JP4482916B1

JP4482916B1 - 発電装置

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Publication number: JP4482916B1
Application number: JP2009183645A
Authority: JP
Inventors: 照彦加納
Original assignee: 有限会社加納
Priority date: 2009-08-06
Filing date: 2009-08-06
Publication date: 2010-06-16
Anticipated expiration: 2029-08-06
Also published as: JP2011041344A

Abstract

【課題】
陸上走行車輌の車輪の上下運動によって発生する振動エネルギーをピエゾフィルムに応力として与えて発電し、発生した電力をバッテリーへ充電する技術の開発。
【解決手段】
本発明は、これらの問題を解決するため、走行車両の振動緩和装置へ弾性被膜体を着装し、発生する振動エネルギーを前記弾性被膜体に与えて変形させ、この変形を密着させたピエゾフィルムへ応力として与えて変形させ、これによって発生した微弱電力を集積してバックアップ電源を利用して被充電バッテリーへ充電する。
【選択図】図３

Description

本発明は、陸上走行車輌の振動緩和装置で走行中に起こる車輪の上下運動による衝撃、又は、レシュプロ式コンプレッサー又はルーツブロアーの送気管、又は、レシーバータンクで発生するパルス状圧力変化による衝撃を弾性皮膜体に与えて変形させ、その応力を前記弾性皮膜へ密着させたピエゾフィルムに与えて発電させ、集積された微小電力をバックアップ電源を利用して被充電バッテリーへ充電する発電装置に関する。

現在世界は省エネルギー及び地球温暖化防止のため、石化燃料削減の必要性に迫られている。その一環として自動車その他の動力設備等の効率向上が主要な目標となっており、ハイブリットカー、電気自動車等の開発も急速に進められている。また、長年使用されているコンプレッサー、ルーツブロアー等で関心の無いままに廃棄されている未利用のエネルギーの活用も必要となっている。
本発明は、上記技術分野に示す如く、弾性皮膜体とこれに密着させたピエゾフィルムを利用してその解決方法を提示するものである。

弾性皮膜体に使用される原料としては、天然ゴム、合成樹脂、エラストマー、等が考えられるが、近年この分野の研究が進められてその進歩が著しい。中でもエラストマーの技術は大幅に向上し、性能、加工性、コスト、使用寿命、の進歩により利用価値が高くなっている。
ピエゾフィルムはポリフッ化ビニリデンが主原材料であり、他のピエゾ素子に対して圧力定数は約２０倍以上で、耐衝撃性、化学的安定性、量産によるコストパフォーマンス等を考慮すれば、利用する為の形状、を含めて本発明の目的に合致している。

特開平７−２１６８５９号公報特開平９−１９１６６３号公報特開２００２−１４８２７３号公報特開２００２−２１８７６９号公報特開２００３−２２４３１５号公報特開２００３−３３８０４３号公報特開２００５−０３３５０５号公報特開２００６−０４９１０６号公報特表２００６−５１８２６２号公報特願２００７−５０９３４１号公報特開２００７−２２３５３５号公報特開２００９−０５３１０９号公報

本発明は陸上走行車両の走行時に発生する車輪の上下運動による衝撃、又は、レシュプロ式コンプレッサー又はルーツブロアーの送気管、又は、レシーバータンクで発生するパルス状圧力変化による衝撃を弾性皮膜体に与えて変形させ、その変形の応力をピエゾフィルムに与えて発電させるものである。
ピエゾフィルムは厚み方向、あるいはフィルムの伸縮への応力が加えられると発電する。ピエゾフィルムの発電能力を利用する為には、与える衝撃の形状、与える衝撃の強度、等の適正化が必要である。また、この与える衝撃の形状、強度、の状況によって衝撃を受けるピエゾフィルムの形と、フィルムを保持する弾性皮膜体の材質とその機構が装置のコスト、寿命、利用発電効率を左右する。

ピエゾフィルムに衝撃を与え形状変化による発電を可能にし、永続的に利用する為にはピエゾフィルムの性能を引き出す為にも共用する弾性皮膜体の素材の適性及びその形状を考慮して選択することが必要である。弾性皮膜体に適用される原材料に要求される性能としては、耐候性、耐老化性、屈曲疲労特性、軽量化特性、加工特性、コスト、対軽量化特性、リサイクル特性、等多くの要素が含まれている。

ピエゾフィルムは衝撃を与え変形すると発電する。加えられた応力に対する発電量は、圧電セラミックの発電量よりも遥かに高い。然しピエゾ効果による発電電力は微弱ものであり、それを利用できる直流の電圧、電流にする為にはその目的に適合する電気回路が必要となる。

課題を解決するための手段として、産業上利用可能な振動をピエゾフィルムへ与えて発電させる方法についてその例を挙げて説明する。
例１は、陸上走行車両の走行中に発生する車輪の上下運動による衝撃を軽減させるために、車軸と車体本体の間に様々な緩衝装置が介装されている。
本例は、その内の単筒式ショックアブソーバーに対する使用例である。単筒式ショックアブソーバーは、一方はピストンロッドの上部にある接合部によって車体本体に接合され、一方はピストンを内包するシリンダーの下部にある接合部によって車軸に接合されている。

本発明では、ピストンロッドの上部とピストンシリンダー本体外部の双方に着装部を設置し、双方の間に弾性皮膜体を着装し、この内側にピエゾフィルムを複数枚密着させる。
車輪の上下運動による衝撃を弾性皮膜体が受けて伸縮変形し、密着されたピエゾフィルムは同時に伸張、又は収縮の応力を受ける。これによってピエゾフィルムが発電をする構造である。弾性皮膜体の構造は様々な形状が想定されるが、狭い車体下部の空間に設置する容積上の制約があるので、この点も重要な選択肢の一つとなる。
（図1、図2、参照）

例２は、複筒式ショックアブソーバーに対する使用例である。ショックアブソーバーは単筒式と複筒式がある。内部構造は異なっているが、外部の構造は複筒式の方が外径が大きい程度で外見は大差無い。また、リバウンドスプリングを有するものと有しないものがあるが、本発明には直接影響を及ぼすものではない。
複筒式ショックアブソーバーは、一方はピストンロッドの上部にある接合部によって車体本体に接合され、一方はピストンとピストンシリンダーを内包する外筒の下部にある接合部によって車軸に接合されている。本例はリバウンドスプリングを有する形式である。本例の弾性皮膜体の形状は断面長楕円型と断面長円錐型の２型を提示している。前例と同じくピストンロッドの上部と前記外筒外部の双方に着装部を設置し、双方の間に弾性皮膜体を着装し、この内側にピエゾフィルムを複数枚密着させる。車輪の上下運動による衝撃を弾性皮膜体が受けて伸縮変形し、密着されたピエゾフィルムは伸張、又は収縮の応力を受ける。これによってピエゾフィルムが発電をする構造である。
(図３、図４、図５、図６、参照)

例３は、陸上走行車両に使用されるエアークッションに対して適用する例である。エアークッションは大型車輌に多用される。この装置は車輛本体と車軸との間にエアーバッグを介装し、設置された1個乃至2個のエアーバッグに対してエアーコンプレッサーから常時エアーを供給し、走行中に起こる車輪の上下運動の衝撃をエアーバッグの変形によって吸収している。このエアーバッグの内側に弾性皮膜体を接着させその上にピエゾフィルムを密着させ、或いは、バッグ内面に直接ピエゾフィルムを密着させる。車輪の上下運動による衝撃をエアーバッグ及び弾性皮膜体が受けて伸縮変形し、密着されたピエゾフィルムは同時に伸張、又は収縮の応力を受ける。これによってピエゾフィルムが発電をする構造である。（図7、図８、図９、図１０、参照）

例４は、陸上走行車両に使用されるリーフスサスペンションに適用する例である。リーフサスペンションは大型車輌に多用される。この装置は車輛本体へ直接、又は、車両本体へ設置するフレームと車軸との間に複数枚のリーフ（板バネ）を介装し、車輪の上下運動をリーフ(板バネ)の撓みによって吸収している。本例は、フレーム使用時の形態を提示する。このリーフと上部フレームとの間に複数個の弾性皮膜体を着装し、その内側にピエゾフィルムを密着させる。車輪の上下運動による衝撃を弾性皮膜体が受けて伸縮変形し、密着されたピエゾフィルムは同時に伸張、又は収縮の応力を受ける。これによってピエゾフィルムが発電をする構造である。
図１２、図１４は弾性皮膜体及びこれに密着されたピエゾフィルムの伸張時、収縮時の詳細を示している。
（図１１、図１２、１３、図１４、参照）

例５は、コイルスプリングに適用する例である。コイルスプリングは陸上走行車両には様々な形で使用されている。本発明では、コイルスプリングの車体本体との接合部及び車軸との接合部との間に、コイルスプリングを外側から覆う形で断面長楕円型、或いは断面蛇腹形式等の弾性被膜体を着装し、その内側にピエゾフィルムを複数枚密着させ、車輪の上下運動による衝撃を弾性皮膜体が受けて伸縮変形し、密着されたピエゾフィルムは同時に伸張、又は収縮の応力を受ける。これによってピエゾフィルムが発電をする構造である。
（図1５、図１６、図１７、図１８、参照）

例６は、はレシュプロ式コンプレッサー、ルーツ式ブロアーに適用する例である。レシュプロ式コンプレッサーの排気口、又はそのレシーバータンク入口、或いはルーツ式真空発生ポンプの送気管内、又はそのレシーバータンク入口に弾性皮膜体を設置し、前記弾性皮膜体にピエゾフィルムを密着させる、パルス状に排出される気体の断続的圧力変動による衝撃を弾性皮膜体が受けて伸縮変形し、密着されたピエゾフィルムは同時に伸張、又は収縮の応力を受ける。これによってピエゾフィルムが発電をする構造である。
（図１９、図２０参照）

以上の如くのピエゾフィルムによって発電された電力は、微小でこの利用については特殊な電気回路が必要となる。本発明者が特願２００８−２４０３４４によって提示した如く、発生した電力を整流してこれをコンデンサーに蓄電させ、この集積された微小電力を利用する為にバックアップ電源を使用し、被充電バッテリーへ充電しこれを動力源として有効活用をする。
ピエゾフィルムは、応力を与えられて変形すると発電する。その与えられる応力の高い場所がピエゾフィルムの巾が広い形状となっていれば効率的な発電をする。ピエゾフィルムの形状、必要数量等は、対象となる緩衝装置の形態、適用される弾性皮膜体の性質、等の影響を受けて適用の基準が変えられる。ピエゾフィルムを密着させる弾性被膜体の弾力性、屈曲疲労特性、形状等に対しても最高の性能を引き出す為の緒元への配慮も重要である。弾性被膜体の形状、材質等は緩衝装置の設置場所、許容スペース、与えられる応力等の影響を考慮して選択することになる。（図２２、図２３、図２４、図２５、参照）

ピエゾ素子によって発電された電力は微小で、この利用については特殊な電気回路が必要となる。本発明者が特願２００８−２４０３４４によって提示した如く、発生した電力を整流してこれをコンデンサーに蓄電させ、この集積された微小電力を利用する為にバックアップ電源を使用し、被充電バッテリーへ充電しこれを動力源として有効活用をする。 (図２６、図２７、参照)

ショックアブソーバーによる発電を可能にするために、弾性皮膜体とピエゾフィルムをショックアブソーバーの中へ広い面積を取って装着する方法が有効となる。複筒式ショックアブソーバーの外筒の中の内筒外壁へ弾性皮膜体を接着させその外側へピエゾフィルムを接着させ、更にその外側を油層の液体との接触を避ける為に薄い可撓性プラスチック又はゴム、又はエラストマーのフィルムでカバーすることによって、広い面積で圧力変動の衝撃を伝達できる。（図２８参照）

上記の如くに構成された本発明により、振動のエネルギーを電力に変換して集積し、被充電バッテリーへ充電し、この電力を利用することによって省エネルギーの効果を実現することができる。

陸上走行車輌緩衝装置における単筒式ショックアブソーバーへの適用例で、弾性被膜体の断面を蛇腹形式とし、装置が伸張した場合を示す。陸上走行車輌緩衝装置における単筒式ショックアブソーバーへの適用例で、弾性被膜体の断面を蛇腹形式とし、装置が収縮した場合を示す。陸上走行車輌緩衝装置における複筒式ショックアブソーバーへの適用例で、弾性被膜体の断面を長楕円形式とし、装置が伸張した場合を示す。陸上走行車輌緩衝装置における複筒式ショックアブソーバーへの適用例で、弾性被膜体の断面を長楕円形式とし、装置が収縮した場合を示す。陸上走行車輌緩衝装置における複筒式ショックアブソーバーへの適用例で、弾性被膜体の断面を長円錐形式とし、装置が伸張した場合を示す。陸上走行車輌緩衝装置における複筒式ショックアブソーバーへの適用例で、弾性被膜体の断面を長円錐形式とし、装置が収縮した場合を示す。陸上走行車輌緩衝装置におけるエアーサスペンションへの適用例で、エアーバッグの形状を円錐形式とし、装置が伸張した場合を示す。陸上走行車輌緩衝装置におけるエアーサスペンションへの適用例で、エアーバッグの形状を円錐形式とし、装置が収縮した場合を示す。陸上走行車輌緩衝装置におけるエアーサスペンションへの適用例で、エアーバッグの形状を２個の断面を横楕円形式とし、ピエゾフィルムを直接エアーバッグへ密着させ、装置が伸張した場合を示す。陸上走行車輌緩衝装置におけるエアーサスペンションへの適用例で、エアーバッグの形状を２個の断面を横楕円形式とし、ピエゾフィルムを直接エアーバッグへ密着させ、装置が収縮した場合を示す。陸上走行車輌緩衝装置のリーフスサスペンションへの適用例で、弾性被膜体の断面を蛇腹形式とし、装置が伸張した場合を示す。図１１の適用例で、蛇腹形の弾性被膜体が伸張した場合の詳細を示す。陸上走行車輌緩衝装置のリーフサスペンションへの適用例で、弾性被膜体の断面を蛇腹形式とし、装置が収縮した場合を示す。図１３の適用例で、蛇腹形の弾性被膜体が収縮した場合の詳細を示す。陸上走行車輌緩衝装置のコイルスプリングへの適用例で、弾性被膜体の断面を長楕円形式とし、装置が伸張した場合を示す。陸上走行車輌緩衝装置のコイルスプリングへの適用例で、弾性被膜体の断面を長楕円形式とし、装置が収縮した場合を示す。陸上走行車輌緩衝装置のコイルスプリングへの適用例で、弾性被膜体の断面を蛇腹形式とし、装置が伸張した場合を示す。陸上走行車輌緩衝装置のコイルスプリングへの適用例で、弾性被膜体の断面を蛇腹形式とし、装置が収縮した場合を示す。レシュプロ式エアーコンプレッサー又はルーツブロアーで発生させたパルス状気体排出の圧力変動を、弾性皮膜体に密着させたピエゾフィルムの形状変化に変えて発電させる装置の断面図。レシュプロ式エアーコンプレッサー又はルーツブロアーで発生させたパルス状気体排出の圧力変動をピエゾフィルムの形状変化に変えるフレームの無負荷時の平面図と側面図。レシュプロ式エアーコンプレッサー又はルーツブロアーで発生させたパルス状気体排出の圧力変動をピエゾフィルムの形状変化に変えるフレームの有負荷時の平面図と側面図。ピエゾフィルムの使用時の展開図で、長四方形状の複数枚を使用する例。ピエゾフィルムの使用時の展開図で、長楕円状の複数枚を使用する例。ピエゾフィルムの使用時の展開図で、長不等辺四角形状の複数枚を使用する例。ピエゾフィルムの使用時の展開図で、長三角形状の複数枚を使用する例。ピエゾフィルムで発電された電力をバックアップ電源を利用して被充電バッテリーへ充電する回路で、各コンデンサーから個別に充電する回路。ピエゾフィルムで発電された電力をバックアップ電源を利用して被充電バッテリーへ充電する回路で、各コンデンサーから同時に充電する回路。弾性皮膜体とピエゾフィルムをショックアブソーバーの中へ装着する方法を示す為の複筒式ショックアブソーバーの断面図

以下図面を参照の下に詳細を説明する。最初に説明した如くピエゾフィルムは変形することによって発電するが、組成上衝撃が強過ぎればピエゾフィルムは破壊する。この衝撃の形態、及び強度或いは前記弾性皮膜体の素材、形状を如何に適切なものにコントロールするかがピエゾフィルムによる発電とその有効利用実現の鍵となる。

図１、図２、は請求項１に関連する。陸上走行車輌緩衝装置において、単筒式でリバウンドスプリングを使用しない形式のショックアブソーバーに対する適用例である。図１はショックアブソーバーが伸張した時の形態、図２はショックアブソーバーが収縮した時の形態を示す。（３）は上部が車体本体との接合部、下部が車軸との接合部である。（８）はピストンロッドでこの下部にピストン（１２）が設置されている。（４）は断面蛇腹型弾性皮膜体、（５）はピエゾフィルムである。（９）は、弾性被膜体の上部着装部でピストンロッドに着装され、下部は、ピストンシリンダー（１７）の外部に（１３）の着装部によって着装されている。（１０）は通過油量調整用のピストンバルブ、（１１）は通過油量調整用のオリフィス、（１２）はピストンである。

（１４）はシリンダー内の油層部、（１５）は油層部と気層部を隔てるフリーピストン、（１６）はピストンシリンダー（１７）内の気層部である。車輪の上下運動によって起こる振動をピストンシリンダー（１７）内でフリーピストン下部の気層部内圧の変化で吸収し、滑らかな走行を実現させる。断面蛇腹型弾性被膜体（４）は上部では（９）の着装部によってピストンロッドに着装され、下部では（１３）の着装部によってピストンシリンダー（１７）の外部に着装され、車輌の走行中に車輪の上昇によってピストン（１２）はピストンシリンダー（１７）内を下降し、これに従ってフリーピストン（１５）もピストンシリンダー（１７）内を下降して気層部（１６）を圧縮する。圧縮された気層は圧力が上昇し、その反発力によってフリーピストンを押し戻し、ピストンを押し上げる。この車輪の上下運動に伴うピストンの上下運動によって装置は伸張、縮小を繰り返す。弾性被膜体も同時に伸張、縮小を繰り返す。内面に密着したピエゾフィルムはその応力を受け、形状に変化が生じて発電をする。
この場合の弾性被膜体がピエゾフィルムに与える応力は、ピエゾフィルムの全体に平均的に加えられる為、この例に於けるピエゾフィルムの形状は図２２に示す上下同寸法矩形のピエゾフィルムの集合による展開図、又は、図２４に示す電極側の巾の広い上下異寸法の長方形ピエゾフィルムの集合による展開図に従って、電極（３９）を上下に振り分けて複数枚で弾性皮膜体の内部を覆う状態に密着させることによって発電効率を上げることが出来る。
以上によって発生した電力を整流し、後述のバックアップ電源を利用した充電回路によって被充電バッテリーへ充電する。

図３、図４は請求項２に関連する。陸上走行車輌緩衝装置において、リバウンドスプリングを装備した複筒式ショックアブソーバーへの適応例で、外側を覆う弾性皮膜体を断面が長楕円状形式にした例である。
図３はショックアブソーバーが伸張した時の形態、図４はショックアブソーバーが収縮した時の形態を示す。（３）は上部が車体本体との接合部、下部が車軸との接合部である。（８）はピストンロッドでこの下部にピストン（１２）が設置されている。（４）は断面長楕円型弾性皮膜体、（５）は前記弾性皮膜体に密着されたピエゾフィルムである。（９）は、弾性被膜体が外筒に着装される上部着装部で、下部は外筒（２０）の外部に（１３）によって着装されている。（１０）は通過油量調整用のピストンバルブ、（１１）は通過油量調整用のオリフィス、（１２）はピストンである。（１４）は内筒内の油層部、（１８）は内筒、（１９）は内筒と外筒の間にある上部の気層部である。（２０）は外筒、（２１）は内筒と外筒間の油の流れを調節するコントロールバルブである。

装置の作動は、断面蛇腹型弾性被膜体（４）は上部で（９）の着装部によってピストンロッドに接合され、下部では（１３）の着装部によってピストンシリンダー外部に着装されている。車輌の走行中に車輪の上昇によってピストン（１２）は下降し、これに従って油はコントロールバルブ（２１）を通過し、外筒（２０）を上昇して上部気層（１９）を圧縮する。圧縮された気層（１９）は圧力が上昇し、その反発力及びリバウンドスプリング（６）の反発力によってピストン（１２）を押し戻す。車輪の上下運動によって起こる振動を外筒内のガス圧の変化で吸収し、滑らかな走行を実現させる。この車輪の上下運動に伴うピストンの上下運動によって装置は伸張、縮小を繰り返す。弾性被膜体（４）も同時に伸張、縮小を繰り返す。内面に密着したピエゾフィルム（５）はその応力を受け、形状に変化が生じて発電をする。
この場合の弾性被膜体がピエゾフィルムに与える応力は、ピエゾフィルムの長さ方向の中心部が最も大きい応力を受ける為、図２３に示す長楕円形ピエゾフィルムの集合による展開図に従って電極（３９）を上下に振り分け、複数枚で弾性皮膜体の内部を覆う状態に密着させることによって発電効率を上げることが出来る。
発生した電力を整流し、後述のバックアップ電源を利用した充電回路によって被充電バッテリーへ充電する。

図５、図６は請求項２に関連する。陸上走行車輌緩衝装置において、リバウンドスプリングを装備した複筒式ショックアブソーバーへの適応例で、外側を覆う弾性皮膜体を断面が３角錐状形式にした例である。
図５はショックアブソーバーが伸張した時の形態、図６はショックアブソーバーが収縮した時の形態を示す。装置の作動は図３、図４に示したものと同じである。
ピエゾフィルム（５）は弾性皮膜体（４）の形状変化に従って変形を繰り返し、発電する。
この場合の弾性被膜体がピエゾフィルムに与える応力は、ピエゾフィルムの長さ方向の中心部及び折れ曲がり部分が最も大きい応力を受ける為、図２４に示す如く先端の巾が小さい上下不等長方形の展開図に従って電極（３９）を上下に振り分けるか、又は、図２５に示す長三角形の展開図に従って電極（３９）を上下に振り分け、複数枚で弾性皮膜体の内部を覆う状態に密着させることによって発電効率を上げることが出来る。
発生した電力を整流し、後述のバックアップ電源を利用した充電回路によって被充電バッテリーへ充電する。

図７、図８は請求項３に関連する。陸上走行車輌緩衝装置において、エアーサスペンションへの適用例である。エアーバッグの形状を断面円錐形式とした装置である。図７はエアーバッグが伸張した場合を示し、図８はエアーバッグが収縮した場合を示す。
（１）は車体本体、（３）は本緩衝装置の車体本体又は車軸への接続部、（４）は弾性被膜体、（５）はピエゾフィルムである。（７）はエアーバッグ、（２２）はエアーコンプレッサーからのエアー供給パイプである。
車輌走行中の車輪の上下運動に伴ってエアーバッグは伸張収縮を繰り返す。車輪の上下運動によって起こる振動をエアーバッグ内のエアー圧の変化で吸収し、滑らかな走行を実現させる。エアーバッグ（７）が伸張すれば弾性皮膜体（４）も伸張し、エアーバッグ（７）が収縮すれば弾性皮膜体（４）も収縮して形状は変化する。弾性皮膜体に接着された（５）のピエゾフィルム（５）も形状が同時に変化し発電する。
この場合の弾性被膜体がピエゾフィルムに与える応力は、ピエゾフィルムの長さ方向の中心部及び折れ曲がり部分が最も大きい応力を受ける為、図２４に示す先細の上下不等長方形の展開図に従って電極（３９）を上下に振り分けるか、又は、図２５に示す長三角形の展開図に従って電極（３９）を上下に振り分け、複数枚で弾性皮膜体の内部を覆う状態に密着させることによって発電効率を上げることが出来る。
発生した電力を整流し、後述のバックアップ電源を利用した充電回路によって被充電バッテリーへ充電する。

図９、図１０は請求項３に関連する。陸上走行車輌緩衝装置において、エアーサスペンションへの適用例で、エアーバッグの形状を二連式の断面長楕円形式とした装置である。
本例はエアーバッグ（７）を弾性被膜体として捉え、これに直接ピエゾフィルムを密着させ、エアーバッグの形状変化を直接ピエゾフィルムの形状変化とさせて発電させる例である。図９はエアーバッグが伸張した場合を示し、図１０はエアーバッグが収縮した場合を示す。
（１）は車体本体、（３）は本緩衝装置の車体本体又は車軸へのへの接続部、（５）はピエゾフィルム（７）はエアーバッグ、（２２）はエアーコンプレッサーからのエアー供給パイプである。車輌走行中の車輪の上下運動に伴ってエアーバッグは伸張収縮を繰り返す。車輪の上下運動によって起こる振動をエアーバッグ内のエアー圧の変化で吸収し、滑らかな走行を実現させる。車輌走行中の車輪の上下運動に伴ってエアーバッグは伸張収縮を繰り返す。エアーバッグに密着されたピエゾフィルム（５）は応力を受けて形状が変化し発電する。
この場合の弾性被膜体がピエゾフィルムに与える応力は、ピエゾフィルムの長さ方向の中心部が最も大きい応力を受ける為、図２３に示す長楕円形の展開図に従って電極（３９）を上下に振り分け、複数枚で弾性皮膜体の内部を覆う状態に密着させることによって発電効率を上げることが出来る。
発生した電力を整流し、後述のバックアップ電源を利用した充電回路によって被充電バッテリーへ充電する。

図１１、図１２、図１３、図１４は請求項４に関連する。陸上走行車輌緩衝装置において、リーフスプサスペンションへの適用例である。図１１はリーフスサスペンションへ断面蛇腹状弾性皮膜体を設置し、リーフスプリングが伸張した時の例を示し、図１２はリーフスプリングが収縮した時の例を示す。（１）は、固定部としての車両本体フレーム、（２）は車軸、（４）は弾性被膜体、（５）はピエゾフィルムである。（２３）は振動緩和装置フレーム、（２４）はリーフスプリング固定側支持部、（２５）はリーフスプリング可動側支持部、（２６）はリーフスプリングである。図１２、図１４、は、（４）の弾性被膜体及び（５）のピエゾフィルムの伸張時と収縮時の形状変化の詳細を示す。
リーフスプリング（２６）が伸張すれば弾性皮膜体（４）も伸張し、リーフスプリング（２６）が収縮すれば弾性皮膜体（４）も収縮して形状は変化する。弾性皮膜体内に密着された（５）のピエゾフィルムも応力を受けて形状が変化し発電する。
この場合の弾性被膜体がピエゾフィルムに与える応力は、ピエゾフィルムの全体に平均的に加えられる為、図２２に示す上下同寸法矩形のピエゾフィルムの集合による展開図、又は、図２４に示す電極側の巾の広い上下異寸法の長方形ピエゾフィルムの集合による展開図に従って、電極（３９）を上下に振り分け、複数枚で弾性皮膜体の内部を覆う状態に密着させることによって発電効率を上げることが出来る。
発生した電力を整流し、後述のバックアップ電源を利用した充電回路によって被充電バッテリーへ充電する。

図1５、図１６、図１７、図１８、は、請求項５に関連する。コイルスプリングを使用する振動緩和装置に適用する説明図である。（１）は、固定部としての車両本体フレーム、（２）は振動部としての車輪の軸受、（３）は振動緩和装置を車両本体フレームに結合させ、或いは車軸と振動緩和装置を結合させる為の接合部、（４）はコイルスプリングを覆う弾性皮膜体、（５）はピエゾフィルム、（６）はコイルスプリング、である。
図１５、図１６は、コイルスプリング（６）が振動緩和装置として設置され断面長楕円型の弾性皮膜体を使用した状態を示す。コイルスプリング（６）の周囲を断面が長楕円型弾性皮膜体で覆い、その内側にピエゾフィルムを密着させた状態を示す。図１５はコイルスプリングが伸張したときの状態を示し、図１６の場合は車輪の上下運動によってコイルスプリングが収縮した時の状態を示す。
車輌の走行中路面、線路等の状況によって車輪は上下運動をする、この上下運動を緩やかなものとし、且つ上下運動の幅を小さくする為に車輌に振動緩和装置を設置する。コイルスプリングもその用途に使用される。このコイルスプリング（６）の外側に弾性皮膜体（４）を設置し、その内側にピエゾフィルム（５）を密着させる。車輪の上下運動によってコイルスプリング（６）が伸縮動作を繰り返す、弾性皮膜体も（４）もこれに従って伸縮動作によって変形を繰り返す、同時に前記弾性皮膜体（４）に密着されているピエゾフィルム（５）も変形動作を繰返えす。この変形の応力をピエゾフィルム（５）に与えて発電をさせるものである。

この場合、車輪の上下運動によって生ずる弾性皮膜体の変形が最大になる場所がピエゾフィルムへ与える応力が最高となる場所である。その場所に密着する幅が最大になる形状にピエゾフィルムを形成することが重要である。図１５、図１６、による断面が長楕円型の弾性皮膜体内側に密着させるピエゾフィルムの形状は、図２３に示す展開図となるものが理想的な形となる。コイルスプリングの周囲を覆う弾性皮膜体の内側に電極（３９）を上下に配分して長楕円型に形成した圧電フィルムを縦に複数枚で全内面を覆う状態に密着させる。各電極から集電した電力を後述の図２６または図２７に示すバックアップ電源を利用した回路によって整流し、コンデンサーに蓄電後被充電バッテリーへ充電させる。

図１７、図１８はコイルスプリングの周囲を覆う弾性皮膜体を蛇腹形式にした例である。
図１７は、弾性皮膜体が伸びた状態を示し、図１８は蛇腹状の弾性皮膜体が車輪の上下運動によって縮んだ状態を示している。
（１）は、固定部としての車両本体フレーム、（２）は振動部としての車輪の軸受、（３）は振動緩和装置を車両本体フレームに結合させ、或いは車軸と振動緩和装置を結合させる為の接合部、（４）はコイルスプリングを覆う弾性皮膜体、（５）はピエゾフィルム、（６）はコイルスプリング、である。

蛇腹形式の場合は、走行車両の車輪の上下運動時に圧縮、伸長を繰り返す場合に於ける弾性皮膜体の横方向への寸法変化が少なく、車両下部への設置時において自由空間の狭い場合には有利となる。この場合は部品としての加工度、コスト等も考慮に入れて判断をすることとなる。コイルスプリングの周囲を覆う蛇腹方式の弾性皮膜体の内側に密着させるピエゾフィルムの形状については、車輪の上下運動による蛇腹方式の弾性皮膜体の形状変化が最大となる位置がピエゾフィルムの面積が最大となる形状とすることが必要である。この場合、集電電極は弾性皮膜体の上に固定され、相対的には平均的な応力を受け、電極付近が弾性皮膜体の変形による応力を最も大きい状態で受けることとなる。この点を考慮した場合は、図２２、或いは図２４、に示す展開図となるピエゾフィルムの形状が理想的な形となる。

コイルスプリングの周囲を覆う弾性皮膜体の内側に電極（３９）を上下に配分し,図２２又は図２４の形に形成した圧電フィルムを縦に複数枚で全内面を覆う状態に密着させる。各電極から集電した電力を後述の図２６または図２７に示すバックアップ電源を利用した回路によって整流し、コンデンサーに蓄電後被充電バッテリーへ充電させる。

図１９は、請求項６に関連する。レシュプロ式コンプレッサー、又は、ルーツ式ブロアーに適用する例である。（２７）は、レシュプロ式コンプレッサーを示す。（２８）の回転軸が回転することによって（２９）ピストンロッドを介して（１２）のピストンが上下し、吸気弁（３０）と排気弁（３１）の作動によって（３５）の送気管を通じてレシーバータンクへの排気口（３６）へ気体をパルス状に排出する。（３２）は、ルーツ式ブロアーを示す。（３３）は回転軸、（３４）はロータリーピストンである。 2個のロータリーピストンの回転によって（３５）の送気管を通じてレシーバータンクへの排気口（３６）へ気体をパルス状に排出する。

送気管（３５）内の圧力はパルス状に変化する。送気管の内側に（４）の弾性皮膜体を接着させ、その内側にピエゾフィルム（５）を気体の流れに対し９０度の角度で複数密着させる。送られた気体のパルス状圧力変動によって弾性皮膜体（４）は変形を繰り返す。弾性皮膜体（４）に密着したピエゾフィルムは変形の応力を受けて発電を繰り返す。
送気管内の弾性皮膜体に対するピエゾフィルムその密着の方法は、固定される電極に近い部分が最も大きい応力を受けることになるので、この部分が最も幅が広い形となるものが理想的で、図２２、又は図２４の展開図に示す形状とし、気体の流れと直角の方向に排気管内部に複数枚を設置する。この電力を後述の図８または図９に示すバックアップ電源を利用した回路によって整流し、コンデンサーに蓄電後被充電バッテリーへ充電させる。

レシュプロ式エアーコンプレッサー又はルーツ式ブロアーから送られる気体は、排気口（３６）からレシーバータンク内にパルス状に排出される。この排出口（３６）に対し直角に中空のフレーム（３８）を設置し、そのフレームへ弾性皮膜体（４）を設置し、この弾性皮膜体にピエゾフィルム（５）を密着させる。パルス状に排出される気体のパルス型圧力変動を衝撃として弾性皮膜体（４）に与える、前記弾性皮膜体はパルス状に与えられる圧力変化によって変形を繰り返す。これに密着されているピエゾフィルム（５）はパルス状の応力を受けて発電する。
図２０、図２１にフレームの構造及びピエゾフィルムの設置方法を示す。フレーム（３８）は中空とし、中空部に弾性皮膜体（４）を接着させる。前記弾性皮膜体（４）へピエゾフィルム（５）を複数密着させる。この場合のピエゾフィルム（５）の形状は排気口中心部に対面するフレームの上下中心部が最も大きい応力を受けるので、この部分の幅が最も大きい図２３の形状が理想的であり、これを図２０、図２１の如くに設置することによって効率のよい発電が期待できる。送られた気体のパルス状圧力変動によって発生した電力は、後述の図２６または図２７に示すバックアップ電源を利用した回路によって整流し、コンデンサーに蓄電後被充電バッテリーへ充電させる。

図２２、図２３、図２４、図２５は、ピエゾフィルムの形状について、利用状態に対応するピエゾフィルムの最適形状を示す為の図である。（３９）はピエゾフィルムの電極である。図２２は長矩形で、ピエゾフィルムの全域に対して均等に応力が与えられる場合に利用される形状である。図２３は長楕円型で、ピエゾフィルムの中央部に強い応力が与えられる場合に利用される形状である。図２４、は長不等辺四角形、図２５は長三角形で双方共電極に近い部分に強い応力が与えられる場合に利用される形状である。以上のようなにピエゾフィルムを適切な形状選択によって最高の発電効果を得ることができる。

図２６、図２７は、本発明者が特願２００８−２４０３４４によって提示したバックアップ電源を使用した充電の手法である。 4系統ピエゾフィルム発電の場合に於ける個別充電システムの例を示す。（５）はピエゾフィルム、（４０）は全波整流回路、（４１）はコンデンサー、以上は各々ピエゾフィルムと同じ数量で併設されている。（４２）は個別回路への切り替えスイッチ、（４４）はバックアップ電源バッテリー、（４５）は被充電バッテリーを示す。（４６）は、バックアップ電源に家庭用又は、ガソリンスタンド等の充電用電源の充当を想定した整流装置である。（４７）の切り替えスイッチによってバックアップ電源バッテリー（４４）と切り替えることができる。

振動が発生した場合、（５）のピエゾフィルムによって発電し、その電力は（４０）の全波整流器によって整流されて（４１）のコンデンサーに充電される。然しながらその電力は微弱で車輛等の主バッテリーたる直接被充電バッテリーへの充電可能な電圧として取り出せるレベルのものではない。これを充電可能の状態にするために（４４）のバックアップ用バッテリー又は（４６）のバックアップ用自家用充電整流器電源を用意する。（４４）は車載用バックアップ電源用バッテリーで、この車載のバッテリーの容量は低くとも電圧が被充電バッテリーの電圧と同等又は高い電位を持っていればよい。（４６）は自家用充電整流器又は、ガソリンスタンド等の電力補給用整流装置で、（４７）のスイッチによって（４４）の車載用または別利用のバックアップ電源用回路と切り替えることができる。

このバックアップ電源のプラス側の端子と各コンデンサー（４１）のマイナス側を接続し、そのプラス側を図２６の如く切り替えスイッチ（４２）の切り替え端子へ接続する。この切り替えスイッチ（４２）を特定発電時間または特定使用時間等で切り替える。コンデンサー（４１）に蓄積された電力は、バックアップ電源の電圧と各コンデンサー（４０）の電圧がプラスされ被充電バッテリーの電圧よりも高くなる。これによってバックアップ電源電圧プラス各コンデンサー（４１）電圧が被充電バッテリー電圧と平衡するまで電流が流れ、被充電バッテリーに対して充電することになる。（４２）の切り替えスイッチによって、この操作を繰り返し、被充電バッテリーへの電力を補給する。

図２７は、図２６と同じく本発明者が特願２００８−２４０３４４によって提示したバックアップ電源を使用した充電の手法である。 4系統ピエゾフィルム発電の場合に於ける一斉充電システムの例を示す。（５）のピエゾフィルム、（４０）の全波整流回路、（４１）のコンデンサー、以上はピエゾフィルム発電設備の設置数量と同じ数量で併設されている。（４３）は個別回路への4連切り替えスイッチ、（４４）及び（４６）はバックアップ電源、（４５）は被充電バッテリーを示す。

この回路は特定発電時間または特定使用時間毎に切り替える。 4連切り替えスイッチ（４３）によって、一斉に充電時にバックアップ電源のプラス側から最初のコンデンサーのマイナス側に接続され、以後各コンデンサーが図の如く直列に接続される。スイッチオンの状態でバックアップ電源のプラス側電位と各コンデンサーの電位の総和が被充電バッテリーの電位との差となり、前例と同様に双方が平衡状態の電位となるまで充電作用が行われ、被充電バッテリー（４５）に対して電力を補給する。バックアップ電源は車載バックアップ用バッテリー（４４）或いは（４６）の自家用充電整流器又は、ガソリンスタンド等の電力補給用整流装置で対応する。この場合車載バッテリーの容量は低くとも電圧が被充電バッテリーの電圧と同等又は高い電位を持っていればよい。（４６）は前述の如く家庭又はガソリンスタンド等で直流電源を作り、特定発電時間または特定使用時間中にコンデンサーに蓄電された電力を被充電バッテリー（４５）へ充電する為のバックアップ用直流電源とするものである。（４７）のバックアップ電源切り替えスイッチにより（４４）のバックアップ用バッテリーとの切り替えを行うことが出来る。

図２８は、請求項７に関連する。ショックアブソーバーの中へ組み込み、ピエゾフィルムの設置に対して高い発電効果を上げる為の手段として、弾性皮膜体と組み合わせることによって走行車両走行中に起こる車輪の上下による圧力変動を広い面積でピエゾフィルムへ伝えることを目的とするものである。
図２８の（３）は車輌本体及び車軸との接合部、（８）はピストンロッド、（６）はリバウンドスプリング、（１０）はピストンバルブ、（１１）はオリフィス、（１２）はピストン、（４）は弾性皮膜体、(５)はピエゾフィルム、（１９）は外筒内の気層、（１４）は油層、(１８)は内筒、（２０）は外筒、（２１）はコントロールバルブ、（４６）は可撓性フィルム、である。
外筒を形成する内筒の外壁へ弾性皮膜体（４）を接着させ、この外側にピエゾフィルム（５）を密着させ、その外側に可撓性フィルムを接着させる。油層と気層はその両層で広い面積によってピエゾフィルムへ圧力変動を伝達することが可能となる。

現在世界は地球温暖化防止のための省エネの必要にも迫られている。このような環境の下に目下世界的な省エネ運動が展開されている。近年電気自動車の開発は各国で始まっている。又、電池とガソリンエンジン併用のハイブリッド車も増産されている。充電装置付の家も販売されようとしている。現在これらの電気による走行車輌の走行距離拡大は大きな課題目標として掲げられている。本発明によって生ずる新しいエネルギーは、走行中に自動的に発生する電力で、過去においては全く顧みられなかったものである。本発明によって生ずる新しいエネルギーは、電気自動車の走行距離延長、或いは電車等への補助電力として利用することも出来るようになり、省エネの効果が期待される。

次に、工場等で使用されるレシュプロ式コンプレッサーは、通常レシーバータンク内の圧力変化に応じてオンオフ動作によって運転、停止の繰り返しが行われる、又、真空発生装置として使用されるルーツ式ブロアーの場合は、運転開始後はプラントが次の運転停止時期までの間止まることなく何十日もの間運転が継続される場合もある。過去においてはこのパルス状に排出される気体の圧力変化のよる振動エネルギーは全く利用されることはなく廃棄されていた。本発明によって未利用のエネルギーを電力に変え、例えば工場内で動く電動フォークリフト用バッテリー充電等の新しい電源として活用することができる。

（１）陸上走行車輌車体本体
（２）車軸
（３）接合部
（４）弾性被膜体
（５）ピエゾフィルム
（６）コイルスプリング
（７）エアーバッグ
（８）ピストンロッド
（９）弾性皮膜体上部着装部
（１０）ピストンバルブ
（１１）オリフィス
（１２）ピストン
（１３）弾性皮膜体下部着装部
（１４）油層
（１５）フリーピストン
（１６）気層
（１７）ピストンシリンダー
（１８）複筒式ショックアブソーバーの内筒
（１９）複筒式ショックアブソーバーの外筒内の気層
（２０）複筒式ショックアブソーバーの外筒
（２１）コントロールバルブ
（２２）エアー供給パイプ
（２３）リーフサスペンションのフレーム
（２４）リーフスプリング固定側支持部
（２５）リーフスプリング可動側支持部
（２６）リーフスプリング
（２７）レシュプロ式エアーコンプレッサー本体
（２８）レシュプロ式コンプレッサー回転軸
（２９）レシュプロ式コンプレッサーピストンロッド
（３０）給気弁
（３１）排気弁
（３２）ルーツブロアー本体
（３３）ルーツブロアーのロータリーピストン回転軸
（３４）ルーツブロアーのロータリーピストン
（３５）気送管
（３６）排気口
（３７）レシーバータンク
（３８）弾性皮膜体保持用フレーム
（３９）ピエゾフィルム電極
（４０）整流器
（４１）コンデンサー
（４２）個別コンデンサー切り替えスィッチ
（４３）同時充電多連切り替えスィッチ
（４４）バックアップ電源バッテリー
（４５）被充電バッテリー
（４６）交流電源整流電源
（４７）バックアップ電源バッテリー、交流電源整流電源切り替えスィッチ
（４８）可撓性フィルム

Claims

陸上走行車輌に於ける車体本体と、車輪の上下運動によって振動が発生する振動部との間に介装する振動緩和装置に於いて、前記振動緩和装置は、車体本体への接合部及び車軸への接合部によって介装され、ピストンシリンダーに内包されるピストンを備え、前記ピストンシリンダー内に、油層部及び気層部を備え、前記油層部と気層部との間で、上下運動可能なフリーピストンを備え、ピストンロッド上部及び前記ピストンシリンダー外部に着装部を設置して両着装部の間に弾性被膜体を着装し、前記弾性被膜体の内部にピエゾフィルム複数枚を密着させ、車輌走行時の車輪の上下運動によって生ずる前記弾性被膜体の変形による応力をピエゾフィルムに与えて変形させ、これによって発生する微弱な電力をバックアップ電源によって被充電バッテリーへ充電することを特徴とする発電装置。
陸上走行車輌に於ける車体本体と、車輪の上下運動によって振動が発生する振動部との間に介装する振動緩和装置に於いて、前記振動緩和装置は、ピストンロッド上部の接合部及び後述の外筒下部の接合部によって車体本体及び車軸へ介装され、ピストンロッドの下部にピストンを備え、これを内包するピストンシリンダー内に油層部を備え、その底部に通過油量を調節するコントロールバルブを有する内筒、及び前記内筒を外包して内筒との間に油層部と、上部に気層部を形成する外筒によって形成され、ピストンロッド上部及び前記外筒外部に着装部を設置して両着装部の間に弾性被膜体を着装し、前記弾性被膜体の内部にピエゾフィルム複数枚を密着させ、車輌走行時の車輪の上下運動によって生ずる弾性被膜体の変形による応力をピエゾフィルムに与えて変形させ、これによって発生する微弱な電力をバックアップ電源によって被充電バッテリーへ充電することを特徴とする発電装置。
陸上走行車輌に於ける車体本体と、車輪の上下運動によって振動が発生する振動部との間に介装する振動緩和装置に於いて、前記振動緩和装置は、車体本体へ接合される接合部、及び車軸への接合部を備え、一個の断面円錐形或いは２個の横型断面長楕円形のエアーバッグによって形成され、前記エアーバッグの内面に弾性被膜体を接着させてその内面にピエゾフィルム複数枚を密着させ、或いは、前記エアーバッグの内面に直接ピエゾフィルム複数枚を密着させ、車輌走行時の車輪の上下運動によって生ずるエアーバッグ変形応力をエアーバッグに接着された前記弾性被膜体に与え、弾性被膜体の変形よって生ずる応力をピエゾフィルムに与えて変形させ、或いは、エアーバッグの変形によって生ずる応力を直接エアーバッグに密着させたピエゾフィルムに与えて変形させ、これによって発生する微弱な電力をバックアップ電源によって被充電バッテリーへ充電することを特徴とする発電装置。
陸上走行車輌に於ける車体本体と、車輪の上下運動によって振動が発生する振動部との間に介装する振動緩和装置に於いて、前記振動緩和装置は、車体本体へ接合固定されるフレームに対して装着させる固定側支持部及び可動側支持部によって支持されるリーフスプリングを備え、前記フレームとリーフスプリングの間に複数個の弾性被膜体を着装し、前記弾性被膜体の内面にピエゾフィルム複数枚を密着させ、車輌走行時の車輪の上下運動によって生ずるリーフスプリングの上下運動を前記弾性被膜体の変形に変え、その変形よって生ずる応力をピエゾフィルムに与えて変形させ、これによって発生する微弱な電力をバックアップ電源によって被充電バッテリーへ充電することを特徴とする発電装置。
陸上走行車輌に於ける車体本体と、車輪の上下運動によって振動が発生する振動部との間に介装する振動緩和装置に於いて、前記振動緩和装置は、ピストンロッド上部の接合部及び後述の外筒部の接合部によって車体本体及び車軸へ介装され、ピストンロッドの下部にピストンを備え、これを内包するピストンシリンダー内に油層部を備え、その底部に通過油量を調節するコントロールバルブを有する内筒、及び前記内筒を外包して内筒との間に油層部と、上部に気層部を形成する外筒によって形成され、外筒を形成する内筒の外壁に弾性皮膜体を接着させ、前記弾性皮膜体にピエゾフィルム複数枚を密着させ、その上に可撓性フィルムを接着させ、車輪の上下運動によって発生する圧力変化を油層及び気層の両層でピエゾフィルムに対して幅広い面積で伝達する方法。