CN111316560A - 振动发电装置和传感器系统 - Google Patents

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新井秀幸
中顺一
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小畑幸嗣
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Abstract

本公开提供能够产生与被检物的局部的位移量相比较大的电力的振动发电装置。本发明的振动发电装置(1)包括压电部(2)和位移增大部(3)。位移增大部(3)在被检物(4)的局部位移的情况下使压电部(2)的局部以比被检物(4)的局部的位移量大的位移量位移。压电部(2)在压电部(2)的局部位移时根据压电部(2)的局部的位移量而生成电力。

Description

振动发电装置和传感器系统
技术领域
本公开涉及振动发电装置和传感器系统。更详细而言，涉及适合在被检物的局部位移的情况下生成电力的振动发电装置和传感器系统。
背景技术
以往，将来自机械等的振动(振动能)转换为电力。
例如，在专利文献1中，公开了包括压电换能器的振动能收集装置，该压电换能器包括压电材料的层。在该振动能收集装置中，压电换能器的一端是自由端，使该自由端与外部振动相应地振动。并且，使在自由端获得的振动能在压电材料的层转换为电能。
但是，在专利文献1那样的发电机构的情况下，压电换能器直接接收外部振动而弹性振动，因此压电换能器的位移量容易减小。因此，存在获得的电力容易减小的倾向。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开第2014/116794号
发明内容
本公开是鉴于上述的问题点而完成的，本发明的目的在于提供能够产生与被检物的局部的位移量相比较大的电力的振动发电装置和包括所述振动发电装置的传感器系统。
本公开的一技术方案的振动发电装置包括压电部和位移增大部。位移增大部在被检物的局部位移的情况下使压电部的局部以比被检物的局部的位移量大的位移量位移。压电部在压电部的局部位移时根据压电部的局部的位移量而生成电力。
本公开的一技术方案的传感器系统包括振动发电装置和传感器。传感器由压电部构成，或者是压电部以外的装置且利用压电部所生成的电力驱动。
采用本公开的一技术方案，能够产生与被检物的局部的位移量相比较大的电力。
附图说明
图1A是概略地表示第一实施方式的振动发电装置的侧视图。
图1B是概略地表示上述振动发电装置的压电部的剖视图。
图2A是概略地表示第二实施方式的振动发电装置的侧视图。
图2B是概略地表示将上述振动发电装置设于悬索桥的形态的一例的侧视图。
图2C是概略地表示将上述振动发电装置设于斜拉桥的形态的一例的侧视图。
图3A是概略地表示第三实施方式的振动发电装置的一例的侧视图。
图3B是概略地表示第三实施方式的振动发电装置的另一例的侧视图。
图4A是概略地表示第四实施方式的振动发电装置的一例的侧视图。
图4B是概略地表示上述振动发电装置的另一例的侧视图。
图5是概略地表示第五实施方式的振动发电装置的侧视图。
图6A是概略地表示第六实施方式的振动发电装置的一例的侧视图。
图6B是概略地表示上述振动发电装置的另一例的侧视图。
图7是概略地表示第七实施方式的振动发电装置的侧视图。
图8是概略地表示一实施方式的传感器系统的框图。
具体实施方式
以下，说明本公开的实施方式。
1.振动产生装置
振动发电装置1包括压电部2和位移增大部3。位移增大部3在被检物4的局部(以下也称为位移部41)位移的情况下使压电部2的局部(以下也称为被位移部25)以比位移部41的位移量大的位移量位移。压电部2在被位移部25位移时根据被位移部25的位移量而生成电力。因此，振动发电装置1能够产生与位移部41的位移量相比较大的电力。
以下，说明振动发电装置1的更具体的实施方式。
1.1.第一实施方式
图1A概略地表示第一实施方式的振动发电装置1。图1B概略地表示振动发电装置1的压电部2。
第一实施方式的被检物4是具有长度的构件。被检物4沿着长度方向伸缩。被检物4例如是桥梁的构造件。
如上所述，振动发电装置1包括压电部2和位移增大部3。
位移增大部3包括第一滑轮32、第二滑轮33、第一绳38以及第二绳39，该第二滑轮33具有比该第一滑轮32的直径大的直径。第一滑轮32和第二滑轮33能够同轴联动地旋转。第一绳38的局部绕挂于第一滑轮32，并且第一绳38将第一滑轮32和被检物4的位移部41连接。第二绳39的局部绕挂于第二滑轮33，并且第二绳39将第二滑轮33和压电部2的被位移部25连接。
更具体而言，如图1A所示，位移增大部3包括滑轮部31和固定部35，该滑轮部31包括第一滑轮32和第二滑轮33。滑轮部31固定于基准部42，固定部35固定于位移部41。在第一实施方式中，被检物4的供滑轮部31固定的部分是基准部42，被检物4的供固定部35固定的部分是位移部41。基准部42和位移部41在被检物4的长度方向上空开间隔地排列。
滑轮部31包括固定于被检物4的基准部42的支承体34和支承于支承体34的第一滑轮32和第二滑轮33。如上所述，第二滑轮33的直径比第一滑轮32的直径大。第一滑轮32能够旋转地支承于支承体34。第二滑轮33也能够旋转地支承于支承体34。第一滑轮32和第二滑轮33以共用的旋转轴为中心而以相同的转速进行旋转。即，第一滑轮32和第二滑轮33能够同轴联动地旋转。例如第一滑轮32和第二滑轮33一体地形成。旋转轴与被检物4的长度方向正交。支承体34、第一滑轮32以及第二滑轮33由金属、塑料这样的适当的材质制作。
