JP2013123337A - Power generator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、エレクトレットを用いた発電装置に関し、より詳細には、複数の帯電領域を有するエレクトレットが形成された可動基板と、可動基板に対向するように固定電極が配置されている発電装置に関する。 The present invention relates to a power generation device using an electret, and more particularly to a movable substrate on which an electret having a plurality of charged regions is formed and a power generation device in which a fixed electrode is disposed so as to face the movable substrate.
従来、電池交換が不要な電源として、静電誘導型の発電装置が種々提案されている。例えば、下記の特許文献1には、図12に示す発電装置1001が開示されている。
Conventionally, various electrostatic induction power generation devices have been proposed as power sources that do not require battery replacement. For example, Patent Literature 1 below discloses a
発電装置1001は、ケース1002を有する。ケース1002内に固定基板1003が固定された状態で配置されている。固定基板1003の上面には、エレクトレット1004が一対の櫛歯状電極の一方を覆うように設けられている。エレクトレット1004は、複数本のストリップ状部分を有する。ストリップ状部分は、正または負に帯電されている。
The
固定基板1003の上方には可動基板1005が配置されている。可動基板1005の下面には、対向電極1006が形成されている。対向電極1006は一対の櫛歯状電極からなる。可動基板1005は、バネ1007,1008によりケース1002に支持されている。
A
発電装置1001に加速度などの外力が加えられた際には、可動基板1005が、図示の矢印方向、すなわち水平方向に振動する。それによって、対向電極1006がエレクトレット1004と対向している状態と、対向していない状態とが発現する。この繰り返しにより、発電装置1001において電力を取り出すことができる。
When an external force such as acceleration is applied to the
また、下記の特許文献2には、対向電極を有する固定基板に、エレクトレットが設けられた可動基板とが対向されている発電装置が開示されている。特許文献2では、可動基板の対向し合う一対の側面とケース内壁との間にそれぞれバネ部材が配置されている。このバネ部材は第1,第2の板状バネ部材からなる。第1,第2の板状バネ部材は両端で互いに固定されており、中央部分で隔てられている。バネ部材の中央部が可動基板の側面に接している。すなわち、バネ部材の中央部において、可動基板の側面とケース内壁との間に押圧力を与える。加速度などの外力が加えられると、バネ部材が交互に圧縮され、可動基板が水平方向に振動することが可能とされている。
特許文献1や特許文献2に記載の静電誘導型の発電装置では、可動基板が固定基板と対向した状態で、固定基板の面方向において、往復移動するように可動基板が振動する。このような振動を可能とするために、バネ1007,1008や特許文献2に記載のバネ部材が用いられている。しかしながら、このような構造では、可動基板を振動させるには、100mG程度の大きな加速度が加わる必要があった。
In the electrostatic induction power generation device described in Patent Document 1 or
他方、人の動作や日常生活で使用される機器により発生する振動の加速度は、数mG程度である。従って、従来の発電装置において、このような小さな加速度で可動基板を振動させることはできなかった。 On the other hand, the acceleration of vibrations generated by human movements and devices used in daily life is about several mG. Therefore, in the conventional power generator, the movable substrate cannot be vibrated with such a small acceleration.
本発明の目的は、人の動作などにより発生する小さな外力、例えば、小さな加速度が加わった場合でも静電誘導により大きな電力を取り出すことを可能とする発電装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a power generation device that can extract a large amount of electric power by electrostatic induction even when a small external force generated by a human action or the like, for example, a small acceleration is applied.
本発明に係る発電装置は、可動基板と、固定基板と、固定電極と、支持部材と、ケース材とを備える。可動基板は、エレクトレットを有し、該エレクトレットが面方向に並設された複数の帯電領域を有する。固定基板は、可動基板と対向するように設けられている。固定電極は、複数の帯電領域と対向するように固定基板に設けられている。また、固定電極は、面方向に並設された複数の電極部を有する。支持部材は、第1の端部及び第2の端部を有し、第1の端部が可動基板に固定されている。ケース材には、支持部材の第2の端部が固定されている。本発明に係る発電装置では、外力が加わった際に可動基板が固定基板に対向した状態を維持したまま該対向方向と直交する面内において支持部材の第1,第2の端部間の部分を支点として可動基板が揺動するように、可動基板が支持部材によりケース材に連結されている。 The power generation device according to the present invention includes a movable substrate, a fixed substrate, a fixed electrode, a support member, and a case material. The movable substrate has an electret, and has a plurality of charged regions in which the electret is arranged in parallel in the surface direction. The fixed substrate is provided to face the movable substrate. The fixed electrode is provided on the fixed substrate so as to face the plurality of charged regions. The fixed electrode has a plurality of electrode portions arranged in parallel in the surface direction. The support member has a first end and a second end, and the first end is fixed to the movable substrate. The second end portion of the support member is fixed to the case material. In the power generation device according to the present invention, the portion between the first and second ends of the support member in a plane orthogonal to the facing direction while maintaining the state where the movable substrate faces the fixed substrate when an external force is applied. The movable substrate is connected to the case material by a support member so that the movable substrate swings about the fulcrum.
本発明に係る発電装置のある特定の局面では、支持部材が第1の端部と第2の端部とを結ぶ方向が長さ方向である板バネからなる。この場合には、上記板バネを用いることにより、可動基板を支持部材の第1,第2の端部間の部分を支点として小さな外力で確実に揺動させることができる。 On the specific situation with the electric power generating apparatus which concerns on this invention, a supporting member consists of a leaf | plate spring whose direction which connects a 1st edge part and a 2nd edge part is a length direction. In this case, by using the leaf spring, the movable substrate can be reliably swung with a small external force with the portion between the first and second ends of the support member as a fulcrum.
本発明に係る発電装置の他の特定の局面では、可動基板が、支持基板と、支持基板上に積層されたエレクトレットとを有し、支持基板と支持部材とが別部材からなり、該支持基板に支持部材の第1の端部が固定されている。この場合には、支持基板によりエレクトレットが支持されているため、可動基板が撓み難い。 In another specific aspect of the power generation device according to the present invention, the movable substrate includes a support substrate and an electret laminated on the support substrate, and the support substrate and the support member are made of different members, and the support substrate The first end of the support member is fixed to the frame. In this case, since the electret is supported by the support substrate, the movable substrate is difficult to bend.
本発明に係る発電装置の別の特定の局面では、可動基板が固定基板と対向した状態を維持しつつ、外力により揺動する場合の揺動範囲を規制するように設けられたストッパーをさらに備えられている。この場合には、可動基板の揺動範囲が規制されるため、可動基板の破損が生じ難い。 In another specific aspect of the power generation device according to the present invention, the power generation device further includes a stopper provided to regulate a swing range when the movable substrate swings with an external force while maintaining a state of facing the fixed substrate. It has been. In this case, since the swing range of the movable substrate is restricted, the movable substrate is hardly damaged.
本発明に係る発電装置のさらに別の特定の局面では、複数の帯電領域が、支持部材側に位置する第1の端部と、第1の端部とは反対側の第2の端部とを有し、第1の端部から第2の端部に向かうにつれて幅が広がっている形状を有し、複数の帯電領域が第1の端部側から第2の端部側に向かうにつれて放射状に延ばされており、固定電極の複数の電極部が、複数の帯電領域と同一の形状とされている。この場合には、可動基板が揺動した場合に、より一層大きな電力を取り出すことができる。好ましくは、各帯電領域及び各電極部が、略三角形の形状を有する。この場合には、各帯電領域を各電極部が単純な形状を有するため、これらを容易に形成することができる。 In still another specific aspect of the power generation device according to the present invention, the plurality of charging regions include a first end located on the support member side, and a second end opposite to the first end. And having a shape that increases in width as it goes from the first end to the second end, and a plurality of charged regions are radial as they go from the first end to the second end The plurality of electrode portions of the fixed electrode have the same shape as the plurality of charged regions. In this case, even greater power can be extracted when the movable substrate swings. Preferably, each charging region and each electrode portion has a substantially triangular shape. In this case, since each electrode portion has a simple shape in each charging region, these can be easily formed.
本発明に係る発電装置のさらに他の特定の局面では、隣り合う帯電領域間において、隣り合っている側縁が互いに平行である。この場合には、より一層大きな電力を発生させることができる。 In still another specific aspect of the power generator according to the present invention, adjacent side edges are parallel to each other between adjacent charging regions. In this case, even greater power can be generated.
本発明に係る発電装置のさらに他の特定の局面では、支持部材の第1,第2の端部を結ぶ長さをa、放射状に配置された複数の帯電領域の中心と、可動基板の支持部材が接合されている端面との間の距離をbとしたとき、b/aが0.27以上0.55以下の範囲にある。この場合には、より一層大きな電力を取り出すことができる。 In still another specific aspect of the power generator according to the present invention, the length connecting the first and second ends of the support member is a, the centers of the plurality of charged regions arranged radially, and the support of the movable substrate When the distance between the end faces to which the members are joined is b, b / a is in the range of 0.27 to 0.55. In this case, much larger electric power can be taken out.
本発明に係る発電装置では、可動基板が支持部材により上記のようにケース材に連結されているため、外力が加わった際に、可動基板が固定基板と対向した状態を維持したまま支持部材の第1,第2の端部間の部分を支点として揺動する。従って、小さな外力が加わった場合であっても、可動基板が確実に揺動する。よって、人の動作などにより発生する小さな外力により電力を取り出すことができる。 In the power generation device according to the present invention, since the movable substrate is connected to the case material by the support member as described above, when the external force is applied, the movable substrate is maintained while facing the fixed substrate. It swings with the portion between the first and second ends as a fulcrum. Therefore, even when a small external force is applied, the movable substrate is reliably swung. Therefore, electric power can be taken out by a small external force generated by a human action or the like.
以下、図面を参照しつつ、本発明の具体的な実施形態を説明することにより、本発明を明らかにする。 Hereinafter, the present invention will be clarified by describing specific embodiments of the present invention with reference to the drawings.
図1(a)及び(b)は、本発明の第1の実施形態に係る発電装置1の模式的側面断面図及び模式的正面断面図である。発電装置1は、ケース材2を有する。ケース材2は、上方に開いた開口2aを有する。ケース材2の形状は、特に限定されるわけではないが、本実施形態では、ケース材2の平面形状は矩形である。ケース材2は、アルミナなどの絶縁性セラミックス、合成樹脂、金属などの適宜の剛性材料により形成することができる。なお、ケース材2が金属からなる場合には、電力取り出し用の導電性部材と適宜電気的に絶縁することが望ましい。
1A and 1B are a schematic side cross-sectional view and a schematic front cross-sectional view of the power generation apparatus 1 according to the first embodiment of the present invention. The power generation device 1 has a
ケース材2の開口2aを封止するように、固定基板3がケース材2に接合されている。固定基板3は、アルミナなどの絶縁性セラミックスまたは合成樹脂などの適宜の絶縁性材料からなる。固定基板3のケース材2と接合されている側の面(下面)には、固定電極4が形成されている。固定電極4は、Ag、Al、Cu、Auまたはこれらの合金などの適宜の金属もしくはこれらの金属を主体とする合金からなる。固定電極4の形状については後述する。
The fixed
上記ケース材2と固定基板3とで封止されている空間内に、可動基板5が配置されている。可動基板5は、本実施形態では、支持基板6と、支持基板6上に設けられたエレクトレット7とを有する。支持基板6は、本実施形態では、金属からなるが、セラミックスや合成樹脂等により形成されてもよい。
A
可動基板5は、板バネからなる支持部材8によりケース材2に支持されている。図2(a)は、本発明の第1の実施形態に係る発電装置1で用いられている可動基板5と支持部材8とを示す模式的正面図であり、図2(b)はその模式的平面図である。
The
