JP4876788B2 - Piezoelectric generator - Google Patents

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  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)

Description

本発明は、例えば自動車のタイヤなどの回転体と、該回転体に取り付けられており、電力を発生させる発電機構とを有する装置に関し、より詳細には、回転体の内周面に固定されており、回転体の内周面が変形した際の応力により圧電効果によって電力を発生させる圧電素子を備えた圧電発電装置に関する。   The present invention relates to a device having a rotating body such as an automobile tire and a power generation mechanism that is attached to the rotating body and generates electric power, and more specifically, is fixed to an inner peripheral surface of the rotating body. In particular, the present invention relates to a piezoelectric power generation apparatus including a piezoelectric element that generates electric power by a piezoelectric effect due to stress when an inner peripheral surface of a rotating body is deformed.

従来、自動車のタイヤには、タイヤの空気圧や温度などを検出するために、様々なセンサーが取り付けられている。このようなセンサーは、センサーを駆動するための電源を必要とする。しかしながら、タイヤ内に電源を組み込んだ場合、構造が複雑化し、かつセンサー及び電源を含む装置の大型化を招くおそれがあった。   2. Description of the Related Art Conventionally, various sensors are attached to automobile tires in order to detect tire pressure and temperature. Such a sensor requires a power source for driving the sensor. However, when the power source is incorporated in the tire, the structure is complicated, and there is a risk of increasing the size of the device including the sensor and the power source.

そこで、下記の特許文献1には、センサーに電力を供給するための圧電発電装置がタイヤ内に設けられた構造が開示されている。図9(a)〜(c)は、特許文献1に記載の圧電発電装置を説明するための模式的各正面断面図である。   Therefore, Patent Document 1 below discloses a structure in which a piezoelectric power generation device for supplying electric power to a sensor is provided in a tire. 9A to 9C are schematic front sectional views for explaining the piezoelectric power generation device described in Patent Document 1. FIG.

図9(a)に示すように、自動車のタイヤ101が、路面102に接している。この場合、タイヤ101は弾性を有するため、路面102に接地している部分においては路面に沿うように偏平化されている。   As shown in FIG. 9A, the automobile tire 101 is in contact with the road surface 102. In this case, since the tire 101 has elasticity, the portion that is in contact with the road surface 102 is flattened along the road surface.

他方、図9(b)に示すように、タイヤ101の内周面には、センサーユニット103が固定されている。センサーユニット103は、タイヤ101内の圧力や温度を検出するセンサーを有する。そして、センサーユニット103を駆動するための発電装置104が、タイヤ101の内周面に固定されている。ここでは、発電装置104は、圧電素子により構成されている。上記圧電素子は、PZT系セラミックスのような圧電セラミックスを用いて構成されている。このような圧電セラミックスからなる板状の圧電体の両主面に電極を形成することにより、圧電素子が構成されている。この圧電素子の屈曲振動に伴って、電力が取り出される。   On the other hand, as shown in FIG. 9B, the sensor unit 103 is fixed to the inner peripheral surface of the tire 101. The sensor unit 103 has a sensor that detects the pressure and temperature in the tire 101. A power generation device 104 for driving the sensor unit 103 is fixed to the inner peripheral surface of the tire 101. Here, the power generation device 104 is configured by a piezoelectric element. The piezoelectric element is configured using piezoelectric ceramics such as PZT ceramics. A piezoelectric element is configured by forming electrodes on both main surfaces of a plate-like piezoelectric body made of such piezoelectric ceramics. Electric power is taken out along with the bending vibration of the piezoelectric element.

図9(b)に示すように、発電装置104がタイヤ101の内周面に固定されている部分が平坦である場合、すなわち、タイヤ101が路面102に接している部分に発電装置104が位置している場合には、圧電発電装置104にはタイヤ101側から力は加わらない。   As shown in FIG. 9B, when the portion where the power generation device 104 is fixed to the inner peripheral surface of the tire 101 is flat, that is, the portion where the tire 101 is in contact with the road surface 102 is located. In this case, no force is applied to the piezoelectric power generation device 104 from the tire 101 side.

これに対して、図9(c)に示すように、発電装置104が設けられている部分がタイヤ101の回転に伴って、路面102から遠ざかる部分に近づくと、タイヤ101が変形する。そのため、タイヤ101の内周面の変形に伴って発電装置104が屈曲されることとなる。このような屈曲変形が、タイヤ101の回転に伴って繰り返され、屈曲振動により、発電装置104から電力が取り出される。
特開2005−186930号公報
On the other hand, as shown in FIG. 9C, when the portion where the power generation device 104 is provided approaches the portion away from the road surface 102 as the tire 101 rotates, the tire 101 is deformed. Therefore, the power generation device 104 is bent along with the deformation of the inner peripheral surface of the tire 101. Such bending deformation is repeated as the tire 101 rotates, and electric power is extracted from the power generation device 104 by bending vibration.
JP 2005-186930 A

発電装置104は、上記のように、PZT系セラミックスのような圧電セラミックスを用いた圧電素子からなる。一般に、圧電セラミックスは、圧縮応力には強く、引っ張り応力には弱い傾向がある。従って、図9(c)に示すように屈曲し、すなわち圧縮応力が加わった場合には、圧電体は破壊され難い。   As described above, the power generation device 104 includes a piezoelectric element using piezoelectric ceramics such as PZT ceramics. In general, piezoelectric ceramics tend to be strong against compressive stress and weak against tensile stress. Therefore, as shown in FIG. 9C, the piezoelectric body is not easily destroyed when it is bent, that is, when compressive stress is applied.

しかしながら、図10に略図的部分切欠正面断面図で示すように、例えば路面102上に石105が存在していた場合、タイヤ101は、石105に乗り上げ、図示のように変形する。すなわち、タイヤ101の内周面が内側に隆起するように変形する。この場合には、発電装置104に、引っ張り応力が加わることになり、圧電セラミックスからなる発電装置104が破壊するおそれがあった。   However, as shown in a schematic partial cutaway front sectional view in FIG. 10, for example, when a stone 105 exists on the road surface 102, the tire 101 rides on the stone 105 and deforms as illustrated. That is, the inner peripheral surface of the tire 101 is deformed so as to protrude inward. In this case, a tensile stress is applied to the power generation apparatus 104, and the power generation apparatus 104 made of piezoelectric ceramics may be destroyed.

また、上記屈曲振動を利用した圧電素子を用いた場合、大きな発電量を得るには、圧電体の厚みをそれほど厚くすることはできなかった。従って、発電量を大きくするには、面積を大きくする必要があった。よって、圧電発電装置104が大型になりがちであり、かつコストが高くつくおそれがあった。   In addition, when the piezoelectric element using the bending vibration is used, the thickness of the piezoelectric body cannot be increased so much in order to obtain a large amount of power generation. Therefore, in order to increase the power generation amount, it was necessary to increase the area. Therefore, the piezoelectric power generation device 104 tends to be large and the cost may be high.

本発明の目的は、上述した従来の欠点を解消し、タイヤが石に乗り上げた場合などであっても、破壊が生じ難く、かつ大型化を招くことなく、充分な発電量を得ることができる、圧電発電装置を提供することにある。   The object of the present invention is to eliminate the above-mentioned conventional drawbacks, and even when the tire rides on a stone or the like, it is difficult to break down, and a sufficient power generation amount can be obtained without causing an increase in size. Another object is to provide a piezoelectric power generator.

本発明によれば、回転体の回転に伴って圧電効果により発電する圧電発電装置であって、回転に伴って、内周面に偏平部分が生じる回転体と、長さ方向一端が第1の端部、長さ方向他端が第2の端部であり、長さ方向に伸縮することにより、圧電効果によって電力を発生する圧電素子と、前記回転体の内周面に固定されており、かつ前記圧電体の第1の端部が固定されている固定部材と、前記圧電素子の第2の端部の外側に配置されており、前記回転体の回転に伴って回転体の内周面が偏平部分から偏平でない部分に変形した際の該変形による応力を受け、該変形による応力に応じて前記圧電素子を長さ方向に圧縮するように前記圧電素子の第2の端部を押圧する押圧部材とを備えることを特徴とする、圧電発電装置が提供される。   According to the present invention, there is provided a piezoelectric power generation apparatus that generates electric power by a piezoelectric effect as a rotating body rotates, and a rotating body in which a flat portion is generated on an inner peripheral surface as the rotation occurs, and one end in a length direction is the first. The end portion, the other end in the length direction is the second end portion, and is fixed to the inner peripheral surface of the rotating element and the piezoelectric element that generates power by the piezoelectric effect by expanding and contracting in the length direction, And a fixing member to which the first end portion of the piezoelectric body is fixed, and an outer peripheral surface of the rotating body as the rotating body rotates, and is disposed outside the second end portion of the piezoelectric element. Is subjected to stress due to the deformation when deformed from a flat portion to a non-flat portion, and presses the second end of the piezoelectric element so as to compress the piezoelectric element in the length direction according to the stress due to the deformation There is provided a piezoelectric power generation device comprising a pressing member.

