(57)【要約】【課題】入力される振動の特性による発電量の低下を抑制する発電装置を提供する。【解決手段】一つの実施形態に係る発電装置は、共鳴器と、第１の部分と、第２の部分と、発電部と、振動部材とを備える。前記共鳴器の内側に、空洞の少なくとも一部が設けられる。前記第１の部分は、前記共鳴器に設けられ、前記空洞に開口する第１の端部と前記共鳴器の外部に開口する第２の端部とを有する開口部が設けられる。前記第２の部分は、前記共鳴器に設けられ、前記空洞の少なくとも一部を形成するとともに、前記第１の部分に対して相対的に振動可能である。前記発電部は、磁石と、前記磁石に対して相対的に移動可能な導体と、を有する。前記振動部材は、前記開口部の前記第２の端部に面し、前記磁石と前記導体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。【選択図】図１
2017118660.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た共鳴器と、
前記共鳴器に設けられ、前記空洞に開口する第１の端部と前記共鳴器の外部に開口する第２の端部とを有する開口部が設けられた第１の部分と、
前記共鳴器に設けられ、前記空洞の少なくとも一部を形成するとともに、前記第１の部分に対して相対的に振動可能な第２の部分と、
磁石と、前記磁石に対して相対的に移動可能な導体と、を有する発電部と、
前記開口部の前記第２の端部に面し、前記磁石と前記導体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振動部材と、
を具備した発電装置。
【請求項２】
前記第２の部分は、振動することにより前記空洞内で音を発生させ、当該音により前記共鳴器で共鳴による音を励起し、前記開口部の前記第２の端部から前記共鳴による音を放射することにより前記振動部材を振動させる、請求項１の発電装置。
【請求項３】
前記第２の部分と前記振動部材とに同一の振動が与えられた場合、前記第２の部分の振幅は、前記振動部材の振幅よりも大きい、請求項１又は請求項２の発電装置。
【請求項４】
前記共鳴器は、ポリエチレンテレフタレートによって作られる、請求項１乃至請求項３のいずれか一つの発電装置。
【請求項５】
前記共鳴器は、振動可能な振動源に取り付けられ、
前記第２の部分は、前記振動源に対して相対的に振動可能である、
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】
前記振動源に取り付けられ、前記磁石と前記導体とのうち他方を支持する支持部材をさらに具備し、
前記振動部材は、前記支持部材に対して相対的に振動可能な、
請求項５の発電装置。
【請求項７】
前記支持部材は、前記共鳴器を覆う筐体を有する、請求項６の発電装置。
【請求項８】
前記第２の部分の固有振動数は、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乃至請求項７のいずれか一つの発電装置。
【請求項９】
前記第２の部分は、第１の方向に振動可能な第１の壁と、前記第１の方向と交差する第２の方向に振動可能な第２の壁と、を有する、請求項１乃至請求項８のいずれか一つの発電装置。
【請求項１０】
前記第２の部分は、前記空洞の一部を形成する壁部を有し、
前記第１の部分は、前記壁部を囲んで前記壁部の端部に接続され、前記開口部の少なくとも一部が内部に設けられた管部を有する、
請求項１乃至請求項８のいずれか一つの発電装置。
【請求項１１】
前記壁部は前記振動部材に面する、請求項１０の発電装置。
【請求項１２】
磁石と、前記磁石に対して相対的に移動可能である導体と、を有する発電部と、
前記磁石及び前記導体の一方に取り付けられる振動部材と、
振動源に取り付けられ、空洞と、前記空洞に開口する第１の端部及び前記振動部材に面する第２の端部を有する開口部と、が設けられ、前記振動源の振動に基づき振動し、前記空洞内に音を発生させる共鳴器と、
を具備する発電装置。
【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】
一つの実施形態に係る発電装置は、共鳴器と、第１の部分と、第２の部分と、発電部と、振動部材とを備える。前記共鳴器の内側に、空洞の少なくとも一部が設けられる。前記第１の部分は、前記共鳴器に設けられ、前記空洞に開口する第１の端部と前記共鳴器の外部に開口する第２の端部とを有する開口部が設けられる。前記第２の部分は、前記共鳴器に設けられ、前記空洞の少なくとも一部を形成するとともに、前記第１の部分に対して相対的に振動可能である。前記発電部は、磁石と、前記磁石に対して相対的に移動可能な導体と、を有する。前記振動部材は、前記開口部の前記第２の端部に面し、前記磁石と前記導体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の実施形態の共鳴器を概略的に示す斜視図である。
【図３】図３は、第１の実施形態の共鳴器を示す平面図である。
【図４】図４は、第１の実施形態の振動部材の振動加速度レベルの一例を模式的に示すグラフである。
【図５】図５は、第２の実施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の実施形態について、図１乃至図４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。また、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】
各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、発電機１２の幅に沿う。Ｙ軸は、発電機１２の長さ（奥行き）に沿う。Ｚ軸は、発電機１２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、部材１５を有する。部材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。部材１５は、振動源１１の内部の種々の要素を覆う。なお、部材１５はこれに限らない。
【００１２】
例えば振動源１１の内部の要素が生じさせる振動が部材１５に伝わることで、部材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。なお、振動源１１は、外部から振動が伝達することにより振動しても良い。例えば、振動源１１の一例である壁が騒音によって振動させられても良いし、振動源１１の一例である地面が走行する車両によって振動させられても良い。
【００１３】
