发电元件专利检索-杨氏模量弹性模量单位和数量专利检索查询-专利查询网

发电元件

阅读：386发布：2022-11-19

专利汇可以提供发电元件专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且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。，下面是发电元件专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种发电元件(1000；1020；1030；1040；1050；1060；1070；1080；
1090)，通过将振动能量转换为电能而进行发电，其特征在于，具备：
板状结构体(110；120；130；140；150；160；170；180；190)，沿着预定的基准轴(Y)从根端部向顶端部延伸，并具有可挠性；
多个重锤体(211、212、213；214、215、216；221、222、223；231、232、233；241、242、243；
251、252、253；261、262、263；271、272、273；281、282、283；291、292、293)，与所述板状结构体的预定部位接合；
电荷产生元件(400)，基于所述板状结构体的变形而产生电荷；
底座(300；310；350)，将所述板状结构体的所述根端部固定；以及
发电电路(500)，对基于在所述电荷产生元件中产生的电荷而产生的电流进行整流来
提取电力，
所述多个重锤体沿着所述基准轴隔着预定间隔而排列配置，
当以基准轴(Y)为中心轴定义了左侧和右侧时，所述多个重锤体中的一个或多个重锤
体(214、215、216；231、232、233)具有：中央接合部(214C、215C、216C)，与板状结构体(110；
130)接合；左翼状部(214L、215L、216L)，连接到所述中央接合部的左侧；以及右翼状部(214R、215R、216R)，连接到所述中央接合部的右侧，
左翼状部(214L、215L、216L)和右翼状部(214R、215R、216R)向沿着基准轴(Y)的同一方向延伸，包括中央接合部(214C、215C、216C)、左翼状部、右翼状部的重锤体(214、215、216；
231、232、233)形成U字状。
2.根据权利要求1所述的发电元件，其特征在于，
将板状结构体(110；120；130；140；150；160；170；180；190)中的、连接底座(300；310；
350)和与其相邻配置的重锤体(211；214；221；231；241；251；261；271；281；291)的部分、以及相互连接彼此相邻配置的一对重锤体(211、212、213；214、215、216；221、222、223；231、
232、233；241、242、243；251、252、253；261、262、263；271、272、273；281、282、283；291、292、
293)的部分分别称为板状连接部(J1、J2、J3)时，这些板状连接部的至少两组的厚度、宽度、长度、材质的四个参数中的一个参数或多个参数不同。
3.根据权利要求2所述的发电元件(1000；1010；1050；1090)，其特征在于，
随着从配置于离根端部最近的位置的板状连接部(J1)到配置于离顶端部最近的位置
的板状连接部(J3)，厚度单调地减少或者单调地增加。
4.根据权利要求2或3所述的发电元件(1020；1030；1060)，其特征在于，
随着从配置于离根端部最近的位置的板状连接部(J1)到配置于离顶端部最近的位置
的板状连接部(J3)，宽度单调地减少或者单调地增加。
5.根据权利要求2或3所述的发电元件(1040)，其特征在于，
随着从配置于离根端部最近的位置的板状连接部(J1)到配置于离顶端部最近的位置
的板状连接部(J3)，长度单调地减少或者单调地增加。
6.根据权利要求2或3所述的发电元件，其特征在于，
随着从配置于离根端部最近的位置的板状连接部(J1)到配置于离顶端部最近的位置
的板状连接部(J3)，构成该板状连接部的材质的杨氏模量单调地减少或者单调地增加。
7.根据权利要求1所述的发电元件，其特征在于，
将板状结构体(110；120；130；140；150；160；170；180；190)中的连接底座(300；310；
350)和与其相邻配置的重锤体的部分、以及相互连接彼此相邻配置的一对重锤体的部分分别称为板状连接部(J1、J2、J3)时，这些板状连接部的至少两组的弹簧常数不同。
8.根据权利要求7所述的发电元件，其特征在于，
将各板状连接部(J1、J2、J3)的靠近根端部的一侧的端部设为根端侧端部、靠近顶端部的一侧的端部设为顶端侧端部，并在将所述根端侧端部固定的状态下，对所述顶端侧端部向预定的作用方向施加了力F时所述顶端侧端部在所述作用方向产生的位移设为d时，将通过k＝F/d的公式提供的值k作为该板状连接部的弹簧常数使用。
9.根据权利要求1所述的发电元件(1000；1010；1050；1090)，其特征在于，
板状结构体(110；150；190)分割为沿着基准轴(Y)排列的多个区分部分(S1、S2、S3)，厚度按各个区分部分的每一个分别不同，
多个重锤体(211、212、213；214、215、216；251、252、253；291、292、293)分别与不同的区分部分接合。
10.根据权利要求1所述的发电元件(1020；1030；1060)，其特征在于，
板状结构体(120；130；160)分割为沿着基准轴(Y)排列的多个区分部分(S1、S2、S3)，宽度按各个区分部分的每一个而不同，
多个重锤体(221、222、223；231、232、233；261、262、263)分别与不同的区分部分接合。
11.根据权利要求1所述的发电元件(1040)，其特征在于，
板状结构体(140)分割为沿着基准轴(Y)排列的多个区分部分(S1、S2、S3)，长度按各个区分部分的每一个分别不同，
多个重锤体(241、242、243)分别与不同的区分部分接合。
12.根据权利要求1所述的发电元件(1080)，其特征在于，
板状结构体(180)分割为沿着基准轴(Y)排列的多个区分部分(S1、S2、S3)，材质按各个区分部分的每一个分别不同，
多个重锤体(281、282、283)分别与不同的区分部分接合。
13.根据权利要求1所述的发电元件(1050)，其特征在于，
板状结构体(150)的厚度方向的截断面以厚度沿着基准轴(Y)逐渐减少或增加的方式
形成梯形。
14.根据权利要求1所述的发电元件(1060)，其特征在于，
板状结构体(160)的平面形状以宽度沿着基准轴(Y)逐渐减少或增加的方式形成梯形。
15.根据权利要求1至3中任一项所述的发电元件(1000；1010；1020；1030；1050；1060；
1070；1090)，其特征在于，
多个重锤体中的至少两组的质量相互不同。
16.根据权利要求1至3中任一项所述的发电元件，其特征在于，
以各个重锤体的谐振频率附近的光谱峰值波形(P1′、P2′)的一部分相互重复的方式将各重锤体的谐振频率(fr1(-)，fr2(+))设定成相邻的谐振频率。
17.根据权利要求9至12中任一项所述的发电元件，其特征在于，
电荷产生元件(400)具有压电元件，所述压电元件与板状结构体(110)的产生变形的部
分接合。
18.根据权利要求17所述的发电元件，其特征在于，
压电元件(400)具有：下部电极层(410)，形成于板状结构体(110)的表面；压电材料层(420)，形成于该下部电极层的上面，基于应力产生电荷；以及上部电极层(430)，形成于该压电材料层的上面，所述压电元件(400)对所述下部电极层和所述上部电极层分别供给预定极性的电荷。
19.根据权利要求18所述的发电元件，其特征在于，
所述上部电极层(430)是跨所述多个区分部分(S1、S2、S3)而形成的单独的电极层。
20.根据权利要求18所述的发电元件，其特征在于，
在板状结构体(110)的表面形成共用下部电极层(410)，在该共用下部电极层的上面形
成共用压电材料层(420)，在该共用压电材料层的上面的不同的部位分别形成电独立的多个单独上部电极层(431、432、433)，在所述板状结构体(110)产生了特定的变形的时点，分别从压电材料层对各单独上部电极层供给同一极性的电荷。
21.根据权利要求20所述的发电元件，其特征在于，
所述单独上部电极层分为根端部侧的单独上部电极层(431a)以及顶端部侧的单独上
部电极层(431b)。
22.根据权利要求20所述的发电元件，其特征在于，
所述单独上部电极层分为左侧单独上部电极层(430L)以及右侧单独上部电极层
(430R)。
23.根据权利要求20所述的发电元件，其特征在于，
所述单独上部电极层分为根端部侧的左侧单独上部电极层(431La)、顶端部侧的左侧
单独上部电极层(430Lb)、根端部侧的右侧单独上部电极层(431Ra)以及顶端部侧的右侧单独上部电极层(430Rb)。
24.根据权利要求20所述的发电元件，其特征在于，
发电电路(500)具有：电容元件(Cf)；正电荷用整流元件(D1(+)至D3(+))，为了将在各单独上部电极层(431、432、433)产生的正电荷向所述电容元件的正极侧引导而以从各单独上部电极层朝向所述电容元件的正极侧的方向为正向；以及负电荷用整流元件(D1(-)至D3(-))，为了将在各单独上部电极层产生的负电荷向所述电容元件的负极侧引导而以从所述电容元件的负极侧朝向各单独上部电极层的方向为正向，所述发电电路(500)通过所述电容元件将从振动能量转换后的电能实现平滑化后供给。
25.根据权利要求1至3中任一项所述的发电元件(1030)，其特征在于，
还具有装置箱体(600)，用于收纳板状结构体(130)和与板状结构体(130)接合的重锤
体(231、232、233)，
底座(610)固定到所述装置箱体(600)或者作为所述装置箱体的一部分进行组装，
在所述装置箱体的内面与所述板状结构体和所述重锤体的外面之间确保预定的空间
(SP)，
在施加到所述装置箱体的外部振动的大小是预定的基准水平以下的情况下，所述板状
结构体和所述重锤体随着所述外部振动而在所述空间内振动，
在所述外部振动的大小超过所述预定的基准水平的情况下，所述板状结构体和所述重
锤体随着所述外部振动与所述装置箱体的内面接触，限制其以上的位移。
26.一种发电元件用结构体，其特征在于，具备成为权利要求1至24中任一项所述的发
电元件的构成要素的板状结构体、多个重锤体以及电荷产生元件。
27.一种发电元件(1500)，具备两组权利要求26所述的发电元件用结构体、底座(350)
以及发电电路(500)，其特征在于，
第一发电元件用结构体的基准轴(Y)与第二发电元件用结构体的基准轴(V)正交，所述
第一发电元件用结构体的根端部由所述底座固定，所述第一发电元件用结构体的顶端部连接到所述第二发电元件用结构体的根端部，
所述第二发电元件用结构体的顶端部隔着所述第一发电元件用结构体和所述第二发
电元件用结构体通过单支梁结构支撑于所述底座，
所述发电电路对基于在所述第一发电元件用结构体的电荷产生元件和所述第二发电
元件用结构体的电荷产生元件中产生的电荷而产生的电流进行整流来提取电力。
28.一种发电元件(1100；1200)，通过将振动能量转换为电能而进行发电，其特征在于，具备：
变形结构体(710；720)，沿着预定的基准轴(Y)从根端部向顶端部延伸，当施加振动时产生变形；
底座(300；310)，将所述变形结构体的所述根端部固定；
电荷产生元件(400)，基于所述变形结构体的变形而产生电荷；以及
发电电路(500)，对基于在所述电荷产生元件中产生的电荷而产生的电流进行整流来
提取电力，
所述变形结构体具有：多个重锤部(W11、W12、W13；W21、W22、W23)，沿着所述基准轴隔着预定间隔而排列配置；以及可挠性连接部(J11、J12、J13；J21、J22、J23)，将所述底座和与其相邻配置的重锤部之间以及相互相邻配置的一对重锤部之间相互连接，
当以基准轴(Y)为中心轴定义了左侧和右侧时，所述多个重锤体中的一个或多个重锤
体(214、215、216；231、232、233)具有：中央接合部(214C、215C、216C)，与板状结构体(110；
130)接合；左翼状部(214L、215L、216L)，连接到所述中央接合部的左侧；以及右翼状部(214R、215R、216R)，连接到所述中央接合部的右侧，
左翼状部(214L、215L、216L)和右翼状部(214R、215R、216R)向沿着基准轴(Y)的同一方向延伸，包括中央接合部(214C、215C、216C)、左翼状部、右翼状部的重锤体(214、215、216；
231、232、233)形成U字状。
29.根据权利要求28所述的发电元件，其特征在于，
变形结构体(710；720)中包含的可挠性连接部(J11、J12、J13；J21、J22、J23)中的至少两组的弹簧常数不同。
30.根据权利要求29所述的发电元件，其特征在于，
将各可挠性连接部(J11、J12、J13；J21、J22、J23)的靠近根端部的一侧的端部设为根端侧端部、靠近顶端部的一侧的端部设为顶端侧端部，并在将所述根端侧端部固定的状态下对所述顶端侧端部向预定的作用方向施加了力F时所述顶端侧端部在所述作用方向产生的位移设为d时，将通过k＝F/d的公式提供的值k作为该可挠性连接部的弹簧常数使用。
31.根据权利要求28所述的发电元件，其特征在于，
各可挠性连接部(J11、J12、J13；J21、J22、J23)分别包括形成板状的板状连接部，这些板状连接部的至少两组的厚度、宽度、长度、材质的四个参数中的一个参数或多个参数不同。

说明书全文

发电元件

技术领域

[0001] 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

[0002] 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 Electro Mechanical System：微电子机械系统)结构的发电元件。

[0003] 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。

[0004] 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。

[0005] 现有技术文献

[0006] 专利文献

[0007] 专利文献1：特开平10-243667号公报

[0008] 专利文献2：特开2011-152010号公报

[0009] 专利文献3：美国专利公开第2013/0154439号公报

[0010] 专利文献4：WO2015/033621号公报

发明内容

[0011] 发明要解决的技术问题

[0012] 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。

[0013] 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。

[0014] 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。

[0015] 因此本发明的目的在于提供可扩大能发电的频带并能在各种使用环境中进行高效的发电的发电元件。

[0016] 用于解决问题的技术方案

[0017] (1)本发明的第1方式是，在通过将振动能量转换为电能来进行发电的发电元件中设置：板状结构体，其沿着规定的基准轴从根端部向顶端部延伸，具有可挠性；多个重锤体，其与板状结构体的规定部位接合；电荷产生元件，其基于板状结构体的变形而产生电荷；底座，其将板状结构体的根端部固定；以及发电电路，其对基于在电荷产生元件中产生的电荷而产生的电流进行整流来提取电力，多个重锤体沿着基准轴隔着规定间隔而排列配置。

[0018] (2)本发明的第2方式是，在上述第1方式的发电元件中，将板状结构体中的连接底座和与其相邻配置的重锤体的部分、以及相互连接彼此相邻配置的一对重锤体的部分分别称为板状连接部时，这些板状连接部的至少两组的厚度、宽度、长度、材质的四个参数中的一个参数或多个参数不同。

[0019] (3)本发明的第3方式是，在上述第2方式的发电元件中，随着从配置于离根端部最近的位置的板状连接部到配置于离顶端部最近的位置的板状连接部，厚度单调地减少或者单调地增加。

[0020] (4)本发明的第4方式是，在上述第2或第3方式的发电元件中，随着从配置于离根端部最近的位置的板状连接部到配置于离顶端部最近的位置的板状连接部，宽度单调地减少或者单调地增加。

[0021] (5)本发明的第5方式是，在上述第2～第4方式的发电元件中，随着从配置于离根端部最近的位置的板状连接部到配置于离顶端部最近的位置的板状连接部，长度单调地减少或单调地增加。

[0022] (6)本发明的第6方式是，在上述第2～第5方式的发电元件中，随着从配置于离根端部最近的位置的板状连接部到配置于离顶端部最近的位置的板状连接部，构成该板状连接部的材质的杨氏模量单调地减少或者单调地增加。

[0023] (7)本发明的第7方式是，在上述第1方式的发电元件中，将板状结构体中的连接底座和与其相邻配置的重锤体的部分、以及相互连接彼此相邻配置的一对重锤体的部分分别称为板状连接部时，这些板状连接部的至少两组的弹簧常数不同。

[0024] (8)本发明的第8方式是，在上述第7方式的发电元件中，将各板状连接部的靠近根端部的一侧的端部设为根端侧端部、靠近顶端部的一侧的端部设为顶端侧端部并在将根端侧端部固定的状态下对顶端侧端部向规定的作用方向施加了力F时顶端侧端部在上述作用方向产生的位移设为d时，将通过k＝F/d的公式提供的值k作为该板状连接部的弹簧常数使用。

[0025] (9)本发明的第9方式是，在上述第1方式的发电元件中，板状结构体分割为沿着基准轴排列的多个区分部分，厚度按各个区分部分的每一个分别不同，多个重锤体分别与不同的区分部分接合。

[0026] (10)本发明的第10方式是，在上述第1方式的发电元件中，板状结构体分割为沿着基准轴排列的多个区分部分，宽度按各个区分部分的每一个而不同，多个重锤体分别与不同的区分部分接合。

[0027] (11)本发明的第11方式是，在上述第1方式的发电元件中，板状结构体分割为沿着基准轴排列的多个区分部分，长度按各个区分部分的每一个分别不同，多个重锤体分别与不同的区分部分接合。

[0028] (12)本发明的第12方式是，在上述第1方式的发电元件中，板状结构体分割为沿着基准轴排列的多个区分部分，材质按各个区分部分的每一个分别不同，多个重锤体分别与不同的区分部分接合。

[0029] (13)本发明的第13方式是，在上述第1方式的发电元件中，板状结构体的厚度方向的截断面以厚度沿着基准轴逐渐减少或增加的方式形成梯形。

[0030] (14)本发明的第14方式是，在上述第1方式的发电元件中，板状结构体的平面形状以宽度沿着基准轴逐渐减少或增加的方式形成梯形。

[0031] (15)本发明的第15方式是，在上述第1～第14方式的发电元件中，

[0032] 多个重锤体中的至少两组的质量相互不同。

[0033] (16)本发明的第16方式是，在上述第1～第15方式的发电元件中，

[0034] 以各个重锤体的谐振频率附近的光谱峰值波形的一部分相互重复的方式将各重锤体的谐振频率设定成相邻的谐振频率。

[0035] (17)本发明的第17方式是，在上述第1～第16方式的发电元件中，当以基准轴为中心轴定义了左侧和右侧时，1个或多个重锤体具有：中央接合部，其与板状结构体接合；左翼状部，其连接到中央接合部的左侧；以及右翼状部，其连接到中央接合部的右侧。

