JP2013081274A - 発電装置、発電装置の制御方法、電子機器、および移動手段 - Google Patents
発電装置、発電装置の制御方法、電子機器、および移動手段 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2013081274A JP2013081274A JP2011218922A JP2011218922A JP2013081274A JP 2013081274 A JP2013081274 A JP 2013081274A JP 2011218922 A JP2011218922 A JP 2011218922A JP 2011218922 A JP2011218922 A JP 2011218922A JP 2013081274 A JP2013081274 A JP 2013081274A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- piezoelectric element
- piezoelectric
- switch
- voltage
- circuit
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Landscapes
- Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
- Rectifiers (AREA)
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Abstract
【解決手段】 変形部材104と、変形部材に設けられた第1の圧電素子(108、109a、109b)と、第1の圧電素子が発生する交流電流を整流する第1の整流回路120と、第1の圧電素子を含む共振回路を構成するインダクターLと、共振回路に設けられた第1スイッチSW1と、変形部材に設けられ、第1の圧電素子よりも出力電圧が高い第2の圧電素子(110、111a、111b)と、第2の圧電素子が発生する交流電流を整流する第2の整流回路121と、第1の整流回路、又は第2の整流回路からの出力信号に基づいて充電を行う蓄電素子C1と、第1スイッチの制御を行う制御手段112と、蓄電素子の電圧を検出する蓄電電圧検出回路125と、を備える。
【選択図】 図1
Description
A.発電装置の構造:
B.発電装置の動作(通常動作モード):
C.発電装置の動作原理(通常動作モード):
D.スイッチの切換タイミング:
D−1.第1スイッチSW1(通常動作モード):
D−2.動作モードの切換(準備動作モードから通常動作モードへ):
E.圧電素子の設置例:
F.その他:
図1は、本実施例の発電装置100の構造を示した説明図である。図1(a)には、発電装置100の機械的な構造が示されており、図1(b)には電気的な構造が示されている。本実施例の発電装置100の機械的な構造は、先端に錘106が設けられた梁104が、基端側で支持端102に固定された片持ち梁構造となっており、支持端102は発電装置100内に固定されるのが望ましい。また、梁104の表面には、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)などの圧電材料によって形成された圧電部材108および圧電部材110が取り付けられており、圧電部材108の表面には、表側と裏側とに、金属薄膜によって形成された第1電極109a、第2電極109bがそれぞれ設けられている。圧電部材108、第1電極109a、および第2電極109bで圧電素子(以下、第1の圧電素子)を構成している。また、圧電部材110についても同様に、金属薄膜によって形成された第1電極111a、第2電極111bが設けられている。圧電部材110、第1電極111a、および第2電極111bで圧電素子(以下、第2の圧電素子)を構成している。
図2は、本実施例の発電装置100の通常動作モードにおける動作を示した説明図である。図2(a)には、梁104の振動に伴って、梁104の先端の変位が変化する様子が示されている。なお、プラスの変位(u)は、梁104が上向きに反った状態(梁104の上面側が凹となった状態)を表しており、マイナスの変位(−u)は、梁104が下向きに反った状態(梁104の下面側が凹となった状態)を表している。また、図2(b)には、梁104の変形に伴って、圧電部材108が発生する電流の様子と、その結果として圧電部材108の内部に生じる起電力とが示されている。なお、図2(b)では、圧電部材108に電荷が発生する様子は、単位時間あたりに発生する電荷量(すなわち、電流Ipzt )として表され、圧電部材108に生じる起電力は、第1電極109aと第2電極109bとの間に生じる電位差Vpzt として表されている。
図3は、本実施例の発電装置100の動作原理の前半部分を概念的に示した説明図である。また、図4は、本実施例の発電装置100の動作原理の後半部分を概念的に示した説明図である。図3および図4では、圧電部材108の変形に合わせて第1スイッチSW1をONにしたときのCg(圧電部材108のコンデンサー)内での電荷の動きが、概念的に示されている。図3(a)は、圧電部材108(正確には梁104)が上向きに(上面側が凹となるように)変形した状態を表している。圧電部材108が上向きに変形すると、電流源からは正方向の電流が流れ、Cg(圧電部材108のコンデンサー)に電荷が蓄積され、Vgen は正方向の電圧が発生する。電圧値は、圧電部材108の変形量が大きくなるほど増加する。そして、圧電部材108の変形量が極値となったタイミング(電荷量が極値となったタイミング(図3(b)参照))で、第1スイッチSW1をONにする。
