JP2013143874A - 発電装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】多段的に設けられた複数の発電素子の変形量を増大させることにより、発電の効率を向上させることができる、発電装置を提供すること。
【解決手段】発電装置1は、外力を圧電素子を介して電気に変換する発電装置1であって、圧電素子を振動板に固定して構成された、複数の発電プレート10と、相互に間隔を隔てて並設された複数の発電プレート10であって、各発電プレート10の少なくとも一部が積層状に重合された複数の発電プレート10と、複数の発電プレート10の中で、相互に隣接する一対の発電プレート10を、相互の重合範囲において接続する複数の接続部20とを備え、複数の発電プレート10に対する接続部20による複数の接続位置50を、複数の発電プレート10の並設方向に対する直交面における複数の発電プレート10の投影形状の周縁位置であって、並設方向に沿った順に、投影形状の周縁を所定の一方向に沿って順次移動する位置としている。
【選択図】図1

Description

本発明は、外力を圧電素子を介して電気に変換する発電装置に関する。
従来、圧電素子を用いた発電構造としては、例えば、圧電素子に直接外力を加えることで当該圧電素子を変形させて起電力を得るものや(例えば、特許文献1参照)、風力等の力を間接的に圧電素子に加えることで当該圧電素子を変形させて起電力を得るもの(例えば、特許文献2参照)が知られている。
このように圧電素子を用いた発電の効率を高めるためには、圧電素子の変形量を増大させることが望ましい。このような点に鑑みて、本願発明者は、圧電素子の変形量を増大させることができる発電ユニットを提案した(例えば、特許文献3参照)。この発電ユニットは、一対の緩衝材の相互間に、複数の振動板と、これら振動板の各々の側面に固定された圧電素子と、一方の緩衝材から圧電素子の中心に至る軸と、他方の緩衝材から振動板の側方に至る軸とを備えて構成されており、緩衝材が外力を受けて変形する場合に、この外力を軸を介して各振動板と各圧電素子に順次伝達し、各振動板と共に各圧電素子を反らせるように変形させることでその変形量を増大させることができる。
特開平7−49388号公報 特開平11−303726号公報 特開2007−97278号公報
しかしながら、上述した従来の多段式の発電ユニットは、圧電素子の変形量を更に増大させる点について改善の余地があった。例えば、上述した従来の多段式の発電ユニットは、圧電素子を各振動板の両端を軸によって固定した状態で各振動板と共に曲げ変形させるものの、曲げ変形以外の変形をさせることができなかったので、圧電素子の変形量を更に増大させることは困難であった。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、多段的に設けられた複数の発電素子の変形量を増大させることにより、発電の効率を向上させることができる、発電装置を提供することを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、請求項1に記載の発電装置は、外力を発電素子を介して電気に変換する発電装置であって、前記発電素子により構成され、又は前記発電素子を振動板に固定して構成された、複数の発電プレートと、相互に間隔を隔てて並設された前記複数の発電プレートであって、各発電プレートの少なくとも一部が積層状に重合された複数の前記発電プレートと、前記複数の発電プレートの中で、相互に隣接する一対の前記発電プレートを、相互の重合範囲において接続する複数の接続手段とを備え、前記複数の発電プレートに対する前記接続手段による複数の接続位置を、前記複数の発電プレートの並設方向に対する直交面における前記複数の発電プレートの投影形状の周縁位置であって、前記並設方向に沿った順に、前記投影形状の周縁を所定の一方向に沿って順次移動する位置としている。
また、請求項2に記載の発電装置は、請求項1に記載の発電装置において、前記複数の発電プレートの各々を角板状にて形成し、各発電プレートを、その相互の重心が前記並設方向に沿って同一位置に位置するように、前記複数の発電プレートを並設し、前記複数の発電プレートの中で、相互に隣接する一対の前記発電プレートを、各発電プレートの隅部において前記接続手段にて接続している。
また、請求項3に記載の発電装置は、請求項2に記載の発電装置において、各発電プレートの全部が積層状に重合されるように、前記複数の発電プレートを並設し、前記複数の発電プレートの中で、相互に隣接する一対の前記発電プレートを、各発電プレートの隅部において前記接続手段にて接続している。
また、請求項4に記載の発電装置は、請求項1に記載の発電装置において、前記複数の発電プレートの各々を直方平板状にて形成し、各発電プレートの長手方向における各端部のみが積層状に重合されるように、かつ、前記投影形状が方形環状になるように、前記複数の発電プレートを並設し、前記複数の発電プレートの中で、相互に隣接する一対の前記発電プレートを、各発電プレートの端部において前記接続手段にて接続している。
また、請求項5に記載の発電装置は、請求項1から4のいずれか一項に記載の発電装置において、前記複数の発電プレートのうち、前記並設方向における最外側に配置される発電プレートに、重りを接続している。
また、請求項6に記載の発電装置は、請求項1から5のいずれか一項に記載の発電装置において、前記発電プレートは、前記発電素子における第1の電極側の側面に接続された第1の配線と、前記発電素子における第2の電極側の側面に接続された第2の配線と、を備え、前記複数の発電プレートの中で、相互に隣接する一対の前記発電プレートの一方の前記第1の配線と、当該一対の前記発電プレートの他方の前記第1の配線又は前記第2の配線とを接続する第1の導電部材と、当該一対の前記発電プレートの一方の前記第2の配線と、当該一対の前記発電プレートの他方の前記第1の配線又は前記第2の配線とを接続する第2の導電部材とを、当該一対の前記発電プレートを接続する前記接続手段の内部に設けている。
また、請求項7に記載の発電装置は、請求項6に記載の発電装置において、前記複数の発電プレートの中で、相互に隣接する一対の前記発電プレートにおける前記接続手段に接続されている部分に、当該一対の発電プレートの変形形状を調整するための変形形状調整手段を設けている。
請求項1に記載の発電装置によれば、複数の発電プレートに対する接続手段による複数の接続位置を、複数の発電プレートの並設方向に対する直交面における複数の発電プレートの投影形状の周縁位置であって、並設方向に沿った順に、投影形状の周縁を所定の一方向に沿って順次移動する位置としたので、複数の発電プレートを全体としてばね構造のように形成することができ、複数の発電プレートを曲げ変形させるだけでなく、複数の発電プレートをばねのように伸縮変形させることができる。そのため、各発電素子の変形量を増大させることができ、発電効率を向上させることができる。
また、請求項2に記載の発電装置によれば、各発電プレートを、その相互の重心が並設方向に沿って同一位置に位置するように、複数の発電プレートを並設し、複数の発電プレートの中で、相互に隣接する一対の発電プレートを、各発電プレートの隅部において接続手段にて接続したので、接続位置間の距離を長くとることができる。そのため、各発電素子を効果的に変形させることができ、発電効率を一層向上させることができる。
また、請求項3に記載の発電装置によれば、各発電プレートの全部が積層状に重合されるように、複数の発電プレートを並設し、複数の発電プレートの中で、相互に隣接する一対の発電プレートを、各発電プレートの隅部において接続手段にて接続したので、複数の発電プレートの少なくとも一部が積層状に重合されていない発電装置に比べて、発電装置における複数の発電プレートの並設方向に直交する方向の長さをコンパクトにすることができ、発電装置の設置性を向上させることができる。
また、請求項4に記載の発電装置によれば、各発電プレートの長手方向における各端部のみが積層状に重合されるように、かつ、投影形状が方形環状になるように、複数の発電プレートを並設し、複数の発電プレートの中で、相互に隣接する一対の発電プレートを、各発電プレートの端部において接続手段にて接続したので、接続位置間の距離を長くとることができる。そのため、各発電素子を効果的に変形させることができ、発電効率を一層向上させることができる。また、複数の発電プレートをらせん状に形成することができる。そのため、複数の発電プレートの全部が積層状に重合されている発電装置に比べて、投影形状の面積を減らすことができ、発電装置の設置スペースの効率化を図ることができる。
また、請求項5に記載の発電装置によれば、複数の発電プレートのうち、並設方向における最外側に配置される発電プレートに、重りを接続したので、複数の発電プレートを特定の振動数にて共振させることができる。そのため、各発電素子を繰り返し変形させることができ、発電効率をさらに一層向上させることができる。
また、請求項6に記載の発電装置によれば、複数の発電プレートの中で、相互に隣接する一対の発電プレートの一方の第1の配線と、当該一対の発電プレートの他方の第1の配線又は第2の配線とを接続する第1の導電部材と、当該一対の発電プレートの一方の第2の配線と、当該一対の発電プレートの他方の第1の配線又は第2の配線とを接続する第2の導電部材とを、当該一対の発電プレートを接続する接続手段の内部に設けたので、各発電プレート毎に電力を供給するための配線を接続する場合に比べて当該配線の数を減らすことができ、当該配線の手間を省くことができる。また、第1の導電部材と第2の導電部材を外部に露出させずに済み、発電装置の外観を維持しながら、発電装置にて発生した電力を外部機器に供給することができる。
また、請求項7に記載の発電装置によれば、複数の発電プレートの中で、相互に隣接する一対の発電プレートにおける接続手段に接続されている部分に、当該一対の発電プレートの変形形状を調整するための変形形状調整手段を設けているので、各発電プレートの変形を任意に調整することができ、様々な状況下に応じた発電を行うことができる。
実施の形態1に係る発電装置の概略の全体斜視図である。 (a)は発電装置の平面図、(b)は発電装置の側面図である。 実施の形態1に係る接続部の設置状況を示す図であり、(a)は1段目の発電プレートと2段目の発電プレートとの相互間の設置状況、(b)は2段目の発電プレートと3段目の発電プレートとの相互間の設置状況、(c)は3段目の発電プレートと4段目の発電プレートとの相互間の設置状況、(d)は4段目の発電プレートと5段目の発電プレートとの相互間の設置状況を示す図である。 実施の形態1に係る発電装置が外力を受けた状態を示す図であり、(a)は発電装置が外力を受ける前の状態、(b)は発電装置が外部から圧縮力を受けた状態、(c)は発電装置が外部から引張力を受けた状態を示す図である。 変形例に係る発電装置の一例を示す側面図であり、(a)はピラミッド型の発電装置、(b)は提灯型の発電装置、(c)は砂時計状の発電装置を示す図である。 実施の形態2に係る発電装置の概略の全体斜視図である。 (a)は発電装置の平面図、(b)は発電装置の側面図である。 実施の形態2に係る接続部の設置状況を示す図であり、(a)は1段目の発電プレートと2段目の発電プレートとの相互間の設置状況、(b)は2段目の発電プレートと3段目の発電プレートとの相互間の設置状況、(c)は3段目の発電プレートと4段目の発電プレートとの相互間の設置状況、(d)は4段目の発電プレートと5段目の発電プレートとの相互間の設置状況を示す図である。 実施の形態2に係る発電装置が外力を受けた状態を示す図であり、(a)は発電装置が外力を受ける前の状態、(b)は発電装置が外部から圧縮力を受けた状態、(c)は発電装置が外部から引張力を受けた状態を示す図である。 実施の形態3に係る発電装置の概略の全体斜視図である。 (a)は発電装置の平面図、(b)は発電装置の側面図である。 (a)は発電プレートの平面図、(b)は発電プレートの底面図である。 発電プレートの起電状況を示す図であり、(a)は発電プレートが下方へ凸状に撓んだ状態を示す図であり、(b)は発電プレートが上方へ凸状に撓んだ状態を示す図である。 実施の形態3に係る発電装置の起電状況を示す縦断面図であり、(a)は変形前の状態を示す図であり、(b)は変形後の状態を示す図である。 実施の形態3に係る発電装置が外力を受けた状態を示す縦断面図であり、(a)は発電装置が外部から引張力を受けた状態、(b)は発電装置が外部から圧縮力を受けた状態を示す図である。 (a)は実施の形態4に係る発電装置の平面図、(b)は実施の形態4に係る発電装置の側面図である。 実施の形態4に係る発電装置の起電状況を示す縦断面図であり、(a)は変形前の状態を示す図であり、(b)は変形後の状態を示す図である。 実施の形態4に係る発電装置が外力を受けた状態を示す縦断面図であり、(a)は発電装置が外部から引張力を受けた状態、(b)は発電装置が外部から圧縮力を受けた状態を示す図である。
以下に添付図面を参照して、この発明に係る発電装置の実施の形態を詳細に説明する。ただし、これらの実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
〔実施の形態1〕
最初に、実施の形態1について説明する。この形態は、複数の発電プレートを全部重複して積層した形態である。
(構成)
まず、実施の形態1に係る発電装置の構成について説明する。図1は実施の形態1に係る発電装置の概略の全体斜視図である。図2(a)は発電装置の平面図、図2(b)は発電装置の側面図である。なお、以下の説明では、図1のX方向を発電装置の縦方向、図1のY方向を発電装置の横方向、図1のZ方向を発電装置の高さ方向とする。これら各図に示すように、発電装置1は、複数の発電プレート10と、複数の接続部20とを備えている。
(構成−発電プレート)
図1及び図2に示すように、複数の発電プレート10は、当該発電プレート10に加えられた外力を電気に変換するものである。この複数の発電プレート10の各々は、相互に同一の角板状、かつ同一の板面積にて形成されており、相互に間隔を隔てて並設されている。具体的には、実施の形態1では、発電プレート10a〜10eの全部が積層状に重合され、当該発電プレート10a〜10eの相互の重心が並設方向に沿って同一位置に位置するように、当該発電プレート10a〜10eが並設されている(これら発電プレート10a〜10eは、相互に区別する必要がない場合には「発電プレート10」と総称する。後述する実施の形態2〜4の発電プレート10a〜10eも同様とする)。この複数の発電プレート10の各々は、圧電素子(図示省略)と、振動板(図示省略)とを備えて構成されている。
圧電素子は、圧力により変形することで電気を生じる素子であり、例えば、チタン酸バリウム、ジルコニア等の圧電セラミックス、リチウムタンタレート(LiTaO3)等の圧電単結晶からなる。この圧電素子は、薄板状に形成されている(ここでは、発電プレート10と同一の形状であり、且つ発電プレート10よりも小さな板面積を有する圧電素子について説明する)。なお、図示は省略するが、圧電素子は、当該圧電素子の一方の面にプラス端子、当該圧電素子の他方の面にマイナス端子を有し、プラス端子と結線されたプラスリード線と、マイナス端子と結線されたマイナスリード線が引き出され、これらが図示しない制御回路を介して外部機器と接続されることで、当該外部機器に対して電力が供給される。ただし、圧電素子と負荷との相互間に公知のブリッジ回路等の各種電気素子を配置してもよい。あるいは、圧電素子として、若しくは圧電素子に代えて、外力(歪み、屈曲、若しくは圧縮を生じさせる力を含む)により発電が可能な任意の素材を用いることができ、例えば、イオン導電性高分子の膜(ゲル)の両面に金属(金等)をメッキしたイオン高分子金属複合材料(IPMC:Ionic Polymer−Metal Composite)や、イオン導電性高分子ゲル膜(ICPF:Ionic Conducting Polymergel Film)、あるいは、これらIPMCやICPFを用いた人工筋肉を使用することができる。この点は、後述する他の実施の形態でも同じである。なお、これら圧電素子や発電が可能な任意の素材を、必要に応じて「発電素子」と総称する。
振動板は、圧電素子に応力を加える支持体であると共に、圧電素子の割れ強度を補強する補強材を兼ねるものである。振動板は、ステンレス薄板等の可撓性と耐久性を有する鋼材等にて形成された板状体である(ここでは、発電プレート10と同一の形状、かつ同一の板面積にて形成された振動板について説明する)。この振動板の側面の一方には圧電素子が設けられており、この振動板の側面とこの圧電素子とが接着剤等により固定されている。
(構成−接続部)
複数の接続部20は、発電プレート10同士を接続する接続手段である。この複数の接続部20の各々は、発電プレート10との相互間に、発電プレート10を変形させるためのスペースを維持できるように、発電プレート10よりも高強度な鋼材(例えば鋼、ステンレス、アルミニウム等)にて形成された柱状体である。また、各接続部20は、複数の発電プレート10の中で、相互に隣接する一対の発電プレート10の相互間に設けられ、当該一対の発電プレート10と接着剤や溶接等によって接続されている。具体的には、実施の形態1では、接続部20aは発電プレート10aと発電プレート10bの相互間に設けられ、接続部20bは発電プレート10bと発電プレート10cの相互間に設けられ、接続部20cは発電プレート10cと発電プレート10dの相互間に設けられ、接続部20dは発電プレート10dと発電プレート10eの相互間に設けられている(これら接続部20a〜20dは、相互に区別する必要がない場合には「接続部20」と総称する。後述する実施の形態2〜4の接続部20a〜20dも同様とする)。なお、この複数の接続部20の設置の詳細については、後述する。発電プレート10と接続部20の相互の接続面においては、発電プレート10の変形が妨げられるため、当該接続面の面積は極力小さい方が好ましい。
(接続部の設置の詳細)
次に、実施の形態1に係る接続部20の設置の詳細について説明する。図3は、実施の形態1に係る接続部20の設置状況を示す図であり、(a)は1段目の発電プレート10aと2段目の発電プレート10bとの相互間の設置状況、(b)は2段目の発電プレート10bと3段目の発電プレート10cとの相互間の設置状況、(c)は3段目の発電プレート10cと4段目の発電プレート10dとの相互間の設置状況、(d)は4段目の発電プレート10dと5段目の発電プレート10eとの相互間の設置状況を示す図である。
図3(a)〜(d)に示すように、複数の発電プレート10に対する接続部20による複数の接続位置50は、概念的には、複数の発電プレート10の並設方向に対する直交面における複数の発電プレート10の投影形状の周縁位置であって、この並設方向に沿った順に、この投影形状の周縁を所定の一方向に沿って順次移動する位置とする。
ここで、「接続位置」とは、複数の発電プレート10の中で、相互に隣接する一対の複数の発電プレート10において接続部20の端部が接続される位置のことであり、例えば、当該相互に隣接する一対の発電プレート10の各々の周縁位置が該当する。また、「発電プレートの周縁位置」とは、発電プレート10の周縁上の任意の位置である。例えば発電プレート10が方形状の場合には当該発電プレート10の隅部、又は当該発電プレート10の隅部間の中間点等が該当する。あるいは、発電プレート10の板面形状が円形状の場合には、当該発電プレート10の周縁上に所定間隔毎に設定された位置が該当する(後述する投影形状の周縁位置も同様とする)。また、「発電プレートの隅部」とは、発電プレート10における角板上の角部であり、例えば発電プレート10の板面形状が正方形状の場合には4つの角部等が該当する。
