發(fā)電裝置的制作方法
本發(fā)明涉及一種能利用發(fā)電元件將振動構(gòu)件的振動能轉(zhuǎn)換為電能的發(fā)電裝置，特別是涉及一種具有多自由度振動系統(tǒng)的發(fā)電裝置。
背景技術(shù)：
為了應對近來對節(jié)能的高度要求，針對道路中的高架橋、橋梁，或車輛的車身、洗衣機的機身等這樣的振動構(gòu)件，試行了一種通過將振動能轉(zhuǎn)換為電能并有效地利用的振動發(fā)電。作為用于實現(xiàn)振動發(fā)電的發(fā)電裝置，例如，如日本特開2014－11843號公報(專利文獻1)等所示，有一種發(fā)電裝置，該發(fā)電裝置具有雙自由度振動系統(tǒng)，該雙自由度振動系統(tǒng)是由第一振動系統(tǒng)(動力減振器)和第二振動系統(tǒng)(磁致伸縮發(fā)電部)構(gòu)成的，在該第一振動系統(tǒng)中，第一質(zhì)量體構(gòu)件(減振器配重部)被第一彈簧構(gòu)件(粘彈性構(gòu)件)彈性支承，在該第二振動系統(tǒng)中，第二質(zhì)量體構(gòu)件(磁致伸縮部配重部)被第二彈簧構(gòu)件(平行梁)彈性支承。而且，在專利文獻1中，將第一質(zhì)量體構(gòu)件和第二質(zhì)量體構(gòu)件彈性連結(jié)起來的第二彈簧構(gòu)件具有作為發(fā)電元件的磁致伸縮元件而構(gòu)成，通過在振動輸入時第一質(zhì)量體構(gòu)件與第二質(zhì)量體構(gòu)件發(fā)生相對位移，從而利用發(fā)電元件將振動能轉(zhuǎn)換為電能。
順便要說的是，振動發(fā)電裝置通常是將第一振動系統(tǒng)的共振頻率調(diào)諧至與振動構(gòu)件的主要的振動的頻率大致一致，從而，能夠使得輸入的振動在通過第一振動系統(tǒng)的共振被放大后再傳遞給第二振動系統(tǒng)。由此，能夠通過共振狀態(tài)獲得較大的第一質(zhì)量體構(gòu)件與第二質(zhì)量體構(gòu)件之間的相對位移量，從而能夠提高發(fā)電元件的發(fā)電效率。另外，亦根據(jù)專利文獻1可知，第一振動系統(tǒng)的共振頻率之所以能與振動構(gòu)件的振動的頻率大致一致是因為第一振動系統(tǒng)是由能減小振動構(gòu)件(基板)的振動的動力減振器構(gòu)成的。
然而，就專利文獻1那樣的現(xiàn)有的振動發(fā)電裝置而言，可能存在下述情況：在振動構(gòu)件的振動頻率為大幅度地高出第一振動系統(tǒng)的共振頻率的可調(diào)諧區(qū)域的高頻的情況下，在從振動構(gòu)件向第一振動系統(tǒng)輸入振動時，無法通過共振狀態(tài)使第一質(zhì)量體構(gòu)件與第二質(zhì)量體構(gòu)件發(fā)生較大的相對位移，從而難以獲得足夠大的第一質(zhì)量體構(gòu)件與第二質(zhì)量體構(gòu)件之間的相對位移量，導致發(fā)電效率降低。
現(xiàn)有技術(shù)文獻
專利文獻
專利文獻1：日本特開2014－11843號公報
技術(shù)實現(xiàn)要素：
發(fā)明要解決的問題
本發(fā)明即是以上述情況為背景做成的，本發(fā)明要解決的問題在于，提供一種即使輸入的振動的頻率為高出第一振動系統(tǒng)的共振頻率的可調(diào)諧區(qū)域的高頻也能夠以足夠高的效率進行發(fā)電的、構(gòu)造新穎的發(fā)電裝置。
用于解決問題的方案
下面，對為了解決上述這樣的問題而做成的本發(fā)明的技術(shù)方案進行描述。另外，下面所述的各技術(shù)方案中所采用的構(gòu)成要素只要可能就能夠采用任意的組合方式。
