JP2015130784A - Power generator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、人等の移動体が通過する通路に設置される圧電体板を有し、移動体が圧電体板の上を通過することにより圧電体板で発生した電気を出力する発電装置に関する。 The present invention relates to a power generator that includes a piezoelectric plate installed in a passage through which a moving body such as a person passes, and that outputs electricity generated by the piezoelectric plate when the moving body passes over the piezoelectric plate. .
近年、圧電素子により構成され板状に形成された圧電体板を用いた発電装置が各種提案されている。例えば、人や車両等の移動体が通過する通路に圧電体板を設置し、その圧電体板の上を移動体が通過することにより圧電体板で生じた電気を出力するように構成された発電装置が提案されている(非特許文献1等参照)。 In recent years, various power generation apparatuses using piezoelectric plates made of piezoelectric elements and formed in a plate shape have been proposed. For example, a piezoelectric plate is installed in a passage through which a moving body such as a person or a vehicle passes, and electricity generated by the piezoelectric plate is output when the moving body passes over the piezoelectric plate. A power generation device has been proposed (see Non-Patent Document 1, etc.).
従来の発電装置を用いる場合、人等の移動体の通過により発生した電気を使って電波で信号を送信し、自動ドア等を開閉したり、離れた場所に設置された警報装置を作動させたりする用途において、発電量が制約されていた。このため、電波の到達距離や送信できる情報が限られており、発電量のより多い発電装置が求められていた。本発明の目的は、発電量のより多い発電装置を提供することにある。 When using a conventional power generation device, use electric power generated by the passage of a moving body such as a person to send a signal by radio waves, open and close an automatic door, etc., or activate an alarm device installed at a remote location However, the amount of power generation was limited in the applications to be performed. For this reason, the reachable distance of radio waves and the information that can be transmitted are limited, and a power generation device with a larger amount of power generation has been required. An object of the present invention is to provide a power generation device with a larger amount of power generation.
請求項1に記載の発明は、圧電体板と、前記圧電体板を支持する支持部材と、前記圧電体板に関して前記支持部材とは反対の側から、前記支持部材の方向へ圧電体板を押圧する押圧部材と、を備え、前記押圧部材は、一部押圧部と他部押圧部とを有し、前記圧電体板が第1の状態の形状を有しているときの第1の位置と、前記一部押圧部が前記圧電体板の一部を押圧して、前記圧電体板を第1の状態の形状に対して変形された第2の状態の形状とする第2の位置と、前記圧電体板が前記第2の状態の形状に変形しているときに、前記他部押圧部が前記圧電体板の一部以外の部分を押圧して、前記圧電体板を第3の形状とする第3の位置と、の間で移動可能である発電装置である。 According to the first aspect of the present invention, a piezoelectric plate, a support member that supports the piezoelectric plate, and a piezoelectric plate that extends from the opposite side of the piezoelectric plate to the support member in the direction of the support member. A pressing member that presses, and the pressing member has a partial pressing portion and another pressing portion, and a first position when the piezoelectric plate has the shape of the first state. And a second position in which the partial pressing portion presses a part of the piezoelectric plate so that the piezoelectric plate is deformed with respect to the shape of the first state. When the piezoelectric plate is deformed into the shape of the second state, the other portion pressing portion presses a portion other than a part of the piezoelectric plate, and the piezoelectric plate is moved to the third state. It is an electric power generating apparatus which can move between the 3rd position made into a shape.
請求項2に記載の発明は、請求項1において、前記支持部材は、弾性変形可能な弾性部材により構成され、前記圧電体板に平行に配置された板状を有し、前記一部押圧部は、弾性変形可能な弾性部材により構成され、前記圧電体板の一部を押圧する一部押圧面を有し、前記他部押圧部は、弾性変形可能な弾性部材により構成され、前記圧電体板に平行に配置された板状を有し、前記圧電体板の一部以外の部分を押圧する他部押圧面を有し、前記一部押圧部の前記一部押圧面は、前記押圧部材が前記第1の位置にあるときに、前記他部押圧面よりも前記圧電体板に近い位置にあることを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, the support member is formed of an elastic member that can be elastically deformed, has a plate shape that is arranged in parallel to the piezoelectric plate, and the partial pressing portion. Is composed of an elastic member that can be elastically deformed, has a partial pressing surface that presses a part of the piezoelectric plate, and the other portion pressing portion is formed of an elastic member that can be elastically deformed. It has a plate-like shape arranged in parallel with the plate, has an other portion pressing surface that presses a portion other than a portion of the piezoelectric plate, and the partial pressing surface of the partial pressing portion is the pressing member Is located at a position closer to the piezoelectric plate than the other portion pressing surface.
請求項3に記載の発明は、請求項2において、前記一部押圧部を構成する弾性部材は、前記他部押圧部を構成する弾性部材よりも柔らかいことを特徴とする。
The invention according to
請求項4に記載の発明は、請求項1において、前記支持部材は、弾性変形可能な弾性部材により構成され、前記圧電体板に平行に配置された板状を有し、前記一部押圧部は、弾性変形可能な弾性部材により構成され、前記圧電体板の一部を押圧する一部押圧面を有し、前記他部押圧部は、弾性変形可能な弾性部材により構成され、前記圧電体板に平行に配置された板状を有し、前記圧電体板の一部以外の部分を押圧する他部押圧面を有し、前記一部押圧部を構成する弾性部材は、前記他部押圧部を構成する弾性部材よりも硬く、前記一部押圧部の前記一部押圧面は、前記押圧部材が前記第1の位置にあるときに、前記他部押圧面と面一の位置関係を有することを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the first aspect, the support member is formed of an elastic member that can be elastically deformed, and has a plate shape that is arranged in parallel to the piezoelectric plate, and the partial pressing portion. Is composed of an elastic member that can be elastically deformed, has a partial pressing surface that presses a part of the piezoelectric plate, and the other portion pressing portion is formed of an elastic member that can be elastically deformed. The elastic member that has a plate-like shape arranged in parallel with the plate, has an other portion pressing surface that presses a portion other than a portion of the piezoelectric plate, and constitutes the portion pressing portion is the other portion pressing The partial pressing surface of the partial pressing portion has a positional relationship that is flush with the other pressing surface when the pressing member is in the first position. It is characterized by that.
