JP2010246187A

JP2010246187A - Power plant

Info

Publication number: JP2010246187A
Application number: JP2009089143A
Authority: JP
Inventors: Takashi Noda; 貴史野田
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2009-04-01
Filing date: 2009-04-01
Publication date: 2010-10-28

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a power plant having improved practicality by reducing restrictions for installation places and by obtaining a sufficient amount of power generation. <P>SOLUTION: The power plant 1 includes: a piezoelectric element 2 including a piezoelectric layer 7 made of a piezoelectric material between a pair of electrodes 6, 6; and a diaphragm 3 that comprises a plate-like body including at least first and second plate sections 3a, 3b, allows face directions of surfaces at the same side to differ for the first and second plate sections 3a, 3b, and is connected to the piezoelectric element 2. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、振動によって発電する発電装置に関する。 The present invention relates to a power generation device that generates power by vibration.

近年、環境問題がクローズアップされ、特に電力節減や電池レスのニーズが高まっている。一方、流通革命化によるＲＦ−ＩＤ（無線ＩＣタグ）や、生活安全等目的のセンサーネットワーク、ペーパーレス化の一貫としての店頭用電子ペーパーＰＯＰ（商用札）などが提案され、その普及が望まれている。ところが、これらＲＦ−ＩＤや店頭用電子ペーパーＰＯＰには電池が必要であり、前述の環境問題に加え、これらＲＦ−ＩＤ等には電池交換の必要性のため、設置場所が制約されるといった課題がある。 In recent years, environmental problems have been highlighted, and the need for power saving and battery-less is increasing. On the other hand, RF-ID (wireless IC tag) due to the revolution of distribution, sensor network for life safety, electronic paper POP (commercial bill) for over-the-counter as an integral part of paperless, etc. are proposed, and its spread is desired. Yes. However, these RF-IDs and over-the-counter electronic paper POPs require batteries, and in addition to the environmental problems described above, these RF-IDs and the like have a problem that the installation location is restricted due to the necessity of battery replacement. There is.

従来、環境エネルギーの利用としては太陽光発電が一般的である。しかし、太陽光発電の場合、夜間や屋内の低照度エリアでは発電できないため、屋外に設置される太陽電池では、蓄電池を併設せざるを得ないのが現状である。
また、太陽光発電以外の発電素子（発電装置）として、振動型の発電素子が知られている。この発電素子は、圧電材料を利用し、運動エネルギーを電気に変換するものである。このような圧電材料を利用した発電機として、圧電素子に錘をつけ、機械的な振動によってピエゾ効果により発電するタイプのものが、提案されている（例えば、特許文献１参照）。 Conventionally, photovoltaic power generation is generally used as environmental energy. However, in the case of solar power generation, since it is not possible to generate power at night or indoors in a low illuminance area, a solar battery installed outdoors has to be provided with a storage battery.
Moreover, a vibration type power generation element is known as a power generation element (power generation apparatus) other than solar power generation. This power generation element uses a piezoelectric material and converts kinetic energy into electricity. As a power generator using such a piezoelectric material, a type in which a weight is attached to a piezoelectric element and power is generated by a piezoelectric effect by mechanical vibration has been proposed (for example, see Patent Document 1).

特開２００５−３１２２６９号公報JP 2005-31269 A

しかしながら、前記の発電機では、単純な基本構造であるため、十分な発電量を得るのが難しいといった課題がある。すなわち、圧電素子は、得られる発電量が振動数にほぼ比例して増加するようになっているため、多くの発電量を得るには振動数を多くする必要がある。ところが、前記の発電機では、振動数を多くするための手法が開示されておらず、したがって実用性が低いものとなっている。 However, since the generator has a simple basic structure, there is a problem that it is difficult to obtain a sufficient amount of power generation. That is, in the piezoelectric element, the amount of power generated is increased almost in proportion to the vibration frequency, so that it is necessary to increase the frequency to obtain a large amount of power generation. However, the above-described generator does not disclose a method for increasing the frequency, and therefore has low practicality.

本発明は前記課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、設置場所についての制約が少なく、しかも十分な発電量が得られるようにし、これによって実用性を高めた発電装置を提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-described problems, and the object of the present invention is to provide a power generator that has few restrictions on the installation location and is capable of obtaining a sufficient amount of power generation, thereby improving practicality. Is to provide.

本発明の発電装置は、一対の電極間に圧電材料からなる圧電層を有した圧電素子と、
少なくとも第１板部及び第２板部を有してなる板状体からなり、該第１板部及び第２板部が同じ側の面の面方向を異ならせてなるとともに、前記圧電素子に接続してなる振動板と、を含むことを特徴としている。 The power generation device of the present invention includes a piezoelectric element having a piezoelectric layer made of a piezoelectric material between a pair of electrodes,
It consists of a plate-like body having at least a first plate portion and a second plate portion, and the first plate portion and the second plate portion have different surface directions on the same side, and the piezoelectric element has And a diaphragm formed by connection.

この発電装置によれば、同じ側の面の面方向を異ならせてなる第１板部及び第２板部を有した振動板を含むことにより、この振動板に対して空気等の流体が供給されると、少なくとも前記第１板部と前記第２板部とのうちの一方は、その面方向が流体の流れに対して非平行になる。したがって、流体の流れがどのような向きであっても、また、これが変化しても、流体が振動板の面に確実に当たるようになり、これにより、振動板を介して圧電素子がより良好に振動するようになる。よって、圧電素子はより多く振動することで、十分な発電量が得られるようになる。また、太陽光などによることなく、自然風や屋内での空調による微風などによって容易に振動するようになるため、その設置場所についても制約が少ないものとなる。 According to this power generation device, a fluid such as air is supplied to the diaphragm by including the diaphragm having the first plate portion and the second plate portion having different surface directions on the same side. Then, at least one of the first plate portion and the second plate portion has a surface direction that is not parallel to the fluid flow. Therefore, regardless of the direction of the flow of the fluid and the change of the fluid, the fluid surely hits the surface of the diaphragm, which makes the piezoelectric element better through the diaphragm. It comes to vibrate. Therefore, the piezoelectric element vibrates more, so that a sufficient power generation amount can be obtained. Moreover, since it will vibrate easily by natural wind or light breeze by air conditioning indoors without being caused by sunlight, there are few restrictions on its installation location.

