WO2023228577A1 - 発電装置、発電方法、振動検出装置、及びアクチュエータ - Google Patents

発電装置、発電方法、振動検出装置、及びアクチュエータ Download PDF

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WO2023228577A1
WO2023228577A1 PCT/JP2023/013541 JP2023013541W WO2023228577A1 WO 2023228577 A1 WO2023228577 A1 WO 2023228577A1 JP 2023013541 W JP2023013541 W JP 2023013541W WO 2023228577 A1 WO2023228577 A1 WO 2023228577A1
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WO
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power generation
generation device
piezoelectric elements
piezoelectric
core material
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PCT/JP2023/013541
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English (en)
French (fr)
Inventor
融 宇高
和彦 宮原
信之 永井
美貴 遠藤
修大 北出
祐一 石田
Original Assignee
ソニーグループ株式会社
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
    • H02N2/18—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing electrical output from mechanical input, e.g. generators

Definitions

  • the present technology relates to a power generation device, a power generation method, a vibration detection device, and an actuator that can be applied to power generation using vibration.
  • Patent Document 1 discloses a power generation device that generates power by vibration of an elastic plate.
  • a piezoelectric body is arranged on an elastic plate. Further, as the elastic plate vibrates, the piezoelectric body expands and contracts, and electric charges are generated. This enables efficient power generation through vibration.
  • Patent Document 2 discloses a power generation device that generates power by deforming a piezoelectric film.
  • the piezoelectric film is divided into a region that deforms into a concave shape and a region that deforms into a convex shape when subjected to external force due to vibration. Further, power having different polarities generated in each region is rectified to have the same polarity. This allows efficient power generation through vibration without the power generated in each area canceling out each other.
  • the purpose of the present technology is to provide a power generation device, a power generation method, a vibration detection device, and an actuator that make it possible to efficiently convert vibrations and electric power.
  • a power generation device includes a plurality of piezoelectric elements, a first fixing section, and a second fixing section.
  • Each of the plurality of piezoelectric elements includes a core material and a piezoelectric material.
  • the core material has an expandable and contractible coil shape and has a first end and a second end.
  • the piezoelectric material is wound around the core material.
  • the first fixing part is connected to a first end of the core material of each of the plurality of piezoelectric elements.
  • the second fixing part is connected to a second end of the core material of each of the plurality of piezoelectric elements so as to be able to vibrate relative to the first fixing part.
  • the first fixing portion is fixed to the first end of the coil-shaped core material of each of the plurality of piezoelectric elements. Further, a second fixing part is fixed to each second end. This makes it possible to efficiently convert vibrations and electric power.
  • Each of the core materials may have a central axis and be configured to be expandable and contractible along the central axis. in this case.
  • the second fixing part may be configured to be able to vibrate along the central axis of the core material.
  • the first fixing part may have a plate shape, and one surface of the first fixing part may be fixed to the first end of each of the core materials.
  • the second fixing part may have a plate shape, and one surface of the second fixing part may be fixed to the second end of each of the core materials.
  • Each of the piezoelectric materials may be spirally wound around the core material.
  • Each of the core materials may be configured as a first electrode electrically connected to the piezoelectric material.
  • each of the plurality of piezoelectric elements may have a second electrode electrically connected to the piezoelectric material.
  • Each of the first electrodes may be electrically connected to the first fixing part.
  • each of the second electrodes may be electrically connected to the second fixing part.
  • Each of the first electrodes may be electrically connected to the second fixing part.
  • each of the second electrodes may be electrically connected to the first fixing part.
  • At least one of the first fixing part and the second fixing part adjusts the length of a portion of each of the core materials disposed between the first fixing part and the second fixing part. It may have an adjustment section configured to allow it.
  • the power generation device may further include a first regulating part that regulates the amount of movement of the second fixing part in the stretching direction of each of the core members.
  • the power generation device may further include a second regulating part that regulates the amount of movement of the second fixing part in the compression direction of each of the core materials.
  • the plurality of piezoelectric elements may be constituted by a set of one or more piezoelectric elements.
  • the set of piezoelectric elements is arranged in symmetrical positions with respect to a predetermined axis, the winding direction of each of the core materials is the same direction, and the piezoelectric material is wound around the core material.
  • Two piezoelectric elements whose directions are opposite to each other may be used.
  • the plurality of piezoelectric elements may be constituted by a set of one or more piezoelectric elements.
  • the set of piezoelectric elements is arranged at symmetrical positions with respect to a predetermined axis, the winding directions of each of the core materials are opposite to each other, and the piezoelectric material is wound around the core material.
  • Two piezoelectric elements whose directions are the same may be used.
  • the plurality of piezoelectric elements may be constituted by a set of one or more piezoelectric elements.
  • the set of piezoelectric elements is two piezoelectric elements arranged at symmetrical positions with respect to a predetermined axis
  • the first fixed part includes a first plate-shaped plate part and a first fixed part.
  • the second fixing part includes a plate-shaped second flat plate part and one or more second converting parts, and the second fixing part includes a second flat plate part having a plate shape and one or more second converting parts, and Each of the one piezoelectric elements is fixed by the first converting section from the direction of the second flat plate section with respect to the one piezoelectric element, and the second converting section fixes the one piezoelectric element by the first converting section. It may be fixed from the direction of the first flat plate portion with reference to .
  • Each of the plurality of piezoelectric elements may be embedded in a conductive foam or a conductive paste.
  • the power generation device may further include a flexible substrate.
  • the first fixing part includes one or more first fixing members each connected to the substrate
  • the second fixing part includes one or more first fixing members each connected to the substrate.
  • the core material may include two fixing members, and each of the core materials may be configured to be expandable and contractible in accordance with bending of the substrate.
  • the substrate may include a piezoelectric material.
  • the power generation device may further include a correction circuit that is configured to be able to correct a phase shift in the amount of power generated by each of the plurality of piezoelectric elements.
  • each of the plurality of piezoelectric elements is expanded and contracted by vibrating the second fixed part relative to the first fixed part, and the plurality of piezoelectric elements are expanded and contracted. generating electrical energy by each of the piezoelectric elements.
  • a vibration detection device includes the plurality of piezoelectric elements, the first fixing section, the second fixing section, and a vibration detection section.
  • the vibration detection section detects vibration of the second fixed section relative to the first fixed section based on electrical energy generated by each of the plurality of piezoelectric elements.
  • An actuator includes the plurality of piezoelectric elements, the first fixing section, the second fixing section, and a tactile presentation section.
  • the tactile sensation presentation section operates the second fixing section by applying electrical energy to each of the plurality of piezoelectric elements.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a configuration example of a power generation device according to an embodiment of the present technology. It is a perspective view showing an example of composition of a power generation device.
  • FIG. 2 is a side view showing a configuration example of a power generation device.
  • FIG. 2 is a top view, a side view, and a cross-sectional view showing a configuration example of a power generation device.
  • FIG. 2 is a perspective view and an enlarged view showing a configuration example of a piezoelectric element. It is a reference graph showing the phase of the amount of power generation derived from a plurality of piezoelectric elements.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing the unit structure viewed from above.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing the unit structure viewed from above.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing the winding direction of piezoelectric material.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing the unit structure viewed from the front side.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing the operation of the unit structure.
  • 3 is a table showing combinations of phases of voltage vibration waveforms generated by a piezoelectric element.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing a tiling structure.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing the unit structure viewed from above.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing the unit structure viewed from the front side.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing a tiling structure.
  • 1 is a schematic illustration of a power generation device with conductive foam;
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a power generation device including a substrate.
  • FIG. 2 is a schematic diagram of a power generation device including a substrate on which a piezoelectric material is arranged.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing a circuit arranged on
  • FIG. 1 is a perspective view showing a configuration example of a power generation device 1 according to an embodiment of the present technology.
  • FIG. 2 is a perspective view showing an example of the configuration of the power generation device 1.
  • FIG. 3 is a side view showing a configuration example of the power generation device 1.
  • FIG. 3 shows a side view of the power generation device 1 shown in FIG. 1 when viewed from the direction of arrow A.
  • FIG. 4 is a top view, a side view, and a sectional view showing an example of the configuration of the power generation device 1.
  • FIG. 4A is a top view of the power generation device 1.
  • FIG. 4B is a side view of the power generation device 1.
  • FIG. 4C is a cross-sectional view taken along line BB in FIG. 4A.
  • the X direction shown in each figure is the left-right direction
  • the Y direction is the depth direction
  • the Z direction is the up-down direction.
  • the positive side in the X direction (the side toward which the arrow is pointing) is the right side
  • the opposite negative side is the left side.
  • the positive side in the Y direction is the front side
  • the negative side is the back side.
  • the positive side in the Z direction is the upper side
  • the negative side is the lower side.
  • the power generation device 1 includes a plurality of piezoelectric elements 2, a lower fixing plate 3, an upper fixing plate 4, a plurality of pillars 5, a plurality of canceling springs 6, a plurality of upper stoppers 7, and a plurality of lower stoppers 8. .
  • FIG. 5 is a perspective view and an enlarged view showing a configuration example of the piezoelectric element 2.
  • FIG. 5A is a perspective view of the piezoelectric element 2.
  • FIG. 5B is an enlarged view of the upper part of the piezoelectric element 2 shown in FIG. 5A.
  • Each of the plurality of piezoelectric elements 2 has a core material 10 and a piezoelectric material 11.
  • the core material 10 is made of an expandable and contractible coil. Further, the core material 10 has a central axis 12. In FIG. 5A, the central axis 12 is shown in broken lines. In addition, in FIG. 5A, the piezoelectric element 2 is illustrated so that the central axis 12 extends in the Z direction.
  • the direction of the core material 10 is right-handed. That is, when viewed from the direction of the central axis 12, as the core material 10 rotates clockwise (rotation direction from the Z axis to the X axis), it is wound downward (toward the negative side in the Z direction). It's being passed around. In this way, the core material 10 has a coil-like shape wound clockwise along the central axis 12. Conversely, if the core material 10 is wound downward as it rotates counterclockwise when viewed from the direction of the central axis 12, the winding direction of the core material 10 is left-handed. It can be said that
  • the core material 10 is configured to be expandable and contractable along the central axis 12. That is, the core material 10 can be expanded so that the length of the core material 10 in the direction of the central axis 12 becomes longer. Moreover, the core material 10 can be compressed so that the length of the core material 10 in the direction of the central axis 12 is shortened. Note that the direction of expansion and contraction of the core material 10 is not limited. For example, the core material 10 may be able to expand and contract in any direction with respect to the central axis 12 to the extent that the excitation force is not dispersed.
  • the core material 10 has a lower end 13 and an upper end 14.
  • the lower end 13 is the lower end of the core material 10 in FIG. 5A.
  • the upper end 14 is the upper end of the core material 10. Note that only the upper end 14 is illustrated in FIG. 5B.
  • the lower end 13 corresponds to an embodiment of the first end according to the present technology.
  • the upper end 14 corresponds to one embodiment of the second end according to the present technology.
  • the core material 10 has a perfect circular shape when viewed from the direction of the central axis 12.
  • the shape of the core material 10 when viewed from the direction of the central axis 12 is not limited to a perfect circle, but can be any shape such as an ellipse or a polygon, depending on the form of the device to which it is applied. It may be in the shape of Further, the overall number of turns of the core material 10, the number of turns per unit length, the direction of winding, etc. can be set arbitrarily.
  • the core material 10 is made of, for example, metal or alloy such as graphite, Mg, Mo, Fe, Ni, Co, Cr, Al, Ti, W, Au, Ag, Cu, Pt, ceramics such as SiO2 or ZrO2, or polymer resin. or carbon fiber.
  • metal or alloy such as graphite, Mg, Mo, Fe, Ni, Co, Cr, Al, Ti, W, Au, Ag, Cu, Pt, ceramics such as SiO2 or ZrO2, or polymer resin. or carbon fiber.
  • the specific material of the core material 10 is not limited.
  • the piezoelectric material 11 is wound around the core material 10.
  • the piezoelectric material 11 is spirally wound around the core material 10. Specifically, as shown in FIG. 5B, the piezoelectric material 11 is wound counterclockwise around the core material 10. That is, as the piezoelectric material 11 rotates counterclockwise, the core material 10 is wound toward the inner side of the core material 10.
  • the piezoelectric material 11 has a strip shape that is long in the length direction, short in the width direction, and thin in the thickness direction.
  • the piezoelectric material 11 is made of, for example, Pb(Zr,Ti)O 3 [PZT], PbTiO 3 , Pb(Mg 1/3 Nb 2/3 )O 3 -PbTiO 3 [PMN-PT], Pb(Zn 1/3 Nb 2/3 )O 3 -PbTiO 3 [PZN-PT], BaTiO 3 [BT], (K,Na)NbO 3 [KNN], KNbO 3 , NaNbO 3 , (K,Na,Li)NbO 3 , ( K, Na, Li) (Nb, Ta, Sb) O 3 , (Sr, Ba) Nb 2 O 6 , (Sr, Ca) NaNb 5 O 15 , (Na, K) Ba 2 NbO 15 , BiFeO 3 , Bi 4 Ti 3 O 12 , (Bi 1/2 K 1/2 )TiO 3 , (Bi 1/2 Na 1/2 )TiO 3 , BaTiO
  • the specific shape, material, winding direction, etc. of the piezoelectric material 11 are not limited. Furthermore, the shape of the piezoelectric material 11 is not limited to a spiral shape, and the piezoelectric material 11 may be wound in any shape, for example, only a part of the piezoelectric material 11 may be wound twice.
  • each piezoelectric material 11 may be spirally wound around the core material 10 so as to be alternately arranged with each other.
  • each piezoelectric material 11 may be configured with the same shape and material, or may be configured with different shapes and materials.
  • each of the core materials 10 is configured as an electrode electrically connected to the piezoelectric material 11.
  • the core material 10 has electrical conductivity.
  • the front surface of the core material 10 and the back surface of the piezoelectric material 11 are in contact with each other.
  • the core material 10 has two roles: as a coil spring and as an electrode. Note that as the material of the core material 10, a material with relatively high electrical conductivity may be used.
  • an electrode layer may be specially formed on the surface of the core material 10 by vapor deposition, sputtering, coating, or the like. That is, an electrode layer may be interposed between the front surface of the core material 10 and the back surface of the piezoelectric material 11.
  • an insulator or the like may be used as the material of the core material 10.
  • each of the plurality of piezoelectric elements 2 has an electrode electrically connected to the piezoelectric material 11.
  • the surface electrode 15 is arranged on the surface of the piezoelectric material 11 (the surface facing the outside of the core material 10 of the two surfaces of the piezoelectric material 11). That is, the piezoelectric material 11 is sandwiched between the core material 10 and the surface electrode 15. Note that in FIG. 5B, illustration of the detailed shape of the surface electrode 15 is omitted.
  • the surface electrode 15 is made of, for example, a material with relatively high conductivity (metal, etc.). Further, the surface electrode 15 is formed on the surface of the piezoelectric material 11 by vapor deposition, sputtering, coating, etc., and the piezoelectric material 11 on which the surface electrode 15 is formed is spirally wound around the core material 10.
  • the specific material, shape, and method of forming the surface electrode 15 are not limited.
  • the core material 10 and the surface electrode 15 is configured as a positive electrode or a negative electrode. That is, the core material 10 may be configured as a positive electrode, and the surface electrode 15 may be configured as a negative electrode. Further, the core material 10 may be configured as a negative electrode, and the surface electrode 15 may be configured as a positive electrode.
  • the core material 10 corresponds to an embodiment of the first electrode according to the present technology.
  • the surface electrode 15 corresponds to an embodiment of the second electrode according to the present technology.
  • the lower fixing plate 3 holds each member of the power generation device 1.
  • the lower fixing plate 3 has a plate shape.
  • the lower fixing plate 3 has a square plate shape, and has an upper surface 16 and a lower surface 17.
  • a plurality of openings 18 for installing the piezoelectric elements 2 are formed on the upper surface 16.
  • Each of the plurality of openings 18 has a circular shape when viewed from above.
  • a total of 25 openings 18 are formed in the upper surface 16, five in the left-right direction and five in the depth direction.
  • the lower fixing plate 3 is connected to the lower end 13 of the core material 10. Specifically, one surface of the lower fixing plate 3 is fixed to the lower end 13 of each of the core members 10. In this embodiment, one piezoelectric element 2 is fitted into each of the 25 openings 18, for a total of 25 piezoelectric elements 2. As a result, the bottom of the opening 18 comes into contact with the lower end 13 of the piezoelectric element 2, and is in a fixed state.
  • the upper fixing plate 4 has a plate shape. Specifically, the upper fixing plate 4 has a square plate shape and has an upper surface 19 and a lower surface 20. A plurality of openings 21 for installing the piezoelectric elements 2 are formed on the lower surface 20. Each of the plurality of openings 21 has a circular shape when viewed from below. In this embodiment, a total of 25 openings 21, 5 in the left-right direction and 5 in the depth direction, are arranged in a grid pattern on the lower surface 20. Each opening 21 is arranged so that the position in the left-right direction and the depth direction matches the position of the opening 18 that the lower fixing plate 3 has.
  • one surface of the upper fixing plate 4 is fixed to the upper end 14 of each of the core members 10.
  • one piezoelectric element 2 is fitted into each of the 25 openings 21, for a total of 25 piezoelectric elements 2.
  • the bottom of the opening 21 comes into contact with the upper end 14 of the piezoelectric element 2, and is in a fixed state.
  • the number and arrangement of the piezoelectric elements 2 and openings 21 are not limited. For example, if the required amount of power is large, many piezoelectric elements and apertures 21 may be arranged. Further, when the required amount of electric power is relatively small, the power generation device 1 may be configured by several piezoelectric elements 2 and apertures 21. Further, the arrangement is not limited to a grid pattern, and a circular or triangular arrangement may also be adopted.
  • the lower fixing plate 3 and the upper fixing plate 4 are made of a rigid and conductive material such as metal.
  • the specific materials, shapes, etc. of the lower fixing plate 3 and the upper fixing plate 4 are not limited.
  • the specific method of fixing or connecting the piezoelectric element 2 to the lower fixing plate 3 and the upper fixing plate 4 is not limited.
  • the lower fixing plate 3 corresponds to an embodiment of the first fixing part according to the present technology.
