JP5738534B2

JP5738534B2 - 振動発電装置

Info

Publication number: JP5738534B2
Application number: JP2010032588A
Authority: JP
Inventors: 竜太井上; 宏和吉岡
Original assignee: Takenaka Corp
Current assignee: Takenaka Corp
Priority date: 2010-02-17
Filing date: 2010-02-17
Publication date: 2015-06-24
Anticipated expiration: 2030-02-17
Also published as: JP2011172351A

Description

本発明は、振動発電装置に関する。

一般に、振動エネルギーを電気エネルギーに変換して電力を出力する振動発電装置が知られている（例えば、特許文献１）。このような振動発電装置の振動源としては、発生頻度が高い歩行振動や設備機器が継続して発生する機械振動等の環境振動が利用されることが多く、構造物では、床下や天井裏に振動発電装置を設置することが考えられる。

しかしながら、一般的に床下や天井裏の高さは、住居や設備室等のスペースを広くするために低く抑えられており、振動発電装置を設置することが困難な場合がある。また、上記環境振動は、地震動等と比較してその振幅が小さいため、振動発電装置において充分な発電量を確保できない場合がある。この対策として、環境振動を増幅して振動発電装置に伝達する振動増幅機構を設けることが考えられるが、装置が大型化するため、前述した床下や天井裏への設置が更に困難となる。

特開平１０−６６３２３号公報

本発明は、上記の事実を考慮し、発電効率を向上しつつ、振動発電装置の装置高さを低く抑えることを目的とする。

請求項１に記載の振動発電装置は、振動体に一端が取り付けられる第１弾性体と該第１弾性体の他端で支持される台座とを有する振動増幅機構と、前記台座に取り付けられ、前記第１弾性体の支持高さ内に少なくとも一部が位置すると共に、前記振動増幅機構で増幅された前記振動体の振動の振動エネルギーを電気エネルギーに変換する振動発電ユニットと、を備え、前記振動体が、床スラブ、天井ボード、階段、又は空調ダクトであり、前記振動増幅機構が、前記振動体に取り付けられ、前記台座を貫通する受け部材と、前記受け部材と前記台座との間に設けられ、該台座を前記振動体に向かって付勢する第２弾性体と、前記受け部材に設けられ、前記第２弾性体の圧縮量を増減する調整手段と、を有している。

上記の構成によれば、床スラブ、天井ボード、階段、又は空調ダクトである振動体が振動すると、第１弾性体の他端で支持された台座が振動する。この際、第１弾性体と台座を有する振動増幅機構によって台座の振動が増幅される。即ち、第１弾性体及び台座によって、台座を質量とした振動系が構成される。この台座の固有振動数を、振動体の振動数と一致又は略一致させ、台座と振動体とが共振するように、台座の重量や第１弾性体のばね定数（ばね剛性）を設定することで、振動体の振幅が増幅され、台座の振幅が大きくなる。この結果、台座に取り付けられた振動発電ユニットの振幅が大きくなり、振動発電ユニットに入力される振動エネルギーが大きくなる。従って、振動発電ユニットで変換される電気エネルギーが大きくなるため、振動発電ユニットの発電効率が向上する。

また、振動発電ユニットの少なくとも一部が、第１弾性体の支持高さ内に位置している。即ち、振動発電ユニットは第１弾性体の他端から突出しないか、突出してもその突出量が小さくなっている。従って、振動発電装置の装置高さが低くなるため、振動発電装置の設置自由度が向上する。

なお、第１弾性体の支持高さとは、当該第１弾性体の伸縮方向の長さであって、静止した台座及び振動発電ユニットの重量によって第１弾性体が圧縮又は伸張した状態における第１弾性体の伸縮方向の長さである。

また、台座は、第１弾性体の他端よりも振動体側に位置する取付面を有していても良い。この取付面は台座の第１弾性体の他端側にある。即ち、取付面には、振動発電ユニットの少なくとも一部が第１弾性体の支持高さ内に位置した状態で取り付けられる。従って、振動発電装置の装置高さが低くなる。

さらに、台座が、受け部材と台座の間に設けられた第２弾性体によって、振動体に向かって付勢されている。即ち、台座は、圧縮された第１弾性体及び第２弾性体で両側から付勢されている。これらの第１弾性体、第２弾性体、及び台座によって振動増幅機構としての振動系が構成されている。従って、振動体の振動が増幅されるため、発電ユニットの発電効率が向上する。

ここで、第１弾性体及び第２弾性体で台座を両側から付勢することにより、第１弾性体及び第２弾性体が圧縮ばねとなる。従って、一方が圧縮ばねで他方が引張ばねの場合と比較して、第１弾性体及び第２弾性体の設計が容易になる。

また、第２弾性体は、台座を介して第１弾性体を圧縮している。従って、調整手段で第２弾性体の圧縮量を増減することにより、第１弾性体の圧縮量も増減され、台座の位置及び当該台座に取り付けられた振動発電ユニットの位置が変動する。即ち、調整手段によって振動発電装置の装置高さが調整可能となっている。この調整手段により、振動発電装置の装置高さを調整することにより、振動発電装置の設置作業が容易となる。

請求項２に記載の振動発電装置は、請求項１に記載の振動発電装置において、前記振動増幅機構が、前記台座に着脱自在に取り付けられる錘を有している。

上記の構成によれば、台座には錘が着脱自在に取り付けられ、この錘によって台座の固有振動数が調整される。従って、この錘により、振動体の振動数に応じて台座の固有振動数を調整することにより、台座と振動体とを共振させることができる。従って、振動発電装置の汎用性が向上する。また、振動体の置かれた環境等の変化に伴って振動体の振動数が変化しても、錘によって台座の固有振動数を調整できるため、台座と振動体とを容易に共振させることができる。従って、振動発電装置のメンテナンス性が向上する。

請求項３に記載の振動発電装置は、請求項１又は請求項２に記載の振動発電装置において、前記台座が、前記振動体の上面に一端が取り付けられた前記第１弾性体の他端で支持されている。

上記の構成によれば、台座が、振動体の上面に一端が取り付けられた第１弾性体の他端で支持されている。例えば、振動体としての床スラブや天井ボードの上面に振動発電装置が取り付けられる。

請求項４に記載の振動発電装置は、請求項１又は請求項２に記載の振動発電装置において、前記台座が、前記振動体に一端が取り付けられた前記第１弾性体の他端に吊り下げられている。

上記の構成によれば、台座が、振動体に一端が取り付けられた第１弾性体の他端に吊り下げてられている。例えば、振動体としての床スラブや天井ボードの下面に振動発電装置が取り付けられる。

本発明は、上記の構成としたので、発電効率を向上しつつ、振動発電装置の装置高さを低く抑えることができる。

本発明の第１実施形態に係る振動発電装置が設置された建物を示す、立面図である。本発明の第１実施形態に係る振動発電装置を示す、斜視図である。本発明の第１実施形態に係る振動発電装置を示す、側面図である。本発明の第１実施形態に係る振動発電装置を示す、平面図である。本発明の第１実施形態に係る振動発電ユニットを示す、側面図である。本発明の第１実施形態に係る振動発電システムを示す、振動モデルである。本発明の第１実施形態に係る発電部の共振曲線を示す、グラブである。本発明の第１実施形態に係る発電部の共振曲線を示す、グラブである。本発明の第１実施形態に係る発電部の変形例を示す、図５に相当する側面図である。（Ａ）〜（Ｅ）は、本発明の第１実施形態に係る発電部の変形例を模式的に示す、図５に相当する図である。本発明の第１実施形態に係る発電部の変形例を示す、図５に相当する拡大図である。本発明の第１実施形態に係る発電部の変形例を示す、図５に相当する拡大図である。本発明の第１実施形態に係る発電部の変形例を示す、図５に相当する拡大図である。（Ａ）は、本発明の第１実施形態に係る発電部及び振動増幅部の変形例を示す斜視図であり、（Ｂ）は図１４（Ａ）の１−１線断面図である。本発明の第１実施形態に係る発電部及び振動増幅部の変形例を示す、側面図である。本発明の第１実施形態に係る発電部及び振動増幅部の変形例を示す、斜視図である。図１６の２−２線断面図である。（Ａ）〜（Ｅ）は、本発明の第１実施形態に係る台座の変形例を模式的に示す、図３に相当する図ある。（Ａ）及び（Ｂ）は、本発明の第１実施形態に係る台座の変形例を模式的に示す、斜視図である。本発明の第２実施形態に係る振動発電装置を示す、斜視図である。本発明の第２実施形態に係る振動発電装置を示す、側面図である。本発明の第２実施形態に係る振動発電装置の変形例を示す、斜視図である。本発明の第３実施形態に係る振動発電装置が取り付けられた床ユニットを示す、分解斜視図である。本発明の第３実施形態に係る振動発電装置が取り付けられた床ユニットを示す、側面図である。（Ａ）〜（Ｄ）は、本発明の第３実施形態に係る床ユニットを模式的に示す、平面図である。（Ａ）〜（Ｄ）は、本発明の第３実施形態に係る床ユニットを模式的に示す、平面図である。（Ａ）及び（Ｂ）は、参考例に係る振動発電装置を示す、側面図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。

先ず、第１実施形態について説明する。

本実施形態に係る振動発電装置は、振動する振動体に設置される。この振動体としては、例えば、床スラブ、天井ボード、階段、空調ダクト等が挙げられる。以下、床スラブ及び天井ボードに対する振動発電装置の設置例について説明するが、本実施形態に係る振動発電装置は種々の振動体に設置することが可能であり、これらの床スラブ及び天井ボードに限定されるものではない。

図１に示されるように、床スラブ１４の上には二重床１６が設けられている。二重床１６は、パーチクルボード等の板材１８の上にフローリング等の床材２０を重ねた床部３８と、床部３８と床スラブ１４の間に設けられ、床部３８を支持する支持脚４０とを備えている。これらの床部３８と床スラブ１４の間に形成された床下空間４２に振動発電装置１０が設置されている。

ここで、人の歩行等により床部３８に発生した振動や床部３８に設置された設備機器の振動は、支持脚４０を介して床スラブ１４に伝播され、床スラブ１４が振動する。この床スラブ１４の上面に振動発電装置１０が設置されている。

一方、床スラブ１４の下には、吊り木４４によって天井ボード４８が吊り下げられている。吊り木４４は、床スラブ１４の下面に固定された角材５０と、天井ボード４８に固定された野縁受け５２とに接合されている。これらの天井ボード４８と床スラブ１４の間に形成された天井裏空間５４に振動発電装置１０が設置されている。

ここで、人の歩行等により床部３８に発生した振動は、床スラブ１４や吊り木４４を介して天井ボード４８に伝播され、天井ボード４８が振動する。この天井ボード４８の上面に振動発電装置１０が設置されている。

＜振動発電装置の構成＞
以下、床スラブ１４の上面に設置された振動発電装置１０の構成についてのみ説明する。なお、天井ボード４８の上面に設置された振動発電装置１０は、床スラブ１４の上面に設置された振動発電装置１０と同じ構成であるため、説明を省略する。

図２〜図４に示されるように、振動発電装置１０は、床スラブ１４の上面に固定される基台５６と、振動増幅機構６８と、振動発電ユニット１２０を備えている。振動増幅機構６８は、基台５６上に設けられたコイルばね５８（第１弾性体）と、コイルばね５８で揺動可能に支持される台座６０を備えている。

台座６０は平面視にて矩形に形成され、基台５６の上に配置されている。この台座６０は、取付部６２と、台座６０の４つの角部に設けられた支持部６４を備えている。取付部６２と支持部６４との間には段差が設けられ、支持部６４が取付部６２よりも高い位置（基台５６から遠い位置）に設けられている。各支持部６４は矩形の板状で、平板状の取付部６２の縁から立ち上がる２つの側壁９２の上端部から水平方向へ張り出している。

隣接する支持部６４の間には、リブ９４がそれぞれ設けられている。４つのリブ９４は枠状に接合され、取付部６２の上面に立設されている。これらのリブ９４で区画された取付部６２の中央部は、振動発電ユニット１２０が設置されるユニット取付部１０２とされ、ユニット取付部１０２の外周部は、錘１１４が取り付けられる錘取付部１０４とされている。また、ユニット取付部１０２の上面は、振動発電ユニット１２０が取り付けられる取付面１０２Ａとされている。この取付面１０２Ａには、振動発電ユニット１２０を固定するビス６６の取付孔１１６が形成されている。

図３に示されるように、錘取付部１０４には、取付棒１１８が立設されており、当該取付棒１１８に複数の錘１１４が固定されている。各錘１１４の中央部には貫通孔（不図示）が形成され、当該貫通孔に取付棒１１８を貫通させることにより、複数の錘１１４が積み重ねられた状態で錘取付部１０４の上に載置されている。これらの錘１１４は、取付棒１１８の上端部に取り付けられた固定金具１２２によって固定されている。この固定金具１２２を取り外すことにより、錘１１４の追加や、取付棒１１８からの錘１１４の取り外しが可能となっている。なお、錘１１４は、支持部６４の上に取り付けても良い。

支持部６４と基台５６との間には、コイルばね５８がそれぞれ設けられている。コイルばね５８は、伸縮方向（振動方向Ｇ）一端５８Ａが基台５６に固定され、伸縮方向他端５８Ｂが支持部６４に固定されている。これらのコイルばね５８によって、台座６０が振動方向Ｇに揺動可能に支持されている。
なお、コイルばね５８の伸縮方向一端５８Ａは、本実施形態のように基台５６等の部材を介して床スラブ１４（振動体）に取り付けても良いし、直接床スラブ１４に取り付けても良い。これと同様に、コイルばね５８の伸縮方向他端５８Ｂは、本実施形態のように直接台座６０に取り付けても良いし、部材を介して台座６０に取り付けても良い。

また、台座６０は、中央部に設けられたユニット取付部１０２（図２参照）が、コイルばね５８の伸縮方向他端５８Ｂよりも床スラブ１４側に位置するようにコイルばね５８で支持されている。これにより、ユニット取付部１０２に取り付けられた振動発電ユニット１２０の下部がコイルばね５８の支持高さＳ内に位置され、振動発電装置１０の装置高さＨが低く抑えられている。

なお、コイルばね５８の支持高さとは、当該コイルばね５８の伸縮方向の長さであって、静止した台座６０及び振動発電ユニット１２０の重量によってコイルばね５８が圧縮（又は伸張）した状態におけるコイルばね５８の伸縮方向の長さである。

＜振動発電ユニットの構成＞
図５には、ユニット取付部１０２に取り付けられた振動発電ユニット１２０が示されている。振動発電ユニット１２０は、ユニット取付部１０２の取付面１０２Ａに取り付けられる取付台１２と、取付台１２に設けられた発電部７６と、取付台１２に取り付けられ、発電部７６を覆う箱型のケース４６と、を備えている。取付台１２は、ビス６６によってユニット取付部１０２の取付面１０２Ａに固定されている。この発電部７６は、所定の振動方向に振動すると発電する。よって、発電部７６を説明する際は、発電する振動方向を基準に説明する。

なお、本実施形態では、床スラブ１４の上面に振動発電装置１０を取り付けた場合、即ち、振動方向が図面の上下方向である場合を例に説明するが、振動方向はこれに限定されない。例えば、振動方向を水平方向とした場合は、各図面を９０°回転した状態で発電部７６が配置されることになる。また、上下左右、天井、底等を使用して発電部７６を説明する場合があるが、これは説明の便宜上、各図における上下方向を基準としているだけであり、この方向に設置することを意味するものでない。

発電部７６は振動増幅部７８を備えている。振動増幅部７８は、錘８０と、この錘８０を振動方向Ｇに対して揺動可能に設ける支持部材としてのコイルばね８２とを備えている。板状の錘８０は、当該錘８０と取付台１２との間に配置された４つのコイルばね８２で支持されている。また、錘８０の中央部に形成された貫通孔の内周壁には、第１部材としてのコイル８４が設けられている。なお、コイルばね８２に替えて、天然ゴム、合成ゴム等のゴム部材を用いても良い。

コイルばね８２の伸縮方向一端は取付台１２に固定され、コイルばね８２の伸縮方向他端は錘８０に固定されている。コイルばね８２の内部には、円柱形のガイド部材８６が配置されている。ガイド部材８６の一端は取付台１２に固定され、ガイド部材８６の他端は錘８０に形成されたガイド孔８８にスライド可能に挿入されている。このガイド部材８６によって錘８０がガイドされ、錘８０が水平姿勢を保持したまま振動方向Ｇに揺動可能に設けられている（支持されている）。これにより、錘８０の貫通孔８０Ａ内に設けられたコイル８４が振動方向Ｇに揺動可能となっている。なお、ガイド部材８６は必要に応じて設ければ良く、適宜省略可能である。

また、取付台１２には、第２部材としての円柱形の磁石９０が設けられている。磁石９０は取付台１２上に立てられ、その一端が取付台１２に固定されると共に、その他端が錘８０に設けられたコイル８４内に挿入（配置）されている。即ち、コイル８４と当該コイル８４内に配置された磁石９０とが、振動方向Ｇに相対移動可能になっている。この相対移動によって、コイル８４に電磁誘導が発生し、電力が発生するように構成されている。発生した電力は、コイル８４に接続された配線（不図示）によってケース４６の外へ導かれ、電子機器の動力として使用され、若しくは蓄電池（二次電池）に蓄電される。

なお、電線の先は、電気で駆動する機器に電源として接続されていても良いし、或いは、蓄電池（二次電池）接続して蓄電し、蓄電された電気で機器を駆動するようにしても良い。また、回路を介して、機器や蓄電池に接続されていても良い。

また、上記の説明では、発電部７６の振動方向Ｇを図面上の上下方向にし、且つ、振動方向Ｇ下方を重力方向として説明したがこれに限定されない。即ち、上記の説明では、コイルばね８２が、錘８０及びコイル８４を下から支持する圧縮コイルばねとなっているが、これに限定されない。例えば、振動方向Ｇ上方を重力方向にし、即ち、図５を上下反転させた構成にしても良い。この場合、コイルばね８２が錘８０及びコイル８４を吊り下げ支持する構成となり、引張コイルばねとなる。更に、振動方向Ｇを水平方向（図面上の左右方向）にしても良い。この場合、磁石９０がコイル８４内を水平方向にスムーズに移動可能なように、ガイド部材８６を設けることが望ましい。ただし、ガイド部材８６のようなガイド機構は必須ではなく、また、ガイド機構を設ける場合には、従来周知の種々のガイド機構を設けることができる。

次に、第１実施形態の作用について説明する。

図３に示されるように、人の歩行等によって床部３８（図１参照）に発生した振動が支持脚４０を介して床スラブ１４に伝播されると、床スラブ１４及び当該床スラブ１４に固定された基台５６が振動方向Ｇへ振動する。これにより、コイルばね５８によって揺動可能に支持された台座６０が、基台５６に対して振動方向Ｇへ振動する。また、台座６０が振動方向Ｇへ振動すると、図５に示されるように、台座６０のユニット取付部１０２に取り付けられた取付台１２が振動し、コイルばね８２によって揺動可能に設けられた錘８０が取付台１２に対して振動方向Ｇへ振動する。この結果、錘８０に設けられたコイル８４と、当該コイル８４内に配置された磁石９０とが振動方向Ｇへ相対移動し、コイル８４に電磁誘導が発生する。即ち、コイル８４に電力が発生し、床スラブ１４の振動の振動エネルギーが電気エネルギーに変換される。

次に、振動増幅部７８の作用について説明する。

一般に、電磁誘導による発電量Ｖは、コイルの巻数をＮ、微小時間Δｔでのコイルを貫く磁束密度の変化量をΔΦ／Δｔとすると、式（１）に示すファラデーの電磁誘導の法則により求められる。

式（１）により、発電量Ｖは、単位時間当たりの磁束密度の変化量ΔΦ／Δｔに比例することがわかる。そして、磁束密度の変化量ΔΦ／Δｔは、磁石又はコイルの振動の振幅（磁石とコイルとの相対移動量）が大きいほど大きくなるので、磁石又はコイルの振動の振幅が大きいほど発電量は大きくなる。この原理に基づけば、発電部７６のコイル８４の振幅を大きくすれば、大きな電力を発生させることができるが判る。

具体的には、発電部７６の錘８０及びコイル８４の固有振動数を、台座６０の振動数と一致又は略一致させ、錘８０及びコイル８４と台座６０とが共振するように、錘８０の重量やコイルばね８２の長さ（巻き数）、ばね定数（ばね剛性）を設定することで、台座６０の振幅が増幅され、発電部７６の錘８０及びコイル８４の振幅が大きくなる。

一方、磁石９０とコイル８４とが振動方向Ｇに相対移動して電力を発生する際、コイル８４には逆起電力が発生する。この逆起電力は抵抗力となって磁石９０に作用し、コイル８４と磁石９０の相対移動量を減少させる。即ち、逆起電力によって、磁石９０に対するコイル８４の振幅が減少する。

この対策として、本実施形態では、錘８０にコイル８４を設けている。これにより、錘８０の重量によってコイル８４の慣性力が大きくなり、コイル８４に発生する逆起電力（抵抗力）に起因するコイル８４の振幅の減少が低減される。即ち、錘８０及びコイル８４の振幅を増幅する振動増幅部７８の増幅倍率の低下が低減される。

このように、本実施形態では、振動増幅部７８によってコイル８４の振幅が大きくなり、また、錘８０によって逆起電力（抵抗力）による振動増幅部７８の増幅倍率の低下が低減される。従って、コイル８４内を移動する磁石９０の移動量が増加する。

磁石９０の移動量が大きくなると、式（１）を用いて説明したように、発電部７６における発電量が大きくなる。換言すれば、床スラブ１４の振動エネルギーが電気エネルギーに変換される変換効率が向上する。

次に、振動増幅機構６８の作用について説明する。

前述したように、床スラブ１４及び当該床スラブ１４に固定された基台５６が振動すると、コイルばね５８で基台５６に揺動可能に設けられた台座６０が振動方向Ｇへ振動する。この台座６０の振動が、発電部７６に伝達され、振動エネルギーが電気エネルギーに変換される。この振動系は、図６に示されるように、台座６０及び錘１１４と、錘８０（コイル８４を含む）とを質点とする２質点系の振動モデルに置き換えられる。従って、台座６０の振動の振幅を大きくし、発電部７６に伝達する振動の振幅を大きくすれば、より大きな電力を発生させることができる（式（１）参照）。なお、図６に示す振動モデルには、図３及び図５に示した各部に対応する符号を付している。

具体的には、台座６０の固有振動数を床スラブ１４の振動数と一致又は略一致させ、台座６０と床スラブ１４とが共振するように、台座６０及び錘１１４の質量（合計質量）やコイルばね５８のばね定数（ばね剛性）を設定することで、床スラブ１４の振幅が増幅され、台座６０の振動の振幅が大きくなる。この結果、発電部７６へ伝達される振動の振幅が大きくなる。

また、前述したように、この台座６０の固有振動数と、発電部７６の錘８０（コイル８４を含む）の固有振動数とを一致又は略一致させ、台座６０と錘８０とが共振するように、錘８０の重量やコイルばね８２の長さやばね定数を設定することで、台座６０の振幅が増幅され、錘８０の振動の振幅が更に大きくなる。

従って、振動増幅機構６８を備えない構成と比較して、コイル８４と磁石９０の相対移動量が大きくなるため、発電量が大きくなる。即ち、振動する床スラブ１４の振動エネルギーが電気エネルギーに変換される変換効率が向上する。

ここで、台座６０と、発電部７６の錘８０及びコイル８４とを共振させた場合のシュミュレーション解析結果を図７に示す。なお、符号７０は、本実施形態に係る錘８０及びコイル８４の共振曲線であり、符号７２は、比較例として振動増幅機構６８を備えない場合の錘８０及びコイル８４の共振曲線である。また、台座６０の固有振動数、及び発電部７６の錘８０及びコイル８４の固有振動数はいずれも５Ｈｚに設定されている。

図７から分かるように、本実施形態に係る錘８０及びコイル８４の共振曲線７０の振動増幅倍率（床スラブ１４の振幅に対する錘８０及びコイル８４の振幅の割合）は、比較例の共振曲線７２よりも広範囲（振動数０〜７．２Ｈｚ）で大きくなっている。また、共振曲線７０では、振動数５Ｈｚ付近に小さい谷が現れ、その両側に２つのピーク（１次固有振動数と２次固有振動数）が現れている。この２つのピークにより、錘８０及びコイル８４の固有振動数（５Ｈｚ）付近の振動数帯域においても、振動増幅倍率が大きくなっている。

