JP2016096662A

JP2016096662A - 発電装置および発電システム

Info

Publication number: JP2016096662A
Application number: JP2014231721A
Authority: JP
Inventors: 憲一古河; Kenichi Furukawa; 健介山田; Kensuke Yamada; 文明新倉; Fumiaki Niikura
Original assignee: Mitsumi Electric Co Ltd
Current assignee: Mitsumi Electric Co Ltd
Priority date: 2014-11-14
Filing date: 2014-11-14
Publication date: 2016-05-26
Also published as: WO2016076382A1

Abstract

【課題】発電装置の設計時の特性を確実に発現して、効率良く発電し得る発電装置、かかる発電装置を備える発電システムを提供することにある。【解決手段】本発明の発電装置１００は、振動体に固定して使用され、第１の磁石３１と、第１の磁石３１と離間し、かつ、その外周側を囲むように設けられたコイル４０と、第１の磁石３１を、その磁化方向に沿ってコイル４０に対して相対的に変位させるバネ（６０Ｕ、６０Ｌ）とを備える発電部１０と、発電装置１００を静止状態の振動体に固定した際に、発電部１０に外力を付与しない自然状態における第１の磁石３１の位置またはその近傍に、第１の磁石３１を保持するように、第１の磁石３１に対して斥力を働かせるよう配置された第２の磁石９１０とを有する。【選択図】図４

Description

本発明は、発電装置および発電システムに関する。

近年、小スペースで効率のよい発電を行うべく、ダクトや、ポンプ、ファン、タービン等のモーターを備えた回転機器等の振動体に発電装置を取り付けて、振動体の振動を利用して発電する試みがなされている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載の発電装置は、磁石と、磁石の外周側に設けられ、振動体に固定されるコイルと、磁石と振動体とを連結するコイルバネとを有している。かかる発電装置では、振動体の振動により、磁石をコイルに対して相対的に移動させて、コイルに電磁誘導に伴う電圧を発生させる。

発電装置が固定される振動体は、一般的に、鋼等の磁性材料で構成されている。そのため、特許文献１の発電装置では、磁石と振動体との間に磁気的相互作用による吸引力が働き、コイルに対する磁石の位置が、その標準位置よりも振動体側に変位する。この変位が大きくなると、発電装置の振動時における磁石のコイルに対する変位量が小さくなり、その結果、発電装置の発電量が設計値よりも小さくなる。また、この変位によって、コイルバネの非線形性が現れると、そのバネ定数が変化するため、発電量の周波数特性が設計値からズレてしまう。

発電装置の発電量や周波数特性等の特性が設計値からズレるのを防止するため、発電装置を振動体に取り付けた状態で、磁石と振動体との距離を十分に大きくすることも考えられる。しかしながら、このような構成では、発電装置の厚さ方向のサイズを大きくせざるを得ないため、大きな取付けスペースを確保する必要がある。

特開平１０−６６３２３号公報

本発明は、上記従来の問題点を鑑みたものであり、その目的は、発電装置の設計時の特性を確実に発現して、効率良く発電し得る発電装置、かかる発電装置を備える発電システムを提供することにある。

このような目的は以下の（１）〜（１１）の本発明により達成される。
（１）振動体に固定して使用する発電装置であって、
第１の磁石と、該第１の磁石と離間し、かつ、その外周側を囲むように設けられたコイルと、前記第１の磁石を、その磁化方向に沿って前記コイルに対して相対的に変位させるバネとを備える発電部と、
当該発電装置を静止状態の前記振動体に固定した際に、前記発電部に外力を付与しない自然状態における前記第１の磁石の位置またはその近傍に、前記第１の磁石を保持するように、前記第１の磁石に対して斥力を働かせるよう配置された第２の磁石とを有することを特徴とする発電装置。

（２）前記第２の磁石は、前記第１の磁石の前記磁化方向に沿って設けられている上記（１）に記載の発電装置。

（３）前記第１の磁石および前記第２の磁石は、それぞれ、ブロック状をなしており、
前記第２の磁石は、その磁化方向における中心軸が、前記第１の磁石の磁化方向における中心軸と重なるよう設けられている上記（２）に記載の発電装置。

（４）前記振動体は、磁性材料で構成され、
当該発電装置は、前記第２の磁石を介して、前記振動体に固定される上記（１）ないし（３）のいずれかに記載の発電装置。

（５）前記第２の磁石の前記第１の磁石に対する斥力の大きさが、前記第１の磁石の前記振動体に対する吸引力の大きさとほぼ等しい上記（４）に記載の発電装置。

（６）当該発電装置は、前記第２の磁石の前記振動体に対する吸引力が、その重量より大きくなるよう構成されている上記（４）または（５）に記載の発電装置。

（７）当該発電装置は、前記第２の磁石を含み、当該発電装置を前記振動体に取り付ける吸着手段を有し、
前記吸着手段は、可撓性を有し、前記第２の磁石を保持するシート材と、該シート材と前記第２の磁石との間に設けられ、前記シート材に対して前記第２の磁石を固定するヨークとを備える上記（４）ないし（６）のいずれかに記載の発電装置。

