CN112042105A - 振动发电装置 - Google Patents

Abstract

振动发电装置，包括：第一电极；第二电极，与第一电极对置；保持部，以相对移动自如的方式保持第一电极和第二电极中的至少一方；半波整流器，与第一电极和第二电极电连接，使从第一电极流向第二电极的电流流过输出部，并且切断从第二电极流向第一电极的电流；以及第二整流元件，与第一电极和第二电极电连接，使从第二电极流向第一电极的电流流动，切断从第一电极流向第二电极的电流，第一电极在与第二电极对置的面的表面具有带正电的驻极体，或者第二电极在与第一电极对置的面的表面具有带负电的驻极体。

Description

振动发电装置

技术领域

本发明涉及一种振动发电装置。

背景技术

作为从环境振动中收获能量的能量收集技术之一，已知有使用作为MEMS(MicroelectromechanicalSystems，微机电系统)振动元件的振动发电元件从环境振动中进行发电的方法。振动发电元件自身是具备压电元件或静电电容型元件，当使其以环境振动的频率振动时，产生与该频率相等的交流电力的元件。因此，提出了组合振动发电元件和电源电路的振动发电装置，所述电源电路将振动发电元件产生的交流电力变换为适于利用的电压的直流或交流(例如，参照专利文献1)。在专利文献1中，在静电电容型的振动发电元件所产生的交流电力的整流(从交流向直流的变换)中，使用一般的二相全波整流电路作为整流电路。

现有技术文件

专利文献

专利文献1：日本特开2013-172523号。

发明内容

[发明要解决的问题]

由于环境振动的振动能量微弱，因此要求将环境振动高效率地转换为电能的振动发电装置。

[用于解决问题的手段]

第一方式涉及一种振动发电装置，包括：第一电极；第二电极，与所述第一电极对置；保持部，以相对移动自如的方式保持所述第一电极和所述第二电极中的至少一方；半波整流器，包括第一整流元件和输出部，与所述第一电极和所述第二电极电连接，使从所述第一电极流向所述第二电极的电流流过所述输出部，并且切断从所述第二电极流向所述第一电极的电流；以及第二整流元件，与所述第一电极和所述第二电极电连接，使从所述第二电极流向所述第一电极的电流流动，切断从所述第一电极流向所述第二电极的电流，所述第一电极在与所述第二电极对置的面的表面具有带正电的驻极体，或者所述第二电极在与所述第一电极对置的面的表面具有带负电的驻极体。

第二方式涉及的振动发电装置在第一方式涉及的振动发电装置的基础上，优选的是：分别具有两个所述第一电极、所述第二电极、所述第一整流元件以及所述第二整流元件，并且，所述两个第一电极或所述两个第二电极中的一方被电连接，并且所述两个第二整流元件各自的一端被电连接，所述两个第一电极或所述两个第二电极中与所述一方不同的另一方，电连接与所述两个第二整流元件各自的所述一端不同的另一端，并且与所述两个第一整流元件各自的一端电连接。

第三方式涉及的振动发电装置在第二方式涉及的振动发电装置的基础上优选的是：所述保持部具有：第一保持部，一体地保持所述两个第一电极；第二保持部，一体地保持所述两个第二电极；以及相对移动部，使所述两个第一电极和所述两个第二电极相对移动自如。

第四方式涉及的振动发电装置在第一至第三任一方式涉及的振动发电装置的基础上优选的是：所述输出部包括电容器和与所述电容器并联配置的电压变换电路。

第五方式涉及的振动发电装置在第一至第四任一方式涉及的振动发电装置的基础上优选的是：所述第一整流元件和所述第二整流元件中的至少一方是二极管。

[发明的效果]

根据本发明，能够高效地将环境振动的能量转换为电能。

附图说明

图1是表示本发明的第一实施方式的振动发电装置100的概略结构的示意图。

图2是说明第一实施方式的振动发电装置的动作原理的概略的图。

图3(a)是表示第一实施方式的振动发电装置的发电输出与时间的关系的图，图3(b)是表示以往的振动发电装置的发电输出与时间的关系的图。

图4是表示变形例1的振动发电装置100a的概略结构的示意图。

图5是表示本发明的第二实施方式的振动发电装置100b的概略结构的示意图。

图6是表示变形例2的振动发电装置100c的概略结构的示意图。

具体实施方式

(第一实施方式)

