JP6286205B2 - 発電システム - Google Patents

Description

本発明は、振動の入力によって交流電圧を出力する発電装置を用いて、発電装置により発電した電力を負荷機器に出力する発電システムに関するものである。

特許文献１には、振動の入力によって交流電圧を出力する発電装置として、磁歪素子が記載されている。特許文献２，３には、交流電圧を整流する回路として、倍電圧整流回路が記載されている。倍電圧整流回路は、交流電圧の双方向の電圧のそれぞれが対応するキャパシタに蓄電可能となることにより、出力電圧を２倍程度に高くすることができる。特許文献４には、交流電圧を整流する回路として、全波整流回路が記載されている。

特許第４９０５８２０号公報 特開２０１２−１６０６２０号公報 特開２０１２−１５２００９号公報 特開２００１−２１１６０６号公報

ところで、出力電圧を高めるために、発電装置と整流回路とを含む複数のユニットを直列に接続することが考えられる。この場合において、複数の発電回路ユニットの少なくとも１つを構成する整流回路が倍電圧整流回路である場合には、以下の理由により、キャパシタへの蓄電がされにくくなることが分かった。

説明のため、第一の発電回路ユニットの倍電圧整流回路と第二の発電回路ユニットの整流回路とが直列に接続される場合を考える。この場合、第一の発電回路ユニットにおいては、従来のように単体の発電回路として用いられる場合と同様に、発電装置による交流電圧の出力によってキャパシタに第一方向の電流が流れる第一回路が形成される。第一回路の形成によって、倍電圧整流回路のキャパシタに蓄電されていた。

しかし、複数の発電回路ユニットが直列に接続されることによって、第一回路に加えて、当該キャパシタに第一方向とは反対方向の電流が流れる第二回路が形成される。第二回路は、負荷機器および他方の発電回路ユニットにおける整流回路を介する回路である。倍電圧整流回路を含む発電回路ユニットが直列に接続されると、流れる電流の方向が異なる第一回路と第二回路との形成によって、発電装置が出力した電荷をキャパシタに確実に蓄電することができなかった。そのため、発電回路ユニットを直列に接続したにも関わらず、却って、出力電圧が低下することになり、高電圧化が困難であった。

本発明は、倍電圧整流回路を用いつつ、複数の発電回路ユニットを直列に接続する場合に、確実に倍電圧整流回路に蓄電可能とする発電システムを提供することを目的とする。

本手段に係る発電システムは、発電した電力を負荷機器に出力する発電システムであって、振動の入力によって交流電圧を出力する第一発電装置および第二発電装置と、前記第一発電装置により出力される交流電圧を整流して第一倍電圧用キャパシタに蓄電すると共に、高圧化した電圧を前記負荷機器に出力する第一倍電圧整流回路と、前記第二発電装置により出力される交流電圧を整流して第二倍電圧用キャパシタに蓄電すると共に、前記第一倍電圧整流回路に直列に接続され、整流し高圧化した電圧を前記負荷機器に出力する第二倍電圧整流回路と、を備える。
ここで、前記第一発電装置によって前記第一倍電圧整流回路の前記第一倍電圧用キャパシタに蓄電される際に、前記第一倍電圧整流回路、前記第二倍電圧整流回路の前記第二倍電圧用キャパシタおよび前記負荷機器により構成される回路によって、前記第二倍電圧整流回路の前記第二倍電圧用キャパシタの電荷は放電され、前記第二発電装置によって前記第二倍電圧整流回路の前記第二倍電圧用キャパシタに蓄電される際に、前記第一倍電圧整流回路の前記第一倍電圧用キャパシタ、前記第二倍電圧整流回路および前記負荷機器により構成される回路によって、前記第一倍電圧整流回路の前記第一倍電圧用キャパシタの電荷は放電される。
また、発電システムは、前記負荷機器に直列接続され、前記負荷機器に流れる電流を所定電流以下に制限する定電流回路をさらに備える。

第一倍電圧整流回路と第二倍電圧整流回路とが直列に接続されるため、第一倍電圧整流回路の第一倍電圧用キャパシタを通過する回路として、負荷機器を介しない第一回路と負荷機器を介する第二回路とが形成される。第一回路と第二回路とは、第一倍電圧整流回路の第一倍電圧用キャパシタを流れる電流の方向が異なる。そのため、第一回路によって蓄電されたとしても、第二回路によって放電されることになる。

しかし、本手段によれば、定電流回路が、負荷機器に流れる電流を制限する。つまり、第二回路に流れる電流が制限される。そのため、第一発電装置または第二発電装置によって出力される電流が所定電流より十分に大きい場合には、負荷機器を介さない第一回路に流れる電流が、負荷機器を介する第二回路に流れる電流より大きくなる。このように、負荷機器に流れる電流を制限することによって、確実に第一倍電圧整流回路の第一倍電圧用キャパシタに蓄電可能となる。
さらに、第一、第二倍電圧整流回路を直列に接続する場合において、定電流回路を設けることにより、それぞれのキャパシタに確実に蓄電可能となる。

