JP2012175766A - 走行体の振動発電駆動方法及び振動発電駆動装置 - Google Patents

Abstract

【目的】トレーラーや電車等からなる走行体の走行振動を利用して振動発電を行い、走行体に配置される各種の付属装置を電力駆動する。
【構成】本発明に係る走行体の振動発電駆動装置１は、走行体２に配置された静電式発電装置Ｓ、電磁誘導発電装置Ｄ及び圧電式発電装置Ａからなる発電装置と、走行中の前記走行体２の振動により発生される静電式発電電力ＶＳ、電磁誘導発電電力ＶＤ及び圧電式発電電力ＶＡからなる発電電力を入力して制御する振動電力制御装置１０と、前記振動電力制御装置１０から出力される制御電力ＶＣにより充電されるバッテリー６と、前記バッテリー６に蓄電されたバッテリー電力ＶＢにより駆動される前記走行体２に配置された付属装置ＰＳ１〜ＰＳｎから構成されることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動車や電車などの走行体が走行中に生起する振動を利用して発電する振動発電方法に関し、更に詳細には振動発電電力によりバッテリーを充電して走行体の照明装置や融雪装置などの付属装置を駆動する振動発電駆動方法及び振動発電駆動装置に関する。

一般に、振動を電力に変換する振動発電装置として３種類の発電装置が知られている。第1には、電磁誘導発電装置であり、磁石とコイルの相対運動によってコイル中に交流電力を発生させる発電装置であり、産業革命以来開発されてきた伝統的な発電装置は前記電磁誘導発電装置である。第２には、圧電式発電装置であり、ピエゾ等の圧電体が変形する際に生じる圧電電力を取り出す方式で、風力による回転翼の振動発電や自転車の振動発電に利用されつつある。第３には、静電式発電装置であり、静電誘導により電荷を発生させる自励型と摩擦帯電や放電等による他励型がある。近年、エレクトレット（固定電荷）を埋め込んだ一方の基板に、他方の基板を対向させて振動を利用して相対運動させることにより、両基板間に電力を発生させる方式が開発され、振動発電の一形態として利用されつつある。

電磁誘導発電装置は極めて古典的な発電装置であるから、周知の構造を有しており、公知公報は敢えて列挙しない。例えば、振動により発電コイルが磁石に対して相対振動するように構成すれば、交流発電することができる。

圧電式発電装置の一例として、特許第３７５９９４５号公報（特許文献１）に示された風力発電装置がある。この風力発電装置は、回転翼に圧電板を接合させ、風力を受けて回転する際に圧電板に捩れ振動を生起させ、この捩れ振動により圧電板に交流電圧を発生させる方式である。

静電式発電装置の一例として、特表２００５−５２９５７４号公報（特許文献２）に示された静電誘導型発電装置がある。この静電誘導型発電装置は、固定電極と、振動電極と、前記固定電極に形成された樹脂材料からなるエレクトレット膜から構成され、振動電極が振動又は回転することによって、振動電極に誘導される電荷が変化し、その変化分を交流電流として出力する方式である。

特許第３７５９９４５号公報 特表２００５−５２９５７４号公報

前述したように、振動発電装置として、電磁誘導発電装置、圧電式発電装置及び静電式発電装置は夫々公知であり、種々の発明がなされている。しかし、それぞれの発電装置は固有の長所と短所を有している。具体的には、電磁誘導発電装置は、回転式発電機等によりワット単位の発電量が得られるものの、機器の小型化が難しい。また、圧電式発電装置では、発電量が小さく、材料変形による劣化が欠点であるが、製造が容易であるため大面積化に向いている。さらに、静電式発電装置では、低出力且つ低周波数に制限される傾向にあり、例えば１００Ｈｚ以下等の低周波数であるが、構造が単純であるから機器を小型化し易い。

従って、上述したような電磁誘導発電装置、圧電式発電装置又は静電式発電装置を単体で使用する場合には、夫々の長所はあるものの、逆に夫々の欠点も直接出現し、その欠点を如何に克服するかが課題となっている。特に、圧電式発電装置や静電式発電装置は風力発電における振動発電装置として開発される場合が多く、鉄道車両や自動車などの走行体に適用される場合は殆ど無かった。

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、本発明の主眼とするところは、上述した電磁誘導発電装置、圧電式発電装置及び静電式発電装置の３種発電装置を走行体に同時配置し、３種の発電電力を合成制御して利用するものであり、夫々の発電装置の欠点を補完し合う形式で効率的に振動発電を実現する点である。

本発明の第１の形態は、走行体に静電式発電装置、電磁誘導発電装置及び圧電式発電装置からなる発電装置を配置し、走行中の前記走行体の振動により、静電式発電、電磁誘導発電及び圧電式発電からなる振動発電を行い、前記振動発電により発生された発電電力を制御して制御電力を生成し、前記制御電力をバッテリーに充電し、前記バッテリーに蓄電されたバッテリー電力により前記走行体に配置された付属装置を駆動させる走行体の振動発電駆動方法である。

本発明の第２の形態は、静電式発電電力、電磁誘導発電電力及び圧電式発電電力の３種の発電電力を制御して前記制御電力を生成するときに、（１）前記制御電力は前記３種の発電電力を加算した加算電力である場合、（２）前記制御電力は前記３種の発電電力の中から最大の電力を選択した最大電力である場合、又は（３）前記制御電力は前記３種の発電電力の中から任意に選択された一つの発電電力である場合を少なくとも含む振動発電駆動方法である。

本発明の第３の形態は、前記静電式発電電力、前記電磁誘導発電電力及び前記圧電式発電電力の３種の発電電力が直流発電電力であり、３種の前記直流発電電力を制御して直流制御電力を生成し、前記直流制御電力を前記バッテリーに供給する走行体の振動発電駆動方法である。

本発明の第４の形態は、前記静電式発電電力、前記電磁誘導発電電力及び前記圧電式発電電力の３種の発電電力が交流発電電力であり、３種の前記交流発電電力の位相を同期させて３種の同期化交流発電電力を形成し、３種の前記同期化交流発電電力を制御して交流制御電力を生成し、前記交流制御電力を直流化して前記バッテリーに供給する走行体の振動発電駆動方法である。

本発明の第５の形態は、前記バッテリー電力から交流電力及び／又は直流電力を生成し、前記交流電力を前記付属装置の交流装置に供給及び／又は前記直流電力を前記付属装置の直流装置に供給し、前記交流装置及び／又は前記直流装置を駆動させる走行体の振動発電駆動方法である。

本発明の第６の形態は、前記バッテリーのバッテリー電力を利用しない場合に、前記制御電力、前記直流制御電力又は前記交流制御電力により直接的に前記走行体に配置された付属装置を駆動させる走行体の振動発電駆動方法である。

本発明の第７の形態は、走行体に配置された静電式発電装置、電磁誘導発電装置及び圧電式発電装置からなる発電装置と、走行中の前記走行体の振動により発生される静電式発電電力、電磁誘導発電電力及び圧電式発電電力からなる３種の発電電力を制御して制御電力を形成する振動電力制御装置と、前記振動電力制御装置から出力される制御電力により充電されるバッテリーと、前記バッテリーに蓄電されたバッテリー電力により駆動される前記走行体に配置された付属装置から構成される走行体の振動発電駆動装置である。

本発明の第８の形態は、前記振動電力制御装置は、前記静電式発電電力、前記電磁誘導発電電力及び前記圧電式発電電力の３種の発電電力を演算して指令する演算制御部と、前記演算制御部の指令により前記３種の発電電力から制御電力を形成して出力する電力制御器を有し、前記制御電力を出力するときに、（１）前記制御電力は前記３種の発電電力を加算した加算電力である場合、（２）前記制御電力は前記３種の発電電力の中から最大の電力を選択した最大電力である場合、又は（３）前記制御電力は前記３種の発電電力の中から任意に選択された一つの発電電力である場合を少なくとも含む走行体の振動発電駆動装置である。

本発明の第９の形態は、前記静電式発電電力、前記電磁誘導発電電力及び前記圧電式発電電力の３種の発電電力が直流発電電力のとき、前記演算制御部の指令に基づいて３種の前記直流発電電力から直流制御電力を形成して出力する直流電力制御器を設け、前記直流制御電力を前記バッテリーに供給する走行体の振動発電駆動装置である。

