JP5930152B2 - POWER GENERATION DEVICE, ELECTRONIC DEVICE, MOBILE DEVICE, AND METHOD FOR CONTROLLING POWER GENERATION DEVICE - Google Patents

POWER GENERATION DEVICE, ELECTRONIC DEVICE, MOBILE DEVICE, AND METHOD FOR CONTROLLING POWER GENERATION DEVICE Download PDF

Info

Publication number
JP5930152B2
JP5930152B2 JP2011219331A JP2011219331A JP5930152B2 JP 5930152 B2 JP5930152 B2 JP 5930152B2 JP 2011219331 A JP2011219331 A JP 2011219331A JP 2011219331 A JP2011219331 A JP 2011219331A JP 5930152 B2 JP5930152 B2 JP 5930152B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
piezoelectric element
voltage
switch
displacement
piezoelectric
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2011219331A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2013081286A (en
Inventor
井出　典孝
典孝 井出
邦夫 田端
邦夫 田端
大島　敦
敦 大島
浩行 ▲吉▼野
浩行 ▲吉▼野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Seiko Epson Corp filed Critical Seiko Epson Corp
Priority to JP2011219331A priority Critical patent/JP5930152B2/en
Publication of JP2013081286A publication Critical patent/JP2013081286A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5930152B2 publication Critical patent/JP5930152B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Description

本発明は、発電装置、電子機器、移動手段および発電装置の制御方法に関する。   The present invention relates to a power generation device, an electronic device, a moving unit, and a method for controlling the power generation device.

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。 When piezoelectric materials such as lead zirconate titanate (PZT), quartz (SiO 2 ), and zinc oxide (ZnO) are deformed by external force, electric polarization is induced inside the material, and positive and negative charges appear on the surface. . Such a phenomenon is called a so-called piezoelectric effect. A power generation method has been proposed in which the cantilever beam is vibrated by repeatedly applying a load to the piezoelectric material by utilizing such properties of the piezoelectric material, and electric charges generated on the surface of the piezoelectric material are taken out as electricity.

たとえば、先端に錘を設けると共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。   For example, an alternating current is generated by providing a weight at the tip and vibrating a metal cantilever with a piezoelectric material thin plate and taking out positive and negative charges alternately generated in the piezoelectric material in accordance with the vibration. A technique has been proposed in which this alternating current is rectified by a diode, stored in a capacitor, and extracted as electric power (Patent Document 1). In addition, a technique has been proposed in which a direct current can be obtained without causing a voltage loss in a diode by closing a contact only while a positive charge is generated in a piezoelectric element (patent) Reference 2). If these technologies are used, the power generation device can be reduced in size, and therefore, for example, applications such as incorporation in a small electronic component instead of a battery are expected.

特開平７−１０７７５２号公報JP-A-7-107752 特開２００５−３１２２６９号公報JP 2005-31269 A

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、ほとんどの場合は、別に昇圧回路が必要となり、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。   However, the proposed conventional technique has a problem that the obtained voltage is limited to the voltage generated by the electric polarization of the piezoelectric material. For this reason, in most cases, a separate booster circuit is required, and there is a problem that it is difficult to sufficiently reduce the size of the power generator.

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。   The present invention has been made in order to solve the above-described problems of the prior art, and is a technology capable of generating a high voltage without increasing the size of a power generation device using the piezoelectric effect of a piezoelectric material. The purpose is to provide.

（１）本発明は、変形方向を切り換えて変形する変形部材と、前記変形部材に設けられた圧電素子と、前記圧電素子を含む共振回路を構成するインダクターと、前記共振回路に設けられたスイッチと、前記圧電素子の変位を検出する変位検出部と、前記圧電素子が発生させる電流を整流する整流回路と、前記整流回路を介して前記圧電素子と並列に接続される蓄電素子と、前記蓄電素子の電圧を検出する電圧検出部と、前記スイッチを制御する制御部と、を含み、前記制御部は、前記電圧検出部で検出される前記蓄電素子の電圧が基準値以下である場合には、前記変位検出部で検出される前記圧電素子の変位に基づいて、前記スイッチを所定期間導通状態とし、前記電圧検出部で検出される前記蓄電素子の電圧が基準値を上回る場合には、前記スイッチを導通状態とする、発電装置、である。 (1) The present invention provides a deformable member that is deformed by switching the deformation direction, a piezoelectric element provided on the deformable member, an inductor that constitutes a resonant circuit including the piezoelectric element, and a switch provided on the resonant circuit A displacement detector that detects the displacement of the piezoelectric element, a rectifier circuit that rectifies the current generated by the piezoelectric element, a storage element that is connected in parallel to the piezoelectric element via the rectifier circuit, and the storage A voltage detection unit that detects a voltage of the element; and a control unit that controls the switch, wherein the control unit is configured such that the voltage of the power storage element detected by the voltage detection unit is equal to or lower than a reference value. Based on the displacement of the piezoelectric element detected by the displacement detector, the switch is turned on for a predetermined period, and when the voltage of the storage element detected by the voltage detector exceeds a reference value, The switch to the conductive state, the power generation device, it is.

本発明によれば、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って、圧電素子も変形する。その結果、これら圧電素子には、圧電効果によって正負の電荷が発生する。なお、電荷の発生量は、圧電素子の変形量が大きくなるほど多くなる。また、圧電素子はインダクターと共に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、変形量が大きくなったとき（たとえば、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。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、たとえば、圧電素子で発生した電荷が最も多くなったときに、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、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、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、圧電素子の反対側の端子に流れ込む。この期間（すなわち、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圧電素子内に流れ込むまでの期間）は、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。したがって、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、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さら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圧電素子内に電荷が蓄積される。また、圧電素子内に電荷が蓄積されるにしたが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、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。さらに、こうして圧電素子内に効率よく電荷を蓄積するためには、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することが重要となる。ここで、圧電素子の変位を検出する変位検出部が設けられているので、圧電素子の変形方向が切り換わるタイミングを検出できる。したがって、変形部材の変形方向が切り換わるタイミングで容易にスイッチを導通状態にできる。そして、制御部は、圧電素子の変形方向の切り換わりから所定期間だけスイッチを導通状態とすることで、圧電素子内に効率よく電荷を蓄積することが可能となる。したがって、圧電効果を利用して、小型で効率的に高い電圧を発生させることが可能な発電装置を実現できる。また、蓄電素子の電圧が基準値を上回る場合には、スイッチを導通状態とするので、圧電素子、インダクターおよびスイッチを含む共振回路で電力が消費され、圧電素子から電力を取り出せなくなる。したがって、蓄電素子への過充電を抑制できる。これによって、蓄電素子の劣化を抑制し、蓄電素子を長寿命化できる。なお、蓄電素子は、たとえば、コンデンサーであっても二次電池であってもよい。   According to the present invention, since the piezoelectric element is provided on the deformable member, the piezoelectric element is also deformed when the deformable member is deformed. As a result, positive and negative charges are generated in these piezoelectric elements due to the piezoelectric effect. Note that the amount of generated charge increases as the amount of deformation of the piezoelectric element increases. The piezoelectric element forms a resonance circuit together with the inductor, and the resonance circuit is provided with a switch. Then, the deformation of the deformable member is started in a state where the conduction at the switch is cut off, and when the amount of deformation becomes large (for example, when the deformation direction is switched), the switch is turned on. The piezoelectric element is deformed together with the deformable member, and the larger the amount of deformation, the more electric charge is generated. For example, when the electric charge generated in the piezoelectric element is the largest, the first piezoelectric element is connected to the inductor and resonates. Form a circuit. Then, the electric charge generated in the piezoelectric element flows into the inductor. Since the piezoelectric element and the inductor constitute a resonance circuit, the current flowing into the inductor overshoots and flows into the terminal on the opposite side of the piezoelectric element. During this period (that is, the period until the electric charge flowing out from one terminal of the piezoelectric element flows into the piezoelectric element again from the opposite terminal via the inductor), the resonance of the resonance circuit formed by the piezoelectric element and the inductor Half the cycle. Therefore, if the switch is connected when the deformation direction of the piezoelectric element is switched to form a resonance circuit, and then the switch is disconnected when half the resonance period has elapsed, the piezoelectric element is connected before the inductor is connected. The arrangement of positive and negative charges generated in the element can be reversed. From this state, if the deformable member is deformed in the opposite direction, the piezoelectric element is deformed in the opposite direction. Therefore, new charges generated by the piezoelectric effect are further accumulated from the state where the arrangement of positive and negative charges is reversed. The charge is accumulated in the piezoelectric element as it is increased. In addition, since the voltage generated as the charge is accumulated in the piezoelectric element increases, a voltage higher than the voltage generated by the electric polarization of the piezoelectric material constituting the piezoelectric element is generated without the need for a separate booster circuit. Can be made. Further, in order to efficiently accumulate charges in the piezoelectric element in this way, it is important to connect a switch to form a resonance circuit when the deformation direction of the piezoelectric element is switched. Here, since the displacement detection part which detects the displacement of a piezoelectric element is provided, the timing which the deformation | transformation direction of a piezoelectric element switches can be detected. Therefore, the switch can be easily turned on at the timing when the deformation direction of the deformation member is switched. And a control part can accumulate | store an electric charge efficiently in a piezoelectric element by making a switch into a conduction | electrical_connection state only for a predetermined period after switching of the deformation | transformation direction of a piezoelectric element. Therefore, it is possible to realize a small-sized power generation device that can efficiently generate a high voltage by using the piezoelectric effect. Further, when the voltage of the power storage element exceeds the reference value, the switch is turned on, so that power is consumed by the resonance circuit including the piezoelectric element, the inductor, and the switch, and power cannot be extracted from the piezoelectric element. Therefore, overcharge to the power storage element can be suppressed. As a result, deterioration of the power storage element can be suppressed, and the life of the power storage element can be extended. The power storage element may be, for example, a capacitor or a secondary battery.

（２）上述の発電装置において、前記制御部は、前記電圧検出部で検出される前記電圧が基準値以下である場合には、前記圧電素子の変形方向が切り換わるタイミングで前記スイッチを接続した後、前記所定期間が経過するタイミングで前記スイッチを切断してもよい。 (2) In the power generation device described above, the control unit connects the switch at a timing at which the deformation direction of the piezoelectric element is switched when the voltage detected by the voltage detection unit is equal to or lower than a reference value. Thereafter, the switch may be disconnected at a timing when the predetermined period elapses.

本発明によれば、圧電素子の変形方向が切り換わるタイミングでスイッチを導通状態にすることで、圧電素子の変形状態（振動状態）に同期した適切なタイミングで、圧電素子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、圧電素子内に効率よく電荷を蓄積することが可能となる。   According to the present invention, the connection of the piezoelectric element and the inductor can be performed at an appropriate timing synchronized with the deformation state (vibration state) of the piezoelectric element by turning on the switch at the timing when the deformation direction of the piezoelectric element is switched. Since cutting can be repeated periodically, it is possible to efficiently accumulate charges in the piezoelectric element.

（３）上述の発電装置において、前記変位検出部は、前記圧電素子から前記整流回路に流れる電流を検出する電流検出部を含み、前記電流検出部で検出される電流に基づいて前記圧電素子の変位を検出してもよい。 (3) In the above-described power generation device, the displacement detection unit includes a current detection unit that detects a current flowing from the piezoelectric element to the rectifier circuit, and based on the current detected by the current detection unit, The displacement may be detected.

圧電素子から整流回路には、圧電素子の変位と同期した電流が流れる。たとえば、圧電素子の変形方向が切り換わるタイミングでは、圧電素子から整流回路に流れる電流が０となる。したがって、電流検出部で検出される電流に基づいて圧電素子の変位を検出できる。その結果、圧電素子で発生した電荷を効率よく引き出して、効率よく発電することができる。   A current synchronized with the displacement of the piezoelectric element flows from the piezoelectric element to the rectifier circuit. For example, at the timing when the deformation direction of the piezoelectric element is switched, the current flowing from the piezoelectric element to the rectifier circuit becomes zero. Therefore, the displacement of the piezoelectric element can be detected based on the current detected by the current detection unit. As a result, it is possible to efficiently draw out the electric charge generated in the piezoelectric element and generate power efficiently.

（４）上述の発電装置において、前記変位検出部は、前記変形部材の変形による変位を検出する変位センサーを含み、前記変位センサーが検出する前記変形部材の変位に基づいて前記圧電素子の変位を検出してもよい。 (4) In the power generation device described above, the displacement detection unit includes a displacement sensor that detects displacement due to deformation of the deformable member, and detects the displacement of the piezoelectric element based on the displacement of the deformable member detected by the displacement sensor. It may be detected.

圧電素子は変形部材に設けられているので、圧電素子の変位と変形部材の変位は同期している。したがって、変形部材の変位に基づいて圧電素子の変位を検出できる。その結果、圧電素子で発生した電荷を効率よく引き出して、効率よく発電することができる。   Since the piezoelectric element is provided on the deformable member, the displacement of the piezoelectric element and the displacement of the deformable member are synchronized. Therefore, the displacement of the piezoelectric element can be detected based on the displacement of the deformable member. As a result, it is possible to efficiently draw out the electric charge generated in the piezoelectric element and generate power efficiently.

（５）上述の発電装置において、前記圧電素子を第１の圧電素子とし、前記変位検出部は、前記変形部材に設けられた第２の圧電素子と、前記第２の圧電素子に生じる電圧または電流を検出する検出部と、を含み、前記第２の圧電素子に生じる電圧または電流に基づいて前記第１の圧電素子の変位を検出してもよい。 (5) In the power generation device described above, the piezoelectric element is a first piezoelectric element, and the displacement detection unit includes a second piezoelectric element provided on the deformable member and a voltage generated in the second piezoelectric element or A detection unit that detects current, and the displacement of the first piezoelectric element may be detected based on a voltage or current generated in the second piezoelectric element.

変形部材には第１の圧電素子および第２の圧電素子が設けられているので、第１の圧電素子の変形方向が切り換わるときには、第２の圧電素子の変形方向も切り換わる。そして、第２の圧電素子の変形方向が切り換わるタイミングは、第２の圧電素子が発生させる電圧が極値になるタイミング、および、第２の圧電素子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。したがって、２の圧電素子に生じる電圧または電流に基づいて圧電素子の変位を検出できる。その結果、圧電素子で発生した電荷を効率よく引き出して、効率よく発電することができる。   Since the deformable member is provided with the first piezoelectric element and the second piezoelectric element, when the deformation direction of the first piezoelectric element is switched, the deformation direction of the second piezoelectric element is also switched. The timing at which the deformation direction of the second piezoelectric element is switched is the timing at which the voltage generated by the second piezoelectric element becomes an extreme value, and the direction of the current due to the charge generated by the second piezoelectric element is switched. It coincides with the timing (timing when the current becomes 0). Therefore, the displacement of the piezoelectric element can be detected based on the voltage or current generated in the two piezoelectric elements. As a result, it is possible to efficiently draw out the electric charge generated in the piezoelectric element and generate power efficiently.

（６）上述の発電装置において、前記整流回路は、全波整流回路であってもよい。 (6) In the above power generator, the rectifier circuit may be a full-wave rectifier circuit.

これによって、圧電素子から発生した電荷を効率よく引き出して、効率よく発電することができる。   As a result, the electric charge generated from the piezoelectric element can be efficiently extracted to generate electric power efficiently.

（７）本発明は、上述の発電装置を用いた電子機器である。 (7) The present invention is an electronic apparatus using the above-described power generation device.

（８）本発明は、上述の発電装置を用いた移動手段である。 (8) The present invention is a moving means using the above-described power generator.

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って発電できるほか、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って発電し、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。   According to these inventions, since it can be incorporated in a small electronic device such as a remote controller instead of a battery, power can be generated by moving the small electronic device, and for example, the power generation of the present invention can be applied to a moving means such as a vehicle or a train. By using the apparatus, it is possible to generate electric power by vibration accompanying movement and efficiently supply power to the equipment provided in the moving means.

（９）本発明は、変形方向を切り換えて変形する変形部材と、前記変形部材に設けられた圧電素子と、前記圧電素子を含む共振回路を構成するインダクターと、前記共振回路に設けられたスイッチと、前記圧電素子の変位を検出する変位検出部と、前記圧電素子が発生させる電流を整流する整流回路と、前記整流回路を介して前記圧電素子と並列に接続される蓄電素子と、前記蓄電素子の電圧を検出する電圧検出部と、を含む発電装置の制御方法であって、前記電圧検出部で検出される前記蓄電素子の電圧が基準値以下である場合に、前記変位検出部で検出される前記圧電素子の変位に基づいて、前記スイッチを所定期間導通状態とすることと、前記電圧検出部で検出される前記蓄電素子の電圧が基準値を上回る場合に、前記スイッチを導通状態とすることと、を含む、発電装置の制御方法、である。 (9) The present invention provides a deformable member that is deformed by switching the deformation direction, a piezoelectric element provided on the deformable member, an inductor that constitutes a resonant circuit including the piezoelectric element, and a switch provided on the resonant circuit A displacement detector that detects the displacement of the piezoelectric element, a rectifier circuit that rectifies the current generated by the piezoelectric element, a storage element that is connected in parallel to the piezoelectric element via the rectifier circuit, and the storage And a voltage detection unit that detects a voltage of the element, wherein the displacement detection unit detects when the voltage of the power storage element detected by the voltage detection unit is equal to or lower than a reference value. Based on the displacement of the piezoelectric element, the switch is turned on for a predetermined period, and the switch is turned on when the voltage of the storage element detected by the voltage detection unit exceeds a reference value. It includes that a state, the control method of the power plant is,.

本発明によれば、圧電素子の変位に基づいてスイッチを所定期間導通状態とすることで、圧電素子内に効率よく電荷を蓄積することが可能となる。また、圧電素子内に電荷を蓄積した分だけ、圧電素子が生じさせる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。また、蓄電素子の電圧が基準値を上回る場合には、スイッチを導通状態とするので、圧電素子、インダクターおよびスイッチを含む共振回路で電力が消費され、圧電素子から電力を取り出せなくなる。したがって、蓄電素子への過充電を抑制できる。これによって、蓄電素子の劣化を抑制し、蓄電素子を長寿命化できる。なお、蓄電素子は、たとえば、コンデンサーであっても二次電池であってもよい。   According to the present invention, it is possible to efficiently accumulate electric charges in a piezoelectric element by making the switch conductive for a predetermined period based on the displacement of the piezoelectric element. In addition, since the voltage generated by the piezoelectric element increases by the amount of charge accumulated in the piezoelectric element, a voltage higher than the voltage generated by the electric polarization of the piezoelectric material can be generated without preparing a booster circuit separately. Can do. Further, when the voltage of the power storage element exceeds the reference value, the switch is turned on, so that power is consumed by the resonance circuit including the piezoelectric element, the inductor, and the switch, and power cannot be extracted from the piezoelectric element. Therefore, overcharge to the power storage element can be suppressed. As a result, deterioration of the power storage element can be suppressed, and the life of the power storage element can be extended. The power storage element may be, for example, a capacitor or a secondary battery.

第１実施例の発電装置の構造を示した説明図である。It is explanatory drawing which showed the structure of the electric power generating apparatus of 1st Example. 第１実施例の発電装置の動作を示した説明図である。It is explanatory drawing which showed operation | movement of the electric power generating apparatus of 1st Example. 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。It is explanatory drawing which showed notionally the first half part of the operation principle of the electric power generating apparatus of 1st Example. 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。It is explanatory drawing which showed notionally the latter half part of the operation principle of the electric power generating apparatus of 1st Example. 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、圧電素子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。It is explanatory drawing which shows the reason which can raise the voltage between the terminals of a piezoelectric element, even if the timing which a switch turns on is arbitrary timings. 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、圧電素子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。It is explanatory drawing which shows the reason which can raise the voltage between the terminals of a piezoelectric element, even if the timing which a switch turns on is arbitrary timings. 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、圧電素子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。It is explanatory drawing which shows the reason which can raise the voltage between the terminals of a piezoelectric element, even if the timing which a switch turns on is arbitrary timings. ＬＣ共振回路の共振周期の３／２倍の時間だけスイッチをＯＮにした場合の圧電素子の端子間の電圧波形を示した図である。It is the figure which showed the voltage waveform between the terminals of a piezoelectric element when a switch is turned ON only for the time of 3/2 times the resonance period of LC resonance circuit. ＬＣ共振回路の共振周期の１／４倍の時間だけスイッチをＯＮにした場合の圧電素子の端子間の電圧波形を示した図である。It is the figure which showed the voltage waveform between the terminals of a piezoelectric element at the time of turning on a switch only for 1/4 time of the resonance period of LC resonance circuit. 圧電素子から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。Explanatory drawing which shows the reason which can determine the timing which the deformation | transformation direction of a beam switches by detecting the electric current which flows into a rectifier circuit from a piezoelectric element. 電流検出部の構成例を示した図である。It is the figure which showed the structural example of the electric current detection part. 電流検出部の各部の出力波形例を示した図である。It is the figure which showed the example of an output waveform of each part of a current detection part. 本実施例における発電装置の制御方法の一例としての状態制御処理を説明するためのフローチャート。The flowchart for demonstrating the state control process as an example of the control method of the electric power generating apparatus in a present Example. 本実施例における発電装置の制御方法の一例としてのスイッチ制御処理を説明するためのフローチャート。The flowchart for demonstrating the switch control process as an example of the control method of the electric power generating apparatus in a present Example. 本実施例の発電装置の他の構造を示した説明図。Explanatory drawing which showed the other structure of the electric power generating apparatus of a present Example. 本実施例における発電装置の制御方法の他の一例としてのスイッチ制御処理を説明するためのフローチャート。The flowchart for demonstrating the switch control process as another example of the control method of the electric power generating apparatus in a present Example. 本実施例の発電装置の他の構造を示した説明図。Explanatory drawing which showed the other structure of the electric power generating apparatus of a present Example. 第２の圧電素子に生じる電圧を検出することによって、スイッチＳＷを適切なタイミングで制御可能な理由を示す説明図。Explanatory drawing which shows the reason which can control switch SW at a suitable timing by detecting the voltage which arises in the 2nd piezoelectric element. 電圧検出部の構成例を示した図。The figure which showed the structural example of the voltage detection part. 電圧検出部の各部の出力波形例を示した図。The figure which showed the output waveform example of each part of a voltage detection part. 本実施例における発電装置の制御方法の他の一例としてのスイッチ制御処理を説明するためのフローチャート。The flowchart for demonstrating the switch control process as another example of the control method of the electric power generating apparatus in a present Example. 本実施例の発電装置の他の構造を示した説明図。Explanatory drawing which showed the other structure of the electric power generating apparatus of a present Example. 第２の圧電素子に生じる電流を検出することによって、スイッチＳＷを適切なタイミングで制御可能な理由を示す説明図。Explanatory drawing which shows the reason why the switch SW can be controlled at an appropriate timing by detecting the current generated in the second piezoelectric element. 電流検出部の構成例を示した図である。It is the figure which showed the structural example of the electric current detection part. 電流検出部の各部の出力波形例を示した図である。It is the figure which showed the example of an output waveform of each part of a current detection part. 本実施例における発電装置の制御方法の他の一例としてのスイッチ制御処理を説明するためのフローチャート。The flowchart for demonstrating the switch control process as another example of the control method of the electric power generating apparatus in a present Example.

以下、本発明の好適な実施例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例は、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。   Preferred embodiments of the present invention will now be described in detail with reference to the drawings. In addition, the Example described below does not unduly limit the content of the present invention described in the claims. Also, not all of the configurations described below are essential constituent requirements of the present invention.

以下では、上述した本願発明の内容を明確にするために、次のような順序にしたがって実施例を説明する。   Hereinafter, in order to clarify the contents of the present invention described above, examples will be described in the following order.

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ＳＷ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： A. First embodiment:
A-1. Structure of power generator:
A-2. Power generator operation:
A-3. The operating principle of the power generator:
A-4. Switch SW switching timing:
B. Second embodiment:
C. Third embodiment:
D. Fourth embodiment:

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、変形方向を切り換えて変形することができる。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、圧電素子１０８が設けられている。圧電素子１０８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１０８ｃと、圧電部材１０８ｃの表面に金属薄膜によって形成された第１電極（上部電極）１０８ａおよび第２電極（下部電極）１０８ｂとを含んで構成されている。第１電極（上部電極）１０８ａおよび第２電極（下部電極）１０８ｂは、圧電部材１０８ｃを挟んで対向配置されている。なお、圧電素子１０８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。 A. First embodiment:
A-1. Structure of power generator:
FIG. 1 is an explanatory diagram showing the structure of the power generation apparatus 100 of the present embodiment. FIG. 1A shows the mechanical structure of the power generation apparatus 100, and FIG. 1B shows the electrical structure. The mechanical structure of the power generation apparatus 100 according to the present embodiment is a cantilever structure in which a beam 104 having a weight 106 at the distal end is fixed to the support end 102 on the proximal end side, and the deformation direction is switched. Can be deformed. The support end 102 is preferably fixed in the power generation apparatus 100. A piezoelectric element 108 is provided on the surface of the beam 104. The piezoelectric element 108 includes a piezoelectric member 108c formed of a piezoelectric material such as lead zirconate titanate (PZT), a first electrode (upper electrode) 108a and a second electrode formed of a metal thin film on the surface of the piezoelectric member 108c. (Lower electrode) 108b. The first electrode (upper electrode) 108a and the second electrode (lower electrode) 108b are disposed to face each other with the piezoelectric member 108c interposed therebetween. Since the piezoelectric element 108 is deformed by deformation of the beam 104, the beam 104 corresponds to the “deformable member” of the present invention.

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の表面に設けられた圧電素子１０８には、圧縮力および引張力が交互に作用する。すると、圧電素子１０８の圧電部材１０８ｃ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１０８ａおよび第２電極１０８ｂ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つの振動によって梁１０４の変位が反復しやすくなるためである。   The beam 104 is fixed to the support end 102 at the base end side, and a weight 106 is provided at the tip end side. Therefore, when vibration or the like is applied, the beam 104 is shown by a white arrow in the figure. The tip of oscillates greatly. As a result, compressive force and tensile force act alternately on the piezoelectric element 108 provided on the surface of the beam 104. Then, the piezoelectric member 108c of the piezoelectric element 108 generates positive and negative charges due to the piezoelectric effect, and the charges appear on the first electrode 108a and the second electrode 108b. Further, although the weight 106 is not essential, it is desirable that the weight balance is not balanced between the distal end side and the proximal end side of the beam 104. This is because the balance of weight is not balanced, for example, the displacement of the beam 104 is easily repeated by one vibration.

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１０８の圧電部材１０８ｃ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）Ｃｇとして表すことができる。インダクターＬは、圧電部材１０８ｃに対して並列に接続されて、圧電素子１０８を含む共振回路を構成している。すなわち、インダクターＬは、圧電部材１０８ｃの容量成分Ｃｇと共に電気的な共振回路を形成している。そして、この共振回路には、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設けられている。   FIG. 1B illustrates a circuit diagram of the power generation apparatus 100 of the present embodiment. The piezoelectric member 108c of the piezoelectric element 108 can be electrically expressed as a current source and a capacitor (capacitance component) Cg for storing electric charge. The inductor L is connected in parallel to the piezoelectric member 108 c and constitutes a resonance circuit including the piezoelectric element 108. That is, the inductor L forms an electrical resonance circuit together with the capacitance component Cg of the piezoelectric member 108c. In this resonance circuit, a switch SW for turning the resonance circuit ON / OFF is provided in series with the inductor L.

また、圧電素子１０８の圧電部材１０８ｃに設けられた第１電極１０８ａおよび第２電極１０８ｂは、圧電素子１０８が発生させる電流を整流する整流回路１２０に接続されている。本実施例においては、整流回路１２０は、４つのダイオードＤ１〜Ｄ４から構成される全波整流回路である。整流回路１２０を全波整流回路で構成することによって、圧電素子１０８から発生した電荷を効率よく引き出して、効率よく発電することができる。   The first electrode 108a and the second electrode 108b provided on the piezoelectric member 108c of the piezoelectric element 108 are connected to a rectifier circuit 120 that rectifies the current generated by the piezoelectric element 108. In this embodiment, the rectifier circuit 120 is a full-wave rectifier circuit composed of four diodes D1 to D4. By configuring the rectifier circuit 120 with a full-wave rectifier circuit, it is possible to efficiently draw out the electric charge generated from the piezoelectric element 108 and generate electric power efficiently.

蓄電素子Ｃ１は、整流回路１２０を介して圧電素子１０８と並列に接続される。すなわち、圧電素子１０８に生じる電圧を利用して蓄電素子Ｃ１に充電できるように接続されている。蓄電素子Ｃ１としては、たとえば、種々の公知のコンデンサーや、リチウムイオン電池やニッケル・カドミウム蓄電池などの種々の公知の二次電池などを採用できる。   The power storage element C <b> 1 is connected in parallel with the piezoelectric element 108 via the rectifier circuit 120. That is, it is connected so that the power storage element C1 can be charged using the voltage generated in the piezoelectric element 108. As the storage element C1, for example, various known capacitors, various known secondary batteries such as a lithium ion battery and a nickel-cadmium storage battery can be employed.

発電装置１００は、圧電素子１０８の変位を検出する変位検出部１４０を含んで構成されている。本実施例においては、変位検出部１４０は、圧電素子１０８から整流回路１２０に流れる電流を検出する電流検出部１４１を含み、電流検出部１４１で検出される電流に基づいて圧電素子の変位を検出する。圧電素子１０８から整流回路１２０に流れる電流を検出することによって圧電素子１０８の変位を検出できる理由については後述される。変位検出部１４０は、圧電素子１０８の変位に関する情報を、後述される制御部１３０に出力する。   The power generation apparatus 100 includes a displacement detection unit 140 that detects the displacement of the piezoelectric element 108. In this embodiment, the displacement detection unit 140 includes a current detection unit 141 that detects a current flowing from the piezoelectric element 108 to the rectifier circuit 120, and detects the displacement of the piezoelectric element based on the current detected by the current detection unit 141. To do. The reason why the displacement of the piezoelectric element 108 can be detected by detecting the current flowing from the piezoelectric element 108 to the rectifier circuit 120 will be described later. The displacement detection unit 140 outputs information related to the displacement of the piezoelectric element 108 to the control unit 130 described later.

発電装置１００は、蓄電素子Ｃ１の電圧ＶＣ１を検出する電圧検出部１５０を含んで構成されている。蓄電素子Ｃ１の電圧ＶＣ１は、蓄電素子Ｃ１の第１端子Ｃ１ａと第２端子Ｃ１ｂとの間の電圧である。電圧検出部１５０は、たとえば、蓄電素子Ｃ１の電圧ＶＣ１と基準値Ｖｒとを比較する比較器を含んで構成されていてもよい。基準値Ｖｒは、たとえば、蓄電素子Ｃ１が過充電によって過度に劣化しない程度の電圧値としてもよい。電圧検出部１５０は、蓄電素子Ｃ１の電圧ＶＣ１に関する情報を、後述される制御部１３０に出力する。   The power generation device 100 includes a voltage detection unit 150 that detects the voltage VC1 of the power storage element C1. The voltage VC1 of the storage element C1 is a voltage between the first terminal C1a and the second terminal C1b of the storage element C1. Voltage detector 150 may be configured to include a comparator that compares voltage VC1 of power storage element C1 with reference value Vr, for example. For example, the reference value Vr may be a voltage value such that the power storage element C1 is not excessively deteriorated by overcharging. Voltage detection unit 150 outputs information related to voltage VC1 of power storage element C1 to control unit 130 described later.

制御部１３０は、スイッチＳＷを制御する。より具体的には、制御部１３０は、電圧検出部１５０で検出される蓄電素子Ｃ１の電圧ＶＣ１が基準値Ｖｒ以下である場合には、変位検出部１４０で検出される圧電素子１０８の変位に基づいて、スイッチＳＷを所定期間導通状態とし、電圧検出部１５０で検出される蓄電素子Ｃ１の電圧ＶＣ１が基準値Ｖｒを上回る場合には、スイッチＳＷを導通状態とする。制御部１３０の動作の詳細については後述される。制御部１３０は、たとえば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）を含んで構成されていてもよい。   The control unit 130 controls the switch SW. More specifically, the control unit 130 detects the displacement of the piezoelectric element 108 detected by the displacement detection unit 140 when the voltage VC1 of the storage element C1 detected by the voltage detection unit 150 is equal to or less than the reference value Vr. Based on this, the switch SW is turned on for a predetermined period, and when the voltage VC1 of the power storage element C1 detected by the voltage detection unit 150 exceeds the reference value Vr, the switch SW is turned on. Details of the operation of the control unit 130 will be described later. For example, the control unit 130 may include a CPU (Central Processing Unit).

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。本項においては、電圧検出部１５０で検出される蓄電素子Ｃ１の電圧ＶＣ１が基準値Ｖｒ以下である場合の動作について説明する。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。なお、プラスの変位ｕは、梁１０４が上向きに反った状態（梁１０４の上面側が凹となった状態）を表しており、マイナスの変位（−ｕ）は、梁１０４が下向きに反った状態（梁１０４の下面側が凹となった状態）を表している。また、図２（ｂ）には、梁１０４の変形に伴って、圧電部材１０８ｃが発生する電流の様子と、その結果として圧電部材１０８ｃの内部に生じる起電力とが示されている。なお、図２（ｂ）では、圧電部材１０８ｃ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１０８ｃに生じる起電力は、第１電極１０８ａと第２電極１０８ｂとの間に生じる電圧Ｖｐｚｔとして表されている。 A-2. Power generator operation:
FIG. 2 is an explanatory diagram showing the operation of the power generation apparatus 100 of the present embodiment. In this section, an operation when voltage VC1 of power storage element C1 detected by voltage detection unit 150 is equal to or lower than reference value Vr will be described. FIG. 2A shows how the displacement u of the tip of the beam 104 changes with the vibration of the beam 104. A positive displacement u represents a state in which the beam 104 is warped upward (a state in which the upper surface side of the beam 104 is concave), and a negative displacement (−u) represents a state in which the beam 104 is warped downward. (A state where the lower surface side of the beam 104 is concave). FIG. 2B shows the state of current generated by the piezoelectric member 108 c as the beam 104 is deformed, and the electromotive force generated inside the piezoelectric member 108 c as a result. In FIG. 2B, the state in which electric charges are generated in the piezoelectric member 108c is represented as the amount of electric charges generated per unit time (that is, the current Ipzt), and the electromotive force generated in the piezoelectric member 108c is This is expressed as a voltage Vpzt generated between the first electrode 108a and the second electrode 108b.

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１０８ｃ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１０８ａおよび第２電極１０８ｂの電圧Ｖｐｚｔは正方向へ増加する。正方向の電圧Ｖｐｚｔが、蓄電素子Ｃ１の電圧ＶＣ１と整流回路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１０８ｃ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１０８ａおよび第２電極１０８ｂの電圧Ｖｐｚｔは負方向へ増加する。負方向の電圧Ｖｐｚｔが、Ｖｃ１と整流回路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。   As shown in FIGS. 2A and 2B, while the displacement of the beam 104 is increasing, the piezoelectric member 108c generates a positive current (that is, the current Ipzt is a positive value), Accordingly, the voltage Vpzt of the first electrode 108a and the second electrode 108b increases in the positive direction. If the positive voltage Vpzt is higher than the voltage VC1 of the storage element C1 and twice the forward drop voltage Vf of the diode constituting the rectifier circuit 120, that is, VC1 + 2Vf, the voltage Vpzt is generated thereafter. The electric charge can be taken out as a direct current and stored in the storage element C1. While the displacement of the beam 104 is decreasing, the piezoelectric member 108c generates a current in the negative direction (that is, the current Ipzt is a negative value), and accordingly, the voltages of the first electrode 108a and the second electrode 108b. Vpzt increases in the negative direction. If the negative voltage Vpzt becomes larger than the sum of Vc1 and 2Vf of the rectifier circuit 120, the generated charge can be taken out as a direct current and stored in the storage element C1. That is, even with the switch SW in FIG. 1 turned OFF, electric charge can be stored in the power storage element C1 for the portion indicated by hatching in FIG. 2B.

一定時間に圧電部材１０８ｃ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。   The amount of electric charge (power generation efficiency) that can be taken out from the piezoelectric member 108c in a certain time varies depending on the timing when the switch SW is turned on. As shown in FIG. 2C, the switch SW is turned on when the deformation direction of the beam 104 is switched. Power generation efficiency is maximized. Below, operation | movement in case power generation efficiency becomes the maximum first is demonstrated.

制御部１３０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、第１電極１０８ａと第２電極１０８ｂとの間の電圧波形が、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１０８ｃの起電力に対応する細い破線で示した電圧Ｖｐｚｔの波形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第１電極１０８ａと第２電極１０８ｂとの間に現れる。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１０８ｃの起電力に対応する電圧Ｖｐｚｔの波形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１０８ｃの起電力に対応する電圧Ｖｐｚｔの波形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１０８ｃ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。なお、圧電部材１０８ｃから蓄電素子Ｃ１に電荷が流れる結果、第１電極１０８ａと第２電極１０８ｂ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１０８ａおよび第２電極１０８ｂ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。   Assume that the control unit 130 turns on the SW at the timing shown in FIG. Then, as shown in FIG. 2D, a phenomenon occurs as if the voltage waveform between the first electrode 108a and the second electrode 108b was shifted when the switch SW was turned on. That is, for example, in the period B indicated as “B” in FIG. 2D, a thick broken line in which the waveform of the voltage Vpzt indicated by the thin broken line corresponding to the electromotive force of the piezoelectric member 108c is shifted in the negative direction. The voltage waveform shown by (1) appears between the first electrode 108a and the second electrode 108b. The reason why such a phenomenon occurs will be described later. Further, in a period C indicated as “C” in FIG. 2D, a thick broken voltage waveform appears such that the waveform of the voltage Vpzt corresponding to the electromotive force of the piezoelectric member 108c is shifted in the positive direction. Similarly, in the subsequent period D, period E, period F, and the like, a thick broken voltage waveform appears such that the waveform of the voltage Vpzt corresponding to the electromotive force of the piezoelectric member 108c is shifted in the positive direction or the negative direction. Then, in the portion where the shifted voltage waveform exceeds the sum of VC1 and 2Vf (the portion shown by hatching in FIG. 2D), the charge generated in the piezoelectric member 108c is stored in the storage element C1. I can keep it. As a result of the charge flowing from the piezoelectric member 108c to the power storage element C1, the voltage Vgen between the first electrode 108a and the second electrode 108b is clipped by the sum of VC1 and 2Vf. As a result, the voltage waveform between the first electrode 108a and the second electrode 108b becomes a waveform indicated by a thick solid line in FIG.

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。そこで、第１実施例の発電装置１００は、スイッチＳＷを適切なタイミングでＯＮにするために、圧電素子１０８の変位を検出する変位検出部１４０を設け、変位検出部１４０で検出される圧電素子１０８の変位に基づいてスイッチＳＷ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。   Comparison between the case where the switch SW shown in FIG. 2B is kept OFF and the case where the switch SW is turned ON at the timing when the deformation direction of the beam 104 is switched as shown in FIG. As will be apparent, in the power generation apparatus 100 of the present embodiment, it is possible to efficiently store charges in the power storage element C1 by turning on the switch SW at an appropriate timing. Therefore, the power generation apparatus 100 according to the first embodiment includes a displacement detection unit 140 that detects the displacement of the piezoelectric element 108 in order to turn on the switch SW at an appropriate timing, and the piezoelectric element detected by the displacement detection unit 140. Based on the displacement 108, the switch SW is controlled. This point will be described in detail later.

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、それにしたが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１０８ｃを変形させたことによって、第１電極１０８ａと第２電極１０８ｂ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。   Further, when charge is stored in the storage element C1 and the voltage between the terminals of the storage element C1 increases, the shift amount of the voltage waveform increases accordingly. For example, a period B in FIG. 2D (a state where no charge is stored in the power storage element C1) and a period H in FIG. 2D (a state where a small amount of charge is stored in the power storage element C1) are included. In comparison, the shift amount of the voltage waveform is larger in the period H. Similarly, when the period C and the period I in FIG. 2D are compared, the shift amount of the voltage waveform is larger in the period I in which the charge stored in the power storage element C1 is increasing. The reason why such a phenomenon occurs will be described later. As a result, in the power generation apparatus 100 according to the present embodiment, the piezoelectric member 108c is deformed to be generated between the first electrode 108a and the second electrode 108b. A voltage equal to or higher than the voltage Vpzt can also be stored in the power storage element C1. As a result, it is not necessary to provide a special booster circuit, and a small and highly efficient power generator can be obtained.

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。本項においては、電圧検出部１５０で検出される蓄電素子Ｃ１の電圧ＶＣ１が基準値Ｖｒ以下である場合の動作について説明する。図３では、圧電部材１０８ｃの変形に合わせてスイッチＳＷをＯＮにしたときのＣｇ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１０８ｃ（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１０８ｃ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に電荷が蓄積され、圧電部材１０８ｃ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１０８ｃの変形が大きくなるほど増加する。そして、圧電部材１０８ｃ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。 A-3. The operating principle of the power generator:
FIG. 3 is an explanatory diagram conceptually showing the first half of the operating principle of the power generation apparatus 100 of the present embodiment. FIG. 4 is an explanatory diagram conceptually showing the latter half of the operating principle of the power generation apparatus 100 of the present embodiment. In this section, an operation when voltage VC1 of power storage element C1 detected by voltage detection unit 150 is equal to or lower than reference value Vr will be described. FIG. 3 conceptually shows the movement of the Cg charge when the switch SW is turned on in accordance with the deformation of the piezoelectric member 108c. FIG. 3A shows a state in which the piezoelectric member 108c (exactly, the beam 104) is deformed upward (so that the upper surface side is concave). When the piezoelectric member 108c is deformed upward, a positive current flows from the current source, charges are accumulated in Cg, and a positive voltage is generated between the terminals of the piezoelectric member 108c. The voltage value increases as the deformation of the piezoelectric member 108c increases. Then, the switch SW is turned on at the timing when the deformation of the piezoelectric member 108c reaches a peak (timing when the charge amount reaches a peak; see FIG. 3B).

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。Ｃｇ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１０８ｃ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。   FIG. 3C shows a state immediately after the switch SW is turned on. Since charge is stored in Cg, this charge tends to flow to the inductor L. When a current flows through the inductor L, a magnetic flux is generated (the magnetic flux increases), but the inductor L has a property (self-inducing action) in which a counter electromotive force is generated in a direction that prevents a change in the magnetic flux passing through the inductor L. When the switch SW is turned on, the magnetic flux tends to increase due to the flow of electric charge, so that a counter electromotive force is generated in a direction that prevents the increase of the magnetic flux (in other words, a direction that prevents the flow of electric charge). The magnitude of the back electromotive force is proportional to the magnetic flux change rate (change amount per unit time). In FIG. 3C, the back electromotive force generated in the inductor L in this way is represented by a hatched arrow. Since such a back electromotive force is generated, even if the switch SW is turned on, the electric charge of the piezoelectric member 108c flows out little by little. That is, the current flowing through the inductor L increases little by little.

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１０８ｃ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１０８ｃ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１０８ｃ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。   Thereafter, when the current flowing through the inductor L reaches a peak, the change rate of the magnetic flux becomes “0”, so that the counter electromotive force becomes “0” as shown in FIG. This time, the current starts to decrease. Then, since the magnetic flux penetrating through the inductor L is reduced, an electromotive force is generated in the inductor L in a direction that prevents the magnetic flux from being reduced (direction in which a current is to flow) (see FIG. 3E). As a result, the current continues to flow through the inductor L while extracting electric charge from Cg by the electromotive force. If no loss occurs during the movement of the charge, all the charges generated by the deformation of the piezoelectric member 108c move and the state where the positive and negative charges are replaced (that is, the lower surface side of the piezoelectric member 108c). In this state, positive charges are distributed and negative charges are distributed on the upper surface side. FIG. 3F shows a state where all the positive and negative charges generated by the deformation of the piezoelectric member 108c have moved.

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１０８ｃ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１０８ｃ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１０８ｃ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。   If the switch SW is turned on as it is, a phenomenon opposite to the above-described content occurs. That is, the positive charge on the lower surface side of the piezoelectric member 108c tends to flow to the inductor L, and at this time, a counter electromotive force in a direction that prevents the flow of charge is generated in the inductor L. Thereafter, when the current flowing through the inductor L reaches a peak and then starts to decrease, an electromotive force is generated in the inductor L in a direction that prevents the current from decreasing (a direction in which the current continues to flow). As a result, all positive charges on the lower surface side of the piezoelectric member 108c are moved to the upper surface side (the state shown in FIG. 3B). The positive charge thus returned to the upper surface side of the piezoelectric member 108c again moves to the lower surface side as described above with reference to FIGS. 3B to 3F.

このように、Ｃｇ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１０８ｃ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共振回路の共振周期Ｔとなるから、圧電部材１０８ｃに含まれる容量成分Ｃｇ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。したがって、スイッチＳＷをＯＮにした直後（図３（ｂ）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。 In this way, after the switch SW is turned on with the electric charge stored in Cg, if the state is maintained, the direction of the current is alternately reversed between the piezoelectric member 108c and the inductor L. The phenomenon occurs. Since the period of this resonance phenomenon is the resonance period T of the so-called LC resonance circuit, the size of the capacitive component Cg (capacitance) contained in the piezoelectric member 108c is C, and the size of the inductive component of the inductor L (inductance). Let L be T = 2π (LC) 0.5 . Therefore, the time from immediately after turning on the switch SW (the state shown in FIG. 3B) to the state shown in FIG. 3F is T / 2.

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１０８ｃ（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１０８ｃ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１０８ｃの端子間の電圧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、圧電部材１０８ｃ（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１０８ｃ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１０８ｃ（正確には梁１０４）を変形させることによって、圧電部材１０８ｃに新たな電荷が蓄積された状態が示されている。   Therefore, when T / 2 has elapsed since the switch SW was turned on, the switch SW is turned off as shown in FIG. From this state, the piezoelectric member 108c (exactly, the beam 104) is deformed downward (so that the lower surface side is concave). In FIG. 3 (a), the piezoelectric member 108c is deformed upward, but in FIG. 4 (a), the piezoelectric member 108c is deformed downward, so that a negative current flows from the current source, and between the terminals of the piezoelectric member 108c. The charge is accumulated in Cg so that the voltage of the voltage increases in the negative direction. Further, as described above with reference to FIGS. 3A to 3F, the piezoelectric member 108c (precisely, the beam 104) is not positively deformed on the lower surface side of the piezoelectric member 108c before the piezoelectric member 108c (precisely, the beam 104) is deformed downward. Since charges are distributed and negative charges are distributed on the upper surface side, in addition to these charges, new positive charges are accumulated on the lower surface side, and new negative charges are accumulated on the upper surface side. become. FIG. 4B shows a state in which new charges are accumulated in the piezoelectric member 108c by deforming the piezoelectric member 108c (more precisely, the beam 104) with the switch SW turned off.

そして、この状態からスイッチＳＷをＯＮにすると、圧電部材１０８ｃ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１０８ｃ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共振回路の共振周期Ｔの半分に相当する時間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１０８ｃ（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１０８ｃ内にさらに正負の電荷を蓄積することができる。   When the switch SW is turned on from this state, the positive charge accumulated on the lower surface side of the piezoelectric member 108c tends to flow to the inductor L. At this time, since a counter electromotive force is generated in the inductor L (see FIG. 4C), the current starts to flow little by little, but eventually reaches a peak, and then starts to decrease. Then, an electromotive force is generated in the inductor L in a direction that prevents the current from decreasing (a direction in which the current continues to flow) (see FIG. 4E). In this state, all positive charges distributed on the lower surface side of the piezoelectric member 108c move to the upper surface side, and all negative charges distributed on the upper surface side move to the lower surface side (FIG. 4 (f )reference). Also, the time required for all the positive charges on the lower surface side to move to the upper surface side and all the negative charges on the upper surface side to move to the lower surface side is a time T / 2 corresponding to half of the resonance period T of the LC resonance circuit. . Therefore, after the switch SW is turned on, when the time T / 2 has elapsed, the switch SW is turned off, and this time, the piezoelectric member 108c (exactly, the beam 104) is deformed upward (so that the upper surface side is concave). Then, positive and negative charges can be further accumulated in the piezoelectric member 108c.

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１０８ｃを変形させて電荷を発生させた後、圧電部材１０８ｃをインダクターＬに接続して、共振周期Ｔの半分の時間だけ共振回路を形成することで、圧電部材１０８ｃ内での正負の電荷の分布を反転させる。その後、圧電部材１０８ｃ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１０８ｃ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１０８ｃに蓄積されることになる。その後、再び、共振周期Ｔの半分の周期だけ圧電部材１０８ｃをインダクターＬに接続して、圧電部材１０８ｃ内での正負の電荷の分布を反転させた後、圧電部材１０８ｃ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１０８ｃを繰り返し変形させる度に、圧電部材１０８ｃに蓄積された電荷を増加させることができる。   As described above, in the power generation apparatus 100 of the present embodiment, after the piezoelectric member 108c is deformed to generate electric charge, the piezoelectric member 108c is connected to the inductor L, and the resonance circuit is only half the resonance period T. This reverses the distribution of positive and negative charges in the piezoelectric member 108c. Thereafter, the piezoelectric member 108c is deformed in the opposite direction to generate a new charge. Since the distribution of positive and negative charges in the piezoelectric member 108c is reversed, newly generated charges are accumulated in the piezoelectric member 108c. Thereafter, again, the piezoelectric member 108c is connected to the inductor L by a half period of the resonance period T to reverse the distribution of positive and negative charges in the piezoelectric member 108c, and then the piezoelectric member 108c is deformed in the reverse direction. By repeating such an operation, the charge accumulated in the piezoelectric member 108c can be increased each time the piezoelectric member 108c is repeatedly deformed.

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にする度に第１電極１０８ａと第２電極１０８ｂとの間に生じる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１０８ｃ（正確には梁１０４）の変形にしたがって、第１電極１０８ａおよび第２電極１０８ｂの間に電圧が発生するが、第１電極１０８ａおよび第２電極１０８ｂは整流回路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、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、そのときに圧電部材１０８ｃ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１０８ｃ内での正負の電荷の配置が入れ代わる。   As described above with reference to FIG. 2, in the power generation apparatus 100 of the present embodiment, a unique phenomenon occurs in which the voltage waveform generated between the first electrode 108a and the second electrode 108b shifts every time the switch SW is turned on. However, this phenomenon occurs by the following mechanism. That is, for example, in the period A shown in FIG. 2D, a voltage is generated between the first electrode 108a and the second electrode 108b according to the deformation of the piezoelectric member 108c (exactly the beam 104). Since the 1st electrode 108a and the 2nd electrode 108b are connected to the rectifier circuit 120, the electric charge of the part exceeding the sum voltage of VC1 and 2Vf flows into the electrical storage element C1 connected to the rectifier circuit 120. As a result, when the switch SW is turned ON when the deformation of the beam 104 reaches a peak, the positive and negative charges remaining in the piezoelectric member 108c at that time move through the inductor L, and in the piezoelectric member 108c. The arrangement of positive and negative charges is reversed.

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１０８ｃの第１電極１０８ａおよび第２電極１０８ｂ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１０８ｃの第１電極１０８ａおよび第２電極１０８ｂの極性が入れ代わった状態から、圧電部材１０８ｃ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１０８ｃ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１０８ｃの第１電極１０８ａおよび第２電極１０８ｂ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Ｔの半分の時間だけスイッチＳＷをＯＮにすると、圧電部材１０８ｃ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１０８ｃ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。   When the beam 104 is deformed in the reverse direction from the state where the arrangement of positive and negative charges is changed, a voltage waveform due to the piezoelectric effect appears between the first electrode 108a and the second electrode 108b of the piezoelectric member 108c. That is, a voltage change due to deformation occurs in the piezoelectric member 108c from the state in which the polarities of the first electrode 108a and the second electrode 108b of the piezoelectric member 108c are interchanged. As a result, in the period B shown in FIG. 2D, a voltage waveform appears in which the voltage waveform generated in the piezoelectric member 108c due to the deformation of the beam 104 is shifted. However, as described above, since the charge in the portion exceeding the sum of the voltages VC1 and 2Vf flows into the storage element C1, the voltage between the first electrode 108a and the second electrode 108b of the piezoelectric member 108c is VC1 and Clipped with the sum of 2Vf. Thereafter, when the switch SW is turned on for half the resonance period T, the arrangement of positive and negative charges remaining in the piezoelectric member 108c is replaced. When the beam 104 is deformed from this state, a voltage waveform due to the piezoelectric effect appears in the piezoelectric member 108c. For this reason, even in the period C shown in FIG. 2D, a voltage waveform appears as if the voltage waveform due to the deformation of the beam 104 is shifted.

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１０８ｃの圧電効果によって第１電極１０８ａと第２電極１０８ｂ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。   Further, as described above with reference to FIG. 2, in the power generation apparatus 100 of the present embodiment, a phenomenon in which the shift amount of the voltage waveform gradually increases while the beam 104 is repeatedly deformed occurs. Therefore, it is possible to obtain a great effect that a voltage higher than the potential difference generated between the first electrode 108a and the second electrode 108b due to the piezoelectric effect of the piezoelectric member 108c can be stored in the power storage element C1. Such a phenomenon is caused by the following mechanism.

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１０８ｃの端子間で発生する電圧が、整流回路１２０の２Ｖｆを超えると、圧電部材１０８ｃから蓄電素子Ｃ１に電荷が流れ込むので、第１電極１０８ａと第２電極１０８ｂとの間に現れる電圧は、２Ｖｆでクリップされている。しかし、こうして蓄電素子Ｃ１に電荷を蓄えるにしたがって蓄電素子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１０８ｃから電荷が流れ込むようになる。このため、第１電極１０８ａと第２電極１０８ｂとの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したがって次第に上昇していく。   First, as shown in the period A or the period B in FIG. 2D, when C1 is not charged, the voltage generated between the terminals of the piezoelectric member 108c exceeds 2Vf of the rectifier circuit 120. Since electric charge flows from the piezoelectric member 108c to the power storage element C1, the voltage appearing between the first electrode 108a and the second electrode 108b is clipped at 2Vf. However, as the electric charge is stored in the electric storage element C1, the voltage between the terminals of the electric storage element C1 increases. Then, after that, the electric charge begins to flow from the piezoelectric member 108c only when the voltage between the terminals of the electric storage element C1 becomes higher than the sum of VC1 and 2Vf. For this reason, the value at which the voltage between the first electrode 108a and the second electrode 108b is clipped gradually increases as charges are stored in the power storage element C1.

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１０８ｃから電荷を流出させない限り、圧電部材１０８ｃ（正確には梁１０４）を変形させる度に、圧電部材１０８ｃ内の電荷は増えて行き、それに伴って、第１電極１０８ａと第２電極１０８ｂとの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、第１電極１０８ａと第２電極１０８ｂとの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。   In addition, as described above with reference to FIGS. 3 and 4, unless the electric charge flows out from the piezoelectric member 108 c, the electric charge in the piezoelectric member 108 c increases every time the piezoelectric member 108 c (more precisely, the beam 104) is deformed. Accordingly, the voltage between the first electrode 108a and the second electrode 108b increases. For this reason, the voltage between the first electrode 108a and the second electrode 108b can be increased without considering the loss when the charge flows through the inductor L or the switch SW. Therefore, according to the power generation apparatus 100 of the present embodiment, it is possible to generate power in a state where the voltage is naturally boosted to a voltage necessary for driving the electric load without providing a special booster circuit.