また「投影形状」とは、発電装置1を複数の発電プレート10の並設方向に沿って投影したときに映し出された二次元形状であり、例えば方形状、円形状、方形環状等が該当する。また、「投影形状の周縁位置」とは、投影形状周縁上の任意の位置であり、例えば投影形状が方形状の場合には当該投影形状の隅部が該当する。また、「投影形状の隅部」とは、方形状である投影形状の角部である。また、「所定の一方向」とは、投影形状の周回り方向のいずれか一方の方向であり、例えば投影形状の周回り方向のうち時計回りの方向又は反時計周りのいずれか一方の方向が該当する。
具体的には、実施の形態1では、この複数の接続位置50は、5段目の発電プレート10eから1段目の発電プレート10aに至る方向に沿って投影したときに映し出された正方形状の投影形状の隅部であって、1段目の発電プレート10aから5段目の発電プレート10eに至る順に、この正方形状の投影形状の周縁を時計回りの方向に沿って順次移動する位置とする。この複数の接続位置50は、例えば第1接続位置50aと、第2接続位置50bと、第3接続位置50cと、第4接続位置50dとを含むものである。
第1接続位置50aとは、例えば、図3(a)に示すように、正方形状の投影形状の左上隅部に対応する1段目の発電プレート10aの隅部と2段目の発電プレート10bの隅部のことである。
また、第2接続位置50bとは、例えば、図3(b)に示すように、正方形状の投影形状の右上隅部に対応する2段目の発電プレート10bの隅部と3段目の発電プレート10cの隅部のことである。
また、第3接続位置50cとは、例えば、図3(c)に示すように、正方形状の投影形状の右下隅部に対応する3段目の発電プレート10cの隅部と4段目の発電プレート10dの隅部のことである。
また、第4接続位置50dとは、例えば、図3(d)に示すように、正方形状の投影形状の左下隅部に対応する4段目の発電プレート10dの隅部と5段目の発電プレート10eの隅部のことである。
このように、複数の発電プレート10の並設方向に沿った順に、第1接続位置50aから第4接続位置50dを順次変更させながら、複数の発電プレート10の中で、相互に隣接する一対の発電プレート10を、各発電プレート10の隅部において接続部20にて接続するので、複数の発電プレート10を全体としてばね構造のように形成することができる。また、複数の発電プレート10が各発電プレート10の全部が積層状に重合されるように並設されているので、複数の発電プレート10の少なくとも一部が積層状に重合されていない発電装置1に比べて、発電装置1における複数の発電プレート10の並設方向に直交する方向の長さをコンパクトにすることができる。なお、5段以上の発電プレート10が並設された発電装置1の場合には、上述した第1接続位置50aから第4接続位置50dの変更を順次繰り返しながら、相互に隣接する一対の複数の発電プレート10が、各発電プレート10の隅部において接続部20にて接続される(後述する図6の発電装置1も同様とする)。
(発電装置の機能)
このように構成された発電装置1の機能は以下の通りである。図4は、実施の形態1に係る発電装置1が外力を受けた状態を示す図であり、(a)は発電装置1が外力を受ける前の状態、(b)は発電装置1が外部から圧縮力を受けた状態、(c)は発電装置1が外部から引張力を受けた状態を示す図である。
図4(b)、(c)に示すように、複数の発電プレート10がばね構造のように形成されているので、複数の発電プレート10を曲げ変形させるだけでなく、複数の発電プレート10をばねのように伸縮変形させることができる。そのため、各圧電素子の変形量を増大させることができ、発電効率を向上させることができる。また、複数の発電プレート10の中で、相互に隣接する一対の発電プレート10を、各発電プレート10の隅部において接続部20にて接続したので、接続位置50間の距離を長くとることができ、各圧電素子を効果的に変形させることができる。さらに、各発電プレート10の各圧電素子に振動板が接合されているので、振動板を介して圧電素子を変形させることにより、圧電素子の変形を増幅でき、発電効率を一層高めることができる。
また、図4(b)、(c)に示す圧縮力又は引張力が複数の発電プレート10の並設方向以外の方向(例えば、縦方向、横方向、斜め方向等)に沿って作用した場合、複数の発電プレート10はねじれ変形を生じる場合がある。この場合には、図4(b)、(c)に示す圧縮力又は引張力が複数の発電プレート10の並設方向に沿って作用した場合に比べて、複数の発電プレート10の曲げ変形又は伸縮変形による変形量が減じられたとしても、複数の発電プレート10のねじれ変形による変形量が得られるので、上記圧縮力又は引張力が複数の発電プレート10の並設方向に沿って作用した場合と同様の発電量を維持することができる。
この他にも、発電装置1は、任意の構造にて構成可能である。図5は変形例に係る発電装置1の一例を示す側面図であり、(a)はピラミッド型の発電装置1、(b)は提灯型の発電装置1、(c)は砂時計状の発電装置1を示す図である。
この変形例では、概念的には、相互に同一の角板状、かつ異なる板面積にて形成された複数の発電プレート10の各々が、その相互の重心が当該複数の発電プレート10の並設方向に沿って同一位置に位置するように並設されている。また、接続部20は、複数の発電プレート10の中で、相互に隣接する一対の発電プレート10の相互間に設けられている。
ここで、相互に隣接する一対の発電プレート10と接続される接続部20の端部の面積は同一であってもよいが、これに限られない。例えば、板面積が大きい発電プレート10と接続される接続部20の端部の面積は、板面積が小さい発電プレート10と接続される接続部20の端部よりも大きくしてもよい。これにより、板面積が大きい発電プレート10が受けた外力を板面積が小さい発電プレート10に効果的に伝達することができる。
以上のことから、図5(a)〜(c)に示す発電装置1によれば、相互に同一の角板状、かつ異なる板面積にて形成された複数の発電プレート10が並設された発電装置1であっても、接続位置50間の距離を長くとることができ、各圧電素子を効果的に変形させることができる。
(効果)
このように実施の形態1によれば、複数の発電プレート10に対する接続部20による複数の接続位置50を、複数の発電プレート10の並設方向に対する直交面における複数の発電プレート10の投影形状の周縁位置であって、当該並設方向に沿った順に、投影形状の周縁を所定の一方向に沿って順次移動する位置としたので、複数の発電プレート10をばね構造のように形成することができ、複数の発電プレート10を曲げ変形させるだけでなく、複数の発電プレート10をばねのように伸縮変形させることができる。そのため、各圧電素子の変形量を増大させることができ、発電効率を向上させることができる。
また、各発電プレート10の全部が積層状に重合されるように、複数の発電プレート10を並設し、この複数の発電プレート10の中で、相互に隣接する一対の発電プレート10を、各発電プレート10の隅部において接続部20にて接続したので、複数の発電プレート10の少なくとも一部が積層状に重合されていない発電装置1に比べて、発電装置1における複数の発電プレート10の並設方向に直交する方向の長さをコンパクトにすることができ、発電装置1の設置性を向上させることができる。また、接続位置50間の距離を長くとることができるので、各圧電素子を効果的に変形させることができ、発電効率を一層向上させることができる。
〔実施の形態2〕
次に、実施の形態2について説明する。この形態は、複数の発電プレート10を一部重複して積層した形態である。なお、実施の形態1と略同様の構成要素については、必要に応じて、実施の形態1で用いたのと同一の符号又は名称を付してその説明を省略する。
(構成)
まず、実施の形態2に係る発電装置1の構成について説明する。図6は実施の形態2に係る発電装置1の概略の全体斜視図である。図7(a)は発電装置1の平面図、図7(b)は発電装置1の側面図である。これら各図に示すように、発電装置1は、複数の発電プレート10と、複数の接続部20と、重り30とを備えている。
(構成−発電プレート)
図6及び図7に示すように、この複数の発電プレート10の各々は、相互に同一の直方平板状、かつ同一の板面積にて形成されており、相互に間隔を隔てて並設されている。具体的には、実施の形態2では、発電プレート10a〜10eの長手方向における各端部のみが積層状に重合されるように、かつ、投影形状が方形環状(ここでは、投影形状は正方形環状として説明する)になるように、当該発電プレート10a〜10eが並設されている。この複数の発電プレート10の各々は、圧電素子と、振動板とを備えて構成されている。
(構成−重り)
重り30は、発電装置1の固有振動数を調整する調整手段である。重り30は、ゴム、鉛等にて形成された柱状体又は球状体であり、複数の発電プレート10のうち、当該複数の発電プレート10の並設方向における最外側に配置される発電プレート10(ここでは、5段目の発電プレート10eとする)と固定具や溶接等によって接続されている。
(接続部の設置の詳細)
次に、実施の形態2に係る接続部20の設置の詳細について説明する。図8は実施の形態2に係る接続部20の設置状況を示す図であり、(a)は1段目の発電プレート10aと2段目の発電プレート10bとの相互間の設置状況、(b)は2段目の発電プレート10bと3段目の発電プレート10cとの相互間の設置状況、(c)は3段目の発電プレート10cと4段目の発電プレート10dとの相互間の設置状況、(d)は4段目の発電プレート10dと5段目の発電プレート10eとの相互間の設置状況を示す図である。
