JP6195255B2 - 振動発電装置 - Google Patents

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Description

本発明は、振動部材の振動エネルギーを発電素子によって電気エネルギーに変換する振動発電装置、及びそれを利用したセンサ装置や車両用発光装置、建築物用発光装置に関するものである。
従来から、各種物理量を検出するセンサ装置や車両用発光装置、建築物用発光装置などの機器では、作動に必要とされる電力をバッテリーや商用電源などの外部電源から給電線を通じて供給する必要があった。
因みに、センサ装置としては、特開2013−147161号公報(特許文献1)に開示されたシート用圧力センサ等があり、例えば自動車では各種の力学的センサや電磁的センサ、温度センサ、光学的センサ、化学センサなどセンサの装着数が100を越えることも少なくない。また、車両用発光装置としては、特開2005−67365号公報(特許文献2)や特開平8−104170号公報(特許文献3)に開示されたコーナーポールやサイドミラー用ライト等があり、特に車両の端部を構成する部材に装着されるものも多くある。更にまた、建築物用発光装置としては、特許第4290690号公報(特許文献4)に開示されているように、住宅の階段を照明する発光装置などがある。
ところが、例えば自動車のセンサ装置や発光装置において、バッテリーから給電線を配すると、センサ装置の数が多いことや、発光装置が車体端部付近に多く装着されていることなどもあり、給電線の総延長が多大となって重量増につながり、燃費や走行性能への悪影響も避け難い。また、建築物用発光装置では、一般に商用電源で発光することから、停電の際に役に立たず、特に災害時には避難通路となる階段や廊下が照明されずに安全が確保され難いという問題があった。
なお、ボタン電池のような小型内蔵電池を利用したり、太陽光パネルによる発電装置を利用する他、特開2009−254163号公報(特許文献5)に開示されている回転式発電装置を利用したり、上記特許文献4に記載のように歩行者の体重作用に伴う可撓性の踏板の変形を圧電素子に及ぼして発電することも考えられる。
しかしながら、小型内蔵電池は頻繁な交換作業が必要となりメンテナンスが面倒になる問題があるし、太陽光パネルは蓄電池や制御装置を伴う設備が大掛かりとなり損傷リスクも大きいという問題がある。また、特許文献5に記載の回転式発電装置は、そもそも内燃機関のコネクティングロッド等の高速回転部分に限定されることから用途が狭く、利用が難しいという問題がある。更にまた、特許文献4に記載の踏板利用の発電装置は、建築物の歩行領域に限定されることに加えて、歩行領域の踏面が可撓性になってしまい、歩行感覚に違和感を及ぼすだけでなく、デザインの自由度も大幅に制限されて建築物の意匠に悪影響を及ぼすという問題があった。
そこで、昨今の省エネルギーへの高度な要求にも対応するために、特開2011−152004号公報(特許文献6)では、振動エネルギーを電気エネルギーに変換する発電装置が提案されている。しかしながら、特許文献6に記載の発電装置では、振動圧電体が、マス部材をばね部材で弾性支持した1自由度の振動系であることから、かかる振動系の固有振動数を外れた周波数の振動入力に対しては、ばね部材の充分な変形が生じ得ずに、電力を有効に得られないおそれがあった。
一方、国際公開第2012/137695号(特許文献7)には、振動部材の上方に配されて水平方向に広がるベース部材をバネで弾性支持すると共に、このベース部材上で水平方向に延びて上下方向に屈曲振動可能な発電素子を、当該ベース部材で支持せしめた振動発電装置が開示されている。また、国際公開第2013/024848号(特許文献8)には、振動体に取り付けられる保持枠に対して矩形枠形の支持枠を弾性支持せしめると共に、該支持枠の周壁から枠内に向かって突出する振動板に対して発電素子を装着した振動発電装置が開示されている。このような振動発電装置を採用することにより、外部からの給電を軽減又は不要とすることが可能になる。
ところが、これら特許文献7,8に開示された何れの振動発電装置も、振動入力に際して、目的とする発電が、未だ安定して効率的には行われ難いという問題があった。
かかる問題について本発明者が多くの検討と実験を重ねたところ、振動入力に伴って発電素子に生ぜしめられる変形状態が安定しがたいという新たな課題を見出した。即ち、発電素子や圧電素子において発電に寄与する振動方向は特定されるのに対して、振動部材に弾性支持されたベース部材や保持枠の振動方向は特定され難い。それ故、外部からの振動入力によってベース部材や保持枠が、発電に寄与しない方向に振動すると、発電素子や圧電素子に対して揺動(ピッチング)やねじれ、こじれなどの多様な振動変形が発生することとなり、その振動変形が不安定になってしまって目的とする発電効果を安定して得難いという問題もあったのである。
特開2013−147161号公報 特開2005−67365号公報 特開平8−104170号公報 特許第4290690号公報 特開2009−254163号公報 特開2011−152004号公報 国際公開第2012/137695号 国際公開第2013/024848号
本発明は、上述の事情を背景に為されたものであって、その解決課題は、広い周波数域の振動入力に対して高効率な発電を安定して実現し得る、新規な構造の振動発電装置、及びそれを利用したセンサ装置や車両用発光装置、建築物用発光装置を提供することにある。
すなわち、振動発電装置に関する本発明の第1の態様は、振動部材に取り付けられて該振動部材の振動エネルギーを電気エネルギーに変換する発電素子を備えた振動発電装置であって、第1のマス部材が第1のばね部材によって弾性支持される第1の振動系と、第2のマス部材が第2のばね部材によって該第1のマス部材に弾性連結された第2の振動系とを含んで構成された多自由度振動系を備えていると共に、前記発電素子が前記第1のマス部材と前記第2のマス部材の間に配設されて、前記振動部材から該第1のマス部材に及ぼされた振動が該第2のマス部材に伝達されてそれら第1のマス部材と第2のマス部材が相対変位することにより該振動部材の振動エネルギーが該発電素子に入力されるようになっており、更に、前記第1の振動系の固有振動数と前記第2の振動系の固有振動数が異ならされている一方、前記第1のばね部材がゴム弾性体で形成されていると共に、該ゴム弾性体が、前記第1のマス部材と前記振動部材に取り付けられる取付部材とにおける振動入力方向に略直交する方向での対向面間で且つ該第1のマス部材の周上の複数箇所に配設されており、且つ、該第1のマス部材が内部に収容空所を備える中空構造とされており、該収容空所内に該第2の振動系が収容配置されていると共に、該第2の振動系における該第2のばね部材が板ばねで形成されて該板ばねに該発電素子が装着されており、該板ばねの一端側が、該第1のマス部材において前記中空構造の底面から前記振動入力方向に向かって該収容空所内に突設された支持部に取り付けられることにより該第1のマス部材の周壁部よりも該収容空所内方に位置して支持せしめられている一方、該板ばねの他端側に該第2のマス部材が取り付けられていることを、特徴とする。
このような本態様に従う構造とされた振動発電装置によれば、先ず、全周囲が周壁で囲まれる中空構造をもって第1のマス部材が構成されている。これにより、第1のマス部材の重心が周壁の外周面よりも内方に効率的に設定され得て第1の振動系の振動状態の安定化や設計の容易化が図られ得ると共に、第1のマス部材の内部に形成された収容空所内に第2の振動系が収容配置されることで、第1のマス部材の周壁に対して、第2の振動系の配設領域への防塵や防水の機能を付与することも容易となり、外乱の影響を防止して第2の振動系の振動状態の安定化も図られ得る。
しかも、かかる第2の振動系のばね部材を構成する板ばねが、第1のマス部材の周壁部から突設された支持部により、周壁部よりも収容空所内方に位置して支持されている。これにより、板ばねの低減衰能によって大きな振動倍率を得ることができて発電効率の向上が図られると共に、第1の振動系から第2の振動系への振動伝達に際して発電に有効な方向の振動が安定して入力されて発電効率の向上が図られ得る。即ち、板ばねの支持部を第1のマス部材の周壁部よりも収容空所内方に位置設定したことで、かかる支持部を通じて、第1のマス部材から第1の振動系に入力される振動として、板ばねに曲げ変形を有効に生ぜしめて発電素子の発電に寄与する、第1のマス部材の中央側で振幅が大きくなるバウンス(上下)方向の振動が、効率的に伝達され得る。一方、第1のマス部材のピッチング(揺動)や捩れ、こじれなどの第1のマス部材の外周において振幅が大きくなる振動方向成分の伝達が抑えられることとなる。その結果、板ばねに対する不規則な変形が抑えられて、目的とする板ばねの曲げ方向の振動変形に伴う発電素子による発電作動がより安定して実現可能となる。
なお、板ばねに装着される発電素子としては、板ばねの歪や変形,応力等の機械的物理量をエネルギー変換し得る圧電素子や磁歪素子などが好適に採用される。また、板ばねとしては、ばね鋼などの金属ばねが好適に用いられるが、条件に応じて樹脂ばね等も採用可能であり、表面をゴム被覆して所望の減衰能を補助的に付加することも可能である。
また、本態様の振動発電装置では、互いに異なる複数の固有振動数において、第1のマス部材と第2のマス部材の相対変位量が共振現象によって大きく確保されて、第1のマス部材と第2のマス部材との相対変位量に応じて得られる発電素子の発電量を効率的に得ることができる。
しかも、多自由度振動系の第1, 第2のマス部材間に発電素子を配することで、第1のマス部材と第2のマス部材が逆位相で相対変位する周波数域の振動入力時には、振動系の固有振動数を外れた周波数の入力振動であっても、第1のマス部材と第2のマス部材の相対変位量が大きく確保される。それ故、広い周波数域の振動入力に対して、発電素子の発電量が充分に得られて、電力を有効に得ることができる。
ここで、相対変位とは、振動部材の振動が第1のばね部材を介して第1のマス部材に及ぼされ、第1のマス部材自身が振動し、更に、その振動が第2のばね部材を介して第2のマス部材に伝達されて、第2のマス部材が第1のマス部材に対して変位することをいう。
このように、本態様に係る発電装置によれば、振動系の機械的な固有振動数に一致する周波数の振動入力のみならず、固有振動数を外れた周波数域の振動入力に対しても、有効な発電が実現されて、振動エネルギーを効率的に電気エネルギーに変換することが可能となる。
さらに、本態様では、第1のばね部材が減衰性能を有するゴム弾性体で形成されることから、より広い周波数域の振動入力に対して第1のマス部材と第2のマス部材の相対変位量が確保されて、有効な発電が実現される。
振動発電装置に関する本発明の第2の態様は、第1の態様に記載された振動発電装置において、前記第1のマス部材の重心が、前記収容空所内に設定されているものである。
本態様の振動発電装置では、第1のマス部材の重心が、支持台が設けられた収容空所内に設定されて、第2の振動系のばね部材である板ばねの支持点に対してより近く位置設定され得る。これにより、第1のマス部材におけるピッチング(揺動)や捩れ、こじれなどの振動成分における第2の振動系への伝達が一層効果的に抑えられ得て、板ばねの不規則な変形振動の低減と、それに伴う発電素子による発電作動の安定化が更に向上され得る。
振動発電装置に関する本発明の第3の態様は、第1又は第2の態様に記載された振動発電装置において、前記第2の振動系の固有振動数が、前記第1の振動系の固有振動数に対して低周波数に設定されているものである。
第3の態様の振動発電装置では、第2の振動系の固有振動数が第1の振動系の固有振動数に対して低周波数に設定されていることから、第2のばね部材のばね定数を小さく設定して、第1のマス部材に対する第2のマス部材の相対変位量を確保し易くなり、第1のマス部材と第2のマス部材の相対変位量に対応する発電効率の更なる向上も図り易い。また、2自由度の振動系における***振周波数よりも低周波数の領域では、第1のマス部材と第2のマス部材が何れも入力振動に対して同位相で変位することから、入力振動のエネルギーが第1,第2の振動系に効率的に及ぼされて、有効な発電が実現可能となる。
振動発電装置に関する本発明の第4の態様は、第1〜第3の何れか1つの態様に記載された振動発電装置において、前記第1の振動系の固有振動数が、前記第2の振動系の電気的な***振周波数よりも高周波数に設定されているものである。
第4の態様によれば、1自由度振動系の発電装置において発電効率の低下が問題となり易い電気的な***振周波数よりも高周波数の領域において、振動系の2次固有振動数での共振等に基づいた発電効率の向上が図られて、より広い周波数域の振動入力に対して有効な発電を実現することができる。
振動発電装置に関する本発明の第5の態様は、第1〜第4の何れか1つの態様に記載された振動発電装置において、前記第1の振動系の固有振動数が、前記第2の振動系の固有振動数の√2倍以下とされているものである。
第5の態様によれば、第1の振動系の振動と第2の振動系の振動を相互に伝達させて連成的な振動状態とすることで、第1の振動系と第2の振動系の振動状態を広い周波数域に亘って相互補完的に維持することができて、効率的な発電を実現することができる。
振動発電装置に関する本発明の第6の態様は、第1〜第5の何れか1つの態様に記載された発電装置において、前記第2の振動系の共振応答倍率が前記第1の振動系の共振応答倍率よりも大きくされていると共に、前記第1のマス部材の質量と該第1の振動系の共振応答倍率の積が、前記第2のマス部材の質量と該第2の振動系の共振応答倍率の積よりも大きくされているものである。
第6の態様によれば、第2の振動系の共振応答倍率が第1の振動系の共振応答倍率よりも大きくされることで、振動入力時に第2のマス部材の振幅が大きく確保されて、第2の振動系に配設される発電素子において効率的な発電が実現される。また、第1の振動系と第2の振動系の間に作用する相殺的な制振作用が抑制されて、第1の振動系および第2の振動系の振動状態が安定して確保されることから、広帯域の振動に対して有効な発電が実現される。
振動発電装置に関する本発明の第7の態様は、第1〜第6の何れか1つの態様に記載された振動発電装置において、前記第2のマス部材の前記第1のマス部材に対する相対変位量を制限するストッパ手段が設けられているものである。
第7の態様によれば、第1のマス部材と第2のマス部材の過大な相対変位がストッパ手段によって防止されることから、発電素子に対する入力が制限されて、発電素子の損傷等が防止される。
振動発電装置に関する本発明の第の態様は、第1〜第の何れか1つの態様に記載された振動発電装置であって、前記振動部材において、互いに異なる周波数域で振動レベルが最大になる複数種類の振動が前記多自由度振動系に対して及ぼされる部位に装着されるものである。
の態様によれば、多自由度振動系を利用した本発明に従う構造の発電装置を、複数周波数域で振動ピークをもつ特定の振動部材へ適用することにより、多様な状況下で安定した発電効率を得ることが可能になる。なお、本態様が適用される振動部材としては、例えば洗濯物重量等に応じて振動周波数が異なる電気洗濯機や、走行状況等に応じて振動周波数が異なる自動車などを挙げることができる。
振動発電装置に関する本発明の第の態様は、第1〜第の何れか1つの態様に記載された振動発電装置において、前記第1のマス部材の質量が、前記振動部材の等価マス質量の10%以上とされているものである。
の態様によれば、第1の振動系を振動部材の振動を相殺して低減するダイナミックダンパとして機能させて、有効な制振作用を得ることも可能となる。
振動発電装置に関する本発明の第10の態様は、第1〜第の何れか1つの態様に記載された振動発電装置において、前記発電素子の出力状態を外部へ送信する送信器が設けられているものである。
10の態様によれば、振動発電装置の出力状態を外部の例えば遠隔地からでも監視等することが可能になるだけでなく、振動発電装置の出力状態から、振動発電装置が装着された振動体などの振動状態なども把握することも可能になる。
振動発電装置に関する本発明の第11の態様は、第10の態様に記載された振動発電装置において、前記送信器として無線送信装置を備えており、前記発電素子への振動エネルギーの入力によって得られた電力を利用して該無線送信装置が作動せしめられて該発電素子の出力状態が外部へ無線送信されるようになっているものである。
11の態様によれば、発電素子の出力状態を外部送信するに際して、電力の給電用のケーブルや信号送信用のケーブルを外部との間で配線することが不要となり、装置の構造の簡略化や装着作業の容易化などに加えて、振動発電装置の装着条件の緩和によって装着適合箇所の拡大も達成され得る。
センサ装置に関する本発明の第1の態様は、センサ素子を備えたセンサ装置において、前記振動発電装置に関する本発明の第1〜11の何れか1つの態様に係る振動発電装置が設けられて、該振動発電装置で得られた電力が自給電されるようになっていることを、特徴とする。
このような本態様に従う構造とされたセンサ装置は、前述の如き従来構造のセンサ装置において給電線の総延長が多大となって重量増につながりやすい等といった問題点に鑑みて為されたものである。即ち、先ず、本発明者は、例えば自動車等の車両に装着されるセンサ装置が必要とする給電用や出力用のリード線の配線数を減少させるべく、発生する振動を利用した発電装置の実用化を検討した。センサ装置が発電装置を備えることにより、例えばセンシング用電源を自給したり、検出信号を無線送信することなどにより、給電用及び/又は出力用のリード線の配線を不要とすることが可能になるからである。
ところが、例えば自動車等における振動は、内燃機関などのパワーユニットや車輪などから及ぼされるものであり、走行条件等によって入力振動が異なり振動周波数が広い範囲で変化すると共に、振動の入力方向も多様となって、一定方向の振動だけが入力されるものでもない。一方、振動発電装置は、一般に特定周波数域にチューニングされた共振系を備えており、当該共振系の共振作用を活用して発電するようになっていると共に、特定方向の振動に対して有効な発電性能が発揮されるようになっている。そのために、例えば車両に振動発電装置を装着しても、十分な発電効率を得ることが困難であり、安定した作動を見込み難いという問題があった。
かかる状況下、本発明者が更なる研究を重ねた結果、上述の如きセンサ装置に関する本発明の第1の態様に係る発明を完成するに至ったのであって、本態様に従う構造とされたセンサ装置では、それ自体が発電装置を備えていることから、作動に電力が必要とされる場合において、外部から給電する必要がなく給電用のリード線を不要としたり、給電用のリード線を減少させることができて、多くのリード線の敷設に伴う重量増加が抑えられ得る。特に、かかる発電装置として振動発電装置を採用したことにより、例えば内燃機関や電動機などのパワーユニットの如き振動発生源を備えていたり、外部から振動が入力されたりする自動車等の車両、工作機械、家電、橋梁、建築物における柱や床等において、必要な電気エネルギーを振動エネルギーから効率的に得ることができる。
特に本態様では、中空構造の第1のマス部材の周壁部から突設された支持部によって第2の振動系の板ばねを支持せしめてなる特定構造の第1及び第2の振動系が採用されている。これにより、板ばねの低減衰能によって大きな振動倍率を得ることができて発電効率の向上が図られると共に、第1の振動系から第2の振動系に対して、発電に有効な方向の振動が安定して入力されて発電効率の向上と安定化が図られ得る。特に、自動車等の車両では、走行条件などに応じて各種方向の振動が及ぼされるが、そのような多様な振動の入力状況下でも、発電素子を備えた第2の振動系へ伝達される振動について、発電に有利な方向の振動伝達を効率的に維持して、他方向の振動伝達を低減させることで、第2の振動系の振動発電作動の安定化が図られ得る。
加えて、本態様では、2つの振動系を組み合わせ且つ各振動系の固有振動数を相互に異ならせた特定構造の振動発電装置を採用した。これにより、広い周波数域に亘って良好な発電効率、即ち振動エネルギーから電気エネルギーへの変換効率を得ることを可能と為し得た。特に、自動車等の車両では、パワーユニットの回転数や走行速度などに応じて、発生する振動周波数の変化が避けられないが、そのような特殊な振動状態において、上述の如き2つの振動系を組み合わせた特定構造の振動発電装置を採用したことにより、安定した電力を得ることが可能になって、センサ装置に必要な電力を有効に賄って安定したセンサ作動が実現され得るのである。なお、本発明に係るセンサ装置では、自給電される電力のみによって装置や発光、警報などの作動電力が補われる必要はなく、補助的な電力として自給電されるようになっていても良い。
センサ装置に関する本発明の第2の態様は、センサ装置に関する第1の態様において、前記センサ素子によるセンシングの作動用電源として、前記振動発電装置が用いられているものである。
本態様のセンサ装置に従えば、センサ素子に対してセンシング作動用の電力を給電するためのリード線を、別途設けられた電源等から配線する必要がなくなり、又は配線を少なくすることができることから、給電用リード線の重量分の軽量化が図られ得る。
センサ装置に関する本発明の第3の態様は、センサ装置に関する前記第1又は第2の態様において、前記センサ素子による検出信号を送信する無線送信装置を備えており、該無線送信装置の作動用電源として、前記振動発電装置が用いられているものである。
本態様のセンサ装置に従えば、センサ素子の検出信号を外部へ出力するためのリード線が不要となり、又は少なくすることができることから、特に離れた場所へ装着されるセンサ装置においてセンサ出力用リード線による重量増加が効果的に回避される。また、本態様は、回転部分等の配線が難しい場所へセンサ装置が装着される場合にも有効である。
センサ装置に関する本発明の第4の態様は、センサ装置に関する前記第1〜第3の何れか1つの態様において、前記センサ素子による検出信号を加工処理する信号処理装置を備えており、該信号処理装置の作動用電源として、前記振動発電装置が用いられているものである。
本態様のセンサ装置に従えば、センサ素子による検出信号に対して、増幅やフィルタリング,補正等の加工を施す信号処理装置を備える場合にも、当該信号処理装置の作動用電源を確保するための配線が不要とされ、又は少なくすることが可能となる。また、本態様は、センサ装置にマイコンを備えさせてインテリジェント化したスマートセンサ等にも適用可能である。
センサ装置に関する本発明の第5の態様は、センサ装置に関する前記第1〜第4の何れか1つの態様において、前記センサ素子が前記発電素子によって構成されているものである。
本態様のセンサ装置に従えば、発電素子をセンサ素子として活用することにより、構造の簡略化が図られ得ると共に、信号処理系の簡略化も実現可能になる。
センサ装置に関する本発明の第6の態様は、センサ装置に関する前記第1〜第5の何れか1つの態様において、前記振動発電装置の発電状況に応じて警報を発する警告装置を備えているものである。
本態様のセンサ装置に従えば、例えばセンサ装置が車両に装着される場合には、車両の走行状況に応じて振動部材の振動状況が変化する特性を巧く利用して、振動部材の振動状況に応じて変化する振動発電装置の発電状況に基づいて車両の走行状況を把握し、かかる走行状況に応じて光や音などの知覚可能な警報を発することができる。それ故、例えば急加速や急減速などを、特有の振動状況に応じた発電状況から把握することで、反エコの走行状態であることを警報する運転補助なども、本発明に係る発電素子を利用して効率的に実現可能になる。
車両用発光装置に関する本発明の第1の態様は、車両の端部を構成する車両部材に設けられて給電によって発光する発光体を備える車両用発光装置において、前記振動発電装置に関する本発明の第1〜11の何れか1つの態様に係る振動発電装置が設けられて、該振動発電装置で得られた電力が自給電されるようになっていることを、特徴とする。
このような本態様に従う構造とされた車両用発光装置は、前述の如き従来構造の車両用発光装置において、自動車や二輪車などの車両の端部を構成するバンパーやドアミラー、フェンダー、荷台等の部材に設けられた発光装置におけるLED等の発光体(光源)に対して、エンジンルームなどに配されたバッテリーなどから、ワイヤハーネスなどの給電用配線を通じて、電力を供給しようとすると、電力供給用のワイヤハーネスが長くなって、重量の増加が避けられないという問題に鑑みて為されたものである。
そして、本態様に従う構造の車両用発光装置では、車両の端部に設けられる発光体の発光によって、車両の存在や車幅などを知らしめることができる。しかも、作動用電源が振動発電装置とされていることから、作動用電源を発光体の近くに配設することができて、ワイヤハーネスの長さを短くすることができる。更に、車両走行時の振動によって発光に必要な電力が有効に確保又は補われて、電池の交換や充電なども不要とされ又は軽減され得る。特に、発光作動用の電力を給電するためのワイヤハーネスを無くしたり少なくすることにより、特に振動が大きくなり易い車両の端部におけるワイヤハーネスの断線の問題も軽減又は解消され得ることとなる。
しかも、自動車等における振動は、内燃機関などのパワーユニットや車輪などから及ぼされるものであり、走行条件等によって入力振動が異なり振動周波数が広い範囲で変化すると共に、振動の入力方向も多様となって、一定方向の振動だけが入力されるものでもない。そのような状況下でも、本態様に従う構造の車両用発光装置では、中空構造の第1のマス部材の周壁部から突設された支持部によって第2の振動系の板ばねを支持せしめてなる特定構造の第1及び第2の振動系を備えた振動発電装置を採用したことにより、発電効率の向上と安定化ひいては安定した発光が実現可能となるのである。
車両用発光装置に関する本発明の第2の態様は、車両用発光装置に関する前記第1の態様において、前記車両部材が前記車両としての自動車の端部を構成する自動車用部材とされていると共に、前記発光体が、コーナーポールと、ドアミラー用ライトと、バンパー用ライトとの少なくとも一つとされているものである。
本態様の車両用発光装置に従えば、自動車の走行時の振動によって、コーナーポールやドアミラー用ライト、バンパー用ライトを発光させることができる。特に、発光体が自動車の端部を構成するバンパー又はドアミラーに設けられることから、振動発電装置への入力振動が有利に確保されて、効率的な振動発電が実現される。
車両用発光装置に関する本発明の第3の態様は、車両用発光装置に関する前記第1の態様において、前記車両用部材が前記車両としての二輪車の端部を構成する二輪車用部材とされていると共に、前記発光体が、ハンドルのエンドキャップ用ライトと、シート後方のリアポジションライトと、フロントフォークのフロントポジションライトと、ミラー用ライトとの少なくとも一つとされているものである。
本態様の車両用発光装置に従えば、二輪車とくに自動二輪車の走行時の振動によって、ハンドルのエンドキャップ用ライトやシート後方のリアポジションライト、フロントフォークのフロントポジションライト、ミラー用ライトを発光させることができる。特に、自動車に比して振動が大きくなり易い二輪車に適用することで、振動発電が有利に実現される。
車両用発光装置に関する本発明の第4の態様は、車両用発光装置に関する前記第1〜第3の何れか1つの態様において、前記振動部材が前記車両のメインフレームに取り付けられる別部品とされているものである。
本態様の車両用発光装置に従えば、乗り心地の向上を目的として振動の低減が図られるメインフレームではなく、メインフレームとは別体の部品に車両用発光装置を設けることにより、振動発電装置に振動エネルギーが有効に入力されて、発電効率の向上が図られる。しかも、振動部材がメインフレームに対して相対変位するような場合にも、振動部材とメインフレームとの間に跨ってワイヤハーネスを配線する必要がなくなると共に、ワイヤハーネスの長さも短くされることによって、断線などの不具合が回避される。
建築物用発光装置に関する本発明の第1の態様は、建築物の歩行領域を照明するための発光体を備えた建築物用発光装置において、前記振動発電装置に関する本発明の第1〜11の何れか1つの態様に係る振動発電装置が設けられて、該建築物の該歩行領域の床材に対して前記第1のマス部材が前記第1のばね部材によって弾性支持されることで前記第1の振動系によって制振装置が構成されていると共に、該振動発電装置で得られた電力が自給電されるようになっていることを、特徴とする。
このような本態様に従う構造とされた建築物用発光装置は、前述の如き従来構造の建築物用照明が、商用電源を利用するために停電時の照明が不十分であったり、蓄電池や太陽電池が容量不足や大掛かりな設備による問題があることに鑑みて為されたものであり、更に、踏板そのものを可撓性として発電させる照明装置において問題となる歩行感覚の違和感やデザインおよび構造上の制約を軽減又は解消し得る、新規な構造の建築物用発光装置を提供することも目的として為されたものである。
そして、本態様に従う構造の建築物用発光装置によれば、歩行に伴って踏面に及ぼされる振動を利用して自家発電し、その電力によって発光体を発光させて歩行領域を照明することができる。特に本態様は、歩行領域の床板や踏板などの床材に装着されて、その振動を抑制する制振装置を採用し、かかる制振装置を利用して振動発電装置を構成したことを1つの特徴とする。
すなわち、歩行に際しての衝撃によって床材が振動変形することとなり、例えば家屋の2階床面の歩行振動によって、1階天井が揺れたり異音を生ずる原因ともなる。本発明者は、かかる振動現象に着目し、問題とされている振動エネルギーを有効活用できる電気エネルギーに変換して利用することで、歩行振動の問題と照明確保の問題との両者に巧く対処することを可能と為し得たのである。具体的には、歩行領域の床材に第1の振動系からなる制振装置を設けたことにより、かかる床材の振動や異音を抑えることが出来るのであり、また、床材の振動や異音の低減効果が発揮されている状況では、第1の振動系に大きな振動が惹起されていることを利用して、振動発電装置に大きな振動エネルギーを及ぼすことで効率的に発電することができるのである。
しかも、本態様の建築物用発光装置では、振動部材である床材に対して複数の振動系が直列的に設けられており、床材からの入力振動で加振される第1の振動系を介して第2の振動系が加振されることとなる。そして、これら第1の振動系と第2の振動系が、固有振動数をずらせて設定されていることから、互いに異なる複数の固有振動数において、第1のマス部材と第2のマス部材の相対変位量が共振現象によって大きく確保されることとなり、第1のマス部材と第2のマス部材との相対変位量に応じて得られる発電素子の発電量を効率的に得ることができる。
加えて、多自由度振動系の第1,第2のマス部材間に発電素子を配することで、第1のマス部材と第2のマス部材が逆位相で相対変位する周波数域の振動入力時には、振動系の固有振動数を外れた周波数の入力振動であっても、第1のマス部材と第2のマス部材の相対変位量が大きく確保されて、広い周波数域の振動入力に対して、発電素子の発電量が確保され得る。
このように、本態様に係る振動発電装置によれば、振動系の機械的な固有振動数に一致する周波数の振動入力のみならず、固有振動数を外れた周波数域の振動入力に対しても、有効な発電が実現されて、振動エネルギーを効率的に電気エネルギーに変換することが可能となる。しかも、床材から及ぼされる振動は、温度や湿度などの環境の他、家具や人などの載荷重、建具の状態、歩行位置や歩行速度等の各種条件によって異なり振動周波数や振動方向などが変化する。そのような状況下でも、本態様に従う構造の建築物用発光装置では、中空構造の第1のマス部材の周壁部から突設された支持部によって第2の振動系の板ばねを支持せしめてなる特定構造の第1及び第2の振動系を備えた振動発電装置を採用したことにより、発電効率の向上と安定化ひいては安定した発光が実現可能となるのである。
建築物用発光装置に関する本発明の第2の態様は、建築物用発光装置に関する前記第1の態様において、前記建築物の歩行領域が階段と廊下の少なくとも一方に設定されているものである。
本態様の建築物用発光装置に従えば、例えば災害時においても人の避難経路の照明を確保することが可能になり、安全を確保することができる。なお、自給電される電力を、商用電力などと組み合わせて補助的な電力として利用することも可能であるが、災害時における照明の確保に際しては、自給電される電力のみによって発光作動が実現されることが望ましい。
建築物用発光装置に関する本発明の第3の態様は、建築物用発光装置に関する前記第1又は第2の態様において、前記建築物の歩行領域における複数のエリア毎に独立して、前記多自由度振動系に設けた前記発電素子によって得られた電力で前記発光体を発光せしめる電気回路が設けられるものである。
