JP7246333B2 - 発電装置、及び、整流回路 - Google Patents

Description

本発明は、発電装置、及び、整流回路に関する。

櫛歯構造をそれぞれ有する２つの固定電極及び２つの可動電極が配置された振動発電素子が知られている（特許文献１）。

特開２０１８－８８７８０号公報

特許文献１に記載の振動発電素子では、固定電極と可動電極との間の対向面積の変化によってエレクトレットの誘導電荷が変化し、固定電極と可動電極との間の電圧が変化して起電力が発生することで発電が行われる。振動発電素子の発電によって得られた起電力は、電気的接続を介して負荷に印加され、負荷が駆動される。従来から、電力を効率良く供給することが求められている。

本発明の第１の態様によると、発電装置は、第１電極と、第２電極と、前記第１電極及び前記第２電極の間に設けられ、前記第１電極に対向する第３電極及び前記第２電極に対向する第４電極を有する可動部とを有し、振動により発電する発電素子と、前記第１電極と第１出力部との間に設けられる第１整流部と、前記第１電極と第２出力部との間に設けられる第２整流部と、前記第２電極と前記第１出力部との間に設けられる第３整流部と、前記第２電極と前記第２出力部との間に設けられる第４整流部と、前記可動部と前記第１出力部との間に設けられる第５整流部と、前記可動部と前記第２出力部との間に設けられる第６整流部とを有し、前記発電素子により発電された交流を直流に変換する変換部と、を備える。
本発明の第２の態様によると、整流回路は、第１電極と、第２電極と、前記第１電極及び前記第２電極の間に設けられ、前記第１電極に対向する第３電極及び前記第２電極に対向する第４電極を有する可動部とを有する発電素子に接続可能な整流回路であって、前記第１電極と第１出力部との間に設けられる第１整流部と、前記第１電極と第２出力部との間に設けられる第２整流部と、前記第２電極と前記第１出力部との間に設けられる第３整流部と、前記第２電極と前記第２出力部との間に設けられる第４整流部と、前記第３電極と前記第４電極と前記第１出力部との間に設けられる第５整流部と、前記第３電極と前記第４電極と前記第２出力部との間に設けられる第６整流部と、を備える。

本発明によれば、電力を効率良く供給することができる。

第１の実施の形態に係る発電装置の構成例を示す図である。 第１の実施の形態に係る発電素子の構成例を示す図である。 第１の実施の形態に係る発電装置の動作の一例を説明するための図である。 第１の実施の形態に係る発電装置により行われる処理を説明するための図である。 比較例に係る発電装置の構成例を示す図である。

（第１の実施の形態）
図面を参照して、第１の実施の形態に係る発電装置について説明する。図１は、第１の実施の形態に係る発電装置の構成例を示す図である。発電装置（振動発電装置）１は、発電素子１０と、変換部２０と、第１出力部２５と、第２出力部２６とを備え、振動を利用して発電を行う。発電装置１は、静電方式の発電装置であり、環境の振動のエネルギーを採取して電力を得る技術（エナジーハーベスティング）として利用可能である。

図２は、第１の実施の形態に係る発電素子の構成例を示す図である。発電素子（振動発電素子）１０は、支持枠（支持部材）１１と、可動部１２と、保持部１８とを備える。振動発電素子１０は、例えば、シリコン基板やＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板を基材として用い、ＭＥＭＳ技術を利用して製造される。支持枠（ベース）１１は、電極１６ａ及び電極１６ｂを有する。電極１６ａ、１６ｂは、支持枠１１に対して固定して保持された電極であるともいえる。以下の説明では、固定された電極１６ａ、電極１６ｂを、それぞれ第１固定電極１６ａ、第２固定電極１６ｂと称する。

可動部１２は、支持枠１１内において紙面上下方向（Ｘ軸方向）に移動可能に構成される。可動部１２は、電極１３ａ（以下、第１可動電極と称する）と、電極１３ｂ（以下、第２可動電極と称する）を有する。第１可動電極１３ａと第１固定電極１６ａとは、Ｘ軸方向において対向して配置される。第２可動電極１３ｂと第２固定電極１６ｂとは、Ｘ軸方向において対向して配置される。振動発電素子１０は、後述するが、第１可動電極１３ａ及び第２可動電極１３ｂと第１固定電極１６ａ及び第２固定電極１６ｂとが相対的に移動可能となるように構成されている。なお、図１、図２の座標軸に示すように、Ｘ軸に直交する紙面右方向をＹ軸プラス方向とする。他の図において、図１、図２の座標軸を基準として、それぞれの図の向きが分かるように座標軸を表示する場合もある。

第１固定電極１６ａ、第２固定電極１６ｂ、第１可動電極１３ａ、及び第２可動電極１３ｂは、それぞれ、櫛歯構造を有し、複数の櫛歯を有する。図２に示す例では、櫛歯（歯部）は、Ｘ軸方向に延伸する短冊状であり、紙面左右方向（Ｙ軸方向）に複数配置されている。図２において、第１固定電極１６ａは３本の歯部を有し、第１可動電極１３ａは２本の歯部を有する。また、第２固定電極１６ｂは３本の歯部を有し、第２可動電極１３ｂは２本の歯部を有する。第１固定電極１６ａ、第２固定電極１６ｂ、第１可動電極１３ａ、及び第２可動電極１３ｂは、それぞれ、櫛歯形状となる部分（櫛歯部分）を有し、櫛歯状の電極となる。なお、第１固定電極１６ａ、第２固定電極１６ｂ、第１可動電極１３ａ、及び第２可動電極１３ｂに設けられる櫛歯の数及び配置は、図示した例に限られない。

第１固定電極１６ａと第１可動電極１３ａとは、各々の櫛歯部分が対向して配置される。第１固定電極１６ａの櫛歯部分１７ａと、第１可動電極１３ａの櫛歯部分１４ａとは、噛み合うように形成される。第１固定電極１６ａは、櫛歯状の第１可動電極１３ａの形状に対応する櫛歯状の形状を有する。

第２固定電極１６ｂと第２可動電極１３ｂとは、各々の櫛歯部分が対向して配置される。第２固定電極１６ｂの櫛歯部分１７ｂと、第２可動電極１３ｂの櫛歯部分１４ｂとは、噛み合うように形成される。第２固定電極１６ｂは、櫛歯状の第２可動電極１３ｂの形状に対応する櫛歯状の形状を有する。

第１固定電極１６ａのうち、第１可動電極１３ａと対向する面の表面近傍には、エレクトレットが形成される。第１固定電極１６ａは、エレクトレット化された電極となり、半永久的に帯電する。本実施の形態では、第１固定電極１６ａの櫛歯部分１７ａには、負電荷を有するエレクトレットが設けられる。例えば、櫛歯部分１７ａには、負の固定電荷を有する酸化膜がエレクトレット膜（層）として形成される。櫛歯部分１７ａに負電荷のエレクトレットが設けられるため、第１固定電極１６ａにおいて静電誘導が生じ、第１固定電極１６ａの内部では正電荷が誘起される。

第１可動電極１３ａの櫛歯部分１４ａは、負に帯電した第１固定電極１６ａの櫛歯部分１７ａと対向して配置される。このため、第１可動電極１３ａ及び第１固定電極１６ａに静電誘導が生じると、第１可動電極１３ａに正電荷が誘起される。第１可動電極１３ａの櫛歯部分１４ａは、第１固定電極１６ａのエレクトレットの電界によって電荷が誘起されて帯電する。なお、図中に記号「－」で模式的に示すように、第１固定電極１６ａは、全体としては負に帯電した状態となる。

第１可動電極１３ａと第１固定電極１６ａとの間には、容量（静電容量）が形成される。第１可動電極１３ａと第１固定電極１６ａとが対向する部分の面積は、第１可動電極１３ａと第１固定電極１６ａとの間隔（距離）に応じて変化する。第１可動電極１３ａ及び第１固定電極１６ａ間の静電容量（の大きさ）は、第１可動電極１３ａと第１固定電極１６ａとの間隔に応じて増減する。

第２固定電極１６ｂのうち、第２可動電極１３ｂと対向する面の表面近傍にも、エレクトレットが形成される。第２固定電極１６ｂは、エレクトレット化された電極となり、半永久的に帯電する。本実施の形態では、第２固定電極１６ｂの櫛歯部分１７ｂには、負電荷を有するエレクトレットが設けられる。櫛歯部分１７ｂに負電荷のエレクトレットが設けられるため、第２固定電極１６ｂにおいて静電誘導が生じ、第２固定電極１６ｂの内部では正電荷が誘起される。

