(57)【要約】【課題】  多数の人間が歩行あるいは多数の車両が通行する際の重力移動を利用し、自動的に発電する発電エレメントの提供。【解決手段】  複数の永久磁石１０ａを中心軸をあわせて配列し、隣接する磁化の極が反発するように配置させてマグネットバー１０を形成し、それらの永久磁石１０ａの境目に対向する位置に巻線コイルを地盤の中に固定させ、マグネットバー１０の上側に接続した通路面プレート４０が歩行人間あるいは通行車両の重力の移動で上下すると、永久磁石の境目の位置が上下して巻線コイル端子に誘導電圧が発生する発電エレメントを設けたことを特徴とする。【選択図】  図１
2007215345.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円柱形状又は角柱形状の中心軸方向に磁化された永久磁石と、前記永久磁石の中心軸方向に垂直断面と同一寸法の高透磁性平板と、複数Ｎ枚の同一厚さの前記高透磁性平板のそれぞれの間に、隣接する永久磁石の磁化の方向が反発するようにＮ−１個の同一厚さの前記永久磁石を配置すると共に、それらＮ枚の高透磁性平板とＮ−１個の前記永久磁石の各外周面が一つの円柱面又は角柱側面となるように集積形成させたマグネットバーと、
前記マグネットバーの両端面から軸方向に力を加えられるように収納する非磁性で断面が円形又は方形の肉薄のパイプ状のバー収納パイプと、
前記バー収納パイプの外周に沿って軸方向前後にスライド自在に密着させた中空円筒形又は中空角筒形のパイプ状を形成し、そのパイプ壁内厚部にコイルが収納できるコイル収納筒と、
前記高透磁性平板の軸方向の配置ピッチＰと同一ピッチで前記コイル収納筒内に軸方向に位置するように配置されると共に、前記マグネットバーの中心軸を軸として径方向に広がりを有して巻かれる少なくても１つ以上の巻線コイルと、
前記バー収納パイプに収納されたマグネットバーの一端側が裏側に接続された通路面プレートと、
前記通路面プレートの裏側と、マグネットバーの前記一端側との間に配設された弾力性を有する硬質ゴム板と、を少なくとも具備するマイクロ発電エレメントであって、
前記コイル収納筒が地盤と垂直に埋め込まれて地盤に固定され、その通路面プレート側を地表に合わせて敷設し、前記コイル収納筒に収納されているＮ個の各巻線コイルのそれぞれ対応する高透磁性平板に対する軸方向の位置が、自然の状態では、それぞれ第１の所定距離Δｘだけ下側にあるように通路面プレートとマグネットバーとの間隔を調整する調整機構をさらに備え、
前記通路面プレートに重力方向の力が加われば、前記マグネットバーが降下し前記巻線コイルが高透磁性平板に対して軸方向に第２の所定距離Δｙだけ上側に相対位置が変化し、前記巻線コイル断面を横切る磁場の強さとその方向が時間的に変化して、その巻線コイルの各端子より電力が得られることを特徴とする歩行人間あるいは通行車両の重力を利用するマイクロ発電エレメント。
【請求項２】
前記巻線コイルは、有孔円板形の銅平板線又は銅線を一重又は多重に巻き重ねたコイル状であることを特徴とする請求項１記載の歩行人間あるいは通行車両の重力を利用するマイクロ発電エレメント。
【請求項３】
前記巻線コイルは、さらに周方向にＱ分割され、扇形状のＱ個の巻線コイルとなるように軸の周囲に配置され、それぞれのコイルは少なくとも１つ以上のコイルであることを特徴とする請求項１記載の歩行人間あるいは通行車両の重力を利用するマイクロ発電エレメント。
【請求項４】
前記マグネットバーの中心軸を軸として径方向に広がり巻かれた巻線コイルの代わりに、前記高透磁性平板の側周面に平行に巻かれ、軸方向に広がりを有する巻線コイルをコイル収納筒に配置することを特徴とする請求項１記載の歩行人間あるいは通行車両の重力を利用するマイクロ発電エレメント。
【請求項５】
前記巻線コイルの外周側にそれぞれ同心円状に所定高さの高透磁性円筒を配置し、その円筒にヨーク機能を持たせることにより、コイルを横切る磁場の強さの時間的変化を大きくすることを特徴とする請求項１記載の歩行人間あるいは通行車両の重力を利用するマイクロ発電エレメント。
【請求項６】
請求項１記載のマグネットバーとコイル収納筒との間のスライドによりコイルに発電させるマイクロ発電エレメントにおける通路面プレートを、通路に敷設される正方形状ブロック程度の面積として、各１枚の通路面プレートに複数の前記マグネットバーを接続して、それらのマグネットバーを前記コイル収納筒の中にスライド自在に挿入された複数のマイクロ発電エレメントを集積するブロックに対応し通路面プレートを通路に沿って敷設する構造であって、
敷設されるそれぞれのブロック範囲毎に、各裏面側に複数のＬ行Ｍ列の所定配置パターンのマグネットバーを、Ｌ×Ｍ個接続され一体化したブロック対応通路面プレートと、
通路地盤に垂直に埋め込まれて、前記ブロック範囲毎に、前記マグネットバーのＬ行Ｍ列の前記配置パターンに合致させて、固定され、前記ブロック通路面プレート下側に一体化したＬ×Ｍ個のマグネットバー群を同時にＬ×Ｍ個のコイル収納筒に挿入されるブロック対応コイル収納筒群と、
前記ブロック対応通路プレートの下面と前記地盤上面との間にそれぞれ敷かれ、人間あるいは車両の重力により通路面プレートが変位し、マグネット群が下方向に変位し、人間あるいは車両が離れると復元して上方向の元の位置に戻らせるためのブロック毎の硬質ゴム平板と、
前記ブロックに配設されたコイル巻線群の各端子を直列に接続したブロック範囲毎の電力取出端子と、を少なくとも備えることを特徴とするブロック対応通路面プレート敷設構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、歩行する人間あるいは通行車両の重力を利用して地盤の中に固定した巻線コイルに対してそのコイルを横切る磁束を時間的に変化させて起電力を発生させる発電エレメントと、それを多数設けたブロックを敷設する構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、人間の手・足によって発電機を回転させて、発電することがなされていた。例えば自転車では、その車輪の回転により発電機を回して照明を点灯していた。しかし、これらの装置は特定の人間により、その人間の運動を利用する装置であった。
【０００３】
特許文献１には、履物や杖などの歩行補助具と組合せた発電装置が開示されている。又、特許文献２には、駅などの公共施設やデパートなどの人通りの多い建物における階段や床または道路に設置し、階段の昇り降りや歩行による人の体重による加重又は道路を走行する車による加重を利用して発電させる機能を有するセラミック複合素材を用いた床板素材と、その床板素材を敷詰めた階段、床、道路の構成が開示されている。
【０００４】
特許文献２は、複数の歩行者の体重による加重を利用する発明であるが、圧電セラミック材料が高価である問題があった。
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−３２７１９７号公報（第２、３頁、図１）
【特許文献２】特開平５−３９６６１号公報（第２、３頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたもので、本発明の目的は、永久磁石とコイルを用いた安価な構成の歩行人間あるいは通行車両の重力を利用するマイクロ発電エレメントと、ブロック対応通路面プレート敷設構造の提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明による歩行人間あるいは通行車両の重力を利用するマイクロ発電エレメントは、円柱形状又は角柱形状の中心軸方向に磁化された永久磁石と、前記永久磁石の中心軸方向に垂直断面と同一寸法の高透磁性平板と、複数Ｎ枚の同一厚さの前記高透磁性平板のそれぞれの間に、隣接する永久磁石の磁化の方向が反発するようにＮ−１個の同一厚さの前記永久磁石を配置すると共に、それらＮ枚の高透磁性平板とＮ−１個の前記永久磁石の各外周面が一つの円柱面又は角柱側面となるように集積形成させたマグネットバーと、
前記マグネットバーの両端面から軸方向に力を加えられるように収納する非磁性で断面が円形又は方形の肉薄のパイプ状のバー収納パイプと、
前記バー収納パイプの外周に沿って軸方向前後にスライド自在に密着させた中空円筒形又は中空角筒形のパイプ状を形成し、そのパイプ壁内厚部にコイルが収納できるコイル収納筒と、
前記高透磁性平板の軸方向の配置ピッチＰと同一ピッチで前記コイル収納筒内に軸方向に位置するように配置されると共に、前記マグネットバーの中心軸を軸として径方向に広がりを有して巻かれる少なくても１つ以上の巻線コイルと、
前記バー収納パイプに収納されたマグネットバーの一端側が裏側に接続された通路面プレートと、
前記通路面プレートの裏側と、マグネットバーの前記一端側との間に配設された弾力性を有する硬質ゴム板と、を少なくとも具備するマイクロ発電エレメントであって、
前記コイル収納筒が地盤と垂直に埋め込まれて地盤に固定され、その通路面プレート側を地表に合わせて敷設し、前記コイル収納筒に収納されているＮ個の各巻線コイルのそれぞれ対応する高透磁性平板に対する軸方向の位置が、自然の状態では、それぞれ第１の所定距離Δｘだけ下側にあるように通路面プレートとマグネットバーとの間隔を調整する調整機構をさらに備え、
前記通路面プレートに重力方向の力が加われば、前記マグネットバーが降下し前記巻線コイルが高透磁性平板に対して軸方向に第２の所定距離Δｙだけ上側に相対位置が変化し、前記巻線コイル断面を横切る磁場の強さとその方向が時間的に変化して、その巻線コイルの各端子より電力が得られることを特徴とする。
【０００８】
また、前記巻線コイルは、有孔円板形に銅平板線又は銅線を一重又は多重に巻き重ねたコイル状であることを特徴とする。
【０００９】
前記巻線コイルは、さらに周方向にＱ分割され、扇形状のＱ個の巻線コイルとなるように軸の周囲に配置され、それぞれのコイルは少なくとも１つ以上のコイルであることを特徴とする。
【００１０】
前記マグネットバーの中心軸を軸として径方向に広がり巻かれた巻線コイルの代わりに、前記高透磁性平板の側周面に平行に巻かれ、軸方向に広がりを有する巻線コイルをコイル収納筒に配置することを特徴とする。
【００１１】
前記巻線コイルの外周側にそれぞれ同心円状に所定高さの高透磁性円筒を配置し、その円筒にヨーク機能を持たせることにより、コイルを横切る磁場の強さの時間的変化を大きくすることを特徴とする。
【００１２】
上記課題を解決するため、本発明によるブロック対応通路面プレート敷設構造は、請求項１記載のマグネットバーとコイル収納筒との間のスライドによりコイルに発電させるマイクロ発電エレメントにおける通路面プレートを、通路に敷設される正方形状ブロック程度の面積として、各１枚の通路面プレートに複数の前記マグネットバーを接続して、それらのマグネットバーを前記コイル収納筒の中にスライド自在に挿入された複数のマイクロ発電エレメントを集積するブロックに対応し通路面プレートを通路に沿って敷設する構造であって、
敷設されるそれぞれのブロック範囲毎に、各裏面側に複数のＬ行Ｍ列の所定配置パターンのマグネットバーを、Ｌ×Ｍ個接続され一体化したブロック対応通路面プレートと、
通路地盤に垂直に埋め込まれて、前記ブロック範囲毎に、前記マグネットバーのＬ行Ｍ列の前記配置パターンに合致させて、固定され、前記ブロック通路面プレート下側に一体化したＬ×Ｍ個のマグネットバー群を同時にＬ×Ｍ個のコイル収納筒に挿入されるブロック対応コイル収納筒群と、
前記ブロック対応通路プレートの下面と前記地盤上面との間にそれぞれ敷かれ、人間あるいは車両の重力により通路面プレートが変位し、マグネット群が下方向に変位し、人間あるいは車両が離れると復元して上方向の元の位置に戻らせるためのブロック毎の硬質ゴム平板と、
前記ブロックに配設されたコイル巻線群の各端子を直列に接続したブロック範囲毎の電力取出端子と、を少なくとも備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明による歩行人間あるいは通行車両の重力を利用するマイクロ発電エレメント及びブロック対応通路面敷設構造は以下に示す効果を呈する。
【００１４】
