特許 7001555 電力供給設備

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2021-12-28

(45)【発行日】2022-01-19

(54)【発明の名称】電力供給設備

(51)【国際特許分類】

   H02K 35/00 20060101AFI20220112BHJP

   G16Y 10/35 20200101ALI20220112BHJP

   H02P 9/04 20060101ALI20220112BHJP

【ＦＩ】

H02K35/00

G16Y10/35

H02P9/04 Z

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2018122456

(22)【出願日】2018-06-27

(65)【公開番号】P2020005397

(43)【公開日】2020-01-09

【審査請求日】2021-02-25

(73)【特許権者】

【識別番号】000173809

【氏名又は名称】一般財団法人電力中央研究所

(73)【特許権者】

【識別番号】000211307

【氏名又は名称】中国電力株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100101236

【弁理士】

【氏名又は名称】栗原 浩之

(74)【代理人】

【識別番号】100166914

【弁理士】

【氏名又は名称】山▲崎▼ 雄一郎

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 雅彦

(72)【発明者】

【氏名】小野 新平

(72)【発明者】

【氏名】益永 喜則

(72)【発明者】

【氏名】宇津巻 寛

【審査官】宮崎 賢司

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１０－２４６３６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－１５３６４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１１／０９９１１８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１２－１７５７９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－３２２０９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－０１１９１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－０６７１０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１７／００９３２６７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】韓国公開特許第１０－２０１２－００６６４５６（ＫＲ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｋ ３５／００

Ｈ０２Ｐ ９／０４

Ｈ０２Ｎ ２／１８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電力を供給するための発電設備に関わる構成機器に取り付けられ、振動により電力を得る振動発電手段と、
前記振動発電手段の固有振動周波数を、前記構成機器の振動の周波数の領域に調整する周波数調整手段とを備え、
前記周波数調整手段は、
前記振動発電手段の固有振動周波数を、前記構成機器が設置される地域の電源の商用周波数の第２高調波を含む領域、もしくは、商用周波数の第２高調波の高調波を含む領域であり、
前記周波数調整手段は、前記振動発電手段の固有振動周波数を、最大の発電能力の振動加速度の４分の１、もしくは、２分の１の値が得られる周波数の範囲の幅を許容する領域に設定し、
前記発電設備は、前記構成機器の状態監視・計測を行い、前記構成機器の状態監視・計測の結果情報を通信により送受信し、IoT（Internet of Things）技術による、構成機器のメンテナンスの計画、実行を行うためのセンサー、送受信手段を有し、
前記振動発電手段で得られた電力が、これら、センサー、送受信手段の電源として供給される
ことを特徴とする電力供給設備。

【請求項2】

請求項１に記載の電力供給設備において、
前記周波数調整手段で調整される、商用周波数の第２高調波を含む領域、もしくは、商用周波数の第２高調波の高調波を含む領域は、商用周波数の第２高調波、もしくは、その高調波である
ことを特徴とする電力供給設備。

【請求項3】

請求項１もしくは請求項２に記載の電力供給設備において、
前記構成機器と前記振動発電手段との間に前記構成機器の振動を増幅する増幅手段を備えた
ことを特徴とする電力供給設備。

【請求項4】

請求項３に記載の電力供給設備において、
前記増幅手段は、
一端が前記構成機器に支持され、他端側に前記振動発電手段が取り付けられる梁部材である
ことを特徴とする電力供給設備。

【請求項5】

請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の電力供給設備において、
前記発電設備は、水力発電手段により交流電力を得る水力発電所であり、
前記構成機器は、前記水力発電所の交流発電機、もしくは、発電電動機である
ことを特徴とする電力供給設備。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、振動発電手段を備えた電力供給設備に関する。

【背景技術】

【0002】

電力を供給するための設備（電力供給設備）としての発電設備、例えば、水力発電設備では、発電用水により水車を回転させ、水車の回転により発電機（交流発電機）が駆動されて発電が行なわれる。交流発電機の駆動に伴い、励磁による電磁力に起因した電機子（固定子）等の揺れで交流発電機には振動が発生している。

【0003】

また、電力を供給するための設備としての変電所では、変圧器により交流電力が変圧されている。変圧に伴い変圧器の筐体には、励磁による電磁力の引っ張り力の繰り返しによる振動が発生している。

【0004】

このように、電力を供給するための設備には、振動によるエネルギーが未利用のエネルギーとして存在しているのが現状である。例えば、特許文献１で開示された振動発電装置を用いて、電力を供給するための設備での振動によるエネルギーを電力に変換することが考えられる。電力を供給するための設備での振動によるエネルギーを電力に変換することができれば、未利用のエネルギーを有効に利用することが可能になる。

【0005】

しかし、振動発電装置には固有振動周波数が存在しているので、電力を供給するための設備の振動の周波数によっては、十分な発電能力（振動加速度）が得られないことになり、既存の振動発電装置を適用することは現実的とはいえない状況であった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特開２００８―４２３３０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、電力を供給するための発電設備の構成機器の振動の周波数に振動発電手段の固有振動周波数を合わせることができる電力供給設備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】

【0008】

上記目的を達成するための請求項１に係る本願発明の電力供給設備は、電力を供給するための発電設備に関わる構成機器に取り付けられ、振動により電力を得る振動発電手段と、前記振動発電手段の固有振動周波数を、前記構成機器の振動の周波数の領域に調整する周波数調整手段とを備え、前記周波数調整手段は、前記振動発電手段の固有振動周波数を、前記構成機器が設置される地域の電源の商用周波数の第２高調波を含む領域、もしくは、商用周波数の第２高調波の高調波を含む領域であり、前記周波数調整手段は、前記振動発電手段の固有振動周波数を、最大の発電能力の振動加速度の４分の１、もしくは、２分の１の値が得られる周波数の範囲の幅を許容する領域に設定し、前記発電設備は、前記構成機器の状態監視・計測を行い、前記構成機器の状態監視・計測の結果情報を通信により送受信し、IoT（Internet of Things）技術による、構成機器のメンテナンスの計画、実行を行うためのセンサー、送受信手段を有し、前記振動発電手段で得られた電力が、これら、センサー、送受信手段の電源として供給されることを特徴とする。

【0009】

請求項１に係る本発明では、周波数調整手段により、電力を供給するための設備の構成機器の振動の周波数に振動発電手段の固有振動周波数を合わせることができる。これにより、構成機器の振動に対して振動発電手段の振動加速度が最大限に得られ、効率が良い発電が実施でき、付設機器等の電源を確保することが可能になる。例えば、設備で使用する機器でバッテリから電源をとっていた機器の電力を賄うことができる。
そして、設備の機器の振動（振動加速度のピーク）が商用周波数の第２高調波、及び、商用周波数の第２高調波の高調波で生じていることが知見として得られたことに基づいて、振動発電手段の固有周波数を商用周波数域の第２高調波の領域、及び、商用周波数の第２高調波の高調波の領域に調整している。これにより、電力供給設備における振動が小さな振動であっても効率よく適切に電力に変換することができる。
また、振動発電手段で得られた電力が、発電設備で供給される電力によらない電源が用いられる負荷手段の電源として供給される。負荷手段として、IoT技術による設備の状態監視・計測におけるセンシングの装置が適用される。

【0010】

現状の発電設備（電力を供給するための設備）では、IoT（Internet of Things）技術を活用したインフラの整備が考えられてきている。例えば、発電設備の状態監視・計測を行い、状態監視・計測の結果情報を通信により送受信し、結果情報を複数の部門で共有し、発電設備のメンテナンスの計画、実行等を行うことが考えられている。

【0011】

IoT技術を活用したインフラの整備において、発電設備の状態監視・計測におけるセンシングは、バッテリからの電源が用いられることになる。このため、バッテリ交換、メンテナンス等が必要になり、適用範囲が限られてしまっていた。

【0012】

請求項１に係る本願発明の技術を適用することで、例えば、IoT技術による発電設備の状態監視・計測におけるセンシング、通信のための電源を賄うことができ、バッテリ交換、メンテナンスの時間、労力を省略することができ、発電設備でのIoT技術の構築に大きく貢献することが可能になる。

【0013】

電力を供給するための設備における構成機器としては、交流発電機、発電電動機を適用することができる。周波数調整手段としては、振動発電手段の発電機能で周波数の調整を行う手段を適用することができる。例えば、振動子等に錘などを追加することができる。また、片持ち梁や両持ちの手すりや梁等で、梁の硬さや取り付け位置等を調整する手段を適用することができる。

【0014】

ところで、本願発明の発明者等は、電力供給設備としての発電所の建屋、発電機器の周囲の構造体、及び、電力供給設備としての変電所の変圧器の構造体には、励磁による電磁力に起因したモータ（回転子）等の揺れで振動が発生していることに着目し、振動は、地域の電源の商用周波数５０Ｈｚ、もしくは、６０Ｈｚの第２高調波（１００Ｈｚ、もしくは、１２０Ｈｚ）、及び、その高調波で生じている知見を得るに至った。

【0015】

即ち、電源の商用周波数が５０Ｈｚの地域では、１００Ｈｚ、２００Ｈｚ、３００Ｈｚ・・・で構造体等に振動が生じ、電源の商用周波数が６０Ｈｚの地域では、１２０Ｈｚ、２４０Ｈｚ、３６０Ｈｚ・・・で構造体等に振動が生じている知見を得るに至った。

【0018】

商用周波数の第２高調波の領域、商用周波数の第２高調波の高調波の領域として、一例として、最大の発電能力の指標値（振動加速度の最大値）の４分の１、もしくは、２分の１の値が得られる周波数の範囲の幅（例えば、最大の発電能力の振動加速度の４分の１の値における周波数の幅：最大値の周波数±２Ｈｚの幅、即ち、４Ｈｚの範囲）を許容する領域に特定することができる。

【0019】

また、請求項２に係る本発明の電力供給設備は、請求項１に記載の電力供給設備において、前記周波数調整手段で調整される、商用周波数の第２高調波を含む領域、もしくは、商用周波数の第２高調波の高調波を含む領域は、商用周波数の第２高調波、もしくは、その高調波であることを特徴とする。

【0020】

請求項２に係る本発明では、振動発電手段の固有周波数を商用周波数の第２高調波、もしくは、その高調波に調整する。

【0023】

また、請求項３に係る本発明の電力供給設備は、請求項１もしくは請求項２に記載の電力供給設備において、前記構成機器と前記振動発電手段との間に前記構成機器の振動を増幅する増幅手段を備えたことを特徴とする。

【0024】

請求項３に係る本発明では、増幅手段により振動が増幅され、小さな振動で十分な発電能力（振動加速度）を得ることができる。

【0025】

また、請求項４に係る本発明の電力供給設備は、請求項３に記載の電力供給設備において、前記増幅手段は、一端が前記構成機器に支持され、他端側に前記振動発電手段が取り付けられる梁部材であることを特徴とする。

【0026】

請求項４に係る本発明では、片持ち梁により振動を増幅することができる。また、梁の硬さを調整することで、振動発電手段固有振動周波数を調整することも合わせて行える（周波数調整手段）。

【0027】

増幅手段としては、片持ち梁のように、振動源から、てこの原理で振動を増幅させる機構を適用することが好ましい。てこの原理で振動を増幅させる機構としては、片持ち梁の他に、両持ちの梁、例えば、機器に付設された手すり等を適用することが可能である。

【0028】

また、請求項５に係る本発明の電力供給設備は、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の電力供給設備において、前記発電設備は、水力発電手段により交流電力を得る水力発電所であり、前記構成機器は、前記水力発電所の交流発電機、もしくは、発電電動機であることを特徴とする。

【0029】

請求項５に係る本発明では、発電所の発電機（交流発電機）、発電電動機の振動を用いて電力を得ることができる。発電所の発電機（交流発電機）、発電電動機は、励磁による電磁力に起因した電機子（固定子）等の揺れで振動が発生する。発電所の発電機（交流発電機）、発電電動機としては、例えば、水力発電所の交流発電機や、揚水発電所の揚水発電用の電動機／発電機を適用することができる。

【0030】

また、電力供給設備の設備として変電所に適用し、構成機器として、交流電力を変圧する変圧器、もしくは、進相電流を補償する分路リアクトルに適用することができる。

【0031】

これにより、励磁による電磁力の引っ張り力の繰り返しにより振動が発生する変電所の変圧器、もしくは、分路リアクトルの振動を用いて電力を得ることができる。

【0032】

また、振動発電機として、与えられた振動により電力を得る振動発電手段と、振動発電手段の固有振動周波数を、与えられた振動の周波数の領域に調整する周波数調整手段とを有することができる。

【0033】

このため、振動発電手段（振動発電素子）と周波数調整手段から振動発電機が構成される。周波数調整手段は、予め振動発電素子自体の調整によるものを適用することができる。また、梁等別部材で構成されるものを適用することができる。

【0034】

これにより、電力を供給するための設備、例えば、発電所、変電所の機器の振動周波数に固有振動周波数を合致させた振動発電機となる。

【発明の効果】

【0035】

本発明の電力供給設備は、電力を供給するための設備の構成機器の振動の周波数に振動発電手段の固有振動周波数を合わせることが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【0036】

【図1】本発明の一実施例に係る振動発電機を備えた電力供給設備の全体の説明図である。

【図2】水力発電機の概略構成図である。

【図3】水力発電機の振動状況を説明するグラフである。

【図4】水力発電機の振動状況を説明するグラフである。

【図5】振動発電機の能力を説明するグラフである。

【図6】変圧器の概略構成図である。

【図7】変圧器の振動状況を説明するグラフである。

【図8】変圧器の振動状況を説明するグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0037】

以下に示す電力供給設備は、電力を供給するための発電設備である水力発電設備の水力発電機、及び、変電所の変圧器に取り付けられ、振動により電力を得る振動発電手段を備えている。そして、振動発電手段の固有振動周波数を、水力発電機、及び、変圧器の振動の周波数領域（周波数）に調整する周波数調整手段を備えたものである。

【0038】

このため、周波数調整手段により、振動発電手段の固有振動周波数を水力発電設備の水力発電機、及び、変電所の変圧器の振動の周波数に合わせることができる。これにより、水力発電機、及び、変電所の変圧器の振動に対して、振動発電手段の振動加速度が最大限に得られ、効率が良い発電が実施でき、付設機器の電源を確保することが可能になる。例えば、水力発電設備や変電所で使用する機器でバッテリから電源をとっていた機器の電力を賄うことができる。

【0039】

例えば、現在、水力発電設備をはじめとした発電設備（電力を供給するための設備）では、IoT（Internet of Things）技術を活用したインフラの整備が考えられてきている。発電機や変圧器の状態監視・計測を行い、状態監視・計測の結果情報を通信により送受信し、結果情報を複数の部門で共有し、メンテナンスの計画、実行等を行うことが考えられている。

【0040】

IoT技術を活用したインフラの整備において、発電機や変圧器の状態監視・計測におけるセンシングは、バッテリからの電源が用いられることになる。このため、バッテリ交換、メンテナンス等が必要になり、適用範囲が限られてしまっていた。

【0041】

本願発明の技術を適用することで、例えば、IoT技術による設備の状態監視・計測におけるセンシング、通信のための電源を賄うことができ、バッテリ交換、メンテナンスの時間、労力を省略することができ、IoT技術の構築に大きく貢献することが可能になる。

【0042】

水力発電設備の発電機としては、交流発電機、発電電動機が適用される。周波数調整手段としては、振動発電手段の発電機能でチューニングを行う、例えば、錘などを追加することができる。また、片持ち梁や両持ちの手すりや梁等で、梁の硬さや取り付け位置等を調整する手段を適用することができる。

【0043】

本願発明の発明者等は、水力発電所の建屋、発電機の周囲の構造体、及び、変電所の変圧器の構造体（筐体）には、励磁による電磁力に起因した電機子（固定子）等の揺れで振動が発生していることに着目し、振動は、地域の電源の商用周波数５０Ｈｚ、もしくは、６０Ｈｚの第２高調波（１００Ｈｚ、もしくは、１２０Ｈｚ）、及び、その高調波で生じている知見を得るに至った。

【0044】

即ち、電源の商用周波数が５０Ｈｚの地域（東日本）では、１００Ｈｚ、２００Ｈｚ、３００Ｈｚ・・・で構造体等に振動が生じ、電源の商用周波数が６０Ｈｚの地域（西日本）では、１２０Ｈｚ、２４０Ｈｚ、３６０Ｈｚ・・・で構造体等に振動が生じている知見を得るに至った。

【0045】

尚、電力供給設備としては、水力発電設備の他に、火力発電設備、原子力発電設備等、他の発電設備を適用することが可能である。

【0046】

以下、図面に基づいて本発明の実施例を具体的に説明する。

【0047】

図１には本発明の一実施例に係る振動発電機を備えた水力発電設備、変電所を有する電力供給設備の全体の状況を示してある。

【0048】

図に示すように、水力発電設備１は、貯水池２からの発電用水が水圧管３を介して送られる水車４を備えている。水車４の回転により水力発電機５が駆動され発電が行われ、水車４を回転させた発電用水は河川６に放出される。発電された電力は送電線１１を介して変電所１２の変圧器１３で変圧されて事業所等の需要地に送られる。また、電柱１４の変圧器１５を介して一般の需要地に送られる。

【0049】

図２から図５に基づいて、第１実施例として、水力発電機５に振動発電機が備えられた例を説明する。

【0050】

図２には水力発電機の概略構成、図３には東日本地域の水力発電機の振動状況を説明するグラフ、図４には西日本地域の水力発電機の振動状況を説明するグラフを示してある。そして、図５には水力発電設備に備えられた振動発電機の能力を説明するグラフを示してある。

【0051】

水力発電設備１は、水力発電機５により交流電力を得る発電所であり、交流発電機が適用される。尚、揚水発電設備の場合、揚水・発電用の電動機／発電機（発電電動機）が適用される。水力発電設備１の水力発電機５（交流発電機）や、揚水・発電用の発電電動機は、励磁による電磁力に起因した電機子（固定子）等の揺れで振動が発生する。

【0052】

図２に示すように、水力発電機５には、振動により電力を得る振動発電手段（振動発電素子）２１が備えられている。振動発電手段２１には、錘等、振動発電手段２１の機構の調整により固有振動周波数が調整される周波数調整手段が備えられ、周波数調整手段により、振動発電手段２１の固有振動周波数が、水力発電機５が設置される地域の電源の商用周波数を含む領域、もしくは、その高調波を含む領域に調整されている。

【0053】

例えば、図３に示すように、東日本の地域（商用周波数が５０Ｈｚの地域）では、水力発電機５に対し、商用周波数の第２高調波（１００Ｈｚ）、及び、その高調波である、２００Ｈｚ、３００Ｈｚ、４００Ｈｚの振動（振動加速度のピーク）が得られていることが確認されている。

【0054】

また、図４に示すように、西日本の地域（商用周波数が６０Ｈｚの地域）では、水力発電機５に対し、商用周波数の第２高調波（１２０Ｈｚ）、及び、その高調波である、２４０Ｈｚ、３６０Ｈｚ、４８０Ｈｚの振動（振動加速度のピーク）が得られていることが確認されている。

【0055】

このため、水力発電機５の振動（振動加速度のピーク）が商用周波数の第２高調波、及び、その高調波で生じていることが知見として得られたことに基づいて、周波数調整手段は、振動発電手段２１の固有周波数を、商用周波数の第２高調波の領域（商用周波数の第２高調波）、もしくは、商用周波数の第２高調波の高調波の領域（高調波）に調整している。

【0056】

これにより、水力発電機５の振動が小さな振動であっても、振動発電手段２１により振動を効率よく適切に電力に変換することができる。

【0057】

そして、図２に示すように、水力発電機５の構造体には、増幅手段としての長尺の梁部材２２の一端が取り付けられ、梁部材２２の他端には振動発電手段２１が取り付けられている。即ち、水力発電機５の構造体と振動発電手段２１との間に、水力発電機５の振動を増幅する増幅手段が備えられている。梁部材２２（片持梁）により振動が増幅され、小さな振動で十分な発電能力（振動加速度）を得ることができる。

【0058】

尚、梁部材２２の硬さを調整することで、振動発電手段２１の固有振動周波数を調整することも合わせて行え、周波数調整手段として機能させることが可能である。

【0059】

増幅手段としては、図示に示した片持ち梁のように、水力発電機５（振動源）から、てこの原理で振動を増幅させる機構を適用することが好ましい。てこの原理で振動を増幅させる機構としては、片持ち梁の他に、両持ちの梁、例えば、水力発電機５（振動源）に付設された手すり等を適用することが可能である。

【0060】

上述した実施例では、振動発電手段２１の固有周波数を、周波数調整手段により、商用周波数の第２高調波の領域、もしくは、商用周波数の第２高調波の高調波の領域に調整している。商用周波数の第２高調波の領域、商用周波数の第２高調波の高調波の領域として、一例として、最大の発電能力の指標値（振動加速度）の４分の１、もしくは、２分の１の値が得られる周波数の範囲の幅（例えば、最大の発電能力の振動加速度の４分の１の値における周波数の幅：最大値の周波数±２Ｈｚの幅、即ち、４Ｈｚの範囲）を許容する領域に特定することができる。

【0061】

つまり、図５に示すように、振動発電手段２１の固有周波数を、周波数調整手段により、商用周波数の第２高調波（その高調波）に合わせることで、最大の発電能力の指標値（振動加速度Ｐ）が得られる。周波数調整手段で調整する振動発電手段２１の固有周波数の範囲として、最大の発電能力の指標値（振動加速度Ｐ）の４分の１（Ｐ／４）の値が得られる周波数の範囲の幅Ｈ（例えば、振動加速度Ｐの周波数±２Ｈｚの幅Ｈ、即ち、４Ｈｚの範囲）を許容する領域として特定することができる。

【0062】

一方、水力発電設備１では、IoT（Internet of Things）技術を活用したインフラの整備の一環として、水力発電機５（構成機器）の状態監視・計測を行い、状態監視・計測の結果情報を通信により送受信し、結果情報を複数の部門で共有し、水力発電機５（構成機器）のメンテナンスの計画、実行等を行うことが行われている。

【0063】

このため、例えば、水力発電機５には状態監視・計測を行うセンサー２５、状態監視・計測の結果情報を通信により送受信する送受信手段２６が備えられている。これら、センサー２５、送受信手段２６は、水力発電設備１で供給される電力によらない電源が用いられる負荷手段とされている。振動発電手段２１で得られた電力は、センサー２５、送受信手段２６の電源として使用される。

【0064】

このため、IoT技術による設備の状態監視・計測におけるセンサー２５の電源、通信のための送受信手段２６の電源を振動発電手段２１で得られた電力で賄うことができ、バッテリなどの電源を用いる必要がなくなる。これにより、バッテリ交換、メンテナンスの時間、労力を省略することができ、IoT技術の構築に大きく貢献することが可能になる。

【0065】

上述したように、振動発電手段２１、周波数調整手段、梁部材２２を備えた振動発電設備（振動発電機）は、水力発電設備１の水力発電機５の振動の周波数に振動発電手段２１の固有振動周波数を合わせることが可能になる。従って、水力発電機５の振動が小さな振動であっても振動発電手段２１により効率よく適切に電力に変換することができる。そして、例えば、IoT技術のセンサー２５や送受信手段２６の電源を確保することができ、IoT技術の構築に大きく貢献することが可能になる。

【0066】

尚、水力発電設備１の振動を利用する機器としては、水力発電機５のケースに限定されない。例えば、水力発電機５の内部や、水力発電機５の外の手すり、水車４のケーシングの上部、下部、足場、水力発電機５の近傍の機器の筐体、配管等、水力発電機５に起因する振動が生じる機器に振動発電手段２１を設置することができる。

【0067】

図６から図８に基づいて、参考例として、変圧器１３に振動発電機が備えられた例を説明する。

【0068】

図６には変圧器の概略構成、図７には東日本地域の変圧器の振動状況を説明するグラフ、図８には西日本地域の変圧器の振動状況を説明するグラフを示してある。

【0069】

変電所１２の変圧器１３は、交流電力を需要地の希望に応じて変圧する機器であり、建屋の外に設置された、冷却油を冷却するためのラジエータ３１が配管３２を介して接続されている。変圧器１３では、励磁による電磁力の引っ張り力の繰り返しにより振動が発生している。図６に示すように、変圧器１３とラジエータ３１を接続する配管３２には、振動により電力を得る振動発電手段（振動発電素子）２４が取り付けられている。

【0070】

振動発電手段２４には、錘等、振動発電手段２４の機構の調整により固有振動周波数が調整される周波数調整手段が備えられ、周波数調整手段により、振動発電手段２４の固有振動周波数が、変電所１２が設置される地域の電源の商用周波数の第２高調波を含む領域、商用周波数の第２高調波の高調波を含む領域に調整されている。

【0071】

例えば、図７に示すように、東日本の地域（商用周波数が５０Ｈｚの地域）では、変圧器１３とラジエータ３１を接続する配管３２に対し、商用周波数の第２高調波と同じ周波数、及び、その高調波である、１００Ｈｚ、２００Ｈｚ、３００Ｈｚ、４００Ｈｚの振動（振動加速度のピーク）が得られていることが確認されている。

【0072】

また、図８に示すように、西日本の地域（商用周波数が６０Ｈｚの地域）では、変圧器１３とラジエータ３１を接続する配管３２に対し、商用周波数の第２高調波と同じ周波数、及び、その高調波である、１２０Ｈｚ、２４０Ｈｚ、３６０Ｈｚ、４８０Ｈｚの振動（振動加速度のピーク）が得られていることが確認されている。

【0073】

尚、振動発電手段２４は、変電所１２の建屋、変圧器１３の筐体、その他、変電所１２に関連する機器（例えば、進相電流を補償する分路リアクトル）の構造物に取り付けることが可能である。

【0074】

そして、第１実施例に示した梁部材２２（図２参照）を介して振動発電手段２４を変圧器１３とラジエータ３１を接続する配管３２に取り付けることも可能である。梁部材２２（図２参照）を備えた場合、梁部材２２の硬さを調整することで、振動発電手段２４の固有振動周波数を調整することも合わせて行え、周波数調整手段として機能させることが可能である。

【0075】

変圧器１３の振動（振動加速度のピーク）が商用周波数の第２高調波、及び、その高調波で生じていることが知見として得られたことに基づいて、周波数調整手段は、振動発電手段２４の固有周波数を、商用周波数の第２高調波の領域（商用周波数の第２高調波）、もしくは、商用周波数の第２高調波の高調波の領域（高調波）に調整している。

【0076】

これにより、変圧器１３の振動が小さな振動であっても振動発電手段２４により効率よく適切に電力に変換することができる。

【0077】

上述した参考例において、第１実施例と同様に、商用周波数の第２高調波の領域、及び、商用周波数の第２高調波の高調波の領域として、一例として、最大の発電能力の指標値（振動加速度）の４分の１、もしくは、２分の１の値が得られる周波数の範囲の幅を許容する領域に特定することができる。例えば、第１実施例の図５に示したように、最大の発電能力の振動加速度Ｐの４分の１の値（Ｐ／４）における周波数の幅（最大値の周波数±２Ｈｚの幅）である４Ｈｚの範囲を許容する領域に特定することができる。

【0078】

そして、IoT（Internet of Things）技術を活用したインフラの整備の一環として、第１実施例と同様に、変電所１２に、状態監視・計測を行うセンサー２５（図２参照：負荷手段）、状態監視・計測の結果情報を通信により送受信する送受信手段２６（図２参照：負荷手段）が備えられている場合、振動発電手段２４で得られた電力がセンサー２５（図２参照：負荷手段）、送受信手段２６（図２参照：負荷手段）の電源として使用される。

【0079】

このため、IoT技術による設備の状態監視・計測におけるセンサー２５の電源、通信のための送受信手段２６の電源を、振動発電手段２４で得られた電力で賄うことができ、バッテリなどの電源を用いる必要がなくなり、バッテリ交換、メンテナンスの時間、労力を省略することができ、設備のIoT技術の構築に大きく貢献することが可能になる。

【0080】

上述したように、振動発電手段２４（梁部材２２：図２参照）、周波数調整手段を備えた振動発電機は、変電所１２の変圧器１３の振動の周波数に振動発電手段２４の固有振動周波数を合わせることが可能になる。従って、変圧器１３の振動が小さな振動であっても、振動発電手段２４により効率よく適切に電力に変換することができる。そして、例えば、IoT技術のセンサー類や送受信手段の電源を確保することができ、変電所１２のIoT技術の構築に大きく貢献することが可能になる。

【0081】

本発明の電力供給設備である、上述した水力発電設備１（変電所１２）は、電力を供給するための設備の構成機器である水力発電機５（変圧器１３）の振動の周波数（商用周波数の第２高調波、商用周波数の第２高調波の高調波）に、振動発電手段２１（２４）の固有振動周波数を合わせることができる。これにより、水力発電機５（変圧器１３）の振動に対して振動発電手段２１（２４）の振動加速度が最大限に得られ、効率が良い発電を実施して、付設機器等（IoT技術のセンサー類、送受信手段）の電源を確保することが可能になる。

【産業上の利用可能性】

【0082】

本発明は、振動発電手段を備えた電力供給設備の産業分野で利用することができる。

【符号の説明】

【0083】

１ 水力発電設備
２ 貯水池
３ 水圧管
４ 水車
５ 水力発電機
６ 河川
１１ 送電線
１２ 変電所
１３、１５ 変圧器
１４ 電柱
２１、２４ 振動発電手段
２２ 梁部材
２５ センサー
２６ 送受信手段
３１ ラジエータ
３２ 配管

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】