(57)【要約】【課題】入力される振動の特性による発電量の低下が抑制される発電装置を提供する。【解決手段】一つの実施の形態に係る発電装置は、共鳴器と、第１の振動部材と、発電部と、第２の振動部材と、を備える。前記共鳴器は、空洞の少なくとも一部が内部に設けられ、前記空洞に開口する第１の端部と前記第１の端部の反対側に位置する第２の端部とを有する第１の開口部が設けられる。前記第１の振動部材は、前記空洞に設けられ、前記共鳴器に対して相対的に振動可能である。前記発電部は、第１のコイルと、前記第１のコイルに対して移動可能な第１の磁石とを有する。前記第２の振動部材は、前記第１の開口部の前記第２の端部に面し、前記第１のコイルと前記第１の磁石とのうち一方が取り付けられ、前記共鳴器に対して振動可能である。【選択図】図１
2017034756.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空洞の少なくとも一部が内部に設けられ、前記空洞に開口する第１の端部と前記第１の端部の反対側に位置する第２の端部とを有する第１の開口部が設けられた、共鳴器と、
前記空洞に設けられ、前記共鳴器に対して相対的に振動可能な第１の振動部材と、
第１のコイルと、前記第１のコイルに対して相対的に移動可能な第１の磁石とを有する発電部と、
前記第１の開口部の前記第２の端部に面し、前記第１のコイルと前記第１の磁石とのうち一方が取り付けられ、前記共鳴器に対して相対的に振動可能な第２の振動部材と、
を具備した発電装置。
【請求項２】
前記共鳴器は、振動可能な振動源の少なくとも一部を覆い、
前記空洞は、前記共鳴器と前記振動源との間に設けられ、
前記第１の振動部材は、前記振動源に対して相対的に振動可能に前記振動源に取り付けられる、
請求項１の発電装置。
【請求項３】
前記第１の振動部材の固有振動数は、前記共鳴器のヘルムホルツ共鳴の固有振動数と異なる、請求項１又は請求項２の発電装置。
【請求項４】
前記第１の振動部材の振動と前記共鳴器のヘルムホルツ共鳴との連成振動の固有振動数は、前記第１の振動部材の固有振動数と異なるとともに、前記共鳴器のヘルムホルツ共鳴の固有振動数とも異なる、請求項３の発電装置。
【請求項５】
前記第１の振動部材は、前記共鳴器に対して、第１の方向に振動可能であるとともに、前記第１の方向と交差する第２の方向にも振動可能である、請求項１乃至請求項４のいずれか一つの発電装置。
【請求項６】
前記第１の振動部材は、前記第１の方向に振動可能である第１の振動体と、前記第２の方向に振動可能である第２の振動体と、を有する、請求項５の発電装置。
【請求項７】
前記第１の振動部材は、前記第１の方向と直交するとともに前記第２の方向とも直交する第３の方向に振動可能である第３の振動体を有し、
前記第１の方向は、前記第２の方向に対して直交する、
請求項６の発電装置。
【請求項８】
前記共鳴器に対して相対的に振動可能な第３の振動部材をさらに具備し、
前記共鳴器に、前記空洞に開口する第３の端部及び前記第３の端部の反対側に位置するとともに前記第３の振動部材に面する第４の端部を有する第２の開口部が設けられ、
前記発電部は、第２のコイルと、前記第２のコイルに対して相対的に移動可能な第２の磁石とを有し、
前記第３の振動部材に、前記第２のコイルと前記第２の磁石とのうち一方が取り付けられた、
請求項７の発電装置。
【請求項９】
前記第１の開口部が前記第１の振動体に対して前記第１の方向に位置する請求項８の発電装置。
【請求項１０】
前記第２の開口部の形状は、前記第１の開口部の形状と異なる、請求項８の発電装置。
【請求項１１】
前記共鳴器と、前記第１のコイルと前記第１の磁石とのうち他方とを、振動が伝達可能に結合する、結合部材をさらに具備した請求項１の発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
振動の運動エネルギーを電力に変換する振動発電装置が知られる。振動発電装置は、例えば、入力された振動によってバネ・マス振動系の共振を生じさせ、より大きい電力を得ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−０５７８２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
振動発電装置において、入力された振動の特性によって共振が生じにくい場合がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
一つの実施の形態に係る発電装置は、共鳴器と、第１の振動部材と、発電部と、第２の振動部材と、を備える。前記共鳴器は、空洞の少なくとも一部が内部に設けられ、前記空洞に開口する第１の端部と前記第１の端部の反対側に位置する第２の端部とを有する第１の開口部が設けられる。前記第１の振動部材は、前記空洞に設けられ、前記共鳴器に対して相対的に振動可能である。前記発電部は、第１のコイルと、前記第１のコイルに対して相対的に移動可能な第１の磁石とを有する。前記第２の振動部材は、前記第１の開口部の前記第２の端部に面し、前記第１のコイルと前記第１の磁石とのうち一方が取り付けられ、前記共鳴器に対して相対的に振動可能である。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】図１は、第１の実施の形態に係る振動発電システムを示す断面図である。
【図２】図２は、第１の実施形態の共鳴カバー及び第１の振動板を示す斜視図である。
【図３】図３は、第１の実施形態の振動発電システムの振動系を示す断面図である。
【図４】図４は、第１の実施形態の共鳴カバー及び第１の振動板を示す断面図である。
【図５】図５は、第１の実施形態の第１の振動部品の変位の一例を示すグラフである。
【図６】図６は、第２の実施の形態に係る振動発電システムを示す断面図である。
【図７】図７は、第２の実施形態の共鳴カバー及び第１の振動板を示す斜視図である。
【図８】図８は、第３の実施の形態に係る振動発電システムを示す断面図である。
【図９】図９は、第３の実施形態の共鳴カバー及び第１乃至第３の振動板を概略的に示す斜視図である。
【図１０】図１０は、第４の実施の形態に係る振動発電システムを示す断面図である。
【図１１】図１１は、第４の実施形態の振動源を示す斜視図である。
【図１２】図１２は、第５の実施の形態に係る振動発電システムを示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下に、第１の実施の形態について、図１乃至図５を参照して説明する。なお、本明細書においては基本的に、鉛直上方を上方向、鉛直下方を下方向と定義する。実施形態に係る構成要素や、当該要素の説明について、複数の表現を併記することがある。当該構成要素及び説明について、記載されていない他の表現がされることは妨げられない。さらに、複数の表現が記載されない構成要素及び説明について、他の表現がされることは妨げられない。
【０００８】
図１は、第１の実施の形態に係る振動発電システム１０を示す断面図である。振動発電システム１０は、発電装置の一例である。図１に示すように、振動発電システム１０は、振動源１１と、発電機１２とを有する。
【０００９】
図面に示されるように、本明細書において、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸が定義される。Ｘ軸とＹ軸とＺ軸とは、互いに直交する。Ｘ軸は、振動源１１の幅に沿う。Ｙ軸は、振動源１１の長さ（奥行き）に沿う。Ｚ軸は、振動源１１の高さ（厚さ）に沿う。
【００１０】
振動源１１は、例えば、車両の部品である。なお、振動源１１はこれに限らず、例えば、車両、モータのような機械、建物、壁、及び地面のような、振動を発生又は振動が伝達する他の物体であっても良い。
【００１１】
振動源１１は、壁１５を有する。壁１５は、例えば金属板であり、振動源１１の筐体の一部を形成する。壁１５は、振動源１１の内部の種々の要素を覆う。振動源１１の内部の要素が生じさせる振動が壁１５に伝わることで、壁１５に振動（以下、環境振動と称する）が生じる。このように、振動源１１は振動可能である。
【００１２】
壁１５は、取付面１５ａを有する。取付面１５ａは、壁１５の外面であり、略平坦に形成される。なお、取付面１５ａは、例えば、壁１５の内面であっても良く、曲面であっても良く、凹凸が形成されても良い。本実施形態の取付面１５ａは、Ｚ軸に沿う方向に向く。
【００１３】
発電機１２は、壁１５の取付面１５ａに取り付けられ、壁１５の環境振動の運動エネルギーを電力に変換する。発電機１２は、共鳴カバー２１と、第１の振動板２２と、第１の振動部品２３と、発電部２４と、第１の発電カバー２５と、第１の結合部材２６とを有する。
【００１４】
共鳴カバー２１は、共鳴器の一例であり、例えば、ヘルムホルツ共鳴器、カバー、筐体、容器、収容部、又は部材とも称され得る。第１の振動板２２は、第１の振動部材及び第１の振動体の一例であり、例えば、音響放射部材、振動子、又は部材とも称され得る。第１の振動部品２３は、第２の振動部材の一例であり、例えば、振動素子、変位部、又は部材とも称され得る。
【００１５】
共鳴カバー２１は、いわゆるヘルムホルツ共鳴器である。共鳴カバー２１は、収容部３１と、第１の首部３２とを有する。収容部３１は、例えば、筐体、胴部、本体部、又は覆部とも称され得る。
【００１６】
図２は、第１の実施形態の共鳴カバー２１及び第１の振動板２２を概略的に示す斜視図である。図２に示すように、収容部３１は、略直方体の箱型に形成される。収容部３１は、周壁３５と、上壁３６とを有する。さらに、収容部３１の内部に、略直方体状の空洞３７が設けられる。
【００１７】
周壁３５は、Ｘ軸に沿う方向に延びる二つの壁と、Ｙ軸に沿う方向に延びる二つの壁とを含み、Ｚ軸に沿う方向に延びる略直方体の筒状に形成される。周壁３５は、Ｚ軸に沿う方向における下端部３５ａと上端部３５ｂとを有する。
【００１８】
周壁３５の下端部３５ａは、開放された端部である。下端部３５ａは、壁１５の取付面１５ａに、例えば接着によって、取り付けられる。言い換えると、壁１５が、周壁３５の下端部３５ａを塞ぐ。収容部３１の空洞３７は、収容部３１と、壁１５との間に設けられる。壁１５の取付面１５ａに取り付けられた収容部３１は、取付面１５ａの一部を覆う。
【００１９】
周壁３５の上端部３５ｂは、下端部３５ａの反対側に位置する。上端部３５ｂは、上壁３６によって塞がれる。このように、収容部３１は、下端部３５ａが開放され、上端部３５ｂが閉塞された箱型に形成される。上壁３６は、壁１５の取付面１５ａと向かい合う。
【００２０】
第１の首部３２は、上壁３６から収容部３１の外部に向かって突出する。第１の首部３２は、Ｚ軸に沿う方向に延びる略直方体の筒状に形成される。第１の首部３２の内部に、第１の開口部３９が設けられる。第１の開口部３９は、例えば、通気部とも称され得る。第１の開口部３９は、Ｚ軸に沿う方向に延びる孔である。図１に示すように、第１の開口部３９は、第１の端部３９ａと、第２の端部３９ｂとを有する。
【００２１】
第１の開口部３９の第１の端部３９ａは、収容部３１の空洞３７に開口する。このため、第１の首部３２の第１の開口部３９は、収容部３１の空洞３７に接続される。第２の端部３９ｂは、第１の端部３９ａの反対側に位置する。第２の端部３９ｂは、共鳴カバー２１の外部に開放される。
【００２２】
第１の振動板２２は、空洞３７に配置される。言い換えると、第１の振動板２２は、収容部３１に収容される。第１の振動板２２は、板部材４１と、複数の支持部４２とを有する。板部材４１と支持部４２とは、一体に形成されても良いし、別個の部材として形成されても良い。
【００２３】
板部材４１は、例えば金属板である。なお、板部材４１は、合成樹脂のような他の材料によって作られても良い。板部材４１は、振動面４１ａを有する。振動面４１ａは、Ｚ軸に沿う方向に向く略平坦な面である。振動面４１ａは、例えば、第１の開口部３９の第１の端部３９ａと向かい合う。言い換えると、第１の開口部３９は、第１の振動板２２の振動面４１ａに対してＺ軸に沿う方向に位置する。
【００２４】
複数の支持部４２は、壁１５の取付面１５ａに、例えば、溶接又は接着によって、それぞれ取り付けられる。複数の支持部４２は、板部材４１を、壁１５から離間した位置で支持する。複数の支持部４２は、例えば金属によって作られるが、振動を伝達可能な他の材料によって作られても良い。
【００２５】
収容部３１は、壁１５の取付面１５ａに取り付けられる。このため、共鳴カバー２１は、壁１５と実質上一体的に振動可能である。一方、第１の振動板２２の板部材４１は、支持部４２によって、壁１５から離間した位置で支持される。このため、板部材４１は、壁１５及び共鳴カバー２１に対して相対的に振動可能である。板部材４１は、例えば、Ｚ軸に沿う方向に振動可能である。Ｚ軸に沿う方向は、第１の方向の一例である。
【００２６】
第１の振動部品２３は、例えば金属板である。第１の振動部品２３は、第１の開口部３９の第２の端部３９ｂに面する位置に設けられる。第１の振動部品２３は、例えば、第１の開口部３９の第２の端部３９ｂを塞ぐように、第１の首部３２に乗せられる。第１の振動部品２３は、第１の首部３２に固定されず、共鳴カバー２１に対して相対的に振動可能である。第１の振動部品２３は、例えば、Ｚ軸に沿う方向に振動可能である。
【００２７】
発電部２４は、共鳴カバー２１の外部に設けられる。なお、発電部２４の少なくとも一部が共鳴カバー２１の内部に設けられても良い。発電部２４は、第１のコイル４５と、第１の磁石４６と、第１のコア４７と、第１の導線４８とを有する。
【００２８】
第１のコイル４５は、Ｚ軸に沿う方向に延びる。第１のコイル４５は、第１の振動部品２３に取り付けられる。このため、第１のコイル４５は、第１の振動部品２３と一体的に振動可能である。本実施形態の第１の振動部品２３及び第１のコイル４５は、第１のコイル４５が延びる方向（Ｚ軸に沿う方向）に振動可能である。図１は、二点鎖線によって、振動により変位した第１の振動部品２３及び第１のコイル４５を示す。
【００２９】
第１の磁石４６は、第１のコア４７に支持される。第１の磁石４６のＮ極及びＳ極は、Ｚ軸に沿う方向における第１の磁石４６の両端部にそれぞれ設けられる。本実施形態において、第１の磁石４６の少なくとも一部は、第１のコイル４５の内部に配置される。なお、第１の磁石４６は、第１のコイル４５の外部に配置されても良い。
【００３０】
第１の振動部品２３及び第１のコイル４５がＺ軸に沿う方向に移動すると、第１のコイル４５が、第１の磁石４６の磁界を通過する。これにより、第１のコイル４５に起電力が生じる。
【００３１】
第１の導線４８は、第１のコイル４５に接続される。第１の導線４８は、例えば、振動発電システム１０の端子に接続され、第１のコイル４５に生じた電力を当該端子に接続された他の装置に供給する。第１の導線４８は、振動発電システム１０が電力を供給する他の装置に直接接続されても良い。
【００３２】
第１の発電カバー２５は、下方が開放された略円柱状の箱型に形成される。第１の発電カバー２５は、第１のコイル４５、第１の磁石４６、及び第１のコア４７を収容する。第１のコア４７は、第１の発電カバー２５に取り付けられる。第１のコイル４５は、第１の発電カバー２５に取り付けられた第１のコア４７と、第１のコア４７に支持された第１の磁石４６とに対し、相対的に移動可能である。
【００３３】
第１の結合部材２６は、収容部３１の上壁３６と、第１の発電カバー２５との間に介在し、収容部３１と第１の発電カバー２５とを結合する。言い換えると、第１の結合部材２６は、上壁３６に支持されるとともに、第１の発電カバー２５を支持する。
【００３４】
第１の結合部材２６は、例えば、共鳴カバー２１及び第１の発電カバー２５のそれぞれの材料に近い剛性を有する材料、又は比較的剛性が高い部材で作られる。この場合、壁１５及び共鳴カバー２１の振動は、第１の発電カバー２５に効率良く伝わる。この場合、後述のように、第１の磁石４６及び第１のコア４７は、慣性力により振動し、さらに共鳴による音響加振力も重畳されて、発電する。
【００３５】
第１の結合部材２６は、合成樹脂のような振動絶縁材によって作られても良い。この場合、第１の結合部材２６は振動の運動エネルギーを熱エネルギーに変換し、振動を吸収する。このため、壁１５及び共鳴カバー２１の振動は、第１の結合部材２６によって吸収され、第１の発電カバー２５には殆ど伝わらない。
【００３６】
第１の発電カバー２５が第１の結合部材２６に支持されるため、第１の磁石４６及び第１のコア４７は、第１の発電カバー２５、第１の結合部材２６、及び共鳴カバー２１を介して、振動源１１の壁１５に支持される。しかし、第１の結合部材２６が振動を吸収するため、壁１５及び共鳴カバー２１は、第１の磁石４６及び第１のコア４７に対して相対的に振動可能である。従って、後述のように、振動する第１の磁石４６及び第１のコア４７は、音響加振力の増幅効果を利用して発電する。
【００３７】
図３は、第１の実施形態の振動発電システム１０の振動系を模式的に示す断面図である。図３に示すように、例えば壁１５から板部材４１に環境振動が伝わると、板部材４１は、質量がｍ１、バネ定数がｋ１のバネ・マス系（バネ‐質量系）として振動する。板部材４１の固有振動数（共振周波数、共振固有値）ｆ１は、式（数１）によって表される。
【数１】
2017034756.tif 000003
【００３８】
環境振動に、振動数がｆ１である振動又は振動数がｆ１に近い振動が含まれる場合、板部材４１は共振する。これにより、板部材４１は、環境振動を増幅させる。環境振動と板部材４１の共振とにより、空洞３７内で振動放射音が生じる。
【００３９】
第１の振動板２２の周囲に、空気が存在する。第１の振動板２２の周囲が共鳴カバー２１で覆われるため、第１の振動板２２の周囲（空洞３７）は閉塞空間となる。このような空洞３７において、音圧が増加するビルドアップ、及び空間容積で決まる共鳴現象が発生し、音響増幅効果が生じる。当該音響増幅効果により、空洞３７内で生じる音響加振力が増加する。
【００４０】
以下、音響加振力について詳しく説明する。閉塞空間である空洞３７に、例えば第１の振動板２２により発生した振動放射音が存在する。当該振動放射音を音源として、空洞３７内に音圧が作用する。
【００４１】
強さがｑである振動放射音が空洞３７内部のある位置ｘｐｉ（＝ｘ，ｙ，ｚ）に存在する場合、当該振動放射音が空洞３７内部の他の位置ｙ（＝ｘ，ｙ，ｚ）に与える音圧ＰＡは、以下の式（数２）によって示される。式（数２）は、音源がＮ個の場合を示す。本実施形態において、Ｎ＝１である。また、式（数２）におけるＶは、空洞３７の容積を示す。
【数２】
2017034756.tif 000004
【００４２】
式（数２）におけるφは、モード関数を示す。図２に示すように、略直方体状である空洞３７の各辺の長さをＬｘ，Ｌｙ，Ｌｚとすると、モード関数φは以下の式（数３）によって示される。
【数３】
2017034756.tif 000005
【００４３】
式（数２）におけるωｒは、共鳴周波数を示す。共鳴周波数ωｒは、以下の式（数４）によって示される。
【数４】
2017034756.tif 000006
【００４４】
式（数２）におけるＭｒは、空間モーダルマスを示す。空間モーダルマスＭｒは、以下の式（数５）によって示される。
【数５】
2017034756.tif 000007
【００４５】
式（数２）より、ある位置に面積Ｓｐの物体がある場合、当該物体に作用する力（加振力）は、音圧ＰＡ×面積Ｓｐで示される。振動放射音により空洞３７内の物体に作用する加振力を、本明細書において音響加振力と称する。
【００４６】
板部材４１の共振には減衰が生じる。同じく、空洞３７で生じる空気共鳴にも減衰（空気減衰）が生じる。空気減衰をζｒとすると、空気減衰ζｒと共鳴周波数ωｒとの積は、以下の式（数６）によって示される。
【数６】
2017034756.tif 000008
【００４７】
式（数６）におけるαａは、収容部３１の平均吸音率を示す。平均吸音率αａは、収容部３１の内面の材質により変化する。例えば、収容部３１の内面の材質の種類をＮ、それぞれの材質の固有の吸音率をαｉ（ｉ＝１〜Ｎ）、それぞれの面積をＳｉ（ｉ＝１〜Ｎ）、収容部３１の内面の全表面積をＳａｌｌとすると、平均吸音率αａは、以下の式（数７）によって示される。
【数７】
2017034756.tif 000009
【００４８】
本実施形態において、空洞３７に第１の開口部３９が開口する。空洞３７の内部から見た場合、第１の開口部３９の吸音率は１で近似できる。平均吸音率αａは、収容部３１及び第１の開口部３９の形状に応じて変化する。
【００４９】
一方、上述のように、共鳴カバー２１は、いわゆるヘルムホルツ共鳴器である。このため、板部材４１が発する振動放射音を共鳴励振源として、共鳴カバー２１でヘルムホルツ共鳴が励起される。
【００５０】
図４は、第１の実施形態の共鳴カバー２１及び第１の振動板２２を模式的に示す断面図である。ヘルムホルツ共鳴は、空洞３７中の空気がバネとして、第１の開口部３９中の空気がマス（質量）として機能し、第１の開口部３９の第２の端部３９ｂにおける空気の移動により空気振動が誘発される現象である。
【００５１】
空洞３７の容積Ｖ、第１の開口部３９の長さＬ、第１の開口部３９の断面積Ｓによって、ヘルムホルツ共鳴の固有振動数（共鳴周波数、空気共鳴固有値）が決まる。ヘルムホルツ共鳴器の大きさが気柱共鳴に用いられる気柱の大きさと実質的に同一である場合、ヘルムホルツ共鳴の固有振動数は、気柱共鳴の固有振動数よりも低域に設定することができる。
【００５２】
上述のように、開放された第１の開口部３９の第２の端部３９ｂから、空気が空洞３７の内部に出入りすることにより、ヘルムホルツ共鳴が励起される。空気の密度をρとすると、図３に示す第１の開口部３９中の空気（以下、空気マスと称する）の質量ｍ２と、空洞３７の空気（以下、空気バネと称する）のバネ定数ｋ２とは、以下の式（数８）及び（数９）によって示される。なお、図３及び図４は、空気マスを二点鎖線で模式的に示す。
【数８】
2017034756.tif 000010
【数９】
2017034756.tif 000011
【００５３】
音速をｃとすると、式（数８）及び（数９）より、共鳴カバー２１のヘルムホルツ共鳴の固有振動数ｆ２は、以下の式（数１０）によって示される。
【数１０】
2017034756.tif 000012
【００５４】
本実施形態の固有振動数ｆ２は、板部材４１の固有振動数ｆ１と異なる。なお、板部材４１の固有振動数ｆ１と、ヘルムホルツ共鳴の固有振動数ｆ２とが同一に設定されても良い。固有振動数ｆ２は、共鳴カバー２１の形状（容積Ｖ、長さＬ、及び断面積Ｓ）に応じて変化する。
【００５５】
共鳴カバー２１においてヘルムホルツ共鳴が発生することで、板部材４１の振動とヘルムホルツ共鳴（空気共鳴）とが連成する。励振源は、環境振動と、上述の音響加振力とであり、板部材４１にフィードバックされる。これらの励振源は、板部材４１の振動との相対位相関係、周波数、空洞３７における空気の状態により、板部材４１の振動を増幅又は減衰させる。さらに、ヘルムホルツ共鳴により、第１の開口部３９において音圧が増大し、音響放射力が増加する。
【００５６】
上述のように、壁１５から環境振動が第１の振動板２２の板部材４１に伝わると、板部材４１が振動する。振動する板部材４１は振動放射音を発生させ、共鳴カバー２１におけるヘルムホルツ共鳴を励起する。さらに、共鳴カバー２１において、板部材４１の振動とヘルムホルツ共鳴との連成振動が発生する。言い換えると、図３に示すように、板部材４１によるバネ・マス系の振動と、ヘルムホルツ共鳴による空気バネ・マス系の振動とが、二自由度振動を形成する。
【００５７】
連成振動の固有振動数ｆ３は、板部材４１の固有振動数ｆ１と異なるとともに、共鳴カバー２１のヘルムホルツ共鳴の固有振動数ｆ２とも異なる。なお、連成振動の固有振動数ｆ３は、板部材４１の固有振動数ｆ１と同一に設定されても良いし、共鳴カバー２１のヘルムホルツ共鳴の固有振動数ｆ２と同一に設定されても良い。
【００５８】
音響加振力のフィードバックにより、板部材４１の振動が増幅される。言い換えると、音響加振力により、共鳴カバー２１の内部の励振エネルギーが増幅させられる。さらに、ヘルムホルツ共鳴により、第１の開口部３９における音圧が増大する。これにより、振動発電システム１０は、第１の開口部３９の第２の端部３９ｂにおいて、大きな音圧及び音響放射力（加振力）を得ることができる。
【００５９】
音響放射力が、第１の開口部３９の第２の端部３９ｂに乗せられた第１の振動部品２３に作用する。当該音響放射力と、例えば重力とにより、第１の振動部品２３と第１のコイル４５とが、Ｚ軸に沿う方向に振動する。さらに、第１の結合部材２６によって、壁１５及び共鳴カバー２１の振動が、第１の発電カバー２５、第１の磁石４６、及び第１のコア４７に伝わる。このため、慣性力によって、第１の振動部品２３と第１のコイル４５とが、Ｚ軸に沿う方向にさらに振動する。これにより、第１のコイル４５に起電力が生じる。以上のように、振動発電システム１０は、振動の運動エネルギーを電力に変換し、電力を生じさせる。
【００６０】
第１の振動部品２３は、第１の開口部３９の外部の開放空間に位置する。このため、第１の振動部品２３の振動は共鳴カバー２１のヘルムホルツ共鳴と連成せず、ヘルムホルツ共鳴による音響加振力は第１の振動部品２３の振動にフィードバックされない。
【００６１】
図５は、第１の実施形態の第１の振動部品２３の変位の一例を示すグラフである。図５の縦軸は、環境振動が生じた場合のＺ軸に沿う方向における第１の振動部品２３の変位を示し、図５の横軸は、環境振動の周波数を示す。
【００６２】
図５において実線で示される第１のグラフＧ１は、本実施形態の振動発電システム１０における第１の振動部品２３の変位を示す。図５において破線で示される第２のグラフＧ２は、比較例として、振動源１１に直接的に第１の振動部品２３を取り付けた場合の、第１の振動部品２３の変位を示す。
【００６３】
図５に示すように、本実施形態において、板部材４１の振動とヘルムホルツ共鳴との連成振動の固有振動数ｆ３は、板部材４１の固有振動数ｆ１よりも高く、ヘルムホルツ共鳴の固有振動数ｆ２よりも高い。さらに、板部材４１の固有振動数ｆ１は、ヘルムホルツ共鳴の固有振動数ｆ２よりも高い。
【００６４】
環境振動の周波数がｆ２である場合に、第１の振動部品２３の振動が増幅され、第１の振動部品２３の変位の第１のピークＰ１が表れる。環境振動の周波数がｆ２である場合における第１の振動部品２３の変位は、環境振動の周波数がｆ２と異なる場合における第１の振動部品２３の変位よりも大きい。
【００６５】
環境振動の周波数がｆ１である場合に、第１の振動部品２３の振動が増幅され、第１の振動部品２３の変位の第２のピークＰ２が表れる。環境振動の周波数がｆ１である場合における第１の振動部品２３の変位は、環境振動の周波数がｆ１よりも僅かに低い場合における第１の振動部品２３の変位よりも大きい。
【００６６】
さらに、環境振動の周波数がｆ３である場合に、第１の振動部品２３の振動が増幅され、第１の振動部品２３の変位の第３のピークＰ３が表れる。環境振動の周波数がｆ３である場合における第１の振動部品２３の変位は、環境振動の周波数がｆ３よりも僅かに低い場合又は僅かに高い場合における第１の振動部品２３の変位よりも大きい。
【００６７】
以上のように、環境振動が、周波数がｆ１である振動、周波数がｆ２である振動、及び周波数がｆ３である振動の少なくとも一つを含む場合、第１の振動部品２３の変位が大きくなる。振動発電システム１０の発電量は、第１の振動部品２３に取り付けられた第１のコイル４５と、第１の磁石４６との相対的な変位量に比例する。このため、環境振動が、周波数がｆ１である振動、周波数がｆ２である振動、及び周波数がｆ３である振動の少なくとも一つを含む場合、振動発電システム１０の発電量はより大きくなる。
【００６８】
第１のピークＰ１、第２のピークＰ２、及び第３のピークＰ３におけるそれぞれの第１の振動部品２３の変位は、第２のグラフＧ２における第１の振動部品２３の変位の最大値よりも大きい。上述のように、音響加振力のフィードバックにより、板部材４１の振動が増幅される。さらに、ヘルムホルツ共鳴により、第１の開口部３９における音圧が増大する。これにより、第１の振動部品２３の変位量がより大きくなり、振動発電システム１０の発電量はより大きくなる。
【００６９】
第１の実施の形態に係る振動発電システム１０において、共鳴カバー２１の第１の開口部３９が開口する空洞３７に、共鳴カバー２１に対して相対的に振動可能な第１の振動板２２が設けられる。第１の振動板２２が例えば環境振動により振動すると、当該第１の振動板２２の振動によって発生した振動放射音が、空洞３７の各位置に対して作用する音圧（音響加振力）を生じさせる。音響加振力と環境振動とは、第１の開口部３９内の空気（空気マス）を振動させることでヘルムホルツ共鳴を生じさせる。
【００７０】
ヘルムホルツ共鳴の固有振動数ｆ２は、空洞３７の容積Ｖと、第１の開口部３９の断面積Ｓと、第１の開口部３９の長さＬとによって決まる。ヘルムホルツ共鳴の固有振動数ｆ２は、一般的に、大よそ同じ大きさの気柱共鳴の固有振動数よりも低くなる。すなわち、ヘルムホルツ共鳴を生じさせる振動発電システム１０は、低い固有振動数ｆ２を有しながらも気柱共鳴を利用する装置より小型化されることができる。これにより、振動発電システム１０は、例えば一般的に低周波振動を発生させるモータのような機械に生じる振動から、電力を得ることができる。
【００７１】
また、ヘルムホルツ共鳴により、第１の開口部３９における音圧が増大し、音響放射力が増大する。さらに、ヘルムホルツ共鳴における空気バネ・マスの振動や空洞３７において反響した振動放射音は、音響加振力として第１の振動板２２に作用（フィードバック）し、第１の振動板２２の振動を増幅する。これにより、第１の振動板２２に入力された振動（環境振動）に対して第１の開口部３９で得られる音響放射力（ゲイン）が増幅され、発電部２４によって得られる電力がより大きくなる。
【００７２】
さらに、第１の振動板２２の機械的振動と、共鳴カバー２１のヘルムホルツ共鳴の共鳴振動と、によって連成振動が生じる。このため、発電部２４は、第１の振動板２２の固有振動数ｆ１と、共鳴カバー２１のヘルムホルツ共鳴の固有振動数ｆ２と、連成振動の固有振動数ｆ３と、を有する。これら三つの固有振動数ｆ１，ｆ２，ｆ３が互いに異なる値に設定された場合、振動発電システム１０は、広い帯域の周波数を含む振動から電力を得ることができる。一方、これら三つの固有振動数ｆ１，ｆ２，ｆ３が略同一の値に設定された場合、発電部２４によって得られる電力がより大きくなる。以上のように、入力される振動の特性（周波数）による発電量の低下が抑制され、振動発電システム１０はより多様な状況で発電することができる。
【００７３】
第１の振動板２２は、空洞３７の一部を形成するとともに振動可能な振動源１１に対して相対的に振動可能に、振動源１１に取り付けられる。これにより、振動源１１から入力される環境振動により、第１の振動板２２が振動する。振動源１１の振動（環境振動）が第１の振動板２２の固有振動数ｆ１の振動を含む場合、第１の振動板２２が共振し、より大きな振動放射音及び音響加振力を生じさせる。これにより、振動発電システム１０は、振動源１１の振動から電力を得ることができる。さらに、第１の振動板２２を設けることにより、共振を発生させる周波数ｆ１を所望の値に設定しやすくなる。
【００７４】
第１の振動板２２の固有振動数ｆ１は、共鳴カバー２１のヘルムホルツ共鳴の固有振動数ｆ２と異なる。これにより、例えば環境振動が第１の振動板２２の固有振動数ｆ１の振動及びヘルムホルツ共鳴の固有振動数ｆ２の振動の少なくとも一方を含む場合、第１の振動板２２の共振及びヘルムホルツ共鳴の少なくとも一方が発生する。従って、振動発電システム１０は、広い帯域の周波数を含む振動から電力を得ることができる。
【００７５】
第１の振動板２２の振動と共鳴カバー２１のヘルムホルツ共鳴との連成振動の固有振動数ｆ３は、第１の振動板２２の固有振動数ｆ１と異なるとともに、共鳴カバー２１のヘルムホルツ共鳴の固有振動数ｆ２とも異なる。これにより、例えば環境振動が連成振動の固有振動数ｆ３の振動を含む場合、連成振動の共振が発生する。従って、振動発電システム１０は、広い帯域の周波数を含む振動から電力を得ることができる。
【００７６】
第１の結合部材２６は、第１の発電カバー２５及び第１のコア４７を介して、振動が伝達可能に、共鳴カバー２１と第１の磁石４６とを結合する。これにより、慣性力によって、第１の振動部品２３と第１のコイル４５とが、第１の磁石４６に対して、Ｚ軸に沿う方向にさらに振動する。従って、音響加振力による振動に、慣性力による振動が加わり、振動発電システム１０の発電量が増大し得る。
【００７７】
以下に、第２の実施の形態について、図６及び図７を参照して説明する。なお、以下の複数の実施形態の説明において、既に説明された構成要素と同様の機能を持つ構成要素は、当該既述の構成要素と同じ符号が付され、さらに説明が省略される場合がある。また、同じ符号が付された複数の構成要素は、全ての機能及び性質が共通するとは限らず、各実施形態に応じた異なる機能及び性質を有していても良い。
【００７８】
図６は、第２の実施の形態に係る振動発電システム１０を示す断面図である。図７は、第２の実施形態の共鳴カバー２１及び第１の振動板２２を概略的に示す斜視図である。図７に示すように、収容部３１の周壁３５は、第１の壁部５１と、第２の壁部５２と、第３の壁部５３と、第４の壁部５４とを有する。
【００７９】
第１の壁部５１と第２の壁部５２とは、Ｙ軸に沿う方向にそれぞれ延びる。第３の壁部５３と第４の壁部５４とは、Ｘ軸に沿う方向にそれぞれ延びる。第３の壁部５３は、第１の壁部５１の一方の端部と、第２の壁部５２の一方の端部とを接続する。第４の壁部５４は、第１の壁部５１の他方の端部と、第２の壁部５２の他方の端部とを接続する。
【００８０】
第２の実施形態の発電機１２は、第２の振動板５６と第３の振動板５７とを有する。第２の振動板５６は、第１の振動部材及び第２の振動体の一例である。第３の振動板５７は、第１の振動部材及び第３の振動体の一例である。
【００８１】
第２の振動板５６は、空洞３７に配置される。言い換えると、第２の振動板５６は、収容部３１に収容される。第２の振動板５６は、板部材６１と、複数の支持部６２とを有する。板部材６１と支持部６２とは、一体に形成されても良いし、別個の部材として形成されても良い。
【００８２】
板部材６１は、例えば金属板である。なお、板部材６１は、合成樹脂のような他の材料によって作られても良い。板部材６１は、振動面６１ａを有する。振動面６１ａは、Ｘ軸に沿う方向に向く略平坦な面である。振動面６１ａは、第２の壁部５２と向かい合う。
【００８３】
複数の支持部６２は、周壁３５の第１の壁部５１に、例えば接着又は溶接によって、それぞれ取り付けられる。複数の支持部６２は、板部材６１を、第１の壁部５１から離間した位置で支持する。複数の支持部６２は、例えば金属によって作られるが、振動を伝達可能な他の材料によって作られても良い。このように、第２の振動板５６は、共鳴カバー２１を介して振動源１１に取り付けられる。
【００８４】
共鳴カバー２１は、壁１５と実質上一体的に振動する。一方、第２の振動板５６の板部材６１は、支持部６２によって、共鳴カバー２１の第１の壁部５１から離間した位置で支持される。このため、板部材６１は、壁１５及び共鳴カバー２１に対して相対的に振動可能である。板部材６１は、例えば、Ｘ軸に沿う方向に振動可能である。Ｘ軸に沿う方向は、第２の方向の一例である。
【００８５】
第３の振動板５７は、空洞３７に配置される。言い換えると、第３の振動板５７は、収容部３１に収容される。第３の振動板５７は、板部材６５と、複数の支持部６６とを有する。板部材６５と支持部６６とは、一体に形成されても良いし、別個の部材として形成されても良い。
【００８６】
板部材６５は、例えば金属板である。なお、板部材６５は、合成樹脂のような他の材料によって作られても良い。板部材６５は、振動面６５ａを有する。振動面６５ａは、Ｙ軸に沿う方向に向く略平坦な面である。振動面６５ａは、第４の壁部５４と向かい合う。
【００８７】
複数の支持部６６は、周壁３５の第３の壁部５３に、例えば接着又は溶接によって、それぞれ取り付けられる。複数の支持部６６は、板部材６５を、第３の壁部５３から離間した位置で支持する。複数の支持部６６は、例えば金属によって作られるが、振動を伝達可能な他の材料によって作られても良い。このように、第３の振動板５７は、共鳴カバー２１を介して振動源１１に取り付けられる。
【００８８】
第３の振動板５７の板部材６５は、支持部６６によって、共鳴カバー２１の第３の壁部５３から離間した位置で支持される。このため、板部材６５は、壁１５及び共鳴カバー２１に対して相対的に振動可能である。板部材６５は、例えば、Ｙ軸に沿う方向に振動可能である。Ｙ軸に沿う方向は、第３の方向の一例である。
【００８９】
壁１５の環境振動は、Ｚ軸に沿う方向における振動と、Ｘ軸に沿う方向における振動と、Ｙ軸に沿う方向における振動との少なくとも一つを含む。環境振動がＺ軸に沿う方向における振動を含む場合、第１の振動板２２の板部材４１がＺ軸に沿う方向に振動し、振動放射音を発生させる。環境振動がＸ軸に沿う方向における振動を含む場合、第２の振動板５６の板部材６１がＸ軸に沿う方向に振動し、振動放射音を発生させる。環境振動がＹ軸に沿う方向における振動を含む場合、第３の振動板５７の板部材６５がＹ軸に沿う方向に振動し、振動放射音を発生させる。
【００９０】
上記のように、第１乃至第３の振動板２２，５６，５７により、環境振動がＺ軸に沿う方向における振動と、Ｘ軸に沿う方向における振動と、Ｙ軸に沿う方向における振動との少なくとも一つを含む場合、共鳴カバー２１の空洞３７で振動放射音が発生する。当該振動放射音により、ヘルムホルツ共鳴が励起される。すなわち、環境振動の方向にかかわらず、板部材４１，６１，６５の振動と、ヘルムホルツ共鳴と、板部材４１，６１，６５の振動及びヘルムホルツ共鳴の連成振動とが発生し、第１の振動部品２３が振動させられ、振動発電システム１０が発電する。
【００９１】
第２の実施形態の振動発電システム１０において、第１乃至第３の振動板２２，５６，５７は、共鳴カバー２１に対して、Ｚ軸に沿う方向と、Ｘ軸に沿う方向及びＹ軸に沿う方向とに振動可能である。これにより、例えば環境振動がＺ軸に沿う方向の振動と、Ｘ軸に沿う方向又はＹ軸に沿う方向の振動との少なくとも一方を含む場合、第１乃至第３の振動板２２，５６，５７のうち少なくとも一つが振動し、振動放射音を生じさせる。従って、振動発電システム１０は、複数方向の振動から電力を得ることができる。言い換えると、入力される振動の特性（振動方向）による発電量の低下が抑制され、振動発電システム１０はより多様な状況で発電することができる。
【００９２】
第１の振動板２２はＺ軸に沿う方向に振動可能であり、第２の振動板５６はＸ軸に沿う方向に振動可能である。このため、環境振動がＺ軸に沿う方向の振動とＸ軸に沿う方向の振動との少なくとも一方を含む場合、第１及び第２の振動板２２，５６から振動放射音を容易に生じさせることができる。従って、振動発電システム１０は、複数方向の振動からより容易に電力を得ることができる。なお、第１の振動板２２及び第２の振動板５６の少なくとも一つは、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸に対して斜め方向に振動可能であっても良い。
【００９３】
第３の振動板５７は、Ｚ軸と直交するとともにＸ軸とも直交するＹ軸に沿う方向に振動可能である。そして、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸は、互いに直交する。これにより、振動発電システム１０は、三軸方向の振動からより容易に電力を得ることができる。
【００９４】
なお、第２の実施形態の振動発電システム１０において、発電機１２は、第１の振動部材の一例として、第１乃至第３の振動板２２，５６，５７を有する。しかし、発電機１２は、第１の振動部材の一例として、例えばバネ振り子のような、単独で三軸方向に振動可能な部材を有しても良い。
【００９５】
以下に、第３の実施の形態について、図８及び図９を参照して説明する。図８は、第３の実施の形態に係る振動発電システム１０を示す断面図である。図９は、第３の実施形態の共鳴カバー２１及び第１乃至第３の振動板２２，５６，５７を概略的に示す斜視図である。図８に示すように、第３の実施形態の共鳴カバー２１は、第２の首部７１をさらに有する。
【００９６】
第２の首部７１は、周壁３５の第２の壁部５２から収容部３１の外部に向かって突出する。第２の首部７１は、Ｘ軸に沿う方向に延びる略直方体の筒状に形成される。第２の首部７１の内部に、第２の開口部７２が設けられる。第２の開口部７２は、例えば、通気部とも称され得る。第２の開口部７２は、Ｘ軸に沿う方向に延びる孔である。第２の開口部７２は、第３の端部７２ａと、第４の端部７２ｂとを有する。
【００９７】
第２の開口部７２の第３の端部７２ａは、収容部３１の空洞３７に開口する。このため、第２の首部７１の第２の開口部７２は、収容部３１の空洞３７に接続される。第４の端部７２ｂは、第３の端部７２ａの反対側に位置する。第４の端部７２ｂは、共鳴カバー２１の外部に開放される。
【００９８】
第２の開口部７２の形状は、第１の開口部３９の形状と異なる。例えば、第２の開口部７２の長さＬは、第１の開口部３９の長さＬと異なる。さらに、第２の開口部７２の断面積Ｓは、第１の開口部３９の断面積Ｓと異なる。なお、第１の開口部３９の形状と第２の開口部７２の形状とが同一であっても良い。
【００９９】
第２の振動板５６の振動面６１ａは、例えば、第２の開口部７２の第３の端部７２ａと向かい合う。言い換えると、第２の開口部７２は、第２の振動板５６の振動面６１ａに対してＸ軸に沿う方向に位置する。
【０１００】
第３の実施形態の発電機１２は、第２の振動部品７５と、第２の発電カバー７６と、第２の結合部材７７とをさらに有する。第２の振動部品７５は、第３の振動部材の一例である。
【０１０１】
第２の振動部品７５は、例えば金属板である。第２の振動部品７５は、第２の開口部７２の第４の端部７２ｂに面する位置に設けられる。第２の振動部品７５は、例えば、第２の開口部７２の第４の端部７２ｂを塞ぐように、第２の首部７１に接触させられる。例えば、第２の振動部品７５は、バネによって第２の首部７１に向かって付勢させられる。第２の振動部品７５は、共鳴カバー２１に対して相対的に振動可能である。第２の振動部品７５は、例えば、Ｘ軸に沿う方向に振動可能である。
【０１０２】
第３の実施形態の発電部２４は、第２のコイル８１と、第２の磁石８２と、第２のコア８３と、第２の導線８４とをさらに有する。
【０１０３】
第２のコイル８１は、Ｘ軸に沿う方向に延びる。第２のコイル８１は、第２の振動部品７５に取り付けられる。このため、第２のコイル８１は、第２の振動部品７５と一体的に振動可能である。本実施形態の第２の振動部品７５及び第２のコイル８１は、第２のコイル８１が延びる方向（Ｘ軸に沿う方向）に振動可能である。
【０１０４】
第２の磁石８２は、第２のコア８３に支持される。第２の磁石８２のＮ極及びＳ極は、Ｘ軸に沿う方向における第２の磁石８２の両端部にそれぞれ設けられる。本実施形態において、第２の磁石８２の少なくとも一部は、第２のコイル８１の内部に配置される。なお、第２の磁石８２は、第２のコイル８１の外部に配置されても良い。
【０１０５】
第２の振動部品７５及び第２のコイル８１がＸ軸に沿う方向に移動すると、第２のコイル８１が、第２の磁石８２の磁界を通過する。これにより、第２のコイル８１に起電力が生じる。
【０１０６】
第２の導線８４は、第２のコイル８１に接続される。第２の導線８４は、例えば、振動発電システム１０の端子に接続され、第２のコイル８１に生じた電力を当該端子に接続された他の装置に供給する。第２の導線８４は、振動発電システム１０が電力を供給する他の装置に直接接続されても良い。
【０１０７】
第２の発電カバー７６は、一方の端部が開放された略円柱状の箱型に形成される。第２の発電カバー７６は、第２のコイル８１、第２の磁石８２、及び第２のコア８３を収容する。第２のコア８３は、第２の発電カバー７６に取り付けられる。第２のコイル８１は、第２の発電カバー７６に取り付けられた第２のコア８３と、第２のコア８３に支持された第２の磁石８２とに対し、相対的に移動可能である。
【０１０８】
第２の結合部材７７は、収容部３１の周壁３５の第２の壁部５２と、第２の発電カバー７６との間に介在する。第２の結合部材７７は、第２の壁部５２及び第２の発電カバー７６のそれぞれの材料に近い剛性を有する材料、又は比較的剛性が高い部材で作られる。この場合、第２の壁部５２の振動は、第２の発電カバー７６に効率良く伝わる。この場合、第２の磁石８２及び第２のコア８３は、慣性力により振動し、さらに共鳴による音響加振力も重畳されて、発電する。
【０１０９】
第２の結合部材７７は、合成樹脂のような振動絶縁材によって作られても良い。この場合、第２の結合部材７７は振動の運動エネルギーを熱エネルギーに変換し、振動を吸収する。このため、壁１５及び共鳴カバー２１の振動は、第２の結合部材７７によって吸収され、第２の発電カバー７６には殆ど伝わらない。
【０１１０】
第２の実施形態と同様に、第１乃至第３の振動板２２，５６，５７により、環境振動がＺ軸に沿う方向における振動と、Ｘ軸に沿う方向における振動と、Ｙ軸に沿う方向における振動との少なくとも一つを含む場合、共鳴カバー２１の空洞３７で振動放射音が発生する。当該振動放射音により、ヘルムホルツ共鳴が励起される。
【０１１１】
開放された第１の開口部３９の第２の端部３９ｂから、空気が空洞３７の内部に出入りすることにより、ヘルムホルツ共鳴が励起される。本実施形態においてはさらに、開放された第２の開口部７２の第４の端部７２ｂから、空気が空洞３７の内部に出入りすることによっても、ヘルムホルツ共鳴が励起される。
【０１１２】
すなわち、空洞３７中の空気がバネとして機能するとともに、第１の開口部３９と同様に第２の開口部７２中の空気がマス（質量）として機能する。これにより、第２の開口部７２の第４の端部７２ｂにおける空気の移動により、空気振動が誘発される。
【０１１３】
第２の実施形態と同じく、環境振動により、板部材４１，６１，６５の振動と、第１の開口部３９におけるヘルムホルツ共鳴と、板部材４１，６１，６５の振動及びヘルムホルツ共鳴の連成振動とが発生する。これにより、第１の振動部品２３が振動させられ、振動発電システム１０が発電する。
【０１１４】
さらに、環境振動により、板部材４１，６１，６５の振動と、第２の開口部７２におけるヘルムホルツ共鳴と、板部材４１，６１，６５の振動及びヘルムホルツ共鳴の連成振動とが発生する。これにより、振動発電システム１０は、第２の開口部７２の第４の端部７２ｂにおいて、大きな音圧及び音響放射力（加振力）を得ることができる。
【０１１５】
音響放射力が、第２の開口部７２の第４の端部７２ｂに接触する第２の振動部品７５に作用する。当該音響放射力と、例えばバネの付勢力とにより、第２の振動部品７５と第２のコイル８１とが、Ｘ軸に沿う方向に振動する。これにより、第２のコイル８１に起電力が生じる。以上のように、振動発電システム１０は、振動の運動エネルギーを電力に変換し、電力を生じさせる。
【０１１６】
ヘルムホルツ共鳴の固有振動数ｆ２は、上述の式（数１０）によって示される。しかし、第２の開口部７２の形状（長さＬ及び断面積Ｓ）は、第１の開口部３９の形状（長さＬ及び断面積Ｓ）と異なる。このため、第１の開口部３９における空気マスの振動によって生じるヘルムホルツ共鳴の固有振動数ｆ２と、第２の開口部７２における空気マスの振動によって生じるヘルムホルツ共鳴の固有振動数ｆ２（以下、ｆ２´と称する）とは異なる。
【０１１７】
環境振動の周波数がｆ２´である場合に、第２の振動部品７５の振動が増幅され、第２の振動部品７５の変位のピークが表れる。環境振動の周波数がｆ２´である場合における第２の振動部品７５の変位は、基本的に、環境振動の周波数がｆ１，ｆ２，ｆ２´，ｆ３に対して異なる場合における第２の振動部品７５の変位よりも大きい。
【０１１８】
このように、環境振動が、周波数がｆ２´である振動を含む場合、第２の振動部品７５の変位が大きくなる。このため、環境振動が、周波数がｆ２´である振動を含む場合、振動発電システム１０の発電量はより大きくなる。
【０１１９】
第３の実施形態の振動発電システム１０において、共鳴カバー２１に第２の開口部７２が設けられる。第２の開口部７２に面する第２の振動部品７５に、第２のコイル８１が取り付けられる。これにより、第１の開口部３９で得られる音響加振力と、第２の開口部７２で得られる音響加振力とによって、発電部２４が発電できる。従って、第１の開口部３９又は第２の開口部７２が、例えば埃により閉塞したとしても、振動発電システム１０は電力を得ることができる。
【０１２０】
例えば振動源１１にＺ軸に沿う方向の衝撃が作用した場合、当該衝撃によって生じた第１の振動板２２の変位が、空洞３７内に空気の流れを生じさせる。第１の開口部３９は、第１の振動板２２に対してＺ軸に沿う方向に位置する。このため、上記の空気の流れが第１の開口部３９に直接的に向かい、第１の開口部３９における空気マスのより大きな振動を励起する。従って、振動発電システム１０は、Ｚ軸に沿う方向の振動からより電力を得ることができる。
【０１２１】
第２の開口部７２の形状は、第１の開口部３９の形状と異なる。ヘルムホルツ共鳴の固有振動数ｆ２は、各開口部３９，７２の形状（長さＬ及び断面積Ｓ）によって定まる。このため、第２の開口部７２において生じるヘルムホルツ共鳴の固有振動数ｆ２´は、第１の開口部３９において生じるヘルムホルツ共鳴の固有振動数ｆ２と異なる。これにより、例えば環境振動が、第１の開口部３９において生じるヘルムホルツ共鳴の固有振動数ｆ２の振動及び第２の開口部７２において生じるヘルムホルツ共鳴の固有振動数ｆ２´の振動の少なくとも一方を含む場合、第１の開口部３９及び第２の開口部７２の少なくとも一方においてヘルムホルツ共鳴が発生する。従って、振動発電システム１０は、広い帯域の周波数を含む振動から電力を得ることができる。
【０１２２】
以下に、第４の実施の形態について、図１０及び図１１を参照して説明する。図１０は、第４の実施の形態に係る振動発電システム１０を示す断面図である。図１１は、第４の実施形態の振動源１１を示す斜視図である。図１１に示すように、第４の実施形態の振動源１１は、第１の壁９１と、第２の壁９２と、第３の壁９３とを有する。
【０１２３】
第１乃至第３の壁９１〜９３は、例えば金属板であり、振動源１１の筐体の一部を形成する。第１乃至第３の壁９１〜９３は、振動源１１の内部の種々の要素を覆う。振動源１１の内部の要素が生じさせる振動が第１乃至第３の壁９１〜９３に伝わることで、第１乃至第３の壁９１〜９３に環境振動が生じる。
【０１２４】
第１の壁９１は、第１の取付面９１ａを有する。第１の取付面９１ａは、第１の壁９１の外面であり、略平坦に形成される。なお、第１の取付面９１ａは、例えば、第１の壁９１の内面であっても良く、曲面であっても良く、凹凸が形成されても良い。本実施形態の第１の取付面９１ａは、Ｚ軸に沿う方向に向く。
【０１２５】
第２の壁９２は、第２の取付面９２ａを有する。第２の取付面９２ａは、第２の壁９２の外面であり、略平坦に形成される。なお、第２の取付面９２ａは、例えば、第２の壁９２の内面であっても良く、曲面であっても良く、凹凸が形成されても良い。本実施形態の第２の取付面９２ａは、Ｘ軸に沿う方向に向く。
【０１２６】
第３の壁９３は、第３の取付面９３ａを有する。第３の取付面９３ａは、第３の壁９３の外面であり、略平坦に形成される。なお、第３の取付面９３ａは、例えば、第３の壁９３の内面であっても良く、曲面であっても良く、凹凸が形成されても良い。本実施形態の第３の取付面９３ａは、Ｙ軸に沿う方向に向く。
【０１２７】
図１０に示すように、第４の実施形態の共鳴カバー２１の収容部３１は、略球形の箱型に形成される。収容部３１の内部に、略球形の空洞３７が設けられる。収容部３１は、開放端３１ａを有する。開放端３１ａは、収容部３１の開放された端部である。
【０１２８】
開放端３１ａは、第１乃至第３の壁９１〜９３の第１乃至第３の取付面９１ａ〜９３ａに取り付けられる。言い換えると、第１乃至第３の壁９１〜９３が、収容部３１の開放端３１ａを塞ぐ。このため、収容部３１の空洞３７は、収容部３１と、第１乃至第３の壁９１〜９３とに囲まれる。収容部３１は、第１乃至第３の壁９１〜９３の第１乃至第３の取付面９１ａ〜９３ａの一部を覆う。
【０１２９】
収容部３１の開放端３１ａと第１乃至第３の壁９１〜９３との間に、第３の結合部材９５が介在する。第３の結合部材９５は、例えば合成樹脂によって作られる。第３の結合部材９５は、例えば、振動の運動エネルギーを熱エネルギーに変換し、振動を吸収する。このため、第１乃至第３の壁９１〜９３の環境振動は、第３の結合部材９５によって吸収され、収容部３１には殆ど伝わらない。なお、収容部３１は、第１乃至第３の壁９１〜９３に、例えば接着によって取り付けられ、第１乃至第３の壁９１〜９３と一体的に振動可能であっても良い。
【０１３０】
第４の実施形態の第１の首部３２は、収容部３１からＸ軸、Ｙ軸、及びＺ軸に対する斜め方向に突出する。なお、第１の首部３２が突出する方向はこれに限らず、例えば、Ｘ軸に沿う方向に延びても良いし、Ｙ軸に沿う方向に延びても良いし、Ｚ軸に沿う方向に延びても良い。
【０１３１】
第１の首部３２に応じて、発電部２４の第１のコイル４５、第１の磁石４６、及び第１のコア４７も、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸に対する斜め方向にそれぞれ延びる。さらに、第１の発電カバー２５も、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸に対する斜め方向に延びる。
【０１３２】
第１の振動板２２の支持部４２は、第１の壁９１の第１の取付面９１ａに取り付けられる。言い換えると、第１の振動板２２は、第１の壁９１に取り付けられる。第１の振動板２２の板部材４１の振動面４１ａは、Ｚ軸に沿う方向に向く。板部材４１は、Ｚ軸に沿う方向に振動可能である。
【０１３３】
第２の振動板５６の支持部６２は、第２の壁９２の第２の取付面９２ａに取り付けられる。言い換えると、第２の振動板５６は、第２の壁９２に取り付けられる。第２の振動板５６の板部材６１の振動面６１ａは、Ｘ軸に沿う方向に向く。板部材６１は、Ｘ軸に沿う方向に振動可能である。
【０１３４】
図１１に示すように、第３の振動板５７の支持部６６は、第３の壁９３の第３の取付面９３ａに取り付けられる。言い換えると、第３の振動板５７は、第３の壁９３に取り付けられる。第３の振動板５７の板部材６５の振動面６５ａは、Ｙ軸に沿う方向に向く。板部材６５は、Ｙ軸に沿う方向に振動可能である。
【０１３５】
第１乃至第３の壁９１〜９３の環境振動は、Ｚ軸に沿う方向における振動と、Ｘ軸に沿う方向における振動と、Ｙ軸に沿う方向における振動との少なくとも一つを含む。環境振動がＺ軸に沿う方向における振動を含む場合、第１の振動板２２の板部材４１がＺ軸に沿う方向に振動し、振動放射音を発生させる。環境振動がＸ軸に沿う方向における振動を含む場合、第２の振動板５６の板部材６１がＸ軸に沿う方向に振動し、振動放射音を発生させる。環境振動がＹ軸に沿う方向における振動を含む場合、第３の振動板５７の板部材６５がＹ軸に沿う方向に振動し、振動放射音を発生させる。
【０１３６】
上記のように、第１乃至第３の振動板２２，５６，５７により、環境振動がＺ軸に沿う方向における振動と、Ｘ軸に沿う方向における振動と、Ｙ軸に沿う方向における振動との少なくとも一つを含む場合、共鳴カバー２１の空洞３７で振動放射音が発生する。当該振動放射音により、ヘルムホルツ共鳴が励起される。すなわち、環境振動の方向にかかわらず、板部材４１，６１，６５の振動と、ヘルムホルツ共鳴と、板部材４１，６１，６５の振動及びヘルムホルツ共鳴の連成振動とが発生し、第１の振動部品２３が振動させられ、振動発電システム１０が発電する。
【０１３７】
第４の実施形態の振動発電システム１０のように、第１乃至第３の振動板２２，５６，５７は、振動源１１に取り付けられても良い。一方、第２の実施形態の振動発電システム１０のように、第１乃至第３の振動板２２，５６，５７のうち少なくとも一つが、共鳴カバー２１を介して振動源１１に取り付けられても良い。
【０１３８】
以下に、第５の実施の形態について、図１２を参照して説明する。図１２は、第５の実施の形態に係る振動発電システム１０を示す断面図である。図１２に示すように、第５の実施形態の振動発電システム１０は、第１乃至第３の振動板２２，５６，５７が除かれた第４の実施形態の振動発電システム１０である。
【０１３９】
第３の結合部材９５が収容部３１の開放端３１ａと第１乃至第３の壁９１〜９３との間に介在するため、第１乃至第３の壁９１〜９３は、収容部３１に対して相対的に振動可能である。このため、第５の実施形態においては、第１乃至第３の壁９１〜９３が、第１の振動部材及び第１乃至第３の振動体の一例である。
【０１４０】
振動源１１の環境振動が第１乃至第３の壁９１〜９３の固有振動数の振動を含む場合、第１乃至第３の壁９１〜９３が共振する。第１乃至第３の壁９１〜９３は、収容部３１の空洞３７において、振動放射音を発生させる。当該振動放射音により、ヘルムホルツ共鳴が励起される。このように、第１乃至第３の壁９１〜９３の振動と、ヘルムホルツ共鳴と、第１乃至第３の壁９１〜９３の振動及びヘルムホルツ共鳴の連成振動とが発生し、第１の振動部品２３が振動させられ、振動発電システム１０が発電する。
【０１４１】
第５の実施形態の振動発電システム１０のように、振動源１１の一部である第１乃至第３の壁９１〜９３が、第１の振動部材及び第１乃至第３の振動体の一例であっても良い。これにより、例えば環境振動がＸ軸に沿う方向の振動、Ｙ軸に沿う方向の振動、及びＺ軸に沿う方向の振動の少なくとも一つを含む場合、第１乃至第３の壁９１〜９３のうち少なくとも一つが振動し、振動放射音を生じさせる。従って、振動発電システム１０は、複数方向の振動から電力を得ることができる。さらに、発電機１２を振動源１１に容易に取り付けることができる。
【０１４２】
以上説明した少なくとも一つの実施形態によれば、共鳴器の第１の開口部が開口する空洞に、共鳴器に対して相対的に振動可能な第１の振動部材が収容される。これにより、入力される振動の特性による発電量の低下が抑制される。
【０１４３】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【０１４４】
１０…振動発電システム、１１…振動源、１２…発電機、２１…共鳴カバー、２２…第１の振動板、２３…第１の振動部品、２４…発電部、３１…収容部、３７…空洞、３９…第１の開口部、３９ａ…第１の端部、３９ｂ…第２の端部、４５…第１のコイル、４６…第１の磁石、７２…第２の開口部、７２ａ…第３の端部、７２ｂ…第４の端部、７５…第２の振動部品、８１…第２のコイル、８２…第２の磁石。
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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