JP2015186048A - Radio device and radio system using the same - Google Patents

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建太朗 野村
Kentaro Nomura
建太朗 野村
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a radio device that can enhance communication reliability, and a radio system using the same.SOLUTION: A radio system 41 has plural transmitters 21, and a receiver 31 capable of receiving a radio signal from each of the plural transmitters 21, and each of the plural transmitters 21 comprises a radio device 20. The radio device 20 has a power generating device 1, a power storage unit 3, a power supply circuit 4, and a radio module 5. The power generating device 1 converts kinetic energy to electric energy. The power storage unit 3 stores the electric energy generated in the power generating device 1. The power supply circuit 4 supplies power from the power storage unit 3 to the radio module 5 when the voltage V0 between both the ends of the power storage unit 3 exceeds a predetermined value. The radio module 5 has a radio transmitter 6 and a controller 7. The controller 7 is configured to control the radio transmitter 6 so that the same radio signal is continuously wirelessly transmitted at a predetermined number of times from the radio transmitter 6, and has a function of determining a time between the same radio signals to be continuously and wirelessly transmitted.

Description

本発明は、無線装置及びそれを用いた無線システムに関し、より詳細には、運動エネルギを電気エネルギに変換する発電装置を備えた無線装置及びそれを用いた無線システムに関する。   The present invention relates to a wireless device and a wireless system using the wireless device, and more particularly to a wireless device including a power generation device that converts kinetic energy into electrical energy and a wireless system using the wireless device.

近年、運動エネルギを電気エネルギに変換する発電装置は、環境発電等の分野で注目されている。   In recent years, power generation devices that convert kinetic energy into electrical energy have attracted attention in fields such as energy harvesting.

この種の発電装置の応用例としては、発電装置と、発電装置で発生する交流電圧を整流して蓄電する蓄電部と、蓄電部から電力供給を受けて駆動されるデバイスと、を備える発電モジュールが提案されている(特許文献1)。発電装置は、流体を受けて自励振動するカンチレバー部及びカンチレバー部に設けられた圧電変換部を備える。デバイスは、圧電変換部の振動情報を検知する検知部と、検知部で検知された振動情報を含む無線信号の送信を行う無線送信部と、を備える。   As an application example of this type of power generation device, a power generation module including a power generation device, a power storage unit that rectifies and stores an AC voltage generated by the power generation device, and a device that is driven by receiving power supply from the power storage unit Has been proposed (Patent Document 1). The power generation device includes a cantilever portion that receives a fluid and self-excites and a piezoelectric conversion portion provided in the cantilever portion. The device includes a detection unit that detects vibration information of the piezoelectric conversion unit, and a wireless transmission unit that transmits a wireless signal including vibration information detected by the detection unit.

また、特許文献1には、発電モジュールと、空調機と、を備え、空調機が、無線送信部からの無線信号を受信する無線受信部を備える、空調管理システムが記載されている。   Patent Document 1 describes an air conditioning management system that includes a power generation module and an air conditioner, and the air conditioner includes a wireless reception unit that receives a wireless signal from a wireless transmission unit.

上述の発電モジュールや空調管理システムでは、発電モジュールの設置環境に起因するノイズの影響で通信信頼性が低下してしまう懸念がある。   In the above-described power generation module and air conditioning management system, there is a concern that communication reliability may be reduced due to the influence of noise caused by the installation environment of the power generation module.

国際公開WO2014/013638International Publication WO2014 / 013638

本発明の目的は、通信信頼性の向上を図ることが可能な無線装置及びそれを用いた無線システムを提供することにある。   An object of the present invention is to provide a wireless device capable of improving communication reliability and a wireless system using the wireless device.

本発明の無線装置は、発電装置と、蓄電部と、給電回路と、無線モジュールと、を備える。前記発電装置は、運動エネルギを電気エネルギに変換するように構成されている。前記蓄電部は、前記発電装置で発生した電気エネルギを蓄電するように構成されている。前記給電回路は、前記蓄電部の両端電圧が所定値を超えたときに前記蓄電部から前記無線モジュールに給電させるように構成されている。前記無線モジュールは、無線送信部と、制御部と、を備える。前記制御部は、前記無線送信部から同一の無線信号を規定回数だけ連続して無線送信させるように構成され、連続して無線送信させる同一の無線信号間の時間を決める機能を有する。   The wireless device of the present invention includes a power generation device, a power storage unit, a power feeding circuit, and a wireless module. The power generator is configured to convert kinetic energy into electrical energy. The power storage unit is configured to store electrical energy generated by the power generation device. The power feeding circuit is configured to feed power from the power storage unit to the wireless module when a voltage across the power storage unit exceeds a predetermined value. The wireless module includes a wireless transmission unit and a control unit. The control unit is configured to continuously transmit the same radio signal from the radio transmission unit a predetermined number of times, and has a function of determining a time between the same radio signals to be continuously transmitted by radio.

この無線装置において、前記無線モジュールは、乱数を発生する乱数発生部を備え、前記制御部は、前記乱数発生部で発生した乱数に基づいて前記時間を決めるのが好ましい。   In this wireless device, it is preferable that the wireless module includes a random number generation unit that generates a random number, and the control unit determines the time based on the random number generated by the random number generation unit.

この無線装置において、前記無線モジュールは、自身に固有のアドレスを設定するアドレス設定部を備え、前記制御部は、前記アドレス設定部で設定されたアドレスに基づいて前記時間を決めるのが好ましい。   In this wireless device, it is preferable that the wireless module includes an address setting unit that sets an address unique to the wireless module, and the control unit determines the time based on an address set by the address setting unit.

本発明の無線システムは、複数の送信機と、前記複数の送信機それぞれからの無線信号を受信可能な受信機と、を備え、前記複数の送信機の各々は、前記無線装置からなる。   The wireless system of the present invention includes a plurality of transmitters and a receiver capable of receiving wireless signals from each of the plurality of transmitters, and each of the plurality of transmitters includes the wireless device.

本発明の無線装置は、前記給電回路が、前記蓄電部の両端電圧が所定値を超えたときに前記蓄電部から前記無線モジュールに給電させるように構成されているので、互いに異なる無線装置から同時に無線信号が送信される可能性を低減させることが可能となる。また、本発明の無線装置は、前記制御部が、前記無線送信部から同一の無線信号を規定回数だけ連続して無線送信させるように構成され、連続して無線送信させる同一の無線信号間の時間を決める機能を有するので、互いに異なる無線装置から同時に無線信号が送信される可能性をより低減させることが可能となる。よって、本発明の無線装置は、通信信頼性の向上を図ることが可能となる。   In the wireless device of the present invention, the power feeding circuit is configured to feed power from the power storage unit to the wireless module when the voltage across the power storage unit exceeds a predetermined value. It is possible to reduce the possibility that a radio signal is transmitted. In the wireless device of the present invention, the control unit is configured to continuously transmit the same wireless signal from the wireless transmission unit a predetermined number of times, and between the same wireless signals to be wirelessly transmitted continuously. Since it has a function for determining time, it is possible to further reduce the possibility that radio signals are transmitted simultaneously from different radio apparatuses. Therefore, the wireless device of the present invention can improve communication reliability.

本発明の無線システムは、複数の送信機と、前記複数の送信機それぞれからの無線信号を受信可能な受信機と、を備え、前記複数の送信機の各々が、前記無線装置からなるので、通信信頼性の向上を図ることが可能となる。   Since the wireless system of the present invention includes a plurality of transmitters and a receiver capable of receiving wireless signals from each of the plurality of transmitters, each of the plurality of transmitters includes the wireless device. Communication reliability can be improved.

図1は、実施形態1の無線システムを示す概略ブロック図である。FIG. 1 is a schematic block diagram illustrating a wireless system according to the first embodiment. 図2は、実施形態1の無線システムの動作説明図である。FIG. 2 is an operation explanatory diagram of the wireless system according to the first embodiment. 図3Aは、実施形態の無線システムにおける発電装置の概略平面図である。図3Bは、図3AのX−X概略断面図である。図3Cは、図3Aの要部概略断面図である。FIG. 3A is a schematic plan view of the power generation device in the wireless system of the embodiment. 3B is a schematic cross-sectional view taken along the line XX of FIG. 3A. 3C is a schematic cross-sectional view of a main part of FIG. 3A. 図4は、実施形態2の無線システムを示す概略ブロック図である。FIG. 4 is a schematic block diagram illustrating a wireless system according to the second embodiment.

(実施形態1)
以下では、本実施形態の無線システム41について図1、2に基づいて説明する。
(Embodiment 1)
Below, the radio | wireless system 41 of this embodiment is demonstrated based on FIG.

無線システム41は、送信機21として無線装置20を用いる。   The wireless system 41 uses the wireless device 20 as the transmitter 21.

無線装置20は、発電装置1と、蓄電部3と、給電回路4と、無線モジュール5と、を備える。発電装置1は、運動エネルギを電気エネルギに変換するように構成されている。蓄電部3は、発電装置1で発生した電気エネルギを蓄電するように構成されている。給電回路4は、蓄電部3の両端電圧V0が所定値を超えたときに蓄電部3から無線モジュール5に給電させるように構成されている。無線モジュール5は、無線送信部6と、制御部7と、を備える。制御部7は、無線送信部6から同一の無線信号を規定回数だけ連続して無線送信させるように構成され、連続して無線送信させる同一の無線信号間の時間T1(図2参照)を決める機能を有する。無線装置20は、給電回路4が、蓄電部3の両端電圧V0が所定値を超えたときに蓄電部3から無線モジュール5に給電させるように構成されているので、互いに異なる無線装置20から同時に無線信号が送信される可能性を低減させることが可能となる。更に、無線装置20は、制御部7が、無線送信部6から同一の無線信号を規定回数だけ連続して無線送信させるように構成され、連続して無線送信させる同一の無線信号間の時間T1を決める機能を有するので、互いに異なる無線装置20から同時に無線信号が送信される可能性をより低減させることが可能となる。よって、無線装置20は、通信信頼性の向上を図ることが可能となる。   The wireless device 20 includes a power generation device 1, a power storage unit 3, a power feeding circuit 4, and a wireless module 5. The power generator 1 is configured to convert kinetic energy into electrical energy. The power storage unit 3 is configured to store electrical energy generated in the power generation device 1. The power feeding circuit 4 is configured to feed power from the power storage unit 3 to the wireless module 5 when the voltage V0 across the power storage unit 3 exceeds a predetermined value. The wireless module 5 includes a wireless transmission unit 6 and a control unit 7. The control unit 7 is configured to continuously transmit the same wireless signal from the wireless transmission unit 6 a predetermined number of times, and determines a time T1 (see FIG. 2) between the same wireless signals to be continuously wirelessly transmitted. It has a function. The wireless device 20 is configured such that the power supply circuit 4 supplies power to the wireless module 5 from the power storage unit 3 when the voltage V0 across the power storage unit 3 exceeds a predetermined value. It is possible to reduce the possibility that a radio signal is transmitted. Furthermore, the wireless device 20 is configured such that the control unit 7 wirelessly transmits the same wireless signal from the wireless transmission unit 6 a predetermined number of times, and the time T1 between the same wireless signals to be wirelessly transmitted continuously. Therefore, it is possible to further reduce the possibility that radio signals are transmitted from different radio apparatuses 20 at the same time. Therefore, the wireless device 20 can improve communication reliability.

