CN102342011A - 振动发电器、振动发电装置、以及装载有该振动发电装置的电子设备与通信装置 - Google Patents

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    • H02N1/06Influence generators
    • H02N1/08Influence generators with conductive charge carrier, i.e. capacitor machines

Abstract

提供一种无需复杂构造及工艺则可提高机械可靠性并与低频化对应的振动发电器、振动发电装置及装载有振动发电装置的电子设备以及通信装置。振动发电器包括:第一基板;第一电极,其配置于第一基板上;第二基板,其与第一基板分离开并对置地配置;以及第二电极,其配置于第二基板上,第一基板相对于第二基板可振动,且第一电极与第二电极的一方包含保持了电荷的膜,振动发电器还包括:第三电极,其配置于第一基板上,且包含保持了电荷的膜;以及第四电极,其配置于第二基板上,且包含保持了电荷的膜,其中按照在外力未对第一基板进行作用时,将第一基板保持在规定的位置,而在外力对第一基板进行作用而第一基板相对于第二基板进行了移动时,将第一基板返回至规定的位置的静电力发生作用的方式来配置第三电极与第四电极。

Description

振动发电器、振动发电装置、以及装载有该振动发电装置的电子设备与通信装置
技术领域
本发明涉及一种振动发电器以及一种振动发电装置、一种装载有振动发电装置的通信装置以及电子设备,尤其是涉及一种利用了驻极体(electret)材料的静电感应型振动发电器以及一种振动发电装置、一种装载有该振动发电装置的通信装置以及电子设备。
背景技术
作为现有的振动发电装置,已为人们所知的是,对可变电容的一方的电极赋予电荷,通过静电感应向对置的另一方的电极来感应电荷的静电感应型振动发电装置。通过电容的变化而使感应的电荷发生变化。静电感应型振动发电装置将该电荷的变化作为电能而取出,由此进行发电(例如,参照专利文献1)。
图24是利用了驻极体材料的现有静电感应型振动发电器的一个示例,是专利文献1(参照该文献的图4以及第10页~11页)所记载的振动发电器10的概略截面图。
振动发电器10由具有多个导电性表面区域13的第一基板11、以及具有多个驻极体材料区域15的第二基板16来构成。第一基板11与第二基板16相互隔开规定的间隔地配置。对包含有驻极体材料区域15的第二基板16进行固定。包含导电性表面区域13的第一基板11通过弹簧19而联接在固定构造17上。弹簧19连接于第一基板11的两侧面,另外,还与固定构造17连接。能够通过该弹簧19使第一基板11返回至(被保持在)规定位置,或者,第一基板11进行侧向运动(例如,图的左右方向的运动),从而能够返回至规定位置。通过该动作,从而产生驻极体材料区域15与对置的导电性表面区域13之间的重叠面积的增减,进而在导电性表面区域13产生电荷的变化。振动发电器(静电感应型振动发电器)10将该电荷的变化作为电能而取出,由此进行发电。
接着,根据发电时所利用的振动频率来选择第一基板11的振动的共振频率。
但是,在振动发电器10中,由于依赖于第一基板11以及弹簧19来决定共振频率,因此,存在以下所示那样的难以实现共振频率的低频化的问题。
即,为了使共振频率降低而需使第一基板11的质量增加,或者需使弹簧19的弹簧常数变小。弹簧19通常由硅等形成,由于材料的弹性常数、或者弹簧的尺寸而难以使弹簧常数变小,因此,则需使第一基板11的质量增加。
但是,在使第一基板11的质量增大而使共振频率低频化时,对于弹簧19,由于第一基板11的振动而需赋予较大的力(通过弹簧19而发生大的变形),从而存在弹簧19的耐久性下降这样的问题。
为了解决该问题,存在有利用了耐弹性变形且共振频率可低频化的树脂弹簧的静电感应型振动发电器(例如,参照非专利文献1)。
图25示出了非专利文献1所记载的、利用了树脂弹簧的现有的振动发电器(静电感应型振动发电器)20的概略立体图。
振动发电器20由形成了驻极体(electret)29的第一基板21以及将第一基板21连接于固定构造27的树脂制的弹簧29来构成。由于弹簧29是利用具有耐疲劳性等的耐久性的聚对二甲苯树脂材料而构成的,因此能够以相对低的频率且大的振幅来使第一基板21进行振动。
而且,由于弹簧29具有宽度方向(图的y方向)以及第一基板21的厚度方向(图的z方向)的长度相对于长度方向(图的x方向)的长度的比率较大的高纵横比构造,弹簧29不会在宽度方向(y方向)以及基板的厚度方向(z方向)上进行振动,使第一基板21仅在一轴方向上进行振动(强制振动)。
专利文献1:JP特表2005-529574号公报
非专利文献1:T.Tsutsumino,Y.Suzuki,N.Kasagi,andY.Sakane,″SeismicPower Generator Using High-Performance Polymer Electret,″IEEE Int.Conf.MEMS 2006,Istanbul,(2006),pp.
但是,在非专利文献1所示的现有的振动发电器20的构成中,为了进行诸如数Hz程度那样的更低频化,仅通过使第一基板21的质量增大的方法则不能实现。而且,例如需要通过将树脂弹簧29在x轴方向设定得较长等来使树脂弹簧29的x轴方向的弹簧常数进一步减小。其结果,所期望的振动方向以外的方向(例如y轴方向)的弹簧常数也变小。
由此,而存在相对于外部振动在期望的方向以外也发生振动的等课题。
另外,相对于作为第一基板21而利用了硅基板以及玻璃基板等的情形,树脂弹簧29是由与硅以及玻璃完全不同的聚对二甲苯等的树脂来形成的,因此,存在有构造、工艺变复杂等的课题。
而且,期望获得由于在基板的振动频率即使变低也能确保期望的发电量,在基板的每一次振动能发出更多电力的振动发电器、振动发电装置以及装载有振动发电装置的电子设备以及通信装置。
发明内容
本发明是为解决该课题的发明而提出的,尤其是其目的在于提供一种无需复杂的构造以及工艺,可提高机械可靠性并对应于低频化的振动发电器、振动发电装置及装载有振动发电装置的电子设备以及通信装置。
本发明的方式1是一种振动发电器,其包括:第一基板;第一电极,其配置于所述第一基板上;第二基板,其与所述第一基板分离开并对置地配置;以及第二电极,其配置于所述第二基板,所述第一基板相对于所述第二基板可振动,且所述第一电极与所述第二电极中的一个包含保持了电荷的膜,所述振动发电器的特征在于,还包括:第三电极,其配置于所述第一基板上,且包含保持了电荷的膜;以及第四电极,其配置于所述第二基板上且包含保持了电荷的膜,其中,按照在外力未对所述第一基板进行作用时,将所述第一基板保持在规定的位置,而在外力对所述第一基板进行作用而所述第一基板相对于所述第二基板进行了移动时,将所述第一基板返回至所述规定的位置的静电力发生作用的方式来配置所述第三电极与所述第四电极。
本发明的方式2的振动发电器是基于方式1所述的振动发电器,其特征在于,所述第一电极或者所述第二电极中的一个具有的所述保持电荷的膜、所述第三电极具有的所述保持电荷的膜以及所述第四电极具有的所述保持电荷的膜保持同极性的电荷。
本发明的方式3的振动发电器是基于方式1或2所述的振动发电器,其特征在于,具有对所述第一基板的所述振动的振幅进行规定的限制部件,所述第三电极配置于所述第一基板的端面附近,所述第四电极配置于所述第二基板的端面附近且配置于即使所述第一基板进行所述振动而所述第三电极与所述第四电极也不重叠的位置。
本发明的方式4的振动发电器是基于方式1或2所述的振动发电器,其特征在于,具有对所述第一基板的所述振动的振幅进行规定的限制部件,所述第三电极配置于所述第一基板的中央部,所述第四电极配置于所述第二基板的中央部且配置于即使所述第一基板进行所述振动而所述第三电极与所述第四电极也不重叠的位置。
本发明的方式5的振动发电器是基于方式1至4任意一种方式所述的振动发电器,其特征在于,还包括突起体,该突起体的一端固定在所述第二基板上,另一端与所述第一基板接触并与所述第一基板电连接。
本发明的方式6的振动发电器是基于方式5所述的振动发电器,其特征在于,包括:第三基板,其与所述第一基板的和所述第二基板对置的面相反侧的面进行对置,并与所述第一基板分离开;以及第二突起体,其一端固定在所述第三基板上,另一端与所述第一基板接触并与所述第一基板电连接。
本发明的方式7的振动发电器是基于方式6所述的振动发电器,其特征在于,所述第三基板由在所述第二基板上形成的支撑体所支撑,所述支撑体对所述第一基板的所述振动的振幅进行规定。
本发明的方式8的振动发电器是基于方式5至7中任意一种方式所述的振动发电器,其特征在于,所述第一电极与所述第三电极是由在所述第一基板上形成的保持了电荷的第一膜、以及按照覆盖该第一膜的方式形成的绝缘体来构成的。
本发明的方式9的振动发电器是基于方式1或2所述的振动发电器,其特征在于,还包括:第三基板,其与所述第一基板分离开,且与所述第一基板的一个面对置地配置;第五电极,其配置于所述第一基板的所述一个面上;以及第六电极,其按照与所述第五电极对置的方式配置于所述第三基板上,所述第一基板相对于所述第三基板可振动,且所述第二基板与所述第一基板的另一个面对置,所述第一电极与所述第三电极配置于所述第一基板的所述另一个面,所述第五电极以及所述第六电极中的一个包含保持了电荷的膜。
本发明的方式10的振动发电器是基于方式9所述的振动发电器,其特征在于,还包括:第七电极,其配置于所述第一基板的所述一个面上,且包含保持了电荷的膜;以及第八电极,其配置于所述第三基板上,且包含保持了电荷的膜,其中,按照在外力未对所述第一基板进行作用时,将所述第一基板保持在规定的位置,而在外力对所述第一基板进行作用而所述第一基板相对于所述第三基板进行了移动时,将所述第一基板返回至所述规定的位置的静电力发生作用的方式来配置所述所述第七电极与所述第八电极。
本发明的方式11的振动发电器是基于方式10所述的振动发电器,其特征在于,所述第五电极与所述第六电极中的一个具有的所述保持电荷的膜、所述第七电极具有的所述保持电荷的膜以及所述第八电极具有的所述保持电荷的膜保持同极性的电荷。
本发明的方式12的振动发电器是基于方式10或11所述的振动发电器,其特征在于,具有2组所述第三电极与所述第四电极,按照在一组所述第三电极与所述第四电极的电极间进行作用的静电力的平行于所述第一基板的分量与在另一组所述第三电极与所述第四电极的电极间进行作用的静电力的平行于所述第一基板的分量朝向相反方向的方式来配置所述2组所述第三电极与所述第四电极,且具有2组所述第七电极与所述第八电极,按照在一组所述第七电极与所述第八电极的电极间进行作用的静电力的平行于所述第一基板的分量与在另一组所述第七电极与所述第八电极的电极间进行作用的静电力的平行于所述第一基板的分量朝向相反方向的方式来配置所述2组所述第七电极与所述第八电极。
本发明的方式13的振动发电器是基于方式9至12中任意一种方式所述的振动发电器,其特征在于,还包括突起体,该突起体的一端固定在所述第二基板或者所述第三基板上,另一端可与所述第一基板接触。
本发明的方式14的振动发电器是基于方式10至13中任意一种方式所述的振动发电器,其特征在于,所述第一电极包含保持了所述电荷的膜,所述第二电极包含保持了所述电荷的膜,所述第一电极、所述第二电极、所述第三电极和所述第七电极包括在所述第一基板上形成的保持了电荷的膜、以及覆盖保持了该电荷的膜的绝缘体。
本发明的方式15是一种振动发电装置,其特征在于,包括:方式1~14中任意一种方式所述的振动发电器;以及对来自所述振动发电器的交流输出电压进行整流而转换成直流电压的整流电路。
本发明的方式16的振动发电装置是基于方式15所述的振动发电装置,其特征在于,还包括:电压转换电路,其将从所述整流电路输出的直流电压转换为期望的电压电平;蓄电电路,其在不需要从所述振动发电装置进行输出的情况下,蓄积通过振动发电器所发电的电力;电压控制电路,其将来自所述电压转换电路或者所述蓄电电路的输出电压控制成规定的电压;以及输出切换电路,其将所述电压转换电路的输出切换到蓄电电路或者电压控制电路。
本发明的方式17是一种通信装置,其利用了方式15或者16所述的振动发电装置。
本发明的方式18是一种通信装置,其特征在于,具有:方式1~14中任意一种方式所述的振动发电器;以及电池。
本发明的方式19是一种电子设备,其利用了方式15或者16所述的发电装置。
本发明的方式20是一种电子设备,其具有:方式1~14中任意一种方式所述的振动发电器;以及电池。
根据本发明的振动发电器,例如即使对于数Hz程度等频率低的外部振动,基板也能够以大振幅进行动作,因此,能够通过低频区域的振动来进行发电。
另外,根据本发明的振动发电器,通过利用基于静电力的弹簧构造を,能够排除伴随着弹性变形的机械性弹簧,所以,无需复杂的构造以及工艺,能够谋求机械的可靠性的提高。
而且,根据本发明的振动发电装置,通过设置蓄电电路,能够谋求输出电压的稳定。
并且,根据利用了本发明的振动发电器、振动发电装置的通信装置以及电子设备,能够降低电池交换等的维护次数等,在利用上的效果较大。
附图说明
图1是本发明的实施方式1所涉及的振动发电器的截面图。
图2是示出了本发明的实施方式1所涉及的第一基板以及第二基板的俯视图。
图3是示出了本发明的实施方式1所涉及的另外的第一基板以及第二基板的俯视图。
图4是示出了本发明的实施方式1所涉及的驻极体电极的截面图。
图5是本发明的实施方式2所涉及的振动发电器的截面图。
图6是示出了本发明的实施方式3所涉及的(a)振动发电器的截面图和(b)第一电极的构造的截面图。
图7是示出了本发明的实施方式4所涉及的(a)振动发电器的第二基板的俯视图、(b)是(a)的B-B处的截面图。
图8是本发明的实施方式5所涉及的振动发电器的截面图。
图9是示出了本发明的实施方式5所涉及的振动发电器的其他构成的截面图。
图10是本发明的实施方式6所涉及的振动发电器的截面图。
图11是示出了本发明的实施方式6所涉及的(a)第一基板的俯视图、以及(b)第二基板的俯视图。
图12是本发明的实施方式6所涉及的驻极体电极的截面图。
图13是示出了本发明的实施方式6所涉及的其他的构造的第一基板、以及第二基板的俯视图。
图14是本发明的实施方式7所涉及的振动发电器的截面图。
图15是示出了本发明的实施方式8所涉及的(a)振动发电器的截面图、(b)第五电极的构图的截面图。
图16是本发明的实施方式9所涉及的(a)表示振动发电器的第三基板的俯视图、(b)是B-B处的截面图。
图17是本发明的实施方式10所涉及的振动发电器的截面图。
图18是示出了本发明的实施方式10所涉及的振动发电器的其他构成的截面图。
图19是示出了本发明的实施方式11所涉及的振动发电装置的方框图。
图20是示出了本发明的实施方式11所涉及的振动发电装置的各部的电压波形的图。
图21是示出了本发明的实施方式11所涉及的振动发电装置的其他构成的方框图。
图22是示出了本发明的实施方式12所涉及的利用了振动发电装置的通信装置的图。
图23是示出了本发明的实施方式13中的利用了振动发电装置的电子设备的图。
图24是现有的静电感应型振动发电器的截面图。
图25是利用了现有的树脂弹簧的静电感应型振动发电器的立体图。
具体实施方式
以下,基于附图来对本发明的实施方式详细地进行说明。另外,在以下的说明中,根据需要而利用了表示特定的方向或位置的用语(例如,“上”,“下”,“右”,“左”以及包含这些用语的其他用语),这些用语的使用是为了易于参照附图来对发明的理解,但这些的用语的含义并不对本发明的技术的范围进行限制。另外,多个附图中所表现的同一符号的部分表示相同的部分或者部件。
1.实施方式1
图1是本发明的实施方式1所涉及的振动发电器100的截面图,图2是图1的振动发电器100的第一基板102(图2(a))、以及第二基板103(图2(b))的俯视图。图1所示的截面与图2的A-A截面相当。
振动发电器100由第一基板102与第二基板103来构成。在第一基板102上(图1中,下面)形成有第一电极107a、107b、107c。另外,在第二基板103上(图1中,上面)在分别与第一电极107a、107b、107c的各个对置的位置上形成第二电极106a、106b、106c。
在第一基板102上还形成有第三电极105a、105b,在第二基板103上还形成有第四电极104a、104b。
第一电极107a、107b、107c,第三电极105a、105b与第四电极104a、104b是包含有用于保持电荷的膜的驻极体电极。而且,优选的是,使第三电极105a、105b的所述膜所保持的电荷的极性与第四电极104a、104b的所述膜所保持的电荷的极性相同(即一方为正则另一方也为正,一方为负则另一方也为负),以使得在第三电极与第四电极之间作用有相互排斥的静电力(排斥力)。
另外,关于第一电极107a、107b、107c的所述膜所保持的极性,也优选是与第三电极105a、105b的所述膜所保持的电荷的极性和第四电极104a、104b的所述膜所保持的电荷的极性相同。这是由于:能够同时使第一电极107a、107b、107c与第三电极105a、105b与第四电极104a、104b带有电荷,从而工艺变得简便。
虽然在图1中未图示,使第二基板103被固定,另一方面,第一基板102未被固定。由此,第一基板102至少能在z轴方向、x轴方向以及y轴方向中的其中一个方向上进行移动。
第三电极105a、105b与第四电极104a、104b保持有同极性的电荷,因此,在第三电极105a、105b与第四电极104a、104b之间作用静电排斥力。此时,尽管静电排斥力的大小随着第一基板102与第二基板103的相对位置而进行变化,其能够分解为在与第二基板103的主表面平行的方向中的图1的左右方向(图1中的x方向)、与第二基板103的主表面垂直的方向(图1中的z方向)、以及与第二基板103的主表面平行的方向中的垂直于图1的纸面的方向(图1中的y方向)。此时,在实施方式1中,通过静电排斥力的z方向分量,第一基板102隔着空间而被保持(保持成悬浮于空中的状态)。
另外,本实施方式的特征是:按照在x轴方向或者y轴方向(即,与第一基板102的主表面平行的方向)的至少一方上,(例如外力起作用)第一基板102相对于第二基板103而进行移动时,使其要返回至原来的位置(规定的位置)的力(复原力)由静电力(静电排斥力)的x方向分量或者z方向分量中的至少一方来产生的方式,来配置第三电极105a、105b与第四电极104a、104b。
即,在通过第三电极105a、105b与第四电极104a、104b之间进行作用的静电力,将第一基板保持在z轴方向的规定的位置上的同时,当外力不作用时,对于x轴方向以及/或者y轴方向(与第一基板102的主表面平行方向),也将其保持在规定的位置。
如此地配置第三电极105a、105b与第四电极104a、104b,则无需使用机械性弹簧,第一基板1可在x轴方向以及/或者y轴方向上进行振动,其结果,第一电极107a、107b、107c与第二电极106a、106b、106c之间的重叠面积发生变化,由此振动发电器100进行发电。
接下来对电极配置进行说明。
在图2所示的电极配置的例中,第一电极107(图1的107a、107b、107c)是由长度方向与y轴平行配置的条带状(strip)的多个电极组成,该多个电极相互电连接地构成。相同地,第二电极106(图1的106a、106b、106c)也是由与y轴平行配置的条带状的多个电极构成,该多个电极也相互地电连接地构成。图2中,为了简单而没有图示布线构造。第三电极105(图1的105a、105b)与第四电极104(图1的104a、104b)分别沿着第一基板102、第二基板103的周边部(端部)的全周而(沿着外周地)配置。在使第一基板102与第三基板103对置时,使第四电极104比第三电极105位于外侧地进行配置。但是,但并不限于该配置,也可以使第三电极105比第四电极104位于外侧地进行配置,这样也能够获得相同的效果。
从图2中可知:图1所示的第三电极105a、105b是包围第一电极107而配置的第3电极105的一部分(与y轴方向平行的部分),第三电极105a、105b相互电连接地构成并接地。相同地,第四电极104a、104b也是包围第二电极106而配置的第4电极104的一部分(与y轴方向平行的部分),第四电极104a、104b相互电连接地构成并接地。
对振动发电器100的动作进行说明。
如上所述,由于第三电极105与第四电极104具有同极性的电荷,在其间作用了由静电力产生的排斥力(静电排斥力)。由此,如未对第一基板102作用外力,第一基板102将保持在规定的位置。即,关于z轴方向,基板102悬浮而停止在该排斥力与对第一基板102进行作用的重力处于平衡的位置。关于x轴方向,第一基板102停止在第三电极105a与第四电极104a之间进行作用的排斥力(在图1的右方向上作用的力)和在第三电极105b与第四电极104b之间进行作用的排斥力(在图1的左方向上作用的力)处于平衡的位置。关于y轴方向也同样地,第一基板102停止在排斥力相平衡的位置。
于是,在由外部而施加振动(外力)时,第一基板102相对于第二基板103而相对地进行移位(进行移动)。例如,对赋予了x轴方向的振动的情况进行说明。在通过振动,第一基板102由于上述的排斥力相平衡的位置向右侧进行了移位的情况下,相比于在第三电极105a与第四电极104a之间作用的排斥力,在第三电极105b与第四电极104b之间作用的排斥力变大,使第一基板102向左方向返回的力发生作用。另一方面,在第一基板102由于排斥力相平衡的位置向左侧进行了移位的情况下,使第一基板102向右方向返回的力发生作用。这样,对于第一基板102,将产生向与移位的方向反方向进行推回的力(复原力),能够使第一基板102返回至原来的位置。利用该复原力来使第一基板102相对于第二基板103进行相对移位,由此使第一电极107a、107b、107c与第二电极106a、106b、106c之间的重叠面积发生增减。通过该重叠面积的增减,在第二电极106(106a、106b、106c)中所感应的电荷量进行增减。通过将该电荷作为电能而取出,来进行发电。第一基板102接受来自外部的振动而进行相对的移位,只要通过静电力而返回至原来的位置这样的振动继续,则该重叠面积的增减也将继续。
在对第一基板102赋予了y轴方向的振动的情况下,也相同地,通过使基于在第三电极105与第四电极104之间的静电力的复原力进行动作,由此振动发电器100能进行发电。
其中,如图2所示的那样,由于第一电极107以及第二电极106是由其长度方向与y轴平行配置的条带状的多个电极构成,即使第一基板102的移位量相同,第一电极107与第二电极106的重叠的增减也还是在x轴方向发生振动的情况下变多。
另外,如图1所示的那样,第一电极107(107a、107b、107c)优选接地。这是由于:通过接地将基准电位设为GND,与带电量相对应的电位在第一电极107(107a、107b、107c)的表面出现,可谋求基于振动的发电电压的稳定。
根据本实施方式所涉及的振动发电器100,能够获得以下的效果。
(1)即使对于低频的振动也能够进行发电
(2)机械可靠性的提高
关于(1)进行详细的说明。第一基板102与第二基板103由于不具备现有构造那样的机械性弹性构造体,而利用基于静电力的弹簧力,所以,不受由弹性构造体的尺寸、材料常数等所决定的共振频率的制约,对于低频区域的振动也能够发电。
为了简单起见,将第一基板102的质量设为m,且假设由于外部振动的加速度a而施加了F=ma的力时,第一基板102通过F的力而发生移位。另外,由于移位的量而发生静电力的左右的不平衡,由此而施加用于返回到原来的位置的力。这样,本实施方式所示的振动发电器100的第一基板102的移位量依赖于加速度,即使对于低频的振动也能够进行发电。
关于(2)进行详细的说明。
在本实施方式所示的振动发电器100中,不具备现有构造中存在的机械性弹性构造体。由此,相对于为了确保在构造中的弹性构造体的弹性变形的可靠性而需进行具有充分富余的设计从而存在难以小型化等的问题,本发明没有发生弹性疲劳的地方。其结果,易于确保弹簧部处的机械可靠性,以及易于确保在进行了小型化以及大振幅下的动作的情况下的可靠性。另外,由于无需形成与由硅以及玻璃等构成的基板完全不同的材料来构成的树脂弹簧那样的部件,因此,具有构造以及工艺不复杂的优点。
图3示出了本实施方式的变形例所涉及的第一基板102M(图3(a))以及第二基板103M(图3(b))的俯视图。
相对于在上述的第一基板102中、沿着基板的周边部的全周而配置第三电极105,其不同点在于:在作为变形例的第一基板102M中,仅沿着在y轴方向延伸的周边部(端部)配置第三电极(驻极体电极)105M。
相同地,与上述第二基板103不同点在于:第二基板103M也仅沿着在y轴方向延伸的周边部(端部)来配置第四电极(驻极体电极)104M。
而且,在x轴方向,将第四电极104M配置成比第三电极105M更外侧处。
第一基板102M的第三电极105M以外的部分可与第一基板102相同,例如,第一电极107M可与上述的第一电极107相同。相同地,第二基板103M的第四电极104M以外的部分可与第二基板103相同,例如,第二电极106M可与上述的第二电极106相同。
另外,图3(a)所示的2个第三电极105M相互电连接并接地,另外图3(b)所示的2个第四电极106M也相互电连接并接地。
接着,通过使第三电极105M与第四电极104M各自的膜所保持的电荷的极性相同,在第三电极105M与第四电极104M之间作用了静电力(排斥力)。由此,第一基板102M在z轴方向而悬浮,同时,在x轴方向施加外力(振动)时,用于要返回到原来的位置的复原力发挥作用,从而能够在x轴方向上进行振动。进而,能够进行在包含第一基板102M与第二基板103M的振动发电器处的发电。
换而言之,通过第三电极105M与第四电极104M之间的静电力,第一基板102M在z轴方向被保持在规定的位置,在没有外力作用时,对于x轴方向,其也被保持在规定的位置。
另外,在包含第一基板102M与第二基板103M的振动发电器中,与上述振动发电器100不同,由于即使施加y方向的振动(外力)也不产生复原力,因此,优选的是,为了将第一基板102的向y方向的移位限制在规定的范围内而设置有基于突起等的约束手段。
由于在第一基板102M中,不是将第三电极105M配置于其全周而是仅配置于周围的一部分即可,另外,相同地,第二基板103M中,不是将电极104M配置全周而是仅配置于周围的一部分即可,因此,具有构造简单这样的优点。
另外,尽管在图3所示的实施方式中,在x方向,配置为使第四电极104M比第三电极105M处于外侧,但也可以配置为使第三电极105M比第四电极104M位于外侧。
另外,在图3所示的实施方式中,第三电极105M以及第四电极104M分别在所配置的基板的y轴方向上进行延伸的周边部(端部)的全长上而被配置,例如,可以仅在基板的拐角部(四角落)配置其,或者在与拐角部分离开的部分上配置等那样仅部分地配置其。
(驻极体电极)
以下,对第一实施方式中利用的包含保持了电荷的膜的电极(驻极体电极)进行详细说明。
图4是示出第一电极107a、107b、107c,第三电极105a、105b中的任意一个的截面图。
在第一基板102上形成导电体117a。在导电体117a的上部,形成有第一绝缘体117b、作为保持了电荷的膜的驻极体117c以及第二绝缘体117d。
以第一电极107(107a、107b、107c)为例进行举例时,对第一电极107a、107b、107c的导电体117a进行电连接。
另外,驻极体可在导电体117a整体上形成,另外,也可仅配置于条带状的导电体117a上的一部分上,在条带状的导电体117a的一部分上进行形成时,由于工艺、设备特性的稳定性,所以为优选的。
尤其是,优选地,利用高电阻的基板作为第一基板102,在该情况下,驻极体117c最好仅形成在导电体117a之上。通过如此地形成,在注入电荷时,能够将电荷强制地注入驻极体117c中,从而能够制作电荷更稳定的驻极体。
另外,在此所说的高电阻的基板并不仅仅指基板整体是电阻率高的基板,还包括在低电阻基板(例如,低电阻硅基板)的表面上形成氧化膜等绝缘膜后的基板,即使是利用后者,不用多说,也能获得与前者相同的效果。
接下来,对驻极体117c中所利用的驻极体材料进行说明。
如上述那样,第一电极107、第三电极105与第四电极104被构成为具有保持了电荷的驻极体膜。作为构成驻极体膜117c的驻极体材料,能够利用聚丙烯、聚酯对苯二酸盐、聚乙烯氯化物等的高分子材料,或者氧化硅等无机材料。在这些当中,优选利用在绝缘耐压、耐热性上较为优良的氧化硅。
另外,为了提高耐湿性,优选地,氧化硅的周围是通过氮化硅膜等绝缘膜进行完全覆盖的构造。在诸如利用氧化硅的情况下,将其设为通过氮化硅膜等的绝缘膜来完全覆盖氧化硅的周围的构造,由此,能够获得绝缘耐压、耐热性优良且耐湿性优良的驻极体117c。
另外,尽管在图4中示出了有关第一电极107a、107b、107c、第三电极105a、105b的示例,但是,不用说,第四电极104a、104b以及变形例所涉及的第一电极107M、第三电极105M以及第四电极104M也可以为相同的构造。
在本实施方式中,示出了第一电极107a、107b、107c是保持了电荷的驻极体电极,第二电极106a、106b、106c是通常的电极的示例。但是,不必说,保持了电荷的驻极体电极也可以是第二电极106a、106b、106c,而第一电极107a、107b、107c可以是通常的电极,在该情况下,也能够获得相同的效果。
而且,尽管在本实施方式中,形成了第二基板103固定而不进行振动的构成,但是,对第二基板103,也可以形成与第一基板102相同地使其不固定而可振动(移动)的构造。
另外,尽管在图1、图2、图4未进行表示,但是按照导电体117a可与外部端子进行电连接的方式来形成第一绝缘体117b、第二绝缘体117d。可以按照至少覆盖驻极体117c的方式来形成第一绝缘体117b、第二绝缘体117d,而并不必在基板的整个面上对第一绝缘体117b、第二绝缘体117d进行成膜。
另外,尽管在本实施方式中,第二电极106虽按照与第一电极107相同的方式来形成,但优选的是,在超过第一电极107的区域(直至比第一电极107更外侧处)形成第二电极106。更为优选的是,直至第一电极107的振动界限(通过振动而可移位的范围)形成第二电极区域。
通过这样构成第二电极106,能够获得以下的效果。
(3)能够使重叠面积一定
当将第二电极106形成在与静止状态的第一电极107大致对置的位置时,在基板102以大振幅(大移位)进行振动的情况下,将发生第一电极107(尤其是位于端部处的第一电极107a、107c)与第二电极106不重叠的时间增加,重叠面积的增减量下降这样的问题。
但是,通过相对于第一电极107的区域而较大地形成第二电极106(形成至第一电极的外侧),则能够防止重叠面积的增减的下降,能够总是将重叠面积的增减维持为一定。即,能够使振动发电器100的发电量实现稳定化。
通过这样的第二电极106的构成,尤其是,如本实施方式所示的利用静电力的构造那样,在能够使第一基板107的振幅较大且超过第一或者第二电极的幅宽而进行振动的振动发电器中,其效果较好。
而且,第一基板102的表面(主表面)的形状即使是图2所示的正方形以外的矩形,或者是其他的形状,不用说,通过本实施方式中所示的发电用电极(第一电极以及第2电极)以及静电力产生用电极(第三电极105、第四电极104)的配置,也可获得相同的效果。
2.实施方式2
图5是本发明的实施方式2所涉及的振动发电器200的截面图。其与实施方式1的不同点在于,在第一基板202与第二基板203之间形成有第一突起体209a、209b。
另外,对于在图5所示的各构件,为明确其是本实施方式所涉及的构件,而赋予伴有200系列的数字的标记。如没有特别说明,各构件与100数位的数字以外由相同标记所示的实施方式1的相对应构件相同。
突起体209a、209b的一端固定在第一基板202以及第二基板203的一方上,另一端未固定地与第一基板202以及第二基板203的另一方接触。
在图5所示的实施方式中,突起体209a、2009b的一端(下方端部)固定在第二基板203上,另一端(上方端部)不固定地与第一基板202进行接触。
以下,基于该图5的实施方式来进行说明。
突起体209a、209b被形成为包括导电体,用于电极取出。
振动发电器200通过来自外部的振动而使第一基板202相对于第二基板203移位来进行发电。此时,第一基板202通过来自外部的振动而进行移位,通过静电力而返回至规定的位置。与实施方式1相同地,第一电极207(207a、207b、207c)、第三电极205(205a、205b)、第四电极204(204a,204b)是保持了电荷的驻极体电极。在与第二基板203上的第四电极204不同,第一基板上的第一电极207与第三电极205未接地的情况下,所发电的电力的电位可能成为不稳定。
由此,突起体209a、209b的下方端进行电接地,上方端与第一电极207以及第三电极205进行电连接。
按照即使第一基板202通过振动进行移位,也能够确保突起体209a、209b的上方端与第一电极207以及第三电极205的电连接的方式,例如可以在第一基板202的表面形成导电体膜(例如,使与图4的导电体117a相当的第一电极207的导电体露出而形成),并且使突起体209a、209b的上端部在该导电体膜上接触、滑动。
在振动发电器200的第二基板203上形成突起体209a、209b,将该突起用作电布线,通过在与第一基板202接触的状态下进行移位,能够排除由于来自第一基板的电布线所造成的不必要的应力。
通过这样地构成,能够获得以下的效果。
(4)能够易于从第一基板202进行电取出。
关于(4)进行说明。通过设置突起体并经由突起体进行电取出,能够排除由于来自第一基板202的电布线(引线,或者导线)所造成的不必要的应力。
尤其是,在能以大振幅进行动作的本实施方式的振动发电器200中,需要与第一基板202的移位量对应地确保布线长度。
例如,在通过引线进行取出的情况下,当引线较短时且为大振幅时,引线与第一基板之间的接点处产生应力,因此,需要将引线设定为充分地长。另一方面,当设为充分长时,存在有布线发生缠绕的情况。但是,本实施方式中不会产生这样的问题。
另外,通过突起体209a、209b可支撑第一基板202。
在第一实施方式中,第三电极105与第四电极104之间的静电力(排斥力)需要同时实现2个功能,即,使第一基板102在z轴方向悬浮的功能以及使第一基板102返回至x轴方向的原来的位置的功能。
但是,在本实施方式中,由于突起体209a、209b能支撑第一基板202,因此,不必通过第三电极205与第四电极204之间的静电力来使第一基板102悬浮。
即,第三电极205与第四电极204之间的静电力只要具有使第一基板202返回至x轴方向的原来的位置的功能(复原力、以及在没有外力的情况下保持在规定的位置的功能)即可。
这样,可带来下述效果,即增大第三电极205与第四电极204的大小、以及配置等设计的自由度。
在图5所示的实施方式中,配置有多个突起体209a、209b,但也可以配置一个突起体。不过,优选配置多个突起体,更为优选的是配置3个以上的突起体。由于通过与第一基板202以3点进行接触,能够稳定保持第一基板202。
通过具有多个突起体209a、209b,能够更稳定地电连接第一电极207及第三电极205。
另外,通过配置3个以上的突起体209a、209b,能够稳定地支撑第一基板202。
如上述那样,以导电体来形成突起体209a、209b。如图5所示的那样,突起体209a、209b可具有向上凸的构造(例如,自下方向上方,其截面积(与第一基板202的主表面平行的面的截面积)逐渐地减小的形状)。另外,突起体整体也可以是导体,或者,突起体209a、209b也可以仅在表面进行导电膜的成膜,不用说,即使在该情况下也能够获得相同的效果。
而且,突起体209a、209b只要是可进行电取出的构造即可,例如可以是三角锥、三角柱、圆柱那样的其他构造。
另外,在本实施方式,也优选的是,第二电极206的区域超过(比第一电极207更外侧)第一电极207的区域,且构成为直至振动界限(通过振动而可移位的范围)。通过这样地构成,与实施方式1相同地,即使在大振幅动作下也能够不降低发电量地进行动作。
3.实施方式3
图6是本发明的实施方式3中的振动发电器300的截面图(图6(a))与第一基板302的截面图(图6(b))。
与实施方式2的不同点在于:振动发电器300具有配置于第一基板的上方的第三基板310、以及配置于第三基板310与第一基板302之间的第二突起体309c、309d。
另外,对于在图6所示的各构件,为明确其是本实施方式所涉及的构件,而赋予伴有300系列的数字的标记。如没有特别说明,各构件与100数位的数字以外由相同标记所示的实施方式1以及2的相对应构件相同。
在本实施方式中,除与第二实施方式相同地具备一方的端部固定在第二基板303且另一方的端部与第一基板302的下面进行接触的第一突起体309a、309b外,还具备一方的端部固定在第三基板310且另一方的端部与第一基板302的上面进行接触的第二突起体309c、309d。
于是,通过第一突起体309a、309b与第二突起体309c、309d来进行电极取出(第一电极307(307a、307b、307c)以及第三电极305(305a、305b)的接地)。
如图6(b)所示,为了电取出,第一基板302由诸如0.01Ωcm以下的低电阻的硅基板来构成。
在第一基板302的下面(图6(b)中的上面)上,沿着第一基板302的外周而形成了第三电极305的驻极体315a、315b,第一电极307的驻极体317a、317b、317c呈条带状地形成。而且,按照覆盖驻极体315a、315b、317a、317b、317c的方式来形成绝缘体312。
另外,尽管在图6(b)中示出了由绝缘体312对第一基板302的下面(图6(b)中的上面)整个面进行覆盖的情形,但实际上,其可以去除与第一突起体309a、309b相接的区域的绝缘体312而形成,由此,构成第一基板302的低电阻基板与第一突起体309a、309b进行电连接。
对如此地形成的振动发电器300的动作进行说明。
振动发电器300通过来自外部的振动而使第一基板302相对于第二基板303以及第三基板310进行移位来进行发电。
此时,第一基板302通过来自外部的振动而进行移位,并通过第三电极305(305a、305b)与第四电极304(304a、304b)之间的静电力而返回至规定的位置。
与实施方式1相同地,第一电极307、第三电极305、第四电极304包含驻极体,第一基板302上的第一电极307以及第三电极305电接地。这是由于在未接地的情况下,通过发电而获得的电力的电位可能会出现不稳定的缘故。
将在第二基板303上配置的第一突起体309a、309b与在第三基板310上配置的第二突起体309c、309d作为电布线来进行利用。通过在第一突起体309a、309b及第二突起体309c、309d与基板302接触的状态下使第一基板302进行移位,与实施方式2相比,能够更进一步提高电连接的可靠性。
通过这样地构成,能够获得以下的效果。
(5)稳定的电取出
对(5)进行说明。与实施方式2相比,在第三基板310配置第二突起体309c、309d,不仅可从第一基板302的下方向还可从上方向进行电取出(电连接)。由此,在第一基板302移位时,能够在横方向(图6(a)的x轴方向)上稳定地进行移位。
另外,即使由于在厚度方向(图6(a)的z轴方向)的振动等而使第一基板302上浮,进而第一基板302成为不与突起体309a、309b接触时,也能够从处于上部的第二突起体309c、309d来进行电取出。
尤其是,即使在第一基板302发生了移位时,由于第三电极305a、305b与第四电极304a、304b之间的斜方向的静电力而将第一基板302推向上方(z轴方向)的情况下,也能够通过配置于第一基板302的上部的第二突起体309c、309d来支撑第一基板302并进行电取出。
另外,由导电体来形成突起体309a、309b、309c、309d。此时,以如图6所示的那样的向上凸的构造(例如,从突起体固定的第二基板303或者第三基板310起朝着第一基板302,其截面积(与第一基板302的主表面平行的面的截面积)逐渐减小的形状),其整体可为导体,另外,不用说,仅在表面进行导电性膜的成膜,也可获得相同的效果。而且,突起体309a、309b、309c、309d只要是可进行电取出的构造即可,可以为其他的任意的构造。
另外,即使在本实施方式中,第二电极306的区域也超过第一电极207的区域(比第一电极207更外侧的),且至振动界限(通过振动而可移位的范围)为止而构成。通过这样地构成,与实施方式1同样地,即使在大振幅动作下也能够不降低发电量地进行动作。
4.实施方式4
图7是本发明的实施方式4所涉及的第二基板403的俯视图(图7的(a))与第二基板403的B-B处的截面图(图7的(b))。
在图7中,第二基板403在其周边部形成有第四电极404。在第二基板403上形成有第二电极406。更详细而言,虽未进行图示,在与第一电极对置的位置,形成有第二电极406a、406b、406c,通过布线电极406d进行电连接。这时,在第四电极404的一部分设置切口,以使得在第二基板403的4个角部中的至少一个中来进行与外部之间的取出。
另外,第四电极404的电连接经由电极414(404a)而接地。
在此,与图3相同地,第四电极404由导电体404a、第一绝缘体404b、保持了电荷的驻极体404c、第二绝缘体404d来构成。
包含有第二基板403的振动发电器的动作与其他的实施方式相同。
通过这样地构成第二基板403,能够获得以下的效果。
(6)能减小对基于静电力的弹簧力的影响。
关于(6)进行说明。在本实施方式中,通过第二基板403的端部,来进行第二电极406的取出。
由此,即使第一基板402在x轴方向或者y轴方向进行移位,也能够无损于通过沿着第二基板403的周边部而配置的第四电极404所产生的静电力,来使第一基板返回至原来的位置。
另外,即使第一基板402在斜方向(例如,相对于x轴与y轴的45°的方向)进行了移位的情况下,能够通过配置于第二基板403的4边的第四电极404来使第一基板返回至期望的位置。这样,通过在静电力效果最小的区域进行电极取出,能够不减小弹簧力(复原力)地,进行电极取出。
另外,尽管在本实施方式所涉及的图7中,记载了作为第二电极406(以及第一电极)的3个电极(406a、406b、406c),但以更多的条带状的电极来构成第二电极406(以及第一电极),也能够获得相同的效果。而且,通过以数量更多的第一电极以及/或者第二电极来构成,可以获得针对第一基板的移位能够输出更多电力等效果。
5.实施方式5
图8是本发明的实施方式5所涉及的振动发电器500的截面图(图8(a))、以及在第一基板502进行了移位的状态下的振动发电器500的截面图(图8(b))。
另外,对于在图8所示的各构件,为明确其是本实施方式所涉及的构件,而赋予伴有500系列的数字的标记。如没有特别说明,各构件与100数位的数字以外由相同标记所示的实施方式1至4的相对应构件相同。
在图8(a)中,第三基板510通过支撑体511而固定配置于第二基板503的上部。第一基板502被配置为:在第二基板503与第三基板510之间且在2个支撑体511之间,在其上部以及下部具有空间。即,以在第二基板503与第三基板510之间进行悬浮的方式(与第二基板503以及第三基板510分离开)来配置第一基板502。
通过在第一基板502上所形成的第三电极505a、505b与在第二基板上所形成的第四电极504a、504b所产生的静电力,来保持第一基板502。
另外,与图6所示的实施方式相同地,第一基体502也可利用第一突起体以及/或者第二突起体来进行保持。
在此,为了简单,而省略了布线、以及突起体有关的记载。
第一基板502能够在x轴方向进行移位,但其可移位(振动)的范围是由2个支撑体511来控制的。即,第一基板502能够移位到第一基板502的一方的端部与支撑体511相接触的位置为止。
