振动发电装置制造方法及图纸

本发明专利技术不会使Q值降低，能够实现宽带的频率响应。具备：可动侧部，其构成为通过从外部施加的机械的振动能而能够在预定的振动方向上振动，并具有沿振动方向的第一面；以及固定侧部，其构成为具有与可动侧部的第一面隔着预定的间隔而对置的第二面，并相对于振动能也固定位置。在可动侧部的第一面以及固定侧部的第二面，在振动方向以梳齿状排列地分别形成有在与振动方向正交的方向上突出的多个突部。在固定侧部的至少上述第一面和可动侧部的至少第二面中的至少一方的面形成有驻极体膜。可动侧部的弹簧常数通过作用于可动侧部与固定侧部之间的静电力而调制为振动方向的位置的函数。

Vibration Generator

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】振动发电装置
本专利技术涉及通过使用了驻极体的静电感应作用将机械的振动能转换成电力的静电方式的振动发电装置。
技术介绍
近年来，推进了面向能够将步行产生的振动、汽车行驶产生的振动、桥梁振动、风力发电时的低频振动等的环境振动的振动能转换成电力的振动发电装置的实用化的研究开发。作为这种振动发电装置，公知有电磁方式、压电方式、静电方式等，但与电磁方式相比，由于微小小型化容易，压电方式所需要的PZT(PiezoelectricTransducer)等不含铅等有毒物质等的理由，静电方式的振动发电装置备受关注。作为这种静电方式的振动发电装置，例如公知有在专利文献1(WO2011/086830号公报)、专利文献2(日本特开2011－36089号公报)等中提出的方案。在专利文献1所记载的静电感应型发电装置中，第一基板与第二基板隔着预定的间隔相互对置，并且构成为在保持其对置的状态的状态下能够相对移动。并且，在第一基板，以在上述相对的移动方向上排列的方式形成有多个长方状的驻极体，在第二基板，以与第一基板的驻极体对置的方式，形成有第一电极和第二电极，并且构成为驻极体与第一电极之间的电容以及驻极体与第二电极之间的电容通过上述相对的移动而变化，从而输出电力。另外，在专利文献2中，公开了如下MEMS(MicroElectroMechanicalSystem；微机电系统)装置，其构成为，具备：具有形成于基板上的驻极体膜的第一电极；以及与该第一电极隔着空隙而对置并具有多个开口部的第二电极，通过第二电极振动移动，第一电极的驻极体膜和第二电极的电容发生变化，从而输出电力。这些专利文献1、专利文献2中公开的振动发电装置均为装置自身所特有的特定频率中的共振锐度的值即Q值(质量指标)高的构造。以往的振动发电装置的共振频率中的半值宽度的频率范围具有例如5Hz以下那样的高Q值。即，这些专利文献1，专利文献2中公开的振动发电装置由于设定为能够将Q值高的特定频率的振动效率良好地转换为电力的构造，因此在外部的振动能产生的激励频率与其特定频率一致时，能够无浪费地振动发电。现有技术文献专利文献专利文献1：WO2011/086830号公报专利文献2：日本特开2011－36089号公报
技术实现思路
专利技术所要解决的课题然而，就上述那样的环境振动而言，一般地，作为频率光谱在一个频率中没有峰值，而是分布在宽阔的频率范围。但是，在上述的专利文献1、专利文献2所公开的那样的振动发电装置中，频率响应限于共振频率，因此仅环境振动中的有限的振动频率成分能够用于发电，存在振动频率的利用效率恶化之类的问题。为了构成为在遍及宽阔的频率范围响应频率并进行振动，也采用了降低振动发电装置的Q值，使共振频率中的半值宽度的频率范围变大之类的方法。