JPH0749388A - 発電機 - Google Patents

発電機

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JPH0749388A
JPH0749388A JP5193698A JP19369893A JPH0749388A JP H0749388 A JPH0749388 A JP H0749388A JP 5193698 A JP5193698 A JP 5193698A JP 19369893 A JP19369893 A JP 19369893A JP H0749388 A JPH0749388 A JP H0749388A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、圧電素子または圧電素子に結合され
た部材を加速度または変位で励振し、自由振動させて発
電を行うことで小型・薄型化が容易で安価かつ高効率な
携帯機器用の発電機を実現する。 【構成】１１ａは圧電素子、１１ｂは圧電素子に接合さ
れ、取り出し電極を兼ねた金属板、１２はおもり、１３
は発電機の固定部、１４は発電機全体に加わる加速度ま
たは力の方向、１５は圧電素子の電力取り出し面、１６
は素子の変位を適正範囲内におさめるための度当たりで
ある。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は発電機に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の電磁式発電機としては図５に示し
たものが知られている。
【０００３】図５の５１は回転力を生じさせるためのア
ンバランスを持った重錘、５２は重錘の回転力を取り出
すための歯車、５３は５２によって駆動される増速用歯
車、５４は５３によって駆動される着磁された磁石ロー
タ、５５は磁力を伝えるステータ、５６は発電コイルで
ある。
【０００４】図５において発電機が搭載されている機器
の回転等によって重力の方向が変わり、アンバランスに
よって重錘５１が回転すると歯車５３を介してロータ５
４が駆動され、ステータ５５内の磁束が変化する。その
結果電磁誘導現象によってコイル５６に電流が流れ、発
電する事ができる。
【０００５】従来の電磁式発電機としては、特開昭５２
−８０８７１号公報、特開昭５２−８２４８０号公報等
の構造が開示されている。
【０００６】一方、従来の圧電式発電機としては図６に
示したものが知られている。
【０００７】図６の６１は円形バイモルフ、６２はハウ
ジング、６３は６１の円形バイモルフと６２のハウジン
グ間に接着されている絶縁体、６４は円形バイモルフの
上面に設けられた柔軟な重りである。
【０００８】このように構成された圧電式発電機の搭載
されている機器の姿勢変化等によって加速度が与えられ
ると、重り６４の質量に比例した力が円形バイモルフ６
１に加わり、円形バイモルフ６１がたわみ変形し、バイ
モルフの圧電効果によって発電することができる。
【０００９】従来の圧電型発電機としては、特開昭４８
− ２６０８８号公報、特開昭５２−１２７０９１号公
報、特開昭５６− ６４６７７号公報等の構造が開示さ
れている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】しかし従来の電磁式発
電機は、変換に電磁誘導現象を使用しているためコイル
や磁石が必要である、十分な発電効率を確保するために
は増速機構が必要である、構成が複雑で小型・薄型化に
適さない、高価になる等の問題があった。
【００１１】一方、従来の圧電型発電機は電磁式発電機
に比べ構成は非常に簡単なため、小型、薄型化に適して
いるが、出力が十分得られないという欠点があった。
【００１２】出力が十分得られない理由として、入力さ
れたエネルギーのうち圧電効果によって電気に変換され
る部分に比べて、圧電素子そのものの歪として蓄えられ
る部分が非常に大きいため変換効率が低い点と、外部よ
り入力される加速度の周波数が圧電型発電機の共振周波
数に比べて非常に低いため、発電機の動作が静的な変形
に近く、十分な入力が得られない点があげられる。
【００１３】そこで本発明はこのような問題点を解決す
るもので、その目的とするところは小型・薄型化が容易
で安価かつ高効率な携帯機器用の発電機を提供する事で
ある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】本発明の発電機は、圧電
素子または圧電素子に結合された部材を加速度または変
位で励振し、自由振動させて発電を行うことを特徴とす
る。
【００１５】
【実施例】
（実施例１）図１は本発明の実施例における要部の組立
図であって、１１ａは圧電素子、１１ｂは圧電素子に接
合され、取り出し電極を兼ねた金属板、１２はおもり、
１３は発電機の固定部、１４は発電機に加わる加速度ま
たは力の方向、１５は圧電素子の電力取り出し面、１６
は素子の変位を適正範囲内におさめるための度当たりで
ある。また１１ａの圧電素子の分極は厚み方向に行われ
ているものとする。
【００１６】このように構成した発電機全体に矢印１４
の方向の加速度が加わると、重り１２によって加速度に
応じた力が加わり、圧電素子１１ａと金属板１１ｂは変
形を起こす。この変形と圧電素子１１ａの圧電効果によ
って電荷が発生し、面１５と金属板１１ｂ間に電圧が生
じる。大きな加速度の入力に対しては、度当り１６とお
もりが接触する事によって素子に過大な力が加わるのを
防ぎ、破損を防ぐことができる。また固定部１３は振動
の減衰を抑えるため振動子の短辺に設けてある。
【００１７】圧電効果を利用して力や運動を電気エネル
ギーに変換する際、素子を変形させなくてはならないた
め、加えられたエネルギーのほとんどが歪エネルギーに
変換されてしまい、電気エネルギーへの変換効率は数％
程度である。
【００１８】しかし蓄えられた歪エネルギーによって素
子を振動させくり返し変形を起こさせれば、最終的な変
換効率は１回当たりの素子の内部減衰率と電気エネルギ
ーへの変換効率の比で決定し、非常に高いものにするこ
とができる。
【００１９】そして発電機を時計など携帯用機器に使用
する場合、加速度は間欠的に加わるので、この間に素子
を自由振動させ与えられたエネルギーを電気エネルギー
に変換すれば、前述したような効率の高い発電機を実現
できる。
【００２０】このような発電機の出力は、励振加速度の
周波数が固有振動数に等しいときに最大になる。加速度
の周波数成分が予め判っているときには、素子の寸法を
調整して固有振動数を適切な領域に設定する事で出力を
最大にする事ができる。
【００２１】（実施例２）図２は本発明の他の実施例に
おける要部の組立図であって、２１ａは圧電素子、２１
ｂは圧電素子に接合され、取り出し電極を兼ねた金属
板、２２は素子に変位を強制的に与えるカム、２３は発
電機の固定部、２４はカムの回転方向、２５は圧電素子
の電力取り出し面である。２１ａの圧電素子の分極は厚
み方向に行われている。またカムの駆動は、アンバラン
スを持った重錘などで行われているものとする。
【００２２】このようにして構成した発電機のカム２２
を矢印２４の方向に回転すると、圧電素子１１ａと金属
板１１ｂに変形が起こる。この変形によって圧電素子の
電力取り出し面２５と金属板２１ｂの間に電荷が生じ
る。
【００２３】カムの形状を、変位を与えた後急速に２１
ａ，ｂを解放するようにすれば、素子の自由振動を行う
事ができ、実施例１と同様に蓄えられた歪エネルギーを
電気エネルギーに効率よく変換する事ができる。
【００２４】（実施例３）図３は本発明の他の実施例に
おける要部の組立図であって、３１ａは圧電素子、３１
ｂは圧電素子に接合され、取り出し電極を兼ねた音叉型
金属部、３２は素子が回転するように取り付けられたベ
アリング、３３は発電機の取り付けられた周辺部、３４
は音叉型素子全体の回転方向、３５は回転を制限する度
当り部である。
【００２５】このように構成された発電機の取り付けら
れた携帯用機器の回転等によって加速度が加わると、素
子はベアリング３２を中心に矢印３４の方向に動き出
す。しかしある角度まで回転すると素子は度当り３５に
衝突し、回転方向を変えられる。この時の力積によって
歪みが与えられ、素子はこれを初期変位とする振動を起
こす。その振動を圧電素子３１ｂで電力に変換する事が
できる。
【００２６】また素子自身の質量を利用した機構である
ので、部品点数も少なく、安価で小型・薄型な発電機を
構成できる。また圧電素子は衝撃を直接受けないように
配置するので、耐久性も高い。
【００２７】この構成では素子の固有振動数を入力加速
度の周波数に合わせる必要が無いため、素子の形状自由
度が高い。また固有振動数を十分に高くする事で、振動
と電力との変換時間を非常に短くする事ができ、高い周
波数で入力加速度が変化する場合にも対応できる。また
金属部を音叉型にする事によってベアリング３２の影響
を振動部に及ぼさずに固定を行う事ができる。
【００２８】（実施例４）図４は本発明の他の実施例に
おける要部の組立図であって、４１は圧電素子、４２は
おもり、４３は圧電素子の固定部分、４４は重りの揺動
と加速度の方向を示す矢印、４５は圧電素子に結合され
た板バネである。
【００２９】この様に構成された発電機に矢印４４で示
された方向の加速度が加わると、重りの質量と加速度に
比例した力がバネ４５を介して圧電素子４１に伝わる。
この力と圧電素子４１の圧電効果によって電力を取り出
すことができる。また圧電素子４１を積層型にすること
により、発生電荷を多くする事ができる。
【００３０】重りの取付をバネを介して行う事で、圧電
素子自体の固有振動数にあまり影響を受けないで発電機
全体の固有振動数を決定する事ができる。入力加速度の
周波数に容易に発電機の固有振動数を合わせる事がで
き、発電出力を上げることができる。
【００３１】また質量がバネを介して結合されているた
めに衝撃的な加速度に対しても圧電素子の破損が起きな
い。またこの様な入力も電気エネルギーに変換すること
ができる。
【００３２】
【発明の効果】以上述べたようにこの発明によれば、圧
電素子または圧電素子に結合された部材を加速度または
