(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動のエネルギーを電気エネルギーに変換する発電装置であって、
異なる２つの回転軸と、
前記２つの各回転軸を中心にそれぞれ回転可能な２つの回転部材と、
前記２つの回転部材に掛け渡された環状体と、
少なくとも一方の前記回転軸に接続されてその回転軸の回転により発電する少なくとも１つの発電機と、
外部からの振動を前記環状体に伝達する振動伝達手段と、
前記回転部材の一方向のみの回転を前記発電機に伝達する回転方向制限手段と、
前記発電機に流れる電流量が所定値以下の場合に、前記発電機をその発電方向に回転させるよりも低いアイドリング電流を流す回路と、を備える発電装置。
【請求項２】
２つの前記回転部材のそれぞれは、互いに逆方向への回転のみを許容する前記回転方向制限手段を介して前記回転軸に接続されている請求項１に記載の発電装置。
【請求項３】
２つの前記回転部材は、各前記回転軸の回転により発電する２つの前記発電機にそれぞれ接続されており、
前記２つの発電機は互いに各前記回転軸の逆方向の回転により発電し、各発電機が発電した電力を一方向のみに流れるように整流する整流手段をさらに備える請求項２に記載の発電装置。
【請求項４】
前記回転部材の回転がトルクリミッタを介して前記発電機に伝達される請求項１に記載の発電装置。
【請求項５】
前記回転部材と前記環状体との組み合わせが、プーリとタイミングベルトとの組合せ、歯付きプーリと歯付きベルトとの組合せ、チェーンとスプロケットとの組合せ、またはラックとピニオンとの組合せである請求項１に記載の発電装置。
【請求項６】
前記回転方向制限手段がワンウェイクラッチである請求項１に記載の発電装置。
【請求項７】
前記環状体の張力を調整するテンショナをさらに備える請求項１に記載の発電装置。
【請求項８】
前記発電機と前記回転部材との間に増速手段をさらに備える請求項１に記載の発電装置。
【請求項９】
上側外筒及び下側外筒の一方が他方に挿入され、前記振動方向に摺接しつつ互いに離間または接近の相対動作が可能な筐体を備え、
前記上側外筒または前記下側外筒の何れか一方のみに前記複数の回転部材が直接的または間接的に支持されており、前記複数の回転部材を支持しない他方の前記上側外筒または前記下側外筒の何れか一方のみに前記振動伝達手段が支持されている請求項１に記載の発電装置。
【請求項１０】
請求項１に記載の発電装置を備えることを特徴とする発電するショックアブソーバ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両や船舶等の乗り物や、橋梁等の構造物に配置され、振動による振動エネルギーを電気エネルギーに変換する発電装置、及び、この発電装置を用いた発電するショックアブソーバに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、自動車、バイク、自転車等の車両には、複数の車輪をしっかり接地させることにより車体の振動を緩和するためのサスペンションが装着されている。一般的なサスペンションは、コイルスプリング及び振動を減衰させるためのショックアブソーバを備える。【０００３】
車両に加わった車輪からの衝撃はコイルスプリングが一時的に吸収する。衝撃を吸収したコイルスプリングは、比較的長い時間、振動を維持し続けて車両を揺らし続ける。一方、ショックアブソーバは、振動によるエネルギーを熱エネルギーに変換することにより振動を速やかに減衰させる。【０００４】
一般的なショックアブソーバは油圧式のオイルダンパーを備える。車両が受けた振動のエネルギーは、オイルダンパー内のオリフィスを粘性オイルが通過するときに、熱エネルギーに変換される。このようなショックアブソーバで発生する熱エネルギーは回収できないために有効利用されていない。また、オイルダンパーにおいては、油が漏れたり、油が規定値以下まで漏洩して機能が低下するという問題があった。【０００５】
車両が受けた振動のエネルギーを電気エネルギーとして回収する技術がいくつか提案されている。例えば、下記特許文献１は、タイヤを支えるアーム部とボデイとの間の上下往復運動，揺れ，振動を吸収させる、ショックアブソーバとして作用する発電機を開示する。なお、特許文献１は、このような発電機の具体的な構成を開示していない。【０００６】
また、下記特許文献２は、サスペンションを構成するコイルスプリングの上下運動をボールねじナットにより回転運動に変換し、この回転運動により発電機の回転軸を回転させることにより発電する技術を開示する。【０００７】
また、下記特許文献３は、車体に設けた発電機と、車輪に対する車体の相対移動を回転運動に変換する運動方向変換機構と、運動方向変換機構から伝達される回転運動を発電機に伝達する伝達機構とを備えた自動車用発電システムを開示する。【０００８】