＜実施態様＞
ここで、本手段に係る発電システムの好適な実施態様について以下に説明する。すなわち、本手段に係る発電システムは、以下の好適な態様に限定されるものではない。

前記第一発電装置が出力する交流電圧と前記第二発電装置が出力する交流電圧とは、位相を異にする交流電圧としてもよい。このように、位相を異にする交流電圧がそれぞれ出力されることで、第二発電装置が発電していない状態のときに、第一倍電圧整流回路において負荷機器を介する第二回路が形成されることがある。従来において、上述したような第一倍電圧整流回路のキャパシタに蓄電されにくい現象が発生するおそれがあった。しかし、定電流回路を設けることにより、当該場合においても、確実に第一倍電圧整流回路のキャパシタに蓄電可能となる。

前記発電システムは、前記第一発電装置、前記第二発電装置、前記第一倍電圧整流回路および前記第二倍電圧整流回路を含む第一直列ユニットと、他の前記第一発電装置、他の前記第二発電装置、他の前記第一倍電圧整流回路および他の前記第二倍電圧整流回路を含む第二直列ユニットであって、前記第一直列ユニットに対して並列に接続される前記第二直列ユニットと、を備え、前記定電流回路は、前記第一直列ユニット及び前記第二直列ユニットから前記負荷機器に流れる電流を前記所定電流以下に制限するようにしてもよい。

発電装置の数を増加するほど、全ての発電装置に対応する倍電圧整流回路を直列に接続した場合において、全ての倍電圧整流回路によって出力される電流は当然に大きくなる。しかし、定電流回路が負荷機器に流れる電流を制限する際において、定電流回路への供給元の電流が大きいほど、定電流回路における損失が大きくなる。そのため、定電流回路への供給元の電流が過剰に大きいことは好ましくない。そこで、第一直列ユニットと第二直列ユニットとを並列に接続することによって、定電流回路への供給元の電流が過剰に大きくなることを抑制でき、定電流回路における損失を抑制できる。

前記発電システムは、振動方向の異なる第一、第二振動体を備え、前記第一発電装置および前記第二発電装置の一方は、前記第一振動体に設けられ、前記第一振動体の振動によって交流電圧を出力し、前記第一発電装置および前記第二発電装置の他方は、前記第二振動体に設けられ、前記第二振動体の振動によって交流電圧を出力するようにしてもよい。

この構成により、第一発電装置と第二発電装置がそれぞれ異なる態様において発電することになる。つまり、発電システムは、異なる二方向の振動を利用して確実に発電できる。そして、当該状態においては、第一発電装置が出力する交流電圧と第二発電装置が出力する交流電圧とは、位相を異にする交流電圧となる。

前記発電システムは、振動の入力によって交流電圧を出力する第三発電装置と、前記第三発電装置により出力される交流電圧を整流して第三倍電圧用キャパシタに蓄電すると共に、前記第一倍電圧整流回路および前記第二倍電圧整流回路に直列に接続され、整流し高圧化した電圧を前記負荷機器に出力する第三倍電圧整流回路と、を備え、前記発電システムは、さらに、振動方向の異なる第一、第二、第三振動体を備え、前記第一発電装置、前記第二発電装置および前記第三発電装置の１つは、前記第一振動体に設けられ、前記第一振動体の振動によって交流電圧を出力し、前記第一発電装置、前記第二発電装置および前記第三発電装置の他の２つのうちの１つは、前記第二振動体に設けられ、前記第二振動体の振動によって交流電圧を出力し、前記第一発電装置、前記第二発電装置および前記第三発電装置のうちの残りの１つは、前記第三振動体に設けられ、前記第三振動体の振動によって交流電圧を出力するようにしてもよい。

この構成により、第一発電装置、第二発電装置および第三発電装置がそれぞれ異なる態様において発電することになる。つまり、発電システムは、異なる三方向の振動を利用して確実に発電できる。そして、当該状態においては、第一、第二、第三発電装置が出力する交流電圧は、それぞれ位相を異にする交流電圧となる。

前記発電システムは、振動可能に支持され、共振周波数の異なる第一、第二振動体を備え、前記第一発電装置および前記第二発電装置の一方は、前記第一振動体に設けられ、前記第一振動体の振動によって交流電圧を出力し、前記第一発電装置および前記第二発電装置の他方は、前記第二振動体に設けられ、前記第二振動体の振動によって交流電圧を出力するようにしてもよい。

この構成により、第一発電装置と第二発電装置がそれぞれ異なる態様において発電することになる。つまり、発電システムは、異なる周波数帯の振動を利用して確実に発電できる。当該状態においては、第一発電装置が出力する交流電圧と第二発電装置が出力する交流電圧とは、位相を異にする交流電圧となる。

