JP3539187B2

JP3539187B2 - Power generation equipment and electronic equipment

Info

Publication number: JP3539187B2
Application number: JP05558998A
Authority: JP
Inventors: 誠古畑; 泰治橋本; 司舩坂
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1998-03-06
Filing date: 1998-03-06
Publication date: 2004-07-07
Anticipated expiration: 2018-03-06
Also published as: JPH11252945A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電体を加振して発電を行う発電装置及びこの発電装置を備えた電子機器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
圧電体を加振して発電を行う発電装置としては、従来より以下のような種々の装置が提案されている。例えばハンマを片持ち梁構造のバイモルフ型の圧電体に衝突させ、圧電体を振動させて発電を行う発電装置（特開平９−２３３８６２号公報参照）、円板形状のバイモルフ型の圧電体を固定板に貼り付け、圧電体をたわみ振動させて発電を行う発電装置（特開昭５６−６４６７７号公報参照）、円板形状のバイモルフ型の圧電体自体あるいは圧電体を貼り付けた基板の周囲を固定し、圧電体をたわみ振動させて発電を行う発電装置（特開昭６３−７２５９３号公報参照）がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上述した片持ち梁構造の圧電体を備えた発電装置では、振動時に固定端部に大きな応力が掛かるため、力が固定端部から逃げて、即ちＱ値が下がってエネルギの損失が大きくなるので、発電システムとしては不利になるという問題があった。また、円板形状の圧電体を固定板に貼り付ける発電装置や、円板形状の圧電体自体あるいは圧電体を貼り付けた基板の周囲を固定する発電装置では、加振によって多くの振動モードが表れて電荷の相殺が生じるという問題や、振動時に固定部に大きな応力が掛かるため、力が固定部から逃げて、即ちＱ値が下がってエネルギの損失が大きくなるので、発電システムとしては不利になるという問題があった。
【０００４】
本発明の目的は、上記課題を解消して、圧電体の振動効率を高めることができる支持手段を備えた発電装置及びこの発電装置を備えた電子機器を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、バイモルフ構造の圧電体と、前記圧電体を支持する支持手段と、前記支持手段に支持された前記圧電体を振動させる加振手段とを備え、振動中の前記圧電体で発生した電力を出力する発電装置において、前記圧電体は、円盤形状を有し、２つの積層された圧電板と各圧電板の表面に設けられて電荷を取り出すことができる電極とを備え、前記支持手段は、前記圧電体が節円１、節直径０のモードで振動するように前記圧電体の中心を中心とした円周上で、且つ前記圧電体の振動の節付近となる前記圧電体の中心から半径６５％±５％以内を支持し、前記加振手段は、前記圧電体の振動の節以外を加振することを特徴とする発電装置である。
【０００６】
この請求項１の発明では、上記のように円盤形状の圧電体を用いて、前記支持手段が、節円１、節直径０のモードで振動するように前記圧電体の中心を中心とした円周上で、且つ前記圧電体の振動の節付近となる前記圧電体の中心から半径６５％±５％以内を支持し、前記加振手段は、前記圧電体の振動の節以外を加振するようにしたから、効率の良い発電を作り出すように構成している。特に、振動の節を支持することで振動の損失を下げるように構成している。
【０００７】
請求項２の発明は、バイモルフ構造の圧電体と、前記圧電体を支持する支持手段と、前記支持手段に支持された前記圧電体を振動させる加振手段とを備え、振動中の前記圧電体で発生した電力を出力する発電装置において、前記圧電体は、円盤形状を有し、２つの積層された圧電板と各圧電板の表面に設けられて電荷を取り出すことができる電極とを備え、前記支持手段は、前記圧電体が節円０、節直径２のモードで振動するように前記圧電体の中心を通る相互に直交する節直径付近を支持し、前記電極は、前記節直径の直交で区分された分割電極に形成されており、前記加振手段は、前記圧電体の振動の節以外を加振することを特徴とする発電装置である。
【０００８】
この請求項２の発明では、上記のように円盤形状の圧電体を用いて、前記支持手段は、前記圧電体が節円０、節直径２のモードで振動するように前記圧電体の中心を通る相互に直交する節直径付近を支持し、前記電極は、前記節直径の直交で区分された分割電極に形成されており、前記加振手段は、前記圧電体の振動の節以外を加振するようにしたから、効率の良い発電を作り出すように構成している。特に、振動の節を支持することで振動の損失を下げるように構成している。
【０００９】
請求項３の発明は、請求項１又は２の構成において、前記加振手段は、前記圧電体の振動の腹付近を加振することを特徴としている。
【００１０】
この請求項３の発明では、振動の腹を加振することで、振動と発電の効率を高めるようにしている。
【００１１】
請求項４の発明は、請求項２の構成において、前記圧電体が、外周の一部に切り欠き部を有する発電装置である。
【００１２】
この請求項４の発明では、圧電体の進行波の発生を防止するように構成している。
【００１３】
請求項５の発明は、請求項１の構成において、前記加振手段が、前記圧電体を節円１、節直径０のモードで振動させるため、前記圧電体の中心から半径１０％以内を加振する発電装置である。
【００１４】
この請求項５の発明では、節円１、節直径０のモードで振動させる際の効率が最も高い位置を加振するように構成している。
【００１５】
請求項６の発明は、請求項１の構成において、前記圧電体の材質の硬度よりも高い硬度の材料が、前記圧電体の中心から半径１０％以内に取り付けられている発電装置である。
【００１６】
この請求項６の発明では、節円１、節直径０のモードで振動させる際に加振により圧電体が損傷しないように構成している。
【００１７】
請求項７の発明は、請求項２の構成において、前記加振手段が、前記圧電体を節円０、節直径２のモードで振動させるため、２本の前記節直径が成す角度の２等分線と前記圧電体の外周との交点付近を加振する発電装置である。
【００１８】
この請求項７の発明では、節円０、節直径２のモードで振動させる際の効率が最も高い位置を加振するように構成している。
【００１９】
更に好ましくは、上記構成において、前記支持手段が、前記圧電体の片面側から支持している発電装置である。
【００２０】
この構成では、圧電体を一方の面から支持するように構成している。
【００２１】
又、好ましくは、上記構成において、前記支持手段が、前記圧電体の両面側から支持している発電装置である。
【００２２】
この構成では、圧電体を両方の面から支持するように構成している。
【００２３】
又、好ましくは、上記構成において、前記支持手段が、前記圧電体を線支持している発電装置である。
【００２４】
この構成では、圧電体と線接触して支持するように構成している。
【００２５】
又、好ましくは、上記構成において、前記支持手段が、前記圧電体を点支持している発電装置である。
【００２６】
この構成では、圧電体と点接触して支持するように構成している。
【００２７】
更に好ましくは、上記構成において、前記支持手段の前記圧電体の支持部が、前記圧電体の発電信号により突出する圧電材料で形成されている発電装置である。
【００２８】
この構成では、振動時に支持部が突き出て圧電体を強固に支持することができるように構成している。
【００２９】
又、好ましくは、上記構成において、前記支持手段が、前記圧電体の電極の材質と同一材質で一体的に形成されている発電装置である。
【００３０】
この構成では、圧電体と支持部を一体化して、それらを一工程で作製することができるように構成している。
【００３１】
又、好ましくは、上記構成において、前記支持手段の支持部が、前記圧電体と超音波接合されている発電装置である。
【００３２】
この構成では、圧電体と支持部を超音波を用いて融着するように構成している。
【００３３】
又、好ましくは、上記構成において、前記支持手段の支持部が、前記圧電体の電極の材質と同一材質で形成されている発電装置である。
【００３４】
この構成では、超音波接合を容易にするために支持手段の支持部と圧電体の電極の材質を同一材質とするように構成している。
【００３５】
請求項８の発明は、請求項１〜７のいずれかに記載の発電装置を備えた電子機器である。
【００３６】
この請求項８発明では、電子機器の駆動源として発電装置を備えた構成としている。
【００３７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００３８】
図１は、本発明の発電装置の実施形態を示す概略構成図である。
【００３９】
この発電装置１は、ケース２内に収納された発電系１００、駆動系１６０及び蓄電系１８０で大略構成されている。尚、図では蓄電系１８０はケース２の外部に配置されているが、通常は駆動系１６０と重なるように配置されている。
【００４０】
発電系１００は、振動して交流電流を発生する圧電体１１０、圧電体１１０を加振する加振手段１２０及び圧電体１１０を支持する支持手段１３０で構成されている。
【００４１】
圧電体１１０は、円盤状のバイモルフ型に形成されており、図中のＡ−Ａ線断面図に示すように、蓄電系１８０に接続されている中間電極１１１、中間電極１１１の表裏面に接着されている２枚の圧電板１１２、１１３、各圧電板１１２、１１３の表面に成膜されている電極１１４、１１５を備えている。
【００４２】
加振手段１２０は、圧電体１１０を振動させるための打撃を圧電体１１０にパルス状に与える打撃付与手段１２１及び駆動系１６０からの駆動力を打撃付与手段１２１に伝達するための駆動力伝達手段１２２を備えている。尚、打撃付与手段１２１の代わりに、例えば気体、流体、磁界、光等の媒体を圧電体１１０にパルス状に与える媒体付与手段を備え、圧電体１１０を加振手段１２０と非接触で振動させるように構成しても良い。また、圧電体１１０を振動させるための打撃や媒体は、特にパルス状に与えなくても良い。
【００４３】
支持手段１３０は、圧電体１１０を支持する支持部１３１及び支持部１３１を固定する固定部１３２を備えている。
【００４４】
ここで、支持手段１３０による圧電体１１０の支持位置及び加振手段１２０による圧電体１１０の加振位置について説明する。
【００４５】
通常、振動体には、振動時に全く変位しない部分であるいわゆる節と呼ばれる部分と、振動時に最も変位する部分であるいわゆる腹と呼ばれる部分がある。振動体を最も効率良く振動させるには、節を支持して腹を加振すれば良く、圧電体１１０も所定の振動モードの節を支持して腹を加振すれば、発電効率を最も高めることができる。
【００４６】
