JP2006254586A - Piezoelectric power plant - Google Patents

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a piezoelectric power plant capable of generating power extremely efficiently. <P>SOLUTION: The piezoelectric power plant comprises at least one piezoelectric ceramics; a base member formed by a spring material; an elastic support fixed to the vertical section of the base member; and hard steel balls that are fixed to both the edges of the elastic support each, hit the piezoelectric ceramics, and give an impact to the piezoelectric ceramics. A means for applying external force to one steel ball is wound in the middle of a wire for rotation, and is formed by a rotary shaking body around which a plurality of blades project. The rotary shaking body rotates with a shaft as a support when the external force operates, and the blades hit one steel ball for applying the external force to the steel ball. As a result, the other steel ball continuously repeats vibration by resonance action, thus achieving the self-generation of power required for driving a sensor section. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、発電効率を向上することができる圧電発電装置に関する。   The present invention relates to a piezoelectric power generator that can improve power generation efficiency.

圧電セラミックスを利用した圧電発電装置としては、例えば、特許文献１に示すものが公知である。   As a piezoelectric power generation device using piezoelectric ceramics, for example, the one shown in Patent Document 1 is known.

特開２００４−１４６７６８号公報JP 2004-146768 A

この特許文献１に記載された圧電発電装置は、筒体の両側に圧電セラミックス体を配置し、上記筒体に収納された鋼球を筒内を往復移動させることで、両側の圧電セラミックス体を殴打し、発電するように構成したものである。   In the piezoelectric power generation device described in Patent Document 1, piezoelectric ceramic bodies are arranged on both sides of a cylindrical body, and steel balls accommodated in the cylindrical body are reciprocated in the cylinder so that the piezoelectric ceramic bodies on both sides are moved. It is configured to strike and generate electricity.

しかしながら、上記従来の圧電発電装置にあっては、鋼球が筒体内を往復移動する時間が掛かりすぎるため、短時間で一定発電量まで発電することが難しい、という問題を有していた。   However, the conventional piezoelectric power generation apparatus has a problem that it is difficult to generate power to a certain amount of power generation in a short time because it takes too much time for the steel ball to reciprocate in the cylinder.

この発明は、かかる現状に鑑み創案されたものであって、極めて高効率で発電をすることができる圧電発電装置を提供しようとするものである。   The present invention has been invented in view of the current situation, and intends to provide a piezoelectric power generator capable of generating power with extremely high efficiency.

請求項１の発明は、少なくとも一の圧電セラミックス体と、バネ材で形成された基部材と、該基部材の垂直部に固定された弾性支持体と、この弾性支持体の両端部にそれぞれ固定されて上記圧電セラミックス体を殴打して該圧電セラミックス体に衝撃を与える硬質の鋼球と、で圧電発電装置を構成し、上記一方の鋼球に外力を付与する手段は、上記ワイヤーの中途部に巻き付けられて回動すると共に、周囲に複数の羽根を突設した回転加振体で構成され、該回転加振体は、外力が作用したときに軸を支点として回転して、上記羽根が上記一方の鋼球を殴打して該一方の鋼球に外力を付与することで、他方の鋼球が共振作用によって振動を連続して繰り返すことで、センサー部の駆動に必要な電力を自己発電するように構成したことを特徴とする。   According to the first aspect of the present invention, at least one piezoelectric ceramic body, a base member formed of a spring material, an elastic support fixed to a vertical portion of the base member, and fixed to both ends of the elastic support, respectively A hard steel ball that strikes the piezoelectric ceramic body and gives an impact to the piezoelectric ceramic body, and a means for applying an external force to the one steel ball is a midway part of the wire It is composed of a rotating vibrating body that is wound around and rotated with a plurality of blades around it, and the rotating vibrating body rotates around an axis when an external force is applied. By striking one of the steel balls and applying an external force to the one steel ball, the other steel ball continuously vibrates due to the resonance action, thereby self-generating power necessary for driving the sensor unit. It is characterized by being configured to .

請求項２の発明は、請求項１記載の圧電発電装置であって、上記回転加振体の上下方向の複数段に上記羽根を放射状に複数突設すると共に、該回転加振体を中心として放射状に上記圧電発電装置を複数配置し、この複数の圧電発電装置の上記上下方向の複数段の各羽根に対向する位置に上記一方の鋼球をそれぞれ設けたことを特徴とする。   A second aspect of the present invention is the piezoelectric power generation device according to the first aspect, wherein a plurality of the blades project radially from a plurality of stages in the vertical direction of the rotary shaker, and the rotary shaker is the center. A plurality of the piezoelectric power generation devices are arranged radially, and the one steel ball is provided at a position facing each of the plurality of vertical blades of the plurality of piezoelectric power generation devices.

請求項１又は請求項２のいずれかに記載の圧電発電装置を利用して、自然現象による力により線材を引張し、或は巻き戻すことで、各センサー部の鋼球を殴打させ、この殴打による振動により他方の鋼球を連続的に振動させることで発電を行うように構成することで、自然現象に対する検知センサーとして用いることを特徴とする。   Using the piezoelectric power generator according to claim 1 or 2, the steel ball of each sensor part is beaten by pulling or rewinding the wire by a natural phenomenon force. It is characterized in that it is used as a detection sensor for a natural phenomenon by being configured to generate electricity by continuously vibrating the other steel ball by the vibration caused by.

以上説明したように、請求項１の発明によれば、直線的に作用する外力をそのまま回転加振体の回転力に変換させることにより、該回転加振体の複数の羽根で一方の鋼球を連続的に殴打することができる。即ち、該回転加振体の一回の回転により一方の鋼球に複数の羽根で連続的に外力付与することによって、圧電セラミックス体への殴打を連続的に繰り返すことができる。その結果、従来の鋼球を用いた圧電発電装置で得られる電流出力よりも数十倍以上の発電量を確実に得ることができ、実用レベルの発電量を、よりコンパクトで廉価に確保することが可能となる、という効果を得ることができる。   As described above, according to the first aspect of the present invention, by converting the externally acting external force as it is into the rotational force of the rotary shaker, one of the steel balls with the plurality of blades of the rotary shaker Can be beaten continuously. That is, by continuously applying an external force to one steel ball with a plurality of blades by one rotation of the rotating vibration body, the striking of the piezoelectric ceramic body can be repeated continuously. As a result, it is possible to reliably obtain a power generation amount that is several tens of times higher than the current output obtained with a piezoelectric power generation device using a conventional steel ball, and to ensure a practical power generation amount that is more compact and inexpensive. Can be obtained.

請求項２の発明によれば、圧電発電装置を複数個放射状に配設するように構成したので、回転加振体の１回の回転による発電を高効率で無駄なく行なうことができる。   According to the second aspect of the present invention, since a plurality of piezoelectric power generators are arranged radially, power generation by one rotation of the rotating vibration exciter can be performed efficiently and without waste.

請求項３の発明によれば、水等の液体流力や風などの気体流力、固体による力、或はこれらの混合物（例えば、土石流や崖崩れ又は地滑り等）の移動による力を、本発明に係る圧電発電装置を内蔵したセンサー部で検知するように構成としたことにより、自然現象の力に伴う危険度の検出精度を高めることができる検知センサーとして使用することができる。   According to the third aspect of the present invention, the liquid flow force such as water, the gas flow force such as wind, the force due to the solid, or the force due to the movement of the mixture (for example, debris flow, landslide or landslide) is Since the sensor unit having the built-in piezoelectric power generation device according to the present invention is used for detection, it can be used as a detection sensor capable of increasing the detection accuracy of the degree of danger associated with the force of a natural phenomenon.

以下、本発明の最良の実施形態としの実施例を図面に基づいて説明する。   Hereinafter, an example as the best mode of the present invention will be described with reference to the drawings.

図１は、この発明の実施例１に係る無電源方式の圧電発電装置３０に外力Ｆを付与する外力付与装置（外力を付与する手段）１００の構成を示す説明図である。   FIG. 1 is an explanatory diagram showing the configuration of an external force applying device (means for applying an external force) 100 for applying an external force F to a non-power-supply type piezoelectric power generating device 30 according to Embodiment 1 of the present invention.

この外力付与装置１００は、円筒状の本体１０１と共に回転する円柱状の軸１０２に前記ワイヤー２の中途部が巻き付けられた回転加振体１０５で構成されている。この回転加振体１０５は、軸１０２を支点として上記ワイヤー２が引っ張られたり、引き戻されたときに回動して、その本体１０１の周囲に等間隔毎に突設された複数（この実施例１では４枚）の板状の羽根１０３が後述する圧電発電装置３０の一方の鋼球４３を殴打するように構成されている。   The external force imparting device 100 includes a rotating vibration body 105 in which a midway portion of the wire 2 is wound around a columnar shaft 102 that rotates together with a cylindrical main body 101. The rotating vibrating body 105 rotates when the wire 2 is pulled or pulled back with the shaft 102 as a fulcrum, and a plurality of the rotating vibrating bodies 105 are provided around the main body 101 at regular intervals (this embodiment In FIG. 1, four plate-like blades 103 are configured to strike one steel ball 43 of the piezoelectric power generation apparatus 30 described later.

尚、上記回転加振体１０５は、軸１０２の中心から鋼球殴打部としての羽根１０３の先端までの長さ寸法Ｌ４が、上記軸１０２の中心から本体１０１の外周までの長さ寸法Ｌ３に対して長い寸法に設定することで、外力Ｆの作用によるロッド１，１，１，…の移動量が２〜３ｍｍ程度であっても、これを大きな外力Ｆに変換して上記一方の鋼球４３を強く殴打することが可能となり、大きな電力を短時間で得ることができ、無電源でも確実にセンサー部９０を作動させることができるようになっている。また、図２中符号７はワイヤー２を引っ張る方向に付勢するスプリングを示している。   In the rotary vibrating body 105, the length dimension L4 from the center of the shaft 102 to the tip of the blade 103 as the steel ball striking portion is the length dimension L3 from the center of the shaft 102 to the outer periphery of the main body 101. On the other hand, even if the movement amount of the rods 1, 1, 1,... By the action of the external force F is about 2 to 3 mm, it is converted into a large external force F and the one steel ball is set. 43 can be beaten strongly, a large electric power can be obtained in a short time, and the sensor unit 90 can be operated reliably even without a power source. Moreover, the code | symbol 7 in FIG. 2 has shown the spring urged | biased in the direction which pulls the wire 2. FIG.

圧電発電装置３０は、相対向する一対のフレーム３１，３１と、該各フレーム３１に固定され、圧電セラミックス体１０の固有振動が他の構造体に伝達しにくい柔状態で該圧電セラミックス体１０をクッション材１２を介して保持する板バネ１３と、この板バネ１３に固定された圧電セラミックス体１０と、上記一対のフレーム３１，３１間に掛け渡されたバネ材で形成されてなる基部材４０と、該基部材４０の中央部で前後に延びるように固定された弾性支持体４１，４２と、この弾性支持体４１，４２の両端部にそれぞれ固定されてなる硬質の鋼球である鋼球４３，４４とで構成されており、この一方の鋼球４３に外力Ｆを付与することで、他方の鋼球４４が共振作用によって上下振動を連続して繰り返し、上記圧電セラミックス体１０を殴打して該圧電セラミックス体１０に衝撃を与え発電させるように構成されている。   The piezoelectric power generation device 30 is fixed to the pair of frames 31 and 31 facing each other, and the piezoelectric ceramic body 10 is fixed to each frame 31 in a flexible state in which the natural vibration of the piezoelectric ceramic body 10 is difficult to be transmitted to other structures. A base member 40 formed of a leaf spring 13 held via a cushion material 12, a piezoelectric ceramic body 10 fixed to the leaf spring 13, and a spring material spanned between the pair of frames 31, 31. And elastic support members 41 and 42 fixed so as to extend back and forth at the center of the base member 40, and steel balls that are hard steel balls fixed to both ends of the elastic support members 41 and 42, respectively. 43, 44. By applying an external force F to one of the steel balls 43, the other steel ball 44 continuously repeats vertical vibration by a resonance action, and the piezoelectric ceramic body 10 It is configured to generate power impact to the piezoelectric ceramic body 10 with striking.

即ち、棒状ステンレス等の金属体で形成されてなる上記弾性支持体４１，４２は、上記基部材４０の接続点Ｌ０から同じ長さＬ１，Ｌ２を有して溶接固定されている。   That is, the elastic supports 41 and 42 formed of a metal body such as rod-like stainless steel are welded and fixed at the same lengths L1 and L2 from the connection point L0 of the base member 40.

ここで、図１に示す鋼球４３，４４を０．６ｇの鋼球で形成し、弾性支持体４１，４２をφ０．６のステンレス棒材（ｓｕｓ３０４−ＷＰＢ）で形成し、かつ、Ｌ１，Ｌ２間長さを７０ｍｍとし、ステンレス材（ｓｕｓ３０１：ｔ＝０．４）で形成された基部材４０のＬ０寸法を１５ｍｍに設定した場合、鋼球４３，４４の上下振幅ストロークは１４〜１５ｍｍであった。この構成からなる圧電発電装置３０による発電量を、前記測定装置で電圧を測定した。その結果を、図２に示す。   Here, the steel balls 43 and 44 shown in FIG. 1 are formed of 0.6 g of steel balls, the elastic supports 41 and 42 are formed of φ0.6 stainless steel bars (sus304-WPB), and L1, When the length between L2 is 70 mm and the L0 dimension of the base member 40 made of stainless steel (sus301: t = 0.4) is set to 15 mm, the vertical amplitude stroke of the steel balls 43 and 44 is 14 to 15 mm. there were. The amount of power generated by the piezoelectric power generation device 30 having this configuration was measured with the measurement device. The result is shown in FIG.

図２に示すデータからも明らかなように、上記一方の鋼球４３に外力Ｆを１度与えると、他方の鋼球４４が振り子状に連続して振動を繰り返し、従来のような１回限りの殴打により得られる発電量の数十倍の発電が得られることが判る。即ち、この実施例１では、Ｌ１＝Ｌ２，４３＝４４として、一方の固有振動数と他方の固有振動数とを同一に設定し、左右が共振するように構成されている。このように構成することで、一方の固有周波数（ｎ・ｆｏ）を他方の固有周波数（ｆｏ）の整数倍にすることができ、その結果、一方の蓄積エネルギーを大きく（完成モーメントを大きく）することで、固有周波数は下がり、他方の鋼球４４の振動継続時間を長くすることができる。   As apparent from the data shown in FIG. 2, when the external force F is applied once to the one steel ball 43, the other steel ball 44 continuously vibrates in a pendulum shape, and the conventional one-time operation is repeated. It can be seen that power generation of several tens of times the power generated by the beating can be obtained. That is, in the first embodiment, L1 = L2, 43 = 44, and one natural frequency and the other natural frequency are set to be the same so that the left and right resonate. With this configuration, one natural frequency (n · fo) can be made an integral multiple of the other natural frequency (fo), and as a result, one of the stored energy is increased (the completed moment is increased). Thus, the natural frequency is lowered, and the vibration duration time of the other steel ball 44 can be increased.

また、この圧電発電装置３０によれば、部品点数を大幅に削減することができ、コストダウンと共に、装置を非常に小さくすることができる。   In addition, according to the piezoelectric power generation device 30, the number of parts can be greatly reduced, and the device can be made very small along with cost reduction.

尚、上記実施例１では、上記弾性支持体４１，４２と基部材４０との連結を、溶接で行う場合を例にとり説明したが、この発明にあってはこれに限定されるものではなく、ねじ止めやかしめ止め、或は強力な接着剤を用い或はハンダ付け等の公知の手段で一体的に連結することもできる。   In addition, in the said Example 1, although the case where the connection with the said elastic support bodies 41 and 42 and the base member 40 was performed was demonstrated as an example, in this invention, it is not limited to this, It can also be integrally connected by known means such as screwing, caulking, using a strong adhesive, or soldering.

ところで、上記圧電セラミックス体１０は、この実施例１では、同一材質、同一形状、同一厚さの２枚の板状の圧電セラミックス素子１０ａ，１０ｂを、各圧電セラミックス素子１０ａ，１０ｂの分極の極性を同一方向にし、かつ、該圧電セラミックス素子１０ａ，１０ｂ間に、りん青銅や真鍮等の導電性金属で１０μｍ〜５０μｍの厚さに形成された極薄の金属電極１１を配置し、これら圧電セラミックス素子１０ａ，１０ｂと金属電極１１を接合して構成されている。   By the way, in the first embodiment, the piezoelectric ceramic body 10 is composed of two plate-like piezoelectric ceramic elements 10a and 10b having the same material, the same shape and the same thickness, and the polarities of the polarization of the piezoelectric ceramic elements 10a and 10b. Are arranged in the same direction, and between the piezoelectric ceramic elements 10a and 10b, an extremely thin metal electrode 11 made of a conductive metal such as phosphor bronze or brass and having a thickness of 10 μm to 50 μm is disposed. The element 10a, 10b and the metal electrode 11 are joined.

圧電セラミックス素子は、チタンジルコン酸亜鉛系の素材が用いられ、また、クッション材１２としては、合成樹脂材、ゴム材或はこれらをスポンジ状に形成した軟質材料を用いることができ、具体的には発泡ポリエチレンが好適である。また、板バネ１３は金属製に限らず、合成樹脂製の板材でも良く、さらに、この実施例１では、鋼球４３，４４を、圧電セラミックス体１０が破壊されていない程度に重量が重く発電効率が良好なタングステンや鉄などを用いることができ、また、圧電セラミックス体１０の鋼球衝突面部をプロテクトするプロテクタ１４は、加工性に優れたリン青銅やステンレス等の硬い金属或は合成樹脂などを用いることができる。   The piezoelectric ceramic element is made of a titanium zirconate-based material, and the cushion material 12 can be a synthetic resin material, a rubber material, or a soft material in which these are formed in a sponge shape. Is preferably polyethylene foam. Further, the plate spring 13 is not limited to a metal but may be a plate made of a synthetic resin. Further, in the first embodiment, the steel balls 43 and 44 are heavy so that the piezoelectric ceramic body 10 is not broken. The protector 14 that protects the steel ball colliding surface portion of the piezoelectric ceramic body 10 can use hard metal such as phosphor bronze or stainless steel, or synthetic resin, which has excellent workability. Can be used.

そして、この実施例１では上記金属電極１１を上記極薄の厚さとすることで、該金属電極１１による機械的な抵抗をごく僅かに抑えることができ、２つの圧電セラミックス素子１０ａ，１０ｂと金属電極１１の接合面を中心（伸縮しない部位）にたわみ振動が発生したとしても、該たわみ振動の金属電極１１による減衰を可及的に小さく抑えることができる。尚、この実施例１の構成では、一方の側の圧電セラミックス素子１０ａが伸長すれば他方の側の圧電セラミックス素子１０ｂは収縮し、かつ出力電圧の電極は逆方向となり、両圧電セラミックス素子１０ａ，１０ｂは並列に接続された発電構成となる。   In the first embodiment, the metal electrode 11 is made to have the extremely thin thickness, so that the mechanical resistance due to the metal electrode 11 can be suppressed very slightly, and the two piezoelectric ceramic elements 10a and 10b and the metal Even if the flexural vibration is generated around the joint surface of the electrode 11 (the portion that does not expand and contract), the attenuation of the flexural vibration by the metal electrode 11 can be suppressed as small as possible. In the configuration of the first embodiment, when the piezoelectric ceramic element 10a on one side expands, the piezoelectric ceramic element 10b on the other side contracts, and the electrodes of the output voltage are in opposite directions, so that both piezoelectric ceramic elements 10a, 10b becomes a power generation configuration connected in parallel.

また、この実施例１では、上記たわみ振動が行われると、一方の圧電セラミックス素子１０ａ（又は１０ｂ）で伸長と伸縮との両方の作用が行われて、分極が打ち消されるということがなく効率的に発電が行われる。発電された電気エネルギーとしての電流は、両圧電セラミックス素子１０ａ，１０ｂ及び金属電極１１に導電接続されたリード線１５を用いて取り出される。   In the first embodiment, when the flexural vibration is performed, the piezoelectric ceramic element 10a (or 10b) performs both expansion and contraction, and the polarization is not canceled out. Electricity is generated. The generated electric current as electric energy is taken out using the lead wires 15 electrically connected to both the piezoelectric ceramic elements 10a and 10b and the metal electrode 11.

尚、本実施例１では、２枚の圧電セラミックス素子１０ａ，１０ｂを、金属電極１１を介装して積層した場合を例にとり説明したが、各圧電セラミックス素子１０ａ（１０ｂ）自体を、それぞれ積層構造とすることができる。この積層構造では、複数枚の圧電セラミックス素子を接合（この場合は分極の極性も同一方向に）して、一方の圧電セラミックス素子１０ａ（又は１０ｂ）を形成する。このように、圧電セラミックス素子１０ａ（又は１０ｂ）自体を積層構造とし、これを例えば弾性特性を有する接着材により接合した場合には、この弾性効果により、材質的に強度に欠ける圧電セラミックス体１０の曲がりが容易になって曲げ強度を維持することができる。尚、この発明において、圧電セラミックス体１０の外形形状は特に限られるものではなく、円形、楕円形、三角形、四角形或いは多角形等、利用実施に対応させて適宜の形状のものを用いることができる。   In the first embodiment, the case where two piezoelectric ceramic elements 10a and 10b are laminated with the metal electrode 11 interposed therebetween is described as an example. However, each piezoelectric ceramic element 10a (10b) itself is laminated. It can be a structure. In this laminated structure, one piezoelectric ceramic element 10a (or 10b) is formed by joining a plurality of piezoelectric ceramic elements (in this case, the polarity of polarization is also in the same direction). In this way, when the piezoelectric ceramic element 10a (or 10b) itself has a laminated structure and is bonded by an adhesive having elastic characteristics, for example, the piezoelectric ceramic body 10 lacking in material strength due to this elastic effect. Bending is facilitated and bending strength can be maintained. In the present invention, the outer shape of the piezoelectric ceramic body 10 is not particularly limited, and an appropriate shape such as a circle, an ellipse, a triangle, a quadrangle, or a polygon can be used according to the implementation. .

また、この実施例１に用いられる板バネ１３は、その中央部のみ或いは両端部を接着材で圧電セラミックス体１０をクッション材１２を介して固着することで、圧電セラミックス体１０の振動を減衰させないように構成されている。圧電セラミックス体１０が振動する場合、この圧電セラミックス体１０を支持する部材は圧電セラミックス体１０の振動を減衰させる要因になり、この減衰要因を取り除くために、クッション材１２及び板バネ１３を用いて極力圧電セラミックス体１０を自由な状態におく。圧電セラミックス体１０の歪みは、圧電セラミックス自体が持つ固有振動となって暫くの間、継続する。この固有振動を長く継続させるためには、この固有振動を圧電セラミックス体１０以外の他の構成体に伝えないことが重要である。圧電セラミックス体１０の固有振動は、電気エネルギーとして変換されるが、その他の構造体の振動は全て機械的な抵抗となって固有振動エネルギーを吸収してしまい、電気エネルギーとして取り出すことができない。このため、この実施例１では、圧電セラミックス体１０と他の構造体との間で上記固有振動が伝達しないような柔らかな接触を実現するための手段としてクッション材１２及び板バネ１３を用いることで、圧電セラミックス体１０の固有振動を長く継続させることができ、発電効率が良くなる。勿論、このクッション材１２及び板バネ１３は圧電セラミックス体１０に加えられる衝撃を緩和する作用をも有する。   Further, the leaf spring 13 used in the first embodiment does not attenuate the vibration of the piezoelectric ceramic body 10 by fixing the piezoelectric ceramic body 10 via the cushioning material 12 with an adhesive at the center or both ends thereof. It is configured as follows. When the piezoelectric ceramic body 10 vibrates, the member supporting the piezoelectric ceramic body 10 becomes a factor that attenuates the vibration of the piezoelectric ceramic body 10. In order to remove this damping factor, the cushion material 12 and the leaf spring 13 are used. The piezoelectric ceramic body 10 is kept as free as possible. The distortion of the piezoelectric ceramic body 10 continues for a while as a natural vibration of the piezoelectric ceramic itself. In order to continue this natural vibration for a long time, it is important that this natural vibration is not transmitted to other components than the piezoelectric ceramic body 10. The natural vibration of the piezoelectric ceramic body 10 is converted as electric energy, but all the vibrations of the other structures become mechanical resistances and absorb the natural vibration energy and cannot be taken out as electric energy. For this reason, in the first embodiment, the cushion material 12 and the leaf spring 13 are used as means for realizing soft contact between the piezoelectric ceramic body 10 and another structure so that the natural vibration is not transmitted. Thus, the natural vibration of the piezoelectric ceramic body 10 can be continued for a long time, and the power generation efficiency is improved. Of course, the cushion material 12 and the leaf spring 13 also have a function of mitigating the impact applied to the piezoelectric ceramic body 10.

