[发明专利]发电元件

说明书

本发明提供一种发电元件，具有可挠性的板状结构体(110)沿着基准轴(Y)从根端部(O)向顶端部(T)延伸，根端部(O)固定到底座(300)。在板状结构体(110)设有三个区分部分(S1、S2、S3)，重锤体(211、212、213)与三个区分部分各自的下面接合。三个区分部分(S1、S2、S3)的厚度(t1、t2、t3)分别不同，其结果是，弹簧常数不同。当对底座(300)施加来自外部的振动能量时，各重锤体(211、212、213)振动，在板状结构体(110)产生挠曲。若将压电元件等电荷产生元件(400)贴附于板状结构体(110)，则通过挠曲应力产生电荷。将多个重锤体(211、212、213)设于弹簧常数按每一区分部分而不同的板状结构体(110)，由此能发电的频带扩展。

技术领域

本发明涉及发电元件，特别是涉及通过将振动能量转换为电能来进行发电的技术。

背景技术

提出了为了有效利用有限的资源而将各种形式的能量转换为电能后提取的技术。作为将振动能量转换为电能后提取的技术之一，例如在下述的专利文献1中公开了将层状的压电元件层叠后形成发电用压电元件并通过外力使该发电用压电元件振动来进行发电的压电型发电元件。另外，在专利文献2中公开了使用硅基板的MEMS(Micro ElectroMechanical System：微电子机械系统)结构的发电元件。

另一方面，在专利文献3中公开了如下类型的发电元件：使用通过将一端固定的单支梁来支撑重锤体的锤头型结构体，使构成头部分的重锤体振动，通过配置于柄的部分的发电用压电元件进行发电。另外，在专利文献4中公开了使用该锤头型结构体的发电元件以及使用通过按L字型弯曲的板状桥梁部来支撑重锤体的结构体的压电元件。

这些发电元件的基本原理是，通过重锤体的振动使压电元件产生周期性的挠曲，将基于施加于压电元件的应力而产生的电荷提取到外部。若将这种发电元件例如搭载于汽车、列车、船舶等，则能将在输送中施加的振动能量作为电能提取。另外，还能安装于冰箱或空调等振动源进行发电。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：特开平10-243667号公报

专利文献2：特开2011-152010号公报

专利文献3：美国专利公开第2013/0154439号公报

专利文献4：WO2015/033621号公报

发明内容

发明要解决的技术问题

如上述例子所示，在通过从外部施加的振动能量使重锤体振动、并将通过该重锤体的振动产生的机械变形转换为电能的发电元件的情况下，为了提高发电效率，重要的是使重锤体尽量高效地振动。但是，一般在机械性谐振系统中，根据其结构来规定固有的谐振频率，当从外部施加的振动能量的频率接近该谐振频率时，能使重锤体高效地振动，但当偏离该谐振频率时，无法使重锤体充分地振动。

在上述各专利文献中记载的MEMS结构的发电元件的情况下，作为机械性结构部分的材料，多使用硅或金属。使用这种材料的谐振系统的频率特性一般存在谐振频率的峰值(Q值)高而半值宽度窄的倾向。这意味着在实际环境中使用发电元件的情况下，当从外部环境施加的振动的频率接近该发电元件所固有的谐振频率时能进行高效的发电，但当偏离谐振频率时无法得到充分的发电效率。

通常当设计发电元件时，设想在实际使用环境中会从外部施加的振动的频率，进行谐振频率与该设想频率一致的研究。但是，在实际的使用环境中，具有各种频率的振动混合存在，不是施加具有单一频率的振动。因此，即使设想特定的振动频率来设计发电元件，在实际使用环境下施加包含设想外的频率的振动的情况也不少。另外，包括硅或金属的结构部分的谐振频率还根据外部应力或温度的不同而变动，因此即使施加具有设计时设想所示的频率的振动，也不一定进行高效的发电。