(57)【要約】【課題】熱機関の振動を効率よく電気エネルギに変換すること。【解決手段】この発電装置１００は、内燃機関１に取り付けられるものである。発電装置１００は、往復運動を電気エネルギに変換する発電手段１０により発電する。発電手段１０の入力軸１２は、ブラケット８を介して内燃機関１に取り付けられている。これによって、ブラケット８から内燃機関１の振動が、発電手段１０へ入力される。そして、発電手段１０へ入力された内燃機関１の振動は、発電手段１０で直接電力エネルギに変換される。【選択図】        図１
2007110816.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁界を変化させる磁界変化手段と、
前記磁界変化手段による磁界の変化によって誘導起電力を発生するコイルと、を含んで構成される発電手段を備え、
前記磁界変化手段又は前記コイルの少なくとも一方が熱機関に取り付けられて、前記熱機関の振動により前記コイルに対して前記磁界変化手段が相対的に往復運動して、前記コイルが誘導電流を発生することを特徴とする発電装置。
【請求項２】
前記熱機関の振動は、
前記熱機関と前記発電手段との間に設けられ、かつ、前記熱機関に対しては第１結合軸を中心に回転可能に結合される伝達腕を介して前記磁界変化手段又は前記コイルへ伝達されるとともに、
前記伝達腕には、前記発電手段を支持する発電手段支持部材が第２結合軸を介して回転可能に結合され、さらに、
前記第２結合軸と、前記磁界変化手段又は前記コイルに対する前記伝達腕の取付部との距離は、前記第２結合軸と前記第１結合軸との距離よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の発電装置。
【請求項３】
前記磁界変化手段又は前記コイルのいずれか一方が前記熱機関に取り付けられるとともに、他方は前記熱機関の搭載対象に取り付けられることを特徴とする請求項１又は２に記載の発電装置。
【請求項４】
磁界変化手段及び前記コイルが前記熱機関に取り付けられるとともに、前記熱機関の運転に用いる機関回転数の範囲内で、前記発電手段が共振することを特徴とする請求項１又は２に記載の発電装置。
【請求項５】
前記熱機関は、往復運動部分と、この往復運動部分の往復運動を回転運動に変換する運動方向変換部分とを備え、
前記コイルに対する前記磁界変化手段の相対的な往復運動の方向は、前記運動方向変換部分の回転中心軸と非平行であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱機関の振動を電気エネルギに変換する発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、車両のサスペンション装置に組み込まれた発電機であって、ばね上部材の、ばねした部材に対する振動を高い効率で電気エネルギに変換する技術が開示されている。また、特許文献２には、サスペンションのストロークにともなって発電する発電機が開示されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−５５０３３号公報
【特許文献２】特開平４−１２６６１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、特許文献１や特許文献２では、車両が備えるサスペンションの動きを利用して発電する技術は開示されているが、車両に搭載される内燃機関が発生する振動を電気エネルギに変換する技術は開示されていない。また、内燃機関が発生する振動の振幅は小さいため、内燃機関の振動を効率よく電気エネルギに変換する必要がある。そこで、この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、熱機関の振動を効率よく電気エネルギに変換できる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】
【０００５】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る発電装置は、磁界を変化させる磁界変化手段と、前記磁界変化手段による磁界の変化によって誘導起電力を発生するコイルと、を含んで構成される発電手段を備え、前記磁界変化手段又は前記コイルの少なくとも一方が熱機関に取り付けられて、前記熱機関の振動により前記コイルに対して前記磁界変化手段が相対的に往復運動して、前記コイルが誘導電流を発生することを特徴とする。
【０００６】
この発電装置は、往復運動を電気エネルギに変換する発電手段を用いて、熱機関が発生する振動によって発電する。このような構成によって、熱機関の振動を回転運動等に変換することなく、直接電気エネルギに変換できるので、熱機関の振動を効率よく電気エネルギに変換することができる。
【０００７】
次の本発明に係る発電装置は、前記発電装置において、前記熱機関の振動は、前記熱機関と前記発電手段との間に設けられ、かつ、前記熱機関に対しては第１結合軸を中心に回転可能に結合される伝達腕を介して前記磁界変化手段又は前記コイルへ伝達されるとともに、前記伝達腕には、前記発電手段を支持する発電手段支持部材が第２結合軸を介して回転可能に結合され、さらに、前記第２結合軸と、前記磁界変化手段又は前記コイルに対する前記伝達腕の取付部との距離は、前記第２結合軸と前記第１結合軸との距離よりも大きいことを特徴とする。
【０００８】
次の本発明に係る発電装置は、前記発電装置において、前記磁界変化手段又は前記コイルのいずれか一方が前記熱機関に取り付けられるとともに、他方は前記熱機関の搭載対象に取り付けられることを特徴とする。
【０００９】
次の本発明に係る発電装置は、前記発電装置において、磁界変化手段及び前記コイルが前記熱機関に取り付けられるとともに、前記熱機関の運転に用いる機関回転数の範囲内で、前記発電手段が共振することを特徴とする。
【００１０】
次の本発明に係る発電装置は、前記発電装置において、前記熱機関は、往復運動部分と、この往復運動部分の往復運動を回転運動に変換する運動方向変換部分とを備え、前記コイルに対する前記磁界変化手段の相対的な往復運動の方向は、前記運動方向変換部分の回転中心軸と非平行であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
この発明に係る発電装置は、熱機関の振動を効率よく電気エネルギに変換できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この発明を実施するための最良の形態（以下実施形態という）によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。
【００１３】
（実施形態１）
実施形態１は、往復直線運動を電気エネルギに変換する発電手段を用いて、熱機関が発生する振動により発電する点に特徴がある。実施形態１では、発電手段を熱機関のみへ取り付ける構成を説明する。以下の説明においては、熱機関としていわゆるレシプロ式の熱機関を例として説明するが、いわゆるロータリーエンジンに対しても以下の実施形態に開示する構成を適用することができる。
【００１４】
図１は、実施形態１に係る発電装置の構成例を示す説明図である。この実施形態に係る発電装置１００は、少なくとも発電手段１０を備えて構成される。発電手段１０は、往復直線運動を電気エネルギに変換する、リニア式の発電機である。発電手段１０は、そのケース１１から突出する入力軸１２にブラケット８が取り付けられ、このブラケット８は熱機関である内燃機関１に取り付けられる。これによって、発電手段１０は、取付手段であるブラケット８を介して内燃機関１に取り付けられる。なお、内燃機関１に取り付ける発電手段１０の個数は１個に限られるものではなく、複数の発電手段１０を内燃機関１に取り付けてもよい。
【００１５】
この実施形態に係る内燃機関１は、シリンダ２内をピストン３が往復運動する、いわゆるレシプロ式の内燃機関である。なお、内燃機関に限らず、スターリングエンジンのようなレシプロ式の外燃機関に対しても、この実施形態に係る構成を適用できる。ピストン３は、内燃機関１が備える往復運動部分であり、シリンダ２内で空気と燃料との混合気が燃焼することにより、シリンダ２内を往復運動する。ここで、ピストン３の往復運動の方向は、図１中の矢印Ｐ方向であり、シリンダ２の中心軸（シリンダ軸）Ｚｓと平行である。
【００１６】
ピストン３の往復運動は、コネクティングロッド４を介して、クランクケース６に格納されるクランク軸５へ伝達される。そして、ピストン３の往復運動は、クランク軸５によって回転運動に変換されて、内燃機関１の出力として取り出される。ここで、クランク軸５は、回転中心軸Ｚｒを中心として回転する。このように、クランク軸５は、内燃機関１の往復運動部分であるピストン３の往復運動を回転運動に変換する、運動方向変換部分として機能する。
【００１７】
内燃機関１はレシプロ式であり、シリンダ２内における空気と燃料との混合気の燃焼に起因して振動が発生する。例えば、内燃機関１がピストン３とシリンダ２とを４個ずつ備える、いわゆる４気筒の内燃機関で、かつピストン３が４ストロークして１回の熱サイクルが終了する（以下４ストローク機関という）場合、クランク軸５が３６０度回転する間に、２回の燃焼が起こる。これによって、クランク軸５が３６０度回転する間に２回の振動が発生する。ここで、内燃機関１の機関回転数をＮＥ（回転／秒）とし、前記燃焼に起因する振動の周波数（振動周波数）をｆ（Ｈｚ）とすると、ｆ＝２×ＮＥとなる。すなわち、振動周波数ｆは、内燃機関１の機関回転数ＮＥに比例する。
【００１８】
なお、振動周波数ｆは、内燃機関１がレシプロ式である場合には、シリンダ数、及び１回の熱サイクルが終了する際におけるピストン３のストロークによって変化する。例えば、内燃機関１が４ストローク機関であって６個のシリンダを備える場合、振動周波数ｆは、ｆ＝３×ＮＥとなる。また、ピストン３が２ストロークして１回の熱サイクルが終了する（以下２ストローク機関という）内燃機関であり、かつ４個のシリンダを備える場合、振動周波数ｆは、ｆ＝４×ＮＥとなる。
【００１９】
この実施形態に係る発電装置１００では、リニア式の発電手段１０を内燃機関１に取り付け、内燃機関１の燃焼に起因して発生する振動を、電気エネルギに変換する。発電手段１０は、入力軸１２を往復運動させることで発電するものである。ここで、図１中の矢印Ｓが、発電手段１０に対する入力方向を示す。この実施形態において、内燃機関１の燃焼に起因する振動を効果的に電気エネルギに変換するため、ピストン３の往復運動の方向Ｐと、リニア式の発電手段１０に対する入力方向Ｓとを平行にしている。これによって、内燃機関１の燃焼に起因して発生する振動のエネルギをより有効に利用できる。
【００２０】
図２、図３は、実施形態１に係る発電手段の一例を示す説明図である。この発電手段１０は、磁界変化手段である可動コア１５と、磁界変化手段による磁界の変化によって誘導電流を発生するコイル１４とを含んで構成される。可動コア１５は、例えば、ケイ素鋼等の高導磁率材料の薄板を積層して構成される。そして、可動コア１５は、入力軸１２に取り付けられており、入力軸１２から入力される内燃機関１の振動により往復運動する。可動コア１５に対する入力方向、及び可動コア１５の往復運動方向は、図２、図３の矢印Ｓ方向である。この実施形態において、図３に示すように、可動コア１５は、発電手段１０のケースに対して板ばね１７を介して支持されているが、板ばね１７によって可動コア１５を支持する構成としなくともよい。
【００２１】
コイル１４は２分割されており、その間に可動コア１５が配置される。コイル１４は、ケイ素鋼等の高導磁率材料の薄板を積層してコア１３に巻き付けられるように構成されている。また、この発電手段１０では、コア１３に取り付けられた第１永久磁石１６Ａと第２永久磁石１６Ｂとで可動コア１５が挟まれるようになっている。このような構成によって、可動コア１５は、第１及び第２永久磁石１６Ａ、１６Ｂが発生する磁力によって支持される。第１永久磁石１６ＡのＮ極１６Ｎ1と第２永久磁石１６ＢのＳ極１６Ｓ2とは、可動コア１５を挟んで対向配置されており、また、第２永久磁石１６ＡのＳ極１６Ｓ1と第２永久磁石１６ＢのＮ極１６Ｎ2とは、可動コア１５を挟んで対向配置されている。
【００２２】
高導磁率材料で構成される可動コア１５が図２の矢印Ｓ方向に往復運動すると、第１永久磁石１６Ａと第２永久磁石１６Ｂとによって形成される磁界が変化する。すなわち、可動コア１５の位置によって、第１永久磁石１６Ａと第２永久磁石１６Ｂとによって形成される磁束に偏りが発生する。コイル１４は、第１永久磁石１６Ａと第２永久磁石１６Ｂとによって形成される磁界の中に置かれているため、可動コア１５の往復運動によってコイル１４を貫く磁束が変化する。その結果、電磁誘導によってコイル１４には誘導起電力が発生して、コイル１４の端子Ｔ＿Ａ、Ｔ＿Ｂ間には誘導電流が流れる。これによって、この発電手段１０は、往復運動を電気エネルギに変換することができる。
【００２３】
なお、この実施形態では、可動コア１５に内燃機関１が取り付けられ、内燃機関１の振動が可動コア１５へ伝達される。これによって、可動コア１５がコイル１４に対して相対的に往復運動することによってコイル１４を貫く磁束が変化し、電磁誘導によってコイル１４の端子Ｔ＿Ａ、Ｔ＿Ｂ間には誘導電流が流れる。この方式に限られず、コイル１４に内燃機関１を取り付けて、内燃機関１の振動をコイル１４へ伝達し、これによって、可動コア１５をコイル１４に対して相対的に往復運動させて、電磁誘導により誘導起電力を発生させてもよい。すなわち、可動コア１５又はコイル１４の少なくとも一方が内燃機関１に取り付けられて、内燃機関１の振動によってコイル１４に対して可動コア１５が相対的に往復運動するように構成する。そして、内燃機関１の振動によってコイル１４を貫く磁束を変化させて電磁誘導によって誘導起電力を発生させることができればよい。
【００２４】
図１に示すように、発電手段１０は、内燃機関１が備えるピストン３の往復運動の方向Ｐと、発電手段１０に対する入力方向Ｓとが平行になるように、内燃機関１に取り付けられている。内燃機関１が運転を開始して、内燃機関１の燃焼に起因する振動が発電手段１０の入力軸１２へ入力されると、コイル１４に対して可動コア１５が相対的に往復運動して、コイル１４の端子Ｔ＿Ａ、Ｔ＿Ｂ間には、電磁誘導によって発生する誘導起電力により誘導電流が流れる。これによって、この実施形態に係る発電装置１００が備える発電手段１０は、内燃機関１が発生する振動により発電することができる。そして、この発電装置１００は、内燃機関１の振動を回転運動等に変換することなく、直接電気エネルギに変換できるので、熱機関の振動を効率よく電気エネルギに変換することができる。
【００２５】
図４は、実施形態１に係る発電手段の他の例を示す説明図である。この発電装置１００ａが備える発電手段１０ａは、磁界変化手段である可動コア１５ａと、コイル１４ａとを含んで構成される。可動コア１５ａは、永久磁石で構成されており、入力軸１２ａ及びブラケット８ａを介して内燃機関１に取り付けられる。内燃機関１が備えるピストンの往復運動により、可動コア１５ａも往復運動する。ここで、可動コア１５ａの往復運動の方向Ｓは、ピストンの往復運動の方向Ｐと平行になっている。また、コイル１４ａの巻き方向は、可動コア１５の往復運動の方向Ｓと平行である。
【００２６】
このような構成により、内燃機関１が運転を開始して、内燃機関１の燃焼に起因する振動が発電手段１０ａの入力軸１２ａへ入力されると、可動コア１５ａが往復運動して、コイル１４ａを貫く磁束が変化する。その結果、電磁誘導によって、コイル１４ａの端子Ｔ＿Ａ、Ｔ＿Ｂ間には誘導電流が流れる。これによって、この発電手段１０ａは、往復運動を電気エネルギに変換することができる。そして、この発電装置１００ａは、内燃機関１の振動を回転運動等に変換することなく、直接電気エネルギに変換できるので、熱機関の振動を効率よく電気エネルギに変換することができる。
【００２７】
上記発電手段１０、１０ａは、いずれも可動コア１５、１５ａに内燃機関１の振動が入力される形式であるが、コイル１４、１４ａ側に内燃機関１の振動を入力するようにしてもよい。また、この実施形態では、２種類の発電手段１０、１０ａを例として説明したが、この実施形態に係る発電装置に適用できる発電手段は、上記２種類に限られるものではない。次に、発電装置１００等の共振周波数の設定について説明する。
【００２８】
図５−１は、発電手段の振幅と内燃機関の機関回転数との関係を示す説明図である。図５−２は、発電手段の発電量と内燃機関の機関回転数との関係を示す説明図である。上記発電装置１００等が備える発電手段１０等は、その共振周波数ｆｒにおいて、可動コア１５等とコイル１４等との振幅差Ａが最も大きくなるため、発電効率を高くすることができる。ここで、内燃機関１の運転中において、機関回転数ＮＥは、アイドリング回転数ＮＥｉから最高回転数ＮＥｈまで変化する。
【００２９】
内燃機関１の運転中に用いられる機関回転数ＮＥの範囲（ＮＥｉ〜ＮＥｈ）内において、発電手段１０等の振動系が共振するように発電手段１０等の共振周波数（少なくとも一次の共振周波数）ｆｒを設定することが好ましい。このようにすると、内燃機関１の運転中において、発電手段１０等からさらに効率よく発電させることができる。ここで、振動系とは、発電手段１０等の振動する部分（振動部分、可動コア１５や板ばね１７等）や、それを支えるばね（磁気ばねや空気ばね等も含む）等の要素で構成される系をいう。
【００３０】
図５−１に示す例では、内燃機関１の機関回転数ＮＥがアイドリング回転数ＮＥｉから中速回転数ＮＥｍの間における機関回転数ＮＥｒで、発電手段１０等の振動系が共振するように発電手段１０等の共振周波数ｆｒを設定してある。なお、発電手段１０等へ入力される内燃機関１の振動周波数ｆは上述したように機関回転数ＮＥに比例するので、比例定数を求めることによって前記振動周波数ｆを求めることができる。
【００３１】
このようにすれば、内燃機関１の機関回転数がＮＥｒ近傍で可動コア１５等とコイル１４等との振幅差Ａが大きくなり、その結果、図５−２に示すように発電手段１０等の発電量Ｑが大きくなる。内燃機関１の運転中において最も多く使用される機関回転数ＮＥの近傍に発電手段１０等の共振周波数ｆｒを設定すれば、発電効率の高い領域で発電手段１０を使用できる期間が多くなるので好ましい。このとき、複数の発電手段１０等を内燃機関１に取り付けて、それぞれの発電手段１０等の共振周波数ｆｒを異ならせてもよい。このようにすると、内燃機関１の機関回転数ＮＥが変化した場合には、異なる発電手段１０等に共振状態で発電させることができる。これによって、内燃機関１の機関回転数ＮＥの広い範囲にわたり、発電効率の高い領域で発電手段１０を使用できる機関回転数の範囲が拡大するので好ましい。
【００３２】
発電手段１０等の共振周波数ｆｒは、発電手段１０等の振動部分の等価質量Ｍ、及びばねのばね定数ｋを用いて、式（１）のように表される。
ｆｒ＝２×π×√（ｋ／Ｍ）
なお、等価質量Ｍは、振動部分の振動方向に存在する空気の質量を考慮したものであり、通常、振動部分の振動方向に存在する空気の質量よりも、前記振動部分の質量の方が支配的となる。
【００３３】