第２可動電極１３ｂの櫛歯部分１４ｂは、負に帯電した第２固定電極１６ｂの櫛歯部分１７ｂと対向して配置される。このため、第２可動電極１３ｂ及び第２固定電極１６ｂに静電誘導が生じると、第２可動電極１３ｂに正電荷が誘起される。第２可動電極１３ｂの櫛歯部分１４ｂは、第２固定電極１６ｂのエレクトレットの電界によって電荷が誘起されて帯電する。なお、図中に記号「－」で模式的に示すように、第２固定電極１６ｂは、全体としては負に帯電した状態となる。

第２可動電極１３ｂと第２固定電極１６ｂとの間には、静電容量が形成される。第２可動電極１３ｂと第２固定電極１６ｂとが対向する部分の面積は、第２可動電極１３ｂと第２固定電極１６ｂとの間隔に応じて変化する。第２可動電極１３ｂ及び第２固定電極１６ｂ間の静電容量は、第２可動電極１３ｂと第２固定電極１６ｂとの間隔に応じて増減する。

なお、第１固定電極１６ａ及び第２固定電極１６ｂに、正電荷を有するエレクトレットを設けるようにしてもよい。また、第１可動電極１３ａ及び第２可動電極１３ｂに、正電荷又は負電荷を有するエレクトレットを設けるようにしてもよい。

保持部１８は、弾性を有する材料を用いて構成され、可動部１２を保持（支持）する。保持部１８は、金属材料を用いて構成されてもよいし、可撓性を有する他の材料を用いて構成されてもよい。可動部１２は、保持部１８によって弾性的に支持された状態となり、Ｘ軸方向に移動（振動）可能となる。可動部１２の第１可動電極１３ａ及び第２可動電極１３ｂは、支持枠１１に対してＸ軸方向に振動可能となるように、保持部１８によって保持される。なお、保持部１８のばね定数は、シミュレーションや実験等によって定められる。

振動発電素子１０に外部から振動が与えられると、保持部１８に撓み（弾性変形）が生じ、可動部１２はＸ軸方向に振動すると共に、第１可動電極１３ａ及び第２可動電極１３ｂの変位が生じる。可動部１２の振動によって、第１可動電極１３ａ及び第２可動電極１３ｂは第１固定電極１６ａ及び第２固定電極１６ｂに対して振動し、第１可動電極１３ａ及び第２可動電極１３ｂと第１固定電極１６ａ及び第２固定電極１６ｂとの位置関係が変化する。可動部１２のＸ方向の移動に伴って、第１可動電極１３ａの櫛歯部分１４ａは、第１固定電極１６ａの櫛歯部分１７ａに対して離間及び近接する。また、可動部１２のＸ方向の移動に伴って、第２可動電極１３ｂの櫛歯部分１４ｂは、第２固定電極１６ｂの櫛歯部分１７ｂに対して離間及び近接する。

可動部１２が移動することで、第１可動電極１３ａの櫛歯部分１４ａにおける第１固定電極１６ａの櫛歯部分１７ａに対向する領域の面積が変化する。この面積の変化に応じて、第１可動電極１３ａ及び第１固定電極１６ａによる静電容量が変化し、第１固定電極１６ａのエレクトレットによって第１可動電極１３ａにおいて誘導される電荷量が変化する。また、第１固定電極１６ａ内部において誘導される電荷量が変化する。この場合、第１固定電極１６ａと第１固定電極１６ａに電気的に接続された外部（図１では変換部２０）との間で電荷の移動が生じる。図１及び図２に示す接続部分（配線、端子等）Ｗ１において電荷の移動が生じ、第１固定電極１６ａ及び変換部２０間で電流が生じる。

また、可動部１２が移動することで、第２可動電極１３ｂの櫛歯部分１４ｂにおける第２固定電極１６ｂの櫛歯部分１７ｂに対向する領域の面積も変化する。この面積の変化に応じて、第２可動電極１３ｂ及び第２固定電極１６ｂによる静電容量が変化し、第２固定電極１６ｂのエレクトレットによって第２可動電極１３ｂにおいて誘導される電荷量が変化する。また、第２固定電極１６ｂ内部において誘導される電荷量が変化する。この場合、第２固定電極１６ｂと第２固定電極１６ｂに電気的に接続された外部（図１では変換部２０）との間で電荷の移動が生じる。図１及び図２に示す配線Ｗ２において電荷の移動が生じ、第２固定電極１６ｂ及び変換部２０間で電流が生じる。