以下，参照附图对本发明的第一实施方式进行说明。图1是表示本发明的第一实施方式的振动发电装置的概略结构的示意图。振动发电装置100具备通过环境振动产生交流电力的振动发电元件10、和将所产生的交流电力作为电源取出的半波整流器40。

静电电容型振动发电元件10具有第一电极11和第二电极12，第一电极11作为一例是可动电极，第二电极12作为一例是固定电极。第一电极11作为一例是具有两个梳齿部分21的梳齿电极，第二电极12作为一例是具有三个梳齿部分22的梳齿电极。

第一电极11的梳齿部分21和第二电极12的梳齿部分22在图中的Z方向上具有规定的厚度，并且在它们啮合的部分相互与另一个电极对置。

第一电极11和第二电极12例如可以制造为以硅为基材的MEMS结构体。

通过对第二电极12的梳齿部分22中与第一电极11的梳齿部分21对置的面的表面的区域25实施公知的带电处理(例如，日本特开2014-049557号公报中记载的带电处理)，形成具有负电荷的驻极体。

通过驻极体化，第二电极12的梳齿部分22半永久性地带电。其结果，在与驻极体化的电极对置的第一电极11的梳齿部分21上感应出与驻极体化的电极特性相反的、即正的感应电荷。

另外，在固定电极或可动电极的表面不是硅的情况下，可以在实施带电处理之前在表面预先成膜多晶硅或非晶硅。

第二电极12由绝缘性支承框13固定地保持。

另一方面，第一电极11被保持部14(电极保持部14a、连结部14b、固定部14c)保持为相对于支承框13在图中上下方向(X方向)上振动。保持部14包括保持第一电极11的电极保持部14a、固定在支承框13上的固定部14c、以及连接电极保持部14a和固定部14c的具有挠性的连结部14b。

连结部14b是图1中的X方向的厚度薄、Z方向的厚度厚的由金属等挠性材料构成的薄片。若从外部对支承框13施加振动，则设置在图中电极保持部14a的左右的两个连结部14b挠曲，由此电极保持部14a相对于支承框13在X方向上振动。其结果是，保持在电极保持部14a上的第一电极11相对于固定在支承框13上的第二电极12在X方向上振动。

随着第一电极11和第二电极12向X方向的振动，第一电极11的梳齿部分21和第二电极12的梳齿部分22对置的面的面积增减。其结果，第一电极11和第二电极12对置的部分的面积变化，驻极体的感应电荷也变化，第一电极11和第二电极12之间的电位差变化而产生电动势，由此进行振动发电元件10的发电。

在本说明书中，将电气元件和其他电气元件通过包含金属或半导体的导体的布线而具有导电性地接合称为电连接。

如后所述，振动发电元件10将设置有振动发电装置100的环境的振动能量转换为电能，产生交流电力。

在第二电极12上电连接有作为第一整流元件的二极管D1的阴极和作为第二整流元件的二极管D2的阳极。另一方面，二极管D2的阴极与第一电极11电连接。

而且，在作为第一整流元件的二极管D1的阳极上电连接有包含电容器C1和电压转换器VC的输出部30的输入侧的一端Vi1，输出部30的输入侧的另一端Vi2与二极管D2的阴极和第一电极11电连接。第一电极11的电位为接地电位。

由此，在振动发电元件10产生的交流电力中，第一电极11为正电位、第二电极12为负电位的情况下，二极管D1被正向偏置，因此从第一电极11流向第二电极12的电流通过二极管D1对电容器C1进行充电。输出部30的输入端Vi1和Vi2之间的充电电压被电压转换器VC变压，从输出部30的输出侧的一端Vo1和输出侧的另一端Vo2输出到外部的电子设备或充电装置。

电压转换器VC例如可以使用斩波型DC-DC转换器。

在第一电极11为正电位、第二电极12为负电位的情况下，二极管D2被反向偏置，因此电流不通过二极管D2流向第二电极12。即，从第一电极11到第二电极12的电流被二极管D2切断。

另一方面，在振动发电元件10产生的交流电力中，第一电极11为负电位、第二电极12为正电位的情况下，二极管D2被正向偏置，电流从第二电极12流向第一电极11。由于该电流方向是二极管D2的正向电流的方向，所以二极管D2的电阻几乎为零。在第一电极11为负电位、第二电极12为正电位的情况下，二极管D1被反向偏置，因此在输出部30中不流过电流。