本実施形態において、環境振動は、Ｘ軸に沿う方向における振動、Ｙ軸に沿う方向における振動、及びＺ軸に沿う方向における振動を含む。なお、環境振動は、一つの方向における振動であっても良い。
【００１４】
部材１５は、取付面１５ａを有する。取付面１５ａは、部材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、部材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軸に沿う正方向（図１における上方向）に向く。
【００１５】
発電機１２は、部材１５の取付面１５ａに取り付けられ、部材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、共鳴器２１と、振動部材２２と、発電部２３と、筐体２４とを有する。共鳴器２１は、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。振動部材２２は、例えば、振動素子、変位部、又は部材とも称され得る。筐体２４は、支持部材及び筐体の一例である。
【００１６】
共鳴器２１は、いわゆるヘルムホルツ共鳴器である。共鳴器２１は、覆部３１と、首部３２とを有する。言い換えると、覆部３１及び首部３２が共鳴器２１に設けられる。覆部３１は、第２の部分の一例であり、例えば、筐体、胴部、収容部、振動部、又は本体部とも称され得る。首部３２は、第１の部分及び管部の一例であり、例えば、伝送経路、管、境界部、補強部、又は支持部とも称され得る。
【００１７】
本実施形態において、共鳴器２１は、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）によって作られる。共鳴器２１は、例えば、他の合成樹脂、金属、又は他の材料によって作られても良い。
【００１８】
覆部３１と首部３２とは、一体に形成される。すなわち、覆部３１の材料と、首部３２の材料とは同一である。なお、覆部３１と首部３２とは、別個に形成されても良く、異なる材料によって作られても良い。
【００１９】
図２は、第１の実施形態の共鳴器２１を概略的に示す斜視図である。図２に示される覆部３１は、大よそ円柱の箱型に形成される。覆部３１は、直方体の箱状のような他の形状に形成されても良い。
【００２０】
覆部３１は、周壁３５と、上壁３６とを有する。周壁３５は、第２の壁の一例である。上壁３６は、第１の壁及び壁部の一例である。周壁３５及び上壁３６は、例えば、振動部、板、又は膜とも称され得る。
【００２１】
図１に示すように、周壁３５は、Ｚ軸に沿う方向に延ばされる円筒状に形成される。言い換えると、周壁３５の内周面及び外周面は、Ｚ軸と直交（交差）する方向（周壁３５の中心軸の径方向）に向く。
【００２２】
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。なお、下端部３５ａ及び上端部３５ｂの名称は、説明のため、図１における位置に基づいて称され、下端部３５ａ及び上端部３５ｂの位置及び方向を限定しない。
【００２３】
周壁３５の下端部３５ａは、開放された端部である。下端部３５ａは、部材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、部材１５が、周壁３５の下端部３５ａを塞ぐ。部材１５の取付面１５ａに取り付けられた覆部３１は、取付面１５ａの一部を覆う。
【００２４】
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、首部３２を介して、上壁３６に接続される。言い換えると、上端部３５ｂは、首部３２に接続される。
【００２５】
上壁３６は、Ｘ‐Ｙ平面上に広がる平坦な板状に形成される。上壁３６はこれに限らず、例えば、曲げられても良いし、凹凸を有しても良い。上壁３６の端部３６ａは、首部３２を介して、周壁３５の上端部３５ｂに接続される。言い換えると、端部３６ａは、首部３２に接続される。
【００２６】
上壁３６は、内面３６ｂと、外面３６ｃとを有する。内面３６ｂは、Ｚ軸に沿う負方向（図１における下方向）に向き、部材１５の取付面１５ａと向かい合う。外面３６ｃは、内面３６ｂの反対側に位置し、Ｚ軸に沿う正方向に向く。
【００２７】
以上のように、共鳴器２１は、周壁３５の下端部３５ａが開放された円柱の箱型に形成される。共鳴器２１の内部に、大よそ円柱形状の空洞３８が設けられる。空洞３８は、例えば、閉塞部、部屋、室、又は空間とも称され得る。空洞３８は、共鳴器２１と、部材１５との間に設けられる。
【００２８】
覆部３１の周壁３５及び上壁３６と、首部３２の一部とは、空洞３８の一部を形成する。詳しく述べると、首部３２の一部、周壁３５、及び上壁３６はそれぞれ、空洞３８に面する共鳴器２１の内面２１ａの一部を形成する。例えば、上面３６の内面３６ｂは、共鳴器２１の内面２１ａの一部である。共鳴器２１の内面２１ａと、部材１５の取付面１５ａとが、共鳴器２１の内側の空間を囲むことで、空洞３８が形成（規定）される。
【００２９】
覆部３１は、周壁３５の下端部３５ａを塞ぐ壁を有しても良い。この場合、空洞３８は、当該壁と、周壁３５と、上壁３６と、首部３２の一部とによって形成（規定）される。例えば、当該壁は、部材１５の取付面１５ａに、例えば接着によって、取り付けられる。
【００３０】
図３は、第１の実施形態の共鳴器２１を示す平面図である。なお、図３のＦ１‐Ｆ１線は、図１に示される振動発電システム１０の断面の位置を示す。図３に示すように、首部３２は、Ｘ‐Ｙ平面上で巻かれた円環状に形成される。首部３２はこれに限らず、例えば、多角形の環状、Ｃ字型、又はＵ字型のような他の形状に形成されても良い。
【００３１】
首部３２は、円環状に延ばされた管状の部分である。言い換えると、首部３２は、Ｚ軸に沿う方向に延ばされた周壁３５の中心軸の周方向に延ばされる。首部３２の内部に、管路４１と、隔壁４２とが設けられる。管路４１は、開口部の一例であり、例えば、経路、流路、通路、又は孔とも称され得る。
【００３２】
管路４１は、管状の首部３２の内部に設けられた流路である。管路４１は、首部３２の中心線に沿って、途切れた円環状（Ｃ字状）に延ばされる。言い換えると、管路４１は、周壁３５の中心軸の周方向に延ばされる。なお、管路４１は、連続した円環状（Ｏ字状）に延ばされても良いし、他の形状に延ばされても良い。
【００３３】
隔壁４２は、第１の面４２ａと、第２の面４２ｂとを有する。第１の面４２ａは、周壁３５の中心軸の周方向の一方向に向く。第２の面４２ｂは、第１の面４２ａの反対側に位置する。周壁３５の中心軸の周方向において、管路４１は、隔壁４２の第１の面４２ａと、隔壁４２の第２の面４２ｂとの間で、周壁３５の中心軸の周方向に延ばされる。
