特許 7348650 流力振動発電装置

(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】2023-09-12

(45)【発行日】2023-09-21

(54)【発明の名称】流力振動発電装置

(51)【国際特許分類】

   F03D 5/00 20060101AFI20230913BHJP

   G01H 11/08 20060101ALI20230913BHJP

   F03D 9/25 20160101ALI20230913BHJP

   F03D 5/06 20060101ALI20230913BHJP

   H02N 2/18 20060101ALI20230913BHJP

【ＦＩ】

F03D5/00

G01H11/08 Z

F03D9/25

F03D5/06

H02N2/18

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2020004494

(22)【出願日】2020-01-15

(65)【公開番号】P2021110320

(43)【公開日】2021-08-02

【審査請求日】2022-11-28

(73)【特許権者】

【識別番号】504160781

【氏名又は名称】国立大学法人金沢大学

(74)【代理人】

【識別番号】100109210

【弁理士】

【氏名又は名称】新居 広守

(72)【発明者】

【氏名】木綿 隆弘

【審査官】所村 陽一

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１１－１２０３６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－２２６２２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１７／１８３３２５（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０３Ｄ ５／００

Ｇ０１Ｈ １１／０８

Ｆ０３Ｄ ９／２５

Ｆ０３Ｄ ５／０６

Ｈ０２Ｎ ２／１８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

流体が流れる方向である第１方向に対して垂直に配置され、前記流体の流れによる力を受けてギャロッピング振動する柱状の振動発生体と、
前記振動発生体を基準として前記第１方向の下流側において、前記振動発生体に対して隙間をあけ、かつ、前記第１方向に沿って配置されるスプリッターと、
柱状の前記振動発生体の一方の端部に接続され、前記振動発生体のギャロッピング振動を電力に変換する発電部と、
前記発電部および前記スプリッターのそれぞれを支持するベース部と、
を備え、
前記発電部は、前記ベース部に接続される支柱と、一方の端部が前記支柱に接続され他方の端部が前記振動発生体に接続される弾性部材と、前記弾性部材に設けられる磁歪素子と、前記弾性部材および前記磁歪素子を巻回するコイルと、を有する
流力振動発電装置。

【請求項2】

前記振動発生体および前記スプリッターのそれぞれは、前記第１方向に垂直な第２方向に沿って配置され、
前記ベース部は、前記第２方向に沿う軸を中心に回転自在である
請求項１に記載の流力振動発電装置。

【請求項3】

前記ベース部の回転軸である前記第２方向に沿う軸と、前記支柱の軸とは一致している
請求項２に記載の流力振動発電装置。

【請求項4】

前記第２方向における前記スプリッターの長さは、前記第２方向における前記振動発生体の長さ以上である
請求項２または３に記載の流力振動発電装置。

【請求項5】

さらに、第１の開口および前記第１の開口よりも開口面積が大きい第２の開口を有する集風体を備え、
前記集風体は、前記第２の開口が前記第１の開口よりも前記第１方向の下流側に位置するように配置され、
前記振動発生体および前記スプリッターのそれぞれは、前記集風体内において前記第２方向に沿って配置されている
請求項２～４のいずれか１項に記載の流力振動発電装置。

【請求項6】

前記発電部および前記スプリッターのそれぞれは、前記集風体に支持され、
前記集風体は、前記第２方向に沿う軸を中心に回転自在である
請求項５に記載の流力振動発電装置。

