JP2009183015A - 発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】発電量を増加させることが可能な発電装置を提供する。
【解決手段】この発電装置１００は、第１圧電部１１（第２圧電部１３）と、第１圧電部１１（第２圧電部１３）に対して相対的に振動可能に構成され、第１圧電部１１（第２圧電部１３）に打撃を加えるための第１打撃部１５（第２打撃部１６）とを備え、第１打撃部１５（第２打撃部１６）は、一度の振動において、第１圧電部１１（第２圧電部１３）からの反発力を利用して第１圧電部１１（第２圧電部１３）に対して複数回打撃可能なように構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、発電装置に関し、特に、圧電体を備えた発電装置に関する。

従来、圧電体を備えた発電装置が知られている（たとえば、特許文献１参照）。

上記特許文献１には、両端部にそれぞれ鋼球を有する板バネと、板バネの中心部分に設けられるとともに板バネを支持する支持部材と、一方の鋼球の下方に配置された圧電体とを備えた圧電発電装置が開示されている。上記特許文献１に記載の圧電発電装置では、板バネの他方側の鋼球が外力を加えられた際に上下に振動するとともに、一方側の鋼球が共振作用により上下に振動するように構成されている。そして、一方側の鋼球が上下に振動する毎に圧電体に打撃が加えられるとともに、圧電効果により発電が行われるように構成されている。

特開２００６−１２９６０２号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示された従来の発電装置では、一方側の鋼球が一度上下に振動する際に、圧電体に一度しか打撃を加えることができない。このため、従来の発電装置における構成では、一度の振動において一度の打撃分しか発電することができないので、発電量を増加させることが困難であるという問題点がある。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、発電量を増加させることが可能な発電装置を提供することである。

上記目的を達成するために、この発明の一の局面による発電装置は、圧電体と、圧電体に対して相対的に振動可能に構成され、圧電体に打撃を加えるための打撃部とを備え、打撃部は、一度の振動において、圧電体からの反発力を利用して圧電体に対して複数回打撃可能なように構成されている。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の一実施形態による発電装置の構造を示した断面図である。図２および図３は、本発明の一実施形態による発電装置の構造を説明するための平面図である。図４〜図８は、本発明の一実施形態による発電装置の構造を説明するための図である。まず、図１〜図８を参照して、本発明の一実施形態による発電装置１００の構造について説明する。

本発明の一実施形態による発電装置１００は、図１に示すように、筐体１を備えている。また、筐体１の内部には、第１発電部１０と第２発電部２０とが構成されている。

筐体１の上部の下面１ａには、固定基板２が設けられている。また、固定基板２の下面上には、図２に示すように、集電部３ａおよび連結部３ｂからなる集電電極３と、集電部４ａおよび連結部４ｂからなる集電電極４とが形成されている。また、集電電極３および集電電極４は、それぞれ、互いの集電部３ａおよび集電部４ａが隣接し合うように配置されている。なお、集電電極３および集電電極４は、それぞれ、本発明の「第２電極」の一例である。

また、図１に示すように、筐体１下部の上面１ｂには、レール部５ａ、スライド部５ｂおよびベアリングボール５ｃからなるスライド機構５が形成されている。レール部５ａは、矢印Ｘ方向に延びるように直線状に形成されている。また、スライド部５ｂには溝部５ｄが形成されている。そして、スライド部５ｂは、溝部５ｄの内側面によりレール部５ａを覆うようにして配置されている。また、スライド部５ｂにおける溝部５ｄの一方および他方の内側面とレール部５ａの一方および他方の外側面との間に、それぞれ、ベアリングボール５ｃが２つずつ配置されている。これにより、スライド部５ｂが、レール部５ａにそって矢印Ｘ方向にスライド移動するように構成されている。

また、スライド部５ｂの固定基板２に対向する側の面の表面上には、ガラスなどからなるとともに、スライド部５ｂに伴ってスライド移動する可動基板６が設けられている。また、可動基板６の固定基板２に対向する側の表面上にはシリコン酸化膜７が形成されている。シリコン酸化膜７の表面上には、所定の間隔を隔ててガード電極８（図３参照）が形成されている。また、シリコン酸化膜７におけるガード電極８間の領域には、電荷を注入することにより形成されたエレクトレット部７ａが設けられている。なお、エレクトレット部７ａは、一定の電荷を半永久的に保持する機能を有する。また、ガード電極８は接地されている（図示せず）。また、エレクトレット部７ａは、本発明の「第１電極」の一例である。また、上述した第１発電部１０は、集電電極３および４と、可動基板６と、エレクトレット部７ａとから構成されている。

また、図１に示すように、エレクトレット部７ａに対向配置された集電電極３および４には、それぞれ、エレクトレット部７ａに保持された電荷によって静電誘導が発生することにより電荷が誘導されるように構成されている。そして、スライド部５ｂが矢印Ｘ方向に振動した際に、エレクトレット部７ａと集電電極３および４とが相対的に平行移動することにより、集電電極３および４に誘導された電荷量が変化するとともに電荷量の変化分に相当する電位差が発生する（発電する）ように構成されている。つまり、第１発電部１０においては、静電誘導による発電が行われるように構成されている。

ここで、本実施形態では、図１および図４に示すように、筐体１の内部の矢印Ｘ方向側の内側面１ｃには、第１圧電部１１が形成されている。具体的には、第１圧電部１１は、２つの圧電体１１ａおよび１１ｂと、電極１１ｃ、１１ｄおよび１１ｅとから構成されている。なお、圧電体１１ａおよび１１ｂは、セラミックなどからなる。また、２つの圧電体１１ａおよび１１ｂは、電極１１ｃを挟むようにして形成されている（バイモルフ構造）。また、電極１１ｃと共に圧電体１１ａを挟むように電極１１ｄが形成されている。同様に、電極１１ｃと共に圧電体１１ｂを挟むように電極１１ｅが形成されている。また、電極１１ｅは、矢印Ｘ方向に付勢力を有するバネ部材１２により筐体１の内部の内側面１ｃに保持されている。これにより、第１圧電部１１は筐体１の内部の内側面１ｃに固定されている。また、筐体１の内部における内側面１ｃに対向する側の内側面１ｄにも、第１圧電部１１と同様に、２つの圧電体１３ａおよび１３ｂと、電極１３ｃ、１３ｄおよび１３ｅとにより構成された第２圧電部１３が設けられている。また、第２圧電部１３は、バネ部材１４により内側面１ｄに固定されている。なお、第１圧電部１１および第２圧電部１３は、それぞれ、本発明における「第１圧電体」および「第２圧電体」の一例である。

また、本実施形態では、図１および図５に示すように、スライド部５ｂにおける矢印Ｘ方向側の一方側面５ｅに、第１圧電部１１に打撃を加えるための第１打撃部１５が形成されている。ここで、第１打撃部１５は、軸部１５ａと、打撃体１５ｂと、連結部１５ｃと、凸部１５ｄとにより構成されている。具体的には、軸部１５ａは、一方端部がスライド部５ｂの一方側面５ｅに固定されている。また、打撃体１５ｂは、矢印Ｙ方向に延びるような板状に形成されているとともに、打撃体１５ｂの中心部分には、軸部１５ａの他方端部と連結するための連結部１５ｃが形成されている。これにより、第１打撃部１５において、軸部１５ａの他方端部に連結された連結部１５ｃを支点として、打撃体１５ｂが矢印Ａ方向（図５参照）にシーソー状に揺動可能に構成されている。また、打撃体１５ｂにおける連結部１５ｃが形成された面とは反対の面（第１圧電部１１と対向する側の面）の両端部に、それぞれ凸部１５ｄが形成されている。なお、凸部１５ｄはステンレスなどからなる。また、スライド部５ｂの矢印Ｘ方向側の他方側面５ｆ（図１参照）にも、第２圧電部１３に打撃を加えるための第２打撃部１６が形成されている。なお、第２打撃部１６は、第１打撃部１５と同様に、軸部１６ａと、打撃体１６ｂと、連結部１６ｃと、凸部１６ｄとにより構成されている。また、上述した第２発電部２０は、それぞれ、第１圧電部１１および第１打撃部１５と、第２圧電部１３および第２打撃部１６とにより構成されている。