【００３４】
例えば、周壁３５の中心軸の周方向における隔壁４２の長さ（厚さ）がより大きく設定されることで、管路４１の長さはより短く設定される。さらに、首部３２の内部に複数の隔壁４２が設けられることで、管路４１の長さはより短く設定される。このように、例えば、隔壁４２の長さ（厚さ）及び数によって、管路４１の長さが設定される。
【００３５】
管路４１は、第１の連通孔４５と、第２の連通孔４６とを有する。第１の連通孔４５は、第１の端部の一例である。第２の連通孔４６は、第２の端部の一例である。第１及び第２の連通孔４５，４６はそれぞれ、例えば、開口とも称され得る。
【００３６】
第１の連通孔４５は、隔壁４２の第１の面４２ａの近傍に設けられる。第１の連通孔４５は、他の位置に設けられても良い。図１に示すように、第１の連通孔４５は、首部３２の中心軸の径方向（首部３２が延ばされる方向と直交する方向）に向き、空洞３８に開口する。言い換えると、第１の連通孔４５は、空洞３８に接続される管路４１の端部である。
【００３７】
図３に示すように、第２の連通孔４６は、隔壁４２の第２の面４２ｂの近傍に設けられる。言い換えると、第２の連通孔４６は、管路４１における第１の連通孔４５の反対側、すなわち第１の連通孔４５と異なる位置に設けられる。第２の連通孔４６は、他の位置に設けられても良い。第２の連通孔４６は、Ｚ軸に沿う正方向（図１における上方向）に向き、共鳴器２１の外部に開口する。言い換えると、第２の連通孔４６は、共鳴器２１の外部に接続される管路４１の端部である。
【００３８】
第１の連通孔４５及び第２の連通孔４６の少なくとも一方が、隔壁４２から離間した位置に設けられる場合がある。この場合も、管路４１において、流体は第１の連通孔４５と第２の連通孔４６との間で流れるため、第１及び第２の連通孔４５，４６は、管路４１の端部と称され得る。
【００３９】
首部３２は、上壁３６を囲んで、上壁３６の端部３６ａに接続される。なお、上述のように、首部３２は、例えばＣ字型に形成されても良い。すなわち、図３のように上壁３６を平面視した場合に、上壁３６の一部が、首部３２の外に開放されても良い。この場合でも、首部３２は、上壁３６を囲むと表現され得る。上壁３６を囲む首部３２において、首部３２の一部と、首部３２の他の一部との間に、上壁３６が位置する。
【００４０】
図１に示すように、首部３２の断面は、円環状に形成される。このため、管路４１の断面は、円形に形成される。なお、首部３２及び管路４１のそれぞれの断面は、例えば、多角形のような他の形状に形成されても良い。
【００４１】
上記のように、首部３２は、断面が円環状に形成されるとともに、円環状に延ばされる。一方、周壁３５は円筒状に形成されるとともに、周壁３５の半径は首部３２の半径よりも大きい。上壁３６は板状に形成される。首部３２、周壁３５、及び上壁３６のそれぞれの厚さは、実質的に等しい。このため、首部３２の剛性は、周壁３５の剛性よりも高く、且つ上壁３６の剛性よりも高い。なお、首部３２、周壁３５、及び上壁３６のそれぞれの厚さは、互いに異なっても良い。
【００４２】
上記のように、首部３２は、周壁３５及び上壁３６よりも剛性が高い。このため、周壁３５及び上壁３６は、首部３２よりも変形、移動、及び振動しやすい。すなわち、首部３２と周壁３５とに同一の振動が与えられた場合、周壁３５の振幅は、首部３２の振幅よりも大きい。なお、当該振動の振動数は、首部３２及び周壁３５のそれぞれの固有振動数と異なる。さらに、首部３２と上壁３６とに同一の振動が与えられた場合、上壁３６の振幅は、首部３２の振幅よりも大きい。なお、当該振動の振動数は、首部３２及び上壁３６のそれぞれの固有振動数と異なる。
【００４３】
共鳴器２１の覆部３１は、部材１５の取付面１５ａに取り付けられる。このため、覆部３１に部材１５の環境振動が伝達することで、覆部３１の周壁３５及び上壁３６は振動可能である。
【００４４】
覆部３１の周壁３５は、例えば、Ｘ軸に沿う方向、Ｙ軸に沿う方向、及びＸ‐Ｙ平面上の方向（周壁３５の中心軸の径方向）に振動可能である。Ｘ軸に沿う方向、Ｙ軸に沿う方向、及びＸ‐Ｙ平面上の方向は、第２の方向の一例である。環境振動は、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を含む。このため、覆部３１に部材１５の環境振動が伝達することで、周壁３５は振動可能である。
【００４５】
覆部３１の上壁３６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。すなわち、周壁３５が振動可能な方向と、上壁３６が振動可能な方向とは、互いに直交（交差）する。環境振動は、Ｚ軸に沿う方向における振動を含む。このため、覆部３１に部材１５の環境振動が伝達することで、上壁３６は振動可能である。
【００４６】
周壁３５及び上壁３６のそれぞれの剛性は、部材１５よりも低い。さらに、周壁３５及び上壁３６のそれぞれの固有振動数は、部材１５の固有振動数と異なる。例えばこれらの理由により、周壁３５及び上壁３６のそれぞれの振動と、部材１５の振動とは異なる。言い換えると、周壁３５及び上壁３６はそれぞれ、部材１５に対して相対的に振動可能である。例えば、部材１５の振幅と、周壁３５及び上壁３６のそれぞれの振幅とが異なる。なお、周壁３５及び上壁３６がそれぞれ部材１５に対して相対的に振動可能である理由は、上記の理由と異なっても良い。
【００４７】
さらに、周壁３５及び上壁３６のそれぞれの剛性は、首部３２の剛性よりも低い。例えばこのような理由により、周壁３５及び上壁３６のそれぞれの振動と、首部３２の振動とは異なる。言い換えると、周壁３５及び上壁３６はそれぞれ、首部３２に対して相対的に振動可能である。例えば、首部３２の振幅と、周壁３５及び上壁３６のそれぞれの振幅とが異なる。なお、周壁３５及び上壁３６がそれぞれ首部３２に対して相対的に振動可能である理由は、上記の理由と異なっても良い。
【００４８】
振動部材２２は、例えば、Ｘ‐Ｙ平面上に広がる板状に形成される。振動部材２２は、他の形状に形成されても良い。振動部材２２は、上壁３６の外面３６ｃと、管路４１の第２の連通孔４６と、に面する。振動部材２２は、例えば、上壁３６と第２の連通孔４６とを覆うように、首部３２に乗せられる。振動部材２２は、首部３２に固定されず、共鳴器２１に対して相対的に振動可能である。振動部材２２は、例えば、Ｚ軸に沿う方向に振動可能である。
【００４９】
振動部材２２は、例えば金属板である。振動部材２２の厚さは、周壁３５及び上壁３６のそれぞれの厚さよりも厚い。振動部材２２の剛性は、周壁３５及び上壁３６のそれぞれの剛性よりも高い。このため、周壁３５及び上壁３６は、振動部材２２よりも変形、移動、及び振動しやすい。すなわち、振動部材２２と周壁３５とに同一の振動が与えられた場合、周壁３５の振幅は、振動部材２２の振幅よりも大きい。なお、当該振動の振動数は、振動部材２２及び周壁３５のそれぞれの固有振動数と異なる。さらに、振動部材２２と上壁３６とに同一の振動が与えられた場合、上壁３６の振幅は、振動部材２２の振幅よりも大きい。なお、当該振動の振動数は、振動部材２２及び上壁３６のそれぞれの固有振動数と異なる。
【００５０】
発電部２３は、共鳴器２１の外部に設けられる。なお、発電部２３の少なくとも一部が共鳴器２１の内部に設けられても良い。発電部２３は、コイル５１と、磁石５２と、コア５３と、導線５４とを有する。コイル５１は、導体の一例である。
【００５１】
コイル５１は、Ｚ軸に沿う方向に延ばされる螺旋状に巻かれた導体である。コイル５１は、例えば円筒状に巻かれるが、他の形状に形成されても良い。コイル５１は、振動部材２２に取り付けられる。このため、コイル５１は、振動部材２２と一体的に振動可能である。本実施形態の振動部材２２及びコイル５１は、コイル５１が延ばされる方向（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振動部材２２及びコイル５１を示す。
【００５２】
磁石５２は、コア５３に支持される。磁石５２のＮ極及びＳ極は、Ｚ軸に沿う方向における磁石５２の両端部にそれぞれ設けられる。本実施形態において、磁石５２の少なくとも一部は、コイル５１の内部に配置される。言い換えると、コイル５１は、磁石５２を囲む。なお、磁石５２は、コイル５１の外部に配置されても良い。
【００５３】
コイル５１及び振動部材２２は、例えば、磁石５２及びコア５３に対して相対的に振動可能に、磁石５２及びコア５３に支持される。コイル５１及び振動部材２２は、例えばバネを介して、磁石５２及びコア５３に取り付けられても良い。なお、コイル５１及び振動部材２２は、磁石５２及びコア５３から分離されても良い。
【００５４】
振動部材２２及びコイル５１が磁石５２に対してＺ軸に沿う方向に移動（振動）すると、コイル５１が、磁石５２の磁界を通過する。これにより、電磁誘導によってコイル５１に起電力が生じる。このように、発電部２３は、コイル５１と磁石５２とが相対的に移動することにより電力を発生させる。
【００５５】
導線５４は、コイル５１に接続される。導線５４は、例えば、振動発電システム１０の端子に接続され、コイル５１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。導線５４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。
【００５６】
筐体２４は、振動源１１に取り付けられ、共鳴器２１、振動部材２２、及び発電部２３を収容する。言い換えると、筐体２４は、共鳴器２１、振動部材２２、及び発電部２３を覆う。なお、共鳴器２１、振動部材２２、及び発電部２３の少なくとも一部が、筐体２４の外に位置しても良い。
【００５７】
筐体２４は、例えば、金属によって作られ、円柱形の箱状に形成される。筐体２４の厚さは、周壁３５及び上壁３６のそれぞれの厚さよりも厚い。筐体２４の剛性は、共鳴器２１の周壁３５及び上壁３６のそれぞれの剛性よりも高い。なお、筐体２４は、他の材料によって作られても良く、他の形状に形成されても良い。筐体２４は、側壁６１と、端壁６２とを有する。
【００５８】
側壁６１は、例えば、Ｚ軸に沿う方向に延ばされる円筒状に形成される。側壁６１は、共鳴器２１を囲む。Ｚ軸に沿う方向において、側壁６１の一方の端部は、例えば接着によって部材１５の取付面１５ａに取り付けられる。側壁６１の他方の端部は、端壁６２に接続される。言い換えると、側壁６１の両端部は、部材１５及び端壁６２によって塞がれる。
【００５９】
端壁６２は、Ｘ‐Ｙ平面上に広がる平坦な板状に形成される。端壁６２は、部材１５の取付面１５ａと向かい合う。端壁６２に、コア５３が取り付けられる。コア５３は、筐体２４の内面２４ａに取り付けられる。すなわち、筐体２４は、磁石５２が取り付けられたコア５３を支持する。言い換えると、磁石５２は、コア５３を介して筐体２４に取り付けられる。
【００６０】
上述のように、コイル５１は、磁石５２に対して相対的に移動可能である。すなわち、振動部材２２及びコイル５１は、磁石５２が取り付けられた筐体２４に対して相対的に振動可能である。
【００６１】
筐体２４は、剛性が高く、振動源１１の部材１５と大よそ一体的に振動する。このため、共鳴器２１の周壁３５及び上壁３６はそれぞれ、部材１５及び筐体２４に対して相対的に振動可能である。なお、周壁３５及び上壁３６がそれぞれ筐体２４に対して相対的に振動可能である理由は、上記の理由と異なっても良い。
【００６２】
上述のように、筐体２４は、剛性が高い材料で作られる。このため、部材１５の環境振動は、筐体２４に効率良く伝わる。この場合、後述のように、磁石５２及びコア５３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。
【００６３】
以上説明した振動発電システム１０において、例えば振動源１１の部材１５から共鳴器２１に環境振動が伝わると、共鳴器２１の覆部３１（周壁３５及び上壁３６）は、バネ・マス系（バネ‐質量系）として振動する。以下、理解のため、周壁３５及び上壁３６を含む覆部３１が、質量がｍ１、バネ定数がｋ１のバネ・マス系として一体的に説明される。なお、周壁３５の質量及びバネ定数と、上壁３６の質量及びバネ定数とは、互いに異なっても良い。覆部３１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】
2017118660.tif 000003
【００６４】
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、覆部３１は共振する。これにより、覆部３１は、環境振動を増幅させる。環境振動と覆部３１の共振とにより、空洞３８内で振動放射音が生じる。言い換えると、覆部３１は、振動源１１の環境振動に基づき振動することにより空洞３８内で振動放射音を発生させる。振動放射音は、音の一例である。
【００６５】
環境振動がＸ軸に沿う方向における振動及びＹ軸に沿う方向における振動の少なくとも一方を含む場合、周壁３５が、環境振動に基づき、空洞３８内に振動放射音を発生させる。また、環境振動がＺ軸に沿う方向における振動を含む場合、上壁３６が、環境振動に基づき、空洞３８内に振動放射音を発生させる。このように、環境振動の方向にかかわらず、覆部３１の周壁３５及び上壁３６が振動放射音を発生させる。
【００６６】
空洞３８の内部に、空気が存在する。空洞３８が共鳴器２１で覆われるため、空洞３８は閉塞空間となる。このような空洞３８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、空洞３８内で生じる音響加振力が増加する。
【００６７】
以下、音響加振力について詳しく説明する。閉塞空間である空洞３８に、例えば覆部３１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、空洞３８内に音圧が作用する。
【００６８】
強さがｑである振動放射音が空洞３８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洞３８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、空洞３８の容積を示す。
【数２】
2017118660.tif 000004
【００６９】
式（数２）におけるφは、モード関数を示す。空洞３８が直方体であると仮定して、空洞３８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】
2017118660.tif 000005
【００７０】
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】
2017118660.tif 000006
【００７１】
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】
2017118660.tif 000007
【００７２】
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洞３８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。
【００７３】
覆部３１の共振には減衰が生じる。同じく、空洞３８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】
2017118660.tif 000008
【００７４】
式（数６）におけるαａは、共鳴器２１の平均吸音率を示す。平均吸音率αａは、共鳴器２１の内面２１ａの材質により変化する。例えば、共鳴器２１の内面２１ａ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）、共鳴器２１の内面２１ａ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】
2017118660.tif 000009
【００７５】
本実施形態において、空洞３８に、管路４１の第１の連通孔４５が開口する。空洞３８の内部から見た場合、管路４１の吸音率は１で近似できる。平均吸音率αａは、共鳴器２１及び管路４１の形状に応じて変化する。
【００７６】
一方、上述のように、共鳴器２１は、いわゆるヘルムホルツ共鳴器である。このため、覆部３１が発する振動放射音を共鳴励振源として、共鳴器２１でヘルムホルツ共鳴が励起される。言い換えると、覆部３１は、振動放射音により、共鳴器２１で共鳴音を励起する。共鳴音は、共鳴による音の一例である。
【００７７】
ヘルムホルツ共鳴は、空洞３８中の空気がバネとして、管路４１中の空気がマス（質量）として機能し、管路４１の第２の連通孔４６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。
【００７８】
空洞３８の容積Ｖ、管路４１の長さＬ、管路４１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。
【００７９】
上述のように、開放された管路４１の第２の連通孔４６から、空気が空洞３８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、管路４１中の空気（以下、空気マスと称する）の質量ｍ２と、空洞３８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。
【数８】
2017118660.tif 000010
【数９】
2017118660.tif 000011
【００８０】
音速をｃとすると、式（数８）及び（数９）より、共鳴器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】
2017118660.tif 000012
【００８１】
本実施形態において、共鳴器２１のヘルムホルツ共鳴の固有振動数ｆ２は、覆部３１の固有振動数ｆ１と異なる。なお、覆部３１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、共鳴器２１の形状（容積Ｖ、長さＬ、及び断面積Ｓ）に応じて変化する。例えば、空洞３８の容積が大きいほど、管路４１の長さＬが長いほど、そして管路４１の断面積Ｓが小さいほど、固有振動数ｆ２は低くなる。
【００８２】
共鳴器２１においてヘルムホルツ共鳴が発生することで、覆部３１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、覆部３１にフィードバックされる。これらの励振源は、覆部３１の振動との相対位相関係、周波数、空洞３８における空気の状態により、覆部３１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、管路４１において音圧が増大し、音響放射力が増加する。
【００８３】
上述のように、部材１５から環境振動が覆部３１に伝わると、覆部３１の周壁３５及び上壁３６が振動する。振動する覆部３１は振動放射音を発生させ、共鳴器２１におけるヘルムホルツ共鳴を励起する。さらに、共鳴器２１において、覆部３１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、覆部３１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。
【００８４】
連成振動の固有振動数ｆ３は、覆部３１の固有振動数ｆ１と異なるとともに、共鳴器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、覆部３１の固有振動数ｆ１と同一に設定されても良いし、共鳴器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。
【００８５】
