JP2014011921A - 振動発電回路およびそれを用いた電子機器、無線センサ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】振動発電素子10は、固定子14および可動子12を有し、可動子12の変位に応じた電力を発生する。第1電極20は、可動子12に設けられる。第1電極20および第2電極30は離間して設けら、それらの間には静電容量が形成される。制御部40は、第2電極30の状態を制御し、第1電極20と第2電極30の間のクーロン力を制御し、振動発電素子10の共振周波数を調節する。
【選択図】図1
Description
この態様によれば、振動周波数が時々刻々と変動する環境においても安定した発電が可能となる。
同様に、「部材Cが、部材Aと部材Bの間に設けられた状態」とは、部材Aと部材C、あるいは部材Bと部材Cが直接的に接続される場合のほか、電気的な接続状態に影響を及ぼさない他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。
より具体的には、制御部40は、第1電極20と第2電極30の電位差ΔVを制御する。たとえば第1電極20を接地し、その電位を接地電圧に固定し、第2電極30に印加するバイアス電圧VBIASを調節してもよい。
第1電極20と第2電極30がオーバーラップする面積をS、それらの距離をd、それらの間の誘電率をεとすると、第1電極20と第2電極30が形成する静電容量C1は、式(1)で与えられる。
C1=ε×S/d …(1)
Q=C1×ΔV=C1×VBIAS …(2)
図2(a)、(b)は、振動発電回路100を備える無線センサのブロック図および利用形態を示す図である。
図2(a)の無線センサ600は、工場エネルギー管理システム(Factory Energy Management System)、地殻変動の検知システム、地震予測システム、道路や橋梁のセンサ、人体内、あるいは動物体内のヘルスモニタなどにも利用可能である。
図4は、第1の変形例に係る振動発電素子10aの構成を示す図である。振動発電素子10aは、図1の振動発電素子10に加えて、エレクトレット膜22を備える。エレクトレット膜22は、第2電極30と対向する第1電極20の一面に形成される。
実施の形態おいて、固定子14にエレクトレット16が設けられ、可動子12に可動電極18が設けられていたが、振動発電素子10の構成はそれには限定されない。たとえばエレクトレット16を可動子12側に設け、可動電極18に代わる固定電極を固定子14側に設けてもよい。
実施の形態では、制御部40が第2電極30の電気的状態を制御する方法として、第1電極20と第2電極30の電位差ΔVを制御する場合を説明したが本発明はそれに限定されない。たとえば制御部40を充放電回路で構成し、第1電極20および第2電極30に蓄えられる電荷量を制御してもよい。あるいは制御部40は、第2電極30に流れる電流を制御してもよい。
実施の形態では、制御部40が、第2電極30の電気的状態を制御する場合を説明したが、それに加えて、あるいはそれに代えて、第2電極30の機械的な状態を制御してもよい。たとえば制御部40は、第1電極20と第2電極30に固定バイアスを与えておき、第2電極30と第1電極20の距離dを制御してもよい。距離dを制御することにより、電極間の引力あるいは斥力を制御でき、共振周波数を制御できる。
実施の形態では、電力検出部50により検出された発電量にもとづいてバイアス電圧VBIASを制御する場合を説明したが、本発明はそれに限定されない。振動発電回路100の製造工程において、振動発電回路100が使用される環境に最適な制御条件を求めておき、制御部40に設定してもよい。この場合には、振動発電素子10および第2電極30の基本的な構造を変更することなく、振動発電回路100をさまざまな電子機器や無線センサに搭載できる。
Claims (10)
- 固定子および可動子を有する振動発電素子と、
前記可動子に設けられた第1電極と、
前記第1電極と離間して設けられた第2電極と、
前記第2電極の状態を制御する制御部と、
を備えることを特徴とする振動発電回路。 - 前記振動発電素子の発電量を検出する発電量検出部をさらに備え、
前記制御部は、前記発電量が増大するように、前記第2電極の状態を制御することを特徴とする請求項1に記載の振動発電回路。 - 前記制御部は、前記第1電極と前記第2電極の電位差を制御することを特徴とする請求項1または2に記載の振動発電回路。
- 前記第1電極は接地されており、
前記制御部は、前記第2電極に印加する電圧を制御することを特徴とする請求項1または2に記載の振動発電回路。 - 前記固定子は、エレクトレットを有し、
前記可動子は、前記エレクトレットと対向して設けられた可動電極を有することを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の振動発電回路。 - 前記第1電極は、前記可動電極の前記エレクトレットと反対側に設けられることを特徴とする請求項5に記載の振動発電回路。
- 前記振動発電素子の出力電圧を平滑・整流する平滑整流回路をさらに備えることを特徴とする請求項1から6のいずれかに記載の振動発電回路。
- 前記第2電極と対向する前記第1電極の一面に形成されたエレクトレット膜をさらに備えることを特徴とする請求項1から7のいずれかに記載の振動発電回路。
- 請求項1から8のいずれかに記載の振動発電回路を備えることを特徴とする電子機器。
- 請求項1から8のいずれかに記載の振動発電回路を備えることを特徴とする無線センサ。
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