本態様の建築物用発光装置に従えば、1つのエリアで発電系や給電系、発光系などに不具合が発生した場合でも、他のエリアの照明を確保することが可能になり、建築物の歩行領域の全体として安全性の向上が図られ得る。
本発明の第4の態様は、建築物用発光装置に関する前記第1〜第3の何れか1つの態様において、音響装置を備えており、前記発電素子への振動エネルギーの入力によって得られた電力で該音響装置が鳴動されるようになっているものである。
本態様の建築物用発光装置に従えば、歩行領域を歩行することにより光と音が発生することから、視力の低下したお年寄りなどにおいて、歩行領域の認識を容易とすること等が可能になる。なお、音響装置の発報音は、音楽や警告音、メッセージ等の如何なるものであってもよい。また、音響装置の鳴動は、発電素子の発生電力で全てが補われるものであることが望ましいが、蓄電池などの他電力を合わせて補うことも可能である。
また、建築物用発光装置に関する前記第1〜第4の何れか1つの態様の建築物用発光装置において、振動発電装置に関する前記第10又は第11の態様を組み合わせて採用して、建築物用発光装置における発電素子の出力状態を外部へ送信することも好適な態様の一つである。かかる態様によれば、例えば発電素子へ振動が入力されたことが建築物から遠く離れた位置からでも認識することができることから、建築地における地震発生状態を把握する装置として利用する他、建築物における防犯用の警報発信装置などとして利用することも可能となる。特に振動発電装置に関する前記第11の態様を採用すれば、発電素子の発電状況の外部への発信に際して外部電源も不要となされ得ることから、例えば災害や断線等で建築物の電源が機能しない場合でも作動せしめることが可能になる。
本発明によれば、特定構造の振動発電装置において、多自由度振動系を構成する第1のマス部材と第2のマス部材の間に発電素子を配設して、それら第1のマス部材と第2のマス部材の相対変位量に応じて発電素子において電力が得られるようになっている。それ故、互いに異なる複数の周波数の振動入力に対して発電素子によって電力を得ることができると共に、第1のマス部材と第2のマス部材が逆位相で変位する幅広い周波数域の振動入力に対して、発電素子による効率的な発電が実現される。
特に、振動発電装置へ及ぼされる振動の周波数や方向が多様な状況下でも、中空構造の第1のマス部材の周壁部から突設された支持部によって第2の振動系の板ばねを支持せしめてなる特定構造の第1及び第2の振動系を備えた振動発電装置を採用したことにより、発電効率の向上と安定化が達成され得るのである。
また、本発明に係る特定構造の振動発電装置を採用して構成されたセンサ装置や車両用発光装置、建築物用発光装置によれば、かかる振動発電装置によって効率的に且つ安定して発電される電力を巧く利用することで、装置に必要とされる給電線等を廃止又は減少させることができて、装置の設置等が容易になると共に、装置の耐久性の向上や利用範囲の拡大なども図られ得る。
本発明の1実施形態としての振動発電装置を備えたセンサ装置の概略構造を示す斜視図。 図1に示されたセンサ装置を説明するための機能ブロック図。 図1に示されたセンサ装置に採用される振動発電装置を示す縦断面図。 図3に示された振動発電装置を説明するための振動モデル。 図3に示された振動発電装置における発電量の実測値を実施例データとして、1自由度振動系で構成された比較例データと併せて示すグラフ。 図3に示された振動発電装置を構成する各振動系を1自由度振動系として扱う場合の周波数と振幅との相関を示すグラフ。 図3に示された振動発電装置における第2の振動系の電気的な等価回路を示す概略図。 図7に示された等価回路における入力振動の周波数とインピーダンスおよび位相との相関を示すグラフ。 図1に示されたセンサ装置の別態様を説明するための機能ブロック図。 図1に示されたセンサ装置の更に別態様を説明するための機能ブロック図。 図1に示されたセンサ装置に採用される振動発電装置の別態様を示す縦断面図。 図1に示されたセンサ装置に採用される振動発電装置の更に別態様を示す縦断面図。 本発明に係る車両用発光装置の1実施形態を備えた自動車の要部を示す斜視図。 本発明の1実施形態としての車両用発光装置を示す縦断面図。 本発明に係る車両用発光装置の別の実施形態を示す断面図であって、図16のXV−XV断面図。 図15のXVI−XVI断面図。 図15のXVII−XVII断面図。 本発明に係る車両用発光装置の更に別の実施形態としてのドアミラーに発光装置を配設した1態様を示す正面図。 車両用発光装置をドアミラーに配設した別態様を示す正面図。 本発明に係る車両用発光装置の更に別の実施形態としてのバーエンドに発光装置を配設した1態様を示す断面図であって、図21のXX−XX断面図。 図20のXXI−XXI断面図。 図21のXXII−XXII断面図。 本発明に係る建築物用発光装置の1実施形態を示す縦断面図。 図23におけるXXIV−XXIV断面図。 本発明に係る建築物用発光装置における別の態様を示す縦断面図。 本発明に係る建築物用発光装置における更に別の態様を示す縦断面図。
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。図1には、本発明に従う構造の振動発電装置を備えた本発明の1実施形態としてのセンサ装置10の概略構造が示されている。即ち、本実施形態のセンサ装置10は、センサ素子12を有するセンサ部分14に加えて、発電素子16を有する本発明に従う構造の振動発電装置18を備えている。特に、本実施形態のセンサ装置10は自動車等の車両に取り付けられる車両用センサ装置とされており、振動部材としての車両ボデー等に取り付けられるようになっている。そして、振動発電装置18によって発電される電力を利用して、センサ部分14により、装着部位における温度や加速度などの物理量を検出および出力するようになっている。
より詳細には、センサ部分14は、目的とする所定の物理量を検出するセンサ素子12と、センサ素子12で得られた検出信号を加工処理する信号処理装置としての計測回路部20とを、含んで構成されている。
センサ素子12は、検出すべき物理量を電気信号として検出し得るものであり、センサ装置10が取り付けられる部位や検出すべき物理量等に応じて公知のものが適宜に選択的に採用される。例えば、運動量や力学量を検出する力学的センサとしては圧電素子やピエゾ素子、磁気抵抗素子等が採用可能であり、電磁気量を検出する電磁的センサとしては電磁ピックアップやホール効果等を利用した半導体磁気センサ素子等が採用可能であり、温度を検出する温度センサとしてはサーミスタやバイメタルを用いた接触式と焦電効果や赤外線による非接触式の測温素子等が何れも採用可能であり、光を検出する光学的センサとしては半導体光センサ素子やフォトダイオード等が採用可能であり、化学的変化量を検出する電気化学的センサとしては固体電解素子による酸素センサ素子や雰囲気による電気伝導度の変化を検出する半導体素子等が採用可能である。
なお、図1は、一つの構造例を示すものであり、筐体22にセンサ素子12が収容されており、図示しない蓋体で筐体22の開口を覆って封止等することができるようになっている。尤も、採用するセンサ素子12に応じて、筐体22の構造や、センサ素子12の配置態様は適宜に変更されるものであり、センサ素子12は筐体22に収容されている必要はない。例えば排ガスセンサの場合には、センサ素子12がエキゾーストパイプ内に装着されて排ガスと基準ガスに晒される構造とされる。
そして、かかるセンサ素子12により、測定すべき物理量に対応した電気信号として検出された検出信号は、計測回路部20に入力されるようになっている。この計測回路部20は、センサ素子12の検出信号を、電気的に加工することで利用できる情報をもった信号として生成するものである。具体的には、例えば、アナログ信号である検出信号をデジタル信号に変換して加工処理し易くするA/D変換器や、検出信号を増幅する増幅器、不必要に含まれる信号を除去するフィルター、欠落やノイズによる不正確な信号を補間法や最小自乗法等で演算処理して補償する補償装置、検出信号を利用し易い関数等に変換する演算処理装置などが、必要に応じて採用される。なお、このような検出信号の加工処理を行う計測回路部20は、一つまたは複数のICパッケージにて構成されることが望ましい。
また、計測回路部20は、加工処理した検出信号を所定量または所定時間に亘って記憶する記憶手段を併せて備えていても良い。
そして、センサ素子12で得られた検出信号は、計測回路部20において加工処理された後、外部へ出力されて当該検出信号を必要とする装置、例えば本実施形態ではECUなどの外部装置へ送信されることとなる。
ここにおいて、本実施形態のセンサ装置10は、無線送信装置としての無線送信部24を備えており、加工処理された検出信号が、無線送信部24から送信アンテナ26を経て無線送信されるようになっている。即ち、無線送信部24は、キャリアとなる搬送波を生成すると共に、それを変調して検出信号を情報として変換してのせる信号処理を行うものであって、振幅変調や角度変調といったアナログ変調の回路を用いることも可能であるが、好適には、デジタル変調やパルス変調の回路により、検出信号をデジタル情報としてのせる信号処理を行うことで、多数のセンサ信号の干渉を回避するようにされる。
なお、検出信号を必要とする外部装置においても、かかる無線送信部24に対応した信号処理を行う無線受信部が装備されることとなり、受信アンテナを経て無線受信部で受信した信号を復調することで、検出信号を取り出すようにされる。
ところで、このようなセンサ部分14における物理量の検出と検出信号の加工処理および送信には、作動電力が必要とされる。即ち、検出信号の加工処理には、信号処理を行う半導体回路の駆動電源が必要であり、また、無線送信部24では、搬送波の生成や変調に電力が必要とされる。更に、センサ素子12も、例えば静電容量センサや赤外線温度センサなどの場合にセンシングの作動電力が必要とされる。
ここにおいて、本実施形態のセンサ装置10では、前述の如き本発明の一実施形態でもある振動発電装置18によってこれらの作動用電源が構成されており、作動電力が供給されて自給電されるようになっている。具体的には、図2に示されているように、振動発電装置18によって、振動部材の振動エネルギーを電気エネルギーに変換し、得られた電圧を整流蓄電回路28で直流電力にして、センサ素子12や計測回路部20、無線送信部24に対して作動電力として給電するようになっている。なお、整流蓄電回路28は、例えばダイオード等を用いた整流回路とコンデンサ等を用いた蓄電回路を含んで構成されており、振動発電装置18の出力電圧を、所定時間に亘る作動電力として安定して給電し得るようになっている。更に、かかる整流蓄電回路28は、必要に応じて容量の大きい二次電池を含んで構成されていても良い。また、図2中において、実線は駆動電源となる振動発電装置18に対して電気的に接続されることによる電力の伝達経路を示しており、破線はセンサ素子12から計測回路部20を経て無線送信部24に至る検出信号の伝達経路を示している。
そして、センサ素子12や計測回路部20、無線送信部24を含むセンサ装置の作動電力が、振動発電装置18で発電される電力で賄われることにより、本実施形態のセンサ装置10においては、センサ装置10へ作動電力をバッテリー等から給電するためのリード線の配線が不要とされている。これにより、センサ装置10の装着位置の設定自由度が大幅に向上されると共に、配線に伴う車両の重量増加が回避されることとなり、走行燃料消費率の改善や走行安定性の向上などが図られ得る。
しかも、本実施形態のセンサ装置10では、検出信号を外部へ無線送信する無線送信部24を備えていることから、検出信号の出力用のリード線も不要とされており、それによって、センサ装置の装着に伴う重量増加の低減が一層効果的に達成され得る。
特に、かかる振動発電装置18として、本発明に従って構成された、以下に詳述する如き複数の振動系を備えた特定の構造を有するものが採用されている。これにより、走行状況などに応じて振動周波数が広い範囲で変化する、即ち互いに異なる周波数域で振動レベルが最大になるような複数の振動が及ぼされる自動車の振動部材に対して振動発電装置18が装着されて用いられる場合でも、振動発電装置18により安定した電力を発電して、センサ部分14へ給電することが可能とされている。その結果、本実施形態のセンサ装置10において、安定したセンシング作動と無線による信号送信作動とが、外部との給電用や出力用のリード線を必要とすることなく、高い信頼性をもって安定して実現可能となるのである。
すなわち、本実施形態における振動発電装置18は、その概略構造が図3に示されているように、振動部材としてのボデー30に取り付けられる第1の振動系32と、第1の振動系32を介してボデー30に取り付けられる第2の振動系34とを含む多自由度振動系を、備えている。なお、以下の説明において、特に説明がない限り、上下方向とは、振動部材30からの主たる振動入力方向である図1中の上下方向を言う。
より詳細には、第1の振動系32は、取付部材36と第1のマス部材38が第1のばね部材としての連結ゴム弾性体40で弾性連結された構造を有しており、取付部材36がボデー30に対してボルト等で固定されることによって、第1のマス部材38がボデー30に対して連結ゴム弾性体40で弾性連結されるようになっている。第1のマス部材38の形状や形成材料は特に限定されるものではないが、小型化のために比重の大きな材料で形成されていることが望ましく、本実施形態では鉄で形成された中実の矩形ブロック状を呈する部材とされている。更に、第1のマス部材38には上方に突出する支持部としての支持突部42が一体形成されており、その上面に開口するようにねじ穴が形成されている。連結ゴム弾性体40は矩形ブロック状のゴム弾性体であって、上下に対向配置された取付部材36と第1のマス部材38の間に介装されて、下面が取付部材36に固着されていると共に、上面が第1のマス部材38に固着されている。
なお、連結ゴム弾性体40として採用されるゴム弾性体の材料としては、天然ゴム、合成ゴム、あるいは天然ゴムと合成ゴムとのブレンドゴムが使用される。合成ゴムとしては、スチレン−ブタジエンゴム、ブタジエンゴム、イソプレンゴム、クロロプレンゴム、イソブチレン−イソプレンゴム、塩素化−イソブチレン−イソプレンゴム、アクリロニトリル−ブタジエンゴム、水素化−アクリロニトリル−ブタジエンゴム、エチレン−プロピレン−ジエンゴム、エチレン−プロピレンゴム、アクリルゴム、シリコーンゴム等を挙げることができる。
また、本実施形態の第1のマス部材38は、カバー部材44を備えている。カバー部材44は、下方に開口する矩形枡状とされており、開口部に設けられたフランジ状の固定片が第1のマス部材38にボルト等で固定されることで、第1のマス部材38に対して上面を覆うように取り付けられている。かくの如きカバー部材44の装着によって、第1のマス部材38の上方には、カバー部材44で外部から隔てられた収容空所としての収容領域46が画成されており、第1のマス部材38の支持突部42が収容領域46内に突出している。なお、図1では、見易さのために、カバー部材44の図示を省略している。
さらに、カバー部材44を含む第1のマス部材38の質量:m1 は、ボデー30の等価マス質量:Mに対して、10%以上(m1 ≧0.1*M)とされていることが望ましい。これにより、第1のマス部材38がボデー30の振動状態に対して充分な影響を及ぼして、ダイナミックダンパとして機能し得ることから、振動の相殺によるボデー30の振動低減が期待される。
また、収容領域46には、第2の振動系34が配設されている。第2の振動系34は、第2のマス部材48が第2のばね部材としての板ばね50の一方の端部に固定されると共に、板ばね50の他方の端部が第1のマス部材38に固定されることで、第2のマス部材48が第1のマス部材38に対して板ばね50で弾性連結された片持梁状の構造を有している。
