JP6657878B2 - 発電装置 - Google Patents
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Description
本発明は、振動を磁歪素子に与えて発電する発電装置に関する。
振動を利用した発電技術のうち、磁歪素子を利用した発電装置が下記特許文献１及び２に開示されている。すなわち、
図８は、下記特許文献１に開示されている振動を利用した発電素子による発電装置の構成例(その１)を示す図である。
図８は、下記特許文献１に開示されている振動を利用した発電素子による発電装置の構成例(その１)を示す図である。
図８において、振動を利用した発電素子による発電装置８１ａは、振動源１１０から両矢印線で示す方向の振動を受けることにより支柱８８ａ，フレーム８９ａが振動し、磁歪部材８３ａ、磁性部材８４ａ、第１及び第２の連結部材１１５ａ，１１５ｂ、磁気コイル８５ａ、磁気回路の磁気抵抗を無くし磁気バイアスを印加する中空形状の永久磁石８７a，８７ｂ、および錘８２ａで構成される振動電力変換手段がピン１１３を中心軸にして回転するように振動する。
振動により磁歪部材８３ａが変形すると、逆磁歪効果により磁歪部材８３ａの磁束が変化することで磁気コイル８５ａに誘導電圧又は誘導電流が発生することで発電する。
これにより、構造的に堅牢で、振動による発電効率をより高めることが可能な発電装置が提供される。
これにより、構造的に堅牢で、振動による発電効率をより高めることが可能な発電装置が提供される。
図９は、下記特許文献２に開示されている振動を利用した発電素子による発電装置の構成例（その２）を示す図である。
図９に示した発電装置の構成例（その２）と図８に示した発電装置の構成例（その１）との相異点は、振幅制限手段１１２ａ，１１２ｂを設けた点、および、中空形状の永久磁石８７a，８７ｂに代えて磁歪部材８３ｂとヨーク(磁性部材)８４ｂに結合する結合部材１１５ｃ，１１５ｄとの間に磁気バイアスを印加する磁石８７ｃ，８７ｄを設けた点であり、それ以外は図８に示した発電装置の構成例（その１）と同様であるので、以下では上記の相違点について説明し、その余の点における説明を省略することにする。
図９に示した発電装置の構成例（その２）と図８に示した発電装置の構成例（その１）との相異点は、振幅制限手段１１２ａ，１１２ｂを設けた点、および、中空形状の永久磁石８７a，８７ｂに代えて磁歪部材８３ｂとヨーク(磁性部材)８４ｂに結合する結合部材１１５ｃ，１１５ｄとの間に磁気バイアスを印加する磁石８７ｃ，８７ｄを設けた点であり、それ以外は図８に示した発電装置の構成例（その１）と同様であるので、以下では上記の相違点について説明し、その余の点における説明を省略することにする。
図９に示す発電装置が振動を開始し、振動電力変換手段の振幅が増大するにつれて振幅制限手段１１２ａ，１１２ｂと錘８２ｂが衝突することによって振動電力変換手段が振幅制限手段１１２ａ，１１２ｂにより強制的に振幅制限されて磁歪部材８３ｂを大きく変形させるようにしているため、図８に示した発電装置よりも発電量が増加する。
これにより、図８に示した発電装置と同様に、構造的に堅牢で、振動による発電効率をより高めることが可能な発電装置が提供される。
上記した特許文献１及び２に記載の発電装置は、大きな曲げや衝撃を加えることで発電量を増加させることが可能となっているものの、振動を磁歪素子に与えて発電する発電装置としての発電効率が未だ十分なものとはいえないという課題があった。
そこで本発明の目的は、上記の課題に対応して、振動を磁歪素子に与えて発電する発電装置において、与えられた振動を効率的に利用して電力を取り出すことが可能な発電装置を提供することにある。
上記課題を解決するために請求項１に記載の発明は、振動電力変換手段の一端を固定または支持する支持体と、該支持体を介して振動源からの振動を受けて振動するように構成され、固有の振動周波数で振動することで振動エネルギーを電気エネルギーに変換する振動電力変換手段とを備えて構成される発電装置において、前記振動電力変換手段は、磁歪材料で構成された磁歪部材と、該磁歪部材に平行に配置されて前記磁歪部材に磁気的に連結される磁性材料で構成される磁性部材と、前記磁歪部材に巻かれた磁気コイルと、前記磁歪部材の両端に配置され前記磁歪部材と前記磁性部材とに磁気バイアスを供給する永久磁石とを有し、前記永久磁石を幅方向に着磁した環状の永久磁石とし、前記磁歪部材を貫通させることで磁気バイアスを供給するとともに、前記磁気コイルとの間に並列共振を発生させるキャパシタを設け、前記並列共振の共振周波数と前記振動電力変換手段の振動周波数とを同じにすることで、前記磁歪部材の軸方向と垂直な方向の振動が前記振動電力変換手段に与えられた際に、前記振動電力変換手段が低振動周波数で動作して前記磁歪部材が伸張または収縮することにより発電するよう構成したことを特徴とする。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記磁性部材に連結し前記振動電力変換手段に与えられた振動を持続させるための錘体を備えることを特徴とする。
請求項３に記載の発明は、振動電力変換手段の一端を固定または支持する支持体と、該支持体を介して振動源からの振動を受けて振動するように構成され、固有の振動周波数で振動することで振動エネルギーを電気エネルギーに変換する振動電力変換手段とを備えて構成される発電装置において、前記振動電力変換手段は、磁歪材料で構成された磁歪部材と、該磁歪部材に平行に配置されて前記磁歪部材に磁気的に連結される磁性材料で構成される磁性部材と、前記磁歪部材に巻かれた磁気コイルと、前記磁歪部材の両端に配置され前記磁歪部材と前記磁性部材とに磁気バイアスを供給する永久磁石とを有し、前記磁歪部材の軸方向と垂直な方向の振動が前記振動電力変換手段に与えられた際に、振動による前記振動電力供給手段の振幅を制限する振幅制限手段を設けるとともに、前記永久磁石を、幅方向に着磁した環状の永久磁石とし、前記磁歪部材を貫通させることで磁気バイアスを供給するとともに、前記磁気コイルとの間に並列共振を発生させるキャパシタを設け、前記並列共振の共振周波数と前記振動電力変換手段の振動周波数とを同じにすることで、前記振動電力変換手段が低振動周波数で動作して前記磁歪部材が伸張または収縮することにより発電するよう構成したことを特徴とする。
請求項３に記載の発明は、振動電力変換手段の一端を固定または支持する支持体と、該支持体を介して振動源からの振動を受けて振動するように構成され、固有の振動周波数で振動することで振動エネルギーを電気エネルギーに変換する振動電力変換手段とを備えて構成される発電装置において、前記振動電力変換手段は、磁歪材料で構成された磁歪部材と、該磁歪部材に平行に配置されて前記磁歪部材に磁気的に連結される磁性材料で構成される磁性部材と、前記磁歪部材に巻かれた磁気コイルと、前記磁歪部材の両端に配置され前記磁歪部材と前記磁性部材とに磁気バイアスを供給する永久磁石とを有し、前記磁歪部材の軸方向と垂直な方向の振動が前記振動電力変換手段に与えられた際に、振動による前記振動電力供給手段の振幅を制限する振幅制限手段を設けるとともに、前記永久磁石を、幅方向に着磁した環状の永久磁石とし、前記磁歪部材を貫通させることで磁気バイアスを供給するとともに、前記磁気コイルとの間に並列共振を発生させるキャパシタを設け、前記並列共振の共振周波数と前記振動電力変換手段の振動周波数とを同じにすることで、前記振動電力変換手段が低振動周波数で動作して前記磁歪部材が伸張または収縮することにより発電するよう構成したことを特徴とする。
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、前記磁性部材に連結し前記振動電力変換手段に与えられた振動を持続させるための錘体を備えることを特徴とする。
請求項５に記載の発明は、振動電力変換手段の一端を固定または支持する支持体と、該支持体を介して振動源からの振動を受けて振動するように構成され、固有の振動周波数で振動することで振動エネルギーを電気エネルギーに変換する振動電力変換手段とを備えて構成される発電装置において、前記振動電力変換手段は、磁歪材料で構成された磁歪部材と、該磁歪部材に平行に配置されて前記磁歪部材に磁気的に連結される磁性材料で構成される磁性部材と、前記磁歪部材に巻かれた磁気コイルと、前記磁歪部材の両端に配置され前記磁歪部材と前記磁性部材とに磁気バイアスを供給する永久磁石とを有し、前記磁歪部材の軸方向と垂直な方向の振動が前記振動電力変換手段に与えられた際に、振動による前記振動電力供給手段の振幅を制限する発電機能を有する振幅制限手段を設けるとともに、前記永久磁石を、幅方向に着磁した環状の永久磁石とし、前記磁歪部材を貫通させることで磁気バイアスを供給するとともに、前記磁気コイルとの間に並列共振を発生させるキャパシタを設け、前記並列共振の共振周波数と前記振動電力変換手段の振動周波数とを同じにすることで、前記振動電力変換手段が低振動周波数で動作して前記磁歪部材が伸張または収縮することにより発電するとともに前記振幅制限手段でも発電するよう構成したことを特徴とする。
請求項５に記載の発明は、振動電力変換手段の一端を固定または支持する支持体と、該支持体を介して振動源からの振動を受けて振動するように構成され、固有の振動周波数で振動することで振動エネルギーを電気エネルギーに変換する振動電力変換手段とを備えて構成される発電装置において、前記振動電力変換手段は、磁歪材料で構成された磁歪部材と、該磁歪部材に平行に配置されて前記磁歪部材に磁気的に連結される磁性材料で構成される磁性部材と、前記磁歪部材に巻かれた磁気コイルと、前記磁歪部材の両端に配置され前記磁歪部材と前記磁性部材とに磁気バイアスを供給する永久磁石とを有し、前記磁歪部材の軸方向と垂直な方向の振動が前記振動電力変換手段に与えられた際に、振動による前記振動電力供給手段の振幅を制限する発電機能を有する振幅制限手段を設けるとともに、前記永久磁石を、幅方向に着磁した環状の永久磁石とし、前記磁歪部材を貫通させることで磁気バイアスを供給するとともに、前記磁気コイルとの間に並列共振を発生させるキャパシタを設け、前記並列共振の共振周波数と前記振動電力変換手段の振動周波数とを同じにすることで、前記振動電力変換手段が低振動周波数で動作して前記磁歪部材が伸張または収縮することにより発電するとともに前記振幅制限手段でも発電するよう構成したことを特徴とする。
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の発明において、前記磁性部材に連結し前記振動電力変換手段に与えられた振動を持続させるための錘体を備えることを特徴とする。
請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の発明において、前記振幅制限手段は、磁歪材料で構成された磁歪部材と、該磁歪部材に巻かれた磁気コイルと、前記磁歪部材に磁気バイアスを供給する永久磁石と、前記磁歪部材と前記永久磁石とで磁気回路を構成する磁気ヨークと、を備え、さらに前記振幅制限手段は、振動源からの振動を受けて振動し、振動中に前記錘体に衝突した際に、その衝撃力を前記磁歪部材に伝える変位部材を有することを特徴とする。
請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の発明において、前記振幅制限手段は、磁歪材料で構成された磁歪部材と、該磁歪部材に巻かれた磁気コイルと、前記磁歪部材に磁気バイアスを供給する永久磁石と、前記磁歪部材と前記永久磁石とで磁気回路を構成する磁気ヨークと、を備え、さらに前記振幅制限手段は、振動源からの振動を受けて振動し、振動中に前記錘体に衝突した際に、その衝撃力を前記磁歪部材に伝える変位部材を有することを特徴とする。
本発明によれば、日常の環境下で発生された振動を効率的に利用して電力を取り出すことが可能となるので、従来殆ど省みられなかった振動エネルギーを有効利用して電気エネルギーを産み出すことができる。すなわち本発明の発電装置を用いることにより、電気エネルギー産出のための費用を削減できるとともに、ＣＯ２排出量を低減できるので、電気エネルギー産出のための環境負荷を低減することができる。
