CN112042106A - 振动发电元件以及振动发电装置 - Google Patents

Abstract

在利用来自外部的振动从输出线输出交流电的振动发电元件中，具备：中间电极，其未与输出线连接；多个驻极体电极，其与中间电极对置配置，且在与中间电极对置的面的表面的至少一部分具有驻极体；保持部，其将中间电极与多个驻极体电极保持为彼此相对振动自如；以及电荷注入器，其向中间电极注入与形成于多个驻极体电极的表面的驻极体相反特性的电荷。

Description

振动发电元件以及振动发电装置

技术领域

本发明涉及振动发电元件以及振动发电装置。

背景技术

作为从环境振动获取能量的能量收集技术之一，公知使用MEMS(Micro electromechanical Systems：微机电系统)振动元件亦即振动发电元件来根据环境振动进行发电的方法。振动发电元件本身是具备压电元件、静电电容式元件，并且若使之以环境振动的频率振动则产生与该频率相等的交流电的元件。静电感应式振动发电元件利用通过多个电极相互振动而产生的感应电荷来进行发电(例如，参照专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本国特开2014－228283号公报

发明内容

发明所要解决的课题

由于环境振动的振动能量微弱，因此要求将环境振动以较高效率变换成电能的振动发电元件。

用于解决课题的方案

第1方案的振动发电元件是在利用来自外部的振动从输出线输出交流电的振动发电元件中，具备：中间电极，其未与上述输出线连接；多个驻极体电极，其与上述中间电极对置配置，且在与上述中间电极对置的面的表面的至少一部分具有驻极体；保持部，其将上述中间电极与上述多个驻极体电极保持为彼此相对振动自如；以及电荷注入器，其向上述中间电极注入与形成于上述多个驻极体电极的表面的驻极体相反特性的电荷。

第2方案的振动发电元件根据第1方案振动发电元件，优选上述相对振动的方向是与上述多个驻极体电极的与上述中间电极对置的上述面平行的方向。

第3方案的振动发电元件根据第2方案的振动发电元件，优选若通过上述相对振动，上述中间电极相对于上述多个驻极体电极相对地向第一方向移动，则上述多个驻极体电极中的一个与上述中间电极的对置部的面积増加，上述多个驻极体电极中的另一个与上述中间电极的对置部的面积减少，若向与上述第一方向不同的第二方向移动，则上述对置部的面积与上述第一方向的移动的情况相反地增减。

第4方案的振动发电元件根据第1至第3方案任一项中所述的振动发电元件，优选上述电荷注入器将从振动发电元件接受电力供给的电路的一部分连接于上述中间电极。

第5方案的振动发电元件根据第1至第3方案任一项中所述的振动发电元件，优选上述电荷注入器包括电阻元件，上述电荷注入器的一端与上述中间电极连接，另一端与上述多个驻极体电极的至少一个连接。

第6方案的振动发电元件根据第4或第5方案所述的振动发电元件，优选具有控制部件，该控制部件控制上述电荷注入器向上述中间电极的电荷注入。

第7方案的振动发电装置具备：第1至第6任一个方案的振动发电元件；以及电源装置。

发明的效果

根据本发明，能够将环境振动的能量以高效率变换成电能。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式的振动发电元件10、以及具备振动发电元件10的振动发电装置100的结构的图。

图2是说明实施方式的振动发电元件10的动作原理的图。图2(a)～(c)是表示中间电极12相对于驻极体电极11的在各相对位置处的驻极体电极11以及中间电极12所感应的电荷的图。

图3是说明中间电极12中性化后的情况下的动作的一个方式的图。图3(a)～(c)是表示中间电极12相对于驻极体电极11的在各相对位置处的驻极体电极11以及中间电极12所感应的电荷的图。