二极管D1和输出部30构成半波整流器40。

即，在第一实施方式中，其特征在于，在振动发电元件10产生的交流电力中，仅从输出部30取出从第一电极11流向第二电极12的电流，从第二电极12流向第一电极11的方向的电流通过作为整流元件的二极管D2几乎无电阻(无负载)地从第二电极12流向第一电极11。

根据该结构，第一实施方式的振动发电装置100在根据后述的原理被驻极体化的第二电极12为负电位、第一电极11为正电位的振动状态下，能够不减弱第一电极11与第二电极12之间的电场，与以往的振动发电装置相比，能够以更高的效率将环境振动的能量转换为电能。

图2是表示振动发电元件10的动作原理的概略的图。以下，参照图2说明第一实施方式的振动发电装置100的能量转换效率高的理由。

图2(a)～(c)是表示图1所示的第一电极11的梳齿部分21和第二电极12的梳齿部分22在图1中的X方向上相对移动的情形的图。在图2的说明中，为了简化，将第一电极11的梳齿部分21称为第一电极21，将第二电极12的梳齿部分22称为第二电极22。

图2(a)是示出第一电极21和第二电极22在预定部分对置的状态的图。在与第一电极21对置的第二电极22的表面的区域25中，形成有带负电荷60的驻极体。

由该负电荷60感应，在与第二电极22对置的第一电极21的表面感应正电荷62。另一方面，在第二电极22中的不与第一电极21对置的部分，由区域25的负电荷60感应，在第二电极22的内部感应正电荷61。

由第一电极21感应出的正电荷62和第二电极22的表面的驻极体产生的负电荷60在第一电极21和第二电极22的对置部形成电场E0。

图2(a)中的电阻R将连接振动发电元件10的电源电路及负载表示为电阻。在电场E0中振动发电元件10振动的情况下，伴随第一电极和第二电极间的静电电容变化而产生的电压施加于电阻R。在图2(b)、(c)所示的例子中，伴随第一电极21和第二电极22的振动，振动发电元件10的输出电压与图2(a)所示的例子相比增减。

图2(b)表示第一电极21和第二电极22从图2(a)所示的状态沿X方向相对移动，第一电极21和第二电极22相对的部分的面积比图2(a)所示的状态减少的情况。

在图2(b)所示的状态下，与图2(a)所示的状态相比，由第二电极22的表面的负电荷60感应的第一电极21表面的正电荷62减少，由负电荷60感应的第二电极22内的正电荷61增加。

因此，在因电极的振动而从图2(a)的状态变化为图2(b)的状态时，在图2(a)中在第一电极21中感应出的正电荷62的一部分将要成为电流I1而经由电阻R从第一电极21移动到第二电极22(准确地说，电子将要从第二电极22移动到第一电极21)。因此，第一电极21相对于第二电极22为正电位。

但是，由于该电荷的移动被电阻R的电阻阻碍，所以在第一电极21上残留有正的残留电荷64，在一方的第二电极22内的与负电荷60对置的部分的一部分上产生正电荷的缺损部63。与图2(a)情况下的电场E0相比，该正的残留电荷64和正电荷的缺损部63使第一电极21和第二电极22的对置部的电场E1增强。

图2(c)表示第一电极21和第二电极22从图2(a)所示的状态沿X方向相对移动，第一电极21和第二电极22对置的部分的面积比图2(a)所示的状态增大的情况。

在图2(c)所示的状态下，与图2(a)所示的状态相比，由负电荷60感应的第一电极21表面的正电荷62也增大，由负电荷60感应的第二电极22内的正电荷61减少。

因此，在因电极的振动而从图2(a)的状态变化为图2(c)的状态时，在图2(a)中在第二电极22中感应出的正电荷61的一部分将要成为电流I2而经由电阻R从第二电极22向第一电极21移动(准确地说，电子将要从第一电极21向第二电极22移动)。因此，第一电极21相对于第二电极22为负电位。

但是，由于该电荷的移动被电阻R的电阻阻碍，所以在第二电极22上残留有正的残留电荷65，在与一个负电荷60对置的部分的第一电极21内的一部分上产生正电荷的缺损部66。与图2(a)情况下的电场E0相比，该正的残留电荷65和正电荷的缺损部66使第一电极21和第二电极22的对置部的电场E2减弱。

