JP2017175751A - Oscillating power generation element - Google Patents
Oscillating power generation element Download PDFInfo
- Publication number
- JP2017175751A JP2017175751A JP2016058014A JP2016058014A JP2017175751A JP 2017175751 A JP2017175751 A JP 2017175751A JP 2016058014 A JP2016058014 A JP 2016058014A JP 2016058014 A JP2016058014 A JP 2016058014A JP 2017175751 A JP2017175751 A JP 2017175751A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- power generation
- coil spring
- single crystal
- piezoelectric single
- generation element
- 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
Landscapes
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Abstract
Description
本発明は、圧電単結晶を用いた振動発電素子に関する。 The present invention relates to a vibration power generation element using a piezoelectric single crystal.
近年、あらゆるモノがインターネットを介して接続され、モノ同士あるいは人とモノが相互に情報を交換し、新たな価値を生み出すＩｏＴ(Internet to Things)技術の発展が目覚しい。ＩｏＴ関連デバイスは、主に人などの移動体や頻繁なアクセスが難しい場所に設置されることが多い。電子的な機能を駆動するには、電源が必須であり、これまではボタン電池等の蓄電池から電源を供給していた。回路の低消費電力化により、電池寿命が延びているものの、定期的な充電や電池交換は非常な手間となり、ＩｏＴ関連デバイス普及の妨げとなっていた。 In recent years, the development of IoT (Internet to Things) technology that creates new value by exchanging information between things or between people and things is remarkable. IoT related devices are often installed mainly in mobile objects such as people and places where frequent access is difficult. In order to drive an electronic function, a power source is indispensable. Until now, power was supplied from a storage battery such as a button battery. Although the battery life has been extended due to the low power consumption of the circuit, periodic charging and battery replacement have become very troublesome and hindered the spread of IoT related devices.
このような中、環境に存在するエネルギーから電力を取り出すエナジーハーベスト（環境発電）が注目されている。環境に存在する振動や熱、光、電磁波などのエネルギーを電力に変換する各種技術が提案されている。これらのなかで、環境中の振動による力学的エネルギーを利用する振動発電は、比較的エネルギー密度が高く、有望なエネルギー源とされている。 Under such circumstances, energy harvesting (energy harvesting) that draws electric power from the energy present in the environment is attracting attention. Various technologies for converting energy such as vibration, heat, light, and electromagnetic waves present in the environment into electric power have been proposed. Among these, vibration power generation using mechanical energy due to vibration in the environment has a relatively high energy density and is regarded as a promising energy source.
振動を利用した発電技術としては、圧電体を利用した方法が良く知られている。圧電体は、歪むと電荷を発生する特性があり、圧電体を振動させて歪ませることで電荷を回収できる。圧電体を利用した振動発電装置としては、例えば特許文献１に記載されているものがある。片持ち梁状態で固定された振動部材と、振動部材の自由端側に取り付けられた錘と振動部材に接合された圧電体を備えた構造をしており、外部から与えられた振動により生じた振動部材の振動を圧電体によって電気エネルギーに変えて発電を行う。振動部材および圧電体は所望の固有振動数で共振するよう寸法が定められている。 As a power generation technique using vibration, a method using a piezoelectric body is well known. The piezoelectric body has a characteristic of generating electric charge when it is distorted, and the electric charge can be collected by vibrating the piezoelectric body to be distorted. As a vibration power generation apparatus using a piezoelectric body, for example, there is one described in Patent Document 1. It has a structure with a vibration member fixed in a cantilever state, a weight attached to the free end of the vibration member, and a piezoelectric body joined to the vibration member, and is generated by vibration given from the outside. Electric power is generated by changing the vibration of the vibration member into electric energy by the piezoelectric body. The vibration member and the piezoelectric body are dimensioned to resonate at a desired natural frequency.
特許文献２には、時計に内蔵される振動発電装置が記載されている。細長い帯状の圧電体が螺旋状に成型され、圧電体の外表面に電極が形成されている。圧電体の一端は固定され、他端には錘が取り付けられている。外部振動により錘が旋回面内で旋回運動することで、圧電体に力が加わり発電が行われる。圧電体には、圧電セラミックスが用いられ、直径方向に分極されている。 Patent Document 2 describes a vibration power generator built in a timepiece. An elongated strip-shaped piezoelectric body is formed in a spiral shape, and electrodes are formed on the outer surface of the piezoelectric body. One end of the piezoelectric body is fixed, and a weight is attached to the other end. As the weight swings in the swivel plane by external vibration, power is applied to the piezoelectric body. Piezoelectric ceramics are used for the piezoelectric body and are polarized in the diameter direction.
一般に、環境に存在する振動は、周波数が低い。例えば、建物や橋梁などの振動数は、１０Ｈｚから１００Ｈｚ程度であり、人の歩行に伴う振動数は数Ｈｚ以下と非常に低い。従来の片持ち梁構造において、そのような低い振動数に共振する固有振動数を得ようとすると、圧電体の長さを数十ｃｍに設定する必要があり、小型化の妨げになっていた。一方、特許文献２に記載の構造は、長い圧電体をコンパクトに収容することが可能となる構造となっており、低周波振動による発電に適している。 In general, vibrations present in the environment have a low frequency. For example, the vibration frequency of buildings, bridges, etc. is about 10 Hz to 100 Hz, and the vibration frequency associated with human walking is as low as several Hz or less. In the conventional cantilever structure, when trying to obtain a natural frequency that resonates at such a low frequency, it is necessary to set the length of the piezoelectric body to several tens of centimeters, which hinders miniaturization. . On the other hand, the structure described in Patent Document 2 is a structure that can accommodate a long piezoelectric body in a compact manner, and is suitable for power generation by low-frequency vibration.
しかしながら、発電に利用している変位、すなわち錘により旋回方向に伸び縮みする変位と分極方向が直交しているため、発電効率が小さくなるという問題がある。また、圧電体として圧電セラミックスが用いられていることから、脆弱であり、耐久性に懸念がある。シム板を構造体として用い強度向上を図った実施例も開示されている。しかし、シム板形状に圧電体を形成するためには、水熱処理や成膜により形成する必要がある。一般に水熱処理や成膜による圧電膜は圧電性が理論値より小さくなる傾向があり、発電効率の低下が懸念される。 However, the displacement used for power generation, that is, the displacement that expands and contracts in the turning direction by the weight and the polarization direction are orthogonal to each other. Moreover, since piezoelectric ceramics are used as a piezoelectric body, it is fragile and there is a concern about durability. An embodiment in which a shim plate is used as a structure to improve the strength is also disclosed. However, in order to form a piezoelectric body in a shim plate shape, it is necessary to form it by hydrothermal treatment or film formation. In general, a piezoelectric film formed by hydrothermal treatment or film formation tends to have a piezoelectricity smaller than a theoretical value, and there is a concern about a decrease in power generation efficiency.
このように、従来の片持ち梁構造で、ＩｏＴ関連デバイスに適した低周波において振動発電を実現しようとすると、デバイスのサイズが大型化してしまうという問題があった。また、圧電セラミックスなどを螺旋状に成型した構造では、低周波における振動発電に適しているものの、強度不足や発電効率の低下が懸念されるという問題もあった。 As described above, in the conventional cantilever structure, when trying to realize vibration power generation at a low frequency suitable for an IoT related device, there is a problem that the size of the device increases. In addition, a structure in which piezoelectric ceramics or the like is formed in a spiral shape is suitable for vibration power generation at a low frequency, but there is a problem that there is a concern about insufficient strength and a decrease in power generation efficiency.
本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、強度の不足なくより高い効率で発電ができるようにすることを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object thereof is to enable power generation with higher efficiency without lack of strength.
本発明に係る振動発電素子は、圧電単結晶体から構成されたコイルバネによる振動発電素子であって、コイルバネを構成する圧電単結晶体の、コイルバネの軸芯を通る平面に平行な面の断面における圧電単結晶体の結晶状態は、コイルバネの発電領域において同一とされている。 A vibration power generation element according to the present invention is a vibration power generation element by a coil spring composed of a piezoelectric single crystal body, and is a cross section of a plane parallel to a plane passing through the axis of the coil spring of the piezoelectric single crystal body constituting the coil spring. The crystal state of the piezoelectric single crystal is the same in the power generation region of the coil spring.
上記圧電単結晶体の分極軸とコイルバネの伸縮方向とは同一とされている。 The polarization axis of the piezoelectric single crystal and the expansion / contraction direction of the coil spring are the same.
上記振動発電素子において、圧電単結晶体の分極軸の−面に形成された第１電極と、圧電単結晶体の分極軸の＋面に形成された第２電極とを備える。例えば、第１電極および第２電極は、軸芯の方向に圧電単結晶体を挟んで設けられている。 The vibration power generation element includes a first electrode formed on a negative plane of the polarization axis of the piezoelectric single crystal body and a second electrode formed on a positive plane of the polarization axis of the piezoelectric single crystal body. For example, the first electrode and the second electrode are provided with a piezoelectric single crystal sandwiched in the axial direction.
上記振動発電素子において、圧電単結晶体は、ＬｉＴａＯ3から構成されていればよい。 In the vibration power generation element, the piezoelectric single crystal body only needs to be made of LiTaO 3 .
以上説明したことにより、本発明によれば、強度の不足なくより高い効率で発電ができるという優れた効果が得られる。 As described above, according to the present invention, it is possible to obtain an excellent effect that power can be generated with higher efficiency without insufficient strength.
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。図１は、本発明の実施の形態における振動発電素子の構成を示す斜視図である。また、図２は、本発明の実施の形態における振動発電素子の一部構成を示す断面図である。この振動発電素子は、圧電単結晶体１０１のコイルバネ１００より構成されている。圧電単結晶体１０１は、例えば、ＬｉＴａＯ3から構成されている。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a perspective view showing a configuration of a vibration power generation element according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view showing a partial configuration of the vibration power generation element according to the embodiment of the present invention. This vibration power generation element is constituted by a coil spring 100 of a piezoelectric single crystal body 101. The piezoelectric single crystal body 101 is made of, for example, LiTaO 3 .
実施の形態では、固定端１０２より軸芯方向に螺旋状に延在している。固定端１０２は、台座（図示せず）に、接着剤やはんだなどを用いて固定されている。また、コイルバネ１００の自由端１０３には、錘１０４が固定されている。実施の形態においては、例えば、圧電単結晶体１０１の分極軸とコイルバネ１００の伸縮方向（軸芯方向）とは同一とされている。圧電単結晶体１０１がＬｉＴａＯ3から構成されている場合、圧電単結晶体１０１のＺ軸とコイルバネ１００の伸縮方向とは同一とされていることになる。軸芯方向に振動が加わると、コイルバネ１００が軸芯方向に伸縮するように振動する。 In the embodiment, it extends spirally from the fixed end 102 in the axial direction. The fixed end 102 is fixed to a pedestal (not shown) using an adhesive, solder, or the like. A weight 104 is fixed to the free end 103 of the coil spring 100. In the embodiment, for example, the polarization axis of the piezoelectric single crystal body 101 and the expansion / contraction direction (axial direction) of the coil spring 100 are the same. When the piezoelectric single crystal body 101 is made of LiTaO 3 , the Z axis of the piezoelectric single crystal body 101 and the expansion / contraction direction of the coil spring 100 are the same. When vibration is applied in the axial direction, the coil spring 100 vibrates so as to expand and contract in the axial direction.
また、図２の断面図に示すように、圧電単結晶体１０１の分極軸の−面（ＬｉＴａＯ3の場合−Ｚ軸面）に形成された第１電極１２１と、圧電単結晶体１０１の分極軸の＋面（ＬｉＴａＯ3の場合＋Ｚ軸面）に形成された第２電極１２２とを備える。実施の形態では、第１電極１２１および第２電極１２２は、軸芯方向に圧電単結晶体１０１を挟んで設けられている。また、第１電極１２１および第２電極１２２は、コイルバネ１００の全域に設けられている。各電極は、電荷回収のために設けられている。電極は、少なくとも１つ設けられていればよい。電極は、圧電分極軸方向に概略垂直となる面に形成されていることが最もよい。また、各電極は、例えば、ＡｇやＣｕなどの金属から構成すればよい。また、電極は、複数の金属による多層構造金属としてもよい。また、電極は、導電ペーストなどの導電体から構成してもよい。 Further, as shown in the cross-sectional view of FIG. 2, the first electrode 121 formed on the − plane of the polarization axis of the piezoelectric single crystal body 101 (in the case of LiTaO 3 −Z axis plane) and the polarization of the piezoelectric single crystal body 101. And a second electrode 122 formed on the + plane of the shaft (in the case of LiTaO 3 + Z-axis plane). In the embodiment, the first electrode 121 and the second electrode 122 are provided with the piezoelectric single crystal body 101 sandwiched in the axial direction. Further, the first electrode 121 and the second electrode 122 are provided in the entire region of the coil spring 100. Each electrode is provided for charge collection. It is sufficient that at least one electrode is provided. The electrode is best formed on a surface that is substantially perpendicular to the direction of the piezoelectric polarization axis. Each electrode may be made of a metal such as Ag or Cu, for example. The electrode may be a multi-layered metal made of a plurality of metals. Moreover, you may comprise an electrode from conductors, such as an electrically conductive paste.
