JP2014030326A - 発電装置、電子機器、移動手段及び発電装置の制御方法 - Google Patents

発電装置、電子機器、移動手段及び発電装置の制御方法 Download PDF

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Abstract

【課題】圧電材料の圧電効果を利用して、大型化させることなく高い電圧を発生させることが可能な発電装置等を提供すること。
【解決手段】発電装置１００は、圧電部材１０８を備え、変形方向を切り換えて変形する梁（変形部材）１０４と、圧電部材１０８と電気的に接続されるインダクターＬと、圧電部材１０８とインダクターＬとの間に設けられたスイッチＳＷと、スイッチ周期情報１３２（梁１０４の固有振動周期の情報）を記憶するメモリー（記憶部）１３０と、メモリー１３０に記憶されたスイッチ周期情報１３２に応じて、スイッチＳＷを導通状態とするタイミングもしくは非導通状態とするタイミングを制御する制御回路（制御部）１１２と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、ピエゾ素子などの圧電材料が変形したときに発生する電荷を電気エネルギーとして取り出す発電装置、発電装置を用いた電子機器及び移動手段、並びに発電装置の制御方法に関する。
チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）や、水晶（ＳｉＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）などの圧電材料は、外力を受けて変形すると、材料内部に電気分極が誘起されて表面に正負の電荷が現れる。このような現象は、いわゆる圧電効果と呼ばれている。圧電材料が有するこのような性質を利用して、片持ち梁を振動させて圧電材料に繰り返し加重を作用させ、圧電材料の表面に生じた電荷を電気として取り出す発電方法が提案されている。
たとえば、先端に錘を設けるとともに圧電材料の薄板を貼り付けた金属製の片持ち梁を振動させ、振動に伴って圧電材料に交互に生じる正負の電荷を取り出すことによって交流電流を発生させる。そして、この交流電流をダイオードによって整流した後、コンデンサーに蓄えておき、電力として取り出す技術が提案されている（特許文献１）。また、圧電素子で正の電荷が発生している間だけ接点が閉じるようにすることで、ダイオードでの電圧損失を発生させずに直流電流が得られるようにした技術も提案されている（特許文献２）。これら技術を用いれば、発電装置を小型化することができるので、たとえば小型の電子部品に電池の代わりに組み込むなどの応用が期待されている。
特開平７−１０７７５２号公報 特開２００５−３１２２６９号公報
しかし、提案されている従来の技術では、得られる電圧が、圧電材料の電気分極によって生じる電圧までに限られるという問題があった。このため、圧電材料から電気を取り出す発電回路とは別に昇圧回路が必要となることが多く、発電装置を十分に小型化することが難しいという問題があった。
この発明は、従来の技術が有する上述した課題を解決するためになされたものであり、圧電材料の圧電効果を利用した発電装置を大型化させることなく、高い電圧を発生させることが可能な技術の提供を目的とする。
（１）本発明は、圧電部材を備え、変形方向を切り換えて変形する変形部材と、前記圧電部材と電気的に接続されるインダクターと、前記圧電部材と前記インダクターとの間に設けられたスイッチと、前記変形部材の、固有振動周期、寸法及び重量の少なくとも１つの情報を記憶する記憶部と、前記記憶部に記憶された前記情報に応じて、前記スイッチを導通状態とするタイミングもしくは非導通状態とするタイミングを制御する制御部と、を備える、発電装置である。
変形部材の固有振動周期の情報とは、変形部材の固有振動周期を特定可能な情報であり、変形部材の固有振動周期を直接的に示す情報であってもよいし、変形部材の固有振動周
期を間接的に特定可能な情報であってもよい。変形部材の寸法の情報とは、例えば、変形部材の長さや厚み等の情報である。変形部材の寸法や重量の情報は、変形部材の固有振動周期を決定する要素の情報であり、変形部材の固有振動周期を間接的に特定可能な情報である。
本発明によれば、圧電部材が変形部材に備えられているので、変形部材が変形することにより、圧電部材も変形する。このため、圧電部材には圧電効果によって正負の電荷が発生する。また、電荷の発生量は、変形部材の変形量（すなわち、圧電部材の変形量）が大きくなるほど多くなる。そして、圧電部材は、電気回路的にはコンデンサーと見なすことができるので、スイッチを接続することで、圧電部材とインダクターによる共振回路が形成され、圧電部材に発生していた電荷が圧電部材の一方の電極からインダクターに流れ込む。そして、インダクターに流れ込んだ電流はオーバーシュートして、圧電部材の他方の電極から圧電部材に流れ込む。従って、圧電部材とインダクターとを接続し、その後、所定のタイミングで、圧電部材からインダクターを切断すれば、インダクターを接続する前に圧電部材内に発生していた正負の電荷の配置を逆転させることができる。そして、その状態から、今度は逆方向に変形部材（圧電部材）を変形させれば、圧電効果によって発生した電荷を、圧電部材内に蓄積することができる。従って、変形部材（圧電部材）を繰り返し変形させ、変形部材の変形状態（振動状態）に同期して圧電部材とインダクターとの接続・切断を周期的に行うことにより、圧電部材内に電荷を蓄積することが可能となる。特に、本発明によれば、変形部材の固有振動周期、寸法及び重量の少なくとも１つの情報に応じてスイッチを導通状態とするタイミングもしくは非導通状態とするタイミングを制御することで、変形部材の変形状態（振動状態）に同期したタイミングで、圧電部材とインダクターとの接続・切断を周期的に繰り返すことができるので、圧電部材内に電荷を蓄積することが可能となる。また、圧電部材内に電荷を蓄積した分は、圧電部材の電極間の電圧も増加するので、昇圧回路を別途用意しなくても、圧電材料の電気分極によって生じる電圧よりも高い電圧を発生させることができる。その結果、小型で効率の良い発電装置を得ることが可能となる。
（２）この発電装置は、前記変形部材の振動の状態を検出する振動検出部を備え、前記制御部は、前記振動検出部の検出結果に基づいて前記スイッチを導通状態にするタイミングを決定した後、前記記憶部に記憶された前記情報に応じたタイミングで前記スイッチを導通状態とする、もしくは、前記振動検出部の検出結果に基づいて前記スイッチを非導通状態にするタイミングを決定した後、前記記憶部に記憶された前記情報に応じたタイミングで前記スイッチを非導通状態とするようにしてもよい。
本発明によれば、前記変形部材の振動の状態を検出し、検出結果に基づいてスイッチを導通状態もしくは非導通状態にするタイミングを決定することで、圧電部材とインダクターとの接続・切断を行うタイミングを適切なタイミングに調整することができる。そして、スイッチを導通状態もしくは非導通状態にするタイミングを決定した後は、変形部材の固有振動周期等の情報に応じたタイミングでスイッチを導通状態もしくは非導通状態にすることで、変形部材の変形状態（振動状態）に同期した適切なタイミングで、圧電部材とインダクターとの接続・切断を周期的に繰り返すことができるので、圧電部材内に効率よく電荷を蓄積することが可能となる。
（３）この発電装置において、前記制御部は、前記振動検出部の検出結果に基づいて前記変形部材の変形方向が切り換わるタイミングで前記スイッチを導通状態とした後、前記記憶部に記憶された前記情報に応じたタイミングで前記スイッチを導通状態とする、もしくは、前記振動検出部の検出結果に基づいて前記変形部材の変形方向が切り換わらないとき、前記スイッチを非導通状態とした後、前記記憶部に記憶された前記情報に応じたタイミングで前記スイッチを非導通状態とするようにしてもよい。
変形部材の変形方向が切り換わるタイミングは、圧電部材が発生させる電圧がピークとなるから、このタイミングでスイッチを接続して共振回路を形成させることで、あるいは、変形部材の変形方向が切り換わるタイミング以外でスイッチを切断することで、圧電部材の電極間の電圧を効率よく昇圧させることができる。従って、この発電装置によれば、発電効率を高めることができる。
（４）この発電装置は、前記圧電部材と前記インダクターとの間に設けられ、前記圧電部材が発生する電流を整流する整流回路を備え、前記振動検出部は、前記圧電部材から前記整流回路に流れる電流を検出するようにしてもよい。
変形部材の変形（振動）に合わせて圧電部材内に蓄積される正負の電荷の配置は周期的に変化するので、この変化に応じて、圧電部材の電極間の電圧も周期的に変化する。そして、圧電部材の電極間の電圧が整流回路を介して接続される負荷の両端間の電圧よりも高い期間だけ整流回路に電流が流れる。従って、整流回路を流れる電流を検出することにより、変形部材の振動の状態を検出することができる。
特に、変形部材の変形方向が切り換わるタイミングは、圧電部材が発生させる電荷による電流の向きが切り換わるタイミング（電流が０となるタイミング）と一致する。つまり、変形部材の変形方向が切り換わるときに整流回路に流れていた電流が流れなくなる。そこで、制御部は、振動検出部の検出結果に基づいて、圧電部材から整流回路に電流が流れなくなったときに、スイッチを接続した後、所定期間が経過するとスイッチを切断するようにしてもよい。このようにすれば、圧電部材が発生させる電圧がピークとなるタイミングでスイッチを接続して共振回路を形成させることで、圧電部材の電極間の電圧を効率よく昇圧させることができ、発電効率を高めることができる。
（５）この発電装置は、前記圧電部材を第１の圧電部材とし、前記変形部材に備えられ、前記第１の圧電部材とは異なる第２の圧電部材と、前記第２の圧電部材に設けられた一対の電極と、を備え、前記振動検出部は、前記第２の圧電部材に設けられた前記一対の電極の間の電圧を検出するようにしてもよい。
この発電装置によれば、第２の圧電部材が変形部材に備えられているので、変形部材が変形することにより、第２の圧電部材も変形する。このため、第２の圧電部材には圧電効果によって正負の電荷が発生する。また、電荷の発生量は、変形部材の変形量（すなわち、と第２の圧電部材の変形量）が大きくなるほど多くなる。すなわち、変形部材の変形（振動）に合わせて第２の圧電部材内に蓄積される正負の電荷の配置は周期的に変化するので、この変化に応じて、第２の圧電部材に設けられた一対の電極間の電圧も周期的に変化する。従って、第２の圧電部材に設けられた一対の電極間の電圧を検出することにより、変形部材（第１の圧電部材）の振動の状態を検出することができる。
特に、変形部材の変形方向が切り換わるタイミングでは、第１の圧電部材が発生させる電圧がピークとなるとともに、第２の圧電部材が発生させる電圧がピークとなる。そこで、制御部は、振動検出部の検出結果に基づいて、第２の圧電部材の電極間の電圧がピークとなったときに、スイッチを接続した後、所定期間が経過するとスイッチを切断するようにしてもよい。このようにすれば、第１の圧電部材が発生させる電圧がピークとなるタイミングでスイッチを接続して共振回路を形成させることで、第１の圧電部材の電極間の電圧を効率よく昇圧させることができ、発電効率を高めることができる。
（６）この発電装置において、前記振動検出部は、当該発電装置の初期動作時に、前記変形部材の振動の状態を検出するようにしてもよい。
このようにすれば、発電装置が発電動作を開始する時に、変形部材の振動状態に基づいて、スイッチを接続するタイミングを適切なタイミングに調整することができるので、発電効率を高めることができる。
（７）この発電装置において、前記振動検出部は、当該発電装置の外部からイベント信号が入力されたタイミングで、前記変形部材の振動の状態を検出するようにしてもよい。
このようにすれば、外部からイベント信号が入力されるときに、変形部材の振動状態に基づいて、スイッチを接続するタイミングを適切なタイミングに調整することができるので、発電効率を高めることができる。
（８）この発電装置において、前記振動検出部は、前記変形部材の振動の状態を検出した後、所与の時間が経過するときに、再び前記変形部材の振動の状態を検出するようにしてもよい。
このようにすれば、変形部材の振動の状態を検出した後、所与の時間が経過するときに、再び、変形部材の振動状態に基づいて、スイッチを接続するタイミングを適切なタイミングに調整することができるので、発電効率を高めることができる。特に、記憶部に記憶されている固有振動周期等の情報が変形部材の実際の固有振動周期等とわずかにずれていると、時間の経過に伴って、スイッチを接続するタイミングが適切なタイミングから徐々にずれていくが、この発電装置によれば、所与の時間が経過するときに、このずれを修正することができる。
（９）この発電装置において、前記制御部は、前記振動検出部の検出結果に基づいて前記変形部材の振動周期を計測し、計測結果に基づいて、前記記憶部に記憶されている前記固有振動周期の情報を更新するようにしてもよい。
変形部材の経時劣化により、変形部材の固有振動周期が徐々に変化することが考えられるが、この発電装置によれば、その時の変形部材の振動周期に合わせて、記憶部に記憶されている固有振動周期の情報を適切に更新することができる。これにより、この発電装置を長期間使用しても、発電効率の低下を抑制することができる。
（１０）この発電装置において、前記制御部は、前記圧電部材の容量成分と前記インダクターとを含んで構成される共振回路の共振周期の半周期に相当する時間前記スイッチを導通状態とするようにしてもよい。
圧電部材の一方の電極から流れ出した電荷が、インダクターを介して他方の電極から再び圧電部材に流れ込むまでの期間は、圧電部材とインダクターによって形成される共振回路の共振周期の半分となる。このため、スイッチを接続した後、共振周期の半分の時間が経過したタイミングで、スイッチを切断すれば、圧電部材内に発生した正負の電荷の配置を最も効率よく逆転させることができる。従って、この発電装置によれば、最も高い発電効率を実現することが可能である。
（１１）本発明は、上記の発電装置を用いた電子機器である。
（１２）本発明は、上記の発電装置を用いた移動手段である。
これらの発明によれば、電池の代わりにリモコン等の小型電子機器に組み込むことが可能であるため、小型電子機器の移動により発電できるほか、例えば、車両や電車などの移
動手段に本発明の発電装置を用いることで、移動に伴う振動により発電し、移動手段に備わる機器に効率良く電力供給することもできる。
（１３）本発明は、圧電部材を備え、変形方向を切り換えて変形する変形部材と、前記圧電部材と電気的に接続されるインダクターと、前記圧電部材と前記インダクターとの間に設けられたスイッチと、前記変形部材の、固有振動周期、寸法及び重量の少なくとも１つの情報を記憶する記憶部と、を備える発電装置の制御方法であって、前記記憶部に記憶された前記情報に応じて、前記スイッチを導通状態とするタイミングもしくは非導通状態とするタイミングを制御する、発電装置の制御方法である。
本発明によれば、変形部材の固有振動周期、寸法及び重量の少なくとも１つの情報に基づいてスイッチを導通状態もしくは非導通状態とすることで、変形部材（圧電部材）の変形状態（振動状態）に同期したタイミングで、圧電部材とインダクターとの接続・切断を周期的に繰り返すことができるので、圧電部材内に電荷を蓄積することが可能となる。また、圧電部材内に電荷を蓄積した分は、圧電部材の電極間の電圧も増加するので、昇圧回路を別途用意しなくても、圧電材料の電気分極によって生じる電圧よりも高い電圧を発生させることができる。
第１実施例の発電装置の構造を示した説明図である。 第１実施例の発電装置の動作を示した説明図である。 第１実施例の発電装置の動作原理の前半部分を概念的に示した説明図である。 第１実施例の発電装置の動作原理の後半部分を概念的に示した説明図である。 スイッチがＯＮするタイミングが任意のタイミングであっても、圧電部材の端子間の電圧を昇圧させることが可能な理由を示す説明図である。 スイッチがＯＮするタイミングが任意のタイミングであっても、圧電部材の端子間の電圧を昇圧させることが可能な理由を示す説明図である。 スイッチがＯＮするタイミングが任意のタイミングであっても、圧電部材の端子間の電圧を昇圧させることが可能な理由を示す説明図である。 ＬＣ共振回路の共振周期の３／２倍の時間にスイッチをＯＮにした場合の圧電部材の端子間の電圧波形を示した図である。 ＬＣ共振回路の共振周期の１／４の時間にスイッチをＯＮにした場合の圧電部材の端子間の電圧波形を示した図である。 第１実施例のスイッチ制御処理のフローチャート図である。 第２実施例の発電装置の構造を示した説明図である。 第２実施例の発電装置の回路構成例を示した図である。 圧電部材から全波整流回路に流れる電流を検出することによって、梁の変形方向が切り換わるタイミングを決定できる理由を示す説明図である。 電流検出回路の構成例を示した図である。 電流検出回路の各部の出力波形例を示した図である。 第２実施例のスイッチ制御処理のフローチャート図である。 第３実施例の発電装置の構造を示した説明図である。 第２の圧電部材が発生する電圧を検出することによって、梁の変形方向が切り換わるタイミングを決定できる理由を示す説明図である。 電圧検出回路の構成例を示した図である。 電圧検出回路の各部の出力波形例を示した図である。 第４実施例のスイッチ制御処理のフローチャート図である。 第５実施例における電流検出回路の各部の出力波形例を示した図である。 第５実施例における電圧検出回路の各部の出力波形例を示した図である。 第５実施例のスイッチの切り換え周期の更新処理のフローチャート図である。 第３変形例のスイッチ制御処理のフローチャート図である。 第４変形例のスイッチ制御処理のフローチャート図である。 第５変形例のスイッチ制御処理のフローチャート図である。
以下、本発明の好適な実施形態について図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。
以下では、上述した本願発明の内容を明確にするために、次のような順序に従って実施例を説明する。
Ａ．第１実施例：
Ａ−１．発電装置の構造：
Ａ−２．発電装置の動作：
Ａ−３．発電装置の動作原理：
Ａ−４．スイッチの切換タイミング：
Ｂ．第２実施例：
Ｃ．第３実施例：
Ｄ．第４実施例：
Ｅ．第５実施例：
Ｆ．変形例：
Ｆ−１．第１変形例：
Ｆ−２．第２変形例：
Ｆ−３．第３変形例：
Ｆ−４．第４変形例：
Ｆ−５．第５変形例：
Ａ．第１実施例：
Ａ−１．発電装置の構造：
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（上部電極）１０９ａ、第２電極（下部電極）１０９ｂがそれぞれ設けられている。尚、図１（ａ）に示した例では、梁１０４の上面側に圧電部材１０８が設けられているが、梁１０４の下面側に圧電部材１０８を設けても良く、あるいは梁１０４の上面側および下面側の両方に圧電部材１０８を設けても良い。
梁１０４は、基端側が支持端１０２に固定されており、先端側には錘１０６が設けられているので、振動などが加わると、図中に白抜きの矢印で示したように、梁１０４の先端が大きく振動する。その結果、梁１０４の表面に取り付けられた圧電部材１０８には、圧縮力および引張力が交互に作用する。すると、圧電部材１０８は圧電効果によって正負の電荷を発生し、その電荷が第１電極１０９ａ、および第２電極１０９ｂに現れる。また、
錘１０６は必須ではないが、梁１０４の先端側と基端側とで重量のバランスが非均衡であることが望ましい。なぜなら、重量のバランスが非均衡であることで、たとえば、１つの振動により梁１０４の変位が反復しやすくなるためである。なお、梁１０４は、本発明の「変形部材」に相当する。
図１（ｂ）には、本実施例の発電装置１００の回路図が例示されている。圧電部材１０８は、電気的には、電流源と、電荷を蓄えるコンデンサー（容量成分）Ｃ０として表すことができる。この圧電部材１０８に対して並列にインダクターＬが接続されて、圧電部材１０８の容量成分と共に電気的な共振回路を形成している。そして、この共振回路をＯＮ／ＯＦＦするためのスイッチＳＷが、インダクターＬに対して直列に接続されている。
制御回路１１２は、スイッチＳＷをＯＮ／ＯＦＦするタイミングを制御する。具体的には、制御回路１１２は、メモリー（記憶部）１３０に記憶されているスイッチ周期情報１３２に設定された所定周期でスイッチＳＷをＯＮし、所定期間が経過するとスイッチＳＷをＯＦＦする。スイッチ周期情報１３２は、スイッチＳＷを切り換える周期や周波数の数値情報であってもよいし、所定周期をカウントするタイマーの初期値や上限値であってもよい。本実施例では、スイッチ周期情報１３２には、梁１０４の固有振動周期と一致する周期が設定される。ただし、メモリー１３０には、梁１０４の固有振動周期を直接的に示すスイッチ周期情報１３２に代えて、あるいは、スイッチ周期情報１３２とともに、梁１０４の長さ、厚み、重量、錘１０６の重さ等、梁１０４の固有振動周期を決定する要素の情報など、梁１０４の固有振動周期を間接的に特定可能な情報を記憶し、これらの情報の少なくとも１つからタイマーの初期値又は上限値を算出するようにしてもよい。また、メモリー１３０には、それぞれ値の異なる複数のスイッチ周期情報１３２を記憶し、搭載される梁１０４の個体差や継時的な特性変化に応じて適切な所定周期を選択するようにしてもよい。
また、圧電部材１０８に設けられた第１電極１０９ａおよび第２電極１０９ｂは、４つのダイオードＤ１〜Ｄ４から構成される全波整流回路１２０に接続されている。更に、全波整流回路１２０には、電気負荷を駆動するために、整流後の電流を蓄えておく蓄電素子（出力用コンデンサー）Ｃ１が接続されている。
Ａ−２．発電装置の動作：
図２は、本実施例の発電装置１００の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ｕが変化する様子が示されている。尚、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。尚、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、また、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２（ａ）および図２（ｂ）に示されるように、梁１０４の変位が増加している間は、圧電部材１０８は正方向の電流を発生させ（すなわち、電流Ｉｐｚｔがプラス値）、これに伴って第１電極１０９ａおよび第２電極１０９ｂの電位差Ｖｐｚｔは正方向へ増加する。正方向の電位差Ｖｐｚｔが、蓄電素子Ｃ１の電圧ＶＣ１と全波整流回路１２０を構成しているダイオードの順方向降下電圧Ｖｆの２倍との和、すなわち、ＶＣ１＋２Ｖｆよりも大きくなれば、それ以降に発生した電荷は直流電流として取り出して、蓄電素子Ｃ１に蓄えておくことができる。また、梁１０４の変位が減少している間は、圧電部材１０８は負
方向の電流を発生させ（すなわち、電流Ｉｐｚｔがマイナス値）、これに伴って第１電極１０９ａおよび第２電極１０９ｂの電位差Ｖｐｚｔは負方向へ増加する。負方向の電位差Ｖｐｚｔが、ＶＣ１と全波整流回路１２０の２Ｖｆの和よりも大きくなれば、発生した電荷は直流電流として取り出して、蓄電素子Ｃ１に蓄えておくことができる。すなわち、図１のスイッチＳＷをＯＦＦにしたままでも、図２（ｂ）中に斜線を付して示した部分については、蓄電素子Ｃ１に電荷を蓄えることができる。
本実施例の発電装置１００では、制御回路１１２は、梁１０４の固有振動周期と一致する周期で、かつ、梁１０４の振動の状態と無関係な任意のタイミング（任意の位相差）でスイッチＳＷをＯＮにする。ただし、一定時間に圧電部材１０８から取り出せる電荷量（発電効率）はスイッチＳＷがＯＮするタイミングによって異なり、図２（ｃ）に示すように、梁１０４の変形方向が切り換わるタイミングでスイッチＳＷがＯＮする場合に発電効率が最大となる。以下では、まず発電効率が最大となる場合の動作について説明する。
制御回路１１２が、図２（ｃ）に示すタイミングでＳＷをＯＮにしたとする。すると、図２（ｄ）に示すように、圧電部材１０８の端子間の電圧波形が、スイッチＳＷをＯＮにしたときにシフトしたかのような現象が発生する。すなわち、たとえば、図２（ｄ）中に「Ｂ」と表示した期間Ｂでは、圧電部材１０８の起電力に対応する細い破線で示した電圧波形Ｖｐｚｔがマイナス方向にシフトしたような、太い破線で示した電圧波形が圧電部材１０８の端子間に現れる。このような現象が発生する理由については後述する。また、図２（ｄ）中に「Ｃ」と表示した期間Ｃでは、圧電部材１０８の起電力に対応する電圧波形Ｖｐｚｔがプラス方向にシフトしたような、太い破線の電圧波形が現れる。以降の期間Ｄ、期間Ｅ、期間Ｆなどについても同様に、圧電部材１０８の起電力に対応する電圧波形Ｖｐｚｔがプラス方向あるいはマイナス方向にシフトしたような、太い破線の電圧波形が現れる。そして、シフトした電圧波形が、ＶＣ１と２Ｖｆとの和を超えた部分（図２（ｄ）中に斜線を付して示した部分）では、圧電部材１０８で発生した電荷を蓄電素子Ｃ１に蓄えておくことができる。尚、圧電部材１０８から蓄電素子Ｃ１に電荷が流れる結果、圧電部材１０８の端子間の電圧（第１電極１０９ａと第２電極１０９ｂとの間の電圧）Ｖｇｅｎは、ＶＣ１と２Ｖｆとの和の電圧でクリップされる。その結果、第１電極１０９ａおよび第２電極１０９ｂの間の電圧波形は、図２（ｄ）に太い実線で示した波形となる。
図２（ｂ）に示したスイッチＳＷをＯＦＦにしたままの場合と、図２（ｄ）に示したように、梁１０４の変形方向が切り換わるタイミングでスイッチＳＷをＯＮにした場合とを比較すれば明らかなように、本実施例の発電装置１００では、適切なタイミングでスイッチＳＷをＯＮにすることで、効率よく、蓄電素子Ｃ１に電荷を蓄えることが可能となる。
また、蓄電素子Ｃ１に電荷が蓄えられて、蓄電素子Ｃ１の端子間電圧が増加すると、それに従って電圧波形のシフト量も大きくなる。たとえば、図２（ｄ）中の期間Ｂ（蓄電素子Ｃ１に電荷が蓄えられていない状態）と、図２（ｄ）中の期間Ｈ（蓄電素子Ｃ１に少し電荷が蓄えられた状態）とを比較すると、期間Ｈの方が電圧波形のシフト量が大きくなっている。同様に、図２（ｄ）中の期間Ｃと期間Ｉとを比較すると、蓄電素子Ｃ１に蓄えられた電荷が増えている期間Ｉの方が、電圧波形のシフト量が大きくなっている。このような現象が発生する理由については後述するが、この結果、本実施例の発電装置１００では、圧電部材１０８を変形させたことによって、第１電極１０９ａと第２電極１０９ｂとの間に生じる電圧Ｖｐｚｔ以上の電圧を、蓄電素子Ｃ１に蓄えることも可能となる。その結果、特別な昇圧回路を設ける必要がなくなり、小型で高効率の発電装置を得ることが可能となる。
Ａ−３．発電装置の動作原理：
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では、圧電部材１０８の変形に合わせてスイッチＳＷをＯＮにしたときのＣ０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、Ｃ０に電荷が蓄積され、圧電部材１０８の端子間には正方向の電圧が発生する。電圧値は、圧電部材１０８の変形が大きくなるほど増加する。そして、圧電部材１０８の変形がピークとなったタイミング（電荷量がピークになったタイミング。図３（ｂ）参照）で、スイッチＳＷをＯＮにする。
