[发明专利]压电发电元件和使用压电发电元件的发电方法

说明书

技术领域

本发明涉及压电发电元件和使用压电发电元件的发电方法。

背景技术

振动发电是捕捉机械振动中包含的力学能量而转换为电能的发电方法。振动发电例如利用电磁感应、静电感应或者压电效果。其中，利用压电效果的振动发电(压电发电)表现出高能量密度。这是因为用于压电发电的元件(压电发电元件)的结构简单，该元件能够小型化。压电发电元件(振动发电元件)是通过压电效果把施加到压电体层上的机械振动的能量转换成电能进行发电的元件。

图11和图12表示现有技术中的压电发电元件。

图11表示的元件具备单臂式的(悬臂形的，一端固定的，cantilever)振动梁102。振动梁102为带状。振动梁102的一个端部(固定端)103固定在框架104上。振动梁102的另一个端部105没有固定在框架104上。端部105是自由端。端部105能够沿着与振动梁102的主面垂直的方向振动。在振动梁102的一个表面上配置发电层101。发电层101具备压电体层和夹持压电体层的一对电极。如果在图11表示的元件上施加外部振动，则振动梁102因该振动而振动。该振动使包含在发电层101中的压电体层变形。该变形基于压电效果在夹持压电体层的一对电极之间产生电位差。发电层101可以配置在振动梁102的两个(双方)表面上。发电层101的一部分也能够配置在框架104的表面。图11表示的元件例如公开在专利文献1中。

图12表示的元件具备两端固定式(桥形)的振动梁201。振动梁201是带状。振动梁201的两个端部202、203固定在框架104。在振动梁201的一个表面上配置发电层101。如果在图12表示的元件施加外部振动，则振动梁201因该振动而振动。振动的幅度在振动梁201的中央部分204成为最大。该振动使包含在发电层101中的压电体层变形。该变形基于压电效果，在夹持压电体层的一对电极之间产生电位差。图12表示的元件例如公开在专利文献2中。

在图11表示的元件中，振动梁102是悬臂形。因此，对于振动梁102的振动的制约少。这样的少的制约允许产生一定程度的大电力。但另一方面，由于过度的外部振动，振动梁102易于损坏。

对此，在图12表示的元件中，振动梁201是两端固定式。两端固定式的振动梁201难以由于外部振动而损坏。但另一方面，由于振动梁的2个端部被固定，因此该梁的振幅量小，存在产生的电力小的倾向。专利文献3公开了增大两端固定式振动梁的振幅量的方法。具体地讲，在专利文献3中公开的元件中，预先折曲振动梁，保持为双稳定状态。在该元件中，振动梁在2个稳定状态之间交替(交互)振动。该振动的振幅量比图12表示的振动梁201所示出的振幅量大。

除了专利文献1～3以外，专利文献4和专利文献5也能够与本发明相关联。专利文献5没有公开压电发电元件。专利文献5公开了高频微电机开关(micro machine switch)。压电发电元件基于与梁的振动有关的技术。高频微电机开关基于把梁作为开关保持为OFF或者ON的位置，即，使梁在特定的2个形态之间转换，保持该形态的技术。在高频微电机开关中，完全没有考虑梁的振动。两者基于完全不同的技术。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平09-205781号公报

专利文献2：日本专利第3790255号公报

专利文献3：日本专利第3939737号公报

专利文献4：日本特开2006-246688号公报

专利文献5：日本特开2007-026804号公报

发明内容

发明要解决的课题

预先使振动梁折曲的方法增大振动梁的振幅量。但是，在压电发电元件的制造时，需要振动梁的折曲、双稳定点的寻找、振动梁折曲状态的调整以及保持调整后的状态的振动梁的固定。即，压电发电元件的制造工艺复杂。当前并没有实现具备两端固定式的振动梁、发电量大、制造比较容易的压电发电元件。

本发明的目的是提供：具备相对于外部振动难以损坏的两端固定式的振动梁的同时，发电量大，制造比较容易的压电发电元件。另外，本发明的目的是提供使用了该压电发电元件的发电方法。

用于解决课题的技术手段