JP2015097473A - Power generation device, power generation device set, and power generation system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、発電装置、発電装置セットおよび発電システムに関する。 The present invention relates to a power generation device, a power generation device set, and a power generation system.
近年、機械的振動エネルギーを電気エネルギーに変換する電気機械発電機（発電装置）が開発されている（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１に記載の電気機械発電機は、１つの共振周波数を有する。小スペースで効率の良い発電を行う観点から、例えば、空調ダクトの振動を利用して、この電気機械発電機の発電を行うことが考えられる。
In recent years, electromechanical generators (power generation devices) that convert mechanical vibration energy into electrical energy have been developed (for example, see Patent Document 1). The electromechanical generator described in
ここで、空調ダクトは、それ自身の固有振動数と作用し、空調中は流体の流れる方向とほぼ垂直な方向に、ダクトを構成する板材が常に振動している。なお、この振動源としては、例えば、ダクト内を流れる流体の圧力差（脈動）、流体の流れる向きが強制的に変更させられることによって生じる渦や密度の変化、ダクトの周辺から伝わる人の歩行や機械の作動振動などが挙げられる。 Here, the air conditioning duct operates with its own natural frequency, and the plate material constituting the duct constantly vibrates in the direction substantially perpendicular to the direction of fluid flow during air conditioning. As the vibration source, for example, the pressure difference (pulsation) of the fluid flowing in the duct, the vortex and density change caused by forcibly changing the direction of fluid flow, the walking of a person transmitted from the periphery of the duct And machine vibration.
しかしながら、ダクトの振動周波数の分布をグラフに表した場合、そのグラフは、単一の周波数を有するスペクトルであることは少なく、ダクト毎に形状が異なっている。すなわち、ダクト毎に、その振動周波数の分布が大きく異なる。したがって、特許文献１の発電装置では、単一の共振周波数しか有さないので、ダクトの振動周波数の分布から大きくズレたり、振動周波数の一部しか利用できず、効率の良い発電が困難になる場合がある。
However, when the distribution of the vibration frequency of the duct is represented in a graph, the graph is rarely a spectrum having a single frequency, and the shape is different for each duct. That is, the distribution of the vibration frequency is greatly different for each duct. Therefore, since the power generation device of
本発明は、上記従来の問題点を鑑みたものであり、その目的は、空調ダクトの振動を効率よく利用して発電し得る発電装置、かかる発電装置を備える発電装置セットおよび発電システムを提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and an object of the present invention is to provide a power generation device that can efficiently generate power by using vibration of an air conditioning duct, a power generation device set including the power generation device, and a power generation system. There is.
このような目的は以下の（１）〜（１６）の本発明により達成される。
（１） 空調ダクトに固定して使用され、前記空調ダクトの振動により発電する発電部と、該発電部を支持する支持部とを有する発電装置であって、
前記発電部は、第１の質量部と、該第１の質量部と前記支持部とを連結する第１のバネ部とを備える第１の振動系と、前記第１の質量部より質量の小さい第２の質量部と、該第２の質量部と前記第１の質量部とを連結する第２のバネ部とを備える第２の振動系とを有する２自由度振動系を構成し、
前記第１の質量部の第１の質量ｍ１［ｋｇ］と、前記第１のバネ部の第１のバネ定数ｋ１［Ｎ／ｍ］と、前記第２の質量部の第２の質量ｍ２［ｋｇ］と、前記第２のバネ部の第２のバネ定数ｋ２［Ｎ／ｍ］とを設定することにより、前記第１の振動系の第１の固有角振動数Ω１＝（ｋ１／ｍ１）１／２が２００〜２５０ｒａｄ／Ｓであり、前記第２の振動系の第２の固有角振動数Ω２＝（ｋ２／ｍ２）１／２が６０〜１２０ｒａｄ／Ｓであり、前記第１の質量部と前記第２の質量部との質量比μ＝ｍ２／ｍ１が０．４〜１であることを特徴とする発電装置。
Such an object is achieved by the present inventions (1) to (16) below.
(1) A power generation device that is used by being fixed to an air conditioning duct and has a power generation unit that generates power by vibration of the air conditioning duct, and a support unit that supports the power generation unit,
The power generation unit includes a first vibration system including a first mass unit, a first spring unit that couples the first mass unit and the support unit, and a mass that is greater than that of the first mass unit. Constituting a two-degree-of-freedom vibration system having a small second mass part and a second vibration system comprising a second spring part connecting the second mass part and the first mass part;
The first mass m 1 [kg] of the first mass part, the first spring constant k 1 [N / m] of the first spring part, and the second mass of the second mass part By setting m 2 [kg] and the second spring constant k 2 [N / m] of the second spring portion, the first natural angular frequency Ω 1 = of the first vibration system (K 1 / m 1 ) 1/2 is 200 to 250 rad / S, and the second natural angular frequency Ω 2 = (k 2 / m 2 ) 1/2 of the second vibration system is 60 to 120 rad. / S, and the mass ratio μ = m 2 / m 1 between the first mass part and the second mass part is 0.4 to 1 .
（２） 当該発電装置の第１の共振周波数における発電量をＡ１［ｍＷ／１００ｍＧ］とし、第２の共振周波数における発電量をＡ２［ｍＷ／１００ｍＧ］としたとき、Ａ１＝０．９Ａ２〜１．１Ａ２となるよう構成されている上記（１）に記載の発電装置。 (2) When the power generation amount at the first resonance frequency of the power generation apparatus is A 1 [mW / 100 mG] and the power generation amount at the second resonance frequency is A 2 [mW / 100 mG], A 1 = 0. The power generator according to (1), configured to be 9A 2 to 1.1A 2 .
（３） 当該発電装置の前記第１の共振周波数と前記第２の共振周波数との間の周波数帯域における最小の発電量をＡ３［ｍＷ／１００ｍＧ］としたとき、Ａ３が０．２５［（Ａ１＋Ａ２）／２］［ｍＷ／１００ｍＧ］以上、０．８［（Ａ１＋Ａ２）／２］［ｍＷ／１００ｍＧ］未満となるよう構成されている上記（２）に記載の発電装置。 (3) When the minimum power generation amount in the frequency band between the first resonance frequency and the second resonance frequency of the power generation device is A 3 [mW / 100 mG], A 3 is 0.25 [ (A 1 + A 2 ) / 2] [mW / 100 mG] or more and 0.8 [(A 1 + A 2 ) / 2] [mW / 100 mG] apparatus.
（４） 当該発電装置の前記第１の共振周波数と前記第２の共振周波数との間の周波数帯域における最小の発電量をＡ３［ｍＷ／１００ｍＧ］としたとき、Ａ３が０．８［（Ａ１＋Ａ２）／２］［ｍＷ／１００ｍＧ］以上、０．９［（Ａ１＋Ａ２）／２］［ｍＷ／１００ｍＧ］以下となるよう構成されている上記（２）に記載の発電装置。 (4) When the minimum power generation amount in the frequency band between the first resonance frequency and the second resonance frequency of the power generation apparatus is A 3 [mW / 100 mG], A 3 is 0.8 [ (A 1 + A 2 ) / 2] [mW / 100 mG] or more and 0.9 [(A 1 + A 2 ) / 2] [mW / 100 mG] or less, the power generation according to (2) above apparatus.
（５） 前記第１の振動系の第１の固有振動数および前記第２の振動系の第２の固有振動数に対応する前記第２の振動系の減衰係数Ｃ２を設定することにより、前記発電量の関係となるよう構成されている上記（２）ないし（４）のいずれかに記載の発電装置。 (5) By setting a damping coefficient C2 of the second vibration system corresponding to the first natural frequency of the first vibration system and the second natural frequency of the second vibration system, The power generation device according to any one of (2) to (4), wherein the power generation amount is related to the power generation amount.
（６） 前記第１の固有振動数に対応する前記減衰係数Ｃ２が６〜１０［Ｎ／（ｍ／ｓ）］であり、前記第２の固有振動数に対応する前記減衰係数Ｃ２が６〜１０［Ｎ／（ｍ／ｓ）］である上記（５）に記載の発電装置。 (6) the first of the damping coefficient C 2 corresponding to the natural frequency is 6~10 [N / (m / s )], the damping coefficient C 2 corresponding to the second natural frequency The power generator according to (5) above, which is 6 to 10 [N / (m / s)].
（７） 前記第２の質量部は、磁化方向に沿って変位可能に設けられた永久磁石を備え、前記第１の質量部は、前記永久磁石の外周側を囲むよう設けられたコイルを備える上記（１）ないし（６）のいずれかに記載の発電装置。 (7) The second mass unit includes a permanent magnet provided to be displaceable along the magnetization direction, and the first mass unit includes a coil provided so as to surround an outer peripheral side of the permanent magnet. The electric power generating apparatus in any one of said (1) thru | or (6).
（８） 前記第１の質量部は、さらに、前記コイルを保持し、非磁性の金属粒子を含有する樹脂材料で構成された保持部材を備える上記（７）に記載の発電装置。 (8) The power generation device according to (7), wherein the first mass unit further includes a holding member that holds the coil and includes a resin material containing nonmagnetic metal particles.
（９） 前記第２の質量部は、さらに、前記永久磁石に固定され、比重７以上の磁性材料で構成された磁性部材を備え、該磁性部材を介して前記永久磁石が前記第２のバネ部に連結されている上記（７）または（８）に記載の発電装置。 (9) The second mass unit further includes a magnetic member fixed to the permanent magnet and made of a magnetic material having a specific gravity of 7 or more, and the permanent magnet is interposed between the second spring and the magnetic member. The power generation device according to (7) or (8), which is connected to a section.
（１０） 前記第１の質量部および前記第２の質量部のうちの少なくとも一方は、磁力線を発生する永久磁石を備え、前記第２のバネ部は、磁歪材料で構成された弾性変形可能な磁歪部材を備え、
当該発電装置は、前記磁力線を軸方向に通過するように配置され、その密度の変化に基づいて電圧が発生するコイルを有する上記（１）ないし（６）のいずれかに記載の発電装置。
(10) At least one of the first mass portion and the second mass portion includes a permanent magnet that generates lines of magnetic force, and the second spring portion is made of a magnetostrictive material and is elastically deformable. Comprising a magnetostrictive member,
The power generation device according to any one of (1) to (6), wherein the power generation device includes a coil that is arranged to pass through the magnetic field lines in an axial direction and generates a voltage based on a change in density.
（１１） 前記コイルは、前記磁歪部材の外周側に設けられている上記（１０）に記載の発電装置。 (11) The power generator according to (10), wherein the coil is provided on an outer peripheral side of the magnetostrictive member.
（１２） 前記第２のバネ部は、圧電材料で構成された弾性変形可能な圧電部材を備え、
当該発電装置は、該圧電部材を介して対向して設けられた一対の電極を有する上記（１）ないし（６）のいずれかに記載の発電装置。
(12) The second spring part includes an elastically deformable piezoelectric member made of a piezoelectric material,
The power generation device according to any one of (1) to (6), wherein the power generation device includes a pair of electrodes provided to face each other with the piezoelectric member interposed therebetween.
（１３） 前記第２の質量部は、分極方向とほぼ直交する方向に沿って変位可能に設けられたエレクトレットを備え、
当該発電装置は、前記エレクトレットを介して対向して設けられた一対の電極を備える上記（１）ないし（６）のいずれかに記載の発電装置。
(13) The second mass unit includes an electret provided to be displaceable along a direction substantially orthogonal to the polarization direction,
The said power generator is a power generator in any one of said (1) thru | or (6) provided with a pair of electrode provided facing through the said electret.
（１４） 当該発電装置は、さらに、その発電量を調整するための錘を有する上記（１）ないし（１３）のいずれかに記載の発電装置。 (14) The power generation device according to any one of (1) to (13), further including a weight for adjusting the power generation amount.
（１５） 上記（１）ないし（１３）のいずれかに記載の発電装置と、
該発電装置の発電量を調整するための錘とを有することを特徴とする発電装置セット。
(15) The power generation device according to any one of (1) to (13),
A power generator set comprising a weight for adjusting the power generation amount of the power generator.
（１６） 上記（１）ないし（１３）のいずれかに記載の発電装置と、
該発電装置を前記支持部を介して固定する前記空調ダクトとを有することを特徴とする発電システム。
(16) The power generation device according to any one of (1) to (13),
The power generation system comprising: the air conditioning duct that fixes the power generation device via the support portion.
本発明によれば、２つの振動系の固有角振動数および質量比を適切な値となるように構成したので、空調ダクトの振動を効率よく利用して、結果として高い発電効率で発電することができる。 According to the present invention, since the natural angular frequency and mass ratio of the two vibration systems are configured to be appropriate values, the vibration of the air conditioning duct can be efficiently used, and as a result, power can be generated with high power generation efficiency. Can do.
以下、本発明の発電装置を添付図面に示す好適な実施形態に基づいて説明する。
＜第１実施形態＞
まず、本発明の発電装置の第１実施形態について説明する。
Hereinafter, a power generator according to the present invention will be described based on preferred embodiments shown in the accompanying drawings.
<First Embodiment>
First, a first embodiment of the power generator of the present invention will be described.
図１は、本発明の発電装置の第１実施形態を示す斜視図、図２は、図１に示す発電装置の平面図、図３は、図１に示す発電装置が備える装置本体の分解斜視図、図４は、図１中のＡ−Ａ線断面図（図３に示す装置本体の縦断面図）、図５は、図３に示す装置本体が備える板バネの平面図である。 FIG. 1 is a perspective view showing a first embodiment of a power generator of the present invention, FIG. 2 is a plan view of the power generator shown in FIG. 1, and FIG. 3 is an exploded perspective view of a device main body included in the power generator shown in FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 1 (longitudinal cross-sectional view of the apparatus main body shown in FIG. 3), and FIG. 5 is a plan view of a leaf spring included in the apparatus main body shown in FIG.
なお、以下の説明では、図１、図３および図４中の上側を「上」または「上方」と言い、下側を「下」または「下方」と言う。また、図２および図５中の紙面手前側を「上」または「上方」と言い、紙面奥側を「下」または「下方」と言う。 In the following description, the upper side in FIGS. 1, 3 and 4 is referred to as “upper” or “upper”, and the lower side is referred to as “lower” or “lower”. 2 and FIG. 5 is referred to as “upper” or “upper”, and the rear side of the page is referred to as “lower” or “lower”.
図１および図２に示す発電装置１００は、空調ダクトに固定して使用するものであり、装置本体１と、この装置本体１を空調ダクトに吸着により固定する吸着手段９と、装置本体１から側方に突出するようにして設けられ、外部装置に接続される接続コネクタ１１とを有している。
The
図３および図４に示すように、装置本体１は、筐体（支持部）２０と、筐体２０内に、図４の上下方向に振動可能に保持された発電部１０とを備えている。この発電部１０は、一対の対向する上側板バネ６０Ｕおよび下側板バネ６０Ｌと、これらの間に固定された、永久磁石３１を有する磁石組立体３０、および、永久磁石３１の外周側を囲むように設けられたコイル４１を有するコイル組立体４０とを有している。なお、本実施形態では、上側板バネ６０Ｕと下側板バネ６０Ｌとは、同じ構造を有している。
As shown in FIGS. 3 and 4, the apparatus
＜＜筐体２０＞＞
筐体２０は、図３および図４に示すように、カバー２１と、発電部１０を上面（一方の面）側に支持するベース（支持板）２３と、カバー２１とベース２３との間に、発電部１０を囲むように設けられた筒状部２２とを備えている。
<<
As shown in FIGS. 3 and 4, the
カバー２１は、円盤状をなし、その外周縁部に沿って、円環状（リング状）のリブ２１１が下方に向かって突出形成されている。このリブ２１１に対応する部分に沿って、ほぼ等間隔で６つの貫通孔２１２が形成されている。また、カバー２１のリブ２１１より内側の部分には、上方に向かって凹没形成された凹部（逃げ部）２１４が形成されている。発電部１０は、振動した際に、この凹部２１４内に位置（退避）し、カバー２１と接触するのが防止されている。
The
筒状部２２は、円筒状をなし、その外径がカバー２１の外径とほぼ等しくなっている。発電部１０と筐体２０とを組み立てた状態（以下、この状態を「組立状態」と言う。）で、筒状部２２の内側に発電部１０の発電に寄与する主要部が位置する。
The
また、筒状部２２の内周面には、カバー２１の貫通孔２１２に対応する位置に、筒状部２２の高さ方向に沿って６つのボス２２１が形成されている。このボス２２１の上端部には、上側ネジ孔２２１ａが形成されている。また、上側板バネ６０Ｕの外周部（第１の環状部６１）には、その周方向に沿ってほぼ等間隔で６つの貫通孔６６が形成されている。
Further, six
上側板バネ６０Ｕの外周部をカバー２１と筒状部２２との間に位置させた状態で、ネジ２１３を、カバー２１の貫通孔２１２および上側板バネ６０Ｕの貫通孔６６に挿通し、ボス２２１の上側ネジ孔２２１ａに螺合させる。これにより、上側板バネ６０Ｕの外周部が、カバー２１と筒状部２２とに固定される。
With the outer peripheral portion of the
ベース２３は、円盤状をなし、その外周縁部に沿って、円環状（リング状）のリブ２３１が上方に向かって突出形成されている。このリブ２３１に対応する部分に沿って、ほぼ等間隔に６つの貫通孔２３２が形成されている。また、ベース２３のリブ２３１より内側の部分には、下方に向かって凹没形成された凹部（逃げ部）２３４が形成されている。発電部１０は、振動した際に、この凹部２３４内に位置（退避）し、ベース２３と接触するのが防止されている。
The
また、筒状部２２のボス２２１の下端部には、下側ネジ孔（雌ネジ）２２１ｂが形成されている。下側板バネ６０Ｌの外周部（第１の環状部６１）をベース２３と筒状部２２との間に位置させた状態で、ネジ２３３を、ベース２３の貫通孔２３２および下側板バネ６０Ｌの貫通孔６６に挿通し、ボス２２１の下側ネジ孔２２１ｂに螺合させる。これにより、下側板バネ６０Ｌの外周部が、ベース２３と筒状部２２とに固定される。
Further, a lower screw hole (female screw) 221 b is formed at the lower end of the
図４に示すように、ベース２３の下面（他方の面）２３０は、下方に向かって突出する湾曲凸面で構成されている。なお、かかる構成とすることにより得られる効果については、後に説明する。また、ベース２３の下面２３０の中央部には、吸着手段９の一部を構成する永久磁石９１１等を収納可能な凹部２３５が形成されている。
As shown in FIG. 4, the lower surface (the other surface) 230 of the
筐体２０（カバー２１、筒状部２２およびベース２３）を構成する材料としては、特に限定されないが、例えば、金属材料、セラミックス材料、樹脂材料等が挙げられ、これらの１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。
Although it does not specifically limit as a material which comprises the housing | casing 20 (the
筐体２０の寸法は、特に限定されないが、発電装置１００を小型化（低背化）する観点からは、筐体２０（ベース２３）の平均幅（平均径）は、６０〜１２０ｍｍ程度であるのが好ましい。また、筐体２０の平均高さは、２０〜５０ｍｍ程度であるのが好ましく、３０〜４０ｍｍ程度であるのがより好ましい。
Although the dimension of the housing | casing 20 is not specifically limited, From a viewpoint of making the electric
この筐体２０内には、上側板バネ６０Ｕおよび下側板バネ６０Ｌにより、発電部１０が振動可能に保持されている。
In the
＜＜上側板バネ６０Ｕ、下側板バネ６０Ｌ＞＞
上側板バネ６０Ｕは、その外周部がカバー２１と筒状部２２との間に、これらに挟持されることにより固定され、また、下側板バネ６０Ｌは、その外周部がベース２３と筒状部２２との間に、これらに挟持されることにより固定されている。
<<
The
各板バネ６０Ｌ、６０Ｕは、例えば、鉄、ステンレス鋼のような金属製の薄板材から形成され、その全体形状が円盤状をなす部材である。図５に示すように、各板バネ６０Ｌ、６０Ｕは、外周側から、第１の環状部６１、第１の環状部６１の内径よりも小さい外径を有する第２の環状部６２、および、第２の環状部６２の内径よりも小さい外径を有する第３の環状部６３を有している。
Each of the
これらの第１の環状部６１、第２の環状部６２および第３の環状部６３は、同心的に設けられている。また、第１の環状部６１と第２の環状部６２とは、複数（本実施形態では、６つ）の第１のバネ部６４によって連結されており、第２の環状部６２と第３の環状部６３とは、複数（本実施形態では、３つ）の第２のバネ部６５によって連結されている。
The first
第１の環状部６１には、その周方向に沿って、６つの貫通孔６６がほぼ等間隔（およそ６０°間隔）で形成されている。前述したように、上側板バネ６０Ｕの貫通孔６６には、ボス２２１の上側ネジ孔２２１ａに螺合されるネジ２１３が挿通され、一方、下側板バネ６０Ｌの貫通孔６６には、ボス２２１の下側ネジ孔２２１ｂに螺合されるネジ２３３が挿通される。
In the first
また、第２の環状部６２にも、その周方向に沿って、６つの貫通孔６７がほぼ等間隔（およそ６０°間隔）で形成されている。また、後述するコイル組立体４０のコイル保持部５０には、その周方向に沿って、６つのボス５１１が上下方向に突出して形成されている。各ボス５１１には、その上端部に上側ネジ孔５１１ａと、下端部に下側ネジ孔５１１ｂとが形成されている。
Also, six through
ネジ８２を上側板バネ６０Ｕの貫通孔６７に挿通し、ボス５１１の上側ネジ孔５１１ａに螺合させる。これにより、上側板バネ６０Ｕの第２の環状部６２が、コイル組立体４０（コイル保持部５０）に固定される。一方、ネジ８２を下側板バネ６０Ｌの貫通孔６７に挿通し、ボス５１１の下側ネジ孔５１１ｂに螺合させる。これにより、下側板バネ６０Ｌの第２の環状部６２が、コイル組立体４０に固定される。
The
また、上側板バネ６０Ｕの第３の環状部６３には、磁石組立体３０の上方に配置されるスペーサ７０が固定されている。一方、下側板バネ６０Ｌの第３の環状部６３には、磁石組立体３０が固定されている。また、本実施形態では、ネジ７３により、スペーサ７０と磁石組立体３０とが連結されている。
Also, a
６つの第１のバネ部６４は、それぞれ、円弧状の部分を有する形状（ほぼＳ字状）をなしており、第１の環状部６１と第２の環状部６２との間に配置されている。具体的には、第２の環状部６２（コイル組立体４０）を介して、互いに対向する一対の第１のバネ部６４が３組で（第３の環状部６３の中心軸を中心とした回転対象の位置に）配置されている。各第１のバネ部６４は、その一端が第１の環状部６１の貫通孔６６近傍で第１の環状部６１に連結され、円弧状の部分が第１の環状部６１および第２の環状部６２の周方向に沿って左回り（反時計回り）に延在して、他端が第２の環状部６２の貫通孔６７近傍で第２の環状部６２に連結されている。
Each of the six
６つの第１のバネ部６４は、第２の環状部６２を第１の環状部６１に対して、図４の上下方向に振動可能に支持（連結）している。上述したように、第１の環状部６１は筐体２０に固定され、第２の環状部６２はコイル組立体４０に固定されている。そのため、空調ダクトからの振動が筐体２０に伝達されると、この振動が第１のバネ部６４を介して第２の環状部６２に伝達され、コイル組立体４０が筐体２０に対して振動する。
The six
一方、３つの第２のバネ部６５は、それぞれ、円弧状の部分を有する形状（ほぼＳ字状）をなしており、第２の環状部６２と第３の環状部６３との間に配置されている。具体的には、３つの第２のバネ部６５は、第３の環状部６３（磁石組立体３０）の中心軸を中心とした回転対称の位置に配置されている。各第２のバネ部６５は、その一端が第２の環状部６２の貫通孔６７近傍で第２の環状部６２に連結され、円弧状の部分が第２の環状部６２および第３の環状部６３の周方向に沿って右回り（時計回り）に延在して、他端が第３の環状部６３と連結している。
On the other hand, each of the three
３つの第２のバネ部６５は、第３の環状部６３を第２の環状部６２に対して、図４の上下方向に振動可能に支持（連結）している。上述したように、第２の環状部６２はコイル組立体４０に固定され、第３の環状部６３は直接または間接的に磁石組立体３０に固定されている。そのため、第２の環状部６２に伝達された空調ダクトからの振動が、第２のバネ部６５を介して第３の環状部６３に伝達され、磁石組立体３０がコイル組立体４０に対して振動する。
The three
このように、各板バネ６０Ｌ、６０Ｕは、図５に示すように、その中心軸（第３の環状部６３の中心軸）を中心とした回転対称の形状をなしている。これにより、各板バネ６０Ｌ、６０Ｕの周方向における第１のバネ部６４および第２のバネ部６５のバネ定数にバラつきが生じることを防止することができる。そのため、各板バネ６０Ｌ、６０Ｕの全体としての厚さ方向とほぼ直交する方向における剛性（横剛性）を向上させることができる。また、発電装置１００（装置本体１）を組み立てる際には、その作業をより簡便に行うことができるようになる。
Thus, as shown in FIG. 5, each
なお、各板バネ６０Ｌ、６０Ｕの平均厚さは、各バネ部６４、６５のバネ定数（ｋ１、ｋ２）を所望の値とするために適宜調整することができる。具体的には、各板バネ６０Ｌ、６０Ｕの平均厚さは、０．１〜０．４ｍｍ程度であるのが好ましく、０．２〜０．３ｍｍ程度であるのがより好ましい。各板バネ６０Ｌ、６０Ｕの平均厚さが上記範囲内であれば、各板バネ６０Ｌ、６０Ｕの塑性変形、破断などの発生を確実に防止することができる。これにより、発電装置１００を空調ダクトに取り付けた状態で長期間にわたって使用することができる。
Each
これらの上側板バネ６０Ｕと下側板バネ６０Ｌとの間には、永久磁石３１を有する磁石組立体３０が設けられている。
A
＜＜磁石組立体３０＞＞
磁石組立体３０は、円柱状の永久磁石３１と、有底筒状のバックヨーク（磁性部材）３２と、永久磁石３１上に設けられた円盤状のヨーク（磁性部材）３３とを有している。この磁石組立体３０は、バックヨーク３２の底面の外周部が下側板バネ６０Ｌの第３の環状部６３に固定され、ヨーク３３がスペーサ７０を介して上側板バネ６０Ｕの第３の環状部６３に固定されている。
<<
The
永久磁石３１は、Ｎ極を上側に、Ｓ極を下側にして配置されている。これにより、永久磁石３１（磁石組立体３０）は、その磁化方向（上下方向）に沿って変位する。
The
永久磁石３１には、例えば、アルニコ磁石、フェライト磁石、ネオジム磁石、サマリウムコバルト磁石や、それらを粉砕して樹脂材料やゴム材料に混練した複合素材を成形してなる磁石（ボンド磁石）等を用いることができる。なお、永久磁石３１は、例えば永久磁石３１自体の磁力による吸着、接着剤による接着等により、バックヨーク３２およびヨーク３３に固定される。
As the
ヨーク３３は、その平面視での大きさが永久磁石３１の平面視での大きさとほぼ等しくなっている。また、ヨーク３３の中央部にはネジ孔３３１が形成されている。
The size of the
バックヨーク３２は、底板部３２１と、その外周部に沿って立設された筒状部３２２とを備えている。永久磁石３１は、底板部３２１の中央部に、筒状部３２２と同心的に配置されている。また、底板部３２１には、その中央部に貫通孔が形成されている。かかるバックヨーク３２を備える構成の磁石組立体３０では、永久磁石３１により発生する磁束を増大させることができる。
The back yoke 32 includes a
バックヨーク３２およびヨーク３３の構成材料としては、それぞれ、例えば、純鉄（例えば、ＪＩＳ ＳＵＹ）、軟鉄、炭素鋼、電磁鋼（ケイ素鋼）、高速度工具鋼、構造鋼（例えば、ＪＩＳ ＳＳ４００）、ステンレス、パーマロイのような比重７以上の磁性材料等が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。かかる磁性材料を用いることにより、磁石組立体３０の大型化を防止しつつ十分な質量を確保することができる。
磁石組立体３０と筐体２０との間には、コイル組立体４０が設けられている。
The constituent materials of the back yoke 32 and the
A
＜＜コイル組立体４０＞＞
コイル組立体４０は、コイル４１と、このコイル４１を保持するコイル保持部（保持部材）５０とを有している。また、コイル保持部５０は、全体形状が円筒状の本体部５１と、本体部５１の上端内周側に位置する円環状の円盤部５２とを有している。
<<
The
本体部５１は、円筒状のブロックを上下方向から肉抜きしたような形状をなしている。また、本体部５１には、その周方向に沿って、６つのボス５１１が上下方向に突出して形成されている。各ボス５１１の上端部および下端部には、それぞれ、ネジ８２が螺合する上側ネジ孔５１１ａおよび下側ネジ孔（雌ネジ）５１１ｂが形成されている。
The
円盤部５２は、本体部５１と一体的に形成され、その内径は、スペーサ７０（本体部７１）の外径よりも大きく形成されている。この円盤部５２の下面の内周側には、コイル４１が保持されている。
The
コイル保持部５０は、非磁性の金属粒子を含有する樹脂材料で構成されているのが好ましい。かかる材料を用いることにより、コイル組立体４０の大型化を防止しつつ十分な質量を確保することができる。非磁性の金属粒子としては、例えば、ステンレス、タングステン、鉛、銅、銀、金等で構成される金属粒子が挙げられる。また、樹脂材料としては、例えば、ＡＢＳ、ＰＢＴ、ＰＡ、ＰＯＭ、ＰＰＳ、ＰＣ等が挙げられる。
The
コイル４１は、その外径がバックヨーク３２の筒状部３２２より小さく、内径が永久磁石３１およびヨーク３３の外径より大きく設定されている。これにより、コイル４１は、組立状態において、バックヨーク３２の筒状部３２２と永久磁石３１との間に、これらから離間して（これらに接触しないように）配置される。
The
このコイル４１は、発電部１０の振動により、永久磁石３１に対して相対的に上下方向に変位する。このとき、コイル４１を通過する永久磁石３１からの磁力線の密度が変化し、コイル４１に電圧が発生する。
The
コイル４１は、例えば、銅製の基線に絶縁被膜を被覆した線材や、銅製の基線に融着機能を付加した絶縁被膜を被覆した線材等を巻回することにより形成されている。線材の巻き数は、線材の横断面積等に応じて適宜設定され、特に限定されない。また、線材の横断面形状は、例えば、三角形、正方形、長方形、六角形のような多角形、円形、楕円形等のいかなる形状であってもよい。
The
なお、このコイル４１を構成する線材の両端は、コイル保持部５０の円盤部５２の上側に設けられた電圧取出部（図示せず）を介して接続コネクタ１１に接続されている。この接続コネクタ１１を、例えば、無線通信装置等の電気回路に接続することにより、発電装置１００を電気回路の電源として利用することができる。
Note that both ends of the wire constituting the
また、磁石組立体３０は、スペーサ７０を介して、上側板バネ６０Ｕに連結されている。
Further, the
＜＜スペーサ７０＞＞
スペーサ７０は、有底筒状の本体部７１と、この本体部７１の上端外周に沿って、本体部７１と一体的に形成された円環状のフランジ部７２とを備えている。本体部７１の底部は、ネジ７３により磁石組立体３０（ヨーク３３）に連結されている。また、フランジ部７２の下面の外周側に、上側板バネ６０Ｕの第３の環状部６３が固定されている。
<<
The
このスペーサ７０を構成する材料としては、例えば、マグネシウム、アルミニウム、成形樹脂等を用いることができる。
As a material constituting the
以上のような構成の装置本体１では、筐体２０に対して、第１のバネ部６４を介してコイル組立体（第１の質量部）４０が振動する第１の振動系と、コイル組立体４０に対して、第２のバネ部６５を介して磁石組立体（第２の質量部）３０が振動する第２の振動系とが形成されている。換言すれば、装置本体１では、発電部１０が、第１の振動系および第２の振動系を有する２自由度振動系を構成している。
In the apparatus
ここで、図６は、発電部が有する２自由度振動系（第１の振動系および第２の振動系）の構成を説明するためのモデル図である。また、図７は、図６に示す２自由度振動系における発電量の周波数特性を説明するためのグラフである。 Here, FIG. 6 is a model diagram for explaining a configuration of a two-degree-of-freedom vibration system (a first vibration system and a second vibration system) included in the power generation unit. FIG. 7 is a graph for explaining the frequency characteristics of the power generation amount in the two-degree-of-freedom vibration system shown in FIG.
このような２自由度振動系の発電部１０では、第１の振動系が、コイル組立体４０の第１の質量ｍ１［ｋｇ］と、コイル組立体４０と磁石組立体３０との質量比μ＝ｍ２／ｍ１と、第１のバネ部６４の第１のバネ定数ｋ１［Ｎ／ｍ］とで決定される第１の固有振動数ω１［Ｈｚ］を有し、第２の振動系が、磁石組立体３０の第２の質量ｍ２［ｋｇ］と、コイル組立体４０と磁石組立体３０との質量比μと、第２のバネ部６５の第２のバネ定数ｋ２［Ｎ／ｍ］とで決定される第２の固有振動数ω２［Ｈｚ］を有する。
In such a two-degree-of-freedom vibration system
ここで、第１および第２の固有振動数ω1、ω２は、下記式（１）の運動方程式で表すことができる。 Here, the first and second natural frequencies ω 1 and ω 2 can be expressed by the equation of motion of the following formula (1).
すなわち、２自由度振動系の第１の固有振動数ω１および第２の固有振動数ω２は、上記のコイル組立体４０と磁石組立体３０との質量比μ、第１の振動系の第１の固有角振動数Ω１［ｒａｄ／Ｓ］、および、第２の振動系の第２の固有角振動数Ω２［ｒａｄ／Ｓ］の３つのパラメータで決定される。
That is, the first natural frequency ω 1 and the second natural frequency ω 2 of the two-degree-of-freedom vibration system are the mass ratio μ of the
なお、図６中では、減衰係数Ｃ１、Ｃ２に基づく減衰（以下、それぞれ、単に「減衰Ｃ１」、「減衰Ｃ２」とも言う。）が含まれている。ここで、減衰Ｃ１は、第１のバネ部６４の撓みで発生する構造減衰である。一方、減衰Ｃ２は、第２のバネ部６５の構造減衰に加え、発電した電力を外部負荷が消費した際に、発電部１０に発生する振動を抑制しようとする反力による減衰である。本実施形態のような電磁誘導による発電方式の場合、後者の減衰とは、永久磁石３１とコイル４１とによる電磁誘導で発電した電流が、発電装置１００の外部負荷を通してループし、電流が流れた時の推力による減衰を示し、いわゆる逆起電力による減衰である。
In FIG. 6, attenuation based on attenuation coefficients C 1 and C 2 (hereinafter, also simply referred to as “attenuation C 1 ” and “attenuation C 2 ”, respectively) is included. Here, the damping C 1 is a structural damping that occurs due to the bending of the
この逆起電力による減衰は、推力定数Ｋｔ、コイル４１の抵抗値Ｒ、および、コイル４１のインダクタンスから定まり、発電装置１００に負荷がない状態（コイル４１の解放状態）において、減衰Ｃ２は、第２のバネ部６５の構造減衰のみになる。なお、第２のバネ部６５の構造減衰は、上述した逆起電力による減衰に比べて極めて小さく、実際上、無視しても問題がない値である。そのため、以下では、減衰Ｃ２とは、逆起電力による減衰のことを指すものとして説明する。
The attenuation due to the back electromotive force is determined from the thrust constant K t , the resistance value R of the
上記式（１）で表される２自由度振動系の発電量（発電能力）は、逆起電力による減衰を含む減衰Ｃ２を伴い、図７に示すように、各固有振動数ω１、ω２にそれぞれ起因する２つの共振周波数（第１の共振周波数ｆ１、第２の共振周波数ｆ２）において最大値Ａ１およびＡ２［ｍＷ／１００ｍＧ］をとる。そして、発電装置１００では、これらの２つの共振周波数ｆ１、ｆ２の間の周波数帯域にわたって発電部１０が筐体２０に対して効率良く振動する。なお、減衰Ｃ２が無い場合において各固有振動数ω1、ω２は各共振周波数ｆ１、ｆ２に一致する。
Power generation amount of two-degree-of-freedom vibration system represented by the above formula (1) (generating capacity) is accompanied by attenuation C 2 including attenuation by counter electromotive force, as shown in FIG. 7, the natural frequency omega 1, The maximum values A 1 and A 2 [mW / 100 mG] are taken at two resonance frequencies (first resonance frequency f 1 and second resonance frequency f 2 ) respectively resulting from ω 2 . In the
本発明では、コイル組立体４０の第１の質量ｍ１［ｋｇ］と、第１のバネ部６４の第１のバネ定数ｋ１［Ｎ／ｍ］と、磁石組立体３０の第２の質量ｍ２［ｋｇ］と、第２のバネ部６５の第２のバネ定数ｋ２［Ｎ／ｍ］とを設定することにより、第１の振動系の第１の固有角振動数Ω１＝（ｋ１／ｍ１）１／２、第２の振動系の第２の固有角振動数Ω２＝（ｋ２／ｍ２）１／２およびコイル組立体４０と磁石組立体３０との質量比μ＝ｍ２／ｍ１が所定の値となるように構成されている。具体的には、第１の固有角振動数Ω１は２００〜２５０ｒａｄ／Ｓの範囲の値となるように、第２の固有角振動数Ω２は６０〜１２０ｒａｄ／Ｓの範囲の値となるように、また、質量比μは０．４〜１の範囲の値となるように構成されている。これらの３つのパラメータのそれぞれの値が上記範囲内であれば、第１の振動系の第１の固有振動数ω１と第２の振動系の第２の固有振動数ω２とが１４〜４２Ｈｚの範囲の値となる。これにより、発電部１０（発電装置１００）は、空調ダクトの振動を効率よく利用して、結果として高い発電効率で発電することができる。以下、この点について説明する。
In the present invention, the first mass m 1 [kg] of the
空調ダクトの振動周波数は、種々の要因によって変動するが、主たる要因は、送風機の回転数に一致する気体の脈動と、空調ダクトの振動面の固有振動数とである。 The vibration frequency of the air conditioning duct varies depending on various factors, but the main factors are the pulsation of the gas that matches the rotational speed of the blower and the natural frequency of the vibration surface of the air conditioning duct.
そこで、まず、送風機の回転数について検討する。事務所や施設、ビルなどの空調において送風機には、一般的に、誘導モーターが用いられている。この誘導モーターの回転数は、供給される交流電源周波数、モーター磁極数、および、すべり率から定まり、通常、１５．８〜２８．５Ｈｚの範囲に分布する。空調を行う際には、送風機から空調口（吸気口、排気口、送風口）まで、空気が流動し、圧力が空調ダクト全体にわたって伝達される。したがって、送風機による脈動も、空調ダクト全体で発生する。 Therefore, first, the rotational speed of the blower will be examined. In general, an induction motor is used as an air blower in an air conditioner such as an office, a facility, or a building. The number of revolutions of the induction motor is determined from the supplied AC power supply frequency, the number of motor magnetic poles, and the slip rate, and is usually distributed in the range of 15.8 to 28.5 Hz. When air conditioning is performed, air flows from the blower to the air conditioning port (intake port, exhaust port, blower port), and pressure is transmitted over the entire air conditioning duct. Therefore, pulsation caused by the blower also occurs in the entire air conditioning duct.
次に、空調ダクトの固有振動数について、代表的なサイズの空調ダクトをモデル化して、シミュレーションを行った。表１は、シミュレーション結果を示す表であり、図８は、解析結果の代表例を示す図である。 Next, simulation was performed by modeling a typical size air-conditioning duct with respect to the natural frequency of the air-conditioning duct. Table 1 is a table showing simulation results, and FIG. 8 is a diagram showing a representative example of analysis results.
ここで、図９は、本発明の発電装置が取り付けられる代表的な空調ダクトを示す斜視図である。 Here, FIG. 9 is a perspective view showing a typical air conditioning duct to which the power generator of the present invention is attached.
図９に示すように、ビル施設などの天井裏に使用される空調ダクトのサイズは、縦３００〜４００ｍｍ程度、横３００〜４００ｍｍ程度、および、フランジ間の長さ９００〜１，８００ｍｍ程度である。なお、建物の形状に合わせて、空調ダクトの経路を屈曲させたり、ターンさせる場合は、直線形状とは異なる形状やフランジ間の長さが４００ｍｍ程度になることがある。このため、かかる場合を想定して、フランジ間の長さを４５０ｍｍ程度に設定にしたモデルについてもシミュレーションを行った。 As shown in FIG. 9, the size of the air-conditioning duct used for the ceiling of a building facility is about 300 to 400 mm in length, about 300 to 400 mm in width, and the length between flanges is about 900 to 1,800 mm. . In addition, when the route of the air conditioning duct is bent or turned according to the shape of the building, the shape different from the linear shape and the length between the flanges may be about 400 mm. For this reason, assuming such a case, simulation was also performed for a model in which the length between the flanges was set to about 450 mm.
また、空調ダクトに使用する鋼板の厚さは、０．５ｍｍ、０．６ｍｍ、０．８ｍｍ、１．０ｍｍ、１．２ｍｍなどがあり、空調ダクトのサイズによって適宜選択される。そのため、モデルの長さに応じて鋼板の厚さを適切に選択した（表１中のＮｏ．１〜９）。さらに、空調ダクトの軽量化を図るため、極端に薄肉で長い大型の空調ダクトを想定した場合（表１中のＮｏ．１０）もモデル化して、シミュレーションを行った。 Moreover, the thickness of the steel plate used for an air-conditioning duct has 0.5 mm, 0.6 mm, 0.8 mm, 1.0 mm, 1.2 mm etc., and is suitably selected according to the size of an air-conditioning duct. Therefore, the thickness of the steel sheet was appropriately selected according to the model length (Nos. 1 to 9 in Table 1). Furthermore, in order to reduce the weight of the air conditioning duct, a simulation was performed by modeling an extremely thin and long large air conditioning duct (No. 10 in Table 1).
その結果、Ｎｏ．１〜９の空調ダクトでは、発電に寄与する方向（共振モード）の固有振動数は、１４〜４２Ｈｚに分布していることがわかる。ここで、発電に寄与する方向（共振モード）とは、図８に示すモード１および２のように、発電装置１００の発電方向に振動が発生している場合の空調ダクトの振動方向を言い、図８に示すモード３のように、空調ダクトの側面に振動モードが発生する場合も、発電装置１００を空調ダクトの側面に設置することを想定すれば発電装置１００の発電に寄与する。
As a result, no. In the
なお、図８に示すモード４のような場合には、発電装置１００を振動の節にあたる空調ダクト中央に設置すれば、空調ダクトの振動は発電装置１００の発電に寄与しないが、発電装置１００を振動の腹へ設置すれば、空調ダクトの振動は発電装置１００の発電に寄与する。なお、各空調ダクトのモデルにおいてモードの種類、順位、周波数は異なるため、上記説明におけるモード番号は、各空調ダクトのモデルで共通ではない。
In the case of the
また、Ｎｏ．１０の空調ダクト（薄肉の大型空調ダクト）の場合、その固有振動数は６Ｈｚ程度と低い。かかる空調ダクトは、その共振周波数より高い周波数での強制振動モデルとなる。すなわち、この場合、空調ダクトの振動面は、脈動による振動の振幅を抑制するように作用するため、共振による増幅は発生しない。しなしながら、空調ダクトの振動面は、薄肉でかつ面積が大きいため、そのバネ定数が低く、かつ、脈動を受ける面積が大きくなる。このため、空調ダクトの振動面は、圧力の力への変換率が大きくなり、結果的に、その変位量が大きくなる。この場合、空調ダクトの振動面は、送風機の脈動周波数に大きく依存する振動モードとなる。 No. In the case of 10 air conditioning ducts (thin-walled large air conditioning ducts), the natural frequency is as low as about 6 Hz. Such an air-conditioning duct becomes a forced vibration model at a frequency higher than its resonance frequency. That is, in this case, the vibration surface of the air conditioning duct acts so as to suppress the amplitude of vibration due to pulsation, so that amplification due to resonance does not occur. However, since the vibration surface of the air conditioning duct is thin and has a large area, its spring constant is low and the area that receives pulsation is large. For this reason, the vibration surface of the air conditioning duct has a higher conversion rate to pressure force, and as a result, the amount of displacement thereof increases. In this case, the vibration surface of the air conditioning duct is in a vibration mode that greatly depends on the pulsation frequency of the blower.
以上のようなことから、送風機の脈動周波数を振動源とし、空調ダクトの固有振動数が影響することにより、空調ダクトの振動が強く発生する周波数帯域は、表１中において太字で示すように、１４〜４２Ｈｚであることがわかる。 From the above, the frequency band in which the vibration of the air conditioning duct is strongly generated due to the influence of the natural frequency of the air conditioning duct using the pulsation frequency of the blower as the vibration source, as shown in bold in Table 1, It turns out that it is 14-42 Hz.
発電装置１００は、第１の固有角振動数Ω１、第２の固有角振動数Ω２および質量比μが、それぞれ上述した所定の範囲内の値となるように構成することにより、第１の振動系の第１の固有振動数ω１と第２の振動系の第２の固有振動数ω２とを１４〜４２Ｈｚの範囲の値とすることができる。そのため、発電装置１００（発電部１０）は、空調ダクトの振動を効率よく利用して、高い発電効率で発電することができる。
The
また、発電装置１００は、ダクトの脈動周波数と固有振動周波数（固有振動数）とが同調することにより、振動が増幅され易い１５〜２８Ｈｚを感度帯域（発電装置１００の発電に寄与する周波数帯域）に含むことが好ましい。さらに、本発明者の検討によれば、発電装置１００の感度帯域を広くすべく、第１の固有振動数ω１と第２の固有振動数ω２との差（間隔）を大きくすると、感度帯域における発電装置１００の発電量にバラつきが生じ易くなる傾向を示すことが判っている。
Further, the
このようなことから、第１の振動系の第１の固有振動数ω１と第２の振動系の第２の固有振動数ω２とが１５〜２８Ｈｚの周波数帯域を含み、かつ、それらの差が大きくなり過ぎない範囲の値、すなわち１４〜３８Ｈｚの範囲の値となるよう構成するのが好ましい。具体的には、発電装置１００は、１４Ｈｚに１次側（低周波側）の固有振動数ω１を有し、２８〜３８Ｈｚの範囲に２次側（高周波側）の固有振動数ω２を有することが好ましい。これにより、発電装置１００は、十分に高い発電量を維持しつつ、発電量のバラつきが十分に抑えられる（１２％程度）結果、さらに高い発電効率で発電することができる。
For this reason, the first natural frequency ω 1 of the first vibration system and the second natural frequency ω 2 of the second vibration system include a frequency band of 15 to 28 Hz, and their It is preferable to configure so that the difference does not become too large, that is, a value in the range of 14 to 38 Hz. Specifically, the
上述したように、Ω１は２００〜２５０ｒａｄ／Ｓの範囲の値であり、Ω２は６０〜１２０ｒａｄ／Ｓの範囲の値であり、μは０．４〜１の範囲の値である。ただし、Ω１は２１０〜２４０ｒａｄ／Ｓの範囲の値であり、Ω２は８０〜１１０ｒａｄ／Ｓの範囲の値であり、μは０．５〜０．７の範囲の値となるように構成されているのがより好ましい。これにより、発電装置１００の各固有振動数ω１、ω２を、より確実に上述したような範囲の値とすることができるとともに、広い感度帯域における発電装置１００の発電量にバラつきが生じるのを防止することもできる。したがって、発電装置１００は、空調ダクトの振動を効率良く利用して、より高い発電効率で発電することができる。
As described above, Ω 1 is a value in the range of 200 to 250 rad / S, Ω 2 is a value in the range of 60 to 120 rad / S, and μ is a value in the range of 0.4 to 1. However, Ω 1 is a value in the range of 210 to 240 rad / S, Ω 2 is a value in the range of 80 to 110 rad / S, and μ is a value in the range of 0.5 to 0.7. More preferably. As a result, the natural frequencies ω 1 and ω 2 of the
このような発電装置１００では、図７に示すように、第１の共振周波数ｆ１および第２の共振周波数ｆ２付近において、高い発電量（発電能力）を示すが、これらの共振周波数ｆ１、ｆ２付近における発電量同士の差ができるだけ小さくなるよう構成されているのが好ましく、共振周波数ｆ１、ｆ２間の周波数帯域における発電量のバラつきもできるだけ小さくなるよう構成されているのがより好ましい。かかる構成によれば、発電装置１００は、感度帯域において効率の良い発電が可能となる。
As shown in FIG. 7, such a
具体的には、第１の共振周波数ｆ１における発電量をＡ１［ｍＷ／１００ｍＧ］とし、第２の共振周波数ｆ２における発電量をＡ２［ｍＷ／１００ｍＧ］としたとき、Ａ１＝０．９Ａ２〜１．１Ａ２となるよう構成されているのが好ましく、Ａ１＝０．９５Ａ２〜１．０５Ａ２となるよう構成されているのがより好ましい。 Specifically, when the power generation amount at the first resonance frequency f 1 is A 1 [mW / 100 mG] and the power generation amount at the second resonance frequency f 2 is A 2 [mW / 100 mG], A 1 = is preferably 0.9A 2 ~1.1A 2 become as configured, what is configured to be a 1 = 0.95A 2 ~1.05A 2 is more preferable.
さらに、第１の共振周波数ｆ１と第２の共振周波数ｆ２との間の周波数帯域における最小の発電量をＡ３［ｍＷ／１００ｍＧ］としたとき、Ａ３＝０．８［（Ａ１＋Ａ２）／２］〜０．９［（Ａ１＋Ａ２）／２］となるよう構成されているのが好ましく、Ａ３＝０．８［（Ａ１＋Ａ２）／２］〜０．８５［（Ａ１＋Ａ２）／２］となるよう構成されているのがより好ましい。 Furthermore, when the minimum power generation amount in the frequency band between the first resonance frequency f 1 and the second resonance frequency f 2 is A 3 [mW / 100 mG], A 3 = 0.8 [(A 1 + A 2 ) / 2] to 0.9 [(A 1 + A 2 ) / 2], preferably A 3 = 0.8 [(A 1 + A 2 ) / 2] to 0. More preferably, it is configured to be 85 [(A 1 + A 2 ) / 2].
なお、かかる発電装置１００では、各共振周波数ｆ１、ｆ２における発電量Ａ１、Ａ２が、それぞれ、０．６〜１．５ｍＷ／１００ｍＧ程度であるのが好ましく、０．７〜１．２ｍＷ／１００ｍＧ程度であるのがより好ましい。発電装置１００が、空調ダクトの振動により上記範囲の発電量を得ることができれば、例えば、以下のような発電システムに有効に利用することができる。
In the
このような発電システムとしては、具体的には、発電装置１００と、センサーおよび無線装置とを組み合わせて用いた発電システムが挙げられる。かかる発電システムでは、後述するように、発電装置１００からの電力を電源として、センサーにより空調ダクト内や施設内の照度、温度、湿度、圧力、騒音等を計測し、得られた検出データを無線装置を介して外部端末に送信し、この検出データを各種制御信号やモニタリング信号として利用することができる。
As such a power generation system, specifically, a power generation system using a combination of the
また、各共振周波数ｆ１、ｆ２間の周波数帯域における最小の発電量Ａ３は、０．５〜１ｍＷ／１００ｍＧ程度であるのが好ましく、０．６〜０．９ｍＷ／１００ｍＧ程度であるのがより好ましい。これにより、発電装置１００は、各共振周波数ｆ１、ｆ２間の周波数帯域において、より高い発電量を得ることができ、例えば、上記のような発電システムにより有効に利用することができる。
Further, the minimum power generation amount A 3 in the frequency band between the resonance frequencies f 1 and f 2 is preferably about 0.5 to 1 mW / 100 mG, and about 0.6 to 0.9 mW / 100 mG. Is more preferable. As a result, the
上述したように、広い周波数帯域にわたって、効率の良い発電を行う観点からは、各共振周波数ｆ１、ｆ２間の周波数帯域における最小の発電量Ａ３［ｍＷ／１００ｍＧ］は、０．８［（Ａ１＋Ａ２）／２］［ｍＷ／１００ｍＧ］以上、０．９［（Ａ１＋Ａ２）／２］［ｍＷ／１００ｍＧ］以下となるよう構成されているのが好ましい。 As described above, from the viewpoint of efficient power generation over a wide frequency band, the minimum power generation amount A 3 [mW / 100 mG] in the frequency band between the resonance frequencies f 1 and f 2 is 0.8 [ It is preferably configured to be (A 1 + A 2 ) / 2] [mW / 100 mG] or more and 0.9 [(A 1 + A 2 ) / 2] [mW / 100 mG] or less.
一方、発電量Ａ３［ｍＷ／１００ｍＧ］が、０．２５［（Ａ１＋Ａ２）／２］［ｍＷ／１００ｍＧ］以上、０．８［（Ａ１＋Ａ２）／２］［ｍＷ／１００ｍＧ］未満となるよう構成されている場合には、以下のような効果を得ることができる。すなわち、発電量Ａ３に対する発電量Ａ１またはＡ２の値を大きくする、言い換えれば、感度帯域の少なくとも一端における発電量を大きくすることで、感度帯域から外れかけている周波数（第１の共振周波数ｆ１よりも低周波数、または第２の共振周波数ｆ２よりも高周波数）を持つ振動に対する発電装置１００の感度を向上させることができる。これにより、発電装置１００の見かけ上の感度帯域を広くすることができる。
On the other hand, the power generation amount A 3 [mW / 100 mG] is 0.25 [(A 1 + A 2 ) / 2] [mW / 100 mG] or more, 0.8 [(A 1 + A 2 ) / 2] [mW / 100 mG ], The following effects can be obtained. That is, by increasing the value of the power generation amount A 1 or A 2 with respect to the power generation amount A 3 , in other words, by increasing the power generation amount at least at one end of the sensitivity band, the frequency (first resonance) The sensitivity of the
このような発電量の関係は、３つのパラメータ（Ω１、Ω２およびμ）の値を上述のような範囲に設定し、さらに、各固有振動数ω１、ω２に対応する減衰係数Ｃ２を設定することにより、好適に調整することができる。
本実施形態の発電装置１００では、かかる減衰係数Ｃ２は、下記式（２）で表される。
Such a relationship between the power generation amounts is set such that the values of the three parameters (Ω 1 , Ω 2 and μ) are set in the above-described ranges, and further the damping coefficient C corresponding to each natural frequency ω 1 , ω 2. By setting 2 , it can be suitably adjusted.
In the
上記式（２）で表される減衰係数Ｃ２を決定するコイル抵抗値Ｒ、コイルインダクタンスＬは、コイル４１の線材を構成する材料、線径、巻き数等を変更することにより調整することができる。
Coil resistance value to determine the damping coefficient C 2 represented by the above formula (2) R, coil inductance L, the material constituting the wire of the
上記式（２）で表される第１の固有振動数ω１に対応する減衰係数Ｃ２は、６〜１０［Ｎ／（ｍ／ｓ）］であるのが好ましく、７〜９［Ｎ／（ｍ／ｓ）］であるのがより好ましい。また、第２の固有振動数ω２に対応する減衰係数Ｃ２は、６〜１０［Ｎ／（ｍ／ｓ）］であるのが好ましく、７〜９［Ｎ／（ｍ／ｓ）］であるのがより好ましい。 The damping coefficient C 2 corresponding to the first natural frequency ω 1 represented by the above formula (2) is preferably 6 to 10 [N / (m / s)], and 7 to 9 [N / (M / s)] is more preferable. The damping coefficient C 2 corresponding to the second natural frequency ω 2 is preferably 6 to 10 [N / (m / s)], and 7 to 9 [N / (m / s)]. More preferably.
減衰Ｃ２が上記条件を満足すれば、２つの共振周波数ｆ１、ｆ２における発電量Ａ１、Ａ２をほぼ等しくすることができるとともに、発電量Ａ３が発電量Ａ１、Ａ２の８０〜８５％程度とすることができる。すなわち、発電装置１００は、十分に広い周波数帯域にわたって、高い発電量を維持しつつ、発電量のバラつきをより小さく抑えることができる。その結果、発電装置１００は、空調ダクトの振動を効率良く利用して、さらに高い発電効率で発電することができる。
If the attenuation C 2 satisfies the above conditions, the power generation amounts A 1 and A 2 at the two resonance frequencies f 1 and f 2 can be made substantially equal, and the power generation amount A 3 is equal to the power generation amounts A 1 and A 2 . It can be about 80 to 85%. In other words, the
このような装置本体１では、図４に示すように、空調ダクトから筐体２０に振動が伝達されると、発電部１０が、筐体２０の内部で上下方向に振動する。より具体的には、筐体２０に対して、コイル組立体４０が、各板バネ６０Ｕ、６０Ｌの第１のバネ部６４を介して上下方向に振動する（すなわち、第１の振動系が振動する）。また、同様に、コイル組立体４０に対して、磁石組立体３０が、各板バネ６０Ｕ、６０Ｌの第２のバネ部６５を介して上下方向に振動する（すなわち、第２の振動系が振動する）。
In such an apparatus
各板バネ６０Ｕ、６０Ｌは、その構造上、各バネ部６４、６５の振動方向のバネ定数よりも、振動方向に対してほぼ直交する方向（横方向）のバネ定数の方が大きい。すなわち、各板バネ６０Ｕ、６０Ｌは、その厚さ方向の剛性よりも、横方向の剛性（横剛性）が高い。そのため、各板バネ６０Ｕ、６０Ｌは、その横方向よりも、厚さ方向（振動方向）に優先して変形する。また、磁石組立体３０とコイル組立体４０とは、それぞれ、それらの厚さ方向の両側において、一対の板バネ６０Ｕ、６０Ｌに固定されている。そのため、磁石組立体３０とコイル組立体４０とは、各板バネ６０Ｕ、６０Ｌと一体となって振動する。
Each of the
このようなことから、磁石組立体３０とコイル組立体４０とは、各板バネ６０Ｕ、６０Ｌの厚さ方向とほぼ直交する方向を軸とする直動（横揺れ）および回動（ローリング）が阻止され、それらの振動軸が一定の方向（縦方向）に規制される。また、前述したように、コイル４１は、磁石組立体３０（永久磁石３１およびヨーク３３、バックヨーク３２）と接触しないように配置されている。
For this reason, the
したがって、発電部１０が振動する際に、磁石組立体３０とコイル４１とが互いに接触することが防止される。特に、磁石組立体３０とコイル組立体４０とは、いずれも、高い剛性を有する剛体であるため、各板バネ６０Ｕ、６０Ｌの各バネ部６４、６５と同様に、振動方向とほぼ直交する方向への剛性（横剛性）も高い。そのため、発電部１０の振動時においても、磁石組立体３０とコイル４１とが接触するのが確実に防止される。
Therefore, when the
これにより、空調ダクトからの振動エネルギーが第１の振動系に効率よく伝達され、この第１の振動系に伝達された振動エネルギーが、さらに第２の振動系に効率よく伝達される。その結果、磁石組立体３０とコイル４１との相対的な移動が確実になされる。発電部１０には、図４に示すように、永久磁石３１の中心側からヨーク３３を介して外側に向かって流れ、バックヨーク３２を介して永久磁石３１の中心側に向かって流れる磁界ループが形成されている。
Thereby, the vibration energy from the air conditioning duct is efficiently transmitted to the first vibration system, and the vibration energy transmitted to the first vibration system is further efficiently transmitted to the second vibration system. As a result, the relative movement between the
このため、磁石組立体３０とコイル４１との相対的な移動により、永久磁石３１が発生した磁束密度の磁場（磁界ループ）のコイル４１を通過する位置が移動する。このとき、磁場が通過するコイル４１内の電子が受けるローレンツ力に基づいて起電力が発生する。この起電力が直接的に発電部１０の発電に寄与するので、発電部１０では、効率的な発電が可能となる。
For this reason, the relative movement between the
なお、発電部１０において、上側板バネ６０Ｕの第１のバネ部６４と、下側板バネ６０Ｌの第１のバネ部６４との離間距離は、筐体２０の筒状部２２側とコイル保持部５０側とでほぼ等しく設定しても、異なるように設定してもよい。また、上側板バネ６０Ｕの第２のバネ部６５と、下側板バネ６０Ｌの第２のバネ部６５との離間距離は、コイル保持部５０側と磁石組立体３０側（スペーサ７０側）とでほぼ等しく設定しても、異なるように設定してもよい。
In the
離間距離を異なるように設定することにより、発電部１０が振動していない状態において、第１のバネ部６４や第２のバネ部６５にプリテンション（初期荷重）を付与することができる。このような構成では、発電装置１００を横置きした場合（図１２（ａ）に示す状態）と縦置きした場合（図１２（ｂ）に示す状態）との間で、発電部１０の姿勢変化を抑制することができる。したがって、かかる発電装置１００は、設置場所にかかわらず、効率の良い発電が可能である。
By setting the separation distance to be different, pretension (initial load) can be applied to the
以上説明したような装置本体１には、ベース（支持板）２３の下面（発電部１０と反対の面）に吸着手段９が設けられている。この吸着手段９を空調ダクトに吸着させることにより、装置本体１（発電装置１００）を空調ダクトに固定することができる。
In the apparatus
＜＜吸着手段９＞＞
図１０は、図１に示す発電装置が備える吸着手段の分解斜視図、図１１は、図１中のＢ−Ｂ線断面図、図１２は、図１に示す発電装置の使用状態（固定状態）を示す図、図１３は、図１２に示す発電装置を拡大して示す側面図、図１４は、図１に示す発電装置の他の使用状態（固定状態）を示す図である。
<< Adsorption means 9 >>
10 is an exploded perspective view of the adsorption means provided in the power generation device shown in FIG. 1, FIG. 11 is a cross-sectional view taken along line BB in FIG. 1, and FIG. FIG. 13 is an enlarged side view showing the power generator shown in FIG. 12, and FIG. 14 is a diagram showing another use state (fixed state) of the power generator shown in FIG.
なお、以下の説明では、図１０〜図１４中の上側を「上」または「上方」と言い、下側を「下」または「下方」と言う。 In the following description, the upper side in FIGS. 10 to 14 is referred to as “upper” or “upper”, and the lower side is referred to as “lower” or “lower”.
図１０および図１１に示すように、吸着手段９は、複数（本実施形態では、７つ）の磁石組立体９１と、磁石組立体９１を保持する第１のシート材９２と、磁石組立体９１の装置本体１と反対側に設けられた第２のシート材９３とを備えている。
As shown in FIGS. 10 and 11, the attracting means 9 includes a plurality of (seven in this embodiment)
各磁石組立体９１は、円環状をなす小型の永久磁石（磁石ブロック）９１１と、有底筒状をなし、底部（天井部）に貫通孔が形成されたヨーク９１２とで構成されている。そして、このヨーク９１２の内側に、永久磁石９１１が、例えば永久磁石９１１自体の磁力による吸着、接着剤による接着等により固定されている。かかるヨーク９１２を備える構成の磁石組立体９１では、永久磁石９１１の吸引力を増大させることができる。
Each
永久磁石９１１は、十分な吸引力を発揮することができれば、特に限定されないが、例えば、前述した永久磁石３１と同様のものを用いることができる。かかる永久磁石９１１を用いることにより、空調ダクトの構成材料によらず、発電装置１００を十分な吸引力（固定力）で振動体に固定することができるとともに、発電装置１００を振動体から取り外す際には、その取り外し操作を容易に行うことができる。すなわち、発電装置１００の振動体からの脱着を容易かつ確実に行うことができる。
The
また、ヨーク９１２の構成材料としては、飽和磁束密度が高い軟磁性材料が好ましい。ヨーク９１２をプレス成形により製造することを考慮した場合、その素材には、亜鉛メッキ鋼板、錫めっき鋼板、ニッケルめっき鋼板のような鉄系材料で構成される基材にメッキを施した板材が好ましく用いられる。
The constituent material of the
これらの磁石組立体９１は、第１のシート材（取付機構）９２を介して、ベース２３の下面２３０に取り付けられている。第１のシート材９２は、図１０に示すように、装置本体１のベース２３に固定されるほぼ円形状の固定部９２１と、この固定部９２１の側方に延在し、固定部９２１と一体的に形成された複数の腕部９２２とを備えている。固定部９２１は、例えば接着剤による接着等により、ベース２３に固定されている。
These
固定部９２１の中央部、および、各腕部９２２の固定部９２１と反対側の端部には、各磁石組立体９１を保持する凹部（保持部）９２３が形成されている。凹部９２３内に磁石組立体９１が収納され、例えば接着剤による接着等により、固定部９２１または腕部９２２に固定されている。また、組立状態において、固定部９２１の凹部９２３に保持された磁石組立体９１は、ベース２３の凹部２３５内に位置する。
A concave portion (holding portion) 923 that holds each
第１のシート材９２は、可撓性を有している。これにより、腕部９２２の凹部９２３に保持された磁石組立体９１（永久磁石９１１）は、ベース２３の厚さ方向に対して変位可能となっている。また、図２に示すように、各腕部９２２は、発電装置１００を平坦面に載置したとき、凹部９２３（磁石組立体９１）が装置本体１より外側に位置するような長さを有している。
The
これにより、各腕部９２２の長手方向（長さ方向）の引張剛性を低下させることなく、腕部９２２同士が接近する方向や、各腕部９２２の長手方向を中心軸とする捻じり方向への剛性を低下させることができる。その結果、例えば、図１４に示す丸型ダクト３００のような湾曲面（湾曲部）を備える振動体に対しても、装置本体１を安定的に固定することができる。
Thereby, without reducing the tensile rigidity in the longitudinal direction (length direction) of each arm portion 922, the arm portions 922 approach each other, or in the twisting direction with the longitudinal direction of each arm portion 922 as the central axis. The rigidity of can be reduced. As a result, for example, the apparatus
また、腕部９２２は、固定部９２１の周方向に沿って、ほぼ等間隔（およそ６０°間隔）で設けられている。すなわち、回転対称となる位置に、３つの磁石組立体９１（永久磁石９１１）が配置されている。これにより、装置本体１を、その周方向に沿って均等な吸引力により、振動体に固定することができる。また、振動体の振動により、発電装置１００が特定の方向に移動するのを防止すること、すなわち、振動体が振動しても、発電装置１００を振動体の所定の位置に保持することができる。
The arm portions 922 are provided at substantially equal intervals (approximately 60 ° intervals) along the circumferential direction of the fixed
特に、本実施形態では、腕部９２２は、複数の第１の腕部９２２ａと、これらの第１の腕部９２２ａより長さの短い複数の第２の腕部９２２ｂとを含み、第１の腕部９２２ａ同士の間に、第２の腕部９２２ｂが位置するように配置されている。これにより、第１の腕部９２２ａにより、曲率半径の比較的小さい湾曲面を備える振動体に対する装置本体１の固定力（保持力）を向上させ、第２の腕部９２２ｂにより、曲率半径の比較的大きい湾曲面や平坦面を備える振動体に対する装置本体１の固定力を向上させることができる。すなわち、腕部９２２をかかる構成とすることにより、振動体の形状や大きさを選ばず、装置本体１（発電装置１００）を振動体に安定的に固定することができる。
In particular, in the present embodiment, the arm portion 922 includes a plurality of
なお、固定部９２１の中心から第１の腕部９２２ａの先端までの長さは、特に限定されないが、ベース２３の半径の１．８〜４倍程度であるのが好ましく、２〜３．５倍程度であるのがより好ましい。一方、固定部９２１の中心から第２の腕部９２２ｂの先端までの長さも、特に限定されないが、ベース２３の半径の１．２〜２．５倍程度であるのが好ましく、１．２〜２倍程度であるのがより好ましい。
The length from the center of the fixed