D−1.第1スイッチSW1(通常動作モード) :
以上に説明したように、本実施例の発電装置100では、圧電部材108(正確には梁104)に繰り返し変形を加えて、変形方向が切り換わるときに、共振周期の半分の時間だけ圧電部材108をインダクターLに接続することで、効率が良く、加えて昇圧回路が不要なために容易に小型化することができるという優れた特徴を得ることができる。もっとも、梁104の変形方向が切り換わるときに第1スイッチSW1をONにすることは、それほど容易なことではない。例えば、梁104の変形方向が切り換わるときは、梁104の変位の大きさが最大と考えれば、機械的な接点を用いて、梁104が最大変位となったときにONとなるように構成することも可能である。しかし、接点の調整がずれると効率が大きく低下することになる。そこで、本実施例の発電装置100では、発電用の圧電部材108だけでなく、制御用の圧電部材110も設けておき、圧電部材110で発生する電圧を検出することで、第1スイッチSW1を制御している。
図6は、準備動作モードから通常動作モードへの移行を示しており、特に第2の圧電素子による蓄電素子の充電の様子を示す図である。ここで、図6の時刻T1より前は準備動作モードであり、時刻T1以降は通常動作モードであるとする。例えば放電等の理由により、時刻T1より前は蓄電素子C1を電源として第1スイッチSW1を駆動できない状態であるとする。時刻T1より前は、例えば発電装置の起動時の状態に対応する。このとき、前記のように第1スイッチSW1を所定のタイミングでON/OFFすることができず、第1の圧電素子による効率的な発電はできない。
以上に説明した本実施例の発電装置100は、第1の圧電素子と第2の圧電素子とが同じ変形部材に設置されている。そして、第1スイッチSW1が非導通状態の場合、変形部材に振動が生じると、第2の圧電素子の方が第1の圧電素子よりも高い電圧を出力する。ここで、高い電圧とは出力電圧の振幅が大きいことを意味する(図6(a)、図6(b)参照)。
以上、各種の実施例について説明したが、本発明はこれら実施例に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様で実施することが可能である。
Claims (10)
- 変形方向を切り換えて変形する変形部材と、
前記変形部材に設けられた第1の圧電素子と、
前記第1の圧電素子が発生する交流電流を整流する第1の整流回路と、
前記第1の圧電素子を含む共振回路を構成するインダクターと、
前記共振回路に設けられた第1スイッチと、
前記変形部材に設けられ、前記第1の圧電素子よりも出力電圧が高い第2の圧電素子と、
前記第2の圧電素子が発生する交流電流を整流する第2の整流回路と、
前記第1の整流回路、又は前記第2の整流回路からの出力信号に基づいて充電を行う蓄電素子と、
前記第1スイッチの制御を行う制御手段と、
前記蓄電素子の電圧を検出する蓄電電圧検出回路と、を備える発電装置。 - 請求項1に記載の発電装置において、
前記蓄電電圧検出回路が検出した蓄電素子の電圧に基づき、前記第1スイッチを駆動できないと判断した場合に、前記蓄電素子に第2の圧電素子の出力電圧に基づいて充電を行わせる発電装置。 - 請求項1に記載の発電装置において、
前記第2の圧電素子と前記第2の整流回路との間に設けられ、前記第2の圧電素子と前記第2の整流回路との接続状態を切り換える切換部を含み、
前記制御手段は、
前記蓄電電圧検出回路が検出した蓄電素子の電圧に基づき、前記切換部を非導通状態とし、前記第2の圧電素子の電圧を検出して、前記第1スイッチを所定期間導通状態とする発電装置。 - 請求項1乃至3のいずれかに記載の発電装置において、
前記第2の圧電素子の静電容量は、前記第1の圧電素子の静電容量よりも小さい発電装置。 - 請求項1乃至4のいずれかに記載の発電装置において、
前記第1の圧電素子と前記第2の圧電素子とは、前記変形部材の異なる面に設けられている発電装置。 - 請求項1乃至4のいずれかに記載の発電装置において、
前記第1の圧電素子と前記第2の圧電素子とは、前記変形部材の同じ面に設けられている発電装置。 - 請求項6に記載の発電装置において、
前記変形部材は、
変形しない固定端を含んで構成され、
前記第2の圧電素子は、前記第1の圧電素子より前記固定端に近い箇所に設けられている発電装置。 - 変形方向を切り換えて変形する変形部材と、前記変形部材に設けられた第1の圧電素子と、前記第1の圧電素子が発生する交流電流を整流する第1の整流回路と、前記第1の圧電素子を含む共振回路を構成するインダクターと、前記共振回路に設けられた第1スイッチと、前記変形部材に設けられ、前記第1の圧電素子よりも出力電圧が高い第2の圧電素子と、前記第2の圧電素子が発生する交流電流を整流する第2の整流回路と、前記第1の整流回路、又は前記第2の整流回路からの出力信号に基づいて充電を行う蓄電素子と、前記蓄電素子の電圧を検出する蓄電電圧検出回路と、を備える発電装置の制御方法であって、
前記蓄電電圧検出回路からの出力信号に基づいて前記蓄電素子の電圧を所定の閾値と比較するステップと、
前記蓄電素子によって前記第1スイッチを駆動できないと判断した場合に、前記蓄電素子に第2の圧電素子の出力電圧に基づいて充電を行わせるステップと、を含む発電装置の制御方法。 - 請求項1乃至7のいずれかに記載の発電装置を含む電子機器。
