JP2014138545A - Power generator and detection system - Google Patents

Power generator and detection system Download PDF

Info

Publication number
JP2014138545A
JP2014138545A JP2013007739A JP2013007739A JP2014138545A JP 2014138545 A JP2014138545 A JP 2014138545A JP 2013007739 A JP2013007739 A JP 2013007739A JP 2013007739 A JP2013007739 A JP 2013007739A JP 2014138545 A JP2014138545 A JP 2014138545A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
power generation
generation element
weight
power
vibration
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2013007739A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yasuhiro Hashida
康博 橋田
Tadashi Sugimura
忠士 杉村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Heavy Industries Ltd filed Critical Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority to JP2013007739A priority Critical patent/JP2014138545A/en
Publication of JP2014138545A publication Critical patent/JP2014138545A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To ensure high power generation efficiency without taking time and trouble.SOLUTION: The power generator includes: a power generation element 11 whose one end is connected with a vibration source and whose other end 11b is used as a fee end and which generates electric power by vibration of the vibration source; a weight 22 which is mounted to be movable along such a direction as connects one end with the other end 11b of the power generation element 11; movement means 24 that moves the weight 22; a measurement section which measures an output of the power generation element 11; and a control section which controls movement of the weight 22 by the movement means 24 according to an output level of the measured power generation element 11.

Description

本発明は、発電素子の振動によって発電する発電素子を備えた発電装置、検出システムに関する。   The present invention relates to a power generation apparatus and a detection system including a power generation element that generates power by vibration of the power generation element.

各種の状態量を検出するセンサ装置等においては、その作動のために電源が必要であるが、電源を、商用交流電源やバッテリ等とした場合には、センサと電源との間に配線が必要である。このため、これらにコストがかかるとともに、配線を設けるためのスペースを確保するためにセンサ装置の小型化が妨げられることもある。   Sensor devices that detect various state quantities require a power source for their operation, but when the power source is a commercial AC power source or a battery, wiring is required between the sensor and the power source. It is. For this reason, these are expensive, and in order to ensure the space for providing wiring, size reduction of a sensor apparatus may be prevented.

これに対し、近年、測定対象に圧電素子を設け、測定対象に生じる振動や歪みによって圧電素子で電力を発生させ、この電力を電源として用いることが行われつつある。
例えば、特許文献1には、回転機械の軸受等の振動検出装置において、軸受に取り付けられた圧電素子が、軸受の振動によって発電する電力によって、振動検出装置で必要な電量を賄う構成が開示されている。
On the other hand, in recent years, a piezoelectric element is provided on a measurement target, electric power is generated by the piezoelectric element due to vibration or distortion generated in the measurement target, and this power is being used as a power source.
For example, Patent Document 1 discloses a configuration of a vibration detection device such as a bearing of a rotary machine, in which a piezoelectric element attached to the bearing covers the amount of electricity necessary for the vibration detection device by power generated by the vibration of the bearing. ing.

さらに、この特許文献1には、圧電素子に錘を装着し、その重量や圧電素子に対する錘の取り付け位置を調整することによって、圧電素子の固有周波数を測定対象である軸受の振動周波数帯に合わせる構成が開示されている。この構成は、圧電素子で発生する電力量を高めようというものである。   Further, in Patent Document 1, by attaching a weight to a piezoelectric element and adjusting the weight and the attachment position of the weight with respect to the piezoelectric element, the natural frequency of the piezoelectric element is adjusted to the vibration frequency band of the bearing to be measured. A configuration is disclosed. This configuration is intended to increase the amount of power generated in the piezoelectric element.

特開平9−264778号公報Japanese Patent Laid-Open No. 9-264778

しかしながら、上記特許文献1に記載の構成においては、測定対象で生じる振動周波数帯が何らかの原因で変動した場合には、圧電素子における発電効率が低下してしまう。
また、錘はネジによって圧電素子に取り付けられているため、ネジがゆるんだりして錘がずれてしまった場合にも、圧電素子における発電効率が低下してしまう。
これらの場合、圧電素子に対する錘の重さや取り付け位置を調整しなおさなければならず、これに手間がかかるという問題がある。
However, in the configuration described in Patent Document 1, when the vibration frequency band generated in the measurement object fluctuates for some reason, the power generation efficiency in the piezoelectric element is reduced.
In addition, since the weight is attached to the piezoelectric element by a screw, even when the screw is loosened and the weight is displaced, the power generation efficiency in the piezoelectric element is lowered.
In these cases, there is a problem that it is necessary to readjust the weight of the weight with respect to the piezoelectric element and the attachment position, which takes time.

なお、このような問題は、振動検出装置に限らず、振動源の振動によって発電を行う圧電素子等の発電素子を備えた装置等においては共通するものである。   Such a problem is not limited to the vibration detection device, but is common to devices including a power generation element such as a piezoelectric element that generates power by vibration of a vibration source.

そこでなされた本発明の目的は、手間をかけることなく、発電効率を常に高く維持することのできる発電装置、検出システムを提供することである。   An object of the present invention made there is to provide a power generation device and a detection system capable of constantly maintaining high power generation efficiency without taking time and effort.

本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用する。
すなわち、本発明の発電装置は、振動源に一端が連結され他端が自由端とされて前記振動源の振動によって発電する発電素子と、前記発電素子に対し、前記一端と前記他端とを結ぶ方向に沿って移動可能に設けられた錘と、前記錘を移動させる移動手段と、前記発電素子からの出力を計測する計測部と、前記計測部で計測される前記発電素子の出力レベルによって、前記移動手段による錘の移動を制御し、前記発電素子の固有振動数を調整する制御部と、を備えることを特徴とする。
The present invention employs the following means in order to solve the above problems.
That is, the power generation device of the present invention includes a power generation element that is connected to a vibration source at one end and the other end is a free end and generates power by vibration of the vibration source, and the one end and the other end with respect to the power generation element. A weight provided so as to be movable along the connecting direction, a moving means for moving the weight, a measurement unit for measuring an output from the power generation element, and an output level of the power generation element measured by the measurement unit And a control unit that controls the movement of the weight by the moving means and adjusts the natural frequency of the power generating element.

