JP7835580B2 - Vibration power generation unit and vibration power generation device - Google Patents
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Description
本発明は、振動発電ユニット、及び、この振動発電ユニットを備える振動発電装置に関する。 This invention relates to a vibration power generation unit and a vibration power generation device equipped with this vibration power generation unit.
従来、圧電素子の圧電効果を利用して振動や圧力に基づき発電を行う手法が知られている。 Conventionally, methods for generating electricity based on vibration and pressure using the piezoelectric effect of piezoelectric elements are known.
例えば、金属板の両面に形成された圧電素子を有する振動板を備え、この振動板の両側から衝撃物を用いて衝撃を加えることによって発電を行う自転車用の発電装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。 For example, a bicycle power generation device has been proposed that includes a diaphragm with piezoelectric elements formed on both sides of a metal plate, and generates electricity by applying impact to the diaphragm from both sides using an impactor (see, for example, Patent Document 1).
上述の発電装置では、振動板に両側から衝撃が加わるため、振動板に設けられた圧電素子が凹状及び凸状の両方の状態に変形する。そのため、圧電素子が劣化しやすい。また、上述の発電装置のように振動板の両側に衝撃物が配置された構成では、圧電素子に与える圧力の調整が困難である。 In the power generation device described above, impacts are applied to the diaphragm from both sides, causing the piezoelectric element on the diaphragm to deform into both concave and convex states. Therefore, the piezoelectric element is prone to deterioration. Furthermore, in a configuration like the one described above, where impactors are positioned on both sides of the diaphragm, adjusting the pressure applied to the piezoelectric element is difficult.
本発明の目的は、耐久性を高めることができるとともに、圧電素子に与える圧力の調整を容易にすることができる振動発電ユニット及び振動発電装置を提供することである。 The objective of this invention is to provide a vibration power generation unit and vibration power generation device that can enhance durability and facilitate adjustment of the pressure applied to the piezoelectric element.
１つの態様では、振動発電ユニットは、振動子と、前記振動子の第１方向への移動をガイドするガイドと、前記第１方向における前記振動子の一端によって押圧される第１圧電素子と、前記第１方向における前記振動子の他端によって押圧される第２圧電素子とを備え、前記第１圧電素子及び前記第２圧電素子のそれぞれは、前記振動子によって押圧される中央部分において前記振動子側に盛り上がるように湾曲している。 In one embodiment, the vibration power generation unit comprises a vibrator, a guide for guiding the movement of the vibrator in a first direction, a first piezoelectric element pressed by one end of the vibrator in the first direction, and a second piezoelectric element pressed by the other end of the vibrator in the first direction, wherein each of the first and second piezoelectric elements is curved so as to bulge toward the vibrator at the central portion pressed by the vibrator.
他の１つの態様では、振動発電装置は、前記振動発電ユニットを複数備え、前記複数の振動発電ユニットは、前記第１方向が互いに直交する方向となるように向きを変えて配置されている。 In another embodiment, the vibration power generation device comprises a plurality of vibration power generation units, which are arranged with their orientations such that the first direction is perpendicular to each other.
前記態様によれば、耐久性を高めることができるとともに、圧電素子に与える圧力の調整を容易にすることができる。 According to the above embodiment, durability can be increased, and the pressure applied to the piezoelectric element can be easily adjusted.
以下、本発明の一実施の形態に係る振動発電ユニット及び振動発電装置について、図面を参照しながら説明する。 The following describes a vibration power generation unit and vibration power generation device according to one embodiment of the present invention, with reference to the drawings.
図１及び図２は、振動発電ユニット１の内部構造を示す断面図及び斜視図である。 Figures 1 and 2 are cross-sectional and perspective views showing the internal structure of the vibration power generation unit 1.
図３及び図４は、振動発電ユニット１の第１圧電素子モジュール１０を示す断面図及び平面図である。 Figures 3 and 4 are a cross-sectional view and a plan view, respectively, of the first piezoelectric element module 10 of the vibration power generation unit 1.
なお、図１～図４、並びに後述する図５、図６及び図８～図１０に示す上下、前後、及び左右の各方向は、振動子４０の移動方向である第１方向Ｄ１を上下方向とした場合の一例である。 Note that the up/down, front/back, and left/right directions shown in Figures 1 to 4, and later in Figures 5, 6, and 8 to 10, are examples where the first direction D1, which is the direction of movement of the transducer 40, is defined as the up/down direction.
図１及び図２に示す振動発電ユニット１は、第１圧電素子モジュール１０と、第２圧電素子モジュール２０と、筐体３０と、振動子４０と、ガイド５０と、２つの第１固定部６０と、２つの第２固定部７０と、２つの第１支持部８１と、２つの第２支持部８２と、第１緩衝材９１と、第２緩衝材９２とを備える。 The vibration power generation unit 1 shown in Figures 1 and 2 comprises a first piezoelectric element module 10, a second piezoelectric element module 20, a housing 30, a vibrator 40, a guide 50, two first fixing parts 60, two second fixing parts 70, two first support parts 81, two second support parts 82, a first cushioning material 91, and a second cushioning material 92.
図４に示すように、第１圧電素子モジュール１０は、第１圧電素子１１と、第１基板１２と、衝突板１３とを有する。 As shown in Figure 4, the first piezoelectric element module 10 includes a first piezoelectric element 11, a first substrate 12, and a collision plate 13.
第１圧電素子１１は、第１基板１２の上面中央部分に配置されており、上下方向である第１方向Ｄ１における振動子４０の下端４０ａ（一端の一例）によって押圧される。後述するが、第１圧電素子１１は、振動子４０によって押圧される中央部分において、第１基板１２とともに、振動子４０側に盛り上がるように湾曲している。第１圧電素子１１は、圧電体と、この圧電体を挟み込んで位置する１対の電極層とを有する。第１圧電素子１１としては、任意の構成を採用可能であるが、例えば、圧電体がセラミック層の圧電素子である。 The first piezoelectric element 11 is positioned in the central part of the upper surface of the first substrate 12 and is pressed by the lower end 40a (an example of one end) of the resonator 40 in the first direction D1, which is the vertical direction. As will be described later, the first piezoelectric element 11, together with the first substrate 12, is curved so as to bulge towards the resonator 40 in the central part that is pressed by the resonator 40. The first piezoelectric element 11 has a piezoelectric body and a pair of electrode layers positioned sandwiching this piezoelectric body. Any configuration can be adopted for the first piezoelectric element 11, but for example, it is a piezoelectric element in which the piezoelectric body is a ceramic layer.
第１基板１２は、例えばガラスエポキシ基板であり、前後方向よりも左右方向に長い矩形板状を呈する。第１基板１２は、後述する２つの第１支持部８１の支持によって、左右方向の中央部分が振動子４０側に盛り上がるように湾曲している。 The first substrate 12 is, for example, a glass epoxy substrate and has a rectangular plate shape that is longer in the left-right direction than in the front-back direction. The first substrate 12 is curved so that its central portion in the left-right direction bulges towards the transducer 40, supported by two first support portions 81 (described later).
衝突板１３は、第１圧電素子１１のうち後述する振動子４０によって押圧される中央部分上に設けられ、振動子４０に直接接触する。 The impact plate 13 is positioned on the central portion of the first piezoelectric element 11 that is pressed by the vibrator 40 (described later), and is in direct contact with the vibrator 40.
図１に示す第２圧電素子モジュール２０は、第１圧電素子モジュール１０に上下方向に対向するように配置され、第２圧電素子２１と、第２基板２２と、衝突板２３とを有する。第２圧電素子モジュール２０については、第１圧電素子モジュール１０と上下対称の同一モジュールとすることができるため詳細な説明は省略するが、第２圧電素子２１は、第２基板２２の下面中央部分に配置されており、第１方向Ｄ１における振動子４０の上端４０ｂ（他端の一例）によって押圧される。また、第２圧電素子２１は、振動子４０によって押圧される中央部分において、第２基板２２とともに、振動子４０側に盛り上がるように湾曲している。 The second piezoelectric element module 20 shown in Figure 1 is positioned opposite the first piezoelectric element module 10 in the vertical direction and comprises a second piezoelectric element 21, a second substrate 22, and a collision plate 23. While a detailed explanation of the second piezoelectric element module 20 is omitted as it can be the same module as the first piezoelectric element module 10, with vertical symmetry, the second piezoelectric element 21 is positioned in the central lower portion of the second substrate 22 and is pressed by the upper end 40b (an example of the other end) of the vibrator 40 in the first direction D1. Furthermore, the second piezoelectric element 21, along with the second substrate 22, is curved in the central portion pressed by the vibrator 40, so as to bulge towards the vibrator 40.
図１及び図２に示すように、筐体３０は、第１部分３１と、第２部分３２と、第３部分３３とを有する。これらの第１部分３１、第２部分３２、及び第３部分３３は、前後方向の幅が互いに同一であり、第１部分３１の上に第３部分３３が位置し、第３部分３３の上に第２部分３２が位置するように、図示しないネジによって固定されている。なお、第１部分３１、第２部分３２、及び第３部分３３は、一体に設けられていてもよい。また、筐体３０の形状は任意の形状を採用可能である。 As shown in Figures 1 and 2, the housing 30 has a first portion 31, a second portion 32, and a third portion 33. These three portions, the first 31, the second 32, and the third 33, have the same width in the front-to-back direction, and are fixed together by screws (not shown) such that the third portion 33 is positioned above the first portion 31 and the second portion 32 is positioned above the third portion 33. Note that the first 31, the second 32, and the third 33 may be integrally formed. Furthermore, the shape of the housing 30 can be any shape.
第１部分３１は、第１圧電素子モジュール１０の下部に配置され、厚さ方向が上下方向に一致する矩形板状を呈する。第１部分３１の左端及び右端には、上方に突出する凸部３１ａ，３１ｂが設けられている。右側の凸部３１ｂには、第１基板１２に接続された図示しない配線を通すための配線孔３１ｃが左右方向に延びるように設けられている。この配線は、図示しない制御回路（例えば、後述する図６及び図７に示す制御ユニット１１０）に接続されている。 The first portion 31 is positioned at the bottom of the first piezoelectric element module 10 and has a rectangular plate shape with its thickness direction coinciding with the vertical direction. The left and right ends of the first portion 31 are provided with upwardly projecting protrusions 31a and 31b. The right protrusion 31b has a wiring hole 31c extending horizontally for passing wiring (not shown) connected to the first substrate 12. This wiring is connected to a control circuit (for example, the control unit 110 shown in Figures 6 and 7, described later).
第２部分３２は、第１部分３１と上下対称の形状にすることができる。第２部分３２は、第２圧電素子モジュール２０の上部に配置され、厚さ方向が上下方向に一致する矩形板状を呈する。第２部分３２の左端及び右端には、下方に突出する凸部３２ａ，３２ｂが設けられている。右側の凸部３２ｂには、第２基板２２に接続された図示しない配線を通すための配線孔３２ｃが左右方向に延びるように設けられている。 The second portion 32 can be symmetrical vertically to the first portion 31. The second portion 32 is positioned on the upper part of the second piezoelectric element module 20 and has a rectangular plate shape with its thickness direction coinciding with the vertical direction. The left and right ends of the second portion 32 are provided with downward-projecting protrusions 32a and 32b. The right-side protrusion 32b is provided with a wiring hole 32c extending horizontally for passing wiring (not shown) connected to the second substrate 22.
第３部分３３は、直方体形状を呈し、正面視においてＨ字形状をなすように、下部に凹部３３ａが設けられ、上部に凹部３３ｂが設けられている。また、第３部分３３の中央には、上下方向に延びる貫通孔３３ｃが設けられている。この貫通孔３３ｃは、上部が大径部３３ｃ－１であり、下部が小径部３３ｃ－２である。 The third portion 33 has a rectangular parallelepiped shape, and in a front view, it forms an H-shape, with a recess 33a at the bottom and a recess 33b at the top. Furthermore, a through hole 33c extending vertically is provided in the center of the third portion 33. This through hole 33c has a large-diameter portion 33c-1 at the top and a small-diameter portion 33c-2 at the bottom.
振動子４０は、第１方向Ｄ１（上下方向）に延びる円柱形状を呈する。振動子４０は、例えば鉄などの金属材料からなる。振動子４０の例えば外周面には、筐体３０の第３部分３３や後述するガイド５０などに干渉しない領域に重りが取り付けられるとよい。これにより、第１圧電素子１１や第２圧電素子へ与える圧力を調整可能となる。 The transducer 40 has a cylindrical shape extending in the first direction D1 (vertical direction). The transducer 40 is made of a metal material such as iron. A weight may be attached to the outer surface of the transducer 40 in an area that does not interfere with the third portion 33 of the housing 30 or the guide 50 described later. This allows for adjustment of the pressure applied to the first piezoelectric element 11 and the second piezoelectric element.
ガイド５０は、例えばリニアブッシュであり、振動発電ユニット１の上下方向の振動に伴う振動子４０の上下方向（第１方向Ｄ１）への移動をガイドする。ガイド５０は、大部分が大径部３３ｃ－１に配置され、大径部３３ｃ－１から一部が上方に突出する。なお、ガイド５０は、下端のフランジ部分において、大径部３３ｃ－１と小径部３３ｃ－２との段差部分に載置され、固定されている。 The guide 50 is, for example, a linear bushing, and guides the vertical movement (first direction D1) of the vibrator 40 in response to the vertical vibration of the vibration power generation unit 1. The guide 50 is mostly positioned on the large-diameter portion 33c-1, with a portion protruding upward from the large-diameter portion 33c-1. The guide 50 is resting and fixed at the lower flange portion, on the stepped portion between the large-diameter portion 33c-1 and the small-diameter portion 33c-2.
２つの第１固定部６０は、第１基板１２の左端及び右端に配置され、第１基板１２の周縁部分（左端及び右端）が左右方向に延びるように（第１方向Ｄ１に直交するように）、第１基板１２を筐体３０の第１部分３１に対して上方から固定する。２つの第１固定部６０のそれぞれは、２つの固定ネジ６１（図２参照）と、第１基板１２に接触するブロック６２とを有する。固定ネジ６１は、ブロック６２及び第１基板１２を貫通し、第１部分３１の図示しない雌ネジ穴に螺合している。なお、第１基板１２には、図３に示す振動子４０側に盛り上がった非押圧状態と、図５に示す振動子４０によって押圧された平面状の押圧状態とで、固定ネジ６１の貫通部分の位置が左右方向に変化するのを許容するために、固定ネジ６１の貫通部分が左右方向に長い長孔が設けられているとよい。 The two first fixing parts 60 are positioned at the left and right ends of the first substrate 12, fixing the first substrate 12 to the first part 31 of the housing 30 from above, such that the peripheral portions (left and right ends) of the first substrate 12 extend in the left-right direction (perpendicular to the first direction D1). Each of the two first fixing parts 60 has two fixing screws 61 (see Figure 2) and a block 62 that contacts the first substrate 12. The fixing screws 61 pass through the block 62 and the first substrate 12 and are screwed into female screw holes (not shown) in the first part 31. It is preferable that the first substrate 12 has elongated holes in the left-right direction for the fixing screws 61 to allow the position of the fixing screw 61's through-holes to change in the left-right direction between the unpressurized state (raised towards the vibrator 40, as shown in Figure 3) and the flat, pressed state (pressed by the vibrator 40, as shown in Figure 5).
図１の左側の第１固定部６０は、第１圧電素子モジュール１０の左端の位置を先端において規制する押さえネジ６３を有する。この押さえネジ６３は、第１部分３１の左側の凸部３１ａに左側から挿入されている。 The first fixing portion 60 on the left side of Figure 1 has a retaining screw 63 that restricts the position of the left end of the first piezoelectric element module 10 at its tip. This retaining screw 63 is inserted from the left side into the left-side protrusion 31a of the first portion 31.
２つの第２固定部７０は、第２基板２２の左端及び右端に配置され、第２基板２２の周縁部分（左端及び右端）が左右方向に延びるように（第１方向Ｄ１に直交するように）、第２基板２２を筐体３０の第２部分３２に対して下方から固定する。２つの第２固定部７０のそれぞれは、２つの第１固定部６０と上下対称に設けることができ、第１固定部６０と同様に、固定ネジ７１と、第２基板２２に接触するブロック７２とを有する。 The two second fixing parts 70 are positioned at the left and right ends of the second substrate 22, fixing the second substrate 22 to the second part 32 of the housing 30 from below, such that the peripheral portions (left and right ends) of the second substrate 22 extend in the left-right direction (perpendicular to the first direction D1). Each of the two second fixing parts 70 can be provided symmetrically above and below the two first fixing parts 60, and, like the first fixing parts 60, has a fixing screw 71 and a block 72 that contacts the second substrate 22.
図１の左側の第２固定部７０は、第２圧電素子モジュール２０の左端の位置を先端において規制する押さえネジ７３を有する。この押さえネジ７３は、第２部分３２の左側の凸部３２ａに左側から挿入されている。 The second fixing portion 70 on the left side of Figure 1 has a retaining screw 73 that restricts the position of the left end of the second piezoelectric element module 20 at its tip. This retaining screw 73 is inserted from the left side into the left-side protrusion 32a of the second portion 32.
２つの第１支持部８１は、例えば金属製或いは樹脂製の円柱部材であり、軸方向（長手方向）が前後方向となるように、筐体３０の第１部分３１上において、第１圧電素子１１と左側の第１固定部６０（第１圧電素子１１の左側の周縁部分）との間、及び、第１圧電素子１１と右側の第１固定部６０（第１圧電素子１１の右側の周縁部分）との間に配置されている。第１支持部８１は、第１部分３１上の溝に接着剤により固定されて配置されているとよい。なお、第１支持部８１の左右方向の位置（例えば、第１固定部６０のブロック６２から第１支持部８１までの距離と、第１支持部８１から第１圧電素子１１及び第１基板１２の中央部分までの距離との比率）を調整することによって、第１基板１２及び第１圧電素子１１の湾曲度合い、ひいては、第１圧電素子１１に与える圧力を調整することができる。 The two first support portions 81 are, for example, cylindrical members made of metal or resin, and are positioned on the first portion 31 of the housing 30, between the first piezoelectric element 11 and the left first fixing portion 60 (the left peripheral edge portion of the first piezoelectric element 11), and between the first piezoelectric element 11 and the right first fixing portion 60 (the right peripheral edge portion of the first piezoelectric element 11), with their axial direction (longitudinal direction) being the front-to-back direction. The first support portions 81 are preferably fixed in grooves on the first portion 31 using adhesive. The left-right position of the first support portions 81 (for example, the ratio of the distance from the block 62 of the first fixing portion 60 to the first support portion 81 and the distance from the first support portion 81 to the central portion of the first piezoelectric element 11 and the first substrate 12) can be adjusted to control the degree of curvature of the first substrate 12 and the first piezoelectric element 11, and consequently, the pressure applied to the first piezoelectric element 11.
２つの第２支持部８２は、例えば金属製或いは樹脂製の円柱部材であり、軸方向（長手方向）が前後方向となるように、筐体３０の第２部分３２の底面において、第２圧電素子２１と左側の第２固定部７０（第２圧電素子２１の左側の周縁部分）との間、及び、第２圧電素子２１と右側の第２固定部７０（第２圧電素子２１の右側の周縁部分）との間に配置されている。第２支持部８２は、第２部分３２の底面の溝に接着剤により固定されて配置されているとよい。なお、第２支持部８２の左右方向の位置（例えば、第２固定部７０のブロック７２から第２支持部８２までの距離と、第２支持部８２から第２圧電素子２１及び第２基板２２の中央部分までの距離との比率）を調整することによって、第２基板２２及び第２圧電素子２１の湾曲度合い、ひいては、第２圧電素子２１に与える圧力を調整することができる。 The two second support portions 82 are, for example, cylindrical members made of metal or resin, and are positioned on the bottom surface of the second portion 32 of the housing 30, between the second piezoelectric element 21 and the left second fixing portion 70 (the left peripheral edge portion of the second piezoelectric element 21), and between the second piezoelectric element 21 and the right second fixing portion 70 (the right peripheral edge portion of the second piezoelectric element 21), with their axial direction (longitudinal direction) being the front-to-back direction. The second support portions 82 are preferably fixed to grooves on the bottom surface of the second portion 32 using adhesive. The left-right position of the second support portions 82 (for example, the ratio of the distance from the block 72 of the second fixing portion 70 to the second support portion 82 and the distance from the second support portion 82 to the central portion of the second piezoelectric element 21 and the second substrate 22) can be adjusted to control the degree of curvature of the second substrate 22 and the second piezoelectric element 21, and consequently, the pressure applied to the second piezoelectric element 21.
第１緩衝材９１は、第１基板１２の中央部分の第１圧電素子１１とは反対側（下側）において、筐体３０の第１部分３１上に配置されている。第１緩衝材９１は、例えばゴム板である。図５に示すように、第１緩衝材９１は、第１圧電素子１１が振動子４０によって押圧された押圧状態で、第１基板１２の中央部分に接触する。一方、図３に示すように、第１圧電素子１１が振動子４０によって押圧されていない非押圧状態で、第１緩衝材９１は、第１基板１２の中央部分との間に隙間を隔てて位置する。第１緩衝材９１は、第１支持部８１と第１基板１２との接触部分と第１方向Ｄ１における位置が同一（図３に点線で仮想線を図示）の部分で第１基板１２の中央部分に接触する。 The first cushioning material 91 is positioned on the first portion 31 of the housing 30 on the side opposite (below) the first piezoelectric element 11 in the central part of the first substrate 12. The first cushioning material 91 is, for example, a rubber sheet. As shown in Figure 5, the first cushioning material 91 contacts the central part of the first substrate 12 when the first piezoelectric element 11 is pressed by the vibrator 40. On the other hand, as shown in Figure 3, in the unpressurized state when the first piezoelectric element 11 is not pressed by the vibrator 40, the first cushioning material 91 is positioned with a gap between it and the central part of the first substrate 12. The first cushioning material 91 contacts the central part of the first substrate 12 at the same location in the first direction D1 as the contact portion between the first support portion 81 and the first substrate 12 (indicated by a dotted line in Figure 3).
第２緩衝材９２は、第２基板２２の中央部分の第２圧電素子２１とは反対側（上側）において、筐体３０の第２部分３２の底面に配置されている。図示はしないが、第２緩衝材９２は、第２圧電素子２１が振動子４０によって押圧された押圧状態で、第２基板２２の中央部分に接触する。一方、図１に示すように、第２圧電素子２１が振動子４０によって押圧されていない非押圧状態で、第２緩衝材９２は、第２基板２２の中央部分との間に隙間を隔てて位置する。第２緩衝材９２は、第２支持部８２と第２基板２２との接触部分と第１方向Ｄ１における位置が同一の部分で第２基板２２の中央部分に接触する。 The second cushioning material 92 is positioned on the bottom surface of the second portion 32 of the housing 30, on the side opposite (upper) of the second piezoelectric element 21 in the central part of the second substrate 22. Although not shown in the figures, the second cushioning material 92 contacts the central part of the second substrate 22 when the second piezoelectric element 21 is pressed by the vibrator 40. On the other hand, as shown in Figure 1, in the unpressurized state where the second piezoelectric element 21 is not pressed by the vibrator 40, the second cushioning material 92 is positioned with a gap between it and the central part of the second substrate 22. The second cushioning material 92 contacts the central part of the second substrate 22 at the same location in the first direction D1 as the contact area between the second support portion 82 and the second substrate 22.
図６及び図７は、本実施の形態に係る振動発電装置１００を示す概略構成図及び制御構成図である。 Figures 6 and 7 are schematic and control diagrams showing the vibration power generation device 100 according to this embodiment.
図６に示すように、振動発電装置１００は、複数の振動発電ユニットの一例である３つの振動発電ユニット１，２，３と、制御ユニット１１０とを備える。これらの振動発電ユニット１，２，３は、互いに同一のものを、上述の振動子４０の移動方向である第１方向Ｄ１が互いに直交する方向となるように向きを変えて配置されている。なお、振動発電装置１００は、２つ以下の振動発電ユニット又は４つ以上の振動発電ユニットを備えていてもよい。また、振動発電ユニット２，３の各構成は、上述の振動発電ユニット１と同一のものではなく、一部変更されたものであってもよい。 As shown in Figure 6, the vibration power generation device 100 comprises three vibration power generation units 1, 2, and 3, which are an example of multiple vibration power generation units, and a control unit 110. These vibration power generation units 1, 2, and 3 are identical to each other, but are arranged with their orientations such that the first direction D1, which is the direction of movement of the vibrator 40, is perpendicular to each other. The vibration power generation device 100 may also comprise two or fewer vibration power generation units, or four or more vibration power generation units. Furthermore, the configurations of vibration power generation units 2 and 3 may not be identical to those of vibration power generation unit 1 described above, but may be partially modified.
例えば、振動発電ユニット２は、上述の振動子４０の移動方向である第１方向Ｄ１が左右方向（第２方向Ｄ２）となるように配置されている。また、振動発電ユニット３は、第１方向Ｄ１が前後方向（第３方向Ｄ３）となるように配置されている。 For example, the vibration power generation unit 2 is positioned such that the first direction D1, which is the direction of movement of the vibrator 40 described above, is the left-right direction (second direction D2). The vibration power generation unit 3 is positioned such that the first direction D1 is the front-back direction (third direction D3).
図７に示すように、制御ユニット１１０は、電圧検知部１１１と、蓄電部１１２と、無線通信部１１３とを備える。その他、制御ユニット１１０は、例えば、振動発電装置１００の各部の動作を制御する演算処理装置として機能するプロセッサ（例えばＣＰＵ：Central Processing Unit）やメモリを備えるとよい。このメモリは、例えば、所定の制御プログラムが予め記録されている読み出し専用半導体メモリであるＲＯＭ（Read Only Memory）、プロセッサが各種の制御プログラムを実行する際に必要に応じて作業用記憶領域として使用される随時書き込み読み出し可能な半導体メモリであるＲＡＭ（Random Access Memory）などである。 As shown in Figure 7, the control unit 110 comprises a voltage detection unit 111, a power storage unit 112, and a wireless communication unit 113. Furthermore, the control unit 110 may include, for example, a processor (e.g., CPU: Central Processing Unit) and memory that function as arithmetic processing units for controlling the operation of each part of the vibration power generation device 100. This memory could be, for example, a ROM (Read Only Memory), a read-only semiconductor memory in which a predetermined control program is pre-recorded, or a RAM (Random Access Memory), a semiconductor memory that can be written to and read at any time and used as a working memory area as needed when the processor executes various control programs.
電圧検知部１１１は、例えば、振動発電ユニット１，２，３のそれぞれの第１基板１２及び第２基板２２に設けられた整流素子によって交流電流から変換された直流電流に基づいて、振動子４０による第１圧電素子１１及び第２圧電素子２１の押圧によって生じた電圧値を検知する検知器である。電圧検知部１１１は、振動発電ユニット１，２，３のそれぞれにおける電圧値を検知するとよい。この検知された電圧値は、振動発電ユニット１，２，３のそれぞれの振動量に対応する値をとる。電圧検知部１１１によって検知された電圧値は、継続的に無線通信部１１３によって所定の外部機器に送信されるとよい。或いは、電圧検知部１１１が検知する電圧値が規定値を超えたことや異常振動に対応する所定の電圧変化が生じていることのみが、無線通信部１１３によって所定の外部機器に送信されてもよい。なお、電圧検知部１１１は、振動発電ユニット１，２，３のそれぞれの第１基板１２上及び第２基板２２上に配置されていてもよい。 The voltage detection unit 111 is a detector that detects the voltage value generated by the pressing of the first piezoelectric element 11 and the second piezoelectric element 21 by the vibrator 40, based on the DC current converted from AC current by rectifier elements provided on the first substrate 12 and the second substrate 22 of the vibration power generation units 1, 2, and 3, respectively. The voltage detection unit 111 may detect the voltage value in each of the vibration power generation units 1, 2, and 3. This detected voltage value corresponds to the respective vibration amount of the vibration power generation units 1, 2, and 3. The voltage value detected by the voltage detection unit 111 may be continuously transmitted to a predetermined external device by the wireless communication unit 113. Alternatively, only when the voltage value detected by the voltage detection unit 111 exceeds a specified value or when a predetermined voltage change corresponding to abnormal vibration occurs may be transmitted to the predetermined external device by the wireless communication unit 113. Note that the voltage detection unit 111 may be located on the first substrate 12 and the second substrate 22 of the vibration power generation units 1, 2, and 3, respectively.
蓄電部１１２は、例えばバッテリであり、振動子４０による第１圧電素子１１及び第２圧電素子２１の押圧によって発電した電力を蓄電する。この電力は、後述する無線通信部１１３の無線通信に用いられるが、その他にも、例えば、加速度センサ、振動発電装置１００が配置される移動体等の表示ランプなどに用いられてもよい。なお、特に加速度センサが配置される場合には、加速度センサを用いて振動発電ユニット１，２，３の振動量を検出することができるため、電圧検知部１１１を省略してもよい。 The power storage unit 112 is, for example, a battery, and stores the electricity generated by the pressure applied by the vibrator 40 to the first piezoelectric element 11 and the second piezoelectric element 21. This electricity is used for wireless communication by the wireless communication unit 113, which will be described later, but it may also be used for other purposes, such as an acceleration sensor or an indicator lamp on a moving object where the vibration power generation device 100 is located. In particular, if an acceleration sensor is provided, the vibration amount of the vibration power generation units 1, 2, and 3 can be detected using the acceleration sensor, so the voltage detection unit 111 may be omitted.
無線通信部１１３は、外部機器との間で各種情報の授受を行う。無線通信部１１３は、線通信時に、蓄電部１１２に蓄電された電力を用いるとよい。なお、蓄電部１１２が省略された場合であっても、無線通信部１１３は、制御ユニット１１０の回路上のコンデンサなどから得られた電力を用いて無線通信を行うとよい。 The wireless communication unit 113 exchanges various types of information with external devices. During line communication, the wireless communication unit 113 may use the power stored in the power storage unit 112. Even if the power storage unit 112 is omitted, the wireless communication unit 113 may perform wireless communication using power obtained from a capacitor or similar component on the control unit 110's circuit.
以上説明した本実施の形態では、振動発電ユニット１は、振動子４０と、この振動子４０の第１方向Ｄ１への移動をガイドするガイド５０と、第１方向Ｄ１における振動子４０の下端４０ａ（一端の一例）によって押圧される第１圧電素子１１と、第１方向Ｄ１における振動子４０の上端４０ｂ（他端の一例）によって押圧される第２圧電素子２１とを備える。第１圧電素子１１及び第２圧電素子２１のそれぞれは、振動子４０によって押圧される中央部分において振動子４０側に盛り上がるように湾曲している。 In the embodiment described above, the vibration power generation unit 1 comprises a vibrator 40, a guide 50 that guides the movement of the vibrator 40 in a first direction D1, a first piezoelectric element 11 pressed by the lower end 40a (an example of one end) of the vibrator 40 in the first direction D1, and a second piezoelectric element 21 pressed by the upper end 40b (an example of the other end) of the vibrator 40 in the first direction D1. Each of the first piezoelectric element 11 and the second piezoelectric element 21 is curved so as to bulge towards the vibrator 40 in the central portion pressed by the vibrator 40.
このように、第１圧電素子１１及び第２圧電素子２１が、振動子４０側に盛り上がるように湾曲している中央部分において振動子４０によって片側からのみ押圧されるため、例えば上下両側から押圧される態様と比較して、第１圧電素子１１及び第２圧電素子２１の反転動作に伴う劣化を抑制することができる。また、第１圧電素子１１及び第２圧電素子２１の盛り上がりの度合いを変更することで、第１圧電素子１１及び第２圧電素子２１に与える圧力の調整を容易にすることができる。よって、本実施の形態によれば、耐久性を高めることができるとともに、第１圧電素子１１及び第２圧電素子２１に与える圧力の調整を容易にすることができる。 In this configuration, the first piezoelectric element 11 and the second piezoelectric element 21 are pressed from only one side by the vibrator 40 at their central curved portions that protrude towards the vibrator 40. Compared to a configuration where they are pressed from both the top and bottom, for example, deterioration associated with the reversal operation of the first piezoelectric element 11 and the second piezoelectric element 21 can be suppressed. Furthermore, by changing the degree of protrusion of the first piezoelectric element 11 and the second piezoelectric element 21, the pressure applied to them can be easily adjusted. Therefore, according to this embodiment, durability can be increased, and the pressure applied to the first piezoelectric element 11 and the second piezoelectric element 21 can be easily adjusted.
また、本実施の形態では、振動発電ユニット１は、中央部分の振動子４０側（上側）に第１圧電素子１１が配置された第１基板１２と、中央部分の振動子４０側（下側）に第２圧電素子２１が配置された第２基板２２と、第１基板１２の周縁部分が第１方向Ｄ１に直交するように第１基板１２の周縁部分を固定する例えば２つの第１固定部６０と、第２基板２２の周縁部分が第１方向Ｄ１に直交するように第２基板２２の周縁部分を固定する例えば２つの第２固定部７０と、第１基板１２の周縁部分と第１基板１２の中央部分との間において、第１基板１２の中央部分を振動子４０側に盛り上がらせるように第１基板１２を支持する例えば２つの第１支持部８１と、第２基板２２の周縁部分と第２基板２２の中央部分との間において、第２基板２２の中央部分を振動子４０側に盛り上がらせるように第２基板２２を支持する例えば２つの第２支持部８２とを更に備える。 Furthermore, in this embodiment, the vibration power generation unit 1 comprises a first substrate 12 on the side of the central part facing the vibrator 40 (upper side), a second substrate 22 on the side of the central part facing the vibrator 40 (lower side), two first fixing parts 60 that fix the peripheral portion of the first substrate 12 so that the peripheral portion of the first substrate 12 is perpendicular to the first direction D1, and the peripheral portion of the second substrate 22 that fixes the peripheral portion of the second substrate 22 so that the peripheral portion of the second substrate 22 is perpendicular to the first direction D1. The system further includes, for example, two second fixing portions 70, two first support portions 81 that support the first substrate 12 between its peripheral and central portions, causing the central portion of the first substrate 12 to bulge towards the vibrator 40, and two second support portions 82 that support the second substrate 22 between its peripheral and central portions, causing the central portion of the second substrate 22 to bulge towards the vibrator 40.
これにより、例えば、第１支持部８１及び第２支持部８２の位置や第１固定部６０及び第２固定部７０の第１基板１２又は第２基板２２の固定領域範囲などを変更するという容易な作業で、第１圧電素子１１及び第２圧電素子２１の盛り上がりの度合いを変更することができる。したがって、第１圧電素子１１及び第２圧電素子２１に与える圧力の調整をより一層容易にすることができる。 This allows the degree of protrusion of the first piezoelectric element 11 and the second piezoelectric element 21 to be changed through simple operations such as changing the positions of the first support portion 81 and the second support portion 82, or the fixing area range of the first substrate 12 or the second substrate 22 of the first fixing portion 60 and the second fixing portion 70. Therefore, adjusting the pressure applied to the first piezoelectric element 11 and the second piezoelectric element 21 becomes even easier.
また、本実施の形態では、振動発電ユニット１は、第１基板１２の中央部分の第１圧電素子１１とは反対側に配置された第１緩衝材９１と、第１基板１２の中央部分の第２圧電素子２１とは反対側に配置された第２緩衝材９２とを更に備える。第１基板１２の中央部分は、第１圧電素子１１が振動子によって押圧された押圧状態で第１緩衝材９１に接触し、第２基板２２の中央部分は、第２圧電素子２１が振動子４０によって押圧された押圧状態で第２緩衝材９２に接触する。第１緩衝材９１は、第１支持部８１と第１基板１２との接触部分と第１方向Ｄ１における位置が同一の部分で第１基板１２の中央部分に接触し、第２緩衝材９２は、第２支持部８２と第２基板２２との接触部分と第１方向Ｄ１における位置が同一の部分で第２基板２２の中央部分に接触する。 Furthermore, in this embodiment, the vibration power generation unit 1 further comprises a first cushioning material 91 positioned on the opposite side of the central portion of the first substrate 12 from the first piezoelectric element 11, and a second cushioning material 92 positioned on the opposite side of the central portion of the first substrate 12 from the second piezoelectric element 21. The central portion of the first substrate 12 contacts the first cushioning material 91 when the first piezoelectric element 11 is pressed by the vibrator, and the central portion of the second substrate 22 contacts the second cushioning material 92 when the second piezoelectric element 21 is pressed by the vibrator 40. The first cushioning material 91 contacts the central portion of the first substrate 12 at a point where its position in the first direction D1 is the same as the contact point between the first support portion 81 and the first substrate 12, and the second cushioning material 92 contacts the central portion of the second substrate 22 at a point where its position in the first direction D1 is the same as the contact point between the second support portion 82 and the second substrate 22.
これにより、第１基板１２（第１圧電素子１１）及び第２基板２２（第２圧電素子２１）が振動子４０によって押圧されて最も押し込まれた状態では、第１基板１２及び第２基板２２が平面状をなし、第１基板１２及び第２基板２２を第１緩衝材９１又は第２緩衝材９２に面接触させて衝撃を緩和することができる。また、第１圧電素子１１及び第２圧電素子２１が振動子４０側に盛り上がった状態から逆側に盛り上がるようには反転しないため、第１圧電素子１１及び第２圧電素子２１の劣化を更に抑制することができる。 As a result, when the first substrate 12 (first piezoelectric element 11) and the second substrate 22 (second piezoelectric element 21) are pressed down to their most compressed state by the vibrator 40, the first substrate 12 and the second substrate 22 become planar, allowing them to make surface contact with the first cushioning material 91 or the second cushioning material 92, thereby mitigating the impact. Furthermore, since the first piezoelectric element 11 and the second piezoelectric element 21 do not reverse from a raised state towards the vibrator 40 to a raised state towards the opposite side, the deterioration of the first piezoelectric element 11 and the second piezoelectric element 21 can be further suppressed.
また、本実施の形態では、振動発電装置１００は、複数の振動発電ユニット１，２，３を備え、これらの振動発電ユニット１，２，３は、第１方向Ｄ１が互いに直交する方向となるように向きを変えて配置されている。 Furthermore, in this embodiment, the vibration power generation device 100 comprises a plurality of vibration power generation units 1, 2, and 3, which are arranged with their orientations such that the first direction D1 is perpendicular to each other.
これにより、特に、複数方向に振動が生じる移動体などに振動発電装置１００が配置される場合に、複数方向の振動に基づいて発電を行うことができる。また、電圧検知部１１１などを用いて第１圧電素子１１及び第２圧電素子２１が出力する電圧値を検知する場合には、検知される電圧値に基づいて複数方向の振動量を判別することができる。 This allows for power generation based on vibrations in multiple directions, especially when the vibration power generation device 100 is installed on a moving object that vibrates in multiple directions. Furthermore, when the voltage values output by the first piezoelectric element 11 and the second piezoelectric element 21 are detected using a voltage detection unit 111 or the like, the amount of vibration in multiple directions can be determined based on the detected voltage values.
次に、本実施の形態の第１～第３変形例に係る振動発電ユニット２０１，３０１，４０１について、図８～図１０を参照しながら説明する。 Next, the vibration power generation units 201, 301, and 401 according to the first to third modifications of this embodiment will be described with reference to Figures 8 to 10.
上述の説明では、単一の振動子４０が第１圧電素子１１及び第２圧電素子２１の計２つの圧電素子を押圧する例を用いて説明を行ったが、第１～第３変形例では、単一の振動子２４０，３３０，４３０が６つ（又は４つ）の圧電素子を押圧する例について説明する。 In the above explanation, an example was used in which a single oscillator 40 presses against a total of two piezoelectric elements, the first piezoelectric element 11 and the second piezoelectric element 21. However, in the first to third modifications, an example will be described in which a single oscillator 240, 330, or 430 presses against six (or four) piezoelectric elements.
まず、図８に示す第１変形例に係る振動発電ユニット２０１の各圧電素子２１１～２１６は、振動子２４０に対して、下部に第１圧電素子２１１、上部に第２圧電素子２１２、左部に第３圧電素子２１３、右部に第４圧電素子２１４、前部に第５圧電素子２１５（図８に表れないため、想像線である２点鎖線で図示）、後部に第６圧電素子２１６（図８に表れないため、想像線である２点鎖線で図示）が配置されている。なお、振動発電ユニット２０１の圧電素子の数は、第１圧電素子２１１及び第２圧電素子２１２と、第３圧電素子２１３及び第４圧電素子２１４と、第５圧電素子２１５及び第６圧電素子２１６とのうちいずれかを省略した４つであってもよい。 First, in the vibration power generation unit 201 according to the first modified example shown in Figure 8, the piezoelectric elements 211 to 216 are arranged relative to the vibrator 240 as follows: the first piezoelectric element 211 is located at the bottom, the second piezoelectric element 212 at the top, the third piezoelectric element 213 on the left, the fourth piezoelectric element 214 on the right, the fifth piezoelectric element 215 at the front (not shown in Figure 8, therefore indicated by a dashed-dot line), and the sixth piezoelectric element 216 at the rear (not shown in Figure 8, therefore indicated by a dashed-dot line). Note that the number of piezoelectric elements in the vibration power generation unit 201 may be four, with one of the following being omitted: the first piezoelectric element 211 and the second piezoelectric element 212, the third piezoelectric element 213 and the fourth piezoelectric element 214, and the fifth piezoelectric element 215 and the sixth piezoelectric element 216.
各圧電素子２１１～２１６を保持する構成は、図３に示す第１圧電素子モジュール１０や筐体３０の第１部分３１や第１固定部６０と同一のものを、向きを変えて配置したものとすることができる。そのため、説明を省略する。 The configuration for holding each piezoelectric element 211-216 can be the same as that shown in Figure 3, specifically the first piezoelectric element module 10, the first part 31 of the housing 30, and the first fixing part 60, but arranged in a different orientation. Therefore, a detailed explanation is omitted.
ガイド２２０は、中空の立方体形状を呈し、振動子２４０を収容することによって、第１方向Ｄ１（上下方向）、第２方向Ｄ２（左右方向）、及び第３方向Ｄ３（前後方向）への振動子２４０の移動をガイドする。また、ガイド２２０は、前部側の上下左右の角において４つのガイド支持部材によって支持され、後部側の上下左右の角において４つのガイド支持部材２３１～２３４（後部側の４つのみ図示）によって移動不能に支持されている。 The guide 220 has a hollow cubic shape and, by housing the transducer 240, guides the movement of the transducer 240 in the first direction D1 (vertical direction), the second direction D2 (horizontal direction), and the third direction D3 (front-back direction). The guide 220 is supported by four guide support members at the top, bottom, left, and right corners of its front side, and immovably supported by four guide support members 231-234 (only the four on the rear side are shown) at the top, bottom, left, and right corners of its rear side.
振動子２４０は、ガイド２２０の内部では立方体形状を呈し、上下左右前後の各方向にガイド２２０の外部に延出する例えば円柱形状の延出部２４１～２４６（延出部２４５，２４６は図８に表れないため、想像線である２点鎖線で図示）を有する。これらの延出部２４１～２４６は、振動子２４０の移動（振動）に伴って第１～第６圧電素子２１１～２１６を押圧する。 The transducer 240 has a cubic shape inside the guide 220 and has extensions 241 to 246 (for example, cylindrical extensions 245 and 246 are not shown in Figure 8 and are therefore shown as dashed lines) that extend outside the guide 220 in all directions: up, down, left, right, front, and back. These extensions 241 to 246 press against the first to sixth piezoelectric elements 211 to 216 as the transducer 240 moves (vibrates).
以上説明した第１変形例では、振動発電ユニット２０１は、第１方向Ｄ１における振動子２４０の一端（延出部２４１，２４２の先端）によって押圧される第１圧電素子２１１及び第２圧電素子２１２に加えて、第１方向Ｄ１に交差する第２方向Ｄ２における振動子２４０の一端（延出部２４３の先端）によって押圧される第３圧電素子２１３と、第２方向Ｄ２における振動子２４０の他端（延出部２４４の先端）によって押圧される第４圧電素子２１４とを備える。ガイド２２０は、振動子２４０の第１方向Ｄ１への移動に加えて、振動子２４０の第２方向Ｄ２への移動もガイドする。 In the first modified example described above, the vibration power generation unit 201 includes, in addition to the first piezoelectric element 211 and the second piezoelectric element 212 pressed by one end of the vibrator 240 (the tip of the extension portion 241, 242) in the first direction D1, a third piezoelectric element 213 pressed by one end of the vibrator 240 (the tip of the extension portion 243) in the second direction D2 intersecting the first direction D1, and a fourth piezoelectric element 214 pressed by the other end of the vibrator 240 (the tip of the extension portion 244) in the second direction D2. The guide 220 guides the movement of the vibrator 240 not only in the first direction D1 but also in the second direction D2.
これにより、単一の振動子２４０が第１方向Ｄ１のみならず第２方向Ｄ２へも移動するため、上述の実施の形態の振動発電ユニット１を用いる効果、すなわち、耐久性を高めることができるとともに、圧電素子に与える圧力の調整を容易にすることができるという効果に加えて、さらに、簡素な構成で複数方向の振動に基づく発電を行うことができるという効果を得ることができる。 As a result, since the single oscillator 240 moves not only in the first direction D1 but also in the second direction D2, in addition to the effects of using the vibration power generation unit 1 of the above embodiment, namely, the ability to increase durability and easily adjust the pressure applied to the piezoelectric element, it is also possible to obtain the further effect of being able to generate electricity based on vibrations in multiple directions with a simple configuration.
また、振動発電ユニット２０１は、第１方向Ｄ及び第２方向Ｄ２に交差する第３方向Ｄ３における振動子２４０の一端（延出部２４５の先端）によって押圧される第５圧電素子２１５と、第３方向Ｄ３における振動子２４０の他端（延出部２４６の先端）によって押圧される第６圧電素子２１６とを更に備える。ガイド２２０は、第３方向Ｄ３への振動子２４０の移動もガイドする。 Furthermore, the vibration power generation unit 201 further includes a fifth piezoelectric element 215 pressed by one end (the tip of the extension 245) of the vibrator 240 in a third direction D3 intersecting the first direction D and the second direction D2, and a sixth piezoelectric element 216 pressed by the other end (the tip of the extension 246) of the vibrator 240 in the third direction D3. The guide 220 also guides the movement of the vibrator 240 in the third direction D3.
これにより、単一の振動子２４０が第１方向Ｄ１及び第２方向Ｄ２のみならず第３方向Ｄ３へも移動するため、簡素な構成で３以上の方向の振動に基づく発電を行うことができるという効果を得ることができる。 As a result, the single oscillator 240 moves not only in the first direction D1 and the second direction D2 but also in the third direction D3, thus enabling power generation based on vibrations in three or more directions with a simple configuration.
図９に示す第２変形例に係る振動発電ユニット３０１の各圧電素子３１１～３１６は、図８に示す振動発電ユニット２０１と同様に、振動子３３０に対して、下部に第１圧電素子３１１、上部に第２圧電素子３１２、左部に第３圧電素子３１３、右部に第４圧電素子３１４、前部に第５圧電素子３１５（図９に表れないため、想像線である２点鎖線で図示）、後部に第６圧電素子３１６（図９に表れないため、想像線である２点鎖線で図示）が配置されている。 The piezoelectric elements 311 to 316 in the vibration power generation unit 301 according to the second modified example shown in Figure 9 are arranged similarly to the vibration power generation unit 201 shown in Figure 8, with the first piezoelectric element 311 at the bottom, the second piezoelectric element 312 at the top, the third piezoelectric element 313 on the left, the fourth piezoelectric element 314 on the right, the fifth piezoelectric element 315 at the front (shown as a dashed-dot line, as it is not shown in Figure 9), and the sixth piezoelectric element 316 at the rear (shown as a dashed-dot line, as it is not shown in Figure 9).