図8(a)〜(d)に示すように、複数の発電プレート10に対する接続部20による複数の接続位置50は、概念的には、上述したように、投影形状の周縁位置であって、複数の発電プレート10の並設方向に沿った順に、この投影形状の周縁を所定の一方向に沿って順次移動する位置とする。
ここで、「接続位置」とは、例えば相互に隣接する一対の発電プレート10の各々の端部が該当する。また、「発電プレートの端部」とは、発電プレート10の一端の近傍部分であり、例えば長方形状の発電プレート10の場合には当該発電プレート10の長手方向における端部が該当する。
また、「投影形状の周縁位置」とは、例えば投影形状が方形環状の場合には当該投影形状の外周縁の隅部又は内周縁の隅部のいずれか一方を意味する。
具体的には、実施の形態2では、この複数の接続位置50は、5段目の発電プレート10eから1段目の発電プレート10aに至る方向に沿って投影したときに映し出された正方形環状の投影形状の外周縁の隅部であって、1段目の発電プレート10aから5段目の発電プレート10eに至る順に、この正方形環状の投影形状の外周縁を時計回りの方向に沿って順次移動する位置とする。この複数の接続位置50は、例えば第1接続位置50aと、第2接続位置50bと、第3接続位置50cと、第4接続位置50dとを含むものである。
第1接続位置50aとは、例えば、図8(a)に示すように、正方形環状の投影形状の外周縁右上隅部に対応する1段目の発電プレート10aの端部と2段目の発電プレート10bの端部のことである。
また、第2接続位置50bとは、例えば、図8(b)に示すように、正方形環状の投影形状の外周縁右下隅部に対応する2段目の発電プレート10bの端部と3段目の発電プレート10cの端部のことである。
また、第3接続位置50cとは、例えば、図8(c)に示すように、正方形環状の投影形状の外周縁左下隅部に対応する3段目の発電プレート10cの端部と4段目の発電プレート10dの端部のことである。
また、第4接続位置50dとは、例えば、図8(d)に示すように、正方形環状の投影形状の外周縁左上隅部に対応する4段目の発電プレート10dの端部と5段目の発電プレート10eの端部のことである。
このように、複数の発電プレート10の並設方向に沿った順に、第1接続位置50aから第4接続位置50dを順次変更させながら、複数の発電プレート10の中で、相互に隣接する一対の発電プレート10を、各発電プレート10の端部において接続部20にて接続するので、複数の発電プレート10を全体としてばね構造のように形成することができる。また、各発電プレート10の一部が積層状に重合されるように並設されているので、複数の発電プレート10をらせん状に形成することができる。そのため、複数の発電プレートの全部が積層状に重合されている発電装置1に比べて、投影形状の面積を減らすことができ、発電装置1の設置スペースの効率化を図ることができる。
(発電装置の機能)
このように構成された発電装置1の機能は以下の通りである。図9は実施の形態2に係る発電装置1が外力を受けた状態を示す図であり、(a)は発電装置1が外力を受ける前の状態、(b)は発電装置1が外部から圧縮力を受けた状態、(c)は発電装置1が外部から引張力を受けた状態を示す図である。
図9(b)、(c)に示すように、複数の発電プレート10がばね構造のように形成されているので、複数の発電プレート10を曲げ変形させるだけでなく、複数の発電プレート10をばねのように伸縮変形させることができる。そのため、各圧電素子の変形量を増大させることができ、発電効率を向上させることができる。また、複数の発電プレート10の中で、相互に隣接する一対の発電プレート10を、各発電プレート10の端部において接続部20にて接続したので、接続位置50間の距離を長くとることができ、各圧電素子を効果的に変形させることができる。また、5段目の発電プレート10eに重り30が接続されているので、複数の発電プレート10を特定の振動数にて共振させることができる。そのため、圧電素子を繰り返し変形させることができ、発電効率を一層向上させることができる。
また、重り30が複数の発電プレート10の並設方向以外の方向に沿った動き(例えば、縦方向、横方向、斜め方向等に沿った動き)をすることにより、図9(b)、(c)に示す圧縮力又は引張力が当該並設方向以外の方向に沿って発電装置1に作用した場合、各発電プレート10はねじれ変形を生じる場合がある。この場合には、図9(b)、(c)に示す圧縮力又は引張力が複数の発電プレート10の並設方向に沿って作用した場合に比べて、複数の発電プレート10の曲げ変形又は伸縮変形による変形量が減じられたとしても、複数の発電プレート10のねじれ変形による変形量が得られるので、上記圧縮力又は引張力が複数の発電プレート10の並設方向に沿って作用した場合と同様の発電量を維持することができる。
(効果)
このように実施の形態2によれば、各発電プレート10の長手方向における各端部のみが積層状に重合されるように、かつ、投影形状が方形環状になるように、複数の発電プレート10を並設し、複数の発電プレート10の中で、相互に隣接する一対の発電プレート10を、各発電プレート10の端部において接続部20にて接続したので、接続位置50間の距離を長くとることができる。そのため、各圧電素子を効果的に変形させることができ、発電効率を一層向上させることができる。また、複数の発電プレート10をらせん状に形成することができる。そのため、複数の発電プレート10の全部が積層状に重合されている発電装置1に比べて、投影形状の面積を減らすことができ、発電装置1の設置スペースの効率化を図ることができる。
また、複数の発電プレート10のうち、当該複数の発電プレート10の並設方向における最外側に配置される発電プレート10に重り30を接続したので、複数の発電プレート10を特定の振動数にて共振させることができる。そのため、各圧電素子を繰り返し変形させることができ、発電効率をさらに一層向上させることができる。
〔実施の形態3〕
次に、実施の形態3について説明する。この形態は、発電装置に配線を接続した形態である。なお、実施の形態1と略同様の構成要素については、必要に応じて、実施の形態1で用いたのと同一の符号又は名称を付してその説明を省略する。
(構成)
まず、実施の形態3に係る発電装置の構成について説明する。図10は、実施の形態3に係る発電装置の概略の全体斜視図である。図11(a)は発電装置の平面図、図11(b)は発電装置の側面図である。図12(a)は発電プレートの平面図、図12(b)は発電プレートの底面図である。図13は、発電プレートの起電状況を示す図であり、(a)は発電プレートが下方へ凸状に撓んだ状態を示す図であり、(b)は発電プレートが上方へ凸状に撓んだ状態を示す図である。図14は、実施の形態3に係る発電装置の起電状況を示す縦断面図であり、(a)は変形前の状態を示す図であり、(b)は変形後の状態を示す図である。これら各図に示すように、発電装置1は、発電プレート10a〜10eと、接続部20a〜20d、外部配線60a、60bとを備えている。
(構成−発電プレート)
発電プレート10a〜10eの各々は、相互に同一の角板状、かつ同一の板面積にて形成されており、相互に間隔を隔てて並設されている。また、これら発電プレート10a〜10eの各々は、圧電素子11a、11bと、振動板12とを備えて構成されている。具体的には、図12(a)、(b)に示すように、振動板12の平面側の側面には圧電素子11aが設けられ、振動板12の底面側の側面には圧電素子11bが設けられており、これら圧電素子11a、11bは振動板12に対して接着剤等により固定されている。
ここで、この圧電素子11aの側面上には、図示しない第1の端子が設けられている。そして、図12(a)に示すように、この図示しない第1の端子と接続された第1の配線15が振動板12の平面側の側面上に設けられている。また、この圧電素子11bの側面上には、第1の端子と電極が異なる図示しない第2の端子が設けられている。そして、図12(b)に示すように、この図示しない第2の端子と接続された第2の配線16が振動板12の底面側の側面上に設けられている。
また、図12(a)、(b)に示すように、振動板12の側面における長手方向の一方の端部には、第1の配線15又は第2の配線16と後述する接続部20の第1の導電部材21とを接続するための第1の孔13aが設けられていると共に、第1の配線15又は第2の配線16と後述する接続部20の第2の導電部材22とを接続するための第2の孔14aが、第1の孔13a近傍に設けられている(なお、第2の孔14aは、第1の孔13aよりも端側に配置されている)。また、振動板12の側面における長手方向の他方の端部にも、第1の孔13bと第2の孔14bが設けられている(なお、第1の孔13bは、第2の孔14bよりも端側に配置されている)。
(構成−接続部)
接続部20a〜20dの各々は、絶縁性材料(例えばゴム材、木材、樹脂材等)にて形成された直方状体である。図11(b)に示すように、接続部20aは、発電プレート10a、10bの相互間に設けられ、当該発電プレート10a、10bと接着剤や溶接等によって接続されている。また、接続部20bは、発電プレート10b、10cの相互間に設けられ、当該発電プレート10b、10cと接着剤や溶接等によって接続されている。また、接続部20cは、発電プレート10c、10dの相互間に設けられ、当該発電プレート10c、10dと接着剤や溶接等によって接続されている。また、接続部20dは、発電プレート10d、10eの相互間に設けられ、当該発電プレート10d、10eと接着剤や溶接等によって接続されている。