图4是表示变形例1的振动发电元件10a的图。

图5是表示变形例2的振动发电元件10b的图。

图6是表示变形例3的振动发电元件10c的图。

图5(a)是振动发电元件10c的俯视图，图5(b)是从－Y方向观察图5(a)中的B－B剖面的剖视图。

图7是表示变形例4的振动发电元件10d的图。

图8是表示变形例5的振动发电元件10e、以及具备振动发电元件10e的振动发电装置100b的结构的图。

图9是表示变形例6的振动发电元件10f的结构的图。

具体实施方式

(实施方式)

以下，参照图对本发明的实施方式进行说明。图1是表示具备本发明的实施方式的振动发电元件10的振动发电装置100的图。振动发电装置100具有振动发电元件10和电源装置40。静电电容式的振动发电元件10具有第一驻极体电极11a、第二驻极体电极11b、以及配置于上述两个驻极体电极11a、11b之间的中间电极12。

第一驻极体电极11a固定于支撑框13，并且在与中间电极12对置的面的表面形成有负电荷的驻极体15a作为一例。

第二驻极体电极11b也固定于支撑框13，并且在与中间电极12对置的面的表面形成有负电荷的驻极体15b作为一例。

驻极体15a、15b例如通过实施日本特开2014－049557号公报所记载的公知的带电处理而形成。

也将驻极体15a和驻极体15b一并称为驻极体15。

另外，也将如第一驻极体电极11a和第二驻极体电极11b那样形成有驻极体15的电极一并称为驻极体电极11。

中间电极12经由弹簧等弹性变形的保持部14而保持于支撑框13。因此，若包括支撑框13的振动发电元件10在图1中所图示的X方向(图1中的上下方向)上振动，则因保持部14的弹性变形，中间电极12相对于第一驻极体电极11a以及第二驻极体电极11b在X方向上相对地振动。具体而言，产生伴随中间电极12的振动的电极间的相对振动，使得中间电极12与第一驻极体电极11a之间的静电电容(电极间对置面积)、和中间电极12与第二驻极体电极11b之间的静电电容(电极间对置面积)在相反相位上增减。这样，由于中间电极12与两个驻极体电极11之间的静电电容在彼此相反相位上变动，因此与使相互噛合的固定梳齿电极与可动梳齿电极相对移动的静电电容式振动发电元件相比发电效率良好。

通过中间电极12与驻极体电极11的相对振动，第一驻极体电极11a以及第二驻极体电极11b感应出正或者负的电荷，在第一实施方式中为正的电荷，发出交流电。上述的电荷通过与第一驻极体电极11a连接的导电体的配线Wa、以及与第二驻极体电极11b连接的导电体的配线Wb，输出至设于振动发电元件10的外部的电源装置40。

电源装置40具有包括四个二极管D1～D4的桥接方式的全波整流电路。配线Wa与二极管D1的阳极和二极管D2的阴极连接，配线Wb与二极管D4的阳极和二极管D3的阴极连接。

二极管D1的阴极和二极管D4的阴极与电源装置40的第一输出端Vo1连接，二极管D2的阳极和二极管D3的阳极与电源装置40的第二输出端Vo2连接，并且维持为接地电位。

在中间电极12连接有用于向中间电极12注入电荷的电荷注入配线WI的一端。

电荷注入配线WI的另一端与电阻元件RI的一端连接。电阻元件RI的另一端与电源装置40内的二极管D2的阳极以及二极管D3的阳极连接，即维持为接地电位。

振动发电元件10变换振动的能量而生成的交流电作为在第二输出端Vo2具有接地电位、在第一输出端Vo1具有正的电位的电力通过电源装置40而输出。

此外，电源装置40也可以具备例如电容器、包括斩波型的DC－DC转换器的电压变换器。

以下，参照图2对使用了实施方式的振动发电元件10的振动发电装置100的动作原理进行说明。

图2(a)～(c)表示中间电极12相对于第一驻极体电极11a以及第二驻极体电极11b在X方向上振动(移动)时，在各相对位置处在各电极内感应出的电荷的状态。

图2(a)表示中间电极12处于振动的中间点(以下也称为中立点)情况的电荷的状态。

中间电极12的+X侧的端部与形成于第一驻极体电极11a的表面的驻极体15a的负的电荷16a对置，因此在该部分感应出正的电荷17a。

中间电极12的－X侧的端部与形成于第二驻极体电极11b的表面的驻极体15b的负的电荷16b对置，因此在该部分感应出正的电荷17b。

另一方面，在第一驻极体电极11a中的未与中间电极12对置的部分，被驻极体15a产生的负的电荷16a感应，在第一驻极体电极11a的内部感应出正的电荷18a。

在第二驻极体电极11b中的未与中间电极12对置的部分，被驻极体15b产生的负的电荷16b感应，在第二驻极体电极11b的内部感应出正的电荷18b。

以上说明的图2(a)表示在第一驻极体电极11a与第二驻极体电极11b之间未产生电动势且未引起电荷的移动的情况。该意思是将图2(a)的中间电极12的位置称为中立点，振动发电元件10称为处于中立状态。

图2(b)与图2(a)相比，表示中间电极12向+X侧相对移动的状态。

在图2(b)的状态下，与图2(a)的状态相比，在第一驻极体电极11a的表面中与中间电极12对置的部分的面积増加。因此，驻极体15a的负的电荷16a所感应出的中间电极12的正的电荷17a増大。其结果，在图2(a)的状态下在第一驻极体电极11a的内部感应出的正的电荷18a的一部分称为剩余电荷19a。

另一方面，在图2(b)的状态下，与图2(a)的状态相比，在第二驻极体电极11b的表面中与中间电极12对置的部分的面积减少。因此，驻极体15b的负的电荷16b所感应出的中间电极12的正的电荷17b减少。其结果，在第二驻极体电极11b的内部，产生电荷不足部20b，该电荷不足部20b是应该相对于驻极体15b的负的电荷16b感应出的正的电荷不足的部分。

因此，在图2(b)的状态下，第一驻极体电极11a带正电、第二驻极体电极11b带负电。通过利用该带电产生的电动势来使电流I1从第一驻极体电极11a经由输出电路R流向第二驻极体电极11b，从而能够进行发电。在此，设于第一驻极体电极11a与第二驻极体电极11b之间的电阻R表示图1的电源装置40。

另一方面，图2(c)与图2(a)相比，表示中间电极12向－X侧相对移动的状态。在图2(c)的状态下，与图2(a)的状态相比，在第二驻极体电极11b的内部产生剩余电荷19b，并且产生电荷不足部20a，该电荷不足部20a是应该在第一驻极体电极11a的内部感应出的正的电荷不足的部分。

因此，在图2(c)的状态下，第一驻极体电极11a带负电，第二驻极体电极11b带正电。通过利用该带电产生的电动势来使电流I2从第二驻极体电极11b流向第一驻极体电极11a，从而能够进行发电。

此外，中间电极12也可以以与第一驻极体电极11a、第二驻极体电极11b、支撑框13等绝缘的状态由保持部14保持，保持部14本身也可由绝缘性的材料形成。

另外，若未利用电荷注入配线WI向中间电极12进行电荷的注入，则在设置有振动发电元件10的环境湿度大的情况下等，有应该保持于中间电极12的电荷经由大气中的水蒸气或者离子而放电的担忧，或者有本来应该由中间电极12感应出的电荷与气体中的离子结合而成为中性的担忧。在本说明书中，将中间电极12如上述那样放电、以及成为中性的情况一并称为中间电极12的中性化。

图3是表示中间电极12中性化后的情况下的振动发电元件10的动作的图。与上述的图2相同，图3(a)～(c)表示中间电极12相对于第一驻极体电极11a以及第二驻极体电极11b在X方向上振动(移动)时，在各相对位置处在各电极内感应出的电荷的状态。

以下，对基于图3的状态与上述的图2所示的状态的差异，而中间电极12内的电荷放电的情况下的振动发电元件10的动作进行说明。

图3(a)是与图2(a)对应的图，表示中间电极12处于振动的中间点的情况的电荷的状态。在中间电极12已放电的状态下，在中间电极12中与第一驻极体电极11a对置的部分21a、以及与第二驻极体电极11b对置的部分21b未感应出正的电荷。因此，在第一驻极体电极11a的与中间电极12对置的部分的内部产生由驻极体15a的负的电荷16a感应出的正的电荷22a。在第二驻极体电极11b的与中间电极12对置的部分的内部也产生由驻极体15b的负的电荷16a感应出的正的电荷22b。

图3(b)是与图2(b)对应的图，表示中间电极12从图3(a)所示的位置向+X侧相对移动的状态。

图3(c)是与图2(c)对应的图，表示中间电极12从图3(a)所示的位置向－X侧相对移动的状态。

与图2所示的情况不同，图3的情况在中间电极12不存在电荷，因此即使中间电极12从图3(a)的状态向图3(b)或者图3(c)的状态移动，第一驻极体电极11a、第二驻极体电极11b、以及中间电极12内的电荷的状态也不变化。

即，如图3所示，在中间电极12中性化后的情况下，即使驻极体电极11与中间电极12相对移动(振动)，在第一驻极体电极11a以及第二驻极体电极11b的任一方都不会产生剩余电荷或电荷不足，无法进行发电。

因此，在实施方式的振动发电元件10中，为了防止来自中间电极12的电荷的丧失，做成使用电荷注入配线WI以及电阻元件RI来从电源装置40向中间电极12注入电荷的结构。电荷注入配线WI以及电阻元件RI能够解释为电荷注入器30。

在振动发电元件10中，受与中间电极12对置的驻极体电极11的驻极体15的电荷诱导，从电源装置40经由电荷注入器30向中间电极12内注入与驻极体15的电荷相反特性的电荷。在驻极体电极11a、11b的表面设有负的电荷区域的情况下，向中间电极12注入正的电荷。通过来自电荷注入器30的正电荷的注入，振动发电元件10能够长期地使中间电极12维持电荷，即、能够长期地维持高发电效率。在正电荷的驻极体电极和带有负电荷的中间电极中，向中间电极注入负的电荷。

此外，连接电荷注入器30的部位并不限于上述的电源装置40内的二极管D2的阳极以及二极管D3的阳极，电源装置40内的其它场所也可以。但是，优选在电源装置40内也在相对于与第一驻极体电极11a连接的配线Wa、或者与第二驻极体电极11b连接的配线Wb以低电阻连接的部分连接电荷注入器30。因此，电荷注入器30只要与电源装置40内的相对于配线Wa以及配线Wb分别具有某种程度的大小的电阻而连接的部分连接即可。

此外，也能够省略构成电荷注入器30的电阻元件RI。

(变形例1)

图4是表示变形例1的振动发电元件10a的图。对于与上述的实施方式的振动发电元件10的共同部分，标注同一符号并省略说明。

变形例1的振动发电元件10a具有平行配置的多个驻极体电极11，在多个驻极体电极11的各自之间配置有中间电极12。

各中间电极12经由弹簧等弹性变形的保持部14保持为能够相对于支撑框13在图中的X方向上振动。并且，与上述的实施方式相同，在各中间电极12连接有用于向中间电极12注入电荷的电荷注入配线WI(上述的实施方式的电荷注入器30的一部分)的一端。

在各驻极体电极11中的第一驻极体电极11a以及第二驻极体电极11b，与上述的实施方式相同地在与中间电极12对置的一侧形成有驻极体15。

第三驻极体电极11a1以及第四驻极体电极11b1由于在各自两侧的面与中间电极12对置，因此均在其两侧的面形成有驻极体15。

在第一驻极体电极11a以及第三驻极体电极11a1连接有配线Wa。另一方面，在第二驻极体电极11b以及第四驻极体电极11b1连接有配线Wb。

并且，第一驻极体电极11a以及第三驻极体电极11a1相对于第二驻极体电极11b以及第四驻极体电极11b1配置为在+X方向上错开。

若中间电极12在X方向上与驻极体电极11相对振动，则与上述的实施方式相同，在第一驻极体电极11a以及第三驻极体电极11a1、和第二驻极体电极11b以及第四驻极体电极11b1分别感应出电荷。由此能够进行发电。

在变形例1中，由于在中间电极12连接有注入电荷的电荷注入配线WI(电荷注入器30的一端)，因此振动发电元件10a能够防止中间电极12的中性化，长期地维持高发电效率。

(变形例2)

图5是表示变形例2的振动发电元件10b的图。对于与上述的实施方式的振动发电元件10的共同部分，标注同一符号并省略说明。

在变形例2的振动发电元件10b中，多个驻极体电极11配置为固定于支撑框13a的内侧面。并且，多个中间电极12a保持于导电性的支撑体25，支撑体25经由弹簧等弹性变形的绝缘性的保持部14a保持为能够相对于支撑框13a在图中的X方向上振动。在导电性的支撑体25连接有电荷注入配线WI，因此，经由导电性的支撑体25从电荷注入配线WI向多个中间电极12a注入电荷。

多个中间电极12a各自配置成为，在支撑体25的X方向的振动的中心位置(中立位置)处，以大致相等的面积分别与第一驻极体电极11a2以及第二驻极体电极11b2对置。因此，若保持中间电极12a的支撑体25在X方向上振动，则各个中间电极12a与第一驻极体电极11a2以及第二驻极体电极11b2的对置部分的面积变化。即，对置部分的面积在彼此相反方向上、换言之在相反相位上增减。

由此，与上述的实施方式相同，在第一驻极体电极11a2以及第二驻极体电极11b2感应出电荷，进行发电。在各第一驻极体电极11a2连接有配线Wa，在各第二驻极体电极11b2连接有配线Wb，从而能够利用配线Wa、Wb取出感应出的电荷。并且，由于利用电荷注入配线WI向中间电极12a注入电荷来防止中性化，因此振动发电元件10b能够长期地维持高发电效率。

(变形例3)

图6是表示变形例3的振动发电元件10c的图。图6(a)表示振动发电元件10c的俯视图，图6(b)表示从－Y方向观察图6(a)中的B－B剖面的剖视图。对于与上述的实施方式的振动发电元件10的共同部分，标注同一符号并省略说明。

变形例3的振动发电元件10c与上述的变形例1的振动发电元件10a相同，具有多个驻极体电极11，在多个驻极体电极11各自之间配置有中间电极12b1～12b3。

各中间电极12b1～12b3保持为，能够经由金属薄板等弹性变形的保持部14b而以保持部14b为大致中心在图中的X方向上摆动。在保持部14b连接有电荷注入配线WI，因此，利用电荷注入配线WI经由导电性的保持部14b向中间电极12b1～12b3注入电荷。在保持部14b与支撑框13之间设置绝缘部件。

另一方面，关于各驻极体电极11，与配线Wa连接的第一驻极体电极11a3以及第三驻极体电极11a4相对于与配线Wb连接的第二驻极体电极11b3以及第四驻极体电极11b4配置为在－X方向上错开。图6(b)表示该情形。

图6(b)是从－Y方向观察图6(a)中的B－B剖面的剖视图，因此表示向图中上方(+X方向)摆动的中间电极12b2、和处于中间电极12b2的里侧(+Y方向)的第四驻极体电极11b4。此外，以虚线表示的第三驻极体电极11a4处于比图6(a)中的B－B剖面靠－Y，为了容易理解而在图6(b)中示出。

如图6(b)所示，若中间电极12b2通过X方向的振动而在X方向上摆动(振动)，则中间电极12b2与第三驻极体电极11a4以及第四驻极体电极11b4的对置部分的面积变化。即、对置部分的面积在彼此相反方向上、换言之在相反相位上增减。

由此，与上述的实施方式相同，在第三驻极体电极11a4以及第四驻极体电极11b4感应出电荷，进行发电。对于与其它中间电极12b1、12b3对置的驻极体电极11也相同。

由此，能够进行发电。并且，由于利用电荷注入配线WI向中间电极12b1～12b3注入电荷来防止中性化，因此振动发电元件10c能够长期地维持高发电效率。

(变形例4)

图7是表示变形例4的振动发电元件10d的图。对于与上述的实施方式的振动发电元件10的共同部分，标注同一符号并省略说明。

在变形例4的振动发电元件10d中，在固定于支撑框13且连接有配线Wa的第一驻极体电极11a与固定于支撑框13且连接有配线Wb的第二驻极体电极11b之间，从第一驻极体电极11a侧起依次配置有第一中间电极12c1、第五驻极体电极11c、第二中间电极12c2。

在第一中间电极12c1以及第二中间电极12c2各自的两端连接有弹簧等弹性变形的保持部14。各个保持部14的一端与支撑框13连接，另一端与固定于支撑框13的支撑框延长部21连接。因此，第一中间电极12c1以及第二中间电极12c2保持为能够相对于支撑框13在图中的X方向上振动。

并且，在第一中间电极12c1以及第二中间电极12c2分别连接有电荷注入配线WI。

第五驻极体电极11c通过未图示的保持机构固定于支撑框13。在第五驻极体电极11c未配置配线Wa、配线Wb以及其它输出线，第五驻极体电极11c电浮动。第五驻极体电极11c的两面分别与第一中间电极12c1以及第二中间电极12c2对置，因此在其两面形成有驻极体15c。

在变形例4的振动发电元件10d中，也根据上述的原理，通过第一中间电极12c1以及第二中间电极12c2与各驻极体电极11在X方向上相对振动来进行发电。并且，利用电荷注入配线WI向第一中间电极12c1以及第二中间电极12c2注入电荷来防止中性化，因此振动发电元件10d能够长期地维持高发电效率。

(变形例5)

图8是表示变形例5的振动发电元件10e、以及具备振动发电元件10e的振动发电装置100b的图。

变形例5的振动发电元件10e以及振动发电装置100b的大部分的结构与上述的实施方式的振动发电元件10以及振动发电装置100相同，因此对共同部分标注同一符号并省略说明。

变形例5的振动发电元件10e具备电荷注入配线WI和MOSFET等开关元件TI作为电荷注入器30b。在电源装置40a设有电压变换电路VC，电压变换电路VC的输出电压由电压检测用集成电路VD监视。在电压变换电路VC的输出电压低于预定值的情况下，电压检测用集成电路VD向开关元件TI发送控制信号，开关元件TI根据该控制信号而被导通。由此，从电源装置40a向中间电极12注入电荷。

在电压变换电路VC的输出电压高于预定值的情况下，电压检测用集成电路VD不向开关元件TI发送控制信号，开关元件TI成为断开状态。

在变形例5的振动发电元件10e中，通过开关元件TI的导通或者断开的切换控制，能够控制电荷向中间电极12的注入。

在变形例5中，作为对控制部件即开关元件TI的控制信号，使用监视电源装置40a内的电压的信号。因而，在电源装置40a内的电压下降的情况下，即振动发电元件10e的发电效率下降的情况下，进行向中间电极12的电荷的注入，能够使振动发电元件10e的发电效率恢复。

此外，对开关元件TI的控制信号并不仅限于监视电源装置40a内的电压的信号，例如也能够使用计时电路每隔预定间隔所产生的触发信号来作为对开关元件TI的控制信号。

(变形例6)

图9是表示变形例6的振动发电元件10f的图。

变形例6的振动发电元件10f的大部分的结构与上述的实施方式的振动发电元件10相同，因此对于共同部分标注同一符号并省略说明。

变形例6的振动发电元件10f具有：一端与中间电极12连接的电荷注入配线WI；一端与电荷注入配线WI的另一端连接且另一端与配线Wa连接的电阻元件RI1；以及一端与电荷注入配线WI的另一端连接且另一端与配线Wb连接的电阻元件RI2。电荷注入配线WI、电阻元件RI1、以及电阻元件RI2构成电荷注入器30c。

此外，构成为，电阻元件RI1以及电阻元件RI2所具有的电阻与连接于振动发电元件10f的电源装置40的负荷产生的电阻相比，具有足够大的电阻值。

在变形例6的振动发电元件10f中，从第一驻极体电极11a经由电阻元件RI1以及从第二驻极体电极11b经由电阻元件RI2向中间电极12注入电荷。因而，能够防止中间电极12内的电荷因放电而丧失，能够长期地维持振动发电元件10f的高发电效率。

此外，电阻元件RI1以及电阻元件RI2的连接方法并不限于上述的方式。例如也可以做成如下结构：不经由配线Wa以及配线Wb而是将电阻元件RI1以及电阻元件RI2分别直接连接于第一驻极体电极11a以及第二驻极体电极11b。

或者，也可以做成如下结构：省略电阻元件RI1、RI2的一方，从第一驻极体电极11a或者第二驻极体电极11b的一方朝中间电极12注入电荷。

另外，也能够用上述的变形例5的开关元件TI置换振动发电元件10f的电阻元件RI1、RI2，或者串联地配置电阻元件RI1、RI2和开关元件TI。由此，也能够做成如下结构：只要是进行发电的电压下降的情况等，就从驻极体电极11向中间电极12注入电荷。

另外，也能够将上述变形例5以及变形例6中包括的电荷注入器30、30a、30b应用于上述的变形例1至变形例4的振动发电元件10、10a～10d，来向中间电极12、12a、12b注入电荷。

在以上所说明的实施方式以及各变形例中，做成驻极体电极11固定于支撑框13，且中间电极12相对于支撑框13振动或者摆动的结构。但是，并不限于该结构，也可以做成中间电极12固定于支撑框13，且驻极体电极11相对于支撑框13振动或者摆动的结构。

此外，在实施方式以及各变形例中，中间电极12与驻极体电极11的相对振动的方向设为与驻极体电极11的与中间电极12对置的面平行的方向(X方向)，但振动方向并不限定于该方向。例如，通过使其在与该对置的面垂直的方向上振动，来使驻极体电极11与中间电极12的对置距离变化，并使形成有两电极的电容器的静电电容变化，从而也能够感应电荷来进行发电。

但是，通过将相对振动的方向设为与驻极体电极11的与中间电极12对置的面平行的方向，能够进一步提高发电效率。

(实施方式以及各变形例的效果)

(1)以上所说明的实施方式以及各变形例的振动发电元件10、10a～10f在利用来外部的振动来从输出线输出交流电的振动发电元件中，具备：中间电极12，其未与输出线连接；多个驻极体电极11，其与中间电极12对置地配置，且在与中间电极12对置的面的表面的至少一部分具有驻极体15；保持部14，其将中间电极12与多个驻极体电极11保持为彼此相对振动自如；以及电荷注入器30，其向中间电极12注入与形成于多个驻极体电极11的表面的驻极体15相反特性的电荷。在实施方式中，通过中间电极12的振动，中间电极12与多个驻极体电极11相对地振动。

根据该结构，能够防止中间电极12的中性化，能够长期效率良好地将设置有振动发电元件10、10a～10f的环境的振动的能量变换成电能。换言之，能够提高发电效率。

(2)并且，通过将驻极体电极11与中间电极12的相对振动的方向设为与多个驻极体电极11的与中间电极12对置的面平行的方向，从而能够进一步提高发电效率，即使是与以往相同大小的振动发电元件，也能够进行更大电力的发电。

(3)在(2)中，若中间电极12相对于多个驻极体电极11相对地向第一方向移动，则多个驻极体电极11中的一个与中间电极12的对置部的面积増加，多个驻极体电极11中的另一个与中间电极12的对置部的面积减少，若向与第一方向不同的第二方向移动，则对置部的面积与第一方向的移动的情况相反地增减，通过做成上述结构，能够进一步提高发电效率。

(4)在(1)～(3)中，也能够做成如下结构：电荷注入器30将从振动发电元件10、10a～10f接受电力的供给的电路(电源装置40)的一部分连接于中间电极12。

(5)在(1)～(3)中，也能够做成如下结构：电荷注入器30包括电阻元件RI1、RI2，电荷注入器30的一端与中间电极12连接，另一端与多个驻极体电极11的至少一个连接。

(6)在以上，还能够做成如下结构：具有控制部件(开关元件TI)，该控制部件(开关元件TI)控制电荷注入器30向中间电极12注入的电荷。根据该结构，能够仅在需要时才利用电荷注入器30向中间电极12注入电荷。

(7)以上所说明的振动发电装置100、100a、100b具备以上的实施方式以及各变形例的振动发电元件10、10a～10f和电源装置40、40a。根据该结构，能够效率良好地将设置有振动发电装置100、100a、100b的环境的振动的能量变换成电能。换言之，能够提高发电效率。

在上述说明中，对各种实施方式以及变形例进行了说明，但本发明并不限于这些内容。另外，各实施方式以及变形例既可以分别单独应用、也可以组合使用。在本发明的技术的思想的范围内考虑到的其它方式也包含在本发明的范围内。

以下优先权基础申请的公开内容作为引用文录入于此。

日本国专利申请2018年第90196号(2018年5月8日申请)

符号的说明

100、100a、100b—振动发电装置，10、10a～10f—振动发电元件，11—驻极体电极，11a—第一驻极体电极，11b—第二驻极体电极，12、12a—中间电极，13、13a—支撑框，14、14a—保持部，15、15a、15b—驻极体，30、30a～30c—电荷注入器，40—电源电路，D1～D4—二极管，VC—电压变换电路，VD—电压检测用集成电路。

Claims (7)

1.一种振动发电元件，其利用来自外部的振动从输出线输出交流电，

上述振动发电元件的特征在于，具备：

中间电极，其未与上述输出线连接；

多个驻极体电极，其与上述中间电极对置配置，且在与上述中间电极对置的面的表面的至少一部分具有驻极体；

保持部，其将上述中间电极与上述多个驻极体电极保持为彼此相对振动自如；以及

电荷注入器，其向上述中间电极注入与形成于上述多个驻极体电极的表面的驻极体相反特性的电荷。

2.根据权利要求1所述的振动发电元件，其特征在于，

上述相对振动的方向是与上述多个驻极体电极的与上述中间电极对置的上述面平行的方向。

3.根据权利要求2所述的振动发电元件，其特征在于，

若通过上述相对振动，上述中间电极相对于上述多个驻极体电极相对地向第一方向移动，则上述多个驻极体电极中的一个与上述中间电极的对置部的面积増加，上述多个驻极体电极中的另一个与上述中间电极的对置部的面积减少，若向与上述第一方向不同的第二方向移动，则上述对置部的面积与上述第一方向的移动的情况相反地增减。

4.根据权利要求1～3任一项中所述的振动发电元件，其特征在于，

上述电荷注入器将从振动发电元件接受电力供给的电路的一部分连接于上述中间电极。

5.根据权利要求1～3任一项中所述的振动发电元件，其特征在于，

上述电荷注入器包括电阻元件，上述电荷注入器的一端与上述中间电极连接，另一端与上述多个驻极体电极的至少一个连接。

6.根据权利要求4或5所述的振动发电元件，其特征在于，

具有控制部件，该控制部件控制上述电荷注入器向上述中间电极的电荷注入。

7.一种振动发电装置，其特征在于，具备：

权利要求1～6任一项中所述的振动发电元件；以及

电源装置。

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