JP2014174715A - Structure health monitoring system - Google Patents

Structure health monitoring system Download PDF

Info

Publication number
JP2014174715A
JP2014174715A JP2013046398A JP2013046398A JP2014174715A JP 2014174715 A JP2014174715 A JP 2014174715A JP 2013046398 A JP2013046398 A JP 2013046398A JP 2013046398 A JP2013046398 A JP 2013046398A JP 2014174715 A JP2014174715 A JP 2014174715A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
unit
monitoring system
generating element
health monitoring
power generating
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
JP2013046398A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takashi Nakagawa
貴司 中川
Koji Goto
浩嗣 後藤
Satoshi Hyodo
聡 兵頭
Erika Takahashi
恵利花 高橋
Shigeki Yasutake
成記 安武
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.)
Panasonic Corp
Original Assignee
Panasonic Corp
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 Panasonic Corp filed Critical Panasonic Corp
Priority to JP2013046398A priority Critical patent/JP2014174715A/en
Publication of JP2014174715A publication Critical patent/JP2014174715A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a structure health monitoring system.SOLUTION: The structure health monitoring system which is installed onto a structure P comprises: a sensor unit 51 that measures to obtain a data representing a physical value; a communication section 52 that transmits the data measured by the sensor unit 51 via radio; and a power generating element 1 that generates the power using a flow of a fluid in the ambient area. The structure health monitoring system further comprises: a power supply section 53 that supplies the power generated by the power generating element 1 to the sensor unit 51 and the communication section 52; a data analysis section 71 that calculates a piece of structure information representing a state of the structure P by analyzing the data measured by the sensor unit 51; and a storage 63 that stores the structure information calculated by the data analysis section 71. The structure information calculated by the data analysis section 71 can be provided to the outside via a network.

Description

本発明は、環境発電(エナジーハーベスティング)を利用した構造ヘルスモニタリングシステムに関する。   The present invention relates to a structural health monitoring system using energy harvesting.

近年、周囲環境におけるエネルギを電気エネルギに変換する発電素子が、環境発電等の分野で注目されている。このような発電素子は、例えば、周囲環境の振動等により運動エネルギにより電気エネルギを生成する(特許文献1)。
一方、橋梁等の構造物の異常を検知する構造ヘルスモニタリングシステムが提案されている(特許文献2)。
In recent years, power generation elements that convert energy in the surrounding environment into electrical energy have attracted attention in fields such as energy harvesting. Such a power generation element generates electrical energy by kinetic energy, for example, due to vibrations in the surrounding environment (Patent Document 1).
On the other hand, a structural health monitoring system that detects an abnormality of a structure such as a bridge has been proposed (Patent Document 2).

特開2010−136598号公報JP 2010-136598 A 特開2001−4497号公報JP 2001-4497 A

しかしながら、特許文献1に記載の発電素子は、周囲環境の振動を利用するので、多くの振動が見込めない箇所に設置される場合、発電量が低減する。また、特許文献2に記載のシステムは、センサ部の通電が必要であるため、センサ部の設置個所が限定される恐れがある。
本発明は、上記問題点を鑑み、周囲環境による高効率な発電を利用可能な構造ヘルスモニタリングシステムを提供することを目的とする。
However, since the power generation element described in Patent Document 1 uses vibrations in the surrounding environment, the amount of power generation is reduced when it is installed in a place where many vibrations cannot be expected. Moreover, since the system described in Patent Document 2 requires energization of the sensor unit, the installation location of the sensor unit may be limited.
In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a structural health monitoring system that can use highly efficient power generation by the surrounding environment.

上記目的を達成するために、本発明の第1の態様は、構造物に設置され、物理量を示すデータを計測するセンサ部と、前記センサ部が計測したデータを無線送信する通信部と、周囲の流体の流れにより発電する発電素子を有し、前記発電素子の発電により、前記センサ部及び通信部に電力を供給する電源供給部と、前記センサ部が計測したデータを解析することにより、前記構造物の状態を示す構造物情報を算出するデータ解析部と、前記データ解析部が算出した前記構造物情報を蓄積する蓄積部とを備える構造ヘルスモニタリングシステムであることを要旨とし、前記解析部が算出した前記構造物情報を、ネットワークを介して提供可能であることを特徴とする。   In order to achieve the above object, a first aspect of the present invention includes a sensor unit that is installed in a structure and measures data indicating a physical quantity, a communication unit that wirelessly transmits data measured by the sensor unit, A power supply element that generates power by the flow of fluid, and a power supply unit that supplies power to the sensor unit and the communication unit by power generation of the power generation element, and by analyzing data measured by the sensor unit, The analysis unit includes a data analysis unit that calculates structure information indicating a state of a structure, and a storage unit that stores the structure information calculated by the data analysis unit. The structure information calculated by can be provided via a network.

また、本発明の第1の態様に係る構造ヘルスモニタリングシステムにおいて、前記発電素子は、前記流体の流れにより振動し、振動に応じた電力を出力することができる。   In the structural health monitoring system according to the first aspect of the present invention, the power generating element can vibrate due to the flow of the fluid and can output electric power corresponding to the vibration.

また、本発明の第1の態様に係る構造ヘルスモニタリングシステムにおいて、前記センサ部、前記通信部及び前記電源供給部を備えるモニタリング装置が、前記構造物に複数設置されることができる。   In the structural health monitoring system according to the first aspect of the present invention, a plurality of monitoring devices including the sensor unit, the communication unit, and the power supply unit may be installed in the structure.

また、本発明の第1の態様に係る構造ヘルスモニタリングシステムにおいて、前記モニタリング装置は、トンネルに設置されることができる。   In the structural health monitoring system according to the first aspect of the present invention, the monitoring device can be installed in a tunnel.

また、本発明の第1の態様に係る構造ヘルスモニタリングシステムにおいて、前記データ解析部が算出した構造物情報を監視し、異常の有無を判定する監視部と、前記監視部により異常であると判定された前記構造物について、前記構造物の管理者に異常が生じていることを報知する報知処理部とを更に備えることができる。   Moreover, in the structural health monitoring system according to the first aspect of the present invention, the structure information calculated by the data analysis unit is monitored, and a monitoring unit that determines whether there is an abnormality is determined by the monitoring unit. About the said structure, the alerting | reporting process part which alert | reports that the abnormality has arisen to the administrator of the said structure can further be provided.

また、本発明の第1の態様に係る構造ヘルスモニタリングシステムにおいて、前記発電素子は、枠状の支持部と、前記支持部の内周面に一端側を支持され、周囲の流体の流れにより自励振動するカンチレバー部と、前記カンチレバー部に設けられた圧電変換部とを備え、前記カンチレバー部は、他端側が、前記支持部の厚さ方向において、前記カンチレバー部の一端側からずれるように形成される圧電型発電素子とすることができる。   Further, in the structural health monitoring system according to the first aspect of the present invention, the power generating element is supported at one end side by a frame-shaped support portion and an inner peripheral surface of the support portion, and is automatically generated by a flow of surrounding fluid. A cantilever portion that vibrates and a piezoelectric conversion portion provided in the cantilever portion, wherein the cantilever portion is formed such that the other end side is deviated from one end side of the cantilever portion in the thickness direction of the support portion; The piezoelectric power generation element can be made.

また、本発明の第1の態様に係る構造ヘルスモニタリングシステムにおいて、前記発電素子は、磁石を有する磁石ブロックと、前記磁石ブロックに対向して配置され、コイルを有するコイルブロックと、前記磁石ブロックと前記コイルブロックとのいずれかを保持する可動部と、前記可動部が、前記磁石ブロック及び前記コイルブロックの対向方向に直交する規定方向に振動可能なように、前記可動部を支持する複数の弾性体部と、前記複数の弾性体部を介して前記可動部を支持する支持部とを備える電磁誘導型発電素子とすることができる。   Further, in the structural health monitoring system according to the first aspect of the present invention, the power generating element includes a magnet block having a magnet, a coil block disposed opposite to the magnet block and having a coil, and the magnet block. A movable portion that holds one of the coil blocks, and a plurality of elastic members that support the movable portion so that the movable portion can vibrate in a specified direction orthogonal to the opposing direction of the magnet block and the coil block. It can be set as an electromagnetic induction type electric power generation element provided with a body part and a support part which supports the movable part via a plurality of elastic body parts.

また、本発明の第1の態様に係る構造ヘルスモニタリングシステムにおいて、前記弾性体部は、前記規定方向における剛性が前記規定方向に直交する方向の剛性に比べて小さく、前記規定方向における前記可動部の両側の各々に、複数個ずつ並んで設けられることができる。   Further, in the structural health monitoring system according to the first aspect of the present invention, the elastic body portion is smaller in rigidity in the prescribed direction than in a direction orthogonal to the prescribed direction, and the movable portion in the prescribed direction. A plurality of them can be provided side by side on each of both sides.

本発明によれば、周囲環境による高効率な発電を利用可能な構造ヘルスモニタリングシステムを提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the structural health monitoring system which can utilize highly efficient electric power generation by the surrounding environment can be provided.

本発明の実施の形態に係る構造ヘルスモニタリングシステムの基本的な構成を説明する模式的なブロック図である。It is a typical block diagram explaining the basic composition of the structural health monitoring system concerning an embodiment of the invention. 本発明の実施の形態に係る構造ヘルスモニタリングシステムの適用例を説明する模式的な図である。It is a typical figure explaining the example of application of the structural health monitoring system concerning an embodiment of the invention. 本発明の実施の形態に係る構造ヘルスモニタリングシステムが備える解析サーバを説明するブロック図である。It is a block diagram explaining the analysis server with which the structural health monitoring system concerning an embodiment of the invention is provided. 本発明の実施の形態に係る構造ヘルスモニタリングシステムに用いる表示データを図示した一例である。It is an example which illustrated the display data used for the structural health monitoring system concerning an embodiment of the invention. 本発明の実施の形態に係る構造ヘルスモニタリングシステムに用いる構造物情報を図示した一例である。It is an example which illustrated the structure information used for the structural health monitoring system which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係る構造ヘルスモニタリングシステムの動作の一例を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining an example of operation | movement of the structural health monitoring system which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係る構造ヘルスモニタリングシステムが備える電源供給部53を説明するブロック図である。It is a block diagram explaining the power supply part 53 with which the structural health monitoring system which concerns on embodiment of this invention is provided. (a)は、本発明の実施の形態に係る構造ヘルスモニタリングシステムが備える圧電型発電素子を説明する模式的な平面図である。(b)は、(a)のX−X方向から見た断面図である。(c)は、(a)のY−Y方向から見た断面図である。(d)は、(a)に示される圧電型発電素子のカンチレバー部のうち、圧電変換部が形成される領域の拡大断面図である。(A) is a typical top view explaining the piezoelectric power generation element with which the structural health monitoring system which concerns on embodiment of this invention is provided. (B) is sectional drawing seen from the XX direction of (a). (C) is sectional drawing seen from the YY direction of (a). (D) is an expanded sectional view of a region where a piezoelectric conversion part is formed in the cantilever part of the piezoelectric power generation element shown in (a). (a)は、図8(b)に対応し、圧電型発電素子の変形例を説明する断面図である。(b)は、図8(c)に対応し、圧電型発電素子の変形例を説明する断面図である。(A) is sectional drawing corresponding to FIG.8 (b) and demonstrating the modification of a piezoelectric power generation element. (B) is sectional drawing corresponding to FIG.8 (c) and explaining the modification of a piezoelectric power generation element. (a)は、図8(b)に対応し、圧電型発電素子の変形例として、導入部及び排出部の構成を説明する断面図である。(b)は、図8(c)に対応し、圧電型発電素子の変形例として、導入部及び排出部の構成を説明する断面図である。(A) is sectional drawing corresponding to FIG.8 (b) and explaining the structure of an introducing | transducing part and a discharge part as a modification of a piezoelectric power generation element. (B) is sectional drawing corresponding to FIG.8 (c) and explaining the structure of an introducing | transducing part and a discharge part as a modification of a piezoelectric power generation element. (a)は、本発明の実施の形態に係る構造ヘルスモニタリングシステムが備える電磁誘導型発電素子を説明する模式的な断面図である。(b)は、(a)の平面図である。(A) is typical sectional drawing explaining the electromagnetic induction type electric power generation element with which the structural health monitoring system which concerns on embodiment of this invention is provided. (B) is a top view of (a). 本発明の実施の形態に係る構造ヘルスモニタリングシステムが備える電磁誘導型発電素子を説明する模式的な斜視図である。It is a typical perspective view explaining the electromagnetic induction type electric power generation element with which the structural health monitoring system which concerns on embodiment of this invention is provided. 本発明の実施の形態に係る構造ヘルスモニタリングシステムが備える電磁誘導型発電素子の変形例を説明する模式的な平面図である。It is a typical top view explaining the modification of the electromagnetic induction type electric power generation element with which the structural health monitoring system which concerns on embodiment of this invention is provided.

次に、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付し、重複する説明を省略する。また、以下に示す実施の形態は、本発明の技術的思想を具体化するための部材や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。   Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description of the drawings, the same or similar parts are denoted by the same or similar reference numerals, and redundant description is omitted. Further, the following embodiments exemplify members and methods for embodying the technical idea of the present invention, and the technical idea of the present invention is the material, shape, structure, The layout is not specified as follows. The technical idea of the present invention can be variously modified within the technical scope described in the claims.