[0036] (18)本发明的第18方式是，在上述第17方式的发电元件中，左翼状部和右翼状部向沿着基准轴的同一方向延伸，包括中央接合部、左翼状部、右翼状部的重锤体形成U字状。

[0037] (19)本发明的第19方式是，在上述第1～第18方式的发电元件中，电荷产生元件具有压电元件，上述压电元件与板状结构体的产生变形的部分接合。

[0038] (20)本发明的第20方式是，在上述第1～第19方式的发电元件中，压电元件具有：下部电极层，其形成于板状结构体的表面；压电材料层，其形成于该下部电极层的上面，基于应力产生电荷；以及上部电极层，其形成于该压电材料层的上面，上述压电元件对下部电极层和上部电极层分别供给规定极性的电荷。

[0039] (21)本发明的第21方式是，在上述第20方式的发电元件中，在板状结构体的表面形成共用下部电极层，在该共用下部电极层的上面形成共用压电材料层，在该共用压电材料层的上面的不同的部位分别形成电独立的多个单独上部电极层，在板状结构体产生了特定的变形的时点，分别从压电材料层对各单独上部电极层供给同一极性的电荷。

[0040] (22)本发明的第22方式是，在上述第21方式的发电元件中，发电电路具有：电容元件；正电荷用整流元件，其为了将在各单独上部电极层产生的正电荷向电容元件的正极侧引导而以从各单独上部电极层朝向电容元件的正极侧的方向为正向；以及负电荷用整流元件，其为了将在各单独上部电极层产生的负电荷向电容元件的负极侧引导而以从电容元件的负极侧朝向各单独上部电极层的方向为正向，上述发电电路通过电容元件将从振动能量转换后的电能实现平滑化后供给。

[0041] (23)本发明的第23方式是，在上述第1～第22方式的发电元件中，还具有装置箱体，其用于收纳板状结构体和与板状结构体接合的重锤体，底座固定到装置箱体或者作为装置箱体的一部分进行组装，在装置箱体的内面与板状结构体和重锤体的外面之间确保规定的空间，在施加到装置箱体的外部振动的大小是规定的基准水平以下的情况下，板状结构体和重锤体随着外部振动而在上述空间内振动，在外部振动的大小超过规定的基准水平的情况下，板状结构体和重锤体随着外部振动与装置箱体的内面接触，限制其以上的位移。

[0042] (24)本发明的第24方式是，由成为上述第1～第22方式的发电元件的构成要素的板状结构体、多个重锤体以及电荷产生元件来构成发电元件用结构体。

[0043] (25)本发明的第25方式是，由两组上述第24方式的发电元件用结构体、底座以及发电电路构成发电元件，第一发电元件用结构体的基准轴与第二发电元件用结构体的基准轴正交，第一发电元件用结构体的根端部由底座固定，第一发电元件用结构体的顶端部连接到第二发电元件用结构体的根端部，第二发电元件用结构体的顶端部经由第一发电元件用结构体和第二发电元件用结构体并通过单支梁结构支撑于底座，发电电路对基于在第一发电元件用结构体的电荷产生元件和第二发电元件用结构体的电荷产生元件中产生的电荷而产生的电流进行整流来提取电力。

[0044] (26)本发明的第26方式是，在通过将振动能量转换为电能而进行发电的发电元件中设置：变形结构体，其沿着规定的基准轴从根端部向顶端部延伸，当施加振动时产生变形；底座，其将变形结构体的根端部固定；电荷产生元件，其基于变形结构体的变形而产生电荷；以及发电电路，其对基于在电荷产生元件中产生的电荷而产生的电流进行整流来提取电力，变形结构体具有：多个重锤部，其沿着基准轴隔着规定间隔而排列配置；及可挠性连接部，其将底座和与其相邻配置的重锤部之间以及相互相邻配置的一对重锤部之间相互连接。

[0045] (27)本发明的第27方式是，在上述第26方式的发电元件中，变形结构体中包含的可挠性连接部中的至少两组的弹簧常数不同。

[0046] (28)本发明的第28方式是，在上述第27方式的发电元件中，将各可挠性连接部的靠近根端部的一侧的端部设为根端侧端部、靠近顶端部的一侧的端部设为顶端侧端部并在将根端侧端部固定的状态下对顶端侧端部向规定的作用方向施加了力F时顶端侧端部在上述作用方向产生的位移设为d时，将通过k＝F/d的公式提供的值k作为该可挠性连接部的弹簧常数使用。

[0047] (29)本发明的第29方式是，在上述第26方式的发电元件中，各可挠性连接部分别包括形成板状的板状连接部，这些板状连接部的至少两组的厚度、宽度、长度、材质的四个参数中的一个参数或多个参数不同。

[0048] (30)本发明的第30方式是，在通过将振动能量转换为电能而进行发电的发电元件中设置：板状结构体，其沿着规定的基准轴从根端部向顶端部延伸，具有可挠性；电荷产生元件，其基于板状结构体的变形而产生电荷；底座，其将板状结构体的根端部固定；以及发电电路，其对基于在电荷产生元件中产生的电荷而产生的电流进行整流来提取电力，板状结构体分割为沿着基准轴排列的多个区分部分，厚度或宽度或其双方按各个区分部分的每一个而不同。

[0049] (31)本发明的第31方式是，在通过将振动能量转换为电能而进行发电的发电元件中设置：板状结构体，其沿着规定的基准轴从根端部向顶端部延伸，具有可挠性；电荷产生元件，其基于板状结构体的变形而产生电荷；底座，其将板状结构体的根端部固定；以及发电电路，其对基于在电荷产生元件中产生的电荷而产生的电流进行整流来提取电力，板状结构体的厚度方向的截断面以厚度沿着基准轴逐渐减少或增加的方式形成梯形。

[0050] (32)本发明的第32方式是，在通过将振动能量转换为电能而进行发电的发电元件中设置：板状结构体，其沿着规定的基准轴从根端部向顶端部延伸，具有可挠性；电荷产生元件，其基于板状结构体的变形而产生电荷；底座，其将板状结构体的根端部固定；以及发电电路，其对基于在电荷产生元件中产生的电荷而产生的电流进行整流来提取电力，板状结构体的平面形状以宽度沿着基准轴逐渐减少或增加的方式形成梯形。

[0051] (33)本发明的第33方式是，在上述第30～第32方式的发电元件中，

[0052] 还具有与板状结构体的顶端部附近接合的重锤体。

[0053] 发明效果

[0054] 根据本发明的第1实施方式的发电元件，将多个重锤体隔着规定间隔而排列配置于具有可挠性的板状结构体，因此与使用单一的重锤体的现有例相比，可扩大能发电的频带，能在各种使用环境下进行高效的发电。

[0055] 根据本发明的第2实施方式的发电元件，具有可挠性的板状结构体的厚度或宽度或其双方按每一部分而不同，因此与第1实施方式同样地，与现有例相比，可扩大能发电的频带，能在各种使用环境下进行高效的发电。附图说明

[0056] 图1是表示以往提出的一般的发电元件的基本结构体的立体图。

[0057] 图2是表示从外部对图1所示的基本结构体的底座300施加了各种频率的振动能量时的、重锤体200(顶端点T)的振幅A的坐标图。

[0058] 图3是表示成为本发明的第一实施方式的典型例的发电元件1000的立体图(一部分是框图)。

[0059] 图4的(a)是图3所示的发电元件1000的基本结构体的顶视图，图4的(b)是用YZ平面将其截断后的侧截面图(省略电荷产生元件400和发电电路500的图示)。

[0060] 图5是表示作为针对图4所示的发电元件1000的基本结构体进行了计算机模拟的结果而得到的各区分端点T1、T2、T3的振动的频率特性的坐标图。

[0061] 图6是表示作为图3所示的发电元件1000的整体的发电量的频率特性的坐标图。

[0062] 图7的(a)、图7的(b)是表示对谐振频率fr1、fr3进行了调整的状态的频率特性的坐标图。

[0063] 图8的(a)是表示在图3所示的发电元件1000的基本结构体形成了压电元件作为电荷产生元件400的状态的顶视图，图8的(b)是将其用YZ平面截断后的侧截面图(省略发电电路500的图示)。

[0064] 图9是表示在本发明的发电元件中使用的发电电路500的具体的构成的电路图。

[0065] 图10是表示一般的板状结构体的谐振模式的若干例子的示意图，表示以水平线为基准位置时的板状结构体的变形方式。

[0066] 图11是表示图3所示的发电元件1000的变化的顶视图。

[0067] 图12的(a)是本发明的第一实施方式的变形例1的发电元件1010的基本结构体的顶视图，图12的(b)是将其用YZ平面截断后的侧截面图。

[0068] 图13的(a)和(b)是表示图12所示的发电元件1010的各部的尺寸的图。

[0069] 图14的(a)是本发明的第一实施方式的变形例2的发电元件1020的基本结构体的顶视图，图14的(b)是将其用YZ平面截断后的侧截面图。

[0070] 图15的(a)是用位于比XY平面稍靠上的位置的平面将本发明的第一实施方式的变形例3的发电元件1030的基本结构体截断后的横截面图，

[0071] 图15的(b)是将其用YZ平面截断后的侧截面图。

[0072] 图16的(a)是本发明的第一实施方式的变形例4的发电元件1040的基本结构体的顶视图，图16的(b)是将其用YZ平面截断后的侧截面图。

[0073] 图17的(a)是本发明的第一实施方式的变形例5的发电元件1050的基本结构体的顶视图，图17的(b)是将其用YZ平面截断后的侧截面图。

[0074] 图18的(a)是本发明的第一实施方式的变形例6的发电元件1060的基本结构体的顶视图，图18的(b)是将其用YZ平面截断后的侧截面图。

[0075] 图19的(a)是本发明的第一实施方式的变形例7的发电元件1070的基本结构体的顶视图，图19的(b)是将其用YZ平面截断后的侧截面图。

[0076] 图20的(a)是本发明的第一实施方式的变形例8的发电元件1080的基本结构体的顶视图，图20的(b)是将其用YZ平面截断后的侧截面图。

[0077] 图21是将本发明的第一实施方式的变形例9的发电元件1090的基本结构体用YZ平面截断后的侧截面图。

[0078] 图22是将在具有图1所示的单一的重锤体200的谐振系统中用于调整重锤体200的谐振频率fr的具体的方法归纳后的表。

[0079] 图23是表示本发明的第一实施方式的发电元件的谐振频率的调整方法的基本概念的图。

[0080] 图24的(a)是本发明的第一实施方式的变形例10的发电元件1100的基本结构体的顶视图，图24的(b)是将其用YZ平面截断后的侧截面图。

[0081] 图25的(a)是本发明的第一实施方式的变形例11的发电元件1200的基本结构体的顶视图，图25的(b)是将其用YZ平面截断后的侧截面图。

[0082] 图26是本发明的第一实施方式的变形例12的发电元件1500的顶视图(一部分为框图)。

[0083] 图27的(a)是本发明的第二实施方式的实施例1的发电元件2000的基本结构体的顶视图，图27的(b)是将其用YZ平面截断后的侧截面图。

[0084] 图28的(a)是本发明的第二实施方式的实施例2的发电元件2020的基本结构体的顶视图，图28的(b)是将其用YZ平面截断后的侧截面图。

[0085] 图29的(a)是本发明的第二实施方式的实施例3的发电元件2050的基本结构体的顶视图，图29的(b)是将其用YZ平面截断后的侧截面图。

[0086] 图30的(a)是本发明的第二实施方式的实施例4的发电元件2060的基本结构体的顶视图，图30的(b)是将其用YZ平面截断后的侧截面图。

[0087] 图31的(a)是本发明的第二实施方式的实施例5的发电元件2100的基本结构体的顶视图，图31的(b)是将其用YZ平面截断后的侧截面图。

[0088] 图32的(a)是本发明的第二实施方式的实施例6的发电元件2120的基本结构体的顶视图，图32的(b)是将其用YZ平面截断后的侧截面图。

[0089] 图33的(a)是本发明的第二实施方式的实施例7的发电元件2150的基本结构体的顶视图，图33的(b)是将其用YZ平面截断后的侧截面图。

[0090] 图34的(a)是本发明的第二实施方式的实施例8的发电元件2160的基本结构体的顶视图，图34的(b)是将其用YZ平面截断后的侧截面图。

具体实施方式

[0091] 以下，基于图示的实施方式说明本发明。

[0092] ＜＜＜§1.以往提出的发电元件＞＞＞

[0093] 首先，为了便于说明，预先简单地说明使安装于板状结构体的重锤体振动来进行发电的类型的以往的发电元件的基本结构。图1是表示以往提出的一般的发电元件的基本结构体的立体图。在前面提到的专利文献4(WO2015/033621号公报)中也公开了具有图1所示的基本结构的发电元件。

[0094] 如图所示，该基本结构体具有：板状结构体100；重锤体200，其安装于板状结构体100的顶端部；以及底座300，其将板状结构体100的根端部固定。底座300安装于若干振动源，从该振动源供给的振动能量转换为电能。板状结构体100是从由底座300固定的根端部向成为自由端的顶端部延伸的长度为L、宽度为w、厚度为t的细长板，重锤体200由基于该板的单支梁结构支撑。而且，板状结构体100具有可挠性，因此当对底座300施加振动时，重锤体200发生振动。其结果是，在板状结构体100中周期性地产生挠曲。

[0095] 虽省略图示，但在板状结构体100的表面贴附有压电元件等电荷产生元件，基于板状结构体100的变形产生电荷。因而，若预先设置对基于在该电荷产生元件中产生的电荷而产生的电流进行整流后输出的发电电路，则能将产生的电荷作为电力提取。关于用于将电荷高效地提取的压电元件的配置，在前面提到的专利文献4等中已被公开，因此在此省略说明。

[0096] 此外，在本申请中，为了便于说明该基本结构体的构成和变形方式，定义如图所示的XYZ三维正交坐标系。在这种坐标系上，板状结构体100成为具有与XY平面平行的主面(上面和下面)并沿着Y轴从根端部向顶端部延伸的细长板。在图示的例子中，Y轴位于板状结构体100的上面的中心位置。在此，将该Y轴称为基准轴，将板状结构体100的原点O侧称为根端部，将Y轴上的顶端点T侧称为顶端部。因而，板状结构体100成为沿着基准轴Y从根端部向顶端部延伸并具有可挠性的板状构件，重锤体200与该顶端部的下面接合。

[0097] 通常从外部的振动源传递到底座300的振动能量包含X轴方向成分、Y轴方向成分、Z轴方向成分。因而，对重锤体200施加使其向X轴方向、Y轴方向、Z轴方向的各方向位移的力。不过，重锤体200由具有图示的形状的板状结构体100支撑，因此“位移的容易度”按各个方向的每一个方向而不同。其原因是，在将图的原点O的位置(根端部)固定的状态下对顶端点T(顶端部)作用向各坐标轴方向的力Fx、Fy、Fz的情况下，板状结构体100的弹簧常数根据各坐标轴方向的不同而不同，一般地Z轴方向成为最易于位移的方向。

[0098] 当然板状结构体100具有可挠性，因此既能通过关于Y轴方向的伸缩或翘曲使重锤体200向Y轴方向位移，也能通过向X轴方向的变形使重锤体200向X轴方向位移。不过，在此以对底座300施加向Z轴方向的振动能量且重锤体200向Z轴方向振动的情况为代表例进行考虑。

[0099] 一般地谐振系统在该系统中具有固有的谐振频率fr，从外部施加的振动的频率f越接近该谐振频率fr，越与被施加的振动共鸣而产生大的振幅A。图2是表示从外部对图1所示的基本结构体的底座300施加各种频率的振动能量时的、重锤体200(顶端点T)的振幅A的坐标图。当在横轴取得频率f、在纵轴取得振幅A时，如图所示，在规定的谐振频率fr的位置出现峰值波形P(在附图中为了方便用平缓的直线表示该峰值波形P以外的部分，但实际上该部分没有成为完全的直线)。

[0100] 当然板状结构体100的弹簧常数按每一坐标轴方向而不同，因此重锤体200的谐振频率fr的值也按每一坐标轴方向而不同。图2的坐标图表示重锤体200向特定的坐标轴方向(在此为Z轴方向)振动的情况，谐振频率fr表示与该坐标轴方向有关的振动的谐振频率。另外，如后所述，在板状结构体100中，根据其节点的数量存在多个谐振模式，谐振频率按各个谐振模式的每一个谐振模式而不同。因此，在此考虑按1阶谐振模式振动的情况。

[0101] 结果是，在将图1所示的基本结构体作为1个谐振系统掌握的情况下，为了使重锤体200向Z轴方向按1阶谐振模式高效地振动，只要使底座300按谐振频率fr振动即可。换句话说，为了使该发电元件进行高效的发电，需要从外部施加谐振频率fr的振动能量，当施加的振动能量的频率偏离谐振频率fr时，发电效率会下降。

[0102] 另一方面，在使用了适于量产的MEMS技术的发电元件中，作为其材料多使用硅或金属，但在使用这种材料的谐振系统中，存在图2的坐标图的峰值波形P的峰值(Q值)高而半值宽度h窄的倾向。因此，在图1中例示的以往的发电元件的情况下，当从外部环境施加的振动的频率接近谐振频率fr时，能进行高效的发电，但当偏离谐振频率fr时，其发电效率会急剧下降。

[0103] 因而，以往设想在实际使用环境中会从外部施加的振动的频率，进行使谐振频率与该设想频率一致的设计。但是，如已作为问题点指出的，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，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，因此即使施加了具有如设计时设想的频率的振动，也未必一定能进行高效的发电。

[0104] 这样在图1中例示的以往的发电元件中存在能发电的频带窄、根据实际使用环境的不同未必一定能充分地进行高效的发电的问题。本发明是为了解决这种问题而完成的，其目的在于提供可扩大能发电的频带并能在各种使用环境下进行高效的发电的发电元件。

