JP6704815B2 - 発電装置 - Google Patents

Description

本発明は、発電装置に関する。

構造物が受ける動的荷重を電気エネルギーとして取り出す技術が種々検討されている。例えば、特許文献１では、構造物にかかる振動エネルギーを圧電素子により電気エネルギーに変換した後に回収する装置が示されている。

特開２００２−６１７０８号公報

構造物が受ける動的荷重は、その種類や荷重を受ける位置に応じて、その大きさや周波数が変化する。そのため、電気エネルギーへの変換率を高めるためには、装置の取り付け位置等に応じて設計を変更することが望まれる。

本発明は上記を鑑みてなされたものであり、動的荷重を高効率で電気エネルギーに変換することができると共に、より設計の自由度が高められた発電装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る発電装置は、平板状の筐体と、前記筐体の内部に設けられる流路部と、前記筐体の内部に設けられ、前記流路部の一方の端部に前記流路部から連続して設けられる受圧室と、前記筐体の内部に設けられ、前記受圧室が設けられる側の前記流路部の端部とは逆側の端部に前記流路部から連続して設けられる吸収室と、前記流路部の周囲を巻回するコイルと、前記流路部内を前記流路部に沿った摺動が可能な磁石と、を有し、前記流路部、前記受圧室、及び、前記吸収室の内部には流体が充填されていて、前記受圧室は、前記筐体に対する外方からの荷重により容積が変化する。

上記の発電装置では、外方からの荷重の変化を筐体が受けることによって、受圧室が変形する。このため、受圧室と吸収室との間で内圧差が生じるため、内圧差を小さくするように流体が移動する。発電装置では、この流体の移動を利用して、コイルが巻回された流路部内を磁石が移動することで電磁誘導により発電が行われる。このように、発電装置では、電磁誘導を用いて外方からの動的荷重を高効率で電気エネルギーに変換することが可能となっている。さらに、この発電装置では、圧電素子を用いた構成と比較して、所望の剛性を有する装置を製造する際の設計の自由度が高められている。

また、本発明の他の形態に係る発電装置は、平板状の筐体と、前記筐体の内部に設けられる流路部と、前記筐体の内部に設けられ、前記流路部の一方の端部に前記流路部から連続して設けられる受圧室と、前記筐体の内部に設けられ、前記流路部の前記受圧室が設けられる側の端部とは逆側の端部に前記流路部から連続して設けられる吸収室と、前記流路部の周囲を巻回するコイルと、を有し、前記流路部、前記受圧室、及び、前記吸収室の内部には磁性流体が充填されていて、前記受圧室は、前記筐体に対する外方からの荷重により容積が変化する。

上記の発電装置では、外方からの荷重の変化を筐体が受けることによって、受圧室が変形する。このため、受圧室と吸収室との間で内圧差が生じるため、内圧差を小さくするように磁性流体が移動する。発電装置では、この流体の移動を利用して、コイルが巻回された流路部内を磁性流体が移動することで電磁誘導により発電が行われる。このように、発電装置では、電磁誘導を用いて外方からの動的荷重を高効率で電気エネルギーに変換することが可能となっている。さらに、この発電装置では、圧電素子を用いた構成と比較して、所望の剛性を有する装置を製造する際の設計の自由度が高められている。

ここで、前記流路部、前記受圧室、及び、前記吸収室は、平面視において互いに重ならない位置に設けられ、前記筐体は、平面視において前記受圧室と重なる位置に受圧部を有し、前記受圧部に対する外方からの荷重により、前記受圧室の容積が変化する態様とすることができる。

上記のように、受圧室と重なる位置に受圧部を有し、受圧部に対する外方からの荷重により受圧室の容積が変化する態様とすることで、外方からの荷重による受圧室の変形を好適に行うことができるため、電気エネルギーへの変換効率がより高められる。

また、前記流路部、前記受圧室、及び、前記吸収室は、平面視において互いに重ならない位置に設けられ、前記受圧室は、平面視において互いに重ならない位置に複数設けられ、隣接する前記受圧室の間に前記吸収室が設けられ、前記流路部は、複数の前記受圧室のそれぞれと前記吸収室との間に設けられる態様とすることができる。

上記のように、複数の受圧室が設けられると共に、隣接する受圧室の間に吸収室を設ける構成とすることで、複数の受圧室と吸収室とをより効率よく配置することができる。また、発電を行うための流路も多数設けることが可能となるため、電気エネルギーへの変換効率がより高められる。

また、前記流路部、前記受圧室、及び、前記吸収室と、前記筐体と、の間に設けられ、導体により前記コイルからの配線が形成された配線層をさらに有し、前記配線層は、外方からの荷重に対して変形可能な弾性を有している態様とすることができる。

このように、配線層を設けることで、流路部が複数設けられていることによりコイルからの配線を多数設ける必要がある場合にも、この配線を配線層で取りまとめることができ、配線を単純化できることから、製造効率が向上すると共に、設計の自由度がさらに高められる。

本発明によれば、動的荷重を高効率で電気エネルギーに変換することができると共に、より設計の自由度が高められた発電装置が提供される。

本発明の第１実施形態に係る発電装置の概略構成図である。 図１のII−II断面図である。 発電装置の取り付け位置について説明する図である。 発電装置の取り付け位置について説明する図である。 本発明の第２実施形態に係る発電装置の概略構成図である。 第２実施形態に係る発電装置の変形例を説明する図である。 本発明の第３実施形態に係る発電装置の概略構成図である。

以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態を詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る発電装置の概略構成図である。また、図２は、図１のII−II断面図である。

図１及び図２に示す発電装置１は平板状であり、平板状の筐体における主面に対してかかる動的荷重を電気エネルギーに変換することにより発電を行う装置である。発電装置１では、電磁誘導を利用して、筐体に対して受ける力を電気エネルギーに変換する。なお、本実施形態における「動的荷重」とは時間経過と共に大きさや向きが変化する荷重のことである。したがって、特定の方向への同一の大きさの力がかかっている状態は、動的荷重には含まれない。

図１及び図２に示すように、発電装置１は、平板状の筐体１０と、筐体１０内に形成された空間である受圧室１１、吸収室１２、及び、受圧室１１と吸収室１２とを連結する流路部１３と、筐体１０の主面に設けられた受圧部１５と、流路部１３の周囲に巻回されたコイル１７と、流路部１３内に配置された磁石１９と、を有している。受圧室１１、吸収室１２、及び、流路部１３は連通していて、その内部に流体Ｗが充填されている。流体Ｗは、受圧室１１、吸収室１２、及び、流路部１３内を移動可能となっている。発電装置１における流体Ｗとして用いることができる材料については後述する。

筐体１０は、円盤状を呈している。筐体１０の材質は特に限定されず、例えば、金属又は樹脂等を用いることができるが、磁性体とは異なる材料を用いることが好ましい。なお、図１，２に示すように、筐体１０が受圧室１１、吸収室１２及び流路部１３の内面に露出する場合、後述の受圧部１５が荷重を受けた際に変形可能なヤング率を有する材料が選択される。受圧部１５への荷重によって筐体１０が変形することで、受圧室１１の容積が変化する。筐体１０を構成する材料の好適なヤング率は、例えば１．０ＧＰａ〜２．５ＧＰａ程度とすることができ、エンジニアリングプラスチック等を用いることができる。

受圧室１１は、円盤状の筐体１０の内部且つ中央に設けられる空間である。吸収室１２は、筐体１０の外周に沿って筐体１０の内部に設けられる円環状の空間である。また、流路部１３は、筐体１０内の受圧室１１と吸収室１２との間を接続する空間である。本実施形態の発電装置１では、筐体１０の中央に設けられる受圧室１１と外周に沿って設けられる吸収室１２とを結ぶように、放射状に延びる８つの流路部１３が設けられている。流路部１３は、所定の径を有する筒状の領域であり、その両端で受圧室１１及び吸収室１２と連続している。流路部１３の数は適宜変更することができる。発電装置１では、受圧室１１及び吸収室１２に対して流路部１３の径が小さくされているが、この関係についても適宜変更することができる。

上記の受圧室１１、吸収室１２及び流路部１３は、平面視、すなわち、発電装置１の主面に対して直交する方向から見たときに、互いに重ならない位置に設けられる。

なお、受圧室１１、吸収室１２及び流路部１３は、上述のように筐体１０の内部に空間を設けることにより形成してもよいし、筐体１０とは異なる材料によって形成されてもよい。受圧室１１、吸収室１２及び流路部１３を筐体１０とは異なる材料によって形成する場合、材質は磁性体とは異なる材料が選択されることが好ましい。また、受圧室１１の周囲を形成する材料としては、受圧部１５が荷重を受けた際に変形可能なヤング率を有する材料が選択される。また、受圧室１１、吸収室１２及び流路部１３を筐体１０とは異なる材料によって形成する場合、筐体１０内の受圧室１１、吸収室１２及び流路部１３と対向する面の形状は適宜変更することができる。ただし、後述のように、受圧部１５と受圧室１１の間には、外方からの荷重を伝達するための領域が設けられる。

受圧部１５は、筐体１０における円形状の主面に設けられ、外方からの荷重を受けて筐体１０に伝達する機能を有する。受圧部１５は、平面視（主面の上方から見た場合）において、受圧室１１と重なる位置に設けられる。受圧部１５は、図１，２に示すように、平面視において受圧室１１の全面に対して重なる位置に設けられることが好ましい。このような構成とすることで、外方からの荷重を受圧室１１側へ好適に伝達することができる。したがって、受圧部１５の材質は特に限定されない。

図２に示すように、受圧部１５は、筐体１０の主面よりも外方に突出している形状とすることができる。この場合、筐体１０の主面に対してかかる荷重を受圧部１５で受けることができ、その荷重を筐体１０の受圧室１１側へ向けて好適に伝達することができる。なお、筐体１０の主面と受圧部１５の露出面（外方側に露出している側の主面）とを同じ高さにしてもよいが、その場合には、受圧部１５から受圧室１１へは筐体１０を経て荷重を伝達することができるが、筐体１０が荷重を受けた場合には内部に伝達できないような構造とする必要がある。すなわち、外方からの荷重を受圧室１１に対しては伝達可能であり、且つ、他の領域（吸収室１２、流路部１３等）へは外方からの荷重を伝達しない構成とする。

本実施形態に係る発電装置１では、受圧部１５が受ける荷重の変化を受圧室１１の容積の変化へと反映することが可能な構造であることが求められる。具体的には、受圧室１１の内面を構成する材料は、受圧部１５にかかる荷重の変化を受けて変形が可能な材料である。また、受圧部１５が受ける荷重が変化した場合には、その変化を受圧室１１の内面の形状変化に反映可能とする必要がある。発電装置１の場合には、受圧室１１の内面は筐体１０により形成されていて、筐体１０に対して受圧部１５が物理的に接続していることで、受圧部１５が受ける荷重の変化が筐体１０に対して伝達され、筐体１０が変形することで、受圧室１１の容積が変化する。

流路部１３の周囲には導体によるコイル１７が巻回されている。図１，２に示すように、１つの流路部１３に対して１本のコイルがそれぞれ巻回されていて、両端部はそれぞれ導線によりキャパシタ等の蓄電手段（図示省略）に対して接続されている。

また、流路部１３の内部には、磁石１９が配置されている。磁石１９の形状は特に限定されないが、磁石１９の外径は流路部１３の内径と略同等とされていて、流路部１３に沿った摺動が可能となっている。磁石１９は、コイル１７が巻回された複数の流路部１３それぞれの内部に設けられる。なお、受圧室１１と流路部１３との間、及び、流路部１３と吸収室１２との間には、それぞれ流体Ｗの移動は許容するが磁石１９の移動を規制するための規制部が設けられることが好ましい。規制部としては、例えば、流路部１３の端部に設けられるメッシュや、流路部１３の壁面から内側に突出する突起部等が挙げられるが、これらに限定されない。

受圧室１１、吸収室１２及び流路部１３に充填される流体Ｗについては、材料は特に限定されないが、磁石１９との干渉を防ぐため、磁性を有していないことが好ましい。流体Ｗの比重や粘度等についても特に限定されないが、流体Ｗの移動に伴う流路部１３における磁石１９の移動がスムーズであって、且つ、流路部１３における流路部１３内面と磁石１９との隙間を経由する流体Ｗの移動が困難な程度に設定されることが好ましい。具体的には、流体Ｗとして、例えば、鉱物油を用いることができる。

上記の発電装置１は、図２に示すように受圧部１５が外方から発電装置１方向への荷重Ｆが大きくなる（もしくはゼロから増加する）と、受圧部１５が受けた力が筐体１０に伝達されて、筐体１０が変形する。荷重Ｆは、発電装置１の主面（筐体１０の主面）に対して直交する方向にかかる力である。その結果、受圧室１１が変形し、受圧室１１の容積が小さくなり、受圧室１１内の圧力が増加する。一方、吸収室１２側は外方からの荷重がかからないため、吸収室１２内の圧力は変化しない。ここで、流体Ｗは、受圧室１１と吸収室１２との圧力差を小さくする方向、すなわち受圧室１１側から吸収室１２側へ移動する。これに伴い、流路部１３内の磁石１９は、受圧室１１側から吸収室１２側へと向かう矢印Ａ１方向へ移動する。流路部１３には、上述のようにコイル１７が巻回されているので、磁石１９はコイル１７内を移動することになる。すると、電磁誘導によりコイル１７に誘導電流が流れ、導線を介して蓄電手段において蓄電される。発電装置１の場合、８個の流路部１３それぞれに設けられた８個の磁石１９のそれぞれが動作し、電磁誘導による発電を行う。

また、受圧部１５が受ける外方からの荷重Ｆが小さくなる（もしくはゼロになる）と、受圧部１５が荷重Ｆを受けた際の受圧室１１の変形が元に戻ろうとすると共に筐体１０の変形が元に戻る。すなわち、受圧室１１の容積が荷重Ｆを受けていた際よりも大きくなり（もしくは元に戻り）、受圧室１１内の圧力が減少する。一方、吸収室１２側は外方からの荷重がかからないため、吸収室１２内の圧力は変化しない。ここで、流体Ｗは、受圧室１１と吸収室１２との圧力差を小さくする方向、すなわち吸収室１２側から受圧室１１側へ移動する。これに伴い、流路部１３内の磁石１９は、吸収室１２側から受圧室１１側へと向かう矢印Ａ２方向へ移動する。すると、電磁誘導によりコイル１７に誘導電流が流れ、導線を介して蓄電手段において蓄電される。このときの誘導電流の流れる方向は、荷重Ｆを受けている際とは逆方向となる。発電装置１の場合、８個の流路部１３それぞれに設けられた８個の磁石１９のそれぞれが動作し、電磁誘導による発電を行う。

このように、発電装置１は、受圧部１５が受ける荷重Ｆの大きさが変化すると、受圧室１１の容積が変化する。それに伴い、受圧室１１内の流体Ｗの圧力が変化するため、受圧室１１と吸収室１２との間の圧力差を小さくするように流体Ｗが流路部１３内を移動する。この流体Ｗの移動に伴って磁石１９が移動することで、流路部１３の周囲に巻回されたコイル１７に誘導電流が流れ、蓄電手段がこれを蓄電する。この結果、発電装置１は、受圧部１５が受ける荷重Ｆの変動に応じて発電を行う発電装置として機能する。

なお、発電装置１の場合、２つの主面の双方に受圧部１５が設けられるが、一方の主面のみに設けられてもよい。受圧部１５が荷重Ｆを受けることにより、受圧室１１の容積が変化する構成であれば、受圧部１５の配置等は適宜変更することができる。

発電装置１の取り付け位置等について図３及び図４を参照しながら説明する。発電装置１は、図３に示す構造物７０に対して好適に用いられる。図３に示す構造物７０は、下部構造７１に対して積層ゴム支承７２を介して、上部構造７３が設けられている例を示している。発電装置１は、積層ゴム支承７２の端部（上端又は下端）、上部構造７３における柱７４及び梁７５からなるフレーム内に架設されるブレース７６の端部（上端又は下端）、構造物７０に設けられるスラブ７７と梁７５との間等に設けることができる。

図４（Ａ）では、発電装置１がブレース７６の端部に設けられる際の取り付け例を示している。発電装置１は、ブレース７６の端部であり、構造物７０のフレーム（柱７４又は梁７５）との接合部に設けられる。ブレース７６とフレームとの接合部にはブラケット７８が設けられ、発電装置１は、ブラケット７８とブレース７６との間に挟み込んだ状態でボルト７９もしくはナット等により固定される。ブラケット７８のブレース７６側の端面はブレース７６の軸線に対して直交する面に延びるように形成されて、発電装置１はこのブラケット７８の端面に沿った形で取り付けられる。これにより、発電装置１は、ブラケット７８における発電装置１の取り付け面に対して垂直な方向、すなわち、ブレース７６の軸線方向の荷重の変化を受けて発電を行うことができる。

図４（Ｂ）では、発電装置１が下部構造７１と上部構造７３との間に設けられる際の取り付け例を示している。発電装置１は、積層ゴム支承７２の上端においては、積層ゴム支承７２と上部構造７３との間に設けられる。また、発電装置１は、積層ゴム支承７２の下端においては、積層ゴム支承７２と下部構造７１との間に設けられる。いずれの場合であっても、発電装置１はボルト７９等により固定される。これにより、発電装置１は、積層ゴム支承７２の積層方向の荷重の変化を受けて発電を行うことができる。

このように、発電装置１は、構造物７０に対して取り付けて使用することができる。構造物７０では、交通振動又は人的振動等の周辺環境に由来する振動や、風又は地震等の自然環境に由来する振動が発生する。発電装置１は、これらの振動を利用して発電を行うことができる。すなわち、発電装置１では、振動に由来する荷重の変化を受圧部１５が受けることにより、受圧室１１が変形することで、流体Ｗが移動する。そして、発電装置１では、この流体Ｗの移動を利用して、コイル１７が巻回された流路部１３内を磁石１９が移動することで発電が行われる。なお、図３及び図４で示した発電装置１の取り付け例に限定されず、発電装置１は構造物７０において動的荷重が生じる場所で用いることができる。

上記の発電装置１は、上述したように、受圧部１５が受ける外方からの荷重の変化により、発電を行うことができる。この発電装置１は、従来構造物にかかる振動エネルギーを電気エネルギーに変換するために用いられていた圧電素子を利用した発電装置と比較して、設計の自由度が高められている。

圧電素子を利用した発電装置の場合には、圧電素子の剛性が発電装置としての剛性に影響を与える。そのため、構造物が受ける振動を利用して発電を行う場合には、圧電素子の剛性を考慮した装置設計を行う必要があった。圧電素子を利用した発電装置では、発電装置としての剛性を調整するために、圧電素子自体の剛性を調整するための材料の選択や素子の大型化等の対策が必要となることが考えられた。また、圧電素子を利用した発電装置では、剛性の調整範囲にも限界があった。したがって、圧電素子を用いた発電装置は、振動エネルギーを電気エネルギーに変換すること自体の効率は確保されたとしても、設計の自由度という点において、改善の余地があった。

これに対して、上記の発電装置１では、圧電素子のように剛性が問題となる部品が必須の構成ではない。したがって、発電装置１の場合、装置としての剛性は、主に筐体１０の剛性に依存する。そのため、筐体１０の材料又は構造を変更することで装置としての剛性を所望の状態とすることができる。すなわち、発電装置１によれば、構造物において求められる所望の剛性を有する装置を製造する際の設計の自由度が高められている。

また、上記の発電装置１では、受圧部１５が受ける外方からの荷重の変化による磁石１９の移動について、種々のパラメータに基づいて制御することができる。例えば、流体Ｗの比重と磁石１９の重さとを調整することで、磁石１９の移動しやすさを制御することができる。また、受圧室１１の容積と吸収室１２の容積との関係、及び、受圧室１１、吸収室１２の容積に対する流路部１３の容積及び断面積（磁石１９の移動方向に対して直交する方向の断面積）を調整することで、受圧部１５が受ける荷重に対する磁石１９の移動量等を制御することができる。また、流路部１３の長さを調整することでコイル１７の巻回数を制御することができる。

すなわち、発電装置１では、受圧部１５が受ける荷重の変化を利用した受圧室１１と吸収室１２との間での圧力差の変化を利用して、流体Ｗの移動により磁石１９を移動させることで、発電を行っている。そのため、この構成を実現するためのパラメータを調整することにより、発電装置１の取り付け位置や発電装置１が受ける荷重の大きさ等に応じた設計の変更等を容易に行うことができる。したがって、本実施形態に係る発電装置１は、従来の発電装置と比較して、動的荷重を高効率で電気エネルギーに変換することができると共に、より設計の自由度が高められている。

（第２実施形態）
次に、図５及び図６を参照しながら、本発明の第２実施形態に係る発電装置について説明する。図５は、本発明の第２実施形態に係る発電装置の概略構成図であり、図５（Ａ）は平面図であり、図５（Ｂ）は図５（Ａ）のＶＢ−ＶＢ断面図である。また、図６は、第２実施形態に係る発電装置の変形例について示す図であり、図５（Ｂ）に対応する断面図である。

第２実施形態に係る発電装置２は、第１実施形態に係る発電装置１を平面状に拡張した場合の拡張例の一つに相当する。発電装置１では、容積が変化する受圧室１１が一カ所のみであり、受圧室１１の周囲に設けられた８つの流路部１３のそれぞれにコイル１７が巻回されると共に磁石１９が設けられていた。そして、発電装置１では、受圧室１１の容積の変化に伴い、８つの磁石１９がそれぞれ流路部１３内を移動することで発電が行われていた。これに対して、発電装置２では、複数の受圧室が設けられていると共に、隣接する受圧室の間に吸収室が設けられ、さらに吸収室と受圧室とを接続するように複数の流路部が設けられている。

具体的には、図５（Ａ）に示すように、平面状に広がる発電装置２では、平面視において六角形状を呈する複数の受圧室２１が所定の間隙を設けて離間して配置されている。複数の受圧室２１同士は、平面視、すなわち、発電装置２の主面に対して直交する方向から見たときに、互いに重ならない位置に設けられる。隣接する受圧室２１同士は、それぞれ、六角形状の受圧室２１の辺同士が対向するように、すなわち、隣接する受圧室２１の辺同士が平行となるように配置される。そして、隣接する受圧室２１の間に、受圧室２１の各辺と平行に延びる吸収室２２が設けられる。吸収室２２は、隣接する受圧室２１の間を通るように、六角形の網目状となっている。換言すれば、六角形の網目状に形成された吸収室２２によって形成される六角形の空隙部のそれぞれに、受圧室２１が設けられている。

また、受圧室２１と吸収室２２との間には、複数の流路部２３が設けられる。発電装置２の場合、六角形の受圧室２１における６つの頂点と、六角形の網目状の吸収室２２における６つの頂点と、を接続するように、流路部２３が配置されている。また、流路部２３の周囲には発電装置１と同様にコイルが巻回されている（図示省略）。そして、流路部２３内にはそれぞれ磁石２９が配置される。

図５（Ｂ）に示すように、発電装置２においては、受圧室２１、吸収室２２及び流路部２３は、筐体２０とは異なる材料により形成されている。受圧室２１、吸収室２２及び流路部２３のうち、少なくとも受圧室２１を構成する材料の好適なヤング率は、例えば１．０ＧＰａ〜２．５ＧＰａ程度とすることができる。筐体２０は平板状の部材であり、受圧室２１、吸収室２２及び流路部２３を挟み込むように配置されている。図５（Ｂ）に示すように、筐体２０は、受圧室２１、吸収室２２及び流路部２３と対向する側の面も平らであって、発電装置１のように内部の各部の形状に対応した凹凸が形成された形状とはなっていない。

そして、発電装置２では、受圧室２１の厚さ（主面同士を結ぶ方向の幅）が、吸収室２２及び流路部２３よりも大きくなっていて、受圧室２１は厚さ方向の両面において平板状の筐体２０とは物理的に接続されているが、吸収室２２及び流路部２３は、筐体２０とは離間した状態となっている。この結果、図５（Ｂ）に示すように、筐体２０のうち受圧室２１と接している領域が受圧部２５として機能すると共に、吸収室２２及び流路部２３に対しては、筐体２０が受ける外方からの荷重は伝達されない。したがって、発電装置２においても、発電装置１と同様に、外方からの荷重を受けた場合に、受圧室２１のみが荷重によって変形する。ただし、筐体２０を介して隣接する受圧室２１にも荷重を伝達することが可能となる。すなわち、平面状の筐体２０のうちの一部分のみが強い外力を受けた場合、その外方からの荷重を特定の受圧室２１のみが受けるのではなく、筐体２０を介して隣接する受圧室２１にも伝達することを可能とする。したがって、特定の領域においてのみ荷重を受けた場合でも、その荷重を分散して複数の受圧室２１に伝達できる。

筐体２０は、受圧室２１に対して荷重を伝達することができる機能を有していればよい。また、特定の領域においてのみ荷重を受けた場合に筐体２０が変形すると、筐体２０と吸収室２２又は流路部２３とが接触してこれらが変形する可能性がある。したがって、荷重により筐体２０が変形しないような強度であることが好ましい。このような筐体２０を構成するためには、例えば、筐体２０を構成する材料の好適なヤング率は、構造物と同程度の例えば２１ＧＰａ〜２１０ＧＰａ程度とすることができる。

なお、発電装置２では、吸収室２２の厚さ（主面同士を結ぶ方向の幅）が流路部２３の厚さよりも大きくなっている。そのため、流路部２３から吸収室２２側へ磁石２９が移動することを規制するための凸部２７が設けられている。凸部２７に代えてメッシュ等を設けてもよい。

発電装置２における受圧室２１、吸収室２２及び流路部２３と筐体２０との間には、配線層２８が設けられる。配線層２８は、コイルから引き出される導線と蓄電手段（図示省略）とを接続するための配線が形成された層である。配線層２８の配線部分は導体で構成される。また、配線層２８における導体による配線部分とは異なる部分は中空であってもよいが、絶縁材料等が隙間を埋めるように一体化されたシート状となっていてもよい。なお、配線層２８は、複数の流路部２３と蓄電手段とを接続するため、受圧室２１の上方、すなわち、受圧室２１と筐体２０とを物理的に接続する領域にも設けられる。したがって、配線層２８は、受圧部２５が受ける外方からの動的荷重に対して変形可能な弾性を有していることが好ましい。上記のように、配線層２８を有している構成とすることで、流路部２３と蓄電手段とを接続する配線を配線層２８に集中させることができるため、発電装置２における配線層２８とは異なる領域での配線を単純化できることから、製造効率が向上すると共に、設計の自由度がさらに高められる。なお、配線層２８は、図５（Ｂ）に示すように、受圧室２１、吸収室２２及び流路部２３の上方及び下方の両方に設けられていてもよいが、一方側に設ける構成としてもよい。

なお、発電装置２では、流路部２３の配置については特に限定されない。ただし、発電装置２のように、受圧室２１が円形状ではない場合には、受圧室２１が受ける荷重が変化した場合の圧力変化をより均等に流路部２３に対して伝達することができる（すなわち、流体Ｗの流れが均等になる）ように流路部２３を配置することが好ましい。発電装置２の場合には、流路部２３は、受圧室２１の中央からの距離が等しくなるように設けられていることで、受圧室２１の変形による流体Ｗの移動が均等となるようにされている。

上記の発電装置２においても、受圧部２５として機能する筐体２０が受ける荷重の大きさが変化すると、受圧室２１の容積が変化する。それに伴い、受圧室２１内の流体Ｗの圧力が変化するため、受圧室２１と吸収室２２との間の圧力差を小さくするように流体Ｗが流路部２３内を移動する。この流体Ｗの移動に伴って磁石２９が移動することで、流路部２３の周囲に巻回されたコイルに誘導電流が流れ、蓄電手段がこれを蓄電する。この結果、発電装置２は、受圧部２５が受ける荷重の変動に応じて発電を行う発電装置として機能する。

このように、第２実施形態に係る発電装置２においても、発電装置１と同様に、構造物において求められる所望の剛性を有する装置を製造する際の設計の自由度が高められている。また、発電装置２の場合には、平面状に受圧室２１を複数配置することができると共に、複数の受圧室２１間に流路部２３を多数設けることが可能となるため、発電量を大きくすることができる。

また、第２実施形態に係る発電装置２においては、発電装置１のように受圧部１５を設けるのではなく、内部の受圧室２１、吸収室２２及び流路部２３の厚さを調整することで、筐体２０の一部領域が受圧部２５として機能する構成を実現している。このように、受圧部を設けない構成とした場合でも、内部の各部の構成を変更することで、筐体２０が受ける荷重の変化により受圧室２１のみを変形させることが可能となる。

さらに、発電装置２の場合には、筐体２０は、受圧室２１、吸収室２２及び流路部２３とは独立していて、平板状の筐体２０が受けた荷重が受圧室２１に対してのみに伝達される構造であり、吸収室２２及び流路部２３は筐体２０とは離間した構造であるため、特定の領域においてのみ荷重を受けた場合でも、その荷重を分散して複数の受圧室２１に伝達できる。そして、発電装置２が受ける荷重にばらつきがある場合にも、それらを緩衝して受圧室２１に伝達することができる。その結果、より多く受圧室２１に接続された流路部２３において発電ができることになり、発電効率が向上する。

図６では発電装置２の変形例に係る発電装置２Ａを示している。発電装置２Ａでは、受圧室２１及び吸収室２２の厚さ（主面同士を結ぶ方向の幅）が流路部２３の厚さよりも小さくなっている。したがって、磁石２９の移動を規制するための凸部２７等を設けなくても、流路部２３から受圧室２１又は吸収室２２へ磁石２９が移動することを防ぐことができる。

一方、発電装置２Ａのように、流路部２３の厚さを大きくすると、受圧室２１と筐体２０とが離間した状態となってしまい、受圧室２１への荷重の伝達ができなくなる。そこで、発電装置２Ａでは、筐体２０と受圧室２１との間を物理的に接続するための伝達板２６が設けられる。これにより、受圧室２１及び伝達板２６の合計の厚さ（主面同士を結ぶ方向の幅）が、吸収室２２及び流路部２３よりも大きくなり、発電装置２と同様に筐体２０が受けた荷重を受圧室２１に対して好適に伝達することができる。

なお、発電装置２における受圧室２１、吸収室２２、及び、流路部２３の形状及び配置は適宜変更することができる。第２実施形態では、吸収室２２の基本的な構造を六角形の網目状とし、網目の内部に六角形状の受圧室２１を配置する構成について説明した。この構造は、平面視において受圧室２１の面積を大きく確保すると共に吸収室２２を受圧室２１に対して均等となるように配置することで、流路部２３を多数且つ均等に配置することを目指した場合の配置例である。ただし、上記実施形態の配置には限定されず、適宜変更することができる。

また、発電装置２では、複数の受圧室２１が１つの吸収室２２に対して流路部２３を介して接続されている構成が示されているが、受圧室２１と同様に吸収室２２についても複数設けられていてもよい。なお、この場合、１つの受圧室２１に対して接続する流路部２３の数によらず、１つの受圧室２１と接続される吸収室２２は、１つであることが好ましい。１つの受圧室２１が互いに異なる複数の吸収室２２と接続されていると、吸収室２２同士の圧力差等の影響を受けて流体Ｗが偏った移動をすることが考えられて、発電効率が低下する可能性が考えられる。

（第３実施形態）
次に、図７を参照しながら、本発明の第３実施形態に係る発電装置について説明する。図７は、本発明の第３実施形態に係る発電装置の概略構成図であり、図２に対応する図である。

第３実施形態に係る発電装置３は、第１実施形態に掛かる発電装置１と比較して以下の点が相違する。すなわち、発電装置３では、流路部１３内に磁石１９が配置されることに代えて、受圧室３１、吸収室３２及び流路部３３内に磁性流体が充填されている。

発電装置３の構成は、筐体３０と、筐体３０内に形成された空間である受圧室３１、吸収室３２、及び、受圧室３１と吸収室３２とを連結する流路部３３と、筐体３０の主面に設けられた受圧部３５と、流路部３３の周囲に巻回されたコイル３７とを有している。この構成は発電装置１と同様である。ただし、磁石１９の代わりに、磁性流体Ｘが充填されている。磁性流体Ｘは、界面活性剤によって表面が覆われた磁性体がベース液中に分散している液体である。発電装置３に適用可能な磁性流体は特に限定されない。

発電装置３においても、発電装置１と同様に、受圧部３５が受ける荷重の大きさが変化すると、受圧室３１の容積が変化する。それに伴い、受圧室３１内の磁性流体Ｘの圧力が変化するため、受圧室３１と吸収室３２との間の圧力差を小さくするように磁性流体Ｘが流路部３３内を移動する。発電装置３では、磁性流体Ｘの移動に伴って流路部３３の周囲に巻回されたコイル３７に誘導電流が流れ、蓄電手段がこれを蓄電する。この結果、発電装置３は、受圧部３５が受ける荷重の変動に応じて発電を行う発電装置として機能する。

このように、磁石を用いる構成に代えて磁性流体Ｘを用いる場合であっても、従来の発電装置と比較して、動的荷重を高効率で電気エネルギーに変換することができると共に、より設計の自由度が高められている。なお、当然ながら、第３実施形態で説明した磁性流体Ｘを、第１実施形態の発電装置１及び第２実施形態の発電装置２の流体Ｗ及び磁石に代えて適用してもよい。

以上、本発明の実施形態について説明してきたが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。

例えば、発電装置の構造及び形状等は、上記実施形態で説明したものに限定されない。上記実施形態でも説明したが、発電装置は、流路部の両端に設けられる受圧室及び吸収室を有すると共に、外方からの荷重によって受圧室が変形することによる内圧の変化によって、受圧室、吸収室及び流路部内に充填された流体が移動する構成を有し、流体の移動による磁石の移動もしくは磁性流体の移動によって生じる電磁誘導によって流れる電流を回収可能な構成であれば、適宜変更することができる。また、受圧室、吸収室及び流路部の大きさ及び形状等についても適宜変更することができる。

また、上記実施形態では、受圧室、流路部及び吸収室が平面視において互いに重ならない位置に設けられる場合について説明したが、流路部及び吸収室は平面視において互いに重なる位置に設けられていてもよい。ただし、発電装置において外方からの荷重の変化によって変形することが必要である受圧室は、平面視において流路部及び吸収室とは互いに重ならない配置であることが好ましい。

また、上記実施形態では、発電装置の筐体の主面に対して直交する方向の荷重を受けて受圧室が変形する場合について説明したが、筐体、受圧室、流路部及び吸収室等の構造及び配置を変更した場合には、筐体の主面に対して直交する方向とは異なる方向の荷重を受けて受圧室が変形する構成とすることができる。このように、受圧室の変形に寄与する荷重の方向についても適宜変更することができる。

また、上記実施形態では、流路部内での磁石の配置について特に限定していなかったが、発電装置が受ける動的荷重の傾向等に応じて、流路部内での磁石の配置（特に、動的荷重を受けていない状態での初期配置）を決めることが好ましい。発電装置は、受ける荷重の変化に応じて磁石が流路部内を移動することで、発電が行われる。したがって、荷重の変化に応じた磁石の移動が大きくなるように磁石を配置することで、発電量を増大させることができる。どのような動的荷重を受けるかは、発電装置の取り付け位置等によって変化するため、発電装置の使用環境に応じて磁石の配置を決めることが好ましい。

１，２，２Ａ，３…発電装置、１０，２０，３０…筐体、１１，２１，３１…受圧室、１２，２２，３２…吸収室、１３，２３，３３…流路部、１５，２５，３５…受圧部、１７，３７…コイル、１９，２９…磁石、Ｘ…磁性流体、Ｗ…流体。

Claims (5)

1. 構造物に対して取り付けられて、前記構造物において発生する振動を利用して発電する発電装置であって、
   平板状の筐体と、
   前記筐体の内部に設けられる流路部と、
   前記筐体の内部に設けられ、前記流路部の一方の端部に前記流路部から連続して設けられる受圧室と、
   前記筐体の内部に設けられ、前記受圧室が設けられる側の前記流路部の端部とは逆側の端部に前記流路部から連続して設けられる吸収室と、
   前記流路部の周囲を巻回するコイルと、
   前記流路部内を前記流路部に沿った摺動が可能な磁石と、
   を有し、
   前記流路部、前記受圧室、及び、前記吸収室の内部には流体が充填されていて、
   前記受圧室は、前記筐体に対する外方からの荷重により容積が変化する発電装置。
2. 構造物に対して取り付けられて、前記構造物において発生する振動を利用して発電する発電装置であって、
   平板状の筐体と、
   前記筐体の内部に設けられる流路部と、
   前記筐体の内部に設けられ、前記流路部の一方の端部に前記流路部から連続して設けられる受圧室と、
   前記筐体の内部に設けられ、前記流路部の前記受圧室が設けられる側の端部とは逆側の端部に前記流路部から連続して設けられる吸収室と、
   前記流路部の周囲を巻回するコイルと、
   を有し、
   前記流路部、前記受圧室、及び、前記吸収室の内部には磁性流体が充填されていて、
   前記受圧室は、前記筐体に対する外方からの荷重により容積が変化する発電装置。
3. 前記流路部、前記受圧室、及び、前記吸収室は、平面視において互いに重ならない位置に設けられ、
   前記筐体は、平面視において前記受圧室と重なる位置に受圧部を有し、
   前記受圧部に対する外方からの荷重により、前記受圧室の容積が変化する請求項１又は２に記載の発電装置。
4. 前記流路部、前記受圧室、及び、前記吸収室は、平面視において互いに重ならない位置に設けられ、
   前記受圧室は、平面視において互いに重ならない位置に複数設けられ、
   隣接する前記受圧室の間に前記吸収室が設けられ、
   前記流路部は、複数の前記受圧室のそれぞれと前記吸収室との間に設けられる請求項１〜３のいずれか一項に記載の発電装置。
5. 前記流路部、前記受圧室、及び、前記吸収室と、前記筐体と、の間に設けられ、導体により前記コイルからの配線が形成された配線層をさらに有し、
   前記配線層は、外方からの荷重に対して変形可能な弾性を有している請求項４に記載の発電装置。

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