JP2015503218A - 圧電式エネルギー回収デバイス又はアクチュエータ - Google Patents
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Abstract
Description
好ましくは、セグメント化された圧電素子は、隣接する圧電素子同士の間に電気的な絶縁ギャップを含むアレイとして配置されている。これは、デバイスを製造するための簡易な構造を提供する。
好ましい実施形態では、圧電素子を、片持ち梁の長さに沿って配置してもよい。なお、本発明は、片持ち梁構成だけでなく他の構成を有するデバイスに同様に適用可能であることを理解されたい。
好ましい実施形態では、圧電素子は、片持ち梁運動の曲げモード(複数可)におけるエネルギー回収について、片持ち梁の長さに沿って隣接する圧電素子同士の間に絶縁ギャップを含む配列として端から端まで配置してもよい。
好ましくは、基板材料は、鋼である。
好ましくは、圧電性材料は、両側にアルミニウムの薄い層でコーティングされたポリフッ化ビニリデン(PVDF)の圧電性フィルムを有する。
本発明は、デバイスの剛性を変化させるために、デバイスの圧電層や他の圧電素子に電流を印加するための手段をさらに含んでおり、こうして、デバイスの固有共振周波数を変化させるようなセンサや無線センサも企図する。これは、センサの感度を変化させるような実施形態において有用となる。
本発明の圧電式エネルギー回収デバイス又はアクチュエータは、不規則形状を有する1つ又は複数の圧電素子を含んでもよい。例えば矩形等の規則的な形状の代わりに、1つ又は複数、或いは全ての素子を、不規則形状としてもよい。
本発明は、添付図面を参照しながら、ほんの一例として、ここでより具体的に説明する。
圧電効果、電場と構造体との間における相互作用は、1880年にキュリー夫妻によって発見された。圧電式エネルギー回収は、機械的な応力を与えた場合に電荷を生成するような活性材料を用いる。バイモルフ片持ち梁のひずみ、応力、電場、及び電気変位の間にある関係は、ひずみ−電荷の形式で表された数式によって支配されている。
S=sET+dTE (1)
D=εTE+dT (2)
ここで、Sは機械的なひずみベクトルであり、Tは機械的な応力ベクトルであり、sEは弾性コンプライアンステンソルであり、dは圧電ひずみ定数であり、Dは電気変位ベクトルであり、Eは電場ベクトルであり、εTは誘電体の誘電率テンソルである。
Claims (22)
- 基板上に圧電性材料を含む圧電式エネルギー回収デバイス又はアクチュエータであって、前記圧電性材料は、複数の別個の領域に分割されており、互いに電気的に絶縁された複数の圧電素子を前記基板上に提供する、
圧電式エネルギー回収デバイス又はアクチュエータ。 - 前記圧電素子は、隣接する圧電素子同士の間に電気的な絶縁ギャップを含むアレイとして配置されている、
請求項1に記載の圧電式エネルギー回収デバイス又はアクチュエータ。 - 前記圧電素子は、片持ち梁の長さに沿って配置されている、
請求項1又は請求項2に記載の圧電式エネルギー回収デバイス又はアクチュエータ。 - 前記片持ち梁には、バランスウェイト又はアンバランスウェイトが設けられている、
請求項3に記載の圧電式エネルギー回収デバイス又はアクチュエータ。 - 前記圧電素子は、片持ち梁運動の曲げモードにおけるエネルギー回収について、前記片持ち梁の長さに沿って隣接する圧電素子同士の間に絶縁ギャップを含む配列として端から端まで配置される、
請求項3又は請求項4に記載の圧電式エネルギー回収デバイス又はアクチュエータ。 - 前記圧電層を分割して、2〜30の間の隣接素子、好ましくは6〜20の間の隣接素子、最も好ましくは20個の隣接素子を提供する、
請求項5に記載の圧電式エネルギー回収デバイス又はアクチュエータ。 - 前記圧電層は、片持ち梁振動のねじりモードにおけるエネルギー回収について、前記片持ち梁の長手方向に延びる絶縁ギャップで分割される又はさらに分割される、
請求項3〜6のいずれか一項に記載の圧電式エネルギー回収デバイス又はアクチュエータ。 - 片持ち梁振動のねじり及び曲げモードの両方における同時及び/又は順次のエネルギー回収のための手段をさらに含む、
請求項7に記載の圧電式エネルギー回収デバイス又はアクチュエータ。 - エネルギー回収のために前記圧電層の中で1つ又は複数のセグメント又はグループを選択するための手段をさらに含む、
請求項1〜8のいずれか一項に記載の圧電式エネルギー回収デバイス又はアクチュエータ。 - 前記基板/圧電層の厚さの比が、実質的に1:1〜2:1の間にある、
請求項1〜9のいずれか一項に記載の圧電式エネルギー回収デバイス又はアクチュエータ。 - 前記基板/圧電層の厚さの比が、実質的に1:1又は2:1である、
請求項1〜10のいずれか一項に記載の圧電式エネルギー回収デバイス又アクチュエータ。 - 前記基板材料は、鋼である、
請求項1〜11のいずれか一項に記載の圧電式エネルギー回収デバイス又はアクチュエータ。 - 前記基板材料が、実質的に100〜200マイクロメートルの範囲内の厚さを有する、
請求項1〜12のいずれか一項に記載の圧電式エネルギー回収デバイス又はアクチュエータ。 - 前記圧電性材料は、両側にアルミニウムの薄い層でコーティングされたポリフッ化ビニリデン(PVDF)の圧電性フィルムを有する、
請求項1〜13のいずれか一項に記載の圧電式エネルギー回収デバイス又はアクチュエータ。 - 前記圧電性材料の少なくとも一つの表面が、表面電流を最小化するように電気的に不連続にされるように、前記圧電層をセグメントに分ける、
請求項1〜14のいずれか一項に記載の圧電式エネルギー回収デバイス又はアクチュエータ。 - 一つ又は複数の前記圧電素子が、不規則形状を有する、
請求項1〜15のいずれか一項に記載の圧電式エネルギー回収デバイス又はアクチュエータ。 - 少なくとも選択された圧電素子は、異なる形状及び/又はサイズを有する、
請求項1〜16のいずれか一項に記載の圧電式エネルギー回収デバイス又はアクチュエータ。 - 請求項1〜17のいずれか一項に記載の圧電式エネルギー回収デバイスを含むセンサ。
- 請求項1〜17のいずれか一項に記載の圧電式エネルギー回収デバイスを含む無線センサ。
- 前記デバイスの剛性を変化させるために、前記デバイスの圧電層や他の圧電素子に電流を印加するための手段をさらに含んでおり、こうして前記デバイスの固有共振周波数を変化させる、
請求項18又は請求項19に記載のセンサ。 - 請求項1〜20のいずれか一項に記載の圧電式エネルギー回収デバイス又はセンサを含むMEMsデバイス。
- 前記デバイスの圧電層又は他の圧電素子に電流を印加して、前記デバイス又は該デバイスの一部を撓ませるための手段を含む、
請求項1〜17のいずれか一項に記載のアクチュエータ。
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