例えば、図３に示す発電手段１０において、発電手段の振動部分はケース１１、コイル１４、コア１３、板ばね１７、第１及び第２永久磁石１６Ａ、１６Ｂとなる。発電手段１０において、ばね１７のばね定数をｋ、ケース１１、コイル１４、コア１３、板ばね１７、第１及び第２永久磁石１６Ａ、１６Ｂの等価質量の和をＭ１とする。このとき、発電手段１０の共振周波数ｆｒは、ｆｒ＝２×π×√（ｋ／Ｍ１）で概算することができる。
【００３４】
この共振周波数ｆｒが、内燃機関１の運転中に用いられる機関回転数ＮＥの範囲（ＮＥｉ〜ＮＥｈ）内に入るように、発電手段１０の振動部分の質量や、ばね定数を設定する。なお、発電手段１０の共振周波数ｆｒは、発電手段１０の振動部分に内燃機関１の補機類を取り付けることにより調整してもよい。次に、発電手段の取り付け方向について説明する。
【００３５】
図６−１、図６−２は、発電手段の取り付け方向を示す説明図である。図６−１、図６−２には、図２、図３で説明した発電手段１０の取り付け例を示す。なお、発電手段を表す符号「１０」の後のアルファベットは、発電手段１０の取り付け位置を区別するためのものである。
【００３６】
上述したように、発電手段１０に対する入力方向Ｓは、内燃機関１が備えるピストン３（図１参照）の往復運動の方向Ｓに対して平行とすることが好ましい（図６−１の発電手段１０Ａ、図６−２の発電手段１０Ｃ）。しかし、これに限られず、例えば、図６−１の発電手段１０Ｂのように、内燃機関１が備えるクランク軸５の回転中心軸Ｚｒの周囲に発電手段１０を配置することができる。内燃機関１の燃焼によりピストンが往復運動することで、ピストン３とクランク軸とを結ぶコネクティングロッド４（図１参照）の揺動が発生する。そして、クランク軸５の回転中心軸Ｚｒの周りには、コネクティングロッド４の揺動に起因する振動が発生する。したがって、クランク軸の周りに発電手段１０を取り付ければ、この振動を電気エネルギに変換できる。
【００３７】
また、図６−２に示すように、発電手段１０Ｄに対する入力方向Ｓ、すなわち、コイル１４に対する可動コア１５の相対的な往復運動方向が、内燃機関１が備えるクランク軸５の回転中心軸Ｚｒに対して傾斜するようにしてもよい。このとき、内燃機関１が備えるクランク軸５の回転中心軸Ｚｒに対する発電手段１０Ｄへの入力方向Ｓの傾き角度θは、０度又は１８０度以外の値となる。すなわち、発電手段１０Ｄに対する入力方向Ｓとクランク軸５の回転中心軸Ｚｒとが非平行となるように、発電手段１０Ｄを内燃機関１に取り付ければよい。傾き角度θがこのような範囲であれば、内燃機関１が備えるピストンの往復運動の方向Ｓの成分が、発電手段１０へ入力されるので、内燃機関１の燃焼に起因する振動を電気エネルギに変換できる。前記傾き角度θは、発電手段１０の動際スペース等を考慮して、前記範囲で適宜設定することができるが、前記傾き角度θは、内燃機関１の振動をより有効に利用するという観点から、９０度に近くすることが好ましい。
【００３８】
（変形例）
この変形例は、上記実施形態と略同様の構成であるが、熱機関の振動の振幅を増幅して発電手段に入力する点が異なる。他の構成は上記実施形態と同様である。内燃機関等の熱機関においては、燃焼に起因する振動の慣性力は大きいが、振動の振幅が小さい。したがって、後述する機構を用いて、熱機関で発生する振動の振幅を増幅して発電手段へ入力することにより、小さい振幅であってもさらに効率よく発電するようにしている。
【００３９】
図７は、実施形態１の変形例に係る発電装置の構成を示す説明図である。この変形例に係る発電装置１００ｂは、発電手段１０と、熱機関である内燃機関１が発生する振動の振幅を増幅する機能を有する取付ブラケット２０とを含んで構成される。取付ブラケット２０は、内燃機関１に固定される支持体２１と、内燃機関１の振動を発電手段１０に入力する第１伝達腕２３Ａ及び第２伝達腕２３Ｂと、第１及び第２伝達腕２３Ａ、２３Ｂへ取り付けられる発電手段支持部材２２とを含んで構成される。
【００４０】
第１伝達腕２３Ａ及び第２伝達腕２３Ｂは、それぞれの第１端部２３Ａｔ１、２３Ｂｔ１が、第１結合軸ＲA1、ＲB1によって支持体２１へ結合されている。そして、第１伝達腕２３Ａ及び第２伝達腕２３Ｂは、それぞれ、第１結合軸ＲA1、ＲB1を中心として回転可能になっている。なお、第１結合軸の添え字Ａ、Ｂは、それぞれ第１伝達腕２３Ａの第１結合軸、第２伝達腕２３Ｂの第１結合軸であることを示す。
【００４１】
第１伝達腕２３Ａの第２端部２３Ａｔ２及び第２伝達腕２３Ｂの第２端部２３Ｂｔ２は、発電手段１０の入力軸１２に取り付けられて、内燃機関１の振動を入力軸１２へ伝達する。発電手段１０の入力軸１２は、発電手段１０のケース１１の両端から突出しており、第１伝達腕２３Ａと第２伝達腕２３Ｂとで入力軸１２の両端部が挟み込まれるようになっている。
【００４２】
発電手段１０は、ケース１１を介して発電手段支持部材２２に取り付けられ、これに支持される。この変形例において、発電手段支持部材２２は、発電手段１０が取り付けられる発電手段取付部２２Ａと、第１伝達腕２３Ａ及び第２伝達腕２３Ｂにピン結合される伝達腕結合部２２Ｂとで構成される。この変形例において、発電手段取付部２２Ａと伝達腕結合部２２Ｂとは略直交して一体化されている。ここで、ピン結合とは、軸を中心に自在な回転が可能な結合構造をいう。
【００４３】
伝達腕結合部２２Ｂの第１端部２２ｔ＿Ａ、及び伝達腕結合部２２Ｂの第２端部２２ｔ＿Ｂは、それぞれ第２結合軸ＲA2、ＲB2よって、第１伝達腕２３Ａ、第２伝達腕２３Ｂにピン結合されている。なお、第２結合軸の添え字Ａ、Ｂは、それぞれ、第１伝達腕２３Ａと発電手段支持部材２２の伝達腕結合部２２Ｂとを結合する第２結合軸、第２伝達腕２３Ｂと発電手段支持部材２２の伝達腕結合部２２Ｂとを結合する第２結合軸であることを示す。このような構成により、第１伝達腕２３Ａ及び第２伝達腕２３Ｂは、第１結合軸ＲA1、第２結合軸ＲB1を中心として、平行に揺動する。
【００４４】
発電手段１０の入力軸１２は、図２、図３に示すように磁界変化手段である可動コア１５に取り付けられている。図７に示すように、第１伝達腕２３Ａにおいて、第２結合軸ＲA2と発電手段１０の入力軸１２（すなわち可動コア１５に対する第１伝達腕２３Ａの取付部）との距離Ｌ１は、第１結合軸ＲA1と第２結合軸ＲA2との距離Ｌ２よりも大きくなっている。第２伝達腕２３Ｂにおいても同様である。ここで、第１結合軸ＲA1及び第２結合軸ＲA2は、軸の中心を基準として距離を測るものとする。
【００４５】
このような構成により、第１及び第２伝達腕２３Ａ、２３Ｂの第１端部２３Ａｔ１、２３Ｂｔ１における第１結合軸ＲA1、ＲB1に変位Ｙ１を与えた場合、第１及び第２伝達腕２３Ａ、２３Ｂは、第２結合軸ＲA2、ＲB2を支点として回転する。上述したように、Ｌ１＞Ｌ２なので、第１及び第２伝達腕２３Ａ、２３Ｂの第２端部２３Ａｔ２、２３Ｂｔ２の変位は、てこの原理によって拡大され、その大きさＹ２は、Ｙ１×（Ｌ１／Ｌ２）となる。
【００４６】
これによって、支持体２１から、第１結合軸ＲA1、ＲB1を介して第１及び第２伝達腕２３Ａ、２３Ｂの第１端部２３Ａｔ１、２３Ｂｔ１に入力される内燃機関１の振動の振幅は、第１及び第２伝達腕２３Ａ、２３Ｂの第２端部２３Ａｔ２、２３Ｂｔ２においては、（Ｌ１／Ｌ２）倍に拡大される。このように、この変形例に係る発電装置１００ｂが備える取付ブラケット２０の振動伝達機構によれば、内燃機関１で発生する振幅の小さい振動を増幅して発電手段１０へ伝達して、さらに効率よく発電することができる。ここで、内燃機関１の振動増幅による発電効率の向上という観点からは、上記Ｌ１とＬ２との比Ｌ１／Ｌ２は５以上とすることが好ましい。
【００４７】
この発電装置１００ｂにおいても、内燃機関１の運転中に用いられる機関回転数ＮＥの範囲内において、発電装置１００ｂの振動系が共振するように発電装置１００ｂの共振周波数ｆｒを設定すれば、振幅増幅効果との相乗効果によってより効率よく発電できる。この発電装置１００ｂの共振周波数ｆｒを設定するにあたっては、内燃機関１の振動によって振動する部分の質量及びばね定数を考慮する。
【００４８】
発電手段１０の等価質量をＭ1、発電手段１０のばね定数（第１永久磁石１６Ａ等による磁気ばねや板ばね１７、図３参照）をｋとする。また、第１伝達腕２３Ａの等価質量をＭ2、第２伝達腕２３Ｂの等価質量をＭ3、伝達腕結合部２２Ｂの等価質量をＭ4とする。なお、第１伝達腕２３Ａや第２伝達腕２３Ｂは第１結合軸ＲA1、ＲB1を中心として揺動運動するため、第１伝達腕２３Ａ等の長さを考慮に入れて等価質量Ｍ2等を決定する。このとき、発電装置１００ｂの共振周波数ｆｒは、式（１）から、ｆｒ＝２×π×√（ｋ／（Ｍ1＋Ｍ2＋Ｍ3＋Ｍ4））で概算することができる。
【００４９】
以上、この実施形態及びその変形例では、往復運動を電気エネルギに変換する発電手段を用いて、熱機関が発生する振動により発電する。これによって、熱機関の振動を回転運動等に変換することなく、直接電気エネルギに変換できるので、運動方向を変更することによる機械的損失はほとんど発生しない。その結果、熱機関の振動を効率よく電気エネルギに変換することができる。また、熱機関の振動を電気エネルギに変換することにより、熱機関の振動を低減させることができる。その結果、熱機関の発生する振動や騒音が低減するので、この熱機関が搭載される車両は、防振材や、遮音材等の使用量を低減できるので、軽量化、コスト低減を図ることができる。そして、軽量化により燃料消費の低減も期待できる。さらに、この実施形態及びその変形例では、往復運動を電気エネルギに変換する発電手段を含む発電装置を熱機関のみへ取り付けるので、取り付けの自由度が向上する。
【００５０】
なお、実施形態１及びその変形例の構成と同様の構成を備えるものは、実施形態１及びその変形例と同様の作用、効果を奏する。また、実施形態１及びその変形例で開示した構成は、以下の実施形態においても適宜適用できる。
【００５１】
（実施形態２）
実施形態２は、往復運動を電気エネルギに変換する発電手段を用いて、熱機関が発生する振動により発電する点は実施形態１と同様であるが、発電手段が備える磁界変化手段又はコイルのいずれか一方を熱機関に取り付け、他方を熱機関の搭載対象に取り付ける点が異なる。他の構成は実施形態１と同様である。
【００５２】
図８−１は、実施形態２に係る発電装置の構成例を示す説明図である。この実施形態に係る発電装置１００ｃは、発電手段１０と、取付手段であるブラケット８とを含んで構成される。発電手段１０は、往復直線運動を電気エネルギに変換する、リニア式の発電機である。発電手段１０は、そのケース１１から突出する入力軸１２にブラケット８が取り付けられ、このブラケット８は内燃機関１に取り付けられる。これによって、発電手段１０は、取付手段であるブラケット８を介して内燃機関１に取り付けられる。
【００５３】
内燃機関１が運転を開始し、ピストンが図８−１の矢印Ｐ方向に往復運動すると、内燃機関１の振動は、ブラケット８を介して発電手段１０の入力軸１２へ伝達される。これによって、入力軸１２は、内燃機関１の振動と同じ周期で、図８−１の矢印Ｓ方向に往復運動する。
【００５４】
ここで、発電手段１０の構成は、実施形態１で説明した発電手段１０（図２、図３参照）と同様である。入力軸１２には可動コア１５が取り付けられており（図２、図３）、また、ケース１１にはコイル１４やコア１３等が取り付けられる。この実施形態において、ケース１１は、内燃機関１の搭載対象である車両のシャーシ７に取り付けられる。したがって、コイル１４やコア１３等と内燃機関１との相対的な位置関係は、シャーシ７と内燃機関１との相対的な位置関係と一致する。
【００５５】
内燃機関１の運転により内燃機関１が振動すると、内燃機関１とシャーシ７との相対的な位置関係は、内燃機関１の振動の周期で変化する。したがって、内燃機関１とともに振動する可動コア１５と、シャーシ７に取り付けられるコイル１４やコア１３等との相対的な位置関係も、内燃機関１の振動の周期で変化する。これによって、この実施形態に係る発電装置１００ｃが備える発電手段１０は、内燃機関１が発生する振動により発電することができる。また、この発電装置１００ｃは、内燃機関１の振動を回転運動等に変換することなく、直接電気エネルギに変換できるので、熱機関の振動を効率よく電気エネルギに変換することができる。
【００５６】
なお、この例では、発電手段１０の入力軸１２に取り付けられる可動コア１５（磁界変化手段）が内燃機関１へ取り付けられ、ケース１１を介してコイル１４が内燃機関１の搭載対象である車両のシャーシ７へ取り付けられるが、発電手段１０の取り付け態様はこれに限られるものではない。例えば、コイル１４を内燃機関１に取り付け、磁界変化手段である可動コア１５を内燃機関１の搭載対象である車両のシャーシ７に取り付けてもよい。すなわち、磁界変化手段である可動コア１５又はコイル１４のいずれか一方が内燃機関１に取り付けられ、他方は内燃機関１の搭載対象である車両のシャーシ７に取り付けられていればよい。
【００５７】
図８−２は、実施形態２の変形例に係る発電装置の構成を示す説明図である。この発電装置１００ｄは、実施形態１の変形例に係る発電装置１００ｂ（図７参照）において、発電手段１０が備える可動コア１５（図２、３参照）を内燃機関１に取り付ける。そして、発電手段１０のケース１１に固定されるコイル１４（図２、３参照）を、取り付け部７Ｓを介して内燃機関１の搭載対象である車両のシャーシ７に取り付ける。
【００５８】
この発電装置１００ｄにおいても、内燃機関１とともに振動する発電手段１０の可動コア１５と、シャーシ７に取り付けられるコイル１４やコア１３等との相対的な位置関係が、内燃機関１の振動の周期で変化する。これによって、この変形例に係る発電装置１００ｄが備える発電手段１０は、内燃機関１が発生する振動により発電することができる。また、この発電装置１００ｄは、内燃機関１の振動を回転運動等に変換することなく、直接電気エネルギに変換できるので、熱機関の振動を効率よく電気エネルギに変換することができる。
【００５９】
また、この発電装置１００ｄが備える発電手段１０は、内燃機関１が発生する振動の振幅を増幅する機能を有する取付ブラケット２０を介して内燃機関１に取り付けられる。これによって、実施形態１の変形例に係る発電装置１００ｂ（図７参照）と同様に、内燃機関１で発生する振幅の小さい振動を増幅して発電手段１０へ伝達して、効率よく発電することができる。
【００６０】
