产生的电力的能量的电容器(C1～C4)。蓄电电路(12)具有能量最大化容量或其附近的容量，该能量最大化容量表示在作为针对蓄电电路(12)的容量而言的在蓄电电路(12)中能够蓄积的上限能量计算的能量对容量特性中使上限能量最大化的容量。关于能量对容量特性，基于蓄电电路(12)的容量、发电装置(3)的电动势、发电装置(3)的内部电阻以及由发电装置(3)进行一次发电动作的持续时间来进行计算。

Description

发电系统和电力系统
技术领域
本公开涉及一种具备发电装置和电容器的发电系统以及包括这种发电系统的电力系统。
背景技术
近年来，以化石燃料的枯竭以及地球温暖化的防止等为背景，积极地推进利用自然能量以及身边存在的各种各样的能量。作为自然能量的利用，例如已知利用太阳电池以及风力发电机进行的发电。另外，作为身边存在的能量的利用，例如已知使用从用户的生活行动中获得的能量的人力发电、使用压电能量的振动发电、使用广播波等电磁波的能量的发电等。收获并利用身边存在的能量作为“能量收集(Energy harvesting)”而受到关注。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2001-231234号公报
发明内容
发明要解决的问题
由各种各样的发电装置发电产生的电力被蓄积在电容器或二次电池中，以用于之后的使用(参照专利文献1)。当电容器的容量小时，立刻成为满充电，发电产生的电力的一部分有可能被浪费。另外，当电容器的容量大时，尺寸和成本增大。对于具备发电装置和电容器的发电系统而言，考虑各种各样的必要条件来决定电容器的容量是重要的问题。因而，谋求容易地决定电容器的最佳或近乎最佳的容量以及提供具备这种电容器的发电系统。
本公开提供具备如下电容器的发电系统，该电容器具有以不使尺寸和成本过度增大且不容易浪费发电产生的电力的方式决定的容量。本公开还提供包括这种发电系统的电力系统。
用于解决问题的方案
根据本公开的一个方式所涉及的发电系统，具备：至少1个发电装置，其响应于输入轴的旋转来产生电力；以及蓄电电路，其包括至少1个蓄积由所述发电装置产生的电力的能量的电容器，在所述发电系统中，所述蓄电电路具有能量最大化容量或该能量最大化容量附近的容量，该能量最大化容量表示在作为针对所述蓄电电路的容量而言的在所述蓄电电路中能够蓄积的上限能量计算的能量对容量特性中使所述上限能量最大化的容量，关于所述能量对容量特性，基于所述蓄电电路的容量、所述发电装置的电动势、所述发电装置的内部电阻以及由所述发电装置进行一次发电动作的持续时间来进行计算。
发明的效果
根据本公开的一个方式，能够提供具备如下电容器的发电系统，该电容器具有以不使尺寸和成本过度地增大且不容易浪费发电产生的电力的方式决定的容量。
附图说明
图1是示出第一实施方式所涉及的电力系统的结构的概要图。
图2是示出包括图1的齿轮机构G1和发电机M1的发电装置3的结构的分解立体图。
图3是示出组装图1的铰链装置10的第一步骤的立体图。
图4是示出组装图1的铰链装置10的第二步骤的立体图。
图5是示出组装图1的铰链装置10的第三步骤的立体图。
图6是示出组装图1的铰链装置10的第四步骤的立体图。
图7是示出将图1的铰链装置10安装于包括固定物21和可动物22的门的第一步骤的立体图。
图8是示出将图1的铰链装置10安装于包括固定物21和可动物22的门的第二步骤的立体图。
图9是示出将图1的铰链装置10安装于包括固定物21和可动物22的门的第三步骤的立体图。
图10是示出第一实施方式所涉及的电力系统的结构的电路图。
图11是示出第一实施方式所涉及的电力系统的动作的概要图。
图12是示出组装第一实施方式的第一变形例所涉及的电力系统的铰链装置10A的第一步骤的立体图。
图13是示出组装第一实施方式的第一变形例所涉及的电力系统的铰链装置10A的第二步骤的立体图。
图14是示出组装第一实施方式的第一变形例所涉及的电力系统的铰链装置10A的第三步骤的立体图。
图15是示出组装第一实施方式的第一变形例所涉及的电力系统的铰链装置10A的第四步骤的立体图。
图16是示出第一实施方式的第二变形例所涉及的电力系统的结构的概要图。
图17是示出第一实施方式的第三变形例所涉及的电力系统的结构的概要图。
图18是示出第一实施方式的第四变形例所涉及的电力系统的结构的概要图。
图19是示出第一实施方式的第五变形例所涉及的电力系统的结构的概要图。
图20是示出第一实施方式的第六变形例所涉及的电力系统的结构的概要图。
图21是示出组装第二实施方式所涉及的电力系统的铰链装置10B的第一步骤的立体图。
图22是示出组装第二实施方式所涉及的电力系统的铰链装置10B的第二步骤的立体图。
图23是示出组装第二实施方式所涉及的电力系统的铰链装置10B的第三步骤的立体图。
图24是示出将图18的铰链装置10B安装于包括固定物21B和可动物22B的门的第一步骤的立体图。
图25是示出将图18的铰链装置10B安装于包括固定物21B和可动物22B的门的第二步骤的立体图。
图26是示出将图18的铰链装置10B安装于包括固定物21B和可动物22B的门的第三步骤的立体图。
图27是示出第二实施方式的第一变形例所涉及的发电装置3及铰链部件2B的结构的立体图。
图28是示出第二实施方式的第二变形例所涉及的发电装置3及铰链部件2B的结构的立体图。
图29是示出第二实施方式的第三变形例所涉及的发电装置3及铰链部件2B的结构的立体图。
图30是说明第三实施方式所涉及的电力系统中的4个电容器C1～C4的动作的概要图。
图31是说明第三实施方式所涉及的电力系统中的1个电容器C1的动作的概要图。
图32是示出第三实施方式的第一实施例所涉及的电力系统的有效能量对容量特性的曲线图。
图33是示出第三实施方式的第二实施例所涉及的电力系统的有效能量对容量特性的曲线图。
具体实施方式
以下，参照附图来说明本公开的实施方式。在各附图中，用相同的附图标记表示同样的构成要素。
第一实施方式.