図2(a)及び(b)に示すように、支持基板6は、矩形板状の形状を有する。支持基板6は、対向し合う第1,第2の側面6a,6bを有する。第2の側面6bに、支持部材8の第1の端部8aが固定されている。また、支持部材8の第2の端部8bは、ケース材2の内側壁に固定されている。支持部材8を構成している板バネは、ステンレスなどの適宜の金属からなる。支持部材8の第1の端部8aは、第2の側面6bの長さ方向中央に固定されている。従って、支持部材8の第1の端部8aと第2の端部8bとの間の部分を支点として揺動し得るように、可動基板5が支持部材8により支持されている。
As shown in FIGS. 2A and 2B, the
他方、支持基板6の上面には、複数の凹部6cが形成されている。支持基板6の下面にも、複数の凹部6dが形成されている。凹部6c,6dは、図2(b)に示すように正方形の平面形状を有する。図1(a)及び(b)に示すように、凹部6c,6d内に、回転体9が配置されている。回転体9の径は、凹部6cの底部と固定基板3の下面との間の距離並びに凹部6dの底部とケース材2の内底面との間の距離とほぼ等しくされている。回転体9は、凹部6c,6d内において回転自在となるように収納されている。
On the other hand, a plurality of
従って、回転体9により、可動基板5の上面と固定基板3の下面との間の距離並びに可動基板5の下面とケース材2の内底面との間の距離を一定にすることが可能とされている。可動基板5の上面と固定基板3の下面との間の距離が一定であることにより、エレクトレット7と固定電極4との間の距離が一定とされる。すなわち、エレクトレット7が固定電極4に対向した状態を維持したまま、該対向方向と直交する面内において、可動基板5が支持部材8の第1,第2の端部8a,8b間の間を支点として揺動し得る。
Therefore, the distance between the upper surface of the
回転体9は、本実施形態では、金属からなる球体により構成されている。もっとも、回転体9は、セラミックスや合成樹脂等により形成されてもよい。
In this embodiment, the
また、回転体9の配置については特に限定されず、複数個の回転体9、好ましくは3個以上の回転体9が固定電極4を囲む部分に均一に配置されていることが望ましい。それによって上記間隔を一定に保つことができる。
Further, the arrangement of the
本実施形態の発電装置1では、加速度などの外力が加わった際に、可動基板5が上記のように揺動する。特許文献1や特許文献2に記載の従来の発電装置では、可動基板が固定基板と対向した状態で、固定基板の面方向において往復移動するように可動基板が振動する。そのため、可動基板の両側に一対のバネ部材を配置しなければならなかった。そのため、小さな外力では十分に可動基板が振動せず、電力を取り出すことができなかった。これに対して、本実施形態の発電装置1では、可動基板5が上記のように揺動するため、わずかな外力で電力を取り出すことができる。よって、人の動作などにより生じる小さな加速度が加わった場合でも、電力を発生させることができる。これを、エレクトレット7及び固定電極4をより詳細に説明することにより、明らかにする。
In the power generation device 1 of the present embodiment, the
図2(b)に示すように、金属からなる支持基板6上にエレクトレット7が設けられている。すなわち、固定電極4が形成されている領域と対向する領域にエレクトレット7が配置されている。エレクトレット7は、合成樹脂または無機材料からなる。合成樹脂としては、ポリテトラフルオロエチレンのようなフッ素樹脂を挙げることができる。無機材料としては、SiO2などを挙げることができる。エレクトレット7は、このような正または負に帯電され得る適宜の材料により形成することができる。本実施形態では、エレクトレット7はポリテトラフルオロエチレンからなる。なお、特に図示はしないが、エレクトレット7を覆うように保護層を形成してもよい。このような保護層としては、SiN、AlN、Al2O3などの適宜の無機材料あるいは適宜の有機材料を挙げることができる。
As shown in FIG. 2B, an
本実施形態では、エレクトレット7は、複数の帯電領域11を有する。各帯電領域11は、支持部材8側に位置する第1の端部11aと、反対側の第2の端部11bとを有する。そして、複数の帯電領域11は、第1の端部11aから第2の端部11bに行くにつれて幅が広がっている形状を有する。より具体的には、本実施形態では、各帯電領域11は、略三角形の平面形状を有する。すなわち、各帯電領域11は、第1の端部11a側を頂点とする略三角形の平面形状を有する。
In the present embodiment, the
もっとも、本実施形態では、各帯電領域11は、二等辺三角形の第1の端部11a側の頂点が削られた略二等辺三角形の形状とされているが、二等辺三角形の形状であってもよい。また、複数の帯電領域11の第2の端部11b側は、後述する揺動中心を中心とする円の円弧状部分であってもよい。すなわち、帯電領域11は、扇形の形状を有していてもよい。
However, in this embodiment, each charging
上記複数の帯電領域11が、正または負に帯電されている。エレクトレット7の帯電方法を図3を参照して説明する。図3は、本発明の第1の実施形態に係る発電装置1に用いられるエレクトレット7の帯電方法を説明するための模式的断面図である。
The plurality of charged
図3に示すように、支持基板6上に設けられたエレクトレット7の上面に、金属マスク12を配置する。金属マスク12は開口部12aを有する。開口部12aは、エレクトレット7の帯電領域11に対応する位置に設けられている。
As shown in FIG. 3, a
図3に示すように、金属マスク12をエレクトレット7に載置した状態で上からコロナ放電する。その結果、エレクトレット7の開口部12aにより露出している部分に図示のように負電荷がチャージされる。これによって、エレクトレット7の開口部12aにより露出している部分を負の帯電領域である帯電領域11とすることができる。なお、正の電荷をチャージしてもよく、その場合には、帯電領域11を正の帯電領域とすることができる。
As shown in FIG. 3, corona discharge is performed from above with the
上記のようにして、図2(b)に示した形状の複数の帯電領域11を容易に形成することができる。
As described above, the plurality of charged
本実施形態では、複数の帯電領域11では、第1の端部11aから第2の端部11b側に向かうにつれて複数の帯電領域11が放射状となるように延ばされている。この放射状の中心は、好ましくは、可動基板5が揺動する際の揺動中心Oに一致していることが望ましい。それによって、大きな電力を取り出すことができる。もっとも、この放射状の中心と揺動中心Oとは必ずしも一致せずともよい。
In the present embodiment, in the plurality of charging
図4は、本発明の第1の実施形態に係る発電装置1で用いられている固定基板3の模式的透視平面図である。具体的には、図4は、固定基板3を透かして固定電極4を示す模式的平面図である。固定電極4は、第1の電極4Aと第2の電極4Bとを有する。第1の電極4Aは、複数の電極部13を有する。第2の電極4Bは、複数の電極部14を有する。各電極部13,14は、前述したエレクトレット7の帯電領域11と同様に略三角形の平面形状を有する。複数の電極部13は、バスバー15により一端が共通接続されている。バスバー15が、第1の取り出し電極16に接続されている。複数の電極部14は、バスバー17により一端が共通接続されている。バスバー17が、第2の取り出し電極18に接続されている。
FIG. 4 is a schematic perspective plan view of the fixed
複数の電極部13と、複数の電極部14とは、周知の櫛歯電極の電極指のように互いに間挿し合っている。もっとも、図4に示すように、複数の電極部13及び複数の電極部14は、放射状に延ばされている。すなわち、仮想の放射中心Xの周りに放射状となるように複数の電極部13,14が形成されている。
The plurality of
また、複数の電極部13,14は、前述したように、エレクトレット7の帯電領域11と同じ形状とされている。この場合、複数の電極部13は、放射中心X側の端部が細く、反対側の端部に向かうにつれて幅が広くなるように形成されている。同様に、複数の電極部14も、放射中心X側の端部が狭く、反対側の端部に向かうにつれて幅が広くなるように形成されている。もっとも、複数の電極部13は、上記放射中心Xに近い側においてバスバー15により共通接続されている。他方、複数の電極部14は、放射中心Xとは反対側の端部においてバスバー17により共通接続されている。
The plurality of
電極部13,14も、エレクトレット7の帯電領域11と同様に、略二等辺三角形の形状を有しているが、二等辺三角形の形状を有していてもよく、また扇形の形状を有していてもよい。
The
図5は、本発明の第1の実施形態に係る発電装置1における複数の帯電領域11の位置関係を示す模式的平面図である。図6は、本発明の第1の実施形態に係る発電装置1の好ましい変形例における複数の帯電領域11の位置関係を示す模式的平面図である。図5では、説明を容易とするために、各帯電領域11の幅を若干小さく図示している。帯電領域11は一対の側辺11c,11dを有し、一対の側辺11c,11dは放射中心Yを中心とする放射方向すなわち放射中心Yを中心とする円の半径方向に延びている。この場合、隣り合う帯電領域11,11間のスペースが大きくなる。
FIG. 5 is a schematic plan view showing the positional relationship between the plurality of charged
これに対して、図6に示す変形例では、隣り合う帯電領域11,11において、隣り合う一方の帯電領域11の側辺11cと隣り合う他方の帯電領域11の側辺11dとは、互いに隣り合う側辺11c,11d間の中心を通る放射方向Rと平行とされている。言い換えれば、互いに隣り合う側辺11c,11dは、放射中心Yを中心とする円の半径方向と平行ではない。このように、隣り合う帯電領域11,11の互いに隣り合う側辺11c,11dを、互いに平行に、特に図6に一点鎖線で示す放射方向Rと平行とすることが望ましい。隣り合う一方の帯電領域11の側辺11cと隣り合う他方の帯電領域11の側辺11dとを、互いに隣り合う側辺11c,11d間の中心を通る放射方向Rと平行にすることにより、隣り合う帯電領域11,11間のスペースを小さくすることができる。それによって、発電量を高めることができる。この場合、固定電極4についても同様の形状とすることが望ましい。それによって、エレクトレット7の帯電領域11と固定電極4の対向面積をより一層大きくすることができる。従って発電量をより一層大きくすることができる。
On the other hand, in the modification shown in FIG. 6, in the
次に、図7及び図8を参照して、発電装置1の動作を説明する。図7(a)及び(b)は、本発明の第1の実施形態に係る発電装置1において、可動基板5が揺動する状態を説明するための各模式的平面図である。具体的には、図7(a)及び(b)は、固定基板3を透かした状態を示す模式的平面図である。図8(a)〜(c)は、本発明の第1の実施形態に係る発電装置1の動作を説明するための各模式的断面図である。図8(a)〜(c)に示すように、電極部13,14を有する固定電極4には負荷19が接続されている。
