JP5189689B1 - Power generator - Google Patents
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Abstract
【課題】簡易な構成で小型化を実現でき、容易に設置することができる発電装置を提供する。
【解決手段】各々の紐状部材16の一端部から各々の紐状部材16の他端部に向かって各々の前記紐状部材16が平面体12の面に直交する方向に沿って平面体12から次第に離間し、支柱14は、平面体12の面に対して直交する方向に向って所定の距離だけ離間し、かつ平面体12の面から所定の距離だけ離間した一対の支柱部材14A1、14A2で構成されている。
【選択図】 図9A power generation device that can be reduced in size with a simple configuration and can be easily installed.
SOLUTION: Each plane member 12 extends in a direction perpendicular to the plane of the plane body 12 from one end portion of each string member 16 toward the other end portion of each string member 16. The support columns 14A1 and 14A2 are gradually separated from each other, and the support columns 14 are separated from each other by a predetermined distance in a direction orthogonal to the plane of the plane body 12 and are separated from the plane of the plane body 12 by a predetermined distance. It consists of
[Selection] Figure 9
Description
本発明は、例えば、風等の流体を用いた発電装置に関する。 The present invention relates to a power generator using a fluid such as wind.
昨今、再生可能でクリーンなエネルギの利用推進が求められており、風力発電はその中でも代表的なものの一つとして知られている。風力発電装置としてはプロペラ等の風車を利用したものが一般的である。また、それ以外にも、風によって生じる振動を利用したものもあり、例えば、下記特許文献1では旗のはためきを利用したものが採用されている。 Recently, there is a demand for promoting the use of renewable and clean energy, and wind power generation is known as one of the typical examples. As a wind power generator, a wind turbine such as a propeller is generally used. In addition to this, there is also one that uses vibration caused by wind. For example, Patent Document 1 below uses a flag flutter.
しかし、風車を利用した構成の場合、シャドーフリッカー、バードストライクや景観上の問題等が生じることもあった。また、特許文献1の方式であれば、支柱以外の箇所にも構成部材を配置しなければならないなど、構造が複雑化・大型化して、コスト高に繋がるという問題もあった。さらに、特許文献1の方式では、設置に際し、多大な手間を要していた。 However, in the case of a configuration using a windmill, shadow flicker, bird strike, landscape problems, etc. may occur. Further, in the case of the method disclosed in Patent Document 1, there is a problem that the structure becomes complicated and large, resulting in high costs, for example, the constituent members must be arranged in places other than the support columns. Furthermore, the method of Patent Document 1 requires a great deal of time for installation.
そこで、本発明は、上記問題に鑑み、簡易な構成で小型化を実現でき、容易に設置することができる発電装置を提供することを目的とする。 Then, in view of the said problem, this invention aims at providing the electric power generating apparatus which can implement | achieve size reduction with a simple structure and can be installed easily.
本発明は、流体の流れにより振動する平面体と、前記平面体の振動に伴う振動エネルギを電気エネルギに変換するエネルギ変換部と、前記平面体に連結され、前記平面体に生じた振動エネルギを前記エネルギ変換部に伝達する伝達部と、前記伝達部を牽引可能な牽引部と、建築物や地面等に固定され得る支柱と、を有する発電装置であって、前記伝達部は、紐状部材であり、前記平面体の前記支柱側の一辺において一箇所の部位につき複数の前記紐状部材の一端部が取り付けられ、かつ複数の前記紐状部材の他端部が前記エネルギ変換部及び前記牽引部に取り付けられ、前記平面体は、前記紐状部材により固有周期を持たずに自由にはためき得るように設けられ、各々の前記紐状部材の一端部から各々の前記紐状部材の他端部に向かって、各々の前記紐状部材が前記平面体の面に直交する方向に沿って前記平面体から次第に離間し、前記支柱は、前記平面体の面に対して直交する方向に向って所定の距離だけ離間し、かつ前記平面体の面から所定の距離だけ離間した一対の支柱部材で構成されていることを特徴とする。 The present invention includes a planar body that vibrates due to a fluid flow, an energy conversion unit that converts vibration energy associated with the vibration of the planar body into electrical energy, and vibration energy generated in the planar body that is coupled to the planar body. A power generation device including a transmission unit that transmits to the energy conversion unit, a traction unit that can pull the transmission unit, and a support that can be fixed to a building, the ground, or the like, wherein the transmission unit is a string member One end of the plurality of string-like members is attached to one part on one side of the planar body on the column side, and the other end of the plurality of string-like members is the energy conversion unit and the traction unit. The flat body is provided so as to be able to flutter freely without having a natural period by the string-like member, from one end of each string-like member to the other end of each string-like member Towards each The string-like member is gradually separated from the plane body in a direction orthogonal to the plane of the plane body, and the strut is separated by a predetermined distance in a direction orthogonal to the plane of the plane body. And it is comprised by a pair of support | pillar member spaced apart by predetermined distance from the surface of the said flat body.
この場合、一対の前記支柱部材を構成する一方の支柱部材の内部には、相互に離間した前記紐状部材のうち一方の紐状部材の他端部に接続されている前記エネルギ変換部と前記牽引部とが収容されており、一対の前記支柱部材を構成する他方の支柱部材の内部には、相互に離間した前記紐状部材のうち他方の紐状部材の他端部に接続されている前記エネルギ変換部と前記牽引部とが収容されていることを特徴とする。 In this case, inside the one strut member constituting the pair of strut members, the energy conversion unit connected to the other end portion of one of the strut members separated from each other and the strut members The traction portion is accommodated, and the other strut member constituting the pair of strut members is connected to the other end portion of the other cord-like member among the cord-like members spaced apart from each other. The energy conversion unit and the traction unit are accommodated.
この場合、前記平面体に生じた振動は、前記エネルギ変換部と前記平面体との間に位置する前記紐状部材の長さ方向に沿った往復運動に変換されて、前記エネルギ変換部に伝達されることが好ましい。 In this case, the vibration generated in the plane body is converted into a reciprocating motion along the length direction of the string-like member located between the energy conversion section and the plane body, and transmitted to the energy conversion section. It is preferred that
この場合、前記牽引部は、前記平面体の面方向に沿った振動に伴う前記紐状部材の移動と前記平面体の面に対して直交する方向に沿った振動に伴う前記紐状部材の移動のいずれに対しても復元力を作用させることが好ましい。 In this case, the traction unit moves the string-like member accompanying vibration along the plane direction of the planar body and movement of the string-like member accompanying vibration along a direction orthogonal to the plane of the plane body. It is preferable to apply a restoring force to any of the above.
この場合、前記支柱部材は、前記伝達部を支持するための支持部材を備え、複数の前記紐状部材の他端部が前記支持部材を介して前記エネルギ変換部及び前記牽引部に取り付けられていることが好ましい。 In this case, the column member includes a support member for supporting the transmission unit, and the other end portions of the plurality of string-like members are attached to the energy conversion unit and the traction unit via the support member. Preferably it is.
この場合、前記支柱部材は、所定の軸回りに回転可能となるように回転手段に取り付けられていることが好ましい。 In this case, it is preferable that the column member is attached to the rotating means so as to be rotatable around a predetermined axis.
本発明によれば、旗のはためきを発電に利用する場合において、発電に必要な機構は支柱と一体化した構造にすることができる。これにより、小型で簡素な発電装置とすることができ、ひいては製造コストが抑えられる。また、発電装置の可搬性に優れ、設置に手間がかからない。さらに、都市部、住宅街、道路沿いや野鳥飛来地など風車の弊害が顕在化しやすい場所への発電装置の設置にも適し、風力発電の普及拡大に資することが期待できる。 According to the present invention, when a flag flutter is used for power generation, a mechanism necessary for power generation can be integrated with the support. Thereby, it can be set as a small and simple electric power generating apparatus, and a manufacturing cost is suppressed by extension. Moreover, it is excellent in the portability of a power generation device, and installation takes less time. Furthermore, it is suitable for installation of power generators in places where the harmful effects of windmills are likely to manifest, such as in urban areas, residential areas, along roads, and wild bird landings, and can be expected to contribute to the spread of wind power generation.
特に、支柱が回転手段に取り付けられているため、その復元力が支柱の回転力として働き、風向きの変化に応じて支柱が自然に回転し追従することができる。 In particular, since the support column is attached to the rotating means, the restoring force works as the rotation force of the support column, and the support column can rotate and follow naturally according to the change in the wind direction.
本発明の一実施形態に係る発電装置について、図面を参照して説明する。本実施形態では、風力を利用した風力発電装置の態様を説明する。なお、本発明は、流体を利用するものであれば、風力を利用した風力発電装置に限定されるものではない。本発明者は、風力発電装置の他に、潮流・河川流などの液体を利用した発電装置も想定しており、本発明に含まれる。 A power generator according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. This embodiment demonstrates the aspect of the wind power generator using a wind force. Note that the present invention is not limited to a wind power generator using wind power as long as it uses fluid. In addition to the wind power generator, the inventor also assumes a power generator using a liquid such as a tidal current or a river flow, and is included in the present invention.
図1に示すように、発電装置10は、旗12と、支柱14と、を備えている。旗12の支柱14側の一辺には、1ヶ所の部位につき2本の紐16の一方側端部が取り付けられている。当該旗12は、複数の紐16により固有周期を持たずに自由にはためき得るように設けられている。 As shown in FIG. 1, the power generation device 10 includes a flag 12 and a column 14. One side end of two strings 16 is attached to one side of the flag 12 on the column 14 side. The flag 12 is provided so as to be able to flutter freely without having a natural period by a plurality of strings 16.
支柱14には、紐16を支持するための紐支持手段18が固定されている。紐支持手段18は、合計4個設けられている。各紐支持手段18は、風を受けて伸びきった状態の旗12の面に対して直交する方向(垂直方向)に沿って所定の距離だけ離れている。 A string supporting means 18 for supporting the string 16 is fixed to the column 14. A total of four string support means 18 are provided. Each string support means 18 is separated by a predetermined distance along a direction (vertical direction) orthogonal to the surface of the flag 12 in a state where it has been extended by receiving wind.
各紐16の他方側端部は、紐支持手段18を介して発電手段20及び紐牽引手段22に取り付けられている。発電手段20と紐牽引手段22は、相互に直列的に配置されている。 The other end of each string 16 is attached to the power generation means 20 and the string pulling means 22 via the string support means 18. The power generation means 20 and the string pulling means 22 are arranged in series with each other.
ここで、各々の紐16の一方側端部から各々の紐16の他方側端部に向かって、旗12の面に直交する方向(図1及び図2中矢印Y方向)に沿って旗12から次第に離間していくように構成されている。換言すれば、各々の紐16の一方側端部から各々の紐16の他方側端部に向かって、紐16同士の間隔が開いていくように設定されている。 Here, from the one side end of each string 16 toward the other side end of each string 16, the flag 12 extends along a direction perpendicular to the plane of the flag 12 (the arrow Y direction in FIGS. 1 and 2). It is comprised so that it may leave | separate gradually from. In other words, the distance between the strings 16 is set so as to increase from the one side end of each string 16 toward the other end of each string 16.
支柱14は、軸回りに回転可能となるように、回転手段24(図3参照)に取り付けられている。 The support | pillar 14 is attached to the rotation means 24 (refer FIG. 3) so that it can rotate around an axis | shaft.
発電装置10によれば、図2(A)、(B)に示すように、風向き方向に生じる振動(図1及び図2中矢印X方向)とそれに直交する方向に生じる振動(図1及び図2中矢印Y方向)のいずれもが合成振動として旗12に作用する。そして、当該旗12の合成振動により紐16が当該紐16の長さ方に沿って往復振動する。当該紐16の往復運動は、向旗12と紐支持手段18との間に現れた紐16の長さL(図1及び図2中矢印Lで図示)の変化として具現化される。 According to the power generation device 10, as shown in FIGS. 2A and 2B, vibrations generated in the wind direction (direction of arrow X in FIGS. 1 and 2) and vibrations generated in a direction perpendicular thereto (FIGS. 1 and 2). 2 in the direction of arrow Y in FIG. 2 acts on the flag 12 as a combined vibration. The string 16 reciprocates along the length of the string 16 due to the combined vibration of the flag 12. The reciprocating motion of the string 16 is embodied as a change in the length L (illustrated by the arrow L in FIGS. 1 and 2) of the string 16 that appears between the flag 12 and the string support means 18.
なお、紐16は伸縮するものではなく、しかるに長さLの変化は紐支持手段18を介することにより、さらに往復運動に変換されて、発電手段20に伝達される。 The string 16 does not expand and contract. However, the change in the length L is further converted into a reciprocating motion via the string support means 18 and transmitted to the power generation means 20.
なお、本実施形態では、紐支持手段18を用いた構成を一例として挙げているため、上記旗12の合成振動(換言すれば、紐16の往復運動)が旗12と紐支持手段18との間に現れた紐16の長さL(図1及び図2中矢印Lで図示)の変化に具現化される。しかし、紐支持手段18を用いない構成を採用する場合には、上記旗12の合成振動が旗12と紐支持手段18との間に現れた紐16の長さL(図1及び図2中矢印Lで図示)の変化に変換されるのではなく、発電手段20と旗12との間に位置する紐16の長さ方向に沿った往復運動のままで、発電手段20に伝達される。 In addition, in this embodiment, since the structure using the string support means 18 is cited as an example, the combined vibration of the flag 12 (in other words, the reciprocating movement of the string 16) is caused between the flag 12 and the string support means 18. It is embodied by a change in the length L (shown by the arrow L in FIGS. 1 and 2) of the string 16 that appears in between. However, when adopting a configuration that does not use the string support means 18, the combined vibration of the flag 12 appears between the flag 12 and the string support means 18 and the length L of the string 16 (in FIGS. 1 and 2). Rather than being converted into a change in the direction indicated by the arrow L, the change is transmitted to the power generation means 20 while reciprocating along the length direction of the string 16 located between the power generation means 20 and the flag 12.
また、図2(B)において、風向きが変わるなどして、旗12が中心点から大きく離れようとした場合、2本の紐12のうち長く引っ張られた方にはより大きな牽引力が紐牽引手段22から作用して、中心点付近に戻そうとする復元力が働く。ここで、支柱14は、回転手段24(図3参照)に取り付けられているため、その復元力は支柱14の回転力として働き、風向きの変化に応じて支柱14が自然に回転して追従する。このようにして、紐牽引手段22は、旗12の面方向に沿った振動に伴う紐16の移動と旗12の面に対して直交する方向に沿った振動のいずれに対しても復元力を作用させる。 Further, in FIG. 2B, when the flag 12 is about to be far away from the center point due to a change in the wind direction or the like, a larger traction force is applied to the longer one of the two strings 12 that is pulled. The restoring force acting from 22 and trying to return to the vicinity of the center point works. Here, since the support column 14 is attached to the rotating means 24 (see FIG. 3), the restoring force works as the rotation force of the support column 14, and the support column 14 naturally rotates and follows in accordance with the change in the wind direction. . In this way, the string pulling means 22 provides a restoring force for both movement of the string 16 due to vibration along the plane direction of the flag 12 and vibration along the direction orthogonal to the plane of the flag 12. Make it work.
ここで、上下の紐支持手段18の間隔を調整できるようスライド可能な構造とすれば、旗12の大きさを変えることにも対応できる。また、旗12に紐16を取り付ける箇所及びそれに対応する構成要素は上下2ヶ所に限らず、任意の数に増やしてもよい。 Here, if the structure is slidable so that the distance between the upper and lower string support means 18 can be adjusted, the size of the flag 12 can be changed. Moreover, the place which attaches the string 16 to the flag 12 and the component corresponding to it are not restricted to the upper and lower two places, and may be increased to an arbitrary number.
(従来技術との比較)
次に、従来技術である特許文献1と比較検討する。特許文献1の例えば第1実施形態又は第2実施形態には、エネルギ変換部が旗の面に直交する方向に沿って離間していない構成が記載されている。しかし、当該構成では、以下の点で技術的な問題が生じる。すなわち、図6(A)に示すように、特許文献1の第1実施形態において旗竿を紐体に変更したもの、あるいは同第2実施形態における紐体では、風向き方向(旗102の面方向:図6(A)中矢印X方向)の旗102の振動は、そのまま紐100の往復運動に変換される。ところが、図6(B)に示すように、旗102の面方向に対して直交する方向(図6(B)中矢印Y方向)の旗102の振動は、紐100の角度を変える運動になるものの、紐100の往復運動として変換される効率が低くなる。そこで、紐100を引っ張る力が作用して往復運動になることで、はじめて、旗102に生じた振動エネルギ(力)がエネルギ変換部に伝達されることを考慮すると、紐100の角度を変える運動は力の伝達に全く寄与しない。このため、特許文献1の構成では、旗102に生じた振動エネルギ(力)をエネルギ変換部に確実に伝達することができず、エネルギ変換効率が低下するという技術的な問題が生じる。
(Comparison with conventional technology)
Next, it will be compared with Patent Document 1 which is a prior art. For example, the first embodiment or the second embodiment of Patent Literature 1 describes a configuration in which the energy conversion units are not separated along a direction orthogonal to the plane of the flag. However, this configuration causes technical problems in the following points. That is, as shown in FIG. 6A, in the first embodiment of Patent Document 1 in which the flagpole is changed to a string, or the string in the second embodiment, the wind direction (the surface direction of the flag 102: The vibration of the flag 102 in the direction indicated by the arrow X in FIG. 6A is converted into the reciprocating motion of the string 100 as it is. However, as shown in FIG. 6B, the vibration of the flag 102 in the direction orthogonal to the plane direction of the flag 102 (the arrow Y direction in FIG. 6B) is a movement that changes the angle of the string 100. However, the efficiency of conversion as the reciprocating motion of the string 100 is lowered. Therefore, in consideration of the fact that the vibration energy (force) generated in the flag 102 is transmitted to the energy conversion unit for the first time when the force pulling the string 100 is applied and the reciprocating motion is performed, the movement of changing the angle of the string 100. Does not contribute to force transmission at all. For this reason, in the structure of patent document 1, the vibration energy (force) which arose in the flag 102 cannot be reliably transmitted to an energy conversion part, but the technical problem that energy conversion efficiency falls arises.
これに対して、本願発明のように、旗12の支柱14側の一辺において一箇所の部位につき複数の紐16の一端部が取り付けられ、かつ複数の紐16の他端部がエネルギ変換部20及び牽引部22に取り付けられ、かつ、各々の紐16の一端部から各々の紐16の他端部に向かって、旗12の面に直交する方向に沿って旗12から次第に離間している構成により、旗102に生じた振動エネルギ(力)をエネルギ変換部に確実に伝達することができる。 On the other hand, as in the present invention, one end of the plurality of strings 16 is attached to one part on one side of the flag 12 on the column 14 side, and the other end of the plurality of strings 16 is connected to the energy conversion unit 20. And a structure that is attached to the pulling portion 22 and that is gradually separated from the flag 12 along a direction perpendicular to the surface of the flag 12 from one end of each string 16 toward the other end of each string 16. Thus, vibration energy (force) generated in the flag 102 can be reliably transmitted to the energy conversion unit.
なお、紐支持手段18として、紐16を通すことができるリングや首振り可能な滑車などを用いることができる。リングを用いる場合、フッ素樹脂コーティングするなどして摩擦抵抗を減らすことが望ましい。 In addition, as the string support means 18, a ring through which the string 16 can pass or a pulley that can swing can be used. When using a ring, it is desirable to reduce frictional resistance by coating with a fluororesin.
発電手段20として、圧電素子や電磁誘導式発電機などを用いることができる。 As the power generation means 20, a piezoelectric element, an electromagnetic induction generator, or the like can be used.
紐牽引手段22として、バネやゴムなどの弾性体あるいは巻き取りリールなどを用いることができる。 As the string pulling means 22, an elastic body such as a spring or rubber or a take-up reel can be used.
発電手段20には、可動部と固定部の両方を備えているが、そのうちの可動部が紐牽引手段22に接続されている。例えば、圧電素子では一方の端が可動部になり、他方の端が固定部になる。後述の一実施例におけるリニア発電機では、磁石体が可動部になり、コイルが固定部になる。あるいは磁石体が固定部になり、コイルが可動部の構成も採用可能である。また、一般的な電磁誘導式回転発電機では、回転軸が可動部になり、筐体が固定部になるが、この場合巻き取りリールやギア機構など往復運動を回転運動に変換する機構とともに用いられる。 The power generation means 20 includes both a movable portion and a fixed portion, and the movable portion is connected to the string pulling means 22. For example, in the piezoelectric element, one end becomes a movable part and the other end becomes a fixed part. In a linear generator in an embodiment described later, the magnet body becomes a movable part and the coil becomes a fixed part. Alternatively, a configuration in which the magnet body is a fixed portion and the coil is a movable portion can be employed. In general electromagnetic induction rotary generators, the rotating shaft is a movable part and the housing is a fixed part. In this case, it is used with a mechanism that converts reciprocating motion into rotational motion, such as a take-up reel or gear mechanism. It is done.
なお、電磁誘導式回転発電機と巻き取りリールを用いる場合には、両者を一体化した構造にすることも可能である。さらに、それらを紐支持手段18の位置に取り付けることにより、紐支持手段18を省略した構造にすることもできる。 In addition, when using an electromagnetic induction type rotary generator and a take-up reel, it is also possible to make the both into an integrated structure. Furthermore, by attaching them to the position of the string support means 18, a structure in which the string support means 18 is omitted can be obtained.
ここで、支柱14の回転手段24の一実施例を説明する。 Here, an embodiment of the rotating means 24 of the support column 14 will be described.
図3に示すように、回転手段24は、軸方向長さが長い導体の長円筒26と、軸方向長さが長円筒26よりも短い導体の短円筒28と、を有している。短円筒28の内径は、長円筒26の内径よりも大きい。回転手段24は、太い方の短円筒28の内部に、細い方の長円筒26が挿入され、両者の間に絶縁体(図示省略)が挟まれた構造になっている。 As shown in FIG. 3, the rotating means 24 includes a long cylinder 26 with a conductor having a long axial length and a short cylinder 28 with a conductor having a shorter axial length than the long cylinder 26. The inner diameter of the short cylinder 28 is larger than the inner diameter of the long cylinder 26. The rotating means 24 has a structure in which a thin long cylinder 26 is inserted into a thick short cylinder 28 and an insulator (not shown) is sandwiched between them.
各円筒26、28の下部は、土台(図示省略)あるいは土台に固定された別の支柱(図示省略)に固定されている。各円筒26、28の上部には、内輪が接する形でベアリング30、32がそれぞれ取り付けられている。さらに、各ベアリング30、32の外輪が導体板34、36にそれぞれ取り付けられている。各導体板34、36の側面が、支柱14にそれぞれ取り付けられている。支柱14は、少なくとも2枚の導体板34、36の間において絶縁されている。 The lower portions of the cylinders 26 and 28 are fixed to a base (not shown) or another support (not shown) fixed to the base. Bearings 30 and 32 are attached to the upper portions of the respective cylinders 26 and 28 so that the inner rings are in contact with each other. Further, the outer rings of the bearings 30 and 32 are attached to the conductor plates 34 and 36, respectively. The side surfaces of the conductor plates 34 and 36 are respectively attached to the pillars 14. The support column 14 is insulated between at least two conductor plates 34 and 36.
かかる構造によれば、支柱14が回転可能になるとともに、発電手段20の出力を導体板34、36に接続することにより、ベアリング30、32を通じて土台に取り付けられた円筒26、28から発電手段20の出力を外部に取り出すことができる。 According to this structure, the column 14 can be rotated, and the output of the power generation means 20 is connected to the conductor plates 34 and 36, so that the power generation means 20 is connected to the bases 26 and 28 attached to the base through the bearings 30 and 32. Can be output to the outside.