音響加振力のフィードバックにより、覆部３１の振動が増幅される。言い換えると、音響加振力により、共鳴器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、管路４１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、管路４１の第２の連通孔４６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。
【００８６】
また、上壁３６は、空洞３８内で振動放射音を発生させるとともに、共鳴器２１の外部にも振動放射音を発生させる。言い換えると、上壁３６は、外面３６ｃが向く方向にも振動放射音を発生させる。これにより、振動発電システム１０は、上壁３６の外面３６ｃにおいて、音圧及び音響放射力（加振力）を得る。
【００８７】
管路４１の第２の連通孔４６における音響放射力と、上壁３６の外面３６ｃにおける音響放射力とが、管路４１の第２の連通孔４６及び上壁３６を覆う振動部材２２に作用する。すなわち、管路４１の第２の連通孔４６における音響放射力に、上壁３６の外面３６ｃにおける音響放射力が重畳される。これらの音響放射力と、例えば重力とにより、振動部材２２とコイル５１とが、Ｚ軸に沿う方向に振動する。言い換えると、管路４１の第２の連通孔４６から放射された共鳴音と、上壁３６の外面３６ｃから放射された振動放射音と、が、振動部材２２及びコイル５１を振動させる。さらに、筐体２４によって、部材１５の振動が、磁石５２及びコア５３に伝わる。このため、慣性力によって、振動部材２２とコイル５１とが、Ｚ軸に沿う方向にさらに振動する。これにより、コイル５１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。
【００８８】
振動部材２２は、管路４１の外部であって、筐体２４の内部の閉塞空間に位置する。このため、振動部材２２の振動は共鳴器２１のヘルムホルツ共鳴と連成し、ヘルムホルツ共鳴による音響加振力が振動部材２２の振動にフィードバックされ得る。なお、筐体２４の内部は開放空間であっても良い。
【００８９】
図４は、第１の実施形態の振動部材２２の振動加速度レベルの一例を模式的に示すグラフである。図４の縦軸は、振動発電システム１０に環境振動が入力された場合における振動部材２２の振動加速度レベル［ｄＢ］を示す。図４の横軸は、環境振動の周波数［Ｈｚ］を示す。
【００９０】
環境振動の周波数によって、振動部材２２の振動加速度レベルは異なる。環境振動が生じた場合における振動部材２２の振動加速度レベルは、一つのグラフによって示され得る。しかし、本実施形態では説明のため、振動発電システム１０に環境振動が入力された場合における振動部材２２の振動加速度レベルが、第１乃至第５のグラフＧ１〜Ｇ５に分割されて模式的に示される。
【００９１】
図４において二点鎖線で示される第１のグラフＧ１は、振動発電システム１０に環境振動が入力された場合において、上壁３６が共鳴器２１の外部に発生させた振動放射音によって振動させられる振動部材２２の振動加速度レベルを示す。
【００９２】
図４において実線で示される第２のグラフＧ２は、振動発電システム１０に環境振動が入力された場合において、共鳴器２１のヘルムホルツ共鳴の共鳴音によって振動させられる振動部材２２の振動加速度レベルを示す。共鳴器２１のヘルムホルツ共鳴の共鳴音は、上述のように、周壁３５及び上壁３６が空洞３８の内部に発生させた振動放射音により励起される。
【００９３】
図４において一点鎖線で示される第３のグラフＧ３は、振動発電システム１０に環境振動が入力された場合において、上壁３６が共鳴器２１の外部に発生させた振動放射音と、共鳴器２１のヘルムホルツ共鳴の共鳴音と、の連成振動によって振動させられる振動部材２２の振動加速度レベルを示す。
【００９４】
図４において破線で示される第４のグラフＧ４は、振動発電システム１０に環境振動が入力された場合において、環境振動が伝達した筐体２４によって振動させられる振動部材２２の振動加速度レベルを示す。
【００９５】
図４において点線で示される第５のグラフＧ５は、振動発電システム１０に環境振動が入力された場合において、上壁３６が共鳴器２１の外部に発生させた振動放射音と、環境振動が伝達した筐体２４の振動と、の連成振動によって振動させられる振動部材２２の振動加速度レベルを示す。
【００９６】
本実施形態において、上壁３６の固有振動数ｆ１と、共鳴器２１のヘルムホルツ共鳴の固有振動数ｆ２と、上壁３６の振動放射音及び共鳴器２１のヘルムホルツ共鳴の共鳴音の連成振動の固有振動数ｆ３と、筐体２４の固有振動数ｆ４と、上壁３６の振動放射音及び筐体２４の振動の連成振動の固有振動数ｆ５とは、互いに異なる。なお、固有振動数ｆ１〜ｆ５のうち二つ以上が同一であっても良い。また、固有振動数ｆ１〜ｆ５は、図４に例示される固有振動数ｆ１〜ｆ５と異なっても良い。
【００９７】
環境振動の周波数がｆ１である場合に、上壁３６が共振し、共鳴器２１の外部に振動放射音を発生させる。当該振動放射音は振動部材２２の振動を増幅するため、振動部材２２の振動加速度レベルの第１のピークＰ１が表れる。環境振動の周波数がｆ１である場合における振動部材２２の振動加速度レベルは、環境振動の周波数がｆ１と僅かに異なる場合における振動部材２２の振動加速度レベルよりも大きい。
【００９８】
環境振動の周波数がｆ２である場合に、共鳴器２１がヘルムホルツ共鳴を生じ、共鳴音を発生させる。当該共鳴音は振動部材２２の振動を増幅するため、振動部材２２の振動加速度レベルの第２のピークＰ２が表れる。環境振動の周波数がｆ２である場合における振動部材２２の振動加速度レベルは、環境振動の周波数がｆ２と僅かに異なる場合における振動部材２２の振動加速度レベルよりも大きい。
【００９９】
環境振動の周波数がｆ３である場合に、上壁３６の共振と、共鳴器２１のヘルムホルツ共鳴とが、連成振動を発生させる。当該連成振動は振動部材２２の振動を増幅するため、振動部材２２の振動加速度レベルの第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振動部材２２の振動加速度レベルは、環境振動の周波数がｆ３と僅かに異なる場合における振動部材２２の振動加速度レベルよりも大きい。
【０１００】
環境振動の周波数がｆ４である場合に、筐体２４が共振する。当該共振は振動部材２２の振動を増幅するため、振動部材２２の振動加速度レベルの第４のピークＰ４が表れる。環境振動の周波数がｆ４である場合における振動部材２２の振動加速度レベルは、環境振動の周波数がｆ４と僅かに異なる場合における振動部材２２の振動加速度レベルよりも大きい。
【０１０１】
環境振動の周波数がｆ５である場合に、上壁３６の共振と、筐体２４の共振とが、連成振動を発生させる。当該連成振動は振動部材２２の振動を増幅するため、振動部材２２の振動加速度レベルの第５のピークＰ５が表れる。環境振動の周波数がｆ５である場合における振動部材２２の振動加速度レベルは、環境振動の周波数がｆ５と僅かに異なる場合における振動部材２２の振動加速度レベルよりも大きい。
【０１０２】
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、周波数がｆ３である振動、周波数がｆ４である振動、及び周波数がｆ５である振動のうち少なくとも一つを含む場合、振動部材２２の振動加速度レベルが大きくなる。振動発電システム１０の発電量は、振動部材２２に取り付けられたコイル５１と、磁石５２との相対的な加速度に比例する。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、周波数がｆ３である振動、周波数がｆ４である振動、及び周波数がｆ５である振動のうち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。
【０１０３】
上述のように、音響加振力のフィードバックにより、覆部３１の周壁３５及び上壁３６の振動が増幅される。さらに、ヘルムホルツ共鳴により、管路４１における音圧が増大する。これにより、振動部材２２の振動加速度レベルがより大きくなり、振動発電システム１０の発電量はより大きくなる。
【０１０４】
第１の実施形態に係る振動発電システム１０において、空洞３８の少なくとも一部が内部に設けられた共鳴器２１は、空洞３８に開口する管路４１が設けられた首部３２と、空洞３８の少なくとも一部を形成する覆部３１とを有する。覆部３１は、首部３２に対して相対的に振動可能である。例えば外部から共鳴器２１に振動（環境振動）が伝達すると、覆部３１が当該環境振動によって共振し、空洞３８内に振動放射音を発生させ得る。当該振動放射音は、空洞３８内の各位置に対して作用する音圧である音響加振力を生じさせる。当該音響加振力は、管路４１内の空気（空気バネ・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。覆部３１により発生し、ヘルムホルツ共鳴によって増大された音（空気振動）が、管路４１の第２の連通孔４６から放射される。当該放射音が振動部材２２を振動させることで、コイル５１と磁石５２とが相対的に変位（振動）し、発電部２３から電力が得られる。
【０１０５】
ヘルムホルツ共鳴の固有振動数ｆ２は、空洞３８の体積Ｖと、管路４１の断面積Ｓと、管路４１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、振動源１１に生じる低周波の環境振動から電力を得ることができる。
【０１０６】
また、ヘルムホルツ共鳴により、管路４１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・マスの振動や空洞３８において反響した振動放射音は、音響加振力として覆部３１に作用（フィードバック）し、覆部３１の振動を増幅する。これにより、覆部３１に入力された振動（環境振動）に対して管路４１で得られる音響放射力（ゲイン）が増幅され、発電部２３によって得られる電力がより大きくなる。
【０１０７】
さらに、覆部３１の機械的振動と、カバー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２３は、覆部３１の固有振動数ｆ１と、共鳴器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〜ｆ３が互いに異なる値に設定された本実施形態の振動発電システム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、三つの固有振動数ｆ１〜ｆ３が略同一の値に設定された場合、振動発電システム１０によって得られる電力がより大きくなる。
【０１０８】
以上のように、共鳴器２１に入力された環境振動は、覆部３１の機械的共振と、共鳴器２１におけるヘルムホルツ共鳴と、機械的共振及びヘルムホルツ共鳴の連成と、によって増大される。従って、振動発電システム１０に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。
【０１０９】
加えて、共鳴器２１の一部である覆部３１が、環境振動により共振し、音響加振力を生じさせる。これにより、環境振動に共振する他の部材を共鳴器２１とは別に設ける必要がなくなり、振動発電システム１０の部品点数の増加が抑制される。
【０１１０】
覆部３１は、振動することにより空洞３８内で放射音を発生させ、当該放射音により共鳴器２１で共鳴音を励起する。共鳴音は、管路４１の第２の連通孔４６から放射されることで、振動部材２２を振動させる。これにより、上述のように、振動発電システム１０に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。
【０１１１】
覆部３１と振動部材２２とに同一の振動が与えられた場合、覆部３１の振幅は、振動部材２２の振幅よりも大きい。言い換えると、覆部３１は、振動部材２２よりも振動しやすい。このため、覆部３１に環境振動が入力された場合、覆部３１は振動し、振動放射音を発生させることができる。
【０１１２】
共鳴器２１は、ＰＥＴによって作られる。これにより、覆部３１に環境振動が入力された場合、覆部３１が振動しやすくなる。さらに、共鳴器２１が軽くなり、振動発電システム１０を種々の場所、部品、又は部材に取り付けやすくなる。
【０１１３】
覆部３１は、共鳴器２１が取り付けられた振動源１１に対して相対的に振動可能である。これにより、覆部３１に環境振動が入力された場合、覆部３１は振動し、振動放射音を発生させることができる。
【０１１４】
振動源１１に取り付けられた筐体２４が、磁石５２を支持する。このため、筐体２４と、当該筐体２４に取り付けられた磁石５２に、環境振動が入力される。コイル５１が振動部材２２に取り付けられるため、筐体２４に環境振動が入力されると、コイル５１と磁石５２とが相対的に変位（振動）し、発電部２３から電力が得られる。さらに、環境振動の振動数が筐体２４の固有振動数ｆ４に近づくことにより、筐体２４が共振し、発電量が増大する。
【０１１５】
筐体２４は、共鳴器２１を覆う。このため、振動部材２２の振動は共鳴器２１のヘルムホルツ共鳴と連成し、ヘルムホルツ共鳴による音響加振力が振動部材２２の振動にフィードバックされ、発電量が増大し得る。
【０１１６】