第四电极504a、504b形成在支撑体511的附近(且在第二基板503的端面的附近)。另外,第三电极505a、505b形成在第一基板502的端面的附近且与端面隔着规定的区域。
按照在第一基板502进行振动而在2个支撑体511之间进行移位时,第三电极505a、505b不与第四电极504a、504b之间发生重叠的(在x轴方向上第三电极505a、505b总是比第四电极504a,504b处于更内侧)的方式来形成其。即,相比于第四电极504a、504b的大小(x轴方向的长度),较大地形成在第一基板503的端面所设置的区域的大小(x轴方向的长度)。
对这样形成的振动发电器500的动作进行说明。
振动发电器500通过来自外部的振动使第一基板502相对于第二基板503进行移位来进行发电。此时,尽管第一基板502通过来自外部的振动而进行移位,但是由于即使在2个支撑体511之间最大限度地进行移位的情况下,也不会在包含保持了电荷的膜的第三电极505a、505b与第四电极504a、504b之间发生重叠,因此,通过静电力,第一基板502接受与移位反方向的力。
另外,在此所说的第三电极505a、505b与第四电极504a,504b之间不发生重叠表示第三电极505a、505b与第四电极504a,504b之间也没有部分重叠。
即,如图8(b)所示的那样地,第一基板502的移位即使成为最大的情况下,第三电极的端部与在第四电极的端部(图8(b)中第三电极505a的端部与第四电极504a的端)之间的x方向上的距离Δd满足Δd>0。
振动发电器500通过这样地构成,能够获得以下的效果。
(7)能够进行低频区域中的大振幅动作
关于(7)进行说明。
从第一基板502的端面起隔着一定的区域而形成第三电极505a、505b,其与实施方式1至实施方式4的电极配置不同。在前述的实施方式中,为了确保静电力,需要通过较大地设定弹簧力(静电力),来防止第一基板至空间的端面为止进行移位,其结果,则需要在某种程度上使弹簧较强。
另一方面,通过本实施方式那样地构成,即使在使静电力变小而第一基板502进行了大振幅动作的情况下,也不会发生第三电极505与第四电极504之间的重叠,因此,在移位相反的方向上产生了静电力(正确地来说,是第三基板方向(x轴方向)及其垂直方向(z轴方向)的矢量和的方向)。因此,通过减小弹簧力(静电力),在更低频区域中,能够进行大振幅动作,并能够发电。
图9是本发明的实施方式5所涉及的另外的振动发电器550的截面图(图9(a))、以及在第一基板502A进行了移位的状态下的振动发电器550的截面图(图9(b))。
另外,尽管在图8所示的实施方式中,在第一基板502的周边部设置有用于产生静电力的区域,但是如图9所示的那样地,将第三电极555与第四电极554a,554b分别设置在第一基板502A与第二基板503A的中央部(x轴方向的中央部)这样的实施方式也包含在本实施方式中。
在该情况下,即使第一基板502A在2个支撑体511之间进行了最大移位的情况下,通过设计为第三电极555与第四电极554a、554b之间不发生重叠,也能够获得相同的效果。
而且,在图9的实施方式中,具有可将第三电极555的个数设为1个这样的优点。
在图8以及图9所示的实施方式中,虽将对第一基板502的向z轴方向上方的移位进行限制作为1个目的来配置第三基板510,但不具有第三基板510这样的实施方式也包含在实施方式5中。
6.实施方式6
图10是本发明的实施方式6所涉及的振动发电器100A的截面图,图11是图10的振动发电器100A的第一基板102A(图11(a))以及第二基板103L(图11(b))的俯视图。图10所示的截面与图11的A-A截面相当。
在实施方式6所涉及的振动发电器中,与实施方式1~5记载的振动发电器的不同点在于:在第一基板的两面(2个主表面的任意一个)具有发电用的电极、以及用于在对置的基板之间形成静电力的电极。另外,伴随着在第一基板的两面这样地配置电极,在与第一基板的一方的面对置而配置的第二基板的基础上,利用了与第一基板的另一方的面对置的第三基板、以及在该第三基板上也配置有发电用的电极、以及在用于在与第一基板之间形成静电力的电极,这些也与实施方式1~5记载的振动发电器不同。
以下,对振动发电器100A详细进行说明。
振动发电器100A由第一基板102A、与第一基板102A的一方的面(图10中,第一基板102A的下面)对置的第二基板103L、与第一基板102A的另一方的面(图10中第一基板102A的上面)对置的第三基板103U构成。
在第一基板102A的一方的面(图10中,下面)上形成有第一电极107La、107Lb、107Lc,在其另一方的面(图10中,上面)上形成有第五电极107Ua、107Ub、107Uc。
另外,在与第一基板102A的一方的面对置的第二基板103L的主表面(图10中为上面)上,将第二电极106La、106Lb、106Lc分别形成在与第一电极107La、107Lb、107Lc对置的位置。
接着,在与第一基板102A的另一方的面对置的第三基板103U的主表面(图10中下面)上,将第六电极106Ua、106Ub、106Uc分别形成在与第五电极107Ua、107Ub、107Uc对置的位置。
在第一基板102A的一方的面上形成第三电极105La、105Lb,在第一基板102的另一方的面形成第七电极105Ua、105Ub。
另外,在与第一基板102A的一方的面对置的第二基板103L的主表面上分别形成第四电极104La、104Lb,在与第一基板102A的另一方的面对置的第三基板103U的主表面上分别形成第八电极104Ua、104Ub。
第一电极107La、107Lb、107Lc、第三电极105La、105Lb、第四电极104La、104Lb、第五电极107Ua、107Ub、107Uc、第七电极105Ua、105Ub、第八电极104Ua、104Ub是包含保持了电荷的膜的驻极体电极。
优选的是,按照第三电极105L(105La、105Lb)与第四电极104L(104La、104Lb)之间作用了静电排斥力(排斥力)的方式,使第三电极105L的所述膜所保持的电荷的极性(即,驻极体电极105L所保持的电荷的极性)与第四电极104L的所述膜所保持的电荷的极性相同(即一方为正则另一方也为正,一方为负则另一方也为负)。
另外,优选的是,第一电极107L(107La、107Lb、107Lc)的所述膜所保持的电荷的极性也与第三电极105L的所述膜所保持的电荷的极性相同。这是由于能够使第一电极107L与第三电极105L同时带有电荷而使工艺变得简便的缘故。
优选的是,相同地按照第七电极105U(105Ua、105Ub)与第八电极104U(104Ua、104Ub)之间作用了静电排斥力(排斥力)的方式,使第七电极105U的所述膜所保持的电荷的极性与第八电极104U的所述膜所保持的电荷的极性相同(即一方为正则另一方也为正,一方为负则另一方也为负)。
并且,优选的是,相同地,对于第五电极107U(107Ua、107Ub、107Uc)的所述膜所保持的电荷的极性,也与第七电极105U以及第八电极104U的所述膜所保持的电荷的极性相同。这是由于能够使第五电极107U、第七电极105U、第八电极104U同时带电而使工艺变得简便的缘故。
另一方面,优选的是,第一电极107L与第五电极107U的所述膜的极性(驻极体电极所保持的电荷的极性)不同。这是由于通过在第一基板102的上下面形成以正的电荷以及负的电荷带电的电极,能够将第一基板102在实质上作为虚拟GND来处理的缘故。
由此优选的是,在第五电极107U、第七电极105U以及第八电极104U所保持的电荷的极性与在第一电极107L、第三电极105L以及第四电极104L所保持的电荷的极性为不同地来构成。
在图10中,虽未进行图示,第二基板103L以及第三基板103U被固定,另一方面,第一基板102未被固定。由此,第一基板102能够在z轴方向、x轴方向以及y轴方向的至少其中一个方向上进行移动。
由于第三电极105La、105Lb与第四电极104La、104Lb保持同极性的电荷,因此,第三电极105La、105Lb与第四电极104La、104Lb之间作用了静电排斥力。基于第一基板102与第二基板103L的相对位置,该静电排斥力的大小发生变化。于是,该静电排斥力能够分解为与第二基板103L的主表面平行的方向中的图10的左右方向(图10中的x方向)的分量、与第二基板103L的主表面垂直的方向(图10中的z方向)的分量、以及与第二基板103L的主表面平行的方向中的与图10的纸面垂直的方向(图10中的y方向)的分量。
相同地,由于第七电极105Ua、105Ub与第八电极104Ua、104Ub保持同极性的电荷,因此,第七电极105Ua、105Ub与第八电极104Ua、104Ub之间作用有静电排斥力。基于第一基板102与第三基板103U的相对位置,该静电排斥力的大小发生变化。于是,该静电排斥力能够分解为与第三基板103U的主表面平行的方向中的图10的左右方向(图10中的x方向)的分量、与第三基板103U的主表面垂直的方向(图10中的z方向)的分量、以及与第三基板103U的主表面平行的方向中的与图10的纸面垂直的方向(图10中的y方向)的分量。
第一基板102A在上述的第三电极105La、105Lb与第四电极104La、104Lb之间的静电排斥力的z方向分量、第七电极105Ua、105Ub与第八电极104Ua、104Ub之间的静电排斥力的z方向分量以及作用在第一基板102A上的重力相平衡的位置处隔着空间而被保持(保持空中悬浮的状态)。
另外,本实施方式的特征是:按照第一基板102A在x轴方向或者y轴方向的至少一方(即,与第一基板102A的主表面平行的方向)上进行移动时要返回原来位置的力(复原力)是由静电力(静电排斥力)的x方向分量或者y方向分量的至少一方所产生的方式,来配置第三电极105La、105Lb与第四电极104La、104Lb以及第七电极105Ua、105Ub与第八电极104Ua、104Ub。
即,通过在第三电极105La、105Lb与第四电极104La、104Lb之间作用的静电力以及在第七电极105Ua、105Ub与第八电极104Ua、104Ub之间作用的静电力,将第一基板102保持在z轴方向的规定的位置,同时,在外力不作用时,也将其保持在x轴方向以及/或者y轴方向(与第一基板102A的主表面平行的方向)的规定的位置。
通过这样地配置第三电极105La、105Lb与第四电极104La、104Lb以及第七电极105Ua、105Ub与第八电极104Ua、104Ub,第一基板102无需利用机械性弹簧,能够在x轴方向以及/或者y轴方向上进行振动。
其结果,通过第一电极107L(107La、107Lb、107Lc)与第二电极106L(106La、106Lb、106Lc)的重叠面积以及第五电极107U(107Ua、107Ub、107Uc)与第六电极106U(106Ua、106Ub、106Uc)的重叠面积进行变化,振动发电器100A进行发电。
其次对电极配置进行说明。
图11(a)表示第一基板102A的下面,图11(b)表示第二基板103L的上面。
如图11(a)所示的那样,第一电极107L(与图10的107La、107Lb、107Lc对应)由其长度方向与y轴平行地配置的条带状的多个电极组成,该多个电极相互电连接地构成。如图11(b)所示的那样,相同地,第二电极106L(与图10的106La、106Lb、106Lc对应的)由与y轴平行地配置的条带状的多个电极组成,该多个电极也相互电连接地构成。即,具有与图3相同的配置。在图11(a)、(b)中,为了简单而未对布线构造进行图示。
沿着在第一基板102A的y轴方向上进行延伸的周边部(端部)配置有2个第三电极105L(与图10的105La、105Lb对应)。
相同地,沿着在第二基板103L的y轴方向上进行延伸的周边部(端部)配置有2个第四电极104L(与图10的104La、104Lb对应)。
并且,在x轴方向,第四电极104L配置在比第三电极105L更外侧。
2个第三电极105L相互电连接。另外2个第四电极106L相互电连接且接地。
在图11(a)所示的实施方式中,具有下述优点:由于可不将第三电极105La配置于第一基板102的全周上而仅配置于周围的一部分上,因而使构造变得简单。相同地,图11(b)所示的实施方式具有下述优点:由于可不将第四电极104L配置于第二基板103L的全周上而仅配置于周围的一部分上,因而使构造变得简单。
另外,尽管在图11(a)、(b)所示的实施方式中,第三电极105L以及第四电极104L分别在所配置的基板的y轴方向上进行延伸的周边部(端部)的全长上进行配置,但也可以仅配置于诸如基板的拐角部(四角落),或者也可以仅在与拐角部分离开的部分上进行配置等那样仅部分配置。
另外,尽管在图11所示的实施方式中,在x方向上,第四电极104L配置于比第三电极105L更外侧,但第三电极105L也可配置于比第四电极104L更外侧。
也可以将以上说明的第一电极107L的配置以及第三电极105L的配置分别适用于对第一基板102A的上面处的第五电极107U的配置以及第七电极105U的配置。
相同地,也可以将以上说明的第二电极106L的配置以及第四电极104L的配置分别适用于对第三基板103U的下面处的第六电极106U的配置以及第八电极104U的配置。
在将第五电极107U的配置以及第七电极105U的配置分别设为与第一电极107L的配置以及第三电极105L的配置相同,且将第六电极106U的配置以及第八电极104U的配置分别设为与第二电极106L的配置以及第四电极104L的配置相同的情况下,不对第一基板102A作用y轴方向的复原力。
由此,为了将第一基板102A的向y轴方向的移位限制在规定的范围内,优选的是,诸如在第二基板103L的y轴方向的端部设置突起等,来设置约束手段。
对振动发电器100的动作进行说明。
如上述那样,由于第三电极105L与第四电极104L具有同极性的电荷,在两者之间,基于静电力的排斥力(静电排斥力)发生作用。相同地,由于第七电极105U与第八电极104U具有同极性的电荷,在两者之间,基于静电力的排斥力发生作用。
由此,如果不对第一基板102作用外力,则第一基板102将保持在规定的位置。即,关于z轴方向,基板102A将悬浮停止在这些排斥力与作用于第一基板102A的重力相平衡的位置。
关于x轴方向,第一基板102A将停止于在第三电极105La与第四电极104La之间以及第七电极105Ua与第八电极104Ua之间作用的排斥力(要将第一基板102A向图10的右方向进行移动的力)与在第三电极105Lb与第四电极104Lb之间以及第七电极105Ub与第八电极104Ub之间作用的排斥力(要将第一基板102A向图10的左方向进行移动的力)相平衡的位置。
接着,当从外部施加振动(外力)时,第一基板102A相对于第二基板103L以及第三基板103U而进行相对移位(进行移动)。对赋予了x轴方向的振动的情况进行说明。在通过振动,第一基板102A向比上述的排斥力相平衡的位置更右侧进行了移位的情况下,与第三电极105La与第四电极104La之间以及第七电极105Ua与第八电极104Ua之间作用的排斥力相比,在第三电极105Lb与第四电极104Lb之间作用的排斥力以及在第七电极105Ub与第八电极104Ub之间作用的排斥力变大,对第一基板102A作用向左方向返回的力。
另一方面,在第一基板102A向比排斥力相平衡的位置更左侧进行移位的情况下,对第一基板102A作用向右方向返回的力。这样,对第一基板102A将产生要向与移位的方向的反方向推回的力(复原力),从而能够将第一基板102A返回至原来的位置。
通过利用该复原力来使第一基板102A相对于第二基板103L以及第三基板103U进行相对移位,第一电极107La、107Lb、107Lc与第二电极106La、106Lb、106Lc的重叠面积以及第五电极107Ua、107Ub、107Uc与第六电极106Ua、106Ub、106Uc的重叠面积发生增减。
通过该重叠面积的增减,在不具有驻极体的第二电极106L(106La、106Lb、106Lc)以及第六电极106U(106Ua、106Ub、106Uc)所感应的电荷量发生增减。通过将该电荷作为电能取出,来进行发电。只要第一基板102A受到来自外部的振动而进行相对移位,并通过静电力而返回至原来的位置使振动继续,该重叠面积的增减也将继续。
根据本发明的实施方式所涉及的振动发电器100,能够获得以下的效果。
(8)即使对于低频的振动也能够发电
(9)提高机械可靠性,以及机械性损耗小
(10)输出电力大
关于(8)进行详细说明。第一基板102A、第二基板103L和第三基板103U不具有现有构造存在的机械性弹性构造体,而是利用基于静电力的弹簧力,所以不被弹性构造体的尺寸、材料常数等所决定的共振频率所制约,即使对低频区域的振动也能够发电。
为了简单起见,将第一基板102A的质量设为m,并假设通过外部振动的加速度a而施加F=ma的力时,第一基板102A通过F的力进行移位。另外,由于移位的量,发生静电力的左右的不平衡,由此,施加成为要返回至原来的位置的力。这样,本实施方式所示的振动发电器100A的第一基板102A的移位量依赖于加速度,因此即使对于低频的振动也能够发电。
关于(9)进行详细说明。
在本实施方式所示的振动发电器100A中不具有在现有构造中所存在的机械性弹性构造体。由此,针对为了确保在构造中的弹性构造体的弹性变形的可靠性而进行具有充分富余的设计进而造成小型化困难等的问题,本实施方式没有发生弹性疲劳的处所。其结果,容易确保在弹簧部处的机械可靠性、以及能够确保小型化和在进行大振幅下的动作的情况下的可靠性。
另外,由于无需形成与由硅以及玻璃等构成的基板完全不同的材料构成的树脂弹簧那样的部件,从而具有构造以及工艺不复杂的优点。
而且,在第一基板102A的下面所形成的第一电极107L(107La、107Lb、107Lc)与在上面所形成的第五电极107U(107Ua、107Ub、107Uc)保持不同极性的电荷。
由此,第五电极107U与第一电极107L中,相对于一方的电极的电位,另一方的电极成为具有相反的电位。由此,在第一基板102A内存在虚拟GND面。
其结果,在第一电极107L与第二电极106L、以及第五电极107U与第六电极106U的配置相同的情况下,在从对置的电极(第二电极106L(106La、106Lb、106Lc)、第六电极106U(106Ua、106Ub、106Uc))取出电能时,从第二电极106L取出的电力的电位与从第六电极106U取出的电力的电位成为逆相。
优选构成为:利用引线等的柔软布线等,将GND从第一基板引出接地。这是由于,不仅形成虚拟GND面,并通过向基准电位(GND)将第一基板102接地,能够实现取出电位的稳定。
关于(10)进行详细说明。
在本实施方式所示的振动发电器中,能够如上述那样,利用2组对置的电极(第一电极107L与第二电极106L、以及第五电极107U与第六电极106U),将电能作为逆相的电压而取出。即,与仅在第一基板的单侧形成电极的实施方式1~5所示的振动发电器相比,在同样地对第一基板进行1次振动时能够获得2倍电力。
(驻极体电极)
以下,在本实施方式中利用的包含保持了电荷的膜的电极(驻极体电极)的细节进行说明。
图12是表示能够作为第一电极107La、107Lb、107Lc、第三电极105La、105Lb、第四电极104La、104Lb、第五电极107Ua、107Ub、107Uc、第七电极105Ua、105Ub以及第八电极104Ua、104Ub的任意一个来利用的驻极体电极的截面图。图12所示的驻极体电极具有与图4所示的驻极体电极相同的构造。
尽管以第五电极107U(107Ua、107Ub、107Uc)为例进行说明,但是不用说,对于其他的电极的情况也分别在对应的基板上可以具有相同构成。
在第一基板102A上形成导电体117a。在导电体117a的上部,形成有第一绝缘体117b、作为保持了电荷的膜的驻极体117c以及第二绝缘体117d。
将第五电极107Ua、107Ub、107Uc的各自的导电体117a进行电连接。
另外,驻极体117c可在导电体117a的整体上形成,另外,尽管也可以仅配置于条带状的导电体117a上的一部分上,但是由于在条带状的导电体117a的一部分上形成的情形从工艺、设备特性的稳定性考虑时较为优选。
尤其优选的是,作为第一基板102而利用高电阻的基板,在该情况下,驻极体117c最好仅在导电体117a之上形成。通过这样地形成,在注入电荷时,能够将电荷强制地注入驻极体117c中,能够制作电荷更稳定的驻极体。
另外,在此所说的高电阻的基板并不是仅指基板整体为电阻率高的基板,也包含在低电阻基板(例如,低电阻硅基板)的表面形成氧化膜等绝缘膜的基板,不用说,即使利用后者也能获得与前者相同的效果。
其次,对用作驻极体117c的驻极体材料进行说明。
如上述那样,第一电极107L、第三电极105L、第四电极104L、五电极107U、第七电极105U以及第八电极104U是作为具有保持了电荷的驻极体膜的驻极体电极而构成的。
作为构成驻极体膜117c的驻极体材料,能够利用聚丙烯、聚酯对苯二酸盐、聚乙烯氯化物等的高分子材料、或者氧化硅等无机材料。在这些当中,优选利用绝缘耐压、耐热性优良的氧化硅。
另外,为了提高耐湿性,在作为电荷保持膜的氧化硅的周围通过氮化硅膜等绝缘膜来完全地覆盖的构造是较为优选的。例如在利用氧化硅的情况下,通过采用由氮化硅膜等绝缘膜对氧化硅的周围进行完全地覆盖的构造,能够获得绝缘耐压、耐热性且耐湿性优良的驻极体117c。
另外,在本实施方式中示出了第一电极107L与第五电极107U保持不同极性的电荷的示例。但是,例如,在通过从第一基板102A设置引线等的电取出构件,将第五电极107U与第一电极107L接地,第五电极107U与第一电极107L保持同极性的电荷的情况下,振动发电器100A能够发电。在该情况下,由于从第二电极106L与第六电极106U将其作为同相位的电位(同极性的电荷)输出,因此,通过将输出端子作为公共而进行布线,则能取出所发电的电力。
这样地,通过将第一电极107L与第五电极107U设为同极性,能够将作为驻极体电极的第一电极107L、第三电极105L、第四电极104L、第五电极107U、第七电极105U以及第八电极104U的所有电极所保持的电荷设为同极性。可以在制造时同时地使其带电荷,从而具有工艺简便这样的优点。
另外,在本实施方式中,关于被对置地配置且对发电做出贡献的电极,示出了第一电极107La、107Lb、107Lc以及第五电极107Ua、107Ub、107Uc是保持了电荷的驻极体电极,而第二电极106La、106Lb、106Lc以及第六电极106Ua、106Ub、106Uc是不含驻极体的通常电极的示例。
但是,也可以为:驻极体电极是第二电极106La、106Lb、106Lc以及第六电极106Ua、106Ub、106Uc,而第一电极107La、107Lb、107Lc以及第五电极107Ua、107Ub、107Uc是通常的电极,不用说,即使在该情况下也可获得相同的效果。
另外,尽管在图10、图11、图12中虽未示出,以导电体117a可与外部端子电连接的方式来形成第一绝缘体117b、第二绝缘体117d。第一绝缘体117b、第二绝缘体117d以至少覆盖驻极体117c的方式形成即可,无需使第一绝缘体117b、第二绝缘体117d在基板的整个面上进行成膜。
另外,尽管在图11所示的实施方式中,第二电极106La、106Lb、106Lc仅在与第一电极107La、107Lb、107Lc相对置的部分形成,但优选的是,直至超过了第一电极107L的区域(直至比第一电极107L(第一电极107La以及107Lc)更外侧)形成第二电极106L。更为优选的是,直至第一基板102A(尤其是第一电极107L)的振动界限(通过振动可移位的范围)形成第二电极106L。
优选的是,相同地,直至超过了第五电极107U的区域(直至比第五电极107U(第五电极107Ua以及107Uc)更外侧)形成第六电极106U。更为优选的是,直至第一基板102A(尤其是第五电极107U)的振动界限(通过振动可移位的范围)形成第六电极106U。
通过这样地构成,能够获得以下的效果。
(11)能够将重叠面积的增减设为一定
在将第二电极106L仅形成在与静止的状态下的第一电极107L大致对置的位置时,在第一基板102以大振幅(大移位)进行振动的情况下,存在第一电极107L(尤其是位于端部的第一电极107La、107Lc)与第二电极106L不发生重叠的时间增加,发生重叠面积的增减量降低这样的问题。
在将第六电极106U仅形成在与静止的状态下的第五电极107U大致对置的位置时,第一基板102以大振幅(大移位)进行振动的情况下,同样如此。
但是,通过与第一电极107L的区域相比更大地形成第二电极106L(直至第一电极107L的外侧进行形成),能够防止重叠面积的增减的下降,能够将重叠面积的增减总是维持为一定。即,能够使振动发电器100A的发电量稳定化。
在与第五电极107U的区域相比更大地形成第六电极106U的区域(直至第五电极107U的外侧进行形成)的情况下,也能够获得相同的效果。
这样的第二电极106L以及第六电极106U的构成,尤其是在本实施方式所示的利用静电力的构造那样,能够增大第一基板102A的振幅,在超过第二电极106L或者第六电极106U的幅宽(例如第二电极102La那样的各个电极的幅宽)而进行振动的振动发电器中,效果较好。
而且,即使第一基板102的表面(主表面)的形状为图2所示的正方形以外的矩形或者其他的形状,不用说,通过设为本实施方式中所示的发电用电极(第一电极107L、第五电极107U)以及静电力产生用电极(第三电极105L、第七电极105U)的配置,能够获得相同的效果。
另外,尽管在图10所示的实施方式中,形成了第二基板103L以及第三基板103U被固定而不振动的构成,但对于第二基板103L与第三基板103L的任意一方或者两方,与第一基板102A相同地,可以采用不固定而可振动(移动)的构造。
在图10所示的实施方式中,如上述那样,振动发电器100A利用第三电极105L(105La、105Lb)与第四电极104L(104La、104Lb)之间的静电力以及第七电极105U(105Ua、105Ub)与第八电极104U(104Ua、104Ub)之间的静电力来对第一基板102A赋予复原力。这样,通过对第一基板102A的上面侧与下面侧的两方作用复原力,在形成向平面方向(与第一基板102A的主表面平行的方向)的复原力的同时,可防止仅对上方或者下方施加力,能够稳定地进行动作,所以较为优选。
但是,例如通过不设置第七电极105U(105Ua、105Ub)与第八电极104U(104Ua、104Ub),而设置第三电极105L(105La、105Lb)与第四电极104L(104La、104Lb),仅对第一基板102A的下侧使静电力发生作用,振动发电器100A也可发电。
于是,这样地将产生复原力的电极仅设置在第一基板102A的一侧的实施方式当然也包含在本实施方式中。
·变形例
图13是表示本实施方式的变形例所涉及的第一基板122A(图13(a))的下面图以及第二基板123L(图13(b))的俯视图。
相对于图11所示的第一基板102A中,仅在基板的周边中在y轴方向进行延伸的部分上配置有第三电极105L,不同点在于:在变形例的第一基板122A中,沿着基板的端部(外周)的全周配置有第三电极(驻极体电极)125L。
相同地,与图11的第二基板103L的不同点在于:第二基板123L也沿着其端部(外周)的全周配置有第四电极(驻极体电极)104L。
即,在图13所示的变形例中,具有与图2所示的情形相同的电极构造。
第一基板122A的第三电极125L以外的部分可与第一基板102A相同,例如第一电极127L可与上述的第一电极107L相同。相同地,第二基板123L的第四电极124L以外的部分可与第二基板103L相同,例如第二电极126L可与上述的第二电极106L相同。
第二基板123L上的第四电极124L按照形成为比第一基板122A上的第三电极125L更外侧的方式来进行配置。于是,由于第四电极124L与第三电极125L是同极性的驻极体电极,在第四电极124L与第三电极125L之间产生静电排斥力。除了x轴方向以及z轴方向之外,该静电排斥力也在y轴方向上产生。
即,本变形例中,作用于第一基板122A的复原力与图10所示的实施方式相同,除在x轴方向与z轴方向之外,还在y轴方向上进行作用。其结果,由于即使通过外力,第一基板122A在x轴方向以外的诸如y轴方向上进行移位,也能够产生将第一基板122A返回至规定的位置的力,因此,具有能够使振动发电器更稳定地进行动作这样的效果。
为了更可靠地获得该效果,优选将配置于第一基板122A的上面的第七电极的形态设为与第三电极125L相同,将配置于第三基板103U的下面的第八电极的形态设为与第四电极124L相同。
另外,尽管在图13所示的实施方式中,第四电极124L按照形成在比第三电极125L更外侧的方式来进行配置,但也可以配置为第三电极125L形成在比第四电极124L更外侧。
7.实施方式7
图14是本发明的实施方式7所涉及的振动发电器200A的截面图。与实施方式6的不同点在于:第一基板202A与第二基板203L之间以及第一基板202A与第三基板203U之间形成有突起体209La、209Lb、209Ua、209Ub。