上述した構成において、コイルバネ１００を構成する圧電単結晶体１０１の、コイルバネ１００の軸芯を通る平面に平行な面の断面における圧電単結晶体１０１の結晶方位，組成，物理特性などの結晶状態は、コイルバネ１００の発電領域において同一（一定）とされている。発電領域は、コイルバネ１００の実質的に発電に寄与する領域である。発電領域は、コイルバネ１００の全域であってもよく、コイルバネ１００の一部であってもよい。例えば、コイルバネ１００の基点となる固定端１０２や終点となる自由端１０３などの両端部は、結晶の方位が、発電領域と異なっていてもよい。 In the configuration described above, the crystal state of the piezoelectric single crystal body 101 constituting the coil spring 100, such as the crystal orientation, composition, and physical characteristics, in the cross section of the plane parallel to the plane passing through the axis of the coil spring 100 is The power generation region of the coil spring 100 is the same (constant). The power generation region is a region that substantially contributes to power generation of the coil spring 100. The power generation region may be the entire region of the coil spring 100 or a part of the coil spring 100. For example, the crystal orientation of both ends such as the fixed end 102 serving as the base point of the coil spring 100 and the free end 103 serving as the end point may be different from that of the power generation region.
上記構成とした圧電単結晶体１０１による螺旋構造（コイルバネ１００）は、マイクロ引き下げ法により育成することで形成することができる。マイクロ引き下げ法は、坩堝の下端に設けられたダイから溶融した材料を徐々に引き下げることにより、結晶育成を行う結晶育成法である。通常は、下方に引き下げるのみであるが、引き下げ方向を３次元的に制御することで、コイルバネ１００のような螺旋構造を得ることができる。育成した圧電単結晶体１０１による螺旋構造の断面は、ダイの形状を変えることで、矩形や丸あるいは楕円など任意の形状を得ることができる。 The spiral structure (coil spring 100) of the piezoelectric single crystal body 101 having the above-described configuration can be formed by growing it by a micro pulling down method. The micro pull-down method is a crystal growth method in which crystal growth is performed by gradually pulling down a molten material from a die provided at the lower end of a crucible. Normally, it is only pulled downward, but a spiral structure like the coil spring 100 can be obtained by controlling the pulling direction three-dimensionally. The cross section of the spiral structure of the grown piezoelectric single crystal body 101 can be obtained in an arbitrary shape such as a rectangle, a circle, or an ellipse by changing the shape of the die.
一般に単結晶材料は、Ｘ，Ｙ，Ｚで表される結晶軸を有している。実施の形態におけるコイルバネ１００とした圧電単結晶体１０１では、螺旋構造のどの部分をとっても、結晶軸がほぼ同じ方向を向いている。これは、種結晶を引き下げ方向に徐々に引き下げつつ、引き下げ方向に垂直な面内で円を描くように種結晶を移動することにより螺旋構造を形成するため、螺旋構造の任意の位置の結晶軸は、種結晶の結晶軸と一致するためである。なお、種結晶を移動する際に、自転する運動を加えることにより、螺旋構造の任意の位置における結晶軸を変化させることも可能である。 In general, a single crystal material has crystal axes represented by X, Y, and Z. In the piezoelectric single crystal body 101 that is the coil spring 100 in the embodiment, the crystal axis is oriented in substantially the same direction regardless of the portion of the helical structure. This is because a spiral structure is formed by moving the seed crystal so as to draw a circle in a plane perpendicular to the pulling direction while gradually pulling the seed crystal in the pulling direction. This is because it coincides with the crystal axis of the seed crystal. In addition, when moving the seed crystal, it is possible to change the crystal axis at an arbitrary position of the spiral structure by applying a rotation motion.
コイルバネ１００の固有振動数と近い周期の振動が加わると共振が生じ、コイルバネ１００が大きく振動する。固有振動数は、コイルバネ１００とした圧電単結晶体１０１の材料や断面の寸法、コイルバネ１００の螺旋径、螺旋のピッチ、ターン数により決定される。さらに錘１０４を付加することにより、コイルバネ１００に加わる力が大きくなり、より大きな振動を得ることができる。 When vibration having a period close to the natural frequency of the coil spring 100 is applied, resonance occurs and the coil spring 100 vibrates greatly. The natural frequency is determined by the material and cross-sectional dimensions of the piezoelectric single crystal body 101 used as the coil spring 100, the helical diameter of the coil spring 100, the helical pitch, and the number of turns. Further, by adding the weight 104, the force applied to the coil spring 100 is increased, and a larger vibration can be obtained.
コイルバネ１００は圧電単結晶体１０１から構成されているため、逆圧電効果によりコイルバネ１００に生じた歪等により、圧電単結晶体１０１に表面電荷が発生する。発生した電荷は、第１電極１２１，第２電極１２２により回収される。発生した起電力は、交流となるため、所定の整流回路を介して蓄電回路に接続され蓄電される。蓄えられた電力は所定のタイミングで、必要な回路に供給される。 Since the coil spring 100 is composed of the piezoelectric single crystal body 101, surface charges are generated in the piezoelectric single crystal body 101 due to strain or the like generated in the coil spring 100 due to the reverse piezoelectric effect. The generated charges are collected by the first electrode 121 and the second electrode 122. Since the generated electromotive force becomes alternating current, it is connected to the storage circuit via a predetermined rectifier circuit and stored. The stored electric power is supplied to a necessary circuit at a predetermined timing.
具体的な数字を用いて実施例を説明する。マイクロ引き下げ法によりＬｉＴａＯ3からなる圧電単結晶体１０１によるコイルバネ１００を育成する。螺旋の半径は１．５ｃｍ、ターン数は８ターンで、ピッチは１ｃｍである。コイルバネ１００の固定端１０２を所定の台座上にエポキシ樹脂系の接着剤を用いて固定し、自由端１０３には真鍮製の重さ５ｇの錘１０４を、接着剤を用いて固定する。圧電単結晶体１０１の断面は、軸芯方向の厚さ０．３ｍｍ、羽場３ｍｍの概略矩形である。また、圧電単結晶体１０１の上下には、真空成膜装置を用いて堆積した金属による厚さ０．４μｍの第１電極１２１，第２電極１２２が形成されている。各電極は、所定の整流回路に接続される。 Examples will be described using specific numbers. A coil spring 100 made of a piezoelectric single crystal 101 made of LiTaO 3 is grown by a micro pulling method. The radius of the spiral is 1.5 cm, the number of turns is 8 turns, and the pitch is 1 cm. A fixed end 102 of the coil spring 100 is fixed on a predetermined pedestal using an epoxy resin adhesive, and a brass weight 104 having a weight of 5 g is fixed to the free end 103 using an adhesive. The cross section of the piezoelectric single crystal body 101 is a substantially rectangular shape having a thickness of 0.3 mm in the axial direction and 3 mm of Haba. In addition, on the upper and lower sides of the piezoelectric single crystal body 101, a first electrode 121 and a second electrode 122 having a thickness of 0.4 μm are formed by metal deposited using a vacuum film forming apparatus. Each electrode is connected to a predetermined rectifier circuit.
上述した構成のコイルバネ１００について、有限要素法によるシミュレーションを行った。なお、境界条件は、コイルバネ１００の固定端１０２を固定し、自由端１０３に錘１０３を固定した。固有周波数を計算した結果、７Ｈｚにおいて、伸び縮みする所望の振動モードが得られることがわかった。 The coil spring 100 having the above-described configuration was simulated by a finite element method. Note that the boundary condition was that the fixed end 102 of the coil spring 100 was fixed and the weight 103 was fixed to the free end 103. As a result of calculating the natural frequency, it was found that a desired vibration mode that expands and contracts can be obtained at 7 Hz.
次に、７Ｈｚの周波数で伸び縮み方向（軸芯方向）に加速度０．３Ｇ（Ｇは重力加速度）を与え、発電量のシミュレーションを行った。このシミュレーションにおいて、負荷抵抗は１から１０ＭΩまで変化させた。発電量のシミュレーション結果を図３に示す。図３は、発生電圧と平均電力の負荷抵抗依存性を示す特性図である。横軸は負荷抵抗値、縦軸が電圧および平均電力である。負荷抵抗８ＭΩの時に、約１５Ｖの電圧が発生し、およそ１６μＷの平均電力が得られることがわかる。 Next, an acceleration of 0.3 G (G is gravitational acceleration) was applied in the expansion / contraction direction (axial center direction) at a frequency of 7 Hz, and a power generation amount was simulated. In this simulation, the load resistance was changed from 1 to 10 MΩ. The simulation result of the power generation amount is shown in FIG. FIG. 3 is a characteristic diagram showing load resistance dependence of generated voltage and average power. The horizontal axis is the load resistance value, and the vertical axis is the voltage and average power. When the load resistance is 8 MΩ, a voltage of about 15 V is generated, and an average power of about 16 μW can be obtained.
以上に説明したように、本発明によれば、圧電単結晶体よりコイルバネを構成し、コイルバネの軸芯を通る平面に平行な面の断面における圧電単結晶体の結晶状態は、コイルバネのいずれの箇所において同一とされているようにしたので、強度の不足なくより高い効率で発電ができるようになる。 As described above, according to the present invention, a coil spring is composed of a piezoelectric single crystal body, and the crystal state of the piezoelectric single crystal body in a cross section parallel to a plane passing through the axis of the coil spring is any of the coil springs. Since it is made the same in a location, it becomes possible to generate power with higher efficiency without lack of strength.
なお、本発明は以上に説明した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で、当分野において通常の知識を有する者により、多くの変形および組み合わせが実施可能であることは明白である。 The present invention is not limited to the embodiment described above, and many modifications and combinations can be implemented by those having ordinary knowledge in the art within the technical idea of the present invention. It is obvious.
例えば、圧電材料は、ＬｉＴａＯ3に限らず、ＬｉＮｂＯ3、ＫＮｂＯ3、ランガサイト系圧電体、単結晶セラミックス等単結晶圧電材料であればいずれでも良い。錘も金属に限定されず任意の材料を用いてよく、錘がなくても良い。螺旋の断面形状は矩形に限定されない。例えば、図４の（ａ），（ｂ）に示すように、断面円形としてもよく、また、図４の（ｃ）に示すように、断面楕円としてもよい。 For example, the piezoelectric material is not limited to LiTaO 3 , and may be any single crystal piezoelectric material such as LiNbO 3 , KNbO 3 , a langasite piezoelectric material, and a single crystal ceramic. The weight is not limited to metal, and any material may be used, and the weight may be omitted. The cross-sectional shape of the spiral is not limited to a rectangle. For example, as shown in FIGS. 4A and 4B, the cross section may be circular, or as shown in FIG. 4C, the cross section may be elliptical.
また、錘を中心として、錘の上下にコイルバネを設け、他端を固定としても同様の効果が得られることは明らかである。また、コイルバネは、軸芯方向から見た（平面視の）形状が円である必要はなく、楕円であってもよく、螺旋の半径が一定でなくとも良い。また、図５の斜視図に示すように、平面視の形状が矩形となるような主に直線的な構造を有しても良く、直線と曲線の複合であっても良い。 It is also clear that the same effect can be obtained by providing coil springs on the top and bottom of the weight and fixing the other end with the weight as the center. In addition, the coil spring does not have to be a circle when viewed from the axial direction (in plan view), may be an ellipse, and the spiral radius may not be constant. Moreover, as shown in the perspective view of FIG. 5, it may have a mainly linear structure in which the shape in plan view is a rectangle, or may be a combination of a straight line and a curved line.
１００…コイルバネ、１０１…圧電単結晶体、１０２…固定端、１０３…自由端、１０４…錘、１２１…第１電極、１２２…第２電極。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Coil spring, 101 ... Piezoelectric single crystal body, 102 ... Fixed end, 103 ... Free end, 104 ... Weight, 121 ... 1st electrode, 122 ... 2nd electrode.
Claims (5)
前記コイルバネを構成する前記圧電単結晶体の、前記コイルバネの軸芯を通る平面に平行な面の断面における前記圧電単結晶体の結晶状態は、前記コイルバネの発電領域において同一とされている
ことを特徴とする振動発電素子。 A vibration power generation element with a coil spring composed of a piezoelectric single crystal,
The crystal state of the piezoelectric single crystal body in the cross section of the plane parallel to the plane passing through the axis of the coil spring of the piezoelectric single crystal body constituting the coil spring is the same in the power generation region of the coil spring. A characteristic vibration power generation element.
前記圧電単結晶体の分極軸と前記コイルバネの伸縮方向とは同一とされていることを特徴とする振動発電素子。 The vibration power generation element according to claim 1,
The vibration power generation element according to claim 1, wherein a polarization axis of the piezoelectric single crystal is the same as an expansion / contraction direction of the coil spring.
前記圧電単結晶体の分極軸の−面に形成された第１電極と、
前記圧電単結晶体の分極軸の＋面に形成された第２電極と
を備えることを特徴とする振動発電素子。 The vibration power generation element according to claim 1 or 2,
A first electrode formed on the negative plane of the polarization axis of the piezoelectric single crystal;
And a second electrode formed on the + plane of the polarization axis of the piezoelectric single crystal.
前記第１電極および前記第２電極は、前記軸芯の方向に前記圧電単結晶体を挟んで設けられていることを特徴とする振動発電素子。 The vibration power generation element according to claim 3,
The vibration power generation element, wherein the first electrode and the second electrode are provided with the piezoelectric single crystal body sandwiched in a direction of the axis.
前記圧電単結晶体は、ＬｉＴａＯ3から構成されていることを特徴とする振動発電素子。 In the vibration electric power generation element according to any one of claims 1 to 4,
The vibration power generation element, wherein the piezoelectric single crystal is made of LiTaO 3 .
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2016058014A JP2017175751A (en) | 2016-03-23 | 2016-03-23 | Oscillating power generation element |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2016058014A JP2017175751A (en) | 2016-03-23 | 2016-03-23 | Oscillating power generation element |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2017175751A true JP2017175751A (en) | 2017-09-28 |
Family
ID=59973934
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2016058014A Pending JP2017175751A (en) | 2016-03-23 | 2016-03-23 | Oscillating power generation element |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2017175751A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2020099105A (en) * | 2018-12-17 | 2020-06-25 | 株式会社Ｐｉｅｚｏ Ｓｔｕｄｉｏ | Measurement device |
| JP2020098857A (en) * | 2018-12-18 | 2020-06-25 | 国立大学法人東北大学 | Piezoelectric element |
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH09211151A (en) * | 1996-01-30 | 1997-08-15 | Seiko Epson Corp | Producing method of generator, portable equipment and piezoelectric body |
| GB2329514A (en) * | 1997-09-05 | 1999-03-24 | 1 Ipr Limited | Piezoelectric devices, aerogels and uses therefore |
| JP2003218417A (en) * | 2002-01-25 | 2003-07-31 | Nippon Hoso Kyokai <Nhk> | Piezoelectric/electrostrictive element and device using the same |
| JP2006282433A (en) * | 2005-03-31 | 2006-10-19 | Nec Tokin Corp | Piezoelectric single crystal composition, piezoelectric vibrator, and surface acoustic wave device |
| US20100084947A1 (en) * | 2008-10-02 | 2010-04-08 | Korea Institute Of Science And Technology | High Efficiency Piezoelectric Energy Harvester Having Spiral Structure |
| JP2011004598A (en) * | 2010-09-03 | 2011-01-06 | Seiko Epson Corp | Piezoelectric generator and electronic apparatus using piezoelectric generator |
| WO2011058602A1 (en) * | 2009-11-11 | 2011-05-19 | 株式会社音力発電 | Electric apparatus provided with power generating function |
| WO2011089803A1 (en) * | 2010-01-20 | 2011-07-28 | 株式会社村田製作所 | Piezoelectric electricity generating element, piezoelectric electricity generating device and production method for piezoelectric electricity generating element |
| JP2013143874A (en) * | 2012-01-11 | 2013-07-22 | Kohei Hayamizu | Power generation device |
-
2016
- 2016-03-23 JP JP2016058014A patent/JP2017175751A/en active Pending
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH09211151A (en) * | 1996-01-30 | 1997-08-15 | Seiko Epson Corp | Producing method of generator, portable equipment and piezoelectric body |
| GB2329514A (en) * | 1997-09-05 | 1999-03-24 | 1 Ipr Limited | Piezoelectric devices, aerogels and uses therefore |
| JP2003218417A (en) * | 2002-01-25 | 2003-07-31 | Nippon Hoso Kyokai <Nhk> | Piezoelectric/electrostrictive element and device using the same |
| JP2006282433A (en) * | 2005-03-31 | 2006-10-19 | Nec Tokin Corp | Piezoelectric single crystal composition, piezoelectric vibrator, and surface acoustic wave device |
| US20100084947A1 (en) * | 2008-10-02 | 2010-04-08 | Korea Institute Of Science And Technology | High Efficiency Piezoelectric Energy Harvester Having Spiral Structure |
| WO2011058602A1 (en) * | 2009-11-11 | 2011-05-19 | 株式会社音力発電 | Electric apparatus provided with power generating function |
| WO2011089803A1 (en) * | 2010-01-20 | 2011-07-28 | 株式会社村田製作所 | Piezoelectric electricity generating element, piezoelectric electricity generating device and production method for piezoelectric electricity generating element |
| JP2011004598A (en) * | 2010-09-03 | 2011-01-06 | Seiko Epson Corp | Piezoelectric generator and electronic apparatus using piezoelectric generator |
| JP2013143874A (en) * | 2012-01-11 | 2013-07-22 | Kohei Hayamizu | Power generation device |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| JIAN-WEN LAN: "NUMERICAL ANALYSIS ON AN ANNULAR BIMORPH PIEZOELECTRIC POWER HARVESTER WITH THE OUT-OF-PLANE VIBRATI", 2011 SYMPOSIUM ON PIEZOELECTRICITY, ACOUSTIC WAVES AND DEVICE APPLICATIONS(SPAWDA), JPN6019027393, 11 December 2011 (2011-12-11), US, ISSN: 0004077379 * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2020099105A (en) * | 2018-12-17 | 2020-06-25 | 株式会社Ｐｉｅｚｏ Ｓｔｕｄｉｏ | Measurement device |
| JP7165945B2 (en) | 2018-12-17 | 2022-11-07 | 株式会社Piezo Studio | measuring device |
| JP2020098857A (en) * | 2018-12-18 | 2020-06-25 | 国立大学法人東北大学 | Piezoelectric element |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Tan et al. | Review of MEMS electromagnetic vibration energy harvester | |
| Siddique et al. | A comprehensive review on vibration based micro power generators using electromagnetic and piezoelectric transducer mechanisms | |
| Ahmad et al. | Review of vibration‐based electromagnetic–piezoelectric hybrid energy harvesters | |
| Li et al. | Energy harvesting from low frequency applications using piezoelectric materials | |
| US9118187B1 (en) | Vibrational energy harvester | |
| JPH11146663A (en) | Piezoelectric generator | |
| CN102420517A (en) | Micro electromagnetic vibration energy harvester based on patterned permanent magnet full integration | |
| CN103346696A (en) | Array-type compound energy collector | |
| JP2015503218A (en) | Piezoelectric energy recovery device or actuator | |
| US11837977B2 (en) | Self-resonance tuning piezoelectric energy with broadband frequency | |
| JP2011066970A (en) | Piezoelectric generator | |
| EP2610935A1 (en) | An energy harvesting device | |
| CN103683795A (en) | Vibration generation device and manufacturing method thereof | |
| KR100930458B1 (en) | Portable Generator Using Piezofilm | |
| JP2017175751A (en) | Oscillating power generation element | |
| KR101332006B1 (en) | Omnidirectional vibration based energy harvester | |
| Xue et al. | Coil-levitated hybrid generator for mechanical energy harvesting and wireless temperature and vibration monitoring | |
| Jagtap et al. | Geometry optimization of a MEMS-based energy harvesting device | |
| KR101354158B1 (en) | Vibration-driven eletromagnetic energy harvester | |
| JP2012070535A (en) | Thin vibration power generation device | |
| KR20110006884A (en) | Frequency converter, energy harvester using frequency converter and method for harvesting energy | |
| JP2017175676A (en) | Power generator | |
| JP6424485B2 (en) | POWER GENERATOR AND ELECTRONIC DEVICE PROVIDED WITH THE SAME | |
| KR100952177B1 (en) | Electromagnetic Generator based on MEMS and the manufacturing method thereof | |
| CN113890300A (en) | Wide range vibration energy harvester based on asymmetric-biplane springs |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20181106 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20190717 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20190730 |
|
| A601 | Written request for extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601 Effective date: 20190930 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20200310 |