ここで利用するベアリング30、32は、導電性グリスを用いるなどした導電性の高いものが望ましい。各発電手段20の出力波形や位相は必ずしも一致しないため、整流しないまま直列あるいは並列に接続することは避け、個別に整流した上で接続するのがよい。 The bearings 30 and 32 used here are preferably highly conductive using conductive grease. Since the output waveforms and phases of the respective power generation means 20 do not always match, it is preferable to connect them after rectification individually, avoiding connection in series or parallel without rectification.
次に、紐牽引手段22の一実施例について説明する。 Next, an embodiment of the string pulling means 22 will be described.
図4に示すように、紐牽引手段22は、弾性体(バネやゴム等)等を単体で利用することに代えて、次のような構造としてもよい。すなわち、旗12の同一箇所に紐16を介して繋がれた2つの発電手段20には、紐17がさらに接続されている。紐17は、支柱14に固定された紐支持手段19(リングや滑車等)に介されている。紐支持手段19の発電手段20側の部位であって2本の紐17の間には、弾性体38が取り付けられている。当該弾性体38は、2本の各紐17に掛け渡されている。支柱14には、弾性体38とは別の弾性体40が取り付けられている。弾性体40には、紐支持手段21が取り付けられている。このため、各発電手段20に接続された各紐17は、紐支持手段19、21を介して弾性体40に取り付けられている。 As shown in FIG. 4, the string pulling means 22 may have the following structure instead of using an elastic body (spring, rubber, etc.) alone. That is, the string 17 is further connected to the two power generation means 20 connected to the same location of the flag 12 via the string 16. The string 17 is interposed by a string support means 19 (ring, pulley, etc.) fixed to the column 14. An elastic body 38 is attached between the two strings 17 on the power generation means 20 side of the string support means 19. The elastic body 38 is stretched around the two strings 17. An elastic body 40 different from the elastic body 38 is attached to the column 14. A string support means 21 is attached to the elastic body 40. For this reason, each string 17 connected to each power generation means 20 is attached to the elastic body 40 via the string support means 19, 21.
なお、弾性体38は、図1中の矢印Y方向の紐16の移動(運動)に対抗して復元力を発生させるものである。また、弾性体40は、図1中の矢印X方向の紐16の移動(運動)に対抗して復元力を発生させるものである。 The elastic body 38 generates a restoring force against the movement (movement) of the string 16 in the arrow Y direction in FIG. The elastic body 40 generates a restoring force against the movement (movement) of the string 16 in the arrow X direction in FIG.
かかる構造であれば、弾性体40を設けることにより、両方の紐17が共に引っ張られる方向つまり旗の風向き方向の動き、換言すれば図1中の矢印X方向の紐16の移動(運動)に対抗する形で復元力が作用する。また、弾性体38を設けることにより、紐17のうち一方が引っ張られる方向つまりそれに対し直交する方向の動き、換言すれば図1中の矢印Y方向の紐16の移動(運動)に対抗する形で復元力が作用する。したがって、それぞれの弾性体38、40の牽引力を個別に調整することにより、それぞれの方向の復元力も個別に調整することができる。 In such a structure, by providing the elastic body 40, the movement in the direction in which both the strings 17 are pulled together, that is, the wind direction of the flag, in other words, the movement (movement) of the string 16 in the direction of the arrow X in FIG. Restoring force acts in a counteracting manner. Further, by providing the elastic body 38, the movement in the direction in which one of the strings 17 is pulled, that is, the direction orthogonal thereto, in other words, the movement against the movement (movement) of the string 16 in the direction of the arrow Y in FIG. The restoring force acts on. Accordingly, by individually adjusting the traction force of each elastic body 38, 40, the restoring force in each direction can also be adjusted individually.
発電手段20として電磁誘導式発電機を用いる場合には、回転式のものでもよいが、旗12のはためきによる振動(図1中の矢印X方向の運動と図1中の矢印Y方向の運動との合成運動)は紐の往復運動として伝えられるため、リニア式のものであれば回転運動に変換することなくそのまま利用できる。 When an electromagnetic induction generator is used as the power generation means 20, a rotary type may be used, but vibrations caused by flapping of the flag 12 (movement in the direction of arrow X in FIG. 1 and movement in the direction of arrow Y in FIG. 1) ) Is transmitted as a reciprocating motion of the string, and can be used as it is without being converted into a rotational motion if it is a linear type.
ここで、リニア発電機の一実施例について説明する。 Here, an embodiment of the linear generator will be described.
旗12のはためきによって生じると考えられる紐の最小の振幅をw、紐の合成動に伴う最大の移動距離をWとして、d及びDをd≦(w÷2)、D≧Wとなるように定めるのがよい。なぜなら、例えば、dが大きいと、紐が前記往復運動してもコイルと磁石の位置関係によってはほとんど発電出力を得られないこともあり得るからである。 Assuming that the minimum amplitude of the string considered to be caused by flapping of the flag 12 is w, the maximum moving distance associated with the combined movement of the string is W, d and D are d ≦ (w ÷ 2), and D ≧ W. It is good to decide. This is because, for example, if d is large, even if the string reciprocates, it is possible that almost no power generation output can be obtained depending on the positional relationship between the coil and the magnet.
図5に示すように、発電手段20の一態様であるリニア発電機42として、先ず、同一円周上の外面は一様に同一の極を持ち、かつdのピッチごとに極が反転している円柱状または円筒状の磁石体44を製造する。 As shown in FIG. 5, as the linear generator 42 which is one aspect of the power generation means 20, first, the outer surface on the same circumference has the same pole, and the pole is inverted every pitch d. A cylindrical or cylindrical magnet body 44 is manufactured.
この製造方法には、径方向に着磁された(外面側隣接磁極間の短絡防止のため)dより若干小さい幅を持つ曲面状焼結磁石を円柱状または円筒状のヨークの側面に貼り合わせていく、もしくはdのピッチで縞状に片面多極着磁されたラバー磁石を円柱状または円筒状の物体に巻き付ける、などの方法がある。 In this manufacturing method, a curved sintered magnet that is magnetized in the radial direction (to prevent a short circuit between adjacent magnetic poles on the outer surface side) and slightly smaller in width than d is bonded to the side surface of a cylindrical or cylindrical yoke. There is a method of winding a rubber magnet, which is magnetized in a striped manner with a pitch of d, on a cylindrical or cylindrical object.
