(57)【要約】【課題】  携帯形の機器やユビキタスセンサの置かれる空間に内在する複数の発電エネルギーを同時に利用して、発電エネルギーの利用効率を高めた、コンパクトなハイブリッド発電素子、ハイブリッド発電素子を用いた電源装置、及びハイブリッド発電素子の設置方法を提供することを目的とする。【解決手段】  異種金属線を接合してなる複数の熱電対を交互に直列に、且つ、コイルの状態に成形し、熱起電力と誘導起電力とを同時に発電することが可能なハイブリッド発電素子であって、金属線１と金属線１と異なる種類の金属線２とを交互に直列に、且つ、コイルの状態に成形し、金属線１と金属線２との接合部を交互に異なる温度状態に設定し、前記コイルを磁束が交差するように設定し、熱起電力と誘導起電力とを同時に発電するようにしたことを特徴とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
異種金属線を接合してなる複数の熱電対を交互に直列に、且つ、コイルの状態に成形し、熱起電力と誘導起電力とを同時に発電することが可能なハイブリッド発電素子であって、
第１の金属線と前記第１の金属線と異なる種類の第２の金属線とを交互に直列に、且つ、コイルの状態に成形し、
前記第１の金属線と前記第２の金属線との接合部を交互に異なる温度状態に設定し、
前記コイルを磁束が交差するように設定し、
熱起電力と誘導起電力とを同時に発電するようにしたことを特徴とするハイブリッド発電素子。
【請求項２】
前記第１の金属線と前記第２の金属線とを一対のフレキシブルプリント基板の印刷配線パターンで成形したことを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド発電素子。
【請求項３】
一対の前記フレキシブルプリント基板の接合部を、異方性導電ゴムを用いて接合したことを特徴とする請求項２に記載のハイブリッド発電素子。
【請求項４】
異種金属線を接合してなる複数の熱電対を交互に直列に、且つ、コイルの状態に成形し、熱起電力と誘導起電力とを同時に発電することが可能なハイブリッド発電素子を用いた電源装置であって、
第１の金属線と前記第１の金属線と異なる種類の第２の金属線とを交互に直列に、且つ、コイルの状態に成形し、前記第１の金属線と前記第２の金属線との接合部を交互に異なる温度状態に設定し、前記コイルを磁束が交差するように設定し、熱起電力と誘導起電力とを同時に発電するようにしたハイブリッド発電素子と、
前記ハイブリッと発電素子の出力から所定の電圧を得る電源部と
を備え、
前記電源部は、前記ハイブリッド発電素子の出力を平滑する第１の平滑化回路と、前記ハイブリッド発電素子の出力の高電位出力と前記第１の平滑化回路の高電位出力との間の電位差を整流する整流化回路と、前記整流化回路の出力に接続された第２の平滑化回路とから成ることを特徴とするハイブリッド発電素子を用いた電源装置。
【請求項５】
前記第１の平滑回路の出力及び前記第２の平滑回路の出力のいずれか一方を時分割で選択的に接続する充電制御回路と、
前記充電制御回路によって充電される蓄電手段と
から成る請求項４に記載の電源装置。
【請求項６】
前記ハイブリッド発電素子の出力電圧の直流成分の正負を判定する判定手段と、
前記ハイブリッド発電素子の出力電圧の後段に極性を切換る切換手段と
を備え、
同一の極性の出力電圧を出力するようにしたことを特徴とした第４項記載の直流電源装置。
【請求項７】
前記充電制御回路は、前記蓄電手段への充電電圧または充電電流を監視する監視手段を備え、充電速度が速い方の選択時間の比率を大きくしたことを特徴とする請求項５に記載の電源装置。
【請求項８】
磁界を発生する移動型の充電装置を備え、
前記コイルとの交差する磁束を印加して、前記蓄電手段に充電を行うようにしたことを特徴とする請求項４乃至請求項７のいずれか１項に記載の電源装置。
【請求項９】
第１の金属線と前記第１の金属線と異なる種類の第２の金属線とを交互に直列に、且つ、コイルの状態に成形し、前記第１の金属線と前記第２の金属線との接合部を交互に異なる温度状態に設定し、前記コイルを磁束が交差するように設定し、熱起電力と誘導起電力とを同時に発電するようにしたことを特徴とするハイブリッド発電素子の設置方法であって、
前記ハイブリッド発電素子は、矩形のコイルの状態に成形された前記ハイブリッド発電素子の対向する辺を、異方向に交流電流が流れる一対の平行導線の一方の導線の近傍で並走するように成形し、
前記ハイブリッド発電素子の温接点部を前記平行導線の一方の導線に密着させ、前記ハイブリッド発電素子の冷接点部を前記平行導線から断熱材で隔離して外気温に触れるように設定したことを特徴とするハイブリッド発電素子の設置方法。
【請求項１０】
