TOP特許意匠商標
特許ウォッチ DM通知 Twitter
10個以上の画像は省略されています。
公開番号2021103912
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210715
出願番号2019233582
出願日20191224
発明の名称発電装置
出願人京セラ株式会社
代理人特許業務法人酒井国際特許事務所
主分類H02N 2/18 20060101AFI20210618BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】降水を利用したエナジーハーベスティングを実現すること。
【解決手段】実施形態に係る発電装置は、圧電素子と、樋部とを備える。樋部は、降水の受け皿となる。圧電素子は、圧電磁器と、表面導体層と、端子とを有する。表面導体層は、圧電磁器の表面に少なくとも2つ設けられる。端子は、表面導体層に接合して設けられ、電気負荷の接続用となる。樋部は、圧電素子の上に設けられる。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項1】
圧電素子と、
降水の受け皿となる樋部とを備え、
前記圧電素子は、
圧電磁器と、
前記圧電磁器の表面に少なくとも2つ設けられる表面導体層と、
前記表面導体層に接合して設けられ、電気負荷の接続用となる端子と
を有し、
前記樋部は、前記圧電素子の上に設けられる
発電装置。
続きを表示(約 650 文字)【請求項2】
前記圧電素子は、
平板状に設けられるとともに、少なくとも矩形状、円板状またはリング状のうちのいずれかの形状をなす
請求項1に記載の発電装置。
【請求項3】
前記圧電素子は、円板状である
請求項2に記載の発電装置。
【請求項4】
前記樋部は、前記圧電素子に接して設けられる
請求項1、2または3に記載の発電装置。
【請求項5】
前記樋部は、断面形状が略U字状である
請求項1〜4のいずれか一つに記載の発電装置。
【請求項6】
前記樋部は、断面形状が少なくとも半円状、おわん状または湾曲状のうちのいずれかの形状をなす
請求項5に記載の発電装置。
【請求項7】
前記圧電素子および前記樋部は、水平面に対し傾斜するように設けられる
請求項1〜6のいずれか一つに記載の発電装置。
【請求項8】
前記圧電素子は、中央部が端部よりも膨らんだ凸状である
請求項1〜7のいずれか一つに記載の発電装置。
【請求項9】
前記樋部は、前記圧電素子に向けて凸状に膨らんだ形状である
請求項1〜8のいずれか一つに記載の発電装置。
【請求項10】
前記圧電素子および前記樋部は、互いの凸同士が向かい合うように配置され、接触位置において固定部材により固定される
請求項8または9に記載の発電装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
開示の実施形態は、発電装置に関する。
続きを表示(約 4,200 文字)【背景技術】
【0002】
従来、太陽光や室内光、振動、廃熱、体温、電磁波といったエネルギーを採取し、電力へ変換する環境発電、いわゆるエナジーハーベスティングと呼ばれる技術が知られている(たとえば、特許文献1参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
特開2018−068401号公報
【発明の概要】
【0004】
実施形態の一態様に係る発電装置は、圧電素子と、樋部とを備える。前記樋部は、降水の受け皿となる。前記圧電素子は、圧電磁器と、表面導体層と、端子とを有する。前記表面導体層は、前記圧電磁器の表面に少なくとも2つ設けられる。前記端子は、前記表面導体層に接合して設けられ、電気負荷の接続用となる。前記樋部は、前記圧電素子の上に設けられる。
【図面の簡単な説明】
【0005】
図1は、実施形態に係る発電装置の略側面図である。
図2は、実施形態に係る発電装置の動作説明図である。
図3は、実施形態に係る圧電素子の略断面図である。
図4は、実施形態に係る圧電素子の形状の一例を示す略平面図(その1)である。
図5は、実施形態に係る圧電素子の形状の一例を示す略平面図(その2)である。
図6は、実施形態に係る圧電素子の形状の一例を示す略平面図(その3)である。
図7は、実施形態に係る樋部と圧電素子との配置関係を示す略側面図である。
図8は、実施形態に係る樋部の形状の変形例を示す略側面図である。
図9は、図7に示す接触位置P周辺の略断面図である。