（８）前記吸着手段は、複数の第３の磁石をさらに有し、
前記シート材は、前記発電部に固定される固定部と、該固定部の側方に延在し、前記固定部と反対側の端部に前記第３の磁石を保持する保持部を有する複数の腕部とを備える上記（７）に記載の発電装置。

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

（１０）前記第２の磁石は、当該発電装置を前記振動体に固定する際に、前記発電部の前記振動体とは反対側に取り付けられる上記（１）ないし（３）のいずれかに記載の発電装置。

（１１）上記（１）ないし（１０）のいずれかに記載の発電装置と、
当該発電装置を固定する、磁性材料で構成される振動体とを有することを特徴とする発電システム。

本発明によれば、第２の磁石から第１の磁石に対して斥力を働かせることにより、発電装置を静止状態の振動体に固定した際に、第１の磁石が、発電部に外力を付与しない自然状態における第１の磁石の位置またはその近傍に保持される。そのため、振動体の振動により、第１の磁石を、その標準位置（発電部に外力を付与しない自然状態における第１の磁石の位置）を基準としてコイルに対して相対的に変位させることができる。これにより、発電装置は、設計時の特性（発電量や周波数特性）を確実に発現して、効率良く発電することができる。

本発明の発電装置の第１実施形態を示す斜視図である。図１に示す発電装置の平面図である。図１に示す発電装置が備える装置本体の分解斜視図である。図１中のＡ−Ａ線断面図である。図３に示す装置本体が備える板バネの平面図である。図１に示す発電装置が備える吸着手段の分解斜視図である。図１中のＢ−Ｂ線断面図である。図１に示す発電装置を振動体に固定した状態において、第１の磁石と第２の磁石および振動体との磁気的相互作用を説明するための模式図である。図１〜４に示す発電装置および第１の磁石と第２の磁石とを異極同士が対向するように配置した発電装置を振動体に固定した状態において、発電部の磁石組立体と吸着手段の磁石組立体との間に発生する磁場を解析した解析図、および第１の磁石と第２の磁石との離間距離と第１の磁石に働く力の大きさとの関係を示すグラフである。図１に示す発電装置の使用状態（固定状態）を示す図である。図１０に示す発電装置を拡大して示す側面図である。図１に示す発電装置の他の使用状態（固定状態）を示す図である。本発明の発電装置の第２実施形態の縦断面図である。

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

図１は、本発明の発電装置の第１実施形態を示す斜視図である。図２は、図１に示す発電装置の平面図である。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である。図４は、図１中のＡ−Ａ線断面図である。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。図６は、図１に示す発電装置が備える吸着手段の分解斜視図である。図７は、図１中のＢ−Ｂ線断面図である。図８は、図１に示す発電装置を振動体に固定した状態において、第１の磁石と第２の磁石および振動体との磁気的相互作用を説明するための模式図である。図９は、図１〜４に示す発電装置および第１の磁石と第２の磁石とを異極同士が対向するように配置した発電装置を振動体に固定した状態において、発電部の磁石組立体と吸着手段の磁石組立体との間に発生する磁場を解析した解析図、および第１の磁石と第２の磁石との離間距離と第１の磁石に働く力の大きさとの関係を示すグラフである。図１０は、図１に示す発電装置の使用状態（固定状態）を示す図である。図１１は、図１０に示す発電装置を拡大して示す側面図である。図１２は、図１に示す発電装置の他の使用状態（固定状態）を示す図である。

なお、以下の説明では、図１、図３、図４、図６〜図１２中の上側を「上」または「上方」と言い、下側を「下」または「下方」と言う。また、図２および図５中の紙面手前側を「上」または「上方」と言い、紙面奥側を「下」または「下方」と言う。

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

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

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

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

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

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

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

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

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

図４に示すように、ベース２３の下面（他方の面）２３０は、下方に向かって突出する湾曲凸面で構成されている。なお、かかる構成とすることにより得られる効果については、後に説明する。また、ベース２３の下面２３０の中央部には、吸着手段９の一部を構成する永久磁石（第２の磁石）９１０等を収納可能な凹部２３５が形成されている。

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

例えば、振動体の振動が強く発生する周波数帯域が、２０〜４０Ｈｚ程度である場合には、上記各振動系の質量（ｍ_１、ｍ_２）およびバネ定数（ｋ_１、ｋ_２）を下記式（１Ａ）〜（３Ａ）の条件を満足するように調整することにより、この振動体に対する発電装置１００の発電効率を特に優れたものとすることができる。

ｍ_１［ｋｇ］：ｍ_２［ｋｇ］＝１．５：１（１Ａ）
ｍ_１［ｋｇ］：ｋ_１［Ｎ／ｍ］＝１：６００００（２Ａ）
ｍ_２［ｋｇ］：ｋ_２［Ｎ／ｍ］＝１：２２０００（３Ａ）