【請求項7】

前記スプリッターは、前記第１方向から見た場合に、前記振動発生体と重なっている
請求項１～６のいずれか１項に記載の流力振動発電装置。

【請求項8】

流体が流れる方向である第１方向に対して垂直に配置され、前記流体の流れによる力を受けてギャロッピング振動する矩形柱状の振動発生体と、
前記振動発生体を基準として前記第１方向の下流側において、前記振動発生体に対して隙間をあけ、かつ、前記第１方向に沿って配置されるスプリッターと、
前記矩形柱状の前記振動発生体の一方の端部に接続され、前記振動発生体のギャロッピング振動を電力に変換する発電部と、
前記発電部および前記スプリッターのそれぞれを支持するベース部と、
を備え、
前記振動発生体および前記スプリッターのそれぞれは、前記第１方向に垂直な第２方向に沿って配置され、
前記発電部は、前記ベース部に接続される支柱と、一方の端部が前記支柱に接続され他方の端部が前記振動発生体に接続される弾性部材と、前記弾性部材に設けられる磁歪素子と、前記弾性部材および前記磁歪素子を巻回するコイルと、を有し、
前記振動発生体の前記第１方向の長さをＤとし、前記第１方向および前記第２方向の両方に垂直な第３方向の長さをＨとし、前記第１方向における前記振動発生体と前記スプリッターとの前記隙間をＧとした場合に、
Ｄ≦０．５Ｈであり、かつ、隙間Ｇが５ｍｍ以上である条件においてＧ＜Ｄを満たす
流力振動発電装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、流体の流れを利用して発電を行う流力振動発電装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、風または水流などの流力を利用して発電を行う流力振動発電装置が知られている。その種の流力振動発電装置の一例として、特許文献１には、流体の流れによる力を受けてギャロッピング振動する振動発生体と、振動発生体の振動を電力に変換するトランスデューサと、板状の方向決定材と、振動発生体、トランスデューサおよび方向決定材を支持する回転台と、を備える流力振動発電装置が開示されている。この流力振動発電装置では、流体の流れにより発生した力を受けた方向決定材が回転台を回転させて振動発生体の向きを変更している。

【0003】

また、非特許文献１には、振動発生体のギャロッピング振動を確認するための風洞実験装置が示されている。この風洞実験装置は、風洞と、風洞内に設けられた柱状の振動発生体と、板状のスプリッターと、を備えている。振動発生体は、流体の流れによる力を受けて振動できるように、振動発生体の両端がばね等を介して風洞壁に支持されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２００６－２２６２２１号公報

【非特許文献】

【0005】

【文献】平田勝哉、他３名、“２３ 矩形柱ギャロッピングにおけるスプリッタ板の影響（自由振動実験）”、第１１回風工学シンポジウム論文集、１９９０年１２月、日本学術会議災害工学研究連絡委員会風工学専門委員会・電気学会・土木学会・日本気象学会・日本建築学会・日本鋼構造協会・日本風工学会

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、非特許文献１の風洞実験装置は、振動発生体の両端がばね等を介して支持されており、振動発生体で発生する振動が増幅されにくい構造となっている。

【0007】

また、特許文献１の流力振動発電装置では、板状の方向決定材が、流体の流れる方向において振動発生体の下流側でなくトランスデューサの下流側に配置されている。そのため、振動発生体で発生する振動を大きくすることができず、流力振動発電装置の発電量を増やすことができないという問題がある。

【0008】

上記課題を鑑み、本発明は、発電量を増やすことができる流力振動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】

【0009】

上記の課題を達成するため、本発明の一形態における流力振動発電装置は、流体が流れる方向である第１方向に対して垂直に配置され、前記流体の流れによる力（流力）を受けてギャロッピング振動する柱状の振動発生体と、前記振動発生体を基準として前記第１方向の下流側において、前記振動発生体に対して隙間をあけ、かつ、前記第１方向に沿って配置されるスプリッターと、柱状の前記振動発生体の一方の端部に接続され、前記振動発生体のギャロッピング振動を電力に変換する発電部と、を備える。

【0010】

このように、スプリッターを振動発生体よりも下流側に配置し、また、振動発生体の一方の端部を発電部に接続することで、振動発生体の振動振幅を大きくすることができる。これにより、流力振動発電装置の発電量を増やすことができる。

【0011】

また、前記スプリッターは、前記第１方向から見た場合に、前記振動発生体と重なっていてもよい。

【0012】

この構成によれば、スプリッターを用いて振動発生体の振動振幅を大きくすることができる。これにより、流力振動発電装置の発電量を増やすことができる。

【0013】

また、前記振動発生体および前記スプリッターのそれぞれは、前記第１方向に垂直な第２方向に沿って配置され、前記振動発生体は、前記第２方向における前記振動発生体の一方の端部が支持されていてもよい。

【0014】

このように振動発生体の一方の端部を支持することで、振動発生体の振動振幅を大きくすることができる。これにより、流力振動発電装置の発電量を確実に増やすことができる。

【0015】

また、前記第２方向における前記スプリッターの長さは、前記第２方向における前記振動発生体の長さ以上であってもよい。

【0016】

この構成によれば、振動発生体の下流側に確実にスプリッターを存在させることができ、振動発生体の振動振幅を確実に大きくすることができる。これにより、流力振動発電装置の発電量を増やすことができる。

【0017】

また、流力振動発電装置は、さらに、前記発電部および前記スプリッターのそれぞれを支持するベース部を備え、前記ベース部は、前記第２方向に沿う軸を中心に回転自在であってもよい。