Next, with reference to FIG.7 and FIG.8, operation | movement of the electric power generating apparatus 1 is demonstrated. FIGS. 7A and 7B are schematic plan views for explaining a state in which the
図7(a)は、発電装置1に外力が加わる前の可動基板5の状態を示す。この状態から、人の動作などにより発生した加速度などの外力が加わると、図の矢印で示すように可動基板5が揺動する。すなわち、図7(b)に示すように、可動基板5が支持部材8の支点8cを中心として変位する。支点8Cは、揺動中心Oである。支持部材8が板バネからなるため、その復元力により、図7(b)に示した状態から再度図7(a)に示す状態を経て、可動基板5が図7(b)に示す位置と反対側に向かって移動することとなる。すなわち、図7(a)に矢印で示すように可動基板5が揺動する。
FIG. 7A shows a state of the
図8(a)は、図7(a)と同様に、発電装置1に外力が加わる前の状態を示す。固定基板3の固定電極4の電極部13,14のうち、電極部13が、帯電領域11に対向しているとする。この場合、静電誘導により、電極部13に正の電荷が誘起される。
FIG. 8A shows a state before an external force is applied to the power generation apparatus 1 as in FIG. Of the
しかる後、発電装置1に外力が加わることで、図8(b)に示すように、可動基板5が固定基板3に対して図面上右側に移動し、電極部14が、帯電領域11に対向する。この状態では、静電誘導により電極部14に正の電荷が誘起される。さらに、図8(c)に示すように、可動基板5が固定基板3に対して図面上右側に移動し、電極部13が、帯電領域11に再度対向する。この場合、電極部13に再度正の電荷が誘起される。
Thereafter, when an external force is applied to the power generation device 1, the
従って、上記のように可動基板5が揺動することにより、電極部13を有する第1の電極4Aと電極部14を有する第2の電極4Bとの間で交流電力を取り出すことができる。すなわち、図8(a)〜(c)に示されている負荷19に交流電力を与えることができる。
Therefore, when the
上記のように、本実施形態の発電装置1では、ケース材2内において、可動基板5が支持部材8の一部を支点として揺動するように配置されているため、小さな外力、具体的には小さな加速度が加わった場合でも、電力を確実に発生させることができる。
As described above, in the power generation device 1 according to the present embodiment, the
なお、小さな外力で大きな電力を取り出すには、放射状の帯電領域11の中心位置は、次に述べる比b/aが0.27以上0.55以下の範囲であることがより望ましい。これを図2及び図9を参照して説明する。
In order to extract a large amount of power with a small external force, it is more desirable that the center position of the
図2(b)における長さaすなわち支持部材8の長さをaとする。ここで支持部材8の長さとは、支持部材8の可動基板5と接合されている部分から支持部材8のケース材2と接合されている部分までの長さを言うものとする。また、図2(b)に示す揺動中心Oである支点8cと、支持部材8の可動基板5と接合されている部分までの長さをbとする。すなわち、複数の帯電領域11の放射状の中心と、支持部材8の可動基板5と接合されている部分までの長さをbとする。長さbの長さaに対する比b/aを種々変化させ、可動基板5の振動による共振周波数の変化を求めた。結果を図9に示す。この共振周波数は、外力が発電装置1に加えられることによる振動の共振周波数である。
The length a in FIG. 2B, that is, the length of the
人の動作、例えば歩行などにより得られる振動の周波数は、1Hz〜50Hzの帯域である。図9から明らかなように、このような低周波帯で振動させるには、共振周波数が1Hz〜50Hz付近となるように比b/aを設定すればよい。よって、比b/aが0.27以上0.55以下の範囲内であれば、共振周波数を1〜50Hzとすることができる。従って、このような低周波の振動で十分な電力を取り出すには、比b/aは0.27以上0.55以下の範囲とすることが望ましい。 The frequency of vibration obtained by human movement, such as walking, is in the range of 1 Hz to 50 Hz. As is clear from FIG. 9, in order to vibrate in such a low frequency band, the ratio b / a may be set so that the resonance frequency is in the vicinity of 1 Hz to 50 Hz. Therefore, if the ratio b / a is in the range of 0.27 to 0.55, the resonance frequency can be set to 1 to 50 Hz. Therefore, in order to extract sufficient power with such low-frequency vibration, it is desirable that the ratio b / a be in the range of 0.27 to 0.55.
また、本実施形態では、上記板バネからなる支持部材8の厚み及び幅を調整することにより、可動基板5が振動する際の共振周波数を容易に調整することができる。従って、用途に応じて、すなわち加わる外力による振動の周波数に応じて、発電装置1を容易に提供することができる。
In this embodiment, the resonance frequency when the
図10は、本発明の第1の実施形態に係る発電装置1の他の変形例を示す模式的平面図である。具体的には、図10は、固定基板3を透かした状態を示す模式的平面図である。発電装置1では、可動基板5が支持部材8の中間位置を支点として揺動する。この揺動範囲が大きすぎると、可動基板5がケース材2の内側壁に衝突するおそれがある。可動基板5がケース材2の内側壁に衝突した場合、可動基板5が破損するおそれがある。あるいは、可動基板5が、支持部材8の変形許容範囲を超えて変位するおそれがある。すなわち、支持部材8が弾性復元する範囲を超えて変形した場合、支持部材8の中間を支点として可動基板5を揺動させ続けることができなくなる。
FIG. 10 is a schematic plan view showing another modification of the power generation device 1 according to the first embodiment of the present invention. Specifically, FIG. 10 is a schematic plan view showing a state in which the fixed
図10に示す変形例では、可動基板5の揺動範囲を規制するために、ストッパー21がケース材2の内側壁に固定されている。すなわち、ストッパー21は、可動基板5の揺動方向においてその揺動範囲が規制されるように、ケース材2の内側壁から可動基板5側に向かって突出されている。この突出量により、可動基板5の揺動範囲を調整することができる。
In the modification shown in FIG. 10, the
上記ストッパー21を設けることにより可動基板5のケース材2の内側壁との衝突を防止することができる。あるいは、支持部材8の許容範囲を超えた変形を防止することができる。
By providing the
図11(a)及び(b)は、本発明の第1の実施形態に係る発電装置1のさらに他の変形例を説明するための模式的側面図である。上記実施形態では、可動基板5を構成している支持基板6の側面に支持部材8の第1の端部8aが固定されていたが、図11(a)及び(b)に示すように、支持基板6に凹部6eを設け、凹部6eに支持部材8を第1の端部からはめ込むことにより、支持部材8を支持基板6に連結してもよい。
FIGS. 11A and 11B are schematic side views for explaining still another modification of the power generation device 1 according to the first embodiment of the present invention. In the above embodiment, the
1…発電装置
2…ケース材
2a…開口
3…固定基板
4…固定電極
4A…第1の電極
4B…第2の電極
5…可動基板
6…支持基板
6a,6b…側面
6c,6d,6e…凹部
7…エレクトレット
8…支持部材
8a…第1の端部
8b…第2の端部
8c…支点
9…回転体
11…帯電領域
11a…第1の端部
11b…第2の端部
11c,11d…側辺
12…金属マスク
12a…開口部
13,14…電極部
15…バスバー
16…第1の取り出し電極
17…バスバー
18…第2の取り出し電極
19…負荷
21…ストッパー
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Electric
Claims (8)
前記可動基板と対向するように設けられた固定基板と、
前記複数の帯電領域と対向するように前記固定基板に設けられており、面方向に並設された複数の電極部を有する固定電極と、
第1の端部及び第2の端部を有し、第1の端部が前記可動基板に固定されている支持部材と、
前記支持部材の第2の端部が固定されているケース材とを備え、
外力が加わった際に前記可動基板が前記固定基板と対向した状態を維持したまま該対向方向と直交する面内において前記支持部材の前記第1,第2の端部間の部分を支点として前記可動基板が揺動するように、前記可動基板が前記支持部材により前記ケース材に連結されている、発電装置。 A movable substrate having an electret and having a plurality of charged regions in which the electret is arranged in parallel in the surface direction;
A fixed substrate provided to face the movable substrate;
A fixed electrode provided on the fixed substrate so as to face the plurality of charging regions, and having a plurality of electrode portions arranged side by side in a plane direction;
A support member having a first end and a second end, the first end being fixed to the movable substrate;
A case material to which a second end of the support member is fixed,
While the movable substrate is kept facing the fixed substrate when an external force is applied, the portion between the first and second ends of the support member is used as a fulcrum in a plane orthogonal to the facing direction. The power generation device, wherein the movable substrate is connected to the case material by the support member so that the movable substrate swings.