覆部３１の固有振動数ｆ１は、共鳴器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、覆部３１の機械的振動と、共鳴器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。連成振動の固有振動数ｆ３は、覆部３１の固有振動数ｆ１、及び共鳴器２１のヘルムホルツ共鳴の固有振動数ｆ２のそれぞれと異なる。このように、共鳴器２１が複数の固有振動数ｆ１〜ｆ３を有するため、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。
【０１１７】
覆部３１は、Ｚ軸に沿う方向に振動可能な上壁３６と、Ｘ軸に沿う方向及びＹ軸に沿う方向に振動可能な周壁３５と、を有する。これにより、振動発電システム１０は、複数の方向の環境振動から電力を得ることができる。
【０１１８】
首部３２は、覆部３１の上壁３６を囲んで、当該上壁３６の端部３６ａに接続される。首部３２は、管路４１の少なくとも一部が内部に設けられる管状の部分であるため、上壁３６よりも剛性が高い。当該首部３２が上壁３６を囲むことで、上壁３６の端部３６ａが首部３２に支持される。これにより、上壁３２の固有振動数ｆ１が低くなり、覆部３１に低周波の環境振動が入力された場合に、上壁３６が共振し、振動放射音を発生させることができる。
【０１１９】
さらに、首部３２が一方向に延ばされる場合に比べ、管路４１の長さに対する覆部３１の占有空間が小さくなり、共鳴器２１が小型化及び薄型化され得る。これにより、例えば、比較的長い管路４１が設けられた共鳴器２１が、筐体２４及び発電部２３を有するバネ・マス系の振動発電装置の余剰スペースに搭載されることができる。さらに、管路４１の長さＬが長く設定されやすいため、ヘルムホルツ共鳴の固有振動数ｆ２が低くなる。従って、共鳴器２１に低周波の環境振動が入力された場合に、ヘルムホルツ共鳴が生じ、共鳴音を発生させることができる。
【０１２０】
上壁３６は、振動部材２２に面する。これにより、覆部３１に環境振動が入力された場合、上壁３６は、空洞３８の内部に向かって振動放射音を発生させるとともに、振動部材２２に向かっても振動放射音を発生させる。このため、管路４１の第２の連通孔４６から放射された振動放射音と、上壁３６の外面３６ｃから放射された振動放射音とが重畳し、振動部材２２を振動させる。従って、発電部２３によって得られる電力がより大きくなる。
【０１２１】
以下に、第２の実施形態について、図５を参照して説明する。なお、以下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。
【０１２２】
図５は、第２の実施形態に係る振動発電システム１０を示す断面図である。図５に示すように、第２の実施形態の共鳴器２１の形状は、第１の実施形態の共鳴器２１の形状と異なる。
【０１２３】
第２の実施形態において、覆部３１の周壁３５の上端部３５ｂは、上壁３６の端部３６ａに接続される。覆部３１の周壁３５及び上壁３６はそれぞれ、空洞３８の少なくとも一部を形成する。
【０１２４】
首部３２は、上壁３６から覆部３１の外部に向かって突出する。首部３２は、例えば、Ｚ軸に沿う方向に延ばされる円筒状に形成される。首部３２の内側に、管路４１が設けられる。管路４１は、首部３２の中心線に沿って、Ｚ軸に沿う方向に延ばされる。なお、首部３２及び管路４１は他の形状に延ばされても良い。
【０１２５】
管路４１は、第１の端部４１ａと、第２の端部４１ｂとを有する。第１の端部４１ａは、空洞３８に開口する。このため、首部３２の管路４１は、空洞３８に接続される。第２の端部４１ｂは、第１の端部４１ａの反対側に位置する。第２の端部４１ｂは、共鳴器２１の外部に開口する。このため、管路４１は、空洞３８と、共鳴器２１の外部とを接続する。
【０１２６】
振動部材２２は、管路４１の第２の端部４１ｂに面する。振動部材２２は、例えば、第２の端部４１ｂを覆うように、首部３２に乗せられる。なお、振動部材２２は、管路４１の第２の端部４１ｂと、上壁３６とに面しても良い。
【０１２７】
第１の実施形態と同じく、環境振動が生じると、覆部３１の周壁３５及び上壁３６とが振動し、空洞３８内に振動放射音を生じさせる。当該振動放射音を共鳴励振源として、共鳴器２１でヘルムホルツ共鳴が励起される。すなわち、空洞３８中の空気がバネとして、管路４１中の空気がマス（質量）として機能し、管路４１の第２の端部４１ｂにおける空気の移動により空気振動が誘発される。
【０１２８】
さらに、共鳴器２１において、覆部３１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、覆部３１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。
【０１２９】
管路４１の第２の端部４１ｂにおける音響放射力が、管路４１の第２の端部４１ｂを覆う振動部材２２に作用する。当該音響放射力と、例えば重力とにより、振動部材２２とコイル５１とが、Ｚ軸に沿う方向に振動する。さらに、筐体２４によって、部材１５の振動が、磁石５２及びコア５３に伝わる。このため、慣性力によって、振動部材２２とコイル５１とが、Ｚ軸に沿う方向にさらに振動する。これにより、コイル５１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。
【０１３０】
第２の実施形態の振動発電システム１０において、首部３２は、上壁３６から覆部３１の外部に向かって突出する。これにより、共鳴器２１の形状がより単純になり、覆部３１の機械的共振、共鳴器２１のヘルムホルツ共鳴、及びこれらの連成振動の固有振動数ｆ１〜ｆ３の設定及び計算が容易になる。
【０１３１】
以上説明した少なくとも一つの実施形態によれば、空洞と、当該空洞に開口する開口部とが設けられた共鳴器の、第２の部分が振動する。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。
【０１３２】
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】
【０１３３】
１０…振動発電システム、１１…振動源、２１…共鳴器、２２…振動部材、２３…発電部、２４…筐体、３１…覆部、３２…首部、３５…周壁、３６…上壁、３６ａ…端部、３８…空洞、４１…管路、４１ａ…第１の端部、４１ｂ…第２の端部、４５…第１の連通孔、４６…第２の連通孔、５１…コイル、５２…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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