図３（ｃ）には、スイッチＳＷをＯＮにした直後の状態が示されている。Ｃ０には電荷が蓄えられているから、この電荷がインダクターＬに流れようとする。インダクターＬに電流が流れると磁束が生じる（磁束が増加する）が、インダクターＬには、自らを貫く磁束の変化を妨げる方向に逆起電力が生じる性質（自己誘導作用）がある。スイッチＳＷをＯＮにしたときには、電荷が流れることによって磁束が増加しようとするから、この磁束の増加を妨げる方向（換言すれば、電荷の流れを妨げる方向）に逆起電力が発生する。また、逆起電力の大きさは、磁束の変化速度（単位時間あたりの変化量）に比例する。図３（ｃ）には、このようにしてインダクターＬに生じる逆起電力が、斜線を付した矢印によって表されている。このような逆起電力が発生するため、スイッチＳＷをＯＮにしても、圧電部材１０８の電荷は少しずつしか流れ出さない。すなわち、インダクターＬを流れる電流は少しずつしか増加しない。
その後、インダクターＬを流れる電流がピークになると、磁束の変化速度が「０」となるので、図３（ｄ）に示したように逆起電力が「０」となる。そして、今度は電流が減少し始める。すると、インダクターＬを貫く磁束が減少するので、インダクターＬには、この磁束の減少を妨げる方向（電流を流そうとする方向）の起電力が発生する（図３（ｅ）参照）。その結果、この起電力によってＣ０から電荷を引き抜きながら、インダクターＬを電流が流れ続ける。そして、電荷の移動の途中で損失が発生しなければ、圧電部材１０８の変形によって生じた全ての電荷が移動して、ちょうど正負の電荷が置き換わったような状態（すなわち、圧電部材１０８の下面側に正電荷が分布し、上面側に負電荷が分布した状態）となる。図３（ｆ）には、圧電部材１０８の変形によって生じた正負の電荷が全て移動した状態が表されている。
仮に、このままスイッチＳＷをＯＮにしておくと、今度は上述した内容と逆の現象が生じる。すなわち、圧電部材１０８の下面側の正電荷がインダクターＬに流れようとして、このときインダクターＬには、電荷の流れを妨げる方向の逆起電力が発生する。その後、インダクターＬを流れる電流がピークに達した後、減少に転じると、今度は電流の減少を妨げる方向（電流を流し続けようとする方向）の起電力がインダクターＬに発生する。その結果、圧電部材１０８の下面側にあった全ての正電荷が上面側に移動した状態（図３（ｂ）に示した状態）となる。こうして圧電部材１０８の上面側に戻った正電荷は、再び、図３（ｂ）〜図３（ｆ）を用いて前述したようにして、下面側に移動する。
このように、Ｃ０に電荷が蓄えられた状態でスイッチＳＷをＯＮにした後、その状態を保っておくと、圧電部材１０８とインダクターＬとの間で電流の向きが交互に反転する一種の共振現象が発生する。そして、この共振現象の周期は、いわゆるＬＣ共振回路の周期Ｔとなるから、圧電部材１０８に含まれる容量成分Ｃ０の大きさ（キャパシタンス）をＣ、インダクターＬの誘導成分の大きさ（インダクタンス）をＬとすると、Ｔ＝２π（ＬＣ）0.5によって与えられる。従って、スイッチＳＷをＯＮにした直後（図３（ｃ）に示した状態）から、図３（ｆ）に示した状態となるまでの時間は、Ｔ／２となる。
そこで、スイッチＳＷをＯＮにしてからＴ／２が経過した時点で、図４（ａ）に示すようにスイッチＳＷをＯＦＦにする。そしてこの状態から、圧電部材１０８（正確には梁１０４）を今度は下向きに（下面側が凹となるように）変形させる。前述した図３（ａ）では、圧電部材１０８を上向きに変形させたが、図４（ａ）では下向きに変形させているので、電流源から負方向の電流が流れ、圧電部材１０８の端子間の電圧が負方向へ大きくなるようにＣ０に電荷が蓄積する。また、図３（ａ）〜図３（ｆ）を用いて前述したように、圧電部材１０８（正確には梁１０４）を下向きに変形させる前の段階で、圧電部材１０８の下面側には正電荷が分布し、上面側には負電荷が分布しているから、これらの電荷に加えて、下面側には新たな正電荷が蓄積され、上面側には新たな負電荷が蓄積されることになる。図４（ｂ）には、スイッチＳＷをＯＦＦにした状態で圧電部材１０８（正確には梁１０４）を変形させることによって、圧電部材１０８に新たな電荷が蓄積された状態が示されている。
そして、この状態からスイッチＳＷをＯＮにすると、圧電部材１０８の下面側に蓄積された正電荷がインダクターＬに流れようとする。このときインダクターＬには逆起電力が発生するので（図４（ｃ）参照）、電流は少しずつ流れ始めるが、やがてピークに達して、その後は減少に転じる。すると、インダクターＬには、電流の減少を妨げる方向（電流を流し続けようとする方向）に起電力が発生し（図４（ｅ）参照）、この起電力によって電流が流れ続けて、最終的には、圧電部材１０８の下面側に分布していた全ての正電荷が上面側に移動し、上面側に分布していた全ての負電荷が下面側に移動した状態となる（図４（ｆ）参照）。また、下面側の全ての正電荷が上面側に移動し、上面側の全ての負電荷が下面側に移動する時間は、ＬＣ共振回路の半周期に相当する時間Ｔ／２となる。そこで、スイッチＳＷをＯＮにした後、時間Ｔ／２が経過したらスイッチＳＷをＯＦＦにして、今度は圧電部材１０８（正確には梁１０４）を上向きに（上面側が凹となるように）変形させれば、圧電部材１０８内に更に正負の電荷を蓄積することができる。
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を変形させて電荷を発生させた後、圧電部材１０８をインダクターＬに接続して、共振周期の半分の周期に共振回路を形成することで、圧電部材１０８内での正負の電荷の分布を反転させる。その後、圧電部材１０８を今度は逆方向に変形させて新たな電荷を発生させる。圧電部材１０８内での正負の電荷の分布は反転されているから、新たに発生させた電荷は圧電部材１０８に蓄積されることになる。その後、再び、共振周期の半分の周期に圧電部材１０８をインダクターＬに接続して、圧電部材１０８内での正負の電荷の分布を反転させた後、圧電部材１０８を逆方向に変形させる。このような動作を繰り返すことで、圧電部材１０８を繰り返し変形させる度に、圧電部材１０８に蓄積された電荷を増加させることができる。
図２を用いて前述したように本実施例の発電装置１００では、スイッチＳＷをＯＮにする度に圧電部材１０８の端子間の電圧波形がシフトする特異な現象が生じるが、この現象は、以下のようなメカニズムによって発生する。すなわち、たとえば図２（ｄ）中に示した期間Ａでは、圧電部材１０８（正確には梁１０４）の変形に従って、第１電極１０９ａおよび第２電極１０９ｂの間に電圧が発生するが、第１電極１０９ａおよび第２電極１０９ｂは全波整流回路１２０に接続されているので、ＶＣ１と２Ｖｆとの和の電圧を超えた部分の電荷は、全波整流回路１２０に接続された蓄電素子Ｃ１に流れ込む。その結果、梁１０４の変形がピークになった時点でスイッチＳＷをＯＮにすると、その時に圧電部材１０８内に残っていた正負の電荷がインダクターＬを介して移動して、圧電部材１０８内での正負の電荷の配置が入れ代わる。
そして、正負の電荷の配置が入れ代わった状態から梁１０４を逆方向に変形させると、圧電部材１０８の第１電極１０９ａおよび第２電極１０９ｂの間には、圧電効果による電
圧波形が現れる。すなわち、圧電部材１０８の第１電極１０９ａおよび第２電極１０９ｂの極性が入れ代わった状態から、圧電部材１０８に変形による電圧変化が発生することになる。その結果、図２（ｄ）中に示した期間Ｂでは、梁１０４の変形によって圧電部材１０８に生じる電圧波形をシフトさせたような、電圧波形が現れることになる。もっとも、前述したように、ＶＣ１と２Ｖｆとの和の電圧を超えた部分の電荷は蓄電素子Ｃ１に流れ込むので、圧電部材１０８の第１電極１０９ａおよび第２電極１０９ｂの間の電圧は、ＶＣ１と２Ｖｆとの和の電圧でクリップされる。その後、共振周期の半分の時間にスイッチＳＷをＯＮにすると、圧電部材１０８に残っていた正負の電荷の配置が入れ代わる。そして、その状態から梁１０４が変形することによって、圧電部材１０８には圧電効果による電圧波形が現れる。このため、図２（ｄ）中に示した期間Ｃにおいても、梁１０４の変形による電圧波形をシフトさせたような電圧波形が現れることになる。
また、図２を用いて前述したように本実施例の発電装置１００では、梁１０４が変形を繰り返しているうちに、電圧波形のシフト量が次第に大きくなるという現象も発生する。このため、圧電部材１０８の圧電効果によって第１電極１０９ａと第２電極１０９ｂとの間に生じる電位差よりも高い電圧を、蓄電素子Ｃ１に蓄えることができるという大きな効果を得ることができる。このような現象は、次のようなメカニズムによって生じる。
先ず、図２（ｄ）中の期間Ａあるいは期間Ｂに示したように、Ｃ１が充電されていない場合は、圧電部材１０８の端子間で発生する電圧が、全波整流回路１２０の２Ｖｆを超えると、圧電部材１０８から蓄電素子Ｃ１に電荷が流れ込むので、圧電部材１０８の端子間に現れる電圧は、２Ｖｆでクリップされている。しかし、こうして蓄電素子Ｃ１に電荷を蓄えるに従って蓄電素子Ｃ１の端子間の電圧が増加していく。すると、それ以降は、蓄電素子Ｃ１の端子間電圧がＶＣ１と２Ｖｆとの和よりも高い電圧になって始めて、圧電部材１０８から電荷が流れ込むようになる。このため、圧電部材１０８の端子間の電圧がクリップされる値が、蓄電素子Ｃ１に電荷が蓄えられるに従って次第に上昇していく。
加えて、図３および図４を用いて前述したように、圧電部材１０８から電荷を流出させない限り、圧電部材１０８（正確には梁１０４）を変形させる度に、圧電部材１０８内の電荷は増えて行き、それに伴って、圧電部材１０８の端子間の電圧は大きくなる。このため、電荷がインダクターＬやスイッチＳＷを流れる際の損失などを考えなければ、圧電部材１０８の端子間の電圧を大きくすることができる。このため、本実施例の発電装置１００によれば、特別な昇圧回路を設けなくても、電気負荷の駆動に必要な電圧まで自然に昇圧させた状態で、発電することが可能となる。
Ａ−４．スイッチの切換タイミング：
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タイミングで、共振周期の半分の時間に圧電部材１０８をインダクターＬに接続することで、蓄電素子Ｃ１に効率良く電荷を蓄えることができ、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、本実施例の発電装置１００では、制御回路１１２がスイッチＳＷをＯＮするタイミングは、梁１０４の変形状態と無関係な任意なタイミングであるから、梁１０４の変形方向が切り換わるタイミングでスイッチＳＷがＯＮするとは限らない。しかしながら、スイッチＳＷがＯＮするタイミングが任意のタイミングであっても、梁１０４の固有振動周期と一致する周期で、ＬＣ共振回路の共振周期の半分の時間にスイッチＳＷをＯＮにすることで、圧電部材１０８の端子間の電圧Ｖｇｅｎを昇圧させることが可能である。以下、この理由について説明する。
図５（ａ）は、仮に、梁１０４の変形方向が切り替わる時刻ｔ１でスイッチＳＷをＯＮした後ＯＦＦしない場合の、圧電部材１０８の端子間の電圧Ｖｇｅｎの様子を示している
。図５（ｂ）は、図５（ａ）の時刻ｔ１以降を拡大したものである。なお、図５の例では、全波整流回路１２０や蓄電素子Ｃ１はないものとしている。
時刻ｔ１において、Ｖｇｅｎはピークになっており、スイッチＳＷがＯＮすることにより、ＬＣ共振回路の共振周期Ｔの１／２の周期（時刻ｔ１，ｔ２，ｔ３，ｔ４，ｔ５，ｔ６，・・・）で正負のピーク値Ｖｐ１，Ｖｐ２，Ｖｐ３，Ｖｐ４，Ｖｐ５，Ｖｐ６，・・・が交互に現れながら減衰していく。もし、時刻ｔ１からＴ／２経過後の時刻ｔ２にスイッチＳＷをＯＦＦにすると、前述したＶｇｅｎのシフト量はＶｐ１の絶対値とＶｐ２の絶対値の和（｜Ｖｐ１｜＋｜Ｖｐ２｜）となる。なお、図３及び図４で説明したように、Ｖｐ２は、ＬＣ共振回路の共振により、容量成分Ｃ０の正負の電荷が入れ替わった時の電圧値であるから、Ｖｐ１の絶対値が大きいほどＶｐ２の絶対値も大きくなる。従って、Ｖｐ１の絶対値が大きいほどＶｇｅｎのシフト量も大きくなる。
図６は、梁１０４の変形方向が切り替わるときにスイッチＳＷがＴ／２ＯＮする場合の、圧電部材１０８の端子間の電圧Ｖｇｅｎの様子を示している。なお、図６の例でも、全波整流回路１２０や蓄電素子Ｃ１はないものとしている。圧電部材１０８が発生させる起電力Ｖｐｚｔの振幅が一定とすると、図６に示すように、最初にＶｇｅｎが正のピーク値Ｖ1となるタイミングでスイッチＳＷがＴ／２ＯＮすると、ＶｇｅｎはＶ1＋Ｖａ分マイナス方向にシフトする。すると、２回目にスイッチＳＷがＯＮする時のＶｇｅｎの電圧値Ｖ2＝−（Ｖａ＋２Ｖ1）であり、スイッチＳＷがＴ／２ＯＮするとＶｇｅｎはＶｂ＋Ｖａ＋２Ｖ1分プラス方向にシフトする。同様に、３回目にスイッチＳＷがＯＮする時のＶｇｅｎの電圧値Ｖ3＝Ｖｂ＋２Ｖ1であり、スイッチＳＷがＴ／２ＯＮするとＶｇｅｎはＶｃ＋Ｖｂ＋２Ｖ1分マイナス方向にシフトする。同様に、４回目にスイッチＳＷがＯＮする時のＶｇｅｎの電圧値Ｖ4＝−（Ｖｃ＋２Ｖ1）であり、スイッチＳＷがＴ／２ＯＮするとＶｇｅｎはＶｄ＋Ｖｃ＋２Ｖ1分プラス方向にシフトする。同様に、５回目にスイッチＳＷがＯＮする時のＶｇｅｎの電圧値Ｖ5＝Ｖｄ＋２Ｖ1である。ここで、Ｖ2＝−（Ｖａ＋２Ｖ1）であるから、明らかに｜Ｖ2｜＞｜Ｖ1｜である。そして、Ｖ1，Ｖ2は図５（ｂ）のＶｐ１に対応する電圧値、Ｖａ，Ｖｂは図５（ｂ）のＶｐ２に相当する電圧値であり、｜Ｖ2｜＞｜Ｖ1｜であるから必ずＶｂ＞Ｖａとなる。すると、Ｖ2＝−（Ｖａ＋２Ｖ1），Ｖ3＝Ｖｂ＋２Ｖ1であり、Ｖｂ＞Ｖａであるから｜Ｖ3｜＞｜Ｖ2｜である。同様に、｜Ｖ3｜＞｜Ｖ2｜であるから必ずＶｃ＞Ｖｂとなり、Ｖ3＝Ｖｂ＋２Ｖ1，Ｖ4＝−（Ｖｃ＋２Ｖ1）であり、Ｖｃ＞Ｖｂであるから｜Ｖ4｜＞｜Ｖ3｜である。同様に、｜Ｖ4｜＞｜Ｖ3｜であるから必ずＶｄ＞Ｖｃとなり、Ｖ4＝−（Ｖｃ＋２Ｖ1），Ｖ5＝Ｖｄ＋２Ｖ1であり、Ｖｄ＞Ｖｃであるから｜Ｖ5｜＞｜Ｖ4｜である。要するに、梁１０４の変形方向が切り替わるタイミングでスイッチＳＷがＴ／２ＯＮすることにより、圧電部材１０８の端子間の電圧Ｖｇｅｎの絶対値は｜Ｖ1｜＜｜Ｖ2｜＜｜Ｖ3｜＜｜Ｖ4｜＜｜Ｖ5｜＜・・・と昇圧していく。
梁１０４の変形方向が切り替わるタイミングとスイッチＳＷがＯＮするタイミングがずれた場合も同様に考えることができる。図７（ａ）は、梁１０４の変形方向が切り替わるタイミングの後ろでスイッチＳＷがＴ／２ＯＮする場合のＶｇｅｎの様子を示し、図７（ｂ）は、梁１０４の変形方向が切り替わるタイミングの前でスイッチＳＷがＴ／２ＯＮする場合のＶｇｅｎの様子を示している。なお、図７（ａ）、図７（ｂ）の例でも、全波整流回路１２０や蓄電素子Ｃ１はないものとしている。
図７（ａ）及び図７（ｂ）の例では、図６の例と同様に、Ｖｇｅｎは、最初にスイッチＳＷがＯＮする時の電圧値Ｖ1に対して、２回目にスイッチＳＷがＯＮする時の電圧値Ｖ2＝−（Ｖａ＋２Ｖ1）、３回目にスイッチＳＷがＯＮする時の電圧値Ｖ3＝Ｖｂ＋２Ｖ1、４回目にスイッチＳＷがＯＮする時の電圧値Ｖ4＝−（Ｖｃ＋２Ｖ1）、５回目にスイッチＳＷがＯＮする時の電圧値Ｖ5＝Ｖｄ＋２Ｖ1、・・・となる。ここで、Ｖ2，Ｖ3，Ｖ4，
Ｖ5，・・・は、それぞれ図６の場合のＶ2，Ｖ3，Ｖ4，Ｖ5，・・・と同じ式で表されるので、やはりＶ2＞Ｖ1、Ｖ3＞Ｖ2、Ｖ4＞Ｖ3、Ｖ5＞Ｖ4、・・・となる。従って、梁１０４の変形方向が切り替わるタイミングから前後にずれたタイミングでスイッチＳＷをＴ／２ＯＮしても、Ｖｇｅｎは｜Ｖ1｜＜｜Ｖ2｜＜｜Ｖ3｜＜｜Ｖ4｜＜｜Ｖ5｜＜・・・と昇圧していく。ただし、電圧値Ｖ1が高いほど、Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃ，Ｖｄ，・・・が大きくなるので、図６の例の方が、図７（ａ）及び図７（ｂ）の例よりもＶｇｅｎが昇圧するスピードが速く、発電効率が高い。
なお、梁１０４の変位が０（Ｖｇｅｎが０）となるタイミングでスイッチＳＷがＴ／２ＯＮする場合（図７（ａ）及び図７（ｂ）でＶ1＝０の場合）は、ＬＣ共振回路の共振が起こらずＶｇｅｎは昇圧しない。
以上に説明したように、スイッチＳＷがＯＮするタイミングが任意のタイミング（ただし、梁１０４の変位が０（Ｖｇｅｎが０）となるタイミングを除く）であっても、ＬＣ共振回路の共振周期Ｔの半分の時間にスイッチＳＷをＯＮにすることで、圧電部材１０８の端子間の電圧を昇圧させることができる。
なお、発電効率を高めるために、ＬＣ共振回路の共振周期Ｔの半分の時間にスイッチＳＷをＯＮにすることが望ましいが、所定期間スイッチＳＷをＯＮにしてもＶｇｅｎを昇圧させることは可能である。例えば、図８は、梁１０４の変形方向が切り替わるタイミングで共振周期Ｔの３／２倍の時間スイッチＳＷをＯＮにした場合の、圧電部材１０８の端子間の電圧Ｖｇｅｎの一例を示している。要するに、図５（ｂ）に示した時刻ｔ１でスイッチをＯＮにして時刻ｔ３でスイッチＳＷをＯＦＦにする場合に対応する。なお、図８の例でも、全波整流回路１２０や蓄電素子Ｃ１はないものとしている。
図８の例では、図６の例と同様に、Ｖｇｅｎは、最初にスイッチＳＷがＯＮする時の電圧値Ｖ1に対して、２回目にスイッチＳＷがＯＮする時の電圧値Ｖ2＝−（Ｖａ＋２Ｖ1）、３回目にスイッチＳＷがＯＮする時の電圧値Ｖ3＝Ｖｂ＋２Ｖ1、４回目にスイッチＳＷがＯＮする時の電圧値Ｖ4＝−（Ｖｃ＋２Ｖ1）、５回目にスイッチＳＷがＯＮする時の電圧値Ｖ5＝Ｖｄ＋２Ｖ1、・・・となり、Ｖｇｅｎは｜Ｖ1｜＜｜Ｖ2｜＜｜Ｖ3｜＜｜Ｖ4｜＜｜Ｖ5｜＜・・・と昇圧していく。ただし、電圧値Ｖ1が高いほど、Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃ，Ｖｄ，・・・が大きくなるので、図６の例の方が、図８の例よりもＶｇｅｎが昇圧するスピードが速く、発電効率が高い。
一方、図９は、梁１０４の変形方向が切り替わるタイミングで共振周期Ｔの１／４の時間スイッチＳＷをＯＮにした場合の、圧電部材１０８の端子間の電圧Ｖｇｅｎの様子を示している。要するに、図５（ｂ）に示した時刻ｔ１でスイッチをＯＮにして時刻（ｔ１＋ｔ２）／２でスイッチＳＷをＯＦＦにする場合に対応する。なお、図９の例でも、全波整流回路１２０や蓄電素子Ｃ１はないものとしている。
図９の例では、Ｖｇｅｎは、最初にスイッチＳＷがＯＮする時の電圧値Ｖ1に対して、２回目にスイッチＳＷがＯＮする時の電圧値Ｖ2＝−２Ｖ1、３回目にスイッチＳＷがＯＮする時の電圧値Ｖ3＝２Ｖ1、４回目にスイッチＳＷがＯＮする時の電圧値Ｖ4＝−２Ｖ1、５回目にスイッチＳＷがＯＮする時の電圧値Ｖ5＝２Ｖ1、・・・となる。すなわち、Ｖｇｅｎは２Ｖ1まで昇圧できるが、それ以上の昇圧はされない。
同様に、梁１０４の変形方向が切り替わるタイミングで共振周期Ｔの３／４倍、５／４倍、７／４倍、９／４倍、・・・のいずれかの時間にスイッチＳＷをＯＮにした場合もＶ2＝−２Ｖ1、Ｖ3＝２Ｖ1、Ｖ4＝−２Ｖ1、Ｖ5＝２Ｖ1、・・・となり、Ｖｇｅｎは２Ｖ1まで昇圧できるが、それ以上の昇圧はされない。
以上より、ＬＣ共振回路の共振により、少なくとも、ＶｇｅｎがスイッチＳＷをＯＮにする時の極性と反対の極性となった時にスイッチＳＷをＯＦＦすれば、Ｖｇｅｎが昇圧していく。要するに、ＬＣ共振回路の共振周期Ｔに対して、スイッチＳＷをＯＮする所定期間を、少なくとも、（ｎ＋１／４）Ｔより長く（ｎ＋３／４）Ｔよりも短い時間（ｎは０以上の任意の整数）に設定すれば、Ｖｇｅｎを効率よく昇圧させることができる。
前述したように、共振周期Ｔの１／２の時間にスイッチＳＷをＯＮするのが、スイッチＳＷの切り換え時のシフト量が最も大きくなるので、発電効率が最も高い。そこで、本実施例の発電装置１００では、制御回路１１２は、梁１０４の固有振動周期と一致する周期でスイッチＳＷをＯＮにし、共振周期Ｔの１／２の時間が経過するとスイッチＳＷをＯＦＦにする。
図１０は、スイッチＳＷのＯＮ／ＯＦＦを切り換えるスイッチ制御処理を示したフローチャートである。この処理は、例えば、制御回路１１２に内蔵されたＣＰＵによって実行される。
スイッチ制御処理を開始すると、制御回路１１２のＣＰＵは、スイッチＳＷをＯＮにした後（ステップＳ１０）、制御回路１１２に内蔵された図示しない第１タイマーと第２タイマーをスタートする（ステップＳ１２）。第１タイマーは、あらかじめ設定された時間、本実施例では、ＬＣ共振回路の共振周期の１／２の時間を計時する。なお、この設定時間は、メモリー１３０に記憶して書き換え可能にしておいてもよいし、不変でもよければメモリー１３０に記憶しておかなくてもよい。第２タイマーは、スイッチ周期情報１３２に設定された時間、本実施例では、梁１０４の固定振動周期と一致する時間を計時する。
そして、制御回路１１２のＣＰＵは、第１タイマーが設定時間を計時するまで（ＬＣ共振回路の共振周期の１／２の時間が経過するまで）待機し（ステップＳ１４のＮ）、第１タイマーが設定時間を計時すると（ステップＳ１４のＹ）、スイッチＳＷをＯＦＦする（ステップＳ１６）。
続いて、制御回路１１２のＣＰＵは、第２タイマーが設定時間を計時するまで（梁１０４の固定振動周期と一致する時間が経過するまで）待機し（ステップＳ１８のＮ）、第２タイマーが設定時間を計時すると（ステップＳ１８のＹ）、再びスイッチＳＷをＯＮし（ステップＳ１０）、上述した一連の処理を繰り返す。
以上のようにしてＬＣ共振回路のスイッチＳＷのＯＮ／ＯＦＦを行えば、少なくとも、圧電部材１０８の端子間の電圧を昇圧させることができるので、蓄電素子Ｃ１の電圧が上昇しても電荷を蓄えることができる。
尚、本実施例では制御回路１１２が、本発明の「制御部」に相当する。
以上に説明したように、第１実施例の発電装置１００によれば、梁１０４の固有振動周期の情報に基づいてスイッチＳＷを所定期間導通状態もしくは非導通状態とすることで、梁１０４（圧電部材１０８）の変形状態（振動状態）に同期したタイミングで、周期的にＬＣ共振回路を形成させることができるので、圧電部材１０８内に電荷を蓄積することが可能となる。これにより、圧電部材１０８の端子間の電圧を昇圧させ、発電効率を高めている。特に、スイッチＳＷをＯＮする期間をＬＣ共振回路の共振周期の１／２の時間とすることで、最大限の発電効率が得られる。
Ｂ．第２実施例
第１実施例の発電装置１００では、梁１０４の振動の状態と無関係に任意のタイミング（任意の位相差）でスイッチＳＷがＯＮするため、スイッチＳＷがＯＮするタイミングによって発電効率が大きく変わる。そこで、第２実施例の発電装置１００では、所与のタイミングで、梁１０４の振動の状態を検出し、梁１０４の変形方向が切り換わるタイミングでスイッチＳＷをＯＮにするように調整することで、発電効率をより高くする。ただし、梁１０４の振動の状態を検出するために、発電した電力の一部が消費されてしまうので、特に、第２実施例の発電装置では、梁１０４の振動検出（振動状態の検出）に消費される電力を削減するために、所定のタイミングで（初期動作時や外部からのイベント信号を受信した時等）梁１０４の振動検出を行い、以降の発電装置１００の動作中には梁１０４の振動検出を行わない。従って、第２実施例の発電装置１００の使用条件としては、例えば、動作開始後、梁１０４が振動し続ける場所に設置される場合（常に環境振動が存在する場合）や、外部から動作開始のイベント信号が入力されるような場合（例えば、発電装置１００が車両に搭載され、車両のエンジン起動時のイベント信号が発電装置１００に入力されるような場合）等が想定される。
第２実施例の発電装置１００の機械的な構造は、図１（ａ）と同様であるため、その説明を省略する。図１１に、第２実施例の発電装置１００の電気的な構造を示す。図１１において、第１実施例（図１（ｂ））と同様の構成には同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。
第２実施例の発電装置１００では、第１実施例の発電装置１００に、振動検出部１４０が追加されている。振動検出部１４０は、所与のタイミングで、梁１０４の振動状態を検出する。具体的には、振動検出部１４０は、所与のタイミングで、梁１０４の振動状態を一定期間検出し、梁１０４の変形方向が切り換わるタイミングを特定する。そして、制御回路１１２は、梁１０４の変形方向が切り換わるタイミングから所定期間スイッチＳＷをＯＮにする。
梁１０４の変形方向が切り換わるタイミングは、図２（ｂ）に示したように、圧電部材１０８の内部に生じる起電力Ｖｐｚｔがピークとなるタイミングおよび、圧電部材１０８に電荷が発生する電流Ｉｐｚｔが０になるタイミングと一致する。ただし、圧電部材１０８の内部に生じる起電力Ｖｐｚｔや電流Ｉｐｚｔを直接モニターすることはできない。一方、圧電部材１０８の端子間の電圧Ｖｇｅｎは、図２（ｄ）に示したように、ＶＣ１と２Ｖｆとの和の電圧でクリップされるためＶｇｅｎのピークを検出することもできない。
そこで、第２実施例の発電装置１００では、振動検出部１４０を電流検出回路で実現し、圧電部材１０８から全波整流回路１２０に流れる電流が０になるタイミングを検出する。図１２に、第２実施例の発電装置１００の回路図を例示する。電流検出回路１５０は、圧電部材１０８の第１電極１０９ａとダイオードＤ１のアノードとの間に設けられており、圧電部材１０８から全波整流回路１２０に流れる電流を検出する。ただし、電流検出回路１５０は、圧電部材１０８から全波整流回路１２０に流れる電流を検出できればよく、例えば、圧電部材１０８の第２電極１０９ｂとダイオードＤ３のアノードとの間に設けられていてもよい。
図１３は、圧電部材１０８から全波整流回路１２０に流れる電流を検出することによって、梁１０４の変形方向が切り換わるタイミングを決定できる理由を示す説明図である。図１３（ａ）には、梁１０４の変位が示されている。また、図１３（ｂ）には、梁１０４の振動に伴って、圧電部材１０８が単位時間あたりに発生させる電荷量（すなわち、電流Ｉｐｚｔ）と、電流Ｉｐｚｔによって生じる起電力Ｖｐｚｔとが変化する様子が示されている。
図示されるように、梁１０４の変位が大きくなると、Ｖｐｚｔも大きくなる。ＶｐｚｔがＣ１の電圧ＶＣ１と全波整流回路１２０を構成しているダイオードの順方向降下電圧Ｖｆの２倍との和、すなわち、ＶＣ１＋２Ｖｆより大きくなれば、発生した電荷が全波整流回路１２０に流れることになる。
また、梁１０４の変位の大きさがピークとなるタイミング（すなわち、梁１０４の変形方向が切り換わるタイミング）では、圧電部材１０８の発生する電流Ｉｐｚｔの方向が反転する。たとえば、圧電部材１０８が正の起電力を発生している状態で、梁１０４の変位の大きさがピークになると、正方向に流れていた電流Ｉｐｚｔが負方向に反転する。従って、圧電部材１０８の起電力が減少し、ＶＣ１と２Ｖｆとの和よりも電圧が低くなって、全波整流回路１２０に流れていた電流が流れなくなる。同様に、圧電部材１０８が負の起電力を発生している状態で、正方向の電流Ｉｐｚｔが発生することで、全波整流回路１２０に流れていた電流が流れなくなる。従って、梁１０４の変形方向が切り換わるタイミング（梁１０４の変位の大きさがピークとなるタイミング）は、圧電部材１０８から全波整流回路１２０に電流が流れなくなるタイミングと一致する。そこで、図１２に示したように、電流検出回路１５０を用いて、全波整流回路１２０に流れる電流を検出して、電流が流れなくなったことを検出したら、そのタイミングから、梁１０４の固有振動周期のときに、所定期間（例えば、ＬＣ共振回路の共振周期Ｔの１／２の時間）だけ、スイッチＳＷをＯＮしてやればよい。
