JP5396838B2 - 発電装置、流体用センサ及び流体用センサ網 - Google Patents
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Description
まず、本発明の第1の実施形態について説明する。図1は、本発明の第1の実施形態に係る流体用センサ網としての海洋環境計測センサ網1の概略的な構成を示す斜視図である。図1に示されるように、海洋環境計測センサ網1は、複数の海洋環境計測センサ2と、信号伝送ケーブル3と、を備えている。海洋環境計測センサ2は、海底に設置されている。個々の海洋環境計測センサ2は、信号伝送ケーブル3を介して接続されている。
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。
次に、本発明の第3の実施形態について説明する。
次に、本発明の第4の実施形態について説明する。
次に、本発明の第5の実施形態について説明する。本実施形態に係る発電モジュールは、その構成が、上記第1の実施形態の発電モジュール5と異なっている。
次に、本発明の第6の実施形態について説明する。本実施形態は、発電モジュールの構成が、上記第1の実施形態と異なっている。
次に、本発明の第7の実施形態について説明する。本実施形態は、発電モジュールの構成が、上記第1の実施形態と異なっている。
次に、本発明の第8の実施形態について説明する。本実施形態は、発電モジュールの構成が、上記第1の実施形態と異なっている。
次に、本発明の第9の実施形態について説明する。本実施形態は、発電モジュールが、センサモジュールから離隔されている点が、上記第1の実施形態と異なっている。
次に、本発明の第10の実施形態について説明する。本実施形態に係る海洋環境計測センサ網90では、海洋環境計測センサが、計測情報を中継点や陸上局に伝送するための信号伝送ケーブル3に接続されていない点が、上記第1の実施形態と異なっている。図46には、本実施形態に係る海洋環境計測センサ網90の構成が示されている。本実施形態では、海洋環境計測センサ網90は、計測情報の伝送に水中音響を利用する。
次に、本発明の第11の実施形態について説明する。図47には、本実施形態に係る海洋環境計測センサ網100の斜視図が示されている。図47に示されるように、本実施形態に係る海洋環境計測センサ網100は、複数の海洋環境計測センサ93を備えている。海洋環境計測センサ93は、発電モジュールが設けられていない点が、上記第10の実施形態に係る海洋環境計測センサ91と異なっている。海洋環境計測センサ93には、1つの発電モジュール5から、給電ケーブル95を介して電力が供給されている。
次に、本発明の第12の実施形態について説明する。図48には、本実施形態に係る海洋環境計測センサ網110の斜視図が示されている。図48に示されるように、海洋環境計測センサ網110は、複数の海洋環境計測センサ2’を備えている。各海洋環境計測センサ2’は、センサモジュール4と発電モジュール5とが離隔して配置されている。各海洋環境計測センサ2’のセンサモジュール4は、信号伝送ケーブル3を介して接続されている。
次に、本発明の第13の実施形態について説明する。図49には、本実施形態に係る海洋環境計測センサ網120の斜視図が示されている。図49に示されるように、ビンガ機能を有する海洋環境計測センサ93の代わりに、レスポンダ機能を有する海洋環境計測センサ94が用いられている点が、上記第11の実施形態と異なる。海洋環境計測センサ94では、センサモジュールと発電モジュールとが一体化している。レスポンダ機能には、この発電モジュールからの電力が用いられる。
以上詳細に説明したように、上記各実施形態によれば、海底等に設置された海洋環境計測センサ2等は、センサモジュール4等と発電モジュール5等とが併設された自己給電型のセンサである。センシング等に必要な電力は、センサモジュール4等の近傍に設置された発電モジュール5等でまかなわれるので、外部給電が不要となる。
2、2’ 海洋環境計測センサ
3 信号伝送ケーブル
4、4’ センサモジュール
5、5’、5” 発電モジュール
6 水密容器
7 取付け座
8 容器
9 支柱
10 容器
11 受圧円筒
12 圧電セラミック構造体
13 防水被覆
14 空洞
15 圧電セラミックモジュール
16 圧電セラミック
17 電極
20 電力平均化部
23A、23B 整流回路
31、32 圧電セラミック
33 圧電セラミック構造体
34A 内周電極
34B 外周電極
35 電極分割部
36 負荷端
40 発電モジュール
41 支柱
42 取付け座
43 受圧円筒
44 緩衝材
45 圧電セラミック構造体
46 防水被覆
47 空洞
50 発電モジュール
51 支柱
52 取付け座
53 圧電セラミック構造体
54 緩衝材
55 防水被覆
56 空洞
60 発電モジュール
61 錘
62 圧電セラミック構造体
63 容器
64 空洞
65 緩衝材
66 取付け座
70 発電モジュール
71 受圧円筒
72 圧電セラミック構造体
73 取付け座
74 圧電素子
75 分割電極
76 電極分割部
77 防水被覆
78 圧電素子
79 絶縁体
80 発電モジュール
81、82 円筒
90 海洋環境計測センサ網
91、92、93、94 海洋環境計測センサ
95 給電ケーブル
100 海洋環境計測センサ網
101 観測船
110 海洋環境計測センサ網
140 フィルタ
150 計測信号出力端
Claims (28)
- 所定軸の方向に延びる柱状体であり、前記所定軸の直交断面の輪郭が前記所定軸を中心に回転対称である外周側面が形成され、圧電素子とその圧電素子の分極方向両端に接続された電極との組である複数の圧電モジュールが前記所定軸を中心として回転対称に配置された圧電モジュール構造体を有し、周囲の流体に発生する応力変動により内部に応力を発生させる応力発生部と、
前記複数の圧電モジュール各々の分極方向の一端と接続され、前記応力発生部に応力を発生させるために前記応力発生部の変位を抑制する抑制部と、
前記複数の圧電モジュール各々から出力される電圧を加算する加算部と、
を備える発電装置。 - 前記複数の圧電モジュールが、前記所定軸を中心として対向配置され、
個々の圧電モジュールの分極方向が、
前記所定軸を中心とする半径方向に沿っていることを特徴とする請求項1に記載の発電装置。 - 前記応力発生部は、
前記所定軸の方向に延び、前記所定軸の直交断面の輪郭が前記所定軸を中心に回転対称である外周側面が形成された柱部をさらに有し、
前記複数の圧電モジュール各々の分極方向の一端は、
前記柱部の外周側面の一部と接続され、
前記抑制部は、
前記複数の圧電モジュール各々の分極方向の他端と接続され、前記半径方向内側に、前記応力発生部の変位を抑制することを特徴とする請求項2に記載の発電装置。 - 前記抑制部が、
前記所定軸を軸芯として前記所定軸の方向に延びる柱状体であり、
前記複数の圧電モジュール各々の分極方向の一端が、
前記抑制部の外周側面に接続されていることを特徴とする請求項2に記載の発電装置。 - 前記圧電モジュール構造体は、
前記所定軸を軸芯として前記所定軸の方向に延び、前記抑制部を内包する筒状体であり、前記所定軸の直交断面の輪郭が前記所定軸を中心に回転対称である外周側面を有し、
前記圧電モジュール構造体の外周側面により、前記応力発生部の外周側面が形成されていることを特徴とする請求項4に記載の発電装置。 - 前記応力発生部が、
前記所定軸を軸芯として前記所定軸の方向に延びる、前記抑制部及び前記圧電モジュール構造体を内包する筒状体であり、前記所定軸の直交断面の輪郭が前記所定軸を中心に回転対称な外周側面及び内周側面を有し、その内周側面で前記複数の圧電モジュール各々の分極方向の他端と接続された柱部をさらに有することを特徴とする請求項4に記載の発電装置。 - 前記抑制部が、
所定の位置に固定されていることを特徴とする請求項2乃至6のいずれか一項に記載の発電装置。 - 前記抑制部が、
所定値以上の質量を有する錘であることを特徴とする請求項2乃至6のいずれか一項に記載の発電装置。 - 前記複数の圧電モジュール各々の分極方向が、
前記所定軸を中心とする半径方向外側又は内側の一方向に揃えられていることを特徴とする請求項2乃至8のいずれか一項に記載の発電装置。 - 前記複数の圧電モジュールが、前記所定軸を中心として対向配置され、
個々の圧電モジュール各々の分極方向が、前記所定軸の方向であり、
前記応力発生部が、
前記所定軸の方向に延び、前記所定軸の直交断面の輪郭が前記所定軸を中心に回転対称である柱部をさらに有し、
前記柱部と、固定された前記抑制部とが、前記圧電モジュール構造体を介して前記所定軸の方向に接続されることにより、前記柱部と前記圧電モジュール構造体とで、片持ち梁が形成されることを特徴とする請求項1に記載の発電装置。 - 周囲の流体に生じるカルマン渦による応力変動で発生する振動の周波数と、前記片持ち梁の共振周波数とが一致するように設定されていることを特徴とする請求項10に記載の発電装置。
- 前記複数の圧電モジュール各々の分極方向が、
一方向に揃えられていることを特徴とする請求項10又は11に記載の発電装置。 - 前記所定軸を中心として対向配置された一対の圧電モジュールが、分極方向について同じ側の電極同士が接続されることにより縦続接続され、
前記加算部では、
前記縦続接続された一対の圧電モジュールの両端に生じた電圧による電流を全波整流する整流回路が、前記一対の圧電モジュール毎に複数設けられ、
前記複数の整流回路が縦続接続され、縦続接続された整流回路の前後段の電圧が出力電圧として出力されることにより、前記一対の圧電モジュールの両端に生じた電圧が加算されることを特徴とする請求項1乃至12のいずれか一項に記載の発電装置。 - 前記圧電素子が、
台形若しくは矩形の単体の圧電素子又は分極方向に積層された圧電素子であることを特徴とする請求項1乃至13のいずれか一項に記載の発電装置。 - 前記圧電素子が、前記所定軸を中心とする円筒形であり、
前記圧電モジュールが、
前記圧電素子の一部と、前記中心軸を中心として円周方向に配列され、その圧電素子の分極方向両端に設置された分割電極とによって形成されていることを特徴とする請求項1乃至14のいずれか一項に記載の発電装置。 - 前記応力発生部では、
前記所定軸の直交断面の大きさが異なる複数の柱状体が、前記所定軸の方向に直列に接続されることにより、前記外周側面が形成されていることを特徴とする請求項1乃至15のいずれか一項に記載の発電装置。 - 4つの圧電モジュールが、前記中心軸を中心に、円筒形の1/4部分として4回回転対称に配列されていることを特徴とする請求項1乃至16のいずれか一項に記載の発電装置。
- 前記加算部によって加算された電圧を、
発電に用いられる第1の周波数帯域の成分と、センサ出力として用いられる第2の周波数帯域の成分とに分離するフィルタをさらに備えることを特徴とする請求項1乃至17のいずれか一項に記載の発電装置。 - 複数の前記応力発生部が設けられていることを特徴とする請求項1乃至18のいずれか一項に記載の発電装置。
- 前記応力発生部の近傍に乱流を発生させる少なくとも1つの乱流発生体をさらに備えることを特徴とする請求項1乃至19のいずれか一項に記載の発電装置。
- 前記応力発生部と前記抑制部と前記加算部とが、複数設けられ、
複数の前記加算部でそれぞれ加算された電圧を、さらに加算することを特徴とする請求項1乃至20のいずれか一項に記載の発電装置。 - 請求項1乃至21のいずれか一項に記載の発電装置と、
前記発電装置から供給された電力を用いて流体中でセンシングを行うセンサモジュールと、
を備える流体用センサ。 - 前記発電装置と前記センサモジュールとが、所定距離以上離隔して配置されていることを特徴とする請求項22に記載の流体用センサ。
- 請求項1乃至21のいずれか一項に記載の発電装置と、
前記発電装置から供給された電力を用いて流体中でセンシングを行う複数の流体用センサと、
を備える流体用センサ網。 - 請求項22又は23に記載の流体用センサを複数備える流体用センサ網。
- 前記流体用センサ各々は、他の流体用センサから送られた計測情報に、自らの計測情報を付加して、さらに他の流体用センサに伝送し、
その伝送は、前記発電装置から供給された電力を用いて行われることを特徴とする請求項25に記載の流体用センサ網。 - 複数の前記流体用センサのうちの1つは、
残りの前記流体用センサから計測情報を収集し、
収集された計測情報を含む音響信号を定期的に発信するピンガ機能又は外部からの要求に応じて、収集された計測情報を含む音響信号を発信するレスポンダ機能を有し、
前記ピンガ機能又は前記レスポンダ機能は、前記発電装置から供給される電力を用いて駆動されることを特徴とする請求項26に記載の流体用センサ網。 - 前記流体用センサ各々が、
計測情報を含む音響信号を定期的に発信するピンガ機能又は外部からの要求に応じて計測情報を含む音響信号を発信するレスポンダ機能を有し、
前記ピンガ機能又は前記レスポンダ機能は、前記発電装置から供給される電力を用いて駆動されることを特徴とする請求項25に記載の流体用センサ網。
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