CN102227868A - 振动发电器、振动发电装置以及搭载振动发电装置的通信装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供振动发电器、振动发电装置以及搭载振动发电装置的通信装置。该振动发电装置具备振动发电器(200)、整流电路桥(205)、输出控制电路(201)、负载电路(202)、频率检测电路(204)，通过检测振动发电器(200)的频率，与频率相应地控制输出控制电路(101)的阻抗，从而能够高效地取出振动发电装置(200)的发电电力。

Description

振动发电器、振动发电装置以及搭载振动发电装置的通信装置

技术领域

本发明涉及振动发电器、振动发电装置、以及搭载振动发电装置的通信装置，特别涉及使用了驻极体材料的静电感应型振动发电器、振动发电装置、振动发电装置、搭载了该振动发电装置的电子设备、以及搭载了该振动发电装置的通信装置。

背景技术

提出过如下的静电感应型振动发电装置，在该静电感应型振动发电装置中，对可变电容的一个电极提供电荷，对相对的电极通过静电感应感应出电荷，因电容的变化使感应出的电荷变化，将该电荷的变化作为电能取出(例如，参照专利文献1)。

图7表示上述专利文献1记载的静电感应型振动发电器。图7是使用了驻极体的振动发电器10的概略剖面图。

该静电感应型发电器，由具备多个导电性表面区域13的第1基板11、具备多个驻极体材料区域15的第2基板16构成。上述第1基板11与所述第2基板16彼此隔着规定的间隔配置。包含驻极体材料区域15的第2基板16被固定。包含导电性表面区域13的第1基板11经由弹簧19与固定构造17连结。弹簧19与第1基板11的两侧面连接，并且与固定构造17连接。通过该弹簧19，第1基板11能够返回至固定位置，或者第1基板能够进行侧方运动(例如X轴方向运动)，并返回至固定位置。通过该运动，驻极体材料区域15与对置的导电性表面区域13之间的重叠面积出现增减，导电性表面区域13中产生电荷的变化。静电感应型发电器，将该电荷的变化作为电能取出进行发电。

专利文献2公开了使用静电感应型振动发电器的静电动作装置。专利文献2中表示静电动作装置的一例。如图8所示，该装置41由振动发电器、桥整流电路42a、42b、DC-DC转换器43a、43b、以及负载40构成。其中，该振动发电器由具备多个可动电极22a、22b的第1电极部20、驻极体膜32、包含在该膜32的上面形成的第1电介质层34的第2电极部30、在第1电介质层34与驻极体膜32之间设置的第1绝缘膜33构成。该桥整流电路42a、42b分别与多个电极22a、22b连接。该DC-DC转换器43a、43b与桥整流电路连接。桥整流电路对从可动电极22的各个电极输出的交流电压进行整流从而转换为直流电压。转换之后的直流电压由DC-DC转换器进行电压转换，输出至负载。

专利文献1：JP特表2005-529574号公报(第10-11页、图4)

专利文献2：国际公开第2008/053793号单行本(图1、图10)

图9中表示在某一个静电感应型振动发电器(以下，称为“振动发电器”)中，使任意一个电极以同一振幅振动时的、负载阻抗与输出功率之间的关系。振动发电器将因电容变化感应出的电荷作为电能取出来进行发电。因此，在负载是匹配阻抗时(即，负载的阻抗与振动发电器的阻抗匹配时)得到最大的输出功率，在此外的负载条件下输出功率较小。此外，振动发电器中，根据其振动频率内部阻抗发生变化，由此匹配阻抗也变化。也就是说，具有如下的问题：与负载连接的振动发电装置因负载的状态或振动的状态，发电量变化。

再有，目前提出的振动发电器并未构成为：将表示其输出状态(频率、输出功率)的信号发送至其他电路。因此，例如在振动发电器尚未振动没有进行发电时，有时负载不必要地进行动作，从蓄电池或其他电源浪费电力。

发明内容

本发明是为了解决上述现有问题提出的，本发明的目的在于，提供即便在负载状态变化的情况下也可不降低输出电力来驱动负载的、振动发电装置、可根据振动频率有效地取出电力的振动发电器和振动发电装置、以及可检测发电状态的振动发电器和振动发电装置、以及利用了这些振动发电装置或振动发电器的通信装置。

为了解决上述问题，本发明提供一种检测负载的状态和/或振动发电器的振动频率来控制输出控制电路的阻抗的振动发电装置。

本发明的第1方面提供一种振动发电装置，其包括：振动发电器；整流电路，对所述振动发电器的输出交流电压进行整流转换为直流电压；输出控制电路，控制来自所述整流电路的输出使其输入至负载电路；和频率检测电路，检测所述振动发电器的振动频率，根据来自所述频率检测电路的反馈信号，控制输出控制电路的阻抗。

在本发明的第1方面所涉及的振动发电装置中，优选如下的振动发电器，其包括：电极群A，由形成在第1基板上的多个第1电极组成；和电极群B，由形成在第2基板上的第2电极和第3电极组成，所述电极群A和所述电极群B的任意一方能够在平行于所述第1基板以及第2基板的平面内的至少一个方向上振动，所述电极群A和所述电极群B的任意一个群的各电极包括保持电荷的膜，所述电极群A和所述电极群B以彼此之间具有间隙的状态相互对置，利用所述第1电极和所述第2电极的重叠面积的变化来进行发电，利用所述第1电极和所述第3电极的重叠面积的变化，输出与发电的频率相应的信号。该情况下，利用所述第1电极和所述第3电极的重叠面积的变化，根据发电的频率输出的信号被发送至所述频率检测电路，所述频率检测电路根据该信号将反馈信号发送至输出控制电路。