前記固定電極の前記複数の電極部が、前記複数の帯電領域と同一の形状とされている、請求書1〜4のいずれか一項に記載の発電装置。 The plurality of charging regions have a first end located on the support member side and a second end opposite to the first end, and the second end from the first end to the second end A shape having a width that widens toward the end, and a plurality of charged regions are radially extended from the first end to the second end,
The power generator according to any one of claims 1 to 4, wherein the plurality of electrode portions of the fixed electrode have the same shape as the plurality of charged regions.
The length connecting the first and second end portions of the support member is a, between the centers of the plurality of radially arranged charging regions and the end surface of the movable substrate to which the support member is joined. The power generator according to any one of claims 1 to 7, wherein b / a is in a range of 0.27 to 0.55, where b is a distance.
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2015093608A (en) * | 2013-11-13 | 2015-05-18 | 太平洋工業株式会社 | Tire condition monitoring device |
JP2017028910A (en) * | 2015-07-24 | 2017-02-02 | シチズン時計株式会社 | Electrostatic induction generator |
WO2017159813A1 (en) * | 2016-03-17 | 2017-09-21 | シチズン時計株式会社 | Electrostatic-mechanical converter |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007504789A (en) * | 2003-08-28 | 2007-03-01 | ユニバーシティ、オブ、サウサンプトン | Electromagnetic device for converting mechanical vibration energy into electric energy and method for manufacturing the same |
JP2010279201A (en) * | 2009-05-29 | 2010-12-09 | Casio Computer Co Ltd | Battery device and electronic apparatus including the same |
JP2011101499A (en) * | 2009-11-05 | 2011-05-19 | Panasonic Corp | Power generation apparatus |
JP2011160612A (en) * | 2010-02-03 | 2011-08-18 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Power generation sensor element and sensor node |
JP2011211801A (en) * | 2010-03-29 | 2011-10-20 | Sanyo Electric Co Ltd | Power generating apparatus |
-
2011
- 2011-12-12 JP JP2011271443A patent/JP2013123337A/en active Pending
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007504789A (en) * | 2003-08-28 | 2007-03-01 | ユニバーシティ、オブ、サウサンプトン | Electromagnetic device for converting mechanical vibration energy into electric energy and method for manufacturing the same |
JP2010279201A (en) * | 2009-05-29 | 2010-12-09 | Casio Computer Co Ltd | Battery device and electronic apparatus including the same |
JP2011101499A (en) * | 2009-11-05 | 2011-05-19 | Panasonic Corp | Power generation apparatus |
JP2011160612A (en) * | 2010-02-03 | 2011-08-18 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Power generation sensor element and sensor node |
JP2011211801A (en) * | 2010-03-29 | 2011-10-20 | Sanyo Electric Co Ltd | Power generating apparatus |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2015093608A (en) * | 2013-11-13 | 2015-05-18 | 太平洋工業株式会社 | Tire condition monitoring device |
JP2017028910A (en) * | 2015-07-24 | 2017-02-02 | シチズン時計株式会社 | Electrostatic induction generator |
WO2017159813A1 (en) * | 2016-03-17 | 2017-09-21 | シチズン時計株式会社 | Electrostatic-mechanical converter |
US10622917B2 (en) | 2016-03-17 | 2020-04-14 | Citizen Watch Co., Ltd. | Electrostatic-type electromechanical transducer |
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