JP5697876B2 - 発電装置 - Google Patents

Description

本発明は、振動エネルギーを電気エネルギーに変換して電力を発生する発電装置に関する。

近年、振動エネルギーを電気エネルギーに変換して電力を発生する振動発電の技術が提案されている（以下、振動エネルギーを電気エネルギーに変換して電力を発生する発電装置を「振動発電装置」とする）。

例えば、図１８に示すように、特許文献１の発電装置５００では、筐体の天板５０２に筒状コイル５０４の一端側が取り付けられている。この筒状コイル５０４内には、コイルバネ５０６によって天板５０２から吊り下げられた棒状磁石５０８が配置されている。そして、筐体を揺動したり傾けたりすることにより、棒状磁石５０８を振動させて筒状コイル５０４から電力を発生させる。

振動発電に利用可能な振動としては、特許文献１に示されているような人の挙動により発生する振動のほか、列車や自動車の走行により生じる交通振動、設備機械の稼働による機械振動等が挙げられる。

機械振動を利用した発電方法としては、図１９、２０に示すような空調ダクト５１０に、振動発電装置（不図示）を設置する発電方法が考えられる。図１９に示す空調ダクト５１０は、吊り材５１４を介して床スラブ５１２に吊り支持されている。図２０に示す空調ダクト５１０は、架台５１６を介して床スラブ５１２上に支持されている。そして、これらの空調ダクト５１０は、空調ダクト５１０内を流れる空気により加振されたり、又は空調ファン等の機械振動が伝達されたりして、振動する振動体となる。

しかし、例えば、空調ダクト５１０を構成するパネル５１８の表面に接着剤によって振動発電装置を接着して固定する場合、この接着がパネル５１８に生じる振動によって取れてしまうことが懸念される。また、パネル５１８に貫通させたボルトによって振動発電装置をパネル５１８に固定する場合、パネル５１８を介して空調ダクト５１０の内側と外側との両方で作業を行う必要があるので煩雑となる。さらに、このボルトが空調ダクト５１０内に突出することにより空気の流れが阻害され、空調ダクト５１０の本来の機能を低下させてしまうことが考えられる。

このように、床スラブ等の支持体に支持される空調ダクト等の振動体の振動を振動発電に利用する場合、振動発電装置の設置が問題となることがある。
例えば、水道配管を振動体とする場合、一般的な水道配管は円筒状であると共に振動発電装置をボルト固定するための貫通孔の形成が困難なので、振動発電装置を固定することが難しい。

また、例えば、冷却空気が通る給気ダクトや冷水が通る給水管を振動体とする場合、給気ダクトや給水管の外周には保温材が巻きつけられていることが多く、このような場合には振動発電装置を配置するスペースを確保するのが困難となる。また、給気ダクトや給水管に振動発電装置を取り付けるために保温材に穴や切り欠きを形成することは、結露などの問題を生じる可能性があるので好ましくない。
また、例えば、吊り階段の踏み板を振動体とする場合においては、踏み板の上面に固定用のボルト等が突出することは歩行上好ましくない。

特開平１０−６６３２３号公報

本発明は係る事実を考慮し、支持体に支持される振動体に設置することなく、この振動体から発生する振動を利用して発電ができる発電装置を提供することを課題とする。

第１態様の発明は、支持体に揺動可能に支持されると共に振動する振動体を支持する装置本体と、前記装置本体に移動可能に設けられた第１錘と、前記第１錘に設けられた第１部材と該第１部材に対して相対移動可能な第２部材とを備え前記相対移動によって電力を発生する発電手段と、を有する発電装置である。

第１態様の発明では、装置本体が支持体に揺動可能に支持されている。この装置本体は、振動する振動体を支持する。
発電装置は、第１部材と第２部材とを備えた発電手段を有する。第１部材は第１錘に設けられ、第１錘は装置本体に移動可能に設けられている。第２部材は、第１部材に対して相対移動可能となっている。そして、発電手段は、第１部材と第２部材との相対移動によって電力を発生する。

よって、振動体に振動が発生したときに、この振動が装置本体を介して第１部材に伝達される。これにより第１部材が振動し、第１部材に対して第２部材が相対移動するので電力が発生する。すなわち、振動する振動体の振動エネルギーを発電手段により電気エネルギーに変換して電力を発生させることができる。

また、発電装置は、支持体に振動体を支持する支持部材であるので、支持体に支持される振動体に発電装置を設置することなく、この振動体から発生する振動を利用して発電ができる。

また、発電手段（第１部材に対する第２部材の相対移動）により電力を発生させるときに、第１部材の振動を抑える抵抗力（例えば、第１部材を磁石とし、第２部材をコイルとして電磁誘導によりコイルから電力を発生させる場合における、コイルに発生する逆起電力）が第２部材から第１部材へ作用する場合、第１部材の振動の振幅は小さくなってしまう。

これに対して第１態様の発電装置では、第１部材が第１錘に設けられているので、第１錘の質量により第１部材の慣性力が大きくなる。これによって、第２部材から第１部材へ作用する抵抗力により抑制される第１部材の振動を低減することができる。すなわち、振動体の振動に対する第１部材の振動の増幅倍率の低下を低減することができ、第１部材を効果的に振動させることができる。

発電手段の発電量は、第１部材と第２部材との相対移動量が大きいほど大きくなる。よって、振動体に発生する振動エネルギーを効果的に電気エネルギーに変換することができ、大きな電力を発生させることができる。

第２態様の発明は、第１態様の発電装置において、前記第１部材は磁石又はコイルであり、前記第２部材はコイル又は磁石である。

第２態様の発明では、第１部材を磁石又はコイルとし、第２部材をコイル又は磁石とすることにより、磁石に対してコイルが相対移動したときに、電磁誘導の原理によってコイルから電力を発生させることができる。

ここで、発電手段により電力を発生させるときにコイルには逆起電力が発生し、これによって磁石の振動を抑える抵抗力がコイルから磁石へ作用してしまう。これに対して第２態様の発電装置では、磁石又はコイルが第１錘に設けられているので、第１錘の質量により磁石又はコイルの慣性力が大きくなる。これによって、コイルから磁石へ作用する抵抗力により抑制される磁石又はコイルの振動を低減することができる。すなわち、振動体の振動に対する磁石又はコイルの振動の増幅倍率の低下を低減することができ、磁石又はコイルを効果的に振動させることができる。

発電手段の発電量は、磁石とコイルとの相対移動量が大きいほど大きくなる。よって、振動体に発生する振動エネルギーを効果的に電気エネルギーに変換することができ、大きな電力を発生させることができる。

第３態様の発明は、第１又は第２態様の発電装置において、前記装置本体には第２錘が設けられ、該装置本体は前記振動体を揺動可能に支持する。

第３態様の発明では、装置本体に第２錘が設けられている。そして、この装置本体は振動体を揺動可能に支持する。

ここで、第１錘及び第２錘が設けられている装置本体（第３態様の装置本体）によって振動体が支持体に支持される構成の振動系を振動系Ｓ_１とし、第２錘が設けられ第１錘が設けられていない装置本体によって振動体が支持体に支持される構成の振動系を振動系Ｓ_２とし、第１錘及び第２錘が設けられていない装置本体によって振動体が支持体に支持される構成の振動系を振動系Ｓ_３とすると、振動系Ｓ_２は、振動体の質量により構成される１質点と、装置本体自体の質量及び第２錘の質量により構成される１質点とによって、２質点系を構成する。

これによって、振動系Ｓ_２には２つの固有振動数が生じ、２次固有振動数を２番目のピークにしてこの付近の振動数に対する伝達加振力倍率（＝支持体へ伝達される加振力／振動体に加わる加振力）が、振動系Ｓ_３の場合よりも引き上げられて大きくなる。

よって、第３態様の発電装置は、振動系Ｓ_２を構成する装置本体に第１錘が設けられ、この第１錘に設けられた第１部材と、第２部材との相対移動により電力を発生するものなので、振動系Ｓ_１を構成する装置本体から第１錘を取り外したとき（振動系Ｓ_２）の２次固有振動数を、振動体に生じる振動の卓越振動数又は振動体の固有振動数や、これらの振動数付近の振動数と等しくすれば、振動体の振動に対する第１部材の振動の増幅倍率が大きい振動数で効果的に電力を発生させることができる。

また、装置本体に伝達された振動エネルギーが発電により消費されるので、振動系Ｓ_２における２次固有振動数のピーク値が引き下げられ、２次固有振動数及び２次固有振動数付近の振動数に対する防振効果（振動体から支持体へ伝達される加振力を低減する効果）を向上させることができる。

また、振動系Ｓ_２の２次固有振動数よりも高い振動数における伝達加振力倍率の傾きが大きく（急勾配に）なるので、振動体に生じる高い振動数の振動に対する高い防振効果を期待することができる。

第４態様の発明は、第１〜第３態様の何れか１態様の発電装置において、前記振動体はダクトであり、前記支持体は水平部材である。

第４態様の発明では、水平部材に支持された状態で振動するダクトの振動エネルギーを発電手段により電気エネルギーに変換して電力を発生させることができる。

第５態様の発明は、第１〜第３態様の何れか１態様の発電装置において、前記振動体は階段であり、前記支持体は水平部材である。

第５態様の発明では、水平部材に支持された状態で振動する階段の振動エネルギーを発電手段により電気エネルギーに変換して電力を発生させることができる。

本発明は上記構成としたので、支持体に支持される振動体に設置することなく、この振動体から発生する振動を利用して発電ができる発電装置を提供することができる。

本発明の第１の実施形態に係る床スラブに支持されたダクトを示す立面図である。 本発明の第１の実施形態に係る発電装置を示す説明図である。 本発明の第１の実施形態に係る装置本体を示す斜視図である。 本発明の第１の実施形態に係る発電装置の作用を示す線図である。 本発明の第１の実施形態に係る振動系モデルを示す説明図である。 本発明の第１の実施形態に係る振動系モデルを示す説明図である。 本発明の第１の実施形態に係る振動系モデルを示す説明図である。 本発明の第１の実施形態に係る発電装置の変形例を示す説明図である。 本発明の第２の実施形態に係る発電装置を示す説明図である。 本発明の第２の実施形態に係る発電装置の作用を示す線図である。 本発明の第２の実施形態に係る振動系モデルを示す説明図である。 本発明の第３の実施形態に係る床スラブに支持されたダクトを示す立面図である。 本発明の第３の実施形態に係る発電装置を示す説明図である。 本発明の実施形態に係る発電装置の適用例を示す立面図である。 本発明の実施形態に係る発電装置の適用例を示す立面図である。 本発明の実施形態に係る発電装置の適用例を示す立面図である。 本発明の実施形態に係る発電装置の適用例を示す立面図である。 従来の発電装置を示す説明図である。 床スラブに支持されたダクトを示す立面図である。 床スラブに支持されたダクトを示す立面図である。

