JP5503784B1 - 羽根車、発電装置及び電気製品 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】羽根車12は、回転軸13を中心に回転可能な回転車12Wと、回転車12Wに設けられた羽根12Bと、を備える。羽根12Bは、回転車12Wに対する相対的位置が固定された固定部12BFと、固定部12BFを支点にして弾性変形する弾性部12BEとを有する。
【選択図】図3
Description
以下、添付図面を参照して、本発明の第1実施形態を説明する。
図1に示すように、昼間点灯装置2は、日中における走行車両(乗用車・バス・トラック・自転車など)Cの視認性を高めるために、当該車両に取り付けられる照明機器である。図1(a)に示す昼間点灯装置2は、車両Cに元々備えられているヘッドライトHL等とは別に、車両Cの前方部に取り付けられるタイプである。
図2(c)に示すように、発電ユニット10は、流路11と、流路11に配された羽根車12と、羽根車12を回転自在に支持する回転軸13と、流路11を流れる流体を遮る遮断部材17と、回転軸13の回転によって発電を行う発電モータ14(図2(a)参照)と、を備える。ここで、流路11は、筐体90の前面90Fから背面90Bまで貫通するように形成される。
図2(a)に示すように、回転軸13は、水平方向に延び、流路11に対して直交するように配されるものであり、ボールベアリング13Bを介して、筐体90に取り付けられる。このため、回転軸13は、ボールベアリング13Bによって、回転自在な状態で支持される。なお、回転軸13は、流路11に対して斜めに配されていてもよい。
図3に示すように、羽根車12は、回転軸13に軸着された回転車12Wと、回転車12Wに設けられた羽根12Bとを有する。
図2に示すように、発電モータ14は、回転軸13に軸着された回転子14Rと、回転子14Rを収容する回転子ケース14Sと、回転子ケース14Sに設けられた一対のコイル14Cと、を有する。回転子14Rに内蔵される磁石(図示は省略する)としては、例えば、ネオジム磁石を用いることができる。回転子ケース14Sには、回転軸13が挿入される軸挿入孔14SXが形成される。回転軸13を中心に回転子14Rが回転すると、回転子14Rに内蔵された磁石によって、一対のコイル14Cの間には、起電力が発生する。ここで、軸挿入孔14SXの内径は、回転軸13の外径に比べて大きく、回転子ケース14Sと回転軸13とは離れている。このため、回転子ケース14Sは、回転軸13の回転に影響を与えない。
図3に示すように、遮断部材17は、流路11において、羽根車12よりも前方に位置するように筐体90に固定されたものであり、固定部17Fと、固定部17Fから上方に延びる遮断部17Cと、を有する。固定部17Fは、流路11の底面に形成された嵌合部11Tに嵌合される。遮断部17Cの先端は、回転軸13とほぼ同じ高さとなっている。このため、流路11において空気が前方から後方へ流れる場合には、遮断部17Cが、流路11のうち回転軸13よりも下側の下エリア11Aにおいて、前方から後方へ流れる流体を遮ることができる。このような遮断部17Cにより、流路11において前方から後方へ流れる流体を、上エリア11Bにある羽根12Bのみにあてることができる。
図2(a)に示すように、蓄電ユニット20は、電気二重層コンデンサの他、公知の蓄電池を利用することができる。なお、照明ユニット30を一定時間の間点灯させる必要がある場合には、蓄電ユニット20を設けたほうが好ましいが、照明ユニット30を常時点灯させる必要がない場合、すなわち、照明ユニット30の点滅で十分な場合には、蓄電ユニット20を省略してもよい。
図2(b)に示すように、照明ユニット30は、複数のLED(Light Emitting Diode)31と、それぞれのLED31の周りに設けられた反射板32と、を有する。LED31は、筐体90の前面90Fに露出する。
図5に示すように、回路ユニット40は、発電ユニット10、蓄電ユニット20、照明ユニット30を、互いに電気的に接続するものであり、プリント回路を備えたプリント配線板である。プリント回路は、整流器40Cと、MPU用入力電源回路40POと、入力電圧検知回路40IVと、充電電圧検知回路40CVと、開閉スイッチ40SA〜40SCと、走行検知回路40SSと、各部を制御するマイクロプロセッサ40MPと、を有する。
上エリア11Bにおいて、回転方向の下流側へ弾性変形した羽根12Bは、回転軸13周りの回転により、風の流通が起こらない下エリア11Aへ移動する。下エリア11Aに位置することとなった羽根12Bにおいては、自身の復元力によって、回転方向の上流側へ変形する。ここで、本発明の片持ち梁構造の羽根12Bでは、固定端12BF側が回転軸13の周りに回転可能な状態で支持されているため、この羽根12Bの弾性エネルギーが、回転軸13の回転エネルギーとして直接伝達される、あるいは、復元力に起因する振動を介在して、回転軸13の回転エネルギーとして伝達される結果、エネルギーの伝達効率が向上する。
前述の通り、上エリア11B及び下エリア11Aを交互に通過する羽根12Bにおいては、回転軸13の周方向における弾性変形が繰り返し行われる。すなわち、上エリア11B及び下エリア11Aを交互に通過する羽根12Bは、振動状態となっているといえる。このような振動状態の羽根12Bは、風力エネルギーを効率よく受け取ることが可能となるため、結果として、エネルギーの伝達効率が向上する。
次に、添付図面を参照して、本発明の第2実施形態を説明するが、前述の実施形態と同一の部品については同一の符号を付し、その詳細の説明は省略する。
図11に示すように、昼間点灯装置202は、車両C(図1(a)参照)の走行中に得られる風力エネルギーを利用して発電を行う発電ユニット210と、発電ユニット210にて発電された電力を貯める蓄電ユニット20と、発電ユニット210にて発電された電力を用いて点灯する照明ユニット30と、各ユニット210、20、30同士を電気的に接続する回路ユニット40と、各ユニット210、20、30、40を収容する直方体状の筐体90と、を備える。
発電ユニット210は、流路11と、流路11に配された羽根車12と、羽根車12を回転自在に支持する回転軸13と、逆磁歪効果によって発電を行う発電素子214と、逆磁歪効果を誘発するように発電素子214をたたく打撃車215と、回転軸13の回転運動を打撃車215へ伝動するための伝動機構216と、流路11を流れる流体を遮る遮断部材17と、を備える。
伝動機構216は、回転軸13に軸着された回転側ギア216GAと、打撃車215を回転自在に支持する打撃側回転軸216SFと、打撃側回転軸216SFに軸着された打撃側ギア216GBと、を有する。打撃側ギア216GBは回転側ギア216GAと噛合するため、回転軸13が回転することにより、回転側ギア216GA及び打撃側ギア216GBを介して、打撃車215が打撃側回転軸216SFの周りに回転することとなる。
図12に示すように、打撃車215は、打撃側回転軸216SFに軸着された打撃回転車215Wと、打撃回転車215Wに設けられた羽根215Bと、発電素子214に対して打撃を行う打撃球215Hと、を備える。
発電素子214は、磁歪棒214Bと、磁歪棒214Bの周りに設けられたコイル214Cと、磁歪棒214Bにバイアス磁化を発生させるためのバイアス磁化発生機構214Mと、を有する。磁歪棒214Bは、磁歪材料(例えば、鉄ガリウム合金であるGalfenol等)から形成される。コイル214Cは、磁歪棒214Bの周りにおいて螺旋状に配された金属線(例えば、銅線)からなる。コイル214Cをなす金属線は、樹脂などによって、一体に形成されていることが好ましい。バイアス磁化発生機構214Mは、磁歪棒214Bの一端側から他端側まで延び、所定の磁気ループMLを形成するためのものである。このため、磁界中にて、磁歪棒214Bの形状変化が起こると、逆磁歪効果によって、コイル214Cに起電力が発生する。
まず、リン青銅製の羽根車12を備える昼間点灯装置2(図2参照)を、車両Cの前方部に取り付けた(図1参照)。次に、蓄電ユニット20への充電を十分に行った。その後、発電ユニット10の出力端子にオシロスコープを接続し、車両Cの走行中における、発電ユニット10の出力信号の波形を記録した。記録された波形から、出力信号の電圧値の最大値、及び周波数を算出した。
重量 : 2.0g
羽根車の直径 :23 mm
回転車の直径 : 7 mm
回転車の幅 :30 mm
羽根の高さ : 8 mm
羽根の幅 :30 mm
羽根の厚み : 0.1mm
リン青銅製の羽根車12からポリカーボネート製の羽根車12へ交換した後、蓄電ユニット20への充電を十分に行った。その後、この昼間点灯装置2(図2参照)を用いて、車両Cの走行中における、発電ユニット10の出力信号の波形を記録し、出力電圧(最大値)、及び周波数を算出した。
重量 : 1.9g
羽根車の直径 :24 mm
回転車の直径 : 9 mm
回転車の幅 :30 mm
羽根の高さ : 8 mm
羽根の幅 :30 mm
羽根の厚み : 1 mm
10 発電ユニット
11 流路
11A 下エリア
11B 上エリア
11T 嵌合部
12 羽根車
12B 羽根
12BE 弾性部
12BF 固定部
12C 連結具
12W 回転車
13 回転軸
13B ボールベアリング
14 発電モータ
17 遮断部材
17C 遮断部
17F 固定部
17G 案内部
20 蓄電ユニット
30 照明ユニット
40 回路ユニット
90 筐体
117 遮断部材
117H ヒンジ
202 昼間点灯装置
210 発電ユニット
214 発電素子
214B 磁歪棒
214C コイル
214M バイアス磁化発生機構
215 打撃車
215B 羽根
215BE 弾性部
215BF 固定端
215H 打撃球
215HX 回転軌跡
215W 打撃回転車
216 伝動機構
218 打撃球係合部材
B2 幅広部
Claims (14)
- 回転軸を中心に回転可能な車と、
前記車に設けられた羽根と、を備え、
前記羽根は、
前記車に対して相対的位置が固定された固定部と、
前記固定部を支点にして弾性変形する弾性部と、
流れる物質を受け止める受止部と、を有し、
前記弾性部は、前記受止部が受け止めた前記流れる物質の運動エネルギーを利用して弾性変形し、
前記車よりも前記物質の流れ方向の上流側に配された遮断部材をさらに備え、
前記物質の流れ方向からみた場合、前記回転軸よりも一方側のエリアを第1エリアと、前記回転軸よりも他方側のエリアを第2エリアと、それぞれ定義した場合、
前記遮断部材は、主として前記第2エリアの前記羽根へ前記物質を流す第1状態と、前記第2エリア及び前記第1エリアの双方の前記羽根へ向かって前記物質を流す第2状態と、との間で遷移可能であることを特徴とする羽根車。 - 前記遮断部材は、
前記第1状態と前記第2状態との間で弾性変形するものであり、
前記流れ方向から前記物質があたった際には、前記第2状態へ、又は前記第2状態に近づくように弾性変形することを特徴とする請求項1記載の羽根車。 - 回転軸を中心に回転可能な車と、
前記車に設けられた羽根と、を備え、
前記羽根は、
前記車に対して相対的位置が固定された固定部と、
前記固定部を支点にして弾性変形する弾性部と、
逆磁歪効果が発生するように磁歪部材と接触する接触部と、を有することを特徴とする羽根車。 - 前記接触部に対して係合する係合部材を備え、
前記係合部材は、前記弾性部が弾性変形するように前記接触部と係合する係合状態と、前記弾性変形に起因する復元力が前記接触部を介して前記磁歪部材に伝わるように前記羽根との係合を解く係合解除状態と、の間で遷移自在であることを特徴とする請求項3記載の羽根車。 - 前記羽根の移動軌跡において、前記磁歪部材が複数配され、
上流側の前記磁歪部材は、下流側の前記磁歪部材における前記係合部材として機能することを特徴とする請求項4記載の羽根車。 - 前記係合状態では、前記弾性部が前記磁歪部材へ近づくように前記羽根が回転するとともに、前記接触部が前記磁歪部材から離れる方向へ前記弾性部を弾性変形させることを特徴とする請求項4または5記載の羽根車。
- 前記羽根は流れる物質を受け止める受止部を有し、
前記弾性部は、前記受止部が受け止めた前記流れる物質の運動エネルギーを利用して弾性変形することを特徴とする請求項3ないし6のうちいずれか1項記載の羽根車。 - 前記弾性部は前記受止部を兼ねることを特徴とする請求項7記載の羽根車。
- 前記受止部は、前記回転軸の軸線方向において、前記弾性部よりも長いことを特徴とする請求項7または8記載の羽根車。
- 前記車は、前記物質が流れる流路に配され、
前記流路は、前記回転軸に対して垂直方向へ延びることを特徴とする請求項1,2,7ないし9のうちいずれか1項記載の羽根車。 - 前記弾性部は、前記車の回転方向と、前記回転方向と反対方向に弾性変形することを特徴とする請求項1ないし10のうちいずれか1項記載の羽根車。
- 請求項1または2記載の羽根車と、
発電素子とを備え、
前記発電素子は、前記回転軸の回転に伴って電力を発生する発電モータを有することを特徴とする発電装置。 - 請求項3ないし11のうちいずれか1項記載の羽根車と、
発電素子とを備え、
前記発電素子は、前記磁歪部材を有することを特徴とする発電装置。 - 請求項12または13に記載の発電装置と、
前記発電装置と電気的に接続された照明素子、または、前記発電装置と電気的に接続された蓄電素子のうち少なくともいずれか一方とを備えたことを特徴とする電気製品。
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