請求項5に記載の発明は、請求項2〜請求項4のいずれかにおいて、前記一部押圧面と前記他部押圧面との間には、少なくとも前記一部押圧部の一部を収容可能な一部押圧部収容空間が形成されていることを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, in any one of the second to fourth aspects, at least a part of the partial pressing portion can be accommodated between the partial pressing surface and the other portion pressing surface. A partial pressing portion accommodating space is formed.
請求項6に記載の発明は、請求項1〜請求項4のいずれかにおいて、前記一部押圧部は、弾性変形可能な弾性部材により構成され、前記圧電体板に対向する前記一部押圧部の一端部に対する他端部は、一部固定部材に固定され、前記一部押圧部を固定する前記一部固定部材の部分は、前記圧電体板から離間する方向へ窪み、前記一部押圧部を収容可能な一部押圧部収容凹部を有することを特徴とする。 A sixth aspect of the present invention is the partial pressure portion according to any one of the first to fourth aspects, wherein the partial pressing portion is formed of an elastic member that can be elastically deformed and faces the piezoelectric plate. The other end portion of the one end portion is fixed to a partial fixing member, and the portion of the partial fixing member that fixes the partial pressing portion is recessed in a direction away from the piezoelectric plate, and the partial pressing portion It has the partial press part accommodation recessed part which can accommodate this.
請求項7に記載の発明は、請求項1〜5のいずれかにおいて、前記圧電体板の一部は、前記圧電体板の中央部であることを特徴とする。 A seventh aspect of the present invention is characterized in that in any one of the first to fifth aspects, a part of the piezoelectric plate is a central portion of the piezoelectric plate.
請求項8に記載の発明は、請求項1〜6のいずれかにおいて、前記圧電体板は、整流回路に電気的に接続されていることを特徴とする。 According to an eighth aspect of the present invention, in any one of the first to sixth aspects, the piezoelectric plate is electrically connected to a rectifier circuit.
本発明によれば、発電量のより多い発電装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a power generation device with a larger amount of power generation.
以下、本発明に係る発電装置の実施形態について説明する。まず、実施形態1について説明する。 Hereinafter, an embodiment of a power generator according to the present invention will be described. First, the first embodiment will be described.
(実施形態1)
図1は、本発明による実施形態1の発電装置1の発電床10から上板16及び第3緩衝材15を取り除いた様子を示す概略平面図である。図2は、発電床10が踏まれる前の状態の圧電体板111の様子を示す拡大概略断面図である。図3は、発電床10が踏まれ始めたときの状態の圧電体板111の様子を示す拡大概略断面図である。図4は、発電床10が更に踏み込まれたときの状態の圧電体板111の様子を示す拡大概略断面図である。図5は、本発明による実施形態1の発電装置1を示す回路図である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a schematic plan view illustrating a state in which the
ここで、説明の便宜上、後述の下板17から上板16へと向かう方向を上方向D11と定義し、その反対の方向を下方向D12と定義し、これらを上下方向D1と定義する。
Here, for convenience of explanation, a direction from the
図1〜図4に示すように、実施形態1の発電装置1は、圧電体板111と、金属板112と、支持部材としての第1緩衝材13と、一部押圧部としての第2緩衝材14と、他部押圧部としての第3緩衝材15と、上板16と、下板17と、電極(図示せず)と、を有する発電床10と、金属板112及び電極(図示せず)に電気的に接続された整流回路20と(図5参照)、蓄電装置30(図5参照)とを備えている。第2緩衝材14及び第3緩衝材15は、押圧部材を構成する。
As shown in FIGS. 1-4, the electric power generating apparatus 1 of Embodiment 1 is the
圧電体板111は、円板状に形成された圧電素子により構成されている。圧電体板111には、いわゆる長辺方向伸び振動、厚み方向振動、径方向振動、縦振動、厚みすべり振動等が作用することにより発電する。圧電体板111の直径は、25.3mm程度であり、厚さは、0.53mm程度である。
The