即，本發(fā)明的第一技術(shù)方案是一種發(fā)電裝置，該發(fā)電裝置具有第一振動系統(tǒng)和第二振動系統(tǒng)，在該第一振動系統(tǒng)中，第一質(zhì)量體構(gòu)件被第一彈簧構(gòu)件彈性支承，在該第二振動系統(tǒng)中，第二質(zhì)量體構(gòu)件被第二彈簧構(gòu)件彈性支承，該發(fā)電裝置利用該第二彈簧構(gòu)件將該第一質(zhì)量體構(gòu)件和該第二質(zhì)量體構(gòu)件相互彈性連結(jié)起來，從而構(gòu)成了多自由度振動系統(tǒng)，在該第一質(zhì)量體構(gòu)件與該第二質(zhì)量體構(gòu)件之間配設(shè)有發(fā)電元件，并且，該第一質(zhì)量體構(gòu)件能夠利用該第一彈簧構(gòu)件安裝于振動構(gòu)件，從該振動構(gòu)件輸入到該第一振動系統(tǒng)和該第二振動系統(tǒng)的振動能被發(fā)電元件轉(zhuǎn)換為電能，其特征在于，所述第一振動系統(tǒng)的共振頻率為比從所述振動構(gòu)件向該第一振動系統(tǒng)輸入的振動的頻率的
采用做成上述這樣的本發(fā)明的構(gòu)造的發(fā)電裝置的第一技術(shù)方案，即使在難以使第一振動系統(tǒng)的共振頻率與振動構(gòu)件的振動頻率一致的情況下，也能夠?qū)⒄駝幽苻D(zhuǎn)換為電能來獲得足夠多的電力。即，通過將第一振動系統(tǒng)的共振頻率設(shè)定為比振動構(gòu)件的振動頻率的
而且，第一振動系統(tǒng)中的第一彈簧構(gòu)件的損失系數(shù)為0.2以下，由此，能夠減小因第一彈簧構(gòu)件彈性變形時的能量損失導致的第一振動系統(tǒng)的振動衰減，能夠使第一振動系統(tǒng)的振動持續(xù)比較長的時間。其結(jié)果，能夠持續(xù)地對被配置在第一質(zhì)量體構(gòu)件與第二質(zhì)量體構(gòu)件之間的發(fā)電元件輸入振動能，從而能夠針對負荷輸入獲得較大的與發(fā)電量。
而且，第一彈簧構(gòu)件的損失系數(shù)不僅為0.2以下，且還為0.01以上，由此，能夠使第一振動系統(tǒng)產(chǎn)生帶有足夠?qū)挼念l率成分的自激振動，從而能夠謀求向第二振動系統(tǒng)輸入的振動的寬頻譜化(日文：ブロード化)(輸入能級足夠高的振動時的頻率的寬頻帶化)。由此，即使因零件的公差等導致第二振動系統(tǒng)的共振頻率產(chǎn)生誤差，也能夠使第二振動系統(tǒng)的共振頻率中的從第一振動系統(tǒng)向第二振動系統(tǒng)的輸入穩(wěn)定，能夠抑制因發(fā)電裝置的個體差異導致的不平衡，能夠有效地獲得作為目標的發(fā)電量。除此之外，能夠避免第一振動系統(tǒng)的共振倍率超出所需程度的情況發(fā)生，能夠限制發(fā)電元件的變形量，從而能夠獲得足夠高的發(fā)電效率的同時能夠確保發(fā)電元件的耐久性。
根據(jù)第一技術(shù)方案所述的發(fā)電裝置，在本發(fā)明的第二技術(shù)方案中，所述第二振動系統(tǒng)的共振頻率在所述第一振動系統(tǒng)的共振頻率的90％以上且110％以下的范圍內(nèi)進行調(diào)諧。
采用第二技術(shù)方案，將第一振動系統(tǒng)的共振頻率和第二振動系統(tǒng)的共振頻率設(shè)定為彼此接近的頻率，從而能夠使第二振動系統(tǒng)針對第一振動系統(tǒng)的自激振動產(chǎn)生共振現(xiàn)象，能夠向發(fā)電元件輸入足夠多的振動能。因此，能夠提高被配置在第二振動系統(tǒng)的發(fā)電元件的發(fā)電效率，從而，能夠獲得較多的通過振動發(fā)電所能獲得的電量。
