(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体中に配置され、振動するように支持された振動体と、
第一錘と、前記振動体又は前記振動体から振動が伝達されて振動する振動伝達部材に前記第一錘を揺動可能に設ける第一支持部材と、を有する振動増幅構造と、
前記第一錘に固定された第一部材と前記第一部材に対して相対移動可能に設けられた第二部材とを有し、前記第一部材と前記第二部材との相対移動によって電力が発生する発電手段と、
を備え、
前記振動体は、前記流体の流れ方向と交差する方向を長手方向として配置された柱状体とされ、
前記柱状体の前記流体の流れ方向の下流側に、側面が流れ方向に沿って配置され、前記柱状体の長手方向に沿って延設された板状部材を有する発電装置。
【請求項２】
流体中に配置され、振動するように支持された振動体と、
第一錘と、前記振動体から振動が伝達されて振動する振動伝達部材に前記第一錘を揺動可能に設ける第一支持部材と、を有する振動増幅構造と、
前記第一錘に固定された第一部材と前記第一部材に対して相対移動可能に設けられた第二部材とを有し、前記第一部材と前記第二部材との相対移動によって電力が発生する発電手段と、
を備え、
前記振動体は、前記流体の流れ方向と交差する方向を長手方向として配置された柱状体とされ、
前記柱状体の上流側に、前記柱状体の長手方向に沿って、前記柱状体と平行に配置された柱状の増幅部材を有し、
前記振動伝達部材は、前記柱状体の端部に、前記柱状体の長手方向と前記流体の流れ方向とに直交する方向を長手方向として設けられ、
前記振動伝達部材の長手方向の両端部に前記振動増幅構造と前記発電手段とが設けられている発電装置。
【請求項３】
前記振動増幅構造は、筐体に第二支持部材で揺動可能に設けられた第二錘に、前記第一錘が前記第一支持部材で揺動可能に設けられている、
請求項１又は請求項２に記載の発電装置。
【請求項４】
一つ又は複数の前記振動体が、流体が流れる配管の内部又は前記配管の開口部に設けられている請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動エネルギーを電気エネルギーに変換して電力を発生する発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、建築物等の構造物や地盤に発生する振動の振動エネルギーを電気エネルギーに変換して電力を発生する発電装置が提案されている。建築物等の構造物や地盤に発生する振動の中でも地震動は、振動の振幅が大きいので大きな発電量が得られる。しかし、発生頻度が少なく振動の継続時間が短いために、多くの発電量は期待できない。
【０００３】
そこで、人の歩行により生じる歩行振動、列車や自動車の走行により生じる交通振動、設備機器の稼働による機械振動、電子機器の操作時に生じる振動等の各種振動の振動エネルギーを、電気エネルギーに変換して電力を発生させる発電装置が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。
【０００４】
また、風力を利用した風力発電装置や水力を利用した水車発電は、温暖化ガスを発生しない発電装置として期待が高まっている。
【０００５】
ところで、空気や水などの流体の中に障害物を置くと、障害物の後方にカルマン渦と呼ばれる渦が交互にできることが知られている。
【０００６】
障害物を振動可能な振動体とすると、振動体の後方に交互に発生するカルマン渦によって振動体が振動する。このようにカルマン渦によって振動体に発生する振動の振動エネルギーを電気エネルギーに変換して電力を発生させる発電装置が提案されている（例えば、特許文献２、特許文献３、特許文献４を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１０−６６３２３号公報
【特許文献２】特開２００１−１５７４３３号公報
【特許文献３】特開２００３−１６４１３６号公報
【特許文献４】特開２００８−１１６６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
流体中で振動する振動体の振動エネルギーから電気エネルギーをより多く取り出すことが求められている。
【０００９】
本発明は、流体中に配置した振動体を振動させ、効果的に発電することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１の発明は、流体中に配置され、振動するように支持された振動体と、第一錘と、前記振動体又は前記振動体から振動が伝達されて振動する振動伝達部材に前記第一錘を揺動可能に設ける第一支持部材と、を有する振動増幅構造と、前記第一錘に固定された第一部材と前記第一部材に対して相対移動可能に設けられた第二部材とを有し、前記第一部材と前記第二部材との相対移動によって電力が発生する発電手段と、を備え、前記振動体は、前記流体の流れ方向と交差する方向を長手方向として配置された柱状体とされ、前記柱状体の前記流体の流れ方向の下流側に、側面が流れ方向に沿って配置され、前記柱状体の長手方向に沿って延設された板状部材を有する。
【００１１】
請求項１に記載の発明では、空気、水、粉体などの流体中に振動体を配置すると、振動体の後方に流体の流れに乱れが生じ、振動体が振動する。或いは、流れに乱れが生じた状態の流体中に振動体を配置すると振動体が振動する。
【００１２】
振動体に振動が発生すると、振動体又は振動伝達部材に揺動可能に設けられた第一錘が振動し、第一錘に固定された第一部材が振動する。第一部材が振動すると、第一部材と第二部材とが相対移動し、電力が発生する。すなわち、流体中で振動する振動体の振動エネルギーが電気エネルギーに変換される。
【００１３】
ここで、振動増幅構造によって、振動体の振動に対して第一錘（と第一部材）の振動が増幅される。すなわち、振動体又は振動伝達部材に揺動可能に設けた第一錘が、第一錘の固有振動数が振動体の振動数と一致又は略一致し共振することで、第一錘の振幅が増幅される。つまり、振動増幅構造を有しない構成と比較し、第一錘（と第一部材）の振動の振幅が大きくなる。
【００１４】
また、発電手段が電力を発生させる際、第一部材の振動を抑える抵抗力（例えば、第一部材を永久磁石とし第二部材をコイルとして電磁誘導によりコイルから電力を発生させる場合の、コイルに発生する逆起電力によって永久磁石の振動を抑える抵抗力）が、第二部材から第一部材に作用すると、第一部材の振動が小さくなる。
【００１５】
しかし、第一錘の重量によって第一部材の慣性力が大きくなる。よって、第二部材から第一部材へ作用する抵抗力による振動抑制効果が低減される。すなわち、振動増幅構造によって振動体の振幅に対する第一部材の振幅が増幅される増幅倍率の低下が低減される。
【００１６】
このように、振動増幅構造によって第一部材（錘）の振動の振幅が増幅され、且つ抵抗力による増幅倍率の低下が低減されるので、流体中で振動する振動体の振動エネルギーが効果的に電気エネルギーに変換される。
【００１７】
別の言い方をすると、振動増幅構造を有しない構成と比較し、振動体に発生する振動エネルギーを電気エネルギーに変換する変換効率が向上するので、振動エネルギーからより多くの電気エネルギーが得られる。
【００１８】
したがって、振動増幅構造を有しない構成と比較し、効果的に発電する。
【００１９】
なお、所定の条件下では、振動体の後方にカルマン渦が交互に発生し、振動体が流れ方向と直交する方向に振動する。カルマン渦によって振動体に励起される振動の振動数が、振動体の固有振動数に合致すると、振動体が共振し振幅が大きくなる。振動体の振幅が大きくなると、第一部材（と錘）の振幅が大きくなり、その結果、発電手段による発電量も大きくなる。
【００２０】
よって、振動体の後方にカルマン渦が発生し且つ共振するように振動体を設定することで、より効果的に発電する。
【００２２】
また、柱状体（振動体）は、所定の条件下において、後方に交互に発生するカルマン渦によって振動する。カルマン渦により励起される柱状体の振動の振動数が柱状体の固有振動数と一致又は略一致すると共振し振幅が大きくなる。カルマン渦が発生する振動数は、流体の流れが速いほど高くなるとされている。つまり、柱状体の振動数は流体の流速に依存する。よって、流体の流速が変動し、柱状体の振動数が固有振動数から外れると共振しない、つまり振幅が大きくならない。
【００２３】
しかし、柱状体（振動体）の下流側に流れ方向に沿って板状部材を配置すると、板状部材の反対側への流体の回り込むみが防止されることで、安定して振動する。よって、流体の流速の幅広い範囲で、共振状態と同等以上の振幅で柱状体が振動する。つまり、板状部材を下流側に設けない構成と比較し、幅広い流速で柱状体（振動体）の振動が大きくなる。
【００２４】
柱状体（振動体）の振幅が大きくなると、第一部材（と第一錘）の振幅が大きくなり、その結果、発電手段による発電量も大きくなる。
【００２５】
したがって、柱状体（振動体）の下流側に板状部材を配置しない構成と比較し、幅広い流体の流速に対して、発電量が大きくなる。別の言い方をすると、柱状体（振動体）の下流側に板状部材を配置しない構成と比較し、より効果的に発電され、より多くの電気エネルギーが安定的に得られる。
【００２６】
請求項２の発明は、流体中に配置され、振動するように支持された振動体と、第一錘と、前記振動体から振動が伝達されて振動する振動伝達部材に前記第一錘を揺動可能に設ける第一支持部材と、を有する振動増幅構造と、前記第一錘に固定された第一部材と前記第一部材に対して相対移動可能に設けられた第二部材とを有し、前記第一部材と前記第二部材との相対移動によって電力が発生する発電手段と、を備え、前記振動体は、前記流体の流れ方向と交差する方向を長手方向として配置された柱状体とされ、前記柱状体の上流側に、前記柱状体の長手方向に沿って、前記柱状体と平行に配置された柱状の増幅部材を有し、前記振動伝達部材は、前記柱状体の端部に、前記柱状体の長手方向と前記流体の流れ方向とに直交する方向を長手方向として設けられ、前記振動伝達部材の長手方向の両端部に前記振動増幅構造と前記発電手段とが設けられている発電装置。
【００２７】
請求項３の発明では、柱状体（振動体）は、後方に交互に発生するカルマン渦によって振動する。更に、柱状体の上流側に、柱状の増幅部材を柱状体の長手方向に沿って平行に配置するとことで、柱状の増幅部材にぶつかって一度分かれた流体が戻って集まることで、柱状体の振幅が大きくなる。
【００２８】
柱状体（振動体）の振幅が大きくなると、第一部材（と第一錘）の振幅が大きくなり、その結果、発電手段による発電量も大きくなる。
【００２９】
したがって、柱状体（振動体）の上流側に柱状の増幅部材を配置しない構成と比較し、発電量が大きくなる。別の言い方をすると、柱状体（振動体）の上流側に柱状の増幅部材を配置しない構成と比較し、より効果的に発電され、より多くの電気エネルギーが得られる。
また、振動伝達部材を柱状体の長手方向と流体の流れ方向とに直交する方向に長くすることで振幅が大きくなる。つまり、柱状体の長さを長くすることなく、振幅を大きくすることででき、その結果、発電量が大きくなる。
請求項３の発明は、前記振動増幅構造は、筐体に第二支持部材で揺動可能に設けられた第二錘に、前記第一錘が前記第一支持部材で揺動可能に設けられている、
請求項３の発明では、第一錘及び第二錘の固有振動数が振動部材の振動数と一致又は略一致し共振することで、第一錘及び第二錘の振幅が増幅される。よって、第一部材の振動の振幅が大きくなり、この結果、より効果的に発電され、より多くの電気エネルギーが得られる。
【００３０】
請求項４の発明は、一つ又は複数の前記振動体が、流体が流れる配管の内部又は前記配管の開口部に設けられている。
【００３１】
請求項４の発明では、流体が継続的に流れる配管の内部又は配管の開口部に振動体が設けられているので、振動体が継続的に振動する。よって、継続的に発電する。
【発明の効果】
【００３２】
請求項１に記載の発明によれば、柱状体（振動体）の下流側に板状部材を配置しない構成と比較し、より効果的に発電することができ、より多くの電気エネルギーを得ることができる。
【００３３】
請求項２に記載の発明によれば、柱状体（振動体）の上流側に柱状の増幅部材を配置しない構成と比較し、より効果的に発電することができ、より多くの電気エネルギーを得ることができる。
【００３４】
請求項３に記載の発明によれば、筐体に第二支持部材で揺動可能に設けられた第二錘に、第一錘が第一支持部材で揺動可能に設けられているので、より効果的に発電することができ、より多くの電気エネルギーを得ることができる。
【００３５】
請求項４に記載の発明によれば、継続的に流体が流れない場所に設置されている構成と比較し、継続的に発電することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】第一実施形態の発電装置を示す一部断面の斜視図である。
【図２】（Ａ）は発電部を模式的に示す振動方向に沿った断面図であり、（Ｂ）はガイド機構の一例を示す断面図である。
【図３】柱状体の変形例を模式的に示すＸ方向に沿った断面図である。
【図４】板部の構造を説明する為のＸ方向に沿った断面図である。
【図５】板部の構造を説明する為のＺ方向に沿った断面図である
【図６】（Ａ）は板部の角部が丸く処理された構造を説明する為のＸ方向に沿った断面図であり、（Ｂ）は板部の角部が丸く処理されていない構造を説明する為のＸ方向に沿った断面図である。
【図７】（ａ）は第一変形例の発電部を模式的に示す模式図であり、（ｂ）は第二変形例の発電部を模式的に示す模式図であり、（ｃ）は第三変形例の発電部を模式的に示す模式図である。
【図８】第四変形例の発電部を示す振動方向に沿った断面図である。
【図９】第五変形例の発電部を示す振動方向に沿った断面図である。
【図１０】第六変形例の発電部を示す振動方向に沿った断面図である。
【図１１】第七変形例の発電部を示す振動方向に沿った断面図である。
【図１２】本発明の第二実施形態の発電装置を示す一部断面の斜視図である。
【図１３】第二実施形態の発電装置の第一変形例を示す一部断面の斜視図である。
【図１４】図１４の第二実施形態の発電装置の第一変形例の要部を模式的に示すＸ方向に沿った断面図である。
【図１５】（Ａ）は図１３と図１４の第二実施形態の発電装置の第一変形例の（Ｂ）の条件におけるスプリッタープレートの有無による柱状体の振動の大きさを比較するグラフである。
【図１６】（Ａ）は（Ｂ）図１３と図１４の第二実施形態の発電装置の第一変形例の（Ｂ）の条件における振動増幅部材よる柱状体の有無による柱状体の振動の大きさを比較するグラフである。
【図１７】第二実施形態の発電装置の第二変形例を示す一部断面の斜視図である。
【図１８】図１７の第三実施形態の発電装置の第二変形例の要部を模式的に示すＸ方向に沿った断面図である。
【図１９】図１７と図１８に示す第二実施形態の発電装置の第二変形例における柱状体と増幅部材との間隔を説明するための説明図である。
【図２０】第三実施形態の発電装置を示す、（Ａ）は分解斜視図であり、（Ｂ）は斜視図である。
【図２１】第四実施形態の発電装置を示す一部断面の斜視図である。
【図２２】第五実施形態の発電装置を示す斜視図である。
【図２３】第六実施形態の発電装置を示す斜視図である。
【図２４】（Ａ）は柱状体の流れ方向後方側に双子渦が発生した状態を説明する説明図であり、（Ｂ）は柱状体の流れ方向後方側にカルマン渦が発生した状態を説明する説明図であり、（Ｂ）は柱状体の流れ方向後方側に乱流が発生した状態を説明する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
＜第一実施形態＞
図１と図２とを用いて、本発明の第一実施形態に係る発電装置について説明する。
図１に示すように、気体、液体、粉体等の流体が内部に流れる断面矩形状の筒状のダクト１０の側壁１２に発電装置１００が設けられている。
【００３８】
なお、流体が流れる流れ方向を矢印Ｒで示す。ダクト１０の長手方向を矢印Ｙで示し、長手方向と直交する幅方向を矢印Ｘと矢印Ｚとで示す。なお、ダクト１０の長手方向に沿って流体が流れるので、流れ方向Ｒと長手方向Ｙとは同じ方向である。
【００３９】
発電装置１００は、円柱状の柱状体１１０と、柱状体１１０の一方の端部１１０Ａに設けられた発電部２００と、を有している。
【００４０】
発電装置１００を構成する柱状体１１０は、ダクト１０の側壁１２の孔１４に挿通さている。本実施形態においては、柱状体１１０は、断面円形状の円柱形状とされ、流体の流れ方向Ｒと直交する方向（本実施形態ではＺ方向）を長手方向として配置されている。
【００４１】
柱状体１１０とダクト１０との間は、ダクト１０の側壁１２の孔１４に嵌め込まれたゴム等の弾性部材からなるシール部材１１６によってシールされている。言い換えると、柱状体１１０は、ダクト１０の側壁１２に嵌め込まれたシール部材１１６に挿通されている。
【００４２】
よって、柱状体１１０は、ダクト１０の側壁に軸方向と交差する方向に振動可能に設けられ、且つダクト１０の孔１４と柱状体１１０との隙間から流体が漏れ出ない構成とされている。
【００４３】
柱状体１１０は、他方の端部１１０Ｂ側のダクト１０の中に配置された部分を内部側１１４とし、発電部２００Ａが設けられた一方の端部１１０Ａ側のダクト１０の外側に配置された部分を外部側１１２とする。
【００４４】
なお、各図では柱状体１１０の軸方向、すなわちＺ方向は、鉛直方向として図示されている。しかし、便宜上このように図示されているだけで、軸方向は鉛直方向以外、例えば、水平方向であってもよいし、鉛直方向と交差する斜め方向に沿って配置されていてもよい。
【００４５】
つぎに、柱状体１１０の一方の端部１１０Ａに設けられた発電部２００について説明する。
発電部２００は、所定の振動方向に振動すると発電する。よって、発電部２００を説明する際は、発電する振動方向を基準に図示及び説明する。
【００４６】
なお、各図では振動方向は鉛直方向に沿って図示されているが、便宜上このように図示されているだけで、振動方向はどのような方向であってもよい。例えば、振動方向が水平方向の場合は、発電部２００は各図を９０°回転した状態で配置されていることになる。
なお、振動方向Ｇが水平方向の場合、後述する図７（Ｂ）のように錘６２の上下にコイルバネ２０を配置して自立するようにした構成や後述するガイド機構を有する構成が望ましい。
また、発電部２００を説明する際に上下、天井、底等を使用する場合は、便宜上各図における上下方向を基準として説明しているだけであり、繰り返すが、この方向に必ず設置することを意味するものでない。
【００４７】
図２（Ａ）に示すように、発電部２００は円筒形の筐体５０（図１も参照）を有し、この筐体５０の天井部５０Ａ（図１も参照）に支持部材としてのコイルばね２０によって、錘６２が振動方向Ｇに対して揺動可能に設けられている。錘６２の下面には第一部材としての磁石３８が固定されている。
【００４８】
筐体５０の円筒部５０Ｂには、第二部材としてのコイル４０が固定され、このコイル４０の中を錘６２の下面に固定された磁石３８が配置されている。つまり、磁石３８は、コイル４０の中を振動方向Ｇに移動可能に設けられている。
【００４９】
そして、磁石３８がコイル４０の中を振動方向Ｇ（軸方向）に移動することによって、電磁誘導によって電力が発生する。
【００５０】
電力はコイル４０に接続され筐体５０外に配線された電線４０Ａ，４０Ｂから取り出される。なお、図１では、発電部２００から延びる電線４０Ａ、４０Ｂの図示が省略されている。
【００５１】
なお、電線４０Ａ，４０Ｂの先は、電気で駆動する機器に電源として接続されていてもよいし、或いは、蓄電池（二次電池）接続して蓄電し、蓄電された電気で機器を駆動するようにしてもよい。また、回路を介して、機器や蓄電池に接続されていてもよい。
【００５２】
ここで、図２（Ａ）における下方側が重力方向とした場合、コイルバネ２０は錘６２と磁石３８とを吊り下げた構成なる（この場合、コイルバネ２０は引張コイルバネとなる）。しかし、この方向に限定されるものではない。
例えば、図２（Ａ）における上方側が重力方向とした場合（つまり上下逆さま）、コイルバネ２０は錘６２と磁石３８とを載せた構成なる（この場合、コイルバネ２０は圧縮コイルバネとなる）。
更に、振動方向Ｇが水平方向であってもよい。なお、前述したように振動方向Ｇが水平方向の場合、後述する図７（Ｂ）のように錘６２の上下にコイルバネ２０を配置し、自立するようにした構成が望ましい。
【００５３】
また、錘６２と磁石３８とがコイル４０の中を、振動方向Ｇは水平方向であっても、スムーズに移動可能なように、ガイド機構（図示略）を設けてもよい。ガイド機構はどのような機構であってもよい。
例えば、図２（Ｂ）に示すガイド機構６１のように錘６２と磁石３８との軸心に貫通孔６３をあけ、この貫通孔６３に筐体５０に固定された軸６５が通された機構であってもよい。
なお、貫通孔６３と軸６５との摩擦による電気エネルギーへの変換のロスを考慮すると、振動方向Ｇは鉛直方向とすることが望ましい。
【００５４】
つぎに本実施形態の作用について説明する。
図１に示すように、ダクト１０に流れる流体中に配置された柱状体１１０の内部側１１４の、流れ方向Ｒの後方側に流体の流れに乱れが生じ、柱状体１１０が振動する。或いは、流れに乱れが生じた状態の流体中に柱状体１１０の内部側１１４を配置することで柱状体１１０が振動する。
【００５５】
なお、このとき柱状体１１０の内部側１１４が、柱状体１１０の後方側に発生するカルマン渦Ｋ１，Ｋ２（図２４（Ｂ）参照、詳細は後述する）によって振動するように設定されているので、Ｘ方向に沿って主に振動する。より詳しく説明すると、シール部材１１６を支点に端部１１０Ｂが矢印Ｓ１方向に振動する。
【００５６】
柱状体１１０の内部側１１４に振動が発生すると、柱状体１１０の外部側１１２が振動する。つまり、シール部材１１６を支点に端部１１０Ａが矢印Ｓ２方向に振動する。よって、発電部２００の振動方向ＧはＹ方向に沿って配置される。
【００５７】
図２に示すように、発電部２００が振動方向Ｇに振動すると、コイルばね２０によって揺動可能に設けられた錘６２が振動方向Ｇに振動する。そして、錘６２に固定された磁石３８が、錘６２と一体となって振動方向Ｇに振動する。
【００５８】
磁石３８が振動すると、磁石３８がコイル４０に対して振動方向Ｇに移動し、電磁誘導の原理によって電力が発生する。すなわち、流体中で振動する柱状体１１０の振動エネルギーが電気エネルギーに変換される。
【００５９】
ここで、一般に、電磁誘導による発電量Ｖは、コイルの巻数をＮ、微小時間Δｔでのコイルを貫く磁束密度の変化量をΔΦ／Δｔとすると、式（１）に示すファラデーの電磁誘導の法則により求められる。
【００６０】
【数１】
0005478221.tif 000002
【００６１】
式（１）により、発電量Ｖは、単位時間当たりの磁束密度の変化量ΔΦ／Δｔに比例することがわかる。そして、磁束密度の変化量ΔΦ／Δｔは、磁石の振動の振幅（磁石とコイルとの相対移動量）が大きいほど大きくなるので、磁石の振動の振幅が大きいほど発電量は大きくなる。
【００６２】
このような原理から、発電部２００の磁石３８の振幅を大きくすることができれば、大きな電力を発生させることができることが判る。
【００６３】
本実施形態において、錘６２と磁石３８の固有振動数が、柱状体１１０の端部１１０Ａの振動数と一致又は略一致し、錘６２と磁石３８が共振するように、錘６２の重量やコイルバネ２０の長さやばね定数を設定することで、錘６２と磁石３８の振幅が増幅される。つまり、錘６２と磁石３８の振動の振幅が大きくなる。
【００６４】
一方、磁石３８がコイル４０に対して振動方向Ｇ（軸方向）に移動し、電力が発生する際、コイル４０に発生する逆起電力によって磁石３８の振動を抑える抵抗力が、コイル４０から磁石３８に作用し、磁石３８の振動の振幅が小さくなる。
【００６５】
しかし、錘６２の重量によって磁石３８の慣性力が大きくなる。よって、コイル４０から磁石に作用する抵抗力による振動抑制効果が低減される。すなわち、共振による磁石３８の振幅が増幅される増幅倍率の低下が低減される。
【００６６】
このように、磁石３８の振動の振幅が増幅され、且つ抵抗力による増幅倍率の低下が低減されるので、コイル４０の中を磁石３８が移動する移動量（振幅）が増加する。
磁石３８が移動する移動量が大きくなると、式（１）を用いて説明したように、発電量が大きくなる。別の言い方をすると、流体中で振動する柱状体１１０の振動エネルギーが効果的に電気エネルギーに変換される。
【００６７】
更に、所定の条件下（詳細は後述する）では、図２４（Ｂ）に示すように、柱状体１１０の内部側１１４の後方にカルマン渦Ｋ１とカルマン渦Ｋ２とが交互に発生し、柱状体１１０が流れ方向Ｒと直交するＳ１方向に振動する。カルマン渦Ｋ１，Ｋ２によって柱状体１１０に励起される振動の振動数が、柱状体１１０の固有振動数に合致すると、柱状体１１０共振し振幅が大きくなる。柱状体１１０の振幅が大きくなると、磁石３８と錘６２（図２参照）の振幅が大きくなり、その結果、発電量も大きくなる。
【００６８】
よって、柱状体１１０の後方にカルマン渦Ｋ１，Ｋ２が発生し、且つ共振するように柱状体１１０を設定することで、より効果的に発電する。
【００６９】
つぎに、カルマン渦の発生条件について説明する。
流体中に配置される振動体（本実施形態では柱状体１１０の内部側１１４（図１参照））の大きさ、流体の密度、粘性、そして流れの速さによって、この振動体の下流側にできる流れに違いが現れる。その流れの違いは、振動体が、本実施形態のように円柱状の柱状体１１０の場合、直径をｄ、流体の粘性をν、流体の流れの速さをＵとして、表されるレイノルズ数Ｒｅ＝Ｕｄ／νの値によって分けることができる。
【００７０】
例えば、他の条件は同じとし、流体の流れの速さだけを大きくした場合、流体の流れが遅いうちは、図２４（Ａ）に示すような双子渦が形成される。
しかし、流体の流れが速くなりレイノルズ数５０〜６０よりも速くなると、図２４（Ｂ）に示すようなカルマン渦Ｋ１、Ｋ２に変化する。
そして更に流れが速くなると図２４（Ｃ）に示すような乱流に変化する。
【００７１】
また、カルマン渦Ｋ１，Ｋ２が発生する周期は、流体の流れが速いほど短くなり、カルマン渦Ｋ１とカルマン渦Ｋ２との流れ方向Ｒの間隔は、流れの速度によらず、柱状体１１０の直径ｄの約５〜６倍になる。
【００７２】
よって、各種条件に基づいて、カルマン渦Ｋ１，Ｋ２を発生させると共に、発生したカルマン渦Ｋ１，Ｋ２と柱状体１１０とが共振するように、柱状体１１０を設定する。
更に、前述したように、柱状体１１０の端部１１０Ａの振動数と、錘６２と磁石３８の固有振動数とが一致又は略一致し、錘６２と磁石３８が共振するように、錘６２の重量やコイルバネ２０の長さやばね定数を設定することで、錘６２と磁石３８の振幅が増幅される。
そして、この結果、発電装置１００が、大きな電力を発生させる。
【００７３】
なお、本実施形態においては、柱状体１１０は、流体の流れ方向Ｒと直交する方向を長手方向として配置されているが、これに限定されない。流体の流れ方向Ｒと交差する斜め方向を、長手方向として配置されていてもよい。
【００７４】
ここで、本実施形態では、流体中で振動する振動体は、円柱状の柱状体１１０であったが、これに限定されない。円柱以外の形状の振動体であってもよい。円柱状以外の形状の振動体の例として、板状の振動体について説明する。
【００７５】
図３に示すように、柱状体１１０の内部側は板状の板部１２０とされている。板部１２０の側面１２０Ａは流れ方向Ｓに沿って配置された構成とされている。
【００７６】
一般的に板部１２０が流れ方向Ｒに長いとカルマン渦が発生しにくいとされている。よって、カルマン渦Ｋ１，Ｋ２（図２４（Ｂ）参照）が発生しやすい形状は、板部１２０が流れ方向Ｒに短い形状とされる。
更に、流れ方向Ｒと直交する板厚をｔ、流れ方向に沿った長さをｈとすると、ｈ／ｔ＝１〜２程度が良いとされている。
【００７７】
この理由は、図４に示すように、ｈ／ｔが大きくなると、板部１２０の流れ方向Ｒに対する先端部１２０Ｓと後端部１２０Ｕとに、それぞれ逆向きに力Ｎ１，Ｎ２が発生する。
これらの力Ｎ１，Ｎ２によって板部１２０に軸回りに捩れ、これによる捩れ振動が発生する。このため、流れ方向Ｒと直交する方向の振動Ｓ１が小さくなる（図３も参照）。
【００７８】
また、図５に示すように、矢印Ｚ方向の長さが長くなると、板部１２０の端部１２０ＢをＸ方向に押し続けた状態となり、戻る力と釣り合い振動が小さくなる。よって、板部１２０のＺ方向も適当な長さに設定する。
【００７９】
また、図６に示すように、流れ方向Ｓに沿った断面形状は、図６（Ａ）に示すように角部１２０Ａが丸い方が振幅は小さくなる傾向にある。よって、図６（Ｂ）に示すように、角部１２０Ａは角張っている方が振幅が大きい。しかし、図６（Ａ）に示す角部１２０Ｒが丸い方が振幅は小さいは振動数が高くなる。したがって、振動数と振幅との両方を考慮し、断面形状を設定することが望ましい。
【００８０】
つぎに、発電部２００の変形例について説明する。
まず、図７を用いて第一変形例〜第三変形例について説明する。
なお、判りやすくするため、図７（ａ）と図７（ｂ）では筐体５０とコイルバネ２０と錘６２のみを図示して説明し、図７（ｃ）では、筐体５０と錘６２とコイル４０のみを図示して説明する。
【００８１】
図７（ａ）に示す第一変形例の発電部２０２では、二つのコイルばね２０によって錘６２が振動方向Ｇに遥動可能に設けられている。なお、コイルばね２０は三つ以上設けられていてもよい。
【００８２】
図７（ｂ）に示す第二変形例の発電部２０４では、筐体５０の天井部５０Ａと底部５０Ｃとの両方にコイルばね２０が設けられ、これらによって錘６２が振動方向Ｇに遥動可能に設けられている。
言い換えると、天井部５０Ａと錘６２との間と、底部５０Ｃと錘６２と間に、それぞれコイルばね２０が設けられている。
【００８３】
図７（ｃ）に示す第三変形例の発電部２０６では、第一部材がコイル４０とされ、第二部材を磁石３８とされている。つまり、磁石３８を底部５０Ａに固定し、コイル４０を錘６２に固定した構成である。そして、コイル４０が振動方向に移動することで、発電される。
【００８４】
つぎに、第四変形例の発電部２１０について図８を用いて説明する。