図９は、発電手段の発電量と内燃機関の機関回転数との関係を示す説明図である。この実施形態及びその変形例に係る発電装置１００ｃ、１００ｄでは、発電手段１０の可動コア１５（磁界変化手段）が内燃機関１に取り付けられるとともに、コイル１４は内燃機関１の搭載対象である車両に取り付けられる。このため、内燃機関１の機関回転数ＮＥが増加するにしたがって、すなわち、内燃機関１の振動（振動周波数ｆ）が増加するにしたがって、発電手段１０の発電量Ｑは増加する。その結果、内燃機関１の機関回転数ＮＥによらず、広い機関回転数の範囲で発電手段１０が発電することができる。
【００６１】
以上、この実施形態及びその変形例では、往復運動を電気エネルギに変換する発電手段を用いて、熱機関が発生する振動により発電する。これによって、熱機関の振動を回転運動等に変換することなく、直接電気エネルギに変換できるので、運動方向を変更することによる機械的損失はほとんど発生しない。その結果、熱機関の振動を効率よく電気エネルギに変換することができる。また、この実施形態及びその変形例では、発電手段が備える磁界変化手段又はコイルのいずれか一方を熱機関に取り付け、他方を熱機関の搭載対象に取り付ける。これによって、熱機関の機関回転数によらず、広い機関回転数の範囲で発電手段が発電することができる。さらに、発電手段は、熱機関の振動を電気エネルギに変換することにより、熱機関の振動を低減させることができるので、熱機関と、その搭載対象との間に発電手段を介在させ、これを内燃機関１の振動吸収手段として用いることもできる。なお、実施形態１及びその変形例の構成と同様の構成を備えるものは、実施形態１及びその変形例と同様の作用、効果を奏する。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
以上のように、本発明に係る発電装置は、振動により発電することに有用であり、特に、熱機関の振動を効率よく電気エネルギに変換することに適している。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】実施形態１に係る発電装置の構成例を示す説明図である。
【図２】実施形態１に係る発電手段の一例を示す説明図である。
【図３】実施形態１に係る発電手段の一例を示す説明図である。
【図４】実施形態１に係る発電手段の他の例を示す説明図である。
【図５−１】発電手段の振幅と内燃機関の機関回転数との関係を示す説明図である。
【図５−２】発電手段の発電量と内燃機関の機関回転数との関係を示す説明図である。
【図６−１】発電手段の取り付け方向を示す説明図である。
【図６−２】発電手段の取り付け方向を示す説明図である。
【図７】実施形態１の変形例に係る発電装置の構成を示す説明図である。
【図８−１】実施形態２に係る発電装置の構成例を示す説明図である。
【図８−２】実施形態２の変形例に係る発電装置の構成を示す説明図である。
【図９】発電手段の発電量と内燃機関の機関回転数との関係を示す説明図である。
【符号の説明】
【００６４】
１  内燃機関
２  シリンダ
３  ピストン
４  コネクティングロッド
５  クランク軸
７  シャーシ
８、８ａ  ブラケット
１０、１０ａ、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ  発電手段
１１  ケース
１２、１２ａ  入力軸
１３  コア
１４、１４ａ  コイル
１５、１５ａ    可動コア
１６Ａ  第１永久磁石
１６Ｂ  第２永久磁石
２０  取付ブラケット
２１  支持体
２２  発電手段支持部材
２２Ａ  発電手段取付部
２２Ｂ  伝達腕結合部
２３Ａ  第１伝達腕
２３Ｂ  第２伝達腕
１００、１００ａ、１００ｂ、１００ｃ、１００ｄ  発電装置
ＲA1、ＲB1  第１結合軸
ＲA2、ＲB2  第２結合軸
【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５−１】
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【図５−２】
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【図６−１】
2007110816.tif 000009
【図６−２】
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【図７】
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【図８−１】
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【図８−２】
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【図９】
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