本発明の第１０の形態は、前記静電式発電電力、前記電磁誘導発電電力及び前記圧電式発電電力の３種の発電電力が交流発電電力のとき、３種の前記交流発電電力の位相を同期させて３種の同期化交流発電電力を形成する位相同期回路と、前記演算制御部の指令に基づいて３種の前記同期化交流発電電力から交流制御電力を形成して出力する交流電力制御器と、前記交流制御電力を直流化して制御電力を出力する直流化装置を設け、前記制御電力を前記バッテリーに供給する走行体の振動発電駆動装置である。

本発明の第１１の形態は、前記バッテリー電力を交流電力に変換するＤ／Ａインバーターと前記交流電力によって駆動される交流装置を前記付属装置に設け、及び／又は、前記バッテリー電力に基づく直流電力により駆動される直流装置を前記付属装置に設けた走行体の振動発電駆動装置である。

本発明の第１２の形態は、前記バッテリー電力の利用の有無を判断する判断手段を設け、前記バッテリー電力を利用しない場合に、前記制御電力、前記直流制御電力又は前記交流制御電力により直接的に前記走行体に配置された付属装置を駆動する走行体の振動発電駆動装置である。

本発明の第１の形態によれば、走行体に静電式発電装置、電磁誘導発電装置及び圧電式発電装置からなる３種類の振動発電装置を配置し、走行中の前記走行体の振動により、静電式発電、電磁誘導発電及び圧電式発電からなる３種類の振動発電を行うから、静電式発電電力と電磁誘導発電電力と圧電式発電電力が同時に生起しており、これらの３種類の振動発電電力を同時的に有効に使用することが可能になる。走行体の振動には、走行面に対する垂直方向振動（Ｚ方向振動）と平行面内振動（Ｘ方向振動とＹ方向振動）が存在し、また振動周波数も振動形態により千差万別である。従って、３種類の振動発電電力を加算的に合成した加算電力を出力したり、３種類の振動発電電力のうち最大の発電電力を選択したり、或いは３種類の発電電力から任意に個別電力を出力するなど、時々刻々と変化する振動状況に応じて合成制御して電力増強を図ることができ、種々の電力出力を可能にする。３種類の発電電力は振動発電であることから交流電力であるが、交流電力を合成制御することは交流電気回路により可能である。合成制御された交流電力を交流のまま使用することもできるが、直流化装置により直流電力として使用することも可能になる。また、３種類の交流発電電力を直流化装置により直流電力に変換し、３種類の直流電力を直流電気回路により合成制御することも可能である。直流の場合には、電圧を重畳する等の変換が容易であるから、３種類の直流電力を合成制御して大電力化することも容易になる。このように加算電力や最大電力や個別電力などのように、種々の電力変換を実施することを本発明では制御と称する。
従って、本発明では前記振動発電により発生された３種類の発電電力（交流電力又は直流電力）を制御して制御電力を生成し、この制御電力をバッテリーに充電する。制御電力はバッテリー充電のために直流電力化されることが望ましい。しかし、交流充電が可能な場合には、３種類の発電電力は交流電力のままでもよく、制御電力として交流電力を用いることも本発明に包含される。そして、前記バッテリーに蓄電されたバッテリー電力により前記走行体に配置された付属装置を駆動させる点に本発明の特徴を有する。本発明では、少なくとも静電式発電装置、電磁誘導発電装置及び圧電式発電装置からなる３種類の振動発電装置を含んでおればよく、それ以外の発電装置、例えば太陽光発電装置や、走行体のエンジン出力による発電装置を配置してもよく、これら他の発電電力とともに本発明の振動発電電力を同時的に使用することも可能である。前記付属装置としては、照明装置、融雪装置、通信装置、走行体制御装置など各種付属装置が含まれる。付属装置には直流装置と交流装置が存在するが、直流装置に対してはバッテリー電力そのもの、又は出力変換した直流電力を供給し、交流装置に対してはバッテリー電力をＤ／Ａインバーター等で交流変換して交流電力を供給すればよい。
本発明では、電力という用語を使用するが、この電力には電圧（Ｖ）、電流（Ｉ）及び電力（Ｖ×Ｉ）の３種類が含まれ、例えば電力の制御とは、電圧（Ｖ）の制御、電流（Ｉ）の制御又は電力（Ｖ×Ｉ）の制御の３種類が含まれることは言うまでもない。また、走行体には、鉄道車両や自動車・トラック・トレーラー等が含まれ、特にエンジン出力により充電されるバッテリーを有さないトレーラー等の走行体の発電装置として本発明の振動発電装置は有効である。前記バッテリーを充電するには、エンジン出力による充電とともに、本発明の振動発電電力による充電を同時的に可能にしておけば、バッテリーは消耗することなく常時充電されることになる。

本発明の第２形態によれば、前記静電式発電、前記電磁誘導発電又は前記圧電式発電の３種の発電電力を合成制御する３方式を具体的に特定している。第１は、前記制御電力が３種の発電電力を加算した加算電力である場合である。前記３種の発電電力が直流電力のときには、直流電圧加算回路を使用すれば容易に加算合成することができる。前記３種の発電電力が交流電力のときには、３種の交流発電電力の位相を同期させることが重要になる。位相が反転する場合には、電圧加算すると電圧の相殺が生じ、電圧低下をもたらす場合がある。従って、前記３種の発電電力の位相を揃えるために位相同期回路を設け、同期化された交流発電電力同士の加算が電力増強のために有効になる。第２は、前記制御電力が前記３種の発電電力の中から最大の電力を選択した最大電力である場合である。即ち、振動状況が変化しても、常に３種の発電電力から最大電力を選択するようにすれば、この最大電力を前記制御電力として前記バッテリーを充電することができる。従って、バッテリーの充電量を有効に維持できるから、走行体の付属装置を継続的に駆動することが可能になる。また、３種の発電電力から最大電力の選択は比較回路を利用して容易に実現できる。前記３種の発電電力はもともと交流電力であるから、最大電力として最大交流電力を選択すれば、この最大交流電力を直流に変換してバッテリー充電すればよい。交流充電方式では直流変換は不要になる。また、前記３種の発電電力を直流化装置により夫々直流電力に変換し、この直流電力の中から最大直流電力を選択して、バッテリー充電することもできる。第３は、前記制御電力が３種の発電電力の中から任意に選択された一つの発電電力である場合である。振動状況が時々刻々と変化する場合には、最大電力の選択も時々刻々と変化し、回路負荷が過大になる。そこで、振動状況を大局的に判断し、ある状況下では３種の発電電力から特定の発電を選択し、前記特定発電の運転の時間スパンを長くして、回路負荷の低減を図ることが可能になる。具体的には、電磁誘導→静電式→圧電式と変化する場合に、電磁誘導を５分間、静電式を３分間、圧電式を１０分間といったように、個別発電を選択しながら、発電電力を有効に取り出すことが可能になる。

本発明の第３形態によれば、前記静電式発電電力、前記電磁誘導発電電力及び前記圧電式発電電力の３種の発電電力が直流発電電力の場合に限定されている。振動発電では、３種の振動発電素子の出力は当然に交流電力であるが、各素子の出力段に直流化装置を配置することにより前記交流電力を直流電力に変換することができる。この直流電力が本第３形態における直流発電電力に相当する。従って、３種の直流発電電力を合成制御すれば出力となる制御電力も直流制御電力になることは言うまでもない。直流制御電力の場合には、バッテリーに直接印加すれば、バッテリーを充電することが可能になり、バッテリー充電が容易になる特徴を有する。

本発明の第４形態によれば、前記静電式発電電力、前記電磁誘導発電電力及び前記圧電式発電電力の３種の発電電力が交流発電電力の場合に限定されている。前述したように、振動発電では、３種の振動発電素子の出力は当然に交流電力であるから、この交流電力を合成制御する必要がある。前述したように、交流を合成する場合には、位相が反転した交流を合成すると打ち消し合いが生じるから、打ち消し合いを防止するために、交流の位相を同期化する必要がある。即ち、３種の交流発電電力の位相を相互に重なるように調整するために、具体的には位相同期回路を用いることができる。同期された３種の同期化交流発電電力は直流と同様に、位相を考慮することなく、加算回路や最大電力抽出回路などの交流制御回路を用いて、交流制御電力を生成することができる。交流制御電力を直流化して直流制御電力（即ち、制御電力のこと）に変換すれば、この直流制御電力によりバッテリー充電が可能になる。

本発明の第５形態によれば、振動発電電力により充電されたバッテリーを用いて、走行体に配置された各種の付属装置を駆動できる。付属装置には、交流で駆動される交流装置と直流で駆動される直流装置が存在する。交流装置を駆動するためには、直流のバッテリー電力を例えばＤ／Ａインバーターで交流電力に変換し、この交流電力で交流装置を駆動することができる。また、直流装置を駆動するためには、直流のバッテリー電力を直接、直流装置に供給してもよいが、作動電力が直流装置毎に異なる場合には、バッテリー電力を直流電力調整器により電力変換して各種直流装置に供給する。複数の付属装置が存在する場合には、電力選択供給器を介して特定の直流電力又は交流電力を特定の付属装置と結んで供給する。付属装置が直流装置だけの場合には、直流電力を直流装置に供給すればよい。付属装置が交流装置だけの場合には、交流電力を交流装置に供給すればよい。付属装置が交流装置と直流装置の混合である場合には、交流電力は交流装置に供給され、直流電力は直流装置に供給される構成とする。これらの制御は、コンピュータ装置の指令により制御する。

本発明の第６形態によれば、バッテリーを使用しない場合にも各種付属装置を駆動することが可能になる。本発明の根本の思想は、振動発電電力でバッテリーを充電し、バッテリー電力で付属装置を駆動することにある。しかし、バッテリーが故障したり作動しない場合にも、振動発電電力が発生している限り、付属装置を駆動する途を設けておく必要がある。コンピュータ装置の制御の中に、何らかのバッテリー異常がある場合には、バッテリー動作判断手段により、バッテリー回路を遮断して直送配線を有効にし、前記制御電力、前記直流制御電力又は前記交流制御電力が直送配線を介して直接的に前記走行体に配置された付属装置に供給され、付属装置の駆動が継続できる。

本発明の第７の形態によれば、走行体に静電式発電装置、電磁誘導発電装置及び圧電式発電装置からなる３種類の振動発電装置を配置し、走行中の前記走行体の振動により、静電式発電電力、電磁誘導発電電力及び圧電式発電電力からなる３種類の発電電力を同時的に発生させるから、これらの３種類の振動発電電力を同時的に有効に使用することが可能になる。３種の発電電力は発電素子が異なるから、各発電電力の出力波形、即ち振動周波数や出力強度が異なる。従って、振動電力制御装置により前記３種の発電電力を各種形態に合成制御して制御電力を形成することができる。合成制御の方式には、３種類の発電電力を加算的に合成して加算電力を出力したり、３種類の発電電力のうち最大の発電電力を選択したり、或いは３種類の発電電力から任意に個別電力を出力するなど、時々刻々と変化する振動状況に応じて適切な合成制御を行うことができる。３種類の発電電力は振動発電であることから元々は交流電力であり、交流電力を合成制御することは交流電気回路により可能である。合成制御された交流電力を交流のまま使用することもできるが、直流化装置により直流電力として使用することも可能になる。また、３種類の交流発電電力を直流化装置により直流電力に変換し、３種類の直流電力を直流電気回路により合成制御することも可能である。直流の場合には、電圧を重畳する等の変換が容易であるから、３種類の直流電力を合成制御して大電力化することも容易になる。このように加算電力や最大電力や個別電力などのように、種々の電力変換を振動発電駆動装置により実行し、合成制御された制御電力を出力する。
前記制御電力によりバッテリーを充電する。制御電力はバッテリー充電のために直流電力化されることが望ましい。しかし、交流充電が可能な場合には、３種類の発電電力は交流電力のままでもよく、制御電力として交流電力を用いることも本発明に包含される。そして、前記バッテリーに蓄電されたバッテリー電力により前記走行体に配置された付属装置を駆動させる点に本発明の特徴を有する。本発明では、少なくとも静電式発電装置、電磁誘導発電装置及び圧電式発電装置からなる３種類の発電装置を含んでおればよく、それ以外の発電装置、例えば太陽光発電装置や、走行体のエンジン出力による発電装置を配置してもよく、これら他の発電電力とともに本発明の振動発電電力を同時的に使用することも可能である。前記付属装置としては、照明装置、融雪装置、通信装置、走行体制御装置など各種付属装置が含まれる。付属装置には直流装置と交流装置が存在するが、直流装置に対してはバッテリー電力そのもの、又は出力変換した直流電力を供給し、交流装置に対してはバッテリー電力をＤ／Ａインバーター等で交流変換して交流電力を供給すればよい。
前記３種の振動発電装置、３種の発電電力を合成制御する振動発電制御装置、バッテリー及び付属装置の信号の入出力や演算はコンピュータ装置からなる演算制御部の指令により行う構成とすれば、各種の複雑な制御が可能になる。しかし、ソフトを有したコンピュータ装置を使用せずに、ハードウェアだけの具体的回路構成により実現することも可能である。
本発明では、電力という用語を使用するが、この電力には電圧（Ｖ）、電流（Ｉ）及び電力（Ｖ×Ｉ）の３種類が含まれ、例えば電力の制御とは、電圧（Ｖ）の制御、電流（Ｉ）の制御又は電力（Ｖ×Ｉ）の制御の３種類が含まれることは言うまでもない。また、走行体には、鉄道車両や自動車・トラック・トレーラー等が含まれ、特にエンジン出力により充電されるバッテリーを有さないトレーラー等の走行体の発電装置として本発明の振動発電装置は有効である。前記バッテリーを充電するには、エンジン出力による充電とともに、本発明の振動発電電力による充電を同時的に可能にしておけば、バッテリーは消耗することなく常時充電されることになる。

本発明の第８の形態によれば、前記振動電力制御装置は、前記静電式発電電力、前記電磁誘導発電電力及び前記圧電式発電電力の３種の発電電力を演算して指令する演算制御部と、前記演算制御部の指令により前記３種の発電電力から制御電力を形成して出力する電力制御器を有して構成される。演算制御部はコンピュータ装置であり、より具体的には中央処理装置ＣＰＵ、プログラム記憶装置ＲＯＭ、一時記憶装置ＲＡＭ、入力装置及び出力装置などから構成される。演算制御部（コンピュータ装置）の処理により制御電力の出力が高速に行える。制御電力の形式はプログラムにより任意に構成できるから、各種の制御電力を容易に出力することが可能になる。電力制御器は、３種の発電電力を合成制御して制御電力を出力するハードウェアからなる。
前記制御電力の出力形式としては、（１）前記制御電力は前記３種の発電電力を加算した加算電力である場合、（２）前記制御電力は前記３種の発電電力の中から最大の電力を選択した最大電力である場合、又は（３）前記制御電力は前記３種の発電電力の中から任意に選択された一つの発電電力である場合を少なくとも含んでいる。前記３種の発電電力が直流電力のときには、直流電圧加算回路を使用すれば容易に加算合成することができる。前記３種の発電電力が交流電力のときには、３種の交流発電電力の位相を同期させることが重要になる。位相が反転する場合には、電圧加算すると電圧の相殺が生じ、電圧低下をもたらす場合がある。従って、前記３種の発電電力の位相を揃えるために位相同期回路を設け、同期化された交流発電電力同士の加算が電力増強のために有効になる。第２は、前記制御電力が前記３種の発電電力の中から最大の電力を選択した最大電力である場合である。即ち、振動状況が変化しても、常に３種の発電電力から最大電力を選択するようにすれば、この最大電力を前記制御電力として前記バッテリーを充電することができる。従って、バッテリーの充電量を有効に維持できるから、走行体の付属装置を継続的に駆動することが可能になる。また、３種の発電電力から最大電力の選択は比較回路を利用して容易に実現できる。前記３種の発電電力はもともと交流電力であるから、最大電力として最大交流電力を選択すれば、この最大交流電力を直流に変換してバッテリー充電すればよい。交流充電方式では直流変換は不要になる。また、前記３種の発電電力を直流化装置により夫々直流電力に変換し、この直流電力の中から最大直流電力を選択して、バッテリー充電することもできる。第３は、前記制御電力が３種の発電電力の中から任意に選択された一つの発電電力である場合である。振動状況が時々刻々と変化する場合には、最大電力の選択も時々刻々と変化し、回路負荷が過大になる。そこで、振動状況を大局的に判断し、ある状況下では３種の発電電力から特定の発電を選択し、前記特定発電の運転の時間スパンを長くして、回路負荷の低減を図ることが可能になる。具体的には、電磁誘導→静電式→圧電式と変化する場合に、電磁誘導を５分間、静電式を３分間、圧電式を１０分間といったように、個別発電を選択しながら、発電電力を有効に取り出すことが可能になる。

本発明の第９形態によれば、前記静電式発電電力、前記電磁誘導発電電力及び前記圧電式発電電力の３種の発電電力が直流発電電力の場合には、直流の制御電力を出力する。振動発電では、３種の振動発電素子の出力は当然に交流電力であるが、各素子の出力段に直流化装置を配置することにより前記交流電力を直流電力に変換することができる。この直流電力が本第９形態における直流発電電力に相当する。従って、３種の直流発電電力を合成制御すれば出力となる制御電力も直流制御電力になることは言うまでもない。直流制御電力の場合には、バッテリーに直接印加すれば、バッテリーを充電することが可能になり、バッテリー充電が容易になる特徴を有する。

本発明の第１０形態によれば、前記静電式発電電力、前記電磁誘導発電電力及び前記圧電式発電電力の３種の発電電力が交流発電電力の場合に、交流電力同士の打ち消し合いを防止するために、位相同期回路を用いて３種の交流発電電力の位相を相互に重なるように位相の同期化を行う。同期された３種の同期化交流発電電力は直流と同様に、位相を考慮することなく、加算回路や最大電力抽出回路などの交流制御回路を用いて、交流制御電力を効率的に生成することができる。交流制御電力は直流化装置により直流制御電力に変換され、この直流制御電力によりバッテリー充電を有効に実現できる。

本発明の第１１形態によれば、直流のバッテリー電力をＤ／Ａインバーターで交流電力に変換し、この交流電力で交流装置を駆動することができる。また、直流装置を駆動するためには、直流のバッテリー電力を直接、直流装置に供給してもよいが、作動電力が直流装置毎に異なる場合には、バッテリー電力を直流電力調整器により電力変換して各種直流装置に供給する。複数の付属装置が存在する場合には、電力選択供給器を介して特定の直流電力又は交流電力を特定の付属装置と結んで供給する。付属装置が直流装置だけの場合には、直流電力を直流装置に供給すればよい。付属装置が交流装置だけの場合には、交流電力を交流装置に供給すればよい。付属装置が交流装置と直流装置の混合である場合には、交流電力は交流装置に供給され、直流電力は直流装置に供給される構成とする。これらの制御は、コンピュータ装置の指令により制御する。

本発明の第１２形態によれば、バッテリーを使用しない場合にも各種付属装置を駆動することが可能になる。本発明は、振動発電電力でバッテリーを充電し、バッテリー電力で付属装置を駆動することにある。しかし、バッテリーが故障したり作動しない場合にも、振動発電電力が発生している限り、付属装置を駆動する途を本第１２形態で実現するものである。コンピュータ装置の制御フローの中に、何らかのバッテリー異常がある場合には、バッテリー動作判断手段を設け、バッテリー不動作を判断すると、バッテリー回路を遮断し、直送配線を有効にして、前記制御電力、前記直流制御電力又は前記交流制御電力が直送配線を介して直接的に前記走行体に配置された付属装置に供給し、付属装置の駆動を継続できる。

本発明の第1実施形態である振動発電駆動装置の概略構成図である。 前記第1実施形態の振動発電駆動装置を動作させる振動発電駆動方法のフローチャート図である。 本発明の第２実施形態である直流電力を合成制御する振動発電駆動装置の概略構成図である。 前記第２実施形態の振動発電駆動装置を動作させる振動発電駆動方法のフローチャート図である。 本発明の第３実施形態である交流電力を合成制御する振動発電駆動装置の概略構成図である。 前記第３実施形態の振動発電駆動装置を動作させる振動発電駆動方法のフローチャート図である。

以下に、本発明に係る振動発電駆動方法及び振動発電駆動装置の実施形態を図面に従って詳細に説明する。

図1は、本発明の第1実施形態である振動発電駆動装置の概略構成図である。図1において、１は振動発電駆動装置、２は走行体、４は走行輪、６はバッテリー、８はＤ／Ａインバーター、１０は振動電力制御装置、Ｓは静電式発電装置、Ｄは電磁誘導発電装置、Ａは圧電式発電装置、ＰＳ１〜ＰＳｎは走行体に配置された付属装置であり、例えばＰＳ１は照明装置、ＰＳ２は融雪装置、ＰＳ３〜ＰＳｎはその他の付属装置を意味している。Ｘ軸とＹ軸は走行面に平行な平面に設定された直交座標軸であり、Ｚ軸は走行面に垂直上方に設定された直交座標軸である。

走行体１が走行面を走行するとき、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向、又はそれらが組み合せられた複合方向に走行体２は振動する。この振動により、静電式発電装置Ｓは静電式発電電力ＶＳを発生し、電磁誘導発電装置Ｄは電磁誘導発電電力ＶＤを発生し、圧電式発電装置Ａは圧電式発電電力ＶＡを発生する。通常、静電式発電装置Ｓ、電磁誘導発電装置Ｄ及び圧電式発電装置Ａは振動により交流電力を発生する交流電力発生装置であり、この場合には静電式発電電力ＶＳ、電磁誘導発電電力ＶＤ及び圧電式発電電力ＶＡは交流電力である。他方、静電式発電装置Ｓ、電磁誘導発電装置Ｄ及び圧電式発電装置Ａの中に夫々直流化装置を内蔵する場合には、振動により発生する交流電力は直流電力に変換され、静電式発電電力ＶＳ、電磁誘導発電電力ＶＤ及び圧電式発電電力ＶＡは直流電力になる。従って、この第1実施形態では、出力が交流電力の場合と直流電力の場合の二つを包含する。

静電式発電電力ＶＳ、電磁誘導発電電力ＶＤ及び圧電式発電電力ＶＡは振動電力制御装置１０に入力され、所定の変換制御を受けて、前記振動電力制御装置１０から制御電力ＶＣがバッテリー６に出力される。この変換制御には種々の制御方式が含まれる。走行体２の振動条件により、静電式発電電力ＶＳ、電磁誘導発電電力ＶＤ及び圧電式発電電力ＶＡに関し、夫々の電力強度は時間的に変化する。従って、バッテリー６を効率的に充電するに、振動電力制御装置１０の変換制御方式には、基本的に３種の制御方式が存在する。第１には、３種の発電電力を加算制御し、制御電力ＶＣはＶsum＝ＶＳ＋ＶＤ＋ＶＡのように加算電力Ｖsumとして出力される方式である。３種の発電電力ＶＳ、ＶＤ、ＶＡが直流電力の場合には単純に加算回路で実現できる。３種の発電電力ＶＳ、ＶＤ、ＶＡが交流電力の場合には、３種の発電電力ＶＳ、ＶＤ、ＶＡの各位相を同期化し、位相を相互に一致させた後に加算回路で実現することができる。第２には、３種の発電電力ＶＳ、ＶＤ、ＶＡの中から最大電力が選択制御され、制御電力ＶＣはＶmax＝ＭＡＸ（ＶＳ、ＶＤ、ＶＡ）のように最大電力Ｖmaxとして出力される方式である。この最大電力方式では、ある時はＶＳ、またある時はＶＡが最大になり、最大電力の選択変化が激しくなることがあり、回路負荷が大きくなる傾向がある。そこで、平均的な変化を選択し、この路面状況ではＶＡが主流になり、また他の路面状況ではＶＤが主流になると判断して、長時間の平均制御を行うことが望まれる場合がある。即ち、第３に、３種の発電電力ＶＳ、ＶＤ、ＶＡの中から主流電力を選択制御し、制御電力ＶＣはＶse＝ＳＥＬＥＣＴ（ＶＳ、ＶＤ、ＶＡ）のように選択個別電力Ｖseとして出力される方式である。以上は基本方式であるが、他の方式としては３種の基本方式の混合方式などが考えられる。

