WO2019012844A1 - ヒンジ装置及び電力システム - Google Patents

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WO2019012844A1
WO2019012844A1 PCT/JP2018/020989 JP2018020989W WO2019012844A1 WO 2019012844 A1 WO2019012844 A1 WO 2019012844A1 JP 2018020989 W JP2018020989 W JP 2018020989W WO 2019012844 A1 WO2019012844 A1 WO 2019012844A1
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power generation
power
input shaft
generation device
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秀明 安倍
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パナソニックＩｐマネジメント株式会社
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    • H02M7/06—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes without control electrode or semiconductor devices without control electrode

Definitions

  • the present invention relates to a hinge device provided with a power generation device and a power system including such a hinge device.
  • Patent Document 1 discloses that a power generation device is incorporated in a sliding door and a rotating door. Although the patent document 1 mentions incorporating an electric power generating apparatus in the hinge of a rotation door, it does not disclose about the specific method for implement
  • the present disclosure is a hinge device including a power generation device, and provides a hinge device that can efficiently extract energy from the user's living behavior to generate electric power.
  • the present disclosure also provides a power system including such a hinge device.
  • a hinge apparatus comprising: first and second hinge parts having a common reference axis; and a power generation device, The first and second hinge parts are relatively rotatable about the reference axis, and one of the first and second hinge parts supports the other.
  • the power generation apparatus includes an input shaft, and generates power in response to rotation of the input shaft,
  • a housing of the power generation device is fixed to the first hinge component such that an input shaft of the power generation device is located on the reference shaft;
  • the input shaft of the generator is of the reference axis such that the input shaft of the generator rotates by the same amount as the second hinge component when the second hinge component rotates around the reference shaft. It is constrained relative to the second hinge part in the direction of rotation about it.
  • a hinge device including a power generation device, which can efficiently extract energy from the user's living behavior to generate electric power.
  • FIG. 7 is a perspective view showing a second step of attaching the hinge device 10 of FIG. 1 to a door including the fixed object 21 and the movable object 22. It is a perspective view which shows the 3rd step of attaching the hinge apparatus 10 of FIG. 1 to the door containing the fixed object 21 and the movable object 22.
  • FIG. It is a circuit diagram showing composition of an electric power system concerning a 1st embodiment. It is a schematic diagram showing operation of a power system concerning a 1st embodiment. It is a perspective view which shows the 1st step of assembling 10 A of hinge apparatuses of the electric power system which concerns on the 1st modification of 1st Embodiment.
  • FIG. 19 is a perspective view showing a first step of attaching the hinge device 10B of FIG. 18 to a door including a fixed object 21B and a movable object 22B.
  • FIG. 19 is a perspective view showing a second step of attaching the hinge device 10B of FIG. 18 to a door including the fixed object 21B and the movable object 22B.
  • FIG. 19 is a perspective view showing a third step of attaching the hinge device 10B of FIG. 18 to a door including the fixed object 21B and the movable object 22B.
  • It is a perspective view which shows the structure of the electric power generating apparatus 3 and hinge component 2B which concern on the 1st modification of 2nd Embodiment.
  • FIG. 13 is a schematic view illustrating the operation of four capacitors C1 to C4 in the power system according to the third embodiment. It is a schematic diagram explaining operation of one capacitor C1 in a power system concerning a 3rd embodiment. It is a graph which shows the effective energy versus capacity
  • FIG. 1 is a schematic view showing the configuration of the power system according to the first embodiment.
  • the power system of FIG. 1 is incorporated into, for example, a door including the fixed object 21 and the movable object 22.
  • the power system of FIG. 1 includes a hinge device 10, a rectifier circuit 11, a storage circuit 12, a control circuit 13, and a load device 14.
  • the hinge device 10 includes a hinge component 1, a hinge component 2, and a power generation device 3.
  • the hinge part 1 is fixed to the fixed object 21 by a plurality of screws 23.
  • the hinge part 2 is fixed to the movable object 22 by a plurality of screws 23.
  • the power generation device 3 includes a gear mechanism G1 and a generator M1.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view showing a configuration of a power generation device 3 including the gear mechanism G1 and the generator M1 of FIG.
  • the gear mechanism G1 includes a housing 30a, an input shaft 31, and a plurality of internal gears.
  • the generator M1 includes a housing 30b, an internal rotor and stator (not shown), and a gear 33 connected to the rotor.
  • the housings 30a and 30b will be collectively referred to as "housing 30".
  • the gear mechanism G1 transmits the rotation of the input shaft 31 to the gear 33 of the generator M1 at a predetermined speed increase ratio.
  • the generator M1 generates power in response to the rotation transmitted by the gear mechanism G1.
  • the power generation device 3 generates power (voltage and current) in accordance with the rotation of the input shaft 31.
  • the gear mechanism G1 may include, for example, a multistage planetary gear mechanism. As a result, a gear mechanism having a large speed increase ratio can be compactly incorporated in alignment with the input shaft 31 of the generator M1.
  • the gear mechanism G1 may have, for example, a cylindrical case 30a.
  • the cylindrical housing 30 is suitable for incorporating the gear mechanism G1 into the hinge device.
  • the input shaft 31 has a notch 32 in its side to restrain the input shaft 31 relative to the hinge part 2, as will be described with reference to FIGS.
  • the generator M1 may be a direct current generator or an alternating current generator.
  • the gear mechanism G1 having a predetermined speed increase ratio and the generator M1
  • a motor and a gear mechanism having a predetermined speed reduction ratio may be used instead of the gear mechanism G1 having a predetermined speed increase ratio and the generator M1
  • the gear mechanism transmits the rotation of the output shaft to the motor at a speed increasing ratio that is the reciprocal of the speed reducing ratio.
  • the motor then generates power in response to the rotation transmitted by the gear mechanism.
  • 3 to 6 are perspective views showing first to fourth steps of assembling the hinge device 10 of FIG.
  • the hinge part 1 has a cylindrical part and a plate-like part connected to each other.
  • the cylindrical portion of the hinge part 1 has a convex part 1 a fitted with the hinge part 2 and a concave part 1 b (hollow part) accommodating the power generation device 3.
  • the cylindrical part of the hinge part 1 is further formed such that the input shaft 31 of the power generation device 3 protrudes from the hinge part 1 toward the hinge part 2 at the position where the hinge part 1 and the hinge part 2 are fitted to each other. It has a hole 1c.
  • the plate-like portion of the hinge part 1 has a plurality of screw holes 1 d for fixing the hinge part 1 to the fixed object 21 with a plurality of screws 23.
  • the hinge part 2 also has a cylindrical part and a plate part connected to each other.
  • the cylindrical portion of the hinge part 2 has a recess 2a (hollow part) in which the projection 1a of the hinge part 1 is fitted (inserted), and a screw hole 2b which penetrates the hinge part 2 from the outside of the hinge part 2 to the recess 2a.
  • the plate-like portion of the hinge part 2 has a plurality of screw holes 2 c for fixing the hinge part 2 to the movable object 22 with a plurality of screws 23.
  • hinge part 1 and hinge part 2 are relatively rotatable around a common reference axis (indicated by line AA ′ in FIG. 3), and hinge part 1 And one another such that one of the hinge parts 2 supports the other. Since the convex portion 1a of the hinge part 1 has a cylindrical outer periphery and the recess 2a of the hinge part 2 has a cylindrical inner periphery, the hinge part 1 and the hinge part 2 can be fitted so that they can rotate relative to each other Do. Further, in the example of FIG. 4, the hinge part 2 is disposed above the hinge part 1, and the hinge part 1 supports the hinge part 2.
  • the cylindrical part of the hinge part 1 has two parts with different outer diameters.
  • the weight of the hinge part 2 is applied to the hinge part 1 at the position where the lower end of the cylindrical part of the hinge part 2 contacts the cylinder of the hinge part 1. Further, as shown in FIG. 4, the power generation device 3 is inserted into the recess 1 b of the hinge part 1.
  • the housing 30 of the power generation device 3 is fixed to the hinge component 1 with an adhesive or a screw (not shown) or the like so that the input shaft 31 of the power generation device 3 is positioned above the reference shaft.
  • the hinge component 1 and the hinge component 2 have shapes other than a cylinder, for example, a triangular prism, four, except at positions where they are rotatably fitted to each other (that is, the convex portion 1a of the hinge component 1 and the concave portion 2a of the hinge component 2). It may have an outer shape of a prism, another polygon, or another polyhedron.
  • the input shaft 31 of the power generation device 3 protruding through the through hole 1 c is accommodated.
  • the input shaft 31 of the generator 3 hinges with respect to the direction of rotation around the reference axis such that when the hinge part 2 rotates around the reference axis the input shaft 31 of the generator 3 rotates by the same amount as the hinge part 2 It is restrained with respect to the part 2.
  • the input shaft 31 of the power generation device 3 has a notch 32 in the side surface of the input shaft 31. Therefore, as shown in FIG. 5 and FIG.
  • the hinge part 2 is penetrated from the outside to the recess 2a of the hinge part 2 to contact the notch 32 in the recess 2a.
  • An extending screw 41 is inserted. By means of this screw 41, the input shaft 31 of the generator 3 is constrained relative to the hinge part 2 in the direction of rotation about the reference axis.
  • the power generation device 3 is incorporated in the hinge device 10 by having the configuration of FIGS. 3 to 6.
  • the input shaft 31 of the power generation device 3 protrudes from the through hole 1 c, and the input shaft 31 of the power generation device 3 is restrained with respect to the hinge component 2 by the screw 41. Therefore, the rotation of the hinge component 2 can be transmitted to the power generation device 3 accommodated in the recess 1 b of the hinge component 1.
  • a configuration in which the power generation device 3 is incorporated in the hinge device 10 is realized. Since the power generation device 3 is incorporated in the hinge device 10, the hinge device 10 having a good appearance can be provided.
  • the hinge part 1 supports the hinge part 2
  • the weight of the hinge part 2 and the movable object 22 does not apply to the generator 3.
  • the screw 41 does not have to restrain the input shaft 31 of the generator 3 with respect to the hinge part 2 in the longitudinal direction of the reference axis, but at least restricts it with respect to the hinge part 2 in the rotational direction around the reference axis . Therefore, when the input shaft 31 of the power generation device 3 protrudes from the through hole 1 c and the input shaft 31 of the power generation device 3 is restrained by the screw 41 against the hinge part 2, the weight of the hinge part 2 and the movable object 22 is the power generation device 3 A configuration that does not require is realized. Since the weight of the hinge part 2 and the movable object 22 does not apply to the generator 3, the generator 3 can be operated with high reliability without applying an extra mechanical load to the generator 3.
  • the hinge part 1 and the hinge part 2 are fitted to each other so as to be detachable from each other by having the configuration of FIG. 3 to FIG.
  • the hinge component 1 and the hinge component 2 can be detached from each other A configuration is realized. Therefore, the door including the fixed object 21 and the movable object 22 can be easily installed by using the hinge device 10.
  • the hinge part 1 to which the housing 30 of the power generation device 3 is fixed is also referred to as “first hinge part”, and the hinge part 2 to which the input shaft 31 of the power generation device 3 is restrained is “second hinge part It is also called.
  • the "recess” includes a penetrating structure.
  • FIGS. 7 to 9 are perspective views showing first to third steps of attaching the hinge device 10 of FIG. 1 to a door including the fixed object 21 and the movable object 22.
  • FIGS. 7 to 9 show the case where two hinge devices 10-1 and 10-2 configured similarly to the hinge device 10 of FIGS. 3 to 6 are attached to a door including the fixed object 21 and the movable object 22.
  • the hinge device 10-1 includes hinge components 1-1 and 2-1 and a power generation device 3-1
  • the hinge device 10-2 includes hinge components 1-2 and 2-2 and a power generation device 3-2.
  • the hinge parts 1-1 and 1-2 are fixed to the fixed object 21 by a plurality of screws 23.
  • the hinge parts 2-1, 2-2 are also fixed to the movable object 22 by a plurality of screws (not shown).
  • the hinge parts 2-1, 2-2 are hinged parts 1-1, 2-2 so that the convex parts of the hinge parts 1-1, 1-2 are inserted into the concave parts of the hinge parts 2-1, 2-2.
  • the movable object 22 is attached to the fixed object 21 by respectively fitting it to 1-2.
  • the hinge parts 1-1, 1-2 and the hinge parts 2-1, 2-2 are mutually fitted so as to be removable from each other by having the configuration of FIGS.
  • the fixed part 21 is fixed by fixing the hinge parts 1-1 and 1-2 to the fixed part 21 and fixing the hinge parts 2-1 and 2-2 to the movable part 22 and then attaching the movable part 22 to the fixed part 21. And the door including the movable object 22 can be easily installed.
  • the input shaft of the power generation device 3-1 is restrained by the screw 41-1 to the hinge part 2-1, and the input shaft of the power generation device 3-2 is hinged by the screw 41-2. Restrained against 2-2.
  • the weight of the movable object 22 is supported by the hinge parts 1-1, 1-2, 2-1, 2-2 and the fixed object 21. Since the weight of the movable object 22 does not apply to the power generation devices 3-1 and 3-2, the power generation devices 3-1 and 3-2 can be raised without exerting an extra mechanical load on the power generation devices 3-1 and 3-2. It can be operated reliably.
  • the movable object 22 rotates relative to the fixed object 21 around the reference axis of the hinge devices 10-1 and 10-2.
  • the power generation devices 3-1 and 3-2 generate electric power according to the rotation of the input shaft.
  • Three or more hinge devices 10 may be used to attach the moveable object 22 to the fixed object 21.
  • a combination of the hinge device 10 according to the embodiment of the present disclosure including the power generation device 3 and a conventional hinge device not including the power generation device May be
  • the rectifier circuit 11 rectifies the power generated by the power generation device 3 of the hinge device 10. Even when the generator M1 is a DC generator, when the door is opened and the door is closed, the rotational direction of the generator M1 is reversed and a voltage of the opposite polarity is generated. Rectification is necessary to store in the secondary battery.
  • the storage circuit 12 includes at least one capacitor that stores energy of the power rectified by the rectification circuit 11.
  • Control circuit 13 controls the discharge of storage circuit 12.
  • the load device 14 consumes the power of the storage circuit 12 under the control of the control circuit 13.
  • the load device 14 includes, for example, a lighting device and / or a communication device (wired or wireless).
  • a force acting from the user's body is input to the power generation device 3 of the hinge device 10 through the movable object 22 of the door.
  • the fixed part 21 and the movable part 22 of the door, and the hinge part 1 of the hinge device 10, the hinge part 2 and the power generation device 3 convert mechanical energy into electrical energy.
  • the rectifier circuit 11, the storage circuit 12, and the control circuit 13 convert electrical energy into electrical energy.
  • the output of the power system of FIG. 1 is the work of the load device 14.
  • the rectifier circuit 11, the storage circuit 12, the control circuit 13, and the load device 14 are disposed on a fixed object 21 as shown in FIG. 1, for example.
  • FIG. 10 is a circuit diagram showing the configuration of the power system according to the first embodiment. It would be advantageous if a large amount of power (energy) could be extracted from the very short action of opening and closing the door only once. For this reason, in the power system of FIG. 10, two hinge devices each equipped with a power generation device are installed at two places in the door (see FIG. 9), and generators of these power generation devices are cascaded in series and used. Do. Furthermore, when the door is opened and the door is closed, the direction of rotation of the generator is reversed, and a voltage with reverse polarity is generated. Therefore, by performing voltage doubler rectification, the generated power is effectively extracted.
  • the power system of FIG. 10 includes generators M1 and M2 respectively included in the power generator of two hinge devices.
  • the rectifier circuit 11 includes four diodes D1 to D4.
  • the storage circuit 12 includes four capacitors C1 to C4.
  • the control circuit 13 includes capacitors C5 to C8, diodes D5 to D7, a coil L1, resistors R1 to R6, a variable resistor VR1, a transformer T1, and transistors TR1 to TR5.
  • the power system of FIG. 10 includes a light emitting diode 14 a and a wireless transmitter 14 b 1 as components corresponding to the load device 14 of FIG. 1.
  • the wireless transmitter 14b1 is connected to the wireless receiver 14b2 so as to be capable of wireless communication.
  • the diodes D1 and D2 and the capacitors C1 and C2 constitute a voltage doubler rectifier circuit that doubles the voltage generated by the generator M1.
  • the diodes D3 and D4 and the capacitors C3 and C4 constitute a voltage doubler rectifier circuit that doubles the voltage generated by the generator M2.
  • the circuit at the rear stage of the storage circuit 12 can be operated at a high voltage, and the efficiency of the circuit at the rear stage can be improved.
  • full-wave rectification since only the same generation voltage can be obtained when the door is opened and the door is opened, the stored energy can not be increased even if the power generation time is doubled.
  • the capacitors C1 to C4 are, for example, electrolytic capacitors.
  • the generators M1 and M2 their output terminals are cascaded (also referred to as series connection or cascade connection) to each other.
  • a plurality of hinge devices are used. If two hinges are used, both hinges can incorporate a generator.
  • the sum of the voltages across the capacitors C1 to C4 is obtained as an output voltage.
  • the circuit at the rear stage of the storage circuit 12 can be operated at a high voltage, and the efficiency of the circuit at the rear stage can be improved.
  • the capacitors C5 to C7, the diode D5, the resistors R1 to R6, the transformer T1, and the transistors TR2 to TR5 constitute an inverter circuit 13a.
  • the inverter circuit 13a operates in a voltage resonance type and performs soft switching (zero volt switching).
  • the capacitor C5, the resistor R1, the variable resistor VR1, and the transistors TR1 to TR3 constitute a voltage setting circuit 13b.
  • the voltage setting circuit 13 b sets the voltage range in which the power system operates, in particular, the lower limit voltage of the output voltage of the storage circuit 12, using the variable resistor VR 1 and the transistor TR 1.
  • the control circuit 13 supplies power from the storage circuit 12 to the load device (light emitting diode 14a) when the voltage across the capacitors C1 to C4 of the storage circuit 12 is less than the lower limit voltage set in the voltage setting circuit 13b. Stop.