第１の金属線と前記第１の金属線と異なる種類の第２の金属線とを交互に直列に、且つ、コイルの状態に成形し、前記第１の金属線と前記第２の金属線との接合部を交互に異なる温度状態に設定し、前記コイルを磁束が交差するように設定し、熱起電力と誘導起電力とを同時に発電するようにしたことを特徴とするハイブリッド発電素子の設置方法であって、
前記ハイブリッド発電素子は、矩形のコイルの状態に成形された前記ハイブリッド発電素子の一辺を、長尺の棒状、または、管状の金属管に沿って設け、
前記ハイブリッド発電素子の冷接点部を前記金属管に密着させ、前記ハイブリッド発電素子の温接点部を地中に埋設、または、前記ハイブリッド発電素子の温接点部を前記金属管に密着させ、前記ハイブリッド発電素子の冷接点部を地中に埋設したことを特徴とするハイブリッド発電素子の設置方法。
【請求項１１】
第１の金属線と前記第１の金属線と異なる種類の第２の金属線とを交互に直列に、且つ、コイルの状態に成形し、前記第１の金属線と前記第２の金属線との接合部を交互に異なる温度状態に設定し、前記コイルを磁束が交差するように設定し、熱起電力と誘導起電力とを同時に発電するようにしたことを特徴とするハイブリッド発電素子の設置方法であって、
前記ハイブリッド発電素子は、矩形のコイルの状態に成形された前記ハイブリッド発電素子の一辺を、窓、ドア、壁、屋根など非導電性材料の外縁部に沿って内蔵させ、
前記ハイブリッド発電素子の温接点部を外気に、前記ハイブリッド発電素子の冷接点部を室内気に触れるように、または、前記ハイブリッド発電素子の冷接点部を外気に、前記ハイブリッド発電素子の温接点部を室内気に触れるように、
設定したことを特徴とするハイブリッド発電素子の設置方法。
【請求項１２】
第１の金属線と前記第１の金属線と異なる種類の第２の金属線とを交互に直列に、且つ、コイルの状態に成形し、前記第１の金属線と前記第２の金属線との接合部を交互に異なる温度状態に設定し、前記コイルを磁束が交差するように設定し、熱起電力と誘導起電力とを同時に発電するようにしたことを特徴とするハイブリッド発電素子の設置方法であって、
前記ハイブリッド発電素子は、矩形のコイルの状態に成形された前記ハイブリッド発電素子の一辺を、額など非導電性材料の外縁部に沿って内蔵させ、
前記ハイブリッド発電素子の温接点部を額の上部位置で室内気に、または冷接点部を室内下部位置で室内気に触れるように設定したことを特徴とするハイブリッド発電素子の設置方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池やコンセントからの受電を不要とするユビキタス電源において、複数の発電手段を備えるハイブリッド発電素子、ハイブリッド発電素子を用いた電源装置、及びハイブリッド発電素子の設置方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
有限な化石燃料の消費削減、二酸化炭素排出量の削減を目的とした火力発電に依存しない新エネルギー利用が進みつつある。
【０００３】
更に、他方では送電ロスの低減とユビキタス情報社会を迎えてエネルギー消費の場の近傍で発電を行う分散型発電システムの研究及び実用化が進められている。
【０００４】
こうした動きの中で、ｋＷオーダー以上の規模では、太陽光、風力等を利用した発電が既に実用化されているが、ユビキタスセンサネットワーク構想（例えば、ｅ−Ｊａｐａｎ重点計画２００２参照。）にみられるように、微小なセンサをばらまいて環境監視等を行おうという用途においては、センサが設置される現場でセンサを動作させるエネルギーを得るために、Ｗオーダー、ｍＷオーダー、更にはそれ以下の発電量の発電素子の研究が行われている。
【０００５】
これらのユビキタスセンサネットワークで要求される発電の主な方式としては、熱電効果（ゼーベック効果）を利用した熱電素子による温度差発電、太陽電池を利用した光発電、圧電効果を利用した振動・衝撃による発電など、自然エネルギーや運動エネルギーを利用した各種の発電機構がある（例えば、非特許文献１参照。）。
【０００６】
詳細には、温度差発電を利用した熱電池を内蔵したＩＣカード（例えば、特許文献１参照。）や、電磁波発生装置を所定の部屋などのビジネス活動の空間において放射し、その空間内で使用される夫々の機器に受信アンテナを備えて放射された電磁波を受信し、電力に変換するバッテリーレス、コードレスの無線電力供給システムがある（例えば、特許文献２参照。）。
【非特許文献１】日経エレクトロニクス、「電源だってユビキタス」第２部発電機構、２００３年６月９日、１１４〜１１９頁
【特許文献１】特開２００３−１３２３１２号公報  Ｐ４、図１
【特許文献２】特開２００５−２６１１８７号公報  Ｐ８、図１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
非特許文献１や特許文献１に開示された携帯形の機器やＩＣカード、所定の空間に多数設けられる温度センサ、及び人感センサ等のユビキタスセンサのための各種の方式のユビキタス電源は、その機器やセンサの使用環境の近傍に存在する、温度差、光、振動・衝撃などの自然エネルギーや運動エネルギーを利用した発電である。
【０００８】
しかしながら、これらの携帯形の機器やユビキタスセンサの使用される環境に内在するエネルギー源は一般にその出力が不安定であり、例えば、夜間には太陽光発電は利用できないといったように、必要な発電量が安定して得られないという問題があった。
【０００９】
また、特許文献２に開示された放射電磁波を受信して電力に変換する電波エネルギーによる発電は、各種のセンサや電子機器の電源のコードレス化、バッテリーレス化を実現するものではあるが、特別の放射電磁波発生装置を必要とし、設備の大型化が避けられない問題がある。
【００１０】
そこで、各種のユビキタスセンサや携帯形機器の置かれる空間で、複数の発電方式を組合せ発電することで、必要な発電量が得られないリスクを低減する方法が考えられる。しかし、単純な組合せ方式では発電機構自体を複数備えることから、センサや電子機器が複雑化、且つ大型化する問題があった。
【００１１】
本発明は、このような従来の問題点を解決するためになされたもので、携帯形の電子機器やユビキタスセンサの置かれる空間に内在する複数の発電エネルギーを同時に利用して、発電エネルギーの利用効率を高めた、コンパクトなハイブリッド発電素子、ハイブリッド発電素子を用いた電源装置、及びハイブリッド発電素子の設置方法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】
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明による請求項１に係るハイブリッド発電素子は、異種金属線を接合してなる複数の熱電対を交互に直列に、且つ、コイルの状態に成形し、熱起電力と誘導起電力とを同時に発電することが可能なハイブリッド発電素子であって、第１の金属線と前記第１の金属線と異なる種類の第２の金属線とを交互に直列に、且つ、コイルの状態に成形し、前記第１の金属線と前記第２の金属線との接合部を交互に異なる温度状態に設定し、前記コイルを磁束が交差するように設定し、熱起電力と誘導起電力とを同時に発電するようにしたことを特徴とする。
【００１３】
上記目的を達成するために、本発明による請求項４に係るハイブリッド発電素子を用いた電源装置は、異種金属線を接合してなる複数の熱電対を交互に直列に、且つ、コイルの状態に成形し、熱起電力と誘導起電力とを同時に発電することが可能なハイブリッド発電素子を用いた電源装置であって、第１の金属線と前記第１の金属線と異なる種類の第２の金属線とを交互に直列に、且つ、コイルの状態に成形し、前記第１の金属線と前記第２の金属線との接合部を交互に異なる温度状態に設定し、前記コイルを磁束が交差するように設定し、熱起電力と誘導起電力とを同時に発電するようにしたハイブリッド発電素子と、前記ハイブリッと発電素子の出力から所定の電圧を得る電源部とを備え、前記電源部は、前記ハイブリッド発電素子の出力を平滑する第１の平滑化回路と、前記ハイブリッド発電素子の出力の高電位出力と前記第１の平滑化回路の高電位出力との間の電位差を整流する整流化回路と、前記整流化回路の出力に接続された第２の平滑化回路とから成ることを特徴とする。
【００１４】
上記目的を達成するために、本発明による請求項９に係るハイブリッド発電素子の設置方法は、第１の金属線と前記第１の金属線と異なる種類の第２の金属線とを交互に直列に、且つ、コイルの状態に成形し、前記第１の金属線と前記第２の金属線との接合部を交互に異なる温度状態に設定し、前記コイルを磁束が交差するように設定し、熱起電力と誘導起電力とを同時に発電するようにしたことを特徴とするハイブリッド発電素子の設置方法であって、前記ハイブリッド発電素子は、矩形のコイルの状態に成形された前記ハイブリッド発電素子の対向する辺を、異方向に交流電流が流れる一対の平行導線の一方の導線の近傍で並走するように成形し、前記ハイブリッド発電素子の温接点部を前記平行導線の一方の導線に密着させ、前記ハイブリッド発電素子の冷接点部を前記平行導線から断熱材で隔離して外気温に触れるように設定したことを特徴とする。
【００１５】
上記目的を達成するために、本発明による請求項１０に係るハイブリッド発電素子の設置方法は、第１の金属線と前記第１の金属線と異なる種類の第２の金属線とを交互に直列に、且つ、コイルの状態に成形し、前記第１の金属線と前記第２の金属線との接合部を交互に異なる温度状態に設定し、前記コイルを磁束が交差するように設定し、熱起電力と誘導起電力とを同時に発電するようにしたことを特徴とするハイブリッド発電素子の設置方法であって、前記ハイブリッド発電素子は、矩形のコイルの状態に成形された前記ハイブリッド発電素子の一辺を、長尺の棒状、または、管状の金属管に沿って設け、前記ハイブリッド発電素子の冷接点部を前記金属管に密着させ、前記ハイブリッド発電素子の温接点部を地中に埋設、または、前記ハイブリッド発電素子の温接点部を前記金属管に密着させ、前記ハイブリッド発電素子の冷接点部を地中に埋設したことを特徴とする。
【００１６】
上記目的を達成するために、本発明による請求項１１に係るハイブリッド発電素子の設置方法は、第１の金属線と前記第１の金属線と異なる種類の第２の金属線とを交互に直列に、且つ、コイルの状態に成形し、前記第１の金属線と前記第２の金属線との接合部を交互に異なる温度状態に設定し、前記コイルを磁束が交差するように設定し、熱起電力と誘導起電力とを同時に発電するようにしたことを特徴とするハイブリッド発電素子の設置方法であって、前記ハイブリッド発電素子は、矩形のコイルの状態に成形された前記ハイブリッド発電素子の一辺を、窓、ドア、壁、屋根など非導電性材料の外縁部に沿って内蔵させ、前記ハイブリッド発電素子の温接点部を外気に、前記ハイブリッド発電素子の冷接点部を室内気に触れるように、または、前記ハイブリッド発電素子の冷接点部を外気に、前記ハイブリッド発電素子の温接点部を室内気に触れるように、設定したことを特徴とする。
【００１７】
上記目的を達成するために、本発明による請求項１２に係るハイブリッド発電素子の設置方法は、第１の金属線と前記第１の金属線と異なる種類の第２の金属線とを交互に直列に、且つ、コイルの状態に成形し、前記第１の金属線と前記第２の金属線との接合部を交互に異なる温度状態に設定し、前記コイルを磁束が交差するように設定し、熱起電力と誘導起電力とを同時に発電するようにしたことを特徴とするハイブリッド発電素子の設置方法であって、前記ハイブリッド発電素子は、矩形のコイルの状態に成形された前記ハイブリッド発電素子の一辺を、額など非導電性材料の外縁部に沿って内蔵させ、前記ハイブリッド発電素子の温接点部を額の上部位置で室内気に、または冷接点部を室内下部位置で室内気に触れるように設定したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
以上説明したように、本発明によれば、一対の異種金属線を交互に直列に接続してコイル状に成形し、一方温接点部と、他方の冷接点部とを異なる温度環境に設定し、且つ、その環境に内在する交差磁束をコイルと交差するように設定し、熱起電力と誘導起電力とを同時に発電するハイブリッド発電素子とし、このハイブリッド発電素子の出力で電源を構成するようにしたので、空間に内在する発電エネルギーの利用効率の高い、コンパクトなハイブリッド発電素子、ハイブリッド発電素子を用いた電源装置、及びハイブリッド発電素子の設置方法を提供することが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する。
【実施例１】
【００２０】
本発明に係る実施例について、図面を参照して説明する。図１（ａ）は、本発明のハイブリッド発電素子１０の発電の原理とその構成を説明する図である。実線で示す円弧状に成形されたプラス脚１と破線で示すマイナス脚２とは、熱電効果（ゼーベック効果）を発生する異種金属線で構成される。
【００２１】
例えば、図１（ｂ）に示すようにプラス脚１を銅（Ｃｕ）、マイナス脚２をコンスタンタン（Ｃｕ５５％、Ｎｉ４５％）とするＴｙｐｅ−Ｔの熱電対の構成とするが、最近の新材料であるＢｉ・Ｔｅ系との組合せであっても良い。
【００２２】
図１（ｃ）に示すように、接続点は溶接で接合され、一方の接続点の温度はＴ１℃、他方の接続点の温度はＴ２℃、且つ、Ｔ１＞Ｔ２の状態で設定された一対の熱電対を構成する。
【００２３】
このような一対の熱電対を図１（ａ）に示すように、円弧状のプラス脚１とマイナス脚２とは、交互にそれぞれ１０本ずつ直列接続され、対向してコイル状に成形されたコイルを構成する。
【００２４】
そして、高温度側の１０箇所の接続点の温接点部３、低温度側の９箇所の低温接点部４の両端は、夫々正出力電極５、負出力電極６となる。
【００２５】
正出力電極５と負出力電極６とは、夫々正端子７及び負端子８に導線で接続され、この端子７と端子８との間からハイブリッド発電素子１０の発電出力が取り出される。
【００２６】
次に、再び、図１を参照してハイブリッド発電素子１０の動作について説明する。
【００２７】
温接点部３が存在する部分の温度をＴ１、冷接点部４が存在する部分の温度２をＴ２とすると、１対の熱電対に相当する図１（ｃ）に示す要素部において、プラス脚１とマイナス脚２の材質、及び温度Ｔ１と温度Ｔ２の温度差とによって決定されるゼーベック効果による熱起電力Ｖ１２が発生する。
【００２８】
１図（ｃ）の熱電対の要素がＮ個分、ここでは１０個が直列に接続されているので、Ｔ１、Ｔ２に基づく熱起電力をＶ１２とすると、この時の端子間の熱起電力ＶＴＣは、下記のようになる。  
ＶＴＣ＝Ｎ×Ｖ１２・・・（１）
なお、熱電対は１０組として図示したが、熱電対の対数は、このハイブリッド発電素子１０に要求される起電力とその設定される温度と磁界との発電環境の条件から、最適な対数とその形状が予め設定される。
【００２９】
例えば、発電の温度差を与える設置環境が比較的小さい温度差の場合、例えば３℃と想定する、ボルトオーダーの出力を得るには２５００対程度の熱電対を接続する必要がある。
【００３０】
即ち、Ｔｙｐｅ・Ｔの熱電対を２５００組とした場合、冷接点が０℃、温接点が３℃の状態では、約０．３Ｖの出力電圧が得られる。
【００３１】
一方、設置される空間に存在する磁束によって図１の１点破線に示すようなハイブリッド発電素子１０と交差する磁束成分が得られ誘導起電力が発生する。
【００３２】
この磁束をΔφとすると、交差磁束の変化に伴う誘導起電力Ｖ１は、下記のようになる。  
ＶＩ＝−Ｎ×（Δφ／Δｔ）・・・（２）
【００３３】
以上のことから、図１に示した構成において得られる端子７及び端子８間で得られる発電起電力Ｖは、下記式で示される。  
Ｖ＝ＶＴＣ＋ＶＩ
＝Ｎ×Ｖ１２ −Ｎ×（Δφ／Δｔ）・・・（３）
【００３４】
ここで、大きな発電起電力Ｖを得るためには、コイルの巻き数に相当する熱電対数Ｎを増やすだけでなく、磁束φは交差面積に比例するので、その空間で発生する磁束に対し、ハイブリッド発電素子１０と交差する熱電対の断面形状が大きくなるように設定する必要がある。
【００３５】
また、温度の時間的変化は一般にゆっくりであるため、（３）式の第１項は、直流成分であるが、第２項は、一般に交流成分であり、発電機電力Ｖは、熱起電力ＶＴＣと誘導起電力Ｖ１とが合成された図２に示すような波形の出力となる。
【００３６】
このように、温度差と磁界の変化という異なる２つの発電エネルギー源から、単一のコイル状部品、即ち、ハイブリッド発電素子１０によって熱起電力ＶＴＣと誘導起電力Ｖ１との和を出力電圧として同時に取り出すことが可能となる。
【００３７】
次に、ハイブリッド発電素子１０の製作方法の図３及び図４を参照して説明する。図３は、ハイブリッド発電素子１０ａの組立を説明するための分解斜視図で、図４は、その構成要素である熱電対の構造を示す。
【００３８】
ハイブリッド発電素子１０ａは、プラス脚フレキシブルプリント基板１１と、マイナス脚フレキシブルプリント基板１２と、夫々のフレキシブルプリント基板の両端部にもけられる補強板１５乃至１８と、夫々のフレキシブルプリント基板の温接点部と冷接点部とを接合するための異方性導電ゴム１９及び異方性導電ゴム２０とからなる。
【００３９】
また、夫々のフレキシブルプリント基板の接合部の両端には、プラス脚導線２１及びマイナス脚導線２２が接続され、この両端から出力が取り出される。
【００４０】
次に、このハイブリッド発電素子１０の製作方法について説明する。プラス脚フレキシブルプリント基板１１上には、図４（ａ）に示すように、熱電対の一方を形成する銅箔パターン１３が所定数平行に長く形成され、その両端には補強板１５及び補強版１７が接着されている。
【００４１】
また、マイナス脚フレキシブルパターン基板１２上には、図４（ｃ）に示すように、熱電対の他方を形成するコンスタンタン（Ｃｕ５５％、Ｎｉ４５％の合金）パターン１４が、所定数平行に長く形成され、その両端には補強板１６及び補強板１８が接着される。
【００４２】
そして、２つのフレキシブルプリント基板の両端部をパターン面が対向するようにして、図４（ａ）に示すように、その一方の端部は、異方性導電ゴム１９を補強板１５及び補強板１６で挟み込んで、両側から圧接する。
【００４３】
同様に、他方の端部は、異方性導電ゴム２０を補強板１７及び補強板１８で挟み込んで、両側から圧接する。
【００４４】
この時、個々のフレキシブルプリント基板の両端部のパターンは、図４に示す如く円形のランドパターン１３ａ及びランドパターン１４ａが形成されており、且つ、このランドパターン１３ａとランドパターン１４ａの位置は上下で半ピッチずつずれているので、プラス脚フレキシブルプリント基板１１の銅箔パターン１３とマイナス脚フレキシブルプリント基板１２のコンスタンタンパターン１４の端部の曲がり方向が逆となるようにしておくことによって、対向するランド同士が異方性導電ゴム１９及び異方性導電ゴム２０を補強板１５乃至補強板１８介して圧接する。
【００４５】
その結果、両フレキシブルプリント基板１１、１２の基板上の全てのパターンが、電気的に直列に接続されることになり、さらに、フレキシブルプリント基板１１とフレキシブルプリント基板１２との空間を図３に示すように円弧状に広げるように成形することによって、図１で示したと同様のハイブリッド発電素子１０ａが得られる。
【００４６】
次に、このようにして作られたハイブリッド発電素子１０を用いた電源装置１００の電源部３０について図５を参照して説明する。
【００４７】
ハイブリッド発電素子１０を用いた電源装置１００は、ハイブリッド発電素子１０とその電源部３０とから構成される。
【００４８】
電源部３０は、温度差による熱起電力を処理する第１の電源系統と、磁束変化で発電される誘導起電力を処理する第２の電源系統と２つの系統からなる。
【００４９】
第１の電源系統は、ハイブリッド発電素子１０の出力を平滑する第１の平滑回路３１と、平滑回路３１の出力を所定の電圧に昇圧する昇圧回路３４ａと、昇圧回路３４ａの出力でキャパシタ１を充電するための充電回路３５と、キャパシタ１とからなる。
【００５０】
また、第２の電源系統は、ハイブリッド発電素子１０の出力と、第１の平滑回路３１の出力との差を整流する整流回路３２と、整流回路３２の出力を平滑する第２の平滑回路３３と、第２の平滑化回路３３の出力を所定の電圧に昇圧する昇圧回路３４と、昇圧回路３４の出力でキャパシタ２を充電するための充電回路３５と、キャパシタ２とからなる。
【００５１】
さらに、キャパシタ１及びキャパシタ２の出力は、どちらか一方のみを選択する双極切換スイッチ３７と、選択された双極切換スイッチ３７の出力でリチウムイオン電池３９を充電する充電制御回路３８と、このリチウムイオン電池３９とからなる。
【００５２】
そして、このように構成された電源部３０の動作について説明する。ハイブリッド発電素子１０の発電起電力は、温度差による熱起電力が磁束変化による誘導起電力よりも大きい場合には、第１の電源系統でキャパシタ１を充電する。磁束変化による誘導起電力が温度差による熱起電力よりも大きい場合には、第２の電源系統でキャパシタ２を充電する。
【００５３】
通常、キャパシタ１及びキャパシタ２の出力は、どちらか一方のみが双極切換スイッチ３７を介して充電制御回路３８に接続され、この充電制御回路３８によってリチウムイオン電池３９を充電する。
【００５４】
そしてリチウムイオン電池３９の出力は、携帯形機器やユビキタスセンサなどの電力供給対象機器４０に接続される。同時に、充電制御回路３９にも接続されて、自身の電源ともなる。
【００５５】
そして、充電制御回路３８は双極切換スイッチ３７を周期的に切換え、キャパシタ１とキャパシタ２の少なくともどちらか一方が、所定の値以上の電荷を保有していればリチウムイオン電池３９の充電を行う。
【００５６】
そしてリチウムイオン電池３９の充電エネルギーによって電力供給対象機器４０に電力が供給される。
【００５７】
ハイブリッド発電素子１０の設けられる空間での温度差、磁界変化ともに必要とされる発電起電力を満たさない状態が継続すると、キャパシタ１、キャパシタ２とも充電不足となり電力供給対象機器４０に必要な電力が供給されないことが起きる。
【００５８】
その場合には充電制御回路３９は、キャパシタ１またはキャパシタ２のどちらか一方に双極切換スイッチ３７を切換え、選択された発電エネルギーで所定の充電量を確保した後に電力を供給する。
【００５９】
なお、充電制御回路３９がキャパシタ１とキャパシタ２のそれぞれに接続したときの充電電流を監視する監視手段を設け、充電電流が大きい方、即ち充電速度の速い方のキャパシタへの接続時間比率を大きくすることで、より効率的な充電が可能となるように構成することもできる。
【００６０】
また、ハイブリッド発電素子１０の出力の正負の電位を判定する判定手段と、この判定手段の出力でハイブリッド発電素子１０の出力電圧を同一の極性で出力する切替え手段とを備えることによって、電源部３０は、前述した第１の電源系統のみで構成することもできる。
【００６１】
上述の述べたように、本発明によれば、温度差と磁界変化という異なる発電エネルギーの少なくとも一方が存在していれば、対象とする電力供給対象機器４０が動作するための電力供給を継続することが可能で、異なる発電エネルギーを電気エネルギーに変換する単一のハイブリッド発電素子、及びこれを用いた電源装置を提供できる。
【００６２】
次に、このようなハイブリッド発電素子１０の設置方法について、図６を参照して説明する。
【００６３】
図６は、比較的大電流が流れる家庭用交流電源コードから発電エネルギーを取り出す場合の方法を示すもので、各種の電源コードに接続する電源アダプター１０１として使用される構成を示したものである。
【００６４】