一方、磁石体44よりDだけ短い長さと磁石体44の外径より若干大きい内径を持ち、かつdのピッチごとに巻き方向が反転しているコイル46を作る。そして、コイル46の外径と等しい内径を持つ円筒状ヨーク48の内面に、コイル46を取り付ける。 On the other hand, a coil 46 having a length shorter by D than the magnet body 44 and an inner diameter slightly larger than the outer diameter of the magnet body 44 and having the winding direction reversed at every pitch of d is made. The coil 46 is attached to the inner surface of the cylindrical yoke 48 having an inner diameter equal to the outer diameter of the coil 46.
ヨーク48の内面と磁石体44の外面の距離は磁石体44の各磁極の幅・隣接磁極間の間隔いずれよりも小さくなるようにするのがよい。 The distance between the inner surface of the yoke 48 and the outer surface of the magnet body 44 is preferably smaller than both the width of each magnetic pole of the magnet body 44 and the interval between adjacent magnetic poles.
コイル46の内面及び磁石体44の外面は、フッ素樹脂テープで覆うなどして摩擦抵抗を少なくするのが望ましい。 It is desirable to reduce the frictional resistance by covering the inner surface of the coil 46 and the outer surface of the magnet body 44 with a fluororesin tape.
コイル46の内径と磁石体44の外径の差は小さい方がよいが、完全に密着させるのではなく両者が小さな抵抗で往復運動できる程度の遊びを持たせるのがよい。 The difference between the inner diameter of the coil 46 and the outer diameter of the magnet body 44 is preferably small. However, it is preferable that the difference between the inner diameter of the coil body 44 and the outer diameter of the magnet body 44 should be such that they can reciprocate with a small resistance.
ヨーク48には、縦方向にスリットを入れる、あるいは圧粉磁心を用いるなどして、鉄損を小さくするのが望ましい。その上で、ヨーク48を支柱14に固定し、磁石体44をコイル47内に挿入した後、紐16を取り付けて往復運動させることにより、コイル46に起電力が生じる。 It is desirable to reduce the iron loss by making a slit in the longitudinal direction of the yoke 48 or using a dust core. After that, the yoke 48 is fixed to the column 14 and the magnet body 44 is inserted into the coil 47, and then the string 16 is attached and reciprocated to generate an electromotive force in the coil 46.
なお、上記とは逆に磁石体44がコイル46よりDだけ短くなるようにしたり、あるいはコイル46と磁石体44の関係を入れ替えて、磁石体44側が固定されコイル46が往復運動するような構成にしてもよい。 Contrary to the above, the magnet body 44 is made shorter than the coil 46 by D, or the relationship between the coil 46 and the magnet body 44 is changed so that the magnet body 44 side is fixed and the coil 46 reciprocates. It may be.
ここでは、磁石体44、コイル46及びヨーク48の形状が円柱形のものを説明したが、これに限られず、角柱形としてもよく、また偏平であってもよい。偏平な場合、磁石体の短辺側側面には磁石を配置しない構成としてもよく、例えば片面多極着磁された平板状焼結磁石の非着磁面同士を貼り合わせるなどしたものを利用できる。さらに、それを束ねて集積化することもできる。このようなリニア発電機は、細長い形状にすることができ、回転発電機よりも支柱に取り付けるのに適しているという利点がある。 Here, the cylindrical shape of the magnet body 44, the coil 46, and the yoke 48 has been described. However, the shape is not limited to this, and the shape may be a prismatic shape or a flat shape. In the case of flattening, a configuration may be adopted in which no magnet is disposed on the short side surface of the magnet body, and for example, a non-magnetized surface of flat-plate sintered magnets that are magnetized on one side and multiple poles can be used. . Furthermore, it can be bundled and integrated. Such a linear generator has an advantage that it can be formed in an elongated shape and is more suitable to be attached to a support column than a rotary generator.
本実施形態の発電装置10によれば、旗12のはためきを発電に利用する場合において、発電に必要な機構は支柱14と一体化した構造にすることができる。これにより、小型で簡素な発電装置10とすることができ、ひいては製造コストが抑えられる。また、発電装置10の可搬性に優れ、設置に手間がかからない。さらに、都市部、住宅街、道路沿いや野鳥飛来地など風車の弊害が顕在化しやすい場所への発電装置10の設置にも適し、風力発電の普及拡大に資することが期待できる。 According to the power generation device 10 of the present embodiment, when the fluttering of the flag 12 is used for power generation, the mechanism necessary for power generation can be integrated with the column 14. Thereby, it can be set as the small and simple electric power generating apparatus 10, and a manufacturing cost is suppressed by extension. Moreover, it is excellent in the portability of the electric power generating apparatus 10, and installation does not take time. Furthermore, it is suitable for the installation of the power generation apparatus 10 in a place where the harmful effects of windmills such as urban areas, residential areas, roadsides, and wild bird landings are likely to be manifested, and can be expected to contribute to the spread of wind power generation.
なお、以下、本願発明に含まれる各変形例について説明する。 Hereinafter, each modification included in the present invention will be described.
図7は、変形例1が示されている。変形例1では、旗12に取り付けられている紐16が巻き取りリール50に巻き取り可能になっている。紐16が巻き取りリール50に巻き取られるとき又は巻き取りリール50から送り出されるときに巻き取りリール50の軸52が回転する。巻き取りリール50の軸52には、発電手段20としての回転発電機が取り付けられている。巻き取りリール50の軸52の回転により、回転発電機が発電する。図7では、各回転発電機は、旗12の面に対して直交する方向に沿って離間している構成である。 FIG. 7 shows a first modification. In the first modification, the string 16 attached to the flag 12 can be wound around the take-up reel 50. The shaft 52 of the take-up reel 50 rotates when the string 16 is taken up by the take-up reel 50 or sent out from the take-up reel 50. A rotary generator as the power generation means 20 is attached to the shaft 52 of the take-up reel 50. The rotation generator generates power by the rotation of the shaft 52 of the take-up reel 50. In FIG. 7, the rotary generators are separated along a direction orthogonal to the plane of the flag 12.
