JP2017005881A - Power generation device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、発電装置に関する。詳しくは、圧電素子を用いた小型発電機の構造に関する。 The present invention relates to a power generator. In detail, it is related with the structure of the small generator using a piezoelectric element.
一般に、圧電素子としてはPZT(チタン酸ジルコン酸鉛)やBaTiO3(チタン酸バリウム)等の圧電セラミックが用いられる。
発電やアクチュエータとして使われる板状の圧電素子としては、薄手の圧電素子と金属板を貼り合わせた構造であるユニモルフ素子や、2枚の圧電素子を貼り合わせた構造の、一方が伸びると他方が縮むように構成したバイモルフ素子がある。
In general, a piezoelectric ceramic such as PZT (lead zirconate titanate) or BaTiO 3 (barium titanate) is used as the piezoelectric element.
Plate-shaped piezoelectric elements used for power generation and actuators include unimorph elements that have a structure in which a thin piezoelectric element and a metal plate are bonded together, and structures in which two piezoelectric elements are bonded together. There are bimorph elements configured to shrink.
また、最近では、フィルム状で可撓性があり大面積を覆うことができるが、圧電感度の低いポリビニリデンフルオリド(polyvinylidene fluoride:PVDF)等の圧電高分子と、高感度で可撓性もあるPZTとを混合した複合圧電体であるマクロファイバーコンポジット(Macro Fiber Composite:MFC)と呼ばれる柔軟性のある平板状の圧電素子が知られている。 Recently, it is flexible in film form and can cover a large area, but it has high sensitivity and flexibility as well as piezoelectric polymers such as polyvinylidene fluoride (PVDF) with low piezoelectric sensitivity. There is known a flexible plate-like piezoelectric element called a macro fiber composite (MFC) which is a composite piezoelectric body in which a certain PZT is mixed.
このような圧電素子を利用した発電装置として特許文献1には、図13に示すように、垂直軸風車(図示省略)と中心軸111を共通にする円周上に一端が固定され、円周の内部に垂直に張り出された、屈曲することによって発電する圧電素子部材121と、該圧電素子部材121の固定されていない他端に取り付けられており、垂直軸風車の中心軸111に一端が軸支された複数の垂直板114若しくは垂直軸風車の中心軸111に固定された軸柱115に設けられた複数の垂直溝116から外れないように周期的に押されて振動してその振動を該圧電素子部材121に伝えて発電させる受力板123を有する発電機構を具備する風力発電機が開示されている。図中、113は半円筒羽根、118は円筒、119は柱、124は固定保持部材である。
As shown in FIG. 13,
また、特許文献2には、図14に示すように、外周に複数の屈曲型圧電素子221a〜221hが一定の間隔で放射状に固定された円板状の内輪部材211と、内輪部材211を囲繰する外輪部材212と、内輸部材211又は外輪部材212を回転させる回転機構214と、内輸部材211又は外輪部材212を回転させた際に、屈曲型圧電素子221a〜221hの先端部に接触して屈曲型圧電素子221a〜221hに屈曲変位を生じさせるように、外輪部材212の内周面に一定間隔で設けられた突起部229と、を具備する発電装置が開示されている。図中、213は機軸部材、215は出力機構、217a,217bは集電板、218a,218bは配線である。
Further, as shown in FIG. 14,
これらの従来の発電装置の構造は、板状の圧電素子(圧電素子部材121、屈曲型圧電素子221a〜221h)が、平板(垂直板114)、溝(垂直溝116)又は突起(突起部229)により屈曲させられるため、圧電素子全体を一様に歪曲させるような機構ではない。
また、圧電素子に歪曲を加えるほど、電気(高い電圧)が得られるため、圧電素子全体が一様に歪曲するよりも、一部分のみに応力が集中する無理な歪曲を加えている。このため応力が集中する部分の圧電素子の破損の原因となるという課題があった。
The structure of these conventional power generation devices is such that a plate-like piezoelectric element (
In addition, since the electricity (high voltage) is obtained as the distortion is applied to the piezoelectric element, an unreasonable distortion in which stress is concentrated on only a part is applied rather than the entire piezoelectric element is uniformly distorted. For this reason, there has been a problem of causing damage to the piezoelectric element in the portion where the stress is concentrated.
また、平板若しくは溝と圧電素子が接触する部分のみ摩耗し、時聞が経つと摩耗により形状変化が起きるため、十分に発電ができなくなるという課題もあった。つまり、寿命や信頼性にも課題があった。
なお、本明細書においては、「歪曲」の用語は、「事実をわざとゆがめる」という意味ではなく、「歪み」や「曲げ」の総称として使用し、当然に「屈曲」も含む。
Further, only the portion where the flat plate or the groove and the piezoelectric element are in contact with each other is worn, and as time passes, the shape changes due to wear, so that there is a problem that power generation cannot be sufficiently performed. In other words, there were also problems with life and reliability.
In this specification, the term “distortion” does not mean “distorting facts intentionally”, but is used as a general term for “distortion” and “bending”, and naturally includes “bending”.
上記課題を解決する本発明の請求項1に係る発電装置は、圧電素子を固定した圧電素子固定板と、前記圧電素子固定板の両端を支持する内側ケースと、前記内側ケースに回転自在に装着された外側ケースと、前記内側ケースに配置され、前記圧電素子固定板を挟み込む少なくとも2枚のガイドと、前記ガイドを一体に変位可能に連結する連結手段と、前記ガイドに形成された長丸穴を貫通する主軸棒と、前記外側ケースの回転中心に固定された主軸と前記主軸棒とを偏心して結合する結合手段とを備え、前記内側ケースに対する前記外側ケースの回転運動が前記結合手段を介して、前記主軸から前記主軸棒へ伝達される際に、前記ガイドを前記長丸穴の短辺方向に変位させる直線運動へ変換されて前記圧電素子固定板を弾性変形させることにより、前記圧電素子を歪曲させて発電することを特徴とする。
A power generator according to
上記課題を解決する本発明の請求項2に係る発電装置は、請求項1において、前記結合手段は、前記主軸に対して半径方向に突出するクランク部と、前記クランク部の先端に一端部が第1ヒンジにて回転可能にピン支持固定され、且つ、前記主軸棒に他端部が第2ヒンジにて回転可能にピン支持固定されたアームとからなり、前記第1ヒンジと前記第2ヒンジの距離と前記主軸の中心と前記クランク部の先端までの距離とが異なることを特徴とする。 The power generation device according to a second aspect of the present invention for solving the above-mentioned problems is the power generation device according to the first aspect, wherein the coupling means includes a crank portion protruding in a radial direction with respect to the main shaft, and one end portion at a tip of the crank portion. The first hinge and the second hinge are composed of an arm that is rotatably supported by a first hinge and has an other end rotatably supported by a second hinge. And the distance from the center of the main shaft to the tip of the crank portion is different.
上記課題を解決する本発明の請求項3に係る発電装置は、請求項1又は2において、前記ガイドの前記圧電素子固定板に接する面の表面形状は、円弧状又は多角形が連続する略円弧状であることを特徴とする。 A power generation device according to a third aspect of the present invention for solving the above-mentioned problems is the power generation device according to the first or second aspect, wherein the surface shape of the surface of the guide in contact with the piezoelectric element fixing plate is a substantially circular shape or a continuous circle. It is arc-shaped.
本発明は、内側ケースに対する外側ケースの回転運動が結合手段を介して、主軸から主軸棒へ伝達される際に、ガイドを長丸穴の短辺方向に変位させる直線運動へ変換されて圧電素子固定板を弾性変形させることにより、圧電素子を歪曲させることができる。従って、従来のような回転型発電機に比較し、圧電素子の先端等の特定の部分に応力が集中しない効果がある。 According to the present invention, when the rotational movement of the outer case with respect to the inner case is transmitted from the main shaft to the main shaft rod via the coupling means, the guide element is converted into a linear motion that displaces in the short side direction of the elongated round hole. The piezoelectric element can be distorted by elastically deforming the fixing plate. Therefore, compared with a conventional rotary generator, there is an effect that stress is not concentrated on a specific portion such as the tip of the piezoelectric element.
特に、ガイドに沿って圧電素子固定板と共に圧電素子が歪曲するので、圧電素子全体が発電し、安定な発電が期待できる効果がある。
しかも、ガイドは圧電素子固定板を挟み込んで固定しているため、摩耗が起こりガイドの形状が多少変形しても発電量は変化しない。
In particular, since the piezoelectric element is distorted along with the piezoelectric element fixing plate along the guide, there is an effect that the entire piezoelectric element generates power and stable power generation can be expected.