電源アダプター１０１は、電源ケーブルと接続する一方のコネクタ部５２と他方のコネクタ部５３と、ハイブリッド発電素子１０の発電起電力を取り出す出力端子部５６とからなる。
【００６５】
そして、電源の一方の導線５１と他方の導線５１ａとがコネクタ部５２とコネクタ部５３の図示しない電源ピンと接続しておく。
【００６６】
そして、導線５１と導線５１ａとの間に所定の面積の矩形空間を形成するように成形し、夫々の導線の周囲にハイブリッド発電素子１０の一方のプラス脚１と他方のマイナス脚２とを近接して並走するように設定する。
【００６７】
そしてプラス脚１は銅線とし、マイナス脚２はコンスタンタン線とし、その温接点部３は、銅線５１に近接させ、冷接点部４は大気に感温するように電源アダプター１０１の表面近傍に設け、導線５１及び導線５１ａとは断熱材５４で断熱する。
【００６８】
そして、電源アダプター１０１のコネクタ部５２と他方のコネクタ部５３とは直線状に、発電起電力を取り出す出力端子部５６は、これらのコネクタ部と異なる方向から取り出せるように設定し、電源アダプター１０１の周囲は樹脂等の絶縁物で成形する。
【００６９】
このように構成されたハイブリッド発電素子１０の導線５１及び導線５２には、交流電流が半サイクルごとに異なる方向に流れる。例えば、矢印実線に示す方向に電流が流れている場合には、導線５１及び導線５２の周囲には一点破線で示す方向の磁界が発生する。
【００７０】
そして、電流の向きは時間的に半サイクルごとに逆転を繰り返すので、その磁界の向きも逆転を繰り返す。
【００７１】
したがって、ハイブリッド発電素子１０に交差する磁束も時間的に変化するので、このハイブリッド発電素子１０の両端子７、８には交流電圧が誘起される。
【００７２】
また、温度差についてみると、温接点部３は電源コードに密着して設定されているため比較的温度が高く、冷接点部４は、電源アダプター１０１の表層部に設定されているため温接点部３に比べて低い、外気温度に近い温度となる。
【００７３】
このため、温接点部３と冷接点部４の間には温度差（例えば５℃以上）が存在し、これによる熱起電力がハイブリッド発電素子１０の両端子７、８に出力される。
【００７４】
このように設置された電源アダプター１０１によれば、電源ケーブルを前後に接続して、この電源ケーブルを流れる磁界変化による誘導起電力である交流電圧と、温度差による熱起電力である直流電圧とが同時に加算された出力電圧が発生するので、この出力を図５に示したような電源部３０を介して、電源ケーブル近傍に置かれる各種の携帯形の電子機器やユビキタスセンサの電源を提供することが出来る。
【実施例２】
【００７５】
本発明のハイブリッド発電素子１０の他の設置方法について、実施例２として図７を参照して説明する。
【００７６】
図７は金属配管６２に接続された水道メーター６１の電源として使用される場合のハイブリッド発電素子１０の設置方法の説明図である。
【００７７】
矩形のコイル状に成形されたハイブリッド発電素子１０は、対向する辺の一方の温接点部３（または冷接点部４）を金属配管６２に下部に密着して平行に設置し、対向する辺の他方の冷接点部４（または温接点部３）を地中に埋設する。
【００７８】
このような設置方法とすると、夏季及び冬季で接点部の温度差の極性は変わるものの、配管表面と地中の温度差を利用して、季節の影響を受けにくい熱起電力が得られる。
【００７９】
このような屋外に設けられる機器の場合、充電量が不足する場合には、ハイブリッド発電素子１０と交差する磁界を発生させる移動型の充電装置を備えることで、非接触で外部から充電することも出来る（例えば、特願２００５−２８６０１６参照。）。
【００８０】
また、磁界の変化としては、配管に流れる誘導雷、電気機器の発生するノイズ、放送局や無線機器の発信電波による誘導電流など各種の誘導電流による交差磁界を得ることによって、ハイブリッド発電素子１０の両端子間で、同時に、誘導起電力を得ることが出来るので、熱起電力と誘導起電力によるハイブリッド発電が可能となる。
【００８１】
したがって、電池交換が不要な電子式水道メーターの電源を提供することができる。
【００８２】
このような屋外に設けられる機器の場合、充電量が不足する場合には、ハイブリッド発電素子１０と交差する磁界を発生させる移動型の充電装置を備えることで、非接触で外部から充電することも出来る。
【実施例３】
【００８３】
本発明のハイブリッド発電素子１０の他の設置方法について、実施例３として図８を参照して説明する。
【００８４】
図８は、建物７２の非導電性材料からなる樹脂サッシ７１の窓に取付ける場合の設置方法の説明図である。ハイブリッド発電素子１０は、窓の開口部を取囲む矩形の形を基本とするが、温度差として屋内外の気温差を得るために、一方の接点が樹脂サッシ７１を貫通できるよう図８（ｂ）のように突出するよう成形して、屈曲した形状とする。