但是，降低振动发电装置的Q值会降低共振灵敏度，增大相对于来自外部的振动能的损失。使用这种环境振动进行发电的振动发电装置本来共振灵敏度就低，进一步降低灵敏度会增大相对于来自外部的振动能的损失，因而不推荐。本专利技术的目的在于提供一种能够解决以上的问题点的振动发电装置。用于解决课题的方案为了解决上述的课题，方案1的专利技术是一种振动发电装置，其特征在于，具备：可动侧部，其构成为通过从外部施加的振动能而能够在预定的振动方向上振动，并具有沿上述振动方向的第一面；以及固定侧部，其构成为具有以使上述可动侧部能够在上述振动方向上振动的方式与上述可动侧部的上述第一面隔着预定的间隔而对置的第二面，并相对于上述振动能也固定位置，在上述可动侧部的上述第一面以及上述固定侧部的上述第二面，在上述振动方向以梳齿状排列地分别形成有在与上述振动方向正交的方向上突出的多个突部，并且，在上述固定侧部的至少上述第一面和上述可动侧部的至少上述第二面中的至少一方的面，形成有作为预定的驻极体电位的驻极体膜，上述可动侧部的弹簧常数通过作用于上述可动侧部与上述固定侧部之间的静电力而调制为上述振动方向的位置的函数。另外，方案2的专利技术根据方案1的专利技术，提供一种振动发电装置，其特征在于，上述驻极体电位的值、上述固定侧部的上述多个突部以及上述可动侧部的上述多个突部的排列周期、以及通过上述可动侧部的振动移动而在上述固定侧部与上述可动侧部之间产生的电容的最大值与最小值的差的值被选定为：相对于上述可动侧部的自由振动时的弹簧常数，具有降低在上述可动侧部与上述固定侧部之间产生的静电力引起的上述可动侧部自身所具备的弹簧常数的效果。并且，方案3的专利技术根据方案1或2的专利技术，提供一种振动发电装置，其特征在于，上述固定侧部和上述可动侧部是由半导体基板形成的MEMS装置。在上述结构的方案1的专利技术的振动发电装置中，因为可动侧部的相对于固定侧部的位置与振动相应地变化，通过驻极体电位作用于可动侧部的突部与固定侧部的突部之间的静电力发生变化。通过构成为该静电力成为不对可动侧部的自由振动(不存静电力，可动侧部自由地振动)时的弹簧常数(弹性常数)带来影响的值，从而方案1的专利技术的振动发电装置构成为，可动部侧的弹簧常数通过作用于可动侧部与上述固定侧部之间的静电力而调制为振动方向的位置的函数。另外，将振动装置的可动侧部的质量设为m、将可动侧部的弹簧常数设为k时，振动装置的振动频率f如公知的那样为：f∝k/m···(式1)在专利文献1、专利文献2等的振动发电装置中，相对于可动侧部的自由振动的弹簧常数而言，静电力产生的影响为能够忽视的程度，因此可动侧部的弹簧常数k与该可动侧部的自由振动的弹簧常数大致相等，该振动发电装置的共振频率成为由与该可动侧部的自由振动的弹簧常数相等的弹簧常数k决定的特定频率。针对于此，在本专利技术的振动发电装置中，可动部侧的弹簧常数k通过作用于可动侧部与固定侧部之间的静电力而调制为振动方向的位置的函数。即，通过(式1)中的弹簧常数k与振动方向的位置相应地变化，从而本专利技术的振动发电装置的振动频率f成为与该弹簧常数的变化相应的宽阔的频率。该情况下，在本专利技术的振动发电装置中，由于不会使其Q值下降，因此不会增大相对于外部的振动能的损失，能够使响应的振动频率的带域成为宽带。在方案2的专利技术中，选定驻极体电位的值、固定侧部的多个突部以及可动侧部的多个突部的排列周期、以及通过可动侧部的振动移动而在固定侧部与可动侧部之间产生的电容的最大值与最小值的差的值，在相邻的突部彼此的振动移动中，具有通过产生于可动侧部与固定侧部之间的静电力来降低可动侧部的自由振动时的弹簧常数的效果(称为软弹簧效应)。即，如方案2那样，通过预先选定驻极体电位的值、固定侧部的多个突部以及可动侧部的多个突部的排列周期、以及通过可动侧部的振动移动而在固定侧部与可动侧部之间产生的电容的最大值与最小值的差的值，从而得到降低动侧部的自由振动时的弹簧常数的效果，能够有效地实现振动发电装置的频率的宽带化，并且具有能够使可动侧部容易振动之类的效果。在方案3的专利技术中，振动发电装置是MEMS装置。因此，作为微小小型的环境发电素子，能够提供有益的装置。专利技术的效果根据本专利技术的振动发电装置，由于可动部侧的弹簧常数k通过作用于可动侧部与固定侧部之间的静电力而调制为振动方向的位置的函数，因此(式1)中的弹簧常数k与振动方向的位置相应地变化，从而可动侧部的振动频率f成为与该弹簧常数的变化相应的宽频率。并且，在本本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种振动发电装置，其特征在于，具备：可动侧部，其构成为通过从外部施加的振动能而能够在预定的振动方向上振动，并具有沿上述振动方向的第一面；以及固定侧部，其构成为具有以使上述可动侧部能够在上述振动方向上振动的方式与上述可动侧部的上述第一面隔着预定的间隔而对置的第二面，并相对于上述振动能也固定位置，在上述固定侧部和上述可动侧部的至少一方形成有驻极体膜，并且，在上述可动侧部的上述第一面以及上述固定侧部的上述第二面，在上述振动方向以梳齿状排列地分别形成有在与上述振动方向正交的方向上突出的多个突部，并且，在上述固定侧部的至少上述第一面和上述可动侧部的至少上述第二面中的至少一方的面，形成有作为预定的驻极体电位的驻极体膜，上述可动侧部的弹簧常数通过作用于上述可动侧部与上述固定侧部之间的静电力而调制为上述振动方向的位置的函数。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.11.29 JP 2016-2317501.一种振动发电装置，其特征在于，具备：可动侧部，其构成为通过从外部施加的振动能而能够在预定的振动方向上振动，并具有沿上述振动方向的第一面；以及固定侧部，其构成为具有以使上述可动侧部能够在上述振动方向上振动的方式与上述可动侧部的上述第一面隔着预定的间隔而对置的第二面，并相对于上述振动能也固定位置，在上述固定侧部和上述可动侧部的至少一方形成有驻极体膜，并且，在上述可动侧部的上述第一面以及上述固定侧部的上述第二面，在上述振动方向以梳齿状排列地分别形成有在与上述振动方向正交的方向上突出的多个突部，并且，在上述固定侧部的至少上述第一面和上述可动侧部的至少上述第二面中的至少一方的面，形成有作为预定的驻极体电位的驻极体膜，上述可动侧部的弹簧常数通过作用于上述可动侧部与上述固定侧部之间的静电力而调制为上述振动方向的位置的函数。2.根据权利要求1所述的振动发电装置，其特征在于，上述驻极体电位的值、上述固定侧部的上述多个突部以及上述可动侧部的上述多个突部的排列周期、以及通过上述可动侧部的振动移动而在上述固定侧部与上述可动侧部之间产生的电容的最大值与最小值的差的值被选定为：相对于上述可动侧部的自由振动时的弹簧常数，具有降低在上述可动侧部与上述固定侧部之间产生的静电力引起的上述可动侧部自身所具备的弹簧常数的效果。3.根据权利要求1或2所述的振动发电装置，其特征在于，上述固定侧部和上述可动侧部是由半导体基板形成的MEMS(MicroElectr...

【专利技术属性】
技术研发人员：年吉洋，桥口原，三屋裕幸，今本浩史，
申请(专利权)人：国立大学法人东京大学，国立大学法人静冈大学，株式会社鹭宫制作所，
类型：发明
国别省市：日本,JP