  • the capacitors C5 and C7, the resistors R1 to R3, R5 and R6, the transformer T1, and the transistors TR2, TR3 and TR5 constitute a constant current control circuit 13c.
  • the constant current control circuit 13 c supplies a constant current from the storage circuit 12 to the load device (light emitting diode 14 a).
  • the control circuit 13 sets the lower limit voltage in the storage circuit 12. For example, it is assumed that the generated voltage (induced electromotive force, speed electromotive force) at the time of power generation per one generator M1 is 12 (V).
  • the light emitting diode 14a can obtain the same illumination effect with a small energy and a small device as compared with the incandescent lamp and the fluorescent lamp.
  • the light emitting diode 14a is suitable for effectively utilizing the limited energy in the power system according to the embodiment of the present disclosure.
  • the effect of the auxiliary lighting is such brightness that you can guide around the door (foot etc) It is possible to make the night movement safe and secure.
  • the light emitting diode 14a when used as a load device, when a suspicious person opens and closes a door and tries to intrude, it is possible to intimidate and / or prevent the suspicious person like the sensor light. .
  • the light emitting diode 14a when the door is opened or closed in a storage or warehouse (storage under a washroom, outdoor storage, etc.) not connected to a commercial power supply, the storage or warehouse It is convenient to be able to view the inside of the body for a fixed time.
  • the light emitting diode 14 a is also referred to as a “lighting device”.
  • the wireless transmitter 14b1 and the wireless receiver 14b2 can realize a watching function for grasping the living behavior of the elderly person or the like.
  • information such as the number of uses of the toilet can be notified to a predetermined person by wireless communication if the hinge device is incorporated in the door of the toilet. In particular, it is effective as a guard when elderly people and their families live apart.
  • the wireless transmitter 14b1 is used as a load device, when a suspicious person tries to infiltrate by opening and closing a door such as a gate and / or entrance, this is notified to a predetermined person by wireless communication. Yes, it's safe.
  • the power system may include, as components corresponding to the load device 14 of FIG. 1, a reproduction device for voice guidance, a camera for capturing a digital image, and the like.
  • the power system according to the first embodiment may include three or more power generation devices.
  • the wireless transmitter 14b1 is also referred to as a "communication device".
  • a power system according to an embodiment of the present disclosure may include a wired communication device as an alternative and / or addition to a wireless transmitter.
  • FIG. 11 is a schematic view showing the operation of the power system according to the first embodiment.
  • FIG. 11 shows a scene where power is generated using energy obtained from the user's living behavior and the generated power is used.
  • the user pulls the handle (door knob) of the movable object 22 to open the door.
  • the power generation devices of the hinge devices 10-1 and 10-2 generate power.
  • the energy of the generated power is stored in the storage circuit 12 (not shown in FIG. 11). Further, as shown in FIG.
  • the power generation devices of the hinge devices 10-1 and 10-2 generate and generate power.
  • Energy of power is stored in the storage circuit 12.
  • the control circuit 13 (not shown in FIG. 11) The energy of 12 is supplied to the load device 14 to light the load device 14 (lighting device).
  • the control circuit 13 supplies the energy of the storage circuit 12 to the load device 14, thereby illuminating the illumination forward, Guide your feet.
  • the loading device 14 continues to light during, for example, 5 seconds while the user is moving, and the user arrives at the destination (for example, the next door). As shown in FIG. 11 (e), the control circuit 13 turns off the load device 14, for example, 5 seconds after the opening of the door.
  • the control circuit 13 may supply power from the storage circuit 12 to the load device 14 simultaneously with the power generation operation of the power generation device 3. In addition, the control circuit 13 may supply power from the storage circuit 12 to the load device 14 after a predetermined time has elapsed since the power generation operation of the power generation device 3. Control circuit 13 may supply power from storage circuit 12 to load device 14 independently of the power generation operation of power generation device 3. Therefore, the load device 14 can be operated at any time, including during, after, and before the operation of the power generation device 3, which is convenient and reliable.
  • the power generation device 3 is incorporated in the hinge device 10, it is possible to efficiently extract energy from the user's living behavior to generate power.
  • the hinge part 1A includes the convex part 1Aa, the concave part 1Ab, the through hole 1Ac, and the convex part 1a corresponding to the convex part 1a, the concave part 1b, the through hole 1c and the screw hole 1d of the hinge part 1 of FIG. It has screw hole 1Ad.
  • the hinge part 2A has recesses 2Aa and 2Aaa, a screw hole 2Ab and a screw hole 2Ac corresponding to the recess 2a, the screw hole 2b and the screw hole 2c of the hinge part 2 in FIG.
  • the cylindrical portion of the hinge part 2A has two recesses 2Aa and 2Aaa with different inner diameters.
  • the weight of the hinge component 2A is applied to the hinge component 1A at a position where the upper end of the cylindrical portion of the hinge component 1A is in contact with the upper end of the recess 2Aa of the hinge component 2A.
  • Screw hole 2Ab penetrates hinge part 2A to recess 2Aaa from the outside of hinge part 2A.
  • the subsequent assembly of the hinge device 10A is the same as the assembly of the hinge device 10 described with reference to FIGS. 4 to 6, as shown in FIGS.
  • FIG. 16 is a schematic view showing a configuration of a power system according to a second modified example of the first embodiment.
  • the hinge device 10 of FIG. 16 is configured similarly to the hinge device 10 of FIG. 1, but the hinge component 1 to which the housing 30 of the power generation device 3 is fixed is the hinge to which the input shaft 31 of the power generation device 3 is restrained.
  • the hinge part 2 Located above the part 2, the hinge part 2 supports the hinge part 1.
  • the hinge part 2 may support the hinge part 1.
  • the hinge part 1 to which the housing 30 of the power generation device 3 is fixed may be fixed to the movable object 22, and even if the hinge part 2 to which the input shaft 31 of the power generation device 3 is restrained is fixed to the fixed object 21. Good.
  • FIG. 17 is a schematic view showing a configuration of a power system according to a third modified example of the first embodiment.
  • the rectifier circuit 11, the storage circuit 12, the control circuit 13, and the load device 14 may be disposed on the movable object 22, as shown in FIG.
  • FIG. 18 is a schematic view showing a configuration of a power system according to a fourth modified example of the first embodiment. At least one of the rectifier circuit 11, the storage circuit 12, and the control circuit 13 may be disposed on the hinge component 1 together with the power generation device 3.
  • the rectifier circuit 11 and the storage circuit 12 are provided in the recess (hollow part) of the hinge component 1 together with the power generation device 3, and the control circuit 13 and the load device 14 are disposed on the fixed object 21.
  • the appearance of the power system can be simplified and the appearance can be improved.
  • FIG. 19 is a schematic diagram showing a configuration of a power system according to a fifth modification of the first embodiment. At least one of the rectifier circuit 11, the storage circuit 12, and the control circuit 13 may be disposed not only in the recess of the hinge part 1 but also at another position on the hinge part 1. In the example of FIG. 19, the rectifier circuit 11 and the storage circuit 12 are provided on the hinge component 1, and the control circuit 13 and the load device 14 are disposed on the fixed object 21. Even when the circuit component can not be housed inside the hinge component 1, the circuit component can be provided at any other place according to the user's usage and appearance.
  • FIG. 20 is a schematic view showing a configuration of a power system according to a sixth modified example of the first embodiment.
  • At least one of the rectifier circuit 11, the storage circuit 12, and the control circuit 13 may be disposed in the hinge component 2.
  • the rectifier circuit 11 and the storage circuit 12 are provided on the hinge component 2
  • the control circuit 13 and the load device 14 are disposed on the movable object 22.
  • a recess (hollow part) may be provided in the hinge component 2 and at least one of the rectifier circuit 11, the storage circuit 12, and the control circuit 13 may be provided in the recess.
  • the rectifier circuit 11, the storage circuit 12, the control circuit 13, and the load device 14 can be disposed at desired places according to the usage and appearance of the user.
  • the hinge device and the power system according to the first embodiment are characterized by having the following configuration.
  • the hinge device 10 including the first hinge component 1 and the second hinge component 2 having the common reference axis and the power generation device 3 is provided.
  • the first hinge part 1 and the second hinge part 2 are relatively rotatable around the reference axis, and one of the first hinge part 1 and the second hinge part 2 is Engage with each other to support the other.
  • the power generation device 3 includes a housing 30 and an input shaft 31, and generates power in response to the rotation of the input shaft 31.
  • the housing 30 of the power generation device 3 is fixed to the first hinge component 1 such that the input shaft 31 of the power generation device 3 is positioned above the reference shaft.
  • the input shaft 31 of the generator 3 is such that the input shaft 31 of the generator 3 rotates by the same amount as the second hinge component 2 when the second hinge component 2 rotates around the reference axis. It is constrained relative to the second hinge part 2 in the direction of rotation about it.
  • the hinge device 10 including the power generation device 3 and capable of efficiently extracting energy from the user's living behavior to generate electric power.
  • the input shaft 31 of the power generation device 3 is at a position where the first hinge component 1 and the second hinge component 2 are fitted to each other.
  • the through hole 1 c may be formed to project from the first hinge part 1 toward the second hinge part 2.
  • the second hinge part 2 has a recess 2a for accommodating the input shaft 31 of the power generation device 3 projecting through the through hole 1c at a position where the first hinge part 1 and the second hinge part 2 are fitted to each other. It is formed to have.
  • the rotation of the hinge part 2 is transmitted to the power generation apparatus 3 fixed to the first hinge part 1 by causing the input shaft 31 of the power generation apparatus 3 to protrude from the through hole 1 c and storing it in the recess 2 a.
  • the power generation device 3 can be built in the hinge device 10.
  • the input shaft 31 of the power generation device 3 may have the notch 32 in the side surface of the input shaft 31.
  • the input shaft 31 of the power generation device 3 is penetrated from the outside of the second hinge component 2 to the recess 2 a through the second hinge component 2 and is screwed with a screw 41 extending so as to contact the notch 32 in the recess 2 a. It is constrained relative to the second hinge part 2 in the direction of rotation about the axis.
  • the input shaft 31 of the power generation device 3 rotates by the same amount as the second hinge component 2 when the second hinge component 2 rotates around the reference axis.
  • the screw 41 may not restrain the input shaft 31 of the power generation device 3 with respect to the hinge part 2 in the longitudinal direction of the reference shaft. Therefore, when the hinge part 1 supports the hinge part 2, the weight of the hinge part 2 does not apply to the generator 3, so the generator 3 can be operated with high reliability without applying an extra mechanical load to the generator 3. It can be done.
  • the first hinge component 1 and the second hinge component 2 may be fitted to each other so as to be removable from each other.
  • a door including the fixed object 21 and the movable object 22 can be easily installed.
  • the power generation device 3 transmits the rotation of the input shaft 31 of the power generation device 3 at a predetermined speed increase ratio, and the rotation transmitted by the gear mechanism G1.
  • a generator M1 may be provided to generate electric power accordingly.
  • the hinge device 10 the rectifier circuit 11, the storage circuit 12, the control circuit 13, and the load device 14 are provided.
  • the rectifier circuit 11 rectifies the power generated by the power generation device 3 of the hinge device 10.
  • the storage circuit 12 stores energy of the power rectified by the rectification circuit 11.
  • Control circuit 13 controls the discharge of storage circuit 12.
  • the load device 14 consumes the power of the storage circuit 12 under the control of the control circuit 13.
  • the rectifier circuit 11, the storage circuit 12, the control circuit 13 and the load device 14 the power generated from the energy obtained from the user's living behavior is effectively applied according to the application of the load device 14. It can be used.
  • the power generation device 3 and at least one of the rectifier circuit 11, the storage circuit 12, and the control circuit 13 are disposed in the first hinge component 1 of the hinge device 10. It may be done.
  • At least one of the rectifier circuit 11, the storage circuit 12, and the control circuit 13 may be disposed in the second hinge component 2 of the hinge device 10.
  • one of the first hinge component 1 and the second hinge component 2 of the hinge device 10 is fixed to the fixed object 21 and the other is fixed to the movable object 22.
  • the weight of the movable object 22 is supported by the first hinge component 1 and the second hinge component 2 and the fixed object 21.
  • the power generation device 3 generates power in response to the rotation of the input shaft 31 when the movable object 22 rotates relative to the fixed object 21 around the reference axis of the hinge device 10.
  • the power generator 3 can be operated with high reliability without applying an extra mechanical load to the power generator 3.
  • At least one of the rectifier circuit 11, the storage circuit 12, and the control circuit 13 may be disposed on the fixed object 21.
  • At least one of the rectifier circuit 11, the storage circuit 12, and the control circuit 13 may be disposed on the movable object 22.
  • the power generation system may include a plurality of power generation devices 3 cascade-connected to one another.
  • the storage circuit 12 may include a plurality of capacitors C1 to C4.
  • the rectifier circuit 11 includes a voltage doubler rectifier circuit.
  • the circuit at the rear stage of the storage circuit 12 can be operated at a high voltage, and the efficiency of the circuit at the rear stage can be improved.
  • the control circuit 13 simultaneously with the power generation operation of the power generation device 3, or after a lapse of a predetermined time from the power generation operation of the power generation device 3, or Power may be supplied from the storage circuit 12 to the load device 14 independently of the power generation operation of the above.
  • the load device 14 can be operated at any time including during, after, and before the operation of the power generation device 3. Therefore, the electric power generated from the energy obtained from the living behavior of the user can be effectively used according to the application of the load device 14.
  • the control circuit 13 when the voltage across the capacitors C1 to C4 of the storage circuit 12 is less than or equal to a predetermined lower limit voltage, the control circuit 13 sends the storage device 12 to the load device 14 Power supply may be turned off.
  • the energy of the capacitors C1 to C4 can be sufficiently used, and the load device 14 can be operated reliably.
  • the load device 14 may include a lighting device.
  • the power system including the lighting device can be used for the purpose of lighting, threat to a suspicious person, and / or prevention of intrusion of a suspicious person.
  • the load device 14 may include a communication device.
  • the power system including the communication device can be used for the purpose of watching over elderly people and / or notifying suspicious persons.
  • the hinge device according to the first embodiment is applicable to any structure using a hinge device, such as a door, a window, a door, a lid and the like. All the above-mentioned effects can be obtained in the opening and closing operation of a gate of a general household, public facilities, etc., a pivoting door, or a single-opening door.
  • the shape of the hinge part of the hinge device is not limited to those shown in FIGS. 3 to 6 and 12 to 15.
  • the hinge device of the power system according to the second embodiment will be described.
  • the hinge device 10B includes a hinge part 1B1, a hinge part 1B2, a hinge part 2B, and a power generation device 3.
  • the hinge part 1B1 has a cylindrical portion and a plate-like portion connected to each other.
  • the cylindrical portion of the hinge part 1B1 has a recess 1B1a fitted with the hinge part 2B and a recess 1B1b for accommodating the power generation device 3.
  • the cylindrical portion of the hinge part 1B1 is further formed so that the input shaft 31 of the power generation device 3 protrudes from the hinge part 1B1 toward the hinge part 2B at the position where the hinge part 1B1 and the hinge part 2B are fitted to each other. It is provided with a hole 1B1c.
  • the plate-like portion of the hinge part 1B1 includes a plurality of screw holes 1B1d for fixing the hinge part 1B1 to a fixed object with a plurality of screws, and a connecting part 1B1e including screw holes for connecting the hinge parts 1B1 and 1B2 to each other.
  • the hinge part 1B2 also has a cylindrical part and a plate part connected to each other.
  • the cylindrical portion of the hinge part 1B2 has a recess 1B2a fitted with the hinge part 2B.
  • the plate-like portion of the hinge part 1B2 includes a plurality of screw holes 1B2d for fixing the hinge part 1B2 to the fixed object with a plurality of screws, and a connecting part 1B2e including screw holes for connecting the hinge parts 1B1 and 1B2 to each other.
  • the hinge part 2B also has a cylindrical portion and a plate portion connected to each other.
  • the cylindrical portion of the hinge part 2B has a first end (lower end in FIG. 21) and a second end (upper end in FIG. 21) along a reference axis (indicated by line AA 'in FIG. 21) .
  • the cylindrical part of the hinge part 2B has a convex part 2Ba1 fitted at the first end with the concave part 1B1a of the hinge part 1B1, and a convex fitted at the second end with the concave part 1B2a of the hinge part 1B2. It has part 2Ba2.
  • the cylindrical portion of the hinge part 2 ⁇ / b> B has a recess 2 ⁇ / b> Bb that engages with the input shaft 31 of the power generation device 3 at the first end.
  • the plate-like portion of the hinge part 2B has a plurality of screw holes 2Bc for fixing the hinge part 2B to a movable object by a plurality of screws.
  • the input shaft 31 of the power generation device 3 has a convex portion 34 of a predetermined shape at its tip so as to be restrained relative to the hinge part 2B in the rotational direction around the reference axis instead of the notch 32 of FIG. .
  • the input shaft 31 of the power generation device 3 has a gear-shaped convex portion 34.
  • the recess 2Bb of the hinge part 2B is formed in a shape complementary to the protrusion 34 of the power generation device 3 as viewed from a point on the reference axis.
  • hinge parts 1B1 and 1B2 and hinge part 2B are relatively rotatable around a common reference axis, and one of hinge parts 1B1 and 1B2 and hinge part 2B. Fit together, supporting the other. Since the recess 1B1a of the hinge part 1B1 has a cylindrical inner periphery and the convex part 2Ba1 of the hinge part 2B has a cylindrical outer periphery, the hinge part 1B1 and the hinge part 2B are fitted so that they can rotate relative to each other Do.
  • the hinge part 1B2 and the hinge part 2B can rotate relative to each other To fit.
  • the hinge part 2B is disposed between the hinge parts 1B1 and 1B2, and the hinge parts 1B1 and 1B2 support the hinge part 2B.
  • the hinge parts 1B1 and 1B2 are connected to each other by the screw 1B3 at the connecting portions 1B1e and 1B2e.
  • Hinge parts 1B1 and 1B2 and hinge part 2B are not located at positions where they are rotatably fitted to each other (ie, recess 1B1a of hinge part 1B1, recess 1B2a of hinge part 1B2, and protrusions 2Ba1 and 2Ba2 of hinge part 2B) May have a shape other than a cylinder, for example, the outer shape of a triangular prism, a quadrangular prism, another polygonal prism, or another polyhedron.
  • the power generation device 3 is inserted into the recess 1B1b of the hinge part 1B1.
  • the housing 30 of the power generation device 3 is fixed to the hinge component 1B1 with an adhesive or a screw (not shown) or the like so that the input shaft 31 of the power generation device 3 is positioned above the reference shaft.
  • the convex portion 34 at the tip of the input shaft 31 of the power generation device 3 that protrudes through the through hole 1B1c is accommodated in the concave portion 2Bb of the hinge component 2B. Since the projection 34 of the generator 3 and the recess 2Bb of the hinge part 2B have shapes complementary to each other, the input shaft 31 of the generator 3 is restrained relative to the hinge part 2B in the rotational direction about the reference axis. . Therefore, when the hinge part 2B rotates around the reference axis, the input shaft 31 of the power generation device 3 rotates as much as the hinge part 2B.
  • hinge parts 1B1 and 1B2 and the hinge part 2B are fitted to each other, the housing 30 of the power generation device 3 is fixed to the hinge part 1B1, the input shaft 31 of the power generation device 3 is restrained to the hinge parts 2B, and the hinge parts 1B1 , 1B2 are connected to each other by the screw 1B3 to complete the hinge device 10B.
  • the power generating apparatus 3 is incorporated in the hinge device 10B by having the configuration of FIGS. 21 to 23 in the hinge device 10B.
  • the input shaft 31 of the power generation device 3 protrudes from the through hole 1B1c, and the input shaft 31 of the power generation device 3 is hinged by the convex portion 34 of the power generation device 3 and the recess 2Bb of the hinge component 2B having complementary shapes. It is restrained with respect to the part 2B. Therefore, the rotation of the hinge part 2B can be transmitted to the power generation device 3 accommodated in the recess 1B1b of the hinge part 1B1.
  • a configuration in which the power generation device 3 is incorporated in the hinge device 10B is realized. Since the power generation device 3 is built in the hinge device 10B, the hinge device 10B having a good appearance can be provided.
  • the hinge parts 1B1 and 1B2 support the hinge part 2B, the weight of the hinge part 2B does not apply to the power generator 3.
  • the convex portion 34 of the power generation device 3 and the concave portion 2Bb of the hinge part 2B having shapes complementary to each other may not restrain the input shaft 31 of the power generation device 3 with respect to the hinge part 2B in the longitudinal direction of the reference axis. , At least in relation to the direction of rotation about the reference axis.
  • the input shaft 31 of the power generation device 3 protrudes from the through hole 1B1c, and the input shaft 31 of the power generation device 3 is made the hinge component 2B by the convex portion 34 of the power generation device 3 and the concave portion 2Bb of the hinge component 2B having complementary shapes.
  • a configuration is realized in which the weight of the hinge part 2B (and the movable object 22B described later) does not apply to the power generation device 3. Since the weight of the hinge part 2B (and the movable object 22B) does not apply to the power generation device 3, the power generation device 3 can be operated with high reliability without applying an extra mechanical load to the power generation device 3.
  • hinge parts 1B1 and 1B2 and the hinge part 2B are integrally configured to be rotatable relative to each other by having the configuration of FIGS. Therefore, the door including the fixed object and the movable object can be easily installed using the hinge device 10B.
  • the hinge parts 1B1 and 1B2 are also referred to as “first hinge parts”, and the hinge part 2B is also referred to as “second hinge parts”. Further, in the present disclosure, the hinge component 1B1 is also referred to as “the first portion of the first hinge component”, and the hinge component 1B2 is also referred to as the "second portion of the first hinge component”.
  • 24 to 26 are perspective views showing first to third steps of attaching the hinge device 10B of FIG. 18 to a door including the fixed object 21B and the movable object 22B.
  • the fixed object 21B has a recess 21Ba for accommodating the hinge device 10B.
  • the hinge parts 1B1 and 1B2 are fixed to the fixed object 21B by a plurality of screws (not shown) in the recess 21Ba of the fixed object 21B.
  • the hinge part 2B is also fixed to the movable object 22B by a plurality of screws 23.
  • the recess 21Ba of the fixed object 21B may be covered by the cover 21Bb.
  • the movable object 22B rotates relative to the fixed object 21B around the reference axis of the hinge device 10B.
  • the power generation device 3 generates power according to the rotation of the input shaft.
  • the shapes of the convex portion 34 of the power generation device 3 and the shape of the concave portion 2Bb of the hinge component 2B which are complementary to each other are not limited to the gear shape, and the input shaft 31 of the power generation device 3 can be restrained with respect to the hinge component 2B. , Or any other shape.
  • FIG. 27 is a perspective view showing a configuration of a power generation device 3 and a hinge component 2B according to a first modified example of the second embodiment.
  • the input shaft 31 of the power generation device 3 may have a triangular protrusion 34A, and the hinge part 2B may have a complementary triangular recess 2BbA.
  • FIG. 28 is a perspective view showing a configuration of a power generation device 3 and a hinge component 2B according to a second modified example of the second embodiment.
  • the input shaft 31 of the power generation device 3 may have a square convex portion 34B, and the hinge part 2B may have a complementary square concave portion 2BbB.
  • FIG. 29 is a perspective view showing the configuration of a power generation device 3 and a hinge component 2B according to a third modification of the second embodiment.
  • the input shaft 31 of the power generation device 3 may have a cruciform protrusion 34C, and the hinge part 2B may have a complementary cruciform recess 2BbC.
  • the input shaft 31 of the power generation device 3 may have a recess of a predetermined shape, and the recess 2Bb of the hinge part 2B may have a protrusion of a complementary shape.
  • the hinge device according to the second embodiment is characterized by having the following configuration.
  • the input shaft of the power generation device 3 and the recess of the hinge part 2B may be formed in shapes complementary to each other as viewed from the point on the reference shaft.
  • the input shaft 31 of the power generation device 3 rotates by the same amount as the second hinge component 2B.
  • the convex portion 34 of the power generation device 3 and the concave portion 2Bb of the hinge part 2B having shapes complementary to each other may not restrain the input shaft 31 of the power generation device 3 with respect to the hinge part 2B in the longitudinal direction of the reference axis. . Therefore, when the hinge parts 1B1 and 1B12 support the hinge part 2B, since the weight of the hinge part 2B does not apply to the power generation device 3, high reliability of the power generation device 3 can be achieved without applying an extra mechanical load to the power generation device 3. Can be operated by
  • the hinge parts 1B1 and 1B2 may include a first part (hinge part 1B1) and a second part (hinge part 1B2).
  • the hinge part 2B has first and second ends along the reference axis, and engages with the hinge part 1B1 at the first end and with the hinge part 1B2 at the second end.
  • the hinge parts 1B1 and 1B2 are connected to each other.
  • a door including a fixed object and a movable object can be easily installed using the hinge device 10B.
  • the power generation device 3 may be provided to the hinge part 1B2 additionally or alternatively.
  • the first and second embodiments may be combined.
  • the tip of the input shaft 31 of the power generation device 3 and the recess 2a of the hinge part 2 may be formed in complementary shapes.
  • the input shaft 31 of the power generation device 3 may be restrained with respect to the hinge component 2B by the screw 41 penetrating the hinge component 2B.
  • the hinge part 1 may have a recess that fits with the hinge part 2
  • the hinge part 2 may have a protrusion that fits with the hinge part 1.
  • at least one of the hinge parts 1B1 and 1B2 may have a protrusion that fits with the hinge part 2B, and the hinge part 2B may have a corresponding recess.
  • the capacity of the capacitor of the storage circuit 12 is small, the battery is fully charged immediately, and part of the generated power may be wasted. In addition, when the capacity of the capacitor of the storage circuit 12 is large, the size and cost increase. For a power generation system including the power generation device 3, the rectification circuit 11, and the storage circuit 12, it is an important issue to determine the capacity of the capacitor of the storage circuit 12 in consideration of various requirements. Accordingly, there is a need to easily determine the optimal or nearly optimal capacity of a capacitor and to provide a power system with such a capacitor.
  • a power system in a third embodiment, includes a capacitor having a capacity determined so as not to cause waste of generated power without excessively increasing the size and cost.
  • the power generation device 3 can generate as large a voltage as possible when mechanical energy is input at a small angular velocity as slow as possible. Therefore, the case where the gear mechanism G1 having a high speed increase ratio and the generator M1 having a high rated output voltage are used in combination will be exemplified below.
  • Nma (rpm) is the rotational speed of the output shaft of the motor at no load.
  • Nda (rpm) is the rotational speed of the output shaft of the gear mechanism at no load.
  • the no-load rotational speed Nda (rpm) when the voltage 24 (V) is applied to the motor is 28 (rpm). From this, design values necessary to use this motor as a generator are determined.
  • the back electromotive force constant Ked is an important index indicating the voltage at the output terminal of the power generation device 3 with respect to the rotational speed of the input shaft of the power generation device 3.
  • the unit is standardized to the SI (international) unit system.
  • rotational torque Td is applied to the input shaft of the gear mechanism.
  • the rotational angular velocity ⁇ d (rad / s) at this time is obtained from the duration t (s) of one opening operation or closing operation of the door and the rotational angle ⁇ d d (deg (degree)).
  • the voltage (speed electromotive force) generated at the output terminal of the power generation device 3 is 12.86 (V).
  • the rectifier circuit 11 and the storage circuit 12 have the configuration shown in FIG.
  • FIG. 30 is a schematic diagram illustrating the operation of the four capacitors C1 to C4 in the power system according to the third embodiment.
  • the voltages generated by the two generators M1 and M2 are respectively double-voltage rectified, and capacitors C1 to C4 charged by the voltages generated by the generators M1 and M2 are cascaded. Do. At this time, the electric energy that can be stored by opening and closing the door only once is examined.
  • Em1 and Em2 indicate output voltages of the generators M1 and M2, respectively.
  • R m1 and R m2 indicate the resistances of the windings of the generators M1 and M2.
  • C 1 to C 4 indicate capacitance values of the capacitors C 1 to C 4 .
  • V 1 to V 4 are voltages stored in the capacitors C 1 to C 4.
  • V o is a voltage across the terminals of four capacitors C1 to C4 connected in cascade.
  • the waveform of the voltage E m1, E m2, shows a square wave by opening operation and closing operation of the door (AC voltage waveform).
  • the waveform of the voltage V o shows a temporal change of the storage voltage according to the time constants of the resistors R m1 and R m2 and the capacitors C 1 to C 4 .
  • the voltage of one capacitor is lowered to the predetermined threshold voltage V 01 (V), instead of using up all the stored energy until the voltage across the capacitors C 1 to C 4 becomes zero.
  • the power supply from the storage circuit 12 to the load device 14 is stopped. Therefore, the state where the voltage becomes lower limit voltage (initial voltage) V 01 (V) when charging one capacitor, and the state where the voltage reaches V 1 at the end of the door open / close operation are repeated.
  • FIG. 31 is a schematic view illustrating the operation of one capacitor C1 in the power system according to the third embodiment.
  • the power generated by one generator M1 is analyzed with respect to the operation of storing in one capacitor C1.
  • this operation is a basic unit, and when the door is opened and closed only once in the power system including two generators M1 and M2, a storage amount four times the basic unit can be obtained.
  • V 01 (V) is the value of the lower limit voltage of the capacitor C 1 as described above.
  • the effective energy WE1 (J) that can be supplied from the capacitor C1 to the load device 14 is expressed by the following equation.
  • V 1 10.712 (V).
  • WE1M 0.5738 (J).
  • the total stored energy W EM (J) of the capacitors C1 to C4 is expressed by the following equation.
  • the effective energy WE is, for example, 2.25 (J).
  • the power system according to the embodiment has power generation performance exceeding 1 (W) and 1 (J).
  • FIG. 32 is a graph showing the available energy versus capacity characteristics of the power system according to the first example of the third embodiment.
  • FIG. 33 is a graph showing effective energy versus capacity characteristics of the power system according to the second example of the third embodiment.
  • the available energy to capacity characteristics calculated as the upper limit available energy that can be stored in capacitors C1 to C4 with respect to the total capacity of capacitors C1 to C4, are calculated as shown in FIGS. 32 and 33. .
  • FIGS. 32 and 33 it can be seen that, even if the capacity of each of the capacitors C1 to C4 is increased, the upper limit is reached in the capacity with available energy available. Further, in the case of FIG. 32, it is clearly understood that the effective energy has a peak value. Comparing FIGS. 32 and 33, the effective energy reaches the maximum value at a capacity of about 15 mF. The existence of this maximum value means that the output voltages Em1 and Em1 of the generator are the same in each of FIGS. 32 and 33, and that the resistances R m1 and R m2 of the windings of the generators M1 and M2 exist. Can be explained by From this characteristic, it can be seen that the effective energy peaks when the capacity is around 15 mF.
  • the use of a capacitor having a larger capacity is only a disadvantage of increased size and cost.
  • the capacities of the capacitors C1 to C4 are gradually increased, and when the available energy approaches the peak value, the capacity Cp at this time is determined as the energy maximizing capacity.
  • the energy maximizing capacity Cp is selected as a design value, maximum or almost maximum performance can be obtained while being compact and low in cost.
  • the capacitances of the capacitors C1 to C4 do not necessarily have to be exactly matched to the peak value of the available energy. For example, when the effective energy has a clear peak value as shown in FIG. 32, 90% (10% lower) to 80% (20% lower) of the effective energy of the peak value than the experimentally determined exact peak value. It is sufficient to select any volume in the range of volumes that will be This range of capacities ranges from a capacity Cps1 lower than the energy maximization capacity Cp giving a strict peak value to a capacity Cps2 higher than the energy maximization capacity Cp.
  • the reason for selecting the capacities Cps1 and Cps2 to be 90% to 80% of the peak of the effective energy is to consider the range level of variation of general parts.
  • the magnitude of the effective energy after reaching the experimentally determined exact peak value does not change much from the peak value even if the capacitances of the capacitors C1 to C4 are further increased.
  • the capacity Cps1 energy falling capacity Cp1 which becomes 90% (10% lower) to 80% (20% lower) of the effective energy of the peak value
  • the lower limit of the capacity) and the capacity Cp2 twice as high as the energy maximizing capacity Cp may be selected as the upper limit.
  • the reason for setting the upper limit of the range to twice the energy maximizing capacity Cp is that the size of the capacitor is nearly doubled and the price is increased accordingly, so the power system provided at small size and low cost is doubled It is considered that up to is considered to be acceptable.
  • the storage energy can be stored in the capacitor that can substantially maximize storage energy, the generated power can be maximized to operate the load device. It can be used to Further, according to the power system of the third embodiment, the largest energy can be stored and used while using the most compact and low-cost capacitor, so that the power generation system can be compact and low in cost.
  • the effective energy versus capacity characteristic indicating the upper limit effective energy storable in the storage circuit 12 with respect to the capacity of the storage circuit 12 was calculated.
  • an energy to capacity characteristic indicating an upper limit energy that can be stored in the storage circuit 12 with respect to the capacity of the storage circuit 12 may be calculated.
  • the power generation system and the power system according to the third embodiment are characterized by having the following configuration.
  • the power generation system includes at least one power generation device 3 that generates power in response to the rotation of the input shaft 31, and at least stores energy of the power generated by the power generation device 3.
  • the storage circuit 12 has an energy maximizing capacity or a capacity in the vicinity of the capacity which indicates the capacity maximizing the upper limit energy in the energy versus capacity characteristic calculated as the upper limit energy that can be stored in the storage circuit 12 with respect to the capacity of the storage circuit 12.
  • the energy versus capacity characteristic is calculated based on the capacity of the storage circuit 12, the electromotive force of the power generation device 3, the internal resistance of the power generation device 3, and the duration of one power generation operation by the power generation device 3.
  • the storage circuit 12 may have any of the capacities in the range of capacities in which the upper limit energy is equal to or higher than the predetermined value in the vicinity of the maximum value in the energy versus capacity characteristic. .
  • the storage circuit 12 has any capacity in the range of capacity in which the upper limit energy is equal to or higher than the predetermined value of 80% to 90% of the maximum value in the energy versus capacity characteristic. May be included.
  • the upper limit energy becomes equal to or higher than the predetermined value near the maximum value in the energy-to-capacity characteristic, and the capacity smaller than the energy maximizing capacity is the lower limit.
  • the energy maximizing capacity may have any capacity in the range up to the capacity obtained by multiplying a predetermined coefficient larger than 1 by a predetermined coefficient.
  • the storage circuit 12 has a capacity lower than the energy maximization capacity, in which the upper limit energy is equal to or higher than a predetermined value of 80% to 90% of the maximum value in the energy versus capacity characteristic.
  • the lower limit of the energy maximization capacity may be set as the lower limit, and the upper limit may be twice the capacity of the energy maximizing capacity.
  • the energy to capacity characteristic is May be represented by
  • C 1 is the capacitance of the capacitor C 1 of the storage circuit 12.
  • V 01 is the lower limit voltage of the capacitor C1.
  • Em1 is an electromotive force of the power generator 3.
  • t is a continuation time of one power generation operation by the power generation device 3.
  • ⁇ 1 is a time constant based on the capacitance C 1 of the capacitor C 1 and the internal resistance of the generator 3.
  • the power generation device 3 transmits the rotation of the input shaft 31 of the power generation device 3 at a predetermined speed increase ratio, and the rotation transmitted by the gear mechanism G1.
  • a generator M1 may be provided to generate electric power accordingly.
  • the power generation system may include a plurality of power generation devices 3 cascade-connected to each other.
  • the power generation system may further include a rectifier circuit 11 that rectifies the power generated by the power generation device 3.
  • the storage circuit 12 stores energy of the power generated by the power generation device 3 and rectified by the rectification circuit 11.
  • alternating current power can be generated by the power generation device 3 and stored in the storage circuit 12.
  • the storage circuit 12 may include a plurality of capacitors C1 to C4.
  • the rectifier circuit 11 includes a voltage doubler rectifier circuit.
  • the circuit at the rear stage of the storage circuit 12 can be operated at a high voltage, and the efficiency of the circuit at the rear stage can be improved.
  • the power generation system may further include the hinge device 10 including the first hinge component 1 and the second hinge component 2 having the common reference axis.
  • the first hinge part 1 and the second hinge part 2 are relatively rotatable around the reference axis, and one of the first hinge part 1 and the second hinge part 2 is Engage with each other to support the other.
  • the housing 30 of the power generation device 3 is fixed to the first hinge component 1 such that the input shaft 31 of the power generation device 3 is positioned above the reference shaft.
  • the input shaft 31 of the generator 3 is such that the input shaft 31 of the generator 3 rotates by the same amount as the second hinge component 2 when the second hinge component 2 rotates around the reference axis. It is constrained relative to the second hinge part 2 in the direction of rotation about it.
  • the hinge device 10 including the power generation device 3 and capable of efficiently extracting energy from the user's living behavior to generate electric power.
  • the power generation system the control circuit 13 for controlling the discharge of the storage circuit 12 of the power generation system, and the load device for consuming the power of the storage circuit 12 under the control of the control circuit 13 And 14.
  • the control circuit 13 simultaneously with the power generation operation of the power generation device 3, or after a lapse of a predetermined time from the power generation operation of the power generation device 3, or Power may be supplied from the storage circuit 12 to the load device 14 independently of the power generation operation of the above.
  • the load device 14 can be operated at any time including during, after, and before the operation of the power generation device 3. Therefore, the electric power generated from the energy obtained from the living behavior of the user can be effectively used according to the application of the load device 14.
  • the control circuit 13 when the voltage across the capacitors C1 to C4 of the storage circuit 12 is less than or equal to a predetermined lower limit voltage, the control circuit 13 sends the storage device 12 to the load device 14 Power supply may be turned off.
  • the energy of the capacitors C1 to C4 can be sufficiently used, and the load device 14 can be operated reliably.
  • the load device 14 may include a lighting device.
  • the power system including the lighting device can be used for the purpose of lighting, threat to a suspicious person, and / or prevention of intrusion of a suspicious person.
  • the load device 14 may include a communication device.
  • the power system including the communication device can be used for the purpose of watching over elderly people and / or notifying suspicious persons.

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Abstract

共通の基準軸を有する第１のヒンジ部品（１）及び第２のヒンジ部品（２）と、発電装置（３）とを備えたヒンジ装置（１０）が提供される。第１のヒンジ部品（１）及び第２のヒンジ部品（２）は、基準軸の周りに相対的に回転可能であるように、かつ、第１のヒンジ部品（１）及び第２のヒンジ部品（２）のうちの一方が他方を支持するように、互いに嵌合する。発電装置（３）は、筐体及び入力軸（３１）を備え、入力軸（３１）の回転に応じて電力を発生する。発電装置（３）の筐体は、発電装置（３）の入力軸（３１）が基準軸の上に位置するように第１のヒンジ部品（１）に固定される。発電装置（３）の入力軸（３１）は、第２のヒンジ部品（２）が基準軸の周りに回転したときに発電装置（３）の入力軸（３１）が第２のヒンジ部品（２）と同じだけ回転するように、基準軸の周りの回転方向に関して第２のヒンジ部品（２）に対して拘束される。

Description

ヒンジ装置及び電力システム
　本発明は、発電装置を備えたヒンジ装置と、そのようなヒンジ装置を含む電力システムに関する。
　近年、化石燃料の枯渇及び地球温暖化の防止などを背景に、自然エネルギー及び身の回りにある様々なエネルギーの利用が積極的に推進されている。自然エネルギーの利用として、例えば、太陽電池及び風力発電機による発電が知られている。また、身の回りにあるエネルギーの利用として、例えば、ユーザの生活行動から得られたエネルギーを用いる人力発電、圧電エネルギーを用いる振動発電、放送波などの電磁波のエネルギーを用いる発電、などが知られている。身の回りにあるエネルギーを収穫して利用することは、「エネルギーハーべスティング」として注目されている。
特開２０１３－０７０５２０号公報
　ユーザの生活行動から得られたエネルギーを用いる人力発電の例として、特許文献１は、引き戸及び回転扉に発電装置を組み込むことを開示している。特許文献１は、回転扉のヒンジに発電装置を組み込むことに言及しているが、発電装置を組み込んだヒンジを実現するための具体的な方法については開示していない。従って、ユーザの生活行動からエネルギーを効率的に取り出して発電するようにヒンジに発電装置を組み込むことが求められる。
　本開示は、発電装置を備えたヒンジ装置であって、ユーザの生活行動からエネルギーを効率的に取り出して発電することができるヒンジ装置を提供する。本開示はまた、そのようなヒンジ装置を含む電力システムを提供する。
　本開示の一態様に係るヒンジ装置によれば、
　共通の基準軸を有する第１及び第２のヒンジ部品と、発電装置とを備えたヒンジ装置であって、
　前記第１及び第２のヒンジ部品は、前記基準軸の周りに相対的に回転可能であるように、かつ、前記第１及び第２のヒンジ部品のうちの一方が他方を支持するように、互いに嵌合し、
　前記発電装置は、入力軸を備え、前記入力軸の回転に応じて電力を発生し、
　前記発電装置の筐体は、前記発電装置の入力軸が前記基準軸の上に位置するように前記第１のヒンジ部品に固定され、
　前記発電装置の入力軸は、前記第２のヒンジ部品が前記基準軸の周りに回転したときに前記発電装置の入力軸が前記第２のヒンジ部品と同じだけ回転するように、前記基準軸の周りの回転方向に関して前記第２のヒンジ部品に対して拘束される。
　本開示の一態様によれば、発電装置を備えたヒンジ装置であって、ユーザの生活行動からエネルギーを効率的に取り出して発電することができるヒンジ装置を提供することができる。
第１の実施形態に係る電力システムの構成を示す概略図である。 図１の歯車機構Ｇ１及び発電機Ｍ１を含む発電装置３の構成を示す分解斜視図である。 図１のヒンジ装置１０を組み立てる第１のステップを示す斜視図である。 図１のヒンジ装置１０を組み立てる第２のステップを示す斜視図である。 図１のヒンジ装置１０を組み立てる第３のステップを示す斜視図である。 図１のヒンジ装置１０を組み立てる第４のステップを示す斜視図である。 図１のヒンジ装置１０を固定物２１及び可動物２２を含むドアに取り付ける第１のステップを示す斜視図である。 図１のヒンジ装置１０を固定物２１及び可動物２２を含むドアに取り付ける第２のステップを示す斜視図である。 図１のヒンジ装置１０を固定物２１及び可動物２２を含むドアに取り付ける第３のステップを示す斜視図である。 第１の実施形態に係る電力システムの構成を示す回路図である。 第１の実施形態に係る電力システムの動作を示す概略図である。 第１の実施形態の第１の変形例に係る電力システムのヒンジ装置１０Ａを組み立てる第１のステップを示す斜視図である。 第１の実施形態の第１の変形例に係る電力システムのヒンジ装置１０Ａを組み立てる第２のステップを示す斜視図である。 第１の実施形態の第１の変形例に係る電力システムのヒンジ装置１０Ａを組み立てる第３のステップを示す斜視図である。 第１の実施形態の第１の変形例に係る電力システムのヒンジ装置１０Ａを組み立てる第４のステップを示す斜視図である。 第１の実施形態の第２の変形例に係る電力システムの構成を示す概略図である。 第１の実施形態の第３の変形例に係る電力システムの構成を示す概略図である。 第１の実施形態の第４の変形例に係る電力システムの構成を示す概略図である。 第１の実施形態の第５の変形例に係る電力システムの構成を示す概略図である。 第１の実施形態の第６の変形例に係る電力システムの構成を示す概略図である。 第２の実施形態に係る電力システムのヒンジ装置１０Ｂを組み立てる第１のステップを示す斜視図である。 第２の実施形態に係る電力システムのヒンジ装置１０Ｂを組み立てる第２のステップを示す斜視図である。 第２の実施形態に係る電力システムのヒンジ装置１０Ｂを組み立てる第３のステップを示す斜視図である。 図１８のヒンジ装置１０Ｂを固定物２１Ｂ及び可動物２２Ｂを含むドアに取り付ける第１のステップを示す斜視図である。 図１８のヒンジ装置１０Ｂを固定物２１Ｂ及び可動物２２Ｂを含むドアに取り付ける第２のステップを示す斜視図である。 図１８のヒンジ装置１０Ｂを固定物２１Ｂ及び可動物２２Ｂを含むドアに取り付ける第３のステップを示す斜視図である。 第２の実施形態の第１の変形例に係る発電装置３及びヒンジ部品２Ｂの構成を示す斜視図である。 第２の実施形態の第２の変形例に係る発電装置３及びヒンジ部品２Ｂの構成を示す斜視図である。 第２の実施形態の第３の変形例に係る発電装置３及びヒンジ部品２Ｂの構成を示す斜視図である。 第３の実施形態に係る電力システムにおける４つのコンデンサＣ１～Ｃ４の動作を説明する概略図である。 第３の実施形態に係る電力システムにおける１つのコンデンサＣ１の動作を説明する概略図である。 第３の実施形態の第１の実施例に係る電力システムの有効エネルギー対容量特性を示すグラフである。 第３の実施形態の第２の実施例に係る電力システムの有効エネルギー対容量特性を示すグラフである。
　以下、図面を参照して、本開示の実施形態について説明する。各図面において、同様の構成要素は、同じ参照番号により示す。
第１の実施形態．
　図１は、第１の実施形態に係る電力システムの構成を示す概略図である。図１の電力システムは、例えば、固定物２１及び可動物２２を含むドアなどに組み込まれる。
　図１の電力システムは、ヒンジ装置１０と、整流回路１１と、蓄電回路１２と、制御回路１３と、負荷装置１４とを備える。ヒンジ装置１０は、ヒンジ部品１、ヒンジ部品２、及び発電装置３を備える。ヒンジ部品１は複数のネジ２３により固定物２１に固定される。ヒンジ部品２は複数のネジ２３により可動物２２に固定される。発電装置３は、歯車機構Ｇ１及び発電機Ｍ１を備える。
　図２は、図１の歯車機構Ｇ１及び発電機Ｍ１を含む発電装置３の構成を示す分解斜視図である。歯車機構Ｇ１は、筐体３０ａ、入力軸３１、及び内部の複数の歯車を備える。発電機Ｍ１は、筐体３０ｂ、内部の回転子及び固定子（図示せず）、及び回転子に連結された歯車３３を備える。以下、筐体３０ａ，３０ｂをまとめて「筐体３０」という。歯車機構Ｇ１は、入力軸３１の回転を所定の増速比で発電機Ｍ１の歯車３３に伝達する。発電機Ｍ１は、歯車機構Ｇ１によって伝達された回転に応じて電力を発生する。従って、発電装置３は、入力軸３１の回転に応じて電力（電圧及び電流）を発生する。歯車機構Ｇ１は、例えば、複数段の遊星歯車機構を含んでもよい。これにより、大きな増速比を有する歯車機構を、発電機Ｍ１の入力軸３１に整列してコンパクトに組み込むことができる。歯車機構Ｇ１は、例えば、円筒形状の筐体３０ａを有してもよい。円筒形状の筐体３０は、歯車機構Ｇ１をヒンジ装置へ組み込むことに適している。入力軸３１は、図３～図６を参照して説明するように、入力軸３１をヒンジ部品２に対して拘束するために、その側面において切り欠き３２を有する。発電機Ｍ１は、直流発電機であっても、交流発電機であってもよい。
　発電機の動作及びモータの動作は互いに可逆である。従って、所定の増速比を有する歯車機構Ｇ１と、発電機Ｍ１とに代えて、モータと、所定の減速比を有する歯車機構とを用いてもよい。この場合、歯車機構は、出力軸の回転を減速比の逆数の増速比でモータに伝達する。次いで、モータは、歯車機構によって伝達された回転に応じて電力を発生する。
　図３～図６は、図１のヒンジ装置１０を組み立てる第１～第４のステップを示す斜視図である。
