JP2015220774A - Vibration power generator - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a vibration power generator which can improve generation efficiency.SOLUTION: The vibration power generator includes: a substrate 4 for receiving vibration from a vibration source 2; a first swing beam 6 having an intermediate part in the longer direction supported through a fulcrum 5 provided on the substrate, to swing around the fulcrum on receiving vibration; a pair of weight bodies 7, 8 fixed to both ends of the first swing beam; a plurality of first amplitude restriction devices 9-12, disposed in the movement direction of the pair of weight bodies, for restricting the amplitude of the first swing beam by a collision with the pair of weight bodies; and a pair of first vibration power converters 13, 14, disposed on both sides of the longer direction across the fulcrum of the first swing beam, for generating power by the enlargement or the compression of magnetic strain members 17, 21 by impact force caused by the collision between the weight bodies, which receives vibration, and the first amplitude restriction devices.

Description

本発明は、例えば高速道路や橋梁などに設置したセンサ類に電源を供給可能な振動によって発電する振動発電装置に関する。   The present invention relates to a vibration power generation apparatus that generates power by vibration capable of supplying power to sensors installed on, for example, an expressway or a bridge.

振動を利用した発電技術としては、圧電素子を利用した方法がよく知られている。圧電素子を利用した発電方法の多くは、圧電素子に何らかの方法で外部から力を加えることにより、圧電素子を変形させて発電するものである。
圧電素子を利用した振動力発電装置として、例えば特許文献1に記載のものがある。特許文献1では、音による空気の圧力変動を利用して圧電素子により発電する音力発電装置、および、振動による圧力変動を利用して圧電素子により発電する振動力発電装置が記載されている。
また、圧電素子に代えて磁歪素子を利用した発電方法も提案されている。磁歪素子を利用した発電方法として、例えば、特許文献2に記載のものが知られている。
As a power generation technique using vibration, a method using a piezoelectric element is well known. Many of the power generation methods using piezoelectric elements are to generate power by deforming the piezoelectric elements by applying external force to the piezoelectric elements in some way.
As a vibration power generation apparatus using a piezoelectric element, for example, there is one described in Patent Document 1. Patent Document 1 describes a sound power generation device that generates electric power using a piezoelectric element using air pressure fluctuation caused by sound, and a vibration force power generation apparatus that generates electric power using a piezoelectric element using pressure fluctuation caused by vibration.
A power generation method using a magnetostrictive element instead of a piezoelectric element has also been proposed. As a power generation method using a magnetostrictive element, for example, the one described in Patent Document 2 is known.

特許文献2の磁歪素子を利用した振動発電装置は、図7(a)及び(b)に示す発電素子100を備えている。なお、図7(a)は発電素子100を示す上面図であり、図7(b)は発電素子100を示す側面図である。
発電素子100は、連結ヨーク100aおよび100bと、連結ヨーク100aおよび100bに平行に支持された磁歪棒110aおよび110bと、各磁歪棒110aおよび110bに巻装されたコイル120aおよび120bと、連結ヨーク100a及び100bに永久磁石140aおよび140bを介して連結されたバックヨーク150とを備えている。
The vibration power generation apparatus using the magnetostrictive element of Patent Document 2 includes a power generation element 100 shown in FIGS. 7 (a) and 7 (b). 7A is a top view showing the power generation element 100, and FIG. 7B is a side view showing the power generation element 100. FIG.
The power generation element 100 includes coupling yokes 100a and 100b, magnetostrictive rods 110a and 110b supported in parallel to the coupling yokes 100a and 100b, coils 120a and 120b wound around the magnetostrictive rods 110a and 110b, and the coupling yoke 100a. And the back yoke 150 connected to the magnet 100b through permanent magnets 140a and 140b.

この発電素子100を、図8に示すように、連結ヨーク100aを固定部に固定して方持ち梁構造とし、連結ヨーク100bに発電素子100の軸方向と直交する方向に曲げ応力Pを印加することにより、磁歪棒110aおよび110bが曲げ変形される。これにより磁歪棒110aおよび110bに発生する逆磁歪効果によって、コイル120aおよび120bを貫く磁束が変化することで、コイル120aおよび120bに誘導電圧(または誘導電力)が発生する。これにより発電素子100に振動を印加することで発電が可能となる。   As shown in FIG. 8, the power generating element 100 has a connecting yoke 100a fixed to a fixed portion to form a cantilever structure, and a bending stress P is applied to the connecting yoke 100b in a direction perpendicular to the axial direction of the power generating element 100. As a result, the magnetostrictive rods 110a and 110b are bent and deformed. As a result, the magnetic flux passing through the coils 120a and 120b changes due to the inverse magnetostrictive effect generated in the magnetostrictive rods 110a and 110b, thereby generating an induced voltage (or induced power) in the coils 120a and 120b. As a result, power can be generated by applying vibration to the power generation element 100.

特開2006−166694号公報JP 2006-166694 A 特許第4905820号公報Japanese Patent No. 4905820

特許文献1に記載された圧電素子を利用した振動力発電装置は、圧電素子を構成する圧電材料が脆性材料であり、曲げや衝撃に対して弱い材料である。そのため、過度な負荷を加えることはできず、発電量を増加するために大きな曲げや衝撃を加えることが困難であるという問題点がある。また、圧電素子は低周波数でインピーダンスが高く、圧電素子より低いインピーダンスを有する負荷を接続した際に、負荷に発生する電圧が小さくなるため、発電により得られる電力が小さくなり、発電の効率が低いという問題点もある。   In the vibration power generation apparatus using the piezoelectric element described in Patent Document 1, the piezoelectric material constituting the piezoelectric element is a brittle material, and is a material that is weak against bending and impact. Therefore, an excessive load cannot be applied, and there is a problem that it is difficult to apply a large bending or impact in order to increase the power generation amount. In addition, the piezoelectric element has a high impedance at a low frequency, and when a load having a lower impedance than that of the piezoelectric element is connected, the voltage generated in the load is small, so the power obtained by power generation is small and the power generation efficiency is low. There is also a problem.

一方、特許文献2に記載されている磁歪棒110aおよび110bを構成する磁歪材料は延性材料であり、圧電材料に比べて曲げや衝撃に強いため、大きな曲げや衝撃を加えることで発電量を増加することが可能である。また、発電素子のインピーダンスが圧電材料よりも低いことから、インピーダンスの低い負荷の接続による発電効率の低下が少なく、前述した圧電材料の問題点を解決することができる。   On the other hand, the magnetostrictive material constituting the magnetostrictive rods 110a and 110b described in Patent Document 2 is a ductile material, and is more resistant to bending and impact than piezoelectric materials. Therefore, power generation is increased by applying large bending and impact. Is possible. In addition, since the impedance of the power generation element is lower than that of the piezoelectric material, there is little reduction in power generation efficiency due to connection of a load with low impedance, and the above-described problems of the piezoelectric material can be solved.

しかし、特許文献2に記載された振動発電装置は、振動しながら磁歪棒のバネ変形を発生させて発電するために振動源から大きな加振力を必要とするため、振動エネルギーの吸収が悪く発電効率が低下するという未解決の課題がある。
そこで、本発明は、上記従来例の未解決の課題に着目してなされたものであり、発電効率を高めることができる振動発電装置を提供することを目的としている。
However, the vibration power generation apparatus described in Patent Document 2 requires a large excitation force from the vibration source to generate power by generating spring deformation of the magnetostrictive rod while vibrating, so that it absorbs vibration energy and generates power. There is an unresolved issue of reduced efficiency.
Then, this invention is made | formed paying attention to the unsolved subject of the said prior art example, and it aims at providing the vibration electric power generating apparatus which can raise electric power generation efficiency.

上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る振動発電装置は、振動源から振動を受ける支持体と、この支持体に設けた支点を介して長手方向中間部が支持され、振動を受けることで上記支点回りに揺動する第1揺動ビームと、この第1揺動ビームの両端に固定された一対の錘体と、これら一対の錘体のうち少なくとも一方の錘体の移動方向に配置され、この錘体との衝突により上記第1揺動ビームの振幅を制限する第1振幅制限装置と、上記第1揺動ビームの上記支点を挟んで長手方向の両側のうち少なくとも上記第1振幅制限装置が配置される側に設けられ、振動を受けた錘体と上記第1振幅制限装置との衝突による衝撃力によって磁歪部材が伸長または圧縮することで発電する第1振動電力変換部とを備えている。   In order to achieve the above object, a vibration power generation apparatus according to an aspect of the present invention includes a support body that receives vibration from a vibration source, and a longitudinal intermediate portion that is supported via a fulcrum provided on the support body. A first oscillating beam that oscillates around the fulcrum by receiving, a pair of weights fixed to both ends of the first oscillating beam, and a moving direction of at least one of the pair of weights And a first amplitude limiting device that limits the amplitude of the first oscillating beam by collision with the weight body, and at least the first of both sides in the longitudinal direction across the fulcrum of the first oscillating beam. A first vibration power conversion unit that is provided on the side where the one amplitude limiting device is disposed, and generates power when the magnetostrictive member expands or compresses by an impact force caused by a collision between the weight body that receives vibration and the first amplitude limiting device. And.

本発明に係る振動発電装置によれば、振動源から振動が伝達されると第1揺動ビームが支点を回動中心として揺動し、第1揺動ビームの両端に固定した一対の錘体のうち少なくとも一方の錘体の移動方向に設けた第1振幅制限装置に当該錘体が衝突することで、第1揺動ビームの長手方向の両側のうち少なくとも上記第1振幅制限装置が配置される側に設けた第1振動電力変換部が振動発電を行うので、発電効率を向上させることができる。   According to the vibration power generator of the present invention, when vibration is transmitted from the vibration source, the first swing beam swings about the pivot point as a rotation center, and a pair of weights fixed to both ends of the first swing beam. When the weight collides with the first amplitude limiting device provided in the moving direction of at least one of the first and second weights, at least the first amplitude limiting device is disposed on both sides in the longitudinal direction of the first oscillating beam. Since the first oscillating power conversion unit provided on the side performs oscillating power generation, the power generation efficiency can be improved.

本発明に係る第1実施形態の振動発電装置を示す図である。It is a figure which shows the vibration electric power generating apparatus of 1st Embodiment which concerns on this invention. 第1実施形態の振動発電装置を構成する磁歪部材が圧縮変形する状態を示す図である。It is a figure which shows the state which the magnetostrictive member which comprises the vibration electric power generating apparatus of 1st Embodiment compressively deforms. 第1実施形態の振動発電装置を構成する磁歪部材が伸長変形する状態を示す図である。It is a figure which shows the state which the magnetostrictive member which comprises the vibration electric power generating apparatus of 1st Embodiment expands and deforms. 本発明に係る第2実施形態の振動発電装置における振幅制限装置を示す図である。It is a figure which shows the amplitude limiting apparatus in the vibration electric power generating apparatus of 2nd Embodiment which concerns on this invention. 本発明に係る第3実施形態の振動発電装置を示す図である。It is a figure which shows the vibration electric power generating apparatus of 3rd Embodiment which concerns on this invention. 本発明に係る第1実施形態の振動発電装置における電源回路の構成例を示す図である。It is a figure showing an example of composition of a power circuit in a vibration power generator of a 1st embodiment concerning the present invention. 従来の発電素子の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the conventional electric power generation element. 図7に示した発電素子による発電装置の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the electric power generating apparatus by the electric power generating element shown in FIG.

以下、本発明を実施するための形態(以下、実施形態という。)を、図面を参照しながら詳細に説明する。   DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, modes for carrying out the present invention (hereinafter referred to as embodiments) will be described in detail with reference to the drawings.