このような発電装置によれば、制御部において、発電素子に対して錘を移動させたときの、発電素子の出力レベルによって錘の移動を制御することによって、発電素子の固有振動数を自動的に調整することができる。これにより、発電素子の固有振動数を振動源の固有振動数に合わせて調整し、発電素子における発電効率を高く保つことが可能となる。   According to such a power generation device, the control unit automatically controls the natural frequency of the power generation element by controlling the movement of the weight according to the output level of the power generation element when the weight is moved relative to the power generation element. Can be adjusted. Thereby, the natural frequency of the power generation element can be adjusted according to the natural frequency of the vibration source, and the power generation efficiency of the power generation element can be kept high.

ここで、前記制御部は、前記移動手段により前記錘を移動させていったときに、前記発電素子の出力レベルがピークとなる位置に、前記錘を固定するのが好ましい。   Here, it is preferable that the control unit fixes the weight at a position where the output level of the power generating element reaches a peak when the weight is moved by the moving means.

前記制御部は、前記計測部で計測される前記発電素子の出力が、予め定めた下限を下回ったときに、前記錘を移動させるようにしてもよい。
これにより、何らかの原因で発電素子の出力が低下した場合に、錘の位置調整を自動的に行い、発電素子における発電効率を高く維持できる。
The control unit may move the weight when the output of the power generation element measured by the measurement unit falls below a predetermined lower limit.
Thereby, when the output of a power generation element falls for some reason, the position adjustment of a weight is automatically performed and the power generation efficiency in a power generation element can be maintained high.

また、本発明は、上記したような発電装置と、前記発電素子または前記振動源に取り付けられて状態量を検出するセンサと、前記発電素子から電力の供給を受け、前記センサの検出信号を外部に送信する無線送信器と、を備えることを特徴とする検出システムとすることもできる。   The present invention also provides a power generation apparatus as described above, a sensor that is attached to the power generation element or the vibration source and detects a state quantity, and receives power supplied from the power generation element, And a wireless transmitter for transmitting to the detection system.

このような検出システムは、無線送信器でセンサの検出信号を外部に送信するための電源を確保することができ、しかも、発電素子における発電効率を高く保つことによって、システムを継続的に安定して動作させることができる。   Such a detection system can secure a power source for transmitting the sensor detection signal to the outside with a wireless transmitter, and also keeps the system stable by keeping the power generation efficiency of the power generation element high. Can be operated.

本発明によれば、手間をかけることなく、発電効率を常に高く維持することができる。   According to the present invention, the power generation efficiency can always be kept high without taking time and effort.

本発明の実施形態に係る検出システムにおける発電素子が振動する様子を示す図である。It is a figure which shows a mode that the electric power generation element in the detection system which concerns on embodiment of this invention vibrates. 実施形態に係る検出システムの機能的な構成を示す図である。It is a figure which shows the functional structure of the detection system which concerns on embodiment. 実施形態に係る検出システムに備えられた発電素子の振動数調整機構を示す側面図である。It is a side view which shows the frequency adjustment mechanism of the electric power generation element with which the detection system which concerns on embodiment was equipped. 本実施形態に係る検出システムにおける発電素子の振動数を自動的に調整する処理の流れを示す図である。It is a figure which shows the flow of the process which adjusts automatically the frequency of the electric power generation element in the detection system which concerns on this embodiment. 本実施形態の変形例における発電素子の振動数を自動的に調整する処理の流れを示す図である。It is a figure which shows the flow of the process which adjusts the frequency of the electric power generation element in the modification of this embodiment automatically.

以下、添付図面を参照して、本発明による発電装置、検出システムを実施するための形態を説明する。しかし、本発明はこれらの実施形態のみに限定されるものではない。
図1、図2に示すように、検出システム10は、各種回転機械等の回転軸(振動源)1の端部1aに設けられて自身の振動によって発電する発電素子11と、状態量を検出するセンサ素子(センサ)13(例えば、回転軸1の軸トルクによる歪を検出する歪ゲージ)と、発電素子11から電力の供給を受けて、センサ素子13の検出信号を計測し、無線送信する信号処理部14と、この信号処理部14に内蔵され、発電素子11から電力の供給を受けて蓄電するキャパシタ等の蓄電素子15と、発電素子11に設けられ、この発電素子11の固有振動数を調整する振動数調整機構20と、振動数調整機構20の動作を制御する振動数調整コントローラ(計測部、制御部)25と、を備えている。
Hereinafter, with reference to an accompanying drawing, the form for carrying out the power generator and detection system by the present invention is explained. However, the present invention is not limited only to these embodiments.
As shown in FIGS. 1 and 2, the detection system 10 detects a state quantity and a power generation element 11 that is provided at an end 1 a of a rotary shaft (vibration source) 1 such as various rotary machines and generates power by its own vibration A sensor element (sensor) 13 (for example, a strain gauge that detects strain due to the axial torque of the rotary shaft 1) and power supply from the power generation element 11 are measured, and a detection signal of the sensor element 13 is measured and wirelessly transmitted. A signal processing unit 14, a power storage element 15 such as a capacitor that is built in the signal processing unit 14 and stores power by receiving power supplied from the power generation element 11, and a natural frequency of the power generation element 11 provided in the power generation element 11. And a frequency adjustment controller (measuring unit, control unit) 25 for controlling the operation of the frequency adjusting mechanism 20.