这样，在电场E2减弱的状态下，振动发电元件10的发电效率降低。因此，当在电场E2减弱的状态下从振动发电元件10取出电力时，电阻尼减少，从机械能向电能的转换速度变慢，因此，蓄积在作为可动电极的第二电极22中的环境振动的能量(动能)不能有效地转换成电能而被浪费。

在第一实施方式中，如图1所示，在第一电极11相对于第二电极12成为负电位的情况下，电流沿作为第二整流元件的二极管D2的正向流动。二极管D2的正向电阻与反向电阻相比非常小，因此电流从第二电极12流向第一电极11时的电路损失也小。其结果，在设置了图2所示的二极管D2的实施方式的电路中，如图2(a)至图2(c)所示，第一电极21和第二电极22相对移动时的电场E2d比图2(c)所例示的电路中的电场E2大。

乍一看，似乎是在浪费通过使电流从第二电极12通过二极管D2流向第一电极21而产生的电能。但是，二极管D2的正向电流的电阻实质上为零，另外，由于流过的电流的总量是在第一电极11和第二电极12中感应的电荷的量，上限确定，所以损失的电能的量ΔEG2、即(电阻)×(电流)×(电流)的量也很少。

图3是比较第一实施方式的振动发电装置100的输出和使用了现有的全波整流元件的振动发电装置的输出的图。

图3(a)是表示第一实施方式的振动发电装置100的发电输出(电力)P1与时间t(横轴)的关系的图，图3(b)是表示使用了现有的全波整流元件的振动发电装置的发电输出(电力)P2与时间t(横轴)的关系的图。两图纵轴是输出电力P。

在使用以往的例如二极管桥式的全波整流元件的情况下，伴随着电极的相对振动而在振动发电元件的第一电极和第二电极之间感应出的正弦波状的电力(电压)通过全波整流元件使负的电压正反转，输出大致与正弦波的绝对值相等的电力P2。电力P2的时间变化的相邻峰值间的时间是振动发电元件的振动周期的一半。

另一方面，图3(a)所示的第一实施方式的振动发电装置100的输出P1，在第一电极11和第二电极12之间感应出的正弦波状的电力(电压)中，仅输出第一电极11感应出正电位、第二电极12感应出负电位的状态。即，由于仅输出正弦波状的电力(电压)中的正(或负)部分，所以与使用以往的全波整流元件时的输出P2相比，峰值的数量为一半。

但是，在振动发电元件的情况下，从外部施加的振动的能量等于作为空气阻力或摩擦而损失的机械能与由振动发电元件产生的电能之和。因此，如果从外部施加的振动的能量以及损失的机械能相等，则能够取出的电能的总量与取出电能的次数(频度)无关，是恒定的。

因此，第一实施方式的振动发电装置100的输出P1的一个峰值的大小(电力)比以往的输出P2的一个峰值大。并且，在不考虑上述电场E2的弱化的情况下，第一实施方式的振动发电装置100的输出电力的时间平均P10与使用了以往的全波整流元件的装置的输出电力的时间平均P20相等。

而且，如果考虑上述电场E2的弱化，则在使用了以往的全波整流元件的装置中，电场E2的弱化不可避免而发电效率降低，因此，第一实施方式的振动发电装置100的输出电力的时间平均P10超过使用了以往的全波整流元件的装置的时间平均。

如上所述，在设置有二极管D2的发电电路中，第一电极11和第二电极12的对置部的电场例如成为比图2(c)所示的电场E2高的电场E2d。通过成为高电场E2d，电阻尼增加。通过增加电阻尼，机械阻尼的损失的影响变小，能够提高振动发电元件10的发电效率。

因此，在第一实施方式的振动发电装置100中，与以往的装置相比，能够以高效率将环境振动的能量转换为电能。

在以上说明的第一实施方式中，将第一电极11作为可动电极，将第二电极12作为固定电极，但不限于该结构。即，也可以将第一电极11作为固定电极，将第二电极12作为可动电极。

另外，在半波整流器40内，将二极管D1配置在第二电极12侧，将输出部30配置在第一电极11侧，但相反，也可以将输出部30配置在第二电极12侧，将二极管D1配置在第一电极11侧。

总结第一实施方式的振动发电装置100的动作如下。

在第一实施方式的振动发电装置中，半波整流器40包括二极管(第一整流元件)D1和DC-DC转换器(输出部)30，在第二电极12上设置带负电荷60的驻极体，在第一电极11上不设置驻极体。二极管D1以被从不具有驻极体的第一电极11流向具有带负电荷60的驻极体的第二电极12的电流正向偏置的朝向配设在第一电极11和第二电极12之间。二极管D2以被从第二电极12流向第一电极11的电流正向偏置的朝向，且在第一电极11和第二电极12之间与二极管D1并联配置。

根据第一电极11和第二电极12的对置面积的变化，由对置的第二电极12的驻极体的负电荷60感应的第一电极11的正电荷62减少，第二电极12的正电荷61增加的情况下，如图2(b)所示，电流I1从第一电极11向第二电极12的方向沿二极管D1的正向流动，对电容器C进行充电。

另一方面，根据第一电极11和第二电极12的对置面积的变化，由第二电极12的驻极体的负电荷60感应的第一电极11的正电荷62增加，第二电极12的正电荷61减少的情况下，如图2(c)所示，电流I2沿二极管D2的正向从第二电极12向第一电极11的方向流动。但是，由于二极管D2不与输出部30连接，因此此时的电流I2不用于输出，反而正电荷从第二电极12向第一电极11移动。因此，能够成为比不设置二极管D2而仅由二极管D1的电路结构产生的电场E2高的电场E2d，能够提高振动发电装置的转换效率。

(变形例1)

参照图4，对变形例1的振动发电装置100a进行说明。另外，对于与上述第一实施方式相同的结构，标注相同的符号并省略说明。

变形例1的振动发电装置100a所具有的振动发电元件10a在未形成驻极体的第一电极11为固定电极、形成有负电荷的驻极体的第二电极12为可动电极这一点上与上述第一实施方式不同。

作为固定电极的第一电极11由绝缘支承框13固定地保持。

另一方面，作为可动电极的第二电极12被保持部14保持为相对于支承框13在图中的上下方向(X方向)上振动。在第二电极12的梳齿部分22中，与第一电极11的梳齿部分21对置的面的表面的区域25中形成有具有负电荷的驻极体。

在变形例1中，在第一电极11上电连接有作为第一整流元件的二极管D1a的阳极和作为第二整流元件的二极管D2a的阴极。另一方面，二极管D2a的阳极与第二电极12电连接。包含电容器C1和电压转换器VC的输出部30的输入侧的一端Vi1与二极管D1a的阴极电连接，输出部30的输入侧的另一端Vi2与二极管D2a的阳极和第二电极12电连接。

由此，与上述第一实施方式同样，在振动发电元件10产生的交流电力中，第一电极11为负电位、第二电极12为正电位的情况下，二极管D2a被正向偏置，电流从第二电极12朝向第一电极11流过二极管D2a。在该情况下，二极管D1a被反向偏置，因此在输出部30中不流过电流。另一方面，在第一电极11为正电位、第二电极12为负电位的情况下，电流从第一电极11朝向第二电极12通过二极管D1a以及输出部30而流动，二极管D2a被正向偏置，因此在二极管D2a中不流过电流。

二极管D1a和输出部30构成半波整流器40a。

因此，在变形例1中，也与上述第一实施方式同样，在驻极体化的第二电极12为负电位、第一电极11为正电位的振动状态下，能够不减弱第一电极11与第二电极12间的电场。因此，与现有的振动发电装置相比，能够以更高的效率将环境振动的能量转换为电能。

在以上的第一实施方式和变形例1中，均在与第一电极11对置的第二电极12的表面形成负电荷的驻极体，但不限于此，也可以构成为在与第二电极12对置的第一电极11的表面形成正电荷的驻极体。

在该情况下，如上所述，也能够防止在第一电极11和第二电极12之间的电场E2减弱的状态下从振动发电元件10取出电力，能够提高发电效率。

另外，也可以在第一电极11上形成正驻极体，并且在第二电极12上形成负驻极体。

(第一实施方式及变形例1的效果)

(1)以上的第一实施方式及变形例1的振动发电装置100、100a具备：第一电极11；与第一电极11对置的第二电极12；保持部14，以相对移动自如的方式保持第一电极11和第二电极12中的至少一方；半波整流器40，使从第一电极11流向第二电极12的电流流过输出部30；二极管(第二整流元件)D2，使从第二电极12流向第一电极11的电流流动,切断从第一电极11流向第二电极12的电流，并且第一电极11在与第二电极12对置的面的表面具有带正电的驻极体，或者第二电极12在与第一电极11对置的面的表面具有带负电的驻极体。