  • the upper fixing plate 4 corresponds to an embodiment of the second fixing part according to the present technology.
  • each of the core members 10 is electrically connected to the lower fixed plate 3. Specifically, since the lower fixing plate 3 has conductivity, the lower end 13 of the core material 10 and the bottom of the opening 18 come into contact with each other, thereby creating an electrically connected state.
  • each of the surface electrodes 15 is electrically connected to the upper fixing plate 4. Specifically, since the upper end 14 of the core material 10 is fitted into the opening 21, the surface electrode 15 comes into contact with the side of the opening 21, for example. As a result, the surface electrode 15 and the upper fixing plate 4 are electrically connected.
  • each of the core members 10 may be electrically connected to the upper fixing plate 4 and each of the surface electrodes 15 may be electrically connected to the lower fixing plate 3. That is, just as there is no limitation on which of the core material 10 and the surface electrode 15 is configured as a positive electrode or a negative electrode, there is no limitation on which of the lower fixed plate 3 and the upper fixed plate 4 is configured as a positive electrode or a negative electrode. Not done.
  • At least one of the lower fixing plate 3 and the upper fixing plate 4 is configured to be able to adjust the length of the portion of the core material 10 disposed between the lower fixing plate 3 and the upper fixing plate 4. It has a mechanism 22.
  • the adjustment mechanism 22 is configured only on the lower fixed plate 3.
  • the adjustment mechanism 22 may be configured on the upper fixing plate 4, or the adjusting mechanism 22 may be configured on both the lower fixing plate 3 and the upper fixing plate 4.
  • the adjustment mechanism 22 is configured inside each opening 18 of the lower fixing plate 3.
  • the adjustment mechanism 22 determines the length of the portion of the core material 10 disposed between the lower fixing plate 3 and the upper fixing plate 4, that is, the upper surface 16 of the lower fixing plate 3 and the lower surface 20 of the upper fixing plate 4.
  • the length of the part located between is adjusted.
  • the adjustment mechanism 22 has a screw, and when the screw is rotated, the lower end 13 of the core material 10 is pulled downward or pushed upward.
  • the length of the portion of the core material 10 disposed between the lower fixing plate 3 and the upper fixing plate 4 becomes shorter by the amount of tension. Therefore, for example, the number of turns in this portion of the core material 10 is reduced. Conversely, when the lower end 13 is pushed upward, the length of that portion of the core material 10 becomes longer and the number of turns increases.
  • the specific configuration of the adjustment mechanism 22 is not limited.
  • the length of the core material 10 may be adjusted by a method other than the rotation of a screw.
  • the adjustment mechanism 22 corresponds to an embodiment of an adjustment section according to the present technology.
  • each of the plurality of pillar parts 5 is arranged on the lower fixed plate 3.
  • the column portion 5 has a cylindrical shape, and has a circular upper surface and a circular lower surface. Furthermore, the lower surface is connected to the upper surface 16 of the lower fixing plate 3.
  • four pillar parts 5 are connected to the four corners of the upper surface 16.
  • openings 23 are formed at the four corners of the upper fixing plate 4, and each column portion is fitted into the opening 23 of the upper fixing plate 4. That is, the column portion 5 extends upward from the lower fixing plate 3 and is arranged to penetrate the upper fixing plate 4.
  • the upper surface of the column part 5 is in a state in which it slightly protrudes upward from the upper surface 19 of the upper fixing plate 4.
  • the column portion 5 is made of a rigid material such as metal. Of course, the specific material, shape, and number of the pillar portions 5 are not limited.
  • Each of the plurality of canceling springs 6 is arranged on each of the four pillar sections 5.
  • four canceling springs 6 are arranged.
  • the canceling spring 6 has a hollow portion.
  • a canceling spring 6 is fitted into a portion of the column portion 5 located between the upper surface 16 of the lower fixing plate 3 and the lower surface 20 of the upper fixing plate 4.
  • Each canceling spring 6 is fitted into the column 5 so that the column 5 passes through the hollow portion.
  • the canceling spring 6 is made of a rigid material such as metal. Of course, the specific material, shape, and number of the canceling springs 6 are not limited.
  • the upper fixing plate 4 is connected to the upper end 14 of the core material 10 of each of the plurality of piezoelectric elements 2 so as to be able to vibrate relative to the lower fixing plate 3.
  • the upper fixing plate 4 is held only by the 25 piezoelectric elements 2 and the four canceling springs 6. That is, for example, when an external force acts on the upper fixing plate 4, the upper fixing plate 4 vibrates with the vertical direction being the main direction. For example, when the upper fixing plate 4 is pushed downward, the piezoelectric element 2 and the canceling spring 6 apply an elastic force upward to the upper fixing plate 4, so that the upper fixing plate 4 moves upward. Further, when the upper fixing plate 4 moves upward to a certain extent, the gravitational force acting on the upper fixing plate 4 exceeds the elastic force, and the upper fixing plate 4 moves downward. By repeating this operation, the upper fixed plate 4 vibrates.
  • the upper fixed plate 4 vibrates relative to the lower fixed plate 3. That is, the upper fixing plate 4 vibrates so that the distance between the upper fixing plate 4 and the lower fixing plate 3 in the vertical direction becomes longer or shorter.
  • a configuration may be adopted in which the position of the upper fixing plate 4 does not change and only the lower fixing plate 3 vibrates. Further, a configuration may be adopted in which both the lower fixing plate 3 and the upper fixing plate 4 vibrate. These configurations are also included in the configuration in which the upper fixing plate 4 vibrates relative to the lower fixing plate 3.
  • the upper fixed plate 4 is configured to be able to vibrate along the central axis 12 of the core material 10.
  • each piezoelectric element 2 is arranged so that the central axis 12 of the core material 10 extends in the vertical direction.
  • the vibration direction of the upper fixed plate 4 is also the vertical direction.
  • the vibration direction of the upper fixed plate 4 is not limited to the direction along the central axis 12.
  • the plurality of upper stoppers 7 regulate the amount of movement of the upper fixing plate 4 in the direction in which each of the core members 10 extends.
  • an upper stopper 7 is arranged above each of the four pillar parts 5.
  • the upper stopper 7 has a cylindrical shape, and is configured such that the diameter of the upper stopper 7 is larger than the opening 23 of the upper fixing plate 4.
  • a circular opening is formed in the lower surface 24 of the upper stopper 7, and by fitting the upper part of the column 5 into the opening, the upper stopper 7 is placed over the upper part of the column 5.
  • the upper stopper 7 has a screw hole on the side surface, and is fixed to the upper part of the column part 5 by screwing.
  • the upper stopper 7 is made of, for example, a rigid material.
  • the diameter of the upper stopper 7 is configured to be larger than the opening 23 of the upper fixing plate 4, so that the upper surface 19 of the upper fixing plate 4 moves upwards to the lower surface 24 of the upper stopper 7. gets caught and stops moving upward. In this way, the amount of movement of the core material 10 in the stretching direction (upward) is regulated.
  • the plurality of lower stoppers 8 regulate the amount of movement of the upper fixing plate 4 in the compression direction of each of the core members 10.
  • the lower stopper 8 is arranged near the center of each of the four sides of the upper surface 16 of the lower fixing plate 3.
  • the lower stopper 8 has a substantially cylindrical shape, and the upper and lower portions are configured to have larger diameters than the central portion.
  • the lower stopper 8 is arranged by fixing the lower surface of the lower stopper 8 to the upper surface 16 of the lower fixing plate 3.
  • the lower stopper 8 is made of, for example, a rigid material.
  • the material, shape, number, and other specific configurations of the upper stopper 7 and the lower stopper 8 are not limited.
  • the method for fixing the upper stopper 7 to the column portion 5 is not limited to the method using screws.
  • the method of fixing the lower stopper 8 to the upper surface 16 of the lower fixing plate 3 is not limited.
  • the upper stopper 7 corresponds to an embodiment of a first regulating section according to the present technology.
  • the lower stopper 8 corresponds to an embodiment of a second regulating section according to the present technology.
  • the power generation device 1 realizes power generation using external force caused by vibration. Hereinafter, specific details of power generation by the power generation device 1 will be explained.
  • power generation is realized by the vibrations generated when a person walks.
  • the power generation device 1 is embedded under the floor of a building, for example.
  • the floor of the building vibrates, and the upper fixing plate 4 of the power generation device 1 vibrates accordingly.
  • each piezoelectric element 2 expands and contracts. Furthermore, as the piezoelectric element 2 expands and contracts, the piezoelectric material 11 also expands and contracts. Then, a voltage is generated in the piezoelectric material 11 due to the piezoelectric effect. Since two electrodes (the core material 10 and the surface electrode 15) are electrically connected to the piezoelectric material 11, for example, by connecting the positive and negative electrodes of various electronic devices to the core material 10 and the surface electrode 15, , current flows through electronic equipment. In this way, the power generation device 1 can be used as a power source.
  • charging may be performed by connecting a secondary battery or the like to the power generation device 1.
  • the external force acting on the power generator 1 is not limited to vibrations caused by walking, but may also be vibrations caused by driving a car, for example.
  • power generation may be realized using an external force other than vibration, such as simply pushing or pulling the upper fixing plate 4.
  • the lower fixing plate 3 is fixed to the lower end 13 of the coil-shaped core material 10 that each of the plurality of piezoelectric elements 2 has. Further, an upper fixing plate 4 is fixed to each upper end 14. This makes it possible to efficiently convert vibrations and electric power.
  • vibration-type power generation devices there have been proposals for electromagnetic induction type, piezoelectric generation type, and magnetostrictive generation type power generation devices.
  • suitable power generation device that can generate power in a low vibration frequency range such as vibrations derived from the human body or animals.
  • electromagnetic induction type power generation devices have an optimal natural frequency, which requires a frequency of approximately several tens of Hz.
  • piezoelectric power generation devices have been proposed that similarly utilize resonance frequencies of several tens to hundreds of Hz, and all of them require high vibration frequencies of several tens of Hz or more. can be mentioned.
  • magnetostrictive power generation devices also use a natural resonant vibration frequency in the device structure, so even if a device with a low frequency is manufactured, continuous power generation is difficult.
  • a piezoelectric element 2 in which a piezoelectric material 11 is spirally wound around a spirally wound core material 10 is used. Furthermore, each piezoelectric element 2 is fixed by the lower fixing plate 3 and the upper fixing plate 4.
  • FIG. 6 is a reference graph showing the phase of the amount of power generated from a plurality of piezoelectric elements.
  • FIG. 6A shows the phase of the power generation amount in the power generation device 1 of the comparative example.
  • the power generation device 1 of the comparative example includes a lower fixed plate 3 and a plurality of piezoelectric elements 2 similarly to the power generation device 1 according to the present technology. Further, an upper fixing plate 4 is individually fixed to each of the plurality of piezoelectric elements 2. That is, unlike the power generation device 1 according to the present technology, the plurality of piezoelectric elements 2 are not fixed by one common upper fixing plate 4, but one upper fixing plate 4 is fixed for one piezoelectric element 2. is placed.
  • FIG. 6B shows the phase of the power generation amount in the power generation device 1 according to the present technology.
  • the vertical axis represents the amount of power generation and the horizontal axis represents time.
  • the units of power generation amount and time are arbitrary units (arbitary units).
  • Each graph shows the amount of power generated by two different piezoelectric elements 2. The amount of power generated by one piezoelectric element 2 is shown by a solid line, and the amount of power generated by the other piezoelectric element 2 is shown by a broken line.
  • each piezoelectric element 2 when focusing on a certain time, there is a difference in the amount of power generated by each piezoelectric element 2. Furthermore, when looking at the entire graph, the graph of each piezoelectric element 2 has the shape of a sine wave, but each sine wave has a shape that is translated by approximately time 4. That is, a phase shift occurs by time 4.
  • each piezoelectric element 2 When a phase shift occurs, the electric power generated by each piezoelectric element 2 cancels each other out, resulting in a decrease in the amount of power generation as a whole. For example, at time 16, each piezoelectric element 2 has approximately the same amount of power generation in the positive direction and in the negative direction. However, the total amount of power generated by the two piezoelectric elements 2 is approximately zero.
  • the graphs of the piezoelectric elements 2 generally overlap, and there is almost no phase shift. That is, cancellation of the electric power generated by each piezoelectric element 2 is suppressed, and it is possible to obtain a large amount of electric power as a whole.
  • each piezoelectric element 2 expands and contracts apart when an external force is applied.
  • each piezoelectric element 2 since each piezoelectric element 2 is not fixed by the common upper fixing plate 4, each piezoelectric element 2 expands and contracts separately when an external force is applied. For example, when one piezoelectric element 2 is in a contracted state, another piezoelectric element 2 is in an extended state.
  • the magnitude and sign of the power generation amount are determined depending on the magnitude and direction of expansion and contraction of the piezoelectric element 2, so if the expansion and contraction states of each piezoelectric element 2 vary at the same time, the power generation amount will also vary. . Therefore, in the power generation device 1 of the comparative example, a phase shift in the amount of power generation occurs.
  • each piezoelectric element 2 is fixed by one common upper fixing plate 4, so each piezoelectric element 2 expands and contracts in the same state. That is, if a certain piezoelectric element 2 is in an extended state, all other piezoelectric elements 2 are also extended. As a result, the states of the amount of power generated by each piezoelectric element 2 match, and phase shifts are suppressed.
  • the power generation device 1 in the power generation device 1 according to the present technology, a decrease in the amount of power generation due to cancellation is suppressed, and it is possible to perform efficient power generation. This makes it possible to realize efficient power generation even with low frequency vibrations derived from animals, for example.
  • the range to which the present technology can be applied is not limited to power generation using low-frequency vibrations, but may be applied to power generation using vibrations at any frequency, such as high frequencies. Furthermore, it may be possible to generate power using any external force other than vibration.
  • the upper fixed plate 4 is configured to be able to vibrate along the central axis 12 of the core material 10. This makes it possible to further suppress phase shifts in power generation.
  • the lower fixing plate 3 and the upper fixing plate 4 have a plate shape. Furthermore, the upper surface 16 of the lower fixing plate 3 is fixed to the lower end 13 of the core material 10. Further, the lower surface 20 of the upper fixing plate 4 is fixed to the upper end 14 of the core material 10. This makes it possible to further suppress phase shifts in power generation.
  • the piezoelectric material 11 is spirally wound around the core material 10. Thereby, the piezoelectric material 11 is greatly deformed in accordance with the expansion and contraction of the core material 10, and it becomes possible to obtain a large power generation power.
  • the core material 10 is electrically connected to the piezoelectric material 11 as an electrode. Thereby, it becomes possible to use the core material 10 as an electrode at the same time, and the manufacturing cost of the power generation device 1 is suppressed. Further, a surface electrode 15 is electrically connected to the piezoelectric material 11 . This enables efficient power generation.
  • the core material 10 is electrically connected to the lower fixing plate 3, and the surface electrode 15 is electrically connected to the upper fixing plate 4.
  • the core material 10 is electrically connected to the upper fixing plate 4 and the surface electrode 15 is electrically connected to the lower fixing plate 3.
  • the adjustment mechanism 22 adjusts the length of the portion of each of the core members 10 disposed between the lower fixing plate 3 and the upper fixing plate 4.
  • the length of the portion of each core material 10 arranged between the lower fixing plate 3 and the upper fixing plate 4 may differ, but the length can be adjusted by the adjustment mechanism 22. It is possible to adjust them to be the same. This eliminates variations in the expansion and contraction states of each piezoelectric element 2, and further suppresses phase shifts in power generation.
  • the upper stopper 7 restricts upward movement of the upper fixing plate 4. Furthermore, the lower stopper 8 restricts the upper fixing plate 4 from moving downward. This prevents the upper fixing plate 4 from moving too much upward or downward, improving the durability of the power generator 1. Moreover, the phase shift in power generation is further suppressed.
  • Two piezoelectric elements 2 in which the piezoelectric material 11 is wound in opposite directions may be arranged.
  • the plurality of piezoelectric elements 2 are constituted by one or more sets of piezoelectric elements 2, the sets of piezoelectric elements 2 are arranged at positions symmetrical about a predetermined axis, and each of the sets of piezoelectric elements 2 is arranged symmetrically with respect to a predetermined axis.
  • FIG. 7 is a schematic diagram showing the unit structure viewed from above.
  • FIG. 8 is a schematic diagram showing the winding direction of the piezoelectric material 11.
  • FIG. 9 is a schematic diagram showing the unit structure viewed from the front side.
  • FIG. 10 is a schematic diagram showing the operation of the unit structure.
  • piezoelectric elements 2 are fixed by a lower fixing plate 3 and an upper fixing plate 4.
  • four piezoelectric elements 2 and the lower fixing plate 3 are schematically illustrated. Note that in FIG. 7, illustration of the upper fixing plate 4 and other mechanisms included in the power generator 1 is omitted.
  • the four piezoelectric elements 2 are arranged at symmetrical positions with respect to the central axis 28.
  • the central axis 28 is an axis extending along the vertical direction, and passes through the center of each surface of the lower fixing plate 3 and the upper fixing plate 4.
  • the four piezoelectric elements 2 are arranged on each surface of the lower fixing plate 3 and the upper fixing plate 4, at the center in the left-right direction and on the back side from the center in the depth direction, at the center in the depth direction and on the right side from the center in the left-right direction,
  • One each is arranged at four locations: one in front of the center in the left-right direction and the center in the depth direction, and one in the center in the depth direction and on the left side of the center in the left-right direction.
  • a piezoelectric element 2 in which a piezoelectric material 11 is wound counterclockwise around a core material 10 is arranged in the 0 o'clock and 9 o'clock directions.
  • the piezoelectric element 2 will be referred to as a left-handed coil 29.
  • piezoelectric elements 2 in which a piezoelectric material 11 is wound clockwise around a core material 10 are arranged.
  • the piezoelectric element 2 will be referred to as a right-handed coil 30.
  • winding directions of the core material 10 of the left-handed coil 29 and the right-handed coil 30 are both right-handed.
  • the mechanism shown in FIG. 7 that includes two left-handed coils 29, two right-handed coils 30, and various members will be referred to as a unit structure 31.
  • the set of piezoelectric elements 2 consists of the left-handed coil 29 placed in the 9 o'clock direction, the right-handed coil 30 placed in the 3 o'clock direction, and the piezoelectric element 2 set in the 0 o'clock direction.
