JP2019134672A - 振動発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構造で、場所を選ばず発電できる振動発電装置を提供する。【解決手段】基台４０の上面に固定した電磁コイル２０と運動可能な永久磁石３０からなる発電機構１０を設け、外力により基台４０が振動して電磁コイル２０と永久磁石３０とが相対運動をすることで発電できる構成とした。【選択図】図１

Description

本発明は、物体の振動を利用して発電する振動発電装置に関する。

従来から様々な発電方式が開発されている。近年自然エネルギーを利用しようとする動きが加速し、海洋エネルギーの一つである波力を用いた種々の発電方式が提案されている。初期には、波力により圧縮された空気でタービンを介して発電機を回す方式が多く採用されてきたが、装置が巨大でコストがかかるという欠点があった。

そこで、波力で既存の発電機を回す方式から、波力からダイレクトドライブが可能なリニア発電機を用いた方式が提案されるようになってきた。その一例として、海面上の浮体で海中に固体されたリニア発電機を駆動する方法（以下「特許文献１」という。）が提案されている。
また、海面上の浮体で海岸に固定されたリニア発電機を駆動する方法（以下「特許文献２」という。）が提案されている。

しかし、特許文献１の方法では、海中にリニア発電機を固定するため、発電機本体のメンテナンスを海中で行なわなければならないという難点がある。また、特許文献２の方法では、発電機本体のメンテナンスは陸上で行えるが、エネルギー源である浮体の設置が海岸に近い海上に限られるという問題があった。

特許第５８１９４１１号公報 特開２００７−２７７８号公報

そこで、本発明は、簡単な構造で、場所を選ばず振動源さえあれば発電できる振動を利用した振動発電装置を提供することを目的とする。

本発明の振動発電装置は、外力により振動する基台の上に振動エネルギーを直接利用する発電機構を設けたことを特徴とする。

すなわち、第一の本発明の振動電装置は、外力により振動する基台と、基台の上部に設けられた発電機構とを備えた振動発電装置であって、発電機構は、基台に固定された電磁コイルと電磁コイル内で搖動可能に基台に設けられた永久磁石とから構成され、永久磁石が基台の振動により電磁コイル内で搖動することにより発電することを特徴とする。

上記のように第一の本発明に係る振動発電装置は、基台が外力を受けて振動することで永久磁石による電磁コイル内の磁界が変化し、発電するものである。振動を直接発電エネルギーとして利用できるので従来のように、タービンやプロペラを用いて回転型の発電機を回す必要がない。電磁コイルの中で永久磁石が回転運動してもよく、往復直線運動してもよい。

次に、第二の本発明の振動発電装置は、第一の本発明の振動発電装置における発電機構が、基台に固定されたドーム状のコイル支持体とコイル支持体に垂直方向に磁界を生じる形態で巻かれた電磁コイルとコイル支持体の内部空間の中央部において基台に水平方向に回転自在に支持され上下に搖動するシーソー体と、シーソー体にシーソー体の両端において磁極が異なるように設けられた永久磁石とで構成され、シーソー体は、振動により電磁コイルの近傍で永久磁石の両端が水平方向に回転しながら上下方向に円弧を描くように運動することを特徴とする。

電磁コイル内のシーソー体が、シーソー運動と回転運動とを自在にできるように設けられているので、どのような振動でも効率よく発電を行うことができる。

さらに第三の本発明の振動発電装置は、第二の本発明の振動発電装置におけるシーソー体の両端下部に下部弾性体を備えることを特徴とする。
下部弾性体はコイルばねが好ましく、弾性定数を変化させることにより発電効率を調整することができる。

さらに、第四の本発明の振動発電装置は、第一の本発明の振動発電装置における発電機構が、基台の上面に水平に固定された水平筒状体と、水平筒状体の外周に巻かれた電磁コイルと、基台に設けられた永久磁石吊架体と、永久磁石吊架体に水平筒状体の内部で搖動可能に吊架された棒状の永久磁石とから構成され、棒状の永久磁石が振動により水平筒状体の内部を往復運動することで発電することを特徴とする。

さらに、第五の本発明の振動発電装置は、第一の本発明の振動発電装置における発電機構が、基台の上面に水平に固定された水平筒状体と、水平筒状体の外周に巻かれた電磁コイルと、水平筒状体の内部に挿入された棒状の永久磁石とから構成され、水平筒状体は内部で永久磁石が往復運動可能な十分な長さを有するとともに永久磁石が飛び出さないように両端が閉鎖された形状を有し、棒状の永久磁石が振動により水平筒状体の内部を往復運動することで発電することを特徴とする。

棒状の永久磁石は自重により、水平筒状体の内部を往復運動することで電磁コイル内に磁界の変化を生じさせる。

さらに第六の本発明の振動発電装置は、第五の本発明の振動発電装置における永久磁石の両端に水平方向弾性体を設けたことを特徴とする。水平方向弾性体としてはコイルばねが好ましく、ばね定数を変化させることにより発電効率を調整することができる。

さらに、第七の本発明の振動発電装置は、第一の本発明の振動発電装置における発電機構が、基台の上面に固定された発電機構支持体と、発電機構支持体により垂直に支持された垂直筒状体と垂直筒状体の外周に設けられ発電機構支持体により支持された電磁コイルと垂直筒状体の内部に挿入され、上部弾性体を介して上下動可能に発電機構支持体に吊架された棒状の永久磁石とから構成され、棒状の永久磁石が振動により垂直筒状体の内部を往復運動することで発電することを特徴とする。

上部弾性体としてはコイルばねが好ましく、コイルばねのばね定数を変化させることにより発電効率を調整することができる。

さらに第八の本発明の振動発電装置は、第一の本発明の振動発電装置における発電機構が、基台の上面に立設された上部が閉鎖された筒状の垂直筒状体と垂直筒状体の外周に巻かれた電磁コイルと、垂直筒状体の内部中央に立設された永久磁石ガイド軸と、永久磁石ガイド軸に滑動自在に外嵌された永久磁石と、永久磁石の上下面に各々設けられた垂直方向弾性体とから構成され、永久磁石が振動により永久磁石ガイド軸に沿って上下動することで発電することを特徴とする。

外力により永久磁石が電磁コイル内で永久磁石ガイド軸に沿って上下に直線往復運動をすることで発電をするものである。垂直方向弾性体はコイルばねが好ましく、コイルばねのばね定数を変化させることにより発電効率を調整することができる。

さらに、第九の本発明の振動発電装置は、第一〜第八のいずれか一つの本発明の振動発電装置における基台が、水面又は海面で波力により搖動する浮体構造物と浮体構造物の下部に設けられたバランスウェイトと、浮体構造物に接続された係留装置とから構成されることを特徴とする。

上記のように第九の本発明は、浮体が波力により振動することで、永久磁石による電磁コイル内の磁界が変化し、発電するものである。浮体構造物には金属ワイヤで構成される係留装置が接続され、振動発電装置が漂流することを防いでいる。また、浮体構造物の下部にはバランスウェイトが設けられ、振動発電装置が転倒することを防止している。

本発明の振動発電装置は、外力による振動で直接発電することができるので、構造が簡単である。また基台上に発電機構が設けられているため、基台を工夫することで海上や水面上あるいは自動車の車台等、場所を選ばず設置できる。

本発明の第１実施例を示した斜視図である。 本発明の第２実施例を示した斜視図である。 本発明の第３実施例を示した斜視図である。 本発明の第４実施例を示した斜視図である。 本発明の第４実施例の発電機構を示した斜視図である。 本発明の第５実施例を示した斜視図である。 方発明の第６実施例を示した斜視図である。 本発明の第５実施例の設置状態を示した全体図である。

本発明の振動発電装置は、外力により基台の上面に電磁コイルと永久磁石が相対運動するように構成することで実現できる。
以下に図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。

本発明の第１の実施例を説明する。図１は本発明の振動発電装置の第１の実施例を示した斜視図である。

先ず、第１実施例の構成を説明する。基台４０の上にアーチ状のコイル支持体１１が設けられ、コイル支持体１１の周囲に電磁コイル２０が巻かれている。図１では発電機構１０の内部を表示するために電磁コイル２０を一部省略して記載しているが、実際は連続してコイル支持体１１の周囲に巻かれている。また、基台４０の上面中央にはシーソー体１６が設けられている。このシーソー体１６は、軸部とシーソー部から構成され、軸部が基台４０に回転自在に設けられ、軸部の上端にシーソー部がシーソー運動可能な態様で設けられている。そして、シーソー部の両端に永久磁石３０が取り付けられている。この永久磁石３０はそれぞれ端面の磁極が異なるように配置されている。
さらにシーソー体の両端下に下部用コイルばね５０が設けられている。

次に第１実施例の動作を説明する。外力により基台４０が振動すると、これに伴ってシーソー体１６が回転しながらシーソー運動をする。すると電磁コイル２０内で磁界が変化し、電磁コイル２０に誘導電流が流れることになる。
シーソー運動が大きくなると、下部用コイルばね５０が基台４０の上面に接触し、反発作用でシーソー体を反対方向に動かす。以後この動作が繰り返される。外力の振動周期に応じて下部用コイルばね５０のばね定数を変化させることで発電効率を調整できる。

