DE112010001649T5

DE112010001649T5 - Piezoelektrischer Stromerzeuger

Info

Publication number: DE112010001649T5
Application number: DE112010001649T
Authority: DE
Inventors: Toshiaki Yamashita; Eitaro Kameda
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2009-04-15
Filing date: 2010-02-01
Publication date: 2012-10-11
Anticipated expiration: 2030-02-02
Also published as: JP5120496B2; US20120043856A1; WO2010119716A1; US8324788B2; CN102396145A; DE112010001649B4; JPWO2010119716A1; CN102396145B

Abstract

Vorgesehen wird ein piezoelektrischer Stromerzeuger, der hohe Haltbarkeit und einen hohen Stromerzeugungswirkungsgrad aufweist
Ein piezoelektrischer Stromerzeuger 1 ist mit einem ersten elastischen Körper 11, der sich entlang einer ersten Richtung verformt, wenn er einer mechanischen Spannung ausgesetzt wird, und einem Stromerzeugungselement 12 ausgestattet. Das Stromerzeugungselement 12 umfasst einen zweiten elastischen Körper 13 und ein piezoelektrisches Element 14. Der zweite elastische Körper 13 umfasst einen Befestigungsabschnitt 13a1 und einen anliegenden Abschnitt 13b. Der Befestigungsabschnitt 13a1 ist an dem ersten elastischen Körper 11 befestigt. Der anliegende Abschnitt 13b ist in einer ersten Richtung R bezüglich des Befestigungsabschnitts 13a1 an einer Seite angeordnet. Der anliegende Abschnitt 13b liegt an dem ersten elastischen Körper 11 an, ist aber nicht an dem ersten elastischen Körper 11 befestigt. Mindestens einer von erstem elastischen Körper 11 und zweitem elastischen Körper 13 ist mit einem Schlupfunterbindungsmechanismus 18 versehen, der einen Schlupf des anliegenden Abschnitts 13b bezüglich des ersten elastischen Körpers 11 bei Verformen des ersten elastischen Körpers 11 unterbindet.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft piezoelektrische Stromerzeuger und betrifft im Einzelnen piezoelektrische Stromerzeuger, die mit einem Stromerzeugungselement mit einer unimorphen Struktur ausgestattet sind.
Stand der Technik
Bekannte Beispiele herkömmlicher Systeme, die den Luftdruck zum Beispiel eines Reifens eines Kraftfahrzeugs detektieren, umfassen ein Reifenluftdruck-Überwachungssystem (TPMS, kurz vom engl. Tire Pressure Monitoring System). Im Allgemeinen ist ein TPMS an der Innenseite eines Reifens angebracht und ist mit einem Sensor, der den Luftdruck und die Temperatur des Reifens detektiert, und einem Sender, der drahtlos Daten zu einem in dem Fahrzeug befindlichen Sender-Empfänger überträgt, ausgestattet. Demgemäß ist es in einem TPMS erforderlich, dass eine Stromquelle zum Liefern von elektrischem Strom beispielsweise zu dem Sensor und dem Sender vorhanden ist.
Es wurden bisher verschiedene Stromerzeuger als Stromquellen vorgeschlagen, die in TPMS und dergleichen verwendet werden können. Unter diesen Stromerzeugern stehen insbesondere piezoelektrische Stromerzeuger, die den piezoelektrischen Effekt nutzen, im Zentrum des Interesses, da diese Art von Stromerzeuger einfach in der Größe reduziert werden kann.
Der in 24 gezeigte piezoelektrische Stromerzeuger wird zum Beispiel in der nachstehend genannten Patentschrift 1 beschrieben. Wie in 24 gezeigt umfasst ein piezoelektrischer Stromerzeuger 100 einen elastischen Körper 102, der an seiner einen Seite einen fixierten Endabschnitt aufweist und an seiner anderen Seite ein an einem Endabschnitt angebrachtes Gewicht 101 aufweist. An Hauptflächen 102a und 102b des elastischen Körpers 102 sind Kontakte 103 und 104 vorgesehen. Ferner sind an den Hauptflächen 102a und 102b piezoelektrische Elemente 105 und 106 befestigt.
Wenn bei dem piezoelektrischen Stromerzeuger 100 der elastische Körper 102 aufgrund einer an dem Gewicht 101 angelegten mechanischen Spannung in der Aufwärtsrichtung verlagert wird, übt der Kontakt 103 einen Druck auf das piezoelektrische Element 105 aus. Dadurch wird das piezoelektrische Element 105 verformt und in dem piezoelektrischen Element 105 wird Strom erzeugt. Wenn weiterhin der elastische Körper 102 aufgrund einer an dem Gewicht 101 angelegten mechanischen Spannung in der Abwärtsrichtung verschoben wird, übt der Kontakt 104 einen Druck auf das piezoelektrische Element 106 aus. Dadurch wird das piezoelektrische Element 106 verformt und in dem piezoelektrischen Element 106 wird Strom erzeugt.
Liste der Anführungen
Patentschrift

Patentschrift 1: Ungeprüfte japanische Patentanmeldung Veröffentlichung Nr. 2005-312269

Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
Wenn bei dem in 24 gezeigten piezoelektrischen Stromerzeuger 100 die piezoelektrischen Elemente 105 und 106 aufgrund des Einwirkens eines Drucks durch die Kontakte 103 und 104 verformt werden, wird an piezoelektrischen Körpern 105a und 106a der piezoelektrischen Elemente 105 und 106 eine Zugspannung angelegt. Die piezoelektrischen Körper 105a und 106a reagieren auf Zugspannung empfindlich und werden leicht beschädigt, wenn sie einer Zugspannung ausgesetzt werden. Daher ist es schwierig, für den piezoelektrischen Stromgenerator 100 hohe Haltbarkeit zu verwirklichen.
Ferner besteht bei dem piezoelektrischen Stromgenerator 100 das Problem, dass es schwierig ist, einen ausreichend hohen Stromerzeugungswirkungsgrad zu erhalten.
Im Hinblick auf die vorstehend beschriebenen Punkte besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, einen piezoelektrischen Stromerzeuger vorzusehen, der eine hohe Haltbarkeit und einen hohen Stromerzeugungswirkungsgrad aufweist.
Lösung des Problems
Ein erfindungsgemäßer piezoelektrischer Stromerzeuger umfasst einen ersten elastischen Körper und ein Stromerzeugungselement. Der erste elastische Körper verformt sich entlang einer ersten Richtung, wenn er mechanischer Spannung ausgesetzt wird. Das Stromerzeugungselement umfasst einen zweiten elastischen Körper und ein piezoelektrisches Element. Der zweite elastische Körper umfasst einen Befestigungsabschnitt und einen anliegenden Abschnitt. Der Befestigungsabschnitt ist an dem ersten elastischen Körper befestigt. Der anliegende Abschnitt ist in der ersten Richtung bezüglich des Befestigungsabschnitts an einer Seite angeordnet. Der anliegende Abschnitt liegt an dem ersten elastischen Körper an, ist aber nicht an dem ersten elastischen Körper befestigt. An einer Oberfläche des zweiten elastischen Körpers ist an der Seite gegenüber zu der, an der der erste elastische Körper angeordnet ist, ein piezoelektrisches Element angebracht. Mindestens einer von erstem elastischen Körper und zweitem elastischen Körper ist mit einem Schlupfunterbindungsmechanismus versehen, der einen Schlupf des anliegenden Abschnitts bezüglich des ersten elastischen Körpers unterbindet, wenn der erste elastische Körper verformt wird.