また、図10、図11(b)に示すように、複数の発電プレート10に対する接続部20による図示しない複数の接続位置は、概念的には、上述したように、投影形状の周縁位置であって、複数の発電プレート10の並設方向に沿った順に、この投影形状の周縁を所定の一方向に沿って順次移動する位置とする。
ここで、「接続位置」とは、例えば相互に隣接する一対の発電プレート10の各々の端部が該当する。また、「発電プレートの端部」とは、発電プレート10の一端の近傍部分であり、例えば長方形状の発電プレート10の場合には当該発電プレート10における長手方向の端部が該当する。また、「投影形状の周縁位置」とは、例えば投影形状が長方形状の場合には当該投影形状の外周縁における長手方向の端部を意味する。
具体的には、実施の形態3では、この図示しない複数の接続位置は、5段目の発電プレート10eから1段目の発電プレート10aに至る方向に沿って投影したときに映し出された長方形状の投影形状における外周縁の長手方向の端部であって、1段目の発電プレート10aから5段目の発電プレート10eに至る順に、この長方形状の投影形状における外周縁の長手方向の端部を交互に移動する位置とする。この図示しない複数の接続位置は、例えば図示しない第1接続位置と、図示しない第2接続位置とを含むものである。
図示しない第1接続位置とは、例えば、図11(b)に示すように、長方形状の投影形状における外周縁左端部に対応する1段目の発電プレート10aの端部と2段目の発電プレートの端部10b、又は3段目の発電プレートの端部10cと4段目の発電プレートの端部10dのことである。
また、図示しない第2接続位置とは、例えば、図11(b)に示すように、長方形状の投影形状の外周縁右端部に対応する2段目の発電プレートの端部10bと3段目の発電プレートの端部10c、又は4段目の発電プレートの端部10dと5段目の発電プレートの端部10eのことである。
また、図14(a)に示すように、接続部20の内部には、第1の導電部材21と、第2の導電部材22とが設けられている。これら第1の導電部材21及び第2の導電部材22の構成は任意であるが、具体的には、実施の形態3では、第1の導電部材21及び第2の導電部材22は、導電性材料(例えば鋼材等)の棒状体(例えば、ボルトやピン等)にて形成されている。あるいは、これに限られず、例えば、第1の導電部材21及び第2の導電部材22は、導線にて形成されてもよい。
また、図14(a)に示すように、第1の導電部材21は接続部20に設けられた図示しない孔に挿入され、第2の導電部材22は接続部20に設けられた図示しない孔に挿入されている。そして、これら第1の導電部材21及び第2の導電部材22は、接続部20に対して螺合構造又は接着等により固定されている。
ここで、第1の導電部材21及び第2の導電部材22の配線方法について説明する。
図13(a)に示すように、発電プレート10が下方へ凸状に撓んだ場合には、発電プレート10の平面側の側面に陽極の電流が起電し、発電プレート10の底面側の側面に陰極の電流が起電する。一方、図13(b)に示すように、発電プレート10が上方へ凸状に撓んだ場合には、発電プレート10の平面側の側面に陰極の電流が起電し、発電プレート10の底面側の側面に陽極の電流が起電する。これらのことから、図14(b)に示すように、発電装置1が外部から引張力を受けた場合には、発電プレート10a、10b、10cは下方へ凸状に撓むので、当該発電プレート10a、10b、10cの平面側の側面に陽極の電流が起電し、当該発電プレート10a、10b、10cの底面側の側面に陰極の電流が起電する。
このことを踏まえると、第1の導電部材21の配線方法については、図14(a)に示すように、第1の導電部材21が上述した陽極側の配線同士を接続するように、各接続部20の第1の導電部材21は、相互に隣接する一対の発電プレート10の一方の第1の配線15と、当該一対の発電プレート10の他方の第1の配線15とを接続している(具体的には、接続部20aの第1の導電部材21は、発電プレート10aの第1の配線15と、発電プレート10bの第1の配線15とを接続している等)。また、第2の導電部材22の配線方法については、図14(a)に示すように、第2の導電部材22が上述した陰極側の配線同士を接続するように、各接続部20の第2の導電部材22は、相互に隣接する一対の発電プレート10の一方の第2の配線16と、当該一対の発電プレート10の他方の第2の配線16とを接続している(具体的には、接続部20aの第2の導電部材22は、発電プレート10aの第2の配線16と、発電プレート10bの第2の配線16とを接続している等)。
(構成−外部配線)
外部配線60a、60bは、複数の発電プレート10にて発生した電力を外部機器に供給するためものである。これら外部配線60a、60bの設置については、外部配線60a、60bの各々が異なる電極となる配線と接続されるように、具体的には、図10、図11(b)に示すように、外部配線60aは発電プレート10aの第1の配線15と接続されており、外部配線60bは発電プレート10eの第2の配線16と接続されている。
(発電装置の機能)
このように構成された発電装置1の機能は以下の通りである。図15は、実施の形態3に係る発電装置1が外力を受けた状態を示す縦断面図であり、(a)は発電装置1が外部から引張力を受けた状態、(b)は発電装置1が外部から圧縮力を受けた状態を示す図である。
図15(a)、(b)に示すように、複数の発電プレート10がばね構造のように形成されているので、複数の発電プレート10を曲げ変形させると共に、伸縮変形させることができる。
ここで、図15(a)に示すように、発電装置1が外部から引張力を受けた場合の発電プレート10a〜10eの変形においては、発電プレート10a〜10eの平面側の側面に陽極の電流が起電すると共に、発電プレート10a〜10eの底面側の側面に陰極の電流が起電することで、各発電プレート10に電圧が発生し、各発電プレート10の第1の配線15及び第2の配線16に電流が流れる。また、図15(b)に示すように、発電装置1が外部から圧縮力を受けた場合の発電プレート10a〜10eの変形においては、発電プレート10a〜10eの平面側の側面に陰極の電流が起電すると共に、発電プレート10a〜10eの底面側の側面に陽極の電流が起電することで、各発電プレート10に電圧が発生し、各発電プレート10の第1の配線15及び第2の配線16に電流が流れる。
また、発電プレート10a〜10eの第1の配線15同士が第1の導電部材21を介して連結されており、且つ、発電プレート10a〜10eの第2の配線16同士が第2の導電部材22を介して連結されているので、発電プレート10a〜10eで発生した電流が、各発電プレート10の第1の配線15及び第2の配線16に流れる。これにより、発電プレート10a〜10eで発生した電力を、外部配線60a、60bを介して外部機器に供給することができる。
(効果)
このように実施の形態3によれば、発電プレート10a〜10eの中で、相互に隣接する一対の発電プレート10の一方の第1の配線15と、当該一対の発電プレート10の他方の第1の配線15とを接続する第1の導電部材21と、当該一対の発電プレート10の一方の第2の配線16と、当該一対の発電プレート10の他方の第2の配線16とを接続する第2の導電部材22とを、当該一対の発電プレート10を接続する接続部20の内部に設けたので、発電プレート10a〜10e毎に電力を供給するための配線を接続する場合に比べて当該配線の数を減らすことができ、当該配線の手間を省くことができる。また、第1の導電部材21と第2の導電部材22を外部に露出させずに済み、発電装置1の外観を維持しながら、発電装置1にて発生した電力を外部機器に供給することができる。
〔実施の形態4〕
次に、実施の形態4について説明する。この形態は、相互に隣接する一対の発電プレートに、変形形状調整手段を設けた形態である。なお、実施の形態3と略同様の構成要素については、必要に応じて、実施の形態3で用いたのと同一の符号又は名称を付してその説明を省略する。
(構成)
まず、実施の形態4に係る発電装置の構成について説明する。図16(a)は実施の形態4に係る発電装置の平面図、図16(b)は発電装置の側面図である。図17は、実施の形態4に係る発電装置の起電状況を示す縦断面図であり、(a)は変形前の状態を示す図であり、(b)は変形後の状態を示す図である。これら各図に示すように、実施の形態4に係る発電装置1は、実施の形態3の発電装置1の構成要素に対して、さらに変形形状調整部70a、70bを加えて構成されている。
(構成−変形形状調整部)
変形形状調整部70a、70bは、複数の発電プレート10の中で、相互に隣接する一対の発電プレート10の変形形状を調整するための変形形状調整手段である。これら変形形状調整部70a、70bは、鋼材等にて形成された板状体を略コの字状に曲折してなるものである。
また、図16(a)、(b)に示すように、この変形形状調整部70aは、発電プレート10a、10bにおける接続部20aに接続されている部分に設けられており、当該接続部20aに接続されている部分を挟持するように配置され、発電プレート10a、10bに対して固定具等によって固定されている。また、この変形形状調整部70bは、発電プレート10c、10dにおける接続部20cに接続されている部分に設けられており、当該接続部20cに接続されている部分を挟持するように配置され、発電プレート10c、10dに対して固定具等によって固定されている。
(構成−接続部)
ここで、第1の導電部材21及び第2の導電部材22の配線方法について説明する。
図13(a)に示す発電プレート10の起電状況からすると、図17(b)に示すように、発電装置1が外部から引張力を受けた場合には、発電プレート10a、10cは下方へ凸状に撓むので、当該発電プレート10a、10cの平面側の側面に陽極の電流が起電し、当該発電プレート10a、10cの底面側の側面に陰極の電流が起電する。また、図13(b)に示す発電プレート10の起電状況からすると、図17(b)に示すように、発電プレート10bは変形形状調整部70aによって上方へ凸状に撓むので、当該発電プレート10bの平面側の側面に陰極の電流が起電し、当該発電プレート10bの底面側の側面に陽極の電流が起電する。
これらのことを踏まえると、第1の導電部材21の配線方法については、図17(a)に示すように、第1の導電部材21が上述した陽極側の配線同士を接続するように、各接続部20の第1の導電部材21は、相互に隣接する一対の発電プレート10の一方の第1の配線15と、当該一対の発電プレート10の他方の第2の配線16とを接続している(具体的には、接続部20aの第1の導電部材21は、発電プレート10aの第1の配線15と、発電プレート10bの第2の配線16とを接続している等)。また、第2の導電部材22の配線方法については、図17(a)に示すように、第2の導電部材22が上述した陰極側の配線同士を接続するように、各接続部20の第2の導電部材22は、相互に隣接する一対の発電プレート10の一方の第2の配線16と、当該一対の発電プレート10の他方の第1の配線15とを接続している(具体的には、接続部20aの第2の導電部材22は、発電プレート10aの第2の配線16と、発電プレート10bの第1の配線15とを接続している等)。
(発電装置の機能)
このように構成された発電装置1の機能は以下の通りである。図18は、実施の形態4に係る発電装置1が外力を受けた状態を示す縦断面図であり、(a)は発電装置1が外部から引張力を受けた状態、(b)は発電装置1が外部から圧縮力を受けた状態を示す図である。
図18(a)に示すように、この発電装置1が外部から引張力を受けた場合の発電プレート10a〜10eの変形においては、発電プレート10a、10c、10eの平面側の側面、及び発電プレート10b、10dの底面側の側面に陽極の電流が起電すると共に、発電プレート10a、10c、10eの底面側の側面、及び発電プレート10b、10dの平面側の側面に陰極の電流が起電することで、各発電プレート10に電圧が発生し、各発電プレート10の第1の配線15及び第2の配線16に電流が流れる。また、発電装置1が外部から圧縮力を受けた場合の発電プレート10a〜10eの変形においては、図18(b)に示すように、発電プレート10a、10c、10eの底面側の側面、及び発電プレート10b、10dの平面側の側面に陽極の電流が起電すると共に、発電プレート10a、10c、10eの平面側の側面、及び発電プレート10b、10dの底面側の側面に陰極の電流が起電することで、各発電プレート10に電圧が発生し、各発電プレート10の第1の配線15及び第2の配線16に電流が流れる。
また、発電プレート10aの第1の配線15と発電プレート10bの第2の配線16、発電プレート10bの第1の配線15と発電プレート10cの第2の配線16、発電プレート10cの第1の配線15と発電プレート10dの第2の配線16、発電プレート10dの第1の配線15と発電プレート10eの第2の配線16が、第1の導電部材21を介して連結されていると共に、発電プレート10aの第2の配線16と発電プレート10bの第1の配線15、発電プレート10bの第2の配線16と発電プレート10cの第1の配線15、発電プレート10cの第2の配線16と発電プレート10dの第1の配線15、発電プレート10dの第2の配線16と発電プレート10eの第1の配線15が、第2の導電部材22を介して連結されている。このことから、発電プレート10a〜10eで発生した電流が、各発電プレート10の第1の配線15及び第2の配線16に流れる。
(効果)
このように実施の形態4によれば、発電プレート10a〜10eの中で、相互に隣接する一対の発電プレート10の一方の第1の配線15と、当該一対の発電プレート10の他方の第2の配線16とを接続する第1の導電部材21と、当該一対の発電プレート10の一方の第2の配線16と、当該一対の発電プレート10の他方の第1の配線15とを接続する第2の導電部材22とを、当該一対の発電プレート10を接続する接続部20の内部に設けたので、発電プレート10a〜10e毎に電力を供給するための配線を接続する場合に比べて当該配線の数を減らすことができ、当該配線の手間を省くことができる。
また、発電プレート10a〜10eの中で、相互に隣接する一対の発電プレート10における接続部20に接続されている部分に、当該一対の発電プレート10の変形形状を調整するための変形形状調整部70a、70bを設けたので、各発電プレート10の変形を任意に調整することができ、様々な状況下に応じた発電を行うことができる。
〔実施の形態に対する変形例〕
以上、本発明に係る実施の形態について説明したが、本発明の具体的な構成及び手段は、特許請求の範囲に記載した各発明の技術的思想の範囲内において、任意に改変及び改良することができる。以下、このような変形例について説明する。
(解決しようとする課題や発明の効果について)
まず、発明が解決しようとする課題や発明の効果は、前記した内容に限定されるものではなく、本発明によって、前記に記載されていない課題を解決したり、前記に記載されていない効果を奏することもでき、また、記載されている課題の一部のみを解決したり、記載されている効果の一部のみを奏することがある。
(発電プレートについて)
実施の形態1では、複数の発電プレート10の各々の形状は同一の板面積を有する正方形状にて形成されていると説明したが、これに限られず、例えば同一形状と同一の板面積を有する方形状(例えば三角形、五角形等)、扇状、円形状等にて形成されてもよい。
また、実施の形態2では、複数の発電プレート10の各々の形状は同一の形状及び同一の板面積を有する長方形状にて形成されていると説明したが、これに限られず、例えば同一の形状及び同一の板面積を有する方形状(例えば三角形等)、円形状等にて形成されてもよい。
また、実施の形態1、2では、各発電プレート10は振動板を備えて構成されると説明したが、例えば振動板を省略してもよい。
また、各実施の形態では、圧電素子は発電プレート10と同一の形状、かつ発電プレート10よりも小さな板面積にて形成されていると説明したが、例えば、圧電素子が発電プレート10と異なる形状、かつ発電プレート10と同一の板面積にて形成されてもよい。
また、各実施の形態では、振動板は発電プレート10と同一の形状、かつ同一の板面積にて形成されていると説明したが、例えば、振動板が発電プレート10と異なる形状、かつ発電プレート10よりも小さな板面積にて形成されてもよい。
また、実施の形態1、2では、振動板の側面の一方には圧電素子が設けられていると説明したが(ユニモルフ型)、例えば、振動板の両側面に圧電素子が各々設けられてもよい(バイモルフ型)。あるいは、振動板を省略してもよい。また、振動板と圧電素子の平面形状や厚みは、相互に同一であってもよく、あるいは相互に異なるものであってもよい。また、圧電素子を保護等するため、圧電素子の全体又は一部を樹脂(ピエソフィルム等)で覆ってもよい。
(接続部について)
各実施の形態では、接続部20は、複数の発電プレート10の中で、相互に隣接する一対の発電プレート10の相互間に設けられると説明したが、これに限られない。この接続部20は、相互に隣接する一対の発電プレート10とのスペースを維持することができ、且つ当該一対の発電プレート10と接続できればよいので、例えば、当該一対の発電プレート10の周縁に設けられてもよい。
(重りについて)
実施の形態2の発電装置1は重り30を備えて構成されると説明したが、実施の形態1、3、4の発電装置1が重り30を備えて構成されてもよい。この場合には、例えば重り30と5段目の発電プレート10eとの接続位置50は、5段目の発電プレート10eの隅部のうち第4接続位置50dとなる隅部以外の隅部であってもよい。これにより、5段目の発電プレート10eを効果的に変形させることができる。
(接続部の接続位置について)
実施の形態1では、複数の発電プレート10の各々が正方形状にて形成された場合の複数の接続位置50は、第1接続位置50aと、第2接続位置50bと、第3接続位置50cと、第4接続位置50dとを含むものと説明したが、これに限られず、これら4つの接続位置50よりも少ないものであってもよく、又は多いものであってもよい。例えば、第1接続位置と第2接続位置のみにおいて交互に接続してもよい。
例えば、この複数の接続位置50は、二以上の接続位置50を含むものであればよく、第1接続位置50aと第3接続位置50cとを含むもの、又は第1接続位置50aと、第2接続位置50bと、第3接続位置50cとを含むもの等であってもよい。
また、接続位置50は、例えば第1接続位置50aのように相互に隣接する一対の発電プレート10の各々の隅部でなくてもよく、当該一対の発電プレート10の各々の隅部間の中間点であってもよい。よって、例えば、複数の接続位置50は、第1接続位置50aと、第2接続位置50bと、第3接続位置50cと、第4接続位置50dとを含み、さらに上述した中間点の接続位置を含むもの等であってもよい。
また、実施の形態2では、各接続部20は、相互に隣接する一対の発電プレート10と接着剤や溶接等によって接続されていると説明したが、これに限られない。例えば、各接続部20は、相互に隣接する一対の発電プレート10とボルト等によって接続されてもよい。これにより、各接続部20のボルトを緩めることにより、各接続部20と接続された発電プレート10の向きを任意に変えることができるので、発電装置1の設置性を一層向上させることができる。
1 発電装置