各圧電素子３１１～３１６を保持する構成は、図３に示す第１圧電素子モジュール１０や筐体３０の第１部分３１や第１固定部６０と同一のものを、向きを変えて配置したものとすることができる。そのため、説明を省略する。 The configuration for holding each piezoelectric element 311-316 can be the same as that shown in Figure 3, specifically the first piezoelectric element module 10, the first part 31 of the housing 30, and the first fixing part 60, but arranged in a different orientation. Therefore, a detailed explanation is omitted.
振動子３３０は、振動空間の前部側の上下左右の角に配置された４つのガイドと、振動空間の後部側の上下左右の角に配置された４つのガイド３２１～３２４（後部側の４つのみ図示）によって、第１方向Ｄ１、第２方向Ｄ２、及び第３方向Ｄ３への移動をガイドされている。これらのガイド３２１～３２４は、振動空間の角を挟んで位置する３つのガイド面を有する。 The oscillator 330 is guided to move in the first direction D1, the second direction D2, and the third direction D3 by four guides positioned at the top, bottom, left, and right corners of the front side of the vibration space, and four guides 321-324 (only the four on the rear side are shown) positioned at the top, bottom, left, and right corners of the rear side of the vibration space. These guides 321-324 have three guide surfaces located on either side of the corners of the vibration space.
振動子３３０は、立方体形状を呈し、上下左右前後の各方向に半球状に突出する突出部３３１～３３６（突出部３３５，３３６は図９に表れないため、想像線である２点鎖線で図示）を有する。振動子３３０は、振動空間を自由に移動し、突出部３３１～３３６において第１～第６圧電素子３１１～３１６を押圧する。 The oscillator 330 has a cubic shape and has hemispherical projections 331 to 336 in each of the up, down, left, right, front, and back directions (projections 335 and 336 are not shown in Figure 9 and are therefore represented by dashed lines). The oscillator 330 moves freely within the vibration space, and the projections 331 to 336 press against the first to sixth piezoelectric elements 311 to 316.
本第２変形例によっても、上述の第１変形例と同様に、簡素な構成で複数方向の振動に基づく発電を行うことができるという効果を得ることができる。 This second modification, like the first modification described above, allows for power generation based on vibrations in multiple directions with a simple configuration.
図１０に示す第３変形例に係る振動発電ユニット４０１の各圧電素子４１１～４１６は、図８及び図９に示す振動発電ユニット２０１，３０１と同様に、振動子４３０に対して、下部に第１圧電素子４１１、上部に第２圧電素子４１２、左部に第３圧電素子４１３、右部に第４圧電素子４１４、前部に第５圧電素子４１５（図１０に表れないため、想像線である２点鎖線で図示）、後部に第６圧電素子４１６（図１０に表れないため、想像線である２点鎖線で図示）が配置されている。 The piezoelectric elements 411 to 416 in the vibration power generation unit 401 according to the third modified example shown in Figure 10 are arranged similarly to the vibration power generation units 201 and 301 shown in Figures 8 and 9, with the first piezoelectric element 411 at the bottom, the second piezoelectric element 412 at the top, the third piezoelectric element 413 on the left, the fourth piezoelectric element 414 on the right, the fifth piezoelectric element 415 at the front (not shown in Figure 10, therefore shown as a dashed-dot line), and the sixth piezoelectric element 416 at the rear (not shown in Figure 10, therefore shown as a dashed-dot line).
各圧電素子４１１～４１６を保持する構成は、図３に示す第１圧電素子モジュール１０や筐体３０の第１部分３１や第１固定部６０と同一のものを、向きを変えて配置したものとすることができる。そのため、説明を省略する。 The configuration for holding each piezoelectric element 411-416 can be the same as that of the first piezoelectric element module 10, the first part 31 of the housing 30, and the first fixing part 60 shown in Figure 3, but arranged in a different orientation. Therefore, a detailed explanation is omitted.
振動子４３０は、振動空間の前部側の上下左右の角に配置された４つのガイドと、振動空間の後部側の上下左右の角に配置された４つのガイド４２１～４２４（後部側の４つのみ図示）によって、第１方向Ｄ１、第２方向Ｄ２、及び第３方向Ｄ３への移動をガイドされている。これらのガイド４２１～４２４は、振動空間の角を挟んで位置する３つのガイド面を有する。 The oscillator 430 is guided to move in the first direction D1, the second direction D2, and the third direction D3 by four guides positioned at the top, bottom, left, and right corners of the front side of the vibration space, and four guides 421-424 (only the four on the rear side are shown) positioned at the top, bottom, left, and right corners of the rear side of the vibration space. These guides 421-424 have three guide surfaces located on either side of the corners of the vibration space.
振動子４３０は、球状を呈し、上下左右前後の各端部において第１～第６圧電素子４１１～４１６を押圧する。 The transducer 430 is spherical in shape and presses the first to sixth piezoelectric elements 411 to 416 at each of its ends (up, down, left, right, front, and back).
本第３変形例によっても、上述の第１及び第２変形例と同様に、簡素な構成で複数方向の振動に基づく発電を行うことができるという効果を得ることができる。 This third modification, like the first and second modifications described above, provides the effect of generating electricity based on vibrations in multiple directions with a simple configuration.
なお、本発明は、上述の実施の形態そのままに限定されるものではなく、実施段階でその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化することができる。また、上述の実施の形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成することができる。例えば、上述の実施の形態に示される全構成要素を適宜組み合わせても良い。このような、発明の趣旨を逸脱しない範囲内において種々の変形や応用が可能であることはもちろんである。 Furthermore, the present invention is not limited to the embodiments described above, and its components can be modified and implemented in practice without departing from the spirit of the invention. Various inventions can also be formed by appropriately combining the multiple components disclosed in the embodiments described above. For example, all the components shown in the embodiments described above may be combined as appropriate. It goes without saying that various modifications and applications are possible within the scope of the invention.