また、前記発電装置において、前記振動板は、前記第１板部と前記第２板部とが折曲した状態に連続させられていてもよい。
このようにすれば、第１板部、第２板部の面の面積を大きくすることが可能になり、流体を受ける面積が大きくなることで、振動板により振動が生じ易くなる。 Moreover, the said electric power generating apparatus WHEREIN: The said diaphragm may be made to continue in the state in which the said 1st board part and the said 2nd board part were bent.
If it does in this way, it becomes possible to enlarge the area of the surface of a 1st board part and a 2nd board part, and it becomes easy to produce a vibration with a diaphragm because the area which receives a fluid becomes large.

また、前記発電装置において、前記振動板は、前記第１板部と前記第２板部とが湾曲した状態に連続させられていてもよい。
このようにすれば、第１板部と第２板部とを連続させる湾曲した部分においても、流体を受けるようになり、振動板により振動が生じ易くなる。 Moreover, the said electric power generating apparatus WHEREIN: The said diaphragm may be made to continue in the state in which the said 1st board part and the said 2nd board part curved.
If it does in this way, also in the curved part which makes a 1st board part and a 2nd board part continue, it will receive a fluid and it will become easy to produce a vibration with a diaphragm.

また、前記発電装置において、前記第１板部と第２板部とのうちの少なくとも一方が、湾曲した板状体からなっていてもよい。
このようにすれば、特に湾曲した板状体の内周面側に流体が当たるようにすることにより、振動板により振動が生じ易くなる。 In the power generation device, at least one of the first plate portion and the second plate portion may be formed of a curved plate-like body.
In this way, vibration is easily generated by the diaphragm by allowing the fluid to hit the inner peripheral surface of the curved plate-like body.

また、前記発電装置において、前記圧電素子は、板状又は柱状に形成されてなるとともに、その一端側が固定端となり、他端側が自由端となるように片持ち状に設けられてなり、前記振動板は、前記自由端側で前記圧電素子に接続しているのが好ましい。
このようにすれば、流体を受けて振動する振動板の振動が自由端側に伝えられることにより、圧電素子は自由端側でより多く振動するようになる。 Further, in the power generation device, the piezoelectric element is formed in a plate shape or a column shape, and is provided in a cantilever shape so that one end side thereof is a fixed end and the other end side is a free end. The plate is preferably connected to the piezoelectric element on the free end side.
In this way, the vibration of the diaphragm that receives the fluid and vibrates is transmitted to the free end side, so that the piezoelectric element vibrates more on the free end side.

また、前記発電装置において、前記振動板は、可撓性を有しているのが好ましい。
このようにすれば、振動板が撓んでこれ自身が振動することにより、その振動が圧電素子に伝わることで、圧電素子は大きな振動を連続的に生じるようになる。 Moreover, in the power generation device, it is preferable that the diaphragm has flexibility.
In this way, the diaphragm is bent and vibrates itself, and the vibration is transmitted to the piezoelectric element, so that the piezoelectric element continuously generates a large vibration.

また、前記発電装置においては、前記圧電素子とこれに接続する振動板とを複数備えてなり、前記複数の振動板は、前記第１板部と前記第２板部とのうちの、前記圧電素子に接続している側の板部が、それぞれの面方向が平行となるように配置されているのが好ましい。
このように複数の圧電素子を備えるようにすれば、個々の圧電素子で発電された量の合計が発電装置全体での発電量となるため、より多くの発電量が得られるようになる。また、複数の振動板は、圧電素子に接続している側の板部が、それぞれの面方向が平行となるように配置されているので、この圧電素子に接続している側の板部に流体が当たるようにすれば、全ての圧電素子が振動板を介してより良好に振動するようになる。 The power generation apparatus includes a plurality of the piezoelectric elements and diaphragms connected to the piezoelectric elements, and the plurality of diaphragms are the piezoelectric elements of the first plate portion and the second plate portion. It is preferable that the plate portions on the side connected to the element are arranged so that their surface directions are parallel to each other.
By providing a plurality of piezoelectric elements in this way, the total amount of power generated by each piezoelectric element becomes the amount of power generation in the entire power generation apparatus, so that a larger amount of power generation can be obtained. Further, since the plurality of diaphragms are arranged so that the plate portions on the side connected to the piezoelectric elements are parallel to each other, the plate portions on the side connected to the piezoelectric elements are arranged on the plate portions on the side connected to the piezoelectric elements. If the fluid hits, all the piezoelectric elements will vibrate better through the diaphragm.

また、この発電装置においては、前記圧電素子と前記振動板とを収容する筐体と、前記筐体に設けられて該筐体内に流体を導入するとともに、該流体の流れの向きを、前記振動板の前記圧電素子に接続している側の板部の面方向と非平行になるようにする入口及び出口と、を含むのが好ましい。
このようにすれば、筐体の入口から導入される空気等の流体が、振動板の、圧電素子に接続している側の板部に確実に当たるようになり、したがって振動板を介して圧電素子がより良好に振動するようになる。 Further, in this power generation device, a housing that houses the piezoelectric element and the diaphragm, a fluid that is provided in the housing and introduces a fluid into the housing, and the direction of the flow of the fluid is changed to the vibration It is preferable to include an inlet and an outlet that are non-parallel to the surface direction of the plate portion on the side connected to the piezoelectric element of the plate.
In this way, a fluid such as air introduced from the inlet of the housing can surely hit the plate portion of the diaphragm connected to the piezoelectric element, and therefore the piezoelectric element is interposed via the diaphragm. Will vibrate better.