【００８５】
また、樹脂サッシ７１の断面図を図８（ｃ）Ｃに示す。本設置方法では、夏季には屋外が高温となる温接点部３を屋外に設けるようにしているが、冬季には、温接点部３を屋内に設け、冷接点部４を屋外としても良い。
【００８６】
このような設置方法によって温度差による熱起電力を得るとともに、樹脂サッシ７１の窓を貫通する各種電磁波等による磁界変化を捉えて誘導起電力を得ることが出来るので、同時に、熱起電力と誘導起電力による発電が可能となる。したがって、防犯用の侵入検知センサなどホームセキュリティ用の各種センサの電源を提供することができる。
【実施例４】
【００８７】
本発明のハイブリッド発電素子１０の他の設置方法について、実施例４として図９を参照して説明する。
【００８８】
図９は、室内に設けられる額縁７３の周囲に取付ける場合の設置方法の説明図で、室内での高さ方向の温度差を感知しやすいようにハイブリッド発電素子１０を設定する。
【００８９】
例えば、温接点部３は、額縁７３の上部に、冷接点部４は額縁７縁の周囲よりも下方の、部屋の下部の温度状態に置かれるように設定する。
【００９０】
通常、室内空気をサーキュレーションしないで暖冷房した場合、天井付近と床付近では、５℃程度の温度差が存在するので、この温度差による熱起電力が発生する。
【００９１】
また、磁界変化については額縁７３の空間に鎖交する磁束変化を捉えることになるが、矩形に成形されたハイブリッド発電素子１０の上下方向の一辺を壁内の電源ケーブルに近接させて、実施例２と同様な誘導起電力を得るようにすることも出来るので、この周囲に備えられる絵画等の監視センサの電源を提供することが出来る。
【００９２】
上述の述べたように、本発明によれば、温度差と磁界変化という異なる発電エネルギーの少なくとも一方が存在していれば、対象とする電力供給対象機器４０が動作するための電力供給を継続することが可能で、異なる発電エネルギーを電気エネルギーに変換する単一のハイブリッド発電素子、及びこれを用いた電源装置を提供できる。
【００９３】
本発明は上述したような各実施例に何ら限定されるものでなく、ハイブリッド発電素子の温接点部及び例接点部の設定位置、コイル状に成形される接点部の対点数とコイルの形状とを、設置される空間の温度及び磁気エネルギーの状態と携帯形の電子機器やユビキタスセンサから要求される電力条件に適合するように適宜変更することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００９４】
【図１】本発明のハイブリッド発電素子の構成図。
【図２】本発明のハイブリッド発電素子で発電する起電力の説明図。
【図３】本発明のハイブリッド発電素子の外観図。
【図４】本発明のハイブリッド発電素子の制作方法の説明図。
【図５】本発明のハイブリッド発電素子を用いた電源装置の構成図。
【図６】本発明の実施例１を説明するハイブリッド発電素子の設置方法。
【図７】本発明の実施例２を説明するハイブリッド発電素子の設置方法。
【図８】本発明の実施例３を説明するハイブリッド発電素子の設置方法。
【図９】本発明の実施例４を説明するハイブリッド発電素子の設置方法。
【符号の説明】
【００９５】
１  プラス脚
２  マイナス脚
３  温接点部
４  冷接点部
５  正出力電極
６  負出力電極
７  正端子
８  負端子
１０、１０ａ  ハイブリッド発電素子
１１  プラス脚フレキシブルプリント基板
１２  マイナス脚フレキシブルプリント基板
１３  銅箔パターン
１３ａ、１４ａ  ランドパターン
１４  コンスタンタンパターン
１５、１６、１７、１８  補強板
１９、２０  異方性導電ゴム
２１  プラス脚導線
２２  マイナス脚導線
３０  電源部
３１、３３  平滑回路
３２  整流回路
３４、３４ａ  昇圧回路
３５、３５ａ  充電回路
３６  キャパシタ２
３６ａ  キャパシタ１
３７  双極切換スイッチ
３８  充電制御回路
３９  リチウムイオン電池
４０  携帯形電子機器
５１、５１ａ  導線
５２、５３  コネクタ部
５４  断熱材充填部
５５  充填材
５６  出力端子部
６１  水道メーター
６２  金属配管
７１  窓
７２  部屋
７３  額縁
１００  電源装置
１０１  電源アダプター
【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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【図９】
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