[0105] ＜＜＜§2.本发明的第一实施方式的基本原理＞＞＞

[0106] 在此，说明本发明的第一实施方式的基本原理。图3是表示成为该第一实施方式的典型例的发电元件1000的立体图(一部分为框图)。如图所示，该发电元件1000具备板状结构体110、3组重锤体211、212、213、底座300、电荷产生元件400、发电电路500。在图3中，用立体图示出包括板状结构体110、3组重锤体211、212、213、底座300的基本结构体的部分，用框图示出电荷产生元件400和发电电路500的部分。在该§2中，主要进行关于在附图中用立体图表示的基本结构体的部分的说明，在§3中详述在附图中用框图表示的电荷产生元件400和发电电路500的部分。

[0107] 在此，也与§1同样地，定义图示的XYZ三维正交坐标系，将Y轴称为基准轴。在该发电元件1000中，也与图1所示的以往的发电元件同样地采用通过基于板状结构体的单支梁来支撑重锤体的结构，通过将振动能量转换为电能来进行发电。

[0108] 因而，基本结构体具有：板状结构体110，其沿着规定的基准轴Y从根端部(原点O的附近)向顶端部(顶端点T的附近)延伸，具有可挠性；重锤体211、212、213，其与该板状结构体110的规定部位接合；以及底座300，其将板状结构体110的根端部固定。描绘为框图的电荷产生元件400是基于该板状结构体110的变形产生电荷的构成要素(例如压电元件)，描绘为框图的发电电路500是对基于在电荷产生元件400中产生的电荷而产生的电流进行整流来提取电力的构成要素。

[0109] 图3所示的发电元件1000的重要特征在于，多个重锤体211、212、213与板状结构体110的规定部位接合，各重锤体211、212、213沿着基准轴Y隔着规定间隔而排列配置。在图1所示的现有装置的情况下，采用单一的重锤体200与板状结构体100的顶端部接合的结构，因此基本结构体作为整体构成单一的谐振系统，但在图3所示的发电元件1000的情况下，3组重锤体211、212、213沿着基准轴Y隔着规定间隔配置，因此若着眼于各重锤体的接合位置来掌握谐振系统，则成为总计3组谐振系统按嵌套状整合的复杂的系统。

[0110] 此外，在此示出设有3组重锤体的实施例，但在本发明的第一实施方式中只要在包括沿着基准轴Y从根端部(原点O的附近)向顶端部(顶端点T的附近)延伸的细长板的板状结构体110上沿着基准轴Y隔着规定间隔配置多个数量的N个重锤体(N≥2)即可，若重锤体的数量是2个以上，则能得到“扩大能发电的频带”的本发明的作用效果。

[0111] 板状结构体110若是能构成具有可挠性的板状构件的材质，则可以使用任何材料来构成，但在实际应用上，优选由硅或金属构成。另外，重锤体211、212、213若是具有用于构成谐振系统的足够的质量的材料，则也可以使用任何材料构成，但在确保足够的质量后优选使用SUS(铁)，铜、钨等金属或者硅、陶瓷或玻璃等。底座300若是能对板状结构体110进行支撑固定的材料，则可以使用任何材料来构成。可以在降低制造成本后使用市售的SOI(Silicon On Insulator：绝缘体上硅)基板而通过其硅层来构成板状结构体110。

[0112] 图3所示的发电元件1000的另一个特征在于，板状结构体110的厚度不是均匀的，厚度按各个区分的每一个而不同。在此，为了便于说明，将板状结构体110沿着基准轴Y从根端部侧向顶端部侧分为三个区分，将属于各区分的部分分别称为区分部分S1、S2、S3。如图所示，区分部分S1是从固定于底座300的根端部到第一重锤体211的接合部分的部分，区分部分S2是从区分部分S1的右端到第二重锤体212的接合部分的部分，区分部分S3是从区分部分S2的右端到顶端部的部分。

[0113] 这样在将板状结构体110分为三个区分部分S1、S2、S3的情况下，其宽度w均相同，但其厚度按照区分部分S1、S2、S3的顺序逐渐变薄。即，若将区分部分S1、S2、S3的厚度分别设为t1、t2、t3，则为t1＞t2＞t3。图示的例子将板状结构体110的上面设为包含于XY平面的平面，通过按各个区分部分的每一个改变下面的位置来改变厚度，但相反地也可以将板状结构体110的下面设为与XY平面平行的平面，按各个区分部分的每一个来改变上面的位置。

[0114] 图4的(a)是图3所示的发电元件1000的基本结构体的顶视图，图4的(b)是将其用YZ平面截断后的侧截面图。省略作为发电元件1000的构成要素的电荷产生元件400和发电电路500的图示。在图4的(a)、

[0115] 图4的(b)中，明确地示出板状结构体110沿着基准轴Y分为三个区分部分S1、S2、S3，厚度按各个区分部分S1、S2、S3的每一个而不同这一点。

[0116] 在图示的例子的情况下，将区分部分S1、S2、S3的平面形状设为同一矩形并设为沿着基准轴Y按等间隔配置各重锤体211、212、213，但各重锤体211、212、213未必一定按等间隔配置。另外，在图示的例子的情况下，将各重锤体211、212、213的底面的位置对齐，因此各重锤体211、212、213的Z轴方向的尺寸分别有些不同，质量也分别有些不同(质量按重锤体211、212、213的顺序变大)，但未必一定这样设置，质量也可以设为相同，相反地质量也可以按重锤体211、212、213的顺序变小。

[0117] 在此，在图4的(a)、(b)所示的板状结构体110中，将连接底座300和与其相邻配置的重锤体211的部分(区分部分S1中的、没有接合重锤体211的部分)称为板状连接部J1，将相互连接彼此相邻配置的一对重锤体211、212的部分(区分部分S2中的、没有接合重锤体212的部分)称为板状连接部J2，将相互连接彼此相邻配置的一对重锤体212、213的部分(区分部分S3中的、没有接合重锤体213的部分)称为板状连接部J3。

[0118] 这些板状连接部J1～J3是没有接合重锤体211、212、213的区域，因此作为板状结构体110使用具有可挠性的材料，若作为厚度t1、t2、t3设定能得到可挠性的合适的值，则在外力作用的情况下，这些板状连接部J1～J3发生弹性变形而产生挠曲。相反地，板状结构体110的区域中的、接合有重锤体211、212、213的区域作为实质上不产生挠曲的区域发挥功能。结果是，图4所示的基本结构体成为按底座300、具有可挠性的板状连接部J1、重锤体211(和位于其上方的板状结构体110的部分区域)、具有可挠性的板状连接部J2、重锤体212(和位于其上方的板状结构体110的部分区域)、具有可挠性的板状连接部J3、重锤体213(和位于其上方的板状结构体110的部分区域)的顺序连接的结构体。

[0119] 如上所述，图1所示的具有单一的重锤体200的基本结构体构成单一的谐振系统，但图3所示的具有3组重锤体211、212、213的基本结构体能作为3组谐振系统按嵌套状整合后的复杂的系统进行掌握。为了针对这种复杂的系统进行准确的振动解析，需要进行设定了各种参数的复杂的计算，但在此为了掌握与该系统的振动有关的大致的举动，定义图4所示的区分端点T1、T2、T3并考虑这些区分端点T1、T2、T3的振动方式。在此，区分端点T1是区分部分S1的顶端部侧的边界与基准轴Y的交点，区分端点T2是区分部分S2的顶端部侧的边界与基准轴Y的交点，区分端点T3是区分部分S3的顶端部侧的边界与基准轴Y的交点。

[0120] 具体地，在通过对图4所示的基本结构体的底座300施加具有各种频率的Z轴方向的振动能量而使板状结构体110按1阶谐振模式振动这一前提下考虑各区分端点T1、T2、T3的振动的频率特性(Z轴方向的振幅)。各区分端点T1、T2、T3的振动实质上与各重锤体211、212、213的振动等价。

[0121] 图5是将本申请的发明者在这种前提下进行的计算机模拟的结果概念化后的坐标图，示出各区分端点T1、T2、T3的振动的频率特性。图5的(a)是关于区分端点T1的频率特性，在频率值fr1的位置出现大的峰值波形P11，在频率值fr2、fr3的位置出现小的峰值波形P12、P13。同样地，

[0122] 图5的(b)是关于区分端点T2的频率特性，在频率值fr2的位置出现大的峰值波形P22，在频率值fr1、fr3的位置出现小的峰值波形P21、P23。并且，图5的(c)是关于区分端点T3的频率特性，在频率值fr3的位置出现大的峰值波形P33，在频率值fr1、fr2的位置出现小的峰值波形P31、P32。

[0123] 在此，频率值fr1、fr2、fr3分别是在与区分端点T1、T2、T3的振动(各重锤体211、212、213的振动)有关的谐振系统中固有的1阶谐振模式下的谐振频率。如观看图5的(a)～图5的(c)可知的，能得到如下结果：各谐振频率的大小关系成为fr1＞fr2＞fr3，越是离板状结构体110的根端部近的区分端点(重锤体)，谐振频率越高，越是靠近顶端部的区分端点，谐振频率越低。

[0124] 一般地在具有图1所示的单一的重锤体200的谐振系统的情况下，板状结构体100的长度L与重锤体200的谐振频率fr的关系是，长度L越长，谐振频率fr越低，长度L越短，谐振频率fr越高。若将这种基本原理应用于图4所示的基本结构体的复杂的谐振系统，则能得到上述fr1＞fr2＞fr3的关系是合理的。

[0125] 即，如图4的(b)的下段所示，与区分端点T1的振幅相关的第一谐振系统的长度L1是从点O到点T1的距离，与区分端点T2的振幅有关的第二谐振系统的长度L2是从点O到点T2的距离，与区分端点T3的振幅有关的第3谐振系统的长度L3是从点O到点T3的距离，3组谐振系统的长度的大小关系成为L1＜L2＜L3。因而，若仅着眼于各谐振系统的长度，则具有最短的长度L1的第一谐振系统(区分端点T1的振动)的谐振频率fr1最高，具有最长的长度L3的第3谐振系统(区分端点T3的振动)的谐振频率fr3最低(实际上如后所述，谐振频率的值根据板状结构体110的厚度或宽度以及重锤体的质量的不同而变化)。

[0126] 因而，当从外部对底座300施加振动并使该外部振动的频率f从低逐渐提高时，可看到如下现象。首先，当施加的外部振动的频率f达到谐振频率fr3时，如图5的(c)的峰值波形P33所示，区间端点T3的振幅A急剧增大。其原因是，与区分端点T3的振幅相关的第3谐振系统达到了其固有的谐振频率fr3。此时，第一谐振系统或第二谐振系统还未达到固有的谐振频率，因此区间端点T1、T2的振幅A本应极小。

[0127] 然而，3组谐振系统均包括沿着基准轴Y延伸的板状结构体110和沿着该基准轴Y配置的重锤体211、212、213并且相互成为嵌套状。因此，上述3组谐振系统经由板状结构体110相互带来影响。即，当外部振动的频率f达到谐振频率fr3且区间端点T3的振幅A如峰值波形P33所示骤增时，受到其影响，区间端点T1、T2的振幅A也增加。图5的(a)所示的峰值波形P13和图5的(b)所示的峰值波形P23是受到这种影响后产生的峰值波形。总之当施加具有相当于区间端点T3的谐振频率fr3的频率的外部振动时，产生不仅区间端点T3的振幅骤增且在其影响下区间端点T1、T2的振幅也增加的现象。

[0128] 接下来，当考虑外部振动的频率f达到了谐振频率fr2的情况时，如图5的(b)的峰值波形P22所示，区间端点T2的振幅A急剧增大。其原因是，与区分端点T2的振幅相关的第二谐振系统达到了其固有的谐振频率fr2。此时，受到其影响，区间端点T1、T3的振幅A也增加。图5的(a)所示的峰值波形P12和图5的(c)所示的峰值波形P32是受到这种影响而产生的峰值波形。总之，当施加具有相当于区间端点T2的谐振频率fr2的频率的外部振动时，产生不仅区间端点T2的振幅骤增且在其影响下区间端点T1、T3的振幅也增加的现象。

[0129] 最后，当考虑外部振动的频率f达到了谐振频率fr1的情况时，如图5的(a)的峰值波形P11所示，区间端点T1的振幅A急剧增大。其原因是，与区分端点T1的振幅有关的第一谐振系统达到了其固有的谐振频率fr1。此时，受到其影响，区间端点T2、T3的振幅A也增加。图5的(b)所示的峰值波形P21和图5的(c)所示的峰值波形P31是受到这种影响而产生的峰值波形。总之，当施加具有相当于区间端点T1的谐振频率fr1的频率的外部振动时，产生不仅区间端点T1的振幅骤增且在其影响下区间端点T2、T3的振幅也增加的现象。

[0130] 结果是，当对图3所示的发电元件1000的底座300施加具有谐振频率fr3的外部振动时，在重锤体211、212、213分别产生具有如图5的(a)～(c)的峰值波形P13、P23、P33所示的振幅A的振动，当施加了具有谐振频率fr2的外部振动时，在重锤体211、212、213分别产生具有如图5的(a)～(c)的峰值波形P12、P22、P32所示的振幅A的振动，当施加了具有谐振频率fr1的外部振动时，在重锤体211、212、213分别产生具有如图5的(a)～(c)的峰值波形P11、P21、P31所示的振幅A的振动。

[0131] 因此，若通过发电电路500对电荷产生元件400基于板状结构体110的变形而产生的电荷进行整流后提取，则作为发电元件1000整体的发电量的频率特性如图6的坐标图所示。即，在具有第一重锤体211的第一谐振系统的谐振频率fr1的位置能得到发电量的第一峰值波形P1，在具有第二重锤体212的第二谐振系统的谐振频率fr2的位置能得到发电量的第二峰值波形P2，在具有第3重锤体213的第3谐振系统的谐振频率fr3的位置能得到发电量的第3峰值波形P3。此外，在图6中，为了方便，将三个峰值波形P1、P2、P3的高度和宽度描绘为相同，但实际上各个峰值波形P1、P2、P3的高度和宽度是根据图3所示的基本结构体的各部的尺寸或材质等条件来确定的。

[0132] 在图1所示的以往的发电元件的情况下，仅在施加具有图2的坐标图所示的谐振频率fr附近的频率的外部振动时进行高效的发电，能发电的频带不得不成为其半值宽度h程度的窄的频带。而在图3所示的本发明的第一实施方式的发电元件的情况下，如图6的坐标图所示，在谐振频率fr3、fr2、fr1的位置分别能得到峰值波形P3、P2、P1，因此当施加了具有这些谐振频率fr3、fr2、fr1附近的频率的外部振动时能进行高效的发电，能将能发电的频带扩大到图示的频带R1程度。

[0133] 当然图示的频带R1不是将频率fr3～fr1的范围全部覆盖的连续的区域，而是所谓的“缺齿状态”的区域。因而，不是针对具有fr3～fr1的范围的频率的所有外部振动进行高效的发电，与图2的坐标图所示的以往的发电元件的发电特性相比，能得到扩大能发电的频带的效果。

[0134] 如上所述，本发明的第一实施方式的发电元件的最重要的特征在于，在沿着规定的基准轴Y延伸的板状结构体110的规定部位，隔着规定间隔而排列配置了多个重锤体211、212、213。一般地当沿着规定的基准轴Y配置多数N个重锤体时，能得到具有N个峰值波形的发电量的频率特性，能得到扩大能发电的频带的效果。这是本发明的第一实施方式的最重要的特征。

[0135] 另一方面，在图3所示的发电元件1000中具备另一个特征、即板状结构体110的厚度不是均匀的且厚度按各个区分的每一个而不同这一附加性特征。在此，说明该附加性特征的优点。

[0136] 当比较图2所示的现有装置的坐标图和图6所示的本发明的装置的坐标图时，在后者的情况下，峰值波形增加到3组，因此能发电的频带扩大到图示的频带R1程度。因而，在将在该发电元件1000的实际使用环境下要从外部施加的振动设想为包含图示的频带R1内的频率成分的振动的情况下，可以说图6所示的频率特性是非常优选的。特别是在实际使用环境下的外部振动的主要频率成分是fr3、fr2、fr1的情况下，图6所示的频率特性正好成为理想的特性。

[0137] 但是，优选在设想的外部振动的频率成分分布于更大的范围的情况下进行如下调整：为了进一步提高峰值波形P1的谐振频率fr1(包含重锤体211的谐振系统的谐振频率)而使其向右侧移动，为了进一步降低峰值波形P3的谐振频率fr3(包含重锤体213的谐振系统的谐振频率)而使其向左侧移动。图7的(a)是表示进行了这种调整的结果的坐标图。峰值波形P1的谐振频率fr1被向fr1(+)调整，峰值波形P1向右侧移动后成为峰值波形P1′。另外，峰值波形P3的谐振频率fr3被向fr3(-)调整，峰值波形P3向左侧移动后成为峰值波形P3′。

[0138] 其结果是，在图7的(a)的坐标图的情况下，整体的频带扩展为R2。当然，该频带R2不是将频率fr3(-)～fr1(+)的范围全部覆盖的连续的区域，而是“缺齿状态”的区域，但在被施加了包含频率fr3(-)～fr1(+)的范围的频率成分的外部振动的情况下，示出优选的频率特性。特别是在主频率成分是fr3(-)、fr2、fr1(+)的情况下，图7的(a)所示的频率特性成为理想的特性。

[0139] 相反地，优选在设想的外部振动的频率成分分布于更窄的范围的情况下，在图6所示的频率特性中进行如下调整：为了进一步降低峰值波形P1的谐振频率fr1而使其向左侧移动，为了进一步提高峰值波形P3的谐振频率fr3而使其向右侧移动。图7的(b)是表示进行了这种调整的结果的坐标图。峰值波形P1的谐振频率fr1被向fr1(-)调整，峰值波形P1向左侧移动。另外，峰值波形P3的谐振频率fr3被向fr3(+)调整，峰值波形P3向右侧移动。其结果是，形成有三个峰值波形整合且具有更大的半值宽度hh的整合峰值波形PP。

[0140] 在该图7的(b)的坐标图的情况下，整体的频带成为R3，比图6的坐标图的频带R1更窄，但形成有整合峰值波形PP，因此频带R3成为将频率fr3(+)～fr1(-)的范围全部覆盖的连续的区域。因而，在施加了包含以频率fr2为中心的频带R3的范围内的频率成分的外部振动的情况下，图7的(b)所示的频率特性成为理想的特性。

