发电元件、发电装置与结构体制造方法及图纸

本发明专利技术涉及发电元件、发电装置与结构体。该发电元件通过将振动能转换为电能来产生电力，该发电元件包括：板状桥梁部，沿第一纵向轴线延伸并且具有柔性；台座，支撑并且固定该板状桥梁部的根端部；重锤体，直接或间接连接到该板状桥梁部的前端部；压电元件，固定在发生伸张/收缩变形的该板状桥梁部的表面上的预定位置处；以及发电电路，整流基于在该压电元件处生成的电荷而产生的电流，并且取出电力；其中该重锤体设置有左手侧重锤体部和右手侧重锤体部，该左手侧重锤体部关于纵向轴线定位在该板状桥梁部的左手侧，该右手侧重锤体部关于该纵向轴线定位在该板状桥梁部的右手侧。

Power generation element, power generation device and structure

The invention relates to a power generation element, a power generation device and a structure. The power generating element through the vibration energy is converted to electrical energy to generate electricity, the power generating element comprises a plate shaped bridge, along the longitudinal axis of the first extension and flexible; pedestal, support and fixed at the end of the bridge plate part; the hammer body, directly or indirectly connected to the front end of the plate bridge part; the piezoelectric element is fixed on the occurrence of a predetermined position stretching / contraction deformation of the plate surface of the bridge; and the power circuit, rectifier current in the piezoelectric element generated charge generated based on the power and take out; hammer body is provided with a left hand on the hammer body and right on the hammer body, the left hand on the hammer body about the longitudinal axis positioning on the left-hand side of the plate bridge department, the right hand on the hammer body on the longitudinal axis of the plate on the right hand side of the bridge.

【技术实现步骤摘要】
发电元件、发电装置与结构体
本专利技术涉及发电元件，并且具体地，涉及通过将振动能转换为电能的发电技术。
技术介绍
为了获得有限资源的高效使用，已提出通过转换各种类型的能量取出电能的技术。一种技术是通过转换振动能取出电能的技术。例如，下面给出的专利文献1公开了压电型发电元件，其中，层状压电元件被层压以形成发电用压电元件，以及外力被用于引起发电用压电元件振动，从而发电。此外，专利文献2公开了具有使用硅基板的MEMS(微机电系统)结构的发电元件。另一方面，专利文献3公开了一种类型的发电元件，其中，用于通过悬臂梁支撑重锤体的锤头状结构体被用于引起构成头部的重锤体振动，其中，该悬臂梁的一端被固定，从而通过使用布置在柄部的发电用压电元件来发电。此外，专利文献4公开了使用用于通过板状桥梁部支撑重锤体的结构体的压电元件以及使用锤头状结构体的发电元件，该板状桥梁部被弯曲成L字母形状。这些发电元件的基本原理是通过重锤体的振动向压电元件施加周期性挠曲，从而取出基于施加于压电元件的应力所生成的外部电荷。发电元件被安装在例如汽车、火车和轮船上，通过该发电元件可以取出在运输期间所施加的振动能作为电能。此外，发电元件被附接至振动源，诸如冷藏器和空调器，从而使得其可以发电。现有技术文献专利文献1：日本专利公布No.H10-243667A专利文献2：日本专利公布No.2011-152010A专利文献3：美国专利公布No.2013/0154439A专利文献4：WO2015/033621
技术实现思路
本专利技术待解决的问题在发电元件通过被安装在运输设备，诸如汽车、火车和轮船而被使用的情况下，在行进过程中随机在不同方向施加力。因此，在安装在运输设备上的发电元件中，设想重锤体在不同方向振动，使得在所有方向的振动能可以被转换为电能，从而提高发电效率是优选的。此外，还可以提供这样的优点，即在上述专利文献3和4中公开的使用板状桥梁部的发电元件在结构上进行简化以降低成本。然而，为了足够的挠曲被施加于板状桥梁部，从而提高发电效率，也必需使板状桥梁部尽可能长和薄。因此，板状桥梁部在施加过大的振动时会被损坏。因此，本专利技术的目的是提供结构简单但是能通过将包含各个方向分量的振动能没有浪费地转换为电能以获得高发电效率的发电元件，并且该发电元件甚至在被施加过大的振动的情况下也不大可能被损坏。解决问题的手段(1)本专利技术的第一特征在于通过将振动能转换为电能来发电的发电元件，该发电元件包括：板状桥梁部，沿第一纵向轴线延伸并具有柔性；台座，支撑并固定该板状桥梁部的根端部；重锤体，直接或间接连接到该板状桥梁部的前端部；压电元件，被固定在产生伸张/收缩变形的板状桥梁部的表面上的预定位置；以及发电电路，其整流基于在压电元件所生成的电荷所产生的电流并取出电力；其中重锤体设置有左手侧重锤体部，其相对于纵向轴线被定位在板状桥梁部的左手侧；以及右手侧重锤体部，其相对于纵向轴线被定位在板状桥梁部的右手侧。(2)本专利技术的第二特征在于根据第一特征的发电元件，其中重锤体支撑部被连接到板状桥梁部的前端部，重锤体被连接到该重锤体支撑部的下表面，以及该重锤体的重心被定位在板状桥梁部的下面。(3)本专利技术的第三特征在于根据第二特征的发电元件，其中重锤体支撑部设置有沿正交于第一纵向轴线的第二纵向轴线延伸的中央板状部，该板状桥梁部的前端部被连接到该中央板状部的中心附近，“T”字母形结构体由该板状桥梁部和中央板状部形成；以及左手侧重锤体部被连接到中央板状部的左侧下表面，以及右手侧重锤体部被连接到该中央板状部的右侧下表面。(4)本专利技术的第四特征在于根据第二特征的发电元件，其中重锤体支撑部设置有：中央板状部，沿正交于第一纵向轴线的第二纵向轴线延伸，中心附近连接到板状桥梁部的前端部；左手侧板状部，从该中央板状部的左侧延伸到该板状桥梁部的左手侧，以及右手侧板状部，从该中央板状部的右侧延伸到该板状桥梁部的右手侧；以及左手侧重锤体部被连接到左手侧板状部的下表面，以及右手侧重锤体部被连接到右手侧板状部的下表面。(5)本专利技术的第五特征在于根据第三或第四特征的发电元件，其中重锤体设置有将左手侧重锤体部与右手侧重锤体部耦接的中央重锤体部，以及该中央重锤体部被连接到该中央板状部的下表面。(6)本专利技术的第六特征在于根据第一至第五特征中的任一者的发电元件，其中沿正交于第一纵向轴线的第三纵向轴线延伸的台座连接部被连接到板状桥梁部的根端部，并且该台座连接部被固定到该台座。(7)本专利技术的第七特征在于根据第一至第六特征中的任一者的发电元件，其中台座给出环绕板状桥梁部和重锤体的周边的环状结构体，并且在超出预定大小的加速度被施加于发电元件的情况下，该重锤体的一部分接触该环状结构体的一部分，从而限制进一步的位移。(8)本专利技术的第八特征在于根据第一至第七特征中的任一者的发电元件，其中压电元件设置有：被布置在板状桥梁部的前端部附近左侧上的前端部左侧压电元件、被布置在该板状桥梁部的前端部附近右侧上的前端部右侧压电元件、被布置在板状桥梁部的根端部附近左侧上的根端部左侧压电元件、以及被布置在板状桥梁部的根端部附近右侧上的根端部右侧压电元件。(9)本专利技术的第九特征在于根据第一至第八特征中的任一者的发电元件，其中压电元件设置有：以层状方式在板状桥梁部的表面上形成的下层电极、以层状方式在下层电极的表面上形成的压电材料层、以及在该压电材料层的表面上局部形成的由多个上层电极组成的上层电极组，通过施加在层方向伸张和收缩的应力，该压电材料层有可能在厚度方向极化。(10)本专利技术的第十特征在于包括根据第一至第九特征中的任一者的发电元件并且另外包括容纳该发电元件的装置框体的发电装置，其中该发电元件的台座被固定到装置框体，并且在施加振动该装置框体的外力时，该发电元件的重锤体通过板状桥梁部的挠曲而在该装置框体内进行振动，从而输出根据振动从该发电电路所取出的电力。(11)本专利技术的第十一特征在于包括根据第一至第九特征中的任一者的发电元件并且另外包括容纳该发电元件的装置框体的发电装置，其中该发电元件的重锤体被固定到装置框体，并且在施加振动该装置框体的外力时，该发电元件的台座通过板状桥梁部的挠曲而在该装置框体内进行振动，从而输出根据振动从该发电电路所取出的电力。