  • a unit structure 31 is constituted by two sets of piezoelectric elements 2, a set of piezoelectric elements 2 consisting of a left-handed coil 29 and a right-handed coil 30 arranged in the 6 o'clock direction.
  • Each set of piezoelectric elements 2 is arranged at a symmetrical position with respect to the central axis 28.
  • FIG. 9 schematically shows the left-handed coil 29 placed in the 9 o'clock direction and the right-handed coil 30 placed in the 3 o'clock direction, viewed from the front side.
  • FIG. 10 schematically shows a state in which the lower fixing plate 3 and the upper fixing plate 4 in FIG. 9 are in operation.
  • the central axis 28 serves as a rib (pillar), and the lower fixing plate 3 and the upper fixing plate 4 operate.
  • the lower fixing plate 3 near the right-handed coil 30 is pushed upward and at the same time the upper fixing plate 4 near the right-handed coil 30 is pushed downward, as shown in FIG. 10A. state. That is, on the right side, the lower fixing plate 3 and the upper fixing plate 4 are in a closed state, and the right-handed coil 30 is in a compressed state.
  • the lower fixing plate 3 and the upper fixing plate 4 are in an open state, and the left-handed coil 29 is in an expanded state.
  • the state shown in FIG. 10B occurs. That is, on the left side, the left-handed coil 29 is in a compressed state. On the other hand, on the right side, the right-handed coil 30 is in an expanded state.
  • FIG. 11 is a table showing phase combinations of voltage vibration waveforms generated by the piezoelectric element 2.
  • FIG. 11A shows the phase of the generated voltage vibration waveform when the piezoelectric element 2 is expanded.
  • FIG. 11B shows the phase of the generated voltage vibration waveform when the piezoelectric element 2 is compressed.
  • the phase of the voltage vibration waveform generated by the piezoelectric element 2 is determined by the winding direction of the core material 10, the winding direction of the piezoelectric material 11 around the core material 10, and the direction of expansion and contraction of the piezoelectric element 2. As shown in FIG. 11A, the winding direction of the core material 10 (coil helical direction) is on the right, the winding direction of the piezoelectric material 11 (piezoelectric sheet winding direction) is on the right, and the generated voltage vibration occurs when the piezoelectric element 2 is expanded.
  • the phase of the waveform is defined as 0°.
  • phase of the generated voltage vibration waveform is also reversed by 180°.
  • the phase of the generated voltage vibration waveform is reversed by 180 degrees.
  • the generated power will cancel each other out. For example, if power is generated by a piezoelectric element 2 whose generated voltage oscillation waveform has a phase of 0° and a piezoelectric element 2 whose phase is 180°, the generated power will cancel each other out.
  • the left-handed coil 29 is in an extended state with the core material 10 winding direction to the right and the piezoelectric material 11 winding direction to the left, so that the phase of the generated voltage vibration waveform is 180 degrees. It is. Further, since the right-handed coil 30 is in a compressed state with the core material 10 wound to the right and the piezoelectric material 11 wound to the right, the phase of the generated voltage vibration waveform is 180°. That is, the power generated by the left-handed coil 29 and the right-handed coil 30 do not cancel each other out.
  • the phases of the generated voltage vibration waveforms of the left-handed coil 29 and right-handed coil 30 will differ by 180°.
  • the power generation forces cancel each other out.
  • by winding the piezoelectric material 11 in opposite directions in advance when the left-handed coil 29 and the right-handed coil 30 move in opposite directions (one expands and the other compresses), Cancellation of power generation is suppressed.
  • the left-handed coil 29 is in a compressed state with the core material 10 winding direction to the right and the piezoelectric material 11 winding direction to the left, so that the phase of the generated voltage vibration waveform is is 0°.
  • the right-handed coil 30 is in an expanded state with the core material 10 wound to the right and the piezoelectric material 11 wound to the right, the phase of the generated voltage vibration waveform is 0°. Therefore, in this case as well, the power generation forces do not cancel each other out.
  • the plurality of piezoelectric elements 2 are constituted by one or more sets of piezoelectric elements 2, the sets of piezoelectric elements 2 are arranged at positions symmetrical about a predetermined axis, and each of the sets of piezoelectric elements 2 is arranged symmetrically with respect to a predetermined axis.
  • the right-handed coil 32 constitutes a unit structure 31 .
  • the right-handed coil 32 is placed in the 0 o'clock and 9 o'clock directions, and the right-handed coil 33 is placed in the 3 o'clock and 6 o'clock directions.
  • the right-handed coil 32 In the state of FIG. 10A, the right-handed coil 32 is in an extended state with the core material 10 winding direction to the right, the piezoelectric material 11 winding direction right, and the phase of the generated voltage vibration waveform being 0°. It is. Furthermore, since the right-handed coil 33 is in a compressed state with the core material 10 wound to the left and the piezoelectric material 11 wound to the right, the phase of the generated voltage vibration waveform is 0°. In other words, the power generated does not cancel each other out.
  • the right-handed coil 32 is in a compressed state with the core material 10 wound to the right, the piezoelectric material 11 wound to the right, and the phase of the generated voltage vibration waveform is 180°. Furthermore, since the right-handed coil 33 is in an expanded state with the core material 10 wound to the left and the piezoelectric material 11 wound to the right, the phase of the generated voltage vibration waveform is 180°. Therefore, in this case as well, the power generation forces do not cancel each other out.
  • FIG. 12 is a schematic diagram showing the tiling structure.
  • the tiling structure 36 shown in FIG. 12 may constitute the power generation device 1 according to the present technology.
  • the tiling structure 36 is used when a microfabricated power generation device 1 such as a MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) structure is formed.
  • the tiling structure 36 is comprised of a set 37 of six unit structures.
  • the six unit structure sets 37 are arranged in a grid pattern, three in the left-right direction and two in the depth direction.
  • each unit structure set 37 is composed of four unit structures 31.
  • the four unit structures 31 are arranged in a grid pattern, two in the left-right direction and two in the depth direction.
  • the left-handed coil 29 is arranged in the 0 o'clock and 9 o'clock directions
  • the right-handed coil 30 is arranged in the 3 o'clock and 6 o'clock directions.
  • the left-handed coil 29 is arranged in the 0 o'clock and 3 o'clock directions
  • the right-handed coil 30 is arranged in the 6 o'clock and 9 o'clock directions.
  • the left-handed coil 29 is arranged in the 6 o'clock and 9 o'clock directions, and the right-handed coil 30 is arranged in the 0 o'clock and 3 o'clock directions.
  • the left-handed coil 29 is arranged in the 3 o'clock and 6 o'clock directions, and the right-handed coil 30 is arranged in the 0 o'clock and 9 o'clock directions.
  • the region 38 is pushed downward by an external force, the lower right portion of the upper fixing plate 4 of the upper left unit structure 31 will tilt downward. Therefore, the two right-handed coils 30 are compressed and the two left-handed coils 29 are expanded. Similarly, in the other unit structure 31, the two right-handed coils 30 are compressed, and the two left-handed coils 29 are expanded.
  • the eight right-handed coils 30 are compressed, and the eight left-handed coils 29 are in an expanded state. That is, the phases of the voltage oscillation waveforms generated by all the left-handed coils 29 and right-handed coils 30 are 180 degrees, and the power generation forces do not cancel each other out. In this way, by rotating each unit structure 31 by 90° and arranging it, it is possible to suppress cancellation of power generation.
  • a frame portion 39 is constructed at the outer periphery of the tiling structure 36 and a portion between each unit structure set 37, and the frame portion 39 is a portion where deformation due to external force is not expected.
  • the specific configuration of the tiling structure 36 is not limited, and any portion may be deformable by external force.
  • the specific number and arrangement of the unit structures 31 and unit structure sets 37 are not limited.
  • the unit structure 31 may have a conversion structure 42 .
  • the plurality of piezoelectric elements 2 are composed of one or more sets of piezoelectric elements 2, and the set of piezoelectric elements 2 is composed of two piezoelectric elements 2 arranged at symmetrical positions with respect to a predetermined axis.
  • the lower fixing plate 3 includes a plate-shaped flat plate part 43 and one or more converting parts 44, and the upper fixing plate 4 includes a plate-shaped flat plate part 45 and one or more converting parts 46.
  • One piezoelectric element 2 of each set of one or more piezoelectric elements 2 is fixed by the converting section 44 from the direction of the flat plate section 45 with one piezoelectric element 2 as a reference, and the converting section 46 fixes one of the piezoelectric elements 2 It is fixed from the direction of the flat plate part 43 with the piezoelectric element 2 as a reference.
  • FIG. 13 is a schematic diagram showing the unit structure 31 viewed from above.
  • FIG. 14 is a schematic diagram showing the unit structure 31 viewed from the front side.
  • the left-handed coil 29 and the conversion structure 42 are arranged in the 0 o'clock and 9 o'clock directions within the unit structure 31. Moreover, the conversion structure 42 is not arranged in the 3 o'clock and 6 o'clock directions, and only the left-handed coil 29 is arranged. Note that in FIG. 13, illustration of the four left-handed coils 29 is omitted.
  • the lower fixing plate 3 has a flat plate part 43 and a converting part 44.
  • the flat plate portion 43 has a square plate shape.
  • the converting portion 44 has an L-shaped rod shape, and is arranged on the upper surface of the flat plate portion 43 such that the right end of the L shape is in contact with the upper surface of the flat plate portion 43 .
  • the upper fixing plate 4 has a flat plate part 45 and a converting part 46.
  • the flat plate portion 45 has a square plate shape.
  • the converting portion 46 has an L-shaped rod shape, and is arranged on the lower surface of the flat plate portion 45 such that the right end of the L shape contacts the lower surface of the flat plate portion 45 .
  • the specific shape of the converting parts 44 and 45 is not limited, and for example, the upper and lower surfaces may be L-shaped and may be columnar with a certain height. Furthermore, the specific materials, number, arrangement, and other configurations of the converters 44 and 45 are not limited.
  • the flat plate portion 43 corresponds to an embodiment of the first flat plate portion according to the present technology.
  • the conversion unit 44 corresponds to an embodiment of a first conversion unit according to the present technology.
  • the flat plate portion 45 corresponds to an embodiment of the second flat plate portion according to the present technology.
  • the converter 46 corresponds to an embodiment of a second converter according to the present technology.
  • the conversion structure 42 includes conversion units 44 and 46.
  • Conversion structure 42 includes a space in which left-handed coil 29 is placed. Specifically, the left-handed coil 29 is placed in a space surrounded by the sides of each of the converters 44 and 46 (corresponding to the right side of the L-shaped vertical bar and the upper part of the L-shaped horizontal bar). is placed. In this way, the left-handed coil 29 is fixed by the converter 44 from the direction of the flat plate portion 45 with the left-handed coil 29 as a reference. Further, the left-handed coil 29 is fixed by the converter 46 from the direction of the flat plate portion 43 with the left-handed coil 29 as a reference.
  • FIG. 14B shows a state in which the lower fixing plate 3 and the upper fixing plate 4 operate so that the right side is closed and the left side is open.
  • the left-handed coil 29 placed in the 3 o'clock direction is compressed.
  • the sides of the converters 44 and 46 are brought closer together, and the left-handed coil 29 disposed in the 9 o'clock direction is compressed. Therefore, the phases of the voltage oscillation waveforms generated by the power generation of each left-handed coil 29 are both 0°, and the power generation forces do not cancel each other out.
  • FIG. 14C shows a state in which the lower fixing plate 3 and the upper fixing plate 4 are operated so that the right side is opened and the left side is closed.
  • both left-handed coils 29 are in an expanded state. Therefore, the phases of the generated voltage oscillation waveforms of each power generation are both 180 degrees, and the generated power does not cancel each other out.
  • FIG. 15 is a schematic diagram showing the tiling structure 36.
  • the tiling structure 36 is constituted by a set 37 of six unit structures and four unit structures 31, similar to the example shown in FIG.
  • Each unit structure 31 is rotated by 90 degrees and arranged so that the part where only the left-handed coil 29 is arranged (the part where the conversion structure 42 is not arranged) faces the region 38 side.
  • FIG. 16 is a schematic diagram of a power generation device 1 having a conductive foam 49.
  • the power generation device 1 includes seven piezoelectric elements 2, a conductive foam 49, a lower electrode 50, an upper electrode 51, a secondary battery 52, and a system 53.
  • the conductive foam 49 is made of a conductive material such as nickel.
  • the conductive foam 49 is sometimes generally called an electrode foam or the like.
  • seven piezoelectric elements 2 are embedded inside the conductive foam 49.
  • a conductive paste may be used instead of the conductive foam 49.
  • the conductive paste is sometimes generally called an electrode paste or the like.
  • FIG. 16B shows the piezoelectric element 2 and the conductive foam 49 as viewed from a direction perpendicular to the circular cross section of the core material 10.
  • the core material 10 is surrounded by a piezoelectric material 11.
  • the piezoelectric material 11 is surrounded by a surface electrode 15 .
  • the surface electrode 15 is surrounded by a conductive foam 49. That is, the surface electrode 15 and the conductive foam 49 are electrically connected.
  • the lower electrode 50 and the upper electrode 51 are arranged to face each other with the seven piezoelectric elements 2 and the conductive foam 49 sandwiched therebetween. Each of the lower electrode 50 and the upper electrode 51 is electrically connected to the core material 10 of the piezoelectric element 2 .
  • FIG. 16A a state in which each of the lower electrode 50 and the upper electrode 51 and the core material 10 are electrically connected is schematically illustrated with solid lines, for example, the lower end 13 and the upper end 14 of the core material 10. However, by contacting the lower electrode 50 and the upper electrode 51, each of the lower electrode 50 and the upper electrode 51 and the core material 10 are electrically connected.
  • the specific materials, shapes, and other configurations of the lower electrode 50 and the upper electrode 51 are not limited.
  • the lower fixed plate 3 may be used as the lower electrode.
  • the upper fixed plate 4 may be used as the upper electrode 51.
  • the secondary battery 52 is electrically connected to the conductive foam 49 and the lower electrode 50.
  • the specific configuration such as the type of secondary battery 52 is not limited. Further, a capacitor may be used instead of the secondary battery 52.
  • the system 53 controls the operation of the entire power generation device 1. Note that the power generation device 1 may not include the secondary battery 52, and the conductive foam 49 and the lower electrode 50 may be directly connected to the system 53.
  • the piezoelectric material 11 is electrically connected to the secondary battery 52 via the core material 10 and the lower electrode 50. Further, the piezoelectric material 11 is electrically connected to a secondary battery 52 via the surface electrode 15 and the conductive foam 49. That is, one circuit including the piezoelectric material 11, the secondary battery 52, etc. is configured within the power generation device 1. Therefore, when the piezoelectric element 2 expands or contracts, current flows to the secondary battery 52, and the secondary battery 52 is charged.
  • the power generation device 1 by using the conductive foam 49, it is also possible to realize the power generation device 1 with a simple configuration.
  • the soft coil-shaped piezoelectric element 2 since the soft coil-shaped piezoelectric element 2 is used, efficient power generation can be performed even when the piezoelectric element 2 is embedded in the conductive foam 49 or conductive paste.
  • the step of embedding the piezoelectric element 2 in the conductive foam 49 it is possible to adopt a simple method of inserting the tip of the piezoelectric element 2 and turning it.
  • the secondary battery 52 may be connected only to the upper electrode 51.
  • the secondary battery 52 may be connected to both the lower electrode 50 and the upper electrode 51. This makes it possible to realize a more reliable structure.
  • FIG. 17 is a schematic diagram of the power generation device 1 including the substrate 56.
  • the power generation device 1 has nine piezoelectric elements 2, a substrate 56, and four spacers 57.
  • the substrate 56 has, for example, a plate shape. In FIG. 17, the substrate 56 is schematically illustrated with broken lines. Further, the substrate 56 has flexibility. In this embodiment, as shown in FIG. 17B, the substrate 56 can be bent upward by an external force.
  • the specific material and shape of the substrate 56 are not limited. Also, the substrate 56 may be deformable in any other direction. Furthermore, various circuits and the like may be arranged on the substrate 56. Alternatively, a flexible wire may be used in place of substrate 56.
  • Each of the four spacers 57 has a rectangular plate shape, for example.
  • the spacer 57 has two sides, a side surface and a rectangular shape, and is arranged with respect to the substrate 56 such that the side surface is in contact with the upper surface of the substrate 56.
  • the four spacers 57 are arranged at equal intervals in the left-right direction.
  • the specific material, shape, arrangement, etc. of the spacer 57 are not limited.
  • the nine piezoelectric elements 2 are arranged to be sandwiched between spacers 57. Specifically, the three piezoelectric elements 2 are sandwiched between the leftmost spacer 57 and the second spacer 57 from the left. One of the three piezoelectric elements 2 is arranged near the tops of the two spacers 57. For example, the piezoelectric element 2 and the spacer 57 are connected via a rotary bearing 58 or the like. In FIG. 17, the rotary bearing 58 is schematically illustrated with a circle.
  • the other two piezoelectric elements 2 out of the three piezoelectric elements 2 are arranged near the center and bottom of the two spacers 57. Further, the three piezoelectric elements 2 are arranged between the second and third spacers 57 from the left side. In addition, the three piezoelectric elements 2 are sandwiched between the third spacer 57 from the left and the rightmost spacer 57. Note that the number of spacers 57 and the number of piezoelectric elements 2 arranged between two spacers 57 are not limited.
  • each of the four spacers 57 also operates to spread outward in the left-right direction. That is, the distance between the spacers 57 increases, and the piezoelectric element 2 expands. Conversely, when the substrate 56 is bent downward, the piezoelectric element 2 is compressed. In this way, each of the core materials 10 included in the piezoelectric element 2 is configured to be expandable and contractible in accordance with the bending of the substrate 56. Then, a voltage is generated in the piezoelectric element 2 due to the expansion and contraction of the core material 10, and power generation is realized.
  • This structure was inspired by the musical instrument "Kokiriko Sasara". By using such a structure, it becomes possible to generate electricity not only by pushing the object, but also by an external force that bends the object. Furthermore, since the substrate 56, wires, and spacers 57 can also be used as electrical wiring, the entire device can be miniaturized.
  • the spacer 57 corresponds to an embodiment of one or more first fixing members connected to the substrate 56 according to the present technology. Further, the spacer 57 corresponds to an embodiment of one or more second fixing members connected to the substrate 56 according to the present technology.
  • the spacer 57 is connected to the lower end 13 of the core material 10 that each of the plurality of piezoelectric elements 2 has. Therefore, the spacer 57 is included in the first fixing part according to the present technology. Moreover, the spacer 57 is connected to the upper end 14 of the core material 10 that each of the plurality of piezoelectric elements 2 has. Therefore, the spacer 57 is included in the second fixing part according to the present technology.
  • FIG. 18 is a schematic diagram of the power generation device 1 including the substrate 56 on which the piezoelectric material 61 is arranged.
  • FIG. 19 is a schematic diagram showing a circuit arranged on the board 56.
  • the substrate 56 has a piezoelectric material 61.
  • a sheet-shaped piezoelectric material 61 is placed on the surface of the substrate 56.
  • the specific shape and other configurations of the piezoelectric material 61 are not limited.
  • a circuit is arranged on the substrate 56. Specifically, four surface electrodes 64 are arranged on the upper surface of the substrate 56. Further, three back electrodes 65 are arranged on the lower surface of the substrate 56. The four front electrodes 64 and the three back electrodes 65 are connected to electronic equipment, secondary batteries, etc. outside the substrate 56. In FIG. 18, four front electrodes 64 and three back electrodes 65 are schematically illustrated with black circles. Further, circuits extending outside the substrate 56 are schematically illustrated with solid lines.
  • the surface electrode 64 is arranged at a portion where the spacer 57 and the substrate 56 come into contact, and is electrically connected to the surface electrode 64. Furthermore, in this example, the piezoelectric element 2 is embedded in the conductive foam 49. The conductive foam 49 is embedded in the substrate 56 so that the conductive foam 49 is exposed on the lower surface of the substrate 56. On the lower surface of the substrate 56, the exposed conductive foam 49 and the back electrode 65 are electrically connected. As a result, the piezoelectric element 2 and the back electrode 65 are electrically connected.
  • the method of electrically connecting the piezoelectric element 2 and the back electrode 65 is not limited, and a method that does not use the conductive foam 49 may be adopted.
  • a circuit electrically connected to the piezoelectric material 61 is arranged on the substrate 56. Note that in FIG. 19, illustration of a circuit electrically connected to the piezoelectric material 61 is omitted.
  • a hybrid structure may be used in which power is generated by both the expansion and contraction of the piezoelectric element 2 and the bending of the substrate 56.
  • a configuration may be appropriately used in which the phases of voltage oscillation waveforms generated by each piezoelectric element 2 and piezoelectric material 61 are aligned, so that canceling out of the generated power may be suppressed.
  • the power generation device 1 may include a circuit capable of correcting a phase shift in the amount of power generation.
  • the power generation device 1 includes a correction circuit that is configured to be able to correct a phase shift in the amount of power generated by each of the plurality of piezoelectric elements 2.
  • a correction circuit is electrically connected to each of the plurality of piezoelectric elements 2. Even if there is a phase shift in the amount of power generated by the plurality of piezoelectric elements 2, the phase shift is corrected by the correction circuit, and cancellation of the generated power is suppressed.
  • the power generation device 1 may be able to function as a vibration detection device.
  • the power generation device 1 includes a vibration detection section that detects the vibration of the upper fixed plate 4 relative to the lower fixed plate 3 based on the electrical energy generated by each of the plurality of piezoelectric elements 2.
  • the power generation device 1 may detect information regarding not only vibrations but also other motions.
  • the power generation device 1 may be able to function as an actuator.
  • the power generation device 1 includes a tactile sensation presentation section that operates the upper fixed plate 4 by applying electrical energy to each of the plurality of piezoelectric elements 2 .
  • the piezoelectric material 11 When a voltage is applied to the piezoelectric material 11, the piezoelectric material 11 is deformed due to the inverse piezoelectric effect. As the piezoelectric material 11 deforms, the core material 10 expands and contracts. That is, the upper fixed plate 4 operates. The operation of the upper fixed plate 4 depends on the magnitude of the voltage applied to the piezoelectric material 11, etc.
  • the tactile presentation unit controls the magnitude of the voltage applied to the piezoelectric material 11, etc. Thereby, the operation of the upper fixing plate 4 is controlled. Therefore, it is possible to present various tactile sensations to the user who touches the upper fixed plate 4. For example, any tactile sensation may be presented, such as a tactile sensation caused by vibration or a tactile sensation caused by a finger being pressed by the upper fixed plate 4.
  • the actuator may be realized by a configuration in which the substrate 56 is bendable, as shown in FIG.
  • the tactile sensation presentation section applies voltage to the piezoelectric material 11 of the piezoelectric element 2 and the piezoelectric material 61 of the substrate 56, causing the substrate to bend.
  • the tactile sensation presentation section applies voltage to the piezoelectric material 11 of the piezoelectric element 2 and the piezoelectric material 61 of the substrate 56, causing the substrate to bend.
  • the power generation device piezoelectric element, upper fixing plate, lower fixing plate, upper stopper, lower stopper, core material, piezoelectric material, surface electrode, adjustment mechanism, unit structure, tiling structure, conversion explained with reference to each drawing.
  • the structure, substrate, etc. are just one embodiment, and can be modified as desired without departing from the spirit of the present technology. That is, any other configuration, algorithm, etc. may be adopted for implementing the present technology.
  • substantially parallel “substantially symmetrical” “substantially extending” “substantially axial” “substantially cylindrical” “substantially cylindrical” “substantially ring-shaped” “substantially circular “Annular shape,” “Substantially circular shape,” “Substantially circular shape,” “Substantially elliptical shape,” “Substantially square shape,” “Substantially polygonal shape,” “Substantially plate shape,” “Substantially The concept includes “column shape,” “substantially rod shape,” “coil shape,” etc.
  • Each is a core material made of a stretchable coil shape and having a first end and a second end; a plurality of piezoelectric elements having a piezoelectric material wound around the core material; a first fixing portion connected to a first end of the core material each of the plurality of piezoelectric elements has;
  • a power generation device comprising: a second fixing part connected to a second end of the core material of each of the plurality of piezoelectric elements so as to be able to vibrate relatively to the first fixing part.
  • Each of the core materials has a central axis and is configured to be expandable and contractable along the central axis,
  • the second fixed part is configured to be able to vibrate along the central axis of the core material.
  • the first fixing part has a plate shape, one surface of the first fixing part is fixed to a first end of each of the core materials,
  • the second fixing part has a plate shape, and one surface of the second fixing part is fixed to a second end of each of the core materials.
  • Each of the core materials is configured as a first electrode electrically connected to the piezoelectric material, Each of the plurality of piezoelectric elements has a second electrode electrically connected to the piezoelectric material.
  • Power generation device. (6) The power generation device according to (5), Each of the first electrodes is electrically connected to the first fixing part, Each of the second electrodes is electrically connected to the second fixed part. Power generation device. (7) The power generation device according to (5), Each of the first electrodes is electrically connected to the second fixed part, Each of the second electrodes is electrically connected to the first fixed part. Power generation device.
  • the power generation device adjusts the length of a portion of each of the core materials disposed between the first fixing part and the second fixing part.
  • a power generation device having a regulating section configured to allow.
  • the power generation device further comprising: A power generation device, comprising a first regulating part regulating the amount of movement of the second fixing part in the extension direction of each of the core members.
  • the power generation device further comprising: A power generation device, comprising: a second regulating part that regulates the amount of movement of the second fixing part in the compression direction of each of the core materials.
  • the power generation device according to any one of (1) to (10),
  • the plurality of piezoelectric elements are constituted by a set of one or more piezoelectric elements,
  • the set of piezoelectric elements is arranged at symmetrical positions with respect to a predetermined axis, the winding directions of the core materials are the same, and the winding directions of the piezoelectric materials with respect to the core material are mutually opposite.
  • the power generation device according to any one of (1) to (10),
  • the plurality of piezoelectric elements are constituted by a set of one or more piezoelectric elements,
  • the set of piezoelectric elements is arranged in symmetrical positions with respect to a predetermined axis, the winding directions of each of the core materials are opposite to each other, and the winding directions of the piezoelectric materials with respect to the core material are mutually opposite to each other.
  • a power generation device that is two piezoelectric elements that are in the same direction.
  • the power generation device is constituted by a set of one or more piezoelectric elements,
  • the set of piezoelectric elements is two piezoelectric elements configured at symmetrical positions with respect to a predetermined axis
  • the first fixing part includes a plate-shaped first flat part and one or more first converting parts
  • the second fixing part includes a plate-shaped second flat part and one or more second converting parts
  • One piezoelectric element of each of the one or more piezoelectric element sets is fixed by the first conversion section from the direction of the second flat plate section with respect to the one piezoelectric element as a reference, and
  • the power generating device is fixed by a converting section from the direction of the first flat plate section with respect to the one piezoelectric element.
  • the power generation device according to any one of (1) to (13), Each of the plurality of piezoelectric elements is embedded in a conductive foam or a conductive paste.
  • the power generation device. further comprising: comprising a flexible substrate, The first fixing part includes one or more first fixing members each connected to the substrate, The second fixing part includes one or more second fixing members each connected to the substrate, Each of the core materials is configured to be expandable and contractible according to the bending of the substrate.
  • the power generation device according to any one of (1) to (16), further comprising: A power generation device comprising: a correction circuit that is configured to be able to correct a phase shift in the amount of power generated by each of the plurality of piezoelectric elements.
  • a power generation device comprising: a correction circuit that is configured to be able to correct a phase shift in the amount of power generated by each of the plurality of piezoelectric elements.
  • a second fixing part connected to a second end of the core material of each of the plurality of piezoelectric elements; and a second fixing part connected to the first end of the core material of each of the plurality of piezoelectric elements.
  • the method includes a step of expanding and contracting each of the plurality of piezoelectric elements by vibrating them relative to one fixed part, and generating electric energy by each of the plurality of piezoelectric elements,
  • Each of the plurality of piezoelectric elements includes a core material having an expandable and contractible coil shape and having a first end portion and a second end portion, and a piezoelectric material wound around the core material. Power generation method.
  • Each is a core material made of a stretchable coil shape and having a first end and a second end; a plurality of piezoelectric elements having a piezoelectric material wound around the core material; a first fixing portion connected to a first end of the core material each of the plurality of piezoelectric elements has; a second fixing part connected to a second end of the core material of each of the plurality of piezoelectric elements so as to be able to vibrate relative to the first fixing part;
  • a vibration detection device comprising: a vibration detection section that detects vibration of the second fixing section relative to the first fixing section based on electrical energy generated by each of the plurality of piezoelectric elements.
  • Each is a core material made of a stretchable coil shape and having a first end and a second end; a plurality of piezoelectric elements having a piezoelectric material wound around the core material; a first fixing portion connected to a first end of the core material each of the plurality of piezoelectric elements has; a second fixing part connected to a second end of the core material of each of the plurality of piezoelectric elements so as to be able to vibrate relative to the first fixing part;
  • An actuator comprising: a tactile sense presentation section that operates the second fixing section by applying electrical energy to each of the plurality of piezoelectric elements.

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

Abstract

本技術の一形態に係る発電装置は、複数の圧電素子と、第１の固定部と、第２の固定部とを有する。前記複数の圧電素子の各々は、芯材と、圧電材とを有する。前記芯材は、伸縮可能なコイル状からなり、第１の端部と第２の端部とを有する。前記圧電材は、前記芯材に巻回される。前記第１の固定部は、前記複数の圧電素子の各々が有する前記芯材の第１の端部に接続される。前記第２の固定部は、前記複数の圧電素子の各々が有する前記芯材の第２の端部に、前記第１の固定部に対して相対的に振動可能に接続される。

Description

発電装置、発電方法、振動検出装置、及びアクチュエータ
　本技術は、振動を用いた発電等に適用可能な発電装置、発電方法、振動検出装置、及びアクチュエータに関する。
　特許文献１には、弾性板の振動により発電を行う発電デバイスについて開示されている。この発電デバイスでは、弾性板に圧電体が配置される。さらに、弾性板が振動することにより圧電体が伸縮し、電荷が発生する。これにより、振動による効率的な発電が可能となる。
　特許文献２には、圧電性膜の変形により発電を行う発電装置について開示されている。この発電装置では、圧電性膜が、振動による外力を受けた時に凹状に変形する領域と、凸状に変形する領域とに分割されている。さらに、各々の領域で生じた極性の異なる電力が、同じ極性に整流される。これにより、各々の領域で生じる電力が打ち消し合うことなく、振動による効率的な発電が可能となる。
特開２０２０－６５４３８号公報 特許第６１０８９１４号公報
　このように効率的な発電を実現する技術が求められている。効率的な発電を実現するためには、振動と電力との変換を効率よく行うことが重要となる。
　以上のような事情に鑑み、本技術の目的は、振動と電力の変換を効率よく行うことを可能とする発電装置、発電方法、振動検出装置、及びアクチュエータを提供することにある。
　上記目的を達成するため、本技術の一形態に係る発電装置は、複数の圧電素子と、第１の固定部と、第２の固定部とを有する。
　前記複数の圧電素子の各々は、芯材と、圧電材とを有する。
　前記芯材は、伸縮可能なコイル状からなり、第１の端部と第２の端部とを有する。
　前記圧電材は、前記芯材に巻回される。
　前記第１の固定部は、前記複数の圧電素子の各々が有する前記芯材の第１の端部に接続される。
　前記第２の固定部は、前記複数の圧電素子の各々が有する前記芯材の第２の端部に、前記第１の固定部に対して相対的に振動可能に接続される。
　この発電装置では、複数の圧電素子の各々が有するコイル状の芯材の第１の端部に、第１の固定部が固定される。また、各々の第２の端部に第２の固定部が固定される。これにより、振動と電力との変換を効率よく行うことが可能となる。
　前記芯材の各々は中心軸を有し、前記中心軸に沿って伸縮可能に構成されてもよい。この場合。前記第２の固定部は、前記芯材の前記中心軸に沿って振動可能に構成されてもよい。
　前記第１の固定部は板形状を有し、前記第１の固定部の一方の面が前記芯材の各々の第１の端部に固定されてもよい。この場合、前記第２の固定部は板形状を有し、前記第２の固定部の一方の面が前記芯材の各々の第２の端部に固定されてもよい。
　前記圧電材の各々は、前記芯材に螺旋状に巻回されてもよい。
　前記芯材の各々は、前記圧電材と電気的に接続された第１の電極として構成されてもよい。この場合、前記複数の圧電素子の各々は、前記圧電材と電気的に接続された第２の電極を有してもよい。
　前記第１の電極の各々は、前記第１の固定部に電気的に接続されてもよい。この場合、前記第２の電極の各々は、前記第２の固定部に電気的に接続されてもよい。
　前記第１の電極の各々は、前記第２の固定部に電気的に接続されてもよい。この場合、前記第２の電極の各々は、前記第１の固定部に電気的に接続されてもよい。
　前記第１の固定部又は前記第２の固定部の少なくとも一方は、前記芯材の各々の、前記第１の固定部及び前記第２の固定部の間に配置される部分の長さを調整可能に構成された調整部を有してもよい。
　前記発電装置は、さらに、前記第２の固定部の、前記芯材の各々の伸張方向の移動量を規制する第１の規制部を具備してもよい。
　前記発電装置は、さらに、前記第２の固定部の、前記芯材の各々の圧縮方向の移動量を規制する第２の規制部を具備してもよい。
　前記複数の圧電素子は、１以上の圧電素子の組により構成されてもよい。この場合、前記圧電素子の組は、所定の軸に対して対称となる位置に構成され、前記芯材の各々の巻回方向が互いに同一方向であり、前記芯材に対する前記圧電材の巻回方向が互いに逆方向である２つの圧電素子であってもよい。
　前記複数の圧電素子は、１以上の圧電素子の組により構成されてもよい。この場合、前記圧電素子の組は、所定の軸に対して対称となる位置に構成され、前記芯材の各々の巻回方向が互いに逆方向であり、前記芯材に対する前記圧電材の巻回方向が互いに同一方向である２つの圧電素子であってもよい。
　前記複数の圧電素子は、１以上の圧電素子の組により構成されてもよい。この場合、前記圧電素子の組は、所定の軸に対して対称となる位置に構成された２つの圧電素子であり、前記第１の固定部は、板形状の第１の平板部と、１以上の第１の変換部とを含み、前記第２の固定部は、板形状の第２の平板部と、１以上の第２の変換部とを含み、前記１以上の圧電素子の組の各々の一方の圧電素子は、前記第１の変換部により、前記一方の圧電素子を基準とした前記第２の平板部の方向から固定され、前記第２の変換部により、前記一方の圧電素子を基準とした前記第１の平板部の方向から固定されてもよい。
　前記複数の圧電素子の各々は、導電フォーム又は導電ペーストに埋め込まれてもよい。
　前記発電装置は、さらに、可撓性を有する基板を具備してもよい。この場合、前記第１の固定部は、各々が前記基板に接続される１以上の第１の固定部材を含み、前記第２の固定部は、各々が前記基板に接続される１以上の第２の固定部材を含み、前記芯材の各々は、前記基板の屈曲に応じて伸縮可能に構成されてもよい。
　前記基板は、圧電材を有してもよい。
　前記発電装置は、さらに、前記複数の圧電素子の各々により発生する発電量の位相のずれを補正可能に構成された回路である補正回路を具備してもよい。
　本技術の一形態に係る発電方法は、前記第２の固定部を、前記第１の固定部に対して相対的に振動させることにより、前記複数の圧電素子の各々を伸縮させ、前記複数の圧電素子の各々により電気エネルギーを発生させる工程を含む。
　本技術の一形態に係る振動検出装置は、前記複数の圧電素子と、前記第１の固定部と、前記第２の固定部と、振動検出部とを具備する。
　前記振動検出部は、前記複数の圧電素子の各々により発生した電気エネルギーに基づいて、前記第２の固定部の、前記第１の固定部に対する相対的な振動を検出する。
　本技術の一形態に係るアクチュエータは、前記複数の圧電素子と、前記第１の固定部と、前記第２の固定部と、触覚提示部とを具備する。
　前記触覚提示部は、前記複数の圧電素子の各々に電気エネルギーを与えることにより、前記第２の固定部を動作させる。
本技術の一実施形態に係る発電装置の構成例を示す斜視図である。 発電装置の構成例を示す斜視図である。 発電装置の構成例を示す側面図である。 発電装置の構成例を示す上面図、側面図及び断面図である。 圧電素子の構成例を示す斜視図及び拡大図である。 複数の圧電素子由来の発電量の位相を示す参考グラフである。 ユニット構造を上側から見た状態を示す模式図である。 圧電材の巻回方向を示す模式図である。 ユニット構造を手前側から見た状態を示す模式図である。 ユニット構造の動作を示す模式図である。 圧電素子の発生電圧振動波形の位相の組み合わせを示す表である。 タイリング構造を示す模式図である。 ユニット構造を上側から見た状態を示す模式図である。 ユニット構造を手前側から見た状態を示す模式図である。 タイリング構造を示す模式図である。 導電フォームを有する発電装置の模式図である。 基板を含む発電装置の模式図である。 圧電材が配置された基板を含む発電装置の模式図である。 基板に配置された回路を示す模式図である。
　以下、本技術に係る実施形態を、図面を参照しながら説明する。
　［発電装置］
　図１は、本技術の一実施形態に係る発電装置１の構成例を示す斜視図である。
　図２は、発電装置１の構成例を示す斜視図である。
　図３は、発電装置１の構成例を示す側面図である。図３には、図１に示す発電装置１を矢印Ａの方向から見た場合の側面図が示されている。
　図４は、発電装置１の構成例を示す上面図、側面図及び断面図である。
　図４Ａは、発電装置１の上面図である。
　図４Ｂは、発電装置１の側面図である。
　図４Ｃは、図４ＡのＢ－Ｂ線での断面図である。
　以下、説明の便宜上、各図に示すＸ方向を左右方向、Ｙ方向を奥行方向、Ｚ方向を上下方向として説明を行う。また、Ｘ方向の正方向側（矢印が向いている側）を右側、その反対側の負方向側を左側とする。Ｙ方向の正方向側を手前側、負方向側を奥側とする。Ｚ方向の正方向側を上側、負方向側を下側とする。
　発電装置１は、複数の圧電素子２、下側固定板３、上側固定板４、複数の柱部５、複数のキャンセリングばね６、複数の上側ストッパ７、及び複数の下側ストッパ８を有する。
　図５は、圧電素子２の構成例を示す斜視図及び拡大図である。
　図５Ａは、圧電素子２の斜視図である。
　図５Ｂは、図５Ａに示す圧電素子２の、上部の拡大図である。
　複数の圧電素子２の各々は、芯材１０及び圧電材１１を有する。芯材１０は、伸縮可能なコイル状からなる。また、芯材１０は中心軸１２を有する。図５Ａには、中心軸１２が破線で示されている。なお、図５ＡではＺ方向に中心軸１２が延在するように、圧電素子２が図示されている。
　図５Ａに示す例では、芯材１０の方向は右巻きとなっている。すなわち、中心軸１２の方向から見た場合に、芯材１０が時計回り（Ｚ軸からＸ軸に回転する向き）に回転するにつれて、下側（Ｚ方向の負方向側）に向かうように巻回されている。このように、芯材１０は中心軸１２に沿って右巻きに巻回されたコイル状の形状を有する。なお逆に、中心軸１２の方向から見た場合に、芯材１０が反時計回りに回転するにつれて下側に向かうように巻回されている場合には、芯材１０の巻回方向は左巻きであると言える。
　さらに本実施形態では、芯材１０は中心軸１２に沿って伸縮可能に構成される。すなわち、芯材１０は、中心軸１２の方向における芯材１０の長さが長くなるように伸張することが可能である。また、芯材１０は、中心軸１２の方向における芯材１０の長さが短くなるように圧縮することが可能である。なお、芯材１０の伸縮の方向は限定されない。例えば、加振力が分散しない程度に芯材１０が中心軸１２に対して任意の方向に伸縮可能であってよい。
　芯材１０は、下端１３及び上端１４を有する。下端１３は、図５Ａにおける芯材１０の下側の端部である。上端１４は、芯材１０の上側の端部である。なお、図５Ｂには上端１４のみが図示されている。下端１３は、本技術に係る第１の端部の一実施形態に相当する。上端１４は、本技術に係る第２の端部の一実施形態に相当する。
　本実施形態では、芯材１０は、中心軸１２の方向から見た場合に正円形状を有する。なお、芯材１０を中心軸１２の方向から見た場合の形状は正円形状に限定されず、楕円形状、多角形状等任意の形状とすることができ、適用するデバイスの形態に応じて任意の形状としてもよい。また、芯材１０の全体的な巻き数や、単位長さ当たりの巻き数、巻回方向等は、任意に設定することができる。