円盤状の圧電体１１０の振動モードは、節円数をｎ、節直径数をｍとしたとき、（ｎ，ｍ）モードとして表すことができ、（１，０）モード、（０，２）モード、（０，３）モード、（２，１）モード等がある。ここでは、これらの振動モードのうち、エネルギ分配率の大きい（１，０）モード、（０，２）モードを使用する。
【００４７】
図２（Ａ）は、（１，０）モードの節を示す図であり、円盤状の圧電体１１０の外周と同心円状の１本の節円が生じており、（１，０）モードの振動形態は、図３（Ａ）〜（Ｄ）に示すように、節円の外周側と内周側が逆位相で振動する形態となる。このような（１，０）モードの節円の位置及び腹の位置は、図４に示す振動の伝達効率と圧電体１１０の半径方向位置との関係から、伝達効率が最も低い０．６ａ〜０．７ａ（ａは圧電体１１０の半径）及び伝達効率が最も高い０〜０．１ａとなる。従って、圧電体１１０を（１，０）モードで振動させる場合には、０．６ａ〜０．７ａの範囲内、即ち圧電体１１０の中心から半径６５％±５％以内の円周上を支持し、０〜０．１ａの範囲内、即ち圧電体１１０の中心から半径１０％以内を加振することにより、発電効率を最も高めることができる。
図２（Ｂ）は、（０，２）モードの節を示す図であり、円盤状の圧電体１１０の中心を通る相互に直交する２本の節直径が生じており、（０，２）モードの振動形態は、図５（Ａ）〜（Ｄ）に示すように、節直径で区切られた扇形の対向する２組が逆位相で振動する形態となる。このような（０，２）モードの節直径の位置及び腹の位置は、図から明らかなように節直径の線上及び２本の節直径の成す角度の２等分線と圧電体１１０の外周との交点付近となる。従って、圧電体１１０を（０，２）モードで振動させる場合には、節直径の線上を支持し、２本の節直径の成す角度の２等分線と圧電体１１０の外周との交点付近を加振することにより、発電効率を最も高めることができる。
【００４８】
また、上述したように、この発電装置１は、加振手段１２０が打撃を圧電体１１０にパルス状に与えて発電させているので、以下で図６及び図７を参照してパルスについて説明する。
【００４９】
図６は、圧電体１１０を振動させたときの振幅（Ａ）と時間（ｔ）との関係の一例を示す波形図である。
【００５０】
この振動波形は、加振手段１２０により打撃を１パルスだけ圧電体１１０の中央部に与えて圧電体１１０を振動させたときの波形である。図からも明らかなように、圧電体１１０の振幅は、時間の経過に伴って減衰し、略２０波程度で収束する。従って、圧電体１１０をパルス状に与えられる打撃で効率良く振動させるには、上記減衰振動の減衰時間ｔ_E と周期Ｃを考慮する必要がある。
【００５１】
以上のことから、次のパルスを与えるタイミングを、上記減衰振動が完全に収束した後とし、またパルスを与える時間を、上記減衰振動の波形が立ち上がってから立ち下がる前、即ちピークに達する前までとすることにより、圧電体１１０の振動ロスを無くして振動効率を高めることができる。従って、図７に示すように、パルスとパルスの間隔（インターバル）Ｔは、上記減衰振動の減衰時間ｔ_E以上とすることが望ましく、またパルスの幅ｂは、上記減衰振動の周期Ｃの１／４以下とすることが望ましい。
【００５２】
また、上記パルスの波形としては、連続的な正弦波ではなく、間欠的ないわゆる非正弦波であれば良く、例えば図７（Ａ）に示す方形波、同図（Ｂ）に示す三角波、同図（Ｃ）に示す丸みを帯びた方形波、同図（Ｄ）に示す鋸波、同図（Ｅ）に示すトリガ波、同図（Ｆ）に示す微分波を使用することができる。
【００５３】
駆動系１６０は、ケース２の振動等によりケース２の内部で回転する回転錘１６１及び回転錘１６１の回転を増速して加振手段１２０に伝達する輪列１６２で構成されている。
【００５４】
回転錘１６１は、半円形状に形成され、円形としたときの中心を回転中心とした回転軸１６１ａを備えている。輪列１６２は、回転錘１６１と同軸上で回転する回転錘車１６２ａ、回転錘車１６２ａとかみ合って回転する第１中間車１６２ｂ、加振手段１２０の駆動力伝達手段１２２と係合して第１中間車１６２ｂと同軸上で回転する第２中間車１６２ｃを備えている。
【００５５】
ここで、上述したように、圧電体１１０への打撃の付与間隔、即ちパルスとパルスの間隔（インターバル）Ｔは、振動効率の点から圧電体１１０の減衰振動の減衰時間ｔ_E 以上にする必要がある。ところが、回転錘１６１がある速度以上の高速で回転したときは、上記インターバルＴが減衰時間ｔ_E 以下になって振動効率が低下してしまうので、そのときは回転錘１６１の回転が駆動力伝達手段１２２に伝達されないようにする必要がある。そこで、回転錘車１６２ａと第１中間車１６２ｂとの間に引張ばね１６３を係止させ、回転錘１６１がある速度以下で回転しているときは、引張ばね１６３の復元力により回転錘車１６２ａと第１中間車１６２ｂがかみ合うようにし、回転錘１６１がある速度以上で回転したときは、回転錘１６１の遠心力により引張ばね１６３が延びて回転錘車１６２ａが第１中間車１６２ｂから離れるように構成する。
【００５６】
蓄電系１８０は、圧電体１１０で発生する交流電流を全波整流する整流回路１８１及び整流回路１８１で整流された電流を蓄電する蓄電回路１８２で構成されている。
【００５７】
整流回路１８１は、ブリッジ状に接続され、２端が圧電体１１０の中間電極１１１と電極１１４、１１５にそれぞれ接続されたダイオード１８１ａを備えている。尚、整流回路１８１は、半波整流するように構成されていても良く、またインバータ等で構成されていても良い。蓄電回路１８２は、整流回路１８１の他の２端に接続されたコンデンサ１８２ａを備えている。尚、蓄電回路１８２は、電力蓄積能力を備えた２次電池等で構成されていても良い。
【００５８】
このような構成の発電装置１は、電子機器、例えば腕時計、携帯時計、置き時計、掛け時計等の計時装置や携帯電話、ページャ、携帯型コンピュータ、携帯型ディスク装置等の携帯機器に内蔵させて使用することができる。発電装置１の取付場所としては、例えば計時装置の場合は裏蓋の裏面や文字板の裏面、あるいはボタン型電池と同型にしてその収納場所等がある。尚、回転錘１６１の代わりに、時計のりゅうずや携帯電話のジョグダイヤル等の回転機構あるいはぜんまい等を手巻きにより巻き上げる機構を用いることができる。
【００５９】
図８（Ａ）、（Ｂ）は、本発明の発電装置の発電系の第１実施例を示す平面図及び一部断面側面図である。
【００６０】
この発電系２００は、振動して交流電流を発生する圧電体２１０、圧電体２１０を加振する加振手段２２０及び圧電体２１０を支持する支持手段２３０で構成されている。尚、この発電系２００と関連する駆動系及び蓄電系は、図１に示す駆動系１６０及び蓄電系１８０と同一構成である。
【００６１】
圧電体２１０は、中間電極２１１の表裏面に２枚の圧電板２１２、２１３が接着され、各圧電板２１２、２１３の表面全面に電極２１４、２１５が成膜された円盤形状のバイモルフ型に形成されており、（１，０）モードで振動するように構成されている。
【００６２】
中間電極２１１は、例えばリン青銅の板材で成り、円盤形状に形成されている。
【００６３】
圧電板２１２、２１３は、例えばチタン酸ジルコン酸鉛（商品名：ＰＺＴ）のバルク材で成り、円盤形状に形成されている。
【００６４】
電極２１４、２１５は、例えば銀の薄膜で成り、ペースト塗布あるいはスパッタリング等により円形上に形成されている。
【００６５】
加振手段２２０は、打撃を圧電体２１０の０〜０．１ａ（ａは圧電体２１０の半径）の範囲内、即ち圧電体２１０の中心から半径１０％以内にパルス状に与える媒体付与手段としてハンマ２２１が備えられ、このハンマ２２１に駆動系１６０からの駆動力を伝達する駆動力伝達手段として回転車２２２が備えられている。
【００６６】
ハンマ２２１は、アーム状に形成されており、一端が圧電体２１０の中央上部に配置され、他端が例えばケース２に固定されている支持部２２１ａに図示矢印ａ方向に回転可能に軸支持されている。さらに、ハンマ２２１の一端部と他端部の間には、回転車２２２の歯２２２ａと係合する突起部２２１ｂが形成されていると共に、一端が例えばケース２に固定されている引張ばね２２１ｃの他端が係止されている。
【００６７】
回転車２２２は、軸が例えばケース２に固定されており、駆動系１６０の第２中間車１６２ｃとハンマ２２１の突起部２２１ｂと係合して図示矢印ｂ方向に回転可能な形状に形成されている。
【００６８】
支持手段２３０は、圧電体２１０の０．６ａ〜０．７ａの範囲内、即ち圧電体１１０の中心から半径６５％±５％以内の円周上を支持する円形上の支持部２３１が円盤形状の固定部２３２に固定されて形成されている。
【００６９】
このような構成の発電系２００を含む発電装置１を内蔵した腕時計が使用者の腕に装着されている場合の動作例を説明する。
【００７０】
腕や体の動きに呼応して回転錘１６１が回転錘車１６２ａと共に回転すると、その回転に連動して、第１中間車１６２ｂ、第２中間車１６２ｃ及び回転板１２３が回転する。このときの回転錘１６１の回転は、回転錘車１６２ａを介して第１中間車１６２ｂに伝達されて増幅され、さらに第２中間車１６２ｃを介して回転車２２２に伝達されて歯２２２ａの１ピッチがパルスの周期となるように増幅される。
【００７１】
そして、回転車２２２の歯２２２ａの１ピッチの回転に伴って、ハンマ２２１の突起部２２１ｂは、歯２２２ａと係合しているときは押し上げられ、歯２２２ａとの係合が外れると引張ばね２２１ｃの復元力により引き下げられる。これにより、ハンマ２２１は支持部２２１ａの支持軸を中心に回転するので、ハンマ２２１の一端が揺動して圧電体２１０の０〜０．１ａの範囲内、即ち圧電体１１０の中心から半径１０％以内を打撃する。
【００７２】
このハンマ２２１の一端の揺動は、上記パルス周期でおこなわれるので、間欠的なハンマ２２１の一端による打撃により、圧電体２１０は所定の振動を一定周期で繰り返して交流電流を発生する。そして、整流回路１８１は、圧電体２１０で発生した交流電流を全波整流し、蓄電回路１８２は、整流回路１８１で整流された電流を蓄電する。これにより、腕時計の針等を駆動させることができる。
【００７３】
図９（Ａ）、（Ｂ）は、本発明の発電装置の発電系の第２実施例を示す平面図及び一部断面側面図である。尚、この発電系の加振手段は図８と同一構成であるので、図示は省略してある。
【００７４】
この発電系３００は、振動して交流電流を発生する圧電体３１０、圧電体３１０を加振する加振手段及び圧電体３１０を支持する支持手段３３０で構成されている。尚、この発電系３００と関連する駆動系及び蓄電系は、図１に示す駆動系１６０及び蓄電系１８０と同一構成である。
【００７５】
圧電体３１０は、中間電極３１１の表裏面に２枚の圧電板３１２、３１３が接着され、各圧電板３１２、３１３の表面の０．６ａ〜０．７ａ（ａは圧電体３１０の半径）の範囲内、即ち圧電体３１０の中心から半径６５％±５％以内に電極３１４、３１５が成膜された円盤形状のバイモルフ型に形成されており、（１，０）モードで振動するように構成されている。
【００７６】
中間電極３１１は、例えばリン青銅の板材で成り、円盤形状に形成されている。
【００７７】
圧電板３１２、３１３は、例えばチタン酸ジルコン酸鉛（商品名：ＰＺＴ）のバルク材で成り、円盤形状に形成されている。
【００７８】
電極３１４、３１５は、例えば銀の薄膜で成り、ペースト塗布あるいはスパッタリング等により円形状に形成されている。
【００７９】
支持手段３３０は、圧電体３１０の０．６ａ〜０．７ａの範囲内、即ち圧電体３１０の中心から半径６５％±５％以内の円周上を支持する円形上の支持部３３１が円盤形状の固定部３３２に固定されて形成されている。
【００８０】
このような構成の発電系３００を含む発電装置１を内蔵した腕時計が使用者の腕に装着されている場合も、上述した動作例と同様に動作する。
【００８１】
図１０（Ａ）、（Ｂ）は、本発明の発電装置の発電系の第３実施例を示す平面図及び一部断面側面図である。尚、この発電系の加振手段は図８と同一構成であるので、図示は省略してある。
【００８２】
この発電系４００は、振動して交流電流を発生する圧電体４１０、圧電体４１０を加振する加振手段及び圧電体４１０を支持する支持手段４３０で構成されている。尚、この発電系４００と関連する駆動系及び蓄電系は、図１に示す駆動系１６０及び蓄電系１８０と同一構成である。
【００８３】
圧電体４１０は、中間電極４１１の表裏面に２枚の圧電板４１２、４１３が接着され、各圧電板４１２、４１３の表面の中心を通る相互に直交する２本の直線で区切られた４つの扇形内に電極４１４ａ、４１４ｂ、４１４ｃ、４１４ｄ、４１５ａ、４１５ｂ、４１５ｃ、４１５ｄが成膜された円盤形状のバイモルフ型に形成されており、各表面で対向する２組の電極４１４ａと４１４ｃ、４１４ｂと４１４ｄ及び４１５ａと４１５ｃ、４１５ｂと４１５ｄが正極、負極となるように分極され、（０，２）モードで振動するように構成されている。
【００８４】
中間電極４１１は、例えばリン青銅の板材で成り、円盤形状に形成されている。
【００８５】
圧電板４１２、４１３は、例えばチタン酸ジルコン酸鉛（商品名：ＰＺＴ）のバルク材で成り、円盤形状に形成されている。
【００８６】
電極４１４、４１５は、例えば銀の薄膜で成り、ペースト塗布あるいはスパッタリング等により扇形状に形成されている。
【００８７】
支持手段４３０は、圧電体４１０の中心を通る相互に直交する２本の直線、即ち電極４１５ａ、４１５ｂ、４１５ｃ、４１５ｄの分割線上を支持する十字形状の支持部４３１で形成されている。
【００８８】
尚、加振手段２２０は、圧電体４１０の中心を通る相互に直交する２本の直線、即ち電極４１４ａ、４１４ｂ、４１４ｃ、４１４ｄの分割線と圧電体４１０の外周との交点付近をハンマ２２１が打撃するように配置されている。
【００８９】
このような構成の発電系４００を含む発電装置１を内蔵した腕時計が使用者の腕に装着されている場合も、上述した動作例と同様に動作する。
【００９０】
図１１（Ａ）、（Ｂ）は、本発明の発電装置の発電系の第４実施例を示す平面図及び一部断面側面図である。
【００９１】
この発電系５００は、上記第３実施例の発電系４００の構成と略同一であるが、圧電体４１０の表面に形成されている２つの扇形の電極（この例では４１４ｂと４１４ｃ）の間の外周部に、振動時の進行波を抑制するための切り欠き部５１０ａが設けられている点で異なる構成となっている。
【００９２】
このような構成の発電系５００を含む発電装置１を内蔵した腕時計が使用者の腕に装着されている場合も、上述した動作例と同様に動作する。
【００９３】
図１２（Ａ）、（Ｂ）は、本発明の発電装置の発電系の第５実施例を示す平面図及び一部断面側面図である。
【００９４】
上記第１実施例及び第２実施例の発電系２００、３００の支持手段２３０、３３０は、圧電体２１０、３１０を片面側からのみ支持する構成としたが、この発電系６００のように、第１実施例や第２実施例の発電系２００、３００の構成はそのまま（この図では第１実施例の発電系２００を示す）とし、圧電体２１０を両面側から支持する支持手段２３０、６３０を備える構成としても良い。
【００９５】
この支持手段２３０、６３０は、圧電体２１０の０．６ａ〜０．７ａ（ａは圧電体２１０の半径）の範囲内、即ち圧電体２１０の中心から半径６５％±５％以内の円周上を圧電体２１０の両面側から支持する円形上の２つの支持部３３１、６３１が円盤形状の固定部３３２、６３２にそれぞれ固定されて形成されている。尚、上側の固定部６３２の中央部には、加振手段２２０のハンマ２２１が圧電体２１０を打撃できるように、貫通孔６３２ａが設けられている。
【００９６】
このような構成の発電系６００を含む発電装置１を内蔵した腕時計が使用者の腕に装着されている場合も、上述した動作例と同様に動作する。
【００９７】
図１３（Ａ）、（Ｂ）は、本発明の発電装置の発電系の第６実施例を示す平面図及び一部断面側面図である。
【００９８】
上記第３実施例及び第４実施例の発電系４００、５００の支持手段４３０、５３０は、圧電体４１０、５１０を片面側からのみ支持する構成としたが、この発電系７００のように、第３実施例や第４実施例の発電系４００、５００の構成はそのまま（この図では第３実施例の発電系４００を示す）とし、圧電体４１０を両面側から支持する支持手段４３０、７３０を備える構成としても良い。
【００９９】
この支持手段４３０、７３０は、圧電体４１０の中心を通る相互に直交する２本の直線、即ち電極４１５ａ、４１５ｂ、４１５ｃ、４１５ｄ及び電極４１４ａ、４１４ｂ、４１４ｃ、４１４ｄの各分割線上を圧電体４１０の両面側から支持する十字形状の２つの支持部４３１、７３１で形成されている。
【０１００】
このような構成の発電系７００を含む発電装置１を内蔵した腕時計が使用者の腕に装着されている場合も、上述した動作例と同様に動作する。
【０１０１】
図１４（Ａ）、（Ｂ）は、本発明の発電装置の発電系の第７実施例を示す平面図及び一部断面側面図である。
【０１０２】
上記第１実施例、第２実施例及び第５実施例の発電系２００、３００、６００の加振手段２２０は、電極２１４、３１４を直接打撃する構成としたが、この発電系８００のように、第１実施例、第２実施例及び第５実施例の発電系２００、３００、６００の構成はそのまま（この図では第１実施例の発電系２００を示す）とし、圧電体２１０の０〜０．１ａ（ａは圧電体２１０の半径）の範囲内、即ち圧電体２１０の中心から半径１０％以内の電極２１４上に圧電体２１０の材質の硬度よりも高い硬度の材質の円盤８０１を取り付け、この円盤８０１を打撃する構成としても良い。
【０１０３】
このような構成の発電系８００を含む発電装置１を内蔵した腕時計が使用者の腕に装着されている場合も、上述した動作例と同様に動作する。
【０１０４】
図１５（Ａ）、（Ｂ）は、本発明の発電装置の発電系の第８実施例を示す平面図及び一部断面側面図である。
【０１０５】
この発電系９００は、圧電体９１０がその表面に節が表れるように構成されたものであり、上記各実施例の発電系に適用することができる。尚、この図では第１実施例の発電系２００に適用した場合を示す。
【０１０６】
圧電体９１０は、中間電極９１１の表裏面に２枚の圧電板９１２、９１３が接着され、各圧電板９１２、９１３の表面全体に電極９１４、９１５が成膜された円盤形状のバイモルフ型に形成されている。
【０１０７】
中間電極９１１は、例えばリン青銅の板材で成り、円盤形状に形成されている。
【０１０８】
圧電板９１２、９１３は、例えばチタン酸ジルコン酸鉛（商品名：ＰＺＴ）のバルク材で成り、一方の圧電板９１２は表面外周部に断面が三角形状の凸部９１２ａが設けられた円盤形状に形成され、他方の圧電板９１３は円盤形状に形成されている。
【０１０９】
電極９１４、９１５は、例えば銀の薄膜で成り、ペースト塗布あるいはスパッタリング等により円形状に形成されている。
【０１１０】
このような構成の発電系９００を含む発電装置１を内蔵した腕時計が使用者の腕に装着されている場合も、上述した動作例と同様に動作する。
【０１１１】
図１６（Ａ）、（Ｂ）は、本発明の発電装置の発電系の第９実施例を示す平面図及び一部断面側面図である。
【０１１２】
この発電系１０００は、圧電体１０１０が表面に節が表れるように構成されたものであり、上記各実施例の発電系に適用することができる。尚、この図では第１実施例の発電系２００に適用した場合を示す。
【０１１３】
圧電体１０１０は、基本的には第１実施例の圧電体２１０と同一構成であるが、一方の圧電板２１２の上にリング状の圧電板１０１１が取り付けられて形成されている。
【０１１４】
このような構成の発電系１０００を含む発電装置１を内蔵した腕時計が使用者の腕に装着されている場合も、上述した動作例と同様に動作する。
【０１１５】
図１７（Ａ）、（Ｂ）は、本発明の発電装置の発電系の第１０実施例を示す平面図及び一部断面側面図である。
【０１１６】
この発電系１１００は、圧電体１１１０がその表面に節が表れるように構成されたものであり、上記各実施例の発電系に適用することができる。尚、この図では第１実施例の発電系２００に適用した場合を示す。
【０１１７】
圧電体１１１０は、中間電極１１１１の表裏面に２枚の圧電板１１１２、１１１３が接着され、各圧電板１１１２、１１１３の表面全体に電極１１１４、１１１５が成膜され、さらに各電極１１１４、１１１５の中央部に円盤形状の圧電板１１１６、１１１７が取り付けられた円盤形状のバイモルフ型に形成されている。
【０１１８】
中間電極１１１１は、例えばリン青銅の板材で成り、円盤形状に形成されている。
【０１１９】
圧電板１１１２、１１１３、１１１６、１１１７は、例えばチタン酸ジルコン酸鉛（商品名：ＰＺＴ）のバルク材で成り、圧電板１１１２、１１１３の表面外周部に断面が台形状の凸部１１１２ａ、１１１３ａが設けられた円盤形状に形成されている。
【０１２０】
電極１１１４、１１１５は、例えば銀の薄膜で成り、ペースト塗布あるいはスパッタリング等により円形状に形成されている。
【０１２１】
このような構成の発電系１１００を含む発電装置１を内蔵した腕時計が使用者の腕に装着されている場合も、上述した動作例と同様に動作する。
【０１２２】
図１８（Ａ）、（Ｂ）は、本発明の発電装置の発電系の第１１実施例を示す平面図及び一部断面側面図である。
【０１２３】
上記各実施例の発電系の支持手段は、圧電体を円周上あるいは直線上で線支持する構成としたが、この発電系１２００のように、各実施例の発電系の構成はそのまま（この図では第１実施例の発電系２００を示す）とし、圧電体２１０を点支持する支持手段１２３０を備える構成としても良い。
【０１２４】
この支持手段１２３０は、圧電体２１０の０．６ａ〜０．７ａ（ａは圧電体２１０の半径）の範囲内、即ち圧電体２１０の中心から半径６５％±５％以内の円周上を等間隔で複数（この例では３か所）点支持する円錐形状の３つの支持部１２３１が円盤形状の固定部１２３２にそれぞれ固定されて形成されている。
【０１２５】
このような構成の発電系１２００を含む発電装置１を内蔵した腕時計が使用者の腕に装着されている場合も、上述した動作例と同様に動作する。
【０１２６】
図１９（Ａ）、（Ｂ）は、本発明の発電装置の発電系の第１２実施例を示す平面図及び一部断面側面図である。
【０１２７】
上記各実施例の発電系の支持手段は、圧電体を円周上あるいは直線上で線支持する構成としたが、この発電系１３００のように、各実施例の発電系の構成はそのまま（この図では第１実施例の発電系２００を示す）とし、圧電体２１０を点支持及び線支持する支持手段１３３０を備える構成としても良い。
【０１２８】
この支持手段１３３０は、圧電体２１０の０．６ａ〜０．７ａ（ａは圧電体２１０の半径）の範囲内、即ち圧電体２１０の中心から半径６５％±５％以内の半円周上を点支持（この例では中間の１か所であるが等間隔で複数か所でも良い）する円錐形状の支持部１３３１ａ及び残りの半円周上を線支持する半円形状の支持部１３３１ｂが円盤形状の固定部１３３２にそれぞれ固定されて形成されている。
【０１２９】
このような構成の発電系１３００を含む発電装置１を内蔵した腕時計が使用者の腕に装着されている場合も、上述した動作例と同様に動作する。
【０１３０】
図２０（Ａ）、（Ｂ）は、本発明の発電装置の発電系の第１３実施例を示す平面図及び一部断面側面図である。
【０１３１】
この発電系１４００は、圧電体を両面側から支持する発電系に適用可能に構成されている。尚、この図では第５実施例の発電系６００に適用した場合を示している。
【０１３２】
この発電系１４００の支持手段１４３０ａ、１４３０ｂは、発電系６００の支持手段２３０、６３０と基本的に同一構成であるが、支持部１４３１ａ、１４３１ｂが、例えばチタン酸ジルコン酸鉛（商品名：ＰＺＴ）やポリフッ化ビニリデン（商品名：ＰＶＤＦ）等の圧電体で形成されて固定部１４３２ａ、１４３２ｂに固定され、圧電体６１０の中間電極６１１と信号帰還線１４３３ａ、１４３３ｂで接続されている。この支持部１４３１ａ、１４３１ｂは、圧電体６１０の発電信号を受けて自発的に突出し、圧電体６１０の両面側からの支持強度を高める働きをする。
【０１３３】
このような構成の発電系１４００を含む発電装置１を内蔵した腕時計が使用者の腕に装着されている場合も、上述した動作例と同様に動作する。
【０１３４】
上述した各実施例の支持手段の支持部と圧電体との接合方法としては、例えば超音波による接合方法や接着剤による接合方法がある。この超音波による接合方法を採用する場合には、支持手段の支持部を圧電体の電極の材料で形成することにより、接合作業が容易となる。
【０１３５】
また、図２１に示すように、支持手段２３０の支持部と圧電体２１０の電極をエッチング法等により一体的に形成した電極・支持部２３３としても良い。尚、この図では第１実施例の発電系２００を示しているが、上述した各実施例の発電系に適用することができる。
【０１３６】
尚、上述した実施形態では、振動モードとして（１，０）モード及び（０，２）モードを使用した場合について説明したが、他の高次モードでも同様に適用することができる。
【０１３７】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、円盤形状のバイモルフ構造の圧電体を節円１、節直径０モードで振動するように加振し、しかも振動の節以外を加振したから、支持部の振動の損失を下げ、発電効率を上げることができると共に、他モードの励振を抑制して電荷の相殺を防止することができる。従って、高効率な圧電発電システムやそれを搭載した携帯電子機器を提供できる。
【０１３８】
請求項２の発明によれば、円盤形状のバイモルフ構造の圧電体を節円０、節直径２モードで振動するように加振し、しかも振動の節以外を加振したから、支持部の振動の損失を下げ、振動効率を高めて発電効率をさらに上げることができると共に、他モードの励振を抑制して電荷の相殺を防止することができる。従って、高効率な圧電発電システムやそれを搭載した携帯電子機器を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の発電装置の実施形態を示す概略構成図である。
【図２】圧電体の振動モードを説明するための図である。
【図３】図２に示す振動モードの振動形態を示す図である。
【図４】図３の振動の伝達効率と半径方向位置との関係を示す図である。
【図５】図２に示す別の振動モードの振動形態を示す図である。
【図６】圧電体を振動させたときの振幅（Ａ）と時間（ｔ）との関係の一例を示す波形図である。
【図７】パルス波形の一例を示す図である。
【図８】本発明の発電装置の発電系の第１実施例を示す一部断面平面図である。
【図９】本発明の発電装置の発電系の第２実施例を示す一部断面平面図である。
【図１０】本発明の発電装置の発電系の第３実施例を示す一部断面平面図である。
【図１１】本発明の発電装置の発電系の第４実施例を示す一部断面平面図である。
【図１２】本発明の発電装置の発電系の第５実施例を示す一部断面平面図である。
【図１３】本発明の発電装置の発電系の第６実施例を示す一部断面平面図である。
【図１４】本発明の発電装置の発電系の第７実施例を示す一部断面平面図である。
【図１５】本発明の発電装置の発電系の第８実施例を示す一部断面平面図である。
【図１６】本発明の発電装置の発電系の第９実施例を示す一部断面平面図である。
【図１７】本発明の発電装置の発電系の第１０実施例を示す一部断面平面図である。
【図１８】本発明の発電装置の発電系の第１１実施例を示す一部断面平面図である。
【図１９】本発明の発電装置の発電系の第１２実施例を示す一部断面平面図である。
【図２０】本発明の発電装置の発電系の第１３実施例を示す一部断面平面図である。
【図２１】本発明の発電装置の発電系の第１４実施例を示す一部断面平面図である。
【符号の説明】
１発電装置
２ケース
１００発電系
１１０圧電体
１２０加振手段
１３０支持手段
１６０駆動系
１８０蓄電系
１１１、２１１、３１１、４１１、９１１、１１１１、１１、８１１中間電極
１１２、１１３、２１２、２１３、３１２、３１３、４１２、４１３、９１２、９１３、１０１１、１１１２、１１１３、１１１６、１１１７圧電板
１１４、１１５、２１４、２１５、３１４、３１５、４１４ａ、４１４ｂ、４１４ｃ、４１４ｄ、４１５ａ、４１５ｂ、４１５ｃ、４１５ｄ、９１４、９１５、１１１４、１１１５電極
２３１、３３１、４３１、１２３１、１３３１ａ、１３３１ｂ、１４３１ａ
支持部
２３２、３３２、４３２、１２３２、１３３２、１４３２ａ固定部
８０１円盤
９１２ａ、１１１２ａ、１１１３ａ凸部
１４３３ａ、１４３３ｂ信号帰還線
２３３支持・電極部[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a power generating device that generates power by vibrating a piezoelectric body, and an electronic device including the power generating device.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Various types of power generating devices that generate electric power by vibrating a piezoelectric body have been proposed as follows. For example, a power generating device (see Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-233862) in which a hammer collides with a bimorph-type piezoelectric body having a cantilever structure and vibrates the piezoelectric body to generate power, and fixes a disk-shaped bimorph-type piezoelectric body A power generation device (see Japanese Patent Application Laid-Open No. 56-64677) that is attached to a plate and generates electric power by flexing and vibrating a piezoelectric body, a disk-shaped bimorph type piezoelectric body itself, or a substrate around which a piezoelectric body is attached. 2. Description of the Related Art There is a power generation device that generates electricity by fixing and flexibly vibrating a piezoelectric body (see Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-72593).
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
In the above-described power generator including the piezoelectric body having the cantilever structure, a large stress is applied to the fixed end during vibration, so that the force escapes from the fixed end, that is, the Q value decreases and energy loss increases. However, there is a problem that it is disadvantageous as a power generation system. Also, in a power generating device in which a disk-shaped piezoelectric body is attached to a fixed plate, or in a power generating device in which the periphery of a disk-shaped piezoelectric body itself or a substrate to which a piezoelectric body is attached is fixed, many vibration modes are generated by vibration. It appears that the charge is canceled out, and a large stress is applied to the fixed part during vibration, so that the force escapes from the fixed part, that is, the Q value decreases, and the energy loss increases, which is disadvantageous for the power generation system. There was a problem of becoming.
[0004]
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems and to provide a power generation device including a support unit capable of increasing the vibration efficiency of a piezoelectric body, and an electronic device including the power generation device.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
The invention according to claim 1 includes a piezoelectric member having a bimorph structure, supporting means for supporting the piezoelectric member, and vibrating means for vibrating the piezoelectric member supported by the supporting member, wherein the piezoelectric member vibrating. In the power generator that outputs the power generated inThe piezoelectric body has a disk shape, and includes two stacked piezoelectric plates and an electrode provided on a surface of each piezoelectric plate and capable of extracting electric charge,The support meansIs on a circumference centered on the center of the piezoelectric body so that the piezoelectric body vibrates in a mode of a nodal circle 1 and a nodal diameter 0, andNear the node of vibration of the piezoelectric bodyWithin 65% ± 5% of radius from the center of the piezoelectric bodyIn favor of,The vibration meansIsAnd a vibrator that vibrates other than nodes of vibration of the piezoelectric body.
[0006]
In the invention of claim 1,Using the disk-shaped piezoelectric body as described above, the supporting means vibrates in a mode of a nodal circle 1 and a nodal diameter 0 on a circumference centered on the center of the piezoelectric body and the piezoelectric body. Since the center of the piezoelectric body near the node of the vibration is supported within a radius of 65% ± 5% and the vibration means vibrates other than the node of the vibration of the piezoelectric body, the efficiency is high. It is configured to generate electricity. In particular,The structure is designed to reduce vibration loss by supporting nodes of vibration.
[0007]
The invention of claim 2 isA piezoelectric body having a bimorph structure, supporting means for supporting the piezoelectric body, and vibrating means for vibrating the piezoelectric body supported by the supporting means, for outputting electric power generated by the vibrating piezoelectric body In the power generation device, the piezoelectric body has a disk shape, and includes two stacked piezoelectric plates and an electrode provided on a surface of each piezoelectric plate and capable of extracting electric charge. The body supports the vicinity of mutually orthogonal node diameters passing through the center of the piezoelectric body so that the body vibrates in the mode of the node circle 0 and the node diameter 2, and the electrode is divided into electrodes divided at right angles to the node diameter. The vibrating means is formed, and the vibrating means vibrates other than nodes of vibration of the piezoelectric body.
[0008]
In the invention of claim 2,Using the disk-shaped piezoelectric body as described above, the supporting means is provided near the node diameters orthogonal to each other passing through the center of the piezoelectric body so that the piezoelectric body vibrates in the mode of nodal circle 0 and nodal diameter 2. And the electrodes are formed in divided electrodes divided at right angles to the nodal diameter, and the vibrating means vibrates other than the vibrating nodes of the piezoelectric body. It is configured to produce good power generation. In particular,The structure is designed to reduce vibration loss by supporting nodes of vibration.
[0009]
According to a third aspect of the present invention, in the configuration of the first or second aspect,The vibrating means vibrates near the antinode of the vibration of the piezoelectric body.
[0010]
In the invention of claim 3,By exciting the antinode of vibration, the efficiency of vibration and power generation is increased.
[0011]
Claim4The invention of claim2Wherein the piezoelectric body has a notch in a part of the outer periphery.
[0012]
This claim4According to the invention, the configuration is such that the traveling wave of the piezoelectric body is prevented from being generated.
[0013]
Claim5The invention of claim1In the above configuration, the vibrating means vibrates the piezoelectric body in a mode of a nodal circle 1 and a nodal diameter 0 so as to vibrate within a radius of 10% from the center of the piezoelectric body.
[0014]
This claim5According to the invention, the position where the efficiency is highest when vibrating in the mode of the nodal circle 1 and the nodal diameter 0 is configured to be excited.
[0015]
Claim6The invention of claim1In the power generation device, the material having a higher hardness than the material of the piezoelectric body is attached within a radius of 10% from the center of the piezoelectric body.
[0016]
This claim6According to the invention, the piezoelectric body is configured not to be damaged by the vibration when vibrating in the mode of the node circle 1 and the node diameter 0.
[0017]
Claim7The invention of claim2In the configuration described above, since the vibrating means vibrates the piezoelectric body in the mode of the nodal circle 0 and the nodal diameter 2, the bisector of an angle formed by the two nodal diameters and the outer periphery of the piezoelectric body This is a power generator that vibrates near the intersection.
[0018]
This claim7According to the invention, the position where the efficiency is highest when vibrating in the mode of nodal circle 0 and nodal diameter 2 is configured to be excited.
[0019]
More preferably, in the above-described configuration, the power generation device may be configured such that the support unit supports the piezoelectric body from one side.
[0020]
In this configuration, the piezoelectric body is configured to be supported from one surface.
[0021]
Also, preferably, in the above-described configuration, the power generation device is configured such that the support means supports the piezoelectric body from both sides.
[0022]
In this configuration, the piezoelectric body is configured to be supported from both surfaces.
[0023]
Also, preferably,In the configuration, the support unit is a power generator that linearly supports the piezoelectric body.
[0024]
thisConstitutionIn this configuration, the piezoelectric body is supported in line contact with the piezoelectric body.
[0025]
Also, preferably,In the configuration, the support unit is a power generator that supports the piezoelectric body at a point.
[0026]
thisConstitutionIs configured to support the piezoelectric body in point contact.
[0027]
More preferably, in the above-mentioned configuration, the power generation device is such that the support portion of the piezoelectric body of the support means is formed of a piezoelectric material protruded by a power generation signal of the piezoelectric body.
[0028]
In this configuration, the supporting portion is protruded during the vibration, so that the piezoelectric body can be firmly supported.
[0029]
Preferably, in the above configuration, the support means is integrally formed of the same material as the material of the electrode of the piezoelectric body.
[0030]
In this configuration, the piezoelectric body and the support portion are integrated so that they can be manufactured in one step.
[0031]
Also, preferably, in the above-described configuration, the power generation device is configured such that a support portion of the support means is ultrasonically bonded to the piezoelectric body.
[0032]
In this configuration, the piezoelectric body and the support are fused together using ultrasonic waves.
[0033]
Further, preferably, in the above-described configuration, the power generation device is configured such that the support portion of the support means is formed of the same material as the material of the electrode of the piezoelectric body.
[0034]
In this configuration, in order to facilitate the ultrasonic bonding, the material of the support portion of the support means and the material of the electrode of the piezoelectric body are configured to be the same.
[0035]
Claim8The invention of claim 17An electronic apparatus comprising the power generation device according to any one of the above.
[0036]
This claim8According to the present invention, a configuration is provided in which a power generation device is provided as a drive source of the electronic device.
[0037]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0038]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an embodiment of the power generation device of the present invention.
[0039]
This power generation device 1 is roughly constituted by a power generation system 100, a drive system 160, and a power storage system 180 housed in a case 2. Although the power storage system 180 is arranged outside the case 2 in the drawing, it is usually arranged so as to overlap the drive system 160.
[0040]
The power generation system 100 includes a piezoelectric body 110 that vibrates to generate an alternating current, a vibration unit 120 that vibrates the piezoelectric body 110, and a support unit 130 that supports the piezoelectric body 110.
[0041]
The piezoelectric body 110 is formed in a disk-shaped bimorph type, and is bonded to the front and back surfaces of the intermediate electrode 111 connected to the power storage system 180 and the front and back surfaces of the intermediate electrode 111 as shown in the cross-sectional view along the line AA in the figure. And two electrodes 114 and 115 formed on the surfaces of the two piezoelectric plates 112 and 113.
[0042]
The vibrating means 120 is a driving force transmitting means for transmitting a driving force from the driving system 160 to the percussion applying means 121 and a driving force transmitting means 121 for applying a percussion for vibrating the piezoelectric substance 110 to the piezoelectric substance 110 in a pulse shape. 122 is provided. In addition, instead of the impact applying means 121, a medium applying means for applying a medium such as a gas, a fluid, a magnetic field, or light to the piezoelectric body 110 in a pulse shape is provided, and the piezoelectric body 110 is vibrated in a non-contact manner with the vibration means 120. You may comprise so that it may be. In addition, the impact or the medium for vibrating the piezoelectric body 110 does not need to be particularly applied in a pulse shape.
[0043]
The support means 130 includes a support portion 131 for supporting the piezoelectric body 110 and a fixing portion 132 for fixing the support portion 131.
[0044]
Here, the support position of the piezoelectric body 110 by the support means 130 and the vibration position of the piezoelectric body 110 by the vibration means 120 will be described.
[0045]
Normally, the vibrating body has a so-called node which is a part that is not displaced at all at the time of vibration, and a so-called antinode which is a part that is most displaced at the time of vibration. In order to vibrate the vibrating body most efficiently, it is only necessary to support the node and vibrate the antinode. If the piezoelectric body 110 also supports the node in a predetermined vibration mode and vibrate the antinode, the power generation efficiency is maximized. be able to.
[0046]
The vibration mode of the disk-shaped piezoelectric body 110 can be expressed as (n, m) mode when the number of knot circles is n and the number of knot diameters is m, and is (1, 0) mode, (0, 2) mode. Mode, (0, 3) mode, (2, 1) mode, and the like. Here, among these vibration modes, the (1, 0) mode and the (0, 2) mode having a large energy distribution ratio are used.
[0047]
FIG. 2A is a diagram showing a node in the (1, 0) mode, in which one node circle concentric with the outer periphery of the disc-shaped piezoelectric body 110 is formed, and the node in the (1, 0) mode is formed. As shown in FIGS. 3A to 3D, the vibration form is such that the outer peripheral side and the inner peripheral side of the node circle vibrate in opposite phases. From the relationship between the vibration transmission efficiency and the radial position of the piezoelectric element 110 shown in FIG. 0.7a (a is the radius of the piezoelectric body 110) and the highest transmission efficiency are 0 to 0.1a. Therefore, when the piezoelectric body 110 is vibrated in the (1, 0) mode, the piezoelectric body 110 is supported on the circumference within the range of 0.6a to 0.7a, that is, within a radius of 65% ± 5% from the center of the piezoelectric body 110. However, by applying vibration in the range of 0 to 0.1a, that is, within a radius of 10% from the center of the piezoelectric body 110, the power generation efficiency can be maximized.
FIG. 2B is a diagram showing a node in the (0, 2) mode, in which two mutually orthogonal node diameters passing through the center of the disk-shaped piezoelectric body 110 are generated, and the (0, 2) mode is obtained. As shown in FIGS. 5A to 5D, the mode vibration mode is a mode in which two opposing sets of fan-shaped sections separated by the node diameter vibrate in opposite phases. As is apparent from the figure, the position of the node diameter and the position of the antinode in the (0, 2) mode are on the line of the node diameter and the bisector of the angle formed by the two node diameters and the outer periphery of the piezoelectric body 110. Near the intersection with. Therefore, when the piezoelectric body 110 is vibrated in the (0, 2) mode, it is supported on the line of the nodal diameter and near the intersection of the bisector of the angle formed by the two nodal diameters and the outer periphery of the piezoelectric body 110. By vibrating, the power generation efficiency can be maximized.