本発明に係る圧電発電装置では、好ましくは、前記押圧部材が、前記圧電素子の第2の端部から圧電体の長さ方向外側に位置されており、前記回転体の内周面の変形による応力が加わったときに、前記押圧部材の前記圧電素子とは反対側の端部が、前記押圧部材の前記圧電素子側の端部よりも前記圧電素子の長さ方向の延長線から回転体の内側方向に移動し、前記押圧部材の前記圧電素子側の端部が前記圧電体の前記第2の端部を押圧するように構成されている。この場合、押圧部材の上記圧電素子側とは反対側の大きく移動する側の端部が力点となり、押圧部材の固定部材に接触されている部分が支点となり、押圧部材の圧電素子側の端部が作用点となって、大きな力で押圧部材が圧電素子の第2の端部を、圧電素子を長さ方向に圧縮するように押圧することとなる。そのため、圧電素子を長さ方向に大きく変形させることができ、より大きな電力を取り出すことができる。   In the piezoelectric power generation device according to the present invention, preferably, the pressing member is positioned on the outer side in the length direction of the piezoelectric body from the second end portion of the piezoelectric element, and the inner peripheral surface of the rotating body is deformed. When stress is applied, the end of the pressing member on the side opposite to the piezoelectric element is separated from an extension line in the length direction of the piezoelectric element with respect to the end of the pressing member on the piezoelectric element side. It moves to an inner side, and the edge part by the side of the said piezoelectric element of the said press member is comprised so that the said 2nd edge part of the said piezoelectric material may be pressed. In this case, the end of the pressing member on the side of the pressing element opposite to the piezoelectric element side serves as a power point, and the portion of the pressing member that is in contact with the fixing member serves as a fulcrum, and the end of the pressing member on the piezoelectric element side As a result, the pressing member presses the second end of the piezoelectric element with a large force so as to compress the piezoelectric element in the length direction. Therefore, the piezoelectric element can be greatly deformed in the length direction, and more electric power can be taken out.

本発明においては、好ましくは、前記固定部材が、前記回転体の内周面に固定されている板状部材と、前記板状部材の前記圧電素子の第1の端部側から回転体の内周面から遠ざかる方向に延ばされており、かつ前記圧電素子の第1の端部が固定されている固定壁と、前記板状部材の前記固定壁とは圧電素子の長さ方向反対側であって、前記圧電素子の前記第2の端部の外側に位置しており、前記回転体の内周面から遠ざかる方向に延びるように設けられた係止壁とを有し、前記押圧部材が、前記係止壁の内面と前記圧電素子の第2の端部との間に挿入されている作用壁を有し、該作用壁の前記圧電素子側の面が、前記圧電素子の第2の端部を押圧する。この場合には、上記固定部材が、固定壁と係止壁とを有し、押圧部材の作用壁が、上記係止壁の内面と圧電素子の第2の端部との間に挿入されているため、作用壁が係止壁に接触している部分が支点となって、より大きな力で、作用壁により圧電素子の第2の端部を押圧することができ、より大きな電力を取り出すことができる。   In the present invention, preferably, the fixing member is a plate-like member fixed to the inner peripheral surface of the rotating body, and the inner side of the rotating body from the first end side of the piezoelectric element of the plate-like member. A fixed wall extending in a direction away from the peripheral surface and to which the first end of the piezoelectric element is fixed, and the fixed wall of the plate-like member are opposite to each other in the length direction of the piezoelectric element. A locking wall that is located outside the second end of the piezoelectric element and extends in a direction away from the inner peripheral surface of the rotating body, and the pressing member A working wall inserted between the inner surface of the locking wall and the second end of the piezoelectric element, and the surface of the working wall on the piezoelectric element side is a second side of the piezoelectric element. Press the end. In this case, the fixing member has a fixing wall and a locking wall, and the action wall of the pressing member is inserted between the inner surface of the locking wall and the second end of the piezoelectric element. Therefore, the portion where the working wall is in contact with the locking wall serves as a fulcrum, and the second end of the piezoelectric element can be pressed by the working wall with a larger force, and more electric power can be taken out. Can do.

本発明においては、好ましくは、前記押圧部材が前記固定部材と一体に連ねられており、前記固定部材と前記押圧部材との境界部分において前記押圧部材が前記固定部材に対して変位することを容易とするための薄肉部が設けられている。薄肉部が設けられているので、上記押圧部材の圧電素子とは反対側の端部が、回転体の内周面が変形した際に薄肉部を支点として容易に移動され得る。従って、より大きな押圧力を圧電素子に与えることができ、より大きな電力を取り出すことができる。   In the present invention, preferably, the pressing member is integrally connected to the fixing member, and the pressing member is easily displaced with respect to the fixing member at a boundary portion between the fixing member and the pressing member. A thin-walled portion is provided. Since the thin portion is provided, the end portion of the pressing member opposite to the piezoelectric element can be easily moved with the thin portion as a fulcrum when the inner peripheral surface of the rotating body is deformed. Therefore, a larger pressing force can be applied to the piezoelectric element, and a larger electric power can be taken out.

本発明においては、好ましくは、前記固定部材が、前記回転体の内周面に固定されている第1の板状部材と、前記板状部材の圧電素子の第1の端部側において、前記回転体の内周面から遠ざかる方向に延びるように設けられた固定壁とを有し、該固定壁に前記圧電素子の第1の端部が固定されており、前記押圧部材が、前記回転体の内周面に沿うように設けられた第1の板状部材と、第2の該板状部材の前記圧電素子の第2の端部側において、前記回転体の内周面から遠ざかる方向に設けられた作用壁とを有し、前記回転体の内周面の変形による応力により、前記押圧部材の前記圧電素子とは反対側の端部が前記回転体の内側方向に移動し、それによって、前記作用壁により前記圧電素子の第2の端部が押圧されるように構成されている。この場合には、固定部材が、第1の板状部材と、固定壁とを有し、固定壁に圧電素子の第1の端部が固定されており、圧電素子の第2の端部側においては、押圧部材の作用壁が対向しており、回転体の内周面の変形による応力により、押圧部材の圧電素子とは反対側の端部が圧電素子の長さ方向の延長線よりも回転体の内側方向に移動した際に、上記作用壁により圧電素子の第2の端部が押圧される。従って、圧電素子をより一層効果的に圧縮することができ、それによって、より大きな電力を取り出すことができる。   In the present invention, preferably, the fixing member includes a first plate member fixed to an inner peripheral surface of the rotating body, and a first end portion side of the piezoelectric element of the plate member. A fixed wall provided to extend in a direction away from the inner peripheral surface of the rotating body, and a first end of the piezoelectric element is fixed to the fixed wall, and the pressing member includes the rotating body A first plate-like member provided along the inner peripheral surface of the second plate-like member, and a second end side of the piezoelectric element of the second plate-like member in a direction away from the inner peripheral surface of the rotating body. And an end of the pressing member opposite to the piezoelectric element is moved inwardly of the rotating body due to the stress caused by the deformation of the inner peripheral surface of the rotating body. The second end of the piezoelectric element is pressed by the working wall. In this case, the fixing member has a first plate-like member and a fixing wall, and the first end of the piezoelectric element is fixed to the fixing wall, and the second end side of the piezoelectric element , The working wall of the pressing member is opposed, and the end of the pressing member opposite to the piezoelectric element is longer than the extension line in the length direction of the piezoelectric element due to the stress caused by the deformation of the inner peripheral surface of the rotating body. When moving inward of the rotating body, the second end of the piezoelectric element is pressed by the working wall. Therefore, the piezoelectric element can be compressed more effectively, and thereby, a larger electric power can be taken out.

本発明においては、好ましくは、前記圧電素子の少なくとも片面に積層されており、かつ前記圧電素子を支持する支持部材をさらに備え、該支持部材が、前記固定部材に固定されている。支持部材が圧電素子の少なくとも片面に積層されていることにより、圧電素子を補強することができ、それによって圧電素子の破壊を防止することができる。   In the present invention, it is preferable that the piezoelectric element further includes a support member that is laminated on at least one surface of the piezoelectric element and supports the piezoelectric element, and the support member is fixed to the fixing member. Since the support member is laminated on at least one surface of the piezoelectric element, the piezoelectric element can be reinforced, thereby preventing the piezoelectric element from being broken.

支持部材は、好ましくは、圧電素子より柔らかい材料により構成され、それによって、外部からの応力が圧電素子に加わることを抑制することができる。支持部材が合成樹脂からなる場合には、圧電素子がセラミックスや水晶などからなり、比較的硬い材料で構成されていることが多いので、圧電素子を支持部材により補強することができるとともに、外力による圧電素子の破壊を確実に防止することができる。   The support member is preferably made of a material that is softer than the piezoelectric element, thereby preventing external stress from being applied to the piezoelectric element. When the support member is made of a synthetic resin, the piezoelectric element is made of ceramics or quartz and is often made of a relatively hard material. Therefore, the piezoelectric element can be reinforced by the support member and also by an external force. The destruction of the piezoelectric element can be surely prevented.

本発明に係る圧電発電装置は、好ましくは、前記回転体が自動車のタイヤであり、従って、該タイヤの内周面に圧電素子、固定部材及び押圧部材が配置されている圧電発電装置が構成される。この場合、タイヤの内側に配置されたタイヤの空気圧をモニターするためのセンサー等を駆動するための電源として、本発明の圧電発電装置を利用することができる。   In the piezoelectric power generating device according to the present invention, preferably, the rotating body is an automobile tire, and therefore a piezoelectric power generating device in which a piezoelectric element, a fixing member, and a pressing member are arranged on an inner peripheral surface of the tire is configured. The In this case, the piezoelectric power generator of the present invention can be used as a power source for driving a sensor or the like for monitoring the air pressure of the tire disposed inside the tire.

本発明に係る圧電発電装置は、回転に伴って内周面に偏平部分が生じる回転体の回転に伴って、圧電効果により発電する圧電発電装置である。そして、回転体の内周面に上記固定部材が固定されており、該固定部材に、長さ方向に伸縮することにより圧電効果によって電力を発生する圧電素子の第1の端部が固定されている。また、押圧部材が、回転体の回転に伴って偏平部分から偏平でない部分に変形した際の該変形による応力を受け、圧電素子の第2の端部を圧電素子を長さ方向に圧縮するように圧電素子の第2の端部を押圧する。従って、回転体が回転するに伴って、内周面が偏平となる部分が周期的に現れ、該偏平部分から偏平でない部分に移行する際の変形による応力を上記押圧部材が受けた場合、圧電素子が押圧部材により長さ方向に圧縮され、この圧縮変形が繰り返し与えられることになるため、圧電効果により電力を取り出すことができる。   The piezoelectric power generation device according to the present invention is a piezoelectric power generation device that generates electric power by the piezoelectric effect with the rotation of a rotating body in which a flat portion is generated on the inner peripheral surface with rotation. And the said fixing member is being fixed to the internal peripheral surface of a rotary body, and the 1st end part of the piezoelectric element which generate | occur | produces electric power by a piezoelectric effect is fixed to this fixing member by expanding-contracting in a length direction. Yes. Further, the pressing member receives stress due to the deformation when the pressing member is deformed from the flat portion to the non-flat portion with the rotation of the rotating body, so that the second end portion of the piezoelectric element is compressed in the length direction. The second end of the piezoelectric element is pressed. Accordingly, when the rotating body rotates, a portion where the inner peripheral surface becomes flat appears periodically, and when the pressing member receives stress due to deformation when moving from the flat portion to a non-flat portion, the piezoelectric member Since the element is compressed in the length direction by the pressing member, and this compression deformation is repeatedly applied, electric power can be taken out by the piezoelectric effect.

従来の圧電発電装置では、圧電素子の屈曲振動を利用して、電力が取り出されていた。従って、例えば自動車のタイヤに発電装置を固定した場合、前述したように、石等にタイヤが乗っかり、タイヤの内周面が径方向内側に湾曲するように変形した場合には、圧電素子に引張り応力が加わり、圧電素子が破壊するおそれがあった。   In the conventional piezoelectric power generation apparatus, electric power is taken out by utilizing the bending vibration of the piezoelectric element. Therefore, for example, when the power generation device is fixed to an automobile tire, as described above, when the tire gets on a stone or the like and the inner peripheral surface of the tire is deformed so as to be curved radially inward, the piezoelectric element is pulled. There was a possibility that the piezoelectric element was destroyed due to the stress.

これに対して、本発明の圧電発電装置では、圧電装置の長さ方向の伸縮を利用して電力が取り出される。加えて、圧電素子は、上記固定部材の回転体の内周面とは反対側の面側に配置され、かつ固定部材に第1の端部が固定されている。従って、例えば回転体の内周面が、内側に湾曲するように変形したとしてもそのような変形による応力が圧電素子に加わり難く、従って圧電素子の破壊も生じ難い。   On the other hand, in the piezoelectric power generation device of the present invention, electric power is taken out by using expansion and contraction in the length direction of the piezoelectric device. In addition, the piezoelectric element is disposed on the surface side of the fixing member opposite to the inner peripheral surface of the rotating body, and the first end is fixed to the fixing member. Therefore, for example, even if the inner peripheral surface of the rotating body is deformed so as to be curved inward, stress due to such deformation is not easily applied to the piezoelectric element, and therefore, the piezoelectric element is not easily broken.

よって、本発明によれば、圧電素子の破壊が生じ難く、かつ比較的大きな電力を確実に取り出すことが可能な圧電発電装置を提供することが可能となる。   Therefore, according to the present invention, it is possible to provide a piezoelectric power generation device that is unlikely to cause destruction of the piezoelectric element and that can reliably extract relatively large electric power.

以下、図面を参照しつつ、本発明の具体的な実施形態を説明することにより、本発明を明らかにする。   Hereinafter, the present invention will be clarified by describing specific embodiments of the present invention with reference to the drawings.

図1(a),(b)は、本発明の第1の実施形態に係る圧電発電装置を説明するための図であり、(a)は圧電素子と、固定部材と、押圧部材とが連結されている構造を示す斜視図であり、(b)は、本実施形態の圧電発電装置の模式的部分切欠正面断面図である。   1A and 1B are diagrams for explaining a piezoelectric power generation device according to a first embodiment of the present invention. FIG. 1A is a diagram in which a piezoelectric element, a fixing member, and a pressing member are connected to each other. It is a perspective view which shows the structure currently performed, (b) is typical partial notch front sectional drawing of the piezoelectric generator of this embodiment.

本実施形態の圧電発電装置1は、自動車のタイヤ2を回転体として有する。このタイヤ2の内周面に、図1(b)の円Aで囲まれている領域において略図的に示すように、図1(a)に示した構造体3が固定されている。この円Aで囲まれた部分を、図2及び図3を参照してより詳細に表すこととする。   The piezoelectric power generation apparatus 1 according to the present embodiment includes an automobile tire 2 as a rotating body. The structural body 3 shown in FIG. 1A is fixed to the inner peripheral surface of the tire 2 as schematically shown in a region surrounded by a circle A in FIG. The part surrounded by the circle A will be described in more detail with reference to FIGS.

なお、図2は、タイヤ2が接地している部分において、構造体3がタイヤ2の内周面に位置している場合を示し、図3は、タイヤ2が回転し、構造体3がタイヤ2の内周面に固定されている部分が、偏平部分から偏平でない部分に至る途中の状態を示す図である。   2 shows a case where the structure 3 is located on the inner peripheral surface of the tire 2 in a portion where the tire 2 is grounded, and FIG. 3 shows that the tire 2 rotates and the structure 3 is the tire. It is a figure which shows the state in the middle of the part currently fixed to the internal peripheral surface of 2 from the flat part to the part which is not flat.

すなわち、タイヤ2は、通常、図2及び図3に示すように、路面4に接地している部分において、その内周面が偏平となっている。接地している部分以外では、タイヤ2の内周面は、略円筒曲面、すなわち偏平でない部分となっている。   That is, as shown in FIGS. 2 and 3, the tire 2 normally has a flat inner peripheral surface at a portion that is in contact with the road surface 4. Except for the grounded portion, the inner peripheral surface of the tire 2 is a substantially cylindrical curved surface, that is, a portion that is not flat.

図1(a)に示すように、構造体3は、固定部材5と、圧電素子6と、押圧部材7と、支持部材8,9とを有する。固定部材5は、金属などの剛体からなり、タイヤ2の内周面2aに固定されている。固定部材5は、板状部材5aと、板状部材5aの一端に設けられた固定壁5bと、固定壁5とは反対側に設けられた係止壁5cとを有する。固定壁5b及び係止壁5cは、それぞれ、板状部材5aから、上記回転体としてのタイヤ2の内周面から遠ざかる方向に、延ばされている。本実施形態では、固定壁5b及び係止壁5cの内面は、板状部材5aに垂直方向に延ばされている。   As shown in FIG. 1A, the structure 3 includes a fixing member 5, a piezoelectric element 6, a pressing member 7, and support members 8 and 9. The fixing member 5 is made of a rigid body such as metal and is fixed to the inner peripheral surface 2 a of the tire 2. The fixing member 5 includes a plate-like member 5a, a fixing wall 5b provided at one end of the plate-like member 5a, and a locking wall 5c provided on the opposite side of the fixing wall 5. The fixed wall 5b and the locking wall 5c are respectively extended from the plate-like member 5a in a direction away from the inner peripheral surface of the tire 2 as the rotating body. In the present embodiment, the inner surfaces of the fixed wall 5b and the locking wall 5c are extended in the direction perpendicular to the plate member 5a.