(構造ヘルスモニタリングシステム)
本発明の実施の形態に係る構造ヘルスモニタリングシステムは、図1に示すように、構造物Pにそれぞれ設置された複数のモニタリング装置5a,5b,5c,5d,5eと、中継装置65a,65bと、クラウド部6とを備える。構造物Pは、例えば、ビル等の建築物、橋梁、トンネル、鉄道、道路、擁壁、堤防、ダム等である。
(Structural health monitoring system)
As shown in FIG. 1, the structural health monitoring system according to the embodiment of the present invention includes a plurality of monitoring devices 5a, 5b, 5c, 5d, and 5e installed in a structure P, relay devices 65a and 65b, And a cloud part 6. The structure P is, for example, a building such as a building, a bridge, a tunnel, a railway, a road, a retaining wall, a bank, a dam, or the like.

モニタリング装置5a〜5e(以下、総称して「モニタリング装置5」という。)は、種々の物理量を示すデータを計測するセンサ部51と、通信部52と、電源供給部53とを備える。センサ部51は、物理量を示すデータを計測する。モニタリング装置5は、例えば、図2に示すように、トンネルP1,P2の壁面等に複数設置される。モニタリング装置5は、その他、建築物の支柱や壁面、ビルや橋梁のダンパー等に設置可能である。   The monitoring devices 5 a to 5 e (hereinafter collectively referred to as “monitoring device 5”) include a sensor unit 51 that measures data indicating various physical quantities, a communication unit 52, and a power supply unit 53. The sensor unit 51 measures data indicating a physical quantity. For example, as shown in FIG. 2, a plurality of monitoring devices 5 are installed on the walls of the tunnels P <b> 1 and P <b> 2. In addition, the monitoring device 5 can be installed on a pillar or wall surface of a building, a damper of a building or a bridge, or the like.

センサ部51は、設置された箇所におけるデータを計測する。センサ部51は、計測したデータを通信部52に出力する。センサ部51は、例えば加速度センサ、変位センサ、傾斜センサ、圧力センサ、歪みセンサ、流量センサ、導電率センサ、温度センサ、湿度センサ等から構成される。   The sensor unit 51 measures data at the installed location. The sensor unit 51 outputs the measured data to the communication unit 52. The sensor unit 51 includes, for example, an acceleration sensor, a displacement sensor, a tilt sensor, a pressure sensor, a strain sensor, a flow sensor, a conductivity sensor, a temperature sensor, a humidity sensor, and the like.

通信部52は、センサ部51が出力したデータを入力し、通信可能な範囲に存在する中継装置65a,65b(以下、総称して「中継装置65」という。)に無線送信する。通信部52は、データを計測したセンサ部51を識別する識別子、センサ部51が計測したデータの取得時間等の付加情報を付加して、センサ部51が計測したデータを、中継装置65に送信する。通信部52の無線通信規格としては、例えば、EnOcean(登録商標)を採用することができる。   The communication unit 52 receives the data output from the sensor unit 51 and wirelessly transmits the data to relay devices 65a and 65b (hereinafter collectively referred to as “relay device 65”) existing in a communicable range. The communication unit 52 adds additional information such as an identifier for identifying the sensor unit 51 that measured the data and an acquisition time of the data measured by the sensor unit 51, and transmits the data measured by the sensor unit 51 to the relay device 65. To do. As the wireless communication standard of the communication unit 52, for example, EnOcean (registered trademark) can be adopted.

電源供給部53は、周囲の流体の流れにより発電する発電素子1を有し、発電素子1の発電により、センサ部51及び通信部52に電力を供給する。発電素子1が発電に用いる流体は、例えば空気等の気体や、液体である。発電素子1は、モニタリング装置5が設置された個所における振動等により発電するようにしてもよい。   The power supply unit 53 includes the power generation element 1 that generates power by the flow of the surrounding fluid, and supplies power to the sensor unit 51 and the communication unit 52 by the power generation of the power generation element 1. The fluid used by the power generation element 1 for power generation is, for example, a gas such as air or a liquid. The power generation element 1 may generate power by vibration or the like at a location where the monitoring device 5 is installed.

中継装置65は、モニタリング装置5の通信部52が送信したデータ及び付加情報を受信し、ネットワークを介したクラウド部6に送信する。中継装置65は、複数のモニタリング装置5から送信されたデータ及び付加情報を受信可能である。中継装置65は、複数のモニタリング装置5から送信されたデータ及び付加情報を記憶する記憶部(図示省略)を有する。   The relay device 65 receives the data and additional information transmitted by the communication unit 52 of the monitoring device 5 and transmits them to the cloud unit 6 via the network. The relay device 65 can receive data and additional information transmitted from the plurality of monitoring devices 5. The relay device 65 includes a storage unit (not shown) that stores data and additional information transmitted from the plurality of monitoring devices 5.

クラウド部6は、中継装置65が送信したデータ及び付加情報を収集する収集サーバ61と、収集サーバ61が収集したデータ及び付加情報を解析する解析サーバ62と、解析サーバ62により解析された情報を蓄積する蓄積サーバ63とを備える。収集サーバ61は、収集したデータ及び付加情報を記憶する記憶部を有する。クラウド部6は、ソフトウェア及びハードウェア資源を、ネットワークを介して提供可能な、クラウドコンピューティングを用いたサーバ群である。   The cloud unit 6 includes a collection server 61 that collects data and additional information transmitted by the relay device 65, an analysis server 62 that analyzes data and additional information collected by the collection server 61, and information analyzed by the analysis server 62. And an accumulation server 63 for accumulation. The collection server 61 has a storage unit that stores collected data and additional information. The cloud unit 6 is a server group using cloud computing that can provide software and hardware resources via a network.

解析サーバ62は、図3に示すように、解析サーバ62が行う処理に必要な演算を行う処理部70と、外部と通信する通信部75とを備える。処理部70は、データ解析部71と、監視部72と、報知処理部73と、応答処理部74とを有する。   As illustrated in FIG. 3, the analysis server 62 includes a processing unit 70 that performs a calculation necessary for processing performed by the analysis server 62 and a communication unit 75 that communicates with the outside. The processing unit 70 includes a data analysis unit 71, a monitoring unit 72, a notification processing unit 73, and a response processing unit 74.

データ解析部71は、通信部75を介して、収集サーバ61が収集したデータ及び付加情報を取得する。データ解析部71は、収集サーバ61が収集したデータ及び付加情報を解析することにより、構造物Pの状態を示す構造物情報を算出する。データ解析部71は、センサ部51の識別子と、構造物Pにおけるモニタリング装置5が設置された位置とを関連付け、モニタリング装置5が設置された位置毎に構造物Pの状態を示す構造物情報を算出する。   The data analysis unit 71 acquires data and additional information collected by the collection server 61 via the communication unit 75. The data analysis unit 71 calculates structure information indicating the state of the structure P by analyzing the data and additional information collected by the collection server 61. The data analysis unit 71 associates the identifier of the sensor unit 51 with the position where the monitoring device 5 is installed in the structure P, and displays structure information indicating the state of the structure P for each position where the monitoring device 5 is installed. calculate.

データ解析部71が算出する構造物情報は、収集サーバ61が収集したデータ及び付加情報を含む。構造物情報は、例えば、構造物Pにおけるひび割れ、剥離、剥落、漏水等の有無、構造物Pにかかる荷重、構造物Pの振動数、傾斜、変形、変位、物性等である。構造物情報は、その他、風や水の流量、温度、湿度等の物理量を含む。   The structure information calculated by the data analysis unit 71 includes data collected by the collection server 61 and additional information. The structure information is, for example, the presence or absence of cracks, peeling, peeling, water leakage, etc. in the structure P, the load applied to the structure P, the frequency, inclination, deformation, displacement, physical properties, etc. of the structure P. The structure information includes physical quantities such as the flow rate of wind and water, temperature, and humidity.

監視部72は、データ解析部71が算出した構造物情報を監視し、異常の有無を判定する。監視部72は、データ解析部71が算出した構造物情報を所定の条件と照合することにより、構造物における安全性、耐久性、使用性を評価する。監視部72は、データ解析部71が算出した構造物情報が所定の条件と合致する場合において、所定の条件と合致すると判定された構造物情報が示す構造物Pの位置について、異常であると判定する。   The monitoring unit 72 monitors the structure information calculated by the data analysis unit 71 and determines whether there is an abnormality. The monitoring unit 72 evaluates the safety, durability, and usability of the structure by collating the structure information calculated by the data analysis unit 71 with a predetermined condition. When the structure information calculated by the data analysis unit 71 matches a predetermined condition, the monitoring unit 72 determines that the position of the structure P indicated by the structure information determined to match the predetermined condition is abnormal. judge.

報知処理部73は、監視部72により異常であると判定された構造物Pの位置について、例えば構造物Pの管理者の端末装置66aに、通信部75を介して報知信号を送信することにより、管理者に異常が生じていることを報知する。解析サーバ62は、データ解析部71が算出した構造物情報や、報知処理部73による報知等を、ネットワークを介して、端末装置66a,66b(以下、総称して「端末装置66」という。)に提供可能である。   For example, the notification processing unit 73 transmits a notification signal about the position of the structure P determined to be abnormal by the monitoring unit 72 to the terminal device 66a of the administrator of the structure P via the communication unit 75. Inform the administrator that an abnormality has occurred. The analysis server 62 transmits the structure information calculated by the data analysis unit 71, the notification by the notification processing unit 73, and the like via the network to the terminal devices 66a and 66b (hereinafter collectively referred to as “terminal device 66”). Can be provided.

応答処理部74は、端末装置66の要求に応じて、データ解析部71が算出した構造物情報を、通信部75を介して、端末装置66に送信する。応答処理部74は、端末装置66に送信する構造物情報として、端末装置66において表示される表示データを作成する。表示データは、例えば、図4に示すように、構造物Pについて、モニタリング装置5が設置された位置毎の構造物情報である。   The response processing unit 74 transmits the structure information calculated by the data analysis unit 71 to the terminal device 66 through the communication unit 75 in response to a request from the terminal device 66. The response processing unit 74 creates display data displayed on the terminal device 66 as structure information to be transmitted to the terminal device 66. For example, as shown in FIG. 4, the display data is structure information for each position where the monitoring device 5 is installed for the structure P.

蓄積サーバ(蓄積部)63は、データ解析部71が算出した構造物情報を蓄積する。蓄積サーバ63は、その他、図5に示すように、収集サーバ61が収集したデータ及び付加情報を、センサ部51の識別子(センサID)と、センサ部51が設置された構造物Pと、構造物Pにおけるセンサ部51が設置された位置とを関連付けして蓄積する。   The accumulation server (accumulation unit) 63 accumulates the structure information calculated by the data analysis unit 71. In addition, as shown in FIG. 5, the storage server 63 includes data and additional information collected by the collection server 61, an identifier (sensor ID) of the sensor unit 51, a structure P in which the sensor unit 51 is installed, and a structure. The position of the sensor unit 51 in the object P is accumulated in association with the position.

−動作例−
以下、図6に示すフローチャートを用いて、本発明の実施の形態に係る構造ヘルスモニタリングシステムの動作の一例を説明する。
-Operation example-
Hereinafter, an example of the operation of the structural health monitoring system according to the embodiment of the present invention will be described using the flowchart shown in FIG.

先ず、ステップS1において、収集サーバ61は、モニタリング装置5から送信されたデータを、中継装置65を介して受信し、解析サーバ62に送信する。解析サーバ62のデータ解析部71は、通信部75を介して、収集サーバ61が収集したデータ及び付加情報を取得する。   First, in step S <b> 1, the collection server 61 receives the data transmitted from the monitoring device 5 via the relay device 65 and transmits it to the analysis server 62. The data analysis unit 71 of the analysis server 62 acquires data and additional information collected by the collection server 61 via the communication unit 75.

ステップS2において、データ解析部71は、収集サーバ61が収集したデータ及び付加情報を解析することにより、構造物Pの状態を示す構造物情報を算出する。   In step S <b> 2, the data analysis unit 71 calculates structure information indicating the state of the structure P by analyzing the data and additional information collected by the collection server 61.

ステップS3において、監視部72は、データ解析部71が算出した構造物情報を監視し、異常の有無を判定する。監視部72が構造物情報について異常と判定する場合はステップS4に進み、異常と判定しない場合はステップS5に進む。   In step S <b> 3, the monitoring unit 72 monitors the structure information calculated by the data analysis unit 71 and determines whether there is an abnormality. If the monitoring unit 72 determines that the structure information is abnormal, the process proceeds to step S4, and if not determined to be abnormal, the process proceeds to step S5.

ステップS4において、報知処理部73は、異常であると判定された構造物Pの位置について、ネットワークを介して端末装置66に報知する。端末装置66は、報知処理部73の報知に応じて、異常であると判定された構造物Pの位置及び構造物情報の内容を、画像、音声、文字、光等により出力する。   In step S4, the notification processing unit 73 notifies the terminal device 66 of the position of the structure P determined to be abnormal via the network. In response to the notification from the notification processing unit 73, the terminal device 66 outputs the position of the structure P determined to be abnormal and the content of the structure information using images, sounds, characters, light, and the like.