また、スライド部５ｂが矢印Ｘ１方向（図１参照）に振動する際には、スライド部５ｂに連結された第１打撃部１５の凸部１５ｄが第１圧電部１１の電極１１ｄに十分に接触可能な距離まで移動可能なように構成されている。これにより、本実施形態では、第１打撃部１５の凸部１５ｄが電極１１ｄに衝突した際に、電極１１ｄを介して圧電体１１ａおよび１１ｂに打撃が加えられるように構成されている。また、このとき、図６に示すように、第１圧電部１１に対して第１打撃部１５の凸部１５ｄにより打撃が加えられることによって、第１圧電部１１が全体的に撓るように構成されている。そして、第１圧電部１１が歪むことにより、圧電体１１ａおよび圧電体１１ｂに圧電効果（ピエゾ効果）により矢印Ｂ方向に分極が発生するとともに、発生した分極により圧電体１１ａにおける電極１１ｃと電極１１ｄとの間、および、圧電体１１ｂにおける電極１１ｃと電極１１ｅとの間において電位差が発生する（発電する）ように構成されている。つまり、第２発電部２０においては、圧電効果による発電が行われるように構成されている。

また、図７に示すように、発電装置１００には、整流回路３０および電圧変換回路４０を介して、発電装置１００によって駆動される負荷５０が接続されている。具体的には、発電装置１００における第１発電部１０の集電電極３および４と、第２発電部２０の電極１１ｃ、１１ｄおよび１１ｅと、１３ａ、１３ｂおよび１３ｃとが、それぞれ、整流回路３０に接続されている。また、整流回路３０は電圧変換回路４０に接続されている。そして、電圧変換回路４０が負荷５０に接続されている。

また、整流回路３０は、発電装置１００による発電により流れる交流電流を直流に変換するとともに電圧変換回路４０に供給するように構成されている。また、電圧変換回路４０は、発電装置１００により発電した電圧を降圧させるとともに電流を増幅させる機能を有する。これにより、発電装置１００と負荷５０との間におけるインピーダンスマッチングが可能である。すなわち、発電による電圧を、負荷５０（電子機器など）に使用される電圧にまで変化させるとともに、その分、電流を増幅させることにより、負荷５０が高効率の仕事を行うことが可能なように構成されている。なお、本実施形態では、第１発電部１０の発電（静電誘導による発電）により得られた電力によって電圧変換部４０を駆動するように構成されている。そして、第２発電部２０の発電（圧電効果による発電）により得られた電圧を電圧変換部４０により所定の大きさに変換するとともに電流を増幅して、負荷５０に供給するように構成されている。

ここで、図８を参照して、発電装置１００、整流回路３０、電圧変換回路４０および負荷５０からなる回路構成について、より詳細に説明する。

整流回路３０は、図８に示すように、１つの第１発電部１０および２つの第２発電部２０に対して、それぞれ１つずつ設けられている。また、整流回路３０は、４つのダイオード３０ａ、３０ｂ、３０ｃおよび３０ｄから構成されている。具体的には、ダイオード３０ａのカソードとダイオード３０ｂのアノードとが接続されている。また、ダイオード３０ｃのカソードとダイオード３０ｄのアノードとが接続されている。そして、ダイオード３０ａおよびダイオード３０ｃの各アノードが互いに接続されているとともに、ダイオード３０ｂおよびダイオード３０ｄの各カソードが互いに接続されている。そして、第１発電部１０および第２発電部２０は、それぞれ、一方端が整流回路３０のダイオード３０ａのカソードおよびダイオード３０ｂのアノードに接続されているとともに、他方端がダイオード３０ｃのカソードおよびダイオード３０ｄのアノードに接続されている。

また、電圧変換回路４０は、スイッチング機能を有する１２個のＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ−Ｅｆｆｅｃｔ−Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）からなるトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ１２と、２つの抵抗４１ａおよび４１ｂと、５つのコンデンサ４２ａ〜４２ｅとから構成されている。また、トランジスタＴｒ１、トランジスタＴｒ３、トランジスタＴｒ４、トランジスタＴｒ５、トランジスタＴｒ６およびトランジスタＴｒ７は、それぞれ、ｐ型のＭＯＳＦＥＴとして構成されている。また、トランジスタＴｒ２、トランジスタＴｒ８、トランジスタＴｒ９、トランジスタＴｒ１０、トランジスタＴｒ１１およびトランジスタＴｒ１２は、それぞれ、ｎ型のＭＯＳＦＥＴとして構成されている。

電圧変換回路４０の具体的な構成としては、トランジスタＴｒ１のゲートおよびＴｒ２のゲートと、第１発電部１０の一方端とが接続されている。また、トランジスタＴｒ１およびＴｒ２の各ゲートが互い接続されているとともに、トランジスタＴｒ１のドレインとトランジスタＴｒ２のドレインとが接続されている。また、トランジスタＴｒ２のソースと抵抗４１ａの一方の端子とが接続されている。また、トランジスタＴｒ３のドレインと抵抗４１ｂの一方の端子とが接続されている（ノード１（ＮＤ１））。また、トランジスタＴｒ４のドレインと抵抗４１ｂの他方の端子とが接続されている（ノード２（ＮＤ２））。また、トランジスタＴｒ３およびＴｒ４の各ゲートが互いに接続されているとともに、トランジスタＴｒ３およびＴｒ４の各ゲートは、トランジスタＴｒ１およびＴｒ２の各ドレインとも接続されている。また、発電部１０に接続された整流回路３０のダイオード３０ｂおよび３０ｄの各カソードは、トランジスタＴｒ１、Ｔｒ３およびＴｒ５の各ソースにそれぞれ接続されている。また、トランジスタＴｒ３のドレインおよび抵抗４１ａの一方の端子は、ノード１（ＮＤ１）において、トランジスタＴｒ５、Ｔｒ６およびＴｒ７の各ゲートにそれぞれ接続されている。また、トランジスタＴｒ５のドレインは、コンデンサ４２ａの一方電極と、トランジスタＴｒ８のドレインとに接続されている。また、トランジスタＴｒ８のソースは、トランジスタＴｒ９のソースおよびＴｒ１０のソースに接続されている。

また、コンデンサ４２ａの他方電極は、トランジスタＴｒ６およびＴｒ１１の各ドレインにそれぞれ接続されている。また、トランジスタＴｒ６のソースは、コンデンサ４２ｂの一方電極と、トランジスタＴｒ９のドレインとにそれぞれ接続されている。また、コンデンサ４２ｂの他方電極は、トランジスタＴｒ７およびＴｒ１２の各ドレインにそれぞれ接続されている。また、トランジスタＴｒ７のソースは、コンデンサ４２ｃの一方電極と、トランジスタＴｒ１０のドレインとにそれぞれ接続されている。また、トランジスタＴｒ８、Ｔｒ９、Ｔｒ１０、Ｔｒ１１およびＴｒ１２の各ゲートは、互いに接続されているとともに、ノード２（ＮＤ２）において抵抗４１ａの他方端子およびトランジスタＴｒ４のドレインに接続されている。

また、トランジスタＴｒ８、Ｔｒ９およびＴｒ１０の各ソースは、それぞれ、コンデンサ４２ｄの一方電極と、負荷５０の一方端子とに接続されている。また、第１発電部１０に接続されたダイオード３０ａおよび３０ｃの各アノードと、抵抗４１ａの他方の端子と、トランジスタＴｒ４、Ｔ１１およびＴｒ１２の各ソースと、コンデンサ４２ｃおよび４２ｄの各他方電極と、負荷５０の他方端子と、第２発電部２０の各整流回路３０におけるダイオード３０ａおよびダイオード３０ｃのアノードとは、互いに接続されているとともに、接地されている。また、第２発電部２０の各整流回路３０におけるダイオード３０ｂのアノードとダイオード３０ｄのアノードとが互いに接続されているとともに、ノード３（ＮＤ３）において、第１発電部１０の整流回路３０におけるダイオード３０ｂおよび３０ｄの各カソードと、トランジスタＴｒ１のソースと、コンデンサ４２ｅの一方電極とに接続されている。また、コンデンサ４２ｅの他方電極は、接地されている。また、各整流回路３０におけるダイオード３０ａのアノードおよびダイオード３０ｃのアノードは、接地されている。

図９〜図１１は、本発明の一実施形態による発電装置の動作について説明するための図である。図１２は、第１打撃部１５の矢印Ｘ１方向への一度の移動時において、一方の凸部１５ｄが第１圧電部１１に打撃を与えた際に発生する電気信号を表す図である。次に、図９〜図１２を参照して、本発明の一実施形態による発電装置１００における発電動作について説明する。

まず、図９に示すように、発電部１００を矢印Ｘ１方向に沿って振動させることにより、第１発電部１０において、スライド部５ｂに伴って可動電極６およびエレクトレット部７ａがレール部５ａに沿って移動する。これにより、エレクトレット部７ａが集電電極３および４に対して平行移動するとともに、静電誘導により集電電極３および４に誘導されていた電荷の電荷量が変動して発電される。そして、発生した電力が整流回路３０を介して電圧変換回路４０に供給されることにより、電圧変換回路４０が駆動される。

また、このとき、図１０に示すように、スライド部５ｂが矢印Ｘ１方向に振動した場合、第１打撃部１５の一方の凸部１５ｄが電極１１ｄに衝突することにより、圧電体１１ａおよび１１ｂに打撃が加えられる。そして、この打撃により第１圧電部１１が歪むことにより、圧電体１１ａおよび１１ｂにそれぞれ分極が発生して発電される。

ここで、本実施形態では、図１０および図１１に示すように、第１打撃部１５の一方の凸部１５ｄが電極１１ｄに衝突した際に、シーソー状に揺動可動である打撃体１５ｂにおいて、衝突時における第１圧電部１１からの反発力によって、一方の凸部１５ｄが第１圧電部１１から離れる方向に移動すると同時に他方の凸部１５ｄが第１圧電部１１に近づく方向に移動する。そして、第１打撃部１５の他方の凸部１５ｄが第１圧電部１１に衝突するとともに、再度、他方の凸部１５ｄの第１圧電部１１への衝突時の反発力によって、一方の凸部１５ｄが第１圧電部１１に近づく方向に移動する。すなわち、本実施形態では、スライド部５ｂの矢印Ｘ１方向への一度の移動により、第１打撃部１５の一方および他方の凸部１５ｄが、それぞれ、第１圧電部１１に対して複数回打撃可能である。

具体的には、図１２に示すように、打撃時に発生する電気信号は複数回にわたってピーク値が発生している。これにより、一方の凸部１５ｄは、第１打撃部１５の矢印Ｘ１方向への一度の移動時において、第１圧電部１１に対して複数回打撃を加えていることがわかる。また、これにより、一方の凸部１５ｄと交互に他方の凸部１５ｄも第１圧電部１１に対して複数回打撃を加えていることがわかる。

次に、図８、図１３および図１４を参照して、本発明の一実施形態による発電装置１００に接続された電圧変換装置４０の動作について説明する。

図８の回路図において、第１発電部１０により静電誘導によって発電が行われるとともに、各第２発電部２０により圧電効果により発電が行われる。まず、第１発電部１０からＬレベルの信号が出力されるとともに、このＬレベルの信号がトランジスタＴｒ１およびＴｒ２の各ゲートに供給される。このとき、ｐ型のトランジスタＴｒ１はＬレベルの信号によりオン状態になるとともに、ｎ型のトランジスタＴｒ２はオフ状態が維持される。このとき、各第２発電部２０からの発電により出力された交流電流は、それぞれ、整流回路３０によりＨレベルの直流電流に整流されるとともに、Ｈレベルの信号としてノード３（ＮＤ３）を介してトランジスタＴｒ１のソースに供給される。そして、オン状態に維持されているトランジスタＴｒ１のソースおよびドレイン間を介して、トランジスタＴｒ２のドレイン、トランジスタＴｒ３のゲートおよびトランジスタＴｒ４のゲートに供給される。ここで、トランジスタＴｒ２はオフ状態に維持されているので、Ｈレベルの信号はトランジスタＴｒ２のソースおよびドレイン間を流れない。

また、トランジスタＴｒ３およびＴｒ４はｐ型であることにより、Ｈレベルの信号が各ゲートに供給された場合にはオフ状態が維持される。そして、トランジスタＴｒ３がオフ状態であることにより、ノード１（ＮＤ１）にはＬレベルの信号が流れるとともに、このＬレベルの信号は、トランジスタＴｒ５、Ｔｒ６およびＴｒ７の各ゲートに供給される。そして、トランジスタＴｒ５、Ｔｒ６およびＴｒ７は、ｐ型であることにより、それぞれ、オン状態となる。これにより、第２発電部２０からノード３（ＮＤ３）を介して供給されていたＨレベルの信号がトランジスタＴｒ５、Ｔｒ６およびＴｒ７を介して、それぞれ、コンデンサ４２ａ、４２ｂおよび４２ｃに供給される。そして、コンデンサ４２ａ、４２ｂおよび４２ｃが充電される。また、ノード２（ＮＤ２）においても同様にＬレベルの信号が流れるとともに、このＬレベルの信号がトランジスタＴｒ８、Ｔｒ９、Ｔｒ１０、Ｔｒ１１およびＴｒ１２の各ゲートに流れる。このとき、トランジスタＴｒ８、Ｔｒ９、Ｔｒ１０、Ｔｒ１１およびＴｒ１２は、それぞれ、ｎ型であることによりオフ状態に維持される。以上により、各第２発電部２０により発電された電力は、コンデンサ４２ａ、４２ｂおよび４２ｃに充電されるとともに、この状態における全体の回路は、図１３に示す回路のような状態となる。

次に、第１発電部１０からＨレベルの信号が出力されるとともに、このＨレベルの信号がトランジスタＴｒ１およびＴｒ２の各ゲートに供給される。これにより、ｐ型のＴｒ１はＨレベルの信号によりオフ状態になるとともに、ｎ型のＴｒ２はオン状態になる。そして、トランジスタＴｒ１がオフ状態になることにより、トランジスタＴｒ３およびＴｒ４の各ゲートにはＬレベルの信号が供給される。そして、ｐ型のＴｒ３およびＴｒ４はオン状態となる。また、このとき、トランジスタＴｒ３がオン状態になることにより、第２発電部２０からノード３（ＮＤ３）を介して供給されていたＨレベルの信号が、トランジスタＴｒ３のソースおよびドレイン間を介して、トランジスタＴｒ５、Ｔｒ６およびＴｒ７のゲートに供給される。そして、ｐ型のＴｒ５、Ｔｒ６およびＴｒ７は、それぞれ、オフ状態となる。

また、ノード３（ＮＤ３）において、第２発電部２０から供給されているＨレベルの信号は、トランジスタＴｒ３のソースおよびドレイン間と抵抗４１ｂとを介して、トランジスタＴｒ８、Ｔｒ９、Ｔｒ１０、Ｔｒ１１およびＴｒ１２の各ゲートに供給される。そして、ｎ型のＴｒ８、Ｔｒ９、Ｔｒ１０、Ｔｒ１１およびＴｒ１２は、それぞれ、オン状態となる。

これにより、コンデンサ４２ａの一方電極は、トランジスタＴｒ８を介して負荷５０に接続されるとともに、コンデンサ４２ａの他方電極は、トランジスタＴｒ１１を介して接地される（負荷５０の他方端子と同電位となる）。同様に、コンデンサ４２ｂの一方電極は、トランジスタＴｒ９を介して負荷５０に接続されるとともに、コンデンサ４２ｂの他方電極は、トランジスタＴｒ１２を介して接地される。また、コンデンサ４２ｃも同様に、一方電極がトランジスタＴｒ１０を介して負荷５０に接続されるとともに、他方電極が接地される。以上により、コンデンサ４２ａ、４２ｂおよび４２ｃから負荷５０に対して電流が流れて負荷５０が駆動するとともに、この状態における全体の回路は、図１４に示す回路のような状態となる。すなわち、電圧変換回路４０は、図１３に示す回路構成からトランジスタのスイッチング動作によって図１４に示す回路構成になる。これにより、各第２発電部２０により発電が行われた際、直列接続されたコンデンサ４２ａ、４２ｂおよび４２ｃに充電されるとともに、放電される際には並列接続された状態のコンデンサ４２ａ、４２ｂおよび４２ｃから負荷５０に対してそれぞれ出力される。したがって、第２発電部２０により発電された電力は、電圧変換回路４０を介することにより電圧が低減され、かつ、電流が増幅された状態で負荷５０に供給される。

そして、再度、第１発電部１０からＬレベルの交流電流が流れるとともに、上記の動作を繰り返す。なお、第１発電部１０における発電により、上述したように電圧変換回路４０のトランジスタのオンオフ駆動を行う一方で、この電圧変換回路４０を駆動するための電力以上の電力を発電した際には、その分をコンデンサ４２ｅに充電する。そして、他のコンデンサと同様に放電される。これにより、第１発電部１０による発電（静電誘導による発電）において、電圧変換回路４０を駆動するのに必要な電力以上の電極を発電した場合には、その分を負荷５０に供給することが可能なように構成されている。

本実施形態では、上記のように、打撃体１５ｂを、連結部１５ｃを支点としてシーソー状に揺動可能なように構成することによって、スライド部５ｂが矢印Ｘ方向に振動した際に凸部１５ｄが圧電部１１に打撃を加えるとともに、第１圧電部１１からの反発力によって打撃体１５ｂが揺動することにより打撃体１５ｂが揺動するので、凸部１５ｄが交互に第１圧電部１１に打撃を加えることができる。すなわち、スライド部５ｂの一度の振動により第１圧電部１１に対して複数回打撃を加えることができる。したがって、一度の振動において一度の打撃しか加えることができない構成に比べて発電量を増加させることができる。

また、上記実施形態では、第１打撃部１５を、シーソー状に揺動可能なように構成することによって、一方の凸部１５ｄにより第１圧電部１１に一度打撃を加えた際に、第１圧電部１１からの反発力により打撃体１５ｂが揺動して連続的に他方の凸部１５ｄが第１圧電部１１に打撃を加えるとともに、この動作を複数回行うので、第１圧電部１１に対して容易に複数回の打撃を加えることができる。また、打撃体１５ｂの両端部分にそれぞれ凸部１５ｄを設けることによって、打撃体１５ｂにより第１圧電部１１に直接打撃を加える場合に比べて、より強力な打撃を加えることができる。

また、上記実施形態では、スライド部５ｂの一方側面５ｅに第１打撃部１５を設けるとともに、他方側面５ｆに第２打撃部１６を設けるとともに、第１打撃部１５および第２打撃部１６にそれぞれ対向するように第１圧電部１１および第２圧電部１３を設ける。これにより、スライド部５ｂが矢印Ｘ方向に振動する際に、第１圧電部１１および第１打撃部１５による発電と、第２圧電部１３および第２打撃部１６による発電を交互に行うことができるので、より発電量を増加することができる。また、スライド部５ｂの表面上に可動基板６およびエレクトレット部７ａを設けるとともに、エレクトレット部７ａに対向する位置に集電電極３および４とを設けることによって、スライド部５ｂが振動する際に、集電電極３および４とエレクトレット部７ａとの間において、静電誘導による発電を行うことができる。その結果、スライド部５ｂの振動により、圧電効果による発電と静電誘導による発電とを同時に行うことができる。

また、上記実施形態では、第１発電部１０による発電により電圧変換回路４０を駆動するように構成することによって、第１発電部１０による発電（静電誘導による発電）においては、第２発電部２０による発電（圧電効果による発電）に比べて周波数が低く安定するとともに、発電のタイミングも安定的であり、かつ、電圧も安定して高いので、電圧変換回路４０を安定して駆動することができる。

なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

たとえば、上記実施形態では、静電誘導により発電される第１発電部からの電力により電圧変換部を駆動するとともに、圧電効果により発電される第２発電部からの電力により負荷を駆動する例を示したが、本発明はこれに限らず、圧電効果により発電される第２発電部からの電力により電圧変換回路を駆動するとともに、静電誘導により発電される第１発電部からの電力により負荷を駆動するように構成してもよい。

また、上記実施形態では、固定的に設けられた圧電部に対して打撃部を可動させて打撃を加える例を示したが、本発明はこれに限らず、打撃部を固定的に設けるとともに、圧電部を可動させて打撃を加えてもよい。

また、上記実施形態では、打撃部に形成された凸部を金属製（ステンレス）により構成する例を示したが、本発明はこれに限らず、圧電部とともに打撃部の凸部も圧電体により形成してもよい。

また、上記実施形態では、第１打撃部および第２打撃部において、それぞれ、凸部を２つずつ設ける例を示したが、本発明はこれに限らず、凸部は１つずつ設けてもよいし、３つ以上設けてもよい。

また、上記実施形態では、固定基板側に集電電極を設けるとともに、可動基板側にエレクトレット部を設ける例を示したが、本発明はこれに限らず、固定基板側にエレクトレット部を設けるとともに、可動基板側に集電電極を設けてもよい。

また、上記実施形態では、固定基板側に設けた集電電極に対して、可動基板側に設けたエレクトレットをスライド移動する例を示したが、本発明はこれに限らず、集電電極側の基板も可動基板に構成してもよい。これにより、互いの基板が相対的に平行移動するように構成される。

また、上記実施形態では、エレクトレット部と集電電極とを使って静電誘導発電を行っている例を示したが、本発明はこれに限らず、エレクトレット部の代わりに磁石（または、コイル）、集電電極の代わりにコイル（または、磁石）を配置して、電磁誘導発電を行ってもよい。

本発明の一実施形態による発電装置の構造を示した断面図である。 本発明の一実施形態による発電装置の構造を示した平面図である。 本発明の一実施形態による発電装置の構造を示した平面図である。 本発明の一実施形態による発電装置の構造を示した平面図である。 本発明の一実施形態による発電装置の構造を示した平面図である。 本発明の一実施形態による発電装置の構造を示した拡大図である。 本発明の一実施形態による発電装置の構造を示したブロック図である。 本発明の一実施形態による発電装置の動作を説明するための等価回路図である。 本発明の一実施形態による発電装置の動作を説明するための平面図である。 本発明の一実施形態による発電装置の動作を説明するための拡大平面図である。 本発明の一実施形態による発電装置の動作を説明するための拡大平面図である。 本発明の一実施形態による発電装置の動作を説明するための図である。 本発明の一実施形態による発電装置の動作を説明するための等価回路図である。 本発明の一実施形態による発電装置の動作を説明するための等価回路図である。

符号の説明

３ 集電電極（第２電極）
４ 集電電極（第２電極）
７ａ エレクトレット部（第１電極）
１１ 第１圧電部（第１圧電体）
１３ 第２圧電部（第２圧電体）
１５ 第１打撃部
１５ｄ 凸部
１６ 第２打撃部
１６ｄ 凸部
１００ 発電装置

Claims (6)

1. 圧電体と、
   前記圧電体に対して相対的に振動可能に構成され、前記圧電体に打撃を加えるための打撃部とを備え、
   前記打撃部は、一度の振動において、前記圧電体からの反発力を利用して前記圧電体に対して複数回打撃可能なように構成されている、発電装置。
2. 前記打撃部はシーソー状に揺動可能なように構成されているとともに、シーソー状に揺動する一方側および他方側に、それぞれ、前記圧電体を打撃可能な凸部が設けられている、請求項１に記載の発電装置。
3. 前記圧電体を挟み込むように配置された電極部をさらに備え、
   前記打撃部の凸部は、前記電極部を介して前記圧電体に打撃を加えるように構成されている、請求項２に記載の発電装置。
4. 前記打撃部は、第１打撃部および第２打撃部により構成され、
   前記圧電体は、第１圧電体および第２圧電体により構成され、
   前記第１打撃部および前記第１圧電体と、前記第２打撃部および前記第２圧電体とは、それぞれが互いに対向するように配置され、
   前記打撃部が振動する際には、前記第１打撃部による前記第１圧電体への打撃による発電と、前記第２打撃部による前記第２圧電体への打撃による発電とが交互に行われるように構成されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の発電装置。
5. 前記打撃部とともに振動する第１電極と、
   前記第１電極に対向するように配置された第２電極とをさらに備え、
   前記打撃部の振動によって、前記打撃部の前記圧電体への打撃により発電されることに加えて、前記第１電極および前記第２電極が互いに相対的に移動することにより静電誘導によっても発電されるように構成されている、請求項１〜４のいずれか１項に記載の発電装置。
6. 前記第１電極および前記第２電極の少なくとも一方の電極は、エレクトレットである、請求項５に記載の発電装置。

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