JP4980142B2

JP4980142B2 - 発電装置

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Publication number: JP4980142B2
Application number: JP2007144165A
Authority: JP
Inventors: 陽平鳥海; 康通金井; 松本　　聡; 尊久正代
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2007-05-30
Filing date: 2007-05-30
Publication date: 2012-07-18
Anticipated expiration: 2027-05-30
Also published as: JP2008301606A

Description

この発明は、人間の生活の動作によって電力を発生する発電装置に関し、特に歩行を行なうことで電力を発生させ、携帯機器に電力を供給する発電装置に関する。

従来より、携帯機器に搭載される機能が増加しその使用時間が伸びていることから、携帯電話や、音楽プレーヤーなどの電源が外出時に切れてしまうという問題がある。この問題を解決するには、携帯機器に搭載される電池の容量が十分に大きいこと、もしくは外出時において、どこでも充電が出来ること、もしくは、発電によって電力を得ることが必要である。

しかし、現在の電池技術では、電池の容量を大きくしようとすると、電池の大きさと重さが増えてしまい、携帯性が悪くなる。また、外出時に、どこでも充電をできるようなシステムは今のところない。また、手回し充電器など、携帯性の発電機は存在するが、意識的に力を入れて充電しなければならないことから、利用者は疲れてしまい、実用的ではない。

そこで、利用者が意識せずに発電を行うものとして、歩行発電が考案されている。例えば、特許文献１では、踵などの靴内部の稼動部分に圧電素子を配置し、歩行による応力により圧電素子にひずみを発生させることにより電力を得る方法を開示しており、特許文献２では、歩行運動により靴内部に取り付けられた磁石とコイルとの距離を変化させることで電磁誘導を発生させ、発生させた電磁誘導により電力を得る方法を開示している。

また、歩行運動により、靴内部のペダルを体重により押し込み、その仕事によって発電機を回転させて電力を得る方法や、靴内部にポンプを配置し、歩行による圧力によって外部から空気を取り込み、タービンを回して発電機を回転させることで電力を得る方法なども考案されている。

ここで、歩行の際に発生する圧力を利用して発電を行なう場合には、歩行時に踵からつまさきに重心が移る過程において、その圧力に差があることを考慮する必要がある（非特許文献１を参照）。

特開２００４−９６９８０号公報特許第２８７０３３０号公報「大面積圧力センサを用いた歩行パターン計測装置の開発」NTT CS研大和淳司他電子情報通信学会論文誌 D-II、Vol.J84-D-II、No.2,pp.380-389、2001年2月

ところで、上記した従来の技術は、その実用性に問題があった。例えば、上記した圧電素子を用いる従来の技術は、利用者の歩行時における違和感がほとんどないという利点はあるものの、靴底に入る圧電素子の大きさには制限があるため、出力はせいぜい数十ｍＷであり、携帯電話などの通信機器に必要とされる１Ｗ以上の消費電力を提供することができないので、実用性に問題があった。なお、１Ｗ以上を出力できる実用的な圧電素子の材料は、現状では存在しない。

また、上記した電磁誘導を用いる従来の技術は、磁石とコイルの距離の変化の微分に比例した電磁誘導の起電圧を発生させるが、通常の歩行速度では１Ｗ以上の出力は期待できないので、実用性に問題があった。

また、上記したペダルを体重で押し込むことにより電力を得る従来の技術は、１Ｗ以上の出力を期待できるが、効率をあげるために、増速機構が必要であるため、ギアを用いている。しかし、稼動時において、ギアから騒音が発生するので、歩いているときに常に足元から音がすることとなり、利用者に不快感を与える。また、ギア部分は、磨耗により劣化しやすいので、耐久性に問題がある。また、発電量を高めるためにストロークを大きくすると、歩行時に利用者にとって違和感が生じる。このようなことから、当該従来技術は、実用性に問題があった。

また、上記した外部から取り込んだ空気圧でタービンを回すことにより電力を得る従来の技術は、１Ｗ以上の出力を期待でき、増速機構として気体の圧力変化を利用するので騒音も少ない。しかし、靴底近くの空気は地面に近いため、塵や、雨水などをとりこみやすく、タービンなどの稼動部分が磨耗もしくは劣化しやすくなる。このようなことから、当該従来技術は、実用性に問題があった。