In einer bestimmten spezifischen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen piezoelektrischen Stromerzeugers weist der anliegende Abschnitt eine Endfläche auf, die in der ersten Richtung hin zu der einen Seite weist. Der Schlupfunterbindungsmechanismus ist ein Anschlag, der so an dem ersten elastischen Körper befestigt ist, dass er in der ersten Richtung bezüglich der Endfläche des anliegenden Abschnitts an der einen Seite positioniert ist, und der an der Endfläche des anliegenden Abschnitts anliegt, wenn der erste elastische Körper verformt wird. Bei dieser Konfiguration kann ein Schlupf des anliegenden Abschnitts bezüglich des ersten elastischen Körpers zuverlässiger unterbunden werden. Folglich ist es möglich, dass der zweite elastische Körper und das piezoelektrische Element, das an dem zweiten elastischen Körper angebracht ist, um einen größeren Betrag verlagert werden. Daher kann der Stromerzeugungswirkungsgrad werter erhöht werden.
In einer anderen spezifischen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen piezoelektrischen Stromerzeugers wird zwischen dem Anschlag und der Endfläche des anliegenden Abschnitts ein Spalt ausgebildet, wenn die Oberfläche des ersten elastischen Körpers, an der der zweite elastische Körper angebracht ist, flach ist. Bei dieser Konfiguration wird ein Verformen des zweiten elastischen Körpers zu einer konvexen Form infolge des Erfassens des zweiten elastischen Körpers durch den Anschlag verhindert, wenn der erste elastische Körper hin zu der Seite des zweiten elastischen Körpers hin zu einer konvexen Form verformt wird. Daher kann ein Anlegen von Zugspannung an dem piezoelektrischen Element, das an einer Seite des zweiten elastischen Körpers gegenüber der Seite, an der der erste elastische Körper angeordnet ist, angebracht ist, zuverlässiger unterbunden werden. Dadurch kann eine höhere Haltbarkeit verwirklicht werden.
In einer anderen spezifischen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen piezoelektrischen Stromerzeugers ist mindestens eine Oberfläche von einer Oberfläche des anliegenden Abschnitts an der Seite des ersten elastischen Körpers und einer Oberfläche des ersten elastischen Körpers, die an dem anliegenden Abschnitt anliegt, als raue Oberfläche ausgebildet, und der Schlupfunterbindungsmechanismus ist aus der rauen Oberfläche gebildet. Bei dieser Konfiguration ist es nicht erforderlich, einen separaten Anschlag vorzusehen, und daher kann der Aufbau vereinfacht werden.
In einer noch anderen spezifischen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen piezoelektrischen Stromerzeugers ist der Befestigungsabschnitt in der ersten Richtung an der anderen Seite mit einem Endabschnitt des anliegenden Abschnitts verbunden und der Schlupfunterbindungsabschnitt ist so vorgesehen, dass in der ersten Richtung bezüglich des ersten elastischen Körpers ein Schlupf eines Endabschnitts des anliegenden Abschnitts an der einen Seite unterbunden wird. Bei dieser Konfiguration ist es möglich, ein Verformen des zweiten elastischen Körpers und des piezoelektrischen Elements, das an dem zweiten elastischen Körper angebracht ist, um einen größeren Betrag zu bewirken. Daher kann ein höherer Stromerzeugungswirkungsgrad verwirklicht werden.
Bei einer noch anderen spezifischen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen piezoelektrischen Stromerzeugers ist der zweite elastische Körper aus einer einzigen elastischen Platte gebildet, der Befestigungsabschnitt umfasst einen ersten Befestigungsabschnitt, der in der ersten Richtung bezüglich des anliegenden Abschnitts an der anderen Seite angeordnet ist, einen zweiten und dritten Befestigungsabschnitt, die an Seiten des anliegenden Abschnitts angeordnet sind, und einen vierten Befestigungsabschnitt, der bezüglich des anliegenden Abschnitts in der ersten Richtung an der einen Seite angeordnet ist, und der Anschlag aus einem Teil des vierten Befestigungsabschnitts gebildet. Bei dieser Konfiguration können der zweite elastische Körper und der Anschlag durch Verwenden einer einzigen elastischen Platte einfacher hergestellt werden.
In einer noch anderen spezifischen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen piezoelektrischen Stromerzeugers sind der erste elastische Körper und der zweite elastische Körper aus einer einzigen elastischen Platte gebildet. Bei dieser Konfiguration ist es möglich, die Festigkeit der Verbindung zwischen dem ersten elastischen Körper und dem zweiten elastischen Körper zu verstärken. Wenn daher der zweite elastische Körper mit Verformung des ersten elastischen Körpers verformt wird, kann ein Beschädigen der Verbindung zwischen dem ersten elastischen Körper und dem zweiten elastischen Körper unterbunden werden. Daher ist es möglich, eine höhere Haltbarkeit zu verwirklichen. Bei dieser Konfiguration ist ferner das Herstellen des piezoelektrischen Stromgenerators einfach.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Bei der vorliegenden Erfindung wird ein Schlupfunterbindungsmechanismus, der einen Schlupf des anliegenden Abschnitts bezüglich des ersten elastischen Körpers unterbindet, wenn der erste elastische Körper verformt wird, an mindestens einem von erstem elastischen Körper und zweitem elastischen Körper vorgesehen, und daher werden der zweite elastische Körper und das piezoelektrische Element bei Verformung des ersten elastischen Körpers um einen größeren Betrag verformt und daher kann ein hoher Stromerzeugungswirkungsgrad verwirklicht werden.
Ferner kann der anliegende Abschnitt bezüglich des ersten elastischen Körpers verlagert werden, und daher ist selbst in dem Fall, da der erste elastische Körper hin zu der Seite des zweiten elastischen Körpers zu einer konvexen Form verformt wird, der zweite elastische Körper nicht anfällig für eine Verformung zu einer konvexen Form hin zur Seite des piezoelektrischen Elements. Daher ist es unwahrscheinlich, dass an dem piezoelektrischen Element Zugspannung angelegt wird, und die Haltbarkeit des piezoelektrischen Elements kann erhöht werden. Daher ist es möglich, eine hohe Haltbarkeit für den piezoelektrischen Stromerzeuger zu verwirklichen.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist eine schematische Teilansicht im Schnitt eines Reifens, an dem ein piezoelektrischer Stromerzeuger einer ersten Ausführungsform angebracht wurde.
2 ist eine schematische perspektivische Ansicht, die einen Teil des piezoelektrischen Stromerzeugers gemäß der ersten Ausführungsform zeigt.
3 ist eine schematische perspektivische Explosionsansicht, die einen Teil des piezoelektrischen Stromerzeugers gemäß der ersten Ausführungsform zeigt.
4 ist eine Ansicht entlang der Pfeile IV-IV in 2.
5 ist eine schematische Schnittansicht eines piezoelektrischen Stromerzeugers in einem Zustand, in dem ein erster elastischer Körper zu einer konkaven Form gebogen ist.
6 ist ein Graph, der auf das piezoelektrische Element wirkende mechanische Spannung bezüglich Drehung des Reifen zeigt.
7 ist eine schematische Schnittansicht zum Erläutern eines Falls, bei dem kein Anschlag vorgesehen ist.
8 ist eine schematische Schnittansicht zum Erläutern eines Falls, bei dem der erste elastische Körper in der ersten Ausführungsform zu einer konvexen Form verformt ist.
9 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines piezoelektrischen Stromerzeugers gemäß einer zweiten Ausführungsform.
10 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines piezoelektrischen Stromerzeugers gemäß einer dritten Ausführungsform.
11 ist eine schematische perspektivische Explosionsansicht des piezoelektrischen Stromerzeugers gemäß der dritten Ausführungsform.
12 ist eine schematische Draufsicht auf einen piezoelektrischen Stromerzeuger gemäß einer vierten Ausführungsform.
13 ist eine schematische Seitenansicht des piezoelektrischen Stromerzeugers gemäß der vierten Ausführungsform.
14 ist eine schematische Draufsicht auf einen piezoelektrischen Stromerzeuger gemäß einer fünften Ausführungsform.
15 ist eine schematische Seitenansicht des piezoelektrischen Stromerzeugers gemäß der fünften Ausführungsform.
16 ist eine schematische Draufsicht auf einen piezoelektrischen Stromerzeuger gemäß einer sechsten Ausführungsform.
17 ist eine schematische Seitenansicht des piezoelektrischen Stromerzeugers gemäß der sechsten Ausführungsform.
18 ist eine schematische Seitenansicht eines piezoelektrischen Stromerzeugers gemäß einer siebten Ausführungsform.
19 ist eine Draufsicht auf ein Stromerzeugungselement, das in einem experimentellen Beispiel erzeugt wurde.
20 ist eine schematische Ansicht eines piezoelektrischen Stromerzeugers eines ersten experimentellen Beispiels.
21 ist eine schematische Ansicht eines piezoelektrischen Stromerzeugers eines zweiten experimentellen Beispiels.
22 ist ein Graph, der die von dem piezoelektrischen Stromerzeuger des ersten experimentellen Beispiels erzeugte elektrische Spannung zeigt.
23 ist ein Graph, der die von dem piezoelektrischen Stromerzeuger des zweiten experimentellen Beispiels erzeugte elektrische Spannung zeigt.
24 ist eine schematische Schnittansicht eines in Patentschrift 1 beschriebenen piezoelektrischen Stromerzeugers.
Beschreibung von Ausführungsformen
Nachstehend wird die Erfindung durch Beschreiben spezifischer Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezug auf die Zeichnungen verdeutlicht.
(Erste Ausführungsform)
In dieser Ausführungsform erfolgt die Beschreibung eines Falls, bei dem ein piezoelektrischer Stromerzeuger in einem Reifen angeordnet ist und von einem TPMS verwendet wird. Die Anwendungen von piezoelektrischen Stromerzeugern der vorliegenden Erfindung sind aber nicht auf die Verwendung durch ein TPMS beschränkt. Ein piezoelektrischer Stromerzeuger der vorliegenden Erfindung kann bei jeder beliebigen Anwendung einschließlich eines TPMS angewendet werden. Ein piezoelektrischer Stromerzeuger der vorliegenden Erfindung kann auch in Anwendungen wie etwa ID-Tags und IC-Karten verwendet werden.
1 ist eine schematische Teilansicht im Schnitt eines Reifens, an dem der piezoelektrische Stromerzeuger dieser Ausführungsform angebracht ist. 2 ist eine schematische perspektivische Ansicht, die einen Teil des piezoelektrischen Stromerzeugers gemäß der fünften Ausführungsform zeigt. 3 ist eine schematische perspektivische Explosionsansicht, die einen Teil des piezoelektrischen Stromerzeugers gemäß der ersten Ausführungsform zeigt. 4 ist eine schematische Schnittansicht des piezoelektrischen Stromerzeugers gemäß der ersten Ausführungsform.
Wie in 1 gezeigt ist ein piezoelektrischer Stromerzeuger 1 dieser Ausführungsform in einem Reifen 10 vorgesehen. Wie in 4 gezeigt umfasst der piezoelektrische Stromerzeuger 1 einen ersten elastischen Körper 11, der aus einem Teil des Reifens 10, der aus Gummi besteht, ausgebildet ist. Der Reifen 10 dreht und der Abschnitt des Reifens 10, der mit dem Boden in Kontakt steht, ändert sich, wodurch der erste elastische Körper 11 eine mechanische Spannung aufnimmt und entlang einer Drehrichtung R des Reifens 10, die eine erste Richtung ist (siehe auch 1), verformt wird.
In dieser Ausführungsform wird ein Fall beschrieben, in dem der erste elastische Körper 11 aus einem Teil des Reifens 10 gebildet ist, doch kann der erste elastische Körper so vorgesehen werden, dass er separat von dem Reifen ist.
Ferner bezeichnet in der vorliegenden Erfindung der Begriff „elastischer Körper”” ein Element, das sich elastisch verformt, wenn es mechanischer Spannung ausgesetzt wird, und bezeichnet im Einzelnen zum Beispiel ein Element, das aus einem Gummi, einem Metall oder einem Kunststoff gebildet ist.
Oben auf dem ersten elastischen Körper 11 ist ein Stromerzeugungselement 12 angebracht. Das Stromerzeugungselement 12 umfasst einen plattenförmigen zweiten elastischen Körper 13 und ein piezoelektrisches Element 14. Der zweite elastische Körper 13 kann zum Beispiel aus einem Metall, einem Kunststoff oder einem Gummi gebildet sein.
Der zweite elastische Körper 13 umfasst einen Befestigungsabschnitt 13a und einen anliegenden Abschnitt 13b. Der zweite elastische Körper 13 ist an dem Befestigungsabschnitt 13a an dem ersten elastischen Körper 11 befestigt. Das Verfahren zum Befestigen des Befestigungsabschnitts 13a an dem ersten elastischen Körper 11 ist nicht eigens beschränkt. Der Befestigungsabschnitt 138 kann zum Beispiel durch einen Kleber, ein Klebeband, ein Befestigungselement wie etwa einen Bolzen, eine Niete oder einen Schweißeinlagemechanismus an dem ersten elastischen Körper 11 befestigt sein.
Wie in 2 und 3 gezeigt umfasst der Befestigungsabschnitt 13a einen ersten Befestigungsabschnitt 13a1, einen zweiten Befestigungsabschnitt 13a2, einen dritten Befestigungsabschnitt 13a3 und einen vierten Befestigungsabschnitt 13a4. Der erste Befestigungsabschnitt 13a1 ist bezüglich des anliegenden Abschnitts 13b an einer R1-Seite in der Drehrichtung R positioniert. Der erste Befestigungsabschnitt 13a1 ist mit dem anliegenden Abschnitt 13b verbunden. Der zweite und dritte Befestigungsabschnitt 13a2 und 13a3 sind an einer Seite des anliegenden Abschnitts 13b positioniert. D. h. der zweite und dritte Befestigungsabschnitt 13a2 und 13a3 und der anliegende Abschnitt 13b sind in einer Richtung angeordnet, die zur Drehrichtung R senkrecht ist. Der zweite und dritte Befestigungsabschnitt 13a2 und 13a3 sind mit dem ersten Befestigungsabschnitt 13a1 verbunden. Der vierte Befestigungsabschnitt 13a4 ist bezüglich des anliegenden Abschnitts 13b an einer R2-Seite in Drehrichtung R positioniert. Der vierte Befestigungsabschnitt 13a4 ist mit dem zweiten und dritten Befestigungsabschnitt 13a2 und 13a3 verbunden.
In dieser Ausführungsform sind der erste bis vierte Befestigungsabschnitt 13a1 bis 13a4 sowie der anliegende Abschnitt 13b aus einer einzigen elastischen Platte gebildet und der zweite bis vierte Befestigungsabschnitt 13a2 bis 13a4 sowie der anliegende Abschnitt 13b sind durch einen Schlitz 13c voneinander getrennt. D. h. der anliegende Abschnitt 13b kann relativ zu dem zweiten bis vierten Befestigungsabschnitt 13a2 bis 13a4 verlagert werden.
Der anliegende Abschnitt 13b ist bezüglich des ersten Befestigungsabschnitts 13a1 an der R2-Seite in der Drehrichtung R positioniert und ist mit dem ersten Befestigungsabschnitt 13a1 verbunden. Der anliegende Abschnitt 13b ist in einer Rechteckform ausgebildet, die sich von dem ersten Befestigungsabschnitt 13a1 hin zu der R2-Seite in der Drehrichtung R erstreckt. Der anliegende Abschnitt 13b ist nicht an dem ersten elastischen Körper 11 befestigt, sondern liegt an dem ersten elastischen Körper 11 an.
In dieser Ausführungsform wird ein Beispiel beschrieben, bei dem die Gesamtheit des zweiten elastischen Körpers 13 mit Ausnahme des Befestigungsabschnitts 13a den anliegenden Abschnitt 13b bildet, doch kann der anliegende Abschnitt 13b stattdessen aus einem Teil eines Abschnitts des zweiten elastischen Körpers 13 unter Ausschluss des Befestigungsabschnitts 13a gebildet sein.
Das piezoelektrische Element 14 ist an der Oberfläche des anliegenden Abschnitts 13b auf der Seite gegenüber der Seite, an der der erste elastische Körper 11 angeordnet ist, angebracht. In dieser Ausführungsform ist das piezoelektrische Element 14 an einem mittleren Abschnitt des anliegenden Abschnitts 13b unter Ausschluss eines Umfangsabschnitts des anliegenden Abschnitts 13b angebracht, doch kann das piezoelektrische Element 14 über der Gesamtheit des anliegenden Abschnitts 13b angebracht sein.
Wie in 4 gezeigt umfasst das piezoelektrische Element 14 einen piezoelektrischen Körper 14a und erste und zweite Elektroden 14b und 14c, die den piezoelektrischen Körper 14a dazwischen sandwichartig einschließen. Die ersten und zweiten Elektroden 14b und 14c sind mit einer Anschlusselektrode 16 verbunden. In dem piezoelektrischen Element 14 erzeugter Strom wird von dieser Anschlusselektrode 16 abgegriffen. Es sind ein leitender Abschnitt, der mit der ersten Elektrode 14b verbunden ist, und ein leitender Abschnitt, der mit der zweiten Elektrode 14c an der Anschlusselektrode 16 verbunden ist, vorhanden, und diese leitenden Abschnitte sind voneinander Isoliert, doch sind diese leitenden Abschnitte nicht detailliert gezeichnet, um die Zeichnungen zu vereinfachen.
Der piezoelektrische Körper 14a ist typischerweise in seiner Dickenrichtung polarisiert. Die Polarisierungsrichtung des piezoelektrischen Körpers 14a muss aber nicht die Dickenrichtung sein, und der piezoelektrische Körper 14a kann zum Beispiel in seiner Breitenrichtung oder Längenrichtung polarisiert sein. Ferner ist das zum Bilden des piezoelektrischen Körpers 14a verwendete Material nicht eigens beschränkt, und der piezoelektrische Körper 14a kann zum Beispiel aus einem geeigneten piezoelektrischen Material wie etwa Bleizirkonattitanat (PZT), LiTaO₃, LiNbO₃ oder Quarz gebildet sein.
Das zum Bilden der ersten und zweiten Elektroden 14b und 14c verwendete Material ist nicht eigens beschränkt, und die ersten und zweiten Elektroden 14b und 14c können zum Beispiel aus einem Metall wie etwa Eisen, Kupfer oder Aluminium oder einer Legierung wie etwa Edelstahl oder Duraluminium gebildet sein.
Wie in 2 bis 4 gezeigt ist in dieser Ausführungsform ein Anschlag 15 an dem zweiten elastischen Körper 13 als Schlupfunterbindungsmechanismus vorgesehen. Der Anschlag 15 unterbindet den Schlupf des anliegenden Abschnitts 13b relativ zu dem ersten elastischen Körper 11, wenn der erste elastische Körper 11 entlang der Drehrichtung R aufgrund einer an dem elastischen Körper 11 infolge der Drehung des Reifens 10 angelegten mechanischen Spannung verformt wird.
Wie in 4 gezeigt weist der anliegende Abschnitt 13b im Einzelnen eine Endfläche 13b1 auf, die hin zur R2-Seite in Drehrichtung R weist, und der Anschlag 15 ist aus einem Teil des vierten Befestigungsabschnitts 13a4 gebildet, der an der R2-Seite der Endfläche 13b1 des anliegenden Abschnitts 13b positioniert ist. Im Einzelnen wird der Anschlag 15 durch Biegen von R1-seitigen Endabschnitten des vierten Befestigungsabschnitts 13a4, so dass sie in eine Richtung senkrecht zu dem anliegenden Abschnitt 13b zeigen, gebildet. Da somit in dieser Ausführungsform der Anschlag 15 aus einem Teil des vierten Befestigungsabschnitts 13a4 gebildet ist, können der Anschlag 15, der Befestigungsabschnitt 13a und der anliegende Abschnitt 13b leicht aus einer einzigen elastischen Platte gefertigt werden.
Wenn in dieser Ausführungsform, wie in 4 gezeigt, die Oberfläche eines Abschnitts des ersten elastischen Körpers 11, an der der zweite elastische Körper 13 angebracht ist, flach ist, wird zwischen dem Anschlag 15 und dem anliegenden Abschnitt 13b ein Spalt gebildet. Wenn dagegen, wie in 5 gezeigt, der erste elastische Körper 11 eine konkave Form hat, liegt ein R2-seitiger Endabschnitt des anliegenden Abschnitts 13b an dem Anschlag 15 an.
Als Nächstes wird der Stromerzeugungsvorgang des piezoelektrischen Stromerzeugers 1 unter hauptsächlichem Verweis auf 6 beschrieben. In einem Zustand, in dem der erste elastische Körper 11, der ein Abschnitt des Reifens 10 ist, an dem der zweite elastische Körper 13 angebracht ist, nicht mit dem Boden in Kontakt steht, wie in 5 gezeigt ist, sind der erste und zweite elastische Körper 11 und 13 in einer in der radialen Richtung nach außen weisenden konkaven Form. Wenn der Reifen 10 aus diesem Zustand dreht und der erste elastische Körper 11 beginnt, mit dem Boden in Kontakt zu kommen, wird an dem ersten elastischen Körper 11 eine mechanische Spannung angelegt und die Krümmung des ersten und zweiten elastischen Körpers 11 und 13 wird kleiner. Folglich wird der an dem zweiten elastischen Körper 13 angebrachte piezoelektrische Körper 14a des piezoelektrischen Elements 14 verformt. Dadurch wird Strom erzeugt. Wenn der erste elastische Körper 11 vollständig mit dem Boden in Kontakt steht, wie in 4 gezeigt ist, sind die Oberflächen des ersten und zweiten elastischen Körpers 11 und 13 flach. Wenn dann der erste elastische Körper 11 beginnt, sich weg von dem Boden zu bewegen, werden der erste und zweite elastische Körper 11 und 13 wieder zu einer konkaven Form verformt. Folglich wird der piezoelektrische Körper 14a verformt und es wird Strom erzeugt. Die Stromerzeugung wird durch wiederholtes Erfolgen dieses Vorgangs durchgeführt.
In dem Fall, da der Anschlag 15 nicht vorgesehen ist, wie in 7 gezeigt ist, schlupft hier zum Beispiel, auch wenn sich ein erster elastischer Körper 111 verformt, ein anliegender Abschnitt 113b eines zweiten elastischen Körpers 113 bezüglich des ersten elastischen Körpers 111. Folglich ändert sich die Form des zweiten elastischen Körpers 113 nicht im Einklang mit der Änderung der Form des ersten elastischen Körpers 111. Daher verformt sich ein piezoelektrischer Körper 114a eines piezoelektrischen Elements 114, der an dem zweiten elastischen Körper 113 angebracht ist, nicht um einen großen Betrag. Folglich kann kein großer Strombetrag erhalten werden und der Stromerzeugungswirkungsgrad ist gering.
In dieser Ausführungsform ist dagegen, wie in 4 gezeigt, der Anschlag 15 vorgesehen. Wenn demgemäß wie in 5 gezeigt der erste elastische Körper 11 verformt wird, liegt die R2-seitige Endfläche 13b1 des anliegenden Abschnitts 13b an dem Anschlag 15 an, der indirekt an dem ersten elastischen Körper 11 befestigt ist. Daher wird ein Schlupf der R2-seitigen Endfläche 13b1 des anliegenden Abschnitts 13b bezüglich des ersten elastischen Körpers 11 unterbunden. Daher werden der zweite elastische Körper 13 und der piezoelektrische Körper 14a des piezoelektrischen Elements 14, der an dem zweiten elastischen Körper 13 angebracht ist, um einen großen Betrag verformt. Dadurch kann mit Verformung des ersten elastischen Körpers 11 ein großer Strombetrag erhalten werden und es kann ein hoher Stromerzeugungswirkungsgrad verwirklicht werden.
In dieser Ausführungsform ist insbesondere der R1-seitige Endabschnitt des anliegenden Abschnitts 13b mit dem ersten Befestigungsabschnitt 13a1 verbunden und ist dadurch an dem ersten elastischen Körper 11 befestigt, und ein Schlupf des R2-seitigen Endabschnitts des anliegenden Abschnitts 13b bezüglich des ersten elastischen Körpers 11 wird durch den Anschlag 15 unterbunden. Daher werden der zweite elastische Körper 13 und der piezoelektrische Körper 14a des piezoelektrischen Elements 14, der an dem zweiten elastischen Körper 13 angebracht ist, mit Verformung des ersten elastischen Körpers 11 um einen größeren Betrag verformt. Dadurch kann mit Verformung des ersten elastischen Körpers 11 ein großer Strombetrag erhalten werden und es kann ein höherer Stromerzeugungswirkungsgrad verwirklicht werden.
Als weiteres Verfahren zum Veranlassen des Verformens des zweiten elastischen Körpers um einen großen Betrag bei Verformung des ersten elastischen Körpers kann ein Anbringen des anliegenden Abschnitts an dem ersten elastischen Körper in Betracht gezogen werden. Wenn aber der anliegende Abschnitt an dem ersten elastischen Körper angebracht ist, wird zum Beispiel in dem Fall, da der erste elastische Körper aufgrund des Rollens des Rollens über einen Stein oder dergleichen und seiner Einbeulung in radialer Richtung hin zur Innenseite zu einer konvexen Form verformt wird, der zweite elastische Körper ebenfalls in der radialen Richtung hin zur Innenseite zu einer konvexen Form verformt. Geschieht dies, wird der piezoelektrische Körper des piezoelektrischen Elements, der oben an dem zweiten elastischen Körper angebracht ist, ebenfalls zu einer konvexen Form verformt und es wirkt eine Zugspannung auf den piezoelektrischen Körper. Da piezoelektrische Körper eine geringe Haltbarkeit bei Zugspannung haben, werden sie manchmal beschädigt, warm sie auf diese Weise einer Zugspannung ausgesetzt werden. In dem Fall, da der anliegende Abschnitt an dem ersten elastischen Körper befestigt ist, wird daher die Haltbarkeit des piezoelektrischen Stromerzeugers gering.
In dieser Ausführungsform ist der anliegende Abschnitt 13b, an dem das piezoelektrische Element 14 angebracht ist, dagegen nicht direkt an dem ersten elastischen Körper 11 befestigt, sondern ist vielmehr mittels des ersten Befestigungsabschnitts 13a1 an dem ersten elastischen Körper 11 befestigt. Selbst wenn wie in 8 gezeigt der Reifen 10 über einen Stein oder dergleichen rollt und der erste elastische Körper 11 dadurch in der radialen Richtung hin zur Innenseite zu einer konvexen Form verformt wird, wird folglich eine Verformung des zweiten elastischen Körpers 13 zu einer konvexen Form wirksam unterbunden, da der zweite elastische Körper 13 nicht durch den ersten elastischen Körper 11 zurückgehalten wird. Daher wird ein Verformen des piezoelektrischen Körpers 14a des piezoelektrischen Elements 14, der an dem zweiten elastischen Körper 13 angebracht ist, zu einer konvexen Form wirksam unterbunden und das Ausüben von Zugspannung an dem piezoelektrischen Körper 14a wird wirksam unterbunden. Daher wird eine hohe Haltbarkeit verwirklicht.
In dieser Ausführungsform ist wie in 4 gezeigt der Anschlag 15 so vorgesehen, dass zwischen dem Anschlag 15 und der Endfläche 13b1 des anliegenden Abschnitts 13b ein Spalt gebildet wird, wenn die Oberfläche des ersten elastischen Körpers 11 flach ist. Wenn folglich der erste elastische Körper 11 so verformt wird, dass er in der radialen Richtung hin zur Innenseite eine konvexe Form hat, wird der vordere Endabschnitt des anliegenden Abschnitts 13b nicht durch den Anschlag 15 zurückgehalten. Daher wird ein Verformen des anliegenden Abschnitts 13b in der radialen Richtung hin zur Innenseite zu einer konvexen Form wirksam unterbunden. Dadurch wird eine höhere Haltbarkeit verwirklicht.