【0018】

この構成によれば、流体の流れによる力を受けたスプリッターによりベース部を回転させ、振動発生体およびスプリッターの向きを変更することができる。このため、流体の流れる方向に応じて振動発生体およびスプリッターの向きを変えることができ、振動発生体の振動振幅を適切に大きくすることができる。これにより、流力振動発電装置の発電量を増やすことができる。

【0019】

また、前記発電部は、前記振動発生体に接続される弾性部材と、前記弾性部材に設けられる磁歪素子と、前記弾性部材および前記磁歪素子を巻回するコイルと、を備えていてもよい。

【0020】

これによれば、簡易な構造により振動発生体の振動振幅を大きくすることができる。これにより、流力振動発電装置の発電量を増やすことができる。

【0021】

また、流力振動発電装置は、さらに、第１の開口および前記第１の開口よりも開口面積が大きい第２の開口を有する集風体を備え、前記集風体は、前記第２の開口が前記第１の開口よりも前記第１方向の下流側に位置するように配置され、前記振動発生体および前記スプリッターのそれぞれは、前記集風体内において前記第２方向に沿って配置されていてもよい。

【0022】

この構成によれば、集風体が無い場合よりも強い力を振動発生体に付与し、振動発生体の振動振幅を大きくすることができる。これにより、流力振動発電装置の発電量を増やすことができる。

【0023】

また、前記発電部および前記スプリッターのそれぞれは、前記集風体に支持され、前記集風体は、前記第２方向に沿う軸を中心に回転自在であってもよい。

【0024】

この構成によれば、流体の流れによる力を受けた集風体により集風体を回転させるとともに、振動発生体およびスプリッターの向きを変更することができる。このため、流体の流れる方向に応じて振動発生体およびスプリッターの向きを変えることができ、振動発生体の振動振幅を適切に大きくすることができる。これにより、流力振動発電装置の発電量を増やすことができる。

【発明の効果】

【0025】

本発明によると、流力振動発電装置の発電量を増やすことができる。

【図面の簡単な説明】

【0026】

【図1】流体実験装置の概略構成を示す図である。

【図2】流体実験装置で使用した振動発生体の横断面を示す図である。

【図3】流体実験装置における振動発生体の無次元振動振幅を示す図である。

【図4】実施の形態１に係る流力振動発電装置を示す斜視図である。

【図5】実施の形態１に係る流力振動発電装置の振動発生体およびスプリッターの平面図である。

【図6】実施の形態１に係る流力振動発電装置の側面図である。

【図7】実施の形態１に係る流力振動発電装置の発電部を示す図である。

【図8】実施の形態１に係る流力振動発電装置の発電部を流体の流れ方向から見た場合の図である。

【図9】実施の形態１に係る流力振動発電装置の振動発生体の他の例を示す図である。

【図10】実施の形態１の変形例に係る流力振動発電装置の発電部を示す図である。

【図11】実施の形態２に係る流力振動発電装置を示す斜視図である。

【図12】実施の形態２に係る流力振動発電装置の集風体を図１１に示すＸＩＩ－ＸＩＩ線で切断した場合の図である。

【発明を実施するための形態】

【0027】

（本発明に至る経緯）
まず、本発明に至る経緯について、図１～図３を参照しながら説明する。

【0028】

図１は、流体実験装置１０２の概略構成を示す図である。図１の（ａ）および（ｂ）には、流体実験装置１０２の断面図が示されている。図１の（ａ）は、流体実験装置１０２を図１の（ｂ）に示すＩａ－Ｉａ線で切断した場合の断面図である。

【0029】

流体実験装置１０２は、振動発生体１１０のギャロッピング振動を確認するための装置である。図１に示すように、流体実験装置１０２は、角筒状の流路１６０と、流路１６０内に配置された柱状の振動発生体１１０と、板状のスプリッター１２０と、を備えている。

【0030】

流路１６０は、断面が縦４００ｍｍ、横１６７ｍｍの管路である。流路１６０を流れる流体としては、水が用いられている。流体は、例えば０．７４ｍ／ｓ以上２．７ｍ／ｓの流速Ｕで流路１６０内を流れている。以下において、所定の部品を基準として流体が流れる方向のプラス側を下流側とし、マイナス側を上流側とする。

【0031】

柱状の振動発生体１１０は、流体が流れる方向に対して垂直な方向に延びるように配置されている。振動発生体１１０は、流体の流れによる力を受けてギャロッピング振動する。なお図１では、振動発生体１１０の下端部にエンドプレートが設けられているが、エンドプレートは必ずしも必要ではない。

【0032】

振動発生体１１０は、振動発生体１１０の上端部に設けられた治具および板ばねによって支持されている。振動発生体１１０の下端部には、振動発生体１１０の振動を検出するための加速度センサが埋め込まれている。振動発生体１１０の振動は、加速度センサによって電圧信号に変換され、アンプにて増幅される。アンプにて増幅された信号は、Ａ／Ｄコンバータによってデジタル変換された後、コンピュータに入力され、実験データとして蓄積される。

【0033】

スプリッター１２０は、振動発生体１１０を規準として、流体が流れる方向の下流側に配置されている。板状のスプリッター１２０は、流体が流れる方向に沿って、かつ、振動発生体１１０に対して所定の隙間をあけて配置されている。所定の隙間は、例えば６ｍｍである。スプリッター１２０は、流路１６０の上面および下面のそれぞれに固定されている。

【0034】

図２は、流体実験装置１０２で使用した振動発生体１１０の横断面を示す図である。

【0035】

図２の（ａ）には、横断面が矩形状である振動発生体１１０が示され、図２の（ｂ）には、横断面がＤ字状である振動発生体１１０が示されている。図２では、振動発生体１１０の奥行き寸法をＤ、振動発生体１１０の幅をＨとし、図１では、振動発生体１１０の長さをＬとしている。この流体実験装置１０２では、形状および寸法が異なる数種類の振動発生体１１０を用いて、振動発生体１１０の振動振幅を確認する実験が行われた。

【0036】

図３は、流体実験装置１０２における振動発生体１１０の無次元振動振幅ηｒｍｓを示す図である。

【0037】

図３の縦軸に示される無次元振動振幅ηｒｍｓは、ηｒｍｓ＝η／Ｈによって表される。ηは、振動発生体１１０の振動振幅の実効値である。図３の横軸に示される換算流速Ｖｒは、Ｖｒ＝Ｕ／（ｆｃ・Ｈ）によって表される。ｆｃは、振動発生体１１０の固有振動数である。図３では、振動振幅だけでなく換算流速Ｖｒも無次元化されている。

【0038】

図３の（ａ）には、横断面が矩形状で、断面辺長比がＤ／Ｈ＝０．２である振動発生体１１０を用いた場合の実験結果が示されている。図３の（ｂ）には、横断面が矩形状で、断面辺長比がＤ／Ｈ＝０．５である振動発生体１１０を用いた場合の実験結果が示されている。図３の（ｃ）には、横断面がＤ字状で、断面辺長比がＤ／Ｈ＝０．５である振動発生体１１０を用いた場合の実験結果が示されている。また、図３の（ａ）～（ｃ）には、振動発生体１１０のＬ／Ｈの値を変えた場合と、さらに、スプリッター１２０が設けられている場合と設けられていない場合との両方の実験結果が示されている。

【0039】

図３の（ａ）～（ｃ）に示すように、振動発生体１１０の下流側にスプリッター１２０が設けられている場合は、スプリッター１２０が設けられていない場合に比べて、無次元振動振幅ηｒｍｓが大きくなっている。この結果は、振動発生体１１０のＬ／Ｈの値、断面辺長比（Ｄ／Ｈ）の値、および、振動発生体１１０の横断面の形状が異なっている場合にも同様に表れる。

【0040】

このように振動発生体１１０よりも下流側にスプリッター１２０を設けることで、振動発生体１１０の振動振幅が増加するという実験結果が得られる。この実験結果を流力振動発電装置に適用することで、流力振動発電装置の発電量を増やすことが可能になると考えられる。

【0041】

以下、実施の形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも本発明の一具体例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置および接続形態などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の一形態に係る実現形態を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。

【0042】

なお、各図は模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。また、各図において、実質的に同一の構成に対しては同一の符号を付しており、重複する説明は省略または簡略化される場合がある。

【0043】

（実施の形態１）
実施の形態１の流力振動発電装置について、図４～図８を参照しながら説明する。

【0044】

図４は、実施の形態１に係る流力振動発電装置１を示す斜視図である。図５は、流力振動発電装置１の振動発生体１０およびスプリッター２０の平面図である。図６は、流力振動発電装置１の側面図である。図７は、流力振動発電装置１の発電部３０を示す図である。図８は、流力振動発電装置１の発電部３０を流体の流れ方向から見た場合の図である。

【0045】

流力振動発電装置１は、流体の流れによる力を利用して発電を行う装置であり、流体の流れが存在する場所に配置される。流体は、例えば、空気などの気体であるが、気体に限られず、水または油などの液体であってもよい。

【0046】

図４～図７において、流体が流れる方向を第１方向ｄ１とし、第１方向ｄ１に垂直な方向を第２方向ｄ２とし、第１方向ｄ１および第２方向ｄ２の両方に垂直な方向を第３方向ｄ３とする。本実施の形態では、第２方向ｄ２が鉛直方向となり、第１方向ｄ１および第３方向ｄ３が水平方向となっている。

【0047】

流力振動発電装置１は、振動発生体１０と、スプリッター２０と、発電部３０と、ベース部５０と、を備えている。

【0048】

図４～図６に示すように、振動発生体１０は、柱状の形状を有し、流体が流れる方向である第１方向ｄ１に対して垂直に配置される。具体的には振動発生体１０は、鉛直方向である第２方向ｄ２に沿って延びるように配置されている。振動発生体１０は、剛性を有し、例えば、アルミニウム、チタンなどの軽金属材料によって形成される。なお、振動発生体１０は、繊維強化プラスチックなどによって形成されてもよい。

【0049】

図５に示すように、振動発生体１０は、横断面が矩形状である。振動発生体１０は、第１方向ｄ１に直交する正面１１と、正面１１に背向する背面１２と、第１方向ｄ１に沿う両側面１３と、を有している。側面１３は、正面１１および背面１２の両方に対して垂直である。振動発生体１０の奥行き寸法Ｄ（＝第１方向ｄ１の長さ）、振動発生体１０の幅Ｈ（＝第３方向ｄ３の長さ）、および、振動発生体１０の長さＬ（＝第２方向ｄ２の長さ：図６参照）は、Ｄ＜Ｈ＜Ｌの関係を有し、より望ましくはＤ＜６Ｈの関係を有している。

【0050】

振動発生体１０は、自発的に振動を起こす振動体ではなく、外部から力を受けて往復移動する振動体である。振動発生体１０は、正面１１が流体の流れる方向に直交するように配置され、流体の流れによる力（第３方向ｄ３における圧力差を起因とする力）を受けることで第３方向ｄ３にギャロッピング振動する。

【0051】

図６に示すように、第２方向ｄ２における振動発生体１０の一方の端部（長手方向における一方の端部）１０ａには、発電部３０が接続されている。振動発生体１０の他方の端部１０ｂは、何も接続されておらず自由端となっている。すなわち、振動発生体１０は、振動発生体１０に一方の端部１０ａのみが発電部３０に支持（固定）されている。

【0052】

発電部３０は、振動発生体１０で発生したギャロッピング振動を電力に変換する変換装置である。図７および図８に示すように、発電部３０は、振動発生体１０に接続される弾性部材３１と、弾性部材３１に設けられる磁歪素子３２およびコイル３３と、弾性部材３１に接続される支柱３５と、を有している。コイル３３を構成する巻線の端部には、電気負荷または二次電池が導通接続される（図示省略）。

【0053】

弾性部材３１は、例えば、磁性を有するばね鋼材料によって形成される。弾性部材３１は、Ｕ字状であり、第２方向ｄ２に沿って延びる一方の板状部位３１ａ、および、一方の板状部位３１ａに対向し第２方向ｄ２に沿って延びる他方の板状部位３１ｂを有している。一方の板状部位３１ａの端部は締結部材等を用いて支柱３５に固定され、他方の板状部位３１ｂの端部は締結部材等を用いて振動発生体１０に接続される。なお、一方の板状部位３１ａは溶接または接着等によって支柱３５に固定されてもよいし、他方の板状部位３１ｂは溶接または接着等によって振動発生体１０に接続されてもよい。

【0054】

磁歪素子３２は、Ｆｅ－Ｇａ合金によって形成されたユニモルフ型の磁歪素子である。磁歪素子３２は、板状であり、弾性部材３１の他方の板状部位３１ｂに接着剤等で貼り付けられている。

【0055】

コイル３３は、弾性部材３１の他方の板状部位３１ｂおよび磁歪素子３２を一緒にまとめて線材を巻回することで形成される。コイル３３は、コイル３３の巻回軸が第２方向ｄ２に沿うように形成されている。弾性部材３１の一方の板状部位３１ａには、磁石３４が固定され、弾性部材３１、磁歪素子３２および磁石３４とで閉磁路が形成される。

【0056】

振動発生体１０が振動すると、弾性部材３１の他方の板状部位３１ｂが屈曲し、磁歪素子３２に引っ張り力および圧縮力が交互に付与される。磁歪素子３２に引っ張り力および圧縮力が付与されることで、閉磁路における磁束が変化し、コイル３３に起電力が発生する。このようにして、発電部３０から電力を取り出すことが可能となる。