- 請求項1乃至7のいずれかに記載の発電装置を含む移動手段。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2011218922A JP5871120B2 (ja) | 2011-10-03 | 2011-10-03 | 発電装置、発電装置の制御方法、電子機器、および移動手段 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2011218922A JP5871120B2 (ja) | 2011-10-03 | 2011-10-03 | 発電装置、発電装置の制御方法、電子機器、および移動手段 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2013081274A true JP2013081274A (ja) | 2013-05-02 |
JP5871120B2 JP5871120B2 (ja) | 2016-03-01 |
Family
ID=48527216
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2011218922A Expired - Fee Related JP5871120B2 (ja) | 2011-10-03 | 2011-10-03 | 発電装置、発電装置の制御方法、電子機器、および移動手段 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5871120B2 (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8653718B2 (en) | 2011-05-06 | 2014-02-18 | Seiko Epson Corporation | Power generation unit, electronic apparatus, transportation unit, battery, method of controlling power generation unit |
JP2020129881A (ja) * | 2019-02-08 | 2020-08-27 | Ntn株式会社 | 測定ユニットおよび発電装置 |
JP2023508296A (ja) * | 2019-12-17 | 2023-03-02 | スン ヒョン ベック | 圧電素子を用いた力率改善及び発電装置 |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH1056784A (ja) * | 1996-08-08 | 1998-02-24 | Seiko Epson Corp | 発電装置および電子機器 |
JP2005500790A (ja) * | 2001-08-20 | 2005-01-06 | オーシャン パワー テクノロジーズ,インク. | 電力変換システムのためのセンサ |
JP2005270640A (ja) * | 2004-02-26 | 2005-10-06 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | スポーツ用品、遊技用品、およびトレーニング用品 |
JP2006014542A (ja) * | 2004-06-29 | 2006-01-12 | Sharp Corp | 電源回路 |
DE102010018875A1 (de) * | 2010-04-30 | 2011-11-03 | Siemens Aktiengesellschaft | Piezogenerator mit verschiedenen Piezoelementen und elektronische Schaltung |
-
2011
- 2011-10-03 JP JP2011218922A patent/JP5871120B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH1056784A (ja) * | 1996-08-08 | 1998-02-24 | Seiko Epson Corp | 発電装置および電子機器 |
JP2005500790A (ja) * | 2001-08-20 | 2005-01-06 | オーシャン パワー テクノロジーズ,インク. | 電力変換システムのためのセンサ |
JP2005270640A (ja) * | 2004-02-26 | 2005-10-06 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | スポーツ用品、遊技用品、およびトレーニング用品 |
JP2006014542A (ja) * | 2004-06-29 | 2006-01-12 | Sharp Corp | 電源回路 |
