压电发电装置的制造方法_3

文档序号:8207998阅读:来源:国知局
(第I谐振频率)与由第2振动部K2和第2锤部M2构成的第2谐振器、换言之由发电元件61?64和锤部81、82构成的第2谐振器的基本谐振频率(第2谐振频率)相同,或者第I谐振频率是第2谐振频率附近的频率。在具有这种结构的压电发电装置I中,在因来自外部的振动等力等而产生与振动面FS垂直方向的振动的情况下,第I谐振器与第2谐振器以相同或者附近频率耦合从而在第I谐振器与第2谐振器之间授受振动能,第2谐振器从第I谐振器吸收振动能,第2谐振器以更大的振幅振动。而且,发电元件61?64构成第2谐振器,所以与发电元件单体的情况相比,能够得到大的电力。
[0047]其中,考虑来自外部的振动等力等,适当地将第I谐振器的基本谐振频率和第2谐振器的基本谐振频率设定为数Hz?10Hz中的任意频率。在压电发电装置I被搭载于人携带的电子设备、搭载于自行车/汽车等的电子设备的情况下,第I谐振器的基本谐振频率和第2谐振器的基本谐振频率例如为约15Hz。
[0048]在压电发电装置I中,由发电元件61、62和锤部81构成的第2谐振器以及由发电元件63、64和锤部82构成的第2谐振器被配置成各自的沿着Y轴的方向相互不同。换言之,锤部81的一部分位于发电元件63、64的固定端侧的Z轴负方向侧,锤部82的一部分位于发电元件61、62的固定端侧的Z轴负方向侧。因此,在狭窄的空间内配置2个第2谐振器。通过使这2个第2谐振器的基本谐振频率大致一致,并且使从各个发电元件输出的电力经由匹配电路进行调整,从而压电发电装置I能够实现高的发电效率。
[0049]如图4(A)所示,在压电发电装置I中,固定部51、52被设置于锤板4的下表面,发电元件61?64的固定端(CE2)经由外框部60与固定部51、52的下表面接合。另一方面,螺旋弹簧31?36的自由端(FEl)与锤板4的下表面接合。因此,在以与基座部2的下表面接触的振动面FS为基准时,发电元件61?64的固定端(CE2)的高度位置(Z轴方向的位置)T2与螺旋弹簧31?36的自由端(FEl)的高度位置(Z轴方向的位置)Tl不同。更具体而言,在第I谐振器和第2谐振器静止的状态下,在以与基座部2的下表面接触的振动面FS为基准时,与螺旋弹簧31?36的自由端(FEl)的Z轴方向的位置相比,发电元件61?64的固定端(CE2)的Z轴方向的位置更靠近螺旋弹簧31?36的固定端(CEl)的位置。螺旋弹簧31?36的自由端(FEl)的高度位置Tl和发电元件61?64的固定端(CE2)的高度位置T2对在发电元件61?64中沿着Z轴产生的纵振动(主振动)的振幅大小和沿着X轴方向、Y轴方向产生的副振动(横振动)的振幅大小造成影响,所以通过发电元件61?64的固定端(CE2)比螺旋弹簧31?36的自由端(FEl)更靠Z轴负方向侧,能够大幅度地抑制在发电元件61?64中沿着X轴方向、Y轴方向产生的副振动(横振动)。
[0050]这里,对为了确认螺旋弹簧31?36的自由端(FEl)的高度位置和发电元件61?64的固定端(CE2)的高度位置(Z轴方向的位置)对在发电元件61?64中沿着Z轴产生的纵振动(主振动)和沿着X轴方向、Y轴方向产生的副振动(横振动)造成的影响进行的仿真进行说明。在仿真中,以与上述实施方式相同的结构,计算出发电元件61?64的固定端(CE2)的高度位置与主振动的机电耦合系数之间的关系。另外,以构成为不是将主振动而是将副振动的振动能转换成电能的比较结构,计算出发电元件61?64的固定端(CE2)的高度位置与副振动的机电耦合系数之间的关系。
[0051 ] 其中,这里,若在以第I谐振器和第2谐振器静止的状态下的、螺旋弹簧31?36的固定端(CEl)的高度位置(Z轴方向的位置)为基准时,螺旋弹簧31?36的自由端(FEl)的高度位置Tl与发电元件61?64的固定端(CE2)的高度位置T2之差(T2-T1)为负,则发电元件61?64的固定端(CE2)与螺旋弹簧31?36的自由端(FEl)相比位于Z轴负方向侧。即,如在上述的实施方式中所示那样,发电元件61?64的固定端(CE2)与从锤板4的下表面突出的固定部51、52的下表面接合。另一方面,若Tl与T2之差(T2-T1)为正,则发电元件61?64的固定端(CE2)与螺旋弹簧31?36的自由端(FEl)相比位于Z轴正方向侧。因此,需要通过在锤板4的下表面设置凹部、或者在锤板4与螺旋弹簧31?36之间夹设间隔件,来提高发电元件61?64的固定端(CE2)的高度位置T2,或者降低螺旋弹簧31?36的自由端(FEl)的高度位置Tl。
[0052]图6(A)是表示Tl和T2之差(T2-T1)与主振动以及副振动的机电耦合系数之间的关系的图。这里,Tl与T2之差(T2-T1)在-18mm?+15mm的范围内变更。如图6的(A)所示,在Tl与T2之差(T2-T1)为-15mm?+5mm的范围内,主振动的机电耦合系数较大。另一方面,在Tl与T2之差(T2-T1)比-15mm小的范围内、即在固定部51、52的高度尺寸(Z轴方向的尺寸)超过15mm的范围内,主振动的机电耦合系数变小。另外,在Tl与T2之差(T2-T1)比+5mm大的范围内、即在替代固定部51、52而将在底部接合有发电元件61?64的凹部设置于锤板4且该凹部的深度超过+5mm的范围内,主振动的机电耦合系数也变小。
[0053]如图6(A)所示,在Tl与T2之差(T2-T1)为-1Omm?_5mm的范围内,副振动的机电耦合系数小。另一方面,在Tl与T2之差(T2-T1)比-1Omm小的范围内、即在固定部51、52的高度(Z轴方向的尺寸)超过1mm的范围内,副振动的机电耦合系数变大。另外,在Tl与T2之差(T2-T1)比_5mm大的范围内、即在固定部51、52的高度尺寸(Z轴方向的尺寸)比5mm小的情况下或在替代固定部51、52而将在底部接合有发电元件61?64的凹部设置于锤板4的情况下,副振动的机电耦合系数也变大。
[0054]根据此可知,发电元件61?64的固定端(CE2)的高度位置T2对在发电元件61?64中沿着Z轴产生的纵振动(主振动)的振幅大小和沿着X轴方向、Y轴方向产生的副振动(横振动)的振幅大小造成影响。换言之,可知发电元件61?64的固定端(CE2)的高度位置T2对在发电元件61?64中沿着Z轴产生的纵振动(主振动)的振幅大小和沿着X轴方向、Y轴方向产生的副振动(横振动)的振幅大小造成影响。另外,可知根据发电元件61?64的固定端(CE2)的高度位置T2的变化,主振动的机电耦合系数与副振动的机电耦合系数相反变化。另外,主振动的机电耦合系数大意味着压电发电装置I的发电效率高,所以可知在第I实施方式所涉及的压电发电装置I中,通过将螺旋弹簧31?36的自由端(FEl)的高度位置Tl和发电元件61?64的固定端(CE2)的高度位置T2设定成Tl与T2之差(T2-T1)在-15mm?+5mm的范围内,能够实现高的发电效率。另外,根据第I实施方式所涉及的压电发电装置1,通过使副振动的机电耦合系数减小,能够减小不需要的副振动,实现可靠性的提尚。
[0055]图6(B)是表示利用Tl将Tl与T2之差(T2-T1)标准化后的标准差(T2_T1)/T1、与以标准差(T2-TD/T1为O时为基准而将主振动以及副振动的机电耦合系数标准化后的标准化机电耦合系数之间的关系的图。如图6的(B)所示,在标准差(Τ2-Τ1)/Τ1满足-2.1< (T2-TD/T1 < -0.1的关系的情况下,主振动的标准化机电耦合系数大于副振动的标准化机电耦合系数。因此,在第I实施方式所涉及的压电发电装置I中,通过按照标准差(T2-TD/T1满足-2.1 < (T2-TD/T1 < -0.1的关系的方式设置螺旋弹簧31?36的自由端(FEl)的高度位置Tl和发电元件61?64的固定端(CE2)的高度位置Τ2,能够实现高的发电效率,并且能够减小不需要的副振动,实现可靠性的提高。
[0056]以上,如说明那样,在本实施方式中,通过使螺旋弹簧31?36的自由端(FEl)的高度位置Tl与发电元件61?64的固定端(CE2)的高度位置Τ2不同,能够调整在发电元件61?64中沿着Z轴产生的纵振动(主振动)和沿着X轴方向、Y轴方向产生的副振动(横振动),实现高的发电效率,并且能够减少不需要的副振动,实现可靠性的提高。
[0057]此外,各部的具体的结构等能够适当地变更设计,上述实施方式所记载的作用及效应仅是列举出的由本发明产生的最好的作用及效应,基于本发明的作用及效应并不限定于上述实施方式所记载的作用及效应。
[0058]接下来,基于图
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