Ａ−４．スイッチＳＷ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１０８ｃ（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Ｔの半分の時間だけ圧電部材１０８ｃ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、制御部１３０やスイッチＳＷの動作速度などの事情から、制御部１３０がスイッチＳＷをＯＮするタイミングは、梁１０４の変形方向が切り換わるタイミングと完全に一致するとは限らない。しかし、スイッチＳＷがＯＮするタイミングが梁１０４の変形方向が切り換わるタイミングと完全に一致しなくても、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Ｔの半分の時間だけスイッチＳＷをＯＮにすることで、第１電極１０８ａと第２電極１０８ｂとの間に生じる電圧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。なお、本項においては、電圧検出部１５０で検出される蓄電素子Ｃ１の電圧ＶＣ１が基準値Ｖｒ以下である場合の動作について説明する。 A-4. Switch SW switching timing:
As described above, in the power generation apparatus 100 according to the present embodiment, the piezoelectric member 108c (exactly, the beam 104) is repeatedly deformed, and the piezoelectric member is piezoelectrically rotated for half the resonance period T at the timing when the deformation direction is switched. By connecting the member 108c to the inductor L, it is possible to efficiently store electric charges in the power storage element C1, and in addition, an excellent feature that the size can be easily reduced because a booster circuit is unnecessary. . However, for reasons such as the operating speed of the control unit 130 and the switch SW, the timing at which the control unit 130 turns on the switch SW does not always coincide with the timing at which the deformation direction of the beam 104 is switched. However, even if the timing at which the switch SW is turned on does not completely coincide with the timing at which the deformation direction of the beam 104 is switched, the period coincides with the natural vibration period of the beam 104 and is half the resonance period T of the LC resonance circuit. Only by turning on the switch SW, the voltage Vgen generated between the first electrode 108a and the second electrode 108b can be boosted. Hereinafter, this reason will be described. In this section, an operation when voltage VC1 of power storage element C1 detected by voltage detection unit 150 is equal to or lower than reference value Vr will be described.

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、第１電極１０８ａと第２電極１０８ｂとの間に生じる電圧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、整流回路１２０や蓄電素子Ｃ１はないものとしている。   FIG. 5A shows a state of the voltage Vgen generated between the first electrode 108a and the second electrode 108b when the switch SW is turned on and not turned off at time t1 when the deformation direction of the beam 104 is switched. ing. FIG. 5B is an enlarged view after time t1 in FIG. In the example of FIG. 5, it is assumed that there is no rectifier circuit 120 or power storage element C1.

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することによって、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だけ経過後の時刻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および図４を用いて説明したように、Ｖｐ２は、ＬＣ共振回路の共振によって、容量成分Ｃｇの正負の電荷が入れ替わったとき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。したがって、Ｖｐ１の絶対値が大きいほどＶｇｅｎのシフト量も大きくなる。   At time t1, Vgen has a peak, and when the switch SW is turned ON, the period of 1/2 of the resonance period T of the LC resonance circuit (time t1, t2, t3, t4, t5, t6,... ), The positive and negative peak values Vp1, Vp2, Vp3, Vp4, Vp5, Vp6,... If the switch SW is turned OFF at time t2 after T / 2 has elapsed from time t1, the above-described Vgen shift amount is the sum of the absolute value of Vp1 and the absolute value of Vp2 (| Vp1 | + | Vp2 |). Become. As described with reference to FIG. 3 and FIG. 4, Vp2 is a voltage value when the positive and negative charges of the capacitance component Cg are switched by resonance of the LC resonance circuit, so that the absolute value of Vp1 is larger. The absolute value of Vp2 also increases. Therefore, the greater the absolute value of Vp1, the greater the shift amount of Vgen.

図６は、梁１０４の変形方向が切り替わるタイミング毎にスイッチＳＷがＴ／２だけＯＮする場合の、第１電極１０８ａと第２電極１０８ｂとの間に生じる電圧Ｖｇｅｎの様子を示している。なお、図６の例でも、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１０８ｃが発生させる起電力による電圧Ｖｐｚｔの振幅が一定とすると、図６に示すように、最初にＶｇｅｎが正のピーク値となる電圧値Ｖ１となるタイミングでスイッチＳＷがＴ／２だけＯＮすると、ＶｇｅｎはＶ１＋Ｖａだけ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するときのＶｇｅｎの電圧値Ｖ２＝−（Ｖａ＋２Ｖ１）であり、スイッチＳＷがＴ／２だけＯＮするとＶｇｅｎはＶｂ＋Ｖａ＋２Ｖ１だけ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するときのＶｇｅｎの電圧値Ｖ３＝Ｖｂ＋２Ｖ１であり、スイッチＳＷがＴ／２だけＯＮするとＶｇｅｎはＶｃ＋Ｖｂ＋２Ｖ１だけ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するときのＶｇｅｎの電圧値Ｖ４＝−（Ｖｃ＋２Ｖ１）であり、スイッチＳＷがＴ／２だけＯＮするとＶｇｅｎはＶｄ＋Ｖｃ＋２Ｖ１だけ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するときの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／２だけＯＮすることによって、第１電極１０８ａと第２電極１０８ｂとの間に生じる電圧Ｖｇｅｎの絶対値は｜Ｖ１｜＜｜Ｖ２｜＜｜Ｖ３｜＜｜Ｖ４｜＜｜Ｖ５｜＜・・・と昇圧していく。 FIG. 6 shows a state of the voltage Vgen generated between the first electrode 108a and the second electrode 108b when the switch SW is turned ON by T / 2 every time the deformation direction of the beam 104 is switched. In the example of FIG. 6, it is assumed that the rectifier circuit 120 and the storage element C1 are not provided. When the amplitude of the voltage Vpzt by the electromotive force by the piezoelectric element 108c causes the generation is constant, as shown in FIG. 6, initially Vgen is positive timing when the voltage value V 1 which is a peak value the switch SW only T / 2 When turned ON, Vgen shifts in the minus direction by V 1 + Va. Then, the voltage value V 2 of the Vgen when the switch SW is turned ON for the second time is − (Va + 2V 1 ). When the switch SW is turned ON by T / 2, Vgen is shifted in the positive direction by Vb + Va + 2V 1 . Similarly, the voltage value V 3 of the Vgen when the switch SW is turned ON for the third time is V 3 = Vb + 2V 1 , and when the switch SW is turned ON by T / 2, Vgen is shifted in the negative direction by Vc + Vb + 2V 1 . Similarly, when the switch SW is turned on for the fourth time, the voltage value V 4 of Vgen = − (Vc + 2V 1 ). When the switch SW is turned on by T / 2, Vgen is shifted in the positive direction by Vd + Vc + 2V 1 . Similarly, the voltage value V 5 of the Vgen when the switch SW is turned ON for the fifth time is − (Vd + 2V 1 ). Here, since V 2 = − (Va + 2V 1 ), clearly | V 2 |> | V 1 |. V 1 and V 2 are voltage values corresponding to Vp1 in FIG. 5B, Va and Vb are voltage values corresponding to Vp2 in FIG. 5B, and | V 2 |> | V 1 | Therefore, Vb> Va is always satisfied. Then, V 2 = − (Va + 2V 1 ), V 3 = Vb + 2V 1 and Vb> Va, so | V 3 |> | V 2 |. Similarly, since | V 3 |> | V 2 |, Vc> Vb is always satisfied, and V 3 = Vb + 2V 1 , V 4 = − (Vc + 2V 1 ), and Vc> Vb, so | V 4 |> | V 3 |. Similarly, since | V 4 |> | V 3 |, Vd> Vc is always satisfied, and V 4 = − (Vc + 2V 1 ), V 5 = Vd + 2V 1 and Vd> Vc, so | V 5 |> | V 4 |. In short, the absolute value of the voltage Vgen generated between the first electrode 108a and the second electrode 108b when the switch SW is turned ON by T / 2 at the timing when the deformation direction of the beam 104 is switched is | V 1 | <| V. 2 | <| V 3 | <| V 4 | <| V 5 | <.

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／２だけＯＮする場合に第１電極１０８ａと第２電極１０８ｂとの間に生じる電圧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／２だけＯＮする場合に第１電極１０８ａと第２電極１０８ｂとの間に生じる電圧Ｖｇｅｎの様子を示している。なお、図７（ａ）、図７（ｂ）の例でも、整流回路１２０や蓄電素子Ｃ１はないものとしている。   The case where the timing at which the deformation direction of the beam 104 is switched and the timing at which the switch SW is turned on can be considered similarly. FIG. 7A shows a state of the voltage Vgen generated between the first electrode 108a and the second electrode 108b when the switch SW is turned ON by T / 2 after the timing when the deformation direction of the beam 104 is switched. FIG. 7B shows a state of the voltage Vgen generated between the first electrode 108a and the second electrode 108b when the switch SW is turned ON by T / 2 before the timing at which the deformation direction of the beam 104 is switched. Yes. In the example of FIGS. 7A and 7B, the rectifier circuit 120 and the power storage element C1 are not provided.

図７（ａ）および図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するときの電圧値Ｖ１に対して、２回目にスイッチＳＷがＯＮするときの電圧値Ｖ２＝−（Ｖａ＋２Ｖ１）、３回目にスイッチＳＷがＯＮするときの電圧値Ｖ３＝Ｖｂ＋２Ｖ１、４回目にスイッチＳＷがＯＮするときの電圧値Ｖ４＝−（Ｖｃ＋２Ｖ１）、５回目にスイッチＳＷがＯＮするときの電圧値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。したがって、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／２だけＯＮ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）および図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。 In the example of FIG. 7A and FIG. 7B, as in the example of FIG. 6, Vgen is the switch SW turned on for the second time with respect to the voltage value V 1 when the switch SW is first turned on. Voltage value V 2 = − (Va + 2V 1 ), voltage value V 3 = Vb + 2V 1 when the switch SW is turned on for the third time, voltage value V 4 when the switch SW is turned on for the fourth time V 4 = − (Vc + 2V) 1 ) Voltage value V 5 = − (Vd + 2V 1 ) when the switch SW is turned on for the fifth time,... Here, V 2 , V 3 , V 4 , V 5 ,... Are represented by the same equations as V 2 , V 3 , V 4 , V 5 ,. V 2 > V 1 , V 3 > V 2 , V 4 > V 3 , V 5 > V 4 , and so on. Therefore, even if the switch SW is turned ON by T / 2 at a timing deviated from the timing when the deformation direction of the beam 104 is switched, Vgen is | V 1 | <| V 2 | <| V 3 | <| V 4 | The pressure is increased to <| V 5 | <. However, Vgen higher voltage value V 1, Va, Vb, Vc , Vd, since ... increases found the following example of FIG. 6, than in the example of FIG. 7 (a) and FIG. 7 (b) The pressure boosting speed is fast and the power generation efficiency is high.

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／２だけＯＮする場合（図７（ａ）および図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。 When the switch SW is turned ON by T / 2 at the timing when the displacement of the beam 104 becomes 0 (Vgen is 0) (when V 1 = 0 in FIGS. 7A and 7B), the LC The resonance of the resonance circuit does not occur and Vgen is not boosted.

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の半分の時間だけスイッチＳＷをＯＮにすることで、第１電極１０８ａと第２電極１０８ｂとの間に生じる電圧を昇圧させることができる。   As described above, even when the switch SW is turned on at any timing (except for the timing when the displacement of the beam 104 is 0 (Vgen is 0)), the resonance period T of the LC resonance circuit By turning on the switch SW for half the time, the voltage generated between the first electrode 108a and the second electrode 108b can be boosted.

なお、発電効率を高めるために、ＬＣ共振回路の共振周期Ｔの半分の時間だけスイッチＳＷをＯＮにすることが望ましいが、所定期間だけスイッチＳＷをＯＮにしても第１電極１０８ａと第２電極１０８ｂとの間に生じる電圧Ｖｇｅｎを昇圧させることは可能である。たとえば、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倍の時間だけスイッチＳＷをＯＮにした場合の、第１電極１０８ａと第２電極１０８ｂとの間に生じる電圧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ＳＷ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、整流回路１２０や蓄電素子Ｃ１はないものとしている。   In order to increase the power generation efficiency, it is desirable to turn on the switch SW for half the resonance period T of the LC resonance circuit. However, even if the switch SW is turned on for a predetermined period, the first electrode 108a and the second electrode It is possible to boost the voltage Vgen generated between the voltage 108b and 108b. For example, FIG. 8 shows the voltage generated between the first electrode 108a and the second electrode 108b when the switch SW is turned ON for a time 3/2 times the resonance period T at the timing when the deformation direction of the beam 104 is switched. An example of Vgen is shown. In short, this corresponds to the case where the switch SW is turned on at time t1 and the switch SW is turned off at time t3 shown in FIG. In the example of FIG. 8, it is assumed that the rectifier circuit 120 and the storage element C1 are not provided.

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するときの電圧値Ｖ１に対して、２回目にスイッチＳＷがＯＮするときの電圧値Ｖ２＝−（Ｖａ＋２Ｖ１）、３回目にスイッチＳＷがＯＮするときの電圧値Ｖ３＝Ｖｂ＋２Ｖ１、４回目にスイッチＳＷがＯＮするときの電圧値Ｖ４＝−（Ｖｃ＋２Ｖ１）、５回目にスイッチＳＷがＯＮするときの電圧値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。 In the example of FIG. 8, as in the example of FIG. 6, Vgen is the voltage value V 2 when the switch SW is turned on for the second time, with respect to the voltage value V 1 when the switch SW is first turned on. (Va + 2V 1 ) Voltage value V 3 when the switch SW is turned on for the third time = Vb + 2V 1 Voltage value when the switch SW is turned on for the fourth time V 4 = − (Vc + 2V 1 ) voltage value V 5 = the time of ON - (Vd + 2V 1) , ··· becomes, Vgen is | V 1 | <| V 2 | <| V 3 | <| V 4 | <| V 5 | <··· And boost the pressure. However, the higher the voltage value V 1, Va, Vb, Vc , Vd, since ... increases found the following example of FIG. 6, faster speed Vgen is boosted than the example of FIG. 8, the power generation efficiency Is expensive.

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倍の時間だけスイッチＳＷをＯＮにした場合の、第１電極１０８ａと第２電極１０８ｂとの間に生じる電圧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ＳＷ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、整流回路１２０や蓄電素子Ｃ１はないものとしている。   On the other hand, FIG. 9 shows the voltage generated between the first electrode 108a and the second electrode 108b when the switch SW is turned ON for a time that is 1/4 times the resonance period T at the timing when the deformation direction of the beam 104 is switched. The state of Vgen is shown. In short, this corresponds to the case where the switch SW is turned on at time t1 and the switch SW is turned off at time (t1 + t2) / 2 as shown in FIG. In the example of FIG. 9, it is assumed that the rectifier circuit 120 and the storage element C1 are not provided.

図９の例では、Ｖｇｅｎは、最初にスイッチＳＷがＯＮするときの電圧値Ｖ１に対して、２回目にスイッチＳＷがＯＮするときの電圧値Ｖ２＝−２Ｖ１、３回目にスイッチＳＷがＯＮするときの電圧値Ｖ３＝２Ｖ１、４回目にスイッチＳＷがＯＮするときの電圧値Ｖ４＝−２Ｖ１、５回目にスイッチＳＷがＯＮするときの電圧値Ｖ５＝２Ｖ１、・・・となる。すなわち、Ｖｇｅｎは２Ｖ１までは昇圧できるが、２Ｖ１を超えての昇圧はされない。 In the example of FIG. 9, Vgen is first with respect to the voltage value V 1 of the when the switch SW is turns ON, the voltage value when the switch SW to the second is ON V 2 = -2V 1, 3 time a switch SW Voltage value V 3 = 2V 1 when the switch SW is turned on, voltage value V 4 = −2V 1 when the switch SW is turned on for the fourth time, voltage value V 5 = 2V 1 when the switch SW is turned on for the fifth time, ... That, Vgen is up to 2V 1 can boost, are not boosted beyond 2V 1.

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、・・・のいずれかの時間だけスイッチＳＷをＯＮにした場合もＶ２＝−２Ｖ１、Ｖ３＝２Ｖ１、Ｖ４＝−２Ｖ１、Ｖ５＝２Ｖ１、・・・となり、Ｖｇｅｎは２Ｖ１までは昇圧できるが、２Ｖ１を超えての昇圧はされない。 Similarly, at the timing when the deformation direction of the beam 104 is switched, the switch SW is turned ON for any of the following times: 3/4 times, 5/4 times, 7/4 times, 9/4 times the resonance period T,. V 2 = -2V 1, V 3 = 2V 1, V 4 = -2V 1, V 5 = 2V 1 may have, ..., and, although Vgen is to 2V 1 can boost, the exceed 2V 1 No boosting is done.

以上より、ＬＣ共振回路の共振によって、少なくとも、ＶｇｅｎがスイッチＳＷをＯＮにするときの極性と反対の極性となったときにスイッチ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。   From the above, if the switch SW is turned OFF at least when the Vgen has a polarity opposite to the polarity when the switch SW is turned ON due to the resonance of the LC resonance circuit, the voltage Vgen is boosted. In short, with respect to the resonance period T of the LC resonance circuit, the predetermined period for turning on the switch SW is at least a time longer than (n + 1/4) T and shorter than (n + 3/4) T (n is an arbitrary value greater than or equal to 0) If it is set to (integer), Vgen can be boosted efficiently.

前述したように、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するのが、スイッチＳＷの切り換えとき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、制御部１３０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、ＬＣ共振回路の共振周期Ｔの１／２の時間が経過するとスイッチＳＷをＯＦＦにする。   As described above, when the switch SW is turned on only for a half of the resonance period T of the LC resonance circuit, the amount of shift at the time of switching the switch SW becomes the largest, so that the power generation efficiency is the highest. Therefore, in the power generation apparatus 100 according to the present embodiment, the control unit 130 turns on the switch SW at a period that matches the natural vibration period of the beam 104, and switches the switch when a half time of the resonance period T of the LC resonance circuit has elapsed. Set SW to OFF.

もっとも、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にすることは、それほど容易なことではない。梁１０４の変形方向が切り換わるタイミングは、図３（ｂ）に示したように、圧電素子１０８の内部に生じる起電力の電圧Ｖｐｚｔがピークとなるタイミングおよび、圧電素子１０８に発生する電流Ｉｐｚｔが０になるタイミングと一致する。しかし、圧電素子１０８の内部に生じる起電力の電圧Ｖｐｚｔや電流Ｉｐｚｔを直接モニターすることはできない。一方、圧電素子１０８の第１電極１０８ａと第２電極１０８ｂとの間の電圧Ｖｇｅｎは、図３（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。   However, it is not so easy to turn on the switch SW at the timing when the deformation direction of the beam 104 is switched. As shown in FIG. 3B, the timing at which the deformation direction of the beam 104 is switched is the timing at which the voltage Vpzt of the electromotive force generated inside the piezoelectric element 108 peaks and the current Ipzt generated in the piezoelectric element 108 is It coincides with the timing when it becomes zero. However, the voltage Vpzt and current Ipzt of the electromotive force generated inside the piezoelectric element 108 cannot be directly monitored. On the other hand, the voltage Vgen between the first electrode 108a and the second electrode 108b of the piezoelectric element 108 is clipped by the sum of VC1 and 2Vf as shown in FIG. Cannot be detected.