图1是示出第一实施方式所涉及的电力系统的结构的概要图。图1的电力系统例如被嵌入到包括固定物21和可动物22的门等。
图1的电力系统具备铰链装置10、整流电路11、蓄电电路12、控制电路13以及负载装置14。铰链装置10具备铰链部件1、铰链部件2以及发电装置3。铰链部件1借助多个螺钉23被固定于固定物21。铰链部件2借助多个螺钉23被固定于可动物22。发电装置3具备齿轮机构G1和发电机M1。
图2是示出包括图1的齿轮机构G1和发电机M1的发电装置3的结构的分解立体图。齿轮机构G1具备壳体30a、输入轴31以及内部的多个齿轮。发电机M1具备壳体30b、内部的转子和定子(未图示)以及连结于转子的齿轮33。以下，将壳体30a、30b总称为“壳体30”。齿轮机构G1将输入轴31的旋转以规定的增速比传递给发电机M1的齿轮33。发电机M1响应于由齿轮机构G1传递的旋转来产生电力。因而，发电装置3响应于输入轴31的旋转来产生电力(电压和电流)。齿轮机构G1例如也可以包括多级的行星齿轮机构。由此，能够将具有大增速比的齿轮机构排列并且紧凑地嵌入到发电机M1的输入轴31。齿轮机构G1例如也可以具有圆筒形状的壳体30a。圆筒形状的壳体30适于向铰链装置嵌入齿轮机构G1。如参照图3～图6说明的那样，输入轴31在其侧面上具有缺口32，以将输入轴31相对于铰链部件2而言进行约束。发电机M1既可以是直流发电机，也可以是交流发电机。
发电机的动作与电动机的动作是互相可逆的。因而，也可以使用电动机和具有规定的减速比的齿轮机构，来代替具有规定的增速比的齿轮机构G1和发电机M1。在该情况下，齿轮机构将输出轴的旋转以作为减速比的倒数的增速比传递给电动机。然后，电动机响应于由齿轮机构传递的旋转来产生电力。
图3～图6示出组装图1的铰链装置10的第一～第四步骤的立体图。
如图3所示，铰链部件1具有互相连结的圆筒部和板状部。铰链部件1的圆筒部具有用于与铰链部件2嵌合的凸部1a以及用于收容发电装置3的凹部1b(中空部)。铰链部件1的圆筒部还在铰链部件1与铰链部件2互相嵌合的位置具备以使发电装置3的输入轴31从铰链部件1朝向铰链部件2突出的方式形成的贯通孔1c。铰链部件1的板状部具有用于借助多个螺钉23将铰链部件1固定于固定物21的多个螺钉孔1d。铰链部件2也具有互相连结的圆筒部和板状部。铰链部件2的圆筒部具有供铰链部件1的凸部1a嵌合(插入)的凹部2a(中空部)以及将铰链部件2从铰链部件2的外部至凹部2a贯通的螺钉孔2b。铰链部件2的板状部具有用于借助多个螺钉23将铰链部件2固定于可动物22的多个螺钉孔2c。
如图4所示，铰链部件1与铰链部件2以能够绕共同的基准轴(用图3的A-A’线表示)相对地旋转的方式并且以铰链部件1和铰链部件2中的一方支承另一方的方式互相嵌合。铰链部件1的凸部1a具有圆筒形状的外周，铰链部件2的凹部2a具有圆筒形状的内周，由此铰链部件1与铰链部件2以能够旋转的方式互相嵌合。另外，在图4的例子中，铰链部件2配置在铰链部件1的上方，铰链部件1支承铰链部件2。铰链部件1的圆筒部具有2个部分，这2个部分具有不同的外径。由此，在铰链部件2的圆筒部的下端与铰链部件1的圆筒部相接的位置处，铰链部件2的重量施加于铰链部件1。另外，如图4所示，在铰链部件1的凹部1b中插入发电装置3。发电装置3的壳体30以使发电装置3的输入轴31位于基准轴上的方式借助粘接剂或螺钉(未图示)等被固定于铰链部件1。
铰链部件1和铰链部件2也可以是，在它们以能够旋转的方式互相嵌合的位置(即，铰链部件1的凸部1a和铰链部件2的凹部2a)以外的位置具有圆筒以外的形状，例如三角柱、四角柱、其它多边柱、其它多面体的外形形状。
在铰链部件2的凹部2a收容发电装置3的经由贯通孔1c突出的输入轴31。将发电装置3的输入轴31在绕基准轴的旋转方向上相对于铰链部件2而言进行约束，使得在铰链部件2绕基准轴进行了旋转时发电装置3的输入轴31进行与铰链部件2相同程度的旋转。如参照图2说明的那样，发电装置3的输入轴31在输入轴31的侧面具有缺口32。因而，如图5和图6所示，经由铰链部件2的螺钉孔2b插入以将铰链部件2从铰链部件2的外部至凹部2a贯通而与凹部2a内的缺口32相接的方式延伸的螺钉41。借助该螺钉41，来将发电装置3的输入轴31在绕基准轴的旋转方向上相对于铰链部件2而言进行约束。
使铰链部件1与铰链部件2互相嵌合，将发电装置3的壳体30固定于铰链部件1，借助螺钉41来将发电装置3的输入轴31相对于铰链部件2而言进行约束，由此铰链装置10完成。
铰链装置10具有图3～图6的结构，由此发电装置3内置于铰链装置10。在铰链装置10中，发电装置3的输入轴31从贯通孔1c突出，借助螺钉41来将发电装置3的输入轴31相对于铰链部件2而言进行约束。因而，能够将铰链部件2的旋转传递给收容于铰链部件1的凹部1b的发电装置3。由此，实现将发电装置3内置于铰链装置10的结构。由于发电装置3内置于铰链装置10，因此能够提供外形优良的铰链装置10。
另外，铰链部件1支承铰链部件2，因此铰链部件2和可动物22的重量不施加于发电装置3。螺钉41也可以将发电装置3的输入轴31不在基准轴的长边方向上相对于铰链部件2而言进行约束，而至少在绕基准轴的旋转方向上相对于铰链部件2而言进行约束。因而，在发电装置3的输入轴31从贯通孔1c突出且借助螺钉41将发电装置3的输入轴31相对于铰链部件2而言进行约束时，实现铰链部件2和可动物22的重量不施加于发电装置3的结构。由于铰链部件2和可动物22的重量不施加于发电装置3，因此不会对发电装置3施加多余的机械负荷，能够使发电装置3以高可靠性进行动作。
另外，铰链部件1和铰链部件2通过具有图3～图6的结构，来以能够互相拆装的方式互相嵌合。例如，通过发电装置3的输入轴31从贯通孔1c突出且借助螺钉41将发电装置3的输入轴31相对于铰链部件2而言进行约束，来实现铰链部件1与铰链部件2能够互相拆装的结构。因而，使用铰链装置10，能够简单地对包括固定物21和可动物22的门进行施工。
在本公开中，将固定发电装置3的壳体30的铰链部件1也称为“第一铰链部件”，将约束发电装置3的输入轴31的铰链部件2也称为“第二铰链部件”。另外，在本公开中，“凹部”包括贯通的构造物。
图7～图9示出将图1的铰链装置10安装于包括固定物21和可动物22的门的第一～第三步骤的立体图。图7～图9示出将与图3～图6的铰链装置10同样地构成的2个铰链装置10-1、10-2安装于包括固定物21和可动物22的门的情况。铰链装置10-1包括铰链部件1-1、2-1以及发电装置3-1，铰链装置10-2包括铰链部件1-2、2-2以及发电装置3-2。
如图7所示，铰链部件1-1、1-2借助多个螺钉23被固定于固定物21。铰链部件2-1、2-2也借助多个螺钉(未图示)被固定于可动物22。之后，以在各铰链部件2-1、2-2的凹部中插入各铰链部件1-1、1-2的凸部的方式，使铰链部件2-1、2-2与铰链部件1-1、1-2分别嵌合，由此可动物22被安装于固定物21。铰链部件1-1、1-2和铰链部件2-1、2-2通过具有图3～图6的结构，来以能够互相拆装的方式互相嵌合。在将铰链部件1-1、1-2固定于固定物21并且将铰链部件2-1、2-2固定于可动物22之后，将可动物22安装于固定物21，由此能够简单地对将包括固定物21和可动物22的门进行施工。
然后，如图8所示，借助螺钉41-1来将发电装置3-1的输入轴相对于铰链部件2-1而言进行约束，借助螺钉41-2来将发电装置3-2的输入轴相对于铰链部件2-2而言进行约束。此时，可动物22的重量被铰链部件1-1、1-2、2-1、2-2和固定物21支承。可动物22的重量不施加于发电装置3-1、3-2，因此不会对发电装置3-1、3-2施加多余的机械负荷，能够使发电装置3-1、3-2以高可靠性进行动作。
之后，如图9所示，在用户开门时或关门时，可动物22相对于固定物21绕铰链装置10-1、10-2的基准轴进行旋转。此时，发电装置3-1、3-2响应于输入轴的旋转来产生电力。
为了将可动物22安装于固定物21，也可以使用3个以上的铰链装置10。在使用多个铰链装置将可动物22安装于固定物21的情况下，也可以将具备发电装置3的本公开的实施方式所涉及的铰链装置10与不包括发电装置的以往的铰链装置组合使用。
再次参照图1，整流电路11对由铰链装置10的发电装置3产生的电力进行整流。即使发电机M1为直流发电机，开门时发电机M1的旋转方向与关门时发电机M1的旋转方向也是相反的，从而产生极性相反的电压，因此为了将所产生的电力蓄积于电容器或二次电池而需要进行整流。蓄电电路12具备至少1个蓄积由整流电路11进行整流后的电力的能量的电容器。控制电路13控制蓄电电路12的放电。负载装置14在控制电路13的控制下消耗蓄电电路12的电力。负载装置14例如包括照明装置和/或通信装置(有线或无线)。
