振动发电元件及使用其的振动发电装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及振动发电元件，具有：基底衬底，其具有支承部和能够自由摆动地被该支承部支承的悬臂部；以及发电部，形成在悬臂部上，与该悬臂部的振动相应地产生交流电，其中，发电部具有第一压电转换部和第二压电转换部，该第一压电转换部和第二压电转换部相互并列设置在基底衬底的一表面侧上的与悬臂部重叠的部位，并具有：将第一压电转换部及第二压电转换部共用的下部电极电连接的共用电极；以及单独连接第一压电转换部及第二压电转换部的各自的上部电极的单独电极。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及将振动能量转换成电能的振动发电元件及使用其的振动发电装置。
技术介绍
近年，作为MEMS (Micro Electro Mechanical Systems)设备的一种，在各地正在研究开发将车的振动和由人的动作产生的振动等的任意振动弓I起的振动能量转换成电能的振动发电元件。作为这种振动发电元件，公知一种结构，例如，如图1OA所示，具有悬臂部(挠曲部)92b，一端部被固定在由Si构成的基底衬底91的支承部92a，另一端部与基底衬底91隔开空间地能够自由摆动地被支承；发电部93，形成在悬臂部92b上，与悬臂部92b的振动相应地产生交流电(例如，参照 Y. B. Jeon, et al，“MEMS powergenerator with transversemode thin film PZT^ , Sensors and Actuators A122, 16-22,2005)。在图10A所示的振动发电元件910中，悬臂部92b具有由SiO2或Si3N4构成的薄膜96 ;防止电荷从形成在该薄膜96上的发电部93扩散的防扩散层97 (这里为Zr02)。另外，防扩散层97上的发电部93由以下部件构成由PZT (Pb (Zr，Ti) O3)构成的压电层95 ;形成在压电层95的一表面侧的由Pt/Ti构成的一对电极94a、94b。此外，压电层95米用利用了变形方向和电场方向正交的d33模式的结构，一对电极94a、94b俯视观察时分别为梳子形状，并配置成隔开规定间隔地相互啮合的构造(参照图10B)。而且，在振动发电元件910中，在悬臂部92b的另一端部侧的表面上以使悬臂部92b的摆动变大的方式设置有锤部92c。 在振动发电元件910中，悬臂部92b因振动而摆动，由此，发电部93的压电层95沿与压电层95的厚度方向垂直的正交方向被极化(参照图10A中的箭头)，能够将产生的电力从一对电极94a、94b向外部输出。然而，上述文献记载的振动发电元件910是通过悬臂部92b的摆动而使发电部93发电。由此，从振动发电兀件910的一对电极94a、94b输出的电力是伴随悬臂部92b的摆动，产生极性反转的交流电。而与振动发电元件910的一对电极94a、94b连接的负载一般来说假定为小型电子部件或LSI等的需要直流电的部件。由此，在上述文献中，为能够使从振动发电元件910输出的交流电成为直流电，使用上述振动发电元件910构成了图10C所示的振动发电装置920。在振动发电装置920中，将振动发电元件910的输出与单相全波整流电路部(单相桥式整流电路)即整流器Dl的输出并联地与电容器Cs连接。负载&被连接在电容器Cs的两端之间。由此,振动发电装置920能够将振动发电元件910的输出从交流电整流成直流电，并输出到与一对电极94a、94b连接的负载&侧。此外，在图10C的振动发电装置920中，振动发电元件910用交流电源Ip、与交流电源Ip并联连接的电容器Cp、与电容器Cp并联连接的电阻Rp的等效电路表不。但是,从上述振动发电兀件910输出的发生电力一般来说小到微瓦[yW]程度。振动发电装置920将从振动发电元件910输出的电流通过单相全波整流电路部即整流器Dl进行整流时，由构成整流器Dl的二极管的pn结处的电压降低导致的损失带来大幅影响。尤其，在图1OC所示的振动发电装置920中，将振动发电元件910的输出从交流电整流成直流电时，通过单相全波整流电路部即整流器Dl的两个二极管而输出来自振动发电元件910的电流。由此，在使用了上述振动发电元件910的振动发电装置920中，存在发电效率变低的问题。振动发电元件910谋求更小型且输出高的结构，单纯地增大振动发电元件910的压电层95的面积来提高输出的结构是困难的。因此，仅采用上述振动发电元件910、振动发电装置920的结构是不充分的，谋求进一步的改良。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的是提供能够使输出电力更高且实现小型化的振动发电元件及使用其的振动发电装置。本专利技术的振动发电元件具有基底衬底，其具有支承部和能够自由摆动地被该支承部支承的悬臂部；以及发电部，形成在所述悬臂部上，与该悬臂部的振动相应地产生交流电，其特征在于，所述发电部具有第一压电转换部和第二压电转换部，该第一压电转换部和第二压电转换部相互并列设置在所述基底衬底的一表面侧上的与所述悬臂部重叠的部位，所述第一压电转换部及所述第二压电转换部分别具有所述悬臂部侧的下部电极；形成在该下部电极的与所述悬臂部侧相反的一侧的压电层；以及形成在该压电层的与所述下部电极侧相反的一侧的上部电极，在所述基底衬底的所述一表面侧具有将所述第一压电转换部的所述上部电极或所述下部电极的任意一方、和所述第二压电转换部的所述上部电极或所述下部电极的任意一方电连接的共用电极；以及单独连接所述第一压电转换部及所述第二压电转换部的各自的另一方的所述上部电极或所述下部电极的单独电极。因此，振动发电元件具有能够使输出电力更高且实现小型化的效果。在该振动发电元件中，优选地，所述第一压电转换部的所述上部电极和所述第二压电转换部的所述上部电极作为在空间上分离的两个电极形成，所述第一压电转换部的所述下部电极和所述第二压电转换部的所述下部电极作为共用的一个电极形成。在该振动发电元件中，优选地，所述第一压电转换部的所述上部电极和所述第二压电转换部的所述上部电极作为共用的一个电极形成，所述第一压电转换部的所述下部电极和所述第二压电转换部的所述下部电极作为在空间上分离的两个电极形成。在该振动发电元件中，优选地，所述第一压电转换部和所述第二压电转换部被配置在所述悬臂部的摆动方向上应变量相同的对称的位置。在该振动发电元件中，优选地，所述悬臂部以从所述支承部能够自由摆动地伸出的方式形成，所述第一压电转换部及所述第二压电转换部沿相对于所述悬臂部的伸出方向垂直的方向并列设置。在该振动发电元件中，优选地，所述第一压电转换部的所述压电层和所述第二压电转换部的所述压电层在空间上分离。本专利技术的振动发电装置具有上述振动发电元件；二相全波整流电路部，对从该振动发电元件的所述共用电极及所述各单独电极输出的二相交流电进行整流。因此，振动发电装置具有能够使输出电力更高且实现小型化的效果。附图说明更详细地说明本专利技术的优选实施方式。本专利技术的其他特征及优点通过以下的详细说明及附图能够更好地理解。图1A是实施方式I的振动发电元件的概要俯视图。图1B是沿图1A的X-X线的概要剖视图。图2是使用了实施方式I的振动发电元件的振动发电装置的电路图。图3A是说明实施方式I的振动发电元件的制造方法的主要工序图。图3B是说明实施方式I的振动发电元件的制造方法的主要工序图。图3C是说明实施方式I的振动发电元件的制造方法的主要工序图。图4A是说明实施方式I的振动发电元件的制造方法的主要工序图。图4B是说明实施方式I的振动发电元件的制造方法的主要工序图。图4C是说明实施方式I的振动发电元件的制造方法的主要工序图。图5A是说明实施方式I的振动发电元件的制造方法的主要工序图。图5B是说明实施方式I的振动发电元件的制造方法的主要工序图。图5C是说明实施方式I的振动发电元件的制造方法的主要工序图。图6A是说明实施方式I的振动本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.08.25 JP 2010-1886301.一种振动发电元件，具有基底衬底，其具有支承部和能够自由摆动地被该支承部支承的悬臂部；以及发电部，形成在所述悬臂部上，与该悬臂部的振动相应地产生交流电，其特征在于， 所述发电部具有第一压电转换部和第二压电转换部，该第一压电转换部和第二压电转换部相互并列设置在所述基底衬底的一表面侧上的与所述悬臂部重叠的部位， 所述第一压电转换部及所述第二压电转换部分别具有所述悬臂部侧的下部电极；形成在该下部电极的与所述悬臂部侧相反的一侧的压电层；以及形成在该压电层的与所述下部电极侧相反的一侧的上部电极， 在所述基底衬底的所述一表面侧具有将所述第一压电转换部的所述上部电极或所述下部电极的任意一方、和所述第二压电转换部的所述上部电极或所述下部电极的任意一方电连接的共用电极；以及单独连接所述第一压电转换部及所述第二压电转换部的各自的另一方的所述上部电极或所述下部电极的单独电极。2.如权利要求1所述的振动发电元件，其特征在于， 所述第一压电转换部的所述上部电极和所述第二压电转换部的所述上部电极作为在空间...

【专利技术属性】
技术研发人员：山内规裕，小川纯矢，松岛朝明，相泽浩一，
申请(专利权)人：松下电器产业株式会社，
类型：
国别省市：