図１３（ｃ）には、電流検出回路１５０をＯＮする（電流検出動作をさせる）期間が示されている。また、図１３（ｄ）には、スイッチＳＷをＯＮ／ＯＦＦするタイミングが示されている。電流検出回路１５０は、例えば、所与のタイミングでＯＮして全波整流回路１２０に流れる電流が流れなくなるタイミングを検出し、検出したらＯＦＦする（電流検出動作を終了する）。スイッチＳＷは、電流検出回路１５０により検出された、全波整流回路１２０に電流が流れなくなるタイミングから所定期間（Ｔ／２）だけＯＮし、その後は、梁１０４の固有振動周期が経過するときに所定期間（Ｔ／２）だけＯＮする。
図１３（ｅ）には、インダクターＬを流れる電流と、全波整流回路１２０を流れる電流とが示されている。図１３（ｅ）に示されるように、スイッチＳＷをＯＮにする度に、圧電部材１０８内の電荷がインダクターＬを流れて、圧電部材１０８内の正負の電荷の配置が入れ代わる。そして、電荷の配置が入れ代わった状態から圧電部材１０８が変形することで、圧電部材１０８の端子間には図１３（ｆ）に示すような電圧波形が発生する。この電圧波形は、図２（ｄ）を用いて前述した電圧波形と同じであるため、ここでは説明を省略する。その結果、図１３（ｄ）に示されるように、圧電部材１０８で発生する電流Ｉｐｚｔを効率よく蓄電素子Ｃ１に蓄えることが可能となる。
図１４に、電流検出回路１５０の構成ブロック図を例示する。また、図１５に、電流検出回路１５０の各部の出力波形の一例を示す。
電流検出器１５２は一般的に知られている、例えばホール素子型電流センサーやシャント抵抗などを用いることが出来る。しかし、発電効率を悪化させないためには、シャント抵抗のように、回路内へ抵抗素子を入れることは望ましくないため、ホール素子型電流センサーのような非接触での検出が可能なセンサーを選択することが望ましい。
増幅回路１５４は、電流検出器１５２の出力信号（Ｉｄ）を所定のゲインで増幅する。
絶対値回路１５６は、増幅回路１５４の出力信号（Ｉｄａｍｐ）の絶対値信号を出力する。
増幅回路１５４、絶対値回路１５６は必須の回路ではなく、比較器１５８による電流有無の検出が容易に行えるように入れてある。
比較器１５８は、絶対値回路１５６の出力信号（Ｉａｂｓ）を２値化（パルス化）して出力する。この比較器１５８の出力信号（Ｉｐｌｓ）の立ち下がりエッジのタイミングで、全波整流回路１２０に流れる電流が０になる。なお、電流が０ではなく、少し流れている状態で検出するようにしてもよい。これは無電流時にノイズ等で比較器１５８が誤動作を起こすことを防止するためである。ここでの余裕を多くとると検出タイミングがずれることにより発電効率が悪化するので、出来るだけノイズを低減し、電流が０に近いタイミングで検出することが望ましい。
図１６は、第２実施例の発電装置１００におけるスイッチＳＷのＯＮ／ＯＦＦを切り換えるスイッチ制御処理を示したフローチャートである。この処理は、例えば、制御回路１１２に内蔵されたＣＰＵによって実行される。
まず、発電装置を設置した後、発電装置が発電動作を開始する初期動作時に、制御回路１１２のＣＰＵは、振動検出部１４０（電流検出回路１５０）をＯＮにして、梁１０４の振動検出を開始させる（ステップＳ１００）。
次に、制御回路１１２のＣＰＵは、振動検出部１４０（電流検出回路１５０）の出力信号をモニターし、梁１０４の変位がピークか否かを判断する（ステップＳ１０２）。具体的には、制御回路１１２のＣＰＵは、電流検出回路１５０の出力信号（Ｉｐｌｓ）の立ち下がりエッジを検出したタイミングで梁１０４の変位がピークのタイミング（梁１０４の変形方向が切り換わるタイミング）であると判断する。そして、制御回路１１２のＣＰＵは、梁１０４の変位がピークとなるタイミングを検出すると、振動検出部１４０（電流検出回路１５０）をＯＦＦにして、梁１０４の振動検出を終了させるとともに（ステップＳ１０４）、スイッチＳＷをＯＮにする（ステップＳ１０６）。
制御回路１１２のＣＰＵは、以降は、図１０のステップＳ１０〜Ｓ１８と同様の処理を繰り返し行う。すなわち、制御回路１１２のＣＰＵは、スイッチＳＷをＯＮにした後、第１タイマーと第２タイマーをスタートする（ステップＳ１０８）。
そして、制御回路１１２のＣＰＵは、第１タイマーが設定時間を計時するまで（ＬＣ共振回路の共振周期の１／２の時間が経過するまで）待機し（ステップＳ１１０のＮ）、第１タイマーが設定時間を計時すると（ステップＳ１１０のＹ）、スイッチＳＷをＯＦＦする（ステップＳ１１２）。
続いて、制御回路１１２のＣＰＵは、第２タイマーが設定時間を計時するまで（梁１０４の固定振動周期と一致する時間が経過するまで）待機し（ステップＳ１１４のＮ）、第２タイマーが設定時間を計時すると（ステップＳ１１４のＹ）、再びスイッチＳＷをＯＮし（ステップＳ１０６）、上述したステップＳ１０８以降の一連の処理を繰り返す。
以上のようにしてＬＣ共振回路のスイッチＳＷのＯＮ／ＯＦＦを行えば、発電装置１００の初期動作時に、最適なタイミングでスイッチＳＷがＯＮするように調整し、以降はそのタイミングを保持しながらスイッチＳＷのＯＮ／ＯＦＦを切り換えることができる。従って、少なくとも、その後、梁１０４が振動を継続する間は、発電効率を高めることができる。
なお、図１６のフローチャートでは、発電装置１００の初期動作時に１回のみステップＳ１００〜Ｓ１０４の処理（梁１０４の振動検出処理）を行っている。しかし、例えば、
制御回路１１２のＣＰＵは、外部からのイベント信号を受信するまで待機し、イベント信号を受信するときに、ステップＳ１００〜Ｓ１０４の処理を行うようにしてもよい。例えば、発電装置１００を車両に搭載し、車両のエンジンのＯＮ／ＯＦＦに連動して環境振動の発生と停止が繰り返されるような場合、発電装置１００が環境振動の発生開始時（例えば、エンジン始動時）にイベント信号を受信することで、高い発電効率を維持することができる。
以上に説明したように、第２実施例の発電装置１００によれば、所与のタイミングで梁１０４の振動状態を検出し、検出結果に基づいてスイッチＳＷをＯＮにするタイミングを制御することで、ＬＣ共振回路を形成させるタイミングを、圧電部材１０８の変形方向が切り換わるタイミングと一致する適切なタイミングに調整することができる。そして、調整後は、梁１０４の固有振動周期の情報に基づいてスイッチＳＷを所定周期で所定期間にＯＮＯＦＦにすることで、適切なタイミングを維持しながら周期的にＬＣ共振回路を形成させることができるので、圧電部材１０８内に効率よく電荷を蓄積することが可能となる。これにより、圧電部材１０８の端子間の電圧を効率よく昇圧させ、発電効率を高めている。
Ｃ．第３実施例
第２実施例の発電装置１００では、全波整流回路１２０に流れる電流を検出することで、梁１０４の変形方向が切り換わるタイミングを判断しているが、全波整流回路１２０に流れる電流は微小であるため、正確な判断が難しい場合もある。また、前述したように、圧電部材１０８の端子間の電圧ＶｇｅｎはＶＣ１と２Ｖｆとの和の電圧でクリップされるため、Ｖｇｅｎのピークを検出することはできない。そこで、第３実施例の発電装置１００では、梁１０４に第２の圧電部材を設け、この第２の圧電部材で発生する電圧のピークを検出することで、スイッチＳＷのＯＮ／ＯＦＦを制御する。
図１７は、第３実施例の発電装置１００の構造を示した説明図である。図１７（ａ）には、発電装置１００の機械的な構造が示されており、図１７（ｂ）には電気的な構造が示されている。図１７において、第１実施例（図１）と同様の構成には同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。
図１７（ａ）に示すように、第３実施例の発電装置１００では、梁１０４の表面に圧電部材１０８（第１の圧電部材）が取り付けられるとともに、梁１０４の裏面に圧電部材１１０（第２の圧電部材）が取り付けられている。圧電部材１０８の表面には第１電極（上部電極）１０９ａ、第２電極（下部電極）１０９ｂが設けられており、圧電部材１１０の表面にも同様に、第１電極（上部電極）１１１ａ、第２電極（下部電極）１１１ｂが設けられている。図１７（ａ）に示す例では、圧電部材１０８と圧電部材１１０とは同じ形状を有しているが、必ずしも同じ形状でなくてもよい。例えば、圧電部材１０８が梁１０４に対して設置可能な最大の長さと幅であれば、圧電部材１０８の発電量は大きくなる。一方、圧電部材１１０が設置可能な最小の幅（梁１０４の短手方向への長さ）であれば、圧電部材１１０による梁１０４の変位抵抗が低減するため、発電効率が良くなる。
梁１０４が振動すると、梁１０４の表面に取り付けられた圧電部材１０８および圧電部材１１０には、圧縮力および引張力が交互に作用する。すると、それぞれの圧電部材１０８，１１０は圧電効果によって正負の電荷を発生し、その電荷が第１電極１０９ａ，１１１ａ、および第２電極１０９ｂ、１１１ｂに現れる。すなわち、梁１０４が変形すると、圧電部材１１０も圧電部材１０８と同様に変形するので、圧電部材１１０の内部にも、圧電部材１０８と全く同様の電流Ｉｐｚｔおよび起電力Ｖｐｚｔが発生する。
図１７（ｂ）には、第３実施例の発電装置１００の回路図が例示されている。図１７（
ｂ）に示すように、第３実施例の発電装置１００でも、第１実施例と同じく、圧電部材１０８の第１電極１０９ａと第２電極１０９ｂの間に、インダクターＬとスイッチＳＷが直列に接続されており、スイッチＳＷのＯＮ／ＯＦＦは制御回路１１２により行われる。また、圧電部材１０８の第１電極１０９ａと第２電極１０９ｂは全波整流回路１２０に接続されており、全波整流回路１２０には蓄電素子Ｃ１が接続されている。
一方、圧電部材１１０は、制御回路１１２がスイッチＳＷをＯＮするタイミングを決定するために設けられており、圧電部材１１０に設けられた第１電極１１１ａおよび第２電極１１１ｂは、電圧検出回路１６０に接続されている。なお、圧電部材１１０も、圧電部材１０８と同様に、電気的には、電流源と、電荷を蓄えるコンデンサーＣ２として表すことができる。圧電部材１０８と圧電部材１１０の大きさや厚さの違い等により、コンデンサーＣ０とＣ２の容量値は異なっていてもよい。
図１８は、圧電部材１１０が発生する電圧を検出することによって、梁１０４の変形方向が切り換わるタイミングを決定できる理由を示す説明図である。図１８（ａ）には、梁１０４の変位が示されている。また、図１８（ｂ）には、梁１０４の振動に伴って、圧電部材１０８及び圧電部材１１０が発生させる電流Ｉｐｚｔと起電力Ｖｐｚｔとが変化する様子が示されている。
梁１０４の変位の大きさがピークとなるタイミング（すなわち、梁１０４の変形方向が切り換わるタイミング）では、圧電部材１０８及び圧電部材１１０が発生する起電力Ｖｐｚｔもピークとなる。しかし、圧電部材１０８が変形によって発生する電荷は、インダクターＬによって引き抜かれたり、蓄電素子Ｃ１に流れたりするため、圧電部材１０８の端子間の電圧Ｖｇｅｎは起電力Ｖｐｚｔと一致しない。そのため、Ｖｇｅｎのピークは梁１０４の変形方向が切り換わるタイミングと一致しない。これに対して、圧電部材１１０は、インダクターＬや蓄電素子Ｃ１と接続されていないため、電荷の増減が圧電部材１１０の端子間の電圧（第１電極１１１ａと第２電極１１１ｂとの間の電圧）Ｖｇｅｎ２の変化に直接反映される。このため、図１８（ｃ）に示すように、圧電部材１１０の端子間の電圧Ｖｇｅｎ２は起電力Ｖｐｚｔと一致する。従って、Ｖｇｅｎ２のピークは梁１０４の変形方向が切り換わるタイミングと一致する。そこで、図１７（ｂ）に示したように、電圧検出回路１６０を用いて、圧電部材１１０の端子間の電圧Ｖｇｅｎ２のピークを検出したら、そのタイミングから、スイッチ周期情報１３２に設定された所定周期（梁１０４の固有振動周期）のときに、所定期間（例えば、ＬＣ共振回路の共振周期Ｔの１／２の時間）だけ、スイッチＳＷをＯＮしてやればよい。
図１８（ｄ）には、電圧検出回路１６０をＯＮする（電圧検出動作をさせる）期間が示されている。また、図１８（ｅ）には、スイッチＳＷをＯＮ／ＯＦＦするタイミングが示されている。電圧検出回路１６０は、例えば、所与のタイミングでＯＮしてＶｇｅｎ２がピークとなるタイミングを検出し、検出したらＯＦＦする（電圧検出動作を終了する）。スイッチＳＷは、電圧検出回路１６０により検出された、Ｖｇｅｎ２がピークとなるタイミングから所定期間（Ｔ／２）だけＯＮし、その後は、梁１０４の固有振動周期が経過するときに所定期間（Ｔ／２）だけＯＮする。
そして、このスイッチＳＷのＯＮ／ＯＦＦにより、圧電部材１０８の端子間には図１８（ｆ）に示すような電圧波形が発生する。その結果、圧電部材１０８で発生する電流Ｉｐｚｔを効率よく蓄電素子Ｃ１に蓄えることが可能となる。
図１９に、電圧検出回路１６０の構成ブロック図を例示する。また、図２０に、電圧検出回路１６０の各部の出力波形の一例を示す。
電圧検出器１６２は、圧電部材１１０の端子間の電圧Ｖｇｅｎ２を検出する。
微分回路１６４は、電圧検出器１６２の出力信号（Ｖｄ）を微分する。微分回路１６４の出力信号（Ｖｄｉｆｆ）の０クロスのタイミングが、Ｖｇｅｎ２がピークとなるタイミングと一致する。