在图1的电力系统中，从用户的身体作用的力经由门的可动物22输入到铰链装置10的发电装置3。门的固定物21及可动物22、铰链装置10的铰链部件1、铰链部件2及发电装置3将机械能转换为电能。整流电路11、蓄电电路12、控制电路13将电能转换为电能。图1的电力系统的输出为负载装置14的功耗。
如图1所示，整流电路11、蓄电电路12、控制电路13以及负载装置14例如配置于固定物21。
图10是示出第一实施方式所涉及的电力系统的结构的电路图。如果能够从将门开闭一次这样的非常短的动作取出大的电力(能量)，则为良好的情况。因此，在图10的电力系统中，在门的2个部位设置分别具备发电装置的2个铰链装置(参照图9)，将这些发电装置的发电机串联地级联连接来利用。并且，开门时发电机的旋转方向与关门时发电机的旋转方向是相反的，从而产生极性相反的电压，因此通过进行倍电压整流来高效地取出所产生的电力。
图10的电力系统具备分别包含在2个铰链装置的发电装置中的发电机M1、M2。在图10中，整流电路11具备4个二极管D1～D4。蓄电电路12具备4个电容器C1～C4。控制电路13具备电容器C5～C8、二极管D5～D7、线圈L1、电阻R1～R6、可变电阻VR1、变压器T1以及晶体管TR1～TR5。另外，图10的电力系统具备发光二极管14a和无线发送器14b1来作为与图1的负载装置14对应的构成要素。无线发送器14b1与无线接收器14b2以能够进行无线通信的方式连接。
二极管D1、D2和电容器C1、C2构成对由发电机M1产生的电压进行倍电压整流的倍电压整流电路。同样地，二极管D3、D4和电容器C3、C4构成对由发电机M2产生的电压进行倍电压整流的倍电压整流电路。在如门的开闭那样进行包括方向相反的运动的一系列动作时，在开门时与关门时产生极性相反的电压。针对所产生的该电压，不是进行全波整流，而是进行倍电压整流，由此能够使通过一系列动作所蓄积的电压为进行全波整流的情况下的2倍。由此，使蓄电电路12的后级的电路以高电压进行动作，能够提高后级的电路的效率。此外，在全波整流中，在开门时和关门时只能得到相同程度的发电电压，因此即使将发电时间延长为2倍，也不能增大蓄电能量。
电容器C1～C4例如是电解电容器。
发电机M1、M2的输出端子互相级联连接(也称串联连接或者级联(cascade)连接)。在支承重的可动物22的情况下，通常使用多个铰链装置。在使用2个铰链装置的情况下，能够在2个铰链装置中嵌入发电装置。通过将利用由各发电装置的发电机M1、M2产生的电压进行充电的多个电容器C1～C4级联连接，来得到跨各电容器C1～C4的电压之和来作为输出电压。由此，使蓄电电路12的后级的电路以高电压进行动作，能够提高后级的电路的效率。
在控制电路13中，电容器C5～C7、二极管D5、电阻R1～R6、变压器T1以及晶体管TR2～TR5构成逆变器电路13a。逆变器电路13a以电压谐振型进行动作，进行软开关(零电压开关)。另外，电容器C5、电阻R1、可变电阻VR1以及晶体管TR1～TR3构成电压设定电路13b。电压设定电路13b通过可变电阻VR1和晶体管TR1来设定电力系统动作的电压范围，特别是蓄电电路12的输出电压的下限电压。在蓄电电路12的电容器C1～C4的两端之间的电压为在电压设定电路13b中设定的下限电压以下时，控制电路13停止从蓄电电路12向负载装置(发光二极管14a)供给电力。另外，电容器C5、C7、电阻R1～R3、R5、R6、变压器T1以及晶体管TR2、TR3、TR5构成恒流控制电路13c。恒流控制电路13c用于从蓄电电路12向负载装置(发光二极管14a)供给恒定的电流。
一般来讲，电容器当从完全空的状态进行充电时，充电的理论效率为50％。并且，在与发电不同的时间点使负载装置动作的情况下需要该电力，因此需要在电容器中始终事先蓄积最低限度的能量。另外，在使负载装置动作的情况下，控制电路的晶体管等需要能够进行起动的最低限度的电压。基于这样的理由，控制电路13对蓄电电路12设定下限电压。例如，设为每1个发电机M1的发电时的发电电压(感应电动势、速度电动势)为12(V)。在该情况下，在1秒期间进行发电之后的电容器C1(设为容量C1＝0.01F)的电压V1为10V时，电容器C1的能量为1/2×C1×V1 2＝0.5(J)。之后，由控制电路13使负载装置14动作，在电容器C1的电压降低至最低电压V01(在此，设为1.5(V))时，电容器C1中残留的能量为1/2×C1×V01 2＝0.011(J)。因而，能够利用的能量约为0.49(J)。这样，通过设定下限电压，能够充分利用电容器C1～C4的能量，且能够使负载装置14可靠地动作。
相比于白炽灯和荧光灯而言，发光二极管14a能够用更小的能量且更小型的装置来得到同等的照明效果。因而，发光二极管14a适于有效地利用本公开的实施方式所涉及的电力系统中的有限的能量。另外，在将发光二极管14a用作负载装置的情况下，在夜间开闭大门、玄关、走廊的门等时，得到以能够在门的周围(脚下等)引路的程度的明亮度来辅助照明的效果，能够安全且放心地在夜间进行移动。另外，在将发光二极管14a用作负载装置的情况下，在非法者开闭门想要侵入时，与传感器灯同样地，能够对非法者进行威吓和/或预防侵入。另外，在将发光二极管14a用作负载装置的情况下，在没有与商用电源连接的收纳库或仓库(洗手台下的收纳库、屋外的仓库等)中，在该收纳库或仓库的门开闭时，能够在固定时间内对收纳库或仓库中进行视觉识别，很方便。
在本公开中，将发光二极管14a也称为“照明装置”。
另外，能够利用无线发送器14b1和无线接收器14b2来实现掌握老年人等的生活行动的监视功能。例如，在将无线发送器14b1用作负载装置的情况下，如果预先将铰链装置嵌入到厕所的门，则能够将厕所的利用次数等信息通过无线通信通知给预先决定的人物。特别是在老年人与其家族分开生活的情况下，作为监视功能是有效的。另外，在将无线发送器14b1用作负载装置的情况下，在非法者开闭大门和/或玄关等的门想要侵入时，能够将该情形通过无线通信通知给预先决定的人物，能够让人放心。
本公开的实施方式所涉及的电力系统也可以具备用于音声引导的重放装置、用于对数字图像进行拍摄的摄像机等来作为与图1的负载装置14对应的构成要素。
第一实施方式所涉及的电力系统也可以具备3个以上的发电装置。
在本公开中，将无线发送器14b1也称为“通信装置”。本公开的实施方式所涉及的电力系统也可以具备有线的通信装置来作为无线发送器的替代和/或追加。
图11是示出第一实施方式所涉及的电力系统的动作的概要图。图11示出使用从用户的生活行动中获得的能量进行发电并利用该发电产生的电力的场景。如图11的(a)所示，例如在夜间或者暗处，用户拉动可动物22的把手(门把手)来开门。如图11的(b)～图11的(c)所示，在可动物22以开门的方式移动的期间，各铰链装置10-1、10-2的发电装置产生电力，将所产生的电力的能量蓄积到蓄电电路12(图11中未图示)。另外，如图11的(d)所示，在可动物22以关门的方式移动的期间也同样，各铰链装置10-1、10-2的发电装置产生电力，将所产生的电力的能量蓄积到蓄电电路12。如图11的(c)所示，从用户开始开门起(即，从开始发电起)的例如0.5秒之后，控制电路13(图11中未图示)将蓄电电路12的能量供给到负载装置14，使负载装置14(照明装置)点亮。如图11的(d)所示，在用户关门并向前行进时，控制电路13将蓄电电路12的能量供给到负载装置14，由此向前方进行照明，对用户的脚下进行引导。负载装置14在用户前进的期间例如5秒期间持续点亮，用户到达目的地(例如下一道门)。如图11的(e)所示，从开始开门起的例如5秒之后，控制电路13将负载装置14熄灭。
控制电路13也可以在发电装置3的发电动作的同时，从蓄电电路12向负载装置14供给电力。另外，控制电路13也可以在从发电装置3的发电动作起经过预先决定的时间之后，从蓄电电路12向负载装置14供给电力。另外，控制电路13还可以与发电装置3的发电动作相独立地从蓄电电路12向负载装置14供给电力。因而，能够在包括发电装置3的动作中、动作后以及动作前的任意的时间点使负载装置14动作，因此方便且放心。
如以上说明的那样，根据第一实施方式所涉及的电力系统，将发电装置3嵌入到铰链装置10，因此能够高效地从用户的生活行动中取出能量来进行发电。
图12～图15是示出组装第一实施方式的第一变形例所涉及的电力系统的铰链装置10A的第一～第四步骤的立体图。铰链装置的铰链部件的形状不限定于图3～图6所示的形状。如图12所示，铰链部件1A具有与图3的铰链部件1的凸部1a、凹部1b、贯通孔1c及螺钉孔1d分别对应的凸部1Aa、凹部1Ab、贯通孔1Ac及螺钉孔1Ad。铰链部件2A具有与图3的铰链部件2的凹部2a、螺钉孔2b及螺钉孔2c分别对应的凹部2Aa、2Aaa、螺钉孔2Ab及螺钉孔2Ac。铰链部件2A的圆筒部具有2个凹部2Aa、2Aaa，这2个凹部2Aa、2Aaa具有不同的内径。由此，在铰链部件1A的圆筒部的上端与铰链部件2A的凹部2Aa的上端相接的位置，铰链部件2A的重量施加于铰链部件1A。螺钉孔2Ab将铰链部件2A从铰链部件2A的外部至凹部2Aaa贯通。之后的铰链装置10A的组装如图13～图15所示，与参照图4～图6说明的铰链装置10的组装同样。
图16是示出第一实施方式的第二变形例所涉及的电力系统的结构的概要图。图16的铰链装置10以与图1的铰链装置10同样的方式构成，但固定发电装置3的壳体30的铰链部件1被配置在约束发电装置3的输入轴31的铰链部件2的上方，铰链部件2支承铰链部件1。像这样，也可以是铰链部件2支承铰链部件1来代替铰链部件1支承铰链部件2。另外，也可以将固定发电装置3的壳体30的铰链部件1固定于可动物22，将约束发电装置3的输入轴31的铰链部件2固定于固定物21。
图17是示出第一实施方式的第三变形例所涉及的电力系统的结构的概要图。整流电路11、蓄电电路12、控制电路13以及负载装置14也可以如图17所示那样配置于可动物22。
图18是示出第一实施方式的第四变形例所涉及的电力系统的结构的概要图。也可以是，整流电路11、蓄电电路12以及控制电路13中的至少1者与发电装置3一起配置于铰链部件1。在图18的例子中，整流电路11及蓄电电路12与发电装置3一起设置于铰链部件1的凹部(中空部)，控制电路13和负载装置14配置于固定物21。根据图18的结构，能够使电力系统的外观简约，外形优良。
图19是示出第一实施方式的第五变形例所涉及的电力系统的结构的概要图。整流电路11、蓄电电路12以及控制电路13中的至少1者不限于配置于铰链部件1的凹部，也可以配置于铰链部件1上的其它位置。在图19的例子中，整流电路11和蓄电电路12设置于铰链部件1上，控制电路13和负载装置14配置于固定物21。即使在铰链部件1的内部无法收纳电路部件的情况下，也能够以与用户的使用方法及外形相匹配的方式在其它任意的地方设置电路部件。
图20是示出第一实施方式的第六变形例所涉及的电力系统的结构的概要图。也可以是，整流电路11、蓄电电路12以及控制电路13中的至少1者配置于铰链部件2。在图20的例子中，整流电路11和蓄电电路12设置于铰链部件2上，控制电路13和负载装置14配置于可动物22。也可以是，在铰链部件2设置凹部(中空部)，将整流电路11、蓄电电路12以及控制电路13中的至少1者设置于该凹部。这样，能够以与用户的使用方法及外形相匹配的方式将整流电路11、蓄电电路12、控制电路13以及负载装置14配置于期望的地方。
第一实施方式所涉及的铰链装置和电力系统的特征在于，具备以下结构。
根据第一实施方式所涉及的铰链装置，提供具备发电装置3、具有共同的基准轴的第一铰链部件1以及第二铰链部件2的铰链装置10。第一铰链部件1与第二铰链部件2以能够绕基准轴相对地旋转的方式且以第一铰链部件1和第二铰链部件2中的一方支承另一方的方式互相嵌合。发电装置3具备壳体30和输入轴31，响应于输入轴31的旋转来产生电力。发电装置3的壳体30以使发电装置3的输入轴31位于基准轴上的方式固定于第一铰链部件1。将发电装置3的输入轴31在绕基准轴的旋转方向上相对于第二铰链部件2而言进行约束，使得在第二铰链部件2绕基准轴进行了旋转时发电装置3的输入轴31进行与第二铰链部件2相同程度的旋转。
由此，能够提供具备发电装置3的铰链装置10、即能够高效地从用户的生活行动中取出能量来进行发电的铰链装置10。
根据第一实施方式所涉及的铰链装置，也可以是，第一铰链部件1在第一铰链部件1与第二铰链部件2互相嵌合的位置具备以使发电装置3的输入轴31从第一铰链部件1朝向第二铰链部件2突出的方式形成的贯通孔1c。第二铰链部件2形成为在第一铰链部件1与第二铰链部件2互相嵌合的位置具有用于收容发电装置3的经由贯通孔1c突出的输入轴31的凹部2a。
由此，使发电装置3的输入轴31从贯通孔1c突出并收容于凹部2a，由此能够将发电装置3内置于铰链装置10，使得将铰链部件2的旋转传递给被固定于第一铰链部件1的发电装置3。
根据第一实施方式所涉及的铰链装置，也可以是，发电装置3的输入轴31在输入轴31的侧面具有缺口32。借助以将第二铰链部件2从第二铰链部件2的外部至凹部2a贯通而与凹部2a内的缺口32相接的方式延伸的螺钉41，来将发电装置3的输入轴31在绕基准轴的旋转方向上相对于第二铰链部件2而言进行约束。
由此，关于发电装置3的输入轴31，在第二铰链部件2绕基准轴进行了旋转时，发电装置3的输入轴31进行与第二铰链部件2相同程度的旋转。螺钉41也可以将发电装置3的输入轴31不在基准轴的长边方向上相对于铰链部件2而言进行约束。因而，在铰链部件1支承铰链部件2的情况下，铰链部件2的重量不施加于发电装置3，因此不会对发电装置3施加多余的机械负荷，能够使发电装置3以高可靠性进行动作。
根据第一实施方式所涉及的铰链装置，也可以是，第一铰链部件1与第二铰链部件2以能够互相拆装的方式互相嵌合。
由此，使用铰链装置10，例如能够简单地对包括固定物21和可动物22的门进行施工。
根据第一实施方式所涉及的铰链装置，也可以是，发电装置3具备：齿轮机构G1，其以规定的增速比传递发电装置3的输入轴31的旋转；以及发电机M1，其响应于由齿轮机构G1传递的旋转来产生电力。
由此，使用齿轮机构G1，能够利用从用户的生活行动中获得的能量高效地进行发电。
根据第一实施方式所涉及的电力系统，具备铰链装置10、整流电路11、蓄电电路12、控制电路13以及负载装置14。整流电路11对由铰链装置10的发电装置3产生的电力进行整流。蓄电电路12蓄积由整流电路11进行整流后的电力的能量。控制电路13控制蓄电电路12的放电。负载装置14在控制电路13的控制下消耗蓄电电路12的电力。
由此，使用整流电路11、蓄电电路12、控制电路13以及负载装置14，能够根据负载装置14的用途来有效地使用利用从用户的生活行动中获得的能量进行发电产生的电力。
根据第一实施方式所涉及的电力系统，也可以是，发电装置3、整流电路11、蓄电电路12以及控制电路13中的至少1者配置于铰链装置10的第一铰链部件1。
由此，能够以高自由度配置电力系统的各构成要素。
根据第一实施方式所涉及的电力系统，也可以是，整流电路11、蓄电电路12以及控制电路13中的至少1者配置于铰链装置10的第二铰链部件2。
由此，能够以高自由度配置电力系统的各构成要素。
根据第一实施方式所涉及的电力系统，也可以是，铰链装置10的第一铰链部件1和第二铰链部件2中的一方固定于固定物21，另一方固定于可动物22。可动物22的重量被第一铰链部件1、第二铰链部件2以及固定物21支承。在可动物22绕铰链装置10的基准轴相对于固定物21进行旋转时，发电装置3响应于输入轴31的旋转来产生电力。
由此，铰链部件2及可动物22的重量不施加于发电装置3，因此不会对发电装置3施加多余的机械负荷，能够使发电装置3以高可靠性进行动作。
根据第一实施方式所涉及的电力系统，也可以是，整流电路11、蓄电电路12以及控制电路13中的至少1者配置于固定物21。
由此，能够以高自由度配置电力系统的各构成要素。
根据第一实施方式所涉及的电力系统，也可以是，整流电路11、蓄电电路12以及控制电路13中的至少1者配置于可动物22。
由此，能够以高自由度配置电力系统的各构成要素。
根据第一实施方式所涉及的电力系统，也可以是，发电系统具备互相级联连接的多个发电装置3。
由此，相比于具备单个发电装置3的情况而言，能够产生高电压或大电流。
根据第一实施方式所涉及的电力系统，也可以是，蓄电电路12包括多个电容器C1～C4。整流电路11包括倍电压整流电路。
由此，能够使通过一系列的动作所蓄积的电压为进行全波整流的情况下的2倍。因而，使蓄电电路12的后级的电路以高电压进行动作，能够提高后级的电路的效率。
根据第一实施方式所涉及的电力系统，也可以是，控制电路13在发电装置3的发电动作的同时、或者在从发电装置3的发电动作起经过预先决定的时间之后、或者与发电装置3的发电动作相独立地，从蓄电电路12向负载装置14供给电力。
由此，能够在包括发电装置3的动作中、动作后以及动作前的任意的时间点，使负载装置14动作。因而，能够根据负载装置14的用途来有效地使用利用从用户的生活行动中获得的能量发电产生的电力。
根据第一实施方式所涉及的电力系统，也可以是，在蓄电电路12的电容器C1～C4的两端之间的电压为预先决定的下限电压以下时，控制电路13停止从蓄电电路12向负载装置14供给电力。
由此，能够充分利用电容器C1～C4的能量，且能够使负载装置14可靠地动作。
根据第一实施方式所涉及的电力系统，也可以是，负载装置14包括照明装置。
由此，包括照明装置的电力系统能够利用于照明、针对非法者的威吓和/或防止非法者侵入等目的。
根据第一实施方式所涉及的电力系统，也可以是，负载装置14包括通信装置。
由此，包括通信装置的电力系统能够利用于对老年人的监视和/或有非法者的告知等目的。
第一实施方式所涉及的铰链装置能够应用于门、窗、门扉、盖等使用铰链装置的任意的构造物。在一般家庭、公共设施等的大门、转动门、单开门的开闭动作中，能够得到上述的全部效果。
第二实施方式.
