發電元件、發電裝置與結構體制造方法及圖紙

本發明專利技術涉及發電元件、發電裝置與結構體。該發電元件通過將振動能轉換為電能來產生電力，該發電元件包括：板狀橋梁部，沿第一縱向軸線延伸并且具有柔性；臺座，支撐并且固定該板狀橋梁部的根端部；重錘體，直接或間接連接到該板狀橋梁部的前端部；壓電元件，固定在發生伸張/收縮變形的該板狀橋梁部的表面上的預定位置處；以及發電電路，整流基于在該壓電元件處生成的電荷而產生的電流，并且取出電力；其中該重錘體設置有左手側重錘體部和右手側重錘體部，該左手側重錘體部關于縱向軸線定位在該板狀橋梁部的左手側，該右手側重錘體部關于該縱向軸線定位在該板狀橋梁部的右手側。

Power generation element, power generation device and structure

The invention relates to a power generation element, a power generation device and a structure. The power generating element through the vibration energy is converted to electrical energy to generate electricity, the power generating element comprises a plate shaped bridge, along the longitudinal axis of the first extension and flexible; pedestal, support and fixed at the end of the bridge plate part; the hammer body, directly or indirectly connected to the front end of the plate bridge part; the piezoelectric element is fixed on the occurrence of a predetermined position stretching / contraction deformation of the plate surface of the bridge; and the power circuit, rectifier current in the piezoelectric element generated charge generated based on the power and take out; hammer body is provided with a left hand on the hammer body and right on the hammer body, the left hand on the hammer body about the longitudinal axis positioning on the left-hand side of the plate bridge department, the right hand on the hammer body on the longitudinal axis of the plate on the right hand side of the bridge.

【技術實現步驟摘要】
發電元件、發電裝置與結構體
本專利技術涉及發電元件，并且具體地，涉及通過將振動能轉換為電能的發電技術。
技術介紹
為了獲得有限資源的高效使用，已提出通過轉換各種類型的能量取出電能的技術。一種技術是通過轉換振動能取出電能的技術。例如，下面給出的專利文獻1公開了壓電型發電元件，其中，層狀壓電元件被層壓以形成發電用壓電元件，以及外力被用于引起發電用壓電元件振動，從而發電。此外，專利文獻2公開了具有使用硅基板的MEMS(微機電系統)結構的發電元件。另一方面，專利文獻3公開了一種類型的發電元件，其中，用于通過懸臂梁支撐重錘體的錘頭狀結構體被用于引起構成頭部的重錘體振動，其中，該懸臂梁的一端被固定，從而通過使用布置在柄部的發電用壓電元件來發電。此外，專利文獻4公開了使用用于通過板狀橋梁部支撐重錘體的結構體的壓電元件以及使用錘頭狀結構體的發電元件，該板狀橋梁部被彎曲成L字母形狀。這些發電元件的基本原理是通過重錘體的振動向壓電元件施加周期性撓曲，從而取出基于施加于壓電元件的應力所生成的外部電荷。發電元件被安裝在例如汽車、火車和輪船上，通過該發電元件可以取出在運輸期間所施加的振動能作為電能。此外，發電元件被附接至振動源，諸如冷藏器和空調器，從而使得其可以發電。現有技術文獻專利文獻1：日本專利公布No.H10-243667A專利文獻2：日本專利公布No.2011-152010A專利文獻3：美國專利公布No.2013/0154439A專利文獻4：WO2015/033621
技術實現思路
本專利技術待解決的問題在發電元件通過被安裝在運輸設備，諸如汽車、火車和輪船而被使用的情況下，在行進過程中隨機在不同方向施加力。因此，在安裝在運輸設備上的發電元件中，設想重錘體在不同方向振動，使得在所有方向的振動能可以被轉換為電能，從而提高發電效率是優選的。此外，還可以提供這樣的優點，即在上述專利文獻3和4中公開的使用板狀橋梁部的發電元件在結構上進行簡化以降低成本。然而，為了足夠的撓曲被施加于板狀橋梁部，從而提高發電效率，也必需使板狀橋梁部盡可能長和薄。因此，板狀橋梁部在施加過大的振動時會被損壞。因此，本專利技術的目的是提供結構簡單但是能通過將包含各個方向分量的振動能沒有浪費地轉換為電能以獲得高發電效率的發電元件，并且該發電元件甚至在被施加過大的振動的情況下也不大可能被損壞。解決問題的手段(1)本專利技術的第一特征在于通過將振動能轉換為電能來發電的發電元件，該發電元件包括：板狀橋梁部，沿第一縱向軸線延伸并具有柔性；臺座，支撐并固定該板狀橋梁部的根端部；重錘體，直接或間接連接到該板狀橋梁部的前端部；壓電元件，被固定在產生伸張/收縮變形的板狀橋梁部的表面上的預定位置；以及發電電路，其整流基于在壓電元件所生成的電荷所產生的電流并取出電力；其中重錘體設置有左手側重錘體部，其相對于縱向軸線被定位在板狀橋梁部的左手側；以及右手側重錘體部，其相對于縱向軸線被定位在板狀橋梁部的右手側。(2)本專利技術的第二特征在于根據第一特征的發電元件，其中重錘體支撐部被連接到板狀橋梁部的前端部，重錘體被連接到該重錘體支撐部的下表面，以及該重錘體的重心被定位在板狀橋梁部的下面。(3)本專利技術的第三特征在于根據第二特征的發電元件，其中重錘體支撐部設置有沿正交于第一縱向軸線的第二縱向軸線延伸的中央板狀部，該板狀橋梁部的前端部被連接到該中央板狀部的中心附近，“T”字母形結構體由該板狀橋梁部和中央板狀部形成；以及左手側重錘體部被連接到中央板狀部的左側下表面，以及右手側重錘體部被連接到該中央板狀部的右側下表面。(4)本專利技術的第四特征在于根據第二特征的發電元件，其中重錘體支撐部設置有：中央板狀部，沿正交于第一縱向軸線的第二縱向軸線延伸，中心附近連接到板狀橋梁部的前端部；左手側板狀部，從該中央板狀部的左側延伸到該板狀橋梁部的左手側，以及右手側板狀部，從該中央板狀部的右側延伸到該板狀橋梁部的右手側；以及左手側重錘體部被連接到左手側板狀部的下表面，以及右手側重錘體部被連接到右手側板狀部的下表面。