上述のように、振動発電素子１０に振動が加わった場合、第１可動電極１３ａと第１固定電極１６ａとの間の静電容量が変化すると共に、第２可動電極１３ｂと第２固定電極１６ｂとの間の静電容量も変化する。第１可動電極１３ａ及び第１固定電極１６ａ間の静電容量と、第２可動電極１３ｂ及び第２固定電極１６ｂ間の静電容量は、逆位相で変化する。第１可動電極１３ａ及び第１固定電極１６ａ間の静電容量が変動することで、第１固定電極１６ａ及び変換部２０間において交流電流が流れ、発電が行われる。また、第２可動電極１３ｂ及び第２固定電極１６ｂ間の静電容量が変動することで、第２固定電極１６ｂ及び変換部２０間に交流電流が流れ、発電が行われる。振動発電素子１０から変換部２０に、交流電圧が供給されることになる。

このように、本実施の形態に係る発電装置１では、振動に起因して生じる静電容量の変化を利用して、交流電力を生成することができる。振動発電素子１０は、第１可動電極１３ａ及び第１固定電極１６ａ間と、第２可動電極１３ｂ及び第２固定電極１６ｂ間の各々で発電を行うため、発電量を増加させることができる。振動エネルギーを効率よく電気エネルギーに変換することが可能となり、発電効率を向上させることができる。

図１に示すように、変換部２０は、複数の整流部２１（整流部２１ａ～整流部２１ｆ）を有し、交流を直流に変換する機能を有する。変換部２０は、交流を直流に変換する整流回路２０である。６つの整流部（整流素子）２１は、それぞれ、ダイオードによって構成される。変換部２０は、振動発電素子１０に電気的に接続され、振動発電素子１０による交流電圧が入力される。変換部２０は、振動発電素子１０からの交流電流（電圧）を直流に変換して、第１出力部２５及び第２出力部２６に出力する。なお、整流部２１は、ＭＯＳトランジスタを用いて構成してもよいし、バイポーラトランジスタを用いて構成してもよい。

第１出力部２５及び第２出力部２６は、変換部２０によって直流に変換された電流（電圧）が出力される部分（配線、端子等）である。第１出力部２５及び第２出力部２６を介して、発電装置１の外部（図１では電気素子３０）に電力が供給される。

電気素子３０は、振動発電素子１０及び変換部２０により生成された電力が供給される電気部品である。電気素子３０は、例えば、コンデンサやバッテリ等の蓄電部、ＤＣ－ＤＣコンバータ等の変換部である。電気素子３０は、負荷として動作し、図において抵抗Ｒで模式的に表している。なお、発電装置１は、電気素子３０を含んで構成されてもよい。

変換部２０の整流部２１ａは、振動発電素子１０の第１固定電極１６ａと第１出力部２５との間に設けられる。図１に示す例では、整流部２１ａは、振動発電素子１０の第１固定電極１６ａと、第１出力部２５とに電気的に接続されるダイオードＤａにより構成される。ダイオードＤａのアノード（端子）は、振動発電素子１０の第１固定電極１６ａに接続される。ダイオードＤａのカソード（端子）は、第１出力部２５を介して、電気素子３０の抵抗Ｒの一端３１に接続される。

整流部２１ｂは、振動発電素子１０の第１固定電極１６ａと第２出力部２６との間に設けられる。整流部２１ｂは、振動発電素子１０の第１固定電極１６ａと、第２出力部２６とに電気的に接続されるダイオードＤｂにより構成される。ダイオードＤｂのアノードは、第２出力部２６を介して、電気素子３０の抵抗Ｒの他端３２と接地線（グランド線）に接続される。ダイオードＤｂのカソードは、振動発電素子１０の第１固定電極１６ａに接続される。

整流部２１ｃは、振動発電素子１０の可動部１２と第１出力部２５との間に設けられる。整流部２１ｃは、振動発電素子１０の第１可動電極１３ａ及び第２可動電極１３ｂの各々と、第１出力部２５とに電気的に接続されるダイオードＤｃにより構成される。ダイオードＤｃのアノードは、振動発電素子１０の第１可動電極１３ａ及び第２可動電極１３ｂに接続される。ダイオードＤｃのカソードは、第１出力部２５を介して、抵抗Ｒの一端３１に接続される。

整流部２１ｄは、振動発電素子１０の可動部１２と第２出力部２６との間に設けられる。整流部２１ｄは、振動発電素子１０の第１可動電極１３ａ及び第２可動電極１３ｂの各々と、第２出力部２６とに電気的に接続されるダイオードＤｄにより構成される。ダイオードＤｄのアノードは、第２出力部２６を介して、抵抗Ｒの他端３２と接地線に接続される。ダイオードＤｄのカソードは、振動発電素子１０の第１可動電極１３ａ及び第２可動電極１３ｂに接続される。

整流部２１ｅは、振動発電素子１０の第２固定電極１６ｂと第１出力部２５との間に設けられる。整流部２１ｅは、振動発電素子１０の第２固定電極１６ｂと、第１出力部２５とに電気的に接続されるダイオードＤｅにより構成される。ダイオードＤｅのアノードは、振動発電素子１０の第２固定電極１６ｂに接続される。ダイオードＤｅのカソードは、第１出力部２５を介して、抵抗Ｒの一端３１に接続される。

整流部２１ｆは、振動発電素子１０の第２固定電極１６ｂと第２出力部２６との間に設けられる。整流部２１ｆは、振動発電素子１０の第２固定電極１６ｂと、第２出力部２６とに電気的に接続されるダイオードＤｆにより構成される。ダイオードＤｆのアノードは、第２出力部２６を介して、抵抗Ｒの他端３２と接地線に接続される。ダイオードＤｆのカソードは、振動発電素子１０の第２固定電極１６ｂに接続される。
ダイオードＤｂ、Ｄｄ、Ｄｆの各々のアノードの電位は、接地電位となる。

図３は、第１の実施の形態に係る発電装置の動作の一例を説明するための図である。図３（ａ）、（ｂ）では、可動部１２が第１固定電極１６ａ及び第２固定電極１６ｂに対してＸ方向に振動する場合に、発電装置１において発生する電流を模式的に示している。図３（ａ）は可動部１２が＋Ｘ方向に移動する場合を示し、図３（ｂ）は可動部１２が－Ｘ方向に移動する場合を示している。

図３（ａ）に示す状態では、可動部１２の＋Ｘ方向の移動に伴って、可動部１２の第１可動電極１３ａと第１固定電極１６ａとが対向する部分の面積は大きくなり、可動部１２の第２可動電極１３ｂと第２固定電極１６ｂとが対向する部分の面積は小さくなる。このため、第１可動電極１３ａと第１固定電極１６ａとの静電容量は大きくなり、第２可動電極１３ｂと第２固定電極１６ｂとの静電容量が小さくなる。

第１可動電極１３ａ及び第１固定電極１６ａ間の静電容量が増加すると、第１固定電極１６ａのエレクトレットによって第１可動電極１３ａにおいて誘起される正電荷の量が増加すると共に、第１固定電極１６ａ内部において誘起される正電荷の量が減少する。このとき、配線Ｗ１を介して変換部２０側から第１固定電極１６ａ側に向かって負電荷（電子）が移動しようとし、変換部２０の整流部２１ａがオン状態（順バイアス状態）となる。整流部２１ｂは、オフ状態（逆バイアス状態）となる。

また、第２可動電極１３ｂ及び第２固定電極１６ｂ間の静電容量が減少すると、第２固定電極１６ｂのエレクトレットによって第２可動電極１３ｂにおいて誘起される正電荷の量が減少すると共に、第２固定電極１６ｂ内部において誘起される正電荷の量が増加する。このとき、配線Ｗ２を介して第２固定電極１６ｂ側から変換部２０側に向かって負電荷が移動しようとし、変換部２０の整流部２１ｆがオン状態となる。整流部２１ｅは、オフ状態となる。

整流部２１ａ及び整流部２１ｆがオン状態となることで、図３（ａ）において白抜き矢印で示すように電流が流れる。整流部２１ａは、第１固定電極１６ａからの電流を抵抗Ｒの一端３１に供給し、整流部２１ｆは、抵抗Ｒの他端３２及び整流部２１ｆのアノードが接続される接地線からの電流を第２固定電極１６ｂに供給する。

一方、図３（ｂ）に示す状態では、可動部１２の－Ｘ方向の移動に伴って、可動部１２の第１可動電極１３ａと第１固定電極１６ａとが対向する部分の面積は小さくなり、可動部１２の第２可動電極１３ｂと第２固定電極１６ｂとが対向する部分の面積は大きくなる。このため、第１可動電極１３ａと第１固定電極１６ａとの静電容量は小さくなり、第２可動電極１３ｂと第２固定電極１６ｂとの静電容量が大きくなる。

第１可動電極１３ａ及び第１固定電極１６ａ間の静電容量が減少すると、第１可動電極１３ａにおいて誘起される正電荷の量が減少すると共に、第１固定電極１６ａ内部において誘起される正電荷の量が増加する。配線Ｗ１を介して第１固定電極１６ａ側から変換部２０側に向かって負電荷が移動しようとし、整流部２１ｂがオン状態となる。整流部２１ａは、オフ状態となる。

また、第２可動電極１３ｂ及び第２固定電極１６ｂ間の静電容量が増加すると、第２可動電極１３ｂにおいて誘起される正電荷の量が増加すると共に、第２固定電極１６ｂ内部において誘起される正電荷の量が減少する。配線Ｗ２を介して変換部２０側から第２固定電極１６ｂ側に向かって負電荷が移動しようとし、整流部２１ｅがオン状態となる。整流部２１ｆは、オフ状態となる。

整流部２１ｂ及び整流部２１ｅがオン状態となることで、図３（ｂ）において白抜き矢印で示すように電流が流れる。整流部２１ｅは、第２固定電極１６ｂからの電流を抵抗Ｒの一端３１に供給し、整流部２１ｂは、抵抗Ｒの他端３２及び整流部２１ｂのアノードが接続される接地線からの電流を第１固定電極１６ａに供給する。

可動部１２が＋Ｘ方向に移動した場合及び可動部１２が－Ｘ方向に移動した場合のいずれの場合にも、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、電気素子３０の抵抗Ｒには一定方向の電流が流れることが分かる。

図４は、第１の実施の形態に係る発電装置により行われる処理を説明するための図である。図４では、同一の時間軸に、可動部１２の移動速度ｖ（図４（ａ））と、配線Ｗ１の電圧Ｖ１（図４（ｂ））と、配線Ｗ２の電圧Ｖ２（図４（ｃ））と、Ｖ１もしくはＶ２が整流され電気素子３０に加わる電圧Ｖ３（図４（ｄ））と、Ｖ１とＶ２が整流され電気素子３０に加わる電圧Ｖ４（図４（ｅ））とを示している。図４（ａ）において、縦軸は速度の大きさを示している。図４（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）において、縦軸は電圧の大きさを示している。

図３（ａ）及び（ｂ）を用いて上述したように、変換部２０には、可動部１２が＋Ｘ方向に移動する場合、即ち速度ｖが正の値となる場合と、可動部１２が－Ｘ方向に移動する場合、即ち速度ｖが負の値となる場合とで電流の方向が変わる交流電流が供給される。配線Ｗ１の電圧Ｖ１及び配線Ｗ２の電圧Ｖ２は、図４（ｂ）、（ｃ）に示すように、互いに逆位相となる交流電圧となる。

変換部２０は、可動部１２の速度ｖが正の値となる際は、第１固定電極１６ａ及び可動部１２間の静電容量の変化に基づく直流電流を、整流部２１ａによって電気素子３０に供給する。この場合、図４（ｄ）に示すように、抵抗Ｒの一端３１の電圧Ｖ３は、正の値となる。電圧Ｖ３は、第１固定電極１６ａからの直流電流及び抵抗Ｒの抵抗値に基づく正の電圧となる。

また、変換部２０は、可動部１２の速度ｖが負の値となる際には、第２固定電極１６ｂ及び可動部１２間の静電容量の変化に基づく直流電流を、整流部２１ｅによって電気素子３０に供給する。この場合も、図４（ｄ）に示すように、抵抗Ｒの一端３１の電圧Ｖ３は、正の値となる。電圧Ｖ３は、第２固定電極１６ｂからの直流電流及び抵抗Ｒの抵抗値に基づく正の電圧となる。

このように、変換部２０は、第１固定電極１６ａ及び可動部１２と第２固定電極１６ｂ及び可動部１２とによって供給される交流出力を変換して、電気素子３０に出力することができる。電気素子３０に出力される電圧は、電圧Ｖ１及び電圧Ｖ２が全波整流された電圧となる。図３に示す例では、電気素子３０の電圧Ｖ４、即ち抵抗Ｒの両端の電位差は、図４（ｅ）に示すように、電圧Ｖ１を全波整流した電圧と電圧Ｖ２を全波整流した電圧とを合わせた値となる。本実施の形態では、可動部１２及び第１固定電極１６ａによる発電によって得られた電圧と、可動部１２及び第２固定電極１６ｂによる発電によって得られた電圧とを、電気素子３０に効率よく供給することが可能となる。

また、本実施の形態では、６つのダイオードによって交流から直流への変換を行う。このため、発電装置１のサイズ（面積）を増大させることなく、効率よく発電を行うことができる。発電装置１のサイズが増大して製造コストが増大することを回避することができる。なお、ダイオードＤａ～Ｄｆを、図３に示す例の場合とは反対向きに配置してもよい。図３において、ダイオードＤａ～Ｄｆの各々のアノードとカソードを逆にすることで、出力される電圧の極性を逆にすることができる。

図５は、比較例に係る発電装置の構成例を示す図である。比較例では、図１の発電装置が整流部２１ｃ及び整流部２１ｄを有しない構成であるため、発電装置のサイズを低減し、発電装置の製造コストを低減することが可能となる。しかし、比較例では、可動部１２の第１可動電極１３ａ及び第２可動電極１３ｂに接続される配線Ｗ０は、電気的に浮いた状態となる。このため、配線Ｗ０の電圧、即ち第１可動電極１３ａ及び第２可動電極１３ｂの電圧（電位）が、不定となり、わずかな漏れ電流や静電気等によって変化し得る。比較例に係る発電装置では、安定して発電を行うことができなくなるおそれがある。

一方、本実施の形態に係る発電装置１では、配線Ｗ０に接続される整流部２１ｃ及び整流部２１ｄが設けられる。可動部１２は、整流部２１ｃを介して第１出力部２５と電気素子３０に電気的に接続され、整流部２１ｄを介して第２出力部２６と接地線に電気的に接続される。このため、配線Ｗ０の電圧が不定となることを防ぐことが可能となる。これにより、安定した発電動作を実現することができる。

上述した実施の形態によれば、次の作用効果が得られる。
（１）発電装置１は、第１電極（第１固定電極１６ａ）と、第２電極（第２固定電極１６ｂ）と、第１電極及び第２電極の間に設けられ、第１電極に対向する第３電極（第１可動電極１３ａ）及び第２電極に対向する第４電極（第２可動電極１３ｂ）を有する可動部１２とを有し、振動により発電する発電素子１０と、第１電極と第１出力部２５との間に設けられる第１整流部２１ａと、第１電極と第２出力部２６との間に設けられる第２整流部２１ｂと、第２電極と第１出力部２５との間に設けられる第３整流部２１ｅと、第２電極と第２出力部２６との間に設けられる第４整流部２１ｆと、可動部１２と第１出力部２５との間に設けられる第５整流部２１ｃと、可動部１２と第２出力部２６との間に設けられる第６整流部２１ｄとを有し、発電素子１０により発電された交流を直流に変換する変換部２０と、を備える。このようにしたので、本実施の形態に係る発電装置１は、発電を行って得られた電力を効率よく電気素子３０に供給することができる。また、６つの整流部によって整流を行うため、発電装置１のサイズが増大することを抑制し、製造コストが増大することを防ぐことができる。

（２）整流回路２０は、第１電極（第１固定電極１６ａ）と、第２電極（第２固定電極１６ｂ）と、第１電極及び第２電極の間に設けられ、第３電極（第１可動電極１３ａ）及び第４電極（第２可動電極１３ｂ）を有する可動部１２とを有する発電素子１０に接続可能な整流回路である。整流回路２０は、第１電極と第１出力部２５との間に設けられる第１整流部２１ａと、第１電極と第２出力部２６との間に設けられる第２整流部２１ｂと、第２電極と第１出力部２５との間に設けられる第３整流部２１ｅと、第２電極と第２出力部２６との間に設けられる第４整流部２１ｆと、可動部１２と第１出力部２５との間に設けられる第５整流部２１ｃと、可動部１２と第２出力部２６との間に設けられる第６整流部２１ｄと、を備える。このようにしたので、本実施の形態に係る整流回路（変換部）２０は、発電素子１０による交流出力を直流に変換して電気素子３０に供給することができる。また、６つの整流部によって整流を行うため、整流回路の面積が増大することを抑制し、製造コストが増大することを防ぐことができる。

