发电装置及便携式器械制造方法及图纸

目的在于提供这样的发电装置：在适合于激振包括压电体层的振动片而进行发电的小型、便携式装置的发电装置中，改善从激振装置向振动片的能量传递效率，通过手腕等的运动，高效率地进行发电。把将撞击提供到振动片２１上而激起振动的激振杆３５的等价质量设定为小于振动片２１的等价质量，可以防止振动片２１与激振杆３５二次碰撞的产生。这样，能够防止因二次碰撞所引起振动片２１的能量损耗，因此，能够大幅度地提高从激振杆３５向振动片２１的能量传递效率。因而，能够提供发电能力高、适合于小型便携式器械中的发电装置。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及使具有压电体的振动片激振进行发电的发电装置及具有这种发电装置的便携式器械。
技术介绍
利用压电材料进行发电的小型装置已有几项提案，例如，在实开平6-76894号中，描述了利用重锤的旋转运动驱动锤杆、撞击压电材料进行发电的技术。还有，在实开昭63-72593号中，描述了把压电元件装入钟表壳内、使重锤在上下方向上惯性地运转振动、通过这种振动产生电能的技术。通过这些利用压电体的发电方式捕捉手腕的运动等，使压电体产生应变进行发电，能够获得使钟表装置等运行的功率。这样的便携式小型发电装置为了在从手腕的运动等获得动能之后高效率地变换成电能，重要的是首先把手腕的运动等高效率地变换成用于实际发电的旋转重锤的旋转等的动能，其次把这种动能作为应变高效率地施加到压电体上，然后，把加到压电体上的应变高效率地变换成电能。加到压电体上的动能(输入能量)主要可分为支持压电体的支持层等的应变能、压电体本身的应变能、以及因压电体发电而在电容器等储电装置中储存的电能这三部分。在这三个部分中，作为发电装置最重要的电能随压电体的机电耦合系数、压电元件未充电时的输出电压及静电电容量、储电装置的电压等而变动，但是，它只不过是压电体应变能的百分之几。因此，正在研究作为弹性杆利用自由振动那样的压电体进行发电。这是因为，通过使压电体振动，能够反复地产生应变，通过输入能量把所产生的应变慢慢变成电能。这样，可以谋求提高所产生电能相对于与上述第3个主要因素相当的输入能量的效率。还有，正在进行与上述第1个主要因素有关的研究，即，在用户佩戴在手腕上的手表式发电装置中，分析用户手腕的运动，以使旋转重锤高效率地旋转。因此，本专利技术之目的在于提供相当于上述第2个主要因素的、能够把作为旋转重锤旋转运动等所获得的动能作为输入能量高效率地传递到压电体上的装置，而且，本专利技术的目的还在于，通过实现这样的装置，提供具有充分供电能力的发电装置，这种装置从用户手腕的运动等实际地驱动携带用器械。特别是，如上所述，通过使具有压电体的振动片振动，能够把输入能量高效率地变换成电能，因此，本专利技术的目的在于，提供可以把旋转重锤等的动能尽可能无损耗地传递到振动片上的发电装置。而且，本专利技术的目的还在于，通过把位移高效率地施加到压电体上来提高发电效率，提供发电能力高、通过手腕等的运动能够确保充分的发电量的发电装置。专利技术的公开本申请的专利技术人发现当利用旋转重锤的动能激振振动片时，提供到振动片上的输入能量损耗大，这起因于撞击振动片的撞击部与被激振的振动片的二次碰撞。为了防止这种二次碰撞，在撞击部对振动片提供撞击以后，必须对撞击部提供与振动片起始位移方向相反的速度。因此，发电装置包括具有本专利技术压电体层的至少1个振动片、以及对该振动片施加撞击而激起振动的激振装置，发电装置可以把在振动中的压电体层上产生的功率输出，在该发电装置中，把振动片及进行碰撞的激振装置撞击部的等价质量me设定为小于振动片的等价质量Me。这样，在对振动片提供撞击以后，就对撞击部提供与振动片的起始位移方向相反的速度。因而，可以防止因撞击部与振动片二次碰撞所引起的能量再传递及损耗，因此，能够把更多的输入能量施加到振动片上，能够提高发电能力。作为一例，在以单臂梁状安装振动片的情况下，假定振动片的质量为MH、从固定的固定端到另一端(自由端)的距离为LH、从固定端到通过撞击部施加了撞击的激振点的距离为XH、振动模的标准函数为 时，在激振点上的等价质量Me可以下式(A)表示。还有，撞击部是在激振点上提供撞击的转动式激振杆，假定其惯性矩为Ib、从转动中心到把撞击提供到激振点上的撞击点间的距离为Xb时，则撞击部的等价质量可以下式(B)表示 Me=MH/(Ξn(xH/1H))2(A)me=Ib/xb2(B)为了增大振动片的等价质量，希望在单臂梁状安装的自由端上附加重锤，这时的等价质量Me可以下式(D)表示。再者，假定振动片单臂粱部的质量为MH，重锤的重量为Ma。Me=Ma+MH/(Ξn(xH/1H))2(D)进而，当假定撞击部与振动片的碰撞系数为e时，通过满足下列(C)式，能够防止撞击部与振动片的二次碰撞。因而，没有二次碰撞所引起的输入能量损耗；因此，能够进一步提高利用了包括压电体层的振动片的发电装置的发电能力。Me＞((2·e+3·π+2)/3·π·e)×me(C)在使包括压电体层的振动片振动而发电的情况下，希望高效率地激起有效地利用于发电上的一次模(モ-ド)振动，减小二次模以上的高次模振动。因此，撞击部在从单臂梁状安装了的振动片自由端向固定端那一边返回了若干距离的振动片二次模的节附近提供撞击是有效的。还有，在振动片为非单臂粱状的情况下，当然也希望在对发电作用较少的二次以上的模的节附近进行激振。在单臂梁状安装了的振动片的自由端上附加重锤而增大等价质量时，通过采用包括向着自由端那一边(即向着振动片的前端)开口的凹部的重锤，能够把大重锤安装到振动片的前端上。还有，通过设置激振杆以便与该凹部的内侧碰撞，能够紧凑地设置激振杆。同时，通过激振杆，在从自由端那一边向固定端那一边返回了若干距离的二次模的节附近提供撞击，因此，能够高效率地激起1次模振动，提高发电能力。把这样的发电装置装入手腕佩戴式等器械的壳内，可以作为便携式的器械实现，借助于把可以利用这种发电装置输出的功率而工作的钟表装置及通信装置等的处理装置装入便携式器械中，能够提供不从外部供给功率、也不需要电池交换的便携式器械。进而，希望设置可以在壳内转动地安装着的旋转重锤、以及使该旋转重锤的运动加速并传递到撞击部上的齿轮组，并采用在撞击部上与齿轮组联动而被转动驱动、与振动片碰撞的激振杆。通过使旋转重锤的运动加速，旋转重锤就能够以比运动周期更快的周期转动驱动激振杆，因此，通过激振杆把旋转重锤的动能分割开来，就可以施加到振动片上了。因而，能够把提供到振动片上的输入能量分散开来，因此，能够防止振动片的损坏，能够把幅度小的振动反复施加到小型振动片上。因此，能够实现小型且损耗小的发电机，能够确保充分的发电量。还有，设置通过齿轮组旋转驱动的驱动杆，使激振杆的一端与该驱动杆的一端接触，而对激振杆转动驱动，借助于采用这样的激振杆，能够使激振杆小型化。因此，能够减小激振杆的惯性矩，所以，能够使激振杆的等价质量小，能够防止它与振动片的二次碰撞，使之充分跟踪于加速了的齿轮组的速度。进而，希望把这样的激振杆安装到壳内，以使转动中心与重心一致。这样，伴随着手腕等的运动，壳的角度也改变了，激振杆稳定而没有不需要的运动，因此，能够防止振动片与激振杆的二次碰撞，能够提供可以有效地充分利用用户手腕的运动等的发电能力高的发电装置。设置多个振动片，通过利用激振杆把振动交互地施加到这些振动片上，能够把因1次撞击而在各个振动片上所引起的振动的持续时间取得较长。因而，可以防止起因于在振动片的振动中施加下一次激振的损耗，能够谋求提高效率。还有，也可以不用激振杆、而利用在振动片周围形成的槽内运动的至少1个球对振动片提供撞击。进而，也可以把振动片组合成音叉形，作为矩形板等的单臂梁之外的形状，通过使支持位置为振动的节部，减小振动损耗，可以构成效率高的发电装置。附图的简单说明附图说明图1为示出具有包括与本专利技术实施例1有关的压本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种发电装置，它包括：具有压电体层的至少一个振动片、以及对该振动片施加撞击而激起振动的激振装置，它可以把在振动中的所述压电体层上产生的功率输出，其特征在于：所述激振装置包括对所述振动片进行碰撞的撞击部，使该撞击部的等价质量ｍ↓［ｅ］小于 所述振动片的等价质量Ｍ↓［ｅ］。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：桥本泰治，高桥理，宫崎肇，舩坂司，古诚，
申请(专利权)人：精工爱普生株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]