比較器１６６は微分回路１６４の出力信号（Ｖｄｉｆｆ）を２値化（パルス化）して出力する。この比較器１６６の出力信号（Ｖｐｌｓ）の立ち上がりエッジ又は立ち下がりエッジのタイミングで、Ｖｇｅｎ２がピークとなる。図２０（ｅ）では、比較器１６６の出力信号（Ｖｐｌｓ）の立ち上がりエッジのタイミングでＶｇｅｎ２がピークとなる。
なお、第３実施例の発電装置１００におけるスイッチＳＷのＯＮ／ＯＦＦを切り換えるスイッチ制御処理のフローチャートは、第２実施例（図１６）と同様である。ただし、第３実施例の発電装置１００では、制御回路１１２のＣＰＵは、図１６のステップＳ１００において電圧検出回路１６０をＯＮにし、ステップＳ１０２において、電圧検出回路１６０の出力信号をモニターし、梁１０４の変位がピークか否かを判断する。具体的には、制御回路１１２のＣＰＵは、電圧検出回路１６０の出力信号（Ｖｐｌｓ）の立ち上がりエッジ又は立ち下がりエッジを検出したタイミングで梁１０４の変位がピークのタイミング（梁１０４の変形方向が切り換わるタイミング）であると判断する。そして、制御回路１１２のＣＰＵは、梁１０４の変位がピークとなるタイミングを検出すると、電圧検出回路１６０をＯＦＦにして、梁１０４の振動検出を終了させるとともに（ステップＳ１０４）、スイッチＳＷをＯＮにする（ステップＳ１０６）。
なお、圧電部材１１０、第１電極１１１ａ、第２電極１１１ｂ、電圧検出回路１６０が、図１１の振動検出部１４０に相当する。
以上に説明したように、第３実施例の発電装置１００によれば、所与のタイミングで、圧電部材１１０の端子間の電圧を検出し、検出結果に基づいてスイッチＳＷをＯＮにするタイミングを制御することで、ＬＣ共振回路を形成させるタイミングを、圧電部材１０８の変形方向が切り換わるタイミングと一致する適切なタイミングに調整することができる。そして、調整後は、梁１０４の固有振動周期の情報に基づいてスイッチを所定周期で所定期間にだけＯＮにすることで、適切なタイミングを維持しながら周期的にＬＣ共振回路を形成させることができるので、圧電部材１０８内に効率よく電荷を蓄積することが可能となる。これにより、圧電部材１０８の端子間の電圧を効率よく昇圧させ、発電効率を高めている。
Ｄ．第４実施例
第２実施例や第３実施例の発電装置１００では、初期動作時や外部からのイベント信号をトリガとしてスイッチＳＷをＯＮするタイミングを決定し、以後は、スイッチ周期情報１３２に設定された所定周期（梁１０４の固有振動周期）のときに、所定期間（例えば、ＬＣ共振回路の共振周期Ｔの１／２の時間）にだけスイッチＳＷをＯＮしている。しかしながら、スイッチ周期情報１３２に設定された所定周期が梁１０４の固有振動周期とわずかにずれていると、発電装置１００が動作を開始してからスイッチＳＷがＯＮするタイミングと梁１０４の変形方向が切り換わるタイミングとが徐々に一致しなくなり、発電効率が低下する可能性がある。また、発電装置１００を環境振動が継続しないような場所に設置した場合、梁１０４の振動が停止した後、振動を再開すると、スイッチＳＷがＯＮするタイミングと梁１０４の変形方向が切り換わるタイミングとが一致しなくなり、発電効率が低下する場合もある。
そこで、第４実施例の発電装置１００では、所定の周期で、振動検出部１４０をＯＮし
、スイッチＳＷがＯＮするタイミングと梁１０４の変形方向が切り換わるタイミングとを一致させる。
第４実施例の発電装置１００は、機械的な構造や電気的な構造については第２実施例又は第３実施例と同様であり、スイッチＳＷのＯＮ／ＯＦＦを切り換えるスイッチ制御処理のみが異なるため、以下ではスイッチ制御処理についてのみ説明する。
図２１は、第４実施例の発電装置１００におけるスイッチＳＷのＯＮ／ＯＦＦを切り換えるスイッチ制御処理を示したフローチャートである。この処理は、例えば、制御回路１１２に内蔵されたＣＰＵによって実行される。
まず、制御回路１１２のＣＰＵは、振動検出部１４０をＯＮにして、梁１０４の振動検出を開始させる（ステップＳ２００）。
次に、制御回路１１２のＣＰＵは、振動検出部１４０の出力信号をモニターし、梁１０４の変位がピークか否かを判断する（ステップＳ２０２）。そして、制御回路１１２のＣＰＵは、梁１０４の変位がピークとなるタイミングを検出すると（ステップＳ２０２のＹ）、振動検出部１４０をＯＦＦにして、梁１０４の振動検出を終了させるとともに（ステップＳ２０４）、制御回路１１２に内蔵された図示しない第３タイマーをスタートする（ステップＳ２０６）。第３タイマーは、あらかじめ設定された時間（例えば、数時間）を計時する。この設定時間は、スイッチＳＷがＯＮするタイミングと梁１０４の変形方向が切り換わるタイミングとがずれる周期の長さや、環境振動が停止する頻度等に応じて、適切な時間が決められる。なお、この設定時間は、メモリー１３０に記憶して書き換え可能にしておいてもよいし、不変でもよければメモリー１３０に記憶しておかなくてもよい。
続いて、制御回路１１２のＣＰＵは、スイッチＳＷをＯＮし（ステップＳ２０８）、第１タイマーと第２タイマーをスタートする（ステップＳ２１０）。
そして、制御回路１１２のＣＰＵは、第１タイマーが設定時間を計時するまで（ＬＣ共振回路の共振周期の１／２の時間が経過するまで）待機し（ステップＳ２１２のＮ）、第１タイマーが設定時間を計時すると（ステップＳ２１２のＹ）、スイッチＳＷをＯＦＦする（ステップＳ２１４）。
続いて、制御回路１１２のＣＰＵは、第３タイマーが設定時間を計時したか否かを判断する（ステップＳ２１６）。第３タイマーが設定時間を計時していなければ（ステップＳ２１６のＮ）、第２タイマーが設定時間を計時するまで（梁１０４の固定振動周期と一致する時間が経過するまで）待機し（ステップＳ２１８のＮ）、第２タイマーが設定時間を計時すると（ステップＳ２１８のＹ）、再びスイッチＳＷをＯＮし（ステップＳ２０８）、上述したステップＳ２１０以降の一連の処理を繰り返す。
一方、第３タイマーが設定時間を計時していれば（ステップＳ２１６のＹ）、制御回路１１２のＣＰＵは、再び、振動検出部１４０をＯＮにして、梁１０４の振動検出を開始させ（ステップＳ２００）、上述したステップＳ２０２以降の一連の処理を繰り返す。
以上のようにしてＬＣ共振回路のスイッチＳＷのＯＮ／ＯＦＦを行えば、周期的に、最適なタイミングでスイッチＳＷがＯＮするように調整することができるので、より高い発電効率を維持することができる。
Ｅ．第５実施例
第２実施例、第３実施例、第４実施例の発電装置１００では、梁１０４の固有振動周期
が不変であるものとしているが、実際には、発電装置１００を長期間使用していると、梁１０４に錆びが付く等して梁１０４の重さがわずかに変化し、あるいは梁１０４と支持端１０２との固定部分（梁１０４の根元）が経時劣化するなどして、梁１０４の振動周期がわずかに変化することが考えられる。これにより、スイッチ周期情報１３２に設定された所定周期と梁１０４の振動周期とが一致しなくなると、スイッチＳＷがＯＮするタイミングと梁１０４の変形方向が切り換わるタイミングとが徐々に一致しなくなり、発電効率が低下することが考えられる。
そこで、第５実施例の発電装置１００では、所定の周期で、梁１０４の振動周期を計測し、計測結果に応じてスイッチＳＷの切り換え周期を更新する。
第５実施例の発電装置１００は、機械的な構造や電気的な構造については第２実施例、第３実施例又は第４実施例と同様であり、制御回路１１２によるスイッチＳＷの切り換え周期の更新処理のみが異なるため、以下ではスイッチＳＷの切り換え周期の更新処理についてのみ説明する。
第５実施例の発電装置１００では、制御回路１１２は、所定の周期で、所定時間に振動検出部１４０をＯＮし、振動検出部１４０の出力信号から梁１０４の振動周期を計測する。そして、制御回路１１２は、計測した振動周期でスイッチ周期情報１３２を更新する。
図２２に、振動検出部１４０を電流検出回路１５０として実現した場合の、スイッチＳＷの切り換え周期の更新処理における電流検出回路１５０の各部の出力波形の一例を示す。制御回路１１２は、例えば、電流検出回路１５０の出力信号（Ｉｐｌｓ）の立ち下がりエッジが最低２回発生するまで、電流検出回路１５０の検出動作を継続させ、電流検出回路１５０の出力信号（Ｉｐｌｓ）の立ち下がりエッジ間の時間を計測する。この立ち下がりエッジ間の時間が、梁１０４の振動周期の１／２の時間と一致する。なお、梁１０４の振動周期の計測精度を高めるためには、電流検出回路１５０の検出動作時間を長くして、電流検出回路１５０の出力信号（Ｉｐｌｓ）の各立ち下がりエッジ間の時間を平均等すればよい。
また、図２３に、振動検出部１４０を圧電部材１１０（第２の圧電部材）と電圧検出回路１６０を用いて実現した場合の、スイッチＳＷの切り換え周期の更新処理における電圧検出回路１６０の各部の出力波形の一例を示す。制御回路１１２は、例えば、電圧検出回路１６０の出力信号（Ｖｐｌｓ）の立ち上がりエッジ又は立ち下がりエッジが最低２回発生するまで、電圧検出回路１６０の検出動作を継続させ、電圧検出回路１６０の出力信号（Ｖｐｌｓ）の立ち上がりエッジ間又は立ち下がりエッジ間の時間を計測する。この立ち上がりエッジ間又は立ち下がりエッジ間の時間が、梁１０４の振動周期と一致する。なお、梁１０４の振動周期の計測精度を高めるためには、電圧検出回路１６０の検出動作時間を長くして、電圧検出回路１６０の出力信号（Ｖｐｌｓ）の各立ち上がりエッジ間又は立ち下がりエッジ間の時間を平均等すればよい。
図２４は、第５実施例の発電装置１００におけるスイッチＳＷの切り換え周期の更新処理を示したフローチャートである。この処理は、例えば、制御回路１１２に内蔵されたＣＰＵによって実行される。
まず、制御回路１１２のＣＰＵは、第４タイマーをスタートし（ステップＳ３００）、第４タイマーが設定時間を計時するまで待機する（ステップＳ３０２のＮ）。第４タイマーは、あらかじめ設定された時間（例えば、数ヶ月）を計時する。この設定時間は、梁１０４が経時劣化により重さ等が所定量以上変化するのに要する時間等に応じて、適切な時間が決められる。なお、この設定時間は、メモリー１３０に記憶して書き換え可能にして
おいてもよいし、不変でもよければメモリー１３０に記憶しておかなくてもよい。
第４タイマーが設定時間を計時すると（ステップＳ３０２のＹ）、制御回路１１２のＣＰＵは、振動検出部１４０をＯＮにして、梁１０４の振動検出を開始させる（ステップＳ３０４）。そして、制御回路１１２のＣＰＵは、振動検出部１４０の出力信号をモニターして梁１０４の振動周期を計測し、梁１０４の振動周期の計測を終了すると（ステップＳ３０６のＹ）、振動検出部１４０をＯＦＦにして梁１０４の振動検出を終了させる（ステップＳ３０８）。
そして、制御回路１１２のＣＰＵは、第２タイマーの設定時間（スイッチＳＷをＯＮする周期）を、計測した梁１０４の振動周期に更新し（ステップＳ３１０）、上述した一連の処理を繰り返す。
なお、このスイッチＳＷの切り換え周期の更新処理において、スイッチＳＷがＯＮするタイミングを梁１０４の変形方向が切り換わるタイミングと一致させる処理を同時に行ってもよい。
以上のようにして、周期的にスイッチＳＷの切り換え周期を更新すれば、スイッチＳＷがＯＮするタイミングと梁１０４の変形方向が切り換わるタイミングとのずれを補正し、高い発電効率を維持することができる。
Ｆ．変形例：
Ｆ−１．第１変形例：
上述した第２実施例では、電流検出回路１５０内に、ホール素子などの電流検出センサーが設けられており、この出力を処理することによって、電流が流れなくなったタイミングを検出するものとして説明した。しかし、全波整流回路１２０を構成するダイオードＤ１〜Ｄ４の一部をフォトカプラーに変更して、フォトカプラーによって電流の有無を直接検出してもよい。
例えば、ダイオードＤ２およびダイオードＤ４をフォトカプラーに変更してもよいし、ダイオードＤ１およびダイオードＤ３をフォトカプラーに変更してもよい。あるいは、ダイオードＤ１およびダイオードＤ４をフォトカプラーに変更してよいし、ダイオードＤ２およびダイオードＤ３をフォトカプラーに変更してもよい。こうすれば、全波整流回路１２０に電流が流れている間は、何れかのフォトカプラーによって、そのことを検出することができる。このため電流検出回路１５０は、全波整流回路１２０に電流が流れなくなったことを直ちに検出することができる。その結果、前述したように、ホール素子などの電流検出センサーを搭載したり、センサーの出力を増幅して絶対値を求めたり、得られた絶対値を閾値と比較すると言った複雑な処理を行うことなく、適切なタイミングでスイッチＳＷをＯＮにすることが可能となる。
あるいは、圧電部材１０８の第１電極１０９ａおよび第２電極１０９ｂと全波整流回路１２０との間にフォトカプラーを挿入することによって、全波整流回路１２０に流れる電流の有無を検出するようにしても良い。
Ｆ−２．第２変形例：
また、上述した第２実施例から第５実施例では、振動検出部１４０として、電流検出回路１５０や、圧電部材１１０と電圧検出回路１６０を用いた構成を例に挙げて説明したが、振動検出部１４０はその他の構成であってもよい。例えば、光学式、超音波式、渦電流式、静電容量式等の非接触型の近接センサーや接触型のセンサーを用いて、梁１０４の振動（変位）を直接的に検出してもよい。
Ｆ−３．第３変形例：
第１実施例では、制御回路１１２は、最初にスイッチＳＷをＯＮした後、スイッチ周期情報１３２に設定された所定周期でスイッチＳＷをＯＮしながら、スイッチＳＷがＯＮしてから所定期間経過後にスイッチＳＷをＯＦＦしているが、最初にスイッチをＯＦＦした後、スイッチ周期情報１３２に設定された所定周期でスイッチＳＷをＯＦＦしながら、スイッチＳＷがＯＦＦしてから所定期間が経過するとスイッチＳＷをＯＮするように変形してもよい。例えば、制御回路１１２は、梁１０４の固有振動周期と一致する周期でスイッチＳＷをＯＦＦしながら、スイッチＳＷをＯＦＦしてから（梁１０４の固有振動周期−ＬＣ共振回路の共振周期Ｔの１／２）に相当する時間の経過後にスイッチＳＷをＯＮにするようにしてもよい。
図２５は、本変形例におけるスイッチＳＷのＯＮ／ＯＦＦを切り換えるスイッチ制御処理を示したフローチャートである。この処理は、例えば、制御回路１１２に内蔵されたＣＰＵによって実行される。
スイッチ制御処理を開始すると、制御回路１１２のＣＰＵは、スイッチＳＷをＯＦＦにした後（ステップＳ５０）、制御回路１１２に内蔵された図示しない第１タイマーと第２タイマーをスタートする（ステップＳ５２）。第１タイマーは、あらかじめ設定された時間、本変形例では、（梁１０４の固有振動周期−ＬＣ共振回路の共振周期の１／２）と一致する時間を計時する。なお、この設定時間は、メモリー１３０に記憶して書き換え可能にしておいてもよいし、不変でもよければメモリー１３０に記憶しておかなくてもよい。第２タイマーは、スイッチ周期情報１３２に設定された時間、本変形例では、梁１０４の固定振動周期と一致する時間を計時する。
そして、制御回路１１２のＣＰＵは、第１タイマーが設定時間を計時するまで（（梁１０４の固有振動周期−ＬＣ共振回路の共振周期の１／２）と一致する時間が経過するまで）待機し（ステップＳ５４のＮ）、第１タイマーが設定時間を計時すると（ステップＳ５４のＹ）、スイッチＳＷをＯＮする（ステップＳ５６）。
続いて、制御回路１１２のＣＰＵは、第２タイマーが設定時間を計時するまで（梁１０４の固定振動周期と一致する時間が経過するまで）待機し（ステップＳ５８のＮ）、第２タイマーが設定時間を計時すると（ステップＳ５８のＹ）、再びスイッチＳＷをＯＦＦし（ステップＳ５０）、上述した一連の処理を繰り返す。
Ｆ−４．第４変形例：
第２実施例及び第３実施例では、制御回路１１２は、振動検出部１４０の検出結果に基づいてスイッチＳＷをＯＮするタイミングを決定した後、スイッチ周期情報１３２に設定された所定周期で所定期間だけスイッチＳＷをＯＮしているが、振動検出部１４０の検出結果に基づいてスイッチＳＷをＯＦＦするタイミングを決定した後、スイッチ周期情報１３２に設定された所定周期で所定期間だけスイッチＳＷをＯＦＦするように変形してもよい。例えば、制御回路１１２は、所与のタイミングで、振動検出部１４０の検出結果に基づいて、梁１０４の変形方向が切り換わらないとき（例えば、梁１０４の変形方向が切り換わるタイミングからＬＣ共振回路の共振周期Ｔの１／２に相当する時間の経過後）に、所定期間（例えば、（梁１０４の固有振動周期−Ｔ／２）に相当する期間）だけスイッチＳＷをＯＦＦし、以降は、梁１０４の固有振動周期と一致する周期で当該所定時間にだけスイッチＳＷをＯＦＦするようにしてもよい。
図２６は、本変形例におけるスイッチＳＷのＯＮ／ＯＦＦを切り換えるスイッチ制御処理を示したフローチャートである。この処理は、例えば、制御回路１１２に内蔵されたＣ
ＰＵによって実行される。
まず、制御回路１１２のＣＰＵは、図１６のステップＳ１００，Ｓ１０２，Ｓ１０４と同様に、ステップＳ１５０，Ｓ１５２，Ｓ１５４の処理を順番に行う。
次に、制御回路１１２のＣＰＵは、第３タイマーをスタートする（ステップＳ１５６）。第３タイマーは、あらかじめ設定された時間、本変形例では、ＬＣ共振回路の共振周期の１／２と一致する時間を計時する。なお、この設定時間は、メモリー１３０に記憶して書き換え可能にしておいてもよいし、不変でもよければメモリー１３０に記憶しておかなくてもよい。
制御回路１１２のＣＰＵは、第３タイマーが設定時間を計時するまで（ＬＣ共振回路の共振周期の１／２の時間が経過するまで）待機し（ステップＳ１５８のＮ）、第３タイマーが設定時間を計時すると（ステップＳ１５８のＹ）、スイッチＳＷをＯＦＦにした後（ステップＳ１６０）、第１タイマーと第２タイマーをスタートする（ステップＳ１６２）。第１タイマーは、あらかじめ設定された時間、本変形例では、（梁１０４の固有振動周期−ＬＣ共振回路の共振周期の１／２）と一致する時間を計時する。なお、この設定時間は、メモリー１３０に記憶して書き換え可能にしておいてもよいし、不変でもよければメモリー１３０に記憶しておかなくてもよい。第２タイマーは、スイッチ周期情報１３２に設定された時間、本実施例では、梁１０４の固定振動周期と一致する時間を計時する。
そして、制御回路１１２のＣＰＵは、第１タイマーが設定時間を計時するまで（（梁１０４の固有振動周期−ＬＣ共振回路の共振周期の１／２）と一致する時間が経過するまで）待機し（ステップＳ１６４のＮ）、第１タイマーが設定時間を計時すると（ステップＳ１６４のＹ）、スイッチＳＷをＯＮする（ステップＳ１６６）。
続いて、制御回路１１２のＣＰＵは、第２タイマーが設定時間を計時するまで（梁１０４の固定振動周期と一致する時間が経過するまで）待機し（ステップＳ１６８のＮ）、第２タイマーが設定時間を計時すると（ステップＳ１６８のＹ）、再びスイッチＳＷをＯＦＦし（ステップＳ１６０）、上述したステップＳ１６２以降の一連の処理を繰り返す。
なお、図２６のフローチャートにおいて、第１タイマー又は第２タイマーを第３タイマーとして利用してもよい。
Ｆ−５．第５変形例：
第４実施例も、第２実施例及び第３実施例の場合と同様に、制御回路１１２は、振動検出部１４０の検出結果に基づいてスイッチＳＷをＯＦＦするタイミングを決定した後、スイッチ周期情報１３２に設定された所定周期で所定期間だけスイッチＳＷをＯＦＦするように変形してもよい。
図２７は、本変形例におけるスイッチＳＷのＯＮ／ＯＦＦを切り換えるスイッチ制御処理を示したフローチャートである。この処理は、例えば、制御回路１１２に内蔵されたＣＰＵによって実行される。
まず、制御回路１１２のＣＰＵは、図２１のステップＳ２００，Ｓ２０２，Ｓ２０４と同様に、ステップＳ２５０，Ｓ２５２，Ｓ２５４の処理を順番に行う。
次に、制御回路１１２のＣＰＵは、第３タイマーと第４タイマーをスタートする（ステップＳ２５６）。第３タイマーは、あらかじめ設定された時間、本変形例では、ＬＣ共振回路の共振周期の１／２と一致する時間を計時する。なお、この設定時間は、メモリー１
３０に記憶して書き換え可能にしておいてもよいし、不変でもよければメモリー１３０に記憶しておかなくてもよい。第４タイマーは、あらかじめ設定された時間（例えば、数時間）を計時する。この設定時間は、スイッチＳＷがＯＮするタイミングと梁１０４の変形方向が切り換わるタイミングとがずれる周期の長さや、環境振動が停止する頻度等に応じて、適切な時間が決められる。なお、この設定時間は、メモリー１３０に記憶して書き換え可能にしておいてもよいし、不変でもよければメモリー１３０に記憶しておかなくてもよい。
制御回路１１２のＣＰＵは、第３タイマーが設定時間を計時するまで（ＬＣ共振回路の共振周期の１／２の時間が経過するまで）待機し（ステップＳ２５８のＮ）、第３タイマーが設定時間を計時すると（ステップＳ２５８のＹ）、スイッチＳＷをＯＦＦにする（ステップＳ２６０）。
続いて、制御回路１１２のＣＰＵは、第４タイマーが設定時間を計時したか否かを判断する（ステップＳ２６２）。第４タイマーが設定時間を計時していなければ（ステップＳ２６２のＮ）、第１タイマーと第２タイマーをスタートする（ステップＳ２６４）。第１タイマーは、あらかじめ設定された時間、本変形例では、（梁１０４の固有振動周期−ＬＣ共振回路の共振周期の１／２）と一致する時間を計時する。なお、この設定時間は、メモリー１３０に記憶して書き換え可能にしておいてもよいし、不変でもよければメモリー１３０に記憶しておかなくてもよい。第２タイマーは、スイッチ周期情報１３２に設定された時間、本実施例では、梁１０４の固定振動周期と一致する時間を計時する。
そして、制御回路１１２のＣＰＵは、第１タイマーが設定時間を計時するまで（（梁１０４の固有振動周期−ＬＣ共振回路の共振周期の１／２）と一致する時間が経過するまで）待機し（ステップＳ２６６のＮ）、第１タイマーが設定時間を計時すると（ステップＳ２６６のＹ）、スイッチＳＷをＯＮする（ステップＳ２６８）。
続いて、制御回路１１２のＣＰＵは、第２タイマーが設定時間を計時するまで（梁１０４の固定振動周期と一致する時間が経過するまで）待機し（ステップＳ２７０のＮ）、第２タイマーが設定時間を計時すると（ステップＳ２７０のＹ）、再びスイッチＳＷをＯＦＦし（ステップＳ２６０）、上述したステップＳ２６２以降の一連の処理を繰り返す。
一方、第４タイマーが設定時間を計時していれば（ステップＳ２６２のＹ）、制御回路１１２のＣＰＵは、再び、振動検出部１４０をＯＮにして、梁１０４の振動検出を開始させ（ステップＳ２５０）、上述したステップＳ２５２以降の一連の処理を繰り返す。
なお、図２７のフローチャートにおいて、第１タイマー又は第２タイマーを第３タイマーとして利用してもよい。
以上、本実施例あるいは変形例について説明したが、本発明はこれら本実施例あるいは変形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。
たとえば、上述した実施例では、圧電部材１０８が片持ち梁構造の梁１０４に取り付けられているものとして説明した。しかし、圧電部材１０８が取り付けられる部材は、振動などによって容易に繰り返し変形する部材であれば、どのような部材であっても構わない。たとえば、薄膜の表面に圧電部材１０８を取り付けても良いし、弦巻バネの側面に圧電部材１０８を取り付けても構わない。
また、本発明の発電装置は振動や移動に応じて発電するため、たとえば、橋梁や建築物
あるいは地すべり想定箇所などに発電装置を設置すれば地震などの災害時に発電し、電子機器などのネットワーク手段に必要時（災害時）に電源供給することもできる。
尚、電子機器に限らず、本発明の発電装置は小型化が可能であるため、あらゆる機器に設置することもできる。たとえば、車両や電車などの移動手段に本発明の発電装置を用いることで、移動に伴う振動により発電し、移動手段に備わる機器に効率良く電力供給することもできる。
このとき、あらゆる振動に対応するために、梁１０４の長さや錘１０６の重さが異なる複数の発電装置１００を移動手段に組み込んでもよい。たとえば、複数の発電装置１００が共通の支持端１０２に固定されている発電ユニットとして構成されていてもよい。
また、本発明の発電装置を電池の代わりにリモコン等の小型電子機器に組み込むこともできる。
さらに、特定の機器等に設置されるのではなく、本発明の発電装置が例えばボタン電池、乾電池と同じ形状であって、電子機器一般で使用されてもよい。このとき、振動によって蓄電素子への充電が可能であるため、電力が喪失した災害時でも電池として使用可能である。また、一次電池より寿命が長いため、ライフサイクルの観点で環境負荷低減を図ることができる。
本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。
１００…発電装置、１０２…支持端、１０４…梁、１０６…錘、１０８…圧電部材、１０９ａ…第１電極、１０９ｂ…第２電極、１１０…圧電部材、１１１ａ…第１電極、１１１ｂ…第２電極、１１２…制御回路、１２０…全波整流回路、１３０…メモリー、１３２…スイッチ周期情報、１４０…振動検出部、１５０…電流検出回路、１５２…電流検出器、１５４…増幅回路、１５６…絶対値回路、１５８…比較器、１６０…電圧検出回路、１６２…電圧検出器、１６４…微分回路、１６６…比較器、Ｌ…インダクター、Ｃ１…蓄電素子、Ｄ１〜Ｄ４…ダイオード、ＳＷ…スイッチ

Claims (13)

  1. 圧電部材を備え、変形方向を切り換えて変形する変形部材と、
    前記圧電部材と電気的に接続されるインダクターと、
    前記圧電部材と前記インダクターとの間に設けられたスイッチと、
    前記変形部材の、固有振動周期、寸法及び重量の少なくとも１つの情報を記憶する記憶部と、
    前記記憶部に記憶された前記情報に応じて、前記スイッチを導通状態とするタイミングもしくは非導通状態とするタイミングを制御する制御部と、を備える、発電装置。
  2. 前記変形部材の振動の状態を検出する振動検出部を備え、
    前記制御部は、
    前記振動検出部の検出結果に基づいて前記スイッチを導通状態にするタイミングを決定した後、前記記憶部に記憶された前記情報に応じたタイミングで前記スイッチを導通状態とする、もしくは、前記振動検出部の検出結果に基づいて前記スイッチを非導通状態にするタイミングを決定した後、前記記憶部に記憶された前記情報に応じたタイミングで前記スイッチを非導通状態とする、請求項１に記載の発電装置。
  3. 前記制御部は、
    前記振動検出部の検出結果に基づいて前記変形部材の変形方向が切り換わるタイミングで前記スイッチを導通状態とした後、前記記憶部に記憶された前記情報に応じたタイミングで前記スイッチを導通状態とする、もしくは、前記振動検出部の検出結果に基づいて前記変形部材の変形方向が切り換わらないとき、前記スイッチを非導通状態とした後、前記記憶部に記憶された前記情報に応じたタイミングで前記スイッチを非導通状態とする、請求項２に記載の発電装置。
  4. 前記圧電部材と前記インダクターとの間に設けられ、前記圧電部材が発生する電流を整流する整流回路を備え、
    前記振動検出部は、
    前記圧電部材から前記整流回路に流れる電流を検出する、請求項２又は３に記載の発電装置。
  5. 前記圧電部材を第１の圧電部材とし、
    前記変形部材に備えられ、前記第１の圧電部材とは異なる第２の圧電部材と、
    前記第２の圧電部材に設けられた一対の電極と、を備え、
    前記振動検出部は、
    前記第２の圧電部材に設けられた前記一対の電極の間の電圧を検出する、請求項２又は３に記載の発電装置。
  6. 前記振動検出部は、
    当該発電装置の初期動作時に、前記変形部材の振動の状態を検出する、請求項２乃至５のいずれかに記載の発電装置。
  7. 前記振動検出部は、
    当該発電装置の外部からイベント信号が入力されたタイミングで、前記変形部材の振動の状態を検出する、請求項２乃至６のいずれかに記載の発電装置。
  8. 前記振動検出部は、
    前記変形部材の振動の状態を検出した後、所与の時間が経過するときに、再び前記変形部材の振動の状態を検出する、請求項２乃至７のいずれかに記載の発電装置。
  9. 前記制御部は、
    前記振動検出部の検出結果に基づいて前記変形部材の振動周期を計測し、計測結果に基づいて、前記記憶部に記憶されている前記固有振動周期の情報を更新する、請求項２乃至８のいずれかに記載の発電装置。
  10. 前記制御部は、
    前記圧電部材の容量成分と前記インダクターとを含んで構成される共振回路の共振周期の半周期に相当する時間前記スイッチを導通状態とする、請求項１乃至９のいずれかに記載の発電装置。
  11. 請求項１乃至１０のいずれかに記載の発電装置を用いた電子機器。
  12. 請求項１乃至１０のいずれかに記載の発電装置を用いた移動手段。
  13. 圧電部材を備え、変形方向を切り換えて変形する変形部材と、前記圧電部材と電気的に接続されるインダクターと、前記圧電部材と前記インダクターとの間に設けられたスイッチと、前記変形部材の、固有振動周期、寸法及び重量の少なくとも１つの情報を記憶する記憶部と、を備える発電装置の制御方法であって、
    前記記憶部に記憶された前記情報に応じて、前記スイッチを導通状態とするタイミングもしくは非導通状態とするタイミングを制御する、発電装置の制御方法。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016109283A (ja) * 2014-12-10 2016-06-20 学校法人 関西大学 動吸振器及び動吸振器の設計方法
JP5996078B1 (ja) * 2015-10-19 2016-09-21 株式会社トライフォース・マネジメント 発電素子
WO2021075252A1 (ja) * 2019-10-15 2021-04-22 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 発電装置、及び入力装置

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9910060B2 (en) * 2007-07-10 2018-03-06 Omnitek Partners Llc Piezoelectric-based multiple impact sensors and their electronic circuitry
US9470497B2 (en) * 2007-07-10 2016-10-18 Omnitek Partners Llc Inertially operated piezoelectric energy harvesting electronic circuitry
US10447179B2 (en) * 2007-07-10 2019-10-15 Omnitek Partners Llc Inertially operated piezoelectric energy harvesting electronic circuitry
US10581347B2 (en) * 2007-07-10 2020-03-03 Omnitek Partners Llc Manually operated piezoelectric energy harvesting electronic circuitry
US11248893B2 (en) * 2008-06-29 2022-02-15 Omnitek Partners Llc Inertially operated piezoelectric energy harvesting electronic circuitry
US10598473B2 (en) * 2008-06-29 2020-03-24 Omnitek Partners Llc Inertially operated piezoelectric energy harvesting electronic circuitry
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
JP2014050224A (ja) * 2012-08-31 2014-03-17 Seiko Epson Corp 発電装置、２次電池、電子機器、及び移動手段
KR101753753B1 (ko) 2016-04-25 2017-07-04 서울대학교산학협력단 압전 소자를 사용하는 에너지 하비스터
DE102016117239A1 (de) 2016-09-14 2018-03-15 USound GmbH Verfahren und Schaltung zum Betreiben eines Piezo-Bauteils sowie einen integrierten Schaltkreis mit einer derartigen Schaltung

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08210856A (ja) * 1994-11-18 1996-08-20 Yoshiro Tomikawa 圧電振動子を使用した検出装置
JPH09257961A (ja) * 1996-03-18 1997-10-03 Seiko Epson Corp 発電装置およびこれを備えた携帯型機器
JPH11341837A (ja) * 1998-05-28 1999-12-10 Nippon Soken Inc 圧電型電源装置
JP2002061708A (ja) * 2000-08-17 2002-02-28 Nkk Corp 構造物制振装置
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
JP2005312269A (ja) * 2004-04-26 2005-11-04 Nec Corp 振動による発電方法および振動式発電機および振動式発電装置
JP2008536470A (ja) * 2005-04-12 2008-09-04 パーペトゥーム、リミテッド 機械的振動エネルギの電気エネルギへの変換
WO2011096146A1 (ja) * 2010-02-08 2011-08-11 コニカミノルタホールディングス株式会社 高分子アクチュエータの駆動装置
JP2012065533A (ja) * 2010-09-16 2012-03-29 Korea Electronics Telecommun エネルギーハーべスティング電子装置

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07107752A (ja) 1993-09-30 1995-04-21 Mitsuteru Kimura 圧電発電装置
US5801475A (en) 1993-09-30 1998-09-01 Mitsuteru Kimura Piezo-electricity generation device
US5552656A (en) 1995-08-07 1996-09-03 Ocean Power Technologies, Inc. Self-powered anti-fouling device for watercraft
US6462461B1 (en) * 2000-06-30 2002-10-08 William L. Puskas Circuitry to modify the operation of ultrasonic generators
ATE302754T1 (de) * 1999-09-01 2005-09-15 Aventis Pharma Gmbh Sulfonylcarboxamidderivate, verfahren zu ihrer herstellung und ihre verwendung als arzneimittel
US6252336B1 (en) * 1999-11-08 2001-06-26 Cts Corporation Combined piezoelectric silent alarm/battery charger
US7081693B2 (en) * 2002-03-07 2006-07-25 Microstrain, Inc. Energy harvesting for wireless sensor operation and data transmission
EP2980983B1 (en) 2007-02-23 2018-11-07 Compagnie Générale des Etablissements Michelin Method for discharging capacitive loads
JP5145921B2 (ja) * 2007-12-25 2013-02-20 セイコーエプソン株式会社 液体噴射装置
EP2278342B1 (en) * 2008-03-31 2014-11-12 Asahi Glass Company, Limited Acceleration sensor device and sensor network system
WO2010033449A2 (en) 2008-09-22 2010-03-25 Massachusetts Institute Of Technology Circuit and method to improve energy harvesting efficiency in piezoelectric harvesters
US8368290B2 (en) * 2010-05-18 2013-02-05 Georgia Tech Research Corporation Rectifier-free piezoelectric energy harverster and battery charger
JP4835888B1 (ja) * 2010-11-15 2011-12-14 セイコーエプソン株式会社 発電装置
JP4835889B1 (ja) 2010-11-18 2011-12-14 セイコーエプソン株式会社 発電装置、電子機器および移動手段
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

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08210856A (ja) * 1994-11-18 1996-08-20 Yoshiro Tomikawa 圧電振動子を使用した検出装置
JPH09257961A (ja) * 1996-03-18 1997-10-03 Seiko Epson Corp 発電装置およびこれを備えた携帯型機器
JPH11341837A (ja) * 1998-05-28 1999-12-10 Nippon Soken Inc 圧電型電源装置
JP2002061708A (ja) * 2000-08-17 2002-02-28 Nkk Corp 構造物制振装置
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
JP2005312269A (ja) * 2004-04-26 2005-11-04 Nec Corp 振動による発電方法および振動式発電機および振動式発電装置
JP2008536470A (ja) * 2005-04-12 2008-09-04 パーペトゥーム、リミテッド 機械的振動エネルギの電気エネルギへの変換
WO2011096146A1 (ja) * 2010-02-08 2011-08-11 コニカミノルタホールディングス株式会社 高分子アクチュエータの駆動装置
JP2012065533A (ja) * 2010-09-16 2012-03-29 Korea Electronics Telecommun エネルギーハーべスティング電子装置

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016109283A (ja) * 2014-12-10 2016-06-20 学校法人 関西大学 動吸振器及び動吸振器の設計方法
JP5996078B1 (ja) * 2015-10-19 2016-09-21 株式会社トライフォース・マネジメント 発電素子
JP2017079500A (ja) * 2015-10-19 2017-04-27 株式会社トライフォース・マネジメント 発電素子
WO2021075252A1 (ja) * 2019-10-15 2021-04-22 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 発電装置、及び入力装置
JP7523099B2 (ja) 2019-10-15 2024-07-26 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 発電装置、及び入力装置

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