JP2015161229A - power generator - Google Patents
power generator Download PDFInfo
- Publication number
- JP2015161229A JP2015161229A JP2014037080A JP2014037080A JP2015161229A JP 2015161229 A JP2015161229 A JP 2015161229A JP 2014037080 A JP2014037080 A JP 2014037080A JP 2014037080 A JP2014037080 A JP 2014037080A JP 2015161229 A JP2015161229 A JP 2015161229A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- power generation
- vibration
- unit
- power
- fluid
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/70—Wind energy
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/70—Wind energy
- Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction
Landscapes
- Wind Motors (AREA)
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Abstract
Description
本発明は、発電装置に関し、より詳細には、流体励起振動を利用して発電する流体振動発電装置に関する。 The present invention relates to a power generation device, and more particularly to a fluid vibration power generation device that generates power using fluid excitation vibration.
近年、振動エネルギを電気エネルギに変換する発電装置は、環境発電等の分野で注目されている。 In recent years, power generation devices that convert vibration energy into electrical energy have attracted attention in fields such as energy harvesting.
この種の発電装置としては、例えば、図10(a)、10(b)及び10(c)に示す構成の発電装置201が提案されている(特許文献1)。
As this type of power generation device, for example, a
発電装置201は、ベース211と、圧電素子214が固着されたリード213と、を有する。
The
ベース211は、矩形の窓212が形成されたプレート215を有する。窓212のサイズは、図10(a)に示すように、窓212に面したリード213よりも一回り大きく、窓212の縁部とリード213との間には、気体F1が通過するわずかな隙間が形成されている。
The
リード213は、板厚方向に屈曲振動可能な可撓性を有している。例えば、リード213は、FRP等で形成されたフレキシブルプリント基板である。リード213は、一方の端部231が、プレート215の上面に固定され、他方の端部232が、窓212を自由に出入りできるように窓212に面して位置付けられている。
The
また、リード213は、図10(b)に示すように、端部232が窓212の外側(気体F1が流れ込んでくる側)に位置するように、プレート215の上面に対してわずかに傾斜している(上がっている)。
Further, as shown in FIG. 10B, the
圧電素子214は、バイモルフ圧電素子であり、図10(b)及び10(c)に示すように、リード213の表裏両面に固着されている。特許文献1には、圧電素子214が、リード213の表面及び裏面の一方に固着されたユニモルフ圧電素子でもよい旨が記載されている。
The
発電装置201に限らず、流体振動発電装置の技術分野においては、発電効率の更なる向上が求められている。
In the technical field of the fluid vibration power generation device as well as the
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、発電効率の向上を図ることが可能な発電装置を提供することにある。 This invention is made | formed in view of the said reason, The objective is to provide the electric power generating apparatus which can aim at the improvement of electric power generation efficiency.
本発明の発電装置は、発電素子と、ハウジングと、を備える。前記発電素子は、支持部と、振動部と、圧電変換部と、を備える。前記振動部は、第1端と、第2端と、を備える。前記振動部は、記第1端が前記支持部に固定された固定端であり、前記第2端が自由端であり、流体のエネルギを受けて振動可能である。前記圧電変換部は、前記振動部の表面の一部に重ねて設けられ前記振動部の振動により交流電圧を発生するように構成されている。前記ハウジングは、流体の入口と、流体の出口と、前記入口と前記出口との間の流路と、前記入口から流入した流体を前記流路に配置されている前記発電素子に集める流体導入部と、を備える。前記発電素子は、前記振動部の前記表面に、凸部もしくは凹部により構成されて前記振動部の表面積を増大させる表面積増大部を備える。 The power generation device of the present invention includes a power generation element and a housing. The power generation element includes a support portion, a vibration portion, and a piezoelectric conversion portion. The vibration unit includes a first end and a second end. The vibration portion is a fixed end whose first end is fixed to the support portion, and the second end is a free end, and can vibrate upon receiving fluid energy. The piezoelectric conversion unit is provided so as to overlap a part of the surface of the vibration unit, and is configured to generate an alternating voltage by vibration of the vibration unit. The housing includes a fluid inlet, a fluid outlet, a channel between the inlet and the outlet, and a fluid introduction unit that collects the fluid flowing in from the inlet in the power generation element disposed in the channel. And comprising. The power generation element includes a surface area increasing portion that is configured by a convex portion or a concave portion on the surface of the vibrating portion to increase the surface area of the vibrating portion.
この発電装置において、前記発電素子は、前記表面積増大部を複数備えるのが好ましい。 In this power generation device, the power generation element preferably includes a plurality of the surface area increasing portions.
この発電装置において、前記発電素子は、前記支持部の形状が枠状であり、前記振動部の外側面の全体に亘って前記外側面と前記支持部の内側面との間に隙間がある。ここで、前記表面積増大部は、前記振動部の前記表面のうち前記圧電変換部が設けられた第1領域よりも前記第2端側の第2領域における外周部に設けてあるのが好ましい。 In this power generation device, the power generation element has a frame shape in the support portion, and there is a gap between the outer surface and the inner surface of the support portion over the entire outer surface of the vibration portion. Here, it is preferable that the surface area increasing portion is provided in an outer peripheral portion in the second region on the second end side of the first region where the piezoelectric conversion unit is provided in the surface of the vibration unit.
この発電装置においては、前記発電素子で発生した電気エネルギを蓄電する蓄電部と、温度、湿度及び流速の群から選択される少なくとも1つの環境情報を検知するセンサ部と、前記センサ部で検知した環境情報を送信する送信部と、を更に備える。ここで、前記蓄電部、前記センサ部及び前記送信部は、前記ハウジングに保持され、前記センサ部及び前記送信部が前記蓄電部を電源として動作するように構成されているのが好ましい。 In this power generation device, a power storage unit that stores electrical energy generated by the power generation element, a sensor unit that detects at least one environmental information selected from the group of temperature, humidity, and flow velocity, and the sensor unit detect A transmission unit that transmits environmental information. Here, it is preferable that the power storage unit, the sensor unit, and the transmission unit are held in the housing, and the sensor unit and the transmission unit are configured to operate using the power storage unit as a power source.
本発明の発電装置は、前記ハウジングが、前記入口から流入した流体を前記流路内に配置されている前記発電素子に集める流体導入部を備える。更に、本発明の発電装置は、前記発電素子が、前記振動部の前記表面に、凸部もしくは凹部により構成されて前記振動部の表面積を増大させる表面積増大部を備える。よって、本発明の発電装置は、流体をより効率良く前記発電素子の振動部へ当てることが可能となり、発電効率を向上させることが可能となる。 In the power generation device of the present invention, the housing includes a fluid introduction part that collects the fluid flowing in from the inlet into the power generation element disposed in the flow path. Furthermore, in the power generation device of the present invention, the power generation element includes a surface area increasing portion that is configured by a convex portion or a concave portion on the surface of the vibration portion to increase the surface area of the vibration portion. Therefore, the power generation device of the present invention can more efficiently apply the fluid to the vibrating portion of the power generation element, and can improve the power generation efficiency.
以下では、本実施形態の発電装置1について図1〜4、5(a)及び5(b)に基づいて説明する。なお、図1は、図2のX−X概略断面図である。
Below, the electric
発電装置1は、発電素子3と、ハウジング2と、を備える。発電素子3は、支持部31と、振動部32と、圧電変換部33と、を備える。振動部32は、第1端32aと、第2端32bと、を備える。振動部32は、第1端32aが支持部31に固定された固定端であり、第2端32bが自由端である。振動部32は、流体のエネルギを受けて振動可能である。圧電変換部33は、振動部32の表面321の一部に重ねて設けられ振動部32の振動により交流電圧を発生するように構成されている。ハウジング2は、流体の入口21と、流体の出口23と、入口21と出口23との間の流路22と、入口21から流入した流体を流路22内に配置されている発電素子3に集める流体導入部24と、を備える。発電素子3は、振動部32の表面321に、凸部により構成されて振動部32の表面積を増大させる表面積増大部325を備える。よって、発電装置1は、流体を受ける面積が増大し、流体をより効率良く発電素子3の振動部32へ当てることが可能となり、発電効率を向上させることが可能となる。
The
発電装置1は、流体が振動部32に当たることにより、振動部32において振動エネルギが発生し、圧電変換部33において電気エネルギが発生する。圧電変換部33は、振動部32の振動に応じて交流電圧を発生する。よって、発電素子3は、圧電変換部33で発生する電圧が交流電圧である。発電素子3は、圧電変換部33で発生する交流電圧のピーク値の絶対値が、流体の流速が速くなるにしたがって増加する傾向にある。
In the
発電装置1は、図4に示すように、発電素子3で発生した電気エネルギを蓄電する蓄電部4と、温度、湿度及び流速の群から選択される少なくとも1つの環境情報を検知するセンサ部5と、センサ部5で検知した環境情報を送信する送信部6と、を更に備えた構成とすることができる。発電装置1は、蓄電部4、センサ部5及び送信部6が、ハウジング21に保持され、センサ部5及び送信部6が蓄電部4を電源として動作するように構成されているのが好ましい。これにより、発電装置1は、設置場所の自由度が高くなる。
As shown in FIG. 4, the
発電装置1の各構成要素については、以下に、より詳細に説明する。
Each component of the
支持部31の形状は、枠状の形状として、例えば、矩形枠状とすることができる。支持部31の内周形状は、矩形状に限らず、例えば、矩形状以外の多角形状や円形状、楕円形状等の形状でもよい。なお、支持部31の外周形状は、矩形状以外の形状でもよい。
The shape of the
振動部32は、平面視において、支持部31の内側に配置されている。これにより、発電素子3は、振動部32の外側面と支持部31の内側面との間に、流体が通過可能な隙間35が形成されている。
The
振動部32は、第1端32aが、振動部32の長さ方向の一端により構成され、第2端32bが、振動部32の長さ方向の他端により構成されている。
The
振動部32は、支持部31に揺動自在に支持されている。振動部32は、第1端32a側の部分が支持部31よりも薄く形成されていることにより、支持部31に揺動自在に支持されている。振動部32は、第2端32b側に、第1端32a側の部分に比べて厚い錘部34を備えているのが好ましい。
The
振動部32は、先端面32c(図5(b)参照)の法線(図示せず)が支持部31に交差しないように反っている。これにより、発電素子3は、流体励起振動が可能で且つ流体励起振動時の圧電変換効率の向上を図ることが可能となる。「流体励起振動」とは、流体が隙間35を通過することによって発生する振動部32の振動を意味する。この流体励起振動は、自励振動である。流体としては、例えば、空気、ガス、空気とガスとの混合気体、液体等が挙げられる。流体が気体の場合、発電装置1を設置する流れ場としては、例えば、空調機の給気ダクトの内部や、空調機の排気ダクトの内部等が挙げられる。
The
発電素子3は、振動部32が錘部34を備えることにより、錘部34を備えていない場合に比べて、振動部32の振動時の慣性力を大きくでき、振動部32の振幅を大きくすることが可能となる。また、発電素子3は、振動部32が錘部34を備えることにより、振動部32の振動時に振動部32における錘部34と支持部31との間の部分及び圧電変換部33に集中的にひずみを発生させることが可能となる。よって、発電素子3は、錘部34を備えることにより、圧電変換効率の向上を図ることが可能となる。また、発電素子3は、振動部32が錘部34を備えることにより、振動部32の共振周波数を小さくすることが可能となり、振動部32が振動し始める流体の流速の低速化を図ることが可能となる。
In the
発電素子3は、例えば、MEMSの製造技術を利用して製造することができる。
The
この場合、支持部31及び振動部32は、1枚の基板から形成することができる。これにより、発電素子3は、支持部31と振動部32との相対的な位置精度を高めることが可能となる。基板としては、例えば、シリコン基板上のシリコン酸化膜からなる絶縁層上にシリコン層が形成されたSOI基板を用いることができる。
In this case, the
発電素子3は、基板の第1面側に圧電変換部33が形成されており、基板と圧電変換部33との間に、基板と圧電変換部33とを電気的に絶縁する絶縁膜を備えているのが好ましい。この場合、発電素子3は、振動部32の表面321が、絶縁膜の表面の一部により構成される。絶縁膜は、例えば、シリコン酸化膜により構成することができる。このシリコン酸化膜は、例えば、熱酸化法により形成することができるが、これに限らず、CVD法等により形成することもできる。
The
発電素子3は、例えば、絶縁膜の圧縮応力によって振動部32が反っている構成とすることができる。この場合、発電素子3は、基板の第1面側に形成した絶縁膜が、基板と圧電変換部33とを電気的に絶縁する機能だけでなく、振動部32を反らせる機能を有している。これにより、発電素子3は、絶縁膜とは別途に、振動部32に応力制御用の薄膜を形成して振動部32を反らせる場合に比べて、製造プロセスを簡略化することが可能となる。発電素子3の製造方法では、絶縁膜を形成するためのプロセス条件を適宜設定することによって、絶縁膜の内部応力を制御することが可能である。発電素子3の製造方法では、例えば、絶縁膜を熱酸化法により形成する場合、酸化温度等のプロセス条件を適宜設定することによって絶縁膜の内部応力を制御することができる。また、発電素子3の製造方法では、例えば、絶縁膜をスパッタ法やCVD法により成膜する場合、ガス圧や、温度等のプロセス条件を適宜設定することによって絶縁膜の内部応力を制御することができる。
For example, the
発電素子3は、振動部32に外部振動や流体等が作用していない初期状態において、振動部32が、振動部32の先端面32cの法線が支持部31に交差しないように反っている。ここで、振動部32は、表面321が凹曲面状となり且つ裏面322が凸曲面状となるように、反っている。
In the initial state where no external vibration or fluid acts on the
基板は、SOI基板に限らず、単結晶のシリコン基板や多結晶のシリコン基板、酸化マグネシウム(MgO)基板、金属基板、ガラス基板、ポリマー基板等を用いることも可能である。 The substrate is not limited to an SOI substrate, and a single crystal silicon substrate, a polycrystalline silicon substrate, a magnesium oxide (MgO) substrate, a metal substrate, a glass substrate, a polymer substrate, or the like can also be used.
圧電変換部33は、振動部32側から順に、第1電極、圧電体層及び第2電極を備えている。要するに、圧電変換部33は、圧電体層と、圧電体層を厚み方向の両側から挟んで互いに対向する第1電極及び第2電極と、を備える。圧電体層の圧電材料としては、PZT(Pb(Zr,Ti)O3)を採用しているが、これに限らず、例えば、PZT−PMN(Pb(Mn,Nb)O3)や不純物を添加したPZTでもよい。また、圧電材料は、AlN、ZnO、KNN(K0.5Na0.5NbO3)や、KN(KNbO3)、NN(NaNbO3)、KNNに不純物を添加した材料等でもよい。不純物としては、例えば、Li,Nb,Ta,Sb,Cu等を挙げることができる。発電素子3は、圧電体層が、圧電薄膜により構成されている。
The
発電素子3は、絶縁膜と第1電極との間に緩衝層を設けた構造でもよい。緩衝層は、第1電極上の圧電体層の結晶性を向上させるために設ける層である。緩衝層の材料は、圧電体層の圧電材料に応じて適宜選択するのが好ましい。圧電体層の圧電材料がPZTの場合、緩衝層の材料は、例えば、SrRuO3、(Pb,La)TiO3、PbTiO3、MgO、LaNiO3等を採用することが好ましい。また、緩衝層は、例えば、Pt膜とSrRuO3膜との積層膜により構成してもよい。発電素子3は、緩衝層を設けることにより、圧電体層の結晶性を向上させることが可能となる。
The
発電素子3は、振動部32の振動によって圧電変換部33の圧電体層が応力を受け、第2電極と第1電極とに電荷の偏りが発生し、圧電変換部33において交流電圧が発生する。要するに、発電素子3は、圧電変換部33が圧電材料の圧電効果を利用して交流電圧を発生する。
In the
圧電変換部33で発生する交流電圧は、圧電体層の振動に応じた正弦波状の交流電圧となる。発電素子3は、隙間35を流体が流れることによって発生する自励振動を利用して発電することができる。発電素子3の共振周波数は、振動部32の構造パラメータ及び材料等により決まる。
The AC voltage generated in the
発電素子3は、第1電極に第1配線を介して電気的に接続された第1パッド電極36と、第2電極に第2配線を介して電気的に接続された第2パッド電極37と、が、支持部31に設けられている。なお、発電素子3は、圧電変換部33を1つだけ備えているが、これに限らず、圧電変換部33を複数備えた構成としてもよい。
The
発電素子3は、MEMSの製造技術を利用して製造する場合、支持部31の形状が矩形枠状であるのが好ましい。つまり、支持部31は、外周形状が矩形状であることが好ましい。これにより、発電素子3は、製造時に、ダイシング工程の作業性を向上させることが可能となる。発電素子3の製造時には、例えば、まず、支持部31と振動部32との基礎となるウェハ(例えば、SOIウェハ)を準備する。発電素子3の製造時には、ウェハに多数の発電素子3を形成する前工程を行い、後工程において、ダイシング工程で個々の発電素子3に分離する。
When the
発電素子3は、振動部32の表面321がハウジング2の入口21側となり、裏面322がハウジング2の出口23側となるようにハウジング21に保持されている。
The
発電素子3は、流路22を通る流体のエネルギを振動エネルギに変換し振動エネルギを電気エネルギに変換することができる。
The
発電素子3では、流路22の上流側から発電素子3に向って流れる流体が隙間35を通る際に流速が速くなるので、振動部32と支持部31とで囲まれた空間の圧力が下がり、振動部32の第2端32bが支持部31に近づく向きへ変位する。そして、発電素子3では、振動部32の厚み方向の両側の空間同士の圧力差がなくなると、振動部32の弾性力によって振動部32が元の位置に戻ろうとする力が作用するものと推定される。発電素子3は、このような動作が繰り返されることで振動部32が自励振動し、圧電変換部33で交流電圧が発生する、と推定される。なお、本実施形態の発電装置1は、仮に推定メカニズムが別であっても、本発明の範囲内である。
In the
発電装置1は、発電素子3が実装された回路基板7を備えているのが好ましい。回路基板7としては、例えば、プリント基板を用いることができる。回路基板7は、発電素子3の第1パッド電極36が第1ワイヤを介して電気的に接続される第1導体部(図示せず)を備える。また、回路基板7は、発電素子3の第2パッド電極37が第2ワイヤを介して電気的に接続される第2導体部を備えている。回路基板7には、流路22に連通する孔71が、回路基板7の厚さ方向に貫通して形成されている。回路基板7は、孔71を形成したものに限らず、例えば、U字状の形状に形成したものでもよい。
The
ハウジング2は、入口21が形成された第1構造体2aと、出口23が形成された第2構造体2b、を、2本の第1螺子26(図3参照)により固定して構成されている。発電装置1は、第1構造体2aと第2構造体2bとの間に、発電素子3及び回路基板7が配置されており、発電素子3及び回路基板7がハウジング2に保持されている。第1構造体2a及び第2構造体2bは、それぞれ樹脂成形品により構成してある。よって、発電装置1は、ハウジング2を金属により形成する場合に比べて、ハウジング2の形状の自由度が高くなり、流体の渦の発生を抑制するための、より複雑な形状のハウジング2を形成可能となる。また、発電装置1は、ハウジング2を金属により形成する場合に比べて、低コスト化を図ることが可能となる。
The
ハウジング2は、直方体状に形成されており、各角部が丸みを有するように形成されているのが好ましい。要するに、ハウジング2は、隣り合う面同士が滑らかに連続しているのが好ましい。特に、ハウジング2は、入口が形成された前面20aと、前面20aに隣り合う側面20bと、が滑らかに連続しているのが好ましい。これにより、発電装置1は、ハウジング2の入口21の周部付近で渦等が発生するのを抑制することが可能となる。よって、発電装置1は、ハウジング2の外部から流体を流路22に効率良く導入することが可能となる。これにより、発電装置1は、流体を、より効率良く発電素子3の振動部32へ当てることが可能となり、発電効率を向上させることが可能となる。発電装置1は、より少ない流体で効率良く発電させることが可能となる。
The
流体導入部24は、第1構造体2aに一体に形成されている。流体導入部24の内部空間は、流路22の一部を構成する。流体導入部24は、入口21から離れて発電素子3に近づくにつれて開口面積が徐々に小さくなる枠状に形成されている。発電装置1は、流体導入部24を備えることにより、流路22の開口面積が一様である場合に比べて、流体を発電素子3に集中させることが可能となる。また、発電装置1は、流体導入部24を備えることにより、発電素子3に当たる流体の流速を速くすることが可能となる。よって、発電装置1は、発電効率及び発電電圧の向上を図ることが可能となる。
The
流体導入部24は、発電素子3のうち振動部32bの第2端32b側の部分を含む略半分を露出させるように形成されている。これにより、発電装置1は、振動部32の第2端32b側に効率良く流体が当たりやすくなり、発電効率の向上を図ることが可能となる。
The
発電素子3は、支持部31の形状が枠状であり、振動部32の外側面の全体に亘って外側面と支持部31の内側面との間に隙間35がある。ここで、表面積増大部325は、振動部32の表面321のうち圧電変換部33が設けられた第1領域321aよりも第2端32b側の第2領域321bにおける外周部に設けてあるのが好ましい。これにより、発電装置1は、振動部32に当たった流体が逃げにくくなり、発電効率の向上を図ることが可能となる。第1領域321a及び第2領域321bは、それぞれ矩形状の領域である。表面積増大部325は、例えば、基板の一部と、絶縁膜の一部と、で構成することができる。また、表面積増大部325は、絶縁膜上に形成した単層若しくは多層の膜により構成することもできる。
In the
蓄電部4は、発電素子3で発生した電気エネルギを蓄電する。しかしながら、発電素子3で発生する電気エネルギは、交流電圧である。
The
このため、発電装置1は、例えば、発電素子3で発生する交流電圧を整流する整流回路を備えた構成であるのが好ましい。この場合、回路基板7には、整流回路の回路部品も実装されているのが好ましい。蓄電部4は、例えば、コンデンサにより構成することができる。蓄電部4を構成するコンデンサは、例えば、整流回路の出力端間に接続することができる。整流回路は、例えば、ダイオードブリッジからなる全波整流回路を採用することができる。
For this reason, it is preferable that the electric
また、発電装置1は、整流回路として全波整流回路を備えた構成に限らず、例えば、整流回路として両波倍電圧整流回路を備えた構成としてもよい。両波倍電圧整流回路は、2個のダイオードの直列回路と2個のコンデンサの直列回路とが並列接続された構成を採用することができる。要するに、両波倍電圧整流回路は、2個のダイオードと2個のコンデンサとがブリッジ接続されている構成を採用することができる。この場合、蓄電部4は、両波倍電圧整流回路の2個のコンデンサの直列回路により構成することができる。
Further, the
センサ部5は、環境情報として温度を検知する温度センサ、環境情報として湿度を検知する湿度センサ、環境情報として温度と湿度とを検知する温湿度センサ、環境情報として流速を検知する流速センサ等を採用することができる。温度は、流体の温度である。湿度は、流体の湿度である。温湿度は、流体の温湿度である。流速は、流体の速度である。
The
送信部6は、センサ部5で検知した環境情報を含む無線信号を送信する無線送信部により構成されているのが好ましい。これにより、発電装置1は、設置場所の自由度が高くなり、汎用性を高めることが可能となる。無線送信部の無線通信規格としては、例えば、EnOcean(登録商標)、Zigbee(登録商標)、Bluetooth(登録商標)、特定小電力無線、微弱無線、Wi-Fi(登録商標)、UWB等を採用することができる。無線通信規格は、特に限定するものではない。
The
発電装置1は、上述のように、センサ部5及び送信部6が蓄電部4を電源として動作するように構成されているのが好ましい。
As described above, the
発電装置1は、切替回路を備えるのが好ましい。切替回路は、発電素子3と蓄電部4とを電気的に接続する第1状態と、発電素子3とセンサ部5とを電気的に接続する第2状態とを切り替え可能に構成されているのが好ましい。また、発電装置1は、蓄電部4からセンサ部5及び送信部6への電力供給路に設けられたスイッチング素子と、蓄電部4の蓄電量を監視する監視部と、を備えているのが好ましい。スイッチング素子は、例えば、MOSFET等により構成することができる。監視部は、蓄電部4の出力端間の電圧を蓄電量として監視し、蓄電量と予め設定した規定値との比較結果に基づいてスイッチング素子をオン、オフする機能を有している。例えば、監視部は、蓄電部4の蓄電量がセンサ部5及び送信部6の駆動のために予め設定した上記規定値に到達すると、スイッチング素子をオンさせ、上記規定値よりも低下すると、スイッチング素子をオフさせる。これにより、センサ部5及び送信部6は、蓄電部4から間欠的に電力供給され、駆動される。切替回路は、例えば、1乃至複数のスイッチ要素により構成することができる。監視部は、例えば、IC素子やマイクロコンピュータ等により構成することができる。
The
発電装置1は、切替回路を備えていることにより、蓄電部4の充電毎に蓄電部4の蓄電量が上記規定値に達するまでの時間を短縮することが可能となる。
Since the
発電装置1は、例えば、空調管理システムに利用することができる。
The
空調管理システムは、例えば、発電装置1と、空調機と、を備えた構成とすることができる。発電装置1は、空調機の給気用のダクト(図示せず)もしくは排気用のダクト(図示せず)の内部に配置することができる。
The air conditioning management system can be configured to include, for example, the
空調機は、例えば、ファンと、ファンを回転させるモータと、運転スイッチと、モータを制御することでファンの運転状態を制御する制御部と、リモートコントローラからのリモコン信号等に基づいて流量や流速の目標値を設定する設定部と、を備える。空調機は、運転スイッチをオンさせることにより、制御部がモータを駆動してファンを回転させる。制御部は、設定部により設定された流量もしくは流速の目標値となるようにモータの回転速度をフィードバック制御する。これにより、空調管理システムは、省エネルギ化を図ることが可能となる。なお、制御部は、例えば、適宜のプログラムを搭載したマイクロコンピュータ等からなる制御回路、モータを駆動する駆動回路等を備えた構成とすることができる。 The air conditioner includes, for example, a fan, a motor that rotates the fan, an operation switch, a control unit that controls the operation state of the fan by controlling the motor, a remote control signal from a remote controller, and the like. And a setting unit for setting the target value. In the air conditioner, when the operation switch is turned on, the control unit drives the motor to rotate the fan. The control unit feedback-controls the rotation speed of the motor so that the flow rate or the flow velocity set by the setting unit becomes a target value. Thus, the air conditioning management system can save energy. The control unit can be configured to include, for example, a control circuit composed of a microcomputer or the like on which an appropriate program is mounted, a drive circuit that drives a motor, and the like.
空調機は、送信部6からの無線信号を受信する受信部と、受信部で受信した無線信号に基づいて流体の流量もしくは流速が目標値となるようにファンの運転状態を制御する制御部と、を備える。これにより、空調管理システムは、低消費電力化及び小型化が可能な発電装置1を備えているので、空調管理システム全体の低消費電力化を図ることが可能となる。
The air conditioner includes a receiving unit that receives a radio signal from the transmitting
発電装置1は、上述の実施形態に限らない。例えば、発電装置1の第1変形例では、図6(a)及び6(b)に示す構成の発電素子3bを採用することができる。発電素子3bは、振動部32の第2領域321bにおける外周部の一部のみに表面積増大部325を備えている点が発電素子3と相違する。
The
また、発電装置1の第2変形例では、図7(a)及び7(b)に示す構成の発電素子3cを採用することができる。発電素子3cは、振動部32の第2領域321bにおける外周部に、表面積増大部325を複数備えた構成とすることができる。
Moreover, in the 2nd modification of the electric
また、発電装置1の第3変形例では、図8(a)及び8(b)に示す構成の発電素子3を採用することができる。発電素子3dは、振動部32の幅方向に直交する断面が三角形状の凸部からなる表面積増大部325を複数備えた構成とすることができる。表面積増大部325の断面は、三角形状に限らず、例えば、半球状でもよい。
Moreover, in the 3rd modification of the electric
また、発電装置1の第4変形例では、図9(a)及び9(b)に示す構成の発電素子3eを採用することができる。発電素子3eは、表面積増大部325が凹部により構成されている点が実施形態の発電素子3と相違するだけである。
Moreover, in the 4th modification of the electric
また、発電装置1は、発電素子3が、凸部からなる表面積増大部325と、凹部からなる表面積増大部325と、を備えていてもよい。
In the
上述の実施形態等において説明した各図は、模式的なものであり、各構成要素の大きさや厚さそれぞれの比が、必ずしも実際のものの寸法比を反映しているとは限らない。 Each figure explained in the above-mentioned embodiment etc. is typical, and the ratio of each size and thickness of each component does not necessarily reflect the actual size ratio.
以上、本願発明の構成を、実施形態等に基いて説明したが、本願発明は、実施形態の構成に限らず、例えば、実施形態等の部分的な構成を、適宜組み合わせてある構成であってもよい。また、実施形態に記載した材料、数値等は、好ましいものを例示しているだけであり、それに限定するものではない。更に、本願発明は、その技術的思想の範囲を逸脱しない範囲で、構成に適宜変更を加えることが可能である。 The configuration of the present invention has been described above based on the embodiment and the like. However, the present invention is not limited to the configuration of the embodiment, and for example, a configuration in which partial configurations such as the embodiment are appropriately combined. Also good. In addition, the materials, numerical values, and the like described in the embodiments are merely preferable examples, and are not limited thereto. Furthermore, the present invention can be appropriately modified in configuration without departing from the scope of its technical idea.
1 発電装置
2 ハウジング
3 発電素子
4 蓄電部
5 センサ部
6 送信部
21 入口
22 流路
23 出口
31 支持部
32 振動部
32a 第1端
32b 第2端
33 圧電変換部
35 隙間
321 表面
321a 第1領域
321b 第2領域
325 表面積増大部
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記発電素子は、支持部と、振動部と、圧電変換部と、を備え、
前記振動部は、第1端と、第2端と、を備え、前記第1端が前記支持部に固定された固定端であり、前記第2端が自由端であり、流体のエネルギを受けて振動可能であり、
前記圧電変換部は、前記振動部の表面の一部に重ねて設けられ前記振動部の振動により交流電圧を発生するように構成され、
前記ハウジングは、流体の入口と、流体の出口と、前記入口と前記出口との間の流路と、前記入口から流入した流体を前記流路に配置されている前記発電素子に集める流体導入部と、を備え、
前記発電素子は、前記振動部の前記表面に、凸部もしくは凹部により構成されて前記振動部の表面積を増大させる表面積増大部を備える、
ことを特徴とする発電装置。 A power generation element and a housing,
The power generation element includes a support portion, a vibration portion, and a piezoelectric conversion portion,
The vibrating portion includes a first end and a second end, the first end is a fixed end fixed to the support portion, and the second end is a free end, and receives fluid energy. Can vibrate,
The piezoelectric conversion unit is configured to overlap with a part of the surface of the vibration unit and generate an alternating voltage by vibration of the vibration unit,
The housing includes a fluid inlet, a fluid outlet, a channel between the inlet and the outlet, and a fluid introduction unit that collects the fluid flowing in from the inlet in the power generation element disposed in the channel. And comprising
The power generating element includes a surface area increasing portion that is configured by a convex portion or a concave portion on the surface of the vibrating portion to increase the surface area of the vibrating portion.
A power generator characterized by that.
ことを特徴とする請求項1記載の発電装置。 The power generating element includes a plurality of the surface area increasing portions.
The power generator according to claim 1.
前記表面積増大部は、前記振動部の前記表面のうち前記圧電変換部が設けられた第1領域よりも前記第2端側の第2領域における外周部に設けてある、
ことを特徴とする請求項1又は2記載の発電装置。 In the power generation element, the shape of the support portion is a frame shape, and there is a gap between the outer surface and the inner surface of the support portion over the entire outer surface of the vibration portion,
The surface area increasing portion is provided in an outer peripheral portion in the second region on the second end side of the first region where the piezoelectric conversion portion is provided in the surface of the vibration unit.
The power generator according to claim 1 or 2, characterized by the above.
前記蓄電部、前記センサ部及び前記送信部は、前記ハウジングに保持され、前記センサ部及び前記送信部が前記蓄電部を電源として動作するように構成されている、
ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の発電装置。 A power storage unit that stores electrical energy generated by the power generation element, a sensor unit that detects at least one environmental information selected from the group of temperature, humidity, and flow velocity, and a transmission that transmits environmental information detected by the sensor unit And comprising
The power storage unit, the sensor unit, and the transmission unit are held in the housing, and the sensor unit and the transmission unit are configured to operate using the power storage unit as a power source.
The power generation device according to claim 1, wherein the power generation device is a power generation device.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2014037080A JP2015161229A (en) | 2014-02-27 | 2014-02-27 | power generator |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2014037080A JP2015161229A (en) | 2014-02-27 | 2014-02-27 | power generator |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2015161229A true JP2015161229A (en) | 2015-09-07 |
Family
ID=54184498
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2014037080A Pending JP2015161229A (en) | 2014-02-27 | 2014-02-27 | power generator |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2015161229A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2017098304A (en) * | 2015-11-18 | 2017-06-01 | 京セラ株式会社 | Piezoelectric device, sensor apparatus, and power generation apparatus |
CN114830201A (en) * | 2020-01-27 | 2022-07-29 | 株式会社鹭宫制作所 | Measurement system and diagnostic system |
-
2014
- 2014-02-27 JP JP2014037080A patent/JP2015161229A/en active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2017098304A (en) * | 2015-11-18 | 2017-06-01 | 京セラ株式会社 | Piezoelectric device, sensor apparatus, and power generation apparatus |
CN114830201A (en) * | 2020-01-27 | 2022-07-29 | 株式会社鹭宫制作所 | Measurement system and diagnostic system |
CN114830201B (en) * | 2020-01-27 | 2023-12-05 | 株式会社鹭宫制作所 | Measurement system and diagnostic system |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8330334B2 (en) | Apparatus employing piezoelectric energy harvester capable of generating voltage to drive power conditioning circuit and method of manufacturing the same | |
EP2698538B1 (en) | Multi-function synthetic jet and method of manufacturing same | |
KR101004161B1 (en) | Piezoelectric fan, method of cooling a microelectronic device using same, and system containing same | |
JP2016086599A (en) | Power generator | |
WO2014141336A1 (en) | Piezoelectric converter and flow sensor in which same is used | |
US20120240672A1 (en) | Miniaturized energy generation system | |
US20050087019A1 (en) | Self-powered vibration monitoring system | |
US9729087B2 (en) | Vibration power generator, vibration monitoring device, and vibration monitoring system | |
WO2012105522A1 (en) | Power generating device and power generating module using same | |
JP2013066137A (en) | Transducer and energy transducer module | |
WO2014188649A1 (en) | Power generating apparatus | |
WO2014013638A1 (en) | Power generation module and air conditioning control system using same | |
US20020175596A1 (en) | Thin profile piezoelectric jet device | |
JP2014207767A (en) | Energy conversion device | |
JP2015161229A (en) | power generator | |
WO2014016985A1 (en) | Flow sensor and air conditioning management systems using same | |
EP2866255B1 (en) | System and method for enhanced convection cooling of temperature-dependent power producing and power consuming electrical devices | |
Maiwa | Piezoelectric energy harvesting | |
JP2015186047A (en) | Radio device and radio system using the same | |
TW201400700A (en) | Power generator and power generation module | |
JP2015094229A (en) | Fluid vibration power generating device | |
EP2555175A1 (en) | Transducer module | |
JP2014171838A (en) | Heat exhaust shoes | |
WO2015136864A1 (en) | Power generation apparatus | |
JP2015186048A (en) | Radio device and radio system using the same |