１～３ 振動発電ユニット
１０ 第１圧電素子モジュール
１１ 第１圧電素子
１２ 第１基板
１３ 衝突板
２０ 第２圧電素子モジュール
２１ 第２圧電素子
２２ 第２基板
２３ 衝突板
３０ 筐体
３１ 第１部分
３１ａ，３１ｂ 凸部
３１ｃ 配線孔
３２ 第２部分
３２ａ，３２ｂ 凸部
３２ｃ 配線孔
３３ 第３部分
３３ａ，３３ｂ 凹部
３３ｃ 貫通孔
３３ｃ－１ 大径部
３３ｃ－２ 小径部
４０ 振動子
４０ａ 下端
４０ｂ 上端
５０ ガイド
６０ 第１固定部
６１ 固定ネジ
６２ ブロック
６３ 押さえネジ
７０ 第２固定部
７１ 固定ネジ
７２ ブロック
７３ 押さえネジ
８１ 第１支持部
８２ 第２支持部
９１ 第１緩衝材
９２ 第２緩衝材
１００ 振動発電装置
１１０ 制御ユニット
１１１ 電圧検知部
１１２ 蓄電部
１１３ 無線通信部
２０１ 振動発電ユニット
２１１ 第１圧電素子
２１２ 第２圧電素子
２１３ 第３圧電素子
２１４ 第４圧電素子
２１５ 第５圧電素子
２１６ 第６圧電素子
２２０ ガイド
２３１～２３４ ガイド支持部材
２４０ 振動子
２４１～２４６ 延出部
３０１ 振動発電ユニット
３１１ 第１圧電素子
３１２ 第２圧電素子
３１３ 第３圧電素子
３１４ 第４圧電素子
３１５ 第５圧電素子
３１６ 第６圧電素子
３２１～３２４ ガイド
３３０ 振動子
３３１～３３６ 突出部
４０１ 振動発電ユニット
４１１ 第１圧電素子
４１２ 第２圧電素子
４１３ 第３圧電素子
４１４ 第４圧電素子
４１５ 第５圧電素子
４１６ 第６圧電素子
４２１～４２４ ガイド
４３０ 振動子
Ｄ１ 第１方向
Ｄ２ 第２方向
Ｄ３ 第３方向
1-3 Vibration power generation unit 10 First piezoelectric element module 11 First piezoelectric element 12 First substrate 13 Impact plate 20 Second piezoelectric element module 21 Second piezoelectric element 22 Second substrate 23 Impact plate 30 Housing 31 First part 31a, 31b Protrusion 31c Wiring hole 32 Second part 32a, 32b Protrusion 32c Wiring hole 33 Third part 33a, 33b Recess 33c Through hole 33c-1 Large diameter part 33c-2 Small diameter part 40 Vibrator 40a Lower end 40b Upper end 50 Guide 60 First fixing part 61 Fixing screw 62 Block 63 Retaining screw 70 Second fixing part 71 Fixing screw 72 Block 73 Retaining screw 81 First support part 82 Second support part 91 First cushioning material 92 Second cushioning material 100 Vibration power generation device 110 Control unit 111 Voltage detection unit 112 Energy storage unit 113 Wireless communication unit 201 Vibration power generation unit 211 First piezoelectric element 212 Second piezoelectric element 213 Third piezoelectric element 214 Fourth piezoelectric element 215 Fifth piezoelectric element 216 Sixth piezoelectric element 220 Guides 231-234 Guide support member 240 Vibrators 241-246 Extension 301 Vibration power generation unit 311 First piezoelectric element 312 Second piezoelectric element 313 Third piezoelectric element 314 Fourth piezoelectric element 315 Fifth piezoelectric element 316 Sixth piezoelectric element 321-324 Guide 330 Vibrators 331-336 Protruding part 401 Vibration power generation unit 411 First piezoelectric element 412 Second piezoelectric element 413 Third piezoelectric element 414 Fourth piezoelectric element 415 Fifth piezoelectric element 416 Sixth piezoelectric element 421-424 Guide 430 Vibrator D1 First direction D2 Second direction D3 Third direction
Claims (5)
前記振動子の第１方向への移動をガイドするガイドと、
前記第１方向における前記振動子の一端によって押圧される第１圧電素子と、
前記第１方向における前記振動子の他端によって押圧される第２圧電素子とを備える振動発電ユニットであって、
前記第１圧電素子及び前記第２圧電素子のそれぞれは、前記振動子によって押圧される中央部分において前記振動子側に盛り上がるように湾曲し、
前記振動発電ユニットは、
中央部分の前記振動子側に前記第１圧電素子が配置された第１基板と、
中央部分の前記振動子側に前記第２圧電素子が配置された第２基板と、
前記第１基板の周縁部分が前記第１方向に直交するように前記周縁部分を固定する第１固定部と、
前記第２基板の周縁部分が前記第１方向に直交するように前記周縁部分を固定する第２固定部と、
前記第１基板の前記周縁部分と前記第１基板の前記中央部分との間において、前記第１基板の前記中央部分を前記振動子側に盛り上がらせるように前記第１基板を支持する第１支持部と、
前記第２基板の前記周縁部分と前記第２基板の前記中央部分との間において、前記第２基板の前記中央部分を前記振動子側に盛り上がらせるように前記第２基板を支持する第２支持部とを更に備える
ことを特徴とする振動発電ユニット。 The oscillator and,
A guide that guides the movement of the oscillator in the first direction,
A first piezoelectric element pressed by one end of the vibrator in the first direction,
A vibration power generation unit comprising a second piezoelectric element pressed by the other end of the vibrator in the first direction,
Each of the first piezoelectric element and the second piezoelectric element is curved so as to bulge toward the vibrator in the central portion that is pressed by the vibrator ,
The vibration power generation unit is
A first substrate on which the first piezoelectric element is arranged on the vibrator side of the central portion,
A second substrate on which the second piezoelectric element is arranged on the vibrator side of the central portion,
A first fixing part that fixes the peripheral edge portion of the first substrate so that the peripheral edge portion is perpendicular to the first direction,
A second fixing part that fixes the peripheral edge portion of the second substrate so that the peripheral edge portion of the second substrate is perpendicular to the first direction,
Between the peripheral portion and the central portion of the first substrate, a first support portion supports the first substrate such that the central portion of the first substrate is raised toward the vibrator,
The second substrate further comprises a second support portion that supports the second substrate between the peripheral portion of the second substrate and the central portion of the second substrate, such that the central portion of the second substrate is raised towards the vibrator.
A vibration power generation unit characterized by the following features.
前記第２基板の前記中央部分の前記第２圧電素子とは反対側に配置された第２緩衝材とを更に備え、
前記第１基板の前記中央部分は、前記第１圧電素子が前記振動子によって押圧された押圧状態で前記第１緩衝材に接触し、
前記第２基板の前記中央部分は、前記第２圧電素子が前記振動子によって押圧された押圧状態で前記第２緩衝材に接触し、
前記第１緩衝材は、前記第１支持部と前記第１基板との接触部分と前記第１方向における位置が同一の部分で前記第１基板の前記中央部分に接触し、
前記第２緩衝材は、前記第２支持部と前記第２基板との接触部分と前記第１方向における位置が同一の部分で前記第２基板の前記中央部分に接触する
ことを特徴とする請求項１記載の振動発電ユニット。 A first buffer material is positioned on the opposite side of the central portion of the first substrate from the first piezoelectric element,
The second substrate further comprises a second buffer material positioned on the opposite side of the central portion of the second piezoelectric element from the second piezoelectric element,
The central portion of the first substrate is in contact with the first cushioning material in a pressed state when the first piezoelectric element is pressed by the vibrator.
The central portion of the second substrate is in contact with the second cushioning material in a pressed state when the second piezoelectric element is pressed by the vibrator.
The first cushioning material contacts the central portion of the first substrate at a point where the contact portion between the first support portion and the first substrate is the same as the position in the first direction.
The vibration power generation unit according to claim 1, characterized in that the second cushioning material contacts the central portion of the second substrate at the same position in the first direction as the contact portion between the second support portion and the second substrate.
前記第２方向における前記振動子の他端によって押圧される第４圧電素子とを更に備え、
前記ガイドは、前記第２方向への前記振動子の移動を更にガイドする
ことを特徴とする請求項１又は２記載の振動発電ユニット。 A third piezoelectric element pressed by one end of the vibrator in a second direction intersecting the first direction,
The system further comprises a fourth piezoelectric element pressed by the other end of the vibrator in the second direction,
The vibration power generation unit according to claim 1 or 2 , characterized in that the guide further guides the movement of the vibrator in the second direction.
前記第３方向における前記振動子の他端によって押圧される第６圧電素子とを更に備え、
前記ガイドは、前記第３方向への前記振動子の移動を更にガイドする
ことを特徴とする請求項３記載の振動発電ユニット。 A fifth piezoelectric element pressed by one end of the vibrator in a third direction intersecting the first and second directions,
The system further comprises a sixth piezoelectric element pressed by the other end of the vibrator in the third direction,
The vibration power generation unit according to claim 3 , characterized in that the guide further guides the movement of the vibrator in the third direction.
前記複数の振動発電ユニットは、前記第１方向が互いに直交する方向となるように向きを変えて配置されている
ことを特徴とする振動発電装置。 A plurality of vibration power generation units according to claim 1 or 2 are provided,
The vibration power generation device is characterized in that the plurality of vibration power generation units are arranged with their orientations changed so that the first direction is perpendicular to each other.
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|---|---|---|---|---|
| JP2006318838A (en) | 2005-05-16 | 2006-11-24 | Taiheiyo Cement Corp | Light emitting device and flashlight using the same |
| JP2012165561A (en) | 2011-02-07 | 2012-08-30 | Onwave Corp | Multi-dimensional oscillatory generator |
| JP2012191812A (en) | 2011-03-14 | 2012-10-04 | Seiko Epson Corp | Power generating device and electronic device |
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| JP2006318838A (en) | 2005-05-16 | 2006-11-24 | Taiheiyo Cement Corp | Light emitting device and flashlight using the same |
| JP2012165561A (en) | 2011-02-07 | 2012-08-30 | Onwave Corp | Multi-dimensional oscillatory generator |
| JP2012191812A (en) | 2011-03-14 | 2012-10-04 | Seiko Epson Corp | Power generating device and electronic device |
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