JP7021308B2 - Power generation system - Google Patents

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Description

本発明の実施形態は、発電システムに関する。 Embodiments of the present invention relate to a power generation system.

振動発電機は、環境振動(例えば、車や電車の振動、雨が地面をたたく振動)を利用して発電する。振動発電機により発電した電力は、センサなどの装置に用いる電源(例えば電池)の代替として期待されている。 The vibration power generator uses environmental vibration (for example, vibration of a car or train, vibration of rain hitting the ground) to generate electricity. The electric power generated by the vibration power generator is expected to be a substitute for a power source (for example, a battery) used for a device such as a sensor.

振動発電機は、外部振動の大きさに応じて可動部の変位振幅が変化する。変位振幅が大きくなり過ぎると、可動部が筐体に衝突するなどして振動発電機が故障することがある。 In the vibration power generator, the displacement amplitude of the movable part changes according to the magnitude of the external vibration. If the displacement amplitude becomes too large, the vibration power generator may fail due to the movable part colliding with the housing.

特許第5405127号公報Japanese Patent No. 5405127

本発明が解決しようとする課題は、過大な変位振幅の回避を図った発電システムを提供することである。 An object to be solved by the present invention is to provide a power generation system in which an excessive displacement amplitude is avoided.

一実施形態に係る発電システムは、発電機、変位計測部、及びコンバータを備える。発電機は、可動部を含み、前記可動部の機械エネルギーを電力に変換する。変位計測部は、前記可動部の変位を計測する。コンバータは、前記計測された変位に基づいてデューティ比が制御されるスイッチング回路を含み、前記電力を変圧する。 The power generation system according to one embodiment includes a generator, a displacement measuring unit, and a converter. The generator includes a moving part and converts the mechanical energy of the moving part into electric power. The displacement measuring unit measures the displacement of the movable portion. The converter includes a switching circuit whose duty ratio is controlled based on the measured displacement and transforms the power.

第1の実施形態に係る発電システムを示す機能ブロック図。The functional block diagram which shows the power generation system which concerns on 1st Embodiment. 図1に示した振動発電機の構造例を示す断面図。The cross-sectional view which shows the structural example of the vibration power generator shown in FIG. 図1に示したコンバータの一例を示す図。The figure which shows an example of the converter shown in FIG. 図3Aに示したスイッチング回路のスイッチング動作を説明する図。The figure explaining the switching operation of the switching circuit shown in FIG. 3A. 図1に示した発電システムの電気回路を示す図。The figure which shows the electric circuit of the power generation system shown in FIG. 図1に示した発電システムの動作手順を示すフローチャート。The flowchart which shows the operation procedure of the power generation system shown in FIG. 第1の実施形態に係る可動部の変位、基準変位、及びインピーダンスの関係を示す図。The figure which shows the relationship of the displacement, the reference displacement, and the impedance of the movable part which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施形態の変形例に係る発電システムを示す機能ブロック図。The functional block diagram which shows the power generation system which concerns on the modification of 1st Embodiment. 第2の実施形態に係る発電システムを示す機能ブロック図。The functional block diagram which shows the power generation system which concerns on 2nd Embodiment. 図8に示した発電システムの動作手順を示すフローチャート。The flowchart which shows the operation procedure of the power generation system shown in FIG. 第2の実施形態に係る変位絶対値、基準変位及びインピーダンスの関係を示す図。The figure which shows the relationship of the displacement absolute value, the reference displacement and the impedance which concerns on the 2nd Embodiment. 第2の実施形態に係る変位絶対値とインピーダンスの関係を示す図。The figure which shows the relationship between the displacement absolute value and impedance which concerns on 2nd Embodiment. 第2の実施形態の変形例に係る発電システムを示す機能ブロック図。The functional block diagram which shows the power generation system which concerns on the modification of 2nd Embodiment. 図11に示した発電システムの動作を説明する図。The figure explaining the operation of the power generation system shown in FIG. 第2の実施形態の他の変形例に係る発電システムを示す機能ブロック図。The functional block diagram which shows the power generation system which concerns on other modification of 2nd Embodiment. 図13に示した発電システムの動作を説明する図。The figure explaining the operation of the power generation system shown in FIG. 第3の実施形態に係る発電システムを示す機能ブロック図。The functional block diagram which shows the power generation system which concerns on 3rd Embodiment. 第3の実施形態に係る変位絶対値、基準変位及びインピーダンスの関係を示す図。The figure which shows the relationship of the displacement absolute value, the reference displacement and the impedance which concerns on 3rd Embodiment. 第3の実施形態の変形例に係る発電システムを示す機能ブロック図。The functional block diagram which shows the power generation system which concerns on the modification of 3rd Embodiment. 第4の実施形態に係る発電システムを示す機能ブロック図。The functional block diagram which shows the power generation system which concerns on 4th Embodiment. 第4の実施形態に係る変位絶対値とインピーダンスの関係を示す図。The figure which shows the relationship between the displacement absolute value and impedance which concerns on 4th Embodiment.

以下、図面を参照しながら実施形態を説明する。以下に説明する実施形態を通して、同一の構成要素に同一の参照符号を付して、重ねての説明を省略する。なお、図面は、模式的又は概念的なものである。 Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings. Through the embodiments described below, the same components are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted. The drawings are schematic or conceptual.

[第1の実施形態]
図1は、第1の実施形態に係る発電システム1を示す機能ブロック図である。図1に示されるように、発電システム1は、振動発電機10、整流・平滑回路20、コンバータ30、変位計測部40、リファレンス出力部50、比較器60、コントローラ70、及びパルス信号発生回路80を備える。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a functional block diagram showing a power generation system 1 according to the first embodiment. As shown in FIG. 1, the power generation system 1 includes a vibration power generator 10, a rectifying / smoothing circuit 20, a converter 30, a displacement measuring unit 40, a reference output unit 50, a comparator 60, a controller 70, and a pulse signal generation circuit 80. To prepare for.

振動発電機10は、振動のエネルギーを交流電力に変換する。振動発電機10は、発電システム1に適用可能な、機械エネルギーを交流電力に変換する発電機の一例である。 The vibration power generator 10 converts vibration energy into AC power. The vibration power generator 10 is an example of a generator that converts mechanical energy into AC power, which is applicable to the power generation system 1.

図2を参照して振動発電機10について説明する。図2は、振動発電機10の構造例を示す断面図である。図2に示されるように、振動発電機10は、ケース11、振動子12、コイル13、コイル固定部材14、及び弾性部材15を備える。 The vibration power generator 10 will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a cross-sectional view showing a structural example of the vibration power generator 10. As shown in FIG. 2, the vibration power generator 10 includes a case 11, a vibrator 12, a coil 13, a coil fixing member 14, and an elastic member 15.

振動子12は、弾性部材15に固定され、ケース11内に吊るされる。振動子12は、磁石12a、12b、12c及びヨーク12f、12g、12hを有する。ヨーク12fは、中空の略円柱形状であり、磁石12a、12b、12cとヨーク12g、12hを囲う。ヨーク12fの上部中央は、弾性部材15に接続されている。磁石12a、ヨーク12g、磁石12b、ヨーク12hは、ヨーク12fの内側上面に、その中心軸に沿って、順次に配置される。磁石12a、12bは各々、ヨーク12g側のN極を有する。この結果、磁石12a、12bそれぞれから、互いに反発する磁束が生じる。磁石12cは、例えば、円筒形状であり、ヨーク12fの内側面上に、コイル13の外側と間隔を有して配置される。磁石12cは、コイル13と対向するS極及びヨーク12fの内側面と接するN極を有する。 The oscillator 12 is fixed to the elastic member 15 and suspended in the case 11. The oscillator 12 has magnets 12a, 12b, 12c and yokes 12f, 12g, 12h. The yoke 12f has a hollow substantially cylindrical shape and surrounds the magnets 12a, 12b, 12c and the yokes 12g, 12h. The upper center of the yoke 12f is connected to the elastic member 15. The magnet 12a, the yoke 12g, the magnet 12b, and the yoke 12h are sequentially arranged on the inner upper surface of the yoke 12f along the central axis thereof. The magnets 12a and 12b each have an N pole on the yoke 12g side. As a result, magnetic fluxes repelling each other are generated from each of the magnets 12a and 12b. The magnet 12c has, for example, a cylindrical shape, and is arranged on the inner surface of the yoke 12f at a distance from the outside of the coil 13. The magnet 12c has an S pole facing the coil 13 and an N pole in contact with the inner surface of the yoke 12f.

コイル13は、円環形状であり、磁石12a、12bの外側かつ磁石12cの内側に配置される。コイル13は、周方向に巻かれ、その中心軸は、振動子12(ケース11)の中心軸と一致している。 The coil 13 has an annular shape and is arranged outside the magnets 12a and 12b and inside the magnet 12c. The coil 13 is wound in the circumferential direction, and its central axis coincides with the central axis of the oscillator 12 (case 11).

コイル固定部材14は、振動子12の内部にコイル13を固定する。コイル固定部材14は、ケース11の底面に固定された、柱状のコイル支持部14aを有する。コイル固定部材14は、コイル支持部14aによってケース11に固定され、振動子12(磁石12a~12c及びヨーク12g、12h)には固定されない。 The coil fixing member 14 fixes the coil 13 inside the vibrator 12. The coil fixing member 14 has a columnar coil support portion 14a fixed to the bottom surface of the case 11. The coil fixing member 14 is fixed to the case 11 by the coil support portion 14a, and is not fixed to the oscillator 12 (magnets 12a to 12c and yokes 12g, 12h).

弾性部材15は、円板形状であり、その側面がケース11の内側面に固定され、その下面の一部が振動子12に接続される。 The elastic member 15 has a disk shape, its side surface is fixed to the inner side surface of the case 11, and a part of the lower surface thereof is connected to the vibrator 12.