ステップS5において、応答処理部74は、端末装置66の要求に応じた構造物情報を示す表示データを作成する。ステップS6において、応答処理部74は、作成した表示データを、ネットワークを介して、端末装置66に送信する。   In step S <b> 5, the response processing unit 74 creates display data indicating the structure information in response to the request from the terminal device 66. In step S6, the response processing unit 74 transmits the created display data to the terminal device 66 via the network.

(電源供給部)
モニタリング装置5が備える電源供給部53は、例えば、図7に示すように、発電素子1が出力する交流電圧を整流して出力する整流部91と、整流部91の出力電圧を監視する電力監視部92とを更に備える。
(Power supply unit)
The power supply unit 53 provided in the monitoring device 5 includes, for example, a rectifying unit 91 that rectifies and outputs an AC voltage output from the power generation element 1 and a power monitor that monitors the output voltage of the rectifying unit 91, as shown in FIG. And a unit 92.

整流部91は、例えば、全波整流回路や両波倍電圧整流回路等の整流回路、コンデンサ、整流部91の出力をオンオフするスイッチング素子等を用いて構成される。整流部91は、整流された電圧を、センサ部51及び通信部52に出力する。   The rectifier 91 is configured using, for example, a rectifier circuit such as a full-wave rectifier circuit or a double-wave voltage doubler rectifier circuit, a capacitor, a switching element that turns on and off the output of the rectifier 91, and the like. The rectifying unit 91 outputs the rectified voltage to the sensor unit 51 and the communication unit 52.

電力監視部92は、整流部91の出力電圧を監視し、出力電圧と予め設定された規定値との比較結果に基づいて、整流部91を、スイッチング素子がオンオフするように制御する。例えば、電力監視部92は、整流部91の出力電圧がセンサ部51または通信部52の駆動に必要な規定値に到達すると、整流部91の出力をオンさせ、規定量よりも低下すると、整流部91の出力をオフさせる。センサ部51及び通信部52は、整流部91から間欠的に電力が供給されることにより、間欠的に駆動される。   The power monitoring unit 92 monitors the output voltage of the rectifying unit 91 and controls the rectifying unit 91 so that the switching element is turned on and off based on a comparison result between the output voltage and a preset specified value. For example, the power monitoring unit 92 turns on the output of the rectifying unit 91 when the output voltage of the rectifying unit 91 reaches a specified value necessary for driving the sensor unit 51 or the communication unit 52, and rectifies when the output voltage decreases below a specified amount. The output of the unit 91 is turned off. The sensor unit 51 and the communication unit 52 are intermittently driven when electric power is intermittently supplied from the rectifying unit 91.

(発電素子)
以下、本発明の実施の形態に係る構造ヘルスモニタリングシステムが備える発電素子1の一例として、圧電型発電素子1A,1B及び電磁誘導型発電素子1C,1Dについて、図8〜図13を参照して説明する。
(Power generation element)
Hereinafter, as an example of the power generation element 1 included in the structural health monitoring system according to the embodiment of the present invention, the piezoelectric power generation elements 1A and 1B and the electromagnetic induction power generation elements 1C and 1D will be described with reference to FIGS. explain.

−圧電型発電素子−
圧電型発電素子1Aは、図8(a)〜(c)に示すように、矩形枠状の支持部11と、支持部11の4辺のうち1辺の内周面に、一端側を支持された矩形平板状のカンチレバー部12と、カンチレバー部12に設けられた圧電変換部14とを備える。圧電型発電素子1Aは、概略として矩形平板状である。
-Piezoelectric generator-
As shown in FIGS. 8A to 8C, the piezoelectric power generating element 1 </ b> A supports one end side on a rectangular frame-shaped support portion 11 and an inner peripheral surface of one of the four sides of the support portion 11. The cantilever part 12 of the rectangular flat plate shape and the piezoelectric conversion part 14 provided in the cantilever part 12 are provided. The piezoelectric power generating element 1A has a generally rectangular plate shape.

支持部11は、内周面において、カンチレバー部12の一端側である基端部122と連結されることにより、カンチレバー部12を振動可能に支持する。カンチレバー部12は、他端側である先端部121が、支持部11の厚さ方向(図8(b),(c)における上下方向)において、カンチレバー部12の基端部122からずれるように形成される。カンチレバー部12は、周囲の流体の流れにより自励振動する。流体は、例えば空気等の気体や、液体である。   The support part 11 is connected to the base end part 122 which is one end side of the cantilever part 12 on the inner peripheral surface, thereby supporting the cantilever part 12 so as to vibrate. The cantilever portion 12 has a distal end portion 121 which is the other end side shifted from the proximal end portion 122 of the cantilever portion 12 in the thickness direction of the support portion 11 (the vertical direction in FIGS. 8B and 8C). It is formed. The cantilever part 12 is self-excited by the flow of the surrounding fluid. The fluid is, for example, a gas such as air or a liquid.

支持部11及びカンチレバー部12は、支持部11及びカンチレバー部12の上面側から下面側に貫通する、平面視U字型のスリットである流路15が形成されることにより、一体に形成される。流路15は、例えば、フォトリソグラフィ技術によりパターニングされたマスクを用いて、誘導結合プラズマ型反応性イオンエッチング(ICP−RIE)等のドライエッチングを行うことにより形成される。カンチレバー部12は、流体が、支持部11の厚さ方向に沿って、支持部11の一面側から他面側に流路15を流れることにより、自励振動する。   The support portion 11 and the cantilever portion 12 are integrally formed by forming a flow path 15 that is a U-shaped slit in plan view that penetrates from the upper surface side to the lower surface side of the support portion 11 and the cantilever portion 12. . The flow path 15 is formed, for example, by performing dry etching such as inductively coupled plasma type reactive ion etching (ICP-RIE) using a mask patterned by a photolithography technique. The cantilever part 12 vibrates by itself as the fluid flows in the flow path 15 from the one surface side to the other surface side along the thickness direction of the support part 11.

支持部11及びカンチレバー部12は、例えば、SOI(Silicon On Insulator)基板である同一の基板10Aを用いて、微小電気機械システム(MEMS)技術により、微小かつ高精度に、一体に形成可能である。基板10Aは、シリコン(Si)基板101と、シリコン基板101上に形成されたシリコン酸化膜(SiO)からなる埋込絶縁膜102と、埋込絶縁膜102上に形成されたシリコン(Si)層103とを備える。基板10Aの表面は、例えば、(100)面または(110)面である。 The support unit 11 and the cantilever unit 12 can be integrally formed with a minute and high accuracy by a micro electro mechanical system (MEMS) technique using the same substrate 10A which is an SOI (Silicon On Insulator) substrate, for example. . The substrate 10A includes a silicon (Si) substrate 101, a buried insulating film 102 made of a silicon oxide film (SiO 2 ) formed on the silicon substrate 101, and silicon (Si) formed on the buried insulating film 102. Layer 103. The surface of the substrate 10A is, for example, a (100) plane or a (110) plane.

支持部11は、基板10Aのうち、シリコン基板101と埋込絶縁膜102とシリコン層103とを用いて形成される。カンチレバー部12は、基板10Aのうち、埋込絶縁膜102とシリコン層103とを用いて形成されることにより、支持部11よりも厚さが薄く、可撓性を有する。カンチレバー部12は、例えば、フォトリソグラフィ技術によりパターニングされたマスクを用いた、ICP−RIE等のドライエッチングにより、基板10Aの下面に空隙部16が形成されることにより、支持部11よりも薄い厚さに形成される。   The support portion 11 is formed using the silicon substrate 101, the buried insulating film 102, and the silicon layer 103 in the substrate 10A. The cantilever portion 12 is formed using the buried insulating film 102 and the silicon layer 103 in the substrate 10A, so that the cantilever portion 12 is thinner than the support portion 11 and has flexibility. The cantilever portion 12 is thinner than the support portion 11 by forming a gap portion 16 on the lower surface of the substrate 10A by dry etching such as ICP-RIE using a mask patterned by a photolithography technique. Formed.

支持部11及びカンチレバー部12は、基板10Aの上面に、シリコン酸化膜からなる第1絶縁膜181が形成されている。支持部11は、基板10Aの下面に、シリコン酸化膜からなる第2絶縁膜182が形成されている。第1絶縁膜181及び第2絶縁膜182は、例えば、熱酸化法、化学気相成長(CVD)法等により形成される。   In the support part 11 and the cantilever part 12, a first insulating film 181 made of a silicon oxide film is formed on the upper surface of the substrate 10A. In the support portion 11, a second insulating film 182 made of a silicon oxide film is formed on the lower surface of the substrate 10A. The first insulating film 181 and the second insulating film 182 are formed by, for example, a thermal oxidation method, a chemical vapor deposition (CVD) method, or the like.

基板10Aは、SOI基板に限らず、単結晶または多結晶のシリコン基板、酸化マグネシウム(MgO)等の金属酸化物基板、金属基板、ガラス基板、ポリマー基板等であってもよい。基板10Aとして、MgO基板、ガラス基板、ポリマー基板等の絶縁性基板を用いる場合、第1絶縁膜181及び第2絶縁膜182は、設けられなくてもよい。また、支持部11の外周及び内周の平面パターン、カンチレバー部12の平面パターンは、矩形状に限らず、例えば、多角形状円形状、楕円形状等であってもよい。   The substrate 10A is not limited to an SOI substrate, and may be a single crystal or polycrystalline silicon substrate, a metal oxide substrate such as magnesium oxide (MgO), a metal substrate, a glass substrate, a polymer substrate, or the like. When an insulating substrate such as an MgO substrate, a glass substrate, or a polymer substrate is used as the substrate 10A, the first insulating film 181 and the second insulating film 182 may not be provided. Further, the planar pattern of the outer and inner circumferences of the support part 11 and the planar pattern of the cantilever part 12 are not limited to a rectangular shape, and may be, for example, a polygonal circular shape or an elliptical shape.

圧電変換部14は、図8(d)に示すように、カンチレバー部12上に形成された第1電極層(下部電極層)141と、第1電極層141上に形成された圧電体層142と、圧電体層142上に形成された第2電極層(上部電極層)143とを備える。圧電変換部14は、カンチレバー部12の厚さ方向の一面(上面)に形成される。圧電変換部14は、カンチレバー部12の自励振動によって交流電圧を出力する。   As shown in FIG. 8D, the piezoelectric conversion unit 14 includes a first electrode layer (lower electrode layer) 141 formed on the cantilever unit 12 and a piezoelectric layer 142 formed on the first electrode layer 141. And a second electrode layer (upper electrode layer) 143 formed on the piezoelectric layer 142. The piezoelectric conversion portion 14 is formed on one surface (upper surface) in the thickness direction of the cantilever portion 12. The piezoelectric conversion unit 14 outputs an alternating voltage by the self-excited vibration of the cantilever unit 12.

カンチレバー部12は、圧電体層142の内部応力によって、先端部121が、支持部11の厚さ方向(カンチレバー部12の厚さ方向)において、基端部122から上方にずらされている。これにより、圧電型発電素子1Aは、構成要素を増加させることなく、流体を利用した発電が可能となる。   The cantilever portion 12 is shifted upward from the base end portion 122 in the thickness direction of the support portion 11 (thickness direction of the cantilever portion 12) by the internal stress of the piezoelectric layer 142. Thus, the piezoelectric power generating element 1A can generate power using a fluid without increasing the number of components.

また、カンチレバー部12は、厚さ方向における一面側に応力制御膜によって、先端部121が、支持部11の厚さ方向において、基端部122から上方にずらされるように構成されてもよい。応力制御膜は、例えばSiO、Si等により成膜される。圧電型発電素子1Aは、応力制御膜によりカンチレバー部12を変位させる場合、製造工程の条件の自由度が高くなる。 Further, the cantilever portion 12 may be configured such that the distal end portion 121 is shifted upward from the base end portion 122 in the thickness direction of the support portion 11 by a stress control film on one surface side in the thickness direction. The stress control film is formed of, for example, SiO 2 , Si 3 N 4 or the like. When the cantilever part 12 is displaced by the stress control film, the piezoelectric power generating element 1A has a high degree of freedom in manufacturing process conditions.

第1電極層141は、例えば、厚さが約500nmである。第1電極層141は、例えば、白金(Pt)からなる。第1電極層141の材料は、その他、金(Au)、アルミニウム(Al)、イリジウム(Ir)、銀(Ag)、銅(Cu)等であってもよい。第2電極層143は、例えば、Auからなる。第2電極層143の材料は、その他、モリブデン(Mo)、Al、Pt、Ir、Ag、Cu等であってもよい。   The first electrode layer 141 has a thickness of about 500 nm, for example. The first electrode layer 141 is made of, for example, platinum (Pt). In addition, the material of the first electrode layer 141 may be gold (Au), aluminum (Al), iridium (Ir), silver (Ag), copper (Cu), or the like. The second electrode layer 143 is made of, for example, Au. In addition, the material of the second electrode layer 143 may be molybdenum (Mo), Al, Pt, Ir, Ag, Cu, or the like.

