JP5931472B2

JP5931472B2 - 発電装置

Info

Publication number: JP5931472B2
Application number: JP2012016024A
Authority: JP
Inventors: 須藤　健二; 健二須藤; 周笠井; 宏昭岡田; 俊司熊谷
Original assignee: Mitsuba Corp
Current assignee: Mitsuba Corp
Priority date: 2012-01-30
Filing date: 2012-01-30
Publication date: 2016-06-08
Anticipated expiration: 2032-01-30
Also published as: JP2013158118A

Description

この発明は、圧電素子を用いた発電装置に関し、特に、自動車等の車両に取り付けられ、車両の振動により発電する発電装置に関する。

自動車等の車両に取り付けられ、車両の振動により発電することができる発電装置として、例えば、特許文献１に示される発電装置が提案されている。この発電装置は、圧電素子が一体的に固着された梁と、重り（質量）とを備え、梁の一端が固定されるとともに他端に重りが取り付けられた構造となっている。そして、この発電装置では、車両の振動により梁が屈曲振動を行い、この屈曲振動により梁に固着された圧電素子が発電する。

しかしながら、上記の発電装置において圧電素子が取り付けられた梁は、１次モードの周波数帯においてのみ変位の大きな屈曲振動を行い、その他の周波数帯では変位の大きな屈曲振動を行わない。そのため、この発電装置は、車両においてこの１次モードの周波数帯の振動が形成されたときのみ、効率よく発電することができ、その他の周波数帯においては効率のよい発電を行うことができない。

特開２００５−５７９８２号公報

そこで、この発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、多数の周波数帯において効率よく発電することができる発電装置を提供するものである。

上記の課題を解決するために、請求項１に記載された発電装置は、車両に取り付けられるケース体と、発電体および質量体が設けられるとともにこのケース体に取り付けられた起歪体と、を備える。そして、この発電装置において、上記の起歪体は、質量体が連係部材を介して取り付けられる接合部と、接合部に一体的に形成されるとともに接合部から外側に向けて端部が延出し、端部が前記ケース体に片持ち梁状態で取り付けられる複数の起歪部とを有し、発電体は複数備えられるとともにそれぞれ圧電素子を備え、前記複数の発電体のそれぞれは複数の起歪部のそれぞれに取り付けられており、質量体は、起歪体の接合部の一方の側に連係部材を介して取り付けられる第１の質量体と、起歪体を挟んで第１の質量体と反対の他方の側に連係部材を介して取り付けられる第２の質量体と、を備え、第１の質量体と第２の質量体は質量差を有していることを特徴とする。

請求項１に記載された発電装置において、起歪体の接合部に取り付けられた質量体には車両から広範囲の周波数帯における加振力が作用する。そして、質量体が取り付けられた起歪体の接合部には、ケース本体に端部が取り付けられた複数の起歪部が一体的に形成されている。ここで、上記ように起歪部は複数設けられているため、これら複数の起歪部が大きな振幅で振動（変位）する周波数帯は、複数個において設定することが可能である。そのため、質量体に作用する広範囲の周波数帯における加振力により、多数の周波数帯において起歪部が大きな振幅により変位することが可能である。このように、起歪部が多数の周波数帯において大きな振幅により変位することが可能であるため、起歪部に備えられた発電体の圧電素子は、多数の周波数帯において効率よく発電することができる。すなわち、請求項１に記載された発電装置は、多数の周波数帯において効率よく発電することができる。

さらに、質量体を第１および第２の質量体へと二つの質量体に分離され、それぞれの質量体は起歪体を挟んで上下に配置される。そのため、質量体は車両からの加振力により、起歪体を中心して容易に回転方向に搖動運動を行うことができる。これにより、起歪体に取り付けられた質量体を回転方向に搖動運動させる周波数帯の加振力が質量体に作用したときに、起歪部がより大きな振幅で変位することが可能できる。そのため、より多数の周波数帯において起歪部を大きな振幅により変位することが可能である。したがって、請求項１に記載された発電装置は、より多数の周波数帯において効率よく発電することができる。

