JPWO2014038157A1 - 振動発電装置の設置方法 - Google Patents

Abstract

本発明の振動発電装置１の設置方法は、外周に磁石１１を保持する円筒状のインナーヨーク１０と、インナーヨーク１０の外周に所定のギャップを持って配置される円筒状のアウターヨーク２０とを備え、アウターヨーク２０に対してインナーヨーク１０が往復動作を行う振動発電装置１の設置方法であって、振動源２と固定部３との間に、振動源２の振動を減衰する減衰手段４を有し、振動発電装置１が、インナーヨーク１０に固定される第１の構造物取付部１２と、アウターヨーク２０に固定される第２の構造物取付部２３とを有し、第１の構造物取付部１２及び第２の構造物取付部２３によって、振動発電装置１を減衰手段４に並列又は直列に設置する。従って、耐久性にも優れ、わずかな振動でも発電が可能である。

Description

本発明は、機械装置、車輌、原動機、橋梁、電柱、排気ダクト、アンテナ、信号機、又は梁などの構造物に固定することで構造物の振動から発電を行う振動発電装置の設置方法に関する。

屋外における発電装置としては、太陽光発電や風力発電が利用されているが、人が歩行する際に生じる圧力のエネルギー又は車や電車が走行する際に生じる振動エネルギーを利用して発電するものが提案されている。
例えば特許文献１では、板状の圧電セラミックスの両主面に電極が形成された圧電素子と、圧電素子を一方主面側から押圧する押圧部材と、圧電素子を他方主面側で支持する支持部材とを備えた発電部材を提案する。支持部材は圧電素子の周辺部を支持する。押圧部材は圧電素子を支持部材の内側で平面状の押圧面により押圧する。従って、人が歩行する際に生じる圧力のエネルギーや車等が走行する際に生じる振動エネルギーによって、圧電セラミックスが十分に撓み、大きなひずみを得ることができるとともに、発生する電荷の相殺を少なくすることができるので、高い電力を効率よく得ることができる。
また特許文献２では、高速陸橋に固定される発電街路灯を提案する。発電街路灯は、表示部を支持する中空筒状の街路灯本体と、この街路灯本体の内部に配置された発電ユニットを備える。発電ユニットは、高速陸橋の振動によって表示部の電力を発電する圧電素子を有する。例えば、発電ユニットは、街路灯本体の内壁に対して直交する向きで固定された可撓性を有する振動板を備え、この振動板の側面に圧電素子を固定している。

特開２０１０−１５３７７７号公報 特開２０１０−１５７０５号公報

特許文献１、２は、いずれも圧電素子を利用するものであるが、耐久性の点で課題を有している。

そこで、本発明は、耐久性にも優れ、わずかな振動でも発電が可能であり、インナーヨークとアウターヨークが往復動作を行う、振動発電装置の設置方法を提供することを目的とする。