根據(jù)第一技術(shù)方案或第二技術(shù)方案所述的發(fā)電裝置，在本發(fā)明的第三技術(shù)方案中，所述第二振動系統(tǒng)中的所述第二質(zhì)量體構(gòu)件的質(zhì)量為所述第一振動系統(tǒng)中的所述第一質(zhì)量體構(gòu)件的質(zhì)量的20％以下。
采用第三技術(shù)方案，第二質(zhì)量體構(gòu)件的質(zhì)量相對于第一質(zhì)量體構(gòu)件的質(zhì)量而言足夠小，能夠減小第二振動系統(tǒng)對于第一振動系統(tǒng)而言作為動力減振器發(fā)揮作用而帶給第一振動系統(tǒng)的減振效應，因此，能夠有效地引起第一振動系統(tǒng)產(chǎn)生自激振動，從而能夠獲得較多的向發(fā)電元件輸入的振動能。
根據(jù)第一技術(shù)方案～第三技術(shù)方案中任一技術(shù)方案所述的發(fā)電裝置，在本發(fā)明的第四技術(shù)方案中，所述第一彈簧構(gòu)件為高分子彈性體，并且，所述第二彈簧構(gòu)件為金屬彈簧。
采用第四技術(shù)方案，第一彈簧構(gòu)件為高分子彈性體，從而，能夠易于調(diào)整第一彈簧構(gòu)件的損失系數(shù)，能夠容易地獲得與目的相應的第一彈簧構(gòu)件。而且，第二彈簧構(gòu)件為損失系數(shù)較小的金屬彈簧，從而，能夠防止向發(fā)電元件輸入的振動能因第二彈簧構(gòu)件彈性變形帶來的能量衰減效應而減小的情況發(fā)生，能夠?qū)崿F(xiàn)高效率的發(fā)電。
根據(jù)第一技術(shù)方案～第四技術(shù)方案中任一技術(shù)方案所述的發(fā)電裝置，在本發(fā)明的第五技術(shù)方案中，所述第一振動系統(tǒng)針對向該第一振動系統(tǒng)輸入間歇性的沖擊負荷的所述振動構(gòu)件進行安裝。
像第五技術(shù)方案那樣，從振動構(gòu)件向第一振動系統(tǒng)的輸入并不是連續(xù)的而是間歇性的，也能夠使第一振動系統(tǒng)以某種程度的時間寬度產(chǎn)生自激振動，因此，能夠?qū)崿F(xiàn)高效率的發(fā)電。另外，沖擊負荷也可以是在向第一振動系統(tǒng)輸入時實質(zhì)上被視為沖擊負荷的振動負荷，沖擊負荷包括例如能夠在相對于第一振動系統(tǒng)的振動周期而言足夠短的時間內(nèi)收斂的高頻振動等。
發(fā)明的效果
采用本發(fā)明，本發(fā)明是一種發(fā)電裝置，該發(fā)電裝置具有安裝于振動構(gòu)件的第一振動系統(tǒng)和安裝于第一振動系統(tǒng)的第二振動系統(tǒng)，其中，第一振動系統(tǒng)的共振頻率為比從振動構(gòu)件向第一振動系統(tǒng)輸入的振動頻率的
附圖說明
圖1是以裝配于振動構(gòu)件的狀態(tài)來表示作為本發(fā)明的第一實施方式的發(fā)電裝置的縱剖視圖。
圖2是表示圖1所示的發(fā)電裝置的雙自由度振動系統(tǒng)的振動模型。
圖3是表示將構(gòu)成圖1所示的發(fā)電裝置的各振動系統(tǒng)作為單自由度振動系統(tǒng)來對待的情況下的頻率與振幅之間的相關(guān)性的曲線圖。
圖4是表示圖1所示的發(fā)電裝置的被輸入的振動與發(fā)電量之間的關(guān)系的圖，圖4的(a)表示的是輸入的振動的振幅相對于時間的變化情況，圖4的(b)表示的是發(fā)電量相對于時間的變化情況。
圖5是以裝配于振動構(gòu)件的狀態(tài)來表示作為本發(fā)明的第二實施方式的發(fā)電裝置的縱剖視圖。
具體實施方式
下面，參照附圖來說明本發(fā)明的實施方式。
圖1表示的是作為本發(fā)明的第一實施方式的發(fā)電裝置10。亦如圖2的振動模型所示，發(fā)電裝置10具有多自由度振動系統(tǒng)，該多自由度振動系統(tǒng)具有安裝于振動構(gòu)件12的第一振動系統(tǒng)14和借助第一振動系統(tǒng)14安裝于振動構(gòu)件12的第二振動系統(tǒng)16。另外，在下面的說明中，只要未特別說明，上下方向就是指振動構(gòu)件12的主要的振動輸入方向即圖1中的上下方向。
更詳細地講，第一振動系統(tǒng)14具有第一質(zhì)量體構(gòu)件20和第一彈簧構(gòu)件22。第一質(zhì)量體構(gòu)件20是由鐵等比重較大的材料形成的，第一質(zhì)量體構(gòu)件20形成為下部質(zhì)量體24和上部質(zhì)量體26組合而成的呈空心的矩形箱狀。
下部質(zhì)量體24具有這樣的構(gòu)造：沿上下方向延伸的筒狀的周壁28的下開口部被與該周壁28形成為一體的底壁30封堵起來，下部質(zhì)量體24整體呈上方開口的有底筒狀。而且，在下部質(zhì)量體24的底壁30一體地形成有向上方突出的支承突部32，在支承突部32形成有上表面開口的螺紋孔。上部質(zhì)量體26呈大致平板形狀，俯視時具有與周壁28大致相同的外形。而且，上部質(zhì)量體26以覆蓋下部質(zhì)量體24的開口部的方式與下部質(zhì)量體24重疊并相互固定起來，從而，由下部質(zhì)量體24和上部質(zhì)量體26形成空心的第一質(zhì)量體構(gòu)件20，且第一質(zhì)量體構(gòu)件20在內(nèi)部形成有收容空間34。
而且，第一質(zhì)量體構(gòu)件20被第一彈簧構(gòu)件22彈性支承。第一彈簧構(gòu)件22是由橡膠、樹脂彈性體等高分子材料形成的彈性體，在本實施方式中，第一彈簧構(gòu)件22為橡膠彈性體，第一彈簧構(gòu)件22硫化粘接在下部質(zhì)量體24的周壁28的外周面。而且，也可以是，第一彈簧構(gòu)件22遍布周向整周地連續(xù)設(shè)置，但在本實施方式中，第一彈簧構(gòu)件22分別設(shè)在周向上的多處位置。
而且，第一彈簧構(gòu)件22的能量損失系數(shù)為0.01以上且為0.2以下。損失系數(shù)能夠通過第一彈簧構(gòu)件22的形成材料等來進行調(diào)節(jié)和設(shè)定，具有處于上述數(shù)值范圍的損失系數(shù)的第一彈簧構(gòu)件22能夠通過下述方法等來實現(xiàn)：例如，通過將損失系數(shù)較小的橡膠、樹脂彈性體和損失系數(shù)較大的金屬組合起來做成第一彈簧構(gòu)件22，還可以通過將損失系數(shù)較大的橡膠等高分子彈性體和損失系數(shù)較小的彈簧鋼等金屬彈簧組合起來做成第一彈簧構(gòu)件22。在本實施方式中，由于第一彈簧構(gòu)件22是由橡膠彈性體形成的，因此，易于將損失系數(shù)設(shè)定在上述數(shù)值范圍內(nèi)。另外，就由普通彈簧鋼形成的金屬彈簧單體而言，難以在實際應用上適當?shù)卣{(diào)諧第一振動系統(tǒng)14的共振頻率f1的同時實現(xiàn)上述的能量損失系數(shù)的數(shù)值范圍，在將金屬彈簧以單體形式用作第一彈簧構(gòu)件的情況下，適當?shù)剡x擇由鎂等損失系數(shù)較大的金屬材料形成的金屬彈簧。
第一彈簧構(gòu)件22固接在利用螺栓等固定于振動構(gòu)件12的安裝構(gòu)件36，從而，第一彈簧構(gòu)件22將振動構(gòu)件12和第一質(zhì)量體構(gòu)件20彈性連結(jié)起來。安裝構(gòu)件36形成為在比第一質(zhì)量體構(gòu)件20靠外周側(cè)的位置與該第一質(zhì)量體構(gòu)件20隔有間隔的縱壁構(gòu)造，第一質(zhì)量體構(gòu)件20的外周面在與主要的振動輸入方向大致正交的方向上與安裝構(gòu)件36相對。而且，通過使第一彈簧構(gòu)件22配設(shè)在第一質(zhì)量體構(gòu)件20的外周面與安裝構(gòu)件36相對的相對面之間，由此，利用安裝構(gòu)件36彈性支承第一質(zhì)量體構(gòu)件20，而且，安裝構(gòu)件36利用螺栓固定于振動構(gòu)件12，由此，能夠?qū)⒌谝徽駝酉到y(tǒng)14安裝于振動構(gòu)件12。另外，第一彈簧構(gòu)件22會針對主要的振動輸入方向(圖1中的上下方向)上的輸入而發(fā)生剪切變形，第一彈簧構(gòu)件22中的剪切彈簧成分將作為第一振動系統(tǒng)14的主要的彈簧部發(fā)揮作用。
而且，在第一質(zhì)量體構(gòu)件20的收容空間34收容配置有第二振動系統(tǒng)16。第二振動系統(tǒng)16具有第二質(zhì)量體構(gòu)件38和第二彈簧構(gòu)件40，在第一質(zhì)量體構(gòu)件20的收容空間34中，第二質(zhì)量體構(gòu)件38借助第二彈簧構(gòu)件40與支承突部32彈性連結(jié)。
第二質(zhì)量體構(gòu)件38優(yōu)選由鐵等高比重材料形成，且做成實心柱狀或?qū)嵭膲K狀。第二彈簧構(gòu)件40是由彈簧鋼等形成的板簧，能夠沿厚度方向上下地彈性變形。而且，第二彈簧構(gòu)件40的損失系數(shù)小于第一彈簧構(gòu)件22的損失系數(shù)，更優(yōu)選的是，第二彈簧構(gòu)件40的損失系數(shù)小于0.01。而且，第二彈簧構(gòu)件40的基端部利用螺釘?shù)裙潭ㄔ诘谝毁|(zhì)量體構(gòu)件20的支承突部32，并且，在第二彈簧構(gòu)件40的頂端部通過粘接、焊接、螺紋固定、機械卡定等方法固定有第二質(zhì)量體構(gòu)件38，第二質(zhì)量體構(gòu)件38以被允許上下地進行位移的狀態(tài)與第一質(zhì)量體構(gòu)件20相連結(jié)。由此，將第二振動系統(tǒng)16安裝于第一振動系統(tǒng)14，從而構(gòu)成了雙自由度的振動系統(tǒng)。
另外，在第二振動系統(tǒng)16安裝于第一振動系統(tǒng)14的狀態(tài)下，第二質(zhì)量體構(gòu)件38相對于第一質(zhì)量體構(gòu)件20的下部質(zhì)量體24的底壁30和上部質(zhì)量體26這兩者在上下方向上隔有間隔地相對配置。而且，在第二質(zhì)量體構(gòu)件38與第一質(zhì)量體構(gòu)件20的上下相對面之間分別配設(shè)有止擋橡膠42。由此，即使在第二彈簧構(gòu)件40發(fā)生了過大的彈性變形的情況下，也能夠防止第二質(zhì)量體構(gòu)件38直接撞到第一質(zhì)量體構(gòu)件20的情況發(fā)生，能夠避免產(chǎn)生撞擊聲。
而且，在將第一質(zhì)量體構(gòu)件20和第二質(zhì)量體構(gòu)件38連起來的第二彈簧構(gòu)件40上固接有發(fā)電元件44。發(fā)電元件44能夠采用能將振動能轉(zhuǎn)換為電能的各種元件，例如能夠采用壓電元件、磁致伸縮元件等。在本實施方式中，將壓電元件用作了發(fā)電元件44，通過使壓電元件以與第二彈簧構(gòu)件40重疊的方式固接在該第二彈簧構(gòu)件40的上表面，能夠使壓電元件伴隨著第二彈簧構(gòu)件40在厚度方向上的彎曲變形而發(fā)生變形，從而能夠發(fā)揮通過正壓電效應帶來的能量轉(zhuǎn)換作用。另外，在將壓電元件用作發(fā)電元件44的情況下，作為壓電元件的形成材料，能夠采用例如陶瓷材料、單晶材料等。更具體地講，例如，鋯鈦酸鉛、氮化鋁、鉭酸鋰、鈮酸鋰等均能夠被優(yōu)選用作壓電元件的形成材料。
該發(fā)電元件44與電路46相連接，并利用電路46與整流電路、蓄電裝置、各種傳感器、無線通信裝置等用電器件即設(shè)備48電連接，從而，能夠?qū)⒑笫龅陌l(fā)電元件44發(fā)出的電力供給到設(shè)備48。