铰链装置的铰链部件的形状不限定于图3～图6、图12～图15所示的形状。下面说明第二实施方式所涉及的电力系统的铰链装置。
图21～图23是示出组装第二实施方式所涉及的电力系统的铰链装置10B的第一～第三步骤的立体图。铰链装置10B具备铰链部件1B1、铰链部件1B2、铰链部件2B以及发电装置3。
如图21所示，铰链部件1B1具有互相连结的圆筒部和板状部。铰链部件1B1的圆筒部具有用于与铰链部件2B嵌合的凹部1B1a以及用于收容发电装置3的凹部1B1b。铰链部件1B1的圆筒部在铰链部件1B1与铰链部件2B互相嵌合的位置还具备以使发电装置3的输入轴31从铰链部件1B1朝向铰链部件2B突出的方式形成的贯通孔1B1c。铰链部件1B1的板状部具有用于借助多个螺钉将铰链部件1B1固定于固定物的多个螺钉孔1B1d以及包括用于将铰链部件1B1、1B2互相连结的螺钉孔的连结部1B1e。铰链部件1B2也具有互相连结的圆筒部和板状部。铰链部件1B2的圆筒部具有用于与铰链部件2B嵌合的凹部1B2a。铰链部件1B2的板状部具有用于借助多个螺钉将铰链部件1B2固定于固定物的多个螺钉孔1B2d以及包括用于将铰链部件1B1、1B2互相连结的螺钉孔的连结部1B2e。铰链部件2B也具有互相连结的圆筒部和板状部。铰链部件2B的圆筒部沿着基准轴(用图21的A-A’线表示)具有第一端部(图21的下端)和第二端部(图21的上端)。铰链部件2B的圆筒部在第一端部处具有与铰链部件1B1的凹部1B1a嵌合的凸部2Ba1，在第二端部处具有与铰链部件1B2的凹部1B2a嵌合的凸部2Ba2。铰链部件2B的圆筒部在第一端部处具有与发电装置3的输入轴31嵌合的凹部2Bb。铰链部件2B的板状部具有用于借助多个螺钉将铰链部件2B固定于可动物的多个螺钉孔2Bc。
发电装置3的输入轴31也可以在其顶端具有规定形状的凸部34来代替图2的缺口32，使得将该发电装置3的输入轴31在绕基准轴的旋转方向上相对于铰链部件2B而言进行约束。在图21的例子中，发电装置3的输入轴31具有齿轮形状的凸部34。铰链部件2B的凹部2Bb形成为在从基准轴上的点进行观察时呈与发电装置3的凸部34互补的形状。
如图22所示，铰链部件1B1、1B2与铰链部件2B以能够绕共同的基准轴相对地旋转的方式且以铰链部件1B1、1B2和铰链部件2B中的一方支承另一方的方式互相嵌合。铰链部件1B1的凹部1B1a具有圆筒形状的内周，铰链部件2B的凸部2Ba1具有圆筒形状的外周，由此铰链部件1B1与铰链部件2B以能够旋转的方式互相嵌合。同样地，铰链部件1B2的凹部1B2a具有圆筒形状的内周，铰链部件2B的凸部2Ba2具有圆筒形状的外周，由此铰链部件1B2与铰链部件2B以能够旋转的方式互相嵌合。另外，在图22的例子中，铰链部件2B被配置于铰链部件1B1、1B2之间，铰链部件1B1、1B2支承铰链部件2B。铰链部件1B1、1B2在连结部1B1e、1B2e处借助螺钉1B3而互相连结。
铰链部件1B1、1B2以及铰链部件2B也可以在它们以能够旋转的方式互相嵌合的位置(即，铰链部件1B1的凹部1B1a、铰链部件1B2的凹部1B2a以及铰链部件2B的凸部2Ba1、2Ba2)以外的位置具有圆筒以外的形状，例如三角柱、四角柱、其它多边柱、其它多面体的外形形状。
如图23所示，在铰链部件1B1的凹部1B1b中插入发电装置3。发电装置3的壳体30以使发电装置3的输入轴31位于基准轴上的方式借助粘接剂或螺钉(未图示)等固定于铰链部件1B1。在铰链部件2B的凹部2Bb中收容发电装置3的经由贯通孔1B1c突出的输入轴31的顶端的凸部34。发电装置3的凸部34和铰链部件2B的凹部2Bb具有彼此互补的形状，因此将发电装置3的输入轴31在绕基准轴的旋转方向上相对于铰链部件2B而言进行约束。因而，在铰链部件2B绕基准轴进行了旋转时，发电装置3的输入轴31进行与铰链部件2B相同程度的旋转。
使铰链部件1B1、1B2与铰链部件2B互相嵌合，将发电装置3的壳体30固定于铰链部件1B1，将发电装置3的输入轴31相对于铰链部件2B而言进行约束，借助螺钉1B3将铰链部件1B1、1B2互相连结，由此铰链装置10B完成。
铰链装置10B具有图21～图23的结构，由此发电装置3被内置于铰链装置10B。在铰链装置10B中，发电装置3的输入轴31从贯通孔1B1c突出，借助具有彼此互补的形状的发电装置3的凸部34和铰链部件2B的凹部2Bb来将发电装置3的输入轴31相对于铰链部件2B而言进行约束。因而，能够将铰链部件2B的旋转传递给收容于铰链部件1B1的凹部1B1b的发电装置3。由此，实现将发电装置3内置于铰链装置10B的结构。发电装置3内置于铰链装置10B，因此能够提供外形优良的铰链装置10B。
另外，铰链部件1B1、1B2支承铰链部件2B，因此铰链部件2B的重量不施加于发电装置3。具有彼此互补的形状的发电装置3的凸部34和铰链部件2B的凹部2Bb也可以将发电装置3的输入轴31不在基准轴的长边方向上相对于铰链部件2B而言进行约束，而至少在绕基准轴的旋转方向上相对于铰链部件2B而言进行约束。因而，在发电装置3的输入轴31从贯通孔1B1c突出且借助具有彼此互补的形状的发电装置3的凸部34和铰链部件2B的凹部2Bb来将发电装置3的输入轴31相对于铰链部件2B而言进行约束时，能够实现铰链部件2B(以及后述的可动物22B)的重量不施加于发电装置3的结构。由于铰链部件2B(以及可动物22B)的重量不施加于发电装置3，因此不会对发电装置3施加多余的机械负荷，能够使发电装置3以高可靠性进行动作。
另外，铰链部件1B1、1B2以及铰链部件2B通过具有图21～图23的结构，来以能够互相旋转的状态成一体地构成。因而，使用铰链装置10B，能够简单地对包括固定物和可动物的门进行施工。
在本公开中，将铰链部件1B1、1B2也称为“第一铰链部件”，将铰链部件2B也称为“第二铰链部件”。另外，在本公开中，将铰链部件1B1也称为“第一铰链部件的第一部分”，将铰链部件1B2也称为“第一铰链部件的第二部分”。
图24～图26是示出将图18的铰链装置10B安装于包括固定物21B和可动物22B的门的第一～第三步骤的立体图。如图24所示，固定物21B具有收容铰链装置10B的凹部21Ba。在固定物21B的凹部21Ba，铰链部件1B1、1B2借助多个螺钉(未图示)被固定于固定物21B。铰链部件2B也借助多个螺钉23被固定于可动物22B。也可以如图25所示那样，在将铰链部件1B1、1B2固定于固定物21B之后，固定物21B的凹部21Ba被盖21Bb覆盖。之后，如图26所示，在用户开门时或关门时，可动物22B绕铰链装置10B的基准轴相对于固定物21B旋转。此时，发电装置3响应于输入轴的旋转来产生电力。
彼此互补的发电装置3的凸部34和铰链部件2B的凹部2Bb的形状不限于齿轮形状，只要能够将发电装置3的输入轴31相对于铰链部件2B而言进行约束，则可以是其它任意的形状。
图27是示出第二实施方式的第一变形例所涉及的发电装置3及铰链部件2B的结构的立体图。也可以是，发电装置3的输入轴31具有三角形的凸部34A，铰链部件2B具有互补的三角形的凹部2BbA。
图28是示出第二实施方式的第二变形例所涉及的发电装置3及铰链部件2B的结构的立体图。也可以是，发电装置3的输入轴31具有四边形的凸部34B，铰链部件2B具有互补的四边形的凹部2BbB。
图29是示出第二实施方式的第三变形例所涉及的发电装置3及铰链部件2B的结构的立体图。也可以是，发电装置3的输入轴31具有十字形的凸部34C，铰链部件2B具有互补的十字形的凹部2BbC。
另外，也可以是，发电装置3的输入轴31具有规定形状的凹部，铰链部件2B的凹部2Bb具有互补的形状的凸部。
第二实施方式所涉及的铰链装置的特征在于，具备以下结构。
根据第二实施方式所涉及的铰链装置，发电装置3的输入轴和铰链部件2B的凹部形成为在从基准轴上的点进行观察时呈彼此互补的形状。
由此，关于发电装置3的输入轴31，在第二铰链部件2B绕基准轴进行了旋转时，发电装置3的输入轴31进行与第二铰链部件2B相同程度的旋转。具有彼此互补的形状的发电装置3的凸部34和铰链部件2B的凹部2Bb也可以将发电装置3的输入轴31不在基准轴的长边方向上相对于铰链部件2B而言进行约束。因而，在铰链部件1B1、1B12支承铰链部件2B的情况下，铰链部件2B的重量不施加于发电装置3，因此不会对发电装置3施加多余的机械负荷，能够使发电装置3以高可靠性进行动作。
根据第二实施方式所涉及的铰链装置，也可以是，铰链部件1B1、1B2包括第一部分(铰链部件1B1)和第二部分(铰链部件1B2)。铰链部件2B沿着基准轴具有第一端部和第二端部，在第一端部处与铰链部件1B1嵌合，在第二端部处与铰链部件1B2嵌合。铰链部件1B1、1B2互相连结。
由此，使用铰链装置10B，例如能够简单地对包括固定物和可动物的门进行施工。
在第二实施方式中，也可以将发电装置3作为追加或代替设置于铰链部件1B2。
也可以将第一实施方式与第二实施方式组合。例如，在第一实施方式中，也可以是，将发电装置3的输入轴31的顶端与铰链部件2的凹部2a形成为彼此互补的形状，来代替缺口32和螺钉41。另外，在第二实施方式中，也可以是，借助贯通铰链部件2B的螺钉41来将发电装置3的输入轴31相对于铰链部件2B而言进行约束。能够根据用途和尺寸来选择将发电装置3的输入轴31相对于铰链部件2B而言进行约束的各种各样的方法。另外，在第一实施方式中，也可以是，铰链部件1具有用于与铰链部件2嵌合的凹部，铰链部件2具有用于与铰链部件1嵌合的凸部。另外，在第二实施方式中，也可以是，铰链部件1B1、1B2中的至少一方具有用于与铰链部件2B嵌合的凸部，铰链部件2B具有对应的凹部。
第三实施方式.