本発明に係る発電装置の、概略構成を示す平面図である。It is a top view which shows schematic structure of the electric power generating apparatus which concerns on this invention. 図１のＡ−Ａ線矢視断面図である。It is AA arrow sectional drawing of FIG. 図１のＢ−Ｂ線矢視断面図である。It is a BB arrow directional cross-sectional view of FIG. 図１に示した発電装置の正面図である。It is a front view of the electric power generating apparatus shown in FIG. 整流回路の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a rectifier circuit. 振動板の平面模式図である。It is a plane schematic diagram of a diaphragm. 振動板の平面模式図である。It is a plane schematic diagram of a diaphragm. 振動板の平面模式図である。It is a plane schematic diagram of a diaphragm.

以下、図面を参照して本発明を詳しく説明する。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の縮尺を適宜変更している。
図１は、本発明における発電装置の一実施形態の概略構成を示す平面図、図２は、図１のＡ−Ａ線矢視断面図、図３は、図１のＢ−Ｂ線矢視断面図である。これらの図において符号１は発電装置であり、この発電装置１は、複数の圧電素子２と、これら圧電素子２のそれぞれに接続する振動板３とを備え、全体が筐体５に収容されたものである。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In each drawing used for the following description, the scale of each member is appropriately changed to make each member a recognizable size.
1 is a plan view showing a schematic configuration of an embodiment of a power generator according to the present invention, FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 1, and FIG. 3 is a view taken along line BB in FIG. It is sectional drawing. In these drawings, reference numeral 1 denotes a power generation device. The power generation device 1 includes a plurality of piezoelectric elements 2 and a diaphragm 3 connected to each of the piezoelectric elements 2, and is entirely housed in a housing 5. Is.

圧電素子２は、一対の電極６、６間に圧電材料からなる圧電層７を有したもので、本実施形態では細長い矩形板状（短冊状）に形成されたものである。圧電層７を形成する圧電材料としては、特に限定されることなく従来公知のものが用いられ、例えばチタン酸ジルコン酸鉛[Ｐｂ（Ｚｒ−Ｔｉ）Ｏ_３]などが好適に用いられる。電極６、６についても、例えば白金など、一般的な電極材料が用いられる。なお、本実施形態では、図１中において矢印Ｘ方向に圧電層７が振動し、曲げ変形するように、該圧電層７の結晶配向が形成されておいる。したがって、この矢印Ｘ方向における両側に、それぞれ電極６が配設されている。 The piezoelectric element 2 has a piezoelectric layer 7 made of a piezoelectric material between a pair of electrodes 6, 6. In the present embodiment, the piezoelectric element 2 is formed in an elongated rectangular plate shape (strip shape). The piezoelectric material for forming the piezoelectric layer 7 is not particularly limited and a conventionally known material is used. For example, lead zirconate titanate [Pb (Zr—Ti) O ₃ ] is preferably used. For the electrodes 6 and 6, a general electrode material such as platinum is used. In the present embodiment, the crystal orientation of the piezoelectric layer 7 is formed so that the piezoelectric layer 7 vibrates in the direction of arrow X in FIG. Therefore, the electrodes 6 are disposed on both sides in the direction of the arrow X, respectively.

また、圧電素子２は、筐体５内においてその一部、例えば図３に示すように底面に形成された支持部８に、片持ち状に支持されたもので、支持部８に支持された一端側が固定端２ａとなり、他端側が自由端２ｂとなっている。このような構成のもとに圧電素子２は、その自由端２ｂ側でより大きく振動し、この振動が固定端２ａ側に伝わるようになっている。そして、このように振動することにより、圧電素子２はその電極６、６間に電流が流れ、電力を生じるようになっている。 In addition, the piezoelectric element 2 is supported in a cantilevered manner on a support portion 8 formed on a part of the housing 5, for example, the bottom surface as shown in FIG. 3, and is supported by the support portion 8. One end side is a fixed end 2a, and the other end side is a free end 2b. Based on such a configuration, the piezoelectric element 2 vibrates more greatly on the free end 2b side, and this vibration is transmitted to the fixed end 2a side. The piezoelectric element 2 vibrates in this way, so that a current flows between the electrodes 6 and 6 to generate electric power.

振動板３は、平面視した図１に示す形状のように、第１板部３ａと第２板部３ｂとが折曲した状態に連続させられてなるもので、かつ、図３に示すように側面視略矩形状のものである。第１板部３ａは、前記圧電素子２の上面に連結部材９を介して接続されたもので、湾曲した板状体からなっている。第２板部３ｂは、第１板部３ａに連続した直板状のものである。このような構成のもとに第１板部３ａと第２板部３ｂとは、一方の側の面同士、また他方の側の面同士が、互いに異なる面方向になっており、したがって互いに異なる方向に向いたものとなっている。なお、第１板部３ａは湾曲しているため、その一部が第２板部３ｂと同じ方向に向いているものの、その他の部分は全て第２板部３ｂと異なる方向に向いているため、全体としては第２板部３ｂと異なる方向に向いており、第２板部３ｂとは面方向が異なるものとなっている。 The diaphragm 3 is formed by continuing the bent state of the first plate portion 3a and the second plate portion 3b as in the shape shown in FIG. 1 in plan view, and as shown in FIG. It is a substantially rectangular shape in side view. The first plate portion 3a is connected to the upper surface of the piezoelectric element 2 via a connecting member 9, and is formed of a curved plate-like body. The second plate portion 3b has a straight plate shape that is continuous with the first plate portion 3a. Under such a configuration, the first plate portion 3a and the second plate portion 3b have different surface directions on one side and on the other side, and are therefore different from each other. It is suitable for the direction. In addition, since the 1st board part 3a is curving, although one part has faced the same direction as the 2nd board part 3b, all other parts have faced the direction different from the 2nd board part 3b. As a whole, the direction is different from that of the second plate portion 3b, and the surface direction is different from that of the second plate portion 3b.