　芯材１０は、例えば、グラファイト、Ｍｇ、Ｍｏ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｗ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｐｔ等の金属または合金、およびＳｉＯ２やＺｒＯ２等のセラミックス、ポリマー樹脂、又は炭素繊維から選択された少なくとも１種類以上の材料により構成される。もちろん芯材１０の具体的な材料は限定されない。
　圧電材１１は、芯材１０に巻回される。本実施形態では、圧電材１１は、芯材１０に螺旋状に巻回される。具体的には、図５Ｂに示すように、圧電材１１が芯材１０に対して左巻きに巻回される。すなわち、圧電材１１が反時計回りに回転するにつれて、芯材１０の奥側に向かうように、芯材１０が巻回される。
　圧電材１１は、長さ方向に長く、幅方向に短く、厚さ方向に薄い帯状に構成されている。
　圧電材１１は、例えば、Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３［ＰＺＴ］、ＰｂＴｉＯ３、Ｐｂ（Ｍｇ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３－ＰｂＴｉＯ３［ＰＭＮ－ＰＴ］、Ｐｂ（Ｚｎ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３－ＰｂＴｉＯ３［ＰＺＮ－ＰＴ］、ＢａＴｉＯ３［ＢＴ］、（Ｋ，Ｎａ）ＮｂＯ３［ＫＮＮ］、ＫＮｂＯ３、ＮａＮｂＯ３、（Ｋ，Ｎａ，Ｌｉ）ＮｂＯ３、（Ｋ，Ｎａ，Ｌｉ）（Ｎｂ，Ｔａ，Ｓｂ）Ｏ３、（Ｓｒ，Ｂａ）Ｎｂ２Ｏ６、（Ｓｒ，Ｃａ）ＮａＮｂ５Ｏ１５、（Ｎａ，Ｋ）Ｂａ２ＮｂＯ１５、ＢｉＦｅＯ３、Ｂｉ４Ｔｉ３Ｏ１２、（Ｂｉ１／２Ｋ１／２）ＴｉＯ３、（Ｂｉ１／２Ｎａ１／２）ＴｉＯ３、ＢａＴｉＯ３－（Ｂｉ１／２Ｋ１／２）ＴｉＯ３、ＢａＴｉＯ３－（Ｂｉ１／２Ｎａ１／２）ＴｉＯ３、ＡｌＮ、ＬｉＮｂＯ３、ＬｉＴａＯ３、アルファ－ＳｉＯ２、ＧａＰＯ４、ＬｉＢ４Ｏ７、Ｌａ３Ｇａ５ＳｉＯ１４、Ｌａ３Ｔａ０．５Ｇａ５．５Ｏ１４、ＭｇＳｉＯ３、ＺｎＯ、ポリフッ化ビニリデン［ＰＶＤＦ］、ポリ乳酸［ＰＬＬＡ］、セルロース、又はポリペプチドから選択された少なくとも１種類以上の材料を母材とし、構成される。
　圧電材１１の具体的な形状、材料、巻き方向等は限定されない。また、圧電材１１の巻回の形状も螺旋状に限定されず、例えば一部分のみ二重に巻回される等、任意の形状で圧電材１１が巻回されてよい。
　なお、芯材１０に対して、種類の異なる複数の圧電材１１が互いに交互に配置されるように螺旋状に巻回されてもよい。この場合、各々の圧電材１１が同じ形状や材料により構成されてもよいし、異なる形状や材料により構成されてもよい。
　本実施形態では、芯材１０の各々は、圧電材１１と電気的に接続された電極として構成される。具体的には、芯材１０は導電性を有する。また、芯材１０の表面と圧電材１１の裏面（圧電材１１の２つの表面のうち、芯材１０の中心方向を向いた面）が接触する。
　このように、芯材１０は、コイルバネとしての役割、及び電極としての役割の２つの役割を担っている。なお、芯材１０の材料として、比較的導電率が高い材料が用いられてもよい。
　一方で、芯材１０の表面に対して、蒸着、スパッタリング、塗布等により特別に電極層が形成されてもよい。つまり、芯材１０の表面と、圧電材１１の裏面との間に電極層が介在されてもよい。この場合、芯材１０は電極としての役割を有せずともよいので、例えば、芯材１０の材料として絶縁体などを用いることもできる。
　また本実施形態では、複数の圧電素子２の各々は、圧電材１１と電気的に接続された電極を有する。具体的には、圧電材１１の表面（圧電材１１の２つの表面のうち、芯材１０の外部方向を向いた面）に、表面電極１５が配置される。すなわち、芯材１０及び表面電極１５により、圧電材１１が挟み込まれた状態となる。なお、図５Ｂにおいては、表面電極１５の詳細な形状の図示は省略されている。
　表面電極１５は、例えば、比較的伝導率が高い材料（金属等）により構成される。また、表面電極１５は、蒸着、スパッタリング、塗布等により圧電材１１の表面に形成され、その表面電極１５が形成された圧電材１１が芯材１０に対して螺旋状に巻回される。もちろん、表面電極１５の具体的な材料や形状、形成の方法は限定されない。
　芯材１０及び表面電極１５のいずれが正極又は負極として構成されるかは限定されない。すなわち、芯材１０が正極として構成され、表面電極１５が負極として構成されてもよい。また、芯材１０が負極として構成され、表面電極１５が正極として構成されてもよい。
　芯材１０は、本技術に係る第１の電極の一実施形態に相当する。表面電極１５は、本技術に係る第２の電極の一実施形態に相当する。
　下側固定板３は、発電装置１が有する各々の部材を保持する。本実施形態では、下側固定板３は板形状を有する。具体的には、下側固定板３は正方形の板形状を有し、上面１６及び下面１７を有する。上面１６には圧電素子２を設置するための複数の開口１８が構成される。複数の開口１８の各々は、上側から見た場合に円形状を有する。本実施形態では、上面１６に左右方向に５個、奥行方向に５個ずつ、全部で２５個の開口１８が構成される。
　下側固定板３は、芯材１０の下端１３に接続される。具体的には、下側固定板３の一方の面が芯材１０の各々の下端１３に固定される。本実施形態では、２５個の開口１８の各々に１つずつ、合計２５個の圧電素子２が嵌め込まれる。これにより、開口１８の底部が圧電素子２の下端１３に当接し、固定された状態となる。
　上側固定板４は板形状を有する。具体的には、上側固定板４は正方形の板形状を有し、上面１９及び下面２０を有する。下面２０には圧電素子２を設置するための複数の開口２１が構成される。複数の開口２１の各々は、下側から見た場合に円形状を有する。本実施形態では、下面２０に左右方向に５個、奥行方向に５個ずつ、全部で２５個の開口２１が格子状の配置で構成される。各々の開口２１は、左右方向及び奥行方向における位置が、下側固定板３が有する開口１８の位置と一致するように配置される。
　本実施形態では、上側固定板４の一方の面が芯材１０の各々の上端１４に固定される。具体的には、２５個の開口２１の各々に１つずつ、合計２５個の圧電素子２が嵌め込まれる。これにより、開口２１の底部が圧電素子２の上端１４に当接し、固定された状態となる。
　圧電素子２及び開口２１の数や配置は限定されない。例えば必要とされる電力量が大きい場合には、多くの圧電素子及び開口２１が配置されてもよい。また、必要とされる電力量が比較的小さい場合には、数個の圧電素子２及び開口２１により発電装置１が構成されてもよい。さらに、配置も格子状に限定されず、円形、三角形の配置等が採用されてもよい。
　本実施形態では、下側固定板３及び上側固定板４は、金属等の剛性及び導電性を有する材料により構成される。もちろん下側固定板３及び上側固定板４の具体的な材料や形状等は限定されない。また、下側固定板３及び上側固定板４に対する、圧電素子２の具体的な固定や接続の方法も限定されない。下側固定板３は、本技術に係る第１の固定部の一実施形態に相当する。上側固定板４は、本技術に係る第２の固定部の一実施形態に相当する。
　本実施形態では、芯材１０の各々は、下側固定板３に電気的に接続される。具体的には、下側固定板３は導電性を有しているため、芯材１０の下端１３及び開口１８の底部が接触することにより、電気的に接続された状態となる。
　同様に、表面電極１５の各々は、上側固定板４に電気的に接続される。具体的には、芯材１０の上端１４は開口２１に嵌め込まれているため、例えば表面電極１５が開口２１の側部と接触する。これにより、表面電極１５及び上側固定板４が電気的に接続された状態となる。
　あるいは、芯材１０の各々は、上側固定板４に電気的に接続され、表面電極１５の各々は、下側固定板３に電気的に接続されてもよい。すなわち、芯材１０及び表面電極１５のいずれが正極又は負極として構成されるかが限定されないのと同様に、下側固定板３及び上側固定板４のいずれが正極又は負極として構成されるかも限定されない。
　［調整機構］
　下側固定板３又は上側固定板４の少なくとも一方は、芯材１０の各々の、下側固定板３及び上側固定板４の間に配置される部分の長さを調整可能に構成された調整機構２２を有する。本実施形態では、下側固定板３のみに調整機構２２が構成される。もちろん上側固定板４に調整機構２２が構成されてもよいし、下側固定板３及び上側固定板４の両方に調整機構２２が構成されてもよい。
　調整機構２２は、下側固定板３の各々の開口１８の内部に構成される。調整機構２２により、芯材１０のうち、下側固定板３及び上側固定板４の間に配置される部分の長さ、すなわち下側固定板３の上面１６と、上側固定板４の下面２０との間に位置する部分の長さが調整される。例えば調整機構２２はネジを有し、ネジが回転されることにより、芯材１０の下端１３が下側に引っ張られ、あるいは上側に押し出される。
　例えば下端１３が下側に引っ張られた場合には、引っ張られた分だけ、芯材１０のうち下側固定板３及び上側固定板４の間に配置される部分の長さは短くなる。従って、例えば芯材１０の当該部分の巻数が少なくなる。逆に下端１３が上側に押し出された場合には、芯材１０の当該部分の長さは長くなり、巻数も多くなる。
　その他、調整機構２２の具体的な構成は限定されない。例えば、ネジの回転以外の方法により芯材１０の長さが調整されてもよい。調整機構２２は、本技術に係る調整部の一実施形態に相当する。
　複数の柱部５の各々は、下側固定板３に配置される。具体的には、柱部５は円柱形状を有し、円形状の上面と下面とを有する。さらに、下面が下側固定板３の上面１６に接続される。本実施形態では、４つの柱部５が上面１６の四隅に接続される。また、上側固定板４の四隅には開口２３が構成され、各々の柱部が上側固定板４の開口２３に嵌め込まれる。すなわち、柱部５は下側固定板３から上側に伸び、上側固定板４に貫通するように配置される。柱部５の上面は、上側固定板４の上面１９から上側に若干飛び出た状態となる。柱部５は、例えば金属等の剛性を有する材料により構成される。もちろん柱部５の具体的な材料や形状、数は限定されない。
　複数のキャンセリングばね６の各々は、４つの柱部５の各々に配置される。本実施形態では、４つのキャンセリングばね６が配置される。具体的には、キャンセリングばね６は中空部を有する。さらに、柱部５のうち、下側固定板３の上面１６と、上側固定板４の下面２０との間に位置する部分に、キャンセリングばね６が嵌め込まれる。各々のキャンセリングばね６は、中空部を柱部５が貫通するように、柱部５に嵌め込まれる。キャンセリングばね６は、例えば金属等の剛性を有する材料により構成される。もちろんキャンセリングばね６の具体的な材料や形状、数は限定されない。
　本実施形態では、上側固定板４は、複数の圧電素子２の各々が有する芯材１０の上端１４に、下側固定板３に対して相対的に振動可能に接続される。
　上側固定板４は、２５個の圧電素子２及び４つのキャンセリングばね６のみにより保持された状態となっている。すなわち、例えば上側固定板４に対して外力が働いた場合に、上側固定板４は上下方向を主方向として振動する。例えば上側固定板４が下側に押し込まれた場合には、圧電素子２及びキャンセリングばね６により上側固定板４に対して上側に弾性力が働くため、上側固定板４は上側に移動する。さらに、上側固定板４がある程度上側に移動すると、上側固定板４に働く重力が弾性力を上回り、上側固定板４は下側に移動する。この動作の繰り返しにより上側固定板４が振動する。
　このように、上側固定板４は、下側固定板３に対して相対的に振動する。すなわち、上側固定板４と下側固定板３との上下方向における距離が長くなったり短くなったりするように、上側固定板４が振動する。あるいは、上側固定板４の位置は変化せず、下側固定板３のみが振動する構成が採用されてもよい。また、下側固定板３及び上側固定板４の両方が振動する構成が採用されてもよい。これらの構成も、上側固定板４が下側固定板３に対して相対的に振動する構成に含まれる。
　また本実施形態では、上側固定板４は、芯材１０の中心軸１２に沿って振動可能に構成される。具体的には、各々の圧電素子２は、芯材１０の中心軸１２が上下方向に延在するように配置されている。また、上側固定板４の振動方向も上下方向となっている。もちろん、上側固定板４の振動方向は中心軸１２に沿った方向に限定されない。
　複数の上側ストッパ７は、上側固定板４の、芯材１０の各々の伸張方向への移動量を規制する。本実施形態では、４つの柱部５の各々の上部に上側ストッパ７が配置される。上側ストッパ７は円柱形状を有し、上側ストッパ７の径が、上側固定板４の開口２３よりも大きくなるように構成される。上側ストッパ７の下面２４には円形状の開口が構成され、開口に柱部５の上部が嵌め込まれることにより、柱部５の上部に上側ストッパ７が被せられた状態となる。また、上側ストッパ７は側面にネジ穴を有し、ネジ止めにより柱部５の上部に固定される。上側ストッパ７は、例えば剛性を有する材料により構成される。
　上側固定板４が振動によりある程度上側に移動した場合、上側ストッパ７の径は上側固定板４の開口２３よりも大きく構成されているため、上側固定板４の上面１９が上側ストッパ７の下面２４に引っかかり、上側への移動が停止する。このようにして、芯材１０の伸張方向（上側）への移動量が規制される。
　複数の下側ストッパ８は、上側固定板４の、芯材１０の各々の圧縮方向への移動量を規制する。本実施形態では、下側固定板３の上面１６の、四辺の各々の中央近傍に下側ストッパ８が配置される。下側ストッパ８は略円柱形状を有し、上部及び下部は中央部に比べて径が大きくなるように構成される。下側ストッパ８の下面が下側固定板３の上面１６に固定されることにより、下側ストッパ８が配置される。下側ストッパ８は、例えば剛性を有する材料により構成される。
　上側固定板４が振動によりある程度下側に移動した場合、上側固定板４の下面２０が下側ストッパ８の上面２５に引っかかり、下側への移動が停止する。このようにして、芯材１０の圧縮方向（下側）への移動量が規制される。
　上側ストッパ７及び下側ストッパ８の位置や高さを変えることにより、上側固定板４が移動可能な範囲を調整することも可能である。上側ストッパ７及び下側ストッパ８の材料、形状、個数等の具体的な構成は限定されない。また、上側ストッパ７を柱部５に固定する方法は、ネジ止めによる方法に限定されない。また、下側ストッパ８を下側固定板３の上面１６に固定する方法も限定されない。上側ストッパ７は、本技術に係る第１の規制部の一実施形態に相当する。下側ストッパ８は、本技術に係る第２の規制部の一実施形態に相当する。
　［振動による発電］
　発電装置１により、振動による外力による発電が実現される。以下、発電装置１による発電の具体的な内容について説明する。
　例えば、人が歩行する際に発生する振動により発電が実現される。具体的には、例えば建物の床下に発電装置１が埋め込まれる。そして、発電装置１の真上を人が歩いた場合に、建物の床が振動し、それに伴って発電装置１の上側固定板４が振動する。
　上側固定板４が振動すると、各々の圧電素子２が伸縮する。また、圧電素子２の伸縮に伴い、圧電材１１の伸縮が発生する。そして、圧電効果により圧電材１１に電圧が発生する。圧電材１１には２つの電極（芯材１０及び表面電極１５）が電気的に接続されているため、例えば種々の電子機器の正極及び負極を、芯材１０及び表面電極１５に接続することにより、電子機器に電流が流れる。このようにして、発電装置１を電源として利用することが可能である。
　あるいは、二次電池等が発電装置１に接続されることにより、充電が行われてもよい。また、発電装置１に対して働く外力は歩行による振動に限定されず、例えば自動車の走行による振動等であってもよい。あるいは、上側固定板４を単に押し込む、引っ張るといった、振動以外の外力による発電が実現されてもよい。
　生物に付帯させてその動きからの発電させることが出来るのみならず、適切な構造物を作製することで、水流、気流、といった地球環境由来の運動エネルギーから発電させることも出来る。
　以上、本実施形態に係る発電装置１では、複数の圧電素子２の各々が有するコイル状の芯材１０の下端１３に、下側固定板３が固定される。また、各々の上端１４に上側固定板４が固定される。これにより、振動と電力との変換を効率よく行うことが可能となる。
　振動型の発電装置については、これまで電磁誘導型、圧電発電型、磁歪発電型といった発電装置の提案があった。しかしながら、人体や動物由来の振動のような低振動周波数領域において発電を実現可能な、適切な発電装置が存在していなかった。
　その原因として、電磁誘導型の発電装置においては、最適固有振動数があり、概ね数十Ｈｚの振動数を必要としていたことが挙げられる。また、圧電発電型の発電装置においても、同様に数十～数百Ｈｚの共振周波数を利用していたものが多く提案されており、いずれも数十Ｈｚ以上の高い振動周波数を必要としていたことが挙げられる。また、磁歪発電型の発電装置においても、装置構造において固有共振振動周波数が用いられるため、低振動数の装置を作製しても、連続的な発電が困難であったことが挙げられる。
　本実施形態に係る発電装置１では、螺旋状に巻回された芯材１０に対して、圧電材１１が螺旋状に巻回された圧電素子２が用いられる。さらに、下側固定板３及び上側固定板４により、各々の圧電素子２が固定される。これらの構造により、動物由来の低周波数の振動による発電を実現することが可能となる。例えば、人の歩行による振動による発電を効率よく行うことが可能となる。
　図６は、複数の圧電素子由来の発電量の位相を示す参考グラフである。
　図６Ａには、比較例の発電装置１における、発電量の位相が示されている。比較例の発電装置１は、本技術に係る発電装置１と同様に、下側固定板３及び複数の圧電素子２を有する。また、複数の圧電素子２の各々に対して、個別に上側固定板４が固定される。すなわち、本技術に係る発電装置１のように、複数の圧電素子２が１枚の共通の上側固定板４により固定されるのではなく、１つの圧電素子２に対して１つの上側固定板４が配置される。
　図６Ｂには、本技術に係る発電装置１における、発電量の位相が示されている。図６Ａ及びＢのグラフでは、縦軸に発電量、横軸に時間が取られている。発電量及び時間の単位は、任意単位（アービタリユニット）となっている。各々のグラフには、異なる２つの圧電素子２による発電量が示されている。一方の圧電素子２による発電量は実線で示され、他方の圧電素子２による発電量は破線で示されている。
　図６Ａに示すように、比較例の発電装置１では、ある時間に注目した場合に、各々の圧電素子２による発電量に差が生じている。また、グラフの全体を見た場合には、各々の圧電素子２のグラフは正弦波の形を有しているが、各々の正弦波はおよそ時間４だけ平行移動した形となっている。すなわち、時間４だけ位相のずれが生じている。
　位相ずれが生じると、各々の圧電素子２により発電された電力が打ち消し合ってしまい、全体として発電量の低下を招いてしまう。例えば時間１６においては、各々の圧電素子２は正方向と負方向に概ね同じ大きさの発電量を持っている。しかしながら、２つの圧電素子２の合計の発電量は概ねゼロとなってしまう。
　一方で図６Ｂに示すように、本技術に係る発電装置１では、各々の圧電素子２のグラフが概ね重なり、ほぼ位相ずれがない状態となっている。すなわち、各々の圧電素子２により発電された電力の打ち消し合いが抑制され、全体として大きな発電量を得ることが可能となっている。
　位相ずれが発生してしまう要因としては、外力が働いた場合に、各々の圧電素子２がばらばらに伸縮してしまうことが挙げられる。例えば比較例の発電装置１では、各々の圧電素子２が共通の上側固定板４で固定されていないため、外力が働いた場合に、各々の圧電素子２がばらばらに伸縮する。例えばある圧電素子２が縮んでいる状態のときに、他のある圧電素子２は伸びている、といった状態となる。
　発電量の大きさや正負は、圧電素子２の伸縮の大きさや伸縮方向に応じて決まるため、同じ時刻で各々の圧電素子２の伸縮の状態がばらばらであれば、発電量の状態もばらばらになる。従って、比較例の発電装置１では発電量の位相ずれが発生してしまう。
　一方で、本技術に係る発電装置１では、各々の圧電素子２が１枚の共通の上側固定板４により固定されているため、各々の圧電素子２が同じ状態で伸縮する。すなわち、ある圧電素子２が伸びている状態であれば、他の全ての圧電素子２も伸びている、といった状態となる。これにより、各々の圧電素子２による発電量の状態が一致し、位相ずれが抑制される。
　すなわち、本技術に係る発電装置１では、打ち消し合いによる発電量の低下が抑制され、効率のよい発電を行うことが可能となる。これにより、例えば動物由来の低周波数の振動においても、効率的な発電を実現することが可能となる。なお、本技術を適用可能な範囲は低周波数の振動による発電に限定されず、高周波数等、任意の周波数の振動による発電に適用されてよい。また、振動以外の任意の外力による発電が可能であってよい。
　また本実施形態では、上側固定板４が芯材１０の中心軸１２に沿って振動可能に構成される。これにより、さらに発電の位相ずれを抑制することが可能となる。
　また本実施形態では、下側固定板３及び上側固定板４が板形状を有する。さらに、下側固定板３の上面１６が芯材１０の下端１３に固定される。さらに、上側固定板４の下面２０が芯材１０の上端１４に固定される。これにより、さらに発電の位相ずれを抑制することが可能となる。
　また本実施形態では、圧電材１１が芯材１０に螺旋状に巻回される。これにより、芯材１０の伸縮に応じて圧電材１１が大きく変形し、大きな発電力を得ることが可能となる。
　また本実施形態では、芯材１０が電極として、圧電材１１と電気的に接続される。これにより、芯材１０を同時に電極として用いることが可能となり、発電装置１の製造コストが抑制される。また、圧電材１１に表面電極１５が電気的に接続される。これにより、効率的な発電が可能となる。
　また本実施形態では、芯材１０が下側固定板３に電気的に接続され、表面電極１５が上側固定板４に電気的に接続される。あるいは、芯材１０が上側固定板４に電気的に接続され、表面電極１５が下側固定板３に電気的に接続される。これにより、下側固定板３及び上側固定板４を回路の一部として用いることが可能となり、発電装置１の製造コストが抑制される。
　また本実施形態では、調整機構２２により、芯材１０の各々の、下側固定板３及び上側固定板４の間に配置される部分の長さが調整される。例えば製造上の誤差により、各々の芯材１０の、下側固定板３及び上側固定板４の間に配置される部分の長さが異なってくる場合があるが、調整機構２２により長さを同一に調整することが可能である。これにより、各々の圧電素子２の伸縮状態のばらつきがなくなり、発電の位相ずれがさらに抑制される。
