(57)【要約】【課題】  圧電素子を使用して、運転者への負担及び騒音を無くするばかりでなく、従来より製造販売されている自転車への取付けが極めて簡単であると共に、従来の非接触型発電方式より発電効率を高めることができ、構造も簡素で安価となる自転車等の圧電素子による非接触式発電装置を提供する。【解決手段】  圧電素子３を取り付けた基板（弾性体）２の一端２ａを車体のフレームに取り付け、揺動自在な同基板２の他端２ｂに永久磁石４を装着して被振動部１を構成し、輪を構成するスポーク１１の同永久磁石４に対向する位置に加振用磁性接片５を取り付け、同永久磁石と同加振用磁性接片とを非接触に対峙させ、前記車輪の一方向性の回転により前記圧電素子にパルス振動を与え、圧電圧を発生させる。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電素子の接着された基板の一端を車体側のフレームに取り付け、同基板の他端に永久磁石を装着して被振動部を構成し、車輪を構成するスポークが同一平面上で交差する部分を加振用磁性部とし、同加振用磁性部と同永久磁石とを非接触的に対峙させ、前記車輪の一方向性の回転により前記圧電素子にパルス振動を与え、圧電圧を発生させることを特徴とする自転車などの圧電素子による非接触型発電装置。
【請求項２】
２本のスポークが同一平面上に交差する前記加振用磁性部の位置に、更に吸引力強化のための加振用磁性接片を取り付けたことを特徴とする請求項１記載の自転車などの圧電素子による非接触型発電装置。
【請求項３】
前記加振用磁性接片の形状は、前記永久磁石とほぼ同径で、その厚みは前記スポーク径の２倍以上とし、同加振用磁性接片の表面及び裏面に同スポークが交叉する角度でかつ同スポーク径に等しい径を有する溝を設け、さらに同加振用磁性接片に偏光による反射機能をもたせ、同溝に同スポークをはめ込んで同加振用磁性接片を同スポークに固定したことを特徴とする請求項２記載の自転車などの圧電素子による非接触型発電装置。
【請求項４】
車輪のリブにスポークを結合する鍔付き筒型の雌ネジを前記加振用磁性部としたことを特徴とする請求項１記載の自転車などの圧電素子による非接触型発電装置。
【請求項５】
前記加振用磁性接片を軟磁性接片としたことを特徴とする請求項２記載の自転車などの圧電素子による非接触型発電装置。
【請求項６】
前記圧電素子固有の自由振動数をＦとし、前記加振用磁性部の位置又は前記加振用磁性接片の取り付け位置により決まるパルス周波数をｆとしたとき、Ｆ＞ｆとなるように設定したことを特徴とする請求項１又は２のいずれかの項記載の自転車などの圧電素子による非接触型発電装置。
【請求項７】
前記被振動部を、圧電素子の装着された前記基板と前記永久磁石との間に同基板と略同一幅の短冊状の弾性体を取付け、同短冊状弾性体の端末に同永久磁石を装着し、前記基板を含めた振動体としたことを特徴とする請求項１記載の自転車などの圧電素子による非接触型発電装置。
【請求項８】
互いに自由振動数を異にする複数個の圧電素子を配置したことを特徴とする請求項１又は６のいずれかの項記載の自転車などの圧電素子による非接触型発電装置。
【請求項９】
前記圧電素子によって発生した交流電圧を照明灯、表示灯又は他の機器の電源として使用するか、又は同交流電圧の一部を直流化して蓄電することを特徴とする請求項１記載の自転車などの圧電素子による非接触型発電装置。
【請求項１０】
前記被振動部を防湿構造をもつ防護用匡体に収納したことを特徴とする請求項１記載の自転車などの圧電素子による非接触型発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電素子を使用して、運転者への負担及び騒音を無くするばかりでなく、従来より製造販売されている自転車への取付けが極めて簡単であると共に、従来の非接触型発電方式より発電効率を高めることができ、構造も簡素で安価となる自転車等の圧電素子による非接触式発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来自転車などの表示灯は電池を電源とした点灯方式が、古くから利用されていたが、電池の消耗、表示灯の断線、スィッチなどの故障等や、さらに自転車への装架の容易なことより、これを他に流用したり、何処かに持ち去られて、必要時に使用できなかったりし、このようなことが生じて、容易に普及していないのが現状である。
これに代わるべきものとして、耐久性を基本に電磁的誘導による発電装置が開発され、実用化されているが、夜間の必要時に至っても、その利用率は低く、３割程度は無灯火で走行している状態である。
【０００３】
この理由は、安価で、高出力、小型化等を目標とした永久磁石による回転型発電機によって、極数の多様化、磁石の高磁束化、回転数の高速化等により、特性が改善されているものの、無灯火の理由として、駆動方法に問題のあることがわかった。
即ち駆動される発電機は高速回転を前提とするために、発電機プーリの直径を縮小し、これをタイヤ部分に押圧し、タイヤとの接触摩擦を大きくして、発電機を回転させている。これは照明の明るさの増強に寄与しているものの、乗車時の走行労力に対して、ブレーキ制動の感覚が生じて、無灯火状態で走行しがちになるものと思われる。この発電機のトルク増加を実測した例では、これを無視できるほど軽快なものではなく、発電機の発生電力よりも大きな駆動力が費やされていることがわかった。このような無灯火状態はむしろ歩行者側に危険であり、トラブルが発生しやすい。
【０００４】
そこで、こうした従来の課題を解決するために、非接触型の発電機を自転車の構成要素としたものが提案されている。たとえば、特許文献１（実開昭６３−３２９７５号公報）には、自転車のハブ内に多数の磁石を固定するとともに、回転軸には発電コイルを配設し、磁石と発電コイルとによる起電力によって前照灯や尾灯を点灯させる構造が開示されており、また特許文献２（実開昭６４−４０２７０号公報）には、車輪のリム上に磁石をＮ極；Ｓ極交互に配設すると共に、これらの磁石に対向した位置に発電コイルを配設し、これらと発電コイルとによりやはり起電力を発生させる構造の発電機が開示されている。
また特許文献３（特開平４−７８６７７号公報）には、車輪のスポークに磁石を円周状に複数設ける一方、フォークには発電コイルを固定し、上記２つの公報記載のものと同じように、起電力を発生させ、これによって点灯する構造のライト装置が開示されている。
【０００５】
【特許文献１】実開昭６３−３２９７５号公報
【特許文献２】実開昭６４−４０２７０号公報
【特許文献３】特開平４−７８６７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記の非接触型の発電機によれば、確かに上記種々の問題は解決され、運転者への負担及び騒音はなくなり、また乾電池の交換という煩わしさからも開放される。
しかしながら上記した従来の構造では、いずれも磁石と発電コイルとにより起電力を発生させる方式のものであるため、装置自体が大掛かりとなり、従来の自転車自体の構造を大きく変更する必要があると共に、コスト高とならざるを得ない。またかかる発電方式では依然として発電効率が高くならないという問題点がある。
【０００７】
本発明は、かかる従来技術の課題に鑑み、運転者への負担及び騒音を無くするばかりでなく、従来より製造販売されている自転車への取付けが極めて簡単であると共に、従来の非接触型発電方式より発電効率を高め、構造も簡素で安価となり得る自転車等の非接触式発電装置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】
【０００８】
本発明は、かかる目的を達成するもので、その第１の手段は、圧電素子の接着された基板の一端を車体側のフレームに取り付け、同基板の他端に永久磁石を装着して被振動部を構成し、車輪を構成するスポークが同一平面上で交叉する部分を加振用磁性部とし、同加振用磁性部と同永久磁石とを非接触的に対峙させ、前記車輪の一方向性の回転により前記圧電素子にパルス振動を与え、圧電圧を発生させることを特徴とする。
かかる第１の手段において、前記加振部は２本のスポークが同一平面上で交叉する位置で加振用磁性部の機能を持たせることができ、好ましくは、更に圧電素子の振動の振幅を増大して、圧電素子の出力電圧を増強するために、前記加振部に加振用磁性接片を取り付ける。
さらに好ましくは、前記加振用磁性接片の形状は前記永久磁石とほぼ同径で、その厚みは前記スポーク径の２倍以上とし、同加振用磁性接片の表面及び裏面に同スポークが交差する角度でかつ同スポーク径に等しい径を有する溝を設け、さらに同加振用磁性接片に偏光による反射機能をもたせ、同溝に同スポークをはめ込んで同加振用磁性接片を同スポークに固定する。
【０００９】
本発明は、圧電素子を利用した発電方式を採用している。即ち上記被振動部に取り付けた永久磁石と、スポークが同一平面で交叉する加振用磁性部、更には同加振用磁性部に加振用磁性接片が取り付けられた場合にはその間とを磁束が透過し、この中で、自転車の車輪の一方向への回転により複数個の加振用磁性接片が次々と永久磁石の近傍を通り過ぎていくことによる吸引と吸引からの解放との繰り返しにより、圧電素子にパルス振動を与え、その歪で圧電圧を発生させる。スポークは鋼材であるので、磁性材でもあり、磁石の磁束の透過は、１本のスポークより２本のスポークのほうが２倍の透過性を有するので、スポークが同一平面で交差する前記加振用磁性部は永久磁石の加振用磁性として十分に活用することができる。
【００１０】
２本のスポークが同一平面上に交叉する複数の加振用磁性部の位置の軌跡は、複数個の同交叉部の軌跡は円形を呈し、その部分のスポーク面積のみでも磁路を完全に形成し、更にそれらの交差位置に加振用磁性接片を取り付けることにより、圧電素子の振幅は増大し、加振機能を十分に果たし得ることは言うまでもない。
即ちたとえば、一定規格の車輪では３６本のスポーク数があり、その４分の１の９カ所が加振用磁性接片の取り付け位置となり、車輪の１回転に対して、圧電素子には９回の一方向性パルスが加わることになる。
【００１１】
また加振用磁性接片を上記の構造とすることで、スポークに簡便にかつ強固に取付けることができると共に、同加振用磁性接片に偏光による反射機能をもたせることにより、同磁性接片が光を反射し、夜間における表示機能を果たすことができる。
また本発明の他の形態として、車輪のリブにスポークを結合する鍔付き筒型の雌ネジを前記加振用磁性接片としたことにより、圧電素子に加わる加振パルス数はスポークの総数と同数（たとえば上記規格の車輪ではスポーク数は３６本）となる。
また好ましくは、前記加振用磁性接片を軟磁性とすることにより、増磁、減磁がしやすくなり、永久磁石に対する吸引と吸引からの解放との繰り返しパターンを生じさせやすく、そのため振動の発生効率を高めることができると共に、加工性が良いため、取り扱いが便利である。
【００１２】
なお加振用磁性部又は加振用磁性接片が永久磁石に接近後、永久磁石から離れた後は、圧電素子の固有振動により圧電素子の振動が継続する。要するに、前記パルス振動と、圧電素子の固有振動との和により、振動が継続し、発電が行われる。
圧電素子は、薄膜状の圧電子薄膜を絶縁基板の表裏に接着させた構造とするのが望ましく、またその絶縁基板はその設計上の理由により、ある程度の厚みを必要とし、その表裏面に歪による圧電気が発生する圧電素子が接着されるために、その自由振動数は高くなる。これを加振する一方向性のパルス間隔が長い場合には、パルスによる加振時だけ電圧が発生し、次回のパルスに至る間に電圧は直ちに減衰する。
もし正負のパルスによる強制振動で加振されるとすれば、連続してそのパルスの電圧が発生することになるが、これは本発明の装置では期待することができない。
一方本発明の場合のように、一方向性のパルスでは原位置への復帰は圧電素子の弾性に依存するので、一方向性パルスが圧電素子が原位置に復帰する以上の周波数である場合、原位置に復帰することなく、湾曲したままとなり、電圧の発生は皆無となる。
【００１３】
従って一方向性パルスにより電圧の発生を継続させるためには、パルス間では自由振動で電圧を発生させることが必要であり、そのため圧電素子の自由振動が自由に調整可能となるように、圧電素子をたとえば弾性材などを使用して弾性的に支持する必要がある。要するに、圧電素子の振動数に対し、加振側の一方向性パルスの振動数が大であれば、電圧は発生せず、小であれば、一方向性パルスと、一方向性パルス間の自由振動との和が出力電圧となる。
以上のように、被振動部で支持された圧電素子固有の自由振動数をＦとし、加振用磁性接片の取り付け位置により決まるパルス周波数をｆとしたとき、Ｆ＞ｆとなるように設定することが好ましい。即ち、Ｆ＞ｆの場合、圧電素子には、加振用磁性接片による強制パルス振動の外に、圧電素子固有の自由振動数が加わり、発電効率は高くなる。加振用磁性接片の強制パルス振動数が増加して、もしＦ＝ｆになると、一方向性の加振のために圧電素子固有の自由振動が制限され、その波形は乱れがちとなり、圧電素子は原位置に復帰することなく、振動がなくなり、圧電気の発生はなくなるからである。
しかし加振用磁性接片の位置、及び圧電素子の形状、剛性等の設計値で、Ｆ＞ｆの条件を維持し、発電効率の低下を避けることができる。
【００１４】
従って電圧発生に対してより良好な継続性をもたせるためには、好ましくは、圧電素子の装着された前記基板と前記永久磁石との間に同基板と略同一幅の短冊状の弾性体を取付け、同短冊状弾性体の端末に同永久磁石を装着し、これによって基板を含めた振動の周期を長くし、一方向性の瞬時のパルス振動に自由振動を加えて発生電圧を継続させるもので、前記弾性体を装着することにより、自由振動の調整を行わせるものである。
【００１５】
また好ましくは、前記圧電素子を、互いに自由振動数を異にする複数個の圧電素子とする。自転車の速度の変化によって、車輪の回転周期が変化し、あるいはスポークに取り付けられた加振用磁性接片の数によって発生する振動パルスの周期が変化するが、上記構成を具備することにより、個々の圧電素子の出力を合成することで、総出力を増加できると共に、それぞれ自由振動数が異なる個々の圧電素子の集合が、上記振動パルスの周期変化に対して、出力の変動に対する平準化を図ることができる。
【００１６】
単なる出力の増強のためには、圧電素子の出力を大きくすることなどで可能となるが、出力の平準化には効果がない。これに対して、互いに自由振動数を異にする複数個の圧電素子を併設して、それらの自由振動数を合成することにより、出力の増強とともに、出力の変動に対する平準化を図ることができる。
ただしこの場合の出力の合成は、出力電圧が交流の場合、位相、波形、及び周波数が一致していることが前提であるが、本発明の適用条件下では、全く期待することが不可能であり、そのため各出力電圧を直流化した上で合成することにより、出力の増強とともに、出力の平準化を図ることができ、照明灯、表示灯以外の走行距離計、速度計測装置等演算処理の電源に使用可能となる。
【００１７】
また、好ましくは、圧電素子によって発生した交流電圧を照明灯、表示灯又は他の機器の電源として使用する。圧電素子で発生した交流電圧は、照明灯、表示灯のほかに、複数個のＬＥＤ、走行距離や速度計測などの演算のためのディジタル的入力として、また他の一部は直流化して、電気二重層キャパシティなどに蓄積し、前記計器の記憶回路及び演算回路等に供給してもよい。
また、好ましくは、前記被振動部を防湿構造をもつ防護用匡体に収納したことにより、圧電素子を含む同被振動部の耐久性を向上することができる。
また永久磁石は同防護用筐体内に収納されているので、外界よりの磁性粉などの付着のおそれもなく、長期間の使用に際しても、圧電素子の振動が阻止されるようなこともなく、そのための保守も全く必要としない。
【発明の効果】
【００１８】
以上のように本発明によれば、圧電素子の接着された基板の一端を車体側のフレームに取り付け、同基板の他端に永久磁石を装着して被振動部を構成し、車輪を構成するスポークが同一平面上で交叉する部分を加振用磁性部とし、同加振用磁性部と同永久磁石とを非接触的に対峙させ、前記車輪の一方向性の回転により前記圧電素子にパルス振動を与え、圧電圧を発生させることにより、運転者への負担及び騒音を無くするばかりでなく、従来より製造販売されている自転車への取付けが極めて簡単であると共に、従来の非接触式発電装置よりも発電効率を高め、構造も簡素で安価な自転車等の非接触式発電装置を提供することができる。
また好ましくは、前記構成に加えて、前記被振動部を、圧電素子の装着された前記基板と前記永久磁石との間に同基板と略同一幅の短冊状の弾性体を取付け、同短冊状弾性体の端末に同永久磁石を装着し、前記基板を含めた振動体としたことにより、電圧発生の継続性を更に高めることができる。
また、本発明の好ましい他のいくつかの前記実施形態によれば、上記の作用効果に加えて、前述のとおりの優れた作用効果を発揮できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