また、この振動板３は、樹脂や金属、シリコン等の無機材料などからなっている。ただし、この振動板３は、板状を維持しつつ、それ自身が撓んで振動するように可撓性を有しているのが好ましい。したがって、本実施形態では、振動板３はその材質に応じて適宜な厚さ（薄厚）に形成されており、これによって外力が加えられることで容易に撓むようになっている。 The diaphragm 3 is made of an inorganic material such as resin, metal, or silicon. However, it is preferable that the vibration plate 3 is flexible so that the vibration plate 3 is bent and vibrated while maintaining the plate shape. Therefore, in this embodiment, the diaphragm 3 is formed in an appropriate thickness (thin thickness) according to the material thereof, so that it can be easily bent by applying an external force.

連結部材９は、特に振動板３が金属等の導電体からなっている場合には、樹脂やシリコン酸化物等の絶縁材料によって形成されたもので、圧電素子２の自由端２ｂ側に連結されたものである。このような構成によって振動板３は、連結部材９を介して第１板部３ａ側が圧電素子２の自由端２ｂ側に接続されたものとなっている。 The connecting member 9 is formed of an insulating material such as resin or silicon oxide, particularly when the diaphragm 3 is made of a conductor such as metal, and is connected to the free end 2b side of the piezoelectric element 2. It is a thing. With such a configuration, the diaphragm 3 is configured such that the first plate portion 3 a side is connected to the free end 2 b side of the piezoelectric element 2 via the connecting member 9.

また、このような振動板３を接続した各圧電素子２は、図１、図２に示すようにその短辺方向（図１中の矢印Ｘ方向）に沿って整列配置されている。したがって、振動板３も、圧電素子２と同様に整列配置され、その面方向が互いに平行となるように配置されている。すなわち、複数の振動板３は、特に連結部材９を介して圧電素子２に接続している側の第１板部３ａ同士が、それぞれの面方向が平行になるようにして配置されている。 Further, the piezoelectric elements 2 to which such a diaphragm 3 is connected are aligned and arranged along the short side direction (the direction of the arrow X in FIG. 1) as shown in FIGS. Accordingly, the diaphragm 3 is also arranged in the same manner as the piezoelectric element 2 and is arranged so that the surface directions thereof are parallel to each other. That is, the plurality of diaphragms 3 are arranged so that the first plate portions 3a on the side connected to the piezoelectric element 2 through the connecting member 9 are parallel to each other.

なお、本実施形態では、振動板３は第１板部３ａ、第２板部３ｂのいずれの面方向も、図１に示すように圧電素子２の長辺方向に一致することなく、該長辺方向に対して非平行に配置されている。すなわち、直板状の第２板部３ｂは、その面方向が、該長辺方向に対して所定の角度（例えば５°〜３０°程度の鋭角）で交差するように配置されている。また、湾曲してなる第１板部３ａは、その面の一部が前記長辺方向に一致しているものの、その他の部分は全て該長辺方向と異なる方向となるため、全体としてはその面方向が、該長辺方向に対して非平行に配置されたものとなっている。また、この第１板部３ａは、湾曲したその内周面４側が、圧電素子２の自由端２ｂ側に向くように配置されている。 In the present embodiment, the diaphragm 3 has the length of the first plate portion 3a and the second plate portion 3b without matching the long side direction of the piezoelectric element 2 as shown in FIG. They are arranged non-parallel to the side direction. That is, the straight plate-like second plate portion 3b is arranged so that the surface direction intersects the long side direction at a predetermined angle (for example, an acute angle of about 5 ° to 30 °). In addition, the curved first plate portion 3a has a part of the surface that coincides with the long side direction, but all other parts are in a direction different from the long side direction. The surface direction is arranged non-parallel to the long side direction. Further, the first plate portion 3 a is arranged so that the curved inner peripheral surface 4 side faces the free end 2 b side of the piezoelectric element 2.

筐体５は、本実施形態では四角筒状に形成されたもので、図１、図２に示すように一方の側の開口５ａが前記圧電素子２の自由端２ｂ側に位置し、他方の側の開口５ｂが前記圧電素子２の固定端２ａ側に位置するように、該筐体５内に圧電素子２、振動板３を収容しあるいは一体に取り付けたものである。 The housing 5 is formed in a rectangular tube shape in this embodiment. As shown in FIGS. 1 and 2, the opening 5a on one side is located on the free end 2b side of the piezoelectric element 2, and the other The piezoelectric element 2 and the diaphragm 3 are housed in or attached to the housing 5 so that the opening 5b on the side is located on the fixed end 2a side of the piezoelectric element 2.

また、本実施形態では、図４に示すように四角筒状の筐体５の一方の開口５ａに、複数の仕切り２１が縦方向（複数の圧電素子３の整列方向と直交する方向）に延びて形成され、かつ、整列配置された圧電素子２の隣り合う圧電素子２、２間に配置されている。また、図示しないものの、筐体５の他方の開口５ｂにも、同様に複数の仕切り２１が形成配置されている。そして、本実施形態では、図１に示したように圧電素子２の自由端２ｂ側（開口５ａ側）に入口５ｃが形成され、圧電素子２の固定端２ａ側（開口５ｂ側）に出口５ｄが形成されている。 In the present embodiment, as shown in FIG. 4, a plurality of partitions 21 extend in the vertical direction (a direction orthogonal to the alignment direction of the plurality of piezoelectric elements 3) in one opening 5 a of the rectangular cylindrical housing 5. And arranged between adjacent piezoelectric elements 2 and 2 of the arranged piezoelectric elements 2. Although not shown, a plurality of partitions 21 are similarly formed and arranged in the other opening 5 b of the housing 5. In the present embodiment, as shown in FIG. 1, the inlet 5c is formed on the free end 2b side (opening 5a side) of the piezoelectric element 2, and the outlet 5d is formed on the fixed end 2a side (opening 5b side) of the piezoelectric element 2. Is formed.

これら入口５ｃ、出口５ｄは、それぞれ、圧電素子２に対応する位置（圧電素子２の長辺方向における延長線上の位置）に形成配置されたもので、圧電素子２の短辺の幅にほぼ一致する幅で開口したものである。したがって、各圧電素子２及びこれに接続する振動板３毎に設けられた入口５ｃ及び出口５ｄは、互いに対向して配置されたことにより、筐体５内に風（空気）を導入するとともに、この風（空気）の流れの向きを、振動板３の面方向と非平行になるように整流するものとなっている。 These inlet 5c and outlet 5d are formed and arranged at positions corresponding to the piezoelectric element 2 (positions on the extended line in the long side direction of the piezoelectric element 2), and substantially coincide with the width of the short side of the piezoelectric element 2. It opens with the width to be. Therefore, the inlet 5c and the outlet 5d provided for each piezoelectric element 2 and each diaphragm 3 connected to the piezoelectric element 2 are arranged to face each other, thereby introducing wind (air) into the housing 5; The flow direction of the wind (air) is rectified so as to be non-parallel to the surface direction of the diaphragm 3.

つまり、筐体５はその開口５ａから開口５ｂまでの長さが例えば数ｍｍ〜数十ｃｍ、好ましくは１ｃｍ〜３ｃｍ程度と比較的小さいため、入口５ｃに流入した風はこの入口５ｃに対向する出口５ｄに向かって流れるようになる。したがって、入口５ｃとこれに対向する出口５ｄは、流入した風を圧電素子２の長辺方向に沿って流すように働き、風の流れを振動板３の面方向と非平行になるように、整流するものとなっているのである。なお、これら入口５ｃと出口５ｄが入れ替わり、他方の側の開口５ｂ側から流体が流入し、一方の側の開口５ａから流体が流出してもよい。 That is, the casing 5 has a relatively small length from the opening 5a to the opening 5b of, for example, several mm to several tens of cm, preferably about 1 cm to 3 cm, so that the wind flowing into the inlet 5c faces the inlet 5c. It flows toward the outlet 5d. Therefore, the inlet 5c and the outlet 5d opposite to the inlet 5c act to flow the wind that flows in along the long side direction of the piezoelectric element 2, so that the wind flow is not parallel to the surface direction of the diaphragm 3. It is to be rectified. Note that the inlet 5c and the outlet 5d may be interchanged so that fluid flows from the opening 5b on the other side and flows out from the opening 5a on the other side.

前記圧電素子２は、図３に示したようにその固定端２ａ側が支持部８に支持されている。支持部８は、筐体５の底部に設けられた樹脂材料や無機材料等の絶縁材料からなるもので、その上部で前記固定端２ａを支持してここに固定したものである。この支持部８には、その内部に整流回路が設けられている。整流回路は、例えば図５に示すようにブリッジダイオード１０からなるもので、圧電素子２のそれぞれに対応して設けられ、各圧電素子２の電極６、６にそれぞれ端子（図示せず）や配線（図示せず）を介して接続されたものである。 As shown in FIG. 3, the fixed end 2 a side of the piezoelectric element 2 is supported by the support portion 8. The support portion 8 is made of an insulating material such as a resin material or an inorganic material provided at the bottom of the housing 5, and supports the fixed end 2 a at the upper portion thereof and fixes it thereto. The support portion 8 is provided with a rectifier circuit therein. The rectifier circuit is composed of a bridge diode 10 as shown in FIG. 5, for example, and is provided corresponding to each of the piezoelectric elements 2, and terminals (not shown) and wirings are respectively connected to the electrodes 6 and 6 of each piezoelectric element 2. (Not shown).

また、支持部８内には、図１に示すように前記の各ブリッジダイオード１０（整流回路）に接続する接続配線１１、１２が設けられている。接続配線１１、１２は、各ブリッジダイオード１０の正負それぞれの端子に接続したもので、筐体５の底部に設けられた貫通電極（図示せず）を介して外部端子１５、１６にそれぞれ接続している。これにより、各圧電素子２で発電されて得られた交流電力が各ブリッジダイオード１０で整流され、さらに得られた直流の電力が接続配線１１、１２を介して外部端子１５、１６から出力されるようになっている。
なお、このような構成の発電装置１を製造するにあたっては、特に圧電素子２や連結部材９、振動板３、支持部８について、従来の一般的なＭＥＭＳ技術を利用するようにしてもよい。 Further, as shown in FIG. 1, connection wires 11 and 12 connected to the bridge diodes 10 (rectifier circuits) are provided in the support portion 8. The connection wirings 11 and 12 are connected to the positive and negative terminals of each bridge diode 10 and are connected to the external terminals 15 and 16 via through electrodes (not shown) provided on the bottom of the housing 5. ing. As a result, the AC power obtained by generating electricity in each piezoelectric element 2 is rectified by each bridge diode 10, and the obtained DC power is output from the external terminals 15, 16 via the connection wires 11, 12. It is like that.
In manufacturing the power generation device 1 having such a configuration, the conventional general MEMS technology may be used particularly for the piezoelectric element 2, the connecting member 9, the diaphragm 3, and the support portion 8.

この発電装置１によって発電を行うには、例えば図１に示した開口５ａ側が空気（流体）の流入側となるようにして配置する。（もちろん、開口５ｂ側が空気の流入側となるようにしてもよい。）すなわち、開口５ａを自然風が吹いてくる方向に向け、あるいは空調による風が吹いてくる方向に向ける。すると、風（空気）は各入口５ｃから流入することにより、この流入した風は対応する出口５ｄに向かい、ここから流出する。 In order to generate electric power with this electric power generating apparatus 1, it arrange | positions, for example so that the opening 5a side shown in FIG. 1 may become the inflow side of air (fluid). (Of course, the opening 5b side may be the air inflow side.) That is, the opening 5a is directed in the direction in which the natural wind blows or in the direction in which the air-conditioning wind blows. Then, the wind (air) flows in from each inlet 5c, and this wind that flows in flows toward the corresponding outlet 5d and flows out from here.

その際、風は入口５ｃから出口５ｄに向かうことにより、この風（空気）の流れが振動板３の少なくとも一方の板部の面方向と非平行になり、したがってこの風は、振動板３の一方の側の面に確実に当たるようになる。特に、入口５ｃ側において湾曲した第１板部３ａの内周面４に当たるため、振動板３は図１中のＸ方向に良好に振動するようになる。そして、このような振動板３の振動が圧電素子２に伝わることにより、圧電素子２もより良好に振動するようになる。 At this time, the wind is directed from the inlet 5 c to the outlet 5 d, so that the flow of the wind (air) becomes non-parallel to the surface direction of at least one plate portion of the diaphragm 3. It will come into contact with the surface on one side. In particular, the diaphragm 3 vibrates well in the X direction in FIG. 1 because it hits the inner peripheral surface 4 of the first plate portion 3a curved on the inlet 5c side. Then, when the vibration of the diaphragm 3 is transmitted to the piezoelectric element 2, the piezoelectric element 2 also vibrates better.

すなわち、圧電素子２は片持ち状に設けられており、振動板３が圧電素子２の自由端２ｂ側に接続しているので、風を受けて振動する振動板３の振動が、圧電素子２の自由端２ｂ側に伝えられるようになる。すると、圧電素子２は自由端２ｂ側でより多く振動し、これが固定端２ａ側に伝わるようになる。また、振動板３は可撓性を有しているので、この振動板３が撓んでこれ自身が振動する。つまり、振動板３は風を受けると弾性変形して撓むが、ある程度撓むと弾性復帰によって元の状態に戻るようになり、これが繰り返されることで振動し、例えば共振を起こす。 That is, since the piezoelectric element 2 is provided in a cantilever manner and the diaphragm 3 is connected to the free end 2 b side of the piezoelectric element 2, the vibration of the diaphragm 3 that vibrates in response to wind is applied to the piezoelectric element 2. Is transmitted to the free end 2b side. Then, the piezoelectric element 2 vibrates more on the free end 2b side, and this is transmitted to the fixed end 2a side. Further, since the diaphragm 3 has flexibility, the diaphragm 3 is bent and vibrates itself. That is, the diaphragm 3 is elastically deformed and bent when receiving wind, but when it is bent to some extent, it returns to its original state by elastic recovery, and is vibrated by repeating this, for example, causing resonance.

また、第１板部３ａが湾曲しているので、その内周面４に受けた風がその湾曲面に沿って案内されることにより、この第１板部３ａに対してその内周面４側で隣り合う振動板３の外周面側に当たるようになる。したがって、この振動板３がある程度撓んだ後に弾性復帰するように補助され、より効果的に振動が繰り返されるようになる。
そして、このように振動が圧電素子２に伝わることで、圧電素子２は大きな振動を連続的に生じ、例えば共振するようになる。したがって、風が止んでもしばらくは振動板３が振動し続けることにより、この振動を受けて圧電素子２も振動し、発電し続けるようになる。 Moreover, since the 1st board part 3a is curving, when the wind received in the inner peripheral surface 4 is guided along the curved surface, the inner peripheral face 4 with respect to this 1st board part 3a. It comes in contact with the outer peripheral surface side of the diaphragm 3 adjacent on the side. Therefore, the vibration plate 3 is assisted to return to elasticity after being bent to some extent, and vibration is repeated more effectively.
Then, as the vibration is transmitted to the piezoelectric element 2 in this way, the piezoelectric element 2 continuously generates a large vibration, for example, resonates. Therefore, even if the wind stops, the diaphragm 3 continues to vibrate for a while, so that the piezoelectric element 2 vibrates in response to this vibration and continues to generate power.

よって、圧電素子２はより多く振動することで、十分な発電量が得られるようになる。また、太陽光などによることなく、自然風や屋内での空調による微風などによって容易に振動するようになるため、夜間や日陰でも発電が十分に可能になるなど、その設置場所についても制約が少ないものとなる。
したがって、この発電装置１をＲＦ−ＩＤ（無線ＩＣタグ）やセンサーネットワーク、店頭用電子ペーパーＰＯＰ（商用札）などの電源として用いることにより、電池レス化を可能にし、さらに電力節減によって環境への負荷を大幅に軽減することができる。 Therefore, the piezoelectric element 2 vibrates more so that a sufficient power generation amount can be obtained. In addition, it is easy to vibrate by natural wind or light breeze by air conditioning indoors without being caused by sunlight, etc., so power generation is possible even at night or in the shade, and there are few restrictions on the installation location. It will be a thing.
Therefore, by using this power generation device 1 as a power source for RF-ID (wireless IC tag), sensor network, storefront electronic paper POP (commercial bill), etc., it is possible to make the battery-less and further reduce power consumption to the environment. The load can be greatly reduced.

なお、このような発電装置１を太陽電池と併用すれば、太陽光や照明光、自然風や空調風を全て発電源とすることができ、日中や夜間、天候、設置場所等に大きく影響されることなく、常時発電を行うことができる。したがって、これら発電装置１、２０と太陽電池とを併用した電源を用いれば、ＲＦ−ＩＤ（無線ＩＣタグ）やセンサーネットワークなどについて、電池交換の心配が無いなど、その電源を心配することなく長期の使用が可能になる。 If such a power generation device 1 is used in combination with a solar cell, sunlight, illumination light, natural wind, and air-conditioning wind can all be used as a power source, greatly affecting daytime, nighttime, weather, installation location, etc. Therefore, it is possible to always generate electricity. Therefore, if a power source using a combination of these power generators 1 and 20 and a solar battery is used, there is no need to worry about battery replacement for RF-ID (wireless IC tag), sensor network, etc. Can be used.

また、この発電装置１は、例えば携帯電話の電源としても有望となるなど、小型で低消費電力の機器に対し、電池交換が不要な電源供給システムを提供することができる。
さらに、この発電装置１を大型化し、またはこれらを多数備えたシステムとすることにより、発電量をさらに多くすることが可能になる。したがって、これらを例えばＬＳＤなどの低消費電力光源と組み合わせることにより、電気供給が困難な山間地や高地、過疎地、乾燥地帯などにおける有効な光源設備として機能させることができる。
また、この発電装置１を小型ＣＣＤカメラモジュールやメモリーと組み合わせ、防犯カメラやセンサーシステムを構成することにより、これら防犯システムをあらゆる箇所に複数設置し、防犯ネットワークを構築することも可能になる。 In addition, the power generation device 1 can provide a power supply system that does not require battery replacement for small and low-power-consumption devices, such as a promising power source for mobile phones.
Furthermore, the power generation amount can be further increased by increasing the size of the power generation device 1 or by providing a system including a large number of them. Therefore, by combining these with a low power consumption light source such as LSD, it is possible to function as an effective light source facility in mountainous areas, highlands, depopulated areas, and dry areas where it is difficult to supply electricity.
Further, by combining the power generation device 1 with a small CCD camera module and a memory to constitute a security camera and a sensor system, it is possible to install a plurality of the security systems at every location and construct a security network.

なお、本発明は前記実施形態に限定されることなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
例えば、前記実施形態では図１に示したように振動板３を、湾曲した板状体からなる第１板部３ａと直板状の第２板部３ｂとを折曲した状態で連続させて形成しているが、本発明はこれに限定されることなく、図６の振動板３の平面模式図に示すように、湾曲した板状体（あるいは直板状体）からなる第１板部３ａと、同じく湾曲した板状体（あるいは直板状体）からなる第２板部３ｂとの間を、湾曲した状態で連続させて形成してもよい。
このようにすれば、第１板部３ａと第２板部３ｂとを連続させる湾曲した部分３ｃも、振動板３、３間を通ってきた空気（流体）を受けるようになるため、振動板３がより振動を生じ易くなり、したがってより多くの発電量が得られるようになる。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.
For example, in the above-described embodiment, as shown in FIG. 1, the diaphragm 3 is formed by continuously bending the first plate portion 3 a made of a curved plate-like body and the second plate portion 3 b having a straight plate shape. However, the present invention is not limited to this, and as shown in the schematic plan view of the diaphragm 3 in FIG. 6, the first plate portion 3a made of a curved plate-like body (or a straight plate-like body) and Alternatively, the second plate portion 3b formed of a curved plate (or straight plate) may be continuously formed in a curved state.
In this way, the curved portion 3c that connects the first plate portion 3a and the second plate portion 3b also receives air (fluid) that has passed between the diaphragms 3 and 3, so that the diaphragm 3 is more prone to vibration, and thus more power generation can be obtained.

また、図７の振動板３の平面模式図に示すように、直板状の第１板部３ａと同じく直板状の第２板部３ｂとの間を、折曲した状態で連続させて形成してもよい。
このようにすれば、第１板部３ａと第２板部３ｂとを直接連続させることができるため、これら第１板部３ａ、第２板部３ｂの表裏両面の面積を大きくすることができる。よって、空気（流体）を受ける面積が大きくなることで、振動板３がより振動を生じ易くなり、したがってより多くの発電量が得られるようになる。 Further, as shown in the schematic plan view of the diaphragm 3 in FIG. 7, the straight plate-like first plate portion 3a and the straight plate-like second plate portion 3b are continuously formed in a bent state. May be.
If it does in this way, since the 1st board part 3a and the 2nd board part 3b can be directly continued, the area of the front and back both surfaces of these 1st board parts 3a and the 2nd board part 3b can be enlarged. . Therefore, when the area for receiving air (fluid) is increased, the diaphragm 3 is more likely to vibrate, and thus a larger amount of power generation can be obtained.

また、図８の振動板３の平面模式図に示すように、直板状体（あるいは湾曲した板状体）からなる第１板部３ａと、同じく直板状体（あるいは湾曲した板状体）からなる第２板部３ｂとに加え、直板状体（あるいは湾曲した板状体）からなる第３板部３ｄを、例えば第１板部３ａと第２板部３ｂとの間に連続させて設けてもよい。
このようにすれば、第３板部３ｄがさらに導入された空気（流体）を受けるようになるため、振動板３がより振動を生じ易くなり、したがってより多くの発電量が得られるようになる。 Further, as shown in the schematic plan view of the diaphragm 3 in FIG. 8, the first plate portion 3a made of a straight plate-like body (or a curved plate-like body) and the same straight plate-like body (or a curved plate-like body). In addition to the second plate portion 3b, a third plate portion 3d made of a straight plate-like body (or a curved plate-like body) is provided, for example, continuously between the first plate portion 3a and the second plate portion 3b. May be.
If it does in this way, since the 3rd board part 3d will receive the further introduced air (fluid), the diaphragm 3 will generate | occur | produce a vibration more easily, Therefore, more electric power generation amount will be obtained. .

また、図８の例では、第３板部３ｄを第１板部３ａと第２板部３ｂとの間に連続させたが、この第３板部３ｄを、第１板部３ａの外側の端部（第１板部３ａと第２板部３ｂとの間と反対の側の端部）、あるいは第２板部３ｂの外側の端部（第１板部３ａと第２板部３ｂとの間と反対の側の端部）に連続させ、全体として折曲部を２カ所形成してもよい In the example of FIG. 8, the third plate portion 3d is continuous between the first plate portion 3a and the second plate portion 3b. However, the third plate portion 3d is disposed outside the first plate portion 3a. An end (the end opposite to the portion between the first plate 3a and the second plate 3b) or an outer end of the second plate 3b (the first plate 3a and the second plate 3b) (The end on the opposite side to the middle) and two bent portions as a whole may be formed.

また、前記実施形態では圧電素子２を複数備えるようにしたが、一つの圧電素子２のみによって本発明の発電装置を構成するようにしてもよい。また、複数の圧電装置２を、その短辺方向に沿って配列させたが、例えばその長辺方向に沿って整列配置させ、したがって振動板３についても圧電素子２の配列方向に整列配置させてもよい。 In the above embodiment, a plurality of piezoelectric elements 2 are provided. However, the power generation apparatus of the present invention may be configured by only one piezoelectric element 2. The plurality of piezoelectric devices 2 are arranged along the short side direction. For example, the piezoelectric devices 2 are arranged along the long side direction. Therefore, the diaphragm 3 is also arranged along the arrangement direction of the piezoelectric elements 2. Also good.

その際、特に圧電素子２を一列に整列配置した場合には、筐体５の側壁を整流板として機能させることができる。また、一方の側の開口と他方の側の開口とを、風（空気）の流れの向きを整流する入口及び出口として機能させることができる。
また、前記実施形態では流体として風（空気）を用いる例を示したが、例えば空気以外のガスを流体とし、これを発電源として用いることもでき、さらには、水等の液体からなる流体についても、これを発電源として用いることもできる。 At that time, particularly when the piezoelectric elements 2 are arranged in a line, the side wall of the housing 5 can function as a current plate. Further, the opening on one side and the opening on the other side can function as an inlet and an outlet that rectify the direction of the flow of air (air).
Moreover, although the example which uses wind (air) as a fluid was shown in the said embodiment, gas other than air can be used as a fluid, for example, can also be used as a power generation source, Furthermore, about the fluid which consists of liquids, such as water This can also be used as a power generation source.

また、前記実施形態では、振動板３を、その連結部材９介して圧電素子２のみに接続させたが、例えば、連結部材９に接続する側と反対の側を、筐体５や支持部８に接続させてもよい。このようにすれば、振動板３を安定した状態に保持することができる。
また、前記実施形態では、図１〜図３に示したように、振動板３を鉛直方向に立てた状態のものについて説明したが、振動板３を、水平方向に寝かした状態で配置してもよいのはもちろんである。 In the above embodiment, the diaphragm 3 is connected only to the piezoelectric element 2 via the connecting member 9. For example, the side opposite to the side connected to the connecting member 9 is connected to the housing 5 or the support portion 8. It may be connected to. In this way, the diaphragm 3 can be held in a stable state.
Moreover, in the said embodiment, as shown in FIGS. 1-3, although the thing of the state which stood the diaphragm 3 in the perpendicular direction was demonstrated, the diaphragm 3 is arrange | positioned in the state laid down in the horizontal direction. Of course it is also good.

また、前記実施形態では、筐体５の開口５ａ及び開口５ｂにそれぞれ仕切り２１を設け、開口５ａに入口５ｃを、開口５ｂに出口５ｄをそれぞれ形成したが、これら仕切り２１を設けることなく、筐体５を四角筒状に形成し、開口５ａ、開口５ｂをそれぞれ全面開口した状態にしてもよい。その場合にも、開口５ｂ側を流体の導入口（入口）とし、開口５ａ側を導出口（出口）としてもよく、このようにすれば、第１板部３ａの外周面側に流体が当たることにより、振動板３が良好に振動するようになる。 In the above embodiment, the partition 21 is provided in each of the opening 5a and the opening 5b of the housing 5, the inlet 5c is formed in the opening 5a, and the outlet 5d is formed in the opening 5b. The body 5 may be formed in a square tube shape, and the opening 5a and the opening 5b may be in a state where the entire surface is opened. Even in this case, the opening 5b side may be the fluid inlet (inlet) and the opening 5a side may be the outlet (outlet). In this way, the fluid hits the outer peripheral surface of the first plate portion 3a. As a result, the diaphragm 3 vibrates well.

１…発電装置、２…圧電素子、２ａ…固定端、２ｂ…自由端、３…振動板、４…整流板、５…筐体、５ａ、５ｂ…開口、５ｃ…入口、５ｄ…出口、６…電極、７…圧電層、２１…仕切り DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Power generation device, 2 ... Piezoelectric element, 2a ... Fixed end, 2b ... Free end, 3 ... Diaphragm, 4 ... Rectification plate, 5 ... Housing, 5a, 5b ... Opening, 5c ... Inlet, 5d ... Outlet, 6 ... electrodes, 7 ... piezoelectric layers, 21 ... partitions

Claims

A piezoelectric element having a piezoelectric layer made of a piezoelectric material between a pair of electrodes;
It consists of a plate-like body having at least a first plate portion and a second plate portion, and the first plate portion and the second plate portion have different surface directions on the same side, and the piezoelectric element has A power generation apparatus comprising: a diaphragm formed by connection.

The power generation device according to claim 1, wherein the diaphragm is continued in a state in which the first plate portion and the second plate portion are bent.

The power generator according to claim 1, wherein the diaphragm is continued in a state in which a space between the first plate portion and the second plate portion is curved.

The power generator according to claim 1 or 2, wherein at least one of the first plate portion and the second plate portion is formed of a curved plate-like body.

The piezoelectric element is formed in a plate shape or a column shape, and is provided in a cantilever shape so that one end side thereof is a fixed end and the other end side is a free end,
The power generator according to claim 1, wherein the diaphragm is connected to the piezoelectric element on the free end side.

The power generation apparatus according to claim 1, wherein the diaphragm has flexibility.

A plurality of the piezoelectric elements and diaphragms connected to the piezoelectric elements,
The plurality of diaphragms are arranged such that, of the first plate portion and the second plate portion, the plate portions on the side connected to the piezoelectric element are parallel to each other. The power generation device according to claim 1, wherein the power generation device is a power generation device.

A housing that houses the piezoelectric element and the diaphragm;
Provided in the casing to introduce a fluid into the casing, and the direction of the flow of the fluid is not parallel to the surface direction of the plate portion of the diaphragm connected to the piezoelectric element. The power generator according to claim 7, further comprising an inlet and an outlet.