尚、上記実施例１では、上記圧電セラミックス体１０を所謂並列構造とした場合を例にとり説明したが、この発明にあってはこれに限定されるものではなく、本出願人が先に提案した所謂直列構造ものを用い、或いは、従来の公知構造からなる圧電セラミックス体を用いることができることは勿論であるが、最も発電効率が高いのは本実施例１に係る圧電セラミックス体１０の構造である。   In the first embodiment, the case where the piezoelectric ceramic body 10 has a so-called parallel structure has been described as an example. However, the present invention is not limited to this, and the applicant previously proposed. Of course, a so-called series structure or a conventional piezoelectric ceramic body having a known structure can be used, but the structure of the piezoelectric ceramic body 10 according to the first embodiment has the highest power generation efficiency. .

図３は、上記圧電発電装置３０の発電部５０で発電された電流を整流させる回路部３０を示しており、該回路部６０の充電部６１には、整流手段６２と充電手段６３と判定手段６４と放電スイッチ手段６５とが備えられている。整流手段６２は、発電部５０で出力された交流電力を整流して脈流にする手段である。充電手段６３は、整流手段６２により得られた脈流を直流として充電する手段である。判定手段６４は、充電手段６３の充電量を圧電素子１０の発電のタイミングに応じて間欠的に監視し判定する手段である。この手段では、充電量は監視の際にごく少量消費されるが、間欠的に監視しているので監視による電力の消費を抑え、充電量への影響を低減させている。放電スイッチ手段６５は、判定手段６４により充電手段６３の充電量が発信可能なレベルに達したことが判定されたときに、充電手段６３の放電を開始させ、後段の発信部７０に電力を供給する手段である。   FIG. 3 shows a circuit unit 30 that rectifies the current generated by the power generation unit 50 of the piezoelectric power generation apparatus 30. The charging unit 61 of the circuit unit 60 includes a rectification unit 62, a charging unit 63, and a determination unit. 64 and a discharge switch means 65 are provided. The rectifying unit 62 is a unit that rectifies the AC power output from the power generation unit 50 to generate a pulsating flow. The charging means 63 is means for charging the pulsating flow obtained by the rectifying means 62 as a direct current. The determination unit 64 is a unit that intermittently monitors and determines the amount of charge of the charging unit 63 according to the power generation timing of the piezoelectric element 10. With this means, a very small amount of charge is consumed at the time of monitoring, but since monitoring is performed intermittently, power consumption by monitoring is suppressed and the influence on the charge amount is reduced. When the determination unit 64 determines that the charging amount of the charging unit 63 has reached a level at which transmission is possible, the discharge switch unit 65 starts discharging the charging unit 63 and supplies power to the transmission unit 70 at the subsequent stage. It is means to do.

発信部７０には、通信制御手段７１と信号スイッチ手段７２と信号スイッチ手段７３と放電停止手段７４とが備えられている。通信制御手段７１は、通信に必要な動作を行う手段であり、この手段は充電部６１から電力が供給されることで開始される。この手段では、動作の開始により信号スイッチ手段７２をＯＮさせるように働くとともに、発信のためのデータを信号発生手段７３に渡す。信号スイッチ手段７２は、通信制御手段７１によりＯＮされて、信号スイッチ手段７３に電力を供給する手段である。   The transmitter 70 includes communication control means 71, signal switch means 72, signal switch means 73, and discharge stop means 74. The communication control unit 71 is a unit that performs an operation necessary for communication, and this unit is started when power is supplied from the charging unit 61. This means works to turn on the signal switch means 72 when the operation is started, and passes data for transmission to the signal generation means 73. The signal switch unit 72 is a unit that is turned on by the communication control unit 71 and supplies power to the signal switch unit 73.

信号スイッチ手段７３は、通信制御手段７１より受け取った発信のためのデータを信号に変換して発信する。放電停止手段７４は、充電部６１からの電力の供給を停止させるように放電スイッチ手段６５を動作させる手段である。この手段は、通信制御手段７１が発信のために必要なデータを全て信号スイッチ手段７３に渡し終わったら、通信制御手段７１により動作させられる。   The signal switch unit 73 converts the data for transmission received from the communication control unit 71 into a signal and transmits the signal. The discharge stop unit 74 is a unit that operates the discharge switch unit 65 so as to stop the supply of power from the charging unit 61. This means is operated by the communication control means 71 when the communication control means 71 has passed all the data necessary for transmission to the signal switch means 73.

図４は回路図であり、Ｓ点、＋点、−点により接続される。整流手段６２はダイオードＤ１〜Ｄ６により全波整流の回路が形成されており、発電部５０から出力された交流電力をここで整流し脈流として後段に出力する。発電部５０から取り出された４本のリード線のうち３本のリード線が結線され、３本のリード線が６個のダイオードＤ１〜Ｄ６に接続されている。   FIG. 4 is a circuit diagram, which is connected by S point, + point, and-point. The rectifier 62 forms a full-wave rectifier circuit with diodes D1 to D6, and rectifies the AC power output from the power generation unit 50 and outputs it as a pulsating current to the subsequent stage. Of the four lead wires taken out from the power generation unit 50, three lead wires are connected, and the three lead wires are connected to the six diodes D1 to D6.

充電手段６３は、コンデンサＣ１を備えている。このコンデンサＣ１は、充電電池に代替してもよい。整流手段６２で整流された脈流は、コンデンサＣ１に直流として逐次充電され、鋼球４４が圧電セラミックス体１０に衝突して発電を繰り返すたびにコンデンサＣ１の両端の電圧が高くなる。   The charging means 63 includes a capacitor C1. The capacitor C1 may be replaced with a rechargeable battery. The pulsating flow rectified by the rectifying means 62 is sequentially charged as a direct current to the capacitor C1, and the voltage across the capacitor C1 increases each time the steel ball 44 collides with the piezoelectric ceramic body 10 and repeats power generation.

放電スイッチ手段６５には、自己保持型電流スイッチが用いられている。本実施例では、相補トランジスタを用いており、ＰＮＰトランジスタＴｒ１とＮＰＮトランジスタＴｒ２とを組み合わせている。この放電スイッチ手段６５では、ｂ点に、ｃ点の電圧より約０．６Ｖ（Ｔｒ１により決まる値）低い電圧が印加されると、Ｔｒ１がＯＮとなり、ほぼ同時にＴｒ２がＯＮとなる。このように放電スイッチ手段６５がＯＮ状態となると、ｃ点とｄ点の間はきわめて低いインピーダンスとなる。そして、充電手段６３のコンデンサＣ１に貯めた電力を放電し、きわめて少ないロスで通信制御手段７１に供給する。そして、このＯＮ状態は、自己保持状態となり放電停止するまで継続する。   The discharge switch means 65 is a self-holding type current switch. In this embodiment, complementary transistors are used, and the PNP transistor Tr1 and the NPN transistor Tr2 are combined. In this discharge switch means 65, when a voltage approximately 0.6V (a value determined by Tr1) lower than the voltage at point c is applied to point b, Tr1 is turned on, and Tr2 is turned on almost simultaneously. Thus, when the discharge switch means 65 is turned on, the impedance between the points c and d becomes extremely low. Then, the electric power stored in the capacitor C1 of the charging unit 63 is discharged and supplied to the communication control unit 71 with very little loss. This ON state continues until it becomes a self-holding state and stops discharging.

判定手段６４は、コンデンサＣ２，Ｃ３と抵抗Ｒ１，Ｒ２を備えている。Ｃ３は誤動作防止用に設けたものである。コンデンサＣ２と抵抗Ｒ１は、圧電素子１０からの出力である図５中に示すａ点と放電スイッチ手段６５の図５中に示すｂ点との間に設けられている。そして、この時定数で充電量の判定の際にｂ点に電圧を印加する時間を決めている。ａ点には鋼球４４が圧電素子１０に衝突する度に交流電力が発生するが、この電圧は、コンデンサＣ１の両端の電圧にダイオードＤ６の上棟方向の電圧を加えた値である。そして、コンデンサＣ１が充電により電圧上昇するとともにａ点の交流電圧も上昇する。つまり、ａ点ではコンデンサＣ１両端の直流電圧にほぼ比例した交流電圧が、鋼球４４が衝突するたびに、すなわち間欠的に得られる。そしてこのａ点での交流電圧は、抵抗Ｒ１とコンデンサＣ２の時定数で決めたごく短時間で印加される。ｂ点の電圧は抵抗Ｒ１，Ｒ２の分配比により決められ、上述したようにｂ点の電圧がｃ点の電圧よりも約０．６Ｖ（Ｔｒ１により決まる値）低い電圧の値を超えると放電スイッチ手段６５がＯＮとなる。   The determination unit 64 includes capacitors C2 and C3 and resistors R1 and R2. C3 is provided for preventing malfunction. The capacitor C2 and the resistor R1 are provided between the point a shown in FIG. 5 that is the output from the piezoelectric element 10 and the point b shown in FIG. The time constant determines the time for applying the voltage at point b when determining the charge amount. AC power is generated every time the steel ball 44 collides with the piezoelectric element 10 at point a. This voltage is a value obtained by adding the voltage in the upper direction of the diode D6 to the voltage at both ends of the capacitor C1. Then, the voltage of the capacitor C1 increases due to charging, and the AC voltage at point a also increases. That is, at the point a, an AC voltage substantially proportional to the DC voltage across the capacitor C1 is obtained whenever the steel ball 44 collides, that is, intermittently. The AC voltage at point a is applied in a very short time determined by the time constant of the resistor R1 and the capacitor C2. The voltage at the point b is determined by the distribution ratio of the resistors R1 and R2, and as described above, when the voltage at the point b exceeds the value of about 0.6V (a value determined by Tr1) lower than the voltage at the point c, the discharge switch The means 65 is turned on.

ここでは、ｂ点の電圧は、
ｃ点の電圧×（１−Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２））
で示されるため、このｂ点の電圧がｃ点の電圧よりも約０．６Ｖ低い電圧「ｃ点の電圧−約０．６Ｖ」と等しくなったときが判定の閾値となり、これをもって充電量のレベルを判定する。 Here, the voltage at point b is
Voltage at point c x (1-R2 / (R1 + R2))
Therefore, when the voltage at the point b becomes equal to the voltage “voltage at the point c−about 0.6 V” that is about 0.6 V lower than the voltage at the point c, the threshold value for the determination is obtained. Determine the level.

このため、Ｒ１とＲ２を調整することで放電を開始させる充電量を発信可能なレベルに調整することができる。このレベルは発信する信号に応じて任意に設定される。   For this reason, by adjusting R1 and R2, it is possible to adjust the charge amount for starting discharge to a level at which transmission is possible. This level is arbitrarily set according to the signal to be transmitted.

通信制御手段７１は、通信制御回路７５とコンデンサＣ７と抵抗Ｒ８とＦＥＴ１を備えている。コンデンサＣ７は動作安定用に設けたものである。抵抗Ｒ８とＦＥＴ１は通信制御回路７５と信号スイッチ手段７２を低消費電力でインターフェースするためのレベル変換に設けたものである。充電部６１からの放電により通信制御回路７５に電力が供給されると、通信制御回路７５の内部で発信に必要な手順が実行される。なお、通信制御回路７５は消費電力の小さいものである。   The communication control means 71 includes a communication control circuit 75, a capacitor C7, a resistor R8, and FET1. The capacitor C7 is provided for stable operation. The resistors R8 and FET1 are provided for level conversion for interfacing the communication control circuit 75 and the signal switch means 72 with low power consumption. When power is supplied to the communication control circuit 75 by discharging from the charging unit 61, procedures necessary for transmission are executed inside the communication control circuit 75. Note that the communication control circuit 75 has low power consumption.

信号スイッチ手段７２は、ＰＮＰトランジスタＴｒ４と抵抗Ｒ６，Ｒ７とコンデンサＣ６を備えている。信号発生手段７３を構成する信号発生回路７６が比較的大電力を必要とするために、この信号スイッチ手段７２では大電力用トランジスタスイッチＴｒ４を使って、信号発生回路７６に電力を供給するよう構成している。信号スイッチ手段７２では、通信制御回路７５からの発信開始の指令がＦＥＴ１と抵抗Ｒ７を通ってトランジスタＴｒ４をＯＮさせると、信号スイッチ手段７３で発信を開始させるよう動作する。   The signal switch means 72 includes a PNP transistor Tr4, resistors R6 and R7, and a capacitor C6. Since the signal generation circuit 76 constituting the signal generation means 73 requires relatively large power, the signal switch means 72 is configured to supply power to the signal generation circuit 76 using the high power transistor switch Tr4. is doing. In the signal switch means 72, when the transmission start command from the communication control circuit 75 passes through the FET 1 and the resistor R7 to turn on the transistor Tr4, the signal switch means 73 operates to start transmission.

信号発生手段７３は、上記信号発生回路７６とアンテナ７７を備えており、信号スイッチ手段７２から電力が供給されると、通信制御回路７２から受け取った発信のためのデータを無線信号に変換してアンテナ７７から発信する。   The signal generation means 73 includes the signal generation circuit 76 and the antenna 77. When power is supplied from the signal switch means 72, the signal generation means 73 converts the data for transmission received from the communication control circuit 72 into a radio signal. It transmits from the antenna 77.

放電停止手段７４は、ＰＮＰトランジスタＴｒ３と抵抗Ｒ４，Ｒ５とコンデンサＣ４，Ｃ５とを備えている。コンデンサＣ４，Ｃ５は、誤動作防止用に設けている。この手段では、通信制御回路７５が発信のために必要なデータを信号発生回路７６に送出し終えたら、通信制御回路７５から抵抗Ｒ４を通してトランジスタＴｒ３をＯＮさせる信号を出力する。トランジスタＴｒ３がＯＮとなると放電スイッチ手段６５の自己保持は解除となり、コンデンサＣ５に貯まっていた電力の放電は停止して、発信動作は終了する。   The discharge stopping means 74 includes a PNP transistor Tr3, resistors R4 and R5, and capacitors C4 and C5. Capacitors C4 and C5 are provided for preventing malfunction. In this means, when the communication control circuit 75 finishes sending data necessary for transmission to the signal generation circuit 76, the communication control circuit 75 outputs a signal for turning on the transistor Tr3 through the resistor R4. When the transistor Tr3 is turned on, the self-holding of the discharge switch means 65 is released, the discharge of the electric power stored in the capacitor C5 is stopped, and the transmission operation is ended.

図３のブロック図に示すように、発電部５０の出力が回路部６０に取り出される。回路部６０には、発電部５０で発生した交流電力を整流して充電する充電部６１と発信部７０とが備えられている。そして、発信部７０から発信された信号は、受信装置（中継装置）８０の受信部８１に受信され、警報部８２が例えば管理センター等に設置されている表示部８４にどの部位に設置された本装置が警報を発したのかを音や光により通知とともに、ネットワーク８３を介してあらかじめ設定した外部にも通知する。   As shown in the block diagram of FIG. 3, the output of the power generation unit 50 is taken out to the circuit unit 60. The circuit unit 60 includes a charging unit 61 and a transmission unit 70 that rectify and charge AC power generated by the power generation unit 50. Then, the signal transmitted from the transmitter 70 is received by the receiver 81 of the receiver (relay device) 80, and the alarm unit 82 is installed in which part of the display unit 84 installed in the management center, for example. Whether the apparatus has issued an alarm is notified by sound or light, and is also notified to a preset outside via the network 83.

このように、本実施例１では、回路部６０で、圧電セラミックス体１０が発電するたびにその出力から交流電圧を取り出し、これを判定手段６４に用いて充電量を判定している。このような充電量の間欠的な判定は、充電量が増加するタイミングで効率よく判定される。その上、判定のために無駄な電力を消費することが大幅に抑制されるので、発信に必要な電力を素早く充電して発信部７０に供給できる。   As described above, in the first embodiment, every time the piezoelectric ceramic body 10 generates power, the circuit unit 60 extracts the AC voltage from the output, and uses the AC voltage for the determination unit 64 to determine the charge amount. Such intermittent determination of the charge amount is efficiently determined at the timing when the charge amount increases. In addition, consumption of useless power for determination is greatly suppressed, so that the power required for transmission can be quickly charged and supplied to the transmission unit 70.

発信部７０から発信された信号は受信装置（中継装置）８０の受信部８１に受信され、警報部８２で警報等の処理が実行される。この警報は、音や光、あるいは音声で行なわれると同時に、ネットワーク８３を介して関係施設へと同時に通報される。   The signal transmitted from the transmitting unit 70 is received by the receiving unit 81 of the receiving device (relay device) 80, and processing such as an alarm is executed by the alarm unit 82. This alarm is issued by sound, light, or voice, and at the same time, it is notified to the related facility via the network 83.

以上説明したように、この実施例１に係る圧電発電装置は、ワイヤー２の移動状態（ワイヤー２の引っ張りによる移動状態、及び、引き戻されたときの移動状態）をそのまま直接に回転加振体１０５に伝達して該回転加振体１０５を回転させ、該回転加振体１０５の複数の羽根１０３で一方の鋼球４３を連続的に順次殴打することができる。また、構成も簡易なので、低コストで提供することができると共に、故障も少ないので、この種の装置には好適である。   As described above, in the piezoelectric power generation device according to the first embodiment, the rotational excitation body 105 directly maintains the movement state of the wire 2 (the movement state when the wire 2 is pulled and the movement state when the wire 2 is pulled back). And the rotating vibration body 105 is rotated, and one steel ball 43 can be beaten successively and sequentially by the plurality of blades 103 of the rotation vibration body 105. In addition, since the configuration is simple, it can be provided at low cost and has few failures, which is suitable for this type of apparatus.

さらに、上記回転加振体１０５の軸１０２の中心から鋼球殴打部としての羽根１０３の先端までの長さ寸法Ｌ４は、上記軸１０２の中心から本体１０１の外周までの長さ寸法Ｌ３に対して長い寸法に設定されているので、外力Ｆの作用によるロッド１の移動量が２〜３ｍｍ程度であっても、これを大きな外力Ｆに変換して鋼球４３を強く殴打することが可能となり、大きな電力を短時間で得ることができるので、無電源でも確実にセンサー部９０を作動させることができる。   Further, the length dimension L4 from the center of the shaft 102 of the rotating vibrator 105 to the tip of the blade 103 as the steel ball striking portion is equal to the length dimension L3 from the center of the shaft 102 to the outer periphery of the main body 101. Therefore, even if the movement amount of the rod 1 due to the action of the external force F is about 2 to 3 mm, it can be converted into a large external force F to strike the steel ball 43 strongly. Since large electric power can be obtained in a short time, the sensor unit 90 can be reliably operated even without a power source.

また、回転加振体１０５の一回の回転により一方の鋼球４３に複数の羽根１０３で連続的に外力付与することによって、圧電セラミックス体１０への殴打が連続的に順次繰り返される。その結果、従来の鋼球を用いた圧電発電装置で得られる電流出力よりも数十倍以上の発電量を確実に得ることができ、実用レベルの発電量を、よりコンパクトで廉価に確保することができる。   Further, by continuously applying an external force to one steel ball 43 with a plurality of blades 103 by one rotation of the rotating vibrating body 105, the striking on the piezoelectric ceramic body 10 is continuously and sequentially repeated. As a result, it is possible to reliably obtain a power generation amount that is several tens of times higher than the current output obtained with a piezoelectric power generation device using a conventional steel ball, and to ensure a practical power generation amount that is more compact and inexpensive. Can do.

さらに、ワイヤー２をスプリング７により所定の方向にテンションを加えておくことにより、ワイヤー２の引っ張りによる移動、及び、引き戻されたときの移動の両方向の移動で圧電発電装置３０を発電して発信に必要な電力を素早く充電して発信部７０に供給することができ、警報を確実に発信させることができる。   Furthermore, by applying tension to the wire 2 in a predetermined direction by the spring 7, the piezoelectric generator 30 is generated by the movement in both directions of the movement by pulling the wire 2 and the movement when the wire 2 is pulled back. Necessary electric power can be quickly charged and supplied to the transmitter 70, and an alarm can be reliably transmitted.

図５は、この発明の実施例２に係る圧電発電装置の構成を示す平面図であり、図６は、この実施例２に係る圧電発電装置の構成を示す側面図である。   FIG. 5 is a plan view showing the configuration of the piezoelectric power generation apparatus according to Embodiment 2 of the present invention, and FIG. 6 is a side view showing the configuration of the piezoelectric power generation apparatus according to Embodiment 2.

前記実施例１では、圧電発電装置３０を一基配設した場合を例にとり説明したが、この実施例２にあっては、圧電発電装置３０に外力Ｆを付与する外力付与装置（外力を付与する手段）１００の回転加振体１０５を中心として該圧電発電装置３０を複数個（この実施例２の場合は７個）放射状になるようにセンサー部９０に配設してある。   In the first embodiment, the case where one piezoelectric power generation device 30 is disposed has been described as an example. However, in this second embodiment, an external force applying device that applies an external force F to the piezoelectric power generating device 30 (applying an external force) Means) A plurality of piezoelectric power generation devices 30 (seven in the case of the second embodiment) are arranged in the sensor unit 90 around the rotary vibration body 105 of 100.

図５及び図６に示すように、回転加振体１０５の円柱状の本体１０１の中央のフランジ部１０１ａの上部と下部に板状の羽根１０３が放射状に複数（この実施例２では上段に偶数個の４枚、上段と同じ位置の下段に偶数個の４枚）突設されている。また、複数の圧電発電装置３０の上下段の各羽根１０３に対向する位置に一方の鋼球４３が上下にそれぞれ設けられている。即ち、一方の鋼球４３は段当たり奇数個の７個ずつ設けられている。さらに、他方の鋼球４４も上下にそれぞれ設けられており、これにより、圧電セラミックス体１０は上下、左右に各一対ずつ設けられている。   As shown in FIGS. 5 and 6, a plurality of plate-like blades 103 are radially provided on the upper and lower portions of the center flange portion 101a of the cylindrical main body 101 of the rotary vibrating body 105 (in the second embodiment, an even number on the upper stage). 4 pieces, even number 4 pieces on the lower stage at the same position as the upper stage). In addition, one steel ball 43 is provided above and below at a position facing each of the upper and lower blades 103 of the plurality of piezoelectric power generation devices 30. That is, one steel ball 43 is provided in an odd number of seven per stage. Further, the other steel balls 44 are also provided on the upper and lower sides, respectively, so that the piezoelectric ceramic body 10 is provided in pairs on the upper and lower sides and the left and right sides.

この場合、第１番目の圧電発電装置３０の上段の一方の鋼球を符号４３Ａ（他方の鋼球を符号４４Ａ）で、第１番目の圧電発電装置３０の下段の一方の鋼球を符号４３ａ（他方の鋼球を符号４４ａ）で、第２番目の圧電発電装置３０の上段の一方の鋼球を符号４３Ｂ（他方の鋼球を符号４４Ｂ）で、第２番目の圧電発電装置３０の下段の一方の鋼球を符号４３ｂ（他方の鋼球を符号４４ｂ）で、第３番目の圧電発電装置３０の上段の一方の鋼球を符号４３Ｃ（他方の鋼球を符号４４Ｃ）で、第３番目の圧電発電装置３０の下段の一方の鋼球を符号４３ｃ（他方の鋼球を符号４４ｃ）で、第４番目の圧電発電装置３０の上段の一方の鋼球を符号４３Ｄ（他方の鋼球を符号４４Ｄ）で、第４番目の圧電発電装置３０の下段の一方の鋼球を符号４３ｄ（他方の鋼球を符号４４ｄ）で、第５番目の圧電発電装置３０の上段の一方の鋼球を符号４３Ｅ（他方の鋼球を符号４４Ｅ）で、第５番目の圧電発電装置３０の下段の一方の鋼球を符号４３ｅ（他方の鋼球を符号４４ｅ）で、第６番目の圧電発電装置３０の上段の一方の鋼球を符号４３Ｆ（他方の鋼球を符号４４Ｆ）で、第６番目の圧電発電装置３０の下段の一方の鋼球を符号４３ｆ（他方の鋼球を符号４４ｆ）で、第７番目の圧電発電装置３０の上段の一方の鋼球を符号４３Ｇ（他方の鋼球を符号４４Ｇ）で、第７番目の圧電発電装置３０の下段の一方の鋼球を符号４３ｇ（他方の鋼球を符号４４ｇ）で、それぞれ示す。尚、一方の鋼球を総称して符号４３で、他方の鋼球を総称して符号４４で示す。   In this case, one upper steel ball of the first piezoelectric power generation device 30 is denoted by reference numeral 43A (the other steel ball is denoted by reference numeral 44A), and one lower steel ball of the first piezoelectric power generation device 30 is denoted by reference numeral 43a. (The other steel ball is denoted by reference numeral 44a), the upper one steel ball of the second piezoelectric power generation apparatus 30 is denoted by reference numeral 43B (the other steel ball is denoted by reference numeral 44B), and the lower stage of the second piezoelectric power generation apparatus 30 One steel ball is indicated by reference numeral 43b (the other steel ball is indicated by reference numeral 44b), one upper steel ball of the third piezoelectric generator 30 is indicated by reference numeral 43C (the other steel ball is indicated by reference numeral 44C), One steel ball at the lower stage of the fourth piezoelectric power generation device 30 is denoted by reference numeral 43c (the other steel ball is denoted by reference numeral 44c), and one steel ball at the upper stage of the fourth piezoelectric power generation device 30 is denoted by reference numeral 43D (the other steel ball). 44D), and one steel ball at the lower stage of the fourth piezoelectric power generation apparatus 30 is denoted by reference numeral 43. (The other steel ball is denoted by reference numeral 44d), the upper one steel ball of the fifth piezoelectric power generation apparatus 30 is denoted by reference numeral 43E (the other steel ball is denoted by reference numeral 44E), and the lower stage of the fifth piezoelectric power generation apparatus 30 One steel ball is indicated by reference numeral 43e (the other steel ball is indicated by reference numeral 44e), one upper steel ball of the sixth piezoelectric generator 30 is indicated by reference numeral 43F (the other steel ball is indicated by reference numeral 44F), One steel ball in the lower stage of the seventh piezoelectric power generation device 30 is denoted by reference numeral 43f (the other steel ball is denoted by reference numeral 44f), and one steel ball in the upper stage of the seventh piezoelectric power generation device 30 is denoted by reference numeral 43G (the other steel ball 44G), and the lower one steel ball of the seventh piezoelectric power generation apparatus 30 is indicated by reference numeral 43g (the other steel ball is indicated by reference numeral 44g). One steel ball is generically indicated by reference numeral 43 and the other steel ball is generically indicated by reference numeral 44.

そして、図６に示すように、円柱状の本体１０１の下面に固定されて該本体１０１と共に回転する円柱状の軸１０２にワイヤー２の中途部が巻き付けられており、このワイヤー２に外力Ｆが作用して引っ張られたり、引き戻されたときに回転加振体１０５が軸１０２を支点として回動する。これにより、その本体１０１の上下段に等間隔毎に放射状に突設された各羽根１０３が、第１番目の圧電発電装置３０の上段の一方の鋼球４３Ａ、第２番目の圧電発電装置３０の下段の一方の鋼球４３ｂ、第３番目の圧電発電装置３０の上段の一方の鋼球４３Ｃ、第４番目の圧電発電装置３０の下段の一方の鋼球４３ｄ、第５番目の圧電発電装置３０の上段の一方の鋼球４３Ｅ、第６番目の圧電発電装置３０の下段の一方の鋼球４３ｆ、第７番目の圧電発電装置３０の上段の一方の鋼球４３Ｇ、第１番目の圧電発電装置３０の下段の一方の鋼球４３ａ、第２番目の圧電発電装置３０の上段の一方の鋼球４３Ｂ、第３番目の圧電発電装置３０の下段の一方の鋼球４３ｃ、第４番目の圧電発電装置３０の上段の一方の鋼球４３Ｄ、第５番目の圧電発電装置３０の下段の一方の鋼球４３ｅ、第６番目の圧電発電装置３０の上段の一方の鋼球４３Ｆ、第７番目の圧電発電装置３０の下段の一方の鋼球４３ｇ、第１番目の圧電発電装置３０の上段の一方の鋼球４３Ａと、順次殴打する。   As shown in FIG. 6, a midway portion of the wire 2 is wound around a cylindrical shaft 102 that is fixed to the lower surface of the cylindrical main body 101 and rotates together with the main body 101, and an external force F is applied to the wire 2. When the actuator is pulled or pulled back, the rotating vibrating body 105 rotates about the shaft 102 as a fulcrum. As a result, the blades 103 projecting radially at equal intervals on the upper and lower stages of the main body 101 are connected to the upper one steel ball 43A of the first piezoelectric generator 30 and the second piezoelectric generator 30. One steel ball 43b in the lower stage, one steel ball 43C in the upper stage of the third piezoelectric power generation device 30, one steel ball 43d in the lower stage of the fourth piezoelectric power generation device 30, and a fifth piezoelectric power generation device 30, one upper steel ball 43E, the lower one steel ball 43f of the sixth piezoelectric power generation device 30, the upper one steel ball 43G of the seventh piezoelectric power generation device 30, and the first piezoelectric power generation. One steel ball 43a at the lower stage of the apparatus 30, one steel ball 43B at the upper stage of the second piezoelectric power generation apparatus 30, one steel ball 43c at the lower stage of the third piezoelectric power generation apparatus 30, and a fourth piezoelectric element. One steel ball 43D in the upper stage of the power generation device 30, the fifth piezoelectric One steel ball 43e on the lower stage of the electric device 30, one steel ball 43F on the upper stage of the sixth piezoelectric power generation device 30, one steel ball 43g on the lower stage of the seventh piezoelectric power generation device 30, and the first The upper and lower steel balls 43A of the piezoelectric power generation apparatus 30 are sequentially beaten.

このように、いずれか一つの圧電発電装置３０の発電量によりセンサー部９０が作動するように構成したことで、いずれか一つの圧電発電装置３０が故障しても、他の圧電発電装置３０でこれをカバーすることができる。   In this way, by configuring the sensor unit 90 to operate according to the power generation amount of any one of the piezoelectric power generation devices 30, even if any one of the piezoelectric power generation devices 30 breaks down, This can be covered.

また、ワイヤー２の引っ張りや引き戻しの移動速度が速い場合でも、いずれか一つの圧電発電装置３０の発電量によりセンサー部９０を確実に作動させることができる。即ち、ワイヤー２の引っ張りや引き戻しの移動速度が速い場合に、複数の羽根１０３を用いて一方の鋼球４３を殴打（加振）すると、始めの羽根１０３で一方の鋼球４３を加振した後、まだ該鋼球４３が振動している間に次の羽根１０３が該鋼球４３の振動を妨害するおそれがあったが（ワイヤー２の速度が遅い場合には問題は発生しないが）、回転加振体１０５に上下２段の複数の羽根１０３を設ける構成とすることにより、速いワイヤー２の動きが発生してもどれか１つ以上の圧電発電装置３０の鋼球４３は振動を妨げられることなく発電を続けることができる。   Further, even when the moving speed of the pulling and pulling back of the wire 2 is fast, the sensor unit 90 can be reliably operated by the power generation amount of any one of the piezoelectric power generation devices 30. That is, when one steel ball 43 is beaten (vibrated) using a plurality of blades 103 when the moving speed of pulling and pulling back of the wire 2 is high, one steel ball 43 is vibrated by the first blade 103. Later, while the steel ball 43 was still oscillating, the next blade 103 might interfere with the vibration of the steel ball 43 (although no problem occurred when the speed of the wire 2 was slow), By providing the rotary vibrating body 105 with a plurality of upper and lower blades 103, even if a fast movement of the wire 2 occurs, any one or more steel balls 43 of the piezoelectric generator 30 are prevented from vibrating. Power generation can be continued without any problems.

図１０は、この発明に係る圧電発電装置を利用した土石流検知装置の配置状態を示す説明図である。この土石流検知装置は、土石流Ｗの上流から下流にかけて該土石流Ｗを跨ぐように複数本のロッド１をそれぞれ立設し、該複数のロッド１，１，‥間にワイヤー２を上記土石流Ｗを跨ぐように該土石流Ｗの上流から下流にかけて並列（この実施例では土石流Ｗの流れに対して交差するように４本のワイヤー２を並列に配置）になるように複数張設し、該複数のワイヤー２の各一端部を各実施例の圧電発電装置３０を内蔵した各センサー部９０（上流より下流にかけて９０Ａ，９０Ｂ，９０Ｃ，９０Ｄとする。）にそれぞれ繋げてある。   FIG. 10 is an explanatory view showing an arrangement state of the debris flow detection device using the piezoelectric power generation device according to the present invention. In this debris flow detection device, a plurality of rods 1 are erected so as to straddle the debris flow W from upstream to downstream of the debris flow W, and the wire 2 is straddled across the debris flow W between the plurality of rods 1, 1,. As described above, a plurality of wires are stretched so that they are arranged in parallel from upstream to downstream of the debris flow W (in this embodiment, four wires 2 are arranged in parallel so as to intersect with the flow of the debris flow W). Each one end of 2 is connected to each sensor unit 90 (90A, 90B, 90C, 90D from upstream to downstream) incorporating the piezoelectric power generation device 30 of each embodiment.

上記土石流Ｗは、川の上流から下流に流れるため、一旦土石流Ｗが発生すると、上流のセンサー部９０Ａから下流のセンサー部９０Ｄまで反応する。この際に、上流のセンサー部９０Ａから下流のセンサー部９０Ｄまでの信号発生時刻を、ｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４とし、ａ１＝ｔ２−ｔ１、ａ２＝ｔ３−ｔ２、ａ３＝ｔ４−ｔ３とすると、ａ１＋ａ２＋ａ３＞０ならば危険度Ａ、ａ１＋ａ２＞０又はａ２＋ａ３＞０ならば危険度Ｂ、ａ１＞０又はａ２＞０又はａ３＞０ならば危険度Ｃ、いずれも満たさない場合は、誤動作とする。   Since the debris flow W flows from the upstream to the downstream of the river, once the debris flow W is generated, it reacts from the upstream sensor unit 90A to the downstream sensor unit 90D. At this time, the signal generation times from the upstream sensor unit 90A to the downstream sensor unit 90D are t1, t2, t3, and t4, and a1 = t2-t1, a2 = t3-t2, and a3 = t4-t3. If a1 + a2 + a3> 0, risk A, a1 + a2> 0 or a2 + a3> 0, risk B, a1> 0 or a2> 0 or a3> 0, risk C; .

このように、土石流Ｗを横切る４本のワイヤー２の各一端部に前記各実施例の圧電発電装置３０を内蔵したセンサー部９０をそれぞれ繋げた構成としたことにより、土石流Ｗの危険度の検出の精度を上記のように高めることができる。これにより、圧電発電装置を崖崩落検知装置Ｋとして使用することができる。勿論、この発明にあっては、本圧電発電装置を土石流検知センサーとして用いるだけではなく、水等の液体流力や風などの気体流力、固体による力、或はこれらの混合物（例えば、崖崩れ又は地滑り等）の移動による力を検知するセンサーとしても使用できる。   As described above, the detection of the risk of the debris flow W is achieved by connecting the sensor units 90 each including the piezoelectric power generation device 30 of each of the above embodiments to each one end of the four wires 2 crossing the debris flow W. Can be improved as described above. Accordingly, the piezoelectric power generation device can be used as the cliff collapse detection device K. Of course, in the present invention, not only the piezoelectric power generation apparatus is used as a debris flow detection sensor, but also a liquid flow force such as water, a gas flow force such as wind, a force due to a solid, or a mixture thereof (for example, a cliff It can also be used as a sensor for detecting force due to movement of collapse or landslide.

尚、前記実施例２によれば、上下２段に羽根と鋼球を設けたが、上中下３段に設けても良い。また、羽根は各段に４枚、鋼球は各段に７個設けたが、これらの数に限らす、羽根を各段に偶数枚、鋼球を各段に奇数個設けるようにすれば良い。   In addition, according to the said Example 2, although the blade | wing and the steel ball were provided in the upper and lower two steps, you may provide in upper, middle, and lower three steps. In addition, four blades are provided in each stage and seven steel balls are provided in each stage. However, the number of blades is limited to this number, and even numbers of blades are provided in each stage and odd numbers of steel balls are provided in each stage. good.

この発明の実施例１に係る圧電発電装置の構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the structure of the piezoelectric electric power generating apparatus which concerns on Example 1 of this invention. 測定回路により測定された同実施例１に係る異常予兆状態監視装置の圧電発電装置の発電量を示すグラフである。It is a graph which shows the electric power generation amount of the piezoelectric power generator of the abnormal sign state monitoring apparatus based on the Example 1 measured by the measurement circuit. 同圧電発電装置の回路図である。It is a circuit diagram of the same piezoelectric generator. 同圧電発電装置のより詳細な構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the more detailed structure of the same piezoelectric generator. この発明の実施例２に係る圧電発電装置の構成を示す平面図である。It is a top view which shows the structure of the piezoelectric electric power generating apparatus which concerns on Example 2 of this invention. 同実施例２に係る圧電発電装置の構成を示す側面図である。It is a side view which shows the structure of the piezoelectric electric power generating apparatus which concerns on the Example 2. FIG. この発明に係る圧電発電装置を用いた土石流検知装置の概略説明図である。It is a schematic explanatory drawing of the debris flow detection apparatus using the piezoelectric power generator concerning this invention.

符号の説明Explanation of symbols

Ｋ 土石流検知装置
１，１，１，‥ ロッド
２ ワイヤー
４ クラック
１０ 圧電セラミックス体
３０ 圧電発電装置
４０ 基部材
４１，４２ 弾性支持体
４３，４４ 鋼球
４３ 一方の鋼球
４４ 他方の鋼球
４３Ａ〜４３Ｇ 鋼球
４３ａ〜４３ｇ 鋼球
４４Ａ〜４４Ｇ 鋼球
４４ａ〜４４ｇ 鋼球
９０ センサー部
９０Ａ〜９０Ｄ センサー部
１００ 外力付与装置
１０２ 支点
１０３ 羽根
１０５ 回転加振体 K debris flow detection device 1,1,1, ... rod 2 wire 4 crack 10 piezoelectric ceramic body 30 piezoelectric power generation device 40 base member 41, 42 elastic support 43, 44 steel ball 43 one steel ball 44 other steel ball 43A- 43G Steel balls 43a to 43g Steel balls 44A to 44G Steel balls 44a to 44g Steel balls 90 Sensor unit 90A to 90D Sensor unit 100 External force applying device 102 Support point 103 Blades 105 Rotating vibrator

Claims (3)

少なくとも一の圧電セラミックス体と、バネ材で形成された基部材と、該基部材の垂直部に固定された弾性支持体と、この弾性支持体の両端部にそれぞれ固定されて上記圧電セラミックス体を殴打して該圧電セラミックス体に衝撃を与える硬質の鋼球と、で圧電発電装置を構成し、
上記一方の鋼球に外力を付与する手段は、上記ワイヤーの中途部に巻き付けられて回動すると共に、周囲に複数の羽根を突設した回転加振体で構成され、該回転加振体は、外力が作用したときに軸を支点として回転して、上記羽根が上記一方の鋼球を殴打して該一方の鋼球に外力を付与することで、他方の鋼球が共振作用によって振動を連続して繰り返すことで、センサー部の駆動に必要な電力を自己発電するように構成したことを特徴とする圧電発電装置。 At least one piezoelectric ceramic body, a base member formed of a spring material, an elastic support fixed to a vertical portion of the base member, and the piezoelectric ceramic body fixed to both ends of the elastic support, respectively. A piezoelectric power generator is configured with a hard steel ball that strikes and impacts the piezoelectric ceramic body,
The means for applying an external force to the one steel ball comprises a rotating vibration body having a plurality of blades projecting around the wire and rotating around the wire. When an external force is applied, the shaft rotates as a fulcrum, and the blade strikes the one steel ball to apply an external force to the one steel ball, so that the other steel ball vibrates due to a resonance action. A piezoelectric power generation apparatus configured to self-generate electric power necessary for driving a sensor unit by repeating it continuously. 前記回転加振体の上下方向の複数段に上記羽根を放射状に複数突設すると共に、該回転加振体を中心として放射状に上記圧電発電装置を複数配置し、この複数の圧電発電装置の上記上下方向の複数段の各羽根に対向する位置に上記一方の鋼球をそれぞれ設けたことを特徴とする請求項１に記載の圧電発電装置。   A plurality of the blades project radially from a plurality of stages in the vertical direction of the rotary vibration body, and a plurality of the piezoelectric power generation devices are arranged radially around the rotation vibration body. 2. The piezoelectric power generation device according to claim 1, wherein the one steel ball is provided at a position facing each of the plurality of blades in the vertical direction. 請求項１又は請求項２のいずれかに記載の圧電発電装置を利用して、自然現象による力により線材を引張し、或は巻き戻すことで、各センサー部の鋼球を殴打させ、この殴打による振動により他方の鋼球を連続的に振動させることで発電を行うように構成することで、自然現象に対する検知センサーとして用いることを特徴とする圧電発電装置。   Using the piezoelectric power generator according to claim 1 or 2, the steel ball of each sensor part is beaten by pulling or rewinding the wire by a natural phenomenon force. A piezoelectric power generation device that is used as a detection sensor for a natural phenomenon by being configured to generate power by continuously vibrating the other steel ball by vibration caused by.

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