金属板112は、円板形状を有しており、例えば、真鍮等により構成されている。金属板112は、圧電体板111と同軸的な位置関係で配置される。金属板112上に圧電体板111が接着されて固定され、電気的に接続されている。金属板112の直径は、35.0mm程度であり、厚さは、0.3mm程度である。このような金属板112に固定された圧電体板111(以下「被固定圧電体板11」と言う)としては、例えば、村田製作所製造の圧電振動板7BB−35−3等が用いられる。被固定圧電体板11は、発電床10(自動ドアのマット)の大きさに適した複数個設けられて敷き詰められており、これらは全て電気的に並列接続されている。
The
第1緩衝材13は、弾性変形可能な弾性部材、例えば、圧電体板111に平行に配置された板状のプレーンゴム等により構成されている。第1緩衝材13の厚さは、2.2mm程度である。第1緩衝材13上には、被固定圧電体板11が載置される。従って、第1緩衝材13は、圧電体板111及び金属板112を支持するが、圧電体板111が押圧されたときに、金属板112と一体で、圧電体板111に長辺方向伸び振動や厚み方向振動等が作用することを許容する。
The
第2緩衝材14は、第3緩衝材15を構成する弾性部材よりも柔らかい、弾性変形可能な弾性部材により構成されており、例えば、シリコンゴムにより構成された環状のバイトン(登録商標)Oリング等により構成される。第2緩衝材14の軸方向、即ち、上下方向D1における高さは、1.2mm程度である。第2緩衝材14は、圧電体板111の軸心と同軸的な位置関係で、第2緩衝材14の下端が圧電体板111の一部としての圧電体板111の上面の中央部114に当接するように配置される。また、第2緩衝材14の上端は、上板16の下面に当接している。従って、上板16が下方へ押圧されたときには、一部押圧面141としての第2緩衝材14の下端面は、圧電体板111の上面の中央部114を押圧する。これにより、圧電体板111は、上板16が下方へ押圧されていないときの圧電体板111の第1の状態の形状に対して変形された第2の状態の形状とされる。
The
第3緩衝材15は、弾性変形可能な弾性部材により構成されており、例えば、圧電体板111に平行に配置された板状のプレーンゴム等により構成されている。第3緩衝材15の厚さは、2.2mm程度である。第3緩衝材15の上端は、上板16の下面に当接して固定されている。他部押圧面151としての第3緩衝材15の下端面は、圧電体板111の一部以外の部分としての、圧電体板111の上面の中央部114以外の部分(以下、「圧電体板上面他部分115」と言う。)に当接可能である。また、第2緩衝材14の一部押圧面141は、押圧部材が後述の第1の位置にあるときに、第3緩衝材15の他部押圧面151よりも圧電体板111に近い位置、即ち、下方向D12の位置にある。従って、圧電体板111が第2の状態の形状に変形しているときに、上板16が更に下方へ押圧されることにより、第3緩衝材15は、圧電体板上面他部分115を広い面積において同時に下方へ押圧する。これにより、圧電体板111は、圧電体板111の第2の状態の形状に対して、圧電体板111がより板状に近い形状に戻された状態の第3の状態の形状とされる。
The
第2緩衝材14及び第3緩衝材15により構成される押圧部材は、圧電体板111が図2に示す第1の状態の形状を有しているときには、第1の位置にある。また、押圧部材は、圧電体板111が図3に示す第2の状態の形状を有しているときには、第2の位置にある。また、押圧部材は、圧電体板111が図4に示す第3の状態の形状を有しているときには、第3の位置にある。このように、第2緩衝材14及び第3緩衝材15により構成される押圧部材は、第1の位置、第2の位置、第3の位置の間で移動可能である。押圧部材は、第1の位置から第3の位置へと移動することにより、圧電体板111に関して第1緩衝材13とは反対の側である上側から、第1緩衝材13の方向である下方向D12へ、圧電体板111を押圧する。
The pressing member constituted by the
上板16は、第1緩衝材13〜第2緩衝材14よりは硬質ではあるが、人の体重が下方へ向かって作用したときには弾性変形可能な、板状の弾性部材により構成されており、例えば、アクリル板により構成されている。上板16の厚さは3mm程度である。上板16は、複数設けられた被固定圧電体板11の全てを上側から覆っており、第2緩衝材14及び第3緩衝材15に接着されて固定されている。下板17は、上板16と同一の材質の、弾性変形可能な板状の弾性部材により構成されており、例えば、アクリル板により構成されている。下板17の厚さは3mm程度である。下板17は、複数設けられた被固定圧電体板11の全てを下側から覆っており、第1緩衝材13に接着されて固定されている。
The
図5に示すように、圧電体板111は、導線により整流回路20に電気的に接続されている。具体的には、圧電体板111の下面は、金属板112を介して導線に電気的に接続されている。また、圧電体板111の上面は、電極(図示せず)を介して導線に電気的に接続されている。これらの導線、電極は、4つのダイオード21により構成される整流回路20を通して、電気的に蓄電装置30に接続されている。ダイオード21としては、例えば、ROHM社製のショットキーダイオードRB721Q−40T−77が用いられる。また、蓄電装置30としては、例えば、19.4μファラッドの容量のコンデンサが用いられる。なお、説明の便宜上、図1〜図4においては、導線や電極の図示を省略している。
As shown in FIG. 5, the
次に、上記発電装置1の動作について説明する。発電床10において人が上板16を踏んでいないときには、図2に示すように、第2緩衝材14及び第3緩衝材15により構成される押圧部材は、第1の位置にある。このときには、圧電体板111は、下方向D12へ押圧されておらず、第1の状態の形状である平板状を有している。次に、人が上板16を踏み始めたときには、図3に示すように押圧部材は、第2の位置にある。第2緩衝材14の一部押圧面141の方は、第3緩衝材15の他部押圧面151よりも下方向D12に位置しており、一部押圧部が下方向D12へ突出しているため、このときには、第1押圧部のみによって圧電体板111の上面の中央部114が下方向D12へ押圧される。このとき、圧電体板111及び金属板112を支持する第1緩衝材13は、弾性変形可能であるため、図3に示すように、圧電体板111の中央部114は、下方向D12へ深く沈み込むように変形し、圧電体板111は、第2の状態の形状を有する。この際、圧電体板111には、いわゆる長辺方向伸び振動が作用し、圧電体板111は発電する。
Next, the operation of the power generator 1 will be described. When a person is not stepping on the