上記では、種々の実施形態および変形例を説明したが、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。

１…発電装置、１０…発電素子、１２…可動部、１３ａ…第１可動電極、１３ｂ…第２可動電極、１６ａ…第１固定電極、１６ｂ…第２固定電極、２０…変換部、２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ，２１ｅ，２１ｆ…整流部、２５…第１出力部、２６…第２出力部、３０…電気素子

Claims (9)

1. 第１電極と、第２電極と、前記第１電極及び前記第２電極の間に設けられ、前記第１電極に対向する第３電極及び前記第２電極に対向する第４電極を有する可動部とを有し、振動により発電する発電素子と、
   前記第１電極と第１出力部との間に設けられる第１整流部と、前記第１電極と第２出力部との間に設けられる第２整流部と、前記第２電極と前記第１出力部との間に設けられる第３整流部と、前記第２電極と前記第２出力部との間に設けられる第４整流部と、前記可動部と前記第１出力部との間に設けられる第５整流部と、前記可動部と前記第２出力部との間に設けられる第６整流部とを有し、前記発電素子により発電された交流を直流に変換する変換部と、
   を備える発電装置。
2. 請求項１に記載の発電装置において、
   前記第１整流部は、前記第１電極と前記第１出力部とに接続され、
   前記第２整流部は、前記第１電極と前記第２出力部とに接続され、
   前記第３整流部は、前記第２電極と前記第１出力部とに接続され、
   前記第４整流部は、前記第２電極と前記第２出力部とに接続され、
   前記第５整流部は、前記第３電極と前記第４電極と前記第１出力部とに接続され、
   前記第６整流部は、前記第３電極と前記第４電極と前記第２出力部とに接続される発電装置。
3. 請求項２に記載の発電装置において、
   前記第１電極及び前記第３電極と、前記第２電極及び前記第４電極とは、互いに逆位相の交流を発電する発電装置。
4. 請求項３に記載の発電装置において、
   前記可動部は、外部から振動が与えられると、前記第１電極及び前記第２電極の間において振動し、
   前記発電素子は、前記可動部が振動する場合、前記第１電極及び前記第３電極により発電し、前記第２電極及び前記第４電極により発電する発電装置。
5. 請求項３または請求項４に記載の発電装置において、
   前記変換部は、前記第１電極及び前記第３電極により発電された交流を前記第１整流部及び前記第２整流部により整流し、前記第２電極及び前記第４電極により発電された交流を前記第３整流部及び前記第４整流部により整流する発電装置。
6. 請求項３から請求項５までのいずれか一項に記載の発電装置において、
   前記第１整流部は、前記可動部が第１方向に移動する場合、前記第１電極からの電流を前記第１出力部に供給し、
   前記第３整流部は、前記可動部が前記第１方向とは反対の第２方向に移動する場合、前記第２電極からの電流を前記第１出力部に供給する発電装置。
7. 請求項１から請求項６までのいずれか一項に記載の発電装置において、
   前記第１整流部、前記第２整流部、前記第３整流部、前記第４整流部、前記第５整流部、及び前記第６整流部は、ダイオードである発電装置。
8. 請求項１から請求項７までのいずれか一項に記載の発電装置において、
   前記第１電極及び前記第２電極は、エレクトレットを有する発電装置。
9. 第１電極と、第２電極と、前記第１電極及び前記第２電極の間に設けられ、前記第１電極に対向する第３電極及び前記第２電極に対向する第４電極を有する可動部とを有する発電素子に接続可能な整流回路であって、
   前記第１電極と第１出力部との間に設けられる第１整流部と、
   前記第１電極と第２出力部との間に設けられる第２整流部と、
   前記第２電極と前記第１出力部との間に設けられる第３整流部と、
   前記第２電極と前記第２出力部との間に設けられる第４整流部と、
   前記第３電極と前記第４電極と前記第１出力部との間に設けられる第５整流部と、
   前記第３電極と前記第４電極と前記第２出力部との間に設けられる第６整流部と、
   を備える整流回路。

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