圧電体層142は、例えば、厚さが約3000nmである。圧電体層142は、例えば、ジルコン酸チタン酸鉛(PZT:Pb(Zr,Ti)O3)、PZT−PMN(Pb(Mn,Nb)O3)、他の不純物を添加したPZT等、PZT系の高い圧電特性を示す圧電セラミックスからなる。圧電体層142は、ニオブ酸リチウム(LiNbO3)、ニオブ酸カリウム(KN:KNbO3)、ニオブ酸ナトリウム(NN:NaNbO3)等、ニオブ酸系の圧電セラミックスであってもよい。ニオブ酸系の圧電セラミックスは、その他、ニオブ酸カリウムナトリウム(KNN:K0.5Na0.5NbO3)が挙げられる。例えばKNNは、リチウム(Li)、ニオブ(Nb)、タンタル(Ta)、アンチモン(Sb),Cu等の他の不純物が添加されてもよい。その他、圧電体層142の材料となる圧電体として、ニッケル酸ランタン(LaNiO3)、窒化アルミニウム(AlN)、酸化亜鉛(ZnO)等が上げられる。更に、水晶、タンタル酸リチウム(LiTaO3)、ビスマスゲルマニウムオキサイド(Bi12GeO20)、ランガサイト(La3Ga5SiO14)等も挙げられる。 The piezoelectric layer 142 has a thickness of about 3000 nm, for example. The piezoelectric layer 142 is made of, for example, lead zirconate titanate (PZT: Pb (Zr, Ti) O 3 ), PZT-PMN (Pb (Mn, Nb) O 3 ), PZT to which other impurities are added, or the like. It consists of piezoelectric ceramics that exhibit high piezoelectric properties. The piezoelectric layer 142 may be a niobate-based piezoelectric ceramic such as lithium niobate (LiNbO 3 ), potassium niobate (KN: KNbO 3 ), or sodium niobate (NN: NaNbO 3 ). Other examples of niobic acid-based piezoelectric ceramics include potassium sodium niobate (KNN: K 0.5 Na 0.5 NbO 3 ). For example, other impurities such as lithium (Li), niobium (Nb), tantalum (Ta), antimony (Sb), and Cu may be added to KNN. In addition, lanthanum nickelate (LaNiO 3 ), aluminum nitride (AlN), zinc oxide (ZnO), or the like can be used as a piezoelectric material that is a material of the piezoelectric layer 142. Further, quartz, lithium tantalate (LiTaO 3 ), bismuth germanium oxide (Bi 12 GeO 20 ), langasite (La 3 Ga 5 SiO 14 ), and the like can be given.

圧電変換部14は、カンチレバー部12の振動に応じて、圧電体層142に応力が生じ、圧電体層142の圧電効果により、第2電極層143と第1電極層141との間に交流電圧が発生する。圧電型発電素子1Aの共振周波数は、カンチレバー部12と圧電変換部14とからなる可動部の構造パラメータ、材料等により決定される。圧電変換部14に生じる電圧は、振動数に対してピーキーな値をとるため、カンチレバー部12及び圧電変換部14の構造パラメータ、材料等を考慮して設計することにより、圧電型発電素子1Aは、発電効率を向上することができる。   In the piezoelectric conversion unit 14, stress is generated in the piezoelectric layer 142 according to the vibration of the cantilever unit 12, and an AC voltage is generated between the second electrode layer 143 and the first electrode layer 141 due to the piezoelectric effect of the piezoelectric layer 142. Will occur. The resonance frequency of the piezoelectric power generating element 1A is determined by the structural parameters, materials, etc. of the movable part composed of the cantilever part 12 and the piezoelectric conversion part 14. Since the voltage generated in the piezoelectric conversion unit 14 takes a peaky value with respect to the frequency, the piezoelectric power generating element 1A is designed by considering the structural parameters, materials, etc. of the cantilever unit 12 and the piezoelectric conversion unit 14. , Power generation efficiency can be improved.

圧電変換部14は、平面視矩形状であり、カンチレバー部12の基端部122に近い1辺が、基端部122と平面視において重なるように配置される。このように、圧電変換部14は、基端部122近傍に配置されることにより、カンチレバー部12の振動時に応力が高くなる領域の面積を広くすることができ、発電効率を向上させることができる。   The piezoelectric conversion portion 14 has a rectangular shape in plan view, and is arranged so that one side close to the base end portion 122 of the cantilever portion 12 overlaps with the base end portion 122 in plan view. As described above, the piezoelectric conversion unit 14 is disposed in the vicinity of the base end portion 122, so that the area of the region where the stress increases when the cantilever portion 12 vibrates can be increased, and the power generation efficiency can be improved. .

圧電型発電素子1Aは、支持部11の上面に、第1電極層141に第1配線部171aを介して電気的に接続された第1パッド172aと、第2電極層143に第2配線部171bを介して電気的に接続された第2パッド172bとを備える。   The piezoelectric power generating element 1A includes a first pad 172a electrically connected to the first electrode layer 141 via the first wiring part 171a on the upper surface of the support part 11, and a second wiring part connected to the second electrode layer 143. And a second pad 172b electrically connected via 171b.

第1配線部171a、第2配線部171b、第1パッド172a及び第2パッド172bは、例えばAuからなる。第1配線部171a、第2配線部171b、第1パッド172a及び第2パッド172bの材料は、Mo、Al、Pt、Ir等であってもよい。また、第1配線部171a、第2配線部171b、第1パッド172a及び第2パッド172bは、単層構造に限らず、多層構造であってもよい。   The first wiring part 171a, the second wiring part 171b, the first pad 172a and the second pad 172b are made of, for example, Au. The material of the first wiring part 171a, the second wiring part 171b, the first pad 172a, and the second pad 172b may be Mo, Al, Pt, Ir, or the like. The first wiring portion 171a, the second wiring portion 171b, the first pad 172a, and the second pad 172b are not limited to a single layer structure, and may have a multilayer structure.

圧電型発電素子1Aは、第2配線部171bと第1電極層141との短絡を防止する絶縁層(図示省略)を備える。第2配線部171bと第1電極層141との間の絶縁層は、例えば、SiO、シリコン窒化膜(Si)等からなる。 The piezoelectric power generating element 1A includes an insulating layer (not shown) that prevents a short circuit between the second wiring portion 171b and the first electrode layer 141. The insulating layer between the second wiring part 171b and the first electrode layer 141 is made of, for example, SiO 2 , silicon nitride film (Si 3 N 4 ), or the like.

また、圧電型発電素子1Aは、基板10Aと第1電極層141との間に緩衝層を設けた構造でもよい。緩衝層の材料は、圧電体層142の材料に応じて適宜選択できる。例えば、圧電体層142の材料がPZTの場合、緩衝層の材料として、ルテニウム酸ストロンチウム(SrRuO3)、チタン酸鉛ランタン((Pb,La)TiO3)、チタン酸鉛(PbTiO3)等が挙げられる。圧電体層142の材料がPZTの場合の緩衝層の材料は、その他、MgO、ニッケル酸ランタン(LaNiO3)等が挙げられる。また、緩衝層は、例えば、Pt層とSrRuO3層とを含む多層構造であってもよい。圧電型発電素子1Aは、緩衝層を設けることにより、圧電体層142の結晶性を向上させることできる。 The piezoelectric power generating element 1A may have a structure in which a buffer layer is provided between the substrate 10A and the first electrode layer 141. The material of the buffer layer can be appropriately selected according to the material of the piezoelectric layer 142. For example, when the material of the piezoelectric layer 142 is PZT, examples of the buffer layer material include strontium ruthenate (SrRuO 3 ), lead lanthanum titanate ((Pb, La) TiO 3 ), and lead titanate (PbTiO 3 ). Can be mentioned. Other examples of the material of the buffer layer when the material of the piezoelectric layer 142 is PZT include MgO and lanthanum nickelate (LaNiO 3 ). Further, the buffer layer may have a multilayer structure including, for example, a Pt layer and a SrRuO 3 layer. The piezoelectric power generating element 1A can improve the crystallinity of the piezoelectric layer 142 by providing a buffer layer.

圧電型発電素子1Aは、流体の流れる方向と支持部11の厚さ方向とが沿うように、上面側が上流側、下面側が下流側となるように配置される。圧電型発電素子1Aは、流体が支持部11の厚さ方向に沿って流路15を流れる際に流体の流速が速くなり、カンチレバー部12の下方の空隙部16の圧力が下がり、カンチレバー部12の先端部121が支持部11に下方に変位する。カンチレバー部12と支持部11とが面一になったところで、カンチレバー部12の両面側における圧力差がなくなり、カンチレバー部12または圧電変換部14の弾性力によりカンチレバー部12の先端部121が元の位置に戻る。圧電型発電素子1Aは、カンチレバー部12がこれらの動作が繰り返して自励振動することにより、圧電変換部14が発電し、第1パッド172a及び第2パッド172bから交流電圧を出力する。   The piezoelectric power generating element 1 </ b> A is arranged so that the upper surface side is the upstream side and the lower surface side is the downstream side so that the fluid flow direction and the thickness direction of the support portion 11 are aligned. In the piezoelectric power generating element 1 </ b> A, when the fluid flows through the flow path 15 along the thickness direction of the support portion 11, the flow velocity of the fluid increases, the pressure in the gap portion 16 below the cantilever portion 12 decreases, and the cantilever portion 12. The front end portion 121 is displaced downward to the support portion 11. When the cantilever part 12 and the support part 11 are flush with each other, the pressure difference between the both sides of the cantilever part 12 disappears, and the tip 121 of the cantilever part 12 is restored to the original by the elastic force of the cantilever part 12 or the piezoelectric conversion part 14. Return to position. In the piezoelectric power generating element 1A, the cantilever part 12 repeats these operations and self-excites and vibrates, whereby the piezoelectric conversion part 14 generates power and outputs an alternating voltage from the first pad 172a and the second pad 172b.

圧電型発電素子1Aは、支持部11及びカンチレバー部12の側面が傾斜するように構成されてもよい。圧電型発電素子1Aの変形例である圧電型発電素子1Bは、図9に示すように、支持部11の内側の側面及びカンチレバー部12の側面が、支持部11の厚さ方向における両面側を向くように傾斜する。圧電型発電素子1Bの説明されない他の構成は、圧電型発電素子1Aの構成と実質的に同様であるので重複する説明を省略する。   The piezoelectric power generating element 1A may be configured such that the side surfaces of the support portion 11 and the cantilever portion 12 are inclined. As shown in FIG. 9, the piezoelectric power generating element 1 </ b> B, which is a modification of the piezoelectric power generating element 1 </ b> A, has a side surface on the inner side of the support portion 11 and a side surface of the cantilever portion 12, Tilt to face. The other configurations of the piezoelectric power generating element 1B that are not described are substantially the same as the configuration of the piezoelectric power generating element 1A, and thus redundant description is omitted.

圧電型発電素子1Bの流路15及び空隙部16は、カンチレバー部12の下面がなす平面において最も開口面積が小さくなり、支持部11の厚さ方向における両面側に近づくほど開口面積が大きくなるように形成される。支持部11の内側の側面及びカンチレバー部12の側面は、例えば、流路15及び空隙部16の形成時において、アルカリ系溶液による異方性エッチングを行うことにより傾斜される。   The flow path 15 and the gap 16 of the piezoelectric power generating element 1B have the smallest opening area in the plane formed by the lower surface of the cantilever part 12, and the opening area becomes larger as approaching both sides in the thickness direction of the support part 11. Formed. The inner side surface of the support portion 11 and the side surface of the cantilever portion 12 are inclined, for example, by performing anisotropic etching with an alkaline solution when the flow path 15 and the gap portion 16 are formed.

流路15及び空隙部16が、支持部11の厚さ方向における両面側に近づくほど開口面積が大きくなるように形成されることにより、圧電型発電素子1Bは、流路15を流れる流体の量を増加させることができる。よって、圧電型発電素子1Bは、カンチレバー部12の厚さ方向における両面側の圧力差が増加して、カンチレバー部12の振幅が大きくなることにより、発電効率を向上させることができる。   By forming the flow path 15 and the gap 16 so that the opening area becomes larger as approaching both surfaces in the thickness direction of the support section 11, the piezoelectric power generating element 1 </ b> B has an amount of fluid flowing through the flow path 15. Can be increased. Therefore, the piezoelectric power generating element 1B can improve the power generation efficiency by increasing the amplitude of the cantilever portion 12 by increasing the pressure difference between both sides in the thickness direction of the cantilever portion 12.

圧電型発電素子1A,1Bの構成は、上述の例に限らず、例えば、圧電変換部14は、カンチレバー部12の表面に複数配置され、互いに直列に接続されるようにしてもよい。複数の圧電変換部14の直列回路の一端、他端は、それぞれ第1パッド172b、第2パッド172aに電気的に接続される。この場合、例えば、圧電変換部14は、カンチレバー部12の幅方向(図8(a)における上下方向)に沿う方向の寸法を小さくし、カンチレバー部12の表面に幅方向に複数配列されればよい。   The configuration of the piezoelectric power generating elements 1A and 1B is not limited to the above-described example. For example, a plurality of piezoelectric conversion units 14 may be arranged on the surface of the cantilever unit 12 and connected in series. One end and the other end of the series circuit of the plurality of piezoelectric conversion units 14 are electrically connected to the first pad 172b and the second pad 172a, respectively. In this case, for example, if the piezoelectric conversion unit 14 is arranged in the width direction on the surface of the cantilever part 12 by reducing the size in the direction along the width direction of the cantilever part 12 (vertical direction in FIG. 8A). Good.