一例として、本発明をワイヤレスセンサに適用した場合、現存するワイヤレスセンサのような有線による電源供給やバッテリ搭載が不要となるので、ワイヤレスセンサにおける電源供給コスト及びメンテナンスコストを削減することができ、ワイヤレスセンサシステム全体のコストダウンを実現することができる。
また、構造的に堅牢な発電装置を提供することができるので、敷設後に壊れることなく、長時間メンテナンスフリーで動作させることが可能となるので、これにより維持管理費用を低減することができる。
また、高効率な発電装置を提供することができるので、接続するワイヤレスセンサのデータ計測や通信信頼度を向上させることができ、これによりワイヤレスセンサの付加価値を一層高めることができる。
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
［実施形態１］
図１は、本発明の第１の実施形態に係る発電装置の構成を示す断面図であり正面から見た図である。図１において、１ａは発電装置、１０は振動源、９aは振動源に固定されるフレーム、２ａは錘、３ａは鉄ガリウム合金や鉄コバルト合金からなる磁歪部材、４ａは磁性体からなるヨーク(磁性部材)、８ａはフレームに固定された支柱、７ａと７ｂは磁気回路の磁気抵抗を無くすべく中空形状にして磁歪部材３ａに貫通させたバイアス磁界発生用の永久磁石、５ａは磁歪部材３ａに巻き回された磁気コイル、１１ａは磁気コイル５ａに接続された電源回路、１４ａは磁気コイル５ａに接続されたキャパシタ(コンデンサ)、である。
［実施形態１］
図１は、本発明の第１の実施形態に係る発電装置の構成を示す断面図であり正面から見た図である。図１において、１ａは発電装置、１０は振動源、９aは振動源に固定されるフレーム、２ａは錘、３ａは鉄ガリウム合金や鉄コバルト合金からなる磁歪部材、４ａは磁性体からなるヨーク(磁性部材)、８ａはフレームに固定された支柱、７ａと７ｂは磁気回路の磁気抵抗を無くすべく中空形状にして磁歪部材３ａに貫通させたバイアス磁界発生用の永久磁石、５ａは磁歪部材３ａに巻き回された磁気コイル、１１ａは磁気コイル５ａに接続された電源回路、１４ａは磁気コイル５ａに接続されたキャパシタ(コンデンサ)、である。
振動源１０の両矢印(図左端参照)方向の振動によりフレーム９ａおよび支柱８ａが振動することで、錘２ａとヨーク(磁性部材)４ａと磁歪部材３ａと磁気コイル５ａと永久磁石７ａ，７ｂとで構成された振動電力変換手段が以下に示す式（１）に従って振動する。
ここで、ｋは振動電力変換手段の共振に係る実質的な弾性率に対応するバネ定数値、ｍは振動電力変換手段の共振に係る実質的な質量に相当する質量値である。ｆｂは共振周波数で、振動電力変換手段の共振に係るバネ定数値ｋや質量値ｍが一定であれば所定値となる。
その一方、ヨーク(磁性部材)４ａと永久磁石７ａと磁歪部材３ａと永久磁石７ｂとで磁気回路を構成する。振動により磁歪部材３ａに応力が加わると、逆磁歪効果により磁歪部材３ａの磁束が変化するので、これにより磁気コイル５ａに誘導電圧（または誘導電流）が発生する。
磁歪部材３ａに引張応力又は圧縮応力が加わると、それぞれの応力により磁歪部材３ａには極性の異なる磁束が発生する。正負の磁束を発生させるためには磁気回路にバイアス磁界を印加する必要がある。
図６は、本発明の実施形態で使用するバイアス磁界発生用の中空の永久磁石７ａ，７ｂの構成例を示す図である。図６に示す永久磁石７ａと７ｂは、磁気回路の磁気抵抗を無くすべく中空形状にして且つ図示矢印の如く磁歪部材３ａの長さ方向にバイアス磁界が加わるように幅方向に着磁したうえで磁歪部材３ａが貫通するように所定位置に固定している。
こうすることで磁歪部材３ａとヨーク(磁性部材)４ａを直に接続させることができるため、上記特許文献２に記載の磁歪部材とヨーク(磁性部材)との間に磁石を設ける構造のような磁石が磁気抵抗とならずに磁気回路にバイアス磁界を印加することができる。
また本実施形態では、上記したように磁気コイル５ａに並列接続されるキャパシタ(コンデンサ)１４ａを設けているので、磁気コイル５ａのインダクタンスＬとキャパシタ１４ａのキャパシタンスＣであるとすると、以下に示す式（２）で決まる周波数ｆｃで共振する。
この共振周波数ｆｃと、上記式（１）に示される振動周波数ｆｂとを同じにすることで、磁気コイル５ａの出力電圧を大きくすることができるので、より高効率な発電装置を得ることができる。
なお、図１ないし図２では、インダクタ５ａとキャパシタ１４ａとが一対となる例を示しているが、上記式（２）による周波数ｆｃに応じて複数のキャパシタを組合せるようにしても良い。
また上記の永久磁石７ａ，７ｂを磁歪部材３ａの所定位置に固定させるために所定の充填材、例えば、フェノール樹脂、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）樹脂、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）樹脂などの熱硬化性樹脂を用いることができる。
また本例では幅を有する環状の永久磁石を２個使用する例を示しているが、１個でもよく、さらには３個以上設けてもよいことは云うまでもない。
また、幅を有する環状の永久磁石を図６に示す磁歪部材３ａに貫通するように設ける例を示しているが、これに限定されず、磁気回路の磁路を形成する部材のいずれかの箇所に貫通するように設けても良い。
また、幅を有する環状の永久磁石を図６に示す磁歪部材３ａに貫通するように設ける例を示しているが、これに限定されず、磁気回路の磁路を形成する部材のいずれかの箇所に貫通するように設けても良い。
また図６に示す永久磁石７ａ，７ｂは、環状の例について示したが、中空形状にした永久磁石であれば環状のものに限定されないことは云うまでもない。
ここで本発明の第１の実施形態に係る発電装置で用いられる電源回路１１ａの構成について説明する。図７は、本発明の第１の実施形態に係る電源回路の構成例を示す図である。図７において、２１１は磁気コイル５ａ（コイル巻線）に発生する交流信号を整流する整流手段、２１２は整流手段２１１の整流信号を平滑する平滑手段、２１４は二次電池やコンデンサで構成される蓄電手段、２１５は蓄電手段２１４に蓄電した電力を出力端子２１６に出力する出力手段である。２１３は平滑手段２１２で平滑した直流電圧を蓄電手段２１４に蓄電させるとともに、蓄電手段２１４に蓄電された電力を出力手段２１５に供給する制御を行う制御手段である。
ここで本発明の第１の実施形態に係る発電装置で用いられる電源回路１１ａの構成について説明する。図７は、本発明の第１の実施形態に係る電源回路の構成例を示す図である。図７において、２１１は磁気コイル５ａ（コイル巻線）に発生する交流信号を整流する整流手段、２１２は整流手段２１１の整流信号を平滑する平滑手段、２１４は二次電池やコンデンサで構成される蓄電手段、２１５は蓄電手段２１４に蓄電した電力を出力端子２１６に出力する出力手段である。２１３は平滑手段２１２で平滑した直流電圧を蓄電手段２１４に蓄電させるとともに、蓄電手段２１４に蓄電された電力を出力手段２１５に供給する制御を行う制御手段である。
なお上記では、第１の実施形態に係る発電装置で用いられる電源回路１１ａとして説明したが、他の実施形態に係る発電装置で用いられる電源回路にも適用可能であることは勿論であるため、他の実施形態に係る発電装置で用いられる電源回路の説明を割愛する。
［実施形態２］
本発明の第２の実施形態に係る発電装置は、図２に示すように、振動が開始された振動電力変換手段の振幅を、振幅制限部材１２ａ，１２ｂで強制的に制限することで発電量を大きくするよう構成したものである。
本発明の第２の実施形態に係る発電装置は、図２に示すように、振動が開始された振動電力変換手段の振幅を、振幅制限部材１２ａ，１２ｂで強制的に制限することで発電量を大きくするよう構成したものである。
振幅制限部材１２ａ，１２ｂを設けることにより磁歪部材３ｂに加わる応力が図１に示す発電装置より大きくなるので、上記第１の実施形態に示した構成よりも大きな発電量を得ることができる。
図２に示す振動電力変換手段が、上述した式（１）により振動し始めた後に、振動電力変換手段と振幅制限部材１２ａ，１２ｂとの距離等で決まる周波数で振動する。振幅制限部材１２ａ，１２ｂの突起は、効率良く衝撃を伝えるために設けられている。
その他の構成は上記第１の実施形態に係る発電装置と同じなのでその説明を省くことにする。
［実施形態３］
本発明の第３の実施形態に係る発電装置は、図３に示すように、振動電力変換手段が振幅制限部材１２ｃ，１２ｄに衝突する力（衝撃力）で振幅制限部材自体が発電する構成としたもので、より発電量を大きくするものである。具体的には、第３の実施形態に係る発電装置に設けられている振幅制限部材１２ｃ，１２ｄ内に図５に示す衝撃力により発電する発電機構を組み込んで構成したものである。すなわち、
図５は、図３に示した振幅制限部材１２ｃ，１２ｄ内に衝撃力により発電する発電機構を組み込んだ本発明の第３の実施形態に係る振幅制限部材の構成例を示す図である。
本発明の第３の実施形態に係る発電装置は、図３に示すように、振動電力変換手段が振幅制限部材１２ｃ，１２ｄに衝突する力（衝撃力）で振幅制限部材自体が発電する構成としたもので、より発電量を大きくするものである。具体的には、第３の実施形態に係る発電装置に設けられている振幅制限部材１２ｃ，１２ｄ内に図５に示す衝撃力により発電する発電機構を組み込んで構成したものである。すなわち、
図５は、図３に示した振幅制限部材１２ｃ，１２ｄ内に衝撃力により発電する発電機構を組み込んだ本発明の第３の実施形態に係る振幅制限部材の構成例を示す図である。
図５において、３ｅは鉄ガリウム合金や鉄コバルト合金からなる磁歪部材、６ｅ，６ｆ，６ｇは磁性材料からなるヨーク(磁性部材)、７ｇ，７ｈはバイアス磁界発生用の永久磁石、５ｆは磁歪部材３ｅに巻き回された磁気コイル、１４は振動源からの振動を受けて振動し、振動中に図２に示す錘２ｂと衝突した際に、その衝撃力を磁歪部材３ｅに伝える変位部材である。
図３に示す振動電力変換手段が図５に示す振幅制限部材１２ｃ，１２ｄ内の変位部材１４に衝突することにより衝撃力が振幅制限部材１２ｃ，１２ｄ内の磁歪部材３ｅに伝わることで、磁歪部材３ｅがその衝撃力に応じて伸縮し、その伸縮に応じた応力が生じることでその逆磁歪効果で磁歪部材３ｅ内の磁束が変化する。
その磁束の変化を図７に示す電源回路１１ａに接続された磁気コイル５ａ（図５では磁気コイル５ｆが該当）で取り出すように構成するものである。図７に示す電源回路については上記第１の実施形態における使用例として既に説明したのでここでは割愛するが、図３および図５に示される磁気コイルを変形して図７に示す電源回路における磁気コイルと同様に電源回路を実現することに当業者なら格別の創作力を要さずに実現可能であろう。
上記では図５に示す衝撃力により発電する発電機構を、もっぱら図３に示す振幅制限部材１２ｃ，１２ｄ内に組み込んで構成する例について説明したが、図２に示す振幅制限部材１２ａ，１２ｂ内に組み込んで構成しても良い。
なお、本例では振幅制限部材１２ｃ，１２ｄの２つを使用する例を示しているが、１つでもよく、さらには３つ以上設けてもよいことは云うまでもない。
また図３では、振動電力変換手段の錘２ｃが振幅制限部材１２ｃ，１２ｄに衝突する構成例を示しているが、振幅制限部材を取り付ける位置は、ヨーク(磁性部材)４ｃの中央側にしても良い。その場合、振幅制限部材の形状を臨機応変に変える必要が出てくる。
また図３では、振動電力変換手段の錘２ｃが振幅制限部材１２ｃ，１２ｄに衝突する構成例を示しているが、振幅制限部材を取り付ける位置は、ヨーク(磁性部材)４ｃの中央側にしても良い。その場合、振幅制限部材の形状を臨機応変に変える必要が出てくる。
その他の構成は上記第１又は第２の実施形態に係る発電装置と同じなのでその説明を省くことにする。なお、図３の符号１３については以下で説明する。
［実施形態４］
本発明の第４の実施形態に係る発電装置は、図３及び図４に示すように、振動により振動電力変換手段が振り子のように振動する構造を有するように構成したものであり、上述した第１及び第２の実施形態よりも低い周波数で大きな発電量を得ることができる。
本発明の第４の実施形態に係る発電装置は、図３及び図４に示すように、振動により振動電力変換手段が振り子のように振動する構造を有するように構成したものであり、上述した第１及び第２の実施形態よりも低い周波数で大きな発電量を得ることができる。
図４は、本発明の第４の実施形態に係る発電装置の振動電力変換手段の構造を示す上面図であり、図３に示した図を上面から見た図である。
図４において本発明の第４の実施形態に係る発電装置の振動電力変換手段は、支柱８ｃにピン１３で振動電力変換手段を固定し、振動電力変換手段を振り子状に振動させるものである。この構造は、上記では触れなかったが、本発明の第３の実施形態における構成としても採用されている。
図４において本発明の第４の実施形態に係る発電装置の振動電力変換手段は、支柱８ｃにピン１３で振動電力変換手段を固定し、振動電力変換手段を振り子状に振動させるものである。この構造は、上記では触れなかったが、本発明の第３の実施形態における構成としても採用されている。
このような構成とすることで、図３の磁歪部材３ｃの軸方向と垂直な方向の振動（図３の左端の両矢視線参照）が振動電力変換手段に加えられた際に、支柱８ｃの一端にピン１３により固定されている磁歪部材３ｃの軸方向と垂直な方向の振動がフリーになることで振動電力変換手段が低い振動周波数で動作して磁歪部材３ｃが伸縮または収縮することにより発電できるので、低い振動周波数領域で発電することができる。
また上記第３の実施形態に係る変位部材を、図３に示した振幅制限部材１２ｃ，１２ｄ内の少なくとも一方に組み込んで、図５に示した振幅制限部材による衝撃力により発電することで低い振動周波数領域で大きな発電量を得ることもできる。
このように本発明の第４の実施形態に係る発電装置は、振動電力変換手段を振り子状に振動させる構造としたことで、低い周波数で大きな発電量が得られるという効果を有するものである。
なお、図示していないが、ピン１３を介して支柱８ｃに固定せず、支柱８ｃに直接的に固定するようにしてもよい。
さらに取付面は、図３に示した取付面に限定されず、振動源からの振動方向と支柱とが平行となるように取り付けることで、例えば縦方向に発電装置を設置することもできる。
さらに取付面は、図３に示した取付面に限定されず、振動源からの振動方向と支柱とが平行となるように取り付けることで、例えば縦方向に発電装置を設置することもできる。
上述した本発明の発電装置をワイヤレスセンサの電源装置として適用することで、ワイヤレスセンサにおける電力供給に関する問題点を克服することが可能となる。ワイヤレスセンサは、振動を計測するセンサとして、高速道路や鉄道、建物、回転機などの構造ヘルスモニタリング用の振動センサや加速度センサ、タイヤ圧のモニタリングセンサ等に実用化されている。
１ａ〜１ｃ 発電装置
２ａ〜２ｃ 錘体(錘)
３ａ〜３ｅ 磁歪部材
４ａ〜４ｃ ヨーク(磁性部材)
５ａ〜５ｆ 磁気コイル
６ｅ〜６ｇ ヨーク(磁性部材)
７ａ〜７ｈ 永久磁石
８ａ〜８ｃ 支持体（支柱）
９ａ〜９ｃ フレーム
１０ 振動源
１１ａ〜１１ｃ 電源回路
１２ａ〜１２ｄ 振幅制限部材
１３ ピン
１４ 変位部材
１４ａ〜１４ｃ キャパシタ(コンデンサ)
２１１ 整流手段
２１２ 平滑手段
２１３ 制御手段
２１４ 蓄電手段
２１５ 出力手段
２１６ 出力端子
２ａ〜２ｃ 錘体(錘)
３ａ〜３ｅ 磁歪部材
４ａ〜４ｃ ヨーク(磁性部材)
５ａ〜５ｆ 磁気コイル
６ｅ〜６ｇ ヨーク(磁性部材)
７ａ〜７ｈ 永久磁石
８ａ〜８ｃ 支持体（支柱）
９ａ〜９ｃ フレーム
１０ 振動源
１１ａ〜１１ｃ 電源回路
１２ａ〜１２ｄ 振幅制限部材
１３ ピン
１４ 変位部材
１４ａ〜１４ｃ キャパシタ(コンデンサ)
２１１ 整流手段
２１２ 平滑手段
２１３ 制御手段
２１４ 蓄電手段
２１５ 出力手段
２１６ 出力端子
Claims (7)
- 振動電力変換手段の一端を固定または支持する支持体と、該支持体を介して振動源からの振動を受けて振動するように構成され、固有の振動周波数で振動することで振動エネルギーを電気エネルギーに変換する振動電力変換手段とを備えて構成される発電装置において、
前記振動電力変換手段は、
磁歪材料で構成された磁歪部材と、
該磁歪部材に平行に配置されて前記磁歪部材に磁気的に連結される磁性材料で構成される磁性部材と、
前記磁歪部材に巻かれた磁気コイルと、
前記磁歪部材の両端に配置され前記磁歪部材と前記磁性部材とに磁気バイアスを供給する永久磁石とを有し、
前記永久磁石を幅方向に着磁した環状の永久磁石とし、前記磁歪部材を貫通させることで磁気バイアスを供給するとともに、前記磁気コイルとの間に並列共振を発生させるキャパシタを設け、前記並列共振の共振周波数と前記振動電力変換手段の振動周波数とを同じにすることで、前記磁歪部材の軸方向と垂直な方向の振動が前記振動電力変換手段に与えられた際に、前記振動電力変換手段が低振動周波数で動作して前記磁歪部材が伸張または収縮することにより発電するよう構成した、
ことを特徴とする発電装置。 - 前記磁性部材に連結し前記振動電力変換手段に与えられた振動を持続させるための錘体を備える、
ことを特徴とする請求項１に記載の発電装置。 - 振動電力変換手段の一端を固定または支持する支持体と、該支持体を介して振動源からの振動を受けて振動するように構成され、固有の振動周波数で振動することで振動エネルギーを電気エネルギーに変換する振動電力変換手段とを備えて構成される発電装置において、
前記振動電力変換手段は、
磁歪材料で構成された磁歪部材と、
該磁歪部材に平行に配置されて前記磁歪部材に磁気的に連結される磁性材料で構成される磁性部材と、
前記磁歪部材に巻かれた磁気コイルと、
前記磁歪部材の両端に配置され前記磁歪部材と前記磁性部材とに磁気バイアスを供給する永久磁石とを有し、
前記磁歪部材の軸方向と垂直な方向の振動が前記振動電力変換手段に与えられた際に、振動による前記振動電力供給手段の振幅を制限する振幅制限手段を設けるとともに、前記永久磁石を、幅方向に着磁した環状の永久磁石とし、前記磁歪部材を貫通させることで磁気バイアスを供給するとともに、前記磁気コイルとの間に並列共振を発生させるキャパシタを設け、前記並列共振の共振周波数と前記振動電力変換手段の振動周波数とを同じにすることで、前記振動電力変換手段が低振動周波数で動作して前記磁歪部材が伸張または収縮することにより発電するよう構成した、
ことを特徴とする発電装置。 - 前記磁性部材に連結し前記振動電力変換手段に与えられた振動を持続させるための錘体を備える、
ことを特徴とする請求項３に記載の発電装置。 - 振動電力変換手段の一端を固定または支持する支持体と、該支持体を介して振動源からの振動を受けて振動するように構成され、固有の振動周波数で振動することで振動エネルギーを電気エネルギーに変換する振動電力変換手段とを備えて構成される発電装置において、
前記振動電力変換手段は、
磁歪材料で構成された磁歪部材と、
該磁歪部材に平行に配置されて前記磁歪部材に磁気的に連結される磁性材料で構成される磁性部材と、
前記磁歪部材に巻かれた磁気コイルと、
前記磁歪部材の両端に配置され前記磁歪部材と前記磁性部材とに磁気バイアスを供給する永久磁石とを有し、
前記磁歪部材の軸方向と垂直な方向の振動が前記振動電力変換手段に与えられた際に、振動による前記振動電力供給手段の振幅を制限する発電機能を有する振幅制限手段を設けるとともに、前記永久磁石を、幅方向に着磁した環状の永久磁石とし、前記磁歪部材を貫通させることで磁気バイアスを供給するとともに、前記磁気コイルとの間に並列共振を発生させるキャパシタを設け、前記並列共振の共振周波数と前記振動電力変換手段の振動周波数とを同じにすることで、前記振動電力変換手段が低振動周波数で動作して前記磁歪部材が伸張または収縮することにより発電するとともに前記振幅制限手段でも発電するよう構成した、
ことを特徴とする発電装置。 - 前記磁性部材に連結し前記振動電力変換手段に与えられた振動を持続させるための錘体を備える、
ことを特徴とする請求項５に記載の発電装置。 - 前記振幅制限手段は、
磁歪材料で構成された磁歪部材と、
該磁歪部材に巻かれた磁気コイルと、
前記磁歪部材に磁気バイアスを供給する永久磁石と、
前記磁歪部材と前記永久磁石とで磁気回路を構成する磁気ヨークと、
を備え、さらに前記振幅制限手段は、
振動源からの振動を受けて振動し、振動中に前記錘体に衝突した際に、その衝撃力を前記磁歪部材に伝える変位部材を有する、
ことを特徴とする請求項６に記載の発電装置。
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