請求項１記載の本発明の振動発電装置の設置方法は、外周に磁石を保持する円筒状のインナーヨークと、前記インナーヨークの外周に所定のギャップを持って配置される円筒状のアウターヨークとを備え、前記アウターヨークに対して前記インナーヨークが往復動作を行う振動発電装置の設置方法であって、振動源と固定部との間に、前記振動源の振動を減衰する減衰手段を有し、前記振動発電装置が、前記インナーヨークに固定される第１の構造物取付部と、前記アウターヨークに固定される第２の構造物取付部とを有し、前記第１の構造物取付部及び前記第２の構造物取付部によって、前記振動発電装置を前記減衰手段に並列又は直列に設置することを特徴とする。
請求項２記載の本発明は、請求項１に記載の振動発電装置の設置方法において、前記振動発電装置を、前記減衰手段と並列に設置し、前記第１の構造物取付部又は前記第２の構造物取付部のどちらか一方を、前記減衰手段と前記振動源との間に存在する振動源側構造物又は前記振動源に固定し、前記第１の構造物取付部又は前記第２の構造物取付部の残りの一方を、前記減衰手段と前記固定部との間に存在する固定部側構造物又は前記固定部に固定することを特徴とする。
請求項３記載の本発明は、請求項１に記載の振動発電装置の設置方法において、前記振動発電装置を、前記振動源と前記減衰手段との間に直列に設置し、前記第１の構造物取付部又は前記第２の構造物取付部のどちらか一方を、前記振動発電装置と前記振動源との間に存在する振動源側構造物又は前記振動源に固定し、前記第１の構造物取付部又は前記第２の構造物取付部の残りの一方を、前記振動発電装置と前記減衰手段との間に存在する減衰手段側構造物又は前記減衰手段に固定することを特徴とする。
請求項４記載の本発明は、請求項１から請求項３のいずれかに記載の振動発電装置の設置方法において、前記減衰手段が、防振ゴム、ダンパー、又は機械バネであることを特徴とする。
請求項５記載の本発明は、請求項１から請求項３のいずれかに記載の振動発電装置の設置方法において、前記振動源が、前記固定部に固定される固定端から自由端までが所定長さを有することで前記自由端に揺れを生じる、電柱、排気ダクト、アンテナ、信号機、又は梁などの柱状構造物の自由端であり、前記減衰手段が、前記柱状構造物の自由端と前記固定部とをつなぐワイヤーであることを特徴とする。
請求項６記載の本発明は、請求項１に記載の振動発電装置の設置方法において、前記振動発電装置を、前記減衰手段に代えて前記振動源と前記固定部との間に設置したことを特徴とする。
請求項７記載の本発明は、請求項１から請求項６のいずれかに記載の振動発電装置の設置方法において、前記第１の構造物取付部を、前記インナーヨークの中心に固定されたシャフトで構成し、前記シャフトは、一対のリニアボールベアリングによって前記第２の構造物取付部に対して往復動作を行うことを特徴とする。

本発明によれば、インナーヨークとアウターヨークが往復動作を行う振動発電装置を用いて、高効率な発電を行うことができる。

本発明の一実施例による振動発電装置の側断面概略図 本発明の一実施例による振動発電装置の設置方法を示す概念図 同実施例において、減衰手段として防振ゴムを用いた場合の振動発電装置の設置方法を示す概念図 本発明の他の実施例による振動発電装置の設置方法を示す概念図 同実施例において、減衰手段としてダンパーを用いた場合の振動発電装置の設置方法を示す概念図 本発明の更に他の実施例による振動発電装置の設置方法を示す概念図 本発明の更に他の実施例による振動発電装置の設置方法を示す概念図 本発明の更に他の実施例による振動発電装置の設置方法を示す概念図

１ 振動発電装置
２ 振動源
３ 固定部
４ 減衰手段
５ 振動源側構造物
５ａ 振動源側構造物
５ｂ 減衰手段側構造物
６ 固定部側構造物
７ 柱状構造物（電柱）
７ａ 自由端
７ｂ 固定端
８ 柱状構造物（梁）
８ａ 自由端
８ｂ 固定端
１０ インナーヨーク
１１ 磁石
１２ 第１の構造物取付部（シャフト）
２０ アウターヨーク
２１ 巻線
２２ ケーシング
２３ 第２の構造物取付部
３１ リニアボールベアリング
３２ リニアボールベアリング

本発明の第１の実施の形態による振動発電装置の設置方法は、振動源と固定部との間に、振動源の振動を減衰する減衰手段を有し、振動発電装置が、インナーヨークに固定される第１の構造物取付部と、アウターヨークに固定される第２の構造物取付部とを有し、第１の構造物取付部及び第２の構造物取付部によって、振動発電装置を減衰手段に並列又は直列に設置するものである。本実施の形態によれば、振動発電装置を減衰手段に並列又は直列に設置することで、インナーヨークとアウターヨークが往復動作を行う振動発電装置を用いて、高効率な発電を行うことができる。

本発明の第２の実施の形態は、第１の実施の形態による振動発電装置の設置方法において、振動発電装置を、減衰手段と並列に設置し、第１の構造物取付部又は第２の構造物取付部のどちらか一方を、減衰手段と振動源との間に存在する振動源側構造物又は振動源に固定し、第１の構造物取付部又は第２の構造物取付部の残りの一方を、減衰手段と固定部との間に存在する固定部側構造物又は固定部に固定するものである。本実施の形態によれば、振動発電装置に過度の振動が加わることなく、発電を行うことができる。

本発明の第３の実施の形態は、第１の実施の形態による振動発電装置の設置方法において、振動発電装置を、振動源と減衰手段との間に直列に設置し、第１の構造物取付部又は第２の構造物取付部のどちらか一方を、振動発電装置と振動源との間に存在する振動源側構造物又は振動源に固定し、第１の構造物取付部又は第２の構造物取付部の残りの一方を、振動発電装置と減衰手段との間に存在する減衰手段側構造物又は減衰手段に固定するものである。本実施の形態によれば、並列に接続する場合と比較して、多くの発電量を得ることができる。

本発明の第４の実施の形態は、第１から第３の実施の形態による振動発電装置の設置方法において、減衰手段が、防振ゴム、ダンパー、又は機械バネである。本実施の形態によれば、防振ゴム、ダンパー、又は機械バネを用いる減衰手段を設けた箇所に、振動発電装置を設置することができる。

本発明の第５の実施の形態は、第１から第３の実施の形態による振動発電装置の設置方法において、振動源が、固定部に固定される固定端から自由端までが所定長さを有することで自由端に揺れを生じる、電柱、排気ダクト、アンテナ、信号機又は梁などの柱状構造物の自由端であり、減衰手段が、柱状構造物の自由端と固定部とをつなぐワイヤーである。本実施の形態によれば、車輌からの振動や風力による揺れを発電に利用することができる。

本発明の第６の実施の形態は、第１の実施の形態による振動発電装置の設置方法において、振動発電装置を、減衰手段に代えて振動源と固定部との間に設置したものである。本実施の形態のように、減衰手段に代えて振動発電装置を設置してもよい。

本発明の第７の実施の形態は、第１から第６の実施の形態による振動発電装置の設置方法において、第１の構造物取付部を、インナーヨークの中心に固定されたシャフトで構成し、シャフトは、一対のリニアボールベアリングによって第２の構造物取付部に対して往復動作を行うものである。本実施の形態によれば、インナーヨークとアウターヨークとのギャップを極めて小さくでき、高効率な発電を実現することができる。

以下本発明の一実施例について図面とともに詳細に説明する。
図１は本実施例による振動発電装置の側断面概略図である。
本実施例による振動発電装置１は、外周に磁石１１を保持する円筒状のインナーヨーク１０を備えている。また、振動発電装置１は、インナーヨーク１０の外周に所定のギャップを持って配置される円筒状のアウターヨーク２０を備えている。
インナーヨーク１０は、筒状の外周に凹部を形成して、この凹部に磁石１１を保持している。インナーヨーク１０の中心には、シャフト１２が固定されている。シャフト１２は第１の構造物取付部１２を構成している。
アウターヨーク２０は、内周側凹部に巻線２１を備えている。アウターヨーク２０はケーシング２２に固定され、このケーシング２２には、第２の構造物取付部２３が固定されている。
第１の構造物取付部１２は、一対のリニアボールベアリング３１、３２によって、ケーシング２２に対して、すなわち第２の構造物取付部２３に対して往復動作を行う。

インナーヨーク１０の両端面、又はシャフト１２には、オーバーストローク用弾性材３３、３４が設けられている。
インナーヨーク１０及びアウターヨーク２０はケーシング２２で覆われている。ケーシング２２の一端には、第１の構造物取付部１２が突出し、ケーシング２２の他端には第２の構造物取付部２３が設けられている。このように、振動発電装置１は、インナーヨーク１０に固定される第１の構造物取付部１２と、アウターヨーク２０に固定される第２の構造物取付部２３とを有している。