図面を参照しながら、本発明の発電装置を説明する。
まず、本発明の第１の実施形態について説明する。

図１の立面図に示すように、空調用のダクト１０が、支持体としての床スラブ１２に吊り支持されている。ダクト１０は、略水平に配置された鋼製のアングル材３８に載置されている。アングル材３８は、床スラブ１２から吊り下げられて下端部がアングル材３８の左右端部付近に固定された２つの吊り部材１４によって支持されている。ダクト１０は、ダクト１０内を流れる空気により加振されたり、又は空調ファン等の機械振動が伝達されたりして、振動する振動体となる。

図１、及び図２の拡大図に示すように、吊り部材１４は、鋼棒１６、１８及び装置本体２０によって構成されている。
図３に示すように、装置本体２０は、対向して配置された縦に長い長方形状の側板２２Ａ、２２Ｂと、側板２２Ａ、２２Ｂの上端部に左右端部が接合された正方形状の上板２４と、側板２２Ａ、２２Ｂの下端部に左右端部が接合された正方形状の下板２６とによって構成された四角柱状の筐体である。

鋼棒１６の上端部は床スラブ１２に固定され、鋼棒１６の下端部は装置本体２０の上板２４に連結されている。鋼棒１６の下端部は、上板２４の略中央に形成された貫通孔２８を貫通し、鋼棒１６の下端部にダブルナット３０によって固定された円板状の保持部材３２と、上板２４の下面に固定された円板状の保持部材３４との間に配置されたコイルバネ３６を介して上板２４に連結されている。このような構成によって、装置本体２０は、床スラブ１２に揺動可能に支持されている。

アングル材３８は、ダブルナット３０によって鋼棒１８の下端部に固定され、鋼棒１８の上端部は装置本体２０の下板２６に連結されている。鋼棒１８の上端部は、下板２６の略中央に形成された貫通孔４０を貫通し、鋼棒１８の上端部にダブルのナット３０によって固定された円板状の保持部材３２と、下板２６の上面に固定された円板状の保持部材３４との間に配置されたコイルバネ３６を介して下板２６に連結されている。このような構成によって、装置本体２０は、ダクト１０を揺動可能に支持している。

装置本体２０の内部（側板２２Ａと側板２２Ｂとの間の空間）には、第２錘としての鉄製の錘４２が設けられている。錘４２は厚みを有する板状の部材であり、錘４２の左右端部が側板２２Ａ、２２Ｂの内壁に固定されている。すなわち、装置本体２０が上下方向に揺動するときに、錘４２は装置本体２０と一体となって上下方向に揺動する。なお、錘４２は、必要とする質量が得られれば鉄以外の材料によって形成してもよい。

図２に示すように、発電装置４４は、装置本体２０、発電手段４６及び錘５４によって構成されている。発電手段４６は、第１部材としての円柱状の磁石４８と、第２部材としてのコイル５０とを備えている。

第１錘としての鉄製の錘５４は、円板状に形成されている。また、錘５４は、錘４２の上面に設置されたコイルバネ５２に支持されており、装置本体２０に対して上下方向に移動可能となっている。錘５４の上面には、磁石４８が固定されている。なお、錘５４は、必要とする質量が得られれば鉄以外の材料によって形成してもよい。

コイル５０は、コイル５０の軸が略鉛直となるように（コイル面が略水平となるように）装置本体２０の内部に配置され、外壁の一部が側板２２Ａ、２２Ｂの内壁に固定されている。磁石４８は、コイル５０の下方に配置され、コイル５０に対して上下方向に相対移動可能となっている。すなわち、磁石４８が上方へ移動したときに、磁石４８はコイル５０内へ挿入される。

これらの構成により、発電手段４６は、磁石４８とコイル５０との上下方向の相対移動によって電力を発生する。
そして、図１、２に示すように、錘５４及び錘４２が設けられている装置本体２０によってダクト１０が床スラブ１２に支持される構成により、振動系Ｓ_１が構築されている。

次に、本発明の第１の実施形態の作用及び効果について説明する。

第１の実施形態の発電装置４４では、図１、２に示すように、ダクト１０に振動が発生したときに、この振動が装置本体２０を介して磁石４８に伝達される。これにより磁石４８が振動し、磁石４８に対してコイル５０が相対移動するので、電磁誘導の原理によってコイル５０から電力が発生する。すなわち、振動する振動体としてのダクト１０の振動エネルギーを発電手段４６により電気エネルギーに変換して電力を発生させることができる。

また、発電装置４４は、支持体としての床スラブ１２に振動体としてのダクト１０を支持する支持部材であるので、支持体に支持される振動体に発電装置を設置することなく、この振動体から発生する振動を利用して発電ができる。

ここで、発電手段４６により電力を発生させるときにコイル５０には逆起電力が発生し、これによって磁石４８の振動を抑える抵抗力がコイル５０から磁石４８へ作用してしまう。これに対して発電装置４４では、錘５４に磁石４８が固定されており錘５４と磁石４８とが一体となっているので、錘５４の質量により磁石４８の慣性力が大きくなる。これによって、コイル５０から磁石４８へ作用する抵抗力により抑制される磁石４８の振動を低減することができる。すなわち、ダクト１０の振動に対する磁石４８の振動の増幅倍率の低下を低減することができ、磁石４８を効果的に振動させることができる。

発電手段４６の発電量は、磁石４８とコイル５０との相対移動量が大きいほど大きくなる。よって、振動体としてのダクト１０に発生する振動エネルギーを効果的に電気エネルギーに変換することができ、大きな電力を発生させることができる。

また、発電装置４４は、以下に説明する効果を得ることができる。図４は、図５〜７に示す振動系モデル５６、５８、６０の数値シミュレーション結果を示したものである。

図５に示す振動系モデル５６は、振動系Ｓ_１のモデルである。図１、２で示した各部と対応する振動系モデル５６の構成要素には、同符号を付している。なお、装置本体２０自体の質量と錘４２の質量とを合計した質量を中間マス６８としている。

図６に示す振動系モデル５８は、振動系モデル５６から発電手段４６、コイルバネ５２及び錘５４を無くした構成の振動系Ｓ_２のモデルである。すなわち、振動系Ｓ_２は、錘４２が設けられ、錘５４と磁石４８とが設けられていない装置本体２０によってダクト１０が床スラブ１２に支持される構成の振動系である。図１、２で示した各部と対応する振動系モデル５８の構成要素には、同符号を付している。

図７に示す振動系モデル６０は、振動系モデル５８から１つのコイルバネ３６及び中間マス６８を無くした構成の振動系Ｓ_３のモデルである。すなわち、振動系Ｓ_３は、錘４２、５４、磁石４８及び鋼棒１８の上端部を下板２６に連結するコイルバネ３６が設けられていない装置本体２０によってダクト１０が床スラブ１２に支持される構成の振動系である。図１、２で示した各部と対応する振動系モデル６０の構成要素には、同符号を付している。

図４の値６２、６４、６６は、振動系Ｓ_１、Ｓ_２、Ｓ_３（振動系モデル５６、５８、６０）における、ダクト１０に加わる加振力の振動数に対する伝達加振力倍率（＝床スラブ１２へ伝達される加振力Ｋ_２／ダクト１０に加わる加振力Ｋ_１）の値である。図４のグラフの横軸がダクト１０に加わる加振力の振動数を示し、縦軸が伝達加振力倍率を示している。

図４に示すように、振動系Ｓ_１（値６２）において、伝達加振力倍率が１以下となる（床スラブ１２へ伝達される加振力Ｋ_２の大きさが、ダクト１０に加わる加振力Ｋ_１以下となる）振動数で振動体としてのダクト１０が振動すれば、ダクト１０から支持体としての床スラブ１２へ伝達される加振力を低減する防振効果を得ることができる。

また、振動体としてのダクト１０に加わる加振力の振動数において、伝達加振力倍率が１以下となるように振動系Ｓ_１の伝達加振力倍率特性を設定すれば、ダクト１０から支持体としての床スラブ１２へ伝達される加振力を低減する防振効果を得ることができる。

ここで、振動系Ｓ_２は、ダクト１０の質量により構成される１質点と、装置本体２０自体の質量及び錘４２の質量により構成される１質点とによって、２質点系を構成する。
これによって、図４に示すように、振動系Ｓ_２（値６４）には２つの固有振動数が生じ、２次固有振動数を２番目のピークにしてこの付近の振動数に対する伝達加振力倍率が、振動系Ｓ_３の値６６よりも引き上げられて大きくなる。

よって、発電装置４４は、振動系Ｓ_２を構成する装置本体２０に錘５４と磁石４８とが設けられ、錘５４に固定された磁石４８と、コイル５０との相対移動により電力を発生するものなので、振動系Ｓ_２（値６４）における加振力Ｋ_２（伝達加振力倍率）の大きさよりも振動系Ｓ_１（値６２）における加振力Ｋ_２（伝達加振力倍率）の大きさが小さくなる振動数（図４の場合には、値Ｐ_１から値Ｐ_２の間の振動数）で振動体としてのダクト１０が振動すれば、発電装置４４によって、振動系Ｓ_２（値６４）における加振力Ｋ_２の大きさと、振動系Ｓ_１（値６２）における加振力Ｋ_２の大きさとの間に差を生じさせている分の振動エネルギーを電気エネルギーに変換し、電力を発生させることができる。

また、振動体としてのダクト１０に加わる加振力の振動数において、振動系Ｓ_２における加振力Ｋ_２の大きさよりも振動系Ｓ_１における加振力Ｋ_２の大きさが小さくなるように振動系Ｓ_１の伝達加振力倍率特性を設定すれば、発電装置４４によって、振動系Ｓ_２における加振力Ｋ_２の大きさと、振動系Ｓ_１における加振力Ｋ_２の大きさとの間に差を生じさせている分の振動エネルギーを電気エネルギーに変換し、電力を発生させることができる。

また、発電装置４４は、振動系Ｓ_２を構成する装置本体２０に錘５４と磁石４８とが設けられ、錘５４に固定された磁石４８と、コイル５０との相対移動により電力を発生するものなので、振動系Ｓ_１を構成する装置本体２０から錘５４と磁石４８とを取り外したとき（振動系Ｓ_２）の２次固有振動数が、ダクト１０に生じる振動の卓越振動数又はダクト１０の固有振動数や、これらの振動数付近の振動数と等しくなれば、ダクト１０の振動に対する磁石４８の振動の増幅倍率が大きい振動数で効果的に電力を発生させることができる。
振動系Ｓ_１を構成する装置本体２０から錘５４と磁石４８とを取り外したとき（振動系Ｓ_２）の２次固有振動数が、ダクト１０に生じる振動の卓越振動数又はダクト１０の固有振動数と等しくなるのが好ましい。

また、振動体としてのダクト１０に加わる加振力の振動数において、振動系Ｓ_１を構成する装置本体２０から錘５４と磁石４８とを取り外したとき（振動系Ｓ_２）の２次固有振動数が、ダクト１０に生じる振動の卓越振動数又はダクト１０の固有振動数や、これらの振動数付近の振動数と等しくなるように振動系Ｓ_１の伝達加振力倍率特性を設定すれば、ダクト１０の振動に対する磁石４８の振動の増幅倍率が大きい振動数で効果的に電力を発生させることができる。
振動系Ｓ_１を構成する装置本体２０から錘５４と磁石４８とを取り外したとき（振動系Ｓ_２）の２次固有振動数が、ダクト１０に生じる振動の卓越振動数又はダクト１０の固有振動数と等しくなるように振動系Ｓ_１の伝達加振力倍率特性を設定するのが好ましい。

また、発電手段４６によって発電することにより、装置本体２０に伝達された振動エネルギーが消費されるので、振動系Ｓ_２における２次固有振動数のピーク値が引き下げられ（図４の矢印７０）、振動系Ｓ_２の２次固有振動数及び２次固有振動数付近の振動数に対する防振効果（振動体としてのダクト１０から支持体としての床スラブ１２へ伝達される加振力を低減する効果）を向上させることができる。

また、振動系Ｓ_２の２次固有振動数よりも高い振動数における伝達加振力倍率の傾きが大きく（急勾配に）なるので、振動体としてのダクト１０に生じる高い振動数の振動に対する高い防振効果を期待することができる。

以上、本発明の第１の実施形態について説明した。

なお、第１の実施形態では、第１錘としての錘５４に第１部材としての磁石４８を固定した例を示したが、図８の拡大図に示すように、第１錘としての錘７４にコイルバネ７２を介して第１部材としての磁石７６を設けてもよい。

図８の発電装置７８では、円柱状の錘７４が、錘４２の上面に設置されたコイルバネ５２に支持されており、装置本体２０に対して上下方向に移動可能となっている。錘７４には円柱状の凹部８０が形成されており、この凹部８０の底面８２上にコイルバネ７２が設置されている。コイルバネ７２は、円柱状の磁石７６を支持している。凹部８０の内壁には第２部材としてのコイル８４が固定されている。また、コイル８４の下方には磁石７６が配置されており、磁石７６が上方へ移動したときに磁石７６はコイル８４内に挿入される。そして、コイル８４と磁石７６との相対移動により電力を発生させる。

このような構成により、ダクト１０に振動が発生したときに、この振動が装置本体２０及びコイルバネ５２、７２を介して磁石７６に伝達される。これにより、磁石７６を、発電装置４４の磁石４８よりも大きく振動させることができる。よって、第１部材としての磁石７６と第２部材としてのコイル８４との相対移動量を大きくすることが可能なので、より大きな電力を発生させることができる。また、同じ発電量を得ようとした場合、磁石７６とコイル８４とによって構成される発電手段８６を、発電装置４４の発電手段４６よりも小さくすることができる。例えば、発電装置７８の磁石７６を発電装置４４の磁石４８よりも小さくすることができる。

次に、本発明の第２の実施形態について説明する。

第２の実施形態の説明において、第１の実施形態と同じ構成のものは、同符号を付すると共に、適宜省略して説明する。
図９の拡大図に示すように、第２の実施形態の発電装置８８は、第１の実施形態の発電装置４４の構成要素から、装置本体２０の下部に設けられているコイルバネ３６を無くしたものである。

発電装置８８では、鋼棒１８の上端部が、下板２６の略中央に形成された貫通孔４０を貫通し、ダブルナット３０によって下板２６に固定されている。このような構成によって、装置本体２０に鋼棒１８が連結され、装置本体２０がダクト１０を支持している。また、装置本体２０には第２錘（図２の錘４２）が設けられていない。スプリングバネ５２は、装置本体２０の内部に設けられた薄く軽量の板部材９０の上面に設置されている。

そして、図９に示すように、錘５４が設けられている装置本体２０によってダクト１０が床スラブ１２に支持される構成により、振動系Ｓ_４（不図示）が構築されている。

次に、本発明の第２の実施形態の作用及び効果について説明する。

第２の実施形態の発電装置８８では、図９に示すように、ダクト１０に振動が発生したときに、この振動が装置本体２０を介して磁石４８に伝達される。これにより磁石４８が振動し、磁石４８に対してコイル５０が相対移動するので、電磁誘導の原理によってコイル５０から電力が発生する。すなわち、振動する振動体としてのダクト１０の振動エネルギーを発電手段４６により電気エネルギーに変換して電力を発生させることができる。

また、発電装置８８は、以下に説明する効果を得ることができる。図１０は、図７、１１に示す振動系モデル６０、９２の数値シミュレーション結果を示したものである。

図１１に示す振動系モデル９２は、振動系Ｓ_４のモデルである。すなわち、振動系モデル９２は、振動系モデル６０に、発電手段４６、コイルバネ５２及び錘５４を設けた構成のモデルである。図１、９で示した各部と対応する振動系モデル９２の構成要素には、同符号を付している。

図１０の値６６、９４は、振動系Ｓ_３、Ｓ_４（振動系モデル６０、９２）における、ダクト１０に加わる加振力の振動数に対する伝達加振力倍率（＝床スラブ１２へ伝達される加振力Ｋ_２／ダクト１０に加わる加振力Ｋ_１）の値である。図１０のグラフの横軸がダクト１０に加わる加振力の振動数を示し、縦軸が伝達加振力倍率を示している。また、値９４は、ダクト１０の質量に対する錘５４の質量の割合のマス比を２０％とした場合の値である。