10、10a、10b、10c、10d、10e 発電プレート
11a、11b 圧電素子
12 振動板
13a、13b 第1の孔
14a、14b 第2の孔
15 第1の配線
16 第2の配線
20、20a、20b、20c、20d 接続部
21 第1の導電部材
22 第2の導電部材
30 重り
50 接続位置
50a 第1接続位置
50b 第2接続位置
50c 第3接続位置
50d 第4接続位置
60a、60b 外部配線
70a、70b 変形形状調整部
上述した課題を解決し、目的を達成するために、請求項1に記載の発電装置は、外力を発電素子を介して電気に変換する発電装置であって、前記発電素子を振動板に固定して構成された複数の発電プレートであって、各発電プレートの少なくとも一部が積層状に重合するように相互に間隔を隔てて並設された複数の発電プレートと、前記複数の発電プレートの中で、相互に隣接する一対の前記発電プレートを、相互の重合範囲において接続する複数の接続手段とを備え、前記複数の発電プレートに対する前記接続手段による複数の接続位置を、前記複数の発電プレートの並設方向に対する直交面における前記複数の発電プレートの投影形状の周縁位置であって、前記並設方向に沿った順に、前記投影形状の周縁を所定の一方向に沿って順次移動する位置とし、前記発電プレートの形状を、前記直交面における投影形状が長方形状となる平板形状とし、前記複数の発電プレートの各々に沿った平面が相互に交差しないように、前記発電プレートの長手方向における各端部のみが積層状に重合されるように、かつ、前記投影形状が方形環状になるように、前記複数の発電プレートを並設し、前記複数の発電プレートの中で、相互に隣接する一対の前記発電プレートを、各発電プレートの端部において前記接続手段にて接続し、前記並設方向における最も外側の端部に配置された前記発電プレートに対して、前記並設方向に沿った外力であって非変形状態における前記振動板に直交する方向に沿った外力を加えることにより、前記振動板が変形可能となり、前記方形環状に並設された前記複数の発電プレートが前記並設方向に沿って伸縮可能となる
また、請求項2に記載の発電装置は、外力を発電素子を介して電気に変換する発電装置であって、前記発電素子を振動板に固定して構成された複数の発電プレートであって、前記複数の発電プレートの各々に沿った平面が相互に交差しないように、かつ、各発電プレートの少なくとも一部が積層状に重合するように相互に間隔を隔てて並設された複数の発電プレートと、前記複数の発電プレートの中で、相互に隣接する一対の前記発電プレートを、相互の重合範囲において接続する複数の接続手段とを備え、前記複数の発電プレートに対する前記接続手段による複数の接続位置を、前記複数の発電プレートの並設方向に対する直交面における前記複数の発電プレートの投影形状の周縁位置であって、前記並設方向に沿った順に、前記投影形状の周縁を所定の一方向に沿って順次移動する位置とし、前記接続手段により、前記相互に隣接する一対の発電プレートの間における当該発電プレートの変形スペースを維持可能とした。
また、請求項3に記載の発電装置は、請求項2に記載の発電装置において、前記発電プレートの形状を、前記直交面における投影形状が方形状となる平板形状とし、各発電プレートを、その相互の重心が前記並設方向に沿って同一位置に位置するように、前記複数の発電プレートを並設し、前記複数の発電プレートの中で、相互に隣接する一対の前記発電プレートを、各発電プレートの隅部において前記接続手段にて接続した。
また、請求項4に記載の発電装置は、請求項に記載の発電装置において、各発電プレートの全部が積層状に重合されるように、前記複数の発電プレートを並設し、前記複数の発電プレートの中で、相互に隣接する一対の前記発電プレートを、各発電プレートの隅部において前記接続手段にて接続した。
請求項1、2に記載の発電装置によれば、複数の発電プレートに対する接続手段による複数の接続位置を、複数の発電プレートの並設方向に対する直交面における複数の発電プレートの投影形状の周縁位置であって、並設方向に沿った順に、投影形状の周縁を所定の一方向に沿って順次移動する位置としたので、複数の発電プレートを全体としてばね構造のように形成することができ、複数の発電プレートを曲げ変形させるだけでなく、複数の発電プレートをばねのように伸縮変形させることができる。そのため、各発電素子の変形量を増大させることができ、発電効率を向上させることができる。
また、請求項1に記載の発電装置によれば、各発電プレートの長手方向における各端部のみが積層状に重合されるように、かつ、投影形状が方形環状になるように、複数の発電プレートを並設し、複数の発電プレートの中で、相互に隣接する一対の発電プレートを、各発電プレートの端部において接続手段にて接続したので、接続位置間の距離を長くとることができる。そのため、各発電素子を効果的に変形させることができ、発電効率を一層向上させることができる。また、複数の発電プレートをらせん状に形成することができる。そのため、複数の発電プレートの全部が積層状に重合されている発電装置に比べて、投影形状の面積を減らすことができ、発電装置の設置スペースの効率化を図ることができる。
また、請求項に記載の発電装置によれば、各発電プレートを、その相互の重心が並設方向に沿って同一位置に位置するように、複数の発電プレートを並設し、複数の発電プレートの中で、相互に隣接する一対の発電プレートを、各発電プレートの隅部において接続手段にて接続したので、接続位置間の距離を長くとることができる。そのため、各発電素子を効果的に変形させることができ、発電効率を一層向上させることができる。
また、請求項に記載の発電装置によれば、各発電プレートの全部が積層状に重合されるように、複数の発電プレートを並設し、複数の発電プレートの中で、相互に隣接する一対の発電プレートを、各発電プレートの隅部において接続手段にて接続したので、複数の発電プレートの少なくとも一部が積層状に重合されていない発電装置に比べて、発電装置における複数の発電プレートの並設方向に直交する方向の長さをコンパクトにすることができ、発電装置の設置性を向上させることができる。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、請求項1に記載の発電装置は、外力を発電素子を介して電気に変換する発電装置であって、前記発電素子を振動板に固定して構成された複数の発電プレートであって、各発電プレートの少なくとも一部が積層状に重合するように相互に間隔を隔てて並設された複数の発電プレートと、前記複数の発電プレートの中で、相互に隣接する一対の前記発電プレートを、相互の重合範囲において接続する接続手段であって、前記振動板よりも強度の高い材料にて形成した複数の接続手段とを備え、前記複数の発電プレートに対する前記接続手段による複数の接続位置を、前記複数の発電プレートの並設方向に対する直交面における前記複数の発電プレートの投影形状の周縁位置であって、前記並設方向に沿った順に、前記投影形状の周縁を所定の一方向に沿って順次移動する位置とし、前記発電プレートの形状を、前記直交面における投影形状が長方形状となる平板形状とし、前記複数の発電プレートの各々に沿った平面が相互に交差しないように、前記発電プレートの長手方向における各端部のみが積層状に重合されるように、かつ、前記投影形状が方形環状になるように、前記複数の発電プレートを並設し、前記複数の発電プレートの中で、相互に隣接する一対の前記発電プレートを、各発電プレートの端部において前記接続手段にて接続し、前記並設方向における最も外側の端部に配置された前記発電プレートに対して、前記並設方向に沿った外力であって非変形状態における前記振動板に直交する方向に沿った外力を加えることにより、前記振動板が変形可能となり、前記方形環状に並設された前記複数の発電プレートが前記並設方向に沿って伸縮可能となり、前記接続手段によって接続された前記複数の発電プレートの端部同士の接続箇所のうち、前記並設方向に沿って相互に重合する複数の接続箇所の相互間に、前記並設方向に沿った前記接続手段の高さの複数倍以上の高さの空間部を形成した
また、請求項2に記載の発電装置は、外力を発電素子を介して電気に変換する発電装置であって、前記発電素子を振動板に固定して構成された複数の発電プレートであって、前記複数の発電プレートの各々に沿った平面が相互に交差しないように、かつ、各発電プレートの少なくとも一部が積層状に重合するように相互に間隔を隔てて並設された複数の発電プレートと、前記複数の発電プレートの中で、相互に隣接する一対の前記発電プレートを、相互の重合範囲において接続する複数の接続手段とを備え、前記複数の発電プレートに対する前記接続手段による複数の接続位置を、前記複数の発電プレートの並設方向に対する直交面における前記複数の発電プレートの投影形状の周縁位置であって、前記並設方向に沿った順に、前記投影形状の周縁を所定の一方向に沿って順次移動する位置とし、前記接続手段により、前記相互に隣接する一対の発電プレートの間における当該発電プレートの変形スペースを維持可能とし、前記発電プレートの形状を、前記直交面における投影形状が方形状となる平板形状とし、各発電プレートを、その相互の重心が前記並設方向に沿って同一位置に位置するように、前記複数の発電プレートを並設し、前記複数の発電プレートの中で、相互に隣接する一対の前記発電プレートを、各発電プレートの隅部において前記接続手段にて接続した
また、請求項3に記載の発電装置は、請求項2に記載の発電装置において、各発電プレートの全部が積層状に重合されるように、前記複数の発電プレートを並設し、前記複数の発電プレートの中で、相互に隣接する一対の前記発電プレートを、各発電プレートの隅部において前記接続手段にて接続した。
また、請求項4に記載の発電装置は、請求項1から3のいずれか一項に記載の発電装置において、前記複数の発電プレートのうち、前記並設方向における最外側に配置される発電プレートに、重りを接続した。
また、請求項5に記載の発電装置は、外力を発電素子を介して電気に変換する発電装置であって、前記発電素子を振動板に固定して構成された複数の発電プレートであって、前記複数の発電プレートの各々に沿った平面が相互に交差しないように、かつ、各発電プレートの少なくとも一部が積層状に重合するように相互に間隔を隔てて並設された複数の発電プレートと、前記複数の発電プレートの中で、相互に隣接する一対の前記発電プレートを、相互の重合範囲において接続する複数の接続手段とを備え、前記複数の発電プレートに対する前記接続手段による複数の接続位置を、前記複数の発電プレートの並設方向に対する直交面における前記複数の発電プレートの投影形状の周縁位置であって、前記並設方向に沿った順に、前記投影形状の周縁を所定の一方向に沿って順次移動する位置とし、前記発電プレートは、前記発電素子における第1の電極側の側面に接続された第1の配線と、前記発電素子における第2の電極側の側面に接続された第2の配線と、を備え、前記複数の発電プレートの中で、相互に隣接する一対の前記発電プレートの一方の前記第1の配線と、当該一対の前記発電プレートの他方の前記第1の配線又は前記第2の配線とを接続する第1の導電部材と、当該一対の前記発電プレートの一方の前記第2の配線と、当該一対の前記発電プレートの他方の前記第1の配線又は前記第2の配線とを接続する第2の導電部材とを、当該一対の前記発電プレートを接続する前記接続手段の内部に設けた。
また、請求項6に記載の発電装置は、請求項5に記載の発電装置において、前記複数の発電プレートの中で、相互に隣接する一対の前記発電プレートにおける前記接続手段に接続されている部分に、当該一対の発電プレートの変形形状を調整するための変形形状調整手段を設けた。
また、請求項7に記載の発電装置は、請求項1から6のいずれか一項に記載の発電装置において、前記直交面に沿った面内において、前記接続手段に対する前記発電プレートの向きを固定可能及び変更可能とした。
請求項1に記載の発電装置によれば、複数の発電プレートに対する接続手段による複数の接続位置を、複数の発電プレートの並設方向に対する直交面における複数の発電プレートの投影形状の周縁位置であって、並設方向に沿った順に、投影形状の周縁を所定の一方向に沿って順次移動する位置としたので、複数の発電プレートを全体としてばね構造のように形成することができ、複数の発電プレートを曲げ変形させるだけでなく、複数の発電プレートをばねのように伸縮変形させることができる。そのため、各発電素子の変形量を増大させることができ、発電効率を向上させることができる。
た、各発電プレートの長手方向における各端部のみが積層状に重合されるように、かつ、投影形状が方形環状になるように、複数の発電プレートを並設し、複数の発電プレートの中で、相互に隣接する一対の発電プレートを、各発電プレートの端部において接続手段にて接続したので、接続位置間の距離を長くとることができる。そのため、各発電素子を効果的に変形させることができ、発電効率を一層向上させることができる。また、複数の発電プレートをらせん状に形成することができる。そのため、複数の発電プレートの全部が積層状に重合されている発電装置に比べて、投影形状の面積を減らすことができ、発電装置の設置スペースの効率化を図ることができる。
請求項2に記載の発電装置によれば、複数の発電プレートに対する接続手段による複数の接続位置を、複数の発電プレートの並設方向に対する直交面における複数の発電プレートの投影形状の周縁位置であって、並設方向に沿った順に、投影形状の周縁を所定の一方向に沿って順次移動する位置としたので、複数の発電プレートを全体としてばね構造のように形成することができ、複数の発電プレートを曲げ変形させるだけでなく、複数の発電プレートをばねのように伸縮変形させることができる。そのため、各発電素子の変形量を増大させることができ、発電効率を向上させることができる。
また、各発電プレートを、その相互の重心が並設方向に沿って同一位置に位置するように、複数の発電プレートを並設し、複数の発電プレートの中で、相互に隣接する一対の発電プレートを、各発電プレートの隅部において接続手段にて接続したので、接続位置間の距離を長くとることができる。そのため、各発電素子を効果的に変形させることができ、発電効率を一層向上させることができる。
また、請求項に記載の発電装置によれば、各発電プレートの全部が積層状に重合されるように、複数の発電プレートを並設し、複数の発電プレートの中で、相互に隣接する一対の発電プレートを、各発電プレートの隅部において接続手段にて接続したので、複数の発電プレートの少なくとも一部が積層状に重合されていない発電装置に比べて、発電装置における複数の発電プレートの並設方向に直交する方向の長さをコンパクトにすることができ、発電装置の設置性を向上させることができる。
また、請求項4に記載の発電装置によれば、複数の発電プレートのうち、並設方向における最外側に配置される発電プレートに、重りを接続したので、複数の発電プレートを特定の振動数にて共振させることができる。そのため、各発電素子を繰り返し変形させることができ、発電効率をさらに一層向上させることができる。
また、請求項5に記載の発電装置によれば、複数の発電プレートの中で、相互に隣接する一対の発電プレートの一方の第1の配線と、当該一対の発電プレートの他方の第1の配線又は第2の配線とを接続する第1の導電部材と、当該一対の発電プレートの一方の第2の配線と、当該一対の発電プレートの他方の第1の配線又は第2の配線とを接続する第2の導電部材とを、当該一対の発電プレートを接続する接続手段の内部に設けたので、各発電プレート毎に電力を供給するための配線を接続する場合に比べて当該配線の数を減らすことができ、当該配線の手間を省くことができる。また、第1の導電部材と第2の導電部材を外部に露出させずに済み、発電装置の外観を維持しながら、発電装置にて発生した電力を外部機器に供給することができる。
また、請求項6に記載の発電装置によれば、複数の発電プレートの中で、相互に隣接する一対の発電プレートにおける接続手段に接続されている部分に、当該一対の発電プレートの変形形状を調整するための変形形状調整手段を設けているので、各発電プレートの変形を任意に調整することができ、様々な状況下に応じた発電を行うことができる。

Claims (7)

  1. 外力を発電素子を介して電気に変換する発電装置であって、
    前記発電素子により構成され、又は前記発電素子を振動板に固定して構成された、複数の発電プレートと、
    相互に間隔を隔てて並設された前記複数の発電プレートであって、各発電プレートの少なくとも一部が積層状に重合された複数の前記発電プレートと、
    前記複数の発電プレートの中で、相互に隣接する一対の前記発電プレートを、相互の重合範囲において接続する複数の接続手段とを備え、
    前記複数の発電プレートに対する前記接続手段による複数の接続位置を、前記複数の発電プレートの並設方向に対する直交面における前記複数の発電プレートの投影形状の周縁位置であって、前記並設方向に沿った順に、前記投影形状の周縁を所定の一方向に沿って順次移動する位置とした、
    発電装置。
  2. 前記複数の発電プレートの各々を角板状にて形成し、
    各発電プレートを、その相互の重心が前記並設方向に沿って同一位置に位置するように、前記複数の発電プレートを並設し、
    前記複数の発電プレートの中で、相互に隣接する一対の前記発電プレートを、各発電プレートの隅部において前記接続手段にて接続した、
    請求項1に記載の発電装置。
  3. 各発電プレートの全部が積層状に重合されるように、前記複数の発電プレートを並設し、
    前記複数の発電プレートの中で、相互に隣接する一対の前記発電プレートを、各発電プレートの隅部において前記接続手段にて接続した、
    請求項2に記載の発電装置。
  4. 前記複数の発電プレートの各々を直方平板状にて形成し、
    各発電プレートの長手方向における各端部のみが積層状に重合されるように、かつ、前記投影形状が方形環状になるように、前記複数の発電プレートを並設し、
    前記複数の発電プレートの中で、相互に隣接する一対の前記発電プレートを、各発電プレートの端部において前記接続手段にて接続した、
    請求項1に記載の発電装置。
  5. 前記複数の発電プレートのうち、前記並設方向における最外側に配置される発電プレートに、重りを接続した、
    請求項1から4のいずれか一項に記載の発電装置。
  6. 前記発電プレートは、前記発電素子における第1の電極側の側面に接続された第1の配線と、前記発電素子における第2の電極側の側面に接続された第2の配線と、を備え、
    前記複数の発電プレートの中で、相互に隣接する一対の前記発電プレートの一方の前記第1の配線と、当該一対の前記発電プレートの他方の前記第1の配線又は前記第2の配線とを接続する第1の導電部材と、当該一対の前記発電プレートの一方の前記第2の配線と、当該一対の前記発電プレートの他方の前記第1の配線又は前記第2の配線とを接続する第2の導電部材とを、当該一対の前記発電プレートを接続する前記接続手段の内部に設けた、
    請求項1から5のいずれか一項に記載の発電装置。
  7. 前記複数の発電プレートの中で、相互に隣接する一対の前記発電プレートにおける前記接続手段に接続されている部分に、当該一対の発電プレートの変形形状を調整するための変形形状調整手段を設けた、
    請求項6に記載の発電装置。
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