本発明によれば、多数の周波数帯において効率よく発電することができる発電装置を提供することができる。

本発明の実施形態の発電装置における外観を示す斜視図である。本発明の実施形態の発電装置における内部構造を示す斜視図である。本発明の実施形態の発電装置における振動体の斜視図である。本発明の実施形態の発電装置における振動体の変位を説明する図である。本発明の実施形態の発電装置における振動体の変位を説明する図である。

次に、この発明の第１の実施形態の発電装置を図１、図２および図３に基づいて説明する。ここで、図１は、本発明の実施形態の発電装置における外観を示す斜視図であり、図２は、本発明の実施形態の発電装置における内部構造を示す斜視図である。また、図３は、本発明の実施形態における振動体の斜視図である。なお、図２は、図１にて外観が示された発電装置１において、第１のケース体２を取り除いた状態の発電装置１を示すものである。

図１および図２に示すように、発電装置１は、少なくともいずれか一方が自動車等の車両に取り付けらける第１および第２のケース体（２，３）と、ケース体（２，３）に取り付けられた振動体１０と、第２のケース体３に取り付けられた制御装置６０と、を備える。

次に、発電装置１に備えられた振動体１０について、図２および図３に基づいて説明すする。なお、ケース体２には上面の中央にカバー体２ａが設けられ、このカバー体２ａの設置位置により振動体１０の上下方向の振動の振幅値が調整される。

図２および図３に示すように、振動体１０は、弾性を有する板材より形成された起歪体２０と、起歪体２０に設けられた質量体４０と、同じく起歪体２０に設けられた第１から第４の発電体（３１〜３４）と、を備える。

起歪体２０は、略中央に貫通孔２０ｄが形成された接合部２０ａと、接合部２０ａから外側に向けて、四方向に放射状に延出した梁状の第１から第４の起歪部（２１〜２４）と、を備える。なお、起歪体２０は、薄板の板材から形成されており、第１から第４の起歪部（２１〜２４）と接合部２０ａは一体的に形成されている。そして、第１から第４の起歪部（２１〜２４）の端部（２１ａ〜２４ａ）は、ゴム等の弾性部材により形成された第
１から第４の保持部材（５１〜５４）を介してケース体（２，３）に取り付けられる。このように、起歪体２０は、弾性を有する保持部材（５１〜５４）を介してケース体（２，３）に取り付けられることにより、ケース体（２，３）が強い振動により加振された場合でも、破損することが防止される。

第１から第４の発電体（３１〜３４）のそれぞれは、薄板の梁状の圧電素子（３１ａ〜３４ａ）と、これら圧電素子（３１ａ〜３４ａ）の一方の側面に一体的に固着されている薄板の電極板（３１ｂ〜３４ｂ）と、を備えている。そして、第１から第４の発電体（３１〜３４）は、シート状の絶縁体（Ｂ１〜Ｂ４）を介して、それぞれ起歪体２０の第１から第４の起歪部（２１〜２４）に一体的に固着されている。

また、質量体４０は、起歪体２０の接合部２０ａの貫通孔２０ｄに挿入固定された連係部材４３と、それぞれ連係部材４３の両端に取り付けられた第１および第２の質量体（４１，４２）と、を備える。ここで、第１の質量体４１は接合部２０ａの一方の側２０ｂに配置されるとともに連係部材４３を介して取り付けられ、第２の質量体４２は起歪体２０を挟んで第１の質量体４１と反対の他方の側２０ｃに配置されるとともに連係部材４３を介して取り付けられる。本実施形態では、質量体４０が回転運動を行い易いように、第１および第２の質量体（４１，４２）の質量差を設定している。なお、第１および第２の質量体（４１，４２）に質量差を設定しなくてもよい。

本実施形態の発電装置１では、ケース体（２，３）からの加振力により質量体４０が取り付けられた振動体１０は、様々な周波数帯にて振動する。そして、この振動により起歪体２０および起歪体２０に一体的に取り付けられた各発電体（３１〜３４）は変位し、この変位により各発電体（３１〜３４）に備えられた各圧電素子（３１ａ〜３４ａ）は発電を行う。ここで、各発電体（３１〜３４）の各圧電素子（３１ａ〜３４ａ）および電極板（３１ｂ〜３４ｂ）は、それぞれ制御装置６０に電気的に接続されており、各圧電素子（３１ａ〜３４ａ）により発電された電力は制御装置６０により調整され外部へと出力される。

次に、発電装置１における振動体１０の振動の代表的な形態（振動モード）について、図４および図５に基づいて説明する。

図５は、質量体４０が上下方向（図５において大きい矢印にて示す。）に変位する周波数帯における振動体１０の振動の形態を示すものである。図５に示すように、質量体４０が上下方向に振動した場合、起歪体２０の各起歪部（２１〜２４）は、ケース体（２，３）に固定された端部（２１ａ〜２４ａ）を「節」とする片持ち梁の「１次モード」の振動を行う（図５において小さい矢印にて示す。）。そして、この周波数帯において、上記のような振動を各圧電素子（３１ａ〜３４ａ）が行うことにより、各圧電素子（３１ａ〜３４ａ）において所定の発電がなされる。

また、図６は、質量体４０が回転方向（図６において大きい矢印にて示す。）に変位する周波数帯（図５に示す振動モードとは異なる周波数帯）における振動体１０の振動の形態を示すものである。図６に示すように、質量体４０が回転方向に振動した場合、起歪体２０において、例えば、第２および第４の起歪部（２２，２４）は、ケース体（２，３）に固定された端部（２２ａ，２４ａ）を「節」とする片持ち梁の「２次モード」の振動を行う（図６において小さい矢印にて示す。）。そして、この周波数帯において、上記のような振動を、例えば、第２および第４の圧電素子（３２ａ，３４ａ）が行うことにより、第２および第４の圧電素子（３２ａ，３４ａ）において所定の発電がなされる。

このように、図５および図６に示すように、本実施の形態の発電装置１の振動体１０は、
様々な周波数帯において大きな振幅で振動することが可能である。そのため、発電装置１は、多数の周波数帯において効率よく発電することができる。

なお、本発明は上述の実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述の実施形態に種々の変更を加えたものを含む。

１，１００発電装置
２，３第１および第のケース体
１０振動体
２０起歪体
２０ａ接合部
２０ｂ一方の側
２０ｃ他方の側
２０ｄ貫通孔
２１〜２４第１から第４の起歪部
２１ａ〜２４ａ端部
３１〜３４第１から第４の発電体
３１ａ〜３４ａ圧電素子
３１ｂ〜３４ｂ電極板
Ｂ１〜Ｂ４絶縁体
４０質量体
４１第１の質量体
４２第２の質量体
４３連係部材
５１〜５４第１から第４の保持部材
６０制御装置
Ｂ１〜Ｂ４絶縁体

Claims

車両に取り付けられるケース体と、発電体および質量体が設けられるとともに前記ケース体に取り付けられた起歪体と、を備える発電装置において、
前記起歪体は、前記質量体が連係部材を介して取り付けられる接合部と、前記接合部に一体的に形成されるとともに前記接合部から外側に向けて端部が延出し、前記端部が前記ケース体に片持ち梁状態で取り付けられる複数の起歪部とを有し、前記発電体は複数備えられるとともにそれぞれ圧電素子を備え、前記複数の発電体のそれぞれは前記複数の起歪部のそれぞれに取り付けられており、前記質量体は、前記起歪体の前記接合部の一方の側に前記連係部材を介して取り付けられる第１の質量体と、前記起歪体を挟んで前記第１の質量体と反対の他方の側に前記連係部材を介して取り付けられる第２の質量体と、を備え、前記第１の質量体と前記第２の質量体は質量差を有していることを特徴とする発電装置。