JP2014090542A - 発電装置および発電システム - Google Patents

Abstract

【課題】容易かつ安定的に振動体に固定することができ、振動体から取り外す際には、その取り外し操作を容易かつ確実に行うことができる発電装置、および、かかる発電装置を備える発電システムを提供することにある。
【解決手段】本発明の発電装置１００は、磁性材料で構成される振動体に固定して使用すれ、振動により発電する発電部１０と、発電部１０を一方の面側に支持するベース２３を備える装置本体１と、ベース２３の一方の面と反対の他方の面側に、ベース２３の厚さ方向に対して変位可能に設けられた永久磁石９１とを有し、永久磁石９１を振動体に吸着させることにより、装置本体１を振動体に固定し、振動体の振動を利用して発電部１０が発電し得るよう構成した。
【選択図】図１

Description

本発明は、発電装置および発電システムに関する。

近年、小スペースで効率のよい発電を行うべく、ダクトに発電装置を取り付けて、ダクトの振動を利用して発電する試みがなされている（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１では、発電装置をダクトに取付部材を用いて取り付けられるが、取付部材は、ビスによって発電装置とダクトとに固定される。

かかる方法では、発電装置をダクトに取り付ける際に、これら以外に追加の部材やビスで固定する箇所が必要となり、取り付けに要する工程数が多くなる。また、一旦、発電装置をダクトに取り付けると、取り外す作業も煩雑である。

そこで、取り付け作業を容易にするため、両面粘着テープを用いて、発電装置をダクトに固定すると、長期にわたる温度、振動、重力などによる経年変化により、両面粘着テープの固定強度が劣化するおそれがある。

また、接着剤を用いて、発電装置をダクトに接着した場合も、同様に振動等による繰り返し応力で、接着剤が劣化するおそれがあるとともに、発電装置をダクトから取り外すことが極めて困難となる。

特開２０１１−１７２３５２号公報

本発明は、上記従来の問題点を鑑みたものであり、その目的は、容易かつ安定的に振動体に固定することができ、振動体から取り外す際には、その取り外し操作を容易かつ確実に行うことができる発電装置、および、かかる発電装置を備える発電システムを提供することにある。

このような目的は以下の（１）〜（２９）の本発明により達成される。
（１） 磁性材料で構成される振動体に固定して使用する発電装置であって、
振動により発電する発電部と、該発電部を一方の面側に支持する支持板とを備える装置本体と、
前記支持板の前記一方の面と反対の他方の面側に、前記支持板の厚さ方向に対して変位可能または変形可能に設けられた少なくとも１つの永久磁石とを有し、
前記永久磁石を前記振動体に吸着させることにより、前記装置本体を前記振動体に固定し、前記振動体の振動を利用して前記発電部が発電し得るよう構成したことを特徴とする発電装置。

（２） 前記振動体は、前記磁性材料で構成された変形可能な板状部を備え、該板状部の変形により振動し、
当該発電装置は、前記永久磁石により前記装置本体を前記振動体の前記板状部に固定して使用される上記（１）に記載の発電装置。

（３） 当該発電装置は、前記永久磁石の前記振動体に対する吸引力が、その重量より大きくなるよう構成されている上記（１）または（２）に記載の発電装置。

（４） 当該発電装置は、前記永久磁石を前記支持板に取り付ける取付機構を有し、
該取付機構により、前記永久磁石は、前記支持板の厚さ方向に対して変位可能となっている上記（１）ないし（３）のいずれかに記載の発電装置。

（５） 前記取付機構は、可撓性を有し、前記永久磁石を保持するシート材と、該シート材と前記永久磁石との間に設けられ、前記シート材に対して前記永久磁石を固定するヨークとを備える上記（４）に記載の発電装置。

（６） 前記振動体は、前記磁性材料で構成された湾曲部を備え、
当該発電装置は、前記永久磁石により前記装置本体を前記振動体の前記湾曲部に固定して使用される上記（５）に記載の発電装置。

（７） 複数の前記永久磁石を有し、
前記シート材は、前記装置本体の前記支持板に固定される固定部と、該固定部の側方に延在し、前記固定部と反対側の端部に前記永久磁石を保持する保持部を有する複数の腕部とを備える上記（４）ないし（６）のいずれかに記載の発電装置。

（８） 当該発電装置を平坦面に載置したとき、各前記腕部は、前記保持部が前記装置本体より外側に位置するような長さを有する上記（７）に記載の発電装置。

（９） 前記複数の腕部は、複数の第１の腕部と、該第１の腕部より長さの短い複数の第２の腕部とを含む上記（７）または（８）に記載の発電装置。

（１０） 前記複数の腕部は、前記第１の腕部同士の間に、前記第２の腕部が位置するように配置されている上記（９）に記載の発電装置。

（１１） 前記複数の腕部は、前記固定部の周方向に沿って、ほぼ等間隔で設けられている上記（７）ないし（１０）のいずれかに記載の発電装置。

（１２） 前記取付機構は、前記永久磁石を保持する保持部材と、該保持部材を前記装置本体の前記支持板に、その厚さ方向に対して変位可能に固定する固定機構とを備える上記（４）ないし（１１）のいずれかに記載の発電装置。

（１３） 前記保持部材は、それを貫通するように形成された貫通孔を備え、
前記固定機構は、前記保持部材の前記貫通孔に挿通される雄ネジと、前記支持板に設けられ、前記雄ネジと螺合する雌ネジとを備え、前記保持部材を前記支持板に対して遊嵌状態で固定するよう構成されている上記（１３）に記載の発電装置。

（１４） 前記固定機構は、少なくとも前記保持部材と前記支持板との間に設けられた弾性体を備える上記（１３）に記載の発電装置。

（１５） 前記装置本体は、前記発電部を囲むように設けられ、前記支持板の前記一方の面側に固定される筒状部を備え、
該筒状部は、前記支持板を貫通した前記雄ネジが螺合する雌ネジを備える上記（１３）または（１４）に記載の発電装置。

（１６） 前記固定機構は、前記保持部材側および前記支持板側の一方に設けられた球頭部と、他方に設けられ、前記球頭部が回動可能に嵌合する嵌合凹部とで構成されている上記（１２）に記載の発電装置。

（１７） 前記保持部材は、磁性材料で形成されたヨークで構成されている上記（１２）ないし（１６）のいずれかに記載の発電装置。

（１８） 複数の前記永久磁石を有し、
該複数の永久磁石は、前記支持板の外縁部に沿って配置されている上記（１２）ないし（１７）のいずれかに記載の発電装置。

（１９） 回転対称となる位置に配置された３つの前記永久磁石を有する上記（４）ないし（１８）のいずれかに記載の発電装置。

（２０） 前記永久磁石の前記装置本体と反対側に設けられ、前記装置本体の前記振動体に対する滑りを防止する機能を有するシート材を有する上記（４）ないし（１９）のいずれかに記載の発電装置。

（２１） 前記永久磁石は、可撓性を有し、前記支持板の厚さ方向に対して変形可能な磁石シートで構成されている上記（１）ないし（３）のいずれかに記載の発電装置。

（２２） 前記振動体は、前記磁性材料で構成された湾曲部を備え、
当該発電装置は、前記磁石シートにより前記装置本体を前記振動体の前記湾曲部に固定して使用される上記（２１）に記載の発電装置。

（２３） 当該発電装置を平坦面に載置したとき、前記磁石シートは、その外縁が前記装置本体の外縁より外側に位置するような大きさを有する上記（２１）または（２２）に記載の発電装置。

（２４） 前記磁石シートは、その外縁から前記装置本体に向かって形成された複数のスリットを備える上記（２１）ないし（２３）のいずれかに記載の発電装置。

（２５） 前記複数のスリットは、前記磁石シートの周方向に沿って、ほぼ等間隔で設けられている上記（２４）に記載の発電装置。

（２６） 前記各スリットは、その幅が前記磁石シートの外縁に向かって増大する部分を備える上記（２４）または（２５）に記載の発電装置。

（２７） 前記磁石シートは、磁石材料とエラストマー材料とを含有する材料をシート状に形成してなる上記（２１）ないし（２６）のいずれかに記載の発電装置。

（２８） 前記支持板は、前記他方の面が湾曲凸面を構成している上記（１）ないし（２７）のいずれかに記載の発電装置。

（２９） 上記（１）ないし（２８）のいずれかに記載の発電装置と、
該発電装置を固定する、磁性材料で構成される振動体とを有することを特徴とする発電システム。

また、本発明の発電装置では、前記支持板を含む筐体を有し、
前記発電部は、前記筐体の内側に、磁化方向に沿って変位可能に設けられた磁石と、
該磁石と離間し、かつ、その外周側を囲むように設けられたコイルと、
前記磁石と前記筐体との間に設けられ、前記磁化方向に沿って、前記コイルを前記磁石に対して相対的に変位可能に保持する保持部と、
少なくとも前記磁石、前記コイルおよび前記保持部を介して対向して配置され、前記磁石および前記保持部が固定された一対の板バネとを有し、
各前記板バネは、前記筐体と前記保持部とを連結する複数の第１のバネ部と、前記保持部と前記磁石とを連結する複数の第２のバネ部とを備えることが好ましい。