固定部35包括固定于被检物4的位移部41的支承体335和支承于支承体335的第三滑轮36和第四滑轮37。第三滑轮36的直径比第四滑轮37的直径小。第三滑轮36能够旋转地支承于支承体335。第四滑轮37也能够旋转地支承于支承体335。第三滑轮36和第四滑轮37以共用的旋转轴为中心而以相同的转速进行旋转。即，第三滑轮36和第四滑轮37能够同轴联动地旋转。例如第三滑轮36和第四滑轮37一体地形成。第三滑轮36和第四滑轮37的旋转轴与第一滑轮32和第二滑轮33的旋转轴平行。并且，第一滑轮32和第二滑轮33与第三滑轮36和第四滑轮37沿着被检物4的长度方向排列。支承体335、第三滑轮36以及第四滑轮37由金属、塑料这样的适当的材质制作。
振动发电装置1还包括第一绳38、第二绳39以及第三绳310。第一绳38、第二绳39以及第三绳310分别例如是金属丝(wire)、细绳(cord)、粗绳(rope)或缆绳(cable)。第一绳38的一端部绕挂于滑轮部31的第一滑轮32，第一绳38的另一端部绕挂于固定部35的第三滑轮36。由此，第一滑轮32和位移部41利用局部绕挂于第一滑轮32的第一绳38经由固定部35连接。第一滑轮32的绕挂第一绳38的方向与第三滑轮36的绕挂第一绳38的方向相反。第二绳39的一端部绕挂于滑轮部31的第二滑轮33，第二绳39的另一端部如后所述那样连接于压电部2的被位移部25。第二滑轮33的绕挂第二绳39的方向与第一滑轮32的绕挂第一绳38的方向相反。第三绳310的一端部绕挂于固定部35的第四滑轮37，第三绳310的另一端部如后所述那样连接于压电部2的保持部26。第四滑轮37的绕挂第三绳310的方向与第三滑轮36的绕挂第二绳39的方向相反。
压电部2包括至少两个电极21(第一电极21a和第二电极21b)和介于这两个电极21之间的压电膜22。在第一实施方式中，如图1B所示，压电部2包括多个压电膜22、多个第一电极21a、多个第二电极21b以及多个绝缘层23。上述的要素按照第一电极21a、压电膜22、第二电极21b、绝缘层23的顺序反复层叠。
压电膜22例如含有压电高分子材料，并且具有取向性。压电高分子材料例如是聚L-乳酸、聚D-乳酸或聚氟乙烯。压电膜22的取向性通过压电膜22在制造时延伸而产生。即，压电膜22所含有的压电高分子材料的取向方向与压电膜22的延伸方向一致。压电膜22在通过沿与其厚度方向正交的方向牵拉而变形时，在其厚度方向上极化而产生电压。
压电部2还包括具有导电性的两个外部电极24。两个外部电极24中的一外部电极24与全部的第一电极21a电连接，与任一第二电极21b均不电连接。两个外部电极24中的另一外部电极24与全部的第二电极21b电连接，与任一第一电极21a均不电连接。压电部2包括外部电极24，因此在利用压电膜22产生电压时，能够自压电部2通过外部电极24取出电力。
压电部2还包括外壳27。该外壳27在其内侧收纳外部电极24、压电膜22、第一电极21a以及第二电极21b。外壳27可以由适当的材质制作。
另外，压电部2的构造不限于上述的说明。即，压电部2能够具有公知的构造。
在本实施方式中，压电部2的朝向与电极21和压电膜22层叠的方向正交的一方向的端部是被位移部25，如上所述，第二绳39的端部连接于该被位移部25。另外，压电部2的与被位移部25相反的一侧的端部是保持部26，如上所述，第三绳310的端部连接于该保持部26。
说明振动发电装置1的动作。当被检物4沿着长度方向伸长时，位移部41相对于基准部42向远离基准部42的方向位移。第一滑轮32和位移部41利用第一绳38经由固定部35连接，因此随着位移部41位移，第一滑轮32旋转，因此第二滑轮33与第一滑轮32联动地旋转。在本实施方式中，第一绳38在固定部35处连接于第三滑轮36，因此随着位移部41位移，固定部35的第三滑轮36也旋转，因此第四滑轮37也与第三滑轮36联动地旋转。这样，第二滑轮33和第四滑轮37旋转，从而经由第二绳39和第三绳310对压电部2施加牵拉力。由此，在压电部2中，被位移部25相对于保持部26向远离保持部26的方向位移，压电部2变形。压电部2变形，从而压电部2内的压电膜22变形，压电膜22产生电压，由此，压电部2生成与被位移部25的位移量相应的电力。因此，每当被检物4伸缩时，压电部2能够生成电力。如上所述，第二滑轮33的直径比第一滑轮32的直径大，并且第四滑轮37的直径比第三滑轮36的直径大，因此在被位移部25随着位移部41位移而位移时，被位移部25的位移量比位移部41的位移量大。因此，位移增大部3在被检物4的位移部41位移的情况下使压电部2的被位移部25以比位移部41的位移量大的位移量位移。因此，振动发电装置1能够产生与位移部41的位移量相比较大的电力。
振动发电装置1也可以包括限定被位移部25的位移量的上限的止挡件340。在第一实施方式中，振动发电装置1包括限制第一滑轮32和第二滑轮33的旋转的第一止挡件341和限制第三滑轮36和第四滑轮37的旋转的第二止挡件342作为止挡件340。第一止挡件341设于第二滑轮33，第二止挡件342设于第四滑轮37。当被位移部25的位移量达到上限时，第一止挡件341卡挂于支承体34而禁止第一滑轮32和第二滑轮33的旋转，并且第二止挡件342卡挂于支承体335而禁止第三滑轮36和第四滑轮37的旋转。这样，构成第一止挡件341和第二止挡件342。因此，被位移部25不进行超过位移量的上限的位移，抑制压电部2过度变形而破损。优选的是，被位移部25的位移量的上限设定为不因压电部2的变形而导致压电膜22超过弹性极限地变形。另外，在压电膜22所含有的压电高分子材料为聚D-乳酸或聚L-乳酸的情况下，压电膜22的弹性极限为2％程度。在压电膜22所含有的压电高分子材料为聚氟乙烯的情况下，压电膜22的弹性极限为1％程度。
在第一实施方式中，被检物4为桥梁的构造件的情况的被检物4的例子包含悬索桥的主缆、吊索、梁、塔以及锚锭和斜拉桥的塔、梁以及缆绳。另外，被检物4也可以是多种构造件的组合。
在桥梁的构造件的伸缩微小且位移部41是桥梁的构造件的局部的情况下，位移部41的位移量例如最大为0.1mm程度。通常，难以自0.1mm程度的位移量获得充分的电力。但是，在本实施方式中，如上所述，位移增大部3在被检物4的位移部41位移的情况下使压电部2的被位移部25以比位移部41的位移量大的位移量位移。例如也能够将被位移部25的位移量设为位移部41的位移量的100倍程度。因此，振动发电装置1能够自桥梁的构造件的局部的位移获得充分的电力。
被检物4的例子不限于桥梁的构造件。例如被检物4也可以是后述的原动机、建筑物的构造件或车道。
位移部41只要是相对于成为基准的部分即基准部42位移的部分，就没有特别限制。若位移部41向远离基准部42的方向和靠近基准部42的方向反复位移，则特别优选，在该情况下，振动发电装置1能够持续地产生电力。
另外，在第一实施方式中，位移部41和基准部42均是被检物4的局部，但位移部41和基准部42也可以分别存在于不同的构件。另外，只要位移部41相对于基准部42位移，就既可以是位移部41不相对于地面移动而基准部42相对于地面移动，也可以是基准部42不相对于地面移动而位移部41相对于地面移动，还可以是基准部42和位移部41这两者相对于地面移动。
在第一实施方式中，固定部35包括第三滑轮36和第四滑轮37，但固定部35也可以不包括第三滑轮36和第四滑轮37。在该情况下，第一绳38和第三绳310也可以以不利用滑轮的方式固定于固定部35。也可以是，位移增大部3不包括固定部35，第一绳38和第三绳310直接固定于位移部41。在上述的情况下也是，位移增大部3包括第一滑轮32和第二滑轮33，从而位移增大部3在被检物4的位移部41位移的情况下能够使压电部2的被位移部25以比位移部41的位移量大的位移量位移。
1.2.第二实施方式
图2A概略地表示第二实施方式的振动发电装置1。以下，对于与第一实施方式重复的结构，在图2A中标注相同的附图标记，适当省略详细的说明。
第二实施方式的被检物4是具有长度的构件。被检物4沿着长度方向伸缩。被检物4例如是桥梁5的构造件。
如上所述，振动发电装置1包括压电部2和位移增大部3。
位移增大部3包括第一滑轮32、第二滑轮33、第一绳38以及第二绳39，该第二滑轮33具有比该第一滑轮32的直径大的直径。第一滑轮32和第二滑轮33能够同轴联动地旋转。第一绳38的局部绕挂于第一滑轮32，并且第一绳38将第一滑轮32和被检物4的位移部41连接。第二绳39的局部绕挂于第二滑轮33，并且第二绳39将第二滑轮33和压电部2的被位移部25连接。
更具体而言，如图2A所示，位移增大部3包括滑轮部31和固定部35，该滑轮部31包括第一滑轮32和第二滑轮33。滑轮部31固定于基准部42，固定部35固定于位移部41。在第二实施方式中，被检物4的供固定部35固定的部分是位移部41，被检物4的供滑轮部31固定的部分是基准部42。基准部42和位移部41在被检物4的长度方向上空开间隔地排列。
滑轮部31包括固定于被检物4的基准部42的支承体34和支承于支承体34的第一滑轮32及第二滑轮33。第二实施方式的滑轮部31的结构可以与第一实施方式的滑轮部31相同。
固定部35固定于被检物4的位移部41。固定部35由金属、塑料这样的适当的材质制作。
振动发电装置1还包括第一绳38、第二绳39以及第三绳310。第一绳38、第二绳39以及第三绳310分别例如是金属丝、细绳、粗绳或缆绳。第一绳38的一端部绕挂于滑轮部31的第一滑轮32，第一绳38的另一端部固定于固定部35。由此，第一滑轮32和位移部41利用局部绕挂于第一滑轮32的第一绳38经由固定部35连接。第二绳39的一端部绕挂于滑轮部31的第二滑轮33，第二绳39的另一端部如后所述那样连接于压电部2的被位移部25。第二滑轮33的绕挂第二绳39的方向与第一滑轮32的绕挂第一绳38的方向相反。关于第三绳310见后述。
压电部2包括至少两个电极21和介于这两个电极21之间的压电膜22。压电部2具有被位移部25和保持部26。第二实施方式的压电部2的结构与第一实施方式的压电部2相同。如上所述，第二绳39的端部连接于被位移部25。另外，第三绳310的端部连接于保持部26。
振动发电装置1还包括保持压电部2的保持体311。保持体311固定于被检物4。保持体311位于相对于滑轮部31而言与固定部35相反的一侧的位置。即，保持体311、滑轮部31以及固定部35依次排列。第三绳310的一端部固定于保持体311，第三绳310的另一端部如上所述连接于压电部2的保持部26。
说明振动发电装置1的动作。当被检物4沿着长度方向伸长时，位移部41相对于基准部42向远离基准部42的方向位移。第一滑轮32和位移部41利用第一绳38经由固定部35连接，因此随着位移部41位移，第一滑轮32旋转，因此第二滑轮33与第一滑轮32联动地旋转。这样，第二滑轮33旋转，从而经由第二绳39和第三绳310对压电部2施加牵拉力。由此，在压电部2中，被位移部25相对于保持部26向远离保持部26的方向位移，压电部2变形。压电部2变形，从而压电部2内的压电膜22变形，压电膜22产生电压，由此，压电部2生成与被位移部25的位移量相应的电力。因此，每当被检物4伸缩时，压电部2能够生成电力。如上所述，第二滑轮33的直径比第一滑轮32的直径大，因此在被位移部25随着位移部41位移而位移时，被位移部25的位移量比位移部41的位移量大。因此，位移增大部3在被检物4的位移部41位移的情况下使压电部2的被位移部25以比位移部41的位移量大的位移量位移。因此，振动发电装置1能够产生与位移部41的位移量相比较大的电力。
振动发电装置1也可以与第一实施方式的情况同样地包括限定被位移部25的位移量的上限的止挡件340。在第二实施方式中，止挡件340设于第二滑轮33，当被位移部25的位移量达到上限时，止挡件340卡挂于支承体34而禁止第一滑轮32和第二滑轮33的旋转。这样，构成止挡件340。因此，被位移部25不进行超过位移量的上限的位移，抑制压电部2过度变形而破损。
第二实施方式的被检物4为桥梁5的构造件的情况的被检物4的例子包含悬索桥51的主缆53、吊索54、梁57、塔56以及锚锭55和斜拉桥52的塔59、梁510以及缆绳58。另外，被检物4也可以是多种构造件的组合。另外，被检物4的例子不限于桥梁5的构造件。例如被检物4也可以是后述的原动机或车道。
图2B表示被检物4为悬索桥51的构造件的情况的保持体311、滑轮部31以及固定部35的固定位置的例子。在图2B中，被检物4是吊索54，保持体311、滑轮部31以及固定部35固定于吊索54。另外，也可以是，滑轮部31和固定部35中的一者固定于吊索54，另一者固定于主缆53。也可以是，滑轮部31和固定部35中的一者固定于吊索54，另一者固定于梁57。除此以外，可以在悬索桥51的各种位置固定滑轮部31和固定部35。另外，第一实施方式的情况也同样，可以在悬索桥51的各种位置固定滑轮部31和固定部35。
图2C表示被检物4为斜拉桥的构造件的情况的保持体311、滑轮部31以及固定部35的固定位置的例子。在图2C中，被检物4是缆绳58，保持体311、滑轮部31以及固定部35固定于缆绳58。另外，也可以是，滑轮部31和固定部35中的一者固定于缆绳58，另一者固定于塔59。也可以是，滑轮部31和固定部35中的一者固定于缆绳58，另一者固定于梁510。除此以外，可以在斜拉桥52的各种位置固定滑轮部31和固定部35。另外，第一实施方式的情况也同样，可以在斜拉桥52的各种位置固定滑轮部31和固定部35。
与第一实施方式的情况同样，位移部41只要是相对于成为基准的部分即基准部42位移的部分，就没有特别限制。与第一实施方式的情况同样，位移部41和基准部42也可以分别存在于不同的构件。另外，位移部41只要相对于基准部42位移即可。
1.3.第三实施方式
图3A和图3B概略地表示第三实施方式的振动发电装置1。以下，对于与第一实施方式和第二实施方式重复的结构，在图3A和图3B中标注相同的附图标记，适当省略详细的说明。
被检物4是原动机6。该原动机6包括基座61和设置于基座61上的主体62。主体62例如是电动机、内燃机或流体机械。对于振动发电装置1而言，除了保持体311、滑轮部31以及固定部35的固定位置不同以外，具有与第二实施方式的情况相同的结构。
在图3A中，滑轮部31固定于主体62，保持体311固定于主体62的比滑轮部31靠上方的位置。固定部35固定于基座61。主体62的供滑轮部31固定的部分是基准部42，基座61的供固定部35固定的部分是位移部41。
在图3A所示的情况下，当主体62驱动而振动时，基座61的位移部41相对于主体62的基准部42位移。于是，与第二实施方式的情况同样，压电部2能够生成电力。
在图3B中，滑轮部31固定于基座61，保持体311固定于基座61的相对于滑轮部31而言与主体62相反的一侧的位置。固定部35在主体62固定于比滑轮部31靠上方的位置。基座61的供滑轮部31固定的部分是基准部42，主体62的供固定部35固定的部分是位移部41。
在图3B所示的情况下，当主体62驱动而振动时，基座61的位移部41相对于基座61的基准部42位移。于是，与第二实施方式的情况同样，压电部2能够生成电力。
1.4.第四实施方式
图4A和图4B概略地表示第四实施方式的振动发电装置1。以下，对于与第一实施方式～第三实施方式重复的结构，在图4A和图4B中标注相同的附图标记，适当省略详细的说明。
被检物4是建筑物7的构造件。建筑物7的构造件的例子包含基础、基座、柱71、梁、壁以及地板72。对于振动发电装置1而言，除了保持体311、滑轮部31以及固定部35的固定位置不同以外，具有与第二实施方式的情况相同的结构。
在图4A中，滑轮部31固定于柱71，保持体311固定于柱71的比滑轮部31靠上方的位置。固定部35固定于地板72。柱71的供滑轮部31固定的部分是基准部42，地板72的供固定部35固定的部分是位移部41。
在图4A所示的情况下，当因地震等而导致建筑物7摇晃时，地板72的位移部41相对于柱71的基准部42位移。于是，与第二实施方式的情况同样，压电部2能够生成电力。
在图4B中，滑轮部31固定于地板72，保持体311固定于地板72的相对于滑轮部31而言与柱71相反的一侧的位置。固定部35在柱71固定于比滑轮部31靠上方的位置。地板72的供滑轮部31固定的部分是基准部42，柱71的供固定部35固定的部分是位移部41。
在图4B所示的情况下，当因地震等而导致建筑物7摇晃时，柱71的位移部41相对于地板72的基准部42位移。于是，与第二实施方式的情况同样，压电部2能够生成电力。
1.5.第五实施方式
图5概略地表示第五实施方式的振动发电装置1。以下，对于与第一实施方式～第四实施方式重复的结构，在图5中标注相同的附图标记，适当省略详细的说明。
在本实施方式中，位移增大部3包括齿轮312和齿条314。齿条314固定于被检物4的位移部41，并且与齿轮312啮合。