無線システム41は、複数の送信機21と、複数の送信機21それぞれからの無線信号を受信可能な受信機31と、を備え、複数の送信機21の各々が、無線装置20からなる。これにより、無線システム41は、通信信頼性の向上を図ることが可能となる。   The wireless system 41 includes a plurality of transmitters 21 and a receiver 31 that can receive wireless signals from each of the plurality of transmitters 21, and each of the plurality of transmitters 21 includes a wireless device 20. As a result, the wireless system 41 can improve communication reliability.

無線システム41の各構成要素については、以下に、より詳細に説明する。   Each component of the wireless system 41 will be described in more detail below.

発電装置1は、圧電効果により運動エネルギを電気エネルギに変換する圧電型振動発電装置である。発電装置1は、MEMSの製造技術を利用して形成されている。   The power generation device 1 is a piezoelectric vibration power generation device that converts kinetic energy into electrical energy by a piezoelectric effect. The power generation device 1 is formed using a MEMS manufacturing technique.

発電装置1は、図3に示すように、支持部111と、振動部112と、圧電変換部113と、を備える。振動部112は、第1端112aと、第2端112bと、を備える。振動部112は、第1端112aが支持部111に固定された固定端であり、第2端112bが自由端である。   As illustrated in FIG. 3, the power generation device 1 includes a support unit 111, a vibration unit 112, and a piezoelectric conversion unit 113. The vibration unit 112 includes a first end 112a and a second end 112b. The vibration part 112 is a fixed end in which the first end 112a is fixed to the support part 111, and the second end 112b is a free end.

支持部111の形状は、矩形枠状としてある。振動部112は、平面視において、支持部111の内側に配置されている。これにより、発電装置1は、振動部112の外側面と支持部111の内側面との間に、隙間115が形成されている。   The support 111 has a rectangular frame shape. The vibration part 112 is disposed inside the support part 111 in plan view. Thereby, in the power generation device 1, a gap 115 is formed between the outer side surface of the vibration unit 112 and the inner side surface of the support unit 111.

振動部112は、第1端112aが、振動部112の長さ方向の一端により構成され、第2端112bが、振動部112の長さ方向の他端により構成されている。   The vibration part 112 has a first end 112 a constituted by one end in the length direction of the vibration part 112 and a second end 112 b constituted by the other end in the length direction of the vibration part 112.

振動部112は、支持部111に揺動自在に支持されている。振動部112は、第1端112a側の部分(以下、「梁部」という。)が支持部111よりも薄く形成されていることにより、支持部111に揺動自在に支持されている。振動部112は、第2端112b側に、梁部に比べて厚い錘部114を備えているのが好ましい。   The vibration part 112 is supported by the support part 111 so as to be swingable. The vibration portion 112 is supported by the support portion 111 so as to be swingable because a portion on the first end 112 a side (hereinafter referred to as “beam portion”) is formed thinner than the support portion 111. The vibrating portion 112 preferably includes a weight portion 114 that is thicker than the beam portion on the second end 112b side.

発電装置1は、振動部112が錘部114を備えることにより、錘部114を備えていない場合に比べて、振動部112の振動時の慣性力を大きくでき、振動部112の振幅を大きくすることが可能となる。また、発電装置1は、振動部112が錘部114を備えることにより、振動部112の振動時に振動部112における錘部114と支持部111との間の部分及び圧電変換部113に集中的にひずみを発生させることが可能となる。よって、発電装置1は、錘部114を備えることにより、圧電変換効率の向上を図ることが可能となる。   In the power generation device 1, since the vibration unit 112 includes the weight unit 114, the inertial force at the time of vibration of the vibration unit 112 can be increased and the amplitude of the vibration unit 112 can be increased as compared with the case where the vibration unit 112 is not included. It becomes possible. In addition, since the vibration unit 112 includes the weight part 114, the power generation apparatus 1 concentrates on the portion of the vibration part 112 between the weight part 114 and the support part 111 and the piezoelectric conversion part 113 when the vibration part 112 vibrates. Distortion can be generated. Therefore, the power generation device 1 can improve the piezoelectric conversion efficiency by including the weight portion 114.

振動部112は、先端面112cの法線(図示せず)が支持部111に交差しないように反っている。   The vibrating portion 112 is warped so that the normal line (not shown) of the distal end surface 112 c does not intersect the support portion 111.

圧電変換部113は、振動部112の表面121の一部に重ねて設けられている。圧電変換部113は、振動部112の振動により電気エネルギを発生する。圧電変換部113の発生する電気エネルギは、交流電圧である。要するに、圧電変換部113は、振動部112の振動に応じて交流電圧を発生する。   The piezoelectric conversion unit 113 is provided so as to overlap a part of the surface 121 of the vibration unit 112. The piezoelectric conversion unit 113 generates electrical energy by the vibration of the vibration unit 112. The electrical energy generated by the piezoelectric conversion unit 113 is an alternating voltage. In short, the piezoelectric conversion unit 113 generates an alternating voltage according to the vibration of the vibration unit 112.

圧電変換部113は、振動部112側から順に、第1電極113a、圧電体層113b及び第2電極113cを備えている。要するに、圧電変換部113は、圧電体層113bと、圧電体層113bを厚み方向の両側から挟んで互いに対向する第1電極113a及び第2電極113cと、を備える。圧電体層113bの圧電材料としては、PZT(Pb(Zr,Ti)O3)を採用している。 The piezoelectric conversion unit 113 includes a first electrode 113a, a piezoelectric layer 113b, and a second electrode 113c in order from the vibration unit 112 side. In short, the piezoelectric conversion unit 113 includes a piezoelectric layer 113b and a first electrode 113a and a second electrode 113c facing each other with the piezoelectric layer 113b sandwiched from both sides in the thickness direction. PZT (Pb (Zr, Ti) O 3 ) is adopted as the piezoelectric material of the piezoelectric layer 113b.

