JP2017034756A - 発電装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】入力される振動の特性による発電量の低下が抑制される発電装置を提供する。
【解決手段】一つの実施の形態に係る発電装置は、共鳴器と、第1の振動部材と、発電部と、第2の振動部材と、を備える。前記共鳴器は、空洞の少なくとも一部が内部に設けられ、前記空洞に開口する第1の端部と前記第1の端部の反対側に位置する第2の端部とを有する第1の開口部が設けられる。前記第1の振動部材は、前記空洞に設けられ、前記共鳴器に対して相対的に振動可能である。前記発電部は、第1のコイルと、前記第1のコイルに対して移動可能な第1の磁石とを有する。前記第2の振動部材は、前記第1の開口部の前記第2の端部に面し、前記第1のコイルと前記第1の磁石とのうち一方が取り付けられ、前記共鳴器に対して振動可能である。
【選択図】図1
【解決手段】一つの実施の形態に係る発電装置は、共鳴器と、第1の振動部材と、発電部と、第2の振動部材と、を備える。前記共鳴器は、空洞の少なくとも一部が内部に設けられ、前記空洞に開口する第1の端部と前記第1の端部の反対側に位置する第2の端部とを有する第1の開口部が設けられる。前記第1の振動部材は、前記空洞に設けられ、前記共鳴器に対して相対的に振動可能である。前記発電部は、第1のコイルと、前記第1のコイルに対して移動可能な第1の磁石とを有する。前記第2の振動部材は、前記第1の開口部の前記第2の端部に面し、前記第1のコイルと前記第1の磁石とのうち一方が取り付けられ、前記共鳴器に対して振動可能である。
【選択図】図1
Description
本発明の実施形態は、発電装置に関する。
振動の運動エネルギーを電力に変換する振動発電装置が知られる。振動発電装置は、例えば、入力された振動によってバネ・マス振動系の共振を生じさせ、より大きい電力を得ることができる。
振動発電装置において、入力された振動の特性によって共振が生じにくい場合がある。
一つの実施の形態に係る発電装置は、共鳴器と、第1の振動部材と、発電部と、第2の振動部材と、を備える。前記共鳴器は、空洞の少なくとも一部が内部に設けられ、前記空洞に開口する第1の端部と前記第1の端部の反対側に位置する第2の端部とを有する第1の開口部が設けられる。前記第1の振動部材は、前記空洞に設けられ、前記共鳴器に対して相対的に振動可能である。前記発電部は、第1のコイルと、前記第1のコイルに対して相対的に移動可能な第1の磁石とを有する。前記第2の振動部材は、前記第1の開口部の前記第2の端部に面し、前記第1のコイルと前記第1の磁石とのうち一方が取り付けられ、前記共鳴器に対して相対的に振動可能である。
以下に、第1の実施の形態について、図1乃至図5を参照して説明する。なお、本明細書においては基本的に、鉛直上方を上方向、鉛直下方を下方向と定義する。実施形態に係る構成要素や、当該要素の説明について、複数の表現を併記することがある。当該構成要素及び説明について、記載されていない他の表現がされることは妨げられない。さらに、複数の表現が記載されない構成要素及び説明について、他の表現がされることは妨げられない。
図1は、第1の実施の形態に係る振動発電システム10を示す断面図である。振動発電システム10は、発電装置の一例である。図1に示すように、振動発電システム10は、振動源11と、発電機12とを有する。
図面に示されるように、本明細書において、X軸、Y軸及びZ軸が定義される。X軸とY軸とZ軸とは、互いに直交する。X軸は、振動源11の幅に沿う。Y軸は、振動源11の長さ(奥行き)に沿う。Z軸は、振動源11の高さ(厚さ)に沿う。
振動源11は、例えば、車両の部品である。なお、振動源11はこれに限らず、例えば、車両、モータのような機械、建物、壁、及び地面のような、振動を発生又は振動が伝達する他の物体であっても良い。
振動源11は、壁15を有する。壁15は、例えば金属板であり、振動源11の筐体の一部を形成する。壁15は、振動源11の内部の種々の要素を覆う。振動源11の内部の要素が生じさせる振動が壁15に伝わることで、壁15に振動(以下、環境振動と称する)が生じる。このように、振動源11は振動可能である。
壁15は、取付面15aを有する。取付面15aは、壁15の外面であり、略平坦に形成される。なお、取付面15aは、例えば、壁15の内面であっても良く、曲面であっても良く、凹凸が形成されても良い。本実施形態の取付面15aは、Z軸に沿う方向に向く。
発電機12は、壁15の取付面15aに取り付けられ、壁15の環境振動の運動エネルギーを電力に変換する。発電機12は、共鳴カバー21と、第1の振動板22と、第1の振動部品23と、発電部24と、第1の発電カバー25と、第1の結合部材26とを有する。
共鳴カバー21は、共鳴器の一例であり、例えば、ヘルムホルツ共鳴器、カバー、筐体、容器、収容部、又は部材とも称され得る。第1の振動板22は、第1の振動部材及び第1の振動体の一例であり、例えば、音響放射部材、振動子、又は部材とも称され得る。第1の振動部品23は、第2の振動部材の一例であり、例えば、振動素子、変位部、又は部材とも称され得る。
共鳴カバー21は、いわゆるヘルムホルツ共鳴器である。共鳴カバー21は、収容部31と、第1の首部32とを有する。収容部31は、例えば、筐体、胴部、本体部、又は覆部とも称され得る。
図2は、第1の実施形態の共鳴カバー21及び第1の振動板22を概略的に示す斜視図である。図2に示すように、収容部31は、略直方体の箱型に形成される。収容部31は、周壁35と、上壁36とを有する。さらに、収容部31の内部に、略直方体状の空洞37が設けられる。
周壁35は、X軸に沿う方向に延びる二つの壁と、Y軸に沿う方向に延びる二つの壁とを含み、Z軸に沿う方向に延びる略直方体の筒状に形成される。周壁35は、Z軸に沿う方向における下端部35aと上端部35bとを有する。
周壁35の下端部35aは、開放された端部である。下端部35aは、壁15の取付面15aに、例えば接着によって、取り付けられる。言い換えると、壁15が、周壁35の下端部35aを塞ぐ。収容部31の空洞37は、収容部31と、壁15との間に設けられる。壁15の取付面15aに取り付けられた収容部31は、取付面15aの一部を覆う。
周壁35の上端部35bは、下端部35aの反対側に位置する。上端部35bは、上壁36によって塞がれる。このように、収容部31は、下端部35aが開放され、上端部35bが閉塞された箱型に形成される。上壁36は、壁15の取付面15aと向かい合う。
第1の首部32は、上壁36から収容部31の外部に向かって突出する。第1の首部32は、Z軸に沿う方向に延びる略直方体の筒状に形成される。第1の首部32の内部に、第1の開口部39が設けられる。第1の開口部39は、例えば、通気部とも称され得る。第1の開口部39は、Z軸に沿う方向に延びる孔である。図1に示すように、第1の開口部39は、第1の端部39aと、第2の端部39bとを有する。
第1の開口部39の第1の端部39aは、収容部31の空洞37に開口する。このため、第1の首部32の第1の開口部39は、収容部31の空洞37に接続される。第2の端部39bは、第1の端部39aの反対側に位置する。第2の端部39bは、共鳴カバー21の外部に開放される。
第1の振動板22は、空洞37に配置される。言い換えると、第1の振動板22は、収容部31に収容される。第1の振動板22は、板部材41と、複数の支持部42とを有する。板部材41と支持部42とは、一体に形成されても良いし、別個の部材として形成されても良い。
板部材41は、例えば金属板である。なお、板部材41は、合成樹脂のような他の材料によって作られても良い。板部材41は、振動面41aを有する。振動面41aは、Z軸に沿う方向に向く略平坦な面である。振動面41aは、例えば、第1の開口部39の第1の端部39aと向かい合う。言い換えると、第1の開口部39は、第1の振動板22の振動面41aに対してZ軸に沿う方向に位置する。
複数の支持部42は、壁15の取付面15aに、例えば、溶接又は接着によって、それぞれ取り付けられる。複数の支持部42は、板部材41を、壁15から離間した位置で支持する。複数の支持部42は、例えば金属によって作られるが、振動を伝達可能な他の材料によって作られても良い。
収容部31は、壁15の取付面15aに取り付けられる。このため、共鳴カバー21は、壁15と実質上一体的に振動可能である。一方、第1の振動板22の板部材41は、支持部42によって、壁15から離間した位置で支持される。このため、板部材41は、壁15及び共鳴カバー21に対して相対的に振動可能である。板部材41は、例えば、Z軸に沿う方向に振動可能である。Z軸に沿う方向は、第1の方向の一例である。
第1の振動部品23は、例えば金属板である。第1の振動部品23は、第1の開口部39の第2の端部39bに面する位置に設けられる。第1の振動部品23は、例えば、第1の開口部39の第2の端部39bを塞ぐように、第1の首部32に乗せられる。第1の振動部品23は、第1の首部32に固定されず、共鳴カバー21に対して相対的に振動可能である。第1の振動部品23は、例えば、Z軸に沿う方向に振動可能である。
発電部24は、共鳴カバー21の外部に設けられる。なお、発電部24の少なくとも一部が共鳴カバー21の内部に設けられても良い。発電部24は、第1のコイル45と、第1の磁石46と、第1のコア47と、第1の導線48とを有する。
第1のコイル45は、Z軸に沿う方向に延びる。第1のコイル45は、第1の振動部品23に取り付けられる。このため、第1のコイル45は、第1の振動部品23と一体的に振動可能である。本実施形態の第1の振動部品23及び第1のコイル45は、第1のコイル45が延びる方向(Z軸に沿う方向)に振動可能である。図1は、二点鎖線によって、振動により変位した第1の振動部品23及び第1のコイル45を示す。
第1の磁石46は、第1のコア47に支持される。第1の磁石46のN極及びS極は、Z軸に沿う方向における第1の磁石46の両端部にそれぞれ設けられる。本実施形態において、第1の磁石46の少なくとも一部は、第1のコイル45の内部に配置される。なお、第1の磁石46は、第1のコイル45の外部に配置されても良い。
第1の振動部品23及び第1のコイル45がZ軸に沿う方向に移動すると、第1のコイル45が、第1の磁石46の磁界を通過する。これにより、第1のコイル45に起電力が生じる。
第1の導線48は、第1のコイル45に接続される。第1の導線48は、例えば、振動発電システム10の端子に接続され、第1のコイル45に生じた電力を当該端子に接続された他の装置に供給する。第1の導線48は、振動発電システム10が電力を供給する他の装置に直接接続されても良い。
第1の発電カバー25は、下方が開放された略円柱状の箱型に形成される。第1の発電カバー25は、第1のコイル45、第1の磁石46、及び第1のコア47を収容する。第1のコア47は、第1の発電カバー25に取り付けられる。第1のコイル45は、第1の発電カバー25に取り付けられた第1のコア47と、第1のコア47に支持された第1の磁石46とに対し、相対的に移動可能である。
第1の結合部材26は、収容部31の上壁36と、第1の発電カバー25との間に介在し、収容部31と第1の発電カバー25とを結合する。言い換えると、第1の結合部材26は、上壁36に支持されるとともに、第1の発電カバー25を支持する。
第1の結合部材26は、例えば、共鳴カバー21及び第1の発電カバー25のそれぞれの材料に近い剛性を有する材料、又は比較的剛性が高い部材で作られる。この場合、壁15及び共鳴カバー21の振動は、第1の発電カバー25に効率良く伝わる。この場合、後述のように、第1の磁石46及び第1のコア47は、慣性力により振動し、さらに共鳴による音響加振力も重畳されて、発電する。
第1の結合部材26は、合成樹脂のような振動絶縁材によって作られても良い。この場合、第1の結合部材26は振動の運動エネルギーを熱エネルギーに変換し、振動を吸収する。このため、壁15及び共鳴カバー21の振動は、第1の結合部材26によって吸収され、第1の発電カバー25には殆ど伝わらない。
第1の発電カバー25が第1の結合部材26に支持されるため、第1の磁石46及び第1のコア47は、第1の発電カバー25、第1の結合部材26、及び共鳴カバー21を介して、振動源11の壁15に支持される。しかし、第1の結合部材26が振動を吸収するため、壁15及び共鳴カバー21は、第1の磁石46及び第1のコア47に対して相対的に振動可能である。従って、後述のように、振動する第1の磁石46及び第1のコア47は、音響加振力の増幅効果を利用して発電する。
図3は、第1の実施形態の振動発電システム10の振動系を模式的に示す断面図である。図3に示すように、例えば壁15から板部材41に環境振動が伝わると、板部材41は、質量がm1、バネ定数がk1のバネ・マス系(バネ‐質量系)として振動する。板部材41の固有振動数(共振周波数、共振固有値)f1は、式(数1)によって表される。
環境振動に、振動数がf1である振動又は振動数がf1に近い振動が含まれる場合、板部材41は共振する。これにより、板部材41は、環境振動を増幅させる。環境振動と板部材41の共振とにより、空洞37内で振動放射音が生じる。
第1の振動板22の周囲に、空気が存在する。第1の振動板22の周囲が共鳴カバー21で覆われるため、第1の振動板22の周囲(空洞37)は閉塞空間となる。このような空洞37において、音圧が増加するビルドアップ、及び空間容積で決まる共鳴現象が発生し、音響増幅効果が生じる。当該音響増幅効果により、空洞37内で生じる音響加振力が増加する。
以下、音響加振力について詳しく説明する。閉塞空間である空洞37に、例えば第1の振動板22により発生した振動放射音が存在する。当該振動放射音を音源として、空洞37内に音圧が作用する。
強さがqである振動放射音が空洞37内部のある位置xpi(=x,y,z)に存在する場合、当該振動放射音が空洞37内部の他の位置y(=x,y,z)に与える音圧PAは、以下の式(数2)によって示される。式(数2)は、音源がN個の場合を示す。本実施形態において、N=1である。また、式(数2)におけるVは、空洞37の容積を示す。
式(数2)より、ある位置に面積Spの物体がある場合、当該物体に作用する力(加振力)は、音圧PA×面積Spで示される。振動放射音により空洞37内の物体に作用する加振力を、本明細書において音響加振力と称する。
式(数6)におけるαaは、収容部31の平均吸音率を示す。平均吸音率αaは、収容部31の内面の材質により変化する。例えば、収容部31の内面の材質の種類をN、それぞれの材質の固有の吸音率をαi(i=1〜N)、それぞれの面積をSi(i=1〜N)、収容部31の内面の全表面積をSallとすると、平均吸音率αaは、以下の式(数7)によって示される。
本実施形態において、空洞37に第1の開口部39が開口する。空洞37の内部から見た場合、第1の開口部39の吸音率は1で近似できる。平均吸音率αaは、収容部31及び第1の開口部39の形状に応じて変化する。
一方、上述のように、共鳴カバー21は、いわゆるヘルムホルツ共鳴器である。このため、板部材41が発する振動放射音を共鳴励振源として、共鳴カバー21でヘルムホルツ共鳴が励起される。
図4は、第1の実施形態の共鳴カバー21及び第1の振動板22を模式的に示す断面図である。ヘルムホルツ共鳴は、空洞37中の空気がバネとして、第1の開口部39中の空気がマス(質量)として機能し、第1の開口部39の第2の端部39bにおける空気の移動により空気振動が誘発される現象である。
空洞37の容積V、第1の開口部39の長さL、第1の開口部39の断面積Sによって、ヘルムホルツ共鳴の固有振動数(共鳴周波数、空気共鳴固有値)が決まる。ヘルムホルツ共鳴器の大きさが気柱共鳴に用いられる気柱の大きさと実質的に同一である場合、ヘルムホルツ共鳴の固有振動数は、気柱共鳴の固有振動数よりも低域に設定することができる。
上述のように、開放された第1の開口部39の第2の端部39bから、空気が空洞37の内部に出入りすることにより、ヘルムホルツ共鳴が励起される。空気の密度をρとすると、図3に示す第1の開口部39中の空気(以下、空気マスと称する)の質量m2と、空洞37の空気(以下、空気バネと称する)のバネ定数k2とは、以下の式(数8)及び(数9)によって示される。なお、図3及び図4は、空気マスを二点鎖線で模式的に示す。
本実施形態の固有振動数f2は、板部材41の固有振動数f1と異なる。なお、板部材41の固有振動数f1と、ヘルムホルツ共鳴の固有振動数f2とが同一に設定されても良い。固有振動数f2は、共鳴カバー21の形状(容積V、長さL、及び断面積S)に応じて変化する。
共鳴カバー21においてヘルムホルツ共鳴が発生することで、板部材41の振動とヘルムホルツ共鳴(空気共鳴)とが連成する。励振源は、環境振動と、上述の音響加振力とであり、板部材41にフィードバックされる。これらの励振源は、板部材41の振動との相対位相関係、周波数、空洞37における空気の状態により、板部材41の振動を増幅又は減衰させる。さらに、ヘルムホルツ共鳴により、第1の開口部39において音圧が増大し、音響放射力が増加する。
上述のように、壁15から環境振動が第1の振動板22の板部材41に伝わると、板部材41が振動する。振動する板部材41は振動放射音を発生させ、共鳴カバー21におけるヘルムホルツ共鳴を励起する。さらに、共鳴カバー21において、板部材41の振動とヘルムホルツ共鳴との連成振動が発生する。言い換えると、図3に示すように、板部材41によるバネ・マス系の振動と、ヘルムホルツ共鳴による空気バネ・マス系の振動とが、二自由度振動を形成する。
連成振動の固有振動数f3は、板部材41の固有振動数f1と異なるとともに、共鳴カバー21のヘルムホルツ共鳴の固有振動数f2とも異なる。なお、連成振動の固有振動数f3は、板部材41の固有振動数f1と同一に設定されても良いし、共鳴カバー21のヘルムホルツ共鳴の固有振動数f2と同一に設定されても良い。
音響加振力のフィードバックにより、板部材41の振動が増幅される。言い換えると、音響加振力により、共鳴カバー21の内部の励振エネルギーが増幅させられる。さらに、ヘルムホルツ共鳴により、第1の開口部39における音圧が増大する。これにより、振動発電システム10は、第1の開口部39の第2の端部39bにおいて、大きな音圧及び音響放射力(加振力)を得ることができる。
音響放射力が、第1の開口部39の第2の端部39bに乗せられた第1の振動部品23に作用する。当該音響放射力と、例えば重力とにより、第1の振動部品23と第1のコイル45とが、Z軸に沿う方向に振動する。さらに、第1の結合部材26によって、壁15及び共鳴カバー21の振動が、第1の発電カバー25、第1の磁石46、及び第1のコア47に伝わる。このため、慣性力によって、第1の振動部品23と第1のコイル45とが、Z軸に沿う方向にさらに振動する。これにより、第1のコイル45に起電力が生じる。以上のように、振動発電システム10は、振動の運動エネルギーを電力に変換し、電力を生じさせる。
第1の振動部品23は、第1の開口部39の外部の開放空間に位置する。このため、第1の振動部品23の振動は共鳴カバー21のヘルムホルツ共鳴と連成せず、ヘルムホルツ共鳴による音響加振力は第1の振動部品23の振動にフィードバックされない。
図5は、第1の実施形態の第1の振動部品23の変位の一例を示すグラフである。図5の縦軸は、環境振動が生じた場合のZ軸に沿う方向における第1の振動部品23の変位を示し、図5の横軸は、環境振動の周波数を示す。
図5において実線で示される第1のグラフG1は、本実施形態の振動発電システム10における第1の振動部品23の変位を示す。図5において破線で示される第2のグラフG2は、比較例として、振動源11に直接的に第1の振動部品23を取り付けた場合の、第1の振動部品23の変位を示す。
図5に示すように、本実施形態において、板部材41の振動とヘルムホルツ共鳴との連成振動の固有振動数f3は、板部材41の固有振動数f1よりも高く、ヘルムホルツ共鳴の固有振動数f2よりも高い。さらに、板部材41の固有振動数f1は、ヘルムホルツ共鳴の固有振動数f2よりも高い。
環境振動の周波数がf2である場合に、第1の振動部品23の振動が増幅され、第1の振動部品23の変位の第1のピークP1が表れる。環境振動の周波数がf2である場合における第1の振動部品23の変位は、環境振動の周波数がf2と異なる場合における第1の振動部品23の変位よりも大きい。
