一种压电发电装置，能够通过增大发电元件的位移来获得大的发电量。压电发电装置（A）具备共振器（10），其在底座部件（11）上经由弹簧单元（12）支承有第一锤部件（13）；第二锤部件（23）；以及发电元件（20），其具有振动板（21），在该振动板（21）的主面粘贴有压电元件（22），振动板（21）的一端（21a）被固定于第一锤部件（13），在作为自由端的另一端安装有第二锤部件（23），该发电元件（20）能够在上下方向弯曲振动。第一锤部件（13）以与发电元件（20）的弯曲振动面垂直的轴为中心以规定的振动频率摆动。因此，与发电元件单体相比能够增大发电量。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】一种压电发电装置，能够通过增大发电元件的位移来获得大的发电量。压电发电装置（A）具备共振器（10），其在底座部件（11）上经由弹簧单元（12）支承有第一锤部件（13）；第二锤部件（23）；以及发电元件（20），其具有振动板（21），在该振动板（21）的主面粘贴有压电元件（22），振动板（21）的一端（21a）被固定于第一锤部件（13），在作为自由端的另一端安装有第二锤部件（23），该发电元件（20）能够在上下方向弯曲振动。第一锤部件（13）以与发电元件（20）的弯曲振动面垂直的轴为中心以规定的振动频率摆动。因此，与发电元件单体相比能够增大发电量。【专利说明】压电发电装置
本专利技术涉及利用压电效应来将机械能转换为电能，从而进行发电的压电发电装置。
技术介绍
以往，提出有各种利用压电效应进行发电的压电发电装置。在专利文献I中公开 有如图12所示的悬臂梁(Cantilever)结构的压电发电装置。该压电发电装置具备:发电元 件52，该发电元件52的一端被固定于框状的支承部件51，另一端为自由端；激振用锤53， 该激振用锤53被安装于发电兀件52的自由端。发电兀件52为在金属板52a的一主面粘 贴压电元件52b而成的单层压电片(unimorph)结构，整体形成为长方体形状。若对该压电 发电装置作用外部振动，则能够通过锤53的作用发电元件52被激振而自由振动，从而利用 压电兀件52b的压电效应使电荷产生。产生的电荷被从形成于压电兀件52b的正背面的电 荷收集电极取出。另外，例如有如利用了人行走时的振动、自行车、汽车的振动等的发电装置那样， 存在一种在较低频率的振动区域中所使用的发电装置。通过使发电元件的固有频率接近这 样的低频的外部振动，能够使发电元件大幅振动，从而能够增大发电量。压电元件的发电量 由构成压电元件的压电体的压电常量的平方和施加给压电体的应力的平方和压电体的体 积的积除以压电体的介电常数而得的值而被决定。若假定压电体的材料相同，则发电量W 如下式所示那样，与施加给压电体的应力O的平方和压电体的体积V的积成正比。W Oc O2XV因此，为了增大发电量W而增大施加给压电体的应力O和压电体的体积V这双方 是有效的，特别是应力O对发电量W影响比体积V大。为了使施加给压电体的应力0增 大而增大发电元件的位移量是有效的，但若如上述那样，在支承部件51仅以悬臂梁状支承 发电元件52，则发电元件的位移量不会变得太大。在专利文献2中公开有以悬臂梁状支承共振频率不同的多个发电元件而成的压 电发电装置。如图13所示，该压电发电装置具备:多个发电元件61?63，这些发电元件的 一端被固定于基部60,另一端为自由端；激振用锤64?66,这些激振用锤64?66被安装 于发电兀件61?63的自由端；各发电兀件61?63的长度各不相同。该压电发电装置是 即使外部振动的频率发生变动，也能在较宽的频率范围内进行发电的装置，但某个特定的 频率中的发电量不会变大。如图14所示，在专利文献3中公开有如下的压电发电装置，该压电发电装置具备: 旋臂梁结构的杠杆71，该杠杆71的一端被固定于金属角铁70，另一端为自由端；锤72，该 锤72被安装于杠杆71的自由端；以及层叠压电元件73，该层叠压电元件73与杠杆71的 中间部(作用点)连结。该压电发电装置利用杠杆原理将外力放大，从而增大施加给层叠压 电元件73的力，但对层叠压电元件73仅作用厚度方向的压缩荷重，所以压电元件自身的形 变量小，发电量并不会变得那么大。专利文献1:日本专利第3170965号公报专利文献2:日本特开平7 - 245970号公报专利文献3:日本特开平11 - 146663号公报
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出放大发电元件的位移，从而发电量较大的压电发电装置。为了实现上述目的，本专利技术提供一种压电发电装置，其特征在于具备:共振器，其在底座部件上经由弹簧单元支承有第一锤部件；第二锤部件；以及发电元件，其具有振动板，在该振动板的主面上粘贴有压电兀件，该振动板的一端被固定于第一锤部件，在作为自由端的另一端安装有第二锤部件，该发电元件能够在上下方向弯曲振动，第一锤部件将与发电元件的弯曲振动面垂直的轴作为中心以规定的振动频率摆动。优选第一锤部件基于施加至底座部件的外部振动来摆动，且发电元件与第一锤部件的摆动同步地弯曲振动。本专利技术的特征在于并不是将施加至底座部件的外部振动直接传递到发电元件，而是通过共振器放大外部振动的能量后再传递到发电元件这一点。特别是，共振器将上下方向的外部振动转换为以与发电兀件的弯曲振动面垂直的轴为中心的摆动运动，使第一锤部件摆动。第二锤部件与第一锤部件的摆动同步地上下振动，从而发电元件的弯曲振动被放大，与将底座部件上直接固定发电元件的情况相比，能够较大幅度地弯曲振动。其结果，施加至发电元件的弯曲应力增加，发电量增大。优选第一锤部件的质量比第二锤部件的质量大。若将第一锤部件的质量设为比第二锤部件的质量大，则第一锤部件具有比第二锤部件大的动能，所以能够有效地将第一锤部件的动能供给至发电元件的弯曲振动。其结果，能够进一步增大发电元件的位移量。也可以以比第一锤部件的重心靠近发电元件的自由端侧的方式来设定第一锤部件的摆动轴。第一锤部件的摆动轴也可以比第一锤部件的重心靠近发电元件的固定端侧或者自由端侧的任意一侧，但在位于发电元件的自由端侧的情况下，在支承发电元件的一端的第一锤部件的位置上下变化的同时，角度也发生变化，所以发电元件的固定端的角度变化与上下位移协同作用，发电元件的位移量进一步增加。换句话说，发电量增加。优选共振器的共振频率比包含第二锤部件的发电元件的共振频率低。本专利技术人们对将共振器与发电元件一体化形成的压电发电装置进行研究的结果，知道与使共振器与发电元件的两个共振系统的共振频率一致相比，降低共振器的共振频率使电压放大率以及功率放大率提高。因此，通过适当地设定共振器的弹簧单元的弹簧常数、第一锤部件、第二锤部件的质量等，能够放大发电元件的弯曲位移，从而使发电量增多。优选共振器的一次模式的共振频率n与包含第二锤部件的发电元件的共振频率 fa的比处于如下范围，0.4 ≤ fl/fa ≤ 0.95。共振器根据弹簧单元的构成具有一次模式~高次模式等多个共振模式，但所谓一次模式的共振频率是共振器的共振频率中最低的频率。一次模式的振动能量比高次模式的振动能量大。若如上述那样，将共振器的一次模式的共振频率设为比发电元件的共振频率低，则电压放大率以及功率放大率变大，特别是若将频率比fl/fa设定在0.4~0.95的范围内，则是最有效的。若频率比fl/fa小于0.4，则弹簧单元的弹簧常数过低，有恢复力不足而使电压放大率以及功率放大率从上述范围内降低的趋势。若频率比fl/fa高于0.95，则 弹簧单元的弹簧常数过高，有第一锤部件的摆动减小而使电压放大率以及功率放大率从上 述范围内降低的趋势。共振器的弹簧单元也可以由多个螺旋弹簧构成。螺旋弹簧是线性优良的弹簧，通 过使用多个螺旋弹簧，能够以使第一锤部件以水平轴为支点进行摆动的模式进行振动。如以上所述，根据本专利技术，通过共振器将外部振动转换为以与发电元件的弯曲振 动面垂直的轴为中心的摆动运动，第二锤部件与第一本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：坂口仁志，堀口睦弘，
申请(专利权)人：株式会社村田制作所，
类型：
国别省市：
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