根据该结构，能够实现使环境振动高效率地变化为电能的振动发电装置。

(第二实施方式)

图5是表示本发明的第二实施方式的振动发电装置100b的概略结构的示意图。另外，对于与上述第一实施方式相同的结构，标注相同的符号并省略说明。

第二实施方式的振动发电装置100b所具有的振动发电元件10b在具有2对形成有驻极体的电极和未形成驻极体的电极的对、且分别具有两个第一整流元件和第二整流元件这一点上与上述第一实施方式不同。

作为两个固定电极的第二电极12a和第二电极12b分别固定在支承框13的+X侧和-X侧的端部的内侧。另一方面，作为两个可动电极的第一电极11a和第一电极11b设置在构成保持部14的电极保持部14a各自的+X侧和-X侧。因此，与上述第一实施方式同样，当保持部14因来自外部振动而振动时，第一电极11a、11b相对于第二电极12a、12b在X方向上振动。在第二电极12a、12b各自的梳齿部分22a、22b中的、与第一电极11a、11b的梳齿部分21a、21b对置的面的表面的区域25a、25b中，形成有具有负电荷的驻极体。

在振动发电元件10b中，支承框13可以解释为一体地保持两个第一电极11a、11b的第一保持部。电极保持部14a可以解释为一体地保持两个第二电极12a、12b的第二保持部。连结部14b可以解释为使两个第一电极11a、11b和两个第二电极12a、12b相对移动自如的相对移动部。

在第二实施方式中，也与上述第一实施方式同样，在各电极上以规定的关系连接有作为整流元件的二极管和输出部30。在一个第二电极12a上电连接有作为第一整流元件的二极管D1c的阴极和作为第二整流元件的二极管D2c的阳极。在另一个第二电极12b上电连接有作为第一整流元件的二极管D1d的阴极和作为第二整流元件的二极管D2d的阳极。

在二极管D1c及二极管D1d的阳极上，均电连接有包含电容器C1及电压转换器VC的输出部30的输入侧的一端Vi1。

两个第一电极11a、第一电极11b电连接。并且，在两个第一电极11a、第一电极11b上电连接有作为第二整流元件的二极管D2c及D2d的阴极、以及输出部30的输入侧的另一端Vi2。两个第一电极11a、第一电极11b的电位成为接地电位。

另外，第一电极11a和第一电极11b都被保持部14保持而成为一体，在X方向上振动。因此，在振动的各相位中，当第一电极11a和第二电极12a相对的面积增大时，第一电极11b和第二电极12b相对的面积减少。因此，相对于作为共同的接地电位的第二电极12a和第二电极12b的电位，第一电极11a和第一电极11b的电位的相位反转。

第二实施方式的结构也可以考虑为在上述第一实施方式的振动发电装置100中并列配置两个振动发电元件10、作为第一整流元件的二极管D1以及作为第二整流元件的二极管D2的结构。在该并列的配置中，保持部14及输出部30分别仅配置一个，成为并列的两个结构的共同部分。

因此，通过二极管D1c、D1d及二极管D2c、D2d的整流特性，在第二实施方式中，也与上述第一实施方式同样，在驻极体化的第二电极12为负电位、第一电极11为正电位的振动状态下，能够不减弱第一电极11与第二电极12间的电场。因此，与现有的振动发电装置相比，能够以更高的效率将环境振动的能量转换为电能。

并且，变形例2的振动发电元件10b构成为两个振动发电元件并列配置，因此能够以更高的效率将环境振动的能量转换为电能。

二极管D1c和输出部30以及二极管D1d和输出部30分别构成半波整流器40b。

另外，在上述说明中，第一电极11a、11b由分离的两个电极构成，但也可以将第一电极11a、11b形成为一体的一个电极。即，也可以构成为将图5中的第一电极11a、11b作为连续的一个电极，保持部14保持从其上表面或周围一体化的第一电极。在这种情况下，具有简化第一电极11a、11b的形成工序的效果。

(变形例2)

参照图6，对变形例2振动发电装置100c进行说明。另外，对于与上述第一实施方式、第二实施方式或变形例1相同的结构，标注相同的符号并省略说明。

变形例2的振动发电装置100c是与上述第二实施方式的振动发电元件10b大致相同的结构，但在形成有负电荷的驻极体的第二电极12a、12b成为可动电极这一点、以及二极管D1e、D1f、D2e、D2f的阴极阳极的朝向相反这一点上，与第二实施方式的振动发电元件10b不同。

