(57)【要約】【課題】防音壁の振動で圧電素子を振動させて発電する機構は存在するが、発電電力もわずかであり、商業的に利用するに到っていない。防音壁の振動を利用して高電力を発生でき、安価かつ耐久性に優れた新規な発電機構を提供する。【解決方法】転動あるいは回転する永久磁石と該永久磁石の磁束を横切る位置に配置された電磁誘導コイルの組合せからなる振動発電機の該永久磁石を防音壁の振動部から伝達された振動によって転動あるいは回転させて発電させることを特徴とする。【選択図】　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
転動あるいは回転する永久磁石と該永久磁石の磁束を横切る位置に配置された電磁誘導コイルの組合せからなる振動発電機の該永久磁石を防音壁の振動部から伝達された振動によって転動あるいは回転させて発電させることを特徴とする防音壁の振動を利用した発電機構。
【請求項２】
上記永久磁石は防音壁の振動部から伝達された振動によって振動する非磁性材料からなるガイドの凹曲面の上に載置され、該ガイドの振動によって該永久磁石が該凹曲面の上を左右に転動することを特徴とする請求項１に記載の防音壁の振動を利用した発電機構。
【請求項３】
上記ガイドが防音壁の遮音面に対向して垂直に立設されてなることを特徴とする請求項２に記載の防音壁の振動を利用した発電機構。
【請求項４】
電磁誘導コイルと該コイルに差込まれた棒磁石との組合せからなる振動発電機の該磁石とコイルのいずれか一方を防音壁の振動部から伝達された振動によって振動させて発電させることを特徴とする防音壁の振動を利用した発電機構。
【請求項５】
上記防音壁が橋梁、高架橋の防音壁である請求項１〜４のいずれかに記載の防音壁の振動を利用した発電機構。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、防音壁の振動を利用した発電機構に係わり、更に詳しくは、橋梁や高架橋の振動を利用した発電機構に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
防音壁の振動で圧電素子を振動させて発電する機構は存在するが、素子そのものの価格と耐久性に問題がある上に、発電電力もわずかであり、商業的に利用するに到っていないのが現状である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、防音壁の振動を利用して高電力を発生でき、安価かつ耐久性に優れた新規な発電機構を提供せんとするものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題は下記（１）〜（５）の手段で解決できる。
（１）転動あるいは回転する永久磁石と該永久磁石の磁束を横切る位置に配置された電磁誘導コイルの組合せからなる振動発電機の該永久磁石を防音壁の振動部から伝達された振動によって転動あるいは回転させて発電させることを特徴とする防音壁の振動を利用した発電機構。
（２）上記永久磁石は防音壁の振動部から伝達された振動によって振動する非磁性材料からなるガイドの凹曲面の上に載置され、該ガイドの振動によって該永久磁石が該凹曲面の上を左右に転動することを特徴とする上記（１）に記載の防音壁の振動を利用した発電機構。
（３）上記ガイドが防音壁の遮音面に対向して垂直に立設されてなることを特徴とする上記（２）に記載の防音壁の振動を利用した発電機構。
（４）電磁誘導コイルと該コイルに差込まれた棒磁石との組合せからなる振動発電機の該磁石とコイルのいずれか一方を防音壁の振動部から伝達された振動によって振動させて発電させることを特徴とする防音壁の振動を利用した発電機構。
（５）上記防音壁が橋梁、高架橋の防音壁である上記（１）〜（４）のいずれかに記載の防音壁の振動を利用した発電機構。
【０００５】
【発明の実施の形態】
本発明で、振動発電機とは、永久磁石と、この永久磁石の磁束を横切る位置に配置された電磁誘導コイルの組合せからなり、振動によって永久磁石とコイルの一方が振動することによってコイルを横切る磁束に変化が起こって電磁誘導コイルに電圧を誘起する発電機全般を意味するものである。具体的には下記構造の発電機である。
（１）　電磁誘導コイルと、このコイルに差込まれた棒磁石との組合せからなり、振動によってこの棒磁石とコイルのいずれか一方が振動してコイルを横切る磁束に変化が起こって電磁誘導コイルに電圧が誘起する発電機。
（２）　ラックとピニオンを使って振動の直線運動を回転運動に変換し、この回転軸に永久磁石を連結してコイルの中で回転させて、コイルに起電力を誘起させる発電機。（永久磁石が回転する機構）
（３）　凹曲面を持つ非磁性ガイドとガイドの凹曲面の上を転動する永久磁石と該永久磁石の磁束を横切る位置に配置された電磁誘導コイルの組合せからなり、振動によってこの非磁性ガイドが振動し、ガイドの振動で永久磁石が凹曲面の上を転動してコイルを横切る磁束に変化が起こって電磁誘導コイルに電圧が誘起する発電機。（永久磁石が転動する機構）
（４）上記（１）〜（３）の折衷構造
（５）上記（１）〜（３）でコイルと磁石が両方動く構造の発電機。
【０００６】
本発明を適用できる防音壁は、高架橋、橋梁の防音壁が最も好適である。道路の上に立設した防音壁は振動が道路に吸収されて発電に必要な振動、振幅が得られない。高架橋、橋梁では通過する車両によって橋そのものが振幅の大きな低周波（周波数：１Ｈｚ以下）振動をするので、発電に有効に活用できる。
上記した（１）〜（５）の構造の振動発電機は、高架橋、橋梁の低周波振動に最も適した構造の発電機である。とりわけ永久磁石がガイドの上を転動する構造の発電機は１Ｈｚ以下の低周波振動に最も適した構造である。周波数が高すぎると左右のストロークの大きな転動が得られず、大きな電力を取りだすことが出来ない。また転動タイプは左右の振動のみならず上下振動でも永久磁石が有効に転動するので複雑な振動が混ざりあう防音壁には最も好適な構造である。
【０００７】
本発明機構を鉄道や高速道路の高架橋の道路側面に立設された防音壁を例にして説明する。
図１は転動タイプの振動発電機の説明図。図２は図１の機構の発電機を高架橋に取付けたときの作用を説明する図である。
図１で、１は凹局面を持つガイドであり、樹脂、非磁性金属等の非磁性材料からなる。永久磁石２は車輪のように丸く加工されており、凹局面の上をコロのように左右に自在に転動する。
ガイドの凹局面の曲面半径は、凹局面底部での磁石の転動周期が橋梁や高架橋の振動周期と一致するように決定することによって、永久磁石の転動速度と転動距離を最大にすることが出来、コイルに誘起される起電力が最大になる。
磁石が転動時、凹局面から外に逸脱しないように、凹局面を挟むように二枚の横板３が取付けられている。従って磁石は、高架橋や橋梁の振動、揺動で凹局面と二枚の横板で画成される空間の中を左右自在に動くこととなる。
【０００８】
２枚の横板の外側には、電磁誘導用のコイルが配置されている。
コイルは磁石の軸方向に対向させて配置する。コイルの数は２枚の横板を挟んで左右に一個づつ、合計二個配置しても良いが、好ましくは複数個のコイルを隙間なく並べて配置するほうがよい。
電磁誘導で誘起される電圧は、コイル内部の総磁束数の変化量に比例するので，コイルは、横板を挟んで左右に隙間なく配置するほうが良い。
横板を挟んで左右に配置されたコイルと，同一横板上の隣同士のコイルには逆の電流が誘起されるので、電流が打ち消されないようにコイルを接続する。コイルの誘起起電力と電流は接続方法（直列、並列）によって適宜調節することができる。図ではコイルは片面にのみ配置されているが、永久磁石を両面から挟むように左右一対配置しても良いし、またコイルの巻き線方向はガイドと永久磁石を包み込むように巻回しても良い。
【０００９】
図２で、高架橋や橋梁の側面に立設された防音壁は通過する自動車や鉄道車両によって緩やかな低周波振動を起こし上下左右に振動する。　　　防音壁に取付けられた振動発電機は、防音壁の振動と一体となって振動する。
防音壁に振動発電機を取付ける部位は、どの部分でも良い。つまりどの部分、どの位置でも振動発電機は振動して電力を取り出すことが出来るが、最も好ましいのは、防音壁に垂直に取付けるときである。
この部位は振幅が最も大きく、最大電力を発電できる。
【００１０】
また図では説明を簡単にするために発電機の数は、一組のみ記載しているが、必要に応じて適宜増設して発電電力を大きく出来る。また磁石が転動時、凹局面から外に逸脱しないように、凹局面を挟むように二枚の横板を適宜取付けても良い。
【００１１】
本発明の振動発電機では交流電圧が誘起される。従ってコイルの最終端末に整流器を接続して直流に変換し、変換した直流は更にレギュレーターで電圧を昇圧して電池に充電する。
【００１２】
本発明に使用するコイルは巻き線型のコイルからシート状のコイルまで形状に何ら制約を受けることなく使用できる。また永久磁石は、鋳造磁石、焼結磁石、永久磁石粒子をプラスチックで固めた磁石等、いかなる製法のものでも使用することができる。
【００１３】
【実施例】
実施例１
振動発電機（図１の構造）
図１に示した構造の発電機を試作した。
ガイド部分
［ガイド部分］
凹曲面の幅が９　ｍｍ、凹面の長さが　１００　ｍｍの凹曲面（半径１１０ｍｍ）を持つガイドをアクリルで試作し、凹曲面の両面には厚さ１ｍｍのアクリル製の横板を接着した。
【００１４】
［磁石］
直径１８ｍｍ，長さ８ｍｍの小さな永久磁石を上記ガイド部の溝の中に装入した。
【００１５】
［コイル］
Ф０．２　ｍｍの銅線で外径９ｍｍ、巻き回数１００回の銅線によるコイルを４本試作した。コイルをガイドの横板の両端にそれぞれ２個づつ密に並べて接着剤で固定した。コイルはお互いの誘導電圧を打ち消さないように接続し、小型の昇圧形チョッパを使用して、整流および昇圧を行い、電池の充電に使用した。
【００１６】
発電機を高速道路高架橋の防音壁に取付けた時の発電性能を調べた。
図２に示す様に、発電機のガイド１は磁石が転動する方向が遮音板に垂直になるように取付け、遮音板の振動と連動するようにした。
発電機に８Ωの電気抵抗器を取付けて消費される電力を調べた。
【００１７】
平均発電電圧は０．３４Ｖであった。
この電圧を昇圧，整流して充電を行うことができた。
平均発電電力は６．５ｍＷであった。
【００１８】
防音壁１ｍ×１ｍの面積に本発電機を１００個取付けてテストした。
平均電圧３４Ｖ、平均電力６５０ｍＷ発電できた。
本発電機は昼夜を問わず、また天気に関係なく安価に発電できることが確認できた。
【００１９】
【発明の効果】
以上詳記したように本発明発電機は簡便、安価、耐久性に優れた構造で、昼夜を問わず、天気に左右されることもなく安定して発電できる機構であり、省エネに多大な貢献をなすものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、永久磁石が転動する構造の発電機の説明図である。
【図２】図２は、図１の発電機を防音壁に取付けた構造の説明図である。
【図１】
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【図２】
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