JP3706286B2

JP3706286B2 - Power generation device for portable electronic devices

Info

Publication number: JP3706286B2
Application number: JP37143699A
Authority: JP
Inventors: 康弘坂井
Original assignee: 株式会社ユーエスシー
Priority date: 1999-12-27
Filing date: 1999-12-27
Publication date: 2005-10-12
Anticipated expiration: 2019-12-27
Also published as: JP2001186678A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、近年利用が増大している携帯電話等の携帯通信機器、携帯コンピュータ機器などの携帯型電子機器に装備する圧電発電装置に関する。
【０００２】
【従来技術とその課題】
周知のように、携帯型電子機器、特に携帯電話やＰＨＳ、ポケットベル（ベージャ）等の携帯通信機器、電子手帳等の情報携帯端末、ポケットコンピュータ、、携帯用カセットテープレコーダ、携帯用ＣＤプレーヤ、携帯用ＭＤレコーダ、ＰＤＡ、電子手帳、リモコン等の可搬性を備えた携帯型電子機器は、２次電池が使用されており、一般家庭では、家庭用電源を整流して得られた電流を当該２次電池に供給して充電が行われ、また、自動車では、過充電防止回路のついた機器により直接又はＤＣ−ＤＣコンバータにより所定電圧に変換した後に充電が行われている。
【０００３】
しかしながら、上記従来の携帯型電子機器にあっては、電源が専ら２次電池が用いられているので、例えば、携帯電話の場合であれば、通話中に２次電池の電圧が低下して通話が途絶えるという不具合や、車中で携帯型コンピュータを使用している場合であれば、２次電池の電圧低下により作業が中断するという不具合が発生する。
【０００４】
このように、従来の携帯型電子機器の場合、２次電池による動作時間は、例えば、携帯電話では、通話時間であれば１〜２時間、連続待ち時間であれば５０っ〜３００時間であることから、ほぼ数日おきに充電を行う必要がある。また、携帯型コンピュータ機器では、液晶表示部のバックライトやＣＰＵ（中央演算処理装置）の消費電力が大きく、さらに充電頻度は高くなる等、携帯型電子機器では、必要時における使用を確保するために２次電池の充電量に配慮する必要があり、かかる作業が非常に煩雑であると共に、２次電池の寿命到来に伴う廃棄による環境汚染の問題もある。また、災害等の緊急時には、充電作業が間に合わない場合も考えられ、使用不能な状況が発生する危惧もある。
【０００５】
この発明は、かかる現状に鑑み創案されたものであって、その目的とするところは、携帯型電子機器に振動を加えるだけで、必要時における電力を自動的に確保することができる構成が簡易で発電効率の優れた携帯型電子機器用圧電発電装置を提供しようとするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、この発明は、充電池と、該充電池に接続された圧電発電器と、を有する携帯型電子機器に装備される携帯型電子機器用発電装置を技術的前提とし、上記圧電発電器は、複数枚の圧電セラミックス素子を、分極を逆向にして接合して層状の圧電セラミックス体に形成し、この圧電素子を少なくとも２個以上衝合可能に配設し、これらの圧電セラミックス体同士を衝突させて発電することを特徴とするものである。
【０００７】
そして、この発明においては、上記圧電セラミックス体の中央部をクッション材で支持することを特徴とするものである。
【０００８】
また、この発明においては、上記圧電セラミックス体の一方をクッション材で支持し、他方の圧電セラミックス体を移動または揺動させて上記一方の圧電セラミックス体に衝合させることを発電させることを特徴とするものである。
【０００９】
さらに、この発明にあっては、上記両圧電セラミックス体同士をクッション材を介して保持し、両圧電セラミックス同士が移動または揺動して衝合するように配置されていることを特徴とするものである。
【００１０】
また、この発明においては、上記圧電セラミックス体の殴打面部にプロテクタ板を貼着し、これらプロテクタ板同士を殴打することで発電することを特徴とするものである。
【００１１】
そして、この発明における上記プロテクタ板は、上記圧電セラミックス体の殴打面部から突出して形成されていることを特徴とするものである。
【００１２】
また、この発明におけるプロテクタ板は、半円球状に形成されていることを特徴とするものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、実施の形態として、携帯電話を例にとり、この発明を詳細に説明する。
【００１４】
図１は、携帯電話に備えた携帯型電子機器用圧電発電装置Ｈを示しており、該圧電発電装置Ｈは、圧電発電器Ａと整流回路Ｓ及び充電池Ｂとを備えて構成されている。充電池Ｂは、圧電発電器Ａと整流回路Ｓを介して電気的に接続されており、また、圧電発電器Ａは、携帯電話内に振動可能に支持されている。
【００１５】
即ち、携帯電話を携帯しているときには、該携帯電話は揺動するので、上記圧電発電器Ａで発生した電圧は、整流回路Ｓにより整流されて充電池Ｂに充電される。好適には、圧電発電器Ａで発生する電圧の正負に拘わらず充電を可能にするため、上記整流回路Ｓには、ブリッジにダイオードを組み合わせた回路を用いるのが望ましい。
【００１６】
次に、圧電発電器Ａの構成例を順次説明する。図２に示す圧電発電器Ａ１は、両端が閉塞された筒状の容器８の両端側に圧電セラミックス板１を配置し、これら圧電セラミックス板１を鋼球４の殴打により発電するものである。容器８の一方の側面にクッション板３を接着材６用いて接着し、このクッション板３の中央部のみに、接着材５を用いて圧電セラミックス板１を接着する。容器８の他方の側面にも、同様にして圧電セラミックス板１を接着し、両者を向かい合せる。これら両圧電セラミックス板１の向かい合う面の中央部にプロテクタ板２を固着する。そして、両圧電セラミックス板１間に、パイプ７を配置し、このパイプ７内に転動自在な鋼球４を設ける。
【００１７】
上記圧電セラミックス板１は、同一形態（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１ａ，１ｂを、各セラミックス素子１ａ，１ｂの分極の極性を逆にして接合したものである。この同一形態のセラミックス素子１ａ，１ｂを接合したことにより、２つのセラミックス素子１ａ，１ｂは、接合面を中心（伸縮しない部位）にたわみ振動が行われる。この場合、一方の側のセラミックス素子１ａが伸長すれば他方の側のセラミックス素子１ｂは収縮し、かつ出力電圧の電極は同一方向となり、両圧電セラミックス素子１ａ，１ｂは直列に接続された発電構成となる。
【００１８】
この圧電セラミックス素子１ａ，１ｂは、機械的エネルギーと電気的エネルギーとの間の変換素子用として知られており、圧電効果を示す物質は無機・有機ともに多くの材料が知られているが、現在実用レベルにある材料としてセラミックスのＰＺＴ系（ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃｃｅｒａｍｉｃｓ）等の材料がある。
【００１９】
圧電セラミックス素子は、多結晶体に、直流高電圧を印加し残留分極を発生させて圧電性をもたせた素子であり、組成によりかなり自由に基本圧電定数を変化させることができ、特に、チタンジルコン酸亜鉛系の圧電セラミックス素子は、組成比や添加物の選択幅が広く、本発明のような携帯型電子機器用発電装置としては好適である。
【００２０】
ところで、上記接合面を中心にたわみ振動が行われると、一方の圧電セラミックス素子１ａ（又は１ｂ）で伸長と収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としての電流はリード線９を用いて取り出す。
【００２１】
また、ここでは２枚の圧電セラミックス素子１ａ，１ｂを積層したが、各圧電セラミックス素子１ａ（１ｂ）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、複数の薄厚圧電セラミックス板を接合（この場合は分極の極性は同一）して、一方の圧電セラミックス素子１ａ（又は１ｂ）を形成する。このように、積層構造とすることで、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セラミックス板材の曲がりが容易になって曲げ強度が維持でき、また薄厚にすることでセラミックス板は曲げに強くなる。さらに、圧電セラミックス板１の外形形状は特に限られるものではないが、正面形状としては、円形、楕円形、三角形、四角形或いは多角形等とすることができる。
【００２２】
上記クッション板３は、合成樹脂材、ゴム材、あるいはこれらをスポンジ状にした軟質の材料である。このようなクッション板３を用い、しかもこのクッション板３の中央部のみを接着材５を用いて圧電セラミックス板１を固着したのは、圧電セラミックス板１の振動を減衰させないためである。圧電セラミックス板１が振動する場合、この圧電セラミックス板１を支持する部材は圧電セラミックス板１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、クッション板３を用いて極力圧電セラミックス板１を自由な状態におく。
【００２３】
クッション板３を用いることで、圧電セラミックス板１の固有振動が長続きするので、発電効率が良くなる。また、クッション材は圧電セラミックス板１に加えられる衝撃を緩和する。プロテクタ板２は、金属製或いは合成樹脂製等で形成されており、鋼球４の殴打から圧電セラミックス板１を保護する。
【００２４】
このような構成からなる圧電発電器Ａ１が装備された携帯電話を携帯した場合、鋼球４はパイプ７内を転動して左右の圧電セラミックス板１を殴打し、衝突による衝撃エネルギを印加する。そして、圧電セラミックス板１は振動が励起され、伸長及び収縮がくり返されて交流電気を発電する。
【００２５】
尚、ここでは殴打体として、上記鋼球４をパイプ７内に配置して圧電セラミックス板１を殴打する形態としたが、この殴打体の材質、形状は鋼製の球に限られるものではなく、他に円柱状、卵状等の重量物であってもよい。また、パイプ７に限らず、殴打体が自在に移動できるものであれば、殴打体がレールに沿って移動するような形態であってもよい。他に、パイプ７の代わりにバネ材（上方向き或いは下方向）を用い、このバネ材の一端を固定しその他端に上記鋼球４を取り付け、このバネ材の左右揺動により両側の圧電セラミックス板１を殴打する形態とすることもできる。
【００２６】
図３は、上記圧電発電器Ａ１が発電した電気を充電する充電回路を示したものである。この充電回路は、２つの圧電セラミックス板１としてＰＺＴ１及びＰＺＴ２、整流用ダイオードＤ１〜Ｄ６、電気を蓄電する充電池Ｂを有する。ＰＺＴ１で発電した電気は、ダイオードＤ１〜Ｄ３により全波整流され、またＰＺＴ２で発電した電気は、ダイオードＤ４〜Ｄ６により全波整流される。これら、全波整流された電気は充電池Ｂに充電される。
【００２７】
図４は、一個の圧電セラミックス板１を用いた圧電発電器Ａ２の例である。この圧電発電器Ａ２は、両端部が閉塞された筒状の容器１２を用い、この容器１２の中央部の上面部及び下面部にクッション部材１１を配置し、これらクッション部材１１の凹部に圧電セラミックス板１（１ａ，１ｂ）を嵌め込んで支持させる。この圧電セラミックス板１には、両面にプロテクタ板２が取り付けられている。そして、両圧電セラミックス板１の両側に、それぞれパイプ７を配置し、これらパイプ７内に転動自在な鋼球４を設ける。クッション部材１１の材質は上記クッション板３と同様であり、その他の部材についても上述した通りである。
【００２８】
そして、この圧電発電器Ａ２が装備された携帯電話を携帯した場合、鋼球４はパイプ７内を転動して交互に圧電セラミックス板１を殴打し、圧電セラミックス板１は振動が励起され、伸長及び収縮がくり返されて交流電気を発電する。
【００２９】
図５に示す圧電発電器Ａ３は、両端が閉塞されたハウジング１８の両端側に圧電セラミックス体１０（ＰＺＴ１），１０（ＰＺＴ２）を、その軸心を若干偏位させて対設し、これら圧電セラミックス体１０，１０同士を衝突させることにより発電するものである。
【００３０】
そして、上記ハウジング１８の両側面にクッション板１３，１３を接着材１６，１６で接着し、かつ、上記各クッション板１３，１３の中央部のみに、接着材１５，１５を用いて圧電セラミックス体１０，１０を接着する。これら両圧電セラミックス体１の向かい合う面の中央部にプロテクタ板２を固着する。そして、本例では、両圧電セラミックス体１０，１０を円弧状に湾曲形成している。
【００３１】
上記圧電セラミックス体１０（ＰＺＴ１），１０（ＰＺＴ２）は、同一材質、相似形状、同一厚さの２枚の円弧板状の圧電セラミックス素子１０ａ，１０ｂを、各セラミックス素子１０ａ，１０ｂの分極の極性を逆にして接合したものである。このセラミックス素子１０ａ，１０ｂを接合したことにより、２つのセラミックス素子１０ａ，１０ｂは、接合面を中心（伸縮しない部位）にたわみ振動が行われる。この場合の発電システム及び充電システム並びに圧電セラミックス素子及びクッション板、プロテクタ板の構成は、前記圧電発電器Ａ１またはＡ２と同様であるので、その詳細な説明をここでは省略する。
【００３２】
尚、この形態例では、圧電セラミックス体１０，１０を接着剤１５とクッション材１３を介して支持する場合を例にとり説明したが、これに代えて、一方或は両方の圧電セラミックス体１０，１０をバネ（上方向き或いは下方向に支持してもよい）の一端に固定し、他端をハウジング１８に取り付け、このバネ材の左右伸縮動、上下揺動させることで、両圧電セラミックス体１０，１０を衝突させてもよい。
【００３３】
この圧電発電器Ａ３は、以上のように圧電セラミックス体１０，１０同士を衝突させることで発電するように構成されているので、発電装置としての構成が極めて簡略化され、しかも、圧電セラミックス体１０，１０が円弧状に湾曲形成されているので、常態において、圧電セラミックス体１０，１０を可及的に近づけて配設することができるため、装置全体を小型化することができる、という効果が得られる。
【００３４】
図６に示す圧電発電器Ａ４は、前記圧電発電器Ａ３と同様に圧電セラミックス体１０（ＰＺＴ１）及び圧電セラミックス体１０（ＰＺＴ２）を対設すると共に、該圧電セラミックス体１０（ＰＺＴ１）と圧電セラミックス体１０（ＰＺＴ２）との間に、第３の圧電セラミックス体１０（ＰＺＴ３）をハウジング１８内部の上部からコイルスプリング２０で吊持し、該圧電セラミックス体１０（ＰＺＴ３）を左右方向に揺動させることで、該該圧電セラミックス体１０（ＰＺＴ３）を圧電セラミックス体１０（ＰＺＴ１）又は圧電セラミックス体１０（ＰＺＴ２）と衝突させることで、圧電セラミックス体１０（ＰＺＴ１）,１０（ＰＺＴ２）,１０(ＰＺＴ３)夫々に振動を励起させ、夫々の圧電セラミックス体１０に伸長及び収縮をくり返させて交流電気を発電させるように構成した他は、他の構成・作用は前記圧電発電器Ａ３と同様に構成されているので、その詳細な説明をここでは省略する。尚、上記圧電セラミックス体１０（ＰＺＴ３）の場合、衝突する部位が他の圧電セラミックス体１０（ＰＺＴ１）,１０（ＰＺＴ２）とは異なるため、プロテクタ板１２を圧電セラミックス体１０（ＰＺＴ３）の両端部側から周縁部にかけて配設されている点で、両発電器は異なる。
【００３５】
それ故、上記各形態例に係る圧電発電器Ａ３，Ａ４によれば、前記圧電発電器Ａ１，Ａ２よりも構造が簡単であり、かつ、より小型化できる他、製造コストも低減できるため、より実用的である。
【００３６】
尚、上記各圧電発電器Ａ３，Ａ４では、圧電セラミックス体を円弧状に湾曲形成して圧電セラミックス体を直接衝突させて発電させる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、製造の困難性やコストを考えた場合、圧電セラミックス体は、圧電発電器Ａ１，Ａ２と同様に平板状に成形し、この圧電セラミックス体の殴打面に貼着されるプロテクタ板を、上記殴打面部から突出した形状、例えば、半円球状や円筒状或いは多角柱形状に形成し、或いは、一方のプロテクタ板を断面コ字状に形成し、他方のプロテクタ板を、上記一方のプロテクタ板の凹部内に若干の空隙部を有して挿入し得る大きさと形状に形成することで、圧電発電器をさらに小型化し、かつ、コストも低減することができるので望ましい。
【００３７】
上記各形態例に係る圧電発電器Ａ１乃至Ａ４によれば、持ち歩くだけで、必要時の使用に必要な電力を自動的に確保することができ、携帯電話のような携帯型電子機器は、殆どの場合、充電が不可能な屋内外で使用されることを考えれば、必要時に充電量が不足していると携帯電子機器としての機能を果たすことができず、携帯している意味をなさない。そこで、本形態例に係る圧電発電器Ａ１乃至Ａ４を備えた携帯型電子機器では、万一、必要時に充電量が不足している事態であっても、所持者が例えば当該携帯型電子機器を振る等して強制的に揺動させることで、容易に発電を行って充電池Ｂに充電することができ、差し当たりの動作に必要な電力を得ることができるという、携帯型電子機器に正しく最適な優れた効果を得ることができる。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明に係る携帯型電子機器用圧電発電装置にあっては、複数枚の圧電セラミックス素子を、層状の圧電セラミックス体に形成し、これを複数個配置して圧電セラミックス体同士を衝突させることで発電するように構成したので、発電効率がよく小電力発電に有効な発電装置が得られ、また、部品点数を削減することができるので、小型化及び製造コストの低減を実現することができるという効果を奏する。
【００３９】
また、層状の圧電セラミックス体をクッション材で支持する構成を採用したから、圧電セラミックス体の振動が長続きするので、発電効率が改善される。
【００４０】
さらに、この発明に係る圧電発電装置によれば、同一材質、相似形状、同一厚さの２枚の圧電セラミックス素子を、各セラミックス素子の分極の極性を逆にして接合することにより、２つのセラミックス素子の接合面を中心（伸縮しない部位）にたわみ振動させるように形成したので、圧電セラミックス素子の伸縮が適切に行われ、さらに発電効率が向上するという効果がある。
【００４１】
特に、上記圧電セラミックス同士を衝突させて振動させるように構成したので、圧電発電をさらに小型化でき、かつ、低コスト化を実現することができる。
【００４２】
さらに、上記圧電セラミックス体の殴打する部位にプロテクタ板をはり付けたので、圧電セラミックス体の衝突荷重に対して圧電セラミックス素子が有効に保護されるという効果がある。そして、上記プロテクタ板の形状は、例えば、板状に形成された圧電セラミックス体であっても直接の衝突振動が得られやすいように圧電セラミックス体の殴打面部から突出した形状、例えば、半円球状や円筒状或いは多角柱形状に形成することで、製造コストをより低減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の一形態例に係る携帯型電子機器用圧電発電装置の構成を示す説明図である。
【図２】同圧電発電装置を構成する圧電発電器の第１構成例を示す説明図である。
【図３】同圧電発電装置の充電池の回路図である。
【図４】同圧電発電器の第２構成例を示す説明図である。
【図５】同圧電発電器の第３構成例を示す説明図である。
【図６】同圧電発電器の第４構成例を示す説明図である。
【符号の説明】
Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４圧電発電器
Ｂ充電池
Ｈ携帯型電子機器用圧電発電装置
Ｓ整流回路
１，１０圧電セラミックス板
１ａ，１ｂ、１０ａ，１０ｂ圧電セラミックス素子
２プロテクタ板
３，１１クッション材（クッション板）
４殴打体（鋼球）[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a piezoelectric power generation device equipped in a portable electronic device such as a portable communication device such as a mobile phone and a portable computer device which has been increasingly used in recent years.
[0002]
[Prior art and its problems]
As is well known, portable electronic devices, particularly portable communication devices such as mobile phones, PHSs, and pagers (pagers), portable information terminals such as electronic notebooks, pocket computers, portable cassette tape recorders, portable CD players, Portable electronic devices with portability such as portable MD recorders, PDAs, electronic notebooks, remote controls, etc. use secondary batteries. In general households, the current obtained by rectifying household power supplies Charging is performed by supplying the secondary battery, and in an automobile, charging is performed directly by a device with an overcharge prevention circuit or after being converted to a predetermined voltage by a DC-DC converter.
[0003]
However, in the conventional portable electronic device, since the secondary battery is exclusively used as the power source, for example, in the case of a mobile phone, the voltage of the secondary battery decreases during the call and the call is made. If the portable computer is used in the car, there is a problem that the work is interrupted due to the voltage drop of the secondary battery.
[0004]
Thus, in the case of a conventional portable electronic device, the operation time by the secondary battery is, for example, 1 to 2 hours for a call time for a mobile phone, and 50 to 300 hours for a continuous waiting time. Therefore, it is necessary to charge almost every few days. Moreover, in portable computer devices, the power consumption of the backlight of the liquid crystal display unit and the CPU (central processing unit) is large, and the charging frequency is increased. In order to ensure the use when necessary in portable electronic devices. In addition, it is necessary to consider the amount of charge of the secondary battery, and this work is very complicated, and there is also a problem of environmental pollution due to disposal due to the end of life of the secondary battery. In an emergency such as a disaster, charging work may not be in time, and there is a concern that an unusable situation may occur.
[0005]
The present invention was devised in view of the current situation, and the object of the present invention is to simplify the configuration that can automatically secure power when necessary simply by applying vibration to the portable electronic device. Therefore, it is an object of the present invention to provide a piezoelectric power generator for portable electronic devices having excellent power generation efficiency.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention is based on a technical premise of a power generator for a portable electronic device equipped in a portable electronic device having a rechargeable battery and a piezoelectric generator connected to the rechargeable battery. The piezoelectric power generator is formed by laminating a plurality of piezoelectric ceramic elements into a layered piezoelectric ceramic body by reversing polarization, and arranging at least two of these piezoelectric elements so as to be able to collide with each other. It is characterized by generating electricity by causing the ceramic bodies to collide with each other.
[0007]
And in this invention, the center part of the said piezoelectric ceramic body is supported by a cushion material, It is characterized by the above-mentioned.
[0008]
Further, the present invention is characterized in that one of the piezoelectric ceramic bodies is supported by a cushion material, and the other piezoelectric ceramic body is moved or swung to abut against the one piezoelectric ceramic body to generate electric power. To do.
[0009]
Further, the present invention is characterized in that both the piezoelectric ceramic bodies are held via a cushion material, and are arranged so that the two piezoelectric ceramic bodies move or swing to abut each other. It is.
[0010]
Moreover, in this invention, a protector board is stuck on the striking surface part of the said piezoelectric ceramic body , and it produces electricity by striking these protector boards.
[0011]
Then, the protector plate in the present invention is characterized in that it is formed to protrude from the beating surface of the piezoelectric ceramic body.
[0012]
The protector plate according to the present invention is characterized by being formed in a semi-spherical shape.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail by taking a mobile phone as an example.
[0014]
FIG. 1 shows a piezoelectric power generation device H for a portable electronic device provided in a mobile phone. The piezoelectric power generation device H includes a piezoelectric power generator A, a rectifier circuit S, and a rechargeable battery B. . The rechargeable battery B is electrically connected to the piezoelectric generator A via a rectifier circuit S, and the piezoelectric generator A is supported in a mobile phone so as to vibrate.
[0015]
That is, when the mobile phone is carried, the mobile phone swings, so that the voltage generated by the piezoelectric generator A is rectified by the rectifier circuit S and charged to the rechargeable battery B. Preferably, in order to enable charging regardless of whether the voltage generated by the piezoelectric generator A is positive or negative, the rectifier circuit S is preferably a circuit in which a diode is combined with a bridge.
[0016]
Next, configuration examples of the piezoelectric generator A will be sequentially described. A piezoelectric power generator A1 shown in FIG. 2 is one in which the piezoelectric ceramic plates 1 are arranged on both ends of a cylindrical container 8 whose both ends are closed, and these piezoelectric ceramic plates 1 are generated by striking steel balls 4. The cushion plate 3 is bonded to one side surface of the container 8 using the adhesive 6, and the piezoelectric ceramic plate 1 is bonded only to the central portion of the cushion plate 3 using the adhesive 5. Similarly, the piezoelectric ceramic plate 1 is bonded to the other side surface of the container 8 so as to face each other. A protector plate 2 is fixed to the central portion of the opposing surfaces of both piezoelectric ceramic plates 1. A pipe 7 is disposed between the two piezoelectric ceramic plates 1, and a rollable steel ball 4 is provided in the pipe 7.
[0017]
The piezoelectric ceramic plate 1 is formed by joining two plate-like piezoelectric ceramic elements 1a and 1b having the same form (same material, same shape and same thickness) with the polarities of polarization of the ceramic elements 1a and 1b reversed. It is a thing. By joining the ceramic elements 1a and 1b having the same form, the two ceramic elements 1a and 1b are subjected to flexural vibration with the joint surface as the center (a portion that does not expand and contract). In this case, if the ceramic element 1a on one side expands, the ceramic element 1b on the other side contracts and the electrodes of the output voltage are in the same direction, and the piezoelectric ceramic elements 1a and 1b are connected in series. It becomes.
[0018]
The piezoelectric ceramic elements 1a and 1b are known for use as a conversion element between mechanical energy and electrical energy, and many materials, both inorganic and organic, that exhibit a piezoelectric effect are known. As a material at a practical level, there is a material such as a ceramic PZT (piezoelectric ceramics).
[0019]
Piezoelectric ceramic elements are elements in which high voltage direct current is applied to polycrystals to generate remanent polarization and have piezoelectricity, and the basic piezoelectric constant can be changed quite freely depending on the composition. Zinc acid-based piezoelectric ceramic elements have a wide composition ratio and a wide selection range of additives, and are suitable as a power generator for portable electronic devices such as the present invention.
[0020]
By the way, when flexural vibration is performed around the joint surface, one of the piezoelectric ceramic elements 1a (or 1b) performs both expansion and contraction, and the polarization is not canceled out efficiently. Power generation is performed. The electric current as the generated electric energy is taken out using the lead wire 9.
[0021]
In addition, although the two piezoelectric ceramic elements 1a and 1b are stacked here, each piezoelectric ceramic element 1a (1b) can have a stacked structure. In this laminated structure, a plurality of thin piezoelectric ceramic plates are joined (in this case, the polarity of polarization is the same) to form one piezoelectric ceramic element 1a (or 1b). In this way, by using a laminated structure, for example, when bonded by an adhesive having elastic properties, this elastic effect makes it easy to bend the ceramic plate material lacking in strength and maintain the bending strength. In addition, by making it thinner, the ceramic plate becomes more resistant to bending. Further, the outer shape of the piezoelectric ceramic plate 1 is not particularly limited, but the front shape may be a circle, an ellipse, a triangle, a quadrangle, a polygon, or the like.
[0022]
The cushion plate 3 is a synthetic resin material, a rubber material, or a soft material in which these are sponged. The reason why the piezoelectric ceramic plate 1 is fixed by using such a cushion plate 3 and only the central portion of the cushion plate 3 using the adhesive 5 is that the vibration of the piezoelectric ceramic plate 1 is not attenuated. When the piezoelectric ceramic plate 1 vibrates, the member supporting the piezoelectric ceramic plate 1 becomes a factor that attenuates the vibration of the piezoelectric ceramic plate 1. In order to remove this attenuation factor, the piezoelectric ceramic plate is used as much as possible by using the cushion plate 3. 1 is left free.
[0023]
By using the cushion plate 3, the natural vibration of the piezoelectric ceramic plate 1 continues for a long time, so that the power generation efficiency is improved. Further, the cushion material reduces the impact applied to the piezoelectric ceramic plate 1. The protector plate 2 is made of metal, synthetic resin, or the like, and protects the piezoelectric ceramic plate 1 from hitting of the steel balls 4.
[0024]
When a mobile phone equipped with the piezoelectric generator A1 having such a configuration is carried, the steel ball 4 rolls in the pipe 7 to strike the left and right piezoelectric ceramic plates 1 and applies impact energy due to the collision. . Then, the piezoelectric ceramic plate 1 is excited to vibrate and repeatedly expanded and contracted to generate AC electricity.
[0025]
Here, as the hitting body, the steel ball 4 is disposed in the pipe 7 to hit the piezoelectric ceramic plate 1. However, the material and shape of the hitting body are not limited to steel balls. In addition, a heavy object such as a columnar shape or an egg shape may be used. Further, not only the pipe 7, but also a configuration in which the striking body moves along the rail as long as the striking body can freely move. In addition, instead of the pipe 7, a spring material (upward or downward) is used, one end of the spring material is fixed, and the steel ball 4 is attached to the other end. It can also be set as the form which strikes the board 1. FIG.
[0026]
FIG. 3 shows a charging circuit that charges the electricity generated by the piezoelectric generator A1. This charging circuit includes PZT1 and PZT2 as two piezoelectric ceramic plates 1, rectifying diodes D1 to D6, and a rechargeable battery B that stores electricity. The electricity generated by PZT1 is full-wave rectified by diodes D1 to D3, and the electricity generated by PZT2 is full-wave rectified by diodes D4 to D6. The full-wave rectified electricity is charged into the rechargeable battery B.
[0027]
FIG. 4 is an example of a piezoelectric power generator A2 using one piezoelectric ceramic plate 1. This piezoelectric generator A2 uses a cylindrical container 12 whose both ends are closed, and a cushion member 11 is disposed on the upper surface and lower surface of the central part of the container 12, and piezoelectric ceramics are formed in the recesses of the cushion member 11. The plate 1 (1a, 1b) is fitted and supported. A protector plate 2 is attached to both sides of the piezoelectric ceramic plate 1. Then, pipes 7 are arranged on both sides of both piezoelectric ceramic plates 1, and rollable steel balls 4 are provided in these pipes 7. The material of the cushion member 11 is the same as that of the cushion plate 3, and the other members are as described above.