作为两个固定电极的第一电极11a和第一电极11b分别固定在支承框13的+X侧和-X侧的端部的内侧。另一方面，作为两个可动电极的第二电极12a和第二电极12b设置在构成保持部14的电极保持部14a各自的+X侧和-X侧。因此，与上述的第二实施方式同样，当保持部14因来自外部的振动而振动时，第一电极11a、11b对置于第二电极12a、12b在X方向上对置振动。在第二电极12a、12b各自的梳齿部分22a、22b中的、与第一电极11a、11b的梳齿部分21a、21b对置的面的表面的区域25a、25b中，形成有具有负电荷的驻极体。

在变形例2中，也与上述第二实施方式同样，在各电极上以规定的关系连接有作为整流元件的二极管和输出部30。在一方的第一电极11a上电连接有作为第一整流元件的二极管D1e的阳极和作为第二整流元件的二极管D2e的阴极。在另一方的第一电极11b上电连接有作为第一整流元件的二极管D1f的阳极和作为第二整流元件的二极管D2f的阴极。

在二极管D1e及二极管D1f的阴极均电连接有包含电容器C1及电压转换器VC的输出部30的输入侧的一端Vi1。

两个第二电极12a、第二电极12b电连接。并且，在两个第二电极12a、第二电极12b上电连接有作为第二整流元件的二极管D2e及D2f的阳极、以及输出部30的输入侧的另一端Vi2。两个第二电极12a、第二电极12b的电位成为接地电位。

在变形例2中，也与上述第二实施方式同样，相对于作为共同的接地电位的第一电极11a和第一电极11b的电位，第二电极12a和第二电极12b的电位的相位反转。

变形例2的结构也可以考虑为在上述变形例1的振动发电装置100a中并列配置两个振动发电元件10a、作为第一整流元件的二极管D1a以及作为第二整流元件的二极管D2a的结构。在该并列的配置中，保持部14及输出部30分别仅配置一个，成为并列的两个结构的共同部分。

因此，通过二极管D1e、D1f及二极管D2e、D2f的整流特性，在变形例2中，也与上述第一实施方式及变形例1同样，在驻极体化的第二电极12为负电位、第一电极11为正电位的振动状态下，能够不减弱第一电极11与第二电极12间的电场。因此，与现有的振动发电装置相比，能够以更高的效率将环境振动的能量转换为电能。

并且，变形例2的振动发电元件10b构成为两个振动发电元件并列配置，因此能够以更高的效率将环境振动的能量转换为电能。

二极管D1e和输出部30以及二极管D1f和输出部30分别构成半波整流器40c。

另外，与上述第二实施例同样，也可以将第二电极12a、12b形成为一体的一个电极。在该情况下，保持部14能够构成为从其上表面或周围保持一体的第二电极。在这种情况下，具有简化第二电极12a、12b的形成工序的效果。

以上，在第二实施方式中，两个第一电极11a、11b由一个电极保持部14a保持为一体，在变形例2中，两个第二电极12a、12b由一个电极保持部14a保持为一体，但不限于此。即，也可以构成为在X方向上分离地设置两个包含电极保持部14a的保持部14，各个保持部14保持两个电极中的各个电极。

另外，通过一个电极保持部14a一体地保持两个电极(第一电极11a、11b或第二电极12a、12b)的结构在能够使振动发电元件10b、10c小型化这一点上是优异的。

在以上的第二实施方式和变形例2中，也不限于在与第一电极11对置的第二电极12的表面形成负电荷的驻极体的结构，不限于此，也可以采用在与第二电极12对置的第一电极11的表面形成正驻极体的结构。

在该情况下，如上所述，也能够防止在第一电极11和第二电极12之间的电场E2减弱的状态下从振动发电元件10取出电力，能够提高发电效率。

另外，也可以在第一电极11上形成正驻极体，并且在第二电极12上形成负驻极体。

(第二实施方式及变形例2效果)

(2)以上的第二实施方式及变形例2的振动发电装置100b、100c除了第一实施方式的振动发电装置100的结构之外，还具有两个第一电极11a、11b、两个第二电极12a、12b、两个第一整流元件(二极管)D1c、D1d、D1e、D1f、以及两个第二整流元件(二极管)D2c、D2d、D2e、D2f。

并且，两个第一电极11a、11b或两个第二电极12a、12b中的一个电连接，并且两个第二整流元件D2c、D2d、D2e、D2f各自的一端电连接。

而且，两个第一电极11a、11b或两个第二电极12a、12b中的另一个与两个第二整流元件D2c、D2d、D2e、D2f各自的另一端电连接，并且与两个第一整流元件D1c、D1d、D1e、D1f各自的一端电连接。

根据该结构，能够实现使环境振动更高效率地变化为电能的振动发电装置。

(3)并且，在(2)中，保持部14也能够构成为具有：第一保持部(支承框)13，将两个第一电极11a、11b保持为一体；第二保持部(电极保持部)14a，将两个第二电极12a、12b保持为一体；以及对置移动部(连结部)14b，使两个第一电极11a、11b和两个第二电极12a、12b相对移动自如，在该情况下，能够实现振动发电元件10b的小型化。

在以上的各实施方式及各变形例的任一个中，形成驻极体的区域25也可以不是第二电极12的表面中的与第一电极11对置的部分的全部，而是一部分。

另外，第一电极11及第二电极12的各梳齿部分21、22的个数不限于上述个数，也可以具有几个梳齿部分。另外，关于第一电极11及第二电极12的形状，也不限于上述的梳齿电极，也可以是相互对置配置的平行平板型电极。

另外，二极管D1和二极管D2也可以使用将多个二极管串联连接而提高耐压的二极管。另外，第一整流元件及第二整流元件不限于二极管，例如也可以使用偶极子、通过自旋电子学整流作用进行整流的自旋电子学整流元件等其他电气元件。

以上说明了各种实施方式和变形例，但本发明并不限定于这些内容。另外，各实施方式及变形例可以分别单独应用，也可以组合使用。在本发明的技术思想范围内考虑的其它方式也包括在本发明的范围内。

下列优先权基础申请的公开内容以引文的形式并入本文。

日本专利申请2018年第90197号(2018年5月8日申请)

符号说明

100、100a、100b、100c…振动发电装置，10、10a、10b、10c…振动发电元件，11、11a、11b…第一电极，12、12a、12b…第二电极，13...支承框，14...保持部，D1、D1a、D1c、D1d、D1e、D1f…第一整流元件(二极管)，D2、D2a、D2c、D2d、D2e、D2f…第二整流元件(二极管)，C1...电容器、VC...电压转换电路，30...输出部，40、40a、40b、40c…半波整流器。

Claims (5)

1.一种振动发电装置，其特征在于，包括：

第一电极；

第二电极，与所述第一电极对置；

保持部，以相对移动自如的方式保持所述第一电极和所述第二电极中的至少一方；

半波整流器，包括第一整流元件和输出部，与所述第一电极和所述第二电极电连接，使从所述第一电极流向所述第二电极的电流流过所述输出部，并且切断从所述第二电极流向所述第一电极的电流；以及

第二整流元件，与所述第一电极和所述第二电极电连接，使从所述第二电极流向所述第一电极的电流流动，切断从所述第一电极流向所述第二电极的电流，

所述第一电极在与所述第二电极对置的面的表面具有带正电的驻极体，或者所述第二电极在与所述第一电极对置的面的表面具有带负电的驻极体。

2.根据权利要求1所述的振动发电装置，其特征在于，

分别具有两个所述第一电极、所述第二电极、所述第一整流元件以及所述第二整流元件，并且，

所述两个第一电极或所述两个第二电极中的一方被电连接，并且所述两个第二整流元件各自的一端被电连接，

所述两个第一电极或所述两个第二电极中与所述一方不同的另一方，电连接与所述两个第二整流元件各自的所述一端不同的另一端，并且与所述两个第一整流元件各自的一端电连接。

3.根据权利要求2所述的振动发电装置，其特征在于，

所述保持部具有：

第一保持部，一体地保持所述两个第一电极；

第二保持部，一体地保持所述两个第二电极；以及

相对移动部，使所述两个第一电极和所述两个第二电极相对移动自如。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的振动发电装置，其特征在于，

所述输出部包括电容器和与所述电容器并联配置的电压变换电路。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的振动发电装置，其特征在于，

所述第一整流元件和所述第二整流元件中的至少一方是二极管。

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