なお、このような周波数帯域で振動が強く発生する振動体としては、後述するような空調ダクトが挙げられる。

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

これらの上側板バネ６０Ｕと下側板バネ６０Ｌとの間には、第１の磁石３１を有する磁石組立体３０が設けられている。

＜＜磁石組立体３０＞＞
磁石組立体３０は、円柱状の永久磁石である第１の磁石３１と、有底筒状のバックヨーク３２と、第１の磁石３１上に設けられた円盤状のヨーク３３とを有している。この磁石組立体３０は、バックヨーク３２の底面の外周部が下側板バネ６０Ｌの第３の環状部６３に固定され、ヨーク３３がスペーサ７０を介して上側板バネ６０Ｕの第３の環状部６３に固定されている。

第１の磁石３１は、Ｓ極を上側に、Ｎ極を下側にして配置されている。これにより、第１の磁石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。

第１の磁石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、第１の磁石３１は、例えば第１の磁石３１自体の磁力による吸着、接着剤による接着等により、バックヨーク３２およびヨーク３３に固定される。

ヨーク３３は、その平面視での大きさが第１の磁石３１の平面視での大きさとほぼ等しくなっている。また、ヨーク３３の中央部にはネジ孔３３１が形成されている。

バックヨーク３２は、底板部３２１と、その外周部に沿って立設された筒状部３２２とを備えている。第１の磁石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、第１の磁石３１により発生する磁束を増大させることができる。

バックヨーク３２およびヨーク３３の構成材料としては、それぞれ、例えば、純鉄（例えば、ＪＩＳＳＵＹ）、軟鉄、炭素鋼、電磁鋼（ケイ素鋼）、高速度工具鋼、構造鋼（例えば、ＪＩＳＳＳ４００）、ステンレス、パーマロイ等が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。
磁石組立体３０と筐体２０との間には、コイル保持部５０が設けられている。

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

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

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

＜＜コイル４０＞＞
コイル４０は、その外径がバックヨーク３２の筒状部３２２より小さく、内径が第１の磁石３１およびヨーク３３の外径より大きく設定されている。これにより、コイル４０は、組立状態において、バックヨーク３２の筒状部３２２と第１の磁石３１との間に、これらから離間して（これらに接触しないように）配置される。

このコイル４０は、発電部１０の振動により、第１の磁石３１に対して相対的に上下方向に変位する。このとき、コイル４０を通過する第１の磁石３１からの磁力線の密度が変化し、コイル４０に電圧が発生する。

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

なお、このコイル４０を構成する線材の両端は、コイル保持部５０の円盤部５２の上側に設けられた電圧取出部（図示せず）を介して接続コネクタ１１に接続されている。この接続コネクタ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。

また、磁石組立体３０は、スペーサ７０を介して、上側板バネ６０Ｕに連結されている。

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

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

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

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

このようなことから、磁石組立体３０とコイル保持部５０とは、各板バネ６０Ｕ、６０Ｌの厚さ方向とほぼ直交する方向を軸とする直動（横揺れ）および回動（ローリング）が阻止され、それらの振動軸が一定の方向（縦方向）に規制される。また、前述したように、コイル４０は、磁石組立体３０（第１の磁石３１およびヨーク３３、バックヨーク３２）と接触しないように配置されている。

したがって、発電部１０が振動する際に、磁石組立体３０とコイル４０とが互いに接触することが防止される。特に、磁石組立体３０とコイル保持部５０とは、いずれも、高い剛性を有する剛体であるため、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４０とが接触するのが確実に防止される。

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

このため、磁石組立体３０とコイル４０との相対的な移動により、第１の磁石３１が発生した磁束密度Ｂの磁場（磁界ループ）のコイル４０を通過する位置が移動する。このとき、磁場が通過するコイル４０内の電子が受けるローレンツ力に基づいて起電力が発生する。この起電力が直接的に発電部１０の発電に寄与するので、発電部１０では、効率的な発電が可能となる。

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

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

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

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

各磁石組立体９１は、円環状をなす永久磁石で構成された磁石ブロック（後述する第２の磁石９１０または第３の磁石９１１）と、有底筒状をなし、底部（天井部）に貫通孔が形成された磁性体からなるヨーク９１２とで構成されている。そして、このヨーク９１２の内側に、磁石ブロックが、例えば磁石ブロック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、磁石ブロックの吸引力を増大させることができる。

本実施形態では、７つの磁石組立体９１のうち、図６中の中央に位置する磁石組立体９１（後述する第１のシート材９２の固定部９２１に保持される磁石組立体９１）の永久磁石が、第１の磁石３１に斥力を働かせる第２の磁石９１０を構成する。

図４に示すように、第２の磁石９１０は、Ｎ極を上側に、Ｓ極を下側にして配置されている。したがって、第１の磁石３１と第２の磁石９１０とは、同極（Ｎ極）同士が互いに対向するように配置されている。このため、第１の磁石３１と第２の磁石９１０との間に、磁気的相互作用による斥力が働く。

ここで、発電装置１００を振動体（ダクト２００）に固定した状態において、第１の磁石３１と第２の磁石９１０および振動体との磁気的相互作用を、図８に基づいて説明する。

図８に示すように、第１の磁石３１とダクト２００との間には、磁気的相互作用による吸引力が働く。一方、第１の磁石３１と第２の磁石９１０との間には、磁気的相互作用による斥力が働く。発電装置１００では、第１の磁石３１のダクト２００側に、第１の磁石３１に斥力を働かせる第２の磁石９１０を配置することにより、第１の磁石３１とダクト２００との間の吸引力と第１の磁石３１と第２の磁石９１０との間の斥力とを相殺することができる。このため、発電装置１００を静止状態のダクト２００に固定した際に、第１の磁石３１は、発電部１０に外力を付与しない自然状態における第１の磁石３１の位置またはその近傍に保持される。言い換えれば、発電装置１００を静止状態のダクト２００へ固定する前後において、第１の磁石３１の筐体２０（コイル４０）に対する位置が変位するのを防止することができる。かかる発電装置１００では、ダクト２００の振動により、第１の磁石３１を、その標準位置（発電部１０に外力を付与しない自然状態における第１の磁石の位置、言い換えれば、発電装置１００の組立時における筐体２０に対する第１の磁石３１の位置）またはその近傍を基準としてコイル４０に対して相対的に変位させることができる。これにより、発電装置１００は、設計時の特性（発電量や周波数特性）を確実に発現して、効率良く発電することができる。

発電部１０に外力を付与しない自然状態における筐体２０に対する第１の磁石３１の位置と、発電装置１００を静止状態のダクト２００に固定し、第２の磁石９１０により第１の磁石３１に対して斥力を働かせた状態における筐体２０に対する第１の磁石３１の位置との磁化方向に沿ったズレ量は、小さい方が好ましい。ただし、具体的には、このズレ量が、０〜５ｍｍ程度であるのが好ましく、０〜２ｍｍ程度であるのがより好ましい。上記条件を満足することにより、発電装置１００では、ダクト２００の振動により、第１の磁石３１を、ほぼその標準位置を基準としてコイル４０に対して相対的に変位させることができる。これにより、発電装置１００は、設計時の特性を確実に発現して、より効率良く発電することができる。

図４に示すように、本実施形態では、第２の磁石９１０が、第１の磁石３１の磁化方向（図４中、上下方向）に沿って設けられている。かかる構成では、平面視における第１の磁石３１と第２の磁石９１０との重なり面積が大きくなるため、第１の磁石３１と第２の磁石９１０との間に働く斥力の大きさを十分に大きくすることができる。これにより、第１の磁石３１とダクト２００との間の吸引力と第１の磁石３１と第２の磁石９１０との間の斥力とを、より確実に相殺することができる。

また、本実施形態では、第２の磁石９１０の磁化方向における中心軸が、第１の磁石３１の磁化方向における中心軸と重なる（一致する）よう構成されている。このように、第１の磁石３１および第２の磁石９１０の磁化方向の中心軸が、互いに重なる場合には、第２の磁石９１０の第１の磁石３１に対する斥力を、第１の磁石３１の厚さ方向（図８中、鉛直上方向）に働かせることができる。これにより、発電装置１００を静止状態のダクト２００に固定した際に、第１の磁石３１の位置を、その標準位置に確実に維持することができる。その結果、発電装置１００は、ダクト２００の振動により、設計時の特性（発電量や周波数特性）をより確実に発現して、より効率良く発電することができる。

また、発電装置１００をダクト２００に固定した際に、第２の磁石９１０の第１の磁石３１に対する斥力の大きさが、第１の磁石３１のダクト２００に対する吸引力の大きさと等しくなるよう構成されているのが好ましい。これにより、第１の磁石３１とダクト２００との間の吸引力と第１の磁石３１と第２の磁石９１０との間の斥力とを、より確実に相殺して、磁気的相互作用による第１の磁石３１に働く力を確実に打ち消すことができる。

なお、第２の磁石９１０の第１の磁石３１に対する斥力の大きさは、上述したように第１の磁石３１のダクト２００に対する吸引力の大きさと等しくするのが好ましいが、より具体的には、３０〜５０ｍＮ程度であるのが好ましく、３６〜４４ｍＮ程度であるのがより好ましい。上記条件を満足することにより、第２の磁石９１０の第１の磁石３１に対する斥力の大きさと、第１の磁石３１のダクト２００に対する吸引力の大きさとがほぼ等しくなり、磁気的相互作用による第１の磁石３１に働く力をより確実に打ち消すことができる。

第１の磁石３１と第２の磁石９１０との離間距離（図４において、第１の磁石３１の下面と第２の磁石９１０の上面との距離）は、第２の磁石９１０の第１の磁石３１に対する斥力を十分に大きくすることができるのであれば、特に限定されない。第１の磁石３１と第２の磁石９１０との離間距離は、使用する第２の磁石９１０の構成材料およびサイズにより、適宜調整することができる。ただし、第２の磁石９１０として、第１の磁石３１よりもサイズの小さい永久磁石（磁石ブロック）を用いる場合には、第１の磁石３１と第２の磁石９１０との離間距離は、１０〜１７ｍｍ程度であるのが好ましく、１１〜１５ｍｍ程度であるのがより好ましい。

上述したように、本実施形態の発電装置１００では、第１の磁石３１と第２の磁石９１０とを、同極同士が対向するように配置することにより、第１の磁石３１と振動体との間の吸引力と第１の磁石３１と第２の磁石９１０との間の斥力とを相殺することができる。一方、かかる構成の発電装置１００において、第１の磁石３１と第２の磁石９１０とを、異極同士が対向するように配置した場合、具体的には、図４に示す発電装置１００において、第１の磁石３１を、Ｎ極を上側に、Ｓ極を下側にして配置した場合には、上述した本発明の効果を得ることができない。

ここで、第１の磁石３１と第２の磁石９１０とを、同極同士が対向するように配置した本実施形態の発電装置１００と、かかる発電装置１００において、第１の磁石３１と第２の磁石９１０とを、異極同士が対向するように配置した発電装置とにおいて、第１の磁石３１に働く力（吸引力、斥力）について説明する。

図９は、図１〜４に示す発電装置および第１の磁石と第２の磁石とを異極同士が対向するように配置した発電装置を振動体に固定した状態において、発電部の磁石組立体と吸着手段の磁石組立体との間に発生する磁場を解析した解析図、および第１の磁石と第２の磁石との離間距離と第１の磁石に働く力の大きさとの関係を示すグラフである。

具体的には、図９（ａ−１）は、図１〜４に示す発電装置１００を振動体に固定した状態において、発電部１０の磁石組立体３０と吸着手段９の磁石組立体９１との間に発生する磁場を解析した解析図であり、図９（ａ−２）は、発電装置１００における第１の磁石３１と第２の磁石９１０との離間距離と第１の磁石３１に働く力の大きさとの関係を示すグラフである。また、図９（ｂ−１）は、第１の磁石３１を、Ｎ極を上側に、Ｓ極を下側にして配置した発電装置を振動体に固定した状態において、発電部の磁石組立体と吸着手段の磁石組立体との間に発生する磁場を解析した解析図であり、図９（ｂ−２）は、かかる発電装置における第１の磁石と第２の磁石との離間距離と第１の磁石に働く力の大きさとの関係を示すグラフである。なお、図９（ａ−２）および図９（ｂ−２）において、第１の磁石３１に働く力の大きさ（縦軸）は、吸引力が正（＋）となり、斥力が負（−）となる。

図９（ａ−１）に示すように、発電装置１００では、第１の磁石３１と第２の磁石９１０との間の磁力線（磁束線）の密度が、後述する図９（ｂ−１）に示す発電装置に比べて低いことが分かる。かかる発電装置１００では、第１の磁石３１と第２の磁石９１０との離間距離を比較的広い範囲で設定しても、第１の磁石３１に働く力の大きさが小さい。かかる発電装置１００では、これらの離間距離を１３ｍｍとした際に、第１の磁石３１と振動体との間の吸引力と第１の磁石３１と第２の磁石９１０との間の斥力とをほぼ完全に相殺することができる（図９（ａ−２）参照）。

一方、第１の磁石と第２の磁石とを異極同士が対向するように配置した発電装置では、図９（ｂ−１）に示すように、第１の磁石３１と第２の磁石９１０との間の磁力線（磁束線）の密度が高いことが分かる。かかる発電装置では、第１の磁石３１と第２の磁石９１０との離間距離を十分に大きくしなければ、第１の磁石３１に働く力（吸引力）の大きさを小さくすることができない（図９（ｂ−２）参照）。そのため、このような構成の発電装置では、小型化（低背化）を図りつつ、設計時の特性（発電量、周波数特性）を発現することは難しい。

このような第２の磁石９１０は、図６中の中央に位置する磁石組立体９１以外の６つの磁石組立体９１の各永久磁石（第３の磁石９１１）とともに、装置本体１を振動体に吸着させる機能をさらに有する。なお、本実施形態では、第２の磁石９１０および各第３の磁石９１１として、同じ永久磁石を用いている。

第２の磁石９１０および第３の磁石９１１の構成材料としては、例えば、前述した第１の磁石３１と同様の材料を用いることができる。かかる第２の磁石９１０および第３の磁石９１１を用いることにより、振動体の構成材料によらず、発電装置１００を十分な吸引力（固定力）で振動体に固定することができるとともに、発電装置１００を振動体から取り外す際には、その取り外し操作を容易に行うことができる。すなわち、発電装置１００の振動体からの脱着を容易かつ確実に行うことができる。

なお、発電装置１００において、第３の磁石９１１の磁極の向きは、特に限定されない。すなわち、第３の磁石９１１は、Ｎ極を上側にして配置されても、Ｓ極を上側にして配置されてもよい。発電装置１００では、第３の磁石９１１と第１の磁石３１との離間距離が十分に大きいため、これらの間に、磁気的相互作用により働く吸引力または斥力がほぼ無視できる大きさとなるためである。

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

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

固定部９２１の中央部には、第２の磁石９１０を備える１つの磁石組立体９１を保持する凹部（保持部）９２３が形成されている。また、各腕部９２２の固定部９２１と反対側の端部には、第３の磁石９１１を備える磁石組立体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（第２の磁石９１０を備える磁石組立体９１）は、ベース２３の凹部２３５内に位置する。

第１のシート材９２は、可撓性を有している。これにより、腕部９２２の凹部９２３に保持された磁石組立体９１（第２の磁石９１０および第３の磁石９１１）は、ベース２３の厚さ方向に対して変位可能となっている。また、図２に示すように、各腕部９２２は、発電装置１００を平坦面に載置したとき、凹部９２３（磁石組立体９１）が装置本体１より外側に位置するような長さを有している。

これにより、各腕部９２２の長手方向（長さ方向）の引張剛性を低下させることなく、腕部９２２同士が接近する方向や、各腕部９２２の長手方向を中心軸とする捻じり方向への剛性を低下させることができる。その結果、例えば、図１２に示すパイプ３００のような湾曲面（湾曲部）を備える振動体に対しても、装置本体１を安定的に固定することができる。

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

以上のような発電装置１００は、図１０に示すダクト２００や、図１２に示すパイプ３００のような、磁性材料で構成される振動体に固定して使用される。

図１０に示すダクト２００は、４つの変形可能な板状部２０１を備える四角筒状をなしている。ダクト２００は、例えば、磁性材料で構成された板材（鋼板またはめっき鋼板）を折り曲げ、接合（溶接）すること等により形成されている。かかるダクト２００は、例えば、蒸気、空気のような気体を移送（排気、換気、吸気、循環）する装置の流路を構成する。

例えば、大型施設、ビル、駅等の施設に設置されている空調用のダクト２００には、施設内の排気や換気を目的として、送風機等により空気を通過させている。このとき、送風機の空気圧の揺れ（脈動）やダクト２００内を空気（流体）が移動することで発生する乱気流等によりダクト２００が振動する。また、ダクト２００内は、送風機の作用により常に正圧または負圧となっている。かかる圧力に、前述の脈動等によるダクト２００の振動が加わり、板状部２０１が変形する。具体的には、ダクト２００内が正圧の場合には、板状部２０１は、図１１（ａ）に示すように、ダクト２００の外側に向かって突出した状態（凸状）に変形し、一方、ダクト２００内が負圧の場合には、図１１（ｂ）に示すように、板状部２０１がダクト２００の内側に向かって突出した状態（凹状）に変形する。このような板状部２０１の変形によって、ダクト２００の振動が増幅される。

本発明によれば、磁石組立体９１は、可撓性を有する第１のシート材９２を介して装置本体１に取り付けられている。このため、仮に、板状部２０１の表面（発電装置１００の取付面）に凹凸が存在しても、この凹凸に追従して第１のシート材９２が変形することにより、凹凸による段差を吸収することができる。したがって、板状部２０１の表面形状によらず、吸着手段９を板状部２０１に確実に吸着させることができる。さらに、前述したように、板状部２０１が凸状に変形した状態（図１１（ａ）参照）や、板状部２０１が凹状に変形した状態（図１１（ｂ）参照）となっても、第１のシート材９２が、この板状部２０１の変形に追従して変形する。したがって、吸着手段９の板状部２０１に対する吸着状態が維持され、発電装置１００がダクト２００から脱落するのを確実に防止することができる。

なお、本実施形態では、ベース２３の下面２３０は、その中央部を凸とする湾曲凸面を構成している。このため、板状部２０１が図１１（ｂ）に示す状態（凹状）となっても、ベース２３の縁部が板状部２０１に接触し難くなっており、かかる観点からも、発電装置１００がダクト２００から脱落するのを確実に防止することができる。

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

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

このようなダクト２００には、図１０（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１０（ｂ）に示すように、その側壁部を構成する板状部２０１に発電装置１００を固定するようにしてもよい。

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

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

なお、発電装置１００の振動加速度、および、地震などで発生する外部からの振動を考慮した場合、振動加速度を１Ｇ、地震による加速度１Ｇとすれば、重力加速度１Ｇを加えて３Ｇが発電装置１００に加わることになる。したがって、発電装置１００の重量が４００ｇであれば、吸着手段９の板状部２０１に対する吸引力を１２００ｇ以上に設定するのが好ましい。これにより、図１０（ｂ）に示すダクト２００の側壁部を構成する板状部２０１に対しても、発電装置１００を安定的に固定することができる。また、吸着手段９の板状部２０１に対する吸引力が１２００ｇ程度であれば、作業者による発電装置１００のダクト２００からの取り外し操作も容易に行うことができる。

このような吸着手段９の板状部２０１に対する吸引力は、例えば、第２の磁石９１０および第３の磁石９１１の種類（構成材料）や、第３の磁石９１１の個数、ヨーク９１２の構成材料等を適宜選択することにより、調整することができる。