做成如上構(gòu)造的發(fā)電裝置10在裝配于振動構(gòu)件12的狀態(tài)下自振動構(gòu)件12輸入振動，該發(fā)電裝置10能夠利用發(fā)電元件44將輸入進來的振動能轉(zhuǎn)換為電能并將該電能輸出。在本實施方式中，就從振動構(gòu)件12向發(fā)電裝置10輸入的振動而言，其頻率f0為500hz左右，且以規(guī)定的時間間隔間歇性地進行輸入。另外，作為上述這樣的間歇性的振動，能夠想到的是下述這樣的負荷等：例如在振動構(gòu)件12為將以規(guī)定的單位長度劃分出的單元連結(jié)起來構(gòu)成的道路、橋梁、鐵路等的情況下，在車輛通過上述道路、橋梁、鐵路等中的接頭部分時對上述道路、橋梁、鐵路等所輸入的負荷。
而且，如圖3所示，第一振動系統(tǒng)14的共振頻率f1為比從振動構(gòu)件12向第一振動系統(tǒng)14輸入的振動的頻率f0的
而且，在本實施方式中，第一振動系統(tǒng)14的共振頻率f1和第二振動系統(tǒng)16的共振頻率f2被設(shè)定為大致相同的頻率。更具體地講，設(shè)定為：第二振動系統(tǒng)16的共振頻率f2處在第一振動系統(tǒng)14的共振頻率f1的0.9倍～1.1倍的范圍內(nèi)，從而，能夠使第二振動系統(tǒng)16在第一振動系統(tǒng)14的自激振動下能獲得足夠大的振動能級的頻域中產(chǎn)生共振現(xiàn)象。在本實施方式中，由于第一振動系統(tǒng)14的共振頻率f1被調(diào)諧在100hz左右，因此，理想的是，第二振動系統(tǒng)16的共振頻率f2能夠在90hz～110hz的范圍內(nèi)進行調(diào)諧。眾所周知，第二振動系統(tǒng)16的共振頻率f2能夠通過調(diào)節(jié)第二質(zhì)量體構(gòu)件38的質(zhì)量和第二彈簧構(gòu)件40的彈簧常數(shù)來進行設(shè)定。
除此之外，第二振動系統(tǒng)16中的第二質(zhì)量體構(gòu)件38的質(zhì)量為第一振動系統(tǒng)14中的第一質(zhì)量體構(gòu)件20的質(zhì)量的20％以下，與第一質(zhì)量體構(gòu)件20的質(zhì)量相比，第二質(zhì)量體構(gòu)件38的質(zhì)量較輕。另外，更優(yōu)選的是，第二質(zhì)量體構(gòu)件38的質(zhì)量為第一質(zhì)量體構(gòu)件20的質(zhì)量的5％以上，由此，易于將第二振動系統(tǒng)16的共振頻率調(diào)諧在較接近第一振動系統(tǒng)14的共振頻率的頻域。
在此，由于從振動構(gòu)件12向發(fā)電裝置10輸入的500hz的高頻振動能夠在相對于第一振動系統(tǒng)14的振動周期而言顯著較短的時間內(nèi)收斂，其中，該第一振動系統(tǒng)14已被調(diào)諧為比輸入振動的頻率足夠低的頻率，因此，該從振動構(gòu)件12向發(fā)電裝置10輸入的500hz的高頻振動針對第一振動系統(tǒng)14而言實質(zhì)上作為沖擊負荷發(fā)揮作用。由此，第一振動系統(tǒng)14能夠通過來自振動構(gòu)件12的輸入而產(chǎn)生自激振動，并使第一質(zhì)量體構(gòu)件20以共振狀態(tài)進行位移。而且，第一振動系統(tǒng)14的自激振動向第二振動系統(tǒng)16傳遞并輸入，從而能夠使第二振動系統(tǒng)16產(chǎn)生質(zhì)量體－彈簧共振，并能夠使安裝在第二振動系統(tǒng)16的第二彈簧構(gòu)件40的發(fā)電元件44在厚度方向上發(fā)生變形。其結(jié)果，能夠產(chǎn)生利用發(fā)電元件44的壓電轉(zhuǎn)換作用的正壓電效應將振動能轉(zhuǎn)換為電能的振動發(fā)電，并能夠通過電路46將所產(chǎn)生的振動發(fā)電供給到設(shè)備48。
而且，由于第一彈簧構(gòu)件22的損失系數(shù)為0.2以下這樣的足夠小的值，因此，能夠抑制向發(fā)電元件44輸入的振動能因第一彈簧構(gòu)件22彈性變形時產(chǎn)生的能量衰減作用而減小。因此，能夠像圖4所示的那樣，使得第一振動系統(tǒng)14針對一次輸入所產(chǎn)生的振動狀態(tài)相對于輸入時間持續(xù)得更長，從而能夠有效地向發(fā)電元件輸入振動能。另外，在本實施方式中，第二彈簧構(gòu)件40是由普通彈簧鋼形成的金屬彈簧，損失系數(shù)極小，因此，還能夠避免因第二彈簧構(gòu)件40的能量衰減作用導致振動能減小的情況發(fā)生，有益于向發(fā)電元件44輸入振動能。
如上所述，通過采用本發(fā)明的發(fā)電裝置10，即使在從振動構(gòu)件12向發(fā)電裝置10輸入的振動的頻率為難以與發(fā)電裝置10中的第一振動系統(tǒng)14的共振頻率和第二振動系統(tǒng)16的共振頻率一致的程度的高頻的情況等時，也能夠通過第一振動系統(tǒng)14的自激振動來使振動能有效地作用于發(fā)電元件44，從而能夠?qū)崿F(xiàn)足夠高效率的發(fā)電。特別是，在從振動構(gòu)件12向發(fā)電裝置10輸入的振動為間歇性地重復每次都能夠被視為沖擊負荷的短時間的輸入的振動的情況下，第一振動系統(tǒng)14針對各次輸入所產(chǎn)生的振動狀態(tài)會比輸入時間持續(xù)得足夠長，因此，能夠?qū)崿F(xiàn)優(yōu)異的發(fā)電效率。具體地講，例如一種這樣的情況：通行車輛會對上述的道路中的橋梁、高架橋中的接頭處等反復地作用沖擊負荷，在該沖擊負荷的作用下，因道路構(gòu)造體的較大的剛性，會間歇性地引起高頻振動，在該情況下，也能夠通過該高頻振動的輸入，有效地發(fā)揮基于發(fā)電裝置10的第二振動系統(tǒng)16的振動產(chǎn)生的發(fā)電作用。
而且，在本實施方式的發(fā)電裝置10中，設(shè)定為：第二振動系統(tǒng)16的共振頻率f2與第一振動系統(tǒng)14的共振頻率f1大致一致，從而，能夠使得第一振動系統(tǒng)14的自激振動通過第二振動系統(tǒng)16的共振被有效地放大。因而，能夠針對從第一振動系統(tǒng)14輸入的振動來獲得較大的第二振動系統(tǒng)16的振動倍率，從而能夠?qū)崿F(xiàn)較高的發(fā)電效率。
另外，隨著使第二振動系統(tǒng)16的共振頻率f2偏離第一振動系統(tǒng)14的共振頻率f1，會使第二振動系統(tǒng)16的振動倍率變小，因此，第二彈簧構(gòu)件40的變形量會變小。因而，為了避免因第二彈簧構(gòu)件40發(fā)生過大的變形導致的損壞從而確保耐久性，同時能夠充分確保發(fā)電效率，理想的是，適當?shù)貙Φ诙駝酉到y(tǒng)16的共振頻率f2與第一振動系統(tǒng)14的共振頻率f1之差進行調(diào)節(jié)。亦根據(jù)上述說明可知，在難以確保第二彈簧構(gòu)件40的耐久性的情況等時，也可以將第二振動系統(tǒng)16的共振頻率f2設(shè)定為偏離第一振動系統(tǒng)14的共振頻率f1的0.9倍～1.1倍的范圍的較高的頻率。而且，在發(fā)電量大于所需程度的情況等時，同樣地使第二振動系統(tǒng)16的共振頻率f2偏離第一振動系統(tǒng)14的共振頻率f1，從而減小向第二彈簧構(gòu)件40的輸入，能夠?qū)崿F(xiàn)第二彈簧構(gòu)件40的小型化等。
而且，第二振動系統(tǒng)16中的第二質(zhì)量體構(gòu)件38的質(zhì)量為第一振動系統(tǒng)14中的第一質(zhì)量體構(gòu)件20的質(zhì)量的20％以下，由此，能夠充分地降低自第二振動系統(tǒng)16帶給第一質(zhì)量體構(gòu)件20的減振效應。因此，不會發(fā)生第一振動系統(tǒng)14的自激振動因第二振動系統(tǒng)16減小的情況，而能夠使第一振動系統(tǒng)14產(chǎn)生足夠大的自激振動，從而能夠有效地向第二振動系統(tǒng)16的發(fā)電元件44輸入振動能。
圖5表示的是作為本發(fā)明的第二實施方式的發(fā)電裝置50。在發(fā)電裝置50中，構(gòu)成第一振動系統(tǒng)14的第一彈簧構(gòu)件52是壓縮彈簧。另外，在下面的說明中，對與第一實施方式實質(zhì)上相同的構(gòu)件和部位，在附圖中標注相同的附圖標記，并因此省略說明。
即，第一彈簧構(gòu)件52硫化粘接在構(gòu)成第一質(zhì)量體構(gòu)件20的下部質(zhì)量體24的底壁30的下表面，并且，該第一彈簧構(gòu)件52硫化粘接在與底壁30相對地配置的安裝構(gòu)件54，從而，第一彈簧構(gòu)件52將上述第一質(zhì)量體構(gòu)件20和安裝構(gòu)件54上下地彈性連結(jié)起來。該安裝構(gòu)件54利用螺栓固定于振動構(gòu)件12，由此，能夠?qū)⒌谝徽駝酉到y(tǒng)14安裝于振動構(gòu)件12，從而能夠?qū)l(fā)電裝置50安裝于振動構(gòu)件12。
在做成上述這樣的本實施方式的構(gòu)造的發(fā)電裝置50中，也能夠與第一實施方式的發(fā)電裝置10同樣地，使得從振動構(gòu)件12輸入的高頻振動通過第一振動系統(tǒng)14的自激振動被放大，并能夠持續(xù)某種程度的時間地向第二振動系統(tǒng)16傳遞，因此，能夠?qū)崿F(xiàn)高效率的發(fā)電。
而且，第一彈簧構(gòu)件52針對自振動構(gòu)件12輸入的振動，主要在壓縮方向和拉伸方向上發(fā)生變形，因此，與剪切變形占支配地位的情況相比，容易確保耐久性。
上面對本發(fā)明的實施方式詳細地進行了描述，但本發(fā)明不被該具體的描述所限定。例如，發(fā)電元件并不限定于上述實施方式所示的壓電元件，發(fā)電元件還能夠采用例如磁致伸縮元件等。
在上述實施方式中，例示了具有第一振動系統(tǒng)14和第二振動系統(tǒng)16的雙自由度振動系統(tǒng)，但是，對三自由度以上的多自由度振動系統(tǒng)而言，也能夠應用本發(fā)明。
而且，上述實施方式中例示的第一彈簧構(gòu)件22和第二彈簧構(gòu)件40均只是例示，例如，也可以將第一彈簧構(gòu)件22設(shè)為金屬彈簧，或也可以利用高分子彈性體構(gòu)成第二彈簧構(gòu)件40。
而且，未必限定于第二振動系統(tǒng)16被收容配置在第一質(zhì)量體構(gòu)件20的收容空間34的構(gòu)造，也可以是，第二振動系統(tǒng)16安裝在第一質(zhì)量體構(gòu)件20的外部。在該情況下，第一質(zhì)量體構(gòu)件20無需是空心構(gòu)造，通過將第一質(zhì)量體構(gòu)件20做成實心構(gòu)造，能確保所需的質(zhì)量體質(zhì)量的同時謀求結(jié)構(gòu)緊湊。
附圖標記說明
10、50、發(fā)電裝置；12、振動構(gòu)件；14、第一振動系統(tǒng)；16、第二振動系統(tǒng)；20、第一質(zhì)量體構(gòu)件；22、52、第一彈簧構(gòu)件；38、第二質(zhì)量體構(gòu)件；40、第二彈簧構(gòu)件；44、發(fā)電元件。
- 還沒有人留言評論。精彩留言會獲得點贊！