(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
風等の流体の流れにさらされる位置に配されるとともに前記流れによって周縁部の少なくとも一部が略自由にはためき得る布製の可撓性平面体と、振動エネルギを電気エネルギに変換するエネルギ変換部と、前記可撓性平面体に連結されるとともに前記流れにより可撓性平面体に生じる振動を前記エネルギ変換部に伝達する伝達部と、建築物や地面等に固定され得るベースとを具備するとともに、
前記可撓性平面体を、前記ベースに支持させた支柱に、固有周期を持たずに自由にはためき得るように支持させ、
前記エネルギ変換部が、圧電体たる圧電バイモルフ素子の圧電効果を利用したもので、前記圧電バイモルフ素子の一端側を前記ベースに支持させ、前記圧電バイモルフ素子の他端側を前記伝達部を介して前記可撓性平面体に取り付けてなることを特徴とするエネルギ変換器。
【請求項２】
風等の流体の流れにさらされる位置に配されるとともに前記流れによって周縁部の少なくとも一部が略自由にはためき得る布製の可撓性平面体と、振動エネルギを電気エネルギに変換するエネルギ変換部と、前記可撓性平面体に連結されるとともに前記流れにより可撓性平面体に生じる振動を前記エネルギ変換部に伝達する伝達部と、建築物や地面等に固定され得るベースとを具備するとともに、
前記可撓性平面体を、前記ベースに支持させた支柱に、固有周期を持たずに自由にはためき得るように支持させ、
前記エネルギ変換部が、磁性体とコイルとの電磁誘導作用を利用した回転発電機であることを特徴とするエネルギ変換器。
【請求項３】
ほぼ自由にはためく布製の可撓性平面体の周縁部の一部又は全部を、そのはためきを許容しつつ懸吊する懸吊部を備えていることを特徴とする請求項１又は２記載のエネルギ変換器。
【請求項４】
前記可撓性平面体に対して２つの懸吊部を設けるとともに、その可撓性平面体が、基端側を基準軸としてはためくものであって、
２つの懸吊部のうち一方を、布製の可撓性平面体の上端側周縁部の基端側に設け、他方を先端側に設けるように構成し、また、前記伝達部を、布製の可撓性平面体の下端側周縁部の基端側に連結されるように構成していることを特徴とする請求項３記載のエネルギ変換器。
【請求項５】
前記可撓性平面体の取付高さを変更するための懸吊高さ位置変更手段を具備し、
この懸吊高さ位置変更手段により、布製の可撓性平面体の上端側周縁部と下端側周縁部との間にたるみが生成され得るように構成していることを特徴とする請求項３記載のエネルギ変換器。
【請求項６】
はためきの基準軸になる布製の可撓性平面体の基端側周縁部を挟み込みつつ、その基端側周縁部から離間して設けた一対の挟持部を備えたストッパを具備することを特徴とする請求項１乃至５いずれかに記載のエネルギ変換器。
【請求項７】
前記可撓性平面体が、鉛直方向に長手寸法を有する幟状のものであることを特徴とする請求項１乃至６いずれかに記載のエネルギ変換器。
【請求項８】
前記可撓性平面体のはためきの基準軸になる基端側に沿って設けられ且つこの可撓性平面体を間接的又は直接的に支持する支柱と、この支柱をその軸回りに回動可能に支持する回動支持部とを具備することを特徴とする請求項１乃至７いずれかに記載のエネルギ変換器。
【請求項９】
布製の可撓性平面体を流体の流れる方向とほぼ平行に配置する場合において、布製の可撓性平面体の流体上流側にて流体の流れる方向に生じる振動を伝達部がエネルギ変換部に伝達するものであることを特徴とする請求項１乃至８いずれかに記載のエネルギ変換器。
【請求項１０】
布製の可撓性平面体を流体の流れる方向とほぼ平行に配置する場合において、伝達部たる旗竿にエネルギ変換部を取り付けているとともに、布製の可撓性平面体に励起された振動を旗竿の振動としてエネルギ変換部に伝達するものであることを特徴とする請求項１乃至８いずれかに記載のエネルギ変換器。
【請求項１１】
布製の可撓性平面体の流体上流側と流体下流側との中間位置に結合する伝達部が、布製の可撓性平面体の流体下流側端部を自由端としたことにより生ずる振動をエネルギ変換部に伝達することを特徴とする請求項１乃至８いずれかに記載のエネルギ変換器。
【請求項１２】
前記伝達部が、紐体により構成されていることを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９又は１１いずれかに記載のエネルギ変換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体によって柔軟平面に励起される振動からエネルギを抽出するためのエネルギ変換器などに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球温暖化問題などの環境問題の顕在化により、自然エネルギである風を利用して電力を発生させるエネルギ変換器への期待が強くなってきている。
【０００３】
この種のエネルギ変換器としては、例えば、１又は複数枚の羽根を備えたプロペラ型風車のように、風を受ける部分を、剛性のある部材で実現したものや、例えば、風を案内板に挟まれた隙間に導き、案内板に平行に柔軟な布地に張力を加えて張り、垂直方向に励起される振動を利用するようにした発電器のように、風を受ける部分を、柔軟性のある部材で実現したものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】
米国特許第４３４８５９４号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前者の構成では、風が弱い際には羽根の回転が生じず発電できない。また、ビル風のようにある程度の風が常に発生するような場所に配置したとしても、強風が発生した際には、過剰な羽根の回転が発生し羽根が破損してしまう等、風の強弱による発電性の問題や、安全性の問題を有している。
【０００５】
後者の構成では、布地の分布質量と可動コイルの質量と与えられた張力とにより決まる共振周期と、風の渦周期とが共鳴するときの振動に対しては効率よく発電するが、風速の変動により渦周期も変動するので共鳴する確率は低く、効率よく発電し得るものではない。また、可動コイルは、布地に比して質量が重く、フラッタを惹き起こす要件としての軽量振動体とならないので、よほどの強風領域でなければ実用できるものではない。
【０００６】
本発明は、このような課題に着目してなされたものであって、主たる目的は、流速の如何によらず発電可能であり、また安全で乱れた風等の流体でも破損の恐れも少なく、さらに低コストで実現可能なエネルギ変換器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
［０００７］
すなわち、本発明のエネルギ変換器の一つは、風等の流体の流れにさらされる位置に配されるとともに前記流れによって周縁部の少なくとも一部がほぼ自由にはためき得る布製の可撓性平面体と、振動エネルギを電気エネルギに変換するエネルギ変換部と、前記可撓性平面体に連結されるとともに前記流れにより可撓性平面体に生じる振動を前記エネルギ変換部に伝達する伝達部と、建築物や地面等に固定され得るベースとを具備するとともに、前記可撓性平面体を、前記ベースに支持させた支柱に、固有周期を持たずに自由にはためき得るように支持させ、前記エネルギ変換部が、圧電体たる圧電バイモルフ素子の圧電効果を利用したもので、前記圧電バイモルフ素子の一端側を前記ベースに支持させ、前記圧電バイモルフ素子の他端側を前記伝達部を介して前記可撓性平面体に取り付けてなることを特徴とする。
また、本発明のエネルギ変換器の他の一つは、風等の流体の流れにさらされる位置に配されるとともに前記流れによって周縁部の少なくとも一部がほぼ自由にはためき得る布製の可撓性平面体と、振動エネルギを電気エネルギに変換するエネルギ変換部と、前記可撓性平面体に連結されるとともに前記流れにより可撓性平面体に生じる振動を前記エネルギ変換部に伝達する伝達部と、建築物や地面等に固定され得るベースとを具備するとともに、前記可撓性平面体を、前記ベースに支持させた支柱に、固有周期を持たずに自由にはためき得るように支持させ、前記エネルギ変換部が、磁性体とコイルとの電磁誘導作用を利用した回転発電機であることを特徴とする。
［０００８］
これらのようなものであれば、可撓性平面体は、それ自身は固有周期をもたないため、流体の刻々と変化する圧力分布に倣って形態を変化させながら、流体の脈動に倣ってはためきを生じ、当該可撓性平面体に加わる流体の圧力等のエネルギを吸収した振動が、流速の如何によらず励起される。そして、このように可撓性平面体に励起された振動は、伝達部によって、エネルギ変換部へと伝達され、エネルギ変換部で電気エネルギに変換される。また、流体の流れを受ける部分である可撓性平面体は、プロペラ型風車の羽根のように、剛性を有していないので、乱れた流体によっても破損する恐れが少なく、万が一破損したとしても、致命的な怪我等をする確率は格段に低い。そして、可撓性平面体が布製であるので、低コストなものとすることができる。
［０００９］
すなわち、流速の如何によらず発電可能であり、また、安全で乱れた流体でも破損の恐れも少なく、さらに低コストで実現可能なエネルギ変換器を提供することができる。
［００１０］
なお、可撓性平面体の垂れ下がりを防止して、可撓性平面体全体が、流れにさらされるようにするには、ほぼ自由にはためく布製の可撓性平面体の周縁部の一部又は全部を、そのはためきを許容しつつ懸吊する懸吊部を備えていることが望ましい。
［００１１］
本発明の望ましい態様としては、前記可撓性平面体に対して２つの懸吊部を設けるとともに、その可撓性平面体が、基端側を基準軸としてはためくものであって、２つの懸吊部のうち一方を、布製の可撓性平面体の上端側周縁部の基端側に設け、他方を先端側に設けるように構成し、また、前記伝達部を、布製の可撓性平面体の下端側周縁部の基端側に連結されるように構成しているものが挙げられる。
［００１２］
可撓性平面体にたるみをもたせるには、前記可撓性平面体の取付高さを変更するための懸吊高さ位置変更手段を具備し、この懸吊高さ位置変更手段により、布製の可撓性平面体の上端側周縁部と下端側周縁部との間にたるみが生成され得るように構成していることが好ましい。
［００１３］
はためきの基準軸になる布製の可撓性平面体の基端側周縁部を挟み込みつつ、その基端側周縁部から離間して設けた一対の挟持部を備えたストッパを具備するのであれば、例えば、流体により可撓性平面体が大きくはためいた際に、過剰なはためきを挟持部によって規制して、伝達部などの部材の損傷を防止することができる。
［００１４］
前記可撓性平面体が、鉛直方向に長手寸法を有する幟状のものであれば、例えば、可撓性平面体が無用にはためくことを抑制して、可撓性平面体の先端側が基端側に巻き付くといった不具合を防止できる。
［００１５］
前記可撓性平面体のはためきの基準軸になる基端側に沿って設けられ且つこの可撓性平面体を間接的又は直接的に支持する支柱と、この支柱をその軸回りに回動可能に支持する回動支持部とを具備するものであれば、回動支持部に支持される支柱は、可撓性平面体がゆっくりとはためく場合には、そのゆっくりとした変化に追従して回動する一方、早くはためく場合には、その動きに対しては追従しないように動作するなど、流れの向きに応じて可撓性平面体の向きが自動的に変わり、最適なエネルギ変換を行うことができる。
［００１６］
（削除）
［００１７］
風速が低い場合のエネルギ変換効率をよくするためには、可撓性平面体を流体の流れる方向とほぼ平行に配置する場合において、可撓性平面体の流体上流側にて流体の流れる方向に生じる振動を伝達部がエネルギ変換部に伝達するものであるものが好ましい。又、布製の可撓性平面体を流体の流れる方向とほぼ平行に配置する場合において、伝達部たる旗竿にエネルギ変換部を取り付けているとともに、布製の可撓性平面体に励起された振動を旗竿の振動としてエネルギ変換部に伝達するものであるものが好ましい。さらに、布製の可撓性平面体の流体上流側と流体下流側との中間位置に結合する伝達部が、布製の可撓性平面体の流体下流側端部を自由端としたことにより生ずる振動をエネルギ変換部に伝達するものが好ましい。
［００１８］
（削除）
【発明の効果】
［００１９］
以上説明したように本発明のエネルギ変換器によれば、可撓性平面体は、それ自身は固有周期をもたないため、流体の刻々と変化する圧力分布に倣って形態を変化させながら、流体の脈動に倣ってはためきを生じ、当該可撓性平面体に加わる流体の圧力等のエネルギを吸収した振動が、流速の如何によらず励起される。そして、このように可撓性平面体に励起された振動は、伝達部によって、エネルギ変換部へと伝達され、エネルギ変換部で電気エネルギに変換される。また、流体の流れを受ける部分である可撓性平面体は、プロペラ型風車の羽根のように、剛性を有していないので、乱れた流体によっても破損する恐れが少なく、万が一破損したとしても、致命的な怪我等をする確率は格段に低い。そして、可撓性平面体が布製であるので、低コストなものとすることができる。
［００２０］
すなわち、流速の如何によらず発電可能であり、また、安全で乱れた流体でも破損の恐れも少なく、さらに低コストで実現可能なエネルギ変換器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
［００２１］
［図１］本発明の第１実施形態に係るエネルギ変換器を示す全体斜視図。
［図２］本発明の第２実施形態に係るエネルギ変換器を示す全体斜視図。
［図３］本発明の第３実施形態に係るエネルギ変換器を示す全体斜視図。
［図４］本発明の第４実施形態に係るエネルギ変換器を示す全体斜視図。
［図５］本発明の第４実施形態における実験結果を示すグラフ。
［図６］本発明の第４実施形態における実験結果を示すグラフ。
【図７】本発明の第４実施形態における実験結果を示すグラフ。
【図８】本発明の第４実施形態における実験結果を示すグラフ。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
＜第１実施形態＞
以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。
【００２３】
本実施形態に係るエネルギ変換器Ａは、旗型エネルギ変換装置としての機能を有するものであって、図１に示すように、ほぼ矩形状の可撓性平面体１と、可撓性平面体１の基端側に設けた棒状の旗竿２と、この旗竿２の下端部に連続させて設けてなり且つ振動エネルギを電気エネルギに変換する下端側圧電式エネルギ変換部３１と、可撓性平面体１の上端側周縁部１ｓの基端部と先端部とをコイルばね４と策条５とを介して支持すべく、可撓性平面体１の上端側周縁部１ｓに沿って設けた棒状の横桟６と、旗竿２及び下端側圧電式エネルギ変換部３１に沿って配され且つ横桟６の基端部を支持する支柱７と、支柱７のほぼ中央高さ位置に設けられ且つ風に揺られた旗竿２等の動きを規制するストッパ８と、支柱７及び下端側圧電式エネルギ変換部３１を支持するベース９とを具備している。
【００２４】
以下、各部を詳述する。
【００２５】
可撓性平面体１は、軽量で靭性を有するとともに強風に耐え得る張力を有する布製のものである。
【００２６】
旗竿２は、可撓性平面体１の基端側に取り付けてなり、風により可撓性平面体１に生じる振動を下端側圧電式エネルギ変換部３１に伝達する伝達部としての機能を発揮するものである。本実施形態では、可撓性平面体１がこの旗竿２を基準軸としてはためくように、この旗竿２が、適度な剛性を有するように構成しているが、この旗竿２を、紐体のように剛性を有しない部材に変更することもできる。
【００２７】
下端側圧電式エネルギ変換部３１は、振動エネルギを電気エネルギに変換するものであって、本実施形態では、圧電体の圧電効果を利用している。
【００２８】
具体的に、この下端側圧電式エネルギ変換部３１は、厚み方向に変位した際に起電力が発生するほぼ扁平直方体形状の圧電体たる圧電バイモルフ素子３ａと、この圧電バイモルフ素子３ａに接続した電極（図示せず）とを具備するものである。そして、圧電バイモルフ素子３ａの下端側をベース９に支持させる一方、上端側を旗竿２に取り付けている。また、本実施形態では、この下端側圧電式エネルギ変換部３１の圧電バイモルフ素子３ａが変位し得る方向（矢印Ｄ１）と、可撓性平面体１の面部１ａが向く方向とがほぼ一致するように、この下端側圧電式エネルギ変換部３１をベース９の上に配している。
【００２９】
横桟６は、ほぼ水平方向に配置されるものであって、金属製あるいは木製にて形成してある。そして、本実施形態では、コイルばね４や策条５を介して可撓性平面体１を安定して懸吊し得るようにしている。なお、これらコイルばね４と策条５とが、ほぼ自由にはためく可撓性平面体１の周縁部のはためきを許容しつつ懸吊する懸吊部としての機能をそれぞれ発揮する。
【００３０】
ストッパ８は、板金素材を塑性変形加工することにより、平面視ほぼＵ字状を成すように形成したものである。そして、本実施形態では、その対向する面に、一対の挟持部８１を設けている。挟持部８１間の寸法は、旗竿２の直径及び支柱７の直径よりも拡開させてあり、これら挟持部８１間に、旗竿２及び支柱７を配することができる。
【００３１】
ベース９は、可撓性平面体１が強風を受けた場合でも安定するようにほぼ扁平直方体形状に形成した金属製あるいはコンクリート製のものである。なお、ベース９の形状は、ほぼ扁平直方体形状のものに限らず、安定するものであれば、例えば、平面視ほぼ円形状のものでもよい。また、ベース９を建築物や地面等にアンカーボルトなどで固定することを妨げない。
【００３２】
以下、本実施形態に係るエネルギ変換器Ａの使用方法を以下に説明する。
【００３３】
まず、エネルギ変換器Ａを、可撓性平面体１の面部１ａが風向とほぼ平行になるように、換言すれば横桟６を風向とほぼ平行になるように配置する。
【００３４】
すると、可撓性平面体１は、風の刻々と変化する圧力分布に倣って、形態を変化させながら、風の脈動に倣ってはためきを生じ、当該可撓性平面体１に加わる風の圧力等のエネルギを吸収した振動が励起される。この振動は、風速の如何によらず励起される。そして、このように可撓性平面体１に励起された振動は、図１中の矢印Ｄ１に示すような旗竿２の振動として、下端側圧電式エネルギ変換部３１へと伝達される。このようにして、下端側圧電式エネルギ変換部３１に到達した振動エネルギによって、下端側圧電式エネルギ変換部３１の圧電バイモルフ素子３ａは、その振動方向と同一の方向に変位し、この変化に応じた電圧が発生する。しかして、この下端側圧電式エネルギ変換部３１から電気エネルギを得られる。
【００３５】
なお、強い風が吹いた場合でも、可撓性平面体１の基端側に設けた旗竿２が、ストッパ８の挟持部８１に当接するため、可撓性平面体１自体がはためき過ぎて破れてしまうことや、コイルばね４や策条５が破損してしまうことを防止できる。
【００３６】
このように、本実施形態に係るエネルギ変換器Ａによれば、可撓性平面体１は、それ自身は固有周期をもたないため、風の刻々と変化する圧力分布に倣って形態を変化させながら、風の脈動に倣ってはためきを生じ、当該可撓性平面体１に加わる風の圧力等のエネルギを吸収した振動が、風の如何によらず励起される。そして、このように可撓性平面体１に励起された振動は、伝達部たる旗竿２によって、エネルギ変換部たる下端側圧電式エネルギ変換部３１へと伝達され、下端側圧電式エネルギ変換部３１で電気エネルギに変換される。また、風の流れを受ける部分である布製の可撓性平面体１は、プロペラ型風車の羽根のように、剛性を有していないので、乱れた風によっても破損する恐れが少なく、万が一破損したとしても、致命的な怪我等をする確率は格段に低い。また、景観を損ねることなく、さらに、比較的簡単に構成して低コストなものとすることができる。
【００３７】
すなわち、風の如何によらず発電可能であり、また、安全で乱れた風でも破損の恐れも少なく、さらに景観を損なわず低コストで実現可能であり、さらにまた保守点検工数の削減を行い得るといった、高機能なエネルギ変換器Ａを提供することができる。
【００３８】
また、ほぼ自由にはためく可撓性平面体１の周縁部に対して、そのはためきを許容しつつ懸吊する懸吊部たるコイルばね４と策条５とを備えているので、可撓性平面体１の垂れ下がりを防止して、可撓性平面体１全体が、流れにさらされるようにできる。
【００３９】
また、はためきの基準軸になる可撓性平面体１の基端側周縁部１ｕを挟み込みつつ、その基端側周縁部１ｕから離間して設けた一対の挟持部８１を備えたストッパ８を具備しているので、例えば、風により可撓性平面体１が大きくはためいた際に、過剰なはためきを挟持部８１によって規制して、伝達部たる旗竿２などの部材の損傷を防止することができる。
【００４０】
＜第２実施形態＞
以下、本発明の他の実施形態を、図２を参照して説明する。なお、第１実施形態と同様の構成及び作用効果を発揮するものについては、同一の符号を付与して説明を省略する。
【００４１】
本実施形態に係るエネルギ変換器Ａは、図２に示すように、ほぼ矩形状の可撓性平面体１と、可撓性平面体１の上端側周縁部１ｓに沿って設けてなり且つ可撓性平面体１の上端側周縁部１ｓのほぼ中央部を伝達部たる策条５１を介して支持しさらに振動エネルギを電気エネルギに変換する上端側圧電式エネルギ変換部３０と、可撓性平面体１に伝達部たる紐体ｊ１を介して取り付けてなり且つ振動エネルギを電気エネルギに変換する下端側圧電式エネルギ変換部３１と、可撓性平面体１の基端側及び下端側圧電式エネルギ変換部３１に沿って配され、紐体ｊ２を介して可撓性平面体１を支持する支柱７と、支柱７及び下端側圧電式エネルギ変換部３１を支持する回転台Ｘと、この回転台Ｘを支柱７の軸回りに回動可能に支持する回動支持部９１を備えたベース９とを具備している。
【００４２】
上端側圧電式エネルギ変換部３０は、第１実施形態の下端側圧電式エネルギ変換部３１と同様の構成を有するものである。そして本実施形態では、この上端側圧電式エネルギ変換部３０の圧電バイモルフ素子３ａが変位し得る方向Ｄ２と、可撓性平面体１の面部１ａが向く方向とがほぼ一致するように、この上端側圧電式エネルギ変換部３０を支柱７に取り付けている。
【００４３】
下端側圧電式エネルギ変換部３１は、第１実施形態の下端側圧電式エネルギ変換部３１と同様の構成を有するものである。そして本実施形態では、この上端側圧電式エネルギ変換部３０の圧電バイモルフ素子３ａが変位し得る方向Ｄ３と、可撓性平面体１の面部１ａが向く方向とがほぼ直交するように、この下端側圧電式エネルギ変換部３１を回転台Ｘの上に配している。
【００４４】
回転台Ｘは、支柱７を支持し、下端側圧電式エネルギ変換部３１を支持している。
【００４５】
ベース９は、本実施形態では、前記回転台Ｘを回動可能に支持する回動支持部９１を備えている。自然風は、風向が変化するが、可撓性平面体１の力は上端側圧電式エネルギ変換器３０に対し振動的成分とともに風向に倣う低周波成分を含むので、その平均力によりほぼ風向に倣って回転支持部９１が回転し、効率の高い方向を維持することができる。
【００４６】
以下、本実施形態に係るエネルギ変換器Ａの使用方法を以下に説明する。
【００４７】
まず、エネルギ変換器Ａを、風の吹く場所に配置する。
【００４８】
そして、可撓性平面体１に風が当たると、第１実施形態と同様に、可撓性平面体１は、風の刻々と変化する圧力分布に倣って、形態を変化させながら、風の脈動に倣ってはためきを生じ、当該可撓性平面体１に加わる風の圧力等のエネルギを吸収した振動が励起される。この振動は、風速の如何によらず励起される。そして、このように可撓性平面体１に励起された振動は、図２中の矢印Ｄ２、Ｄ３に示すような振動として、紐体ｊ１、紐体ｊ２を介して上端側圧電式エネルギ変換部３０及び下端側圧電式エネルギ変換部３１へと伝達される。このようにして、上端側圧電式エネルギ変換部３０及び下端側圧電式エネルギ変換部３１に到達した振動エネルギによって、上端側圧電式エネルギ変換部３０及び下端側圧電式エネルギ変換部３１の圧電バイモルフ素子３ａは、その振動方向と同一の方向に変位し、この変化に応じた電圧が発生する。しかして、上端側圧電式エネルギ変換部３０及び下端側圧電式エネルギ変換部３１から電気エネルギを得られる。
【００４９】
下側圧電式エネルギ変換部３１に伝達される振動は、風向にほぼ平行に置かれた可撓性平面体１が振動を妨げる方向で風から受ける抗力により生じる抗力振動である。抗力振動による振動エネルギを圧電バイモルフ素子３ａにより電気エネルギに変換するすなわち発電する場合、その発電電力量は風速にほぼ比例して増加するものである。したがって、風速に左右されることなく発電を継続できるものである。したがって、風速が低い場合にあっても、その風速に対応した発電量を確保することができる。
【００５０】
ところで、回転台Ｘ自体は重いので、風向きのゆっくりした変化には追従して回転するが、はためきの高周波の運動に対しては、ほとんど動かない。すなわち、風の向きに応じて可撓性平面体１の向きが自動的に変わり、最適なエネルギ変換を行うことができる。
【００５１】
＜第３実施形態＞
以下、本発明の他の実施形態を、図３を参照して説明する。なお、第１実施形態と同様の構成及び作用効果を発揮するものについては、同一の符号を付与して説明を省略する。
【００５２】
本実施形態に係るエネルギ変換器Ａは、図３に示すように、ほぼ矩形状の可撓性平面体１と、可撓性平面体１の基端側に沿って配される支柱７と、この支柱７に設けた可撓性平面体１の取付高さを変更するための懸吊高さ位置変更手段Ｙと、可撓性平面体１の下端側周縁部１ｔの先端部に取り付けてなり且つ振動エネルギを電気エネルギに変換する電磁誘導式エネルギ変換部３２と、可撓性平面体１の下端側周縁部１ｔの基端部と支柱７との間に設けた紐体ｈ１と、支柱７と電磁誘導式エネルギ変換部３２とを支持するベース９とを具備している。
【００５３】
懸吊高さ位置変更手段Ｙは、可撓性平面体１の上端側周縁部１ｓの基端部に取り付けた紐体ｈ２を巻き取り可能なリール式のリール本体Ｙ１と、支柱７の上端部に設けてなり、前記リール本体Ｙ１により巻き取られる紐体ｈ２を案内する滑車Ｙ２とを備えてなるものであって、紐体ｈ２を巻き取れば、可撓性平面体１の上端側周縁部１ｓを上方へ移動させて、その上端側周縁部１ｓと下端側周縁部１ｔとの間にたるみを無くすことができ、紐体ｈ２を繰り出せば、上端側周縁部１ｓを下方へ移動させて、その上端側周縁部１ｓと下端側周縁部１ｔとの間にたるみを生成することができる。
【００５４】
電磁誘導式エネルギ変換部３２は、対向配置される一対の磁石部３２１と、これら磁石部３２１の間を振り子のように進退する進退部３２２とを備えてなる。なお、図面手前側の磁石部３２１は、説明の便宜上破線にて表してある。
【００５５】
より具体的には、磁石部３２１は、ほぼ扇形状を有しその両端側に磁性体たる磁石Ｍを配してなる。進退部３２２は、基端側にほぼ扇形状に巻いたコイルＣを配したコイル部３２２ａを有するとともに基端側にコイル部３２２ａと連続して設けたほぼ細長三角形状の伝達部たる胴部３２２ｂとを有するものである。そして、可撓性平面体１がはためくと、そのはためきに伴って胴部３２２ｂが振動し、さらにコイル部３２２ａが、コイル部３２２ａと胴部３２２ｂとが連続する位置を回動中心として、磁石部３２１間を進退する。
【００５６】
以下、本実施形態に係るエネルギ変換器Ａの使用方法を以下に説明する。
【００５７】
まず、エネルギ変換器Ａを、可撓性平面体１の面部１ａが風向とほぼ平行になるように配置する。
【００５８】
すると、第1実施形態と同様にして、風によって、可撓性平面体１に振動が励起される。励起された振動は胴部３２２ｂに伝わって、コイル部３２２ａを磁石部３２１間に進退させることとなる。しかして、磁石部３２１の磁石Ｍと、磁石部３２１間に進退するコイル部３２２ａのコイルＣとの電磁誘導作用により、電気エネルギが発生する。
【００５９】
なお、本発明は、以上に詳述した実施形態に限られるものではない。
【００６０】
例えば、可撓性平面体を、鉛直方向に長手寸法を有するほぼ縦長矩形状のもの（いわゆる「幟」状のもの）としてもよい。この幟状の可撓性平面体１０１を使用する実施形態を、図４により説明する。
【００６１】
＜第４実施形態＞
エネルギ変換器Ａ４は、縦寸法が横寸法に対して大きい長方形形状、つまり縦長の長方形形状からなる可撓性平面体１０１と、可撓性平面体１０１を支持する支持構造体１０２と、可撓性平面体１０１が揺動した際に発生させる振動エネルギを電気エネルギに変換するエネルギ変換部を構成する三台の回転式発電機１０３，１０４，１０５と、それぞれの回転式発電機１０３，１０４，１０５と可撓性平面体１０１と連結する伝達部とからなる。
【００６２】
可撓性平面体１０１は、例えばポリエステル繊維による布製で、素糸の太さ及び織り方は特に限定するものではない。可撓性平面体１０１は、後述するように、伝達部に結合されることで、はためくように支持構造体１０２に支持されるもので、その風上側の下端角部分１０１３は紐体１０９により支持構造体１０２に接続してある。このようなポリエステル繊維製のものであれば、濡れると乾いている場合に比較して若干はためき程度が低下するが、乾きも速いことから、このようなはためきの低下が全体のエネルギ変換効率を著しく低下させるものではない。ただし、風速が低い場合においても可撓性平面体１０１が効率よくはためくために、軽量であることが望ましい。又、濡れる場合を考慮すると、可撓性平面体１０１は撥水加工及び／又は防水加工したものが好ましい。
【００６３】
支持構造体１０２は、ベース１０２１と、そのベース１０２１の上面に立てられる二本の支柱１０２２，１０２３と、その支柱１０２２，１０２３の上端に取り付けられる取付台１０２４とからなる。取付台１０２４は、エネルギ変換部を構成する上側回転式発電機１０３を支持するとともに、その下面にはコイルばね１０６が取り付けてある。コイルばね１０６は、その上端が取付台１０２４の下面に取り付けてあり、その下端は、可撓性平面体１０１の風上側の上端角部分１０１１に結合してある。コイルばね１０６は、その弾性力により可撓性平面体１０１の風上側の上端角部分１０１１が抗力振動するように可撓性平面体１０１を懸吊するものである。
【００６４】
上側回転式発電機１０３は、可撓性平面体１０１の風下側の補強上角部分１０１２の風向方向に直交する方向の振動による振動エネルギを電気エネルギに変換するものである。このため、上側回転式発電機１０３の回転軸１０３１には、伝達部材を構成する腕部材１０７が取り付けてある。この腕部材１０７の下端部は、可撓性平面体１０１の補強された風下側の補強上角部分１０１２に結合される。
【００６５】
上記した上側回転式発電機１０３以外の第一下側回転式発電機１０４及び第二下側回転式発電機１０５は、ベース１０２１の上面に取り付けられている。第一下側回転式発電機１０４は、可撓性平面体１０１の風上側の上角部分１０１１の風向方向の振動による振動エネルギを電気エネルギに変換するものである。第一下側回転式発電機１０４の回転軸１０４１には、伝達部を構成する棒体１０８が接続される。また棒体１０８は、その上端がコイルばね１０６が結合される可撓性平面体１０１の風上側の上端角部分１０１１に結合してある。
【００６６】
第二下側回転式発電機１０５は、可撓性平面体１０１の下端側周縁部１０１３の風向方向に直交する方向の振動による振動エネルギを電気エネルギに変換するものである。第二下側回転式発電機１０５の回転軸１０５１には、伝達部を構成する腕部材１０５２が取り付けてある。腕部材１０５２の上端には、伝達部を構成する可撓性を有する紐体１０５３が結合してあり、その紐体１０５３の上端が可撓性平面体１０１の下端側周縁部１０１３の結合位置Ｐ１に結合してある。結合位置Ｐ１は、可撓性平面体１０１の大きさに応じて最適位置を設定するもので、このような縦長の幟状の可撓性平面体１０１にあっては、下端側周縁部１０１３の両端部分よりその中間部分に最適位置が存在することが実験により確認されている。
【００６７】
次に、本実施形態に係るエネルギ変換器Ａ４の動作について説明する。
【００６８】
エネルギ変換器Ａ４は、上述のそれぞれの実施形態と同様に、可撓性平面体１０１の面部１０１ａが風向とほぼ平行になるように配置する。この時、支柱１０２２，１０２３が風上側に位置するように、エネルギ変換器Ａ４を設置するものである。
【００６９】
風が吹くと可撓性平面体１０１に振動が励起される。風下側の補強上角部分１０１２に生じる振動は、腕部材１０７により上側回転式発電機１０３の回転軸１０３１に伝達され、上側回転式発電機１０３を駆動するものである。これによって、風下側の補強上角部分１０１２に生じた振動エネルギが電気エネルギに変換されるものである。同様にして、風上側の上角部分１０１１に生じる振動は、棒体１０８により第一下側回転式発電機１０４の回転軸１０４１に伝達され、第一下側回転式発電機１０４を駆動するものである。これによって、風上側の上角部分１０１１に生じた振動エネルギが電気エネルギに変換されるものである。さらに、可撓性平面体１０１の下端側周縁部１０１３に生じる振動は、紐体１０５３及び腕部材１０５２により第二下側回転式発電機１０５の回転軸１０５１に伝達され、第二下側回転式発電機１０５を駆動するものである。これによって、下端側周縁部１０１３に生じた振動エネルギが電気エネルギに変換されるものである。
【００７０】
このような構成において、第一下側回転式発電機１０４は、棒体１０８を介して風上側の上端部分１０１１の振動すなわち抗力振動が伝達されて発電するものである。これに対して、上側回転式発電機１０３及び第二下側回転式発電機１０５は、可撓性平面体１０１の風向と直交する方向への揺動による振動が伝達されて発電するものである。
【００７１】
このため、風速が低い場合にあっても、第一下側回転式発電機１０４は回転駆動されて、伝達された振動エネルギを電気エネルギに変換するものである。これに加えて、上側回転式発電機１０３及び第二下側回転式発電機１０５も可撓性平面体１０１のはためきに応じて発電を継続する。この結果、風が吹いている状態で刻々と風速が変化しても、恒常的にそれぞれの回転式発電機１０３，１０４，１０５が作動して、発電が途絶えることがない。
【００７２】
この第４実施形態の構成により実行した実験の結果について以下に説明する。
【００７３】
具体的な構成
可撓性平面体１０１：縦３７０ｍｍ、横１７０ｍｍ、面積比重５０ｇ／ｍ2
第一下側回転式発電機１０４：２相ハイブリッドパルスモータ（ステッピングモータ）、ステップ角度；７．５度、コイル抵抗；３８Ω×２
上側回転式発電機１０３及び第二下側回転式発電機１０５：２相パーマネントマグネット型パルスモータ、ステップ角度；１５度、コイル抵抗；１８８Ω×２
【００７４】
（１）出力電圧の波形について。
【００７５】
図５に、上側回転式発電機１０３と第二下側回転式発電機１０５との出力電圧の変化（波形）を示す。可撓性平面体１０１がはためくことにより、可撓性平面体１０１の風下側の補強上角部分１０１２及び下端側周縁部１０１３が風向に直交する方向に揺動する。この揺動により、それぞれの回転式発電機１０３，１０５における複数のステップ角度にわたって各コイルが走査され、その際の出力電圧をプロットするものである。
【００７６】
このグラフにおいて、上側回転式発電機１０３の出力電圧の周波数が第二下側回転式発電機１０５のその周波数より高いが、これは揺動の振幅が大きいことに起因する。なお、上側回転式発電機１０３の出力電圧の周期は、可撓性平面体１０１の揺動運動自体の周期を示すものではない。
【００７７】
この実験において、可撓性平面体１０１の把持位置、すなわち風下側の補強上角部分１０１２の位置やコイルばね１０６により与えられる張力により、可撓性平面体１０１のはためきの状態は著しく変化するものである。多くの場合、間欠的に強いはためきと休止期間とが交互に現れていることがグラフより読み取れるものである。この場合、可撓性平面体１０１の風上側の下端角部分１０１３の位置が出力電圧に与える影響は大である。
【００７８】
（２）可撓性平面体１０１の伝達部との結合位置Ｐ１と出力電力との関係について。
【００７９】
図６に、結合位置を変化させた場合の出力電力の変化を示す。この実験から、下端側周縁部１０１３における結合位置Ｐ１は、下端側周縁部１０１３の両端の間の中間位置において好適な位置が存在することが判明した。実験においては、風速など、可撓性平面体１０１がはためくための条件を好適なものにして、ほぼ連続的にはためきが継続した状態で結合位置Ｐ１と出力電力とを結果を記録した。なお、結合位置に対する出力電圧の変化傾向は、上述の第２実施形態の構成においても当てはまるものである。
【００８０】
（３）出力電力と風速との関係について。
【００８１】