(5)本專利技術的第五特征在于根據第三或第四特征的發電元件，其中重錘體設置有將左手側重錘體部與右手側重錘體部耦接的中央重錘體部，以及該中央重錘體部被連接到該中央板狀部的下表面。(6)本專利技術的第六特征在于根據第一至第五特征中的任一者的發電元件，其中沿正交于第一縱向軸線的第三縱向軸線延伸的臺座連接部被連接到板狀橋梁部的根端部，并且該臺座連接部被固定到該臺座。(7)本專利技術的第七特征在于根據第一至第六特征中的任一者的發電元件，其中臺座給出環繞板狀橋梁部和重錘體的周邊的環狀結構體，并且在超出預定大小的加速度被施加于發電元件的情況下，該重錘體的一部分接觸該環狀結構體的一部分，從而限制進一步的位移。(8)本專利技術的第八特征在于根據第一至第七特征中的任一者的發電元件，其中壓電元件設置有：被布置在板狀橋梁部的前端部附近左側上的前端部左側壓電元件、被布置在該板狀橋梁部的前端部附近右側上的前端部右側壓電元件、被布置在板狀橋梁部的根端部附近左側上的根端部左側壓電元件、以及被布置在板狀橋梁部的根端部附近右側上的根端部右側壓電元件。(9)本專利技術的第九特征在于根據第一至第八特征中的任一者的發電元件，其中壓電元件設置有：以層狀方式在板狀橋梁部的表面上形成的下層電極、以層狀方式在下層電極的表面上形成的壓電材料層、以及在該壓電材料層的表面上局部形成的由多個上層電極組成的上層電極組，通過施加在層方向伸張和收縮的應力，該壓電材料層有可能在厚度方向極化。(10)本專利技術的第十特征在于包括根據第一至第九特征中的任一者的發電元件并且另外包括容納該發電元件的裝置框體的發電裝置，其中該發電元件的臺座被固定到裝置框體，并且在施加振動該裝置框體的外力時，該發電元件的重錘體通過板狀橋梁部的撓曲而在該裝置框體內進行振動，從而輸出根據振動從該發電電路所取出的電力。(11)本專利技術的第十一特征在于包括根據第一至第九特征中的任一者的發電元件并且另外包括容納該發電元件的裝置框體的發電裝置，其中該發電元件的重錘體被固定到裝置框體，并且在施加振動該裝置框體的外力時，該發電元件的臺座通過板狀橋梁部的撓曲而在該裝置框體內進行振動，從而輸出根據振動從該發電電路所取出的電力。(12)本專利技術的第十二特征在于：通過將在XYZ三維坐標系中的每個坐標軸的方向的振動能轉換為電能來發電的發電元件，該發電元件包括：主發電結構，其中，主發電第一層、主發電第二層和主發電第三層按順序從上面層壓，其中，XY平面被置于水平表面上，Z軸的正方向被置于向上方向，以及Z軸的負方向被置于向下方向；支撐并固定主發電結構的預定部位的臺座；以及發電電路，其整流基于由主發電結構所生成的電荷所產生的電流并取出電力；其中該主發電第二層為平板狀層，其沿平行于XY平面的表面布置并設置有：被布置在Y軸上以及具有柔性的板狀橋梁部和支撐主發電第三層的重錘體支撐部；該重錘體支撐部設置有被布置在X'軸上的中央板狀部，該X'軸為正交于Y軸并平行于X軸的軸；板狀橋梁部沿Y軸從根端部延伸到前端部，中央板狀部沿X'軸延伸以便與Y軸交叉，板狀橋梁部的前端部被連接到該中央板狀部的與Y軸相交部分的附近，以及該板狀橋梁部和中央板狀部在XY平面上的投影圖像呈現“T”字母形狀本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種發電元件，所述發電元件通過將振動能轉換為電能來產生電力，所述發電元件包括：板狀橋梁部，沿第一縱向軸線延伸并且具有柔性；臺座，支撐并且固定所述板狀橋梁部的根端部；重錘體，直接或間接連接到所述板狀橋梁部的前端部；壓電元件，固定在發生伸張/收縮變形的所述板狀橋梁部的表面上的預定位置處；以及發電電路，整流基于在所述壓電元件處生成的電荷而產生的電流，并且取出電力；其中所述重錘體設置有左手側重錘體部和右手側重錘體部，所述左手側重錘體部關于縱向軸線定位在所述板狀橋梁部的左手側，所述右手側重錘體部關于所述縱向軸線定位在所述板狀橋梁部的右手側。

【技術特征摘要】
2015.10.19 JP 2015-2052941.一種發電元件，所述發電元件通過將振動能轉換為電能來產生電力，所述發電元件包括：板狀橋梁部，沿第一縱向軸線延伸并且具有柔性；臺座，支撐并且固定所述板狀橋梁部的根端部；重錘體，直接或間接連接到所述板狀橋梁部的前端部；壓電元件，固定在發生伸張/收縮變形的所述板狀橋梁部的表面上的預定位置處；以及發電電路，整流基于在所述壓電元件處生成的電荷而產生的電流，并且取出電力；其中所述重錘體設置有左手側重錘體部和右手側重錘體部，所述左手側重錘體部關于縱向軸線定位在所述板狀橋梁部的左手側，所述右手側重錘體部關于所述縱向軸線定位在所述板狀橋梁部的右手側。2.根據權利要求1所述的發電元件，其中重錘體支撐部連接到所述板狀橋梁部的前端部，所述重錘體連接到所述重錘體支撐部的下表面，并且所述重錘體的重心被定位在在所述板狀橋梁部的下方。3.根據權利要求2所述的發電元件，其中所述重錘體支撐部設置有中央板狀部，所述中央板狀部沿正交于所述第一縱向軸線的第二縱向軸線延伸，所述板狀橋梁部的前端部連接到所述中央板狀部的中央附近，通過所述板狀橋梁部和所述中央板狀部形成“T”字母形結構體；以及所述左手側重錘體部連接到所述中央板狀部的左側下表面，并且所述右手側重錘體部連接到所述中央板狀部的右側下表面。4.根據權利要求2所述的發電元件，其中所述重錘體支撐部設置有中央板狀部、左手側板狀部和右手側板狀部，所述中央板狀部沿正交于所述第一縱向軸線的第二縱向軸線延伸、中央附近連接到所述板狀橋梁部的前端部，所述左手側板狀部從所述中央板狀部的左側延伸到所述板狀橋梁部的左手側，所述右手側板狀部從所述中央板狀部的右側延伸到所述板狀橋梁部的右手側；以及所述左手側重錘體部連接到所述左手側板狀部的下表面，并且所述右手側重錘體部連接到所述右手側板狀部的下表面。5.根據權利要求3或權利要求4所述的發電元件，其中所述重錘體設置有中央重錘體部，所述中央重錘體部將所述左手側重錘體部與所述右手側重錘體部耦接，并且所述中央重錘體部連接到所述中央板狀部的下表面。6.根據權利要求1至權利要求5中的任一項所述的發電元件，其中沿正交于所述第一縱向軸線的第三縱向軸線延伸的臺座連接部連接到所述板狀橋梁部的根端部，并且所述臺座連接部被固定到所述臺座。7.根據權利要求1至權利要求6中的任一項所述的發電元件，其中所述臺座提供環狀結構體，所述環狀結構體圍繞所述板狀橋梁部和所述重錘體的周圍，并且在超過預定大小的加速度作用于所述發電元件的情況下，所述重錘體的一部分接觸所述環狀結構體的一部分，從而限制進一步位移。8.根據權利要求1至權利要求7中的任一項所述的發電元件，其中所述壓電元件設置有前端部左側壓電元件、前端部右側壓電元件、根端部左側壓電元件和根端部右側壓電元件，所述前端部左側壓電元件布置在所述板狀橋梁部的前端部附近的左側上，所述前端部右側壓電元件布置在所述板狀橋梁部的前端部附近的右側上，所述根端部左側壓電元件布置在所述板狀橋梁部的根端部附近的左側上，所述根端部右側壓電元件布置在所述板狀橋梁部的根端部附近的右側上。9.根據權利要求1至權利要求8中的任一項所述的發電元件，其中所述壓電元件設置有下層電極、壓電材料層和上層電極組，所述下層電極以層狀方式形成在所述板狀橋梁部的表面上，所述壓電材料層以層狀方式形成在所述下層電極的表面上，所述上層電極組包括局部地形成在所述壓電材料層的表面上的多個上層電極，并且所述壓電材料層能夠通過施加沿層方向伸張和收縮的應力而在厚度方向上進行極化。10.一種發電裝置，包括根據權利要求1至權利要求9中的任一項所述的發電元件和容納所述發電元件的裝置框體，其中所述發電元件的所述臺座被固定到所述裝置框體，并且在施加使所述裝置框體振動的外力時，所述發電元件的所述重錘體因所述板狀橋梁部的撓曲而在所述裝置框體內進行振動，從而輸出根據所述振動從所述發電電路取出的電力。