また、下記特許文献４は、橋梁等の構造物に生じる振動のエネルギーを効率的に電気エネルギーに変換できる振動発電装置を開示する。具体的には、構造物の振動に共振して大きく運動する錘体に駆動されて上下動するように構造体に案内支持された被駆動体と、錘体の運動の上下方向成分を被駆動体に伝達する運動伝達手段と、被駆動体の上下方向の運動を回転運動に変換する変換機構と、変換機構により生み出された回転運動の回転数を増倍する回転数増倍機構と、回転数増倍機構により回転駆動される発電機と、を備える振動発電装置を開示する。このような振動発電装置は、運動方向が逆転するたびに電流方向が変化するために発電効率が低い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平１１−３４３９６２号公報
【特許文献２】特開２０１２−１９１７４６号公報
【特許文献３】特開２００１−３３６４７５号公報
【特許文献４】特開２０１２−２０７６４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、振動のエネルギーを電気エネルギーに変換する発電装置、及びこの発電装置を用いた発電するショックアブソーバを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の一局面は、振動のエネルギーを電気エネルギーに変換する発電装置であって、異なる２つの回転軸と、各回転軸を中心に回転可能な２つの回転部材と、２つの回転部材に掛け渡された環状体と、少なくとも一方の回転軸に接続されてその回転軸の回転により発電する少なくとも一つの発電機と、外部からの振動を環状体に伝達する振動伝達手段と、回転部材の一方向のみの回転を発電機に伝達する回転方向制限手段と、発電機に流れる電流量が所定値以下の場合に、発電機をその発電方向に回転させるよりも低いアイドリング電流を流す回路と、を備える発電装置である。
【００１２】
また、本発明の他の一局面は、上述したような発電装置を備える発電するショックアブソーバである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る発電装置は、振動のエネルギーを吸収し、吸収された振動エネルギーを用いて発電する。また、本発明に係る発電するショックアブソーバは、車両等の揺動による振動のエネルギーを吸収し、吸収された振動のエネルギーを用いて発電する。【００１４】
本発明の目的、特徴、局面、及び利点は、以下の詳細な説明及び添付する図面により、より明白となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、ショックアブソーバ２０を含むサスペンション機構１００の内部構造の説明図である。（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。
【図２】図２はサスペンション機構１００を備えた自動車２００の説明図である。
【図３】図３は、下側外筒１ｂの移動を説明するための説明図である。（ａ）は下側外筒１ｂが上側外筒１ａに対して伸びるように移動したとき、（ｂ）は下側外筒１ｂが上側外筒１ａに対して縮むように移動したときを示す。
【図４】図４はベルトテンショナ８０を備えたショックアブソーバを説明するための説明図である。
【図５】図５は回転部材と発電機との配置例を示す説明図である。
【図６】図６は回転部材と発電機との配置例を示す説明図である。
【図７】図７は電流電圧制御手段の構成例を示す説明図である。
【図８】図８は電流電圧制御手段の構成例を示す説明図である。
【図９】図９は電流電圧制御手段の構成例を示す説明図である。
【図１０】図１０は図９の電流電圧制御手段のＣＰＵの制御フローを説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明に係る発電装置、及びこの発電装置を備えるショックアブソーバの一実施形態を図面を参照しながら説明する。図１は、ショックアブソーバ２０を含むサスペンション機構１００の内部構造の説明図である。（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。筐体１及びコイルスプリング３０は、断面して示されている。また、（ｂ）には、充電回路の一例も示している。図２は、サスペンション機構１００を装着した自動車２００の説明図である。
【００１７】
図１に示すように、サスペンション機構１００は、ショックアブソーバ２０と、ショックアブソーバ２０をその内部に挿通するコイルスプリング３０とを備える。コイルスプリング３０は車両に付与された衝撃を吸収する。ショックアブソーバ２０は振動を減衰させる。
【００１８】
ショックアブソーバ２０は、略円筒形状の筐体１と、筐体１に収容された発電装置１０とを備える。筐体１は上側外筒１ａと上側外筒１ａに進退可能に挿通された下側外筒１ｂとを含む。下側外筒１ｂは、上側外筒１ａに対して接近または離間するように移動できる。上側外筒１ａは、ボルト状の車体側取付部５２を備える。車体側取付部５２は車体４０にナット５１で固定される。下側外筒１ｂは車輪側取付部６２を備える。車輪側取付部６２は車輪側部材６０にボルト・ナット６１で固定される。車輪側部材６０は、図略のサスペンションアームに設けられる。上側外筒１ａの上端側外周面には上側スプリングシート６が形成されている。下側外筒１ｂの下端側外周面には下側スプリングシート１６が形成されている。コイルスプリング３０は、上側スプリングシート６と下側スプリングシート１６との間に挟持される。
【００１９】
図１に示すように、発電装置１０は筐体１の内部に収容され、支持部材３を介して上側外筒１ａの内壁で支持されている。発電装置１０は、発電機４、回転軸５ａ、回転軸５ｂ、回転部材７、回転方向制限手段１１、発電機１４、回転軸１５ａ、回転軸１５ｂ、回転部材１７、回転方向制限手段２１、及び、環状体８と、を備える。発電機４は車体４０側に配置されている。発電機１４は車輪側に配置されている。回転軸５ａは発電機４に支持されている。回転軸５ｂは、連結機構２２を介して回転軸５ａに連結されている。回転部材７は、回転軸５ｂを中心軸として回転可能である。回転部材７と回転軸５ｂとは回転方向制限手段１１を介して接続されている。回転軸１５ａは発電機１４に支持されている。回転軸１５ｂは、連結機構２３を介して回転軸１５ａに連結されている。回転部材１７は、回転軸１５ｂを中心軸として回転可能である。回転部材１７と回転軸１５ｂとは回転方向制限手段２１を介して接続されている。環状体８は、組を成す回転部材７と回転部材１７に掛け渡されている。
【００２０】
支持部材３は、固定部分３ａを介して上側外筒１ａの内壁に固定されている。発電機４は固定脚４ａを介して支持部材３上に、例えば、溶接等により固定されている。同様に、発電機１４は固定脚１４ａを介して支持部材３上に固定されている。
【００２１】
筐体１に収容された支持部材３は、振動を受けたときに上側外筒１ａに対して下側外筒１ｂが接近または離間できるようにする空間ｓを筐体１内に確保できるような形状及び大きさを有する部材であれば、その素材、形状、大きさ等は限定されない。素材の具体例としては、例えば、金属、樹脂、カーボンファイバー等の板を加工して形成された板状の部材等が挙げられる。また、固定部分３ａは、支持部材３を上側外筒１ａの内壁にしっかりと固定できる、例えば、溶接、溶着、接着、ボルトとナットの組合わせのような締結具等の固定手段により形成される。
【００２２】
発電機４は回転軸５（５ａ、５ｂ）の回転により発電する。また、発電機１４は、回転軸１５（１５ａ、１５ｂ）の回転により発電する。以下の説明においては、回転軸５ａと回転軸５ｂとを連結したものを回転軸５、回転軸１５ａと回転軸１５ｂとを連結したものを回転軸１５とも称することがある。
【００２３】
振動入力部９は連結部９ａを介して下側外筒１ｂの内壁に固定されている。振動入力部９は、車両に生じた振動を環状体８に伝達する。例えば、走行中の車両の車輪が地面から浮いたとき、コイルスプリング３０の弾性により下側外筒１ｂが上側外筒１ａに対して車輪方向に伸びるように移動する。このとき、下側外筒１ｂと連結されている連結部９ａを介した振動入力部９から、ベルト状の環状体８に下方向への運動が伝達される。その結果、環状体８は図１に示した矢印Ｘの方向に動く。その結果、環状体８を掛け渡す回転部材７及び回転部材１７が時計回りの方向に回転する。
【００２４】
回転部材７は、回転軸５ｂの一方向への回転のみを許容し、他の方向への回転を制限するための回転方向制限手段１１を介して回転軸５ｂに接続されている。具体的には、図１の（ａ）の曲り矢印で示すように、回転部材７は時計回りの一方向のみに回転軸５ｂを回転させる。一方、回転部材１７も、回転軸１５ｂの一方向への回転のみを許容し他の方向への回転を制限するための回転方向制限手段２１を介して回転軸１５ｂに接続されている。具体的には、図１の（ａ）の曲り矢印で示すように、回転部材１７は反時計回りの一方向のみに回転軸１５ｂを回転させる。
【００２５】
回転方向制限手段１１と回転方向制限手段２１とは、互いに逆方向の回転を制限する。その結果、環状体８が矢印Ｘの方向に動いたとき、回転部材７は時計回りの方向に回転軸５ｂを回転させるが、回転部材１７は、時計回りの方向には回転軸１５ｂを回転させない。一方、環状体８が矢印Ｙの方向に動いたとき、回転部材１７は反時計回りの方向に回転軸１５ｂを回転させるが、回転部材７は、半時計回りの方向には回転軸５ｂを回転させない。このような機構を設けることにより、各回転方向制限手段が許容する方向に対して逆方向の回転が各発電機に伝達されなくなる。それにより、各発電機から発生する電気の電流方向が一方向のみに制限される。回転方向制限手段の具体例としては、例えば、機械式のワンウェイクラッチやワンウエイベアリング、電磁クラッチ等が挙げられる。
【００２６】
次に、ショックアブソーバ１０を含むサスペンション機構１００の動作を図２及び図３を参照しながら説明する。
【００２７】
図２に示すようなサスペンション機構１００を備えた自動車２００が走行した場合、路面からの衝撃による振動が車輪を介してサスペンション機構１００に伝達される。サスペンション機構１００に伝達された振動は、サスペンション機構１００のコイルスプリング３０及びショックアブソーバ２０に吸収される。振動は、コイルスプリング３０を伸縮させる。また、コイルスプリング３０の伸縮に連動するように、車輪側に固定されたショックアブソーバ２０を構成する下側外筒１ｂが、車体側に固定された上側外筒１ａに対して伸縮する。
【００２８】
上側外筒１ａに対して、下側外筒１ｂが伸縮するときの動作を図３を参照して詳しく説明する。
【００２９】
図３の（ａ）は下側外筒１ｂが上側外筒１ａに対して車輪側に向かって伸びるように移動したときの様子を示す説明図である。（ｂ）は下側外筒１ｂが上側外筒１ａに対して車体側に向かって縮むように移動したときの様子を示す説明図である。
【００３０】
車輪が路面や軌道と安定的に接触している状態では、コイルスプリング３０の反発力により、下側外筒１ｂは上側外筒１ａに対する可動域の略中央に位置するように調整されている。一方、車輪が路面や軌道から浮いた状態では、図３の（ａ）に示すように、コイルスプリング３０が反発力により伸びることにより、下側外筒１ｂが上側外筒１ａに対して伸びるように移動する。そして、下側外筒１ｂが、（ａ）の矢印Ｄで示す方向に、移動する。この場合、下側外筒１ｂと連結されている連結部９ａを介した振動入力部９から、ベルト状の環状体８に（ａ）に矢印Ｘで示した方向への運動が伝達される。そして、環状体８が矢印Ｘで示した方向へ動くことにより、環状体８を掛け渡す回転部材７及び回転部材１７が時計回りの方向に回転する。
【００３１】
回転部材７は、回転軸５ｂを（ａ）の曲り矢印で示す時計回りの一方向のみに回転させるための回転方向制限手段１１を介して回転軸５ｂに接続されている。一方、回転部材１７は、回転軸１５ｂを半時計回りの一方向のみに回転させるための回転方向制限手段２１を介して回転軸１５ｂに接続されている。このような機構により、（ａ）の矢印Ｘで示した方向にベルト状の環状体８が動いた場合、回転部材７は回転軸５ｂを介して発電機４に回転運動を伝達する。一方、回転軸１５ｂは時計回りの方向には回転しないために、回転部材１７の回転運動は発電機１４に伝達されない。その結果、発電機４のみが発電する。また、発電機４の発電により振動によるエネルギーが消費され、振動が減衰する。
【００３２】
一方、図３の（ｂ）に示すように、サスペンション機構１００が路面からの衝撃を受けてコイルスプリング３０が縮んだ場合、上側外筒１ａに対して下側外筒１ｂが縮むように移動する。そして、図３（ｂ）の矢印Ｕで示す方向に、下側外筒１ｂが移動する。この場合、下側外筒１ｂと連結されている連結部９ａを介した振動入力部９から、環状体８に矢印Ｙで示した方向への運動が伝達される。そして、環状体８が矢印Ｕで示した方向へ動くことにより、環状体８を掛け渡す回転部材７及び回転部材１７が半時計回りの方向に回転する。
【００３３】
回転部材１７は、回転軸１５ｂを（ｂ）の曲り矢印で示す半時計回りの一方向のみに回転させるための回転方向制限手段２１を介して回転軸１５ｂに接続されている。一方、回転部材７は、回転軸５ｂを時計回りの一方向のみに回転させるための回転方向制限手段１１を介して回転軸５ｂに接続されている。このような機構により、（ｂ）の矢印Ｙで示した方向に環状体８が動いた場合、回転部材１７は回転軸１５ｂを介して発電機１４に回転運動を伝達する。一方、回転軸５ｂは反時計回りの方向には回転しないために、回転部材７の回転運動は発電機４に伝達されない。その結果、発電機１４のみが発電する。また、発電機１４の発電により振動によるエネルギーが消費され、振動が減衰する。
【００３４】
上述したように、各発電機に一方向のみの回転を伝達することにより、電気の極性の変化が抑制される。その結果、逆回転時の電力の消費によるエネルギーロスが抑制される。このような発電装置によれば、振動のエネルギーを高い効率で電気エネルギーに変換することができる。
【００３５】
以上のようにして、ショックアブソーバ１０を含むサスペンション機構１００により、車両の振動によるエネルギーが電気エネルギーに変換される。発電機４及び発電機１４により発電された電力は、例えば図１の（ｂ）に示したように、正極側配線２５，２６と、負極側配線２７，２８及び所定の整流及び電圧変換の機能を有する制御手段６９等を介して接続された充電装置７０に充電される。充電装置７０としては、発電された電力を充放電できる装置であれば特に限定されない。具体的には、例えば、車両に備えられているバッテリーやリチウムイオン二次電池充電装置等が挙げられる。
【００３６】
なお、発電機４と発電機１４の、正極同士及び負極同士を接続する場合には、電流の逆流を防止するために、発電された電力を、車両に適する直流電流に整流して充電することが好ましい。そのために、例えば図１の（ｂ）に示したように、発電機４及び発電機１４と充電装置７０との接続経路の間に、ダイオード６９a,６９bを有するような整流回路や整流器等の整流手段６９を設けることが好ましい。また、発電機４及び発電機１４に流れる電流と電圧は、電流電圧制御手段６８により制御されることが好ましい。
【００３７】
ところで、従来、乗り心地を調整する機能を有するショックアブソーバが知られていた。本実施形態のショックアブソーバにおいても、発電機を流れる電流量を調整することにより、次のようにして乗り心地を調整することができる。
【００３８】
発電機を回転させる回転軸のトルクは発電機に流れる電流量により変化する。電流量が少ない場合にはトルクが小さくなり、電流量が多い場合にはトルクが大きくなる。従って、発電機に流れる電流量を制御して回転軸のトルクを調整することにより、乗り心地の硬さや柔らかさを調整することができる。具体的には、発電機に流れる電流量が少ないときには回転軸のトルクが小さくなり、乗り心地が柔らかくなる。逆に、電流量が多いときには回転軸のトルクが大きくなり、乗り心地が硬くなる。発電機に流れる電流量により回転させるトルクを調整することにより、無段階で乗り心地を調整することもできる。また、発電機の種類によっては、発電方向と逆方向の電流を供給されることにより、発電方向と逆方向に回転軸を回転させるモータとして機能することもある。
【００３９】
また、車両の揺動が小さい安定走行時には発電量が少なくなるために、発電電圧が充電可能な電圧に達しないことがある。例えば、自動車に搭載される一般的な鉛蓄電池バッテリーの電圧は１２Ｖである。発電電圧が１２Ｖに達しない低い電圧（例えば、３Ｖ程度）の場合には、鉛蓄電池バッテリーは充電されない。一方、車輪が大きな縁石を踏む等により大きすぎる衝撃を受けて車両の揺動が著しく大きくなることがある。車両の揺動が著しく大きくなったときには、発電電圧が急上昇する。例えば、５０Ｖ程度にまで発電電圧が急上昇した場合には、鉛蓄電池バッテリーに過負荷が与えられる。このような場合、発電電圧を電圧変換することにより、適正な充電電圧に調整することが好ましい。
【００４０】
図７を参照して、電流電圧制御手段の好ましい構成の一例を説明する。図７は、ＤＣ-ＤＣコンバータ６６と電流制限器６７とを備えた電流電圧制御手段１６８を備える電流電圧制御系の構成図である。ＤＣ-ＤＣコンバータ６６は直流電圧を所定の電圧に変換する。電流制限器６７は発電電流を規定値の充電電流に制御する。
【００４１】
ＤＣ-ＤＣコンバータ６６は発電電圧を充電に適した電圧に変換する。例えば、３Ｖ程度の低い発電電圧をＤＣ-ＤＣコンバータ６６で１２Ｖ以上の電圧に変換することにより、１２Ｖの鉛蓄電池バッテリーに充電可能になる。また、例えば、５０Ｖ程度の高い発電電圧をＤＣ-ＤＣコンバータ６６で１５〜１６Ｖ程度の電圧に変換することにより、１２Ｖの鉛蓄電池バッテリーに対する負荷を低減できる。
【００４２】
また、電流制限器６７により充電電流値を制御することにより乗り心地が調整される。例えば、充電電流を増加させて発電機に流れる電流量を減少させるようにすることにより、乗り心地が柔らかくなるように調整される。一方、充電電流を減少させて発電機に流れる電流量を増加させるようにすることにより乗り心地が硬くなるように調整される。
【００４３】
なお、電流電圧制御手段１６８の制御は、例えば、ショックアブソーバ２０または車体２００に備えられた振動検知手段７１によりモニターされる振動量に基づいて、所定の制御プログラムを備えたＣＰＵ７２により実行される。また、車輪の空転状態を検知して車両の接地状態を判定して、充電電流値を制御してもよい。
【００４４】
さらに、モータとしても作用する発電機を用いた場合には、ショックアブソーバ２０は次のように制御されることも好ましい。路面や軌道から車輪が浮くことにより車輪が空転して車体が不安定になったとき、ショックアブソーバ２０の下側外筒１ｂを伸ばすような方向、すなわち環状体８を図１の（ａ）における矢印Ｘの方向に動かすように回転部材７を回転させるようにモータとなる発電機４に電力を供給する。下側外筒１ｂを伸ばすことにより、車輪の接地が早くなる。この場合、車輪が地面から浮きあがったときの空転時間が短縮するために安定性が早く回復する。
【００４５】
また、図８を参照して、電流電圧制御手段の他の好ましい構成の一例を説明する。図７に示したＤＣ-ＤＣコンバータ６６は、低い電圧の発電電流をより高い電圧に変換することにより、充電量を増加させることができる。一方、例えば、図８に示すように、トランジスタを備える電流制限回路のみを用いることにより、電流値のみを制御してもよい。この場合には、低い電圧の発電電流は充電電圧として用いずに、大きな電圧の発電電流のみを充電電圧として電力を回収する。このような制御によれば発電効率は低下するが、制御装置を安価に製造することができる。
【００４６】
さらに、電流電圧制御手段の他の好ましい構成の一例を説明する。車輪が大きな縁石を踏んで車両の揺動が著しく大きくなったとき、発電機に連結された回転軸は急激に回転させられる。発電機に急激に大きな回転力が入力された場合、トルクの急激な変化により、発電機に焼付き損傷やギヤ損傷等が生じるおそれがある。このような場合、振動を受けておらず発電していないときには、回転軸を回す最低電流値未満の弱い電流（アイドリング電流）を発電電流と同じ方向に発電機に流して待機しておくことにより、急激なトルクの変化が緩和される。このような方法の一例を図９の電流電圧制御回路の一例を参照して説明する。
【００４７】
図９に示した電流電圧制御回路は、サスペンション装置２０の振動を受けている状態と受けていない状態とを判定し、振動を受けていないときに発電機４，１４に、発電電流と同じ方向にアイドリング電流Ｉ１，Ｉ２を供給する回路である。図９中、７７はＣＰＵ、７８は電流検知部、７９は極性を変換するためのＤＣ-ＤＣコンバータ、Ｒ１，Ｒ２は半導体接点等の接点、ｒ１，ｒ２は電流を低下させるための電流調整抵抗である。
【００４８】
図９の回路においては、サスペンション装置２０が振動を受けているときには、発電機４，１４が発電する。そして、発電された電力は整流手段６９を介して充電装置７０に充電される。整流手段６９と充電装置７０との経路の途中に配置された電流検知部７８は、整流手段６９から流れる電流の量を検知し、その結果をＣＰＵ７７に送信する。ＣＰＵ７７は、図１０に示すように、電流検知部７８から受信した電流量データとあらかじめ設定された規定値とを比較する（Ｓ１）。そして、検知された電流量が規定値以上である場合には、充電装置７０に対して充電回路１７０を閉、放電回路１７１を開にするように指令する（Ｓ２）。さらに、接点Ｒ１，Ｒ２を開にするように指令する（Ｓ３）。その結果、発電機４，１４で発電された発電電流ＩＧが充電装置７０に充電される（Ｓ４）。一方、電流検知部７８から受信した電流量データとあらかじめ設定された規定値とを比較し（Ｓ１）、電流量が規定値未満である場合には、充電装置７０に充電回路を開、放電回路を閉にするように指令する（Ｓ５）。さらに、接点Ｒ１，Ｒ２を閉にするように指令する（Ｓ６）。接点Ｒ１，Ｒ２を閉にしたとき、ＤＣ-ＤＣコンバータ７９で極性及び電圧が調整された後、発電機４，１４に発電電流と同じ方向に回転軸を回す最低電流値未満のアイドリング電流Ｉ１，Ｉ２が供給される（Ｓ７）。その結果、発電機がトルクをやや高めて待機することにより、急に衝撃が付与されたときの急激なトルク変化が緩和される。
【００４９】
以上、本発明に係る発電装置、及びこのような発電装置を備えるショックアブソーバの一実施形態に沿って詳しく説明した。本発明の発電装置及びショックアブソーバは上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更して用いられる。
【００５０】
発電機としては、回転軸の回転により発電する発電機であればとくに限定なく用いられる。具体的には、例えば、ネオジム磁石を用いた発電機等の電磁誘導型の直流式もしくは交流式の発電機等が挙げられる。なお、発電された電力がバッテリーや二次電池のような充電装置に直流で充電される場合には、直流式の発電機が好ましい。しかしながら、直流式の発電機はブラシが摩耗するという欠点も有する。このような問題を解決するためには、ブラシレスの交流式の発電機を用いてもよい。しかしながら、交流式の発電機は正弦波やパルスにより、回転がステップ的になる点からはサスペンション機構としてなめらかな動きを失うおそれもある。
【００５１】
また、回転部材と複数の回転部材に掛け渡される環状体との組み合わせとしては、直線運動を回転運動に変換可能な機構を実現する組み合わせであればとくに限定なく用いられる。組み合わせの具体例としては、例えば、プーリとタイミングベルト、歯付きプーリと歯付きベルトとの組合せ、チェーンとスプロケットとの組合せ、または、ラックとピニオンとの組合せが挙げられる。
【００５２】
また、環状体は経年変化や使用頻度により劣化して伸びるおそれがある。このような場合、振動が回転部材に正確に伝達しにくくなる。テンショナを設けることにより、環状体の張力が調整されて、振動が正確に伝達される。テンショナとしては、例えば、図４に示すような、回転部材８１にシャフト８３を接続し、下側外筒１ｂにシャフト８３を貫通させ、シャフト８３にばね８４を挿通して、下側外筒１ｂの外側からナット８２を締めることにより張力を調整できるようなベルトテンショナ８０が挙げられる。
【００５３】
また、本実施形態の発電装置１０は２つの回転部材７，１７と、それらに接続された２つの発電機４，１４とを備える。回転部材の数及び回転部材に接続される発電機の数は特に限定されず、目的とする発電能力等に応じて適宜調整してもよい。例えば、発電能力を増強させるために、３つ以上の回転部材及びそれらに接続される３つ以上の発電機を備えた発電装置であってもよい。
【００５４】
また、発電装置１０においては、回転部材７に発電機４が接続されている。同様に、回転部材１７に発電機１４が接続されている。このように２つの回転部材のそれぞれに発電機を接続した場合には、振動による往方向の運動及び復方向の運動の両方の運動エネルギーを電気エネルギーに変換して回収することができる。しかしながら、要求される発電能力や衝撃吸収能力に応じて、それぞれの回転部材の全てに発電機を接続する代わりに、発電機を接続せず、発電能力のない軸受けで支持された回転部材を備えてもよい。
【００５５】
また、発電装置１０においては、回転軸５，１５はそれぞれ片持ち支持されている。片持ち支持の代わりに、回転軸、各発電機を配置した方向と反対側でベアリングを備えた軸受等により回転軸を支えた両持ち支持であってもよい。
【００５６】
また、発電装置１０においては、発電機４に支持された回転軸５ａと回転部材７を支持する回転軸５ｂとを連結し、発電機１４に平行支持された回転軸１５ａと回転部材１７を支持する回転軸１５ｂとを連結した回転軸を用いている。これらのように連結機構で連結された２本の回転軸の代わりに、一本の回転軸を用いてもよい。
【００５７】
また、本実施形態のサスペンション機構１００を備えた車両２００は、高い凸部を乗り越えるような場合、ショックアブソーバ２０が突然大きな衝撃を受けて発電機が高回転させられて過負荷を受ける場合がある。このような過負荷を抑制するために、発電機に付与される負荷を制限するためのトルクリミッタを設けてもよい。トルクリミッタの具体例としては、例えば、所定値以上のトルクが掛かった場合には回転軸が空回りするような機械的なトルクリミッタや、電気の消費量に応じて発電機に付与される負荷を変化させる電磁力を用いたトルクリミッタ等が挙げられる。また、回転軸を連結する連結機構として、例えば、過負荷がかかると連結された回転軸同士の連結を切り、トルク伝達を遮断するようなトルクリミッタの機能を備える連結装置を用いてもよい。
【００５８】
さらに、ショックアブソーバが極めて大きな衝撃を受けて、発電機が過負荷を受けることを機械的に抑制する機構を必要に応じて設けてもよい。具体的には、発電装置に振動を入力する経路の何れかの部分、例えば、連結部、振動入力部、環状体の少なくとも一部分に高弾性率のバネやゴム等の弾性体を介在させることにより、予想外の振動を受けたときに伸びることにより負荷を緩和するような弾性材料による保護機構を設けてもよい。
【００５９】
また、回転部材による回転力が不足する場合には、増速機構をさらに設けることにより発電能力を増強させてもよい。増速機構としては、回転部材の回転数に比べて発電機に伝達される回転数を増加させることができる従来から知られた機構が特に限定なく用いられる。具体的には、例えば、回転軸同士をギヤ比の異なるギヤで連結するような増速機構や、発電機と回転軸とをギヤボックス等を介して連結するような方法が挙げられる。
【００６０】
また、本実施形態の発電装置１０においては、発電機４の回転軸５ａと回転軸５ｂとを連結機構２２を介して、また、発電機１４の回転軸１５ａと回転軸１５ｂとを連結機構２３を介して直線状に連結している。このように直線状に発電機を接続した場合には、発電機を収容するための筐体の幅を大きく確保する必要があり、筐体の幅が大きくなる。筐体の幅を小さくするために、次のような機構に置き換えてもよい。
【００６１】
例えば、図５に示すように、回転部材７に接続された回転軸５ｂと、かさ歯車（ベベルギヤ）３１，３２により回転軸５ｂの回転を直角方向に変換するギアセットと、直角方向に変換された回転力を供給される発電機３４を有するような構成であってもよい。また、回転方向制限手段１１に連結された回転部材７を用いる代わりに、図６に示すように、回転方向制限手段に連結されていない回転部材１７を用い、発電機３４に回転力を入力する直前で回転方向を制限するための回転方向制限手段４１を有するような構成であってもよい。
【００６２】
また、本実施形態においては、代表的に、コイルスプリング３０の内部にショックアブソーバ２０を挿通させた一般的な形態のサスペンション機構１００について詳しく説明した。本発明に係るショックアブソーバは、例えば、ショックアブソーバをコイルスプリングから独立させて配置させたトレーリングアーム式のサスペンション機構や、リーフスプリングを用いたリーフスプリング式のサスペンション機構にも適用できる。
【００６３】
また、上述した実施形態のショックアブソーバは、自動車のサスペンション機構に適用した例を代表例として例示したが、自動二輪車、自転車、電車のサスペンション機構にも適用することができる。さらに、自動車の種類としては、ガソリンエンジン車、電気自動車、ハイブリッド車等各種自動車に適用できる。また、本発明に係る発電装置は車両に限られず、振動を発生する船舶や、橋梁や建築物にも配置することにより、振動エネルギーを電気エネルギーに効率的に変換することができる。
【００６４】
以上説明した発電装置においては、外部からの振動が振動伝達手段を介して環状体に伝達される。環状体は、振動伝達手段を介して伝達された振動により往復運動させられる。環状体の往復運動により、環状体を掛け渡した回転部材が回転する。そして、回転部材の回転運動が回転軸を介して発電機に伝達される。回転部材には、回転軸の一方向のみの回転を発電機に伝達する回転方向制限手段が設けられている。発電機に一方向のみの回転を伝達することにより、電気の極性の変化を抑制する。その結果、逆回転時の電力の消費によるエネルギーロスが抑制される。このような発電装置によれば、振動のエネルギーを高い効率で電気エネルギーに変換することができる。