DE102010018875A1 (de) * | 2010-04-30 | 2011-11-03 | Siemens Aktiengesellschaft | Piezogenerator mit verschiedenen Piezoelementen und elektronische Schaltung |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8653718B2 (en) | 2011-05-06 | 2014-02-18 | Seiko Epson Corporation | Power generation unit, electronic apparatus, transportation unit, battery, method of controlling power generation unit |
JP2020129881A (ja) * | 2019-02-08 | 2020-08-27 | Ntn株式会社 | 測定ユニットおよび発電装置 |
JP7256650B2 (ja) | 2019-02-08 | 2023-04-12 | Ntn株式会社 | 測定ユニットおよび発電装置 |
JP2023508296A (ja) * | 2019-12-17 | 2023-03-02 | スン ヒョン ベック | 圧電素子を用いた力率改善及び発電装置 |
JP7332811B2 (ja) | 2019-12-17 | 2023-08-23 | スン ヒョン ベック | 圧電素子を用いた力率改善及び発電装置 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP5871120B2 (ja) | 2016-03-01 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4811537B1 (ja) | 発電装置 | |
JP4835888B1 (ja) | 発電装置 | |
JP4835889B1 (ja) | 発電装置、電子機器および移動手段 | |
US8653718B2 (en) | Power generation unit, electronic apparatus, transportation unit, battery, method of controlling power generation unit | |
JP5979369B2 (ja) | 発電装置、電子機器、移動手段、電池、及び、発電装置の制御方法 | |
JP5888486B2 (ja) | 発電装置、発電装置の制御方法、電子機器、および移動手段 | |
JP6015917B2 (ja) | 発電装置、電子機器及び移動手段 | |
US9252687B2 (en) | Power generation unit, secondary cell, and electronic apparatus | |
US10008961B2 (en) | Power generating device | |
US20140062389A1 (en) | Power generator, secondary cell, electronic apparatus, and transporter | |
JP5871120B2 (ja) | 発電装置、発電装置の制御方法、電子機器、および移動手段 | |
JP5800144B2 (ja) | 発電装置、電子機器、移動手段および発電装置の制御方法 | |
JP5979353B2 (ja) | 発電装置、電子機器、移動手段及び電池 | |
JP5849580B2 (ja) | 発電装置及び発電装置の制御方法 | |
JP2012210091A (ja) | 発電装置 | |
JP5930152B2 (ja) | 発電装置、電子機器、移動手段および発電装置の制御方法 | |
JP2013081277A (ja) | 発電装置、発電装置の制御方法、電子機器、および移動手段 | |
JP5807743B2 (ja) | 発電装置、電子機器、移動手段及び発電装置の制御方法 | |
JP2013081280A (ja) | 発電装置、電子機器、移動手段及び発電装置の制御方法 | |
JP2013081273A (ja) | 発電装置、発電装置の制御方法、電子機器、および移動手段 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
RD07 | Notification of extinguishment of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7427 Effective date: 20140619 |
|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20140925 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20150630 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20150701 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20150804 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20151216 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20151229 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5871120 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |