JP2004364363A

JP2004364363A - Generator

Info

Publication number: JP2004364363A
Application number: JP2003157005A
Authority: JP
Inventors: Junji Yamato; 淳司大和
Original assignee: Sankyo Seiki Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Nidec Sankyo Corp
Priority date: 2003-06-02
Filing date: 2003-06-02
Publication date: 2004-12-24

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a generator capable of enhancing power generation efficiency by blowing at a piezoelectric element from a substantially perpendicular direction even if the generator is arranged to blow the piezoelectric element utilizing the rotational movement of a rotary member caused by an external force. <P>SOLUTION: In the generator 1, a wheel train 9 connected systematically with a shaft 8, a rotary disc 6 connected systematically with the shaft 8 through the gear train 9, and reciprocal slider cranks 11 and 12 for converting rotational movement of the rotary disc 6 into linear reciprocal movement in the horizontal direction are arranged in a case 2. Blowing pieces 510 and 520 are formed at the forward end of sliders 51 and 52 in the reciprocal slider crank mechanisms 11 and 12, and a first piezoelectric element 31 and a second piezoelectric element 32 are arranged vertically such that the faces 310 and 320 to be blown face the first blow piece 510 and the second blow piece 520, respectively. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電素子を利用した発電装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
外力によって発電を行う発電装置としては、例えば、外力によって打撃体を回転させて圧電素子を打撃するものが案出されている（例えば、特許文献１参照）。ここに開示されている発電装置は、図７に示すように、円筒状のケース１０２の内周面に沿って複数の圧電素子１０３が配置されており、入力軸１０５が外力により回転することにより、打撃体１０４が圧電素子１０３を打撃して発電するように構成されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−２６２５８４号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図７に示す発電装置では、圧電素子１０３に対する打撃体１０４の打撃方向が圧電素子１０３の被打撃面に対して斜め方向であるため、打撃力が小さく、発電効率が低いという問題がある。
【０００５】
以上の問題を鑑みて、本発明の課題は、外力による回転部材の回転運動を利用して圧電素子を打撃する構成であっても、圧電素子を略垂直方向から打撃して発電効率を向上可能な発電装置を提案することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の発電装置では、外力により回転する回転部材と、該回転部材の回転を往復直線運動に変換する回転直動変換機構と、該回転直動変換機構によって往復直線運動を行う衝撃子と、該衝撃子によって被打撃面が略垂直方向から打撃される圧電素子とを有することを特徴とする。
【０００７】
本発明において、回転部材の回転は、回転直動変換機構によって往復直線運動に変換されて衝撃子に伝達され、衝撃子は、圧電素子の被打撃面を略垂直方向から打撃する。このため、圧電素子に大きな衝撃力を付与することができるので、発電効率を向上することができる。また、衝撃子が圧電素子の被打撃面を略垂直方向から打撃すると、その反力は衝撃子を反転させる力として作用する。従って、衝撃子を効率よく往復直線運動させることができる。
【０００８】
本発明において、前記回転部材は、慣性板として構成されていることが好ましい。このように構成すると、外力の印加を停止した以降も回転部材が回転し続けるので、衝撃子は、圧電素子に対する打撃を繰り返す。それ故、発電効率を向上することができる。
【０００９】
本発明において、前記衝撃子、および前記圧電素子が複数組、構成されていることが好ましい。このように構成すると、打撃体が圧電素子を打撃する回数が増えるので、発電効率が向上する。
【００１０】
本発明においては、例えば、前記複数の衝撃子は、前記圧電素子を異なるタイミングで打撃する。このように構成すると、各圧電素子で発電が交互に行われるので、任意のパターンで発電を行うことができる。
【００１１】
本発明においては、前記複数の衝撃子は、前記圧電素子を同一のタイミングで打撃する構成であってもよい。このように構成すると、各圧電素子で同時に発電することができるので、出力を増大することができる。
【００１２】
本発明において、前記回転直動変換機構は、往復スライダクランク機構であることが好ましい。往復スラダクランク機構によれば、衝撃子のストロークを大きくすることも容易である。
【００１３】
本発明において、前記往復スライダクランク機構、前記衝撃子、および前記圧電素子が複数組、構成され、当該複数の往復スライダクランク機構には、前記回転部材に対して該回転部材の中心からずれた位置に連接棒の基端側が連結されて当該回転部材をクランクとして用いた往復スライダクランク機構が含まれていることが好ましい。このように構成すると、少ない部品で発電装置を構成することができる。
【００１４】
本発明において、前記往復スライダクランク機構が複数組、構成され、当該複数の往復スライダクランク機構には、連接棒の基端側の連結箇所が複数、異なる位置に形成されたクランク部材を用いた往復スライダクランク機構が含まれていることが好ましい。このように構成すると、複数の連結個所のいずれの位置に連接棒を接続するかによって、衝撃子が往復するときのタイミングやストロークを容易に変更することができる。
【００１５】
ここで、クランク部材については円盤状のものを用いることが好ましい。このように構成すると、その外周面で板状部材を回転可能に支持する構造などを採用することができる。また、棒材を用いた場合と比較して構造が簡素であるため、部品コストを低減することができる。さらに、部品精度や剛性の高いクランクを構成できるという利点もある。
【００１６】
本発明において、前記回転直動変換機構は、カム機構であってもよい。カム機構であれば、少ない部品で回転直動変換機構を構成することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して、本発明を適用した発電装置の実施の形態を説明する。
【００１８】
［実施の形態１］
（全体構成）
図１（ａ）、（ｂ）は、本発明の実施の形態１に係る発電装置の概略斜視図、およびその分解斜視図である。
【００１９】
図１（ａ）、（ｂ）に示すように、本形態の発電装置１は、ボックス状のケース２から支軸８の一方の端部が突出した構造になっており、ケース２の内部には、支軸８の他方側の端部に機構的に接続された輪列９と、この輪列９を介して支軸８に機構的に接続された回転板６（回転部材）と、この回転板６の回転運動を水平方向の往復直線運動に変換する第１の往復スライダクランク機構１１、および第２の往復スライダクランク機構１２（回転直動変換機構）とが構成されている。
【００２０】
第１の往復スライダクランク機構１１の第１のスライダ５１は、先端部分に第１の衝撃子５１０が構成されており、この第１の衝撃子５１０の上死点のやや手前位置に第１の圧電素子３１が配置されている。また、第２の往復スライダクランク機構１２の第２のスライダ５２も、先端部分に第２の衝撃子５２０が構成されており、この第２の衝撃子５２０の上死点のやや手前位置に第２の圧電素子３２が配置されている。ここで、第１の圧電素子３１、および第２の圧電素子３２はそれぞれ、第１の衝撃子５１０、および第２の衝撃子５２０に被打撃面３１０、３２０が対向するように垂直に配置されている。
【００２１】
（各要素の詳細説明）
本形態の発電装置１において、支軸８は、ケース２に対して回転可能に支持されており、支軸８のケース２内に位置する他方側端部には、輪列９の第１の歯車９１が取り付けられている。輪列９は、第１の歯車９１、この第１の歯車９１に噛み合う増速用の第２の歯車９２、およびこの第２の歯車９２に噛み合う第３の歯車９３から構成されており、第３の歯車９３の回転軸９３０は、回転板６の中心に連結されている。ここで、輪列９は、支軸８から回転板６に向けては増速輪列になっており、逆に回転板６から支軸８に向けては減速輪列を構成していることになる。
【００２２】
本形態において、回転板６は慣性板として構成されている。また、回転板６は、第１の往復スライダクランク機構１１、および第２の往復スライダクランク機構１２の共通のクランクとして用いられている。すなわち、第１の往復スライダクランク機構１１は、回転板６の回転中心６０（回転軸９３０の連結位置）からずれた位置のピン６１が基端側の連結穴７１６に回転可能に挿入された第１の連接棒７１と、この第１の連接棒７１から突出するピン７１１に回転可能に支持された第１のスライダ５１と、この第１のスライダ５１に直線運動を行わせるための第１のガイド機構６１とを備えている。また、第２の往復スライダクランク機構１２も、同じく、回転板６の回転中心６０からずれた位置のピン６１が基端側の連結穴７２６に回転可能に挿入された第２の連接棒７２と、この第２の連接棒７２から突出するピン７２１に回転可能に支持された第２のスライダ５２と、この第２のスライダ５２に直線運動を行わせるための第２のガイド機構６２とを備えている。
【００２３】
本形態において、第１のスライダ５１および第２のスライダ５２は各々、上面および下面にリブ状の突起５１５、５２５を備えており、第１のガイド機構６１、および第２のガイド機構６２は各々、第１のスライダ５１、および第２のスライダ５２の一対の突起５１５、５２５が各々嵌る溝６３０、６４０が形成された上ガイド板６３、および下ガイド板６４を備えている。
【００２４】
ここで、第１のガイド機構６１、および第２のガイド機構６２は各々、回転板６を間に挟んで反対側に配置されているので、回転板６が回転したとき、第１のスライダ５１、および第２のスライダ５２は各々、回転板６を間に挟んだ位置で往復直線運動を行う。このため、第１のスライダ５１に構成されている第１の衝撃子５１０が第１の圧電素子３１を打撃する動作と、第２のスライダ５２に構成されている第２の衝撃子５２０が第２の圧電素子３２を打撃する動作は、位相が１８０°ずれたタイミングで行われる。
【００２５】
（動作）
このように構成した発電装置１は、例えば、支軸８を窓やドアなどの対象に取り付けておき、対象が動いた際、それを外力として支軸８に対してケース２が揺動し、その動きが輪列９を介して回転板６に増速して伝達されることにより発電を行う。また、ケース２を固定しておき、支軸８が外力で回転させられた場合でも、その動きが輪列９を介して回転板６に増速して伝達されることにより発電を行う。すなわち、これらいずれの場合でも、回転板６が回転すると、まず、その回転中心６０からずれた位置でピン６１が回転する。その結果、第１の往復スライダクランク機構１１では、ピン６１の回転運動が第１の連接棒７１を介して第１のスライダ５１に伝達される結果、第１のスライダ５１は、第１のガイド機構６１に案内されて往復直線運動を行う。このため、第１のスライダ５１に構成されている第１の衝撃子５１０は、その上死点の手前位置で第１の圧電素子３１の被打撃面３１０を垂直方向から打撃した後、後退する。
【００２６】
また、回転板６が回転すると、第２の往復スライダクランク機構１２では、ピン６１の回転運動が第２の連接棒７２を介して第２のスライダ５２に伝達される結果、第１の往復スライダクランク機構１１と位相が１８０°ずれて、第２のスライダ５２は、第２のガイド機構６２に案内されて往復直線運動を行う。このため、第２のスライダ５２に構成されている第２の衝撃子５２０は、その上死点の手前位置で第２の圧電素子３２の被打撃面３２０を垂直方向から打撃した後、後退する。
【００２７】
ここで、回転板６は、慣性板として構成されているので、外力の印加が停止した以降も回転し続けるので、第１のスライダ５１および第２のスライダ５２の往復直線運動が繰り返される結果、第１の衝撃子５１０による第１の圧電素子３１の打撃、および第２の衝撃子５２０による第２の圧電素子３２の打撃が繰り返されることになる。
【００２８】
このような動作が行われる間、第１の衝撃子５１０による第１の圧電素子３１の打撃、および第２の衝撃子５２０による第２の圧電素子３２の打撃により発生した電力は、出力端子（図示せず）を介して制御用基板（図示せず）に供給され、制御用基板で調整が行われた後、発電装置１の外側に配置されている外部装置（図示せず）に出力される。
【００２９】
（本形態の効果）
以上説明したように、本形態では、外力による回転板６の回転が第１の往復スライダクランク機構１１、および第２の往復スライダクランク機構１２によって往復直線運動に変換されて第１の衝撃子５１０および第２の衝撃子５２０に伝達され、第１の衝撃子５１０および第２の衝撃子５２０は、第１の圧電素子３１の被打撃面３１０、および第２の圧電素子３２の被打撃面３２０を略垂直方向から打撃する。このため、斜め方向から打撃した場合と比較して、第１の圧電素子３１、および第２の圧電素子３２に大きな衝撃力を付与することができ、かつ、第１の衝撃子５１０および第２の衝撃子５２０のストロークを大きくとれるので、発電効率を向上することができる。
【００３０】
また、第１の圧電素子３１、および第２の圧電素子３２は、第１の衝撃子５１０、および第２の衝撃子５２０の上死点の手前付近に配置されているので、打撃時の衝撃で回転板６が停止することがない。しかも、第１の衝撃子５１０および第２の衝撃子５２０は、第１の圧電素子３１の被打撃面３１０、および第２の圧電素子３２の被打撃面３２０を略垂直方向から打撃するため、打撃時の反力は第１の衝撃子５１０および第２の衝撃子５２０を反転させる力として作用する。従って、第１の衝撃子５１０および第２の衝撃子５２０を効率よく往復直線運動させることができる。
【００３１】
また、往復スライダクランク機構が２組、構成されているので、発電効率が高い。しかも、第１の衝撃子５１０および第２の衝撃子５２０は、第１の圧電素子３１、および第２の圧電素子３２を異なるタイミングで打撃するので、小刻みな発電を行うことができる。
【００３２】
さらに、回転板６が慣性板として構成されているため、外力の印加が停止した以降も回転板６が回転し続けるので、第１の衝撃子５１０、および第２の衝撃子５２０は、第１の圧電素子３１、および第２の圧電素子３２への打撃を繰り返す。それ故、発電効率を向上させることができる。
【００３３】
さらにまた、第１の往復スライダクランク機構１１、および第２の往復スライダクランク機構１２は、いずれも回転板６をクランクとして用いたため、少ない部品で発電装置１を構成することができる。
【００３４】
よって、本形態の発電装置１は、電源をもたない発信機器として使用することができる。例えば、外部侵入者が窓を開けたときにその外力が駆動源として回転板６を回転させれば、発電装置１で得られた電力をトリガーにして発信装置の起動や監視センターへの通報などを行う機器として利用できる。また、発電装置１で得た電力で異常を放置するためのＬＥＤを点灯させてもよい。
【００３５】
［実施の形態２］
図２（ａ）、（ｂ）は、本発明の実施の形態２に係る発電装置の概略斜視図、およびその分解斜視図である。なお、以下に説明する実施の形態２、３、４に係る発電装置１は、基本的な構成が実施の形態１と同様であるため、共通する部分には、同一の符号を付して図示することにして、それらの説明を省略する。
【００３６】
図２（ａ）、（ｂ）に示すように、本形態の発電装置１も、実施の形態１と同様、ボックス状のケース２から支軸８の一方の端部が突出した構造になっており、ケース２の内部には、支軸８の他方側の端部に機構的に接続された輪列９と、この輪列９を介して支軸８に機構的に接続された慣性板からなる回転板６と、この回転板６の回転運動を水平方向の往復直線運動に変換する第１の往復スライダクランク機構１１、および第２の往復スライダクランク機構１２とが構成されている。
【００３７】
本形態においては、実施の形態１と違って、第２の往復スライダクランク機構１２には、クランク部材４１が用いられている。このクランク部材４１は、回転中心軸４２から各々反対側に第１のアーム４５、および第２のアーム４６が延びており、回転中心軸４２は、この回転中心軸４２を回転可能に上下から支持する半円形の穴４３１、４４１を備えた上軸受け板４３および下軸受け板４４によって支持されている。また、第２の往復スライダクランク機構１２において、クランク部材４１は、第１のアーム４５の端部から後方に突き出たピン４５０が、回転板６の回転中心６０からずれた位置の連結穴６２に回転可能に挿入されている一方、第２のアーム４６の端部に形成されているピン４６０は、第２の連接棒７２の基端側に形成された連結穴７２５に回転可能に挿入されている。なお、第２の連接棒７２の先端には、そこから後方に突出するピン７２２に第２のスライダ５２が回転可能に支持され、かつ、第２のスライダ５２には、第２のスライダ５２を直線運動を行わせるための第２のガイド機構６２が構成されている。
【００３８】
これに対して、第１の往復スライダクランク機構１１では、回転板６がクランクとして用いられている。すなわち、第１の往復スライダクランク機構１１では、回転板６の回転中心６０からずれた位置の連結穴６２に嵌るピン４５０が第１の連接棒７１の基端側に形成された連結穴７１６を回転可能に貫通している。なお、第１の連接棒７１の先端には、そこから前方に突出するピン７１１に第１のスライダ５１が回転可能に支持され、かつ、第１のスライダ５１には、第１のスライダ５１を直線運動を行わせるための第１のガイド機構６１が構成されている。
【００３９】
このように構成した発電装置１では、実施の形態１と同様、外力によって回転板６が回転すると、その回転中心６０からずれた位置でピン４５０が回転する。その結果、第１の往復スライダクランク機構１１では、ピン４５０の回転運動が第１の連接棒７１を介して第１のスライダ５１に伝達される結果、第１のスライダ５１は、第１のガイド機構６１に案内されて往復直線運動を行う。このため、第１のスライダ５１に構成されている第１の衝撃子５１０は、その上死点の手前位置で第１の圧電素子３１の被打撃面３１０を垂直方向から打撃した後、後退する。
【００４０】
これに対して、第２の往復スライダクランク機構１２では、ピン４５０の回転運動でクランク部材４１が回転中心軸４２周りに回転し、ピン４６０の回転が第２の連接棒７２を介して第２のスライダ５２に伝達される結果、第１の往復スライダクランク機構１１と同じタイミングで、第２のスライダ５２は、第２のガイド機構６２に案内されて往復直線運動を行う。このため、第２のスライダ５２に構成されている第２の衝撃子５２０は、その上死点の手前位置で第２の圧電素子３２の被打撃面３２０を垂直方向から打撃した後、後退する。
【００４１】
このように本形態でも、外力による回転板６の回転は、第１の往復スライダクランク機構１１、および第２の往復スライダクランク機構１２によって往復直線運動に変換されて第１の衝撃子５１０および第２の衝撃子５２０に伝達され、第１の衝撃子５１０および第２の衝撃子５２０は、第１の圧電素子３１の被打撃面３１０、および第２の圧電素子３２の被打撃面３２０を略垂直方向から打撃するため、発電効率を向上することができるなど、実施の形態１と同様な効果を奏する。
【００４２】
また、本形態では、クランク部材４１によって、第１の圧電素子３１、および第２の圧電素子３２が打撃するタイミングを一致させたため、大きな発電を定期的に行うことができる。
【００４３】
なお、本形態では、クランク部材４１において、第１のアーム４５、および第２のアーム４６が回転中心軸４２から各々反対側に延びて１８０°の角度をなしているため、第１の圧電素子３１、および第２の圧電素子３２が打撃するタイミングが一致している構成であったが、図３に示すように、第１のアーム４５、および第２のアーム４６がなす角度を、例えば９０°（あるいは２７０°）に設定すれば、第１の圧電素子３１、および第２の圧電素子３２が打撃するタイミングの位相を９０°あるいは２７０°ずらすことができるなど、第１のアーム４５、および第２のアーム４６がなす角度を変えることにより、発電のパターンを任意に変えることができる。
【００４４】
［実施の形態３］
図４（ａ）、（ｂ）は、本発明の実施の形態３に係る発電装置の概略斜視図、およびその分解斜視図である。
【００４５】
図４（ａ）、（ｂ）に示すように、本形態の発電装置１も、実施の形態１と同様、ボックス状のケース２から支軸８の一方の端部が突出した構造になっており、ケース２の内部には、支軸８の他方側の端部に機構的に接続された輪列９と、この輪列９を介して支軸８に機構的に接続された慣性板からなる回転板６と、この回転板６の回転運動を水平方向の往復直線運動に変換する第１の往復スライダクランク機構１１、および第２の往復スライダクランク機構１２とが構成されている。
【００４６】
本形態においては、回転板６は、第１の往復スライダクランク機構１１の共通のクランクとして用いられている。すなわち、第１の往復スライダクランク機構１１は、回転板６の回転中心からずれた位置のピン６１が基端側の連結穴７１６に回転可能に挿入された第１の連接棒７１と、この第１の連接棒７１から突出するピン７１１に回転可能に支持された第１のスライダ５１と、この第１のスライダ５１に直線運動を行わせるための第１のガイド機構６１とを備えている。
【００４７】
これに対して、第２の往復スライダクランク機構１２には、円盤状のクランク部材８１が用いられている。このクランク部材８１は、回転中心８０の周りに複数の連結穴８２が等角度間隔に形成されており、クランク部材８１は、その外周縁を回転可能に上下から支持する円弧状の支持溝１７を備えた上受け板１５および下受け板１６によって支持されている。
【００４８】
ここで、クランク部材８１では、回転板６のピン６１が、第１の連接棒７１の連結穴７１６を貫通してクランク部材８１の連結穴８２の一つに回転可能に嵌っている一方、この連結穴８２に対して点対称位置にある別の連結穴８２には、第２の連接棒７２の基端側に形成されているピン７２６が回転可能に挿入されている。従って、第１の連接棒７１と第２の連接棒７２とは、クランク部材８１の回転中心８０に対して反対側で連結し、第１の連接棒７１のクランク部材８１への連結位置、クランク部材８１の回転中心８０、および第２の連接棒７２のクランク部材８１への連結位置は１８０°の角度をなしている。なお、第２の連接棒７２の先端には、そこから突出するピン７２２に第２のスライダ５２が回転可能に支持され、かつ、第２のスライダ５２には、第２のスライダ５２を直線運動を行わせるための第２のガイド機構６２が構成されている。
【００４９】
また、本形態では、クランク部材８１を回転可能に支持する上受け板１５および下受け板１６を利用して第１のガイド機構６１、および第２のガイド機構６２が構成されている。すなわち、上受け板１５および下受け板１６には、クランク部材８１を支持する中央部分から両側に、第１のスライダ５１、および第２のスライダ５２の一対の突起５１５、５１６が各々嵌る溝６３０、６４０が形成された上ガイド部６６、および下ガイド部６７が延びている。
【００５０】
このように構成した発電装置１では、実施の形態１と同様、外力によって回転板６が回転すると、その回転中心からずれた位置でピン６１が回転する。その結果、第１の往復スライダクランク機構１１では、ピン６１の回転運動が第１の連接棒７１を介して第１のスライダ５１に伝達される結果、第１のスライダ５１は、第１のガイド機構６１に案内されて往復直線運動を行う。その結果、第１のスライダ５１に構成されている第１の衝撃子５１０は、その上死点の手前位置で第１の圧電素子３１の被打撃面３１０を垂直方向から打撃した後、後退する。
【００５１】
これに対して、第２の往復スライダクランク機構１２では、ピン６１の回転運動でクランク部材８１がその位置で周方向に回転し、このクランク部材８１の回転が第２の連接棒７２を介して第２のスライダ５２に伝達される結果、第１の往復スライダクランク機構１１と同じタイミングで、第２のスライダ５２は、第２のガイド機構６２に案内されて往復直線運動を行う。その結果、第２のスライダ５２に構成されている第２の衝撃子５２０は、その上死点の手前位置で第２の圧電素子３２の被打撃面３２０を垂直方向から打撃した後、後退する。
【００５２】
このように本形態でも、回転板６の回転は、第１の往復スライダクランク機構１１、および第２の往復スライダクランク機構１２によって往復直線運動に変換されて第１の衝撃子５１０および第２の衝撃子５２０に伝達され、第１の衝撃子５１０および第２の衝撃子５２０は、第１の圧電素子３１の被打撃面３１０、および第２の圧電素子３２の被打撃面３２０を略垂直方向から打撃するため、発電効率を向上することができるなど、実施の形態１と同様な効果を奏する。
【００５３】
また、本形態では、クランク部材８１によって、第１の圧電素子３１、および第２の圧電素子３２が打撃するタイミングを一致させたため、大きな発電を定期的に行うことができる。しかも、本形態では、クランク部材８１として、連結穴８２が複数、異なる位置に形成された円盤部材を用いたため、複数の連結穴８２のいずれの位置に第２の連接棒７２を接続するか、あるいはピン６１を接続するかによって、第２の衝撃子５２０が往復するときのタイミングを容易に変更することができる。また、円盤状のクランク部材８１であれば、棒材を用いた場合と比較して構造が簡素であるため、部品コストを低減することができるとともに、部品精度や剛性の高いクランクを構成できるという利点もある。さらに、クランク部材８１が円盤部材であるため、その外周部分を回転可能に支持すればよく、軸部分を支持する場合と比較して支持部分の強度が高いという利点がある。
【００５４】
なお、本形態では、第１の連接棒７１のクランク部材８１への連結位置、クランク部材８１の回転中心８０、および第２の連接棒７２のクランク部材８１への連結位置が１８０°の角度をなしているため、第１の圧電素子３１、および第２の圧電素子３２が打撃するタイミングが一致している構成であったが、図５に示すように、第１の連接棒７１のクランク部材８１への連結位置、クランク部材８１の回転中心、および第２の連接棒７２のクランク部材８１への連結位置がなす角度を９０°（あるいは２７０°）に設定すれば、第１の圧電素子３１、および第２の圧電素子３２が打撃するタイミングの位相を９０°あるいは２７０°ずらすことができるなど、発電のパターンを任意に変えることができる。
【００５５】
［実施の形態４］
図６（ａ）、（ｂ）は、本発明の実施の形態４に係る発電装置の概略斜視図、およびその分解斜視図である。
【００５６】
図６（ａ）、（ｂ）に示すように、本形態の発電装置１は、長方形のベースプレート２１の表面に構成されており、外力により矢印Ｌで示す方向に変位する作動軸８Ａと、この作動軸８Ａに機構的に連結された歯車部材９４と、この歯車部材９４に同軸状に連結された回転板６と、この回転板６の回転運動を水平方向の往復直線運動に変換する往復カム機構８３（回転直動変換機構）とを有している。
【００５７】
往復カム機構８３は、ハート型カム８４と、このカムに対する従動部材としてのスライダ５４とを有している。
【００５８】
スライダ５４には、一方の端部に円柱状の衝撃子５４０が構成され、この衝撃子５４０の上死点のやや手前位置に圧電素子３３が配置されている。圧電素子３３は、ベースプレート２１に固定されたＬ字型プレート２２の垂直面２２１に取り付けられており、衝撃子５４０に被打撃面３３０が対向するように垂直に配置されている。
【００５９】
本形態の発電装置１において、作動軸８Ａの一方の端部８６は、ベースプレート２１上のガイド部材２３のガイド穴２３１から突出している。これに対して、作動軸８Ａの他方の端部は細径部８７になっており、この細径部８７は、ベースプレート２１上の受け部材２４の受け部２４１に嵌って軸線方向（矢印ＬおよびＲで示す方向）に移動可能に支持されている。また、細径部８７の周りにはコイルばね９０が装着されており、このコイルばね９０は、作動軸８Ａの長さ方向の略中央位置に形成された第１の段部８８と受け部材２４との間に保持されている。この状態で、作動軸８Ａは、コイルばね９０によって矢印Ｒで示す方向に付勢されているが、作動軸８Ａに形成されている第２の段部８９がガイド部材２３のガイド穴２３１の開口縁に当接し、作動軸８Ａがガイド部材２３のガイド穴２３１から抜け出ることはない。
【００６０】
ここで、作動軸８Ａの長さ方向における所定の範囲にはラック９５が形成されており、ラック９５は、歯車部材９４の一方側端面に形成されたピニオン９４１と噛み合っている。但し、作動軸８Ａの第２の段部８９がガイド部材２３のガイド穴２３１の開口縁に当接している待機位置にあるときには、ラック９５とピニオン９４１の噛合が解除され、作動軸８Ａが矢印Ｌで示す方向に押圧されたとき、ラック９５とピニオン９４１が噛み合う。逆に、作動軸８Ａが外力によって矢印Ｌで示す方向に押圧された後、その外力から解放されたとき、作動軸８Ａは、コイルばね９０に付勢されて変位前の待機位置に戻るが、変位前の待機位置に戻るまでの間にラック９５とピニオン９４１の噛合が解除される。このため、ラック９５とピニオン９４１の噛み合いが解除された状態では、歯車部材９４はフリーな状態にある。
【００６１】
歯車部材９４の他方側端面には円柱状の突起９４２が形成されており、この突起９４２は、回転板６の回転中心穴６０に連結されているとともに、往復カム機構８３のハート型カム８４に連結されている。
【００６２】
スライダ５４は、ベースプレート２１の長さ方向の両端に取り付けられているスライド軸ホルダ６８、６９に掛け渡された２本のスライド軸５５、５６によって、矢印ＬおよびＲで示す方向にスライド自在となっている。また、スライダ５４からは、ハート型カム８４の外周面を挟み込むようにして２つの三角板状の摺動部５４１、５４２が突き出ている。また、摺動部５４２において、圧電素子３３の被打撃面３３０に対向する面には、衝撃子５４０が突き出ている。
【００６３】
このように構成された発電装置１では、外力によって作動軸８Ａが矢印Ｌで示す方向に押圧されると、ラック９５とピニオン９４１が噛合して回転板６とハート型カム８４が時計周りＣＷの方向に回転するとともに、コイルばね９０が圧縮される。その間、コイルばね９０には、作動軸８Ａの変位が弾性エネルギーとして蓄えられる。
【００６４】
この状態で、作動軸８Ａに対する押圧が解除されると、コイルばね９０の付勢力によって、作動軸８Ａは矢印Ｒで示す方向に押し戻され、作動軸８Ａは、元の待機位置に戻る。
【００６５】
この状態になる途中までは、ラック９５とピニオン９４１とが噛み合っているので、コイルばね９０は、作動軸８Ａを押し上げるとともに、回転板６とハート型カム８４を反時計周りＣＣＷの方向に回転させる。但し、作動軸８Ａが元の待機位置に戻る直前に、ラック９５とピニオン９４１との噛合が解除されるので、それ以降、ハート型カム８４は回転板３の慣性力によって反時計周りＣＣＷに回転し続ける。その間、スライダ５４では、ハート型カム８４の回転運動が摺動部材５４１、５４２を介してスライダ５４に伝達される結果、スライダ５４は、ガイド軸５５、５６に案内されて矢印ＬおよびＲで示す方向に往復直線運動を行う。このため、スライダ５４に構成されている衝撃子５４０は、その上死点の手前位置で圧電素子３３の被打撃面３３０を垂直方向から打撃した後、後退する。
【００６６】
このように本形態でも、外力による回転板６の回転は、往復カム機構８３によって往復直線運動に変換されて衝撃子５４０に伝達され、衝撃子５４０は、圧電素子３３の被打撃面３３０を略垂直方向から打撃するため、発電効率を向上することができるなど、実施の形態１と同様な効果を奏する。
【００６７】
また、本形態では、回転板６の回転運動を水平方向の往復直線運動に変換するためにハート型カム８４を採用したので、構造を簡素化でき、かつ、スライダ５４は、衝撃子５４０が圧電素子３３の被打撃面３３０を打撃する上死点付近でも速度が落ちることがないので、圧電素子３３に対して効率よく衝撃を付与することができる。
【００６８】
なお、本形態では、回転板６の回転運動を水平方向の往復直線運動に変換するためにハート型カム８４を採用したが、回転運動を水平方向の往復直線運動に変換するカムであれば、どのような形状のものを採用してもよい。
【００６９】
［その他の実施の形態］
上記のいずれの形態においても、例えば、回転板６の回転軸線方向において回転直動変換機構を複数配置すれば、衝撃子の数をさらに増やすことができるので、大きな発電量を確保することが可能になる。その際、圧電素子については、複数の衝撃子に対して１枚１枚、配置するのではなく、１枚の長い圧電素子を採用してもよい。
【００７０】
また、実施の形態１などにおいて、回転板６とクランク部材４１、８１は同一の速度で回転していたが、回転板６とクランク部材４１、８１の間に増速歯車などを噛ませて、増速比を変更させてもよい。
【００７１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の発電装置において、回転部材の回転は、回転直動変換機構によって往復直線運動に変換されて衝撃子に伝達され、衝撃子は、圧電素子の被打撃面を略垂直方向から打撃する。このため、圧電素子に大きな衝撃力を付与することができるので、発電効率を向上することができる。また、衝撃子が圧電素子の被打撃面を略垂直方向から打撃すると、その反力は衝撃子を反転させる力として作用する。従って、衝撃子を効率よく往復直線運動させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）、（ｂ）は、本発明の実施の形態１に係る発電装置の概略斜視図、およびその分解斜視図である。
【図２】（ａ）、（ｂ）は、本発明の実施の形態２に係る発電装置の概略斜視図、およびその分解斜視図である。
【図３】本発明の実施の形態２の変形例を示す概略斜視図である。
【図４】本発明の実施の形態３に係る発電装置の概略斜視図、およびその分解斜視図である。
【図５】本発明の実施の形態３の変形例を示す概略斜視図である。
【図６】（ａ）、（ｂ）は、本発明の実施の形態４に係る発電装置の概略斜視図、およびその分解斜視図である。
【図７】従来の発電装置の説明図である。
【符号の説明】
１発電装置
２ケース
６回転板（回転部材）
８支軸
８Ａ作動軸
９輪列
１１第１の往復スライダクランク機構（回転直動変換機構）
１２第２の往復スライダクランク機構（回転直動変換機構）
３１第１の圧電素子
３２第２の圧電素子
３３圧電素子
４１、８１クランク部材
５１第１のスライダ
５２第２のスライダ
５４スライダ
６１第１のガイド機構
６２第２のガイド機構
７１第１の連接棒
７２第２の連接棒
８３往復カム機構（回転直動変換機構）
８４ハート型カム
３１０、３２０圧電素子の被打撃面
５１０第１の衝撃子
５２０第２の衝撃子
５４０衝撃子[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a power generation device using a piezoelectric element.
[0002]
[Prior art]
As a power generation device that generates electric power by an external force, for example, a device that hits a piezoelectric element by rotating a hitting body by an external force has been proposed (for example, see Patent Document 1). As shown in FIG. 7, the power generation device disclosed herein has a plurality of piezoelectric elements 103 arranged along the inner peripheral surface of a cylindrical case 102, and the input shaft 105 is rotated by an external force. The impacting body 104 is configured to strike the piezoelectric element 103 to generate power.
[0003]
[Patent Document 1]
JP-A-2002-262584
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, the power generation device shown in FIG. 7 has a problem that the hitting force of the hitting body 104 on the piezoelectric element 103 is oblique to the hitting surface of the piezoelectric element 103, so that the hitting force is small and the power generation efficiency is low. .
[0005]
In view of the above problems, an object of the present invention is to improve the power generation efficiency by striking a piezoelectric element from a substantially vertical direction, even when the piezoelectric element is struck using the rotational motion of a rotating member due to an external force. It is to propose a simple power generator.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, in the power generation device of the present invention, a rotating member that rotates by an external force, a rotation / linear motion conversion mechanism that converts the rotation of the rotation member into a reciprocating linear motion, It is characterized in that it has an impactor that performs a linear motion, and a piezoelectric element whose impact surface strikes the impacted surface from a substantially vertical direction.
[0007]
In the present invention, the rotation of the rotary member is converted into a reciprocating linear motion by the rotary / linear motion converting mechanism and transmitted to the impactor, which strikes the impact surface of the piezoelectric element from a substantially vertical direction. Therefore, a large impact force can be applied to the piezoelectric element, so that the power generation efficiency can be improved. Further, when the impactor strikes the hit surface of the piezoelectric element from a substantially vertical direction, the reaction force acts as a force for reversing the impactor. Therefore, the impactor can be efficiently reciprocated linearly.
[0008]
In the present invention, the rotating member is preferably configured as an inertial plate. With this configuration, the rotating member continues to rotate even after the application of the external force is stopped, so that the impactor repeatedly strikes the piezoelectric element. Therefore, power generation efficiency can be improved.
[0009]
In the present invention, it is preferable that a plurality of sets of the impactor and the piezoelectric element are configured. With such a configuration, the number of times the impacting body strikes the piezoelectric element increases, so that the power generation efficiency improves.
[0010]
In the present invention, for example, the plurality of impactors strike the piezoelectric element at different timings. With such a configuration, power generation is performed alternately in each piezoelectric element, so that power generation can be performed in an arbitrary pattern.
[0011]
In the present invention, the plurality of impactors may strike the piezoelectric element at the same timing. With this configuration, it is possible to generate power simultaneously with each of the piezoelectric elements, so that the output can be increased.
[0012]
In the present invention, it is preferable that the rotation / linear motion conversion mechanism is a reciprocating slider crank mechanism. According to the reciprocating slider crank mechanism, it is easy to increase the stroke of the impactor.
[0013]
In the present invention, a plurality of sets of the reciprocating slider crank mechanism, the impactor, and the piezoelectric element are configured, and the plurality of reciprocating slider crank mechanisms are located at positions offset from the center of the rotating member with respect to the rotating member. It is preferable to include a reciprocating slider crank mechanism in which the base end side of the connecting rod is connected to the shaft and the rotary member is used as a crank. With this configuration, the power generation device can be configured with a small number of components.
[0014]
In the present invention, a plurality of sets of the reciprocating slider crank mechanisms are configured, and the plurality of reciprocating slider crank mechanisms include a plurality of connecting portions on a base end side of a connecting rod, and a reciprocating using a crank member formed at different positions. Preferably, a slider crank mechanism is included. According to this structure, the timing and the stroke when the impactor reciprocates can be easily changed depending on which of the plurality of connection points connects the connecting rod.
[0015]
Here, it is preferable to use a disk-shaped crank member. With this configuration, it is possible to employ a structure in which the plate member is rotatably supported on the outer peripheral surface. Further, since the structure is simpler than the case where a bar is used, the cost of parts can be reduced. Further, there is an advantage that a crank having high component accuracy and high rigidity can be configured.
[0016]
In the present invention, the rotation / linear motion conversion mechanism may be a cam mechanism. With a cam mechanism, a rotary-to-linear motion conversion mechanism can be configured with a small number of components.
[0017]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of a power generator to which the present invention is applied will be described with reference to the drawings.
[0018]
[Embodiment 1]
(overall structure)
1 (a) and 1 (b) are a schematic perspective view of a power generator according to Embodiment 1 of the present invention, and an exploded perspective view thereof.
[0019]
As shown in FIGS. 1A and 1B, the power generator 1 according to the present embodiment has a structure in which one end of a support shaft 8 protrudes from a box-shaped case 2. A wheel train 9 mechanically connected to the other end of the support shaft 8, a rotary plate 6 (rotary member) mechanically connected to the support shaft 8 via the wheel train 9, A first reciprocating slider crank mechanism 11 and a second reciprocating slider crank mechanism 12 (rotational / linear motion converting mechanism) for converting the rotary motion of the rotary plate 6 into a horizontal reciprocating linear motion are configured.
[0020]
The first slider 51 of the first reciprocating slider crank mechanism 11 has a first impactor 510 at a tip end thereof, and the first impactor 510 is located slightly before the top dead center of the first impactor 510. A piezoelectric element 31 is provided. The second slider 52 of the second reciprocating slider crank mechanism 12 also has a second impactor 520 at the distal end, and the second impactor 520 is located at a position slightly before the top dead center of the second impactor 520. Two piezoelectric elements 32 are arranged. Here, the first piezoelectric element 31 and the second piezoelectric element 32 are vertically arranged such that the hit surfaces 310 and 320 face the first impact element 510 and the second impact element 520, respectively. ing.
[0021]
(Detailed explanation of each element)
In the power generator 1 of the present embodiment, the support shaft 8 is rotatably supported with respect to the case 2, and the other end of the support shaft 8 located inside the case 2 is provided with the first shaft 9 of the wheel train 9. A gear 91 is attached. The wheel train 9 includes a first gear 91, a second gear 92 for speed increase that meshes with the first gear 91, and a third gear 93 that meshes with the second gear 92. The rotating shaft 930 of the third gear 93 is connected to the center of the rotating plate 6. Here, the wheel train 9 is a speed-up wheel train from the support shaft 8 to the rotary plate 6, and forms a deceleration wheel train from the rotary plate 6 to the support shaft 8. become.
[0022]
In the present embodiment, the rotating plate 6 is configured as an inertia plate. Further, the rotating plate 6 is used as a common crank of the first reciprocating slider crank mechanism 11 and the second reciprocating slider crank mechanism 12. That is, in the first reciprocating slider crank mechanism 11, the pin 61 at a position shifted from the rotation center 60 (the connection position of the rotation shaft 930) of the rotating plate 6 is rotatably inserted into the connection hole 716 on the base end side. One connecting rod 71, a first slider 51 rotatably supported by a pin 711 protruding from the first connecting rod 71, and a first slider 51 for causing the first slider 51 to perform a linear motion. And a guide mechanism 61. Similarly, the second reciprocating slider crank mechanism 12 also includes a second connecting rod 72 in which a pin 61 at a position shifted from the rotation center 60 of the rotating plate 6 is rotatably inserted into a connection hole 726 on the base end side. A second slider 52 rotatably supported by a pin 721 projecting from the second connecting rod 72, and a second guide mechanism 62 for causing the second slider 52 to perform a linear motion. ing.
[0023]
In the present embodiment, the first slider 51 and the second slider 52 have rib-shaped projections 515 and 525 on the upper surface and the lower surface, respectively, and the first guide mechanism 61 and the second guide mechanism 62 , The first slider 51 and the second slider 52 are provided with an upper guide plate 63 and a lower guide plate 64 in which grooves 630 and 640 into which the pair of protrusions 515 and 525 are fitted respectively.
[0024]
Here, since the first guide mechanism 61 and the second guide mechanism 62 are arranged on opposite sides of the rotary plate 6 therebetween, when the rotary plate 6 rotates, the first slider 51 , And the second slider 52 perform a reciprocating linear motion at a position sandwiching the rotary plate 6 therebetween. Therefore, the operation of the first impact element 510 of the first slider 51 hitting the first piezoelectric element 31 and the operation of the second impact element 520 of the second slider 52 The operation of hitting the second piezoelectric element 32 is performed at a timing when the phase is shifted by 180 °.
[0025]
(motion)
In the power generating device 1 configured as described above, for example, the support shaft 8 is attached to an object such as a window or a door, and when the object moves, the case 2 swings with respect to the support shaft 8 using the object as an external force. The movement is transmitted to the rotating plate 6 at an increased speed via the train wheel 9 to generate power. Further, even when the case 2 is fixed and the support shaft 8 is rotated by an external force, the movement is transmitted to the rotating plate 6 through the wheel train 9 at an increased speed to generate power. That is, in any of these cases, when the rotating plate 6 rotates, first, the pin 61 rotates at a position shifted from the rotation center 60. As a result, in the first reciprocating slider crank mechanism 11, the rotational motion of the pin 61 is transmitted to the first slider 51 via the first connecting rod 71, so that the first slider 51 The reciprocating linear motion is performed by being guided by the mechanism 61. For this reason, the first impact element 510 configured in the first slider 51 hits the hit surface 310 of the first piezoelectric element 31 from the vertical direction at a position before its top dead center, and then retreats. .
[0026]
When the rotating plate 6 rotates, the rotation of the pin 61 is transmitted to the second slider 52 via the second connecting rod 72 in the second reciprocating slider crank mechanism 12, so that the first reciprocating slider The phase of the second slider 52 is shifted by 180 ° from the phase of the crank mechanism 11 and is guided by the second guide mechanism 62 to perform a reciprocating linear motion. Therefore, the second impact element 520 formed on the second slider 52 hits the hit surface 320 of the second piezoelectric element 32 from the vertical direction at a position short of its top dead center, and then retreats. .
[0027]
Here, since the rotating plate 6 is configured as an inertial plate, the rotating plate 6 continues to rotate even after the application of the external force is stopped. As a result, the reciprocating linear motion of the first slider 51 and the second slider 52 is repeated. The impact of the first impact element 510 on the first piezoelectric element 31 and the impact of the second impact element 520 on the second piezoelectric element 32 are repeated.
[0028]
While such an operation is performed, the power generated by the first impact element 510 hitting the first piezoelectric element 31 and the second impact element 520 hitting the second piezoelectric element 32 is output to the output terminal ( The power is supplied to a control board (not shown) via a control board (not shown) via a control board (not shown), and after being adjusted by the control board, is outputted to an external device (not shown) arranged outside the power generator 1. You.
[0029]
(Effect of this embodiment)
As described above, in the present embodiment, the rotation of the rotating plate 6 due to the external force is converted into a reciprocating linear motion by the first reciprocating slider crank mechanism 11 and the second reciprocating slider crank mechanism 12, and the first impactor 510 is formed. The first impactor 510 and the second impactor 520 are transmitted to the impacted surface 310 of the first piezoelectric element 31 and the impacted surface 320 of the second piezoelectric element 32. Is hit from a substantially vertical direction. For this reason, compared with the case where the ball is hit from an oblique direction, a large impact force can be applied to the first piezoelectric element 31 and the second piezoelectric element 32, and the first impact element 510 and the second Since the stroke of the impactor 520 can be increased, power generation efficiency can be improved.
[0030]
Further, since the first piezoelectric element 31 and the second piezoelectric element 32 are arranged near the top dead center of the first impact element 510 and the second impact element 520, the impact at the time of impact is achieved. Thus, the rotating plate 6 does not stop. Moreover, the first impact element 510 and the second impact element 520 strike the impact surface 310 of the first piezoelectric element 31 and the impact surface 320 of the second piezoelectric element 32 from a substantially vertical direction. The reaction force at the time of impact acts as a force for reversing the first impactor 510 and the second impactor 520. Therefore, the first impact element 510 and the second impact element 520 can be reciprocated linearly and efficiently.
[0031]
Further, since two sets of reciprocating slider crank mechanisms are provided, power generation efficiency is high. Moreover, since the first impact element 510 and the second impact element 520 strike the first piezoelectric element 31 and the second piezoelectric element 32 at different timings, it is possible to generate electric power in small increments.
[0032]
Furthermore, since the rotating plate 6 is configured as an inertial plate, the rotating plate 6 continues to rotate even after the application of the external force is stopped, so that the first impact element 510 and the second impact element 520 Is repeatedly applied to the piezoelectric element 31 and the second piezoelectric element 32. Therefore, power generation efficiency can be improved.
[0033]
Furthermore, since the first reciprocating slider crank mechanism 11 and the second reciprocating slider crank mechanism 12 both use the rotating plate 6 as a crank, the power generator 1 can be configured with a small number of components.
[0034]
Therefore, the power generation device 1 of the present embodiment can be used as a transmitting device having no power supply. For example, if the external force rotates the rotating plate 6 as a driving source when the outside intruder opens the window, the power obtained by the power generation device 1 is used as a trigger to activate the transmission device or report to the monitoring center. It can be used as a device that performs Further, an LED for leaving an abnormality to stand by the power obtained by the power generation device 1 may be turned on.
[0035]
[Embodiment 2]
2 (a) and 2 (b) are a schematic perspective view of a power generator according to Embodiment 2 of the present invention, and an exploded perspective view thereof. Note that the power generator 1 according to the second, third, and fourth embodiments described below has the same basic configuration as that of the first embodiment. The description thereof will be omitted.
[0036]
As shown in FIGS. 2A and 2B, the power generator 1 of the present embodiment also has a structure in which one end of the support shaft 8 protrudes from the box-shaped case 2 as in the first embodiment. The inside of the case 2 includes a wheel train 9 mechanically connected to the other end of the support shaft 8 and an inertial plate mechanically connected to the support shaft 8 via the wheel train 9. And a first reciprocating slider crank mechanism 11 and a second reciprocating slider crank mechanism 12 for converting the rotary motion of the rotary plate 6 into a horizontal reciprocating linear motion.
[0037]
In the present embodiment, unlike the first embodiment, a crank member 41 is used for the second reciprocating slider crank mechanism 12. In the crank member 41, a first arm 45 and a second arm 46 extend on opposite sides from the rotation center shaft 42, and the rotation center shaft 42 supports the rotation center shaft 42 from above and below so as to be rotatable. Are supported by an upper bearing plate 43 and a lower bearing plate 44 having semicircular holes 431 and 441. In the second reciprocating slider crank mechanism 12, the crank member 41 is configured such that the pin 450 protruding rearward from the end of the first arm 45 is inserted into the connection hole 62 at a position shifted from the rotation center 60 of the rotating plate 6. The pin 460 formed at the end of the second arm 46 while being rotatably inserted is rotatably inserted into the connection hole 725 formed at the base end side of the second connecting rod 72. I have. A second slider 52 is rotatably supported by a pin 722 projecting rearward from the tip of the second connecting rod 72, and the second slider 52 is mounted on the second slider 52. A second guide mechanism 62 for performing a linear motion is configured.
[0038]
On the other hand, in the first reciprocating slider crank mechanism 11, the rotating plate 6 is used as a crank. That is, in the first reciprocating slider crank mechanism 11, the pin 450 that fits into the connection hole 62 at a position shifted from the rotation center 60 of the rotating plate 6 is connected to the connection hole 716 formed on the base end side of the first connecting rod 71. Penetrates rotatably. At the tip of the first connecting rod 71, a first slider 51 is rotatably supported by a pin 711 projecting forward from the first connecting rod 71, and the first slider 51 is mounted on the first slider 51. A first guide mechanism 61 for performing a linear motion is configured.
[0039]
In the power generator 1 configured as above, similarly to the first embodiment, when the rotating plate 6 is rotated by an external force, the pin 450 rotates at a position shifted from the rotation center 60. As a result, in the first reciprocating slider crank mechanism 11, the rotational movement of the pin 450 is transmitted to the first slider 51 via the first connecting rod 71, so that the first slider 51 The reciprocating linear motion is performed by being guided by the mechanism 61. For this reason, the first impact element 510 configured in the first slider 51 hits the hit surface 310 of the first piezoelectric element 31 from the vertical direction at a position before its top dead center, and then retreats. .
[0040]
On the other hand, in the second reciprocating slider crank mechanism 12, the rotation of the pin 450 causes the crank member 41 to rotate about the rotation center axis 42, and the rotation of the pin 460 causes the rotation of the second link rod 72 via the second connecting rod 72. As a result, the second slider 52 is guided by the second guide mechanism 62 and performs reciprocating linear motion at the same timing as the first reciprocating slider crank mechanism 11. Therefore, the second impact element 520 formed on the second slider 52 hits the hit surface 320 of the second piezoelectric element 32 from the vertical direction at a position short of its top dead center, and then retreats. .
[0041]
Thus, also in the present embodiment, the rotation of the rotating plate 6 due to the external force is converted into a reciprocating linear motion by the first reciprocating slider crank mechanism 11 and the second reciprocating slider crank mechanism 12, and the first impactor 510 and the The first impactor 510 and the second impactor 520 are transmitted to the impact surface 310 of the first piezoelectric element 31 and the impact surface 320 of the second piezoelectric element 32. Since the impact is performed in the vertical direction, the same effect as in the first embodiment is obtained, such as the power generation efficiency can be improved.
[0042]
Further, in the present embodiment, the timing at which the first piezoelectric element 31 and the second piezoelectric element 32 are hit by the crank member 41 is matched, so that large power generation can be performed periodically.
[0043]
In the present embodiment, in the crank member 41, the first arm 45 and the second arm 46 extend to the opposite sides from the rotation center axis 42 and form an angle of 180 °. Although the timing at which the first piezoelectric element 31 and the second piezoelectric element 32 hit each other is the same, as shown in FIG. 3, the angle formed by the first arm 45 and the second arm 46 is, for example, 90 degrees. ° (or 270 °), the phase of the timing at which the first piezoelectric element 31 and the second piezoelectric element 32 strike can be shifted by 90 ° or 270 °. By changing the angle formed by the second arm 46, the power generation pattern can be arbitrarily changed.
[0044]
[Embodiment 3]
4 (a) and 4 (b) are a schematic perspective view of a power generator according to Embodiment 3 of the present invention, and an exploded perspective view thereof.
[0045]
As shown in FIGS. 4A and 4B, the power generator 1 of the present embodiment also has a structure in which one end of the support shaft 8 protrudes from the box-shaped case 2 similarly to the first embodiment. The inside of the case 2 includes a wheel train 9 mechanically connected to the other end of the support shaft 8 and an inertial plate mechanically connected to the support shaft 8 via the wheel train 9. And a first reciprocating slider crank mechanism 11 and a second reciprocating slider crank mechanism 12 for converting the rotary motion of the rotary plate 6 into a horizontal reciprocating linear motion.
[0046]
In the present embodiment, the rotating plate 6 is used as a common crank of the first reciprocating slider crank mechanism 11. That is, the first reciprocating slider crank mechanism 11 includes a first connecting rod 71 in which the pin 61 at a position shifted from the rotation center of the rotating plate 6 is rotatably inserted into the connection hole 716 on the base end side, and A first slider 51 rotatably supported by a pin 711 protruding from one connecting rod 71 and a first guide mechanism 61 for causing the first slider 51 to perform a linear motion are provided.
[0047]
On the other hand, a disc-shaped crank member 81 is used in the second reciprocating slider crank mechanism 12. The crank member 81 has a plurality of connection holes 82 formed at equal angular intervals around a rotation center 80. The crank member 81 has an arc-shaped support groove 17 that rotatably supports the outer peripheral edge thereof from above and below. It is supported by the provided upper receiving plate 15 and lower receiving plate 16.
[0048]
Here, in the crank member 81, the pin 61 of the rotating plate 6 is rotatably fitted into one of the connection holes 82 of the crank member 81 through the connection hole 716 of the first connecting rod 71. A pin 726 formed on the base end side of the second connecting rod 72 is rotatably inserted into another connecting hole 82 located at a point symmetrical position with respect to the connecting hole 82. Therefore, the first connecting rod 71 and the second connecting rod 72 are connected on the opposite side to the rotation center 80 of the crank member 81, and the connecting position of the first connecting rod 71 to the crank member 81, The rotation center 80 of the member 81 and the connection position of the second connecting rod 72 to the crank member 81 form an angle of 180 °. A second slider 52 is rotatably supported by a pin 722 protruding from the tip of the second connecting rod 72, and the second slider 52 is moved linearly by the second slider 52. The second guide mechanism 62 for performing the above is configured.
[0049]
In the present embodiment, the first guide mechanism 61 and the second guide mechanism 62 are configured using the upper support plate 15 and the lower support plate 16 that rotatably support the crank member 81. That is, the upper receiving plate 15 and the lower receiving plate 16 have grooves 630 in which a pair of projections 515 and 516 of the first slider 51 and the second slider 52 are fitted on both sides from a central portion supporting the crank member 81. , 640 are formed, and the lower guide 67 extends.
[0050]
In the power generator 1 configured as described above, similarly to the first embodiment, when the rotating plate 6 rotates by an external force, the pin 61 rotates at a position shifted from the rotation center. As a result, in the first reciprocating slider crank mechanism 11, the rotational motion of the pin 61 is transmitted to the first slider 51 via the first connecting rod 71, so that the first slider 51 The reciprocating linear motion is performed by being guided by the mechanism 61. As a result, the first impact element 510 configured in the first slider 51 hits the hit surface 310 of the first piezoelectric element 31 from the vertical direction at a position before its top dead center, and then retreats. .
[0051]
On the other hand, in the second reciprocating slider crank mechanism 12, the rotation of the pin 61 causes the crank member 81 to rotate in the circumferential direction at that position, and the rotation of the crank member 81 is transmitted via the second connecting rod 72. As a result of being transmitted to the second slider 52, the second slider 52 is guided by the second guide mechanism 62 to perform a reciprocating linear motion at the same timing as the first reciprocating slider crank mechanism 11. As a result, the second impact element 520 formed in the second slider 52 hits the hit surface 320 of the second piezoelectric element 32 from the vertical direction at a position short of its top dead center, and then retreats. .
[0052]
As described above, also in the present embodiment, the rotation of the rotating plate 6 is converted into a reciprocating linear motion by the first reciprocating slider crank mechanism 11 and the second reciprocating slider crank mechanism 12, and the first impactor 510 and the second The first impact element 510 and the second impact element 520 are transmitted to the impact element 520, and move the impact surface 310 of the first piezoelectric element 31 and the impact area 320 of the second piezoelectric element 32 in a substantially vertical direction. As a result, the same effects as in the first embodiment can be obtained, for example, the power generation efficiency can be improved.
[0053]
In the present embodiment, the timing at which the first piezoelectric element 31 and the second piezoelectric element 32 are hit by the crank member 81 is matched, so that large power generation can be performed periodically. Moreover, in the present embodiment, a disc member having a plurality of connection holes 82 formed at different positions is used as the crank member 81, so which of the plurality of connection holes 82 should be connected to the second connecting rod 72, Alternatively, the timing when the second impactor 520 reciprocates can be easily changed depending on whether the pin 61 is connected. In addition, since the disk-shaped crank member 81 has a simple structure as compared with the case of using a rod, it is possible to reduce the cost of parts and to configure a crank having high precision and rigidity of parts. There are benefits too. Further, since the crank member 81 is a disk member, the outer peripheral portion thereof may be rotatably supported, and there is an advantage that the strength of the supporting portion is higher than that in the case of supporting the shaft portion.
[0054]
In the present embodiment, the connection position of the first connecting rod 71 to the crank member 81, the rotation center 80 of the crank member 81, and the connection position of the second connecting rod 72 to the crank member 81 have an angle of 180 °. Therefore, the first piezoelectric element 31 and the second piezoelectric element 32 hit at the same timing. However, as shown in FIG. 5, the crank member of the first connecting rod 71 is used. If the angle formed by the connecting position to the crank member 81, the rotation center of the crank member 81, and the connecting position of the second connecting rod 72 to the crank member 81 is set to 90 ° (or 270 °), the first piezoelectric element 31 , And the phase of the timing at which the second piezoelectric element 32 strikes can be shifted by 90 ° or 270 °, and the power generation pattern can be arbitrarily changed.
[0055]
[Embodiment 4]
6 (a) and 6 (b) are a schematic perspective view and an exploded perspective view of a power generator according to Embodiment 4 of the present invention.
[0056]
As shown in FIGS. 6A and 6B, the power generator 1 of the present embodiment is formed on the surface of a rectangular base plate 21, and has an operating shaft 8A that is displaced in a direction indicated by an arrow L by an external force, and A gear member 94 mechanically connected to the operating shaft 8A, a rotary plate 6 coaxially connected to the gear member 94, and a reciprocating cam for converting the rotational motion of the rotary plate 6 into a horizontal reciprocating linear motion. And a mechanism 83 (rotational / linear motion conversion mechanism).
[0057]
The reciprocating cam mechanism 83 has a heart-shaped cam 84 and the slider 54 as a driven member for the cam.
[0058]
The slider 54 has a columnar impactor 540 at one end, and the piezoelectric element 33 is disposed slightly before the top dead center of the impactor 540. The piezoelectric element 33 is attached to a vertical surface 221 of the L-shaped plate 22 fixed to the base plate 21, and is disposed vertically so that the impact surface 340 faces the impactor 540.
[0059]
In the power generator 1 of this embodiment, one end 86 of the operating shaft 8 </ b> A protrudes from the guide hole 231 of the guide member 23 on the base plate 21. On the other hand, the other end of the operating shaft 8A is a small-diameter portion 87, which is fitted in the receiving portion 241 of the receiving member 24 on the base plate 21 in the axial direction (the arrow L and the arrow L). (Direction indicated by R). A coil spring 90 is mounted around the small-diameter portion 87. The coil spring 90 is provided with a first step portion 88 formed substantially at the center in the longitudinal direction of the operating shaft 8A and the receiving member 24. And is held between. In this state, the operating shaft 8A is urged by the coil spring 90 in the direction indicated by the arrow R, but the second step 89 formed on the operating shaft 8A causes the opening of the guide hole 231 of the guide member 23 to open. The operating shaft 8A does not come out of the guide hole 231 of the guide member 23 by abutting on the edge.
[0060]
Here, a rack 95 is formed in a predetermined range in the length direction of the operating shaft 8A, and the rack 95 is engaged with a pinion 941 formed on one end surface of the gear member 94. However, when the second stepped portion 89 of the operation shaft 8A is at the standby position where the second stepped portion 89 is in contact with the opening edge of the guide hole 231 of the guide member 23, the engagement between the rack 95 and the pinion 941 is released, and the operation shaft 8A is turned by an arrow. When pressed in the direction indicated by L, the rack 95 and the pinion 941 engage. Conversely, when the operating shaft 8A is pressed by the external force in the direction indicated by the arrow L and then released from the external force, the operating shaft 8A is urged by the coil spring 90 and returns to the standby position before the displacement. Until returning to the standby position before the displacement, the engagement between the rack 95 and the pinion 941 is released. Therefore, in a state where the engagement between the rack 95 and the pinion 941 is released, the gear member 94 is in a free state.
[0061]
A columnar projection 942 is formed on the other end surface of the gear member 94, and the projection 942 is connected to the rotation center hole 60 of the rotating plate 6 and is connected to the heart-shaped cam 84 of the reciprocating cam mechanism 83. Are linked.
[0062]
The slider 54 is slidable in the directions indicated by arrows L and R by two slide shafts 55 and 56 which are suspended over slide shaft holders 68 and 69 attached to both ends in the length direction of the base plate 21. ing. Further, two triangular plate-shaped sliding portions 541 and 542 protrude from the slider 54 so as to sandwich the outer peripheral surface of the heart-shaped cam 84. In the sliding portion 542, an impactor 540 protrudes from a surface of the piezoelectric element 33 facing the hit surface 330.
[0063]
In the power generating device 1 configured as described above, when the operating shaft 8A is pressed in the direction indicated by the arrow L by the external force, the rack 95 and the pinion 941 mesh with each other, and the rotating plate 6 and the heart-shaped cam 84 rotate clockwise CW. While rotating in the direction, the coil spring 90 is compressed. During that time, the displacement of the operating shaft 8A is stored in the coil spring 90 as elastic energy.
[0064]
When the pressing on the operating shaft 8A is released in this state, the operating shaft 8A is pushed back in the direction indicated by the arrow R by the urging force of the coil spring 90, and the operating shaft 8A returns to the original standby position.
[0065]
Until this state, the rack 95 and the pinion 941 are engaged with each other, so that the coil spring 90 pushes up the operating shaft 8A and rotates the rotary plate 6 and the heart-shaped cam 84 in the counterclockwise direction CCW. . However, immediately before the operating shaft 8A returns to the original standby position, the engagement between the rack 95 and the pinion 941 is released, and thereafter, the heart-shaped cam 84 rotates counterclockwise CCW due to the inertial force of the rotary plate 3. Keep doing. Meanwhile, in the slider 54, the rotational motion of the heart-shaped cam 84 is transmitted to the slider 54 via the sliding members 541 and 542, so that the slider 54 is guided by the guide shafts 55 and 56 and is indicated by arrows L and R. Make a reciprocating linear motion in the direction. For this reason, the impact element 540 formed in the slider 54 hits the hit surface 330 of the piezoelectric element 33 from the vertical direction at a position short of its top dead center, and then retreats.
[0066]
As described above, also in the present embodiment, the rotation of the rotary plate 6 due to the external force is converted into a reciprocating linear motion by the reciprocating cam mechanism 83 and transmitted to the impactor 540, and the impactor 540 substantially covers the struck surface 330 of the piezoelectric element 33. Since the impact is performed in the vertical direction, the same effect as in the first embodiment is obtained, such as the power generation efficiency can be improved.
[0067]
Further, in this embodiment, the heart-shaped cam 84 is used to convert the rotational movement of the rotary plate 6 into a reciprocating linear movement in the horizontal direction. Therefore, the structure can be simplified, and the slider 54 uses Since the speed does not decrease even near the top dead center where the hit surface 330 of the element 33 is hit, the impact can be efficiently applied to the piezoelectric element 33.
[0068]
In the present embodiment, the heart-shaped cam 84 is used to convert the rotational motion of the rotary plate 6 into a reciprocating linear motion in the horizontal direction. However, any cam that converts the rotational motion into a reciprocating linear motion in the horizontal direction may be used. Any shape may be adopted.
[0069]
[Other embodiments]
In any of the above embodiments, for example, if a plurality of rotary-to-linear motion converting mechanisms are arranged in the rotation axis direction of the rotary plate 6, the number of impactors can be further increased, and a large power generation amount can be secured. become. At this time, as for the piezoelectric elements, one long piezoelectric element may be adopted instead of arranging one by one for a plurality of impactors.
[0070]
Further, in the first embodiment and the like, the rotating plate 6 and the crank members 41 and 81 rotate at the same speed, but a speed increasing gear or the like is engaged between the rotating plate 6 and the crank members 41 and 81, The speed increase ratio may be changed.
[0071]
【The invention's effect】
As described above, in the power generating device of the present invention, the rotation of the rotating member is converted into a reciprocating linear motion by the rotary-to-linear motion converting mechanism and transmitted to the impactor, and the impactor substantially moves the struck surface of the piezoelectric element. Hit from the vertical. Therefore, a large impact force can be applied to the piezoelectric element, so that the power generation efficiency can be improved. Further, when the impactor strikes the hit surface of the piezoelectric element from a substantially vertical direction, the reaction force acts as a force for reversing the impactor. Therefore, the impactor can be efficiently reciprocated linearly.
[Brief description of the drawings]
1 (a) and 1 (b) are a schematic perspective view of a power generator according to Embodiment 1 of the present invention and an exploded perspective view thereof.
FIGS. 2A and 2B are a schematic perspective view and a disassembled perspective view of a power generator according to Embodiment 2 of the present invention.
FIG. 3 is a schematic perspective view showing a modification of the second embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a schematic perspective view of a power generator according to Embodiment 3 of the present invention, and an exploded perspective view thereof.
FIG. 5 is a schematic perspective view showing a modification of the third embodiment of the present invention.
6 (a) and 6 (b) are a schematic perspective view of a power generator according to Embodiment 4 of the present invention and an exploded perspective view thereof.
FIG. 7 is an explanatory diagram of a conventional power generator.
[Explanation of symbols]
1 power generator
2 cases
6 rotating plate (rotating member)
8 spindle
8A working shaft
9 wheel train
11 First reciprocating slider crank mechanism (rotational / linear motion conversion mechanism)
12. Second reciprocating slider crank mechanism (rotational / linear motion conversion mechanism)
31 First piezoelectric element
32 Second piezoelectric element
33 Piezoelectric element
41, 81 Crank member
51 first slider
52 Second slider
54 Slider
61 First Guide Mechanism
62 Second Guide Mechanism
71 First connecting rod
72 Second connecting rod
83 Reciprocating cam mechanism (Rotary / linear motion conversion mechanism)
84 heart cam
310, 320 Struck surface of piezoelectric element
510 First impactor
520 second impactor
540 impactor

Claims

外力により回転する回転部材と、該回転部材の回転を往復直線運動に変換する回転直動変換機構と、該回転直動変換機構によって往復直線運動を行う衝撃子と、該衝撃子によって被打撃面が略垂直方向から打撃される圧電素子とを有することを特徴とする発電装置。A rotating member that is rotated by an external force, a rotary / linear motion converting mechanism that converts the rotation of the rotary member into a reciprocating linear motion, an impactor that performs a reciprocating linear motion by the rotary / linear motion converting mechanism, and And a piezoelectric element that is struck from a substantially vertical direction.

請求項１において、前記回転部材は、慣性板であることを特徴とする発電装置。The power generator according to claim 1, wherein the rotating member is an inertial plate.

請求項１または２において、前記衝撃子、および前記圧電素子は、複数組、構成されていることを特徴とする発電装置。The power generator according to claim 1 or 2, wherein the impactor and the piezoelectric element are configured in a plurality of sets.

請求項３において、前記複数の衝撃子は、前記圧電素子を異なるタイミングで打撃することを特徴とする発電装置。The power generator according to claim 3, wherein the plurality of impactors strike the piezoelectric element at different timings.

請求項３において、前記複数の衝撃子は、前記圧電素子を同一のタイミングで打撃することを特徴とする発電装置。The power generator according to claim 3, wherein the plurality of impactors strike the piezoelectric element at the same timing.

請求項１ないし５のいずれかにおいて、前記回転直動変換機構は、往復スライダクランク機構であることを特徴とする発電装置。The power generator according to any one of claims 1 to 5, wherein the rotation / linear motion conversion mechanism is a reciprocating slider crank mechanism.

請求項６において、前記往復スライダクランク機構、前記衝撃子、および前記圧電素子が複数組、構成され、
当該複数の往復スライダクランク機構には、前記回転部材に対して該回転部材の中心からずれた位置に連接棒の基端側が連結されて当該回転部材をクランクとして用いた往復スライダクランク機構が含まれていることを特徴とする発電装置。The plurality of sets of the reciprocating slider crank mechanism, the impactor, and the piezoelectric element according to claim 6, wherein:
The plurality of reciprocating slider crank mechanisms include a reciprocating slider crank mechanism in which a base end side of a connecting rod is connected to a position offset from the center of the rotating member with respect to the rotating member and uses the rotating member as a crank. A power generator characterized by the following.

請求項６において、前記往復スライダクランク機構、前記衝撃子、および前記圧電素子が複数組、構成され、
当該複数の往復スライダクランク機構には、連接棒の基端側の連結箇所が複数、異なる位置に形成されたクランク部材を用いた往復スライダクランク機構が含まれていることを特徴とする発電装置。The plurality of sets of the reciprocating slider crank mechanism, the impactor, and the piezoelectric element according to claim 6, wherein:
The power generator according to claim 1, wherein the plurality of reciprocating slider crank mechanisms include a reciprocating slider crank mechanism using a plurality of connecting portions on the base end side of the connecting rod and a crank member formed at different positions.

請求項８において、前記クランク部材は、円盤状であることを特徴とする発電装置。The power generator according to claim 8, wherein the crank member has a disk shape.

請求項１ないし５のいずれかにおいて、前記回転直動変換機構は、カム機構であることを特徴とする発電装置。The power generator according to any one of claims 1 to 5, wherein the rotation / linear motion conversion mechanism is a cam mechanism.