振动发电元件包括含有支撑部及悬臂部的基底基板、以及用于根据悬臂部的振动而产生交流电的发电部。发电部包括下部电极，其在基底基板的一个表面侧与悬臂部重叠地形成；第1压电层，形成在从悬臂部观察时的下部电极的相反侧；中间电极，形成在从下部电极观察时的第1压电层的相反侧；第2压电层，形成在从第1压电层观察时的中间电极的相反侧；以及上部电极，形成在从中间电极观察时的第2电极的相反侧。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于将振动能量转换成电能的振动发电元件以及具备该元件的振动发电装置。
技术介绍
近年来，作为MEMS (Micro Electro Mechanical Systems :微机电系统)设备的一种，各地都在研究开发被设置成将缘于车的振动及人的运动的振动等周围的振动的振动能量转换成电能的振动发电元件。作为这种振动发电元件，例如，已知如图8A所示的元件，具备悬臂部(可挠部)82b，其第I端侧被固定于由Si构成的基底基板81的支撑部82a，而第2端侧与基底基板81隔着空间地能够自由摆动地被支撑；以及发电部83，其在悬臂部82b上形成，且被设置成根据悬臂部82b的振动产生交流电(例如，Y. B. Jeon, et al, “MEMS powergeneratorwith transverse mode thin film PZT”，Sensors and Actuators A122, 16-22，2005 (以下称为“文献I”))。图8A所示的振动发电元件810中，悬臂部82b是具备由SiO2或Si3N4构成的薄膜86以及在该薄膜86上形成的、防止来自发电部83的电荷扩散的扩散防止层87(在这里是ZrO2)的结构。而且，扩散防止层87上的发电部83，是由PZT (Pb (Zr，Ti) O3)构成的压电层85、以及在压电层85的一个表面侧形成的由Pt/Ti所构成的一对电极84a、84b所构成。另外，压电层85的结构是米用了变形方向与电场方向正交的d33模式,一对电极84a、84b,在俯视图上分别为梳状，并被配置成使之隔开规定的间隔而相互啮合的结构(参照图SB)。并且，振动发电元件810，在悬臂部82b的第2端侧的表面上设置有锤部82c，以便使悬臂部82b的摆动加大。振动发电元件810，由于悬臂部82b因振动而摆动，发电部83的压电层85沿与压电层85的厚度方向垂直的方向被极化(参照图8A中的箭头)，就能够将所发电的电力从一对电极84a、84b向外部输出。可是，由于上述文献I所记载的振动发电元件810，发电部83通过悬臂部82b的摆动来发电，因此，从振动发电兀件810的一对电极84a、84b所输出的电力，会产生随着悬臂部82b的摆动而极性反转的交流电。对此,连接振动发电兀件810的一对电极84a、84b的负载Rlj,—般假设为小型电子元器件或LSI等需要直流电的元件。因此在上述文献I中，使用上述的振动发电元件810，构成图8C所示的振动发电装置820，以便使从振动发电元件810输出的交流电转换成直流电。振动发电装置820，将振动发电元件810的输出与作为单相全波整流器(单相桥式整流电路)的整流器Dl的输出并联地和电容器Cs相连接，并在电容器Cs的两端间连接负载这样一来，振动发电装置820，就能够将振动发电元件810的输出从交流电转换成直流电，向与一对电极84a、84b连接的负载&侧输出。另外，在图8C的振动发电装置820中，将振动发电元件810以基于交流电源Ip、与交流电源Ip并联的电容器Cp、以及与电容器Cp并联的电阻Rp的等价电路来表示。但是，从上述的振动发电元件810取得的发电量，一般地小到yW程度。振动发电装置820，如果通过作为单相全波整流电路部的整流器Dl，对从振动发电元件810输出的电流进行转换，则构成整流器Dl的二极管的pn结的电压降低所产生的损失就会有较大影响。特别是，就图8C所示的振动发电装置820而言，当将振动发电元件810的输出从交流电转换成直流电时，就变成通过作为单相全波整流器的整流器Dl的两个二极管来输出来自振动发电元件810的电流。因此，在使用了上述的振动发电元件810的振动发电装置820中，存在发电效率低下的问题。振动发电元件810寻求更小型和高输出，靠单纯地加大振动发电元件810的压电层85的面积使输出提高的结构是困难的。因此，只有上述的振动发电元件810及振动发电装置820的结构是不足的，需要寻求进一步改进。
技术实现思路
本专利技术鉴于上述事由而做出，其目的在于提供输出电力更高、可小型化的振动发电元件，以及具备该元件的振动发电装置。本专利技术的振动发电元件，具备基底基板和发电部。基地极板具备支撑部、以及能够自由摆动地被该支撑部支撑的悬臂部。发电部，形成于上述悬臂部，并构成为根据上述悬臂部的振动而产生交流电。上述发电部具备下部电极、第I压电层、中间电极、第2压电层及上部电极。下部电极与上述悬臂部重叠地形成在上述基底基板的一个表面侧。第I压电层形成在从上述悬臂部观察时的该下部电极的相反侧。中间电极形成在从上述下部电极观察时的该第I压电层的相反侧。第2压电层形成在从上述第I压电层观察时的该中间电极的相反侧。上部电极形成在从上述中间电极观察时的该第2压电层的相反侧。在一个实施方式中，上述第I压电层及上述第2压电层，分别是强介电体薄膜。在一个实施方式中，在上述第I压电层中的极化方向与在上述第2压电层中的极化方向，在上述发电部的厚度方向上是同一方向。在一个实施方式中，该悬臂部具有第I端及第2端，并且被支撑为该第2端侧在该第I端侧通过该支撑部而能够自由摆动。该发电部配置于该基底基板的该悬臂部的至少第I端侧。在一个实施方式中，该基底基板具备框部，具有第I及第2边比其它两边短的四个边，并且包含该支撑部作为该第I边；以及开口，在该框部与该悬臂部之间形成。在一个实施方式中，该支撑部在该基底基板的上述表面侧对该悬臂部进行支撑，以便使该悬臂部的一个表面与该框部的一个表面成为同一面而共同形成该基底基板的上述表面。该开口是U形狭缝。在一个实施方式中，该第I及第2压电层分别与该中间电极的两表面直接接合。在一个实施方式中，该中间电极仅由I个或者多个导电层构成。本专利技术的振动发电装置，具备上述的振动发电元件、以及二相全波整流器。二相全波整流器，具备与该上部及下部电极分别电连接的第I及第2输入端子；以及与作为共用电极的上述中间电极电连接的共用端子，并且构成为将从上述上部电极及上述下部电极所输出的二相交流电转换成直流电。在本专利技术中，具有输出电力更高、可小型化的效果。附图说明进一步对本专利技术的优选实施方式详细论述。本专利技术的其他特征以及优点，可通过以下的详细论述及参考附图更好地得以理解。图1表示实施方式的振动发电元件，图1A是概略俯视图，图1B是图1A的X-X概略剖面图。图2是使用了同上的振动发电元件的振动发电装置的电路图。图3是说明同上的振动发电元件的制造方法的主要工序图。图4是说明同上的振动发电元件的制造方法的主要工序图。图5是说明同上的振动发电元件的制造方法的主要工序图。图6是说明同上的振动发电元件的制造方法的主要工序图。图7是说明同上的振动发电元件的制造方法的主要工序图。图8表示以往的振动发电元件，图8A是剖面图，图8B是要部俯视图，图8C是使用了振动发电元件的振动发电装置的电路图。具体实施例方式下面，用图1对本实施方式的振动发电元件进行说明，用图2对使用了振动发电元件10的振动发电装置20进行说明。本实施方式的振动发电元件10，如图1所示，包括基底基板I及发电部3。基底基板I包括支撑部2a、以及配置在支撑部2a的内侧能够自由摆动地被支撑部2a支撑的挠性的悬臂部2b。发电部3构成为,在基底本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.10.01 JP 2010-2241541.一种振动发电元件，其特征为， 具备: 基底基板，具备支撑部、以及能够自由摆动地被该支撑部支撑的悬臂部；以及 发电部，形成于上述悬臂部，并构成为根据上述悬臂部的振动而产生交流电， 上述发电部具备: 下部电极，与上述悬臂部重叠地形成在上述基底基板的一个表面侧； 第I压电层，形成在从上述悬臂部观察时的该下部电极的相反侧； 中间电极，形成在从上述下部电极观察时的该第I压电层的相反侧； 第2压电层，形成在从上述第I压电层观察时的该中间电极的相反侧；以及 上部电极，形成在从上述中间电极观察时的该第2压电层的相反侧。2.如权利要求1所述的振动发电元件，其特征为， 上述第I压电层以及上述第2压电层，分别是强介电体薄膜。3.如权利要求1所述的振动发电元件，其特征为， 上述第I压电层中的极化方向与上述第2压电层中的极化方向，在上述发电部的厚度方向上为同一方向。4.如权利要求2所述的振动发电元件，其特征为， 上述第I压电层中的极化方向与上述第2压电层中的极化方向，在上述发电部的厚度方向上为同一方向。5.如权利要求1所述的振动发电元...
【专利技术属性】
技术研发人员：山内规裕，小川纯矢，松岛朝明，相泽浩一，
申请(专利权)人：松下电器产业株式会社，
类型：
国别省市：
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