更に、人が上板16を踏み込み続けると、図4に示すように押圧部材は、第3の位置にある。第3緩衝材15の他部押圧面151は、圧電体板上面他部分115に当接する。このとき、第2緩衝材14は、第3緩衝材15よりも柔らかいため、第2緩衝材14による圧電体板111の中央部114の下方向D12への沈み込みの変形は、それ以上進まなくなる。これに対して第3緩衝材15は、圧電体板上面他部分115の全体を下方向D12へ同時に押圧することにより、図4に示すように、圧電体板111は、第2の状態の形状よりも、より板状に近い、第3の状態の形状を有する。
Further, when the person continues to step on the
このように、第2状態の形状から変形されて、圧電体板111が板状に戻されて第3の状態の形状となる際には、圧電体板111は、第1状態の形状から第2の状態の形状へ変形したときの極性とは逆の極性の電気を発生する。しかし、圧電体板111には、整流回路20が電気的に接続されているため、圧電体板111で発生した電気は、第1状態の形状から第2の状態の形状へ変形したときの極性と同一の極性に整流され、蓄電装置30に蓄電される。また、圧電体板111が板状に戻され、更にその状態で全体が下方向D12へ押圧されて第3の状態の形状とされているときには、圧電体板111には、いわゆる厚み方向振動が作用し、圧電体板111は発電する。なお、圧電体板111の第3の形状は、「板状」と説明したが、完全に平坦な板状という意味ではない。第2の状態の形状と比較すると、第3の形状の方が、完全に平坦な板状により近い、という程度の意味であり、完全に平坦な板状と比較して若干変形されている場合も含むことを意味する。
As described above, when the
上述した実施形態1の発電装置1によれば、以下のような効果を奏する。前述のように、発電装置1は、圧電体板111と、圧電体板111を支持する支持部材としての第1緩衝材13と、圧電体板111に関して第2緩衝材14とは反対の側から、第2緩衝材14の方向へ圧電体板111を押圧する押圧部材を備える。押圧部材は、一部押圧部としての第2緩衝材14と、他部押圧部としての第3緩衝材15とを有し、圧電体板111が第1の状態の形状を有しているときの第1の位置と、第2緩衝材14が圧電体板111の一部としての中央部114を押圧して、圧電体板111を第1の状態の形状に対して変形された第2の状態の形状とする第2の位置と、圧電体板111が第2の状態の形状に変形しているときに、第3緩衝材15が圧電体板111の一部以外の部分としての圧電体板上面他部分115を押圧して、圧電体板111を第3の形状とする第3の位置と、の間で移動可能である。
According to the electric power generating apparatus 1 of Embodiment 1 mentioned above, there exist the following effects. As described above, the power generation device 1 includes the
上記構成により、発電床10を人が一回踏み込む際に、圧電体板111を第1の状態の形状から第2の状態の形状へ変形させ、その後、第3の状態の形状へ変形させることができる。この際、圧電体板111が第1の状態の形状から第2の状態の形状へ変形するときに、圧電体板111には、長辺方向伸び振動が作用する。更に、圧電体板111が第2の状態の形状から第3の状態の形状へ変形するときに、圧電体板111には、長辺方向伸び振動が作用し、その後に、厚み方向振動が作用する。このため、従来の発電装置1と比較して、非常に高い電圧、及び、多量の電荷を得ることができる。この結果、人等の移動体の通過により発生した電気を使って電波で信号を送信し、自動ドア等を開閉したり、離れた場所に設置された警報装置を作動させたりする用途において、電波の到達距離をより長くすることができ、また、電波によって、より様々な情報を送信することができる。
With the above configuration, when a person steps on the
また、支持部材としての第1緩衝材13は、弾性変形可能な弾性部材により構成され、圧電体板111に平行に配置された板状を有する。第2緩衝材14は、弾性変形可能な弾性部材により構成され、圧電体板111の一部を押圧する一部押圧面141を有する。第3緩衝材15は、弾性変形可能な弾性部材により構成され、圧電体板111に平行に配置された板状を有し、圧電体板111の一部以外の部分を押圧する他部押圧面151を有する。一部押圧部としての第2緩衝材14の一部押圧面141は、押圧部材が第1の位置にあるときに、他部押圧面151よりも圧電体板111に近い位置にある。
The
上記構成により、簡単な構成の発電装置1において、発電床10を人が一回踏み込む際に、圧電体板111を第1の状態の形状から第2の状態の形状へ変形させ、その後、第3の状態の形状へ変形させることができる。
With the above configuration, in the power generation device 1 with a simple configuration, when a person steps on the
また、一部押圧部としての第2緩衝材14を構成する弾性部材は、他部押圧部としての第3緩衝材15を構成する弾性部材よりも柔らかい。この構成により、第2緩衝材14が十分に圧縮された後に、第3緩衝材15により圧電体板上面他部分115を押圧することができ、圧電体板111を第2の状態の形状から第3の状態の形状へと変形させることができる。
Moreover, the elastic member which comprises the 2nd
また、圧電体板111の一部は、圧電体板111の中央部114である。この構成により、圧電体板111を第1の状態の形状から第2の状態の形状へと大きく変形させることにより、圧電体板111に、十分な長辺方向伸び振動を作用させることができる。
A part of the
また、圧電体板111は、整流回路20に電気的に接続されている。この構成により、圧電体板111が第2の状態の形状から第3の状態の形状へと変形する際に、圧電体板111が第1の状態の形状から第2の状態の形状へと変形するときとは反対の極性の電気が発生するが、その発生した電気を逆の極性の電気に整流することができる。
The
(実施形態2)
次に、本発明に係る発電装置の実施形態2について説明する。実施形態2では、第3緩衝材15は設けられておらず、上板16が他部押圧部を構成する点において、実施形態1とは異なる。これ以外の点については、実施形態1と同一であるため、同一の部材については、同一の符号を付すこととし、説明を省略する。図6は、本発明による実施形態2の発電装置1Aにより発生した電気の電圧を示すグラフである。
(Embodiment 2)
Next, a second embodiment of the power generator according to the present invention will be described. In the second embodiment, the
発電装置においては、第3緩衝材15は設けられていない。このため、押圧部材は、第2緩衝材14と上板16により構成され、上板16は、他部押圧部を構成する。上板16の下面は、他部押圧面を構成する。人が上板16を踏み始め、押圧部材が第2の位置にあり、更に、人が上板16を踏み込み続けると、押圧部材は、第3の位置へ移動する。この際、上板16の下面は、圧電体板上面他部分115に当接する。これにより、上板16の下面が、圧電体板上面他部分115の全体を下方向D12へ同時に押圧することにより、圧電体板111は、第2の状態の形状よりも、より板状に近い、第3の状態の形状を有することになる。
In the power generation device, the
また、発電装置において被固定圧電体板11は、14個設けられており、4つの被固定圧電体板11が一列に並べられ電気的に並列接続されたセットが、平行に2列に並べられた2セットと、3つの被固定圧電体板11が一列に並べられ電気的に並列接続されたセットが、平行に2列に並べられた2セットと、の計4セットで、発電床10が構成されている。これら4つのセットは、整流回路20に電気的に接続されている。これら4つのセットにおいて発生した電気は、整流回路20において、それぞれのセット毎に独立して整流される。
In the power generator, 14 fixed
次に、発電装置を用いて、本発明の効果を試す試験を行った。試験においては、発電装置を実施例2とし、実施例2から第1緩衝材13及び第2緩衝材14を取り除いたものを比較例1とし、実施例2から第1緩衝材13を取り除いたものを比較例2とした。そして、体重略60kgの成人男子が、「片足で発電床10を踏み、その後に発電床10を踏んでいる足を発電床10から離す」ことを10回繰り返し行い、発電を行った。試験結果は、図6、表1、及び、表2に示すとおりである。
例えば、図6における実施形態2のグラフにおいては、時間が経つにつれて、電圧が0Vから3V近辺まで急激に高くなる。この間は、発電床10を1回踏むことにより電圧が急激に変化している。その後一旦、3V近辺で電位の変化が少なくなる。次に、発電床10を踏んでいる足を発電床10から離すことにより、電圧が3V近辺から5V近辺まで、急激に高くなる。その後、コンデンサの2つの電極がショートさせられることにより、電圧は0Vになる。この一連の動作が、10回繰り返され、最後に一回発電床10が踏まれて試験が終了している。比較例1、比較例2においても、実施形態2とは電圧の値の違いはあるものの、同様に電圧の昇降が繰り返されている。
For example, in the graph of
図6、表1、及び、表2に示すように、比較例1では、発電された電気の電圧は、1V(ボルト)弱であり、平均で0.736Vである。また、発電量は14.28μC(クーロン)であり、圧電体板111の1個あたりの発電量は、1.02μCである。このことから、比較例1では、圧電体板111が変形しにくく、長辺方向伸び振動等が発生しにくいことが分かる。また、比較例2では、発電された電気の電圧は、比較例1と比較して2倍程度であり、平均で1.747Vである。また、発電量は33.89μCであり、圧電体板111の1個あたりの発電量は、2.42μCである。このことから、比較例2では、第1緩衝材13の弾性変形により、比較例1よりも圧電体板111に長辺方向伸び振動が生じやすくなっていることが分かる。
As shown in FIG. 6, Table 1, and Table 2, in the comparative example 1, the voltage of the generated electricity is less than 1 V (volt), and is 0.736 V on average. The power generation amount is 14.28 μC (Coulomb), and the power generation amount per
これらに対して、実施例2では、発電された電気の電圧は、5V弱であり、平均で4.532Vである。また、発電量は87.92μCであり、圧電体板111の1個あたりの発電量は、6.28μCである。この値は、比較例1と比較して6倍以上である。比較例2と比較しても2〜3倍程度である。このことから、実施例2では、長辺方向伸び振動及び厚み方向振動が確実に生じて、高い電圧を得ることができ、また、大量の電荷を発生可能であることが分かる。
On the other hand, in Example 2, the voltage of the generated electricity is a little less than 5V, which is 4.532V on average. The power generation amount is 87.92 μC, and the power generation amount per
(実施形態3)
次に、本発明に係る発電装置の実施形態3について説明する。実施形態3では、一部押圧面141Bと他部押圧面151Bとの位置関係が異なる点と、一部押圧部としての第2緩衝材14Bと他部押圧部としての第3緩衝材15Bとの硬さの関係が異なる点と、において、実施形態1とは異なる。これ以外の点については、実施形態1と同一であるため、同一の部材については、同一の符号を付すこととし、説明を省略する。図7は、本発明による実施形態3の発電装置の第2緩衝材14B及び第3緩衝材15Bを示す拡大概略断面図である。
(Embodiment 3)
Next,
第2緩衝材14Bを構成する弾性部材は、第3緩衝材15Bを構成する弾性部材よりも硬い。また、第3緩衝材15Bを構成する弾性部材は、第2の位置から第3の位置へ移動する際に、圧電体板上面他部分115に当接して圧電体板上面他部分115を下方向D12へ押圧することにより上下方向D1において圧縮される。この圧縮により、既に圧縮されている第2緩衝材14Bと同程度の硬さになるような材質の弾性部材が、第3緩衝材15Bとして用いられている。また、一部押圧部の一部押圧面141Bは、押圧部材が第1の位置にあるときに、図7に示すように、他部押圧面151Bと面一の位置関係を有する。
The elastic member constituting the
このような構成により、圧電体板111の上面の中央部114(図2等参照)と、圧電体板上面他部分115(図2等参照)とは、押圧部材が第1から第2の位置へ移動するときに、同時に押圧され始めるが、圧電体板上面他部分115よりも中央部114の方が下方向D12へ押圧され、圧電体板111の中央部114は、下方向D12へ深く沈み込むように変形し、圧電体板111は、第2の状態の形状を有することになる。
With such a configuration, the central portion 114 (see FIG. 2 and the like) of the upper surface of the
(実施形態4)
次に、本発明に係る発電装置の実施形態4について説明する。実施形態4では、上板16Cは一部押圧部収容凹部161Cを有する点において、実施形態2とは異なる。これ以外の点については、実施形態2と同一であるため、同一の部材については、同一の符号を付すこととし、説明を省略する。図8は、本発明による実施形態4の発電装置の発電床が踏まれる前の第2緩衝材14の様子を示す拡大概略断面図である。図9は、本発明による実施形態4の発電装置の発電床が踏まれたときの第2緩衝材14の様子を示す拡大概略断面図である。
(Embodiment 4)
Next, Embodiment 4 of the power generator according to the present invention will be described. In the fourth embodiment, the
圧電体板111に対向する一部押圧部としての第2緩衝材14の一端部(下端部)に対する他端部(上端部)は、一部固定部材としての上板16Cに固定されている。第2緩衝材14を固定する上板16Cの部分は、一部押圧部収容凹部161Cを有している。一部押圧部収容凹部161Cは、上板16Cの下面において、圧電体板111から離間する方向である上方向D11へ窪んでいる。一部押圧部収容凹部161Cの大きさは、第2緩衝材14及び上板16Cにより構成された押圧部材が第3の位置にあるときに、一部押圧部としての第2緩衝材14の全体が収容されて一部押圧部収容凹部161Cが埋まる程度である。
The other end (upper end) with respect to one end (lower end) of the
このような構成により、押圧部材が第3の位置にあるときに、圧縮された第2緩衝材14を一部押圧部収容凹部161Cに収容することができ、上板16C及び一部押圧部収容凹部161Cに収容された第2緩衝材14により、圧電体板111を下方向D12へ押圧して、圧電体板111を板状に近い第3の状態の形状とすることができる。
With such a configuration, when the pressing member is in the third position, the compressed
(実施形態5)
次に、本発明に係る発電装置の実施形態5について説明する。実施形態5では、一部押圧面141Dと他部押圧面151Dとの間には、一部押圧部としての第2緩衝材14Dの一部を収容可能な一部押圧部収容空間161Dが形成されている点において、実施形態1とは異なる。また、他部押圧部は、第3緩衝材15Dの部分であって、環状の部分153Dにより構成され、他部押圧面151Dは、当該環状の部分153Dの下面により構成されている点において、実施形態1とは異なる。また、第2緩衝材14D、第3緩衝材15D等の寸法や材質等が、実施形態1における第2緩衝材14、第3緩衝材15の寸法や材質等とは異なる。これ以外の点については、実施形態1と同一であるため、同一の部材については、同一の符号を付すこととし、説明を省略する。
図10は、本発明による実施形態5の発電装置の発電床が踏まれる前の状態の圧電体板111の様子を示す拡大概略断面図である。図11は、本発明による実施形態5の発電装置により発生した電気の電圧を示すグラフである。
(Embodiment 5)
Next, a fifth embodiment of the power generator according to the present invention will be described. In the fifth embodiment, a partial pressing
FIG. 10 is an enlarged schematic cross-sectional view showing the state of the
図10に示すように、第2緩衝材14Dの近傍に位置する第3緩衝材15Dの部分は、上下方向D1における厚さが薄く構成されており、この部分155Dの下面は、第3緩衝材15Dの下面であってこの部分以外の部分153Dの下面(他部押圧面151D)に対して、上方に位置している。このため、一部押圧面141Dと他部押圧面151Dとの間には、一部押圧部収容空間161Dが形成されており、一部押圧面141Dと他部押圧面151Dとは、離間した位置関係を有している。一部押圧部収容空間161Dは、上下方向D1に直交する平面では、第2緩衝材14Dを取り巻くように、第2緩衝材14Dの周囲に環状に形成されている。第3緩衝材15Dの部分であって、上下方向D1に直交する平面では、一部押圧部収容空間161Dよりも一部押圧部収容空間161Dの半径方向外側の部分153Dは、他部押圧部を構成し、一部押圧部収容空間161Dを取り巻くように、板状の環状を有して、第2緩衝材14Dに対して同軸的な位置関係で配置されている。
As shown in FIG. 10, the portion of the
第2緩衝材14Dの軸方向、即ち、上下方向D1における高さは、5mm程度である。第2緩衝材14Dの直径は、15mm程度である。第2緩衝材14Dは、例えば、篠田ゴム株式会社製のNR黒セルスポンジ等により構成されている。第2緩衝材14Dの硬度は、JIS K7312に対応する測定器(C型)による測定値で22〜24程度である。
The height of the
第3緩衝材15Dの環状の部分153Dの内径は、30mm程度であり、第3緩衝材15Dの環状の部分153Dの外径は、35mm程度である。また、第3緩衝材15Dの環状の部分153Dの軸方向、即ち、上下方向D1における高さは、1.25mm程度である。第3緩衝材15Dの部分であって、第3緩衝材15Dの環状の部分と第2緩衝材14Dとの間の部分155Dの軸方向、即ち、上下方向D1における高さは、0.95mm以下である。第3緩衝材15Dは、黒セルスポンジよりも硬いゴムにより構成されている。また、第1緩衝材13の硬度は、JIS K7312に対応する測定器(C型)による測定値で5程度である。
The inner diameter of the
次に、上記発電装置のうちの1つの圧電体板111から得られる電圧を測定して、本発明の効果を試す試験を行った。試験においては、発電装置を構成する1つの圧電体板111と、1つの金属板112と、第1緩衝材13と、1つの第2緩衝材14Dと、1つの第3緩衝材15Dと、上板16と、下板17と、により構成される1ユニットを実施例5とした。
Next, a voltage obtained from one
また、実施例5から第3緩衝材15Dを取り除いたものを比較例3とした。また、実施例5の第3緩衝材15Dの環状の部分153Dよりも厚さの薄い環状の部分を有する第3緩衝材を用いたものを比較例4、比較例5とした。比較例4における第3緩衝材の環状の部分の軸方向、即ち、上下方向D1における高さは、0.88mm程度である。比較例5における第3緩衝材の環状の部分の軸方向、即ち、上下方向D1における高さは、0.95mm程度である。
Further, Comparative Example 3 was obtained by removing the
試験では、上記1ユニット(実施例5、比較例3、比較例4、比較例5)を、第2緩衝材14Dの軸方向において25mm/秒の速度で、203N程度の押圧力で1回押圧した。これにより、第2緩衝材及び第3緩衝材により構成される押圧部材を、第1の位置から第2の位置を経て、第3の位置とさせた。その際に、圧電体板111から出力される電圧を測定した。この電圧の値は、圧電体板111から直接的に出力された電圧の値であり、前述の実施形態2のように、蓄電装置30(コンデンサ)の端子間の電圧を測定した値とは異なる。試験結果は、図11に示すとおりである。
In the test, one unit (Example 5, Comparative Example 3, Comparative Example 4, and Comparative Example 5) was pressed once at a speed of 25 mm / second in the axial direction of the
図11において実線で示すように、実施例5の場合には、正の電圧である30Vを超える電圧と負の電圧である−40Vを超える電圧との両方を測定することができた。実施例5において、得られた電力は200μJであり、得られた電荷量は3.5μCである。このため、第1実施形態の整流回路20を接続することにより、正の電圧と負の電圧との両方を、有効利用することができることが分かる。
As shown by a solid line in FIG. 11, in the case of Example 5, both a voltage exceeding 30V which is a positive voltage and a voltage exceeding −40V which is a negative voltage could be measured. In Example 5, the obtained electric power is 200 μJ, and the obtained electric charge is 3.5 μC. For this reason, it turns out that both the positive voltage and the negative voltage can be effectively used by connecting the
これに対して、比較例3の場合には、正の電圧を測定することができたが、負の電圧を測定することはできなかった。また、比較例4、及び、比較例5の場合には、正の電圧と負の電圧とを測定することができたが、正の電圧に対して負の電圧の絶対値は小さく、十分な負の電圧を得ることはできていない。この結果から、第2緩衝材14Dによって圧電体板111が押圧された後に、第3緩衝材15Dの他部押圧部としての環状の部分153Dの他部押圧面151Dによって圧電体板111が押圧されなければ、圧電体板111が負の電圧を出力することはなく、また、第2緩衝材14Dによって圧電体板111が押圧された後に、第3緩衝材15Dの他部押圧部としての環状の部分153Dの他部押圧面151Dによって、十分に、圧電体板111が押圧されなければ、圧電体板111が負の電圧を十分に出力することはできないことが分かる。
In contrast, in the case of Comparative Example 3, a positive voltage could be measured, but a negative voltage could not be measured. Moreover, in the case of the comparative example 4 and the comparative example 5, although the positive voltage and the negative voltage were able to be measured, the absolute value of the negative voltage with respect to the positive voltage is small, and it is enough Negative voltage cannot be obtained. From this result, after the
上述した実施形態5の発電装置1によれば、以下のような効果を奏する。前述のように、一部押圧面141Dと他部押圧面151Dとの間には、一部押圧部としての第2緩衝材14D一部を収容可能な一部押圧部収容空間161Dが形成されている。このため、押圧力により弾性変形した第2緩衝材14D一部が一部押圧部収容空間161Dに、容易に入り込むことにより収容される。この結果、第2緩衝材14Dが十分に弾性変形することができ、第3緩衝材15Dによって、確実且つ十分に、圧電体板111を押圧することができる。
According to the electric power generating apparatus 1 of
(変形形態)
本発明に係る発電装置は、上述した実施形態1〜4の内容に限定されることなく、以下に示すような種々の変形や変更が可能である。
(Deformation)
The power generator according to the present invention is not limited to the contents of Embodiments 1 to 4 described above, and various modifications and changes as described below are possible.
例えば、圧電床の構成、各構成の寸法や数、整流回路への圧電体板の電気的な接続、蓄電装置の構成等は、本実施形態の構成に限定されない。また、圧電床を構成する材質についても、本実施形態に記載の材質に限定されない。例えば、第2緩衝材14、14Bは、圧電体板111の上面の中央部114に対して当接し押圧したが、中央部114に限定されない。また、第2緩衝材14、14Bは、1つの圧電体板111に対して1つ設けられていたが、1つに限定されず、複数設けられていて、複数箇所を押圧してもよい。また、第2緩衝材の大きさや形状は、本実施形態の第2緩衝材14、14Bの大きさや形状に限定されない。
For example, the configuration of the piezoelectric floor, the size and number of each configuration, the electrical connection of the piezoelectric plate to the rectifier circuit, the configuration of the power storage device, and the like are not limited to the configuration of the present embodiment. Further, the material constituting the piezoelectric floor is not limited to the material described in the present embodiment. For example, the
また、圧電体板111の下方に、圧電体板111を変形しやすくするための空間を形成してもよい。例えば、圧電体板111の下方に位置する第1緩衝材13の部分に、上下方向に貫通する貫通孔を形成したり、更に、その下方に位置する下板17の部分に、下方へ窪んだ凹部を形成したりしてもよい。
Further, a space for easily deforming the
また、実施形態4では、押圧力により弾性変形した第2緩衝材14D一部が一部押圧部収容空間161Dに入り込んだが、これに限定されない。一部押圧部収容空間には、少なくとも一部押圧部の一部を収容可能であればよい。従って、押圧力により弾性変形した第3緩衝材15D一部が一部押圧部収容空間161Dに入り込んでもよい。
In the fourth embodiment, a part of the
1:発電装置、13:第1緩衝材(支持部材)、14、14B、14D:第2緩衝材(押圧部材、一部押圧部)、15、15D:第3緩衝材(押圧部材、他部押圧部)、16、16C:上板(押圧部材、他部押圧部)、114:中央部、115:圧電体板上面他部分、141、141D:一部押圧面、151、151D:他部押圧面、153D:環状の部分(一部押圧部)、161C:一部押圧部収容凹部、161D:一部押圧部収容空間、 1: power generation device, 13: first cushioning material (support member), 14, 14B, 14D: second cushioning material (pressing member, partial pressing portion), 15, 15D: third cushioning material (pressing member, other portion) Pressing part), 16, 16C: upper plate (pressing member, other part pressing part), 114: central part, 115: other part on the upper surface of the piezoelectric plate, 141, 141D: partial pressing surface, 151, 151D: other part pressing Surface, 153D: annular portion (partly pressing part), 161C: partly pressing part accommodating recess, 161D: partly pressing part accommodating space,
Claims (8)
前記圧電体板を支持する支持部材と、
前記圧電体板に関して前記支持部材とは反対の側から、前記支持部材の方向へ圧電体板を押圧する押圧部材と、を備え、
前記押圧部材は、一部押圧部と他部押圧部とを有し、前記圧電体板が第1の状態の形状を有しているときの第1の位置と、前記一部押圧部が前記圧電体板の一部を押圧して、前記圧電体板を第1の状態の形状に対して変形された第2の状態の形状とする第2の位置と、前記圧電体板が前記第2の状態の形状に変形しているときに、前記他部押圧部が前記圧電体板の一部以外の部分を押圧して、前記圧電体板を第3の形状とする第3の位置と、の間で移動可能である発電装置。 A piezoelectric plate;
A support member for supporting the piezoelectric plate;
A pressing member that presses the piezoelectric plate in the direction of the support member from the side opposite to the support member with respect to the piezoelectric plate;
The pressing member has a partial pressing portion and an other portion pressing portion, and the first position when the piezoelectric plate has a shape in the first state, and the partial pressing portion is the A second position in which a part of the piezoelectric plate is pressed to change the piezoelectric plate into a second state shape deformed with respect to the first state shape, and the piezoelectric plate is the second position. A third position in which the other portion pressing portion presses a portion other than a part of the piezoelectric plate to make the piezoelectric plate a third shape, Power generator that is movable between.
前記一部押圧部は、弾性変形可能な弾性部材により構成され、前記圧電体板の一部を押圧する一部押圧面を有し、
前記他部押圧部は、弾性変形可能な弾性部材により構成され、前記圧電体板に平行に配置された板状を有し、前記圧電体板の一部以外の部分を押圧する他部押圧面を有し、
前記一部押圧部の前記一部押圧面は、前記押圧部材が前記第1の位置にあるときに、前記他部押圧面よりも前記圧電体板に近い位置にある請求項1に記載の発電装置。 The support member is formed of an elastic member that can be elastically deformed, and has a plate shape arranged in parallel to the piezoelectric plate,
The partial pressing portion is made of an elastic member that can be elastically deformed, and has a partial pressing surface that presses a part of the piezoelectric plate,
The other portion pressing portion is composed of an elastic member that can be elastically deformed, has a plate shape arranged in parallel to the piezoelectric plate, and presses a portion other than a portion of the piezoelectric plate. Have
2. The power generation according to claim 1, wherein the partial pressing surface of the partial pressing portion is located closer to the piezoelectric plate than the other portion pressing surface when the pressing member is in the first position. apparatus.
前記一部押圧部は、弾性変形可能な弾性部材により構成され、前記圧電体板の一部を押圧する一部押圧面を有し、
前記他部押圧部は、弾性変形可能な弾性部材により構成され、前記圧電体板に平行に配置された板状を有し、前記圧電体板の一部以外の部分を押圧する他部押圧面を有し、
前記一部押圧部を構成する弾性部材は、前記他部押圧部を構成する弾性部材よりも硬く、
前記一部押圧部の前記一部押圧面は、前記押圧部材が前記第1の位置にあるときに、前記他部押圧面と面一の位置関係を有する請求項1に記載の発電装置。 The support member is formed of an elastic member that can be elastically deformed, and has a plate shape arranged in parallel to the piezoelectric plate,
The partial pressing portion is made of an elastic member that can be elastically deformed, and has a partial pressing surface that presses a part of the piezoelectric plate,
The other portion pressing portion is composed of an elastic member that can be elastically deformed, has a plate shape arranged in parallel to the piezoelectric plate, and presses a portion other than a portion of the piezoelectric plate. Have
The elastic member that constitutes the partial pressing portion is harder than the elastic member that constitutes the other portion pressing portion,
The power generation device according to claim 1, wherein the partial pressing surface of the partial pressing portion has a flush positional relationship with the other portion pressing surface when the pressing member is in the first position.
前記圧電体板に対向する前記一部押圧部の一端部に対する他端部は、一部固定部材に固定され、
前記一部押圧部を固定する前記一部固定部材の部分は、前記圧電体板から離間する方向へ窪み、前記一部押圧部を収容可能な一部押圧部収容凹部を有する請求項1〜請求項4のいずれかに記載の発電装置。 The partial pressing portion is constituted by an elastic member that can be elastically deformed,
The other end portion with respect to one end portion of the partial pressing portion facing the piezoelectric plate is fixed to a partial fixing member,
The portion of the partial fixing member that fixes the partial pressing portion is recessed in a direction away from the piezoelectric plate, and has a partial pressing portion accommodating recess capable of accommodating the partial pressing portion. Item 5. The power generation device according to any one of Items 4 to 6.
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