図１０に示すように、振動系Ｓ_４（値９４）において、伝達加振力倍率が１以下となる（床スラブ１２へ伝達される加振力Ｋ_２の大きさがダクト１０に加わる加振力Ｋ_１以下となる）振動数で振動体としてのダクト１０が振動すれば、ダクト１０から支持体としての床スラブ１２へ伝達される加振力を低減する防振効果を得ることができる。

また、振動体としてのダクト１０に加わる加振力の振動数において、伝達加振力倍率が１以下となるように振動系Ｓ_４の伝達加振力倍率特性を設定すれば、ダクト１０から支持体としての床スラブ１２へ伝達される加振力を低減する防振効果を得ることができる。

ここで、振動系Ｓ_４（値９４）において、錘５４、コイルバネ５２及び発電手段４６によって構成される振動系Ｓ_５の固有振動数付近の振動数でノッチ９６が生じる。図１０では、振動系Ｓ_３の固有振動数を２５Ｈｚとし、振動系Ｓ_５の固有振動数を７０Ｈｚとしたときに、振動系Ｓ_５の固有振動数である７０Ｈｚ付近の振動数でノッチ９６が生じている例が示されている。そして、このノッチ９６により、振動系Ｓ_３（値６６）における加振力Ｋ_２（伝達加振力倍率）の大きさよりも振動系Ｓ_４（値９４）における加振力Ｋ_２（伝達加振力倍率）の大きさが小さくなる領域（図１０の場合には、値Ｐ_３から値Ｐ_４の間の領域）が得られる。

よって、発電装置８８は、振動系Ｓ_３の振動系モデル６０に錘５４、コイルバネ５２及び発電手段４６を設け、発電手段４６により電力を発生するものなので、振動系Ｓ_３（値６６）における加振力Ｋ_２（伝達加振力倍率）の大きさよりも振動系Ｓ_４（値９４）における加振力Ｋ_２（伝達加振力倍率）の大きさが小さくなる振動数（図１０の場合には、値Ｐ_３から値Ｐ_４の間の振動数）で振動体としてのダクト１０が振動すれば、発電装置８８によって、振動系Ｓ_３（値６６）における加振力Ｋ_２の大きさと、振動系Ｓ_４（値９４）における加振力Ｋ_２の大きさとの間に差を生じさせている分の振動エネルギーを電気エネルギーに変換し、電力を発生させることができる。

また、振動体としてのダクト１０に加わる加振力の振動数において、振動系Ｓ_３における加振力Ｋ_２の大きさよりも振動系Ｓ_４における加振力Ｋ_２の大きさが小さくなるように振動系Ｓ_４の伝達加振力倍率特性を設定すれば、発電装置８８によって、振動系Ｓ_３における加振力Ｋ_２の大きさと、振動系Ｓ_４における加振力Ｋ_２の大きさとの間に差を生じさせている分の振動エネルギーを電気エネルギーに変換し、電力を発生させることができる。

次に、本発明の第３の実施形態について説明する。

第３の実施形態の説明において、第１の実施形態と同じ構成のものは、同符号を付すると共に、適宜省略して説明する。
図１２の立面図に示すように、第３の実施形態では、ダクト１０が床スラブ１２上に支持されている。ダクト１０は、床スラブ１２上に設置された架台９８に略水平に載置されている。架台９８は、略水平に配置されてダクト１０を支持する受け部材１００と、この受け部材１００の左右端部から下方に向かって略鉛直に設けられた脚部材１０２とによって構成されている。受け部材１００及び脚部材１０２は角パイプによって形成されており、脚部材１０２の下端部には鋼棒１０４の上端部が固定されている。

図１３の拡大図に示すように、鋼棒１０４の下端部には、第３の実施形態の発電装置１０６が設けられている。発電装置１０６は、装置本体１０８、第１錘としての錘５４、及び発電手段４６によって構成されている。

装置本体１０８は、円筒部材１１０と、円筒部材１１０の上端部に設けられた円板状の上部材１１２と、円筒部材１１０の下端部に設けられた円板状の下部材１１４とによって構成された鋼製の筐体である。

下部材１１４の下面には、第２錘としての鉄製の錘１１６が固定されている。錘１１６は厚みを有する板状の部材であり、装置本体１０８が上下方向に揺動するときに、錘１１６は装置本体１０８と一体となって上下方向に揺動する。なお、錘１１６は、必要とする質量が得られれば鉄以外の材料によって形成してもよい。

錘１１６の下面には円板状のゴム部材１１８が固定されている。すなわち、装置本体１０８は、ゴム部材１１８を介して床スラブ１２上に支持されている。このような構成によって、装置本体１０８は、床スラブ１２に揺動可能に支持されている。

上部材１１２の上面には円板状のゴム部材１２０が固定され、ゴム部材１２０の上面には鋼製の接続部材１２２が固定されている。接続部材１２２は、円板部材１２４と、円板部材１２４の略中央に略鉛直に設けられた円筒部材１２６とによって構成されている。そして、円筒部材１２６に形成された穴部１２８に鋼棒１０４の下端部が挿入され固定されている。このような構成によって、装置本体１０８は、ダクト１０を揺動可能に支持している。また、装置本体１０８には、第１の実施形態の発電装置４４と同様の構成の発電手段４６が設けられている。

これまでの説明からわかるように第３の実施形態では、図１２に示すように、第１の実施形態で説明した振動系Ｓ_１と上下反対の構成の振動系Ｓ_６が構築されている。すなわち、第１の実施形態の振動系Ｓ_１は、振動体（ダクト１０）、弾性体（コイルバネ３６）、装置本体２０、弾性体（コイルバネ３６）、支持体（床スラブ１２）の順に下方から上方へ振動が伝達される構成であるのに対して、第３の実施形態の振動系Ｓ_６は、振動体（ダクト１０）、弾性体（ゴム部材１２０）、装置本体１０８、弾性体（ゴム部材１１８）、支持体（床スラブ１２）の順に上方から下方へ振動が伝達される構成となっている。また、第１、第３の実施形態では共に、発電手段４６が装置本体（装置本体２０、１０８）に設けられている。

次に、本発明の第３の実施形態の作用及び効果について説明する。

図１２、１３に示すように、第３の実施形態の振動系Ｓ_６は、第１の実施形態の振動系Ｓ_１の構成を上下反対にしただけなので、第１の実施形態とほぼ同様の効果を得ることができる。
すなわち、ダクト１０に振動が発生したときに、この振動が装置本体１０８を介して磁石４８に伝達されて磁石４８が振動するので、コイル５０から電力を発生させることができる。

また、発電装置１０６は、支持体としての床スラブ１２に振動体としてのダクト１０を支持する支持部材であるので、支持体に支持される振動体に発電装置を設置することなく、この振動体から発生する振動を利用して発電ができる。

また、錘５４により磁石４８の慣性力を大きくして、ダクト１０の振動に対する磁石４８の振動の増幅倍率の低下を低減することによって、振動体としてのダクト１０に発生する振動エネルギーを効果的に電気エネルギーに変換することができ、大きな電力を発生させることができる。

また、振動系Ｓ_６において、伝達加振力倍率が１以下となる（床スラブ１２へ伝達される加振力の大きさがダクト１０に加わる加振力以下となる）振動数で振動体としてのダクト１０が振動すれば、ダクト１０から支持体としての床スラブ１２へ伝達される加振力を低減する防振効果を得ることができる。

また、振動体としてのダクト１０に加わる加振力の振動数において、伝達加振力倍率が１以下となるように振動系Ｓ_６の伝達加振力倍率特性を設定すれば、ダクト１０から支持体としての床スラブ１２へ伝達される加振力を低減する防振効果を得ることができる。

また、振動系Ｓ_６の構成要素から第１錘５４と磁石４８とを無くした振動系Ｓ_７（不図示）における加振力（伝達加振力倍率）の大きさよりも振動系Ｓ_６における加振力（伝達加振力倍率）の大きさが小さくなる振動数で振動体としてのダクト１０が振動すれば、発電装置１０６によって、振動系Ｓ_７における加振力の大きさと、振動系Ｓ_６における加振力の大きさとの間に差を生じさせている分の振動エネルギーを電気エネルギーに変換し、電力を発生させることができる。

また、振動体としてのダクト１０に加わる加振力の振動数において、振動系Ｓ_７における加振力の大きさよりも振動系Ｓ_６における加振力の大きさが小さくなるように振動系Ｓ_６の伝達加振力倍率特性を設定すれば、発電装置１０６によって、振動系Ｓ_７における加振力の大きさと、振動系Ｓ_６における加振力の大きさとの間に差を生じさせている分の振動エネルギーを電気エネルギーに変換し、発電効果を得ることができる。

また、振動系Ｓ_６を構成する装置本体１０８から錘５４と磁石４８とを取り外したとき（振動系Ｓ_７）の２次固有振動数が、ダクト１０に生じる振動の卓越振動数又はダクト１０の固有振動数や、これらの振動数付近の振動数と等しくなれば、ダクト１０の振動に対する磁石４８の振動の増幅倍率が大きい振動数で効果的に電力を発生させることができる。

また、振動体としてのダクト１０に加わる加振力の振動数において、振動系Ｓ_６を構成する装置本体１０８から錘５４と磁石４８とを取り外したとき（振動系Ｓ_７）の２次固有振動数が、ダクト１０に生じる振動の卓越振動数又はダクト１０の固有振動数や、これらの振動数付近の振動数と等しくなるように振動系Ｓ_６の伝達加振力倍率特性を設定すれば、ダクト１０の振動に対する磁石４８の振動の増幅倍率が大きい振動数で効果的に電力を発生させることができる。

また、発電手段４６によって発電することにより、装置本体１０８に伝達された振動エネルギーが消費されるので、振動系Ｓ_７における２次固有振動数のピーク値が引き下げられ、振動系Ｓ_７の２次固有振動数及び２次固有振動数付近の振動数に対する防振効果（振動体としてのダクト１０から支持体としての床スラブ１２へ伝達される加振力を低減する効果）を向上させることができる。

また、振動系Ｓ_７の２次固有振動数よりも高い振動数における伝達加振力倍率の傾きが大きく（急勾配に）なるので、振動体としてのダクト１０に生じる高い振動数の振動に対する高い防振効果を期待することができる。

以上、本発明の第１〜第３の実施形態について説明した。

なお、第１、第２の実施形態では、鋼棒１６と上板２４とをコイルバネ３６を介して連結した例を示したが、装置本体２０を床スラブ１２に揺動可能に支持するものであればよい。
また、第１の実施形態では、鋼棒１８と下板２６とをコイルバネ３６を介して連結した例を示したが、ダクト１０を装置本体２０に揺動可能に支持するものであればよい。
例えば、コイルバネ３６を、ポリウレタン、ポリプロピレン等の発泡材料や、シリコーンゲル等の高分子ゲルなどによって形成されたゴム部材としてもよい。

また、第３の実施形態では、錘１１６の下面にゴム部材１１８を固定した例を示したが、装置本体１０８を床スラブ１２に揺動可能に支持するものであればよい。
また、第３の実施形態では、鋼棒１０４の下端部と装置本体１０８の上面とをゴム部材１２０を介して連結した例を示したが、ダクト１０を装置本体１０８に揺動可能に支持するものであればよい。
例えば、ゴム部材１１８、１２０を、ポリウレタン、ポリプロピレン等の発泡材料や、シリコーンゲル等の高分子ゲルなどによって形成されたゴム部材、又はコイルバネとしてもよい。

また、第１〜第３の実施形態では、第１部材を磁石４８、７６とし、第２部材をコイル５０、８４とした発電手段４６の例を示したが、第１部材をコイルとし、第２部材を磁石としてもよい。

また、発電手段は、第１部材と第２部材との相対移動によって電力を発生するものであればよい。例えば、第２部材としてのコイル内に第１部材としての磁石を相対移動可能に配置してもよいし、第２部材としてのコイルから離した位置で、コイル面に対向するように第１部材としての磁石を配置し、コイル面に対する磁石の離間と接近とを繰り返すようにしてもよい。また、例えば、発電手段として、圧電効果に基づいて電力を発生させる方法、人工筋肉を動かすことによって生じる電力を利用する方法や、静電式の発電装置を用いてもよい。

また、第１〜第３の実施形態では、第１部材としての磁石４８が、第１錘としての錘５４の上面に固定されている例を示したが、第１部材は第１錘に設けられていればよい。例えば、第１部材の上に第１錘を固定してもよいし、第１部材の内部に第１錘を配置してもよいし、第１錘の内部に第１部材を配置してもよい。これらも「第１錘に設けられた第１部材」を意味する。

また、第１〜第３の実施形態で示した錘４２、５４、７４、１１６は、装置本体２０、１０８自体や磁石４８、７６によって必要な重量が得られる場合には設けなくてもよい。

また、第１〜第３の実施形態では、振動体をダクト１０とした例を示したが、振動体は、支持体に支持された状態で振動するものであればよい。例えば、水道配管、二重床構造の床ボード、吊り階段、吊り支持構造の連絡橋、吊り支持構造の天井ボード等を振動体とすることができる。

図１４には、発電装置４４を構成する装置本体２０を介して、支持体としての床スラブ１２に振動体としての水道配管１３０が吊り支持されている例が示されている。
図１５には、発電装置１０６を構成する装置本体１０８を介して、支持体としての床スラブ１２上に振動体としての水道配管１３０が支持されている例が示されている。
図１６には、発電装置１０６を構成する装置本体１０８を介して、二重床構造を構成する振動体としての床ボード１３２が支持体としての床スラブ１２上に支持されている例が示されている。
図１７には、発電装置４４を構成する装置本体２０を介して、支持体としての梁（不図示）に振動体としての階段１３４が吊り支持されている例が示されている。

また、第１〜第３の実施形態では、支持体を床スラブ１２とした例を示したが、支持体は振動体を支持できるものであればよい。例えば、支持体を水平部材としてもよい。ここで、水平部材とは、略水平に配置される部材を意味する。例えば、床スラブ、梁等の構造部材が水平部材として挙げられる。

また、第１〜第３の実施形態では、発電手段４６、８６が、装置本体２０、１０８の内部に設けられている例を示したが、装置本体の外部に発電手段が設けられていてもよいし、発電手段を構成する第１部材又は第２部材が装置本体の外部に設けられていてもよい。

また、ゴムハンガー等の接続部材を介して、床スラブにダクトが吊り支持されているような既存の設備に対しては、この接続部材を第１〜第３の実施形態の発電装置４４、７８、８８に交換するだけでよいので、改修工事においても容易に適用することができる。

以上、本発明の第１〜第３の実施形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものでなく、第１〜第３の実施形態を組み合わせて用いてもよいし、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施し得ることは勿論である。

１０ ダクト（振動体）
１２ 床スラブ（支持体）
２０、１０８ 装置本体
４２、１１６ 錘（第２錘）
４４、７８、８８、１０６ 発電装置
４６、８６ 発電手段
４８、７６ 磁石（第１部材）
５０、８４ コイル（第２部材）
５４、７４ 錘（第１錘）
１３０ 水道配管（振動体）
１３２ 床ボード（振動体）
１３４ 階段（振動体）

Claims (5)

1. 支持体に弾性体を介して揺動可能に支持されると共に振動する振動体を支持する装置本体と、
   前記装置本体に移動可能に設けられた第１錘と、
   前記装置本体に設けられ、前記第１錘に設けられた第１部材と該第１部材に対して相対移動可能な第２部材とを備え前記相対移動によって電力を発生する発電手段と、
   を有する発電装置。
2. 前記第１部材は磁石又はコイルであり、前記第２部材はコイル又は磁石である請求項１に記載の発電装置。
3. 前記装置本体には第２錘が設けられ、該装置本体は前記振動体を揺動可能に支持する請求項１又は２に記載の発電装置。
4. 前記振動体はダクトであり、前記支持体は水平部材である請求項１〜３の何れか１項に記載の発電装置。
5. 前記振動体は階段であり、前記支持体は水平部材である請求項１〜３の何れか１項に記載の発電装置。

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