図8は、変形例2が示されている。変形例2では、旗12に取り付けられている紐16が複数のリング54(紐支持手段に相当)を介して発電手段20としてのリニア発電機に取り付けられている。図8では、各リニア発電機は、旗12の面に対して直交する方向に沿って離間していない。 FIG. 8 shows a second modification. In the second modification, the string 16 attached to the flag 12 is attached to a linear generator as the power generation means 20 via a plurality of rings 54 (corresponding to string support means). In FIG. 8, the linear generators are not separated along a direction orthogonal to the plane of the flag 12.
図9は、変形例3が示されている。変形例3に含まれる上記各構成については、上記した通りであるため、説明を適宜省略する。 FIG. 9 shows a third modification. About each said structure contained in the modification 3, since it is as above-mentioned, description is abbreviate | omitted suitably.
変形例3では、図9に示すように、支柱14の一例として、紐16が伸びきった状態の旗12の支柱14側の一辺から旗12の面に対して直交する方向に所定の距離だけ離間して位置する一対の支柱部材14A1、14A2で構成されている。一対の支柱部材14A1、14A2は、相互に旗12の面から所定の距離だけ離間している。一対の支柱部材14A1、14A2は、単数本又は複数本の接続部材14Bで接続されている。 In the third modification, as shown in FIG. 9, as an example of the support 14, a predetermined distance is provided in a direction orthogonal to the face of the flag 12 from one side of the support 12 of the flag 12 with the string 16 fully extended. It is comprised by a pair of support | pillar members 14A1 and 14A2 which are located apart. The pair of support members 14A1 and 14A2 are separated from the surface of the flag 12 by a predetermined distance. The pair of support members 14A1 and 14A2 are connected by one or a plurality of connecting members 14B.
ここで、各支柱部材14A1、14A2は、例えば筒状に構成されており、内部に空洞部(図示省略)を備えている。そして、各支柱部材14A1、14A2の空洞部には、発電手段20及び紐牽引手段22が収容されている。また、各紐支持手段18を備えている構成では、各紐支持手段18が各支柱部材14A1、14A2の内部に収容されていたり、あるいは各支柱部材14A1、14A2の端部に設けられている。 Here, each support | pillar member 14A1, 14A2 is comprised, for example by the cylinder shape, and is equipped with the cavity part (illustration omitted) inside. And the electric power generation means 20 and the string pulling means 22 are accommodated in the hollow part of each support | pillar member 14A1, 14A2. Moreover, in the structure provided with each string support means 18, each string support means 18 is accommodated inside each column member 14A1, 14A2, or is provided at the end of each column member 14A1, 14A2.
詳細には、一方の支柱部材14A1の内部には、旗12の上側端部から相互に離間していく一対の紐16のうちの一方の紐16A1に接続されている発電手段20及び紐牽引手段22と、旗12の下側端部から相互に離間していく一対の紐16のうちの一方の紐16B1に接続されている発電手段20及び紐牽引手段22と、が収容されている。 Specifically, in one strut member 14A1, the power generation means 20 and the string pulling means connected to one string 16A1 of the pair of strings 16 that are separated from the upper end of the flag 12. 22 and the power generation means 20 and the string pulling means 22 connected to one string 16B1 of the pair of strings 16 that are spaced apart from the lower end of the flag 12 are accommodated.
他方の支柱部材14A2の内部には、旗12の上側端部から相互に離間していく一対の紐16のうちの他方の紐16A2に接続されている発電手段20及び紐牽引手段22と、旗12の下側端部から相互に離間していく一対の紐16のうちの他方の紐16B2に接続されている発電手段20及び紐牽引手段22と、が収容されている。 Inside the other strut member 14A2, the power generation means 20 and the string pulling means 22 connected to the other string 16A2 of the pair of strings 16 that are separated from the upper end of the flag 12, and the flag The power generation means 20 and the string pulling means 22 connected to the other string 16B2 of the pair of strings 16 that are spaced apart from the lower end of 12 are accommodated.
なお、各支柱部材14A1、14A2には、上記した回転手段24が接続されている構成でも良い。 In addition, the structure to which the above-mentioned rotation means 24 is connected may be sufficient as each support | pillar member 14A1, 14A2.
また、変形例1のように、巻き取りリール50が設けられている構成では、当該巻き取りリール50が支柱部材14A1、14A2の空洞部又は端部に設けられていることが好ましい。 Further, in the configuration in which the take-up reel 50 is provided as in Modification 1, it is preferable that the take-up reel 50 is provided in the hollow portion or the end portion of the column members 14A1 and 14A2.
さらに、変形例2のように、リング54が設けられている構成では、当該リング54が支柱部材14A1、14A2の空洞部又は端部に設けられていることが好ましい。 Further, in the configuration in which the ring 54 is provided as in the second modification, it is preferable that the ring 54 is provided in the hollow portion or the end portion of the column members 14A1 and 14A2.
(技術的問題点の提起)
例えば、支柱部材が離間あるいは分離していない構成(例えば、図1参照)である場合には、1つの支柱部材の体積が、離間あるいは分離している支柱部材の体積と比較して、大きくなる。このため、支柱部材が大きな壁になって、風が支柱部材に衝突し易くなり、旗が強い風に曝されることが困難になる。このことは、発電装置の発電効率の低下につながる結果になる。
(Propose technical problems)
For example, when the strut members are not separated or separated (for example, see FIG. 1), the volume of one strut member is larger than the volume of the strut members that are separated or separated. . For this reason, a support | pillar member becomes a big wall, it becomes easy for a wind to collide with a support | pillar member, and it becomes difficult for a flag to be exposed to a strong wind. This results in a decrease in power generation efficiency of the power generation apparatus.
変形例3によれば、相互に離間した一対の支柱部材14A1、14A2で構成されているため、風が支柱部材14A1、14A2の間をすり抜けることが可能になる。また、1つの支柱部材14A1、14A2の体積を相対的に小さくすることができるため、支柱部材14A1、14A2が大きな壁になることがない。これらにより、旗12をより強い風に曝すことができるため、旗12はためきを強めることができる。この結果、発電装置10の発電効率を向上させることができる。 According to the modification 3, since it is comprised by a pair of support | pillar members 14A1 and 14A2 mutually spaced apart, it becomes possible for a wind to pass through between support | pillar members 14A1 and 14A2. Moreover, since the volume of one support | pillar member 14A1, 14A2 can be made relatively small, support | pillar member 14A1, 14A2 does not become a big wall. As a result, the flag 12 can be exposed to a stronger wind, so that the flag 12 can strengthen the fluttering. As a result, the power generation efficiency of the power generation apparatus 10 can be improved.
また、各支柱部材14A1、14A2が設けられているため、各支柱部材が設けられていない構成と比較して、発電装置10自体の剛性を高めることができる。特に、発電手段20及び紐牽引手段22が支柱部材14A1、14A2の内部に収容されているため、発電手段20及び紐牽引手段22に対する強風の影響を小さくすることができ、旗12を強風に曝した場合でも発電手段20及び紐牽引手段22が破損することを防止できる。この結果、旗12を強風に曝すことが可能になり、各構成部材の破損等を防止するとともに、発電装置10の発電効率を一層高めることができる。 Moreover, since each support | pillar member 14A1, 14A2 is provided, compared with the structure in which each support | pillar member is not provided, the rigidity of power generator 10 itself can be improved. In particular, since the power generation means 20 and the string pulling means 22 are accommodated inside the column members 14A1, 14A2, the influence of strong wind on the power generation means 20 and the string pulling means 22 can be reduced, and the flag 12 is exposed to the strong wind. Even in this case, the power generation means 20 and the string pulling means 22 can be prevented from being damaged. As a result, it becomes possible to expose the flag 12 to a strong wind, preventing damage to each constituent member and the like, and further improving the power generation efficiency of the power generation apparatus 10.
10 発電装置
12 旗(平面体)
14 支柱
14A1 支柱部材(支柱)
14A2 支柱部材(支柱)
16 紐(紐状部材、伝達部)
16A1 紐(紐状部材、伝達部)
16A2 紐(紐状部材、伝達部)
16B1 紐(紐状部材、伝達部)
16B2 紐(紐状部材、伝達部)
18 紐支持手段(支持部材)
20 発電手段(エネルギ変換部)
22 紐牽引手段(牽引部)
24 回転手段
10 Power generator 12 Flag (planar body)
14 support 14A1 support member (support)
14A2 Prop member (post)
16 String (string member, transmission part)
16A1 string (string-like member, transmission part)
16A2 string (string-like member, transmission part)
16B1 string (string-like member, transmission part)
16B2 string (string-like member, transmission part)
18 String support means (support member)
20 Power generation means (energy conversion part)
22 String traction means (traction section)
24 Rotating means
Claims (6)
前記平面体の振動に伴う振動エネルギを電気エネルギに変換するエネルギ変換部と、
前記平面体に連結され、前記平面体に生じた振動エネルギを前記エネルギ変換部に伝達する伝達部と、
前記伝達部を牽引可能な牽引部と、
建築物や地面等に固定され得る支柱と、
を有する発電装置であって、
前記伝達部は、紐状部材であり、
前記平面体の前記支柱側の一辺において一箇所の部位につき複数の前記紐状部材の一端部が取り付けられ、かつ複数の前記紐状部材の他端部が前記エネルギ変換部及び前記牽引部に取り付けられ、
前記平面体は、前記紐状部材により固有周期を持たずに自由にはためき得るように設けられ、
各々の前記紐状部材の一端部から各々の前記紐状部材の他端部に向かって、各々の前記紐状部材が前記平面体の面に直交する方向に沿って前記平面体から次第に離間し、
前記支柱は、前記平面体の面に対して直交する方向に向って所定の距離だけ離間し、かつ前記平面体の面から所定の距離だけ離間した一対の支柱部材で構成されることを特徴とする発電装置。 A planar body that vibrates by the flow of fluid;
An energy converter that converts vibration energy associated with vibration of the planar body into electrical energy;
A transmission unit coupled to the planar body and transmitting vibration energy generated in the planar body to the energy conversion unit;
A towing unit capable of towing the transmission unit;
A column that can be fixed to a building or the ground,
A power generation device having
The transmission part is a string-like member,
One end of a plurality of the string-like members is attached to one part on one side of the flat body on the column side, and the other ends of the plurality of the string-like members are attached to the energy conversion unit and the pulling unit. And
The plane body is provided so that it can flutter freely without having a natural period by the string-like member,
Each string-like member gradually moves away from the plane body in a direction perpendicular to the plane of the plane body from one end of each string-like member toward the other end of each string-like member. ,
The strut is composed of a pair of strut members that are separated from each other by a predetermined distance in a direction orthogonal to the plane of the planar body and that are separated from the plane of the planar body by a predetermined distance. Power generator.
一対の前記支柱部材を構成する他方の前記支柱部材の内部には、相互に離間した前記紐状部材のうち他方の前記紐状部材の他端部に接続されている前記エネルギ変換部と前記牽引部とが収容されていることを特徴とする請求項1に記載の発電装置。 The energy conversion unit connected to the other end portion of one of the string-like members spaced apart from each other and the traction are disposed inside one of the pillar members constituting the pair of column members. Are housed,
Inside the other strut member constituting the pair of strut members, the energy conversion unit connected to the other end portion of the other strut member among the strut members spaced apart from each other and the traction The power generator according to claim 1, wherein the power generator is housed.
複数の前記紐状部材の他端部が前記支持部材を介して前記エネルギ変換部及び前記牽引部に取り付けられていることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の発電装置。 The support member includes a support member for supporting the transmission unit,
5. The power generation device according to claim 1, wherein the other end portions of the plurality of string-like members are attached to the energy conversion unit and the traction unit via the support member. .
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