(57)【要約】  本開示は、被検物の一部の変位量に比して大きな電力を発生できる振動発電装置を提供する。本発明の振動発電装置（１）は、圧電部（２）と、変位増大部（３）とを備える。変位増大部（３）は、被検物（４）の一部が変位した場合に被検物（４）の一部の変位量よりも大きい変位量で圧電部（２）の一部を変位させる。圧電部（２）は、圧電部（２）の一部が変位されると圧電部（２）の一部の変位量に応じて電力を生成する。
2019097983.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電部と、変位増大部とを備え、
前記変位増大部は、被検物の一部が変位した場合に前記被検物の前記一部の変位量よりも大きい変位量で前記圧電部の一部を変位させ、
前記圧電部は、前記圧電部の前記一部が変位すると前記圧電部の前記一部の変位量に応じて電力を生成する、
振動発電装置。
【請求項２】
前記圧電部は、少なくとも二つの電極と、前記二つの電極の間に介在する圧電フィルムと、を備え、
前記圧電フィルムは、前記圧電部の前記一部が変位すると変形することで電圧を生じさせる、
請求項１に記載の振動発電装置。
【請求項３】
前記変位増大部は、第一滑車と、この第一滑車の径よりも大きい径を有する第二滑車と、第一紐と、第二紐とを備え、
前記第一滑車と前記第二滑車とは、同軸で連動して回転可能であり、
前記第一紐は、前記第一滑車に一部掛け回され、かつ前記第一滑車と前記被検物の前記一部とを接続し、
第二紐は、前記第二滑車に一部掛け回され、かつ前記第二滑車と前記圧電部の前記一部とを接続する、
請求項１又は２に記載の振動発電装置。
【請求項４】
前記変位増大部は、歯車とラックとを備え、
前記ラックは、前記被検物の前記一部に固定され、かつ前記歯車とかみ合う、
請求項１又は２に記載の振動発電装置。
【請求項５】
前記変位増大部は、円体を更に備え、
前記円体は、前記歯車の径よりも大きい径を有し、前記歯車と前記円体とは、同軸で連動して回転可能であり、
前記円体の外周に、前記圧電部の前記一部が接続されている、
請求項４に記載の振動発電装置。
【請求項６】
前記変位増大部は、第二歯車と、円体とを更に備え、
前記第二歯車は、前記歯車から回転力が伝達されるように構成され、
前記円体は、前記第二歯車の径よりも大きい径を有し、かつ前記第二歯車と前記円体とは、同軸で連動して回転可能であり、
前記円体の外周に、前記圧電部の前記一部が接続されている、
請求項４に記載の振動発電装置。
【請求項７】
前記変位増大部は、梃子を備え、
前記梃子の力点が前記被検物の前記一部と接続され、前記梃子の作用点が前記圧電部の前記一部と接続され、
前記作用点から前記梃子の支点までの寸法は、前記力点から前記支点までの寸法よりも大きい、
請求項１又は２に記載の振動発電装置。
【請求項８】
前記被検物は、橋梁の構造材、原動機、及び車道のうちのいずれかである、
請求項１から７のいずれか１項に記載の振動発電装置。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか１項に記載の振動発電装置と、センサとを備え、
前記センサは、前記圧電部で構成され、又は前記圧電部とは異なる装置でありかつ前記圧電部が生成する電力で駆動する、
センサシステム。
【請求項１０】
前記センサによる検出結果を発信する通信装置を更に備える、
請求項９に記載のセンサシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、振動発電装置、及びセンサシステムに関する。より詳細には、被検物の一部が変位した場合に電力を生成することに適した振動発電装置、及びセンサシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、機械等からの振動（振動エネルギー）を電力に変換することが行われている。【０００３】
例えば、特許文献１では、圧電材料の層を備える圧電トランスデューサを備える振動エネルギハーベスタが開示されている。この振動エネルギハーベスタでは、圧電トランスデューサの一端が自由端であり、この自由端を外部振動に応じて振動させている。そして、自由端で得られた振動エネルギーを圧電材料の層で電気エネルギーに変換させている。【０００４】
しかし、特許文献１のような発電機構の場合、圧電トランスデューサは外部振動を直接受けて弾性振動するため、圧電トランスデューサの変位量が小さくなりやすい。このため、得られる電力が小さくなりやすい傾向がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第２０１４／１１６７９４号
【発明の概要】
【０００６】
本開示は上記の点に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、被検物の一部の変位量に比して大きな電力を発生できる振動発電装置、及び前記振動発電装置を備えるセンサシステムを提供することである。
【０００７】
本開示の一態様に係る振動発電装置は、圧電部と、変位増大部とを備える。変位増大部は、被検物の一部が変位した場合に被検物の一部の変位量よりも大きい変位量で圧電部の一部を変位させる。圧電部は、圧電部の一部が変位されると圧電部の一部の変位量に応じて電力を生成する。
【０００８】
本開示の一態様に係るセンサシステムは、振動発電装置と、センサとを備える。センサは、圧電部で構成され、又は圧電部とは異なる装置でありかつ圧電部が生成する電力で駆動する。
【０００９】
本開示の一態様によれば、被検物の一部の変位量に比して大きな電力を発生できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１Ａ】図１Ａは、第一実施形態に係る振動発電装置を概略で示す側面図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、同上の振動発電装置における圧電部を概略で示す断面図である。
【図２Ａ】図２Ａは、第二実施形態に係る振動発電装置を概略で示す側面図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、同上の振動発電装置をつり橋に設けた態様の一例を概略で示す側面図である。
【図２Ｃ】図２Ｃは、同上の振動発電装置を斜張橋に設けた態様の一例を概略で示す側面図である。
【図３Ａ】図３Ａは、第三実施形態に係る振動発電装置の一例を概略で示す側面図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、第三実施形態に係る振動発電装置の他の例を概略で示す側面図である。
【図４Ａ】図４Ａは、第四実施形態に係る振動発電装置の一例を概略で示す側面図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、同上の振動発電装置の他例を概略で示す側面図である。
【図５】図５は、第五実施形態に係る振動発電装置を概略で示す側面図である。
【図６Ａ】図６Ａは、第六実施形態に係る振動発電装置の一例を概略で示す側面図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、同上の振動発電装置の他例を概略で示す側面図である。
【図７】図７は、第七実施形態に係る振動発電装置を概略で示す側面図である。
【図８】図８は、一実施形態に係るセンサシステムを概略で示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本開示の実施形態について説明する。
【００１２】
１．振動発生装置
振動発電装置１は、圧電部２と、変位増大部３とを備える。変位増大部３は、被検物４の一部（以下、変位部４１ともいう）が変位した場合に変位部４１の変位量よりも大きい変位量で圧電部２の一部（以下、被変位部２５ともいう）を変位させる。圧電部２は、被変位部２５が変位されると被変位部２５の変位量に応じて電力を生成する。そのため、振動発電装置１は、変位部４１の変位量に比して大きな電力を発生できる。
【００１３】
以下、振動発電装置１の、より具体的な実施形態について説明する。
【００１４】
１．１．第一実施形態
図１Ａは、第一実施形態に係る振動発電装置１を概略で示す。図１Ｂは、振動発電装置１における圧電部２を概略で示す。
【００１５】
第一実施形態における被検物４は、長さを有する部材である。被検物４は、長さ方向に伸縮する。被検物４は、例えば橋梁の構造材である。
【００１６】
振動発電装置１は、上述のとおり、圧電部２と、変位増大部３とを備える。
【００１７】
変位増大部３は、第一滑車３２と、この第一滑車３２の径よりも大きい径を有する第二滑車３３と、第一紐３８と、第二紐３９とを備える。第一滑車３２と第二滑車３３とは、同軸で連動して回転可能である。第一紐３８は、第一滑車３２に一部掛け回され、かつ第一滑車３２と被検物４の変位部４１とを接続する。第二紐３９は、第二滑車３３に一部掛け回され、かつ第二滑車３３と圧電部２の被変位部２５とを接続する。
【００１８】
より具体的には、変位増大部３は、図１Ａのように、第一滑車３２及び第二滑車３３を備える滑車部３１と、固定部３５とを、備える。滑車部３１は基準部４２に、固定部３５は変位部４１に、それぞれ固定されている。第一実施形態では、被検物４における滑車部３１が固定されている部分が基準部４２であり、被検物４における固定部３５が固定されている部分が変位部４１である。基準部４２と変位部４１とは、被検物４の長さ方向に間隔をあけて並んでいる。
【００１９】
滑車部３１は、被検物４における基準部４２に固定されている支持体３４と、支持体３４に支持されている第一滑車３２及び第二滑車３３とを備える。上述のとおり、第二滑車３３の径は、第一滑車３２の径よりも大きい。第一滑車３２は、支持体３４に、回転可能に支持されている。第二滑車３３も、支持体３４に、回転可能に支持されている。第一滑車３２と第二滑車３３とは、共通の回転軸を中心に、同じ回転速度で回転する。すなわち、第一滑車３２と第二滑車３３とは、同軸で連動して回転可能である。例えば第一滑車３２と第二滑車３３とは、一体に形成されている。回転軸は、被検物４の長さ方向と直交する。支持体３４、第一滑車３２及び第二滑車３３は、金属、プラスチックといった適宜の材質から作製される。
【００２０】
固定部３５は、被検物４における変位部４１に固定されている支持体３３５と、支持体３３５に支持されている第三滑車３６及び第四滑車３７とを備える。第三滑車３６の径は、第四滑車３７の径よりも小さい。第三滑車３６は、支持体３３５に、回転可能に支持されている。第四滑車３７も、支持体３３５に、回転可能に支持されている。第三滑車３６と第四滑車３７とは、共通の回転軸を中心に、同じ回転速度で回転する。すなわち、第三滑車３６と第四滑車３７とは、同軸で連動して回転可能である。例えば第三滑車３６と第四滑車３７とは、一体に形成されている。第三滑車３６及び第四滑車３７の回転軸は、第一滑車３２及び第二滑車３３の回転軸と平行である。さらに、第一滑車３２及び第二滑車３３と、第三滑車３６及び第四滑車３７とは、被検物４の長さ方向に並んでいる。支持体３３５、第三滑車３６及び第四滑車３７は、金属、プラスチックといった適宜の材質から作製される。
【００２１】
振動発電装置１は、第一紐３８、第二紐３９及び第三紐３１０も備える。第一紐３８、第二紐３９及び第三紐３１０の各々は、例えばワイヤ、コード、ロープ又はケーブルである。第一紐３８の一方の端部は滑車部３１の第一滑車３２に掛け回されており、第一紐３８のもう一方の端部は固定部３５の第三滑車３６に掛け回されている。これにより、第一滑車３２と変位部４１とが、第一滑車３２に一部掛け回された第一紐３８で、固定部３５を介して接続されている。第一滑車３２における第一紐３８を掛け回す方向と、第三滑車３６における第一紐３８を掛け回す方向とは、逆である。第二紐３９の一方の端部は滑車部３１の第二滑車３３に掛け回されており、第二紐３９のもう一方の端部は後述するように圧電部２の被変位部２５に接続されている。第二滑車３３における第二紐３９を掛け回す方向は、第一滑車３２における第一紐３８を掛け回す方向とは逆である。第三紐３１０の一方の端部は固定部３５の第四滑車３７に掛け回されており、第三紐３１０のもう一方の端部は後述するように圧電部２の保持部２６に接続されている。第四滑車３７における第三紐３１０を掛け回す方向は、第三滑車３６における第二紐３９を掛け回す方向とは逆である。
【００２２】
圧電部２は、少なくとも二つの電極２１（第一電極２１ａ及び第二電極２１ｂ）と、この二つの電極２１の間に介在する圧電フィルム２２とを備える。第一実施形態では、図１Ｂに示すように、圧電部２は複数の圧電フィルム２２、複数の第一電極２１ａ、複数の第二電極２１ｂ、及び複数の絶縁層２３を備える。これらの要素は、第一電極２１ａ、圧電フィルム２２、第二電極２１ｂ、絶縁層２３の順に繰り返し積層している。
【００２３】
圧電フィルム２２は、例えば圧電高分子材料を含有し、かつ配向性を有する。圧電高分子材料は、例えばＬ体ポリ乳酸、Ｄ体ポリ乳酸、又はポリフッ化ビニリデンである。圧電フィルム２２の配向性は、圧電フィルム２２が製造時に延伸されることで生じる。すなわち、圧電フィルム２２に含まれる圧電高分子材料の配向方向は、圧電フィルム２２の延伸方向と一致する。圧電フィルム２２は、その厚み方向と直交する方向に引っ張られることで変形すると、その厚み方向に分極して電圧を生じる。
【００２４】
圧電部２は、導電性を有する二つの外部電極２４も備える。二つの外部電極２４のうち一方の外部電極２４はすべての第一電極２１ａと電気的に接続され、いずれの第二電極２１ｂとも電気的に接続されていない。二つの外部電極２４のうちもう一方の外部電極２４は、すべての第二電極２１ｂと電気的に接続され、いずれの第一電極２１ａとも電気的に接続されていない。圧電部２が外部電極２４を備えるため、圧電フィルム２２で電圧が生じると、圧電部２からは、外部電極２４を通じて電力を取り出せる。
【００２５】
圧電部２は、外装２７を更に備える。この外装２７は、その内側に外部電極２４、圧電フィルム２２、第一電極２１ａ及び第二電極２１ｂを収容している。外装２７は適宜の材質から作製されてよい。
【００２６】
なお、圧電部２の構造は、上記の説明に限られない。すなわち、圧電部２は、公知の構造を有することができる。
【００２７】
本実施形態において、圧電部２における、電極２１及び圧電フィルム２２が積層する方向と直交する一方向を向く端部が被変位部２５であり、この被変位部２５に、上述のとおり第二紐３９の端部が接続されている。また、圧電部２における、被変位部２５とは反対側の端部が保持部２６であり、この保持部２６に、上述のとおり、第三紐３１０の端部が接続されている。
【００２８】
振動発電装置１の動作を説明する。被検物４が長さ方向に伸びると、基準部４２に対して、変位部４１が、基準部４２から離れる方向に変位する。第一滑車３２と変位部４１とは、第一紐３８で、固定部３５を介して接続されているため、変位部４１が変位することに伴って、第一滑車３２が回転し、そのため第一滑車３２に連動して第二滑車３３が回転する。本実施形態では、第一紐３８は固定部３５において第三滑車３６に接続されているため、変位部４１が変位することに伴って、固定部３５における第三滑車３６も回転し、そのため第三滑車３６に連動して第四滑車３７も回転する。このように第二滑車３３及び第四滑車３７が回転することで、圧電部２には第二紐３９及び第三紐３１０を通じて引っ張り力がかけられる。これにより、圧電部２において、被変位部２５が、保持部２６に対して、保持部２６から離れる方向に変位し、圧電部２が変形する。圧電部２が変形することにより、圧電部２内の圧電フィルム２２が変形して、圧電フィルム２２が電圧を生じさせ、これにより、圧電部２は、被変位部２５の変位量に応じた電力を生成する。このため、被検物４が伸縮するたびに、圧電部２は電力を生成できる。変位部４１が変位することに伴って被変位部２５が変位するに当たり、上述のとおり第一滑車３２の径よりも第二滑車３３の径が大きく更に第三滑車３６の径よりも第四滑車３７の径が大きいため、変位部４１の変位量よりも被変位部２５の変位量の方が大きくなる。このため、変位増大部３は、被検物４の変位部４１が変位した場合に、変位部４１の変位量よりも大きい変位量で、圧電部２の被変位部２５を変位させる。このため、振動発電装置１は、変位部４１の変位量に比して大きな電力を発生できる。
【００２９】
振動発電装置１は、被変位部２５の変位量の上限を規定するストッパ３４０を備えてもよい。第一実施形態においては、振動発電装置１は、ストッパ３４０として、第一滑車３２及び第二滑車３３の回転を規制する第一ストッパ３４１と、第三滑車３６及び第四滑車３７の回転を規制する第二ストッパ３４２とを備える。第一ストッパ３４１は第二滑車３３に設けられ、第二ストッパ３４２は第四滑車３７に設けられている。被変位部２５の変位量が上限に達すると、第一ストッパ３４１が支持体３４に引っかかることで第一滑車３２及び第二滑車３３の回転を禁止し、かつ第二ストッパ３４２が支持体３３５に引っかかることで第三滑車３６及び第四滑車３７の回転を禁止する。このように第一ストッパ３４１及び第二ストッパ３４２は構成されている。このため、被変位部２５は変位量の上限を超える変位をせず、圧電部２が過度に変形して破損することが抑制される。被変位部２５の変位量の上限は、圧電部２の変形によって圧電フィルム２２が弾性限界を超えて変形しないように、設定されることが好ましい。なお、圧電フィルム２２に含まれる圧電高分子材料がＤ体ポリ乳酸又はＬ体ポリ乳酸である場合には圧電フィルム２２の弾性限界は２％程度である。圧電フィルム２２に含まれる圧電高分子材料がポリフッ化ビニリデンである場合には圧電フィルム２２の弾性限界は１％程度である。
【００３０】
第一実施形態において、被検物４が橋梁の構造材である場合の被検物４の例は、つり橋におけるメインケーブル、ハンガーロープ、桁、塔、及びアンカーレッジ、並びに斜張橋における塔、桁及びケーブルを含む。なお、被検物４が、複数種の構造材の組合せであってもよい。
【００３１】
橋梁の構造材の伸縮は僅かであり、変位部４１が橋梁の構造材の一部である場合には、変位部４１の変位量は、例えば最大で０．１ｍｍ程度である。通常であれば、０．１ｍｍ程度の変位量から十分な電力を得るのは困難である。しかし、本実施形態では、上述のように変位増大部３は、被検物４の変位部４１が変位した場合に、変位部４１の変位量よりも大きい変位量で、圧電部２の被変位部２５を変位させる。例えば被変位部２５の変位量を、変位部４１の変位量の１００倍程度にすることもできる。このため、振動発電装置１は、橋梁の構造材の一部の変位から、十分な電力を得ることが可能である。
【００３２】
被検物４の例は、橋梁の構造材には限らない。例えば被検物４は、後述する原動機、建物の構造材又は車道であってもよい。
【００３３】
変位部４１は、基準となる部分である基準部４２に対して変位する部分であれば、特に制限されない。変位部４１が基準部４２から離れる方向と基準部４２へ近づく方向とに繰り返し変位するのであれば特に好ましく、この場合、振動発電装置１は継続的に電力を発生させることができる。
【００３４】
また、第一実施形態では変位部４１と基準部４２とは共に被検物４の一部であるが、変位部４１と基準部４２とは、それぞれ異なる部材に存在してもよい。また、変位部４１が基準部４２に対して変位するのであれば、地面に対して変位部４１が移動せずに基準部４２が移動してもよく、地面に対して基準部４２が移動せずに変位部４１が移動してもよく、地面に対して基準部４２と変位部４１の両方が移動してもよい。
【００３５】
第一実施形態では、固定部３５は第三滑車３６と第四滑車３７を備えるが、固定部３５は第三滑車３６と第四滑車３７とを備えなくてもよい。この場合、第一紐３８と第三紐３１０とは、滑車によらず固定部３５に固定されていてもよい。変位増大部３が固定部３５を備えず、第一紐３８と第三紐３１０とが変位部４１に直接固定されていてもよい。これらの場合でも、変位増大部３が第一滑車３２及び第二滑車３３を備えることで、変位増大部３は、被検物４の変位部４１が変位した場合に、変位部４１の変位量よりも大きい変位量で、圧電部２の被変位部２５を変位させることができる。
【００３６】
１．２．第二実施形態
図２Ａは、第二実施形態に係る振動発電装置１を概略で示す。以下、第一実施形態と重複する構成は、図２Ａに同じ符号を付して、詳細な説明を適宜省略する。
【００３７】
第二実施形態における被検物４は、長さを有する部材である。被検物４は、長さ方向に伸縮する。被検物４は、例えば橋梁５の構造材である。
【００３８】
振動発電装置１は、上述のとおり、圧電部２と、変位増大部３とを備える。
【００３９】
変位増大部３は、第一滑車３２と、この第一滑車３２の径よりも大きい径を有する第二滑車３３と、第一紐３８と、第二紐３９とを備える。第一滑車３２と第二滑車３３とは、同軸で連動して回転可能である。第一紐３８は、第一滑車３２に一部掛け回され、かつ第一滑車３２と被検物４の変位部４１とを接続する。第二紐３９は、第二滑車３３に一部掛け回され、かつ第二滑車３３と圧電部２の被変位部２５とを接続する。
【００４０】
より具体的には、変位増大部３は、図２Ａのように、第一滑車３２及び第二滑車３３を備える滑車部３１と、固定部３５とを備える。滑車部３１は基準部４２に、固定部３５は変位部４１に、それぞれ固定されている。第二実施形態では、被検物４における固定部３５が固定されている部分が変位部４１であり、被検物４における滑車部３１が固定されている部分が基準部４２である。基準部４２と変位部４１とは、被検物４の長さ方向に間隔をあけて並んでいる。
【００４１】
滑車部３１は、被検物４における基準部４２に固定されている支持体３４と、支持体３４に支持されている第一滑車３２及び第二滑車３３とを備える。第二実施形態における滑車部３１の構成は、第一実施形態における滑車部３１と同じでよい。
【００４２】
固定部３５は、被検物４における変位部４１に固定されている。固定部３５は、金属、プラスチックといった適宜の材質から作製される。
【００４３】
振動発電装置１は、第一紐３８、第二紐３９及び第三紐３１０も備える。第一紐３８、第二紐３９及び第三紐３１０の各々は、例えばワイヤ、コード、ロープ又はケーブルである。第一紐３８の一方の端部は滑車部３１の第一滑車３２に掛け回されており、第一紐３８のもう一方の端部は固定部３５に固定されている。これにより、第一滑車３２と変位部４１とが、第一滑車３２に一部掛け回された第一紐３８で、固定部３５を介して接続されている。第二紐３９の一方の端部は滑車部３１の第二滑車３３に掛け回されており、第二紐３９のもう一方の端部は後述するように圧電部２の被変位部２５に接続されている。第二滑車３３における第二紐３９を掛け回す方向は、第一滑車３２における第一紐３８を掛け回す方向とは逆である。第三紐３１０については後述する。
【００４４】
圧電部２は、少なくとも二つの電極２１と、この二つの電極２１の間に介在する圧電フィルム２２とを備える。圧電部２は、被変位部２５と保持部２６とを有する。第二実施形態における圧電部２の構成は、第一実施形態における圧電部２と同じである。被変位部２５に、上述のとおり第二紐３９の端部が接続されている。また、保持部２６に、第三紐３１０の端部が接続されている。
【００４５】
振動発電装置１は、圧電部２を保持する保持体３１１も備える。保持体３１１は被検物４に固定されている。保持体３１１は、滑車部３１に対して、固定部３５とは反対側の位置にある。すなわち、保持体３１１、滑車部３１及び固定部３５は、この順に並んでいる。第三紐３１０の一方の端部は保持体３１１に固定されており、第三紐３１０のもう一方の端部は、上述のとおり圧電部２の保持部２６に接続されている。
【００４６】
振動発電装置１の動作を説明する。被検物４が長さ方向に伸びると、基準部４２に対して、変位部４１が、基準部４２から離れる方向に変位する。第一滑車３２と変位部４１とは、第一紐３８で、固定部３５を介して接続されているため、変位部４１が変位することに伴って、第一滑車３２が回転し、そのため第一滑車３２に連動して第二滑車３３が回転する。このように第二滑車３３が回転することで、圧電部２には第二紐３９及び第三紐３１０を通じて引っ張り力がかけられる。これにより、圧電部２において、被変位部２５が、保持部２６に対して、保持部２６から離れる方向に変位し、圧電部２が変形する。圧電部２が変形することにより、圧電部２内の圧電フィルム２２が変形して、圧電フィルム２２が電圧を生じさせ、これにより、圧電部２は、被変位部２５の変位量に応じた電力を生成する。このため、被検物４が伸縮するたびに、圧電部２は電力を生成できる。変位部４１が変位することに伴って被変位部２５が変位するに当たり、上述のとおり第一滑車３２の径よりも第二滑車３３の径が大きいため、変位部４１の変位量よりも、被変位部２５の変位量の方が大きくなる。このため、変位増大部３は、被検物４の変位部４１が変位した場合に、変位部４１の変位量よりも大きい変位量で、圧電部２の被変位部２５を変位させる。このため、振動発電装置１は、変位部４１の変位量に比して大きな電力を発生できる。
【００４７】
振動発電装置１は、第一実施形態の場合と同様、被変位部２５の変位量の上限を規定するストッパ３４０を備えてもよい。第二実施形態においては、ストッパ３４０は第二滑車３３に設けられ、被変位部２５の変位量が上限に達すると、ストッパ３４０が支持体３４に引っかかることで第一滑車３２及び第二滑車３３の回転を禁止する。このようにストッパ３４０は構成されている。このため、被変位部２５は変位量の上限を超える変位をせず、圧電部２が過度に変形して破損することが抑制される。
【００４８】
第二実施形態における、被検物４が橋梁５の構造材である場合の被検物４の例は、つり橋５１におけるメインケーブル５３、ハンガーロープ５４、桁５７、塔５６、及びアンカーレッジ５５、並びに斜張橋５２における塔５９、桁５１０及びケーブル５８を含む。なお、被検物４が、複数種の構造材の組合せであってもよい。また、被検物４の例は、橋梁５の構造材には限らない。例えば被検物４は、後述する原動機又は車道であってもよい。
【００４９】
図２Ｂは、被検物４がつり橋５１の構造材である場合の、保持体３１１、滑車部３１及び固定部３５の固定位置の例を示す。図２Ｂでは、被検物４はハンガーロープ５４であり、保持体３１１、滑車部３１及び固定部３５がハンガーロープ５４に固定されている。また、滑車部３１及び固定部３５のうち一方がハンガーロープ５４に、他方がメインケーブル５３に固定されてもよい。滑車部３１及び固定部３５のうち一方がハンガーロープ５４に、他方が桁５７に固定されてもよい。これら以外に、つり橋５１における種々の位置に滑車部３１及び固定部３５を固定してよい。なお、第一実施形態の場合も同様に、つり橋５１における種々の位置に滑車部３１及び固定部３５を固定してよい。
【００５０】
図２Ｃは、被検物４が斜張橋の構造材である場合の、保持体３１１、滑車部３１及び固定部３５の固定位置の例を示す。図２Ｃでは、被検物４はケーブル５８であり、保持体３１１、滑車部３１及び固定部３５がケーブル５８に固定されている。また、滑車部３１及び固定部３５のうち一方がケーブル５８に、他方が塔５９に固定されてもよい。滑車部３１及び固定部３５のうち一方がケーブル５８に、他方が桁５１０に固定されてもよい。これら以外に、斜張橋５２における種々の位置に滑車部３１及び固定部３５を固定してよい。なお、第一実施形態の場合も同様に、斜張橋５２における種々の位置に滑車部３１及び固定部３５を固定してよい。
【００５１】
第一実施形態の場合と同様、変位部４１は、基準となる部分である基準部４２に対して変位する部分であれば、特に制限されない。第一実施形態の場合と同様、変位部４１と基準部４２とは、それぞれ異なる部材に存在してもよい。また、変位部４１が基準部４２に対して変位するのであればよい。
【００５２】
１．３．第三実施形態
図３Ａ及び図３Ｂは、第三実施形態に係る振動発電装置１を概略で示す。以下、第一及び第二実施形態と重複する構成は、図３Ａ及び図３Ｂに同じ符号を付して、詳細な説明を適宜省略する。
【００５３】
被検物４は、原動機６である。この原動機６は、土台６１と土台６１上に設置されている本体６２とを備える。本体６２は、例えば電動機、内燃機関又は流体機械である。振動発電装置１は、保持体３１１、滑車部３１及び固定部３５の固定位置が異なること以外は、第二実施形態の場合と同じ構成を有する。
【００５４】
図３Ａでは、滑車部３１は本体６２に固定され、保持体３１１は本体６２における滑車部３１よりも上方の位置に固定されている。固定部３５は土台６１に固定されている。本体６２における滑車部３１が固定されている部分が基準部４２であり、土台６１における固定部３５が固定されている部分が変位部４１である。
【００５５】
図３Ａに示す場合、本体６２が駆動することで振動すると、土台６１における変位部４１が、本体６２における基準部４２に対して変位する。そうすると、第二実施形態の場合と同様に、圧電部２は電力を生成できる。
【００５６】
図３Ｂでは、滑車部３１は土台６１に固定され、保持体３１１は土台６１の、滑車部３１に対して本体６２とは反対側の位置に固定されている。固定部３５は本体６２に、滑車部３１より上方に固定されている。土台６１における滑車部３１が固定されている部分が基準部４２であり、本体６２における固定部３５が固定されている部分が変位部４１である。
【００５７】
図３Ｂに示す場合、本体６２が駆動することで振動すると、土台６１における変位部４１が、土台６１における基準部４２に対して変位する。そうすると、第二実施形態の場合と同様に、圧電部２は電力を生成できる。
【００５８】
１．４．第四実施形態
図４Ａ及び図４Ｂは、第四実施形態に係る振動発電装置１を概略で示す。以下、第一から第三実施形態と重複する構成は、図４Ａ及び図４Ｂに同じ符号を付して、詳細な説明を適宜省略する。
【００５９】
被検物４は、建物７の構造材である。建物７の構造材の例は、基礎、土台、柱７１、梁、壁及び床７２を含む。振動発電装置１は、保持体３１１、滑車部３１及び固定部３５の固定位置が異なること以外は、第二実施形態の場合と同じ構成を有する。
【００６０】
図４Ａでは、滑車部３１は柱７１に固定され、保持体３１１は柱７１における滑車部３１よりも上方の位置に固定されている。固定部３５は床７２に固定されている。柱７１における滑車部３１が固定されている部分が基準部４２であり、床７２における固定部３５が固定されている部分が変位部４１である。
【００６１】
図４Ａに示す場合、地震などによって建物７が揺れると、床７２における変位部４１が、柱７１における基準部４２に対して変位する。そうすると、第二実施形態の場合と同様に、圧電部２は電力を生成できる。
【００６２】
図４Ｂでは、滑車部３１は床７２に固定され、保持体３１１は床７２の、滑車部３１に対して柱７１とは反対側の位置に固定されている。固定部３５は柱７１に、滑車部３１より上方に固定されている。床７２における滑車部３１が固定されている部分が基準部４２であり、柱７１における固定部３５が固定されている部分が変位部４１である。
【００６３】
図４Ｂに示す場合、地震などによって建物７が揺れると、柱７１における変位部４１が、床７２における基準部４２に対して変位する。そうすると、第二実施形態の場合と同様に、圧電部２は電力を生成できる。
【００６４】
１．５．第五実施形態
図５は、第五実施形態に係る振動発電装置１を概略で示す。以下、第一から第四実施形態と重複する構成は、図５に同じ符号を付して、詳細な説明を適宜省略する。
【００６５】
本実施形態では、変位増大部３は、歯車３１２とラック３１４とを備える。ラック３１４は、被検物４の変位部４１に固定され、かつ歯車３１２とかみ合う。
【００６６】
本実施形態では、変位増大部３は、円体３１３を更に備える。円体３１３は、歯車３１２の径よりも大きい径を有し、歯車３１２と円体３１３とは、同軸で連動して回転可能である。円体３１３の外周に、圧電部２の一部が接続されている。
【００６７】
振動発電装置１の構成について、より具体的に説明する。
【００６８】
本実施形態における被検物４は車道８であり、この車道８の一部を構成するプレート８１が変位部４１である。
【００６９】
本実施形態では、地面８２の下に収容空間８３があり、収容空間８３は地上に通じる開口８４を有する。プレート８１は開口８４を塞ぐように設けられている。収容空間８３内に、変位増大部３及び圧電部２が収容されている。
【００７０】
収容空間８３内における開口８４の縁には、配置部８５が形成されている。配置部８５は、収容空間８３の底面よりも高い位置にある、上方を向く面である。配置部８５の上にコイルばね８６が配置されている。プレート８１はコイルばね８６に支持されている。そのため、プレート８１に下方への荷重がかけられた場合には、コイルばね８６が弾性変形することでプレート８１が下方に変位し、続いて荷重がなくなった場合にはコイルばね８６が元の形状に戻ることでプレート８１が元の位置に戻る。このようにプレート８１は構成されている。
【００７１】
変位増大部３は、歯車３１２及び円体３１３を備える第一歯車部３１５と、第二歯車３１７及び第二円体３１８を備える第二歯車部３１９とを備える。円体３１３と第二円体３１８の各々は、円形状の部材である。本実施形態では、円体３１３及び第二円体３１８は、いずれも滑車である。第一歯車部３１５と第二歯車部３１９とは、水平面と平行な一方向に間隔をあけて設けられている。
【００７２】
第一歯車部３１５において、円体３１３の径は、歯車３１２の径よりも大きい。円体３１３と歯車３１２とは、共通の回転軸を中心に、同じ回転速度で回転する。すなわち、円体３１３と歯車３１２とは、同軸で連動して回転可能である。例えば円体３１３と歯車３１２とは、一体に形成されている。回転軸は、水平面と平行であり、かつ第一歯車部３１５と第二歯車部３１９とが並ぶ方向と直交する。円体３１３及び歯車３１２は、金属、プラスチックといった適宜の材質から作製される。
【００７３】
第二歯車部３１９において、第二円体３１８の径は、第二歯車３１７の径よりも大きい。第二円体３１８と第二歯車３１７とは、共通の回転軸を中心に、同じ回転速度で回転する。すなわち、第二円体３１８と第二歯車３１７とは、同軸で連動して回転可能である。例えば第二円体３１８と第二歯車３１７とは、一体に形成されている。回転軸は、水平面と平行であり、かつ第一歯車部３１５と第二歯車部３１９とが並ぶ方向と直交する。第二円体３１８及び第二歯車３１７は、金属、プラスチックといった適宜の材質から作製される。
【００７４】
変位増大部３は、ラック３１４及び第二ラック３２０も備える。ラック３１４は長さを有し、ラック３１４の長さ方向は上下方向に沿っている。ラック３１４は長さ方向と直交する方向を向くギア面３１６を有し、ギア面３１６はギアを有する。第二ラック３２０も長さを有し、第二ラック３２０の長さ方向は上下方向に沿っている。第二ラック３２０は長さ方向と直交する方向を向くギア面３２１を有し、ギア面３２１はギアを有する。ラック３１４は歯車３１２に対して第二歯車部３１９とは反対側の位置に配置され、ラック３１４のギア面３１６は歯車３１２に向き、ギア面３１６のギアが歯車３１２にかみ合っている。ラック３１４の上端はプレート８１に固定されている。第二ラック３２０は第二歯車３１７に対して第一歯車部３１５とは反対側の位置に配置され、第二ラック３２０のギア面３２１は第二歯車３１７に向き、ギア面３２１のギアが第二歯車３１７にかみ合っている。第二ラック３２０の上端もプレート８１に固定されている。
【００７５】
本実施形態では、振動発電装置１は、第一紐３２２及び第二紐３２３も備える。第一紐３２２及び第二紐３２３の各々は、例えばワイヤ、コード、ロープ又はケーブルである。第一紐３２２の一方の端部は第一歯車部３１５の円体３１３に掛け回されており、第一紐３２２のもう一方の端部は後述するように圧電部２の被変位部２５に接続されている。これにより、円体３１３の外周と圧電部２の被変位部２５とが、第一紐３２２を介して接続されている。第二紐３２３の一方の端部は第二歯車部３１９の第二円体３１８に掛け回されており、第二紐３２３のもう一方の端部は後述するように圧電部２の保持部２６に接続されている。これにより、第二円体３１８の外周と圧電部２の保持部２６とが、第二紐３２３を介して接続されている。第二円体３１８における第二紐３２３を掛け回す方向は、円体３１３における第一紐３２２を掛け回す方向とは逆である。
【００７６】
圧電部２は、少なくとも二つの電極２１と、この二つの電極２１の間に介在する圧電フィルム２２とを備える。圧電部２は、被変位部２５と保持部２６とを有する。第五実施形態における圧電部２の構成は、第一実施形態における圧電部２と同じである。被変位部２５に、上述のとおり第一紐３２２の端部が接続されている。また、保持部２６に、第二紐３２３の端部が接続されている。
【００７７】
本実施形態における基準部４２は、変位部４１の変位に応じて変位しない部分であればよいが、例えば歯車３１２が設置されている位置である。
【００７８】
振動発電装置１の動作を説明する。変位部４１であるプレート８１の上を自動車８９が通ると、自動車８９がプレート８１に下方への荷重をかけることで、プレート８１が基準部４２に対して下方に変位する。プレート８１の変位に伴って、ラック３１４及び第二ラック３２０が下方へ移動し、それに伴って、ラック３１４にかみ合っている歯車３１２と、第二ラック３２０にかみ合っている第二歯車３１７とが回転する。歯車３１２と第二歯車３１７の回転方向は、互いに逆である。歯車３１２が回転することに伴って円体３１３が回転し、かつ第二歯車３１７が回転することに伴って第二円体３１８が回転する。そのため圧電部２には、円体３１３の外周及び第二円体３１８の外周のそれぞれから、第一紐３２２及び第二紐３２３を通じて、引っ張り力がかけられる。これにより、圧電部２において、被変位部２５が、保持部２６に対して、保持部２６から離れる方向に変位し、圧電部２が変形する。圧電部２が変形することにより、圧電部２は、被変位部２５の変位量に応じた電力を生成する。このため、被検物４であるプレート８１上を自動車８９が通過することでプレート８１が下降するたびに、圧電部２は電力を生成できる。変位部４１が変位することに伴って被変位部２５が変位するに当たり、上述のとおり歯車３１２の径よりも円体３１３の径が大きくかつ第二歯車３１７の径よりも第二円体３１８の径が大きいため、変位部４１の変位量よりも被変位部２５の変位量の方が大きくなる。このため、変位増大部３は、被検物４の変位部４１が変位した場合に、変位部４１の変位量よりも大きい変位量で、圧電部２の被変位部２５を変位させる。このため、振動発電装置１は、変位部４１の変位量に比して大きな電力を発生できる。
【００７９】
第五実施形態では、振動発電装置１は第二歯車部３１９及び第二紐３２３を備えるが、振動発電装置１は第二歯車部３１９及び第二紐３２３を備えなくてもよい。この場合、圧電部２の保持部２６が、適宜の方法で収容空間８３内で固定されていればよい。この場合でも、変位増大部３が歯車３１２、円体３１３及びラック３１４を備えることで、変位増大部３は、プレート８１が変位した場合に、プレート８１の変位量よりも大きい変位量で、圧電部２の被変位部２５を変位させることができる。
【００８０】
第五実施形態では、上記のように円体３１３は滑車であり、かつ円体３１３の外周と圧電部２の被変位部２５とが、第一紐３２２を介して接続されているが、円体３１３の外周と被変位部２５とは、別の方法で接続されていてもよい。例えば円体３１３が歯車３１２であり、円体３１３の外周と被変位部２５とがラックを介して接続されていてもよい。すなわち、変位増大部３が、上述のラック３１４及び第二ラック３２０とは異なるラックを備え、このラックが円体３１３とかみ合い、かつ変位部４１に固定されていてもよい。また、本実施形態では、上記のように第二円体３１８は滑車であり、かつ第二円体３１８の外周と圧電部２の保持部２６とが、第二紐３２３を介して接続されているが、第二円体３１８の外周と保持部２６とは、別の方法で接続されていてもよい。例えば第二円体３１８が歯車３１２であり、第二円体３１８の外周と保持部２６とがラックを介して接続されていてもよい。すなわち、変位増大部３が、上述のラック３１４及び第二ラック３２０とは異なるラックを備え、このラックが第二円体３１８とかみ合い、かつ保持部２６に固定されていてもよい。
【００８１】
被検物４の例は、車道８には限らない。例えば被検物４は、橋梁の構造材、原動機、又は建物の構造材であってもよい。
【００８２】
１．６．第六実施形態
図６Ａ及び図６Ｂは、第六実施形態に係る振動発電装置１を概略で示す。以下、第一から第五実施形態と重複する構成は、図６Ａ及び図６Ｂに同じ符号を付して、詳細な説明を適宜省略する。
【００８３】
本実施形態では、第五実施形態と同様、変位増大部３は、歯車３１２とラック３１４とを備える。ラック３１４は、被検物４の変位部４１に固定され、かつ歯車３１２とかみ合う。
【００８４】
本実施形態では、変位増大部３は、第二歯車３２５と、円体３２６とを更に備える。第二歯車３２５は、歯車３１２から回転力が伝達されるように構成されている。円体３２６は、第二歯車３２５の径よりも大きい径を有し、かつ第二歯車３２５と円体３２６とは、同軸で連動して回転可能である。円体３２６の外周に、圧電部２の被変位部２５が接続されている。
【００８５】
振動発電装置１の構成について、より具体的に説明する。
【００８６】
本実施形態における被検物４は車道８であり、この車道８の一部を構成するプレート８１が変位部４１である。
【００８７】
本実施形態では、第五実施形態と同様、地面の下に収容空間８３があり、収容空間８３は地上に通じる開口８４を有する。プレート８１は開口８４を塞ぐように設けられている。収容空間８３内に、変位増大部３及び圧電部２が収容されている。
【００８８】
第五実施形態と同様、収容空間８３内における開口８４の縁には、配置部８５が形成され、配置部８５の上にコイルばね８６が配置され、プレート８１はコイルばね８６に支持されている。
【００８９】
変位増大部３は、歯車３１２、第二歯車３２５及び円体３２６を含む歯車機構を備える。円体３２６は、円形状の部材である。本実施形態では、円体３２６は滑車である。
【００９０】
円体３２６の径は、第二歯車３２５の径よりも大きい。円体３２６と第二歯車３２５とは、共通の回転軸を中心に、同じ回転速度で回転する。すなわち、円体３２６と第二歯車３２５とは、同軸で回転可能である。例えば円体３２６と第二歯車３２５とは、一体に形成されている。歯車３１２、円体３２６及び第二歯車３２５は、金属、プラスチックといった適宜の材質から作製される。円体３２６は、歯車３１２の径よりも大きい径を有することが好ましい。
【００９１】