一方、図１２に示すパイプ３００は、例えば、磁性材料で構成された板材（鋼板またはめっき鋼板）を円管状に湾曲させ、接合（溶接）すること等により形成されている。すなわち、パイプ３００は、その外周全体にわたって湾曲部（湾曲面）を備えている。かかるパイプ３００は、例えば、水素燃料ガス、燃料油のような燃料（流体）を移送する装置の流路を構成する。

例えば、大型プラント等の施設に設置されている燃料供給用のパイプ３００には、ポンプ等により燃料油を通過させている。このとき、ポンプの油圧の揺れ（脈動）等によりパイプ３００が振動している。本発明によれば、磁石組立体９１は、可撓性を有する第１のシート材９２を介して装置本体１に取り付けられている。このため、図１２に示すパイプ３００のように湾曲面（湾曲部）を有する振動体に対しても発電装置１００を固定することができる。

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

なお、上述した本実施形態の発電装置１００では、第２の磁石９１０が、第１の磁石３１の磁化方向に沿って設けられており、さらに、第２の磁石９１０の磁化方向における中心軸が、第１の磁石３１の磁化方向における中心軸と重なるよう構成されている。しかしながら、本発明は上記構成に限定されない。例えば、第２の磁石が、第１の磁石の磁化方向に沿って配置されていない場合でも、第２の磁石の種類、サイズを変更し、第２の磁石の第１の磁石への斥力が十分に大きくなるように調整することにより、上述した本実施形態の発電装置１００と同様の作用・効果を生じる。

また、上述した本実施形態の発電装置１００では、吸着手段９が、第２の磁石９１０を備える磁石組立体９１を１つ有する構成であるが、本発明はこれに限定されない。例えば、固定部の中央付近に第２の磁石を備える磁石組立体を２つ以上有する吸着手段を用意し、ベースの凹部の形状、大きさを変更する。次に、前述したように、吸着手段の固定部に設けられた磁石組立体をベースの凹部内に位置するように設計することにより、前述した本実施形態の発電装置と同様の作用・効果を有する発電装置を得ることができる。

＜第２実施形態＞
次に、本発明の発電装置の第２実施形態について説明する。

図１３は、本発明の発電装置の第２実施形態の縦断面図である。なお、以下の説明では、図１２中の上側を「上」または「上方」と言い、下側を「下」または「下方」と言う。

以下、第２実施形態の発電装置について、前記第１実施形態の発電装置との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。第２実施形態の発電装置１００は、吸着手段９を有しておらず、装置本体１が、直接振動体に固定されるとともに、装置本体１の上側に前述した磁石組立体９１を備えた磁石含有シート９００を有している以外は、前記第１実施形態の発電装置１００と同様である。すなわち、本実施形態の発電装置１００は、前述した第１実施形態と同様の装置本体１と、磁石含有シート９００とを有する構成である。

かかる発電装置１００は、例えば、図１０に示す振動体（ダクト２００）の下側の板状部２０１（底板部）に固定して使用される。すなわち、本実施形態の発電装置１００は、図１０に示す第１実施形態の発電装置１００を１８０度回転させた状態で使用される。

本実施形態の発電装置１００（装置本体１）では、ベース２３が矩形平板状をなしている。ベース２３の４隅には、それぞれ、貫通孔（図示せず）が形成されている。図示しないネジをベース２３の貫通孔に貫通させ、振動体に設けられたネジ穴と螺合させる。これにより、ベース２３と振動体とが固定されて、発電装置１００が振動体に固定される。

また、図１３に示すように、カバー２１（装置本体１）の上面に、磁石含有シート９００が設けられている。

磁石含有シート９００は、前述した１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９０１と、磁石組立体９１の装置本体１側に設けられた第２のシート材９０２とを備えている。このような磁石含有シート９００は、磁石組立体９１の第２の磁石９１０の磁化方向における中心軸が、第１の磁石３１の磁化方向における中心軸と重なるようにしてカバー２１に固定されている。

図１３に示すように、本実施形態では、磁石組立体９１の第２の磁石９１０が、Ｎ極を上側に、Ｓ極を下側にして配置されている。したがって、第１の磁石３１と第２の磁石９１０とは、同極（Ｓ極）同士が互いに対向するように配置されている。このため、第１の磁石３１と第２の磁石９１０との間に、磁気的相互作用による斥力が働く。

本実施形態の発電装置１００は、カバー２１側がベース２３側の下方に位置する状態で使用される。装置本体１のみで構成された発電装置では、磁石組立体３０の重量が、第１の磁石３１の振動体に対する吸引力よりも大きい場合、第１の磁石３１がカバー２１側に変位してしまう。これに対して、装置本体１と磁石含有シート９００とを有する本実施形態の発電装置１００では、第１の磁石３１と第２の磁石９１０との間に斥力が働くことにより、第１の磁石３１の筐体２０（コイル４０）に対する位置が変位するのを防止することができる。かかる発電装置１００では、振動体の振動により、第１の磁石３１を、その標準位置を基準としてコイル４０に対して相対的に変位させることができる。これにより、発電装置１００は、設計時の特性を確実に発現して、効率良く発電することができる。