バッテリー６は直流電源であるから、前記制御電力ＶＣは通常、直流電力である。しかし、バッテリー６が交流充電方式に設計されている場合には、前記制御電力ＶＣは交流電力でも構わない。例えば、バッテリー６の入力部に直流化装置を包含することにより、交流充電が可能になる。

制御電力ＶＣによりバッテリー６は効率的に充電され、バッテリー電力ＶＢを付属装置ＰＳ１〜ＰＳｎに出力する。走行体２に配置された付属装置ＰＳ１〜ＰＳｎには交流駆動される交流装置と直流駆動される直流装置が含まれる。直流装置に対しては、バッテリー電力ＶＢを直流電力ＤＣとして出力する。直流装置の駆動電力がバッテリー電力ＶＢと異なる場合には、バッテリー電力ＶＢを電力変換して直流電力ＤＣを供給する。交流装置に対しては交流電力ＡＣを供給する必要がある。この場合には、バッテリー電力ＶＢをＤ／Ａインバーター８により交流電力ＡＣに変換し、この交流電力ＡＣを付属装置の交流装置に供給する。Ｄ／Ａインバーター８は振動電力制御装置１０により作動制御されている。

３種の発電装置Ｓ、Ｄ、Ａは動作中にあっても、バッテリー６が故障により途中から動作しなくなった場合、また意図的にバッテリー６を動作させない場合には、バッテリー電力ＶＢは利用できない。このような場合には、振動電力制御装置１０から出力される制御電力ＶＣを直送配線９ａを介してＤ／Ａインバーター８に供給し、Ｄ／Ａインバーター８からの交流電力ＡＣで交流装置を駆動する。また、制御電力ＶＣを直送配線９ｂを介して直流装置に供給し、直流電力ＤＣで駆動する。この様な切替制御は振動電力制御装置１０の中に含まれるコンピュータ装置により実現される。

図２は、前記第1実施形態の振動発電駆動装置１を動作させる振動発電駆動方法のフローチャート図である。ステップＳ１により振動発電駆動装置１がオン（作動状態）であることを判断し、オンが確認されるまでステップＳ１を反復し、オンが確認された段階でステップＳ２に進む。ステップＳ２では、発電電力が検出される。具体的には、静電式発電電力ＶＳ、電磁誘導発電電力ＶＤ及び圧電式発電電力ＶＡが検出される。ステップＳ３では、静電式発電電力ＶＳ、電磁誘導発電電力ＶＤ及び圧電式発電電力ＶＡから合成電力ＶＣが生成される。図1で説明したように、合成方法により各種の合成電力ＶＣを生成可能である。例えば、合成電力ＶＣとして、加算電力Ｖsum＝ＳＵＭ（ＶＳ＋ＶＤ＋ＶＡ）、最大電力Ｖmax＝ＭＡＸ（ＶＳ、ＶＤ、ＶＡ）又は選択個別電力Ｖse＝ＳＥＬＥＣＴ（ＶＳ、ＶＤ、ＶＡ）を出力することができる。

ステップＳ４では、バッテリー６を駆動するかどうかが判断される。バッテリー６が動作している場合には、コンピュータ内のバッテリー動作判断手段を"１"にして、Ｙの経路であるステップＳ５に飛ぶ。ステップＳ５では、制御電力ＶＣによりバッテリー６を充電する。ステップＳ６では、バッテリー電力ＶＢをＤ／Ａインバーター８により交流電力ＡＣに変換する。ステップＳ７では、この交流電力ＡＣを付属装置の中の交流装置に供給する。また、ステップＳ８では、バッテリー電力ＶＢをそのまま直流電力ＤＣとして付属装置の中の直流装置に供給する。バッテリー電力ＶＢを適切な直流電力に変換して各種直流装置に供給してもよい。ステップＳ９では、振動発電駆動装置１がオフであればフローを終了するが、オンである限りステップＳ２に帰還してフローを反復する。
また、ステップＳ４では、バッテリー６が故障の場合や、バッテリー６を意図的に動作させない場合には、コンピュータ内のバッテリー動作判断手段を"０"にして、Ｎの経路であるステップＳ１０及び同時にステップ１２に飛ぶ。ステップＳ１０では、制御電力ＶＣをＤ／Ａインバーター８により交流電力ＡＣに変換する。そしてステップＳ１１により、この交流電力ＡＣを付属装置の中の交流装置に供給する。他方、ステップＳ１２では、制御電力ＶＣをそのまま直流電力ＤＣとして付属装置の中の直流装置に供給する。制御電力ＶＣを適切な直流電力に変換して各種直流装置に供給してもよい。そして、ステップＳ１１及びＳ１２ともにステップＳ９に至り、ステップＳ９において、振動発電駆動装置１がオフであればフローを終了するが、オンである限りステップＳ２に帰還してフローを反復する。
従って、本発明の第１実施形態を実施することにより、走行振動を利用した振動発電によりバッテリー６を常時充電しながら、またバッテリー不能の場合においても、走行体に配置した各種の付属装置を駆動することが可能になる。

図３は、本発明の第２実施形態である振動発電駆動装置の概略構成図である。第1実施形態との相違点は、振動発電駆動装置１をコンピュータ制御する点と、３種の交流発電電力を直流化して直流電力制御器１２によりバッテリーを充電する点と、直流電力調整器２６によりバッテリー電力を可変にする点と、コンピュータ制御により付属装置の中から交流装置と直流装置を同時的に選択駆動する点である。以下にその詳細を説明する。
図３において、１は振動発電駆動装置、２は走行体、４は走行輪、６はバッテリー、８はＤ／Ａインバーター、９ａ・９ｂは直送配線、１０は振動電力制御装置、１１は演算制御部、１２は直流電力制御器、１４はＩ／Ｏポート、１６はＲＯＭ、１８はＣＰＵ、２０はＲＡＭ、２２は入力装置、２４は出力装置、２６は直流電力調整器、２８は電力選択供給器である。Ｓは静電式発電装置、Ｄは電磁誘導発電装置、Ａは圧電式発電装置、ＳＤは静電直流化装置、ＤＤは電磁直流化装置、ＡＤは圧電直流化装置、ＰＳ１〜ＰＳｎは走行体に配置された付属装置であり、その中でＰＳｊは直流装置、ＰＳｋは交流装置である。Ｘ軸とＹ軸は走行面に平行な平面に設定された直交座標軸であり、Ｚ軸は走行面に垂直上方に設定された直交座標軸である。

走行体１が走行するとき、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向、又はそれらが組み合せられた複合方向に走行体１は振動する。この振動により、静電式発電装置Ｓは交流静電式発電電力ＡＶＳを発生し、電磁誘導発電装置Ｄは交流電磁誘導発電電力ＡＶＤを発生し、圧電式発電装置Ａは交流圧電式発電電力ＶＡを発生する。静電直流化装置ＳＤにより交流静電式発電電力ＡＶＳは直流静電式発電電力ＤＶＳに変換される。また、電磁直流化装置ＤＤにより交流電磁誘導発電電力ＡＶＤは直流電磁誘導発電電力ＤＶＤに変換され、同時に圧電直流化装置ＡＤにより交流圧電式発電電力ＡＶＡは直流圧電式発電電力ＤＶＡに変換される。

演算制御部１１は、ＲＯＭ１６、ＣＰＵ１８、ＲＡＭ２０、入力装置２２及び出力装置２４から構成される。ＲＯＭ１６には振動発電駆動装置１のフローを制御する制御プログラムが内蔵されており、ＲＡＭ２０には制御プログラムの進行中に生じる各種のデータが入出力される。入力装置２２は必要なデータを外部から入力する装置であり、出力装置２４は振動発電駆動装置１の現在状況を外部に出力する装置である。ＣＰＵ１８は制御プログラムに従って振動発電駆動装置１を制御する中央処理装置である。外部から演算制御部１１への信号の入力と、演算制御部１１から外部への信号の出力はＩ／Ｏポート１４を介して行われる。

直流静電式発電電力ＤＶＳと直流電磁誘導発電電力ＤＶＤと直流圧電式発電電力ＤＶＡは演算制御部１１に入力され、演算制御部１１からの出力に従って、前記３種の発電電力が合成制御された制御電力ＶＣが直流電力制御器１２から出力される。前述したように、合成制御方法により各種の制御電力ＶＣを生成可能である。例えば、制御電力ＶＣとして、加算電力Ｖsum＝ＳＵＭ（ＤＶＳ＋ＤＶＤ＋ＤＶＡ）、最大電力Ｖmax＝ＭＡＸ（ＤＶＳ、ＤＶＤ、ＤＶＡ）又は選択個別電力Ｖse＝ＳＥＬＥＣＴ（ＤＶＳ、ＤＶＤ、ＤＶＡ）を出力することができる。３種の直流発電電力ＤＶＳ、ＤＶＤ、ＤＶＡが直流であるから、位相制御が必要でない分だけ、加算回路や最大選択回路や選択個別回路などの制御回路構成が簡単になる特徴がある。制御方法は演算制御部１１からの指令に従って順次行われ、直流電力制御器１２の中で制御電力ＶＣが生成される。従って、直流の制御電力ＶＣが直流電力制御器１２から、例えば加算電力Ｖsum、最大電力Ｖmax又は選択個別電力Ｖseなどとして出力される。

バッテリー６は常に制御電力ＶＣにより充電されるから、振動条件が時々刻々に変化しても充電効率は極めて高く保持されている。バッテリー電力ＶＢは直流電力調整器２６により直流電力ＤＣへと電力変換される。付属装置ＰＳ１〜ＰＳｎの中で、代表例として直流装置はＰＳｊであると仮定する。直流装置ＰＳｊの駆動電力がバッテリー電力ＶＢと異なる場合には、直流電力調整器２６によりバッテリー電力ＶＢは駆動電力へと電力変換される。駆動電力がバッテリー電力ＶＢの場合には、無変換処理が行われ、バッテリー電力ＶＢが直接的に直流装置ＰＳｊに供給される。

また、バッテリー電力ＶＢはＤ／Ａインバーター８により交流電力ＡＣへと電力変換される。付属装置ＰＳ１〜ＰＳｎの中で、代表例として交流装置はＰＳｋであると仮定する。交流電力ＡＣが交流装置ＰＳｋの駆動電力として供給され、交流装置ＰＳｋを駆動する。電力選択供給器２８には付属装置ＰＳ１〜ＰＳｎの個数だけのパスが設けられており、交流装置の個数だけの交流電力供給パスがあり、且つ直流装置の個数だけの直流電力供給パスがある。付属装置毎に駆動電力が異なる場合には、異なる駆動電力だけの出力が電力選択供給器２８から出力される。

３種の発電装置Ｓ、Ｄ、Ａは動作していても、バッテリー６が故障により途中から動作しなくなった場合、また意図的にバッテリー６を動作させない場合には、バッテリー電力ＶＢは利用できない。このような場合には、直流電力制御器１２から出力される制御電力ＶＣを直送配線９ａを介してＤ／Ａインバーター８に供給し、Ｄ／Ａインバーター８からの交流電力ＡＣを電力選択供給器２８を介して交流装置ＰＳｋに供給して、交流電力ＡＣで駆動する。同時に、制御電力ＶＣを直送配線９ｂを介して直流電力調整器２６に供給し、電力選択供給器２８を介して直流装置ＰＳｊに供給し、直流電力ＤＣで駆動する。この様な切替制御は振動電力制御装置１０の中に含まれる演算制御器１１の指令により実現される。

図４は、前記第２実施形態の振動発電駆動装置１を動作させる振動発電駆動方法のフローチャート図である。ステップＳ２０により振動発電駆動装置１がオン（作動状態）であることを判断し、オンが確認されるまでステップＳ２０を反復し、オンが確認された段階でステップＳ２１に進む。ステップＳ２１では、振動発電装置の交流発電が検出される。具体的には、静電式発電装置Ｓは交流静電式発電電力ＡＶＳを生起し、電磁誘導発電装置Ｄは交流電磁誘導発電電力ＡＶＤを生起し、圧電式発電装置Ａは交流圧電式発電電力ＡＶＡを生起する。

ステップＳ２２では、直流化装置により交流発電電力が直流発電電力に変換される。具体的には、静電直流化装置ＳＤにより交流静電式発電電力ＡＶＳは直流静電式発電電力ＤＶＳに変換され、電磁直流化装置ＤＤにより交流電磁誘導発電電力ＡＶＤは直流電磁誘導発電電力ＤＶＤに変換され、圧電直流化装置ＡＤにより交流圧電式発電電力ＡＶＡは直流圧電式発電電力ＤＶＡに変換される。ステップＳ２３では、直流電力制御器１２により直流静電式発電電力ＤＶＳと直流電磁誘導発電電力ＤＶＤと直流圧電式発電電力ＤＶＡから制御電力ＶＣが出力される。前述したように、合成制御方法により各種の制御電力ＶＣを生成可能である。例えば、制御電力ＶＣとして、加算電力Ｖsum＝ＳＵＭ（ＶＳ＋ＶＤ＋ＶＡ）、最大電力Ｖmax＝ＭＡＸ（ＶＳ、ＶＤ、ＶＡ）又は選択個別電力Ｖse＝ＳＥＬＥＣＴ（ＶＳ、ＶＤ、ＶＡ）を出力することができる。また、これらの組合せ電力の出力も可能である。例えば、最大電力Ｖｍａｘが選択される場合には、仮に直流圧電式発電電力ＤＶＡが最大であれば、直流電力制御器１２により、圧電式発電電力のパスがオンになり、他の二つのパスはオフにされる。従って、直流電力制御器１２から出力される制御電力ＶＣは、最大電力Ｖｍａｘとして直流圧電式発電電力ＤＶＡになる。

ステップＳ２４では、バッテリー６を駆動するかどうかが判断される。バッテリー６が動作している場合には、コンピュータ内のバッテリー動作判断手段を"１"にして、Ｙの経路であるステップＳ２５に飛ぶ。ステップＳ２５では、制御電力ＶＣによりバッテリー６を充電する。ステップＳ２６では、バッテリー電力ＶＢをＤ／Ａインバーター８により交流電力ＡＣに変換する。ステップＳ２７では、この交流電力ＡＣを付属装置の中の交流装置ＰＳｋに供給する。また、ステップＳ２８では、バッテリー電力ＶＢを直流電圧調整器２６を介して直流電力ＤＣを出力する。直流電圧調整器２６はバッテリー電圧ＶＢを無変換又は可変して直流電力ＤＣに変換する。この直流電力ＤＣは電力選択供給器２８を介して付属装置の中の直流装置ＰＳｊに供給される。各種直流装置の駆動電力が異なる場合や、駆動電力がバッテリー電力と異なる場合に直流電力変換がおこなわれる。ステップＳ３０では、振動発電駆動装置１がオフであればフローを終了するが、オンである限りステップＳ２に帰還してフローを反復する。

ステップＳ２４で、バッテリー６が故障の場合や、バッテリー６を意図的に動作させない場合には、コンピュータ内のバッテリー動作判断手段を"０"にして、Ｎの経路であるステップＳ３１及び同時にステップ３３に飛ぶ。ステップＳ３１では、直流電力制御器１２から出力される制御電力ＶＣを直送配線９ａを介してＤ／Ａインバーター８に供給し、Ｄ／Ａインバーター８により交流電力ＡＣに変換する。そしてステップＳ３２により、この交流電力ＡＣを電力選択供給器２８を介して付属装置の中の交流装置ＰＳｋに供給する。他方、ステップＳ３３では、直流電力制御器１２から出力される制御電力ＶＣを直送配線９ｂを介して直流電力調整器２６に供給する。ステップ３４では、制御電力ＶＣを直流電力調整器２６により無変換又は直流変換して直流電力ＤＣを形成し、この直流電力ＤＣを電力選択供給器２８を介して付属装置の中の直流装置ＰＳｊに供給する。そして、ステップＳ３２及びＳ３４ともにステップＳ３０に至り、振動発電駆動装置１がオフであればフローを終了するが、オンである限りステップＳ２１に帰還してフローを反復する。即ち、本発明を実施することにより、走行振動を利用した振動発電によりバッテリー６を常時充電しながら、又は充電しなくても走行体に配置した各種の付属装置を駆動することが可能になる。

図５は、本発明の第３実施形態である振動発電駆動装置の概略構成図である。第３実施形態では、交流発電電力を交流制御することによって交流制御電力ＡＶＣを形成することを特徴としている。第２実施形態では交流発電電力を直流に変換し、直流発電電力を直流制御することによって直流制御電力ＶＣを形成することを特徴としている点と異なっている。従って、第３実施形態が第２実施形態と相違する点は、３種の交流発電電力を位相同期回路５により位相同期させる点と、交流発電電力を交流のまま交流電力制御器７により変換制御して交流制御電力ＡＶＣを形成する点と、交流制御電力ＡＶＣを直流化装置１３により直流制御電力ＶＣに変換してバッテリー６に供給する点である。図１における制御電力ＶＣは交流制御電力と直流制御電力の二つを包含する概念であったが、本第３形態の制御電力ＶＣは直流制御電力に限定されている。第２実施形態である図３と同符号の部材は既述した第２実施形態と同一の作用効果を発揮するから、図３での説明をそのまま引用してその説明を省略し、図３と異なる符号についてのみ以下に詳細に説明する。

図３に特徴的な部材として、５は位相同期回路、７は交流電力制御器、１３は直流化装置である。走行体１が走行するとき、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向、又はそれらが組み合せられた複合方向に走行体１は振動する。この振動により、静電式発電装置Ｓは交流静電式発電電力ＡＶＳを発生し、電磁誘導発電装置Ｄは交流電磁誘導発電電力ＡＶＤを発生し、圧電式発電装置Ａは交流圧電式発電電力ＡＶＡを発生する。これら３種の交流発電電力ＡＶＳ、ＡＶＤ、ＡＶＡは交流であり、しかも位相が同期されていない。従って、位相がずれている場合には、加算すると相互に打ち消し合う可能性がある。本第３形態では、交流電力同士の打ち消し合いを防止するために、３種の交流発電電力ＡＶＳ、ＡＶＤ、ＡＶＡの位相を位相同期回路５により同期化する。前記位相同期回路５から出力される発電電力は同期化交流静電式発電電力ＳＡＶＳ、同期化交流電磁誘導発電電力ＳＡＶＤ、同期化交流圧電式発電電力ＳＡＶＡである。これら３種の同期化交流発電電力は位相が同期化されており、位相が相互に重なっているから打ち消し合いが抑制される。これら３種の同期化交流発電電力ＳＡＶＳ、ＳＡＶＤ、ＳＡＶＡは演算制御部１１の指令により交流電力制御器で変換制御され、交流制御電力ＡＶＣが出力される。次に、交流制御電力ＡＶＣは直流化装置１３により直流化され、直流の制御電力ＶＣが出力される。

前述したように、交流電力制御器７からは、合成制御方法により各種の交流制御電力ＡＶＣを生成可能である。例えば、交流制御電力ＡＶＣとして、交流加算電力ＡＶsum＝ＳＵＭ（SＡＶＳ＋SＡＶＤ＋SＡＶＡ）、交流最大電力ＡＶmax＝ＭＡＸ（SＡＶＳ、SＡＶＤ、SＡＶＡ）又は選択個別電力ＡＶse＝ＳＥＬＥＣＴ（SＡＶＳ、SＡＶＤ、SＡＶＡ）を出力することができる。また、これらの組合せ電力の出力も可能である。例えば、交流最大電力ＡＶmaxが選択される場合には、仮に同期化直流圧電式発電電力SＤＶＡが最大であれば、交流電力制御器７により、圧電式発電電力のパスがオンになり、他の二つのパスはオフにされる。従って、交流電力制御器７から出力される交流制御電力ＡＶＣは、交流最大電力ＡＶmaxとして同期化交流圧電式発電電力ＳＡＶＡになる。そして、直流化装置１３により直流の制御電力ＶＣが出力される。図５では、ＶＣとして、ＶＣ（Ｖmax、Vsum、Vse・・）が記載されている。即ち、加算電力、最大電力、選択個別電力などの各種制御電力を形成できることを示している。

図６は、前記第３実施形態の振動発電駆動装置１を動作させる振動発電駆動方法のフローチャート図である。図６に示される多数のステップのうち、図４のステップと同一符号のステップは、既に図４のフロー説明で詳説したから、図４の説明を引用して、ここでは説明を省略する。図４のステップと異なるのは、ステップＳ４２、Ｓ４３、Ｓ４４、Ｓ４５、Ｓ４６のみであり、これらのステップのみを以下に説明する。

ステップＳ４３では、交流電力制御器７により同期化交流静電式発電電力ＳＡＶＳと同期化交流電磁誘導発電電力ＳＡＶＤと同期化交流圧電式発電電力ＳＡＶＡから交流制御電力ＡＶＣが出力される。前述したように、合成制御方法により各種の交流制御電力ＡＶＣを生成可能である。例えば、交流制御電力ＡＶＣとして、交流加算電力ＡＶsum＝ＳＵＭ（ＳＡＶＳ＋ＳＡＶＤ＋ＳＡＶＡ）、交流最大電力ＡＶmax＝ＭＡＸ（ＳＡＶＳ、ＳＡＶＤ、ＳＡＶＡ）又は交流選択個別電力ＡＶse＝ＳＥＬＥＣＴ（ＳＡＶＳ、ＳＡＶＤ、ＳＡＶＡ）を出力することができる。また、これらの組合せ電力の出力も可能である。例えば、交流最大電力ＡＶmaxが選択される場合には、仮に同期化交流圧電式発電電力ＳＡＶＡが最大であれば、交流電力制御器７により、圧電式発電電力のパスがオンになり、他の二つのパスはオフにされる。従って、交流電力制御器７から出力される交流制御電力ＡＶＣは、交流最大電力ＡＶmaxとして同期化交流圧電式発電電力ＳＡＶＡになる。

ステップＳ４４では、直流化装置１３により、交流制御電力ＡＶＣが直流に変換され、直流の制御電力ＶＣが出力される。従って、制御電力ＶＣとして、例えば、直流の最大電圧Ｖmax、加算電圧Vsum、選択個別Vseなどが出力される。

ステップＳ２４では、バッテリー６を駆動するかどうかが判断される。バッテリー６が動作している場合には、コンピュータ内のバッテリー動作判断手段を"１"にして、Ｙの経路であるステップＳ２５に飛ぶ。ステップＳ２４で、バッテリー６が故障の場合や、バッテリー６を意図的に動作させない場合には、コンピュータ内のバッテリー動作判断手段を"０"にして、Ｎの経路であるステップＳ４５及び同時にステップ４６に飛ぶ。ステップＳ４５では、直流化装置１３からから出力される制御電力ＶＣを直送配線９ａを介してＤ／Ａインバーター８に供給し、Ｄ／Ａインバーター８により交流電力ＡＣに変換する。そしてステップＳ３２に飛び、交流電力ＡＣを電力選択供給器２８を介して付属装置の中の交流装置ＰＳｋに供給する。他方、ステップＳ４６では、直流化装置１３から出力される制御電力ＶＣを直送配線９ｂを介して直流電力調整器２６に供給する。ステップ３４では、制御電力ＶＣを直流電力調整器２６により無変換又は直流変換して直流電力ＤＣを形成し、この直流電力ＤＣを電力選択供給器２８を介して付属装置の中の直流装置ＰＳｊに供給する。そして、ステップＳ３２及びＳ３４ともにステップＳ３０に至り、振動発電駆動装置１がオフであればフローを終了するが、オンである限りステップＳ２１に帰還してフローを反復する。即ち、本発明を実施することにより、走行振動を利用した振動発電によりバッテリー６を常時充電しながら、又は充電しなくても走行体に配置した各種の付属装置を駆動することが可能になる。

尚、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲における種々変形例、設計変更などをその技術的範囲内に包含するものであることは云うまでもない。

本発明によれば、走行体に静電式発電装置、電磁誘導発電装置及び圧電式発電装置からなる３種類の振動発電装置を配置し、走行中の前記走行体の振動により、静電式発電、電磁誘導発電及び圧電式発電からなる３種類の振動発電を行うから、静電式発電電力と電磁誘導発電電力と圧電式発電電力が同時に生起しており、これらの３種類の振動発電電力を同時的に有効に使用することが可能になる。従って、本発明では前記振動発電により発生された３種類の発電電力（交流電力又は直流電力）を制御して制御電力を生成し、この制御電力をバッテリーに充電する。制御電力はバッテリー充電のために直流電力化されることが望ましいが、交流充電が可能な場合には、３種類の発電電力は交流電力のままでもよく、制御電力は交流電力で構わない。そして、前記バッテリーに蓄電されたバッテリー電力により前記走行体に配置された付属装置を駆動させる点に本発明の特徴を有する。また、バッテリーを使用しない緊急時には、制御電力をＤ/Ａインバーターにより交流化して交流装置を駆動したり、制御電力を無変換又は直流変換して直流装置を駆動することもできる。本発明では、少なくとも静電式発電装置、電磁誘導発電装置及び圧電式発電装置からなる３種類の振動発電装置を含んでおればよく、それ以外の発電装置、例えば太陽光発電装置や、走行体のエンジン出力による発電装置を配置してもよく、これら他の発電電力とともに本発明の振動発電電力を同時的に使用することも可能である。前記付属装置としては、照明装置、融雪装置、通信装置、走行体制御装置など各種付属装置が含まれる。付属装置には直流装置と交流装置が存在するが、直流装置に対してはバッテリー電力そのもの、又は出力変換した直流電力を供給し、交流装置に対してはバッテリー電力を交流変換して交流電力を供給すればよい。

１ 振動発電駆動装置
２ 走行体
４ 走行輪
５ 位相同期回路
６ バッテリー
７ 交流電力制御器
８ Ｄ／Ａインバーター
９ａ 直送配線
９ｂ 直送配線
１０ 振動電力制御装置
１１ 演算制御部
１２ 直流電力制御器
１３ 直流化装置
１４ Ｉ／Ｏポート
１６ ＲＯＭ
１８ ＣＰＵ
２０ ＲＡＭ
２２ 入力装置
２４ 出力装置
２６ 直流電力調整器
２８ 電力選択供給器
Ａ 圧電式発電装置
Ｄ 電磁誘導発電装置
Ｓ 静電式発電装置
ＡＶＡ 交流圧電式発電電力
ＡＶＤ 交流電磁誘導発電電力
ＡＶＳ 交流静電式発電電力
ＳＡＶＡ 同期化交流圧電式発電電力
ＳＡＶＤ 同期化交流電磁誘導発電電力
ＳＡＶＳ 同期化交流静電式発電電力
ＤＶＡ 直流圧電式発電電力
ＤＶＤ 直流電磁誘導発電電力
ＤＶＳ 直流静電式発電電力
ＡＤ 圧電直流化装置
ＤＤ 電磁直流化装置
ＳＤ 静電直流化装置
ＶＡ 圧電式発電電力
ＶＤ 電磁誘導発電電力
ＶＳ 静電式発電電力
Ｖmax 最大電力
Ｖsum 加算電力
Ｖse 選択個別電力
ＶＣ 制御電力
ＡＶmax 交流最大電力
ＡＶsum 交流加算電力
ＡＶse 交流選択個別電力
ＡＶＣ 交流制御電力
ＶＢ バッテリー電力
ＡＣ 交流電力
ＤＣ 直流電力
ＰＳ１〜ＰＳｎ 付属装置
ＰＳｊ 直流装置
ＰＳｋ 交流装置

Claims (12)

1. 走行体に静電式発電装置、電磁誘導発電装置及び圧電式発電装置からなる発電装置を配置し、走行中の前記走行体の振動により、静電式発電、電磁誘導発電及び圧電式発電からなる振動発電を行い、前記振動発電により発生された発電電力を制御して制御電力を生成し、前記制御電力をバッテリーに充電し、前記バッテリーに蓄電されたバッテリー電力により前記走行体に配置された付属装置を駆動させることを特徴とする走行体の振動発電駆動方法。
2. 静電式発電電力、電磁誘導発電電力及び圧電式発電電力の３種の発電電力を制御して前記制御電力を生成するときに、（１）前記制御電力は前記３種の発電電力を加算した加算電力である場合、（２）前記制御電力は前記３種の発電電力の中から最大の電力を選択した最大電力である場合、又は（３）前記制御電力は前記３種の発電電力の中から任意に選択された一つの発電電力である場合を少なくとも含む請求項１に記載の走行体の振動発電駆動方法。
3. 前記静電式発電電力、前記電磁誘導発電電力及び前記圧電式発電電力の３種の発電電力が直流発電電力であり、３種の前記直流発電電力を制御して直流制御電力を生成し、前記直流制御電力を前記バッテリーに供給する請求項１又は２に記載の走行体の振動発電駆動方法。
4. 前記静電式発電電力、前記電磁誘導発電電力及び前記圧電式発電電力の３種の発電電力が交流発電電力であり、３種の前記交流発電電力の位相を同期させて３種の同期化交流発電電力を形成し、３種の前記同期化交流発電電力を制御して交流制御電力を生成し、前記交流制御電力を直流化して前記バッテリーに供給する請求項１又は２に記載の走行体の振動発電駆動方法。
5. 前記バッテリー電力から交流電力及び／又は直流電力を生成し、前記交流電力を前記付属装置の交流装置に供給及び／又は前記直流電力を前記付属装置の直流装置に供給し、前記交流装置及び／又は前記直流装置を駆動させる請求項１〜４のいずれかに記載の走行体の振動発電駆動方法。
6. 前記バッテリーのバッテリー電力を利用しない場合に、前記制御電力、前記直流制御電力又は前記交流制御電力により直接的に前記走行体に配置された付属装置を駆動させる請求項１〜４のいずれかに記載の走行体の振動発電駆動方法。
7. 走行体に配置された静電式発電装置、電磁誘導発電装置及び圧電式発電装置からなる発電装置と、走行中の前記走行体の振動により発生される静電式発電電力、電磁誘導発電電力及び圧電式発電電力からなる３種の発電電力を制御して制御電力を形成する振動電力制御装置と、前記振動電力制御装置から出力される制御電力により充電されるバッテリーと、前記バッテリーに蓄電されたバッテリー電力により駆動される前記走行体に配置された付属装置から構成されることを特徴とする走行体の振動発電駆動装置。
8. 前記振動電力制御装置は、前記静電式発電電力、前記電磁誘導発電電力及び前記圧電式発電電力の３種の発電電力を演算して指令する演算制御部と、前記演算制御部の指令により前記３種の発電電力から制御電力を形成して出力する電力制御器を有し、前記制御電力を出力するときに、（１）前記制御電力は前記３種の発電電力を加算した加算電力である場合、（２）前記制御電力は前記３種の発電電力の中から最大の電力を選択した最大電力である場合、又は（３）前記制御電力は前記３種の発電電力の中から任意に選択された一つの発電電力である場合を少なくとも含む請求項７に記載の走行体の振動発電駆動装置。
9. 前記静電式発電電力、前記電磁誘導発電電力及び前記圧電式発電電力の３種の発電電力が直流発電電力のとき、前記演算制御部の指令に基づいて３種の前記直流発電電力から直流制御電力を形成して出力する直流電力制御器を設け、前記直流制御電力を前記バッテリーに供給する請求項８に記載の走行体の振動発電駆動装置。
10. 前記静電式発電電力、前記電磁誘導発電電力及び前記圧電式発電電力の３種の発電電力が交流発電電力のとき、３種の前記交流発電電力の位相を同期させて３種の同期化交流発電電力を形成する位相同期回路と、前記演算制御部の指令に基づいて３種の前記同期化交流発電電力から交流制御電力を形成して出力する交流電力制御器と、前記交流制御電力を直流化して制御電力を出力する直流化装置を設け、前記制御電力を前記バッテリーに供給する請求項８に記載の走行体の振動発電駆動装置。
11. 前記バッテリー電力を交流電力に変換するＤ／Ａインバーターと前記交流電力によって駆動される交流装置を前記付属装置に設け、及び／又は、前記バッテリー電力に基づく直流電力により駆動される直流装置を前記付属装置に設けた請求項７〜１０のいずれかに記載の走行体の振動発電駆動装置。
12. 前記バッテリー電力の利用の有無を判断する判断手段を設け、前記バッテリー電力を利用しない場合に、前記制御電力、前記直流制御電力又は前記交流制御電力により直接的に前記走行体に配置された付属装置を駆動する請求項７〜１１のいずれかに記載の走行体の振動発電駆動装置。

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