そこで、本実施例の発電装置１００では、変位検出部１４０を電流検出部１４１で実現し、圧電素子１０８から整流回路１２０に流れる電流が０になるタイミングを検出する。すなわち、電流検出部１４１で検出される電流に基づいて圧電素子１０８の変位を検出する。これによって、梁１０４（変形部材）の変形方向が切り換わるタイミングで容易にスイッチＳＷをＯＮ（導通状態）にできる。図１（ｂ）に示す例では、電流検出部１４１は、圧電素子１０８の第１電極１０８ａとダイオードＤ１のアノードとの間に設けられており、圧電素子１０８から整流回路１２０に流れる電流を検出する。ただし、電流検出部１４１は、圧電素子１０８から整流回路１２０に流れる電流を検出できればよく、たとえば、圧電素子１０８の第２電極１０８ｂ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。   Therefore, in the power generation apparatus 100 of the present embodiment, the displacement detection unit 140 is realized by the current detection unit 141, and the timing at which the current flowing from the piezoelectric element 108 to the rectifier circuit 120 becomes 0 is detected. That is, the displacement of the piezoelectric element 108 is detected based on the current detected by the current detection unit 141. Accordingly, the switch SW can be easily turned on (conductive state) at the timing when the deformation direction of the beam 104 (deformable member) is switched. In the example shown in FIG. 1B, the current detection unit 141 is provided between the first electrode 108a of the piezoelectric element 108 and the anode of the diode D1, and detects a current flowing from the piezoelectric element 108 to the rectifier circuit 120. To do. However, the current detector 141 only needs to be able to detect the current flowing from the piezoelectric element 108 to the rectifier circuit 120, and may be provided between the second electrode 108b of the piezoelectric element 108 and the anode of the diode D3, for example.

図１０は、圧電素子１０８から整流回路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１０（ａ）には、梁１０４の変位が示されている。また、図１０（ｂ）には、梁１０４の振動に伴って、圧電素子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の電圧Ｖｐｚｔとが変化する様子が示されている。   FIG. 10 is an explanatory diagram illustrating the reason why the timing at which the deformation direction of the beam 104 is switched can be determined by detecting the current flowing from the piezoelectric element 108 to the rectifier circuit 120. FIG. 10A shows the displacement of the beam 104. In FIG. 10B, the amount of charge generated by the piezoelectric element 108 per unit time (that is, the current Ipzt) and the voltage Vpzt of the electromotive force generated by the current Ipzt change as the beam 104 vibrates. The state of doing is shown.

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、発生した電荷が整流回路１２０に流れることになる。   As shown in the drawing, when the displacement of the beam 104 increases, Vpzt also increases. If Vpzt is greater than the sum of the voltage VC1 of C1 and twice the forward drop voltage Vf of the diode constituting the rectifier circuit 120, that is, VC1 + 2Vf, the generated charge flows into the rectifier circuit 120.

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、圧電素子１０８の発生する電流Ｉｐｚｔの方向が反転する。たとえば、圧電素子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。したがって、圧電素子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、整流回路１２０に流れていた電流が流れなくなる。同様に、圧電素子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、整流回路１２０に流れていた電流が流れなくなる。したがって、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、圧電素子１０８から整流回路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１（ｂ）に示したように、電流検出部１４１を用いて、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の固有振動周期毎に、所定期間（たとえば、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。   Further, at the timing when the magnitude of the displacement of the beam 104 reaches a peak (that is, when the deformation direction of the beam 104 is switched), the direction of the current Ipzt generated by the piezoelectric element 108 is reversed. For example, when the magnitude of displacement of the beam 104 reaches a peak in a state where the piezoelectric element 108 generates a positive electromotive force, the current Ipzt flowing in the positive direction is reversed in the negative direction. Therefore, the electromotive force of the piezoelectric element 108 decreases, the voltage becomes lower than the sum of VC1 and 2Vf, and the current flowing through the rectifier circuit 120 does not flow. Similarly, a current Ipzt in the positive direction is generated in a state where the piezoelectric element 108 generates a negative electromotive force, so that the current that has been flowing through the rectifier circuit 120 does not flow. Therefore, the timing at which the deformation direction of the beam 104 switches (the timing at which the magnitude of the displacement of the beam 104 reaches a peak) coincides with the timing at which no current flows from the piezoelectric element 108 to the rectifier circuit 120. Therefore, as shown in FIG. 1B, when the current flowing through the rectifier circuit 120 is detected using the current detector 141 and it is detected that the current has stopped flowing, the characteristic of the beam 104 is determined from that timing. It is only necessary to turn on the switch SW for a predetermined period (for example, a time that is ½ of the resonance period T of the LC resonance circuit) for each vibration period.

図１０（ｃ）には、スイッチＳＷをＯＮ／ＯＦＦするタイミングが示されている。スイッチＳＷは、電流検出部１４１によって検出された、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する。   FIG. 10C shows the timing for turning on / off the switch SW. The switch SW is turned ON for a predetermined period (T / 2) from the timing when the current detection unit 141 detects that no current flows in the rectifier circuit 120.

図１０（ｄ）には、インダクターＬを流れる電流と、整流回路１２０を流れる電流とが示されている。図１０（ｄ）に示されるように、スイッチＳＷをＯＮにする度に、圧電素子１０８内の電荷がインダクターＬを流れて、圧電素子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素子１０８が変形することで、圧電素子１０８の第１電極１０８ａと第２電極１０８ｂとの間には図１０（ｅ）に示すような電圧波形が発生する。この電圧波形は、図３（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１０（ｄ）に示されるように、圧電素子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。   FIG. 10D shows a current flowing through the inductor L and a current flowing through the rectifier circuit 120. As shown in FIG. 10D, each time the switch SW is turned on, the charge in the piezoelectric element 108 flows through the inductor L, and the arrangement of positive and negative charges in the piezoelectric element 108 is switched. Then, when the piezoelectric element 108 is deformed from the state where the charge arrangement is changed, a voltage waveform as shown in FIG. 10E is generated between the first electrode 108a and the second electrode 108b of the piezoelectric element 108. Occur. This voltage waveform is the same as the voltage waveform described above with reference to FIG. As a result, as shown in FIG. 10D, the current Ipzt generated in the piezoelectric element 108 can be efficiently stored in the power storage element C1.

図１１に、電流検出部１４１の構成ブロック図を例示する。また、図１２に、電流検出部１４１の各部の出力波形の一例を示す。図１２（ａ）は圧電素子１０８に生じる電流Ｉｇｅｎ、図１２（ｂ）は電流検出器１４１１の出力信号Ｉｄ、図１２（ｃ）は増幅回路１４１２の出力信号Ｉｄａｍｐ、図１２（ｄ）は絶対値回路１４１３の出力信号Ｉａｂｓ、図１２（ｅ）は比較器１４１４の出力信号Ｉｐｌｓを表す。   FIG. 11 illustrates a configuration block diagram of the current detection unit 141. FIG. 12 shows an example of the output waveform of each part of the current detection unit 141. 12A shows the current Igen generated in the piezoelectric element 108, FIG. 12B shows the output signal Id of the current detector 1411, FIG. 12C shows the output signal Idamp of the amplifier circuit 1412, and FIG. The output signal Iabs of the value circuit 1413 and FIG. 12E show the output signal Ipls of the comparator 1414.

電流検出器１４１１は一般的に知られている、たとえば、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できる。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。電流検出器１４１１は整流回路１２０を流れる電流に対応する出力信号Ｉｄを出力する。   The current detector 1411 is generally known. For example, a Hall element type current sensor or a shunt resistor can be used. However, in order not to deteriorate the power generation efficiency, it is not desirable to insert a resistance element into the circuit, such as a shunt resistor, so select a sensor capable of non-contact detection such as a Hall element type current sensor. It is desirable. The current detector 1411 outputs an output signal Id corresponding to the current flowing through the rectifier circuit 120.

増幅回路１４１２は、電流検出器１４１１の出力信号Ｉｄを所定のゲインで増幅して、出力信号Ｉｄａｍｐを出力する。   The amplifier circuit 1412 amplifies the output signal Id of the current detector 1411 with a predetermined gain and outputs an output signal Idamp.

絶対値回路１４１３は、増幅回路１４１２の出力信号Ｉｄａｍｐの絶対値に対応する出力信号Ｉａｂｓを出力する。   The absolute value circuit 1413 outputs an output signal Iabs corresponding to the absolute value of the output signal Idamp of the amplifier circuit 1412.

増幅回路１４１２、絶対値回路１４１３は必須の回路ではなく、比較器１４１４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。   The amplifier circuit 1412 and the absolute value circuit 1413 are not essential circuits, and are provided so that the comparator 1414 can easily detect the presence or absence of current.

比較器１４１４は、絶対値回路１４１３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１４１４の出力信号Ｉｐｌｓの立ち下がりエッジのタイミングで、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１４１４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って発電効率が悪化するので、でき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。   The comparator 1414 binarizes (pulses) the output signal Iabs of the absolute value circuit 1413 and outputs it. At the timing of the falling edge of the output signal Ipls of the comparator 1414, the current flowing through the rectifier circuit 120 becomes zero. The detection may be performed in a state where the current is not 0 but a little. This is to prevent the comparator 1414 from malfunctioning due to noise or the like when there is no current. If there is a large margin here, the detection timing shifts and the power generation efficiency deteriorates. Therefore, it is desirable to reduce the noise as much as possible and detect the current at a timing close to zero.

図１３は、本実施例における発電装置１００の制御方法の一例としての状態制御処理を説明するためのフローチャートである。図１４は、本実施例における発電装置１００の制御方法の一例としてのスイッチ制御処理を説明するためのフローチャートである。   FIG. 13 is a flowchart for explaining a state control process as an example of a method for controlling the power generation apparatus 100 according to the present embodiment. FIG. 14 is a flowchart for explaining a switch control process as an example of a method for controlling the power generation apparatus 100 according to the present embodiment.

本実施例における発電装置１００の制御方法は、電圧検出部１５０で検出される蓄電素子Ｃ１の電圧ＶＣ１が基準値Ｖｒ以下である場合に、変位検出部１４０で検出される圧電素子１０８の変位に基づいて、スイッチＳＷを所定期間導通状態とすることと、電圧検出部１５０で検出される蓄電素子Ｃ１の電圧ＶＣ１が基準値Ｖｒを上回る場合に、スイッチＳＷを導通状態とすることと、を含む。   The control method of the power generation apparatus 100 in the present embodiment is based on the displacement of the piezoelectric element 108 detected by the displacement detection unit 140 when the voltage VC1 of the power storage element C1 detected by the voltage detection unit 150 is equal to or less than the reference value Vr. Based on this, the switch SW is turned on for a predetermined period, and the switch SW is turned on when the voltage VC1 of the power storage element C1 detected by the voltage detection unit 150 exceeds the reference value Vr. .

図１３に示す状態制御処理において、まず、電圧検出部１５０が蓄電素子Ｃ１の電圧ＶＣ１を検出する（ステップＳ１００）。   In the state control process shown in FIG. 13, first, the voltage detection unit 150 detects the voltage VC1 of the power storage element C1 (step S100).

ステップＳ１００の後に、制御部１３０は、電圧検出部１５０で検出される蓄電素子Ｃ１の電圧ＶＣ１が基準値Ｖｒ以上か否かを判定する（ステップＳ１０２）。制御部１３０が、蓄電素子Ｃ１の電圧ＶＣ１が基準値Ｖｒを下回っているものと判定した場合（ステップＳ１０２でＮＯの場合）には、制御部１３０はスイッチ制御処理を行う（ステップＳ１０４）。以下、図１４を参照しながらスイッチ制御処理について説明する。   After step S100, control unit 130 determines whether or not voltage VC1 of power storage element C1 detected by voltage detection unit 150 is greater than or equal to reference value Vr (step S102). When control unit 130 determines that voltage VC1 of power storage element C1 is lower than reference value Vr (NO in step S102), control unit 130 performs a switch control process (step S104). Hereinafter, the switch control process will be described with reference to FIG.

図１４に示すスイッチ制御処理において、まず、電流検出部１４１は、圧電素子１０８から整流回路１２０に流れる電流を検出する（ステップＳ２００）。   In the switch control process shown in FIG. 14, first, the current detection unit 141 detects a current flowing from the piezoelectric element 108 to the rectifier circuit 120 (step S200).

ステップＳ２００の後に、制御部１３０は、ステップＳ２００で検出された圧電素子１０８から整流回路１２０に流れる電流が０クロスしたか否かを判定する（ステップＳ２０２）。具体的には、制御部１３０は、電流検出部１４１の比較器１４１４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圧電素子１０８から整流回路１２０に流れる電流が０クロスしたタイミング（圧電素子１０８の変形方向が切り換わるタイミング）であると判断する。圧電素子１０８から整流回路１２０に流れる電流が０クロスしていない場合（ステップＳ２０２でＮＯの場合）には、ステップＳ２００とステップＳ２０２とを繰り返す。   After step S200, the control unit 130 determines whether or not the current flowing from the piezoelectric element 108 detected in step S200 to the rectifier circuit 120 has crossed zero (step S202). Specifically, the control unit 130 detects when the current flowing from the piezoelectric element 108 to the rectifier circuit 120 crosses zero (piezoelectric) at the timing when the falling edge of the output signal (Ipls) of the comparator 1414 of the current detection unit 141 is detected. It is determined that this is the timing at which the deformation direction of the element 108 changes. If the current flowing from the piezoelectric element 108 to the rectifier circuit 120 does not cross zero (NO in step S202), step S200 and step S202 are repeated.

圧電素子１０８から整流回路１２０に流れる電流が０クロスした場合（ステップＳ２０２でＹＥＳの場合）には、制御部１３０は、スイッチＳＷをＯＮ状態に切り換える（ステップＳ２０４）。   When the current flowing from the piezoelectric element 108 to the rectifier circuit 120 crosses zero (YES in step S202), the control unit 130 switches the switch SW to the ON state (step S204).

ステップＳ２０４の後に、制御部１３０は、計時タイマーをスタートする（ステップＳ２０６）。本実施例においては、制御部１３０がＣＰＵを含んで構成され、ＣＰＵが計時タイマーを有していてもよい。   After step S204, the control unit 130 starts a timer (step S206). In the present embodiment, the control unit 130 may include a CPU, and the CPU may have a timer.

ステップＳ２０６の後に、制御部１３０は、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共振周期Ｔの１／２の時間（Ｔ／２）が経過したか否かを判定する（ステップＳ２０８）。制御部１３０が、Ｔ／２の時間が経過していないものと判定した場合（ステップＳ２０８でＮＯの場合）には、ステップＳ２０８を繰り返す。   After step S206, the control unit 130 determines whether or not a half time (T / 2) of the resonance period T of the resonance circuit constituted by the capacitance component Cg of the piezoelectric element 108 and the inductor L has elapsed. (Step S208). If control unit 130 determines that the time of T / 2 has not elapsed (NO in step S208), step S208 is repeated.

制御部１３０が、Ｔ／２の時間が経過したものと判定した場合（ステップＳ２０８でＹＥＳの場合）には、制御部１３０は、スイッチＳＷをＯＦＦ状態に切り換える（ステップＳ２１０）。   When control unit 130 determines that the time of T / 2 has elapsed (in the case of YES at step S208), control unit 130 switches switch SW to the OFF state (step S210).

なお、既に述べたように、ステップＳ２０８で計時する時間はＴ／２の時間に限られるものではない。   As already described, the time measured in step S208 is not limited to T / 2.

以上のようにしてスイッチＳＷのＯＮ／ＯＦＦ状態を切り換えることによって、梁１０４の動きに合わせて適切なタイミングでスイッチＳＷのＯＮ／ＯＦＦ状態を切り換えられるので、発電装置１００を用いて効率よく発電することが可能となる。   By switching the ON / OFF state of the switch SW as described above, the ON / OFF state of the switch SW can be switched at an appropriate timing in accordance with the movement of the beam 104. Therefore, the power generation apparatus 100 is used to efficiently generate power. It becomes possible.

図１３に戻り、状態制御処理では、スイッチ制御処理（ステップＳ１０４）の後に、再びステップＳ１００を行う。   Returning to FIG. 13, in the state control process, step S100 is performed again after the switch control process (step S104).

一方、制御部１３０が、蓄電素子Ｃ１の電圧ＶＣ１が基準値Ｖｒ以上であるものと判定した場合（ステップＳ１０２でＹＥＳの場合）には、制御部１３０は、スイッチＳＷをＯＮ状態（導通状態）に制御する（ステップＳ１０６）。ステップＳ１０６の後に、再びステップＳ１００を行う。   On the other hand, when control unit 130 determines that voltage VC1 of power storage element C1 is equal to or higher than reference value Vr (YES in step S102), control unit 130 turns on switch SW (conduction state). (Step S106). Step S100 is performed again after step S106.

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、蓄電素子Ｃ１の電圧ＶＣ１が基準値Ｖｒを上回る場合には、スイッチＳＷを導通状態とするので、圧電素子１０８、インダクターＬおよびスイッチＳＷを含む共振回路で電力が消費され、圧電素子１０８から電力を取り出せなくなる。したがって、蓄電素子Ｃ１への過充電を抑制できる。これによって、蓄電素子Ｃ１の劣化を抑制し、蓄電素子Ｃ１を長寿命化できる。   As described above, according to the power generation device 100 of the first embodiment, when the voltage VC1 of the power storage element C1 exceeds the reference value Vr, the switch SW is turned on, so that the piezoelectric element 108 and the inductor L In addition, power is consumed in the resonance circuit including the switch SW, and power cannot be extracted from the piezoelectric element 108. Therefore, overcharge to the electricity storage element C1 can be suppressed. Thereby, deterioration of the electricity storage element C1 can be suppressed and the life of the electricity storage element C1 can be extended.

また、圧電素子１０８の第１電極１０８ａと第２電極１０８ｂとの間を短絡状態にすることで、圧電素子１０８の変形を抑制することができる。これによって、圧電素子１０８の機械的な寿命を伸ばすことができる。   Moreover, the deformation | transformation of the piezoelectric element 108 can be suppressed by short-circuiting between the 1st electrode 108a and the 2nd electrode 108b of the piezoelectric element 108. FIG. As a result, the mechanical life of the piezoelectric element 108 can be extended.

Ｂ．第２実施例：
図１５は、本実施例の発電装置１００の他の構造を示した説明図である。図１５（ａ）には、発電装置１００の機械的な構造が示されており、図１５（ｂ）には電気的な構造が示されている。なお、第１実施例の発電装置１００と同一の構成には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。 B. Second embodiment:
FIG. 15 is an explanatory diagram showing another structure of the power generation device 100 of the present embodiment. FIG. 15A shows the mechanical structure of the power generation apparatus 100, and FIG. 15B shows the electrical structure. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the structure same as the electric power generating apparatus 100 of 1st Example, and detailed description is abbreviate | omitted.

第２実施例の発電装置１００において、変位検出部１４０は、梁１０４（変形部材）の変形による変位を検出する変位センサー１４２を含み、変位センサー１４２が検出する梁１０４（変形部材）の変位に基づいて圧電素子１０８の変位を検出する。これによって、梁１０４（変形部材）の変形方向が切り換わるタイミングで容易にスイッチＳＷをＯＮ（導通状態）にできる。   In the power generation apparatus 100 of the second embodiment, the displacement detection unit 140 includes a displacement sensor 142 that detects displacement due to deformation of the beam 104 (deformable member), and detects the displacement of the beam 104 (deformable member) detected by the displacement sensor 142. Based on this, the displacement of the piezoelectric element 108 is detected. Accordingly, the switch SW can be easily turned on (conductive state) at the timing when the deformation direction of the beam 104 (deformable member) is switched.