ここで、床スラブ１４の振動は、床部３８を歩く人の体重や歩き方（走ったり、飛び跳ねたり）、若しくは床部３８に設置される設備機器の稼動状況に応じて変化するため、卓越振動数帯域が幅広く分布する。この分布に応じて、前述した２つのピークを発生させ、錘８０及びコイル８４の振動増幅倍率が大きくなる振動数帯域を広げることにより、発電量の安定化を図ることができる。

２つのピークが発生する振動数は、錘８０の重量とコイル８４の重量とを合計した重量ｍ_２を台座６０の重量ｍ_１で割ったマス比μ_１２（＝ｍ_２／ｍ_１）を増減することにより変動する。

図８には、マス比μ_１２をパラメータとして付与したシミュレーション解析結果が示されている。このシミュレーションでは、振動増幅機構６８によって構成される振動系と、発電部７６によって構成される振動系の固有振動数を共に５Ｈｚとし、パラメータとして付与するマス比μ_１２を０．０１、０．０２、０．０４、０．０８、０．１６とした。なお、各共振曲線７４Ａ、７４Ｂ、７４Ｃ、７４Ｄ、７４Ｅは、それぞれマス比μ_１２＝０．０１、０．０２、０．０４、０．０８、０．１６に対応する。

図８から判るように、マス比μ_１２を小さくすると、２つのピークの間隔が狭くなり、振動増幅倍率が大きくなる振動数帯域が狭くなる。また、２つのピークの間隔が狭くなるに伴って、２つのピークの間の谷が小さくなり、固有振動数付近の振動増幅倍率が大きくなる。一方、マス比μ_１２を大きくすると、２つのピークの間隔が広くなり、振動増幅倍率が大きくなる振動数帯域が広くなる。また、２つのピークの間隔が広くなるに伴って、２つのピークの間の谷が大きくなり、固有振動数付近の振動増幅倍率が小さくなる。このようにマス比μ_１２を増減することで、床スラブ１４の振動特性に応じた共振曲線にすることにより、発電部７６の発電量の安定化を図ることができる。

更に、本実施形態では、台座のユニット取付部１０２の取付面１０２Ａをコイルばね５８の伸縮方向他端５８Ｂよりも床スラブ１４側に配置し、コイルばね５８の支持高さＳ（図３参照）内に振動発電ユニット１２０の下部を位置させたことにより、コイルばね５８の伸縮方向他端５８Ｂから突出する振動発電ユニット１２０の突出量が小さくなっている。従って、振動発電装置１０の装置高さＨが低くなっている。

また、台座６０には錘１１４が着脱自在に取り付けられている。この錘１１４によって台座６０の固有振動数が調整される。従って、床スラブ１４の振動数に応じて台座６０の固有振動数を調整することにより、台座６０と床スラブ１４とを共振させることができるため、振動発電装置１０の汎用性が向上する。また、床部３８の用途（住居、オフィス、スポーツジム等）の変更や床部３８に設置される設備機器の変更等の環境の変化に伴って、床スラブ１４の振動数が変化しても、錘１１４により台座６０の固有振動数を調整できるため、台座と床スラブ１４とを容易に共振させることができる。従って、振動発電装置１０のメンテナンス性が向上する。

次に、第１実施形態に係る発電部７６の変形例について説明する。

上記第１実施形態では、図６に示した振動モデルのように、２質点の振動系を構成したがこれに限らない。例えば、図５における振動増幅部７８を省略し、台座６０とコイルばね５８で１質点の振動系を構成しても良いし、図９に示されるように、３質点以上の振動系を構成しても良い。

図９に示される発電部９６では、振動増幅部７８の錘８０の上に、振動増幅部９８が設けられている。振動増幅部９８は、錘１００及びコイルばね１０２を備えている。錘１００は、錘８０に設けられたコイルばね１０２によって振動方向Ｇに揺動可能に支持されている。また、錘１００に形成された貫通孔の内周面にはコイル８４が設けられている。このコイル８４内に、錘８０の上に立てられた磁石９０が挿入されている。即ち、本変形例では、２つの振動増幅部７８、９８が直列に連結されている。

このように、２つの振動増幅部７８、９８を直列に連結することにより、床スラブ１４の振動が、振動増幅部７８で増幅され、更に振動増幅部９８で増幅される。従って、錘１００及びコイル８４の振幅が大きくなるため、発電部９６の発電効率が向上する。

また、図１０（Ａ）には、第１実施形態の発電部７６の模式図が示されており、図１０（Ｂ）〜図１０（Ｅ）には、発電部の変形例の模式図が示されている。図１０（Ｂ）〜図１０（Ｅ）に示される変形例については、図１０（Ａ）に示される発電部７６と異なる構成についてのみ説明する。なお、図１０（Ａ）〜図１０（Ｅ）では、図が煩雑となるためコイル８４を省略している。

図１０（Ｂ）に示される変形例では、錘８０が、ケース４６の天井部４６Ａに設けられたコイルばね８２に吊り下げられ、振動方向Ｇに揺動可能に設けられている。

図１０（Ｃ）に示される変形例では、錘８０が、取付台１２に設けられたコイルばね８２Ａと天井部４６Ａに設けられたコイルばね８２Ｂの間で支持され、振動方向Ｇに揺動可能に設けられている。なお、この構成では、コイルばね８２Ａ、８２Ｂが圧縮コイルばねとなるため、コイルばね８２Ａ、８２Ｂの設計が容易となる。

図１０（Ｄ）に示される変形例では、ケース４６の天井部４６Ａに取り付けられたコイルばね１０４に磁石１０６及び錘１１２が吊り下げられ、振動方向Ｇに揺動可能になっている。これらのコイルばね１０４、錘１１２によって振動増幅部が構成されている。この磁石１０６は、ケース４６に固定されたコイル１０８内に配置されており、磁石１０６とコイル１０８とが振動方向Ｇに相対移動可能になっている。即ち、磁石１０６とコイル１０８とが振動方向Ｇに相対移動することにより、コイル１０８に電磁誘導が発生し、電力が発生するように構成されている。なお、本変形例では、第１部材が磁石１０６となり、第２部材がコイル１０８となる。

図１０（Ｅ）に示される変形例では、図１０（Ｄ）のコイルばね１０４が取付台１２に取り付けられ、当該コイルばね１０４によって磁石１０６及び錘１１２が下から支持されている。

また、第１実施形態では、コイル８４と磁石９０が相対移動したときに発生する電磁誘導を用いて、振動エネルギーを電気エネルギーに変換したが、これに限らない。即ち、２つの部材の相対移動を利用して、振動エネルギーを電力エネルギーに変換可能な構成であれば良い。以下、電磁誘導と異なる原理を利用した発電部について説明する。なお、第１実施形態に係るガイド機構（ガイド部材８６）の変形例についても併せて説明する。

図１１には、圧電素子１４０を用いた発電部２２０が示されている。発電部２２０は、振動増幅部１３６と、振動増幅部１３６の上に設けられた発電機構１３８と、を備えている。

振動増幅部１３６は、錘２２と、錘２２を振動方向Ｇに揺動可能に設けるコイルばね２０と、コイルばね２０をガイドするガイド機構３４と、を備えている。ガイド機構３４は、取付台１２に固定される内ガイド部材２６と、錘２２の下面に固定される外ガイド部材３０と、を備えている。

内ガイド部材２６には、上方に向かって開口する円柱状の収容孔２４が形成されている。外ガイド部材３０には、下方に向かって開口する円柱状の収容孔２８が形成されている。この収容孔２８には、内ガイド部材２６がスライド可能に挿入され、この状態で内ガイド部材２６に対して外ガイド部材３０が上下方向（振動方向Ｇ）に相対移動可能になっている。また、内ガイド部材２６によって外ガイド部材３０がガイドされるため、錘２２の横方向の移動が規制され、錘２２が振動方向Ｇにスムーズに振動するように構成されている。

また、内ガイド部材２６の上端部にはゴム部材３６が取り付けられている。このゴム部材３６は、錘２２の上下動が過大になったときに外ガイド部材３０の天井部３０Ａの下面に当たる。これにより、内ガイド部材２６と外ガイド部材３０との相対移動が規制される結果、錘２２の振動が規制される。即ち、ゴム部材３６は、錘２２の振動を規制するストッパーとして機能する。更に、ゴム部材３６が外ガイド部材３０の天井部３０Ａに当たることにより、振動エネルギーが吸収される。従って、ゴム部材３６は減衰材としても機能する。