上述した構造を有する振動発電機10に外部振動が加わると、コイル13は、ケース11と一体に振動する。振動子12は、弾性部材15の弾性力に応じて、コイル13に対して、所定の周波数で振動する。この結果、振動子12は、コイル13に対して軸方向に相対運動し、コイル13に鎖交する磁束が時間的に変化する。このため、電磁誘導によって起電力が発生する。 When external vibration is applied to the vibration power generator 10 having the above-mentioned structure, the coil 13 vibrates integrally with the case 11. The vibrator 12 vibrates with respect to the coil 13 at a predetermined frequency according to the elastic force of the elastic member 15. As a result, the oscillator 12 moves relative to the coil 13 in the axial direction, and the magnetic flux interlinking the coil 13 changes with time. Therefore, an electromotive force is generated by electromagnetic induction.

以上のように、振動発電機10に加わった外部振動(機械エネルギー)が交流電力に変換される。図2に示される例では、可動部に相当する振動子12に磁石12a、12b、12c及びヨーク12f、12g、12hが配置され、静止部に相当するケース11にコイル13が配置されている。代替として、振動子12にコイル13が配置され、ケース11に磁石12a、12b、12c及びヨーク12f、12g、12hが配置されてもよい。また、振動発電機10は、振動(図面上下方向の運動)を直接に交流電力に変換しているが、振動を回転運動に変換した後に、交流電力に変換してもよい。 As described above, the external vibration (mechanical energy) applied to the vibration power generator 10 is converted into AC power. In the example shown in FIG. 2, magnets 12a, 12b, 12c and yokes 12f, 12g, 12h are arranged on the oscillator 12 corresponding to the movable portion, and the coil 13 is arranged on the case 11 corresponding to the stationary portion. Alternatively, the coil 13 may be arranged on the oscillator 12, and the magnets 12a, 12b, 12c and the yokes 12f, 12g, 12h may be arranged on the case 11. Further, although the vibration power generator 10 directly converts the vibration (movement in the vertical direction in the drawing) into AC power, it may be converted into AC power after converting the vibration into rotational movement.

図1に戻ると、整流・平滑回路20は、振動発電機10から出力される交流電力を直流電力に変換し、この直流電力を平滑化する。整流・平滑回路20は、例えば、整流回路及び平滑回路を有する。整流回路は、振動発電機10から出力される交流電力を直流電力(通例は、脈流)に変換する。整流回路は、例えば、1つ又は複数のダイオードを含む。例えば、4つのダイオードをブリッジ接続した全波整流器を整流回路として使用することができる。平滑回路は、整流回路から出力される直流電力(脈流)を平滑化する。平滑回路は、例えば、1つ又は複数のキャパシタ、あるいは、キャパシタとコイルの組み合わせを含む。平滑回路は、電流(脈流)を一時的に電荷として蓄積し、放出することで、電圧を平滑化する。すなわち、平滑回路は、電力を蓄積する一種の蓄電回路である。 Returning to FIG. 1, the rectifying / smoothing circuit 20 converts the AC power output from the vibration power generator 10 into DC power and smoothes the DC power. The rectifying / smoothing circuit 20 includes, for example, a rectifying circuit and a smoothing circuit. The rectifying circuit converts the AC power output from the vibration power generator 10 into DC power (usually pulsating current). The rectifier circuit includes, for example, one or more diodes. For example, a full-wave rectifier in which four diodes are bridge-connected can be used as a rectifier circuit. The smoothing circuit smoothes the DC power (pulsating current) output from the rectifier circuit. The smoothing circuit includes, for example, one or more capacitors, or a combination of capacitors and coils. The smoothing circuit smoothes the voltage by temporarily storing and releasing the current (pulsating current) as an electric charge. That is, the smoothing circuit is a kind of power storage circuit that stores electric power.

コンバータ30は、スイッチング回路(スイッチング素子ともいう)を含み、スイッチング回路のスイッチング動作に基づいて、整流・平滑回路20から出力される直流電力を変圧する。スイッチング回路は、パルス信号発生回路80からのパルス信号(矩形波)によって駆動される。スイッチング回路としては、例えば、トランジスタやMOSFET(metal-oxide semiconductor field-effect transistor)を使用することができる。コンバータ30から出力される電力は、発電システム1に接続される、センサなどの任意の装置に適宜供給される。 The converter 30 includes a switching circuit (also referred to as a switching element), and transforms the DC power output from the rectifying / smoothing circuit 20 based on the switching operation of the switching circuit. The switching circuit is driven by a pulse signal (square wave) from the pulse signal generation circuit 80. As the switching circuit, for example, a transistor or a MOSFET (metal-oxide semiconductor field-effect transistor) can be used. The electric power output from the converter 30 is appropriately supplied to an arbitrary device such as a sensor connected to the power generation system 1.

コンバータ30は、例えば、バックブースト(buck-boost)コンバータである。図3Aは、バックブーストコンバータの電気回路の一例を示している。図3Aに示されるように、バックブーストコンバータは、キャパシタ31、スイッチング回路32、チョッパコイル33、及びダイオード34を備える。スイッチング回路32及びダイオード34は、入力端子35Aと出力端子36Aとの間に直列に接続されている。キャパシタ31は、その一端が入力端子35Aとスイッチング回路32との接続点に接続され、その他端が入力端子35Bと出力端子36Bとの接続点に接続されている。チョッパコイル33は、その一端がスイッチング回路32とダイオード34との接続点に接続され、その他端が入力端子35Bと出力端子36Bとの接続点に接続されている。スイッチング回路32は、図3Bに示されるようなパルス信号により駆動される。スイッチング回路32は、パルス信号の信号レベルがハイ(High)であるときにオン状態となり、パルス信号の信号レベルがロー(Low)であるときにオフ状態となる。 The converter 30 is, for example, a buck-boost converter. FIG. 3A shows an example of an electric circuit of a back boost converter. As shown in FIG. 3A, the backboost converter includes a capacitor 31, a switching circuit 32, a chopper coil 33, and a diode 34. The switching circuit 32 and the diode 34 are connected in series between the input terminal 35A and the output terminal 36A. One end of the capacitor 31 is connected to the connection point between the input terminal 35A and the switching circuit 32, and the other end is connected to the connection point between the input terminal 35B and the output terminal 36B. One end of the chopper coil 33 is connected to the connection point between the switching circuit 32 and the diode 34, and the other end is connected to the connection point between the input terminal 35B and the output terminal 36B. The switching circuit 32 is driven by a pulse signal as shown in FIG. 3B. The switching circuit 32 is turned on when the signal level of the pulse signal is high, and turned off when the signal level of the pulse signal is low.

変位計測部40は、振動発電機10の可動部(図2の例では振動子12)の変位を計測する。一例として、変位計測部40は、振動発電機10から出力される電気信号に基づいて、振動発電機10の可動部の変位を計測する。振動発電機10から出力される電気信号に基づいて振動発電機10の可動部の変位を計測する方法については後述する。整流回路は一般的に非線形素子であり、整流回路に対する入力電圧が小さい場合にはその影響が顕著に現れる。このため、好ましくは、整流回路の非線形性を補正する回路が変位計測部40に設けられる。 The displacement measuring unit 40 measures the displacement of the movable portion (oscillator 12 in the example of FIG. 2) of the vibration power generator 10. As an example, the displacement measuring unit 40 measures the displacement of the movable portion of the vibration power generator 10 based on the electric signal output from the vibration power generator 10. A method of measuring the displacement of the movable part of the vibration power generator 10 based on the electric signal output from the vibration power generator 10 will be described later. The rectifier circuit is generally a non-linear element, and its influence becomes remarkable when the input voltage to the rectifier circuit is small. Therefore, preferably, a circuit for correcting the non-linearity of the rectifier circuit is provided in the displacement measuring unit 40.

他の例では、変位計測部40は、振動発電機10に設けられたセンサの出力信号に基づいて、振動発電機10の可動部の変位を計測する。振動発電機10が図2に示される構造を有する場合、例えば、加速度計が振動子12又は弾性部材15に取り付けられ、変位計測部40は、加速度計によって測定された加速度を2回積分することで振動子12の変位を計測する。また、例えば、歪計が弾性部材15に取り付けられ、変位計測部40は、歪計によって測定された弾性部材15の歪を振動子12の変位に変換する。 In another example, the displacement measuring unit 40 measures the displacement of the movable portion of the vibration power generator 10 based on the output signal of the sensor provided in the vibration power generator 10. When the vibration generator 10 has the structure shown in FIG. 2, for example, an accelerometer is attached to the vibrator 12 or the elastic member 15, and the displacement measuring unit 40 integrates the acceleration measured by the accelerometer twice. Measure the displacement of the vibrator 12 with. Further, for example, a strainmeter is attached to the elastic member 15, and the displacement measuring unit 40 converts the strain of the elastic member 15 measured by the strainmeter into the displacement of the vibrator 12.

振動発電機10から出力される電気信号に基づいた変位計測方法は、センサを用いた変位計測方法よりも消費電力を低く抑えることができる。したがって、低消費電力の観点から、振動発電機10から出力される電気信号に基づいた変位計測方法を使用することが望ましい。なお、変位計測部40には、ノイズを除去するためのフィルタ(例えばハイパスフィルタ又はローパスフィルタ)が設けられていてもよい。また、発電用コイルとは別に、変位検出専用のコイルを振動発電機10に設け、変位検出用コイルから出力される電気信号に基づいて変位計測をしてもよい。 The displacement measurement method based on the electric signal output from the vibration power generator 10 can suppress the power consumption to be lower than the displacement measurement method using the sensor. Therefore, from the viewpoint of low power consumption, it is desirable to use a displacement measurement method based on an electric signal output from the vibration power generator 10. The displacement measuring unit 40 may be provided with a filter (for example, a high-pass filter or a low-pass filter) for removing noise. Further, a coil dedicated to displacement detection may be provided in the vibration power generator 10 separately from the coil for power generation, and displacement may be measured based on an electric signal output from the coil for displacement detection.