Moreover, since the guide is sandwiched and fixed, the amount of power generation does not change even if wear occurs and the shape of the guide is slightly deformed.
即ち、従来の回転型発電装置のように平板若しくは溝と圧電素子が接触する部分のみ摩耗し、時聞が経つと摩耗により形状変化が起きるため十分に発電ができなくなるという課題が解消された。つまり、寿命や信頼性が向上するという効果を奏する。 That is, the problem that the flat plate or the groove and the piezoelectric element are in contact with each other as in the conventional rotary power generator is worn, and the shape change due to wear occurs over time, so that the problem of insufficient power generation has been solved. That is, there is an effect that the life and reliability are improved.
更に、結合手段として、主軸棒とアーム、クランク部とアームとが回転可能にピン支持固定されるので、外側ケースの回転運動がガイドの直線運動にスムーズに変換され効率的であるという利点もある。
また、ガイドの圧電素子固定板に接する面の表面形状として、滑らかな円弧状又は多角形が連続する略円弧状とすると、ガイドに沿って圧電素子が一様に歪曲して効率的な発電が期待できる。
Further, as the coupling means, the spindle rod and the arm, and the crank portion and the arm are rotatably supported by the pins, so that the rotational motion of the outer case is smoothly converted into the linear motion of the guide and is also efficient. .
Also, if the surface shape of the surface in contact with the piezoelectric element fixing plate of the guide is a smooth arc shape or a substantially arc shape with a continuous polygon, the piezoelectric element is uniformly distorted along the guide, and efficient power generation is achieved. I can expect.
本発明は、上述した従来技術の課題を解決するためになされたもので、圧電素子の破損や形状変化を防止し、信頼性や寿命を向上させた圧電素子を用いた発電装置を提供することを目的とする。
また、平板状の圧電素子としては、薄手の圧電素子と金属板を貼り合わせた構造であるユニモルフ素子や、2枚の圧電素子を貼り合わせた構造の、一方が伸びると他方が縮むように構成したバイモルフ素子が使用できる。
The present invention has been made to solve the above-described problems of the prior art, and provides a power generation device using a piezoelectric element that prevents damage and shape change of the piezoelectric element and improves reliability and life. With the goal.
In addition, as a flat piezoelectric element, a unimorph element having a structure in which a thin piezoelectric element and a metal plate are bonded together or a structure in which two piezoelectric elements are bonded to each other is configured such that when one extends, the other contracts. Bimorph elements can be used.
また、圧電感度の低いポリビニリデンフルオリド等の圧電高分子と、高感度で可撓性もあるPZTとを混合した複合圧電体であるマクロファイバーコンポジット(MFC)と呼ばれる柔軟性のある平板状の圧電素子(MFC素子)も使用できる。
本実施例の圧電素子は、ユニモルフ素子、バイモルフ素子、MFC素子等、平板状に形成できる圧電素子であれば、その種類に限定されるものではない。
Also, a flexible flat plate called a macro fiber composite (MFC), which is a composite piezoelectric material in which a piezoelectric polymer such as polyvinylidene fluoride having low piezoelectric sensitivity and PZT having high sensitivity and flexibility are mixed. Piezoelectric elements (MFC elements) can also be used.
The piezoelectric element of the present embodiment is not limited to the type as long as it is a piezoelectric element that can be formed into a flat plate shape, such as a unimorph element, a bimorph element, or an MFC element.
本発明の一実施例に係る発電装置を図1〜図10に示す。図1は、本実施例の発電装置の外観斜視図である。
図1に示すように、本実施例の発電装置は、固定された円環状の内側ケース1の両側に、半球状の外側ケース2を各々回転自在に装着したものであり、その内部に発電部が収納されている。
A power generator according to an embodiment of the present invention is shown in FIGS. FIG. 1 is an external perspective view of the power generator of this embodiment.
As shown in FIG. 1, the power generation apparatus of the present embodiment has a hemispherical
本実施例の発電装置は、全体として概略球状をなし、内側ケース1の直径と外側ケース2の直径とは略同一であり、内側ケース1の中心と外側ケース2の回転中心とは一致している。外側ケース2には半球状の外周面に沿って、複数の溝3が放射状に形成されている。
本実施例の発電装置の内部構造を図2に示す。図2は、内側ケース1から一方の外側ケース2を取り外し、発電部を示す斜視図である。
The power generator of the present embodiment is generally spherical as a whole, and the diameter of the
FIG. 2 shows the internal structure of the power generator of this example. FIG. 2 is a perspective view showing the power generation unit with one
図2に示すように、内側ケース1内には、圧電素子4を固定した平板状の圧電素子固定板5が図中上下に4枚配置され、これら圧電素子固定板5の両端が内側ケース1に形成されたスリットに差し込まれて支持されている。圧電素子固定板5は、容易に弾性変形する柔軟な材料よりなる。圧電素子4としては、平板状に形成できる圧電素子、例えば、ユニモルフ素子、バイモルフ素子、MFC素子等が用いられる。
また、内側ケース1内には、これら圧電素子固定板5を図中上下に挟み込む平板状のガイド6が5枚配置されている。つまり、4枚の圧電素子固定板5と5枚のガイド6とが交互に平行に配置されている。ガイド6は、圧電素子固定板5を押圧して、これを弾性変形させる案内である。
As shown in FIG. 2, in the
In the
更に、図3及び図4に示すように、これら5枚のガイド6を一体に変位可能に連結する連結手段として、これら5枚のガイド6を上下に貫通するネジ7及びこれらのネジ7を締結するナット8が設けられている。ネジ7及びナット8よりなる連結手段は、ガイド6の四隅部に4カ所設けられている。図2では、連結手段は省略した。
4枚の圧電素子固定板5は、図3中では省略しているが、5枚のガイド6を連結する前後左右の4カ所のネジ7及びネジ8よりも内側で挟持されている。
Further, as shown in FIGS. 3 and 4, as connecting means for connecting these five
Although not shown in FIG. 3, the four piezoelectric
従って、これら5枚のガイド6は、ネジ7及びナット8より連結されるため、図4に示すように、上下に一体に変位し(図4中では上方に変位し)、その結果、詳しくは後述する通り、これら5枚のガイド6に挟み込まれる4枚の圧電素子固定板5はガイド6によって押圧され、ガイド6に沿って弾性変形する。その結果、圧電素子4が歪曲して発電することになる。
Accordingly, since these five
ここで、ガイド6は、圧電素子固定板5に接するものであるから、圧電素子固定板5を一様に弾性変形、従って、圧電素子4を一様に歪曲するべく、圧電素子固定板5に接する面の表面形状は、滑らかに湾曲する円弧状となっている。ここにいう、「円弧状」とは、内部構造を横から観察した図4に示すように、ガイド6は中央ほど厚みがある形状、つまり、上下に凸となる形状である。
Here, since the
もちろん、中央の3枚のガイド6は、上下両面が圧電素子固定板5に接するために、上下両面が滑らかに湾曲する円弧状の表面形状となる一方、上下両端のガイド6は、片側の内側面のみが圧電素子固定板5に接するために、内側面のみが滑らかに湾曲する円弧状の表面形状となる。つまり、中央の3枚のガイド6と上下両端のガイド6は、形状が異なる。もちろん、生産性を考慮し、5枚のガイド6を同一形状としても良い。
Of course, the three
このように、ガイド6の圧電素子固定板5に接する面の表面形状を円弧状とすると、ガイド6は圧電素子固定板5に対して、摩耗による形状変化が起こり難い。また、摩耗が起こってガイド6の円弧状の形状が多少変形しても発電量は変化しない。その結果、発電量の低下を招かないという利点がある。
また、ガイド6と圧電素子固定板5とを隙間なく密着して固定するのではなく、圧電素子固定板5が自由に変形できる程度に、ガイド6が圧電素子固定板5を緩やかに挟み込むと良い。こうすることにより、ガイド6と圧電素子固定板5との摩耗を抑制することができる。
As described above, when the surface shape of the surface of the
In addition, the
例えば、ガイド6を貫通するネジ7にスペーサ(図示省略)を通し、圧電素子固定板5が自由に変形できるように、ガイド6とガイド6との間隔を確実に確保するようにしても良い。
更に、中央の3枚のガイド6には、内部構造を横から観察した図4に示すように、中心部に長丸穴61が各々形成されている。つまり、3つの長丸穴61が形成され、その中心に位置する1つの長丸穴61を主軸棒9が貫通している。