第１のシート材９０１は、矩形状のシートであり、磁石組立体９１を保持する凹部（保持部）が形成されている。このような第１のシート材９０１は、凹部の数およびその外形が異なる以外は、前述した第１のシート材９２と同様である。

また、第２のシート材９０２は、第１のシート材９０１の外形とほぼ等しい外形を有しており、磁石組立体９１を、第１のシート材９０１との間に固定（ラミネート）する。第２のシート材９０２の第１のシート材９０１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。このような第２のシート材９０２は、その外形が異なる以外は、前述した第２のシート材９０２と同様である。第２のシート材９０２を、接着剤による接着または粘着剤による貼付により、カバー２１に取り付けることにより、カバー２１の上面に、磁石含有シート９００を取り付ける（固定する）ことができる。

なお、本実施形態の発電装置１００は、振動体にネジの螺合により固定されている。そのため、上述したダクト２００以外に、発電装置１００が取り付けられる面が磁性材料以外の材料で構成された振動体に対しても、本実施形態の発電装置１００を適用することができる。

以上説明した実施形態の発電装置１００では、発電部１０が第１の磁石３１とコイル４０とを用いた電磁誘導素子で構成されているが、発電部１０は、静電素子（エレクトレット）、圧電素子、磁歪素子等で構成することもできる。

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

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

例えば、本発明では、前記第１および第２実施形態の任意の構成を組み合わせることもできる。

１００…発電装置１…装置本体９…吸着手段９００…磁石含有シート９０１…第１のシート材９０２…第２のシート材９１…磁石組立体９１０…第２の磁石９１１…第３の磁石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…第１の磁石３２…バックヨーク３２１…底板部３２２…筒状部３３…ヨーク３３１…ネジ孔４０…コイル５０…コイル保持部５１…本体部５１１…ボス５１１ａ…上側ネジ孔５１１ｂ…下側ネジ孔５２…円盤部６０Ｕ…上側板バネ６０Ｌ…下側板バネ６１…第１の環状部６２…第２の環状部６３…第３の環状部６４…第１のバネ部６５…第２のバネ部６６…貫通孔６７…貫通孔７０…スペーサ７１…本体部７２…フランジ部７３…ネジ８２…ネジ２００…ダクト２０１…板状部３００…パイプ

Claims

振動体に固定して使用する発電装置であって、
第１の磁石と、該第１の磁石と離間し、かつ、その外周側を囲むように設けられたコイルと、前記第１の磁石を、その磁化方向に沿って前記コイルに対して相対的に変位させるバネとを備える発電部と、
当該発電装置を静止状態の前記振動体に固定した際に、前記発電部に外力を付与しない自然状態における前記第１の磁石の位置またはその近傍に、前記第１の磁石を保持するように、前記第１の磁石に対して斥力を働かせるよう配置された第２の磁石とを有することを特徴とする発電装置。
前記第２の磁石は、前記第１の磁石の前記磁化方向に沿って設けられている請求項１に記載の発電装置。
前記第１の磁石および前記第２の磁石は、それぞれ、ブロック状をなしており、
前記第２の磁石は、その磁化方向における中心軸が、前記第１の磁石の磁化方向における中心軸と重なるよう設けられている請求項２に記載の発電装置。
前記振動体は、磁性材料で構成され、
当該発電装置は、前記第２の磁石を介して、前記振動体に固定される請求項１ないし３のいずれかに記載の発電装置。
前記第２の磁石の前記第１の磁石に対する斥力の大きさが、前記第１の磁石の前記振動体に対する吸引力の大きさとほぼ等しい請求項４に記載の発電装置。
当該発電装置は、前記第２の磁石の前記振動体に対する吸引力が、その重量より大きくなるよう構成されている請求項４または５に記載の発電装置。
当該発電装置は、前記第２の磁石を含み、当該発電装置を前記振動体に取り付ける吸着手段を有し、
前記吸着手段は、可撓性を有し、前記第２の磁石を保持するシート材と、該シート材と前記第２の磁石との間に設けられ、前記シート材に対して前記第２の磁石を固定するヨークとを備える請求項４ないし６のいずれかに記載の発電装置。
前記吸着手段は、複数の第３の磁石をさらに有し、
前記シート材は、前記発電部に固定される固定部と、該固定部の側方に延在し、前記固定部と反対側の端部に前記第３の磁石を保持する保持部を有する複数の腕部とを備える請求項７に記載の発電装置。
当該発電装置を平坦面に載置したとき、各前記腕部は、前記保持部が前記装置本体より外側に位置するような長さを有する請求項８に記載の発電装置。
前記第２の磁石は、当該発電装置を前記振動体に固定する際に、前記発電部の前記振動体とは反対側に取り付けられる請求項１ないし３のいずれかに記載の発電装置。
請求項１ないし１０のいずれかに記載の発電装置と、
当該発電装置を固定する、磁性材料で構成される振動体とを有することを特徴とする発電システム。