マイクロ発電エレメントにより、ブロック上を歩行する人間あるいは通行車両の重力によりマグネットバーが降下し、ブロックから離れれば、硬質ゴムの変形の変位が復元するので、自動的にマグネットバーの高透磁性平板が固定された巻線コイルに対して、複数の歩行する人間あるいは通行車両がブロックを通過する時間的変化に応じて上下に移動し、その時間的変化に対応する電圧が巻線コイルに発生し、そのコイルの端子に負荷をつければその負荷に前記時間的変化に応じた交流電流が発生する。
【００１５】
以上のように、巻線コイル端子に出力した電力を一旦整流器で全波整流し、次にローパスフィルターにより直流化して蓄電池に充電する。この充電電力を利用するときは、都合のよい交流電圧と周波数に変換して使用することが可能である。
【００１６】
ブロック対応通路面プレートの敷設構造とすれば、多数の巻線コイルに同時に前記時間的変化に対応する交流電圧が発生し、１ブロック毎にそれらの巻線コイルの端子を直列接続すれば、１ブロック毎にコイル端子を直列にして高電圧の交流を全波整流してローパスフィルターにより直流化し蓄電池或いはキャパシター等により時間当たりより多くの電力を充電することができる。
【００１７】
多数の人間が通行する駅などの通路あるいは多数の車両が通行する幹線道路にブロック対応通路面プレートを敷設すれば、時間と共に大きな電力を蓄積することが可能であるため、夜間の通路照明に十分利用可能となり省エネルギー効果を呈する。また、太陽電池と組合せることによれば、天候に左右されない電力供給が可能となる。
【００１８】
また、以上の発電エレメントは、通路面プレートによる発電ではなく、プレートに往復運動させる機構とし、その往復振動周波数による交流電力を得ることにも応用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明の歩行人間あるいは通行車両の重力を利用するマイクロ発電エレメント及びそのエレメントを複数使用したブロック対応通路面プレート敷設構造を図に基づいて説明する。
【００２０】
図１は本発明のマイクロ発電エレメントの構造を示し、（ａ）は断面図、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ断面図である。
【００２１】
図１（ａ）は地盤１００の中に埋め込まれた１個の発電エレメント１の側面を示す断面図である。
【００２２】
１０ａは永久磁石、１０ｂは高透磁性平板を示し、永久磁石１０ａは隣接する磁石の磁化の方向が互いに反発するように配置されている。尚、図１には永久磁石を４個積重ねたマグネットバー１０を示す。
【００２３】
図２は、本発明の発明エレメントの発電原理を示す図で、（ａ）は角柱のマグネットバーの側面及び平面図、（ｂ）は円柱のマグネットバーの側面及び平面図、（ｃ）は扇形状巻線コイルの平面図、（ｄ）は軸方向に広がる巻線コイルの平面図である。
【００２４】
図２（ａ）、（ｂ）いずれの場合でも磁場は高透磁性平板１０ｂの周側面でもっとも強くなる。また、磁場の方向は高透磁性平板１０ｂの厚みの中央面に対して面対称になる。図２において１０ｃは磁力線を示す。
【００２５】
永久磁石１０ａは同じ極を合わせると分離する方向に相互に反発力が働くため、マグネットバー１０はＳＵＳ３０系ステンレスのような非磁性の薄肉のパイプの中に軸方向に力を加えて収納する。
【００２６】
その一実施例を図１に示してある。ここで２０が非磁性のバー収納パイプを示し、バー収納パイプ２０の両端には非磁性のパイプ端板２０ａ、２０ｂを設け、バー収納パイプ２０の円筒側から前記反発力に耐えるようネジ留め等を行い一体化する。
【００２７】
尚、永久磁石１０ａの配置が異極Ｓ、Ｎ同士で配列する場合はマグネットバー１０の両端のみ磁場が多少強くなるだけで高透磁性平板１０ｂの周側面位置では、その磁場は強くならず、又その磁場は一方向であり、本発明の発電には供し得ない。
【００２８】
本発明のマイクロ発電の基本要素は、図２（ａ）又は（ｂ）のように配置されたマグネットバー１０と、巻線コイル３０ａの組合せで発電する。以下本発明の発電原理を説明する。
【００２９】