For example, a spacer (not shown) may be passed through a
Furthermore, as shown in FIG. 4 in which the internal structure is observed from the side, each of the three
ガイド6の長丸穴61は、主軸棒9が貫通する中心の1つだけが必要であり,他の2つのガイド6にも必要でない長丸穴61を設けたのは、単に生産性の観点からである。例えば、中央の3枚のガイド6を樹脂材料等で量産する際に金型を1個で済ませるようにするためである。
ここで、長丸穴61は、図4に示すように、左右方向が長辺方向であり、上下方向が短辺方向である。長辺方向両端は、短辺と等しい直径を持つ半円形となる。長丸穴61の短辺は、主軸棒9の直径よりも僅かに大きい。
The
Here, as shown in FIG. 4, the
従って、主軸棒9は、長丸穴61の長辺方向には一定範囲で自由に移動できるが、長丸穴61の短辺方向には拘束される。そのため、長丸穴61の短辺方向である上下方向に関しては、主軸棒9に拘束されてガイド6が主軸棒9と共に変位することになる。長丸穴61の長辺方向である左右方向に関しては、ガイド6が変位することはなく主軸棒9だけが移動する。
Therefore, the
長丸穴61を貫通する主軸棒9と、外側ケース2の回転中心に固定された主軸10とを偏心して結合する結合手段については、図5及び6を参照して説明する。図5及び6においては、内部構造を分かりやすくするため、外側ケース2の溝3を非表示とする。
A coupling means for eccentrically coupling the
図6に示すように,各外側ケース2の回転中心には主軸10が各々固定されており、これら主軸10には半径方向に垂直に突出するクランク部11が各々形成されている。
クランク部11の先端には第1ヒンジ12にて長方形状のアーム(金具)13の一端部が回転可能に各々ピン支持固定される一方、主軸棒9の両端にはアーム13の他端部が第2ヒンジ14にて回転可能に各々ピン支持固定されている。
As shown in FIG. 6,
One end of a rectangular arm (metal fitting) 13 is rotatably supported at the tip of the
ここで、主軸10の回転中心とクランク部11の第1ヒンジ12との距離(「主軸横長さ」という)Aは、アーム13の長さよりも長い。正確には、主軸横長さAは、アーム13における第1ヒンジ12と第2ヒンジ14との距離(「ヒンジ間距離」という)Bよりも長い。
Here, a distance A (referred to as “main shaft lateral length”) A between the rotation center of the
従って,内部構造を横から観察した図7に示すように、外側ケース2の回転中心に固定された主軸10と、ガイド6の長丸穴61を貫通する主軸棒9とは重ならない。つまり、主軸10の中心と主軸棒9の中心とは一致せず、主軸10に対して主軸棒9は偏心した状態で結合されている。偏心量は、(主軸横長さA−ヒンジ間距離B)である。図7においては、連結手段を省略した。図8、図9、図10においても同様である。
Therefore, as shown in FIG. 7 in which the internal structure is observed from the side, the
そのため、内側ケース1に対して外側ケース2を回転させると、クランク部11、第1、第2のヒンジ12,14及びアーム13よりなる結合手段を介して、外側ケース2の回転運動が主軸10から主軸棒9へ伝達される際に、主軸棒9が主軸10に対して偏心した状態であるために、図中矢印で示すようにクランク動作して、ガイド6を長丸穴61の短辺方向である図中上下方向に往復して変位させる直線運動にスムーズに変換される。その結果、図4に示すように、圧電素子固定板5がガイド6により押圧されて弾性変形し、圧電素子4も一緒に歪曲し、効率的に発電する。
しかも、ガイド6は圧電素子固定板5を挟み込んで緩やかに固定しているため、摩耗が起こりにくく、摩耗が起こってガイド6の形状が多少変形しても発電量は変化しない。
なお、外側ケース2を回転させる機構については特定のものに限定されないが、プロペラ形状羽板を複数設置し、風力、水力発電機に応用可能である。
Therefore, when the
In addition, since the
The mechanism for rotating the
上記構成を有する本実施例の発電装置の動作について、以下に説明する。
図7に示したように、主軸10が0度の位置にあるとき、アーム13は0度方向にほぼ水平左向きになり、主軸棒9は長丸穴61の最も左側に配置される。ガイド6は内側ケース1の中心の位置にあるため、圧電素子固定板5には力が加わらない。
The operation of the power generator of the present embodiment having the above configuration will be described below.
As shown in FIG. 7, when the
ここで、角度については、主軸10に対してクランク部11及びアーム13が時計9時方向(水平左向き)に位置するときを基準とし、時計回りを正として示すものとする。
Here, with respect to the angle, it is assumed that the
従って、0度は、主軸10に対してクランク部11及びアーム13が時計9時方向に位置し、90度は、主軸10に対してクランク部11及びアーム13が時計12時方向に位置し、180度は、主軸10に対してクランク部11及びアーム13が時計3時方向に位置し、270度は、主軸10に対してクランク部1及びアーム13が時計6時方向に位置する。
Therefore, at 0 degree, the crank
図8に示したように、外側ケース2が回転を始めると、主軸棒9は長丸穴61の最も左側から徐々に右側へ動きはじめる。このとき、ガイド6は内側ケース1の中心より上の位置に動きはじめ、ガイド6によって押圧されて庄電素子固定板5には上向きの力が加わりはじめる。図8に示したように、アーム13の両端は、一方が主軸10にクランク部11を介してピン支持固定された第一ヒンジ12となり、他方が主軸棒9にピン支持固定された第二ヒンジ14となっているので、主軸10は中心軸を移動させることなく回転し、主軸棒9は、回転せずに、上下左右に移動する。
As shown in FIG. 8, when the
図4に示したように、主軸10が90度の位置にあるとき、アーム13は90度方向にほぼ鉛直上向きになり、主軸棒9は長丸穴61の中心に配置される。ガイド6は内側ケース1の中心より上の位置に動くため、図中矢印で示すように、ガイド6によって押圧されて圧電素子固定板5には上向きの力が加わる。
As shown in FIG. 4, when the
図9に示したように、主軸10が180度の位置にあるとき、アーム13は180度方向にほぼ水平右向きになり、主軸棒9は長丸穴61の最も右側に配置される。ガイド6は内側ケース1の中心の位置にあるため、圧電素子固定板5にはガイド6から力が加わらない。
As shown in FIG. 9, when the
図10に示したように、主軸10が270度の位置にあるとき、アーム13は270度方向にほぼ鉛直下向きになり,主軸棒9は長丸穴61の中心に配置される。ガイド6は内側ケース1の中心より下の位置に動くため、図中矢印で示すようにガイド6によって押圧されて圧電素子固定板5には下向きの力が加わる。
As shown in FIG. 10, when the
上述した通り、ガイド6の圧電素子固定板5に接する面の表面形状は、滑らかな円弧状の形状であり、ガイド6が上下すると、このガイド6の滑らかな円弧状の形状に沿って圧電素子固定板5が圧電素子4と一緒に上下方向に歪曲し発電する。
As described above, the surface shape of the surface of the
本発明においては、圧電素子固定板5の歪曲の大きさはガイド6の円弧状の表面形状によって制限され、圧電素子固定板5全体の歪曲の大きさが過大とならないため、圧電素子固定板5の特定の部分に過大な応力が集中せず、圧電素子固定板5の寿命や信頼性を向上させる効果がある。
In the present invention, the magnitude of the distortion of the piezoelectric
なお、ガイド6の形状は、圧電素子固定板5全体を円弧状に歪曲させるように、それぞれ円弧状の滑らかな曲面となっているが、圧電素子固定板5が一様に歪曲する形状であれば、これに限定されるものではなく、例えば、図示省略するが、多角平面が連続して、略円弧状となるガイド面形状等であってもよい。
The
前述したように、従来の発電装置の構造では、圧電素子全体を一様に歪曲させるような機構がなく、一部分のみに応力が集中する無理な歪曲を加えているため、応力が集中する部分の圧電素子の破損の原因となるという課題を本発明では解決したものである。 As described above, in the structure of the conventional power generation apparatus, there is no mechanism that uniformly distorts the entire piezoelectric element, and an excessive distortion that concentrates stress on only a part is added. The present invention solves the problem of causing damage to the piezoelectric element.
また、外部から得られる回転運動を直線運動に変換し、圧電素子4を歪曲させるので、圧電素子4の歪曲の大きさが制御され、圧電素子4の破損や形状変化を防止し、信頼性や寿命を向上させた圧電素子を用いた発電装置を提供することができる。
Moreover, since the rotational motion obtained from the outside is converted into a linear motion and the
本発明の他の実施例に係る発電装置を図11及び図12に示す。本実施例は、連結手段の別の構造を示すものである。
前述した実施例では、連結手段として、ネジ7とナット8を使用していたが、連結手段は、これに限られない。
本実施例では、連結手段として、図11及び図12に示すように、5枚のガイド6の端面の4隅に接する固定板部材15を配置し、これら固定板部材15をネジ止め又は接着(図示省略)により5枚のガイド6に一体に固定した。その他の構成は、前述した実施例と同様である。
A power generation apparatus according to another embodiment of the present invention is shown in FIGS. The present embodiment shows another structure of the connecting means.
In the embodiment described above, the
In this embodiment, as shown in FIGS. 11 and 12, as the connecting means, fixing
平板状の圧電素子固定板は、図11及び図12中では省略しているが、4枚共に5枚のガイド6の間に挟持されている。
前述した実施例と同様に、圧電素子固定板5自体は、2枚のガイド6の中央部(凸部)に隙間なく密着して固定されているわけではなく、自由に変形できる程度の隙間を介してガイド6により緩やかに挟持されている。
Although the plate-shaped piezoelectric element fixing plate is omitted in FIGS. 11 and 12, all four plates are sandwiched between five
Similar to the above-described embodiments, the piezoelectric
前述した実施例では、圧電素子固定板5は、ネジ7とナット8よりも内側に挟持されるのに対して、本実施例では、ガイド6の幅いっぱいに大きさを設定できるので、発電容量の増大の点で有利となる。
In the above-described embodiment, the piezoelectric
本発明の発電装置は、圧電素子を用いた小型発電機として広く産業上利用可能なものである。 The power generator of the present invention can be widely used industrially as a small generator using a piezoelectric element.
1 内側ケース
2 外側ケース
3 溝
4 圧電素子
5 圧電素子固定板
6 ガイド
61 長丸穴
7 ネジ
8 ナット
9 主軸棒
10 主軸
11 クランク部
12 第1ヒンジ
13 アーム
14 第2ヒンジ
15 固定板部材
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記圧電素子固定板の両端を支持する内側ケースと、
前記内側ケースに回転自在に装着された外側ケースと、
前記内側ケースに配置され、前記圧電素子固定板を挟み込む少なくとも2枚のガイドと、
前記ガイドを一体に変位可能に連結する連結手段と、
前記ガイドに形成された長丸穴を貫通する主軸棒と、
前記外側ケースの回転中心に固定された主軸と前記主軸棒とを偏心して結合する結合手段とを備え、
前記内側ケースに対する前記外側ケースの回転運動が前記結合手段を介して、前記主軸から前記主軸棒へ伝達される際に、前記ガイドを前記長丸穴の短辺方向に変位させる直線運動へ変換されて前記圧電素子固定板を弾性変形させることにより、前記圧電素子を歪曲させて発電することを特徴とする発電装置。 A piezoelectric element fixing plate to which the piezoelectric element is fixed;
An inner case for supporting both ends of the piezoelectric element fixing plate;
An outer case rotatably mounted on the inner case;
At least two guides disposed in the inner case and sandwiching the piezoelectric element fixing plate;
Connecting means for connecting the guides together so as to be displaceable;
A spindle rod that passes through an elongated hole formed in the guide;
A main shaft fixed to the rotation center of the outer case and a coupling means for eccentrically coupling the main shaft rod;
When the rotational movement of the outer case with respect to the inner case is transmitted from the main shaft to the main shaft rod via the coupling means, it is converted into a linear motion that displaces the guide in the short side direction of the round hole. And generating power by distorting the piezoelectric element by elastically deforming the piezoelectric element fixing plate.
前記クランク部の先端に一端部が第1ヒンジにて回転可能にピン支持固定され、且つ、前記主軸棒に他端部が第2ヒンジにて回転可能にピン支持固定されたアームとからなり、
前記第1ヒンジと前記第2ヒンジの距離と前記主軸の中心と前記クランク部の先端までの距離とが異なることを特徴とする請求項1記載の発電装置。 The coupling means includes a crank portion protruding in a radial direction with respect to the main shaft;
One end of the crank portion is pin-supported and fixed rotatably by a first hinge, and the other end of the main shaft is pin-supported and fixed by a second hinge.
2. The power generation device according to claim 1, wherein a distance between the first hinge and the second hinge is different from a distance between a center of the main shaft and a tip of the crank portion.
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