JP4474718B2

JP4474718B2 - 圧電型風力発電機

Info

Publication number: JP4474718B2
Application number: JP2000039942A
Authority: JP
Inventors: 啓藤島
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2000-02-17
Filing date: 2000-02-17
Publication date: 2010-06-09
Anticipated expiration: 2020-02-17
Also published as: JP2001231273A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、風力から電気エネルギーを取り出すことを可能とする風力発電機に関し、より詳細には、圧電振動板を用いて電力を取り出し得る圧電型風力発電機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、クリーンなエネルギーを用いた発電方法として、風力発電が注目されている。従来の風力発電機では、装置が大型化し、コストが高くつくという問題があった。そこで、特開平１１−３０３７２６号公報には、比較的簡単な構造を有し、かつ小型化が容易な風力発電機として、圧電素子を用いた構造が開示されている。ここでは、圧電振動板に、風を受けた際に振動板を振動させるような空気の渦流を発生させるための渦発生部材が固定されており、かつ前記圧電振動板を回転自在に支持する回転軸が備えられている。すなわち、様々な方向に吹く風により圧電振動板を確実に振動させて大きな電力を取り出すために、圧電振動板が風向きに対応し得るように回転軸により回転自在に支持されている。また、上記渦発生部材が設けられているので、風を受けた際に効率よく振動を生じさせるとされている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の圧電型風力発電機では、回転軸を用いた支持構造を有するため、構造が複雑であり、より一層の小型化を図ることが困難であった。
【０００４】
さらに、回転軸により圧電振動板を支持するものであるため、圧電振動板で発生した電力を外部に取り出すのに、モーター内のブラシのような構成部材を必要とする。従って、部品点数が多くなり、かつ全体を防水構造とすることが困難であった。
【０００５】
本発明の目的は、上述した従来技術の欠点を解消し、より一層簡単な構造で構成することができ、さらなる小型化を図ることができ、発生した電力の取り出しが容易であり、さらに防水構造とすることも容易である、圧電型風力発電機を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る圧電型風力発電機は、フレーム部材と、前記フレーム部材に支持された圧電振動板と、前記圧電振動板に固定されており、風を受けて圧電振動板を屈曲運動させる板状の受風部材とを備え、前記板状の受風部材が圧電振動板に固定されている側の第１の端縁と、自由端である側の第２の端縁との間で、第１，第２の端縁が交差する方向に折り曲げられており、該折り曲げ部の第１の端縁側の第１の受風部と、折り曲げ部よりも第２の端縁側に位置する第２の受風部とが構成されており、第１，第２の受風部の向きが異なっていることを特徴とする。
【０００７】
本発明の特定の局面では、前記圧電振動板が、板状の振動板と、振動板の下面に固定された圧電素子とを有し、前記フレーム部材が開口を有し、該開口を液密的に閉成するように、かつ、圧電素子がフレーム部材内に位置するように、前記圧電振動板がフレーム部材に固定されている。
【０００８】
本発明の他の特定の局面では、前記圧電振動板に、複数の前記受風部材が固定されている。
より好ましくは、前記複数の受風部材は向きを異ならせて圧電振動板に固定されている。
【００１０】
本発明のさらに他の特定の局面では、上記受風部材が、受風翼により構成される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ、本発明に係る圧電型風力発電機の具体的な実施例を説明する。
【００１２】
図１は、本発明の第１の実施例に係る圧電型風力発電機を示す斜視図であり、図２はその断面図である。
圧電型風力発電機１は、矩形枠状のフレーム部材１１を有する。フレーム部材１１は、家屋の屋根あるはビルディングの屋上等の適宜の構造物上に固定される部材である。
【００１３】
フレーム部材１１の上面には、圧電振動板１２がフレーム部材１１の開口１１ａを液密的に閉成するように固定されている。フレーム部材１１は、圧電振動板１２の屈曲振動を妨げない限り、金属や合成樹脂などの適宜の材料を用いて構成することができる。
【００１４】
圧電振動板１２は、本実施例では矩形板状の形状を有する。この圧電振動板１２は、金属からなる振動板１２ａと、該振動板１２ａの下面に貼り合わされた圧電素子１２ｂとを有する。圧電素子１２ｂは、圧電型バイモルフまたはマルチモルフを用いて構成することができる。振動板１２ａが後述のように屈曲振動した場合、該屈曲振動に基づく電力が圧電素子１２ｂから取り出される。
【００１５】
前述したように、圧電振動板１２はフレーム部材１１の開口１１ａを液密的に閉成しているが、これは、振動板１２ａの下面をフレーム部材１１の上面に接着剤などの接合材を用いて貼り合わせることにより達成される。従って、圧電素子１２ｂ及び圧電素子１２ｂにおける電気的接続部分を雨水等から遮断でき、防水構造の圧電型風力発電機を構成することができる。
【００１６】
他方、振動板１２ａの上面には、受風部材としての受風翼１３が固定されている。受風翼１３は、本実施例ではステンレスなどの金属板からなり、略矩形板状の形状を有する。受風翼１３の下端は折り曲げられて、振動板１２ａの上面に固定されている。この固定は、溶接、接着剤などの接合材を用いた方法、あるいはボルト及びナットなどの固定具を用いた方法などの任意の方法で行い得る。
【００１７】
受風翼１３は、風を受けて屈曲振動し、該振動が圧電振動板１２に伝搬し、圧電振動板１２が屈曲振動する。この場合、自然の風は、一方向だけでなく、常に方角を変えて吹きつける。従って、受風翼１３の主面１３ａがいずれの方向を向いていたとしても、受風翼１３は風を受けて振動し、それによって圧電振動板１２が屈曲振動し、電力が圧電素子１２ｂから取り出される。
【００１８】
好ましくは、上記受風翼１３の共振周波数と、振動板１２ａの屈曲振動の共振周波数とを近づけることにより、理想的には一致させることにより、両者の振動の結合により、より一層大きな電力を取り出すことができる。
【００１９】
なお、本実施例では、受風翼１３の主面１３ａが、振動板１１の矩形形状の長辺あるいは短辺と交差する方向に、すなわち振動板１２ａに対して非対称に固定されているが、上記のように自然の風は常に方角を変えて吹いているため、必ずしも非対称に固定する必要はない。
【００２０】
図３は、本発明の第２の実施例に係る圧電型風力発電機を説明するための斜視図である。
第２の実施例の圧電型風力発電機２１では、圧電振動板１２の上面に複数の受風部際としての受風翼１３，１４が固定されている。受風翼１３と受風翼１４は、それぞれ、その主面１３ａ、１４ａが直交する向きになるように配置されている。その他の点は、第１の実施例の圧電型風力発電機１と同様に構成されている。
【００２１】
第２の実施例では、受風翼１３，１４の主面１３ａ，１４ａが直交する方向に配置されているので、風がどのように変化したとしても、常に有効に圧電振動板１２を屈曲振動させることができる。なお、主面１３ａ，１４ａは、必ずしも直交する方向に配置される必要はなく、両者の向きが異なっていれば、同様に、圧電振動板１２を有効に振動させることができる。
【００２２】
また、受風翼１３，１４の屈曲振動の共振周波数を異ならせるように構成した場合には、より一層圧電振動板１２を屈曲振動モードで振動させることができ、大きな電力を得ることができる。
【００２３】
図４は、本発明の第３の実施例に係る圧電型風力発電機を説明するための斜視図である。
圧電型風力発電機３１では、リング状のフレーム３２の上面に円盤状の圧電振動板３３が固定されている。図４では特に図示されていないが、圧電振動板３３は、円形の振動板３３ａの下面に円形の圧電素子（図示せず）を貼り合わせた構造を有する。すなわち、フレーム３２、圧電振動板３３は、平面形状は円形であることを除いては、第１の実施例の矩形のフレーム１１及び圧電振動板１２と同様に構成されている。
【００２４】
他方、圧電振動板３３の上面には、板状の受風部材３４が固定されている。受風部材３４は、圧電振動板３３に固定されている側の第１の端縁３４ａと、自由端である反対側の第２の端縁３４ｂとの間で、第１，第２の端縁３４ａ，３４ｂが交差する方向に折り曲げられている。特に、本実施例では、該折り曲げ部３４ｃの第１の端縁３４ａ側の第１の受風部３４ｄと、第２の端縁３４ｂ側に位置する第２の受風部３４ｅとが直交する方向に受風部材３４が折り曲げられている。
【００２５】
従って、１つの受風部材３４を用いているが、第１，第２の受風部３４ｄ，３４ｅが直交する方向に配置されているので、第２の実施例と同様に風がどのような方向に変化したとしても、確実に圧電振動板３３を屈曲振動させることができ、それによって大きな電力を得ることができる。