図８に示すように第四変形例の発電部２１０は、振動増幅部８２と第一実施形態の発電部２００とが振動方向Ｇに直列に並んで構成されている。
【００８５】
振動増幅部８２は、筐体５１の底部５１Ｃに円柱状の内ガイド部材２６が固定されている。内ガイド部材２６には、図における上方に向かって開口する円柱状の収容孔２４が形成されている。
【００８６】
円板状の錘２２には、円柱状の外ガイド部材３０が固定されている。外ガイド部材３０には、図における下方に向かって開口する円柱状の収容孔２８が形成されている。
内ガイド部材２６は、外ガイド部材３０の収容孔２８に挿入され、この状態で内ガイド部材２６に対して外ガイド部材３０が図における上下方向に相対移動できる構成とされている。
【００８７】
内ガイド部材２６の収容孔２４と、外ガイド部材３０の収容孔２８と、によって形成される収容部３２には、コイルばね２０が配置されている。コイルばね２０の下端部は内ガイド部材２６の底部２６Ａに固定され、コイルばね２０の上端部は外ガイド部材３０の天井部３０Ａに固定されている。
【００８８】
このような、内ガイド部材２６及び外ガイド部材３０から構成されるガイド機構３４により、振動が錘２２に伝達されて錘２２が揺れる際に、錘２２が横方向に移動することが規制される。つまり、錘２２が振動方向Ｇにスムーズに振動する。
【００８９】
また、内ガイド部材２６の上端部にはゴム部材３６が取り付けられている。錘２２の上下動が過大になったときには、外ガイド部材３０の天井部３０Ａ下面にゴム部材３６が当たって錘２２の移動（振動）が規制される共に振動エネルギーが吸収され、ゴム部材３６がストッパーとして機能する。
【００９０】
そして、振動増幅部８２を構成する錘２２の上に、第一実施形態の発電部２００が設けられている。
【００９１】
次に、本変形例の発電部２１０の作用及び効果について説明する。
柱状体１１０（図１参照）の振動数と振動増幅部８２の錘２２の固有振動数とが、一致又は略一致し、錘２２が共振するように、錘２２の重量やコイルバネ２０の長さやばね定数を設定することで、錘２２の振幅が増幅される。つまり、錘２２の振動の振幅が大きくなる。
【００９２】
そして、第一実施形態で説明したように、この錘２２の固有振動数と、発電部２００の錘６２と磁石３８との固有振動数とが、一致又は略一致し、錘６２と磁石３８が共振するように、錘６２の重量やコイルバネ２０の長さやばね定数を設定することで、錘６２の振幅が増幅される。つまり、錘６２の振動の振幅が更に大きくなる。
【００９３】
したがって、発電部２００の構造部分のみを備える構成よりも、磁石３８をより大きく振動させることができ、この結果、大きな電力が発生する。
【００９４】
このように、発電部２１０は、柱状体１１０の振動に対する磁石３８の振動の増幅倍率をより大きくすることができる。また、錘６２の重量を小さくしても磁石３８を十分に振動させることができる。
【００９５】
また、柱状体１１０は、流速の変化に伴い卓越振動数が変化し、このため卓越振動数が幅広く分布する。一方、本構成の場合、振動増幅部８２及び発電部２００の振動数のピーク数と同数の固有振動数を生じさせることができると共に、これらの各固有振動数付近の振動数においても柱状体１１０の振動に対する磁石３８の振動の増幅倍率を大きくすることができる。よって、卓越振動数が幅広く分布する柱状体１１０に対して、効率よく電力を発生させることができる。
【００９６】
また、振動増幅部８２によって構成される振動系Ｓ１の固有振動数と発電部２００の振動系Ｓ２の固有振動数と、それぞれ錘２２、６２の重量の設定により個別に設定し、これによって発電部２１０全体の振動系Ｓ３の固有振動数を、錘２２、６２の重量の設定により容易に変更できる。
【００９７】
また、振動増幅部８２と発電部２００との二層によって構成される発電部２１０の場合、２層目の発電部２００の錘６２の重量と磁石３８の重量とを合計した値を１層目の振動増幅部８２の錘２２の重量で割ったマス比を小さくすれば、柱状体１１０の振動に対する磁石３８の振動の増幅倍率を大きくすることができる。よって、このマス比を大きくすれば、発電部２１０の振動系Ｓ３に生じる２つの固有振動数（１次固有振動数と２次固有振動数）の振動数の間隔を広げることができる。
【００９８】
つぎに、第五変形例〜第七変形例について説明する。
第一実施形態では、コイル４０と磁石３８とが相対移動することによって、電磁誘導の原理によってコイル４０から電力を発生させていたが、これに限定されない。
【００９９】
第一部材と第二部材とが相対移動することによって、電力を発生させることができれば、どのような原理や構成であってもよい。よって、第五変形例〜第七変形例では、電力を発生させる原理が異なる発電部について説明する。
【０１００】
図９に示す第五変形例の発電部２２０は、第四変形例の振動増幅部８２の錘２２の上に発電機構１３８を設置したものである。発電機構１３８は、圧電素子１４０と錘１４２とによって構成されている。圧電素子１４０は錘２２の上面に固定され、この圧電素子１４０の上に錘１４２が固定されている。
【０１０１】
なお、「圧電素子」とは、圧電体に加えられた力を電圧に変換、又は電圧を力に変換する圧電効果を利用した受動素子とされている。
【０１０２】
柱状体１１０（図１）が振動すると、錘２２が振動方向Ｇ（図示における上下方向）に振動する。そして、この振動が圧電素子１４０を介して錘１４２に伝わり錘１４２が振動方向Ｇ方向に振動する。このとき、圧電素子１４０には圧縮応力と引張応力とが繰り返し作用し、これによって圧電素子１４０の上下に設けられた電極１４４Ａ、１４４Ｂで電力が発生する。
【０１０３】
なお、本変形では、圧電素子１４０の下端部が第一部材とされ、錘１４２が第二部材とされる。
【０１０４】
ここで、発電機構１３８により電力を発生させるときに、圧電素子１４０の下端部の振動を抑える抵抗力が錘１４２から作用する場合、圧電素子１４０の振動の振幅は小さくなってしまう。
しかし、錘２２に固定されているので、錘２２の重量により慣性力が大きくなり、これによって抵抗力による振動抑制効果が低減される。
【０１０５】
図１０に示す第六変形例の発電部２２２は、第四変形例の振動増幅部８２の錘２２の上に発電機構１４８を設置したものである。発電機構１４８は、圧電素子１５０、錘１５２、及び支柱１５４によって構成されている。支柱１５４は、錘２２の上面に固定されて略鉛直に立っており、この支柱１５４の上端部付近から圧電素子１５０を介して錘１５２が左右に張り出すように設けられている。
【０１０６】
柱状体１１０が振動すると、錘２２が振動方向Ｇ（図における上下方向）に振動する。そして、この振動が支柱１５４及び圧電素子１５０を介して錘１５２に伝わり錘１５２が振動方向Ｇ方向に振動する。このとき、圧電素子１５０には、せん断応力が繰り返し作用し、これによって圧電素子１５０の左右に設けられた電極１５６Ａ、１５６Ｂで電力が発生する。
【０１０７】
本変形例の場合、支柱１５４が第一部材とされ、錘１５２が第二部材とされる。
【０１０８】
図１１に示す第七変形例の発電部２２４は、第一実施形態の発電部２００（図２参照）の磁石３８が電荷を半永久的に帯びたエレクトレット１７８が櫛状に配置された基部１７６に置き換えられ、コイル４０がエレクトレット１７８に対向した配置された対向電極１８０に置き換えられた構成とされている。つまり、発電部２２４は、静電式の発電機とされている。
【０１０９】
本発電部２２４は、エレクトレット１７８と対向電極１８０とが相対移動することによって起電力が生じ、対向電極１８０から電力が発生する。
【０１１０】