また、本発明の発電装置では、各前記板バネは、第１の環状部と、該第１の環状部よりも内側に、前記第１の環状部と同心的に設けられ、前記第１のバネ部を介して前記第１の環状部に連結された第２の環状部と、該第２の環状部よりも内側に、前記第２の環状部と同心的に設けられ、前記第２のバネ部を介して前記第２の環状部に連結された第３の環状部とを備え、
前記筐体が第１の環状部に固定され、前記保持部が前記第２の環状部に固定され、前記磁石が前記第３の環状部に固定されていることが好ましい。

また、本発明の発電装置では、各前記第１のバネ部は、前記第１の環状部および前記第２の環状部の周方向に沿って延在する部分を備えることが好ましい。

また、本発明の発電装置では、各前記第２のバネ部は、前記第２の環状部および前記第３の環状部の周方向に沿って延在する部分を備えることが好ましい。

また、本発明の発電装置では、各前記板バネは、その中心軸を中心とした回転対称の形状をなしていることが好ましい。

本発明によれば、永久磁石の吸引力を利用することにより、容易かつ安定的に振動体に固定することができ、振動体から取り外す際には、その取り外し操作を容易かつ確実に行うことができる。

本発明の発電装置の第１実施形態を示す斜視図である。 図１に示す発電装置の平面図である。 図１に示す発電装置が備える装置本体の分解斜視図である。 図１中のＡ−Ａ線断面図（図３に示す装置本体の縦断面図）である。 図３に示す装置本体が備える板バネの平面図である。 図１に示す発電装置が備える吸着手段の分解斜視図である。 図１中のＢ−Ｂ線断面図である。 図１に示す発電装置の使用状態（固定状態）を示す図である。 図８に示す発電装置を拡大して示す側面図である。 図１に示す発電装置の他の使用状態（固定状態）を示す図である。 本発明の発電装置の第２実施形態の斜視図である。 図１１に示す発電装置の使用状態（固定状態）を示す図である。 磁石シートの他の構成例を示す斜視図である。 本発明の発電装置の第３実施形態の斜視図（下面側から見た図）である。 図１４に示す発電装置の吸着手段の構成を示す図（（ａ）は縦断面図、（ｂ）は分解斜視図）である。 本発明の発電装置の第４実施形態における吸着手段の構成を示す図（（ａ）は縦断面図、（ｂ）は分解斜視図）である。 本発明の発電装置の第５実施形態における吸着手段の構成を示す図（（ａ）は縦断面図、（ｂ）は分解斜視図）である。 球頭部と嵌合凹部との嵌合を利用する固定機構の他の構成例を示す縦断面図である。

以下、本発明の発電装置を添付図面に示す好適な実施形態に基づいて説明する。
＜第１実施形態＞
まず、本発明の発電装置の第１実施形態について説明する。

図１は、本発明の発電装置の第１実施形態を示す斜視図、図２は、図１に示す発電装置の平面図、図３は、図１に示す発電装置が備える装置本体の分解斜視図、図４は、図１中のＡ−Ａ線断面図（図３に示す装置本体の縦断面図）、図５は、図３に示す装置本体が備える板バネの平面図、図６は、図１に示す発電装置が備える吸着手段の分解斜視図、図７は、図１中のＢ−Ｂ線断面図、図８は、図１に示す発電装置の使用状態（固定状態）を示す図、図９は、図８に示す発電装置を拡大して示す側面図、図１０は、図１に示す発電装置の他の使用状態（固定状態）を示す図である。

なお、以下の説明では、図１、図３、図４、図６〜図１０中の上側を「上」または「上方」と言い、下側を「下」または「下方」と言う。また、図２および図５中の紙面手前側を「上」または「上方」と言い、紙面奥側を「下」または「下方」と言う。

図１および図２に示す発電装置１００は、磁性材料で構成される振動体に固定して使用するものであり、装置本体１と、この装置本体１を振動体に吸着により固定する吸着手段９と、装置本体１から側方に突出するようにして設けられ、外部装置に接続される接続コネクタ１１とを有している。

図３に示すように、装置本体１は、筐体２０と、筐体２０内に、図４の上下方向に振動可能に保持された発電部１０とを備えている。この発電部１０は、一対の対向する上側板バネ６０Ｕおよび下側板バネ６０Ｌと、これらの間に固定された、永久磁石３１を有する磁石組立体３０、永久磁石３１の外周側を囲むように設けられたコイル４０およびコイル４０を保持するコイル保持部５０とを有している。なお、本実施形態では、上側板バネ６０Ｕと下側板バネ６０Ｌとは、同じ構造を有している。

＜＜筐体２０＞＞
筐体２０は、図３および図４に示すように、カバー２１と、発電部１０を上面（一方の面）側に支持するベース（支持板）２３と、カバー２１とベース２３との間に、発電部１０を囲むように設けられた筒状部２２とを備えている。

カバー２１は、円盤状をなし、その外周縁部に沿って、円環状（リング状）のリブ２１１が下方に向かって突出形成されている。このリブ２１１に対応する部分に沿って、ほぼ等間隔で６つの貫通孔２１２が形成されている。また、カバー２１のリブ２１１より内側の部分には、上方に向かって凹没形成された凹部（逃げ部）２１４が形成されている。発電部１０は、振動した際に、この凹部２１４内に位置（退避）し、カバー２１と接触するのが防止されている。

筒状部２２は、円筒状をなし、その外径がカバー２１の外径とほぼ等しくなっている。発電部１０と筐体２０とを組み立てた状態（以下、この状態を「組立状態」と言う。）で、筒状部２２の内側に発電部１０の発電に寄与する主要部が位置する。

また、筒状部２２の内周面には、カバー２１の貫通孔２１２に対応する位置に、筒状部２２の高さ方向に沿って６つのボス２２１が形成されている。このボス２２１の上端部には、上側ネジ孔２２１ａが形成されている。また、上側板バネ６０Ｕの外周部（第１の環状部６１）には、その周方向に沿ってほぼ等間隔で６つの貫通孔６６が形成されている。

上側板バネ６０Ｕの外周部をカバー２１と筒状部２２との間に位置させた状態で、ネジ２１３を、カバー２１の貫通孔２１２および上側板バネ６０Ｕの貫通孔６６に挿通し、ボス２２１の上側ネジ孔２２１ａに螺合させる。これにより、上側板バネ６０Ｕの外周部が、カバー２１と筒状部２２とに固定される。

ベース２３は、円盤状をなし、その外周縁部に沿って、円環状（リング状）のリブ２３１が上方に向かって突出形成されている。このリブ２３１に対応する部分に沿って、ほぼ等間隔に６つの貫通孔２３２が形成されている。また、ベース２３のリブ２３１より内側の部分には、下方に向かって凹没形成された凹部（逃げ部）２３４が形成されている。発電部１０は、振動した際に、この凹部２３４内に位置（退避）し、ベース２３と接触するのが防止されている。

また、筒状部２２のボス２２１の下端部には、下側ネジ孔（雌ネジ）２２１ｂが形成されている。下側板バネ６０Ｌの外周部（第１の環状部６１）をベース２３と筒状部２２との間に位置させた状態で、ネジ２３３を、ベース２３の貫通孔２３２および下側板バネ６０Ｌの貫通孔６６に挿通し、ボス２２１の下側ネジ孔２２１ｂに螺合させる。これにより、下側板バネ６０Ｌの外周部が、ベース２３と筒状部２２とに固定される。

図４に示すように、ベース２３の下面（他方の面）２３０は、下方に向かって突出する湾曲凸面で構成されている。なお、かかる構成とすることにより得られる効果については、後に説明する。また、ベース２３の下面２３０の中央部には、吸着手段９の一部を構成する永久磁石９１１等を収納可能な凹部２３５が形成されている。

筐体２０（カバー２１、筒状部２２およびベース２３）を構成する材料としては、特に限定されないが、例えば、金属材料、セラミックス材料、樹脂材料等が挙げられ、これらの１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。

筐体２０の寸法は、特に限定されないが、発電装置１００を小型化（低背化）する観点からは、筐体２０（ベース２３）の平均幅は、６０〜１２０ｍｍ程度であるのが好ましい。また、筐体２０の平均高さは、２０〜５０ｍｍ程度であるのが好ましく、３０〜４０ｍｍ程度であるのがより好ましい。

この筐体２０内には、上側板バネ６０Ｕおよび下側板バネ６０Ｌにより、発電部１０が振動可能に保持されている。

＜＜上側板バネ６０Ｕ、下側板バネ６０Ｌ＞＞
上側板バネ６０Ｕは、その外周部がカバー２１と筒状部２２との間に、これらに挟持されることにより固定され、また、下側板バネ６０Ｌは、その外周部がベース２３と筒状部２２との間に、これらに挟持されることにより固定されている。

各板バネ６０Ｌ、６０Ｕは、例えば、鉄、ステンレス鋼のような金属製の薄板材から形成され、その全体形状が円盤状をなす部材である。図５に示すように、各板バネ６０Ｌ、６０Ｕは、外周側から、第１の環状部６１、第１の環状部６１の内径よりも小さい外径を有する第２の環状部６２、および、第２の環状部６２の内径よりも小さい外径を有する第３の環状部６３を有している。

これらの第１の環状部６１、第２の環状部６２および第３の環状部６３は、同心的に設けられている。また、第１の環状部６１と第２の環状部６２とは、複数（本実施形態では、６つ）の第１のバネ部６４によって連結されており、第２の環状部６２と第３の環状部６３とは、複数（本実施形態では、３つ）の第２のバネ部６５によって連結されている。

第１の環状部６１には、その周方向に沿って、６つの貫通孔６６がほぼ等間隔（およそ６０°間隔）で形成されている。前述したように、上側板バネ６０Ｕの貫通孔６６には、ボス２２１の上側ネジ孔２２１ａに螺合されるネジ２１３が挿通され、一方、下側板バネ６０Ｌの貫通孔６６には、ボス２２１の下側ネジ孔２２１ｂに螺合されるネジ２３３が挿通される。

また、第２の環状部６２にも、その周方向に沿って、６つの貫通孔６７がほぼ等間隔（およそ６０°間隔）で形成されている。また、後述するコイル保持部５０には、その周方向に沿って、６つのボス５１１が上下方向に突出して形成されている。各ボス５１１には、その上端部に上側ネジ孔５１１ａと、下端部に下側ネジ孔５１１ｂとが形成されている。

ネジ８２を上側板バネ６０Ｕの貫通孔６７に挿通し、ボス５１１の上側ネジ孔５１１ａに螺合させる。これにより、上側板バネ６０Ｕの第２の環状部６２が、コイル保持部５０に固定される。一方、ネジ８２を下側板バネ６０Ｌの貫通孔６７に挿通し、ボス５１１の下側ネジ孔５１１ｂに螺合させる。これにより、下側板バネ６０Ｌの第２の環状部６２が、コイル保持部５０に固定される。

また、上側板バネ６０Ｕの第３の環状部６３には、磁石組立体３０の上方に配置されるスペーサ７０が固定されている。一方、下側板バネ６０Ｌの第３の環状部６３には、磁石組立体３０が固定されている。また、本実施形態では、ネジ７３により、スペーサ７０と磁石組立体３０とが連結されている。

６つの第１のバネ部６４は、それぞれ、円弧状の部分を有する形状（ほぼＳ字状）をなしており、第１の環状部６１と第２の環状部６２との間に配置されている。具体的には、第２の環状部６２（コイル保持部５０）を介して、互いに対向する一対の第１のバネ部６４が３組で（第３の環状部６３の中心軸を中心とした回転対象の位置に）配置されている。各第１のバネ部６４は、その一端が第１の環状部６１の貫通孔６６近傍で第１の環状部６１に連結され、円弧状の部分が第１の環状部６１および第２の環状部６２の周方向に沿って左回り（反時計回り）に延在して、他端が第２の環状部６２の貫通孔６７近傍で第２の環状部６２に連結されている。

６つの第１のバネ部６４は、第２の環状部６２を第１の環状部６１に対して、図４の上下方向に振動可能に支持（連結）している。上述したように、第１の環状部６１は筐体２０に固定され、第２の環状部６２はコイル保持部５０に固定されている。そのため、振動体からの振動が筐体２０に伝達されると、この振動が第１のバネ部６４を介して第２の環状部６２に伝達され、コイル保持部５０が筐体２０に対して振動する。

一方、３つの第２のバネ部６５は、それぞれ、円弧状の部分を有する形状（ほぼＳ字状）をなしており、第２の環状部６２と第３の環状部６３との間に配置されている。具体的には、３つの第２のバネ部６５は、第３の環状部６３（磁石組立体３０）の中心軸を中心とした回転対象の位置に配置されている。各第２のバネ部６５は、その一端が第２の環状部６２の貫通孔６７近傍で第２の環状部６２に連結され、円弧状の部分が第２の環状部６２および第３の環状部６３の周方向に沿って右回り（時計回り）に延在して、他端が第３の環状部６３と連結している。

３つの第２のバネ部６５は、第３の環状部６３を第２の環状部６２に対して、図４の上下方向に振動可能に支持（連結）している。上述したように、第２の環状部６２はコイル保持部５０に固定され、第３の環状部６３は直接または間接的に磁石組立体３０に固定されている。そのため、第２の環状部６２に伝達された振動体からの振動が、第２のバネ部６５を介して第３の環状部６３に伝達され、磁石組立体３０がコイル保持部５０に対して振動する。

このように、各板バネ６０Ｌ、６０Ｕは、図５に示すように、その中心軸（第３の環状部６３の中心軸）を中心とした回転対称の形状をなしている。これにより、各板バネ６０Ｌ、６０Ｕの周方向における第１のバネ部６４および第２のバネ部６５のバネ定数にバラつきが生じることを防止することができる。そのため、各板バネ６０Ｌ、６０Ｕの全体としての厚さ方向とほぼ直交する方向における剛性（横剛性）を向上させることができる。また、発電装置１００（装置本体１）を組み立てる際には、その作業をより簡便に行うことができるようになる。

かかる構成の装置本体１では、筐体２０に対して、第１のバネ部６４を介してコイル保持部５０が振動する第１の振動系と、コイル保持部５０に対して、第２のバネ部６５を介して磁石組立体３０が振動する第２の振動系とが形成されている。換言すれば、装置本体１では、発電部１０が、第１の振動系および第２の振動系を有する２自由度振動系を構成している。

このような２自由度振動系の発電部１０では、第１の振動系が、コイルを保持した状態のコイル保持部５０（以下、単に「コイル保持部５０」と言うこともある。）の質量：ｍ_１と、コイル保持部５０と磁石組立体３０との質量比：μと、第１のバネ部６４のバネ定数：ｋ_１とで決定される第１の固有振動数：ω_１を有し、第２の振動系が、磁石組立体３０の質量：ｍ_２と、コイル保持部５０と磁石組立体３０との質量比：μと、第２のバネ部６５のバネ定数：ｋ_２とで決定される第２の固有振動数：ω_２を有する。
ここで、各固有振動数ω₁、ω_２は、下記式（１）の運動方程式で表すことができる。

すなわち、２自由度振動系の各固有振動数ω_１、ω_２は、上記μ、Ω_１、Ω_２の３つのパラメータで決定される。

上記式（１）で表される２自由度振動系の発電量（発電能力）は、発電による減衰を伴い、各固有振動数ω_１、ω_２にそれぞれ起因する２つの共振周波数ｆ_１、ｆ_２において最大値をとる。そして、発電装置１００では、この２つの共振周波数（ｆ_１、ｆ_２）間の周波数帯域にわたって発電部１０が筐体２０に対して効率良く振動する。なお、減衰が無い場合において各固有振動数ω₁、ω_２は各共振周波数ｆ_１、ｆ_２に一致する。

したがって、各振動系の質量（ｍ_１、ｍ_２）およびバネ定数（ｋ_１、ｋ_２）を調整して、第１の振動系の共振周波数ｆ_１と第２の振動系の共振周波数ｆ_２とを異なる値に設定する（２重化する）ことにより、その設定された周波数帯域の外部振動（筐体２０に付与される振動）に対して、発電部１０を効率良く振動させることができる。

例えば、振動体の振動周波数が、２０〜４０Ｈｚの周波数帯域である場合には、上記各振動系の質量（ｍ_１、ｍ_２）およびバネ定数（ｋ_１、ｋ_２）を下記式（１Ａ）〜（３Ａ）の条件を満足するように調整することにより、この振動体に対する発電装置１００の発電効率を特に優れたものとすることができる。
ｍ_１［ｋｇ］：ｍ_２［ｋｇ］＝１．５：１ （１Ａ）
ｍ_１［ｋｇ］：ｋ_１［Ｎ／ｍ］＝１：６００００ （２Ａ）
ｍ_２［ｋｇ］：ｋ_２［Ｎ／ｍ］＝１：２２０００ （３Ａ）

なお、各板バネ６０Ｌ、６０Ｕの平均厚さは、各バネ部６４、６５のバネ定数（ｋ_１、ｋ_２）を所望の値とするために適宜調整することができる。具体的には、各板バネ６０Ｌ、６０Ｕの平均厚さは、０．１〜０．４ｍｍ程度であるのが好ましく、０．２〜０．３ｍｍ程度であるのがより好ましい。各板バネ６０Ｌ、６０Ｕの平均厚さが上記範囲内であれば、各板バネ６０Ｌ、６０Ｕの塑性変形、破断などの発生を確実に防止することができる。これにより、発電装置１００を振動体に取り付けた状態で長期間にわたって使用することができる。