另外,对于在图14所示的各构件,为明确其是本实施方式所涉及的构件,而赋予伴有200系列的数字的标记。如没有特别说明,各构件与100数位的数字以外以相同标记所示的实施方式6的相对应构件相同。
突起体209La、209Lb、b209Ua、209Ub的一端被固定在第二基板203L以及第三基板203U的一方,另一端未被固定地可与第一基板202A接触。或者,突起体209La、209L、b209Ua、209Ub的一端被固定在第一基板202A,另一端未被固定在第二基板203L或者第三基板203U的一方,且可与其接触。
在图14所示的实施方式中,突起体209La、209Lb的一端(下方端部)被固定在第二基板203L上,另一端(上方端部)未被固定而可与第一基板202A的下面进行接触。另一方面,突起体209Ua、2009Ub的一端(上方端部)被固定在第三基板203U上,另一端(下方端部)未被固定而可与第一基板202A的上面进行接触。
通过突起体209La、209Lb、b209Ua、209Ub,能够更可靠地避免静摩擦。
以下,对振动发电器200A的动作进行说明。
振动发电器200A通过来自外部的振动而使第一基板202A相对于第二基板203L以及第三基板203U进行移位(图14中的箭头208方向)来进行发电。此时,第一基板202A通过来自外部的振动进行了移位后,通过静电力而返回至规定的位置。
在第一基板202A进行了移位的情况下,与移位的方向相反侧的静电力变弱。
在第一基板202A例如向图14的右方向进行了移位的情况下,第三电极205Lb与第四电极204Lb之间以及第七电极205Ub与第八电极204Ub之间所产生的静电排斥力将比第三电极205La与第四电极204La之间以及第七电极205Ua与第八电极204Ua之间所产生的静电排斥力变强。
这意味着如考虑有关静电排斥力的x轴方向的分量,使基板202A向左方向返回,即返回至原来的位置的复原力发挥作用。
另一方面,如考虑静电排斥力的z轴方向的分量,则意味着要将基板202A保持于z轴方向的静电排斥力在基板202A的右侧与左侧不同。即,表示存在z轴方向的移位成为不稳定的情况。
于是,在本实施方式中,通过设置突起体209La、209Lb、209Ua、209Ub,通过该突起体来保持第一基板202A,将z轴方向的移位限制在规定的范围内,能够使第一基板202A更稳定地进行动作。
即,通过这样地构成,能够获得以下的效果。
(12)能够使第一基板更稳定地进行动作。
关于(12)进一步进行说明。
如在本实施方式的动作的说明中所示的那样,通过以能够保持第一基板202A的方式来构成突起体209La、209Lb、209Ua、209Ub,即使由于在第一基板202A进行了移位时,在与移位方向和与移位相反的方向之间产生静电力的不平衡,也能够使第一基板202A更稳定地进行动作。
尤其是,在能够以大振幅进行动作的本发明所涉及的振动发电器中,能够使第一基板较大地进行移位,该移位变得越大,第一基板的一端侧与另一端侧(例如,图14的右侧与左侧)之间越容易产生静电力的不平衡。
于是,由于该静电力的不平衡而在第一基板产生倾斜时,上下方向的力的施加也产生不平衡,因此,存在需要对不平衡的补正的情况。但是,当为了对不平衡进行补正而增大静电力时,x轴方向的复原力变得过大,导致产生第一基板通过外部振动而不能充分移位这样的问题。
但是,在本实施方式中,通过设置突起体209La、209Lb、209Ua、209Ub来对第一基板202A在z轴方向的移位进行限制(控制),能够防止倾斜的发生。其结果,能够扩大具有伴随着大移位的基板的振动发电器的可利用范围。
另外,在本实施方式中,也优选的是,直至超过第一电极207L的区域(直至比第一电极207L(第一电极207La以及207Lc)更外侧)形成第二电极206L。更为优选的是,直至第一基板202A(尤其是第一电极207L)的振动界限(通过振动可移位的范围)形成第二电极206L。
相同地,也优选的是,直至超过了第五电极207U的区域(直至比第五电极207U(第五电极207Ua以及207Uc)更外侧)形成第六电极206U。更为优选的是,直至第一基板202A(尤其是第五电极207U)的振动界限(通过振动可移位的范围)形成第六电极206U。
突起体209La、209Lb、209Ua、209Ub也可以是绝缘体或半导体材料。
另外,突起体209La、209Lb、209Ua、209Ub也可包含导电体而形成,在该情况下,可与第一基板202上的电极进行电连接,并用于电极取出。
图14所示的实施方式中,突起体209La、209Lb、209Ua、209Ub设置在第一基板202A与第二基板203L之间(第一基板202A的下侧)、以及第一基板202A与第三基板203U之间(第一基板202A的上侧)的两方。这是为了即使在第一基板202A进行了更大的移位,第一基板202A也发生不倾斜而稳定振动而优选的实施方式。
优选地,分别形成多个突起体209La、209Lb或者突起体209Ua、209Ub,更为优选的是形成有3个以上。这是由于能更稳定地使第一基板202A进行振动的缘故。
在图14所示的实施方式中,突起体209La、209Lb以及突起体209Ua、209Ub是具有从第二基板203L或者第三基板203U朝第一基板202其直径变细的凸状形状,但也并不限于此,也可以为诸如三角锥、三角柱、圆柱那样的其他的形状。
8.实施方式8
图15是本发明的实施方式3中的振动发电器300A的截面图。与实施方式6的不同点在于:第一电极307La、307Lb、307Lc与第五电极307Ua、307Ub、307Uc的大小不同,另外,第三电极305La、305Ub以及第四电极304La、504Lb、与第七电极305Ua、305Ub以及第八电极304Ua、504Ub的大小不同。
其他构成与实施方式6相同。
另外,对于在图15所示的各构件,为明确其是本实施方式所涉及的构件,而赋予伴有300系列的数字的标记。如没有特别说明,各构件与100数位的数字以外以相同标记所示的实施方式6的相对应构件相同。
通过这样地构成振动发电器300A,能够获得以下的效果。
(13)对带电量的不平衡的补正
关于(13)进行说明。
第一电极307La、307Lb、307Lc、第三电极305La、305Lb、以及第四电极304La、304Lb分别保持同极性的电荷。另外,第五电极307Ua、307Ub、307Uc、第七电极305Ua、305Ub、以及第八电极304Ua、304Ub分别保持同极性的电荷。另一方面,第一电极307La、307Lb、307Lc、第三电极305La、305Ub、以及第四电极304La、304Lb所保持的电荷的极性与第五电极307Ua、307Ub、307Uc、第七电极305Ua、305Ub、以及第八电极304Ua、304Ub所保持的电荷的极性不同。
对于驻极体电极,其大小,尤其是保持了电荷的驻极体的大小即使相同,如保持的电荷的极性不同则能够保持的电荷的量不同。由此,将不同极性的电极的大小(更详细而言,电极的驻极体的体积)设为相同时,能保持的电荷量不同,而在静电力以及所发电的电力量将产生不平衡。
于是,如本实施方式所示那样地,按照将第一基板302A所产生的静电力在同基板的上下的电极上实质上设为相等的方式来变更电极尺寸(保持了电荷的驻极体的体积),能够进行带电量的不平衡的补正,另外也不产生发电量的不平衡。
而且,通过变更在第一基板302A的上下所形成的电极的尺寸,能够容易地区分同基板的上下,可防止在制造工序中的失误等,在制造上的效果也较大。
另外,在本实施方式中,优选的是,直至超过第一电极307L的区域(直至比第一电极307L(第一电极307La以及307Lc)更外侧)形成第二电极306L。更为优选的是,直至第一基板302A(尤其是第一电极307L)的振动界限(通过振动可移位的范围)形成第二电极306L。
相同地,优选的是,直至处于超过第五电极307U的区域(直至比第五电极307U(第五电极307Ua以及307Uc)更外侧)形成第六电极306U。更为优选的是,直至第一基板302A(尤其是第五电极307U)的振动界限(通过振动可移位的范围)形成第六电极306U。
9.实施方式9
图16是本发明的实施方式9所涉及的第三基板403U的俯视图(图16(a))与第三基板403U的B-B处的截面图(图16(b))。
在图16中,第三基板403U在周边部形成有第八电极404U。在第三基板403U上形成有第六电极406U。更详细而言,虽未进行图示,但是在与第五电极对置的位置形成有第六电极406Ua、406Ub、406Uc,通过布线电极406Ud而进行电连接。此时,按照在第三基板403U的4个角部中的至少1个中进行与外部的取出的方式,在第八电极404U的一部分设置有切口。
另外,第八电极404U的电连接经由电极414U(404Ua)而接地。
在此,与图3相同地,第八电极404U由导电体404a、第一绝缘体404b、保持了电荷的驻极体404c、第二绝缘体404d来构成。
关于包含第三基板403U的振动发电器的动作,其与其他的实施方式相同。
通过这样地构成第三基板403U,能够获得以下的效果。
(14)能够减小对基于静电力的弹簧力的影响。
关于(14)进行说明。在本实施方式中,通过第三基板403U的端部来进行第六电极406U的取出。
由此,即使第一基板在x轴方向、或者y轴方向进行了移位,也能够无损于由沿着第三基板403U的周边部配置的第八电极404U所产生的静电,能够将第一基板返回至原来的位置。
另外,即使第一基板在斜方向(例如相对于x轴与y轴的45°的方向)进行了移位的情况下,能够通过在第三基板403U的4边所配置的第八电极404U将第一基板返回至期望的场所。这样,通过在静电力的效果最小的区域进行电极取出,能够不减小弹簧力(复原力)地进行电极取出。
另外,尽管在图16中,作为第六电极406U而记载有3个电极(406Ua、406Ub、406Uc),但以更多的条带状的电极来构成第六电极406U也能够获得相同的效果。通过以数量更多的第六电极来构成,相对于第一基板的移位,能够获得输出更多的电力等的效果。
另外,这样的本实施方式的第三基板403U的构成也可适用于第二基板。包含下述的第二基板的振动发电器也当然被包含在本实施方式中,该第二基板具有:与上述的第八电极404U相同构成的第四电极、与上述的第六电极406U相同构成的第二电极,且根据需要,为了该第二电极的电连接而具有与上述的电极414U相同构成的电极。
10.实施方式10
图17是本发明的实施方式10所涉及的振动发电器500A的截面图(图17(a))、与第一基板502A进行了移位的状态下的振动发电器500A的截面图(图17(b))。
另外,对于在图17所示的各构件,为明确其是本实施方式所涉及的构件,而赋予伴有500系列的数字的标记。如没有特别说明,各构件与100数位的数字以外以相同标记所示的实施方式6至9的相对应构件相同。
在图17(a)中,第三基板503U通过支撑体511而固定地配置于第二基板503L的上部。第一基板502A被配置为在第三基板503U与第二基板503L之间且在2个支撑体511之间,在其上部以及下部具有空间。即,第一基板502A按照在第三基板503U与第二基板503L之间进行悬浮的方式(与第三基板503U以及第二基板503L分离开)进行配置。
与实施方式6相同地,通过在第一基板502A的下面所形成的第三电极505La、505Lb和在第二基板503L的上面上所形成的第四电极504La、504Lb之间作用的静电力、以及在第一基板502A的上面所形成的第七电极505Ua、505Ub和在第三基板503U的下面上所形成的第八电极504Ua、504Ub之间作用的静电力,来保持第一基板502A。
在此,为了简单,省略有关布线以及突起体的记载。
尽管第一基板502A能够在x轴方向进行移位,但是其可移位(振动)的范围由2个支撑体511所控制。即,第一基板502A可进行变位直至第一基板502A的一方的端部接触支撑体511的位置。
第四电极504La、504Lb形成在支撑体511的附近(第二基板503L的端面的附近)。另外,第三电极505La、505Lb从端面起隔着规定的区域形成在第一基板502A的端面的附近。
按照第一基板502A进行振动而在2个支撑体511之间进行移位时,第三电极505La、505Lb不与第四电极504La、504Lb发生重叠(在x轴方向,第三电极505La、505Lb总是位于比第四电极504La、504Lb更内侧)的方式来形成其。即,将在第一基板502A的端面所设置的区域的大小(x轴方向的长度)形成为比第四电极504La、504Lb的大小(x轴方向的长度)大。
相同地,第八电极504Ua、504Ub形成在支撑体511的附近(第三基板503U的端面的附近)。另外,第七电极505Ua、505Ub从端面起隔着规定的区域形成在第一基板502A的端面的附近。
按照第一基板502A进行振动而在2个支撑体511之间进行移位时,第七电极505Ua、505Ub不与第八电极504Ua、504Ub发生重叠(在x轴方向,第七电极505Ua、505Ub总位于比第八电极504Ua、504Ub更内侧)的方式来形成其。即,将在第一基板502A的端面所设置的区域的大小(x轴方向的长度)形成为比第八电极504Ua、504Ub的大小(x轴方向的长度)大。
关于这样形成的振动发电器500A的动作进行说明。
振动发电器500A通过来自外部的振动使第一基板502A相对于第二基板503L以及第三基板503U进行移位来进行发电。此时,尽管第一基板502A通过来自外部的振动进行移位,由于即使在2个支撑体511之间移位到最大限度的情况下,不发生含有保持了电荷的膜的第三电极505La、505Lb与第四电极504La、504Lb之间的重叠、以及第七电极505Ua、505Ub与第八电极504Ua、504Ub之间的重叠,因此,通过静电力,第一基板502A受到与移位反方向的力。
另外,在此所说的不发生第三电极505La、505Lb与第四电极504La、504Lb的重叠意味着没有第三电极505La、505Lb与第四电极504La、504Lb不完全重叠的情况。
即,如图17(b)所示那样,即使在第一基板502的移位成为最大的情况下,在第三电极的端部与第四电极的端部(图17(b)中,第三电极505La的端部与第四电极504La的端部)在x方向上的距离Δd满足Δd>0。
相同地,第七电极的端部与第八电极的端部在x方向上的距离Δd也满足Δd>0。
通过这样地构成振动发电器500A,能够获得以下的效果。
(15)可进行低频区域中的大振幅动作
关于(15)进行说明。