　図３に示すように、ヒンジ部品１は、互いに連結された円筒部と板状部とを有する。ヒンジ部品１の円筒部は、ヒンジ部品２と嵌合する凸部１ａと、発電装置３を収容する凹部１ｂ（空洞部）とを有する。ヒンジ部品１の円筒部はさらに、ヒンジ部品１及びヒンジ部品２が互いに嵌合する位置において、発電装置３の入力軸３１がヒンジ部品１からヒンジ部品２に向かって突出するように形成された貫通穴１ｃを備える。ヒンジ部品１の板状部は、ヒンジ部品１を複数のネジ２３により固定物２１に固定するための複数のネジ穴１ｄを有する。ヒンジ部品２もまた、互いに連結された円筒部と板状部とを有する。ヒンジ部品２の円筒部は、ヒンジ部品１の凸部１ａが嵌合する（挿入される）凹部２ａ（空洞部）と、ヒンジ部品２の外部から凹部２ａまでヒンジ部品２を貫通するネジ穴２ｂとを有する。ヒンジ部品２の板状部は、ヒンジ部品２を複数のネジ２３により可動物２２に固定するための複数のネジ穴２ｃを有する。
　図４に示すように、ヒンジ部品１及びヒンジ部品２は、共通の基準軸（図３のＡ－Ａ’線で示す）の周りに相対的に回転可能であるように、かつ、ヒンジ部品１及びヒンジ部品２のうちの一方が他方を支持するように、互いに嵌合する。ヒンジ部品１の凸部１ａが円筒形状の外周を有し、ヒンジ部品２の凹部２ａが円筒形状の内周を有することにより、ヒンジ部品１及びヒンジ部品２は互いに回転可能であるように嵌合する。また、図４の例では、ヒンジ部品２がヒンジ部品１の上方に配置され、ヒンジ部品１がヒンジ部品２を支持する。ヒンジ部品１の円筒部は異なる外径を有する２つの部分を有する。これにより、ヒンジ部品２の円筒部の下端がヒンジ部品１の円筒部に接する位置において、ヒンジ部品２の重量がヒンジ部品１にかかる。また、図４に示すように、ヒンジ部品１の凹部１ｂには、発電装置３が挿入される。発電装置３の筐体３０は、発電装置３の入力軸３１が基準軸の上に位置するように、接着剤又はネジ（図示せず）などによりヒンジ部品１に固定される。
　ヒンジ部品１及びヒンジ部品２は、それらが互いに回転可能に嵌合する位置（すなわち、ヒンジ部品１の凸部１ａ及びヒンジ部品２の凹部２ａ）以外では、円筒以外の形状、例えば、三角柱、四角柱、他の多角柱、他の多面体の外形形状を有してもよい。
　ヒンジ部品２の凹部２ａには、貫通穴１ｃを介して突出した発電装置３の入力軸３１が収容される。発電装置３の入力軸３１は、ヒンジ部品２が基準軸の周りに回転したときに発電装置３の入力軸３１がヒンジ部品２と同じだけ回転するように、基準軸の周りの回転方向に関してヒンジ部品２に対して拘束される。図２を参照して説明したように、発電装置３の入力軸３１は、入力軸３１の側面において切り欠き３２を有する。従って、図５及び図６に示すように、ヒンジ部品２のネジ穴２ｂを介して、ヒンジ部品２の外部から凹部２ａまでヒンジ部品２を貫通して凹部２ａ内の切り欠き３２に接するように延在するネジ４１が挿入される。このネジ４１により、発電装置３の入力軸３１は、基準軸の周りの回転方向に関してヒンジ部品２に対して拘束される。
　ヒンジ部品１及びヒンジ部品２を互いに嵌合させ、発電装置３の筐体３０をヒンジ部品１に固定し、発電装置３の入力軸３１をネジ４１によりヒンジ部品２に対して拘束することにより、ヒンジ装置１０が完成する。
　ヒンジ装置１０は、図３～図６の構成を有することにより、発電装置３がヒンジ装置１０に内蔵される。ヒンジ装置１０では、発電装置３の入力軸３１が貫通穴１ｃから突出し、発電装置３の入力軸３１がネジ４１によりヒンジ部品２に対して拘束されている。従って、ヒンジ部品１の凹部１ｂに収容された発電装置３にヒンジ部品２の回転を伝達することができる。これにより、発電装置３をヒンジ装置１０に内蔵した構成が実現される。発電装置３がヒンジ装置１０に内蔵されるので、見栄えが良いヒンジ装置１０を提供することができる。
　また、ヒンジ部品１がヒンジ部品２を支持するので、ヒンジ部品２及び可動物２２の重量は発電装置３にかからない。ネジ４１は、発電装置３の入力軸３１を、基準軸の長手方向に関してヒンジ部品２に対して拘束しなくてもよく、少なくとも、基準軸の周りの回転方向に関してヒンジ部品２に対して拘束する。従って、発電装置３の入力軸３１が貫通穴１ｃから突出し、発電装置３の入力軸３１をネジ４１によりヒンジ部品２に対して拘束するとき、ヒンジ部品２及び可動物２２の重量が発電装置３にかからない構成が実現される。ヒンジ部品２及び可動物２２の重量が発電装置３にかからないので、発電装置３に余分な機械的負荷をかけることなく、発電装置３を高い信頼性で動作させることができる。
　また、ヒンジ部品１及びヒンジ部品２は、図３～図６の構成を有することにより、互いに着脱可能であるように互いに嵌合する。例えば、発電装置３の入力軸３１が貫通穴１ｃから突出し、発電装置３の入力軸３１をネジ４１によりヒンジ部品２に対して拘束することにより、ヒンジ部品１及びヒンジ部品２を互いに着脱可能である構成が実現される。従って、ヒンジ装置１０を用いて、固定物２１及び可動物２２を含むドアを簡単に施工することができる。
　本開示では、発電装置３の筐体３０が固定されるヒンジ部品１を「第１のヒンジ部品」ともいい、発電装置３の入力軸３１が拘束されるヒンジ部品２を「第２のヒンジ部品」ともいう。また、本開示において、「凹部」は、貫通した構造物を含む。
　図７～図９は、図１のヒンジ装置１０を固定物２１及び可動物２２を含むドアに取り付ける第１～第３のステップを示す斜視図である。図７～図９は、図３～図６のヒンジ装置１０と同様に構成された２つのヒンジ装置１０－１，１０－２を、固定物２１及び可動物２２を含むドアに取り付ける場合を示す。ヒンジ装置１０－１はヒンジ部品１－１，２－１及び発電装置３－１を含み、ヒンジ装置１０－２はヒンジ部品１－２，２－２及び発電装置３－２を含む。
　図７に示すように、ヒンジ部品１－１，１－２は、複数のネジ２３により固定物２１に固定される。ヒンジ部品２－１，２－２もまた、複数のネジ（図示せず）により可動物２２に固定される。その後、各ヒンジ部品２－１，２－２の凹部に各ヒンジ部品１－１，１－２の凸部が挿入されるようにヒンジ部品２－１，２－２をヒンジ部品１－１，１－２にそれぞれ嵌合させることにより、可動物２２が固定物２１に取り付けられる。ヒンジ部品１－１，１－２及びヒンジ部品２－１，２－２は、図３～図６の構成を有することにより、互いに着脱可能であるように互いに嵌合する。ヒンジ部品１－１，１－２を固定物２１に固定し、ヒンジ部品２－１，２－２を可動物２２に固定した後、可動物２２を固定物２１に取り付けることにより、固定物２１及び可動物２２を含むドアを簡単に施工することができる。
　次いで、図８に示すように、発電装置３－１の入力軸はネジ４１－１によりヒンジ部品２－１に対して拘束され、発電装置３－２の入力軸はネジ４１－２によりヒンジ部品２－２に対して拘束される。このとき、可動物２２の重量は、ヒンジ部品１－１，１－２，２－１，２－２と、固定物２１とによって支持される。可動物２２の重量が発電装置３－１，３－２にかからないので、発電装置３－１，３－２に余分な機械的負荷をかけることなく、発電装置３－１，３－２を高い信頼性で動作させることができる。
　その後、図９に示すように、ユーザによってドアが開かれるとき又は閉じられるとき、ヒンジ装置１０－１，１０－２の基準軸の周りにおいて可動物２２が固定物２１に対して回転する。このとき、発電装置３－１，３－２は、入力軸の回転に応じて電力を発生する。
　可動物２２を固定物２１に取り付けるために、３つ以上のヒンジ装置１０を用いてもよい。複数のヒンジ装置を用いて可動物２２を固定物２１に取り付ける場合、発電装置３を備えた本開示の実施形態に係るヒンジ装置１０と、発電装置を含まない従来のヒンジ装置とを組み合わせて用いてもよい。
　再び図１を参照すると、整流回路１１は、ヒンジ装置１０の発電装置３によって発生された電力を整流する。発電機Ｍ１が直流発電機であっても、ドアを開くとき及びドアを閉じるときでは発電機Ｍ１の回転方向が逆になり、逆極性の電圧が発生するので、発生された電力をコンデンサ又は二次電池に蓄えるためには整流が必要である。蓄電回路１２は、整流回路１１によって整流された電力のエネルギーを蓄える少なくとも１つのコンデンサを備える。制御回路１３は、蓄電回路１２の放電を制御する。負荷装置１４は、制御回路１３の制御下で蓄電回路１２の電力を消費する。負荷装置１４は、例えば、照明装置及び／又は通信装置（有線又は無線）を含む。
　図１の電力システムでは、ユーザの身体から作用する力が、ドアの可動物２２を介してヒンジ装置１０の発電装置３に入力される。ドアの固定物２１及び可動物２２と、ヒンジ装置１０のヒンジ部品１、ヒンジ部品２、及び発電装置３とは、機械的エネルギーを電気的エネルギーに変換する。整流回路１１、蓄電回路１２、制御回路１３は、電気的エネルギーを電気的エネルギーに変換する。図１の電力システムの出力は、負荷装置１４の仕事である。
　整流回路１１、蓄電回路１２、制御回路１３、及び負荷装置１４は、例えば図１に示すように、固定物２１に配置される。
　図１０は、第１の実施形態に係る電力システムの構成を示す回路図である。ドアを１回だけ開いて閉じるというごく短い動作から大きな電力（エネルギー）を取り出すことができれば好都合である。このため、図１０の電力システムでは、発電装置をそれぞれ備えた２つのヒンジ装置をドアの２箇所に設置し（図９を参照）、これらの発電装置の発電機を直列にカスケード接続して利用する。さらに、ドアを開くとき及びドアを閉じるときでは発電機の回転方向が逆になり、逆極性の電圧が発生するので、倍電圧整流を行うことで、発生した電力を有効に取り出す。
　図１０の電力システムは、２つのヒンジ装置の発電装置にそれぞれ含まれる発電機Ｍ１，Ｍ２を備える。図１０において、整流回路１１は、４つのダイオードＤ１～Ｄ４を備える。蓄電回路１２は、４つのコンデンサＣ１～Ｃ４を備える。制御回路１３は、コンデンサＣ５～Ｃ８、ダイオードＤ５～Ｄ７、コイルＬ１、抵抗Ｒ１～Ｒ６、可変抵抗ＶＲ１、トランスＴ１、及びトランジスタＴＲ１～ＴＲ５を備える。また、図１０の電力システムは、図１の負荷装置１４に対応する構成要素として、発光ダイオード１４ａ及び無線送信機１４ｂ１を備える。無線送信機１４ｂ１は、無線受信機１４ｂ２と無線通信可能に接続される。
　ダイオードＤ１，Ｄ２及びコンデンサＣ１，Ｃ２は、発電機Ｍ１によって発生された電圧の倍電圧整流を行う倍電圧整流回路を構成する。同様に、ダイオードＤ３，Ｄ４及びコンデンサＣ３，Ｃ４は、発電機Ｍ２によって発生された電圧の倍電圧整流を行う倍電圧整流回路を構成する。ドアの開閉のように逆方向の動きを含む一連の動作を行うとき、ドアを開くとき及びドアを閉じるときでは逆極性の電圧が発生する。この発生した電圧に対して全波整流ではなく倍電圧整流を行うことで、一連の動作で蓄電される電圧を全波整流の場合の２倍にすることができる。これにより、蓄電回路１２の後段の回路を高電圧で動作させ、後段の回路の効率を向上させることができる。なお、全波整流では、ドアを開くとき及びドアを閉じるときで同程度の発電電圧しか得られないので、発電時間を２倍に延ばしても蓄電エネルギーを大きくすることができない。
　コンデンサＣ１～Ｃ４は、例えば、電解コンデンサである。
　発電機Ｍ１，Ｍ２は、それらの出力端子が互いに縦続接続（直列接続又はカスケード接続ともいう）される。重い可動物２２を支持する場合、通常、複数のヒンジ装置が使用される。２個のヒンジ装置を使う場合、両方のヒンジ装置に発電装置を組み込むことができる。各発電装置の発電機Ｍ１，Ｍ２で発生された電圧により充電される複数のコンデンサＣ１～Ｃ４を縦続接続することで、各コンデンサＣ１～Ｃ４にわたる電圧の和が出力電圧として得られる。これにより、蓄電回路１２の後段の回路を高電圧で動作させ、後段の回路の効率を向上させることができる。
　制御回路１３において、コンデンサＣ５～Ｃ７、ダイオードＤ５、抵抗Ｒ１～Ｒ６、トランスＴ１、及びトランジスタＴＲ２～ＴＲ５は、インバータ回路１３ａを構成する。インバータ回路１３ａは、電圧共振型で動作し、ソフトスイッチング（ゼロボルトスイッチング）を行う。また、コンデンサＣ５、抵抗Ｒ１、可変抵抗ＶＲ１、及びトランジスタＴＲ１～ＴＲ３は、電圧設定回路１３ｂを構成する。電圧設定回路１３ｂは、可変抵抗ＶＲ１及びトランジスタＴＲ１により、電力システムが動作する電圧範囲、特に、蓄電回路１２の出力電圧の下限電圧を設定する。制御回路１３は、蓄電回路１２のコンデンサＣ１～Ｃ４の両端にわたる電圧が、電圧設定回路１３ｂに設定された下限電圧以下であるとき、蓄電回路１２から負荷装置（発光ダイオード１４ａ）への電力供給を停止する。また、コンデンサＣ５，Ｃ７、抵抗Ｒ１～Ｒ３，Ｒ５，Ｒ６、トランスＴ１、及びトランジスタＴＲ２，ＴＲ３，ＴＲ５は、定電流制御回路１３ｃを構成する。定電流制御回路１３ｃは、蓄電回路１２から負荷装置（発光ダイオード１４ａ）に一定の電流が供給する。
　一般に、コンデンサは、完全に空の状態から充電すると、充電の理論効率が５０％になる。さらに、発電とは異なる時点に負荷装置を動作させる場合、この電力が必要になるので、コンデンサには常に最低限のエネルギーを蓄えておく必要がある。また、負荷装置を動作させる場合には、制御回路のトランジスタ等が起動できるだけの最低限の電圧が必要である。このような理由から、制御回路１３は、蓄電回路１２に下限電圧を設定する。例えば、１つの発電機Ｍ１あたりの発電時の発電電圧（誘導起電力、速度起電力）が１２（Ｖ）であるとする。この場合、１秒間にわたって発電した後のコンデンサＣ１（容量Ｃ１＝０．０１Ｆとする）の電圧Ｖ１が１０Ｖであったとき、コンデンサＣ１のエネルギーは、１／２×Ｃ１×Ｖ１ ２＝０．５（Ｊ）になる。その後、制御回路１３で負荷装置１４を動作させ、コンデンサＣ１の電圧が最低電圧Ｖ０１（ここでは１．５（Ｖ）とする）まで低下したとき、コンデンサＣ１に残っているエネルギーは、１／２×Ｃ１×Ｖ０１ ２＝０．０１１（Ｊ）になる。従って、利用できるエネルギーは、約０．４９（Ｊ）である。このように、下限電圧を設定することにより、コンデンサＣ１～Ｃ４のエネルギーを十分に利用でき、かつ、負荷装置１４を確実に動作させることができる。
　発光ダイオード１４ａは、白熱電球及び蛍光灯に比べて小さいエネルギーかつ小型の装置で同等の照明の効果を得ることができる。従って、発光ダイオード１４ａは、本開示の実施形態に係る電力システムにおける限られたエネルギーを有効に利用するのに適している。また、負荷装置として発光ダイオード１４ａを用いる場合、夜間に門、玄関、廊下のドア等を開閉するとき、ドアの周囲（足下など）に道案内できる程度の明るさで補助的な照明の効果が得られ、夜間の移動を安全かつ安心にすることができる。また、負荷装置として発光ダイオード１４ａを用いる場合、不審者がドアを開閉して侵入しようとするとき、センサーライトと同様に、不審者に対して威嚇すること及び／又は侵入を予防することができる。また、負荷装置として発光ダイオード１４ａを用いる場合、商用電源に接続されていない収納庫又は倉庫（洗面所の下の収納庫、屋外の倉庫、など）において、そのドアの開閉時に、収納庫又は倉庫の中を一定時間にわたって視認することができ、便利である。
　本開示では、発光ダイオード１４ａを「照明装置」ともいう。
　また、無線送信機１４ｂ１及び無線受信機１４ｂ２により、高齢者等の生活行動を把握する見守り機能を実現することができる。例えば、負荷装置として無線送信機１４ｂ１を用いる場合、ヒンジ装置をトイレのドアに組み込んでおけば、トイレの利用回数等の情報を無線通信で予め決められた人物に報知できる。特に、高齢者とその家族とが離れて暮らす場合には、見守りとして有効である。また、負荷装置として無線送信機１４ｂ１を用いる場合、門及び／又は玄関等のドアを開閉して不審者が侵入しようとするとき、このことを無線通信で予め決められた人物に報知することができ、安心である。
　本開示の実施形態に係る電力システムは、図１の負荷装置１４に対応する構成要素として、音声案内のための再生装置、デジタル画像を撮影するためのカメラ、などを備えてもよい。
　第１の実施形態に係る電力システムは、３つ以上の発電装置を備えてもよい。
　本開示では、無線送信機１４ｂ１を「通信装置」ともいう。本開示の実施形態に係る電力システムは、無線送信機の代替及び／又は追加として、有線の通信装置を備えてもよい。
　図１１は、第１の実施形態に係る電力システムの動作を示す概略図である。図１１は、ユーザの生活行動から得られたエネルギーを用いて発電し、その発電された電力を利用する場面を示す。図１１（ａ）に示すように、例えば夜間又は暗所にて、ユーザは、可動物２２の取っ手（ドアノブ）を引いてドアを開く。図１１（ｂ）～図１１（ｃ）に示すように、ドアが開くように可動物２２が移動している間、各ヒンジ装置１０－１，１０－２の発電装置は、電力を発生し、発生した電力のエネルギーを蓄電回路１２（図１１には図示せず）に蓄える。また、図１１（ｄ）に示すように、ドアが閉じるように可動物２２が移動している間も、各ヒンジ装置１０－１，１０－２の発電装置は、電力を発生し、発生した電力のエネルギーを蓄電回路１２に蓄える。図１１（ｃ）に示すように、ユーザがドアを開き始めてから（すなわち、発電を開始してから）例えば０．５秒後に、制御回路１３（図１１には図示せず）は、蓄電回路１２のエネルギーを負荷装置１４に供給し、負荷装置１４（照明装置）を点灯させる。図１１（ｄ）に示すように、ユーザがドアを閉めて先に進もうとするとき、制御回路１３は、蓄電回路１２のエネルギーを負荷装置１４に供給し、これにより照明を前方に照らし、ユーザの足元を案内する。負荷装置１４は、ユーザが進んでいる間、例えば５秒間にわたって点灯し続け、ユーザは目的地（例えば次のドア）に到着する。図１１（ｅ）に示すように、ドアを開き始めてから例えば５秒後に、制御回路１３は負荷装置１４を消灯する。
