[发明专利]发电器件及使用该发电器件的发电模组

说明书

技术领域

本发明涉及发电器件及使用该发电器件的发电模组。

背景技术

利用压电体将振动能量变换为电能的发电器件（压电型振动发电器件）在能量收集（Energy Harvesting）等领域受到瞩目，在各地正进行研究开发（例如参照非专利文献1（R.van Schaijk,et al,“Piezoelectric AlN energy harvesters for wireless autonomous transducer solutions”，IEEE SENSORS2008Conference,2008,p.45-48）、非专利文献2（S.Roundy and P.K.Wright,“A piezoelectric vibration based generator for wireless electronics”，Smart Materials and Structures13,2004,p.1131-1142））。在此，在非专利文献1中，作为压电体的材料记载了PZT（Pb（Zr，Ti）O₃），在非专利文献2中，作为压电体的材料记载了PZT及氮化铝（AlN）。

另外，发电器件可以根据压电体的形态（薄膜型、块型）来分类。在此，在非专利文献1中，记载了利用微机械加工技术制造的薄膜型的发电器件。另外，在非专利文献2中，记载了块型的发电器件。

非专利文献1中公开的发电器件如图23所示，具备利用硅基板300形成的器件基板301。该器件基板301具备矩形框状的支持部311、配置于支持部311的内侧且揺动自由地被支持部311支持的悬臂部（梁）312、以及设置于悬臂部312的前端部的锤部313。另外，发电器件具备发电部320，该发电部320设置于器件基板301的悬臂部312，并且与悬臂部312的振动相应地产生交流电压。

发电部320由下部电极322、形成在下部电极322的与悬臂部312侧相反侧的压电膜321、以及形成在压电膜321的与下部电极322侧相反侧的上部电极323构成。也就是说，在悬臂部312上形成有下部电极322，在下部电极322上形成有压电膜321，在压电膜321上形成有上部电极323。在此，在发电部320中，下部电极322由Pt膜构成，压电膜321由AlN薄膜或PZT薄膜构成，上部电极323由Al膜构成。

另外，发电器件具备第1覆盖基板401，使用第1玻璃基板400形成，且在器件基板301的一个表面侧（图23的上表面侧）与支持部311固定；以及第2覆盖基板501，使用第2玻璃基板500形成，且在器件基板301的另一个表面侧（图23的下面侧）与支持部311固定。

其中，在各覆盖基板401、501与由器件基板301的悬臂部312和锤部313构成的可动部之间，形成有该可动部的位移空间426、526。

另外，非专利文献2中记载的发电器件具备支持部、揺动自由地被支持部支持的悬臂部、以及设在悬臂部的与支持部侧相反的前端部的锤部，悬臂部由贴合2层压电体而成的双压电晶片压电元件构成。

另外，在非专利文献2中，作为使用发电器件的系统的等价电路模型而记载了图24。

在此，在该等价电路模型中，发电器件的等价电路利用与锤部的质量或者惯性相当的等价电感L_m、与机械性的阻尼相当的等价电阻Rb、与机械性的刚性相当的等价电容器C_k、在施加外部振动的情况下产生的等价应力σ_in、变压器的等价匝数比n、以及由发电部构成的电容器C_b来表现。另外，在该等价电路模型中，记载了由4个二极管D1、D2、D3、D4以桥式连接而成且对发电器件的输出电压v进行全波整流的全波整流电路、以及连接在全波整流电路的输出端间的蓄电用的电容器C_st。

然而，在非专利文献1中记载的发电器件那样的薄膜型的发电器件中，与非专利文献2中记载的块型的发电器件相比，虽然能够实现小型化，但输出电压下降，因此希望提高输出电压。另外，在使用非专利文献1中记载的发电器件构筑输出直流电压的发电模组的情况下，也可以想到像非专利文献2那样构成为将全波整流电路连接在发电器件的输出端间，但是在该情况下，也希望输出电压变高。

发明内容

本发明鉴于上述情况而做成，其目的在于，提供一种既能够实现小型化又能够实现高输出化的发电器件以及使用该发电器件的发电模组。