ここで、電力を発生させるときに、基部１７６の振動を抑える抵抗力が対向電極１８０から作用する場合、基部１７６の振動の振幅は小さくなってしまう。
【０１１１】
しかし、基部１７６は錘２２に固定されているので、錘２２の重量により慣性力が大きくなり、これによって抵抗力による振動抑制効果が低減される。
【０１１２】
＜第二施形態＞
つぎに本発明に係る第二実施形態の発電装置３００について説明する。なお、第一実施形態と同一の部材には同一の符号を付し、重複する説明は省略又は簡略化する。また、発電部は第一実施形態で説明した発電部と同一の構成であるので、説明を省略する。
【０１１３】
図１２に示すように、発電装置３００は、円柱状の柱状体１１０と、柱状体１１０の一方の端部１１０Ａに設けられＸ方向に沿って配置された板状の振動伝達部３０２と、を有している。よって、Ｙ方向に見ると柱状体１１０と振動伝達部材３０２とでＴ字形状が構成されている。
【０１１４】
振動伝達部材３０２の両端部に発電部２００が設けられている。なお、発電部２００は、第一実施形態と同様の構造であるので、説明を省略する。
【０１１５】
つぎに本実施形態の作用について説明する。
図１２に示すように、ダクト１０に流れる流体中に配置された柱状体１１０の内部側１１４の、流れ方向Ｒの後方側に発生するカルマン渦Ｋ１，Ｋ２（図２４（Ｂ）参照）によって、柱状体１１０が振動するように設定されているので、柱状体１１０は、Ｘ方向に沿って主に振動する。つまり、シール部材１１６を支点に端部１１０Ｂが矢印Ｓ１方向に振動する。
【０１１６】
柱状体１１０の内部側１１４に振動が発生すると、柱状体１１０の外部側１１２が振動する。つまり、シール部材１１６を支点に端部１１０Ａが矢印Ｓ２方向（図１参照）に振動する。そして、振動伝達部材３０２の両端部が矢印Ｓ３方向に振動する。よって、振動方向Ｇは、Ｚ方向とされる。
【０１１７】
そして、この振動により発電部２００が発電する。すなわち、流体中で振動する柱状体１１０の振動エネルギーが電気エネルギーに変換される。
【０１１８】
なお、本実施形態においては、振動伝達部材３０２をＸ方向に長くすることで振幅が大きくなる。つまり、柱状体１１０の外部側１１２の長さを長くすることなく、振幅を大きくすることででき、その結果、発電部２００の発電量が大きくなる。
【０１１９】
なお、第一実施形態と同様に、柱状体１１０の内部側は、図３に示す板状の板部１２０のように構成されていてもよい。また、第一変形例から第七変形例の発電部も適用可能である。
【０１２０】
つぎに本発明に係る第二実施形態の発電装置の変形例について説明する。
まず、第一変形例について説明する。
図１３と図１４とに示すように、第一変形例の発電装置３１０は、ダクト１０中に配置された柱状体１１０の内部側１１４の下流側に板状のスプリッタープレート３１２が配置されている。
【０１２１】
スプリッタープレート３１２は、側面３１２Ａが流れ方向Ｒに沿って配置されている。また、板の厚み方向がＸ方向とされ、長さ方向が柱状体の長手方向と同じＺ方向に沿って配置されている。
【０１２２】
第一変形例の作用効果について説明する。
柱状体１１０は、前述したように、所定の条件下において、後方に交互に発生するカルマン渦Ｋ１，Ｋ２（図２４（Ｂ）参照）によって振動する。カルマン渦Ｋ１，Ｋ２により励起される柱状体１１０の振動の振動数が柱状体１１０の固有振動数と一致又は略一致すると共振し振幅が大きくなる。カルマン渦Ｋ１，Ｋ２が発生する周期は、流体の流れが速いほど短くなるとされている。つまり、柱状体１１０の振動数は流体の流速に依存する。よって、流体の流速が変動し、柱状体１１０の振動数が固有振動数から外れると共振しない、つまり振幅が大きくならない。
【０１２３】
しかし、柱状体１１０の内部側１１４の下流側に、流れ方向Ｒに沿ってスプリッタープレート３１２を配置すると、図１４に示すように、スプリッタープレート３１２の反対側への流体Ｕの回り込みが防止される。このように、スプリッタープレート３１２の反対側への流体Ｕの回り込みが防止されことで、柱状体１１０が安定して振動する。
よって、流体の流速の幅広い範囲で、共振状態と同等以上の振幅で柱状体が振動する。つまり、スプリッタープレート３１２を下流側に設けない構成と比較し、幅広い流速で柱状体１１０の振幅が大きくなる。
柱状体１１０の振幅が大きくなると、前述したように発電量が大きくなる。
【０１２４】
したがって、柱状体１１０の内部側１１４の下流側に、スプリッタープレート３１２を配置しない構成と比較し、幅広い流体の流速に対して、発電量が大きくなる。別の言い方をすると、柱状体１１０の内部側１１４の下流側にスプリッタープレート３１２を配置しない構成と比較し、より効果的に発電され、より多くの電気エネルギーが得られる。
【０１２５】
なお、本変形例の場合、柱状体１１０の断面形状が円形や四角でも同様であるが、図１６（Ｂ）に示すように、柱状体１１０の断面形状を楕円形とすることで、より効果が発揮されるとされている（詳細は後述する）。
【０１２６】
つぎに、スプリッタープレート３１２の有無による柱状体１１０の振動についての実験結果について、図１５（Ａ）のグラフを用いて説明する。グラフのＹ軸は無次元倍振幅（２ｙ／Ｄ）を示し、グラフのＸ軸は無次元風速（Ｖ／ｆＤ）を示す。
【０１２７】
また、図１５（Ａ）の白丸（○印）が、スプリッタープレート３１２が無い場合を示し黒丸（●印）はスプリッタープレート３１２がある場合を示す。
また、図１５（Ｂ）のように、柱状体１１０の直径をＤとスプリッタープレート３１２の距離をＧとすると、Ｇ／Ｄ＝０．１７の場合の結果である。
【０１２８】
図１５（Ａ）のグラフを見ると判るようにスプリッタープレート３１２が無い場合（白丸（○印））は、共振振動数と一致又は略一致する流速のときには大きく振動するが、それ以外は殆ど振動してない。
【０１２９】
これに対して、スプリッタープレート３１２がある場合（黒丸（●印））は、幅広い流速で、大きく振動していることが判る。
【０１３０】
また、図１６（Ｂ）に示すように、柱状体１１０の断面形状を楕円形とすることで、図１６（Ａ）のグラフを見ると判るように、より幅広い流速で、且つ大きく振動していることが判る。
【０１３１】
ここで、流体中の物体の下流側に配置するスプリッタープレートは、物体の下流側の流体の流れを安定した状態で維持するために用いられる。そして、一般的には、流体中の物体の振動が抑制される流れの状態を維持して物体の振動を抑制するために、物体の下流側にスプリッタープレートを配置する。よって、本実施形態のように、柱状体１１０の振動が大きい状態で柱状体１１０の下流側の流れを維持(安定化)するために、柱状体１１０の下流側にスプリッタープレートを設けることは、行なわれない。
つまり、柱状体の振動を抑制する目的でスプリッタープレートを設ける発想はあるが、柱状体の振動を増幅する目的でスプリッタープレートを設ける発想は今までにない。
言い換えると、発電効率を向上させるために、スプリッタープレートを設けることが新しい発想である。
【０１３２】
つぎに、第二変形例について説明する。
図１７と図１８とに示すように、第二変形例の発電装置３２０は、ダクト１０の中に配置された柱状体１１０の内部側１１４の上流側に柱状の増幅部材３２２が配置されている。増幅部材３２２は、長手向が柱状体の長手方向と同じＺ方向に沿って、平行に配置されている。
【０１３３】
つぎに本変形例の作用について説明する。
柱状体１１０の内部側１１４は、後方に交互に発生するカルマン渦Ｋ１，Ｋ２（図２４（Ｂ）参照）によって振動する。更に、図１８に示すように、柱状体１１０の内部側１１４の上流側に柱状の増幅部材３２２を柱状体１１０との平行に配置すると、上流側の柱状の増幅部材３２２の背後に形成される後流（増幅部材３２２の下流側に発生する流体の蛇行等）の影響により、柱状体１１０の振幅が大きくなる。
柱状体１１０の振幅が大きくなると、前述したように発電量が大きくなる。
【０１３４】
したがって、柱状体１１０の上流側に柱状の増幅部材３２２を平行に配置しない構成と比較し、発電量が大きくなる。別の言い方をすると、柱状体１１０の上流側に柱状の増幅部材３２２を配置しない構成と比較し、より効果的に発電され、より多くの電気エネルギーが得られる。
【０１３５】
なお、柱状体１１０と増幅部材３２２との距離は、増幅部材３２２が円柱の場合の直径をＤとすると、２．５Ｄ〜４．０Ｄが良いとされている。これは、図１８に示すように、増幅部材３２２にぶつかって一度分かれた流体が戻って集まる位置に柱状体１１０が位置するので、増幅効果が大きいとされている。
【０１３６】
また、図１９に示すように、柱状体１１０と増幅部材３２２とを複数並列に配置する場合は、間隔を１０ｄ以上あけることで、互いに影響を与えないなので、好適である。
【０１３７】
＜第三実施形態＞
つぎに本発明に係る第三実施形態の発電装置４００について説明する。なお、第一実施形態及び第二実施形態と同一の部材には同一の符号を付し、重複する説明は省略又は簡略化する。また、発電部は第一実施形態で説明した発電部と同一の構成であるので、説明を省略する。なお、発電部は変形例の構成も適用できる。
【０１３８】
図２０に示すように、内部に流体が流れる断面矩形状の筒状のダクト１０の側壁１２に発電装置４００が設けられている。発電装置４００は、円柱状の柱状体１１０と、柱状体１１０の一方の端部１１０Ａに設けられＸ方向に沿って配置された板状の振動伝達部３０２と、を有している。よって、Ｙ方向に見ると柱状体１１０と振動伝達部材３０２とでＴ字形状が構成されている。
【０１３９】
振動伝達部材３０２の両端部には、発電部２００が設けられている。なお、発電部２００は、第一実施形態と同様の構造であるので、説明を省略する。
【０１４０】
ダクト１０の側壁１２には、略四角状の孔４１４が形成されている。側壁１２の孔４１４の周囲には、ゴムなどの弾性体からなるシール部材４１６が設けられている。このシール部材４１６の上に振動伝達部材３０２が設けられている。つまり、振動伝達部材３０２と側壁１２との間にシール部材４１６を挟みシールされた構成とされている。
【０１４１】
つぎに本実施形態の作用について説明する。
図２０（Ｂ）に示すように、ダクト１０に流れる流体中に配置された柱状体１１０の、流れ方向Ｒ後方側に発生するカルマン渦Ｋ１，Ｋ２（図２４（Ｂ）参照）によって、柱状体１１０が振動するように設定されているので、柱状体１１０は、Ｘ方向に沿って主に振動する。
【０１４２】
柱状体１１０に振動が発生すると、振動伝達部材３０２の両端部が矢印Ｓ３方向に振動する。よって、振動方向Ｇは、Ｚ方向とされる。なお、このようにシール部材４１６で質点系を構成すると、二質点系の振動となる。
【０１４３】
そして、この振動により発電部２００が発電する。すなわち、流体中で振動する柱状体１１０の振動エネルギーが電気エネルギーに変換される。
【０１４４】
なお、本実施形態においては、振動伝達部材３０２を長くすることで振幅が大きくなる。つまり、柱状体１１０の長さを長くすることなく、振幅を大きくすることができ、その結果、発電部２００の発電量が大きくなる。
【０１４５】
なお、第一実施形態と同様に、柱状体１１０の内部側は、図３に示す板状の板部１２０のように構成されていてもよい。また、第一変形例から第七変形例の発電部も適用可能である。
【０１４６】
＜第四実施形態＞
つぎに本発明に係る第四実施形態の発電装置５００について説明する。なお、第一実施形態〜第三実施形態と同一の部材には同一の符号を付し、重複する説明は省略又は簡略化する。また、発電部は第一実施形態で説明した発電部と同一の構成であるので、説明を省略する。なお、発電部は変形例の構成も適用できる。
【０１４７】
図２１に示すように、内部に流体が流れる断面矩形状の筒状のダクト１０の側壁１２に発電装置５００が設けられている。発電装置５００は、板部５０２を有する円柱状の柱状体１１０と、柱状体１１０の一方の端部１１０Ａに設けられＹ方向に沿って配置された板状の振動伝達部３０２と、を有している。よって、Ｘ方向に見ると柱状体１１０と振動伝達部材３０２とでＴ字形状が構成されている。
【０１４８】
振動伝達部材３０２の両端部に発電部２００が設けられている。なお、発電部２００は、第一実施形態と同様の構造であるので、説明を省略する。
【０１４９】
発電装置５００を構成する柱状体１１０とダクト１０とは、ダクト１０の側壁１２の孔１４に嵌め込まれた軸受部材５１６によってシールされている。言い換えると、柱状体１１０は、ダクト１０の側壁１２に嵌め込まれた軸受部材５１６に挿通されている。また、柱状体１１０は軸回りに回転可能とされている。
【０１５０】
つまり、柱状体１１０は、ダクト１０の側壁に軸回りに回転可能向に設けられ、且つダクト１０の孔１４と柱状体１１０との隙間から流体が漏れ出ない構成とされている。
【０１５１】
更に、柱状体１１０の他方の端部１１０Ｂは、ダクト１０の内壁に設けられた軸受部材５１７によって固定されている。
【０１５２】
つぎに本実施形態の作用について説明する。
ダクト１０に流れる流体中に板部５０２を配置すると、矢印Ｓ５で示すように振動する。この振動によって柱状体１１０が軸回りに捩れるように振動する。柱状体１１０が捩れ振動すると、振動伝達部材３０２の両端部が矢印Ｓ６向に振動する。よって、振動方向Ｇは、Ｘ方向とされる。
【０１５３】
そして、この振動により発電部２００が発電する。すなわち、板部５０２の振動エネルギーが電気エネルギーに変換される。
【０１５４】
つぎに、板部５０２の振動について詳しく説明する。
第一実施形態の図３で説明したように、図２１（Ｂ）に示す板部５０２のｈ／ｔが大きくなると、板部５０２の流れ方向Ｒの先端部５０２Ｓと後端部５０２Ｕとにそれぞれ逆向きに力Ｎ１，Ｎ２が発生、板部５０２が捩れ、これによる捩れ振動が発生する。この捩れ振動によって、柱状体１１０が軸回りに捩れるように振動する。
【０１５５】
＜第五実施形態＞
つぎに本発明に係る第五実施形態の発電装置６００について説明する。なお、第一実施形態〜第三実施形態と同一の部材には同一の符号を付し、重複する説明は省略又は簡略化する。
【０１５６】
図２２に示すように、内部に流体が流れる断面矩形状の筒状のダクト１０に発電装置６００が設けられている。発電装置６００は、円柱状の柱状体１１０と、柱状体１１０の一方の端部１１０Ａと他方の端部１００Ｂとに設けられた発電部６２０と、を有している。
【０１５７】
発電装置６００を構成する柱状体１１０は、Ｘ方向に沿って配置されている。柱状体１１０の端部１１０Ａと他方の端部１００Ｂとには、発電部６２０を構成する軸部６１２が外側に延出されている。
【０１５８】
ダクト１０の対向する側壁１５と側壁１６とには、Ｚ方向を長手方向とする長孔６５０が形成されている。この長孔６５０には、ゴムなどの弾性材で構成されたシール部材６３０が嵌め込まれ、シールされている。そして、シール部材６３０に、柱状体１１０の端部１１０Ａ、１００Ｂから延出する軸部６１２が貫通している。よって、柱状体１１０は、軸方向と交差するＺ方向に振動可能とされている。
【０１５９】
ダクト１０の側壁１５、１６から外側に突出した軸部６１２の端部には、Ｚ方向を長手方向として配置された棒状の磁石６０２が接合されている。磁石６０２の両端部には、それぞれ錘６２１、６２５が接合さている。磁石６０２の端部近傍の周りにはコイル６２２、６２４が設けられている。なお、コイル６２２、６２４を支持する部材の図示は省略されている。
【０１６０】
つぎに本実施形態の作用について説明する。
ダクト１０に流れる流体中に配置された柱状体１１０の後方に発生するカルマン渦Ｋ１，Ｋ２（図２４（Ｂ）参照）によって、柱状体１１０が振動するように設定されているので、柱状体１１０はＺ方向に沿って主に振動する。
【０１６１】
柱状体１１０に振動が発生すると、軸部６１２を介して磁石６０２と錘６２１、６２５が振動する。このときの振動方向を矢印Ｇで示す。
【０１６２】
磁石６０２が振動すると、磁石６０２がコイル６２２、６２４に対して軸方向に移動し、電磁誘導の原理によって電力が発生する。すなわち、流体中で振動する柱状体１１０の振動エネルギーが電気エネルギーに変換される。
【０１６３】
なお、本実施形態においても、錘６２１、６２５と磁石６０２の固有振動数が、柱状体１１０の振動数と一致又は略一致し、錘６２１、６２５と磁石６０２が共振するように、錘６２１のシール部材６３０の弾性力を設定することで、錘６２１、６２５と磁石６０２の振幅が増幅される。つまり、錘６２１、６２５と磁石６０２の振動の振幅が大きくなる。
【０１６４】
一方、磁石６０２がコイル６２２、６２４に対して振動方向Ｇ（軸方向）に移動し、電力が発生する際、コイル６２２、６２４に発生する逆起電力によって磁石６０２の振動を抑える抵抗力が、コイル６２２、６２４から磁石６０２に作用し、磁石６０２の振動の振幅が小さくなる。
【０１６５】
しかし、錘６２１、６２５の重量によって磁石６０２の慣性力が大きくなる。よって、コイル６２２、６２４から磁石６０２に作用する抵抗力による振動抑制効果が低減される。すなわち、共振による磁石６０２の振幅が増幅される増幅倍率の低下が低減される。
【０１６６】
このように、磁石６０２の振動の振幅が増幅され、且つ抵抗力による増幅倍率の低下が低減されるので、コイル６２２、６２４の中を磁石６０２が移動する移動量（振幅）が増加する。磁石６０２が移動する移動量が大きくなると、式（１）を用いて説明したように、発電量が大きくなる。別の言い方をすると、流体中で振動する柱状体１１０の振動エネルギーが効果的に電気エネルギーに変換される。
【０１６７】
＜その他＞
第一実施形態〜第四実施形態では、いずれもダクト１０の外に発電部２００を設けたがこれに限定されない。ダクト内の柱状体１１０の内部側１１４や板部１２０、５０２に発電部２００を設けてもよい。
【０１６８】
なお、この場合、柱状体１１０や板部１２０、５０２の中に埋め込むように設けることで、発電部２００が流体の流れを乱すことが防止又は抑制される。よって、共振条件が確保される。
【０１６９】
また、第一実施形態〜第五実施形態の発電装置を、ダクト１０の出口近傍に設けてもよい。
【０１７０】
ここで、第一実施形態〜第五実施形態では、発電装置は、流体が流れるダクト１０に設けられていたが、これに限定されない。ダクト以外の場所に本発明が適用された発電装置を設置してもよい。例えば、川の中や風が吹く場所に設置して発電してもよい。
よって、このような場所に設置する発電装置の一例を第六実施形態として説明する。
【０１７１】
図２３に示すように、第六実施形態の発電装置７００は、円柱状の柱状体１１０と、柱状体１１０の一方の端部１１０Ａに設けられた発電部２００と、を有している。
【０１７２】
発電装置７００を構成する柱状体１１０は、箱形状の台部７１０の側壁７１２の孔７１４に挿通さている。柱状体１１０は、台部７１０の側壁１２の孔１４に嵌め込まれたゴム等の弾性部材からなるシール部材１１６によってシールされている。言い換えると、柱状体１１０は、ダクト１０の側壁１２に嵌め込まれたシール部材１１６に挿通されている。
【０１７３】
よって、柱状体１１０は、台部７１０の側壁７１２に軸方向と交差する方向に振動可能に設けられている。
【０１７４】
つぎに本実施形態の作用について説明する。
発電装置７００を風が吹く場所に設置する。なお、風の方向を矢印Ｒで示す。風が柱状体１１０に当たると柱状体１１０の、流れ方向Ｒの後方側に発生するカルマン渦Ｋ１，Ｋ２（図２４（Ｂ）参照）によって、振動体１１０が振動するように設定されているので、振動体はＸ方向に沿って主に振動する。つまり、シール部材１１６を支点に端部１１０Ｂが矢印Ｓ１方向に振動する。
【０１７５】
そして、この振動により発電部２００が発電する。すなわち、風が当たって振動する柱状体１１０の振動エネルギーが電気エネルギーに変換される。
【０１７６】
なお、本実施形態では、柱状体１１０に風を当てて振動させたが、これに限定されない。例えば、川の中や海中に発電装置７００を設置してもよい。或いは、ダクト１０に本発電装置７００を設置してもよい。この場合、ダクトの任意の場所で発電することができる。
【０１７７】
川の中や海中に配置したスクリューを回転させて水力発電を行なう発電装置が知られている。このようなスクリューを回転さる構成の発電装置では、漂流物などがスクリューの回転軸に絡まるなどし、故障が発生することが報告されている。
これに対して、本発明が適用された発電装置では、川の中や海中に設置するのは形状が非常にシンプルな柱状体のみであり、しかも回転でなく柱状体を振動させて発電する。よって、柱状体に漂流物が絡まり難い。また、絡まったとしても容易に除去することができる。
したがって、本発明が適用された発電装置は、川の中や海中に配置した柱状体を振動させて発電し回転する部材が無いので、例えば、スクリューを回転させる構成の発電装置と比較し、故障が少なく耐久性に優れている。
【０１７８】
尚、本発明は上記実施形態に限定されない。本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々なる態様で実施し得ることは言うまでもない
【符号の説明】
【０１７９】
１０      ダクト（配管）
２０      コイルバネ（支持部材）
２２      錘
３８      磁石（第一部材、第二部材）
４０      コイル（第一部材、第二部材）
６２      錘
１００      発電装置
１１０      柱状体（振動体）
１２０      板部（振動体）
１４０      圧電素子（第二部材）
１４２      錘（第一部材）
１４４Ａ    電極（第一部材）
１４４Ｂ    電極（第一部材）
１５０      圧電素子（第二部材）
１５２      錘（第二部材）
１５４      支柱（第一部材）
１５６Ａ    電極（第一部材）
１５６Ｂ    電極（第一部材）
１７８      エレクトレット（第一部材）
１８０      対向電極（第二部材）
３００      発電装置
３０２      振動伝達部材
３１０      発電装置
３１２      スプリッタープレート（板状部材）
３１２Ａ    側面
３２０      発電装置
３２２      増幅部材
４００      発電装置
５０２      板部（振動部材）
６００      発電装置
６０２      磁石（第一部材）
６１２      軸部（振動伝達部材）
６２１      錘
６２２      コイル（第二部材）
６３０      シール部材（支持部材）
７００      発電装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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