第2のマス部材48は、矩形ブロック状とされており、第1のマス部材38と同様に鉄等の高比重の材料で形成されている。また、本実施形態では、第2のマス部材48の質量:m2 は、第1のマス部材38の質量:m1 との間で、m1 *X>m2 *Qを満たすように設定される。なお、Xは、第1の振動系32の固有振動数での応答倍率(共振応答倍率)を、Qは、第2の振動系34の共振応答倍率を、それぞれ示しており、本実施形態では、第2の振動系34の共振応答倍率:Qが、第1の振動系32の共振応答倍率:Xよりも大きくされている(X<Q)。また、好適には、第2のマス部材48の質量:m2 が、第1のマス部材38の質量:m1 に対して1/5倍以下とされる(m2 ≦m1 /5)ことによって、第2のマス部材48が第1のマス部材38に比して小型軽量とされている。このように第2のマス部材48が第1のマス部材38に比して軽量とされていることで、振動系の固有振動数を発電対象振動の周波数に応じて設定しながら、板ばね50のばね定数を充分に小さく設定して、第1のマス部材38の第2のマス部材48に対する相対変位を有効に生ぜしめることができる。
板ばね50は、導電性のばね鋼で形成された長手板状の金属部材であって、長手方向一方の端部に第2のマス部材48が固定されていると共に、長手方向他方の端部が、第1のマス部材38の支持突部42に重ね合わされてねじ止めされている。これにより、第2のマス部材48が第1のマス部材38に対して板ばね50を介して弾性連結されており、第2のマス部材48の第1のマス部材38に対する相対変位が板ばね50の板厚方向(図3中の上下方向)となる剪断方向での弾性変形によって許容されている。このことからも明らかなように、振動発電装置18は、第1の振動系32と第2の振動系34で構成された2自由度の振動系を備えている。
本実施形態では、第2の振動系34を1自由度振動系として取り扱う場合の機械的な固有振動数:fr2が、第1の振動系32を1自由度振動系として取り扱う場合の機械的な固有振動数:fr1よりも低周波数に設定されている(fr2<fr1)。更に、第1の振動系32単体の固有振動数:fr1が、第2の振動系34単体の固有振動数:fr2の√2倍以下(fr2<fr1≦√2*fr2)であることが望ましい。これにより、いわゆるスカイフックダンパー効果(sky hook damper effect)による制振作用で第2のマス部材48に対する第1のマス部材38の相対的な変位量が抑えられてしまうことに起因する発電効率の低下などの不具合を回避することが可能となる。なお、第1の振動系32単体の1自由度振動系における機械的な固有振動数:fr1は、第1のマス部材38の質量:m1 と連結ゴム弾性体40のばね定数:k1 から[数1]のように算出される。第2の振動系34単体の1自由度振動系における機械的な固有振動数:fr2は、第2のマス部材48の質量:m2 と板ばね50のばね定数:k2 から[数2]のように算出される。
Figure 0006195255
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また、板ばね50には、発電素子16が固着されている。発電素子16は、一般的な圧電素子や電歪素子等が好適に用いられて、板ばね50の表面に重ね合わされて固着されることで、第1のマス部材38と第2のマス部材48の間に配設されている。そして、振動入力時に、ボデー30から第1のマス部材38に及ぼされた外力が第2のマス部材48に伝達されることで、それら第1のマス部材38と第2のマス部材48が相対変位して、板ばね50が弾性変形することにより、発電素子16が板ばね50と共に変形して電気を生じるようになっている。換言すれば、第1のマス部材38と第2のマス部材48の相対変位によって振動エネルギーが発電素子16に入力されるようになっており、発電素子16が、第1のマス部材38と第2のマス部材48の相対変位量に応じて、振動エネルギーを電気エネルギーに変換するようになっている。この発電素子16には、電気回路が接続されており、整流蓄電回路28やセンサ部分14等に対して電気的に接続されている。なお、発電素子16として圧電素子を採用する場合には、その形成材料としては、例えば、セラミック材料や単結晶材料等が採用される。より具体的には、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛、窒化アルミニウム、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム等が、圧電素子の形成材料として何れも好適に採用され得る。
なお、本実施形態では、板ばね50に固着された発電素子16が、カバー部材44で外部空間から隔てられた収容領域46内に配設されて、カバー部材44で覆われていることにより、水や埃等といった異物の付着が防止されている。
本実施形態では、第2のマス部材48の第1のマス部材38に対する相対変位量を制限するストッパ手段56が設けられており、板ばね50および発電素子16の過大な変形が防止されて、発電素子16の損傷が回避されている。具体的には、第2のマス部材48が第1のマス部材38の上面およびカバー部材44の上底壁内面に当接することで、第2のマス部材48の変位が制限されるようになっており、第1のマス部材38とカバー部材44を含んでストッパ手段56が構成されている。また、本実施形態では、第1のマス部材38の上面と、カバー部材44の上底壁内面に、それぞれストッパゴム58が固着されており、第2のマス部材48が第1のマス部材38およびカバー部材44に対してストッパゴム58を介して緩衝的に当接されるようになっている。
このような構造とされた本実施形態に係る振動発電装置18は、ボデー30への装着状態において、ボデー30の振動エネルギーを発電素子16で電気エネルギーに変換して取り出すようになっている。ここにおいて、振動発電装置18では、2自由度の振動系を設けると共に、第1,第2のマス部材38,48の間に発電素子16を配することで、発電素子16による効率的な発電が実現されるようになっている。
このような振動発電装置18は、機械的には、前述のとおり第1のマス部材38と第1のばね部材としての連結ゴム弾性体40とからなる第1の振動系32と、第2のマス部材48と第2のばね部材としての板ばね50とからなる第2の振動系34とが直列的に接続された2自由度振動系を構成していることから、公知の多自由度系の振動モデルを用いて解析することが可能である。即ち、かかる振動発電装置18の機械的な振動系の振動モデルは図4に示すとおりであり、[数3]に示す公知の2自由度系の運動方程式で表される。なお、[数3]において、x1 は振動発電装置18における第1のマス部材38の変位量に相当すると共に、x2 は振動発電装置18における第2のマス部材48の変位量に相当する。更に、[数3]中のF0 sin2πftは、振動発電装置18におけるボデー30から入力される振動荷重に相当する。
Figure 0006195255
良く知られているように、[数3]に示された一般的な2自由度振動系の運動方程式の解として求められるΩ1 ,Ω2 (Ω1 <Ω2 )が、それぞれかかる2自由度振動系の固有振動数である。ところで、機械装置としての振動発電装置18は2自由度振動系として把握されるが、発電素子16への振動エネルギーは第1のマス部材38に対する第2のマス部材48の相対的な変位量として及ぼされる。それ故、第1のマス部材38と第2のマス部材48の位相差が略180度となって逆向きに変位することにより、振動発電装置18へ及ぼされる振動エネルギーが、発電素子16へ効率的に及ぼされて大きな発電電力を得ることができる。
具体的に説明すると、上述の2自由度振動系の固有振動数:Ω1 ,Ω2 では、何れも、理論上はマス変位の運動量がピークとなるものの、第1の固有振動数:Ω1 までの低い周波数では、第1及び第2のマス部材38,48が同相で動くことから、入力される振動エネルギーが発電電力へ効率的に変換され難い。これに対して、第1の固有振動数:Ω1 から第2の固有振動数:Ω2 までの周波数では、第1及び第2のマス部材38,48が逆相で動くことから、振動エネルギーが発電電力へ効率的に変換されて大きな発電電力を得ることができる。
ここにおいて、理解を容易とするために、第2のマス部材48が第1のマス部材38に対して相対的に弾性変位する1自由度系として第2の振動系34をとらえることができるとすれば、かかる第2の振動系34の第2のマス部材48は、第2の振動系34の1自由度振動系としての機械的な固有振動数:fr2において、第1の振動系32の第1のマス部材38に対する位相が反転する。しかも、かかる固有振動数:fr2の周波数域では、第2の振動系34の機械的な共振現象により、第2のマス部材48の第1のマス部材38に対する相対変位量も効率的に得ることが可能になる。
このことから、第1の振動系32よりも第2の振動系34の方が、機械的な固有振動数を低周波数域に設定された本実施形態では、2自由度振動系の振動モードで第1及び第2のマス部材38,48が逆相で動く高周波側の固有振動数:Ω2 までの低い周波数域でも、第2の振動系34の1自由度振動系としての機械的な固有振動数:fr2を超えた周波数域では、第2のマス部材48の第1のマス部材38に対する位相が反転することにより、優れた発電効率で大きな発電電力を得ることができるのである。
このことは、本発明者が発電電力を実測した結果によっても確認されている。即ち、図3及び図4に示された本実施形態に従う構造とされた振動発電装置18を試作して、ボデー30側からスィープ加振することにより、発電素子16による発電電力の周波数特性を測定した。その結果を図5に示す。かかる図5では、発電素子16の発電電力の実測値が実施例データとして実線で示されていると共に、第1の振動系が省略された第2の振動系単体に相当する機械的な1自由度系の構造体からなる発電装置による発電電力の実測値が比較例データとして破線で示されている。
図5からも明らかなように、実質的に第2の振動系単体からなる比較例では、発電電力が、第2の振動系の機械的な固有振動数:fr2の周波数域だけで一つのピークを有するに過ぎず、入力振動が固有振動数:fr2を外れてしまうと発電効率が著しく低下してしまう。これに対して、本発明の実施例では、発電電力が、二つの周波数:P1 ,P2 でそれぞれピークを有していると共に、それら二つの周波数:P1 ,P2 間の周波数域やP2 を超えた高周波数域に至る広い周波数域に亘って高い発電効率が維持されている。ここにおいて、高周波側のピークとなる周波数:P2 は、2自由度振動系の振動モードで第1及び第2のマス部材38,48が逆相で動く高周波側の固有振動数:Ω2 に相当する周波数である。一方、低周波側のピークとなる周波数:P1 は、2自由度振動系の振動モードで第1及び第2のマス部材38,48が逆相で動く低周波側の固有振動数:Ω1 に相当する周波数であり、また第2の振動系34が1自由度振動系として第1のマス部材に対する位相が反転する固有振動数:fr2に略対応する周波数である。
また、本実施形態では、第2の振動系34の共振応答倍率:Qが、第1の振動系32の共振応答倍率:Xよりも大きくされている(X<Q)と共に、第1のマス部材38の質量:m1 と第1の振動系32の共振応答倍率:Xとの積が、第2のマス部材48の質量:m2 と第2の振動系34の共振応答倍率:Qとの積よりも大きくされている(m1 *X>m2 *Q)。これにより、振動入力時には、第2のマス部材48の振幅ひいては板ばね50の弾性変形量が大きく確保されて、発電素子16による発電が効率的に実現される。また、第1のマス部材38に共振状態で及ぼされる加振力が、第2のマス部材48に共振状態で及ぼされる加振力に対して大きくされていることから、第2の振動系34による入力振動の相殺的な制振作用が抑制されて、第1のマス部材38と第2のマス部材48の相対変位が安定して生じることで、より有効な発電が広帯域に亘って実現される。
さらに、振動発電装置18では、第2のマス部材48の質量:m2 が、第1のマス部材38の質量:m1 に対して、1/5倍以下とされており、2自由度振動系の機械的な固有振動数を所定値に設定しながら、板ばね50のばね定数:k2 が小さく設定されている。それ故、第2のマス部材48の第1のマス部材38に対する相対変位が生じ易くなっており、発電素子16による発電量を効率的に得ることができる。
また、本実施形態では、第2の振動系34単体の1自由度振動系における機械的な固有振動数:fr2が、第1の振動系32単体の1自由度振動系における機械的な固有振動数:fr1よりも、低周波数に設定されている(fr2<fr1)。これにより、振動入力時に第1のマス部材38に対する第2のマス部材48の相対変位が充分に生ぜしめられて、第1のマス部材38と第2のマス部材48の相対変位量に対応する発電効率の向上が図られ得る。
さらに、fr2<fr1とされていることにより、第2の振動系34の1自由度振動系における機械的な固有振動数:fr2から第1の振動系32の1自由度振動系における機械的な固有振動数:fr1までの周波数域においては、第1のマス部材38が入力振動に対して同相で変位する。それ故、ボデー30に対して同相で振動変位する第1のマス部材38を介して、第2の振動系34に対して振動エネルギーがより効率的に伝達されて発電効率の一層の向上が図られ得る。一方、fr2>>fr1とした場合では、2自由度振動系における低周波側の固有振動数:Ω1 にて、第1の振動系32が入力振動に対して逆相で変位するため、第2の振動系34に対して振動エネルギーを効率的に伝達することができない。そこで、本実施形態のようにfr2<fr1とすることで、図5に示されるP1 〜P2 間の周波数域を充分に大きく設定して一層広い周波数域で優れた発電効率を得ることが可能になる。
また、振動発電装置18の2自由度振動系を構成する第1の振動系32のばね成分が、ゴム弾性体で形成された連結ゴム弾性体40で構成されている一方、第2の振動系34のばね成分が、金属で形成された板ばね50で構成されている。これにより、図6に示されているように、第2の振動系34では、大きな共振応答倍率で、発電可能な振幅を共振周波数付近の狭い周波数域でのみ得られる一方、第1の振動系32では、第2の振動系34に比して小さな共振応答倍率で、発電可能な振幅を広い周波数域に亘って得ることができる。それ故、第1の振動系32と第2の振動系34を組み合わせて採用することで、第2の振動系34単体では著しく狭い周波数域でのみ実現される発電が、第1の振動系32の連結ゴム弾性体40の減衰性能に基づいた特性のブロード化によって、より広い周波数域の振動入力に対して有効に実現される。これにより、種々の振動入力条件下において有効な発電が可能とされて、高い実用性を備えた振動発電装置18を提供することができる。なお、図6では、第1の振動系32単体の1自由度振動系における周波数−振幅特性が実線で示されていると共に、第2の振動系34単体の1自由度振動系における周波数−振幅特性が破線で示されている。
また、振動発電装置18では、第1の振動系32単体の1自由度振動系における機械的な固有振動数:fr1が、第1,第2の振動系32,34で構成された多自由度振動系の電気的な***振周波数:fa2よりも高周波数に設定されている(fr1>fa2)ことで、広い周波数域の振動入力に対する発電が実現されている。以下、図7に示された第2の振動系34の電気的な特性を考慮した等価回路を用いて説明する。
図7の等価回路は、発電素子16(圧電素子)を配設された第2の振動系34の圧電特性である機械−電気変換特性を示す回路であって、直列的に配置された等価直列インダクタンス:L1 と等価直列静電容量:C1 と等価直列抵抗:R1 と、それらL1 ,C1 ,R1 に対して並列に配置された並列静電容量:C0 とによって、発電素子16の機械的な振動を電気的な回路として表すものである。
1 ,C1 ,R1 は、振動モードに応じてそれぞれ一意的に決まる定数である。一方、C0 は、発電素子16が誘電体として機能することによる静電容量であって、発電素子16の大きさや誘電率等により規定される定数である。
第2の振動系34の電気的な特性を考慮した等価回路が、このようなL1 ,C1 ,R1 ,C0 で構成されることから、第2の振動系34のインピーダンスは、入力振動の周波数に対して、図8に示すグラフのようになっており、直列共振周波数:fr2で極小値となると共に、電気的な***振周波数(並列共振周波数):fa2で極大値となる。なお、直列共振周波数は、第2の振動系34の機械的な共振周波数:fr2と実質的に同じとなる。また、直列共振周波数:fr2は、厳密には、C0 の影響で第2の振動系34のインピーダンスが極小値となる周波数とは僅かに異なるが、ここでは実質的に同じとみなす。同様に、並列共振周波数:fa2は、第2の振動系34のインピーダンスが極大値となる周波数とは僅かに異なるが、ここでは実質的に同じとみなす。
図8のグラフからも明らかなように、発電素子16を配設された第2の振動系34では、直列共振周波数:fr2において大きな発電量が得られる一方、並列共振周波数:fa2において発電量が小さくなり、fa2より高周波数域においても発電量は比較的に小さい状態が続くことになる。
なお、第2の振動系34の等価回路において、直列共振周波数:fr2と並列共振周波数(***振周波数):fa2は、以下の[数4]と[数5]によって定義される。
Figure 0006195255
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一方、本実施形態では、振動発電装置18の振動系を2自由度としたことにより、振動発電装置18の振動系の機械的な2次固有振動数:Ω1 を同振動系の機械的な***振周波数よりも高周波数に設定することで、広い周波数域に亘って発電量の低下が抑えられる。このことから、一般に、第1の振動系32の機械的な固有振動数:fr1を等価回路の並列共振周波数:fa2よりも高周波数に設定することで、発電効率の低下を広帯域に亘って防ぐことができる。
更にまた、より好適には、第1の振動系32単体の機械的な共振周波数:fr1が、第2の振動系34単体の機械的な共振周波数:fr2の√2倍以下(fr1≦√2*fr2)とされることにより、広い周波数域の振動入力に対して第1のマス部材38と第2のマス部材48の相対変位量が大きく確保される。それ故、広い周波数域の振動入力に対して、発電素子16による高効率な発電が実現される。要するに、第1の振動系32単体の機械的な共振周波数:fr1は、好適には、fa2<fr1≦√2*fr2の範囲に設定される。
なお、本発明者が実験等で検討したところ、fr1≦√2*fr2とすることによって、第1の振動系32における振動と、第2の振動系34における振動とを相互に伝達させて連成的な振動状態とすることができる。即ち、例えば入力振動の周波数が変化するような場合において、第1の振動系32および第2の振動系34が相互に完全に独立して振動すると一方が振動停止するような状況でも、当該一方の振動系に対して他方の振動系が影響を及ぼすことで、ある程度の振動状態を維持することも可能となる。これにより、双方の振動が及ぼされて、双方の振動系32,34における振動状態が補完的に維持され得ることから、各振動系32,34における振動状態の発現ひいては目的とする発電状態の発現とその維持が、一層効率的に達成され得ることとなる。なお、第1,第2の振動系32,34において、各共振周波数がfr1≦√2*fr2を満たすように設定されることで、振動の連成による振動状態の補完的な維持が実現されることは、例えば特許4862286号公報を一助として理解することができる。
上記の如き構造とされた振動発電装置18とセンサ部分14が、例えば筐体22に収容されることにより、本実施形態のセンサ装置10が構成されている。そして、例えば筐体22が取付部材とされると共に、筐体22の開口部を蓋体等で覆蓋するなどしてセンサ装置10を車両に取り付けることにより、走行状態の違いによる異なった周波数域での振動入力下においても、振動エネルギーが電気エネルギーへ効率的に変換されて、振動発電装置18による安定した発電、ひいてはセンサ装置10の安定した作動が実現され得る。
以上、本発明のセンサ装置に関する実施形態について詳述してきたが、本発明はその具体的な記載によって限定されない。
例えば、センサ装置が車両に装着される場合には、図9に機能ブロック図が示されているように、センサ部分14における検出信号を、有線で配線されたセンサ出力用リード線59を通じて、かかる検出信号を必要とするECU等の車体側コントローラ60へ送信することも可能である。
このような有線送信を採用すれば、振動発電装置18で得られた電力をセンサ部分14における情報の取得や生成に注力して活用することが可能になる。その結果、例えばサンプリングレートを向上させるなど、必要電力の増大を伴う検出精度の向上が実現可能になると共に、センサ部分14を含むセンサ装置の作動の安定性の更なる向上も図られ得る。
また、上述の如き構造とされた特定構造の振動発電装置18の発電素子16そのものをセンサ素子として利用することも可能である。具体的には、例えば図10に機能ブロック図が示されているように、振動発電装置18の発電波形が、入力される振動に対応することに着目し、計測回路部20において、かかる発電波形を用いて時間微分などの演算処理を行うことにより、検出信号として加速度情報を得ることも可能である。
このように、振動発電装置18の発電素子16をセンサ素子として利用することで、センサ装置の構造の簡略化や消費電力の低減を図ることが可能になる。
また、センサ装置が車両に装着される場合、振動発電装置18の発電状況は車両の走行状況に対応することから、かかる発電状況を監視することによって車両の走行状況を監視し、例えば急激な加減速が繰り返されるなどの特定の走行状況が、発電状況に基づいて把握された場合には、音や光などで運転者に警告を発して注意を促すことも可能となる。このような警告装置61は、センサ装置の外部、例えば車両のディスプレイや車室内に設けられてもよい。即ち、センサ素子としての振動発電装置18により検出された特定の走行状況がアンテナ26やリード線を介して警告装置61に無線或いは有線送信されることにより、ディスプレイにメッセージやマークが表示されたり、車室内のスピーカーによりメッセージや警告音が発せられるようにして、運転者に認識可能とされるようにしてもよい。
あるいは、センサ装置が建築物の柱や床に装着される場合には、これらの柱や床が振動部材とされて、近隣を通過する車両や居住者の歩行に伴う振動が、かかる柱や床に及ぼされることにより、振動発電装置18により電力を得ることができる。更に、例えば上記の如き警告装置61を採用することにより、音や光で居住者に注意を喚起することができて、地震発生時等における避難を迅速に行うことができる。
さらに、本発明のセンサ装置では、振動発電装置としても、前記実施形態の他に各種態様が採用可能である。例えば、図11及び図12には、それぞれ、本発明において採用される別の態様例としての振動発電装置62,64が示されている。なお、前記実施形態と同一の部材または部位については、図中に前記実施形態と同一の符号を付すことにより、詳細な説明を省略する。
すなわち、図11に示された振動発電装置62は、第1のマス部材66が中空構造とされており、第1のマス部材66において、外部空間に対して略遮断された収容空所68が設けられている。このような中空構造の第1のマス部材66は、例えば、底壁70と周壁部としての周壁72を備えた略有底筒形状の下部マス74に対して、略平板形状の上部マス76を重ね合わせて下部マス74の上部開口を覆蓋するように固着せしめることによって実現される。
そして、この第1のマス部材66の収容空所68に収容された状態で、前記実施形態と略同様な構造とされた第2の振動系34が設けられている。なお、収容空所68は、第2のばね部材としての板ばね50の弾性変形に伴う第2のマス部材48の変位を許容するのに十分な大きさとされている。また、収容空所68には、第2のマス部材48の変位方向の両側壁部において、それぞれストッパゴム58,58が設けられており、第2のマス部材48の変位量が緩衝的に制限されるようになっている。
このような構造とされた振動発電装置62では、第1の振動系32における第1のマス部材66の重心位置と、第2の振動系34における第2のマス部材48の重心位置とを、高さ方向で近接して設定することが可能になる。しかも、これら第1のマス部材66と第2のマス部材48が、振動入力基準面となる第1のばね部材としての連結ゴム弾性体40のボデー30への固着面である支持面、即ち取付部材36の上面からの高さを小さくして位置決めすることが可能になる。
また、前記第1の実施形態でも、カバー部材44が、その質量によって第1のマス部材38の一部を構成していることからも理解できるように、第1の実施形態では、中空構造の第1のマス部材とされて、カバー部材44と第1のマス部材38との間に形成された収容領域46内に第2の振動系34が収容配置されており、且つ、板ばね50の基端側が、第1のマス部材における収容空所(収容領域)46の周壁を構成する第1のマス部材38の上端面から収容空所46内に突設された支持突部42で支持されることにより、板ばね50の支持位置が、収容空所46の周壁部よりも収容空所46の内方に位置して設定されている。ここにおいて、図11に示された実施形態では、第1の実施形態のカバー部材44が厚肉とされて上部マス76が構成されているものとみることも可能であることから、第1の実施形態の説明をもって図11の態様を理解することも可能である。
これにより、第1の実施形態と本実施形態の何れにおいても、第2の振動系34を構成する板ばね50の基端側の第1のマス部材38,66による支持位置が、第1のマス部材38,66の外周壁部よりも中央側に離れて、第1のマス部材38,66の重心に近い位置に設定されている。その結果、第1のマス部材38,66に対して、発電に有意な曲げ変形を板ばね50に惹起させる、図11中の上下方向の振幅を伴うバウンスのような変位を伴う目的とする振動は、第1のマス部材38,66の上下振動が板ばね50に対して直接的に効率良く伝達されて、第2の振動系34が有利に加振され得ることとなる。一方、図11中で左右方向の略中央を支点としたシーソーのような揺れ変位を伴うピッチングや、図11中で左右方向に延びる直線を中心とした回動変位を伴う捩じり、図11中で上下方向に延びる直線を中心とした回動変位を伴うこじりなどの各種方向の振動に対しては、何れも、第1のマス部材38,66の外周壁部で振動振幅が最大となることから、外周壁部よりも中央側に支持点が設定された第2の振動系34に対する振動伝達が抑えられることとなり、板ばね50に対する悪影響が軽減されて、板ばね50の目的とする曲げ変形ひいてはそこに装着された発電素子16による発電効率が、安定して良好に維持され得るのである。
特に、図11の実施形態では、第1の実施形態のカバー部材44よりも上部マス76が厚肉とされることで、第1のマス部材66の重心が、水平方向だけでなく上下方向においても中央側によせられて、収容空所68の内部に設定されている。これにより、第1のマス部材66の重心と、第2の振動系34の板ばね50の支持点とを、より近い位置に設定することが可能となり、例えば略同じ位置に設定することも可能となる。その結果、上述の如き、第1のマス部材66におけるピッチングや捩じり、こじりなどの振動入力を一層抑えつつ、振動発電に有意な上下方向の振動の伝達による安定した発電をより効果的に実現可能ことができるのである。
このように、本態様では、振動入力時における第1のマス部材66や第2のマス部材48の揺動など、特に第2のマス部材48の上下方向以外の不規則な変位を伴う板ばね50の不規則な変形が抑えられて、目的とする主たる振動入力方向となる上下方向への振動変位が一層安定して生ぜしめられる結果、連結ゴム弾性体40や板ばね50の弾性変形量が大きくされて振動エネルギーの電気エネルギーへの変換効率の更なる向上が図られ得るのである。
しかも、第2の振動系34の配設領域が、第1のマス部材66によって外部空間から遮断されることから、別途にカバー構造等を必要とすることなく、第2の振動系34の配設領域において簡単な構造をもって防塵性能や防水性能を付与することも可能になる。
加えて、第1のマス部材66を中空構造としたことにより、容積が大きい外周部分で大きなマス重量を確保しつつ、収容空所68へ第2の振動系34を収容させて、前記実施形態のように第1のマス部材66から上方への大きな突出を回避することが可能になる。その結果、第1のマス部材66の質量を十分に確保しつつ、防振装置全体の特に高さ方向のサイズを小さく抑えることが可能になる。
また、図12に示された振動発電装置64は、図11に示された振動発電装置62と同様に、中空構造とされた第1のマス部材66の収容空所68に収容された状態で、第2の振動系34が設けられている。一方、第1のマス部材66は、その周壁72の外周面上に設けられた第1のばね部材78によって、振動部材たるボデー30に対して弾性連結されている。
すなわち、ボデー30に対してボルト等で固着される取付部材80が、第1のマス部材66の外周側に離隔した縦壁構造をもって形成されており、第1のマス部材66の外周面が、取付部材80に対して、主たる振動入力方向に略直交する方向で対向位置せしめられている。そして、これら第1のマス部材66の外周面と取付部材80との対向面間にゴム弾性体からなる第1のばね部材78が配設されることにより、第1のマス部材66が取付部材80によって弾性支持されている。
なお、第1のばね部材78は、第1のマス部材66の全周に亘って設けられていても良いが、周上で適数箇所に位置して設けられていても良い。
このような構造とされた振動発電装置64では、ボデー30からの振動により第1の振動系32における第1のばね部材78が主たる振動入力方向で主に剪断変形せしめられることから、低動ばねチューニングすることが可能になり、特性チューニングの自由度の向上が図られ得る。なお、本実施形態の振動発電装置64においても、第1のマス部材66の底壁70と取付部材80の底壁との対向面間に、補助的に圧縮ゴムを介在させて特性チューニングすることも可能である。
その他、本発明において採用される振動発電装置では、例えば、振動発電装置の振動系において、3つ以上のマス部材をそれぞればね部材を介して直列的に弾性連結して、3自由度以上の多自由度振動系とすることもできる。これによれば、より一層広い周波数域の振動入力に対して、高い発電効率を得ることができる。なお、3自由度以上の多自由度振動系を採用する場合には、互いに弾性連結された2つのマス部材を選択して、それらマス部材の間にのみ発電素子を設けても良いが、隣接配置されて相互に弾性連結された複数組のマス部材間に、それぞれ発電素子を設けることでもできる。
また、例えば、第1のマス部材に対して2つ以上の第2のマス部材を並列的に且つ互いに独立した2つ以上の第2のばね部材を介してそれぞれ弾性連結することで、振動発電装置の多自由度振動系を構成することもできる。これによれば、第2の振動系が複数構成されることから、それら第2の振動系単体の機械的な固有振動数を互いに異ならせて、より広い周波数域の振動入力に対する有効な発電を実現したり、第2の振動系単体の機械的な固有振動数を互いに同じにすることで、特定周波数域の振動入力に対する発電効率の向上を図ったりすることも可能である。
さらに、発電素子としては、圧電素子や電歪素子、磁歪素子等の発電素子が何れも採用可能である他、エレクトレットや交差磁束の時間変化を使った電磁方式等を用いた発電構造を採用することもできる。このことからも理解されるように、第2の振動系を構成する第2のマス部材および第2のばね部材の具体的な構造は限定されるものではなく、例えば、第2のばね部材としてコイルスプリングやゴム弾性体、棒ばね等を用いることもできる。同様に、第1のマス部材および第1のばね部材の具体的な構造も特に限定されず、例えば、第1のばね部材としてコイルスプリングや板ばね、棒ばね等の金属ばねを用いても良い。
更にまた、前記実施形態の振動発電装置18(62,64)では、第1のマス部材38(66)のボデー30に対する質量比を調節することで、第1の振動系32がボデー30の振動に対する制振作用を及ぼすようになっていたが、振動発電装置に制振装置としての機能を持たせることは、本発明において必須ではない。要するに、第1のマス部材の質量を振動部材の等価マス質量の10%よりも小さくしても良く、振動発電装置とは別にダイナミックダンパ等の制振装置を配設することもできる。
なお、前記実施形態では、第2の振動系34を1自由度振動系として取り扱う場合の機械的な固有振動数:fr2が、第1の振動系32を1自由度振動系として取り扱う場合の機械的な固有振動数:fr1よりも低周波数に設定されていた(fr2<fr1)。それと共に、第2のマス部材48の質量:m2 は、第1のマス部材38,66の質量:m1 との間で、m1 *X>m2 *Qを満たすように設定されていた(X,Qはそれぞれ、第1の振動系32および第2の振動系34の共振応答倍率)。しかし、本発明に係る発電装置は、これらの態様に限定されない。
すなわち、第2の振動系34を1自由度振動系として取り扱う場合の機械的な固有振動数:fr2が第1の振動系32を1自由度振動系として取り扱う場合の機械的な固有振動数:fr1よりも高周波数に設定されている(fr2>fr1)場合であっても、第1のマス部材38,66の質量:m1 と第1の振動系32の共振応答倍率:Xとの積が第2のマス部材48の質量:m2 と第2の振動系34の共振応答倍率:Qとの積に近い(m1 *X≒m2 *Q)場合には、第1の振動系32と第2の振動系34との相互作用により発電量が増加され得る。従って、本発明に係る発電装置では、第2の振動系34を1自由度振動系として取り扱う場合の機械的な固有振動数:fr2が、第1の振動系32を1自由度振動系として取り扱う場合の機械的な固有振動数:fr1に対して、異なって(fr1≠fr2)いればよい。
さらに、前記図11,12に示した振動発電装置62,64では、下部マス74が略有底筒形状とされると共に上部マス76が略平板形状とされており、下部マス74の上部開口部に対して上部マス76を上方から覆蓋せしめることで収容空所68が形成されて、かかる収容空所68内に第2の振動系34が収容されていたが、かかる態様に限定されない。即ち、例えば、下部マスが略平板形状とされると共に上部マスが逆向きの略有底筒形状とされていてもよいし、第1のマス部材が、側方に開口する筒形状の部材と、この側方開口部を覆蓋する部材とから構成されていてもよい。
また、前記実施形態では、センサ装置が車両に取り付けられて車両用のセンサ装置とされていたが、かかる態様に限定されず、振動部材は、発電に足るだけの振動入力があれば特に限定されるものではない。更に、本発明に係る発電装置は、振動部材において、互いに異なる振動周波数域で複数種類の振動の振動レベルが最大になる場合に、特に好適に採用される。具体的には、例えば、洗濯物の量等で振動周波数が変化する洗濯機や、冷凍機の作動状態等に応じて振動周波数が変化する冷蔵庫、走行状態や路面の凹凸等に応じて振動周波数が変化する自動車、加工状態等に応じて振動周波数が変化する工作機械、通過する車両の重量等に応じて振動周波数が変化する橋梁、或いは建築物の柱や床等において、筐体やボデー等が発電装置を装着する振動部材となり得る。
ところで、上述の如き本発明に従う振動発電装置18,62,64は、前記実施形態に示すセンサ装置10への適用に限定されるものでない。以下、車両用発光装置や建築物用発光装置へ適用した実施態様について、図面を参照しつつ、説明する。なお、振動発電装置については、前記実施形態と同様な構造であり、その理解を容易とするために、前記実施形態と同じ符号を図中に付しておく。
次に、図13には、本発明に従う構造とされた車両用発光装置110を備える自動車111の前部が示されている。車両用発光装置110は、図14に示すように、発光体としてのコーナーポール112と、作動用電源としての振動発電装置114とを備えている。以下の説明において、上下方向とは、原則として、車両装着状態での鉛直上下方向となる図14中の上下方向を言う。
より詳細には、コーナーポール112は、導光ポール116に光源としてのLED118が収容された構造を有している。導光ポール116は、アクリルなどの合成樹脂で形成された透明乃至は半透明の部材であって、上方に向かって直線的に延びる先細ロッド状とされている。
導光ポール116の基端部には、LED118が収容されている。LED118は、公知の構造であって、図示しない基板に給電用配線としてのワイヤハーネス120が接続されており、ワイヤハーネス120を通じて基板に電力が供給されることによって発光するようになっている。そして、LED118の光が、導光ポール116によって上方に導かれて、外周側に放射されることにより、導光ポール116が全体的に乃至は部分的に発光して、周囲から容易に視認可能となるようにされている。
また、コーナーポール112には、振動発電装置114が取り付けられている。振動発電装置114は、図11に示された前記実施形態の振動発電装置62と実質的に同じ構造とされており、振動部材としてのバンパー122に取り付けられる第1の振動系32と、第1の振動系32を介してバンパー122に取り付けられる第2の振動系34とを含む多自由度振動系を、備えている。なお、本実施形態では、図11に示された振動発電装置62を上下反対にして装着した態様となっている。即ち、上部マス76が逆向きの略有底筒形状とされていると共に、下部マス74が略平板形状とされている。
そして、前述のような優れた発電効率を得られる振動発電装置114に、コーナーポール112を接続することにより、図14に示すように、本実施形態に係る車両用発光装置110が構成されている。即ち、コーナーポール112は、導光ポール116の基端部とLED118が、振動発電装置114の取付部材128に固定されている。そして、コーナーポール112のLED118と、振動発電装置114の発電素子16が、ワイヤハーネス120によって電気的に接続されることにより、LED118を発光させるための作動用電源が、振動発電装置114によって構成されている。
なお、例えば、発電素子16によって得られる電気をフィルタリングするための回路や、LED118への電力供給のオンとオフを制御する制御手段などを、収容空所68に配設することもできる。特に、それら回路や制御手段などを、収容空所68の内部に設けることにより、回路や制御手段などを保護することもできる。
かくの如き構造とされた車両用発光装置110は、振動発電装置114が自動車111の端部を構成するバンパー122に取り付けられることから、振幅の大きな振動が発電素子16に入力されて、より効率的な発電が実現される。特に、バンパー122は、自動車111のメインフレームとは別部品とされた端部構成部材であって、バンパー122への振動伝達を低減する防振構造はなく、大きな振動エネルギーが振動発電装置114に入力されることから、振動発電によって電力を効率的に得ることができる。加えて、振動発電装置114がバンパー122の振動エネルギーを電気エネルギーに変換してLED118に供給することで、バンパー122の振動が低減される。
また、振動が入力される自動車111の走行時には、振動発電装置114の発電によって得られる電力が、コーナーポール112に安定して供給されることから、電池交換や充電などの手間を要することなく、コーナーポール112を発光させることができる。しかも、駐車時には、振動発電装置114に振動が入力されず、LED118への電力供給が停止されて、コーナーポール112の発光が自動的に停止されることから、コーナーポール112の発光のオンとオフが、操作することなく自動的に切り替えられる。
なお、振動発電装置114において、発電が有効に実行される入力振動の周波数域(例えば、走行時のエンジンシェイクに相当する低周波数域)と、実質的に発電されない周波数域(例えば、停車時のアイドリング振動に相当する中周波数域)とを設定することにより、コーナーポール112の発光のオンとオフを、自動車111の走行状態などに応じて自動的に切り替えることもできる。
また、振動発電装置114とコーナーポール112が相互に連結されて近接配置されていることから、LED118に電力を供給するためのワイヤハーネス120を短くすることができる。それ故、ワイヤハーネス120の重量を低減することができて、車両の軽量化が図られると共に、ワイヤハーネス120が他部材に干渉して破断するといった不具合も回避され、ワイヤハーネス120の取回しが容易になる。
また、振動発電装置114では、第1の振動系32における第1のマス部材66の重心位置と、第2の振動系34における第2のマス部材48の重心位置とを、水平方向で何れも第1のマス部材66の外周壁よりも中央部分寄りに設定することができると共に、高さ方向で近接して設定することが可能になる。しかも、これら第1のマス部材66と第2のマス部材48が、振動入力基準面となる第1のばね部材としての連結ゴム弾性体40のバンパー122への固着面である支持面からの高さを小さくして位置決めすることが可能になる。
それ故、振動入力時における第1のマス部材66や第2のマス部材48の揺動が抑えられて、目的とする主たる振動入力方向となる上下方向への振動変位が一層安定して生ぜしめられる結果、連結ゴム弾性体40や板ばね50の弾性変形量が大きくされて振動エネルギーの電気エネルギーへの変換効率の更なる向上が図られ得るのである。
しかも、第2の振動系34の配設領域が、第1のマス部材66によって外部空間から遮断されることから、別途にカバー構造等を必要とすることなく、第2の振動系34の配設領域において簡単な構造をもって防塵性能や防水性能を付与することも可能になる。
加えて、第1のマス部材66を中空構造としたことにより、容積が大きい外周部分で大きなマス重量を確保しつつ、収容空所68へ第2の振動系34を収容させて、第1のマス部材66から下方への大きな突出を回避することが可能になる。その結果、第1のマス部材66の質量を十分に確保しつつ、振動発電装置114全体の特に高さ方向のサイズを小さく抑えることが可能になる。その他、前述の車両用センサ装置における効果が、本実施形態の車両用発光装置において、何れも同様に発揮され得るのである。
また、図13に示すように、自動車111のバンパー122には、車両用発光装置に関する本発明の別の実施形態としての車両用発光装置160も設けられている。
より詳細には、車両用発光装置160は、図15〜17に示すように、発光体としてのバンパー用ライト162と、作動用電源としての振動発電装置168とを備えている。バンパー用ライト162は、前方に向かって発光するアクセサリーライトであって、光源としての5つのLED118が、前面を透明乃至は半透明の合成樹脂で形成された透光カバー164で覆われた構造を有している。なお、5つのLED118は、電気回路を備えた基板166に取り付けられている。
また、LED118の後方には、振動発電装置168が配設されている。振動発電装置168は、箱状の取付部材184に第1の振動系32と第2の振動系34が収容された構造を有している。本実施形態の振動発電装置168は、図14に示された前記実施形態の振動発電装置114を上下逆向きにしたような構造となっている。即ち、第1のマス部材66が底壁70と周壁72を有する略有底四角筒状の下部マス74と、下部マス74の上開口を塞ぐ板状の上部マス76とによって構成されている。更に、本実施形態では、図17に示すように、板ばね50の先端側となる一端の上下両面にわたって第2のマス部材48が固着されている。
そして、LED118が取付部材184に固定されていると共に、LED118の基板166と振動発電装置114の発電素子16とが、ワイヤハーネス120によって電気的に接続されている。
かくの如き構造とされた車両用発光装置160は、図13に示すように、バンパー122に配設されており、バンパー用ライト162の透光カバー164がバンパー122の前面に露出している。そして、自動車111の走行時には、振動発電装置168に入力される振動エネルギーが、コーナーポール112に関する前記実施形態と同様に電気エネルギーに変換されて、得られた電力がLED118に供給されることで、バンパー用ライト162が発光するようになっている。
このような本実施形態に係る車両用発光装置160においても、前記実施形態の車両用発光装置110と同様の効果を得ることができる。要するに、本発明の車両用発光装置において、発光体はコーナーポール112に限定されるものではなく、バンパー用ライト162であっても良い。
また、車両用発光装置160の発光体をドアミラー用ライト186とすることもできる。即ち、図13に示すように、自動車111のドアミラー188に車両用発光装置160を設けて、ドアミラー用ライト186をドアミラー188の前面に露出させると共に、振動発電装置168をドアミラー188に内蔵することにより、ドアミラー188に車両用発光装置160によるアクセサリーライトを設けることも可能である。このように、車両用発光装置160をドアミラー188に設けることにより、特に夜間の走行時に、対向車両の運転手に車幅を知らしめることができる。なお、ドアミラー188に車両用発光装置160を設ける場合には、ドアミラー188の前面におけるドアミラー用ライト186の露出位置は、特に限定されないが、図18,19に示すように、車幅方向でドアミラー188の外端部分に設けられることが望ましい。
図20〜22には、車両用発光装置に関する本発明の更に別の実施形態としての車両用発光装置190が示されている。車両用発光装置190は、エンドキャップ192が光源としてのLED118の外側に配されて構成される発光体としてのエンドキャップ用ライト194と、エンドキャップ192に収容されてLED118に接続された振動発電装置193とを、備えている。なお、本実施形態における振動発電装置193は、車両用発光装置に関する前記実施形態に記載の振動発電装置168と同様の構造とされている。
エンドキャップ192は、自転車や自動二輪車等の端部を構成する振動部材としてのハンドルエンド195に取り付けられる部材であって、全体として横転有底円筒形状を有しており、ハンドルエンド195に嵌入される筒状部196と、筒状部196の外側の開口部を閉塞するように設けられた透明乃至は半透明の透光部198とを、備えている。本実施形態では、筒状部196と透光部198が一体形成されているが、二色成形によって筒状部196が不透明とされていても良いし、別体形成された筒状部196と透光部198が後固定されていても良い。
さらに、エンドキャップ192の内周領域には、LED118が配設されている。そして、LED118の発する光が、エンドキャップ192の透光部198を通じて、外方に照射されるようになっており、もって、自転車等のハンドルエンド195に設けられるエンドキャップ用ライト194が構成されている。
また、エンドキャップ192の内周領域には振動発電装置193が配設されて、連結ゴム弾性体40が筒状部196に固着されていると共に、LED118と振動発電装置193の発電素子16とが、ワイヤハーネス120によって電気的に接続されている。そして、発電素子16で得られた電力が、ワイヤハーネス120を介してLED118に供給されることにより、LED118が発光せしめられて、LED118の光が透光部198を通じてエンドキャップ192の軸方向に発せられるようになっている。
このような構造とされた車両用発光装置190は、エンドキャップ192の筒状部196が自転車のハンドルエンド195に嵌め入れられることにより、ハンドルエンド195に取り付けられており、振動発電装置193がハンドルエンド195に収容されていると共に、エンドキャップ用ライト194がハンドルエンド195の外側端面に露出している。これにより、自転車の走行時の振動によって、エンドキャップ用ライト194が発光して、自転車の左右両端部分であるハンドルエンド195の位置を視認容易とすることができる。なお、自転車の車幅を夜間などでも目視で把握可能とするために、左右両方のハンドルエンド195,195にそれぞれ車両用発光装置190,190を取り付けることが望ましい。
以上、本発明の車両用発光装置の実施形態について詳述してきたが、本発明はその具体的な記載によって限定されない。例えば、前記実施形態では、光源としてLED118が例示されているが、光源は特に限定されるものではない。更に、光源の数や配置、形状、大きさなども、限定的に解釈されるものではない。
また、本発明構造では、光源と振動発電装置を近接して配置可能とされることから、光源と振動発電装置とを接続する配線(本実施形態のワイヤハーネス120)を省略して、コネクタによる接続構造を採用することもできる。これによれば、配線の断線による作動不良などを回避することができる。
また、振動部材は、発電に足るだけの振動入力がある車両の端部構成部材であれば、特に限定されるものではないが、本発明に係る車両用発光装置の振動発電装置は、振動部材において、互いに異なる振動周波数域で複数種類の振動の振動レベルが最大になる場合に、特に好適に採用される。具体的には、例えば、走行状態や路面の凹凸等に応じて振動周波数が変化する自動車や自動二輪車、自転車などにおいて、端部構成部材が振動発電装置を装着する振動部材となり得る。
振動部材としては、前記実施形態で示した自動車111のフロントバンパー122とドアミラー188、二輪車のハンドルエンド195などの他、例えば、自動車のリアバンパーや二輪車(自転車や自動二輪車)のフロントフォークやサドル、ミラー、ペダルなどが挙げられる。それらの場合には、車両用発光装置の発光体が、リアバンパー用ライトやフロントポジションライト、リアポジションライト、ミラー用ライト(上部車幅灯)、ペダル用ライト(下部車幅灯)とされる。更に、前記実施形態では、振動部材として、自動車111のメインフレームに取り付けられる別部品であるバンパー122やドアミラー188が例示されているが、例えば、振動部材は、メインフレームの端部の一部によって構成されていても良い。
また、本発明の適用対象となる車両としては、自動車や自動二輪車、自転車に限定されず、例えば、鉄道用車両や産業用車両などでも良い。
さらに、本発明の車両用発光装置では、振動発電装置としても、前記実施形態の他に各種態様が採用可能である。例えば、車両用センサ装置の実施形態において図3や図12に記載の如き別態様の振動発電装置18や64を採用して、車両用発光装置を構成することも可能である。
また、前記図14に示した振動発電装置114では、上部マス76の開口部に対して下部マス74を覆蓋せしめることで収容空所68が形成されて、かかる収容空所68内に第2の振動系34が収容されていたが、かかる態様に限定されない。即ち、例えば、上部マスが略平板形状とされると共に下部マスが略有底筒形状とされていてもよいし、第1のマス部材が、側方に開口する筒形状の部材と、この側方開口部を覆蓋する部材とから構成されていてもよい。
続いて、図23〜24には、本発明に従う構造とされた建築物用発光装置210が示されている。この建築物用発光装置210は、建築物212に装着されることにより、建築物212における歩行領域214を照明するものである。なお、以下の説明において上下方向とは、原則として、鉛直方向である図23中の上下方向を言う。
より詳細には、建築物212は公知の各種の建築構造をもって築造され得るものであり、その歩行領域214としての廊下の構造概略が図23に例示されている。かかる建築物212の歩行領域214は、胴差や床梁、根太等の水平構造材216aによって合板等の床基材216bが支持されて敷設されることで床強度が確保されていると共に、床基材216bの上に床シートやフローリング等の床仕上材216cが貼り付けられた構造となっている。
また、床材としての水平構造材216aや床基材216b,床仕上材216cで構成された歩行領域214の上面を、人が歩行するようになっていると共に、かかる歩行領域214の両側には、内壁材218,218が立設されている。なお、内壁材218は、柱や胴縁などからなる公知の建築構造をもって取り付けられて支持されており、歩行領域214に面する内面には必要に応じてクロスや塗膜が被着される。
かくの如き建築物212に装着されて歩行領域214を照明する建築物用発光装置210は、床材に取り付けられて制振装置として機能する振動発電装置219と、内壁材218に取り付けられた発光体としてのLED220とを含んで構成されている。そして、例えば歩行領域214を人が歩行することで変形振動せしめられる床材の振動エネルギーを振動発電装置219で電気エネルギーに変換して、LED220を発光させるようになっている。なお、このことから明らかなように、本実施形態では、水平構造材216aや床基材216b,床仕上材216cで構成された床材が、人の歩行や地震等の外力の作用により主に上下方向で振動変形せしめられる振動部材とされている。
ここにおいて、LED220は、公知のものが採用可能である。そして、LED220は、歩行領域214の両側の内壁材218に取り付けられて、発光により床仕上材216cの上面を照明するようになっている。
なお、本実施形態では、後述する振動発電装置219で発電される電力を各LED220へ給電するリード線224上に制御装置225が設けられており、振動発電装置219からの電力に対して、制御装置225において安定化や定電圧化などの処理を行ってLED220へ給電するようになっている。この制御装置225は、例えばフィルタやオペアンプ,シャントレギュレータの他、コンデンサ等を用いた蓄電回路を備えることが望ましい。
一方、床材に装着された振動発電装置219は、図11に示された前記実施形態の振動発電装置62と実質的に同じ構造とされており、振動部材としての床材に取り付けられる第1の振動系32を備えており、更に、この第1の振動系32を介して第2の振動系34が床材に取り付けられている。換言すれば、床材からの振動伝達経路上で第1の振動系32と第2の振動系34が直列的に設けられており、第1の振動系32と第2の振動系34とにより多自由度振動系が構成されている。
さらに、第1のマス部材66の質量:m1 は、床材の等価マス質量:Mに対して、10%以上(m1 ≧0.1*M)とされていることが望ましい。これにより、第1のマス部材66が床材の振動状態に対して充分な影響を及ぼして、ダイナミックダンパとして機能し得ることから、振動の相殺による床材の振動低減が期待される。このように、第1のマス部材66と連結ゴム弾性体40を含んで構成される第1の振動系32により、振動部材である床材の振動を抑制する制振装置が構成されている。
また、第2のマス部材48の第1のマス部材66に対する相対変位が板ばね50の板厚方向(図23中の上下方向)となる剪断方向での弾性変形(剪断変形)によって許容されている。このことからも明らかなように、建築物用発光装置210は、第1の振動系32と第2の振動系34で構成された2自由度の振動系を備えており、床材の振動が、片持ち梁状に支持された板ばね50の剪断方向に及ぼされて曲げ変形が生ぜしめられるようになっている。
このような構造とされた建築物用発光装置210は、床材への装着状態において、床材の振動エネルギーを発電素子16で電気エネルギーに変換して取り出すようになっている。そこにおいて、建築物用発光装置210では、2自由度の振動系を設けると共に、第1,第2のマス部材66,48の間に発電素子16を配することで、発電素子16による効率的な発電が実現されるようになっている。従って、かかる建築物用発光装置210では、第1の振動系32により制振装置が構成されていると共に、第1の振動系32と第2の振動系34を含んで振動発電装置219が構成されている。
そして、前述のように優れた発電効率を得られる振動発電装置219によって、発光体としてのLED220を発光させるための作動用電源が構成されている。なお、本実施形態では、LED220が、振動部材である床材と異なる部位に装着されているが、床材にLEDを装着して床面を発光させても良い。
また、本実施形態では、図24に示されているように、歩行領域214である廊下が歩行方向で連続的に連なった複数のエリア256に分割されており、各エリア256に建築物用発光装置210と制御装置225、LED220が、独立して作動可能に装着されている。具体的には、例えば図示されているように、各一つの建築物用発光装置210に対して、歩行領域214の長さ方向(図24中の上下方向)両側および幅方向(図24中の左右方向)両側に位置する合計4つのLED220,220,220,220と、当該建築物用発光装置210と電気的に接続された制御装置225とが、リード線224,224,224,224によって接続される。
これにより、歩行領域214において、人が図24中の白矢印の方向に歩を進めると、振動が入力される振動発電装置219が、図24中の下側のエリア256から順次に上側に隣接するエリア256へと移行することとなる。そして、歩行者が図24中の最も下方のエリア256内を通過して、このエリア256に設置された建築物用発光装置210に振動を及ぼすことにより、振動が及ぼされた建築物用発光装置210に接続されているLED220が発光することから、図24中の下方のLED220から順次に上方のLED220が発光することとなる。要するに、歩行領域214を歩行するのに伴い、歩行領域214の足元照明が、LED220により歩行と略同じ速度で次第に移動せしめられることとなる。なお、歩行後のエリア256では加振力がなくなって振動発電装置219の第2の振動系34の振動が収束するのに伴って、LED220が順次に消灯される。
なお、本実施形態では、振動発電装置219が装着された部位に対して、当該振動発電装置219からの給電で発光せしめられるLED220が、歩行方向前後両側に配されていることから、図24中の白矢印と反対の方向に歩行しても、同様に歩行領域214のLED220が、歩行方向に向かって順次に発光することとなる。
また、制御装置225を、収容空所68の内部に設けることにより、回路や制御手段などを保護するようにしても良い。
かくの如き構造とされた建築物用発光装置210は、振動発電装置219が振動部材である床材の下面に取り付けられることから、歩行領域214を歩行することに伴う振幅の大きな振動が発電素子16に入力されて、より効率的な発電が実現される。加えて、かかる建築物用発光装置210には制振装置も構成されていることから、床材からの振動エネルギーを電気エネルギーに変換するだけでなく、床材の振動も低減され得る。
また、歩行領域214を歩行することにより振動発電装置219により電力が得られることから、LED220に電気が安定して供給されて、電池交換や充電などの手間を要することなくLED220を発光させることができる。しかも、非歩行時には、振動発電装置219に振動が入力されず、LED220への電力供給が停止されて、LED220の発光が自動的に停止されることから、LED220の発光のオンとオフが、操作することなく自動的に切り替えられる。
さらに、本実施形態では、歩行領域214を歩行することで足元を照明させられることから、別途照明を点灯させる必要がなく、暗闇でも確実に歩行領域214を認識させて歩行を補助することができる。特に、地震による停電時など、長時間に亘って外部電源が機能しない場合でも、安定して歩行領域214を照明させることができて、建築物用発光装置210は避難灯としても採用され得る。更にまた、地震等による災害時においても、建築物用発光装置210が建築物212の内部に設けられていることから、損傷のおそれも低減できて歩行領域214を照明させることができる。
また、歩行領域214が複数のエリア256に分割されて、エリア256毎に建築物用発光装置210やLED220が独立的に配備されていることから、幾つかのエリア256の設備が損傷した場合でも、他のエリア256の設備により歩行領域214の照明機能が確保されるという利点もある。
その他、本実施形態においても、採用した特定構造の振動発電装置に基づいて、前述の車両用センサ装置や車両用発光装置と同様な技術的効果が、何れも有効に発揮され得ることとなる。
また、建築物用発光装置においても、前記実施形態における具体的な記載によって限定されない。例えば、本発明の建築物用発光装置における振動発電装置は、前記実施形態の他に図25,26に示される如き各種態様が採用可能である。なお、図25,26では、LED等の前記実施形態と同様な構造とされた部材または部位については、図中に、図示を省略し又は前記実施形態と同一の符号を付すことにより詳細な説明を省略する。
すなわち、図25に示された振動発電装置は、図12に示された前記車両用センサ装置の実施形態の振動発電装置と略同様に、中空構造とされた第1のマス部材66の収容空所68に収容された状態で、第2の振動系34が設けられている。一方、第1のマス部材66は、その周壁72の外周面上に設けられた第1のばね部材78によって、振動部材たる床材に対して間接的に弾性連結されている。
このような構造とされた振動発電装置では、床材からの振動により第1の振動系32における第1のばね部材78が主たる振動入力方向で主に剪断変形せしめられることから、低動ばねチューニングが可能になり、特性チューニングの自由度の向上が図られ得る。
更にまた、図26における建築物用発光装置270には、音響装置としてのスピーカ272が設けられている。このスピーカ272は、例えば歩行領域214の側壁や天井等に設けられており、建築物用発光装置270と電気的に接続された制御装置274に対してリード線224により電気的に接続されている。そして、建築物用発光装置270の振動発電装置219に対して振動が入力されることにより得られる電力を利用して、所定の音を発するようになっている。なお、スピーカ272は、例えばアンプを内蔵していると共に、発報音の記憶装置を内蔵しており、制御装置274から発報信号が入力された際に、制御装置274を通じて振動発電装置219から供給される電力を利用してアンプを作動させて、記憶装置に記憶された所定の発報音を発するようにされる。スピーカ272から発する音は、音楽や警告音の他、メッセージ等であってもよい。
このように、建築物用発光装置270にスピーカ272を設けることにより、歩行領域214を歩行することによってLED220が発光するだけでなく、スピーカ272から音が発生する。これにより、目が不自由な人や視力が低下したお年寄りなど視覚で歩行領域214の床面を明瞭に認識し難い場合でも、聴覚の補助を活用して歩行領域214の認識程度を向上させることができる。
また、電気回路には、振動発電装置に振動が入力されたことを監視して検出信号を生成する検出装置と、当該検出信号を有線又は無線で外部に送信する送信装置を備えていてもよい。これにより、振動発電装置に振動が入力されたことを、例えば建築物の所有者や管理者、警察や警備会社に速やかに通知させることができる。特に、携帯端末や携帯電話等に検出信号を送信することにより、建築物から遠く離れた場所であっても振動発電装置に振動が入力されたことを知ることができる。
かかる機能を建築物用発光装置に設けることにより、建築物用発光装置が有する発電機能を利用して簡易な防犯装置を構成することもできる。特に、この防犯装置の作動電源は建築物用発光装置における振動発電装置により構成されており、外部電源を必要としない。それ故、停電や断線等の外部電源が機能しない場合であっても、振動発電装置により電力が賄われることから、高度な防犯装置が実現し得る。更に、上記スピーカ272と併せて採用して大きな警告音とLED220による光を発生可能とすることにより、より高度な防犯装置とされる。
また、前記実施形態では、発光体としてLED220が例示されているが、発光体は特に限定されるものではない。更に、発光体の数や配置、形状、大きさなども、限定的に解釈されるものではない。
さらに、本発明に係る建築物用発光装置の振動発電装置は、振動部材において、互いに異なる振動周波数域で複数種類の振動の振動レベルが最大になる場合に、特に好適に採用される。具体的には、例えば床板の面積や人の重量等に応じて振動周波数が変化する建築物の歩行領域が振動部材とされて、かかる振動部材から入力される振動が振動発電装置の多自由度振動系に及ぼされる位置に、同一の建築物用発光装置が好適に取り付けられる。前記実施形態では、かかる歩行領域として廊下が例示されていたが、例えば階段やキッチン、玄関などの任意の場所であってよい。
特に、建築物用発光装置に関する本発明においても、前述のセンサ装置や車両用発光装置に関する発明と同様な各種の変更態様を採用することが可能であり、何れの態様も、本発明の趣旨を逸脱しない限り、本発明の範囲内に含まれるものである。
また、前記実施形態では、LED220は歩行領域214における両内壁材218,218の下端部分に設けられていたが、かかる態様に限定されるものではなく、両内壁材218,218の上端部分や高さ方向中間部分に設けられてもよい。或いは、歩行領域214の床面や天井における建築物用発光装置を外れた位置において、LEDが設けられてもよい。
さらに、前記実施形態では、歩行領域214が連続した複数のエリア256に分割されていたが、複数のエリア256は連続している必要はない。即ち、本発明に係る建築物用発光装置が階段の如き歩行領域に設置される場合には、階段の踏面のみが建築物用発光装置の設けられるエリアとしてもよい。また、例えば飛石状の離れた歩行領域や、連続した歩行領域で所定距離隔たった位置に建築物用発光装置が設けられてもよい。
10:車両用センサ装置(センサ装置)、12:センサ素子、16:発電素子、18,62,64,114,168,193,219:振動発電装置、30:ボデー(振動部材)、32:第1の振動系、34:第2の振動系、38,66:第1のマス部材、40:連結ゴム弾性体(第1のばね部材)、42:支持突部(支持部)、46:収容領域(収容空所)、48:第2のマス部材、50:板ばね(第2のばね部材)、56:ストッパ手段、68:収容空所、72:周壁(周壁部)、78:第1のばね部材、110,160,190:車両用発光装置、112:コーナーポール(発光体)、122:バンパー(振動部材)、162:バンパー用ライト(発光体)、186:ドアミラー用ライト(発光体)、194:エンドキャップ用ライト(発光体)、195:ハンドルエンド(振動部材)、210,270:建築物用発光装置、212:建築物、214:歩行領域、216a:水平構造材(床材)、216b:床基材(床材)、216c:床仕上材(床材)、220:LED(発光体)、256:エリア、272:スピーカ(音響装置)

Claims (25)

  1. 振動部材に取り付けられて該振動部材の振動エネルギーを電気エネルギーに変換する発電素子を備えた振動発電装置であって、
    第1のマス部材が第1のばね部材によって弾性支持される第1の振動系と、第2のマス部材が第2のばね部材によって該第1のマス部材に弾性連結された第2の振動系とを含んで構成された多自由度振動系を備えていると共に、
    前記発電素子が前記第1のマス部材と前記第2のマス部材の間に配設されて、前記振動部材から該第1のマス部材に及ぼされた振動が該第2のマス部材に伝達されてそれら第1のマス部材と第2のマス部材が相対変位することにより該振動部材の振動エネルギーが該発電素子に入力されるようになっており、更に、
    前記第1の振動系の固有振動数と前記第2の振動系の固有振動数が異ならされている一方、
    前記第1のばね部材がゴム弾性体で形成されていると共に、
    該ゴム弾性体が、前記第1のマス部材と前記振動部材に取り付けられる取付部材とにおける振動入力方向に略直交する方向での対向面間で且つ該第1のマス部材の周上の複数箇所に配設されており、且つ、
    該第1のマス部材が内部に収容空所を備える中空構造とされており、該収容空所内に該第2の振動系が収容配置されていると共に、
    該第2の振動系における該第2のばね部材が板ばねで形成されて該板ばねに該発電素子が装着されており、該板ばねの一端側が、該第1のマス部材において前記中空構造の底面から前記振動入力方向に向かって該収容空所内に突設された支持部に取り付けられることにより該第1のマス部材の周壁部よりも該収容空所内方に位置して支持せしめられている一方、該板ばねの他端側に該第2のマス部材が取り付けられていることを特徴とする振動発電装置。
  2. 前記第1のマス部材の重心が、前記収容空所内に設定されている請求項1に記載の振動発電装置。
  3. 前記第2の振動系の固有振動数が、前記第1の振動系の固有振動数に対して低周波数に設定されている請求項1又は2に記載の振動発電装置。
  4. 前記第1の振動系の固有振動数が、前記第2の振動系の電気的な***振周波数よりも高周波数に設定されている請求項1〜3の何れか一項に記載の振動発電装置。
  5. 前記第1の振動系の固有振動数が、前記第2の振動系の固有振動数の√2倍以下とされている請求項1〜4の何れか一項に記載の振動発電装置。
  6. 前記第2の振動系の共振応答倍率が前記第1の振動系の共振応答倍率よりも大きくされていると共に、該第1のマス部材の質量と該第1の振動系の共振応答倍率の積が、該第2のマス部材の質量と該第2の振動系の共振応答倍率の積よりも大きくされている請求項1〜5の何れか一項に記載の振動発電装置。
  7. 前記第2のマス部材の前記第1のマス部材に対する相対変位量を制限するストッパ手段が設けられている請求項1〜6の何れか一項に記載の振動発電装置。
  8. 前記振動部材において、互いに異なる周波数域で振動レベルが最大になる複数種類の振動が前記多自由度振動系に対して及ぼされる部位に装着される請求項1〜の何れか一項に記載の振動発電装置。
  9. 前記第1のマス部材の質量が、前記振動部材の等価マス質量の10%以上とされている請求項1〜の何れか一項に記載の振動発電装置。
  10. 前記発電素子の出力状態を外部へ送信する送信器が設けられている請求項1〜の何れか一項に記載の振動発電装置。
  11. 前記送信器として無線送信装置を備えており、前記発電素子への振動エネルギーの入力によって得られた電力を利用して該無線送信装置が作動せしめられて該発電素子の出力状態が外部へ無線送信されるようになっている請求項10に記載の振動発電装置。
  12. センサ素子を備えたセンサ装置において、請求項1〜11の何れか一項に記載の振動発電装置が設けられて、該振動発電装置で得られた電力が自給電されるようになっていることを特徴とするセンサ装置。
  13. 前記センサ素子によるセンシングの作動用電源として、前記振動発電装置が用いられている請求項12に記載のセンサ装置。
  14. 前記センサ素子による検出信号を送信する無線送信装置を備えており、該無線送信装置の作動用電源として、前記振動発電装置が用いられている請求項12又は13に記載のセンサ装置。
  15. 前記センサ素子による検出信号を加工処理する信号処理装置を備えており、該信号処理装置の作動用電源として、前記振動発電装置が用いられている請求項1214の何れか一項に記載のセンサ装置。
  16. 前記センサ素子が前記発電素子によって構成されている請求項1215の何れか一項に記載のセンサ装置。
  17. 前記振動発電装置の発電状況に応じて警報を発する警告装置を備えている請求項1216の何れか一項に記載のセンサ装置。
  18. 車両の端部を構成する車両部材に設けられて給電によって発光する発光体を備える車両用発光装置において、請求項1〜11の何れか一項に記載の振動発電装置が設けられて、該振動発電装置で得られた電力が自給電されるようになっていることを特徴とする車両用発光装置。
  19. 前記車両部材が前記車両としての自動車の端部を構成する自動車用部材とされていると共に、前記発光体が、コーナーポールと、ドアミラー用ライトと、バンパー用ライトとの少なくとも一つとされている請求項18に記載の車両用発光装置。
  20. 前記車両用部材が前記車両としての二輪車の端部を構成する二輪車用部材とされていると共に、前記発光体が、ハンドルのエンドキャップ用ライトと、シート後方のリアポジションライトと、フロントフォークのフロントポジションライトと、ミラー用ライトとの少なくとも一つとされている請求項18に記載の車両用発光装置。
  21. 前記振動部材が前記車両のメインフレームに取り付けられる別部品とされている請求項1820の何れか一項に記載の車両用発光装置。
  22. 建築物の歩行領域を照明するための発光体を備えた建築物用発光装置において、請求項1〜11の何れか一項に記載の振動発電装置が設けられて、該建築物の該歩行領域の床材に対して前記第1のマス部材が前記第1のばね部材によって弾性支持されることで前記第1の振動系によって制振装置が構成されていると共に、該振動発電装置で得られた電力が自給電されるようになっていることを特徴とする建築物用発光装置。
  23. 前記建築物の歩行領域が階段と廊下の少なくとも一方に設定されている請求項22に記載の建築物用発光装置。
  24. 前記建築物の歩行領域における複数のエリア毎に独立して、前記多自由度振動系に設けた前記発電素子によって得られた電力で前記発光体を発光せしめる電気回路が設けられる請求項22又は23に記載の建築物用発光装置。
  25. 音響装置を備えており、前記発電素子への振動エネルギーの入力によって得られた電力で該音響装置が鳴動されるようになっている請求項2224の何れか一項に記載の建築物用発光装置。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016144249A (ja) * 2015-01-30 2016-08-08 住友理工株式会社 発電装置

Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106100441B (zh) * 2016-06-22 2017-11-14 西北工业大学 应用于道路减速带的压电能量采集器及其采集电路
CN106655889B (zh) * 2017-03-21 2018-06-08 山东大学 一种自主适应变频压电式能量收集器结构
DE102017209321A1 (de) * 2017-06-01 2018-12-06 Robert Bosch Gmbh Umgebungsenergie-Sensorvorrichtung und entsprechendes Herstellungsverfahren
JP6958832B2 (ja) * 2017-06-26 2021-11-02 学校法人五島育英会 検出システム及び検出方法
CN107359826B (zh) * 2017-08-28 2019-02-26 北京工业大学 一种四边同步摆动双模式宽频发电装置
WO2019136251A1 (en) 2018-01-05 2019-07-11 Weir Slurry Group, Inc. Wireless system for monitoring vibratory screen performance using an energy harvesting system
CN108668213B (zh) * 2018-03-27 2024-04-02 中山市正科电器实业有限公司 一种低音炮的检查装置
CN108507666B (zh) * 2018-03-30 2019-10-25 华中科技大学 一种基于压电传感的微振动检测器
WO2020239930A1 (de) * 2019-05-28 2020-12-03 B&R Industrial Automation GmbH Transporteinrichtung
JP7311885B2 (ja) * 2019-07-30 2023-07-20 エミック株式会社 振動発電装置
US11677269B2 (en) * 2019-11-12 2023-06-13 Baker Hughes Oilfield Operations Llc Systems and methods for harvesting vibration energy using a hybrid device
KR102279955B1 (ko) * 2019-12-02 2021-07-22 주식회사 이엠텍 캔틸레버 구조의 압전 소자를 이용한 음성 진동 센서
JP7108645B2 (ja) * 2020-01-27 2022-07-28 株式会社鷺宮製作所 計測システムおよび診断システム
CN111664209A (zh) * 2020-07-13 2020-09-15 西南交通大学 吸振器、浮置板轨道和减振方法

Family Cites Families (28)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04231750A (ja) 1990-12-28 1992-08-20 Nissan Motor Co Ltd 防振支持装置
JPH08104170A (ja) 1994-09-30 1996-04-23 Pan Chem Kk 自動車の車幅照射灯
DE10140629B4 (de) 2001-08-17 2007-03-01 Borst Gmbh Verfahren zur Gewinnung von Elektroenergie aus der Umwelt sowie ein Gebäude
JP4223351B2 (ja) 2003-08-22 2009-02-12 有限会社中嶋製作所 自動車用コーナーポールライト装置
JP4862286B2 (ja) 2005-06-09 2012-01-25 日産自動車株式会社 フロアカーペット
JP4290690B2 (ja) 2005-11-11 2009-07-08 大建工業株式会社 リフォーム用照明装置とその取付構造
US7345407B2 (en) * 2005-11-18 2008-03-18 Adaptivenergy, Llc. Human powered piezoelectric power generating device
US7728720B2 (en) * 2006-07-28 2010-06-01 Deere & Company System and method for monitoring a status of a member of a vehicle
US8011237B2 (en) * 2008-02-22 2011-09-06 Hong Kong Applied Science And Technology Research Institute Co., Ltd. Piezoelectric module for energy harvesting, such as in a tire pressure monitoring system
JP2009254163A (ja) 2008-04-08 2009-10-29 Honda Motor Co Ltd 発電装置
MY162273A (en) 2008-09-29 2017-05-31 Mimos Berhad A device for maximum detection of vibrating energy for harvesting energy
KR101295670B1 (ko) 2009-12-11 2013-08-14 한국전자통신연구원 압전 발전기
JP2011152004A (ja) 2010-01-22 2011-08-04 Toyota Central R&D Labs Inc 発電ユニットおよび発電装置
JP5738534B2 (ja) * 2010-02-17 2015-06-24 株式会社竹中工務店 振動発電装置
JP2012005192A (ja) 2010-06-15 2012-01-05 Panasonic Corp 発電部品と、これを用いた発電装置及び通信モジュール
JP2012079667A (ja) 2010-10-05 2012-04-19 Ceratec Engineering Corp 危険防止報知装置
CN102677846B (zh) * 2011-03-11 2014-10-01 翰阳应用材料科技股份有限公司 智能型绿能指示地砖及其装置
CN102176647B (zh) * 2011-03-15 2014-03-12 重庆电子工程职业学院 车轮气门压电式发电机
EP2662971B1 (en) 2011-04-07 2016-01-20 Murata Manufacturing Co., Ltd. Piezoelectric power generator
US8072122B2 (en) * 2011-05-03 2011-12-06 Hong Kong Applied Science and Technology Research Institute Company Limited Self-powered impulse detection system with piezoelectric energy harvester
JP5737008B2 (ja) * 2011-06-29 2015-06-17 トヨタ紡織株式会社 乗物用シート
KR20130010760A (ko) * 2011-07-19 2013-01-29 유재인 압전소자를 이용한 전력발생장치
WO2013024848A1 (ja) * 2011-08-15 2013-02-21 Okumura Hisakazu 発電装置、及びこれを用いた発電システム
JP5730795B2 (ja) 2012-01-19 2015-06-10 トヨタ自動車株式会社 車両用シート及び車両用シート装置
CN104521130B (zh) * 2012-08-07 2017-03-08 株式会社村田制作所 压电发电装置
CN103036478A (zh) * 2013-01-11 2013-04-10 浙江工商大学 带有弹性放大机构的高效宽频带振动能量采集器
CN103166503B (zh) * 2013-03-06 2016-05-25 武汉理工大学 一种用于公交车的压电俘能装置
WO2014141557A1 (ja) * 2013-03-13 2014-09-18 東海ゴム工業株式会社 発電装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016144249A (ja) * 2015-01-30 2016-08-08 住友理工株式会社 発電装置

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