[0048]
Further, as described above, in the power generator 1, since the vibrating means 120 applies a pulse to the piezoelectric body 110 to generate power, the pulse will be described below with reference to FIGS. .
[0049]
FIG. 6 is a waveform diagram illustrating an example of the relationship between the amplitude (A) and the time (t) when the piezoelectric body 110 is vibrated.
[0050]
This vibration waveform is a waveform when the piezoelectric body 110 is vibrated by applying one pulse to the center of the piezoelectric body 110 by the vibration means 120. As is clear from the figure, the amplitude of the piezoelectric body 110 attenuates with the passage of time and converges at about 20 waves. Therefore, in order to vibrate the piezoelectric body 110 efficiently with a pulsed impact, the decay time t_E And cycle C must be considered.
[0051]
From the above, the timing for giving the next pulse is after the above-mentioned damped oscillation has completely converged, and the time for giving a pulse is from the rising of the waveform of the above-mentioned damped oscillation to before falling, that is, before reaching the peak. By doing so, it is possible to eliminate the vibration loss of the piezoelectric body 110 and increase the vibration efficiency. Therefore, as shown in FIG. 7, the interval (interval) T between pulses is equal to the decay time t of the damped oscillation._EIt is desirable that the pulse width b be equal to or less than １／ of the period C of the damped oscillation.
[0052]
The waveform of the pulse is not a continuous sine wave but an intermittent so-called non-sinusoidal wave. For example, a square wave shown in FIG. 7A, a triangular wave shown in FIG. A rounded square wave shown in FIG. (C), a sawtooth wave shown in FIG. (D), a trigger wave shown in FIG. (E), and a differential wave shown in FIG. (F) can be used.
[0053]
The drive system 160 includes a rotating weight 161 that rotates inside the case 2 due to vibration of the case 2 and the like, and a wheel train 162 that speeds up the rotation of the rotating weight 161 and transmits the rotation to the vibration means 120.
[0054]
The oscillating weight 161 is formed in a semicircular shape, and includes a rotating shaft 161a whose center is a center of rotation when it is circular. The wheel train 162 engages with a rotary wheel 162 a that rotates coaxially with the rotary weight 161, a first intermediate wheel 162 b that rotates while meshing with the rotary wheel 162 a, and a driving force transmitting unit 122 of the vibration unit 120. A second intermediate wheel 162c that rotates coaxially with the first intermediate wheel 162b is provided.
[0055]
Here, as described above, the interval between the impacts applied to the piezoelectric body 110, that is, the interval (interval) T between pulses, is determined from the viewpoint of the vibration efficiency by the damping time t of the damped vibration of the piezoelectric body 110._E It is necessary to do above. However, when the oscillating weight 161 rotates at a speed higher than a certain speed, the interval T becomes equal to the decay time t._E Since the vibration efficiency is reduced in the following, it is necessary to prevent the rotation of the rotary weight 161 from being transmitted to the driving force transmission means 122 at that time. Therefore, the tension spring 163 is locked between the oscillating weight wheel 162a and the first intermediate wheel 162b. When the rotating weight 161 rotates at a certain speed or more, the tension spring 163 is extended by the centrifugal force of the rotating weight 161 so that the rotating weight wheel 162a is separated from the first intermediate wheel 162b. To be configured.
[0056]
The power storage system 180 includes a rectifier circuit 181 that full-wave rectifies an alternating current generated by the piezoelectric body 110 and a power storage circuit 182 that stores the current rectified by the rectifier circuit 181.
[0057]
The rectifier circuit 181 includes a diode 181a connected in a bridge shape and having two ends connected to the intermediate electrode 111 and the electrodes 114 and 115 of the piezoelectric body 110, respectively. The rectifier circuit 181 may be configured to perform half-wave rectification, or may be configured by an inverter or the like. The power storage circuit 182 includes a capacitor 182a connected to the other two ends of the rectifier circuit 181. Note that the power storage circuit 182 may be configured by a secondary battery or the like having power storage capability.
[0058]
The power generating device 1 having such a configuration is used by being built in an electronic device, for example, a clock device such as a wristwatch, a portable clock, a table clock, a wall clock, or a portable device such as a mobile phone, a pager, a portable computer, or a portable disk device. be able to. For example, in the case of a timekeeping device, the power generation device 1 may be attached to the back of the back cover, the back of the dial, or the same type as the button-type battery, and the storage location. Instead of the rotary weight 161, a rotating mechanism such as a crown of a watch or a jog dial of a mobile phone, or a mechanism for manually winding a mainspring or the like can be used.
[0059]
FIGS. 8A and 8B are a plan view and a partial cross-sectional side view showing a first embodiment of the power generation system of the power generation device of the present invention.
[0060]
The power generation system 200 includes a piezoelectric body 210 that generates an alternating current by vibrating, a vibration unit 220 that vibrates the piezoelectric body 210, and a support unit 230 that supports the piezoelectric body 210. The drive system and the power storage system related to the power generation system 200 have the same configuration as the drive system 160 and the power storage system 180 shown in FIG.
[0061]
The piezoelectric body 210 is formed in a disk-shaped bimorph type in which two piezoelectric plates 212 and 213 are bonded to the front and back surfaces of the intermediate electrode 211 and electrodes 214 and 215 are formed on the entire surface of each piezoelectric plate 212 and 213. And it is configured to vibrate in the (1, 0) mode.
[0062]
The intermediate electrode 211 is made of, for example, a phosphor bronze plate and is formed in a disk shape.
[0063]
The piezoelectric plates 212 and 213 are made of, for example, a bulk material of lead zirconate titanate (trade name: PZT) and are formed in a disk shape.
[0064]
The electrodes 214 and 215 are made of, for example, a silver thin film, and are formed in a circular shape by paste application or sputtering.
[0065]
The vibrating means 220 is a medium applying means that applies a pulse in a range of 0 to 0.1a (a is the radius of the piezoelectric body 210) of the piezoelectric body 210, that is, within a radius of 10% from the center of the piezoelectric body 210. A hammer 221 is provided, and a rotating wheel 222 is provided as a driving force transmitting means for transmitting a driving force from the driving system 160 to the hammer 221.
[0066]
The hammer 221 is formed in an arm shape. One end is disposed at the upper center of the piezoelectric body 210, and the other end is rotatably supported by a support portion 221 a fixed to the case 2, for example, so as to be rotatable in a direction indicated by an arrow a. ing. Further, between the one end and the other end of the hammer 221, a projection 221 b that engages with the teeth 222 a of the rotating wheel 222 is formed. The other end is locked.
[0067]
The rotating wheel 222 has a shaft fixed to, for example, the case 2, and is formed into a shape capable of engaging with the second intermediate wheel 162 c of the drive system 160 and the projection 221 b of the hammer 221 so as to be rotatable in the direction of arrow b in the drawing. I have.
[0068]
The support means 230 has a circular support portion 231 that supports the piezoelectric body 210 in the range of 0.6a to 0.7a, that is, the circumference of a circle within a radius of 65% ± 5% from the center of the piezoelectric body 110. Is fixed to the fixing portion 232.
[0069]
An operation example in the case where a wristwatch incorporating the power generation device 1 including the power generation system 200 having such a configuration is mounted on a user's arm will be described.
[0070]
When the oscillating weight 161 rotates together with the oscillating weight wheel 162a in response to the movement of the arm or body, the first intermediate wheel 162b, the second intermediate wheel 162c, and the rotating plate 123 rotate in conjunction with the rotation. The rotation of the oscillating weight 161 at this time is transmitted to the first intermediate wheel 162b via the oscillating weight wheel 162a, amplified, and further transmitted to the rotary wheel 222 via the second intermediate wheel 162c, thereby causing one pitch of the teeth 222a. Is amplified so as to be a pulse period.
[0071]
Then, with the rotation of the teeth 222a of the rotating wheel 222 by one pitch, the protrusions 221b of the hammer 221 are pushed up when engaged with the teeth 222a, and when the engagement with the teeth 222a is released, the tension spring 221c is formed. Is reduced by the restoring force of As a result, the hammer 221 rotates about the support shaft of the support portion 221a, so that one end of the hammer 221 swings and is within a range of 0 to 0.1a of the piezoelectric body 210, that is, a radius of 10 mm from the center of the piezoelectric body 110. Strike within%.
[0072]
Since the swing of one end of the hammer 221 is performed in the above-described pulse cycle, the piezoelectric body 210 repeats a predetermined vibration at a fixed cycle to generate an AC current by intermittent hitting by one end of the hammer 221. The rectifier circuit 181 performs full-wave rectification on the AC current generated in the piezoelectric body 210, and the power storage circuit 182 stores the current rectified by the rectifier circuit 181. Thereby, the hands and the like of the wristwatch can be driven.
[0073]
FIGS. 9A and 9B are a plan view and a partial cross-sectional side view showing a second embodiment of the power generation system of the power generation device of the present invention. The vibration means of this power generation system has the same configuration as that of FIG. 8 and is not shown.
[0074]
The power generation system 300 includes a piezoelectric body 310 that vibrates to generate an alternating current, a vibration unit that vibrates the piezoelectric body 310, and a support unit 330 that supports the piezoelectric body 310. The driving system and the power storage system related to the power generation system 300 have the same configuration as the driving system 160 and the power storage system 180 shown in FIG.
[0075]
The piezoelectric body 310 has two piezoelectric plates 312 and 313 adhered to the front and back surfaces of the intermediate electrode 311, and has a surface area of 0.6 a to 0.7 a (a is the radius of the piezoelectric body 310) of each of the piezoelectric plates 312 and 313. The electrodes 314 and 315 are formed in a disk-shaped bimorph type within a range, that is, within a radius of 65% ± 5% from the center of the piezoelectric body 310, and are configured to vibrate in the (1,0) mode. Have been.
[0076]
The intermediate electrode 311 is made of, for example, a phosphor bronze plate and is formed in a disk shape.
[0077]
The piezoelectric plates 312 and 313 are made of, for example, a bulk material of lead zirconate titanate (trade name: PZT) and are formed in a disk shape.
[0078]
The electrodes 314 and 315 are made of, for example, a silver thin film, and are formed in a circular shape by paste application or sputtering.
[0079]
The support means 330 has a circular support portion 331 that supports the piezoelectric body 310 within the range of 0.6a to 0.7a, that is, the circumference of a circle within a radius of 65% ± 5% from the center of the piezoelectric body 310. Is fixed to the fixing portion 332.
[0080]
When a wristwatch incorporating the power generation device 1 including the power generation system 300 having such a configuration is worn on the user's arm, the same operation as in the above-described operation example is performed.
[0081]
FIGS. 10A and 10B are a plan view and a partial cross-sectional side view showing a third embodiment of the power generation system of the power generation device of the present invention. The vibration means of this power generation system has the same configuration as that of FIG. 8 and is not shown.
[0082]
The power generation system 400 includes a piezoelectric body 410 that vibrates to generate an alternating current, a vibration unit that vibrates the piezoelectric body 410, and a support unit 430 that supports the piezoelectric body 410. The drive system and the power storage system related to the power generation system 400 have the same configuration as the drive system 160 and the power storage system 180 shown in FIG.
[0083]
The piezoelectric body 410 has two piezoelectric plates 412 and 413 adhered to the front and back surfaces of the intermediate electrode 411, and four piezoelectric plates 412 and 413 divided by two mutually perpendicular straight lines passing through the center of the surface of each piezoelectric plate 412 and 413. It is formed in a disk-shaped bimorph type in which electrodes 414a, 414b, 414c, 414d, 415a, 415b, 415c, and 415d are formed in a fan shape, and two sets of electrodes 414a, 414c, and 414b opposed on each surface. 414d, 415a and 415c, and 415b and 415d are polarized so as to be a positive electrode and a negative electrode, and are configured to vibrate in the (0, 2) mode.
[0084]
The intermediate electrode 411 is made of, for example, a plate material of phosphor bronze, and is formed in a disk shape.
[0085]
The piezoelectric plates 412 and 413 are made of, for example, a bulk material of lead zirconate titanate (trade name: PZT) and are formed in a disk shape.
[0086]
The electrodes 414 and 415 are made of, for example, a silver thin film, and are formed in a fan shape by paste application or sputtering.
[0087]
The support means 430 is formed of a cross-shaped support portion 431 that supports two mutually orthogonal straight lines passing through the center of the piezoelectric body 410, that is, a division line between the electrodes 415a, 415b, 415c, and 415d.
[0088]
The vibrating means 220 is provided with a hammer 221 near an intersection between two mutually orthogonal straight lines passing through the center of the piezoelectric body 410, that is, a dividing line of the electrodes 414a, 414b, 414c and 414d, and the outer periphery of the piezoelectric body 410. It is arranged to hit.
[0089]
When a wristwatch incorporating the power generation device 1 including the power generation system 400 having such a configuration is worn on the user's arm, the same operation as in the above-described operation example is performed.
[0090]
FIGS. 11A and 11B are a plan view and a partial cross-sectional side view showing a fourth embodiment of the power generation system of the power generation device of the present invention.
[0091]
The power generation system 500 has substantially the same configuration as that of the power generation system 400 of the third embodiment, except that two fan-shaped electrodes (414b and 414c in this example) formed on the surface of the piezoelectric body 410 are used. The configuration is different in that a notch 510a for suppressing a traveling wave during vibration is provided on the outer peripheral portion.
[0092]
When a wristwatch incorporating the power generation device 1 including the power generation system 500 having such a configuration is worn on the user's arm, the same operation as in the above-described operation example is performed.
[0093]
FIGS. 12A and 12B are a plan view and a partial cross-sectional side view showing a fifth embodiment of the power generation system of the power generation device according to the present invention.
[0094]
The support means 230 and 330 of the power generation systems 200 and 300 of the first and second embodiments are configured to support the piezoelectric bodies 210 and 310 only from one side, but as in the power generation system 600, The power generation systems 200 and 300 of the first and second embodiments are left as they are (the power generation system 200 of the first embodiment is shown in this figure), and the support means 230 and 630 for supporting the piezoelectric body 210 from both sides are provided. A configuration may be provided.
[0095]
The support means 230 and 630 are provided on the circumference of the piezoelectric body 210 within the range of 0.6a to 0.7a (a is the radius of the piezoelectric body 210), that is, within a radius of 65% ± 5% from the center of the piezoelectric body 210. Are formed by fixing two circular supporting portions 331 and 631 respectively supporting the piezoelectric members 210 from both sides of the piezoelectric body 210 to disk-shaped fixing portions 332 and 632. Note that a through hole 632 a is provided at the center of the upper fixing portion 632 so that the hammer 221 of the vibration means 220 can hit the piezoelectric body 210.
[0096]
When a wristwatch incorporating the power generation device 1 including the power generation system 600 having such a configuration is worn on the user's arm, the same operation as in the above-described operation example is performed.
[0097]
FIGS. 13A and 13B are a plan view and a partial cross-sectional side view showing a sixth embodiment of the power generation system of the power generation device of the present invention.
[0098]
The support means 430, 530 of the power generation systems 400, 500 of the third embodiment and the fourth embodiment are configured to support the piezoelectric bodies 410, 510 only from one surface side. The configuration of the power generation systems 400 and 500 of the third and fourth embodiments is the same (the power generation system 400 of the third embodiment is shown in this figure), and the support means 430 and 730 for supporting the piezoelectric body 410 from both sides are provided. A configuration may be provided.
[0099]
The support means 430 and 730 are formed by two mutually orthogonal straight lines passing through the center of the piezoelectric body 410, that is, on the dividing lines of the electrodes 415a, 415b, 415c and 415d and the electrodes 414a, 414b, 414c and 414d. Are formed by two cross-shaped support portions 431 and 731 supported from both sides.
[0100]
When a wristwatch incorporating the power generation device 1 including the power generation system 700 having such a configuration is worn on the user's arm, the same operation as in the above-described operation example is performed.
[0101]
FIGS. 14A and 14B are a plan view and a partial cross-sectional side view showing a seventh embodiment of the power generation system of the power generation device of the present invention.
[0102]
The vibrating means 220 of the power generation systems 200, 300, and 600 of the first, second, and fifth embodiments is configured to directly hit the electrodes 214, 314. The configuration of the power generation systems 200, 300, and 600 of the first, second, and fifth embodiments is unchanged (this figure shows the power generation system 200 of the first embodiment). A disk 801 of a material having a higher hardness than the material of the piezoelectric body 210 is mounted on the electrode 214 within a range of 0.1a (a is the radius of the piezoelectric body 210), that is, within a radius of 10% from the center of the piezoelectric body 210. Alternatively, the disk 801 may be hit.
[0103]
When a wristwatch incorporating the power generation device 1 including the power generation system 800 having such a configuration is worn on the user's arm, the same operation as in the above-described operation example is performed.
[0104]
FIGS. 15A and 15B are a plan view and a partial cross-sectional side view showing an eighth embodiment of the power generation system of the power generation device according to the present invention.
[0105]
The power generation system 900 is configured such that the piezoelectric body 910 has nodes on its surface, and can be applied to the power generation systems of the above-described embodiments. This figure shows a case where the present invention is applied to the power generation system 200 of the first embodiment.
[0106]
The piezoelectric body 910 is formed in a disc-shaped bimorph type in which two piezoelectric plates 912 and 913 are adhered to the front and back surfaces of the intermediate electrode 911, and electrodes 914 and 915 are formed on the entire surface of each piezoelectric plate 912 and 913. Have been.
[0107]
The intermediate electrode 911 is made of, for example, a plate material of phosphor bronze, and is formed in a disk shape.
[0108]
The piezoelectric plates 912 and 913 are made of, for example, a bulk material of lead zirconate titanate (trade name: PZT), and one of the piezoelectric plates 912 has a disk shape having a triangular-shaped convex portion 912a on the outer peripheral surface. The other piezoelectric plate 913 is formed in a disk shape.
[0109]
The electrodes 914 and 915 are made of, for example, a silver thin film, and are formed in a circular shape by paste application or sputtering.
[0110]
When a wristwatch incorporating the power generation device 1 including the power generation system 900 having such a configuration is worn on the user's arm, the same operation as in the above-described operation example is performed.
[0111]
FIGS. 16A and 16B are a plan view and a partial cross-sectional side view showing a ninth embodiment of the power generation system of the power generation device of the present invention.
[0112]
This power generation system 1000 is configured such that the piezoelectric body 1010 has nodes on the surface, and can be applied to the power generation systems of the above embodiments. This figure shows a case where the present invention is applied to the power generation system 200 of the first embodiment.
[0113]
The piezoelectric body 1010 has basically the same configuration as the piezoelectric body 210 of the first embodiment, but is formed by attaching a ring-shaped piezoelectric plate 1011 on one of the piezoelectric plates 212.
[0114]
When a wristwatch incorporating the power generation device 1 including the power generation system 1000 having such a configuration is worn on the user's arm, the same operation as in the above-described operation example is performed.
[0115]
17A and 17B are a plan view and a partial cross-sectional side view showing a tenth embodiment of the power generation system of the power generation device of the present invention.
[0116]
This power generation system 1100 is configured such that the piezoelectric body 1110 has nodes on its surface, and can be applied to the power generation systems of the above embodiments. This figure shows a case where the present invention is applied to the power generation system 200 of the first embodiment.
[0117]
The piezoelectric body 1110 has two piezoelectric plates 1112 and 1113 adhered to the front and back surfaces of the intermediate electrode 1111, electrodes 1114 and 1115 are formed on the entire surface of each of the piezoelectric plates 1112 and 1113, and further, the electrodes 1114 and 1115 are formed. It is formed in a disk-shaped bimorph type in which disk-shaped piezoelectric plates 1116 and 1117 are attached at the center.
[0118]
The intermediate electrode 1111 is made of, for example, a plate material of phosphor bronze, and is formed in a disk shape.
[0119]
The piezoelectric plates 1112, 1113, 1116, and 1117 are made of, for example, a bulk material of lead zirconate titanate (trade name: PZT), and convex portions 1112a and 1113a having a trapezoidal cross section are formed on the outer peripheral surface of the piezoelectric plates 1112 and 1113. It is formed in a provided disk shape.
[0120]
The electrodes 1114 and 1115 are made of, for example, a silver thin film, and are formed in a circular shape by paste application or sputtering.
[0121]
When a wristwatch incorporating the power generation device 1 including the power generation system 1100 having such a configuration is worn on the user's arm, the same operation as the above-described operation example is performed.
[0122]
FIGS. 18A and 18B are a plan view and a partial cross-sectional side view showing an eleventh embodiment of the power generation system of the power generation device according to the present invention.
[0123]
The support means of the power generation system in each of the above embodiments is configured to linearly support the piezoelectric body on a circumference or a straight line. However, like the power generation system 1200, the configuration of the power generation system in each embodiment is unchanged (this In the drawing, the power generation system 200 of the first embodiment is shown), and a configuration may be provided in which a support unit 1230 for supporting the piezoelectric body 210 at points is provided.
[0124]
The support means 1230 is disposed on the circumference of the piezoelectric body 210 within the range of 0.6a to 0.7a (a is the radius of the piezoelectric body 210), that is, on the circumference within a radius of 65% ± 5% from the center of the piezoelectric body 210. Three conical supporting portions 1231 that support a plurality of (three in this example) points at intervals are fixed to the disc-shaped fixing portions 1232, respectively.
[0125]
When a wristwatch incorporating the power generation device 1 including the power generation system 1200 having such a configuration is worn on the user's arm, the same operation as the above-described operation example is performed.
[0126]
FIGS. 19A and 19B are a plan view and a partial cross-sectional side view showing a twelfth embodiment of the power generation system of the power generator of the present invention.
[0127]
Although the support means of the power generation system in each of the above embodiments is configured to linearly support the piezoelectric body on a circumference or a straight line, like the power generation system 1300, the configuration of the power generation system in each embodiment is not changed (this In the drawing, the power generation system 200 of the first embodiment is shown), and a configuration may be adopted in which a support means 1330 for supporting the piezoelectric body 210 at points and linearly is provided.
[0128]
The support means 1330 moves within a range of 0.6a to 0.7a (a is the radius of the piezoelectric body 210) of the piezoelectric body 210, that is, on a semicircle within a radius of 65% ± 5% from the center of the piezoelectric body 210. A conical support portion 1331a that performs point support (in this example, one intermediate position, but may be provided at a plurality of positions at equal intervals) and a semicircular support portion 1331b that linearly supports the remaining semicircle on a disk. It is formed by being fixed to the fixed part 1332 of the shape, respectively.
[0129]
When a wristwatch incorporating the power generation device 1 including the power generation system 1300 having such a configuration is worn on the user's arm, the same operation as the above-described operation example is performed.
[0130]
FIGS. 20A and 20B are a plan view and a partial cross-sectional side view showing a thirteenth embodiment of the power generation system of the power generation device according to the present invention.
[0131]
The power generation system 1400 is configured to be applicable to a power generation system that supports a piezoelectric body from both sides. This figure shows a case where the present invention is applied to the power generation system 600 of the fifth embodiment.
[0132]
The support means 1430a and 1430b of the power generation system 1400 have basically the same configuration as the support means 230 and 630 of the power generation system 600, but the support parts 1431a and 1431b are made of, for example, lead zirconate titanate (trade name: PZT). And polyvinylidene fluoride (trade name: PVDF), and is fixed to the fixing portions 1432a and 1432b, and is connected to the intermediate electrode 611 of the piezoelectric member 610 by signal return lines 1433a and 1433b. The support portions 1431a and 1431b spontaneously protrude in response to the power generation signal of the piezoelectric body 610, and function to increase the support strength of the piezoelectric body 610 from both sides.
[0133]
When a wristwatch incorporating the power generation device 1 including the power generation system 1400 having such a configuration is worn on the user's arm, the operation is performed in the same manner as the above-described operation example.
[0134]
As a method of joining the support portion of the support means of each of the above-described embodiments and the piezoelectric body, there is, for example, a joining method using an ultrasonic wave or a joining method using an adhesive. When this ultrasonic bonding method is adopted, the bonding operation is facilitated by forming the support portion of the support means with the material of the piezoelectric electrode.
[0135]
Further, as shown in FIG. 21, an electrode / support portion 233 in which the support portion of the support means 230 and the electrode of the piezoelectric body 210 are integrally formed by an etching method or the like may be used. Although FIG. 2 shows the power generation system 200 of the first embodiment, the present invention can be applied to the power generation systems of the above-described embodiments.
[0136]
In the above embodiment, the case where the (1, 0) mode and the (0, 2) mode are used as the vibration mode has been described, but the present invention can be similarly applied to other higher-order modes.
[0137]
【The invention's effect】
According to the invention of claim 1,Since the disk-shaped bimorph piezoelectric body was vibrated so as to vibrate in the mode of the nodal circle 1 and the nodal diameter 0, and the vibrating parts other than the vibrating nodes were vibrated.The loss of vibration of the support portion can be reduced, the power generation efficiency can be increased, and the excitation of other modes can be suppressed to prevent the cancellation of electric charges. Therefore, it is possible to provide a highly efficient piezoelectric power generation system and a portable electronic device equipped with the system.
[0138]
According to the invention of claim 2,Since the disk-shaped bimorph piezoelectric body was vibrated so as to vibrate in two modes of nodal circle and nodal diameter, and other than the nodes of the vibration,The loss of vibration of the support portion can be reduced, the vibration efficiency can be increased, and the power generation efficiency can be further increased. In addition, the excitation in other modes can be suppressed to prevent the charge cancellation. Therefore, it is possible to provide a highly efficient piezoelectric power generation system and a portable electronic device equipped with the system.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an embodiment of a power generation device of the present invention.
FIG. 2 is a diagram for explaining a vibration mode of a piezoelectric body.
FIG. 3 is a diagram showing a vibration mode in a vibration mode shown in FIG. 2;
FIG. 4 is a diagram showing a relationship between the transmission efficiency of vibration and a radial position in FIG. 3;
FIG. 5 is a diagram showing a vibration mode of another vibration mode shown in FIG. 2;
FIG. 6 is a waveform chart showing an example of a relationship between amplitude (A) and time (t) when a piezoelectric body is vibrated.
FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a pulse waveform.
FIG. 8 is a partially sectional plan view showing a first embodiment of a power generation system of the power generation device of the present invention.
FIG. 9 is a partial sectional plan view showing a second embodiment of the power generation system of the power generation device of the present invention.
FIG. 10 is a partial sectional plan view showing a third embodiment of the power generation system of the power generation device of the present invention.
FIG. 11 is a partial sectional plan view showing a fourth embodiment of the power generation system of the power generation device of the present invention.
FIG. 12 is a partial sectional plan view showing a fifth embodiment of the power generation system of the power generation device of the present invention.
FIG. 13 is a partial sectional plan view showing a sixth embodiment of the power generation system of the power generation device according to the present invention.
FIG. 14 is a partially sectional plan view showing a seventh embodiment of the power generation system of the power generation device of the present invention.
FIG. 15 is a partial sectional plan view showing an eighth embodiment of the power generation system of the power generation device according to the present invention.
FIG. 16 is a partial sectional plan view showing a ninth embodiment of the power generation system of the power generation device of the present invention.
FIG. 17 is a partial sectional plan view showing a tenth embodiment of the power generation system of the power generation device of the present invention.
FIG. 18 is a partial sectional plan view showing an eleventh embodiment of the power generation system of the power generation device of the present invention.
FIG. 19 is a partial sectional plan view showing a twelfth embodiment of the power generating system of the power generating device of the present invention.
FIG. 20 is a partial sectional plan view showing a thirteenth embodiment of the power generation system of the power generation device of the present invention.
FIG. 21 is a partial sectional plan view showing a fourteenth embodiment of the power generation system of the power generation device according to the present invention.
[Explanation of symbols]
1 power generator
2 cases
100 power generation system
110 Piezoelectric
120 Vibration means
130 Supporting means
160 drive system
180 Storage system
111, 211, 311, 411, 911, 1111, 11, 811 Intermediate electrode
112, 113, 212, 213, 312, 313, 412, 413, 912, 913, 1011, 1112, 1113, 1116, 1117 Piezoelectric plate
114, 115, 214, 215, 314, 315, 414a, 414b, 414c, 414d, 415a, 415b, 415c, 415d, 914, 915, 1114, 1115
231, 331, 431, 1231, 1331a, 1331b, 1431a
Support
232, 332, 432, 1232, 1332, 1432a Fixed part
801 disk
912a, 1112a, 1113a Projection
1433a, 1433b Signal feedback line
233 Support and electrode

Claims

A piezoelectric body having a bimorph structure, supporting means for supporting the piezoelectric body, and vibrating means for vibrating the piezoelectric body supported by the supporting means, and outputting power generated by the vibrating piezoelectric body In the power generator,
The piezoelectric body has a disk shape, and includes two stacked piezoelectric plates and an electrode provided on a surface of each piezoelectric plate and capable of extracting electric charge,
Said support means, the piezoelectric body is Fushien 1, on the circumference around the center of the piezoelectric body to vibrate in a mode of nodal diameters 0, the piezoelectric which and the said piezoelectric near a node of vibration of the Supporting within a radius of 65% ± 5% from the center of the body ,
Said vibrating means is power generator, characterized by vibrating the other node of vibration of said piezoelectric body.

A piezoelectric member having a bimorph structure, supporting means for supporting the piezoelectric member, and vibrating means for vibrating the piezoelectric member supported by the supporting member, and outputting power generated by the vibrating piezoelectric member. In the power generator,
The piezoelectric body has a disk shape, and includes two stacked piezoelectric plates and an electrode provided on a surface of each piezoelectric plate and capable of extracting electric charge,
The supporting means supports the vicinity of node diameters orthogonal to each other passing through the center of the piezoelectric body so that the piezoelectric body vibrates in a mode of nodal circle 0 and nodal diameter 2,
The electrode is formed in a divided electrode divided at right angles to the nodal diameter,
The power generator according to claim 1, wherein the vibration unit vibrates a portion other than a node of vibration of the piezoelectric body.

3. The power generator according to claim 1, wherein the vibration unit vibrates near an antinode of vibration of the piezoelectric body. 4.

The power generator according to claim 2, wherein the piezoelectric body has a notch in a part of an outer periphery.

The power generator according to claim 1, wherein the vibration unit vibrates within a radius of 10% from a center of the piezoelectric body.

The power generator according to claim 1, wherein a material having a hardness higher than the hardness of the material of the piezoelectric body is attached within a radius of 10% from the center of the piezoelectric body.

The vibrating means vibrates the piezoelectric body in the mode of nodal circle 0 and nodal diameter 2, so that the vicinities of intersections between the bisector of the angle formed by the two nodal diameters and the outer periphery of the piezoelectric body are applied. The power generator according to claim 2, which vibrates.

An electronic apparatus comprising the power generation device according to claim 1.