更に、内ガイド部材２６の収容孔２４と外ガイド部材３０の収容孔２８とを組み合わせて形成された収容部３２には、コイルばね２０が配置されている。コイルばね２０の下端部は内ガイド部材２６の底部２６Ａに固定され、コイルばね２０の上端部は外ガイド部材３０の天井部３０Ａに固定されている。

錘２２の上には、発電機構１３８が設けられている。発電機構１３８は、圧電素子１４０と錘１４２とによって構成されている。圧電素子１４０は錘２２の上面に固定され、この圧電素子１４０の上に錘１４２が固定されている。

なお、「圧電素子」とは、圧電体に加えられた力を電圧に変換、又は電圧を力に変換する圧電効果を利用した受動素子とされている。

次に、発電機構１３８の作用について説明する。

台座６０（図３参照）及び取付台１２が振動すると、錘２２が振動方向Ｇに振動する。この振動は、圧電素子１４０を介して錘１４２に伝達され、錘１４２が振動方向Ｇに振動する。これにより、圧電素子１４０に圧縮応力と引張応力とが繰り返し作用する。この結果、圧電素子１４０の上下に設けられた電極１４４Ａ、１４４Ｂで電力が発生する。なお、本変形では、圧電素子１４０の下端部が第１部材となり、錘１４２が第２部材となる。

また、発電機構１３８が電力を発生するときに、圧電素子１４０の下端部の振動を抑える抵抗力が錘１４２から作用する場合、圧電素子１４０の振動の振幅は小さくなってしまう。しかし、圧電素子１４０は錘２２に固定されているので、錘２２の重量により慣性力が大きくなるため、抵抗力による振動抑制効果が低減される。即ち、錘２２の慣性力によって圧電素子１４０の変形量が増加するため、錘２２を備えない場合と比較して、発電効率が向上する。

また、図１２には、他の変形例として、圧電素子１５０を用いた発電部２２２が示されている。なお、発電部２２２は、振動増幅部１３６（図１１参照）の錘２２の上に発電機構１４８を設置したものである。

発電機構１４８は、圧電素子１５０、錘１５２、及び支柱１５４によって構成されている。支柱１５４は、錘２２の上面に固定されて略鉛直に立っており、この支柱１５４の上端部付近から圧電素子１５０を介して錘１５２が左右に張り出すように設けられている。

ここで、柱状体１１０が振動すると、錘２２が振動方向Ｇ（図における上下方向）に振動する。そして、この振動が支柱１５４及び圧電素子１５０を介して錘１５２に伝わり錘１５２が振動方向Ｇ方向に振動する。このとき、圧電素子１５０には、せん断応力が繰り返し作用し、これによって圧電素子１５０の左右に設けられた電極１５６Ａ、１５６Ｂに電力が発生する。なお、本変形例の場合、支柱１５４が第１部材とされ、錘１５２が第２部材とされる。

また、図１３には、他の変形例として、静電誘導を用いた発電部２２４が示されている。この発電部２２４では、振動増幅部１７０と、発電機構１７２とを備えている。

振動増幅部１７０は、ケース４６の天井部４６Ａに取り付けられたコイルばね２０と、当該コイルばね２０に吊り下げられ、振動方向Ｇに揺動可能な錘１７４と、を備えている。発電機構１７２は、錘１７４に設けられた基部１７６と、ケース４６の側壁部４６Ｂに取り付けられ、基部１７６と対向する対向電極１８０と、を備えている。基部１７６には、電荷を半永久的に帯びたエレクトレット１７８が櫛状に配置されており、このエレクトレット１７８に対向電極１８０が対向して配置されている。これらのエレクトレット１７８と対向電極１８０とが相対移動することによって起電力が生じ、対向電極１８０に電力が発生する。即ち、発電機構１７２は、静電式（静電誘導）の発電機とされている。

ここで、電力を発生させるときに、基部１７６の振動を抑える抵抗力が対向電極１８０から作用する場合、基部１７６の振動の振幅が小さくなってしまう。しかし、基部１７６は錘１７４に固定されているので、錘１７４の重量により慣性力が大きくなり、これによって抵抗力による振動抑制効果が低減される。

次に、第１実施形態に係る振動増幅部の変形例について説明する。

図１４（Ａ）、図１４（Ｂ）、及び図１５には、静電誘導を用いた発電部２２６を備える振動発電ユニットが示されている。この発電部２２６は、振動増幅部と、発電機構とを備えている。

振動増幅部は、移動部材１２４と、床スラブ１４（図１５参照）に設けられ、移動部材１２４をコイルばね５８の伸縮方向（振動方向Ｇ）と直交する方向（以下、「移動方向Ｋ」という）へスライド可能に支持するスライド機構１２６と、平板状の台座１２８及び移動部材１２４の各々に回転可能に連結されるリンク部材１３０と、を備えている。

移動部材１２４は板状で水平又は略水平に配置されている。移動部材１２４の移動方向Ｋに沿った端部１２４Ａの上下面には、当該端部１２４Ａに沿ったガイド溝１３２（図１４（Ｂ）参照）がそれぞれ形成されている。

移動部材１２４の両側には支持部材１５８が設けられている。支持部材１５８は、床スラブ１４の上面に固定される固定台１６０と、固定台１６０に設けられ、移動部材１２４の端部１２４Ａにスライド可能に取り付けられるボールスライダ１６２とを備えている。ボールスライダ１６２は、断面Ｃ形の本体１６４と、本体１６４の上下の内壁に取り付けられたベアリングボール１６６を備えている。本体１６４内には移動部材１２４の端部１２４Ａが挿入され、当該端部１２４Ａのガイド溝１３２にベアリングボール１６６が係合されている。このボールスライダ１６２によって、移動部材１２４がガイド溝１３２に沿って移動方向Ｋへスライド可能に支持されている。これらのガイド溝１３２及びボールスライダ１６２によってスライド機構１２６が構成されている。なお、スライド機構１２６に替えて、リニアスライダ等の種々のスライド機構を用いることができる。

図１５に示されるように、移動部材１２４には、棒状のリンク部材１３０の一端がピン１８２で回転可能に取り付けられている。リンク部材１３０は、移動部材１２４の移動方向Ｋに対して所定の傾斜角θ（本実施形態では、約６０度）で傾斜され、その他端が台座１２８の床スラブ１４側の取付面１２８Ａにピン１８４で回転可能に取り付けられている。このリンク部材１３０によって、台座１２８の上下振動が、移動部材１２４の移動方向Ｋの振動に変換される。

発電機構は、移動部材１２４の下面に取り付けられたエレクトレット１７８と、床スラブ１４に取り付けられ、エレクトレット１７８と対向する対向電極１８０と、を備えている。これらのエレクトレット１７８と対向電極１８０とが相対移動することによって起電力が生じ、対向電極１８０に電力が発生する。即ち、発電機構１７２は、静電式（静電誘導）の発電機とされている。なお、発電機構に接続される配設等の図示は省略されている。

次に、振動増幅部の作用について説明する。

台座１２８が振動方向Ｇへ振動すると、台座１２８によってリンク部材１３０が押し引きされ、移動部材１２４が移動方向Ｋへ往復移動する。具体的には、台座１２８が振動方向Ｇ下方へ移動すると、台座１２８と移動部材１２４との間隔が狭くなり、リンク部材１３０がピン１８２、１８４を回転軸として傾斜角θが小さくなる方向へ回転する。これにより、移動部材１２４が図１５において移動方向Ｋ左側へ移動し、移動部材１２４に設けられたエレクトレット１７８が床スラブ１４に設けられた対向電極１８０に対して相対移動する。この結果、対向電極１８０に電力が発生する。

一方、台座１２８が振動方向Ｇ上方へ移動すると、台座１２８と移動部材１２４との間隔が広くなり、リンク部材１３０がピン１８２、１８４を回転軸として傾斜角θが大きくなる方向へ回転する。これにより、移動部材１２４が図１５において移動方向Ｋ右側へ移動し、移動部材１２４に設けられたエレクトレット１７８が床スラブ１４に設けられた対向電極１８０に対して相対移動する。この結果、対向電極１８０に電力が発生する。

また、台座１２８の振動方向Ｇの振動が、リンク部材１３０の回転運動に変換され、移動部材１２４の移動方向Ｋの変位として出力されるため、台座１２８の振動の振幅が増幅され、移動部材１２４の変位量が大きくなる。従って、対向電極１８０に対するエレクトレット１７８の相対移動量が大きくなるため、発電効率が向上する。なお、本実施形態では、リンク部材１３０の傾斜角θを約６０度に設定したが、傾斜角θが４５以上であれば、リンク部材１３０によって台座１２８の振動が増幅される。

更に、移動部材１２４が移動方向Ｋ（水平方向）へ移動するため、即ち、移動部材１２４が振動発電装置の装置高さＨ方向（振動方向Ｇ）へ移動しないため、発電部２２６の高さを小さくすることができる。従って、発電部２２６の収納スペースが小さくなるため、振動発電装置全体の装置高さＨを低く抑えることができる。

また、図１６及び図１７には、他の変形例として、電磁誘導を用いた発電部２２８を備える振動発電ユニットが示されている。この発電部２２８では、振動増幅部と、発電機構とを備えている。

振動増幅部は、回転体１８６と、回転体１８６を回転させる回転機構１８８とを備えている。回転機構１８８は、円盤状の回転体１８６の外周に取り付けられ、当該回転体１８６を回転可能に支持するボールベアリング１９０と、平板状の台座１２８に固定され、回転体１８６の中央部に形成されたネジ孔１９２に捻じ込まれるネジ部材１９４と、を備えている。

ボールベアリング１９０は、外側リング１９０Ａと、当該外側リング１９０Ａ内に配置された内側リング１９０Ｂとを備えている。外側リング１９０Ａと内側リング１９０Ｂの間には複数のベアリングボール１９６が設けられ、当該ベアリングボール１９６が回転することにより、外側リング１９０Ａと内側リング１９０Ｂとが相対回転可能となっている。この外側リング１９０Ａは、取付台１２に設けられた支持脚１９８によって基台５６に固定されている。

ネジ部材１９４は、軸方向を振動方向Ｇとして、台座１２８の床スラブ１４側の取付面１２８Ａに取り付けられている。このネジ部材１９４は、台座１２８の振動に伴って、回転体１８６のネジ孔１９２に対して挿抜される。これにより、ネジ部材１９４及びネジ孔１９２のネジ機構によって、ネジ部材１９４の直線運動が回転体１８６の回転運動に変換されるように構成されている。なお、ネジ部材１９４及びネジ孔１９２のネジ機構に替えて、ボールネジ機構等を用いても良い。

図１７に示されるように、回転体１８６の下には、筒状の支持台２００が設けられている。支持台２００は基台５６に固定され、その内部にネジ部材１９４が挿抜可能となっている。支持台２００の上端には、第２部材としての渦巻き状のコイル２０２が設けられている。一方、回転体１８６の下面には、第１部材としての磁石２０４が設けられている。これらのコイル２０２及び磁石２０４は、回転体１８６の回転が所定の回転角になったときに、対向するように配置されている。即ち、回転体１８６の回転に伴って、コイル２０２に対して磁石２０４が相対移動し、コイル２０２に電磁誘導が発生するように構成されている。なお、コイル２０２に接続される配線等の図示は省略されている。

次に、振動増幅部の作用について説明する。

台座１２８が振動方向Ｇへ振動すると、台座１２８の取付面１２８Ａに取り付けられたネジ部材１９４が、回転体１８６のネジ孔１９２に対して挿抜される。これにより、回転体１８６の外周に取り付けられた内側リング１９０Ｂが、外側リング１９０Ａに対して相対回転し、回転体１８６が回転する。この結果、支持台２００の上端に設けられたコイル２０２に対して、回転体１８６の下面に設けられた磁石２０４が相対移動し、コイル２０２に電磁誘導が発生する。即ち、コイル２０２に電力が発生し、台座１２８の振動の振動エネルギーが電気エネルギーに変換される。

また、ネジ部材１９４及びネジ孔１９２のネジ機構によって、台座１２８の振動方向Ｇの振動が、回転体１８６の回転運動に変換される。従って、台座１２８の振動の振幅が増幅され、コイル２０２に対する磁石２０４の相対移動量が大きくなる。よって、発電部２２８の発電効率が向上する。

なお、磁石２０４は、回転体１８６の外周に設けることが望ましい。磁石２０４が描く円形の移動軌跡の円周が長くなり、磁石２０４とコイル２０２の相対移動量が大きくなるためである。この際、コイル２０２は、回転体１８６の回転が所定の回転角になったときに、磁石２０４と対向するように配置すれば良い。

次に、第１実施形態に係る台座の変形例について説明する。

図１８（Ａ）には、第１実施形態の振動増幅機構６８が模式的に示されており、図１８（Ｂ）〜図１８（Ｅ）には、振動増幅機構の変形例が模式的に示されている。図１８（Ｂ）〜（Ｅ）に示される変形例については、図１８（Ａ）に示される振動増幅機構６８と異なる構成についてのみ説明する。

図１８（Ｂ）に示される変形例では、台座２０６は、ユニット取付部２０８と、ユニット取付部２０８よりも高い位置に設けられた支持部２１０とを備えている。この支持部２１０は、ユニット取付部２０８の取付面２０８Ａがコイルばね５８の伸縮方向他端５８Ｂよりも床スラブ１４側に位置するように、コイルばね５８によって支持されている。これにより、振動発電ユニット１２０の下部が、コイルばね５８の支持高さＳ内に位置している。

一方、コイルばね５８の支持高さＳが低くなっているため、当該コイルばね５８の伸縮方向他端５８Ｂから振動発電ユニット１２０の上部が突出している。即ち、振動発電ユニット１２０の上部は、コイルばね５８の支持高さＳ内に位置していない。このような構成であっても、振動発電ユニット１２０の一部（下部）がコイルばね５８の支持高さＳ内に位置しているため、振動発電装置の装置高さＨが低くなっている。即ち、振動発電ユニット１２０の少なくとも一部を、コイルばね５８の支持高さＳ内に位置させることにより、振動発電装置の装置高さＨを低くすることができる。

また、図１８（Ａ）及び図１８（Ｂ）に示す構成では、後述する図１８（Ｃ）に示す変形例と比較して、台座６０、２０６に対して、当該台座６０の上方から振動発電ユニット１２０を取り付けることができるため、取付作業が容易となる。また、振動発電ユニット１２０のメンテナンス性が向上すると共に、錘１１４（図２参照）の着脱作業等の容易となる。

図１８（Ｃ）に示される変形例では、台座２１２が平板状に形成されている。この台座２１２は、同じ高さのユニット取付部２１４及び支持部２１６を備え、ユニット取付部２１４の床スラブ１４側の取付面２１４Ａに、振動発電ユニット１２０が取り付けられている。これにより、振動発電ユニット１２０の全部がコイルばね５８の支持高さＳ内に位置している。従って、振動発電装置の装置高さＨが低くなっている。

図１８（Ｄ）に示される変形例では、床スラブ１４の下面に、図１８（Ａ）に示される振動発電装置が、上下を反転させた状態で取り付けられている。即ち、床スラブ１４の下面に固定されたコイルばね５８に台座６０が吊り下げられている。この場合、後述する図１８（Ｅ）の変形例と比較して、台座６０に対して、当該台座６０の下方から振動発電ユニット１２０を取り付けることができるため、取付作業が容易となる。また、振動発電ユニット１２０のメンテナンス性が向上すると共に、錘１１４（図２参照）の着脱作業等の容易となる。

図１８（Ｅ）に示される変形例では、床スラブ１４の下面に、図１８（Ｃ）に示される振動発電装置が、上下を反転させた状態で取り付けられている。即ち、床スラブ１４の下面に固定されたコイルばね５８に台座２１２が吊り下げられている。これにより、振動発電ユニット１２０の全部がコイルばね５８の支持高さＳ内に位置している。従って、振動発電装置の装置高さＨが低くなっている。

また、図１９（Ａ）に示される変形例では、台座２３０の中央部に形成された溝２３２の底壁がユニット取付部２３４とされ、溝２３２の両側が支持部２３６とされている。ユニット取付部２３４は、コイルばね５８の伸縮方向他端５８Ｂ（図３参照）よりも床スラブ１４（図３参照）側に位置しており、その上面が取付面２３４Ａとされている。この取付面２３４Ａに振動発電ユニット１２０が取り付けられている。

また、図１９（Ｂ）に示される変形例は、図１９（Ａ）に示した台座２３０を上下反転させたものであり、溝２３２の底壁が支持部２３８とされ、溝２３２の両側がユニット取付部２４０とされている。ユニット取付部２４０は、コイルばね５８の伸縮方向他端５８Ｂ（図３参照）よりも床スラブ１４（図３参照）側に位置しており、その上面が取付面２４０Ａとされている。この取付面２４０Ａに振動発電ユニット１２０が取り付けられている。

なお、本変形例では、２つのコイルばね５８で台座２３０を支持しているが、一つのコイルばね５８で台座２３０の中央部を支持しても良い。このように、台座２３０の形状や、コイルばね５８の数量、配置は適宜変更可能である。

次に、第２実施形態について説明する。なお、第１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２０及び図２１に示されるように、第２実施形態に係る振動発電装置２５０の振動増幅機構は、第１弾性体としてのゴム部材２５４と、第２弾性体としてのゴム部材２５６と、台座６０を備え、これらのゴム部材２５４、２５６によって台座６０が振動方向Ｇに揺動可能に支持されている。

第１弾性体としてのゴム部材２５４は円柱形で、第１実施形態に係るコイルばね５８と同じ位置に設けられ、伸縮方向一端２５４Ａ（図２１参照）が基台５６に固定され、伸縮方向他端２５４Ｂが台座６０の支持部６４に固定されている。

第２弾性体としてのゴム部材２５６は、錘取付部１０４に設けられた錘１１４の間にそれぞれ配置されている。このゴム部材２５６は円筒形で、その内部に貫通孔２５６Ａが形成されている。

ゴム部材２５６を固定する受け部材２５８は、基台５６に立設された棒状の軸部２６２と、軸部２６２にスライド可能に取り付けられる円盤状の受け部２６４を備えている。軸部２６２は、錘取付部１０４に形成された貫通孔２６０を貫通しており、当該軸部２６２に沿って台座６０が振動方向Ｇへ揺動可能となっている。この軸部２６２をゴム部材２５６の貫通孔２５６Ａに貫通させることにより、軸部２６２にゴム部材２５６が取り付けられている。

軸部２６２が貫通されたゴム部材２５６の上端部には、受け部２６４が載置されている。受け部２６４は、その中央部に形成された貫通孔（不図示）に軸部２６２を貫通させることにより、軸部２６２にスライド可能に取り付けられている。受け部２６４を貫通した軸部２６２の上端部には、ネジ部２６２Ａ（調整手段）が設けられている。このネジ部２６２Ａに取り付けられるナット２６６（調整手段）によって、受け部２６４が軸部２６２から抜け落ちないようになっている。この受け部２６４と錘取付部１０４との間に設けられたゴム部材２５６によって、台座６０が床スラブ１４側へ付勢されている。即ち、台座６０は、第１弾性体としてのゴム部材２５４と第２弾性体としてのゴム部材２５６によって両側から支持され、振動方向Ｇへ揺動可能となっている。なお、ゴム部材２５４、２５６としては、天然ゴム、合成ゴム、粘弾性体等を用いることができる。

次に、第２実施形態の作用について説明する。

床スラブ１４及び当該床スラブ１４に固定された基台５６が振動方向Ｇへ振動すると、ゴム部材２５４、２５６によって揺動可能に支持された台座６０が基台５６に対して振動方向Ｇへ振動する。従って、台座６０の固有振動数を床スラブ１４の振動数と一致又は略一致させ、台座６０と床スラブ１４とが共振するように、台座６０及び錘１１４の質量やゴム部材２５４、２５６のばね定数（ばね剛性）を設定することで、床スラブ１４の振幅が増幅され、台座６０の振動の振幅が大きくなる。これにより、台座６０の取付面１０２Ａ（図２０参照）に取り付けられた振動発電ユニット１２０に振動が伝達され、床スラブ１４の振動の振動エネルギーが電気エネルギーに変換される。従って、振動発電ユニット１２０の発電効率が向上する。

また、ゴム部材２５４、２５６で台座６０を両側から付勢することにより、ゴム部材２５４、２５６が圧縮ばねとなる。従って、一方が圧縮ばねで他方が引張ばねの場合と比較して、ゴム部材２５４、２５６の設計（剛性の調整等）が容易になる。

次に、調整手段の作用について説明する。

軸部２６２に取り付けられたナット２６６を捻じ込むと、受け部２６４が錘取付部１０４側へ移動し、受け部２６４と錘取付部１０４との間に設けられたゴム部材２５６が圧縮されると共に、台座６０を介してゴム部材２５４が圧縮される。この結果、台座６０及び当該台座６０に取り付けられた振動発電ユニット１２０の位置が床スラブ１４側へ移動し、振動発電装置２５０の装置高さＨ（図３参照）が低くなる。

一方、軸部２６２に取り付けられたナット２６６を緩めると、ゴム部材２５４、２５６の弾性力（復元力）によって受け部２６４が軸部２６２の上端部側へ移動し、ゴム部材２５４、２５６に付与された圧縮力が開放される。この結果、台座６０及び当該台座６０に取り付けられた振動発電ユニット１２０の位置が床スラブ１４から離れる方向へ移動し、振動発電装置２５０の装置高さＨ（図３参照）が高くなる。

この調整手段により、床下空間４２（図１参照）や天井裏空間５４の高さに応じて振動発電装置２５０の装置高さＨを調整することにより、振動発電装置２５０の設置作業が容易となる。

また、ナット２６６により、ゴム部材２５４、２５６の圧縮量を増減することにより、ゴム部材２５４、２５６の剛性が調整可能となっている。従って、床スラブ１４の振動数に応じて、台座６０の固有振動数を増減し、台座６０と床スラブ１４とを共振させることができる。更に、前述したように、環境の変化に伴って、床スラブ１４の振動数が変化しても、ナット２６６により台座６０の固有振動数を調整できるため、台座６０と床スラブ１４とを容易に共振させることができる。従って、振動発電装置２５０のメンテナンス性が向上する。

なお、本実施形態では、受け部材２５８の軸部２６２に取り付けられたナット２６６によって、振動発電装置２５０の装置高さＨ等を調整したがこれに限らない。例えば、イモネジ等で軸部２６２に受け部２６４を固定しても良いし、軸部２６２の軸方向に沿って複数の貫通孔を形成し、当該貫通孔に挿入されたピンによって受け部２６４が抜けないように、抜け留めしても良い。この場合、ピンを挿入する貫通孔を選択することにより、ゴム部材２５４、２５６の圧縮量を調整することができる。

また、図２２に示されるように、振動発電ユニット１２０とゴム部材２５４を設ける位置を変更しても良い。この場合、錘取付部１０４の上面が、振動発電ユニット１２０が取り付けられる取付面１０４Ａとなる。この構成では、台座６０の中央部にゴム部材２５４及び調整手段としてのナット２６６が位置しているため、台座６０の位置を調整したときに、台座６０の傾きが抑制される。

更に、ゴム部材２５４、２５６の形状は上記したものに限らず、角柱形等でも良い。また、ゴム部材２５４、２５６に替えて、第１実施形態で用いたコイルばね５８を用いても良い。

次に、第３実施形態について説明する。なお、第１、第２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。

第３実施形態では、振動発電装置１０が設置される床ユニットについて説明する。
＜床ユニットの構成＞
図２３及び図２４には、床ユニット２７０が示されている。床ユニット２７０は、ケース２７２と、ケース２７２内に収容され、振動発電装置１０が取り付けられる設置パネル２７４と、ケース２７２の上に載置される格子状の支持フレーム２７６と、支持フレーム２７６の上に載置される床パネル２７８と、を備えている。この床ユニット２７０は、図２４に示されるように、床スラブ１４の上に設置された防振ゴム２８０の上に載置される。この床ユニット２７０を床スラブ１４の上に複数敷き並べることにより、床が構築される。

設置パネル２７４は平面視にて矩形に形成され、２つのリブ２８２で区画された４つの角部に振動発電装置１０が取り付けられている。設置パネル２７４の中央部には、収納ボックス２８４が設けられ、当該収納ボックス２８４の外周部には環状の収納ボックス２８６が設けられている。これらの収納ボックス２８４、２８６には、振動発電装置１０から出力された電気を蓄電する蓄電池や各種の配線等が収納されている。

次に、第３実施形態の作用について説明する。

図２４に示されるように、敷き並べられた複数の床ユニット２７０の上を人が歩行すると、防振ゴム２８０によって支持されたケース２７２及び設置パネル２７４が振動方向Ｇへ振動する。この結果、設置パネル２７４に取り付けられた振動発電装置１０に振動が伝達され、床ユニット２７０の振動の振動エネルギーが電気エネルギーに変換される。

また、防振ゴム２８０と床ユニット２７０によって振動系が構成される。従って、振動発電装置１０の台座６０（図３参照）や、振動発電ユニット１２０（図５参照）の発電部７６の錘８０（コイル８４を含む）の固有振動数を、床ユニット２７０の振動数に一致又は略一致させ、発電部７６の錘８０を床ユニット２７０に共振させることにより、床ユニット２７０の振幅が増幅され、発電部７６の錘８０及びコイル８４の振幅が大きくなる。従って、発電部７６の発電効率が向上する。

次に、床ユニット２７０に対する振動発電装置１０の取り付け位置について説明する。

図２５（Ａ）〜図２５（Ｄ）及び図２６（Ａ）〜図２６（Ｄ）には、床ユニット２７０の平面図が模式的に示されている。なお、説明の便宜上、床ユニット２７０に取り付けられた４つの振動発電装置１０をそれぞれ振動発電装置１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄとする。

床ユニット２７０では、加振される位置によってロッキング振動が発生する。ここで、ロッキング振動とは、所定の軸を回転軸として床ユニット２７０が回転運動を繰り返すことをいい、本実施形態に係る床ユニット２７０では、ロッキング振動の回転軸として、図２５（Ａ）〜図２５（Ｄ）及び図２６（Ａ）〜図２６（Ｄ）に示される回転軸Ｒが考えられる。

なお、図２５（Ａ）〜図２５（Ｄ）及び図２６（Ａ）〜図２６（Ｄ）では、床ユニット２７０を剛体として単純化した場合の回転軸Ｒが示されている。また、実際には、ロッキング振動以外に、水平方向の振動やねじれ振動が床ユニット２７０に発生するが、これらの振動は考慮していない。

床ユニット２７０の振動の振幅は、回転軸Ｒから離れるほど大きくなる。逆に、回転軸Ｒ上では、床ユニット２７０の振動の振幅が小さくなる。従って、図２５（Ａ）では、床ユニット２７０の対角線上の回転軸Ｒを回転軸としてロッキング振動した場合、回転軸Ｒから離れた振動発電装置１０Ａ、１０Ｃでは床ユニット２７０の振幅が大きくなるため、発電量が大きくなる。一方、回転軸Ｒ上にある振動発電装置１０Ｂ、１０Ｄでは床ユニット２７０の振幅が小さくなり、発電量が小さくなる。

また、図２５（Ｂ）では、図２５（Ａ）に示す床ユニット２７０とは異なる対角線上に回転軸Ｒがある。この場合、振動発電装置１０Ａ、１０Ｃで発電量が小さくなり、振動発電装置１０Ｂ、１０Ｄで発電量が大きくなる。同様に、図２５（Ｃ）及び図２５（Ｄ）では、振動発電装置１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄの発電量は、何れも等しくなる。

更に、振動発電装置１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄの配置を変えた図２６（Ａ）及び図２６（Ｂ）では、振動発電装置１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄの発電量は何れも等しくなる。一方、図２６（Ｃ）では、振動発電装置１０Ａ、１０Ｃで発電量が大きくなり、振動発電装置１０Ｂ、１０Ｄで発電量が小さくなる。逆に、図２６（Ｄ）では、振動発電装置１０Ａ、１０Ｃで発電量が小さくなり、振動発電装置１０Ｂ、１０Ｄで発電量が大きくなる。

このような回転軸Ｒを回転軸とするロッキング振動を考慮して、振動発電装置１０を配置することが望ましい。図２５（Ａ）〜図２５（Ｄ）及び図２６（Ａ）〜図２６（Ｄ）に示した振動発電装置１０の配置では、何れの回転軸Ｒでロッキング振動が発生しても、少なくとも２つの振動発電装置１０で発電量を大きくすることができる。また、床ユニット２７０の支持構造によって、ロッキング振動を特定の回転軸Ｒに限定することも可能である。

なお、上記第１、第２実施形態では、床スラブ１４に振動発電装置を設置した場合を例に説明したがこれに限らない。例えば、図１に示す床部３８の上面や下面に振動発電装置を設置しても良いし、天井ボード４８の下面に振動発電装置を設置しても良い。

また、参考例として、図２７（Ａ）に示される振動発電装置３００では、台座３０２が板バネ３０４によって揺動可能に支持されている。具体的には、振動発電装置３００は、台座３０２と、板バネ３０４と、振動発電ユニット１２０を備えている。台座３０２は、床スラブ１４に設けられた一対の支持部材３０６の間に配置されている。この台座３０２と支持部材３０６との間には、板バネ３０４が水平又は略水平に配置されており、その一端が支持部材３０６に固定され、その他端が台座３０２に固定されている。この板バネ３０４よって台座３０２が板バネ３０４の面外方向（矢印Ｔ方向）に揺動可能に支持されている。また、台座３０２の上には、振動発電ユニット１２０がその振動方向Ｇを板バネ３０４の面外方向にして配置されている。これらの板バネ３０４及び台座３０２によって、台座を質量とした振動系が構成されている。

従って、台座３０２の固有振動数を、床スラブ１４の振動数と一致又は略一致させ、台座３０２と床スラブ１４とが共振するように、台座３０２の重量や板バネ３０４のばね定数（ばね剛性）を設定することで、床スラブ１４の振幅が増幅され、台座３０２の振幅が大きくなる。この結果、台座３０２に取り付けられた振動発電ユニット１２０の振幅が大きくなり、振動発電ユニット１２０に入力される振動エネルギーが大きくなる。従って、振動発電ユニット１２０で変換される電気エネルギーが大きくなるため、振動発電ユニット１２０の発電効率が向上する。

ここで、図２７（Ａ）に示されるように、振動発電ユニット１２０を台座３０２の上に載置すると、振動発電装置３００の装置高さＬ_１が大きくなる。これに対して、図２７（Ｂ）に示すように、台座３０２に切欠き３０８を形成し、この切欠き３０８の底壁３０８Ａに振動発電ユニット１２０を載置することにより、振動発電装置３００の装置高さＬ_２を低く抑えることができる。

なお、板バネ３０４はその面外方向に振動するため、振動発電ユニット１２０はその振動方向Ｇを板バネ３０４の面外方向にして配置されていれば良い。

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振動発電装置
１２取付台
１４床スラブ（振動体）
４８天井ボード（振動体）
５６基台
５８コイルばね（第１弾性体）
６０台座
６８振動増幅機構
１０２Ａ取付面
１０４Ａ取付面
１２０振動発電ユニット
１２８台座
１２８Ａ取付面
２０６台座
２０８Ａ取付面
２１２台座
２１４Ａ取付面
２３０台座
２３４Ａ取付面
２４０Ａ取付面
２５０振動発電装置
２５４ゴム部材（第１弾性体）
２５６ゴム部材（第２弾性体）
２５８受け部材
２６２Ａネジ部（調整手段）
２６６ナット（調整手段）

Claims

振動体に一端が取り付けられる第１弾性体と該第１弾性体の他端で支持される台座とを有する振動増幅機構と、
前記台座に取り付けられ、前記第１弾性体の支持高さ内に少なくとも一部が位置すると共に、前記振動増幅機構で増幅された前記振動体の振動の振動エネルギーを電気エネルギーに変換する振動発電ユニットと、
を備え、
前記振動体が、床スラブ、天井ボード、階段、又は空調ダクトであり、
前記振動増幅機構が、
前記振動体に取り付けられ、前記台座を貫通する受け部材と、
前記受け部材と前記台座との間に設けられ、該台座を前記振動体に向かって付勢する第２弾性体と、
前記受け部材に設けられ、前記第２弾性体の圧縮量を増減する調整手段と、
を有する振動発電装置。
前記振動増幅機構が、前記台座に着脱自在に取り付けられる錘を有している請求項１に記載の振動発電装置。
前記台座が、前記振動体の上面に一端が取り付けられた前記第１弾性体の他端で支持されている請求項１又は請求項２に記載の振動発電装置。
前記台座が、前記振動体に一端が取り付けられた前記第１弾性体の他端に吊り下げられている請求項１又は請求項２に記載の振動発電装置。