前記発電システムは、振動可能に支持され、筒状に形成された振動体を備え、前記第一発電装置および前記第二発電装置の一方は、前記振動体の外周面または内周面の第一位相の位置に設けられ、前記振動体の振動によって交流電圧を出力し、前記第一発電装置および前記第二発電装置の他方は、前記振動体の外周面または内周面の前記第一位相とは異なる第二位相の位置に設けられ、前記振動体の振動によって交流電圧を出力するようにしてもよい。

この構成により、第一発電装置と第二発電装置がそれぞれ異なる態様において発電することになる。つまり、発電システムは、異なる方向の振動を利用して確実に発電できる。当該状態においては、第一発電装置が出力する交流電圧と第二発電装置が出力する交流電圧とは、位相を異にする交流電圧となる。

第一実施形態における発電システムを構成する第一、第二発電装置を示す図である。 図１に示す第一発電装置の構成を示す図である。 第一実施形態における発電システムの回路構成を示し、第一発電装置の図の上側が正極の場合の第一回路を破線にて示し、第二回路を二点鎖線にて示す図である。 第一実施形態における発電システムの回路構成を示し、第一発電装置の図の下側が正極の場合の第一回路を破線にて示し、第二回路を二点鎖線にて示す図である。 第二実施形態における発電システムを構成する第一、第二、第三発電装置を示す図である。 第三実施形態における発電システムを構成する第一、第二、第三発電装置を示す図である。 第四実施形態における発電システムの回路構成を示す図である。 第四実施形態における発電システムの構成を示す図である。

＜第一実施形態＞
（発電装置の構造）
第一実施形態の発電システム１００（図３に示す）は、発電した電力を負荷機器２００（図３に示す）に出力する。発電システム１００を構成する第一発電装置１０および第二発電装置２０について、図１および図２を参照して説明する。第一発電装置１０および第二発電装置２０は、振動の入力によって交流電圧を出力する。

図１に示すように、第一発電装置１０は、固定体１１と、固定体１１に固定されたＸ方向振動体１２と、Ｘ方向振動体１２に取り付けられたＸ方向発電体１３とを備える。第二発電装置２０は、固定体２１（固定体１１と同一部材）と、固定体２１に固定されたＹ方向振動体２２と、Ｙ方向振動体２２に取り付けられたＹ方向発電体２３とを備える。

Ｘ方向振動体１２は、長尺板状に形成される。Ｘ方向振動体１２の先端側がＸ方向に振動するように、Ｘ方向振動体１２の基端が固定体１１に固定される。Ｘ方向発電体１３は、Ｘ方向振動体１２の先端側の一方の面に取り付けられる。Ｙ方向振動体２２は、長尺板状に形成される。Ｙ方向振動体２２の先端側がＹ方向に振動するように、Ｙ方向振動体２２の基端が固定体２１に固定される。Ｙ方向発電体２３は、Ｙ方向振動体２２の先端側の一方の面に取り付けられる。ここで、Ｘ方向発電体１３とＹ方向発電体２３は、取付対象を異にするが、実質的に同一構成からなる。

次に、Ｘ方向発電体１３について、図２を参照して説明する。Ｘ方向発電体１３は、図２に示すように、磁歪棒５１、コイル５２、第一磁石５３、第二磁石５４、ヨーク５５を備える。磁歪棒５１は、磁性材料により形成され、Ｘ方向振動体１２の一方の面に取り付けられる。磁歪棒５１は、Ｘ方向振動体１２のＸ方向の振動に伴って、磁歪棒５１の長手方向に伸張変形または圧縮変形する。つまり、磁歪棒５１の伸張変形または圧縮変形により、磁歪棒５１の長手方向の磁束密度が変化する逆磁歪効果を生じる。

コイル５２は、磁歪棒５１に巻回される。磁歪棒５１の逆磁歪効果によりコイル５２の芯方向の磁束密度が変化することで、コイル５２に誘導電流が発生する。第一磁石５３は、磁歪棒５１の一端に設けられ、第二磁石５４は、磁歪棒５１の他端に設けられる。ヨーク５５が第一磁石５３と第二磁石５４とを連結する。つまり、磁歪棒５１→第一磁石５３→ヨーク５５→第二磁石５４→磁歪棒５１の順に、磁気回路が形成される。第一磁石５３と第二磁石５４の磁束方向は、磁気回路の同方向を向くように設定される。

Ｘ方向振動体１２がＸ方向一方に移動した場合に、磁歪棒５１が伸張変形する。この場合、磁歪棒５１を含む磁気回路における磁束密度が変化することで、コイル５２に一方向の電流が流れる。一方、Ｘ方向振動体１２がＸ方向他方に移動した場合に、磁歪棒５１が圧縮変形する。この場合、磁歪棒５１を含む磁気回路における磁束密度が変化することで、コイル５２に他方向の電流が流れる。このように、Ｘ方向振動体１２が振動することによって、コイル５２に交流電流が発生する。

第一磁石５３および第二磁石５４を設けることにより、磁気回路の磁化をバイアスで発生させることができる。従って、磁歪棒５１は、残留磁化を持たない材料であっても適用可能となる。上記においては、Ｘ方向発電体１３は、第一磁石５３と第二磁石５４を設けて、磁気回路を形成したが、磁石を用いない構成とすることも可能である。この場合、Ｘ方向発電体１３は、磁歪棒５１とヨーク５５とにより構成されることになる。

上述したように、第一発電装置１０は、Ｘ方向振動体１２（第一振動体に相当）の振動によって交流電圧を出力するのに対して、第二発電装置２０は、Ｙ方向振動体２２（第二振動体に相当）の振動によって交流電圧を出力する。つまり、発電システム１００は、異なる二方向の振動を利用してそれぞれ異なる態様において発電することになる。従って、第一発電装置１０が出力する交流電圧と、第二発電装置２０が出力する交流電圧とは、位相を異にする交流電圧である。

なお、本実施形態においては、第一発電装置１０および第二発電装置２０は、磁歪棒５１を用いた発電装置として説明したが、振動の入力によって交流電圧を出力するのであれば、例えば圧電素子などを用いることもできる。

（発電システムの回路構成）
次に、上述した第一発電装置１０および第二発電装置２０を用いた発電システム１００について、図３および図４を参照して説明する。発電システム１００は、第一発電装置１０と、第二発電装置２０と、第一倍電圧整流回路１１０と、第二倍電圧整流回路１２０と、定電流回路１３０とを備える。第一倍電圧整流回路１１０と第二倍電圧整流回路１２０は、同一の回路構成である。ここで、第一発電装置１０と第一倍電圧整流回路１１０とが、第一発電回路ユニットを構成し、第二発電装置２０と第二倍電圧整流回路１２０とが、第二発電回路ユニットを構成する。

第一倍電圧整流回路１１０は、第一発電装置１０により出力される交流電圧を整流して蓄電すると共に、高圧化した電圧を負荷機器２００に出力する。第二倍電圧整流回路１２０は、第二発電装置２０により出力される交流電圧を整流して蓄電すると共に、高圧化した電圧を負荷機器２００に出力する。第一倍電圧整流回路１１０と第二倍電圧整流回路１２０とは、直列に接続される。

第一倍電圧整流回路１１０は、正側ダイオード１１１、負側ダイオード１１２、正側キャパシタ１１３および負側キャパシタ１１４を備える。正側キャパシタ１１３と負側キャパシタ１１４は、直列に接続される。正側ダイオード１１１のアノードは、第一発電装置１０の一端に接続され、正側ダイオード１１１のカソードは、正側キャパシタ１１３の一端（負側キャパシタ１１４とは反対の電極側）に接続される。負側ダイオード１１２のアノードは、負側キャパシタ１１４の一端（正側キャパシタ１１３とは反対の電極側）に接続される。負側ダイオード１１２のカソードは、第一発電装置１０の一端、および、正側ダイオード１１１のアノードに接続される。正側キャパシタ１１３の他端、および、負側キャパシタ１１４の他端は、第一発電装置１０の他端に接続される。

つまり、図３の破線の矢印にて示すように、第一発電装置１０の一端側が正極電圧となる場合には、正側ダイオード１１１を通過すると共に正側キャパシタ１１３に蓄電される第一回路１４１が形成される。このとき、正側キャパシタ１１３の一端側（図３の上側）が正極となる。一方、図４の破線の矢印にて示すように、第一発電装置１０の他端側が正極電圧となる場合には、負側ダイオード１１２を通過すると共に負側キャパシタ１１４に蓄電される第一回路１５１が形成される。このとき、負側キャパシタ１１４の他端側（図４の上側）が正極となる。つまり、図３における正側キャパシタ１１３と図４における負側キャパシタ１１４は、正極側が同一方向となるように、直列に接続される。従って、第一倍電圧整流回路１１０は、正側キャパシタ１１３と負側キャパシタ１１４を直列に接続することにより、第一発電装置１０による発電電圧の絶対値の２倍程度の電圧を出力する。

第二倍電圧整流回路１２０は、正側ダイオード１２１、負側ダイオード１２２、正側キャパシタ１２３および負側キャパシタ１２４を備える。正側キャパシタ１２３と負側キャパシタ１２４は、直列に接続される。正側ダイオード１２１のアノードは、第二発電装置２０の一端に接続され、正側ダイオード１２１のカソードは、正側キャパシタ１２３の一端（負側キャパシタ１２４とは反対の電極側）に接続される。負側ダイオード１２２のアノードは、負側キャパシタ１２４の一端（正側キャパシタ１２３とは反対の電極側）に接続される。負側ダイオード１２２のカソードは、第二発電装置２０の一端、および、正側ダイオード１２１のアノードに接続される。正側キャパシタ１２３の他端、および、負側キャパシタ１２４の他端は、第二発電装置２０の他端に接続される。

第二倍電圧整流回路１２０は、第一倍電圧整流回路１１０と同様に、正側キャパシタ１２３と負側キャパシタ１２４を直列に接続することにより、第二発電装置２０による発電電圧の絶対値の２倍程度の電圧を出力する。

ここで、第二倍電圧整流回路１２０は第一倍電圧整流回路１１０に直列に接続される。詳細には、第一倍電圧整流回路１１０の正側キャパシタ１１３および負側キャパシタ１１４が、第二倍電圧整流回路１２０の正側キャパシタ１２３および負側キャパシタ１２４に直列に接続される。

定電流回路１３０は、負荷機器２００に直列接続される。さらに、定電流回路１３０は、第一倍電圧整流回路１１０の正側キャパシタ１１３および負側キャパシタ１１４、並びに、第二倍電圧整流回路１２０の正側キャパシタ１２３および負側キャパシタ１２４に直列接続される。定電流回路１３０は、負荷機器２００に流れる電流を所定電流以下に制限する。定電流回路１３０としては、例えば、定電流ダイオードなどを適用する。

（発電システムの動作）
次に、発電システム１００の動作について、図３および図４を参照して説明する。図３に示すように、第一発電装置１０の一端（図３の上側）が正極の電圧となる場合は、破線の矢印にて示す第一回路１４１と、二点鎖線の矢印にて示す第二回路１４２とが形成される。第一回路１４１は、第一発電装置１０の一端→正側ダイオード１１１→正側キャパシタ１１３→第一発電装置１０の他端の順に電流が流れる回路である。第一回路１４１により、第一発電装置１０が発電した電圧によって、正側キャパシタ１１３の一端（負側キャパシタ１１４と反対側の電極）が正極となるように正側キャパシタ１１３に蓄電される。

第二回路１４２は、第一発電装置１０の一端→第一倍電圧整流回路１１０の正側ダイオード１１１→定電流回路１３０→負荷機器２００→第二倍電圧整流回路１２０の負側キャパシタ１２４→第二倍電圧整流回路１２０の正側キャパシタ１２３→第一倍電圧整流回路１１０の負側キャパシタ１１４→第一発電装置１０の他端の順に電流が流れる回路である。第二回路１４２により、第一発電装置１０が発電した電圧によって、負側キャパシタ１１４の一端（正側キャパシタ１１３と反対側の電極）が正極となるように負側キャパシタ１１４に蓄電される。

つまり、正側ダイオード１１１を流れる電流ｉ０は、第一回路１４１において正側キャパシタ１１３側に流れる電流ｉ１と、第二回路１４２において負荷機器２００側に流れる電流ｉ２とに分かれる。第二回路１４２は定電流回路１３０を通過するため、第二回路１４２に流れる電流ｉ２は、定電流回路１３０によって制限される所定電流以下となる。従って、負荷機器２００は、電流ｉ２に応じた動作を行う。例えば、負荷機器２００がＬＥＤ照明機器である場合には、当該ＬＥＤ照明機器の明るさは、電流ｉ２に応じた明るさとなる。ここで、図３に示すように、電流ｉ１は、電流ｉ２より十分に大きいとする。そうすると、正側キャパシタ１１３の両端間の電圧は、負側キャパシタ１１４の両端間の電圧より大きい。

次に、図４に示すように、第一発電装置１０の他端（図４の下側）が正極の電圧となる場合は、破線の矢印にて示す第一回路１５１と、二点鎖線の矢印にて示す第二回路１５２とが形成される。

第一回路１５１は、第一発電装置１０の他端→負側キャパシタ１１４→負側ダイオード１１２→第一発電装置１０の一端の順に電流が流れる回路である。第一回路１５１により、第一発電装置１０が発電した電圧によって、負側キャパシタ１１４の他端（正側キャパシタ１１３側の電極）が正極となるように負側キャパシタ１１４に蓄電される。

第二回路１５２は、第一発電装置１０の他端→第一倍電圧整流回路１１０の正側キャパシタ１１３→定電流回路１３０→負荷機器２００→第二倍電圧整流回路１２０の負側キャパシタ１２４→第二倍電圧整流回路１２０の正側キャパシタ１２３→第一倍電圧整流回路１１０の負側ダイオード１１２→第一発電装置１０の一端の順に電流が流れる回路である。第二回路１５２により、第一発電装置１０が発電した電圧によって、正側キャパシタ１１３の他端（負側キャパシタ１１４側の電極）が正極となるように正側キャパシタ１１３に蓄電される。

つまり、第一発電装置１０の他端を流れる電流ｉ０は、第一回路１５１において負側キャパシタ１１４側に流れる電流ｉ１と、第二回路１５２において負荷機器２００側に流れる電流ｉ２とに分かれる。第二回路１５２は定電流回路１３０を通過するため、第二回路１５２に流れる電流ｉ２は、定電流回路１３０によって制限される所定電流以下となる。従って、負荷機器２００は、電流ｉ２に応じた動作を行う。ここで、図４に示すように、電流ｉ１は、電流ｉ２より十分に大きいとする。そうすると、負側キャパシタ１１４の両端間の電圧は、正側キャパシタ１１３の両端間の電圧より大きい。

第一発電装置１０は交流電圧を出力するため、図３に示す状態と図４に示す状態とを繰り返す。図３において、正側キャパシタ１１３を流れる電流の方向と、図４において、正側キャパシタ１１３を流れる電流の方向とは、異なる。さらに、図３において、負側キャパシタ１１４を流れる電流の方向と、図４において、負側キャパシタ１１４を流れる電流の方向とは、異なる。

つまり、図３に示す第一回路１４１によって正側キャパシタ１１３に蓄電されたとしても、図４に示す第二回路１５２によって正側キャパシタ１１３は放電されることになる。同時に、図４に示す第一回路１５１によって負側キャパシタ１１４に蓄電されたとしても、図３に示す第二回路１４２によって負側キャパシタ１１４は放電されることになる。

しかし、定電流回路１３０が、負荷機器２００に流れる電流を制限する。つまり、第二回路１４２，１５２に流れる電流ｉ２が制限される。そのため、第一発電装置１０によって出力される電流ｉ０が所定電流ｉ２より十分に大きい場合には、負荷機器２００を介さない第一回路１４１，１５１に流れる電流ｉ１が、負荷機器２００を介する第二回路１４２，１５２に流れる電流ｉ２より大きくなる。従って、正側キャパシタ１１３および負側キャパシタ１１４のそれぞれには、電流差（ｉ１−ｉ２）に対応した電荷が蓄えられる。このように、負荷機器２００に流れる電流ｉ２を制限することによって、確実に第一倍電圧整流回路１１０の正側キャパシタ１１３および負側キャパシタ１１４に蓄電可能となる。

第二倍電圧整流回路１２０は、第一倍電圧整流回路１１０と同様の動作を行う。ただし、上述したように、第一発電装置１０の発電による第二回路１４２，１５２によって、第二倍電圧整流回路１２０の正側キャパシタ１２３および負側キャパシタ１２４を電流ｉ２が流れる。第二倍電圧整流回路１２０において、電流ｉ２の方向は、第二発電装置２０の発電による第一回路１４１，１５１によって、第二倍電圧整流回路１２０の正側キャパシタ１２３および負側キャパシタ１２４を流れる電流ｉ１と異なる。しかし、電流ｉ１が電流ｉ２より十分に大きければ、このことを考慮したとしても、それぞれのキャパシタ１１３，１１４，１２３，１２４に蓄電可能となる。

特に、第一発電装置１０が出力する交流電圧と、第二発電装置２０が出力する交流電圧とは、位相を異にする交流電圧である。このように、位相を異にする交流電圧がそれぞれ出力されることで、第二発電装置２０が発電していない状態のときに、第一倍電圧整流回路１１０において負荷機器２００を介する第二回路１４２，１５２が形成されることがある。しかし、定電流回路１３０を設けることにより、位相を異にする場合であっても、確実にそれぞれのキャパシタ１１３，１１４，１２３，１２４に蓄電可能となる。

＜第二実施形態＞
第一実施形態においては、発電システム１００は、２つの発電装置１０，２０を備えるとした。この他に、発電システム１００は、３つの発電装置１０，２０，３０を備え、それぞれの整流回路を直列に接続することができる。

第二実施形態における発電システム１００を構成する３つの発電装置１０，２０，３０について、図５を参照して説明する。第一発電装置１０および第二発電装置２０は、第一実施形態と同一構成である。第三発電装置３０は、固定体１１，２１と同一部材としての固定体３１と、固定体３１に固定されたＺ方向振動体３２と、Ｚ方向振動体３２に取り付けられたＺ方向発電体３３とを備える。

Ｚ方向振動体３２は、長尺板状に形成される。Ｚ方向振動体３２の先端側がＺ方向に振動するように、Ｚ方向振動体３２の基端が固定体３１に固定される。Ｚ方向発電体３３は、Ｚ方向振動体３２の先端側の一方の面に取り付けられる。Ｚ方向発電体３３は、取付対象を異にするが、Ｘ方向発電体１３およびＹ方向発電体２３と実質的に同一構成からなる。

つまり、Ｚ方向発電体３３は、Ｚ方向振動体３２（第三振動体に相当）の振動によって、交流電圧を出力する。つまり、発電システム１００は、異なる三方向の振動を利用してそれぞれ異なる態様において発電することになる。従って、第一、第二、第三発電装置１０，２０，３０がそれぞれ出力する交流電圧は、位相を異にする交流電圧である。

第一倍電圧整流回路１１０の各キャパシタ１１３，１１４と、第二倍電圧整流回路１２０の各キャパシタ１２３，１２４と、第三倍電圧整流回路（図示せず）の各キャパシタ（図示せず）は、直列に接続される。この場合であっても、第一実施形態と同様に、各キャパシタ１１３，１１４，１２３，１２４には、蓄電可能となる。

＜第三実施形態＞
第一、第二実施形態においては、振動体１２，２２，３２の振動方向が異なることにより、各発電装置１０，２０，３０が出力する交流電圧が、位相を異にすることとした。この他に、図６に示すように、第一、第二、第三振動体１２，２２，３２の長さが異なるようにする。つまり、第一、第二、第三振動体１２，２２，３２の共振周波数が異なり、結果として、第一、第二、第三振動体１２，２２，３２にそれぞれ取り付けられた第一、第二、第三発電体１３，２３，３３が出力する交流電圧は、位相を異にする。この場合にも、上記同様に、各キャパシタ１１３，１１４，１２３，１２４には確実に蓄電可能となる。なお、第一、第二、第三振動体１２，２２，３２の共振周波数を異ならせるためには、第一、第二、第三振動体１２，２２，３２の質量を異なるようにしてもよい。

＜第四実施形態＞
上記実施形態における発電システム１００は、複数の発電装置１０，２０，３０に接続される整流回路１１０，１２０を直列に接続する構成とした。本実施形態における発電システムは、図７に示すように、複数の発電装置１０，２０，３０とそれらに対応する倍電圧整流回路１１０，１２０とを含む複数の直列ユニット３１０，３２０，３３０を備える。第一、第二、第三直列ユニット３１０，３２０，３３０が、並列に接続される。さらに、逆流防止用のダイオード３４０および定電流回路１３０が、負荷機器２００に直列に接続される。

本実施形態における発電システムは、図８に示すように、振動可能に支持され、筒状に形成された振動体３５１を備える。振動体３５１の外周面において、それぞれ異なる位相の位置に、第一〜第六発電装置を構成する第一〜第六発電体３５２〜３５７が設けられる。第一〜第六発電体３５２〜３５７は、取り付けられている振動体３５１の位相に対応する方向の振動によって交流電圧を出力する。第一、第四発電体３５２，３５５は、同一位相の交流電圧を出力し、第二、第五発電体３５３，３５６は、同一位相の交流電圧を出力し、第三、第六発電体３５４，３５７は、同一位相の交流電圧を出力する。第一発電体３５２は、第二、第三、第五、第六発電体３５３，３５４，３５６，３５７に対して、位相を異にする交流電圧を出力する。

例えば、第一直列ユニット３１０は、位相を異にする第一、第二発電体３５２，３５３を含む第一、第二発電装置を備える。第二直列ユニット３２０は、位相を異にする第三、第四発電体３５４，３５５を含む第三、第四発電装置を備える。第三直列ユニット３３０は、位相を異にする第五、第六発電体３５６，３５７を含む第五、第六発電装置を備える。この場合にも、上記同様に、各キャパシタには確実に蓄電可能となる。

発電装置の数を増加するほど、全ての発電装置に対応する整流回路を直列に接続した場合において、全ての整流回路によって出力される電流は当然に大きくなる。しかし、定電流回路１３０が負荷機器２００に流れる電流を制限する際において、定電流回路１３０への供給元の電流が大きいほど、定電流回路１３０における損失が大きくなる。そのため、定電流回路１３０への供給元の電流が過剰に大きいことは好ましくない。そこで、第一、第二、第三直列ユニット３１０，３２０，３３０を並列に接続することによって、定電流回路１３０への供給元の電流が過剰に大きくなることを抑制でき、定電流回路１３０における損失を抑制できる。
なお、本実施形態においては、第一〜第六発電体３５２〜３５７は、振動体３５１の外周面に設けることとしたが、振動体３５１の内周面に設けてもよい。

＜その他＞
上記実施形態においては、第二、第三発電装置に対応する整流回路は、倍電圧整流回路とした。この他に、第一発電装置１０に対応する整流回路が、第一倍電圧整流回路１１０である場合に、第二、第三発電装置２０，３０に対応する整流回路は、例えば全波整流回路を適用した場合にも、上記同様の効果を奏する。

１０：第一発電装置、 １１，２１，３１：固定体、 １２：Ｘ方向振動体（第一振動体）、 １３：Ｘ方向発電体、 ２０：第二発電装置、 ２２：Ｙ方向振動体（第二振動体）、 ２３：Ｙ方向発電体、 ３０：第三発電装置、 ３２：Ｚ方向振動体（第三振動体）、 ３３：Ｚ方向発電体、 ５１：磁歪棒、 ５２：コイル、 ５３，５４：磁石、 ５５：ヨーク、 １００：発電システム、 １１０：第一倍電圧整流回路、 １２０：第二倍電圧整流回路（第二整流回路）、 １１１，１２１：正側ダイオード、 １１２，１２２：負側ダイオード、 １１３，１２３：正側キャパシタ、 １１４，１２４：負側キャパシタ、 １３０：定電流回路、 １４１，１５１：第一回路、 １４２，１５２：第二回路、 ２００：負荷機器、 ３１０，３２０，３３０：直列ユニット、 ３４０：ダイオード、 ３５１：振動体、 ３５２〜３５７：発電体

Claims (7)

1. 発電した電力を負荷機器に出力する発電システムであって、
   振動の入力によって交流電圧を出力する第一発電装置および第二発電装置と、
   前記第一発電装置により出力される交流電圧を整流して第一倍電圧用キャパシタに蓄電すると共に、高圧化した電圧を前記負荷機器に出力する第一倍電圧整流回路と、
   前記第二発電装置により出力される交流電圧を整流して第二倍電圧用キャパシタに蓄電すると共に、前記第一倍電圧整流回路に直列に接続され、整流し高圧化した電圧を前記負荷機器に出力する第二倍電圧整流回路と、
   を備え、
   前記第一発電装置によって前記第一倍電圧整流回路の前記第一倍電圧用キャパシタに蓄電される際に、前記第一倍電圧整流回路、前記第二倍電圧整流回路の前記第二倍電圧用キャパシタおよび前記負荷機器により構成される回路によって、前記第二倍電圧整流回路の前記第二倍電圧用キャパシタの電荷は放電され、
   前記第二発電装置によって前記第二倍電圧整流回路の前記第二倍電圧用キャパシタに蓄電される際に、前記第一倍電圧整流回路の前記第一倍電圧用キャパシタ、前記第二倍電圧整流回路および前記負荷機器により構成される回路によって、前記第一倍電圧整流回路の前記第一倍電圧用キャパシタの電荷は放電され、
   前記発電システムは、前記負荷機器に直列接続され、前記第一倍電圧整流回路及び前記第二倍電圧整流回路から前記負荷機器に流れる電流を所定電流以下に制限する定電流回路をさらにを備える、発電システム。
2. 前記第一発電装置が出力する交流電圧と前記第二発電装置が出力する交流電圧とは、位相を異にする交流電圧である、請求項１に記載の発電システム。
3. 前記発電システムは、
   前記第一発電装置、前記第二発電装置、前記第一倍電圧整流回路および前記第二倍電圧整流回路を含む第一直列ユニットと、
   他の前記第一発電装置、他の前記第二発電装置、他の前記第一倍電圧整流回路および他の前記第二倍電圧整流回路を含む第二直列ユニットであって、前記第一直列ユニットに対して並列に接続される前記第二直列ユニットと、
   を備え、
   前記定電流回路は、前記第一直列ユニット及び前記第二直列ユニットから前記負荷機器に流れる電流を前記所定電流以下に制限する、請求項１または２に記載の発電システム。
4. 前記発電システムは、振動方向の異なる第一、第二振動体を備え、
   前記第一発電装置および前記第二発電装置の一方は、前記第一振動体に設けられ、前記第一振動体の振動によって交流電圧を出力し、
   前記第一発電装置および前記第二発電装置の他方は、前記第二振動体に設けられ、前記第二振動体の振動によって交流電圧を出力する、
   請求項１〜３の何れか一項に記載の発電システム。
5. 前記発電システムは、
   振動の入力によって交流電圧を出力する第三発電装置と、
   前記第三発電装置により出力される交流電圧を整流して第三倍電圧用キャパシタに蓄電すると共に、前記第一倍電圧整流回路および前記第二倍電圧整流回路に直列に接続され、整流し高圧化した電圧を前記負荷機器に出力する第三倍電圧整流回路と、
   を備え、
   前記発電システムは、さらに、振動方向の異なる第一、第二、第三振動体を備え、
   前記第一発電装置、前記第二発電装置および前記第三発電装置の１つは、前記第一振動体に設けられ、前記第一振動体の振動によって交流電圧を出力し、
   前記第一発電装置、前記第二発電装置および前記第三発電装置の他の２つのうちの１つは、前記第二振動体に設けられ、前記第二振動体の振動によって交流電圧を出力し、
   前記第一発電装置、前記第二発電装置および前記第三発電装置のうちの残りの１つは、前記第三振動体に設けられ、前記第三振動体の振動によって交流電圧を出力する、
   請求項１〜３の何れか一項に記載の発電システム。
6. 前記発電システムは、振動可能に支持され、共振周波数の異なる第一、第二振動体を備え、
   前記第一発電装置および前記第二発電装置の一方は、前記第一振動体に設けられ、前記第一振動体の振動によって交流電圧を出力し、
   前記第一発電装置および前記第二発電装置の他方は、前記第二振動体に設けられ、前記第二振動体の振動によって交流電圧を出力する、
   請求項１〜３の何れか一項に記載の発電システム。
7. 前記発電システムは、振動可能に支持され、筒状に形成された振動体を備え、
   前記第一発電装置および前記第二発電装置の一方は、前記振動体の外周面または内周面の第一位相の位置に設けられ、前記振動体の振動によって交流電圧を出力し、
   前記第一発電装置および前記第二発電装置の他方は、前記振動体の外周面または内周面の前記第一位相とは異なる第二位相の位置に設けられ、前記振動体の振動によって交流電圧を出力する、
   請求項１〜３の何れか一項に記載の発電システム。

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