本发明的第2方面提供一种振动发电装置，其包括：振动发电器；整流电路，对所述振动发电器的输出交流电压进行整流转换为直流电压；输出控制电路，控制来自所述整流电路的输出使其输入至负载电路；和负载检测电路，检测所述负载电路的负载状态，根据来自所述负载检测电路的反馈信号，控制输出控制电路的阻抗。

第1方面以及第2方面所涉及的振动发电装置特征在于，检测负载电路的状态或振动发电器的振动频率，根据检测结果控制阻抗(或者使得可以进行这种的控制)。基于该特点，可高效且稳定地取出由振动发电器产生的电力，其结果可高效地使振动发电装置工作。

本发明的第3方面提供一种振动发电器，包括：电极群A，由形成在第1基板上的多个第1电极组成；和电极群B，由形成在第2基板上的第2电极和第3电极组成，所述电极群A和所述电极群B的任意一方能够在平行于所述第1基板以及第2基板的平面内的至少一个方向上振动，所述电极群A和所述电极群B的任意一个群的各电极包括保持电荷的膜，所述电极群A和所述电极群B以彼此之间具有间隙的状态相互对置，利用所述第1电极和所述第2电极的重叠面积的变化来进行发电，利用所述第1电极和所述第3电极的重叠面积的变化，输出与发电的频率相应的信号，以由所述第3电极和所述第1电极构成的电容小于由所述第2电极和所述第1电极构成的电容的方式形成所述第3电极。

第3方面所涉及的振动发电器在第1方面涉及的振动发电装置中作为振动发电器是有用的。或者，该振动发电器将利用第1电极和第3电极的重叠面积的变化输出的与发电的频率相应的信号的作为用于检测发电装置的信号使用，由此在通过该振动发电器发电的电力来驱动的负载电路中，能够消除不必要的电力损耗。

本发明的第1方面所涉及的振动发电装置在振动发电器的振动频率变化的情况下，能够根据振动频率进行输出控制，能够降低因振动频率的变化引起的输出电力的下降。再有，在第1方面所涉及的振动发电装置中，能够配合振动发电器的振动频率控制负载，其结果可实现来自振动发电器的输出电力的稳定。

本发明的第2方面所涉及的振动发电装置在负载状态变化的情况下，能够降低来自振动发电器的输出电力的下降。在使用本发明的第1以及第2方面所涉及的振动发电装置的情况下，较之于没使用阻抗控制的情况，向负载电路所需的电压电平的转换变得容易。

此外，本发明的第3方面所涉及的振动发电器例如作为本发明的第1方面所涉及的振动发电装置的振动发电器来使用。该情况下，达成的效果如上述所说明的那样。或者，本发明的第3方面所涉及的振动发电器，使得可检测振动发电器中的发电状态，根据发电状态直接控制负载电路、或者经由输出控制电路控制负载电路。由此，能够消除负载电路中的不必要的电力损耗。

附图说明

图1(a)是表示本发明的实施方式1中的振动发电装置的框图，(b)是表示连接于本发明的实施方式1中的振动发电装置的负载电路的框图。

图2(a)是表示本发明的实施方式1中的振动发电器的规定振动频率处的输出电流和输出电压的关系曲线，(b)是表示本发明的实施方式1中的振动发电装置所驱动的负载电路的状态和输出电压的关系的一例曲线。

图3(a)表示本发明的实施方式2中的振动发电装置的框图，(b)是构成本发明的实施方式2中的振动发电装置的振动发电器的剖面图。

图4是表示本发明的实施方式2中的振动发电器的三个频率处的输出电流和输出电压的关系曲线。

图5是表示本发明的实施方式3中的振动发电装置的框图。

图6是表示本发明的实施方式4中的通信装置的框图。

图7是表示现有的静电感应型振动发电器的构造的剖面图。

图8是表示现有的静电感应型振动发电装置的框图。

图9是表示静电感应型振动发电器的负载电阻和输出功率的关系曲线。

图10是表示本发明的实施方式4中的振动发电装置所驱动的负载电路的状态和输出电压的管理的一例曲线。

图11(a)是表示本发明的振动发电器中的第3电极和第2电极的配置的一例平面图，(b)是表示本发明的振动发电器中的第3电极和第2电极的配置的其他例的平面图。

图12是表示本发明的实施方式5中的振动发电装置的框图。

图13是本发明的实施方式5的变形例中的振动发电装置的框图。

图14是表示本发明的实施方式6中的通信装置的框图。

符号说明：

100 振动发电器

101 输出控制电路

102 负载电路

103 负载检测电路

111 控制电路

112 无线通信电路

113 天线

114 传感器

204 频率检测

211 第1构造体

212 第2构造体

213 第1电极

214 弹性构造体

215 第2电极

216 第3电极

400 通信装置

504 发电检测电路

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。

实施方式1

图1是本发明的实施方式1中的振动发电装置(简称为“发电装置”)以及与其连接的负载的框图。

在图1中，振动发电器(简称为“发电器”)100的输出端子与整流电路模块连接。整流电路模块105是由4个二极管和电容器构成的全波整流电路。整流电路模块105与输出控制电路101连接，振动发电器100的输出被送至该电路101。输出控制电路101与负载电路102连接。负载检测电路103检测负载电路102的负载状态，从而将负载状态反馈至输出控制电路101。

振动发电器100将因驻极体电极与电容电极的重叠面积的增减而在电容电极感应出的电荷作为电能取出来进行发电。在此，“电极的重叠面积”是从垂直于设有电极的基板主表面的方向观察时2个电极重叠的面积。振动发电器的结构并不限定于此，例如也可以是背景技术中所说明的那种结构。

负载电路102具体而言例如可以具有图1(b)所示的结构。图1(b)所示的负载电路102至少由控制电路111、无线通信电路112、天线113、传感器114构成。包含该负载电路的设备有时也被称为无线IC标签(或者RFID标签)。

以下对与图1(b)所示的负载电路102连接的振动发电装置的动作进行说明。

通过来自外部的振动因静电感应所感应出的电荷，被作为电能从振动发电器100取出。此时，来自振动发电器100的输出，成为与外部振动的频率相应的交流信号。交流信号通过整流模块105转换为直流电压，然后输入至输出控制电路101。

输出控制电路101控制对负载电路102的供电。优选在负载电路102为动作轻的负载、(振动发电器100的供电)＞(负载电路的耗电)的情况下，在蓄电电路等(图1(a)未图示)中积蓄电荷。此外，进行如下的控制，即：在负载电路102为动作重的负载、(振动发电器100的供电)＜(负载电路的耗电)的情况下，由蓄电电路或电池(图1(a)未图示)等供电。

此时，负载检测电路103根据负载电路102的动作控制输出控制电路101的阻抗，以从整流电路模块105观察的阻抗为恒定的方式进行控制。在控制中，例如可利用开关元件等配合负载电路103的动作切换输出控制电路101的阻抗。对于控制本身，可利用电气/电子电路中一般使用的方法实施。

负载检测电路103可以是在负载进行动作时检测正在动作的负载实际消耗的电力的部件。或者，负载检测电路103可以在负载进行某动作之前检测由该动作消耗的电力，或者还可以在负载进行某动作之后检测由该动作之后进行的其他动作消耗的电力。也就是说，本发明的振动发电装置中使用的负载检测电路，可以是在当场检测负载实际消耗的电力的电路，和/或预测所消耗的电力的电路。

在负载电路102是图1(b)所示的电路的情况下，通过负载检测电路103连接于控制电路，能够检测负载电路102的动作。在此，表示通过检测输入至控制电路的电流，来检测正在动作的负载实际消耗的电力的例子。图1(b)所示的负载电路具有：待机(电流小)、微机动作(电流中)、以及通信(电流大)的三个动作模式。因此，通过将负载检测电路103连接于控制电路，从而能够检测(也包括预测)负载电路102的负载变动。当根据检测出的负载变动作为反馈信号发送至输出控制电路101时，输出控制电路101能够基于动作模式控制负载阻抗。

此外，该动作模式的切换定时由控制电路111来控制。因此，通过将负载检测电路103连接于控制电路111，也可预测负载电路102的负载变动。

根据该实施方式涉及的振动发电装置，能够获得以下的效果。

(1)即便在负载状态变化的情况下，也能够有效地取出由振动发电机发电而得到的电力。

(2)通过控制负载阻抗使得能够进行高效率的发电，从而容易设计出将输出电压转换为适合于负载的电压电平的电压转换电路。

参照图2对上述(1)效果进一步进行说明。图2(a)是表示振动发电器的输出电流-电压特性的曲线。在该曲线中，横轴是振动发电器的输出电流，纵轴是振动发电器的输出电压。输出电压如该曲线中实线所示那样，在开路状态时最大(电压最大)，在短路状态时最小(电压最小)。在该实施方式的振动发电装置中，由于根据负载的状态控制负载阻抗，因此振动发电器的发电电力能够在负载匹配的状态下高效地取出。

此外，当具有图2(a)所示的特性的振动发电器将输出电压控制在开路电压的75％～85％的电压时，可高效地动作。进一步具体而言，在图2(a)所示的曲线中，当以电力为最大的方式记载等电力曲线时，为由虚线所示的曲线。该等电力曲线与表示电流-电压特性的曲线相切的点，大约是最大输出电压(负载开路时的输出电压)的80％。因此，当将输出电压控制在开路电压的75％～85％、优选80％时，可高效地取出感应电荷。根据本实施方式，这种输出电压的控制能够通过控制负载阻抗来实现。

说明上述(2)的效果。当控制负载阻抗使得振动发电器能够进行高效的发电时，较之于不进行基于负载状态检测的控制的情况，将振动发电器的输出电压转换为适合于负载的电压电平的电压转换电路的涉及变得容易。

在驱动图1(b)所示的负载电路的情况下，负载电路的主要动作是将来自传感器114的数据保存至存储器的微机动作(动作1)、通过无线通信发送存储器中存储的数据的动作(动作2)、负载电路102处于待机的动作(动作3)。这些动作时施加的负载(消耗电力)如图2(b)所示那样，按照动作2＞动作1＞动作3的顺序变小，负载阻抗随着该变化而变化。由振动发电器100的发电电力驱动该负载电路的情况下，得到最大输出时进行无线通信(动作2)，传感器以比该电力小的电力进行动作(动作1)，在输出电压最大的附近处于待机状态(动作3)。在此，当控制负载阻抗使得振动发电器能够进行高效的发电(一直为最大输出)时，输出的电压也恒定，因负载变动而导致的输出电压电平的变动得到抑制。其结果，容易设计出将输出电压转换为适合于负载的电压电平的电压转换电路。

如果可以进行以上这种的输出控制，则不需要来自蓄电电路以及其他电源的电力。因此，通过以能够进行这种控制的方式来设计负载电路以及振动发电器，从而能够消除电池或蓄电部。

实施方式2

图3是本发明的实施方式2中的振动发电装置的框图。在实施方式1的发电装置中，检测负载电路的状态，将检测结果反馈至输出控制电路，从而控制输出。与此相对，在本实施方式中，检测发电器的振动频率(输出电压的频率)，来控制输出控制电路。在这一点上，实施方式2的发电装置与实施方式1的发电装置不同。

如图3(a)所示，在本实施方式的发电装置中，振动发电器200的输出端子与整流电路模块205连接。整流电路模块205是由4个二极管和电容器构成的全波整流电路。整流电路模块205与输出控制电路连接，振动发电器200的输出被送至该电路模块205。输出控制电路201与负载电路202连接。频率检测电路204检测来自振动发电器200的输出电力的频率，并将输出状态反馈至输出控制电路201。

接下来，利用图3(b)对本实施方式中优选使用的振动发电器的构造进行说明。在图3(b)中，振动发电器200由第1构造体211(包含第1基板)和第2构造体212(包含第2基板)构成。在图3(b)中，第1电极213(电极群A)形成在第1构造体211上。第1构造体211通过弹性构造体214与第2构造体212连接。如图3(b)所示，第2电极215以及第3电极216(电极群B)在第2构造体212上形成在与第1电极213对置的位置。

第1构造体211与第2构造体212，以第1电极213与第2电极215相对的方式连接。通过这样固定，构成为在第1构造体211上形成的第1电极213，可相对于第2构造体212上形成的第2电极215改变位置。振动发电器200与现有构造所示的静电感应型振动发电器同样，将因第1电极213与第2电极215的重叠面积的增减而在第2电极215感应出的电荷作为电能取出，来进行发电。

此外，在图3(b)所示的振动发电器中，在第2构造体212上，形成用于检测振动频率变化的第3电极216，与第2电极215一起在第2构造体212上形成电极群B。第3电极216与第2电极215同样，以与第1电极213相对的方式形成。通过第1构造体211振动，第1电极213与第3电极216的重叠面积产生增减，在第3电极216感应出电荷，与第2电极215相同频率的交流电压从第3电极216输出。

在图3(b)所示的振动发电器中，电极群A和电极群B的任意一方都包括保持电荷的膜。作为构成保持电荷的膜(也被称为驻极体)的材料，例如有聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚氯乙烯等高分子材料、以及氧化硅等无机材料。

第3电极216既可以是1个，也可以是多个。也就是说，可以按照由第3电极和第1电极构成的电容比由第2电极和第1电极构成的电容小的方式，形成第3电极。在该情况下，由第3电极和第1电极构成的阻抗成为比由第2电极和第1电极构成的阻抗高的阻抗。由于第3电极216用于检测频率的变化，因此不同于用于发电的第2电极，不需要使阻抗与负载匹配。因此，即便第3电极216是一个，通过适当调节阻抗，也能够足以检测频率。

优选第3电极形成在第2基板的中心或其附近。若第3电极位于第3基板的端部(远离振动中心一侧)，在第2基板相对于第1基板移动来进行振动时，第3电极与第1电极不产生重叠(交叉)，从而有可能无法正确检测频率。

具体而言，如图11(a)以及图11(b)所示，优选将第2电极215以及第3电极216设置在第2基板。在图11(a)以及图11(b)中，C表示的虚线在第2基板沿双向箭头所示的方向振动的情况下成为振动的中心线。在图11(a)中，第3电极216与第2电极215等间隔配置。因此，从第3电极216输出的电压与从第2电极215输出的电压同相。在图11(b)中，第3电极216以嵌入等间隔配置的第2电极215之间的方式设置。因此，从第3电极216输出的电压与从第2电极215输出的电压反相。

对包含上述那样构成的振动发电器的振动发电装置的动作进行说明。

振动发电器200发出的电与实施方式1同样，提供给负载电路202，被负载电路102消耗。实施方式2的发电装置与实施方式1不同之处在于：负载电路202是固定的，以及检测因从外部施加的力的变化引起的振动发电器200的振动频率的变化。

在此，更加详细地说明频率检测电路204。频率检测电路204检测振动发电器200的第3电极216中感应出的电荷，进行频率转换。根据检测到的频率信息，输出控制电路201控制阻抗使得来自振动发电器200的输出电力最大。

根据该实施方式所涉及的振动发电装置，能获得以下的效果。

(1)即便在振动频率变化的情况下，也能够有效地取出由振动发电机发电而得到的电力。

(2)通过将输出控制电路的阻抗控制为恒定，从而容易设计出将输出电压转换为适合于负载的电压电平的电压转换电路。

参照图4对上述(1)效果进一步进行说明。图4是表示振动发电器的输出电流-电压特性的曲线。在该曲线中，横轴是振动发电器的输出电流，纵轴是振动发电器的输出电压。该曲线中，分别表示频率不同的输出特性(频率A、频率B、频率C)。频率按照频率A＜频率B＜频率C的顺序变高。由于频率变化，能输出的电流值不同。在该实施方式中，以根据频率的变化能够高效地取出电力的方式，基于频率变化来改变阻抗。在本实施方式中，也如实施方式1中所说明那样，通过根据输出频率的输出特性将输出电压控制在开路电压的75％～85％、优选80％，从而能够高效地使发电器动作。

说明上述(2)的效果。当按照检测振动发电器的频率，并根据检测出的结果控制输出控制电路的方式设计电路时，较之于不进行基于频率检测的控制的情况，将振动发电器的输出电压转换为适合于负载的电压电平的电压转换电路的设计变得容易。

在图3中，振动发电器具备与输出端子连接的第3电极，其输出端子与振动频率检测电路连接。在实施方式2的变形例中，振动发电器可以由第1电极以及第2电极形成，而不具备第3电极，例如可以是现有的振动发电器。在使用这种发电器时，将振动发电器中得到的一部分电力送至检测频率的电路，来进行频率的检测。因此，该情况下，有时应该送往负载的电力被检测电路消耗，与利用图3所示的振动发电器的情况相比，振动发电器的效率下降。

实施方式3

图5是本发明的实施方式3中的振动发电装置的框图。在本实施方式中，检测负载电路的状态、以及振动发电器的振动频率(输出电压的频率)双方，反馈这些的检测结果，来控制输出控制电路。

如图5所示，在该实施方式的发电装置中，振动发电器300的输出端子与整流电路模块305连接。整流电路模块305是由4个二极管和电容器构成的全波整流电路。整流电路模块305与输出控制电路连接，来自振动发电器300的输出被送至该电路模块305。输出控制电路301与负载电路302连接。

负载检测电路303检测负载电路302的动作的状态(负载状态)，将负载状态反馈至输出控制电路301。输出控制电路301根据该反馈进行控制，使得来自振动发电器300的输出电力最大。

频率检测电路304检测来自振动发电器300的输出电力的频率，将输出状态反馈至输出控制电路301。输出控制电路301根据该反馈进行控制，使得与频率相应地得到最大输出电力。

本实施方式中使用的负载电路302以及振动发电器300分别与实施方式1及实施方式2中所说明的负载电路102和振动发电器200相同。负载检测电路303与实施方式1中所说明的负载检测电路103相同。频率检测电路304与实施方式2中所说明的频率检测电路204相同。

根据该实施方式所涉及的振动发电装置，能够获得以下的效果。

(1)即便在振动频率变化的情况下，也能够有效地取出由振动发电机发电而得到的电力。

(2)即便在负载状态变化的情况下，也能够有效地取出由振动发电机发电而得到的电力。

(3)通过将输出控制电路的阻抗控制为恒定，从而容易设计出将输出电压转换为适合于负载的电压电平的电压转换电路。

上述效果如实施方式1以及实施方式2中所述。也就是说，这种形式的振动发电装置带来如下有用的效果，可对应负载电路的动作模式的变化改变阻抗，以及即便在来自外部的振动变化的环境下的动作中也可有效地取出感应出的电荷等。

实施方式4

图6是在搭载于汽车的轮胎气压监视系统中使用的通信装置的框图。在图6中，作为发电装置使用实施方式3所示的振动发电装置，输出控制电路401构成为包括电源控制部401A以及蓄电部401B。

在图6中，通信装置410由通过振动进行发电的振动发电器400、整流电路模块405、检测振动发电器的振动频率的频率检测电路404、输出控制电路401、负载电路402、以及检测负载状态的负载检测电路403构成。

输出控制电路401如上所述包括电源控制部401A和蓄电部401B。此外，负载电路402由控制电路411、无线通信电路412、天线413、以及压力传感器414组成。

对该结构的通信装置410的动作进行说明。从振动发电装置提供压力传感器414、控制电路411、无线通信电路412动作所需的电力。振动发电装置将从振动发电器400取出的交流电力提供给负载402，振动发电器400因轮胎的振动而振动。被取出的交流电力由整流电路模块405转换为直流，并输出至电源控制部。电源控制部根据负载检测电路403检测出的负载电路402的状态，仅将来自振动发电器的电力提供给负载电路402，或者将来自振动发电器的电力和来自蓄电部的电力提供给负载电路402，或者仅将来自蓄电部的电力提供给负载电路402。压力传感器414测定轮胎的气压，将测定结果转换为电压信号，该电压信号输入至控制电路411。由控制电路411处理后的信号输入至无线通信电路412，作为高频信号从天线413传播。

负载电路402的主要动作是将来自传感器414的数据保存至存储器的动作(动作1)、通过无线通信发送存储器中存储的数据的动作(动作2)、负载电路402处于待机的动作(动作3)。这些动作时施加的负载(消耗电力)按照动作2＞动作1＞动作3的顺序变小，负载阻抗随着其变化而变化。由负载检测电路403检测该动作1、动作2、动作3的状态，将检测结果反馈至输出控制电路401，由此进行控制使得来自振动发电器400的输出电力最大。

具体而言，控制如下进行：控制输出控制电路401的阻抗，以从整流电路模块405观察到的阻抗恒定。例如图12所示，在负载电路402处于动作2的状态的阻抗下，振动发电器400的发电量最大的电路中，当负载电路402的动作变化至动作1时，以输出控制电路的阻抗为恒定的方式向蓄电电路提供电荷。再有，在变化至动作3时，控制蓄电电路的阻抗，使得输入阻抗为恒定。通过利用开关元件等配合动作来进行切换，能够简单地进行控制。

再有，在该通信装置中，频率检测电路404检测来自振动发电器400的输出电力的频率，并反馈至输出控制电路401。输出控制电路401根据该反馈进行控制，使得与频率相应地获得最大的输出电力。

这样，将本发明的振动发电装置作为通信装置的电源来利用的情况下，可以减少电池更换等的维护作业次数，或者避免电池更换。这些是本发明的振动发电装置的有用效果。

在本实施方式中示出了如下的例子：输出控制电路包括蓄电部，将来自振动发电器的一部分电力提供给蓄电部，将蓄积的电力根据需要提供给负载。在其他方式中，可以代替蓄电部，或者与蓄电部一起使用电池。或者，只要来自振动发电器的输出电力能够足以供应压力传感器、控制电路、通信部等消耗的电力、以及通信所需的电力，也可以没有蓄电部和/或电池，而仅将振动发电器作为电源。该情况下，不需要蓄电部和/或电池、以及电源控制，对于设备的小型化是有利的。

实施方式5

图12是具备本发明的第3方面的要点所涉及的振动发电器的振动发电装置的框图。在实施方式2的发电装置中，检测来自发电器的输出频率，将检测结果输入至输出控制电路，来控制输出。相对于此，在本实施方式中，使用与实施方式2中利用的振动发电器相同的振动发电器，检测发电器有无振动发电，从而控制负载电路。在这一点上，实施方式5的发电装置与实施方式2的发电装置不同。

如图12所示，在该实施方式的发电装置中，振动发电器200的输出端子与整流电路模块205连接。整流电路模块205是由4个二极管和电容器构成的全波整流电路。整流电路模块205与输出控制电路连接，振动发电器200的输出被送至该电路模块205。输出控制电路201与负载电路202连接。由504表示的电路检测振动发电器200的输出状态，将输出状态反馈至负载电路202。在此，为了方便将504所示的电路称为发电检测电路。

本实施方式中优选使用的振动发电器的构造，与实施方式2中所说明的图3(b)所示的构造相同。在本实施方式中，也在第1电极213与第3电极216的重叠面积处产生增减，在第3电极216感应出电荷，与第2电极215相同频率的交流电压从第3电极216输出。在本实施方式中，发电检测电路504接收从第3电极216输出的频率信号，既可以仅检测振动发电器是否处于发电状态，或者也可以从其频率信号检测从振动发电器200输出的电力的值。也就是说，在本实施方式中，发电检测电路504用于检测有无发电、输出电力的值、以及输出电压的值的任意一个或者多个。

接下来，说明振动发电装置的动作。

振动发电器200发电的电力与实施方式2同样，提供给负载电路202，被负载电路202消耗。本实施方式的发电装置与实施方式2不同之处在于：代替频率检测电路设有发电检测电路504，发电检测电路502的输出被输入至负载电路202。

在此，对发电检测电路504进行详细说明。发电检测电路504利用振动发电器200的第1电极213与上述第3电极216之间的重叠面积的变化，根据基于发电的频率输出的信号，检测振动发电器200的第3电极216中感应的电荷(有无发电)。也就是说，在振动发电器200中，在未产生振动或振动的频率为某一定以下的值的情况下，在振动发电器200的第3电极216中并未感应出电荷，因此发电检测电路504判断为没进行发电。发电检测电路504根据振动发电器200中的发电的状态(也就是说，有无发电)进行负载电路202的动作的启动/关断。

根据该实施方式所涉及的振动发电装置，在振动发电器没有发电的情况下，通过关断负载电路，从而能够抑制负载电路中不必要的电力消耗。具体而言，如后述的轮胎气压监视系统那样，在汽车未行驶不需要监视轮胎的气压时、也就是振动发电器未振动时，不需要使负载动作的情况下，停止负载的动作，从而能够抑制从干电池或蓄电池不必要地消耗电力。

在本实施方式中，发电检测电路504与负载电路202连接，直接进行负载电路202的控制。在本实施方式的其他变形例中，可以将发电检测电路504连接于输出控制电路201，以停止从输出控制电路201向负载电路202输出的方式进行控制。该情况下，也可获得与图12所示的装置同样的效果。

此外，在本实施方式的其他变形例(参照图13)中，与实施方式1同样，由负载电路302进行负载的检测，将检测到的结果反馈至输出控制电路301，并且由发电检测电路504检测发电器300的发电状况，并向输出控制电路301进行反馈。通过这样进行控制，可进行与负载状态相符的负载控制(具体而言是阻抗控制)，并且在振动发电器没进行发电的情况下，能够抑制负载电路中的不必要的电力消耗。

实施方式6

图14为搭载于汽车的轮胎气压监视系统中使用的通信装置的框图。在图14中，作为发电装置使用实施方式5所示的振动发电装置，发电检测装置404连接于构成负载电路402的无线通信电路412。图14所示的通信装置410中，代替图6所示的频率检测电路404设有发电检测电路504，在这一点上与图6所示的通信装置不同。

在图14中，通信装置410由通过振动进行发电的振动发电器400、整流电路模块405、检测振动发电器有无发电的发电检测电路404、输出控制电路401、负载电路402、以及检测负载的状态的负载检测电路403构成。

输出控制电路401如上所述包括电源控制部和蓄电部。此外，负载电路402由控制电路411、无线通信电路412、天线413、以及压力传感器414组成。

对该结构的通信装置410的动作进行说明。从振动发电装置提供压力传感器414、控制电路411、无线通信电路412动作所需的电力。振动发电装置将从振动发电器400取出的交流电力提供给负载402，振动发电器400因轮胎的振动而振动。被取出的交流电力由整流电路模块405转换为直流，并输出至电源控制部401A。电源控制部401A根据负载检测电路403检测出的负载电路402的状态，仅将来自振动发电器的电力提供给负载电路402，或者将来自振动发电器的电力和来自蓄电部401B的电力提供给负载电路402，或者仅将来自蓄电部401B的电力提供给负载电路402。负载电路402的主要动作参照与实施方式4相关的说明。具体而言，压力传感器414测定轮胎的气压，将测定结果转换为电压信号，该电压信号输入至控制电路411。由控制电路411处理后的信号，输入至无线通信电路412，作为高频信号从天线413传播。

以下说明发电检测电路504的动作。通常，轮胎气压监视系统测定轮胎的气压，在气压存在异常的情况下通知驾驶员，辅助汽车稳定行驶。也就是说，在汽车停止的状态下，不需要从无线通信电路412发送轮胎的气压信息，此外，也不需要由压力传感器测定轮胎的气压。

因此，发电检测电路504判断发电器400有无发电、即汽车是否处于行驶状态，如果处于发电状态，则将表示该情况的信号发送至无线通信电路412，接收到该信号的无线通信电路412以将气压信息发送至接收部(未图示)的方式进行动作。另一方面，在发电器没有发电的情况下(即，汽车停止的情况、或者汽车处于被视为停止的状态的情况)，发电检测电路将表示该情况的信息发送至无线通信电路412，接收到该信号的无线通信电路412停止动作。这样，根据来自发电检测电路504的检测信号，通过负载电路402启动/关断，从而能够获得可消除不必要的电力损耗的有用效果。

或者，在本实施方式的变形例中，在发电器没有处于发电状态的情况下，也可以停止压力传感器414的动作。该情况下，也能够得到上述效果。或者，在其他变形例中，发电检测电路504也可以连接于控制电路411。在这种变形例中，从发电检测电路504发送发电器没有处于发电状态的这种信号时，控制电路411发送停止无线通信电路412和/或压力传感器的动作的控制信号。在这种结构的通信装置中，能够进一步消除不必要的电力损耗。

在本实施方式中，示出了基于有无发电进行负载电路的动作的启动和关断的例子。在其他的实施方式中，例如发电检测电路504也可以利用第1电极与第3电极的重叠面积的变化，根据与发电的频率相应地输出的信号，来检测发电器的输出电力。该情况下，在发电检测电路504检测出的输出电力是希望值以下时，例如可以按照仅压力传感器414动作，降低无线通信电路412进行无线通信的频度的方式，让载电路402进行动作，构成通信装置410。在这种的通信装置410中，也能够消除不必要的电力损耗。

与实施方式2中所说明的振动发电器相关的说明，适合于从第3电极输出的频率信号被用于由发电检测电路检测振动发电器的发电状态的、在振动发电装置中使用的任何振动发电器。也就是说，实施方式5以及6所代表的检测振动发电器的发电状态的振动发电装置中，振动发电器包括：电极群A，由形成在第1基板上的多个第1电极组成；和电极群B，由形成在第2基板上的第2电极和第3电极组成。所述电极群A以及所述电极群B的任意一方能够在平行于所述第1基板以及第2基板的平面内的至少一个方向上振动。所述电极群A以及所述电极群B的任意一个群的各电极包含保持电荷的膜。所述电极群A以及所述电极群B以彼此间具有间隙的状态相互对置。利用所述第1电极和所述第2电极之间的重叠面积的变化进行发电，利用所述第1电极和所述第3电极之间的重叠面积的变化输出与发电频率相应的信号。

在该振动发电器中，优选以由第3电极和第1电极构成的电容小于由第2电极和第1电极构成的电容的方式，来形成的第3电极。因第3电极与第1电极之间的重叠面积的变化而产生的信号，作为用于检测发电状态的信号来使用，而不用于发电。因此，为了增大发电的电力，优选减少这些电极形成的电容，增大由第2电极和第1电极构成的电容。不过，在因第3电极和第1电极之间的重叠面积的变化而产生的信号作为用于检测发电状态的信号使用这一点上，由第3电极和第1电极构成的电容等于由第2电极和第1电极构成的电容、或者大于其电容也无妨。

在该振动发电器中，优选以由第3电极和第1电极构成的阻抗高于由第2电极和第1电极构成的阻抗的方式，形成第3电极。其原因如实施方式2中所说明的那样。

在该振动发电器中，优选第3电极形成在所述第2基板的中心附近。其原因如实施方式2中所说明的那样。

在该振动发电器中，第3电极形成在第2基板的中心附近。其原因是如实施方式2中所说明的那样。另外，在该振动发电器中，优选第3电极的输出端子要连接于发电检测电路。

此外，应该认为上述所说明的实施方式是在各方面进行的例示而不是限制。本发明的范围并不是上述的说明，应理解为本发明的范围由权利要求书部分示出，在与权利要求书等同的意义及范围内包含各种的变更。

产业上的利用可能性

本发明涉及的振动发电装置，在负载电路的阻抗变化的情况下以及振动发电器的振动频率变化的情况下，能够从振动发电器高效地取出感应电荷，作为静电感应型振动发电装置是有用的。此外，本发明所涉及的振动发电装置在小功率的无线通信模块等的用途中，可使电池长寿命化、或者使电池很少动作，从而是非常有用的。

Claims (20)

1.一种振动发电装置，包括：

振动发电器；

整流电路，对所述振动发电器的输出交流电压进行整流，从而转换为直流电压；

输出控制电路，控制来自所述整流电路的输出使其输入至负载电路；和

频率检测电路，检测所述振动发电器的振动频率，

根据来自所述频率检测电路的反馈信号，控制输出控制电路的阻抗。

2.根据权利要求1所述的振动发电装置，其中，

所述振动发电器包括：电极群A，由形成在第1基板上的多个第1电极组成；和

电极群B，由形成在第2基板上的第2电极和第3电极组成，

所述电极群A和所述电极群B的任意一方能够在平行于所述第1基板以及第2基板的平面内的至少一个方向上振动，

所述电极群A和所述电极群B的任意一个群的各电极包括保持电荷的膜，

所述电极群A和所述电极群B以彼此之间具有间隙的状态相互对置，

利用所述第1电极和所述第2电极的重叠面积的变化来进行发电，

利用所述第1电极和所述第3电极的重叠面积的变化，输出与发电的频率相应的信号，

利用所述第1电极和所述第3电极的重叠面积的变化，根据发电的频率输出的信号被发送至所述频率检测电路，所述频率检测电路根据该信号将反馈信号发送至输出控制电路。

3.根据权利要求1所述的振动发电装置，其中，

在所述振动发电器中，以由所述第3电极和所述第1电极构成的电容小于由所述第2电极和所述第1电极构成的电容的方式形成所述第3电极。

4.根据权利要求3所述的振动发电装置，其中，

在所述振动发电器中，以由所述第3电极和所述第1电极构成的阻抗高于由所述第2电极和所述第1电极构成的阻抗的方式形成所述第3电极。

5.根据权利要求2所述的振动发电装置，其中，

在所述振动发电器中，所述第3电极形成在所述第2基板的中心附近。

6.根据权利要求1所述的振动发电装置，其中，

所述输出控制电路以振动发电器的输出电压为开路电压的75％至85％的方式来控制阻抗。

7.一种振动发电装置，包括：

振动发电器；

整流电路，对所述振动发电器的输出交流电压进行整流，从而转换为直流电压；

输出控制电路，控制来自所述整流电路的输出使其输入至负载电路；和

负载检测电路，检测所述负载电路的负载状态，

根据来自所述负载检测电路的反馈信号，控制输出控制电路的阻抗。

8.根据权利要求7所述的振动发电装置，其中，

所述输出控制电路以振动发电器的输出电压为开路电压的75％至85％的方式来控制阻抗。

9.一种振动发电装置，包括：

振动发电器；

整流电路，对所述振动发电器的输出交流电压进行整流，从而转换为直流电压；

输出控制电路，控制来自所述整流电路的输出使其输入至负载电路；

负载检测电路，检测所述负载电路的负载状态；和

频率检测电路，检测所述振动发电器的振动频率，

根据来自所述负载检测电路以及所述频率检测电路的反馈信号，控制输出控制电路的阻抗。

10.一种通信装置，包括权利要求1～9的任意一项所述的振动发电装置。

11.根据权利要求10所述的通信装置，还包括电池。

12.一种振动发电器，其中，

包括：电极群A，由形成在第1基板上的多个第1电极组成；和

电极群B，由形成在第2基板上的第2电极和第3电极组成，

所述电极群A和所述电极群B的任意一方，能够在平行于所述第1基板以及第2基板的平面内的至少一个方向上振动，

所述电极群A和所述电极群B的任意一个群的各电极包括保持电荷的膜，

所述电极群A和所述电极群B以彼此之间具有间隙的状态相互对置，

利用所述第1电极和所述第2电极的重叠面积的变化来进行发电，

利用所述第1电极和所述第3电极的重叠面积的变化，输出与发电的频率相应的信号，

以由所述第3电极和所述第1电极构成的电容小于由所述第2电极和所述第1电极构成的电容的方式形成所述第3电极。

13.根据权利要求12所述的振动发电器，其中，

以由所述第3电极和所述第1电极构成的阻抗高于由所述第2电极和所述第1电极构成的阻抗的方式形成所述第3电极。

14.根据权利要求12所述的振动发电器，其中，

所述第3电极形成在所述第2基板的中心附近。

15.一种振动发电装置，

包括：电极群A，由形成在第1基板上的多个第1电极组成；和

电极群B，由形成在第2基板上的第2电极和第3电极组成，

所述电极群A和所述电极群B的任意一方能够在平行于所述第1基板以及第2基板的平面内的至少一个方向上振动，

所述电极群A和所述电极群B的任意一个群的各电极包括保持电荷的膜，

所述电极群A和所述电极群B以彼此之间具有间隙的状态相互对置，

利用所述第1电极和所述第2电极的重叠面积的变化来进行发电，

利用所述第1电极和所述第3电极的重叠面积的变化，输出与发电的频率相应的信号，其中，

利用所述第1电极和所述第3电极的重叠面积的变化，而根据发电的频率输出的信号，被作为表示振动发电器的发电状态的信号而利用。

16.根据权利要求15所述的振动发电装置，其中，

还包括输出控制电路，

利用所述第1电极和所述第3电极的重叠面积的变化而根据发电的频率输出的信号，被作为表示振动发电器的发电状态的信号发送至输出控制电路。

17.根据权利要求15所述的振动发电装置，其中，

利用所述第1电极和所述第3电极的重叠面积的变化而根据发电的频率输出的信号，被作为表示振动发电器的发电状态的信号被连接至应该与所述振动发电装置连接的负载电路。

18.根据权利要求15～17的任意一项所述的振动发电装置，其中，

表示振动发电器的发电状态的信号是从表示振动发电器是否处于发电状态的信号、振动发电器的输出功率、以及振动发电器的输出电压中选择的一个或多个信号。

19.一种通信装置，包括权利要求15～18的任意一项所述的振动发电装置。

20.根据权利要求19所述的通信装置，还包括电池。

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