[0141] 这样，为了考虑在实际使用环境中产生的外部振动的频率成分后设计具有合适的频率特性的发电元件，需要进行将包含各重锤体211、212、213的各个谐振系统的谐振频率移动的调整。当然，在设想的外部振动的频率成分整体高的情况或整体低的情况下，还需要进行使频带自身沿着频率轴f向左右移动的调整。上述按各个区分的每一个改变板状结构体110的厚度的附加性特征只能应用于用于进行这种调整的研究。

[0142] 如上所述，在具有图1所示的单一的重锤体200的谐振系统的情况下，板状结构体100的长度具有长度L越长谐振频率fr越低、长度L越短谐振频率fr越高这一性质。另一方面，板状结构体100的厚度t(Z轴方向的尺寸)有厚度t越厚谐振频率fr越高且厚度t越薄谐振频率fr越低这一性质。这样能通过改变板状结构体100的厚度来调整谐振频率fr的值。

[0143] 这种基本原理还能应用于图4所示的基本结构体，当使板状结构体110变薄时，能降低谐振频率，当使板状结构体110变厚时，能提高谐振频率。在图4所示的例子的情况下，若将区分部分S1、S2、S3的厚度分别设为t1、t2、t3，则进行t1＞t2＞t3的设定。当进行这种设定时，与用具有均匀的厚度的板构成板状结构体110的情况(设为t1＝t2＝t3的情况)相比，区分端点T3的谐振频率fr3下降，区分端点T1的谐振频率fr1上升。如图7的(a)所示，这相当于用于扩大三个峰值波形的分布范围并确保更大的频带R2的设定。

[0144] ＜＜＜§3.电荷产生元件和发电电路＞＞＞

[0145] 在图3所示的发电元件1000中，将电荷产生元件400和发电电路500作为框图示出，在此，描述它们的具体的实施例。首先，进行关于电荷产生元件400的说明。如上所述，当对底座300施加外部振动时，板状结构体110挠曲而变形，由此，各重锤体211、212、213振动。电荷产生元件400是基于板状结构体110的变形产生电荷的构成要素。

[0146] 作为电荷产生元件400，例如还能使用驻极体等，但关于图3所示的基本结构体优选将层状的压电元件形成于板状结构体110的表面。以下描述的实施例是将压电元件用作该电荷产生元件400的例子，由下部电极层、压电材料层、上部电极层的3层结构构成压电元件。

[0147] 图8的(a)是表示在图3所示的发电元件1000的基本结构体中形成了压电元件作为电荷产生元件400的状态的顶视图，图8的(b)是将其用YZ平面截断后的侧截面图(省略发电电路500的图示)。换句话说，对图4的(a)、图4的(b)所示的基本结构体附加了压电元件400的状态在图8的(a)、图8的(b)中示出。压电元件400的3层结构在图8的(b)的侧截面图中清晰地示出。即，压电元件400包括：下部电极层410，其形成于板状结构体110的表面；压电材料层420，其形成于该下部电极层410的上面，基于应力产生电荷；以及上部电极层430(实际上为三个单独上部电极层431、432、433)，其形成于该压电材料层420的上面。

[0148] 压电材料层420具有通过在层方向上伸缩的应力的作用而在厚度方向产生分极的性质。具体地，压电材料层420例如能由PZT(锆钛酸铅)或KNN(铌酸钾钠)等的压电薄膜构成。或者也可以使用块型压电元件。各电极410、430若是导电性材料，则可以用任意的材料构成，但在实际应用上例如只要由金、白金、铝、铜等的金属层构成即可。

[0149] 此外，在使用上述的压电元件作为电荷产生元件400的情况下，作为板状结构体110使用硅基板是最佳的。其原因是，一般当比较通过当前的制造工序在金属基板的上面形成了压电元件的情况和在硅基板的上面形成了压电元件的情况时，与前者的压电常数相比，后者的压电常数成为大3倍程度的值，后者的发电效率压倒性地高。可认为其原因是当在硅基板的上面形成压电元件时，压电元件的结晶的取向一致。

[0150] 当对底座300施加外部振动时，通过板状结构体110的挠曲而对压电材料层420的各部施加应力。其结果是，在压电材料层420的厚度方向产生分极，在上部电极层430和下部电极层410产生电荷。换句话说，压电元件400发挥基于外部振动分别对下部电极层410和上部电极层430供给规定极性的电荷的功能。虽在附图中未示出，但在各电极层和发电电路500之间实施布线，压电元件400产生的电荷由发电电路500作为电力提取。

[0151] 如图8的(b)的侧截面图所示，下部电极层410和压电材料层420形成于板状结构体110的上面整个面，而上部电极层430包括三个单独上部电极层431、432、433。其原因是，作为电荷产生元件400发挥功能的压电元件若与板状结构体110的产生变形的部分接合则是充分的。如图8的(a)的顶视图所示，板状结构体110、下部电极层410、压电材料层420的平面形状完全相同，当从上方观察时，板状结构体110和下部电极层410(图中对附图标记用括号示出)成为隐藏在压电材料层420的下方的状态。

[0152] 结果是，下部电极层410和压电材料层420起到作为跨越整个区分部分S1～S3形成的共用层的作用，但单独上部电极层431、432、433分别起到作为配置于区分部分S1、S2、S3的单独的电极层的作用。其结果是，作为压电元件，在各区分部分S1、S2、S3中分别配置有独立的元件。单独上部电极层431、432、433的占有区域为板状结构体110产生挠曲的区域、即没有接合重锤体211、212、213的区域。若采用这种配置，则能高效地提取在压电材料层420产生的电荷。

[0153] 不过，从各电极层提取的电荷的极性每时每刻都在变化。其原因是，当板状结构体110振动时，施加于压电材料层420的各部的应力的方向(压缩方向应力或伸缩方向应力)变化，与此相应地产生电荷的极性变化。因而，为了提取在各电极层产生的电荷后作为电力加以利用，需要通过发电电路500对基于产生的电荷而产生的电流进行整流。

[0154] 图9是表示具有这种整流功能的发电电路500的具体的构成的电路图。在图9中，左侧所示的附图标记“410，420，431、432、433”分别是图8所示的下部电极层410、压电材料层420、单独上部电极层431、432、433，基于在单独上部电极层431、432、433中产生的电荷和在下部电极层410中产生的电荷而产生的电流被整流元件(二极管)整流。

[0155] 在该电路图中，D1(+)、D2(+)、D3(+)是整流元件(二极管)，分别起到提取在单独上部电极层431、432、433中产生的正电荷的功能。另外，D1(-)、D2(-)、D3(-)也是整流元件(二极管)，分别起到提取在单独上部电极层431、432、433中产生的负电荷的作用。同样地D0(+)是起到提取在下部电极层410中产生的正电荷的作用的整流元件(二极管)，D0(-)是起到提取在下部电极层410中产生的负电荷的作用的整流元件(二极管)。

[0156] 另一方面，Cf是平滑用电容元件(电容器)，对其正极端子(图的上方端子)供给提取后的正电荷，对负极端子(图的下方端子)供给提取后的负电荷。该电容元件Cf起到使基于产生电荷的脉动电流平滑化的作用，在重锤体的振动稳定的稳态时，电容元件Cf的阻抗几乎可忽视。与电容元件Cf并联连接的ZL示出受到由该发电元件1000发出的电力的供给的设备的负荷。

[0157] 结果是，该发电电路500具有：平滑用电容元件Cf；正电荷用整流元件D1(+)、D2(+)、D3(+)，其为了将在各单独上部电极层431、432、433中产生的正电荷向电容元件Cf的正极侧引导而将从各单独上部电极层431、432、433朝向电容元件Cf的正极侧的方向设为正向；以及负电荷用整流元件D1(-)、D2(-)、D3(-)，其为了将在各单独上部电极层431、432、433中产生的负电荷向电容元件Cf的负极侧引导而将从电容元件Cf的负极侧朝向各单独上部电极层431、432、433的方向设为正向，上述发电电路500发挥通过电容元件Cf将从振动能量转换后的电能实现平滑化后供给的功能。

[0158] 在该电路图中，对负荷ZL供给由正电荷用整流元件D1(+)、D2(+)、D3(+)提取的正电荷和由负电荷用整流元件D1(-)、D2(-)、D3(-)提取的负电荷。因而，原理上若在各个瞬间在各单独上部电极层431、432、433中产生的正电荷的总量与负电荷的总量相等，则能进行最高效的发电。因而，如图8所示，优选在实际应用上发电元件1000的结构部分设为关于YZ平面成为面对称的对称结构。

[0159] 此外，在图8中例示了关于图3所示的发电元件1000的代表性的压电元件的配置，但实际上根据其用途优选将各个压电元件配置在最佳的位置。一般在细长的板状结构体中根据其节点的数量定义多个谐振模式，谐振频率分别按各个谐振模式的每一个而不同。到此为止描述的例子是板状结构体110按1阶谐振模式振动的代表性的例子，但实际上板状结构体110有时也按更高阶的谐振模式振动。

[0160] 图10是表示一般的板状结构体的谐振模式的若干例子的示意图，示出以水平线为基准位置时的板状结构体的变形方式。附图的曲线示出板状结构体，左端(根端部)被固定，右端(顶端部)成为自由端。在附图中，用箭头示出了在各变形状态下作用于板状结构体的上面的应力的方向。具体地，白箭头表示“在长度方向上伸张的应力”作用于上面，黑箭头表示“在长度方向上收缩的应力”作用于上面。

[0161] 图10的(a)示出1阶谐振模式的变形方式，描绘整体上成为向上方凸的平缓的曲线。在这种变形状态下，在板状结构体的长度方向上伸张的应力作用于其上面(参照白箭头)。此外，相反地在板状结构体的长度方向上收缩的应力作用于其下面，但在此仅着眼于上面的伸缩。

[0162] 另一方面，图10的(b)示出2阶谐振模式的变形方式，在根端部附近成为向下方凸的平缓的曲线，但其前方成为向上方凸的平缓的曲线。其结果是，在长度方向上收缩的应力作用于板状结构体的根端部上面(参照黑箭头)，在长度方向上伸张的应力作用于其前方的上面(参照白箭头)。同样地，图10的(c)表示3阶谐振模式的变形方式，曲线形成更复杂的形状，局部地收缩的应力(参照黑箭头)或伸张的应力(参照白箭头)起作用。虽省略图示，但在4阶以上的谐振模式下，板状结构体的变形方式更加复杂。

[0163] 该图10所示的谐振模式是关于图1中例示的简单的谐振系统中的板状结构体100的谐振模式，一般谐振模式的阶数越高，谐振频率也越高。无法将该简单的谐振系统中的谐振模式原样应用于在图3所示的板状结构体110的情况，但图3所示的板状结构体110的变形方式均根据从外部环境施加的振动的频率而发生各种变化，施加于各部的应力的方向也发生变化。

[0164] 在此应留意的方面是，在将压电元件用作电荷产生元件400的情况下，产生电荷的极性基于应力的方向而逆转。例如当施加了伸张的应力(图10的白箭头)时，在使用具有在上部电极层430产生正电荷、在下部电极层410产生负电荷的分极特性的压电材料层420的情况下，相反地当施加收缩的应力(图10的黑箭头)时，产生电荷的极性也逆转。考虑上述方面，优选上部电极层430尽量分为细小的单独上部电极层而构成。

[0165] 图11是表示图3所示的发电元件1000的变形的顶视图，上部电极层430的构成各自稍微不同。即，在发电元件1000中，如图8的(a)所示，在各区分部分S1、S2、S3分别配置有单独上部电极层431、432、433，但在图11的(a)所示的发电元件1001中，仅设有单一的上部电极层430。当然，仅设有单一的上部电极层430的发电元件1001的结构简单，但由于谐振模式而在相同的上部电极层430中产生相反极性的电荷而相互抵消后消失，有可能产生发电损耗。例如在按图10的(a)所示的1阶谐振模式振动的情况下，由于在整个区域内产生相同极性的电荷，因此没有问题，但在按图10的(b)所示的2阶谐振模式或图10的(c)所示的3阶谐振模式振动的情况下，在上部电极层430中混合存在相反极性的电荷，会产生发电损耗。

[0166] 另一方面，图11的(b)所示的发电元件1002是将图8的(a)所示的发电元件1000中的单独上部电极层431、432、433进一步分割为根端部侧和顶端部侧的例子。即，在区分部分S1设有根端部侧的单独上部电极层431a和顶端部侧的单独上部电极层431b。这些电极是单独独立的电极，因此即使在各者中产生相反极性的电荷，若分别通过独立的整流元件加以利用，则也不会产生发电损耗。因而，在相同的区分部分S1中按在根端部侧和顶端部侧发生伸缩方式的逆转的谐振模式进行了振动的情况下，也不会产生问题。关于区分部分S2、S3也是同样的。

[0167] 以上，进行了各部的产生电荷的极性有可能随着板状结构体110的谐振模式而进行各种变化的说明，但实际上产生电荷的极性还根据振动方向的不同而变化。至此说明了对底座300施加向Z轴方向的振动能量且各重锤体211、212、213在Z轴方向振动的代表性情况，但在实际使用环境中不一定仅施加Z轴方向的振动能量，还施加X轴方向或Y轴方向的振动能量。图3所示的板状结构体110不仅能在Z轴方向挠曲，还能在X轴方向或Y轴方向挠曲，各重锤体211、212、213不仅能在Z轴方向振动，还能在X轴方向或Y轴方向振动。

[0168] 例如当对图3所示的发电元件1000的底座300施加了X轴方向的振动能量时，各重锤体211、212、213沿着XY平面进行以Z轴为中心轴的摇摆运动。在此，当针对板状结构体110定义以Y轴为中心轴位于左侧的左侧部分(具有负的X坐标值的区域部分)和位于右侧的右侧部分(具有正的X坐标值的区域部分)时，在进行上述摇摆运动的状态下，左侧部分与右侧部分的伸缩关系相反。因而，如图11的(a)所示的发电元件1001所示，在仅设有单一的上部电极层430的情况下，在左侧部分产生的电荷和在右侧部分产生的电荷成为相反极性，因此产生发电损耗。

[0169] 图11的(c)所示的发电元件1003是采用了能处理这种问题的电极配置的例子，是将图11的(a)所示的发电元件1001的单一的上部电极层430分割为左侧单独上部电极层430L和右侧单独上部电极层430R的例子。这些电极是单独独立的电极，因此即使在各者中产生了相反极性的电荷，若分别通过独立的整流元件加以利用，则也不会产生发电损耗。

[0170] 图11的(d)所示的发电元件1004是将图11的(b)所示的发电元件1002的电极配置的特征和图11的(c)所示的发电元件1003的电极配置的特征组合后的例子。例如在区分部分S1中设有根端部侧的左侧单独上部电极层431La、顶端部侧的左侧单独上部电极层431Lb、根端部侧的右侧单独上部电极层431Ra、顶端部侧的左侧单独上部电极层431Rb。这些电极是单独独立的电极，因此即使在各者中产生相反极性的电荷，若分别通过独立的整流元件加以利用，则也不会产生发电损耗。因而，在作为外部振动施加具有各种方向成分的振动能量、板状结构体110按各种谐振模式振动的情况下，也能抑制发电损耗而进行高效的发电。

[0171] 总之，在采用在板状结构体110的表面形成共用下部电极层410、在该共用下部电极层410的上面形成共用压电材料层420、还在该共用压电材料层420的上面的不同的部位分别形成电独立的多个单独上部电极层的构成的情况下，在板状结构体110产生了特定的变形(在实际使用环境下施加了向设想的特定方向的振动时的变形)的时点，只要以分别从压电材料层420向各单独上部电极层供给同一极性的电荷的方式来研究各单独上部电极层的构成和配置即可。

[0172] 本来当与具有图11的(a)所示的单一的上部电极层430的发电元件1001相比时，图11的(d)所示的具有12个单独上部电极层的发电元件1004的结构复杂，配线工序也复杂，因此导致制造成本升高。因而，例如在作为从外部施加的振动能量仅设想Z轴方向成分且作为板状结构体110的谐振模式仅设想1阶谐振模式即可的用途的情况下，若使用图11的(a)所示的发电元件1001就足够了。

[0173] ＜＜＜§4.第一实施方式的变形例1(U字状重锤体)＞＞＞

[0174] 在此，描述应用于本发明的发电元件的、更优选的重锤体的结构。在图3所示的第一实施方式的发电元件1000中使用沿着基准轴Y排列配置的3组重锤体211、212、213。这些重锤体均形成长方体形状，其上面与板状结构体110的下面接合。在将被施加的振动能量高效地转换为电能的基础上，优选重锤体的质量尽量大。为此，优选使用SUS(铁)、铜、钨、硅、陶瓷、玻璃等比重大的材料来构成重锤体，并且尽量增大其体积。

[0175] 不过，在实施本发明的第一实施方式后，需要将多个重锤体沿着基准轴Y隔着规定间隔而排列配置这一条件。如已述的，通过满足这种条件，可得到分别具有不同的谐振频率的多个重锤体的振动经由板状结构体110相互施加影响、扩大能发电的频带这一效果。

[0176] 从这种观点探求重锤体所优选的结构的结果是，本申请的发明者想到满足上述条件并能针对各个重锤体确保充分的体积的理想的结构。在该§4中，说明该理想的重锤体的结构。

[0177] 图12的(a)是本发明的第一实施方式的变形例1的发电元件1010的基本结构体的顶视图，图12的(b)是将其用YZ平面截断后的侧截面图。图示的发电元件1010相当于将图3所示的发电元件1000的3组重锤体211、212、213置换为具有更优选的结构的3组重锤体214、215、216。此外，为了便于说明，省略电荷产生元件(压电元件)400和发电电路500的图示。另外，该图12所示的发电元件1010的板状结构体110和底座300的结构与图3所示的发电元件
1000的板状结构体110和底座300的结构相同，因此以下仅进行关于3组重锤体214、215、216的结构的说明。

