(57)【要約】【課題】簡単な構成で振動等の微弱なエネルギーから電力を発生させることが可能な小型発電装置及び発電システムを提供する。【解決手段】流入口１４及び流出口１５を備え、内部に水の流路１６が形成された外側枠体１１と、流路１６内に形成された唯一の軸支部１２と、軸支部１２に回転動可能に軸支され、流路１６を流れる水により回転する羽根車１８を有する回転体１７を有する。また、回転体１７の側面に搭載される永久磁石２１と、外側枠体１１の、永久磁石２１と対向する部位に搭載されたコイル２３を備える。そして、流路１６に水が流れて回転体１７を回転した際に、前記永久磁石と前記コイルの作用により電力を発生させる。【選択図】図３
2017078398.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流入口及び流出口を備え、内部に流体の流路が形成された外側枠体と、
前記流路内に形成された唯一の軸支部と、
前記軸支部に回転動可能に軸支され、前記流路を流れる流体により回転する羽根車を有する回転体と、
前記回転体の側面に搭載される永久磁石と、
前記外側枠体の、前記永久磁石と対向する部位に搭載されたコイルと、
を備え、
前記流路に流体が流れて前記回転体が回転した際に、前記永久磁石と前記コイルの作用により電力を発生させること
を特徴とする小型発電装置。
【請求項２】
前記羽根車は、前記回転体の前記軸支部の近傍に設けられ、更に、該回転体の羽根車の近傍は、他の部位よりも直径が相対的に大きい長径部とされていること
を特徴とする請求項１に記載の小型発電装置。
【請求項３】
前記回転体の、前記軸支部とは反対側の先端部は、他の部位よりも相対的に直径が小さい短径部とされていること
を特徴とする請求項１または２に記載の小型発電装置。
【請求項４】
前記流路の、前記短径部に対応する部位は、他の部位よりも相対的に開口径が狭く形成されていること
を特徴とする請求項３に記載の小型発電装置。
【請求項５】
流入口及び流出口を備えた小型発電装置と、一端が前記流入口に接続され、他端が前記流出口に接続され、圧力が加えられた際に、前記一端側から流体を放出し、前記他端側から流体を吸引する給水ポンプと、を備え、
前記小型発電装置は、
内部に流体の流路が形成された外側枠体と、
前記流路内に形成された唯一の軸支部と、
前記軸支部に回転動可能に軸支され、前記流路を流れる流体により回転する羽根車を有する回転体と、
前記回転体の側面に搭載される永久磁石と、
前記外側枠体の、前記永久磁石と対向する部位に搭載されたコイルと、を備え、
前記流路に流体が流れて前記回転体の回転した際に、前記永久磁石と前記コイルの作用により電力を発生させること
を特徴とする発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、小型発電装置及び発電システムに係り、特に、簡単な構成で効率良く電力を発生する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、地下鉄のプラットホームに踏み板を設置し、大勢の乗客が踏み板を踏むことにより生じる振動、重量の変化をエネルギーに変換する技術、所謂、環境エネルギー（エナジーハーベスト）を用いる技術が種々提案されている。特許文献１には、踏み板に加えられる上下動を回転動に変換し、発電機を回転させて電力を発生することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２５５９７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述した特許文献１に開示された従来例は、踏み板の面積に応じて発電機を増加させる必要があり、装置規模が大型化するという問題がある。
【０００５】
本発明は、このような従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、簡単な構成で微弱なエネルギーから電力を発生させることが可能な小型発電装置及び発電システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本願発明に係る小型発電装置は、流入口及び流出口を備え、内部に流体の流路が形成された外側枠体と、前記流路内に形成された唯一の軸支部と、前記軸支部に回転動可能に軸支され、前記流路を流れる流体により回転する羽根車を有する回転体と、前記回転体の側面に搭載される永久磁石と、前記外側枠体の、前記永久磁石と対向する部位に搭載されたコイルと、を備え、前記流路に流体が流れて前記回転体が回転した際に、前記永久磁石と前記コイルの作用により電力を発生させることを特徴とする。
【０００７】
また、本願発明に係る発電システムは、流入口及び流出口を備えた小型発電装置と、一端が前記流入口に接続され、他端が前記流出口に接続され、圧力が加えられた際に、前記一端側から流体を放出し、前記他端側から流体を吸引する給水ポンプと、を備え、前記小型発電装置は、内部に流体の流路が形成された外側枠体と、前記流路内に形成された唯一の軸支部と、前記軸支部に回転動可能に軸支され、前記流路を流れる流体により回転する羽根車を有する回転体と、前記回転体の側面に搭載される永久磁石と、前記外側枠体の、前記永久磁石と対向する部位に搭載されたコイルと、を備え、前記流路に流体が流れて前記回転体の回転した際に、前記永久磁石と前記コイルの作用により電力を発生させることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係る小型発電装置及び発電システムでは、振動エネルギー、圧力変動のエネルギーを効率良く電気エネルギーに変換して各種電子機器の電源とすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る発電システム、及びその周辺機器の構成を示す斜視図である。
【図２】図２は、本発明の一実施形態に係る発電システムの断面図である。
【図３】図３は、本発明の一実施形態に係る小型発電装置の構成を示す一部破断斜視図である。
【図４】図４は、本発明の一実施形態に係る小型発電装置の分解斜視図である。
【図５】図５は、本発明の一実施形態に係る小型発電装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る発電システムの構成を示す斜視図、図２は、同断面図である。図１、図２に示すように、本実施形態に係る発電システム１００は、小型発電装置１０と、送水タンク３２及び受水タンク３３からなる給水ポンプ３１と、受水タンク３３から送水タンク３２に向く方向に限り水を流すように流水方向を規制する逆止弁４１を備えている。
【００１１】
送水タンク３２は、例えばプラスチック等の可撓性を有する材料で形成されており、出口側が小型発電装置１０に接続され、入口側が逆止弁４１に接続されている。そして、外部より圧力が加えられた際に、内部に充填された水（流体）を小型発電装置１０に送り出す。つまり、逆止弁４１が設けられているので、圧力が加えられた際には、送水タンク３２から受水タンク３３に向く方向には水が流れず、小型発電装置１０に向けて水が流れることになる。なお、本実施形態では、流体の一例として水を例に挙げて説明するが、本発明はこれに限定されるものではなく、水以外の流体を用いることができる。
【００１２】
受水タンク３３は、やはりプラスチック等の可撓性を有する材料で形成されており、入口側が小型発電装置１０に接続され、出口側が逆止弁４１に接続されている。従って、給水ポンプ３１を、例えば、人通りの多い床面等の圧力が作用する位置に設置し、該給水ポンプ３１に圧力が加えられた場合には、図１に示す矢印Ｙ１の方向に水が流れることになる。
【００１３】
即ち、給水ポンプ３１は、一端が小型発電装置１０の流入口に接続され、他端が流出口に接続され、圧力が加えられた際に、一端側から水（流体）を放出し、他端側から水を吸引する機能を備えている。
【００１４】
図３〜図５は、図１、図２に示した小型発電装置１０の詳細な構成を示す図であり、図３は一部破断斜視図、図４は分解斜視図、図５は水の流路方向に沿った断面図である。本実施形態で示す小型発電装置１０は、例えば、長手方向の長さが数ｍｍ程度（１ｃｍ未満）の大きさであり、例えば、三次元プリンタを用いて形成することができる。なお、本発明はこの大きさに限定されるものではなく、１ｃｍ以上の大きさとすることも可能である。
【００１５】
図１〜図３に示すように、本実施形態に係る小型発電装置１０は、円筒形状の流入口１４、及び流出口１５を有し、内部に水（流体）が流れる流路１６が形成された外側枠体１１を備えている。流入口１４は、図２に示した送水タンク３２の出口側に接続され、流出口１５は、図２に示した受水タンク３３の入口側に接続されている。更に、流出口１５側の流路中央部には、ブラケット１３により支持された軸支部１２が設けられている。外側枠体１１は、図４の分解斜視図に示しているように、二分割されており双方を嵌め合わせることにより構成される。外側枠体１１、及び軸支部１２は、例えばガラスで形成されている。