リファレンス出力部50は、基準変位(リファレンス変位)を設定(記憶)し、比較器60に出力する。基準変位は、例えば、可動部変位の許容範囲を規定する制限値である。本実施形態では、基準変位は正値である。なお、基準変位は負値であってもよい。また、リファレンス出力部50は、正の基準変位及び負の基準変位の2つの基準変位を出力してもよい。リファレンス出力部50は、基準変位に対応する電圧を出力してもよく(ハード的出力)、基準変位を表す信号を出力してもよい(ソフト的出力)。 The reference output unit 50 sets (stores) a reference displacement (reference displacement) and outputs it to the comparator 60. The reference displacement is, for example, a limit value that defines an allowable range of displacement of the movable portion. In this embodiment, the reference displacement is a positive value. The reference displacement may be a negative value. Further, the reference output unit 50 may output two reference displacements, a positive reference displacement and a negative reference displacement. The reference output unit 50 may output a voltage corresponding to the reference displacement (hard output) or may output a signal representing the reference displacement (soft output).

比較器60は、変位計測部40によって計測された変位と基準変位を比較する。比較器60は、計測変位が基準変位以上になったときに信号(以下、トリガ信号と呼ぶ。)をコントローラ70に出力する。比較器60は、ヒステリシス特性を持っているものを使用してもよい。 The comparator 60 compares the displacement measured by the displacement measuring unit 40 with the reference displacement. The comparator 60 outputs a signal (hereinafter referred to as a trigger signal) to the controller 70 when the measured displacement becomes equal to or larger than the reference displacement. As the comparator 60, one having a hysteresis characteristic may be used.

コントローラ70は、コンバータ30に含まれるスイッチング回路のデューティ比を制御する。具体的には、コントローラ70は、比較器60からトリガ信号を受け取ると、デューティ比を増加させる。例えば、コントローラ70は、デューティ比を値D1から値D1より大きい値D2に変更する。一例として、デューティ比は、スイッチング周期(Tsw)を維持したまま、スイッチング回路がオン状態にある期間(Ton)を変更することで変更される。コントローラ70は、デューティ比を変更したことを示す制御信号をパルス信号発生回路80に出力する。コントローラ70は、デューティ比を値D2に変更してから予め設定された時間だけ経過した後にデューティ比を値D1に戻すリフレッシュ機能を有していてもよい。 The controller 70 controls the duty ratio of the switching circuit included in the converter 30. Specifically, the controller 70 increases the duty ratio when it receives a trigger signal from the comparator 60. For example, the controller 70 changes the duty ratio from the value D1 to a value D2 larger than the value D1. As an example, the duty ratio is changed by changing the period (Ton) in which the switching circuit is in the ON state while maintaining the switching cycle (T sw ). The controller 70 outputs a control signal indicating that the duty ratio has been changed to the pulse signal generation circuit 80. The controller 70 may have a refresh function for returning the duty ratio to the value D1 after a lapse of a preset time after changing the duty ratio to the value D2.

パルス信号発生回路80は、コントローラ70によって制御されたデューティ比を有するパルス信号を発生し、このパルス信号をコンバータ30に出力する。 The pulse signal generation circuit 80 generates a pulse signal having a duty ratio controlled by the controller 70, and outputs this pulse signal to the converter 30.

変位計測部40、リファレンス出力部50、比較器60、コントローラ70、及びパルス信号発生回路80は、整流・平滑回路20から出力される平滑化電圧によって動作する。このため、発電システム1には、電池などを必要としない。また、デューティ比を制御する制御ユニット(本実施形態では、変位計測部40、リファレンス出力部50、比較器60、コントローラ70、及びパルス信号発生回路80を含む部分)は、ハードウェア、プロセッサにより実行されるソフトウェア、又はそれらの組み合わせにより実現されることができる。これらの点は、他の実施形態も同様である。 The displacement measuring unit 40, the reference output unit 50, the comparator 60, the controller 70, and the pulse signal generation circuit 80 operate by the smoothing voltage output from the rectifying / smoothing circuit 20. Therefore, the power generation system 1 does not require a battery or the like. Further, the control unit that controls the duty ratio (in this embodiment, the portion including the displacement measuring unit 40, the reference output unit 50, the comparator 60, the controller 70, and the pulse signal generation circuit 80) is executed by hardware and a processor. It can be realized by the software to be used or a combination thereof. These points are the same for other embodiments.

次に、振動発電機10から出力される電気信号に基づいて振動発電機10の可動部の変位を計測する方法について説明する。 Next, a method of measuring the displacement of the movable portion of the vibration power generator 10 based on the electric signal output from the vibration power generator 10 will be described.

図4は、発電システム1の電気回路を示している。図4に示される電気回路について、下記の方程式が成り立つ。

Figure 0007021308000001
ここで、xは可動部の変位を表し、Kは電圧定数を表し、Lは振動発電機10のコイル13のインダクタンスを表し、Rはコイル13の抵抗を表し、Rは、整流・平滑回路20から見込む等価的な入力インピーダンス(整流・平滑回路20、コンバータ30及び発電システム1に接続される外部装置を含む)を表し、iは振動発電機10の出力電流を表す。 FIG. 4 shows the electric circuit of the power generation system 1. The following equation holds for the electric circuit shown in FIG.
Figure 0007021308000001
Here, x represents the displacement of the moving part, K represents the voltage constant, L c represents the inductance of the coil 13 of the vibration generator 10, R c represents the resistance of the coil 13, and R l represents the rectification. It represents the equivalent input impedance expected from the smoothing circuit 20 (including the rectifying / smoothing circuit 20, the converter 30 and the external device connected to the power generation system 1), and i represents the output current of the vibration generator 10.

式1をラプラス変換すると、下記の式2が得られる。

Figure 0007021308000002
式2を変形すると、可動部の変位と電流の関係を示す下記の式3が得られる。
Figure 0007021308000003
式3によれば、可動部の変位は、パラメータ(K、L、R、R)の値、電流、及び電流の積分値から算出することができる。式3を使用した変位計測を行う場合、変位計測部40は、振動発電機10から出力される電流を検出する電流計、及び電流を積分する積分器を備える。この積分器は、アナログ回路で実現されてもよく、デジタル処理によって実現されてもよい。変位計測部40は、電流計によって検出された電流と積分器によって得られた電流の積分値とに基づいて可動部の変位を算出する。 The Laplace transform of Equation 1 gives Equation 2 below.
Figure 0007021308000002
By modifying Equation 2, the following Equation 3 showing the relationship between the displacement of the movable part and the current is obtained.
Figure 0007021308000003
According to Equation 3, the displacement of the movable part can be calculated from the values of the parameters (K, L c , R c , R l ), the current, and the integrated value of the current. When the displacement measurement using the equation 3 is performed, the displacement measurement unit 40 includes an ammeter for detecting the current output from the vibration power generator 10 and an integrator for integrating the current. This integrator may be realized by an analog circuit or may be realized by digital processing. The displacement measuring unit 40 calculates the displacement of the movable portion based on the integrated value of the current detected by the ammeter and the current obtained by the integrator.

ここで、電気回路に対する入力電圧をVinとすると、Vin=RIであるので、式3は下記の式4に書き直される。

Figure 0007021308000004
式4によれば、可動部の変位は、パラメータ(K、L、R)の値、電流、電流の積分値、及び電圧の積分値から算出することができる。式4は、Rが未知である場合に有効である。式4を使用した変位計測を行う場合、変位計測部40は、振動発電機10から出力される電流を検出する電流計、及び振動発電機10から出力される電圧を検出する電圧計を備える。 Here, assuming that the input voltage to the electric circuit is Vin , Vin = R l I, so Equation 3 is rewritten into Equation 4 below.
Figure 0007021308000004
According to Equation 4, the displacement of the movable part can be calculated from the values of the parameters (K, L c , R c ), the current , the integrated value of the current, and the integrated value of the voltage. Equation 4 is valid when R l is unknown. When the displacement measurement using the equation 4 is performed, the displacement measuring unit 40 includes an ammeter for detecting the current output from the vibration power generator 10 and a voltmeter for detecting the voltage output from the vibration power generator 10.

式4の電流項をすべて電圧で表現すると、下記の式5が得られる。

Figure 0007021308000005
式5によれば、パラメータ(K、L、R、R)の値、電圧、及び電圧の積分値から可動部の変位を算出することができる。式5を使用した変位計測を行う場合、変位計測部40は、振動発電機10から出力される電圧を検出する電圧計、及び電圧を積分する積分器を備える。この積分器は、アナログ回路で実現されてもよく、デジタル処理によって実現されてもよい。変位計測部40は、電圧計によって検出された電圧と積分器によって得られた電圧の積分値とに基づいて可動部の変位を算出する。一般的に、電流を測定するよりも電圧を測定するほうが容易である。このため、式5を使用した変位計測は、式3又は式4を使用したものより有効である。ただし、式5を使用した変位計測では、Rが既知である必要がある。 When all the current terms of the equation 4 are expressed by the voltage, the following equation 5 is obtained.
Figure 0007021308000005
According to Equation 5, the displacement of the movable part can be calculated from the values of the parameters (K, L c , R c , R l ), the voltage, and the integrated value of the voltage. When the displacement measurement using the equation 5 is performed, the displacement measurement unit 40 includes a voltmeter for detecting the voltage output from the vibration power generator 10 and an integrator for integrating the voltage. This integrator may be realized by an analog circuit or may be realized by digital processing. The displacement measuring unit 40 calculates the displacement of the movable unit based on the voltage detected by the voltmeter and the integrated value of the voltage obtained by the integrator. In general, it is easier to measure voltage than to measure current. Therefore, the displacement measurement using the formula 5 is more effective than the one using the formula 3 or the formula 4. However, in the displacement measurement using the equation 5, it is necessary that R l is known.

なお、式5の第1項が第2項と比較して無視できるほど小さい場合、可動部の変位は、パラメータ(K、R、R)の値、及び電圧の積分値から算出することができる。 If the first term of Equation 5 is negligibly small compared to the second term, the displacement of the movable part shall be calculated from the values of the parameters (K, R c , R l ) and the integrated value of the voltage. Can be done.

ここで、コンバータ30が図3Aに示されるようなバックブーストコンバータである場合、Rは式6のように表される。

Figure 0007021308000006
ここで、図3A及び図3Bに示されるように、Tswはスイッチング周期を表し、Tonはスイッチング回路がオン状態にある期間を表し、Ldcは出力用のチョッパコイルのインダクタンスを表し、Dはスイッチング回路(スイッチング動作)のデューティ比を表す。D=Ton/Tswである。 Here, when the converter 30 is a back boost converter as shown in FIG. 3A, R l is expressed as in the formula 6.
Figure 0007021308000006
Here, as shown in FIGS. 3A and 3B, T sw represents the switching cycle, Ton represents the period during which the switching circuit is in the ON state, L dc represents the inductance of the chopper coil for output, and D. Represents the duty ratio of the switching circuit (switching operation). D = To on / T sw .

式6を式5に代入すると、下記の式7が得られる。

Figure 0007021308000007
式7によれば、パラメータ(K、L、R、Ldc)の値、電圧、電圧の積分値、スイッチング周期Tsw、及びデューティ比Dから可動部の変位を算出することができる。 Substituting Equation 6 into Equation 5 yields Equation 7 below.
Figure 0007021308000007
According to Equation 7, the displacement of the movable portion can be calculated from the values of the parameters (K, L c , R c , L dc ), the voltage, the integrated value of the voltage, the switching period T sw , and the duty ratio D.

ここで、式7の第1項が第2項と比較して無視できるほど小さい場合には、式7は近似的に下記の式8のようにかくことができる。

Figure 0007021308000008
式8によれば、Rが未知である場合でも、パラメータ(K、R、Ldc)の値、電圧の積分値、スイッチング周期Tsw、及びデューティ比Dから可動部の変位を算出することができる。 Here, when the first term of the equation 7 is negligibly small as compared with the second term, the equation 7 can be approximated as the following equation 8.
Figure 0007021308000008
According to Equation 8, even when R l is unknown, the displacement of the movable part is calculated from the values of the parameters (K, R c , L dc ), the integrated value of the voltage , the switching period T sw , and the duty ratio D. can do.

次に、発電システム1の動作について説明する。
図5は、発電システム1の動作手順を示している。図5に示される動作手順は、発電システム1が起動すると開始する。例えば、振動発電機10と整流・平滑回路20との間に起動スイッチが配置されており、この起動スイッチがオンされると、発電システム1が起動する。なお、起動スイッチは設けられていなくてもよい。この場合、発電システム1に振動が印加されたときに、発電システム1が起動したと考えることができる。例えば、発電システム1が振動環境下に設置されたとき、あるいは、設置後に一定期間振動が停止し、その後に振動が再開したときを発電システム1の起動とみなすことができる。
Next, the operation of the power generation system 1 will be described.
FIG. 5 shows an operation procedure of the power generation system 1. The operation procedure shown in FIG. 5 starts when the power generation system 1 is started. For example, a start switch is arranged between the vibration power generator 10 and the rectification / smoothing circuit 20, and when this start switch is turned on, the power generation system 1 is started. The start switch may not be provided. In this case, it can be considered that the power generation system 1 is started when the vibration is applied to the power generation system 1. For example, when the power generation system 1 is installed in a vibration environment, or when the vibration is stopped for a certain period of time after the installation and then the vibration is restarted, it can be regarded as the start of the power generation system 1.

図5のステップS101において、振動発電機10が環境振動を受けて発電する。発電開始時には、整流・平滑回路20から見込む入力インピーダンスRは適正インピーダンスZr(すなわち、振動発電機10の出力電力を最大化するインピーダンス)に設定されていてもよい。具体的には、コンバータ30に含まれるスイッチング回路のデューティ比は、整流・平滑回路20から見込む入力インピーダンスRが適正インピーダンスZrになるように設定されてもよい。 In step S101 of FIG. 5, the vibration power generator 10 receives environmental vibration to generate electricity. At the start of power generation, the input impedance R l expected from the rectifying / smoothing circuit 20 may be set to an appropriate impedance Zr (that is, an impedance that maximizes the output power of the vibration power generator 10). Specifically, the duty ratio of the switching circuit included in the converter 30 may be set so that the input impedance R l expected from the rectifying / smoothing circuit 20 becomes an appropriate impedance Zr.

ステップS102において、変位計測部40は、振動発電機10の可動部の変位を計測する。例えば上述した式5を使用する場合、変位計測部40は、振動発電機10の出力電圧及び出力電圧の積分値を測定し、測定した出力電圧及び積分値に基づいて可動部の変位を算出する。ステップS101~S102の処理は以降も継続する。 In step S102, the displacement measuring unit 40 measures the displacement of the movable portion of the vibration power generator 10. For example, when the above equation 5 is used, the displacement measuring unit 40 measures the integrated value of the output voltage and the output voltage of the vibration power generator 10, and calculates the displacement of the movable portion based on the measured output voltage and the integrated value. .. The processing of steps S101 to S102 continues thereafter.

ステップS103において、比較器60は、計測変位xと基準変位xとを比較する。計測変位xが基準変位xに達したときに、ステップS104に進む。このとき、比較器60は、計測変位xが基準変位x以上になったことを示すトリガ信号をコントローラ70に出力する。 In step S103, the comparator 60 compares the measured displacement x with the reference displacement xr . When the measured displacement x reaches the reference displacement xr , the process proceeds to step S104. At this time, the comparator 60 outputs a trigger signal indicating that the measured displacement x is equal to or greater than the reference displacement xr to the controller 70.

ステップS104において、コントローラ70は、比較器60からトリガ信号を受け取ったことに応答して、コンバータ30に含まれるスイッチング回路のデューティ比を増加させる。それにより、整流・平滑回路20から見込む入力インピーダンスRが低下し、電流が増加する。したがって、可動部に作用する電流による制動力が増加するので、可動部の変位振幅が低下する。 In step S104, the controller 70 increases the duty ratio of the switching circuit included in the converter 30 in response to receiving the trigger signal from the comparator 60. As a result, the input impedance R l expected from the rectifying / smoothing circuit 20 decreases, and the current increases. Therefore, the braking force due to the current acting on the movable portion increases, and the displacement amplitude of the movable portion decreases.

図6は、振動発電機10に含まれる可動部の変位の時間変化を示している。図6に示されるように、環境振動の入力が開始すると、可動部の変位振幅が徐々に増加する。可動部の変位が基準変位xに達すると、デューティ比が増加され、それにより、整流・平滑回路20から見込む入力インピーダンスRがZrからZa(Za<Zr)に低下する。その結果、可動部の変位振幅が抑制される。なお、上述した制御の後に可動部の変位が基準変位xに再度達した場合には、デューティ比をさらに増加してもよい。 FIG. 6 shows the time change of the displacement of the movable portion included in the vibration power generator 10. As shown in FIG. 6, when the input of the environmental vibration is started, the displacement amplitude of the movable portion gradually increases. When the displacement of the moving portion reaches the reference displacement xr, the duty ratio is increased, whereby the input impedance R l expected from the rectifying / smoothing circuit 20 decreases from Zr to Za (Za <Zr). As a result, the displacement amplitude of the movable portion is suppressed. If the displacement of the movable portion reaches the reference displacement xr again after the above-mentioned control, the duty ratio may be further increased.

以上のように、第1の実施形態に係る発電システム1においては、振動発電機10に含まれる可動部の変位が基準変位以上になったときに、コンバータ30に含まれるスイッチング回路のデューティ比が増加される。それにより、整流・平滑回路20から見込む入力インピーダンスRが低下し、電流が流れやすくなる。したがって、電流による制動力が可動部に強く作用するようになり、可動部の変位振幅が抑制される。その結果、可動部の過度の変位を回避することができる。例えば、振動子12がケース11に衝突することを防止することができる。 As described above, in the power generation system 1 according to the first embodiment, when the displacement of the movable portion included in the vibration power generator 10 becomes equal to or more than the reference displacement, the duty ratio of the switching circuit included in the converter 30 is changed. Will be increased. As a result, the input impedance R l expected from the rectifying / smoothing circuit 20 decreases, and the current easily flows. Therefore, the braking force due to the electric current acts strongly on the movable portion, and the displacement amplitude of the movable portion is suppressed. As a result, excessive displacement of the movable portion can be avoided. For example, it is possible to prevent the oscillator 12 from colliding with the case 11.

[第1の実施形態の変形例]
図7は、第1の実施形態の変形例に係る発電システム1Aを示している。図7に示されるように、発電システム1Aは、振動発電機10、整流・平滑回路20、コンバータ30、変位計測部40、リファレンス出力部50、比較器60、コントローラ70、パルス信号発生回路80、及び蓄電部90を備える。発電システム1Aは、蓄電部90が追加されている点で第1の実施形態に係る発電システム1(図1)と異なる。
[Modified example of the first embodiment]
FIG. 7 shows a power generation system 1A according to a modified example of the first embodiment. As shown in FIG. 7, the power generation system 1A includes a vibration power generator 10, a rectifying / smoothing circuit 20, a converter 30, a displacement measuring unit 40, a reference output unit 50, a comparator 60, a controller 70, and a pulse signal generation circuit 80. And a power storage unit 90. The power generation system 1A is different from the power generation system 1 (FIG. 1) according to the first embodiment in that a power storage unit 90 is added.

蓄電部90は、コンバータ30の後段に設けられる。蓄電部90は、例えば、1つ又は複数のキャパシタ、キャパシタとコイルの組み合わせ、あるいは、2次電池を含む。キャパシタは初期電圧を有していることが好ましい。例えば、リチウムイオンキャパシタを使用することができる。蓄電部90が、大容量であり、かつ、初期電圧を有している場合には、出力電圧が安定し、振動発電機10の動作の過渡域が少なくなる。このため、安定域に至る時間が早くなる。その結果、平均的な発電量の増加を見込むことができる。 The power storage unit 90 is provided after the converter 30. The power storage unit 90 includes, for example, one or more capacitors, a combination of capacitors and coils, or a secondary battery. The capacitor preferably has an initial voltage. For example, a lithium ion capacitor can be used. When the power storage unit 90 has a large capacity and an initial voltage, the output voltage is stable and the transient range of operation of the vibration power generator 10 is reduced. Therefore, the time to reach the stable range becomes faster. As a result, an increase in average power generation can be expected.

なお、蓄電部90は後述する各実施形態に係る発電システムに設けられてもよい。 The power storage unit 90 may be provided in the power generation system according to each embodiment described later.

[第2の実施形態]
図8は、第2の実施形態に係る発電システム2を示している。図8に示されるように、発電システム2は、振動発電機10、整流・平滑回路20、コンバータ30、変位計測部40、絶対値回路42、リファレンス出力部50、比較器62、コントローラ72、及びパルス信号発生回路80を備える。発電システム2は、絶対値回路42が追加されている点、比較器60が比較器62に変更されている点、及びコントローラ70がコントローラ72に変更されている点で第1の実施形態に係る発電システム1(図1)と異なる。
[Second Embodiment]
FIG. 8 shows the power generation system 2 according to the second embodiment. As shown in FIG. 8, the power generation system 2 includes a vibration power generator 10, a rectifying / smoothing circuit 20, a converter 30, a displacement measuring unit 40, an absolute value circuit 42, a reference output unit 50, a comparator 62, a controller 72, and A pulse signal generation circuit 80 is provided. The power generation system 2 relates to the first embodiment in that an absolute value circuit 42 is added, a comparator 60 is changed to a comparator 62, and a controller 70 is changed to a controller 72. It is different from the power generation system 1 (Fig. 1).

絶対値回路42は、変位計測部40によって計測された変位の絶対値(以下、変位絶対値とも呼ぶ)を算出する。絶対値回路42は、アナログ回路で実現されてもよく、デジタル処理によって実現されてもよい。なお、絶対値回路42は、RC(resistor-capacitor)フィルタなどの一般的なローパスフィルタ又はピークホールド機能を有していてもよい。絶対値回路42がローパスフィルタを備える場合、変位絶対値は包絡線化される。 The absolute value circuit 42 calculates the absolute value of the displacement measured by the displacement measuring unit 40 (hereinafter, also referred to as the absolute displacement value). The absolute value circuit 42 may be realized by an analog circuit or may be realized by digital processing. The absolute value circuit 42 may have a general low-pass filter such as an RC (resistor-capacitor) filter or a peak hold function. When the absolute value circuit 42 includes a low-pass filter, the absolute displacement value is enveloped.

比較器62は、変位計測部40によって計測された変位絶対値と基準変位とを比較する。一例として、比較器62は、変位絶対値が基準変位以上になったときに第1のトリガ信号をコントローラ72に出力し、変位絶対値が基準変位未満になったときに第2のトリガ信号をコントローラ72に出力する。他の例では、比較器62は、変位絶対値が基準変位未満である間は信号を出力せず、変位絶対値が基準変位以上である間は信号を出力する。比較器62は、ヒステリシス特性を持っているものを使用してもよい。 The comparator 62 compares the absolute displacement value measured by the displacement measuring unit 40 with the reference displacement. As an example, the comparator 62 outputs the first trigger signal to the controller 72 when the absolute displacement value becomes equal to or more than the reference displacement, and outputs the second trigger signal when the absolute displacement value becomes less than the reference displacement. Output to the controller 72. In another example, the comparator 62 does not output a signal while the absolute displacement is less than the reference displacement and outputs a signal while the absolute displacement is greater than or equal to the reference displacement. As the comparator 62, one having a hysteresis characteristic may be used.

コントローラ72は、比較器62の出力信号に基づいて、コンバータ30に含まれるスイッチング回路のデューティ比を制御する。例えば、コントローラ72は、変位絶対値が基準変位未満であるときにデューティ比を値D1に調整し、変位絶対値が基準変位以上であるときに値D2(D2>D1)に調整する。 The controller 72 controls the duty ratio of the switching circuit included in the converter 30 based on the output signal of the comparator 62. For example, the controller 72 adjusts the duty ratio to the value D1 when the absolute displacement value is less than the reference displacement, and adjusts the duty ratio to the value D2 (D2> D1) when the absolute displacement value is equal to or more than the reference displacement.

図9は、発電システム2の動作手順を示している。図9のステップS201において、コントローラ72は、コンバータ30に含まれるスイッチング回路のデューティ比を初期値D1に設定する。ステップS202において、振動発電機10が環境振動を受けて発電する。発電開始時には、変位絶対値xは基準変位xより小さい。このため、デューティ比の初期値は、値D1に設定される。値D1は、例えば、整流・平滑回路20から見込む入力インピーダンスRが適正インピーダンスZrになるように決定される。 FIG. 9 shows the operation procedure of the power generation system 2. In step S201 of FIG. 9, the controller 72 sets the duty ratio of the switching circuit included in the converter 30 to the initial value D1. In step S202, the vibration power generator 10 receives environmental vibration to generate electricity. At the start of power generation, the absolute displacement value x a is smaller than the reference displacement x r . Therefore, the initial value of the duty ratio is set to the value D1. The value D1 is determined so that, for example, the input impedance R l expected from the rectifying / smoothing circuit 20 becomes the appropriate impedance Zr.

ステップS203において、変位計測部40は、振動発電機10の可動部の変位を計測する。ステップS204において、絶対値回路42は、変位計測部40によって計測された変位の絶対値を算出する。 In step S203, the displacement measuring unit 40 measures the displacement of the movable portion of the vibration power generator 10. In step S204, the absolute value circuit 42 calculates the absolute value of the displacement measured by the displacement measuring unit 40.

ステップS205において、比較器62は、変位絶対値xと基準変位xとを比較する。変位絶対値xが基準変位xに達すると、ステップS205に進む。 In step S205, the comparator 62 compares the absolute displacement value x a with the reference displacement x r . When the absolute displacement value x a reaches the reference displacement x r , the process proceeds to step S205.

ステップS206において、コントローラ72は、デューティ比を値D1から値D2に変更する。それにより、整流・平滑回路20から見込む入力インピーダンスRが低下し、電流が流れやすくなる。したがって、可動部に作用する電流による制動力が増加するので、可動部の変位が抑制される。 In step S206, the controller 72 changes the duty ratio from the value D1 to the value D2. As a result, the input impedance R l expected from the rectifying / smoothing circuit 20 decreases, and the current easily flows. Therefore, the braking force due to the current acting on the movable portion increases, and the displacement of the movable portion is suppressed.

ステップS206において、比較器62は、変位絶対値xと基準変位xとを比較する。変位絶対値xが基準変位xを下回ると、ステップS207に進む。 In step S206, the comparator 62 compares the absolute displacement value x a with the reference displacement x r . When the absolute displacement value x a is less than the reference displacement x r , the process proceeds to step S207.

ステップS207において、コントローラ72は、デューティ比を値D2から値D1に変更する(戻す)。それにより、整流・平滑回路20から見込む入力インピーダンスRが増加し、電流が流れにくくなる。したがって、可動部に作用する電流による制動力が低下する。 In step S207, the controller 72 changes (returns) the duty ratio from the value D2 to the value D1. As a result, the input impedance R l expected from the rectifying / smoothing circuit 20 increases, and it becomes difficult for current to flow. Therefore, the braking force due to the current acting on the moving portion is reduced.

このようにして、デューティ比は、変位絶対値xが基準変位x未満である間、値D1に設定され、変位絶対値xが基準変位x以上である間、値D2(D2>D1)に設定される。言い換えると、図10A及び図10Bに示されるように、インピーダンスは、変位絶対値xが基準変位x未満である間、値Zrに設定され、変位絶対値xが基準変位x以上である間、値Za(Za<Zr)に設定される。 In this way, the duty ratio is set to the value D1 while the absolute displacement x a is less than the reference displacement x r , and the value D2 (D2>) while the absolute displacement x a is greater than or equal to the reference displacement x r . It is set to D1). In other words, as shown in FIGS. 10A and 10B, the impedance is set to the value Zr while the absolute displacement x a is less than the reference displacement x r , and the absolute displacement x a is greater than or equal to the reference displacement x r . In the meantime, the value is set to Za (Za <Zr).

以上のように、第2の実施形態に係る発電システム2では、デューティ比は、変位絶対値xが基準変位x未満である期間は値D1に設定され、変位絶対値xが基準変位x以上である期間は値D2(D2>D1)に設定される。それにより、変位絶対値xが基準変位x以上であるときには、整流・平滑回路20から見込む入力インピーダンスRが低下し、電流が流れやすくなる。したがって、電流による制動力が可動部に強く作用するようになり、可動部の変位が抑制される。その結果、可動部の過度の変位を回避することができる。 As described above, in the power generation system 2 according to the second embodiment, the duty ratio is set to the value D1 during the period when the absolute displacement value x a is less than the reference displacement x r , and the absolute displacement value x a is the reference displacement. The period of xr or more is set to the value D2 (D2> D1). As a result, when the absolute displacement value x a is equal to or greater than the reference displacement x r , the input impedance R l expected from the rectifying / smoothing circuit 20 decreases, and the current easily flows. Therefore, the braking force due to the electric current acts strongly on the movable portion, and the displacement of the movable portion is suppressed. As a result, excessive displacement of the movable portion can be avoided.

なお、デューティ比を値D1から値D2に変更する際に使用する閾値は、デューティ比を値D2から値D1に変更する際に使用する閾値と異なっていてもよい。例えば、比較器62は、ステップS204では変位絶対値xとの基準変位xr2とを比較し、ステップS206では変位絶対値xと基準変位xr1とを比較する。ここで、xr2>xr1である。 The threshold value used when changing the duty ratio from the value D1 to the value D2 may be different from the threshold value used when changing the duty ratio from the value D2 to the value D1. For example, the comparator 62 compares the absolute displacement value x a with the reference displacement x r2 in step S204, and compares the absolute displacement value x a with the reference displacement x r1 in step S206. Here, x r2 > x r1 .

[第2の実施形態の変形例]
ここでは、発電システム2が上述した式7に基づく変位計測を行う場合について説明する。なお、式7において、L、K、T、R、Ldc、Tswは定数であり、Dは変数である。
[Modified example of the second embodiment]
Here, a case where the power generation system 2 performs displacement measurement based on the above-mentioned equation 7 will be described. In Equation 7, L c , K, T, R c , L dc , and T sw are constants, and D is a variable.

図11は、第2の実施形態の変形例に係る発電システム2Aを示している。図11に示される発電システム2Aでは、変位計測部40は、電圧計401、積分器402、変位算出部403、及び絶対値回路42を備える。 FIG. 11 shows a power generation system 2A according to a modified example of the second embodiment. In the power generation system 2A shown in FIG. 11, the displacement measuring unit 40 includes a voltmeter 401, an integrator 402, a displacement calculation unit 403, and an absolute value circuit 42.

電圧計401は、振動発電機10の出力電圧を計測する。積分器402は、振動発電機10の出力電圧を積分する。 The voltmeter 401 measures the output voltage of the vibration power generator 10. The integrator 402 integrates the output voltage of the vibration power generator 10.

変位算出部403は、デューティ比Dとして値D1と値D2を保持し、上述した式7に従って可動部の変位を算出する。具体的には、変位算出部403は、電圧計401から出力される電圧値と、積分器402から出力される電圧積分値と、保持しているデューティ比D1又はD2と、に基づいて、可動部の変位を算出する。変位算出部403は、例えば、加算回路を含み、電圧計から出力される電圧値に式7第1項の係数を乗じたものと、積分器402から出力される電圧積分値に式7第2項の係数を乗じたものと、を加算する。絶対値回路42は、変位算出部403によって算出された変位の絶対値を算出する。 The displacement calculation unit 403 holds the values D1 and D2 as the duty ratio D, and calculates the displacement of the movable unit according to the above equation 7. Specifically, the displacement calculation unit 403 is movable based on the voltage value output from the voltmeter 401, the voltage integral value output from the integrator 402, and the held duty ratio D1 or D2. Calculate the displacement of the part. The displacement calculation unit 403 includes, for example, an adder circuit, the voltage value output from the voltmeter multiplied by the coefficient of the first term of equation 7, and the voltage integrated value output from the integrator 402 with the second equation 7. Multiply by the coefficient of the term and add. The absolute value circuit 42 calculates the absolute value of the displacement calculated by the displacement calculation unit 403.

リファレンス出力部50は、2つの基準変位xr1、xr2を比較器62に出力する。ここで、xr1<xr2である。比較器62は、絶対値回路42から受け取った変位絶対値と基準変位xr1、xr2とを比較する。コントローラ72は、デューティ比が値D1に設定されている状態で変位絶対値が基準変位xr2に達すると、デューティ比を値D1から値D2に変更する。また、コントローラ72は、デューティ比が値D2に設定されている状態で変位絶対値が基準変位xr1を下回ると、デューティ比を値D2から値D1に変更する。なお、xr1=xr2であってもよい。 The reference output unit 50 outputs the two reference displacements x r1 and x r2 to the comparator 62. Here, x r1 <x r2 . The comparator 62 compares the absolute displacement value received from the absolute value circuit 42 with the reference displacements x r1 and x r2 . When the absolute displacement value reaches the reference displacement x r2 while the duty ratio is set to the value D1, the controller 72 changes the duty ratio from the value D1 to the value D2. Further, when the absolute displacement value is less than the reference displacement x r1 while the duty ratio is set to the value D2, the controller 72 changes the duty ratio from the value D2 to the value D1. In addition, x r1 = x r2 may be used.

図12を参照して発電システム2Aの動作について説明する。ここでは、絶対値回路42はローパスフィルタを備え、包絡線化された変位絶対値が得られる。発電システム2Aの起動時には、デューティ比は値D1に設定される。このとき、インピーダンスはZHighである。したがって、変位算出部403及び絶対値回路42を含む推定回路によってデューティ比D1に基づき算出された変位絶対値が比較器62に供給される。 The operation of the power generation system 2A will be described with reference to FIG. Here, the absolute value circuit 42 includes a low-pass filter, and an enveloped absolute value of displacement is obtained. When the power generation system 2A is started, the duty ratio is set to the value D1. At this time, the impedance is Z High . Therefore, the absolute displacement value calculated based on the duty ratio D1 by the estimation circuit including the displacement calculation unit 403 and the absolute value circuit 42 is supplied to the comparator 62.

変位絶対値が徐々に大きくなり基準変位xr2に達する(t=t1)と、コントローラ72は、デューティ比を値D1から値D2に変更する。それにより、インピーダンスはZLow(ZLow<ZHigh)になる。したがって、推定回路によってデューティ比D2に基づき算出された変位絶対値が比較器62に供給されるようになる。 When the absolute displacement value gradually increases and reaches the reference displacement x r2 (t = t1), the controller 72 changes the duty ratio from the value D1 to the value D2. As a result, the impedance becomes Z Low (Z Low <Z High ). Therefore, the absolute displacement value calculated by the estimation circuit based on the duty ratio D2 is supplied to the comparator 62.

その後に、変位絶対値が徐々に小さくなり基準変位xr1を下回る(t=t2)と、コントローラ72は、デューティ比を値D2から値D1に変更する。それにより、インピーダンスはZHighになる。それにより、推定回路によってデューティ比D1に基づき算出された変位絶対値が比較器62に供給されるようになる。 After that, when the absolute displacement value gradually decreases and falls below the reference displacement x r1 (t = t2), the controller 72 changes the duty ratio from the value D2 to the value D1. As a result, the impedance becomes Z High . As a result, the absolute displacement value calculated by the estimation circuit based on the duty ratio D1 is supplied to the comparator 62.

図13は、第2の実施形態の他の変形例に係る発電システム2Bを示している。図13に示される発電システム2Bでは、変位計測部40は、電圧計401、積分器402、及び変位算出部403を備える。変位算出部403は、デューティ比として値D1を保持し、上述した式7に従って可動部の変位を算出する。発電システム2Bでは、デューティ比が値D1に設定されている期間だけでなく、デューティ比が値D2に設定されている期間にも、値D1に基づいて変位絶対値が算出される。図14に示されるように、デューティ比が値D2に設定されている期間において、値D1を用いて算出された変位絶対値は、値D2を用いて算出される変位絶対値とは異なる。図14において、値D1を用いて算出された変位絶対値は実線で示され、値D2を用いて算出される変位絶対値は一点鎖線で示されている。このため、デューティ比を値D2から値D1に変更する際に使用する基準変位は、上述した基準変位xr1に補正係数を乗じたものを使用する。 FIG. 13 shows a power generation system 2B according to another modification of the second embodiment. In the power generation system 2B shown in FIG. 13, the displacement measuring unit 40 includes a voltmeter 401, an integrator 402, and a displacement calculating unit 403. The displacement calculation unit 403 holds the value D1 as the duty ratio, and calculates the displacement of the movable unit according to the above equation 7. In the power generation system 2B, the absolute displacement value is calculated based on the value D1 not only during the period when the duty ratio is set to the value D1 but also during the period when the duty ratio is set to the value D2. As shown in FIG. 14, during the period when the duty ratio is set to the value D2, the absolute displacement value calculated using the value D1 is different from the absolute displacement value calculated using the value D2. In FIG. 14, the absolute displacement value calculated using the value D1 is shown by a solid line, and the absolute displacement value calculated using the value D2 is shown by a chain double-dashed line. Therefore, the reference displacement used when changing the duty ratio from the value D2 to the value D1 is the above-mentioned reference displacement x r1 multiplied by the correction coefficient.

以上のように、第2の実施形態の各変形例に係る変位計測部40は、外部センサを用いずに、振動発電機10の出力電圧に基づいて可動部の変位を計測することができる。それにより、変位計測に要する電力を削減することができ、その結果、システム全体の低電力消費化を図ることができる。 As described above, the displacement measuring unit 40 according to each modification of the second embodiment can measure the displacement of the movable unit based on the output voltage of the vibration power generator 10 without using an external sensor. As a result, the power required for displacement measurement can be reduced, and as a result, the power consumption of the entire system can be reduced.

[第3の実施形態]
図15は、第3の実施形態に係る発電システム3を示している。図15に示されるように、発電システム3は、振動発電機10、整流・平滑回路20、コンバータ30、変位計測部40、絶対値回路42、リファレンス出力部50、差分計測器64、コントローラ74、及びパルス信号発生回路80を備える。発電システム3は、比較器60が差分計測器64に変更されている点、及びコントローラ70がコントローラ74に変更されている点で、第1の実施形態に係る発電システム1(図1)と異なる。なお、絶対値回路42は、第2の実施形態において説明したものと同じであるため、絶対値回路42についての説明は省略する。
[Third Embodiment]
FIG. 15 shows the power generation system 3 according to the third embodiment. As shown in FIG. 15, the power generation system 3 includes a vibration power generator 10, a rectifying / smoothing circuit 20, a converter 30, a displacement measuring unit 40, an absolute value circuit 42, a reference output unit 50, a difference measuring instrument 64, and a controller 74. And a pulse signal generation circuit 80. The power generation system 3 differs from the power generation system 1 (FIG. 1) according to the first embodiment in that the comparator 60 is changed to the difference measuring instrument 64 and the controller 70 is changed to the controller 74. .. Since the absolute value circuit 42 is the same as that described in the second embodiment, the description of the absolute value circuit 42 will be omitted.

差分計測器64は、絶対値回路42から出力される変位絶対値と基準変位との差分を算出する。差分計測器64は、例えば減算回路を含み、変位絶対値から基準変位を引いた差分を得る。なお、差分計測器64は、基準変位から変位絶対値を引いた差分を得てもよい。 The difference measuring instrument 64 calculates the difference between the absolute displacement value output from the absolute value circuit 42 and the reference displacement. The difference measuring instrument 64 includes, for example, a subtraction circuit, and obtains a difference obtained by subtracting a reference displacement from an absolute displacement value. The difference measuring instrument 64 may obtain a difference obtained by subtracting the absolute displacement value from the reference displacement.

コントローラ74は、差分計測器64によって算出された差分に基づいて、デューティ比を制御する。具体的には、コントローラ74は、差分がゼロ未満である(すなわち変位絶対値が基準変位未満である)期間に、デューティ比を予め設定された値に設定し、差分がゼロ以上である期間に、差分がゼロになるようにデューティ比を変更する。例えば、コントローラ74は、差分が大きい(すなわち変位絶対値が大きい)ほどデューティ比を大きくする。それにより、図16に示されるように、変位絶対値xが基準変位x未満であるときには、インピーダンスが適正インピーダンスZrに設定され、変位絶対値xが基準変位x以上であるときには、インピーダンスは差分が大きいほどが小さくなるように設定される。 The controller 74 controls the duty ratio based on the difference calculated by the difference measuring instrument 64. Specifically, the controller 74 sets the duty ratio to a preset value during the period when the difference is less than zero (that is, the absolute displacement is less than the reference displacement), and during the period when the difference is greater than or equal to zero. , Change the duty ratio so that the difference is zero. For example, the controller 74 increases the duty ratio as the difference is larger (that is, the absolute displacement value is larger). As a result, as shown in FIG. 16, when the absolute displacement value x a is less than the reference displacement x r , the impedance is set to the appropriate impedance Z r, and when the absolute displacement value x a is greater than or equal to the reference displacement x r , the impedance is set. The impedance is set so that the larger the difference, the smaller the impedance.

コントローラ74として、例えば、一般的なフィードバック制御用コントローラ(例えば、P(proportional)コントローラ、PI(proportional-integral)コントローラ、又はPID(proportional-integral-differential)コントローラ)を使用することができる。コントローラ74は、変位絶対値が基準変位と等しくなる瞬間に制御用コントローラの出力がゼロになることを回避するために、オフセットを有していてもよい。 As the controller 74, for example, a general feedback control controller (for example, a P (proportional) controller, a PI (proportional-integral) controller, or a PID (proportional-integral-differential) controller) can be used. The controller 74 may have an offset in order to prevent the output of the control controller from becoming zero at the moment when the absolute displacement value becomes equal to the reference displacement.

以上のように、第3の実施形態に係る発電システム3では、変位絶対値と基準変位との差分がゼロ以上であるときには、差分がゼロになるようにデューティ比が制御される。これにより、第1の実施形態と同様の効果が得られる。 As described above, in the power generation system 3 according to the third embodiment, when the difference between the absolute displacement value and the reference displacement is zero or more, the duty ratio is controlled so that the difference becomes zero. As a result, the same effect as that of the first embodiment can be obtained.

[第3の実施形態の変形例]
ここでは、第3の実施形態に係る発電システム3が上述した式7に基づく変位計測を行う場合について説明する。
[Modified example of the third embodiment]
Here, a case where the power generation system 3 according to the third embodiment performs displacement measurement based on the above-mentioned equation 7 will be described.

図17は、第3の実施形態の変形例に係る発電システム3Aを示している。図17に示される発電システム3Aでは、変位計測部40は、電圧計401、積分器402、変位算出部403、及びデューティ比測定回路409を備える。 FIG. 17 shows a power generation system 3A according to a modified example of the third embodiment. In the power generation system 3A shown in FIG. 17, the displacement measuring unit 40 includes a voltmeter 401, an integrator 402, a displacement calculating unit 403, and a duty ratio measuring circuit 409.

電圧計401は、振動発電機10の出力電圧を計測する。積分器402は、振動発電機10の出力電圧の積分値を算出する。デューティ比測定回路409は、スイッチング回路のデューティ比を測定する。具体的には、デューティ比測定回路409は、スイッチング周期(Tsw)を保持しており、パルス信号発生回路80から出力されるパルス信号の信号レベルがハイである期間(Ton)を検出し、測定した期間をスイッチング周期で割ることでデューティ比を算出する。変位算出部403は、電圧計401によって計測された電圧と、積分器402によって得られた電圧の積分値と、デューティ比測定回路409によって測定されたデューティ比と、に基づいて、可動部の変位を算出する。 The voltmeter 401 measures the output voltage of the vibration power generator 10. The integrator 402 calculates the integrated value of the output voltage of the vibration power generator 10. The duty ratio measuring circuit 409 measures the duty ratio of the switching circuit. Specifically, the duty ratio measurement circuit 409 holds a switching cycle (T sw ), and detects a period ( Ton ) in which the signal level of the pulse signal output from the pulse signal generation circuit 80 is high. , The duty ratio is calculated by dividing the measured period by the switching cycle. The displacement calculation unit 403 displaces the movable portion based on the voltage measured by the voltmeter 401, the integrated value of the voltage obtained by the integrator 402, and the duty ratio measured by the duty ratio measuring circuit 409. Is calculated.

なお、デューティ比測定回路409が設けられていなくてもよい。この場合、変位算出部403は、コントローラ74からデューティ比の設定値を示す情報を受け取り、この情報に基づいて可動部の変位を算出する。 The duty ratio measuring circuit 409 may not be provided. In this case, the displacement calculation unit 403 receives information indicating the set value of the duty ratio from the controller 74, and calculates the displacement of the movable unit based on this information.

以上のように、第3の実施形態の変形例に係る変位計測部40は、外部センサを用いずに、振動発電機10の出力電圧に基づいて可動部の変位を計測することができる。それにより、変位計測に要する電力を削減することができ、その結果、システム全体の低電力消費化を図ることができる。 As described above, the displacement measuring unit 40 according to the modified example of the third embodiment can measure the displacement of the movable unit based on the output voltage of the vibration power generator 10 without using an external sensor. As a result, the power required for displacement measurement can be reduced, and as a result, the power consumption of the entire system can be reduced.

[第4の実施形態]
図18は、第4の実施形態に係る発電システム4を示している。図18に示されるように、発電システム4は、振動発電機10、整流・平滑回路20、コンバータ30、変位計測部40、絶対値回路42、リファレンス出力部50、差分計測器64、コントローラ76、パルス信号発生回路80、及び電力計測部92を備える。第4の実施形態に係る発電システム4は、電力計測部92が追加されている点及びコントローラ74がコントローラ76に変更されている点で、第3の実施形態に係る発電システム3(図15)と異なる。
[Fourth Embodiment]
FIG. 18 shows the power generation system 4 according to the fourth embodiment. As shown in FIG. 18, the power generation system 4 includes a vibration power generator 10, a rectifying / smoothing circuit 20, a converter 30, a displacement measuring unit 40, an absolute value circuit 42, a reference output unit 50, a difference measuring instrument 64, and a controller 76. It includes a pulse signal generation circuit 80 and a power measurement unit 92. The power generation system 4 according to the fourth embodiment has the power generation system 3 according to the third embodiment (FIG. 15) in that the power measurement unit 92 is added and the controller 74 is changed to the controller 76. Different from.

環境振動が非定常的である場合には、適正インピーダンスZrは、一意に決まらず、時々刻々と変化する。このため、上述した第1から第3の実施形態のように、変位絶対値が基準変位未満である期間にデューティ比を値D1に固定すると、発電効率が低下することがある。本実施形態では、変位絶対値が基準変位未満である期間は、電力を最大化するようにデューティ比を適応的に制御する。 When the environmental vibration is unsteady, the appropriate impedance Zr is not uniquely determined and changes from moment to moment. Therefore, if the duty ratio is fixed to the value D1 during the period when the absolute displacement value is less than the reference displacement as in the first to third embodiments described above, the power generation efficiency may decrease. In the present embodiment, the duty ratio is adaptively controlled so as to maximize the power during the period when the absolute displacement value is less than the reference displacement.

電力計測部92は、振動発電機10の出力電力を計測する。コントローラ76は、変位絶対値が基準変位未満である期間は、電力計測部92によって計測された電力に基づいてデューティ比を制御する。例えば、コントローラ76は、振動発電機10の出力電力を最大化するようにデューティ比を変更する。それにより、図19に示されるように、デューティ比の変更に応じてインピーダンスが変化する。電力最大化のアルゴリズムとしては、例えば、MPPT(最大電力点追従制御)などの一般的な手法を使用することができる。変位絶対値が基準変位以上である期間は、コントローラ76は、第3の実施形態に係るコントローラ74(図15)と同様に、差分計測器64により得られた差分がなくなるようにデューティ比を制御する。 The power measuring unit 92 measures the output power of the vibration power generator 10. The controller 76 controls the duty ratio based on the electric power measured by the electric power measuring unit 92 during the period when the absolute displacement value is less than the reference displacement. For example, the controller 76 changes the duty ratio so as to maximize the output power of the vibration power generator 10. As a result, as shown in FIG. 19, the impedance changes according to the change in the duty ratio. As the power maximization algorithm, for example, a general method such as MPPT (Maximum Power Point Tracking Control) can be used. During the period when the absolute displacement value is equal to or greater than the reference displacement, the controller 76 controls the duty ratio so that the difference obtained by the difference measuring instrument 64 disappears, similarly to the controller 74 (FIG. 15) according to the third embodiment. do.

第4の実施形態では、環境振動が非定常的である場合にも、小振動振幅時における発電電力の最大化と大振動振幅時における可動部変位の抑制とを両立することができる。 In the fourth embodiment, even when the environmental vibration is unsteady, it is possible to achieve both maximization of the generated power at the time of small vibration amplitude and suppression of displacement of the moving part at the time of large vibration amplitude.

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Although some embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other embodiments, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the gist of the invention. These embodiments and variations thereof are included in the scope and gist of the invention, and are also included in the scope of the invention described in the claims and the equivalent scope thereof.

1、1A、2、2A、2B、3、3A、4…発電システム、
10…振動発電機、11…ケース、12…振動子、12a、12b、12c…磁石、
12f、12g、12h…ヨーク、13…コイル、14…コイル固定部材、
14a…コイル支持部、15…弾性部材、
20…整流・平滑回路、
30…コンバータ、31…キャパシタ、32…スイッチング回路、
33…チョッパコイル、34…ダイオード、35A、35B…入力端子、
36A、36B…出力端子、
40…変位計測部、42…絶対値回路、401…電圧計、
402…積分器、403…変位算出部、409…デューティ比測定回路、
50…リファレンス出力部、60、62…比較器、64…差分計測器、
70、72、74、76…コントローラ、80…パルス信号発生回路、
90…蓄電部、92…電力計測部。
1, 1A, 2, 2A, 2B, 3, 3A, 4 ... Power generation system,
10 ... Vibration power generator, 11 ... Case, 12 ... Oscillator, 12a, 12b, 12c ... Magnet,
12f, 12g, 12h ... yoke, 13 ... coil, 14 ... coil fixing member,
14a ... Coil support, 15 ... Elastic member,
20 ... Rectifier / smoothing circuit,
30 ... converter, 31 ... capacitor, 32 ... switching circuit,
33 ... Chopper coil, 34 ... Diode, 35A, 35B ... Input terminal,
36A, 36B ... Output terminal,
40 ... Displacement measuring unit, 42 ... Absolute value circuit, 401 ... Voltmeter,
402 ... Integrator, 403 ... Displacement calculation unit, 409 ... Duty ratio measurement circuit,
50 ... Reference output unit, 60, 62 ... Comparator, 64 ... Difference measuring instrument,
70, 72, 74, 76 ... controller, 80 ... pulse signal generation circuit,
90 ... power storage unit, 92 ... power measurement unit.

Claims (12)

可動部を含み、前記可動部の機械エネルギーを単相交流の電力に変換する発電機と、
前記可動部の変位を計測する変位計測部と、
前記発電機に接続され、前記単相交流の電力を直流の電力に変換する整流回路と前記直流の電力を変圧するコンバータとを備える電気回路と、
を備え、
前記コンバータは、前記電気回路の入力インピーダンスを所定の値に設定するために、前記計測された変位に基づいてデューティ比が制御されるスイッチング回路を含み、
前記変位計測部は、前記発電機の出力電圧の積分値と、前記デューティ比と、に基づいて、前記可動部の変位を計測する、発電システム。
A generator that includes a moving part and converts the mechanical energy of the moving part into single-phase AC power.
A displacement measuring unit that measures the displacement of the movable unit, and a displacement measuring unit.
An electric circuit connected to the generator and provided with a rectifying circuit that converts the single-phase alternating current power into direct current power and a converter that transforms the direct current power.
Equipped with
The converter comprises a switching circuit in which the duty ratio is controlled based on the measured displacement in order to set the input impedance of the electric circuit to a predetermined value.
The displacement measuring unit is a power generation system that measures the displacement of the movable portion based on the integrated value of the output voltage of the generator and the duty ratio .
前記計測された変位と基準変位とを比較する比較器をさらに備え、
前記デューティ比は、前記計測された変位が前記基準変位未満であるときは第1の値に設定され、前記計測された変位が前記基準変位以上になったことに応答して前記第1の値より大きい第2の値に設定される、請求項1に記載の発電システム。
Further equipped with a comparator for comparing the measured displacement with the reference displacement,
The duty ratio is set to a first value when the measured displacement is less than the reference displacement, and the first value in response to the measured displacement being greater than or equal to the reference displacement. The power generation system according to claim 1, wherein the power generation system is set to a larger second value.
前記計測された変位の絶対値を算出する絶対値回路と、
前記算出された絶対値と基準変位とを比較する比較器と、
をさらに備え、
前記デューティ比は、前記算出された絶対値が前記基準変位未満であるときは第1の値に設定され、前記算出された絶対値が前記基準変位以上であるときは前記第1の値より大きい第2の値に設定される、請求項1に記載の発電システム。
An absolute value circuit that calculates the absolute value of the measured displacement,
A comparator that compares the calculated absolute value with the reference displacement,
Further prepare
The duty ratio is set to a first value when the calculated absolute value is less than the reference displacement, and is larger than the first value when the calculated absolute value is greater than or equal to the reference displacement. The power generation system according to claim 1, which is set to a second value.
前記計測された変位の絶対値を算出する絶対値回路と、
前記算出された絶対値と第1の基準変位及び前記第1の基準変位より大きい第2の基準変位とを比較する比較器と、
をさらに備え、
前記デューティ比は、前記算出された絶対値が前記第2の基準変位以上になったことに応答して第2の値に設定され、前記算出された絶対値が前記第1の基準変位未満になったことに応答して前記第2の値より小さい第1の値に設定される、請求項1に記載の発電システム。
An absolute value circuit that calculates the absolute value of the measured displacement,
A comparator that compares the calculated absolute value with the first reference displacement and the second reference displacement larger than the first reference displacement.
Further prepare
The duty ratio is set to a second value in response to the calculated absolute value becoming greater than or equal to the second reference displacement, and the calculated absolute value is less than the first reference displacement. The power generation system according to claim 1, wherein the power generation system is set to a first value smaller than the second value in response to the above-mentioned second value.
前記第1の値は、前記電気回路の入力インピーダンスを前記発電機の出力電力を最大化するインピーダンスに設定する値である、請求項2乃至4のいずれか1項に記載の発電システム。 The power generation system according to any one of claims 2 to 4, wherein the first value is a value that sets the input impedance of the electric circuit to an impedance that maximizes the output power of the generator. 前記計測された変位の絶対値を算出する絶対値回路と、
前記算出された絶対値と基準変位との差分を計測する差分計測器と、
をさらに備え、
前記デューティ比は、前記差分がなくなるようにP、PI又はPID制御で調整される、請求項1に記載の発電システム。
An absolute value circuit that calculates the absolute value of the measured displacement,
A difference measuring instrument that measures the difference between the calculated absolute value and the reference displacement,
Further prepare
The power generation system according to claim 1, wherein the duty ratio is adjusted by P, PI or PID control so that the difference disappears.
前記単相交流の電力を計測する電力計測部をさらに備え、
前記デューティ比は、前記算出された絶対値が前記基準変位未満であるときは、前記計測された電力に基づいて制御され、前記算出された絶対値が前記基準変位以上であるときは、前記差分がなくなるように調整される、請求項6に記載の発電システム。
Further equipped with a power measuring unit for measuring the power of the single-phase AC,
The duty ratio is controlled based on the measured power when the calculated absolute value is less than the reference displacement, and the difference when the calculated absolute value is greater than or equal to the reference displacement. The power generation system according to claim 6, wherein the power generation system is adjusted so as to eliminate.
前記変位計測部は、前記発電機の出力電圧と、前記出力電圧の積分値と、前記デューティ比と、に基づいて、前記可動部の変位を計測する、請求項1乃至7のいずれか一項に記載の発電システム。 One of claims 1 to 7, wherein the displacement measuring unit measures the displacement of the movable portion based on the output voltage of the generator, the integrated value of the output voltage, and the duty ratio. The power generation system described in. 前記コンバータは、バックブーストコンバータを含む、請求項1乃至のいずれか一項に記載の発電システム。 The power generation system according to any one of claims 1 to 8 , wherein the converter includes a back boost converter. 前記変圧された電力を蓄電する蓄電部をさらに備える請求項1乃至のいずれか一項に記載の発電システム。 The power generation system according to any one of claims 1 to 9 , further comprising a storage unit for storing the transformed electric power. 前記蓄電部は、キャパシタを含む、請求項10に記載の発電システム。 The power generation system according to claim 10 , wherein the power storage unit includes a capacitor. 前記蓄電部は、2次電池を含む、請求項10に記載の発電システム。 The power generation system according to claim 10 , wherein the power storage unit includes a secondary battery.
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