[0178] 在此，还以基准轴Y为中心轴来定义左侧和右侧。具体地，为了便于说明，将具有负的X坐标值的一侧称为左侧，将具有正的X坐标值的一侧称为右侧。这样，设于区分部分S1的重锤体214具有：中央接合部214C，其与板状结构体110的下面接合；左翼状部214L，其连接到中央接合部214C的左侧；以及右翼状部214R，其连接到中央接合部214C的右侧。而且，左翼状部214L和右翼状部214R在沿着基准轴Y的同一方向延伸，包括中央接合部214C、左翼状部214L、右翼状部214R的重锤体形成U字状。

[0179] 特别是在图示例子的情况下，中央接合部214C的上面整个面与板状结构体110的下面接合，俯视时，左翼状部214L从板状结构体110的左侧轮廓线向左外侧突出后向Y轴负方向(根端部侧)延伸，右翼状部214R从板状结构体110的右侧轮廓线向右外侧突出后向Y轴负方向(根端部侧)延伸。当然，左翼状部214L和右翼状部214R也可以是从板状结构体110的左右的轮廓线向外侧突出后向Y轴正方向(顶端部侧)延伸的结构，但如图示的例子所示，在将中央接合部214C与区分部分S1的顶端部侧接合的情况下，由于采用向Y轴负方向(根端部侧)延伸的结构更能有效地应用空间，所以说是优选的。

[0180] 同样地，重锤体215是具有中央接合部215C、左翼状部215L、右翼状部215R的U字状结构体，重锤体216是具有中央接合部216C、左翼状部216L、右翼状部216R的U字状结构体。图示的例子将3组重锤体全部设为U字状结构体，当然也可以仅将一部分设为U字状结构体。
另外，在图示的例子中，3组重锤体的平面形状成为相同的，但也可以根据需要(例如如后所述为了调整质量)而使各重锤体的形状或尺寸不同。

[0181] 这样当通过U字状结构体来构成重锤体时，各中央接合部214C、215C、216C的部分与板状结构体110接合，因此能满足多个重锤体沿着基准轴Y隔着规定间隔而排列配置这一条件。而且，U字状结构体整体的质量成为与振动相关的重锤体的质量，因此可得到尽量增大重锤体的质量并提高发电效率的效果。另外，采用U字状结构，因此能有效应用空间，能抑制发电元件整体的外形尺寸。

[0182] 为了进行参考，在图13的(a)和图13(b)中预先例示图12的(a)和图12的(b)所示的发电元件1010的各部的尺寸。当然，图13所示的尺寸将本申请的发明者试制的发电元件1010的实际尺寸作为一例示出，当实施本发明时，各部的尺寸不受图13所示的尺寸的任何限制。

[0183] ＜＜＜§5.第一实施方式的变形例2(基于宽度的调整)＞＞＞

[0184] 接下来，说明图3所示的第一实施方式的发电元件1000的另1个变形例。图3所示的发电元件1000的板状结构体110如图所示分割为沿着基准轴Y排列的多个区分部分S1、S2、S3，厚度分别按各个区分部分S1、S2、S3的每一个而不同(分别设定有不同的厚度t1、t2、t3。)。而且，多个重锤体211、212、213分别与不同的区分部分S1、S2、S3的下面接合。

[0185] 如已述的，图4所示的基本结构体是按底座300、板状连接部J1、重锤体211、板状连接部J2、重锤体212、板状连接部J3、重锤体213这一顺序连接了各构成要素的结构体。并且，在图示的例子的情况下，板状连接部J1、J2、J3的厚度设定为t1＞t2＞t3，进行厚度随着从配置于离根端部最近的位置的板状连接部J1到配置于离顶端部最近的位置的板状连接部J3而单调地减少的设定。这样改变各板状连接部J1、J2、J3的厚度的理由如在§2中使用图6和图7说明的，为了将各重锤体211、212、213的谐振频率fr1、fr2、fr3根据其用途进行调整。

[0186] 当各板状连接部J1、J2、J3的厚度增减时，能分别使谐振频率fr1、fr2、fr3移动，因此能自由地设计具有与用途相应的频率特性的发电元件。特别是若进行使厚度随着从根端部侧到顶端部侧而单调地减少的设计或反之使厚度随着从根端部侧到顶端部侧而单调地增加的设计，则能进行扩大或者缩窄谐振频率fr1、fr2、fr3的分布范围的系统性调整。

[0187] 作为工业产品的发电元件通常作为面向特定用途的产品向市场提供，因此设计具有与各个用途相应的频率特性的发电元件是非常重要的。因此，当设计发电元件时，通过使各板状连接部J1、J2、J3的厚度t1、t2、t3增减而将各重锤体211、212、213的谐振频率fr1、fr2、fr3调整为合适的值是非常重要的。不过，谐振频率fr1、fr2、fr3的调整未必一定通过调整各板状连接部J1、J2、J3的厚度t1、t2、t3来进行，还能通过调整其它参数来进行。上述参数之一是各板状连接部J1、J2、J3的宽度w1、w2、w3。

[0188] 在该§5中，作为如上所述的第一实施方式的变形例2，说明通过改变板状结构体的各部的宽度来进行各重锤体的谐振频率的调整的例子。图14的(a)是变形例1的发电元件1020的基本结构体的顶视图，图14的(b)是将其用YZ平面截断后的侧截面图。此外，省略作为发电元件1020的构成要素的电荷产生元件400和发电电路500的图示，但实际上在图示的基本结构体中例如如图8所例示的形成作为电荷产生元件400的压电元件，通过发电电路
500提取电力。另外，为了将板状结构体120的成为大宽度的根端部固定，作为底座310使用与目前的底座300相比宽度稍微大的底座。

[0189] 如图14的(a)，图14的(b)所示，在该变形例的情况下，板状结构体120也沿着基准轴Y分为三个区分部分S1、S2、S3。因此，在此也将各个区分部分S1、S2、S3中的、没有接合重锤体221、222、223的部分称为板状连接部J1、J2、J3。该变形例的特征在于，在三个区分部分S1、S2、S3中，板状结构体120的厚度t相同，但宽度w不同。

[0190] 即，如图14的(a)所示，板状结构体120是沿着基准轴Y从根端部向顶端部延伸的板状的构件，区分部分S1、S2、S3的平面形状均形成矩形，其长度y(Y轴方向的尺寸)和厚度t(Z轴方向的尺寸)相同，但宽度w(X轴方向的尺寸)各自不同。具体地，区分部分S1、S2、S3的宽度(板状连接部J1、J2、J3的宽度)分别成为w1、w2、w3，成为w1＞w2＞w3的关系。

[0191] 一般地在具有图1所示的单一的重锤体200的谐振系统的情况下，板状结构体100的宽度w与重锤体200的谐振频率fr的关系是，宽度w越窄谐振频率fr越低，宽度w越大谐振频率fr越高。因而，如图14所示的变形例所示，若进行板状连接部J1、J2、J3的宽度成为w1＞w2＞w3且宽度随着从配置于离根端部最近的位置的板状连接部J1到配置于离顶端部最近的位置的板状连接部J3而单调地减少的设定，则可得到使与靠近顶端部的位置接合的重锤体的谐振频率降低的调整效果。

[0192] 总之，在图4所示的实施例中，进行使板状结构体110的厚度随着从根端部侧到顶端部侧而单调地减少的设计(反之也可以是单调地增加的设计)，而在图14所示的变形例中，进行使板状结构体120的宽度随着从根端部侧到顶端部侧而单调地减少的设计(反之也可以是单调地增加的设计)。在任何例子中，均能将各重锤体的谐振频率fr1、fr2、fr3根据其用途进行调整。

[0193] 此外，在图14所示的变形例的情况下，采用还使重锤体221、222、223的宽度增减的构成，因此重锤体221、222、223的质量也随着从根端部侧到顶端部侧而单调地减少。当然，也可以将各重锤体221、222、223的宽度设为相同并将质量设为相同。此外，当使各重锤体的质量变化时，各重锤体的谐振频率变化，因此还能通过各重锤体的质量来进行谐振频率的调整，但关于这种调整方法将后述(实际上在图14所示的例子的情况下利用基于板状结构体120的宽度的谐振频率的调整效果与基于各重锤体的质量的差异的谐振频率的调整效果的乘法效应来进行最终的调整。)。

[0194] 当然，区分部分S1、S2、S3的宽度(板状连接部J1、J2、J3的宽度)未必一定设为随着从根端部侧到顶端部侧而单调地减少或者单调地增加的构成。总之，板状结构体120分割为沿着基准轴Y排列的多个区分部分S1、S2、S3，宽度w1、w2、w3分别按各个区分部分S1、S2、S3的每一个而不同，多个重锤体221、222、223若分别与不同的区分部分S1、S2、S3接合，则能进行谐振频率的调整。

[0195] ＜＜＜§6.第一实施方式的变形例3(向装置箱体收纳)＞＞＞

[0196] 在此，描述将如上所述的发电元件的基本结构体收纳于装置箱体的变形例。本发明的发电元件具有产生振动的板状结构体，因此优选在使用中以任何异物不与板状结构体接触的方式将整体收纳于装置箱体。在此，例示具备在施加了过度的外部振动的情况下能保护基本结构体不会破损的作为控制构件的功能的装置箱体。

[0197] 图15的(a)是表示通过将图14所示的变形例2的发电元件1020收纳于装置箱体600而构成的发电元件1030的横截面图，图15的(b)是其侧截面图。图15的(a)所示的横截面图是将该发电元件1030用位于比XY平面稍靠上的位置的平面截断后的图，图15的(b)是将其用YZ平面截断后的图。

[0198] 此外，在图15中，收纳于装置箱体600的基本结构体不是图14所示的变形例2的发电元件1020，而是将3组重锤体221、222、223置换为U字状重锤体231、232、233。图15所示的板状结构体130与图14所示的板状结构体120完全相同，由具有不同的宽度w1、w2、w3的区分部分S1、S2、S3构成。不过，U字状重锤体231、232、233分别与各区分部分S1、S2、S3的下面接合。关于该U字状重锤体231、232、233的结构已经在§4中进行了说明，因此在此省略详细的说明，但均具有中央接合部、左翼状部、右翼状部，中央接合部的上面与板状结构体130的下面接合、左翼状部和右翼状部从板状结构体130的轮廓线向左右外侧突出的结构。

[0199] 另外，如在§3中描述的，实际上在板状结构体130的上面设有压电元件等电荷产生元件400，还设有用于将产生的电荷作为电力提取的发电电路500，但在图15中，省略关于这些构成要素400、500的图示。

[0200] 装置箱体600形成收纳该基本结构体(板状结构体130和与其接合的重锤体231、232、233)的长方体，如在图15的(a)的横截面图中所示，具有底座壁部610、左侧壁部620、相对壁部630、右侧壁部640，还如图15的(b)的侧截面图中所示，具有上方壁部650、下方壁部
660。结果是，该基本结构体收纳于被在前后左右上下的6个方向配置的各壁部610～660包围的空间内。

[0201] 而且，底座壁部610作为如上所述的例子中的底座310发挥功能，板状结构体130的根端部固定于该底座壁部610。总之，底座310组装为装置箱体600的一部分。当然，如如上所述的例子所示，也可以将板状结构体130的根端部通过底座310进行固定并将该底座310固定到装置箱体600的内面。

[0202] 在此所示的发电元件1030的特征在于，在装置箱体600的内面和板状结构体130及重锤体231、232、233的外面之间确保规定的空间SP。空间SP设于基本结构体的前后左右上下的6个方向，板状结构体130和重锤体231、232、233能在该空间SP的范围内自由地位移。因而，在施加到装置箱体600的外部振动的大小是规定的基准水平以下的情况下，板状结构体130和重锤体231、232、233能随着该外部振动在该空间SP内振动而进行发电。然而，在外部振动的大小超过该规定的基准水平的情况下，板状结构体130和重锤体231、232、233随着外部振动而与装置箱体600的内面接触，限制其以上的位移。

[0203] 当然，从提高发电效率的观点来看，不应控制板状结构体130和重锤体231、232、233的位移。一般地若发生大的位移，则板状结构体130较大地挠曲，压电元件等电荷产生元件400能产生更大的电荷。但是，当相对于板状结构体130产生超过其弹性界限的过度的位移时，板状结构体130有可能会破损，担心不再作为发电元件1030发挥功能。因此，在实际应用上，为了不产生如板状结构体130破损那样过度的位移，优选将装置箱体600的内面与板状结构体130和重锤体231、232、233的外面之间的空隙尺寸设定为规定的基准值，在施加了超过基准水平的外部振动的情况下，板状结构体130和重锤体231、232、233与装置箱体600的内面接触，不发生其以上的位移。

[0204] ＜＜＜§7.第一实施方式的其它变形例＞＞＞

[0205] 接下来，描述关于图3所示的第一实施方式的发电元件1000的若干其它变形例。

[0206] ＜7-1.基于各区分部分的长度的谐振频率的调整＞

[0207] 在§2中，作为本发明的第一实施方式，说明了通过改变板状结构体110的各区分部分S1～S3的厚度t(Z轴方向的尺寸)来进行各重锤体的谐振频率的调整的例子(参照图4)，在§5中，作为其变形例，说明了通过改变板状结构体120的各区分部分S1～S3的宽度w(X轴方向的尺寸)来进行各重锤体的谐振频率的调整的例子(参照图14)。在此，作为另一变形例，参照图16说明通过改变板状结构体140的各区分部分S1～S3的长度y(Y轴方向的尺寸)来进行各重锤体的谐振频率的调整的例子。

[0208] 图16的(a)是本发明的第一实施方式的变形例4的发电元件1040的基本结构体的顶视图，图16的(b)是将其用YZ平面截断后的侧截面图。在此，也省略电荷产生元件400和发电电路500的图示。在该发电元件1040的情况下，板状结构体140的厚度t和宽度w是固定的，但各区分部分S1、S2、S3的长度各自按y1、y2、y3而不同。在图示的例子的情况下，成为y1＜y2＜y3，各区分部分S1、S2、S3的长度随着从根端部侧到顶端部侧而单调地增加。

[0209] 总之，在该变形例4的情况下，板状结构体140分割为沿着基准轴Y排列的多个区分部分S1、S2、S3，长度y1、y2、y3分别按各个区分部分的每一个而不同，多个重锤体241、242、243分别与不同的区分部分S1、S2、S3接合。其结果是，各重锤体241、242、243的配置不是等间隔，板状连接部J1、J2、J3的长度也如J1＜J2＜J3所示，长度随着从配置于离根端部最近的位置的板状连接部到配置于离顶端部最近的位置的板状连接部而单调地增加(反之，也能采用单调地减少的配置)。

[0210] 各区分部分S1、S2、S3的长度y1、y2、y3不是与关于各重锤体241、242、243的谐振系统的长度直接对应，而是重锤体241的谐振系统的长度L1为L1＝y1，重锤体242的谐振系统的长度L2为L2＝y1+y2，重锤体243的谐振系统的长度L3为L3＝y1+y2+y3，因此结果是，各区分部分S1、S2、S3的长度y1、y2、y3成为确定各谐振系统的长度L1、L2、L3的参数。

[0211] 如已经描述的，在具有图1所示的单一的重锤体200的谐振系统的情况下，板状结构体100的长度L与重锤体200的谐振频率fr的关系是，长度L越长谐振频率fr越低，长度L越短谐振频率fr越高。因而，如图16所示的变形例那样，若适当地设定各区分部分S1、S2、S3的长度y1、y2、y3，则能进行使各重锤体241、242、243的谐振频率分别移动的调整。特别是若进行使各区分部分或各板状连接部的长度随着从根端部侧到顶端部侧而单调地减少或者单调地增加的设计，则能进行扩大或者缩窄谐振频率的分布范围的系统性调整。

[0212] ＜7-2.使厚度连续地变化的变形例＞

[0213] 在图4所示的第一实施方式的发电元件1000中示出了使板状结构体110的各区分部分S1～S3的厚度t变化的例子。即，如图4的(b)所示，板状结构体110的厚度按t1、t2、t3阶段性地变化。在此，说明使厚度t连续地变化的变形例。

[0214] 图17的(a)是本发明的第一实施方式的变形例5的发电元件1050的基本结构体的顶视图，图17的(b)是将其用YZ平面截断后的侧截面图。在此，也省略电荷产生元件400和发电电路500的图示。在该发电元件1050的情况下，如图17的(a)所示，板状结构体150的宽度w是固定的，但如图17的(b)所示，成为板状结构体150的厚度t沿着基准轴Y逐渐减少且厚度方向的截断面形成梯形的结构。因此，板状结构体150的底面构成倾斜面，重锤体251、252、253与该倾斜面接合。

[0215] 当然，与图17所示的例子相反地，也能采用板状结构体150的厚度t沿着基准轴Y逐渐增加的构成。该图17所示的变形例5的发电元件1050也在厚度分别按各个区分部分S1～S3的每一个而不同这一方面与图4所示的发电元件1000相同，因此能进行分别使各重锤体251、252、253的谐振频率移动的调整。即，通过调整厚度t的增减率，能进行使各谐振频率移动的调整。

[0216] ＜7-3.使宽度连续地变化的变形例＞

[0217] 在图14所示的变形例2的发电元件1020中，示出了使板状结构体120的各区分部分S1～S3的宽度w变化的例子。即，如图14的(a)所示，板状结构体120的宽度按w1、w2、w3阶段性地变化。在此，说明使宽度w连续地变化的变形例。

[0218] 图18的(a)是本发明的第一实施方式的变形例6的发电元件1060的基本结构体的顶视图，图18的(b)是将其用YZ平面截断后的侧截面图。在此，也省略电荷产生元件400和发电电路500的图示。在该发电元件1060的情况下，如图18的(b)所示，板状结构体160的厚度t是固定的，但如图18的(a)所示，成为板状结构体160的宽度w沿着基准轴Y逐渐减少且平面形状形成梯形的结构。因此，板状结构体160的左右的轮廓线倾斜，重锤体261、262、263的平面形状也成为梯形(重锤体261、262、263的平面形状未必一定设为梯形。)。此外，将板状结构体160的成为大宽度的根端部固定，因此作为底座310，使用宽度比图17所示的底座300大一些的底座。

[0219] 当然，与图18所示的例子相反地，也能采用板状结构体160的宽度w沿着基准轴Y逐渐增加的构成。该图18所示的变形例6的发电元件1060也在宽度分别按各个区分部分S1～S3的每一个而不同这一方面与图14所示的发电元件1020相同，因此能进行使各重锤体261、262、263的谐振频率分别增减的调整。即，通过调整宽度w的增减率，能进行使各谐振频率移动的调整。此外，在图18所示的例子中，各重锤体261、262、263的宽度不同，质量也不同，因此如后所述，还能得到基于重锤体的质量的差异的谐振频率的调整效果。

[0220] ＜7-4.使重锤体的质量变化的变形例＞

[0221] 如上所述的例子是采用通过改变板状结构体的结构或各重锤体的配置来调整各重锤体的谐振频率的方法，但各重锤体的谐振频率通过改变重锤体自身的质量也能调整。在此，描述其变形例。

[0222] 图19的(a)是本发明的第一实施方式的变形例7的发电元件1070的基本结构体的顶视图，图19的(b)是将其用YZ平面截断后的侧截面图。在此，也省略电荷产生元件400和发电电路500的图示。在该发电元件1070的情况下，板状结构体170的宽度w和厚度t是固定的，但各重锤体271、272、273的尺寸不同，其结果是，质量不同。即，重锤体271的宽度(X轴方向的尺寸)和高度(Z轴方向的尺寸)小，其质量在3组重锤体中最小。另一方面，重锤体272的宽度和高度都是中等程度，质量是中等程度。并且，重锤体273的宽度和高度都大，其质量在3组重锤体中最大。

[0223] 一般地在具有图1所示的单一的重锤体200的谐振系统的情况下，重锤体200的质量m与谐振频率fr的关系是，质量m越大，谐振频率fr越低，质量m越小，谐振频率fr越高。因而，在以使用多个重锤体为前提的本发明的第一实施方式的发电元件的情况下，多个重锤体中的至少两组的质量相互不同，由此能进行使各谐振频率移动的调整。

[0224] ＜7-5.改变各部的材质的变形例＞

[0225] 下面，描述通过改变基本结构体的各部的材质而进行使各重锤体的谐振频率移动的调整的例子。图20的(a)是本发明的第一实施方式的变形例8的发电元件1080的基本结构体的顶视图，图20的(b)是将其用YZ平面截断后的侧截面图。在此，也省略电荷产生元件400和发电电路500的图示。在该发电元件1080的情况下，板状结构体180的宽度w和厚度t是固定的，各重锤体271、272、273的形状和尺寸都相同，其配置也是相等间隔。即，区分部分S1～S3的几何学的结构相同，板状连接部J1～J3的长度全部相等。

[0226] 这样即使是在几何学上具有统一性的基本结构体，也能通过改变各部的材质来进行使各谐振频率移动的调整。例如在图20所示的变形例8的情况下，板状结构体180分割为沿着基准轴Y排列的多个区分部分S1～S3，多个重锤体281、282、283分别与不同的区分部分S1～S3接合。因此，若按各个区分部分S1～S3的每一个分别使用不同的材质来构成，则能进行使各重锤体281、282、283的谐振频率移动的调整。

[0227] 具体地，只要针对区分部分S1～S3分别使用杨氏模量E不同的材质即可。杨氏模量E是变形与应力的比例常数，示出杨氏模量E越小则越柔软且越易于挠曲的性质，示出杨氏模量E越大则越硬且越难以挠曲的性质。例如即使是相同的金属，铝的杨氏模量是E＝70程度，钛的杨氏模量是E＝107程度，钢的杨氏模量是E＝210程度，钨的杨氏模量是E＝345程度。

[0228] 一般地在具有图1所示的单一的重锤体200的谐振系统的情况下，构成板状结构体100的材质的杨氏模量E与谐振频率fr的关系是，杨氏模量E越小(越柔软的材质)，谐振频率fr越低，杨氏模量E越大(越硬的材质)，谐振频率fr越高。因而，在图20的(b)所示的例子中，若用杨氏模量E不同的金属分别构成区分部分S1～S3，则板状连接部J1、J2、J3的弹簧常数相互不同，能进行使各重锤体281、282、283的谐振频率移动的调整。

[0229] 例如若构成该板状连接部的材质的杨氏模量随着从配置于离根端部最近的位置的板状连接部J1到配置于离顶端部最近的位置的板状连接部J3而单调地减少或者单调地增加，则能进行扩大或者缩窄各重锤体281、282、283的谐振频率的分布范围的系统性调整。

[0230] 另外，通过改变各重锤体281、282、283的材质，也能进行使各重锤体的谐振频率移动的调整。在§7-4中，描述了通过使重锤体的质量变化而进行使各重锤体的谐振频率移动的调整的变形例7。在该变形例7中，通过改变重锤体的尺寸而使质量变化，但也能通过改变重锤体的材质而使质量变化。例如在图20的(b)所示的例子中，若由比重不同的各个材质分别构成各重锤体281、282、283，则能进行使谐振频率移动的调整。

[0231] ＜7-6.改变重锤体的接合位置的变形例＞

[0232] 最后描述改变重锤体的接合位置的变形例。图21是将本发明的第一实施方式的变形例9的发电元件1090的基本结构体用YZ平面截断后的侧截面图。在此也省略电荷产生元件400和发电电路500的图示。

[0233] 图21所示的发电元件1090稍微改变了图4所示的发电元件1000的各重锤体211、212、213相对于板状结构体110的接合位置。因而，图21所示的板状结构体190是与图4所示的板状结构体110相同的构成要素，图21所示的各重锤体291、292、293是与图4所示的各重锤体211、212、213相同的构成要素。在如上所述的各种例子中，当将各重锤体与板状结构体的下面接合时，配置于分别对应的区分部分的最靠顶端部的位置，但各重锤体未必一定配置于对应的区分部分的最靠顶端部的位置，可以配置于该区分部分内的任意的位置。

[0234] 在图21所示的变形例9中，重锤体291、292、293分别配置于对应的区分部分S1、S2、S3内的任意的位置。其结果是，重锤体291、292、293的各谐振系统的长度L1、L2、L3与图4所示的各谐振系统的长度L1、L2、L3稍微不同。这样通过改变谐振系统的长度能进行使各重锤体的谐振频率移动的调整这一点与已述的相同。

[0235] ＜＜＜§8.谐振频率的调整方法的总结＞＞＞

[0236] 至此描述了在具有多个重锤体的基本结构体中使各重锤体的谐振频率移动的几个调整方法。如在§2中描述的，本发明的第一实施方式的最重要的特征在于将多个重锤体隔着规定间隔与沿着规定的基准轴Y延伸的1个板状结构体接合。如在§2中说明的，通过这种构成能得到具有与重锤体的数量相应的多个峰值波形的频率特性，能得到扩大能发电的频带的效果。

[0237] 因而，在实施本发明的第一实施方式后，未必一定进行用于调整各重锤体的谐振频率的任何研究(改变板状结构体的各部的厚度和宽度或者改变重锤体的质量的研究)。换句话说，在图20所示的发电元件1080中，也能采用将各部的材质全部设为相同的实施方式。

[0238] 但是，如上所述，作为工业产品的发电元件通常作为面向特定用途的产品而被提供到市场，因此在实际应用上重要的是设计具有与各个用途相应的频率特性的发电元件。为此，需要通过如上所述的各种研究进行使各重锤体的谐振频率移动的调整。

[0239] 例如在能得到具有图6的坐标图所示的三个峰值波形P1、P2、P3的频率特性(能发电的频带R1)的状态下希望将频带扩大到R2的情况下，如在§2中描述的，需要进行使表示峰值波形P1的谐振系统(包括重锤体211的系统)的谐振频率fr1向右侧移动、使表示峰值波形P3的谐振系统(包括重锤体213的系统)的谐振频率fr3向左侧移动后得到图7的(a)的坐标图所示的频率特性的调整。相反地在将频带缩窄至R3后希望得到图7的(b)的坐标图所示的整合峰值波形PP的情况下，需要进行使表示峰值波形P1的谐振系统的谐振频率fr1向左侧移动、使表示峰值波形P3的谐振系统的谐振频率fr3向右侧移动的调整。

[0240] 至此作为这种调整方法描述了各种研究。图22所示的表是将在图1所示的具有单一的重锤体200的谐振系统中用于调整重锤体200的谐振频率fr的具体方法归纳后的表。该表所示的具体的调整方法大致分为改变板状结构体100的形状或材质的方法和改变重锤体200的质量的方法。

[0241] 作为前者，可举出改变厚度t(Z轴方向的尺寸)的方法、改变宽度w(X轴方向的尺寸)的方法、改变长度L(Y轴方向的尺寸)的方法、改变材质(杨氏模量E)的方法。首先，若使板状结构体100的厚度t变薄，则谐振频率fr下降，若使厚度t变厚，则谐振频率fr上升。同样地，若使板状结构体100的宽度w变窄，则谐振频率fr下降，若使宽度w变宽，则谐振频率fr上升。并且，若使板状结构体100的长度L(谐振系统的长度)变长，则谐振频率fr下降，若使长度L变短，则谐振频率fr上升。最后，若使板状结构体100的材质柔软(若缩小杨氏模量E)，则谐振频率fr下降，若使材质变硬(若增大杨氏模量E)，则谐振频率fr上升。

[0242] 另一方面，后者是改变重锤体的质量m的方法，具体地，有改变尺寸的方法和改变材质(比重)的方法。在任一情况下，都是若使质量m变大(变重)，则谐振频率fr下降，若使质量m变小(变轻)，则谐振频率fr上升。

[0243] 该图22的表所示的调整方法以具有图1所示的单一的重锤体200的谐振系统为前提，但其基本原理能应用于具有多个重锤体的本发明的第一实施方式。具体的应用方法如作为至此的实施例或变形例所描述的。

[0244] 在改变板状结构体的形状或材质的前者的方法中，作为变更对象存在厚度t、宽度w、长度L(板状连接部的长度y)、材质(杨氏模量E)这4个参数，当然也可以将上述4个参数组合后变更。总之，若设为将板状结构体中的连接底座和与其相邻配置的重锤体的部分、以及相互连接彼此相邻配置的一对重锤体的部分分别称为板状连接部时这些板状连接部的至少两组的厚度、宽度、长度、材质的四个参数中的一个参数或多个参数不同的构成，则能进行使各重锤体的谐振频率移动的调整。

[0245] 改变该4个参数，只能改变谐振系统的弹簧常数。因而，采用了通过这些参数使各重锤体的谐振频率移动的调整方法的发电元件具有“多个板状连接部中的至少两组板状连接部的弹簧常数不同”这一固有的特征。

[0246] 更具体地，将各板状连接部的靠近根端部的一侧的端部设为根端侧端部、靠近顶端部的一侧的端部设为顶端侧端部并在将根端侧端部固定的状态下对顶端侧端部向规定的作用方向施加了力F时顶端侧端部在上述作用方向产生的位移设为d时，如将通过k＝F/d的公式提供的值k定义为该板状连接部的弹簧常数并设计各板状连接部的弹簧常数不同的板状结构体，则能进行使各重锤体的谐振频率移动的调整。

[0247] 例如在图4所示的发电元件1000的情况下，在板状结构体110中作为其部分要素包含3组板状连接部J1、J2、J3。这些板状连接部J1、J2、J3的厚度分别是t1、t2、t3，由于相互不同，因此弹簧常数也相互不同。

[0248] 具体地，板状连接部J1的弹簧常数k1是在将根端侧端部O固定的状态下对顶端侧端部T1沿着规定的作用方向(例如Z轴方向)施加了力F时顶端侧端部T1在上述作用方向(Z轴方向)产生的位移设为d1并通过k1＝F/d1的公式施加的。同样地，板状连接部J2的弹簧常数k2是在将根端侧端部T1固定的状态下对顶端侧端部T2沿着规定的作用方向施加了力F时顶端侧端部T2在上述作用方向产生的位移设为d2并通过k2＝F/d2的公式提供的。另外，板状连接部J3的弹簧常数k3是在将根端侧端部T2固定的状态下对顶端侧端部T3沿着规定的作用方向施加了力F时顶端侧端部T3在上述作用方向产生的位移设为d3并通过k3＝F/d3的公式提供的。

[0249] 板状连接部J1、J2、J3的厚度各自不同，因此在上述各式中定义的弹簧常数k1、k2、k3成为相互不同的值。这样板状连接部的厚度t是决定弹簧常数的参数之一，能通过按各个板状连接部的每一个分别改变厚度t来改变弹簧常数k，其结果是，能调整各重锤体的谐振频率。同样地，板状连接部的宽度w、长度y、材质(杨氏模量E)也是决定弹簧常数k的参数之一，能通过按各个板状连接部的每一个分别改变宽度w、长度y、材质(杨氏模量E)来改变弹簧常数k，其结果是，能调整各重锤体的谐振频率。

[0250] 在具有图1所示的板状结构体100和单一的重锤体200的简单的谐振系统的情况下，其弹簧常数如在图22的表中记载的，根据板状结构体100的厚度t、宽度w、长度y、材质(杨氏模量E)来决定，若使弹簧常数k变小(使弹簧柔软)，则谐振频率fr下降，若使弹簧常数k变大(使弹簧变硬)，则谐振频率fr上升。因而，通过改变板状结构体的厚度t、宽度w、长度y、材质(杨氏模量E)来使重锤体的谐振频率移动的方法结果成为通过改变谐振系统的弹簧常数来调整谐振频率的方法。

[0251] 当然，在使各重锤体的谐振频率移动的方法中，由于还有改变其质量m的方法，因此也能将改变板状结构体的形状或材质的前者的方法和改变重锤体的质量m的后者的方法组合后使用。结果是，在实际应用上通过从图22的表所示的参数中选择1个或多个参数并按谐振系统的每一个进行改变选择的参数的值的设定，能进行将各谐振系统的谐振频率向规定方向移动的调整。

[0252] 图23是表示这种调整方法的基本概念的图，在上段示出将具备两组重锤体的发电元件的基本结构体用YZ平面截断后的侧截面图(省略表示截断面的影线)，在下段示出各谐振系统的频率特性。如图23的上段所示，该发电元件的基本结构体具备：板状结构体10；两组重锤体21、22，其与板状结构体10的下面接合；以及底座30，其将板状结构体10的根端部固定。在此，为了便于说明，考虑将板状结构体10分为根端部侧部分11和顶端部侧部分12。

[0253] 在这样具有两组重锤体21、22的基本结构体中，与各重锤体对应地包含两组谐振系统。第一谐振系统Q1是根端部侧部分11作为单支梁发挥功能的系统，其长度为L1。并且，视为在该长度L1的位置存在相当于重锤体21、顶端部侧部分12、重锤体22的总计质量的质点的力学系统。而第二谐振系统Q2是板状结构体10整体作为单支梁发挥功能的系统，其长度为L2。并且，视为在该长度L2的位置存在相当于重锤体22的质量的质点的力学系统。

[0254] 这样第一谐振系统Q1与第二谐振系统Q2成为嵌套式，因此为了准确地解析它们的举动，需要进行复杂的运算。换句话说，无法进行将图1所示的仅具有单一的重锤体的谐振系统并列配置两组的简单的处理。不过，成为使各谐振系统的谐振频率变动的原因的参数在成为图22的表中所示的参数方面是共通的，因此能根据该图22的表的内容进行使谐振频率移动的调整。

[0255] 在此，在图23的上段所示的基本结构体中，根端部侧部分11和顶端部侧部分12具有相同的厚度、相同的宽度、相同的长度，重锤体21和重锤体22具有相同的尺寸、相同的质量。并且，该上段所示的基本结构体的第一谐振系统Q1的谐振频率是下段的坐标图所示的fr1，第二谐振系统Q2的谐振频率是下段的坐标图所示的fr2，分别得到峰值波形P1、P2所示的频率特性(各重锤体21、22的振幅A)。如图22的表所示，一般越是长度L长的谐振系统，谐振频率fr越下降，因此在图23所示的例子的情况下，具有长度L2的第二谐振系统Q2的谐振频率fr2位于低频侧，具有长度L1的第一谐振系统Q1的谐振频率fr1位于高频侧。

[0256] 在此，在希望使谐振频率fr1(峰值波形P1)向左右移动的情况下，只要对第一谐振系统Q1进行应用图22的表的调整即可，在希望使谐振频率fr2(峰值波形P2)向左右移动的情况下，只要对第二谐振系统Q2进行应用图22的表的调整即可。不过，两组谐振系统Q1、Q2成为嵌套式，因此当变更一方的参数时，另一方的参数也会受到一些影响。因而，与图1所示的简单的谐振系统相比，也有无法进行如预期所示的调整的情况，但在实际应用上通过进行基于计算机模拟的试错，能进行可得到希望的频率特性的最终调整。

[0257] 例如如图23的下段的坐标图所示，若使峰值波形P1向左侧移动后作为峰值波形P1′(虚线的坐标图)、使峰值波形P2向右侧移动后作为峰值波形P2′(虚线的坐标图)，则两组峰值波形P1′、P2′的一部分相互重复，在表示发电量的频率特性坐标图上形成使两组峰值波形P1′、P2′整合后的整合峰值波形PP(参照图7的(b))。这样当以各个重锤体的谐振频率附近的光谱峰值波形的一部分相互重复的方式将各重锤体的谐振频率设定成相邻时，能得到半值宽度宽的整合峰值波形PP，因此设想了较多地包含该半值宽度所包含的频率成分的外部振动的发电元件能提高发电效率。

[0258] 为了形成这种整合峰值波形PP，只要进行使第一谐振系统Q1的谐振频率fr1下降后作为fr1(-)、使第二谐振系统Q2的谐振频率fr2上升后作为fr2(+)的调整即可。例如当参照图22的表时可知，若增大重锤体21的尺寸而增大质量、缩小重锤体22的尺寸而减小质量，则能进行这种调整。当然，重锤体22的质量不仅有助于谐振系统Q2的质点的质量还有助于谐振系统Q1的质点的质量，因此当减小重锤体22的质量时，对谐振系统Q1也带来减小质点的质量的影响，但若按能充分地消除该影响的程度增大重锤体21的质量，则能减小谐振系统Q2的质点的质量并增大谐振系统Q1的质点的质量，能进行上述调整。

[0259] 以上，描述了图22的表中示出的使用“重锤体的质量”这一参数的调整方法，当然也能同样地进行使用了其它参数的调整，还能根据需要将多个参数组合后进行调整。例如在图14所示的例子的情况下，进行将板状结构体120的宽度这一参数和各重锤体221、222、223的质量这一参数组合后的调整。前者的参数如图7的(a)所示具有扩大频带的调整效果(由于越是顶端部宽度越窄)，后者的参数如图7的(b)所示具有缩窄频带的调整效果(由于越是顶端部重锤体越轻)。因而，最终的频带根据两个参数的平衡来决定。

[0260] 另外，虽然根据情况并通过上述调整形成了整合峰值波形PP，但是在该波形的区域偏离在实际使用环境下设想的外部频带的情况下，需要进行将整合峰值波形PP整体向高频侧或低频侧移动的调整。在这种情况下，若进行分开使用多个参数的调整则是方便的。例如如上所述能采用如下方法：通过进行使用了“重锤体的质量”这一参数的调整来形成整合峰值波形PP，通过进行使用了“板状结构体的厚度”这一其它参数的调整而使整合峰值波形PP整体向规定方向移动。

[0261] ＜＜＜§9.基本结构体的其它构成方式＞＞＞

[0262] 如上所述的发电元件的基本结构体具有：板状结构体，其具有可挠性；多个重锤体，其与板状结构体接合；以及底座，其将板状结构体的根端部固定。在此，描述该基本结构体的其它构成方法。

[0263] 图24的(a)是本发明的第一实施方式的变形例10的发电元件1100的基本结构体的顶视图，图24的(b)是将其用YZ平面截断后的侧截面图。在此也省略电荷产生元件400和发电电路500的图示。该发电元件1100实质上与图4所示的发电元件1000等同，两者的外形形状相同。不过，基本结构体的构成方式稍微不同。

[0264] 即，在图4所示的发电元件1000的情况下，采用由板状结构体110、3组重锤体211、212、213以及底座300构成基本结构体并使3组重锤体211、212、213与板状结构体110的下面的规定位置接合的结构。而在图24所示的发电元件1100的情况下，基本结构体包括底座300和变形结构体710。

[0265] 在此，变形结构体710是沿着规定的基准轴Y从根端部向顶端部延伸、当施加振动时产生变形的构成要素，底座300是将该变形结构体710的根端部固定的构成要素。如图所示，变形结构体710具有：3组重锤部W11、W12、W13，其沿着基准轴Y隔着规定间隔而排列配置；可挠性连接部J11，其将底座300和与其相邻配置的重锤部W11之间相互连接；可挠性连接部J12，其将相互相邻配置的一对重锤部W11、W12之间相互连接；以及可挠性连接部J13，其将相互相邻配置的一对重锤部W12、W13之间相互连接。

[0266] 这样图24所示的变形结构体710和图4所示的板状结构体110的内部结构不同，图24所示的可挠性连接部J11、J12、J13与图4所示的板状连接部J1、J2、J3对应，当从外部施加振动能量时产生挠曲。因而，在该发电元件1100中关于重锤部W11、W12、W13也分别形成独立的谐振系统，能得到与图4所示的发电元件1000等同的发电功能。

[0267] 如图24的(a)所示，各可挠性连接部J11、J12、J13具有同一宽度w，但如图24的(b)所示，各可挠性连接部J11、J12、J13的厚度分别设定为t1、t2、t3等不同的值。由此，在进行各谐振系统的谐振频率的调整方面与已述的相同。该发电元件1100的发电动作也与图4所示的发电元件1000的发电动作相同，因此在此省略详细说明。

[0268] 另一方面，图25的(a)是本发明的第一实施方式的变形例11的发电元件1200的基本结构体的顶视图，图25的(b)是将其用YZ平面截断后的侧截面图。在此也省略电荷产生元件400和发电电路500的图示。该发电元件1200实质上与图14所示的发电元件1020等同，两者的外形形状相同。不过，基本结构体的构成方式稍微不同。

[0269] 即，在图14所示的发电元件1020的情况下，采用由板状结构体120、3组重锤体221、222、223以及底座310构成基本结构体、将3组重锤体221、222、223与板状结构体120的下面的规定位置接合的结构。而在图25所示的发电元件1200的情况下，基本结构体包括底座310和变形结构体720。

[0270] 在此，变形结构体720是沿着规定的基准轴Y从根端部向顶端部延伸且当施加振动时产生变形的构成要素，底座310是将该变形结构体720的根端部固定的构成要素。如图所示，变形结构体720具有：3组重锤部W21、W22、W23，其沿着基准轴Y隔着规定间隔而排列配置；可挠性连接部J21，其将底座310和与其相邻配置的重锤部W21之间相互连接；可挠性连接部J21，其将相互相邻配置的一对重锤部W21、W22之间相互连接；以及可挠性连接部J23，其将相互相邻配置的一对重锤部W22、W23之间相互连接。

[0271] 这样图25所示的变形结构体720和图14所示的板状结构体120的内部结构不同，图25所示的可挠性连接部J21、J22、J23与图14所示的板状连接部J1、J2、J3对应，当从外部施加振动能量时产生挠曲。因而，在该发电元件1200中，关于重锤部W21、W22、W23也分别形成独立的谐振系统，能得到与图14所示的发电元件1020等同的发电功能。

[0272] 如图25的(b)所示，各可挠性连接部J21、J22、J23具有同一厚度t，但如图25的(a)所示，各可挠性连接部J21、J22、J23的宽度分别设定为w1、w2、w3等不同的值。由此，进行各谐振系统的谐振频率的调整方面与已述的相同。该发电元件1200的发电动作也与图14所示的发电元件1020的发电动作相同，因此在此省略详细的说明。

[0273] 结果是，图24所示的变形例10和图25所示的变形例11基本上成为属于如上所述的本发明的第一实施方式的范围的发电元件，但还能稍微改变构成要素的组合方法。

[0274] 总之，在该§9中描述的发电元件与如上所述的各实施例同样地是通过将振动能量转换为电能来进行发电的发电元件，具备：变形结构体，其沿着规定的基准轴从根端部向顶端部延伸，当施加振动时产生变形；底座，其将该变形结构体的根端部固定；电荷产生元件(在此省略图示和说明)，其基于变形结构体的变形产生电荷；以及发电电路(在此省略图示和说明)，其对基于在该电荷产生元件中产生的电荷而产生的电流进行整流来提取电力。

[0275] 并且，变形结构体具有：多个重锤部，其沿着基准轴隔着规定间隔而排列配置；以及可挠性连接部，其将底座和与其相邻配置的重锤部之间以及相互相邻配置的一对重锤部之间相互连接。

[0276] 为了对具有这种构成的发电元件进行使各重锤体的谐振频率移动的调整，与如上所述的各实施例同样地，只要进行使变形结构体中包含的可挠性连接部中的至少两组的弹簧常数不同的设定即可。在该情况下，只要将各可挠性连接部的靠近根端部的一侧的端部设为根端侧端部、靠近顶端部的一侧的端部设为顶端侧端部并在将根端侧端部固定的状态下对顶端侧端部沿着规定的作用方向施加了力F时顶端侧端部在上述作用方向产生的位移设为d时，将通过k＝F/d的公式提供的值k作为该可挠性连接部的弹簧常数使用即可。

[0277] 图24或图25所示的例子是分别由形成板状的板状连接部构成各可挠性连接部J11～J23的例子。在这样由板状连接部构成了可挠性连接部J11～J23的情况下，若进行使这些板状连接部的至少两组的厚度、宽度、长度、材质的四个参数中的一个参数或多个参数不同的设定，则能进行使各重锤体的谐振频率移动的调整。

[0278] 当然，各可挠性连接部J11～J23未必一定由板状的构件构成，只要是具有可挠性的构件即可，可以由任意的构件构成可挠性连接部。例如可以由线圈状弹簧来构成可挠性连接部J11～J23。

[0279] ＜＜＜§10.将两组发电元件用结构体正交配置后的变形例＞＞＞

[0280] 在此，描述将如上所述的本发明的第一实施方式的发电元件中使用的两组“发电元件用结构体”正交配置后的变形例12。在此，“发电元件用结构体”是指在如上所述的各种实施例的发电元件中具备板状结构体、多个重锤体以及电荷产生元件的部分(不包含底座和发电电路)。例如在图3所示的发电元件1000的情况下，具备板状结构体110、重锤体211、212、213以及电荷产生元件400的部分成为“发电元件用结构体”。同样地在图14所示的发电元件1020的情况下，具备板状结构体120、重锤体221、222、223以及未图示的电荷产生元件
400的部分成为“发电元件用结构体”。

[0281] 该“发电元件用结构体”的特征在于，多个重锤体与沿着规定的基准轴延伸的板状结构体接合，电荷产生元件基于板状结构体的变形产生电荷。在该§10中描述的变形例12中，是具备两组这种“发电元件用结构体”、底座以及发电电路的发电元件。

[0282] 图26是该变形例12的发电元件1500的基本结构体的顶视图，除了如上所述的XYZ三维坐标系的各坐标轴以外，新追加V轴(与X轴平行且为相反方向的轴)。该发电元件1500是通过如下方式构成的：准备两组关于图14所示的发电元件1020的“发电元件用结构体”(即，板状结构体120、重锤体221、222、223、电荷产生元件400)，以基准轴正交的方式进行组合，还附加底座350和发电电路500。

[0283] 此外，在图26中，在两组“发电元件用结构体”中的、第一发电元件用结构体的各构成要素中，对在图14中对应的构成要素的附图标记末尾附上Y后示出，在第二发电元件用结构体的各构成要素中，对在图14中对应的构成要素的附图标记末尾附上V后示出。其原因是，以Y轴为基准轴来配置第一发电元件用结构体，以V轴为基准轴来配置第二发电元件用结构体。

[0284] 如图所示，第一发电元件用结构体以Y轴为基准轴具有：板状结构体120Y，其在附图的水平方向上延伸；重锤体221Y、222Y、223Y，其与板状结构体120Y的下面接合；以及电荷产生元件400Y(在附图中，不是示为板状结构体120Y的上面而是示为框图)，其设于板状结构体120Y的上面。在此，板状结构体120Y的根端部由底座350固定并具有：区分部分S1Y，其具有宽度w1并接合了重锤体221Y；区分部分S2Y，其具有宽度w2并接合了锤体222Y；以及区分部分S3Y，其具有宽度w3并接合了重锤体223Y。

[0285] 另一方面，第二发电元件用结构体以V轴为基准轴具有在图的垂直方向上延伸的板状结构体120V、与其下面接合的重锤体221V，222V，223V、以及设于板状结构体120V的上面的电荷产生元件400V(在附图中不是示出板状结构体120V的上面而是作为框图示出)。在此，板状结构体120V具有：区分部分S1V，其具有宽度w1并接合了重锤体221V；区分部分S2V，其具有宽度w2并接合了重锤体222V；以及区分部分S3V，其具有宽度w3并接合了重锤体223V，根端部与第一发电元件用结构体的顶端部接合。

[0286] 如图所示，第一发电元件用结构体的基准轴Y与第二发电元件用结构体的基准轴V正交。另外，第一发电元件用结构体的根端部(板状结构体120Y的根端部)由底座350固定，第一发电元件用结构体的顶端部(板状结构体120Y的顶端部)连接到第二发电元件用结构体的根端部(板状结构体120V的根端部)，因此第二发电元件用结构体的顶端部(板状结构体120V的顶端部)成为经由第一发电元件用结构体和第二发电元件用结构体由底座350以单支梁结构支撑的状态。

[0287] 另外，在附图中作为框图示出的发电电路500起到如下作用：对基于在第一发电元件用结构体的电荷产生元件400Y和第二发电元件用结构体的电荷产生元件400V中产生的电荷而产生的电流进行整流来提取电力。

[0288] 图14所示的发电元件1020具有沿着基准轴Y延伸的板状结构体120和与板状结构体120的下面接合的3组重锤体221、222、223，相对于Z轴方向的振动和Y轴方向的振动的发电效率高，相对于X轴方向的振动的发电效率不那么高。而在图26所示的发电元件1500的情况下，具有以相互正交的方式配置的两组发电元件用结构体，因此相对于X轴、Y轴、Z轴的任一个方向的振动均能得到良好的发电效率。即，在基准轴Y方向延伸的第一发电元件用结构体相对于Z轴方向的振动和Y轴方向的振动的发电效率高，而相对于X轴方向的振动的发电效率不那么高。另一方面，在基准轴V方向(X轴方向)延伸的第二发电元件用结构体相对于Z轴方向的振动和X轴方向的振动的发电效率高，而相对于Y轴方向的振动的发电效率不那么高。其结果是，作为整体能得到针对3轴方向的振动能量的良好的发电效率。

[0289] ＜＜＜§11.本发明的第二实施方式＞＞＞

[0290] 至此示出各种实施例和变形例说明了本发明的第一实施方式的发电元件。该第一实施方式的发电元件的重要的特征在于，在沿着规定的基准轴延伸的板状结构体设有多个重锤体。即，通过将多个重锤体沿着基准轴排列配置，能构成成为嵌套式的多个谐振系统，在频率轴上形成多个谐振频率的峰值波形。其结果是，能得到可扩大能发电的频带、能在各种使用环境下进行高效的发电这一效果方面如已述的相同。另外，能通过改变板状结构体的形状或材质、重锤体的配置或尺寸等而将谐振频率的峰值波形的位置在频率轴上移动并能调整能发电的频带方面也与已述的相同。

[0291] 本申请的发明者关于这种本发明的第一实施方式的发电元件反复进行各种实验的结果是，能确认下面2个事实。首先，第一事实是，当对板状结构体的形状进行了特定的研究时，在当仅设置单一的重锤体的情况下，也能得到可扩大能发电的频带、在各种使用环境下能进行高效的发电这一作用效果。使用了该第一事实的发电元件在以下的＜§11-1＞中描述为本发明的第二实施方式的实施例1～4。并且，第二事实是，当对板状结构体的形状进行了特定的研究时，在完全不设置重锤体的情况下，也能得到可扩大能发电的频带、在各种使用环境下能进行高效的发电这一作用效果。使用了该第二事实的发电元件在以下的＜§11-2＞中描述为本发明的第二实施方式的实施例5～8。

[0292] ＜11-1.仅设有单一的重锤体的实施例＞

[0293] 图27的(a)是本发明的第二实施方式的实施例1的发电元件2000的基本结构体的顶视图，图27的(b)是将其用YZ平面截断后的侧截面图。图示的发电元件2000是从图4所示的发电元件1000去除了重锤体211、212的发电元件，两者的差异仅在于有无重锤体211、212。即，图27所示的发电元件2000具有将单一的重锤体213与根端部固定到底座300的板状结构体110的顶端部的下面接合的基本结构体(省略电荷产生元件400和发电电路500的图示)。此外，重锤体213未必一定与顶端部接合。

[0294] 板状结构体110如已述的，宽度w是均匀的，具有三个区分部分S1～S3，具有各自不同的厚度t1、t2、t3。图27的发电元件2000与图1所示的以往的发电元件相比不同之处仅在于：板状结构体分割为多个区分部分，厚度按各个区分部分的每一个而不同，但能利用该差异来提高发电效率。

[0295] 在§1中，在图1所示的以往的发电元件的情况下，如图2所示，描述了能得到在固有的谐振频率fr的位置具有具备半值宽度h的峰值波形P的频率特性。本申请的发明者研究图27的发电元件2000的频率特性后能确认如下现象：如图2的坐标图所示，在固有的谐振频率fr的位置出现峰值波形P这一点没有变化，但峰值波形P的半值宽度h变得更大。

[0296] 在当前时点，针对通过采用厚度按各个区分部分S1～S3的每一个而不同的板状结构体110而使峰值波形P的半值宽度h变大的原因没有进行详细的解析，但可认为其原因是，当采用这种结构时，在1个系统内存在谐振条件不同的多个要素，将这些要素整合后构成1个谐振系统。总之，认为通过使1个系统内的谐振条件实现多重化而使峰值波形P的宽度变大。

[0297] 在任一情况下，若采用图27的发电元件2000的结构，均能得到可扩大能发电的频带、能在各种使用环境下进行高效的发电的作用效果。

[0298] 另一方面，图28的(a)是本发明的第二实施方式的实施例2的发电元件2020的基本结构体的顶视图，图28的(b)是将其用YZ平面截断后的侧截面图。图示的发电元件2020是从图14所示的发电元件1020去除了重锤体221、222的发电元件，两者的差异仅在于有无重锤体221、222。即，图28所示的发电元件2020具有将单一的重锤体223与根端部固定到底座310的板状结构体120的顶端部的下面接合的基本结构体(省略电荷产生元件400和发电电路500的图示)。此外，重锤体223未必一定与顶端部接合。

[0299] 板状结构体120如已述的，厚度t是均匀的，具有三个区分部分S1～S3，具有各自不同的宽度w1、w2、w3。图28的发电元件2020与图1所示的以往的发电元件相比不同之处仅在于：板状结构体分割为多个区分部分，宽度按各个区分部分的每一个而不同，能利用该差异来提高发电效率。

[0300] 即，本申请的发明者研究图28的发电元件2020的频率特性后能确认如下现象：如图2的坐标图所示，在固有的谐振频率fr的位置出现峰值波形P这一点没有变化，但峰值波形P的半值宽度h与现有装置相比较大。可认为其原因是，与改变厚度t同样地，通过改变宽度w而在1个系统内存在谐振条件不同的多个要素，将这些要素整合后构成1个谐振系统。仍然认为通过使1个系统内的谐振条件实现多重化来扩大峰值波形P的宽度。

[0301] 在任一情况下，若采用图28的发电元件2020的结构，则能得到可扩大能发电的频带、能在各种使用环境下进行高效的发电这一作用效果。

[0302] 这样图27所示的发电元件2000和图28所示的发电元件2020均具备：板状结构体110、120，其沿着规定的基准轴Y从根端部向顶端部延伸，具有可挠性；底座300、310，其将板状结构体的根端部固定；1个重锤体213、223，其与板状结构体的顶端部附近接合；电荷产生元件400，其基于板状结构体的变形而产生电荷；以及发电电路500，其对基于在电荷产生元件400中产生的电荷而产生的电流进行整流来提取电力，在通过将振动能量转换为电能而进行发电的发电元件这一点上与图1所示的以往的发电元件相同。