【００６５】
また、複数の回転部材は、２つの回転部材であり、２つの回転部材は、互いに逆方向への回転のみを許容する回転方向制限手段を、それぞれ備えていること、さらには、２つの回転部材は、各回転軸の回転により回転力を供給される２つの発電機にそれぞれ接続されており、２つの発電機は互いに逆方向への回転により発電し、発電した電力を一方向のみに流れるように整流する整流手段をさらに備えることが好ましい。このような構成によれば、環状体の往復運動による、往方向の運動と復方向の運動の全ての運動エネルギーを電気エネルギーとして回収することができる。その結果、上下方向の振動の場合には、上下方向の両方の運動エネルギーを回収することができる。
【００６６】
また、発電機は、トルクリミッタを介して回転部材に連結されていることが好ましい。このような構成によれば、突発的な大きな振動を受けた場合に、トルクリミッタにより発電機に付与される負荷を制限することができ、それにより、過負荷による発電機の損傷を抑制することができる。
【００６７】
また、回転部材と環状体との組み合わせとしては、プーリとタイミングベルトとの組合せ、歯付きプーリと歯付きベルトとの組合せ、チェーンとスプロケットとの組合せ、またはラックとピニオンとの組合せ等が好ましく用いられる。
【００６８】
また、発電装置は、環状体の張力を調整するテンショナをさらに備えることが好ましい。本発明に係る発電装置を車両用のショックアブソーバとして用いる場合、長期間の運転により環状体が徐々に伸びて、振動が伝達しにくくなることがある。このような場合に、テンショナにより張力を調整することにより振動の正確な伝達を維持することができる。
【００６９】
また、発電装置は、発電機と回転部材との間に増速手段をさらに備えることが、回転部材の回転数よりも発電機の回転数を高めることにより発電能力を向上させることができる点から好ましい。
【００７０】
また、発電装置は、上側外筒及び下側外筒の一方が他方に挿入され、振動方向に摺接しつつ互いに離間または接近の相対動作が可能な筐体を備え、上側外筒または下側外筒の何れか一方のみに複数の回転部材が直接または間接的に支持されており、複数の回転部材を支持しない他方の上側外筒または下側外筒の何れか一方のみに振動伝達手段が支持されていることが好ましい。このような構成によれば、例えば、上側外筒を車両の車体側に固定し、下側外筒を車両の車輪側に固定することにより、振動を効率的に伝達することができるとともに、発電装置本体を外界から保護できる。
【００７１】
上述したような発電装置を車両用のショックアブソーバとして用いた場合には、車両の揺動による振動を吸収して、吸収した振動のエネルギーを用いて発電することができる。すなわち、従来の油圧式のショックアブソーバ等において、熱として外界に放出されていた振動のエネルギーを電気エネルギーとして回収することができる。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
本発明の発電装置は、乗り物や橋梁等の構造物に配置することにより、その振動のエネルギーを電気エネルギーに変換することができる。また、本発明の発電装置を備えたショックアブソーバは、発電するショックアブソーバとして、車両の燃費を向上させる。
【符号の説明】
【００７３】
１ａ    上側外筒
１ｂ    下側外筒
１    筐体
３    支持部材
３ａ    固定部分
４，１４，３４    発電機
５（５ａ、５ｂ）    回転軸
６    上側スプリングシート
７，１７    回転部材
８    環状体
９    振動入力部
９ａ    連結部
１０    発電装置
１１、２１，４１    回転方向制限手段
１５（１５ａ、１５ｂ）    回転軸
１６    下側スプリングシート
２０    ショックアブソーバ
２２，２３    連結機構
２５，２６，２７，２８  配線
３０    コイルスプリング
３１，３２    かさ歯車
４０    車体
５１，６１    ボルト
５２    車体側取付部
６０    車輪側部材
６６，７９    ＤＣ-ＤＣコンバータ
６７    電流制限器
６８，１６８    電流電圧制御手段
６９    整流手段
６９a,６９b，７７，７８    ダイオード
７０    充電装置
７２，７７    ＣＰＵ
７８    電流検知部
８０    ベルトテンショナ
１００    サスペンション機構
【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】
0005967396.tif 000008
【図８】
0005967396.tif 000009
【図９】
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【図１０】
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