JP6633928B2 - 発電システム - Google Patents

Description

本発明は発電システムに関し、特に橋の振動によって発電する発電システムに関するものである。

橋に設置される点検通路などの付属物に、振動のエネルギーを電気エネルギーに変換する発電装置を設置して発電を行う技術が知られている（特許文献１）。

特開２０１０−１５７０５号公報

しかしながら上述した従来の技術では、橋が振動しても発電量を大きくできないことがある。

本発明は上述した問題点を解決するためになされたものであり、橋が振動するときの発電量を大きくできる発電システムを提供することを目的としている。

課題を解決するための手段および発明の効果

この目的を達成するために請求項１記載の発電システムによれば、橋に設置された付属物は、橋の剛性より剛性が低い連続梁または両端支持梁を備えている。発電装置は、橋から伝達された付属物の振動のエネルギーを電気エネルギーに変換するものであり、梁の支点間に配置される。橋の振動が伝達された付属物の梁は支点間で曲げ振動する。支点の振幅より梁の支点間の振幅を大きくできるので、梁の支点間に配置された発電装置は、大きい振動のエネルギーが入力される。よって、橋が振動するときの発電量を大きくできる効果がある。
発電装置は梁の振動がベース板から弾性部材を介して質量体に伝達され、質量体から振動エネルギーが磁歪材料製の磁歪棒に入力される。発電装置は磁歪棒の変形を電気エネルギーに変換する。磁歪棒は耐熱性、耐寒性および耐久性に優れるので、発電の温度依存性を小さくできると共に発電装置の耐久性を確保できる。従って、年間を通して安定に発電できる効果がある。
質量体および弾性部材は梁の振動を減衰するダイナミックダンパを構成するので、梁の共振に起因する振動を抑制することができ、付属物の振動を低減できる効果がある。また、弾性部材で支持された質量体の振動を増幅できるので、質量体が磁歪棒に入力する振動エネルギーを大きくできる。その結果、磁歪棒を結合するダイナミックダンパを有しない場合に比べて発電装置の発電量を大きくできる効果がある。
弾性部材は第１方向の複数箇所で質量体を支持するので、第１方向に垂直な第２方向を軸にした回転運動を質量体に生じ難くすることができる。梁の振動が磁歪棒の振動を阻害することを抑制できるので、発電量を確保できる効果がある。
発電装置は質量体の下方にベース板が配置される。弾性部材は質量体の第２方向の中心から第２方向の両側へ向かって下降傾斜し下端がベース板と結合する。弾性部材は質量体を剪断方向および圧縮方向の合力で弾性支持するので、弾性部材の耐久性を向上できる効果がある。また、第１方向を軸にした回転運動を質量体に生じ難くすることができる。梁の振動が磁歪棒の振動を阻害することを抑制できるので、発電量をさらに増加できる効果がある。

請求項２記載の発電システムによれば、付属物は水平方向の剛性より鉛直方向の剛性が低い。車両が橋を走行するときは、一般に、鉛直方向における橋の変位および加速度が水平方向における橋の変位および加速度より大きいので、付属物を鉛直方向に振動させ易くできる。よって、請求項１の効果に加え、車両の走行によって橋が振動するときの発電量を大きくできる効果がある。

請求項３記載の発電システムによれば、発電装置は作業者が持ち運び可能な大きさ及び質量に設定されているので、請求項１又は２の効果に加え、橋ごとに発電装置を設置しなくても、発電装置を持ち運んで発電システムを簡易に構築できる効果がある。
請求項４記載の発電システムによれば、発電装置は支持部材が磁歪棒を片持ち支持し、梁の軸方向と磁歪棒の軸方向とが同一である。梁が主に振動する方向と磁歪棒が振動する方向とを一致させることができるので、質量体の振動を磁歪棒の振動に効率良く変換できる。よって、請求項１から３のいずれかの効果に加え、発電量を確保できる効果がある。
請求項５記載の発電システムによれば、第１方向は、梁の軸方向と同一である。支持部材は、質量体の第２方向の中心で質量体の上面に固定されている。よって、請求項４の効果に加え、発電量を増加できる効果がある。

請求項６記載の発電システムによれば、発電装置は梁の上に置かれた状態で梁の振動エネルギーが下方から入力されるので、請求項４又は５の効果に加え、発電装置の設置を容易にできる効果がある。

発電装置は梁の振動エネルギーを変換部が電気エネルギーに変換する。変換部はケースに収容され、ケースに第１端が固定されるアームの第２端が、梁の軸方向に延びる付属物の一部分に取り付けられる。この状態で磁歪棒の軸方向が梁の軸方向と同一になる。そして、アームが付属物に取り付けられるので、梁の上に置かれた発電装置が落下したり転倒したりすることを防止できる効果がある。

請求項７記載の発電システムによれば、発電装置は８０Ｈｚ以下の振動のエネルギーを電気エネルギーに変換する。８０Ｈｚ以下の振動は振幅が比較的大きいので、振幅の比較的大きな梁の振動を利用して、弾性部材で支持された質量体の振動を増幅できる。その結果、請求項１から６のいずれかの効果に加え、共振に起因する梁の振動を抑え、且つ、発電量を確保できる効果がある。

第１実施の形態における発電システムの斜視図である。 発電装置が配置された付属物の断面図である。 図２の矢印ＩＩＩ−ＩＩＩ線における発電装置の断面図である。 図３の矢印ＩＶ−ＩＶ線における発電装置の断面図である。 付属物の振動の周波数分析結果である。 第２実施の形態における発電システムの発電装置の断面図である。 図６の矢印ＶＩＩ−ＶＩＩ線における発電装置の断面図である。

以下、本発明の好ましい実施形態について添付図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施の形態における発電システム１０の斜視図である。図１の矢印Ｘ，Ｙ，Ｚは、それぞれ橋軸方向、橋軸直角方向、鉛直方向を示している。なお、図１は橋１の上部構造が図示されており、橋台や橋脚等の下部構造の図示が省略されている。

図１に示すように発電システム１０は、橋１に設置された点検通路１１（付属物）と、点検通路１１に配置された発電装置２０とを備えている。橋１は、車両が通る床版２と、床版２を支持し橋軸方向（Ｘ方向）へ延びる主桁３とを備えている。本実施の形態では、橋１は高架橋を構成するものであり、形鋼により主桁３が形成された鋼板桁橋である。橋１は主桁３間に複数の受梁４が橋軸直角方向（Ｙ方向）へ差し渡されている。なお、主桁３間を連結する橋軸直角方向に延びる横桁や対傾構などの図示は省略する。

図２は発電装置２０が配置された付属物（点検通路１１）の橋軸方向の断面図である。点検通路１１は点検者などの作業者が床版２や主桁３等の点検や補修を行うための付属物であり、橋軸方向（Ｘ方向）へ延びる板状の歩廊１２と、歩廊１２の両側にそれぞれ立設される鉛直方向（Ｚ方向）へ延びる複数の支柱１３と、支柱１３に支持されて歩廊１２に沿って橋軸方向へ延びる手摺１４とを備えている。歩廊１２は複数の受梁４に支持されるので、歩廊１２（梁）は受梁４を支点とする連続梁を構成する。

点検通路１１は、剛性が、橋１の剛性より低く設定されており、鉛直方向（Ｚ方向）の剛性が、水平方向（Ｘ方向およびＹ方向）の剛性より低く設定されている。これにより点検通路１１に橋１の振動が伝達されると、歩廊１２（梁）は受梁４（支点）間で鉛直方向（Ｚ方向）に曲げ振動する。

発電装置２０は、点検通路１１の振動エネルギーを電気エネルギーに変換するための装置であり、受梁４（支点）間の歩廊１２の中央に配置される。発電装置２０は横長の直方体の箱型のケース２１と、ケース２１から鉛直方向に延びるアーム２２とを備えている。ケース２１は振動エネルギーを電気エネルギーに変換する変換部４０（後述する）が収納される金属製の部材であり、作業者が一人で持ち運びできる程度の大きさ（本実施の形態では幅１０ｃｍ高さ１０ｃｍ長さ４０ｃｍ程度）に設定されている。ケース２１は長手方向の両端にアーム２２が取り付けられている。アーム２２は、ケース２１が歩廊１２から落下したりケース２１が移動したりしないようにするための部材であり、第１端がケース２１に取り付けられており、第２端（先端）が手摺１４の高さに到達する長さに設定されている。アーム２２は手摺１４に係合するＵ字金具２３（図３参照）が先端に取り付けられている。

発電装置２０は、発電した電力を供給するケーブル２４に計測器２５が接続されている。計測器２５は橋１や付属物、周囲環境などに関する各種データを計測する装置である。計測器２５は、橋１（床版２、主桁３等）や付属物の外観（発錆や漏水、コンクリートの亀裂の状態など）の画像データを取得するカメラ、床版２や主桁３等の振動を取得する加速度計、温度や湿度、風速等を計測する温度計や湿度計、風速計などが例示される。本実施の形態では、計測器２５は手摺１４に固定されているが、定点観測が不要な場合は、作業者が計測器２５を手に持って各種データを計測できる。計測器２５により計測されたデータは、計測器２５に接続されたデータロガーやメモリカード等のメモリ（図示せず）に保存したり、計測器２５に接続された送信機を使って外部装置（いずれも図示せず）に無線送信したりすることができる。

図３は図２の矢印ＩＩＩ−ＩＩＩ線における発電装置２０の断面図であり、図４は図３の矢印ＩＶ−ＩＶ線における発電装置２０の断面図である。図３及び図４に示すように発電装置２０は、ケース２１の底に固定された板状のベース板２６と、ベース板２６に固定された弾性部材２７と、弾性部材２７を介してベース板２６に連結された質量体３０と、質量体３０に固定された変換部４０とを備えている。

ベース板２６は、平面視が矩形状の横長の金属製の板材である。弾性部材２７は、ゴム状弾性体から構成される粘弾性部材であり、断面Ｌ字状の金属製の固定具２８が第１端に接着され、立方体状の金属製の連結具２９が第２端に接着されている。２つの弾性部材２７は、連結具２９の対向する２面に第２端がそれぞれ接着されることで、連結具２９を頂点にして第１端へ向かってそれぞれ下降する逆Ｖ字状に配置されている。連結具２９は質量体３０の底面の中央に固定され、固定具２８はベース板２６の上面の短手方向（図３左右方向）の両側に固定される。２つの弾性部材２７及び固定具２８並びに連結具２９は、それらを１組として、２組が、ベース板２６の上面の長手方向（図４左右方向）の両側に間隔をあけて固定されている。

質量体３０は、横長の直方体状に形成された金属製の部材であり、厚さ（鉛直方向の寸法）が幅（短手方向の寸法）より小さく設定されている。これにより質量体３０を低背化できるので、発電装置２０の重心が高くなることを防止できる。その結果、重心が高くなって発電装置２０の安定性が低下する（転倒し易くなる）ことを抑制できる。

質量体３０は、底面の長手方向（図４左右方向）の両側に連結具２９がそれぞれ固定されることで、弾性部材２７によりベース板２６に弾性支持される。質量体３０は、主に弾性部材２７の圧縮方向および剪断方向に荷重を付加する。弾性部材２７は、それらの合力で質量体３０を支持するので、高い支持荷重を確保できる。

床版２の振動が伝達されて歩廊１２が鉛直方向に曲げ振動すると、弾性部材２７に引張力および剪断力の合力が繰り返し作用し質量体３０に鉛直方向（図４上下方向）の大きな加振力が作用する。よって、弾性部材２７及び質量体３０により歩廊１２から発電装置２０に入力される振動を鉛直方向（図４上下方向）に増幅できる。弾性部材２７及び質量体３０は、歩廊１２（梁）の振動を減衰するダイナミックダンパを構成する。但し、質量体３０は、点検者などの作業者が一人で持ち運びができる程度の質量に設定されている。本実施の形態では、ダイナミックダンパの固有振動数は１７Ｈｚに設定されている。

発電装置２０は、歩廊１２（梁）の長手方向（図４左右方向、Ｘ方向）に質量体３０の長手方向を一致させるように歩廊１２に配置される。質量体３０は横長の直方体状に形成されているので、質量体３０の短手方向（図３左右方向）が歩廊１２の幅方向に一致する。よって、歩廊１２に設定された発電装置２０が、点検者など作業者の通行を妨げないようにできる。

ベース板２６は、変換部４０により生じた電力を充放電できる蓄電池３１が設置されている。計測器２５等による電力消費量が少ないときは、余剰電力を蓄電池３１に充電できる。蓄電池３１は、直流と交流とを変換するパワーコンディショナーや保護回路、制御回路（いずれも図示せず）が内蔵されている。

変換部４０は、振動エネルギーを電気エネルギーに変換する装置であり、磁歪材料（磁性材料の１種）から構成されると共にコイル４１が巻回される磁歪棒４２と、磁性材料から構成される剛性棒４３と、磁歪棒４２及び剛性棒４３の軸方向の第１端に取着される支持部材４４と、磁歪棒４２及び剛性棒４３の軸方向の第２端に取着されるマス部材４５とを備えている。

コイル４１は、銅線から構成される線材（導線）が巻回された筒状の部材であり、磁歪棒４２との間に隙間を設けて磁歪棒４２に外装される。磁歪棒４２及び剛性棒４３は、厚さに対して幅が大きな矩形の軸直角断面を有する長尺板状に形成される。磁歪棒４２及び剛性棒４３は、互いに略同一形状（寸法）に形成されると共に、面積が大きな平面（即ち、幅を含む平面）同士を対向させて平行に鉛直方向（図４上下方向）の上下に配置される。剛性棒４３は、磁歪棒４２より磁歪効果の低い磁性材料から構成される。本実施の形態では、磁歪棒４２は鉄ガリウム合金製であり、剛性棒４３は鉄鋼材料製である。磁歪棒４２及び剛性棒４３は、磁歪棒４２と剛性棒４３との間に取着された永久磁石（図示せず）によってバイアス磁界が加えられており、磁歪棒４２、剛性棒４３及び永久磁石によって磁気閉回路が形成されている。

支持部材４４は質量体３０の上面に固定されている。磁歪棒４２及び剛性棒４３は、質量体３０に対して支持部材４４側を固定端、マス部材４５側を自由端とした状態で設置され、質量体３０の振動に伴って磁歪棒４２及び剛性棒４３が位置する平面（図４紙面）内を振動させて使用される。振動に伴う曲げ変形により軸方向の伸長および収縮が磁歪棒４２及び剛性棒４３に発生することで、磁歪棒４２及び剛性棒４３の軸方向と平行な方向に磁束密度が変化し、コイル４１に電流が発生することで発電が行われる。コイル４１により生じた電力は計測器２５を作動させ、余剰分は蓄電池３１に充電される。