　また本実施形態では、上側ストッパ７により、上側固定板４の上側への移動が規制される。また、下側ストッパ８により、上側固定板４の下側への移動が規制される。これにより、上側固定板４が上側や下側に移動しすぎるといったことがなくなり、発電装置１の耐久性が向上する。また、発電の位相ずれがさらに抑制される。
　＜その他の実施形態＞
　本技術は、以上説明した実施形態に限定されず、他の種々の実施形態を実現することができる。
　［圧電材の巻回方向が逆方向である構成］
　圧電材１１の巻回方向が逆方向の２つの圧電素子２が配置されてもよい。具体的には、複数の圧電素子２は、１以上の圧電素子２の組により構成され、圧電素子２の組は、所定の軸に対して対称となる位置に構成され、芯材１０の各々の巻回方向が互いに同一方向であり、芯材１０に対する圧電材１１の巻回方向が互いに逆方向である２つの圧電素子２である。
　図７は、ユニット構造を上側から見た状態を示す模式図である。
　図８は、圧電材１１の巻回方向を示す模式図である。
　図９は、ユニット構造を手前側から見た状態を示す模式図である。
　図１０は、ユニット構造の動作を示す模式図である。
　本例では、４つの圧電素子２が下側固定板３及び上側固定板４により固定される。図７には、４つの圧電素子２及び下側固定板３が模式的に図示されている。なお、図７においては、上側固定板４や発電装置１が有するその他の機構の図示は省略されている。
　４つの圧電素子２は、中心軸２８に対して対称となる位置に構成される。具体的には、中心軸２８は上下方向に沿って延在する軸であり、下側固定板３及び上側固定板４の各々の面の中央を通る。また、４つの圧電素子２は、下側固定板３及び上側固定板４の各々の面の、左右方向の中央かつ奥行方向の中央より奥側、奥行方向の中央かつ左右方向の中央より右側、左右方向の中央かつ奥行方向の中央より手前側、及び奥行方向の中央かつ左右方向の中央より左側の４箇所に１つずつ配置される。すなわち、中心軸２８を基準として、０時、３時、６時、及び９時の方向に１つずつ配置される。ここでは効率良い発電のための設置例として４箇所の設置として説明したが、発電量の調整のため、必要とする個数に増減して調整して良い。
　０時及び９時の方向には、芯材１０に対して圧電材１１が左巻きに巻回された圧電素子２が配置される。以降、当該圧電素子２を左巻コイル２９と記載する。また、３時及び６時の方向には、芯材１０に対して圧電材１１が右巻きに巻回された圧電素子２が配置される。以降、当該圧電素子２を右巻コイル３０と記載する。
　なお、左巻コイル２９及び右巻コイル３０の芯材１０の巻回方向はいずれも右巻きである。以降、図７に示す、２つの左巻コイル２９、２つの右巻コイル３０、及び種々の部材からなる機構を、ユニット構造３１と記載する。
　このように本例では、９時の方向に配置された左巻コイル２９、及び３時の方向に配置された右巻コイル３０からなる圧電素子２の組、並びに０時の方向に配置された左巻コイル２９、及び６時の方向に配置された右巻コイル３０からなる圧電素子２の組の、２つの圧電素子２の組によりユニット構造３１が構成される。そして、各々の圧電素子２の組は、中心軸２８に対して対称となる位置に構成される。
　図９には、９時の方向に配置された左巻コイル２９、及び３時の方向に配置された右巻コイル３０を手前側から見た状態が模式的に図示されている。図１０には、図９において、下側固定板３及び上側固定板４が動作した状態が模式的に図示されている。
　図１０に示すように、本例では中心軸２８がリブ（支柱）となり、下側固定板３及び上側固定板４が動作する。例えば下側固定板３のうち、右巻コイル３０の近傍が上側に押し込まれ、同時に上側固定板４のうち、右巻コイル３０の近傍が下側に押し込まれた場合には、図１０Ａに示す状態となる。すなわち、右側においては下側固定板３及び上側固定板４が閉じた状態となり、右巻コイル３０が圧縮された状態となる。一方で、左側においては下側固定板３及び上側固定板４が開いた状態となり、左巻コイル２９が伸張した状態となる。
　また、下側固定板３及び上側固定板４のうち左巻コイル２９の近傍が押し込まれた場合には、図１０Ｂに示す状態となる。すなわち、左側においては左巻コイル２９が圧縮された状態となる。一方で、右側においては右巻コイル３０が伸張した状態となる。
　図１１は、圧電素子２の発生電圧振動波形の位相の組み合わせを示す表である。
　図１１Ａには、圧電素子２が伸張した場合の発生電圧振動波形の位相が示されている。
　図１１Ｂには、圧電素子２が圧縮した場合の発生電圧振動波形の位相が示されている。
　圧電素子２の発生電圧振動波形の位相は、芯材１０の巻回方向、芯材１０に対する圧電材１１の巻回方向、及び圧電素子２の伸縮方向により決まる。図１１Ａに示すように、芯材１０の巻回方向（コイル螺旋方位）が右、圧電材１１の巻回方向（圧電シート巻回方位）が右、圧電素子２が伸張した場合の発生電圧振動波形の位相を０°と規定する。
　芯材１０の巻回方向が逆になった場合には、発生電圧振動波形の位相も１８０°逆転する。同様に、圧電材１１の巻回方向が逆になった場合や、圧電素子２の伸縮方向が逆になった場合にも、発生電圧振動波形の位相が１８０°逆転する。
　各々の圧電素子２による発電の発生電圧振動波形の位相が異なると、発電力が打ち消し合ってしまう。例えば発生電圧振動波形の位相が０°である圧電素子２と、１８０°である圧電素子２により発電がされた場合、発電力の打ち消し合いが発生してしまう。
　図１０Ａの状態では、左巻コイル２９は「芯材１０の巻回方向が右、圧電材１１の巻回方向が左、伸張状態」となっているため、発生電圧振動波形の位相は１８０°である。また、右巻コイル３０は「芯材１０の巻回方向が右、圧電材１１の巻回方向が右、圧縮状態」となっているため、発生電圧振動波形の位相は１８０°である。すなわち、左巻コイル２９及び右巻コイル３０により生じた発電力が打ち消し合うことはない。
　仮に左巻コイル２９及び右巻コイル３０の、圧電材１１の巻回方向が同一である場合には、左巻コイル２９及び右巻コイル３０の発生電圧振動波形の位相が１８０°異なることになるため、発電力の打ち消し合いが発生してしまう。本例では、予め圧電材１１を互いに逆方向に巻回しておくことにより、左巻コイル２９及び右巻コイル３０が逆の動き（片方が伸張し、片方が圧縮する動き）をする場合の、発電力の打ち消し合いが抑制されている。
　同様に、図１０Ｂの状態では、左巻コイル２９は「芯材１０の巻回方向が右、圧電材１１の巻回方向が左、圧縮状態」となっているため、発生電圧振動波形の位相は０°である。また、右巻コイル３０は「芯材１０の巻回方向が右、圧電材１１の巻回方向が右、伸張状態」となっているため、発生電圧振動波形の位相は０°である。従ってこの場合も、発電力が打ち消し合うことはない。
　［芯材の巻回方向が逆方向である構成］
　また、芯材１０の巻回方向が逆方向の２つの圧電素子２が配置されてもよい。具体的には、複数の圧電素子２は、１以上の圧電素子２の組により構成され、圧電素子２の組は、所定の軸に対して対称となる位置に構成され、芯材１０の各々の巻回方向が互いに逆方向であり、芯材１０に対する圧電材１１の巻回方向が互いに同一方向である２つの圧電素子２である。
　例えば芯材１０の巻回方向が右、圧電材１１の巻回方向が右である右巻コイル３２、及び、芯材１０の巻回方向が左、圧電材１１の巻回方向が右である右巻コイル３３により、ユニット構造３１が構成される。右巻コイル３２は０時及び９時の方向に配置され、右巻コイル３３は３時及び６時の方向に配置される。
　図１０Ａの状態では、右巻コイル３２は「芯材１０の巻回方向が右、圧電材１１の巻回方向が右、伸張状態」となっているため、発生電圧振動波形の位相は０°である。また、右巻コイル３３は「芯材１０の巻回方向が左、圧電材１１の巻回方向が右、圧縮状態」となっているため、発生電圧振動波形の位相は０°である。すなわち、発電力が打ち消し合うことはない。
　同様に、図１０Ｂの状態では、右巻コイル３２は「芯材１０の巻回方向が右、圧電材１１の巻回方向が右、圧縮状態」となっているため、発生電圧振動波形の位相は１８０°である。また、右巻コイル３３は「芯材１０の巻回方向が左、圧電材１１の巻回方向が右、伸張状態」となっているため、発生電圧振動波形の位相は１８０°である。従ってこの場合も、発電力が打ち消し合うことはない。
　このように、圧電材１１を互いに逆方向に巻回する方法のみならず、芯材１０を互いに逆方向に巻回する方法によっても、右巻コイル３２及び３３が逆の動きをする場合の、発電力の打ち消し合いを抑制する事が可能である。例えば圧電素子２の生産性を考慮し、圧電材１１を互いに逆方向に巻回する方法、又は芯材１０を互いに逆方向に巻回する方法のいずれかを選択する事が可能である。
　図１２は、タイリング構造を示す模式図である。
　図１２に示すタイリング構造３６により、本技術に係る発電装置１が構成されてもよい。例えばＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）構造のような微細加工の発電装置１が形成される場合に、タイリング構造３６が用いられる。本例では、タイリング構造３６は６つのユニット構造の組３７により構成される。６つのユニット構造の組３７は、左右方向に３つ、奥行方向に２つ、格子状に配置される。
　さらに、各々のユニット構造の組３７は、４つのユニット構造３１により構成される。４つのユニット構造３１は、左右方向に２つ、奥行方向に２つ、格子状に配置される。また、左上のユニット構造３１では、左巻コイル２９が０時及び９時の方向に配置され、右巻コイル３０が３時及び６時の方向に配置される。右上のユニット構造３１では、左巻コイル２９が０時及び３時の方向に配置され、右巻コイル３０が６時及び９時の方向に配置される。左下のユニット構造３１では、左巻コイル２９が６時及び９時の方向に配置され、右巻コイル３０が０時及び３時の方向に配置される。右下のユニット構造３１では、左巻コイル２９が３時及び６時の方向に配置され、右巻コイル３０が０時及び９時の方向に配置される。
　本例では、ユニット構造の組３７の中心部に対して、振動等による外力が働くことが想定されている。すなわち、４つのユニット構造３１が有する、８つの右巻コイル３０により囲まれた領域に対して外力が働くことが想定されている。図１２には、当該領域３８が破線の円により図示されている。
　外力により領域３８が下側に押し込まれた場合には、左上のユニット構造３１が有する上側固定板４のうち、右下の部分が下側に傾くこととなる。従って、２つの右巻コイル３０は圧縮され、２つの左巻コイル２９は伸張する。同様に、他のユニット構造３１においても、２つの右巻コイル３０は圧縮され、２つの左巻コイル２９は伸張する。
　従って、ユニット構造の組３７の全体を見た場合には、８つの右巻コイル３０は圧縮され、８つの左巻コイル２９は伸張した状態となる。すなわち、全ての左巻コイル２９及び右巻コイル３０の発生電圧振動波形の位相が１８０°となり、発電力が打ち消し合うことがない。このように、各々のユニット構造３１を９０°ずつ回転させて配置することにより、発電力の打ち消し合いを抑制することが可能である。
　なお本例では、タイリング構造３６の外周部、及び各々のユニット構造の組３７の間の部分には枠部３９が構成され、枠部３９は外力による変形が想定されていない箇所となっている。もちろんタイリング構造３６の具体的な構成は限定されず、任意の部分が外力により変形可能であってよい。また、ユニット構造３１及びユニット構造の組３７の、具体的な数や配置も限定されない。
　［変換構造］
　ユニット構造３１が変換構造４２を有してもよい。具体的には、複数の圧電素子２は、１以上の圧電素子２の組により構成され、圧電素子２の組は、所定の軸に対して対称となる位置に構成された２つの圧電素子２であり、下側固定板３は、板形状の平板部４３と、１以上の変換部４４とを含み、上側固定板４は、板形状の平板部４５と、１以上の変換部４６とを含み、１以上の圧電素子２の組の各々の一方の圧電素子２は、変換部４４により、一方の圧電素子２を基準とした平板部４５の方向から固定され、変換部４６により、一方の圧電素子２を基準とした平板部４３の方向から固定される。
　図１３は、ユニット構造３１を上側から見た状態を示す模式図である。
　図１４は、ユニット構造３１を手前側から見た状態を示す模式図である。
　本例では、ユニット構造３１内の０時及び９時の方向に左巻コイル２９及び変換構造４２が配置される。また、３時及び６時の方向には変換構造４２は配置されず、左巻コイル２９のみが配置される。なお、図１３においては４つの左巻コイル２９の図示は省略されている。
　図１４に示すように、下側固定板３は平板部４３及び変換部４４を有する。平板部４３は正方形の板形状を有する。また、変換部４４はＬ字型の棒形状を有し、Ｌ字の右側の端部が平板部４３の上面に当接するように、平板部４３の上面に配置される。
　上側固定板４は平板部４５及び変換部４６を有する。平板部４５は正方形の板形状を有する。また、変換部４６はＬ字型の棒形状を有し、Ｌ字の右側の端部が平板部４５の下面に当接するように、平板部４５の下面に配置される。
　変換部４４及び４５の具体的な形状は限定されず、例えば、上面及び下面がＬ字型であり、ある程度の高さを有する柱形状であってもよい。また、変換部４４及び４５の具体的な材料、数、及び配置等の構成も限定されない。
　平板部４３は、本技術に係る第１の平板部の一実施形態に相当する。変換部４４は、本技術に係る第１の変換部の一実施形態に相当する。平板部４５は、本技術に係る第２の平板部の一実施形態に相当する。変換部４６は、本技術に係る第２の変換部の一実施形態に相当する。
　変換構造４２は、変換部４４及び４６を含む。変換構造４２には、左巻コイル２９が配置されるための空間が含まれる。具体的には、変換部４４及び４６の各々の側部（Ｌ字の縦棒の右側の部分、及びＬ字の横棒の上側の部分に相当）により囲まれた空間に、左巻コイル２９が配置される。このように、左巻コイル２９は、変換部４４により、左巻コイル２９を基準とした平板部４５の方向から固定される。また、左巻コイル２９は、変換部４６により、左巻コイル２９を基準とした平板部４３の方向から固定される。
　図１４Ｂには、下側固定板３及び上側固定板４が、右側が閉じ、左側が開くように動作した状態が示されている。右側においては、３時の方向に配置された左巻コイル２９が圧縮される。一方で左側においては、変換部４４及び４６の各々の側部が近づいた状態となり、９時の方向に配置された左巻コイル２９が圧縮される。従って、各々の左巻コイル２９の発電の発生電圧振動波形の位相がどちらも０°となり、発電力が打ち消し合うことはない。
　図１４Ｃには、下側固定板３及び上側固定板４が、右側が開き、左側が閉じるように動作した状態が示されている。この場合も同様に、各々の左巻コイル２９のどちらも伸張した状態となる。従って、各々の発電の発生電圧振動波形の位相がどちらも１８０°となり、発電力が打ち消し合うことはない。
　このように、変換構造４２により圧電素子２の伸縮方向を逆転させることで、発電力の打ち消し合いを抑制することが可能となる。これにより、さらに効率的な発電が実現可能となる。
　図１５は、タイリング構造３６を示す模式図である。
　本例でも、図１２に示す例と同様に、６つのユニット構造の組３７及び４つのユニット構造３１により、タイリング構造３６が構成される。各々のユニット構造３１は、左巻コイル２９のみが配置された部分（変換構造４２が配置されていない部分）が領域３８側に向くように、９０°ずつ回転されて配置される。
　この場合にも、例えば領域３８が下側に押し込まれた場合に、全ての左巻コイル２９の発生電圧振動波形の位相が０°となり、発電力が打ち消し合うことがない。従って、さらに効率的な発電が実現可能となる。
　［導電フォーム／導電ペースト］
　複数の圧電素子２の各々は、導電フォーム又は導電ペースト等の柔軟な導電層に埋め込まれてもよい。
　図１６は、導電フォーム４９を有する発電装置１の模式図である。
　図１６に示す例では、発電装置１は、７つの圧電素子２、導電フォーム４９、下側電極５０、上側電極５１、二次電池５２、及びシステム５３を有する。
　導電フォーム４９は、例えばニッケル等の導電性を有する材料により構成される。導電フォーム４９は、一般的に電極フォーム等と呼称されることもある。本例では、導電フォーム４９の内部に７つの圧電素子２が埋め込まれる。なお、導電フォーム４９の代わりに導電ペーストが用いられてもよい。導電ペーストは、一般的に電極ペースト等と呼称されることもある。
　図１６Ｂには、圧電素子２及び導電フォーム４９を、芯材１０の円形の断面に垂直な方向から見た状態が示されている。芯材１０の周りは圧電材１１によって囲まれている。また、圧電材１１の周りは表面電極１５により囲まれている。また、表面電極１５の周りは導電フォーム４９により囲まれている。すなわち、表面電極１５及び導電フォーム４９は電気的に接続された状態となる。
　下側電極５０及び上側電極５１は、７つの圧電素子２及び導電フォーム４９を挟むようにして、各々が対向して配置される。下側電極５０及び上側電極５１の各々は、圧電素子２の芯材１０と電気的に接続される。図１６Ａには、下側電極５０及び上側電極５１の各々と芯材１０とが電気的に接続された状態が、実線で模式的に図示されている、例えば芯材１０の下端１３や上端１４が、下側電極５０や上側電極５１に当接することにより、下側電極５０及び上側電極５１の各々と芯材１０とが電気的に接続される。
　下側電極５０及び上側電極５１の具体的な材料、形状等の構成は限定されない。例えば、下側固定板３が下側電極として用いられてもよい。同様に、上側固定板４が上側電極５１として用いられてもよい。
　二次電池５２は、導電フォーム４９及び下側電極５０と電気的に接続される。二次電池５２の種類等の具体的な構成は限定されない。また、二次電池５２の代わりにコンデンサが用いられてもよい。
　システム５３は、発電装置１全体の動作を制御する。なお、発電装置１が二次電池５２を含まずに、導電フォーム４９及び下側電極５０とシステム５３とが直接接続されてもよい。
　圧電材１１は芯材１０及び下側電極５０を介して、二次電池５２と電気的に接続されている。また、圧電材１１は表面電極１５及び導電フォーム４９を介して、二次電池５２と電気的に接続されている。すなわち、発電装置１内には、圧電材１１及び二次電池５２等を含む１つの回路が構成されている。従って、圧電素子２が伸縮した場合、二次電池５２に電流が流れ、二次電池５２が充電される。
　このように、導電フォーム４９を用いることで、簡易な構成により発電装置１を実現することも可能である。本実施形態では、柔らかいコイル状の圧電素子２が用いられているため、導電フォーム４９や導電ペーストに圧電素子２が埋め込まれる場合にも、効率的な発電を行うことが可能である。また、導電フォーム４９に圧電素子２を埋め込む工程においても、圧電素子２の先端を差し込んで、回して入れ込むといった簡易な方法を採ることが可能である。
　なお、二次電池５２が上側電極５１のみに接続されてもよい。あるいは、二次電池５２が下側電極５０及び上側電極５１の両方に接続されてもよい。これにより、さらに信頼性の高い構造を実現することが可能となる。
　［屈曲可能な基板を用いた構成］
　圧電素子２が、基板の屈曲に応じて伸縮可能であってもよい。
　図１７は、基板５６を含む発電装置１の模式図である。
　本例では、発電装置１は９つの圧電素子２、基板５６及び４つのスペーサー５７を有する。基板５６は、例えば板形状を有する。図１７には、基板５６が破線で模式的に図示されている。また、基板５６は可撓性を有する。本実施形態では、図１７Ｂに示すように、基板５６は外力により上側に反るように屈曲することが可能である。
　基板５６の具体的な材料や形状は限定されない。また、基板５６は他の任意の方向に変形可能であってもよい。また、基板５６上に種々の回路等が配置されてもよい。あるいは、基板５６の代わりに柔軟なワイヤーが用いられてもよい。
　４つのスペーサー５７の各々は、例えば四角形の板形状を有する。スペーサー５７は、側面及び四角形状の２つの面を有し、側面が基板５６の上面に当接するように、基板５６に対して配置される。４つのスペーサー５７は、左右方向において等間隔に配置される。もちろんスペーサー５７の具体的な材料、形状、配置等の構成は限定されない。
　９つの圧電素子２は、スペーサー５７に挟まれるように配置される。具体的には、最も左側のスペーサー５７及び左側から２番目のスペーサー５７により、３つの圧電素子２が挟まれて配置される。３つの圧電素子２のうち１つの圧電素子２は、２つのスペーサー５７の上部の近傍に配置される。例えば回転ベアリング５８等を介して、圧電素子２及びスペーサー５７が接続される。図１７には、回転ベアリング５８が丸印で模式的に図示されている。
　同様に、３つの圧電素子２のうち他の２つの圧電素子２は、２つのスペーサー５７の中央部の近傍及び下部の近傍に配置される。また、左側から２番目と３番目のスペーサー５７により、３つの圧電素子２が挟まれて配置される。また、左側から３番目と最も右側のスペーサー５７により、３つの圧電素子２が挟まれて配置される。なお、スペーサー５７の数、及び２つのスペーサー５７の間に配置される圧電素子２の数は限定されない。
　図１７Ｂに示すように、基板５６が上側に屈曲した場合、４つのスペーサー５７の各々も左右方向における外側に広がるように動作する。すなわち、各々のスペーサー５７の間隔が広がり、圧電素子２が伸張する。逆に、基板５６が下側に屈曲した場合には、圧電素子２が圧縮される。このように、圧電素子２が有する芯材１０の各々は、基板５６の屈曲に応じて伸縮可能に構成される。そして、芯材１０の伸縮により圧電素子２に電圧が発生し、発電が実現される。
　この構造は、楽器「こきりこささら」から着想を得たものである。このような構造を用いることで、押し込み等のみならず、物体を屈曲させる外力によっても発電を行うことが可能となる。また、基板５６やワイヤー、及びスペーサー５７を電気的な配線としても用いることができるため、素子全体が小型化される。
　スペーサー５７は、本技術に係る、基板５６に接続される１以上の第１の固定部材の一実施形態に相当する。また、スペーサー５７は、本技術に係る、基板５６に接続される１以上の第２の固定部材の一実施形態に相当する。
　スペーサー５７は、複数の圧電素子２の各々が有する芯材１０の下端１３に接続される。従って、スペーサー５７は、本技術に係る第１の固定部に含まれる。また、スペーサー５７は、複数の圧電素子２の各々が有する芯材１０の上端１４に接続される。従って、スペーサー５７は、本技術に係る第２の固定部に含まれる。
　屈曲可能な基板５６に圧電材が配置されてもよい。
　図１８は、圧電材６１が配置された基板５６を含む発電装置１の模式図である。
　図１９は、基板５６に配置された回路を示す模式図である。
　本例では、基板５６は圧電材６１を有する。具体的には、例えば基板５６の表面にシート状の圧電材６１が配置される。もちろん圧電材６１の具体的な形状等の構成は限定されない。
　図１９に示すように、基板５６には回路が配置される。具体的には、基板５６の上面に４つの表面電極６４が配置される。また、基板５６の下面に３つの裏面電極６５が配置される。４つの表面電極６４及び３つの裏面電極６５は、基板５６の外部で電子機器や二次電池等に接続される。図１８には、４つの表面電極６４及び３つの裏面電極６５が黒丸で模式的に図示されている。また、基板５６の外部に伸びる回路が実線で模式的に図示されている。
　表面電極６４は、スペーサー５７と基板５６とが当接する部分に配置され、表面電極６４と電気的に接続される。また、本例では圧電素子２が導電フォーム４９に埋め込まれる。導電フォーム４９は基板５６に埋め込まれ、基板５６の下面に導電フォーム４９が露出した状態となる。基板５６の下面において、露出した導電フォーム４９と裏面電極６５とが電気的に接続される。これにより、圧電素子２及び裏面電極６５が電気的に接続された状態となる。もちろん圧電素子２及び裏面電極６５を電気的に接続する方法は限定されず、導電フォーム４９が用いられない方法が採用されてもよい。
　また基板５６には、圧電材６１と電気的に接続された回路が配置される。なお、図１９においては、圧電材６１と電気的に接続された回路の図示は省略されている。
　図１８に示すように基板５６が屈曲した場合、圧電素子２の伸張により圧電素子２に電圧が発生する。さらに本例では、基板５６の屈曲に伴って圧電材６１が伸縮し、圧電材６１にも電圧が発生する。
　従って、圧電素子２のみにより発電する発電装置１に比べ、より大きな発電量を得ることが可能となる。このように、圧電素子２の伸縮及び基板５６の屈曲の両方により発電を行う、ハイブリッド的な構造が用いられてもよい。なお、各々の圧電素子２及び圧電材６１による発電の発生電圧振動波形の位相が揃うような構成が適宜用いられ、発電力の打ち消し合いが抑制されてもよい。
　［補正回路］
　発電装置１に、発電量の位相ずれを補正可能な回路が含まれてもよい。具体的には、発電装置１は、複数の圧電素子２の各々により発生する発電量の位相のずれを補正可能に構成された回路である補正回路を有する。例えば複数の圧電素子２の各々に対して、補正回路が電気的に接続される。複数の圧電素子２による発電量に位相ずれがあった場合でも、補正回路により位相ずれが補正され、発電力の打ち消し合いが抑制される。
　［振動検出装置］
　発電装置１が、振動検出装置として機能することが可能であってもよい。この場合、発電装置１は、複数の圧電素子２の各々により発生した電気エネルギーに基づいて、上側固定板４の、下側固定板３に対する相対的な振動を検出する振動検出部を有する。
　例えば上側固定板４が下側固定板３に対して相対的に振動した場合には、圧電素子２が伸縮することにより電気エネルギーが発生する。発生する電気エネルギーは、振動の大きさや速さ等に応じたものとなる。振動検出部により電気エネルギーに関する情報が取得され、取得された電気エネルギーに関する情報に基づいて、振動の大きさや速さ等の、振動に関する情報が検出される。
　これにより、例えば人が床を歩いたか否かや、床を歩いた人の歩行速度や体重の情報等を生成することが可能となる。また、発電装置１により、振動のみならず他の運動に関する情報が検出されてもよい。
　［アクチュエータ］
　発電装置１が、アクチュエータとして機能することが可能であってもよい。この場合、発電装置１は、複数の圧電素子２の各々に電気エネルギーを与えることにより、上側固定板４を動作させる触覚提示部を有する。
　圧電材１１に電圧を加えた場合、逆圧電効果により圧電材１１が変形する。圧電材１１の変形に伴い、芯材１０が伸縮する。すなわち、上側固定板４が動作する。上側固定板４の動作の内容は、圧電材１１に加える電圧の大きさ等に応じたものとなる。
　触覚提示部により、圧電材１１に加える電圧の大きさ等が制御される。これにより、上側固定板４の動作が制御される。従って、上側固定板４に触れるユーザに対して、様々な触覚を提示することが可能となる。例えば振動による触覚や、上側固定板４により指が押される触覚等、任意の触覚が提示可能であってよい。
　また、図１７に示す、基板５６が屈曲可能である構成によりアクチュエータが実現されてもよい。この場合触覚提示部により、圧電素子２が有する圧電材１１や、基板５６が有する圧電材６１に電圧が加えられ、基板が屈曲する。これにより、ユーザに対して指が押される触覚等を提示することが可能である。
　各図面を参照して説明した発電装置、圧電素子、上側固定板、下側固定板、上側ストッパ、下側ストッパ、芯材、圧電材、表面電極、調整機構、ユニット構造、タイリング構造、変換構造、及び基板等はあくまで一実施形態であり、本技術の趣旨を逸脱しない範囲で、任意に変形可能である。すなわち本技術を実施するための他の任意の構成やアルゴリズム等が採用されてよい。
　本開示において、「略」という文言が使用される場合、これはあくまで説明の理解を容易とするための使用であり、「略」という文言の使用／不使用に特別な意味があるわけではない。すなわち、本開示において、「中心」「中央」「均一」「等しい」「同じ」「直交」「平行」「対称」「延在」「軸方向」「円柱形状」「円筒形状」「リング形状」「円環形状」「円形状」「正円形状」「楕円形状」「四角形状」「多角形状」「板形状」「柱形状」「棒形状」「コイル状の形状」等の、形状、サイズ、位置関係、状態等を規定する概念は、「実質的に中心」「実質的に中央」「実質的に均一」「実質的に等しい」「実質的に同じ」「実質的に直交」「実質的に平行」「実質的に対称」「実質的に延在」「実質的に軸方向」「実質的に円柱形状」「実質的に円筒形状」「実質的にリング形状」「実質的に円環形状」「実質的に円形状」「実質的に正円形状」「実質的に楕円形状」「実質的に四角形状」「実質的に多角形状」「実質的に板形状」「実質的に柱形状」「実質的に棒形状」「コイル状の形状」等を含む概念とする。例えば「完全に中心」「完全に中央」「完全に均一」「完全に等しい」「完全に同じ」「完全に直交」「完全に平行」「完全に対称」「完全に延在」「完全に軸方向」「完全に円柱形状」「完全に円筒形状」「完全にリング形状」「完全に円環形状」「完全に円形状」「完全に正円形状」「完全に楕円形状」「完全に四角形状」「完全に多角形状」「完全に板形状」「完全に柱形状」「完全に棒形状」等を基準とした所定の範囲（例えば±１０％の範囲）に含まれる状態も含まれる。従って、「略」の文言が付加されていない場合でも、いわゆる「略」を付加して表現される概念が含まれ得る。反対に、「略」を付加して表現された状態について、完全な状態が排除される訳ではない。
　本開示において、「Ａより大きい」「Ａより小さい」といった「より」を使った表現は、Ａと同等である場合を含む概念と、Ａと同等である場合を含まない概念の両方を包括的に含む表現である。例えば「Ａより大きい」は、Ａと同等は含まない場合に限定されず、「Ａ以上」も含む。また「Ａより小さい」は、「Ａ未満」に限定されず、「Ａ以下」も含む。本技術を実施する際には、上記で説明した効果が発揮されるように、「Ａより大きい」及び「Ａより小さい」に含まれる概念から、具体的な設定等を適宜採用すればよい。
　以上説明した本技術に係る特徴部分のうち、少なくとも２つの特徴部分を組み合わせることも可能である。すなわち各実施形態で説明した種々の特徴部分は、各実施形態の区別なく、任意に組み合わされてもよい。また上記で記載した種々の効果は、あくまで例示であって限定されるものではなく、また他の効果が発揮されてもよい。
　なお、本技術は以下のような構成も採ることができる。
（１）
　各々が、
　　伸縮可能なコイル状からなり、第１の端部と第２の端部とを有する芯材と、
　　前記芯材に巻回された圧電材と
　を有する複数の圧電素子と、
　前記複数の圧電素子の各々が有する前記芯材の第１の端部に接続される第１の固定部と、
　前記複数の圧電素子の各々が有する前記芯材の第２の端部に、前記第１の固定部に対して相対的に振動可能に接続される第２の固定部と
　を具備する発電装置。
（２）（１）に記載の発電装置であって、
　前記芯材の各々は中心軸を有し、前記中心軸に沿って伸縮可能に構成され、
　前記第２の固定部は、前記芯材の前記中心軸に沿って振動可能に構成される
　発電装置。
（３）（１）又は（２）に記載の発電装置であって、
　前記第１の固定部は板形状を有し、前記第１の固定部の一方の面が前記芯材の各々の第１の端部に固定され、
　前記第２の固定部は板形状を有し、前記第２の固定部の一方の面が前記芯材の各々の第２の端部に固定される
　発電装置。
（４）（１）から（３）のうちいずれか１つに記載の発電装置であって、
　前記圧電材の各々は、前記芯材に螺旋状に巻回される
　発電装置。
（５）（１）から（４）のうちいずれか１つに記載の発電装置であって、
　前記芯材の各々は、前記圧電材と電気的に接続された第１の電極として構成され、
　前記複数の圧電素子の各々は、前記圧電材と電気的に接続された第２の電極を有する
　発電装置。
（６）（５）に記載の発電装置であって、
　前記第１の電極の各々は、前記第１の固定部に電気的に接続され、
　前記第２の電極の各々は、前記第２の固定部に電気的に接続される
　発電装置。
（７）（５）に記載の発電装置であって、
　前記第１の電極の各々は、前記第２の固定部に電気的に接続され、
　前記第２の電極の各々は、前記第１の固定部に電気的に接続される
　発電装置。
（８）（１）から（７）のうちいずれか１つに記載の発電装置であって、
　前記第１の固定部又は前記第２の固定部の少なくとも一方は、前記芯材の各々の、前記第１の固定部及び前記第２の固定部の間に配置される部分の長さを調整可能に構成された調整部を有する
　発電装置。
（９）（１）から（８）のうちいずれか１つに記載の発電装置であって、さらに、
　前記第２の固定部の、前記芯材の各々の伸張方向の移動量を規制する第１の規制部を具備する
　発電装置。
（１０）（１）から（９）のうちいずれか１つに記載の発電装置であって、さらに、
　前記第２の固定部の、前記芯材の各々の圧縮方向の移動量を規制する第２の規制部を具備する
　発電装置。
（１１）（１）から（１０）のうちいずれか１つに記載の発電装置であって、
　前記複数の圧電素子は、１以上の圧電素子の組により構成され、
　前記圧電素子の組は、所定の軸に対して対称となる位置に構成され、前記芯材の各々の巻回方向が互いに同一方向であり、前記芯材に対する前記圧電材の巻回方向が互いに逆方向である２つの圧電素子である
　発電装置。
（１２）（１）から（１０）のうちいずれか１つに記載の発電装置であって、
　前記複数の圧電素子は、１以上の圧電素子の組により構成され、
　前記圧電素子の組は、所定の軸に対して対称となる位置に構成され、前記芯材の各々の巻回方向が互いに逆方向であり、前記芯材に対する前記圧電材の巻回方向が互いに同一方向である２つの圧電素子である
　発電装置。
（１３）（１）から（１０）のうちいずれか１つに記載の発電装置であって、
　前記複数の圧電素子は、１以上の圧電素子の組により構成され、
　前記圧電素子の組は、所定の軸に対して対称となる位置に構成された２つの圧電素子であり、
　前記第１の固定部は、板形状の第１の平板部と、１以上の第１の変換部とを含み、
　前記第２の固定部は、板形状の第２の平板部と、１以上の第２の変換部とを含み、
　前記１以上の圧電素子の組の各々の一方の圧電素子は、前記第１の変換部により、前記一方の圧電素子を基準とした前記第２の平板部の方向から固定され、前記第２の変換部により、前記一方の圧電素子を基準とした前記第１の平板部の方向から固定される
　発電装置。
（１４）（１）から（１３）のうちいずれか１つに記載の発電装置であって、
　前記複数の圧電素子の各々は、導電フォーム又は導電ペーストに埋め込まれる
　発電装置。
（１５）（１）に記載の発電装置であって、さらに、
　可撓性を有する基板を具備し、
　前記第１の固定部は、各々が前記基板に接続される１以上の第１の固定部材を含み、
　前記第２の固定部は、各々が前記基板に接続される１以上の第２の固定部材を含み、
　前記芯材の各々は、前記基板の屈曲に応じて伸縮可能に構成される
　発電装置。
（１６）（１５）に記載の発電装置であって、
　前記基板は、圧電材を有する
　発電装置。
（１７）（１）から（１６）のうちいずれか１つに記載の発電装置であって、さらに、
　前記複数の圧電素子の各々により発生する発電量の位相のずれを補正可能に構成された回路である補正回路を具備する
　発電装置。
（１８）
　複数の圧電素子の各々が有する芯材の第２の端部に接続された第２の固定部を、前記複数の圧電素子の各々が有する前記芯材の第１の端部に接続された第１の固定部に対して相対的に振動させることにより、前記複数の圧電素子の各々を伸縮させ、前記複数の圧電素子の各々により電気エネルギーを発生させる工程を含み、
　前記複数の圧電素子の各々は、伸縮可能なコイル状からなり前記第１の端部と前記第２の端部とを有する前記芯材と、前記芯材に巻回された圧電材とを有する
　発電方法。
（１９）
　各々が、
　　伸縮可能なコイル状からなり、第１の端部と第２の端部とを有する芯材と、
　　前記芯材に巻回された圧電材と
　を有する複数の圧電素子と、
　前記複数の圧電素子の各々が有する前記芯材の第１の端部に接続される第１の固定部と、
　前記複数の圧電素子の各々が有する前記芯材の第２の端部に、前記第１の固定部に対して相対的に振動可能に接続される第２の固定部と、
　前記複数の圧電素子の各々により発生した電気エネルギーに基づいて、前記第２の固定部の、前記第１の固定部に対する相対的な振動を検出する振動検出部と
　を具備する振動検出装置。
（２０）
　各々が、
　　伸縮可能なコイル状からなり、第１の端部と第２の端部とを有する芯材と、
　　前記芯材に巻回された圧電材と
　を有する複数の圧電素子と、
　前記複数の圧電素子の各々が有する前記芯材の第１の端部に接続される第１の固定部と、
　前記複数の圧電素子の各々が有する前記芯材の第２の端部に、前記第１の固定部に対して相対的に振動可能に接続される第２の固定部と、
　前記複数の圧電素子の各々に電気エネルギーを与えることにより、前記第２の固定部を動作させる触覚提示部と
　を具備するアクチュエータ。
　１…発電装置
　２…圧電素子
　３…上側固定板
　４…下側固定板
　７…上側ストッパ
　８…下側ストッパ
　１０…芯材
　１１…圧電材
　１２…中心軸
　１３…下端
　１４…上端
　１５…表面電極
　１６…上面
　２０…下面
　２２…調整機構
　２８…中心軸
　２９…左巻コイル
　３０…右巻コイル
　３２…右巻コイル
　３３…右巻コイル
　４２…変換構造
　４３…平板部
　４４…変換部
　４５…平板部
　４６…変換部
　４９…導電フォーム
　５６…基板
　５７…スペーサー
　６１…圧電材

Claims (20)

  1. 　各々が、
    　　伸縮可能なコイル状からなり、第１の端部と第２の端部とを有する芯材と、
    　　前記芯材に巻回された圧電材と
    　を有する複数の圧電素子と、
    　前記複数の圧電素子の各々が有する前記芯材の第１の端部に接続される第１の固定部と、
    　前記複数の圧電素子の各々が有する前記芯材の第２の端部に、前記第１の固定部に対して相対的に振動可能に接続される第２の固定部と
    　を具備する発電装置。
  2. 　請求項１に記載の発電装置であって、
    　前記芯材の各々は中心軸を有し、前記中心軸に沿って伸縮可能に構成され、
    　前記第２の固定部は、前記芯材の前記中心軸に沿って振動可能に構成される
    　発電装置。
  3. 　請求項１に記載の発電装置であって、
    　前記第１の固定部は板形状を有し、前記第１の固定部の一方の面が前記芯材の各々の第１の端部に固定され、
    　前記第２の固定部は板形状を有し、前記第２の固定部の一方の面が前記芯材の各々の第２の端部に固定される
    　発電装置。
  4. 　請求項１に記載の発電装置であって、
    　前記圧電材の各々は、前記芯材に螺旋状に巻回される
    　発電装置。
  5. 　請求項１に記載の発電装置であって、
    　前記芯材の各々は、前記圧電材と電気的に接続された第１の電極として構成され、
    　前記複数の圧電素子の各々は、前記圧電材と電気的に接続された第２の電極を有する
    　発電装置。
  6. 　請求項５に記載の発電装置であって、
    　前記第１の電極の各々は、前記第１の固定部に電気的に接続され、
    　前記第２の電極の各々は、前記第２の固定部に電気的に接続される
    　発電装置。
  7. 　請求項５に記載の発電装置であって、
    　前記第１の電極の各々は、前記第２の固定部に電気的に接続され、
    　前記第２の電極の各々は、前記第１の固定部に電気的に接続される
    　発電装置。
  8. 　請求項１に記載の発電装置であって、
    　前記第１の固定部又は前記第２の固定部の少なくとも一方は、前記芯材の各々の、前記第１の固定部及び前記第２の固定部の間に配置される部分の長さを調整可能に構成された調整部を有する
    　発電装置。
  9. 　請求項１に記載の発電装置であって、さらに、
    　前記第２の固定部の、前記芯材の各々の伸張方向の移動量を規制する第１の規制部を具備する
    　発電装置。
  10. 　請求項１に記載の発電装置であって、さらに、
    　前記第２の固定部の、前記芯材の各々の圧縮方向の移動量を規制する第２の規制部を具備する
    　発電装置。
  11. 　請求項１に記載の発電装置であって、
    　前記複数の圧電素子は、１以上の圧電素子の組により構成され、
    　前記圧電素子の組は、所定の軸に対して対称となる位置に構成され、前記芯材の各々の巻回方向が互いに同一方向であり、前記芯材に対する前記圧電材の巻回方向が互いに逆方向である２つの圧電素子である
    　発電装置。
  12. 　請求項１に記載の発電装置であって、
    　前記複数の圧電素子は、１以上の圧電素子の組により構成され、
    　前記圧電素子の組は、所定の軸に対して対称となる位置に構成され、前記芯材の各々の巻回方向が互いに逆方向であり、前記芯材に対する前記圧電材の巻回方向が互いに同一方向である２つの圧電素子である
    　発電装置。
  13. 　請求項１に記載の発電装置であって、
    　前記複数の圧電素子は、１以上の圧電素子の組により構成され、
    　前記圧電素子の組は、所定の軸に対して対称となる位置に構成された２つの圧電素子であり、
    　前記第１の固定部は、板形状の第１の平板部と、１以上の第１の変換部とを含み、
    　前記第２の固定部は、板形状の第２の平板部と、１以上の第２の変換部とを含み、
    　前記１以上の圧電素子の組の各々の一方の圧電素子は、前記第１の変換部により、前記一方の圧電素子を基準とした前記第２の平板部の方向から固定され、前記第２の変換部により、前記一方の圧電素子を基準とした前記第１の平板部の方向から固定される
    　発電装置。
  14. 　請求項１に記載の発電装置であって、
    　前記複数の圧電素子の各々は、導電フォーム又は導電ペーストに埋め込まれる
    　発電装置。
  15. 　請求項１に記載の発電装置であって、さらに、
    　可撓性を有する基板を具備し、
    　前記第１の固定部は、各々が前記基板に接続される１以上の第１の固定部材を含み、
    　前記第２の固定部は、各々が前記基板に接続される１以上の第２の固定部材を含み、
    　前記芯材の各々は、前記基板の屈曲に応じて伸縮可能に構成される
    　発電装置。
  16. 　請求項１５に記載の発電装置であって、
    　前記基板は、圧電材を有する
    　発電装置。
  17. 　請求項１に記載の発電装置であって、さらに、
    　前記複数の圧電素子の各々により発生する発電量の位相のずれを補正可能に構成された回路である補正回路を具備する
    　発電装置。
  18. 　複数の圧電素子の各々が有する芯材の第２の端部に接続された第２の固定部を、前記複数の圧電素子の各々が有する前記芯材の第１の端部に接続された第１の固定部に対して相対的に振動させることにより、前記複数の圧電素子の各々を伸縮させ、前記複数の圧電素子の各々により電気エネルギーを発生させる工程を含み、
    　前記複数の圧電素子の各々は、伸縮可能なコイル状からなり前記第１の端部と前記第２の端部とを有する前記芯材と、前記芯材に巻回された圧電材とを有する
    　発電方法。
  19. 　各々が、
    　　伸縮可能なコイル状からなり、第１の端部と第２の端部とを有する芯材と、
    　　前記芯材に巻回された圧電材と
    　を有する複数の圧電素子と、
    　前記複数の圧電素子の各々が有する前記芯材の第１の端部に接続される第１の固定部と、
    　前記複数の圧電素子の各々が有する前記芯材の第２の端部に、前記第１の固定部に対して相対的に振動可能に接続される第２の固定部と、
    　前記複数の圧電素子の各々により発生した電気エネルギーに基づいて、前記第２の固定部の、前記第１の固定部に対する相対的な振動を検出する振動検出部と
    　を具備する振動検出装置。
  20. 　各々が、
    　　伸縮可能なコイル状からなり、第１の端部と第２の端部とを有する芯材と、
    　　前記芯材に巻回された圧電材と
    　を有する複数の圧電素子と、
    　前記複数の圧電素子の各々が有する前記芯材の第１の端部に接続される第１の固定部と、
    　前記複数の圧電素子の各々が有する前記芯材の第２の端部に、前記第１の固定部に対して相対的に振動可能に接続される第２の固定部と、
    　前記複数の圧電素子の各々に電気エネルギーを与えることにより、前記第２の固定部を動作させる触覚提示部と
    　を具備するアクチュエータ。
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