発電装置1は、振動部112の振動によって圧電変換部113の圧電体層113bが応力を受け、第2電極113cと第1電極113aとに電荷の偏りが発生し、圧電変換部113において交流電圧が発生する。   In the power generation device 1, the piezoelectric layer 113 b of the piezoelectric conversion unit 113 receives stress due to the vibration of the vibration unit 112, and a charge bias is generated between the second electrode 113 c and the first electrode 113 a, and an AC voltage is generated in the piezoelectric conversion unit 113. Will occur.

発電装置1は、第1電極113aに第1配線117aを介して電気的に接続された第1パッド電極116aと、第2電極113cに第2配線117cを介して電気的に接続された第2パッド電極1116cと、が、支持部111に設けられている。   The power generation device 1 includes a first pad electrode 116a electrically connected to the first electrode 113a via the first wiring 117a, and a second electrode electrically connected to the second electrode 113c via the second wiring 117c. A pad electrode 1116 c is provided on the support portion 111.

支持部111及び振動部112は、1枚の基板110から形成されている。基板110は、シリコン基板110a上のシリコン酸化膜からなる絶縁層110b上にシリコン層110cが形成されたSOI基板である。   The support part 111 and the vibration part 112 are formed from a single substrate 110. The substrate 110 is an SOI substrate in which a silicon layer 110c is formed on an insulating layer 110b made of a silicon oxide film on the silicon substrate 110a.

発電装置1は、基板110の第1面101側に圧電変換部113が形成されており、基板110と圧電変換部113との間に、基板110と圧電変換部113とを電気的に絶縁する第1絶縁膜118aを備える。発電装置1は、振動部112の表面121が、第1絶縁膜118aの表面の一部により構成される。第1絶縁膜118aは、シリコン酸化膜により構成される。このシリコン酸化膜は、熱酸化法により形成されている。発電装置1は、第1絶縁膜118aの圧縮応力によって振動部112が反っている。発電装置1の製造方法では、第1絶縁膜118aを熱酸化法により形成する工程において、酸化温度等のプロセス条件を適宜設定することによって第1絶縁膜118aの内部応力を制御することができる。発電装置1は、基板110の第2面102上に第2絶縁膜118bを備える。第2絶縁膜118bは、シリコン酸化膜により構成される。このシリコン酸化膜は、熱酸化法により形成されている。   In the power generation device 1, the piezoelectric conversion unit 113 is formed on the first surface 101 side of the substrate 110, and the substrate 110 and the piezoelectric conversion unit 113 are electrically insulated between the substrate 110 and the piezoelectric conversion unit 113. A first insulating film 118a is provided. In the power generation device 1, the surface 121 of the vibration unit 112 is configured by a part of the surface of the first insulating film 118a. The first insulating film 118a is composed of a silicon oxide film. This silicon oxide film is formed by a thermal oxidation method. In the power generation device 1, the vibrating portion 112 is warped by the compressive stress of the first insulating film 118 a. In the method for manufacturing the power generation device 1, the internal stress of the first insulating film 118a can be controlled by appropriately setting process conditions such as an oxidation temperature in the step of forming the first insulating film 118a by the thermal oxidation method. The power generation device 1 includes a second insulating film 118 b on the second surface 102 of the substrate 110. The second insulating film 118b is composed of a silicon oxide film. This silicon oxide film is formed by a thermal oxidation method.

発電装置1は、第1絶縁膜118aと第1電極113aとの間に緩衝層を設けた構造でもよい。緩衝層は、第1電極113a上の圧電体層113bの結晶性を向上させるために設ける層である。圧電体層113bの圧電材料がPZTの場合、緩衝層の材料は、例えば、SrRuO3、(Pb,La)TiO3、PbTiO3、MgO、LaNiO3等を採用することが好ましい。また、緩衝層は、例えば、Pt膜とSrRuO3膜との積層膜により構成してもよい。 The power generation device 1 may have a structure in which a buffer layer is provided between the first insulating film 118a and the first electrode 113a. The buffer layer is a layer provided to improve the crystallinity of the piezoelectric layer 113b on the first electrode 113a. When the piezoelectric material of the piezoelectric layer 113b is PZT, it is preferable to employ, for example, SrRuO 3 , (Pb, La) TiO 3 , PbTiO 3 , MgO, LaNiO 3 or the like as the buffer layer material. Further, the buffer layer may be constituted by a laminated film of a Pt film and a SrRuO 3 film, for example.

発電装置1は、振動部112に外部振動や流体等が作用していない初期状態において、振動部112の先端面112cの法線が支持部111に交差しないように、振動部112が反っている。これにより、発電装置1は、流体励起振動が可能である。「流体励起振動」とは、流体が隙間115を通過することによって発生する振動部112の振動を意味する。この流体励起振動は、自励振動である。流体としては、例えば、空気、ガス、空気とガスとの混合気体、液体等が挙げられる。流体が気体の場合、発電装置1を設置する流れ場としては、例えば、空調機の給気ダクトの内部や、空調機の排気ダクトの内部等が挙げられる。発電装置1の共振周波数は、振動部112の構造パラメータ及び材料等により決まる。   In the power generation device 1, the vibration unit 112 is warped so that the normal line of the distal end surface 112 c of the vibration unit 112 does not intersect the support unit 111 in an initial state where no external vibration, fluid, or the like acts on the vibration unit 112. . Thereby, the electric power generating apparatus 1 can perform fluid excitation vibration. “Fluid excitation vibration” means the vibration of the vibration part 112 generated by the fluid passing through the gap 115. This fluid excitation vibration is self-excited vibration. Examples of the fluid include air, gas, a mixed gas of air and gas, and liquid. When the fluid is gas, examples of the flow field in which the power generation device 1 is installed include the inside of an air supply duct of an air conditioner and the inside of an exhaust duct of an air conditioner. The resonance frequency of the power generation device 1 is determined by the structural parameters, material, and the like of the vibration unit 112.

発電装置1は、圧電変換部113で発生する交流電圧のピーク値の絶対値が、流体の流速が速くなるにしたがって増加する傾向にある。   In the power generation device 1, the absolute value of the peak value of the AC voltage generated in the piezoelectric conversion unit 113 tends to increase as the fluid flow rate increases.

また、発電装置1は、振動部112が錘部114を備えることにより、振動部112の共振周波数を小さくすることが可能となり、振動部112が振動し始める流体の流速の低速化を図ることが可能となる。   In addition, since the vibration unit 112 includes the weight unit 114, the power generation device 1 can reduce the resonance frequency of the vibration unit 112, and can reduce the flow velocity of the fluid at which the vibration unit 112 starts to vibrate. It becomes possible.

発電装置1の動作の推定メカニズムについては、隙間115を流体が通過するときに振動部112に作用する力と、振動部112のばね性による復元力と、に起因して自励振動が起こる、と推定される。発電装置1は、流体の流れる方向と基板110の厚さ方向とが一致し、振動部112の表面121側が流体の上流側、振動部112の裏面122側が流体の下流側となるように配置して使用するのが好ましい。発電装置1では、上流側から発電装置1に向って流れる流体が隙間115を通過する際に流速が速くなるので、振動部112の裏面122側の圧力が下がり、振動部112が変位する。また、発電装置1では、上流側から発電装置1に向って流れる流体の力によって、振動部112が変位する。そして、発電装置1では、流体から受ける力よりも振動部112の復元力が大きくなると、振動部112が元の位置に戻る向きへ変位する、と推考される。発電装置1では、このような動作が繰り返されることで振動部112が自励振動し、圧電変換部113が電気エネルギを発生する、と推考される。   Regarding the estimation mechanism of the operation of the power generation device 1, self-excited vibration occurs due to the force acting on the vibration part 112 when the fluid passes through the gap 115 and the restoring force due to the spring property of the vibration part 112. It is estimated to be. The power generation device 1 is arranged so that the fluid flowing direction and the thickness direction of the substrate 110 coincide with each other, the front surface 121 side of the vibration unit 112 is the upstream side of the fluid, and the back surface 122 side of the vibration unit 112 is the downstream side of the fluid. Are preferably used. In the power generation device 1, the flow velocity increases when the fluid flowing from the upstream side toward the power generation device 1 passes through the gap 115, so that the pressure on the back surface 122 side of the vibration unit 112 decreases and the vibration unit 112 is displaced. Further, in the power generation device 1, the vibration unit 112 is displaced by the force of fluid flowing from the upstream side toward the power generation device 1. And in the electric power generating apparatus 1, when the restoring force of the vibration part 112 becomes larger than the force received from the fluid, it is estimated that the vibration part 112 is displaced in a direction to return to the original position. In the power generation device 1, it is assumed that the vibration unit 112 undergoes self-excited vibration and the piezoelectric conversion unit 113 generates electrical energy by repeating such an operation.

蓄電部3は、発電装置1で発生した電気エネルギを蓄電する。無線装置20は、発電装置1で発生する電気エネルギが交流電圧なので、発電装置1で発生する交流電圧を整流する整流回路2を備え、整流回路2の出力端間に、蓄電部3が接続されている。整流回路2は、ダイオードブリッジからなる全波整流回路により構成されている。蓄電部3は、コンデンサにより構成されている。   The power storage unit 3 stores electrical energy generated by the power generation device 1. The radio device 20 includes a rectifier circuit 2 that rectifies the AC voltage generated in the power generation device 1 because the electrical energy generated in the power generation device 1 is an AC voltage, and the power storage unit 3 is connected between the output terminals of the rectification circuit 2. ing. The rectifier circuit 2 is constituted by a full-wave rectifier circuit composed of a diode bridge. The power storage unit 3 is composed of a capacitor.

整流回路2は、全波整流回路に限らず、例えば、両波倍電圧整流回路により構成してもよい。両波倍電圧整流回路は、2個のダイオードの直列回路と2個のコンデンサの直列回路とが並列接続された構成を採用することができる。要するに、両波倍電圧整流回路は、2個のダイオードと2個のコンデンサとがブリッジ接続されている構成を採用することができる。この場合、蓄電部3は、両波倍電圧整流回路の2個のコンデンサの直列回路により構成することができる。   The rectifier circuit 2 is not limited to a full-wave rectifier circuit, and may be constituted by, for example, a double-wave voltage doubler rectifier circuit. The double voltage rectifier circuit can employ a configuration in which a series circuit of two diodes and a series circuit of two capacitors are connected in parallel. In short, the double-wave voltage doubler rectifier circuit can adopt a configuration in which two diodes and two capacitors are bridge-connected. In this case, the power storage unit 3 can be configured by a series circuit of two capacitors of a double wave voltage doubler rectifier circuit.

給電回路4は、蓄電部3の両端電圧V0と所定値とを比較するコンパレータと、コンパレータの出力信号に基づいてオンオフされる半導体スイッチング素子と、を備える。給電回路4は、蓄電部3の両端電圧V0が所定値を超えたときに半導体スイッチング素子がオフからオンとなり、蓄電部3から無線モジュール5に給電させる。また、給電回路4は、蓄電部3の両端電圧V0が所定値以下となったときに半導体スイッチング素子がオンからオフとなる。半導体スイッチング素子は、MOSFETである。給電回路4の回路構成は、特に限定されず、例えば、給電の停止のタイミングを決めるための遅延回路やヒステリシス回路等を設けてもよい。所定値は、無線送信部6から同一の無線信号を規定回数だけ連続して無線送信するのに必要な電圧以上の値に設定してある。同一の無線信号とは、送信されるタイミング以外の全てが同じ無線信号であり、含んでいる情報及びパルス幅が同じ無線信号を意味する。図2では、規定回数を2回としてあるが、規定回数は、複数回であればよく、3回以上でもよい。   The power feeding circuit 4 includes a comparator that compares the voltage V0 across the power storage unit 3 with a predetermined value, and a semiconductor switching element that is turned on / off based on the output signal of the comparator. In the power feeding circuit 4, the semiconductor switching element is turned on from off when the voltage V 0 across the power storage unit 3 exceeds a predetermined value, and power is fed from the power storage unit 3 to the wireless module 5. In the power feeding circuit 4, the semiconductor switching element is turned off from on when the voltage V 0 across the power storage unit 3 becomes equal to or lower than a predetermined value. The semiconductor switching element is a MOSFET. The circuit configuration of the power feeding circuit 4 is not particularly limited. For example, a delay circuit or a hysteresis circuit for determining the timing of stopping power feeding may be provided. The predetermined value is set to a value equal to or higher than a voltage necessary for wirelessly transmitting the same wireless signal from the wireless transmission unit 6 a predetermined number of times. The same wireless signal means a wireless signal that is the same wireless signal except for the transmission timing, and includes the same information and pulse width. In FIG. 2, the specified number of times is two, but the specified number may be a plurality of times and may be three or more.

無線モジュール5は、蓄電部3を電源として動作する。これにより、無線装置20は、設置場所の自由度が高くなり、汎用性を高めることが可能となる。   The wireless module 5 operates using the power storage unit 3 as a power source. Thereby, the radio | wireless apparatus 20 becomes high in the freedom degree of an installation place, and can improve versatility.

無線送信部6は、送信用のアンテナと、送信用のアンテナを介して無線信号を送信させる送信回路と、を備える。   The wireless transmission unit 6 includes a transmission antenna and a transmission circuit that transmits a wireless signal via the transmission antenna.

無線モジュール5は、センサ部8を備える。センサ部8は、環境情報を検知するセンサ素子により構成される。環境情報は、温度である。環境情報は、温度に限らず、例えば、湿度、温湿度、流速、流量、振動加速度、ガス濃度等でもよい。   The wireless module 5 includes a sensor unit 8. The sensor unit 8 includes a sensor element that detects environmental information. The environmental information is temperature. The environmental information is not limited to temperature, and may be, for example, humidity, temperature / humidity, flow velocity, flow rate, vibration acceleration, gas concentration, and the like.

制御部7は、センサ部8で検知した環境情報を含む無線信号が無線送信部6から送信されるように無線送信部6を制御する。制御部7は、例えば、適宜のプログラムを搭載したマイクロコンピュータ等により構成することができる。   The control unit 7 controls the wireless transmission unit 6 so that a wireless signal including environment information detected by the sensor unit 8 is transmitted from the wireless transmission unit 6. The control part 7 can be comprised by the microcomputer etc. which mount an appropriate program, for example.

無線送信部6の無線通信規格としては、例えば、EnOcean(登録商標)、Zigbee(登録商標)、Bluetooth(登録商標)、特定小電力無線、微弱無線、Wi-Fi(登録商標)、UWB等を採用することができる。   Examples of wireless communication standards for the wireless transmission unit 6 include EnOcean (registered trademark), Zigbee (registered trademark), Bluetooth (registered trademark), specific low power wireless, weak wireless, Wi-Fi (registered trademark), UWB, and the like. Can be adopted.

無線装置20は、発電装置1で電気エネルギが発生すると、蓄電部3に電気エネルギが蓄電される。そして、無線装置20は、給電回路4で蓄電部3の両端電圧V0が所定値を超えたと判定された場合、蓄電部3から給電回路4を介して無線モジュール5へ給電される。そして、無線装置20は、無線送信部6から同一の無線信号を規定回数だけ送信させる。その後、無線装置20は、蓄電部3の両端電圧V0が再び所定値を超えるまで送信を休止する。この送信が休止されている時間T2は、発電装置1で発生する電気エネルギの量に依存するので、互いに異なる無線装置20から同時に無線信号が送信される可能性を低減させることが可能となる。   When the electric energy is generated in the power generation device 1, the wireless device 20 stores the electric energy in the power storage unit 3. When the power supply circuit 4 determines that the voltage V0 across the power storage unit 3 has exceeded a predetermined value, the wireless device 20 is powered from the power storage unit 3 to the wireless module 5 via the power supply circuit 4. Then, the wireless device 20 transmits the same wireless signal from the wireless transmission unit 6 a specified number of times. Thereafter, the wireless device 20 pauses transmission until the voltage V0 across the power storage unit 3 exceeds a predetermined value again. Since the time T2 during which transmission is suspended depends on the amount of electrical energy generated in the power generation apparatus 1, it is possible to reduce the possibility that radio signals are transmitted from different radio apparatuses 20 at the same time.

無線装置20は、無線モジュール5が、乱数を発生する乱数発生部9を備え、制御部7が、乱数発生部9で発生した乱数に基づいて時間T1を決める。これにより、無線装置20は、互いに異なる無線装置20から同時に無線信号が送信される可能性をより低減させることが可能となる。よって、無線システム41は、複数の送信機21を備えた構成としながらも、通信信頼性の更なる向上を図ることが可能となる。   In the wireless device 20, the wireless module 5 includes a random number generation unit 9 that generates a random number, and the control unit 7 determines a time T <b> 1 based on the random number generated by the random number generation unit 9. As a result, the radio device 20 can further reduce the possibility that radio signals are transmitted from different radio devices 20 at the same time. Therefore, the wireless system 41 can be configured to include the plurality of transmitters 21 and further improve communication reliability.

乱数発生部9は、例えば、1〜200のうちの1つの数値を乱数としてランダムに発生する。この場合、時間T1は、1ms〜200msの範囲でランダムに設定される。制御部7は、乱数発生部9で発生した乱数と時間T1とを1対1で関連付ける。制御部7は、乱数発生部9で発生した乱数が1であれば、時間T1を1msとし、乱数発生部9で発生した乱数が100であれば、時間T1を100msとし、乱数発生部9で発生した乱数が200であれば、時間T1を200msとする。乱数を発生する方法としては、例えば、2乗中心法、合同法、シフト・レジスタ法等がある。乱数発生部9は、例えば、制御部7のマイクロコンピュータに適宜のプログラムを搭載することにより構成できる。乱数発生部9は、例えば、ゲートICにより構成することもできる。   For example, the random number generator 9 randomly generates a numerical value from 1 to 200 as a random number. In this case, the time T1 is randomly set in the range of 1 ms to 200 ms. The control unit 7 associates the random number generated by the random number generation unit 9 with the time T1 on a one-to-one basis. If the random number generated by the random number generation unit 9 is 1, the control unit 7 sets the time T1 to 1 ms. If the random number generated by the random number generation unit 9 is 100, the control unit 7 sets the time T1 to 100 ms. If the generated random number is 200, the time T1 is set to 200 ms. As a method for generating a random number, for example, there are a square center method, a congruence method, a shift register method, and the like. The random number generation unit 9 can be configured, for example, by installing an appropriate program in the microcomputer of the control unit 7. The random number generation unit 9 can be configured by a gate IC, for example.

無線装置20は、自身に固有のアドレスを備えているのが好ましい。要するに、無線システム41は、複数の送信機21それぞれに固有のアドレスが設定されているのが好ましい。この場合、送信機21は、自身の無線送信部6から無線送信させる無線信号に、自身のアドレス情報を含めるのが好ましい。   The wireless device 20 preferably has its own unique address. In short, it is preferable that the wireless system 41 has a unique address set for each of the plurality of transmitters 21. In this case, it is preferable that the transmitter 21 includes its own address information in the radio signal transmitted by radio from its own radio transmission unit 6.

受信機31は、例えば、各無線機21それぞれからの無線信号を受信可能な受信部と、受信部で受信した無線信号に基づいて機器(図示)を制御する制御部と、を備えた構成とすることができる。受信部は、受信用のアンテナと、受信用のアンテナを介して無線信号を受信する受信回路と、で構成されている。制御部は、例えば、適宜のプログラムを搭載したマイクロコンピュータ等により構成することができる。   The receiver 31 includes, for example, a receiving unit that can receive a radio signal from each radio device 21 and a control unit that controls a device (illustrated) based on the radio signal received by the receiving unit. can do. The receiving unit includes a receiving antenna and a receiving circuit that receives a radio signal via the receiving antenna. The control unit can be configured by, for example, a microcomputer equipped with an appropriate program.

送信機21は、発電装置1と整流回路2と蓄電部3とで構成される自立型電源を備えた構成であるが、受信機31は、無線システム41を動作させたい期間の全期間、商用電源等の外部電源を電源として、常時駆動されているのが好ましい。これにより、無線システム41は、各送信機21から何時送信されるか分からない無線信号を受信することが可能となる。   The transmitter 21 has a configuration including a self-supporting power source configured by the power generation device 1, the rectifier circuit 2, and the power storage unit 3. However, the receiver 31 is commercially available for the entire period during which the wireless system 41 is desired to operate. It is preferable that the external power source such as a power source is always driven with the power source. As a result, the wireless system 41 can receive a wireless signal that does not know when it is transmitted from each transmitter 21.

(実施形態2)
以下では、本実施形態の無線システム42について、図4に基づいて説明する。なお、本実施形態の無線システム42は、実施形態1の無線システム41と略同じ構成なので、無線システム41と同様の構成要素について、同一の符号を付して説明を適宜省略する。
(Embodiment 2)
Below, the wireless system 42 of this embodiment is demonstrated based on FIG. Note that the wireless system 42 of the present embodiment has substantially the same configuration as the wireless system 41 of the first embodiment, and therefore, the same components as those of the wireless system 41 are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted as appropriate.

無線システム42における無線モジュール5は、自身に固有のアドレスを設定するアドレス設定部10を備え、制御部7が、アドレス設定部10で設定されたアドレスに基づいて時間T1を決める。要するに、複数の無線装置20がある場合には、複数の無線装置20それぞれの固有のアドレスによって、無線装置20ごとに時間T1が異なる。これにより、無線装置20は、互いに異なる無線装置20から同時に無線信号が送信される可能性をより低減させることが可能となる。よって、無線システム41は、複数の送信機21を備えた構成としながらも、通信信頼性の更なる向上を図ることが可能となる。   The wireless module 5 in the wireless system 42 includes an address setting unit 10 that sets an address unique to itself, and the control unit 7 determines the time T1 based on the address set by the address setting unit 10. In short, when there are a plurality of wireless devices 20, the time T1 differs for each wireless device 20 depending on the unique address of each of the plurality of wireless devices 20. As a result, the radio device 20 can further reduce the possibility that radio signals are transmitted from different radio devices 20 at the same time. Therefore, the wireless system 41 can be configured to include the plurality of transmitters 21 and further improve communication reliability.

アドレス設定部10は、例えば、複数ビットのディップスイッチ、ディジタルスイッチ等により構成することができる。   The address setting unit 10 can be constituted by, for example, a multi-bit dip switch, a digital switch, or the like.

上述の実施形態等において説明した各図は、模式的な図であり、各構成要素の大きさや厚さそれぞれの比が、必ずしも実際の寸法比を反映しているとは限らない。   Each figure explained in the above-mentioned embodiment etc. is a typical figure, and the ratio of each size and thickness of each component does not necessarily reflect an actual size ratio.

以上、本願発明の構成を、実施形態等に基づいて説明したが、本願発明は、実施形態の構成に限らず、例えば、実施形態等の部分的な構成を、適宜組み合わせてある構成であってもよい。また、実施形態に記載した材料、数値等は、好ましい例を示しているだけであり、それに限定する主旨ではない。更に、本願発明は、その技術的思想の範囲を逸脱しない範囲で、構成に適宜変更を加えることが可能である。   The configuration of the present invention has been described above based on the embodiment and the like. However, the present invention is not limited to the configuration of the embodiment, for example, a configuration in which partial configurations such as the embodiment are appropriately combined. Also good. In addition, the materials, numerical values, and the like described in the embodiments are merely preferable examples and are not intended to be limited thereto. Furthermore, the present invention can be appropriately modified in configuration without departing from the scope of its technical idea.

例えば、発電装置1は、流体励起振動により発電する構成に限らず、この発電装置1の共振周波数と一致する環境振動(外部振動)を利用して発電させる構成としてもよい。環境振動としては、例えば、稼働中のFA(factory automation)機器で発生する振動、車両の走行によって発生する振動、人の歩行によって発生する振動等、種々の振動がある。   For example, the power generation device 1 is not limited to a configuration that generates power by fluid excitation vibration, but may be configured to generate power using environmental vibration (external vibration) that matches the resonance frequency of the power generation device 1. Examples of the environmental vibration include various vibrations such as vibration generated by an operating FA (factory automation) device, vibration generated by traveling of the vehicle, vibration generated by walking of a person, and the like.

また、発電装置1は、圧電型振動発電装置に限らず、例えば、電磁誘導作用により運動エネルギを電気エネルギに変換する電磁誘導型振動発電装置でもよい。電磁誘導型振動発電装置は、電気エネルギとして交流電流を発生する。   The power generation device 1 is not limited to the piezoelectric vibration power generation device, and may be, for example, an electromagnetic induction vibration power generation device that converts kinetic energy into electric energy by electromagnetic induction. An electromagnetic induction type vibration power generator generates an alternating current as electric energy.

1 発電装置
3 蓄電部
4 給電回路
5 無線モジュール
6 無線送信部
7 制御部
9 乱数発生部
10 アドレス設定部
20 無線装置
21 送信機
31 受信機
41 無線システム
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Power generator 3 Power storage part 4 Power feeding circuit 5 Wireless module 6 Wireless transmission part 7 Control part 9 Random number generation part 10 Address setting part 20 Wireless apparatus 21 Transmitter 31 Receiver 41 Wireless system

Claims (4)

発電装置と、蓄電部と、給電回路と、無線モジュールと、を備え、
前記発電装置は、運動エネルギを電気エネルギに変換するように構成され、
前記蓄電部は、前記発電装置で発生した電気エネルギを蓄電するように構成され、
前記給電回路は、前記蓄電部の両端電圧が所定値を超えたときに前記蓄電部から前記無線モジュールに給電させるように構成され、
前記無線モジュールは、無線送信部と、制御部と、を備え、
前記制御部は、前記無線送信部から同一の無線信号を規定回数だけ連続して無線送信させるように構成され、連続して無線送信させる同一の無線信号間の時間を決める機能を有する、
ことを特徴とする無線装置。
A power generation device, a power storage unit, a power feeding circuit, and a wireless module;
The power generator is configured to convert kinetic energy into electrical energy;
The power storage unit is configured to store electrical energy generated in the power generation device,
The power feeding circuit is configured to feed power from the power storage unit to the wireless module when a voltage across the power storage unit exceeds a predetermined value.
The wireless module includes a wireless transmission unit and a control unit,
The control unit is configured to continuously transmit the same wireless signal from the wireless transmission unit a specified number of times, and has a function of determining a time between the same wireless signals to be continuously wirelessly transmitted.
A wireless device characterized by the above.
前記無線モジュールは、乱数を発生する乱数発生部を備え、
前記制御部は、前記乱数発生部で発生した乱数に基づいて前記時間を決める、
ことを特徴とする請求項1記載の無線装置。
The wireless module includes a random number generator that generates random numbers,
The controller determines the time based on a random number generated by the random number generator;
The wireless device according to claim 1.
前記無線モジュールは、自身に固有のアドレスを設定するアドレス設定部を備え、
前記制御部は、前記アドレス設定部で設定されたアドレスに基づいて前記時間を決める、
ことを特徴とする請求項1記載の無線装置。
The wireless module includes an address setting unit that sets an address unique to itself,
The control unit determines the time based on the address set by the address setting unit.
The wireless device according to claim 1.
複数の送信機と、前記複数の送信機それぞれからの無線信号を受信可能な受信機と、を備え、前記複数の送信機の各々は、請求項1乃至3のいずれか一項に記載の無線装置からなる、
ことを特徴とする無線システム。
A plurality of transmitters and a receiver capable of receiving radio signals from each of the plurality of transmitters, wherein each of the plurality of transmitters is a radio according to any one of claims 1 to 3. Consisting of equipment,
A wireless system characterized by that.
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