[0028]
And when carrying the mobile phone equipped with this piezoelectric generator A2, the steel ball 4 rolls in the pipe 7, and alternately beats the piezoelectric ceramic plate 1, and the piezoelectric ceramic plate 1 is excited to vibrate, The expansion and contraction are repeated to generate AC electricity.
[0029]
A piezoelectric power generator A3 shown in FIG. 5 has piezoelectric ceramic bodies 10 (PZT1) and 10 (PZT2) on opposite ends of a housing 18 whose both ends are closed and are opposed to each other with their axes slightly deviated. Electric power is generated by causing the ceramic bodies 10 and 10 to collide with each other.
[0030]
Then, the cushion plates 13 and 13 are bonded to both side surfaces of the housing 18 with adhesive materials 16 and 16, and the piezoelectric ceramic body is formed using the adhesive materials 15 and 15 only at the center of the cushion plates 13 and 13. Glue 10,10. A protector plate 2 is fixed to the central portion of the opposing surfaces of the two piezoelectric ceramic bodies 1. In this example, both piezoelectric ceramic bodies 10 are curved in an arc shape.
[0031]
The piezoelectric ceramic bodies 10 (PZT1) and 10 (PZT2) are composed of two circular plate-shaped piezoelectric ceramic elements 10a and 10b having the same material, similar shape and same thickness, and the polarization polarity of the ceramic elements 10a and 10b. Are reversed and joined. By bonding the ceramic elements 10a and 10b, the two ceramic elements 10a and 10b are subjected to flexural vibration with the bonding surface as the center (a portion that does not expand and contract). In this case, the configuration of the power generation system and the charging system, the piezoelectric ceramic element, the cushion plate, and the protector plate is the same as that of the piezoelectric generator A1 or A2, and therefore detailed description thereof is omitted here.
[0032]
In this embodiment, the case where the piezoelectric ceramic bodies 10 and 10 are supported via the adhesive 15 and the cushion material 13 has been described as an example. However, instead of this, one or both piezoelectric ceramic bodies 10 and 10 are supported. Is fixed to one end of a spring (which may be supported upward or downward), the other end is attached to the housing 18, and the two piezoelectric ceramic bodies 10, 10 may collide.
[0033]
Since the piezoelectric power generator A3 is configured to generate power by causing the piezoelectric ceramic bodies 10 and 10 to collide with each other as described above, the configuration as a power generator is extremely simplified, and the piezoelectric ceramic body 10 , 10 are formed in an arc shape so that the piezoelectric ceramic bodies 10, 10 can be arranged as close as possible in the normal state, so that the entire apparatus can be reduced in size. can get.
[0034]
The piezoelectric power generator A4 shown in FIG. 6 is provided with a piezoelectric ceramic body 10 (PZT1) and a piezoelectric ceramic body 10 (PZT2) in the same manner as the piezoelectric power generator A3, and the piezoelectric ceramic body 10 (PZT1) and the piezoelectric ceramic. The third piezoelectric ceramic body 10 (PZT3) is suspended from the upper part inside the housing 18 by the coil spring 20 between the body 10 (PZT2) and swings the piezoelectric ceramic body 10 (PZT3) in the left-right direction. Thus, the piezoelectric ceramic body 10 (PZT3) collides with the piezoelectric ceramic body 10 (PZT1) or the piezoelectric ceramic body 10 (PZT2), so that the piezoelectric ceramic bodies 10 (PZT1), 10 (PZT2), 10 (PZT3) ) Exciting vibrations to cause each piezoelectric ceramic body 10 to repeatedly expand and contract. Except for the configuration configured to generate AC electricity, the other configurations and functions are configured in the same manner as the piezoelectric generator A3, and thus detailed description thereof is omitted here. In the case of the piezoelectric ceramic body 10 (PZT3), since the colliding parts are different from the other piezoelectric ceramic bodies 10 (PZT1) and 10 (PZT2), the protector plate 12 is attached to both ends of the piezoelectric ceramic body 10 (PZT3). Both generators are different in that they are arranged from the side to the periphery.
[0035]
Therefore, according to the piezoelectric generators A3 and A4 according to the above-described embodiments, the structure is simpler than the piezoelectric generators A1 and A2, and the manufacturing cost can be reduced in addition to the size reduction. It is practical.
[0036]
In each of the piezoelectric generators A3 and A4, the case where the piezoelectric ceramic body is curved in an arc shape and the piezoelectric ceramic body is directly collided to generate power has been described as an example. However, the present invention is not limited to this. If the manufacturing difficulty and cost are considered, the piezoelectric ceramic body is formed into a flat plate like the piezoelectric power generators A1 and A2, and is attached to the strike surface of the piezoelectric ceramic body. The plate is formed in a shape protruding from the striking surface portion, for example, a hemispherical shape, a cylindrical shape, or a polygonal column shape, or one protector plate is formed in a U-shaped cross section, and the other protector plate is This is desirable because the piezoelectric generator can be further miniaturized and the cost can be reduced by forming it in a size and shape that can be inserted with a slight gap in the recess of the protector plate. .
[0037]
According to the piezoelectric generators A1 to A4 according to each of the above embodiments, it is possible to automatically secure electric power necessary for use when necessary just by carrying around, and most portable electronic devices such as mobile phones are In that case, considering that it can be used indoors and outdoors where charging is not possible, if the amount of charge is insufficient when necessary, it cannot function as a portable electronic device, and it does not make sense to carry it . Therefore, in the portable electronic device including the piezoelectric generators A1 to A4 according to the present embodiment, even if the charge amount is insufficient when necessary, the owner can use the portable electronic device, for example. For portable electronic devices that can easily generate power and charge the rechargeable battery B by forcibly swinging them by shaking, etc., and can obtain the power necessary for the operation at the moment. An optimal and excellent effect can be obtained.
[0038]
【The invention's effect】
As described above, in the piezoelectric power generating device for portable electronic devices according to the present invention, a plurality of piezoelectric ceramic elements are formed in a layered piezoelectric ceramic body, and a plurality of the piezoelectric ceramic elements are arranged to form a piezoelectric ceramic body. Since power is generated by colliding each other, it is possible to obtain a power generation device that has high power generation efficiency and is effective for low-power power generation, and the number of parts can be reduced, thereby reducing the size and manufacturing cost. There is an effect that it can be realized.
[0039]
In addition, since the structure in which the layered piezoelectric ceramic body is supported by the cushion material is adopted, the vibration of the piezoelectric ceramic body continues for a long time, so that the power generation efficiency is improved.
[0040]
Furthermore, according to the piezoelectric power generation apparatus according to the present invention, two ceramic ceramic elements having the same material, similar shape, and identical thickness are joined by reversing the polarities of polarization of the ceramic elements. Since the bonding surface of the element is formed so as to bend and vibrate in the center (the part that does not expand and contract), the piezoelectric ceramic element is appropriately expanded and contracted, and the power generation efficiency is further improved.
[0041]
In particular, since the piezoelectric ceramics are made to collide with each other and vibrate, the piezoelectric power generation can be further miniaturized and the cost can be reduced.
[0042]
Furthermore, since the protector plate is attached to the portion of the piezoelectric ceramic body that is beaten, there is an effect that the piezoelectric ceramic element is effectively protected against the collision load of the piezoelectric ceramic body. The shape of the protector plate is, for example, a shape that protrudes from the striking surface portion of the piezoelectric ceramic body so that a direct impact vibration can be easily obtained even if the piezoelectric ceramic body is formed in a plate shape, for example, a hemispherical shape. In addition, the manufacturing cost can be further reduced by forming in a cylindrical shape or a polygonal column shape.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a configuration of a piezoelectric power generation device for portable electronic equipment according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram showing a first configuration example of a piezoelectric generator that constitutes the piezoelectric generator.
FIG. 3 is a circuit diagram of a rechargeable battery of the piezoelectric power generation device.
FIG. 4 is an explanatory diagram showing a second configuration example of the piezoelectric generator.
FIG. 5 is an explanatory diagram showing a third configuration example of the piezoelectric generator.
FIG. 6 is an explanatory diagram showing a fourth configuration example of the piezoelectric generator.
[Explanation of symbols]
A1, A2, A3, A4 Piezoelectric generator B Rechargeable battery H Piezoelectric generator for portable electronic device S Rectifier circuit 1,10 Piezoelectric ceramic plate 1a, 1b, 10a, 10b Piezoelectric ceramic element 2 Protector plate 3,11 Cushion material ( Cushion plate)
4 Hammer (steel ball)

Claims

A power generator for a portable electronic device equipped in a portable electronic device having a rechargeable battery and a piezoelectric power generator connected to the rechargeable battery, wherein the piezoelectric power generator comprises a plurality of piezoelectric ceramic elements. Characterized in that the piezoelectric ceramic bodies are formed by joining with opposite polarizations, and at least two piezoelectric elements are arranged so as to be able to collide with each other, and these piezoelectric ceramic bodies collide with each other to generate electric power. A piezoelectric power generator for portable electronic devices .

The piezoelectric power generator for portable electronic devices according to claim 1 , wherein a central portion of the piezoelectric ceramic body is supported by a cushion material .

The power generation is performed by supporting one of the piezoelectric ceramic bodies with a cushioning material and moving or swinging the other piezoelectric ceramic body to abut against the one piezoelectric ceramic body. The piezoelectric power generator for portable electronic devices according to any one of 2 above.

4. The piezoelectric ceramic body according to any one of claims 1 to 3 , wherein the piezoelectric ceramic bodies are held via a cushion material, and the piezoelectric ceramic bodies are arranged so that the piezoelectric ceramic bodies move or swing to abut each other. A piezoelectric power generator for portable electronic devices as described in 1.

The portable electronic device according to any one of claims 1 to 4 , wherein a protector plate is attached to the striking surface portion of the piezoelectric ceramic body, and power is generated by striking the protector plates together. Piezoelectric generator.

6. The piezoelectric power generation device for portable electronic devices according to claim 5 , wherein the protector plate is formed so as to protrude from a striking surface portion of the piezoelectric ceramic body .

7. The piezoelectric power generator for portable electronic devices according to claim 5, wherein the protector plate is formed in a semi-spherical shape .