[実施形態1]
図1は、本発明に係る第1実施形態の振動発電装置を示す正面図である。
図1に示す第1実施形態の振動発電装置1は、振動源2の上部に固定された装置ケース3と、装置ケース3の底部3aから立ち上がっている支柱4と、支柱4の上部に設けたピン5に長手方向中間部が回動自在に支持され、鉛直振動を受けることでピン5を回動中心として揺動する天秤棒状の揺動ビーム6と、揺動ビーム6の長手方向両端に固定されている一対の錘体7、8と、錘体7の移動方向に対応する装置ケース2の上壁3b及び底部3aに配置した振幅制限装置9,10と、錘体8の移動方向に対応する装置ケース2の上壁3b及び底部3aに配置した振幅制限装置11,12と、揺動ビーム6の長手方向の両側に設けた一対の振動電力変換部13,14と、電源回路201と、を備えている。
[Embodiment 1]
FIG. 1 is a front view showing a vibration power generator according to a first embodiment of the present invention.
The vibration power generator 1 according to the first embodiment shown in FIG. 1 is provided on a device case 3 fixed to the upper part of the vibration source 2, a support column 4 rising from the bottom 3 a of the device case 3, and an upper part of the support column 4. An intermediate portion in the longitudinal direction is rotatably supported by the pin 5, and a swinging rod-like swinging beam 6 that swings around the pin 5 by receiving vertical vibration and fixed to both longitudinal ends of the swinging beam 6. Corresponding to the moving direction of the weight 8 and the pair of weights 7 and 8, the amplitude limiting devices 9 and 10 disposed on the upper wall 3b and the bottom 3a of the device case 2 corresponding to the moving direction of the weight 7 Amplitude limiting devices 11 and 12 disposed on the upper wall 3b and bottom 3a of the device case 2 to be configured, a pair of vibration power converters 13 and 14 provided on both sides in the longitudinal direction of the oscillating beam 6, a power supply circuit 201, It has.

揺動ビーム6は磁性材料からなる部材であり、この揺動ビーム6の長手方向の両側に幅方向の一側を長手方向に延長して切り欠くことで一対の切り欠き部6a,6bが形成されているとともに、これら切り欠き部6a,6bに沿って長手方向に延在する磁性棒状部6c,6dが形成されている。
一方の切り欠き部6aの長手方向両縁部6e,6fには、両端部に磁気バイアス供給用の永久磁石15,16を固定した磁歪棒17が磁性棒状部6cに平行に延在して固定されているとともに、磁歪棒17には磁気コイル18が巻装されている。磁気コイル18は電源回路201に接続されている。
The oscillating beam 6 is a member made of a magnetic material, and a pair of cutout portions 6a and 6b is formed by extending one side in the width direction in the longitudinal direction on both sides of the oscillating beam 6 in the longitudinal direction. In addition, magnetic rod-like portions 6c and 6d extending in the longitudinal direction along the notches 6a and 6b are formed.
Magnetostrictive rods 17 having permanent magnets 15 and 16 for supplying magnetic biases fixed to both ends extend parallel to the magnetic rod-like portion 6c and are fixed to both edges 6e and 6f in the longitudinal direction of one notch 6a. In addition, a magnetic coil 18 is wound around the magnetostrictive rod 17. The magnetic coil 18 is connected to the power supply circuit 201.

また、他方の切り欠き部6bの長手方向両縁部6g,6hには、両端部に磁気バイアス供給用の永久磁石19,20を固定した磁歪棒21が磁性棒状部6dに平行に延在して固定されているとともに、磁歪棒21には磁気コイル22が巻装されている。磁気コイル22は電源回路201に接続されている。
ここで、磁歪棒17,21は、鉄ガリウム合金や鉄コバルト合金からなる部材である。永久磁石15,16,19,20はバイアス磁界を発生するものである。永久磁石15,16は例えば左端側がS極,右端側がN極に着磁され、永久磁石19,20は例えば左端側がN極,右端側がS極に着磁されている。
Further, at both longitudinal ends 6g and 6h of the other notch 6b, magnetostrictive rods 21 having permanent magnets 19 and 20 for supplying magnetic biases fixed to both ends extend in parallel to the magnetic rod-like portion 6d. The magnetostrictive rod 21 is wound with a magnetic coil 22. The magnetic coil 22 is connected to the power supply circuit 201.
Here, the magnetostrictive rods 17 and 21 are members made of iron gallium alloy or iron cobalt alloy. The permanent magnets 15, 16, 19, and 20 generate a bias magnetic field. The permanent magnets 15 and 16 are, for example, magnetized with S pole on the left end side and N pole on the right end side, and the permanent magnets 19 and 20 are magnetized with N pole on the left end side and S pole on the right end side, for example.

これにより、一対の振動電力変換部13,14の一方の振動電力変換部13は、長手方向に延在する磁性棒状部6cと、磁歪棒17と、これら磁性棒状部6c及び磁歪棒17を磁気的に連結する揺動ビーム6(長手方向両縁部6e,6f)と、磁気コイル18とで構成され、永久磁石15のN極から出る磁束が磁歪棒17を通過し、永久磁石16、磁性棒状部6cを通って永久磁石15のS極に達する磁路が形成される。   As a result, one of the pair of vibration power converters 13, 14 has a magnetic rod-shaped portion 6 c extending in the longitudinal direction, a magnetostrictive rod 17, and the magnetic rod-shaped portion 6 c and the magnetostrictive rod 17 are magnetized. The oscillating beam 6 (both edges 6e and 6f in the longitudinal direction) and the magnetic coil 18 are connected to each other, and the magnetic flux emitted from the north pole of the permanent magnet 15 passes through the magnetostrictive rod 17 to pass through the permanent magnet 16 and magnetism. A magnetic path that reaches the S pole of the permanent magnet 15 through the rod-like portion 6c is formed.

また、他方の振動電力変換部14は、長手方向に延在する磁性棒状部6dと、磁歪棒21と、これら磁性棒状部6d及び磁歪棒21を磁気的に連結する揺動ビーム6(長手方向両縁部6g,6h)と、磁気コイル22とで構成され、永久磁石19のN極から出る磁束が磁歪棒21を通過し、永久磁石20、磁性棒状部6dを通って永久磁石19のS極に達する磁路が形成される。   The other vibration power converter 14 includes a magnetic rod-shaped portion 6d extending in the longitudinal direction, a magnetostrictive rod 21, and an oscillating beam 6 (longitudinal direction) that magnetically connects the magnetic rod-shaped portion 6d and the magnetostrictive rod 21. Both edges 6g, 6h) and the magnetic coil 22, and the magnetic flux emitted from the N pole of the permanent magnet 19 passes through the magnetostrictive rod 21, passes through the permanent magnet 20, the magnetic rod-shaped portion 6d, and S of the permanent magnet 19 A magnetic path reaching the pole is formed.

なお、搖動ビーム6は全体が磁性材料からなる構成に限定されるものではなく、揺動ビーム44の長手方向の両側において各磁歪棒17,21に対応してそれぞれ磁気回路のループを形成することができる構造となっていればよい。
振幅制限装置9,10は、揺動ビーム6の長手方向の一端に固定した錘体7に当接する変位部材23と、この変位部材23を保持して上壁3b及び底部3aに固定されたコイルスプリング24とで構成されている。また、振幅制限装置11,12も、揺動ビーム6の長手方向の他端に固定した錘体8に当接する変位部材23と、変位部材23を保持して上壁3b及び底部3aに固定されているコイルスプリング24を備えている。これら振幅制限装置9〜12のコイルスプリング24は、揺動ビーム6がピン5を回動中心として揺動し、錘体7,8が変位部材23に衝突したときに弾性伸縮することで揺動ビーム6の振幅を制限するとともに、自身のバネ復元力により、衝突した方向に対して逆方向に向かう力を錘体7,8に付与する。
The peristaltic beam 6 is not limited to a configuration made entirely of a magnetic material, and a loop of a magnetic circuit is formed corresponding to each of the magnetostrictive rods 17 and 21 on both sides of the oscillating beam 44 in the longitudinal direction. It is sufficient if the structure is such that
The amplitude limiting devices 9 and 10 include a displacement member 23 that abuts on the weight 7 fixed to one end in the longitudinal direction of the oscillating beam 6, and a coil that holds the displacement member 23 and is fixed to the upper wall 3b and the bottom 3a. It consists of a spring 24. The amplitude limiters 11 and 12 are also fixed to the upper wall 3b and the bottom 3a holding the displacement member 23 that contacts the weight 8 fixed to the other end in the longitudinal direction of the oscillating beam 6, and holding the displacement member 23. The coil spring 24 is provided. The coil springs 24 of the amplitude limiters 9 to 12 swing by the swinging beam 6 swinging around the pin 5 and elastically expanding and contracting when the weights 7 and 8 collide with the displacement member 23. While limiting the amplitude of the beam 6, a force in the opposite direction to the colliding direction is applied to the weight bodies 7 and 8 by its own spring restoring force.

ここで、本発明に係る支持体が支柱4に対応し、本発明に係る支点がピン5に対応し、本発明に係る第1揺動ビームが揺動ビーム6に対応し、本発明に係る第1振幅制限装置が振幅制限装置9〜12に対応し、本発明に係る第1振動電力変換部が振動電力変換部13,14に対応し、本発明に係るバネ部材がコイルスプリング24に対応している。
第1実施形態の振動発電装置1で用いられる電源回路201の構成について説明する。図6は、本発明の第1実施形態に係る電源回路の構成例を示す図である。図6において、202a,202bは磁気コイル18,22(コイル巻線)に発生する交流電圧を整流する整流手段、203a,203bは整流手段202a,202bの各整流信号を平滑する平滑手段、205は二次電池やコンデンサで構成される蓄電手段、206は蓄電手段205に蓄電した電力を出力端子207に出力する出力手段である。204は平滑手段203a,203bで平滑した直流電圧を蓄電手段205に蓄電させるとともに、蓄電手段205に蓄電された電力を出力回路206に供給する制御を行う制御手段である。
Here, the support according to the present invention corresponds to the support column 4, the fulcrum according to the present invention corresponds to the pin 5, the first rocking beam according to the present invention corresponds to the rocking beam 6, and according to the present invention. The first amplitude limiting device corresponds to the amplitude limiting devices 9 to 12, the first vibration power conversion unit according to the present invention corresponds to the vibration power conversion units 13 and 14, and the spring member according to the present invention corresponds to the coil spring 24. doing.
A configuration of the power supply circuit 201 used in the vibration power generator 1 of the first embodiment will be described. FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration example of the power supply circuit according to the first embodiment of the present invention. 6, 202a and 202b are rectifying means for rectifying the AC voltage generated in the magnetic coils 18 and 22 (coil windings), 203a and 203b are smoothing means for smoothing the rectified signals of the rectifying means 202a and 202b, and 205 is Power storage means 206 composed of a secondary battery or a capacitor, and 206 is output means for outputting the power stored in the power storage means 205 to the output terminal 207. Reference numeral 204 denotes control means for controlling the DC voltage smoothed by the smoothing means 203a and 203b to be stored in the power storage means 205 and supplying the power stored in the power storage means 205 to the output circuit 206.

次に、上述した第1実施形態の動作及び効果について、図1及び図2を参照して説明する。
例えば、高速道路や橋梁では、老朽化が進むことから、加速度センサ、振動センサ、腐食センサ等の構造ヘルスモニタリングセンサを配置して劣化傾向を把握する必要がある。
これら構造ヘルスモニタリングセンサには、電源を必要とするが、蓄電池では寿命があることから定期的な交換が必要となり、その管理が煩雑となる。このため、構造ヘルスモニタリングセンサの電源として振動発電装置1を適用する。
Next, operations and effects of the first embodiment described above will be described with reference to FIGS. 1 and 2.
For example, on an expressway and a bridge, since aging progresses, it is necessary to arrange a structural health monitoring sensor such as an acceleration sensor, a vibration sensor, or a corrosion sensor to grasp a deterioration tendency.
These structural health monitoring sensors require a power source, but the storage battery has a limited life, and therefore needs to be replaced periodically, and its management becomes complicated. For this reason, the vibration power generator 1 is applied as a power source of the structural health monitoring sensor.

本実施形態は、高速道路や橋梁を振動源2とし、振動源2上に振動発電装置1を設置する。
振動源2から装置ケース3に振動が伝達されていない状態では、図1に示すように、揺動ビーム6は、ピン5を回動中心として揺動することなく水平状態に保持される。このビーム6の水平状態では、一対の振動電力変換部13,14の磁歪棒17,21が伸縮変形せず磁力線が変化しないので、磁気コイル18,22(コイル巻線)から電圧(電力)は出力されることがない。
In the present embodiment, a highway or a bridge is used as the vibration source 2, and the vibration power generator 1 is installed on the vibration source 2.
In a state where no vibration is transmitted from the vibration source 2 to the device case 3, as shown in FIG. 1, the swing beam 6 is held in a horizontal state without swinging around the pin 5 as a rotation center. In the horizontal state of the beam 6, the magnetostrictive rods 17 and 21 of the pair of vibration power converters 13 and 14 are not stretched and deformed and the lines of magnetic force do not change, so that the voltage (power) from the magnetic coils 18 and 22 (coil winding) is changed. There is no output.

この状態で、高速道路又は橋梁(振動源2)に車両が通過すると振動発電装置1に振動が伝達される。
振動源2の鉛直方向の振動エネルギーが振動発電装置1の装置ケース3に伝達されると、振動エネルギーが支柱4を介して伝達された揺動ビーム6は、ピン5を回動中心として揺動し、揺動ビーム6の両端部に固定した一対の錘体7,8が一次モードの共振状態となる。
In this state, when the vehicle passes through the highway or the bridge (vibration source 2), the vibration is transmitted to the vibration power generator 1.
When the vibration energy in the vertical direction of the vibration source 2 is transmitted to the device case 3 of the vibration power generator 1, the swing beam 6 to which the vibration energy is transmitted through the support column 4 swings around the pin 5 as the rotation center. Then, the pair of weights 7 and 8 fixed to both ends of the oscillating beam 6 are in the primary mode resonance state.

そして、図2に示すように、揺動ビーム6の揺動により錘体7が底部3a上の振幅制限装置10に衝突すると、振幅制限装置10の変位部材23から揺動ビーム6に反力が入力することで、振動電力変換部13の磁歪棒17が圧縮方向に変形する。
錘体7が衝突した振幅制限装置10のコイルスプリング24は、弾性伸縮することで揺動ビーム6の振幅を制限するとともに、自身のバネ復元力によって衝突した方向に対して逆方向の押し上げ力を錘体7に付与し、揺動ビーム6に揺動推進力(ピン5を回動中心とした回転動作)を作用する。
As shown in FIG. 2, when the weight 7 collides with the amplitude limiting device 10 on the bottom 3 a by the swing of the swing beam 6, a reaction force is applied to the swing beam 6 from the displacement member 23 of the amplitude limiter 10. By inputting, the magnetostrictive rod 17 of the vibration power converter 13 is deformed in the compression direction.
The coil spring 24 of the amplitude limiter 10 that collides with the weight body 7 elastically expands and contracts to limit the amplitude of the oscillating beam 6 and exerts a pushing force in a direction opposite to the direction of collision by its own spring restoring force. Applying to the weight body 7, a swinging propulsion force (rotating operation with the pin 5 as a rotation center) is applied to the swinging beam 6.

また、図3に示すように、揺動ビーム6の揺動により錘体7が上壁3b上の振幅制限装置9に衝突すると、振幅制限装置9の変位部材23から揺動ビーム6に反力が入力することで、振動電力変換部13の磁歪棒17が伸長方向に変形する。
錘体7が衝突した振幅制限装置9のコイルスプリング24は、弾性伸縮することで揺動ビーム6の振幅を制限するとともに、自身のバネ復元力によって衝突した方向に対して逆方向の押し下げ力を錘体7に付与し、揺動ビーム6に揺動推進力を作用する。
As shown in FIG. 3, when the weight 7 collides with the amplitude limiting device 9 on the upper wall 3 b due to the swinging of the swinging beam 6, the reaction force is applied to the swinging beam 6 from the displacement member 23 of the amplitude limiting device 9. Is input, the magnetostrictive rod 17 of the vibration power converter 13 is deformed in the extending direction.
The coil spring 24 of the amplitude limiter 9 that collides with the weight body 7 elastically expands and contracts to limit the amplitude of the oscillating beam 6 and exerts a pressing force in the opposite direction to the direction of collision due to its own spring restoring force. A swinging propulsive force is applied to the swinging beam 6 by being applied to the weight body 7.

また、図示しないが、揺動ビーム6の揺動により錘体8が底部3a上の振幅制限装置12に衝突すると、振幅制限装置12の変位部材23から揺動ビーム6に反力が入力することで、振動電力変換部14の磁歪棒21が圧縮方向に変形する。
また、錘体8が衝突した振幅制限装置12のコイルスプリング24は、弾性伸縮することで揺動ビーム6の振幅を制限するとともに、自身のバネ復元力によって衝突した方向に対して逆方向の押し上げ力を錘体8に付与し、揺動ビーム6に揺動推進力を作用する。
Although not shown, when the weight 8 collides with the amplitude limiting device 12 on the bottom 3a due to the swinging of the swinging beam 6, a reaction force is input to the swinging beam 6 from the displacement member 23 of the amplitude limiting device 12. Thus, the magnetostrictive rod 21 of the vibration power converter 14 is deformed in the compression direction.
In addition, the coil spring 24 of the amplitude limiter 12 that collides with the weight 8 restricts the amplitude of the oscillating beam 6 by elastic expansion and contraction, and is pushed up in the direction opposite to the direction of collision due to its own spring restoring force. A force is applied to the weight body 8 and a swinging propulsive force is applied to the swinging beam 6.

また、図示しないが、揺動ビーム6の揺動により錘体8が上壁3b上の振幅制限装置11に衝突すると、振幅制限装置11の変位部材23から揺動ビーム6に反力が入力することで、振動電力変換部14の磁歪棒21が伸長方向に変形する。
また、錘体8が衝突した振幅制限装置11のコイルスプリング24は、弾性伸縮することで揺動ビーム6の振幅を制限するとともに、自身のバネ復元力によって衝突した方向に対して逆方向の押し下げ力を錘体8に付与し、揺動ビーム6に揺動推進力を作用する。
Although not shown, when the weight 8 collides with the amplitude limiting device 11 on the upper wall 3b due to the swinging of the swinging beam 6, a reaction force is input to the swinging beam 6 from the displacement member 23 of the amplitude limiting device 11. Thus, the magnetostrictive rod 21 of the vibration power converter 14 is deformed in the extending direction.
In addition, the coil spring 24 of the amplitude limiter 11 with which the weight 8 collides limits the amplitude of the swing beam 6 by elastic expansion and contraction, and pushes down in the direction opposite to the direction in which it collides with its own spring restoring force. A force is applied to the weight body 8 and a swinging propulsive force is applied to the swinging beam 6.

このように一対の振動電力変換部13,14は、それぞれの磁歪棒17,21に伸長と圧縮が繰り返し作用することになり、逆磁歪効果によって磁力線が交番状に変化する。この磁力線の変化が電磁誘導の法則によって、一対の振動電力変換部13,14の磁気コイル18,22(コイル巻線)に誘起電圧(誘起電力)を発生させて振動発電を行うことができる。   In this way, the pair of vibration power converters 13 and 14 is repeatedly stretched and compressed on the magnetostrictive rods 17 and 21, and the lines of magnetic force change alternately due to the inverse magnetostrictive effect. This change in the magnetic force lines can generate vibration power by generating an induced voltage (induced power) in the magnetic coils 18 and 22 (coil windings) of the pair of vibration power converters 13 and 14 according to the law of electromagnetic induction.

したがって、本実施形態の振動発電装置1は、高速道路や橋梁(振動源2)から振動が伝達されると揺動ビーム6がピン5を回動中心として揺動し、揺動ビーム6の両端に固定した錘体7,8の移動方向に設けた振幅制限装置9〜12の何れかに衝突することで、一対の振動電力変換部13,14が振動発電を行うので、この振動発電装置1で発生した電力を環境ヘルスモニタリングセンサに動作電源として供給することができ、これら環境ヘルスモニタリングセンサを作動させることができる。   Therefore, in the vibration power generation apparatus 1 of the present embodiment, when vibration is transmitted from a highway or a bridge (vibration source 2), the swing beam 6 swings about the pin 5 as a rotation center, and both ends of the swing beam 6 are Since the pair of vibration power converters 13 and 14 generate vibration power by colliding with any of the amplitude limiters 9 to 12 provided in the moving direction of the weights 7 and 8 fixed to the vibration power generator 1, the vibration power generator 1 Can be supplied to the environmental health monitoring sensor as an operating power source, and these environmental health monitoring sensors can be operated.

また、本実施形態の振動発電装置1は、揺動ビーム6の揺動により一対の振動電力変換部13,14が同時に振動発電を行うので、発電効率を向上させることができる。
また、揺動ビーム6がピン5を回動中心として揺動するだけで、一対の振動電力変換部13,14の振動発電が行われるので、低周波数領域の振動に対して共振現象を生じさせて確実に発電することができる。
In addition, the vibration power generation apparatus 1 of the present embodiment can improve the power generation efficiency because the pair of vibration power converters 13 and 14 simultaneously perform vibration power generation by swinging the swing beam 6.
Further, since the vibration power generation of the pair of vibration power converters 13 and 14 is performed only by the rocking beam 6 swinging around the pin 5 as a rotation center, a resonance phenomenon is caused with respect to the vibration in the low frequency region. Power generation.

また、一対の振動電力変換部13,14を構成する磁歪棒17,21は延性材料であり、圧電材料に比べて曲げや衝撃に強いため、大きな曲げや衝撃を加えることで発電量を増加することが可能である。
さらに、本実施形態における振幅制限装置9〜12を構成するコイルスプリング24は、自身のバネ復元力によって衝突した方向に対して逆方向の押し力を錘体7,8に付与することで揺動ビーム6に揺動推進力を作用し、長時間の間、揺動ビーム6が揺動動作を繰り返すことで錘体7,8が振幅制限装置9〜12に衝突して一対の振動電力変換部13,14が振動発電を行うので、さらに発電効率を高めることができる。
In addition, the magnetostrictive rods 17 and 21 constituting the pair of vibration power conversion units 13 and 14 are ductile materials and are more resistant to bending and impact than the piezoelectric material. Therefore, the amount of power generation is increased by applying large bending and impact. It is possible.
Furthermore, the coil spring 24 constituting the amplitude limiting devices 9 to 12 in the present embodiment swings by applying a pressing force in the opposite direction to the weights 7 and 8 with respect to the direction of collision by its own spring restoring force. A swinging propulsive force is applied to the beam 6 and the swinging beam 6 repeats the swinging operation for a long time, so that the weights 7 and 8 collide with the amplitude limiting devices 9 to 12 and a pair of vibration power conversion units. Since 13 and 14 perform vibration power generation, the power generation efficiency can be further increased.

なお、図1では、振幅制限装置として、錘体7の移動方向に対応する装置ケース2の上壁3b及び底部3aに配置した振幅制限装置9,10と、錘体8の移動方向に対応する装置ケース2の上壁3b及び底部3aに配置した振幅制限装置11,12との両方を備えた構成を示しているが、このような構成に限定されるものではない。すなわち、一対の錘体のうち一方の錘体の移動方向に対応する位置にのみ振幅制限装置を配置した構成、例えば錘体7の移動方向に対応する装置ケース2の上壁3b及び底部3aに配置した振幅制限装置9,10だけを備える構成とすることもできる。   In FIG. 1, as the amplitude limiting device, the amplitude limiting devices 9 and 10 disposed on the upper wall 3 b and the bottom portion 3 a of the device case 2 corresponding to the moving direction of the weight body 7, and the moving direction of the weight body 8. Although the structure provided with both the amplitude limiting devices 11 and 12 arrange | positioned at the upper wall 3b and the bottom part 3a of the apparatus case 2 is shown, it is not limited to such a structure. That is, a configuration in which the amplitude limiting device is arranged only at a position corresponding to the moving direction of one of the weights, for example, the upper wall 3b and the bottom 3a of the device case 2 corresponding to the moving direction of the weight 7 is provided. It can also be set as the structure provided only with the arrange | positioned amplitude limiting devices 9 and 10. FIG.

また、図1では、振動電力変換部として、揺動ビーム6の長手方向の両側に一対の振動電力変換部13,14を設けた構成を示したが、このような構成に限定されるものではない。すなわち、揺動ビーム6の長手方向の両側のうち一方側にのみ振動電力変換部を設けた構成、例えば振動電力変換部13だけを設けた構成とすることもできる。
なお、上述のように一対の錘体のうち一方の錘体の移動方向に対応する位置にのみ振幅制限装置を配置した構成においては、振動電力変換部は、揺動ビーム6の長手方向の両側のうち上記振幅制限装置が配置される側に設けるようにする。
1 shows a configuration in which a pair of vibration power conversion units 13 and 14 are provided on both sides of the oscillation beam 6 in the longitudinal direction as the vibration power conversion unit. However, the configuration is not limited to such a configuration. Absent. That is, a configuration in which the vibration power conversion unit is provided only on one side of both sides of the oscillating beam 6 in the longitudinal direction, for example, only the vibration power conversion unit 13 may be provided.
In the configuration in which the amplitude limiting device is disposed only at a position corresponding to the moving direction of one of the pair of weights as described above, the vibration power conversion unit has both sides of the rocking beam 6 in the longitudinal direction. Of these, it is provided on the side where the amplitude limiting device is arranged.

また、図1では、例えば振動電力変換部13における磁歪棒17の両端に磁気バイアス供給用の永久磁石15,16を配置した構成を示したが、このような構成に限定されるものではなく、磁歪棒17の一方端にのみ磁気バイアス供給用の永久磁石を配置した構成としてもよい。この点は振動電力変換部14も同様である。
また、図1では、例えば振動電力変換部13における磁歪棒17に磁気コイル18が巻装されている構成を示したが、振動電力変換部において磁気コイルを巻装する位置は磁歪棒のみに限定されるものではなく、磁歪棒とともに磁路を形成する他の部材に巻装してもよい。すなわち、振動電力変換部13において例えば磁性棒状部6cに磁気コイルを巻装してもよく、磁歪棒17と磁性棒状部6cの両方に磁気コイルを巻装してもよい。この点は振動電力変換部14も同様である。
Moreover, in FIG. 1, although the structure which has arrange | positioned the permanent magnets 15 and 16 for magnetic bias supply to the both ends of the magnetostriction rod 17 in the vibration power converter 13 was shown, for example, it is not limited to such a structure, A configuration may be adopted in which a permanent magnet for supplying a magnetic bias is arranged only at one end of the magnetostrictive rod 17. This also applies to the vibration power converter 14.
1 shows a configuration in which the magnetic coil 18 is wound around the magnetostrictive rod 17 in the vibration power conversion unit 13, for example, but the position where the magnetic coil is wound in the vibration power conversion unit is limited to the magnetostriction rod only. However, it may be wound around another member that forms a magnetic path together with the magnetostrictive rod. That is, in the vibration power converter 13, for example, a magnetic coil may be wound around the magnetic rod-shaped portion 6c, or a magnetic coil may be wound around both the magnetostrictive rod 17 and the magnetic rod-shaped portion 6c. This also applies to the vibration power converter 14.

また、本実施形態の振動発電装置1は、揺動ビーム6がその長手方向においてピン5による支持点を中心とした対称構造であって、搖動ビーム6の長手方向両端に固定されている錘体7の質量と錘体8の質量とが互いに等しい構成に限定されるものではなく、搖動ビーム6の長手方向の両側におけるピン5を回動中心とするモーメントが互いに等しい天秤構造となっていればよい。例えば、図1の揺動ビーム6の長手方向におけるピン5による支持点の一方側(例えば左側)の部分の長さを他方側(例えば右側)の部分に比べてより長くするとともに、これに合わせて、両側のモーメントが等しくなるように、他方側(例えば右側)の錘体(錘体8)の質量を一方側(例えば左側)の錘体(錘体7)に比べてより大きくした非対称構造の構成とすることもできる。ここで、以下では、非対称構造の揺動ビーム6の長手方向におけるピン5による支持点の一方側と他方側とのうち、他方側の部分に比べてより長くした一方側の部分を「長腕部」と称するとともに、上記他方側の部分を「短腕部」と称する。また、対称構造の揺動ビーム6の長手方向におけるピン5による支持点の両側の部分をそれぞれ「腕部」と称する。   Further, in the vibration power generator 1 of the present embodiment, the swing beam 6 has a symmetrical structure with the support point by the pin 5 as the center in the longitudinal direction, and the weight body fixed to both ends in the longitudinal direction of the peristaltic beam 6. The mass of the weight 7 and the mass of the weight 8 are not limited to be equal to each other, and the balance structure is such that the moments about the pins 5 on both sides in the longitudinal direction of the peristaltic beam 6 are equal to each other. Good. For example, the length of one side (for example, the left side) of the support point by the pin 5 in the longitudinal direction of the oscillating beam 6 in FIG. 1 is made longer than that of the other side (for example, the right side), and is adjusted accordingly. Thus, the mass of the weight (weight 8) on the other side (for example, the right side) is made larger than that of the weight (weight 7) on the one side (for example, the left side) so that the moments on both sides are equal. It can also be set as this structure. Here, in the following, one of the support points by the pin 5 in the longitudinal direction of the swing beam 6 having an asymmetric structure and the other side of the one side that is longer than the other side will be referred to as “long arm”. The portion on the other side is referred to as a “short arm portion”. Further, the portions on both sides of the support point by the pin 5 in the longitudinal direction of the oscillating beam 6 having a symmetrical structure are referred to as “arm portions”, respectively.

上記非対称構造の構成においては、さらに、揺動ビーム6の長腕部側にのみ振動電力変換部(例えば振動電力変換部13)を設けた構成とすることもできる。ここで、揺動ビーム6の全長が非対称構造と対称構造とで同じである場合、非対称構造の揺動ビーム6の長腕部は、対称構造の揺動ビーム6の腕部より長くなる。このため、非対称構造の揺動ビーム6の長腕部の端部に固定された錘体(例えば錘体7)の質量が、対称構造の揺動ビーム6の腕部の端部に固定された錘体の質量と同じである場合、当該錘体(例えば錘体7)と振幅制限装置(例えば振幅制限装置9,10)との衝撃力が対称構造の構成に比べてより大きくなる。これにより、非対称構造であって、かつ、揺動ビーム6の長腕部側にのみ振動電力変換部を設けた構成では、振動電力変換部1個当たりの発電能力は対称構造の構成に比べてより高くなる。   In the configuration of the asymmetric structure, a vibration power conversion unit (for example, the vibration power conversion unit 13) may be provided only on the long arm side of the swing beam 6. Here, when the total length of the oscillating beam 6 is the same between the asymmetric structure and the symmetric structure, the long arm portion of the oscillating beam 6 having the asymmetric structure is longer than the arm portion of the oscillating beam 6 having the symmetric structure. For this reason, the mass of the weight (for example, weight 7) fixed to the end of the long arm of the oscillating beam 6 having the asymmetric structure is fixed to the end of the arm of the oscillating beam 6 having the symmetric structure. When the mass is the same as the mass of the weight body, the impact force between the weight body (for example, the weight body 7) and the amplitude limiting device (for example, the amplitude limiting devices 9, 10) is larger than that in the configuration of the symmetrical structure. As a result, in the configuration having an asymmetric structure and the vibration power conversion unit provided only on the long arm portion side of the swing beam 6, the power generation capacity per vibration power conversion unit is compared with the configuration of the symmetry structure. Get higher.

また、上記のような、非対称構造であって、かつ、揺動ビーム6の長腕部側にのみ振動電力変換部を設けた構成は、振動電力変換部を1個だけ設ける構成であるため、振動電力変換部を2個設けた対称構造の構成に比べてより簡素な、かつ、より低コストの構成になる。
また、上記のような、非対称構造であって、かつ、揺動ビーム6の長腕部側にのみ振動電力変換部を設けた構成は、揺動ビーム6の長腕部側に対してのみ振幅制限装置を設ければよいため、この点でも、振動電力変換部を2個設けた対称構造の構成に比べてより簡素な、かつ、より低コストの構成になる。
また、上記のような、非対称構造であって、かつ、揺動ビーム6の長腕部側にのみ振動電力変換部を設けた構成は、振動電力変換部を1個だけ設ける構成であるため、電源回路201(図6参照)における整流手段、平滑手段が1系統だけで済むので、この点でも、振動電力変換部を2個設けた対称構造の構成に比べてより簡素な、かつ、より低コストの構成になる。
In addition, since the configuration having the asymmetric structure as described above and the vibration power conversion unit provided only on the long arm side of the swing beam 6 is a configuration in which only one vibration power conversion unit is provided, Compared to the configuration of the symmetrical structure in which two vibration power converters are provided, the configuration is simpler and lower in cost.
In addition, the above-described asymmetric structure and the configuration in which the oscillating power conversion unit is provided only on the long arm side of the oscillating beam 6 has an amplitude only on the long arm side of the oscillating beam 6. Since a limiting device may be provided, the configuration is simpler and lower in cost than the symmetrical configuration in which two vibration power conversion units are provided.
In addition, since the configuration having the asymmetric structure as described above and the vibration power conversion unit provided only on the long arm side of the swing beam 6 is a configuration in which only one vibration power conversion unit is provided, Since only one system of rectifying means and smoothing means in the power supply circuit 201 (see FIG. 6) is required, this point is also simpler and lower than the configuration of the symmetrical structure in which two vibration power converters are provided. Cost composition.

[実施形態2]
次に、図4は、本発明に係る第2実施形態の振動発電装置における振幅制限装置を示す図である。第2実施形態における振幅制限装置は、第1実施形態で示した振幅制限装置9〜12とは異なる構造の振幅制限装置25である。本実施形態の振動発電装置の構成は、振幅制限装置の構造以外の点では、第1実施形態の振動発電装置の構成と同様である。
本実施形態は、図1で示した第1実施形態の振幅制限装置9〜12と同様に、揺動ビーム6の長手方向両端に固定されている一対の錘体7、8の一方の錘体7の移動方向に対応する装置ケース2の上壁3b及び底部3aに2個の振幅制限装置25が配置され、他方の錘体8の移動方向に対応する装置ケース2の上壁3b及び底部3aに2個の振幅制限装置25が配置されている。
[Embodiment 2]
Next, FIG. 4 is a figure which shows the amplitude limiting device in the vibration electric power generating apparatus of 2nd Embodiment which concerns on this invention. The amplitude limiting device in the second embodiment is an amplitude limiting device 25 having a structure different from that of the amplitude limiting devices 9 to 12 shown in the first embodiment. The configuration of the vibration power generation device of the present embodiment is the same as the configuration of the vibration power generation device of the first embodiment except for the structure of the amplitude limiting device.
In the present embodiment, like the amplitude limiting devices 9 to 12 of the first embodiment shown in FIG. 1, one weight body of a pair of weight bodies 7 and 8 fixed to both ends in the longitudinal direction of the oscillating beam 6. The two amplitude limiting devices 25 are arranged on the upper wall 3b and the bottom 3a of the device case 2 corresponding to the moving direction 7 and the upper wall 3b and the bottom 3a of the device case 2 corresponding to the moving direction of the other weight body 8 are arranged. Two amplitude limiting devices 25 are arranged in the middle.

本実施形態の振幅制限装置25は、磁性材料で形成した有底筒形状の装置ケース26と、磁性材料で形成した開口部27aを有する蓋部27と、装置ケース26の底部に配置したリング形状の永久磁石28と、永久磁石28の上部の装置ケース26内に収容された鉄ガリウム合金や鉄コバルト合金からなる磁歪部材29と、磁歪部材29の外周に巻装された磁気コイル30と、装置ケース26の上部に配置したリング形状の永久磁石31と、磁歪部材29に接触し、蓋部27の開口部27aを通過して外部に突出している変位部材32と、を備えている。   The amplitude limiting device 25 according to this embodiment includes a bottomed cylindrical device case 26 formed of a magnetic material, a lid portion 27 having an opening 27a formed of a magnetic material, and a ring shape disposed at the bottom of the device case 26. Permanent magnet 28, magnetostrictive member 29 made of iron gallium alloy or iron cobalt alloy housed in device case 26 above permanent magnet 28, magnetic coil 30 wound around the outer periphery of magnetostrictive member 29, and device A ring-shaped permanent magnet 31 disposed at the top of the case 26 and a displacement member 32 that contacts the magnetostrictive member 29 and passes through the opening 27a of the lid 27 and protrudes to the outside.

磁気バイアス供給用として設けられる永久磁石28,31は上記のようにリング形状、すなわち中空形状であって、磁気コイル30と装置ケース26と蓋部27とからなる上部空間、および、磁気コイル30と装置ケース26とからなる下部空間にそれぞれ収まるようにして配置されており、変位部材32の変位方向に着磁されている。装置ケース26の上部に配置されている永久磁石31は例えば上端側がS極、下端側がN極に着磁され、装置ケース26の底部に配置されている永久磁石28は例えば上端側がS極、下端側がN極に着磁されている。これにより、変位部材32と磁歪部材棒29と装置ケース26と蓋部27とからなる磁路において、永久磁石28,31は磁気抵抗にならず効率よくバイアス磁界を印加することができる。   As described above, the permanent magnets 28 and 31 provided for supplying the magnetic bias have a ring shape, that is, a hollow shape, and an upper space including the magnetic coil 30, the device case 26 and the lid portion 27, and the magnetic coil 30. They are arranged so as to be respectively accommodated in the lower space formed by the device case 26, and are magnetized in the displacement direction of the displacement member 32. The permanent magnet 31 arranged at the upper part of the device case 26 is magnetized, for example, with the S pole at the upper end and the N pole at the lower end, and the permanent magnet 28 arranged at the bottom of the device case 26 is, for example, the S pole at the upper end and the lower end. The side is magnetized to the N pole. Thereby, in the magnetic path composed of the displacement member 32, the magnetostrictive member rod 29, the device case 26, and the lid portion 27, the permanent magnets 28 and 31 can efficiently apply a bias magnetic field without becoming magnetic resistance.

なお、本発明に係る磁気ヨークが、装置ケース26及び蓋部27に対応している。
本実施形態は、図1で示した第1実施形態の振幅制限装置9〜12と同様に、揺動
本実施形態の振幅制限装置25を、図1の振幅制限装置9〜12に代えて配置すると、振動源2から鉛直方向の振動エネルギーが振動発電装置1の装置ケース3に伝達された際に、振動エネルギーが支柱4を介して伝達された揺動ビーム6がピン5を回動中心として揺動し、揺動ビーム6の両端部に固定した一対の錘体7,8が一次モードの共振状態となる。
The magnetic yoke according to the present invention corresponds to the device case 26 and the lid portion 27.
In this embodiment, similarly to the amplitude limiting devices 9 to 12 of the first embodiment shown in FIG. 1, the swinging amplitude limiting device 25 of the present embodiment is arranged instead of the amplitude limiting devices 9 to 12 of FIG. Then, when the vibration energy in the vertical direction is transmitted from the vibration source 2 to the device case 3 of the vibration power generator 1, the oscillating beam 6 to which the vibration energy is transmitted through the support column 4 has the pin 5 as the rotation center. The pair of weights 7 and 8 that oscillate and are fixed to both ends of the oscillating beam 6 is in a primary mode resonance state.

そして、揺動ビーム6の揺動により一対の錘体7,8が底部3a及び上壁3bに配置した振幅制限装置25の変位部材32に衝突すると、変位部材32が磁歪部材29に圧縮変形を作用する。この磁歪部材29の圧縮変形により磁力線が変化し、電磁誘導の法則によって、振幅制限装置25の磁気コイル30(コイル巻線)に誘起電圧(誘起電力)が発生して振動発電が行われる。
このように、揺動ビーム6の揺動により四個の振幅制限装置25が一対の錘体7,8に衝突することで、四個の振幅制限装置25のそれぞれが、誘起電圧(誘起電力)を発生して振動発電を行う。
When the pair of weights 7 and 8 collide with the displacement member 32 of the amplitude limiting device 25 disposed on the bottom 3a and the upper wall 3b by the oscillation of the oscillation beam 6, the displacement member 32 compresses and deforms the magnetostrictive member 29. Works. The lines of magnetic force change due to the compressive deformation of the magnetostrictive member 29, and an induced voltage (induced power) is generated in the magnetic coil 30 (coil winding) of the amplitude limiting device 25 according to the law of electromagnetic induction to generate vibration power.
As described above, when the four amplitude limiting devices 25 collide with the pair of weights 7 and 8 due to the swinging of the swing beam 6, each of the four amplitude limiting devices 25 has an induced voltage (induced power). To generate vibration.

したがって、本実施形態の振幅制限装置25を、図1の振動発電装置1の振幅制限装置9〜12に代えて装着すると、揺動ビーム6の揺動により一対の振動電力変換部13,14が同時に振動発電を行うとともに、磁歪部材29と、磁歪部材29に巻装した磁気コイル30と、永久磁石28,31と、磁気ヨーク(装置ケース26、蓋部27)と、一対の錘体7,8の衝突を磁歪部材29に伝達する変位部材32とを備えた四個の振幅制限装置25がそれぞれ振動発電を行うので、さらに発電効率を向上させることができる。   Therefore, when the amplitude limiting device 25 of the present embodiment is installed instead of the amplitude limiting devices 9 to 12 of the vibration power generation device 1 of FIG. 1, the pair of vibration power conversion units 13 and 14 is caused by the swing of the swing beam 6. While simultaneously generating vibration, the magnetostrictive member 29, the magnetic coil 30 wound around the magnetostrictive member 29, the permanent magnets 28 and 31, the magnetic yoke (device case 26, lid portion 27), the pair of weights 7, Since the four amplitude limiting devices 25 each including the displacement member 32 that transmits the eight collisions to the magnetostrictive member 29 perform vibration power generation, the power generation efficiency can be further improved.

なお、変位部材32の形成部材が磁性材料でなくても、振幅制限装置25は振動発電の機能を奏するが、変位部材32と磁歪部材棒29と装置ケース26と蓋部27とから磁路、すなわち磁気閉ループを構成した方が発電効率の向上につながるので、装置ケース28および蓋部27と同様に変位部材32の形成材料も磁性材料とした方が好適である。
ここで、第2実施形態の振動発電装置で用いられる電源回路の回路ブロック構成は、第1実施形態の振動発電装置1で用いられる電源回路201と同様であり、その回路ブロック構成の図示は省略する。なお、第2実施形態のように、図1に示した第1実施形態の振動発電装置1における振幅制限装置9〜12を振幅制限装置25に置き換えた構成では、揺動ビーム6の揺動により四個の振幅制限装置25が一対の錘体7,8に衝突することで、振動電力変換部13,14に加えて、四個の振幅制限装置25もそれぞれ誘起電圧(誘起電力)を発生して振動発電を行なう。このため、振動電力変換部13,14の磁気コイル18,22(コイル巻線)に対応する整流手段202a,202bおよび平滑手段203a,203bに加えて、四個の振幅制限装置25の磁気コイル30(コイル巻線)に発生する各交流電圧をそれぞれ整流する4個の整流手段、および、これら4個の整流手段の各整流信号をそれぞれ平滑する4個の平滑手段を更に設ける。蓄電手段および出力手段は、振動電力変換部13,14に対応する2個の平滑手段203a,203bと、四個の振幅制限装置25に対応する4個の平滑手段とに対して共通の1系統(図6における蓄電手段205、出力手段206)でよい。
Even if the forming member of the displacement member 32 is not a magnetic material, the amplitude limiting device 25 performs a function of vibration power generation. However, the displacement member 32, the magnetostrictive member rod 29, the device case 26, and the lid portion 27 can That is, since the magnetic closed loop is configured to improve the power generation efficiency, it is preferable that the material for forming the displacement member 32 is made of a magnetic material as in the case 28 and the lid 27.
Here, the circuit block configuration of the power circuit used in the vibration power generator of the second embodiment is the same as that of the power circuit 201 used in the vibration power generator 1 of the first embodiment, and the circuit block configuration is not shown. To do. In the configuration in which the amplitude limiting devices 9 to 12 in the vibration power generator 1 of the first embodiment shown in FIG. 1 are replaced with the amplitude limiting device 25 as in the second embodiment, the swing beam 6 swings. When the four amplitude limiters 25 collide with the pair of weights 7 and 8, in addition to the vibration power converters 13 and 14, the four amplitude limiters 25 also generate induced voltages (induced powers). To generate vibration. Therefore, in addition to the rectifying means 202a and 202b and the smoothing means 203a and 203b corresponding to the magnetic coils 18 and 22 (coil windings) of the vibration power converters 13 and 14, the magnetic coils 30 of the four amplitude limiting devices 25 are provided. Four rectifying means for rectifying each AC voltage generated in the (coil winding) and four smoothing means for smoothing the rectified signals of the four rectifying means are further provided. The power storage means and the output means are one system common to the two smoothing means 203a and 203b corresponding to the vibration power converters 13 and 14 and the four smoothing means corresponding to the four amplitude limiting devices 25. (The power storage means 205 and the output means 206 in FIG. 6) may be sufficient.

また、図4では、磁気バイアス供給用の永久磁石として、リング形状の永久磁石28,31が、磁気コイル30と装置ケース26と蓋部27とからなる上部空間、および、磁気コイル30と装置ケース26とからなる下部空間にそれぞれ収まるようにして配置された構成を示したが、このような構成に限定されるものではない。すなわち、リング形状の永久磁石が1個だけ、磁気コイル30と装置ケース26と蓋部27とからなる上部空間、または、磁気コイル30と装置ケース26とからなる下部空間のいずれかに収まるようにして配置された構成としてもよい。また、磁気バイアス供給用の永久磁石を例えば装置ケース26と蓋部27との間に介装した構成とすることもできるが、磁気バイアス供給用の永久磁石が磁歪部材棒29を含む磁路における磁気抵抗にならないようにする上では、図4に示した振幅制限装置25の構成が好適である。   In FIG. 4, as permanent magnets for supplying magnetic bias, ring-shaped permanent magnets 28 and 31 include an upper space composed of a magnetic coil 30, a device case 26, and a lid 27, and a magnetic coil 30 and a device case. Although the configuration arranged so as to be accommodated in each of the lower spaces composed of 26 is shown, it is not limited to such a configuration. That is, only one ring-shaped permanent magnet can be accommodated in either the upper space composed of the magnetic coil 30, the device case 26 and the lid portion 27, or the lower space composed of the magnetic coil 30 and the device case 26. It is good also as a structure arrange | positioned. Further, for example, a permanent magnet for supplying magnetic bias may be configured to be interposed between the device case 26 and the lid 27, but the permanent magnet for supplying magnetic bias is in a magnetic path including the magnetostrictive member rod 29. In order to avoid the magnetic resistance, the configuration of the amplitude limiting device 25 shown in FIG. 4 is preferable.

[実施形態3]
次に、図5は、本発明に係る第3実施形態の振動発電装置を示す正面図である。
なお、第1実施形態で示した鉛直振動を受けることで揺動する天秤棒状の揺動ビーム6と、この揺動ビーム6に関連する部材は同一符号を付して説明は省略する。
本実施形態の振動発電装置40は、振動源2の上部に固定された装置ケース41と、装置ケース41から立ち上がっている支柱42と、支柱42に設けたピン43に長手方向中間部が回動自在に支持され、鉛直振動を受けることでピン43を回動中心として揺動する天秤棒状の揺動ビーム6と、揺動ビーム6の長手方向両端に固定されている一対の錘体7、8と、錘体7の移動方向に対応する装置ケース41に配置した振幅制限装置9,10と、錘体8の移動方向に対応する装置ケース41に配置した振幅制限装置11,12と、揺動ビーム6の長手方向の両側に設けた一対の振動電力変換部13,14と、支柱42に設けたピン43に長手方向中間部が回動自在に支持され、水平振動を受けることでピン43を回動中心として揺動する揺動ビーム44と、揺動ビーム44の長手方向両端に固定されている一対の錘体45、46と、錘体45の移動方向に対応する装置ケース41に互いに水平方向に配置した振幅制限装置47,48と、錘体46の移動方向に対応する装置ケース41に互いに水平方向に配置した振幅制限装置49,50と、揺動ビーム44の長手方向の両側に設けた一対の振動電力変換部51,52と、電源回路201Bと、を備えている。
[Embodiment 3]
Next, FIG. 5 is a front view showing a vibration power generator according to a third embodiment of the present invention.
In addition, the balance rod-like swing beam 6 that swings by receiving the vertical vibration shown in the first embodiment and members related to the swing beam 6 are assigned the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
In the vibration power generation apparatus 40 of the present embodiment, a longitudinally intermediate portion is rotated by a device case 41 fixed to the upper part of the vibration source 2, a column 42 rising from the device case 41, and a pin 43 provided on the column 42. A swinging bar-like swinging beam 6 that is freely supported and swings around the pin 43 by receiving vertical vibration, and a pair of weights 7 and 8 fixed to both ends of the swinging beam 6 in the longitudinal direction. The amplitude limiting devices 9 and 10 disposed in the device case 41 corresponding to the moving direction of the weight body 7, the amplitude limiting devices 11 and 12 disposed in the device case 41 corresponding to the moving direction of the weight body 8, and swinging. A pair of vibration power converters 13 and 14 provided on both sides in the longitudinal direction of the beam 6 and a pin 43 provided on the support column 42 are rotatably supported in the middle in the longitudinal direction. Swing that swings around the center of rotation , A pair of weights 45 and 46 fixed to both ends in the longitudinal direction of the swing beam 44, and an amplitude limiting device 47 arranged horizontally in the device case 41 corresponding to the moving direction of the weight 45. , 48, and amplitude limiting devices 49, 50 arranged horizontally in the device case 41 corresponding to the moving direction of the weight body 46, and a pair of vibration power converters 51 provided on both sides in the longitudinal direction of the oscillating beam 44 , 52 and a power supply circuit 201B.

揺動ビーム44は磁性材料からなる部材であり、装置ケース41内に鉛直方向に延在して配置されている。
また、搖動ビーム6と搖動ビーム44とは、直交した状態で互いが固定された十字構造とすることもできるが、振動の干渉効果が発生することを防止するため、互いが固定されない構造とすることが好適である。
The rocking beam 44 is a member made of a magnetic material, and is arranged in the apparatus case 41 so as to extend in the vertical direction.
In addition, the peristaltic beam 6 and the peristaltic beam 44 may be a cross structure in which the peristaltic beam 6 and the peristaltic beam 44 are fixed to each other in an orthogonal state. Is preferred.

この揺動ビーム44の長手方向の両側に幅方向の一側を長手方向に延長して切り欠くことで一対の切り欠き部44a,44bが形成され、これら切り欠き部44a,44bに沿って長手方向に延在する磁性棒状部44c,44dが形成されている。
一方の切り欠き部44aの長手方向両縁部44e,44fには、両端部に磁気バイアス供給用の永久磁石53,54を固定した磁歪棒55が磁性棒状部44cに平行に延在して固定されているとともに、磁歪棒55には磁気コイル56が巻装されている。磁気コイル56は電源回路201Aに接続されている。
A pair of cutout portions 44a and 44b are formed by extending one side in the width direction in the longitudinal direction on both sides in the longitudinal direction of the oscillating beam 44, thereby forming a pair of cutout portions 44a and 44b, and extending along the cutout portions 44a and 44b. Magnetic rod-like portions 44c and 44d extending in the direction are formed.
Magnetostrictive rods 55 having permanent magnets 53 and 54 for supplying a magnetic bias at both ends extend in parallel to the magnetic rod-like portion 44c and are fixed to both longitudinal edges 44e and 44f of one notch 44a. In addition, a magnetic coil 56 is wound around the magnetostrictive rod 55. The magnetic coil 56 is connected to the power supply circuit 201A.

また、他方の切り欠き部44bの長手方向両縁部44g,44hには、両端部に磁気バイアス供給用の永久磁石57,58を固定した磁歪棒59が磁性棒状部44dに平行に延在して固定されているとともに、磁歪棒59には磁気コイル60が巻装されている。磁気コイル60は電源回路201Aに接続されている。
磁歪棒55,59は、鉄ガリウム合金や鉄コバルト合金からなる部材である。り、永久磁石53,54,57,58はバイアス磁界を発生するものである。永久磁石53,54は例えば上端側がS極,下端側がN極に着磁され、永久磁石57,58は例えば上端側がN極,下端側がS極に着磁されている。
Further, magnetostrictive rods 59 with permanent magnets 57 and 58 for supplying a magnetic bias at both ends extend in parallel with the magnetic rod-like portion 44d at both longitudinal edges 44g and 44h of the other notch 44b. The magnetostrictive rod 59 has a magnetic coil 60 wound around it. The magnetic coil 60 is connected to the power supply circuit 201A.
The magnetostrictive rods 55 and 59 are members made of an iron gallium alloy or an iron cobalt alloy. Thus, the permanent magnets 53, 54, 57 and 58 generate a bias magnetic field. The permanent magnets 53 and 54 are, for example, magnetized with the S pole on the upper end and the N pole on the lower end, and the permanent magnets 57 and 58 are magnetized with the N pole on the upper end and the S pole on the lower end, for example.

これにより、一対の振動電力変換部51,52の一方の振動電力変換部51は、長手方向に延在する磁性棒状部44cと、磁歪棒55と、これら磁性棒状部44c及び磁歪棒55を磁気的に連結する揺動ビーム44(長手方向両縁部44e,44f)と、磁気コイル56とで構成され、永久磁石53のN極から出る磁束が磁歪棒55を通過し、永久磁石54、磁性棒状部44cを通って永久磁石53のS極に達する磁路が形成される。   As a result, one of the pair of vibration power converters 51 and 52 includes a magnetic rod-shaped portion 44c extending in the longitudinal direction, the magnetostrictive rod 55, and the magnetic rod-shaped portion 44c and the magnetostrictive rod 55. The oscillating beam 44 (both edges 44e and 44f in the longitudinal direction) and the magnetic coil 56 are connected to each other, and the magnetic flux emanating from the north pole of the permanent magnet 53 passes through the magnetostrictive rod 55, and the permanent magnet 54 and magnetism. A magnetic path that reaches the south pole of the permanent magnet 53 through the rod-shaped portion 44c is formed.

また、他方の振動電力変換部52は、長手方向に延在する磁性棒状部44dと、磁歪棒59と、これら磁性棒状部44d及び磁歪棒59を磁気的に連結する揺動ビーム44(長手方向両縁部44g,44h)と、磁気コイル60とで構成され、永久磁石57のN極から出る磁束が磁歪棒59を通過し、永久磁石58、磁性棒状部44dを通って永久磁石57のS極に達する磁路が形成される。   The other vibration power converter 52 includes a magnetic rod-shaped portion 44d extending in the longitudinal direction, a magnetostrictive rod 59, and an oscillating beam 44 (longitudinal direction) that magnetically couples the magnetic rod-shaped portion 44d and the magnetostrictive rod 59. Both edges 44g, 44h) and the magnetic coil 60, the magnetic flux from the N pole of the permanent magnet 57 passes through the magnetostrictive rod 59, passes through the permanent magnet 58, the magnetic rod-shaped portion 44d, and S of the permanent magnet 57. A magnetic path reaching the pole is formed.

なお、搖動ビーム44は全体が磁性材料からなる構成に限定されるものではなく、揺動ビーム44の長手方向の両側において各磁歪棒55,59に対応してそれぞれ磁気回路のループを形成することができる構造となっていればよい。
振幅制限装置47,48は、鉛直方向に延在している揺動ビーム44の上端に固定されて錘体45に当接する変位部材23と、この変位部材23を保持して装置ケース41の内壁に固定されたコイルスプリング24とで構成されている。また、振幅制限装置49,50も、揺動ビーム44の下端に固定されて錘体46に当接する変位部材23と、変位部材23を保持して装置ケース41の内壁に固定されているコイルスプリング24を備えている。これら振幅制限装置47〜50のコイルスプリング24は、揺動ビーム44がピン43を回動中心として揺動し、錘体45,46が変位部材23に衝突したときに弾性伸縮することで揺動ビーム44の振幅を制限するとともに、自身のバネ復元力により、衝突した方向に対して逆方向に向かう力を錘体45,46に付与する。
The peristaltic beam 44 is not limited to a configuration made entirely of a magnetic material, and a loop of a magnetic circuit is formed corresponding to each of the magnetostrictive rods 55 and 59 on both sides in the longitudinal direction of the oscillating beam 44. It is sufficient if the structure is such that
The amplitude limiting devices 47 and 48 are a displacement member 23 fixed to the upper end of the swing beam 44 extending in the vertical direction and abutting against the weight body 45, and an inner wall of the device case 41 holding the displacement member 23. And a coil spring 24 fixed to the head. The amplitude limiting devices 49 and 50 are also fixed to the lower end of the oscillating beam 44 and come into contact with the weight body 46, and coil springs that hold the displacement member 23 and are fixed to the inner wall of the device case 41. 24. The coil springs 24 of the amplitude limiting devices 47 to 50 swing by swinging the swinging beam 44 around the pin 43 and elastically expanding and contracting when the weights 45 and 46 collide with the displacement member 23. In addition to limiting the amplitude of the beam 44, a force in the opposite direction to the colliding direction is applied to the weights 45 and 46 by its own spring restoring force.

ここで、本発明に係る支持体が支柱42に対応し、本発明に係る支点がピン43に対応し、本発明に係る第2揺動ビームが揺動ビーム44に対応し、本発明に係る第2振幅制限装置が振幅制限装置47〜50に対応し、本発明に係る第2振動電力変換部が振動電力変換部51,52に対応している。
第3実施形態の振動発電装置40で用いられる電源回路201Aの回路ブロック構成は、第1実施形態の振動発電装置1で用いられる電源回路201と同様であり、その回路ブロック構成の図示は省略する。なお、第3実施形態の振動発電装置40では、振動電力変換部13,14に加えて、振動電力変換部51,52も備えている。このため、振動電力変換部13,14の磁気コイル18,22(コイル巻線)に対応する整流手段202a,202bおよび平滑手段203a,203bに加えて、振動電力変換部51,52の磁気コイル56,60(コイル巻線)に発生する各交流電圧をそれぞれ整流する2個の整流手段、および、これら2個の整流手段の各整流信号をそれぞれ平滑する2個の平滑手段を更に設ける。蓄電手段および出力手段は、振動電力変換部13,14に対応する2個の平滑手段203a,203bと、振動電力変換部51,52に対応する2個の平滑手段とに対して共通の1系統(図6における蓄電手段205、出力手段206)でよい。
Here, the support according to the present invention corresponds to the support column 42, the fulcrum according to the present invention corresponds to the pin 43, and the second rocking beam according to the present invention corresponds to the rocking beam 44, according to the present invention. The second amplitude limiter corresponds to the amplitude limiters 47 to 50, and the second vibration power converter according to the present invention corresponds to the vibration power converters 51 and 52.
The circuit block configuration of the power supply circuit 201A used in the vibration power generation device 40 of the third embodiment is the same as that of the power supply circuit 201 used in the vibration power generation device 1 of the first embodiment, and the illustration of the circuit block configuration is omitted. . Note that the vibration power generation apparatus 40 according to the third embodiment includes vibration power conversion units 51 and 52 in addition to the vibration power conversion units 13 and 14. For this reason, in addition to the rectifying means 202a and 202b and the smoothing means 203a and 203b corresponding to the magnetic coils 18 and 22 (coil windings) of the vibration power converters 13 and 14, the magnetic coil 56 of the vibration power converters 51 and 52 is provided. , 60 (coil windings) are further provided with two rectifying means for rectifying each AC voltage, and two smoothing means for smoothing the respective rectified signals of the two rectifying means. The power storage means and the output means are one system common to the two smoothing means 203a and 203b corresponding to the vibration power conversion sections 13 and 14 and the two smoothing means corresponding to the vibration power conversion sections 51 and 52. (The power storage means 205 and the output means 206 in FIG. 6) may be sufficient.

次に、上述した第3実施形態の動作及び効果について説明する。
本実施形態の振動発電装置40を、振動源2(高速道路や橋梁)に設置すると、振動源2から伝達される鉛直方向の振動エネルギーは、揺動ビーム6がピン43を回動中心として揺動し、揺動ビーム6の両端に固定した錘体7,8の移動方向に設けた振幅制限装置9〜12の何れかに衝突することで、一対の振動電力変換部13,14が振動発電を行う。
Next, operations and effects of the above-described third embodiment will be described.
When the vibration power generation apparatus 40 of this embodiment is installed on the vibration source 2 (highway or bridge), the vibration energy in the vertical direction transmitted from the vibration source 2 is oscillated by the oscillating beam 6 around the pin 43 as the rotation center. The pair of vibration power converters 13 and 14 vibrate and generate power by colliding with any of the amplitude limiting devices 9 to 12 provided in the moving direction of the weights 7 and 8 fixed to both ends of the swing beam 6. I do.

また、振動源2から水平方向の振動エネルギーが伝達されると、支柱42を介して振動エネルギーが伝達された揺動ビーム44は、ピン43を回動中心として揺動し、揺動ビーム44の両端部に固定した一対の錘体45,46が一次モードの共振状態となる。
そして、揺動ビーム44の揺動により錘体45が振幅制限装置47に衝突すると、振幅制限装置47の変位部材23から揺動ビーム44に反力が入力することで、振動電力変換部51の磁歪棒55が圧縮方向に変形する。
When the vibration energy in the horizontal direction is transmitted from the vibration source 2, the swing beam 44 to which the vibration energy is transmitted via the support column 42 swings around the pin 43 as a center of rotation. A pair of weight bodies 45 and 46 fixed to both ends are in a primary mode resonance state.
When the weight 45 collides with the amplitude limiter 47 due to the swing of the swing beam 44, a reaction force is input to the swing beam 44 from the displacement member 23 of the amplitude limiter 47, so that the vibration power converter 51 The magnetostrictive rod 55 is deformed in the compression direction.

錘体45が衝突した振幅制限装置47のコイルスプリング24は、弾性伸縮することで揺動ビーム44の振幅を制限するとともに、自身のバネ復元力によって衝突した方向に対して逆方向の押し上げ力を錘体45に付与し、揺動ビーム44に揺動推進力(ピン43を回動中心とした回転動作)を作用する。
また、揺動ビーム44の揺動により錘体45が振幅制限装置48に衝突すると、振幅制限装置48の変位部材23から揺動ビーム44に反力が入力することで、振動電力変換部51の磁歪棒55が伸長方向に変形する。
The coil spring 24 of the amplitude limiter 47 that collides with the weight body 45 elastically expands and contracts to limit the amplitude of the oscillating beam 44 and to exert a pushing force in the opposite direction to the direction of collision due to its own spring restoring force. A swinging propulsive force (rotating operation with the pin 43 as a rotation center) is applied to the swinging beam 44 by being applied to the weight body 45.
Further, when the weight 45 collides with the amplitude limiter 48 due to the swing of the swing beam 44, a reaction force is input to the swing beam 44 from the displacement member 23 of the amplitude limiter 48, so that the vibration power conversion unit 51. The magnetostrictive rod 55 is deformed in the extending direction.

錘体45が衝突した振幅制限装置48のコイルスプリング24は、弾性伸縮することで揺動ビーム44の振幅を制限するとともに、自身のバネ復元力によって衝突した方向に対して逆方向の押し下げ力を錘体45に付与し、揺動ビーム44に揺動推進力を作用する。
また、揺動ビーム44の揺動により錘体46が振幅制限装置49に衝突すると、振幅制限装置49の変位部材23から揺動ビーム44に反力が入力することで、振動電力変換部52の磁歪棒59が圧縮方向に変形する。
The coil spring 24 of the amplitude limiter 48 that collides with the weight body 45 elastically expands and contracts to limit the amplitude of the oscillating beam 44 and to exert a pressing force in the opposite direction to the direction of collision due to its own spring restoring force. A swinging propulsive force is applied to the swinging body 44 by being applied to the weight body 45.
Further, when the weight 46 collides with the amplitude limiter 49 due to the swing of the swing beam 44, a reaction force is input to the swing beam 44 from the displacement member 23 of the amplitude limiter 49, so that the vibration power conversion unit 52 The magnetostrictive rod 59 is deformed in the compression direction.

また、錘体46が衝突した振幅制限装置49のコイルスプリング24は、弾性伸縮することで揺動ビーム44の振幅を制限するとともに、自身のバネ復元力によって衝突した方向に対して逆方向の押し上げ力を錘体46に付与し、揺動ビーム44に揺動推進力を作用する。
また、揺動ビーム44の揺動により錘体46が振幅制限装置50に衝突すると、振幅制限装置50の変位部材23から揺動ビーム44に反力が入力することで、振動電力変換部52の磁歪棒59が伸長方向に変形する。
Further, the coil spring 24 of the amplitude limiting device 49 with which the weight 46 collides limits the amplitude of the oscillating beam 44 by elastic expansion and contraction, and pushes it up in the direction opposite to the direction of collision with its own spring restoring force. A force is applied to the weight body 46 and a swinging propulsive force is applied to the swinging beam 44.
When the weight 46 collides with the amplitude limiter 50 due to the swing of the swing beam 44, a reaction force is input to the swing beam 44 from the displacement member 23 of the amplitude limiter 50, so that the vibration power converter 52 The magnetostrictive rod 59 is deformed in the extending direction.

また、錘体46が衝突した振幅制限装置50のコイルスプリング24は、弾性伸縮することで揺動ビーム44の振幅を制限するとともに、自身のバネ復元力によって衝突した方向に対して逆方向の押し下げ力を錘体46に付与し、揺動ビーム44に揺動推進力を作用する。
このように、鉛直方向に配置した揺動ビーム44の一対の振動電力変換部51,52が、それぞれの磁歪棒55,59に伸長と圧縮が繰り返し作用することになり、逆磁歪効果によって磁力線が交番状に変化する。この磁力線の変化が電磁誘導の法則によって、一対の振動電力変換部51,52の磁気コイル56,60(コイル巻線)に誘起電圧(誘起電力)を発生させて振動発電を行うことができる。
The coil spring 24 of the amplitude limiter 50 that collides with the weight body 46 limits the amplitude of the oscillating beam 44 by elastic expansion and contraction, and pushes it down in the direction opposite to the direction of collision due to its own spring restoring force. A force is applied to the weight body 46 and a swinging propulsive force is applied to the swinging beam 44.
In this way, the pair of oscillating power converters 51 and 52 of the oscillating beam 44 arranged in the vertical direction is repeatedly expanded and compressed on the magnetostrictive rods 55 and 59, and the lines of magnetic force are generated by the inverse magnetostrictive effect. It changes in an alternating shape. This change in magnetic field lines can generate vibrational power by generating an induced voltage (induced power) in the magnetic coils 56 and 60 (coil windings) of the pair of vibration power converters 51 and 52 according to the law of electromagnetic induction.

したがって、本実施形態の振動発電装置40は、高速道路や橋梁などの振動源2から鉛直振動が伝達されると、揺動ビーム6がピン43を回動中心として揺動して振幅制限装置9〜12の何れかに衝突することで一対の振動電力変換部13,14が振動発電を行い、振動源2から水平振動が伝達されると、揺動ビーム44がピン43を回動中心として揺動して振幅制限装置47〜50の何れかに衝突することで一対の振動電力変換部51,52が振動発電を行うので、振動源3からの任意の方向からの振動に対して効率よく発電を行うことができる。   Therefore, when the vertical vibration is transmitted from the vibration source 2 such as an expressway or a bridge, the vibration power generation device 40 of the present embodiment swings around the pin 43 as the rotation center and the amplitude limiting device 9. When a pair of vibration power converters 13 and 14 generate vibration power by colliding with any one of 12 to 12, and horizontal vibration is transmitted from the vibration source 2, the swing beam 44 swings around the pin 43 as a rotation center. Since the pair of vibration power converters 51 and 52 generate vibration power by moving and colliding with any of the amplitude limiters 47 to 50, power generation is efficiently performed with respect to vibration from an arbitrary direction from the vibration source 3. It can be performed.

なお、本実施形態の装置は、変位部材23及びコイルスプリング24からなる振幅制限装置47〜50を使用しているが、これらに代えて、第2実施形態(図4参照)で示した振動発電を行う振幅制限装置25を使用すると、さらに発電効率を向上させることができる。
また、図5では、揺動ビーム6と揺動ビーム44とのうち、特に揺動ビーム44側の構成における振幅制限装置として、錘体45の移動方向に対応する装置ケース41に互いに水平方向に配置した振幅制限装置47,48と、錘体46の移動方向に対応する装置ケース41に互いに水平方向に配置した振幅制限装置49,50との両方を備える構成を示したが、このような構成に限定されるものではない。すなわち、一対の錘体のうち一方の錘体の移動方向に対応する位置にのみ振幅制限装置を配置した構成、例えば錘体45の移動方向に対応する装置ケース41に互いに水平方向に配置した振幅制限装置47,48だけを備える構成とすることもできる。
In addition, although the apparatus of this embodiment uses the amplitude limiting apparatus 47-50 which consists of the displacement member 23 and the coil spring 24, it replaces with these and the vibration electric power generation shown in 2nd Embodiment (refer FIG. 4). When the amplitude limiting device 25 that performs the above is used, the power generation efficiency can be further improved.
Further, in FIG. 5, as an amplitude limiting device in the configuration of the oscillating beam 6 and the oscillating beam 44, the device case 41 corresponding to the moving direction of the weight body 45 is arranged in the horizontal direction. The configuration including both the amplitude limiting devices 47 and 48 arranged and the amplitude limiting devices 49 and 50 arranged horizontally in the device case 41 corresponding to the moving direction of the weight body 46 has been shown. It is not limited to. That is, a configuration in which the amplitude limiting device is disposed only at a position corresponding to the moving direction of one of the pair of weights, for example, the amplitude disposed horizontally in the device case 41 corresponding to the moving direction of the weight 45. A configuration including only the restriction devices 47 and 48 may also be adopted.

また、図5では、揺動ビーム6と揺動ビーム44とのうち、特に揺動ビーム44側の構成における振動電力変換部として、揺動ビーム44の長手方向の両側に一対の振動電力変換部51,52を設けた構成を示したが、このような構成に限定されるものではない。すなわち、揺動ビーム44の長手方向の両側のうち一方側にのみ振動電力変換部を設けた構成、例えば振動電力変換部51だけを設けた構成とすることもできる。   Further, in FIG. 5, among the oscillating beam 6 and the oscillating beam 44, a pair of oscillating power converters on both sides in the longitudinal direction of the oscillating beam 44 is used as the oscillating power converter particularly in the configuration of the oscillating beam 44. Although the structure provided with 51 and 52 was shown, it is not limited to such a structure. That is, a configuration in which the vibration power conversion unit is provided only on one side of both sides of the swing beam 44 in the longitudinal direction, for example, a configuration in which only the vibration power conversion unit 51 is provided.

なお、上述のように一対の錘体のうち一方の錘体の移動方向に対応する位置にのみ振幅制限装置を配置した構成においては、振動電力変換部は、揺動ビーム44の長手方向の両側のうち上記振幅制限装置が配置される側に設けるようにする。
また、図5では、揺動ビーム6と揺動ビーム44とのうち、特に揺動ビーム44側の構成における振動電力変換部として、例えば振動電力変換部51における磁歪棒55の両端に磁気バイアス供給用の永久磁石53,54を配置した構成を示したが、このような構成に限定されるものではなく、磁歪棒55の一方端にのみ磁気バイアス供給用の永久磁石を配置した構成としてもよい。この点は振動電力変換部52も同様である。
In the configuration in which the amplitude limiting device is disposed only at a position corresponding to the moving direction of one of the pair of weights as described above, the vibration power conversion unit has both sides of the rocking beam 44 in the longitudinal direction. Of these, it is provided on the side where the amplitude limiting device is arranged.
Further, in FIG. 5, a magnetic bias is supplied to both ends of the magnetostrictive rod 55 in the vibration power conversion unit 51, for example, as the vibration power conversion unit in the configuration of the rocking beam 44, particularly the rocking beam 44 side. However, the present invention is not limited to such a configuration, and a configuration in which a permanent magnet for supplying a magnetic bias is arranged only at one end of the magnetostrictive rod 55 may be adopted. . This also applies to the vibration power converter 52.

また、図5では、揺動ビーム6と揺動ビーム44とのうち、特に揺動ビーム44側の構成における振動電力変換部として、例えば振動電力変換部51における磁歪棒55に磁気コイル56が巻装されている構成を示したが、振動電力変換部において磁気コイルを巻装する位置は磁歪棒のみに限定されるものではなく、磁歪棒とともに磁路を形成する他の部材に巻装してもよい。すなわち、振動電力変換部51において例えば磁性棒状部44cに磁気コイルを巻装してもよく、磁歪棒55と磁性棒状部44cの両方に磁気コイルを巻装してもよい。この点は振動電力変換部52も同様である。   In FIG. 5, among the oscillating beam 6 and the oscillating beam 44, the magnetic coil 56 is wound around the magnetostrictive rod 55 in the oscillating power converter 51, for example, as the oscillating power converter particularly in the configuration on the oscillating beam 44 side. Although the position where the magnetic coil is wound in the vibration power converter is not limited to the magnetostrictive rod, it is wound around another member that forms a magnetic path together with the magnetostrictive rod. Also good. That is, in the vibration power converter 51, for example, a magnetic coil may be wound around the magnetic rod-shaped portion 44c, or a magnetic coil may be wound around both the magnetostrictive rod 55 and the magnetic rod-shaped portion 44c. This also applies to the vibration power converter 52.

また、本実施形態の振動発電装置40における揺動ビーム44側の構成は、揺動ビーム44がその長手方向においてピン43による支持点を中心とした対称構造であって、搖動ビーム44の長手方向両端に固定されている錘体45の質量と錘体46の質量とが互いに等しい構成に限定されるものではない。垂直方向の揺動ビーム44では、その長手方向が重力場方向と平行するため、錘体45と錘体46とが等質量ではなくても、モーメントのバランスを取ることができる。ただし、下側の錘体46の質量が上側の錘体45の質量より大きい構成の方が、振動によりバランスが崩れた後の挙動において安定的である点でより好適である。   Further, the configuration of the oscillation beam 44 side in the vibration power generation apparatus 40 of the present embodiment is a symmetrical structure in which the oscillation beam 44 is centered on a support point by the pin 43 in the longitudinal direction, and the longitudinal direction of the peristaltic beam 44 is The mass of the weight body 45 fixed to both ends and the mass of the weight body 46 are not limited to the same configuration. In the vertical oscillating beam 44, the longitudinal direction is parallel to the direction of the gravitational field, so that the moments can be balanced even if the weight body 45 and the weight body 46 are not of equal mass. However, a configuration in which the mass of the lower weight body 46 is larger than the mass of the upper weight body 45 is more preferable in that the behavior after the balance is lost due to vibration is stable.

1,40…振動発電装置、2…振動源、3,41…装置ケース、3a…底部、3b…上壁、4,42…支柱、5,43…ピン、6,44…揺動ビーム、7,8,45,46…錘体、9,10,11,12,47,48,49,50…振幅制限装置、13,14,51,52…振動電力変換部、6a,6b,44a,44b…切り欠き部、6c,6d,44c,44d…磁性棒状部、6e,6f,6g,6h,44e,44f,44g,44h…長手方向両縁部、15,16,19,20,53,54,57,58…永久磁石、17,21,55,59…磁歪棒、18,22,56,60…磁気コイル、23…変位部材、24…コイルスプリング、25…振幅制限装置、26…装置ケース、27…蓋部、27a…開口部、28…永久磁石、29…磁歪部材、30…磁気コイル、31…永久磁石、32…変位部材、201,201A…電源回路 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,40 ... Vibration generator, 2 ... Vibration source, 3,41 ... Apparatus case, 3a ... Bottom part, 3b ... Upper wall, 4,42 ... Post, 5,43 ... Pin, 6,44 ... Swing beam, 7 , 8, 45, 46 ... weight, 9, 10, 11, 12, 47, 48, 49, 50 ... amplitude limiter, 13, 14, 51, 52 ... vibration power converter, 6a, 6b, 44a, 44b ... notches, 6c, 6d, 44c, 44d ... magnetic bar-like parts, 6e, 6f, 6g, 6h, 44e, 44f, 44g, 44h ... both longitudinal edges, 15, 16, 19, 20, 53, 54 , 57, 58 ... permanent magnets, 17, 21, 55, 59 ... magnetostrictive rods, 18, 22, 56, 60 ... magnetic coils, 23 ... displacement members, 24 ... coil springs, 25 ... amplitude limiting devices, 26 ... device cases. 27 ... Lid, 27a ... Opening, 28 ... Permanent magnet, 29 Magnetostrictive member, 30 ... magnetic coil, 31 ... permanent magnet, 32 ... displacement member, 201,201A ... power supply circuit

Claims (10)

振動源から振動を受ける支持体と、
この支持体に設けた支点を介して長手方向中間部が支持され、振動を受けることで前記支点回りに揺動する第1揺動ビームと、
この第1揺動ビームの両端に固定された一対の錘体と、
これら一対の錘体のうち少なくとも一方の錘体の移動方向に配置され、当該錘体との衝突により前記第1揺動ビームの振幅を制限する第1振幅制限装置と、
前記第1揺動ビームの前記支点を挟んで長手方向の両側のうち少なくとも前記第1振幅制限装置が配置される側に設けられ、振動を受けた前記錘体と前記第1振幅制限装置との衝突による衝撃力によって磁歪部材が伸長または圧縮することで発電する第1振動電力変換部と、を備えていることを特徴とする振動発電装置。
A support that receives vibration from a vibration source;
A first oscillating beam that is supported at a middle portion in the longitudinal direction via a fulcrum provided on the support and oscillates around the fulcrum by receiving vibration;
A pair of weights fixed to both ends of the first swing beam;
A first amplitude limiting device that is arranged in a moving direction of at least one of the pair of weights and limits the amplitude of the first swing beam by a collision with the weight;
Between at least one side of the longitudinal direction across the fulcrum of the first oscillating beam, on the side where the first amplitude limiting device is disposed, the weight body that receives vibration and the first amplitude limiting device A vibration power generation apparatus comprising: a first vibration power conversion unit that generates electric power by extending or compressing a magnetostrictive member by an impact force caused by a collision.
前記第1振幅制限装置が前記第1揺動ビームの両端に固定された一対の錘体の移動方向にそれぞれ配置されるとともに、
前記第1振動電力変換部が前記第1揺動ビームの前記支点を挟んで長手方向の両側にそれぞれ設けられていることを特徴とする請求項1記載の振動発電装置。
The first amplitude limiting device is disposed in a moving direction of a pair of weights fixed to both ends of the first swing beam;
2. The vibration power generator according to claim 1, wherein the first vibration power converter is provided on both sides in a longitudinal direction across the fulcrum of the first swing beam.
前記第1揺動ビームに対して直交する方向に延在し、長手方向中間部が前記支点を介して前記支持体に揺動自在に支持されている第2揺動ビームと、
この第2揺動ビームの両端に固定された一対の錘体と、
これら一対の錘体のうち少なくとも一方の錘体の移動方向に配置され、当該錘体との衝突により前記第2揺動ビームの振幅を制限する第2振幅制限装置と、
前記第2揺動ビームの前記支点を挟んで長手方向の両側のうち少なくとも前記第2振幅制限装置が配置される側に設けられ、振動を受けた前記錘体と前記第2振幅制限装置との衝突による衝撃力によって磁歪部材が伸長または圧縮することで発電する第2振動電力変換部と、を備えていることを特徴とする請求項1又は2記載の振動発電装置。
A second oscillating beam extending in a direction perpendicular to the first oscillating beam and having a longitudinal intermediate portion supported by the support body through the fulcrum so as to freely oscillate;
A pair of weights fixed to both ends of the second oscillating beam;
A second amplitude limiting device that is arranged in a moving direction of at least one of the pair of weights and limits the amplitude of the second rocking beam by a collision with the weight;
Between at least the second amplitude limiting device disposed on the both sides in the longitudinal direction across the fulcrum of the second oscillating beam, the weight body receiving vibration and the second amplitude limiting device The vibration power generation apparatus according to claim 1, further comprising: a second vibration power conversion unit that generates electric power by extending or compressing the magnetostrictive member by an impact force caused by a collision.
前記第2振幅制限装置が前記第2揺動ビームの両端に固定された一対の錘体の移動方向にそれぞれ配置されるとともに、
前記第2振動電力変換部が前記第2揺動ビームの前記支点を挟んで長手方向の両側にそれぞれ設けられていることを特徴とする請求項3記載の振動発電装置。
The second amplitude limiting device is disposed in a moving direction of a pair of weights fixed to both ends of the second swing beam;
4. The vibration power generator according to claim 3, wherein the second vibration power converter is provided on both sides in the longitudinal direction across the fulcrum of the second rocking beam. 5.
前記第1振動電力変換部は、前記長手方向に延在する第1磁歪棒と、この第1磁歪棒に対して前記長手方向に直行する方向に平行に配置された第1磁性部材と、これら第1磁歪棒及び第1磁性部材を磁気的に連結する第1連結部材と、前記第1磁歪棒に巻装された第1磁気コイルと、を備えていることを特徴とする請求項1乃至4の何れか1項記載の振動発電装置。   The first oscillating power converter includes a first magnetostrictive rod extending in the longitudinal direction, a first magnetic member disposed parallel to the direction perpendicular to the longitudinal direction with respect to the first magnetostrictive rod, and these 2. A first connecting member that magnetically connects the first magnetostrictive rod and the first magnetic member, and a first magnetic coil wound around the first magnetostrictive rod. 5. The vibration power generation apparatus according to any one of 4 above. 前記第1磁歪棒の両端のうち少なくとも一方端に配置され、前記第1磁歪部材と前記第1磁性部材とに磁気バイアスを供給する第1永久磁石を備えていることを特徴とする請求項5記載の振動発電装置。   6. A first permanent magnet disposed at at least one of both ends of the first magnetostrictive rod and supplying a magnetic bias to the first magnetostrictive member and the first magnetic member. The vibration power generator described. 前記第2振動電力変換部は、前記長手方向に延在する第2磁歪棒と、この第2磁歪棒に対して前記長手方向に直行する方向に平行に配置された第2磁性部材と、これら第2磁歪棒及び第2磁性部材を磁気的に連結する第2連結部材と、前記第2磁歪棒に巻装された第2磁気コイルと、を備えていることを特徴とする請求項3乃至6の何れか1項記載の振動発電装置。   The second vibration power converter includes a second magnetostrictive rod extending in the longitudinal direction, a second magnetic member disposed in parallel to the direction perpendicular to the longitudinal direction with respect to the second magnetostrictive rod, and these A second connecting member that magnetically connects the second magnetostrictive rod and the second magnetic member, and a second magnetic coil wound around the second magnetostrictive rod. 6. The vibration power generation apparatus according to any one of claims 6. 前記第2磁歪棒の両端のうち少なくとも一方端に配置され、前記第2磁歪部材と前記第2磁性部材とに磁気バイアスを供給する第2永久磁石を備えていることを特徴とする請求項7記載の振動発電装置。   8. A second permanent magnet disposed at at least one of both ends of the second magnetostrictive rod and supplying a magnetic bias to the second magnetostrictive member and the second magnetic member. The vibration power generator described. 前記振幅制限装置は、前記錘体の衝突による衝撃力を受ける変位部材と、この変位部材を保持するバネ部材とで構成され、当該バネ部材は、自身のバネ復元力により前記錘体が衝突した方向に対して逆方向に前記錘体を押し戻す力を作用することを特徴とする請求項1乃至8の何れか1項に記載の振動発電装置。   The amplitude limiting device includes a displacement member that receives an impact force due to the collision of the weight body and a spring member that holds the displacement member. The spring member collides with the weight body due to its own spring restoring force. The vibration power generator according to any one of claims 1 to 8, wherein a force is applied to push back the weight body in a direction opposite to the direction. 前記振幅制限装置は、磁歪部材と、この磁歪部材に巻装された磁気コイルと、磁歪部材との間に磁路を形成する磁気ヨークと、前記錘体の衝突による衝撃力を前記磁歪部材に伝達する変位部材と、を備えていることを特徴とする請求項1乃至8の何れか1項に記載の振動発電装置。   The amplitude limiting device includes a magnetostrictive member, a magnetic coil wound around the magnetostrictive member, a magnetic yoke that forms a magnetic path between the magnetostrictive member, and an impact force caused by the collision of the weight body to the magnetostrictive member. The vibration power generator according to claim 1, further comprising a displacement member that transmits the displacement member.
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