振動發電裝置以及發電裝置製造方法
2023-07-09 01:11:16
振動發電裝置以及發電裝置製造方法
【專利摘要】本發明是通過將駐極體組和電極組設置在可動部件以及固定部件上而且兩個部件由於外部振動在相對移動方向上發生移位來進行發電的振動發電裝置，駐極體組和電極組收容在殼體部中。而且，通過第一支撐部，以規定駐極體組與電極組之間的間隙的方式，把可動部件支撐為能夠相對於殼體部內的底面相對移動，並且通過第二支撐部，把可動部件支撐為能夠相對於殼體部內的底面以及規定相對移動方向的殼體部的側方內壁面相對移動。然後，對可動部件向殼體部內的側方內壁面進行施力，在相對移動時保持第二支撐部的該可動部件的支撐狀態。由此，在通過使駐極體和電極以對置的狀態相對移動來進行發電的振動發電裝置中，能夠儘可能地降低駐極體的排列與電極的排列的偏差。
【專利說明】振動發電裝置以及發電裝置
【技術領域】
[0001 ] 本發明涉及利用外部振動進行發電的振動發電裝置或發電裝置。
【背景技術】
[0002]當今的節能大潮使得不依賴化石燃料等的日常存在的環境能源受到關注。作為環境能源，基於太陽能或風力等的發電能源廣為公知，作為具有不劣於這些能源的能源密度的環境能源，能夠列舉出日常生活中存在的振動能源。
[0003]因此，開發出了利用這種振動能源進行發電的振動發電裝置，在該發電裝置中廣泛利用能夠半永久地保持電荷的駐極體(例如，參照專利文獻I)。在該技術中，通過在用于振動發電的可動部件與固定部件之間配置支撐用的鋼球，成為保持可動部件與固定部件之間的間隙的結構。此外，在橫向(與移動方向正交的方向)上，雖然配置為在可動部件與固定部件之間夾著支撐用鋼球，但由於可動部件以及固定部件的尺寸精度，而存在某程度的動作空間。
[0004]現有技術文獻
[0005]專利文獻
[0006]專利文獻1:日本特開2011-135710號公報
[0007]專利文獻2:日本國際公開第2009/054251號小冊子
【發明內容】
[0008]發明所要解決的課題
[0009]在通過使駐極體和電極以對置的狀態相對移動來進行發電的情況下，當電極的排列相對於駐極體的排列的相對角度發生偏差，即方位角變大時，由於實際的駐極體與電極的重疊面積降低，所以基於外部振動的發電效率降低。例如，即使在固定部件以及可動部件中適當地配置駐極體或電極，但只要可動部件的相對移動方向相對於設置在固定部件上的電極等的排列發生偏差，其結果，在用于振動發電的相對移動中方位角就會變大。
[0010]因此，如現有技術所示，為了使得駐極體等的排列與相對移動方向之間不產生偏差，可採用在可動部件與固定部件之間的空隙處配置支撐用的鋼球的結構、或在朝著一個方向延伸的槽上配置支撐用的鋼球的結構。但是，在現有技術所示的結構中，由於規定上述空隙的可動部件或固定部件的尺寸精度、規定上述槽的寬度的尺寸精度等不同，難以充分地校正相對移動中的駐極體的排列與電極的排列之間的方位角。另外，因為需要形成上述空隙或槽，所以振動發電裝置的製造變得煩雜。
[0011]本發明是鑑於上述問題而作出的，其目的是提供如下這樣的結構，即，在通過使駐極體和電極以對置的狀態相對移動來進行發電的振動發電裝置中，儘可能地降低駐極體的排列與電極的排列之間的偏差(方位角)。
[0012]解決問題的手段
[0013]在本發明中，為了解決上述課題，在通過使駐極體和電極以對置的狀態相對移動來進行發電的振動發電裝置中，除了在上下方向支撐可動部件和固定部件的第一支撐部之夕卜，還採用了利用沿著可動部件與固定部件的相對移動方向進行延伸的殼體部的側方內壁面來支撐可動部件的第二支撐部，並且為了維持第二支撐部的支撐而採用了對可動部件向側方內壁面進行施力的結構。這樣，通過利用元件的殼體部的內壁面支撐與相對移動相關的可動部件，可利用簡便的結構來儘可能地降低駐極體的排列與電極的排列的方位角。
[0014]因此，詳細地說，本發明是如下的振動發電裝置，其中，由多個駐極體構成的駐極體組和由多個電極構成的電極組通過外部振動而在相對移動方向發生移位，由此來進行發電，該振動發電裝置具備:殼體部，其收容所述駐極體組和所述電極組；固定部件，其設置有所述駐極體組和所述電極組中的一方，並且固定在所述殼體部側；可動部件，其設置有所述駐極體組和所述電極組中的另一方，並且被收容於所述殼體部內，使得能夠在保持與所述固定部件對置的狀態的同時，通過外部振動而相對移動；第一支撐部，其以規定所述駐極體組與所述電極組之間的間隙的方式，把所述可動部件支撐為能夠相對於所述殼體部內的底面相對移動；第二支撐部，其把所述可動部件支撐為能夠相對於所述殼體部內的底面以及規定所述相對移動方向的所述殼體部的側方內壁面相對移動；以及支撐保持部，其對所述可動部件向所述殼體部內的側方內壁面施力，並在相對移動時保持所述第二支撐部對該可動部件的支撐狀態。
[0015]在本發明的振動發電裝置中，駐極體組和電極組通過外部振動在相對移動方向上發生移位，由此進行振動發電。這裡，將駐極體組和電極組中的任意一個配置在固定部件上，將另一個配置在可動部件上。這兩個部件雖然收容在殼體部的內部，但固定部件相對於殼體部被固定，另一方面，通過將可動部件配置為相對於固定部件可相對移動，由此能夠實現上述駐極體組與電極組的用于振動發電的相對移動。
[0016]這裡，作為決定振動發電裝置的發電特性的主要原因，可舉出駐極體組與電極組之間的間隙距離(以下，有時也簡稱為「間隙距離」)、以及固定部件與可動部件的相對移動中的駐極體的排列和電極的排列的角度偏差(以下，有時也簡稱為「方位角(azimuth)」)。因此，在本發明的振動發電裝置中，關於間隙距離，構成為，通過利用第一支撐部相對於殼體部內的底面而支撐可動部件來規定振動發電中適合的間隙距離。此外，該底面是在殼體部內收容了固定部件以及可動部件時這些部件的自重主要施力的殼體部內的壁面之一。因此，關於第一支撐部對可動部件的支撐，始終處於可動部件自重的至少一部分經由第一支撐部施加於底面的狀態。
[0017]另外，關於方位角，相對於與上述底面不同的殼體部的其它內壁面，S卩，與該底面一起規定可動部件的相對移動方向的側方內壁面，利用第二支撐部來支撐可動部件，並且利用支撐保持部對可動部件向側方內壁面進行施力，由此能夠保持第二支撐部的支撐狀態。結果是，可動部件相對於固定部件的相對移動成為由殼體部內的底面和側方內壁面規定的方向(相對移動方向)，並且形成針對各個面經由可動部件施加了某種負荷(相對於底面來說是可動部件自重的至少一部分、相對於側方內壁面來說是作用力)的狀態。因此，可動部件能夠可靠地追隨於底面以及側方內壁面，並以這些面作為引導，相對於固定部件進行相對移動，從而，能夠適當維持間隙距離和抑制方位角的增加。
[0018]另外，殼體部內的底面以及側方內壁面都是殼體部的內壁面的一部分，所以在形成與可動部件的相對移動有關的引導機構的過程中，不需要設置特別的結構。因此，能夠使振動發電裝置的結構成為更簡便的結構，從而使振動發電裝置的製造也變得容易。
[0019]此外，在本發明的振動發電裝置中，上述殼體部可配置兩個部件，使得能夠通過固定部件與可動部件的相對移動進行發電，並且在如上所述為了抑制方位角而提供作為與相對移動相關的引導機構發揮作用的內壁面中，形成在殼體部的內部並收容駐極體組和電極組的空間並非一定要是閉合空間。例如，也可以是，在形成為外部氣體可在其內部出入的殼體部中,在其內部收容駐極體組和電極組以能夠進行發電。
[0020]這裡，在上述振動發電裝置中可構成為還具備傾斜部，該傾斜部使所述殼體部傾斜，使得利用所述第二支撐部進行所述可動部件的支撐的所述側方內壁面以所述振動發電裝置的設置面為基準配置在下方。而且，可以構成為，通過所述傾斜部使所述殼體部傾斜，所述支撐保持部利用所述可動部件的自重對該可動部件向所述側方內壁面施力。
[0021]這樣，振動發電裝置通過具備傾斜部，使殼體部進行傾斜，使得側方內壁面到達下方，使可動部件的自重不僅分配給第一支撐部側，還分配給第二支撐部側。結果是，能夠高效地利用可動部件的自重，從而能夠使可動部件可靠地追隨於底面以及側方內壁面，在抑制方位角的同時相對於固定部件進行相對移動。此外，關於傾斜部進行的殼體部的傾斜，只要是通過可動部件的自重而作用於殼體部內的底面以及側方內壁面的力是成為適合於可動部件的相對移動的負荷的範圍，則其傾斜角度沒有特別限定。
[0022]另外，關於支撐保持部對接觸狀態的保持還可以採用其它方式。例如，當上述振動發電裝置還具備設置在所述可動部件與所述殼體部之間的多個彈性部件時，所述支撐保持部可構成為，利用由所述多個彈性部件對所述可動部件產生的彈力的合力，對該可動部件向所述側方內壁面施力。即，為了保持第二支撐部對可動部件的支撐狀態，而利用多個彈性部件。在此情況下，特別優選的是，在可動部件進行相對移動期間，多個彈性部件的施力始終成為對可動部件向側方內壁面進行按壓的力。
[0023]另外，當如上所述地利用多個彈性部件對可動部件作用施力時，優選所述多個彈性部件經由一處的連接部與所述可動部件連接。假設當多個彈性部件經由多處的連接部與可動部件進行連接時，根據該連接部的位置或各彈性部件的彈力大小等，較容易地對可動部件作用如下力:與用於發電的相對移動不同的相對移動的、產生可動部件的旋轉的旋轉力(力矩)。當旋轉力作用於可動部件時，會阻礙用于振動發電的相對移動，所以無法避免發電效率的降低。因此，通過如上所述地設多個彈性部件的連接部為一處，能夠避免可動部件旋轉所導致的發電效率的降低。
[0024]另外，關於支撐保持部進行的接觸狀態的保持，還可以採用其它方式。例如，可構成為，上述支撐保持部通過在所述可動部件與所述側方內壁面之間以使兩者接近的方式作用的預定的物理力，對該可動部件向該側方內壁面施力。所謂預定的物理力可例示為磁力、靜電引力、物理壓力、離心力等，只要不阻礙可動部件的相對移動，就可以採用各種物理力。
[0025]這裡，在上述的振動發電裝置中，可根據規定所述相對移動方向的所述側方內壁面的形狀來決定該駐極體組中的該多個駐極體的排列和該電極組中的該多個電極的排列，以使與所述振動發電關聯的所述駐極體組所包含的多個駐極體和所述電極組所包含的多個電極的重疊面積最大。在多個駐極體與多個電極的重疊面積最大時，最優選在多個駐極體的排列與多個電極的排列一致並且方位角為零時，振動發電裝置的發電效率最大。因此，可通過根據規定相對移動方向的側方內壁面的形狀決定多個駐極體的排列和電極的排列，來儘可能地實現良好的發電效率。尤其是，在本發明的振動發電裝置中，因為可動部件可靠地追隨於殼體部內的底面和側方內壁面而進行相對移動，所以通過如上所述地決定駐極體的排列和電極的排列，可期待發電效率的進一步提聞。
[0026]另外，在上述的振動發電裝置中，所述可動部件可構成為，在與移動方向內壁面對置的該可動部件的寬度上的中央部位具有接觸部，該接觸部在該可動部件沿著所述相對移動方向進行移位時，與該移動方向內壁面接觸，其中該移動方向內壁面是所述殼體部的內壁面，位於該可動部件的該相對移動方向上。這樣，將接觸部配置於可動部件的寬度的中央部位，假設外部振動的結果、即可動部件移位到最大振幅並與移動方向內壁面接觸時產生可動部件的旋轉力，對於該旋轉力，能夠使可動部件的旋轉中心與旋轉力的作用點即接觸部與移動方向內壁面的接觸位置的距離變短，從而，能夠儘可能地減小作用於可動部件的旋轉力。結果是，能夠抑制由於旋轉力而導致的發電效率的降低。
[0027]另外，在上述的振動發電裝置中，可構成為所述第一支撐部利用夾持在所述殼體部內的底面與所述可動部件之間配置的第一旋轉部件，旋轉支撐該可動部件，所述第二支撐部利用夾持在所述側方內壁面與所述可動部件之間配置的第二旋轉部件，旋轉支撐該可動部件。這樣通過用獨立的旋轉部件構成第一支撐部中的旋轉支撐和第二支撐部中的旋轉支撐，能夠儘可能地抑制各旋轉部件中的滑動。此外，作為旋轉部件可利用鋼球或圓柱狀的部件等。
[0028]另外，關於各支撐部中的旋轉支撐，假設為通過利用鋼球難以產生差動滑動的結構，從而在可動部件與固定部件之間的相對移動中能夠在理論上排除滑動摩擦。例如，通過以下這樣地構成第二支撐部的支撐，可期待排除滑動摩擦。
[0029](I)在上述的振動發電裝置中，當所述第二旋轉部件是具有球形狀的鋼球時，在保持著所述支撐保持部的支撐狀態的狀態下，所述鋼球經由從與該鋼球的落下方向對置的方向支撐該鋼球的第一接觸點和相對於該鋼球位於所述第一方向的相反側的第二接觸點與所述可動部件接觸，並且經由第三接觸點與所述側方內壁面接觸，另外，也可以是，連接所述第一接觸點、所述第二接觸點、所述第三接觸點而形成的假想三角形成為以該第三接觸點為頂點的等腰三角形。
[0030](2)在上述的振動發電裝置中，當所述第二旋轉部件是具有球形狀的鋼球時，在保持著所述支撐保持部的支撐狀態的狀態下，所述鋼球經由從與該鋼球的落下方向對置的方向支撐該鋼球的第一接觸點與所述可動部件接觸，並且經由第二接觸點與所述側方內壁面接觸，連接所述第一接觸點、所述第二接觸點的假想直線通過該鋼球的中心。
[0031]另外，還能夠通過來自外部的力進行發電的發電裝置的觀點來捕捉本發明。此情況下的本發明的發電裝置通過由多個駐極體構成的駐極體組和由多個電極構成的電極組之間的相對移動進行發電，在該發電裝置中具備:殼體部，其收容所述駐極體組和所述電極組；固定部件，其設置有所述駐極體組和所述電極組中的一方，並且固定在所述殼體部側；可動部件，其設置有所述駐極體組和所述電極組中的另一方，並且被收容於所述殼體部內，使得能夠在保持與所述固定部件對置的狀態的同時，通過來自外部的力而相對移動；第一支撐部，其其以規定所述駐極體組與所述電極組之間的間隙的方式，把所述可動部件支撐為能夠相對於所述殼體部內的底面相對移動；第二支撐部，其把所述可動部件支撐為能夠相對於所述殼體部內的底面以及規定所述相對移動方向的所述殼體部的側方內壁面相對移動；以及支撐保持部，其對所述可動部件向所述殼體部內的側方內壁面施力，並在相對移動時保持所述第二支撐部對該可動部件的支撐狀態。即使在上述發電裝置中，也能夠應用與上述本發明的振動發電裝置相關的技術思想。因此，在該發電裝置中，當為了發電而利用來自外部的力使可動部件相對於固定部件進行相對移動時，可實現兩者的間隙距離的適當維持和方位角增加的抑制。此外，作為該發電裝置中的可動部件的相對移動的方式，可例示除了如上所述的基於外部振動的往復運動之外，還有可動部件相對於固定部件單方向地進行移動的方式、或可動部件相對於固定部件能夠持續地進行移動的方式(例如，環狀地形成固定部件並且可動部件在該環狀內表面或外面進行移動的方式)。
[0032]另外，還可以從振動發電裝置的組裝方法的觀點來捕捉本發明。在此情況下，本發明是由多個駐極體構成的駐極體組和由多個電極構成的電極組通過外部振動而在相對移動方向發生移位，由此來進行發電的振動發電裝置的組裝方法，其具有以下步驟:從收容所述駐極體組和所述電極組的殼體部的外部以該駐極體組或該電極組朝向該殼體部的內部的狀態向該殼體部內插入設置有該駐極體組和該電極組中的一方的固定部件；在將所述固定部件定位於所述殼體部側的突起部的狀態下，將該固定部件固定於該殼體部上，該殼體部側的突起部定位於沿著所述插入的方向相對於所述殼體部內的底面具有預定高度的位置；在所述殼體部的內部的底面上配置第一支撐部，該第一支撐部支撐設置有所述駐極體組和所述電極組中的一方的可動部件，並規定該駐極體組與該電極組之間的間隙；在所述第一支撐部件上配置所述可動部件，使得設置在所述可動部件的所述駐極體組或所述電極組朝向所述固定部件側；以及配置第二支撐部，該第二支撐部把該可動部件支撐為能夠在所述殼體部內的底面以及規定所述相對移動方向的所述殼體部的側方內壁面與所述可動部件之間相對移動，使該可動部件在由該第二支撐部進行支撐的狀態下對該殼體部內的側方內壁面進行施力。
[0033]發明效果
[0034]在通過使駐極體和電極以對置的狀態相對移動來進行發電的振動發電裝置中，能夠儘可能地降低駐極體的排列與電極的排列之間的偏差(方位角)。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0035]圖1是示出本發明實施例的振動發電裝置的駐極體組以及電極組的概略結構的圖。
[0036]圖2是本發明第一實施例的振動發電裝置的俯視圖。
[0037]圖3A是圖2所示的振動發電裝置的第一剖視圖。
[0038]圖3B是圖2所示的振動發電裝置的第二剖視圖。
[0039]圖4是示出圖2所示的振動發電裝置的設置狀態的圖。
[0040]圖5A是示出圖2所示的振動發電裝置的組裝過程的第一圖。
[0041]圖5B是示出圖2所示的振動發電裝置的組裝過程的第二圖。
[0042]圖5C是示出圖2所示的振動發電裝置的組裝過程的第三圖。
[0043]圖是示出圖2所示的振動發電裝置的組裝過程的第四圖。
[0044]圖5E是示出圖2所示的振動發電裝置的組裝過程的第五圖。
[0045]圖5F是示出圖2所示的振動發電裝置的組裝過程的第六圖。
[0046]圖6是本發明第二實施例的振動發電裝置的俯視圖。
[0047]圖7是本發明第三實施例的振動發電裝置的俯視圖。
[0048]圖8是本發明第四實施例的振動發電裝置的俯視圖。
[0049]圖9A是示出本發明的振動發電裝置中的可動部件與側方內壁面之間的支撐構造的第一圖。
[0050]圖9B是示出本發明的振動發電裝置中的可動部件與側方內壁面之間的支撐構造的第二圖。
[0051]圖9C是示出本發明的振動發電裝置中的可動部件與側方內壁面之間的支撐構造的第三圖。
【具體實施方式】
[0052]以下，參照附圖來說明本發明實施方式的振動發電裝置。此外，以下實施方式的結構僅為例示，本發明不限於該實施方式的結構。
[0053]圖1示出本發明的振動發電裝置10的概略結構，尤其示出進行基於外部振動的發電的可動部件I和固定部件5上分別設置的駐極體組Ia以及電極組5a的結構。此外，在圖1中，作為駐極體以及電極排列的方向，設可動部件I相對於固定部件5的相對移動方向為X方向，設可動部件I與固定部件對置的方向為Z方向，設與X方向以及Z方向正交的方向為Y方向。並且，圖1是在ZX平面切割振動發電裝置10時的剖視圖。
[0054]在振動發電裝置10中，在後述圖2等所示的殼體11的內部收納有可動部件I以及固定部件5。可動部件I和固定部件5構成為在保持彼此對置的狀態下能相對移動，關於可進行該相對移動的可動部件I的支撐構造將在後面敘述。另外，固定部件5固定在殼體11上。與此相對，可動部件I的兩端分別通過彈簧14與殼體11連接(參照圖2等)，因此可動部件I自身構成為通過外部振動與固定在殼體11上的固定部件5相對地進行往復運動(振動)。
[0055]此外，可動部件I和固定部件5構成為，在保持相互對置且相互平行的狀態下即保持對置的面的間隔固定的狀態下，能夠相對移動。由此，通過可動部件I側的駐極體2的作用，能夠在固定部件5側的一對電極6、7中生成電信號。因為該電信號的生成理論是現有技術，所以在本說明書中省略其詳細的說明。另外，關於保持可動部件I與固定部件5之間的間隔的結構，即，用於維持兩者間平滑的相對移動的結構，將在後面敘述。
[0056]這裡，說明可動部件I側的構造。可動部件I在可動基板Ib上形成有駐極體組la。該駐極體組Ia包含:多個駐極體2，它們設置在可動部件I中的與固定部件5對置的一面側，並分別形成在導電體上；以及多個保護電極4，它們均不接地。而且，沿著可動部件I相對於固定部件5進行相對移動方向(X方向)，駐極體2和保護電極4以交替排列的方式配置。雖然該多個駐極體2和多個保護電極4分別形成為梳狀，各個駐極體2和各個保護電極4嵌套狀地配置，但如上所述，由於圖1是ZX剖視圖，因此圖示為駐極體2和保護電極4交替地配置。在本實施方式中，駐極體2構成為半永久地保持負電荷。
[0057]此外，關於保護電極4，在本實施方式中如上所述地採用不接地的結構，但取而代之也而已採用接地的結構。
[0058]接著,說明固定部件5側的構造。固定部件5在固定基板5b上形成有電極組5a。該電極組5a設置在固定部件5中的與可動部件I的對置的一面側，包含將一對電極(第一電極6和第二電極7)作為一組的多個小電極組。
[0059]在這樣構成的振動發電裝置10中，由於外部振動而引起具有多個駐極體2的可動部件I相對於固定部件5的相對位置變動，由此在電極6、7之間產生與該相對位置變動(振動)對應的電動勢，並進行發電。然後，產生的電力由整流器20整流而作為振動發電裝置10的輸出。
[0060]實施例1
[0061]圖2、圖3A、圖3B示出第一實施例的振動發電裝置10的概略結構。圖2是振動發電裝置10的俯視圖(XY平面中的俯視圖)，圖3A是圖2中的A-A剖視圖(ZY平面中的剖視圖)，圖3B是圖2中的B-B剖視圖(ZX平面中的剖視圖)。其中，圖2表示拆去殼體11的上表面Ilc使其內部從上方可視化的狀態。由這些圖可知，包含電極組5a以及固定基板5b的固定部件5和包含駐極體組Ia以及可動基板Ib的可動部件I都收容在振動發電裝置10的殼體11內。該殼體11具有大致長方體的形狀，並具備上表面He、底面lib、沿著可動部件I的相對移動方向即X方向延伸的一組側面Ila和與該相對移動方向正交的側面即沿著Y方向延伸的一組側面lid。
[0062]然後，如圖3A所示，以電極組5a朝向上方(殼體11的內側)的方式，將固定部件5固定在殼體11的底面lib。另一方面,相對於這樣固定於殼體11的固定部件5,可動部件I按照能夠經由支撐用鋼球12相對於該固定部件5相對移動的方式被支撐，該支撐相當於本發明的第一支撐部進行的可動部件I的支撐。具體地說，如圖3A、圖3B所示，在可動部件I的駐極體組Ia側與底面Ilb的內壁面之間配置有能夠支撐可動部件I的相應個數的支撐用鋼球12。即，構成為在底面Ilb的內壁面上配置的多個支撐用鋼球12上進一步配置有可動部件I的結構。在這樣利用支撐用鋼球12支撐可動部件的狀態下，將可動部件I側的駐極體組Ia與固定部件5的電極組5a之間的間隔距離規定為適合於發電的預定距離。
[0063]另外，關於可動部件I,採用在相對於固定部件5的相對移動中用於降低在固定部件5側設置的電極6、7的排列與在可動部件I側設置的駐極體2的排列之間的方位角的進一步支撐構造。具體地說，在可動部件I與側面Ila的內壁面之間進一步配置支撐用鋼球
13。此外，利用可動部件I側的結構來支撐該支撐用鋼球13，使其不向下方落下，後面敘述其詳細的結構。在與側面Ila的內壁面對置的可動基板Ib的側面兩端設置有端部側突起ld，在該可動基板Ib的側面的中央部分設置有中央突起lc，在端部側突起Id與中央突起Ic之間形成有可配置支撐用鋼球13的支撐用槽le。因此如圖2所示，在可動部件I的左右分別形成有各兩個支撐用槽le，在各個支撐用槽上配置支撐用鋼球13。這樣在可動部件I側與殼體11的內壁面之間配置有支撐用鋼球13，由此能夠使可動部件I相對於固定部件5沿著相對移動方向平滑地進行移動。並且，該支撐相當於本發明的第二支撐部進行的可動部件I的支撐。
[0064]而且，經由在可動部件I的XY平面中的大致中央部分設置的連接部15，在可動部件I與殼體11的兩個側面Ild之間分別配置彈簧14。在圖2所示的狀態中，將彈簧14配置為與側面Ild的大致中央部分連接，各彈簧14的彈力作用於相對移動方向(X方向)。利用彈簧14的彈力，受到外部振動的可動部件I在殼體11內進行往復運動，實現有效的發電。
[0065]這樣，在本實施例的振動發電裝置10中，關於可動部件1，支撐用鋼球12對底面Ilb的支撐和支撐用鋼球13對側面Ila的支撐可獨立地進行。因為存在這兩個支撐，所以根據幾何學的條件可唯一地決定相對移動方向，能夠穩定地進行可動部件I相對於固定部件5的相對移動。
[0066]這裡，關於支撐用鋼球12對底面Ilb的支撐，因為可動部件I的自重的至少一部分施加到支撐用鋼球12上，所以在進行上述相對移動的期間較高地維持支撐用鋼球12相對於底面Ilb的內壁面的追隨性。另一方面，關於支撐用鋼球13對側面Ila的支撐，當如圖2等所示振動發電裝置10水平地配置在XY平面上時，理論上將支撐用鋼球13按壓到側面Ila的內壁面的力不作用，所以在進行上述相對移動的期間未必需要較高地維持支撐用鋼球13相對於該內壁面的追隨性。並且，當該追隨性降低時，產生可動部件I的相對移動的抖動，所以有可能使相對移動中的電極6、7的排列與駐極體2之間的方位角增大。
[0067]因此，在本發明的振動發電裝置10中，關於支撐用鋼球13對側面Ila的支撐，為了使支撐用鋼球13按壓側面I Ia的內壁面的力作用，採用了圖4所示的結構。圖4是在ZY平面上示出振動發電裝置10的配置的圖。可動部件I相對於紙面在垂直方向(X方向)上相對移動。在圖4所示的結構中，振動發電裝置10整體維持為在ZY平面上傾斜的狀態。具體地說，振動發電裝置10在具有相對於Y方向以傾斜角Θ傾斜的斜面的傾斜裝置16的該斜面上，經由固定裝置17被固定。
[0068]結果，在振動發電裝置10進行發電時，如圖4所示在ZY平面上維持傾斜狀態。在此情況下，可動部件I的自重Fg被分為與底面Ilb的內壁面垂直的分力Fgl和與側面Ila的內壁面垂直的分力Fg2，經由各個支撐用鋼球12、13對各自的內壁面進行作用。因此，在進行可動部件I的相對移動的期間，既能夠較高地維持支撐用鋼球12相對於底面Ilb的內壁面的追隨性，又能夠較高地維持支撐用鋼球13相對於側面Ila的內壁面的追隨性。因此，可動部件I經由支撐用鋼球13對側面Ila的內壁面進行施力的振動發電裝置10在傾斜狀態下的設置相當於本發明的支撐保持部。結果是，根據底面Ilb的內壁面和側面11的內壁面Ila唯一地規定可動部件I的相對移動方向，因此能夠抑制可動部件I在相對移動中的上述方位角的增加，從而能夠避免振動發電裝置10的振動效率的降低。
[0069]
[0070]這裡，根據圖5A?圖5F來說明振動發電裝置10的組裝方法。此外，本發明的振動發電裝置10的組裝不限於以下所示的組裝方法，但下述組裝方法作為容易形成抑制可動部件I在相對移動時的方位角的結構的方法極其有用。此外，在圖5A?圖5F的各圖中，上段是俯視圖(XY俯視圖)，下段是剖視圖(ZY剖視圖)。
[0071](工序I)
[0072]如圖5A所示，通過在固定基板5b上配置電極組5a來形成固定部件5。可利用粘結劑的粘接或鉚接及緊固螺釘等的物理固定方法來將電極組5a固定於固定基板5b。另外，為了使電極組5a相對於固定基板5b準確地進行定位，可以在固定基板5b側設置定位用的突起等，使電極組5a與該突起等接觸後固定在固定基板5b上。另外，也可利用用於固定電極組5a的夾具。
[0073](工序2)
[0074]接著，如圖5B所示，從殼體11的底面Ilb側插入在工序I中作成的固定部件5，使得電極組5a朝向殼體11的內部。此時，在殼體11的四角上設置有高度定位用的突起部lie。精確規定了該突起部Ile的下表面110相對於殼體11的底面Ilb的內壁面111的高度尺寸。而且，在殼體11上設置有圖5B中的橫向(Y方向)的用於確定固定部件5相對於殼體11的位置的定位突起部Hf。因此，通過定位突起部Ilf進行了橫向定位並且從底面Ilb側被插入殼體11內的固定部件5在抵著突起部lie的下表面110的狀態下，相對於底面11被固定。關於該固定部件5的固定，可利用粘結劑的粘接或鉚接及緊固螺釘等的物理固定方法。
[0075](工序3)
[0076]接著，如圖5C所示，通過在可動基板Ib上配置駐極體組Ia來形成可動部件I。可利用粘結劑的粘接或鉚接及緊固螺釘等的物理固定方法將駐極體組Ia固定於可動基板lb。另外，為了使駐極體組Ia相對於可動基板Ib準確地進行定位，可在可動基板Ib側設置定位用的突起等，使駐極體組Ia與該突起等接觸後固定於可動基板Ib上。另外，也可利用用於固定駐極體組Ia的夾具。另外，如上所述地為了在可動基板Ib與側面Ila的內壁面之間配置支撐用鋼球13，通過將駐極體組Ia固定於可動基板Ib來形成支撐用槽le。
[0077](工序4)
[0078]接著，如圖所示，在通過工序2固定有固定部件5的殼體11中，在底面Ilb的內壁面111上配置支撐用鋼球12。通過固定部件5的固定將該內壁面111定位於固定部件5的側面與殼體11的側面Ila之間。此外，圖示出為了穩定地支撐可動部件I而配置了 4個支撐用鋼球12的狀態。
[0079](工序5)
[0080]接著，如圖5E所示，在工序4中配置的4個支撐用鋼球12上，載置了在工序3中作成的可動部件I。由此，可動部件I上的駐極體組Ib的表面以底面Ilb的內壁面111為基準而位於上方為支撐用鋼球12的直徑的量。另一方面，關於固定部件5上的電極組5a的表面，通過使該表面抵著以內壁面111為基準規定了高度的突起部Ile的下表面110，來決定其高度。因此，駐極體組Ib的表面的高度和固定部件5上的電極組5a的表面的高度都以內壁面111為基準，因此在工序5中僅通過在支撐用鋼球12上載置可動部件1，就能夠準確地規定可動部件I與固定部件5的間隔距離。
[0081](工序6)
[0082]最後，如圖5F所示，在工序5中配置於支撐用鋼球12上的可動部件I的支撐用槽Ie中放置支撐用鋼球13，並且經由在可動部件I的中央部分設置的連接部15，連接可動部件I和殼體11的側面I ld，並利用上表面Ilc作為蓋，由此在殼體11內收容可動部件I等。
[0083]在圖4所示的傾斜裝置16上設置這樣組裝的振動發電裝置10，使得側面Ila到達下方，由此能夠良好地維持支撐用鋼球13的支撐狀態。另外，在上述組裝方法中，因為是利用殼體11的內壁面(底面Ilb的內壁面和側面Ila的內壁面)來配置支撐用鋼球12、13的結構，所以能比較容易地進行組裝。
[0084]實施例2
[0085]在支撐用鋼球13對側面Ila的支撐中，關於使支撐用鋼球13按壓側面Ila的內壁面的力進行作用的結構，在圖6中示出第二實施例。在本實施例中，關於經由連接部15對可動部件I進行連接的兩個彈簧14，使該彈簧14在殼體11側的連接位置位於如下位置:與上述實施例1的連接位置即側面Ild的中央部分相比，靠近使按壓力作用的側面Ila —側為距離AL的位置。結果是，可動部件I從彈簧14受到的彈力Fkl的方向與實施例1中的方向(大致相對移動方向)相比面向側面Ila側。然後，朝向側面Ila產生來自彈簧14的彈力的合力Fk2，該合力作為對支撐用鋼球13按壓側面Ila的內壁面的力發揮功能。由此，可利用底面Ilb的內壁面和側面11的內壁面Ila唯一地規定可動部件I的相對移動方向，所以能夠抑制可動部件I在相對移動中的方位角的增加，從而，能夠避免振動發電裝置10的振動效率的降低。因此，經由支撐用鋼球13對可動部件I向側面Ila的內壁面進行施力的兩個彈簧14相當於本發明的支撐保持部。
[0086]另外，在圖6所示的結構中，兩個彈簧14經由I個位置的連接部15與可動部件I進行連接，所以與利用多處的連接部連接彈簧14的情況相比，難以使旋轉力作用於可動部件I。當在相對移動方向上進行相對移動的可動部件I產生旋轉運動時，會阻礙用於發電的相對移動，所以上述連接結構對於抑制發電效率的降低是有用的。
[0087]實施例3
[0088]這裡，根據圖7來說明與固定部件5中的電極組5a所包含的電極的排列相關的第三實施例。在製造殼體11的過程中，按壓支撐用鋼球13的側面的厚度越薄，則該側面本身越容易彎曲。在圖7中，誇張地記載了該側面的彎曲程度，為了與之前敘述的實施例進行區另O，將該彎曲側面的參照編號設為11A。即使在對這樣彎曲的側面IlA按壓支撐用鋼球13的狀態下進行可動部件I的相對移動，也能夠期待方位角某程度的降低，但難以排除本來由於側面IlA的彎曲而引起的方位角。
[0089]因此，根據側面IlA的彎曲來調整固定部件5的電極組5a中的電極6、7的排列，還能夠排除由於側面IlA的彎曲而引起的方位角。例如圖7所示，在側面IlA彎曲使其中央部分在內側膨脹時，電極6、7以相對於側面IlA的內壁面垂直的方式形成電極組5a。因此，在圖7所示的例子中，在電極組5a上的電極間隔內配置各電極，使得圖的左側(側面IIA側)一方比右側窄。
[0090]通過這樣地構成固定部件5並且使支撐用鋼球13按壓側面IlA的內壁面，即使假設側面IlA彎曲，也能夠抑制可動部件I在相對移動中的方位角的增加，從而，能夠儘可能地避免振動發電裝置10的振動效率的降低。
[0091]實施例4
[0092]這裡，根據圖8來說明本發明的振動發電裝置10的第四實施例。在圖8所示的振動發電裝置10中，在可動部件I的Y方向上的中央部分設置有向位於可動部件I的相對移動方向的側面Ild—側突出的突起部18。而且，構成為，在可動部件I由於外部振動而大幅振動時，該突起部18與側面Ild的內壁面接觸。
[0093]因此，在可動部件I的振幅變大時，可動部件I和與突起部18對應的側面Ild的內壁面的位置即該內壁面的大致中央部分接觸。這樣，側面Iid與可動部件I的接觸位置越接近於中央部分，則越能夠縮短該接觸位置與可動部件I的旋轉中心之間的距離，因此能夠減輕在接觸時對可動部件I進行作用的旋轉力。結果，能夠抑制振動發電裝置10的發電效率的降低。
[0094]實施例5
[0095]這裡，根據圖9A?圖9C來說明經由支撐用鋼球13的可動部件I的支撐狀態。圖9A?圖9C是概括地記載了該支撐狀態的圖，尤其是，如上述實施例所示的那樣，圖9A公開了配置在支撐用槽Ie內的支撐用鋼球13的支撐狀態。這裡，在圖9A所示的支撐狀態中，構成為，支撐用鋼球13與可動部件I在點Pl和點Ql進行接觸，支撐用鋼球13與側面Ila的內壁面在點P2進行接觸，而且，由於接觸點PU Ql中的支撐用鋼球13的旋轉半徑不同，所以容易產生差動滑動。例如，雖然在點Pl處產生旋轉摩擦，但由於在點P2處產生滑動摩擦，因此關於支撐用鋼球13的支撐性，有可能耐磨損性降低或可動部件I的加速度性能降低等。
[0096]因此，關於經由支撐用鋼球13的可動部件I的支撐狀態，還可以採用圖9B所示的支撐結構。關於該結構，在支撐用槽Ie中為了支撐用鋼球13不落向下方，利用突出的斜面Ig進行支撐(此時的支撐用鋼球13與斜面Ig的接觸位置成為點P4)，並且支撐用鋼球13與設置在斜面Ig的上方的半球面狀的突起部If進行接觸。此時，支撐用鋼球13和突起部If在點P5處接觸，並且支撐用鋼球13和側面Ila的內壁面在點P6處接觸。另外，針對點P4、點P5、點P6之間的關聯性，設計斜面Ig和突起部If的大小、形狀，使得形成以點P6作為頂點的等腰三角形。結果是，能夠使點P4和點P5上的支撐用鋼球13的旋轉半徑相同，從而可以抑制差動滑動的產生。
[0097]另外，作為抑制支撐用鋼球13中的差動滑動產生的結構，還可以採用圖9C所示的結構。關於該結構，在支撐用槽Ie中為了使得支撐用鋼球13不落向下方，利用斜面Ih進行支撐，此時，支撐用鋼球13在點P7與斜面Ih進行接觸。並且，在側面Ila的內壁面側形成與該斜面Ih平行的斜面llal，支撐用鋼球13與該斜面Ilal經由點P8進行接觸。在圖9C所示的結構中，支撐用鋼球13僅在點P7和點P8處進行接觸，關於點P7與點P8的關係，設計斜面IhUlal的形狀，使得連接點P7與點P8的線通過支撐用鋼球13的中心。結果是，能夠抑制支撐用鋼球13中的差動滑動的產生。
[0098]實施例6
[0099]這裡，為了實現可動部件I與固定部件5的平滑相對移動，優選在支撐用槽Ie中支撐用鋼球13與槽Ie的兩端(中央突起lc、端部側突起Id)不接觸。因此，支撐用槽Ie的長度(相對移動方向的長度)優選是支撐用鋼球13的直徑加上可動部件I的最大振幅的長度以上。此外，可動部件I的最大振幅是可動部件I由於假定的外部振動而進行相對移動時的振幅的最大值，例如，在可動部件I以±2_進行相對移動(振動)時，成為其最大振幅2mm。
[0100]〈其它實施例〉
[0101]在上述的實施例中，可動部件I由於外部振動而相對固定部件5進行往復運動的相對移動，由此進行了發電，但在通過進行與上述不同的相對移動來實施發電的發電裝置中，也能夠應用上述實施例所公開的抑制方位角的結構。例如，在如下這樣的裝置中也能夠適當地應用抑制上述方位角的結構:如線性電機那樣可動部件由於來自外部的力而相對於固定部件向一個方向移動來實施發電的裝置、或者通過環狀地形成固定部件且在該固定部件內側的表面或外側的表面上使可動部件持續地向一個方向或往復地進行旋轉移動來實施發電的裝置。
[0102]符號說明
[0103]I....可動部件
[0104]la....駐極體組
[0105]Ib....可動基板
[0106]Ie....支撐用槽
[0107]2....駐極體
[0108]5....固定部件
[0109]5a....電極組
[0110]5b....固定基板
[0111]6、7....電極
[0112]10...?振動發電裝置
[0113]11....殼體
[0114]Ila....側面
[0115]Ilb....底面
[0116]Ild....側面
[0117]12...?支撐用鋼球
[0118]13...?支撐用鋼球
[0119]14...?彈簧
[0120]15...?連接部
[0121]16...?傾斜裝置
[0122]18....突起部
【權利要求】
1.一種振動發電裝置，其中，由多個駐極體構成的駐極體組和由多個電極構成的電極組通過外部振動而在相對移動方向上發生移位，由此來進行發電，該振動發電裝置具備: 殼體部，其收容所述駐極體組和所述電極組； 固定部件，其設置有所述駐極體組和所述電極組中的一方，並且固定在所述殼體部側； 可動部件，其設置有所述駐極體組和所述電極組中的另一方，並且被收容於所述殼體部內，使得能夠在保持與所述固定部件對置的狀態的同時，通過外部振動而相對移動； 第一支撐部，其以規定所述駐極體組與所述電極組之間的間隙的方式，把所述可動部件支撐為能夠相對於所述殼體部內的底面相對移動； 第二支撐部，其把所述可動部件支撐為能夠相對於所述殼體部內的底面以及規定所述相對移動方向的所述殼體部的側方內壁面相對移動；以及 支撐保持部，其對所述可動部件向所述殼體部內的側方內壁面施力，並在相對移動時保持所述第二支撐部對該可動部件的支撐狀態。
2.根據權利要求1所述的振動發電裝置，其中， 所述振動發電裝置還具備傾斜部，該傾斜部使所述殼體部傾斜，使得利用所述第二支撐部進行所述可動部件的支撐的所述側方內壁面以所述振動發電裝置的設置面為基準配置在下方， 通過所述傾斜部使所述殼體部傾斜，所述支撐保持部利用所述可動部件的自重對該可動部件向所述側方內壁面施力。
3.根據權利要求1所述的振動發電裝置，其中， 所述振動發電裝置還具備設置在所述可動部件與所述殼體部之間的多個彈性部件， 所述支撐保持部利用由所述多個彈性部件對所述可動部件產生的彈力的合力，對該可動部件向所述側方內壁面施力。
4.根據權利要求3所述的振動發電裝置，其中， 所述多個彈性部件經由一處的連接部與所述可動部件連接。
5.根據權利要求1所述的振動發電裝置，其中， 所述支撐保持部通過在所述可動部件與所述側方內壁面之間以使兩者接近的方式作用的預定的物理力，對該可動部件向該側方內壁面施力。
6.根據權利要求1?5中任意一項所述的振動發電裝置，其中， 根據規定所述相對移動方向的所述側方內壁面的形狀來決定該駐極體組中的該多個駐極體的排列和該電極組中的該多個電極的排列，使得與所述振動發電相關聯的、所述駐極體組所包含的多個駐極體和所述電極組所包含的多個電極的重疊面積最大。
7.根據權利要求1?6中任意一項所述的振動發電裝置，其中， 所述可動部件在與移動方向內壁面對置的該可動部件的寬度上的中央部位具有接觸部，該接觸部在該可動部件沿著所述相對移動方向進行移位時，與該移動方向內壁面接觸，其中該移動方向內壁面是所述殼體部的內壁面，位於該可動部件的該相對移動方向上。
8.根據權利要求1?7中任意一項所述的振動發電裝置，其中， 所述第一支撐部利用夾持在所述殼體部內的底面與所述可動部件之間配置的第一旋轉部件，旋轉支撐該可動部件， 所述第二支撐部利用夾持在所述側方內壁面與所述可動部件之間配置的第二旋轉部件，旋轉支撐該可動部件。
9.根據權利要求8所述的振動發電裝置，其中， 所述第二旋轉部件是具有球形狀的鋼球， 在保持著所述支撐保持部的支撐狀態的狀態下，所述鋼球經由從與該鋼球的落下方向對置的方向支撐該鋼球的第一接觸點和相對於該鋼球位於所述第一方向的相反側的第二接觸點與所述可動部件接觸，並且經由第三接觸點與所述側方內壁面接觸， 連接所述第一接觸點、所述第二接觸點、所述第三接觸點而形成的假想三角形成為以該第三接觸點為頂點的等腰三角形。
10.根據權利要求8所述的振動發電裝置，其中， 所述第二旋轉部件是具有球形狀的鋼球， 在保持著所述支撐保持部的支撐狀態的狀態下，所述鋼球經由從與該鋼球的落下方向對置的方向支撐該鋼球的第一接觸點與所述可動部件接觸，並且經由第二接觸點與所述側方內壁面接觸， 連接所述第一接觸點、所述第二接觸點的假想直線通過該鋼球的中心。
11.一種發電裝置，其通過由多個駐極體構成的駐極體組和由多個電極構成的電極組之間的相對移動進行發電，在該發電裝置中具備: 殼體部，其收容所述駐極體組和所述電極組； 固定部件，其設置有所述駐極體組和所述電極組中的一方，並且固定在所述殼體部側； 可動部件，其設置有所述駐極體組和所述電極組中的另一方，並且被收容於所述殼體部內，使得能夠在保持與所述固定部件對置的狀態的同時，通過來自外部的力而相對移動； 第一支撐部，其以規定所述駐極體組與所述電極組之間的間隙的方式，把所述可動部件支撐為能夠相對於所述殼體部內的底面相對移動； 第二支撐部，其把所述可動部件支撐為能夠相對於所述殼體部內的底面以及規定所述相對移動方向的所述殼體部的側方內壁面相對移動；以及 支撐保持部，其對所述可動部件向所述殼體部內的側方內壁面施力，並在相對移動時保持所述第二支撐部對該可動部件的支撐狀態。
【文檔編號】H02N1/00GK104247248SQ201380021269
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2013年2月8日 優先權日:2012年4月26日
【發明者】鍋藤實裡, 生田雅代, 正木達章 申請人:歐姆龍 株式會社