当蓄电电路12的电容器的容量小时，立刻变为满充电，有可能发电产生的电力的一部分被浪费。另外，当蓄电电路12的电容器的容量大时，尺寸和成本增大。对于具备发电装置3、整流电路11以及蓄电电路12的发电系统而言，考虑各种各样的必要条件来决定蓄电电路12的电容器的容量是重要的问题。因而，谋求容易地决定电容器的最佳或者近乎最佳的容量以及提供具备这种电容器的电力系统。
在第三实施方式中，提供具备如下电容器的电力系统，该电容器具有以不使尺寸和成本过度增大且不容易浪费发电产生的电力的方式决定的容量。
在本公开的各实施方式所涉及的电力系统中，认为在发电装置3以尽量缓慢的小的角速度被输入机械能时能够产生尽可能大的电压的情形是高效的。因而，下面例示将具有高增速比的齿轮机构G1与具有高额定输出电压的发电机M1组合使用的情况。
以下，说明本发明人进行的模拟。
在模拟中，将减速比1/G＝1/242的行星齿轮机构与具有额定输入电压Vm＝24(V)的微型电动机组合，将这些行星齿轮机构和微型电动机用作发电装置3。在该情况下，需要在使输入轴以缓慢的小的角速度转动时得到大的速度电动势(发电机的输出端子处的电压)。这里，Nma(rpm)是无负荷时的电动机的输出轴的转速。Nda(rpm)是无负荷时的齿轮机构的输出轴的转速。对电动机施加了电压24(V)时的无负荷转速Nda(rpm)为28(rpm)。据此求出将该电动机用作发电机所需要的设计值。
首先，说明反电动势电压常数Ked(V/(rad/s))的计算。反电动势电压常数Ked是表示与发电装置3的输入轴的转速对应的发电装置3的输出端子的电压的重要指标。反电动势电压常数Ked越大，则以越缓慢的转动动作得到越大的电压输出。单位统一为SI(国际)单位体系来表示。当将无负荷时的齿轮机构的输出轴的转速Nda＝28(rpm)换算为SI单位时，得到下面的式子的旋转角速度ωda(rad/s)。
ωda＝28×2×π/60＝2.932(rad/s)
因而，用下面的式子表示齿轮机构及电动机的反电动势电压常数Ked。
Ked＝24/(28×2×π/60)
＝24/2.932
＝8.185(V/(rad/s))
作为参考值，用下面的式子表示不包括齿轮机构的仅电动机的反电动势电压常数Kem(V/(rad/s))。
Kem＝Ked/G
＝24/(28×2×π/60)/242
＝0.03382(V/(rad/s))
接下来，说明发电装置3的输出电压Em(V)的计算。
在将上述的电动机和齿轮机构用作发电装置3的情况下，齿轮机构具有增速比G＝242。这里，对齿轮机构的输入轴给予转动扭矩Td。此时的转动角速度ωd(rad/s)是根据门的一次的开动作或关动作的持续时间t(s)以及转动角度θdd(deg(度))求出的。在t＝1(s)、θdd＝90(deg(度))的情况下，根据θd＝90×π/180＝π/2(rad)，通过下面的式子得到ωd(rad/s)。
ωd＝(π/2)/1＝1.571(rad/s)
作为参考，用下面的式子表示不包括齿轮机构的仅电动机的旋转角速度ωm(rad/s)。
ωm＝G×ωd＝380.2(rad/s)
这里，Ked＝8.185(V/(rad/s))，因此通过下面的式子得到发电装置3的输出电压Em(V)。
Em(V)＝Ked×ωd＝8.185×1.571＝12.86
即，在1秒期间以90度的固定速度打开了门的情况下，在发电装置3的输出端子处产生的电压(速度电动势)为12.86(V)。
接下来，说明整流电路11及蓄电电路12的动作。以下，设为整流电路11和蓄电电路12具有图10的结构。
图30是说明第三实施方式所涉及的电力系统中的4个电容器C1～C4的动作的概要图。如之前所叙述的那样，对由2个发电机M1、M2产生的电压分别进行倍电压整流，另外，将利用由各发电机M1、M2产生的电压进行充电的电容器C1～C4级联连接。此时，调查通过将门开闭一次的动作所能够蓄积的电能。
Em1、Em2分别表示发电机M1、M2的输出电压。Rm1、Rm2表示发电机M1、M2的绕组的电阻。C1～C4表示电容器C1～C4的容量值。V1～V4是各电容器C1～C4中蓄积的电压。Vo是级联连接的4个电容器C1～C4的2个端子间的电压。这里，电压Em1、Em2的波形示出通过门的开动作和关动作产生的方形波(交流电压波形)。电压Vo的波形示出与电阻Rm1、Rm2及容量C1～C4的时间常数相应的蓄电电压的时间上的变化。在实施方式中，并非将直至电容器C1～C4的两端的电压变为零为止蓄积的能量全部用尽，而是在1个电容器的电压低于规定的阈值的电压V01(V)时，停止从蓄电电路12向负载装置14供给电力。因而，使对1个电容器充电时电压变为下限电压(初始电压)V01(V)的状态与在门的开闭动作结束时电压达到V1的状态反复。
图31是说明第三实施方式所涉及的电力系统中的1个电容器C1的动作的概要图。参照图31，关于在开门时由1个发电机M1产生的电力蓄积到1个电容器C1的动作进行分析。在实施方式中，该动作为基本单位，在包括2个发电机M1、M2的电力系统中将门开闭一次的情况下，得到该基本单位的4倍的蓄电量。
在图31中，用下面的式子表示电容器C1的两端的电压V1(V)。
[数式1]
Figure BDA0002362348700000251
这里，如上述的那样，V01(V)是电容器C1的下限电压的值。τ1是基于电容器C1的容量C1和发电机M1的电阻Rm1的时间常数τ1＝C1Rm1。
因而，用下面的式子表示电容器C1中能够蓄积的最大能量WE1M(J)。
[数式2]
Figure BDA0002362348700000261
用下面的式子表示能够从电容器C1供给到负载装置14的有效能量WE1(J)。
[数式3]
Figure BDA0002362348700000262
这里，作为计算例，设为V01＝1.5(V)、C1＝0.01(F)、Rm1＝60(Ω)、t＝1(s)、Em1＝12.86(V)。在该情况下，电容器C1的两端的电压为V1＝10.712(V)。电容器C1中能够蓄积的最大能量为WE1M＝0.5738(J)。能够从电容器C1供给到负载装置14的有效能量为WE1＝0.5625(J)。
接下来，计算图30的电容器C1～C4整体能够蓄积的能量。这里，作为条件，设定V1＝V2＝V3＝V4以及V01＝V02＝V03＝V04。此时，得到下面的式子。
Vo＝V1+V2+V3+V4＝4V1＝42.8(V)
Vo1＝V01+V02+V03+V04＝4V1＝6(V)
作为条件，设定C1＝C2＝C3＝C4。电容器C1～C4的合计的容量Co用Co(1/4)C1表示。电容器C1～C4的合计的蓄积能量WEM(J)用下面的式子表示。
WEM＝4·WE1M＝2C1V1 2＝2.295(J)
用下面的式子表示电容器C1～C4的有效能量WEE(J)。
[数式4]
Figure BDA0002362348700000263
有效能量WEE例如为2.25(J)。
另外，用下面的式子表示来自发电机M1、M2的平均输出电力PEM(W)。
PEM＝WEM/(2t)＝2.295/(2·1)＝1.147(W)
根据以上的一例，能够确认实施方式所涉及的电力系统具有超过1(W)和1(J)的发电性能。
接下来，关于电容器C1～C4中能够利用的有效能量，使用上述的关系式，来计算改变了几个参数时的特性。
图32是示出第三实施方式的第一实施例所涉及的电力系统的有效能量对容量特性的曲线图。图33是示出第三实施方式的第二实施例所涉及的电力系统的有效能量对容量特性的曲线图。
在图32和图33的实施例中，设定了以下共同的参数。
门的一次开动作的持续时间：t＝1(s)
门的一次关动作的持续时间：t＝1(s)
门的开动作及关动作的角度：90(度)
电动机的额定输入电压：Vm＝24(V)
电动机的绕组的电阻：Rm1＝Rm2＝60(Ω)
各电容器C1～C4的容量：可变
各电容器C1～C4的下限电压：V01＝V02＝V03＝V04＝1.5(V)
在图32的实施例中，设定了以下参数。
齿轮机构的增速比：G＝242
各发电装置的反电动势电压常数：Ked＝8.185(V/(rad/s))
速度电动势：Em1＝Em2＝12.857(V)
在图33的实施例中，设定了以下参数。
齿轮机构的增速比：G＝107
各发电装置的反电动势电压常数：Ked＝3.62(V/(rad/s))
速度电动势：Em1＝Em2＝5.69(V)
在这些条件下，如图32和图33所示那样计算作为针对电容器C1～C4的合计的容量而言的在电容器C1～C4中能够蓄积的上限的有效能量计算出的有效能量对容量特性。
根据图32和图33可知，即使使各电容器C1～C4的容量增加，能够利用的有效能量也会在某个容量处达到上限。另外，明确可知，在图32的情况下，有效能量具有峰值。当将图32与图33进行比较时，在15mF左右的容量时，有效能量达到最大值。能够根据发电装置的输出电压Em1、Em1在图32和图33的各情况下是相同的以及存在发电机M1、M2的绕组的电阻Rm1、Rm2，来说明该最大值的存在。根据该特性可知，在15mF附近的容量时，有效能量变为峰值。因而可知，即使使用具有比这更大的容量的电容器，也仅仅是尺寸和成本增大的缺点。在电容器C1～C4的容量逐渐增大且有效能量接近峰值时，将此时的容量Cp决定为能量最大化容量。在本公开的实施方式所涉及的电力系统中，可知如果将能量最大化容量Cp选为设计值，则能够在小型且低成本的同时得到最大或者近乎最大的性能。
电容器C1～C4的容量未必需要与有效能量的峰值严格地一致。例如，在如图32那样有效能量具有明确的峰值的情况下，选择相对于通过实验决定的严格的峰值而言为该峰值的有效能量的90％(低10％)～80％(低20％)的容量的范围中的任一容量即可。该容量的范围为从比给出严格的峰值的能量最大化容量Cp低的容量Cps1至比能量最大化容量Cp高的容量Cps2的范围。这里，选择成为有效能量的峰值的90％～80％的容量Cps1、Cps2的理由是因为要考虑一般部件的偏差的范围水平。
另外，如图33所示，即使进一步增大电容器C1～C4的容量，达到了通过实验决定的严格的峰值之后的有效能量的大小也相对于峰值而言几乎不变。在该情况下，选择以相对于给出严格的峰值的能量最大化容量Cp而言为该峰值的有效能量的90％(低10％)～80％(低20％)的容量Cps1(比能量最大化容量Cp小的容量)为下限且以能量最大化容量Cp的2倍的容量Cp2为上限的范围中的任一容量即可。这里，将范围的上限设为能量最大化容量Cp的2倍的理由是，电容器的尺寸接近2倍，价格也相应增加，因此认为作为以小型且低成本提供的电力系统，能够容许设至2倍。
这样，根据第三实施方式所涉及的电力系统，能够对能够使蓄电能量实质上最大化的电容器进行蓄电，因此能够最大限度地利用发电产生的电力，以使负载装置动作。另外，根据第三实施方式所涉及的电力系统，能够一边使用最小型且低成本的电容器一边蓄积并利用最大的能量，因此能够使发电系统小型且低成本。
在以上的说明中，计算表示针对蓄电电路12的容量而言的在蓄电电路12中能够蓄积的上限的有效能量的有效能量对容量特性。但是，也可以计算表示针对蓄电电路12的容量而言的在蓄电电路12中能够蓄积的上限的能量的能量对容量特性，来代替有效能量对容量特性。在计算能量对容量特性的情况下，也能够将表示在能量对容量特性中使上限能量最大化的容量的能量最大化容量或其附近的容量设定为蓄电电路12的容量。
第三实施方式所涉及的发电系统以及电力系统的特征在于，具备以下结构。
根据第三实施方式所涉及的发电系统，发电系统具备：至少1个响应于输入轴31的旋转来产生电力的发电装置3；以及蓄电电路12，其包括至少1个蓄积由发电装置3产生的电力的能量的电容器C1～C4。蓄电电路12具有能量最大化容量或该能量最大化容量附近的容量，该能量最大化容量表示在作为针对蓄电电路12的容量而言的在蓄电电路12中能够蓄积的上限能量计算出的能量对容量特性中使上限能量最大化的容量。关于能量对容量特性，基于蓄电电路12的容量、发电装置3的电动势、发电装置3的内部电阻以及由发电装置3进行一次发电动作的持续时间来进行计算。
由此，能够提供具备如下电容器的发电系统，该电容器具有以不使尺寸和成本过度增大且不容易浪费发电产生的电力的方式决定的容量。
根据第三实施方式所涉及的发电系统，也可以是，蓄电电路12具有如下范围内的任一容量，该范围是在能量对容量特性中使上限能量大于等于最大值附近的规定值的容量的范围。
由此，能够一边使用小型且低成本的电容器，一边在能量对容量特性中使上限能量最大化或者近乎最大化。
根据第三实施方式所涉及的发电系统，也可以是，蓄电电路12具有如下范围内的任一容量，该范围是在能量对容量特性中使上限能量大于等于最大值的80％～90％中的规定值的容量的范围。
由此，能够一边使用小型且低成本的电容器，一边考虑一般部件的偏差的范围水平来在能量对容量特性中使上限能量近乎最大化。
根据第三实施方式所涉及的发电系统，也可以是，蓄电电路12具有如下范围内的任一容量，该范围是在能量对容量特性中使上限能量大于等于最大值附近的规定值的范围，并且该范围是以比能量最大化容量小的容量为下限且以对能量最大化容量乘以大于1的规定系数所得到的容量为上限的范围。
由此，能够一边使用小型且低成本的电容器，一边将电容器的尺寸及价格的增大抑制在可容许的范围内，一边在能量对容量特性中使上限能量近乎最大化。
根据第三实施方式所涉及的发电系统，也可以是，蓄电电路12具有如下范围内的任一容量，该范围是在能量对容量特性中使上限能量大于等于最大值的80％～90％中的规定值的范围，并且该范围是以比能量最大化容量小的容量为下限且以能量最大化容量的2倍的容量为上限的范围。
由此，能够一边使用小型且低成本的电容器，一边将电容器的尺寸及价格的增大抑制在可容许的范围内，一边在能量对容量特性中使上限能量最大化或近乎最大化。
根据第三实施方式所涉及的发电系统，可以用下面的式子表示能量对容量特性。
[数式5]
Figure BDA0002362348700000301
这里，C1是蓄电电路12的电容器C1的容量。V01是电容器C1的下限电压。Em1是发电装置3的电动势。t是由发电装置3进行一次发电动作的持续时间。τ1是基于电容器C1的容量C1和发电装置3的内部电阻的时间常数。
由此，能够基于能量对容量特性来计算能量最大化容量。
根据第三实施方式所涉及的发电系统，也可以是，发电装置3具备：齿轮机构G1，其以规定的增速比传递发电装置3的输入轴31的旋转；以及发电机M1，其响应于由齿轮机构G1传递的旋转来产生电力。
由此，能够使用齿轮机构G1利用从用户的生活行动中获得的能量来高效地进行发电。
根据第三实施方式所涉及的发电系统，也可以是，发电系统具备互相级联连接的多个发电装置3。
由此，相比于具备单个发电装置3的情况而言，能够产生高电压或大电流。
根据第三实施方式所涉及的发电系统，也可以是，发电系统还具备整流电路11，该整流电路11对由发电装置3产生的电力进行整流。蓄电电路12蓄积由发电装置3产生且被整流电路11进行整流后的电力的能量。
由此，能够由发电装置3产生交流电力并将该交流电力蓄积到蓄电电路12。
根据第三实施方式所涉及的发电系统，也可以是，蓄电电路12包括多个电容器C1～C4。整流电路11包括倍电压整流电路。