　制御回路１３は、発電装置３の発電動作と同時に、蓄電回路１２から負荷装置１４へ電力を供給してもよい。また、制御回路１３は、発電装置３の発電動作から予め決められた時間の経過後に、蓄電回路１２から負荷装置１４へ電力を供給してもよい。また、制御回路１３は、発電装置３の発電動作とは独立に、蓄電回路１２から負荷装置１４へ電力を供給してもよい。従って、発電装置３の動作中、動作後、及び動作前を含む任意の時点において、負荷装置１４を動作させることができるので、便利かつ安心である。
　以上説明したように、第１の実施形態に係る電力システムによれば、ヒンジ装置１０に発電装置３を組み込んだので、ユーザの生活行動からエネルギーを効率的に取り出して発電することができる。
　図１２～図１５は、第１の実施形態の第１の変形例に係る電力システムのヒンジ装置１０Ａを組み立てる第１～第４のステップを示す斜視図である。ヒンジ装置のヒンジ部品の形状は、図３～図６に示すものに限定されない。図１２に示すように、ヒンジ部品１Ａは、図３のヒンジ部品１の凸部１ａ、凹部１ｂ、貫通穴１ｃ、及びネジ穴１ｄにそれぞれ対応する凸部１Ａａ、凹部１Ａｂ、貫通穴１Ａｃ、及びネジ穴１Ａｄを有する。ヒンジ部品２Ａは、図３のヒンジ部品２の凹部２ａ、ネジ穴２ｂ、及びネジ穴２ｃにそれぞれ対応する凹部２Ａａ，２Ａａａ、ネジ穴２Ａｂ、及びネジ穴２Ａｃを有する。ヒンジ部品２Ａの円筒部は異なる内径を有する２つの凹部２Ａａ，２Ａａａを有する。これにより、ヒンジ部品１Ａの円筒部の上端がヒンジ部品２Ａの凹部２Ａａの上端に接する位置において、ヒンジ部品２Ａの重量がヒンジ部品１Ａにかかる。ネジ穴２Ａｂは、ヒンジ部品２Ａの外部から凹部２Ａａａまでヒンジ部品２Ａを貫通する。その後のヒンジ装置１０Ａの組み立ては、図１３～図１５に示すように、図４～図６を参照して説明したヒンジ装置１０の組み立てと同様である。
　図１６は、第１の実施形態の第２の変形例に係る電力システムの構成を示す概略図である。図１６のヒンジ装置１０は、図１のヒンジ装置１０と同様に構成されるが、発電装置３の筐体３０が固定されるヒンジ部品１が、発電装置３の入力軸３１が拘束されるヒンジ部品２の上方に配置され、ヒンジ部品２がヒンジ部品１を支持する。このように、ヒンジ部品１がヒンジ部品２を支持することに代えて、ヒンジ部品２がヒンジ部品１を支持してもよい。また、発電装置３の筐体３０が固定されるヒンジ部品１が可動物２２に固定されてもよく、発電装置３の入力軸３１が拘束されるヒンジ部品２が固定物２１に固定されてもよい。
　図１７は、第１の実施形態の第３の変形例に係る電力システムの構成を示す概略図である。整流回路１１、蓄電回路１２、制御回路１３、及び負荷装置１４は、図１７に示すように、可動物２２に配置されてもよい。
　図１８は、第１の実施形態の第４の変形例に係る電力システムの構成を示す概略図である。整流回路１１、蓄電回路１２、及び制御回路１３のうちの少なくとも１つは、発電装置３とともにヒンジ部品１に配置されてもよい。図１８の例では、整流回路１１及び蓄電回路１２が、発電装置３とともに、ヒンジ部品１の凹部（空洞部）に設けられ、制御回路１３及び負荷装置１４が固定物２１に配置される。図１８の構成によれば、電力システムの外観をシンプルにして、見栄えをよくすることができる。
　図１９は、第１の実施形態の第５の変形例に係る電力システムの構成を示す概略図である。整流回路１１、蓄電回路１２、及び制御回路１３のうちの少なくとも１つは、ヒンジ部品１の凹部に限らず、ヒンジ部品１の上の他の位置に配置されてもよい。図１９の例では、整流回路１１及び蓄電回路１２が、ヒンジ部品１の上に設けられ、制御回路１３及び負荷装置１４が固定物２１に配置される。ヒンジ部品１の内部に回路部品を収納できない場合であっても、ユーザの使い方及び見栄えに合わせて、他の任意の場所に回路部品を設けることができる。
　図２０は、第１の実施形態の第６の変形例に係る電力システムの構成を示す概略図である。整流回路１１、蓄電回路１２、及び制御回路１３のうちの少なくとも１つは、ヒンジ部品２に配置されてもよい。図２０の例では、整流回路１１及び蓄電回路１２が、ヒンジ部品２の上に設けられ、制御回路１３及び負荷装置１４が可動物２２に配置される。ヒンジ部品２に凹部（空洞部）を設けて、この凹部に、整流回路１１、蓄電回路１２、及び制御回路１３のうちの少なくとも１つを設けてもよい。このように、ユーザの使い方及び見栄えに合わせて、整流回路１１、蓄電回路１２、制御回路１３、及び負荷装置１４を所望の場所に配置することができる。
　第１の実施形態に係るヒンジ装置及び電力システムは、以下の構成を備えたことを特徴とする。
　第１の実施形態に係るヒンジ装置によれば、共通の基準軸を有する第１のヒンジ部品１及び第２のヒンジ部品２と、発電装置３とを備えたヒンジ装置１０が提供される。第１のヒンジ部品１及び第２のヒンジ部品２は、基準軸の周りに相対的に回転可能であるように、かつ、第１のヒンジ部品１及び第２のヒンジ部品２のうちの一方が他方を支持するように、互いに嵌合する。発電装置３は、筐体３０及び入力軸３１を備え、入力軸３１の回転に応じて電力を発生する。発電装置３の筐体３０は、発電装置３の入力軸３１が基準軸の上に位置するように第１のヒンジ部品１に固定される。発電装置３の入力軸３１は、第２のヒンジ部品２が基準軸の周りに回転したときに発電装置３の入力軸３１が第２のヒンジ部品２と同じだけ回転するように、基準軸の周りの回転方向に関して第２のヒンジ部品２に対して拘束される。
　これにより、発電装置３を備えたヒンジ装置１０であって、ユーザの生活行動からエネルギーを効率的に取り出して発電することができるヒンジ装置１０を提供することができる。
　第１の実施形態に係るヒンジ装置によれば、第１のヒンジ部品１は、第１のヒンジ部品１及び第２のヒンジ部品２が互いに嵌合する位置において、発電装置３の入力軸３１が第１のヒンジ部品１から第２のヒンジ部品２に向かって突出するように形成された貫通穴１ｃを備えてもよい。第２のヒンジ部品２は、第１のヒンジ部品１及び第２のヒンジ部品２が互いに嵌合する位置において、貫通穴１ｃを介して突出した発電装置３の入力軸３１を収容する凹部２ａを有するように形成される。
　これにより、発電装置３の入力軸３１を貫通穴１ｃから突出させて凹部２ａに収容させることにより、ヒンジ部品２の回転を第１のヒンジ部品１に固定された発電装置３に伝達するように、ヒンジ装置１０に発電装置３を内蔵することができる。
　第１の実施形態に係るヒンジ装置によれば、発電装置３の入力軸３１は、入力軸３１の側面において切り欠き３２を有してもよい。発電装置３の入力軸３１は、第２のヒンジ部品２の外部から凹部２ａまで第２のヒンジ部品２を貫通して凹部２ａ内の切り欠き３２に接するように延在するネジ４１により、基準軸の周りの回転方向に関して第２のヒンジ部品２に対して拘束される。
　これにより、発電装置３の入力軸３１は、第２のヒンジ部品２が基準軸の周りに回転したときに発電装置３の入力軸３１が第２のヒンジ部品２と同じだけ回転する。ネジ４１は、発電装置３の入力軸３１を、基準軸の長手方向に関してヒンジ部品２に対して拘束しなくてもよい。従って、ヒンジ部品１がヒンジ部品２を支持する場合、ヒンジ部品２の重量が発電装置３にかからないので、発電装置３に余分な機械的負荷をかけることなく、発電装置３を高い信頼性で動作させることができる。
　第１の実施形態に係るヒンジ装置によれば、第１のヒンジ部品１及び第２のヒンジ部品２は、互いに着脱可能であるように互いに嵌合してもよい。
　これにより、ヒンジ装置１０を用いて、例えば、固定物２１及び可動物２２を含むドアを簡単に施工することができる。
　第１の実施形態に係るヒンジ装置によれば、発電装置３は、発電装置３の入力軸３１の回転を所定の増速比で伝達する歯車機構Ｇ１と、歯車機構Ｇ１によって伝達された回転に応じて電力を発生する発電機Ｍ１とを備えてもよい。
　これにより、歯車機構Ｇ１を用いて、ユーザの生活行動から得られたエネルギーから効率的に発電することができる。
　第１の実施形態に係る電力システムによれば、ヒンジ装置１０と、整流回路１１と、蓄電回路１２と、制御回路１３と、負荷装置１４とを備える。整流回路１１は、ヒンジ装置１０の発電装置３によって発生された電力を整流する。蓄電回路１２は、整流回路１１によって整流された電力のエネルギーを蓄える。制御回路１３は、蓄電回路１２の放電を制御する。負荷装置１４は、制御回路１３の制御下で蓄電回路１２の電力を消費する。
　これにより、整流回路１１、蓄電回路１２、制御回路１３、及び負荷装置１４を用いて、ユーザの生活行動から得られたエネルギーから発電された電力を、負荷装置１４の用途に応じて効果的に利用することができる。
　第１の実施形態に係る電力システムによれば、発電装置３と、整流回路１１、蓄電回路１２、及び制御回路１３のうちの少なくとも１つとは、ヒンジ装置１０の第１のヒンジ部品１に配置されてもよい。
　これにより、電力システムの各構成要素を高い自由度で配置することができる。
　第１の実施形態に係る電力システムによれば、整流回路１１、蓄電回路１２、及び制御回路１３のうちの少なくとも１つは、ヒンジ装置１０の第２のヒンジ部品２に配置されてもよい。
　これにより、電力システムの各構成要素を高い自由度で配置することができる。
　第１の実施形態に係る電力システムによれば、ヒンジ装置１０の第１のヒンジ部品１及び第２のヒンジ部品２のうちの一方は固定物２１に固定され、他方は可動物２２に固定されてもよい。可動物２２の重量は、第１のヒンジ部品１及び第２のヒンジ部品２と、固定物２１とによって支持される。発電装置３は、ヒンジ装置１０の基準軸の周りにおいて可動物２２が固定物２１に対して回転するとき、入力軸３１の回転に応じて電力を発生する。
　これにより、ヒンジ部品２及び可動物２２の重量が発電装置３にかからないので、発電装置３に余分な機械的負荷をかけることなく、発電装置３を高い信頼性で動作させることができる。
　第１の実施形態に係る電力システムによれば、整流回路１１、蓄電回路１２、及び制御回路１３のうちの少なくとも１つは、固定物２１に配置されてもよい。
　これにより、電力システムの各構成要素を高い自由度で配置することができる。
　第１の実施形態に係る電力システムによれば、整流回路１１、蓄電回路１２、及び制御回路１３のうちの少なくとも１つは、可動物２２に配置されてもよい。
　これにより、電力システムの各構成要素を高い自由度で配置することができる。
　第１の実施形態に係る電力システムによれば、発電システムは、互いに縦続接続された複数の発電装置３を備えてもよい。
　これにより、単一の発電装置３を備える場合よりも、高電圧又は大電流を発生することができる。
　第１の実施形態に係る電力システムによれば、蓄電回路１２は複数のコンデンサＣ１～Ｃ４を含んでもよい。整流回路１１は倍電圧整流回路を含む。
　これにより、一連の動作で蓄電される電圧を全波整流の場合の２倍にすることができる。従って、蓄電回路１２の後段の回路を高電圧で動作させ、後段の回路の効率を向上させることができる。
　第１の実施形態に係る電力システムによれば、制御回路１３は、発電装置３の発電動作と同時に、又は、発電装置３の発電動作から予め決められた時間の経過後に、又は、発電装置３の発電動作とは独立に、蓄電回路１２から負荷装置１４へ電力を供給してもよい。
　これにより、発電装置３の動作中、動作後、及び動作前を含む任意の時点において、負荷装置１４を動作させることができる。従って、ユーザの生活行動から得られたエネルギーから発電された電力を、負荷装置１４の用途に応じて効果的に利用することができる。
　第１の実施形態に係る電力システムによれば、制御回路１３は、蓄電回路１２のコンデンサＣ１～Ｃ４の両端にわたる電圧が予め決められた下限電圧以下であるとき、蓄電回路１２から負荷装置１４への電力供給を停止してもよい。
　これにより、コンデンサＣ１～Ｃ４のエネルギーを十分に利用でき、かつ、負荷装置１４を確実に動作させることができる。
　第１の実施形態に係る電力システムによれば、負荷装置１４は照明装置を含んでもよい。
　これにより、照明装置を含む電力システムは、照明、不審者に対する威嚇、及び／又は不審者の侵入防止などの目的に利用可能である。
　第１の実施形態に係る電力システムによれば、負荷装置１４は通信装置を含んでもよい。
　これにより、通信装置を含む電力システムは、高齢者の見守り及び／又は不審者の報知などの目的に利用可能である。
　第１の実施形態に係るヒンジ装置は、ドア、窓、扉、蓋など、ヒンジ装置を用いる任意の構造物に適用可能である。一般家庭、公共施設、などの門、回動型ドア、片開きドアの開閉動作において、上述の全ての効果が得られる。
第２の実施形態．
　ヒンジ装置のヒンジ部品の形状は、図３～図６、図１２～図１５に示すものに限定されない。以下、第２の実施形態に係る電力システムのヒンジ装置について説明する。
　図２１～図２３は、第２の実施形態に係る電力システムのヒンジ装置１０Ｂを組み立てる第１～第３のステップを示す斜視図である。ヒンジ装置１０Ｂは、ヒンジ部品１Ｂ１、ヒンジ部品１Ｂ２、ヒンジ部品２Ｂ、及び発電装置３を備える。
　図２１に示すように、ヒンジ部品１Ｂ１は、互いに連結された円筒部と板状部とを有する。ヒンジ部品１Ｂ１の円筒部は、ヒンジ部品２Ｂと嵌合する凹部１Ｂ１ａと、発電装置３を収容する凹部１Ｂ１ｂとを有する。ヒンジ部品１Ｂ１の円筒部はさらに、ヒンジ部品１Ｂ１及びヒンジ部品２Ｂが互いに嵌合する位置において、発電装置３の入力軸３１がヒンジ部品１Ｂ１からヒンジ部品２Ｂに向かって突出するように形成された貫通穴１Ｂ１ｃを備える。ヒンジ部品１Ｂ１の板状部は、ヒンジ部品１Ｂ１を複数のネジにより固定物に固定するための複数のネジ穴１Ｂ１ｄと、ヒンジ部品１Ｂ１，１Ｂ２を互いに連結するためのネジ穴を含む連結部１Ｂ１ｅとを有する。ヒンジ部品１Ｂ２もまた、互いに連結された円筒部と板状部とを有する。ヒンジ部品１Ｂ２の円筒部は、ヒンジ部品２Ｂと嵌合する凹部１Ｂ２ａを有する。ヒンジ部品１Ｂ２の板状部は、ヒンジ部品１Ｂ２を複数のネジにより固定物に固定するための複数のネジ穴１Ｂ２ｄと、ヒンジ部品１Ｂ１，１Ｂ２を互いに連結するためのネジ穴を含む連結部１Ｂ２ｅとを有する。ヒンジ部品２Ｂもまた、互いに連結された円筒部と板状部とを有する。ヒンジ部品２Ｂの円筒部は、基準軸（図２１のＡ－Ａ’線で示す）に沿って第１の端部（図２１の下端）及び第２の端部（図２１の上端）を有する。ヒンジ部品２Ｂの円筒部は、第１の端部において、ヒンジ部品１Ｂ１の凹部１Ｂ１ａと嵌合する凸部２Ｂａ１を有し、第２の端部において、ヒンジ部品１Ｂ２の凹部１Ｂ２ａと嵌合する凸部２Ｂａ２を有する。ヒンジ部品２Ｂの円筒部は、第１の端部において、発電装置３の入力軸３１と嵌合する凹部２Ｂｂを有する。ヒンジ部品２Ｂの板状部は、ヒンジ部品２Ｂを複数のネジにより可動物に固定するための複数のネジ穴２Ｂｃを有する。
　発電装置３の入力軸３１は、図２の切り欠き３２に代えて、基準軸の周りの回転方向に関してヒンジ部品２Ｂに対して拘束されるように、その先端において所定形状の凸部３４を有する。図２１の例では、発電装置３の入力軸３１は、歯車形状の凸部３４を有する。ヒンジ部品２Ｂの凹部２Ｂｂは、基準軸の上の点から見て、発電装置３の凸部３４に対して相補的な形状に形成される。
　図２２に示すように、ヒンジ部品１Ｂ１，１Ｂ２及びヒンジ部品２Ｂは、共通の基準軸の周りに相対的に回転可能であるように、かつ、ヒンジ部品１Ｂ１，１Ｂ２及びヒンジ部品２Ｂのうちの一方が他方を支持するように、互いに嵌合する。ヒンジ部品１Ｂ１の凹部１Ｂ１ａが円筒形状の内周を有し、ヒンジ部品２Ｂの凸部２Ｂａ１が円筒形状の外周を有することにより、ヒンジ部品１Ｂ１及びヒンジ部品２Ｂは互いに回転可能であるように嵌合する。同様に、ヒンジ部品１Ｂ２の凹部１Ｂ２ａが円筒形状の内周を有し、ヒンジ部品２Ｂの凸部２Ｂａ２が円筒形状の外周を有することにより、ヒンジ部品１Ｂ２及びヒンジ部品２Ｂは互いに回転可能であるように嵌合する。また、図２２の例では、ヒンジ部品２Ｂがヒンジ部品１Ｂ１，１Ｂ２の間に配置され、ヒンジ部品１Ｂ１，１Ｂ２がヒンジ部品２Ｂを支持する。ヒンジ部品１Ｂ１，１Ｂ２は、連結部１Ｂ１ｅ，１Ｂ２ｅにおいてネジ１Ｂ３により互いに連結される。
　ヒンジ部品１Ｂ１，１Ｂ２及びヒンジ部品２Ｂは、それらが互いに回転可能に嵌合する位置（すなわち、ヒンジ部品１Ｂ１の凹部１Ｂ１ａ、ヒンジ部品１Ｂ２の凹部１Ｂ２ａ、及びヒンジ部品２Ｂの凸部２Ｂａ１，２Ｂａ２）以外では、円筒以外の形状、例えば、三角柱、四角柱、他の多角柱、他の多面体の外形形状を有してもよい。
　図２３に示すように、ヒンジ部品１Ｂ１の凹部１Ｂ１ｂには、発電装置３が挿入される。発電装置３の筐体３０は、発電装置３の入力軸３１が基準軸の上に位置するように、接着剤又はネジ（図示せず）などによりヒンジ部品１Ｂ１に固定される。ヒンジ部品２Ｂの凹部２Ｂｂには、貫通穴１Ｂ１ｃを介して突出した発電装置３の入力軸３１の先端の凸部３４が収容される。発電装置３の凸部３４及びヒンジ部品２Ｂの凹部２Ｂｂが互いに相補的な形状を有するので、発電装置３の入力軸３１は、基準軸の周りの回転方向に関してヒンジ部品２Ｂに対して拘束される。従って、ヒンジ部品２Ｂが基準軸の周りに回転したとき、発電装置３の入力軸３１がヒンジ部品２Ｂと同じだけ回転する。
　ヒンジ部品１Ｂ１，１Ｂ２及びヒンジ部品２Ｂを互いに嵌合させ、発電装置３の筐体３０をヒンジ部品１Ｂ１に固定し、発電装置３の入力軸３１をヒンジ部品２Ｂに対して拘束し、ヒンジ部品１Ｂ１，１Ｂ２をネジ１Ｂ３により互いに連結することにより、ヒンジ装置１０Ｂが完成する。
　ヒンジ装置１０Ｂは、図２１～図２３の構成を有することにより、発電装置３がヒンジ装置１０Ｂに内蔵される。ヒンジ装置１０Ｂでは、発電装置３の入力軸３１が貫通穴１Ｂ１ｃから突出し、互いに相補的な形状を有する発電装置３の凸部３４及びヒンジ部品２Ｂの凹部２Ｂｂにより発電装置３の入力軸３１がヒンジ部品２Ｂに対して拘束されている。従って、ヒンジ部品１Ｂ１の凹部１Ｂ１ｂに収容された発電装置３にヒンジ部品２Ｂの回転を伝達することができる。これにより、発電装置３をヒンジ装置１０Ｂに内蔵した構成が実現される。発電装置３がヒンジ装置１０Ｂに内蔵されるので、見栄えが良いヒンジ装置１０Ｂを提供することができる。
　また、ヒンジ部品１Ｂ１，１Ｂ２がヒンジ部品２Ｂを支持するので、ヒンジ部品２Ｂの重量は発電装置３にかからない。互いに相補的な形状を有する発電装置３の凸部３４及びヒンジ部品２Ｂの凹部２Ｂｂは、発電装置３の入力軸３１を、基準軸の長手方向に関してヒンジ部品２Ｂに対して拘束しなくてもよく、少なくとも、基準軸の周りの回転方向に関してヒンジ部品２Ｂに対して拘束する。従って、発電装置３の入力軸３１が貫通穴１Ｂ１ｃから突出し、互いに相補的な形状を有する発電装置３の凸部３４及びヒンジ部品２Ｂの凹部２Ｂｂにより発電装置３の入力軸３１をヒンジ部品２Ｂに対して拘束するとき、ヒンジ部品２Ｂ（及び後述の可動物２２Ｂ）の重量が発電装置３にかからない構成が実現される。ヒンジ部品２Ｂ（及び可動物２２Ｂ）の重量が発電装置３にかからないので、発電装置３に余分な機械的負荷をかけることなく、発電装置３を高い信頼性で動作させることができる。
　また、ヒンジ部品１Ｂ１，１Ｂ２及びヒンジ部品２Ｂは、図２１～図２３の構成を有することにより、互いに回転可能な状態で一体的に構成される。従って、ヒンジ装置１０Ｂを用いて、固定物及び可動物を含むドアを簡単に施工することができる。
　本開示では、ヒンジ部品１Ｂ１，１Ｂ２を「第１のヒンジ部品」ともいい、ヒンジ部品２Ｂを「第２のヒンジ部品」ともいう。また、本開示では、ヒンジ部品１Ｂ１を「第１のヒンジ部品の第１の部分」ともいい、ヒンジ部品１Ｂ２を「第１のヒンジ部品の第２の部分」ともいう。
　図２４～図２６は、図１８のヒンジ装置１０Ｂを固定物２１Ｂ及び可動物２２Ｂを含むドアに取り付ける第１～第３のステップを示す斜視図である。図２４に示すように、固定物２１Ｂは、ヒンジ装置１０Ｂを収容する凹部２１Ｂａを有する。ヒンジ部品１Ｂ１，１Ｂ２は、固定物２１Ｂの凹部２１Ｂａにおいて、複数のネジ（図示せず）により固定物２１Ｂに固定される。ヒンジ部品２Ｂもまた、複数のネジ２３により可動物２２Ｂに固定される。図２５に示すように、ヒンジ部品１Ｂ１，１Ｂ２を固定物２１Ｂに固定した後、固定物２１Ｂの凹部２１Ｂａはカバー２１Ｂｂにより覆われてもよい。その後、図２６に示すように、ユーザによってドアが開かれたとき又は閉じられたとき、ヒンジ装置１０Ｂの基準軸の周りにおいて可動物２２Ｂが固定物２１Ｂに対して回転する。このとき、発電装置３は、入力軸の回転に応じて電力を発生する。
　互いに相補的な発電装置３の凸部３４及びヒンジ部品２Ｂの凹部２Ｂｂの形状は、歯車形状に限らず、発電装置３の入力軸３１をヒンジ部品２Ｂに対して拘束することができるのであれば、他の任意の形状であってもよい。
　図２７は、第２の実施形態の第１の変形例に係る発電装置３及びヒンジ部品２Ｂの構成を示す斜視図である。発電装置３の入力軸３１は三角形の凸部３４Ａを有し、ヒンジ部品２Ｂは相補的な三角形の凹部２ＢｂＡを有してもよい。
　図２８は、第２の実施形態の第２の変形例に係る発電装置３及びヒンジ部品２Ｂの構成を示す斜視図である。発電装置３の入力軸３１は四角形の凸部３４Ｂを有し、ヒンジ部品２Ｂは相補的な四角形の凹部２ＢｂＢを有してもよい。
　図２９は、第２の実施形態の第３の変形例に係る発電装置３及びヒンジ部品２Ｂの構成を示す斜視図である。発電装置３の入力軸３１は十字形の凸部３４Ｃを有し、ヒンジ部品２Ｂは相補的な十字形の凹部２ＢｂＣを有してもよい。
　また、発電装置３の入力軸３１が所定形状の凹部を有し、ヒンジ部品２Ｂの凹部２Ｂｂが相補的な形状の凸部を有してもよい。
　第２の実施形態に係るヒンジ装置は、以下の構成を備えたことを特徴とする。
　第２の実施形態に係るヒンジ装置によれば、発電装置３の入力軸及びヒンジ部品２Ｂの凹部は、基準軸の上の点から見て互いに相補的な形状に形成されてもよい。
　これにより、発電装置３の入力軸３１は、第２のヒンジ部品２Ｂが基準軸の周りに回転したときに発電装置３の入力軸３１が第２のヒンジ部品２Ｂと同じだけ回転する。互いに相補的な形状を有する発電装置３の凸部３４及びヒンジ部品２Ｂの凹部２Ｂｂは、発電装置３の入力軸３１を、基準軸の長手方向に関してヒンジ部品２Ｂに対して拘束しなくてもよい。従って、ヒンジ部品１Ｂ１，１Ｂ１２がヒンジ部品２Ｂを支持する場合、ヒンジ部品２Ｂの重量が発電装置３にかからないので、発電装置３に余分な機械的負荷をかけることなく、発電装置３を高い信頼性で動作させることができる。
　第２の実施形態に係るヒンジ装置によれば、ヒンジ部品１Ｂ１，１Ｂ２は第１の部分（ヒンジ部品１Ｂ１）及び第２の部分（ヒンジ部品１Ｂ２）を含んでもよい。ヒンジ部品２Ｂは、基準軸に沿って第１及び第２の端部を有し、第１の端部においてヒンジ部品１Ｂ１と嵌合し、第２の端部においてヒンジ部品１Ｂ２と嵌合する。ヒンジ部品１Ｂ１，１Ｂ２は互いに連結される。
　これにより、ヒンジ装置１０Ｂを用いて、例えば、固定物及び可動物を含むドアを簡単に施工することができる。
　第２の実施形態において、追加又は代替として、ヒンジ部品１Ｂ２に発電装置３を設けてもよい。
　第１及び第２の実施形態を組み合わせてもよい。例えば、第１の実施形態において、切り欠き３２及びネジ４１に代えて、発電装置３の入力軸３１の先端とヒンジ部品２の凹部２ａとを互いに相補的な形状に形成してもよい。また、第２の実施形態において、ヒンジ部品２Ｂを貫通するネジ４１により、発電装置３の入力軸３１をヒンジ部品２Ｂに対して拘束してもよい。用途及びサイズに応じて、発電装置３の入力軸３１をヒンジ部品２Ｂに対して拘束するさまざまな方法を選択可能である。また、第１の実施形態において、ヒンジ部品１がヒンジ部品２と嵌合する凹部を有し、ヒンジ部品２がヒンジ部品１と嵌合する凸部を有してもよい。また、第２の実施形態において、ヒンジ部品１Ｂ１，１Ｂ２の少なくとも一方がヒンジ部品２Ｂと嵌合する凸部を有し、ヒンジ部品２Ｂが対応する凹部を有してもよい。
第３の実施形態．
　蓄電回路１２のコンデンサの容量が小さいと、すぐに満充電になり、発電された電力の一部が無駄になる可能性がある。また、蓄電回路１２のコンデンサの容量が大きいと、サイズ及びコストが増大する。発電装置３、整流回路１１、及び蓄電回路１２を備えた発電システムにとって、さまざまな要件を考慮して蓄電回路１２のコンデンサの容量を決定することは重要な課題である。従って、コンデンサの最適又はほぼ最適な容量を容易に決定すること、及び、そのようなコンデンサを備えた電力システムを提供することが求められる。
　第３の実施形態では、サイズ及びコストを過度に増大させることなく、発電した電力の無駄が生じにくいように決定された容量を有するコンデンサを備えた電力システムを提供する。
　本開示の各実施形態に係る電力システムでは、発電装置３が、できるだけゆっくりとした小さい角速度で機械的エネルギーが入力されているとき、なるべく大きな電圧を発生できることが有効であると考えられる。従って、以下、高い増速比を有する歯車機構Ｇ１と、高い定格出力電圧を有する発電機Ｍ１とを組み合わせて用いる場合を例示する。
　以下、本発明者が行ったシミュレーションについて説明する。
　シミュレーションでは、減速比１／Ｇ＝１／２４２の遊星歯車機構と、定格入力電圧Ｖｍ＝２４（Ｖ）を有するマイクロモータとを組み合わせ、これらの遊星歯車機構及びマイクロモータを発電装置３として用いた。この場合、ゆっくりと小さい角速度で入力軸を回したときに、大きな速度起電力（発電機の出力端子における電圧）が得られる必要がある。ここで、Ｎｍａ（ｒｐｍ）は、無負荷時のモータの出力軸の回転速度である。Ｎｄａ（ｒｐｍ）は、無負荷時の歯車機構の出力軸の回転速度である。モータに電圧２４（Ｖ）が印加されたときの無負荷回転速度Ｎｄａ（ｒｐｍ）は、２８（ｒｐｍ）である。これから、このモータを発電機として用いるために必要な設計値を求める。
　まず、逆起電圧定数Ｋｅｄ（Ｖ／（ｒａｄ／ｓ））の計算について説明する。逆起電圧定数Ｋｅｄは、発電装置３の入力軸の回転速度に対する発電装置３の出力端子の電圧を示す重要な指標である。逆起電圧定数Ｋｅｄが大きいほど、ゆっくりとした回動動作で大きな電圧出力が得られる。単位はＳＩ（国際）単位系に統一して示す。無負荷時の歯車機構の出力軸の回転速度Ｎｄａ＝２８（ｒｐｍ）をＳＩ単位に換算すると、次式の回転角速度ωｄａ（ｒａｄ／ｓ）が得られる。
ωｄａ＝２８×２×π／６０＝２．９３２（ｒａｄ／ｓ）
　従って、歯車機構及びモータの逆起電圧定数Ｋｅｄは、次式で表される。
Ｋｅｄ＝２４／（２８×２×π／６０）
＝２４／２．９３２
＝８．１８５（Ｖ／（ｒａｄ／ｓ））
　参考値として、歯車機構を含まないモータのみの逆起電圧定数Ｋｅｍ（Ｖ／（ｒａｄ／ｓ））は、次式で表される。
Ｋｅｍ＝Ｋｅｄ／Ｇ
＝２４／（２８×２×π／６０）／２４２
＝０．０３３８２（Ｖ／（ｒａｄ／ｓ））
　次に、発電装置３の出力電圧Ｅｍ（Ｖ）の計算について説明する。
　上述のモータ及び歯車機構を発電装置３として用いる場合、歯車機構は増速比Ｇ＝２４２を有する。ここで、歯車機構の入力軸に回動トルクＴｄを与える。このときの回動角速度ωｄ（ｒａｄ／ｓ）は、ドアの１回の開動作又は閉動作の継続時間ｔ（ｓ）及び回動角度θｄｄ（ｄｅｇ（度））から求められる。ｔ＝１（ｓ）、θｄｄ＝９０（ｄｅｇ（度））である場合、θｄ＝９０×π／１８０＝π／２（ｒａｄ）から、ωｄ（ｒａｄ／ｓ）は、次式で得られる。
ωｄ＝（π／２）／１＝１．５７１（ｒａｄ／ｓ）
　参考として、歯車機構を含まないモータのみの回転角速度ωｍ（ｒａｄ／ｓ）は、次式で表される。
ωｍ＝Ｇ×ωｄ＝３８０．２（ｒａｄ／ｓ）
　ここで、Ｋｅｄ＝８．１８５（Ｖ／（ｒａｄ／ｓ））であるので、発電装置３の出力電圧Ｅｍ（Ｖ）は、次式で得られる。
Ｅｍ（Ｖ）＝Ｋｅｄ×ωｄ＝８．１８５×１．５７１＝１２．８６
　すなわち、ドアを１秒間に９０度の定速度で開けた場合、発電装置３の出力端子に発生する電圧（速度起電力）は、１２．８６（Ｖ）になる。
　次に、整流回路１１及び蓄電回路１２の動作について説明する。以下、整流回路１１及び蓄電回路１２が図１０の構成を有するものとする。
　図３０は、第３の実施形態に係る電力システムにおける４つのコンデンサＣ１～Ｃ４の動作を説明する概略図である。先に述べたように、２つの発電機Ｍ１，Ｍ２によって発生された電圧をそれぞれ倍電圧整流し、また、各発電機Ｍ１，Ｍ２で発生された電圧により充電されるコンデンサＣ１～Ｃ４を縦続接続する。このとき、ドアを１回だけ開いて閉じる動作によって蓄積できる電気エネルギーを調べる。
　Ｅｍ１，Ｅｍ２はそれぞれ、発電機Ｍ１，Ｍ２の出力電圧を示す。Ｒｍ１，Ｒｍ２は、発電機Ｍ１，Ｍ２の巻線の抵抗を示す。Ｃ１～Ｃ４は、コンデンサＣ１～Ｃ４の容量値を示す。Ｖ１～Ｖ４は、各コンデンサＣ１～Ｃ４に蓄えられている電圧である。Ｖｏは、縦続接続された４つのコンデンサＣ１～Ｃ４の両端子間にわたる電圧である。ここで電圧Ｅｍ１，Ｅｍ２の波形は、ドアの開動作及び閉動作による方形波（交流電圧波形）を示す。電圧Ｖｏの波形は、抵抗Ｒｍ１，Ｒｍ２及び容量Ｃ１～Ｃ４の時定数に応じた蓄電電圧の時間的変化を示す。実施形態では、コンデンサＣ１～Ｃ４の両端の電圧がゼロになるまで蓄えられたエネルギーを全て使い切るのではなく、１個のコンデンサの電圧が所定のしきい値の電圧Ｖ０１（Ｖ）に低下したとき、蓄電回路１２から負荷装置１４への電力供給を停止する。従って、１個のコンデンサに充電するとき電圧が下限電圧（初期電圧）Ｖ０１（Ｖ）になる状態と、ドアの開閉動作の終了時に電圧がＶ１に達している状態とを繰り返す。
　図３１は、第３の実施形態に係る電力システムにおける１つのコンデンサＣ１の動作を説明する概略図である。図３１を参照して、ドアを開くとき、１個の発電機Ｍ１によって発生された電力を１つのコンデンサＣ１に蓄える動作に関して解析する。実施形態では、この動作が基本単位になり、２つの発電機Ｍ１，Ｍ２を含む電力システムにおいてドアを１回だけ開いて閉じる場合には、この基本単位の４倍の蓄電量が得られる。
　図３１において、コンデンサＣ１の両端の電圧Ｖ１（Ｖ）は、次式で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　ここで、Ｖ０１（Ｖ）は、前述のように、コンデンサＣ１の下限電圧の値である。τ１はコンデンサＣ１の容量Ｃ１及び発電機Ｍ１の抵抗Ｒｍ１に基づく時定数τ１＝Ｃ１Ｒｍ１である。
　従って、コンデンサＣ１に蓄えられる最大エネルギーＷＥ１Ｍ（Ｊ）は、次式で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　コンデンサＣ１から負荷装置１４に供給可能な有効エネルギーＷＥ１（Ｊ）は、次式で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　ここで、計算例として、Ｖ０１＝１．５（Ｖ）、Ｃ１＝０．０１（Ｆ）、Ｒｍ１＝６０（Ω）、ｔ＝１（ｓ）、Ｅｍ１＝１２．８６（Ｖ）とする。この場合、コンデンサＣ１の両端の電圧は、Ｖ１＝１０．７１２（Ｖ）になる。コンデンサＣ１に蓄えられる最大エネルギーは、ＷＥ１Ｍ＝０．５７３８（Ｊ）になる。コンデンサＣ１から負荷装置１４に供給可能な有効エネルギーは、ＷＥ１＝０．５６２５（Ｊ）になる。
　次に、図３０のコンデンサＣ１～Ｃ４の全体に蓄えられるエネルギーを計算する。ここで、条件として、Ｖ１＝Ｖ２＝Ｖ３＝Ｖ４、及びＶ０１＝Ｖ０２＝Ｖ０３＝Ｖ０４を設定する。このとき、次式が得られる。
Ｖｏ＝Ｖ１＋Ｖ２＋Ｖ３＋Ｖ４＝４Ｖ１＝４２．８（Ｖ）
Ｖｏ１＝Ｖ０１＋Ｖ０２＋Ｖ０３＋Ｖ０４＝４Ｖ１＝６（Ｖ）
　条件として、Ｃ１＝Ｃ２＝Ｃ３＝Ｃ４を設定する。コンデンサＣ１～Ｃ４の合計の容量Ｃｏは、Ｃｏ＝（１／４）Ｃ１で表される。コンデンサＣ１～Ｃ４の合計の蓄積エネルギーＷＥＭ（Ｊ）は、次式で表される。
ＷＥＭ＝４・ＷＥ１Ｍ＝２Ｃ１Ｖ１ ２＝２．２９５（Ｊ）
　コンデンサＣ１～Ｃ４の有効エネルギーＷＥＥ（Ｊ）は、次式で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
　有効エネルギーＷＥＥは、例えば、２．２５（Ｊ）になる。
　また、発電機Ｍ１，Ｍ２からの平均出力電力ＰＥＭ（Ｗ）は、次式で表される。
ＰＥＭ＝ＷＥＭ／（２ｔ）＝２．２９５／（２・１）＝１．１４７（Ｗ）
　以上の一例によれば、実施形態に係る電力システムが、１（Ｗ）及び１（Ｊ）を超える発電性能を持つことが確認できた。
　次に、コンデンサＣ１～Ｃ４で利用できる有効エネルギーに関して、上記の関係式を用いて、いくつかのパラメータを変えたときの特性を計算する。
　図３２は、第３の実施形態の第１の実施例に係る電力システムの有効エネルギー対容量特性を示すグラフである。図３３は、第３の実施形態の第２の実施例に係る電力システムの有効エネルギー対容量特性を示すグラフである。
　図３２及び図３３の実施例において、以下の共通のパラメータを設定した。
ドアの１回の開動作の継続時間：ｔ＝１（ｓ）
ドアの１回の閉動作の継続時間：ｔ＝１（ｓ）
ドアの開動作及び閉動作の角度：９０（度）
モータの定格入力電圧：Ｖｍ＝２４（Ｖ）
モータの巻線の抵抗：Ｒｍ１＝Ｒｍ２＝６０（Ω）
各コンデンサＣ１～Ｃ４の容量：可変
各コンデンサＣ１～Ｃ４の下限電圧：Ｖ０１＝Ｖ０２＝Ｖ０３＝Ｖ０４＝１．５（Ｖ）
　図３２の実施例において、以下のパラメータを設定した。
歯車機構の増速比：Ｇ＝２４２
各発電装置の逆起電圧定数：Ｋｅｄ＝８．１８５（Ｖ／（ｒａｄ／ｓ））
速度起電力：Ｅｍ１＝Ｅｍ２＝１２．８５７（Ｖ）
　図３３の実施例において、以下のパラメータを設定した。
歯車機構の増速比：Ｇ＝１０７
各発電装置の逆起電圧定数：Ｋｅｄ＝３．６２（Ｖ／（ｒａｄ／ｓ））
速度起電力：Ｅｍ１＝Ｅｍ２＝５．６９（Ｖ）
　これらの条件下で、コンデンサＣ１～Ｃ４の合計の容量に対するコンデンサＣ１～Ｃ４に蓄積可能な上限の有効エネルギーとして計算される有効エネルギー対容量特性は、図３２及び図３３に示すように計算された。
　図３２及び図３３によれば、各コンデンサＣ１～Ｃ４の容量を増やしても、利用可能な有効エネルギーがある容量において上限に達することがわかる。また、図３２の場合、有効エネルギーがピーク値を持つことがはっきりわかる。図３２及び図３３を比較すると、１５ｍＦ程度の容量のとき、有効エネルギーが最大値に達している。この最大値の存在は、発電装置の出力電圧Ｅｍ１，Ｅｍ１が図３２及び図３３の各場合で同じであることと、発電機Ｍ１，Ｍ２の巻線の抵抗Ｒｍ１，Ｒｍ２が存在することとにより説明できる。この特性から、１５ｍＦ付近の容量のとき、有効エネルギーがピークになることがわかる。従って、これより大きい容量を有するコンデンサを用いても、サイズ及びコストが増大するデメリットのみになることがわかる。コンデンサＣ１～Ｃ４の容量を次第に増やしていき、有効エネルギーがピーク値に近づいた時、このときの容量Ｃｐをエネルギー最大化容量として決定する。本開示の実施形態に係る電力システムでは、エネルギー最大化容量Ｃｐを設計値として選べば、小型かつ低コストでありながら、最大又はほぼ最大の性能が得られることがわかる。
　コンデンサＣ１～Ｃ４の容量は、必ずしも、有効エネルギーのピーク値に厳密に合わせる必要はない。例えば、図３２のように有効エネルギーが明確なピーク値を持つ場合、実験的に決定された厳密なピーク値に対し、そのピーク値の有効エネルギーの９０％（１０％低い）～８０％（２０％低い）になる容量の範囲におけるいずれかの容量を選択すればよい。この容量の範囲は、厳密なピーク値を与えるエネルギー最大化容量Ｃｐよりも低い容量Ｃｐｓ１から、エネルギー最大化容量Ｃｐよりも高い容量Ｃｐｓ２にわたる。ここで、有効エネルギーのピークの９０％～８０％になる容量Ｃｐｓ１，Ｃｐｓ２を選択する理由は、一般的な部品のばらつきの範囲レベルを考慮するためである。
　また、図３３に示すように、実験的に決定された厳密なピーク値に達した後の有効エネルギーの大きさが、コンデンサＣ１～Ｃ４の容量をさらに大きくしてもピーク値からあまり変化しないことがある。この場合、厳密なピーク値を与えるエネルギー最大化容量Ｃｐに対し、そのピーク値の有効エネルギーの９０％（１０％低い）～８０％（２０％低い）になる容量Ｃｐｓ１（エネルギー最大化容量Ｃｐよりも小さい容量）を下限とし、エネルギー最大化容量Ｃｐの２倍の容量Ｃｐ２を上限とする範囲におけるいずれかの容量を選択すればよい。ここで、範囲の上限をエネルギー最大化容量Ｃｐの２倍とした理由は、コンデンサのサイズが２倍近くなり、価格もその分増加するので、小型かつ低コストで提供する電力システムとしては２倍までが許容可能であると考えられる、ということにある。
　このように、第３の実施形態に係る電力システムによれば、蓄電エネルギーを実質的に最大化することができるコンデンサに蓄電できるので、負荷装置を動作させるために、発電された電力を最大限に利用することができる。また、第３の実施形態に係る電力システムによれば、最も小型かつ低コストのコンデンサを用いながら最大のエネルギーを蓄電及び利用できるので、発電システムをコンパクトかつ低コストにすることができる。
　以上の説明では、蓄電回路１２の容量に対する蓄電回路１２に蓄積可能な上限の有効エネルギーを示す有効エネルギー対容量特性を計算した。しかしながら、有効エネルギー対容量特性に代えて、蓄電回路１２の容量に対する蓄電回路１２に蓄積可能な上限のエネルギーを示すエネルギー対容量特性を計算してもよい。エネルギー対容量特性を計算する場合もまた、エネルギー対容量特性において上限エネルギーを最大化する容量を示すエネルギー最大化容量又はその近傍の容量を蓄電回路１２の容量として設定することができる。
　第３の実施形態に係る発電システム及び電力システムは、以下の構成を備えたことを特徴とする。
　第３の実施形態に係る発電システムによれば、発電システムは、入力軸３１の回転に応じて電力を発生する少なくとも１つの発電装置３と、発電装置３によって発生された電力のエネルギーを蓄える少なくとも１つのコンデンサＣ１～Ｃ４を含む蓄電回路１２とを備える。蓄電回路１２は、蓄電回路１２の容量に対する蓄電回路１２に蓄積可能な上限エネルギーとして計算されるエネルギー対容量特性において上限エネルギーを最大化する容量を示すエネルギー最大化容量又はその近傍の容量を有する。エネルギー対容量特性は、蓄電回路１２の容量、発電装置３の起電力、発電装置３の内部抵抗、及び発電装置３による１回の発電動作の継続時間に基づいて計算される。
　これにより、サイズ及びコストを過度に増大させることなく、発電した電力の無駄が生じにくいように決定された容量を有するコンデンサを備えた発電システムを提供することができる。
　第３の実施形態に係る発電システムによれば、蓄電回路１２は、エネルギー対容量特性において上限エネルギーが最大値の近傍の所定値以上になる容量の範囲におけるいずれかの容量を有してもよい。
　これにより、小型かつ低コストのコンデンサを用いながら、エネルギー対容量特性において上限エネルギーを最大化又はほぼ最大化することができる。
　第３の実施形態に係る発電システムによれば、蓄電回路１２は、エネルギー対容量特性において上限エネルギーが最大値の８０％～９０％のうちの所定値以上になる容量の範囲におけるいずれかの容量を有してもよい。
　これにより、小型かつ低コストのコンデンサを用いながら、一般的な部品のばらつきの範囲レベルを考慮して、エネルギー対容量特性において上限エネルギーをほぼ最大化することができる。
　第３の実施形態に係る発電システムによれば、蓄電回路１２は、エネルギー対容量特性において上限エネルギーが最大値の近傍の所定値以上になり、エネルギー最大化容量より小さい容量を下限とし、かつ、エネルギー最大化容量に対して１より大きい所定係数を乗算した容量を上限とする範囲におけるいずれかの容量を有してもよい。
　これにより、小型かつ低コストのコンデンサを用いながら、コンデンサのサイズ及び価格の増大を許容可能な範囲に抑えながら、エネルギー対容量特性において上限エネルギーをほぼ最大化することができる。
　第３の実施形態に係る発電システムによれば、蓄電回路１２は、エネルギー対容量特性において上限エネルギーが最大値の８０％～９０％のうちの所定値以上になり、エネルギー最大化容量より小さい容量を下限とし、かつ、エネルギー最大化容量の２倍の容量を上限とする範囲におけるいずれかの容量を有してもよい。
　これにより、小型かつ低コストのコンデンサを用いながら、コンデンサのサイズ及び価格の増大を許容可能な範囲に抑えながら、エネルギー対容量特性において上限エネルギーを最大化又はほぼ最大化することができる。
　第３の実施形態に係る発電システムによれば、エネルギー対容量特性は、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
 によって表されてもよい。ここで、Ｃ１は蓄電回路１２のコンデンサＣ１の容量である。Ｖ０１はコンデンサＣ１の下限電圧である。Ｅｍ１は発電装置３の起電力である。ｔは発電装置３による１回の発電動作の継続時間である。τ１はコンデンサＣ１の容量Ｃ１及び発電装置３の内部抵抗に基づく時定数である。
　これにより、エネルギー対容量特性に基づいてエネルギー最大化容量を計算することができる。
　第３の実施形態に係る発電システムによれば、発電装置３は、発電装置３の入力軸３１の回転を所定の増速比で伝達する歯車機構Ｇ１と、歯車機構Ｇ１によって伝達された回転に応じて電力を発生する発電機Ｍ１とを備えてもよい。
　これにより、歯車機構Ｇ１を用いて、ユーザの生活行動から得られたエネルギーから効率的に発電することができる。
　第３の実施形態に係る発電システムによれば、発電システムは、互いに縦続接続された複数の発電装置３を備えてもよい。
　これにより、単一の発電装置３を備える場合よりも、高電圧又は大電流を発生することができる。
　第３の実施形態に係る発電システムによれば、発電システムは、発電装置３によって発生された電力を整流する整流回路１１をさらに備えてもよい。蓄電回路１２は、発電装置３によって発生され、整流回路１１によって整流された電力のエネルギーを蓄える。
　これにより、発電装置３により交流電力を発電して蓄電回路１２に蓄えることができる。
　第３の実施形態に係る発電システムによれば、蓄電回路１２は複数のコンデンサＣ１～Ｃ４を含んでもよい。整流回路１１は倍電圧整流回路を含む。
　これにより、一連の動作で蓄電される電圧を全波整流の場合の２倍にすることができる。従って、蓄電回路１２の後段の回路を高電圧で動作させ、後段の回路の効率を向上させることができる。
　第３の実施形態に係る発電システムによれば、発電システムは、共通の基準軸を有する第１のヒンジ部品１及び第２のヒンジ部品２を備えたヒンジ装置１０をさらに備えてもよい。第１のヒンジ部品１及び第２のヒンジ部品２は、基準軸の周りに相対的に回転可能であるように、かつ、第１のヒンジ部品１及び第２のヒンジ部品２のうちの一方が他方を支持するように、互いに嵌合する。発電装置３の筐体３０は、発電装置３の入力軸３１が基準軸の上に位置するように第１のヒンジ部品１に固定される。発電装置３の入力軸３１は、第２のヒンジ部品２が基準軸の周りに回転したときに発電装置３の入力軸３１が第２のヒンジ部品２と同じだけ回転するように、基準軸の周りの回転方向に関して第２のヒンジ部品２に対して拘束される。
　これにより、発電装置３を備えたヒンジ装置１０であって、ユーザの生活行動からエネルギーを効率的に取り出して発電することができるヒンジ装置１０を提供することができる。
　第３の実施形態に係る電力システムによれば、発電システムと、発電システムの蓄電回路１２の放電を制御する制御回路１３と、制御回路１３の制御下で蓄電回路１２の電力を消費する負荷装置１４とを備える。
　これにより、制御回路１３及び負荷装置１４を用いて、ユーザの生活行動から得られたエネルギーから発電された電力を、負荷装置１４の用途に応じて効果的に利用することができる。
　第３の実施形態に係る電力システムによれば、制御回路１３は、発電装置３の発電動作と同時に、又は、発電装置３の発電動作から予め決められた時間の経過後に、又は、発電装置３の発電動作とは独立に、蓄電回路１２から負荷装置１４へ電力を供給してもよい。
　これにより、発電装置３の動作中、動作後、及び動作前を含む任意の時点において、負荷装置１４を動作させることができる。従って、ユーザの生活行動から得られたエネルギーから発電された電力を、負荷装置１４の用途に応じて効果的に利用することができる。
　第３の実施形態に係る電力システムによれば、制御回路１３は、蓄電回路１２のコンデンサＣ１～Ｃ４の両端にわたる電圧が予め決められた下限電圧以下であるとき、蓄電回路１２から負荷装置１４への電力供給を停止してもよい。
　これにより、コンデンサＣ１～Ｃ４のエネルギーを十分に利用でき、かつ、負荷装置１４を確実に動作させることができる。
　第３の実施形態に係る電力システムによれば、負荷装置１４は照明装置を含んでもよい。
　これにより、照明装置を含む電力システムは、照明、不審者に対する威嚇、及び／又は不審者の侵入防止などの目的に利用可能である。
　第３の実施形態に係る電力システムによれば、負荷装置１４は通信装置を含んでもよい。
　これにより、通信装置を含む電力システムは、高齢者の見守り及び／又は不審者の報知などの目的に利用可能である。
１，１－１，１－２，１Ａ，１Ｂ１，１Ｂ２…ヒンジ部品（第１のヒンジ部品）、
２，２－１，２－２，２Ａ，２Ｂ…ヒンジ部品（第２のヒンジ部品）、
３…発電装置、
１０，１０－１，１０－２，１０Ａ，１０Ｂ…ヒンジ装置、
１１…整流回路、
１２…蓄電回路、
１３…制御回路、
１４…負荷装置、
１４ａ…発光ダイオード（照明装置）、
１４ｂ１…無線送信機（通信装置）、
１４ｂ２…無線受信機、
２１，２１Ｂ…固定物、
２２，２２Ｂ…可動物、
３０ａ，３０ｂ…筐体、
３１…入力軸、
３２…切り欠き、
３３…歯車、
３４，３４Ａ～３４Ｃ…凸部、
４１…ネジ、
Ｃ１～Ｃ４…コンデンサ、
Ｄ１～Ｄ４…ダイオード、
Ｇ１…歯車機構、
Ｍ１，Ｍ２…発電機。

Claims (13)

  1. 　共通の基準軸を有する第１及び第２のヒンジ部品と、発電装置とを備えたヒンジ装置であって、
    　前記第１及び第２のヒンジ部品は、前記基準軸の周りに相対的に回転可能であるように、かつ、前記第１及び第２のヒンジ部品のうちの一方が他方を支持するように、互いに嵌合し、
    　前記発電装置は、筐体及び入力軸を備え、前記入力軸の回転に応じて電力を発生し、
    　前記発電装置の筐体は、前記発電装置の入力軸が前記基準軸の上に位置するように前記第１のヒンジ部品に固定され、
    　前記発電装置の入力軸は、前記第２のヒンジ部品が前記基準軸の周りに回転したときに前記発電装置の入力軸が前記第２のヒンジ部品と同じだけ回転するように、前記基準軸の周りの回転方向に関して前記第２のヒンジ部品に対して拘束される、
    ヒンジ装置。
  2. 　前記第１のヒンジ部品は、前記第１及び第２のヒンジ部品が互いに嵌合する位置において、前記発電装置の入力軸が前記第１のヒンジ部品から前記第２のヒンジ部品に向かって突出するように形成された貫通穴を備え、
    　前記第２のヒンジ部品は、前記第１及び第２のヒンジ部品が互いに嵌合する位置において、前記貫通穴を介して突出した前記発電装置の入力軸を収容する凹部を有するように形成される、
    請求項１記載のヒンジ装置。
  3. 　前記発電装置の入力軸は、前記入力軸の側面において切り欠きを有し、
    　前記発電装置の入力軸は、前記第２のヒンジ部品の外部から前記凹部まで前記第２のヒンジ部品を貫通して前記凹部内の前記切り欠きに接するように延在するネジにより、前記基準軸の周りの回転方向に関して前記第２のヒンジ部品に対して拘束される、
    請求項２記載のヒンジ装置。
  4. 　前記発電装置の入力軸及び前記第２のヒンジ部品の凹部は、前記基準軸の上の点から見て互いに相補的な形状に形成される、
    請求項２記載のヒンジ装置。
  5. 　前記第１及び第２のヒンジ部品は、互いに着脱可能であるように互いに嵌合する、
    請求項１～４のうちの１つに記載のヒンジ装置。
  6. 　前記第１のヒンジ部品は第１及び第２の部分を含み、
    　前記第２のヒンジ部品は、前記基準軸に沿って第１及び第２の端部を有し、前記第１の端部において前記第１のヒンジ部品の第１の部分と嵌合し、前記第２の端部において前記第１のヒンジ部品の第２の部分と嵌合し、
    　前記第１のヒンジ部品の第１及び第２の部分は互いに連結される、
    請求項１～４のうちの１つに記載のヒンジ装置。
  7. 　前記発電装置は、
    　前記発電装置の入力軸の回転を所定の増速比で伝達する歯車機構と、
    　前記歯車機構によって伝達された回転に応じて電力を発生する発電機とを備える、
    請求項１～６のうちの１つに記載のヒンジ装置。
  8. 　請求項１～７のうちの１つに記載のヒンジ装置と、
    　前記ヒンジ装置の発電装置によって発生された電力を整流する整流回路と、
    　前記整流回路によって整流された電力のエネルギーを蓄える蓄電回路と、
    　前記蓄電回路の放電を制御する制御回路と、
    　前記制御回路の制御下で前記蓄電回路の電力を消費する負荷装置とを備える、
    電力システム。
  9. 　前記発電装置と、前記整流回路、前記蓄電回路、及び前記制御回路のうちの少なくとも１つとは、前記ヒンジ装置の第１のヒンジ部品に配置される、
    請求項８記載の電力システム。
  10. 　前記整流回路、前記蓄電回路、及び前記制御回路のうちの少なくとも１つは、前記ヒンジ装置の第２のヒンジ部品に配置される、
    請求項８記載の電力システム。
  11. 　前記ヒンジ装置の第１及び第２のヒンジ部品のうちの一方は固定物に固定され、他方は可動物に固定され、
    　前記可動物の重量は、前記第１及び第２のヒンジ部品と、前記固定物とによって支持され、
    　前記発電装置は、前記ヒンジ装置の基準軸の周りにおいて前記可動物が前記固定物に対して回転するとき、前記入力軸の回転に応じて電力を発生する、
    請求項８記載の電力システム。
  12. 　前記整流回路、前記蓄電回路、及び前記制御回路のうちの少なくとも１つは、前記固定物に配置される、
    請求項１１記載の電力システム。
  13. 　前記整流回路、前記蓄電回路、及び前記制御回路のうちの少なくとも１つは、前記可動物に配置される、
    請求項１１記載の電力システム。
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