【００２６】
また、１枚の受風部材３４で複数の屈曲振動を発生させることができるため、第１，第２の受風部３４ｄ，３４ｅの屈曲振動の共振周波数を異ならせることにより、より大きな電力を取り出すことができる。
【００２７】
なお、第１，第２の受風部３４ｄ，３４ｅは、必ずしも略直交する方向に配置されている必要はなく、他の角度で交差するように配置されていてもよい。
【００２８】
【発明の効果】
本発明に係る圧電型風力発電機では、家屋の屋根等に固定されるフレーム部材に圧電振動板が支持されており、該圧電振動板に受風部材が風を受けて圧電振動板を屈曲振動させるように固定されているので、風を受けて受風部材及び圧電振動板が屈曲振動し、それによって圧電効果によって電力を取り出すことができる。
【００２９】
特に、フレーム部材は家屋の屋根等に固定されるだけでよいため、すなわち従来の圧電型風力発電機で必要であった回転軸等の回転支持部材を必要としないため、圧電型風力発電機の構造の簡略化、部品点数の低減及び小型化を図ることができ、さらに、防水構造とすることも容易である。
【００３０】
特に、圧電振動板が、板状の振動板と、振動板の下面に固定された圧電素子とを有し、フレーム部材が開口を有し、該開口を液密的に閉成するように、かつ、圧電素子がフレーム部材内に位置するように、圧電振動板がフレーム部材に固定されている場合には、圧電素子及び圧電素子への電気的接続部分を雨水等から保護し得るので、防水形の圧電型風力発電機を簡単な構造で提供することができる。
【００３１】
さらに、圧電振動板に、複数の受風部材が固定されている場合には、複数の受風部材を用いて圧電振動板をより大きく屈曲振動させることができ、大きな電力を取り出すことができる。
【００３２】
また、複数の受風部材が向きを異ならせて圧電振動板に固定されている場合には、風向きがどのように変化した場合であっても、より確実に圧電振動板を屈曲させることができ、それによって圧電効率を高め得る。
【００３３】
板状の受風部材が、第１，第２の端縁が交差する方向に折り曲げられており、折り曲げ部の第１の端縁側の第１の受風部と、折り曲げ部よりも第２の端縁側に位置する第２の受風部と向きが異なっている場合には、１枚の受風部材を用いて、風向きのどのような変化にも対応して電力を取り出すことができ、従って、少ない部品点数で発電効率を高めることができる。
【００３４】
上記受風部材として、受風翼を用いた場合には、翼状であるため、風を受けて受風翼が大きく振動し、従って、大きな電力を取り出すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例に係る圧電型風力発電機を説明するための斜視図。
【図２】第１の実施例に係る圧電型風力発電機の断面図。
【図３】本発明の第２の実施例に係る圧電型風力発電機の斜視図。
【図４】本発明の第３の実施例に係る圧電型風力発電機を説明するための斜視図。
【符号の説明】
１…圧電型風力発電機
１１…フレーム
１２…圧電振動板
１２ａ…振動板
１２ｂ…圧電素子
１３，１４…受風部材としての受風翼
２１…圧電型風力発電機
３１…圧電型風力発電機
３２…フレーム
３３…圧電振動板
３３ａ…振動板
３４…受風部材
３４ａ，３４ｂ…第１，第２の端縁
３４ｃ…折り曲げ部
３４ｄ，３４ｅ…第１，第２の受風部

Claims

フレーム部材と、
前記フレーム部材に支持された圧電振動板と、
前記圧電振動板に固定されており、風を受けて圧電振動板を屈曲運動させる板状の受風部材とを備え、前記板状の受風部材が圧電振動板に固定されている側の第１の端縁と、自由端である側の第２の端縁との間で、第１，第２の端縁が交差する方向に折り曲げられており、該折り曲げ部の第１の端縁側の第１の受風部と、折り曲げ部よりも第２の端縁側に位置する第２の受風部とが構成されており、第１，第２の受風部の向きが異なっていることを特徴とする、圧電型風力発電機。
前記圧電振動板が、板状の振動板と、振動板の下面に固定された圧電素子とを有し、前記フレーム部材が開口を有し、該開口を液密的に閉成するように、かつ、圧電素子がフレーム部材内に位置するように、前記圧電振動板がフレーム部材に固定されている、請求項１に記載の圧電型風力発電機。
前記圧電振動板に、複数の前記受風部材が固定されている、請求項１または２に記載の圧電型風力発電機。
前記複数の受風部材が向きを異ならせて圧電振動板に固定されている、請求項３に記載の圧電型風力発電機。
前記受風部材が、受風翼である、請求項１〜４のいずれかに記載の圧電型風力発電機。