11.一種發電裝置，包括根據權利要求1至權利要求9中的任一項所述的發電元件和容納所述發電元件的裝置框體，其中所述發電元件的所述重錘體被固定到所述裝置框體，并且在施加使所述裝置框體振動的外力時，所述發電元件的所述臺座因所述板狀橋梁部的撓曲而在所述裝置框體內進行振動，從而輸出根據所述振動從所述發電電路取出的電力。12.一種發電元件，所述發電元件通過將沿XYZ三維坐標系中的各坐標軸方向的振動能轉換為電能來產生電力，所述發電元件包括：主發電結構，在所述主發電結構中，從上面起順序層壓主發電第一層、主發電第二層和主發電第三層，其中XY平面設置在水平面上，Z軸正方向設置成向上方向，以及Z軸負方向設置成向下方向；臺座，支撐并且固定所述主發電結構的預定部位；以及發電電路，整流基于由所述主發電結構生成的電荷而產生的電流，并且取出電力；其中所述主發電第二層為平板狀層，所述平板狀層沿平行于XY平面的表面布置并且設置有板狀橋梁部和重錘體支撐部，所述板狀橋梁部布置在Y軸上并且具有柔性，所述重錘體支撐部支撐所述主發電第三層；所述重錘體支撐部設置有中央板狀部，所述中央板狀部布置在作為正交于Y軸且平行于X軸的軸的X'軸上；所述板狀橋梁部沿Y軸從根端部延伸到前端部，所述中央板狀部沿X'軸延伸以與Y軸交叉，所述板狀橋梁部的前端部連接到所述中央板狀部的與Y軸交叉的部分附近，并且所述板狀橋梁部和所述中央板狀部在XY平面上的投影圖像呈“T”字母形；所述主發電第一層設置有壓電元件，所述壓電元件被形成為覆蓋所述主發電第二層的所述板狀橋梁部的上表面的至少一部分；所述主發電第三層連接到所述主發電第二層的所述重錘體支撐部的下表面，所述主發電第三層執行具有足夠質量的重錘體的功能，所述重錘體基于作用的加速度在所述板狀橋梁部引起撓曲；當以X坐標值為負的一側被定義為左手側并且X坐標值為正的一側被定義為右手側的方式來定義所述板狀橋梁部的兩側時，所述主發電第三層設置有左手側重錘體部和右手側重錘體部，所述左手側重錘體部定位在所述板狀橋梁部的左手側上，所述右手側重錘體部被定位在所述板狀橋梁部的右手側上；所述臺座支撐并且固定所述板狀橋梁部的根端部；以及所述發電電路為以下電路，該電路整流基于在所述壓電元件處生成的電荷而產生的電流并且取出電力。13.根據權利要求12所述的發電元件，其中所述主發電第二層的所述重錘體支撐部額外地設置有左手側板狀部和右手側板狀部，所述左手側板狀部沿平行于Y軸的方向從所述中央板狀部的左側延伸到所述板狀橋梁部的左手側，所述右手側板狀部沿平行于Y軸的方向從所述中央板狀部的右側延伸到所述板狀橋梁部的右手側；以及所述左手側重錘體部連接到所述左手側板狀部的下表面，并且所述右手側重錘體部連接到所述右手側板狀部的下表面。14.根據權利要求12或權利要求13所述的發電元件，其中所述主發電第三層設置有中央重錘體部，所述中央重錘體部將所述左手側重錘體部與所述右手側重錘體部耦接，所述中央重錘體部連接到所述中央板狀部的下表面，并且具有所述左手側重錘體部、所述右手側重錘體部和所述中央重錘體部的所述重錘體在XY平面上的投影圖像呈“U”字母形。15.根據權利要求12至權利要求14中的任一項所述的發電元件，其中構成所述主發電第三層的結構體的重心被定位在所述板狀橋梁部的下方。16.根據權利要求12至權利要求15中的任一項所述的發電元件，其中所述主發電結構提供了關于YZ面對稱的平面，并且構成所述主發電第三層的結構體的重心被定位在YZ面上且在所述板狀橋梁部下方。17.根據權利要求12至權利...

【專利技術屬性】
技術研發人員：岡田和廣，岡田美穂，
申請(專利權)人：三角力量管理株式會社，
類型：發明
國別省市：日本,JP