(12)本专利技术的第十二特征在于：通过将在XYZ三维坐标系中的每个坐标轴的方向的振动能转换为电能来发电的发电元件，该发电元件包括：主发电结构，其中，主发电第一层、主发电第二层和主发电第三层按顺序从上面层压，其中，XY平面被置于水平表面上，Z轴的正方向被置于向上方向，以及Z轴的负方向被置于向下方向；支撑并固定主发电结构的预定部位的台座；以及发电电路，其整流基于由主发电结构所生成的电荷所产生的电流并取出电力；其中该主发电第二层为平板状层，其沿平行于XY平面的表面布置并设置有：被布置在Y轴上以及具有柔性的板状桥梁部和支撑主发电第三层的重锤体支撑部；该重锤体支撑部设置有被布置在X'轴上的中央板状部，该X'轴为正交于Y轴并平行于X轴的轴；板状桥梁部沿Y轴从根端部延伸到前端部，中央板状部沿X'轴延伸以便与Y轴交叉，板状桥梁部的前端部被连接到该中央板状部的与Y轴相交部分的附近，以及该板状桥梁部和中央板状部在XY平面上的投影图像呈现“T”字母形状本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种发电元件，所述发电元件通过将振动能转换为电能来产生电力，所述发电元件包括：板状桥梁部，沿第一纵向轴线延伸并且具有柔性；台座，支撑并且固定所述板状桥梁部的根端部；重锤体，直接或间接连接到所述板状桥梁部的前端部；压电元件，固定在发生伸张/收缩变形的所述板状桥梁部的表面上的预定位置处；以及发电电路，整流基于在所述压电元件处生成的电荷而产生的电流，并且取出电力；其中所述重锤体设置有左手侧重锤体部和右手侧重锤体部，所述左手侧重锤体部关于纵向轴线定位在所述板状桥梁部的左手侧，所述右手侧重锤体部关于所述纵向轴线定位在所述板状桥梁部的右手侧。

【技术特征摘要】
2015.10.19 JP 2015-2052941.一种发电元件，所述发电元件通过将振动能转换为电能来产生电力，所述发电元件包括：板状桥梁部，沿第一纵向轴线延伸并且具有柔性；台座，支撑并且固定所述板状桥梁部的根端部；重锤体，直接或间接连接到所述板状桥梁部的前端部；压电元件，固定在发生伸张/收缩变形的所述板状桥梁部的表面上的预定位置处；以及发电电路，整流基于在所述压电元件处生成的电荷而产生的电流，并且取出电力；其中所述重锤体设置有左手侧重锤体部和右手侧重锤体部，所述左手侧重锤体部关于纵向轴线定位在所述板状桥梁部的左手侧，所述右手侧重锤体部关于所述纵向轴线定位在所述板状桥梁部的右手侧。2.根据权利要求1所述的发电元件，其中重锤体支撑部连接到所述板状桥梁部的前端部，所述重锤体连接到所述重锤体支撑部的下表面，并且所述重锤体的重心被定位在在所述板状桥梁部的下方。3.根据权利要求2所述的发电元件，其中所述重锤体支撑部设置有中央板状部，所述中央板状部沿正交于所述第一纵向轴线的第二纵向轴线延伸，所述板状桥梁部的前端部连接到所述中央板状部的中央附近，通过所述板状桥梁部和所述中央板状部形成“T”字母形结构体；以及所述左手侧重锤体部连接到所述中央板状部的左侧下表面，并且所述右手侧重锤体部连接到所述中央板状部的右侧下表面。4.根据权利要求2所述的发电元件，其中所述重锤体支撑部设置有中央板状部、左手侧板状部和右手侧板状部，所述中央板状部沿正交于所述第一纵向轴线的第二纵向轴线延伸、中央附近连接到所述板状桥梁部的前端部，所述左手侧板状部从所述中央板状部的左侧延伸到所述板状桥梁部的左手侧，所述右手侧板状部从所述中央板状部的右侧延伸到所述板状桥梁部的右手侧；以及所述左手侧重锤体部连接到所述左手侧板状部的下表面，并且所述右手侧重锤体部连接到所述右手侧板状部的下表面。5.根据权利要求3或权利要求4所述的发电元件，其中所述重锤体设置有中央重锤体部，所述中央重锤体部将所述左手侧重锤体部与所述右手侧重锤体部耦接，并且所述中央重锤体部连接到所述中央板状部的下表面。6.根据权利要求1至权利要求5中的任一项所述的发电元件，其中沿正交于所述第一纵向轴线的第三纵向轴线延伸的台座连接部连接到所述板状桥梁部的根端部，并且所述台座连接部被固定到所述台座。7.根据权利要求1至权利要求6中的任一项所述的发电元件，其中所述台座提供环状结构体，所述环状结构体围绕所述板状桥梁部和所述重锤体的周围，并且在超过预定大小的加速度作用于所述发电元件的情况下，所述重锤体的一部分接触所述环状结构体的一部分，从而限制进一步位移。8.根据权利要求1至权利要求7中的任一项所述的发电元件，其中所述压电元件设置有前端部左侧压电元件、前端部右侧压电元件、根端部左侧压电元件和根端部右侧压电元件，所述前端部左侧压电元件布置在所述板状桥梁部的前端部附近的左侧上，所述前端部右侧压电元件布置在所述板状桥梁部的前端部附近的右侧上，所述根端部左侧压电元件布置在所述板状桥梁部的根端部附近的左侧上，所述根端部右侧压电元件布置在所述板状桥梁部的根端部附近的右侧上。