WO2013057897A1 - 振動発電器、回転体および通信装置 - Google Patents

振動発電器、回転体および通信装置 Download PDF

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WO2013057897A1
WO2013057897A1 PCT/JP2012/006445 JP2012006445W WO2013057897A1 WO 2013057897 A1 WO2013057897 A1 WO 2013057897A1 JP 2012006445 W JP2012006445 W JP 2012006445W WO 2013057897 A1 WO2013057897 A1 WO 2013057897A1
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WO
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electrode
substrate
vibration
power generator
vibration power
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Application number
PCT/JP2012/006445
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English (en)
French (fr)
Inventor
中塚　宏
大西　慶治
山川　岳彦
Original Assignee
パナソニック株式会社
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N1/00—Electrostatic generators or motors using a solid moving electrostatic charge carrier
    • H02N1/06—Influence generators
    • H02N1/08—Influence generators with conductive charge carrier, i.e. capacitor machines

Definitions

  • the present invention relates to a vibration power generator suitable for being fixedly installed on a rotating body, a rotating body using the same, and a communication device using the same.
  • Patent Document 1 a power generator installed in a rotating body is known (see, for example, Patent Document 1).
  • FIG. 12 is described in Patent Document 1 (see FIGS. 4 and 0021 to 0022) of an example of a power generator when the power generator is used by being fixedly disposed on a wheel (rotary body). It is the figure which showed the example of arrangement
  • Patent Document 1 as a power generator installed on a rotating body, a fixed part having a substantially arc-shaped moving path and a movable part along the moving path are arranged, and power is generated by movement with respect to the fixed part.
  • a power generation apparatus including a movable part configured to be performed, wherein a radius of curvature of the moving path is smaller than a radius of curvature of the rotating body.
  • FIG. 13 is a cross-sectional view of the power generation device 50 described in Patent Document 1 (see FIG. 2 and stages 0012 to 0020 of the same document).
  • the power generation device 50 has an internal space, and a fixed portion 1 as a housing in which an upper surface and a lower surface of the internal space facing each other are formed in a substantially arc shape, and a movable portion 2 movable with respect to the fixed portion 1 It has.
  • a first power generation unit 10 and a second power generation unit 20 are configured inside the fixed unit 1.
  • the fixed portion 1 is provided with a substantially arc-shaped fixed substrate 1a along the upper and lower surfaces of the internal space.
  • a current collecting electrode 3 composed of a current collecting portion 3a and a connecting portion 3b and a current collecting electrode 4 composed of a current collecting portion 4a and a connecting portion 4b are formed.
  • the current collecting electrode 3 and the current collecting electrode 4 are arranged such that the current collecting unit 3a and the current collecting unit 4a are adjacent to each other with a predetermined distance therebetween.
  • the connecting portions 3b and 4b connect the collecting electrodes 3a and the collecting electrodes 4a, respectively. Further, the connecting portion 3 b of the collecting electrode 3 and the connecting portion 4 b of the collecting electrode 4 are connected via a load 5, respectively.
  • the movable portion 2 includes a weight 2a having an upper surface and a lower surface formed in a substantially arc shape so as to follow the arc shape of the fixed portion 1.
  • the weight 2a is provided with a movable substrate 2b formed along an arc shape and movable along with the weight 2a on the upper and lower surfaces.
  • a silicon oxide film 2c is formed on the surface of each movable substrate 2b.
  • a guard electrode 2d is formed on the surface of the silicon oxide film 2c at a predetermined interval.
  • An electret 2e formed by injecting charges is provided in a region between the guard electrodes 2d of the silicon oxide film 2c.
  • the electret 2e has a function of holding a constant charge semipermanently.
  • the guard electrode 2d is grounded.
  • the electrets 2e and the collecting electrodes 3 and 4 are opposed to each other. It moves relatively in the shape of a substantially arc while maintaining This movement causes an increase or decrease in the overlapping area between the electret material region and the opposing conductive surface region, resulting in a change in charge in the conductive surface region.
  • the power generation device (electrostatic induction type power generation device) 10 generates power by taking out this change in electric charge as electric energy.
  • the present invention provides, in one aspect, a vibration power generator that stabilizes output power at both low speed and high speed without depending greatly on the rotational speed of a rotating body.
  • the present invention provides a rotating body having a vibration power generation device including the vibration power generator.
  • the present invention provides a communication device configured to be supplied with electric power generated from the rotating body.
  • the first The vibration generator is a vibration generator smaller than the second distance.
  • the influence on the output power due to the rotational speed of the rotating body is small, and the output power can be obtained stably.
  • Block diagram showing a vibration power generator according to Embodiment 6 The block diagram which shows the communication apparatus using the vibration electric power generating apparatus based on Embodiment 7.
  • the conventional power generation device disclosed in Patent Document 1 determines the power generation amount based on the rotational acceleration, so that the power generation amount when the rotating body is rotating at a low speed is small, and It has been found that there is a problem that the amount of power generation is limited due to an increase in sliding resistance due to the change in the magnitude of the centrifugal force. Therefore, as a result of earnest research, the present inventors have configured the rotating body so that power generation by the vibration power generator is performed by axial vibration in which the change in vibration is small relative to the change in rotational speed. It was found that the output can be given stably regardless. Furthermore, such a rotating body can be designed so that the usable frequency range is wide. The present inventors have obtained the following aspects of the present invention based on these findings.
  • Aspect 1 A first fixed substrate; A second fixed substrate disposed to face the first fixed substrate; With respect to the first and second fixed substrates disposed between the first fixed substrate and the second fixed substrate so as to face the first and second fixed substrates.
  • the first The vibration generator is a vibration generator smaller than the second distance.
  • Aspect 1 is a vibration power generator suitable for being attached to a rotating body, and can generate power by axial vibration in which the change in vibration is small relative to the change in rotational speed.
  • the movable substrate since the movable substrate does not come into contact with other members, there is no problem of change in sliding resistance due to centrifugal force during rotation.
  • