JP6644501B2 - 発電デバイス及び発電方法 - Google Patents
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Description
(実施形態1)
[発電デバイスの概要]
図1から図3を用いて、本発明の実施形態1に係る発電デバイス1000の構造の概要を説明する。
次に、本発明の実施形態1に係る発電デバイス1000の振動と発電原理について、図4A〜4Dを用いて詳細に説明する。図4A〜4Dは、本発明の実施形態1に係る発電デバイス1000において、圧電素子120および連結部材130が振動している状態を示す断面図である。図4A〜4Dでは、1個の連結部材130を2枚の圧電素子120で挟みこむ構造を例示するが、この数に限定されず、(m−1)個の連結部材130をm枚の圧電素子120で挟みこむ構造でも同じ原理が適用できる(mは2以上の自然数)。
金属弾性板122は、薄い板状で曲げ剛性が低い構造であることから、圧電素子120は収縮変位し、変位が増大するとともに反発力が増加し、反転により変位する。すなわち、外力の加えられる方向が図4A〜4Cにおいて下方向である場合、図4(b)から(c)→(b)→(a)→(b)のくりかえしにより振動する。
[発電デバイスの概要]
図5から図7を用いて、本発明の実施形態2に係る発電デバイス2000の構造の概要を説明する。
次に、本発明の実施形態2に係る発電デバイスの振動と発電原理について、図8A〜8Dを用いて詳細に説明する。図8A〜8Dは、本発明の実施形態2に係る発電デバイスにおいて、圧電素子120および連結部材130が振動している状態を示す断面図である。図8A〜8Dでは、1個の連結部材130を2枚の圧電素子120で挟みこむ構造を例示するが、この数に限定されず、(m−1)個の連結部材130をm枚の圧電素子120で挟みこむ構造でも同じ原理が適用できる(mは2以上の自然数)。
金属弾性板122は、薄い板状で曲げ剛性が低い構造であることから、圧電素子120は収縮変位し、変位が増大するとともに反発力が増加し、反転により変位する。すなわち、外力の加えられる方向が図8A〜8Cにおいて下方向である場合、図8(b)から(c)→(b)→(a)→(b)のくりかえしにより振動する。
[発電デバイスの概要]
図11から図13を用いて、本発明の実施形態3に係る発電デバイス3000の構造の概要を説明する。
次に、本発明の実施形態3に係る発電デバイス3000の振動と発電原理について、図14A〜14Dを用いて詳細に説明する。図14A〜14Dは、本発明の実施形態3に係る発電デバイス3000において、圧電素子120および連結部材130が振動している状態を示す断面図である。図14A〜14Dでは、1個の連結部材130を2枚の圧電素子120で挟みこむ構造を例示するが、この数に限定されず、(m−1)個の連結部材130をm枚の圧電素子120で挟みこむ構造でも同じ原理が適用できる(mは2以上の自然数)。
金属弾性板122は、薄い板状で曲げ剛性が低い構造であることから、圧電素子120は収縮変位し、変位が増大するとともに反発力が増加し、反転により変位する。すなわち、外力の加えられる方向が図14A〜14Cにおいて下方向である場合、図14(b)から(c)→(b)→(a)→(b)のくりかえしにより振動する。
図15を用いて、本発明の実施形態1乃至3の変形例に係る連結部材130について説明する。連結部材130の形状、サイズ、および作用以外は、本発明の実施形態1乃至3と同じであり、その繰り返しの説明は省略する。
連結部材130の連結部131の位置も、安定して振動エネルギーを圧電素子120へ伝える外力に変換できるかぎり限定されない。
図16および図17を用いて、本発明の実施形態の変形例に係る圧電素子120について説明する。120の形状、および作用以外は、本発明の実施形態1から3と同じであり、その繰り返しの説明は省略する。
本発明の実施形態1乃至3に係る発電デバイスを備えた車載応用システムについて説明する。本発明の実施形態1乃至3に係る発電デバイスの繰り返しの説明は省略する。
図18を用いて、本発明の実施形態1乃至3に係る発電デバイスを備えた車載応用システムを装備した自動車6000について説明する。本発明の実施形態1乃至3に係る発電デバイスと、その発電デバイスを備えた車載応用システムについての繰り返しの説明は省略する。
110:保持部材
111:ストッパー
112:固定潤滑層
120:圧電素子
121:圧電体
122:金属弾性板
123:スリット
124:両持ち梁
130:連結部材
131:連結部
6000:自動車
Claims (12)
- 筐体状の保持部材と、
前記保持部材の中に両端部がそれぞれ固定されたn本(nは1以上の自然数)の梁を有する金属弾性板に配置され、厚さが2μm以上25μm以下である複数の圧電体をそれぞれ有する複数の圧電素子と、
軸を有する連結部材であって、前記複数の圧電素子の間を連結し、前記圧電素子の振動方向を前記軸方向に制限し、錘として機能する連結部材と、
を備え、
前記連結部材の共振によって発電することを特徴とする発電デバイス。 - 前記梁の上面及び下面に、それぞれ、前記複数の圧電体を有することを特徴とする請求項1に記載の発電デバイス。
- 前記複数の圧電素子がm個(mは2以上の自然数)であり、m個の前記圧電素子が(m−1)個の前記連結部材によって連結されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の発電デバイス。
- 前記圧電素子は、2n本のスリットを有することを特徴とする請求項1乃至3の何れか一に記載の発電デバイス。
- 前記保持部材の内側、上部及び下部、又はどちらか一方に前記梁と当接するストッパーを備えたことを特徴とする請求項1乃至4の何れか一に記載の発電デバイス。
- 前記連結部材は、円柱形及び角柱形、又はどちらか一方であることを特徴とする請求項1乃至5の何れか一に記載の発電デバイス。
- 前記保持部材の内壁面に固定潤滑層を備えたことを特徴とする請求項1乃至6の何れか一に記載の発電デバイス。
- 前記連結部材が連結される連結部と前記保持部材に固定された固定部との間に配置された前記複数の前記圧電体は、その一部の圧電体が第1の電極に接続され、残りの圧電体が第2の電極に接続されている請求項1乃至7の何れか一に記載の発電デバイス。
- 前記梁の上面において、前記連結部材が連結される連結部と前記保持部材に固定された固定部との間に配置された前記複数の前記圧電体は、その一部の圧電体が第1の電極に接続され、残りの圧電体が第2の電極に接続されており、且つ、
前記梁の下面において、前記連結部材が連結される連結部と前記保持部材に固定された固定部との間に配置された前記複数の前記圧電体は、その一部の圧電体が第3の電極に接続され、残りの圧電体が第4の電極に接続されていることを特徴とする請求項2乃至7の何れか一に記載の発電デバイス。 - 筐体状の保持部材と、前記保持部材の中に両端部がそれぞれ固定されたn本(nは1以上の自然数)の梁を有する金属弾性板に配置され、厚さが2μm以上25μm以下である複数の圧電体をそれぞれ有する複数の圧電素子と、軸を有する連結部材であって、前記複数の圧電素子の間を連結し、前記圧電素子の振動方向を前記軸方向に制限し、錘として機能する連結部材と、を備えた発電デバイスによる発電方法であって、
前記連結部材の共振によって発電することを特徴とする発電方法。 - 筐体状の保持部材、前記保持部材の中に両端部がそれぞれ固定されたn本(nは1以上の自然数)の梁を有する金属弾性板に配置され、厚さが2μm以上25μm以下である複数の圧電体をそれぞれ有する複数の圧電素子、及び軸を有する連結部材であって、前記複数の圧電素子の間を連結し、前記圧電素子の振動方向を前記軸方向に制限し、錘として機能する連結部材を備え、前記連結部材の共振によって発電する発電デバイスと、
前記発電デバイスが設置された車載応用システム本体と、
を備えたことを特徴とする車載応用システム。 - フレームと、
前記フレームに連結され、筐体状の保持部材、前記保持部材の中に両端部がそれぞれ固定されたn本(nは1以上の自然数)の梁を有する金属弾性板に配置され、厚さが2μm以上25μm以下である複数の圧電体をそれぞれ有する複数の圧電素子、及び軸を有する連結部材であって、前記複数の圧電素子の間を連結し、前記圧電素子の振動方向を前記軸方向に制限し、錘として機能する連結部材を備え、前記連結部材の共振によって発電する発電デバイス、並びに、前記発電デバイスが設置された車載応用システム本体を備えた車載応用システムと、
を有する自動車。
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