CN105556825A

CN105556825A - 发电装置

Info

Publication number: CN105556825A
Application number: CN201480043796.7A
Authority: CN
Inventors: 槙原干十朗; 坂口仁志; 堀口睦弘
Original assignee: Tohoku University NUC; Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Tohoku University NUC; Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2013-08-13
Filing date: 2014-05-20
Publication date: 2016-05-04
Anticipated expiration: 2034-05-20
Also published as: US10008961B2; US20160156284A1; JPWO2015022794A1; EP3035521A1; EP3035521B1; EP3035521A4; CN105556825B; WO2015022794A1; JP6027246B2

Abstract

发电装置(100)具备发电部(1)、电感器(L)、与电感器(L)串联连接的开关(SW)、以及控制电路(3)。发电部(1)包括压电元件(11)、和形成于压电元件(11)的表面的上部电极(112)以及下部电极(113)。电感器(L)与上部电极(112)以及下部电极(113)并联电连接，并与压电元件(11)的电容分量构成共振电路。控制电路(3)具有与在压电元件(11)中产生的电压取极值的时刻同步地使开关(SW)成为接通状态的驱动模式、和在上述取极值的时刻使开关(SW)成为断开状态的休止模式。控制电路(3)在振动的振动频率是发电部的固有振动频率的情况下，在基于驱动模式的控制中插入基于休止模式的控制。

Description

发电装置

技术领域

本发明涉及发电装置，尤其涉及具备压电体的发电装置。

背景技术

利用压电体的压电效应来进行发电的技术正被开发。例如日本特开2012－254005号公报(专利文献1)所公开的发电装置具备：压电部件，由压电材料形成；一对电极，设置于压电部件；变形部件，使压电部件反复变形；电感器，设置于一对电极之间，并与压电部件的电容分量构成共振电路；开关，与电感器串联连接；电压检测部，检测压电部件的电压；以及控制部，判断由电压检测部检测到的第一电压是极大值还是极小值。

利用压电效应的发电装置除此以外，例如还被公开于日本特开2012－175712号公报(专利文献2)、日本特开2012－105518号公报(专利文献3)、日本特开2012－110143号公报(专利文献4)、美国专利申请公开第2010/0079034号说明书(专利文献5)、日本特开2012－65533号公报(专利文献6)、以及YogeshK.Ramadassetal.,"AnEfficientPiezoelectricEnergyHarvestingInterfaceCircuitUsingaBias-FlipRectifierandSharedInductor",IEEEJOURNALOFSOLID－STATECIRCUITS,VOL45,No.1,JANUARY2010(非专利文献1)。

专利文献1：日本特开2012－254005号公报

专利文献2：日本特开2012－175712号公报

专利文献3：日本特开2012－105518号公报

专利文献4：日本特开2012－110143号公报

专利文献5：美国专利申请公开第2010/0079034号说明书

专利文献6：日本特开2012－65533号公报

非专利文献1：YogeshK.Ramadassetal.,"AnEfficientPiezoelectricEnergyHarvestingInterfaceCircuitUsingaBias-FlipRectifierandSharedInductor",IEEEJOURNALOFSOLID－STATECIRCUITS,VOL45,No.1,JANUARY2010

若压电体产生电荷，则通过逆压电效应而产生机械力。该力能够根据在压电体中产生的电荷分布的状态而作用于妨碍压电体的振动的方向。另外，该力的大小与在压电体中产生的电荷量成比例。随着压电的振动的振幅的增加，在压电体中产生的电荷的量增加，但另一方面，通过逆压电效应而产生的力也增加。因此，会产生发电装置的发电量降低这一课题。

发明内容

本发明的目的在于，在具备压电体的发电装置中，得到高的发电效率。

根据本发明的某个方式，发电装置具备通过从外部施加的振动而进行发电的发电部。发电部包括：压电体，通过上述振动而变形，并产生与变形量对应的电压；以及一对电极，形成于压电体的表面。发电装置还具备电感器、与电感器串联连接的开关、以及控制开关的控制电路。电感器与一对电极并联电连接，并与压电体的电容分量构成共振电路。控制电路具有与在压电体中产生的电压取极值的时刻同步地使开关成为接通状态的第一控制模式、和在上述取极值的时刻使开关成为断开状态的第二控制模式。控制电路在上述振动的振动频率是上述发电部的固有振动频率的情况下，在基于第一控制模式的控制中插入基于第二控制模式的控制。

优选控制电路在第一控制模式中，在共振电路的共振周期的1/2的奇数倍的期间使开关成为接通状态。

优选发电装置还具备：整流电路，并联连接在一对电极间，并对一对电极间的电压进行整流；以及蓄电部，积蓄被整流电路整流后的电压。

优选发电装置还具备检测一对电极间的电压的电压检测部。控制电路在由电压检测部检测到的电压的振幅低于规定的基准值的情况下，插入基于第二控制模式的控制。

优选发电装置还具备检测发电部的位移的位移检测部。控制电路在由位移检测部检测到的位移的振幅低于规定的基准值的情况下，插入基于第二控制模式的控制。

根据本发明，能够提高具备压电体的发电装置的发电效率。

附图说明

图1是概略地表示本发明的实施方式1涉及的发电装置的构成的电路图。

图2A是概略地表示图1所示的发电部的构成的立体图。

图2B是概略地表示图1所示的发电部的构成的分解图。

图3是用于对图1所示的发电部进行振动的情况进行说明的图。

图4是用于对图1所示的控制电路的开关控制进行说明的图。

图5是用于对图4所示的开关控制中的共振电路的共振进行说明的图。

图6是表示重物的位移的振幅的振动频率依存性的图。

图7是表示对发电部施加的振动的振动频率与固有振动频率不同的情况下的电压以及重物的位移的图。

图8是表示对发电部施加了固有振动频率的振动的情况下的电压以及重物的位移的图。

图9是表示制动效果对电压的振幅带来的影响的振动频率依存性的图。

图10是表示制动效果对重物的位移的振幅带来的影响的振动频率依存性的图。

图11是在本发明的实施方式1涉及的发电装置中，用于对发电部在固有振动频率下的开关控制进行说明的图。

图12是在本发明的实施方式2涉及的发电装置中，用于对发电部在固有振动频率下的开关控制进行说明的图。

图13A是表示对图1所示的蓄电部中积蓄的静电能量进行比较的条件的图。

图13B是用于对图1所示的蓄电部中积蓄的静电能量进行比较的图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式详细地进行说明。其中，对图中相同或者相当的部分标注相同的符号，不重复其说明。

[实施方式1]

＜发电装置的构成＞

图1是概略地表示本发明的实施方式1涉及的发电装置的构成的电路图。图2A是概略地表示图1所示的发电部的构成的立体图。图2B是概略地表示图1所示的发电部的构成的分解图。图3是用于对图1所示的发电部1进行振动的情况加以说明的图。

参照图1～图3，发电装置100具备发电部1、电感器L、电压检测部2、控制电路3、开关SW、整流电路4、蓄电部5、输出端子T1、T2、以及位移检测部6。

发电部1被设置在用于对发电部1施加振动的励振器200上。发电部1通过从励振器200施加的振动而发电。发电部1包括压电元件11、金属板12、支承部13、以及重物(锤)14。

压电元件11例如是单层型的压电元件。在压电体111的一个面粘合有金属板12。压电元件11具有压电体111、上部电极112、以及下部电极113。

压电体111是被形成为薄板状的压电材料。压电材料例如可使用锆钛酸铅(PZT)、水晶(SiO₂)、或者氧化锌(ZnO)。上部电极112以及下部电极113以将压电体111夹持于之间的方式形成于压电体111的表面。其中，上部电极112以及下部电极113相当于本发明的“一对电极”。

压电元件11具有例如悬臂梁构造(悬臂构造)。即，压电元件11的一端是固定端，被安装于支承部13。支承部13被固定在励振器200上。压电元件11的另一端是自由端，安装有重物14。

通过励振器200对发电部1施加垂直方向(z方向)的振动(在图中由箭头AR1表示)。由此，重物14沿z方向振动(在图中由箭头AR2表示)。以未被施加振动的状态下的重物14的位置为基准，用Δz表示重物14的位移。压电体111随着重物14的振动而变形。结果，在上部电极112与下部电极113之间，通过压电效应产生与压电体111的变形量对应的电压Vp。