これらの上側板バネ６０Ｕと下側板バネ６０Ｌとの間には、永久磁石３１を有する磁石組立体３０が設けられている。

＜＜磁石組立体３０＞＞
磁石組立体３０は、円柱状の永久磁石３１と、有底筒状のバックヨーク３２と、永久磁石３１上に設けられた円盤状のヨーク３３とを有している。この磁石組立体３０は、バックヨーク３２の底面の外周部が下側板バネ６０Ｌの第３の環状部６３に固定され、ヨーク３３がスペーサ７０を介して上側板バネ６０Ｕの第３の環状部６３に固定されている。

永久磁石３１は、Ｎ極を上側に、Ｓ極を下側にして配置されている。これにより、永久磁石３１（磁石組立体３０）は、その磁化方向（上下方向）に沿って変位する。

永久磁石３１には、例えば、アルニコ磁石、フェライト磁石、ネオジム磁石、サマリウムコバルト磁石や、それらを粉砕して樹脂材料やゴム材料に混練した複合素材を成形してなる磁石（ボンド磁石）等を用いることができる。なお、永久磁石３１は、例えば永久磁石３１自体の磁力による吸着、接着剤による接着等により、バックヨーク３２およびヨーク３３に固定される。

ヨーク３３は、その平面視での大きさが永久磁石３１の平面視での大きさとほぼ等しくなっている。また、ヨーク３３の中央部にはネジ孔３３１が形成されている。

バックヨーク３２は、底板部３２１と、その外周部に沿って立設された筒状部３２２とを備えている。永久磁石３１は、底板部３２１の中央部に、筒状部３２２と同心的に配置されている。また、底板部３２１には、その中央部に貫通孔が形成されている。かかるバックヨーク３２を備える構成の磁石組立体３０では、永久磁石３１により発生する磁束を増大させることができる。

バックヨーク３２およびヨーク３３の構成材料としては、それぞれ、例えば、純鉄（例えば、ＪＩＳ ＳＵＹ）、軟鉄、炭素鋼、電磁鋼（ケイ素鋼）、高速度工具鋼、構造鋼（例えば、ＪＩＳ ＳＳ４００）、ステンレスマーマロイ等が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。
磁石組立体３０と筐体２０との間には、コイル保持部５０が設けられている。

＜＜コイル保持部５０＞＞
コイル保持部５０は、全体形状が円筒状の本体部５１と、本体部５１の内周側に位置する円環状の円盤部５２とを有している。

本体部５１は、円筒状のブロックを上下方向から肉抜きしたような形状をなしている。また、本体部５１には、その周方向に沿って、６つのボス５１１が上下方向に突出して形成されている。各ボス５１１の上端部および下端部には、それぞれ、ネジ８２が螺合する上側ネジ孔５１１ａおよび下側ネジ孔（雌ネジ）５１１ｂが形成されている。

円盤部５２は、本体部５１と一体的に形成され、その内径は、スペーサ７０（本体部７１）の外径よりも大きく形成されている。この円盤部５２の下面の内周側には、コイル４０が保持されている。

＜＜コイル４０＞＞
コイル４０は、その外径がバックヨーク３２の筒状部３２２より小さく、内径が永久磁石３１およびヨーク３３の外径より大きく設定されている。これにより、コイル４０は、組立状態において、バックヨーク３２の筒状部３２２と永久磁石３１との間に、これらから離間して（これらに接触しないように）配置される。

このコイル４０は、発電部１０の振動により、永久磁石３１に対して相対的に上下方向に変位する。このとき、コイル４０を通過する永久磁石３１からの磁力線の密度が変化し、コイル４０に電圧が発生する。

コイル４０は、例えば、銅製の基線に絶縁被膜を被覆した線材や、銅製の基線に融着機能を付加した絶縁被膜を被覆した線材等を巻回することにより形成されている。線材の巻き数は、線材の横断面積等に応じて適宜設定され、特に限定されない。また、線材の横断面形状は、例えば、三角形、正方形、長方形、六角形のような多角形、円形、楕円形等のいかなる形状であってもよい。

なお、このコイル４０を構成する線材の両端は、コイル保持部５０の円盤部５２の上側に設けられた電圧取出部（図示せず）を介して接続コネクタ１１に接続されている。これにより、コイル４０に発生した電圧は、接続コネクタ１１から取り出すことができる。
また、磁石組立体３０は、スペーサ７０を介して、上側板バネ６０Ｕに連結されている。

＜＜スペーサ７０＞＞
スペーサ７０は、有底筒状の本体部７１と、この本体部７１の上端外周に沿って、本体部７１と一体的に形成された円環状のフランジ部７２とを備えている。本体部７１の底部は、ネジ７３により磁石組立体３０（ヨーク３３）に連結されている。また、フランジ部７２の下面の外周側に、上側板バネ６０Ｕの第３の環状部６３が固定されている。

このスペーサ７０を構成する材料としては、例えば、マグネシウム、アルミニウム、成形樹脂等を用いることができる。

このような装置本体１では、図４に示すように、振動体から筐体２０に振動が伝達されると、発電部１０が、筐体２０の内部で上下方向に振動する。より具体的には、筐体２０に対して、コイル保持部５０が、各板バネ６０Ｕ、６０Ｌの第１のバネ部６４を介して上下方向に振動する（すなわち、第１の振動系が振動する）。また、同様に、コイル保持部５０に対して、磁石組立体３０が、各板バネ６０Ｕ、６０Ｌの第２のバネ部６５を介して上下方向に振動する（すなわち、第２の振動系が振動する）。

各板バネ６０Ｕ、６０Ｌは、その構造上、各バネ部６４、６５の振動方向のバネ定数よりも、振動方向に対してほぼ直交する方向（横方向）のバネ定数の方が大きい。すなわち、各板バネ６０Ｕ、６０Ｌは、その厚さ方向の剛性よりも、横方向の剛性（横剛性）が高い。そのため、各板バネ６０Ｕ、６０Ｌは、その横方向よりも、厚さ方向（振動方向）に優先して変形する。また、磁石組立体３０とコイル保持部５０とは、それぞれ、それらの厚さ方向の両側において、一対の板バネ６０Ｕ、６０Ｌに固定されている。そのため、磁石組立体３０とコイル保持部５０とは、各板バネ６０Ｕ、６０Ｌと一体となって振動する。

このようなことから、磁石組立体３０とコイル保持部５０とは、各板バネ６０Ｕ、６０Ｌの厚さ方向とほぼ直交する方向を軸とする直動（横揺れ）および回動（ローリング）が阻止され、それらの振動軸が一定の方向（縦方向）に規制される。また、前述したように、コイル４０は、磁石組立体３０（永久磁石３１およびヨーク３３、バックヨーク３２）と接触しないように配置されている。

したがって、発電部１０が振動する際に、磁石組立体３０とコイル４０とが互いに接触することが防止される。特に、磁石組立体３０とコイル保持部５０とは、いずれも、高い剛性を有する剛体であるため、板バネ６０Ｕ、６０Ｌの各バネ部６４、６５と同様に、振動方向とほぼ直交する方向への剛性（横剛性）も高い。そのため、発電部１０の振動時においても、磁石組立体３０とコイル４０とが接触するのが確実に防止される。

これにより、振動体からの振動エネルギーが第１の振動系に効率よく伝達され、この第１の振動系に伝達された振動エネルギーが、さらに第２の振動系に効率よく伝達される。その結果、磁石組立体３０とコイル４０との相対的な移動が確実になされる。発電部１０には、図４に示すように、永久磁石３１の中心側からヨーク３３を介して外側に向かって流れ、バックヨーク３２を介して永久磁石３１の中心側に向かって流れる磁界ループが形成されている。

このため、磁石組立体３０とコイル４０との相対的な移動により、永久磁石３１が発生した磁束密度Ｂの磁場（磁界ループ）のコイル４０を通過する位置が移動する。このとき、磁場が通過するコイル４０内の電子が受けるローレンツ力に基づいて起電力が発生する。この起電力が直接的に発電部１０の発電に寄与するので、発電部１０では、効率的な発電が可能となる。

なお、発電部１０において、上側板バネ６０Ｕの第１のバネ部６４と、下側板バネ６０Ｌの第１のバネ部６４との離間距離は、筐体２０の筒状部２２側とコイル保持部５０側とでほぼ等しく設定しても、異なるように設定してもよい。また、上側板バネ６０Ｕの第２のバネ部６５と、下側板バネ６０Ｌの第２のバネ部６５との離間距離は、コイル保持部５０側と磁石組立体３０側（スペーサ７０側）とでほぼ等しく設定しても、異なるように設定してもよい。

離間距離を異なるように設定することにより、発電部１０が振動していない状態において、第１のバネ部６４や第２のバネ部６５にプリテンション（初期荷重）を付与することができる。このような構成では、発電装置１００を横置きした場合（図８（ａ）に示す状態）と縦置きした場合（図８（ｂ）に示す状態）との間で、発電部１０の姿勢変化を抑制することができる。したがって、かかる発電装置１００は、設置場所にかかわらず、効率のよい発電が可能である。