磁場がもっとも強い位置、すなわち高透磁性平板１０ｂの周側面の位置に、その周側面の外周上に沿って巻線コイル３０ａを配置する。この状態で巻線コイル３０ａあるいはマグネットバー１０に左右方向の往復運動を与えると、巻線コイル３０ａ断面を横切る磁界の大きさとその方向が時間的に変化し、その結果巻線コイル３０ａの端子に電圧が誘導され、端子の負荷にその時間的変化に対応した交流が流れ、負荷に電力が供給されて発電が行われることになる。
【００３０】
巻線コイルの別な構成を図２（ｃ）、（ｄ）に示す。図２（ｃ）はマグネットバー１０の中心軸を軸とて、マグネットバー１０の径方向に広がり、扇形状に巻かれたコイルであって、この実施の形態では円周を４分割した４つの扇形状巻線コイル３０ａを示す。
【００３１】
図２（ｄ）は、図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）とは異なり、巻線コイル面が高透磁性平板１０ｂの周側面に沿って巻かれ、マグネットバー１０の軸方向に拡がりを有する巻線コイル３０ａを示す。
【００３２】
いずれの巻線コイル３０ａも、図１に示すように中空状のコイル収納筒３０の所定の位置、すなわち高透磁性平板１０ｂの側周面に対向する位置付近に巻線コイル３０ａが固定されている。
【００３３】
コイル収納筒３０は、地盤１００の中に垂直に埋めて固定し、そのコイル収納筒３０の中にマグネットバー１０が収められた非磁性のバー収納パイプ２０がスライド自在に挿入される。
【００３４】
マグネットバー１０の上端部のパイプ端板２０ａは接続機構部４０ｂを介して通路面プレート４０に接続される。その通路面プレート４０上を重力により押し下げると硬質ゴム平板４０ａが圧縮されて、マグネットバー１０が降下し、固定している巻線コイル３０ａの下側に高透磁性平板１０ｂを位置させ、重力がなくなれば、通路面プレート４０とパイプ端板２０ａの間にある硬質ゴム平板４０ａの復元力によりマグネットバー１０が上昇し巻線コイル３０ａの上側へ高透磁性平板１０ｂを位置させる。
【００３５】
よって、通路面プレート４０を歩行する人間あるいは通行する車両の重力により自動的に通路面プレート４０が上下して、固定されている巻線コイル３０ａには、高透磁性平板１０ｂの上下スライドにより交流電圧が発生する。
【００３６】
図１（ａ）では５個の巻線コイル３０ａの端子をすべて直列に接続し、直列接続したコイル端子を負荷に接続して交流電流を流し、電力を取得する。
【００３７】
尚、通路面プレート４０が無加重の状態では、高透磁性平板１０ｂの位置が巻線コイル３０ａの位置より少し上側にあるようして、磁場が巻線コイル３０ａを横切る量がもっとも多くなるように接続機構部のボルトなどにより高さを調節しておく。
【００３８】
また、巻線コイルの外側同心円状にそれぞれ高透磁性円筒３０ｂ（図示していない）を配置すれば、その円筒にヨーク機能を有するので、より磁場を強くすることができ、結果として発電量をより大きくすることができる。
【００３９】
また、通路面プレート４０による上下運動による同期、すなわち、コイル誘導電圧の周波数が一様でない場合が多いので、この電圧を全波整流し、ローパスフィルターを通し電池に充電し、次にその電池直流電源より必要とする電圧と周波数の交流電力として利用することが望ましい。
【００４０】
図３は、本発明のブロック対応通路面プレートを示し、（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図である。
図３（ａ）は、発電エレメント１の複数組を１個のブロックに接続したブロック対応通路面プレート５０の構造を示している。尚、ブロック対応通路面プレート５０は歩道に敷くセメントブロックと同程度の表面面積とする。
【００４１】
図３（ｂ）は、ブロック対応通路面プレート５０に発電エレメント１を３行３列配置で９組接続した実施例を示す。
【００４２】
図において、５０ａはブロック対応通路面プレート５０と発電エレメント１との間に挟まれたブロック対応硬質ゴム平板であり、５０ｂはブロック対応プレート５０と発電エレメント１のマグネットバー１０との接続機構部であり、この中にあるボルトなどによりコイル収納筒３０に対するマグネットバー１０の自然状態の位置を調節できる。
【００４３】
発電エレメント１のマグネットバー１０は、９個のコイル収納筒３０の中空部にそれぞれスライド自在に挿入されている。１００は、地盤を示す。
【００４４】
ブロック対応通路面プレート５０を押し下げると、それに接続する９組の発電エレメント１のマグネットバー１０は、略同時に降下し、地盤１００に固定されているコイル収納筒３０の中をスライドする。
【００４５】
その際、コイル収納筒３０の中にある巻線コイル３０ａに対して、それに対向するマグネットバー１０の高透磁性平板１０ｂの位置は、予め上側にあるように接続機構部５０ｂで調節されている。
【００４６】
その巻線コイル３０ａに対して、その高透磁性平板１０ｂが下側に降下し、巻線コイル３０ａの端子へ電圧が発生する。
【００４７】
ここで、ブロック対応通路面プレート５０への押し下げ圧力を止めると、ブロック対応硬質ゴム平板５０ａの復元力により、９組の発電エレメント１のマグネットバー１０は上昇し最初の状態に戻る。そのとき巻線コイル３０ａの端子へ前記電圧と極性の異なる電圧が発生する。
【００４８】
ここで、１個のブロック対応通路面プレート５０内に配置されている巻線コイル３０ａをすべて直列に配線すれば、その端子への発電電圧は高くなり又より確実に出力される。
【００４９】
図４はブロック対応通路面プレート５０を道路に敷設した構造を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ断面図を示す。各ブロック対応通路面プレート５０は図３で示した３行３列配列の９組の発電エレメント１をその下側に接続したものである。
【００５０】
側壁１００ａで両側が挟まれた歩行通路にブロック対応通路面プレート５０を道路幅方向に６枚ずつ並べて進行方向に敷設したものである。
【００５１】
以上のようにブロック対応通路面プレート５０を道路面に敷設した場合の各ブロック対応通路面プレート５０毎にある巻線コイル３０ａの端子からの誘導電圧それぞれを、ブロック対応通路面プレート５０毎に全波整流して、ローパスフィルターを通して電池に充電する。
【００５２】
多数の人間が通行する駅などの通路あるいは多数の車両が通行する幹線道路にブロック対応通路面プレート５０を敷設すれば、夜間の照明用電力を十分に賄うことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明のマイクロ発電エレメントの構造を示し、（ａ）は断面図、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ断面図である。
【図２】本発明の発明エレメントの発電原理を示す図で、（ａ）は角柱のマグネットバーの側面及び平面図、（ｂ）は円柱のマグネットバーの側面及び平面図、（ｃ）は扇状巻線コイルの平面図、（ｄ）は軸方向に広がる巻線コイルの平面図である。
【図３】本発明のブロック対応通路面プレートを示し、（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図である。
【図４】ブロック対応通路面プレートを道路に敷設した構造を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ断面図を示す。
【符号の説明】
【００５４】
１    発電エレメント
１０    マグネットバー
１０ａ  永久磁石
１０ｂ  高透磁性平板
２０    バー収納パイプ
２０ａ  パイプ端板
２０ｂ  パイプ端板
３０    コイル収納筒
３０ａ  巻線コイル
３０ｂ  高透磁性円筒
４０    通路面プレート
４０ａ  硬質ゴム平板
４０ｂ  接続機構部
５０    ブロック対応通路面プレート
５０ａ  ブロック対応硬質ゴム平板
５０ｂ  接続機構部
１００    地盤
１００ａ  通路側壁
【図１】
2007215345.tif 000003
【図２】
2007215345.tif 000004
【図３】
2007215345.tif 000005
【図４】
2007215345.tif 000006