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振動発電装置 コモンズ

国内特許コード P110004903
整理番号 P20070082
掲載日 2011年8月18日
出願番号 特願2007-203642
公開番号 特開2009-017769
登録番号 特許第5597822号
出願日 平成19年7月6日(2007.7.6)
公開日 平成21年1月22日(2009.1.22)
登録日 平成26年8月22日(2014.8.22)
発明者
  • 岡本 洋
  • 小貫 哲平
  • 桑野 博喜
出願人
  • 国立大学法人東北大学
発明の名称 振動発電装置 コモンズ
発明の概要 【課題】内部質量の運動制御を本質的に能動的に行い、外部振動と内部質量を運動を意図的に同期させることにより、例えば任意の振動周波数を有する環境下において高発電効率を確保する方式を実現する。
【解決手段】内部質量の運動を能動的に環境振動に同期させることによって任意の環境振動においても高効率発電ができる制御をする。内部質量の運動制御は、少なくとも長時間平均においてエネルギーを消費しない形で行うか、或いは個々の要素的制御においてもエネルギーを消費しない形で行う。特別な例として、内部質量が発電装置本体に及ぼす反作用が発電装置本体の速度に比例する制御を行った場合は、発電性能が設計上定義される上限下限周波数間の任意の周波数において共振状態にある振り子と同じになる。発電装置は、発電機の運動状態検出器、制御回路、運動を変調する制御素子、一つまたは複数の内部質量、エネルギー変換装置および出力回路から構成される。
【選択図】図1
従来技術、競合技術の概要

時間変化する加速度から発電する機械振動エネルギー変換の方式としては、従来回転運動を行う内部質量を用いた振動発電型腕時計(例えば、非特許文献1参照)や、ばねで支持された内部質量の並進運動により発電を行う方式の提案(例えば、非特許文献2参照)がある。即ちこれらのような発電機内の運動質量が受動的にふるまう振動発電技術は共振状態の有無に関わらず周知である。



この他にも、機械的共振器を用いた可変容量振動発電装置の提案(例えば、特許文献1参照)や、振動発電装置と加速度計を融合した装置の提案(例えば、特許文献2参照)がある。前者においては、共振型振動発電装置が共振周波数近辺以外においては低効率になる点は発明者らにより認識されており、その解決法として異なる共振周波数をもつ複数の共振器を同時に使う方法が記述されている。後者の発明ではデジタル計算機により発電装置内を運動する質量を能動的に制御し、加速度測定の精度改善に使用する。



大規模な振動発電機に目を転ずると海洋波発電分野において水面波の振動エネルギーを電気エネルギーへ変換する多くの発明がある。陸地か浅海底と海洋波面との間に起こる相対運動を利用した発電法が本出願人の調査結果では圧倒的多数を占める。特に、特許文献3に記載された発明では一定の決まった周波数の水面波エネルギーからは90%の高効率でエネルギーが取り出せることが示されていることから、当該分野において今日でも新たな発明の水準をそれと比較すべき高水準の考案であると見なされている。ところが実際の海洋波においては周波数スペクトルが大きく広がっているために、実用的応用が見込まれる状況下では上記の発明による発電は極めて低効率にならざるを得ない。この点は特許文献3の出願人により認識されており、発電装置の能動制御により一定でない周波数の海洋波運動にも対応する発明が報告されている(特許文献4参照)。そこでは海洋波の運動と発電機の運動のカップリングを発電機の見かけの硬さなどを制御することにより改善する方法が述べられている。



特開2005-137071号広報

本時計学会誌,No.120,1987年の第40~48ページ
産業上の利用分野

本発明は、振動エネルギーを電気エネルギーに変換する発電装置に係り、それに加わる圧縮力や引っ張り力等でなく外部環境によって引き起こされた発電機本体の加速度の時間変化から発電する、即ち環境中の相対運動を利用しない、内部質量を有する振動発電装置に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
発電装置本体の運動を検出しその信号を出力する運動状態検出器と、
前記の信号を入力して内部質量制御信号を出力する制御回路と、
前記制御信号を入力して内部質量の運動を制御する制御素子と、
前記素子によって運動を制御される一つまたは複数の内部質量と、
前記内部質量の運動から電気エネルギーをエネルギー出力として取り出すエネルギー変換装置とを具備して成り、
振動エネルギーを電気エネルギーに変換して発電することを特徴とする振動発電装置。

【請求項2】
請求項1において、
前記制御素子と前記エネルギー変換装置が実質的に同一の装置であることを特徴とする振動発電装置。

【請求項3】
請求項1において、
前記制御素子に接続される前記制御回路の出力部分がコンデンサーからなるエネルギー貯蔵部と電界効果トランジスターによるスイッチを含み、電界効果トランジスターによる回路のスイッチングにより制御信号に従った電圧を出力し、その際に電流が制御素子からエネルギー貯蔵部への方向のみならず逆方向も含む双方向に流れ、従ってその際に出入りするエネルギーがエネルギー貯蔵部から供給あるいは貯蔵されることを特徴とする振動発電装置。


【請求項4】
請求項1において、
前記制御素子および前記エネルギー変換装置のいずれか若しくは双方がエレクトレット材料を含む材料を使用した設計による静電相互作用、磁性体材料を含む材料を使用した設計による電磁相互作用、あるいはピエゾエレクトリック材料を含む材料を使用した設計による機械電気エネルギー変換に基づくことを特徴とする振動発電装置。

【請求項5】
請求項1、2、3、4において、前記制御素子によって前記内部質量に与えられる力が、前記運動状態検出器から出力される発電装置の速度信号を変数とし該速度信号の1乗と3条の項からなる多項式の計算結果に比例することを特徴とする振動発電装置。
国際特許分類(IPC)
画像

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JP2007203642thum.jpg
出願権利状態 登録
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