【0057】

次に、振動発生体１０の振動を増幅させるためのスプリッター２０、および、スプリッター２０を用いて振動発生体１０の向きを変更するための構成について説明する。

【0058】

図５および図６に示すように、スプリッター２０は、板状の形状を有し、アルミニウム、チタンなどの軽金属材料、または、繊維強化プラスチックなどによって形成される。スプリッター２０は、振動発生体１０を規準として第１方向ｄ１の下流側に配置されている。具体的には、スプリッター２０は、第１方向ｄ１および第２方向ｄ２に沿うように配置され、第１方向ｄ１から見た場合に振動発生体１０に重なっている。また、スプリッター２０は、振動発生体１０に対して隙間Ｇをあけて配置され、振動発生体１０には接触していない。隙間Ｇは、振動発生体１０の奥行き寸法Ｄよりも小さく（Ｇ＜Ｄ）、例えば５ｍｍ以上１０ｍｍ以下である。

【0059】

スプリッター２０の奥行き寸法Ｄｓ（＝第１方向ｄ１の長さ）およびスプリッター２０の厚みｔｓ（＝第３方向ｄ３の長さ）の関係は、ｔｓ＜Ｄｓである。なお、寸法Ｄｓおよびスプリッター２０の長さＬｓ（第２方向ｄ２の長さ）の関係は、Ｄｓ＜Ｌｓであってもよいし、Ｄｓ≧Ｌｓであってもよい。スプリッター２０の奥行き寸法Ｄｓは、振動発生体１０の幅Ｈの５倍以上１５倍以下である。スプリッター２０の厚みｔｓは、振動発生体１０の幅Ｈよりも十分に小さい。

【0060】

例えば、第２方向ｄ２におけるスプリッター２０の長さＬｓは、第２方向ｄ２における振動発生体１０の長さＬ以上である。そのためスプリッター２０は、振動発生体１０を第１方向ｄ１から見た場合に、振動発生体１０の下流側に必ず存在している。本実施の形態では、スプリッター２０の長さＬｓは、振動発生体１０の長さＬおよび発電部３０の長さ（第２方向ｄ２の長さ）を足し合わせた長さとなっている。スプリッター２０の長さＬｓは、振動発生体１０の長さＬよりも長く、長さＬの３倍以下であってもよい（Ｌ＜Ｌｓ≦３Ｌ）。

【0061】

図６および図７に示すように、ベース部５０は、発電部３０およびスプリッター２０のそれぞれを支持する回転装置である。ベース部５０は、第２方向ｄ２に沿う軸Ｚａを中心に回転自在である。具体的には、ベース部５０は、回転軸５２と、回転軸５２上に配置された平板５１とによって構成されている。例えば、回転軸５２は、ベアリング等によって支持され、平板５１は、回転軸５２の軸心と一致する軸Ｚａを中心に回転自在となっている。なお本実施の形態では、回転軸５２の軸心と発電部３０の支柱３５の軸とが一致している。

【0062】

スプリッター２０の第２方向ｄ２の一方の端部は、片持ち状態で平板５１に固定され、発電部３０の支柱３５は、片持ち状態で平板５１に固定されている。スプリッター２０は、軸Ｚａを中心に回転自在であり、振動発生体１０も、発電部３０を介して軸Ｚａを中心に回転自在となっている。なお、例えば平板５１上に門状（逆Ｕ字状）のフレームが設置されている場合、スプリッター２０は、一方の端部が平板５１に固定され、他方の端部が門状のフレームに固定されていてもよい。

【0063】

この流力振動発電装置１では、流体の流れによる力を受けたスプリッター２０によりベース部５０が回転され、振動発生体１０の向きが変更される。すなわち、本実施の形態のスプリッター２０は、振動発生体１０の振動を増幅させる機能を有するとともに、振動発生体１０の向きを決定する方向決定機能を有している。

【0064】

このように、本実施の形態の流力振動発電装置１は、流体が流れる方向である第１方向ｄ１に対して垂直に配置され、流体の流れによる力を受けてギャロッピング振動する柱状の振動発生体１０と、振動発生体１０を基準として第１方向ｄ１の下流側において、振動発生体１０に対して隙間Ｇをあけ、かつ、第１方向ｄ１に沿って配置されるスプリッター２０と、柱状の振動発生体１０の一方の端部１０ａに接続され、振動発生体１０のギャロッピング振動を電力に変換する発電部３０と、を備える。このように、スプリッター２０を振動発生体１０の下流側に配置することで、振動発生体１０の振動振幅を大きくすることができる。これにより、流力振動発電装置１の発電量を増やすことができる。

【0065】

なお、上記の流力振動発電装置１では、振動発生体１０の横断面が矩形状である例を示したが、振動発生体１０の形状は矩形状に限られない。そこで、振動発生体１０の他の例について説明する。

【0066】

図９は、流力振動発電装置１の振動発生体１０の他の例を示す図である。

【0067】

図９の（ａ）には、横断面がＤ字状である振動発生体１０が示されている。Ｄ字状の振動発生体１０では、例えば図９の（ａ）に示す姿勢を０°として、傾ける角度θが－６０°以上６０°以下の場合に振動する。

【0068】

図９の（ｂ）には、横断面が三角状である振動発生体１０が示されている。三角状の振動発生体１０では、図９の（ｂ）に示す姿勢を０°として、傾ける角度θが少なくとも０°の場合に振動する。

【0069】

図９の（ｃ）には、横断面が逆Ｌ字状の振動発生体１０が示されている。逆Ｌ字状の振動発生体１０では、例えば図９の（ｃ）に示す姿勢を０°として、傾ける角度θが－４５°以上１０°以下および４５°以上１００°以下の場合に振動する。

【0070】

図９の（ｄ）には、横断面がプラス（＋）字状の振動発生体１０が示されている。プラス字状の振動発生体１０では、例えば、図９の（ｄ）に示す姿勢を０°として、傾ける角度θが－４５°以上－３５°以下の場合に振動する。

【0071】

図９の（ｅ）には、横断面がＴ字状の振動発生体１０が示されている。Ｔ字状の振動発生体１０では、例えば、図９の（ｅ）に示す姿勢を０°として、傾ける角度θが－９０°以上－３５°以下および－５°以上５０°以下の場合に振動する。

【0072】

図９の（ｆ）には、横断面が横向きＹ字状の振動発生体１０が示されている。横向きＹ字状の振動発生体１０では、図９の（ｅ）に示す姿勢を０°として、傾ける角度θが－６０°の場合に振動すると推測される。

【0073】

図９の（ａ）～（ｅ）に示す振動発生体１０を流力振動発電装置１に用いて発電した場合であっても、流力振動発電装置１の発電量を増加することが可能である。

【0074】

また、上記の流力振動発電装置１では、磁歪素子３２が１つである発電部３０の例を示したが、発電部３０の構成はそれに限られない。そこで、発電部３０の他の例について説明する。

【0075】

図１０は、変形例に係る流力振動発電装置１Ａの発電部３０Ａを示す図である。図１０の（ａ）には、発電部３０Ａを第１方向ｄ１から見た図が示され、図１０の（ｂ）には、発電部３０Ａを第３方向ｄ３から見た図が示されている。

【0076】

図１０に示すように、発電部３０Ａは、磁歪材料で構成された第１の磁歪棒４１と、第１の磁歪棒４１に巻かれた第１のコイル４３と、磁歪材料で構成され、第１の磁歪棒４１に平行に配置された第２の磁歪棒４２と、第２の磁歪棒４２に巻かれた第２のコイル４４と、を備える。また、発電部３０Ａは、第１の磁歪棒４１および第２の磁歪棒４２のそれぞれの両端に、第１の磁歪棒４１および第２の磁歪棒４２を連結するように設けられた２つの連結ヨーク４５と、２つの連結ヨーク４５に接続されるバックヨーク４６と、を備える。バックヨーク４６は磁石４７を有している。２つの連結ヨーク４５のうち、一方の連結ヨーク４５は振動発生体１０に接続され、他方の連結ヨーク４５は支柱３５に接続される。

【0077】

この発電部３０Ａでは、第１の磁歪棒４１および第２の磁歪棒４２の軸方向と垂直な方向（第３方向ｄ３）の振動によって、第１の磁歪棒４１および第２の磁歪棒４２の一方が伸張し、他方が収縮することにより発電が行われる。図１０に示す発電部３０Ａを流力振動発電装置１Ａに用いた場合であっても、流力振動発電装置１Ａの発電量を増加することが可能である。

【0078】

（実施の形態２）
次に、実施の形態１の流力振動発電装置について、図１１および図１２を参照しながら説明する。実施の形態２では、振動発生体１０およびスプリッター２０が、風レンズ（登録商標）などの集風体６０内に配置されている例について説明する。

【0079】

図１１は、実施の形態２に係る流力振動発電装置１Ｂを示す斜視図である。図１２は、流力振動発電装置１Ｂの集風体６０を図１１に示すＸＩＩ－ＸＩＩ線で切断した場合の図である。