[0303] 但是，板状结构体110、120分割为沿着基准轴Y排列的多个区分部分S1～S3，具有厚度t或宽度w按各个区分部分的每一个而不同的特征，通过该特征，能得到可扩大能发电的频带、能在各种使用环境下进行高效的发电这一作用效果。当然，也可以采用厚度t和宽度w双方按板状结构体的各个区分部分的每一个而不同的结构。

[0304] 此外，在上述的＜§7-2＞中，参照图17说明了针对第一实施方式使板状结构体的厚度连续地变化的变形例。在此所述的第二实施方式的情况下，也能采用使厚度连续地变化的实施例。

[0305] 图29的(a)是本发明的第二实施方式的实施例3的发电元件2050的基本结构体的顶视图，图29的(b)是将其用YZ平面截断后的侧截面图。图示的发电元件2050是从图17所示的发电元件1050去除了重锤体251、252的发电元件，两者的差异仅在于有无重锤体251、252。即，图29所示的发电元件2050具有将单一的重锤体253与根端部固定于底座300的板状结构体150的顶端部的下面接合的基本结构体(省略电荷产生元件400和发电电路500的图示)。此外，重锤体253未必一定与顶端部接合。

[0306] 板状结构体150如已述那样具有宽度w是均匀的且厚度方向的截断面以厚度t沿着基准轴Y逐渐减少的方式形成梯形的结构。图29的发电元件2050与图1所示的以往的发电元件相比不同之处仅在于：板状结构体的厚度t是均匀的还是逐渐减少，能利用该差异来提高发电效率。

[0307] 即，本申请的发明者研究了图29的发电元件2050的频率特性后能确认如下现象：如图2的坐标图所示，在固有的谐振频率fr的位置出现峰值波形P这一点上没有变化，但峰值波形P的半值宽度h与现有装置相比较大。可认为其原因是，由于厚度t逐渐变化，所以1个系统内的谐振条件沿着基准轴Y逐渐变化，作为整体的谐振系统观看时，形成宽度更大的峰值波形P。

[0308] 在任一情况下，若采用图29的发电元件2050的结构，则能得到可扩大能发电的频带、能在各种使用环境下进行高效的发电这一作用效果。

[0309] 这样图29所示的发电元件2050与图1所示的以往的发电元件的相同之处在于，具备：板状结构体150，其沿着规定的基准轴Y从根端部向顶端部延伸，具有可挠性；底座300，其将板状结构体150的根端部固定；1个重锤体253，其与板状结构体150的顶端部附近接合；电荷产生元件400，其基于板状结构体150的变形产生电荷；以及发电电路500，其对基于在电荷产生元件400中产生的电荷而产生的电流进行整流来提取电力，发电元件2050通过将振动能量转换为电能来进行发电发电元件。

[0310] 但是，板状结构体150具有厚度方向的截断面以厚度t沿着基准轴Y逐渐减少的方式形成梯形的特征，利用该特征，能得到可扩大能发电的频带、能在各种使用环境下进行高效的发电的作用效果。可认为其原因是，如上所述能得到通过1个系统内的谐振条件实现多重化来扩大峰值波形P的宽度的效果。此外，板状结构体150的厚度方向的截断面也可以以厚度t沿着基准轴Y逐渐增加的方式形成与图29的(b)左右为相反方向的梯形。

[0311] 另外，在上述的＜§7-3＞中，参照图18说明了针对第一实施方式使板状结构体的宽度连续地变化的变形例。在此所述的第二实施方式的情况下，也能采用使宽度连续地变化的实施例。

[0312] 图30的(a)是本发明的第二实施方式的实施例4的发电元件2060的基本结构体的顶视图，图30的(b)是将其用YZ平面截断后的侧截面图。图示的发电元件2060是从图18所示的发电元件1060去除了重锤体261、262的发电元件，两者的差异仅在于有无重锤体261、262。即，图30所示的发电元件2060具有将单一的重锤体263与根端部固定到底座310的板状结构体160的顶端部的下面接合的基本结构体(省略电荷产生元件400和发电电路500的图示)。此外，重锤体263未必一定与顶端部接合。

[0313] 板状结构体160如已述那样具有平面形状以厚度t是均匀的但宽度w沿着基准轴Y逐渐减少的方式形成梯形的结构。图30的发电元件2060与图1所示的以往的发电元件相比不同之处仅在于：板状结构体的宽度w是均匀的还是逐渐减少，能利用该差异来提高发电效率。

[0314] 即，本申请的发明者研究了图30的发电元件2060的频率特性后能确认如下现象：如图2的坐标图所示，在固有的谐振频率fr的位置出现峰值波形P这一点上没有变化，但峰值波形P的半值宽度h与现有装置相比较大。可认为其原因是，由于宽度w逐渐变化，所以1个系统内的谐振条件沿着基准轴Y逐渐变化，作为整体的谐振系统观看时，形成宽度更大的峰值波形P。

[0315] 在任一情况下，若采用图30的发电元件2060的结构，均能得到可扩大能发电的频带、能在各种使用环境下进行高效的发电这一作用效果。

[0316] 这样图30所示的发电元件2060与图1所示的以往的发电元件的相同之处在于，具备：板状结构体160，其沿着规定的基准轴Y从根端部向顶端部延伸，具有可挠性；底座310，其将板状结构体160的根端部固定；1个重锤体263，其与板状结构体160的顶端部附近接合；电荷产生元件400，其基于板状结构体160的变形产生电荷；以及发电电路500，其对基于在电荷产生元件400中产生的电荷而产生的电流进行整流来提取电力，发电元件2060通过将振动能量转换为电能来进行发电。

[0317] 但是，板状结构体160具有平面形状以宽度w沿着基准轴Y逐渐减少的方式形成梯形的特征，通过该特征，能得到可扩大能发电的频带、能在各种使用环境下进行高效的发电这一作用效果。可认为其原因是，如前所述，通过1个系统内的谐振条件实现多重化，能得到扩大峰值波形P的宽度的效果。此外，也可以是，板状结构体160的平面形状以宽度w沿着基准轴Y逐渐增加的方式形成与图30的(a)左右为相反方向的梯形。

[0318] 当然，也能使用如下板状结构体，其将图29所示的板状结构体150的特征和图30所示的板状结构体160的特征进行组合，使厚度方向的截断面以厚度沿着基准轴Y逐渐减少或增加的方式形成梯形且使平面形状以宽度沿着基准轴Y逐渐减少或增加的方式形成梯形。另外，还能将作为实施例1～4(参照图27～图30)描述的特征在不产生矛盾的范围内适当地组合。还能进行例如关于厚度t采用图27的(b)所示的实施例1的结构、关于宽度w采用图30的(a)所示的实施例4的结构那样的组合。通过改变板状结构体的形状，还能进行使谐振系统的谐振频率fr在频率轴上向希望的方向按希望的量移动的设计。

[0319] ＜11-2.不设置重锤体的实施例＞

[0320] 在上述＜§11-1＞中，作为本发明的第二实施方式的实施例1～4，说明了具有将单一的重锤体与在对形状进行了特定的研究后的板状结构体的顶端部附近接合的结构的发电元件。本申请的发明者针对从这些实施例1～4去除了重锤体的方式、即具有用底座将进行了特定的研究的板状结构体的根端部固定的基本结构体的发电元件进行了研究频率特性的实验。其结果是，使进行了特定的研究的板状结构体(厚度t和宽度w按每一部分变化的板状结构体)振动的情况比使简单的矩形板状结构体(厚度t和宽度w均匀的板状结构体)振动的情况更能确认表示频率特性的峰值波形P的宽度扩大的现象。

[0321] 以下所示的实施例5～8是根据这种观点进行的发明，涉及不设置重锤体且利用仅在板状结构体产生的振动能量进行发电的发电元件。

[0322] 首先，图31的(a)是本发明的第二实施方式的实施例5的发电元件2100的基本结构体的顶视图，图31的(b)是将其用YZ平面截断后的侧截面图。图示的发电元件2100是从图27所示的发电元件2000去除了重锤体213的发电元件，两者的差异仅是有无重锤体213。即，图31所示的发电元件2100包括板状结构体110、将其根端部固定的底座300、未图示的电荷产生元件400、以及发电电路500。在此，板状结构体110如已述的具有如下特征：宽度w是均匀的，具有三个区分部分S1～S3，具有各自不同的厚度t1、t2、t3。

[0323] 下面的图32的(a)是本发明的第二实施方式的实施例6的发电元件2120的基本结构体的顶视图，图32的(b)是将其用YZ平面截断后的侧截面图。图示的发电元件2120是从图28所示的发电元件2020去除了重锤体223的发电元件，两者的差异仅是有无重锤体223。即，图32所示的发电元件2120包括板状结构体120、将板状结构体120的根端部固定的底座310、未图示的电荷产生元件400以及发电电路500。在此，板状结构体120如已述的具有如下特征：厚度t是均匀的，具有三个区分部分S1～S3，具有各自不同的宽度w1、w2、w3。

[0324] 接在其后的图33的(a)是本发明的第二实施方式的实施例7的发电元件2150的基本结构体的顶视图，图33的(b)是将其用YZ平面截断后的侧截面图。图示的发电元件2150是将图29所示的发电元件2050去除了重锤体253的发电元件，两者的差异仅是有无重锤体253。即，图33所示的发电元件2150包括板状结构体150、将板状结构体150的根端部固定的底座300、未图示的电荷产生元件400以及发电电路500。在此，板状结构体150如已述的具有如下特征：宽度w是均匀的，厚度方向的截断面以厚度t沿着基准轴Y厚度逐渐减少或增加的方式形成梯形。

[0325] 最后所示的图34的(a)是本发明的第二实施方式的实施例8的发电元件2160的基本结构体的顶视图，图34的(b)是将其用YZ平面截断后的侧截面图。图示的发电元件2160是从图30所示的发电元件2060去除了重锤体263的发电元件，两者的差异仅是有无重锤体263。即，图34所示的发电元件2160包括板状结构体160、将板状结构体160的根端部固定的底座310、未图示的电荷产生元件400以及发电电路500。在此，板状结构体160如已述的具有如下特征：厚度t是均匀的，平面形状以宽度w沿着基准轴Y厚度逐渐减少或增加的方式形成梯形。

[0326] 本申请的发明者对本申请的第二实施方式的实施例5～8的发电元件2100、2120、2150、2160(参照图31～图34)各者的频率特性和从图1所示的以往的发电元件去除了重锤体200的发电元件(仅具有底座300和板状结构体100的发电元件)的频率特性进行研究后均能确认如下现象：如图2的坐标图所示，在固有的谐振频率fr的位置出现峰值波形P这一点没有变化，但本发明的实施例5～8的发电元件与现有装置相比，峰值波形P的半值宽度h变大。可认为其原因是，由于厚度t或宽度w的阶段性的变化或连续的变化，1个系统内的谐振条件实现多重化，作为整体的谐振系统观看时，形成宽度更大的峰值波形P。

[0327] 当然，还能将作为实施例5～8(参照图31～图34)描述的特征在不产生矛盾的范围内适当地组合。例如还能进行关于厚度t采用图31的(b)所示的实施例5的结构、关于宽度w采用图34的(a)所示的实施例8的结构那样的组合。

[0328] 一般在使1个板状结构体振动的系统的情况下，与仅包括板状结构体的结构相比，附加了重锤体的结构能更大地取得振幅。因而，在仅具备1个板状结构体的发电元件的情况下，附加质量尽量大的重锤体更能提高发电效率。但是，一般为了增大重锤体的质量，需要加大重锤体的尺寸，需要确保该重锤体振动的空间，因此装置整体实现大型化。

[0329] 而在采用不设置重锤体的结构的情况下，板状结构体的振动是由于相当于其自重的质量而发生的，因此与设置重锤体的情况相比，振幅不得不下降。但是，只要仅确保板状结构体的振动空间即可，因此能实现装置整体的省空间化。在需要更大的发电量的情况下，能采用将多个板状结构体密集配置的结构。由于无需设置重锤体，因此能按极高的密度将多个板状结构体按横竖排列配置。因而，完全不设置重锤体的发电元件作为工业产品也具有充分的使用价值。

[0330] 特别是如在图31～图34中作为实施例5～8所示的，使用了对形状进行了特定的研究的板状结构体的发电元件的能发电的频带扩大，因此能在各种使用环境下进行高效的发电。当然，通过改变板状结构体的形状也能进行使谐振系统的谐振频率fr在频率轴上向希望的方向按希望的量移动的设计。

[0331] ＜11-3.进一步扩大峰值波形的半值宽度的结构＞

[0332] 至此作为本发明的第二实施方式的实施例1～4示出仅设有图27～图30的单一的重锤体的实施例，作为实施例5～8示出了未设置图31～图34的重锤体的实施例。在任一实施例的情况下，均与图1所示的以往结构的发电元件同样地能确认如下现象：能得到在固有的谐振频率fr的位置具有具备半值宽度h的峰值波形P的频率特性(参照图2的坐标图)并且与以往结构的发电元件相比峰值波形P的半值宽度h进一步扩大。

[0333] 可认为发生这种现象的原因是，当采用板状结构体的厚度或宽度按每一部分变化的结构时，在同一系统内决定谐振条件的不同的部分要素整合后将谐振条件实现多重化。在现阶段，关于该多重化的详细的方式没有进行解析，但本申请的发明者通过计算机模拟研究大致的倾向后能得到如下结果。

[0334] 首先，针对图27所示的实施例1考虑了使厚度t的增减关系逆转后的实施例1′。在实施例1的情况下，区分部分S1、S2、S3的厚度t1、t2、t3的大小关系成为t1＞t2＞t3，但在实施例1′中，逆转为t1＜t2＜t3，成为越往顶端部厚度越增加的结构。在此，关于实施例1和实施例1′在比较了频率特性坐标图上的峰值波形P的半值宽度h后能得到与实施例1相比实施例1′的半值宽度h更大的结果。关于图31所示的实施例5和使厚度t的增减关系逆转后的实施例5′也能得到完全相同的结果。

[0335] 下面，针对图28所示的实施例2考虑了使宽度w的增减关系逆转后的实施例2′。在实施例2的情况下，区分部分S1、S2、S3的宽度w1、w2、w3的大小关系成为w1＞w2＞w3，但在实施例2′中，逆转为w1＜w2＜w3，成为越往顶端部宽度越增加的结构。在此，也针对实施例2和实施例2′比较了频率特性坐标图上的峰值波形P的半值宽度h后，能得到与实施例2相比实施例2′的半值宽度h更大的结果。针对图32所示的实施例6和使宽度w的增减关系逆转后的实施例6′也能得到完全相同的结果。

[0336] 另外，针对图29所示的实施例3也进行了与使厚度t的增减关系逆转的实施例3′同样的实验。即，在实施例3的情况下，具有越从根端部到顶端部厚度t越单调地减少的结构，但在实施例3′的情况下，具有越从根端部到顶端部厚度t越单调地增加的结构。在此，关于实施例3和实施例3′比较了频率特性坐标图上的峰值波形P的半值宽度h后得到了与实施例3相比实施例3′的半值宽度h更大的结果。关于图33所示的实施例7和使厚度t的增减关系逆转后的实施例7′也能得到完全相同的结果。

[0337] 最后，对图30所示的实施例4进行了与使宽度w的增减关系逆转的实施例4′同样的实验。即，在实施例4的情况下，具有越从根端部到顶端部宽度w越单调地减少的结构，但在实施例4′的情况下，具有越从根端部到顶端部宽度w越单调地增加的结构。在此关于实施例4和实施例4′也比较了频率特性坐标图上的峰值波形P的半值宽度h后能得到与实施例4相比实施例4′的半值宽度h更大的结果。关于图34所示的实施例8和使宽度w的增减关系逆转的实施例8′也能得到完全相同的结果。

[0338] 根据以上的结果可知在仅设有单一的重锤体的实施例的情况下以及在没有设置重锤体的实施例的情况下均有如下倾向：采用使板状结构体的厚度或宽度从根端部朝向顶端部增加(既可以是阶段性增加也可以是连续性增加)的结构与采用使板状结构体的厚度或宽度从根端部朝向顶端部减少(既可以是阶段性减少也可以是连续性减少)的结构相比，在频率特性坐标图上出现的峰值波形P的半值宽度h更大。

[0339] 因而，在希望比图27～图34所示的实施例1～8的频率特性进一步扩大峰值波形P的半值宽度h的情况下，只要采用使厚度或宽度的增减关系逆转的实施例1′～8′即可。

[0340] 工业上的可利用性

[0341] 本发明的发电元件能广泛地应用于通过将振动能量转换为电能而进行发电的技术。其基本原理是，通过重锤体的振动使板状结构体产生挠曲，将随着该挠曲在电荷产生元件产生的电荷提取到外部，因此通过安装于汽车、列车、船舶等交通工具、或冰箱、空调等的振动源，能将通常浪费消耗的振动能量作为电能进行有效应用。另外，通过使与板状结构体或重锤体有关的各种参数变化，能进行扩大能发电的频带或者在频率轴上移动等调整，因此能设计适合实际使用环境的振动频率的能进行高效的发电的发电元件。

标题	发布/更新时间	阅读量
拉伸法测定钢丝杨氏模量的实验装置	2020-05-13	781
薄膜材料杨氏模量测试结构及方法	2020-05-13	543
一种测量镶嵌薄膜杨氏模量的方法	2020-05-13	900
方便杨氏模量测定仪防晃动装置	2020-05-13	136
单缝衍射杨氏模量测量仪	2020-05-13	193
壁挂式杨氏模量测量仪	2020-05-11	152
杨氏模量测量仪	2020-05-11	59
卧式杨氏模量测量仪	2020-05-11	179
金属丝拉伸法杨氏模量测量方法	2020-05-12	357
一种杨氏模量测量装置	2020-05-11	418

发电元件

发电元件

技术领域

背景技术

发明内容

具体实施方式

该功能需要专业版企业版VIP权限，您可以：