本発明の第２の実施例を説明する。図２は本発明の振動発電装置の第２の実施例を示す斜視図である。

先ず、第２実施例の構成を説明する。基台４０の上面に鳥居型の永久磁石吊架体１３が立設されている。その永久磁石吊架体１３の下部に永久磁石３０がワイヤ２本で電磁コイル２０の巻かれた水平筒状体１２の内部に吊架されている。

次に実施例２の動作を説明する。外力により基台４０が搖動すると、永久磁石吊架体１３にブランコ状に吊架された永久磁石３０が水平筒状体１２の中で往復運動をし、電磁コイル２０に誘導電流が流れる。永久磁石３０を吊架するワイヤの長さを変化させることで発電効率を調整できる。

本発明の第３実施例を説明する。図３は本発明の振動発電装置の第３実施例を示す斜視図である。先ず第３実施例の構成を説明する。基台４０の上面に透明樹脂製の水平筒状体１２が設けられて、その外周に電磁コイル２０が巻かれている。そして水平筒状体１２の中に永久磁石３０が往復運動自在に挿入され、水平筒状体１２の両端は永久磁石３０が飛び出さないように塞がれている。

次に動作について説明する。外力により基台４０が振動すると、水平筒状体１２の中で永久磁石３０が自重により往復運動をする。そうすると電磁コイル２０に磁界の変化が生じることで誘導電流が流れる。
なお、水平筒状体１２の両端は永久磁石３０の衝突時の衝撃を和らげるために、クッション性の有るゴムやウレタン等の素材で塞ぐことが好ましい。また、永久磁石３０と水平筒状体１２の内壁の間は、永久磁石３０が移動する際に内部の空気が十分流動できるような空間を確保している。場合によっては塞がれた水平筒状体１２の両端に空気穴を設けても良い。

本発明の第４実施例を説明する。図４と図５は本発明の振動発電装置の第４実施例を示す斜視図である。先ず第４実施例の構成を説明する。
基台４０の上に発電機構１０が設けられている。発電機構１０は図５に示すように発電機構支持体１８により垂直筒状体１４が支持され、垂直筒状体１４の外周には電磁コイル２０が巻かれている。そして、永久磁石３０が発電機構支持体１８の上部から吊架用コイルばね６０により、垂直筒状体１４の内部に上下動自在に吊架されている。

次に第４実施例の動作を説明する。振動により基台４０が振動すると、永久磁石３０が垂直筒状体１４の内部で上下に運動する。そうすると、電磁コイル２０内に磁界の変化が生じて誘導電流が流れる。
このとき、吊架用コイルばね６０のばね定数を変更することで永久磁石３０の上下動の振動周期を調整することができる。

本発明の第５実施例を説明する。図６は本発明の第５実施例を示す斜視図である。先ず、第５実施例の構成を説明する。基台４０の上面に天井面を有する垂直筒状体１４が立設されている。そして垂直筒状体１４の外周に電磁コイル２０が巻かれている。

垂直筒状体１４の内部中央には永久磁石ガイド軸３２が立設され、その上端は垂直筒状体１４の天井面に接している。そして永久磁石ガイド軸３２に永久磁石３０がベアリング機構を介して外嵌され、永久磁石３０の上下面に垂直コイルばね５６が設けられている。

次に本発明の第５実施例の動作を説明する。基台４０が外力により振動すると、永久磁石ガイド軸３２に外嵌された永久磁石３０が上下に運動する。そうすると電磁コイル２０内に磁界の変化が生じで誘導電流が流れる。
垂直コイルばねのばね定数を変化させることで発電効率を調整できる。

次に本発明の第６実施例を説明する。図７は本発明の第６実施例を示す斜視図である。発電機構の説明は本発明の第１実施例と同一のため省略する。第１実施例の基台４０が、浮体構造物４６と浮体構造物４６の下部に設けられたバランスウェイト４２と係留装置４４とで構成されている。
本図は、第６実施例が水面７０に浮かんでいる状態を示しており、浮体構造物４６はバランスウェイト４２により発電機構１０が転倒しないように姿勢を維持しながら、波力により、発電機構１０を振動させている。
係留装置４４は、本発明の振動発電装置が漂流しないように、沿岸や海底、船等にフックや結束にて係留される。本発明の振動発電装置を海底に係留する場合には係留装置４４の先端にアンカーブロックを設けても良い。

最後に図８を用いて、本発明の第５実施例の自動車への設置状態を説明する。図８は自動車の車台９０に本発明の振動発電装置1が設置された状態を示す斜視図である。車台９０の全ての車輪付近に４つの振動発電装置１が設置され、自動車の走行に伴う振動がタイヤを通じて振動発電装置１に伝わることで発電をする。
振動発電装置１の設置場所は車台９０の中央部よりもタイヤ付近が好ましい。振動源であるタイヤから近いからである。

本発明の振動発電装置は、水面や海面、自動車、船舶、列車などに設置するだけでなく、人が通行する歩道の下面に設置することで足による人力発電装置として利用することもできる。

１ 振動発電装置
１０ 発電機構
１１ コイル支持体
１２ 水平筒状体
１３ 永久磁石吊架体
１４ 垂直筒状体
１６ シーソー体
１８ 発電機構支持体
２０ 電磁コイル
３０ 永久磁石
３２ 永久磁石ガイド軸
４０ 基台
４２ バランスウェイト
４４ 係留装置
４６ 浮体構造物
５０ 下部用コイルばね（下部弾性体）
５５ 水平コイルばね（水平方向弾性体）
５６ 垂直コイルばね（垂直方向弾性体）
６０ 吊架用コイルばね（上部弾性体）
７０ 水面
９０ 自動車の車台

Claims (9)

1. 外力により振動する基台と、前記基台の上部に設けられた発電機構とを備えた振動発電装置であって、前記発電機構は、前記基台に固定された電磁コイルと前記電磁コイル内で搖動可能に前記基台に設けられた永久磁石とから構成され、前記永久磁石が前記基台の振動により前記電磁コイル内で搖動することにより発電することを特徴とする振動発電装置。
2. 前記発電機構が、前記基台に固定されたドーム状のコイル支持体と前記コイル支持体に垂直方向に磁界を生じる形態で巻かれた電磁コイルと前記コイル支持体の内部空間の中央部において前記基台に水平方向に回転自在に支持され上下に搖動するシーソー体と、前記シーソー体に前記シーソー体の両端において磁極が異なるように設けられた永久磁石とで構成され、前記シーソー体は、振動により前記電磁コイルの近傍で前記永久磁石の両端が水平方向に回転しながら上下方向に円弧を描くように運動することを特徴とする請求項１に記載の振動発電装置。
3. 前記シーソー体の両端下部に下部弾性体を備えることを特徴とする請求項２に記載の振動発電装置。
4. 前記発電機構が、前記基台の上面に水平に固定された水平筒状体と、前記水平筒状体の外周に巻かれた電磁コイルと、前記基台に設けられた永久磁石吊架体と、前記永久磁石吊架体に前記水平筒状体の内部で搖動可能に吊架された棒状の永久磁石とから構成され、前記棒状の永久磁石が振動により前記水平筒状体の内部を往復運動することで発電することを特徴とする請求項１に記載の振動発電装置。
5. 前記発電機構が、前記基台の上面に水平に固定された水平筒状体と、前記水平筒状体の外周に巻かれた電磁コイルと、前記水平筒状体の内部に挿入された棒状の永久磁石とから構成され、前記水平筒状体は内部で前記永久磁石が往復運動可能な十分な長さを有するとともに前記棒状の永久磁石が飛び出さないように両端が閉鎖された形状を有し、前記棒状の永久磁石が振動により前記水平筒状体の内部を往復運動することで発電することを特徴とする請求項１に記載の振動発電装置。
6. 前記棒状の永久磁石の両端に水平方向弾性体を設けたことを特徴とする請求項５に記載の振動発電装置。
7. 前記発電機構が、前記基台の上面に固定された発電機構支持体と、前記発電機構支持体により垂直に支持された垂直筒状体と前記垂直筒状体の外周に設けられ前記発電機構支持体により支持された電磁コイルと前記垂直筒状体の内部に挿入され弾性体を介して上下動可能に前記発電機構支持体に吊架された棒状の永久磁石とから構成され、前記棒状の永久磁石が振動により前記垂直筒状体の内部を往復運動することで発電することを特徴とする請求項１に記載の振動発電装置。
8. 前記発電機構が、前記基台の上面に立設された上部が閉鎖された筒状の垂直筒状体と前記垂直筒状体の外周に巻かれた電磁コイルと、前記垂直筒状体の内部中央に立設された永久磁石ガイド軸と、前記永久磁石ガイド軸に滑動自在に外嵌された永久磁石と、前記永久磁石の上下面に各々設けられた垂直方向弾性体とから構成され、前記永久磁石が振動により前記永久磁石ガイド軸に沿って上下運動することで発電することを特徴とする請求項１に記載の振動発電装置。
9. 前記基台が、水面又は海面で波力により搖動する浮体構造物と前記浮体構造物の下部に設けられたバランスウエイトと前記浮体構造物に接続された係留装置とから構成されることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の振動発電装置。

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