また、圧電型発電素子1A,1Bは、カンチレバー部12が、圧電体を用いて形成され、振動に応じて発電するように構成されてもよい。この場合、カンチレバー部12は、第1電極層141と、圧電体層142と、第2電極層143とが積層されたバルク状の平板である。圧電体を用いて形成されたカンチレバー部12は、例えば、矩形枠状の支持部11の上面に、下面に対して傾斜する上面を有する設置台を介して設置されればよい。   The piezoelectric power generating elements 1A and 1B may be configured such that the cantilever portion 12 is formed using a piezoelectric body and generates power in response to vibration. In this case, the cantilever part 12 is a bulk flat plate in which the first electrode layer 141, the piezoelectric layer 142, and the second electrode layer 143 are laminated. The cantilever part 12 formed using the piezoelectric body may be installed on the upper surface of the support part 11 having a rectangular frame shape, for example, via an installation table having an upper surface inclined with respect to the lower surface.

電源供給部53は、図10(a),(b)に示すように、圧電型発電素子1Aの流路15に流れる流体を導入する導入部58と、圧電型発電素子1Aの空隙部16から流れる流体を排出する排出部59とを備えるようにしてもよい。導入部58及び排出部59は、圧電型発電素子1Aを収容するように構成され、支持部11の厚さ方向における両面側に形成される。導入部58は支持部11の上面に接するように設置され、排出部59は、支持部11の下面に接するように形成される。導入部58は、流体の上流側から下流側に貫通する導入口を有し、排出部59は、流体の上流側から下流側に貫通する排出口を有する。導入部58の導入口及び排出部59の排出口は、圧電型発電素子1Aから離れるほど開口面積が大きくなるように形成される。   As shown in FIGS. 10A and 10B, the power supply unit 53 includes an introduction unit 58 that introduces a fluid that flows into the flow path 15 of the piezoelectric power generation element 1A, and a gap 16 of the piezoelectric power generation element 1A. You may make it provide the discharge part 59 which discharges the flowing fluid. The introduction part 58 and the discharge part 59 are configured to accommodate the piezoelectric power generation element 1 </ b> A, and are formed on both sides in the thickness direction of the support part 11. The introduction part 58 is installed in contact with the upper surface of the support part 11, and the discharge part 59 is formed in contact with the lower surface of the support part 11. The introduction part 58 has an introduction port that penetrates from the upstream side to the downstream side of the fluid, and the discharge part 59 has a discharge port that penetrates the fluid from the upstream side to the downstream side. The introduction port of the introduction unit 58 and the discharge port of the discharge unit 59 are formed such that the opening area increases as the distance from the piezoelectric power generation element 1A increases.

導入部58及び排出部59は、圧電型発電素子1Aの流路15を流れる流体の量を増加させることができる流量増大部として機能する。よって、圧電型発電素子1Aは、カンチレバー部12の厚さ方向における両面側の圧力差が増加して、カンチレバー部12の振幅が大きくなることにより発電効率を向上させることができる。また、導入部58及び排出部59は、圧電型発電素子1Aを保護できるとともに、圧電型発電素子1Aの取り扱いを容易にすることができる。   The introduction part 58 and the discharge part 59 function as a flow rate increasing part that can increase the amount of fluid flowing through the flow path 15 of the piezoelectric power generating element 1A. Therefore, the piezoelectric power generating element 1A can improve the power generation efficiency by increasing the pressure difference between the two surfaces in the thickness direction of the cantilever portion 12 and increasing the amplitude of the cantilever portion 12. Further, the introduction part 58 and the discharge part 59 can protect the piezoelectric power generating element 1A and can easily handle the piezoelectric power generating element 1A.

−電磁誘導型発電素子−
電磁誘導型発電素子1Cは、図11(a),(b)及び図12に示すように、複数の磁石24を有する磁石ブロック2と、複数のコイル41を有し、磁石ブロック2に対向して配置されたコイルブロック4とを備える。電磁誘導型発電素子1Cは、磁石ブロック2及びコイルブロック4が、磁石ブロック2及びコイルブロック4の対向方向に直交する規定方向において相対的に変位することで生じる電磁誘導により発電する。磁石ブロック2及びコイルブロック4の対向方向は、図11(a)における上下方向であり、規定方向は、図11(b)における左右方向である。
-Electromagnetic induction type power generation element-
As shown in FIGS. 11A, 11 </ b> B, and 12, the electromagnetic induction power generating element 1 </ b> C has a magnet block 2 having a plurality of magnets 24 and a plurality of coils 41, and faces the magnet block 2. The coil block 4 is arranged. The electromagnetic induction power generating element 1 </ b> C generates power by electromagnetic induction generated by the magnet block 2 and the coil block 4 being relatively displaced in a specified direction orthogonal to the opposing direction of the magnet block 2 and the coil block 4. The opposing direction of the magnet block 2 and the coil block 4 is the up-down direction in FIG. 11A, and the prescribed direction is the left-right direction in FIG.

電磁誘導型発電素子1Cは、磁石ブロック2を保持する可動部25と、可動部25が規定方向に振動可能なように、可動部25を支持する複数の弾性体部22と、弾性体部22を介して可動部25を支持する支持部21とを備える。電磁誘導型発電素子1Cは、概略として矩形平板状である。可動部25が規定方向に振動することにより、磁石ブロック2及びコイルブロック4は相対的に変位する。電磁誘導型発電素子1Cは、例えば、流体の流れ等による可動部25の振動に応じて発電する。   The electromagnetic induction power generating element 1 </ b> C includes a movable portion 25 that holds the magnet block 2, a plurality of elastic body portions 22 that support the movable portion 25 so that the movable portion 25 can vibrate in a specified direction, and an elastic body portion 22. The support part 21 which supports the movable part 25 via is provided. The electromagnetic induction power generating element 1C has a generally rectangular plate shape. When the movable part 25 vibrates in the specified direction, the magnet block 2 and the coil block 4 are relatively displaced. The electromagnetic induction power generating element 1 </ b> C generates power according to the vibration of the movable part 25 due to, for example, a fluid flow.

弾性体部22は、規定方向における可動部25の両端側に、それぞれ複数個ずつ並んで設けられるばねである。弾性体部22は、例えば、平面視において、規定方向に蛇行するように互い違いに屈曲する。弾性体部22は、屈曲パターンが丸みを有することにより、弾性体部22のクラックの発生が低減される。弾性体部22は、それぞれ、規定方向における剛性が規定方向に直交する方向の動性に比べて小さい。   The elastic body part 22 is a spring provided side by side on both ends of the movable part 25 in the specified direction. For example, the elastic body portions 22 are alternately bent so as to meander in a specified direction in a plan view. The elastic body part 22 is reduced in the occurrence of cracks in the elastic body part 22 because the bending pattern is round. Each of the elastic body portions 22 has a rigidity in the specified direction that is smaller than the mobility in the direction orthogonal to the specified direction.

弾性体部22は、例えば、Si、SUS304等のステンレス、鋼、Cu、真鍮やベリリウム銅(BeCu)等のCu合金、チタン(Ti)合金、Al合金等からなる。電磁誘導型発電素子1Cは、弾性体部22がSiから形成される場合、金属から形成される場合に比べて弾性体部22での振動減衰に起因した運動エネルギの損失を低減でき、発電効率を向上できる。   The elastic body portion 22 is made of, for example, stainless steel such as Si or SUS304, steel, Cu alloy such as Cu, brass or beryllium copper (BeCu), titanium (Ti) alloy, Al alloy, or the like. The electromagnetic induction power generating element 1C can reduce the loss of kinetic energy due to vibration attenuation in the elastic body portion 22 when the elastic body portion 22 is formed of Si, compared with the case where the elastic body portion 22 is formed of metal, and the power generation efficiency Can be improved.

弾性体部22は、例えば、約10〜300nmの幅及び約40〜1200nmの周期(ピッチ)をそれぞれ有して形成される。弾性体部22の幅及びピッチを小さくすることにより、弾性体部22の周囲のデッドスペースを小さくすることができ、弾性体部22は、歪みエネルギとして蓄えられるエネルギ量が増加する。これにより、電磁誘導型発電素子1Cは、小型化が可能となる。   For example, the elastic body portion 22 is formed to have a width of about 10 to 300 nm and a period (pitch) of about 40 to 1200 nm. By reducing the width and pitch of the elastic body portion 22, the dead space around the elastic body portion 22 can be reduced, and the elastic body portion 22 increases the amount of energy stored as strain energy. As a result, the electromagnetic induction power generating element 1C can be reduced in size.

電磁誘導型発電素子1Cは、弾性体部22により、可動部25の振動方向を規定方向に単方向化し、規定方向と直交する方向への振動を低減できる。よって、電磁誘導型発電素子1Cは、不要な振動成分の発生を低減でき、発電効率を向上することができる。また、電磁誘導型発電素子1Cは、個々の弾性体部22に生じる応力を低減でき、耐久性を向上できる。なお、図11及び図12に示す例では、弾性体部22は、可動部25の両端側にそれぞれ5個ずつ、計10個設けられる構成を説明したが、弾性体部22の数は特に5個ずつに限定するものではない。   The electromagnetic induction power generating element 1 </ b> C can reduce the vibration in the direction orthogonal to the prescribed direction by making the vibration direction of the movable portion 25 unidirectional in the prescribed direction by the elastic body portion 22. Therefore, the electromagnetic induction power generating element 1C can reduce generation of unnecessary vibration components and improve power generation efficiency. Further, the electromagnetic induction power generating element 1 </ b> C can reduce stress generated in each elastic body portion 22 and can improve durability. In the example shown in FIGS. 11 and 12, a configuration has been described in which ten elastic body portions 22 are provided on each of both end sides of the movable portion 25, and a total of ten elastic body portions 22 are provided. It is not limited to individual.

支持部21は、概略として矩形枠状であり、内側の側面に囲まれた領域に可動部25及び弾性体部22が配置される。支持部21は、内側の側面のうち、可動部25の規定方向における両端側において、弾性体部22のそれぞれ一端側を連結する。弾性体部22の他端側は、可動部25の規定方向における両端側にそれぞれ連結する。   The support portion 21 has a generally rectangular frame shape, and the movable portion 25 and the elastic body portion 22 are disposed in a region surrounded by the inner side surface. The support portion 21 connects one end side of each elastic body portion 22 on both end sides in the prescribed direction of the movable portion 25 among the inner side surfaces. The other end side of the elastic body portion 22 is connected to both end sides in the prescribed direction of the movable portion 25, respectively.

可動部25は、概略として、平面視、外周が八角形、内周が矩形の枠状である。磁石ブロック2は、可動部25の内側の側面に囲まれた空隙である保持部23に保持される。可動部25は、振動しない定常状態において支持部21から離れるように配置される。可動部25の外周形状は、八角形に限らず、矩形、円形、多角形等であってもよい。   The movable portion 25 is generally a frame shape having a plan view, an octagonal outer periphery, and a rectangular inner periphery. The magnet block 2 is held by a holding portion 23 that is a gap surrounded by the inner side surface of the movable portion 25. The movable part 25 is arranged so as to be separated from the support part 21 in a steady state where it does not vibrate. The outer peripheral shape of the movable portion 25 is not limited to an octagon, and may be a rectangle, a circle, a polygon, or the like.

可動部25は、平面視において規定方向に直交する方向の両端側に、それぞれ外側に突出する2つの突出部26が設けられる。突出部26は、それぞれ平面視矩形状に形成されている。また、支持部21は、内側の側面のうち、平面視において規定方向に直交する方向の両端側に、それぞれ、突出部26が規定方向に変位可能なように形成された切欠部201を有する。   The movable portion 25 is provided with two projecting portions 26 projecting outward on both ends in a direction orthogonal to the prescribed direction in plan view. The protrusions 26 are each formed in a rectangular shape in plan view. Moreover, the support part 21 has the notch part 201 formed so that the protrusion part 26 could be displaced to a defined direction at the both ends of the direction orthogonal to a defined direction in planar view among the inner side surfaces, respectively.

支持部21は、可動部25の規定方向への変位量を所定の範囲に制限するテーパ状のストッパ部202を有する。ストッパ部202は、支持部21の内側の側面のうち、平面視において規定方向に対して傾斜する面である。可動部25は、変位時にストッパ部202に接触することにより、可動部25の規定方向への変位量を所定の範囲に制限するテーパ状の傾斜面27を有する。傾斜面27は、可動部25の外側の側面のうち、平面視において規定方向に対して傾斜し、ストッパ部202と略平行な面である。   The support portion 21 includes a tapered stopper portion 202 that limits the amount of displacement of the movable portion 25 in the specified direction to a predetermined range. The stopper portion 202 is a surface that is inclined with respect to the specified direction in a plan view among the inner side surfaces of the support portion 21. The movable portion 25 has a tapered inclined surface 27 that limits the amount of displacement of the movable portion 25 in the specified direction to a predetermined range by contacting the stopper portion 202 during displacement. The inclined surface 27 is a surface that is inclined with respect to the specified direction in a plan view and is substantially parallel to the stopper portion 202 among the outer side surfaces of the movable portion 25.

電磁誘導型発電素子1Cは、ストッパ部202及び傾斜面27により、可動部25の規定方向と異なる方向への変位を所定の範囲に制限することができる。よって、電磁誘導型発電素子1Cは、出力電力のばらつきを低減でき、また、弾性体部22に規定方向と異なる方向の力が作用することを低減できるため、信頼性を向上できる。   The electromagnetic induction power generating element 1 </ b> C can limit the displacement of the movable portion 25 in a direction different from the prescribed direction to a predetermined range by the stopper portion 202 and the inclined surface 27. Therefore, the electromagnetic induction power generating element 1 </ b> C can reduce variations in output power and can reduce the application of a force in a direction different from the specified direction to the elastic body portion 22, thereby improving reliability.