環境振動の周波数がf1である場合に、第1の振動部品23の振動が増幅され、第1の振動部品23の変位の第2のピークP2が表れる。環境振動の周波数がf1である場合における第1の振動部品23の変位は、環境振動の周波数がf1よりも僅かに低い場合における第1の振動部品23の変位よりも大きい。
さらに、環境振動の周波数がf3である場合に、第1の振動部品23の振動が増幅され、第1の振動部品23の変位の第3のピークP3が表れる。環境振動の周波数がf3である場合における第1の振動部品23の変位は、環境振動の周波数がf3よりも僅かに低い場合又は僅かに高い場合における第1の振動部品23の変位よりも大きい。
以上のように、環境振動が、周波数がf1である振動、周波数がf2である振動、及び周波数がf3である振動の少なくとも一つを含む場合、第1の振動部品23の変位が大きくなる。振動発電システム10の発電量は、第1の振動部品23に取り付けられた第1のコイル45と、第1の磁石46との相対的な変位量に比例する。このため、環境振動が、周波数がf1である振動、周波数がf2である振動、及び周波数がf3である振動の少なくとも一つを含む場合、振動発電システム10の発電量はより大きくなる。
第1のピークP1、第2のピークP2、及び第3のピークP3におけるそれぞれの第1の振動部品23の変位は、第2のグラフG2における第1の振動部品23の変位の最大値よりも大きい。上述のように、音響加振力のフィードバックにより、板部材41の振動が増幅される。さらに、ヘルムホルツ共鳴により、第1の開口部39における音圧が増大する。これにより、第1の振動部品23の変位量がより大きくなり、振動発電システム10の発電量はより大きくなる。
第1の実施の形態に係る振動発電システム10において、共鳴カバー21の第1の開口部39が開口する空洞37に、共鳴カバー21に対して相対的に振動可能な第1の振動板22が設けられる。第1の振動板22が例えば環境振動により振動すると、当該第1の振動板22の振動によって発生した振動放射音が、空洞37の各位置に対して作用する音圧(音響加振力)を生じさせる。音響加振力と環境振動とは、第1の開口部39内の空気(空気マス)を振動させることでヘルムホルツ共鳴を生じさせる。
ヘルムホルツ共鳴の固有振動数f2は、空洞37の容積Vと、第1の開口部39の断面積Sと、第1の開口部39の長さLとによって決まる。ヘルムホルツ共鳴の固有振動数f2は、一般的に、大よそ同じ大きさの気柱共鳴の固有振動数よりも低くなる。すなわち、ヘルムホルツ共鳴を生じさせる振動発電システム10は、低い固有振動数f2を有しながらも気柱共鳴を利用する装置より小型化されることができる。これにより、振動発電システム10は、例えば一般的に低周波振動を発生させるモータのような機械に生じる振動から、電力を得ることができる。
また、ヘルムホルツ共鳴により、第1の開口部39における音圧が増大し、音響放射力が増大する。さらに、ヘルムホルツ共鳴における空気バネ・マスの振動や空洞37において反響した振動放射音は、音響加振力として第1の振動板22に作用(フィードバック)し、第1の振動板22の振動を増幅する。これにより、第1の振動板22に入力された振動(環境振動)に対して第1の開口部39で得られる音響放射力(ゲイン)が増幅され、発電部24によって得られる電力がより大きくなる。
さらに、第1の振動板22の機械的振動と、共鳴カバー21のヘルムホルツ共鳴の共鳴振動と、によって連成振動が生じる。このため、発電部24は、第1の振動板22の固有振動数f1と、共鳴カバー21のヘルムホルツ共鳴の固有振動数f2と、連成振動の固有振動数f3と、を有する。これら三つの固有振動数f1,f2,f3が互いに異なる値に設定された場合、振動発電システム10は、広い帯域の周波数を含む振動から電力を得ることができる。一方、これら三つの固有振動数f1,f2,f3が略同一の値に設定された場合、発電部24によって得られる電力がより大きくなる。以上のように、入力される振動の特性(周波数)による発電量の低下が抑制され、振動発電システム10はより多様な状況で発電することができる。
第1の振動板22は、空洞37の一部を形成するとともに振動可能な振動源11に対して相対的に振動可能に、振動源11に取り付けられる。これにより、振動源11から入力される環境振動により、第1の振動板22が振動する。振動源11の振動(環境振動)が第1の振動板22の固有振動数f1の振動を含む場合、第1の振動板22が共振し、より大きな振動放射音及び音響加振力を生じさせる。これにより、振動発電システム10は、振動源11の振動から電力を得ることができる。さらに、第1の振動板22を設けることにより、共振を発生させる周波数f1を所望の値に設定しやすくなる。
第1の振動板22の固有振動数f1は、共鳴カバー21のヘルムホルツ共鳴の固有振動数f2と異なる。これにより、例えば環境振動が第1の振動板22の固有振動数f1の振動及びヘルムホルツ共鳴の固有振動数f2の振動の少なくとも一方を含む場合、第1の振動板22の共振及びヘルムホルツ共鳴の少なくとも一方が発生する。従って、振動発電システム10は、広い帯域の周波数を含む振動から電力を得ることができる。
第1の振動板22の振動と共鳴カバー21のヘルムホルツ共鳴との連成振動の固有振動数f3は、第1の振動板22の固有振動数f1と異なるとともに、共鳴カバー21のヘルムホルツ共鳴の固有振動数f2とも異なる。これにより、例えば環境振動が連成振動の固有振動数f3の振動を含む場合、連成振動の共振が発生する。従って、振動発電システム10は、広い帯域の周波数を含む振動から電力を得ることができる。
第1の結合部材26は、第1の発電カバー25及び第1のコア47を介して、振動が伝達可能に、共鳴カバー21と第1の磁石46とを結合する。これにより、慣性力によって、第1の振動部品23と第1のコイル45とが、第1の磁石46に対して、Z軸に沿う方向にさらに振動する。従って、音響加振力による振動に、慣性力による振動が加わり、振動発電システム10の発電量が増大し得る。
以下に、第2の実施の形態について、図6及び図7を参照して説明する。なお、以下の複数の実施形態の説明において、既に説明された構成要素と同様の機能を持つ構成要素は、当該既述の構成要素と同じ符号が付され、さらに説明が省略される場合がある。また、同じ符号が付された複数の構成要素は、全ての機能及び性質が共通するとは限らず、各実施形態に応じた異なる機能及び性質を有していても良い。
図6は、第2の実施の形態に係る振動発電システム10を示す断面図である。図7は、第2の実施形態の共鳴カバー21及び第1の振動板22を概略的に示す斜視図である。図7に示すように、収容部31の周壁35は、第1の壁部51と、第2の壁部52と、第3の壁部53と、第4の壁部54とを有する。
第1の壁部51と第2の壁部52とは、Y軸に沿う方向にそれぞれ延びる。第3の壁部53と第4の壁部54とは、X軸に沿う方向にそれぞれ延びる。第3の壁部53は、第1の壁部51の一方の端部と、第2の壁部52の一方の端部とを接続する。第4の壁部54は、第1の壁部51の他方の端部と、第2の壁部52の他方の端部とを接続する。
第2の実施形態の発電機12は、第2の振動板56と第3の振動板57とを有する。第2の振動板56は、第1の振動部材及び第2の振動体の一例である。第3の振動板57は、第1の振動部材及び第3の振動体の一例である。
第2の振動板56は、空洞37に配置される。言い換えると、第2の振動板56は、収容部31に収容される。第2の振動板56は、板部材61と、複数の支持部62とを有する。板部材61と支持部62とは、一体に形成されても良いし、別個の部材として形成されても良い。
板部材61は、例えば金属板である。なお、板部材61は、合成樹脂のような他の材料によって作られても良い。板部材61は、振動面61aを有する。振動面61aは、X軸に沿う方向に向く略平坦な面である。振動面61aは、第2の壁部52と向かい合う。
複数の支持部62は、周壁35の第1の壁部51に、例えば接着又は溶接によって、それぞれ取り付けられる。複数の支持部62は、板部材61を、第1の壁部51から離間した位置で支持する。複数の支持部62は、例えば金属によって作られるが、振動を伝達可能な他の材料によって作られても良い。このように、第2の振動板56は、共鳴カバー21を介して振動源11に取り付けられる。
共鳴カバー21は、壁15と実質上一体的に振動する。一方、第2の振動板56の板部材61は、支持部62によって、共鳴カバー21の第1の壁部51から離間した位置で支持される。このため、板部材61は、壁15及び共鳴カバー21に対して相対的に振動可能である。板部材61は、例えば、X軸に沿う方向に振動可能である。X軸に沿う方向は、第2の方向の一例である。
第3の振動板57は、空洞37に配置される。言い換えると、第3の振動板57は、収容部31に収容される。第3の振動板57は、板部材65と、複数の支持部66とを有する。板部材65と支持部66とは、一体に形成されても良いし、別個の部材として形成されても良い。
板部材65は、例えば金属板である。なお、板部材65は、合成樹脂のような他の材料によって作られても良い。板部材65は、振動面65aを有する。振動面65aは、Y軸に沿う方向に向く略平坦な面である。振動面65aは、第4の壁部54と向かい合う。
複数の支持部66は、周壁35の第3の壁部53に、例えば接着又は溶接によって、それぞれ取り付けられる。複数の支持部66は、板部材65を、第3の壁部53から離間した位置で支持する。複数の支持部66は、例えば金属によって作られるが、振動を伝達可能な他の材料によって作られても良い。このように、第3の振動板57は、共鳴カバー21を介して振動源11に取り付けられる。
第3の振動板57の板部材65は、支持部66によって、共鳴カバー21の第3の壁部53から離間した位置で支持される。このため、板部材65は、壁15及び共鳴カバー21に対して相対的に振動可能である。板部材65は、例えば、Y軸に沿う方向に振動可能である。Y軸に沿う方向は、第3の方向の一例である。
壁15の環境振動は、Z軸に沿う方向における振動と、X軸に沿う方向における振動と、Y軸に沿う方向における振動との少なくとも一つを含む。環境振動がZ軸に沿う方向における振動を含む場合、第1の振動板22の板部材41がZ軸に沿う方向に振動し、振動放射音を発生させる。環境振動がX軸に沿う方向における振動を含む場合、第2の振動板56の板部材61がX軸に沿う方向に振動し、振動放射音を発生させる。環境振動がY軸に沿う方向における振動を含む場合、第3の振動板57の板部材65がY軸に沿う方向に振動し、振動放射音を発生させる。
上記のように、第1乃至第3の振動板22,56,57により、環境振動がZ軸に沿う方向における振動と、X軸に沿う方向における振動と、Y軸に沿う方向における振動との少なくとも一つを含む場合、共鳴カバー21の空洞37で振動放射音が発生する。当該振動放射音により、ヘルムホルツ共鳴が励起される。すなわち、環境振動の方向にかかわらず、板部材41,61,65の振動と、ヘルムホルツ共鳴と、板部材41,61,65の振動及びヘルムホルツ共鳴の連成振動とが発生し、第1の振動部品23が振動させられ、振動発電システム10が発電する。
第2の実施形態の振動発電システム10において、第1乃至第3の振動板22,56,57は、共鳴カバー21に対して、Z軸に沿う方向と、X軸に沿う方向及びY軸に沿う方向とに振動可能である。これにより、例えば環境振動がZ軸に沿う方向の振動と、X軸に沿う方向又はY軸に沿う方向の振動との少なくとも一方を含む場合、第1乃至第3の振動板22,56,57のうち少なくとも一つが振動し、振動放射音を生じさせる。従って、振動発電システム10は、複数方向の振動から電力を得ることができる。言い換えると、入力される振動の特性(振動方向)による発電量の低下が抑制され、振動発電システム10はより多様な状況で発電することができる。
第1の振動板22はZ軸に沿う方向に振動可能であり、第2の振動板56はX軸に沿う方向に振動可能である。このため、環境振動がZ軸に沿う方向の振動とX軸に沿う方向の振動との少なくとも一方を含む場合、第1及び第2の振動板22,56から振動放射音を容易に生じさせることができる。従って、振動発電システム10は、複数方向の振動からより容易に電力を得ることができる。なお、第1の振動板22及び第2の振動板56の少なくとも一つは、X軸、Y軸、及びZ軸に対して斜め方向に振動可能であっても良い。
第3の振動板57は、Z軸と直交するとともにX軸とも直交するY軸に沿う方向に振動可能である。そして、X軸、Y軸、及びZ軸は、互いに直交する。これにより、振動発電システム10は、三軸方向の振動からより容易に電力を得ることができる。
なお、第2の実施形態の振動発電システム10において、発電機12は、第1の振動部材の一例として、第1乃至第3の振動板22,56,57を有する。しかし、発電機12は、第1の振動部材の一例として、例えばバネ振り子のような、単独で三軸方向に振動可能な部材を有しても良い。
以下に、第3の実施の形態について、図8及び図9を参照して説明する。図8は、第3の実施の形態に係る振動発電システム10を示す断面図である。図9は、第3の実施形態の共鳴カバー21及び第1乃至第3の振動板22,56,57を概略的に示す斜視図である。図8に示すように、第3の実施形態の共鳴カバー21は、第2の首部71をさらに有する。