第１のシート材９２は、十分な柔軟性および屈曲性を有し、かつ、引張強度が高いものが好ましい。かかる第１のシート材９２の素材には、例えば、ポリエステルフィルム、ポリエチレンフィルム、ポリプロピレンフィルム、ポリ塩化ビニル等のフィルムや、これらの高分子材料で構成される繊維を編み込んで作製した織布等を用いることができる。
The
また、第１のシート材９２の平均厚さは、特に限定されないが、０．０１〜１．０ｍｍ程度であるのが好ましく、０．０３〜０．１ｍｍ程度であるのがより好ましい。かかる厚さの第１のシート材９２は、その構成材料によらず、優れた柔軟性および屈曲性を備えるので、振動体が振動する際に、その振動を阻害することを防止することができる。その結果、発電装置１００の発電効率の低下を防止または抑制することができる。
The average thickness of the
第１のシート材９２の下面には、この第１のシート材９２の外形とほぼ等しい外形を有する第２のシート材９３が固定（ラミネート）されている。第２のシート材９３の第１のシート材９２に対する固定方法としては、例えば、融着（熱融着、超音波融着、高周波融着）や接着剤による接着等が挙げられる。
A
第２のシート材９３は、装置本体１を振動体に固定した際に、装置本体１の振動体に対する滑りを防止する機能を有する。吸着手段９が第２のシート材９３を備えることにより、振動体が激しく振動しても、装置本体１が振動体に対して位置ズレするのをより確実に防止することができる。
The
第２のシート材９３は、摩擦係数が高く、振動体の表面に存在する微小な凹凸を吸収することができるものが好適である。かかる第２のシート材９３の構成材料には、例えば、硬度１０〜１００程度のエラストマー材料（ゴム材料）が好ましく用いられる。このようなエラストマー材料としては、特に限定されないが、例えば、ブチルゴム、スチレンブタジエンゴム、ニトリルゴム、アクリルゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴム、ウレタンゴム等が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。
The
これらの中でも、低硬度のエラストマー材料を用いることにより、第２のシート材９３は、高い粘着性を発揮し、その摩擦係数を好ましくは０．７以上、より好ましくは０．８５以上に設定することができる。
Among these, by using a low-hardness elastomer material, the
また、第２のシート材９３の平均厚さは、特に限定されないが、０．１〜２．０ｍｍ程度であるのが好ましく、０．３〜１．０ｍｍ程度であるのがより好ましい。かかる厚さの第２のシート材９３は、その構成材料によらず、優れた柔軟性および屈曲性を備えるので、第２のシート材９３が固定された状態で、第１のシート材９２の可撓性（柔軟性および屈曲性）が低下するのを防止または抑制することができる。
The average thickness of the
発電装置１００では、上述した吸着手段９によって空調ダクトに固定されるため、発電装置１００と空調ダクトとの接触面積を大きくすることができる。これにより、空調ダクトからの振動が吸着手段９を介して発電装置１００に効率良く伝達され、その結果、発電装置１００は、空調ダクトの振動を効率良く利用して、優れた発電効率で発電することができる。
In the
以上のような発電装置１００は、図１２に示す角型ダクト２００や、図１４に示す丸型ダクト（パイプ型ダクト）３００のような、磁性材料で構成される空調ダクトに固定して使用される。
The
図１２に示す角型ダクト２００は、４つの変形可能な板状部２０１を備える四角筒状をなしている。角型ダクト２００は、例えば、磁性材料で構成された板材（鋼板またはめっき鋼板）を折り曲げ、接合（溶接）すること等により形成されている。かかる角型ダクト２００は、蒸気、空気のような気体を移送（排気、換気、吸気、循環）する装置の流路を構成する。
A
例えば、大型施設、ビル、駅等の施設に設置されている角型ダクト（空調ダクト）２００には、施設内の排気や換気を目的として、送風機等により空気を通過させている。このとき、送風機の空気圧の揺れ（脈動）や角型ダクト２００内を空気（流体）が移動することで発生する乱気流等により角型ダクト２００が振動する。また、角型ダクト２００内は、送風機の作用により常に正圧または負圧となっている。かかる圧力に、前述の脈動等による角型ダクト２００の振動が加わり、板状部２０１が変形する。具体的には、角型ダクト２００内が正圧の場合には、板状部２０１は、図１３（ａ）に示すように、角型ダクト２００の外側に向かって突出した状態（凸状）に変形し、一方、角型ダクト２００内が負圧の場合には、図１３（ｂ）に示すように、板状部２０１が角型ダクト２００の内側に向かって突出した状態（凹状）に変形する。このような板状部２０１の変形によって、角型ダクト２００の振動が増幅される。
For example, air is passed through a square duct (air conditioning duct) 200 installed in a facility such as a large facility, a building, or a station by a blower or the like for the purpose of exhaust or ventilation in the facility. At this time, the
本発明によれば、磁石組立体９１は、可撓性を有する第１のシート材９２を介して装置本体１に取り付けられている。このため、仮に、板状部２０１の表面（発電装置１００の取付面）に凹凸が存在しても、この凹凸に追従して第１のシート材９２が変形することにより、凹凸による段差を吸収することができる。したがって、板状部２０１の表面形状によらず、吸着手段９を板状部２０１に確実に吸着させることができる。さらに、前述したように、板状部２０１が凸状に変形した状態（図１３（ａ）参照）や、板状部２０１が凹状に変形した状態（図１３（ｂ）参照）となっても、第１のシート材９２が、この板状部２０１の変形に追従して変形する。したがって、吸着手段９の板状部２０１に対する吸着状態が維持され、発電装置１００が角型ダクト２００から脱落するのを確実に防止することができる。
According to the present invention, the
なお、本実施形態では、ベース２３の下面２３０は、その中央部を凸とする湾曲凸面を構成している。このため、板状部２０１が図１３（ｂ）に示す状態（凹状）となっても、ベース２３の縁部が板状部２０１に接触し難くなっており、かかる観点からも、発電装置１００が角型ダクト２００から脱落するのを確実に防止することができる。
In the present embodiment, the
ここで、本来、角型ダクト２００の振動は、施設内に騒音や不快な振動を発生させる不要な振動である。本発明では、板状部２０１に吸着手段９を吸着させることにより、装置本体１を角型ダクト２００に固定し、角型ダクト２００の不要な振動を利用（回生）して発電部１０に電力を発生（発電）させることができる。したがって、角型ダクト２００が設置されている場所であれば、電源供給配線が存在しなくても、発電装置１００から電力を得ることができる。
Here, originally, the vibration of the
そして、この発電装置１００とセンサーおよび無線装置とを組み合わせることにより、例えば、次のような発電システムを構築することができる。かかる発電システムでは、発電装置１００からの電力を電源として、センサーにより角型ダクト２００内や施設内の照度、温度、湿度、圧力、騒音等を計測し、得られた検出データを無線装置を介して外部端末に送信し、この検出データを各種制御信号やモニタリング信号として利用することができる。
Then, by combining this
このような角型ダクト２００には、図１２（ａ）に示すように、その天板部を構成する板状部２０１に発電装置１００を固定してもよく、図１２（ｂ）に示すように、その側壁部を構成する板状部２０１に発電装置１００を固定するようにしてもよい。
In such a
ところで、発電装置１００は、発電に寄与する発電部１０のサイズを大きくすることにより、すなわち、発電装置１００の重量を大きくすることにより、発電能力が高くなる。
By the way, the
ところが、発電装置１００の重量が増加すると、その材料コストが増加するという問題がある。また、板状部２０１の質量およびバネ定数に対し、発電装置１００の重量が大きすぎると、板状部２０１の振動を抑制してしまい、板状部２０１が十分に振動しない結果、発電装置１００から目的とする発電量の電力を得ることができないおそれがある。
However, when the weight of the
一方、発電装置１００の重量によっては、角型ダクト２００（空調ダクト）の振動特性が影響を受ける。例えば、発電装置１００の重量が増加するにしたがって、ダクトの固有振動数が低周波数側にシフトし、また、ダクトに対する重量負荷が大きくなる。その際、送風機などによる加振力が一定であれば、振動振幅は減じられる傾向にあるが、発電装置１００の重量を増加しても、固有振動数と原動機（送風機）の脈動周波数とをマッチングすることにより、むしろ振動が増加する現象も起きる。
On the other hand, depending on the weight of the
上記のように、発電装置１００では、送風機による加振周波数（脈動周波数）、感度帯域、発電装置１００の重量による角型ダクト（空調ダクト）２００の固有振動数のバランスを調整することで、更なる最適化が可能であり、さらに言えば、発電装置１００の重量を必要最低限としつつも、その発電量を最大限高くすることができる。
As described above, in the
上記効果は、具体的には、発電装置１００に、その発電量を調整するための錘を取り付けることにより得られる。
Specifically, the above-described effect can be obtained by attaching a weight for adjusting the power generation amount to the
かかる構成では、発電装置１００の重量は、２００〜７００ｇとするのが好ましく、３５０〜４５０ｇとするのがより好ましい。発電装置１００の重量が比較的小さい、上記範囲内であれば、その材料コストを十分に抑えつつ、錘を取り付けることによって、十分に大きな発電量を得ることができる。
In such a configuration, the weight of the
また、錘の重量は、角型ダクト２００に取り付けた発電装置１００単独での発電量を測定し、その結果に応じて調整すればよいが、発電装置１００と錘とを合わせた重量が、８００ｇ以下であるのが好ましく、７００ｇ以下であるのがより好ましい。これにより、発電装置１００および錘によって角型ダクト２００の板状部２０１の振動を大きく抑制することがなく、角型ダクト（空調ダクト）２００の振動を効率良く利用することができる。
The weight of the weight may be adjusted according to the result of measuring the amount of power generated by the
ここで、角型ダクト（空調ダクト）２００に重量２００ｇおよび４００ｇの発電装置１００を固定し、各発電装置１００に各重量の錘を取り付けて発電量を測定した結果を示す。表２は、空調ダクトの寸法と発電装置１００の取り付け位置を示す表であり、表３は、各重量の発電装置１００の発電量の測定結果を示す表である。なお、表２中、「送風機からの距離」とは、空調ダクトの送風機から発電装置１００までの距離である。また、表３中、「積算発電量」とは、８秒間の積算発電量である。
Here, the results of measuring the amount of power generated by fixing the
表３に示すように、発電装置１００の発電量は、測定点Ｎｏ．１〜Ｎｏ．５によって、すなわち、発電装置１００の空調ダクトへの設置位置によって異なる。
As shown in Table 3, the power generation amount of the
測定点Ｎｏ．２では、重量２００ｇの発電装置、重量４００ｇの発電装置のいずれもが、錘を追加することにより、その発電量が低下する傾向にあることが分かる。この測定点では、重量４００ｇの発電装置を単体で（すなわち、錘を取り付けずに）空調ダクトに固定することにより、最も高い発電量を得ることができる。 Measurement point No. In FIG. 2, it can be seen that the power generation apparatus having a weight of 200 g and the power generation apparatus having a weight of 400 g tend to decrease the power generation amount by adding a weight. At this measurement point, the highest power generation amount can be obtained by fixing a power generation device having a weight of 400 g as a single unit (that is, without attaching a weight) to the air conditioning duct.
測定点Ｎｏ．４では、総重量３００ｇ（１００ｇの錘を取り付けた重量２００ｇの発電装置）の発電装置が、単体で重量４００ｇの発電装置よりも高い発電量（７．２６ｍＪ）を得ることができる。したがって、この測定点においては、発電装置の軽量化の観点からは、重量２００ｇの発電装置に１００ｇの錘を取り付けることにより、単体で重量４００ｇの発電装置よりも高い発電量を得ることができる。なお、より高い発電量を得る観点からは、表３に示すように、重量４００ｇの発電装置に２００ｇの錘を取り付けることにより最大の発電量（１６．３０ｍＪ）を得ることができる。 Measurement point No. 4, a power generator with a total weight of 300 g (a power generator with a weight of 200 g attached with a weight of 100 g) can obtain a higher power generation amount (7.26 mJ) than a power generator with a weight of 400 g alone. Therefore, at this measurement point, from the viewpoint of reducing the weight of the power generation device, a power generation amount higher than that of the power generation device having a weight of 400 g can be obtained by attaching a weight of 100 g to the power generation device having a weight of 200 g. From the viewpoint of obtaining a higher power generation amount, as shown in Table 3, the maximum power generation amount (16.30 mJ) can be obtained by attaching a 200 g weight to a power generation device having a weight of 400 g.
以上説明したように、発電装置１００に錘を取り付けることによって、その発電量を調整することができ、結果として、発電装置１００の重量を必要最低限としつつも、その発電量を最大限高くすることができる。
As described above, the power generation amount can be adjusted by attaching a weight to the
なお、このような錘は、発電装置１００に取り付けずに、発電装置１００周辺の空調ダクト（角型ダクト２００）に直接取り付け（固定）てもよい。錘を空調ダクトに直接固定した場合でも、発電装置１００に直接錘を取り付けた場合と同様に、発電装置１００の発電量を最大限高くすることができる。
Note that such a weight may be directly attached (fixed) to an air conditioning duct (square duct 200) around the
この場合、錘として、永久磁石３１や永久磁石９１１と同様の永久磁石を用いるのが好ましい。錘が永久磁石で構成されていれば、空調ダクトへの取り付け（固定）や、取り付け位置の調整が容易であり、発電装置１００の発電量の調整を速やかに行うことができる。
In this case, it is preferable to use a permanent magnet similar to the
また、発電装置１００および錘がそれぞれ空調ダクトに固定された状態において、その離間距離は１〜１５０ｍｍ程度であるのが好ましく、１０〜１００ｍｍ程度であるのがより好ましい。発電装置１００から錘までの距離が上記範囲内であれば、発電装置１００に錘を直接取り付ける場合と同様の効果をより確実に得ることができる。
Further, in a state where the
このような錘の構成材料としては、例えば、鉛、タングステン等の高比重の各種金属材料およびその合金や、これらの金属材料で構成された金属粒子と樹脂材料との複合材料等を用いることができる。 As a material constituting such a weight, for example, various metal materials with high specific gravity such as lead and tungsten and alloys thereof, composite materials of metal particles and resin materials composed of these metal materials, and the like are used. it can.
なお、上述した発電装置１００と錘とが、空調ダクト（角型ダクト２００）に固定された発電装置１００の発電量を調整するための発電装置セット（本願発明の発電装置セット）を構成する。
The above-described
また、発電装置１００の重量を４００ｇとした場合、吸着手段９の板状部２０１に対する吸引力（磁石組立体９１の板状部２０１に対する吸引力の総和）は、発電装置１００の重量より大きくなるよう設定するのが好ましく、具体的には、６００ｇ以上に設定するのが好ましい、これにより、天板部を構成する板状部２０１のいかなる箇所にも、発電装置１００を安定的に固定することができる。
Further, when the weight of the
なお、発電装置１００の振動加速度、および、地震などで発生する外部からの振動を考慮した場合、振動加速度を１Ｇ、地震による加速度１Ｇとすれば、重力加速度１Ｇを加えて３Ｇが発電装置１００に加わることになる。したがって、発電装置１００の重量が４００ｇであれば、吸着手段９の板状部２０１に対する吸引力を１２００ｇ以上に設定するのが好ましい。これにより、図１２（ｂ）に示す角型ダクト２００の側壁部を構成する板状部２０１に対しても、発電装置１００を安定的に固定することができる。また、吸着手段９の板状部２０１に対する吸引力が１２００ｇ程度であれば、作業者による発電装置１００の角型ダクト２００からの取り外し操作も容易に行うことができる。
When considering the vibration acceleration of the
このような吸着手段９の板状部２０１に対する吸引力は、例えば、永久磁石９１１の種類（構成材料）や個数、ヨーク９１２の構成材料等を適宜選択することにより、調整することができる。
The attraction force of the attracting means 9 to the plate-
一方、図１４に示す丸型ダクト３００は、例えば、磁性材料で構成された板材（鋼板またはめっき鋼板）を円管状に湾曲させ、接合（溶接）すること等により形成されている。すなわち、丸型ダクト３００は、その外周全体にわたって湾曲部（湾曲面）を備えている。かかる丸型ダクト３００も、前述した角型ダクト２００と同様に、蒸気、空気のような気体を移送（排気、換気、吸気、循環）する装置の流路を構成する。
On the other hand, the
本実施形態によれば、磁石組立体９１は、可撓性を有する第１のシート材９２を介して装置本体１に取り付けられている。このため、図１４に示す丸型ダクト３００のように湾曲面（湾曲部）を有する振動体に対しても発電装置１００を固定することができる。
According to the present embodiment, the
また、前述したように、本実施形態では、第１のシート材９２が長さの異なる２種類の腕部９２２ａ、９２２ｂを備えるため、横断面形状において曲率半径の異なる種類の丸型ダクト３００に対しても、発電装置１００を確実に固定することができる。
Further, as described above, in the present embodiment, since the
なお、丸型ダクト３００についても、その固有振動数をシミュレーションした結果、角型ダクトを例とした表１と同様の結果が得られている。すなわち、発電装置１００を丸型ダクト３００に取り付けた場合でも、発電装置１００を角型ダクト２００に取り付けた場合と同様の作用・効果を生じる。
In addition, as for the
＜第２実施形態＞
次に、本発明の発電装置の第２実施形態について説明する。
Second Embodiment
Next, 2nd Embodiment of the electric power generating apparatus of this invention is described.
図１５は、本発明の発電装置の第２実施形態の基本状態を示す側面図であり、図１６は、図１５に示す発電装置の振動状態を示す側面図である。なお、以下の説明では、図１５および図１６中の上側を「上」または「上方」と言い、下側を「下」または「下方」と言う。また、図１５および図１６中の左側を「先端」と言い、右側を「基端」と言う。 FIG. 15 is a side view showing a basic state of the second embodiment of the power generator of the present invention, and FIG. 16 is a side view showing a vibration state of the power generator shown in FIG. In the following description, the upper side in FIGS. 15 and 16 is referred to as “upper” or “upper”, and the lower side is referred to as “lower” or “lower”. Further, the left side in FIGS. 15 and 16 is referred to as a “tip”, and the right side is referred to as a “base end”.
以下、第２実施形態の発電装置について、前記第１実施形態の発電装置との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。 Hereinafter, the power generation device of the second embodiment will be described with a focus on differences from the power generation device of the first embodiment, and description of similar matters will be omitted.
第２実施形態の発電装置１００は、図１５に示すように、空調ダクトに固定されるフレーム１１０と、フレーム１１０の先端側に固定された第１の質量部１２０と、第１の質量部１２０の先端側に設けられた第２の質量部１３０と、第１の質量部１２０と第２の質量部１３０とを連結する一対の併設された磁歪素子１４０とを有している。
As shown in FIG. 15, the
また、第１の質量部１２０は、一対の磁歪素子１４０、１４０同士の間に設けられた永久磁石１２２を備え、第２の質量部１３０は、対の磁歪素子１４０、１４０同士の間に設けられた永久磁石１３１を備えている。かかる発電装置１００では、各永久磁石１２２および１３１が発した磁力線が一対の磁歪素子１４０、１４０を通過するように構成され、永久磁石１２２、１３１と磁歪素子１４０、１４０とで磁界ループを形成する。
The
フレーム１１０は、発電装置１００を空調ダクトに固定するための部分であり、例えば、鉄、ステンレス鋼のような金属製の板材をコの字状に屈曲させることにより形成されている。このフレーム１１０は、空調ダクトに固定される底板部１１１と、底板部１１１の上下両端から立設された一対の側板部１１２とを備えている。本実施形態では、一対の側板部１１２により第１のバネ部が構成され、これらの側板部１１２と第１の質量部１２０とにより第１の振動系が構成されている。
The
なお、フレーム１１０は、底板部１１１および一対の側板部１１２を、別部材として形成し、これらを溶接等により接続して構成してもよい。また、底板部１１１を空調ダクトに固定する方法としては、例えば、ネジ止め、接着剤による接着、カシメ、拡散接合、ピンの圧入、ろう付け、溶接（レーザー溶接、電気溶接等）等を用いることができる。
The
図１５に示すように、この一対の側板部１１２には、その先端側において、第１の質量部１２０がピン１１３の圧入によって固定（保持）されている。
As shown in FIG. 15, the first
第１の質量部１２０は、一対の磁歪素子１４０を先端側に連結する連結部１２１と、連結部１２１の基端側に固定された錘１２３とを有している。連結部１２１は、略直方体状をなし、その先端側には、高さ方向（図１５中、上下方向）の略中央に凹部１２１１が形成されている。この凹部１２１１に、各磁歪素子１４０の基端部が、その間に永久磁石１２２を介した状態で挿入され、各磁歪素子１４０と永久磁石１２２との間、および各磁歪素子１４０と凹部１２１１との間が接着剤等により固定されている。
The
なお、このような連結部１２１の構成材料としては、磁歪素子１４０、１４０および永久磁石１２２、１３１とで形成された磁界ループが連結部１２１により短絡するのを防止する材料が好ましい。そのため、連結部１２１は、弱磁性材料または非磁性材料で構成されているのが好ましいが、磁界ループの短絡をより確実に防止する観点から、非磁性材料で構成されているのがより好ましい。
In addition, as a constituent material of such a
錘１２３は、円筒状をなしており、第１の質量部１２０全体の質量を調整するためのものである。このような錘１２３の構成材料としては、例えば、第１実施形態の錘と同様の材料を用いることができ、鉛、タングステン等の高比重の各種金属材料およびその合金や、これらの金属材料で構成された金属粒子と樹脂材料との複合材料等を用いることができる。
The
第１の質量部１２０（連結部１２１）の先端側には、一対の磁歪素子１４０が連結されている。
A pair of
各磁歪素子１４０は、長尺の平板状をなす磁歪棒１４１と、その外周に巻回されたコイル１４２とを備えている。この磁歪棒１４１は、磁歪材料で構成され、磁力線を軸方向に通過させる。また、磁歪棒１４１は、磁化が生じ易い方向（磁化容易方向）を軸方向として、第１の質量部１２０と第２の質量部１３０との間に配置されている。
Each
磁歪棒１４１は、第１の質量部１２０側（基端部）を固定端とし、第２の質量部１３０側（先端部）を可動端として、その軸方向とほぼ垂直な方向（図１５中、上下方向）に相対的に変位可能となっている。すなわち、本実施形態では、各磁歪棒（磁歪部材）１４１により第２のバネ部が構成され、各磁歪棒１４１と第２の質量部１３０とにより第２の振動系が構成されている。第２の質量部１３０が第１の質量部１２０に対して相対的に変位することにより磁歪棒１４１が伸縮する。このとき、逆磁歪効果により磁歪棒１４１の透磁率が変化し、磁歪棒１４１を通過する磁力線の密度（コイル１４２を貫く磁力線の密度）が変化することにより、コイル１４２に電圧が発生する。
The
このような磁歪棒１４１は、その厚さ（横断面積）が軸方向に沿ってほぼ一定となっている。磁歪棒１４１の平均厚さは、特に限定されないが、０．３〜１０ｍｍ程度であるのが好ましく、０．５〜５ｍｍ程度であるのがより好ましい。また、磁歪棒１４１の平均横断面積は、０．２〜２００ｍｍ２程度であるのが好ましく、０．５〜５０ｍｍ２程度であるのがより好ましい。かかる構成により、磁歪棒１４１の軸方向に磁力線を確実に通過させることができる。
Such a
磁歪材料のヤング率は、４０〜１００ＧＰａ程度であるのが好ましく、５０〜９０ＧＰａ程度であるのがより好ましく、６０〜８０ＧＰａ程度であるのがさらに好ましい。かかるヤング率を有する磁歪材料で磁歪棒１４１を構成することにより、磁歪棒１４１をより大きく伸縮させることができる。このため、磁歪棒１４１の透磁率をより大きく変化させることができるので、発電装置１００の発電効率をより向上させることができる。
The Young's modulus of the magnetostrictive material is preferably about 40 to 100 GPa, more preferably about 50 to 90 GPa, and further preferably about 60 to 80 GPa. By configuring the
かかる磁歪材料としては、特に限定されないが、例えば、鉄−ガリウム系合金、鉄−コバルト系合金、鉄−ニッケル系合金等が挙げられ、これらの１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。これらの中でも、鉄−ガリウム系合金（ヤング率：約７０ＧＰａ）を主成分とする磁歪材料が好適に用いられる。鉄−ガリウム系合金を主成分とする磁歪材料は、前述したようなヤング率の範囲に設定し易い。 Such a magnetostrictive material is not particularly limited, and examples thereof include an iron-gallium alloy, an iron-cobalt alloy, and an iron-nickel alloy, and these can be used alone or in combination. . Among these, a magnetostrictive material whose main component is an iron-gallium alloy (Young's modulus: about 70 GPa) is preferably used. A magnetostrictive material whose main component is an iron-gallium alloy is easy to set in the range of Young's modulus as described above.
また、以上のような磁歪材料は、Ｙ、Ｐｒ、Ｓｍ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍのような希土類金属のうちの少なくとも１種を含むのが好ましい。これにより、磁歪棒１４１の透磁率の変化をより大きくすることができる。
The magnetostrictive material as described above preferably contains at least one of rare earth metals such as Y, Pr, Sm, Tb, Dy, Ho, Er, and Tm. Thereby, the change in the magnetic permeability of the
かかる各磁歪棒１４１の外周には、その両端部（第１の質量部１２０、第２の質量部１３０との連結部）を除く部分を囲むようにコイル１４２が巻回（配置）されている。
A
このコイル１４２は、線材を磁歪棒１４１の外周に巻回することにより構成されている。これにより、コイル１４２は、磁歪棒１４１を通過している磁力線が、その軸方向に通過する（内腔部を貫く）ように配設されている。このコイル１４２には、磁歪棒１４１の透磁率の変化、すなわち、磁歪棒１４１を通過する磁力線の密度（磁束密度）の変化に基づいて、電圧が発生する。
The
線材としては、特に限定されないが、例えば、銅製の基線に絶縁被膜を被覆した線材や、銅製の基線に融着機能を付加した絶縁被膜を被覆した線材等が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。 Although it does not specifically limit as a wire, For example, the wire which coat | covered the insulation film which added the fusion | melting function to the copper base line, the wire which coat | covered the copper base line, etc. are mentioned, One of these Alternatively, two or more kinds can be used in combination.
線材の巻き数は、特に限定されないが、１００〜５００程度であるのが好ましく、１５０〜４５０程度であるのがより好ましい。これにより、コイル１４２に発生する電圧をより大きくすることができる。
The number of windings of the wire is not particularly limited, but is preferably about 100 to 500, and more preferably about 150 to 450. Thereby, the voltage generated in the
また、線材の横断面積は、特に限定されないが、５×１０−４〜０．１２６ｍｍ２程度であるのが好ましく、２×１０−３〜０．０３ｍｍ２程度であるのがより好ましい。このような線材は、その抵抗値が十分に低いため、発生した電圧によってコイル１４２を流れる電流を効率良く外部に流すことができ、発電装置１００の発電効率をより向上させることができる。
Moreover, the cross-sectional area of the wire is not particularly limited, but is preferably about 5 × 10 −4 to 0.126 mm 2 , more preferably about 2 × 10 −3 to 0.03 mm 2 . Since such a wire has a sufficiently low resistance value, the current flowing through the
なお、線材の横断面形状は、例えば、三角形、正方形、長方形、六角形のような多角形、円形、楕円形等のいかなる形状であってもよい。 Note that the cross-sectional shape of the wire may be any shape such as a polygon such as a triangle, a square, a rectangle, and a hexagon, a circle, and an ellipse.
磁歪素子１４０、１４０の先端側には、第２の質量部１３０が固定されている。
この第２の質量部１３０は、磁歪素子１４０に対して外力や振動を付与する錘として機能する部位である。空調ダクトの振動により、第２の質量部１３０に対して、上下方向への外力または振動が付与される。これにより、磁歪素子１４０は、その先端が基端に対して相対的に変位（振動）する。
A
The second
第２の質量部１３０は、略直方体状をなし、その基端側には、高さ方向（図１５中、上下方向）の略中央に凹部１３０１が形成されている。この凹部１３０１に、各磁歪棒１４１の先端部が、その間に永久磁石１３１を介した状態で挿入され、各磁歪棒１４１と永久磁石１３１との間、および各磁歪棒１４１と凹部１３０１との間が接着剤等により固定されている。
The
なお、第２の質量部１３０および前述した連結部１２１の構成材料としては、それぞれ、磁歪棒１４１および永久磁石１２２、１３１とで形成された磁界ループが第２の質量部１３０により短絡するのを防止する材料が好ましい。そのため、第２の質量部１３０は、弱磁性材料または非磁性材料で構成されているのが好ましく、特に、非磁性材料で構成されているのがより好ましい。
In addition, as a constituent material of the 2nd
図１５に示すように、磁歪棒１４１の基端部同士の間に設けられた永久磁石１２２が、Ｓ極を図１５中上側に、Ｎ極を図１５中下側にして配置されている。また、磁歪棒１４１の先端部同士の間に設けられた永久磁石１３１が、Ｓ極を図１５中下側に、Ｎ極を図１５中上側にして配置されている。すなわち、各永久磁石１２２、１３１は、その着磁方向が磁歪棒１４１（磁歪素子１４０）の併設方向とほぼ直交するように配設されている。これにより、発電部（発電装置１００）には、時計周りの磁界ループが形成されている。
As shown in FIG. 15, the
また、永久磁石１２２および１３１の構成材料としては、前述した永久磁石３１と同様の材料を用いることができる。
Further, as the constituent material of the
以上のような構成の発電装置１００は、第１の振動系を構成する一対の側板部１１２および第１の質量部１２０と、第２の振動系を構成する一対の磁歪棒１４１および第２の質量部１３０とにより、発電部が構成され、フレーム１１０の底板部１１１により、発電部を支持する支持部が構成されている。
The
このような発電装置１００は、図１６に示すように、フレーム１１０の底板部１１１が空調ダクト（角型ダクト２００）に固定される。この状態において、空調ダクトからの振動がフレーム１１０に伝達されると、この振動が一対の側板部１１２を介して第１の質量部１２０に伝達されて、第１の質量部１２０が底板部１１１（支持部）に対して上下方向に振動する。また、第１の質量部１２０に伝達された空調ダクトからの振動が、磁歪棒１４１、１４１を介して第２の質量部１３０に伝達され、第２の質量部１３０が、第１の質量部１２０に対して上下方向に振動する。この第２の質量部１３０が上下方向に振動する際に、各磁歪棒１４１が伸縮するように変形して、各磁歪棒１４１を通過する磁力線の密度（コイル１４２の内腔部を軸方向に貫く磁力線の密度）が変化する。これにより、コイル１４２に電圧が発生する。
In such a
以上のような構成の発電装置１００では、底板部１１１に対して、一対の側板部１１２（第１のバネ部）を介して第１の質量部１２０が振動する第１の振動系と、第１の質量部１２０に対して、一対の磁歪棒１４１、１４１（第２のバネ部）を介して第２の質量部１３０が振動する第２の振動系とが形成されている。すなわち、本実施形態の発電装置１００も、前述した第１実施形態の発電装置１００と同様に、２自由度振動系を構成している。
In the
本実施形態の発電装置１００においても、前述した第１実施形態の発電装置１００と同様に、第１の質量部１２０の第１の質量ｍ１［ｋｇ］と、一対の側板部１１２（第１のバネ部）の第１のバネ定数ｋ１［Ｎ／ｍ］と、第２の質量部１３０の第２の質量ｍ２［ｋｇ］と、磁歪棒１４１、１４１（第２のバネ部）の第２のバネ定数ｋ２［Ｎ／ｍ］とを設定して、第１の固有角振動数Ω１が２００〜２５０ｒａｄ／Ｓの範囲の値となるように、第２の固有角振動数Ω２が６０〜１２０ｒａｄ／Ｓの範囲の値となるように、また、質量比μが０．４〜１の範囲の値となるように構成されている。これらの３つのパラメータのそれぞれの値が上記範囲内であれば、第１の振動系の第１の固有振動数ω１と第２の振動系の第２の固有振動数ω２とが１４〜４２Ｈｚの範囲の値となる。これにより、発電部（発電装置１００）は、空調ダクトの振動を効率よく利用して、結果として高い発電効率で発電することができる。
Also in the
また、発電装置１００の２つの共振周波数ｆ１、ｆ２を定める３つのパラメータ（Ω１、Ω２およびμ）および減衰係数Ｃ２を、第１実施形態の発電装置１００と同様に設計することにより、前述した第１実施形態の発電装置１００と同様の効果を得ることができる。
Further, the three parameters (Ω 1 , Ω 2, and μ) that define the two resonance frequencies f 1 and f 2 of the
なお、本実施形態の発電装置１００において、各固有振動数ω１、ω２に対応する減衰係数Ｃ２の値は、コイル１４２内部を通過する永久磁石１２２、１３１からのバイアスの磁束密度とコイル１４２の巻き数とから定まる逆起電力定数、コイル１４２の巻き数、線材径から定まる内部インピーダンスやインダクタンスによって調整される。すなわち、減衰係数Ｃ２の値は、コイル１４２の巻き数、線材径を変更することによって調整することができる。
In the
なお、上述した本実施形態の発電装置１００では、第１の質量部１２０側および第２の質量部１３０側のいずれにも永久磁石１２２、１３１を設ける構成について説明したが、これらの永久磁石のうち、一方を磁性材料で構成された部材に変更した構成としてもよい。
In addition, in the electric
また、上述した本実施形態の発電装置１００において、発電部の構成としては、図１５に示す構成に限られない。例えば、各磁歪素子１４０と併設され、図１５の紙面奥側で第１の質量部１２０および第２の質量部１３０と永久磁石を介して連結するヨークを設ける構成としてもよい。この場合、第１の質量部１２０および第２の質量部１３０を、いずれも、前述したヨーク３３と同様の磁性材料で構成し、かつ、各永久磁石１２２、１３１の着磁方向を図１５の紙面手前側から奥側（または、紙面奥側から手前側）とする。これにより、２つの磁歪素子１４０、１４０に同一方向に磁力線が流れるような磁界ループが形成される発電部とすることができる。なお、このような構成では、各磁歪棒１４１にコイル１４２を巻回する（設ける）代わりに、ヨークの外周に巻回するようにしてもよい。
Moreover, in the electric
かかる第２実施形態の発電装置１００によっても、前記第１実施形態の発電装置１００と同様の作用・効果を生じる。
The
＜第３実施形態＞
次に、本発明の発電装置の第３実施形態について説明する。
<Third Embodiment>
Next, a third embodiment of the power generator of the present invention will be described.
図１７は、本発明の発電装置の第３実施形態の基本状態を示す側面図であり、図１８は、図１７に示す発電装置の振動状態を示す側面図である。なお、以下の説明では、図１７および図１８中の上側を「上」または「上方」と言い、下側を「下」または「下方」と言う。また、図１７および図１８中の左側を「先端」と言い、右側を「基端」と言う。 FIG. 17 is a side view showing a basic state of the third embodiment of the power generator of the present invention, and FIG. 18 is a side view showing a vibration state of the power generator shown in FIG. In the following description, the upper side in FIGS. 17 and 18 is referred to as “upper” or “upper”, and the lower side is referred to as “lower” or “lower”. Further, the left side in FIGS. 17 and 18 is referred to as “tip”, and the right side is referred to as “base end”.
以下、第３実施形態の発電装置について、前記第１および第２実施形態の発電装置との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。 Hereinafter, the power generation device of the third embodiment will be described with a focus on differences from the power generation devices of the first and second embodiments, and description of similar matters will be omitted.
第３実施形態の発電装置１００は、第２のバネ部の構成を変更した以外は、前記第２実施形態の発電装置１００と同様である。すなわち、本実施形態では、第２のバネ部が１つの圧電素子１５０で構成されている。
The
図１７に示すように、圧電素子１５０は、弾性変形可能な圧電体層（圧電部材）１５１と、圧電体層１５１を介して対向して配置された一対の電極１５２とを備えている。
As shown in FIG. 17, the
圧電体層１５１は、圧電材料で構成され、帯状（長尺の平板状）をなしている。この圧電体層１５１は、第１の質量部１２０側（基端部）を固定端とし、第２の質量部１３０側（先端部）を可動端として、その軸方向とほぼ垂直な方向（図１７中、上下方向）に相対的に変位可能となっている。圧電体層１５１が変形（伸縮）すると、圧電効果によって、圧電体層１５１の両表面付近に分極が生じて、一対の電極１５２間に電圧が発生する。
The
圧電体層１５１を構成する圧電材料としては、例えば、チタン酸バリウム、ジルコン酸鉛、チタン酸ジルコン酸鉛、酸化亜鉛、窒化アルミニウム、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム、水晶等が用いられる。
As the piezoelectric material constituting the
圧電体層１５１の平均厚さは、特に限定されないが、０．０５〜１ｍｍ程度であるのが好ましく、０．１〜０．３ｍｍ程度であるのがより好ましい。これにより、圧電体層１５１の耐久性を維持しながら、その材料コストを抑えることができる。
The average thickness of the
また、各電極１５２を構成する材料としては、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｚｎ、Ｐｔ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ａｌ、Ｗ、Ｔｉ、Ｍｏまたはこれらを含む合金等の各種金属材料が用いられる。
In addition, as a material constituting each
電極１５２の平均厚さは、特に限定されないが、０．１〜１００μｍ程度であるのが好ましく、１〜１０μｍ程度であるのがより好ましい。これにより、電極１５２の耐久性が向上し、長期間にわたって圧電体層１５１から電極１５２が剥離するのを防止することができる。
The average thickness of the
このような発電装置１００は、図１８に示すように、空調ダクトからの振動がフレーム１１０に伝達されると、この振動が一対の側板部１１２を介して第１の質量部１２０に伝達されて、第１の質量部１２０が底板部１１１（支持部）に対して上下方向に振動する。また、第１の質量部１２０に伝達された空調ダクトからの振動が、圧電体層１５１を介して第２の質量部１３０に伝達され、第２の質量部１３０が、第１の質量部１２０に対して上下方向に振動する。この第２の質量部１３０が上下方向に振動する際に、圧電体層１５１が変形すると、圧電効果によって、圧電体層１５１の両表面付近に分極が生じ、一対の電極１５２間に電圧が発生する。
As shown in FIG. 18, in such a
かかる本実施形態の発電装置１００も、前記第２実施形態の発電装置１００と同様に、２自由度振動系を構成しており、前記第１および第２実施形態の発電装置１００と同様の作用・効果を生じる。
The
なお、本実施形態の発電装置１００において、各固有振動数ω１、ω２に対応する減衰係数Ｃ２の値は、圧電体層１５１の厚みと幅、圧電素子１５０自体が有する圧電定数を変更することにより調整することができる。
In the
＜第４実施形態＞
次に、本発明の発電装置の第４実施形態について説明する。
<Fourth embodiment>
Next, a fourth embodiment of the power generator of the present invention will be described.
図１９は、本発明の発電装置の第４実施形態の横断面図である。なお、以下の説明では、図１９中の上側を「上」または「上方」と言い、下側を「下」または「下方」と言う。 FIG. 19 is a cross-sectional view of a fourth embodiment of the power generator of the present invention. In the following description, the upper side in FIG. 19 is referred to as “upper” or “upper”, and the lower side is referred to as “lower” or “lower”.
以下、第４実施形態の発電装置について、前記第１〜第３実施形態の発電装置との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。 Hereinafter, the power generation device of the fourth embodiment will be described with a focus on differences from the power generation devices of the first to third embodiments, and description of similar matters will be omitted.
第４実施形態の発電装置１００は、図１９に示すように、空調ダクトに固定される筐体（支持部）４１０と、筐体４１０内に、図１９の左右方向に振動可能に保持された発電部とを有している。この発電部は、エレクトレット層４２１を有するエレクトレット組立体（第１の質量部）４２０と、エレクトレット組立体４２０を介して筐体４１０と反対側に設けられた電極（第２の質量部）４３０と、エレクトレット組立体４２０と筐体４１０とを連結する一対（２つ）の第１のバネ部４４０と、電極４３０とエレクトレット組立体４２０とを連結する一対（２つ）の第２のバネ部４５０とを備えている。
As shown in FIG. 19, the
一対の第１のバネ部４４０は、エレクトレット組立体４２０を、筐体４１０内で図１９の左右方向に振動可能に筐体４１０に連結し、一対の第２のバネ部４５０は、電極４３０を、エレクトレット組立体４２０上で図１９の左右方向に振動可能にエレクトレット組立体４２０に連結している。
The pair of
筐体４１０は、平面視において矩形状をなしており、空調ダクトに固定される底板部４１１と、底板部４１１の縁部を囲むように鉛直上方に立設した側板部４１２とを備えている。この底板部４１１と側板部４１２とで規定される凹部（スペース）４１３に発電部１０が収容されている。
The
筐体４１０を構成する材料としては、例えば、金属材料、セラミックス材料、樹脂材料等が挙げられ、これらの１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。特に、エレクトレット組立体４２０が底板部４１１上を低摩擦（または摩擦無く）で振動することができるのが好ましく、この観点から、金属材料およびセラミックス材料がより好ましい。
Examples of the material constituting the
この筐体４１０（凹部４１３）内には、一対の第１のバネ部４４０により、エレクトレット組立体（第１の質量部）４２０が図１９の左右方向に振動可能に設けられている。
In the housing 410 (recess 413), an electret assembly (first mass portion) 420 is provided so as to vibrate in the left-right direction in FIG. 19 by a pair of
各第１のバネ部４４０は、コイルバネで構成されており、一端が筐体４１０の側板部４１２に固定され、他端がエレクトレット組立体４２０に固定されている。
Each
エレクトレット組立体４２０は、図１９に示すように、電極４２２と、電極４２２上に積層されたエレクトレット層４２１と、電極４２２およびエレクトレット層４２１を中央に保持するエレクトレット保持部４２３とを備えている。
As shown in FIG. 19, the
エレクトレット層４２１は、その表面付近に多量の電荷を半永久的に保持する材料から構成されている。
The
このようなエレクトレット層４２１を構成する材料としては、各種誘電材料が挙げられ、例えば、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン等のフッ素系樹脂や、結晶構造として、ペロブスカイト構造、ビスマス層状構造、またはタングステンブロンズ構造を有する各種強誘電材料を用いることができる。
Examples of the material constituting the
エレクトレット層４２１の平均厚さは、特に限定されないが、１〜１００μｍ程度であるのが好ましく、１０〜５０μｍ程度であるのがより好ましい。これにより、エレクトレット層４２１の耐久性と電荷保持性を維持しながら、材料コストを抑えることができる。
The average thickness of the
電極４２２は、前述した電極１５２と同様の各種金属材料で構成されている。
電極４２２の平均厚さは、特に限定されないが、０．１〜１００μｍ程度であるのが好ましく、１〜１０μｍ程度であるのがより好ましい。これにより、電極４２２の耐久性が向上する。
The
The average thickness of the
エレクトレット保持部４２３は、平面視において、その外形が矩形状をなしており、底部４２３１と、底部４２３１の縁部に沿って鉛直上方に立設した側部４２３２とを備え、第１のバネ部４４０の伸縮により筐体４１０の底板部４１１に対して摺動する。底部４２３１の中央部には、厚さ方向に貫通する貫通孔が形成され、この貫通孔内に電極４２２およびエレクトレット層４２１が固定されている。また、底部４２３１と４つの側部４２３２とで規定される凹部（スペース）４２４に電極４３０が収容されている。
The
このエレクトレット保持部４２３（凹部４２４）内には、一対の第２のバネ部４５０により、電極（第２の質量部）４３０が図１９の左右方向に振動可能に設けられている。
In this electret holding part 423 (concave part 424), an electrode (second mass part) 430 is provided so as to be capable of vibrating in the left-right direction in FIG. 19 by a pair of
各第２のバネ部４５０は、コイルバネで構成されており、一端がエレクトレット保持部４２３の側部４２３２と固定され、他端が電極４３０と固定されている。
Each
この電極４３０は、平板状の支持基板４３１と、支持基板４３１上に設けられた電極層４３２とを備えている。この電極層４３２は、自然状態で、平面視において、エレクトレット層４２１と重なるように構成されている。
The
かかる発電装置１００では、表面付近に多量の電荷が存在するエレクトレット層４２１により形成される静電場によって、電極層４３２に誘導電荷が静電誘導される。電極４３０がエレクトレット組立体４２０に対して左右方向に振動することにより、電極層４３２とエレクトレット層４２１との平面視において重なり合う面積が変化し、電極層４３２と電極４２２との間に電圧が発生する。
In the
支持基板４３１は、一対の第２のバネ部４５０と固定され、エレクトレット組立体４２０に対して左右方向に振動する。支持基板４３１としては、特に限定されないが、例えば、ＦＰＣ基板を用いることができる。
The
電極層４３２は、前述した電極１５２と同様の各種金属材料で構成されている。
このような電極層４３２の平均厚さは、特に限定されないが、０．１〜１００μｍ程度であるのが好ましく、１〜１０μｍ程度であるのがより好ましい。これにより、電極層４３２の耐久性が向上し、電極層４３２が支持基板４３１から剥がれたり、ひび割れしたりするのを確実に防止することができる。
The
The average thickness of the
このような発電装置１００は、図１９に示すように、筐体４１０の底板部４１１が空調ダクト（角型ダクト２００）に固定される。この状態において、空調ダクトからの振動が筐体４１０に伝達されると、この振動が一対の第１のバネ部４４０を介してエレクトレット組立体４２０に伝達されて、エレクトレット組立体４２０が筐体４１０（支持部）に対して左右方向に振動する。また、エレクトレット組立体４２０に伝達された空調ダクトからの振動が、一対の第２のバネ部４５０を介して電極４３０に伝達され、電極４３０が、エレクトレット組立体４２０に対して左右方向に振動する。この電極４３０が左右方向に振動する際に、電極４３０（電極層４３２）とエレクトレット層４２１との平面視において重なり合う面積が変化し、電極層４３２と電極４２２との間に電圧が発生する。
In such a
以上のような構成の発電装置１００では、筐体４１０に対して、一対の第１のバネ部４４０を介してエレクトレット組立体４２０が振動する第１の振動系と、エレクトレット組立体４２０に対して、一対の第２のバネ部４５０を介して電極４３０が振動する第２の振動系とが形成されている。すなわち、本実施形態の発電装置１００も、前述した第１〜第３実施形態の発電装置１００と同様に、２自由度振動系を構成している。
In the
そして、本実施形態の発電装置１００においても、前述した第１実施形態の発電装置１００と同様に、エレクトレット組立体４２０の第１の質量ｍ１［ｋｇ］と、一対の第１のバネ部４４０の第１のバネ定数ｋ１［Ｎ／ｍ］と、電極４３０の第２の質量ｍ２［ｋｇ］と、一対の第２のバネ部４５０の第２のバネ定数ｋ２［Ｎ／ｍ］とを設定して、第１の固有角振動数Ω１が２００〜２５０ｒａｄ／Ｓの範囲の値となるように、第２の固有角振動数Ω２が６０〜１２０ｒａｄ／Ｓの範囲の値となるように、また、質量比μが０．４〜１の範囲の値となるように構成されている。これらの３つのパラメータのそれぞれの値が上記範囲内であれば、第１の振動系の第１の固有振動数ω１と第２の振動系の第２の固有振動数ω２とが１４〜４２Ｈｚの範囲の値となる。これにより、発電部１０（発電装置１００）は、空調ダクトの振動を効率よく利用して、結果として高い発電効率で発電することができる。
Also in the
また、発電装置１００の２つの共振周波数ｆ１、ｆ２を定める３つのパラメータ（Ω１、Ω２およびμ）および減衰係数Ｃ２を、第１実施形態の発電装置１００と同様に設計することにより、前述した第１実施形態の発電装置１００と同様の効果を得ることができる。
Further, the three parameters (Ω 1 , Ω 2, and μ) that define the two resonance frequencies f 1 and f 2 of the
なお、本実施形態の発電装置１００において、各固有振動数ω１、ω２に対応する減衰係数Ｃ２の値は、エレクトレット層４２１と電極層４３２との離間距離（ギャップ）や、自然状態（無振動状態）におけるエレクトレット層４２１と電極層４３２との対向面積を変更することにより調整することができる。また、電極４３０を、支持基板４３１上に複数の電極領域を備えるように構成した場合には、電極領域の数を調整することにより減衰係数Ｃ２の値を調整することができる。
In the
なお、かかる発電装置１００では、エレクトレット組立体４２０が筐体４１０に対して振動する際に、筐体４１０の側板部４１２（図１９の紙面手前側および紙面奥側の側板部４１２）とエレクトレット組立体４２０とが離間していてもよいが、接触しているのが好ましい。この場合、エレクトレット組立体４２０は、筐体４１０の側板部４１２と摺接しつつ振動する。したがって、この側板部４１２は、エレクトレット組立体４２０の左右方向への振動をガイドするガイド部として機能して、他の方向（紙面手前側または紙面奥側）に振動するのを防止することができる。これにより、空調ダクトの振動によるエレクトレット組立体４２０の振動効率をより優れたものとすることができ、その結果、発電装置１００の発電効率をより向上させることができる。
In the
また、電極４３０がエレクトレット組立体４２０に対して振動する際に、エレクトレット組立体４２０の側部４２３２（図１９の紙面手前側および紙面奥側の側部４２３２）と電極４３０とが離間していてもよいが、接触しているのが好ましい。これにより、電極４３０は、エレクトレット組立体４２０の側部４２３２と摺接しつつ振動する。したがって、上記と同様に、この側部４２３２が、電極４３０の左右方向への振動をガイドするガイド部として機能し、空調ダクトの振動による電極４３０の振動効率をより優れたものとすることができる。そして、発電装置１００の発電効率をより向上させることができる。
Further, when the
なお、上記の説明では、筐体４１０およびエレクトレット組立体４２０の外形が、平面視において矩形状をなしていると説明したが、その他の形状に構成されていてもよい。例えば、筐体４１０およびエレクトレット組立体４２０の外形が、それぞれ、円筒状をなしていてもよい。
In the above description, the outer shapes of the
かかる第４実施形態の発電装置１００によっても、前記第１〜第３実施形態の発電装置１００と同様の作用・効果を生じる。
The
以上、本発明の発電装置、発電装置セットおよび発電システムを図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、各構成は、同様の機能を発揮し得る任意のものと置換することができ、あるいは、任意の構成のものを付加することができる。 As mentioned above, although the electric power generating apparatus of this invention, the electric power generating apparatus set, and the electric power generation system were demonstrated based on embodiment of illustration, this invention is not limited to this, Each structure can exhibit the same function. Any one can be substituted, or any configuration can be added.
例えば、本発明では、前記第１〜第４実施形態の任意の構成を組み合わせることもできる。 For example, in the present invention, any configuration of the first to fourth embodiments can be combined.
以上、本発明の発電装置、発電装置セットおよび発電システムを図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、各構成は、同様の機能を発揮し得る任意のものと置換することができ、あるいは、任意の構成のものを付加することができる。 As mentioned above, although the electric power generating apparatus of this invention, the electric power generating apparatus set, and the electric power generation system were demonstrated based on embodiment of illustration, this invention is not limited to this, Each structure can exhibit the same function. Any one can be substituted, or any configuration can be added.
例えば、本発明では、前記第１〜第４実施形態の任意の構成を組み合わせることもできる。 For example, in the present invention, any configuration of the first to fourth embodiments can be combined.
次に、本発明を実施例に基づいて説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。 Next, although this invention is demonstrated based on an Example, this invention is not limited to this.
（実施例１、２および比較例１〜３）
図１〜図４に示す構成の発電装置１００において、コイル組立体４０の第１の質量ｍ１［ｋｇ］と、第１のバネ部６４の第１のバネ定数ｋ１［Ｎ／ｍ］と、磁石組立体３０の第２の質量ｍ２［ｋｇ］と、第２のバネ部６５の第２のバネ定数ｋ２［Ｎ／ｍ］とを下記表４に示すように設定し、第１の固有角振動数Ω１、第２の固有角振動数Ω２、質量比μ、第１の振動系の第１の固有振動数ω１および第２の振動系の第２の固有振動数ω２を求めた。また、各固有振動数ω１、ω２に対応する減衰Ｃ２を表４に示すように設定した。
(Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 to 3)
1 to 4, the first mass m 1 [kg] of the
図２０（ａ）〜（ｅ）は、上記実施例１、２および比較例１〜３の発電装置における発電量の周波数特性を示すグラフである。各グラフに示される第１の共振周波数ｆ１における発電量Ａ１［ｍＷ／１００ｍＧ］、第２の共振周波数ｆ２における発電量Ａ２［ｍＷ／１００ｍＧ］、および第１の共振周波数ｆ１と第２の共振周波数ｆ２との間の周波数帯域における最小の発電量Ａ３［ｍＷ／１００ｍＧ］を表４に示す。
20A to 20E are graphs showing the frequency characteristics of the power generation amount in the power generators of Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 to 3.
実施例１および実施例２は、いずれも、第１の固有角振動数Ω１が２００〜２５０ｒａｄ／Ｓの範囲の値であり、第２の固有角振動数Ω２が６０〜１２０ｒａｄ／Ｓの範囲の値せあり、質量比μが０．４〜１の範囲の値である。その結果、第１の振動系の第１の固有振動数ω１が、１４Ｈｚであり、第２の振動系の第２の固有振動数ω２が３８Ｈｚである。これらの実施例では、第１の共振周波数ｆ１と第２の共振周波数ｆ２との間隔が十分に広く、この広い周波数帯域にわたって、高い発電量を維持しつつ、発電量のバラつきが小さいことが分かる。すなわち、実施例１および実施例２の発電装置は、空調ダクトの振動を効率良く利用して、高い発電効率で発電することができることが分かる。 In both Example 1 and Example 2, the first natural angular frequency Ω 1 is a value in the range of 200 to 250 rad / S, and the second natural angular frequency Ω 2 is 60 to 120 rad / S. There is a value in the range, and the mass ratio μ is a value in the range of 0.4 to 1. As a result, the first natural frequency ω 1 of the first vibration system is 14 Hz, and the second natural frequency ω 2 of the second vibration system is 38 Hz. In these embodiments, a sufficiently wide distance between the first resonance frequency f 1 and the second resonant frequency f 2, over this wide frequency band, while maintaining a high power generation amount, it is a small amount of power generation variation I understand. That is, it can be seen that the power generators of the first and second embodiments can generate power with high power generation efficiency by efficiently using the vibration of the air conditioning duct.
なお、実施例１と実施例２との比較から、各固有振動数ω１、ω２に対応する減衰Ｃ２の値の違いにより、周波数特性を示すグラフ形状が変わることを示しており、実施例１の発電装置の方が、実施例２の発電装置よりも周波数特性のバランスに優れていることが分かる。 The comparison between Example 1 and Example 2 shows that the graph shape indicating the frequency characteristics changes depending on the difference in the value of the damping C 2 corresponding to each natural frequency ω 1 , ω 2. It can be seen that the power generator of Example 1 is superior in the balance of frequency characteristics than the power generator of Example 2.
一方、比較例１の発電装置では、質量比μが０．４〜１の範囲外の値（１．３２８）である。その結果、比較例１の発電装置では、第１の振動系の第１の固有振動数ω１が、１４Ｈｚ未満（１３．２５Ｈｚ）であり、第１の共振周波数ｆ１と第２の共振周波数ｆ２とで発電量のバラつきが大きくなり過ぎてしまう。このような発電装置では、空調ダクトの振動から効率良く発電することはできない。 On the other hand, in the power generator of Comparative Example 1, the mass ratio μ is a value outside the range of 0.4 to 1 (1.328). As a result, in the power generator of Comparative Example 1, the first natural frequency ω 1 of the first vibration system is less than 14 Hz (13.25 Hz), and the first resonance frequency f 1 and the second resonance frequency power generation amount of variation becomes too large in the f 2. In such a power generation device, it is not possible to efficiently generate power from vibration of the air conditioning duct.
また、比較例２および比較例３の発電装置では、第１の固有角振動数Ω１が２００〜２５０ｒａｄ／Ｓの範囲外の値（比較例２：２７８ｒａｄ／Ｓ、比較例３：３３６ｒａｄ／Ｓ）である。その結果、比較例２および比較例３の発電装置では、第２の振動系の第２の固有振動数ω２が、それぞれ、４８Ｈｚ、５８Ｈｚである。これらの発電装置では、感度帯域は広いが、発電量の最大値（各共振周波数ｆ１、ｆ２における発電量）が、低くなり過ぎてしまう。さらに、感度帯域における発電量のバラつきも極めて大きい。 Further, in the power generators of Comparative Example 2 and Comparative Example 3, the first natural angular frequency Ω 1 is a value outside the range of 200 to 250 rad / S (Comparative Example 2: 278 rad / S, Comparative Example 3: 336 rad / S). ). As a result, in the power generation devices of Comparative Example 2 and Comparative Example 3, the second natural frequency ω 2 of the second vibration system is 48 Hz and 58 Hz, respectively. In these power generation devices, the sensitivity band is wide, but the maximum value of the power generation amount (the power generation amount at each of the resonance frequencies f 1 and f 2 ) becomes too low. Furthermore, the amount of power generation in the sensitivity band is extremely large.
１００…発電装置 １…装置本体 ９…吸着手段 ９１…磁石組立体 ９１１…永久磁石 ９１２…ヨーク（保持部材） ９２…第１のシート材 ９２１…固定部 ９２２、９２２ａ、９２２ｂ…腕部 ９２３…凹部 ９３…第２のシート材 １０…発電部 １１…接続コネクタ ２０…筐体 ２１…カバー ２１１…リブ ２１２…貫通孔 ２１３…ネジ ２１４…凹部 ２２…筒状部 ２２１…ボス ２２１ａ…上側ネジ孔 ２２１ｂ…下側ネジ孔 ２３…ベース ２３０…下面 ２３１…リブ ２３２…貫通孔 ２３３…ネジ ２３４…凹部 ２３５…凹部 ３０…磁石組立体 ３１…永久磁石 ３２…バックヨーク ３２１…底板部 ３２２…筒状部 ３３…ヨーク ３３１…ネジ孔 ４０…コイル組立体 ４１…コイル ５０…コイル保持部 ５１…本体部 ５１１…ボス ５１１ａ…上側ネジ孔 ５１１ｂ…下側ネジ孔 ５２…円盤部 ６０Ｕ…上側板バネ ６０Ｌ…下側板バネ ６１…第１の環状部 ６２…第２の環状部 ６３…第３の環状部 ６４…第１のバネ部 ６５…第２のバネ部 ６６…貫通孔 ６７…貫通孔 ７０…スペーサ ７１…本体部 ７２…フランジ部 ７３…ネジ ８２…ネジ １１０…フレーム １１１…底板部 １１２…側板部 １１３…ピン １２０…第１の質量部 １２１…連結部 １２１１…凹部 １２２…永久磁石 １２３…錘 １３０…第２の質量部 １３０１…凹部 １３１…永久磁石 １４０…磁歪素子 １４１…磁歪棒 １４２…コイル １５０…圧電素子 １５１…圧電体層 １５２…電極 ２００…角型ダクト ２０１…板状部 ３００…丸型ダクト ４１０…筐体 ４１１…底板部 ４１２…側板部 ４１３…凹部 ４２０…エレクトレット組立体 ４２１…エレクトレット層 ４２２…電極 ４２３…エレクトレット保持部 ４２３１…底部 ４２３２…側部 ４２４…凹部 ４３０…電極 ４３１…支持基板 ４３２…電極層 ４４０…第１のバネ部 ４５０…第２のバネ部
DESCRIPTION OF
Claims (16)
前記発電部は、第１の質量部と、該第１の質量部と前記支持部とを連結する第１のバネ部とを備える第１の振動系と、前記第１の質量部より質量の小さい第２の質量部と、該第２の質量部と前記第１の質量部とを連結する第２のバネ部とを備える第２の振動系とを有する２自由度振動系を構成し、
前記第１の質量部の第１の質量ｍ１［ｋｇ］と、前記第１のバネ部の第１のバネ定数ｋ１［Ｎ／ｍ］と、前記第２の質量部の第２の質量ｍ２［ｋｇ］と、前記第２のバネ部の第２のバネ定数ｋ２［Ｎ／ｍ］とを設定することにより、前記第１の振動系の第１の固有角振動数Ω１＝（ｋ１／ｍ１）１／２が２００〜２５０ｒａｄ／Ｓであり、前記第２の振動系の第２の固有角振動数Ω２＝（ｋ２／ｍ２）１／２が６０〜１２０ｒａｄ／Ｓであり、前記第１の質量部と前記第２の質量部との質量比μ＝ｍ２／ｍ１が０．４〜１であることを特徴とする発電装置。 A power generation device that is used by being fixed to an air conditioning duct and has a power generation unit that generates power by vibration of the air conditioning duct, and a support unit that supports the power generation unit,
The power generation unit includes a first vibration system including a first mass unit, a first spring unit that couples the first mass unit and the support unit, and a mass that is greater than that of the first mass unit. Constituting a two-degree-of-freedom vibration system having a small second mass part and a second vibration system comprising a second spring part connecting the second mass part and the first mass part;
The first mass m 1 [kg] of the first mass part, the first spring constant k 1 [N / m] of the first spring part, and the second mass of the second mass part By setting m 2 [kg] and the second spring constant k 2 [N / m] of the second spring portion, the first natural angular frequency Ω 1 = of the first vibration system (K 1 / m 1 ) 1/2 is 200 to 250 rad / S, and the second natural angular frequency Ω 2 = (k 2 / m 2 ) 1/2 of the second vibration system is 60 to 120 rad. / S, and the mass ratio μ = m 2 / m 1 between the first mass part and the second mass part is 0.4 to 1 .
当該発電装置は、前記磁力線を軸方向に通過するように配置され、その密度の変化に基づいて電圧が発生するコイルを有する請求項１ないし６のいずれかに記載の発電装置。 At least one of the first mass portion and the second mass portion includes a permanent magnet that generates lines of magnetic force, and the second spring portion includes an elastically deformable magnetostrictive member made of a magnetostrictive material. Prepared,
The power generation device according to any one of claims 1 to 6, further comprising a coil that is arranged so as to pass through the magnetic field lines in the axial direction and generates a voltage based on a change in density.
当該発電装置は、該圧電部材を介して対向して設けられた一対の電極を有する請求項１ないし６のいずれかに記載の発電装置。 The second spring portion includes an elastically deformable piezoelectric member made of a piezoelectric material,
The power generation device according to any one of claims 1 to 6, wherein the power generation device includes a pair of electrodes provided to face each other with the piezoelectric member interposed therebetween.
当該発電装置は、前記エレクトレットを介して対向して設けられた一対の電極を備える請求項１ないし６のいずれかに記載の発電装置。 The second mass unit includes an electret provided to be displaceable along a direction substantially orthogonal to the polarization direction,
The said power generator is a power generator in any one of Claim 1 thru | or 6 provided with a pair of electrode provided facing through the said electret.
該発電装置の発電量を調整するための錘とを有することを特徴とする発電装置セット。 A power generation device according to any one of claims 1 to 13,
A power generator set comprising a weight for adjusting the power generation amount of the power generator.
該発電装置を前記支持部を介して固定する前記空調ダクトとを有することを特徴とする発電システム。 A power generation device according to any one of claims 1 to 13,
The power generation system comprising: the air conditioning duct that fixes the power generation device via the support portion.
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10840790B2 (en) | 2017-12-25 | 2020-11-17 | Futaba Corporation | Vibration power generator |
| CN112152414A (en) * | 2020-09-05 | 2020-12-29 | 常州工学院 | Self-generating device and wireless switch |
Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20070085425A1 (en) * | 2005-10-19 | 2007-04-19 | Alps Electric Co., | Vibration generator |
| JP2007111619A (en) * | 2005-10-19 | 2007-05-10 | Alps Electric Co Ltd | Vibration generation device |
| JP2008536470A (en) * | 2005-04-12 | 2008-09-04 | パーペトゥーム、リミテッド | Conversion of mechanical vibration energy to electrical energy |
| US20100327672A1 (en) * | 2007-11-27 | 2010-12-30 | Perpetuum Ltd. | Electromechanical Generator for Converting Mechanical Vibrational Energy into Electrical Energy |
| JP2011114884A (en) * | 2009-11-24 | 2011-06-09 | Takenaka Komuten Co Ltd | Generation device |
| JP2011172352A (en) * | 2010-02-17 | 2011-09-01 | Takenaka Komuten Co Ltd | Oscillating power generation system |
| WO2011158473A1 (en) * | 2010-06-18 | 2011-12-22 | 国立大学法人金沢大学 | Power generation element and power generation apparatus provided with power generation element |
| US20120280596A1 (en) * | 2011-05-06 | 2012-11-08 | Seiko Epson Corporation | Power generation unit, electronic apparatus, transportation unit, battery, method of controlling power generation unit |
| WO2012169196A1 (en) * | 2011-06-10 | 2012-12-13 | パナソニック株式会社 | Vibration generator, vibration generation device, and electronic equipment and communication device provided with vibration generation device |
| JP2013081281A (en) * | 2011-10-03 | 2013-05-02 | Seiko Epson Corp | Power generating device, electronic device, transportation means, and method for controlling power generating device |
-
2015
- 2015-02-13 JP JP2015026732A patent/JP6156405B2/en active Active
Patent Citations (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008536470A (en) * | 2005-04-12 | 2008-09-04 | パーペトゥーム、リミテッド | Conversion of mechanical vibration energy to electrical energy |
| US20100033142A1 (en) * | 2005-04-12 | 2010-02-11 | Perpetuum Ltd. | Converting Mechanical Vibrational Energy Into Electrical Energy |
| US20070085425A1 (en) * | 2005-10-19 | 2007-04-19 | Alps Electric Co., | Vibration generator |
| JP2007111619A (en) * | 2005-10-19 | 2007-05-10 | Alps Electric Co Ltd | Vibration generation device |
| US20100327672A1 (en) * | 2007-11-27 | 2010-12-30 | Perpetuum Ltd. | Electromechanical Generator for Converting Mechanical Vibrational Energy into Electrical Energy |
| JP2011505114A (en) * | 2007-11-27 | 2011-02-17 | パーペトゥーム、リミテッド | Electromechanical generator for converting mechanical vibration energy into electrical energy |
| JP2011114884A (en) * | 2009-11-24 | 2011-06-09 | Takenaka Komuten Co Ltd | Generation device |
| JP2011172352A (en) * | 2010-02-17 | 2011-09-01 | Takenaka Komuten Co Ltd | Oscillating power generation system |
| WO2011158473A1 (en) * | 2010-06-18 | 2011-12-22 | 国立大学法人金沢大学 | Power generation element and power generation apparatus provided with power generation element |
| US20130140919A1 (en) * | 2010-06-18 | 2013-06-06 | National University Corporation Kanazawa University | Power generation element and power generation apparatus including power generation element |
| US20120280596A1 (en) * | 2011-05-06 | 2012-11-08 | Seiko Epson Corporation | Power generation unit, electronic apparatus, transportation unit, battery, method of controlling power generation unit |
| WO2012169196A1 (en) * | 2011-06-10 | 2012-12-13 | パナソニック株式会社 | Vibration generator, vibration generation device, and electronic equipment and communication device provided with vibration generation device |
| US8716916B2 (en) * | 2011-06-10 | 2014-05-06 | Panasonic Corporation | Vibration generator, vibration generation device, and electronic equipment and communication device provided with vibration generation device |
| JP2013081281A (en) * | 2011-10-03 | 2013-05-02 | Seiko Epson Corp | Power generating device, electronic device, transportation means, and method for controlling power generating device |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10840790B2 (en) | 2017-12-25 | 2020-11-17 | Futaba Corporation | Vibration power generator |
| CN112152414A (en) * | 2020-09-05 | 2020-12-29 | 常州工学院 | Self-generating device and wireless switch |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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