上記構成によって、インナーヨーク１０はアウターヨーク２０に対して往復動作を行う。
アウターヨーク２０はケーシング２２に固定され、インナーヨーク１０に固定されている第１の構造物取付部１２は、ケーシング２２と一対のリニアボールベアリング３１、３２によって保持される。従って、インナーヨーク１０とアウターヨーク２０とのギャップは、極めて小さくすることができ、高効率な発電を実現することができる。
また、インナーヨーク１０とアウターヨーク２０との間に、大きな変位が加わった場合には、オーバーストローク用弾性材３３、３４によってインナーヨーク１０の移動が規制される。

図２及び図３は、本発明の一実施例による振動発電装置の設置方法を示す概念図である。
振動源２と固定部３との間に、振動源２の振動を減衰する減衰手段４を有している。本実施例は、振動発電装置１を、減衰手段４と並列に設置している。図３では、減衰手段４として防振ゴムを示している。
ここで、振動源２は、例えば、機械装置、車輌、原動機、又は橋梁であり、振動の発生源となる構造物である。固定部３は、例えば、地面や位相発生端となる構造物である。減衰手段４は、例えば、防振ゴム、ダンパー、又は機械バネである。
減衰手段４と振動源２との間には、振動源側構造物５が存在する場合がある。また、減衰手段４と固定部３との間には、固定部側構造物６が存在する場合がある。

本実施例では、第１の構造物取付部１２又は第２の構造物取付部２３のどちらか一方を、減衰手段４と振動源２との間に存在する振動源側構造物５又は振動源２に固定する。また、第１の構造物取付部１２又は第２の構造物取付部２３の残りの一方を、減衰手段４と固定部３との間に存在する固定部側構造物６又は固定部３に固定する。
すなわち、図２において、第１の構造物取付部１２を、減衰手段４と振動源２との間に存在する振動源側構造物５に固定した場合には、第２の構造物取付部２３を、減衰手段４と固定部３との間に存在する固定部側構造物６に固定する。
また、図２において、第２の構造物取付部２３を、減衰手段４と振動源２との間に存在する振動源側構造物５に固定した場合には、第１の構造物取付部１２を、減衰手段４と固定部３との間に存在する固定部側構造物６に固定する。
また、図３において、第１の構造物取付部１２を、振動源２に固定した場合には、第２の構造物取付部２３を、固定部３に固定する。
また、図３において、第２の構造物取付部２３を、振動源２に固定した場合には、第１の構造物取付部１２を、固定部３に固定する。
本実施例によれば、振動発電装置１に振動源２から過度の振動が加わることなく、発電を行うことができる。

本実施例における振動発電装置１は、第１の構造物取付部１２に加わる質量が、第２の構造物取付部２３に加わる質量よりも小さい。そのため、第２の構造物取付部２３を振動源側構造物５又は振動源２に固定する場合が、第１の構造物取付部１２を振動源側構造物５又は振動源２に固定する場合に比較して、多くの発電量を得ることができる。
なお、第１の構造物取付部１２を、振動源側構造物５又は振動源２に固定する場合には、所定の質量の可動マスを第１の構造物取付部１２に付加することで発電量を増加することができる。

図４及び図５は、本発明の他の実施例による振動発電装置の設置方法を示す概念図である。なお、上記実施例と同一構成には同一符号を付して説明を一部省略する。
振動源２と固定部３との間に、振動源２の振動を減衰する減衰手段４を有している。本実施例は、振動発電装置１を、減衰手段４と直列に設置している。図５では、減衰手段４としてダンパーを示している。
振動発電装置１と振動源２との間には振動源側構造物５ａが存在する場合がある。また、振動発電装置１と減衰手段４との間には減衰手段側構造物５ｂが存在する場合がある。

本実施例では、第１の構造物取付部１２又は第２の構造物取付部２３のどちらか一方を、振動発電装置１と振動源２との間に存在する振動源側構造物５ａ又は振動源２に固定する。また、第１の構造物取付部１２又は第２の構造物取付部２３の残りの一方を、振動発電装置１と減衰手段４との間に存在する減衰手段側構造物５ｂ又は減衰手段４に固定する。
すなわち、図４において、第１の構造物取付部１２を、振動発電装置１と振動源２との間に存在する振動源側構造物５ａに固定し、第２の構造物取付部２３を、振動発電装置１と減衰手段４との間に存在する減衰手段側構造物５ｂに固定する。
また、図４において、第２の構造物取付部２３を、振動発電装置１と振動源２との間に存在する振動源側構造物５ａに固定し、第１の構造物取付部１２を、振動発電装置１と減衰手段４との間に存在する減衰手段側構造物５ｂに固定する。
また、図５において、第１の構造物取付部１２を、振動源２に固定し、第２の構造物取付部２３を、減衰手段４に固定する。
また、図５において、第２の構造物取付部２３を、振動源２に固定し、第１の構造物取付部１２を、減衰手段４に固定する。

本実施例における振動発電装置１は、第１の構造物取付部１２に加わる質量が、第２の構造物取付部２３に加わる質量よりも小さい。そのため、第２の構造物取付部２３を振動源側構造物５ａ又は振動源２に固定する場合が、第１の構造物取付部１２を振動源側構造物５ａ又は振動源２に固定する場合に比較して、多くの発電量を得ることができる。
なお、第１の構造物取付部１２を、振動源側構造物５ａ又は振動源２に固定する場合には、所定の質量の可動マスを第１の構造物取付部１２に付加することで発電量を増加することができる。
本実施例によれば、並列に接続する場合と比較して、多くの発電量を得ることができる。

図６は、本発明の更に他の実施例による振動発電装置の設置方法を示す概念図である。なお、上記実施例と同一構成には同一符号を付して説明を一部省略する。
本実施例は、振動発電装置１を、減衰手段４に代えて振動源２と固定部３との間に設置している。なお、減衰手段４と振動発電装置１との間には、振動源側構造物５が存在する場合がある。また、振動発電装置１と固定部３との間には、固定部側構造物６が存在する場合がある。
本実施例における振動発電装置１は、第１の構造物取付部１２に加わる質量が、第２の構造物取付部２３に加わる質量よりも小さいため、第２の構造物取付部２３を振動源側構造物５又は振動源２に固定する場合が、第１の構造物取付部１２を振動源側構造物５又は振動源２に固定する場合に比較して、多くの発電量を得ることができる。
なお、第１の構造物取付部１２を、振動源側構造物５又は振動源２に固定する場合には、所定の質量の可動マスを第１の構造物取付部１２に付加することで発電量を増加することができる。
本実施例のように、減衰手段４に代えて振動発電装置１を設置してもよい。

図７及び図８は、本発明の更に他の実施例による振動発電装置の設置方法を示す概念図である。なお、上記実施例と同一構成には同一符号を付して説明を一部省略する。
図７では、振動源２を電柱７の自由端７ａとした場合を示している。図８では、振動源２を標識を支える梁８の自由端８ａとした場合を示している。

本実施例では、振動源２は柱状構造物７、８の自由端７ａ、８ａである。柱状構造物７、８とは、例えば、電柱、排気ダクト、アンテナ、信号機、梁である。柱状構造物７、８はまた、固定部３に固定される固定端７ｂ、８ｂから自由端７ａ、８ａまでが所定長さを有することで自由端７ａ、８ａに揺れを生じる構造物である。
また本実施例では、減衰手段４は、柱状構造物７、８の自由端７ａ、８ａ側と固定部３とをつなぐワイヤー（支線）である。支線（ワイヤー）は、一般には制振手段又は除振手段として設置される。しかし、支線（ワイヤー）は、制振又は除振の結果として減衰機能を有することから、本発明においては減衰手段４とする。

振動発電装置１は、減衰手段（ワイヤー）４に並列又は直列に設置する。
柱状構造物７、８の自由端７ａ、８ａ側と固定部３とをつなぐ減衰手段（ワイヤー）４に、振動発電装置１を並列又は直列に設置することで、車輌からの振動や風力による揺れなどを発電に利用することができる。
本実施例における振動発電装置１は、第１の構造物取付部１２に加わる質量が、第２の構造物取付部２３に加わる質量よりも小さい。そのため、第２の構造物取付部２３を柱状構造物７、８の自由端７ａ、８ａ側に固定する場合が、第１の構造物取付部１２を柱状構造物７、８の自由端７ａ、８ａ側に固定する場合に比較して、多くの発電量を得ることができる。
なお、第１の構造物取付部１２を、柱状構造物７、８の自由端７ａ、８ａ側に固定する場合には、所定の質量の可動マスを第１の構造物取付部１２に付加することで発電量を増加することができる。
また、図示のように、減衰手段（ワイヤー）４は、自由端７ａ、８ａから所定の距離離れている。この場合よりも、柱状構造物７、８の自由端７ａ、８ａに設けることが好ましい。減衰手段（ワイヤー）４を自由端７ａ、８ａに設けることで、大きな加速度を得ることができ、発電量を大きくすることができる。

本発明の振動発電装置を、機械装置、車輌、原動機、橋梁、電柱、排気ダクト、アンテナ、信号機、又は梁などの構造物に取り付けて、振動や風力による揺れを利用して発電を行うことができる。

Claims (7)

1. 外周に磁石を保持する円筒状のインナーヨークと、前記インナーヨークの外周に所定のギャップを持って配置される円筒状のアウターヨークとを備え、前記アウターヨークに対して前記インナーヨークが往復動作を行う振動発電装置の設置方法であって、
   振動源と固定部との間に、前記振動源の振動を減衰する減衰手段を有し、
   前記振動発電装置が、前記インナーヨークに固定される第１の構造物取付部と、前記アウターヨークに固定される第２の構造物取付部とを有し、
   前記第１の構造物取付部及び前記第２の構造物取付部によって、前記振動発電装置を前記減衰手段に並列又は直列に設置することを特徴とする振動発電装置の設置方法。
2. 前記振動発電装置を、前記減衰手段と並列に設置し、
   前記第１の構造物取付部又は前記第２の構造物取付部のどちらか一方を、前記減衰手段と前記振動源との間に存在する振動源側構造物又は前記振動源に固定し、前記第１の構造物取付部又は前記第２の構造物取付部の残りの一方を、前記減衰手段と前記固定部との間に存在する固定部側構造物又は前記固定部に固定することを特徴とする請求項１に記載の振動発電装置の設置方法。
3. 前記振動発電装置を、前記振動源と前記減衰手段との間に直列に設置し、
   前記第１の構造物取付部又は前記第２の構造物取付部のどちらか一方を、前記振動発電装置と前記振動源との間に存在する振動源側構造物又は前記振動源に固定し、前記第１の構造物取付部又は前記第２の構造物取付部の残りの一方を、前記振動発電装置と前記減衰手段との間に存在する減衰手段側構造物又は前記減衰手段に固定することを特徴とする請求項１に記載の振動発電装置の設置方法。
4. 前記減衰手段が、防振ゴム、ダンパー、又は機械バネであることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の振動発電装置の設置方法。
5. 前記振動源が、前記固定部に固定される固定端から自由端までが所定長さを有することで前記自由端に揺れを生じる、電柱、排気ダクト、アンテナ、信号機、又は梁などの柱状構造物の自由端であり、前記減衰手段が、前記柱状構造物の自由端と前記固定部とをつなぐワイヤーであることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の振動発電装置の設置方法。
6. 前記振動発電装置を、前記減衰手段に代えて前記振動源と前記固定部との間に設置したことを特徴とする請求項１に記載の振動発電装置の設置方法。
7. 前記第１の構造物取付部を、前記インナーヨークの中心に固定されたシャフトで構成し、
   前記シャフトは、一対のリニアボールベアリングによって前記第２の構造物取付部に対して往復動作を行うことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載の振動発電装置の設置方法。