以上説明したような装置本体１には、ベース（支持板）２３の下面（発電部１０と反対の面）に吸着手段９が設けられている。この吸着手段９を磁性材料で構成される振動体に吸着させることにより、装置本体１（発電装置１００）を振動体に固定することができる。

＜＜吸着手段９＞＞
図６および図７に示すように、吸着手段９は、複数（本実施形態では、７つ）の磁石組立体９１と、磁石組立体９１を保持する第１のシート材９２と、磁石組立体９１の装置本体１と反対側に設けられた第２のシート材９３とを備えている。

各磁石組立体９１は、円環状をなす小型の永久磁石（磁石ブロック）９１１と、有底筒状をなし、底部（天井部）に貫通孔が形成されたヨーク９１２とで構成されている。そして、このヨーク９１２の内側に、永久磁石９１１が、例えば永久磁石９１１自体の磁力による吸着、接着剤による接着等により固定されている。かかるヨーク９１２を備える構成の磁石組立体９１では、永久磁石９１１の吸引力を増大させることができる。

永久磁石９１１は、十分な吸引力を発揮することができれば、特に限定されないが、例えば、前述した永久磁石３１と同様のものを用いることができる。かかる永久磁石９１１を用いることにより、振動体の構成材料によらず、発電装置１００を十分な吸引力（固定力）で振動体に固定することができるとともに、発電装置１００を振動体から取り外す際には、その取り外し操作を容易に行うことができる。すなわち、発電装置１００の振動体からの脱着を容易かつ確実に行うことができる。

また、ヨーク９１２の構成材料としては、飽和磁束密度が高い軟磁性材料が好ましい。ヨーク９１２をプレス成形により製造することを考慮した場合、その素材には、亜鉛メッキ鋼板、錫めっき鋼板、ニッケルめっき鋼板のような鉄系材料で構成される基材にメッキを施した板材が好ましく用いられる。

これらの磁石組立体９１は、第１のシート材（取付機構）９２を介して、ベース２３の下面２３０に取り付けられている。第１のシート材９２は、図６に示すように、装置本体１のベース２３に固定されるほぼ円形状の固定部９２１と、この固定部９２１の側方に延在し、固定部９２１と一体的に形成された複数の腕部９２２とを備えている。固定部９２１は、例えば接着剤による接着等により、ベース２３に固定されている。

固定部９２１の中央部、および、各腕部９２２の固定部９２１と反対側の端部には、各磁石組立体９１を保持する凹部（保持部）９２３が形成されている。凹部９２３内に磁石組立体９１が収納され、例えば接着剤による接着等により、固定部９２１または腕部９２２に固定されている。また、組立状態において、固定部９２１の凹部９２３に保持された磁石組立体９１は、ベース２３の凹部２３５内に位置する。

第１のシート材９２は、可撓性を有している。これにより、腕部９２２の凹部９２３に保持された磁石組立体９１（永久磁石９１１）は、ベース２３の厚さ方向に対して変位可能となっている。また、図２に示すように、各腕部９２２は、発電装置１００を平坦面に載置したとき、凹部９２３（磁石組立体９１）が装置本体１より外側に位置するような長さを有している。

これにより、各腕部９２２の長手方向（長さ方向）の引張剛性を低下させることなく、腕部９２２同士が接近する方向や、各腕部９２２の長手方向を中心軸とする捻じり方向への剛性を低下させることができる。その結果、例えば、図１０に示すパイプ３００のような湾曲面（湾曲部）を備える振動体に対しても、装置本体１を安定的に固定することができる。

また、腕部９２２は、固定部９２１の周方向に沿って、ほぼ等間隔（およそ６０°間隔）で設けられている。すなわち、回転対称となる位置に、３つの磁石組立体９１（永久磁石９１１）が配置されている。これにより、装置本体１を、その周方向に沿って均等な吸引力により、振動体に固定することができる。また、振動体の振動により、発電装置１００が特定の方向に移動するのを防止すること、すなわち、振動体が振動しても、発電装置１００を振動体の所定の位置に保持することができる。

特に、本実施形態では、腕部９２２は、複数の第１の腕部９２２ａと、これらの第１の腕部９２２ａより長さの短い複数の第２の腕部９２２ｂとを含み、第１の腕部９２２ａ同士の間に、第２の腕部９２２ｂが位置するように配置されている。これにより、第１の腕部９２２ａにより、曲率半径の比較的小さい湾曲面を備える振動体に対する装置本体１の固定力（保持力）を向上させ、第２の腕部９２２ｂにより、曲率半径の比較的大きい湾曲面や平坦面を備える振動体に対する装置本体１の固定力を向上させることができる。すなわち、腕部９２２をかかる構成とすることにより、振動体の形状や大きさを選ばず、装置本体１（発電装置１００）を振動体に安定的に固定することができる。

なお、固定部９２１の中心から第１の腕部９２２ａの先端までの長さは、特に限定されないが、ベース２３の半径の１．８〜４倍程度であるのが好ましく、２〜３．５倍程度であるのがより好ましい。一方、固定部９２１の中心から第２の腕部９２２ｂの先端までの長さも、特に限定されないが、ベース２３の半径の１．２〜２．５倍程度であるのが好ましく、１．２〜２倍程度であるのがより好ましい。

第１のシート材９２は、十分な柔軟性および屈曲性を有し、かつ、引張強度が高いものが好ましい。かかる第１のシート材９２の素材には、例えば、ポリエステルフィルム、ポリエチレンフィルム、ポリプロピレンフィルム、ポリ塩化ビニル等のフィルムや、これらの高分子材料で構成される繊維を編み込んで作製した織布等を用いることができる。

また、第１のシート材９２の平均厚さは、特に限定されないが、０．０１〜１．０ｍｍ程度であるのが好ましく、０．０３〜０．１ｍｍ程度であるのがより好ましい。かかる厚さの第１のシート材９２は、その構成材料によらず、優れた柔軟性および屈曲性を備えるので、振動体が振動する際に、その振動を阻害することを防止することができる。その結果、発電装置１００の発電効率の低下を防止または抑制することができる。

第１のシート材９２の下面には、この第１のシート材９２の外形とほぼ等しい外形を有する第２のシート材９３が固定（ラミネート）されている。第２のシート材９３の第１のシート材９２に対する固定方法としては、例えば、融着（熱融着、超音波融着、高周波融着）や接着剤による接着等が挙げられる。

第２のシート材９３は、装置本体１を振動体に固定した際に、装置本体１の振動体に対する滑りを防止する機能を有する。吸着手段９が第２のシート材９３を備えることにより、振動体が激しく振動しても、装置本体１が振動体に対して位置ズレするのをより確実に防止することができる。

第２のシート材９３は、摩擦係数が高く、振動体の表面に存在する微小な凹凸を吸収することができるものが好適である。かかる第２のシート材９３の構成材料には、例えば、硬度１０〜１００程度のエラストマー材料（ゴム材料）が好ましく用いられる。このようなエラストマー材料としては、特に限定されないが、例えば、ブチルゴム、スチレンブタジエンゴム、ニトリルゴム、アクリルゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴム、ウレタンゴム等が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。

これらの中でも、低硬度のエラストマー材料を用いることにより、第２のシート材９３は、高い粘着性を発揮し、その摩擦係数を好ましくは０．７以上、より好ましくは０．８５以上に設定することができる。

また、第２のシート材９３の平均厚さは、特に限定されないが、０．１〜２．０ｍｍ程度であるのが好ましく、０．３〜１．０ｍｍ程度であるのがより好ましい。かかる厚さの第２のシート材９３は、その構成材料によらず、優れた柔軟性および屈曲性を備えるので、第２のシート材９３が固定された状態で、第１のシート材９２の可撓性（柔軟性および屈曲性）が低下するのを防止または抑制することができる。

以上のような発電装置１００は、図８に示すダクト２００や、図１０に示すパイプ３００のような、磁性材料で構成される振動体に固定して使用される。

図８に示すダクト２００は、４つの変形可能な板状部２０１を備える四角筒状をなしている。ダクト２００は、例えば、磁性材料で構成された板材（鋼板またはめっき鋼板）を折り曲げ、接合（溶接）すること等により形成されている。かかるダクト２００は、例えば、蒸気、空気のような気体を移送（排気、換気、吸気、循環）する装置の流路を構成する。

例えば、大型施設、ビル、駅等の施設に設置されている空調用のダクト２００には、施設内の排気や換気を目的として、送風機等により空気を通過させている。このとき、送風機の空気圧の揺れ（脈動）やダクト２００内を空気（流体）が移動することで発生する乱気流等によりダクト２００が振動する。また、ダクト２００内は、送風機の作用により常に正圧または負圧となっている。かかる圧力に、前述の脈動等によるダクト２００の振動が加わり、板状部２０１が変形する。具体的には、ダクト２００内が正圧の場合には、板状部２０１は、図９（ａ）に示すように、ダクト２００の外側に向かって突出した状態（凸状）に変形し、一方、ダクト２００内が負圧の場合には、図９（ｂ）に示すように、板状部２０１がダクト２００の内側に向かって突出した状態（凹状）に変形する。このような板状部２０１の変形によって、ダクト２００の振動が増幅される。

本発明によれば、磁石組立体９１は、可撓性を有する第１のシート材９２を介して装置本体１に取り付けられている。このため、仮に、板状部２０１の表面（発電装置１００の取付面）に凹凸が存在しても、この凹凸に追従して第１のシート材９２が変形することにより、凹凸による段差を吸収することができる。したがって、板状部２０１の表面形状によらず、吸着手段９を板状部２０１に確実に吸着させることができる。さらに、前述したように、板状部２０１が凸状に変形した状態（図９（ａ）参照）や、板状部２０１が凹状に変形した状態（図９（ｂ）参照）となっても、第１のシート材９２が、この板状部２０１の変形に追従して変形する。したがって、吸着手段９の板状部２０１に対する吸着状態が維持され、発電装置１００がダクト２００から脱落するのを確実に防止することができる。

なお、本実施形態では、ベース２３の下面２３０は、その中央部を凸とする湾曲凸面を構成している。このため、板状部２０１が図９（ｂ）に示す状態（凹状）となっても、ベース２３の縁部が板状部２０１に接触し難くなっており、かかる観点からも、発電装置１００がダクト２００から脱落するのを確実に防止することができる。

ここで、本来、ダクト２００の振動は、施設内に騒音や不快な振動を発生させる不要な振動である。本発明では、板状部２０１に吸着手段９を吸着させることにより、装置本体１をダクト２００に固定し、ダクト２００の不要な振動を利用（回生）して発電部１０に電力を発生（発電）させることができる。したがって、ダクト２００が設置されている場所であれば、電源供給配線が存在しなくても、発電装置１００から電力を得ることができる。

そして、この発電装置１００とセンサーおよび無線装置とを組み合わせることにより、例えば、次のような発電システムを構築することができる。かかる発電システムでは、発電装置１００からの電力を電源として、センサーによりダクト２００内や施設内の照度、温度、湿度、圧力、騒音等を計測し、得られた検出データーを無線装置を介して外部端末に送信し、この検出データーを各種制御信号やモニタリング信号として利用することができる。

このようなダクト２００には、図８（ａ）に示すように、その天板部を構成する板状部２０１に発電装置１００を固定してもよく、図８（ｂ）に示すように、その側壁部を構成する板状部２０１に発電装置１００を固定するようにしてもよい。

この場合、板状部２０１の質量およびバネ定数に対し、発電装置１００の重量が大きすぎると、板状部２０１の振動を抑制してしまい、板状部２０１が十分に振動しない結果、発電装置１００から目的とする発電量の電力を得ることができないおそれがある。そこで、空調用のダクト２００の場合、発電装置１００の重量は、２００〜８００ｇとするのが好ましく、４００〜６００ｇとするのがより好ましい。

したがって、発電装置１００の重量を４００ｇとした場合、吸着手段９の板状部２０１に対する吸引力（磁石組立体９１の板状部２０１に対する吸引力の総和）は、発電装置１００の重量より大きくなるよう設定するのが好ましく、具体的には、６００ｇ以上に設定するのが好ましい、これにより、天板部を構成する板状部２０１のいかなる箇所にも、発電装置１００を安定的に固定することができる。

なお、発電装置１００の振動加速度、および、地震などで発生する外部からの振動を考慮した場合、振動加速度を１Ｇ、地震による加速度１Ｇとすれば、重力加速度１Ｇを加えて３Ｇが発電装置１００に加わることになる。したがって、発電装置１００の重量が４００ｇであれば、吸着手段９の板状部２０１に対する吸引力を１２００ｇ以上に設定するのが好ましい。これにより、図８（ｂ）に示すダクト２００の側壁部を構成する板状部２０１に対しても、発電装置１００を安定的に固定することができる。また、吸着手段９の板状部２０１に対する吸引力が１２００ｇ程度であれば、作業者による発電装置１００のダクト２００からの取り外し操作も容易に行うことができる。

このような吸着手段９の板状部２０１に対する吸引力は、例えば、永久磁石９１１の種類（構成材料）や個数、ヨーク９１２の構成材料等を適宜選択することにより、調整することができる。

一方、図１０に示すパイプ３００は、例えば、磁性材料で構成された板材（鋼板またはめっき鋼板）を円管状に湾曲させ、接合（溶接）すること等により形成されている。すなわち、パイプ３００は、その外周全体にわたって湾曲部（湾曲面）を備えている。かかるパイプ３００は、例えば、水素燃料ガス、燃料油のような燃料（流体）を移送する装置の流路を構成する。

例えば、大型プラント等の施設に設置されている燃料供給用のパイプ３００には、ポンプ等により燃料油を通過させている。このとき、ポンプの油圧の揺れ（脈動）等によりパイプ３００が振動している。本発明によれば、磁石組立体９１は、可撓性を有する第１のシート材９２を介して装置本体１に取り付けられている。このため、図１０に示すパイプ３００のように湾曲面（湾曲部）を有する振動体に対しても発電装置１００を固定することができる。

また、前述したように、本実施形態では、第１のシート材９２が長さの異なる２種類の腕部９２２ａ、９２２ｂを備えるため、横断面形状において曲率半径の異なる種類のパイプ３００に対しても、発電装置１００を確実に固定することができる。

＜第２実施形態＞
次に、本発明の発電装置の第２実施形態について説明する。

図１１は、本発明の発電装置の第２実施形態の斜視図、図１２は、図１１に示す発電装置の使用状態（固定状態）を示す図である。なお、以下の説明では、図１１および図１２中の上側を「上」または「上方」と言い、下側を「下」または「下方」と言う。

以下、第２実施形態の発電装置について、前記第１実施形態の発電装置との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。第２実施形態の発電装置１００は、吸着手段９の構成が異なり、それ以外は、前記第１実施形態の発電装置１００と同様である。

すなわち、第２実施形態の吸着手段９は、可撓性を有する磁石シート９４で構成され、ベース２３の厚さ方向に対して変形可能となっている。この磁石シート９４には、その外縁から装置本体１に向かって、複数のスリット９４１が形成され、これにより、磁石シート９４は、複数の扇状部９４２を備えている。

かかる構成の吸着手段９によっても、図８に示すダクト２００は勿論のこと、図１２に示すパイプ３００にも、磁石シート９４（各扇状部９４２）がパイプ３００の湾曲形状に沿って変形することにより、装置本体１（発電装置１００）を確実に固定することができる。特に、複数のスリット９４１を設けることにより、振動体が振動した際に、磁石シート９４に剪断応力が生じるのを防止または緩和することができる。その結果、磁石シート９４と振動体との密着性が低下するのを防止して、発電装置１００の振動体からの不要な離脱を阻止することができる。

また、複数のスリット９４１は、それぞれ幅がほぼ等しく、かつ、磁石シート９４の周方向に沿って、ほぼ等間隔で設けられている。このため、複数の扇状部９４２も、それぞれ大きさがほぼ等しく、かつ、磁石シート９４の周方向に沿って、ほぼ等間隔で設けられている。これにより、装置本体１を、その周方向に沿って均等な吸引力により、振動体に固定することができる。また、振動体の振動により、発電装置１００が特定の方向に移動するのを防止すること、すなわち、振動体が振動しても、発電装置１００を振動体の所定の位置に保持することができる。

さらに、磁石シート９４は、発電装置１００を平坦面に載置したとき、その外縁が装置本体１の外縁より外側に位置するような大きさを有している。このため、横断面形状において曲率半径の異なる種類のパイプ３００に対しても、発電装置１００を確実に固定することができる。

このような磁石シート９４は、例えば、磁石材料とエラストマー材料（ゴム材料）とを含有する材料をシート状に形成することにより得られる。磁石材料としては、例えば、アルニコ磁石、フェライト磁石、ネオジム磁石またはサマリウムコバルト磁石を粉砕した磁石粉末等が挙げられる。一方、エラストマー材料としては、例えば、前述した第２のシート材９３で挙げた材料を用いることができる。かかるエラストマー材料を用いて磁石シート９４を構成することにより、磁石シート９４は、装置本体１の振動体に対する滑りを防止する機能も発揮することができる。

このような磁石シート９４は、図１３に示す構成とすることもできる。図１３は、磁石シートの他の構成例を示す斜視図である。

すなわち、図１３に示す磁石シート９４は、各スリット９４１の幅が磁石シート９４の外縁に向かって漸増している。これにより、磁石シート９４は、複数の帯状部９４３を備えている。かかる構成の磁石シート９４によっても、図８に示すダクト２００は勿論のこと、図１３に示すパイプ３００にも装置本体１（発電装置１００）を確実に固定することができる。

なお、図１３に示す構成では、各スリット９４１の幅が磁石シート９４の外縁に向かって連続的に増大（漸増）しているが、各スリット９４１の幅は、磁石シート９４の外縁に向かって段階的に増大してもよく、連続的または段階的に増大した後、ほぼ一定となっていてもよい。

＜第３実施形態＞
次に、本発明の発電装置の第３実施形態について説明する。

図１４は、本発明の発電装置の第３実施形態の斜視図（下面側から見た図）、図１５は、図１４に示す発電装置の吸着手段の構成を示す図（（ａ）は縦断面図、（ｂ）は分解斜視図）である。なお、以下の説明では、図１４中の上側を「下」または「下方」と言い、下側を「上」または「上方」と言い、図１５中の上側を「上」または「上方」と言い、下側を「下」または「下方」と言う。

以下、第３実施形態の発電装置について、前記第１実施形態の発電装置との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。第３実施形態の発電装置１００は、吸着手段９の構成が異なり、それ以外は、前記第１実施形態の発電装置１００と同様である。

第３実施形態の吸着手段９は、装置本体１のベース２３の下面２３０側に設けられた複数の永久磁石９１１と、各永久磁石９１１をベース２３に、その厚さ方向に対して変位可能に取付機構９５と、各永久磁石９１１の下面側に固定された第２のシート材９３を備えている。発電装置１００を図９に示すダクト２００に固定した際には、板状部２０１が変形しても、板状部２０１の変形に追従して取付機構９５の作用により各永久磁石９１１の取付角度が変化（傾倒）する。これにより、装置本体１（発電装置１００）のダクト２００に対する固定状態を確実に維持することができる。

この取付機構９５は、永久磁石９１１を保持するヨーク（保持部材）９１２と、ヨーク９１２をベース２３の厚さ方向に対して変位可能に固定する固定機構９６とを備えている。また、装置本体１のベース２３の下面２３０には、その外縁部に沿って、永久磁石９１１を保持したヨーク９１２を収納する複数の凹部２３５が形成されている。凹部２３５は、ベース２３の周方向に沿ってほぼ等間隔（およそ６０°間隔）で設けられている。このため、永久磁石９１１もベース２３の周方向に沿ってほぼ等間隔で配置されている。

これにより、装置本体１（発電装置１００）を、その周方向に沿って均等な吸引力により、振動体に固定することができる。また、振動体の振動により、発電装置１００が特定の方向に移動するのを防止すること、すなわち、振動体が振動しても、発電装置１００を振動体の所定の位置に保持することができる。

本実施形態の固定機構９６は、ヨーク９１２の貫通孔の周辺に嵌合する円環状の弾性リング（弾性体）９６１と、弾性リング９６１の内側（ヨーク９１２の貫通孔）に挿通される雄ネジ９６２と、各凹部２３５の中央部に形成され、雄ネジ９６２が螺合する雌ネジ２３６とで構成されている。なお、雄ネジ９６２は、雌ネジ２３６に螺合させた際に、永久磁石９１１の下面から突出しない。また、弾性リング９６１の構成材料としては、例えば、第２のシート材９３と同様のエラストマー材料（ゴム材料）等を用いることができる。

かかる固定機構９６によれば、弾性リング９６１が柔軟に変形することにより、永久磁石９１１をベース２３に対して傾倒可能とするのみならず、ベース２３の厚さ方向（上下方向）へも移動可能とすることができる。このため、ダクト２００の板状部２０１の表面（発電装置１００の設置面）の湾曲や凹凸の程度、あるいは板状部２０１の変形にかかわらず、装置本体１とダクト２００（振動体）との離間距離や、ダクト２００に対する装置本体１の平行度を好適に維持することができる。その結果、発電装置１００をダクト２００に対して安定的に固定することができる。

この場合、弾性リング９６１の弾性による発電装置１００を質量とした、共振周波数Ｆ３を有する振動系（バネ系）が形成される。振動体の振動周波数Ｆ２と発電装置１００の発電周波数Ｆ１は概ね一致し、振動体が空調用のダクト２００である場合、発電周波数Ｆ１（振動周波数Ｆ２）は、１０〜５０Ｈｚ程度である。これに対して、弾性リング９６１と発電装置１００とによる共振周波数Ｆ３を１００〜５００Ｈｚ程度、すなわち、発電周波数Ｆ１に対して１０倍程度離せば、弾性リング９６１の弾性による振動系が、発電装置１００の発電に関して影響を及ぼすことを防止することができる。

例えば、発電装置１００の重量が４００ｇである場合、１００Ｈｚ程度の共振周波数Ｆ３を得るためには、弾性リング９６１のバネ定数は１５８Ｎ／ｍ程度に設定すればよい。したがって、弾性リング９６１が、かかるバネ定数を有するように、その形状や構成材料を選択するようにすればよい。

本実施形態の構成によれば、永久磁石９１１の個数を増やして、これに対応する弾性リング９６１の個数を増やすと同時に、各弾性リング９６１のバネ定数を低く設定することにより、吸着手段９のフレキシビリティー（可撓性）の低下を防止しつつ、共振周波数Ｆ３については、これに影響を及ぼすバネ定数を弾性リング９６１の個数倍とすることができるため、高い値に維持することが可能である。

また、図１５（ａ）に示すように、ベース２３に形成された雌ネジ２３６は、ベース２３を厚さ方向に貫通して形成されており、筒状部２２のボス２２１と対応するように設けられている。したがって、雌ネジ２３６を、下側板バネ６０Ｌの貫通孔６６に挿通し、ボス２２１の下側ネジ孔（雌ネジ）２２１ｂに螺合させることにより、下側板バネ６０Ｌの外周部がベース２３と筒状部２２とに固定される。かかる構成により、ネジ２３３を省略することができ、発電装置１００の部品点数の削減に寄与する。

第２のシート材９３は、円環状をなしており、その外径がヨーク９１２の外形とほぼ等しく、内径が永久磁石９１１の内径とほぼ等しい。かかる第２のシート材９３は、永久磁石９１１およびヨーク９１２に対して、例えば、接着剤による接着等により固定されている。

また、雄ネジ９６２の構成材料としては、特に限定されないが、例えば、磁性材料を用いるのが好ましい。これにより、永久磁石９１１の磁界ループを補強して、その吸引力を向上させることができる効果が得られる。

＜第４実施形態＞
次に、本発明の発電装置の第４実施形態について説明する。

図１６は、本発明の発電装置の第４実施形態における吸着手段の構成を示す図（（ａ）は縦断面図、（ｂ）は分解斜視図）である。なお、以下の説明では、図１６中の上側を「上」または「上方」と言い、下側を「下」または「下方」と言う。

以下、第４実施形態の発電装置について、前記第１および第３実施形態の発電装置との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。第４実施形態の発電装置１００は、吸着手段９が備える固定機構９６の構成が異なり、それ以外は、前記第３実施形態の発電装置１００と同様である。

第４実施形態の固定機構９６は、雄ネジ９６２の頭部９６２ａの外径が、ヨーク９１２の貫通孔の径より大きく設定されており、ヨーク９１２を装置本体１のベース２３に対して遊嵌状態で固定するよう構成されている。また、固定機構９６は、弾性リング９６１に代えて、永久磁石９１１の内側で、雄ネジ９６２の頭部９６２ａとヨーク９１２との間に設けられたバネワッシャー９６３ａと、ヨーク９１２とベース２３に形成された凹部２３５の底部との間に設けられたバネワッシャー９６３ｂとを備えている。

弾性リング９６１に代えて、バネワッシャー９６３ａ、９６３ｂを用いることにより、永久磁石９１１のベース２３の厚さ方向（上下方向）へのより効率のよい移動が可能となる。バネワッシャー９６３ａ、９６３ｂの構成材料としては、例えば、板バネ６０Ｌ、６０Ｕと同様の金属材料を用いることができる。なお、バネワッシャー９６３ａは省略するようにしてもよい。

かかる構成の吸着手段９を備える発電装置１００によっても、前記第１および第３実施形態の発電装置１００と同様の作用・効果が得られる。特に、本実施形態では、弾性体として、金属材料で構成されるバネワッシャー９６３ａ、９６３ｂを用いるため、前記実施形態３のような弾性リング９６１を用いる場合と比較して、温度変化や経年劣化に対する安定性、耐久性を向上させることができる。

＜第５実施形態＞
次に、本発明の発電装置の第５実施形態について説明する。

図１７は、本発明の発電装置の第５実施形態における吸着手段の構成を示す図（（ａ）は縦断面図、（ｂ）は分解斜視図）である。なお、以下の説明では、図１７中の上側を「上」または「上方」と言い、下側を「下」または「下方」と言う。

以下、第５実施形態の発電装置について、前記第１、第３および第４実施形態の発電装置との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。第５実施形態の発電装置１００は、吸着手段９が備える固定機構９６の構成が異なり、それ以外は、前記第３および第４実施形態の発電装置１００と同様である。

第５実施形態の固定機構９６は、ヨーク９１２の貫通孔の周辺に嵌合により連結される連結部９６４ａと、この連結部９６４ａの上側（ベース２３側）に一体的に形成された球頭部９６４ｂとを備える連結部材（ジョイント）９６４と、ベース２３の凹部２３５の中央部に形成され、連結部材９６４の球頭部９６４ｂが回動可能に嵌合する嵌合凹部２３７とで構成されている。

かかる固定機構９６によれば、弾性体を用いることなく、永久磁石９１１をベース２３の厚さ方向に対して変位可能（傾倒可能）に固定することができる。このように弾性体を用いないので、固定機構９６の経年劣化や温度および湿度による劣化を防止することができ、吸着手段９の耐久性を向上させることができる。

連結部材９６４の構成材料としては、特に限定されないが、熱可塑性樹脂が好ましく、例えば、ポリアセタール（ＰＯＭ）、ポリアミド（ＰＡ）、アクリロニトリルブタジエンスチレン共重合体（ＡＢＳ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリカーボネート（ＰＣ）等が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。

なお、連結部材９６４の球頭部９６４ｂには、嵌合凹部２３７への挿入操作が容易となるように、スリットが形成されている。

かかる構成の吸着手段９を備える発電装置１００によっても、前記第１および第３実施形態の発電装置１００と同様の作用・効果が得られる。

このような固定機構９６は、図１８に示す構成とすることもできる。図１８は、球頭部と嵌合凹部との嵌合を利用する固定機構９６の他の構成例を示す縦断面図である。

すなわち、図１８に示す固定機構９６は、ヨーク９１２の貫通孔の周辺に嵌合により連結され、嵌合凹部９６４ｃが形成された連結部材９６４と、球頭部９６４ｂを備える雄ネジ９６２と、雄ネジ９６２が螺合する雌ネジ２３６とで構成されている。

以上説明した実施形態の発電装置１００では、発電部１０が永久磁石３１とコイル４０とを用いた電磁誘導素子で構成されているが、発電部１０は、静電素子（エレクトレット）、圧電素子、磁歪素子等で構成することもできる。

また、振動体の一例として、ダクト２００およびパイプ３００を挙げたが、振動体としては、例えば、輸送機（貨物列車や自動車、トラックの荷台）、線路を構成するレール、高速道路やトンネルの壁面パネル、架橋、ポンプやタービンなどの機器等が挙げられる。これらの振動体の磁性材料で構成される部位に、発電装置１００を固定して、本発明の発電システムを構成することができる。

以上、本発明の発電装置および発電システムを図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、各構成は、同様の機能を発揮し得る任意のものと置換することができ、あるいは、任意の構成のものを付加することができる。

例えば、本発明では、前記第１〜第５実施形態の任意の構成を組み合わせることもできる。

１００…発電装置 １…装置本体 ９…吸着手段 ９１…磁石組立体 ９１１…永久磁石 ９１２…ヨーク（保持部材） ９２…第１のシート材 ９２１…固定部 ９２２、９２２ａ、９２２ｂ…腕部 ９２３…凹部 ９３…第２のシート材 ９４…磁石シート ９４１…スリット ９４２…扇状部 ９４３…帯状部 ９５…取付機構 ９６…固定機構 ９６１…弾性リング ９６２…雄ネジ ９６２ａ…頭部 ９６３ａ、９６３ｂ…バネワッシャー ９６４…連結部材 ９６４ａ…連結部 ９６４ｂ…球頭部 ９６４ｃ…嵌合凹部 １０…発電部 １１…接続コネクタ ２０…筐体 ２１…カバー ２１１…リブ ２１２…貫通孔 ２１３…ネジ ２１４…凹部 ２２…筒状部 ２２１…ボス ２２１ａ…上側ネジ孔 ２２１ｂ…下側ネジ孔 ２３…ベース ２３０…下面 ２３１…リブ ２３２…貫通孔 ２３３…ネジ ２３４…凹部 ２３５…凹部 ２３６…雌ネジ ２３７…嵌合凹部 ３０…磁石組立体 ３１…永久磁石 ３２…バックヨーク ３２１…底板部 ３２２…筒状部 ３３…ヨーク ３３１…ネジ孔 ４０…コイル ５０…コイル保持部 ５１…本体部 ５１１…ボス ５１１ａ…上側ネジ孔 ５１１ｂ…下側ネジ孔 ５２…円盤部 ６０Ｕ…上側板バネ ６０Ｌ…下側板バネ ６１…第１の環状部 ６２…第２の環状部 ６３…第３の環状部 ６４…第１のバネ部 ６５…第２のバネ部 ６６…貫通孔 ６７…貫通孔 ７０…スペーサ ７１…本体部 ７２…フランジ部 ７３…ネジ ８２…ネジ ２００…ダクト ２０１…板状部 ３００…パイプ

Claims (20)

1. 磁性材料で構成される振動体に固定して使用する発電装置であって、
   振動により発電する発電部と、該発電部を一方の面側に支持する支持板とを備える装置本体と、
   前記支持板の前記一方の面と反対の他方の面側に、前記支持板の厚さ方向に対して変位可能または変形可能に設けられた少なくとも１つの永久磁石とを有し、
   前記永久磁石を前記振動体に吸着させることにより、前記装置本体を前記振動体に固定し、前記振動体の振動を利用して前記発電部が発電し得るよう構成したことを特徴とする発電装置。
2. 前記振動体は、前記磁性材料で構成された変形可能な板状部を備え、該板状部の変形により振動し、
   当該発電装置は、前記永久磁石により前記装置本体を前記振動体の前記板状部に固定して使用される請求項１に記載の発電装置。
3. 当該発電装置は、前記永久磁石の前記振動体に対する吸引力が、その重量より大きくなるよう構成されている請求項１または２に記載の発電装置。
4. 当該発電装置は、前記永久磁石を前記支持板に取り付ける取付機構を有し、
   該取付機構により、前記永久磁石は、前記支持板の厚さ方向に対して変位可能となっている請求項１ないし３のいずれかに記載の発電装置。
5. 前記取付機構は、可撓性を有し、前記永久磁石を保持するシート材と、該シート材と前記永久磁石との間に設けられ、前記シート材に対して前記永久磁石を固定するヨークとを備える請求項４に記載の発電装置。
6. 前記振動体は、前記磁性材料で構成された湾曲部を備え、
   当該発電装置は、前記永久磁石により前記装置本体を前記振動体の前記湾曲部に固定して使用される請求項５に記載の発電装置。
7. 複数の前記永久磁石を有し、
   前記シート材は、前記装置本体の前記支持板に固定される固定部と、該固定部の側方に延在し、前記固定部と反対側の端部に前記永久磁石を保持する保持部を有する複数の腕部とを備える請求項４ないし６のいずれかに記載の発電装置。
8. 当該発電装置を平坦面に載置したとき、各前記腕部は、前記保持部が前記装置本体より外側に位置するような長さを有する請求項７に記載の発電装置。
9. 前記複数の腕部は、複数の第１の腕部と、該第１の腕部より長さの短い複数の第２の腕部とを含む請求項７または８に記載の発電装置。
10. 前記複数の腕部は、前記第１の腕部同士の間に、前記第２の腕部が位置するように配置されている請求項９に記載の発電装置。
11. 前記取付機構は、前記永久磁石を保持する保持部材と、該保持部材を前記装置本体の前記支持板に、その厚さ方向に対して変位可能に固定する固定機構とを備える請求項４ないし１０のいずれかに記載の発電装置。
12. 前記保持部材は、それを貫通するように形成された貫通孔を備え、
    前記固定機構は、前記保持部材の前記貫通孔に挿通される雄ネジと、前記支持板に設けられ、前記雄ネジと螺合する雌ネジとを備え、前記保持部材を前記支持板に対して遊嵌状態で固定するよう構成されている請求項１１に記載の発電装置。
13. 前記固定機構は、少なくとも前記保持部材と前記支持板との間に設けられた弾性体を備える請求項１２に記載の発電装置。
14. 前記装置本体は、前記発電部を囲むように設けられ、前記支持板の前記一方の面側に固定される筒状部を備え、
    該筒状部は、前記支持板を貫通した前記雄ネジが螺合する雌ネジを備える請求項１２または１３に記載の発電装置。
15. 前記固定機構は、前記保持部材側および前記支持板側の一方に設けられた球頭部と、他方に設けられ、前記球頭部が回動可能に嵌合する嵌合凹部とで構成されている請求項１１に記載の発電装置。
16. 複数の前記永久磁石を有し、
    該複数の永久磁石は、前記支持板の外縁部に沿って配置されている請求項１１ないし１５のいずれかに記載の発電装置。
17. 回転対称となる位置に配置された３つの前記永久磁石を有する請求項４ないし１６のいずれかに記載の発電装置。
18. 前記永久磁石の前記装置本体と反対側に設けられ、前記装置本体の前記振動体に対する滑りを防止する機能を有するシート材を有する請求項４ないし１７のいずれかに記載の発電装置。
19. 前記支持板は、前記他方の面が湾曲凸面を構成している請求項１ないし１８のいずれかに記載の発電装置。
20. 請求項１ないし１９のいずれかに記載の発電装置と、
    該発電装置を固定する、磁性材料で構成される振動体とを有することを特徴とする発電システム。

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