図１の（ａ）は本発明を自転車の発電装置に適用した第１実施例に係る被振動体の立面図、（ｂ）は同被振動体の右側面図、図２の(ａ)及び（ｂ）は前記第１実施例に使用される永久磁石４の各例を示す立面図及び側面図、図３（ａ）及び（ｂ）は前記第１実施例に係る、筐体１４内に収納した被振動体１の立面図及び側面図、図５は、前記第１実施例に係る、加振用磁性接片５のスポーク１１への取り付け状態を示す説明図、図６は、前記第１実施例に係る圧電圧を各種機器に供給する回路図、図７は、本発明の第２実施例に係る被振動部の概略立面図、図８は、本発明の第３実施例に係る被振動体の立面図である。
【００２０】
第１実施例における被振動板の全体構成を示す図１〜図２において、被振動板１は、弾性を有する短冊状基板２の表裏面に電気的絶縁皮膜を介して、圧電素子３を接着し、さらに薄膜電極を積層して構成され、基板２の一方の端末２ａを自転車の前輪近傍のフレームに取り付けて固定部とし、他の端末２ｂには永久磁石４が装着される。図２は永久磁石４の立面図及び側面図で、図２（ａ）は、表裏にＮ，Ｓ極が着磁される永久磁石の一例で、図２（ｂ）は、Ｎ極面を除き、Ｓ極を軟磁性材で囲み、Ｎ，Ｓ磁極を同一面上に導出させて磁気効果の増大を図った一例である。
【００２１】
図３は、前記被振動板１が近傍の固定フレームに装着される自転車の前輪であり、タイヤ６が嵌め込まれるリブ７と、車軸８が貫通する糸巻き状のハブ９の両側のフランジ１０とは規格の車輪では１０°の角度で３６本のスポーク１１が放射状をなし、鍔付き円筒状の雌ネジ１２で車輪の直径に対して傾斜させて締め付け、車輪が構成される。
この場合にハブ９の片側のフランジ部１０のスポーク数は全数の１／２の１８本で、それらのスポークは平面的に交叉する部分が９ヶ所になり、車輪の回転時の交叉部１３の軌跡は円形を示す。この交叉部１３では、図３（ａ）に示すように重なり合い、その部分のスポーク面積で磁路を十分に形成するので、磁性接片５の機能を果たすことになる。
【００２２】
図４は、前記被振動板１を防湿構造をもつ防護用筐体に収納した状態を示し、圧電素子３が装着された基板２の一端２ａが筐体１４内で固定され、他の端末２ｂの部分には、永久磁石４が圧電素子３と直角に装着される。車輪のスポーク１１の相互の交叉部１３と永久磁石４とは、間隔を置いて車輪の回転中でも互いに非接触で対峙している。なお図４中、矢印ｒは車輪の回転方向を示し、ｍは圧電素子３で発生した圧電圧を照明灯、表示灯、その他電源を必要とする各種機器に供給する導線である。
【００２３】
かかる第１実施例において、基板２に装着された永久磁石４に対し、図５に示すように、加振用軟磁性接片５が、永久磁石４に対峙して永久磁石４と間隔を保持して、車輪を構成するスポーク１１の交差部１３に装着される。永久磁石４は交差部１３が近傍を通過するたびに、磁性接片５によって回転方向ｒへ吸引され、その後吸引から解放され、その繰り返しによって圧電素子３にパルス振動を与え、その歪みで圧電素子３は圧電圧を発生する。その際、永久磁石４が磁性接片５による吸引から解放され、次の交叉部１３が永久磁石４に接近するまでは、圧電素子３の固有振動で振動が継続し、この歪みで圧電圧が発生する。
【００２４】
即ち、圧電素子の振動姿態は、加振用磁性接片５の一方向性のパルス振動と、圧電素子の固有振動との和により振動が継続し、発電が行われる。
振動の出力を増大する必要性のある場合には、永久磁石４の磁力を増強するか、磁性接片５の増強を図る必要があり、磁性接片５の増強を図るためには、図５に示すように、永久磁石４と同径とし、その厚みをスポーク１１の径の２倍程度の形状とし、その表裏にそれぞれスポーク１１の交叉角度でスポーク１１の径と等しい径の溝を切削しておき、これをスポーク１１の交差部１３に挟み込ませるだけでよい。この場合、スポーク１１への取り付けネジなどを使う必要はない。
またこの場合、好ましくは、磁性接片５に偏向発生薄膜を接着しておけば、車輪側面よりの光を反射するので、夜間の表示に極めて有効である。
【００２５】
ここで基板２の一端に永久磁石４が装着された状態で被振動板１の固有の自由振動数Ｆは、車輪のスポーク１１の回転の一方向性に基づき磁性接片５の吸引により生じる強制パルス周波数ｆに対し、Ｆ＞ｆの場合は、前述のとおり、強制パルス振動と固有振動との和で振動が継続されるが、強制パルス振動数が増加すれば、被振動板１の固有の自由振動数による振動の期間が短くなり、もしＦ＝ｆのような場合となれば、圧電素子３は原位置に復帰することなく、車輪の回転方向に湾曲したままとなり、圧電気の発生はなくなる。
これは、圧電素子に対する振動パルスが回転方向について一方向性のためであり、走行速度が速くなっても発生電圧は比例的に増大しないためである。
【００２６】
さらに加振側パルス周波数ｆは、自転車の走行速度によって常に変化するものであるから、その最大値を想定しておけば、加振パルスの発生位置は磁性接片５の数により、また圧電素子側の形状、弾性特性等によって容易にその固有周波数ｆの値を選定することができる。
以上のような圧電素子の交流発生電圧は、自転車の照明灯、表示灯のみならず、図６に示すように、複数個のＬＥＤ１６の発光電源として利用できるが、それのみならず、走行距離計１７、走行速度計１８等への供給が可能となる。加振パルスのパルス数はそのまま距離又は速度のディジタル的センサの入力信号となり、また増幅、演算、記憶等の機能用電源ともなり得る。さらに発生した交流電圧を直流化し、回路内の電気二重層キャパシティ１９に蓄電させておき、他の用途の電源に使用することもできる。
【００２７】
これらの表示、指示回路に使用される電流は小さな値になるように開発されているので、圧電素子による発光電圧で供給できる。電気二重層キャパシティ１９の特性は一般の蓄電池と異なり、その充・放電回数は高く、またその寿命も長く、通常のコンデンサとは異なり、内部抵抗は小さいが、その特性上定電流の充放電が基本的に必要な特性であり、その容量は極めて大きいので、上記のような電源、負荷に対して電源を供給するのに適している。
【００２８】
また図４に示すように、圧電素子３を含む被振動板１等を防湿構造を具備した防護用筐体１４の内部に収納し、外部環境に対する保護を施すことが好ましい。また永久磁石４及び磁性接片５の周辺空間では、樹脂製の部材は問題ないが、金属薄板などの使用に対しては、高抵抗非磁性の部材を用いる必要があり、また永久磁石４は筐体１４内にあるため、他からの金属粉などの付着もなく、長期間に亘る使用に際して不具合の生ずることもない。
【００２９】
以上のように、この第１実施例の装置によれば、構造が極めて簡単であり、部品点数が少なく、価格は低廉であると共に、スポーク１１をそのまま磁性接片５の装着に利用できるので、磁性接片５の装着は容易であるとともに、圧電素子３の振幅の増強は、強力な永久磁石を使用するか、あるいは増強用磁性接片の利用により容易である。
さらに機械的な回転部分がなく、圧電素子の駆動は非接触式であるため、走行労力はほとんど皆無であり、また非接触式機構のため、摩擦部分がなく、そのため騒音の発生もなく、静粛である。  
【００３０】
次に、本発明の第２実施例を図７に基づいて説明する。自転車の速度の変化によって、車輪の回転周期が変化し、スポークに取り付けられた加振用磁性接片によって発生する振動パルスの周期が変化するが、このような周期の変化による一方向性パルスにより、圧電素子を加振する場合に、Ｆ＞ｆの条件から外れて、Ｆ＝ｆに接近したり、また圧電素子の出力の負荷が単一素子のみでは不足の場合において、その出力の増強と、出力の変動に対する平準化を図る必要がある。この場合、単なる出力の増強は、圧電素子の出力を大きくすることなどで可能であるが、出力の平準化に対しては効果がない。
そのため固有の自由振動数がそれぞれ異なる複数個の圧電素子を併設して、それらの出力を合成することで、出力の増強と共に、出力の変動に対する平準化を達成することが可能となる。図７はこれを可能にした本発明の実施例を示す。
【００３１】
図７において、１ａ’及び１ｂ’は、それぞれ基板２ａ’及び２ｂ’の表裏面に圧電素子３ａ’及び３ｂ’が装着され、一端に永久磁石４ａ’及び４ｂ’が取り付けられた被振動板であり、それぞれ他端が揺動自在に固定部２０に取り付けられ、支持されている。２１は圧電素子３ａ’及び３ｂ’で発生した交流電圧を受け入れ、直流に変換すると共に、整流し、かつ平準化して、機器に送る直流化装置である。
かかる装置において、複数個の圧電素子３ａ’及び３ｂ’から送られてくる交流電圧の合成は、各交流電圧の位相、波形、周波数が一致していることが前提であるが、本実施例では、全く期待することが不可能であるため、この対策として、直流化装置２１で直流化しておき、その後合成することにより、総出力の増強及び平準化を図る。
これによって、照明灯、表示灯等のみならず、距離・速度計測装置など演算、記憶等の聞能用電源として供給可能となる。
【００３２】
なお複数個の圧電素子の配置については、図７に示す本実施例の場合のように、同車軸に対し直角の平面に配設する場合、あるいは複数個の圧電素子を１つにまとめて配置する場合と、これらを分割して配置する場合とがあるが、いずれでも可能である。しかし自転車の車軸に対しては、本実施例のように、車軸に直角な平面上に配置することが構造上の理由から望ましい。
【００３３】
図８は本発明の第３実施例に係る被振動体の立面図であり、図８において、被振動板３１は、短冊状絶縁基板３２の表裏面に圧電素子３３を接着し、さらに薄膜電極を積層して構成され、絶縁基板３２の一方の端末３２ａを自転車の前輪近傍のフレームに取り付けて固定部とし、他の端末３２ｂには絶縁基板３２と同一幅の薄い弾性体３５を取り付け、弾性体３５の他端に永久磁石３４を装着している。
【００３４】
この第３実施例によれば、絶縁基板３２の端末３２ｂには絶縁基板３２と同一幅の薄い弾性体３５を取り付けたことにより、絶縁基板３２を含めた振動の周期を長くし、一方向性の瞬時のパルス振動に自由振動を加えて、発生電圧の継続性を良好にすることができる利点をもつ。
【００３５】
なお本発明の用途は、自転車の諸機器への電源の供給のみに限定されるものではなく、たとえば野生動物などの追跡調査用として、野生動物に本発明による圧電素子を含む被振動部、加振用磁性接片及び圧電素子から供給される圧電圧を受け入れて信号を発する信号発信器を取り付けたり、あるいは海上に浮かぶブイなどの浮き体に、同様の装置を取り付けて、光などの信号を発信させて、何らかの目的のための目印とする等、の用途に対して最適である。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明によれば、運転者への負担及び騒音を無くするばかりでなく、従来より製造販売されている自転車への取付けが極めて簡単であると共に、従来の非接触型発電方式より発電効率を高めることができ、構造も簡素で安価となる自転車等の非接触式発電装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】（ａ）は本発明を自転車の発電装置に適用した第１実施例に係る被振動体の立面図、（ｂ）は同被振動体の右側面図である。
【図２】(ａ)及び（ｂ）は前記第１実施例に使用される永久磁石４の各例を示す立面図及び側面図である。
【図３】（ａ）及び（ｂ）は前記第１実施例に係る自転車の前輪の立面図及び平面断面図である。
【図４】（ａ）及び（ｂ）は前記第１実施例に係る、筐体１４内に収納した被振動体１の立面図及び側面図である。
【図５】前記第１実施例に係る、加振用磁性接片５のスポーク１１への取り付け状態を示す説明図である。
【図６】前記第１実施例に係る圧電圧を各種機器に供給する回路図である。
【図７】本発明の第２実施例に係る被振動部の概略立面図である。
【図８】本発明の第３実施例に係る被振動体の立面図である。
【符号の説明】
【００３８】
１、１ａ’、１ｂ’、３１  被振動板（被振動部）
２、２ａ’、２ｂ’  基板
３、３ａ’、３ｂ’、３３  圧電素子
４、４ａ’、４ｂ’、３４  永久磁石
５  加振用軟磁性接片
６  タイヤ
７  リブ
８  車軸
９  ハブ
１０  フランジ
１１  スポーク
１２  鍔付き雌ネジ
１３  交差部
１４  筐体
１６  ＬＥＤ
１７  走行距離計
１８  走行速度計
１９  電気二重層キャパシティ
２０  固定部
２１  直流化装置
３２  絶縁基板
３５  短冊状薄板弾性体
【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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