【００１６】
また、流路１６内には回転体１７が設けられている。該回転体１７の一端側は軸支部１２に回転動可能に軸支されている。即ち、回転体１７は、その一端側が唯一の軸支部１２に軸支された片持ち構造とされている。更に、回転体１７の軸支部１２の近傍には、羽根車１８が設けられており、流入口１４より流路１６内に流入した水が羽根車１８を通過することにより、回転体１７が所定の方向に回転する。回転体１７は、例えばガラスで形成されている。
【００１７】
流路１６の、軸支部１２側の一部は、他の部位よりも開口径が広い幅広部１６ｂとされている。また、流路１６の軸支部１２とは反対側となる先端部は、他の部位よりも開口径が狭い幅狭部１６ａとされている。
【００１８】
回転体１７の、羽根車１８近傍の一部は、他の部位よりも相対的に直径が大きい長径部１７ｂとされている。即ち、流路１６に形成された幅広部１６ｂに対応する回転体１７の部位は、その直径が大きく形成されている。また、回転体１７の、軸支部１２とは反対側の先端部は、他の部位よりも相対的に直径が小さい短径部１７ａとされている。即ち、流路１６に形成された幅狭部１６ａに対応する回転体１７の部位は、その直径が小さく形成されている。
【００１９】
このように、流路１６には、幅狭部１６ａ、及び幅広部１６ｂが形成され、回転体１７には短径部１７ａ、及び長径部１７ｂが形成されるので、図５の断面図に示すように、流入口１４、流出口１５の流路面積に対して、回転体１７が存在する部位の流路面積の方が小さくなる。即ち、回転体１７が存在することにより、流路１６内の流路面積が規制される。
【００２０】
従って、流路１６内の回転体１７が存在する部位では、流入口１４より供給される水の圧力が上昇することになる。その結果、高圧力の水が羽根車１８を通過することになり、回転体１７を強い力で回転させることができる。
【００２１】
また、回転体１７の軸支部１２側には、長径部１７ｂが形成されているので、回転体１７の重心は軸支部１２に近接した位置となる。従って、流路１６内に水が流れている場合には、回転体１７が片持ち構造であっても、流路１６の中心軸を回転の中心として安定的に回転することになる。
【００２２】
更に、図３、図４に示すように、回転体１７の側面の適所には永久磁石２１が埋設されている。該永久磁石２１は、図４に示すように一方の側面からその反対側の側面まで連通して設けられている。即ち、一方の側面がＳ極、他方の側面がＮ極となるように、回転体１７内に永久磁石２１が埋設されている。
【００２３】
一方、図３、図４に示すように、外側枠体１１の永久磁石２１と対向する部位には、磁性体から成るコア２２が設けられ、更に、該コア２２にはコイル２３が巻回されている。即ち、コイル２３は、外側枠体１１の、永久磁石２１と対向する部位に搭載されている。従って、回転体１７が軸支部１２を中心として回転することにより、永久磁石２１とコイル２３との作用（電磁誘導）により、コイル２３の２つの端子２３ａ，２３ｂには、交流電力が発生する。ここで、前述したように、外側枠体１１、軸支部１２、コア２２、回転体１７、及び永久磁石２１は、三次元プリンタを用いて形成することができる。
【００２４】
また、図１に示したように、コイル２３の２つの端子２３ａ，２３ｂは、制御器４２に接続され、コイル２３に生じた電力は、該制御器４２に供給される。取り出された電力は、例えば、各種の電子機器の電力として用いられる。
【００２５】
次に、上記のように構成された本実施形態に係る発電システム１００の作用について説明する。図１、図２に示した発電システム１００は、例えば、地下鉄のプラットホームの床面に設置する。すると、該プラットホームを通行人が通行することにより給水ポンプ３１に断続的な圧力が加えられることになる。
【００２６】
従って、図１に示した送水タンク３２に充填された水が加圧され、小型発電装置１０の流入口１４に水が供給される。流入口１４に供給された水は、回転体１７が存在する流路１６を通過することにより、圧力が高まる。即ち、前述したように、回転体１７が存在することにより、流路面積が小さくなるので、その分圧力が高まることになる。その後、流路１６を流れる水は、羽根車１８を通過するので、該羽根車１８に回転力が加えられ回転体１７が所定の方向に回転する。
【００２７】
その結果、回転体１７内に搭載された永久磁石２１がコイル２３の近傍を移動することになり、電磁誘導の作用によってコイル２３の２つの端子２３ａ，２３ｂ間に交流電力が発生する。
【００２８】
羽根車１８を通過した水は、流出口１５より排出され受水タンク３３内に供給される。更に、該受水タンク３３に蓄積された水は、逆止弁４１を通過して、送水タンク３２に供給される。即ち、外部より圧力が加えられると、送水タンク３２→小型発電装置１０→受水タンク３３→逆止弁４１→送水タンク３２の経路で水が循環し、この水の循環により小型発電装置１０に搭載されている回転体１７が回転して電力を発生する。
【００２９】
そして、コイル２３に発生した交流電力は、図２に示した制御器４２に送信され、該制御器４２にて、例えば直流電力に変換され、各種センサや微弱な電力で作動する電子機器の電源として用いることができる。こうして、外部の振動エネルギーや断続的な圧力変化を、電力に変換して電子機器の電源として用いることができるのである。
【００３０】
このようにして、本実施形態に係る発電システム１００では、小型発電装置１０の流路１６に回転体１７を設置し、該流路１６に、送水タンク３２に充填された水を流すことにより、回転体１７を回転させて電力を発生させている。従って、地下鉄のプラットホームの床面等で生じる振動エネルギーや断続的な圧力変化を効率良く電気エネルギーに変換することが可能となり、例えば、センサ等の電源として用いることにより、該センサへの電力供給を、振動エネルギーで賄うことが可能となる。
【００３１】
また、本実施形態に係る小型発電装置１０では、通路等の床面の下部にマットを敷き、該マットに挟むように給水ポンプ３１を配置することができるので、床面の面積が大きい場合でも、この大きさに応じたサイズの給水ポンプ３１を配置すれば良く、小型発電装置１０の個数を面積に応じて増加させる必要が無い。従って、設置時の融通性が高く汎用性を向上させることが可能となる。
【００３２】
更に、本実施形態に係る小型発電装置１０では、流路１６内に設けた唯一の軸支部１２にて回転体１７を軸支する構成としている。この際、回転体１７の軸支部１２側の直径を大きくし、軸支部１２の反対側となる先端部の直径を小さくしている。従って、回転体１７の重心が軸支部１２に近づくことになり、片持ち構造であっても安定的に回転体１７を回転させることが可能となる。
【００３３】
また、回転体１７が存在する部位の流路面積（回転体１７と外側枠体１１の内面との間の流路面積）が、流入口１４及び流出口１５の流路面積よりも狭く構成されているので、回転体１７を通過する水の圧力が増大し、より強い力で羽根車１８を回転させることができる。従って、より一層発電効率を向上させることが可能となる。
【００３４】
［変形例の説明］
次に、本実施形態の変形例について説明する。上述した実施形態では、送水タンク３２の出口側と、受水タンク３３の入口側との間に小型発電装置１０を設け、受水タンク３３の出口側と、送水タンク３２の入口側との間に逆止弁４１を設ける構成について記載した。これに対して変形例では、受水タンク３３の出口側と送水タンク３２の入口側との間の流路に二つ目の小型発電装置を設置する。即ち、図１に示す逆止弁４１を設置した流路に、該逆止弁４１に対して直列的に小型発電装置を設ける構成とする。
【００３５】
このような構成とすることにより、受水タンク３３から送水タンク３２に戻される水の流れにより発電することができ、発電効率をより一層向上させることが可能となる。
【００３６】
以上、本発明の小型発電装置１０、及び発電システム１００を図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置き換えることができる。
【００３７】
例えば、本実施形態では、外側枠体１１の内部の一か所にコア２２、及びコイル２３を搭載する例について説明したが、本発明はこれに限定されず、複数個所にコイル２３を巻回したコア２２を設ける構成とすることもできる。
【００３８】
また、橋梁の変形が生じる部位に本実施形態に係る発電システム１００を搭載し、車両が通過する毎に変形による電力が生じるので、この電力を検出することにより、橋梁を通過する車両数をカウントするセンサとして使用することが可能となる。
【００３９】
なお、上記した実施形態では、流体の一例として水を用いる例について説明したが、本発明はこれに限定されず、水以外の流体を用いることも可能である。
【符号の説明】
【００４０】
１０    小型発電装置
１１    外側枠体
１２    軸支部
１３    ブラケット
１４    流入口
１５    流出口
１６    流路
１６ａ  幅狭部
１６ｂ  幅広部
１７    回転体
１７ａ  短径部
１７ｂ  長径部
１８    羽根車
２１    永久磁石
２２    コア
２３    コイル
２３ａ，２３ｂ  端子
３１    給水ポンプ
３２    送水タンク
３３    受水タンク
４１    逆止弁
４２    制御器
１００  発電システム
【図１】
2017078398.tif 000003
【図２】
2017078398.tif 000004
【図３】
2017078398.tif 000005
【図４】
2017078398.tif 000006
【図５】
2017078398.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成28年11月2日(2016.11.2)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
上記目的を達成するため、本願発明に係る小型発電装置は、流入口及び流出口を備え、内部に流体の流路が形成された外側枠体と、前記流路内に形成された唯一の軸支部と、前記軸支部に回転動可能に軸支され、前記流路を流れる流体により回転する羽根車を有する回転体と、前記回転体の側面に搭載される永久磁石と、前記外側枠体の、前記永久磁石と対向する部位に搭載されたコイルと、を備え、前記回転体の、前記軸支部とは反対側の先端部は、他の部位よりも相対的に直径が小さい短径部とされ、前記流路に流体が流れて前記回転体が回転した際に、前記永久磁石と前記コイルの作用により電力を発生させることを特徴とする。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
また、本願発明に係る発電システムは、流入口及び流出口を備えた小型発電装置と、一端が前記流入口に接続され、他端が前記流出口に接続され、圧力が加えられた際に、前記一端側から流体を放出し、前記他端側から流体を吸引する給水ポンプと、を備え、前記小型発電装置は、内部に流体の流路が形成された外側枠体と、前記流路内に形成された唯一の軸支部と、前記軸支部に回転動可能に軸支され、前記流路を流れる流体により回転する羽根車を有する回転体と、前記回転体の側面に搭載される永久磁石と、前記外側枠体の、前記永久磁石と対向する部位に搭載されたコイルと、を備え、前記回転体の、前記軸支部とは反対側の先端部は、他の部位よりも相対的に直径が小さい短径部とされ、前記流路に流体が流れて前記回転体の回転した際に、前記永久磁石と前記コイルの作用により電力を発生させることを特徴とする。
【手続補正３】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流入口及び流出口を備え、内部に流体の流路が形成された外側枠体と、
前記流路内に形成された唯一の軸支部と、
前記軸支部に回転動可能に軸支され、前記流路を流れる流体により回転する羽根車を有する回転体と、
前記回転体の側面に搭載される永久磁石と、
前記外側枠体の、前記永久磁石と対向する部位に搭載されたコイルと、
を備え、
前記回転体の、前記軸支部とは反対側の先端部は、他の部位よりも相対的に直径が小さい短径部とされ、
前記流路に流体が流れて前記回転体が回転した際に、前記永久磁石と前記コイルの作用により電力を発生させること
を特徴とする小型発電装置。
【請求項２】
前記羽根車は、前記回転体の前記軸支部の近傍に設けられ、更に、該回転体の羽根車の近傍は、他の部位よりも直径が相対的に大きい長径部とされていること
を特徴とする請求項１に記載の小型発電装置。
【請求項３】
前記流路の、前記短径部に対応する部位は、他の部位よりも相対的に開口径が狭く形成されていること
を特徴とする請求項１または２に記載の小型発電装置。
【請求項４】
流入口及び流出口を備えた小型発電装置と、一端が前記流入口に接続され、他端が前記流出口に接続され、圧力が加えられた際に、前記一端側から流体を放出し、前記他端側から流体を吸引する給水ポンプと、を備え、
前記小型発電装置は、
内部に流体の流路が形成された外側枠体と、
前記流路内に形成された唯一の軸支部と、
前記軸支部に回転動可能に軸支され、前記流路を流れる流体により回転する羽根車を有する回転体と、
前記回転体の側面に搭載される永久磁石と、
前記外側枠体の、前記永久磁石と対向する部位に搭載されたコイルと、を備え、
前記回転体の、前記軸支部とは反対側の先端部は、他の部位よりも相対的に直径が小さい短径部とされ、
前記流路に流体が流れて前記回転体の回転した際に、前記永久磁石と前記コイルの作用により電力を発生させること
を特徴とする発電システム。