磁石ブロック2は、それぞれ平面視、規定方向と直交する方向を長手方向とする長方形平板状である複数の磁石24が、幅方向と規定方向とが一致するように、規定方向に配列されることにより構成される。磁石ブロック2は、矩形平板状であり、図示を省略した接合部により保持部23に固定される。接合部は、例えば、接着剤、ねじ等の他、磁石ブロック2と保持部23との間隙に圧入可能な弾性材料等を採用可能である。   In the magnet block 2, a plurality of magnets 24 each having a rectangular flat plate shape whose longitudinal direction is a direction orthogonal to the prescribed direction are arranged in the prescribed direction so that the width direction and the prescribed direction coincide with each other. Consists of. The magnet block 2 has a rectangular flat plate shape, and is fixed to the holding portion 23 by a joint portion (not shown). For example, an elastic material or the like that can be press-fitted into the gap between the magnet block 2 and the holding portion 23 can be adopted as the joining portion, in addition to an adhesive, a screw, and the like.

磁石24は、例えば、ネオジム(NdFeB)、サマリウムコバルト(SmCo)、アルニコ(Al−Ni−Co)、フェライト等の永久磁石からなる。磁石24は、例えば、磁性材料を切削、研磨などで整形加工した後、パルス着磁法などによって着磁することにより、形成される。磁石24は、厚さ方向の一面側がN極、他面側がS極となるように着磁されている。   The magnet 24 is made of a permanent magnet such as neodymium (NdFeB), samarium cobalt (SmCo), alnico (Al—Ni—Co), or ferrite. The magnet 24 is formed by, for example, shaping a magnetic material by cutting, polishing, etc., and then magnetizing it by a pulse magnetization method or the like. The magnet 24 is magnetized so that one surface side in the thickness direction is an N pole and the other surface side is an S pole.

磁石ブロック2は、磁石ブロック2の厚さ方向の両面側それぞれで、規定方向においてN極とS極とが交互となるように、複数の磁石24が配列されることにより構成される。すなわち、磁石ブロック2は、規定方向において隣り合う2つの磁石24について、磁化の向きが逆向きとなっている。磁石ブロック2は、複数の磁石24が1次元のアレイ状に配置される構成に限らず、例えば、2次元のアレイ状に配置された構成であってもよい。   The magnet block 2 is configured by arranging a plurality of magnets 24 so that N poles and S poles are alternately arranged in a prescribed direction on both sides in the thickness direction of the magnet block 2. That is, in the magnet block 2, the magnetization directions of the two magnets 24 adjacent in the specified direction are opposite to each other. The magnet block 2 is not limited to a configuration in which the plurality of magnets 24 are arranged in a one-dimensional array, and may have a configuration in which the magnet block 2 is arranged in a two-dimensional array, for example.

支持部21、弾性体部22及び可動部25は、例えば、同一の基板20を用いて、MEMS技術により、微小かつ高精度に、一体に形成可能である。支持部21、弾性体部22及び可動部25は、例えば、フォトリソグラフィ技術によりパターニングされたマスクを用いて、ICP−RIE等のドライエッチングを行うことにより形成される。 弾性体部22及び可動部25の厚さは、支持部21の厚さと同じであるが、この構成に限らず、所望の可動部25の質量、弾性体部22の弾性等に基づいて、適宜変更されてよい。   The support portion 21, the elastic body portion 22, and the movable portion 25 can be integrally formed with a small amount and high accuracy by the MEMS technology using the same substrate 20, for example. The support portion 21, the elastic body portion 22, and the movable portion 25 are formed by performing dry etching such as ICP-RIE using a mask patterned by a photolithography technique, for example. The thicknesses of the elastic body portion 22 and the movable portion 25 are the same as the thickness of the support portion 21. However, the thickness is not limited to this configuration. It may be changed.

基板20は、例えば、磁力線に対して低減衰あり、高抵抗率で電気絶縁性を有するSi基板等の絶縁性基板からなる。基板20は、その他、SOI基板等であってもよい。また、支持部21、弾性体部22及び可動部25は、基板20の材料や抵抗率に応じて、適宜、絶縁膜を設けてもよい。   The substrate 20 is made of, for example, an insulating substrate such as a Si substrate that has low attenuation with respect to magnetic field lines, high resistivity, and electrical insulation. In addition, the substrate 20 may be an SOI substrate or the like. In addition, the support portion 21, the elastic body portion 22, and the movable portion 25 may be appropriately provided with an insulating film according to the material and resistivity of the substrate 20.

電磁誘導型発電素子1Cは、支持部21の厚さ方向の一面側に配置される第1キャップ31と、支持部21の厚さ方向の他面側に配置される第2キャップ32とを備える。第1キャップ31及び第2キャップ32は、それぞれ、コイルブロック4を保持する。その他、電磁誘導型発電素子1Cは、第1キャップ31と支持部21との間に配置された枠状の第1スペーサ35と、第2キャップ32と支持部21との間に配置された枠状の第2スペーサ36とを備えている。   The electromagnetic induction power generating element 1 </ b> C includes a first cap 31 disposed on one surface side in the thickness direction of the support portion 21 and a second cap 32 disposed on the other surface side in the thickness direction of the support portion 21. . The first cap 31 and the second cap 32 each hold the coil block 4. In addition, the electromagnetic induction power generating element 1 </ b> C includes a frame-shaped first spacer 35 disposed between the first cap 31 and the support portion 21, and a frame disposed between the second cap 32 and the support portion 21. And a second spacer 36 having a shape.

平面視、第1キャップ31及び第2キャップ32の外周形状は、支持部21の外周形状と一致する。第1キャップ31及び第2キャップ32は、支持部21の切欠部201それぞれの投影領域に、矩形状の貫通孔311,321がそれぞれ形成される。   The outer peripheral shape of the first cap 31 and the second cap 32 in plan view matches the outer peripheral shape of the support portion 21. In the first cap 31 and the second cap 32, rectangular through holes 311 and 321 are respectively formed in the projection regions of the cutout portions 201 of the support portion 21.

第1キャップ31及び第2キャップ32は、例えば、エンジニアリングプラスチック(例えばポリカーボネート)等の樹脂、セラミックス、Si等から形成される。第1キャップ31及び第2キャップ32がSiからなる場合、表面活性化接合法、共晶接合法、樹脂接合法等により、第1スペーサ35及び第2スペーサ36にそれぞれ接合される。第1キャップ31及び第2キャップ32は、それぞれ、可動部25及び弾性体部22等の構造に応じて、第1スペーサ35及び第2スペーサ36を介さず、直接支持部21に固定されてもよい。   The 1st cap 31 and the 2nd cap 32 are formed from resin, ceramics, Si, etc., such as engineering plastics (for example, polycarbonate), for example. When the first cap 31 and the second cap 32 are made of Si, the first cap 31 and the second cap 32 are bonded to the first spacer 35 and the second spacer 36, respectively, by a surface activation bonding method, a eutectic bonding method, a resin bonding method, or the like. The first cap 31 and the second cap 32 may be directly fixed to the support portion 21 without the first spacer 35 and the second spacer 36 depending on the structure of the movable portion 25 and the elastic body portion 22, respectively. Good.

第1スペーサ35及び第2スペーサ36の平面パターンは、支持部21の平面パターンと一致する。第1スペーサ35及び第2スペーサ36は、例えば、エンジニアリングプラスチック(例えばポリカーボネート)等の樹脂、セラミックス、Si等から形成される。第1スペーサ35及び第2スペーサ36がSiからなる場合、表面活性化接合法、共晶接合法、樹脂接合法等により、支持部21の厚さ方向の両面側にそれぞれ接合される。   The plane pattern of the first spacer 35 and the second spacer 36 matches the plane pattern of the support portion 21. The first spacer 35 and the second spacer 36 are made of, for example, a resin such as engineering plastic (for example, polycarbonate), ceramics, Si, or the like. When the first spacer 35 and the second spacer 36 are made of Si, the first spacer 35 and the second spacer 36 are bonded to both sides in the thickness direction of the support portion 21 by a surface activation bonding method, a eutectic bonding method, a resin bonding method, or the like.

電磁誘導型発電素子1Cは、第1キャップ31と支持部21との間に配置された枠状の第1スペーサ35及び第2スペーサ36を備えることにより、コイルブロック4と磁石ブロック2との間のギャップ長を容易に決定することができる。よって、電磁誘導型発電素子1Cは、コイルブロック4と磁石ブロック2との間のギャップを狭くしつつ、コイルブロック4と磁石ブロック2との接触を低減することができる。電磁誘導型発電素子1Cは、コイルブロック4と磁石ブロック2との間のギャップを狭くすることにより、磁束の利用効率を向上でき、発電効率を向上できる。   The electromagnetic induction type power generating element 1 </ b> C includes a frame-shaped first spacer 35 and a second spacer 36 disposed between the first cap 31 and the support portion 21, so that the coil block 4 and the magnet block 2 are disposed. Can be easily determined. Therefore, the electromagnetic induction power generation element 1 </ b> C can reduce the contact between the coil block 4 and the magnet block 2 while narrowing the gap between the coil block 4 and the magnet block 2. The electromagnetic induction type power generating element 1C can improve the utilization efficiency of magnetic flux by narrowing the gap between the coil block 4 and the magnet block 2, and can improve the power generation efficiency.

図11及び図12に示す例では、第1キャップ31、第1スペーサ35、支持部21、第2スペーサ36及び第2キャップ32は、それぞれ四隅に、固定用のねじを挿通可能な貫通孔21a、35a、11a、46a及び31aがそれぞれ形成される。   In the example shown in FIGS. 11 and 12, the first cap 31, the first spacer 35, the support portion 21, the second spacer 36, and the second cap 32 have through-holes 21 a through which fixing screws can be inserted at the four corners. , 35a, 11a, 46a and 31a are formed.

第1キャップ31、第1スペーサ35、支持部21、第2スペーサ36及び第2キャップ32とは、複数個のねじにより互いに固定されてもよく、接着剤により互いに固定されてもよく、或いは、ねじ及び接着剤により互いに固定されてもよい。また、第1キャップ31、第1スペーサ35、支持部21、第2スペーサ36及び第2キャップ32は、相互に嵌合可能な構造が嵌合することにより、互いに固定されるようにしてもよい。   The first cap 31, the first spacer 35, the support portion 21, the second spacer 36, and the second cap 32 may be fixed to each other by a plurality of screws, may be fixed to each other by an adhesive, or It may be fixed to each other by screws and adhesives. Further, the first cap 31, the first spacer 35, the support portion 21, the second spacer 36, and the second cap 32 may be fixed to each other by fitting a structure that can be fitted to each other. .

電磁誘導型発電素子1Cは、適宜の冶具を貫通孔311,321に通して、突出部26に外力を与えることにより、可動部25を規定方向へ変位させることが可能となっている。突出部26を変位させた後に冶具を引き抜けば、可動部25は規定方向に振動することができる。この場合、電磁誘導型発電素子1Cは、カンチレバー部12の減衰振動に応じた交流電圧を発生する。   The electromagnetic induction power generating element 1 </ b> C can displace the movable portion 25 in a specified direction by passing an appropriate jig through the through holes 311 and 321 and applying an external force to the protruding portion 26. If the jig is pulled out after the protrusion 26 is displaced, the movable part 25 can vibrate in the specified direction. In this case, the electromagnetic induction power generating element 1 </ b> C generates an alternating voltage corresponding to the damped vibration of the cantilever portion 12.

コイルブロック4は、隣り合うコイル41同士が、導電性接合材により接合されて電気的に接続されている。導電性接合材は、例えば、半田や銀ペースト等からなる。隣り合うコイル41同士は、それぞれ互いに逆巻き方向となるように直列接続されている。また、第1キャップ31及び第2キャップ32には、コイルブロック4の両端のコイル41それぞれにおいて、隣り合うコイル41に接続されていない側の線端部が電気的に接続される電極(図示省略)が設けられている。コイル41に接続された電極間には、可動部25の振動時において、誘導電流がコイル41を流れることにより、電力が出力される。   In the coil block 4, adjacent coils 41 are joined together by a conductive joining material and are electrically connected. The conductive bonding material is made of, for example, solder or silver paste. The adjacent coils 41 are connected in series so as to be in the reverse winding direction. In addition, the first cap 31 and the second cap 32 are electrodes (not shown) that are electrically connected to the end portions of the coils 41 at both ends of the coil block 4 that are not connected to the adjacent coils 41. ) Is provided. Between the electrodes connected to the coil 41, when the movable part 25 vibrates, an induced current flows through the coil 41, so that electric power is output.

コイルブロック4のコイル41は、コイル41の芯となる芯材42をそれぞれ備える。コイル41は、芯材42を備えない空芯コイルであってもよい。或いは、コイル41は、第1キャップ31及び第2キャップ32それぞれに設けられた複数のリブを芯として、各リブに位置決めされるようにしてもよい。   The coils 41 of the coil block 4 are each provided with a core material 42 that becomes the core of the coil 41. The coil 41 may be an air-core coil that does not include the core material 42. Alternatively, the coil 41 may be positioned on each rib with a plurality of ribs provided on the first cap 31 and the second cap 32 as cores.

また、コイル41は、例えば、第1キャップ31及び第2キャップ32それぞれに形成された平面コイルであってもよい。平面コイルは、例えば、Cu、Au、Ag等から形成可能である。また、平面コイルは、パーマロイ、コバルト基アモルファス合金、フェライト等から形成されてもよい。平面コイルは、蒸着法、スパッタ法などの薄膜形成技術、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術等により形成可能である。   Further, the coil 41 may be a planar coil formed on each of the first cap 31 and the second cap 32, for example. The planar coil can be formed from, for example, Cu, Au, Ag, or the like. The planar coil may be formed of permalloy, cobalt-based amorphous alloy, ferrite, or the like. The planar coil can be formed by thin film formation techniques such as vapor deposition and sputtering, photolithography techniques, etching techniques, and the like.

電磁誘導型発電素子1Cは、第1キャップ31及び第2キャップ32に、コイルブロック4が保持されることにより、第1キャップ31及び第2キャップ32の一方のみにコイルブロック4が保持される場合に比べて、発電効率を向上できる。また、電磁誘導型発電素子1Cは、第1キャップ31に保持されたコイルブロック4のコイル41の直列回路と、第2キャップ32に保持されたコイルブロック4のコイル41の直列回路とを直列接続することにより、出力電力を高めることができる。   In the electromagnetic induction power generating element 1 </ b> C, when the coil block 4 is held by the first cap 31 and the second cap 32, the coil block 4 is held only by one of the first cap 31 and the second cap 32. Compared with, power generation efficiency can be improved. In addition, the electromagnetic induction power generating element 1 </ b> C connects a series circuit of the coils 41 of the coil block 4 held by the first cap 31 and a series circuit of the coils 41 of the coil block 4 held by the second cap 32 in series. By doing so, the output power can be increased.

電磁誘導型発電素子1Cは、可動部25の規定方向への振動時、コイルブロック4が、磁石ブロック2に対して相対的に変位し、交流の誘導起電力を発生する。電磁誘導型発電素子1Cの開放電圧は、カンチレバー部12の振動に応じた交流電圧である。   In the electromagnetic induction power generating element 1 </ b> C, when the movable portion 25 vibrates in a specified direction, the coil block 4 is displaced relative to the magnet block 2 to generate an alternating induced electromotive force. The open circuit voltage of the electromagnetic induction power generating element 1 </ b> C is an alternating voltage corresponding to the vibration of the cantilever portion 12.

電磁誘導型発電素子1Cは、電磁誘導型発電素子1Cの共振周波数が、構造物の固有振動数に一致するように設計されることにより、流体の流れによる振動の他、構造物の振動を利用して発電させることもできる。電磁誘導型発電素子1Cが利用可能な振動は、その他、稼動中の機器で発生する振動、車両の走行によって発生する振動、人の歩行によって発生する振動等であってもよい。   The electromagnetic induction power generation element 1C is designed so that the resonance frequency of the electromagnetic induction power generation element 1C matches the natural frequency of the structure, thereby utilizing vibrations of the structure in addition to vibrations caused by the flow of the fluid. Can be generated. Other vibrations that can be used by the electromagnetic induction power generating element 1C may be vibrations that occur in an operating device, vibrations that occur when a vehicle travels, vibrations that occur when a person walks, and the like.

電磁誘導型発電素子1Cは、可動部25が磁石ブロック2を保持し、第1キャップ31および第2キャップ32がコイルブロック4を保持するが、逆の構成であってもよい。すなわち、電磁誘導型発電素子1Cは、可動部25がコイルブロック4を保持し、第1キャップ31及び第2キャップ32の少なくとも一方が磁石ブロック2を保持する構成であってもよい。また、弾性体部22は、ゴムや樹脂などにより形成してもよい。   In the electromagnetic induction power generating element 1 </ b> C, the movable portion 25 holds the magnet block 2, and the first cap 31 and the second cap 32 hold the coil block 4. That is, the electromagnetic induction power generating element 1 </ b> C may be configured such that the movable portion 25 holds the coil block 4 and at least one of the first cap 31 and the second cap 32 holds the magnet block 2. The elastic body portion 22 may be formed of rubber or resin.

電磁誘導型発電素子1Cは、可動部25の変位方向を規定方向に制限する機構を備えるようにしてもよい。電磁誘導型発電素子1Cの変形例である電磁誘導型発電素子1Dは、図13に示すように、可動部25を規定方向に沿って変位させるための入力機構8を備える。電磁誘導型発電素子1Dの説明されない他の構成は、電磁誘導型発電素子1Cの構成と実質的に同様であるので重複する説明を省略する。   The electromagnetic induction power generating element 1 </ b> C may include a mechanism that limits the displacement direction of the movable portion 25 to a specified direction. As shown in FIG. 13, an electromagnetic induction power generation element 1D, which is a modification of the electromagnetic induction power generation element 1C, includes an input mechanism 8 for displacing the movable portion 25 along a specified direction. Other configurations that are not described in the electromagnetic induction power generating element 1D are substantially the same as the configurations of the electromagnetic induction power generating element 1C, and thus redundant description is omitted.

電磁誘導型発電素子1Dは、可動部25に接続された第1磁性材料部29と、入力機構8に接続された第2磁性材料部85とを備え、第1磁性材料部29と第2磁性材料部85との間に発生する磁力により可動部25を変位可能である。   The electromagnetic induction power generating element 1D includes a first magnetic material portion 29 connected to the movable portion 25, and a second magnetic material portion 85 connected to the input mechanism 8, and the first magnetic material portion 29 and the second magnetic material portion 85 are connected to the input mechanism 8. The movable portion 25 can be displaced by the magnetic force generated between the material portion 85 and the material portion 85.

第1磁性材料部29は、第1磁性体により構成される。第1磁性体は、例えば、鉄−コバルト合金、電磁軟鉄、電磁ステンレス、パーマロイ等である。第1磁性材料部29は、第1磁石により構成されてもよい。第1磁石は、例えば、ネオジム(NdFeB)、サマリウムコバルト(SmCo)、アルニコ(Al−Ni−Co)、フェライト等である。   The first magnetic material part 29 is composed of a first magnetic body. The first magnetic body is, for example, an iron-cobalt alloy, electromagnetic soft iron, electromagnetic stainless steel, permalloy, or the like. The first magnetic material part 29 may be configured by a first magnet. The first magnet is, for example, neodymium (NdFeB), samarium cobalt (SmCo), alnico (Al—Ni—Co), ferrite, or the like.

第2磁性材料部85は第2磁石より構成される。第2磁石は、例えば、NdFeB、SmCo、Al−Ni−Co、フェライト等である。第2磁性材料部85は、第2磁性体より構成されてもよい。第2磁性体は、例えば、鉄−コバルト合金、電磁軟鉄、電磁ステンレス、パーマロイ等である。   The second magnetic material portion 85 is composed of a second magnet. The second magnet is, for example, NdFeB, SmCo, Al—Ni—Co, ferrite, or the like. The 2nd magnetic material part 85 may be comprised from the 2nd magnetic body. Examples of the second magnetic body include iron-cobalt alloy, electromagnetic soft iron, electromagnetic stainless steel, and permalloy.

第1磁性材料部29と第2磁性材料部85との間に発生する磁力の方向は、吸引する方向であるが、これに限らず、反発する方向でもよい。例えば、第1磁性材料部29が第1磁石、第2磁性材料部85が第2磁石により構成される場合、同極同士が対向するように第1磁石及び第2磁石を配置すれば、第1磁性材料部29と第2磁性材料部85との間に発生する磁力の方向は、反発する方向となる。   The direction of the magnetic force generated between the first magnetic material part 29 and the second magnetic material part 85 is the direction of attraction, but is not limited thereto, and may be a repulsive direction. For example, when the first magnetic material part 29 is composed of a first magnet and the second magnetic material part 85 is composed of a second magnet, if the first magnet and the second magnet are arranged so that the same poles face each other, The direction of the magnetic force generated between the first magnetic material portion 29 and the second magnetic material portion 85 is a repulsive direction.

電磁誘導型発電素子1Dの可動部25は、可動部25の外側の側面から規定方向に沿って突出する突出部28を備えている。突出部28の先端面には、第1磁性材料部29が接着剤等により接続される。突出部28は、平面視、規定方向を長手方向とする長方形状である。第1磁性材料部29は、平面視矩形状である。   The movable part 25 of the electromagnetic induction power generating element 1 </ b> D includes a protruding part 28 that protrudes from the outer side surface of the movable part 25 along the specified direction. A first magnetic material portion 29 is connected to the tip surface of the protruding portion 28 by an adhesive or the like. The projecting portion 28 has a rectangular shape with the predetermined direction as a longitudinal direction in plan view. The first magnetic material portion 29 has a rectangular shape in plan view.

電磁誘導型発電素子1Dは、支持部21が、平面視、突出部28の領域を開放したC字型形状である。可動部25は、可動部25は、支持部21の内側に支持部21の内側の側面から離れて配置される。弾性体部22は、規定方向における可動部25の両側に配置される。   In the electromagnetic induction power generating element 1D, the support portion 21 has a C-shape in which the region of the protruding portion 28 is opened in plan view. The movable part 25 is arranged inside the support part 21 away from the inner side surface of the support part 21. The elastic body portion 22 is disposed on both sides of the movable portion 25 in the specified direction.

電磁誘導型発電素子1Dの可動部25、突出部28、支持部21及び各弾性体部22は、例えば、同一の基板20を用いて、MEMS技術により、微小かつ高精度に、一体に形成可能である。   The movable part 25, the projecting part 28, the support part 21 and each elastic body part 22 of the electromagnetic induction power generating element 1D can be integrally formed with a minute and high accuracy by using the same substrate 20, for example, by MEMS technology. It is.

電磁誘導型発電素子1Dは、実装基板80に実装される。実装基板80としては、例えば、プリント配線板などの回路基板を採用することができる。入力機構8は、実装基板80に固定される。これにより、実装基板80は、電磁誘導型発電素子1Dと入力機構8との相対的な位置関係を規定する。   The electromagnetic induction power generating element 1D is mounted on the mounting board 80. As the mounting board 80, for example, a circuit board such as a printed wiring board can be adopted. The input mechanism 8 is fixed to the mounting board 80. Thereby, the mounting substrate 80 defines the relative positional relationship between the electromagnetic induction power generating element 1 </ b> D and the input mechanism 8.

入力機構8は、実装基板80に固定される円柱状の回動軸81と、回動軸81に回動自在に保持された回動部82と、回動部82から突出する操作部83と、回動部82から操作部83とは反対側に突出する突出部84とを備えている。操作部83は、例えば、ユーザが指等で操作可能な大きさに形成される。操作部83、回動部82及び突出部84は、例えば、樹脂により形成することができる。突出部84は、先端面に、平面視矩形状の第2磁性材料部85が接着剤等により接続される。   The input mechanism 8 includes a columnar rotation shaft 81 fixed to the mounting substrate 80, a rotation portion 82 that is rotatably held by the rotation shaft 81, and an operation portion 83 that protrudes from the rotation portion 82. , And a protruding portion 84 protruding from the rotating portion 82 to the opposite side of the operating portion 83. The operation unit 83 is formed in a size that can be operated by a user with a finger or the like, for example. The operation part 83, the rotation part 82, and the protrusion part 84 can be formed with resin, for example. The protruding portion 84 has a second magnetic material portion 85 having a rectangular shape in plan view connected to the distal end surface by an adhesive or the like.

入力機構8は、操作部83と突出部84と第2磁性材料部85とが一直線上に配置されており、操作部83と突出部84と第2磁性材料部85とを結ぶ直線が規定方向と略直交するように配置されている。入力機構8は、回動部82が初期位置から回転した場合において、回動部82が初期位置に戻る方向に、回動部82に力を作用させる復帰ばね(図示省略)を備える。   In the input mechanism 8, the operation unit 83, the projecting unit 84, and the second magnetic material unit 85 are arranged in a straight line, and a straight line connecting the operation unit 83, the projecting unit 84, and the second magnetic material unit 85 is in the specified direction And are arranged so as to be substantially orthogonal. The input mechanism 8 includes a return spring (not shown) that applies a force to the rotation unit 82 in a direction in which the rotation unit 82 returns to the initial position when the rotation unit 82 rotates from the initial position.

電磁誘導型発電素子1Dは、操作部83を初期位置から第1所定角(例えば、5°)回転させた時、可動部25の傾斜面27がストッパ部202に接触するように、弾性体部22のばね力を設計してある。電磁誘導型発電素子1Dは、操作部83を初期位置から第2所定角(例えば、10°)だけ回動させた時、弾性体部22のばね力が第1磁性材料部29と第2磁性材料部85との間の磁力よりも大きくなるように、弾性体部22のばね力を設計してある。   The electromagnetic induction power generating element 1D includes an elastic body portion so that the inclined surface 27 of the movable portion 25 contacts the stopper portion 202 when the operation portion 83 is rotated by a first predetermined angle (for example, 5 °) from the initial position. 22 spring forces are designed. In the electromagnetic induction power generating element 1D, when the operation unit 83 is rotated from the initial position by a second predetermined angle (for example, 10 °), the spring force of the elastic body unit 22 is applied to the first magnetic material unit 29 and the second magnetic material unit 29D. The spring force of the elastic body portion 22 is designed so as to be larger than the magnetic force between the material portion 85 and the material portion 85.

電磁誘導型発電素子1Dは、入力機構8へ外力を適宜与えることで可動部25を変位させて作動させることができる。また、電磁誘導型発電素子1Dは、規定方向とは異なる方向の力が可動部25に作用することを低減することができ、発電効率及び信頼性を向上できる。   The electromagnetic induction power generating element 1D can be operated by displacing the movable portion 25 by appropriately applying an external force to the input mechanism 8. In addition, the electromagnetic induction power generating element 1D can reduce the action of a force in a direction different from the prescribed direction on the movable portion 25, and can improve power generation efficiency and reliability.

本発明の実施の形態に係る構造ヘルスモニタリングシステムによれば、発電素子1が周囲の流体の流れにより発電するので、周囲の振動により発電する場合と比べて発電効率を向上できる。また、本発明の実施の形態に係る構造ヘルスモニタリングシステムによれば、センサ部51及び通信部52が、発電素子1から電源を供給されるので、モニタリング装置5の設置個所に対する自由度を向上できる。   According to the structural health monitoring system according to the embodiment of the present invention, since the power generation element 1 generates power by the flow of the surrounding fluid, the power generation efficiency can be improved as compared with the case of generating power by the surrounding vibration. Moreover, according to the structural health monitoring system which concerns on embodiment of this invention, since the sensor part 51 and the communication part 52 are supplied with a power supply from the electric power generation element 1, the freedom degree with respect to the installation location of the monitoring apparatus 5 can be improved. .

また、本発明の実施の形態に係る構造ヘルスモニタリングシステムによれば、モニタリング装置5が、設置個所に対する自由度が高いので、施工が容易である。更に、風や渦が励起される構造物Pの位置にモニタリング装置5を設置すれば、発電素子1の発電効率を更に向上できる。また、発電素子1の共振周波数と、発電素子1が設置される構造物Pの位置における固有振動数とが一致するように発電素子1を設計することにより、更に、発電素子1の発電効率を向上できる。   Moreover, according to the structural health monitoring system which concerns on embodiment of this invention, since the monitoring apparatus 5 has a high freedom degree with respect to an installation location, construction is easy. Furthermore, if the monitoring device 5 is installed at the position of the structure P where wind or vortex is excited, the power generation efficiency of the power generation element 1 can be further improved. Further, by designing the power generation element 1 so that the resonance frequency of the power generation element 1 matches the natural frequency at the position of the structure P where the power generation element 1 is installed, the power generation efficiency of the power generation element 1 is further increased. It can be improved.

(その他の実施の形態)
上記のように、本発明を実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面は本発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
(Other embodiments)
As mentioned above, although this invention was described by embodiment, it should not be understood that the description and drawing which form a part of this indication limit this invention. From this disclosure, various alternative embodiments, examples and operational techniques will be apparent to those skilled in the art.

例えば、既に述べた実施の形態の説明において、センサ部51、通信部52及び電源供給部53は、モニタリング装置5として一体に構成される必要はなく、別個に構造物Pに設置され、互いに接続されるようにしてもよい。
また、既に述べた実施の形態の説明において、構造ヘルスモニタリングシステムは、構造物Pとして、地面、岩盤、河川等の状態を検出するようにしてもよい。
For example, in the description of the embodiment already described, the sensor unit 51, the communication unit 52, and the power supply unit 53 do not need to be integrally configured as the monitoring device 5, but are separately installed in the structure P and connected to each other. You may be made to do.
Moreover, in the description of the embodiment already described, the structural health monitoring system may detect the state of the ground, rock, river, etc. as the structure P.

上記の他、上述の実施の形態及び変形例を応用した構成等、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。   In addition to the above, the present invention includes various embodiments and the like not described herein, such as configurations to which the above-described embodiments and modifications are applied. Therefore, the technical scope of the present invention is defined only by the invention specifying matters according to the scope of claims reasonable from the above description.

1 発電素子
1A,1B 圧電型発電素子
1C,1D 電磁誘導型発電素子
2 磁石ブロック
4 コイルブロック
5a,5b,5c,5d,5e モニタリング装置
11 支持部
12 カンチレバー部
14 圧電変換部
21 支持部
24 磁石
25 可動部
41 コイル
51 センサ部
52 通信部
53 電源供給部
63 蓄積サーバ(蓄積部)
71 データ解析部
72 監視部
73 報知処理部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Power generation element 1A, 1B Piezoelectric power generation element 1C, 1D Electromagnetic induction type power generation element 2 Magnet block 4 Coil block 5a, 5b, 5c, 5d, 5e Monitoring device 11 Support part 12 Cantilever part 14 Piezoelectric conversion part 21 Support part 24 Magnet 25 Movable part 41 Coil 51 Sensor part 52 Communication part 53 Power supply part 63 Storage server (accumulation part)
71 Data Analysis Unit 72 Monitoring Unit 73 Notification Processing Unit

Claims (8)

構造物に設置され、物理量を示すデータを計測するセンサ部と、
前記センサ部が計測したデータを無線送信する通信部と、
周囲の流体の流れにより発電する発電素子を有し、前記発電素子の発電により、前記センサ部及び通信部に電力を供給する電源供給部と、
前記センサ部が計測したデータを解析することにより、前記構造物の状態を示す構造物情報を算出するデータ解析部と、
前記データ解析部が算出した前記構造物情報を蓄積する蓄積部と
を備え、
前記データ解析部が算出した前記構造物情報を、ネットワークを介して提供可能であることを特徴とする構造ヘルスモニタリングシステム。
A sensor unit that is installed in a structure and measures data indicating physical quantities;
A communication unit that wirelessly transmits data measured by the sensor unit;
A power supply unit that generates power by the flow of surrounding fluid, and supplies power to the sensor unit and the communication unit by power generation of the power generation element;
A data analysis unit that calculates structure information indicating a state of the structure by analyzing data measured by the sensor unit;
A storage unit for storing the structure information calculated by the data analysis unit;
A structural health monitoring system characterized in that the structure information calculated by the data analysis unit can be provided via a network.
前記発電素子は、前記流体の流れにより振動し、振動に応じた電力を出力することを特徴とする請求項1に記載の構造ヘルスモニタリングシステム。   The structural health monitoring system according to claim 1, wherein the power generating element vibrates due to the flow of the fluid and outputs electric power corresponding to the vibration. 前記センサ部、前記通信部及び前記電源供給部を備えるモニタリング装置が、前記構造物に複数設置されることを特徴とする請求項1または2に記載の構造ヘルスモニタリングシステム。   The structural health monitoring system according to claim 1 or 2, wherein a plurality of monitoring devices including the sensor unit, the communication unit, and the power supply unit are installed in the structure. 前記モニタリング装置は、トンネルに設置されることを特徴とする請求項3に記載の構造ヘルスモニタリングシステム。   The structural health monitoring system according to claim 3, wherein the monitoring device is installed in a tunnel. 前記データ解析部が算出した構造物情報を監視し、異常の有無を判定する監視部と、
前記監視部により異常であると判定された前記構造物について、前記構造物の管理者に異常が生じていることを報知する報知処理部と
を更に備えることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の構造ヘルスモニタリングシステム。
A monitoring unit that monitors the structure information calculated by the data analysis unit and determines whether there is an abnormality;
The information processing unit according to claim 1, further comprising: a notification processing unit configured to notify a manager of the structure that an abnormality has occurred with respect to the structure determined to be abnormal by the monitoring unit. The structural health monitoring system according to any one of the preceding claims.
前記発電素子は、
枠状の支持部と、
前記支持部の内周面に一端側を支持され、周囲の流体の流れにより自励振動するカンチレバー部と、
前記カンチレバー部に設けられた圧電変換部と
を備え、
前記カンチレバー部は、他端側が、前記支持部の厚さ方向において、前記カンチレバー部の一端側からずれるように形成される圧電型発電素子であることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の構造ヘルスモニタリングシステム。
The power generating element is:
A frame-shaped support,
A cantilever part that is supported at one end on the inner peripheral surface of the support part and vibrates by the flow of surrounding fluid;
A piezoelectric transducer provided in the cantilever part,
6. The piezoelectric power generating element according to claim 1, wherein the cantilever part is a piezoelectric power generating element formed such that the other end side is displaced from one end side of the cantilever part in the thickness direction of the support part. The structural health monitoring system according to item 1.
前記発電素子は、
磁石を有する磁石ブロックと、
前記磁石ブロックに対向して配置され、コイルを有するコイルブロックと、
前記磁石ブロックと前記コイルブロックとのいずれかを保持する可動部と、
前記可動部が、前記磁石ブロック及び前記コイルブロックの対向方向に直交する規定方向に振動可能なように、前記可動部を支持する複数の弾性体部と、
前記複数の弾性体部を介して前記可動部を支持する支持部と
を備える電磁誘導型発電素子であることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の構造ヘルスモニタリングシステム。
The power generating element is:
A magnet block having magnets;
A coil block disposed opposite to the magnet block and having a coil;
A movable part that holds either the magnet block or the coil block;
A plurality of elastic body portions that support the movable portion so that the movable portion can vibrate in a specified direction orthogonal to the opposing direction of the magnet block and the coil block;
The structural health monitoring system according to any one of claims 1 to 5, wherein the structural health monitoring system is an electromagnetic induction power generating element including a support portion that supports the movable portion via the plurality of elastic body portions.
前記弾性体部は、前記規定方向における剛性が前記規定方向に直交する方向の剛性に比べて小さく、前記規定方向における前記可動部の両側の各々に、複数個ずつ並んで設けられることを特徴とする請求項7に記載の構造ヘルスモニタリングシステム。   The elastic body portion is smaller in rigidity in the prescribed direction than that in a direction orthogonal to the prescribed direction, and a plurality of the elastic body portions are provided side by side on both sides of the movable portion in the prescribed direction. The structural health monitoring system according to claim 7.
JP2013046398A 2013-03-08 2013-03-08 Structure health monitoring system Pending JP2014174715A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013046398A JP2014174715A (en) 2013-03-08 2013-03-08 Structure health monitoring system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013046398A JP2014174715A (en) 2013-03-08 2013-03-08 Structure health monitoring system

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2014174715A true JP2014174715A (en) 2014-09-22

Family

ID=51695889

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2013046398A Pending JP2014174715A (en) 2013-03-08 2013-03-08 Structure health monitoring system

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2014174715A (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017106878A (en) * 2015-12-12 2017-06-15 鹿島建設株式会社 Structural damage detection method and system
JP2019153002A (en) * 2018-03-01 2019-09-12 パナソニックIpマネジメント株式会社 Sensor module, sensor system, apparatus control system, and apparatus control method
JP2022054584A (en) * 2020-09-28 2022-04-07 株式会社日立製作所 Air conditioner for railway vehicle
CN116990847A (en) * 2023-09-28 2023-11-03 湖南湘银河传感科技有限公司 Beidou GNSS receiver resolving method and system based on edge calculation

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017106878A (en) * 2015-12-12 2017-06-15 鹿島建設株式会社 Structural damage detection method and system
JP2019153002A (en) * 2018-03-01 2019-09-12 パナソニックIpマネジメント株式会社 Sensor module, sensor system, apparatus control system, and apparatus control method
JP2022054584A (en) * 2020-09-28 2022-04-07 株式会社日立製作所 Air conditioner for railway vehicle
JP7200187B2 (en) 2020-09-28 2023-01-06 株式会社日立製作所 Rail vehicle air conditioner
CN116990847A (en) * 2023-09-28 2023-11-03 湖南湘银河传感科技有限公司 Beidou GNSS receiver resolving method and system based on edge calculation
CN116990847B (en) * 2023-09-28 2023-12-15 湖南湘银河传感科技有限公司 Beidou GNSS receiver resolving method and system based on edge calculation

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI477435B (en) Sensor with energy-harvesting device
JP4949229B2 (en) Electromagnetic device for converting mechanical vibrational energy into electrical energy
US9461237B2 (en) Power generation switch
US20120153748A1 (en) Vibration generator
JP5888486B2 (en) Power generation device, power generation device control method, electronic device, and moving means
JP4767369B1 (en) Piezoelectric power generation element and power generation method using piezoelectric power generation element
JP6955158B2 (en) Vibration actuators and mobile devices
JP2014174715A (en) Structure health monitoring system
KR20130069132A (en) Energy harvesting device and manufacturing of the same
JP2016086599A (en) Power generator
CN102597932B (en) Electronic device with touch panel
JP2014207767A (en) Energy conversion device
TW201436447A (en) Piezoelectric converter and flow sensor in which same is used
JP2017017939A (en) Oscillatory power generation device and wireless sensor terminal
JP2014177749A (en) Toilet system
JP2014230426A (en) Power generator
CN103199738A (en) Piezoelectricity-piezoelectricity combined type broadband energy harvester based on micro-electro-mechanical system (MEMS) technology
JP3611840B2 (en) Piezoelectric device
JP2014171836A (en) Deodorant shoes
JP2014171838A (en) Heat exhaust shoes
JP2012210091A (en) Power generating device
JP5652336B2 (en) Optical scanning device
JP2013081277A (en) Power generating device, method for controlling power generating device, electronic device, and transportation means
JP6581816B2 (en) Vibration power generation apparatus, electronic device, and vibration power generation method
WO2015136864A1 (en) Power generation apparatus