以上のように、現状において、利用者が意識せずに発電を行う技術は、得られる電力が小さい、利用者に不快感を与える、壊れやすい、エネルギーロスを生じるなどの問題点を有しており、どれも実用的ではなかった。

本発明は、上述した従来技術における問題点を解消し、課題を解決するためになされたものであり、人間の日常生活の何気ない動作の中で意識的な作業なしに携帯機器を充電し、携帯機器の電池切れを予防することのできる、実用的な発電装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明は、流体を貯蔵する第１のタンクと、前記第１のタンクの内部を２つの空間に隔絶する第１の仕切り板と、前記第１の仕切り板に設けられる流動経路であり、前記第１の仕切り板により隔絶された上側の空間から下側の空間に向かう方向に選択的に流体を流動させる選択的流動機構を有する第１の流動経路と、外部からの加重を伝達して前記第１の仕切り板の位置を下方向に移動させ、前記外部からの加重がない場合には、前記第１の仕切り板を所定の位置まで上方向に移動させる弾性機構を有する第１の加重伝達手段と、流体を貯蔵する第２のタンクと、前記第２のタンクの内部を２つの空間に隔絶する第２の仕切り板と、前記第２の仕切り板に設けられる流動経路であり、前記第２の仕切り板により隔絶された上側の空間から下側の空間に向かう方向に選択的に流体を流動させる選択的流動機構を有する第２の流動経路と、外部からの加重を伝達して前記第２の仕切り板の位置を下方向に移動させ、前記外部からの加重がない場合には、前記第２の仕切り板を所定の位置まで上方向に移動させる弾性機構を有する第２の加重伝達手段と、前記第１の仕切り板により隔絶された２つの空間を前記第１のタンクの外で連結する第１の外部流動経路であり、かつ、前記第２の仕切り板により隔絶された２つの空間を前記第２のタンクの外で連結する第２の外部流動経路であり、かつ、前記第１の外部流動経路の一部と前記第２の外部流動経路の一部とを共有する共有流動経路を有する流動経路であって、前記第１の外部流動経路が前記第１の仕切り板により隔絶された下側の空間から前記共有流動経路を経由して前記第１の仕切り板により隔絶された上側の空間に向かう方向に前記流体を選択的に流動させる選択的流動機構を有し、前記第２の外部流動経路が前記第２の仕切り板により隔絶された下側の空間から前記共有流動経路を経由して前記第２の仕切り板により隔絶された上側の空間に向かう方向に前記流体を選択的に流動させる選択的流動機構を有する第３の流動経路と、前記共有流動経路上に設けられ、当該共有流動経路を流動する前記流体によって回転するタービンと、前記タービンの回転を用いて発電を行なう発電手段と、利用者の体に装着される靴と、を備え、前記第１のタンクおよび前記第１の加重伝達手段は、前記靴の中における爪先の部分に配置され、前記第２のタンクおよび前記第２の加重伝達手段は、前記靴の中における踵の部分に配置され、前記第３の流動経路と前記タービンと前記発電手段とは、前記靴の内部の空いているスペースに配置され、前記発電手段に用いられる前記タービンの回転は、前記第１の加重伝達手段による前記第１の仕切り板の位置の下方向への移動にともなう前記第１仕切り板により隔絶される２つの空間それぞれの体積変化から生じる前記共有流動経路における前記流体の流動と、前記第２の加重伝達手段による前記第２の仕切り板の位置の下方向への移動にともなう前記第２の仕切り板により隔絶される２つの空間それぞれの体積変化から生じる前記共有流動経路における前記流体の流動とにより発生し、前記利用者の歩行中において、当該利用者の体重である前記外部からの加重が、前記踵の部分に配置された前記第２の加重伝達手段と、前記爪先の部分に配置された前記第１の加重伝達手段とのいずれか一方、もしくは両方にかけられた場合に、前記タービンが同一方向に回転して発電することを特徴とする。

本発明によれば、流体を貯蔵するタンクと、タンクの内部を２つの空間に隔絶する仕切り板と、仕切り板によって隔絶された２つの空間の間に流体を流動させる流動経路と、流動経路上に設けられ、当該流動経路を流動する流体によって回転するタービンと、外部からの加重を伝達して仕切り板の位置を移動させるペダルと、タービンの回転を用いて発電を行なう発電機と、を備え、発電機の発電に用いられるタービンの回転は、ペダルによる仕切り板の位置の移動にともなう２つの空間それぞれの体積変化から生じる流動経路における流体の流動により発生させるので、閉じた空間の中に流体を循環させることで、塵や雨水などタービンに悪影響を及ぼすものがタービン内部に入ることを回避して発電システムの耐久性を向上させることができると同時に、タービンを回転させるのに最適な流体を任意に選択して発電システムの発電効率を向上させることができ、実用的な発電装置を提供することが可能になる。

また、本発明によれば、流動経路を複数備え、かつ、複数の流動経路の内部において、特定方向に選択的に流体を流動させる機構を有するので、外部からの加重方向によってタンク内に設けた２つの空間の間を流動する流体の方向を一方のみに選択して、タービンに流れる流体を一方向に設定することにより、発電システムの発電効率を向上させることができ、実用的な発電装置を提供することが可能になる。すなわち、両方向の流動に対応した構造を有するタービンを設置する必要がなく、一方向のみの流動に対応した構造を有するタービンを設置することで、外部からの加重を効率よく電力に変換して発電効率を向上させることができ、実用的な発電装置を提供することが可能になる。

また、本発明によれば、複数の流動経路のうち一つは、仕切り板に設けられるので、流動経路が仕切り板の中を通ることにより、タンク内に設けた２つの空間の間を流体が移動する際の距離が短くなりエネルギー損失を減少できると同時に、流動経路のうち一つをタンクの外部ではなく、タンク内に設置して発電装置全体を小型化することができ、実用的な発電装置を提供することが可能になる。

また、本発明によれば、ペダルは、外部からの加重がない場合には、仕切り板を所定の位置に移動させる弾性機構をさらに有するので、仕切り板に加重がかかり、その位置が変化しても、加重がなくなると再び元の位置に戻ることから、外部からの加重が一方向に断続的に発生するような状況でも発電することができ、実用的な発電装置を提供することが可能になる。

また、本発明によれば、利用者の動作に伴って、仕切り板に対する外部からの加重が変化するように、利用者の体に発電装置を装着し、利用者の行動によって発電するので、日常生活の何気ない行動で発電することができ、実用的な発電装置を提供することが可能になる。

また、本発明によれば、利用者の装着する靴に発電装置を設置し、外部からの加重として、利用者の体重を使用するので、例えば、日常生活の歩行や走行によって発電することができ、実用的な発電装置を提供することが可能になる。

また、本発明によれば、タンクおよびペダルを、靴の中における踵の部分および爪先の部分それぞれに二つずつ配置して備え、複数の流動経路のうち一つは、踵の部分に配置されたタンクおよび爪先の部分に配置されたタンクの両方につながり、当該一つの流動経路上にタービンを設け、利用者の歩行中において、当該利用者の体重である外部からの加重が、踵の部分に配置されたペダルと、爪先の部分に配置されたペダルとのいずれか一方、もしくは両方にかけられた場合に、タービンが回転して発電するので、例えば、踵部分および爪先部分それぞれに加重をかけるペダルを設置することにより、歩行時あるいは走行時に踵から爪先に重心が移動しても、効率よく発電をすることができ、実用的な発電装置を提供することが可能になる。

以下に添付図面を参照して、この発明に係る発電装置の好適な実施例について説明する。

図１を用いて、実施例１における発電装置について説明する。なお、図１は、実施例１における発電装置の構成を説明するための図である。

図１に示すように、実施例１における発電装置は、タンク１と、仕切り板２と、ペダル３と、パイプ４と、タービン５と、発電機６とから構成される。タンク１は、流体によって満たされており、その内部が、ペダル３と接続される仕切り板２によって、図１に示すように、部屋１ａと部屋１ｂとの２つの部屋に隔絶されている。ペダル３は、外部からの加重を伝達するために、漏れのないシーリング（例えば、Ｏリング）によって外に引き出されている。また、仕切り板２は、タンク１の内部に固定されておらず、ペダル３に外部から加重がかけられることによって、タンク１の内部を移動することができる。

すなわち、仕切り板２は、ペダル３にかけられた外部からの加重によって、例えば、注射器のピストンのように、タンク１の内部を２つの部屋（部屋１ａおよび部屋１ｂ）に隔絶したままスライドすることができる。ここで、図１に示す構成においては、仕切り板２は、タンク１の内部を上下方向にスライドする。なお、ペダル３は、特許請求の範囲に記載の「加重伝達手段」に対応し、２つの部屋（部屋１ａおよび部屋１ｂ）は、同じく「２つの空間」に対応する。

パイプ４は、仕切り板２によって隔絶された２つの部屋の間に流体を流動させる「流動経路」である。すなわち、図１に示すように、部屋１ａおよび部屋１ｂは、タンク１の外部に伸びたパイプ４によって接続され、タンク１が貯蔵する流体は、パイプ４の内部を通って、部屋１ａから部屋１ｂへ、もしくは部屋１ｂから部屋１ａへ流動する。

タービン５は、パイプ４の途中に接続され、パイプ４を流動する流体によって回転し、発電機６は、タービン５の回転を用いて発電を行なう。すなわち、発電機６は、ペダル３による「仕切り板２の位置の移動」にともなう「部屋１ａおよび部屋１ｂそれぞれの体積変化」から生じる「パイプ４における流体の流動」により発生したタービン５の回転を用いて発電を行なう。なお、発電機６は、特許請求の範囲に記載の「発電手段」に対応する。

具体的には、仕切り板２は、ペダル３に外部からの加重がかけられると、タンク１内をスライドし、それにともない、部屋１ａおよび部屋１ｂそれぞれの体積が変化するので、流体は、パイプ４とタービン５とを通って２つの部屋の間を移動する。そして、タービン５は、流体の運動エネルギーと圧力とによって回転をすることができる。

例えば、外部からペダル３を下方向に押し込むような加重がかかると、仕切り板２は、下方向にスライドし、これにより、流体は、パイプ４の中を流動して部屋１ａから部屋１ｂへ移動するので、タービン５は、反時計回りに回転する。また、外部からペダル３を上方向に引き上げるような加重がかかると、仕切り板２は、上方向にスライドし、これにより、流体は、パイプ４の中を流動して部屋１ｂから部屋１ａへ移動するので、タービン５は、時計回りに回転する。

ここで、タービン５の回転は、タービン５と発電機６との間で軸を共有するか、もしくはタービン５と発電機６との間にギアやプーリーを設置することにより、発電機６へ伝えることができる。なお、本実施例では、タービン５に発電機６を接続して発電する場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、タービン５の中に発電機６を構成する部品を埋め込むことにより、タービン５の回転を発電機６に伝えて発電する場合であってもよい。

このようなことから、実施例１における発電装置は、閉じた空間の中に流体を循環させることで、塵や雨水などタービン５に悪影響を及ぼすものがタービン５の内部に入ることを回避して発電システムの耐久性を向上させることができると同時に、タービン５を回転させるのに最適な流体を任意に選択して発電システムの発電効率を向上させることができ、実用的な発電装置を提供することが可能になる。

上述した実施例１では、流動経路を一つ設置する場合について説明したが、実施例２では、流動経路を複数設置する場合について、図２を用いて説明する。なお、図２は、実施例２における発電装置の構成を説明するための図である。

実施例１における発電装置では、連続して電力を得るために、ペダル３を（図１においては、上下に）往復して動かす必要がある。また、流体は、タービン５の内部を２つの方向に流動するので、タービン５の構造は、どちらの向きでも回転できるような構造である必要があり、さらに、発電機６も両方の回転方向に対応している必要がある。しかし、タービン５の回転効率を上げるためには、その形状と流路は最適にする必要があり、流体の流れる方向は限定したほうが効率の面からは望ましい。

そこで、実施例２における発電装置は、図２に示すように、タンク２１と、仕切り板２２と、ペダル２３と、パイプ２４１と、パイプ２４２と、タービン２５と、発電機２６とから構成され、さらに、パイプ２４１の内部に逆止弁２７１を備え、パイプ２４２の内部に逆止弁２７２を備える。ここで、タンク２１は、図１におけるタンク１に対応し、仕切り板２２は、同じく仕切り板２に対応し、ペダル２３は、同じくペダル３に対応し、パイプ２４１は、同じくパイプ４に対応し、タービン２５は、同じくタービン５に対応し、発電機２６は、同じく発電機６に対応する。すなわち、実施例２における発電装置は、実施例１の発電装置と比較して、パイプ２４２と、逆止弁２７１と、逆止弁２７２とを新たに備える点が異なる。以下、これを中心に説明する。

図２に示すように、タンク２１の内部は、仕切り板２２によって、部屋２１ａと部屋２１ｂとの２つの部屋に隔絶されており、部屋２１ａと部屋２１ｂとは、タービン２５を通るパイプ２４１によってつながっていると同時に、別途設置されたパイプ２４２によってもつながっている。そして、パイプ２４１の内部には、逆止弁２７１が取り付けられ、パイプ２４２の内部には、逆止弁２７２が取り付けられている。これにより、パイプ２４１の内部およびパイプ２４２の内部において、流体が選択的に一方向にしか流れないようにすることができる。例えば、図２に示す構成により、流体の流動を、パイプ２４２の内部においては上から下方向へのみに選択することができ、パイプ２４１の内部においては下から上方向へのみに選択することができる。なお、逆止弁２７１および逆止弁２７２は、特許請求の範囲に記載の「選択的流動機構」に対応する。

これにより、ペダル２３を上から下へ押し込んだ場合は、タービン２５に流体が流入することにより、タービン２５は回転し、発電機２６において電力を得ることができるが、ペダル２３を下から上へ引き上げた場合は、タービン２５に流体が流入しないので、タービン２５は回転せず、発電機２６において電力を得ることができない。しかし、ペダル２３を下から上へ引き上げた場合では、ペダル２３に与えなければならない仕事は、流体を部屋２１ｂから部屋２１ａへ移動させる分だけであるため、エネルギー損失は少なく、効率の低下は少ない。

また、ペダル２３にかける力は往復運動でなくてはいけないが、タービン２５を回転させるために強い力をかけなければならないのは片方向のみで、もう片方向は、流体を部屋から部屋へ移動させるための力のみでよい。すなわち、実施例２における発電装置は、例えば、自転車のタイヤの手動空気入れのように、体重をかけて強く押して、引くときには軽い力で引くことを繰り返すような動作によって発電する場合に適する。

このようなことから、実施例２における発電装置は、外部からの加重方向によってタンク２１の内部に設けた２つの部屋の間を流動する流体の方向を一方のみに選択して、タービンに流れる流体を一方向に設定することにより、発電システムの発電効率を向上させることができ、実用的な発電装置を提供することが可能になる。すなわち、両方向の流動に対応した構造を有するタービンを設置する必要がなく、一方向のみの流動に対応した構造を有するタービンを設置することで、外部からの加重を効率よく電力に変換して発電効率を向上させることができ、実用的な発電装置を提供することが可能になる。

上述した実施例２では、複数の流動経路すべてをタンクの外に設置する場合について説明したが、実施例３では、複数の流動経路のうち一つを仕切り板に設置する場合について、図３を用いて説明する。なお、図３は、実施例３における発電装置の構成を説明するための図である。

図３に示すように、実施例３における発電装置は、タンク３１と、仕切り板３２と、ペダル３３と、パイプ３４１と、流動経路３４２と、タービン３５と、発電機３６とから構成され、さらに、パイプ３４１の内部に逆止弁３７１を備え、流動経路３４２の内部に逆止弁３７２を備える。すなわち、実施例３における発電装置は、実施例２における発電装置と、ほとんど同様の構成からなるが、実施例２の発電装置においては、逆止弁２７２を備えるパイプ２４２がタンク２１の外部に設置されるのに対して、実施例３における発電装置においては、逆止弁３７２を備える流動経路３４２が仕切り板３２の中に設置される点が異なる。

このように、逆止弁３７２を備える流動経路３４２を仕切り板３２の中に内蔵することにより、外部からペダル３３を下方向に押し込むような加重がかかる場合、実施例２と同様に、流体はパイプ３４１の中を流動して部屋３１ａから部屋３１ｂへ移動するが、外部からペダル３３を上方向に引き上げるような加重がかかる場合、実施例２とは異なり、流体は仕切り板３２の中を通過して部屋３１ｂから部屋３１ａへ移動することができる。すなわち、流体の移動経路を短くすることができる。

また、流動経路３４２は、図３に示すように、必ずしも、パイプの形状でなくてもよく、例えば、図４に示すように、仕切り板３２に複数の穴４０を作製し、穴４０を覆うように板４１が蝶番４２によって取り付けられている構成にすることができる。なお、図４は、実施例３における流動経路の別形態を説明するための図である。

例えば、仕切り板３２が引き上げられることにより上から下方向へ流体が通るときは、図４の左側に示すように、板４１が流体に押されることによって、穴４０が開き、流体は部屋３１ｂから部屋３１ａへ移動することができるが、仕切り板３２が押し下げられることにより下から上方向へ流体が通ろうとしても、板４１が流体に押されることによって、穴４０を閉じるために、仕切り板３２の中を通ることはできず、流体はパイプ３４１の中を流動して部屋３１ａから部屋３１ｂへ移動する。このように、穴４０、板４１および蝶番４２を用いることによって、図３に示す流動経路３４２および逆止弁３７２と同様の役割を果たすことができる。

このようなことから、実施例３における発電装置は、流動経路３４２が仕切り板３２の中を通ることにより、タンク３１内に設けた２つの部屋の間を流体が移動する際の距離が短くなりエネルギー損失を減少できると同時に、流動経路３４２をタンク３１の外部ではなく、タンク３１の内部に設置して装置全体を小型化することができ、実用的な発電装置を提供することが可能になる。

実施例４では、外部からの加重がない場合には、仕切り板を所定の位置に移動させる弾性機構をさらに有する場合について、図５を用いて説明する。なお、図５は、実施例４における発電装置の構成を説明するための図である。

図５に示すように、実施例４における発電装置は、タンク５１と、仕切り板５２と、ペダル５３と、パイプ５４１と、流動経路５４２と、タービン５５と、発電機５６と、バネ５９から構成され、さらに、パイプ５４１の内部に逆止弁５７１を備え、仕切り板５２の中に設置された流動経路５４２の内部に逆止弁５７２を備え、タンク５１の内部は、仕切り板５２によって、部屋５１ａと部屋５１ｂとに分けられる。すなわち、実施例４における発電装置は、実施例３における発電装置と、ほとんど同様の構成からなるが、ペダル５３に、弾性機構としてのバネ５９を新たに取り付ける点が異なる。以下、これを中心に説明する。

ペダル５３にバネ５９などの弾性機構を取り付けことにより、外部からの加重がかけられてペダル５３の位置が移動した後、外部からの加重がかからなくなると、ペダル５３は元の位置までもどる。

このようなことから、実施例４における発電装置は、外部からの加重が一方向にのみしか働かない状況でも、その力が断続的にかかれば、発電機５６は、発電を継続して行なうことができ、実用的な発電装置を提供することが可能になる。すなわち、本発明は、人間の日常生活の何気ない動作の中で意識的な作業無しに発電をすることを目的としているが、人間の無意識の動作の中には、一方向のみに断続的な力が反復的にかかるものは多く、例えば、歩行中やジョギングなどの走行中における足の裏からの圧力などがあげられる。従って、実施例４における発電装置を用いれば、このような断続的な力を効率よく電力に変えることができ、実用的な発電装置を提供することが可能になる。

実施例５では、外部からの加重として、歩行時に足の裏から靴底にかかる圧力を利用する場合について、図６を用いて説明する。なお、図６は、実施例５における発電装置の構成を説明するための図である。

図６に示すように、実施例５における発電装置は、利用者の体に装着される靴に適用され、タンク６１と、ペダル６３と、パイプ６４と、タービン６５と、発電機６６と、バネ６９から構成され、さらに、パイプ６４の内部に逆止弁６８を備える。また、図示しない実施例５における発電装置の構成要素として、タンク６１の内部にある仕切り板と、仕切り板の中に設置される流動経路とを備える。すなわち、靴に適用される実施例５における発電装置は、図５に示す実施例４における発電装置と同様のものである。

図６に示すように、タンク６１およびペダル６３は、足の中で、歩行・走行時に体重がかかる部分の一つである踵の位置に配置され、逆止弁６８を備える流動経路であるパイプ６４、逆止弁６８、タービン６５および発電機６６は、靴内部の空いているスペースに配置される。

このような構成配置により、靴の装着者である利用者が、ペダル６３を上から踏みつけると、流体がタービン６５に流れ込むことにより、発電機６６が発電することができる。そして、利用者がペダル６３を踏みつけない時には、ペダル６３は、バネ６９によって上に押し戻され、再び、利用者がペダル６３を踏みつけられれば発電できる状態になる。ペダル６３は、利用者によって踏まれると下に沈み込み、これ以上踏みつけることはできなくなるが、歩行時あるいは走行時には、右足および左足の交互に靴に対して圧力がかかる。そのため、足が歩行あるいは走行のために空中に浮いている間に、ペダル６３はバネ６９によって戻され、再度踏みつけられることが可能になる。これによって、歩行時あるいは走行時において、反復的に発電することが可能になる。