図７に、風速を変更した場合の出力電力の変化を示す。それぞれの回転式発電機１０３，１０４，１０５において、ばらつきはあるが、各回転式発電機１０３，１０４，１０５の出力電力を総計した総出力電力は、その勾配つまり風速に対する変化は風速の三乗にほぼ比例するものである。この実験結果に基づいて、はためきによって形成される面積を受風面積とし、その値を入力として効率を算出すると、１．８％程度となった。
【００８２】
有効電力を評価するために、回転式発電機つまりパルスモータのコイル１個の出力を整流して容量４７００μＦのコンデンサに充電させた。この場合に、図８に示すように、実験開始から１分間でコンデンサの端子間の電圧は７．５Ｖに上昇し、蓄積エネルギは０．１３Ｊであった。この値は、６個のコイルを総計した場合には、０．８Ｊに相当するものである。したがって、適切な電子回路を適用すれば、間欠的な交信を実行するリモートセンシングシステムの電源として、必要な電力を供給し得るものとなる。
【００８３】
なお、上述のそれぞれの実施形態においては、可撓性平面体１を風にさらされる位置に配するように構成しているが、例えば、水等の流体にさらされる位置に配置するようにするものであってもよい。
【００８４】
その他、各部の具体的構成についても上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００８５】
本発明は、以下に列記する場所や施設などにおいて利用可能である。
【００８６】
（１）登山道などにおける無線網の電源設備。
【００８７】
無線網を構築するための無線装置は、通信距離が短ければ少ない電力により動作させることが可能である。したがって、近距離に多数の無線局を配置する無線網にあっては、その無線網で必要とする総電力を少なくすることができるので、好ましく本発明を適用することができる。この場合、無線装置として携帯電話の一部を改造して実現し、本発明を太陽電池と共用して電源とするものが挙げられる。このような構成を採用することにより、総合経済性の高いシステムを構築することができる。
【００８８】
（２）登山道や道路などに設置する携帯電話の有料電池充電設備。
【００８９】
電池の充電の使用料金は、携帯電話のデビットカード機能を用いて支払いできるようにすることにより、利便性も向上し、同設備を盗まれる危険性も防止することができる。この例の応用として、温度調節機能を外して電力消費を少なくした清涼飲料水などの自動販売機、あるいは温度調節機能の不要な防寒具などの自動販売機に適用することも可能である。
【００９０】
（３）無人島などを含む島嶼における映像監視施設。
【００９１】
このような映像監視施設にあっては、電源を確実に確保しなければならないが、太陽電池による電源装置と相補う構成の電源装置とすることにより、保守間隔を長くすることができる。
【００９２】
（４）地下鉄構内やトンネル内での車両通過監視設備。
【００９３】
地下鉄構内やトンネル内にあっては、車両の通過により風が発生するので、その風により発電し、車両が通過したことを示す通過信号を発生させ、その通過信号を監視するものである。このように風力を利用して発電することにより、太陽電池の使用できない場所でもこのような監視体制を採用することを可能にするものである。このような監視装置の応用としては、谷風が優位である場合の多い峡谷において、異常な強風の発生を感知して報知するものが挙げられる。
【００９４】
上述した活用例においては、無線を介して電源状況をこれらの設備を集中管理する部署に通報するように構成することは言うまでもない。このような構成にすることにより、設備の信頼性を向上させるものである。
【００９５】
（５）商品に取り付けられるタグチップ用電源。
【００９６】
ほぼ無人化された倉庫において、商品管理のためのロボットに搭載される商品情報読み取り装置は、商品に取り付けられたタグチップから商品情報を読み取るに、タグチップに対して無線で送電するものであるが、比較的大きな送信電力を必要とし、又近接させる必要がある。パッケージ内の商品に取り付けられたタグチップとは近接させることができない場合があり、より大きな電力を要する。パッケージの外側面に可撓性平面体（旗）をたなびかせた発電中継器を設けると、内側の内蔵商品の近くに電力送信アンテナを配置することが可能になる。必要に応じて送風機により風を発生させ、発電中継器に電力を送り、発電中継器から無線で電力を供給されたタグチップは応答信号を発信する。商品情報読み取り装置の受信感度を高くすれば距離をおいても読み取りは可能となり、商品情報を収集することができる。倉庫のように商品が集積され、照明が暗く太陽電池が使いにくい場所では本発明の構成が有利である。
【００９７】
これと同様の活用例としては、船積みされるコンテナに本発明を適用するものが挙げられる。船積みの場合は、より強い風を期待することができ、確実に動作させることができる。
【００９８】
なお、本発明において得られる電力については、各種の蓄電池に蓄電することにより、より効果的に活用できるものである。蓄電の方法としては、電気以外の形態例えば、水素の形で蓄えることや、その水素により燃料電池を作動させるようにするものであってもよい。これらの蓄電方法については、公知のものを適用するものであってよい。
【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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