歯車機構は、歯車３１２と第二歯車３２５との間で回転力を伝達する少なくとも一つの中間歯車３２８を備える。歯車機構内においては、例えば歯車３１２と中間歯車３２８とがかみ合いながら回転することで（図６Ａ参照）、又は歯車３１２と中間歯車３２８とが同軸で回転することで（図６Ｂ参照）、歯車３１２から中間歯車３２８へ回転力が伝達される。また、歯車機構内においては、例えば二つの中間歯車３２８がかみ合いながら回転することで（図６Ａ参照）、又は二つの中間歯車３２８が同軸で回転することで（図６Ａ参照）、中間歯車３２８間で回転力が伝達される。また、歯車機構内においては、例えば中間歯車３２８と第二歯車３２５とがかみ合いながら回転することで（図６Ａ及び図６Ｂ参照）、又は中間歯車３２８と第二歯車３２５とが同軸で回転することで、中間歯車３２８から第二歯車３２５へ回転力が伝達される。歯車機構において、歯車３１２が一回転すると、第二歯車３２５は一回転より多く回転することが好ましい。このように、歯車機構に含まれる歯車３１２、中間歯車３２８及び第二歯車３２５が構成されていることが好ましい。
【００９２】
変位増大部３は、ラック３１４も備える。ラック３１４は長さを有し、ラック３１４の長さ方向は上下方向に沿っている。ラック３１４は長さ方向と直交する方向を向くギア面３１６を有し、ギア面３１６はギアを有する。ラック３１４は歯車３１２に対して第二歯車３２５部とは反対側の位置に配置され、ラック３１４のギア面３１６は歯車３１２に向き、ギア面３１６のギアが歯車３１２にかみ合っている。ラック３１４の上端はプレート８１に固定されている。
【００９３】
本実施形態では、振動発電装置１は、更に第一紐３２２を備える。第一紐３２２は、例えばワイヤ、コード、ロープ又はケーブルである。第一紐３２２の一方の端部は円体３２６に掛け回されており、第一紐３２２のもう一方の端部は後述するように圧電部２の被変位部２５に接続されている。これにより、円体３２６の外周と圧電部２の被変位部２５とが、第一紐３２２を介して接続されている。
【００９４】
本実施形態では、振動発電装置１は、更に保持体３１１と、第二紐３２３とを備える。保持体３１１は、収容空間８３の内部に固定されている。第二紐３２３の一方の端部は保持体３１１に固定されており、第二紐３２３のもう一方の端部は後述するように圧電部２の保持部２６に接続されている。
【００９５】
圧電部２は、少なくとも二つの電極２１と、この二つの電極２１の間に介在する圧電フィルム２２とを備える。圧電部２は、被変位部２５と保持部２６とを有する。第五実施形態における圧電部２の構成は、第一実施形態における圧電部２と同じである。被変位部２５に、上述のとおり第一紐３２２の端部が接続されている。保持部２６には、上述のとおり、第二紐３２３の端部が接続されている。
【００９６】
本実施形態における基準部４２は、歯車３１２が設置されている位置である。
【００９７】
振動発電装置１の動作を説明する。変位部４１であるプレート８１の上を自動車が通ることで、自動車がプレート８１へ下方への荷重をかけると、プレート８１が基準部４２に対して下方に変位する。プレート８１の変位に伴って、ラック３１４が下方へ移動し、それに伴って、ラック３１４にかみ合っている歯車３１２が回転する。歯車機構において、歯車３１２の回転力は第二歯車３２５へ伝達される。第二歯車３２５が回転することに伴って、円体３２６が回転する。そのため圧電部２には、円体３２６の外周から、第一紐３２２を通じて、引っ張り力がかけられる。これにより、圧電部２において、被変位部２５が、保持部２６に対して、保持部２６から離れる方向に変位し、圧電部２が変形する。圧電部２が変形することにより、圧電部２は、被変位部２５の変位量に応じた電力を生成する。このため、被検物４であるプレート８１上を自動車が通過することでプレート８１が下降するたびに、圧電部２は電力を生成できる。
【００９８】
本実施形態では、変位増大部３において、歯車３１２の径、第二歯車３２５の径、円体３２６の径、及び歯車３１２が一回転する場合の第二歯車３２５の回転回数を適宜設計することで、変位部４１の変位量よりも、被変位部２５の変位量を大きくできる。このため、変位増大部３は、被検物４の変位部４１が変位した場合に、変位部４１の変位量よりも大きい変位量で、圧電部２の被変位部２５を変位させることができる。このため、振動発電装置１は、変位部４１の変位量に比して大きな電力を発生できる。
【００９９】
第六実施形態では、上記のように円体３２６は滑車であり、かつ円体３２６の外周と圧電部２の被変位部２５とが、第一紐３２２を介して接続されているが、円体３２６の外周と被変位部２５とは、別の方法で接続されていてもよい。例えば円体３２６が歯車であり、円体３２６の外周と被変位部２５とがラックを介して接続されていてもよい。すなわち、変位増大部３が、上述のラック３１４とは異なるラックを備え、このラックが円体３２６とかみ合い、かつ変位部４１に固定されていてもよい。
【０１００】
第六実施形態において、変位増大部３は中間歯車３２８を備えず、歯車３１２が第二歯車３２５とかみ合っていてもよい。この場合でも、変位増大部３において、歯車３１２の径、第二歯車３２５の径、円体３２６の径、及び歯車３１２が一回転する場合の第二歯車３２５の回転回数を適宜設計することで、変位部４１の変位量よりも、被変位部２５の変位量を大きくできる。
【０１０１】
また、第六実施形態において、変位増大部３は、歯車３１２から第二歯車３２５へ回転力を伝達するための、中間歯車３２８以外の要素を備えてもよい。この要素の例として、タイミングベルト、タイミングチェーンといった無端ベルトが挙げられる。
【０１０２】
被検物４の例は、車道８には限らない。例えば被検物４は、橋梁の構造材、原動機、又は建物の構造材であってもよい。
【０１０３】
１．７．第七実施形態
図７は、第七実施形態に係る振動発電装置１を概略で示す。以下、第一から第六実施形態と重複する構成は、図７に同じ符号を付して、詳細な説明を適宜省略する。
【０１０４】
本実施形態では、変位増大部３は、梃子３２９を備える。梃子３２９の力点３３０が被検物４の変位部４１と接続され、梃子３２９の作用点３３１が圧電部２の被変位部２５と接続されている。作用点３３１から梃子３２９の支点３３２までの寸法は、力点３３０から支点３３２までの寸法よりも大きい。
【０１０５】
振動発電装置１の構成について、より具体的に説明する。
【０１０６】
本実施形態における被検物４は車道８であり、この車道８の一部を構成するプレート８１が変位部４１である。
【０１０７】
本実施形態では、地面の下に収容空間８３があり、収容空間８３は地上に通じる開口８４を有する。プレート８１は開口８４を塞ぐように設けられている。収容空間８３内に、変位増大部３及び圧電部２が収容されている。
【０１０８】
変位増大部３は、梃子３２９を備える。この梃子３２９は、力点３３０と、支点３３２と、作用点３３１とを有する。梃子３２９は、長さを有する部材で構成される。梃子３２９は、長手方向の両端に、それぞれ第一端部と第二端部とを有する。梃子３２９の第一端部に力点３３０があり、梃子３２９の第二端部の付近に作用点３３１がある。梃子３２９における、力点３３０と作用点３３１との間の位置に、支点３３２がある。上述のとおり、作用点３３１から支点３３２までの寸法は、力点３３０から支点３３２までの寸法よりも大きい。梃子３２９の第二端部には、錘３３３が設けられている。
【０１０９】
梃子３２９の力点３３０は、プレート８１の下面に取り付けられている。これにより、梃子３２９の力点３３０はプレート８１と接続されている。プレート８１に下方へ向かう荷重がかけられていない状態では、錘３３３が第二端部に下方へ向かう荷重をかけていることで、梃子３２９の第一端部は第二端部よりも上方に配置されている。これにより、プレート８１は、梃子３２９によって、開口８４を塞ぐ位置に支持されている。
【０１１０】
収容空間８３の底面は、第一底面８７と、第一底面８７より下方にある第二底面８８とを含む。梃子３２９の第一端部、力点３３０及び支点３３２は第一底面８７の上方にあり、梃子３２９の作用点３３１及び第二端部は第二底面８８の上方にある。
【０１１１】
変位増大部３は、梃子３２９の支点３３２を支持する支持部材３３４を更に備える。支持部材３３４は、第一底面８７上に設置されている。
【０１１２】
変位増大部３は、保持体３１１、第一紐３２２及び第二紐３２３を、更に備える。保持体３１１は、第二底面８８上における、梃子３２９の作用点３３１の直下に固定されている。第一紐３２２の一方の端部は梃子３２９の作用点３３１に固定されており、第一紐３２２のもう一方の端部は後述するように圧電部２の被変位部２５に接続されている。第二紐３２３の一方の端部は保持体３１１に固定されており、第二紐３２３のもう一方の端部は後述するように圧電部２の保持部２６に固定されている。
【０１１３】
圧電部２は、少なくとも二つの電極２１と、この二つの電極２１の間に介在する圧電フィルム２２とを備える。圧電部２は、被変位部２５と保持部２６とを有する。第七実施形態における圧電部２の構成は、第一実施形態における圧電部２と同じである。被変位部２５に、上述のとおり第一紐３２２の端部が接続されている。保持部２６には、上述のとおり、第二紐３２３の端部が接続されている。
【０１１４】
本実施形態における基準部４２は、変位部４１の変位に応じて変位しない部分であればよいが、例えば梃子３２９の支点３３２が設置されている位置である。
【０１１５】
振動発電装置１の動作を説明する。変位部４１であるプレート８１の上を自動車８９が通ることで、自動車８９がプレート８１へ下方への荷重をかけると、プレート８１を通じて梃子３２９の力点３３０に下方への荷重がかかる。これにより、プレート８１が基準部４２に対して下方に変位する。それに伴い、錘３３３の荷重に抗して力点３３０が下降しかつ作用点３３１が上昇するように、梃子３２９が動作する。なお、梃子３２９がこのように動作するように、錘３３３の質量は適宜設定される。作用点３３１の上昇に伴い、圧電部２の被変位部２５に、梃子３２９の作用点３３１から第一紐３２２を通じて、引っ張り力がかけられる。これにより、圧電部２において、被変位部２５が、保持部２６に対して、保持部２６から離れる方向に変位し、圧電部２が変形する。圧電部２が変形することにより、圧電部２は、被変位部２５の変位量に応じた電力を生成する。このため、被検物４であるプレート８１上を自動車が通過することでプレート８１が下降するたびに、圧電部２は電力を生成できる。
【０１１６】
本実施形態では、上述のとおり梃子３２９において、作用点３３１から支点３３２までの寸法が、力点３３０から支点３３２までの寸法よりも大きいため、プレート８１の変位に伴う力点３３０の下方への移動量よりも、作用点３３１の上方への移動量の方が大きい。このため、変位増大部３は、被検物４の変位部４１が変位した場合に、変位部４１の変位量よりも大きい変位量で、圧電部２の被変位部２５を変位させることができる。このため、振動発電装置１は、変位部４１の変位量に比して大きな電力を発生できる。
【０１１７】
被検物４の例は、車道８には限らない。例えば被検物４は、橋梁の構造材、原動機、又は建物の構造材であってもよい。
【０１１８】
２．センサシステム
振動発電装置１を備えるセンサシステム９について説明する。
【０１１９】
図８は、センサシステム９の一例のブロック図である。センサシステム９は、振動発電装置１と、センサ９１とを備える。センサ９１は、振動発電装置１における圧電部２で構成され、又は圧電部２とは異なる装置でありかつ圧電部２が生成する電力で駆動する。センサシステム９は、図８に示すように、センサ９１による検出結果を発信する通信装置９２を更に備えてもよい。
【０１２０】
センサ９１が圧電部２である場合は、センサ９１は、被検物４の変位部４１の変位に応じた信号を出力する。例えば被検物４が第一実施形態及び第二実施形態の場合のように橋梁の構造材である場合には、センサ９１は橋梁の構造材に生じる振動を検出し、この振動に応じた信号を出力できる。この場合、センサシステム９を、例えば橋梁の構造材に過大な振動が生じていないか確認するために利用できる。被検物４が第三実施形態の場合のように原動機である場合には、センサ９１は原動機に生じる振動を検出し、この振動に応じた信号を出力できる。この場合、センサシステム９を、例えば原動機に異常な振動が生じていないか確認するために利用できる。被検物４が第四実施形態の場合のように建物の構造材である場合には、センサ９１は建物の構造材に生じる振動を検出し、この振動に応じた信号を出力できる。この場合、センサシステム９を、例えば地震計として利用できる。被検物４が第五〜第七実施形態の場合のように車道である場合には、センサ９１は自動車の通過に伴う車道の一部の変位を検出してその結果の信号を出力できる。この場合、センサシステム９を、例えば車道における自動車の交通量調査に利用できる。
【０１２１】
センサ９１が、圧電部２とは異なりかつ圧電部２が生成する電力で駆動する場合、センサ９１が検出する情報は、いかなるものでもよい。センサ９１は、例えば温度センサ、湿度センサ、ガスセンサ又はイメージセンサである。この場合、センサシステム９は、センサシステム９が設置されている箇所又はその周囲の、温度、湿度、ガス組成、映像又はそれ以外の情報を検出することができる。
【０１２２】
本実施形態に係るセンサシステム９では、外部からセンサ９１を駆動させるための電力の供給を受ける必要がない。そのため、センサシステム９は、電力の供給を受けることが困難な場所においても、センサ９１でセンサ９１の種類に応じた情報を検出できる。
【０１２３】
また、センサシステム９が通信装置９２を備える場合、センサシステム９は、通信装置９２を通じて、センサ９１による検出結果を外部の適宜の受信装置１０へ送信できる。通信装置９２は、検出結果を、無線で送信してもよく、有線で送信してもよい。通信装置９２は、振動発電装置１が生成する電力で駆動してもよく、振動発電装置１とは異なる電源から供給される電力で駆動してもよい。
【符号の説明】
【０１２４】
１      振動発電装置
２      圧電部
２１    電極
２２    圧電フィルム
２５    被変位部
３      変位増大部
３２    第一滑車
３３    第二滑車
３８    第一紐
３９    第二紐
３１２  歯車
３１３  円体
３１４  ラック
３２２  第一紐
３２３  第二紐
３２６  円体
３２９  梃子
３３０  力点
３３１  作用点
３３２  支点
４      被検物
４１    変位部
５      橋梁
６      原動機
７      建物
８      車道
９      センサシステム
９１    センサ
９２    通信装置
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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