在本实施方式中，位移增大部3还包括圆体313。圆体313具有比齿轮312的直径大的直径，齿轮312和圆体313能够同轴联动地旋转。压电部2的局部连接于圆体313的外周。
更具体地说明振动发电装置1的结构。
本实施方式的被检物4是车道8，构成该车道8的局部的板81是位移部41。
在本实施方式中，在地面82下具有收纳空间83，收纳空间83具有与地上连通的开口84。板81设为封闭开口84。在收纳空间83内收纳有位移增大部3和压电部2。
在收纳空间83内的开口84的周缘形成有配置部85。配置部85是位于比收纳空间83的底面高的位置的朝向上方的面。在配置部85上配置有螺旋弹簧86。板81支承于螺旋弹簧86。因此，在对板81施加向下方的载荷的情况下，螺旋弹簧86弹性变形，从而板81向下方位移，接着在载荷消失的情况下，螺旋弹簧86恢复到原来的形状，从而板81返回到原来的位置。这样，构成板81。
位移增大部3包括第一齿轮部315和第二齿轮部319，该第一齿轮部315包括齿轮312和圆体313，该第二齿轮部319包括第二齿轮317和第二圆体318。圆体313和第二圆体318分别是圆形状的构件。在本实施方式中，圆体313和第二圆体318均是滑轮。第一齿轮部315和第二齿轮部319在与水平面平行的一方向上空开间隔地设置。
在第一齿轮部315中，圆体313的直径比齿轮312的直径大。圆体313和齿轮312以共用的旋转轴为中心而以相同的转速进行旋转。即，圆体313和齿轮312能够同轴联动地旋转。例如圆体313和齿轮312一体地形成。旋转轴与水平面平行，并且与第一齿轮部315和第二齿轮部319排列的方向正交。圆体313和齿轮312由金属、塑料这样的适当的材质制作。
在第二齿轮部319中，第二圆体318的直径比第二齿轮317的直径大。第二圆体318和第二齿轮317以共用的旋转轴为中心而以相同的转速进行旋转。即，第二圆体318和第二齿轮317能够同轴联动地旋转。例如第二圆体318和第二齿轮317一体地形成。旋转轴与水平面平行，并且与第一齿轮部315和第二齿轮部319排列的方向正交。第二圆体318和第二齿轮317由金属、塑料这样的适当的材质制作。
位移增大部3还包括齿条314和第二齿条320。齿条314具有长度，齿条314的长度方向沿着上下方向。齿条314具有朝向与长度方向正交的方向的齿面316，齿面316具有齿。第二齿条320也具有长度，第二齿条320的长度方向沿着上下方向。第二齿条320具有朝向与长度方向正交的方向的齿面321，齿面321具有齿。齿条314配置于相对于齿轮312而言与第二齿轮部319相反的一侧的位置，齿条314的齿面316朝向齿轮312，齿面316的齿与齿轮312啮合。齿条314的上端固定于板81。第二齿条320配置于相对于第二齿轮317而言与第一齿轮部315相反的一侧的位置，第二齿条320的齿面321朝向第二齿轮317，齿面321的齿与第二齿轮317啮合。第二齿条320的上端也固定于板81。
在本实施方式中，振动发电装置1还包括第一绳322和第二绳323。第一绳322和第二绳323分别例如是金属丝、细绳、粗绳或缆绳。第一绳322的一端部绕挂于第一齿轮部315的圆体313，第一绳322的另一端部如后所述那样连接于压电部2的被位移部25。由此，圆体313的外周和压电部2的被位移部25经由第一绳322连接。第二绳323的一端部绕挂于第二齿轮部319的第二圆体318，第二绳323的另一端部如后所述那样连接于压电部2的保持部26。由此，第二圆体318的外周和压电部2的保持部26经由第二绳323连接。第二圆体318的绕挂第二绳323的方向与圆体313的绕挂第一绳322的方向相反。
压电部2包括至少两个电极21和介于这两个电极21之间的压电膜22。压电部2具有被位移部25和保持部26。第五实施方式的压电部2的结构与第一实施方式的压电部2相同。如上所述，第一绳322的端部连接于被位移部25。另外，第二绳323的端部连接于保持部26。
本实施方式的基准部42只要是不与位移部41的位移相应地位移的部分即可，例如是设置有齿轮312的位置。
说明振动发电装置1的动作。当汽车89在作为位移部41的板81上通过时，汽车89对板81施加向下方的载荷，从而板81相对于基准部42向下方位移。随着板81的位移，齿条314和第二齿条320向下方移动，随之，与齿条314啮合的齿轮312和与第二齿条320啮合的第二齿轮317旋转。齿轮312和第二齿轮317的旋转方向彼此相反。随着齿轮312旋转，圆体313旋转，并且随着第二齿轮317旋转，第二圆体318旋转。因此，自圆体313的外周和第二圆体318的外周分别经由第一绳322和第二绳323对压电部2施加牵拉力。由此，在压电部2中，被位移部25相对于保持部26向远离保持部26的方向位移，压电部2变形。压电部2变形，从而压电部2生成与被位移部25的位移量相应的电力。因此，每当汽车89在作为被检物4的板81上通过而板81下降时，压电部2能够生成电力。如上所述，圆体313的直径比齿轮312的直径大，并且第二圆体318的直径比第二齿轮317的直径大，因此在被位移部25随着位移部41位移而位移时，被位移部25的位移量比位移部41的位移量大。因此，位移增大部3在被检物4的位移部41位移的情况下使压电部2的被位移部25以比位移部41的位移量大的位移量位移。因此，振动发电装置1能够产生与位移部41的位移量相比较大的电力。
在第五实施方式中，振动发电装置1包括第二齿轮部319和第二绳323，但振动发电装置1也可以不包括第二齿轮部319和第二绳323。在该情况下，压电部2的保持部26利用适当的方法在收纳空间83内固定即可。在该情况下也是，位移增大部3包括齿轮312、圆体313以及齿条314，从而位移增大部3在板81位移的情况下能够使压电部2的被位移部25以比板81的位移量大的位移量位移。
在第五实施方式中，如所上述，圆体313是滑轮，并且圆体313的外周和压电部2的被位移部25经由第一绳322连接，但圆体313的外周和被位移部25也可以利用其它方法连接。例如也可以是，圆体313是齿轮312，圆体313的外周和被位移部25经由齿条连接。即，也可以是，位移增大部3包括上述的齿条314和第二齿条320以外的齿条，该齿条与圆体313啮合，并且固定于位移部41。另外，在本实施方式中，如上所述，第二圆体318是滑轮，并且第二圆体318的外周和压电部2的保持部26经由第二绳323连接，但第二圆体318的外周和保持部26也可以利用其它方法连接。例如也可以是，第二圆体318是齿轮312，第二圆体318的外周和保持部26经由齿条连接。即，也可以是，位移增大部3包括上述的齿条314和第二齿条320以外的齿条，该齿条与第二圆体318啮合，并且固定于保持部26。
被检物4的例子不限于车道8。例如被检物4也可以是桥梁的构造件、原动机、或者建筑物的构造件。
1.6.第六实施方式
图6A和图6B概略地表示第六实施方式的振动发电装置1。以下，对于与第一实施方式～第五实施方式重复的结构，在图6A和图6B中标注相同的附图标记，适当省略详细的说明。
在本实施方式中，与第五实施方式同样，位移增大部3包括齿轮312和齿条314。齿条314固定于被检物4的位移部41，并且与齿轮312啮合。
在本实施方式中，位移增大部3还包括第二齿轮325和圆体326。第二齿轮325构成为自齿轮312向该第二齿轮325传递转矩。圆体326具有比第二齿轮325的直径大的直径，并且第二齿轮325和圆体326能够同轴联动地旋转。压电部2的被位移部25连接于圆体326的外周。
更具体地说明振动发电装置1的结构。
本实施方式的被检物4是车道8，构成该车道8的局部的板81是位移部41。
在本实施方式中，与第五实施方式同样，在地面下具有收纳空间83，收纳空间83具有与地上连通的开口84。板81设为封闭开口84。在收纳空间83内收纳有位移增大部3和压电部2。
与第五实施方式同样，在收纳空间83内的开口84的周缘形成有配置部85，在配置部85上配置有螺旋弹簧86，板81支承于螺旋弹簧86。
位移增大部3包括齿轮机构，该齿轮机构包含齿轮312、第二齿轮325以及圆体326。圆体326是圆形状的构件。在本实施方式中，圆体326是滑轮。
圆体326的直径比第二齿轮325的直径大。圆体326和第二齿轮325以共用的旋转轴为中心而以相同的转速进行旋转。即，圆体326和第二齿轮325能够同轴地旋转。例如圆体326和第二齿轮325一体地形成。齿轮312、圆体326以及第二齿轮325由金属、塑料这样的适当的材质制作。优选的是，圆体326具有比齿轮312的直径大的直径。
齿轮机构包括在齿轮312与第二齿轮325之间传递转矩的至少一个中间齿轮328。在齿轮机构内，例如齿轮312与中间齿轮328啮合并旋转(参照图6A)，或者齿轮312和中间齿轮328同轴旋转(参照图6B)，从而自齿轮312向中间齿轮328传递转矩。另外，在齿轮机构内，例如两个中间齿轮328啮合并旋转(参照图6A)，或者两个中间齿轮328同轴旋转(参照图6A)，从而在中间齿轮328间传递转矩。另外，在齿轮机构内，例如中间齿轮328与第二齿轮325啮合并旋转(参照图6A和图6B)，或者中间齿轮328和第二齿轮325同轴旋转，从而自中间齿轮328向第二齿轮325传递转矩。在齿轮机构中，优选的是，当齿轮312旋转一周时，第二齿轮325旋转比一周多的量。优选的是，这样构成齿轮机构所包含的齿轮312、中间齿轮328以及第二齿轮325。
位移增大部3还包括齿条314。齿条314具有长度，齿条314的长度方向沿着上下方向。齿条314具有朝向与长度方向正交的方向的齿面316，齿面316具有齿。齿条314配置于相对于齿轮312而言与第二齿轮325部相反的一侧的位置，齿条314的齿面316朝向齿轮312，齿面316的齿与齿轮312啮合。齿条314的上端固定于板81。
在本实施方式中，振动发电装置1还包括第一绳322。第一绳322例如是金属丝、细绳、粗绳或缆绳。第一绳322的一端部绕挂于圆体326，第一绳322的另一端部如后所述那样连接于压电部2的被位移部25。由此，圆体326的外周和压电部2的被位移部25经由第一绳322连接。
在本实施方式中，振动发电装置1还包括保持体311和第二绳323。保持体311固定于收纳空间83的内部。第二绳323的一端部固定于保持体311，第二绳323的另一端部如后所述那样连接于压电部2的保持部26。
压电部2包括至少两个电极21和介于这两个电极21之间的压电膜22。压电部2具有被位移部25和保持部26。第五实施方式的压电部2的结构与第一实施方式的压电部2相同。如上所述，第一绳322的端部连接于被位移部25。如上所述，第二绳323的端部连接于保持部26。
本实施方式的基准部42是设置有齿轮312的位置。
说明振动发电装置1的动作。当汽车在作为位移部41的板81上通过而汽车向板81施加向下方的载荷时，板81相对于基准部42向下方位移。随着板81的位移，齿条314向下方移动，随之，与齿条314啮合的齿轮312旋转。在齿轮机构中，齿轮312的转矩向第二齿轮325传递。随着第二齿轮325旋转，圆体326旋转。因此，自圆体326的外周经由第一绳322对压电部2施加牵拉力。由此，在压电部2中，被位移部25相对于保持部26向远离保持部26的方向位移，压电部2变形。压电部2变形，从而压电部2生成与被位移部25的位移量相应的电力。因此，每当汽车在作为被检物4的板81上通过而板81下降时，压电部2能够生成电力。
在本实施方式中，在位移增大部3中，通过适当设计齿轮312的直径、第二齿轮325的直径、圆体326的直径以及齿轮312旋转一周的情况的第二齿轮325的旋转周数，能够使被位移部25的位移量比位移部41的位移量大。因此，位移增大部3在被检物4的位移部41位移的情况下能够使压电部2的被位移部25以比位移部41的位移量大的位移量位移。因此，振动发电装置1能够产生与位移部41的位移量相比较大的电力。
在第六实施方式中，如上所述，圆体326是滑轮，并且圆体326的外周和压电部2的被位移部25经由第一绳322连接，但圆体326的外周和被位移部25也可以利用其它方法连接。例如也可以是，圆体326是齿轮，圆体326的外周和被位移部25经由齿条连接。即，也可以是，位移增大部3包括上述的齿条314以外的齿条，该齿条与圆体326啮合，并且固定于位移部41。
在第六实施方式中，也可以是，位移增大部3不包括中间齿轮328，齿轮312与第二齿轮325啮合。在该情况下也是，在位移增大部3中，通过适当设计齿轮312的直径、第二齿轮325的直径、圆体326的直径以及齿轮312旋转一周的情况的第二齿轮325的旋转周数，能够使被位移部25的位移量比位移部41的位移量大。
另外，在第六实施方式中，位移增大部3也可以包括中间齿轮328以外的用于自齿轮312向第二齿轮325传递转矩的要素。作为该要素的例子，能够举出正时带、正时链这样的环形带。
被检物4的例子不限于车道8。例如被检物4也可以是桥梁的构造件、原动机、或者建筑物的构造件。
1.7.第七实施方式
图7概略地表示第七实施方式的振动发电装置1。以下，对于与第一实施方式～第六实施方式重复的结构，在图7中标注相同的附图标记，适当省略详细的说明。
在本实施方式中，位移增大部3包括杠杆329。杠杆329的力点330与被检物4的位移部41连接，杠杆329的作用点331与压电部2的被位移部25连接。从作用点331到杠杆329的支点332的尺寸比从力点330到支点332的尺寸大。
更具体地说明振动发电装置1的结构。
本实施方式的被检物4是车道8，构成该车道8的局部的板81是位移部41。
在本实施方式中，在地板下具有收纳空间83，收纳空间83具有与地上连通的开口84。板81设为封闭开口84。在收纳空间83内收纳有位移增大部3和压电部2。
位移增大部3包括杠杆329。该杠杆329具有力点330、支点332以及作用点331。杠杆329由具有长度的构件构成。杠杆329在长度方向的两端分别具有第一端部和第二端部。在杠杆329的第一端部具有力点330，在杠杆329的第二端部的附近具有作用点331。在杠杆329的力点330与作用点331之间的位置具有支点332。如上所述，从作用点331到支点332的尺寸比从力点330到支点332的尺寸大。在杠杆329的第二端部设有配重333。
杠杆329的力点330安装于板81的下表面。由此，杠杆329的力点330与板81连接。在未对板81施加朝向下方的载荷的状态下，配重333对第二端部施加朝向下方的载荷，从而杠杆329的第一端部配置于比第二端部靠上方的位置。由此，板81由杠杆329支承于封闭开口84的位置。
收纳空间83的底面包含第一底面87和位于比第一底面87靠下方的位置的第二底面88。杠杆329的第一端部、力点330以及支点332位于第一底面87的上方，杠杆329的作用点331和第二端部位于第二底面88的上方。
位移增大部3还包括支承杠杆329的支点332的支承构件334。支承构件334设置于第一底面87上。
位移增大部3还包括保持体311、第一绳322以及第二绳323。保持体311在第二底面88上固定于杠杆329的作用点331的正下方。第一绳322的一端部固定于杠杆329的作用点331，第一绳322的另一端部如后所述那样连接于压电部2的被位移部25。第二绳323的一端部固定于保持体311，第二绳323的另一端部如后所述那样固定于压电部2的保持部26。
压电部2包括至少两个电极21和介于这两个电极21之间的压电膜22。压电部2具有被位移部25和保持部26。第七实施方式的压电部2的结构与第一实施方式的压电部2相同。如上所述，第一绳322的端部连接于被位移部25。如上所述，第二绳323的端部连接于保持部26。
本实施方式的基准部42只要是不与位移部41的位移相应地位移的部分即可，例如是设置有杠杆329的支点332的位置。
说明振动发电装置1的动作。当汽车89在作为位移部41的板81上通过而汽车89向板81施加向下方的载荷时，向下方的载荷经由板81施加于杠杆329的力点330。由此，板81相对于基准部42向下方位移。随之，杠杆329以克服配重333的载荷而力点330下降且作用点331上升的方式进行动作。另外，配重333的质量适当设定为使杠杆329这样进行动作。随着作用点331的上升，自杠杆329的作用点331经由第一绳322对压电部2的被位移部25施加牵拉力。由此，在压电部2中，被位移部25相对于保持部26向远离保持部26的方向位移，压电部2变形。压电部2变形，从而压电部2生成与被位移部25的位移量相应的电力。因此，每当汽车在作为被检物4的板81上通过而板81下降时，压电部2能够生成电力。
在本实施方式中，如上所述，在杠杆329中，从作用点331到支点332的尺寸比从力点330到支点332的尺寸大，因此与随着板81的位移而产生的力点330的向下方的移动量相比，作用点331的向上方的移动量较大。因此，位移增大部3在被检物4的位移部41位移的情况下能够使压电部2的被位移部25以比位移部41的位移量大的位移量位移。因此，振动发电装置1能够产生与位移部41的位移量相比较大的电力。
被检物4的例子不限于车道8。例如被检物4也可以是桥梁的构造件、原动机、或者建筑物的构造件。
2.传感器系统
说明包括振动发电装置1的传感器系统9。
图8是传感器系统9的一例的框图。传感器系统9包括振动发电装置1和传感器91。传感器91由振动发电装置1的压电部2构成，或者是压电部2以外的装置且利用压电部2所生成的电力驱动。如图8所示，传感器系统9也可以还包括发送利用传感器91得到的检测结果的通信装置92。
在传感器91为压电部2的情况下，传感器91输出与被检物4的位移部41的位移相应的信号。例如在被检物4如第一实施方式和第二实施方式的情况那样是桥梁的构造件的情况下，传感器91能够检测在桥梁的构造件产生的振动，输出与该振动相应的信号。在该情况下，能够利用传感器系统9以确认例如是否在桥梁的构造件产生过大的振动。在被检物4如第三实施方式的情况那样是原动机的情况下，传感器91能够检测在原动机产生的振动，输出与该振动相应的信号。在该情况下，能够利用传感器系统9以确认例如是否在原动机产生异常的振动。在被检物4如第四实施方式的情况那样是建筑物的构造件的情况下，传感器91能够检测在建筑物的构造件产生的振动，输出与该振动相应的信号。在该情况下，能够利用传感器系统9作为例如地震仪。在被检物4如第五实施方式～第七实施方式的情况那样是车道的情况下，传感器91能够检测随着汽车的通过而产生的车道的局部的位移，输出该结果的信号。在该情况下，能够将传感器系统9利用于例如车道的汽车的交通量调査。
在传感器91独立于压电部2且利用压电部2所生成的电力驱动的情况下，传感器91所检测的信息可以是任何信息。传感器91例如是温度传感器、湿度传感器、气体传感器或图像传感器。在该情况下，传感器系统9能够检测设置有传感器系统9的部位或其周围的温度、湿度、气体组成、影像或除此以外的信息。
在本实施方式的传感器系统9中，不需要从外部接收用于驱动传感器91的电力的供给。因此，在难以接收电力的供给的场所，传感器系统9也能够利用传感器91检测与传感器91的种类相应的信息。
另外，在传感器系统9包括通信装置92的情况下，传感器系统9能够通过通信装置92向外部的适当的接收装置10发送利用传感器91得到的检测结果。通信装置92既可以无线发送检测结果，也可以有线发送检测结果。通信装置92既可以利用振动发电装置1所生成的电力驱动，也可以利用从振动发电装置1以外的电源供给的电力驱动。
附图标记说明
1、振动发电装置；2、压电部；21、电极；22、压电膜；25、被位移部；3、位移增大部；32、第一滑轮；33、第二滑轮；38、第一绳；39、第二绳；312、齿轮；313、圆体；314、齿条；322、第一绳；323、第二绳；326、圆体；329、杠杆；330、力点；331、作用点；332、支点；4、被检物；41、位移部；5、桥梁；6、原动机；7、建筑物；8、车道；9、传感器系统；91、传感器；92、通信装置。

Claims (10)

1.一种振动发电装置，其中，
该振动发电装置包括压电部和位移增大部，
所述位移增大部在被检物的局部位移的情况下使所述压电部的局部以比所述被检物的所述局部的位移量大的位移量位移，
所述压电部在所述压电部的所述局部位移时根据所述压电部的所述局部的位移量而生成电力。
2.根据权利要求1所述的振动发电装置，其中，
所述压电部包括至少两个电极和介于所述两个电极之间的压电膜，
所述压电膜在所述压电部的所述局部位移时变形而产生电压。
3.根据权利要求1或2所述的振动发电装置，其中，
所述位移增大部包括第一滑轮、第二滑轮、第一绳以及第二绳，该第二滑轮具有比该第一滑轮的直径大的直径，
所述第一滑轮和所述第二滑轮能够同轴联动地旋转，
所述第一绳的局部绕挂于所述第一滑轮，并且所述第一绳将所述第一滑轮和所述被检物的所述局部连接，
第二绳的局部绕挂于所述第二滑轮，并且第二绳将所述第二滑轮和所述压电部的所述局部连接。
4.根据权利要求1或2所述的振动发电装置，其中，
所述位移增大部包括齿轮和齿条，
所述齿条固定于所述被检物的所述局部，并且与所述齿轮啮合。
5.根据权利要求4所述的振动发电装置，其中，
所述位移增大部还包括圆体，
所述圆体具有比所述齿轮的直径大的直径，所述齿轮和所述圆体能够同轴联动地旋转，
所述压电部的所述局部连接于所述圆体的外周。
6.根据权利要求4所述的振动发电装置，其中，
所述位移增大部还包括第二齿轮和圆体，
所述第二齿轮构成为自所述齿轮向该第二齿轮传递转矩，
所述圆体具有比所述第二齿轮的直径大的直径，并且所述第二齿轮和所述圆体能够同轴联动地旋转，
所述压电部的所述局部连接于所述圆体的外周。
7.根据权利要求1或2所述的振动发电装置，其中，
所述位移增大部包括杠杆，
所述杠杆的力点与所述被检物的所述局部连接，所述杠杆的作用点与所述压电部的所述局部连接，
从所述作用点到所述杠杆的支点的尺寸比从所述力点到所述支点的尺寸大。
8.根据权利要求1～7中任一项所述的振动发电装置，其中，
所述被检物是桥梁的构造件、原动机以及车道中的任一者。
9.一种传感器系统，其中，
该传感器系统包括权利要求1～8中任一项所述的振动发电装置和传感器，
所述传感器由所述压电部构成，或者是所述压电部以外的装置且利用所述压电部所生成的电力驱动。
10.根据权利要求9所述的传感器系统，其中，
该传感器系统还包括发送利用所述传感器得到的检测结果的通信装置。
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