JP4811537B1 - 発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小型化が可能な圧電効果を利用した発電装置を提供する。
【解決手段】圧電材料によって形成された第１の圧電素子を外力によって変形させて、該
第１の圧電素子に生じた電荷を電流として取り出す発電装置であって、第１の圧電素子が
設けられた変形部材の変形量を検出して、該変形量が所定の大きさ以上になった場合は第
１の圧電素子に設けられた一対の電極を短絡状態にする。その結果、該第１の圧電素子の
変形が抑制され、ひいては、変形部材の想定以上の変形が抑制される。
【選択図】図７

Description

本発明は、ピエゾ素子などの圧電材料が外力によって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）。

このような技術を用いた発電装置では、片持ち梁に想定以上の力がかかることによって
、片持ち梁が過度に振れた場合に、該片持ち梁が周辺の部材に衝突して破損する虞がある
。このことを防止するために、片持ち梁を収容する筐体の内壁に弾性体を設けて、片持ち
梁が筐体の内壁に衝突した際の衝撃を緩和する技術が提案されている（特許文献２）。

特開平７−１０７７５２号公報 特開２００３−２１８４１８号公報

しかし、提案されている従来の技術では、弾性体を設けるスペースを確保する必要があ
ることから、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、
片持ち梁が過度に振れてしまうことを抑制することによって、片持ち梁を内蔵した発電装
置を好適に小型化させることが可能な技術の提供を目的とする。

上述した課題の少なくとも一部を解決するために、本発明の発電装置は次の構成を採用
した。すなわち、
第１の圧電素子が設けられ、変形方向を切り換えて変形する変形部材と、
前記変形部材の変形量を検出する変形量検出手段と、
前記第１の圧電素子に設けられた一対の電極と、
前記一対の電極間に設けられたスイッチと、
前記変形量が所定の大きさ以上になると、前記一対の電極間を所定期間短絡状態とする
ように前記スイッチを制御するスイッチ制御手段と
を備えることを要旨とする。

このような本発明の発電装置では、第１の圧電素子が変形部材に設けられているので、
変形部材が変形することにより、第１の圧電素子も変形する。その結果、第１の圧電素子
には、圧電効果によって正負の電荷が発生する。変形部材とともに第１の圧電素子が繰り
返し変形すると、正負の電荷も繰り返し発生し、該電荷を電流として取り出すことによっ
て発電が行われる。また、変形量が所定の大きさ以上になると、第１の圧電素子に設けら
れた一対の電極間を短絡状態とする。こうすると、圧電素子は一対の電極間を短絡させた
状態では変形し難い性質を持つことから、第１の圧電素子の変形が抑制される。これによ
って、第１の圧電素子が設けられた変形部材が過度に変形することも抑制することができ
るので、衝突時の衝撃を緩和させるための部材を設ける必要がなく、発電装置を小型化す
ることが可能となる。

また、上述した本発明の発電装置においては、変形部材に変形量を検出することに用い
る第２の圧電素子を設けておき、第２の圧電素子に発生する電圧を検出することによって
変形量を検出しても良い。

こうすると、変形部材に第２の圧電素子が設けられているので、変形部材の変形に合わ
せて第２の圧電素子も変形する。すなわち、第２の圧電素子には変形部材の変形量に応じ
た電圧が発生する。従って、第２の圧電素子に発生する電圧に基づいて変形部材の変形量
を検出することが可能である。第２の圧電素子は、第１の圧電素子を設ける工程と同様の
工程で設けることができるので、生産性を高めることが可能となる。

また、上述した本発明の発電装置においては、次の様にしてもよい。先ず、一対の電極
間に設けられるスイッチと直列にインダクターと接続して、第１の圧電素子の容量成分と
インダクターとで共振回路を構成する。そして、変形部材の変形量が所定の大きさに達し
ない間は、変形部材の変形方向が切り換わるときにスイッチを接続し、共振回路の共振周
期の半周期に相当する時間が経過するとスイッチを切断するようにしても良い。

第１の圧電素子の電荷の発生量は、該第１の圧電素子の変形量が大きくなるほど多くな
る。また、第１の圧電素子はインダクターと共振回路を構成しており、その共振回路には
スイッチが設けられている。そして、スイッチでの導通を切断した状態で変形部材の変形
を開始して、変形量が極値となったとき（すなわち変形方向が切り換わるとき）に、スイ
ッチを導通状態とする。第１の圧電素子は変形部材と共に変形し、変形量が大きくなるほ
ど多くの電荷を発生させるから、第１の圧電素子で発生した電荷が最も多くなった時に、
第１の圧電素子がインダクターに接続されて共振回路を形成する。すると、第１の圧電素
子に発生していた電荷がインダクターに流れ込む。そして、第１の圧電素子およびインダ
クターは共振回路を構成しているから、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、第１の圧電素子の反対側の端子に流れ込む。この期間（すなわち、第１の圧電素
子の一方の端子から流れ出した電荷が、インダクターを介して反対側の端子から再び第１
の圧電素子内に流れ込むまでの期間）は、第１の圧電素子および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。従って、第１の圧電素子の変形方向が切り換
わったときにスイッチを接続して共振回路を形成し、その後、共振周期の半分の時間が経
過したときにスイッチを切断すれば、インダクターを接続する前に第１の圧電素子内に発
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
逆方向に変形部材を変形させれば、第１の圧電素子が逆方向に変形するため、正負の電荷
の配置が逆転した状態から更に圧電効果によって発生した新たな電荷が積み増されるよう
にして第１の圧電素子内に電荷が蓄積される。また、第１の圧電素子内に電荷が蓄積され
るに従って発生する電圧も増加するので、昇圧回路を別途用意しなくても、第１の圧電素
子を構成する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。ここで、前述したように、スイッチは第１の圧電素子の変形量を抑制するタイミ
ングでも接続される。すなわち、スイッチの接続タイミングを制御することによって、第
１の圧電素子の変形量を抑制することに加えて、上述のように高い電圧を発生させること
が可能となる。

本実施例の発電装置の構造を示した説明図である。 本実施例の発電装置の動作を示した説明図である。 本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。 本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。 制御することに用いる圧電素子の電圧を検出することによってスイッチを適切なタイミングで制御可能な理由を示す説明図である。 梁に振動を与えた場合の梁の変位を示す説明図である。 制御することに用いる圧電素子に発生する電圧が所定値以上になった場合に短絡させることによって、圧電素子の変形が抑制される様子を示す説明図である。 制御することに用いる圧電素子の電圧を検出してスイッチの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。 第１変形例の発電装置の圧電素子の配置を示した説明図である。 第１変形例の発電装置の電気的な構造を示した説明図である。 第２変形例の発電装置の電気的な構造を示した説明図である。

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．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１変形例：
Ｃ．第２変形例：

Ａ．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の構造が示されており、図１（ｂ）には回路図が示されている。本実施例の
発電装置１００の構造は、錘１０６が設けられた梁１０４が、支持端１０２に固定された
片持ち梁構造となっている。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素子１０８および圧電素子１１０が取り付けら
れており、圧電素子１０８の表面には、金属薄膜によって形成された上部電極１０９ａ、
下部電極１０９ｂ（一対の電極）が設けられている。また、圧電素子１１０についても同
様に、金属薄膜によって形成された上部電極１１１ａ、下部電極１１１ｂが設けられてい
る。図１（ａ）に示す例では、圧電素子１０８と圧電素子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、圧電素子１０８が梁１０４に対して設
置可能な最大の長さと幅であれば、圧電素子１０８の発電量は大きくなる。一方、圧電素
子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、圧電素子１１
０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。尚、圧電素子１０８
および圧電素子１１０は梁１０４の変形によって変形するから、梁１０４が本発明の「変
形部材」に相当する。

梁１０４は、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、振動が加わったり、あるいは、発電装置１００が移動することにより、図中の白抜き
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素子１０８および圧電素子１１０には、圧縮力および引張力が交互に
作用する。すると、それぞれの圧電素子１０８，１１０は圧電効果によって正負の電荷を
発生し、その電荷が上部電極１０９ａ，１１１ａ、および下部電極１０９ｂ、１１１ｂに
現れる。

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。圧電素子１０
８は、電気的には、電流源と、電荷を蓄えるコンデンサーＣｇとして表すことができる。
同様に圧電素子１１０も、電流源と、電荷を蓄えるコンデンサーＣｓとして表すことがで
きる。このうち圧電素子１０８に対しては、並列にインダクターＬ１が接続されて、圧電
素子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ＳＷ１が、共振回路内に（インダクターＬ１に対して直
列に）設けられている。スイッチＳＷ１のＯＮ／ＯＦＦは、制御回路１１２（本発明の「
スイッチ制御手段」に相当）によって制御されている。また、圧電素子１０８に設けられ
た上部電極１０９ａおよび下部電極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コンデンサー（出力用コンデンサーＣ１）が
接続されている。

一方、圧電素子１１０はスイッチＳＷ１を制御するために設けられており、圧電素子１
１０に設けられた上部電極１１１ａおよび下部電極１１１ｂは、制御回路１１２に接続さ
れている。従って、以下では、圧電素子１０８を「発電用の圧電素子」と称し、圧電素子
１１０を「制御用の圧電素子」と称することがあるものとする。尚、発電用の圧電素子１
０８が本発明の「第１の圧電素子」に対応し、制御用の圧電素子１１０が本発明の「第２
の圧電素子」に対応する。

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、圧電素子１０８が発生する電流の様子と、その結果として圧電素子１０８の内部に生
じる起電力の様子とが示されている。尚、図２（ｂ）では、圧電素子１０８に電荷が発生
する様子は、単位時間あたりに発生する電荷量（すなわち、電流Ｉpzt ）として表され、
圧電素子１０８に生じる起電力は、上部電極１０９ａと下部電極１０９ｂとの間に生じる
電位差Ｖpzt として表されている。

尚、図１を用いて前述したように、梁１０４には圧電素子１１０も設けられており、梁
１０４が変形すると、圧電素子１１０も圧電素子１０８と同様に変形する。従って、圧電
素子１１０の内部にも、圧電素子１０８と全く同様に、図２（ｂ）に示す電流Ｉpzt およ
び電位差Ｖpzt が発生する。

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、
圧電素子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
伴って上部電極１０９ａおよび下部電極１０９ｂの電位差Ｖpzt は正方向へ増加する。正
方向の電位差Ｖpzt が、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、出力用コンデンサー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、圧電素子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）、これに伴って上部電極１０９
ａおよび下部電極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、出力用コンデンサーＣ１に蓄えておくことができる。すなわち、図
１のスイッチＳＷ１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、出力用コンデンサーＣ１に電荷を蓄えることができる。

本実施例の発電装置１００のスイッチＳＷ１をＯＮするタイミングを図２（ｃ）に示す
。また図２（ｄ）にスイッチＳＷ１が動作した場合の圧電素子１０８の端子間電圧Ｖgen
を示す。図２（ｃ）に示すタイミングで、スイッチＳＷ１をＯＮにする。すると、図２（
ｄ）の太い実線に示すように、スイッチＳＷ１をＯＮしたとき、圧電素子１０８の端子間
の電位の反転が発生する。たとえば、図２（ｄ）中に「Ｂ」と表示した期間Ｂでは、スイ
ッチＳＷ１がＯＮしたとき、圧電素子１０８の端子間電圧がマイナス方向へ反転し、その
後、太い破線で示した電圧波形が圧電素子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
電素子１０８の端子間電圧がプラス方向へ反転し、その後、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、圧電素子１０８の端子間電圧が
反転した後、太い破線の電圧波形が現れる。そして、圧電素子１０８の電圧波形が、ＶＣ
１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、圧電素
子１０８で発生した電荷を出力用コンデンサーＣ１に蓄えておくことができる。尚、圧電
素子１０８から出力用コンデンサーＣ１に電荷が流れる結果、圧電素子１０８の端子間の
電圧は、ＶＣ１と２Ｖｆとの和の電圧でクリップされる。言い換えると、圧電素子１０８
の端子間の電圧が、ＶＣ１と２Ｖｆとの和の電圧に保持される。その結果、上部電極１０
９ａおよび下部電極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ＳＷ１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ＳＷ１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ＳＷ１をＯＮにすることで、効率よく、出力用コンデンサーＣ１に電荷を蓄えるこ
とが可能となる。そこで、本実施例の発電装置１００は、スイッチＳＷ１を適切なタイミ
ングでＯＮにするために、制御することに用いる圧電素子１１０を設けておき、圧電素子
１１０の電圧を検出してスイッチＳＷ１を制御している。この点については、後ほど詳し
く説明する。

また、出力用コンデンサーＣ１に電荷が蓄えられて、出力用コンデンサー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（出力用コンデンサーＣ１に電荷が蓄えられていない状態）と、図２（ｄ）
中の期間Ｈ（出力用コンデンサー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、出力用コンデンサー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、圧電素子１０８を変形させたこ
とによって、上部電極１０９ａと下部電極１０９ｂとの間に生じる電圧Ｖpzt 以上の電圧
を、出力用コンデンサー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および図４では、圧電素子１０８の変形に合わせてスイッチＳＷ１をＯ
ＮにしたときのＣｇ（圧電素子１０８の容量成分）内での電荷の動きが、概念的に示され
ている。図３（ａ）は、圧電素子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。圧電素子１０８が上向きに変形すると、電流源
からは正方向の電流が流れ、Ｃｇ（圧電素子１０８の容量成分）に電荷が蓄積され、Ｖge
n は正方向の電圧が発生する。電圧値は、圧電素子１０８の変形量が大きくなるほど増加
する。そして、圧電素子１０８の変形量が極値となったタイミング（電荷量が極値となっ
たタイミング（図３（ｂ）参照）で、スイッチＳＷ１をＯＮにする。

図３（ｃ）には、スイッチＳＷ１をＯＮにした直後の状態が示されている。Ｃｇ（圧電
素子１０８の容量成分）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、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ＳＷ１をＯＮにした瞬間は、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
ＳＷ１をＯＮにしても、圧電素子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Ｃｇ（圧電素子１０８の容量成分）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、圧電素子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、圧電素子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、圧電素子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ＳＷ１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、圧電素子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、圧電素子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。こうして圧電素子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、Ｃｇ（圧電素子１０８の容量成分）に電荷が蓄えられた状態でスイッチＳ
Ｗ１をＯＮにした後、その状態を保っておくと、圧電素子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、Ｃｇ（圧電素子１０８の容量成分）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ＳＷ１をＯ
Ｎ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ＳＷ１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ＳＷ１をＯＦＦにする。そしてこの状態から、圧電素子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、圧電素子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、Ｖgen が負方向へ大きくなるようにＣｇ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、圧電素子１０８（
正確には梁１０４）を下向きに変形させる前の段階で、圧電素子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ＳＷ１をＯＦＦにした状態で圧電素子１０８（正確には梁１０４）を変形
させることによって、圧電素子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、圧電素子１０８の変形量が極値となったタイミング（電荷量が極値となったタ
イミング）でスイッチＳＷ１をＯＮにすると、圧電素子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、圧電素子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ＳＷ１をＯＮにした後、時間Ｔ／２が経過したらスイッチＳＷ１をＯＦＦにして、今度
は圧電素子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、圧電素子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、圧電素子１０８を変形させて電
荷を発生させた後、圧電素子１０８をインダクターＬに接続して、共振周期の半分の周期
だけ共振回路を形成することで、圧電素子１０８内での正負の電荷の分布を反転させる。
その後、圧電素子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。圧電素子
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素子
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だけ圧電素子１０
８をインダクターＬに接続して、圧電素子１０８内での正負の電荷の分布を反転させた後
、圧電素子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、圧電素子１
０８を繰り返し変形させる度に、圧電素子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ＳＷ１をＯＮに
する度に圧電素子１０８の端子間の電圧波形がシフトする現象が生じるが、この現象は、
以上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、圧電素子１０８（正確には梁１０４）の変形に従って、上部電極１０９ａおよ
び下部電極１０９ｂの間に電圧が発生するが、上部電極１０９ａおよび下部電極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に接続された出力用コンデンサーＣ１に流れ込む。その結
果、梁１０４の変形量が極値となった時点でスイッチＳＷ１をＯＮにすると、その時に圧
電素子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、圧電素子１
０８内での正負の電荷の配置が入れ代わる。尚、図３および図４を用いて前述したメカニ
ズムから明らかなように、スイッチＳＷ１をＯＮにしておく期間は、圧電素子１０８の容
量成分と、インダクターＬとによって構成される共振回路の共振周期の半分の時間となる
。

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、
圧電素子１０８の上部電極１０９ａおよび下部電極１０９ｂの間には、圧電効果による電
圧波形が現れる。すなわち、圧電素子１０８の上部電極１０９ａおよび下部電極１０９ｂ
の極性が入れ代わった状態から、圧電素子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素子１
０８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出力用コンデンサー
Ｃ１に流れ込むので、圧電素子１０８の上部電極１０９ａおよび下部電極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
だけスイッチＳＷ１をＯＮにすると、圧電素子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、圧電素子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、圧電素子１０８の圧電効果によって上部電極１０９ａと下部電極１０９ｂとの
間に生じる電位差よりも高い電圧を、出力用コンデンサー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、出力用コンデンサーＣ１
が充電されていない場合は、圧電素子１０８の端子間で発生する電圧が、全波整流回路１
２０の２Ｖｆを超えると、圧電素子１０８から出力用コンデンサーＣ１に電荷が流れ込む
ので、圧電素子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、
こうして出力用コンデンサーＣ１に電荷を蓄えるに従って出力用コンデンサーＣ１の端子
間の電圧が増加していく。すると、それ以降は、出力用コンデンサー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、圧電素子１０８から電荷が流れ込
むようになる。このため、圧電素子１０８の端子間の電圧がクリップされる値が、出力用
コンデンサー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、圧電素子１０８から電荷を流出させ
ない限り、圧電素子１０８（正確には梁１０４）を変形させる度に、圧電素子１０８内の
電荷は増加し、圧電素子１０８の端子間の電圧は大きくなる。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．本実施例の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、圧電素子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瞬間に、共振周期の半分の時間
だけ圧電素子１０８をインダクターＬに接続することで、効率が良く、加えて昇圧回路が
不要なために容易に小型化することができるという優れた特徴を得ることができる。もっ
とも、梁１０４の変形方向が切り換わる瞬間にスイッチＳＷ１をＯＮにすることは、それ
ほど容易なことではない。たとえば、梁１０４の変形方向が切り換わる瞬間は、梁１０４
の変位の大きさが最大と考えれば、機械的な接点を用いて、梁１０４が最大変位となった
瞬間にＯＮとなるように構成することも可能である。しかし、接点の調整がずれると効率
が大きく低下することになる。そこで、本実施例の発電装置１００では、発電することに
用いる圧電素子１０８だけでなく、制御することに用いる圧電素子１１０も設けておき、
圧電素子１１０で発生する電圧を検出することで、スイッチＳＷ１を制御している。

図５は、制御することに用いる圧電素子１１０で発生する電圧を検出することによって
、スイッチＳＷ１を適切なタイミングで制御可能な理由を示す説明図である。図５（ａ）
には、梁１０４の変位が示されている。また、図５（ｂ）には、梁１０４の振動に伴って
、圧電素子１１０に生じる起電力Ｖpzt が変化する様子が示されている。

図３および図４を用いて前述したように、梁１０４の変位ｕが極値に達したタイミング
でスイッチＳＷ１をＯＮにした場合に、最も効率よく発電することができる。そして、図
５（ａ）と図５（ｂ）とを比較すれば明らかなように、梁１０４の変位ｕが極値となるの
は、圧電素子１１０の起電力Ｖpzt が極値となるタイミングと一致する。これは、次のよ
うな理由による。先ず、圧電素子１０８は変形によって電荷が発生しても、その電荷がイ
ンダクターＬによって引き抜かれたり、出力用コンデンサーＣ１に電荷が流れたりする影
響で、圧電素子１０８の起電力Ｖpzt は梁１０４の変位と完全には同じにならない。これ
に対して、圧電素子１１０は、インダクターＬや出力用コンデンサーＣ１と接続していな
いため、電荷の増減が圧電素子１１０の起電力Ｖpzt の変化に直接反映される。このため
、圧電素子１１０の起電力Ｖpzt が極値となるタイミングは、梁１０４の変位ｕが極値と
なるタイミングと一致するのである。

そこで、図５（ｂ）に矢印で示したように、圧電素子１１０の起電力Ｖpzt が極値とな
るタイミングを検出して、そのタイミングから、前述した共振周期の半分の時間（Ｔ／２
）だけスイッチＳＷ１をＯＮにしてやれば、効率よく発電することが可能となる。

以上では、上述のタイミングでスイッチＳＷ１をＯＮにすると効率よく発電可能である
ことについて説明した。本実施例の発電装置１００では、上述したタイミング以外にも以
下に説明するタイミングでスイッチＳＷ１をＯＮにすることによって、梁１０４の変形量
を抑制することが可能である。

図６は、梁１０４に振動を与えた場合の梁１０４の変位（本発明の「変形量」に相当）
を示す説明図であり、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。図６中の実線はスイッチＳＷ１がＯＦＦの場合の梁１０４（および圧電
素子１０８）の変位を示しており、破線はスイッチＳＷ１がＯＮの場合、すなわち圧電素
子１０８の上部電極１０９ａと下部電極１０９ｂとが短絡状態である場合の梁１０４（お
よび圧電素子１０８）の変位を示している。尚、図６中のスイッチＳＷ１がＯＦＦの場合
（実線）とスイッチＳＷ１がＯＮの場合（破線）とでは、互いに同じ力が梁１０４に加え
られている。図６の破線と実線とを比較すれば明らかなように、スイッチＳＷ１をＯＦＦ
にした場合よりも、スイッチＳＷ１をＯＮにして上部電極１０９ａと下部電極１０９ｂと
を短絡状態にした場合の方が、梁１０４（および圧電素子１０８）の変形は抑制される。

本実施例の発電装置１００では、圧電素子１０８のこのような性質を利用して、圧電素
子１１０が梁１０４（および圧電素子１０８）の変形量を制御している。すなわち、制御
用の圧電素子１１０は梁１０４に設けられており、これらは同程度に変形するものである
ことから、梁１０４の変形量が大きくなる程、圧電素子１１０に生じる電圧Ｖpzt の絶対
値は大きくなる。そして、該電圧Ｖpzt の絶対値が所定値以上（後述する制限電圧Ｖｌ以
上）になった場合に、スイッチＳＷ１をＯＮにして発電用の圧電素子１０８の上部電極１
０９ａと下部電極１０９ｂとを短絡状態にすることよって、圧電素子１０８（および梁１
０４）が所定の変形量以上に変形することを抑制する。

図７は、制御用の圧電素子１１０に発生する電圧が所定値以上になった場合に短絡させ
ることによって、圧電素子１０８（および梁１０４）の変形が抑制される様子を示す説明
図である。図７（ａ）には、梁１０４の変位が示されている。また、図７（ｂ）には、梁
１０４の振動に伴って、圧電素子１１０に生じる電圧Ｖpzt が変化する様子が示されてい
る。図７（ｂ）に示すように、圧電素子１１０に生じる電圧Ｖpzt はタイミングｔｌで所
定値（制限電圧Ｖｌ）に到達している。このタイミングｔｌは、図７（ａ）に示すように
、梁１０４の変位が一定値以上になっているタイミングである。そして、図７（ｃ）に示
すように、タイミングｔｌでスイッチＳＷ１をＯＮにして発電用の圧電素子１０８の上部
電極１０９ａと下部電極１０９ｂとを短絡状態にすることよって、圧電素子１０８（およ
び梁１０４）が変形することを抑制する。すなわち、スイッチＳＷ１をＯＮにしなければ
図７（ａ）に破線で示すように大きく変形していたところを、スイッチＳＷ１をＯＮにし
て圧電素子１０８（および梁１０４）の変形を実線で示す程度まで抑制している。

以上のように、梁１０４の変形量を制御することができるので、梁１０４の周辺に配置
されている部材や筐体に梁１０４が衝突することを防止できる。その結果、該衝突の衝撃
を緩衝するための緩衝部材を配置する必要がなくなり、発電装置１００を小型化すること
が可能となる。

図８は、制御用の圧電素子１１０に生じる電圧を検出してスイッチＳＷ１のＯＮ／ＯＦ
Ｆ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、制御回路
１１２に内蔵されたＣＰＵによって実行される。すなわち、制御用の圧電素子１１０およ
び制御回路１１２のＣＰＵが「変形量検出手段」に相当する。また、制御回路１１２のＣ
ＰＵが「電圧検出手段」に相当する。

スイッチ制御処理を開始すると、制御回路１１２のＣＰＵは、制御用の圧電素子１１０
の上部電極１１１ａおよび下部電極１１１ｂの間での電圧を検出して、電圧値がピークに
達したか否か（すなわち、電圧値が極値に達したか否か）を判断する（ステップＳ１００
）。電圧値がピークに達したか否かは、電圧波形の微分を行って微分値の符号が変わった
ら、電圧値がピークに達したと判断することができる。

制御用の圧電素子１１０で発生した電圧値のピークを検出したら（Ｓ１００：ｙｅｓ）
、共振回路（圧電素子１０８の容量成分ＣｇとインダクターＬとによって構成される共振
回路）のスイッチＳＷ１をＯＮにした後（ステップＳ１０２）、制御回路１１２に内蔵さ
れた図示しない計時タイマーをスタートする（ステップＳ１０４）。そして、圧電素子１
０８の容量成分ＣｇとインダクターＬとによって構成される共振回路の共振周期の１／２
の時間が経過したか否かを判断する（ステップＳ１０６）。

その結果、共振周期の１／２の時間が経過していないと判断した場合は（ステップＳ１
０６：ｎｏ）、そのまま同様の判断を繰り返すことによって、共振周期の１／２の時間が
経過するまで待機状態となる。そして、共振周期の１／２の時間が経過したと判断したら
（ステップＳ１０６：ｙｅｓ）、共振回路のスイッチＳＷ１をＯＦＦにする（ステップＳ
１０８）。

以上のステップＳ１００〜Ｓ１０８の処理を行うことによって共振回路のスイッチＳＷ
１のＯＮ／ＯＦＦを行えば、梁１０４の動きに合わせて適切なタイミングでスイッチＳＷ
１をＯＮ／ＯＦＦすることができるので、効率よく発電することが可能となる。共振回路
のスイッチＳＷ１をＯＦＦにしたら（ステップＳ１０８）、スイッチ制御処理の先頭に戻
って、上述した一連の処理を繰り返す。

ステップＳ１００の処理で制御用の圧電素子１１０で発生した電圧値のピークを検出し
なかった場合は（ステップＳ１００：ｎｏ）、次に、制御用の圧電素子１１０で発生した
電圧値が制限電圧Ｖｌに達したか否かを判断する（ステップＳ１１０）。その結果、該電
圧値が制限電圧Ｖｌに達している場合は（ステップＳ１１０：ｙｅｓ）、上部電極１０９
ａと下部電極１０９ｂとを短絡させて梁１０４の変形を抑制するべく、ＳＷ１をＯＮにす
る（ステップＳ１１２）。その後、制御回路１１２に内蔵された計時タイマーをスタート
する（Ｓ１１４）。そして、設定時間（本発明の「所定時間」に相当）が経過したか否か
を判断する（ステップＳ１１６）。ここで、設定時間は、梁１０４の変形を抑制させるた
めに上部電極１０９ａと下部電極１０９ｂとを短絡させる時間である。該設定時間の長さ
としては、例えば、梁１０４の振動周期の１／２程度の梁１０４の変形を十分に抑制する
ことの可能な時間が設定される。

ステップＳ１１６の判断処理で、設定時間が経過していないと判断した場合は（ステッ
プＳ１１６：ｎｏ）、そのまま同様な判断を繰り返すことによって、設定時間が経過する
まで待機状態となる。そして、設定時間が結果したと判断したら（ステップＳ１１６：ｙ
ｅｓ）、スイッチＳＷ１をＯＦＦにする（ステップＳ１１８）。スイッチＳＷ１をＯＦＦ
にしたら、あるいは、制御用の圧電素子１１０で発生した電圧値が制限電圧Ｖｌに達して
いなければ（ステップＳ１１０：ｎｏ）、スイッチ制御処理の先頭に戻って、上述した一
連の処理を繰り返す。

以上のステップＳ１１０〜Ｓ１１８の処理を行うことによって、制御用の圧電素子１１
０で発生した電圧値が制限電圧Ｖｌに達した場合（すなわち、梁１０４の変形量が所定の
大きさ以上になった場合）に、上部電極１０９ａと下部電極１０９ｂとを設定時間だけ短
絡させて梁１０４が想定以上に変形することを抑制することができる。その結果、梁１０
４の周辺に配置されている部材や筐体に梁１０４が衝突することを防止でき、該衝突の衝
撃を緩衝するための緩衝部材を配置する必要がなくなるので、発電装置１００を小型化す
ることが可能となる。

また、１つのスイッチＳＷ１をＯＮにするタイミングを制御することによって、効率よ
く発電させることが可能となり、なおかつ（ステップＳ１００〜Ｓ１０８）、梁１０４の
変形量を抑制することが可能である（ステップＳ１１０〜Ｓ１１８）。すなわち、効率よ
く発電させるために設けられたスイッチＳＷ１を、梁１０４の変形量を抑制するためにも
用いているので、発電装置１００を構成する部材点数の増加を抑えることが可能となる。

Ｂ．第１変形例 ：
上述した実施例には種々の変形例が存在している。以下では、第１変形例について簡単
に説明する。

上述した実施例の発電装置１００では、発電用の圧電素子１０８および制御用の圧電素
子１１０が１つずつ設けられているものとして説明した。しかし、これらの圧電素子１０
８、１１０は必ずしも１つだけである必要はなく、それぞれ複数を設けても良い。以下で
は、このような第１変形例について説明する。尚、上述の実施例と同様な構成については
、変形例においても同じ番号を付すものとして、詳細な説明は省略する。

図９は、発電用の圧電素子および制御用の圧電素子を複数備えた第１変形例の発電装置
１００Ａを示した説明図である。図９（ａ）は、梁１０４の一方の面から見た平面図であ
る。図９（ｂ）は、梁１０４の他方の面から見た平面図である。図９（ａ）には、梁１０
４の一方の面に設けられた２つの発電用の圧電素子（圧電素子１０８および圧電素子１１
６）が示されており、図９（ｂ）には、梁１０４の他方の面に設けられた２つの制御用の
圧電素子（圧電素子１１０および圧電素子１１４）が示されている。図９（ａ）に示すよ
うに、発電用の圧電素子１０８，１１６は、梁１０４の一方の面に、梁１０４の長手方向
に並べて設けられている。また、図９（ａ）と図９（ｂ）とを比較すれば明らかなように
、発電用の圧電素子１０８に対しては、梁１０４を挟んで対向した位置に制御用の圧電素
子１１０が設けられ、発電用の圧電素子１１６に対しては、梁１０４を挟んで対向した位
置に制御用の圧電素子１１４が設けられている。尚、発電用の圧電素子１１６および制御
用の圧電素子１１４についても、発電用の圧電素子１０８や制御用の圧電素子１１０と同
様に、金属薄膜によって形成された上部電極１１７ａ，１１５ａ、下部電極１１７ｂ，１
１５ｂが設けられている。

図１０は、２つの発電用の圧電素子１０８，１１６および２つの制御用の圧電素子１１
０，１１４を備える第１変形例の発電装置１００Ａの電気的な構造を示した説明図である
。図１０と図１（ｂ）とを比較すると明らかなように、上述の実施例に対して第１変形例
の発電装置１００Ａは、発電用の圧電素子１１６や、インダクターＬ２、スイッチＳＷ２
、全波整流回路１２１、制御用の圧電素子１１４等が追加されている。これらの追加され
た構成は、上述の実施例で説明した発電用の圧電素子１０８や、インダクターＬ１、スイ
ッチＳＷ１、全波整流回路１２０、制御用の圧電素子１１０等と同様に動作する。

すなわち、制御用の圧電素子１１０に生じる電圧がピーク値になってから共振周期の１
／２の時間が経過するまでスイッチＳＷ１をＯＮにすることによって、発電用の圧電素子
１０８に生じた電荷が効率よく出力用コンデンサーＣ１に蓄えられる。同様に、制御用の
圧電素子１１４に生じる電圧がピーク値になってから共振周期の１／２の時間が経過する
までスイッチＳＷ２をＯＮにすることによって、発電用の圧電素子１１６に生じた電荷も
出力用コンデンサーＣ１に蓄えられる。

また、制御用の圧電素子１１０に生じる電圧が制限電圧Ｖｌ以上になってから設定時間
が経過するまでスイッチＳＷ１をＯＮにすることによって、発電用の圧電素子１０８の変
形を抑制したのと同様に、制御用の圧電素子１１４に生じる電圧が制限電圧Ｖｌ以上にな
ってから設定時間が経過するまでスイッチＳＷ２をＯＮにすることによって、発電用の圧
電素子１１６の変形を抑制する。圧電素子１０８，１１６の変形をそれぞれ抑制すること
によって、圧電素子１０８，１１６が設けられている梁１０４の別々の部分（図７参照）
の変形をそれぞれ抑制することができる。このように、梁１０４の別々の部分の変形をそ
れぞれ抑制するので、梁１０４の別々の部分のうち一方の部分だけに過度の変形が発生し
たとしても該一方の部分だけの変形を抑制して、他方の部分は変形を抑制せずに電力を発
生させることが可能となる。従って、梁１０４の多様な変形に応じて過度の変形を抑制し
ながら効率よく発電することが可能となる。

Ｃ．第２変形例 ：
次に、第２変形例について簡単に説明する。

図１１は、第２変形例の発電装置１００Ｂの電気的な構造を示した説明図である。図１
１と図１（ｂ）とを比較すると明らかなように、上述の実施例に対して第２変形例の発電
装置１００Ｂは、インダクターＬ１が接続されていない。すなわち、第２変形例の発電装
置１００Ｂ内には上述の実施例のようなＬＣ共振回路は構成されない。これにより、制御
回路１１２に内蔵されたＣＰＵによって実行されるＬＣ共振回路を利用するための制御処
理（図８のＳ１００〜Ｓ１０８）を省略することができる。

もちろん、第２変形例の発電装置１００Ｂは、上述した実施例の発電装置１００のよう
にＬＣ共振回路を利用しないので、実施例の発電装置１００ほどは効果的に電荷を蓄積す
ることを望めないものの、梁１０４の変形量が所定値以上になったときにＳＷ１をＯＮに
する処理（図８のＳ１１０〜Ｓ１１８）を行うことによって、梁１０４の変形を抑制でき
る。以上のように、第２変形例の発電装置１００ｂは、部材点数（インダクターＬ１）や
ＣＰＵの処理負荷（ＬＣ共振回路を利用するための制御処理）の増大化を抑えた上で、梁
１０４の周辺に配置されている部材や筐体に梁１０４が衝突することを防止できる。

以上、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、梁１０４の変形方向が切り換わるタイミングでスイッ
チＳＷ１をＯＮにすることによって、効率よく出力コンデンサーＣ１に電荷を蓄えるもの
として説明した。しかし、これに限らず、図２（ｂ）に示したスイッチＳＷ１をＯＦＦに
したままの状態で出力コンデンサーＣ１に電荷を蓄える構成でもよい。すなわち、圧電素
子１０８で発生した電荷を何らかの形で蓄えることができればどのような構成でもよい。

また、上述した実施例では、圧電素子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、圧電素子１０８や圧電素子１１０などが取り付けら
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、両持ち梁構造の梁
でも良く、どのような構造や形状であっても構わない。たとえば、薄膜の表面に圧電素子
１０８や圧電素子１１０などを取り付けても良い。

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）だけ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。

１００，１００Ａ，１００Ｂ…発電装置
１０２…支持端、 １０４…梁、 １０６…錘、
１０８…圧電素子、 １０９ａ…上部電極、 １０９ｂ…下部電極、
１１０…圧電素子、 １１１ａ…上部電極、 １１１ｂ…下部電極、
１１２…制御回路、 １１４…圧電素子、 １１５ａ…上部電極、
１１５ｂ…下部電極、 １１６…圧電素子、 １１７ａ…上部電極、
１１７ｂ…下部電極、 １２０，１２１…全波整流回路、
Ｌ１，Ｌ２…インダクター、Ｃ１…出力用コンデンサー、Ｄ１〜Ｄ８…ダイオード、
ＳＷ１，ＳＷ２…スイッチ

Claims (3)

1. 第１の圧電素子が設けられ、変形方向を切り換えて変形する変形部材と、
   前記変形部材の変形量を検出する変形量検出手段と、
   前記第１の圧電素子に設けられた一対の電極と、
   前記一対の電極間に設けられたスイッチと、
   前記変形量が所定の大きさ以上になると、前記一対の電極間を所定期間短絡状態とする
   ように前記スイッチを制御するスイッチ制御手段と
   を備える発電装置。
2. 前記変形量検出手段は、
   前記変形部材に設けられ、前記変形量の検出に用いる第２の圧電素子と、
   前記第２の圧電素子に発生する電圧を検出する電圧検出手段と
   を備える請求項１に記載の発電装置。
3. 前記一対の電極間に設けられ、且つ前記スイッチと直列に接続されることによって、前
   記第１の圧電素子の容量成分と共振回路を構成するインダクターを備え、
   前記スイッチ制御手段は、前記変形量が前記所定の大きさに達しない期間では、前記変
   形部材の変形方向が切り換わるときに前記スイッチを接続した後、前記共振回路の共振周
   期の半周期に相当する時間が経過すると前記スイッチを切断する手段である請求項１また
   は請求項２に記載の発電装置。

Images