このようなことから、実施例５における発電装置は、日常生活の何気ない行動、例えば、日常生活の歩行や走行によって発電することができ、実用的な発電装置を提供することが可能になる。

上述した実施例５では、靴内部にタンクおよびペダルが一組設置される場合について説明したが、実施例６では、靴内部にタンクおよびペダルが二組設置される場合について、図７を用いて説明する。なお、図７は、実施例６における発電装置を説明するための図である。

図７に示すように、実施例６における発電装置は、実施例５と同様に利用者の体に装着される靴に適用されるが、踵部分に配置されるタンク７１１およびバネ７９１を有するペダル７３１と、爪先部分に配置されるタンク７１２およびバネ７９２を有するペダル７３２と、靴内部の空いているスペースに配置されるパイプ７４とタービン７５と発電機７６とから構成される。

また、図７に示すように、パイプ７４は、タンク７１１およびタンク７１２の両方につながり、さらに、タンク７１１につながる流路に逆止弁７８１を備え、タンク７１２につながる流路に逆止弁７８２を備える。また、タービン７５は、パイプ７４に接続される。また、図示しない実施例６における発電装置の構成要素として、タンク７１１の内部にある仕切り板および仕切り板の中に設置される流動経路と、タンク７１２の内部にある仕切り板および仕切り板の中に設置される流動経路とを備える。

すなわち、実施例６における発電装置は、踵部分のペダル７３１が利用者の体重により押し付けられた時も、爪先部分のペダル７３２が利用者の体重により押し付けられた時も、タンク７１１およびタンク７１２の両方につながるパイプ７４を介して、タービン７５に圧力がかかる構成となっている。ここで、踵部分に体重がかかった場合の流体の流路は、図７の実線の矢印で示すものであり、爪先部分に体重がかかった場合の流体の流路は、図７の破線の矢印で示すものである。また、タービン７５を、図７に示すように配置することにより、どちらのタンクに圧力がかかる場合でも、タービン７５の回転方向は、反時計回りとすることができる。このように、実施例６における発電装置は、２つのタンクにかかる圧力の総和を、タービン７５に伝えることができる。

なお、これらのペダルは必ずしも、対応するタンクの真上にある必要はなく、ペダルとタンクとが別の場所にあっても、ペダルに加重をかけることによって、タンクの内部を２つの部屋に隔絶する仕切り板がスライドする構造ならばよい。また、ペダルを配置する位置は必ずしも、踵の下や爪先の下ではなくともよく、土踏まずの下でもよい。

このようなことから、実施例６における発電装置は、踵部分および爪先部分それぞれに加重をかけるペダルを設置することにより、歩行時あるいは走行時に踵から爪先に重心が移動しても、効率よく発電をすることができ、実用的な発電装置を提供することが可能になる。すなわち、歩行時に踵から爪先に重心が移動する状況や、踵もしくは爪先にどちらか一方に偏って重心がかかっていたりする状況でも、効率よく発電をすることができ、実用的な発電装置を提供することが可能になる。

上述してきたように、本発明に係る発電装置は、タンクの中に閉じ込めた流体によってタービンを回すことにより、内部に塵などの不純物が入り、タービンやタンクなどが劣化することを防ぐことができる。なお、タービンを回しやすい最適な材料を流体として選択することにより、タービンの回転効率を上げることができる。また、逆止弁によって流体の流れを制御し、バネによって、ペダルの動作を制御することにより、例えば、人の運動に起因する一方向のみの力も効率よく利用することができる。また、利用者の体に装着することで、例えば、歩行など、日常生活における人間の圧力をかける動作により、効率よく電力を得ることができる。

本発明により、既存の携帯機器の電池切れを予防できる。また、これまで、消費電力の高さのため実用的ではなかった様々な携帯機器も、本発明と組み合わせることにより実用的に使用することが可能になる可能性がある。また、利用者は、発電装置を利用することにより、二酸化炭素を排出することにより生成される商用電力、もしくは乾電池などを使用する必要がなくなり、電気代、乾電池代の削減ができるとともに、環境への貢献をすることができる。また、電力を得るために、積極的に歩行などの運動をするようになり、使用者の健康効果も期待できる。

以上のように、本発明に係る発電装置は、人力による発電に有用であり、特に、歩行などの日常動作による発電に適している。

実施例１における発電装置の構成を説明するための図である。実施例２における発電装置の構成を説明するための図である。実施例３における発電装置の構成を説明するための図である。実施例３における流動経路の別形態を説明するための図である。実施例４における発電装置の構成を説明するための図である。実施例５における発電装置の構成を説明するための図である。実施例６における発電装置を説明するための図である。

符号の説明

１、２１、３１、５１、６１、７１１、７１２タンク
１ａ、１ｂ、２１ａ、２１ｂ、３１ａ、３２ｂ、５１ａ、５１ｂ部屋
２、２２、３２、５２仕切り板
３、２３、３３、５３、６３、７３１、７３２ペダル
４、２４１、２４２、３４１、５４１、６４、７４パイプ
５、２５、３５、５５、６５、７５タービン
６、２６、３６、５６、６６、７６発電機
２７１、２７２、３７１、３７２、５７１、５７２、６８、７８１、７８２逆止弁
３４２、５４２流動経路
４０穴
４１板
４２蝶番
５９、６９、７９１、７９２バネ

Claims

流体を貯蔵する第１のタンクと、
前記第１のタンクの内部を２つの空間に隔絶する第１の仕切り板と、
前記第１の仕切り板に設けられる流動経路であり、前記第１の仕切り板により隔絶された上側の空間から下側の空間に向かう方向に選択的に流体を流動させる選択的流動機構を有する第１の流動経路と、
外部からの加重を伝達して前記第１の仕切り板の位置を下方向に移動させ、前記外部からの加重がない場合には、前記第１の仕切り板を所定の位置まで上方向に移動させる弾性機構を有する第１の加重伝達手段と、
流体を貯蔵する第２のタンクと、
前記第２のタンクの内部を２つの空間に隔絶する第２の仕切り板と、
前記第２の仕切り板に設けられる流動経路であり、前記第２の仕切り板により隔絶された上側の空間から下側の空間に向かう方向に選択的に流体を流動させる選択的流動機構を有する第２の流動経路と、
外部からの加重を伝達して前記第２の仕切り板の位置を下方向に移動させ、前記外部からの加重がない場合には、前記第２の仕切り板を所定の位置まで上方向に移動させる弾性機構を有する第２の加重伝達手段と、
前記第１の仕切り板により隔絶された２つの空間を前記第１のタンクの外で連結する第１の外部流動経路であり、かつ、前記第２の仕切り板により隔絶された２つの空間を前記第２のタンクの外で連結する第２の外部流動経路であり、かつ、前記第１の外部流動経路の一部と前記第２の外部流動経路の一部とを共有する共有流動経路を有する流動経路であって、前記第１の外部流動経路が前記第１の仕切り板により隔絶された下側の空間から前記共有流動経路を経由して前記第１の仕切り板により隔絶された上側の空間に向かう方向に前記流体を選択的に流動させる選択的流動機構を有し、前記第２の外部流動経路が前記第２の仕切り板により隔絶された下側の空間から前記共有流動経路を経由して前記第２の仕切り板により隔絶された上側の空間に向かう方向に前記流体を選択的に流動させる選択的流動機構を有する第３の流動経路と、
前記共有流動経路上に設けられ、当該共有流動経路を流動する前記流体によって回転するタービンと、
前記タービンの回転を用いて発電を行なう発電手段と、
利用者の体に装着される靴と、
を備え、
前記第１のタンクおよび前記第１の加重伝達手段は、前記靴の中における爪先の部分に配置され、
前記第２のタンクおよび前記第２の加重伝達手段は、前記靴の中における踵の部分に配置され、
前記第３の流動経路と前記タービンと前記発電手段とは、前記靴の内部の空いているスペースに配置され、
前記発電手段に用いられる前記タービンの回転は、前記第１の加重伝達手段による前記第１の仕切り板の位置の下方向への移動にともなう前記第１仕切り板により隔絶される２つの空間それぞれの体積変化から生じる前記共有流動経路における前記流体の流動と、前記第２の加重伝達手段による前記第２の仕切り板の位置の下方向への移動にともなう前記第２の仕切り板により隔絶される２つの空間それぞれの体積変化から生じる前記共有流動経路における前記流体の流動とにより発生し、
前記利用者の歩行中において、当該利用者の体重である前記外部からの加重が、前記踵の部分に配置された前記第２の加重伝達手段と、前記爪先の部分に配置された前記第１の加重伝達手段とのいずれか一方、もしくは両方にかけられた場合に、前記タービンが同一方向に回転して発電することを特徴とする発電装置。