9.根据权利要求1至权利要求8中的任一项所述的发电元件，其中所述压电元件设置有下层电极、压电材料层和上层电极组，所述下层电极以层状方式形成在所述板状桥梁部的表面上，所述压电材料层以层状方式形成在所述下层电极的表面上，所述上层电极组包括局部地形成在所述压电材料层的表面上的多个上层电极，并且所述压电材料层能够通过施加沿层方向伸张和收缩的应力而在厚度方向上进行极化。10.一种发电装置，包括根据权利要求1至权利要求9中的任一项所述的发电元件和容纳所述发电元件的装置框体，其中所述发电元件的所述台座被固定到所述装置框体，并且在施加使所述装置框体振动的外力时，所述发电元件的所述重锤体因所述板状桥梁部的挠曲而在所述装置框体内进行振动，从而输出根据所述振动从所述发电电路取出的电力。11.一种发电装置，包括根据权利要求1至权利要求9中的任一项所述的发电元件和容纳所述发电元件的装置框体，其中所述发电元件的所述重锤体被固定到所述装置框体，并且在施加使所述装置框体振动的外力时，所述发电元件的所述台座因所述板状桥梁部的挠曲而在所述装置框体内进行振动，从而输出根据所述振动从所述发电电路取出的电力。12.一种发电元件，所述发电元件通过将沿XYZ三维坐标系中的各坐标轴方向的振动能转换为电能来产生电力，所述发电元件包括：主发电结构，在所述主发电结构中，从上面起顺序层压主发电第一层、主发电第二层和主发电第三层，其中XY平面设置在水平面上，Z轴正方向设置成向上方向，以及Z轴负方向设置成向下方向；台座，支撑并且固定所述主发电结构的预定部位；以及发电电路，整流基于由所述主发电结构生成的电荷而产生的电流，并且取出电力；其中所述主发电第二层为平板状层，所述平板状层沿平行于XY平面的表面布置并且设置有板状桥梁部和重锤体支撑部，所述板状桥梁部布置在Y轴上并且具有柔性，所述重锤体支撑部支撑所述主发电第三层；所述重锤体支撑部设置有中央板状部，所述中央板状部布置在作为正交于Y轴且平行于X轴的轴的X'轴上；所述板状桥梁部沿Y轴从根端部延伸到前端部，所述中央板状部沿X'轴延伸以与Y轴交叉，所述板状桥梁部的前端部连接到所述中央板状部的与Y轴交叉的部分附近，并且所述板状桥梁部和所述中央板状部在XY平面上的投影图像呈“T”字母形；所述主发电第一层设置有压电元件，所述压电元件被形成为覆盖所述主发电第二层的所述板状桥梁部的上表面的至少一部分；所述主发电第三层连接到所述主发电第二层的所述重锤体支撑部的下表面，所述主发电第三层执行具有足够质量的重锤体的功能，所述重锤体基于作用的加速度在所述板状桥梁部引起挠曲；当以X坐标值为负的一侧被定义为左手侧并且X坐标值为正的一侧被定义为右手侧的方式来定义所述板状桥梁部的两侧时，所述主发电第三层设置有左手侧重锤体部和右手侧重锤体部，所述左手侧重锤体部定位在所述板状桥梁部的左手侧上，所述右手侧重锤体部被定位在所述板状桥梁部的右手侧上；所述台座支撑并且固定所述板状桥梁部的根端部；以及所述发电电路为以下电路，该电路整流基于在所述压电元件处生成的电荷而产生的电流并且取出电力。13.根据权利要求12所述的发电元件，其中所述主发电第二层的所述重锤体支撑部额外地设置有左手侧板状部和右手侧板状部，所述左手侧板状部沿平行于Y轴的方向从所述中央板状部的左侧延伸到所述板状桥梁部的左手侧，所述右手侧板状部沿平行于Y轴的方向从所述中央板状部的右侧延伸到所述板状桥梁部的右手侧；以及所述左手侧重锤体部连接到所述左手侧板状部的下表面，并且所述右手侧重锤体部连接到所述右手侧板状部的下表面。14.根据权利要求12或权利要求13所述的发电元件，其中所述主发电第三层设置有中央重锤体部，所述中央重锤体部将所述左手侧重锤体部与所述右手侧重锤体部耦接，所述中央重锤体部连接到所述中央板状部的下表面，并且具有所述左手侧重锤体部、所述右手侧重锤体部和所述中央重锤体部的所述重锤体在XY平面上的投影图像呈“U”字母形。15.根据权利要求12至权利要求14中的任一项所述的发电元件，其中构成所述主发电第三层的结构体的重心被定位在所述板状桥梁部的下方。16.根据权利要求12至权利要求15中的任一项所述的发电元件，其中所述主发电结构提供了关于YZ面对称的平面，并且构成所述主发电第三层的结构体的重心被定位在YZ面上且在所述板状桥梁部下方。17.根据权利要求12至权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：冈田和广，冈田美穂，
申请(专利权)人：三角力量管理株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP