特開 2024-113505 発電装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024113505

(43)【公開日】2024-08-22

(54)【発明の名称】発電装置

(51)【国際特許分類】

   H02K 35/02 20060101AFI20240815BHJP

   H02K 7/18 20060101ALI20240815BHJP

   F03G 3/00 20060101ALI20240815BHJP

【ＦＩ】

H02K35/02

H02K7/18 A

F03G3/00 E

【審査請求】未請求

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023018544

(22)【出願日】2023-02-09

(71)【出願人】

【識別番号】000000295

【氏名又は名称】沖電気工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001025

【氏名又は名称】弁理士法人レクスト国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 仁

【テーマコード（参考）】

5H607

【Ｆターム（参考）】

5H607BB02

5H607BB08

5H607CC05

5H607DD03

5H607FF21

(57)【要約】

【課題】
幅広い環境下で不特定多数の動物の生態を利用して発電を行うことが可能な発電装置を提供する
【解決手段】
水を外部へ送出可能な水送出部と、水送出部から送出される水を受けて溜める水受け部と、水受け部に与えられる外力を利用して電力を生じさせる発電機構と、を有する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

水を外部へ送出可能な水送出部と、
前記水送出部から送出される水を受けて溜める水受け部と、
前記水受け部に与えられる外力を利用して電力を生じさせる発電機構と、
を有することを特徴とする発電装置。

【請求項2】

前記水受け部は、前記外力を受けて移動可能に支持され、
前記発電機構は、前記水受け部の移動に伴って移動する磁石及び前記磁石の移動により誘導起電力を生じさせるコイルを含むことを特徴とする請求項１に記載の発電装置。

【請求項3】

前記水受け部は、１の軸まわりに回動自在に支持され、前記磁石は前記水受け部と共に回動するようになされていることを特徴とする請求項２に記載の発電装置。

【請求項4】

前記磁石と前記水受け部とが固定されており、前記磁石及び前記水受け部は吊り下げ支持されていることを特徴とする請求項２に記載の発電装置。

【請求項5】

前記磁石と前記水受け部とが固定されており、前記コイルは、前記磁石及び前記水受け部を支持するコイルばねであることを特徴とする請求項２に記載の発電装置。

【請求項6】

前記発電機構は、圧力を受けることで電力を生じさせる圧電素子を含む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7】

前記水送出部から水を受ける前記水受け部の凹部面には、複数の突起が形成されてい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8】

前記水送出部は、水を貯蔵する貯蔵部及び前記貯蔵部から水を一定量ずつ送出する送出機構を有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9】

前記水送出部は、送出する水を周辺環境から収集する集水機構を有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10】

前記水送出部は、送出する水を大気中から収集する集水機構を有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11】

動物が摂取可能な物質を外部へ送出可能な物質送出部と、
前記物質送出部から送出される物質を受けて溜める物質受け部と、
前記物質受け部に与えられる外力を利用して電力を生じさせる発電機構と、
を有することを特徴とする発電装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、発電装置に関する。

【背景技術】

【0002】

微小なエネルギーを電力に変換する技術であるエネルギーハーベスティングを利用した発電装置が開示されている。例えば、特許文献１には、家畜である牛の口元に設けられた口輪と、牛の口の開閉に伴って口輪が広がる際又は元に戻る際に回転するギアと、当該ギアの回転によって発電を行う発電機を含む発電モジュールとからなる発電装置が開示されている。

【0003】

また、特許文献１には、牛の首輪に設けられ、発電装置によって生成された電気を蓄える蓄電装置と、畜舎の餌場に設けられ、蓄電装置に蓄えられた電気を集電する集電装置とを有する集電システムが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】国際公開第ＷＯ２０１１／１２９１２１号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１に記載の発電装置においては、畜舎で飼育されている特定の家畜に対してのみ発電装置が取り付けられるため、発電が行われる環境及び発電に寄与する行動を行う動物が限定されるという問題点が挙げられる。

【0006】

本発明は、上記した点に鑑みてなされたものであり、幅広い環境下で不特定多数の動物の生態を利用して発電を行うことが可能な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】

【0007】

本発明に係る発電装置は、水を外部へ送出可能な水送出部と、前記水送出部から送出される水を受けて溜める水受け部と、前記水受け部に与えられる外力を利用して電力を生じさせる発電機構と、を有することを特徴とする。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】実施例１に係る発電装置の使用時の状況を示す斜視図である。

【図2】実施例１に係る発電装置の一部の側面を示す図である。

【図3】実施例１に係る発電装置における構成部材の変形例を示す断面図である。

【図4】実施例２に係る発電装置の使用時の状況を示す斜視図である。

【図5】実施例３に係る発電装置の使用時の状況を示す斜視図である。

【図6】実施例４に係る発電装置の使用時の状況を示す斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下に本発明の実施例を詳細に説明する。なお、以下の説明及び添付図面においては、実質的に同一又は等価な部分には同一の符号を付している。

【実施例0010】

まず、図１を用いて実施例１について説明する。図１は、実施例１に係る発電装置１００を使用時の状況を示す斜視図である。なお、図中上下方向が発電装置１００の高さ方向である。発電装置１００は、例えば、山中のような商用電源からの給電が困難な場所で使用可能な装置である。図１では、野鳥ＢＤや、鹿などの獣ＢＥが生息している山林のような中に発電装置１００が設置されている場合を示している。

【0011】

物質送出部としての水送出部１１は、ベース部１２並びにその上に配される支柱１３、貯蔵部１４及び送出機構１５から構成される。

【0012】

ベース部１２は、上面形状が矩形の板状体である。ベース部１２は、例えば、山中の平地や斜面などの土の上に配されても、上部に設けられる支柱１３、貯蔵部１４及び送出機構１５共々倒れないように構成されている。

【0013】

例えば、ベース部１２は、地中に挿入されるアンカー（図示せず）を有していてもよい。また、ベース部１２は、地中に挿入してベース部１２を固定するアンカーを挿入する穴を有していても良い。なお、図１において、ベース部１２は地表に露出しているが、地中に埋められて設置されてもよい。

【0014】

支柱１３は、ベース部１２の上面の略中央に設けられており、高さ方向に延在している四角柱状の部分である。支柱１３は、例えば、発電装置１００が森林の中に設置された場合に、自然の情景に溶け込むように、樹木を模した形状を有しかつ樹木を模した色彩がなされていてもよい。

【0015】

貯蔵部１４は、支柱１３の頂部に取り付けられており、内部に空間を有する上面が開放されている箱体である。貯蔵部１４は、上面が開放されているので、野外に置いた際に貯蔵部１４に雨水が溜まり、水を収集できるようになっている。

【0016】

なお、貯蔵部１４自体で水を収集しなくともよい。例えば、貯蔵部１４に雨水、霧、川の水などの自然環境に存在する水を収集する集水器などの集水機構が接続されており、当該集水機構によって集められた水が貯蔵部１４に貯蔵される態様となっていてもよい。

【0017】

その際、集水機構からの水を運搬するパイプが貯蔵部１４に接続される等して、集水機構からの水が貯蔵部１４に運搬されるように構成されていれば良く、貯蔵部１４の上面が開放されている必要性はない。貯蔵部１４は、それ自体によって集水されるか他の集水機構によって収集された水を貯蔵する貯水タンクとして機能する。

【0018】

送出機構１５は、貯蔵部１４の１の側面１４Ｓに設けられ、貯蔵部１４内の水を外部に送出する筒状体である。送出機構１５は、側面１４Ｓへの取付部を中心に回動可能で合っても良い。その場合、送出機構１５は、貯蔵部１４に貯蔵されている水を外部に送る際の送出方向を定めるノズルとして機能する。

【0019】

送出機構１５は、貯蔵部１４に貯蔵されている水が一定量ずつ送出されるように流量を調整するように構成されている。例えば、送出機構１５には、一定以上の水の重みを受けると開状態となり当該水が流れ終わると閉状態となるフラッパー弁が設けられている。

【0020】

発電機構部１６は、ベース部１７並びにその上に設けられる支柱１８、支柱１９を含んで構成されている。

【0021】

ベース部１７は、上面形状が矩形の板状体である。ベース部１７は、例えば、山中などの土の上に配されても、上部に設けられる支柱１８及び支柱１９共々倒れないように構成されている。

【0022】

例えば、ベース部１７は、地中に挿入されるアンカー（図示せず）を有していてもよい。また、ベース部１７は、地中に挿入してベース部１７を固定するアンカーを挿入する穴を有していてもよい。また、ベース部１７は、ベース部１２と一体に形成されていてもよい。

【0023】

支柱１８は、ベース部１７の上面の互いに対向する二辺のうちの一方側において高さ方向に延在している柱状の部分である。支柱１８は、上端部が２つに枝分かれしており、枝分かれした２つの部分が共に上方に伸張している部分を有する支持構造１８Ａを有している。具体的には、支柱１８は、先端においてＹ字状に分岐している支持構造１８Ａを有している。

【0024】

支柱１９は、ベース部１７の上面の互いに対向する二辺のうちの他方側において高さ方向に延在している柱状の部分である。支柱１９は、支柱１８と同様に、上端部が２つに枝分かれしており、枝分かれした２つの部分が共に上方に伸張している部分を有する支持構造１９Ａを有している。具体的には、支柱１９は、先端においてＹ字状に分岐している支持構造１９Ａを有している。

【0025】

コイル部分２１は、支柱１８の支持構造１８Ａの枝分かれした部分の上端にそれぞれ設けられており、横方向に延在している円筒体２１Ａを有している。円筒体２１Ａは、例えばプラスチックなどの非磁性体からなる。

【0026】

また、コイル部分２１は、円筒体２１Ａの外周面にらせん状に巻き付けられているソレノイドコイルであるコイル２１Ｂを有している。コイル２１Ｂは、例えば、円筒体２１Ａの延在方向に直交するように円筒体２１Ａの外周に単層巻きの態様で巻き付けられている。

【0027】

回動ロッド２４は、一端側が支柱１８によって支持され、他端側が支柱１９によって支持されている断面が円形の棒状部材である。回動ロッド２４は、長さ方向に沿った軸を回動軸として回動自在となっている。

【0028】

回動ロッド２４は、回動ロッド２４に外力が加わっていない初期状態において、回動ロッド２４の長さ方向の中央部から鉛直方向下向きに突出している棒状の第１の部分２４Ａ及び回動ロッド２４の支持構造１８Ａに支持されている部分から鉛直方向上向きに突出している棒状の第２の部分２４Ｂを有している。

【0029】

物質受け部としての水受け部２５は、第１の部分２４Ａの先端に取り付けられており、上面に凹部を有する皿状部材である。水受け部２５は、貯蔵部１４から送出機構１５を介して送出される水を受けて溜める。図１では、水受け部２５の凹部内には、水Ｌが溜められた状態となっている。なお、上記した水送出部１１は、水受け部２５内の水が溢れない程度に水を送出するように構成されているのが好ましい。

【0030】

磁石２６は、第２の部分２４Ｂの先端に取り付けられており、上述の初期状態において２つのコイル部分２１の間に位置するように配されている直方体状の磁石である。磁石２６は、例えばネオジム磁石などの永久磁石である。磁石２６は、回動ロッド２４が回動すると、２つのコイル部分２１の間で移動し、２つのコイル部分２１の各々に対する距離が変わるようになっている。

【0031】

本実施例においては、外力が加わっていないときに回動ロッド２４が勝手に回動してしまわないように、回動ロッド２４に接続された水受け部２５が重りとして作用することによって全体のバランスを保っている。

【0032】

電源モジュール２８は、支柱１８の内部を通って外部に取り出されている２つの配線Ｗにそれぞれ電気的に接続されており、コイル部分２１において発生した電力を充電可能な外部装置である。

【0033】

電源モジュール２８は、例えば、コイル２１Ｂと磁石２６との作用によってコイル２１Ｂに発生し得る交流電圧を直流電圧に変換可能な整流器を含む。また、電源モジュール２８は、例えば、整流器によって整流された直流電力を蓄える蓄電池を含む。

【0034】

次に、図１及び図２を用いて本実施例における発電装置１００の発電の仕組みについて説明する。図２は、図１に示したＡ部、具体的には発電機構としてのコイル部分２１及び磁石２６の側面を示す図である。

【0035】

発電装置１００は、上述のように、商用電源からの給電が困難な場所、例えば、山中の自然公園や自然保護区などの自然が多い環境下において図１の態様で設置されて用いられる。発電装置１００は、例えば、大気中の温湿度を計測するセンサや当該計測したデータを他の機器へ送信する送信機器に給電するための電源として用いられ得る。このようなセンサや送信機器は、例えば上述した電源モジュール２８内の蓄電池に接続される。

【0036】

図１においては、水Ｌが溜まった水受け部２５が静止している状態を示している。ここで、図１に示すように、水受け部２５に溜まった水Ｌを飲みに野鳥ＢＤや鹿などの獣ＢＥなどの野生動物が図中右側からやってきた場合について説明する。

【0037】

例えば、水Ｌを飲もうとした野鳥ＢＤや獣ＢＥが水受け部２５を揺らした場合、すなわち水受け部２５が外力を受けた場合、水受け部２５は振り子運動をするように図中左右方向に移動する。

【0038】

このとき、回動ロッド２４は、水受け部２５の移動を受けて上述した回動軸まわりに回動する。回動ロッド２４に接続されている磁石２６は、回動ロッド２４が回動することにより、振り子運動をするように図中左右方向に移動する。

【0039】

具体的には、磁石２６は、図２中矢印にて示すように、コイル部分２１に対して近づくか又は離れるように移動する。このとき、磁石２６のコイル部分２１に対する距離が変わることにより磁束密度が変化する。すなわち、電磁誘導現象が生じてコイル２１Ｂに誘導起電力が発生する。

【0040】

この電磁誘導現象は、磁石２６の移動が止まるまで、すなわち回動ロッド２４の回動が止まるまで継続する。そのため、コイル２１Ｂに生じた誘導起電力は、磁石２６の移動が止まるまでの間、例えば上述した電源モジュール２８内の蓄電池に蓄電される。

【0041】

本実施例における発電装置１００は、上述したような山中の自然公園や自然保護区などに設置することによって、野鳥ＢＤや獣ＢＥなどの野生動物の生態を利用して発電を行うことができる。

【0042】

なお、発電装置１００は、野生動物のみならず、動物園や畜舎の中で飼育されている飼育動物の生態を利用して発電を行うこともできる。発電装置１００は、例えば、動物園や畜舎内において電源確保が困難な場所に設置される。発電装置１００は、例えば、動物の健康状態を定期的に記録する画像記録装置の電源として用いられ得る。

【0043】

このように、本実施例の発電装置１００によれば、発電装置１００の設置環境及び水受け部２５に集まる動物の種類や大きさに影響されることなく発電を行うことができる。従って、本実施例によれば、幅広い環境下で不特定多数の動物の生態を利用して発電を行うことができる。

【0044】

なお、本実施例においては、貯蔵部１４に雨水などの自然環境からの水が貯蔵される場合について説明したが、例えば人が定期的に行ける場所に発電装置１００を設置する場合には、貯蔵部１４内に水を定期的に補充する態様としてもよい。

【0045】

本実施例において、集水機構による集水の方法は、電源モジュール２８の電源を不要とする、例えば自然の力を用いる様々な方法を取ることができる。例えば、上述したが、収集される水は雨水でもよいし、発電装置１００を設置した周辺にある河川の水でもよい。

【0046】

また、上記方法のほか、集水機構によって大気中の水蒸気や結露によって生じる水分を収集してもよい。その場合、例えば、ネットを備える集水機構を用いて、風によってネットを通過する霧が水滴となってこれを収集する技術や、特殊コーティングがなされたガラス板及び放射シールドからなる集水機構を用いて、ガラス板による太陽光の反射によって温度差を生じさせて結露を生じさせる技術を適用してもよい。

【0047】

本実施例において、水受け部２５には、水送出部１１から送出された水を受けて溜めるとしたが、水送出部１１から水受け部２５に送出される物質は水以外のものであってもよい。例えば、貯蔵部１４には動物のえさを混ぜた粘性を有する液体状の物質を定期的に補充する態様としてもよく、当該物質が送出機構１５を介して水受け部２５に送出される態様としてもよい。

【0048】

本実施例の発電装置１００においては、コイル部分２１と磁石２６とによって電磁誘導現象が生じればよく、その設置態様や形状はこれに限られない。例えば、円筒体２１Ａへのコイル２１Ｂの巻き付け方は単層巻のほか、二層巻、三層巻と多層として重ねてもよく、円筒体２１Ａを用いずにコイル２１Ｂのみを用いる態様としてもよい。また、磁石２６は、直方体状のほかに球状や円柱状を有していてもよい。

【0049】

本実施例において、水受け部２５の図中左右方向の移動を大きくするためには、水受け部２５がなるべく図中右側又は左側から外力を受けることが好ましい。そのため、例えば、予め支柱１８及び支柱１９に野生動物の進行方向を制限するためのガイドを設ける態様としてもよい。

【0050】

すなわち、上記ガイドによって野生動物が図中右側又は左側からのみ水受け部２５に近づけるような態様とすることにより、効率的に水受け部２５を移動させることができ、それ故、磁石２６の移動を大きくすることができる。従って、発電装置１００の発電効率が向上し得る。

【0051】

［変形例］
以下に、図３を用いて実施例１の水受け部２５の変形例について説明する。図３は、変形例に係る水受け部２５の断面図である。

【0052】

本変形例において、水受け部２５の水受け面である凹部面には、複数の突起２５Ｐが形成されている。突起２５Ｐがこのように形成されていることにより、例えば、野鳥ＢＤが水受け部２５に水を飲みに来た際に突起２５Ｐを止まり木の替わりとして使用することで、水受け部２５により大きな移動が生じ得る。

【0053】

また、水受け部２５の上を野鳥ＢＤが移動したり、水をついばむ動きをした際に野鳥ＢＤが突起２５Ｐにぶつかる力も水受け部２５に動きを生じさせることができる。

【0054】

これにより、水受け部２５の動きが大きくなったり水受け部２５が動く回数が増えたりし、それによって磁石２６の移動が大きくなったり動く回数が増えたりする。従って、発電装置１００における発電量を上げることができる。

【0055】

なお、本変形例においては、突起２５Ｐの形成態様はこれに限られず、水受け部２５の凹部面に突起２５Ｐをドーナツ状に連続的にまたは断続的に形成させる態様としてもよい。

【実施例0056】

次に、図４を用いて実施例２について説明する。図４は、実施例２に係る発電装置２００の斜視図である。発電装置２００は、発電機構の構成が発電装置１００と異なっており、それ以外の点、例えば水送出部１１の構成などは発電装置１００と同様の構成を有する。

【0057】

ベース部３１は、上面形状が矩形の直方体状の部分である。ベース部３１は、図中前面側を開口部とする開口３１Ｏを有する。ベース部３１は、実施例１と同様に、地中に挿入されるアンカーなどによって固定され得る。

【0058】

ベース部３１の開口３１Ｏ内には、円筒体２１Ａに巻き付けられたコイル２１Ｂからなるコイル部分２１が複数配されている。図４においては、例示として、４つのコイル部分２１を示しており、当該４つのうち１のコイル部分２１が配線Ｗを介して電源モジュール２８に電気的に接続されている。

【0059】

ジョイント３３は、ベース部３１の上面上に配されており、ベース部３１の上面の四角の各々からジョイント３３に向けて伸長している棒状の４つの支持ポールＳＰによって保持されているジョイントである。ジョイント３３は、例えば、金属球に丸棒を付けたボールスタッドとそれに球面接触するソケットからなるボールジョイントである。

【0060】

ジョイント３３の上記ソケットには、棒状の接続ポール３４が設けられている。これにより、接続ポール３４はジョイント３３を介して任意の方向に回転可能となっている。接続ポール３４の先端には水受け部２５が接続されており、水受け部２５の底面には磁石２６が接合されている。すなわち、本実施例においては、水受け部２５と磁石２６とが一体化されている。

【0061】

実施例１と同様の態様で水受け部２５が野鳥ＢＤや獣ＢＥから外力を受けた場合、水受け部２５は、発電装置２００を上から見た平面視において２次元的に移動し得る。これにより、水受け部２５に接合されている磁石２６も２次元的に移動し得る。

【0062】

本実施例においては、上述したようにベース部３１内にコイル部分２１が複数配されている。そのため、磁石２６が上記平面内のどの方向に移動した場合であっても複数のコイル部分２１のコイル２１Ｂに誘導起電力が生じ得る。

【0063】

従って、本実施例によれば、磁石２６の移動によってコイル２１Ｂの各々に生じる誘導起電力を電源モジュール２８に送ることができる。よって、本実施例によれば、実施例１と同様に、幅広い環境下で不特定多数の動物の生態を利用して発電を行うことができる。

【0064】

なお、本実施例において、水送出部１１及び水受け部２５は別体として構成されているものとして説明したが、これに限られない。例えば、水受け部２５の上方、すなわちジョイント３３上に貯蔵部１４を設け、当該貯蔵部１４の底面から接続ポール３４を介して水受け部２５に水が送出される構成としてもよい。