JP3074105U - 発電装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 比較的高い電気エネルギーを必要とする各種
用途に用いることができると共に、この発電装置を小型
ユニット化することでさらに多目的な用途に利用するこ
とができる発電装置を提供する。 【解決手段】 発電装置を、圧電素子に衝撃を加えるこ
とで発電させ、この発電された電気エネルギーを充電手
段に逐次充電し、該充電手段は、充電量が設定された放
電レベルに達したときに、この充電された電気エネルギ
ーを使用点へと一気に放電するように構成した。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【考案の属する技術分野】

この考案は、圧電セラミックス素子を用いた発電装置に係り、特に、弱い発電 エネルギーを逐次充電し、この充電量が設定レベルに達したときにこの充電電気 エネルギーを一気に放出することができる発電装置に関する。

【０００２】

【従来技術とその課題】

周知のように、圧電材料は機械的エネルギーと電気的エネルギーとの間の変換 素子用として多彩な応用面をもっている。圧電効果を示す物質は無機・有機とも に多くの材料が知られているが、現在実用レベルにある材料としてセラミックス のＰＺＴ系（ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ｃｅｒａｍｉｃｓ）等の材料が公知 である。

【０００３】 圧電セラミックス素子は、多結晶体に、直流高電圧を印加し残留分極を発生さ せて圧電性をもたせた素子であり、組成によりかなり自由に基本圧電定数を変化 させることができるので、その用途は広い。特に、チタンジルコン酸亜鉛系の圧 電セラミックス素子は、組成比や添加物の選択幅が広く適用範囲は多彩である。

【０００４】 このように構成された圧電セラミックス素子を用いた従来の発電装置は、アク リル材等の基板に圧電セラミックス素子板を接合し、該基板の両端部を金属等の 硬質材からなるホルダで固定し、上記セラミックス素子板の上から鋼製の球を落 下させて、圧電素子板に衝突による機械的衝撃エネルギを印加し、基板を含めた 圧電素子板にたわみ振動を励起して電気エネルギを取出すものである。

【０００５】 ところで、上記ＰＺＴ系の圧電セラミックス素子は、実用性が期待されている ものの、発電量が少ないため、発電装置としては実用性に欠けるという問題があ った。また、上記基板と圧電セラミックス素子板とは材質が異なる等から、振動 の中心（伸縮しない部位）を基板と圧電セラミックス素子板との接合面にもって くることが困難であり、この中心が圧電セラミックス素子板に現れる場合には、 分極における打ち消しが発生して発電効率が低下する等、比較的高い電気エネル ギーを必要とする空中ディスプレイや釣具、道路標識或はブイ等の発光体に用い ることができず、低電流でも使用できるものにしか用いることができないという 課題を有していた。

【０００６】 この考案は、かかる現状に鑑み創案されたものであって、その目的とするとこ ろは、圧電素子を利用した発電装置によって発電される電気エネルギーを所望の 設定レベルまで充電し、設定レベルに達した時点でこの充電された電気エネルギ ーを一気に放電することで、比較的高い電気エネルギーを必要とする各種用途に 用いることができると共に、この発電装置を小型ユニット化することでさらに多 目的な用途に利用することができる発電装置を提供しようとするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】

上記目的を達成するため、この考案に係る発電装置は、圧電素子に衝撃を加え ることで発電させ、この発電された電気エネルギーを充電手段に逐次充電し、該 充電手段は、充電量が設定された放電レベルに達したときに、この充電された電 気エネルギーを使用点へと一気に放電するように構成したことを特徴とするもの である。

【０００８】 具体的には、上記発電装置は、圧電セラミックス素子と、この圧電セラミック ス素子に接続されたコンデンサと、該コンデンサを開閉する自己保持型電流スイ ッチと、該自己保持型電流スイッチに接続され放電開始レベルを設定するトリガ ー回路と、を有して構成したことを特徴とするものである。

【０００９】 この場合、上記発電装置を構成するコンデンサと自己保持型電流スイッチ及び トリガー回路を前記圧電セラミックス素子と集積し、これを固体ユニット化する ことで、これを小型化し、その用途分野を拡大することができるように構成した ことを特徴とするものである。

【００１０】 そして、この考案に係る発電装置の望ましい用途としては、使用点として発光 手段に接続するのが望ましく、例えば、空中ディスプレイの発光体や釣具の発光 ダイオード、各種道路標識或はブイに組み込まれた発光体等の発電装置として用 いるのが非常に有効である。

【００１１】

【考案の実施の形態】

以下、添付図面に示す実施の一形態例に基づき、この考案を詳細に説明する。

【００１２】 図１は、この考案を発光装置に適用した場合の原理構成回路図であり、本実施 の形態例に係る発電装置は、圧電素子２と、この圧電素子２に対して衝撃を加え る鋼球１と、圧電素子２からの交流電流を直流電流に変換する整流回路３と、こ の整流回路３に接続された充電器としてのコンデンサ４と、コンデンサ４に充電 された電力を放出・非放出状態にセットする自己保持型電流スイッチ６と、該自 己保持型電流スイッチ６に接続され放電開始レベルを設定するトリガー回路５と 、上記放電された電力により発光作動する発光ダイオード７と、から構成されて おり、これらは集積化されて小型され固体ユニット化されている。

【００１３】 そして、上記発電を行なう圧電素子２としては、本考案では、例えば、圧電セ ラミックス体を用いることができる。

【００１４】 この圧電セラミックス体は、同一材質、相似形状、同一厚さの２枚の円弧板状 の圧電セラミックス素子を、各セラミックス素子の分極の極性を逆にして接合し たものである。このセラミックス素子を接合したことにより、２つのセラミック ス素子は、接合面を中心（伸縮しない部位）にたわみ振動が行われる。この場合 、一方の側のセラミックス素子が伸長すれば他方の側のセラミックス素子は収縮 し、かつ出力電圧の電極は同一方向となり、両圧電セラミックス素子は直列に接 続された発電構成となる。

【００１５】 そして、上記接合面を中心にたわみ振動が行われると、一方の圧電セラミック ス素子で伸長と収縮との両方の作用が行われて、分極が打ち消されるということ がなく効率的に発電が行われる。

【００１６】 このようにして圧電素子２で発電された電気は、整流回路３により全波整流さ れ、この全波整流された電気はコンデンサ４に充電される。

【００１７】 トリガー回路５は、本形態例では１本の定電圧ダイオードで構成されており、 この定電圧ダイオードの電圧を選定することで、所望の放電開始電圧を設定する ことができる。

【００１８】 また、自己保持型電流スイッチ６は、この形態例では相補トランジスタ（ＮＰ Ｎトランジスタ）を組み合わせたものを用い、トリガー回路５が設定降服電圧（ 設定放電蓄電量）を超えたときに、ＮＰＮトランジスタがＯＮし、該ＮＰＮトラ ンジスタがＯＮされると、コレクタ側に接続されたＰＮＰトランジスタにベース 電流が流れるので、上記スイッチ６のＯＮ作動状態が継続され、放電された電流 が負荷である発光ダイオード７へと一気に給電されるため、該発光ダイオード７ は点灯する。上記設定降服電圧は、通常の場合、０．６Ｖに設定される。尚、放 電の終了は、上記相補型トランジスタのどちらかが遮断されることで終了し、爾 後、上記手順に従って充電作業が再開される。

【００１９】 このように、この考案に係る発電装置にあっては、発光ダイオード７の発光に 必要な電力は、蓄電用コンデンサ４の容量と、トリガー回路５の設定値により所 望放電電圧を定めることができる。

【００２０】

【考案の効果】

この考案に係る発電装置は、以上説明したように、圧電素子を利用した発電装 置によって発電される電気エネルギーを所望の設定レベルまで充電し、設定レベ ルに達した時点でこの充電された電気エネルギーを一気に放電するように構成し たので、比較的高い電気エネルギーを必要とする装置にも本発電装置を用いるこ とができると共に、この発電装置を集積して小型ユニット化することで、部品点 数を削減することができるため、廉価に提供することができるという効果を奏す る。

【００２１】 また、この考案にあっては、上記発電装置に発光手段、例えば、空中ディスプ レイの発光体や釣具の発光ダイオード、各種道路標識或はブイに組み込まれた発 光体等に接続した場合には、従来では電池をエネルギー源としていた小規模の発 光装置にも適用することができるので、その応用分野が飛躍的に拡大するという 効果も得られる。

【提出日】平成１２年７月２７日（２０００．７．２７）

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００７

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００７】

【課題を解決するための手段】

上記目的を達成するため、この考案に係る発電装置は、圧電素子と、この圧電 素子に接続されたコンデンサと、該コンデンサを開閉する自己保持型電流スイッ チと、該自己保持型電流スイッチに接続され放電開始レベルを設定するトリガー 回路と、を有して構成したことを特徴とするものである。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００８

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００８】 このように構成することで、上記発電装置にあっては、上記圧電素子に衝撃を 加えることで発電させ、この発電された電気エネルギーをコンデンサに逐次充電 し、該コンデンサは、充電量が設定された放電レベルに達したときに、上記トリ ガー回路によって自己保持型電流スイッチを開成して、コンデンサに充電された 電気エネルギーを使用点へと一気に放電するように作用する。

【図面の簡単な説明】

【図１】この考案の実施の第１形態例に係る発電装置の
原理的な構成を示す回路説明図である。

【符号の説明】

１ 鋼球 ２ 圧電素子 ３ 整流回路 ４ コンデンサ ５ トリガー回路 ６ 自己保持型電流スイッチ ７ 発光ダイオード

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１２年７月２７日（２０００．７．２
７）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】実用新案登録請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【実用新案登録請求の範囲】

Claims (4)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧電素子に衝撃を加えることで発電さ
   せ、この発電された電気エネルギーを充電手段に逐次充
   電し、該充電手段は、充電量が設定された放電レベルに
   達したときに、この充電された電気エネルギーを使用点
   へと一気に放電することを特徴とする発電装置。
2. 【請求項２】 前記発電装置は、圧電セラミックス素子
   と、この圧電セラミックス素子に接続されたコンデンサ
   と、該コンデンサを開閉する自己保持型電流スイッチ
   と、該自己保持型電流スイッチに接続され放電開始レベ
   ルを設定するトリガー回路と、を有して構成されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の発電装置。
3. 【請求項３】 請求項２に記載の発電装置を構成するコ
   ンデンサと自己保持型電流スイッチ及びトリガー回路を
   前記圧電セラミックス素子と集積し、これを固体ユニッ
   トとしたことを特徴とする発電装置。
4. 【請求項４】 前記発電装置は、使用点である発光手段
   に接続されていることを特徴とする請求項１乃至請求項
   ３のいずれかに記載の発電装置。