図10は、接触位置Pの決定方法の説明図である。
図11は、実施形態に係る樋部と圧電素子との配置関係を示す略平面図である。
図12は、実施形態に係る樋部の排水構造を示す模式的な斜視図である。
図13は、第1の変形例に係る発電装置の略側面図である。
図14は、第2の変形例に係る発電装置の略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0006】
実施形態の一態様は、降水を利用したエナジーハーベスティングを実現することを目的とする。以下、添付図面を参照して、本願の開示する発電装置の実施形態について説明する。なお、以下に示す実施形態によりこの発明が限定されるものではない。
【0007】
また、以下では、降水が雨水である場合を例に挙げるが、重力により落下する水であればよく、たとえば他に滝などであってもよい。
【0008】
また、以下の説明で参照する各図面には、説明を分かりやすくするために、鉛直上向きを正方向とするZ軸を含む、XYZ3次元の直交座標系を図示する場合がある。
【0009】
<概要>
まず、実施形態に係る発電装置10の概要について、図1および図2を参照しながら説明する。図1は、実施形態に係る発電装置10の側面図である。また、図2は、実施形態に係る発電装置10の動作説明図である。
【0010】
図1に示すように、実施形態に係る発電装置10は、圧電素子11と、樋(とい)部12とを備える。圧電素子11は、たとえばセラミックなどにより形成され、圧電効果として、機械的応力が加わるとその応答として圧力に比例する表面電荷を生じさせる圧電体である。
【0011】
樋部12は、かかる圧電素子11の上に圧電素子11に接して設けられ、降雨時に雨を受ける受け皿となる部材である。すなわち、図2に示すように、実施形態に係る発電装置10は、降雨時に、樋部12が雨水により受ける連続的な衝撃を機械的応力として圧電素子11へ加えることによって圧電素子11に電力を生じさせ、生じた電力を電気負荷ELへ供給するものである。
【0012】
したがって、実施形態に係る発電装置10によれば、降水を利用したエナジーハーベスティングを実現することができる。以下、具体的な構成例について説明する。
【0013】
<圧電素子の構成例>
図3は、実施形態に係る圧電素子11の略断面図である。なお、図3は、圧電素子11を厚み方向(図中のZ軸方向)にやや誇張して表している。また、図4〜図6は、実施形態に係る圧電素子11の形状の一例を示す略平面図(その1)〜(その3)である。図3に示すように、圧電素子11は、圧電磁器11aと、表面導体層11bと、端子11cとを備える。
【0014】
圧電磁器11aは、圧電セラミックス素材から形成され、分極処理された焼結体である。表面導体層11bは、圧電磁器11aの少なくとも一部を覆うように、少なくとも2つが設けられる。図3に示すように、表面導体層11bは、圧電磁器11aの対向する2つの表面にそれぞれ設けられてもよい。
【0015】
なお、表面導体層11bは、金属製であることが好ましく、素材としてはたとえば銅、アルミ、鉄などを用いることができる。また、圧電素子11は、複数の圧電セラミックス層と、複数の内部導体層とが交互に積層され、その表面に表面導体層11bが設けられた積層体であってもよい。
【0016】
端子11cは、発電装置10と電気負荷ELを電気的に接続するための接続用端子であって、表面導体層11bに接合して設けられ、ケーブルCを介して電気負荷ELが接続される。そして、端子11cは、接続された電気負荷ELに対し、発電装置10が発電した電力を供給する。なお、ケーブルCの芯線は、金属製であることが好ましく、素材としてはたとえば銅、アルミ、鉄などを用いることができる。
【0017】
電気負荷ELは、各種の電子機器であって、たとえば照明装置、表示装置、冷蔵庫などの家庭用機器である。無論、家庭用以外の各種の電子機器であってもよい。また、電子機器に限らず、自動車や電車などの乗り物であってもよい。
【0018】
また、圧電素子11は、様々な形状のものを用いることができる。たとえば、図4に示すように、圧電素子11は、平面視で矩形状であってもよい。また、図5に示すように、圧電素子11は、平面視で略円状であってもよい。また、図6に示すように、圧電素子11は、平面視でリング状であってもよい。
【0019】
なお、図4〜図6に示す例の場合、長辺もしくは直径は、たとえば10mm以上である。また、圧電素子11は、平板状であることが好ましい。たとえば、圧電素子11は、厚さは0.1mm以上である。
【0020】
このような形状とすることにより、圧電素子11自体のたわみ量を大きくすることができ、発電できる電力を高めることができる。
【0021】
なお、以下の説明では、圧電素子11が、図5に示した円板状であるものとする。圧電素子11は、円板状であることにより、たとえば矩形状である場合よりも圧力を均等に分散させることができる。したがって、圧力が一点に集中せず、クラックなどの割れを生じにくくすることができる。
【0022】
また、これにより、圧電素子11は、矩形状である場合よりも厚みを小さくすることができる。すなわち、矩形状である場合よりも薄板化することにより、たわみ量をより大きくすることができる。
【0023】
なお、円板状である場合、圧電素子11は、真円であってもよいし、真円でなくともよい。ただし、真円から遠ざかるほど圧力が均等に分散しなくなるため、真円でない場合は、真円に近ければ近いほど好ましい。
【0024】
<樋部の構成例および圧電素子との配置関係>
次に、樋部12の構成例および圧電素子11との配置関係について、図7〜図12を参照しながら説明する。図7は、実施形態に係る樋部12と圧電素子11との配置関係を示す略側面図である。また、図8は、実施形態に係る樋部12の形状の変形例を示す略側面図である。
【0025】
また、図9は、図7に示す接触位置P周辺の略断面図である。また、図10は、接触位置Pの決定方法の説明図である。また、図11は、実施形態に係る樋部12と圧電素子11との配置関係を示す略平面図である。また、図12は、実施形態に係る樋部12の排水構造を示す模式的な斜視図である。
【0026】
図7に示すように、樋部12は、圧電素子11の上に、接触位置Pにおいて圧電素子11に接して設けられる。このように、樋部12が圧電素子11に接して設けられることにより、圧電素子11に対し、雨水による衝撃を振動として直接伝達することができる。したがって、エネルギーの変換効率を低下させにくくすることができる。
【0027】
なお、樋部12は、高い剛性とともに粘性を有する素材からなることが好ましく、素材としてはたとえばプラスチックや、金属、木材、ガラスなどを用いることができる。
【0028】
樋部12は、図中のYZ平面での断面視で略U字状となるように形成され、側壁部12aと、底面部12bとを有する。樋部12は、略U字状であるので、底面部12bは、圧電素子11に向けて凸状に膨らんでいる。
【0029】
なお、図7では、底面部12bに対し、側壁部12aが立設する略U字状の例を示しているが、ここに言う略U字状は、側壁部12aと底面部12bとが滑らかに連なって曲面だけで形成されている形状、たとえば図8に示すように半円状であってもよいし、おわん状、湾曲状などであってもよい。
【0030】
このような略U字状とすることにより、雨水を受ける力が大きくなると考えられ、効率的に振動のエネルギーとして変換することができる。また、雨水の排水構造を備えることで、溜まった雨水でエネルギーが減衰しないようにすることができる。雨水の排水構造については後述する。
(【0031】以降は省略されています)

この特許をJ-PlatPatで参照する

関連特許

京セラ株式会社
積層体
京セラ株式会社
ヒータ
京セラ株式会社
変速機
京セラ株式会社
ヒータ
京セラ株式会社
掃除機
京セラ株式会社
電子機器
京セラ株式会社
通信機器
京セラ株式会社
送風装置
京セラ株式会社
照明装置
京セラ株式会社
照明装置
京セラ株式会社
電子機器
京セラ株式会社
配線基板
京セラ株式会社
通信機器
京セラ株式会社
電子機器
京セラ株式会社
配線基板
京セラ株式会社
発電装置
京セラ株式会社
受信装置
京セラ株式会社
蓄電装置
京セラ株式会社
光学部材
京セラ株式会社
コイル装置
京セラ株式会社
試料保持具
京セラ株式会社
コンデンサ
京セラ株式会社
センサ装置
京セラ株式会社
弾性波素子
京セラ株式会社
光回路基板
京セラ株式会社
試料保持具
京セラ株式会社
液晶表示装置
京セラ株式会社
太陽電池素子
京セラ株式会社
液体吐出装置
京セラ株式会社
燃料電池装置
京セラ株式会社
温度測定装置
京セラ株式会社
打ち込み工具
京セラ株式会社
情報処理装置
京セラ株式会社
燃料電池装置
京セラ株式会社
打ち込み工具
京セラ株式会社
電子デバイス
続きを見る