変位で励振し、自由振動させて発電を行うことにより、
小型・薄型化が容易で安価かつ高効率な携帯機器用の発
電機を構成する事ができると言う効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例における要部の構成図。
【図２】本発明の他の実施例における要部の構成図。
【図３】本発明の他の実施例における要部の構成図。
【図４】本発明の他の実施例における要部の構成図。
【図５】従来の電磁式発電機の構成図。
【図６】従来の圧電式発電機の構成図。
【符号の説明】
１１ａ −− 圧電素子 １１ｂ −− 圧電素子に接合され、取り出し
電極を兼ねた金属板 １２ −− おもり １３ −− 発電機の固定部 １４ −− 発電機全体に加わる加速度また
は力の方向 １５ −− 圧電素子の電力取り出し面 １６ −− 素子の変位を適正範囲内におさ
めるための度当たり ２１ａ −− 圧電素子 ２１ｂ −− 圧電素子に接合され、取り出し
電極を兼ねた金属板 ２２ −− 圧電素子に変位を与えるカム ２３ −− 発電機の固定部 ２４ −− カムの回転方向 ２５ −− 圧電素子の電力取り出し面 ３１ａ −− 圧電素子 ３１ｂ −− 圧電素子に接合された音叉型の
金属板 ３２ −− 素子が回転するように取り付け
られたベアリング ３３ −− 発電機の固定されているフレー
ム ３４ −− ベアリングの回転方向 ３５ −− 変位を適正範囲内におさめるた
めの度当たり ４１ −− 圧電素子 ４２ −− おもり ４３ −− 発電機の固定されているフレー
ム ４４ −− 発電機全体に加わる加速度また
は力の方向 ４５ −− 圧電素子に結合された板バネ

Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】外部より加わる加速度により自由振動する
    圧電素子を有することを特徴とする発電機。
  2. 【請求項２】外部より加わる加速度により自由振動する
    圧電素子と、前記圧電素子と接合され一体となって自由
    振動する部材を有することを特徴とする発電機。
  3. 【請求項３】外部より加わる加速度により自由振動する
    圧電素子と、前記圧電素子と接合され一体となって自由
    振動する部材と、前記圧電素子または部材と結合された
    重りを有することを特徴とする発電機。
  4. 【請求項４】外部より加わる加速度を変位に変換しその
    変位を開放する機構と、前記変位によって歪を与えられ
    自由振動する圧電素子を有することを特徴とする発電
    機。
  5. 【請求項５】外部より加わる加速度を変位に変換しその
    変位を開放する機構と、前記変位によって歪を与えられ
    自由振動する部材と、前記部材と接合され一体となって
    自由振動する圧電素子を有することを特徴とする発電
    機。
  6. 【請求項６】外部より加わる加速度によって回転または
    直線運動でき自由振動する圧電素子と、前記圧電素子と
    接触する機構を有することを特徴とする発電機。
  7. 【請求項７】外部より加わる加速度によって回転または
    直線運動でき自由振動する圧電素子と、前記圧電素子と
    接合され一体となって自由振動する部材と、前記圧電素
    子または部材と接触する機構を有することを特徴とする
    発電機。
  8. 【請求項８】自由振動の周波数を、励振する加速度の周
    波数成分の頻度の多い領域に設定することを特徴とする
    請求項１ないし請求項３記載の発電機。
  9. 【請求項９】圧電素子または圧電素子と結合された部材
    が片持ち梁の形状であることを特徴とする請求項１ない
    し請求項７記載の発電機。
  10. 【請求項１０】圧電素子または圧電素子と結合された部
    材が音叉状の形状であることを特徴とする請求項１ない
    し請求項７記載の発電機。
  11. 【請求項１１】圧電素子または圧電素子と結合された部
    材が円板状であることを特徴とする請求項１ないし請求
    項７記載の発電機。
  12. 【請求項１２】発電機に使用する圧電素子が複数枚であ
    ることを特徴とする請求項１ないし請求項７記載の発電
    機。
  13. 【請求項１３】発電機に使用する圧電素子が積層型圧電
    素子であることを特徴とする請求項１ないし請求項７記
    載の発電機。
  14. 【請求項１４】振幅を適正範囲内におさめるために度当
    たりを設けた事を特徴とする請求項１ないし請求項７記
    載の発電機。
  15. 【請求項１５】外部より加わる加速度によって回転また
    は直線運動できる機構がバネであることを特徴とする請
    求項６ないし請求項７記載の発電機。
  16. 【請求項１６】外部より加わる加速度によって回転また
    は直線運動できる機構がベアリングであることを特徴と
    する請求項６ないし請求項７記載の発電機。
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