発電素子11は、前記信号処理部14に一端11aが固定されている。このような発電素子11は、一端11aが固定端とされ、他端11bが自由端とされた、カンチレバー状をなしている。また前記信号処理部14は、前記回転軸1の外周に設けられて、前記発電素子11の一端11aを回転軸1の表面から半径方向外方に離れた位置(高さ)で支持し、前記発電素子11が最大振幅で振動した場合にも回転軸1に接触しないようになっている。
この発電素子11は、一端11aから他端11bまで、例えば断面が長方形状をなした帯板状とされている。
ここで、発電素子11は、断面二次モーメントを小さくし、あるいは適切に弾性変形できるヤング率の材料を用いることによって、回転に伴って振動(繰り返し弾性変形)するように形成されている。
The power generation element 11 has one end 11 a fixed to the signal processing unit 14. Such a power generation element 11 has a cantilever shape in which one end 11a is a fixed end and the other end 11b is a free end. The signal processing unit 14 is provided on the outer periphery of the rotating shaft 1 and supports the one end 11a of the power generating element 11 at a position (height) spaced radially outward from the surface of the rotating shaft 1, Even when the power generating element 11 vibrates with the maximum amplitude, it does not come into contact with the rotating shaft 1.
The power generation element 11 has a strip shape, for example, having a rectangular cross section from one end 11a to the other end 11b.
Here, the power generating element 11 is formed so as to vibrate (repeatedly elastically deform) with rotation by reducing the cross-sectional secondary moment or using a material having a Young's modulus that can be appropriately elastically deformed.

このような発電素子11は、回転軸1が回転すると、回転軸1とともにその中心軸線周りに回転する。回転軸1は、偏芯等による僅かなアンバランス量により、あるいは、回転軸1を支持する軸受から振動を受けて自身が振動する。発電素子11は、回転軸1の軸線に沿って延び、径方向に薄肉の偏平状であり、その板幅方向Dw(図1の紙面と直交する方向)と板厚方向Dtとで剛性が異なる。その結果、発電素子11では、他端11bにおいて板厚方向Dtへの変形が繰り返される振動が発生する。このとき、発電素子11の固有振動数が回転軸1の回転に対応する振動数に一致し、または、近い値であることで、発電素子11が大きな振幅で振動し、変形することにより起電力が生じることになる。なお、図1において、発電素子11は、その長手方向、すなわち回転軸1の軸線に沿う方向の一部に貼り付けられているが全面に貼り付けられるようにしても良い。少なくとも発電素子11が振動する際に、歪の大きな位置に貼り付けられていることが好ましい。また、発電素子11は、他端11bの振れによる運動エネルギーを電気エネルギーに変換することにより発電する、例えばピエゾ素子により形成されるが、発電素子自体がカンチレバー状をなして振動する構造に限られるものではなく、回転にともなって振動するカンチレバー状の弾性体に運動エネルギーを電気エネルギーに変換するピエゾ素子等の素子を一体に固定して弾性体とともに振動させても良い。   When the rotating shaft 1 rotates, the power generating element 11 rotates along with the rotating shaft 1 around its central axis. The rotating shaft 1 itself vibrates by a slight unbalance amount due to eccentricity or the like, or by receiving vibration from a bearing that supports the rotating shaft 1. The power generating element 11 extends along the axis of the rotating shaft 1 and has a thin flat shape in the radial direction. The rigidity differs in the plate width direction Dw (direction perpendicular to the paper surface of FIG. 1) and the plate thickness direction Dt. . As a result, in the power generation element 11, vibration is generated that is repeatedly deformed in the thickness direction Dt at the other end 11 b. At this time, since the natural frequency of the power generation element 11 is equal to or close to the frequency corresponding to the rotation of the rotary shaft 1, the power generation element 11 vibrates with a large amplitude and deforms, thereby generating an electromotive force. Will occur. In FIG. 1, the power generating element 11 is attached to a part of the longitudinal direction, that is, the direction along the axis of the rotating shaft 1, but may be attached to the entire surface. At least when the power generation element 11 vibrates, it is preferable that the power generation element 11 is attached to a position with a large strain. Further, the power generation element 11 is formed by, for example, a piezo element that generates power by converting kinetic energy generated by the vibration of the other end 11b into electric energy, but the power generation element itself is limited to a structure that vibrates in a cantilever shape. Instead of this, an element such as a piezo element that converts kinetic energy into electric energy may be fixed integrally with a cantilever-like elastic body that vibrates with rotation, and may be vibrated together with the elastic body.

センサ素子13は、状態量を検出するもので、回転軸1の外表面1bに固定されている。このセンサ素子13は、例えば回転軸1の回転トルクを検出する目的であれば、箔歪ゲージまたはピエゾ式歪みセンサからなり、回転軸1の歪みを検出する。   The sensor element 13 detects a state quantity and is fixed to the outer surface 1 b of the rotating shaft 1. For example, the sensor element 13 includes a foil strain gauge or a piezo-type strain sensor for detecting the rotational torque of the rotary shaft 1 and detects the strain of the rotary shaft 1.

図2に示すように、信号処理部14は、発電素子11または蓄電素子15から電力の供給を受けて作動する無線送信回路(無線送信器)14aと、無線送信コントローラ14bと、を備える。   As shown in FIG. 2, the signal processing unit 14 includes a wireless transmission circuit (wireless transmitter) 14 a that operates by receiving power supplied from the power generation element 11 or the storage element 15, and a wireless transmission controller 14 b.

無線送信回路14aは、センサ素子13から出力される検出信号を受け取り、これを無線により外部に送信する。外部の受信装置(図示なし)においては、センサ素子13からの検出信号を受信することによって、回転軸1のトルク変動等をモニタリングすることができる。   The wireless transmission circuit 14a receives the detection signal output from the sensor element 13 and transmits it to the outside by radio. In an external receiving device (not shown), by receiving a detection signal from the sensor element 13, it is possible to monitor a torque fluctuation or the like of the rotating shaft 1.

無線送信コントローラ14bは、無線送信回路14aの作動を制御する。すなわち、消費電力を抑えるため、無線送信回路14aを一定時間ごとに定期時に起動させてセンサ素子13からの検出信号を外部に送信し、それ以外のときは無線送信回路14aをOFFとする、といったような制御を司る。なお、無線送信コントローラ14bにおける制御内容については、なんら限定するものではない。   The wireless transmission controller 14b controls the operation of the wireless transmission circuit 14a. That is, in order to reduce power consumption, the wireless transmission circuit 14a is activated at regular intervals to transmit the detection signal from the sensor element 13 to the outside, and otherwise, the wireless transmission circuit 14a is turned off. Controls like this. Note that the control content in the wireless transmission controller 14b is not limited at all.

この信号処理部14に対しては、発電素子11およびセンサ素子13を電気的に接続する必要があるが、配線をなるべく短くするために、信号処理部14を発電素子11のより近傍に配置することが望ましい。   Although it is necessary to electrically connect the power generation element 11 and the sensor element 13 to the signal processing unit 14, the signal processing unit 14 is disposed closer to the power generation element 11 in order to shorten the wiring as much as possible. It is desirable.

このような検出システム10においては、発電素子11を備えることによって、外部に電源を備える必要がなく、発電素子11で発電した電力によってセンサ素子13の検出信号を無線により送信することができる。したがって、電源からの配線等も不要であり、メンテナンスフリーで長期間にわたって検出を行うことが可能となる。   In such a detection system 10, by providing the power generation element 11, it is not necessary to provide a power source outside, and the detection signal of the sensor element 13 can be transmitted wirelessly by the power generated by the power generation element 11. Therefore, wiring from a power source or the like is unnecessary, and detection can be performed over a long period of time without maintenance.

図3に示すように、発電素子11の固有振動数を調整する振動数調整機構20は、発電素子11の他端11bから、発電素子11の長手方向に沿って突出するよう設けられたレール21と、レール21と噛み合った状態でレール21に沿って移動可能とされた錘22と、レール21と平行に設けられた送りねじ23と、発電素子11の他端11bに固定され、送りねじ23をその軸線周りに回転駆動させるマイクロモータからなるモータ(移動手段)24と、を備えている。
錘22には、雌ねじ部22aが貫通形成されており、この雌ねじ部22aに送りねじ23が挿通されて噛み合っている。
このような振動数調整機構20は、モータ24で送りねじ23を回転させることによって、錘22がレール21に沿って発電素子11の長手方向Dsに移動するようになっている。これによって、発電素子11の固有振動周波数を変動させる。
As shown in FIG. 3, the frequency adjustment mechanism 20 that adjusts the natural frequency of the power generation element 11 is provided with a rail 21 that protrudes from the other end 11 b of the power generation element 11 along the longitudinal direction of the power generation element 11. And a weight 22 that is movable along the rail 21 while meshing with the rail 21, a feed screw 23 provided in parallel to the rail 21, and the other end 11 b of the power generating element 11. And a motor (moving means) 24 composed of a micromotor that rotates the motor around its axis.
An internal thread portion 22a is formed through the weight 22, and a feed screw 23 is inserted through the internal thread portion 22a and meshed therewith.
In such a frequency adjustment mechanism 20, the weight 22 moves in the longitudinal direction Ds of the power generation element 11 along the rail 21 by rotating the feed screw 23 with the motor 24. As a result, the natural vibration frequency of the power generation element 11 is varied.

上記振動数調整機構20の動作を制御する振動数調整コントローラ25は、マイコン(マイクロコンピュータ)からなり、発電素子11または蓄電素子15から電力の供給を受けて動作する。
この振動数調整コントローラ25は、発電素子11における発電量(電流値)をモニタリングし、検出された発電量に応じてモータ24を作動させ、錘22の位置を調整する。これによって、振動数調整コントローラ25では、発電素子11における発電量に応じて、錘22の位置を調整して発電素子11の固有振動周波数(回転軸1の回転に伴う共振周波数)を自動調整する。
The frequency adjustment controller 25 that controls the operation of the frequency adjustment mechanism 20 is composed of a microcomputer (microcomputer), and operates by receiving power supplied from the power generation element 11 or the storage element 15.
The frequency adjustment controller 25 monitors the power generation amount (current value) in the power generation element 11, operates the motor 24 according to the detected power generation amount, and adjusts the position of the weight 22. As a result, the frequency adjustment controller 25 automatically adjusts the natural vibration frequency of the power generation element 11 (resonance frequency associated with the rotation of the rotating shaft 1) by adjusting the position of the weight 22 in accordance with the amount of power generation in the power generation element 11. .

以下に、上記振動数調整コントローラ25における、発電素子11の固有振動周波数の自動調整処理の流れについて、図4を参照しつつ説明する。以下の処理は、振動数調整コントローラ25に予め記憶されたコンピュータプログラムに基づいて、自動的に実行されるものである。
ここで、発電素子11および振動数調整機構20を回転軸1に装着した組立直後の状態では、蓄電素子15に蓄電がなされておらず、振動数調整コントローラ25に電力供給もなされないため、振動数調整コントローラ25による自動調整処理が行えない。そこで、組立段階において、予め、外部の電源から蓄電素子15に蓄電しておくのが好ましい。
Hereinafter, the flow of the automatic adjustment process of the natural vibration frequency of the power generation element 11 in the frequency adjustment controller 25 will be described with reference to FIG. The following processing is automatically executed based on a computer program stored in advance in the frequency adjustment controller 25.
Here, in the state immediately after the assembly in which the power generation element 11 and the frequency adjustment mechanism 20 are mounted on the rotary shaft 1, no power is stored in the power storage element 15, and no power is supplied to the frequency adjustment controller 25. The automatic adjustment processing by the number adjustment controller 25 cannot be performed. Therefore, it is preferable that power is stored in advance in the power storage element 15 from an external power source in the assembly stage.

発電素子11の固有振動周波数の自動調整処理においては、まず、回転軸1の運転(回転)開始させる(ステップS101)。
すると、発電素子11が回転軸1の回転にともなって振動し、これによって、発電素子11が発電を開始する。
In the automatic adjustment processing of the natural vibration frequency of the power generating element 11, first, the operation (rotation) of the rotating shaft 1 is started (step S101).
Then, the power generation element 11 vibrates with the rotation of the rotating shaft 1, and thereby the power generation element 11 starts power generation.

振動数調整コントローラ25においては、モータ24を、あらかじめ定められた時間だけ作動させて、錘22の位置を一定寸法だけ移動させて位置変更を行う(ステップS102)。すると、錘22の位置の移動によって、発電素子11の固有周波数が変化する。錘22の位置調整を行った後の状態で振動する発電素子11においては、発電素子11における発電量も変化する。
次いで、振動数調整コントローラ25において、発電素子11の発電量として発電素子11からの出力電流の大きさを計測する(ステップS103)。
そして、ステップS102で計測された発電量の値を振動数調整コントローラ25に備えられたメモリ等の記憶領域に記憶させる。
In the frequency adjustment controller 25, the motor 24 is operated for a predetermined time, and the position of the weight 22 is moved by a fixed dimension to change the position (step S102). Then, the natural frequency of the power generation element 11 changes due to the movement of the position of the weight 22. In the power generation element 11 that vibrates in a state after the position adjustment of the weight 22 is performed, the power generation amount in the power generation element 11 also changes.
Next, the frequency adjustment controller 25 measures the magnitude of the output current from the power generation element 11 as the power generation amount of the power generation element 11 (step S103).
Then, the value of the power generation amount measured in step S102 is stored in a storage area such as a memory provided in the frequency adjustment controller 25.

この後は、錘22が移動可能な範囲の全域にわたって、上記のステップS102〜S103を繰り返し、錘22を一定寸法ずつ移動させながら、それぞれの位置で発電素子11からの出力電流を計測する。   Thereafter, the above steps S102 to S103 are repeated over the entire range in which the weight 22 is movable, and the output current from the power generating element 11 is measured at each position while moving the weight 22 by a certain size.

錘22の移動可能な範囲の全域にわたる発電素子11からの出力電流の計測が完了した後、モータ24を作動させて、錘22を、ステップS104に記憶された、発電素子11からの出力電流が最も高い位置に移動させる。錘22の移動後、モータ24の回転を停止させる(ステップS104)。
これにより、発電素子11における発電量が最大となる位置に錘22を配置することができ、振動数調整機構20を含んだ発電素子11の固有振動数を、回転軸の固有振動数に合致あるいは近い状態とすることができる。
After the measurement of the output current from the power generation element 11 over the entire movable range of the weight 22 is completed, the motor 24 is operated, and the output current from the power generation element 11 stored in step S104 is stored in the weight 22. Move to the highest position. After the weight 22 is moved, the rotation of the motor 24 is stopped (step S104).
Thereby, the weight 22 can be arranged at a position where the power generation amount in the power generation element 11 is maximized, and the natural frequency of the power generation element 11 including the frequency adjusting mechanism 20 matches the natural frequency of the rotating shaft or It can be in a close state.

そして、あらかじめ定めた一定時間が経過後は、ステップS102〜S104における錘22の自動位置調整を繰り返す(ステップS105)。   Then, after a predetermined time has elapsed, the automatic position adjustment of the weight 22 in steps S102 to S104 is repeated (step S105).

上述したようにして、錘22の位置を自動的に調整することによって、計測対象である回転軸1の回転数(回転軸1に生じる振動)に応じて、発電素子11における発電量が最大である状態とすることができる。これによって、調整に手間をかけることなく、発電素子11における発電効率を高く維持することが可能となる。   As described above, by automatically adjusting the position of the weight 22, the power generation amount in the power generation element 11 is maximized according to the number of rotations of the rotating shaft 1 (vibration generated on the rotating shaft 1) as a measurement target. It can be in a certain state. As a result, the power generation efficiency of the power generation element 11 can be maintained high without taking time for adjustment.

(実施形態の変形例)
次に、本発明にかかる発電装置、検出システムの実施形態の変形例について説明する。すなわち、上記実施形態では、振動数調整コントローラ25において、発電素子11の発電量が最大限となるように、錘22の位置を自動的に調整したが、本変形例にあっては、以下に示すような制御により、より正確に錐22の位置を決めることができる。
すなわち、図5に示すように、まず、回転軸1を作動(回転)させる(ステップS201)。すると、発電素子11が回転軸1の回転にともなって振動し、これによって、発電を開始する。
(Modification of the embodiment)
Next, a modified example of the embodiment of the power generation device and the detection system according to the present invention will be described. That is, in the above embodiment, the frequency adjustment controller 25 automatically adjusts the position of the weight 22 so that the power generation amount of the power generation element 11 is maximized. By the control as shown, the position of the cone 22 can be determined more accurately.
That is, as shown in FIG. 5, first, the rotating shaft 1 is actuated (rotated) (step S201). Then, the power generation element 11 vibrates with the rotation of the rotary shaft 1, thereby starting power generation.

振動数調整コントローラ25においては、モータ24を、あらかじめ定められた時間だけ作動させて、錘22の位置を一定寸法だけ移動させて位置変更を行う(ステップS202)。すると、錘22の位置の移動によって、発電素子11の固有周波数が変化する。錘22の位置調整を行った後の状態で振動する発電素子11の発電量も変化する。
次いで、振動数調整コントローラ25において、発電素子11の発電量として、その出力電流の大きさを計測する(ステップS203)。
そして、ステップS102で計測された発電量の値を振動数調整コントローラ25に備えられたメモリ等の記憶領域に記憶させる。
In the frequency adjustment controller 25, the motor 24 is operated for a predetermined time, and the position of the weight 22 is moved by a fixed dimension to change the position (step S202). Then, the natural frequency of the power generation element 11 changes due to the movement of the position of the weight 22. The power generation amount of the power generation element 11 that vibrates in the state after the position adjustment of the weight 22 also changes.
Next, the frequency adjustment controller 25 measures the magnitude of the output current as the power generation amount of the power generation element 11 (step S203).
Then, the value of the power generation amount measured in step S102 is stored in a storage area such as a memory provided in the frequency adjustment controller 25.

この後は、錘22が移動可能な範囲の全域にわたって、上記のステップS202〜S203を繰り返し、錘22を一定寸法ずつ移動させながら、それぞれの位置で発電素子11からの出力電流を計測する。   Thereafter, the above steps S202 to S203 are repeated over the entire range in which the weight 22 is movable, and the output current from the power generating element 11 is measured at each position while moving the weight 22 by a certain size.

錘22の移動可能な範囲の全域にわたる発電素子11からの出力電流の計測が完了した後、モータ24を逆回転させて、錘22を、ステップS104に記憶された発電素子11からの出力電流がピーク値Piとなる位置に接近する方向に移動させる。このとき、上記ステップS202,S203と同様に、錘22を一定射距離移動させるごとに、発電素子11からの出力電流の大きさをモニタリングする。そして、錘22を、出力電流がピーク値Piとなる位置を越え、ピーク値PiのK%(Kは、予め定めた例えば70以上95未満の数)となる位置まで移動させる(ステップS204)。
すると、錘22は、発電素子11からの出力電流のピーク値Piとなる位置を通り過ぎるので、再び、モータ24を正転させ、発電素子11の出力電流が、ステップS104に記憶された発電素子11の出力電流がピーク値Piとなる位置に接近する方向に錘22を移動させる。このとき、錘22は、モータ24のオーバーシュート等によって、発電素子11の出力電流がピーク値Piとなる位置を通り過ぎる可能性がある。そこで、錘22が、発電素子11の出力電流がピーク値Piとなる位置に合致するまで、上記のモータ24の正転・逆転を繰り返し、錘22の位置を、発電素子11の出力電流がピーク値Piとなる位置に収束させていく。
なおこのとき、モータ24の正転・逆転方向を切り換えるたびに、モータ24の回転速度を段階的に遅くしたり、1回のモータ24の駆動で錘22を移動させる距離を段階的に短くしたり、モータ24の1回の駆動時間を段階的に短くしたりしても良い。これにより、錘22の位置を、発電素子11の出力電流がピーク値Piとなる位置に迅速に収束させることができる。
After the measurement of the output current from the power generation element 11 over the entire movable range of the weight 22 is completed, the motor 24 is rotated in the reverse direction so that the output current from the power generation element 11 stored in step S104 is Move in a direction approaching the position where the peak value Pi is reached. At this time, the magnitude of the output current from the power generation element 11 is monitored each time the weight 22 is moved by a certain range, as in steps S202 and S203. Then, the weight 22 is moved to a position where the output current exceeds the position where the peak value Pi reaches the peak value Pi and reaches K% of the peak value Pi (K is a predetermined number of, for example, 70 or more and less than 95) (step S204).
Then, since the weight 22 passes the position where the peak value Pi of the output current from the power generation element 11 passes, the motor 24 is rotated forward again, and the output current of the power generation element 11 is stored in step S104. The weight 22 is moved in a direction approaching the position where the output current of the current reaches the peak value Pi. At this time, the weight 22 may pass a position where the output current of the power generation element 11 becomes the peak value Pi due to overshoot of the motor 24 or the like. Therefore, until the weight 22 matches the position where the output current of the power generating element 11 reaches the peak value Pi, the above-described forward / reverse rotation of the motor 24 is repeated, and the output current of the power generating element 11 peaks at the position of the weight 22. It converges to a position where the value Pi is obtained.
At this time, each time the forward / reverse direction of the motor 24 is switched, the rotational speed of the motor 24 is decreased stepwise, or the distance over which the weight 22 is moved by driving the motor 24 once is decreased stepwise. Or, the driving time of the motor 24 may be shortened stepwise. Thereby, the position of the weight 22 can be quickly converged to the position where the output current of the power generating element 11 becomes the peak value Pi.

そして、錘22が、発電素子11の出力電流がピーク値Piとなる位置に合致した時点で、モータ24の回転を停止させる(ステップS205)。
これにより、発電素子11における発電量が予め定めた下限値以上となる位置に錘22を配置することができる。
Then, when the weight 22 matches the position where the output current of the power generating element 11 reaches the peak value Pi, the rotation of the motor 24 is stopped (step S205).
Thereby, the weight 22 can be arrange | positioned in the position where the electric power generation amount in the electric power generation element 11 becomes more than a predetermined lower limit.

そして、あらかじめ定めた一定時間T1が経過後は、ステップS202〜S205における錘22の自動位置調整を繰り返す(ステップS206)。   Then, after a predetermined time T1 has elapsed, the automatic position adjustment of the weight 22 in steps S202 to S205 is repeated (step S206).

また、発電素子11の出力電流の計測を、前記一定時間T1よりも短い一定時間T2ごとに実行し(ステップS207)する。そして、計測された出力電流値が、予め定めた下限値L(例えば、前記の出力電流のピーク値P1に対して、X%未満(Xは例えば60以上K未満))となったときには、ステップS202〜S206における錘22の自動位置調整を繰り返す(ステップS208)。   In addition, the measurement of the output current of the power generation element 11 is performed every certain time T2 shorter than the certain time T1 (step S207). When the measured output current value becomes a predetermined lower limit L (for example, less than X% (X is, for example, 60 or more and less than K) with respect to the peak value P1 of the output current), a step The automatic position adjustment of the weight 22 in S202 to S206 is repeated (step S208).

上述したような構成によれば、発電素子11における発電量が低くなりすぎた場合には、錘22の位置調整を自動的に行って発電素子11の固有振動数を調整し、発電量を高く維持し続けることができる。
発電素子11あるいは回転軸1側の固有振動数の変化頻度が高い場合、図4に示した処理の流れにおいては、ステップS105で一定時間が過ぎる前に固有振動数が変化し、発電量が大幅に低下しまうことがある。その場合、発電素子11の発電量が不足し、無線送信回路14aからの信号送信や、錘22の位置調整が行えなくなってしまうことがある。これに対し、上記のように、発電量が低くなった時には錘22の位置調整を自動的に行うことによって、常に安定して発電を行うことができる。
According to the configuration described above, if the power generation amount in the power generation element 11 becomes too low, the position of the weight 22 is automatically adjusted to adjust the natural frequency of the power generation element 11 to increase the power generation amount. Can continue to maintain.
When the frequency of change of the natural frequency on the power generation element 11 or the rotating shaft 1 side is high, in the process flow shown in FIG. 4, the natural frequency changes before a predetermined time passes in step S105, and the power generation amount is greatly increased. May decrease. In that case, the power generation amount of the power generation element 11 is insufficient, and signal transmission from the wireless transmission circuit 14a and position adjustment of the weight 22 may not be performed. On the other hand, as described above, when the amount of power generation becomes low, the position adjustment of the weight 22 is automatically performed, so that power generation can always be stably performed.

(その他の変形例)
なお、本発明の発電装置、検出システムは、図面を参照して説明した上述の実施形態および変形例に限定されるものではなく、その技術的範囲においてさらに様々な変形例が考えられる。
例えば、センサ素子13で計測する状態量は、回転軸1の回転トルクに限らず、他の、例えば温度等であってもよい。
さらに、上記の発電素子11と、錘22と、モータ24と、振動数調整コントローラ25とにより、発電装置を構成することができる。この発電装置で発電した電力の使用対象は、センサ素子13で計測したデータの送信、無線送信回路14aにおける信号送信に限るものではなく、他のいかなる目的であってもよい。
(Other variations)
The power generation device and the detection system of the present invention are not limited to the above-described embodiment and modifications described with reference to the drawings, and various modifications can be considered within the technical scope thereof.
For example, the state quantity measured by the sensor element 13 is not limited to the rotational torque of the rotating shaft 1 but may be other, for example, temperature.
Furthermore, the power generation device can be configured by the power generation element 11, the weight 22, the motor 24, and the frequency adjustment controller 25. The usage target of the power generated by the power generation apparatus is not limited to the transmission of data measured by the sensor element 13 and the signal transmission in the wireless transmission circuit 14a, but may be any other purpose.

加えて、上記実施形態では、回転機械の回転軸1に発電素子11を取り付ける構成を例示したが、回転軸1は、いかなる回転機械のものであってもよい。さらには、発電素子11が振動するのであれば、その取付対象となる振動源は回転軸1に限るものではなく、他の装置等、他のいかなるものであってもよい。   In addition, in the above-described embodiment, the configuration in which the power generation element 11 is attached to the rotating shaft 1 of the rotating machine is illustrated, but the rotating shaft 1 may be of any rotating machine. Furthermore, if the power generating element 11 vibrates, the vibration source to be attached is not limited to the rotating shaft 1 and may be any other device such as another device.

また、発電素子11を、断面長方形の帯板状としたが、これを例えば、断面円形の円柱状とすることも可能である。この場合も、発電素子11の断面二次モーメントを回転軸1より十分に小さくすることにより、必要な発電効率、センサ感度を得ることができる。ただし、円柱状の発電素子11では、振動が発生する方向が、回転軸1の中心軸に直交した断面で、直線的な往復運動になりにくい可能性がある。そこで、回転軸1に取り付ける発電素子11の断面形状は、上記実施形態のような長方形状の他、長円形状、楕円形状等といった扁平形状とするのが好ましい。
これ以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施の形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更することが可能である。
Moreover, although the electric power generation element 11 was made into the strip | belt-plate shape of a cross-sectional rectangle, this can also be made into the column shape of a cross-sectional circle. Also in this case, necessary power generation efficiency and sensor sensitivity can be obtained by making the cross-sectional secondary moment of the power generation element 11 sufficiently smaller than that of the rotating shaft 1. However, in the cylindrical power generation element 11, there is a possibility that the direction in which the vibration is generated is a cross section orthogonal to the central axis of the rotating shaft 1 and is not likely to be a linear reciprocating motion. Therefore, the cross-sectional shape of the power generating element 11 attached to the rotating shaft 1 is preferably a flat shape such as an elliptical shape or an elliptical shape in addition to the rectangular shape as in the above embodiment.
In addition to this, as long as it does not depart from the gist of the present invention, the configuration described in the above embodiment can be selected or changed to another configuration as appropriate.

1 回転軸(振動源)
10 検出システム
11 発電素子
13 センサ素子(センサ)
14 信号処理部
14a 無線送信回路(無線送信器)
14b 無線送信コントローラ
15 蓄電素子
20 振動数調整機構
21 レール
22 錘
22a 雌ねじ部
23 送りねじ
24 モータ(移動手段)
25 振動数調整コントローラ(計測部、制御部)
1 Rotating shaft (vibration source)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Detection system 11 Electric power generation element 13 Sensor element (sensor)
14 Signal processor 14a Wireless transmission circuit (wireless transmitter)
14b Wireless transmission controller 15 Power storage element 20 Frequency adjusting mechanism 21 Rail 22 Weight 22a Female thread 23 Feed screw 24 Motor (moving means)
25 Frequency adjustment controller (measurement unit, control unit)

Claims (4)

振動源に一端が連結され他端が自由端とされ前記振動源の振動によって発電する発電素子と、
前記発電素子に対し、前記一端と前記他端とを結ぶ方向に沿って移動可能に設けられた錘と、
前記錘を移動させる移動手段と、
前記発電素子からの出力を計測する計測部と、
前記計測部で計測される前記発電素子の出力レベルによって、前記移動手段による錘の移動を制御し、前記発電素子の固有振動数を調整する制御部と、
を備えることを特徴とする発電装置。
A power generation element having one end connected to the vibration source and the other end being a free end, and generating power by vibration of the vibration source;
For the power generation element, a weight provided movably along the direction connecting the one end and the other end;
Moving means for moving the weight;
A measurement unit for measuring the output from the power generation element;
A control unit that controls the movement of the weight by the moving unit and adjusts the natural frequency of the power generating element according to the output level of the power generating element measured by the measuring unit;
A power generation device comprising:
前記制御部は、前記移動手段により前記錘を移動させていったときに、前記発電素子の出力レベルがピークとなる位置に前記錘を固定することを特徴とする請求項1に記載の発電装置。   2. The power generation device according to claim 1, wherein the control unit fixes the weight at a position where an output level of the power generation element reaches a peak when the weight is moved by the moving unit. . 前記制御部は、前記計測部で計測される前記発電素子の出力が、予め定めた下限を下回ったときに、前記錘を移動させることを特徴とする請求項1または2に記載の発電装置。   The power generation apparatus according to claim 1, wherein the control unit moves the weight when an output of the power generation element measured by the measurement unit falls below a predetermined lower limit. 請求項1から3のいずれか一項に記載の発電装置と、
前記発電素子または前記振動源に取り付けられて状態量を検出するセンサと、
前記発電素子から電力の供給を受け、前記センサの検出信号を外部に送信する無線送信器と、
を備えることを特徴とする検出システム。
A power generation device according to any one of claims 1 to 3,
A sensor that is attached to the power generation element or the vibration source and detects a state quantity;
A wireless transmitter that receives power from the power generation element and transmits a detection signal of the sensor to the outside;
A detection system comprising:
JP2013007739A 2013-01-18 2013-01-18 Power generator and detection system Pending JP2014138545A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013007739A JP2014138545A (en) 2013-01-18 2013-01-18 Power generator and detection system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013007739A JP2014138545A (en) 2013-01-18 2013-01-18 Power generator and detection system

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2014138545A true JP2014138545A (en) 2014-07-28

Family

ID=51415753

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2013007739A Pending JP2014138545A (en) 2013-01-18 2013-01-18 Power generator and detection system

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2014138545A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015126584A (en) * 2013-12-26 2015-07-06 株式会社京三製作所 Power generation mechanism and sensor
KR101850117B1 (en) * 2016-06-23 2018-04-19 대구가톨릭대학교 산학협력단 Anti-resonant vibration isolation and vibration energy harvesting device

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015126584A (en) * 2013-12-26 2015-07-06 株式会社京三製作所 Power generation mechanism and sensor
KR101850117B1 (en) * 2016-06-23 2018-04-19 대구가톨릭대학교 산학협력단 Anti-resonant vibration isolation and vibration energy harvesting device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2677656B1 (en) Tunable vibration energy harvester and energy harvesting method
US7567013B2 (en) Vibration power generation
KR100817319B1 (en) Electric power generating apparatus for movement type equipment and self-generation system having the same
JP5981817B2 (en) Vibration monitoring system and environmental monitoring system
CN102944345A (en) Portable tool with wireless measured value transmission
JP5800345B1 (en) Wireless sensor, monitoring system and monitoring method using the same
JP2010005187A (en) Electric toothbrush
CN102594031A (en) Electric machine having an integrated vibration sensor
CN104079201A (en) Control method and drive apparatus for oscillation motor
JP2014138545A (en) Power generator and detection system
TWI666385B (en) Vibrational fluid mover active controller
EP3360244B1 (en) Energy conversion system and method
US8269399B2 (en) Systems and apparatus for harvesting energy
CN103986367B (en) Piezoelectric energy collecting system
US20070144834A1 (en) Controlling lubrication of moving bodies such as bearings of electric motors
KR20140000996A (en) Apparatus and method for controlling automatic gain of inertia sensor
US20140119914A1 (en) Load control system and method
JP2011152026A (en) Rotary drive device
CN106026764B (en) A kind of piezoelectric straight line oscillating mode mobile phone vibrating motor and mechanical oscillation enlarger
EP2659242B1 (en) System and method for wind turbine generator
US8686595B2 (en) TPMS transmission module having power saving function
JP2010031673A (en) Wind power generation system
JP6327065B2 (en) Vibration detection apparatus and vibration detection method
JP6097669B2 (en) Tire information measurement system
JP2006329772A (en) Power generator and tire air pressure alarm system provided with same