【0080】

流力振動発電装置１Ｂは、振動発生体１０と、スプリッター２０と、発電部３０と、ベース部５０と、集風体６０と、を備えている。振動発生体１０、スプリッター２０、発電部３０の構成は、実施の形態１と同様であるので、ここでは集風体６０について説明する。

【0081】

集風体６０は、横断面が末広がりの凹形状となっており、第１の開口６１および第１の開口６１よりも開口面積が大きい第２の開口６２を有している。集風体６０は、第２の開口６２が第１の開口６１よりも第１方向ｄ１の下流側に位置するように配置される。集風体６０は、例えば、アルミニウム、チタンなどの軽金属材料または繊維強化プラスチックなどによって形成される。

【0082】

集風体６０内には、振動発生体１０、発電部３０およびスプリッター２０が配置される。発電部３０の一方の端部およびスプリッター２０の一方の端部のそれぞれは、集風体６０に固定され支持されている。集風体６０は、ベース部５０に接続され、第２方向ｄ２に沿う軸Ｚａを中心に回転自在となっている。

【0083】

この流力振動発電装置１Ｂのように、第２の開口６２の開口面積を第１の開口６１の開口面積よりも大きくすることで、第２の開口６２における場の圧力を第１の開口６１における場の圧力よりも低くすることができる。これにより、集風体６０が無い場合よりも強い風を振動発生体１０に付与し、振動発生体１０の振動振幅を大きくすることができる。これにより、流力振動発電装置１Ｂの発電量を増やすことができる。

【0084】

（その他の実施の形態）
以上、実施の形態１、２について説明したが、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではない。

【0085】

上記実施の形態では、第２方向ｄ２が鉛直方向であり、第１方向ｄ１および第３方向ｄ３が水平方向である例を示したが、それに限られない。例えば、第３方向ｄ３が鉛直方向であり、第１方向ｄ１および第２方向ｄ２が水平方向であってもよい。また、第１方向ｄ１が鉛直方向であり、第２方向ｄ２および第３方向ｄ３が水平方向であってもよい。

【0086】

上記実施の形態では、発電部３０の発電素子として磁歪素子を用いた例を示したが、それに限られず、発電素子として圧電素子を用いてもよい。

【0087】

上記実施の形態では、支柱３５の軸が回転軸５２の軸心に一致している例を示したが、それに限られない。例えば、支柱３５の軸が回転軸５２の軸心に一致していなくても、振動発生体１０、発電部３０およびスプリッター２０が軸Ｚａを中心に回転自在であればよい。

【0088】

また、上記実施の形態の振動発生体１０において、長さＬと幅Ｈとの関係がＬ／Ｈ≦５．０であってもよい。これによれば、長さＬと幅Ｈとの関係がＬ／Ｈ＞５．０である場合に比べて、振動発生体１０の振動振幅をより効果的に増幅させることができる。

【0089】

その他、各実施の形態に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態、または、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で各実施の形態における構成要素および機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本発明に含まれる。

【産業上の利用可能性】

【0090】

本発明は、風を利用した風力振動発電装置または水流を利用した水力振動発電装置として有用である。これらの発電装置で発電した電力は、例えば、携帯電話または音楽プレーヤーなどの携帯電子機器、体内センサ、超小型電力供給装置等に利用可能である。

【符号の説明】

【0091】

１、１Ａ、１Ｂ 流力振動発電装置
１０、１１０ 振動発生体
１０ａ 一方の端部
１０ｂ 他方の端部
１１ 正面
１２ 背面
１３ 側面
２０、１２０ スプリッター
３０、３０Ａ 発電部
３１ 弾性部材
３１ａ 一方の板状部位
３１ｂ 他方の板状部位
３２ 磁歪素子
３３ コイル
３４ 磁石
３５ 支柱
４１、４２ 磁歪棒
４３、４４ コイル
４５ 連結ヨーク
４６ バックヨーク
４７ 磁石
５０ ベース部
５１ 平板
５２ 回転軸
６０ 集風体
６１ 第１の開口
６２ 第２の開口
１０２ 流体実験装置
１６０ 流路
Ｄ 振動発生体の奥行き寸法
Ｄｓ スプリッターの奥行き寸法
ｄ１ 第１方向
ｄ２ 第２方向
ｄ３ 第３方向
Ｇ 隙間
Ｈ 振動発生体の幅
Ｌ 振動発生体の長さ
Ｌｓ スプリッターの長さ
ｔｓ スプリッターの厚み
Ｕ 流速
Ｚａ 軸

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】