第三电极505La、505Lb以及第七电极505Ua、505Ub从第一基板502A的端面起隔着一定的区域而(以一定的距离)形成,与实施方式6至实施方式10的电极配置不同。在前述的实施方式中,为了确保静电力,需要通过较大地设定弹簧力(静电力),来防止第一基板至空间的端面为止进行移位,其结果,则需将弹簧力较强地设为某种程度。
另一方面,通过如本实施方式那样地进行构成,即使减小静电力并且第一基板502A进行大振幅动作的情况下,也不发生第三电极505La、505Lb与第四电极504La、504Lb之间的重叠以及第七电极505Ua、505Ub与第八电极504Ua、504Ub之间的重叠,因此,在与移位相反的方向发生静电力(更为正确而言,第二基板方向(x轴方向)和与其垂直的方向(z轴方向)的矢量和的方向)。由此,通过减小弹簧力(静电力),能够在更低频区域中进行大振幅动作,能够发电。
另外,例如即使通过不设置第七电极505U(505Ua、505Ub)与第八电极504U(504Ua、504Ub),而设置第三电极505L(505La、505Lb)与第四电极504L(504La、504Lb),仅对第一基板502A的下侧作用静电力,振动发电器500A也能够发电。
于是,仅在第一基板502A的一侧设置用于这样产生复原力的电极的实施方式也当然包含在本实施方式中。
图18是本发明的实施方式10所涉及的其他的振动发电器550A的截面图(图18(a))、以及第一基板502B进行了移位的状态下的振动发电器550A的截面图(图18(b))。
图17所示的实施方式是在第一基板502A的周边部(端部附近)设置有用于产生静电力的区域。另一方面,图18所示的实施方式中,分别将第三电极555L与第四电极554La、554Lb设置在第一基板502B的下面的中央部(x轴方向的中央部)与第二基板503LA上面的中央部,而且将第七电极555U与第八电极554Ua、554Ub分别设置在第一基板502B的上面的中央部(x轴方向的中央部)与第三基板503UA下面的中央部。
这样的实施方式也包含在本实施方式中。
在该情况下,即使第一基板502B在2个支撑体511之间进行了最大移位的情况下,也按照不发生第三电极555L与第四电极554La、554Lb之间的重叠以及第七电极555U与第八电极554Ua、554Ub之间的重叠的方式来进行设计,能够获得与振动发电器500A相同的效果。
而且,在图18的实施方式中,具有能够将第三电极555L以及第七电极555U的个数设为一个这样的优点。
另外,根据需要,也可在基板502A的中央部配置多个第三电极555L以及/或者第七电极555U。
另外,在图18所示的实施方式中,例如即使通过不设置第七电极555U与第八电极554U,而设置第三电极555L与第四电极554L,以仅对第一基板502B的下侧作用静电力,振动发电器550A也能够发电。
于是,将产生这样的复原力的电极仅设置在第一基板502B的一侧的实施方式也当然包含在本实施方式中。
11.实施方式11
对则本发明的实施方式11的振动发电装置进行说明。图19是本实施方式所涉及的振动发电装置600的方框图。图19所示的振动发电器601是实施方式1~实施方式10中所示的振动发电器的任意一个。
在图19中,振动发电装置600由振动发电器601、整流电路602、电压转换电路603、输出切换电路604、蓄电电路605以及电压控制电路606构成。从振动发电器601输出的交流电压由整流电路602转换为直流电压。将直流电压输入至电压转换电路603,并电压转换直至振动发电装置600的输出电压电平,将转换后的电压通过输出切换电路604输入至电压控制电路606或者蓄电电路605中。电压控制电路606中,按照使输出电压成为一定的方式进行电压控制而输出。
对于以上那样地构成的振动发电装置600的动作,参照图20来进行说明。
图20是表示振动发电装置600的各部的电压波形,图20(a)是振动发电器601的输出电压波形。在本实施方式中,为了简单起见,假设在第一基板的移位方向发生变化的位置也能够高效地进行发电,通过基于振动的重叠面积的增减,来输出正弦波电压。在此,由于第一基板的振动振幅、第一基板与第二基板间的间隙、驻极体膜的保持了电荷量以及由振动发电器601来看时的外部阻抗的大小等的不同,而振动发电器601的输出电压的电压振幅Vg会不同。从振动发电器601所输出的交流电压由整流电路602转换为直流电压VDC1(图20(b))。通过电压转换电路603对VDC1进行电压转换,直至转换为振动发电装置600的输出电压电平VDC2。在不必从振动发电装置600进行电压输出时,输出切换电路604的动作是不对电压控制电路606进行输出,而在蓄电电路605中蓄积所发电的电力,另外,在需要从振动发电装置600进行电压输出但发电量较小时,进行切换以将蓄电电路605中蓄积的电力进行输出。关于来自输出切换电路604的输出,其是通过电压控制电路606而控制成为期望的输出电压VOUT后进行的输出(图20(c))。
另外,如前述那样,振动发电器600的输出电压由于各种原因而发生变动。为了与此相对应,最好将VDC2设定为比最终输出的电压VOUT略高的电压。通过进行这样的设定,即使对于微小的电压变动,也能够将输出电压设为一定。作为示例,对进行1.8V的输出的情况进行说明,在将VDC2设定为1.8V的情况下,振动发电器的输出电压减小时,振动发电器600的输出电压也减小,例如,如果将VDC2设定为2V,则针对0.2V的电压减小而能够充分地控制等,在利用上的效果较大。
图21是表示本实施方式所涉及的其他的构造的振动发电装置610的方框图。
在图21中,振动发电器610是实施方式1~实施方式10的任意一个中所示的振动发电器。
振动发电装置610由振动发电器611、整流电路612、电压转换电路613、输出切换电路614、蓄电电路615以及电压控制电路616构成。从振动发电器611输出的交流电压由整流电路612转换为直流电压。将直流电压输入至电压转换电路613并电压转换为振动发电装置610的可电压控制的电压电平,将转换后的电压通过电压控制电路606而控制成为期望的电压后输入蓄电电路615。在输出控制电路614中,使蓄电电路615中蓄积的电力与负载的状态相匹配地进行输出控制。
在具有这样的构成的振动发电装置610中,不用说,也能够获得与振动发电装置600相同的效果。
尽管振动发电装置610的动作与振动发电装置600的动作大致相同,但是进行设定,以便将电压控制电路616的输出电压控制成对蓄电电路615的最佳的电压。另外,输出控制电路614根据负荷的状态,对来自振动发电装置610的输出进行控制。
12.实施方式12
图22是装载于汽车上的轮胎空气压监视系统中所使用的通信装置700的方框图。在图22中,发电装置701表示实施方式11中所示的振动发电装置。
在图22中,通信装置700由下述构成:通过振动进行发电的发电装置701、作为通信装置的主电源或者发电装置701的副电源的电池702、对来自发电装置701的输出与来自电池702的输出进行切换并提供给电路部的电源控制部703、对轮胎的空气压进行测量的压力传感器704、对来自压力传感器的输出进行处理并传递给通信部的处理部705、将来自处理部705的输入信号转换为高频信号并向天线707进行传递的通信部706、以及天线707。
对以上那样构成的通信装置700的动作进行说明。
通过电源控制部703从发电装置701或者电池702供给在压力传感器704、处理部705、通信部706进行动作所需的电力。压力传感器704对轮胎的空气压进行测量,并将测量结果转换为电压信号而输入给处理部705。将处理部705所处理的信号输入至通信部706,并将其作为高频信号从天线707传输。
这样,在将振动发电装置作为通信装置的电源而利用的情况下,能够降低电池更换等的维护作业次数,或者成为无需电池更换这样的状况,在利用上的效果较大。
另外,在本实施方式中,示出了并用振动发电装置与电池的例子,但是,只要来自振动发电装置的输出电力能充分提供在压力传感器、处理部、通信部等电路中消耗的电力、通信中所需的电力,仅振动发电装置也可。在该情况下,无需电池、以及电源控制部,在设备的小型化这一点上较为有效。
而且,尽管在本实施方式中,以利用实施方式1至11所示的振动发电器、振动发电装置为例进行了示出,但是只要是能够将来自外部的振动转换为电力的振动发电器即可,不用说,其他的振动发电器也可以获得相同的效果。
而且,尽管在本实施方式中,以利用实施方式1至11所示的振动发电器,振动发电装置为例进行了示出,但是只要是能够将来自外部的振动转换为电力的振动发电器即可,不用说,其他的振动发电器也可以获得相同的效果。
13.实施方式13
图23表示玩具等中所装载的发音的电子设备800的方框图。在图23中,发电装置801表示实施方式11所示的振动发电装置。
在图23中,电子设备800由下述构成:通过振动进行发电的发电装置801、作为通信设备的主电源或者发电装置801的副电源的电池802、对来自发电装置801的输出与来自电池802的输出进行切换并提供给电路部的电源控制部803、对来自外部的响应(例如,按钮按压、倾斜等)进行检测的传感器804、对来自传感器的输出进行处理并传递给通信部的处理部805、通过来自处理部805的输入信号向扬声器807传递的控制部806、以及扬声器807。
对以上那样地构成的通信装置(电子设备)800的动作进行说明。
通过电源控制部803从发电装置801、或者电池802来提供传感器804、处理部805、控制部806进行动作所需的电力。传感器804对来自外部的响应进行检测,并将检测结果输入至处理部805。在处理部805所处理的信号超过期望的值时,该其输入至控制部806,并从扬声器807输出声音。
这样,在将振动发电装置作为电子设备的电源而利用的情况下,能够形成电池更换等的维护作业次数降低或者无电池更换这样的状况,在利用上的效果较大。
另外,在本实施方式中,示出了并用振动发电装置与电池的例子,但是,只要来自振动发电装置的输出电力能充分地提供在压力传感器、处理部、通信部等的电路中消耗的电力、通信中所需的电力,仅有振动发电装置也可。在该情况下,无需电池、以及电源控制部,在设备的小型化这一点上较为有效。
而且,在本实施方式中,以利用实施方式1至11所示的振动发电器,振动发电装置为例进行了示出,但是只要是能够将来自外部的振动转换为电力的振动发电器即可,不用说,其他的振动发电器也可以获得相同的效果。
另外,本次所揭示的实施例在所有的点均是例示,不应认为是对发明的限制。本发明的范围并非由上述说明而是权利要求书的范围来示出,包括与权利要求的范围是均等的含义以及在范围内的所有变更。
本申请是以日本国专利申请特愿2009-275612与特愿2009-293721为基础申请主张优先权的申请。通过参照专利申请特愿2009-275612与特愿2009-293721,并将其写入本说明书。
产业上的利用可能性
本发明所涉及的振动发电器能够进行第一基板的大振幅动作与低频区域的外部振动的发电,且通过排除伴随弹性变形的弹簧来提高可靠性,其作为静电感应型振动发电器是有用的。另外,本发明所涉及的振动发电器在小电力的无线通信模块、其他电子设备等的用途中非常有用。
符号说明
100、100A    振动发电器
101          发电区域
102、102A    第一基板
103、103L    第二基板
103U            第三基板
104a、104b      驻极体电极
105a、105b      驻极体电极
106a、106b、106c、106La、106Lb、106Lc    第二电极
107a、107b、107c、107La、107Lb、107Lc    第一电极
108             振动方向
209a、209b、209Ua、209La、209Ub、209Lb   突起体
600             振动发电装置
700             通信装置
800             电子设备

Claims (20)

1.一种振动发电器,其包括:
第一基板;
第一电极,其配置于所述第一基板上;
第二基板,其与所述第一基板分离开并对置地配置;以及
第二电极,其配置于所述第二基板上,
所述第一基板相对于所述第二基板能振动,且所述第一电极与所述第二电极中的一个包含保持了电荷的膜,
所述振动发电器还包括:
第三电极,其配置于所述第一基板上,且包含保持了电荷的膜;以及
第四电极,其配置于所述第二基板上,且包含保持了电荷的膜,
其中,按照在外力未对所述第一基板进行作用时,将所述第一基板保持在规定的位置,而在外力对所述第一基板进行作用而所述第一基板相对于所述第二基板进行了移动时,作用使所述第一基板返回至所述规定的位置的静电力的方式来配置所述第三电极与所述第四电极。
2.根据权利要求1所述的振动发电器,其特征在于,
所述第一电极与所述第二电极中的一个具有的所述保持电荷的膜、所述第三电极具有的所述保持电荷的膜、以及所述第四电极具有的所述保持电荷的膜保持同极性的电荷。
3.根据权利要求1或2所述的振动发电器,其特征在于,
具有对所述第一基板的所述振动的振幅进行规定的限制部件,
所述第三电极配置于所述第一基板的端面附近,
所述第四电极配置于所述第二基板的端面附近且配置于即使所述第一基板进行所述振动而所述第三电极与所述第四电极也不重叠的位置。
4.根据权利要求1或2所述的振动发电器,其特征在于,
具有对所述第一基板的所述振动的振幅进行规定的限制部件,
所述第三电极配置于所述第一基板的中央部,
所述第四电极配置于所述第二基板的中央部且配置于即使所述第一基板进行所述振动而所述第三电极与所述第四电极也不重叠的位置。
5.根据权利要求1至4任意一项所述的振动发电器,其特征在于,
包括突起体,该突起体的一端固定在所述第二基板上,另一端与所述第一基板接触并与所述第一基板电连接。
6.根据权利要求5所述的振动发电器,其特征在于,
包括:
第三基板,其与所述第一基板的、和所述第二基板对置的面相反侧的面进行对置,并与所述第一基板分离开;以及
第二突起体,其一端固定在所述第三基板上,另一端与所述第一基板接触并与所述第一基板电连接。
7.根据权利要求6所述的振动发电器,其特征在于,
所述第三基板由在所述第二基板上形成的支撑体所支撑,所述支撑体对所述第一基板的所述振动的振幅进行规定。
8.根据权利要求5至7中任意一项所述的振动发电器,其特征在于,
所述第一电极与所述第三电极是由在所述第一基板上形成的保持了电荷的第一膜、以及按照覆盖该第一膜的方式形成的绝缘体来构成的。
9.根据权利要求1或2所述的振动发电器,其特征在于,
还包括:
第三基板,其与所述第一基板分离开,且与所述第一基板的一个面对置地配置;
第五电极,其配置于所述第一基板的所述一个面上;以及
第六电极,其按照与所述第五电极对置的方式配置于所述第三基板上,
所述第一基板相对于所述第三基板能振动,且所述第二基板与所述第一基板的另一个面对置,