圧電素子6は、矩形板状の圧電体10と、圧電体10の上面に積層された第1の電極11と、圧電体9の下面に形成された第2の電極12とを有する。圧電体10は、チタン酸ジルコン酸鉛系セラミックスのような圧電セラミックスからなり、厚み方向に分極されている。電極11,12は、適宜の金属もしくは合金により形成され得る。   The piezoelectric element 6 includes a rectangular plate-shaped piezoelectric body 10, a first electrode 11 stacked on the upper surface of the piezoelectric body 10, and a second electrode 12 formed on the lower surface of the piezoelectric body 9. The piezoelectric body 10 is made of a piezoelectric ceramic such as a lead zirconate titanate ceramic and is polarized in the thickness direction. The electrodes 11 and 12 can be formed of an appropriate metal or alloy.

圧電素子6は、矩形板状の長さ方向を有する圧電体10を用いて構成されている。従って、圧電素子6は、長さ方向を有し、長さ方向の一端が第1の端部6aであり、他端が第2の端部6bである。圧電素子6は、長さ方向において伸縮した場合に、圧電効果により電力を生じ、生じた電力は電極11,12から取り出される。   The piezoelectric element 6 is configured using a piezoelectric body 10 having a rectangular plate-like length direction. Therefore, the piezoelectric element 6 has a length direction, and one end in the length direction is the first end 6a, and the other end is the second end 6b. When the piezoelectric element 6 expands and contracts in the length direction, electric power is generated by the piezoelectric effect, and the generated electric power is taken out from the electrodes 11 and 12.

上記圧電素子6の第1の端部6aが、固定部材5の固定壁5bの内面に固定されている。   The first end 6 a of the piezoelectric element 6 is fixed to the inner surface of the fixing wall 5 b of the fixing member 5.

また、本実施形態では、圧電素子6に、合成樹脂からなる支持部材8,9が積層されている。支持部材8,9は、圧電素子6を構成している圧電体よりも柔らかい材料からなり、従って、圧電素子6を補強するとともに、圧電素子6を伸縮させるための応力以外の外力が加わった際に、圧電素子6へ外力が伝搬するのを抑制する。すなわち、支持部材8,9により上記外力が緩和されるため、圧電素子6の破壊が生じ難い。   In the present embodiment, support members 8 and 9 made of synthetic resin are laminated on the piezoelectric element 6. The support members 8 and 9 are made of a material softer than the piezoelectric body constituting the piezoelectric element 6, and accordingly, when an external force other than stress for reinforcing the piezoelectric element 6 and expanding and contracting the piezoelectric element 6 is applied. In addition, the propagation of external force to the piezoelectric element 6 is suppressed. That is, since the external force is relieved by the support members 8 and 9, the piezoelectric element 6 is not easily broken.

なお、支持部材8,9を構成する材料は、上記のように合成樹脂が好ましく、合成樹脂からなる場合、圧電素子6の上面及び下面に合成樹脂を溶融状態で塗布し、硬化させることにより、容易に支持部材8,9を圧電素子6に積層することができる。   The material constituting the support members 8 and 9 is preferably a synthetic resin as described above, and when made of a synthetic resin, the synthetic resin is applied in a molten state on the upper and lower surfaces of the piezoelectric element 6 and cured, The supporting members 8 and 9 can be easily laminated on the piezoelectric element 6.

もっとも、支持部材8,9は、圧電素子6を補強する適宜の材料で構成することができる。 また、圧電素子6の片面にのみ支持部材が積層されていてもよい。   However, the support members 8 and 9 can be made of an appropriate material that reinforces the piezoelectric element 6. A support member may be laminated only on one side of the piezoelectric element 6.

本実施形態では、圧電素子6は、支持部材9を介して固定部材5の板状部材5a上に配置されている。   In the present embodiment, the piezoelectric element 6 is disposed on the plate-like member 5 a of the fixing member 5 via the support member 9.

なお、圧電素子6の第2の端部6bは、自由端状態とされている。   The second end 6b of the piezoelectric element 6 is in a free end state.

他方、第2の端部6bと、係止壁5cとの間には、隙間が設けられている。この隙間に、押圧部材7の作用壁7bが挿入されている。   On the other hand, a gap is provided between the second end 6b and the locking wall 5c. The action wall 7b of the pressing member 7 is inserted into this gap.

押圧部材7は、固定部材5と同様に、金属などの剛体からなり、板状部材7aと、作用壁7bと、タイヤ2の内周面に当接される受動部7cとを有する。   Like the fixing member 5, the pressing member 7 is made of a rigid body such as metal, and includes a plate-like member 7 a, a working wall 7 b, and a passive portion 7 c that comes into contact with the inner peripheral surface of the tire 2.

すなわち、受動部7cは、その下端が、タイヤ2の内周面2aに当接されている。そして、板状部材7aは、上記受動部7cの上端から圧電素子6側に延びている。板状部材7の圧電素子6側の端部には、前述した係止壁5cと圧電素子6の第2の端部6bとの間の隙間に延ばされた作用壁7bが設けられている。   That is, the lower end of the passive portion 7 c is in contact with the inner peripheral surface 2 a of the tire 2. The plate-like member 7a extends from the upper end of the passive portion 7c to the piezoelectric element 6 side. The end of the plate-like member 7 on the piezoelectric element 6 side is provided with a working wall 7 b extending in the gap between the aforementioned locking wall 5 c and the second end 6 b of the piezoelectric element 6. .

押圧部材7は、上記のように、圧電素子6の長さ方向において、圧電素子6の長さ方向外側に延ばされている。   As described above, the pressing member 7 extends outward in the length direction of the piezoelectric element 6 in the length direction of the piezoelectric element 6.

なお、作用壁7bの外側端面は、圧電素子6の第2の端部6bと接触されている。もっとも、作用壁7bの外側端面は圧電素子6の第2の端部6bと僅かな隙間を隔てて配置されていてもよい。   Note that the outer end surface of the working wall 7 b is in contact with the second end 6 b of the piezoelectric element 6. However, the outer end face of the working wall 7b may be arranged with a slight gap from the second end 6b of the piezoelectric element 6.

次に、図2及び図3を参照して、本実施形態の圧電発電装置1の動作を説明する。   Next, with reference to FIG.2 and FIG.3, operation | movement of the piezoelectric generator 1 of this embodiment is demonstrated.

圧電発電装置1の上記構造体3が、タイヤ2の路面4に接地している部分に相当する部分において、タイヤ2の内周面に位置している場合には、図2に示す状態となる。ここでは、タイヤ2の内周面の偏平化されている部分に構造体3が位置している。そのため、押圧部材7は、圧電素子6の長さ方向延長線方向に位置しており、圧電素子6には、押圧部材7からの押圧力は作用しない。   When the structure 3 of the piezoelectric generator 1 is located on the inner peripheral surface of the tire 2 in a portion corresponding to the portion of the tire 2 that is in contact with the road surface 4, the state shown in FIG. 2 is obtained. . Here, the structure 3 is located in a flattened portion of the inner peripheral surface of the tire 2. Therefore, the pressing member 7 is positioned in the longitudinal direction of the piezoelectric element 6, and the pressing force from the pressing member 7 does not act on the piezoelectric element 6.

他方、タイヤ2が回転し、路面4に接触する部分は順次変化していく。この場合、接地している部分以外では、タイヤ2の内周面は、円筒曲状とされている。すなわち、図3に示すように、タイヤ2の内周面が円筒曲面状とされており、偏平でない部分の場合には、押圧部材7の受動部7cが、タイヤ2の内周面により、圧電素子6の長さ方向延長線よりもタイヤ2の内側方向に大きく移動されることになる。このタイヤ2の変形により応力が、上記押圧部材7の受動部7cに作用し、図3に示すように、押圧部材7の板状部材7aが、圧電素子6の長さ方向延長部に対して傾斜されることになる。そして、板状部材7の受動部7cとは反対側に位置している作用壁7bが係止壁5cと接触している部分を支点として作用壁7bが時計回り方向に回転することとなる。その結果、作用壁7bの外側端面が圧電素子6の第2の端部6bを押圧し、圧電素子6を長さ方向に圧縮することとなる。   On the other hand, the portion of the tire 2 that rotates and contacts the road surface 4 changes sequentially. In this case, the inner peripheral surface of the tire 2 has a cylindrical curved shape other than the grounded portion. That is, as shown in FIG. 3, the inner peripheral surface of the tire 2 is a cylindrical curved surface, and in the case of a non-flat portion, the passive portion 7 c of the pressing member 7 is piezoelectric by the inner peripheral surface of the tire 2. The element 6 is moved more inwardly of the tire 2 than the lengthwise extension line of the element 6. Due to the deformation of the tire 2, the stress acts on the passive portion 7 c of the pressing member 7, and the plate-like member 7 a of the pressing member 7 is against the extension in the length direction of the piezoelectric element 6 as shown in FIG. 3. Will be inclined. Then, the action wall 7b rotates in the clockwise direction with the action wall 7b positioned on the opposite side of the passive part 7c of the plate-like member 7 as the fulcrum. As a result, the outer end surface of the working wall 7b presses the second end 6b of the piezoelectric element 6 and compresses the piezoelectric element 6 in the length direction.

この場合、タイヤ2の内周面の変形による応力が押圧部材7の受動部7cに加えられ、該受動部7cが力点となり、上記押圧部材7の作用壁7bと固定部材5の係止壁5cとが接している部分が支点となって、作用壁7bの外側端面が作用点となる。そして、上記力点と支点との距離に比べて、支点と作用点の間の距離が短いため、梃子の作用により、大きな力が作用壁7bの端面から圧電素子6に加えられることになる。   In this case, stress due to deformation of the inner peripheral surface of the tire 2 is applied to the passive portion 7 c of the pressing member 7, and the passive portion 7 c serves as a power point, and the action wall 7 b of the pressing member 7 and the locking wall 5 c of the fixing member 5. The portion in contact with becomes a fulcrum, and the outer end face of the action wall 7b becomes the action point. Since the distance between the fulcrum and the fulcrum is shorter than the distance between the force point and the fulcrum, a large force is applied to the piezoelectric element 6 from the end face of the action wall 7b by the action of the insulator.

よって、圧電素子6が、長さ方向において、大きな力で圧縮される。そして、タイヤ2が回転する間、圧電素子6に上記圧縮応力が加わった状態と、接地している部分において圧縮応力が開放された状態とが周期的に繰り返されることになるため、圧電素子6は長さ方向に周期的に伸縮することとなる。従って、圧電効果によって、圧電素子6から電力を取り出すことができる。   Therefore, the piezoelectric element 6 is compressed with a large force in the length direction. While the tire 2 rotates, the state in which the compressive stress is applied to the piezoelectric element 6 and the state in which the compressive stress is released in the grounded portion are periodically repeated. Will periodically expand and contract in the length direction. Therefore, electric power can be taken out from the piezoelectric element 6 by the piezoelectric effect.

本実施形態の圧電発電装置1では、上記のように、圧電素子6の長さ方向の伸縮を利用して電力が取り出される。前述したように、従来の屈曲振動を利用して圧電素子から電力を取り出す構造では、タイヤが石に乗り上げた際に、タイヤの内周面が径方向内側に湾曲し、圧電素子に引張応力が加わり、圧電素子が破壊するおそれがあった。   In the piezoelectric power generation apparatus 1 of the present embodiment, as described above, electric power is extracted by using the expansion and contraction of the piezoelectric element 6 in the length direction. As described above, in the structure in which electric power is extracted from the piezoelectric element using the conventional bending vibration, when the tire rides on a stone, the inner peripheral surface of the tire is curved radially inward, and tensile stress is applied to the piezoelectric element. In addition, the piezoelectric element may be destroyed.

これに対して、本実施形態の圧電発電装置1では、圧電素子6の長さ方向の伸縮を利用するものであり、圧電素子6を屈曲変形させない。従って、本質的に圧電素子6の破壊が生じ難い。加えて、圧電素子6は、上記タイヤ2の内周面に直接固定されておらず、上記固定部材5に固定されている。従って、タイヤ2が例えば、石に乗り上げタイヤ2の内周面が内側に湾曲したとしても、圧電素子6は、タイヤ2の内周面の湾曲による応力を直接受けないため、圧電素子6の破壊が生じ難い。   On the other hand, the piezoelectric power generation apparatus 1 according to the present embodiment uses the expansion and contraction of the piezoelectric element 6 in the length direction and does not bend and deform the piezoelectric element 6. Accordingly, the piezoelectric element 6 is essentially not easily broken. In addition, the piezoelectric element 6 is not directly fixed to the inner peripheral surface of the tire 2 but is fixed to the fixing member 5. Therefore, even if the tire 2 rides on a stone, for example, and the inner peripheral surface of the tire 2 is curved inward, the piezoelectric element 6 is not directly subjected to the stress due to the curvature of the inner peripheral surface of the tire 2, so that the piezoelectric element 6 is destroyed. Is unlikely to occur.

また、石に乗り上げることによりタイヤ2が内側に湾曲した部分が、例えば図1(a)の構造体において、固定部材5よりも左側の押圧部材7側に位置したとしても、その場合には、押圧部材7が、前述した支点を中心として時計回りに回転することになる。従って、図3に示した場合と同様に、圧電素子6を抑圧する力が作用するだけであり、圧電素子6の破壊を防止しつつ、圧電素子6を確実に伸縮させることができる。さらに、タイヤ2が石に乗り上げ、固定部材5と押圧部材7とが連結されている部分においてタイヤ2の内周面2aが内側に湾曲した場合には、図3に示されている場合とは異なり、支点が係止壁5cの上方に移動するが、その場合であっても、押圧部材7の作用壁7bの下方部分により圧電素子6が長さ方向に圧縮される。従って、圧電素子6の破壊を防止しつつ、確実に圧電素子6を伸縮させることができる。   Moreover, even if the portion where the tire 2 is curved inward by climbing on the stone is positioned on the pressing member 7 side on the left side of the fixing member 5 in the structure of FIG. 1A, for example, The pressing member 7 rotates clockwise around the fulcrum described above. Therefore, as in the case shown in FIG. 3, only the force for suppressing the piezoelectric element 6 acts, and the piezoelectric element 6 can be reliably expanded and contracted while preventing the piezoelectric element 6 from being destroyed. Further, when the tire 2 rides on a stone and the inner peripheral surface 2a of the tire 2 is curved inward at a portion where the fixing member 5 and the pressing member 7 are connected, what is shown in FIG. In contrast, the fulcrum moves above the locking wall 5c, but even in that case, the piezoelectric element 6 is compressed in the length direction by the lower portion of the action wall 7b of the pressing member 7. Therefore, the piezoelectric element 6 can be reliably expanded and contracted while preventing the piezoelectric element 6 from being broken.

図4は、本発明の第2の実施形態に係る圧電発電装置を説明するための略図的斜視図である。第2の実施形態の圧電発電装置では、回転体の内周面に、図4に示す構造体21が固定される。   FIG. 4 is a schematic perspective view for explaining a piezoelectric power generator according to a second embodiment of the present invention. In the piezoelectric power generation device of the second embodiment, the structure 21 shown in FIG. 4 is fixed to the inner peripheral surface of the rotating body.

構造体21は、固定部材22と、圧電素子23と、支持部材24,25と、押圧部材26とを有する。もっとも、本実施形態では、固定部材22と押圧部材26とは同じ材料により一体的に構成されている。   The structure 21 includes a fixing member 22, a piezoelectric element 23, support members 24 and 25, and a pressing member 26. However, in this embodiment, the fixing member 22 and the pressing member 26 are integrally formed of the same material.

本実施形態では、固定部材22は、第1の板状部材22aを有する。第1の板状部材22aの一端側に、固定壁22bが設けられている。圧電素子23は長さ方向一端側の第1の端部23aが、固定壁22bの内面に固定されている。圧電素子23は、第1の実施形態の圧電素子6と同様に構成されている。   In the present embodiment, the fixing member 22 has a first plate-like member 22a. A fixed wall 22b is provided on one end side of the first plate-like member 22a. The piezoelectric element 23 has a first end 23a at one end in the length direction fixed to the inner surface of the fixed wall 22b. The piezoelectric element 23 is configured similarly to the piezoelectric element 6 of the first embodiment.

圧電素子23の長さ方向他端である第2の端部23bは、自由端とされている。   The second end 23b, which is the other end in the length direction of the piezoelectric element 23, is a free end.

圧電素子23の両面には、支持部材24,25が積層されている。支持部材24,25は、第1の実施形態の支持部材7,8と同様に構成されている。   Support members 24 and 25 are laminated on both surfaces of the piezoelectric element 23. The support members 24 and 25 are configured similarly to the support members 7 and 8 of the first embodiment.

他方、固定部材22は、押圧部材26と金属などの剛体により一体に構成されており、両者の境界部分に薄肉部27が設けられている。薄肉部27の一方側に固定部材22が、他方側に押圧部材26が連ねられている。押圧部材26は、第2の板状部材26aと、作用壁26bとを有する。ここでは、作用壁26bは、第2の板状部材26aから回転体の内側に延ばされており、作用壁26bの一方端面が圧電素子23の第2の端部23bと接触されている。もっとも、作用壁26bの一方端面は、圧電素子23の第2の端部23bと隙間を隔てて配置されていてもよい。   On the other hand, the fixing member 22 is integrally formed by a pressing member 26 and a rigid body such as a metal, and a thin portion 27 is provided at a boundary portion between them. The fixing member 22 is connected to one side of the thin portion 27 and the pressing member 26 is connected to the other side. The pressing member 26 includes a second plate-like member 26a and a working wall 26b. Here, the action wall 26 b extends from the second plate-like member 26 a to the inside of the rotating body, and one end surface of the action wall 26 b is in contact with the second end 23 b of the piezoelectric element 23. But the one end surface of the action wall 26b may be arrange | positioned through the 2nd end part 23b of the piezoelectric element 23, and the clearance gap.

また、第2の板状部材26aは、第1の板状部材22aと同一平面上に配置されており、上記薄肉部27を介して連結されている。薄肉部27は、このような板状部材の両面から圧電素子23の長さ方向と直交する方向に延びる溝を形成することにより設けられている。この溝は、板状部材の一方面にのみ形成されていてもよい。   The second plate-like member 26 a is disposed on the same plane as the first plate-like member 22 a and is connected via the thin portion 27. The thin portion 27 is provided by forming a groove extending in a direction orthogonal to the length direction of the piezoelectric element 23 from both surfaces of such a plate-like member. This groove may be formed only on one surface of the plate-like member.

本実施形態においても、押圧部材26は、圧電素子23の長さ方向外側に位置している。そして、図5に示すように、回転体としてのタイヤ2の内周面に、上記固定部材22の板状部材22aが固定されている。なお、第2の板状部材26aはタイヤ2の内周面に接触されているが、固定されていない。。   Also in this embodiment, the pressing member 26 is located on the outer side in the length direction of the piezoelectric element 23. And as shown in FIG. 5, the plate-shaped member 22a of the said fixing member 22 is being fixed to the internal peripheral surface of the tire 2 as a rotary body. The second plate member 26a is in contact with the inner peripheral surface of the tire 2, but is not fixed. .

本実施形態においても、上記構造体21がタイヤ2の路面4に接地しており、内周面が偏平となっている部分に位置している場合には、圧電素子23には、圧縮応力は加わらない。   Also in this embodiment, when the structure 21 is in contact with the road surface 4 of the tire 2 and the inner peripheral surface is located at a flat portion, the piezoelectric element 23 has a compressive stress. Don't join.

他方、タイヤ2の内周面の偏平でない部分に構造体21が位置している場合には、図5に示すように、押圧部材26の第2の板状部材26aの圧電素子23とは反対側の端部が、タイヤ2の内側方向に移動することとなる。そのため、タイヤ2の変形に伴う力が、押圧部材26の第2の板状部材26aの圧電素子23とは反対側の端部に加えられると、上記薄肉部27が支点となって押圧部材26が薄肉部を中心として図5において時計回りに回転する。この回転変位に伴って、作用壁26bもまた上記薄肉部27を支点として時計回りに回転し、作用壁26bの一方面が上記圧電素子23を長さ方向に圧縮するように押圧する。   On the other hand, when the structural body 21 is located in a non-flat portion of the inner peripheral surface of the tire 2, as shown in FIG. 5, it is opposite to the piezoelectric element 23 of the second plate member 26a of the pressing member 26. The end portion on the side moves toward the inner side of the tire 2. Therefore, when the force accompanying the deformation of the tire 2 is applied to the end portion of the second plate-like member 26a of the pressing member 26 opposite to the piezoelectric element 23, the thin portion 27 serves as a fulcrum and the pressing member 26 Rotates clockwise in FIG. 5 around the thin wall portion. Along with this rotational displacement, the working wall 26b also rotates clockwise around the thin portion 27, and one surface of the working wall 26b presses the piezoelectric element 23 in the length direction.

すなわち、上記薄肉部27が支点となり、第2の板状部材26aの圧電素子23とは反対側の端部が力点となり、作用点が上記作用壁26bの圧電素子23の第2の端部23bに接触する部分となって、押圧力が圧電素子23に作用する。この場合、力点と支点との間の距離が、支点と作用点との間の距離よりも大きくされている。   That is, the thin portion 27 serves as a fulcrum, the end of the second plate member 26a opposite to the piezoelectric element 23 serves as a power point, and the action point serves as the second end 23b of the piezoelectric element 23 of the working wall 26b. The pressing force acts on the piezoelectric element 23 in contact with the piezoelectric element 23. In this case, the distance between the force point and the fulcrum is made larger than the distance between the fulcrum and the action point.

よって、本実施形態においても、梃子の作用により、大きな圧縮応力が圧電素子23に加わることとなる。   Therefore, also in this embodiment, a large compressive stress is applied to the piezoelectric element 23 by the action of the insulator.

第1の実施形態の場合と同様に、タイヤ2が回転するに際し、タイヤ2の内周面の偏平部分と偏平でない部分は周期的に現れる。従って、本実施形態においても、圧電素子23が長さ方向に圧縮された状態と、圧縮応力が開放された状態とが繰り返され、圧電効果によって、電力が取り出される。本実施形態においても、上記圧電素子23は、屈曲変形を利用するものでないため、変形による破壊が生じ難い。のみならず、タイヤが石に乗り上げ、タイヤ2の内周面が内側に突出するように変形したとしても、固定部材22を介して圧電素子23が固定されているので、圧電素子6が変形し難い。従って、圧電素子23の破損が生じ難い。なお、第2の実施形態では、薄肉部27を設けることにより、薄肉部27を支点として押圧部材26が、固定部材22に対して移動し易くされていた。このような薄肉部27に代えて、回転可能に連結する適宜の機構、例えば蝶番やヒンジ等により押圧部材26を固定部材22に連結してもよい。   As in the case of the first embodiment, when the tire 2 rotates, the flat portion and the non-flat portion of the inner peripheral surface of the tire 2 appear periodically. Therefore, also in this embodiment, the state in which the piezoelectric element 23 is compressed in the length direction and the state in which the compressive stress is released are repeated, and electric power is extracted by the piezoelectric effect. Also in this embodiment, since the piezoelectric element 23 does not utilize bending deformation, it is difficult to cause breakage due to deformation. In addition, even if the tire rides on a stone and the inner peripheral surface of the tire 2 is deformed so as to protrude inward, the piezoelectric element 23 is fixed via the fixing member 22, so that the piezoelectric element 6 is deformed. hard. Therefore, the piezoelectric element 23 is hardly damaged. In the second embodiment, by providing the thin portion 27, the pressing member 26 is easily moved with respect to the fixed member 22 using the thin portion 27 as a fulcrum. Instead of the thin-walled portion 27, the pressing member 26 may be connected to the fixing member 22 by an appropriate mechanism that is rotatably connected, such as a hinge or a hinge.

図6は、第1の実施形態の圧電発電装置3の変形例を示す正面図である。第1の実施形態の圧電発電装置3では、固定部材5に圧電素子6が固定されており、固定部材5に押圧部材7が連結されていた。これに対して、図6に示す変形例の圧電発電装置41では、押圧部材42にも、圧電素子6Aが固定されている。すなわち、押圧部材42及び圧電素子6Aは、固定部材5及び圧電素子6と同様の構造を有する。押圧部材42は、押圧部材7と同様に、金属などの剛体からなり、板状部材42aと、作用壁42bと、タイヤ2の内周面に搭接される受動部42cとを有する。そして、上記作用壁42bと、受動部42cとの間に圧電素子6Aが固定されている。   FIG. 6 is a front view showing a modification of the piezoelectric power generation device 3 of the first embodiment. In the piezoelectric power generation device 3 of the first embodiment, the piezoelectric element 6 is fixed to the fixing member 5, and the pressing member 7 is connected to the fixing member 5. On the other hand, in the piezoelectric power generation apparatus 41 of the modified example shown in FIG. 6, the piezoelectric element 6 </ b> A is also fixed to the pressing member 42. That is, the pressing member 42 and the piezoelectric element 6 </ b> A have the same structure as the fixing member 5 and the piezoelectric element 6. Similar to the pressing member 7, the pressing member 42 is made of a rigid body such as metal, and includes a plate-shaped member 42 a, a working wall 42 b, and a passive portion 42 c that is mounted on the inner peripheral surface of the tire 2. The piezoelectric element 6A is fixed between the working wall 42b and the passive portion 42c.

このように、押圧部材42側にも、圧電素子6Aを設けてもよく、従って、本変形例の圧電発電装置41では、タイヤが回転すると、圧電素子6に繰り返し伸縮応力が加わるだけでなく、圧電素子6Aにも繰り返し伸縮応力が加わる。すなわち、固定部材5の係止壁5cが、圧電素子6Aを長さ方向に伸縮する作用壁としても作用することとなる。よって、圧電素子6だけでなく、圧電素子6Aからも伸縮に伴う電力を圧電効果によって取り出すことができ、より大きな電力を取り出すことができる。   As described above, the piezoelectric element 6A may be provided also on the pressing member 42 side. Therefore, in the piezoelectric power generation device 41 of the present modification, when the tire rotates, not only the stretching stress is repeatedly applied to the piezoelectric element 6, Stretching stress is repeatedly applied to the piezoelectric element 6A. That is, the locking wall 5c of the fixing member 5 also acts as an action wall that expands and contracts the piezoelectric element 6A in the length direction. Therefore, not only the piezoelectric element 6 but also the piezoelectric element 6A can take out the electric power accompanying the expansion / contraction by the piezoelectric effect, and can take out a larger electric power.

図7は、第1の実施形態の圧電発電装置3の他の変形例の圧電発電装置を示す正面図である。圧電発電装置51は、第1の実施形態と同様に、圧電素子6が固定されている固定部材5と、押圧部材7とを有する。従って、基本的な構造は、第1の実施形態の圧電発電装置3と同様である。   FIG. 7 is a front view showing a piezoelectric power generating device according to another modification of the piezoelectric power generating device 3 of the first embodiment. The piezoelectric power generation device 51 includes a fixing member 5 to which the piezoelectric element 6 is fixed and a pressing member 7 as in the first embodiment. Accordingly, the basic structure is the same as that of the piezoelectric power generation device 3 of the first embodiment.

もっとも、圧電発電装置51では、押圧部材7の板状部材7aがタイヤの内周面に接するように、第1の実施形態の圧電発電装置3とは上下逆転して配置される。この場合、押圧部材7の板状部材7aがタイヤの内周面に固定されるが、タイヤの内周面に周期的に偏平部分が現れると、第1の実施形態の場合と同様に、押圧部材7の作用壁7bの外側面により、圧電素子6が長さ方向に圧縮されるように力が繰り返し働くことになり、それによって圧電素子6から圧電効果により電力を取り出すことができる。   However, in the piezoelectric power generation device 51, the piezoelectric power generation device 3 of the first embodiment is disposed upside down so that the plate-like member 7a of the pressing member 7 is in contact with the inner peripheral surface of the tire. In this case, the plate-like member 7a of the pressing member 7 is fixed to the inner peripheral surface of the tire, but when a flat portion appears periodically on the inner peripheral surface of the tire, the pressing is performed as in the case of the first embodiment. The force acts repeatedly so that the piezoelectric element 6 is compressed in the length direction by the outer surface of the working wall 7 b of the member 7, whereby electric power can be extracted from the piezoelectric element 6 by the piezoelectric effect.

なお、本変形例では、圧電素子6の上下に積層されている支持部材のうち、固定部材5側に積層されている支持部材9aは、圧電素子6及び支持部材8と同じ長さ方向寸法を有し、従って支持具材9Aの一方端と押圧部材7との間に隙間Xが形成されている。このように、支持部材9Aと、固定部材5の係止壁5cとの間に隙間Xが形成されてもよい。このような構造は、予め、圧電素子6の上下に支持部材8,9Aを積層した積層体を形成した後、該積層体を固定部材5の板状部材5aに貼り合わせることにより形成することができる。   In this modification, among the support members stacked above and below the piezoelectric element 6, the support member 9 a stacked on the fixed member 5 side has the same lengthwise dimension as the piezoelectric element 6 and the support member 8. Therefore, a gap X is formed between one end of the support member 9 </ b> A and the pressing member 7. Thus, the gap X may be formed between the support member 9A and the locking wall 5c of the fixing member 5. Such a structure can be formed by previously forming a laminated body in which the supporting members 8 and 9A are laminated on the upper and lower sides of the piezoelectric element 6 and then bonding the laminated body to the plate-like member 5a of the fixing member 5. it can.

もっとも、本変形例においても、第1の実施形態の場合と同様に、支持部材9Aに代えて、上記隙間Xが存在しない支持部材9を用いてもよい。その場合には、固定部材5に支持部材9を構成する接着剤を塗布した後、圧電素子6を積層し、貼り合わせる方法等により製造することができる。   Of course, in this modified example, as in the case of the first embodiment, instead of the support member 9A, the support member 9 without the gap X may be used. In that case, after applying the adhesive which comprises the supporting member 9 to the fixing member 5, it can manufacture by the method of laminating | stacking the piezoelectric element 6 and bonding together.

図8は、第1の実施形態の圧電発電装置3のさらに他の変形例を説明するための正面図である。   FIG. 8 is a front view for explaining still another modified example of the piezoelectric power generation device 3 of the first embodiment.

第1の実施形態の圧電発電装置3では、固定部材5の一方側にのみ押圧部材7が設けられていたが、図8に示す圧電発電装置61のように、固定部材5の他方側にも、押圧部材7が設けられていてもよい。その場合には、両側の押圧部材7の固定部材5に対する相対的な移動により、圧電素子6が伸縮され、より一層大きな電力を取り出すことができる。   In the piezoelectric power generation device 3 of the first embodiment, the pressing member 7 is provided only on one side of the fixing member 5, but also on the other side of the fixing member 5 as in the piezoelectric power generation device 61 shown in FIG. 8. The pressing member 7 may be provided. In that case, the piezoelectric element 6 is expanded and contracted by the relative movement of the pressing members 7 on both sides with respect to the fixing member 5, so that even larger electric power can be taken out.

なお、第1,第2の実施形態では、回転体としてタイヤ2を示したが、本発明の圧電発電装置は、タイヤ2に限らず、回転に伴って、内周面に偏平となる部分が周期的に生じる様々な回転体を用いて圧電発電装置を構成することができる。   In the first and second embodiments, the tire 2 is shown as the rotating body. However, the piezoelectric power generation device of the present invention is not limited to the tire 2, and a portion that becomes flat on the inner peripheral surface with rotation is provided. A piezoelectric power generator can be configured using various rotating bodies that are generated periodically.

(a)は本発明の第1の実施形態に係る圧電発電装置の要部を示す斜視図であり、(b)は第1の実施形態の圧電発電装置を説明するための略図的部分切欠正面断面図。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS (a) is a perspective view which shows the principal part of the piezoelectric power generator concerning the 1st Embodiment of this invention, (b) is the schematic partial notch front for demonstrating the piezoelectric power generator of 1st Embodiment. Sectional drawing. 第1の実施形態の圧電発電装置において、圧電素子が長さ方向に圧縮する応力を受けていない状態を示す部分切欠正面断面図。The partial notch front sectional view which shows the state which is not receiving the stress which the piezoelectric element compresses to a length direction in the piezoelectric power generator of 1st Embodiment. 第1の実施形態の圧電発電装置において、タイヤの内周面が変形した際の応力を受けて、圧電素子が長さ方向に圧縮されている状態を説明するための部分切欠正面断面図。FIG. 4 is a partially cutaway front cross-sectional view for explaining a state in which the piezoelectric element is compressed in the length direction under stress when the inner peripheral surface of the tire is deformed in the piezoelectric power generation device of the first embodiment. 本発明の第2の実施形態に係る圧電発電装置の要部を示す斜視図。The perspective view which shows the principal part of the piezoelectric power generator which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 第2の実施形態の圧電発電装置において、タイヤの内周面が変形した場合に圧電素子が長さ方向に圧縮される状態を示す部分切欠正面断面図。In the piezoelectric generator of 2nd Embodiment, when the internal peripheral surface of a tire deform | transforms, the partial notch front sectional drawing which shows the state in which a piezoelectric element is compressed to a length direction. 本発明の第1の実施形態の変形例に係る圧電発電装置を示す正面図。The front view which shows the piezoelectric power generator which concerns on the modification of the 1st Embodiment of this invention. 第1の実施形態の圧電発電装置のさらに他の変形例を示す正面図。The front view which shows the further another modification of the piezoelectric power generator of 1st Embodiment. 本発明の第1の実施形態のさらに他の変形例に係る圧電発電装置を示す正面図。The front view which shows the piezoelectric power generator which concerns on the further another modification of the 1st Embodiment of this invention. (a)は、従来の圧電発電装置の一例を説明するための模式的正面図であり、(b)及び(c)は、それぞれ、従来の圧電発電装置において圧電素子が応力を受けていない状態及び応力を受けて屈曲変形をしている状態を示す各模式的部分切欠正面断面図。(A) is a typical front view for demonstrating an example of the conventional piezoelectric generator, (b) and (c) are the states in which the piezoelectric element is not receiving the stress in the conventional piezoelectric generator, respectively. And each typical partial notch front sectional drawing which shows the state which receives the stress and is carrying out the bending deformation. 従来の圧電発電装置において、タイヤの内周面が内側に湾曲するように変形した場合の問題点を説明するための部分切欠正面断面図。In the conventional piezoelectric generator, the partial notch front sectional drawing for demonstrating a problem at the time of deform | transforming so that the internal peripheral surface of a tire may curve inside.

符号の説明Explanation of symbols

1…圧電発電装置
2…タイヤ
3…構造体
4…路面
5…固定部材
5a…板状部材
5b…固定壁
5c…係止壁
6…圧電素子
7…押圧部材
7a…第2の板状部材
7b…作用壁
7c…受動部
8,9…支持部材
10…圧電体
11,12…電極
21…構造体
22…固定部材
22a…第1の板状部材
22b…固定壁
23…圧電素子
24,25…支持部材
26…押圧部材
26a…第2の板状部材
26b…作用壁
27…薄肉部
41…圧電発電装置
42…押圧部材
6A…圧電素子
42a…板状部材
42b…作用壁
42c…受動部
51…圧電発電素子
9A…支持部材
61…圧電発電装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Piezoelectric generator 2 ... Tire 3 ... Structure 4 ... Road surface 5 ... Fixed member 5a ... Plate-like member 5b ... Fixed wall 5c ... Locking wall 6 ... Piezoelectric element 7 ... Pressing member 7a ... 2nd plate-like member 7b ... Working wall 7c ... Passive part 8,9 ... Support member 10 ... Piezoelectric body 11,12 ... Electrode 21 ... Structure 22 ... Fixing member 22a ... First plate member 22b ... Fixing wall 23 ... Piezoelectric element 24,25 ... Support member 26 ... Pressing member 26a ... Second plate-like member 26b ... Working wall 27 ... Thin wall portion 41 ... Piezoelectric generator 42 ... Pressing member 6A ... Piezoelectric element 42a ... Plate-like member 42b ... Working wall 42c ... Passive portion 51 ... Piezoelectric generator 9A ... support member 61 ... piezoelectric generator

Claims (9)

回転体の回転に伴って圧電効果により発電する圧電発電装置であって、
回転に伴って、内周面に偏平部分が生じる回転体と、
長さ方向一端が第1の端部、長さ方向他端が第2の端部であり、長さ方向に伸縮することにより、圧電効果によって電力を発生する圧電素子と、
前記回転体の内周面に固定されており、かつ前記圧電体の第1の端部が固定されている固定部材と、
前記圧電素子の第2の端部の外側に配置されており、前記回転体の回転に伴って回転体の内周面が偏平部分から偏平でない部分に変形した際の該変形による応力を受け、該変形による応力に応じて前記圧電素子を長さ方向に圧縮するように前記圧電素子の第2の端部を押圧する押圧部材とを備えることを特徴とする、圧電発電装置。
A piezoelectric power generation device that generates electric power by a piezoelectric effect as the rotating body rotates,
A rotating body in which a flat portion is generated on the inner peripheral surface with rotation,
One end in the length direction is the first end, the other end in the length direction is the second end, and by expanding and contracting in the length direction, a piezoelectric element that generates power by the piezoelectric effect;
A fixing member that is fixed to the inner peripheral surface of the rotating body and to which the first end of the piezoelectric body is fixed;
The piezoelectric element is disposed outside the second end portion, and receives the stress due to the deformation when the inner peripheral surface of the rotating body is deformed from a flat portion to a non-flat portion with the rotation of the rotating body, And a pressing member that presses the second end of the piezoelectric element so as to compress the piezoelectric element in a length direction in accordance with a stress caused by the deformation.
前記押圧部材が、前記圧電素子の第2の端部から圧電体の長さ方向外側に位置されており、前記回転体の内周面の変形による応力が加わったときに、前記押圧部材の前記圧電素子とは反対側の端部が、前記押圧部材の前記圧電素子側の端部よりも回転体の内側方向に移動し、前記押圧部材の前記圧電素子側の端部が前記圧電体の前記第2の端部を押圧する、請求項1に記載の圧電発電装置。   The pressing member is located on the outer side in the longitudinal direction of the piezoelectric body from the second end of the piezoelectric element, and when stress due to deformation of the inner peripheral surface of the rotating body is applied, the pressing member The end of the pressing member opposite to the piezoelectric element moves toward the inner side of the rotating body relative to the end of the pressing member on the piezoelectric element side, and the end of the pressing member on the piezoelectric element side of the piezoelectric member The piezoelectric power generation device according to claim 1, wherein the piezoelectric power generation device presses the second end portion. 前記固定部材が、前記回転体の内周面に固定されている板状部材と、前記板状部材の前記圧電素子の第1の端部側から回転体の内周面から遠ざかる方向に延ばされており、かつ前記圧電素子の第1の端部が固定されている固定壁と、前記板状部材の前記固定壁とは圧電素子の長さ方向反対側であって、前記圧電素子の前記第2の端部の外側に位置しており、前記回転体の内周面から遠ざかる方向に延びるように設けられた係止壁とを有し、
前記押圧部材が、前記係止壁の内面と前記圧電素子の第2の端部との間に挿入されている作用壁を有し、該作用壁の前記圧電素子側の面が、前記圧電素子の第2の端部を押圧する、請求項2に記載の圧電発電装置。
The fixing member extends in a direction away from the inner peripheral surface of the rotating body from the plate-shaped member fixed to the inner peripheral surface of the rotating body and the first end portion side of the piezoelectric element of the plate-shaped member. And the fixed wall to which the first end of the piezoelectric element is fixed and the fixed wall of the plate-like member are on the opposite side in the length direction of the piezoelectric element, and the piezoelectric element A locking wall that is located outside the second end and is provided to extend in a direction away from the inner peripheral surface of the rotating body;
The pressing member has a working wall inserted between the inner surface of the locking wall and the second end of the piezoelectric element, and the surface of the working wall on the piezoelectric element side is the piezoelectric element. The piezoelectric power generation device according to claim 2, wherein the second end of the piezoelectric power generation device is pressed.
前記押圧部材が前記固定部材と一体に連ねられており、前記固定部材と前記押圧部材との境界部分において前記押圧部材が前記固定部材に対して変位することを容易とするための薄肉部が設けられている、請求項2に記載の圧電発電装置。   The pressing member is integrally connected to the fixing member, and a thin portion is provided for facilitating displacement of the pressing member with respect to the fixing member at a boundary portion between the fixing member and the pressing member. The piezoelectric power generation device according to claim 2. 前記固定部材が、前記回転体の内周面に固定されている第1の板状部材と、
前記板状部材の圧電素子の第1の端部側において、前記回転体の内周面から遠ざかる方向に延びるように設けられた固定壁とを有し、該固定壁に前記圧電素子の第1の端部が固定されており、
前記押圧部材が、前記回転体の内周面に沿うように設けられた第2の板状部材と、第2の該板状部材の前記圧電素子の第2の端部側において、前記回転体の内周面から遠ざかる方向に設けられた作用壁とを有し、前記回転体の内周面の変形による応力により、前記押圧部材の前記圧電素子とは反対側の端部が前記回転体の内側方向に移動し、それによって、前記作用壁により前記圧電素子の第2の端部が押圧されるように構成されている、請求項4に記載の圧電発電装置。
A first plate member fixed to the inner peripheral surface of the rotating body;
A fixing wall provided to extend in a direction away from the inner peripheral surface of the rotating body on the first end side of the piezoelectric element of the plate-like member, and the first wall of the piezoelectric element is provided on the fixing wall. The end of is fixed,
A second plate-like member provided so that the pressing member extends along an inner peripheral surface of the rotating body; and the second rotating member on the second end side of the piezoelectric element of the second plate-like member. A working wall provided in a direction away from the inner peripheral surface of the rotating member, and an end of the pressing member opposite to the piezoelectric element is caused by stress due to deformation of the inner peripheral surface of the rotating member. 5. The piezoelectric power generation device according to claim 4, wherein the piezoelectric power generation device is configured to move in an inward direction, whereby the second end portion of the piezoelectric element is pressed by the working wall.
前記圧電素子の少なくとも片面に積層されており、かつ前記圧電素子を支持する支持部材をさらに備え、該支持部材が、前記固定部材に固定されている、請求項1〜5のいずれか1項に記載の圧電発電装置。   6. The piezoelectric element according to claim 1, further comprising a support member that is laminated on at least one surface of the piezoelectric element and that supports the piezoelectric element, and the support member is fixed to the fixing member. The piezoelectric power generation device described. 前記支持部材が、前記圧電素子よりも柔らかい材料により構成されている、請求項6に記載の圧電発電装置。   The piezoelectric power generation device according to claim 6, wherein the support member is made of a material softer than the piezoelectric element. 前記支持部材が合成樹脂からなる、請求項7に記載の圧電発電装置。   The piezoelectric power generation device according to claim 7, wherein the support member is made of a synthetic resin. 前記回転体が自動車のタイヤであって、前記圧電素子、前記固定部材及び前記押圧部材が、該タイヤの内周面に配置されている、請求項1〜8のいずれか1項に記載の圧電発電装置。
The piezoelectric device according to claim 1, wherein the rotating body is an automobile tire, and the piezoelectric element, the fixing member, and the pressing member are disposed on an inner peripheral surface of the tire. Power generation device.
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