第2の首部71は、周壁35の第2の壁部52から収容部31の外部に向かって突出する。第2の首部71は、X軸に沿う方向に延びる略直方体の筒状に形成される。第2の首部71の内部に、第2の開口部72が設けられる。第2の開口部72は、例えば、通気部とも称され得る。第2の開口部72は、X軸に沿う方向に延びる孔である。第2の開口部72は、第3の端部72aと、第4の端部72bとを有する。
第2の開口部72の第3の端部72aは、収容部31の空洞37に開口する。このため、第2の首部71の第2の開口部72は、収容部31の空洞37に接続される。第4の端部72bは、第3の端部72aの反対側に位置する。第4の端部72bは、共鳴カバー21の外部に開放される。
第2の開口部72の形状は、第1の開口部39の形状と異なる。例えば、第2の開口部72の長さLは、第1の開口部39の長さLと異なる。さらに、第2の開口部72の断面積Sは、第1の開口部39の断面積Sと異なる。なお、第1の開口部39の形状と第2の開口部72の形状とが同一であっても良い。
第2の振動板56の振動面61aは、例えば、第2の開口部72の第3の端部72aと向かい合う。言い換えると、第2の開口部72は、第2の振動板56の振動面61aに対してX軸に沿う方向に位置する。
第3の実施形態の発電機12は、第2の振動部品75と、第2の発電カバー76と、第2の結合部材77とをさらに有する。第2の振動部品75は、第3の振動部材の一例である。
第2の振動部品75は、例えば金属板である。第2の振動部品75は、第2の開口部72の第4の端部72bに面する位置に設けられる。第2の振動部品75は、例えば、第2の開口部72の第4の端部72bを塞ぐように、第2の首部71に接触させられる。例えば、第2の振動部品75は、バネによって第2の首部71に向かって付勢させられる。第2の振動部品75は、共鳴カバー21に対して相対的に振動可能である。第2の振動部品75は、例えば、X軸に沿う方向に振動可能である。
第3の実施形態の発電部24は、第2のコイル81と、第2の磁石82と、第2のコア83と、第2の導線84とをさらに有する。
第2のコイル81は、X軸に沿う方向に延びる。第2のコイル81は、第2の振動部品75に取り付けられる。このため、第2のコイル81は、第2の振動部品75と一体的に振動可能である。本実施形態の第2の振動部品75及び第2のコイル81は、第2のコイル81が延びる方向(X軸に沿う方向)に振動可能である。
第2の磁石82は、第2のコア83に支持される。第2の磁石82のN極及びS極は、X軸に沿う方向における第2の磁石82の両端部にそれぞれ設けられる。本実施形態において、第2の磁石82の少なくとも一部は、第2のコイル81の内部に配置される。なお、第2の磁石82は、第2のコイル81の外部に配置されても良い。
第2の振動部品75及び第2のコイル81がX軸に沿う方向に移動すると、第2のコイル81が、第2の磁石82の磁界を通過する。これにより、第2のコイル81に起電力が生じる。
第2の導線84は、第2のコイル81に接続される。第2の導線84は、例えば、振動発電システム10の端子に接続され、第2のコイル81に生じた電力を当該端子に接続された他の装置に供給する。第2の導線84は、振動発電システム10が電力を供給する他の装置に直接接続されても良い。
第2の発電カバー76は、一方の端部が開放された略円柱状の箱型に形成される。第2の発電カバー76は、第2のコイル81、第2の磁石82、及び第2のコア83を収容する。第2のコア83は、第2の発電カバー76に取り付けられる。第2のコイル81は、第2の発電カバー76に取り付けられた第2のコア83と、第2のコア83に支持された第2の磁石82とに対し、相対的に移動可能である。
第2の結合部材77は、収容部31の周壁35の第2の壁部52と、第2の発電カバー76との間に介在する。第2の結合部材77は、第2の壁部52及び第2の発電カバー76のそれぞれの材料に近い剛性を有する材料、又は比較的剛性が高い部材で作られる。この場合、第2の壁部52の振動は、第2の発電カバー76に効率良く伝わる。この場合、第2の磁石82及び第2のコア83は、慣性力により振動し、さらに共鳴による音響加振力も重畳されて、発電する。
第2の結合部材77は、合成樹脂のような振動絶縁材によって作られても良い。この場合、第2の結合部材77は振動の運動エネルギーを熱エネルギーに変換し、振動を吸収する。このため、壁15及び共鳴カバー21の振動は、第2の結合部材77によって吸収され、第2の発電カバー76には殆ど伝わらない。
第2の実施形態と同様に、第1乃至第3の振動板22,56,57により、環境振動がZ軸に沿う方向における振動と、X軸に沿う方向における振動と、Y軸に沿う方向における振動との少なくとも一つを含む場合、共鳴カバー21の空洞37で振動放射音が発生する。当該振動放射音により、ヘルムホルツ共鳴が励起される。
開放された第1の開口部39の第2の端部39bから、空気が空洞37の内部に出入りすることにより、ヘルムホルツ共鳴が励起される。本実施形態においてはさらに、開放された第2の開口部72の第4の端部72bから、空気が空洞37の内部に出入りすることによっても、ヘルムホルツ共鳴が励起される。
すなわち、空洞37中の空気がバネとして機能するとともに、第1の開口部39と同様に第2の開口部72中の空気がマス(質量)として機能する。これにより、第2の開口部72の第4の端部72bにおける空気の移動により、空気振動が誘発される。
第2の実施形態と同じく、環境振動により、板部材41,61,65の振動と、第1の開口部39におけるヘルムホルツ共鳴と、板部材41,61,65の振動及びヘルムホルツ共鳴の連成振動とが発生する。これにより、第1の振動部品23が振動させられ、振動発電システム10が発電する。
さらに、環境振動により、板部材41,61,65の振動と、第2の開口部72におけるヘルムホルツ共鳴と、板部材41,61,65の振動及びヘルムホルツ共鳴の連成振動とが発生する。これにより、振動発電システム10は、第2の開口部72の第4の端部72bにおいて、大きな音圧及び音響放射力(加振力)を得ることができる。
音響放射力が、第2の開口部72の第4の端部72bに接触する第2の振動部品75に作用する。当該音響放射力と、例えばバネの付勢力とにより、第2の振動部品75と第2のコイル81とが、X軸に沿う方向に振動する。これにより、第2のコイル81に起電力が生じる。以上のように、振動発電システム10は、振動の運動エネルギーを電力に変換し、電力を生じさせる。
ヘルムホルツ共鳴の固有振動数f2は、上述の式(数10)によって示される。しかし、第2の開口部72の形状(長さL及び断面積S)は、第1の開口部39の形状(長さL及び断面積S)と異なる。このため、第1の開口部39における空気マスの振動によって生じるヘルムホルツ共鳴の固有振動数f2と、第2の開口部72における空気マスの振動によって生じるヘルムホルツ共鳴の固有振動数f2(以下、f2´と称する)とは異なる。
環境振動の周波数がf2´である場合に、第2の振動部品75の振動が増幅され、第2の振動部品75の変位のピークが表れる。環境振動の周波数がf2´である場合における第2の振動部品75の変位は、基本的に、環境振動の周波数がf1,f2,f2´,f3に対して異なる場合における第2の振動部品75の変位よりも大きい。
このように、環境振動が、周波数がf2´である振動を含む場合、第2の振動部品75の変位が大きくなる。このため、環境振動が、周波数がf2´である振動を含む場合、振動発電システム10の発電量はより大きくなる。
第3の実施形態の振動発電システム10において、共鳴カバー21に第2の開口部72が設けられる。第2の開口部72に面する第2の振動部品75に、第2のコイル81が取り付けられる。これにより、第1の開口部39で得られる音響加振力と、第2の開口部72で得られる音響加振力とによって、発電部24が発電できる。従って、第1の開口部39又は第2の開口部72が、例えば埃により閉塞したとしても、振動発電システム10は電力を得ることができる。
例えば振動源11にZ軸に沿う方向の衝撃が作用した場合、当該衝撃によって生じた第1の振動板22の変位が、空洞37内に空気の流れを生じさせる。第1の開口部39は、第1の振動板22に対してZ軸に沿う方向に位置する。このため、上記の空気の流れが第1の開口部39に直接的に向かい、第1の開口部39における空気マスのより大きな振動を励起する。従って、振動発電システム10は、Z軸に沿う方向の振動からより電力を得ることができる。
第2の開口部72の形状は、第1の開口部39の形状と異なる。ヘルムホルツ共鳴の固有振動数f2は、各開口部39,72の形状(長さL及び断面積S)によって定まる。このため、第2の開口部72において生じるヘルムホルツ共鳴の固有振動数f2´は、第1の開口部39において生じるヘルムホルツ共鳴の固有振動数f2と異なる。これにより、例えば環境振動が、第1の開口部39において生じるヘルムホルツ共鳴の固有振動数f2の振動及び第2の開口部72において生じるヘルムホルツ共鳴の固有振動数f2´の振動の少なくとも一方を含む場合、第1の開口部39及び第2の開口部72の少なくとも一方においてヘルムホルツ共鳴が発生する。従って、振動発電システム10は、広い帯域の周波数を含む振動から電力を得ることができる。
以下に、第4の実施の形態について、図10及び図11を参照して説明する。図10は、第4の実施の形態に係る振動発電システム10を示す断面図である。図11は、第4の実施形態の振動源11を示す斜視図である。図11に示すように、第4の実施形態の振動源11は、第1の壁91と、第2の壁92と、第3の壁93とを有する。
第1乃至第3の壁91〜93は、例えば金属板であり、振動源11の筐体の一部を形成する。第1乃至第3の壁91〜93は、振動源11の内部の種々の要素を覆う。振動源11の内部の要素が生じさせる振動が第1乃至第3の壁91〜93に伝わることで、第1乃至第3の壁91〜93に環境振動が生じる。
第1の壁91は、第1の取付面91aを有する。第1の取付面91aは、第1の壁91の外面であり、略平坦に形成される。なお、第1の取付面91aは、例えば、第1の壁91の内面であっても良く、曲面であっても良く、凹凸が形成されても良い。本実施形態の第1の取付面91aは、Z軸に沿う方向に向く。
第2の壁92は、第2の取付面92aを有する。第2の取付面92aは、第2の壁92の外面であり、略平坦に形成される。なお、第2の取付面92aは、例えば、第2の壁92の内面であっても良く、曲面であっても良く、凹凸が形成されても良い。本実施形態の第2の取付面92aは、X軸に沿う方向に向く。
第3の壁93は、第3の取付面93aを有する。第3の取付面93aは、第3の壁93の外面であり、略平坦に形成される。なお、第3の取付面93aは、例えば、第3の壁93の内面であっても良く、曲面であっても良く、凹凸が形成されても良い。本実施形態の第3の取付面93aは、Y軸に沿う方向に向く。
図10に示すように、第4の実施形態の共鳴カバー21の収容部31は、略球形の箱型に形成される。収容部31の内部に、略球形の空洞37が設けられる。収容部31は、開放端31aを有する。開放端31aは、収容部31の開放された端部である。
開放端31aは、第1乃至第3の壁91〜93の第1乃至第3の取付面91a〜93aに取り付けられる。言い換えると、第1乃至第3の壁91〜93が、収容部31の開放端31aを塞ぐ。このため、収容部31の空洞37は、収容部31と、第1乃至第3の壁91〜93とに囲まれる。収容部31は、第1乃至第3の壁91〜93の第1乃至第3の取付面91a〜93aの一部を覆う。
収容部31の開放端31aと第1乃至第3の壁91〜93との間に、第3の結合部材95が介在する。第3の結合部材95は、例えば合成樹脂によって作られる。第3の結合部材95は、例えば、振動の運動エネルギーを熱エネルギーに変換し、振動を吸収する。このため、第1乃至第3の壁91〜93の環境振動は、第3の結合部材95によって吸収され、収容部31には殆ど伝わらない。なお、収容部31は、第1乃至第3の壁91〜93に、例えば接着によって取り付けられ、第1乃至第3の壁91〜93と一体的に振動可能であっても良い。
第4の実施形態の第1の首部32は、収容部31からX軸、Y軸、及びZ軸に対する斜め方向に突出する。なお、第1の首部32が突出する方向はこれに限らず、例えば、X軸に沿う方向に延びても良いし、Y軸に沿う方向に延びても良いし、Z軸に沿う方向に延びても良い。
第1の首部32に応じて、発電部24の第1のコイル45、第1の磁石46、及び第1のコア47も、X軸、Y軸、及びZ軸に対する斜め方向にそれぞれ延びる。さらに、第1の発電カバー25も、X軸、Y軸、及びZ軸に対する斜め方向に延びる。
第1の振動板22の支持部42は、第1の壁91の第1の取付面91aに取り付けられる。言い換えると、第1の振動板22は、第1の壁91に取り付けられる。第1の振動板22の板部材41の振動面41aは、Z軸に沿う方向に向く。板部材41は、Z軸に沿う方向に振動可能である。
第2の振動板56の支持部62は、第2の壁92の第2の取付面92aに取り付けられる。言い換えると、第2の振動板56は、第2の壁92に取り付けられる。第2の振動板56の板部材61の振動面61aは、X軸に沿う方向に向く。板部材61は、X軸に沿う方向に振動可能である。
図11に示すように、第3の振動板57の支持部66は、第3の壁93の第3の取付面93aに取り付けられる。言い換えると、第3の振動板57は、第3の壁93に取り付けられる。第3の振動板57の板部材65の振動面65aは、Y軸に沿う方向に向く。板部材65は、Y軸に沿う方向に振動可能である。
第1乃至第3の壁91〜93の環境振動は、Z軸に沿う方向における振動と、X軸に沿う方向における振動と、Y軸に沿う方向における振動との少なくとも一つを含む。環境振動がZ軸に沿う方向における振動を含む場合、第1の振動板22の板部材41がZ軸に沿う方向に振動し、振動放射音を発生させる。環境振動がX軸に沿う方向における振動を含む場合、第2の振動板56の板部材61がX軸に沿う方向に振動し、振動放射音を発生させる。環境振動がY軸に沿う方向における振動を含む場合、第3の振動板57の板部材65がY軸に沿う方向に振動し、振動放射音を発生させる。
上記のように、第1乃至第3の振動板22,56,57により、環境振動がZ軸に沿う方向における振動と、X軸に沿う方向における振動と、Y軸に沿う方向における振動との少なくとも一つを含む場合、共鳴カバー21の空洞37で振動放射音が発生する。当該振動放射音により、ヘルムホルツ共鳴が励起される。すなわち、環境振動の方向にかかわらず、板部材41,61,65の振動と、ヘルムホルツ共鳴と、板部材41,61,65の振動及びヘルムホルツ共鳴の連成振動とが発生し、第1の振動部品23が振動させられ、振動発電システム10が発電する。
第4の実施形態の振動発電システム10のように、第1乃至第3の振動板22,56,57は、振動源11に取り付けられても良い。一方、第2の実施形態の振動発電システム10のように、第1乃至第3の振動板22,56,57のうち少なくとも一つが、共鳴カバー21を介して振動源11に取り付けられても良い。
以下に、第5の実施の形態について、図12を参照して説明する。図12は、第5の実施の形態に係る振動発電システム10を示す断面図である。図12に示すように、第5の実施形態の振動発電システム10は、第1乃至第3の振動板22,56,57が除かれた第4の実施形態の振動発電システム10である。
第3の結合部材95が収容部31の開放端31aと第1乃至第3の壁91〜93との間に介在するため、第1乃至第3の壁91〜93は、収容部31に対して相対的に振動可能である。このため、第5の実施形態においては、第1乃至第3の壁91〜93が、第1の振動部材及び第1乃至第3の振動体の一例である。
振動源11の環境振動が第1乃至第3の壁91〜93の固有振動数の振動を含む場合、第1乃至第3の壁91〜93が共振する。第1乃至第3の壁91〜93は、収容部31の空洞37において、振動放射音を発生させる。当該振動放射音により、ヘルムホルツ共鳴が励起される。このように、第1乃至第3の壁91〜93の振動と、ヘルムホルツ共鳴と、第1乃至第3の壁91〜93の振動及びヘルムホルツ共鳴の連成振動とが発生し、第1の振動部品23が振動させられ、振動発電システム10が発電する。
第5の実施形態の振動発電システム10のように、振動源11の一部である第1乃至第3の壁91〜93が、第1の振動部材及び第1乃至第3の振動体の一例であっても良い。これにより、例えば環境振動がX軸に沿う方向の振動、Y軸に沿う方向の振動、及びZ軸に沿う方向の振動の少なくとも一つを含む場合、第1乃至第3の壁91〜93のうち少なくとも一つが振動し、振動放射音を生じさせる。従って、振動発電システム10は、複数方向の振動から電力を得ることができる。さらに、発電機12を振動源11に容易に取り付けることができる。
以上説明した少なくとも一つの実施形態によれば、共鳴器の第1の開口部が開口する空洞に、共鳴器に対して相対的に振動可能な第1の振動部材が収容される。これにより、入力される振動の特性による発電量の低下が抑制される。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
10…振動発電システム、11…振動源、12…発電機、21…共鳴カバー、22…第1の振動板、23…第1の振動部品、24…発電部、31…収容部、37…空洞、39…第1の開口部、39a…第1の端部、39b…第2の端部、45…第1のコイル、46…第1の磁石、72…第2の開口部、72a…第3の端部、72b…第4の端部、75…第2の振動部品、81…第2のコイル、82…第2の磁石。
Claims (11)
- 空洞の少なくとも一部が内部に設けられ、前記空洞に開口する第1の端部と前記第1の端部の反対側に位置する第2の端部とを有する第1の開口部が設けられた、共鳴器と、
前記空洞に設けられ、前記共鳴器に対して相対的に振動可能な第1の振動部材と、
第1のコイルと、前記第1のコイルに対して相対的に移動可能な第1の磁石とを有する発電部と、
前記第1の開口部の前記第2の端部に面し、前記第1のコイルと前記第1の磁石とのうち一方が取り付けられ、前記共鳴器に対して相対的に振動可能な第2の振動部材と、
を具備した発電装置。 - 前記共鳴器は、振動可能な振動源の少なくとも一部を覆い、
前記空洞は、前記共鳴器と前記振動源との間に設けられ、
前記第1の振動部材は、前記振動源に対して相対的に振動可能に前記振動源に取り付けられる、
請求項1の発電装置。 - 前記第1の振動部材の固有振動数は、前記共鳴器のヘルムホルツ共鳴の固有振動数と異なる、請求項1又は請求項2の発電装置。
- 前記第1の振動部材の振動と前記共鳴器のヘルムホルツ共鳴との連成振動の固有振動数は、前記第1の振動部材の固有振動数と異なるとともに、前記共鳴器のヘルムホルツ共鳴の固有振動数とも異なる、請求項3の発電装置。
- 前記第1の振動部材は、前記共鳴器に対して、第1の方向に振動可能であるとともに、前記第1の方向と交差する第2の方向にも振動可能である、請求項1乃至請求項4のいずれか一つの発電装置。
- 前記第1の振動部材は、前記第1の方向に振動可能である第1の振動体と、前記第2の方向に振動可能である第2の振動体と、を有する、請求項5の発電装置。
- 前記第1の振動部材は、前記第1の方向と直交するとともに前記第2の方向とも直交する第3の方向に振動可能である第3の振動体を有し、
前記第1の方向は、前記第2の方向に対して直交する、
請求項6の発電装置。 - 前記共鳴器に対して相対的に振動可能な第3の振動部材をさらに具備し、
前記共鳴器に、前記空洞に開口する第3の端部及び前記第3の端部の反対側に位置するとともに前記第3の振動部材に面する第4の端部を有する第2の開口部が設けられ、
前記発電部は、第2のコイルと、前記第2のコイルに対して相対的に移動可能な第2の磁石とを有し、
前記第3の振動部材に、前記第2のコイルと前記第2の磁石とのうち一方が取り付けられた、
請求項7の発電装置。 - 前記第1の開口部が前記第1の振動体に対して前記第1の方向に位置する請求項8の発電装置。
- 前記第2の開口部の形状は、前記第1の開口部の形状と異なる、請求項8の発電装置。
- 前記共鳴器と、前記第1のコイルと前記第1の磁石とのうち他方とを、振動が伝達可能に結合する、結合部材をさらに具備した請求項1の発電装置。
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