Aus Sicht des Verwirklichens höherer Haltbarkeit wie in dieser Ausführungsform ist es ferner bevorzugt, dass das piezoelektrische Element 14 nicht an dem Befestigungsabschnitt 13a befestigt wird, sondern vielmehr an dem anliegenden Abschnitt 13b befestigt wird.
Nachstehend wird ein anderes Beispiel einer bevorzugten Methode des Ausführens der vorliegenden Erfindung beschrieben. In der folgenden Beschreibung werden Komponenten mit im Wesentlichen den gleichen Funktionen wie die der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform durch die gleichen Zeichen kenntlich gemacht und auf eine Beschreibung derselben wird verzichtet.
(Zweite Ausführungsform)
In der ersten Ausführungsform wurde ein Beispiel beschrieben, bei dem der erste elastische Körper 11 aus einem Teil des Reifens 10 gebildet ist. Die vorliegende Erfindung ist aber nicht auf diese Konfiguration beschränkt. Der erste elastische Körper 11 kann aus einem Element gebildet sein, das von dem Reifen 10 getrennt ist. in dieser Ausführungsform wird ein Beispiel, in dem der erste elastische Körper 11 aus einem Element gebildet ist, das separat von dem Reifen 10 ist, unter Bezug auf 9 beschrieben.
Wie in 9 gezeigt ist in einem piezoelektrischen Stromerzeuger 1a gemäß einer zweiten Ausführungsform der erste elastische Körper 11 aus einer elastischen Platte gebildet, die von dem Reifen 10 getrennt ist. Im Einzelnen sind der erste elastische Körper 11 und der zweite elastische Körper 13 aus einer einzigen elastischen Platte, wie etwa einem Blech, gebildet. Der piezoelektrische Stromerzeuger 1a dieser Ausführungsform wird durch Befestigen des ersten elastischen Körpers 11 an der Innenseite des Reifens 10 verwendet.
In dieser Ausführungsform umfasst der zweite elastische Körper 13 den anliegenden Abschnitt 13b, der eine flache Platte ist und an dem das piezoelektrische Element 14 angebracht ist, und einen gebogenen Abschnitt 13d, der den anliegenden Abschnitt 13b und den ersten elastischen Körper 11 verbindet und eine nach oben weisende konvexe Form hat. Ein vorderer Endabschnitt des gebogenen Abschnitts 13d bildet den Befestigungsabschnitt 13a, der an dem ersten elastischen Körper 11 befestigt ist.
Da auf diese Weise in dieser Ausführungsform der erste elastische Körper 11 und der zweite elastische Körper 13 aus einer einzigen elastischen Platte gebildet sind, kann die Festigkeit der Verbindung zwischen dem ersten elastischen Körper 11 und dem zweiten elastischen Körper 13 erhöht werden. Daher ist es möglich, eine höhere Haltbarkeit zu verwirklichen.
In dieser Ausführungsform ist der gebogene Abschnitt 13d ferner zwischen dem anliegenden Abschnitt 13b und dem ersten elastischen Körper 11 vorgesehen. Wenn folglich an dem piezoelektrischen Stromerzeuger 1a eine mechanische Spannung angelegt wird und der erste und der zweite elastische Körper 11 und 13 verformt werden, wird die auf die Verbindung zwischen dem ersten elastischen Körper 11 und dem anliegenden Abschnitt 13b wirkende mechanische Spannung durch die Verformung des gebogenen Abschnitts 13d gemindert. Daher kann ein Beschädigen der Verbindung zwischen dem ersten elastischen Körper 11 und dem anliegenden Abschnitt 13b wirksam unterbunden werden.
(Dritte Ausführungsform)
In der vorstehend beschriebenen zweiten Ausführungsform wurde ein Fall beschrieben, in dem der erste elastische Körper 11 und der zweite elastische Körper 13 in einer integrierten Weise ausgebildet sind. Die vorliegende Erfindung ist aber nicht auf diese Konfiguration beschränkt. Wie zum Beispiel in 10 und 11 gezeigt ist, können der erste elastische Körper 11 und der zweite elastische Körper 13 aus separaten elastischen Platten gebildet sein. In diesem Fall können der erste elastische Körper 11 und der zweite elastische Körper 13 zum Beispiel unter Verwenden von Klebeband 17 miteinander verbunden werden, wie in 11 gezeigt ist.
Das Verfahren des Verbindens des ersten elastischen Körpers 11 und des zweiten elastischen Körpers 13 miteinander ist aber nicht darauf beschränkt. Der erste elastische Körper 11 und der zweite elastische Körper 13 können zum Beispiel durch Verwenden eines Klebstoffs, eines Befestigungsmittels wie etwa einer Schraube oder eines Bolzens oder einer Niete verbunden werden. In dem Fall, da jeder von erstem elastischen Körper 11 und zweitem elastischen Körper 13 ein Blech ist, können der erste elastische Körper 11 und der zweite elastische Körper 13 ferner durch Schweißen miteinander verbunden werden.
(Vierte Ausführungsform)
12 und 13 sind jeweils eine schematische Draufsicht und eine schematische Seitenansicht eines piezoelektrischen Stromerzeugers gemäß einer vierten Ausführungsform.
Wie in 12 und 13 gezeigt sind der erste elastische Körper 11, der zweite elastische Körper 13 und der Anschlag 15 durch Biegen einer einzigen rechteckigen elastischen Platte in integrierter Weise ausgebildet. Folglich ist der piezoelektrische Stromerzeuger gemäß dieser Ausführungsform leicht herzustellen und weist eine hohe Haltbarkeit auf.
In 12 und 13 stehen der zweite elastische Körper 13 und der Anschlag 15 miteinander in Kontakt, wenn der zweite elastische Körper 13 eine flache Form hat, doch analog zur ersten Ausführungsform kann eine Konfiguration übernommen werden, bei der zwischen dem zweiten elastischen Körper 12 und dem Anschlag 15 ein Spalt gebildet wird, wenn der zweite elastische Körper 13 eine flache Form hat.
(Fünfte Ausführungsform)
In der ersten Ausführungsform wurde ein Beispiel beschrieben, bei dem der Anschlag 15 mittels des Befestigungsabschnitts 13a an dem ersten elastischen Körper 11 befestigt ist. Doch kann der Anschlag 15 stattdessen direkt an dem ersten elastischen Körper 11 angebracht werden. Wie in 14 und 15 gezeigt kann der Anschlag 15 weiterhin so ausgebildet werden, dass er mit dem ersten elastischen Körper 11 integriert ist. In dem in 14 und 15 gezeigten Beispiel ist im Einzelnen zusammen mit dem Ausbilden des ersten elastischen Körpers 11 aus einem Abschnitt des Reifens 10 der Anschlag 15 aus einem Vorsprung gebildet, der auf der Innenseite des Reifens 10 ausgebildet ist.
(Sechste Ausführungsform)
In der vorstehend beschriebenen fünften Ausführungsform wurde ein Fall beschrieben, in dem der Anschlag 15 aus einem Vorsprung gebildet ist. Der Anschlag 15 muss aber kein Vorsprung sein. Wie in 16 und 17 gezeigt kann der Anschlag 15 zum Beispiel durch Vorsehen eines konkaven Abschnitts 10a in dem Reifen 10 vorgesehen sein.
In der ersten bis sechsten Ausführungsform wurden Beispiele beschrieben, bei denen der Anschlag 15 an der R2-Seite des vorderen Endabschnitts des zweiten elastischen Körpers 13 vorgesehen ist. Die Position des Anschlags 15 ist aber nicht eigens beschränkt, solange es eine Position ist, bei der ein Schlupf des anliegenden Abschnitts 13b bezüglich des ersten elastischen Körpers 11 unterbunden werden kann, wenn der erste elastische Körper 11 verformt wird.
(Siebte Ausführungsform)
In der ersten bis sechsten Ausführungsform wurden Beispiele beschrieben, in denen aus einem Anschlag ein Schlupfunterbindungsmechanismus ausgebildet ist. In der vorliegenden Erfindung ist der Schlupfunterbindungsmechanismus aber nicht auf einen Anschlag beschränkt. In dieser Ausführungsform wird ein Beispiel beschrieben, in dem der Schlupfunterbindungsmechanismus aus einer rauen Oberfläche gebildet ist.
Wie in 18 gezeigt ist in dieser Ausführungsform ein Vorsprung 11b auf einem Abschnitt des Reifens 10 gebildet, der den ersten elastischen Körper 11 bildet. Eine Oberfläche 11b1 oben auf dem Vorsprung 11b, die an dem zweiten elastischen Körper 12 anliegt, ist als raue Oberfläche ausgebildet. Ferner ist ein Oberflächenabschnitt 13f des zweiten elastischen Körpers 13, der an der Oberseite des Vorsprungs 11b anliegt, ebenfalls als raue Oberfläche ausgebildet. Ein Schlupfunterbindungsmechanismus 18 ist aus der Oberfläche 11b1 und dem Oberflächenabschnitt 13f, die als raue Oberflächen ausgebildet sind, gebildet. Der Schlupfunterbindungsmechanismus 18 unterbindet einen Schlupf des anliegenden Abschnitts 13b des zweiten elastischen Körpers 13 bezüglich des ersten elastischen Körpers 11, wenn der erste elastische Körper 11 verformt wird. Daher kann auch in dieser Ausführungsform ein hoher Stromerzeugungswirkungsgrad verwirklicht werden. Selbst in dem Fall, da der erste elastische Körper 11 zu einer konvexen Form verformt ist, wird weiterhin eine hohe Haltbarkeit verwirklicht, da der zweite elastische Körper 13 und das piezoelektrische Element 14, das an dem zweiten elastischen Körper 13 angebracht ist, nicht zu einer konvexen Form verformt werden. Ferner ist es bevorzugt, dass die Rauheit der Oberfläche 11b1 solcher Art ist, dass die an der Kontaktebene zwischen dem ersten elastischen Körper 11 und dem zweiten elastischen Körper 13 erzeugte maximale statische Reibkraft größer als eine Komponente in einer ersten Richtung einer auf den zweiten elastischen Körper 13 ausgeübten Kraft infolge von Verformung des ersten elastischen Körpers 11 ist (eine Komponente, die parallel zu der Kontaktebene zwischen dem ersten elastischen Körper 11 und dem zweiten elastischen Körper 13 ist, einer Kraft, die ein Verschieben der Kontaktebene bewirkt).
Der Begriff „raue Oberfläche” bezeichnet hier eine Oberfläche, die aufgeraut wurde, so dass sie in einem solchen Maße eine höhere Oberflächenrauheit als umgebende Abschnitte aufweist, dass ein Schlupf des anliegenden Abschnitts 13b bezüglich des ersten elastischen Körpers 11 bei Verformen des ersten elastischen Körpers 11 unterbunden wird. Zum Beispiel ist es bevorzugt, dass die Oberflächenrauheit der rauen Oberfläche eine Oberflächenrauheit ist, die der Zahl 1000 oder weniger bezüglich einer durch JIS R6010 und JIS R6252 festgelegten Körnigkeit entspricht, und weiterhin ist es bevorzugt, dass die Oberflächenrauheit eine Oberflächenrauheit ist, die der Zahl 180 oder weniger entspricht. Schlupf ist hier weiterhin als ein Zustand definiert, in dem eine Kraft, die parallel zu der Ebene des Anliegens ist und die zwischen dem ersten elastischen Körper und dem zweiten elastischen Körper wirkt, die maximale statische Reibungskraft übersteigt, die zwischen dem ersten elastischen Körper und dem zweiten elastischen Körper wirkt.
In der siebten Ausführungsführung wurde ein Beispiel beschrieben, in dem sowohl die Oberfläche des anliegenden Abschnitts 13b an der Seite des ersten elastischen Körpers 11 als auch die Oberfläche des ersten elastischen Körpers 11, die an dem anliegenden Abschnitt 13b anliegt, als raue Oberflächen gebildet sind. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf diese Konfiguration beschränkt. Zum Beispiel kann nur eine von der Oberfläche des anliegenden Abschnitts 13b an der Seite des ersten elastischen Körpers 11 und der Oberfläche des ersten elastischen Körpers 11, die an dem anliegenden Abschnitt 13b anliegt, als raue Oberfläche ausgebildet sein und der Schlupfunterbindungsmechanismus 18 kann aus dieser rauen Oberfläche gebildet sein. Als weitere Ausführungsform des Schlupfunterbindungsmechanismus ist es weiterhin bevorzugt, wenngleich dies in den Zeichnungen nicht gezeigt ist, dass ein Gummifilm oder ein Harzfilm auf mindestens einer von den anliegenden Oberflächen des ersten elastischen Körpers und des zweiten elastischen Körpers vorgesehen ist. Hier ist es auch bevorzugt, dass ein Wellenmuster von Nuten in der Oberfläche des Gummifilms oder des Harzfilms ausgebildet ist. Ferner muss die erste Richtung nicht die Drehrichtung sein, und wenn zum Beispiel der erste elastische Körper eine rechteckige Form hat, wie etwa im Fall einer IC-Karte, kann die erste Richtung eine lineare Richtung in der Ebene der rechteckigen Form sein und ist vorzugsweise eine lineare Richtung, die parallel zu den langen Seiten der rechteckigen Form ist.
(Experimentelle Beispiele)
Die folgenden Beispiele wurden durchgeführt, um die Wirkung des Vorsehens des Schlupfunterbindungsmechanismus zu bestätigen.
Zuerst wurde das Stromerzeugungselement 12 (Kapazität: 7,3 nF), das in 19 gezeigt ist, erzeugt. Im Einzelnen wurde zuerst das piezoelektrische Element 14 durch sandwichartiges Einschließen eines piezoelektrischen Körpers, der aus PZT bestand und eine Dicke von 0,2 mm aufwies, zwischen einem Paar von Elektroden, die aus NiCr/NiCu/Ag bestanden und Dicken von 0,15/0,1510,30 μm aufwiesen, erzeugt. Die Maße des piezoelektrischen Elements 14 waren eine Länge von 20 mm und eine Breite von 5 mm. Die Erzeugung des Stromerzeugungselements 12 wurde durch Befestigen des piezoelektrischen Elements 14 an dem zweiten elastischen Körper 13, der aus Ni 42 bestand und eine Dicke von 0,2 mm, eine Länge von 24 mm und eine Breite von 6 mm hatte, abgeschlossen.
In einem ersten experimentellen Beispiel wird ein Endabschnitt des Stromerzeugungselements 12 an dem Reifen 10 angebracht, an dem ein Anschlag 15, der aus Ni 42 besteht, angebracht ist, so dass der vordere Endabschnitt des zweiten elastischen Körpers 13 an dem Anschlag 15 anliegt. Die Maße des Anschlags 15 waren eine Dicke von 0,5 mm, eine Länge von 1 mm und eine Breite von 6 mm. Der Durchmesser des Reifens 10 betrug 320 mm.
Dann wurde die in dem Stromerzeugungselement erzeugte elektrische Spannung gemessen, als die Fahrgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs 15 km/h betrug. Die Ergebnisse sind in 22 gezeigt.
Ein zweites experimentelles Beispiel war das gleiche wie das erste experimentelle Beispiel, mit Ausnahme der Tatsache, dass der Anschlag 15 nicht vorgesehen war. Die in dem Stromerzeugungselement erzeugte elektrische Spannung wurde gemessen, als die Fahrgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs 15 km/h betrug. Die Ergebnisse sind in 23 gezeigt.
Im Gegensatz zu dem in 23 gezeigten zweiten experimentellen Beispiel, bei dem der Anschlag 15 nicht vorgesehen war und eine elektromotorische Kraft von etwa 24 V (5,4 Mikrojoules Energie) erhalten wurde, wurde in dem in 24 gezeigten ersten experimentellen Beispiel, in dem der Anschlag 15 vorgesehen wurde, eine elektromotorische Kraft von etwa 45 V (18,3 Mikrojoules Energie) erhalten. Im Einzelnen wurde eine elektromotorische Kraft, die in etwa doppelt so groß, und eine Energie, die in etwa dreimal so groß war wie im Fall, da der Anschlag 15 nicht vorgesehen war, erhalten. Aus diesen Ergebnissen wird deutlich, dass der Stromerzeugungswirkungsgrad durch Vorsehen eines Schlupfunterbindungsmechanismus wie etwa eines Anschlags verbessert werden kann.
Bezugszeichenliste

1, 1a: piezoelektrischer Stromerzeuger
10: Reifen
10a: konkaver Abschnitt
11: erster elastischer Körper
11b: Vorsprung
11b1: Oberfläche der Oberseite des Vorsprungs 11b
12: Stromerzeugungselement
13: zweiter elastischer Körper
13a: Befestigungsabschnitt des zweiten elastischen Körpers
13a1: erster Befestigungsabschnitt
13a2: zweiter Befestigungsabschnitt
13a3: dritter Befestigungsabschnitt
13a4: vierter Befestigungsabschnitt
13b: anliegender Abschnitt
13b1: R2-seitige Endfläche des anliegenden Abschnitts 13b
13c: Schlitz
13d: gebogener Abschnitt
13f: Oberflächenabschnitt des zweiten elastischen Körpers 13, der an der Oberseite
: von Vorsprung 11b anliegt
14: piezoelektrisches Element
14a: piezoelektrischer Körper
14b: erste Elektrode
14c: zweite Elektrode
15: Anschlag
16: Anschlusselektrode
17: Klebeband
18: Schlupfunterbindungsmechanismus
R: Drehrichtung (erste Richtung)

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2005-312269 [0005]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

JIS R6010 [0085]
JIS R6252 [0085]

Claims

Piezoelektrischer Stromerzeuger, welcher umfasst: einen ersten elastischen Körper, der sich entlang einer ersten Richtung verformt, wenn er einer mechanischen Spannung ausgesetzt wird, und ein Stromerzeugungselement; wobei das Stromerzeugungselement einen zweiten elastischen Körper umfasst, der einen Befestigungsabschnitt aufweist, der an dem ersten elastischen Körper befestigt ist, und einen anliegenden Abschnitt aufweist, der in der ersten Richtung relativ zu dem Befestigungsabschnitt an einer Seite positioniert ist, an dem ersten elastischen Körper anliegt und nicht an dem ersten elastischen Körper befestigt ist, wobei das Stromerzeugungselement auch ein piezoelektrisches Element umfasst, das an einer Oberfläche des zweiten elastischen Körpers an der Seite gegenüber der Seite angebracht ist, an der der erste elastische Körper angeordnet ist; wobei mindestens einer von erstem elastischen Körper und zweitem elastischen Körper mit einem Schlupfunterbindungsmechanismus versehen ist, der einen Schlupf des anliegenden Abschnitts bezüglich des ersten elastischen Körpers bei Verformen des ersten elastischen Körpers unterbindet.
Piezoelektrischer Stromerzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der anliegende Abschnitt eine Endfläche aufweist, die in der ersten Richtung hin zu der einen Seite weist und der Schlupfunterbindungsmechanismus ein Anschlag ist, der an dem ersten elastischen Körper befestigt ist, so dass er in der ersten Richtung relativ zu der Endfläche des anliegenden Anschlags an der einen Seite positioniert ist, und der bei Verformen des ersten elastischen Körpers an der Endfläche des anliegenden Abschnitts anliegt.
Piezoelektrischer Stromerzeuger nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn eine Oberfläche des ersten elastischen Körpers, an der der zweite elastische Körper angebracht ist, flach ist, zwischen dem Anschlag und der Endfläche des anliegenden Abschnitts ein Spalt ausgebildet ist.
Piezoelektrischer Stromerzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Oberfläche von einer Oberfläche des anliegenden Abschnitts an der Seite des ersten elastischen Körpers desselben und einer Oberfläche des ersten elastischen Körpers, die an dem anliegenden Abschnitt anliegt, als raue Oberfläche ausgebildet ist und der Schlupfunterbindungsmechanismus aus dieser rauen Oberfläche gebildet ist.
Piezoelektrischer Stromerzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Befestigungsabschnitt in der ersten Richtung an der anderen Seite mit einem Endabschnitt des anliegenden Abschnitts verbunden ist und der Schlupfunterbindungsmechanismus vorgesehen ist, um in der ersten Richtung an der einen Seite einen Schlupf des Endabschnitts des anliegenden Abschnitts bezüglich des ersten elastischen Körpers zu unterbinden.
Piezoelektrischer Stromerzeuger nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite elastische Körper aus einer einzigen elastischen Platte gebildet ist, der Befestigungsabschnitt einen ersten Befestigungsabschnitt, der in der ersten Richtung bezüglich des anliegenden Abschnitts an der anderen Seite angeordnet ist, zweite und dritte Befestigungsabschnitte, die an Seiten des anliegenden Abschnitts angeordnet sind, und einen vierten Befestigungsabschnitt, der in der ersten Richtung bezüglich des anliegenden Abschnitts an der einen Seite angeordnet ist, umfasst; dass ein Schlitz, der den anliegenden Abschnitt und den zweiten, dritten und vierten Befestigungsabschnitt voneinander trennt, in der elastischen Platte ausgebildet ist; und dass der Anschlag aus einem Teil des vierten Befestigungsabschnitts gebildet ist.
Piezoelektrischer Stromerzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der erste elastische Körper und der zweite elastische Körper aus einer einzigen elastischen Platte gebildet sind.