所述第一电极与所述第三电极配置于所述第一基板的所述另一个面上,
所述第五电极以及所述第六电极中的一个包含保持了电荷的膜。
10.根据权利要求9所述的振动发电器,其特征在于,
还包括:
第七电极,其配置于所述第一基板的所述一个面上,且包含保持了电荷的膜;以及
第八电极,其配置于所述第三基板上,且包含保持了电荷的膜,
其中,按照在外力未对所述第一基板进行作用时,将所述第一基板保持在规定的位置,而在外力对所述第一基板进行作用而所述第一基板相对于所述第三基板进行了移动时,作用使所述第一基板返回至所述规定的位置的静电力的方式来配置所述所述第七电极与所述第八电极。
11.根据权利要求10所述的振动发电器,其特征在于,
所述第五电极与所述第六电极中的一个具有的所述保持电荷的膜、所述第七电极具有的所述保持电荷的膜、以及所述第八电极具有的所述保持电荷的膜保持同极性的电荷。
12.根据权利要求10或11所述的振动发电器,其特征在于,
具有2组所述第三电极与所述第四电极,按照在一组所述第三电极与所述第四电极的电极间作用的静电力的平行于所述第一基板的分量、与在另一组所述第三电极与所述第四电极的电极间作用的静电力的平行于所述第一基板的分量朝向相反方向的方式来配置所述2组所述第三电极与所述第四电极,
具有2组所述第七电极与所述第八电极,按照在一组所述第七电极与所述第八电极的电极间作用的静电力的平行于所述第一基板的分量与在另一组所述第七电极与所述第八电极的电极间作用的静电力的平行于所述第一基板的分量朝向相反方向的方式来配置所述2组所述第七电极与所述第八电极。
13.根据权利要求9至12中任意一项所述的振动发电器,其特征在于,
包括突起体,该突起体的一端固定在所述第二基板或者所述第三基板上,另一端能与所述第一基板接触。
14.根据权利要求10至13中任意一项所述的振动发电器,其特征在于,
所述第一电极包含保持了所述电荷的膜,
所述第二电极包含保持了所述电荷的膜,
所述第一电极、所述第二电极、所述第三电极和所述第七电极包括在所述第一基板上形成的保持了电荷的膜、以及用于覆盖该保持了电荷的膜的绝缘体。
15.一种振动发电装置,其包括:
权利要求1~14中任意一项所述的振动发电器;以及
对来自所述振动发电器的交流输出电压进行整流而转换成直流电压的整流电路。
16.根据权利要求15所述的振动发电装置,其特征在于,
还包括:
电压转换电路,其将从所述整流电路输出的直流电压转换为期望的电压电平;
蓄电电路,其在不需要从所述振动发电装置进行输出的情况下,蓄积通过所述振动发电器所发电的电力;
电压控制电路,其将来自所述电压转换电路或者所述蓄电电路的输出电压控制成规定的电压;以及
输出切换电路,其将所述电压转换电路的输出切换到所述蓄电电路或者所述电压控制电路。
17.一种通信装置,其利用了权利要求15或者16所述的振动发电装置。
18.一种通信装置,其具有:
权利要求1~14中任意一项所述的振动发电器;以及
电池。
19.一种电子设备,其利用了权利要求15或者16所述的发电装置。
20.一种电子设备,其具有:
权利要求1~14中任意一项所述的振动发电器;以及
电池。
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Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014139364A1 (zh) * 2013-03-13 2014-09-18 国家纳米科学中心 一种套层滑动式摩擦纳米发电机
WO2014139347A1 (zh) * 2013-03-12 2014-09-18 国家纳米科学中心 一种滑动摩擦纳米发电机及发电方法
WO2014139348A1 (zh) * 2013-03-12 2014-09-18 国家纳米科学中心 一种滑动式摩擦纳米发电机组
WO2014206077A1 (zh) * 2013-06-25 2014-12-31 国家纳米科学中心 一种滑动摩擦发电机、发电方法以及矢量位移传感器
WO2015024369A1 (zh) * 2013-08-20 2015-02-26 北京纳米能源与系统研究所 一种基于皮肤的电信号输出装置和电信号输出方法
CN105932899A (zh) * 2016-06-07 2016-09-07 清华大学 无基底电极驻极体静电发电机和制造该驻极体的方法
CN105978395A (zh) * 2016-06-07 2016-09-28 清华大学 无基底电极驻极体静电直线发电机和制造该驻极体的方法

Families Citing this family (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102197449B (zh) * 2008-10-23 2013-03-20 松下电器产业株式会社 驻极体电极、使用了它的促动器、振动发电器及振动发电装置、以及安装了振动发电装置的通信装置
WO2012008113A1 (ja) * 2010-07-16 2012-01-19 パナソニック株式会社 微小電気機械発電器およびそれを用いた電気機器
JP5573624B2 (ja) * 2010-11-19 2014-08-20 セイコーエプソン株式会社 発電装置及び電子機器
JP5256381B2 (ja) * 2011-06-10 2013-08-07 パナソニック株式会社 振動発電器、振動発電装置、及び振動発電装置を搭載した電子機器と通信装置
JP5945102B2 (ja) * 2011-09-01 2016-07-05 学校法人 関西大学 発電装置
WO2013057897A1 (ja) * 2011-10-19 2013-04-25 パナソニック株式会社 振動発電器、回転体および通信装置
JP5862310B2 (ja) * 2012-01-10 2016-02-16 オムロン株式会社 振動センサ、外部環境検出装置
FR2985851A1 (fr) * 2012-01-18 2013-07-19 St Microelectronics Crolles 2 Convertisseur d'energie a effet tunnel
JP6047177B2 (ja) * 2012-02-01 2016-12-21 アルダナック メフメト セルハンARDANUC, Mehmet Serhan 金属間接合部の固有電圧差を使用したエネルギー採取方法およびその装置
JP5350569B1 (ja) * 2012-03-07 2013-11-27 パナソニック株式会社 振動発電器及び振動発電装置と、振動発電装置を搭載した通信装置及び電子機器
JPWO2013145553A1 (ja) * 2012-03-26 2015-12-10 パナソニックIpマネジメント株式会社 振動発電器
JP6067260B2 (ja) * 2012-07-02 2017-01-25 ローム株式会社 振動発電回路およびそれを用いた電子機器、無線センサ
JP5790601B2 (ja) * 2012-07-19 2015-10-07 オムロン株式会社 振動発電装置
JP6006080B2 (ja) * 2012-10-24 2016-10-12 パナソニック株式会社 振動発電器
CN103679994A (zh) * 2013-11-26 2014-03-26 成都博盛信息技术有限公司 一种便携式振动式报警装置
CN103679992A (zh) * 2013-11-26 2014-03-26 成都博盛信息技术有限公司 一种便携式遥控振动式报警装置
KR101691552B1 (ko) * 2014-11-04 2016-12-30 삼성전자주식회사 에너지 하베스터
KR102391307B1 (ko) 2015-02-11 2022-04-28 삼성전자주식회사 에너지 하베스터
JP7328488B2 (ja) * 2018-07-09 2023-08-17 横浜ゴム株式会社 タイヤ情報取得装置
JP7090249B2 (ja) * 2019-06-06 2022-06-24 国立大学法人 東京大学 静電型デバイスを製造する製造方法
KR102446105B1 (ko) * 2020-05-27 2022-09-23 한국교통대학교 산학협력단 양방향 정전기력을 이용한 액추에이터

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007312551A (ja) * 2006-05-19 2007-11-29 Univ Of Tokyo 静電誘導型変換素子
US20090079295A1 (en) * 2007-09-26 2009-03-26 Sanyo Electric Co., Ltd. Electrostatic generator
JP2009095181A (ja) * 2007-10-11 2009-04-30 Panasonic Corp 静電誘導型発電装置とそれを用いた発電方法
CN100544049C (zh) * 2006-03-31 2009-09-23 株式会社东芝 压电驱动mems器件

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2580389B2 (fr) * 1985-04-16 1989-03-03 Sfena Accelerometre micro-usine a rappel electrostatique
US5239222A (en) * 1989-04-24 1993-08-24 Fujitsu Limited Electrostatic actuator using films
AU2003238880A1 (en) 2002-06-07 2003-12-22 California Institute Of Technology Electret generator apparatus and method
WO2003105305A2 (en) 2002-06-07 2003-12-18 California Institute Of Technology Method and resulting device for fabricating electret materials on bulk substrates
FR2858854B1 (fr) * 2003-08-13 2005-12-16 Sercel Rech Const Elect Accelerometre a vibrations parasites reduites par rappel ameliore
EP1624286B1 (en) * 2004-08-03 2017-10-04 STMicroelectronics Srl Micro-electro-mechanical sensor with force feedback loop
EP1829198A1 (en) 2004-12-16 2007-09-05 Koninklijke Philips Electronics N.V. Electrostatic device for displacing an object
JP5216590B2 (ja) 2006-08-31 2013-06-19 三洋電機株式会社 静電動作装置
JP2008278607A (ja) 2007-04-27 2008-11-13 Sanyo Electric Co Ltd 静電変換装置およびこの静電変換装置を搭載する容量検知機器
JP5028185B2 (ja) 2007-08-28 2012-09-19 三洋電機株式会社 静電発電装置
CN102177535A (zh) * 2008-08-08 2011-09-07 爱莎.艾伯莱有限公司 方向性感测机构和通信认证
TWI434576B (zh) * 2010-02-02 2014-04-11 Ef Materials Ind Inc 聚合物駐電薄膜及製作方法
JP5573624B2 (ja) * 2010-11-19 2014-08-20 セイコーエプソン株式会社 発電装置及び電子機器

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100544049C (zh) * 2006-03-31 2009-09-23 株式会社东芝 压电驱动mems器件
JP2007312551A (ja) * 2006-05-19 2007-11-29 Univ Of Tokyo 静電誘導型変換素子
US20090079295A1 (en) * 2007-09-26 2009-03-26 Sanyo Electric Co., Ltd. Electrostatic generator
JP2009095181A (ja) * 2007-10-11 2009-04-30 Panasonic Corp 静電誘導型発電装置とそれを用いた発電方法

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014139347A1 (zh) * 2013-03-12 2014-09-18 国家纳米科学中心 一种滑动摩擦纳米发电机及发电方法
WO2014139348A1 (zh) * 2013-03-12 2014-09-18 国家纳米科学中心 一种滑动式摩擦纳米发电机组
WO2014139364A1 (zh) * 2013-03-13 2014-09-18 国家纳米科学中心 一种套层滑动式摩擦纳米发电机
WO2014206077A1 (zh) * 2013-06-25 2014-12-31 国家纳米科学中心 一种滑动摩擦发电机、发电方法以及矢量位移传感器
WO2015024369A1 (zh) * 2013-08-20 2015-02-26 北京纳米能源与系统研究所 一种基于皮肤的电信号输出装置和电信号输出方法
CN104426412A (zh) * 2013-08-20 2015-03-18 国家纳米科学中心 一种基于皮肤的电信号输出装置和电信号输出方法
CN105932899A (zh) * 2016-06-07 2016-09-07 清华大学 无基底电极驻极体静电发电机和制造该驻极体的方法
CN105978395A (zh) * 2016-06-07 2016-09-28 清华大学 无基底电极驻极体静电直线发电机和制造该驻极体的方法

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