変換部４０は、マス部材４５の質量、磁歪棒４２及び剛性棒４３のばね定数により主に決まる固有振動数を有する振動体である。変換部４０の共振周波数を質量体３０から与えると、振動が増幅される。その結果、コイル４１を貫く磁束密度の変化が大きくなるので、発生電圧を大きくできる。ダイナミックダンパ（弾性部材２７及び質量体３０）の質量体３０が出力する振動のうち最も大きい振動加速度を示す周波数と、変換部４０の固有振動数とを合致させることで、大きな発生電圧が得られる。なお、橋１の振動によって点検通路１１から発電装置２０に入力される振動は８０Ｈｚ以下なので、変換部４０の固有振動数はその範囲内にチューニングされる。本実施の形態では、変換部４０は固有振動数が１８Ｈｚに設定されている。

発電装置２０は歩廊１２の振動が弾性部材２７を介して質量体３０に伝達され、質量体３０から振動エネルギーが磁歪棒４２に入力される。磁歪棒４２は耐熱性、耐寒性および耐久性に優れるので、発電の温度依存性を小さくできると共に発電装置２０の耐久性を確保できる。従って、夏季や冬季を問わず年間を通して安定に発電できる。点検通路１１等の付属物は、外気に接触する環境におかれるものが多いので、温度依存性の小さい磁歪棒４２を発電に利用することは好ましい。

質量体３０及び弾性部材２７は歩廊１２（梁）の振動を減衰するダイナミックダンパを構成するので、歩廊１２の固有振動数周辺の共振現象を抑制できる。その結果、点検通路１１の寿命（特に疲労寿命）を向上できる。点検通路１１の振動を低減できるので、点検通路１１の騒音を抑制し、点検通路１１の振動によるボルトの緩みを抑制できる。また、弾性部材２７で支持された質量体３０の振幅を増幅できるので、質量体３０が磁歪棒４２に入力する振動エネルギーを大きくできる。その結果、磁歪棒４２が結合されたダイナミックダンパを有しない場合に比べて発電装置２０の発電量を大きくできる。

なお、質量体３０及び弾性部材２７は、質量体３０の質量、弾性部材２７のばね定数および損失係数を有する１自由度の振動系である。変換部４０は、マス部材４５の質量、磁歪棒４２及び剛性棒４３のばね定数および損失係数を有する１自由度の振動系である。発電装置２０は、１自由度の振動系２つを組み合わせた２自由度の振動系モデルとして考えることができる。発電装置２０は２自由度以上の振動の共振周波数を利用できるので、振動周波数域を拡大できる。即ち、磁歪棒４２が結合されたダイナミックダンパを有しない場合に比べて、発電装置２０は広帯域の共振周波数を利用して振動発電を行うことができる。本実施の形態では、変換部４０と質量体３０及び弾性部材２７との組合せにより、発電装置２０は１６〜２０Ｈｚの振動を利用して振動発電が行われる。

この発電システム１０は、橋１に設置された各種の付属物のうち、橋１の剛性より剛性が低い連続梁（歩廊１２）をもつ付属物（点検通路１１）の振動を利用する。発電装置２０は、橋１から伝達された付属物の振動エネルギーを電気エネルギーに変換するものであり、梁（歩廊１２）の支点（受梁４）間に配置される。支点の振幅より梁の支点間の振幅を大きくできるので、梁の支点間に配置された発電装置２０は、大きい振動のエネルギーが入力される。よって、橋１が振動するときの発電量を大きくできる。

車両が床版２を走行するときは、一般に、鉛直方向における床版２の変位および加速度が水平方向における床版２の変位および加速度より大きい。付属物（点検通路１１）は、水平方向の剛性より鉛直方向の剛性が低く設定されるので、床版２の振動によって梁（歩廊１２）を鉛直方向に振動させ易くできる。よって、車両の走行によって橋１が振動するときの発電装置２０による発電量を大きくできる。

発電装置２０は、梁（歩廊１２）の軸方向（Ｘ方向）に質量体３０の長手方向が沿い、梁の軸直角方向（Ｙ方向）に質量体３０の短手方向が沿うように歩廊１２に配置されている。梁（歩廊１２）は複雑かつ多自由度な振動系であるが、弾性部材２７は質量体３０の長手方向の複数箇所（本実施の形態では２か所）で質量体３０を支持するので、梁の軸直角方向を軸にした回転運動（ピッチ）を質量体３０に生じ難くすることができる。梁および質量体３０の振動が磁歪棒４２の振動を阻害し難くできるので、発電装置２０の発電量を確保できる。

発電装置２０は、質量体３０から梁（歩廊１２）の軸直角方向へ向かって斜めに延びる４つの弾性部材２７によって質量体３０を弾性支持する。その結果、梁の軸方向を軸にした回転運動（ロール）を質量体３０に生じ難くすることができる。梁および質量体３０の振動が磁歪棒４２の振動を阻害することを抑制できるので、発電装置２０の発電量をさらに増加できる。

発電装置２０は質量体３０の下方にベース板２６が配置される。弾性部材２７は質量体３０の短手方向の中心から質量体３０の短手方向の両側へ向かって下降傾斜し、下端がベース板２６と結合する。弾性部材２７は質量体３０を剪断方向および圧縮方向の合力で弾性支持する。弾性部材２７に引張力を作用し難くできるので、弾性部材２７の耐久性を向上できる。さらに、弾性部材２７を略Ｖ型に配置することで、梁の軸方向の直線運動、及び、梁の軸方向を軸にした回転運動（ロール）を質量体３０に生じ難くする効果を大きくできるので、質量体３０の振動モードを単純化できる。

発電装置２０は支持部材４４が磁歪棒４２を片持ち支持する。磁歪棒４２及び剛性棒４３は質量体３０の長手方向に軸方向を一致させるように支持部材４４を介して質量体３０に固定され、且つ、磁歪棒４２及び剛性棒４３は鉛直方向（図４上下方向）の上下に配置される。よって、梁（歩廊１２）の軸方向と磁歪棒４２の軸方向とを同じにできる。梁（歩廊１２）が主に振動する方向と磁歪棒４２が振動する方向とを一致させることができるので、質量体３０の振動を磁歪棒４２の振動に効率良く変換できる。発電装置２０は質量体３０及び弾性部材２７により歩廊１２の振動エネルギーを増幅できるので、質量体３０及び弾性部材２７を有しない発電装置に比べて発電量を大きくできる。よって、発電装置２０の発電量を確保できる。

発電装置２０は、作業者が一人で持ち運び可能な程度の大きさ及び質量（約１０ｋｇ以下）に設定されているので、橋１ごとに発電装置２０を設置しなくても、発電装置２０を持ち運んで発電システム１０を簡易に構築できる。また、計測器２５を用いてデータを採取する必要のある橋１に発電装置２０を複数台設置して、複数の発電システム１０を構築することもできる。即ち、発電装置２０が持ち運び可能なので、必要に応じて必要な箇所に発電システム１０を自在に構築できる。

発電装置２０は梁（歩廊１２）の上に置かれた状態で梁の振動エネルギーが下方から入力されるので、発電装置２０の設置を容易にできる。発電装置２０はベース板２６に質量体３０が弾性支持されているので、質量体３０を錘の代りにできる。錘として機能する質量体３０によって、歩廊１２の上に置かれた発電装置２０が歩廊１２の振動で勝手に移動してしまうことを防止できる。よって、歩廊１２に置くだけで発電装置２０の設置を完了できる。

梁（歩廊１２）の振動エネルギーを電気エネルギーに変換する変換部４０がケース２１に収容され、ケース２１に第１端が固定されるアーム２２の第２端が付属物（手摺１４）に取り付けられる。アーム２２が付属物（手摺１４）に取り付けられるので、梁（歩廊１２）の上に置かれた発電装置２０が落下したり転倒したりすることを防止できる。

発電装置２０は８０Ｈｚ以下、好ましくは４０Ｈｚ以下の振動のエネルギーを電気エネルギーに変換するように弾性部材２７、質量体３０、磁歪棒４２、剛性棒４３及びマス部材４５がチューニングされている。８０Ｈｚ以下の振動は振幅が比較的大きいので、振幅の比較的大きな梁（歩廊１２）の振動を利用して、弾性部材２７で支持された質量体３０の振動を増幅できる。その結果、共振に起因する梁（歩廊１２）の振動を抑え、且つ、発電量を確保できる。

図５を参照して発電装置２０を設置した付属物の振動減衰効果について説明する。発電装置２０は、ダイナミックダンパ（弾性部材２７及び質量体３０）の固有振動数が１７Ｈｚ、変換部４０の固有振動数が１８Ｈｚに設定されている。図５は振動分析計（ＶＡ−１２、リオン株式会社製）による付属物の振動の周波数分析結果である。振動分析計に圧電式加速度ピックアップを接続し、道路の高架橋に設置された点検通路（付属物）の歩廊１２の上面の振動を測定した。図５では、点検通路の歩廊１２（支点（受梁４）と支点との間）に発電装置２０を置かないとき（比較例）を破線、歩廊１２に発電装置２０を置いたとき（実施例）を実線で示した。周波数分析の結果、歩廊１２に１０〜３０Ｈｚ，４０〜７０Ｈｚの振動が発生していること、即ち点検通路から発電装置２０に入力される振動は８０Ｈｚ以下であり、４０Ｈｚ以下の振動は加速度が大きいことがわかった。さらに、歩廊１２に発電装置２０を置くことによって１０〜３０Ｈｚの振動（加速度）を大幅に減衰できることがわかった。

この測定とは別に、振動分析計（ＶＡ−１２）により歩廊１２の加速度を約６秒間測定したところ、歩廊１２に発電装置２０を置くことによって加速度のピーク値の平均を約１／２にできることがわかった。この間、発電装置２０は歩廊１２の振動を減衰する一方で、０．５〜３Ｖ程度の発電を行った。以上の実施例によれば、発電システム１０によって付属物（歩廊１２）の振動を抑え、且つ、発電量を確保できることが明らかになった。

図６及び図７を参照して第２実施の形態について説明する。第１実施の形態では、発電装置２０の質量体３０を弾性支持する弾性部材２７が、質量体３０の短手方向の中心から質量体３０の短手方向（梁の軸直角方向）の両側へ向かって下降傾斜する場合について説明した。これに対し第２実施の形態では、質量体５３の短手方向の側面から梁（歩廊１２）の軸直角方向の両側（横方向）へ向かって延びる場合について説明する。なお、第１実施の形態で説明した部分と同一の部分については、同一の符号を付して以下の説明を省略する。

図６は第２実施の形態における発電システムの発電装置５０の断面図であり、図７は図６の矢印ＶＩＩ−ＶＩＩ線における発電装置５０の断面図である。発電装置５０は、第１実施の形態で説明した発電システム１０の発電装置２０に代えて設置される。なお、図６及び図７では、ケース２１に取り付けられたアーム２２（図３及び図４参照）の図示が省略されている。

図６及び図７に示すように発電装置５０は、ベース板２６の長手方向（図６左右方向）の縁に設けられた互いに対面する壁部５１と、壁部５１の内面に端部がそれぞれ接着された一対の弾性部材５２と、弾性部材５２の端部が側面に接着された質量体５３と、質量体５３に固定された変換部４０とを備えている。

壁部５１は、弾性部材５２によって質量体５３を弾性支持するための側面視が矩形状の横長の板材である。弾性部材５２は、ゴム状弾性体から構成される粘弾性部材である。一対の弾性部材５２はそれらを１組として、２組が壁部５１の長手方向（図７左右方向）の両側に間隔をあけて固定されている。質量体５３は、長手方向（図７左右方向）の両側が、弾性部材５２により壁部５１に弾性支持される。質量体５３は、主に弾性部材５２の剪断方向に荷重を付加する。床版２（図１参照）の振動が伝達されて歩廊１２が鉛直方向に曲げ振動すると、弾性部材５２に剪断力が繰り返し作用し質量体５３に鉛直方向（図７上下方向）の大きな加振力が作用する。

発電装置５０は、梁（歩廊１２）の軸方向（長手方向）に質量体５３の長手方向が沿い、梁の軸直角方向（短手方向）に質量体５３の短手方向が沿うように歩廊１２に配置される。梁（歩廊１２）は複雑かつ多自由度な振動系であるが、弾性部材５２は質量体５３の長手方向の複数箇所（本実施の形態では２か所）で質量体５３を支持するので、梁の軸直角方向を軸にした回転運動（ピッチ）を質量体５３に生じ難くすることができる。

発電装置５０は、質量体５３の側面から梁（歩廊１２）の軸直角方向へ向かって延びる４つの弾性部材５２によって質量体５３を弾性支持するので、梁の軸方向を軸にした回転運動（ロール）を質量体５３に生じ難くすることができる。梁および質量体５３の振動が磁歪棒４２の振動を阻害し難くできるので、発電装置５０の発電量を確保できる。

以上、実施の形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良変形が可能であることは容易に推察できるものである。例えば、発電装置２０，５０のケース２１の大きさ等は一例であり、適宜設定できる。

上記実施の形態では、橋１（鋼板桁橋）に発電システム１０を構築する場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、鋼箱桁橋に発電システムを構築することは当然可能である。鋼桁橋に限るものではなく、鋼トラス橋、アーチ橋、ラーメン橋等の他の鋼橋に発電システムを適用することは当然可能である。鋼橋だけでなく、発電システムを鉄筋コンクリート橋に適用することも当然可能である。発電システム１０は道路橋や鉄道橋など種々の橋に構築できる。また、高架橋に発電システム１０を構築することに限定するものではなく、橋梁に発電システム１０を構築することは当然可能である。

上記実施の形態では、発電装置２０，５０を配置する付属物が、主桁３（鋼板）間に設置される点検通路１１の場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、他の付属物に発電装置２０，５０を設置することは当然可能である。箱桁が床版２を支持する橋の場合は箱桁の内部を通路にできるので、わざわざ点検通路を設けなくても箱桁の内部の通路に発電装置２０，５０を設置できる。箱桁の内部の通路が付属物を構成し、橋台や橋脚で支持された箱桁は連続梁を構成する。当然のことながら、箱桁の外部に点検通路を設けることは可能である。箱桁の外部に設けられた点検通路を使って発電システム１０を構築できる。

上記実施の形態では、点検通路１１が受梁４に支持される場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、横梁や対傾構などに受け台を設け、その受け台によって点検通路１１を支持することは可能である。また、受梁４や受け台に点検通路１１が支持されるものに限定するものではなく、横梁や対傾構などから吊り下げられた吊下部材を設け、その吊下部材によって点検通路１１（歩廊１２）を支持することは可能である。受け台や吊下部材はいずれも歩廊１２の支点である。

他の付属物としては、橋１の上部構造の橋軸直角方向に延びる点検通路；橋軸方向に敷設された通信用ケーブルや電源線用ケーブルを支持するケーブルラック；床版２から点検通路１１に昇降するための昇降梯子、タラップ及び階段；作業員の待避所として使用できる橋側歩道が挙げられる。ケーブルラックは通常は点検通路１１と並んで設置されるので、作業者は点検通路１１からケーブルラックに発電装置２０，５０を配置できる。

橋１の下部構造（図示せず）に設置される付属物としては、橋台や橋脚回りの点検通路；地表から点検通路に昇降するための昇降梯子、タラップ及び階段が挙げられる。下部構造に設置される付属物も上部構造から振動が伝達される場合には発電システム１０を構築できる。

点検のための付属物ではないが、他の付属物として床版２に設置された防音壁、主桁３などに設置される雨樋や排水管が挙げられる。作業者は床版２から防音壁に発電装置２０，５０を設置することができ、点検通路１１や箱桁の内部の通路から雨樋や排水管に発電装置２０を設置できる。

上記実施の形態では、点検通路１１により、歩廊１２（梁）が受梁４を支点とする連続梁を構成する場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、点検通路１１以外の他の付属物（ケーブルラック、昇降梯子、タラップ、階段、橋側歩道、防音壁、雨樋、排水管など）であっても、３点以上の支点で梁を支持すれば連続梁を構成する。

上記実施の形態では、連続梁を構成する梁（歩廊１２）に発電装置２０，５０を配置する場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。タラップや階段等のように２つの支点で梁（踏板）が支持される両端支持梁を構成する付属物であっても、その梁（踏板）に発電装置２０，５０を配置することは当然可能である。

上記実施の形態では、橋１に既設の付属物（点検通路、ケーブルラック、昇降梯子、タラップ、階段、橋側歩道、防音壁、雨樋、排水管など）を用いて発電システム１０を構築する場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。板材（梁）を２点以上の支点で支持した、発電装置２０，５０を配置するための専用の付属物を橋１に設置することは当然可能である。板材（梁）を支持する支点は、主桁３、横桁、対傾構などの任意の構造物や点検通路１１等の付属物に固定することができる。板材（梁）を固定する手段は、ボルト等の締結部材、磁石などの吸着部材などの着脱可能な部材を用いることができる。板材（梁）を固定した後、取り外さなくても良い場合には、溶接等によって板材（梁）を固定できる。

上記実施の形態では、歩廊１２に設置された発電装置２０，５０のアーム２２がＵ字金具２３によって手摺１４に固定される場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。Ｕ字金具２３の代りに、他の手段によってアーム２２を手摺２４に固定することは当然可能である。他の手段としては、例えばベルト、ロープ等が例示される。また、アーム２２の先端（第２端）をＵ字状に曲げ、その曲げた部分を手摺１４に引掛けてアーム２２を固定することは可能である。

上記実施の形態では、歩廊１２（連絡通路１１）に発電装置２０，５０を置き、アーム２２を手摺１４（連絡通路１１）に固定する場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。例えば、歩廊１２（連絡通路１１）に発電装置２０，５０を置き、アーム２２を支柱１３（連絡通路１１）に固定することは当然可能である。また、連絡通路１１にケーブルラックが並んで設けられている場合には、ケース２１に対してアームを延ばす方向を変更し、歩廊１２（連絡通路１１）に発電装置２０，５０を置き、アームをケーブルラックに固定することは当然可能である。逆に、ケーブルラックに発電装置２０，５０を置き、アームを連絡通路１１に固定することは当然可能である。

上記実施の形態では、変換部４０を構成する磁歪棒４２にコイル４１を巻回する場合を説明したが、必ずしもこれに限られるのもではなく、磁歪棒４２と剛性棒４３の両者にそれぞれコイルを巻回しても良い。なお、この場合には磁歪棒４２と剛性棒４３を同じ磁歪材料から構成する（即ち、剛性棒４３を磁歪棒４２よりも磁歪効果の低い材料で構成する必要はない）。また、筒型のコイル４１に限られるものではなく、平面コイルを採用することは当然可能である。

上記実施の形態では、磁歪棒４２と剛性棒４３との間に永久磁石が配置される場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。例えば、永久磁石に代えて、電磁石を利用するものを採用できる。また、系外からの磁場により磁気回路に漏れ磁束が発生する構成であれば、磁歪棒４２や剛性棒４３から離れた位置に磁石を配置した構成とすることは可能である。また、永久磁石や電磁石の起磁力により磁歪棒４２及び剛性棒４３にバイアス磁界を印加するバックヨークを設けることも可能である。

上記実施の形態では、磁歪棒４２及び剛性棒４３の寸法（即ち、厚さ及び幅）を略同一とする場合を説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、磁歪棒４２の寸法に対し、剛性棒４３の寸法を異なる値（厚さ及び幅の一方のみ又は両方が異なる値）としても良い。

上記実施の形態では、磁歪棒４２及び剛性棒４３を断面矩形に形成する場合を説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、他の形状とすることは当然可能である。他の形状としては、断面方形、断面円形、断面楕円形、断面多角形（例えば、断面六角形）などが例示される。

なお、例えば、磁歪棒４２等を断面円形としたことで、永久磁石と線接触となり、接触面積が確保できない場合には、永久磁石の寸法または起磁力を大きくするか、或いは、磁歪棒４２等と永久磁石との間に磁性体からなり両者の形状に対応した形状（即ち、両者に面接触する形状）のスペーサを介在させ、接触面積を確保することが好ましい。これらにより、付与可能なバイアス磁界の増加を図ることができるからである。

上記実施の形態では、磁歪材料製の磁歪棒（磁歪素子）を使用した発電装置２０，５０を備える発電システム１０について説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、振動エネルギーを利用する他の発電装置を採用することは当然可能である。他の発電装置としては、例えば圧電素子や電歪素子を使用するものが挙げられる。

圧電素子や電歪素子などの磁歪素子（磁歪棒４２）以外の素子を使用する場合であっても、発電装置は、歪が生じるように素子が振動する方向と、質量体３０，５３を支持する弾性部材２７，５２が質量体３０，５３から延びる方向を含む面とを直交させる。質量体３０，５３が振動する方向と素子が振動する方向とを一致させることができるので、質量体３０，５３の振動を素子の振動に効率良く伝達し、素子に歪を与えることができる。その結果、発電量を確保できる。

１ 橋
４ 受梁（支点）
１０ 発電システム
１１ 点検通路（付属物）
１２ 歩廊（梁）
１４ 手摺（一部分）
２０，５０ 発電装置
２１ ケース
２２ アーム
２５ 計測器
２６ ベース板
２７，５２ 弾性部材
３０，５３ 質量体
４０ 変換部
４２ 磁歪棒
４４ 支持部材

Claims (7)

1. 橋に設置された付属物と、
   前記橋から振動が伝達された前記付属物の振動のエネルギーを電気エネルギーに変換する発電装置とを備え、
   前記付属物は、前記橋の剛性より剛性が低い連続梁または両端支持梁を備え、
   前記発電装置は、前記梁の支点間に配置され、
   質量体と、
   前記質量体の下方に配置されるベース板と、
   前記梁の振動を前記ベース板から前記質量体に伝達する弾性部材と、
   前記質量体から振動エネルギーが入力される磁歪材料製の磁歪棒とを備え、前記磁歪棒の変形を電気エネルギーに変換し、
   前記質量体および前記弾性部材は、前記梁の振動を減衰するダイナミックダンパを構成し、
   前記弾性部材は、第１方向の複数箇所で前記質量体を支持し、前記第１方向に垂直な第２方向における前記質量体の中心から前記第２方向の両側へ向かって下降傾斜し下端が前記ベース板と結合することを特徴とする発電システム。
2. 前記付属物は、水平方向の剛性より鉛直方向の剛性が低いことを特徴とする請求項１記載の発電システム。
3. 前記発電装置は、作業者が持ち運び可能な大きさ及び質量に設定されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の発電システム。
4. 前記発電装置は、前記磁歪棒を片持ち支持する支持部材を備え、
   前記梁は、軸方向が、前記磁歪棒の軸方向と同一であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の発電システム。
5. 前記第１方向は、前記梁の軸方向と同一であり、
   前記支持部材は、前記質量体の前記第２方向の中心で前記質量体の上面に固定されていることを特徴とする請求項４記載の発電システム。
6. 前記発電装置は、前記梁の上に置かれた状態で前記梁の振動エネルギーが下方から入力され、
   前記梁の振動エネルギーを電気エネルギーに変換する変換部と、
   前記変換部を収容するケースと、
   前記ケースに第１端が固定され第２端が前記付属物に取り付けられるアームとを備え、
   前記付属物は、前記梁の軸方向に延びる一部分を備え、
   前記一部分に前記アームの前記第２端を取り付けた状態で前記磁歪棒の軸方向が前記梁の軸方向と同一になることを特徴とする請求項４又は５に記載の発電システム。
7. 前記発電装置は、８０Ｈｚ以下の振動のエネルギーを電気エネルギーに変換することを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の発電システム。

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