由此，能够使通过一系列的动作所蓄积的电压为进行全波整流的情况下的2倍。因而，能够使蓄电电路12的后级的电路以高电压进行动作，从而提高后级的电路的效率。
根据第三实施方式所涉及的发电系统，也可以是，发电系统还具备铰链装置10，该铰链装置10具备具有共同的基准轴的第一铰链部件1和第二铰链部件2。第一铰链部件1与第二铰链部件2以能够绕基准轴相对地旋转的方式且以第一铰链部件1和第二铰链部件2中的一方支承另一方的方式互相嵌合。发电装置3的壳体30以使发电装置3的输入轴31位于基准轴上的方式固定于第一铰链部件1。将发电装置3的输入轴31在绕基准轴的旋转方向上相对于第二铰链部件2而言进行约束，所得在第二铰链部件2绕基准轴进行了旋转时发电装置3的输入轴31进行与第二铰链部件2相同程度的旋转。
由此，能够提供具备发电装置3的铰链装置10、即能够从用户的生活行动中高效地取出能量来进行发电的铰链装置10。
根据第三实施方式所涉及的电力系统，具备：发电系统；控制电路13，其控制发电系统的蓄电电路12的放电；以及负载装置14，其在控制电路13的控制下消耗蓄电电路12的电力。
由此，能够使用控制电路13和负载装置14，根据负载装置14的用途有效地使用利用从用户的生活行动中获得的能量进行发电产生的电力。
根据第三实施方式所涉及的电力系统，也可以是，控制电路13在发电装置3的发电动作的同时、或者在从发电装置3的发电动作起经过预先决定的时间之后、或者与发电装置3的发电动作相独立地，从蓄电电路12向负载装置14供给电力。
由此，能够在包括发电装置3的动作中、动作后以及动作前的任意的时间点使负载装置14动作。因而，能够根据负载装置14的用途来有效地使用利用从用户的生活行动中获得的能量发电产生的电力。
根据第三实施方式所涉及的电力系统，也可以是，在蓄电电路12的电容器C1～C4的两端之间的电压为预先决定的下限电压以下时，控制电路13停止从蓄电电路12向负载装置14供给电力。
由此，能够充分利用电容器C1～C4的能量，并且能够使负载装置14可靠地动作。
根据第三实施方式所涉及的电力系统，也可以是，负载装置14包括照明装置。
由此，包括照明装置的电力系统能够利用于照明、对非法者的威吓和/或防止非法者侵入等目的。
根据第三实施方式所涉及的电力系统，也可以是，负载装置14包括通信装置。
由此，包括通信装置的电力系统能够利用于对老年人的监视和/或有非法者的告知等目的。
附图标记说明
1、1-1、1-2、1A、1B1、1B2：铰链部件(第一铰链部件)；2、2-1、2-2、2A、2B：铰链部件(第二铰链部件)；3：发电装置；10、10-1、10-2、10A、10B：铰链装置；11：整流电路；12：蓄电电路；13：控制电路；14：负载装置；14a：发光二极管(照明装置)；14b1：无线发送器(通信装置)；14b2：无线接收器；21、21B：固定物；22、22B：可动物；30a、30b：壳体；31：输入轴；32：缺口；33：齿轮；34、34A～34C：凸部；41：螺钉；C1～C4：电容器；D1～D4：二极管；G1：齿轮机构；M1、M2：发电机。

Claims (16)

1.一种发电系统，
至少1个发电装置，其响应于输入轴的旋转来产生电力；以及
蓄电电路，其包括至少1个蓄积由所述发电装置产生的电力的能量的电容器，
在所述发电系统中，
所述蓄电电路具有能量最大化容量或该能量最大化容量附近的容量，该能量最大化容量表示在作为针对所述蓄电电路的容量而言的在所述蓄电电路中能够蓄积的上限能量计算的能量对容量特性中使所述上限能量最大化的容量，
关于所述能量对容量特性，基于所述蓄电电路的容量、所述发电装置的电动势、所述发电装置的内部电阻以及由所述发电装置进行一次发电动作的持续时间来进行计算。
2.根据权利要求1所述的发电系统，其中，
所述蓄电电路具有如下范围内的任一容量，该范围是在所述能量对容量特性中使所述上限能量大于等于最大值附近的规定值的容量的范围。
3.根据权利要求2所述的发电系统，其中，
所述蓄电电路具有如下范围内的任一容量，该范围是在所述能量对容量特性中使所述上限能量大于等于最大值的80％～90％中的规定值的容量的范围。
4.根据权利要求1所述的发电系统，其中，
所述蓄电电路具有如下范围内的任一容量，该范围是在所述能量对容量特性中使所述上限能量大于等于最大值附近的规定值的范围，并且该范围是以比所述能量最大化容量小的容量为下限、且以对所述能量最大化容量乘以大于1的规定系数所得到的容量为上限的范围。
5.根据权利要求4所述的发电系统，其中，
所述蓄电电路具有如下范围内的任一容量，该范围是在所述能量对容量特性中使所述上限能量大于等于最大值的80％～90％中的规定值的范围，并且该范围是以比所述能量最大化容量小的容量为下限、且以所述能量最大化容量的2倍的容量为上限的范围。
6.根据权利要求1至5中的任一项所述的发电系统，其中，
用下面的式子表示所述能量对容量特性，
[数式1]
Figure FDA0002362348690000021
其中，C1是所述蓄电电路的电容器的容量，V01是所述电容器的下限电压，Em1是所述发电装置的电动势，t是由所述发电装置进行一次发电动作的持续时间，τ1是基于所述电容器的容量C1和所述发电装置的内部电阻的时间常数。
7.根据权利要求1至6中的任一项所述的发电系统，其中，
所述发电装置具备：
齿轮机构，其以规定的增速比传递所述发电装置的输入轴的旋转；以及
发电机，其响应于由所述齿轮机构传递的旋转来产生电力。
8.根据权利要求1至7中的任一项所述的发电系统，其中，
所述发电系统具备互相级联连接的多个发电装置。
9.根据权利要求1至8中的任一项所述的发电系统，其中，
所述发电系统还具备整流电路，该整流电路对由所述发电装置产生的电力进行整流，
所述蓄电电路蓄积由所述发电装置产生且由所述整流电路进行整流后的电力的能量。
10.根据权利要求9所述的发电系统，其中，
所述蓄电电路包括多个电容器，
所述整流电路包括倍电压整流电路。
11.根据权利要求1至10中的任一项所述的发电系统，其中，
所述发电系统还具备铰链装置，该铰链装置具备具有共同的基准轴的第一铰链部件和第二铰链部件，
所述第一铰链部件与所述第二铰链部件以能够绕所述基准轴相对地旋转的方式且以所述第一铰链部件和所述第二铰链部件中的一方支承另一方的方式互相嵌合，
所述发电装置的壳体以使所述发电装置的输入轴位于所述基准轴上的方式固定于所述第一铰链部件，
将所述发电装置的输入轴在绕所述基准轴的旋转方向上相对于所述第二铰链部件而言进行约束，使得在所述第二铰链部件绕所述基准轴进行了旋转时所述发电装置的输入轴进行与所述第二铰链部件相同程度的旋转。
12.一种电力系统，具备：
根据权利要求1至11中的任一项所述的发电系统；
控制电路，其控制所述发电系统的蓄电电路的放电；以及
负载装置，其在所述控制电路的控制下消耗所述蓄电电路的电力。
13.根据权利要求12所述的电力系统，其中，
所述控制电路在所述发电装置的发电动作的同时、或者在从所述发电装置的发电动作起经过预先决定的时间之后、或者与所述发电装置的发电动作相独立地，从所述蓄电电路向所述负载装置供给电力。
14.根据权利要求12或13所述的电力系统，其中，
在所述蓄电电路的电容器的两端之间的电压小于等于预先决定的下限电压时，所述控制电路停止从所述蓄电电路向所述负载装置供给电力。
15.根据权利要求12至14中的任一项所述的电力系统，其中，
所述负载装置包括照明装置。
16.根据权利要求12至14中的任一项所述的电力系统，其中，
所述负载装置包括通信装置。
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