如图1所示，压电元件11由电压源V和电容器C并联连接而成的等效电路表示。电压源V产生电压Vp。电容器C相当于压电体111的电容分量。此外，压电元件11并不局限于由上述的等效电路表示的压电元件。

电感器L与电容器C并联连接。换言之，电容器C并联电连接于上部电极112与下部电极113之间。由此，电感器L与电容器C构成LC共振电路。

电压检测部2与电容器C并联连接。电压检测部2例如包括A/D转换器(未图示)。电压检测部2检测上部电极112与下部电极113之间的电压Vsw，并将检测到的电压Vsw的值输出到控制电路3。

控制电路3例如是微型计算机。控制电路3基于从电压检测部2接收到的电压Vsw的值，将导通信号S输出到开关SW。

开关SW与电感器L串联连接。开关SW响应于来自控制电路3的导通信号S，从断开状态切换为接通状态。

整流电路4与电容器C并联连接。整流电路4包括例如构成桥型全波整流电路的二极管D1～D4。被整流电路4整流后的电压Vout输出至输出端子T1、T2间。

蓄电部5并联连接在输出端子T1、T2间。蓄电部5积蓄被整流电路4整流后的电压。蓄电部5能够使用例如公知的二次电池、储能器(capacity)、或者电容器。

位移检测部6例如设置于重物14的z方向上方。位移检测部6以电学或者光学的方式测定重物14的位移Δz，将位移Δz的值输出至控制电路3。

例如，在压电元件11中，能够在上部电极112以及下部电极113的一部分设置切口部分。由此，上述切口部分与压电元件11的用于发电的部分电分离。伴随压电元件11进行振动，在上述切口部分出现与压电元件11中产生的形变对应的电压。通过检测该电压，能够代替压电元件11的位移的检测。另外，为了以光学方式测定位移Δz，例如也可以使用激光位移仪。

＜控制电路进行的开关控制＞

图4是用于对图1所示的控制电路3进行的开关控制加以说明的图。参照图4，横轴是时间轴。将开始对发电部1施加振动的时刻作为0。纵轴表示电压Vp、导通信号S、以及电压Vsw。图5是用于对图4所示的开关控制中的共振电路的共振进行说明的图。

参照图4以及图5，对发电部1施加例如正弦波的振动。由此，电压源V产生正弦波的电压Vp。此外，施加于发电部1的振动只要振动频率恒定并且具有极值即可，并不局限于正弦波，例如也可以是锯齿波。

在从时刻0到时刻t1的期间，重物14向正的z方向位移。即，压电元件11向压电体111的上部电极112侧变为凹的方向变形(参照图5(A))。通过由压电体111的变形而产生的压电效应，正电荷积蓄于压电体111的上部电极112侧的表面，并且，负电荷积蓄于压电体111的下部电极113侧的表面。因此，电容器C的电压为正(参照图5(B))。

在时刻t1，重物14的位移Δz的振幅最大。因此，电压Vsw取极大值。控制电路3从电压检测部2接受电压Vsw的值。控制电路3与电压Vsw取极值的时刻即电压Vp取极值的时刻同步地输出导通信号S。开关SW响应于导通信号S，从断开状态切换为接通状态。(参照图5(C))。

电感器L和电容器C构成LC共振电路。若开关SW成为接通状态，则LC共振电路进行共振，施加于电容器C的两端的电压反转而交替地取得正和负的状态。导通信号S仅在该LC共振电路的共振周期TLC的1/2的期间输出。其中，为了使电容器C的电压反转，只要导通信号被S输出的期间是共振周期TLC的1/2的奇数倍的期间即可。

在时刻(t1+TLC/2)，电容器C的电压为负(参照图5(D))。该状态与使开关SW刚刚成为接通状态之前的状态相比，对应于积蓄在压电体111的上部电极112侧的电荷与积蓄在下部电极113侧的电荷被调换的状态。在本说明书中，将压电体111的电荷分布通过控制电路3进行的开关控制而反转的现象称为电荷反转。时刻t1的电荷反转前的电压Vsw的振幅和时刻(t1+TLC/2)参照中的电荷反转后的电压Vsw的振幅在理想情况下相等。若导通信号S从控制电路3的输出结束，则开关SW从接通状态返回到断开状态(参照图5(F))。

在时刻t2，重物14向负的z方向位移。压电元件11向压电体111的下部电极113侧变为凹的方向变形(参照图5(G))。通过由压电体111的变形而产生的压电效应，新的负电荷积蓄于压电体111的上部电极112侧的表面，并且，新的正电荷积蓄于压电体111的下部电极113侧的表面(参照图5(H))。由此，时刻t2的电压Vsw的振幅大于时刻t1的电压Vsw的振幅。

控制电路3与电压Vsw取极小值的时刻同步地输出导通信号S。由于对时刻t2以后到时刻(t2+TLC/2)为止的期间中的LC共振电路的共振所产生的效果而言，虽然电荷的极性相反，但与在时刻t1以后到时刻(t1+TLC/2)为止的期间中的效果相等，所以不重复详细的说明。

在时刻t2以后到时刻t6为止的期间中，电压Vsw的振幅按每一个压电体111的振动的半周期而增加。由此，能够得到比电压源V产生的电压Vp高的电压Vsw。因此，与不执行开关控制的情况相比，由于能够增高电压Vout，所以能够增大发电装置100的发电量。

在时刻t6以后的期间中，电压Vsw的振幅的增加停止。其主要的原因是由开关SW的导通电阻引起的损失以及由电感器L的内部电阻引起的损失。增加停止的状态下的电压Vsw的振幅是时刻t1的电压Vsw的振幅的4～5倍左右。

LC共振电路的共振周期TLC与施加于发电部1的振动的周期相比十分短。因此，在例如压电体111向压电体111的上部电极112侧变为凹的方向变形的情况下，在电荷反转后，压电体111也依然是上部电极112侧为凹。若产生电荷反转，则在压电体111中通过逆压电效应而产生使其变形为下部电极113侧成为凹的力(参照图5(E))。即，该力的朝向是妨碍因从励振器200施加的振动引起的压电体111的变形的朝向。这样，在本说明书中，将发电部1的振动通过逆压电效应而衰减的效果称为由电荷反转引起的制动效果。

＜由电荷反转引起的制动效果＞

图6是表示重物14的位移Δz的振幅的振动频率依存性的图。参照图6，横轴表示施加于发电部1的振动的振动频率f。纵轴表示重物14的位移Δz的振幅。

发电部1的固有振动频率f0例如是18Hz。在振动频率f与固有振动频率f0＝18Hz一致的情况下，位移Δz的振幅取最大值600μm。另一方面，在振动频率f与固有振动频率f0不同的情况下，例如振动频率f是15Hz的情况下，位移Δz的振幅是40μm。

这样，位移Δz的振幅在施加于发电部1的振动的振动频率f与发电部1的固有振动频率f0一致的情况下显著较大。因此，也可认为为了得到最大的发电量，优选对发电部1施加固有振动频率f0的振动。然而，如以下详细说明那样，由于因电荷反转引起的制动效果，在振动频率f与固有振动频率f0一致的情况和不同的情况下，电压Vsw以及重物14的位移Δz的举动大不相同。

图7是表示施加于发电部1的振动的振动频率f与固有振动频率f0不同的情况下的电压Vsw以及重物14的位移Δz的图。图8是表示施加于发电部1的振动的振动频率f与固有振动频率f0一致的情况下的电压Vsw以及重物14的位移Δz的图。参照图7以及图8，横轴是时间轴。纵轴表示电压Vp、导通信号S、电压Vsw、以及位移Δz。

参照图7，对发电部1施加与固有振动频率f0不同的15Hz的正弦波的振动。由此，电压源V产生15Hz的正弦波的电压Vp。

在时刻t1，开始控制电路3进行的开关控制。控制电路3与电压Vp取极值的时刻同步地输出导通信号S。

在从时刻t1经过了4个周期的时刻t2，电压Vsw的振幅是开关控制的开始前的振幅的约3倍。这样，电压Vsw的振幅从开关控制的开始起在数个周期的期间逐渐增加。在时刻t2以后，电压Vsw的振幅几乎保持恒定。

另一方面，重物14的位移Δz的振幅不管开关SW的开关控制的有无都几乎没有变化。根据该结果可知，在施加于发电部1的振动的振动频率f与固有振动频率f0不同的情况下，重物14的位移Δz几乎不受由电荷反转引起的制动效果的影响。

与此相对，参照图8，对发电部1施加固有振动频率f0＝18Hz的正弦波的振动。由此，电压源V产生18Hz的正弦波的电压Vp。

在时刻t1以后到时刻t2为止的期间，电压Vsw的振幅急剧地增加。但是，在时刻t2以后，电压Vsw的振幅逐渐减少。在时刻t3以后，电压Vsw的振幅几乎恒定在开关控制的开始前的振幅的1/2左右。

另外，重物14的位移Δz的振幅在时刻t1以后逐渐减少。在时刻t3，位移Δz的振幅大幅降低到开关控制的开始前的振幅的1/10左右。

对电压Vsw以及重物14的位移Δz展现上述的举动的理由进行说明。在振动频率f与固有振动频率f0一致的情况下，在发电部1产生共振。在产生了共振的状态下，位移Δz的振幅显著较大，增加为未产生共振的状态下的振幅的Q倍。具体而言，固有振动频率f0＝18Hz下的位移Δz的振幅(600μm)是15Hz下的振幅(40μm)的Q＝15倍(参照图6)。

压电体111产生的电荷量与重物14的位移Δz的振幅成比例。因此，与非共振状态相比，共振状态下的压电体111产生Q倍的电荷。通过逆压电效应而对压电体111产生Q倍的力。因此，在固有振动频率f0下，电荷反转所产生的制动效果对位移Δz带来的影响显著大于与固有振动频率f0不同的振动频率的情况。

图9是表示制动效果对电压Vsw的振幅带来的影响的振动频率依存性的图。参照图9，横轴表示施加于发电部1的振动的振动频率f。纵轴表示电压Vsw的振幅。

在没有开关控制的情况下，电压Vsw的振幅在固有振动频率f0＝18Hz下最大。

有开关控制的情况下的电压Vsw的振幅在包括固有振动频率f0＝18Hz的振动频率区域中，比没有开关控制的情况下的振幅小。有开关控制的情况下的电压Vsw的振幅小于没有开关控制的情况下的振幅的振动频率区域在本实施方式中是固有振动频率f0±2.5％的区域。

图10是表示制动效果对重物14的位移Δz的振幅带来的影响的振动频率依存性的图。参照图10，横轴表示施加于发电部1的振动的振动频率f。纵轴表示位移Δz的振幅。

在没有开关控制的情况下，位移Δz的振幅在固有振动频率f0＝18Hz下最大。有开关控制的情况下的位移Δz的振幅在固有振动频率f0±15％的振动频率区域中，小于没有开关控制的情况下的振幅。

如上所述，可知电荷反转所产生的制动效果的影响较大的振动频率以固有振动频率f0为中心遍及某一程度的宽度的振动频率区域。

＜固有振动频率下的开关控制＞

若再次参照图8，则即使在对发电部1施加了固有振动频率f0的振动的情况下，电压Vsw也从开始开关控制起在某一程度的期间(时刻t1以后到时刻t2的期间)增加。本实施方式中，控制电路3利用该性质来执行开关控制。

图11是在本发明的实施方式1涉及的发电装置100中，用于对发电部1的固有振动频率f0下的开关控制进行说明的图。参照图11，图11被与图8对比。

控制电路3具有驱动模式(第一控制模式)和休止模式(第二控制模式)作为用于对开关SW进行开关控制的模式。在驱动模式中，控制电路3与在压电体111产生的电压Vp取极值的时刻同步地输出导通信号S。由此，开关SW成为接通状态。另一方面，在休止模式中，控制电路在电压Vp取极值的时刻不输出导通信号S。即，开关SW在休止模式的期间中成为断开状态。

时刻0以后到时刻t1的期间是控制电路3进行的开关控制的开始前的期间。在时刻t1，控制电路3开始开关控制。

在时刻t1以后到从时刻t1经过了周期T0的3倍(3T0)的时刻t4为止的期间中，控制电路3根据驱动模式来控制开关SW。

在时刻t4，电压Vsw的检测值低于规定的基准值V1。因此，在时刻t4以后到从时刻t4经过了周期T0的时刻t5的期间中，根据休止模式来控制开关SW。换言之，在根据驱动模式进行的控制中开始根据休止模式进行的控制的插入。

在时刻t5以后到从时刻t5经过了周期T0的时刻t6的期间中，控制电路3根据驱动模式来控制开关SW。在时刻t6以后到从时刻t6经过了周期T0的时刻t7的期间中，控制电路3根据休止模式来控制开关SW。即，控制电路3在根据驱动模式进行的控制中插入根据休止模式进行的控制。由于时刻t7以后的控制电路3进行的开关控制与时刻t5以后到时刻t7的期间中的开关控制相同，所以不重复说明。

这样，控制电路3交替地反复进行与施加于发电部1的振动的周期T0相当的长度的驱动模式和与周期T0的长度相当的休止模式。此外，控制电路3也可以不管电压Vsw的检测值是否低于基准值V1，都执行开关控制。该情况下，控制电路3从时刻t1下的开关控制的刚刚开始之后交替地反复进行驱动模式和休止模式。

另外，控制电路3也可以在由位移检测部6检测到的重物14的位移Δz的振幅低于规定的基准值z1的情况下，开始休止模式的插入。

如由图8说明那样，在开关控制的刚刚开始之后的数个周期的期间，电压Vsw的振幅大于开关控制的开始前的振幅。另外，从开关控制的开始到电压Vsw的振幅开始减少需要某一程度的时间。根据本实施方式，控制电路3在电压Vsw的振幅开始减少之前插入根据休止模式进行的控制。因此，与不执行开关控制的情况相比，能够增大电压Vsw的振幅。

另外，到重物14的位移Δz的振幅被大幅被降低为止，从开始开关控制起需要某一程度的时间(参照图8)。因此，控制电路3在位移Δz的振幅被大幅降低之前插入根据休止模式进行的控制。由此，能够防止位移Δz的振幅大幅降低而发电装置100的发电量降低。即，能够提高发电装置100的发电效率。

[实施方式2]

图12是在本发明的实施方式2涉及的发电装置中，用于对发电部1的固有振动频率f0下的开关控制进行说明的图。参照图12，图12被与图8以及图11对比。其中，由于实施方式2涉及的发电装置的构成与发电装置100(参照图1)的构成相同，所以不重复详细的说明。

在时刻t1，控制电路3开始开关控制。时刻t1的电压Vsw的检测值低于基准值V1。因此，在时刻t1以后到从时刻t1经过了周期T0的时刻t2为止的期间中，控制电路3根据驱动模式来控制开关SW。

在时刻t2以后到从时刻t2经过了3T0的时刻t3的期间中，控制电路3在根据驱动模式进行的控制中插入根据休止模式进行的控制。由于时刻t3以后的控制电路3进行的开关控制与时刻t1以后到时刻t3的期间中的开关控制相同，所以不重复说明。

这样，控制电路3交替地反复进行与施加于发电部1的振动的周期T0相当的长度的驱动模式、和与周期T0的3倍相当的长度的休止模式。

此外，控制电路3也可以不管电压Vsw的检测值是否低于基准值V1都执行开关控制。另外，控制电路3也可以在由位移检测部6检测到的重物14的位移Δz的振幅低于规定的基准值z1的情况下，开始休止模式的插入。

根据本实施方式，开关控制开始后的电压Vsw的振幅是开关控制开始前的振幅的约2倍。另外，开关控制开始后的重物14的位移Δz的振幅是开关开始前的振幅的2/3左右。换言之，能够将位移Δz的振幅的减少量限制在开关开始前的振幅的1/3左右。因此，能够与实施方式1同样地防止发电装置的发电量降低。即，能够提高发电装置的发电效率。

图13A是表示对积蓄于图1所示的蓄电部的静电能量进行比较的条件的图。图13B是用于对积蓄于图1所示的蓄电部的静电能量进行比较的图。参照图13A以及图13B，横轴表示从开始对蓄电部5积蓄能量起的经过时间。纵轴表示积蓄于蓄电部5的静电能量U。固有振动频率f0的振动被施加于发电部1。

波形13a表示总是开关控制的驱动期间的情况下(参照图8)的静电能量U。波形13b表示实施方式1(参照图11)中的静电能量U。波形13c表示实施方式2(参照图12)中的静电能量U。波形13d表示不执行开关控制的情况(或者总是开关控制的休止期间的情况)的静电能量U。

蓄电部5例如使用静电电容C5＝47μF的电解电容器。静电能量U根据U＝1/2×C5×Vout²的关系式来计算。

若以同一时刻下的不执行开关控制的情况(参照波形13d)为基准，则总是驱动模式的情况下的静电能量U(参照波形13a)约为60％。这样，若总是以驱动模式执行开关控制，则由于电荷反转所产生的制动效果，静电能量U反而比不执行开关控制的情况小。

与此相对，实施方式1中的静电能量U(参照波形13b)相对于与上述相同的基准约为150％。另外，实施方式2中的静电能量U(参照波形13c)相对于上述基准约为180％。如上所述，通过在根据驱动模式进行的控制中插入根据休止模式进行的控制，能够增大积蓄于蓄电部5的静电能量。

此外，驱动模式以及休止模式各自的长度并不局限于在实施方式1、2中说明的长度。驱动模式以及休止模式各自的长度可考虑发电部的规格(例如压电元件的方式以及构造或者发电部的固有振动频率)或者施加于发电部的振动的条件(例如振幅的大小)等来适当地设定。例如，控制电路3也可以交替地反复进行1个周期的驱动模式和2个周期的休止模式。或者，控制电路3也可以交替地进行2个周期的驱动模式和2个周期的休止模式。

压电元件11例如也可以采用双压电晶片型的压电元件。另外，如果压电元件的构造是压电体根据周期性的振动而反复变形的构造，则并不特别限定为悬臂梁构造。例如，既可以在薄膜的表面粘合压电体，或者也可以在螺旋弹簧的侧面安装压电体。

并且，在实施方式1、2中，对控制电路3根据预先规定的长度的驱动期间以及休止期间，执行开关控制的情况进行了说明。但是，控制电路3切换开关控制的驱动期间和休止期间的时刻并不局限于此。参照图11以及图12，例如控制电路3也可以仅在电压Vsw的检测值低于规定的基准值V1的情况下，插入休止模式。由此，能够恢复重物14的振幅。或者，控制电路3也可以仅在由位移检测部6检测到的重物14的位移Δz的振幅低于规定的基准值z1的情况下，插入休止模式。

应该认为这次公开的实施方式的所有点均是例示而并不是限制。本发明的范围由权利要求书表示，在与权利要求书等同的意思以及范围内包含所有的变更。

附图标记说明

100...压电装置；1...发电部；11...压电元件；111...压电体；112...上部电极；113...下部电极；12...金属板；13...支承部；14...重物；V...电压源；C...电容器；2...电压检测部；3...控制电路；SW...开关；L...电感器；4...整流电路；D1～D4...二极管；5...蓄电部；6...位移检测部；T1、T2...输出端子。

Claims

1.一种发电装置，其中，具备通过从外部施加的振动而进行发电的发电部，

上述发电部包括：

压电体，通过上述振动而变形，并产生与变形量对应的电压；以及

一对电极，形成于上述压电体的表面，

上述发电装置还具备：

电感器，与上述一对电极并联电连接，并与上述压电体的电容分量构成共振电路；

开关，与上述电感器串联连接；以及

控制电路，控制上述开关，

上述控制电路具有与在上述压电体中产生的电压取极值的时刻同步地使上述开关成为接通状态的第一控制模式、和在上述取极值的时刻使上述开关成为断开状态的第二控制模式，在上述振动的振动频率是上述发电部的固有振动频率的情况下，在基于上述第一控制模式的控制中插入基于上述第二控制模式的控制。

2.根据权利要求1所述的发电装置，其中，

上述控制电路在上述第一控制模式中，在上述共振电路的共振周期的1/2的奇数倍的期间使上述开关成为接通状态。

3.根据权利要求1或2所述的发电装置，其中，还具备：

整流电路，并联连接在上述一对电极间，对上述一对电极间的电压进行整流；以及

蓄电部，积蓄由上述整流电路整流后的电压。

4.根据权利要求1～3中任意一项所述的发电装置，其中，

还具备检测上述一对电极间的电压的电压检测部，

上述控制电路在由上述电压检测部检测到的电压的振幅低于规定的基准值的情况下，插入基于上述第二控制模式的控制。

5.根据权利要求1～3中任意一项所述的发电装置，其中，

还具备检测由上述发电部的上述振动引起的位移的位移检测部，

上述控制电路在由上述位移检测部检测到的位移的振幅低于规定的基准值的情况下，插入基于上述第二控制模式的控制。