変位センサー１４２は、発電装置１００内に固定されており、変形手段である梁１０４の変位を測定する。変位センサー１４２としては、たとえば、光学式、超音波式、渦電流式、静電容量型など種々の公知のセンサーを採用できる。また、変位センサー１４２として、応答周波数の高いセンサー（たとえば、渦電流式や光学式）を用いることで、検出精度を高めることができる。変位センサー１４２としては、圧電素子１０８の変形を妨げないという観点では、本実施例のように非接触型のセンサーであることが好ましいが、接触型のセンサーを採用してもよい。   The displacement sensor 142 is fixed in the power generation apparatus 100 and measures the displacement of the beam 104 that is a deformation means. As the displacement sensor 142, for example, various known sensors such as an optical type, an ultrasonic type, an eddy current type, and a capacitance type can be adopted. Further, by using a sensor with a high response frequency (for example, an eddy current type or an optical type) as the displacement sensor 142, detection accuracy can be increased. The displacement sensor 142 is preferably a non-contact type sensor as in the present embodiment from the viewpoint of not preventing the deformation of the piezoelectric element 108, but a contact type sensor may be employed.

本実施例では、非接触型のセンサーである変位センサー１４２が、梁１０４の圧電素子１０８が設けられた面（上面）と対向して設置されている。そして、梁１０４の上面の測定位置と変位センサー１４２との間の距離ｄを検出することによって梁１０４の変位を検出する。また、変位センサー１４２は、距離ｄに関する情報（梁１０４の変異に関する情報）を制御部１３０に出力する。   In the present embodiment, the displacement sensor 142 which is a non-contact type sensor is installed to face the surface (upper surface) of the beam 104 on which the piezoelectric element 108 is provided. Then, the displacement of the beam 104 is detected by detecting the distance d between the measurement position on the upper surface of the beam 104 and the displacement sensor 142. Further, the displacement sensor 142 outputs information on the distance d (information on the variation of the beam 104) to the control unit 130.

変位センサー１４２は、正確な変位検出のために梁１０４の先端側（支持端１０２から遠い側）の変位を測定することが好ましい。振動などが加わると、梁１０４の先端側の方が、支持端１０２側に比べて大きく振動するからである。一方で、梁１０４の上面のうち圧電素子１０８が取り付けられた部分と、その他の部分とでは、振動に差が生じる可能性がある。すると、圧電素子１０８の変形を把握するためには、圧電素子１０８が取り付けられた部分の変位を測定することが好ましい。そこで、本実施例の変位センサー１４２は、梁１０４の上面に対向して設置され、梁１０４の上面のうち圧電素子１０８が取り付けられた部分の梁１０４の先端側の端部に近接した部分との距離ｄを測定する。   It is preferable that the displacement sensor 142 measures the displacement on the distal end side (the side far from the support end 102) of the beam 104 for accurate displacement detection. This is because when the vibration is applied, the tip side of the beam 104 vibrates more greatly than the support end 102 side. On the other hand, there may be a difference in vibration between the portion where the piezoelectric element 108 is attached on the upper surface of the beam 104 and the other portion. Then, in order to grasp the deformation of the piezoelectric element 108, it is preferable to measure the displacement of the portion to which the piezoelectric element 108 is attached. Therefore, the displacement sensor 142 according to the present embodiment is installed to face the upper surface of the beam 104, and a portion of the upper surface of the beam 104 where the piezoelectric element 108 is attached is close to the end portion on the distal end side of the beam 104. The distance d is measured.

なお、変位センサー１４２は、梁１０４の下面に対向して設置されてもよい。しかし、図１５（ａ）に示すように、梁１０４の先端の下面に錘１０６を設けた構造の場合、梁１０４の先端側を測定しようとすると、厚みのある錘１０６が変位センサー１４２と梁１０４の下面との間に入ったり、入らなかったりすることで正確な測定が妨げられるおそれがある。そのため、変位センサー１４２を梁１０４の下面に対向して設置した場合、梁１０４の先端部分を避けて測定しなければならない可能性が生じてしまう。よって、梁１０４の先端の下面に錘１０６を設けた構造の場合には、変位センサー１４２は、梁１０４の上面に対向して設置されることが好ましい。   Note that the displacement sensor 142 may be installed to face the lower surface of the beam 104. However, as shown in FIG. 15A, in the case of the structure in which the weight 106 is provided on the lower surface of the tip of the beam 104, when attempting to measure the tip side of the beam 104, the thick weight 106 is replaced with the displacement sensor 142 and the beam. Accurate measurement may be hindered by entering or not entering the lower surface of 104. Therefore, when the displacement sensor 142 is installed facing the lower surface of the beam 104, there is a possibility that measurement should be performed while avoiding the tip portion of the beam 104. Therefore, in the case of a structure in which the weight 106 is provided on the lower surface of the tip of the beam 104, the displacement sensor 142 is preferably installed facing the upper surface of the beam 104.

このような構成によっても、図１３を用いて説明した状態制御処理を行うことができる。第１実施例における状態制御処理と、第２実施例における状態制御処理とでは、図１３におけるスイッチ制御処理（ステップＳ１０４）のみが異なる。したがって、以下では、第２実施例におけるスイッチ制御処理（ステップＳ１０４）について説明する。   Even with such a configuration, the state control process described with reference to FIG. 13 can be performed. Only the switch control process (step S104) in FIG. 13 is different between the state control process in the first embodiment and the state control process in the second embodiment. Therefore, hereinafter, the switch control process (step S104) in the second embodiment will be described.

図１６は、本実施例における発電装置１００の制御方法の他の一例としてのスイッチ制御処理を説明するためのフローチャートである。   FIG. 16 is a flowchart for explaining a switch control process as another example of the method for controlling the power generation device 100 according to the present embodiment.

図１６に示すスイッチ制御処理において、まず、変位センサー１４２は、梁１０４の変位を検出する（ステップＳ３００）。   In the switch control process shown in FIG. 16, first, the displacement sensor 142 detects the displacement of the beam 104 (step S300).

ステップＳ３００の後に、制御部１３０は、ステップＳ３００で検出された梁１０４の変位がピークか否かを判定する（ステップＳ３０２）。たとえば、距離ｄの時間微分が０になるタイミングを梁１０４がピークになるタイミングとして判定してもよい。変位センサー１４２から得られる距離ｄに関する情報が離散的に得られる場合には、微分値の符号が変化するタイミングとすればよい。梁１０４の変位がピークではない場合（ステップＳ３０２でＮＯの場合）には、ステップＳ３００とステップＳ３０２とを繰り返す。   After step S300, the control unit 130 determines whether or not the displacement of the beam 104 detected in step S300 is a peak (step S302). For example, the timing when the time differentiation of the distance d becomes 0 may be determined as the timing when the beam 104 reaches a peak. When information regarding the distance d obtained from the displacement sensor 142 is obtained discretely, the timing at which the sign of the differential value changes may be used. If the displacement of the beam 104 is not a peak (NO in step S302), step S300 and step S302 are repeated.

梁１０４の変位がピークである場合（ステップＳ３０２でＹＥＳの場合）には、制御部１３０は、スイッチＳＷをＯＮ状態に切り換える（ステップＳ３０４）。   If the displacement of the beam 104 is a peak (YES in step S302), the control unit 130 switches the switch SW to the ON state (step S304).

ステップＳ３０４の後に、制御部１３０は、計時タイマーをスタートする（ステップＳ３０６）。本実施例においては、制御部１３０がＣＰＵを含んで構成され、ＣＰＵが計時タイマーを有していてもよい。   After step S304, the control unit 130 starts a timer (step S306). In the present embodiment, the control unit 130 may include a CPU, and the CPU may have a timer.

ステップＳ３０６の後に、制御部１３０は、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共振周期Ｔの１／２の時間（Ｔ／２）が経過したか否かを判定する（ステップＳ３０８）。制御部１３０が、Ｔ／２の時間が経過していないものと判定した場合（ステップＳ３０８でＮＯの場合）には、ステップＳ３０８を繰り返す。   After step S306, the control unit 130 determines whether or not a half time (T / 2) of the resonance period T of the resonance circuit constituted by the capacitance component Cg of the piezoelectric element 108 and the inductor L has elapsed. (Step S308). If control unit 130 determines that the time of T / 2 has not elapsed (NO in step S308), step S308 is repeated.

制御部１３０が、Ｔ／２の時間が経過したものと判定した場合（ステップＳ３０８でＹＥＳの場合）には、制御部１３０は、スイッチＳＷをＯＦＦ状態に切り換える（ステップＳ３１０）。   When the control unit 130 determines that the time of T / 2 has elapsed (YES in step S308), the control unit 130 switches the switch SW to the OFF state (step S310).

なお、既に述べたように、ステップＳ３０８で計時する時間はＴ／２の時間に限られるものではない。   As already described, the time measured in step S308 is not limited to the time T / 2.

以上のようにしてスイッチＳＷのＯＮ／ＯＦＦ状態を切り換えることによって、梁１０４の動きに合わせて適切なタイミングでスイッチＳＷのＯＮ／ＯＦＦ状態を切り換えられるので、発電装置１００を用いて効率よく発電することが可能となる。   By switching the ON / OFF state of the switch SW as described above, the ON / OFF state of the switch SW can be switched at an appropriate timing in accordance with the movement of the beam 104. Therefore, the power generation apparatus 100 is used to efficiently generate power. It becomes possible.

また、第２実施例の発電装置１００においても、蓄電素子Ｃ１の電圧ＶＣ１が基準値Ｖｒを上回る場合には、スイッチＳＷを導通状態とするので、圧電素子１０８、インダクターＬおよびスイッチＳＷを含む共振回路で電力が消費され、圧電素子１０８から電力を取り出せなくなる。したがって、蓄電素子Ｃ１への過充電を抑制できる。これによって、蓄電素子Ｃ１の劣化を抑制し、蓄電素子Ｃ１を長寿命化できる。   Also in the power generation apparatus 100 of the second embodiment, when the voltage VC1 of the power storage element C1 exceeds the reference value Vr, the switch SW is turned on, so that the resonance including the piezoelectric element 108, the inductor L, and the switch SW. Power is consumed in the circuit, and power cannot be extracted from the piezoelectric element 108. Therefore, overcharge to the electricity storage element C1 can be suppressed. Thereby, deterioration of the electricity storage element C1 can be suppressed and the life of the electricity storage element C1 can be extended.

また、圧電素子１０８の第１電極１０８ａと第２電極１０８ｂとの間を短絡状態にすることで、圧電素子１０８の変形を抑制することができる。これによって、圧電素子１０８の機械的な寿命を伸ばすことができる。   Moreover, the deformation | transformation of the piezoelectric element 108 can be suppressed by short-circuiting between the 1st electrode 108a and the 2nd electrode 108b of the piezoelectric element 108. FIG. As a result, the mechanical life of the piezoelectric element 108 can be extended.

Ｃ．第３実施例：
図１７は、本実施例の発電装置１００の他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。なお、第１実施例の発電装置１００と同一の構成には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。 C. Third embodiment:
FIG. 17 is an explanatory diagram showing another structure of the power generation device 100 of the present embodiment. FIG. 17A shows the mechanical structure of the power generation apparatus 100, and FIG. 17B shows the electrical structure. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the structure same as the electric power generating apparatus 100 of 1st Example, and detailed description is abbreviate | omitted.

第３実施例の発電装置１００において、変位検出部１４０は、梁１０４（変形部材）に設けられた圧電素子１１０と、圧電素子１１０に生じる電圧Ｖｐｚｔ２または電流Ｉｐｚｔ２を検出する検出部と、を含み、圧電素子１１０に生じる電圧Ｖｐｚｔ２または電流Ｉｐｚｔ２に基づいて圧電素子１０８の変位を検出する。図１７（ｂ）においては、圧電素子１１０は、電流源と、電荷を蓄えるコンデンサー（容量成分）Ｃｓとを組み合わせたものして表されている。図１７（ｂ）に示す例では、変位検出部１４０は、検出部として圧電素子１１０に生じる電圧Ｖｐｚｔ２を検出する電圧検出部１４３を含んで構成されている。これによって、梁１０４（変形部材）の変形方向が切り換わるタイミングで容易にスイッチＳＷをＯＮ（導通状態）にできる。なお、圧電素子１０８は本発明における「第１の圧電素子」に対応し、圧電素子１１０は本発明における「第２の圧電素子」に対応する。   In the power generation apparatus 100 of the third embodiment, the displacement detection unit 140 includes a piezoelectric element 110 provided on the beam 104 (deformable member), and a detection unit that detects a voltage Vpzt2 or a current Ipzt2 generated in the piezoelectric element 110. The displacement of the piezoelectric element 108 is detected based on the voltage Vpzt2 or current Ipzt2 generated in the piezoelectric element 110. In FIG. 17B, the piezoelectric element 110 is represented by a combination of a current source and a capacitor (capacitance component) Cs for storing electric charge. In the example shown in FIG. 17B, the displacement detection unit 140 includes a voltage detection unit 143 that detects a voltage Vpzt2 generated in the piezoelectric element 110 as a detection unit. Accordingly, the switch SW can be easily turned on (conductive state) at the timing when the deformation direction of the beam 104 (deformable member) is switched. The piezoelectric element 108 corresponds to the “first piezoelectric element” in the present invention, and the piezoelectric element 110 corresponds to the “second piezoelectric element” in the present invention.

図１７（ａ）に示す例では、圧電素子１１０は、梁１０４の表面に設けられている。圧電素子１１０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１１０ｃと、圧電部材１１０ｃの表面に金属薄膜によって形成された第１電極（上部電極）１１０ａおよび第２電極（下部電極）１１０ｂとを含んで構成されている。第１電極（上部電極）１１０ａおよび第２電極（下部電極）１１０ｂは、圧電部材１１０ｃを挟んで対向配置されている。図１７（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。たとえば、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。   In the example shown in FIG. 17A, the piezoelectric element 110 is provided on the surface of the beam 104. The piezoelectric element 110 includes a piezoelectric member 110c formed of a piezoelectric material such as lead zirconate titanate (PZT), and a first electrode (upper electrode) 110a and a second electrode formed of a metal thin film on the surface of the piezoelectric member 110c. (Lower electrode) 110b. The first electrode (upper electrode) 110a and the second electrode (lower electrode) 110b are disposed to face each other with the piezoelectric member 110c interposed therebetween. In the example shown in FIG. 17A, the piezoelectric element 108 and the piezoelectric element 110 have the same shape, but they do not necessarily have the same shape. For example, if the piezoelectric element 108 is the maximum length and width that can be installed on the beam 104, the amount of power generated by the piezoelectric element 108 increases. On the other hand, if the piezoelectric element 110 has the minimum width (the length in the short direction of the beam 104), the displacement resistance of the beam 104 by the piezoelectric element 110 is reduced, and the power generation efficiency is improved.

圧電素子１０８と同様の理由によって、梁１０４の変形にともなって、圧電素子１１０の圧電部材１１０ｃ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１１０ａおよび第２電極１１０ｂに現れる。また、梁１０４が変形すると、圧電部材１１０ｃも圧電部材１０８ｃと同様に変形する。したがって、圧電部材１１０ｃの内部にも、圧電部材１０８ｃと全く同様に、図２（ｂ）に示す電流Ｉｐｚｔと同様の電流Ｉｐｚｔ２、および、図２（ｂ）に示す電圧Ｖｐｚｔと同様の電圧Ｖｐｚｔ２が発生する。   For the same reason as the piezoelectric element 108, the piezoelectric member 110c of the piezoelectric element 110 generates positive and negative charges due to the piezoelectric effect as the beam 104 is deformed, and the charges appear on the first electrode 110a and the second electrode 110b. When the beam 104 is deformed, the piezoelectric member 110c is also deformed similarly to the piezoelectric member 108c. Therefore, in the piezoelectric member 110c, the current Ipzt2 similar to the current Ipzt shown in FIG. 2B and the voltage Vpzt2 similar to the voltage Vpzt shown in FIG. Occur.

図１８は、圧電素子１１０に生じる電圧Ｖｐｚｔ２を検出することによって、スイッチＳＷ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、圧電素子１１０に生じる電圧Ｖｐｚｔ２が変化する様子が示されている。   FIG. 18 is an explanatory diagram showing the reason why the switch SW can be controlled at an appropriate timing by detecting the voltage Vpzt2 generated in the piezoelectric element 110. FIG. FIG. 18A shows the displacement of the beam 104. FIG. 18B shows how the voltage Vpzt2 generated in the piezoelectric element 110 changes as the beam 104 vibrates.

図３〜図９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ＳＷ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１８（ａ）と図１８（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に生じる電圧Ｖｐｚｔ２が極値となるタイミングと一致する。その理由は、圧電素子１１０は、インダクターＬや蓄電素子Ｃ１と接続していないため、電荷の増減が圧電素子１１０の起電力の電圧Ｖｐｚｔ２の変化に直接反映されるからである。   As described above with reference to FIGS. 3 to 9, when the switch SW is turned on at the timing when the displacement u of the beam 104 reaches the extreme value, the most efficient power generation can be achieved. As apparent from a comparison between FIG. 18A and FIG. 18B, the displacement u of the beam 104 becomes an extreme value when the voltage Vpzt2 generated in the piezoelectric element 110 becomes an extreme value. Match. The reason is that since the piezoelectric element 110 is not connected to the inductor L or the power storage element C1, the increase or decrease in charge is directly reflected in the change in the voltage Vpzt2 of the electromotive force of the piezoelectric element 110.

そこで、図１８（ｂ）に白抜き矢印で示したように、圧電素子１１０に生じる電圧Ｖｐｚｔ２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、所定期間（たとえば、前述したＬＣ共振回路の共振周期Ｔの半分の時間（Ｔ／２））だけスイッチＳＷをＯＮにしてやれば、効率よく発電することが可能となる。   Therefore, as indicated by a white arrow in FIG. 18B, the timing at which the voltage Vpzt2 generated in the piezoelectric element 110 becomes an extreme value is detected, and from that timing, a predetermined period (for example, the LC resonance circuit described above) is detected. If the switch SW is turned on only for half the resonance period T (T / 2), it is possible to generate power efficiently.

図１９に、電圧検出部１４３の構成ブロック図を例示する。また、図２０に、電圧検出部１４３の各部の出力波形の一例を示す。図２０（ａ）は圧電素子１１０に生じる電圧Ｖｐｚｔ２、図２０（ｂ）は電圧検出器１４３１の出力信号Ｖｄ、図２０（ｃ）は微分回路１４３２の出力信号Ｖｄｉｆｆ、図２０（ｄ）は比較器１４３３の出力信号Ｖｐｌｓを表す。   FIG. 19 illustrates a configuration block diagram of the voltage detection unit 143. FIG. 20 shows an example of the output waveform of each part of the voltage detection unit 143. 20A shows the voltage Vpzt2 generated in the piezoelectric element 110, FIG. 20B shows the output signal Vd of the voltage detector 1431, FIG. 20C shows the output signal Vdiff of the differentiation circuit 1432, and FIG. This represents the output signal Vpls of the unit 1433.

電圧検出器１４３１は、圧電素子１１０に生じる電圧Ｖｐｚｔ２を検出して、電圧Ｖｐｚｔ２に対応する出力信号Ｖｄを出力する。   The voltage detector 1431 detects the voltage Vpzt2 generated in the piezoelectric element 110 and outputs an output signal Vd corresponding to the voltage Vpzt2.

微分回路１４３２は、電圧検出器１４３１の出力信号Ｖｄを微分して、出力信号Ｖｄの微分に対応する出力信号Ｖｄｉｆｆを出力する。微分回路１４３２の出力信号Ｖｄｉｆｆの０クロスのタイミングが、Ｖｐｚｔ２がピークとなるタイミングと一致する。   The differentiation circuit 1432 differentiates the output signal Vd of the voltage detector 1431 and outputs an output signal Vdiff corresponding to the differentiation of the output signal Vd. The timing of the zero crossing of the output signal Vdiff of the differentiating circuit 1432 coincides with the timing at which Vpzt2 peaks.

比較器１４３３は微分回路１４３２の出力信号Ｖｄｉｆｆを２値化（パルス化）して、出力信号Ｖｐｌｓを出力する。この比較器１４３３の出力信号Ｖｐｌｓの立ち上がりエッジおよび立ち上がりエッジのタイミングで、Ｖｐｚｔ２がピークとなる。   The comparator 1433 binarizes (pulses) the output signal Vdiff of the differentiating circuit 1432 and outputs the output signal Vpls. Vpzt2 peaks at the rising edge and rising edge timing of the output signal Vpls of the comparator 1433.

このような構成によっても、図１３を用いて説明した状態制御処理を行うことができる。第１実施例における状態制御処理と、第３実施例における状態制御処理とでは、図１３におけるスイッチ制御処理（ステップＳ１０４）のみが異なる。したがって、以下では、第３実施例におけるスイッチ制御処理（ステップＳ１０４）について説明する。   Even with such a configuration, the state control process described with reference to FIG. 13 can be performed. Only the switch control process (step S104) in FIG. 13 is different between the state control process in the first embodiment and the state control process in the third embodiment. Therefore, hereinafter, the switch control process (step S104) in the third embodiment will be described.

図２１は、本実施例における発電装置１００の制御方法の他の一例としてのスイッチ制御処理を説明するためのフローチャートである。   FIG. 21 is a flowchart for explaining a switch control process as another example of the method for controlling the power generation apparatus 100 according to the present embodiment.

図２１に示すスイッチ制御処理において、まず、電圧検出部１４３は、圧電素子１１０に生じる電圧Ｖｐｚｔ２を検出する（ステップＳ４００）。   In the switch control process shown in FIG. 21, first, the voltage detector 143 detects the voltage Vpzt2 generated in the piezoelectric element 110 (step S400).

ステップＳ４００の後に、制御部１３０は、ステップＳ４００で検出された電圧Ｖｐｚｔ２が極値になったか否かを判定する（ステップＳ４０２）。電圧Ｖｐｚｔ２が極値になっていない場合（ステップＳ４０２でＮＯの場合）には、ステップＳ４００とステップＳ４０２とを繰り返す。   After step S400, control unit 130 determines whether or not voltage Vpzt2 detected in step S400 has reached an extreme value (step S402). If the voltage Vpzt2 is not an extreme value (NO in step S402), step S400 and step S402 are repeated.

電圧Ｖｐｚｔ２が極値になった場合（ステップＳ４０２でＹＥＳの場合）には、制御部１３０は、スイッチＳＷをＯＮ状態に切り換える（ステップＳ４０４）。   When voltage Vpzt2 becomes an extreme value (YES in step S402), control unit 130 switches switch SW to the ON state (step S404).

ステップＳ４０４の後に、制御部１３０は、計時タイマーをスタートする（ステップＳ４０６）。本実施例においては、制御部１３０がＣＰＵを含んで構成され、ＣＰＵが計時タイマーを有していてもよい。   After step S404, the control unit 130 starts a timer (step S406). In the present embodiment, the control unit 130 may include a CPU, and the CPU may have a timer.

ステップＳ４０６の後に、制御部１３０は、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共振周期Ｔの１／２の時間（Ｔ／２）が経過したか否かを判定する（ステップＳ４０８）。制御部１３０が、Ｔ／２の時間が経過していないものと判定した場合（ステップＳ４０８でＮＯの場合）には、ステップＳ４０８を繰り返す。   After step S406, the control unit 130 determines whether or not a time (T / 2) that is 1/2 of the resonance period T of the resonance circuit constituted by the capacitance component Cg of the piezoelectric element 108 and the inductor L has elapsed. (Step S408). If control unit 130 determines that the time of T / 2 has not elapsed (NO in step S408), step S408 is repeated.

制御部１３０が、Ｔ／２の時間が経過したものと判定した場合（ステップＳ４０８でＹＥＳの場合）には、制御部１３０は、スイッチＳＷをＯＦＦ状態に切り換える（ステップＳ４１０）。   If the control unit 130 determines that the time of T / 2 has elapsed (YES in step S408), the control unit 130 switches the switch SW to the OFF state (step S410).

なお、既に述べたように、ステップＳ４０８で計時する時間はＴ／２の時間に限られるものではない。   As already described, the time measured in step S408 is not limited to the time of T / 2.

以上のようにしてスイッチＳＷのＯＮ／ＯＦＦ状態を切り換えることによって、梁１０４の動きに合わせて適切なタイミングでスイッチＳＷのＯＮ／ＯＦＦ状態を切り換えられるので、発電装置１００を用いて効率よく発電することが可能となる。   By switching the ON / OFF state of the switch SW as described above, the ON / OFF state of the switch SW can be switched at an appropriate timing in accordance with the movement of the beam 104. Therefore, the power generation apparatus 100 is used to efficiently generate power. It becomes possible.

また、第３実施例の発電装置１００においても、蓄電素子Ｃ１の電圧ＶＣ１が基準値Ｖｒを上回る場合には、スイッチＳＷを導通状態とするので、圧電素子１０８、インダクターＬおよびスイッチＳＷを含む共振回路で電力が消費され、圧電素子１０８から電力を取り出せなくなる。したがって、蓄電素子Ｃ１への過充電を抑制できる。これによって、蓄電素子Ｃ１の劣化を抑制し、蓄電素子Ｃ１を長寿命化できる。   Also in the power generating apparatus 100 of the third embodiment, when the voltage VC1 of the power storage element C1 exceeds the reference value Vr, the switch SW is turned on, so that the resonance including the piezoelectric element 108, the inductor L, and the switch SW. Power is consumed in the circuit, and power cannot be extracted from the piezoelectric element 108. Therefore, overcharge to the electricity storage element C1 can be suppressed. Thereby, deterioration of the electricity storage element C1 can be suppressed and the life of the electricity storage element C1 can be extended.

また、圧電素子１０８の第１電極１０８ａと第２電極１０８ｂとの間を短絡状態にすることで、圧電素子１０８の変形を抑制することができる。これによって、圧電素子１０８の機械的な寿命を伸ばすことができる。   Moreover, the deformation | transformation of the piezoelectric element 108 can be suppressed by short-circuiting between the 1st electrode 108a and the 2nd electrode 108b of the piezoelectric element 108. FIG. As a result, the mechanical life of the piezoelectric element 108 can be extended.

Ｄ．第４実施例：
図２２は、本実施例の発電装置１００の他の構造を示した説明図である。図２２（ａ）には、発電装置１００の機械的な構造が示されており、図２２（ｂ）には電気的な構造が示されている。なお、第３実施例の発電装置１００と同一の構成には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。 D. Fourth embodiment:
FIG. 22 is an explanatory diagram showing another structure of the power generation apparatus 100 of the present embodiment. FIG. 22A shows the mechanical structure of the power generation apparatus 100, and FIG. 22B shows the electrical structure. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the structure same as the electric power generating apparatus 100 of 3rd Example, and detailed description is abbreviate | omitted.

図２２（ｂ）に示す例では、変位検出部１４０は、検出部として圧電素子１１０に生じる電流Ｉｐｚｔ２を検出する電流検出部１４４を含んで構成されている。これによって、梁１０４（変形部材）の変形方向が切り換わるタイミングで容易にスイッチＳＷをＯＮ（導通状態）にできる。   In the example illustrated in FIG. 22B, the displacement detection unit 140 includes a current detection unit 144 that detects a current Ipzt2 generated in the piezoelectric element 110 as a detection unit. Accordingly, the switch SW can be easily turned on (conductive state) at the timing when the deformation direction of the beam 104 (deformable member) is switched.

図２３は、制御用の圧電素子１１０に生じる電流Ｉｐｚｔ２を検出することによって、スイッチＳＷ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２３（ａ）には、梁１０４の変位が示されている。また、図２３（ｂ）には、梁１０４の振動に伴って、圧電素子１１０に生じる電流Ｉｐｚｔ２が変化する様子が示されている。   FIG. 23 is an explanatory diagram showing the reason why the switch SW can be controlled at an appropriate timing by detecting the current Ipzt2 generated in the control piezoelectric element 110. FIG. FIG. 23A shows the displacement of the beam 104. FIG. 23B shows how the current Ipzt2 generated in the piezoelectric element 110 changes as the beam 104 vibrates.

図３〜図９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ＳＷ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２３（ａ）と図２３（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に生じる電流Ｉｐｚｔ２が０となるタイミングと一致する。その理由は、圧電素子１１０は、インダクターＬや蓄電素子Ｃ１と接続していないため、電荷の増減が圧電素子１１０に生じる電流Ｉｐｚｔ２の変化に直接反映されるからである。   As described above with reference to FIGS. 3 to 9, when the switch SW is turned on at the timing when the displacement u of the beam 104 reaches the extreme value, the most efficient power generation can be achieved. As apparent from a comparison between FIG. 23A and FIG. 23B, the displacement u of the beam 104 has an extreme value that coincides with the timing when the current Ipzt2 generated in the piezoelectric element 110 becomes zero. To do. The reason is that since the piezoelectric element 110 is not connected to the inductor L or the power storage element C1, the increase or decrease in charge is directly reflected in the change in the current Ipzt2 generated in the piezoelectric element 110.

そこで、図２３（ｂ）に白抜き矢印で示したように、圧電素子１１０に生じる電流Ｉｐｚｔ２が０となるタイミングを検出して、そのタイミングから、所定期間（たとえば、前述したＬＣ共振回路の共振周期Ｔの半分の時間（Ｔ／２））だけスイッチＳＷをＯＮにしてやれば、効率よく発電することが可能となる。   Therefore, as shown by the white arrow in FIG. 23B, the timing at which the current Ipzt2 generated in the piezoelectric element 110 becomes 0 is detected, and from that timing, a predetermined period (for example, the resonance of the LC resonance circuit described above) is detected. If the switch SW is turned on only for half the period T (T / 2)), power can be generated efficiently.

図２４に、電流検出部１４４の構成ブロック図を例示する。また、図２５に、電流検出部１４４の各部の出力波形の一例を示す。図２５（ａ）は圧電素子１１０からコンデンサー１４４５に流れる電流Ｉｇｅｎ２、図１２（ｂ）は電流検出器１４４１の出力信号Ｉｄ２、図２５（ｃ）は増幅回路１４４２の出力信号Ｉｄａｍｐ２、図２５（ｄ）は絶対値回路１４４３の出力信号Ｉａｂｓ２、図２５（ｅ）は比較器１４４４の出力信号Ｉｐｌｓ２を表す。   FIG. 24 illustrates a configuration block diagram of the current detection unit 144. FIG. 25 shows an example of the output waveform of each part of the current detection unit 144. 25A shows the current Igen2 flowing from the piezoelectric element 110 to the capacitor 1445, FIG. 12B shows the output signal Id2 of the current detector 1441, FIG. 25C shows the output signal Idamp2 of the amplifier circuit 1442, and FIG. ) Represents the output signal Iabs2 of the absolute value circuit 1443, and FIG. 25E represents the output signal Ipls2 of the comparator 1444.

本実施例における電流検出部１４４は、圧電素子１１０に並列に接続されるコンデンサー１４４５を備え、コンデンサー１４４５に流れる電流Ｉｇｅｎ２を検出することによって、圧電素子１１０に生じる電流Ｉｐｚｔ２を検出する。なお、コンデンサー１４４５に流れる電流Ｉｇｅｎ２と圧電素子１１０に生じる電流Ｉｐｚｔ２とは比例した大きさの電流となる。   The current detection unit 144 in this embodiment includes a capacitor 1445 connected in parallel to the piezoelectric element 110, and detects the current Ipzt2 generated in the piezoelectric element 110 by detecting the current Igen2 flowing through the capacitor 1445. Note that the current Igen2 flowing in the capacitor 1445 and the current Ipzt2 generated in the piezoelectric element 110 have a proportional magnitude.

電流検出器１４４１は一般的に知られている、たとえば、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できる。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。電流検出器１４４１は圧電素子１１０からコンデンサー１４４５に流れる電流Ｉｇｅｎ２に対応する出力信号Ｉｄ２を出力する。   The current detector 1441 is generally known. For example, a Hall element type current sensor or a shunt resistor can be used. However, in order not to deteriorate the power generation efficiency, it is not desirable to insert a resistance element into the circuit, such as a shunt resistor, so select a sensor capable of non-contact detection such as a Hall element type current sensor. It is desirable. The current detector 1441 outputs an output signal Id2 corresponding to the current Igen2 flowing from the piezoelectric element 110 to the capacitor 1445.

増幅回路１４４２は、電流検出器１４４１の出力信号Ｉｄ２を所定のゲインで増幅して、出力信号Ｉｄａｍｐ２を出力する。   The amplifier circuit 1442 amplifies the output signal Id2 of the current detector 1441 with a predetermined gain and outputs an output signal Idamp2.

絶対値回路１４４３は、増幅回路１４４２の出力信号Ｉｄａｍｐ２の絶対値に対応する出力信号Ｉａｂｓ２を出力する。   The absolute value circuit 1443 outputs an output signal Iabs2 corresponding to the absolute value of the output signal Idamp2 of the amplifier circuit 1442.

増幅回路１４４２、絶対値回路１４４３は必須の回路ではなく、比較器１４４４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。   The amplifier circuit 1442 and the absolute value circuit 1443 are not essential circuits, and are included so that the comparator 1444 can easily detect the presence or absence of current.

比較器１４４４は、絶対値回路１４４３の出力信号Ｉａｂｓ２を２値化（パルス化）して出力する。この比較器１４４４の出力信号Ｉｐｌｓ２の立ち下がりエッジのタイミングで、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１４４４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って発電効率が悪化するので、でき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。   The comparator 1444 binarizes (pulses) the output signal Iabs2 from the absolute value circuit 1443 and outputs the result. At the timing of the falling edge of the output signal Ipls2 of the comparator 1444, the current flowing through the rectifier circuit 120 becomes zero. The detection may be performed in a state where the current is not 0 but a little. This is to prevent the comparator 1444 from malfunctioning due to noise or the like when there is no current. If there is a large margin here, the detection timing shifts and the power generation efficiency deteriorates. Therefore, it is desirable to reduce the noise as much as possible and detect the current at a timing close to zero.

このような構成によっても、図１３を用いて説明した状態制御処理を行うことができる。第１実施例における状態制御処理と、第４実施例における状態制御処理とでは、図１３におけるスイッチ制御処理（ステップＳ１０４）のみが異なる。したがって、以下では、第４実施例におけるスイッチ制御処理（ステップＳ１０４）について説明する。   Even with such a configuration, the state control process described with reference to FIG. 13 can be performed. In the state control process in the first embodiment and the state control process in the fourth embodiment, only the switch control process (step S104) in FIG. 13 is different. Therefore, hereinafter, the switch control process (step S104) in the fourth embodiment will be described.

図２６は、本実施例における発電装置１００の制御方法の他の一例としてのスイッチ制御処理を説明するためのフローチャートである。   FIG. 26 is a flowchart for explaining a switch control process as another example of the method for controlling the power generation device 100 according to the present embodiment.

図２６に示すスイッチ制御処理において、まず、電流検出部１４４は、圧電素子１１０に生じる電流Ｉｐｚｔ２を検出する（ステップＳ５００）。本実施例においては、電流検出器１４４１がコンデンサー１４４５に流れる電流Ｉｇｅｎ２を検出することによって、圧電素子１１０に生じる電流Ｉｐｚｔ２を検出する。   In the switch control process shown in FIG. 26, first, the current detection unit 144 detects the current Ipzt2 generated in the piezoelectric element 110 (step S500). In the present embodiment, the current detector 1441 detects the current Igen2 flowing in the capacitor 1445, thereby detecting the current Ipzt2 generated in the piezoelectric element 110.

ステップＳ５００の後に、制御部１３０は、ステップＳ５００で検出された電流Ｉｐｚｔ２が０クロスしたか否かを判定する（ステップＳ５０２）。電流Ｉｐｚｔ２が０クロスしていない場合（ステップＳ５０２でＮＯの場合）には、ステップＳ５００とステップＳ５０２とを繰り返す。   After step S500, control unit 130 determines whether or not current Ipzt2 detected in step S500 has crossed zero (step S502). If the current Ipzt2 has not crossed 0 (NO in step S502), step S500 and step S502 are repeated.

電流Ｉｐｚｔ２が０クロスした場合（ステップＳ５０２でＹＥＳの場合）には、制御部１３０は、スイッチＳＷをＯＮ状態に切り換える（ステップＳ５０４）。   If the current Ipzt2 has crossed 0 (YES in step S502), control unit 130 switches switch SW to the ON state (step S504).

ステップＳ５０４の後に、制御部１３０は、計時タイマーをスタートする（ステップＳ５０６）。本実施例においては、制御部１３０がＣＰＵを含んで構成され、ＣＰＵが計時タイマーを有していてもよい。   After step S504, the control unit 130 starts a timer (step S506). In the present embodiment, the control unit 130 may include a CPU, and the CPU may have a timer.

ステップＳ５０６の後に、制御部１３０は、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共振周期Ｔの１／２の時間（Ｔ／２）が経過したか否かを判定する（ステップＳ５０８）。制御部１３０が、Ｔ／２の時間が経過していないものと判定した場合（ステップＳ５０８でＮＯの場合）には、ステップＳ５０８を繰り返す。   After step S506, the control unit 130 determines whether or not a half time (T / 2) of the resonance period T of the resonance circuit constituted by the capacitance component Cg of the piezoelectric element 108 and the inductor L has elapsed. (Step S508). If control unit 130 determines that the time of T / 2 has not elapsed (NO in step S508), step S508 is repeated.

制御部１３０が、Ｔ／２の時間が経過したものと判定した場合（ステップＳ５０８でＹＥＳの場合）には、制御部１３０は、スイッチＳＷをＯＦＦ状態に切り換える（ステップＳ５１０）。   If control unit 130 determines that the time of T / 2 has elapsed (YES in step S508), control unit 130 switches switch SW to the OFF state (step S510).

なお、既に述べたように、ステップＳ５０８で計時する時間はＴ／２の時間に限られるものではない。   As already described, the time measured in step S508 is not limited to T / 2.

以上のようにしてスイッチＳＷのＯＮ／ＯＦＦ状態を切り換えることによって、梁１０４の動きに合わせて適切なタイミングでスイッチＳＷのＯＮ／ＯＦＦ状態を切り換えられるので、発電装置１００を用いて効率よく発電することが可能となる。   By switching the ON / OFF state of the switch SW as described above, the ON / OFF state of the switch SW can be switched at an appropriate timing in accordance with the movement of the beam 104. Therefore, the power generation apparatus 100 is used to efficiently generate power. It becomes possible.

また、第４実施例の発電装置１００においても、蓄電素子Ｃ１の電圧ＶＣ１が基準値Ｖｒを上回る場合には、スイッチＳＷを導通状態とするので、圧電素子１０８、インダクターＬおよびスイッチＳＷを含む共振回路で電力が消費され、圧電素子１０８から電力を取り出せなくなる。したがって、蓄電素子Ｃ１への過充電を抑制できる。これによって、蓄電素子Ｃ１の劣化を抑制し、蓄電素子Ｃ１を長寿命化できる。   Also in the power generation device 100 of the fourth embodiment, when the voltage VC1 of the power storage element C1 exceeds the reference value Vr, the switch SW is turned on, so that the resonance including the piezoelectric element 108, the inductor L, and the switch SW. Power is consumed in the circuit, and power cannot be extracted from the piezoelectric element 108. Therefore, overcharge to the electricity storage element C1 can be suppressed. Thereby, deterioration of the electricity storage element C1 can be suppressed and the life of the electricity storage element C1 can be extended.

また、圧電素子１０８の第１電極１０８ａと第２電極１０８ｂとの間を短絡状態にすることで、圧電素子１０８の変形を抑制することができる。これによって、圧電素子１０８の機械的な寿命を伸ばすことができる。   Moreover, the deformation | transformation of the piezoelectric element 108 can be suppressed by short-circuiting between the 1st electrode 108a and the 2nd electrode 108b of the piezoelectric element 108. FIG. As a result, the mechanical life of the piezoelectric element 108 can be extended.

以上、本実施例について説明したが、本発明はこれら本実施例に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様で実施することが可能である。   Although the present embodiment has been described above, the present invention is not limited to the present embodiment, and can be implemented in various modes without departing from the scope of the present invention.

たとえば、上述した実施例では、圧電素子１０８および１１０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および１１０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、薄膜の表面に圧電素子１０８および１１０を取り付けてもよいし、弦巻バネの側面に圧電素子１０８および１１０を取り付けても構わない。   For example, in the above-described embodiments, the piezoelectric elements 108 and 110 have been described as being attached to the beam 104 having a cantilever structure. However, the member to which the piezoelectric elements 108 and 110 are attached may be any member as long as the member can be easily and repeatedly deformed by vibration or the like. For example, the piezoelectric elements 108 and 110 may be attached to the surface of the thin film, or the piezoelectric elements 108 and 110 may be attached to the side surfaces of the string spring.

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。   In addition, since the power generation device of the present invention generates power in response to vibration or movement, for example, if a power generation device is installed at a bridge, a building, or a landslide expected location, the power generation device generates power in the event of a disaster such as an earthquake, and network means such as an electronic device Power can be supplied only when necessary (during disaster).

なお、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って発電し、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。   Note that the power generation device of the present invention is not limited to an electronic device, and can be downsized, so that it can be installed in any device. For example, by using the power generation device of the present invention for a moving means such as a vehicle or a train, it is possible to generate electric power by vibration accompanying the movement and efficiently supply power to the equipment provided in the moving means.

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。   At this time, in order to cope with any vibration, a plurality of power generation devices 100 having different lengths of the beams 104 and different weights of the weights 106 may be incorporated in the moving means. For example, a plurality of power generation devices 100 may be configured as a power generation unit fixed to a common support end 102.

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。   Further, the power generation device of the present invention can be incorporated into a small electronic device such as a remote controller instead of a battery.

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たとえばボタン電池、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。   Further, instead of being installed in a specific device or the like, the power generation device of the present invention may have the same shape as, for example, a button battery or a dry battery, and may be used in general electronic devices. At this time, since the storage element can be charged by vibration, it can be used as a battery even in the event of a loss of power. Moreover, since the lifetime is longer than that of the primary battery, it is possible to reduce the environmental load from the viewpoint of life cycle.

本発明は、実施例で説明した構成と実質的に同一の構成（たとえば、機能、方法および結果が同一の構成、あるいは目的および効果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施例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、実施例で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成また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、実施例で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。   The present invention includes substantially the same configuration (for example, a configuration having the same function, method and result, or a configuration having the same purpose and effect) as the configuration described in the embodiments. The present invention also includes a configuration in which a non-essential part of the configuration described in the embodiments is replaced. Further, the present invention includes a configuration that achieves the same effect as the configuration described in the embodiment or a configuration that can achieve the same object. The present invention also includes a configuration in which a known technique is added to the configuration described in the embodiments.

１００…発電装置、１０２…支持端、１０４…梁、１０６…錘、１０８…圧電素子、１０８ａ…第１電極、１０８ｂ…第２電極、１０８ｃ…圧電部材、１１０…圧電素子、１１０ａ…第１電極、１１０ｂ…第２電極、１１０ｃ…圧電部材、１１４…圧電素子、１１４ａ…第１電極、１１４ｂ…第２電極、１１４ｃ…圧電部材、１２０，１２１…整流回路、１３０…制御部、１４０…変位検出部、１４１…電流検出部、１４２…変位センサー、１４３…電圧検出部、１４４…電流検出部、１５０…電圧検出部、１４１１…電流検出器、１４１２…増幅回路、１４１３…絶対値回路、１４１４…比較器、１４３１…電圧検出器、１４３２…微分回路、１４３３…比較器、１４４１…電流検出器、１４４２…増幅回路、１４４３…絶対値回路、１４４４…比較器、１４４５…コンデンサー、Ｌ…インダクター、Ｃ１…蓄電素子、Ｃ１ａ…第１端子、Ｃ１ｂ…第２端子、Ｄ１〜Ｄ４…ダイオード、ＳＷ…スイッチ DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Power generation device, 102 ... Support end, 104 ... Beam, 106 ... Weight, 108 ... Piezoelectric element, 108a ... First electrode, 108b ... Second electrode, 108c ... Piezoelectric member, 110 ... Piezoelectric element, 110a ... First electrode 110b ... second electrode, 110c ... piezoelectric member, 114 ... piezoelectric element, 114a ... first electrode, 114b ... second electrode, 114c ... piezoelectric member, 120,121 ... rectifier circuit, 130 ... control unit, 140 ... displacement detection , 141, current detector, 142, displacement sensor, 143, voltage detector, 144, current detector, 150, voltage detector, 1411, current detector, 1412, amplifier circuit, 1413, absolute value circuit, 1414,. Comparator, 1431 ... voltage detector, 1432 ... differentiation circuit, 1433 ... comparator, 1441 ... current detector, 1442 ... amplification circuit, 1443 ... absolute value circuit, 14 4 ... comparator, 1445 ... condenser, L ... inductor, C1 ... electric storage element, C1a ... first terminal, C1b ... second terminal, D1 to D4 ... diodes, SW ... switch

Claims (9)

変形方向を切り換えて変形する変形部材と、
前記変形部材に設けられた圧電素子と、
前記圧電素子に対して並列に接続されたインダクターと、
前記インダクターに対して直列に接続されたスイッチと、
前記圧電素子の変位を検出する変位検出部と、
前記圧電素子が発生させる電流を整流する整流回路と、
前記整流回路を介して前記圧電素子と並列に接続される蓄電素子と、
前記蓄電素子の電圧を検出する電圧検出部と、
前記スイッチを制御する制御部と、
を含み、
前記制御部は、
前記電圧検出部で検出される前記蓄電素子の電圧が基準値以下である場合には、前記変位検出部で検出される前記圧電素子の変位に基づいて、前記圧電素子の変形方向が切り換わるタイミングで前記スイッチを接続した後、前記所定期間が経過するタイミングで前記スイッチを切断し、
前記電圧検出部で検出される前記蓄電素子の電圧が基準値を上回る場合には、前記スイッチを導通状態とする、発電装置。 A deformable member that deforms by switching the deformation direction;
A piezoelectric element provided on the deformable member;
An inductor connected in parallel to the piezoelectric element;
A switch connected in series to the inductor ;
A displacement detector for detecting displacement of the piezoelectric element;
A rectifier circuit for rectifying a current generated by the piezoelectric element;
A storage element connected in parallel with the piezoelectric element via the rectifier circuit;
A voltage detector for detecting a voltage of the storage element;
A control unit for controlling the switch;
Including
The controller is
Timing at which the deformation direction of the piezoelectric element is switched based on the displacement of the piezoelectric element detected by the displacement detection unit when the voltage of the power storage element detected by the voltage detection unit is equal to or less than a reference value After connecting the switch at, disconnect the switch at the timing when the predetermined period elapses ,
The power generation device that sets the switch in a conductive state when the voltage of the power storage element detected by the voltage detection unit exceeds a reference value. 請求項１に記載の発電装置において、
前記所定期間は、前記圧電素子と前記インダクターとで構成される共振回路の共振周期をＴとした場合、（ｎ＋１／４）Ｔより長く（ｎ＋３／４）Ｔよりも短い時間（ｎは０以上の整数）である、発電装置。 The power generator according to claim 1,
The predetermined period is longer than (n + 1/4) T and shorter than (n + 3/4) T, where T is a resonance period of a resonance circuit composed of the piezoelectric element and the inductor (n is 0 or more). an integer), the power generation device. 請求項１または２に記載の発電装置において、
前記変位検出部は、
前記圧電素子から前記整流回路に流れる電流を検出する電流検出部を含み、
前記電流検出部で検出される電流に基づいて前記圧電素子の変位を検出する、発電装置。 The power generator according to claim 1 or 2,
The displacement detector is
A current detector that detects a current flowing from the piezoelectric element to the rectifier circuit;
A power generator that detects a displacement of the piezoelectric element based on a current detected by the current detector. 請求項１ないし３のいずれか１項に記載の発電装置において、
前記変位検出部は、
前記変形部材の変形による変位を検出する変位センサーを含み、
前記変位センサーが検出する前記変形部材の変位に基づいて前記圧電素子の変位を検出する、発電装置。 The power generator according to any one of claims 1 to 3,
The displacement detector is
A displacement sensor for detecting displacement due to deformation of the deformable member;
A power generation device that detects displacement of the piezoelectric element based on displacement of the deformable member detected by the displacement sensor. 請求項１ないし４のいずれか１項に記載の発電装置において、
前記圧電素子を第１の圧電素子とし、
前記変位検出部は、
前記変形部材に設けられた第２の圧電素子と、
前記第２の圧電素子に生じる電圧または電流を検出する検出部と、
を含み、
前記第２の圧電素子に生じる電圧または電流に基づいて前記第１の圧電素子の変位を検出する、発電装置。 The power generator according to any one of claims 1 to 4,
The piezoelectric element is a first piezoelectric element,
The displacement detector is
A second piezoelectric element provided on the deformable member;
A detection unit for detecting a voltage or current generated in the second piezoelectric element;
Including
A power generation device that detects a displacement of the first piezoelectric element based on a voltage or current generated in the second piezoelectric element. 請求項１ないし５のいずれか１項に記載の発電装置において、
前記整流回路は、全波整流回路である、発電装置。 The power generator according to any one of claims 1 to 5,
The power generation apparatus, wherein the rectifier circuit is a full-wave rectifier circuit. 請求項１ないし６のいずれかに記載の発電装置を有する電子機器。 The electronic device which has a power generator in any one of Claims 1 thru | or 6. 請求項１ないし６のいずれかに記載の発電装置を有する移動手段。 A moving means comprising the power generation device according to claim 1. 変形方向を切り換えて変形する変形部材と、前記変形部材に設けられた圧電素子と、前記圧電素子に対して並列に接続されたインダクターと、前記インダクターに対して直列に接続されたスイッチと、前記圧電素子の変位を検出する変位検出部と、前記圧電素子が発生させる電流を整流する整流回路と、前記整流回路を介して前記圧電素子と並列に接続される蓄電素子と、前記蓄電素子の電圧を検出する電圧検出部と、を含む発電装置の制御方法であって、
前記電圧検出部で検出される前記蓄電素子の電圧が基準値以下である場合に、前記変位検出部で検出される前記圧電素子の変位に基づいて、前記圧電素子の変形方向が切り換わるタイミングで前記スイッチを接続した後、前記所定期間が経過するタイミングで前記スイッチを切断することと、
前記電圧検出部で検出される前記蓄電素子の電圧が基準値を上回る場合に、前記スイッチを導通状態とすることと、
を含む、発電装置の制御方法。 A deformation member that deforms by switching a deformation direction; a piezoelectric element provided on the deformation member; an inductor connected in parallel to the piezoelectric element; a switch connected in series to the inductor ; A displacement detector that detects displacement of the piezoelectric element; a rectifier circuit that rectifies a current generated by the piezoelectric element; a storage element that is connected in parallel to the piezoelectric element via the rectifier circuit; and a voltage of the storage element A voltage detection unit for detecting
When the voltage of the electricity storage element detected by the voltage detection unit is equal to or lower than a reference value, the deformation direction of the piezoelectric element is switched based on the displacement of the piezoelectric element detected by the displacement detection unit. Disconnecting the switch at a timing when the predetermined period has elapsed after connecting the switch ;
When the voltage of the power storage element detected by the voltage detector exceeds a reference value, the switch is turned on;
A method for controlling a power generation device.
JP2011219331A 2011-10-03 2011-10-03 POWER GENERATION DEVICE, ELECTRONIC DEVICE, MOBILE DEVICE, AND METHOD FOR CONTROLLING POWER GENERATION DEVICE Expired - Fee Related JP5930152B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011219331A JP5930152B2 (en) 2011-10-03 2011-10-03 POWER GENERATION DEVICE, ELECTRONIC DEVICE, MOBILE DEVICE, AND METHOD FOR CONTROLLING POWER GENERATION DEVICE

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011219331A JP5930152B2 (en) 2011-10-03 2011-10-03 POWER GENERATION DEVICE, ELECTRONIC DEVICE, MOBILE DEVICE, AND METHOD FOR CONTROLLING POWER GENERATION DEVICE

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2013081286A JP2013081286A (en) 2013-05-02
JP5930152B2 true JP5930152B2 (en) 2016-06-08

Family

ID=48527224

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2011219331A Expired - Fee Related JP5930152B2 (en) 2011-10-03 2011-10-03 POWER GENERATION DEVICE, ELECTRONIC DEVICE, MOBILE DEVICE, AND METHOD FOR CONTROLLING POWER GENERATION DEVICE

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5930152B2 (en)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8653718B2 (en) 2011-05-06 2014-02-18 Seiko Epson Corporation Power generation unit, electronic apparatus, transportation unit, battery, method of controlling power generation unit
JP6478183B2 (en) * 2014-07-22 2019-03-06 オムロン株式会社 Power generator
CN107615636B (en) 2015-08-28 2020-09-04 欧姆龙株式会社 Power generation device

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1056784A (en) * 1996-08-08 1998-02-24 Seiko Epson Corp Power generator and electronic apparatus
WO1999060684A1 (en) * 1998-05-18 1999-11-25 Seiko Epson Corporation Overcharge protection, charger, electronic device and timepiece
JP2004032980A (en) * 1998-05-18 2004-01-29 Seiko Epson Corp Overcharge-preventing method, circuit for charging, and electronic equipment and time-piece
JPH11341837A (en) * 1998-05-28 1999-12-10 Nippon Soken Inc Piezoelectric-type power device
US6580177B1 (en) * 1999-06-01 2003-06-17 Continuum Control Corporation Electrical power extraction from mechanical disturbances
BR0011090A (en) * 1999-06-01 2002-06-18 Continuum Control Corp System and method of energy extraction and system
JP3374973B2 (en) * 2000-11-10 2003-02-10 独立行政法人産業技術総合研究所 Measuring method and measuring device for output pressure of constant section working body
US6522048B1 (en) * 2001-08-20 2003-02-18 Ocean Power Technologies, Inc. Sensors for power conversion systems
JP2006304586A (en) * 2005-03-25 2006-11-02 Mitsubishi Electric Corp Dc power supply device
WO2008103932A1 (en) * 2007-02-23 2008-08-28 Societe De Technologie Michelin Method for discharging capacitive loads
US8129887B2 (en) * 2009-01-30 2012-03-06 The Curators Of The University Of Missouri System and method for harvesting energy from environmental vibrations
JP4816831B2 (en) * 2010-02-08 2011-11-16 コニカミノルタホールディングス株式会社 Drive device for polymer actuator

Also Published As

Publication number Publication date
JP2013081286A (en) 2013-05-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6103182B2 (en) POWER GENERATION DEVICE, ELECTRONIC DEVICE, MOBILE DEVICE, AND POWER GENERATION DEVICE CONTROL METHOD
JP6015917B2 (en) Power generation device, electronic device and moving means
JP5979369B2 (en) Power generation device, electronic device, moving means, battery, and method for controlling power generation device
JP4835888B1 (en) Power generator
US8653718B2 (en) Power generation unit, electronic apparatus, transportation unit, battery, method of controlling power generation unit
JP4835889B1 (en) Power generation device, electronic device and moving means
JP4811537B1 (en) Power generator
JP5888486B2 (en) Power generation device, power generation device control method, electronic device, and moving means
US9112433B2 (en) Power generation unit, battery, electronic apparatus, transportation device, and method of controlling power generation unit
JP5930152B2 (en) POWER GENERATION DEVICE, ELECTRONIC DEVICE, MOBILE DEVICE, AND METHOD FOR CONTROLLING POWER GENERATION DEVICE
JP5800144B2 (en) POWER GENERATION DEVICE, ELECTRONIC APPARATUS, TRANSPORTING DEVICE AND GENERATION DEVICE CONTROL METHOD
JP5979353B2 (en) Power generation device, electronic device, moving means and battery
JP5849580B2 (en) Power generation device and method for controlling power generation device
JP5871120B2 (en) Power generation device, power generation device control method, electronic device, and moving means
JP2012210091A (en) Power generating device
JP5807743B2 (en) POWER GENERATION DEVICE, ELECTRONIC DEVICE, MOBILE DEVICE, AND POWER GENERATION DEVICE CONTROL METHOD
JP2013081277A (en) Power generating device, method for controlling power generating device, electronic device, and transportation means
JP5928685B2 (en) Power generation device and method for controlling power generation device
JP2013081273A (en) Power generating device, method for controlling power generating device, electronic device, and transportation means

Legal Events

Date Code Title Description
RD07 Notification of extinguishment of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7427

Effective date: 20140619

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20141002

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20150731

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20150812

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20150930

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20160406

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20160419

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5930152

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees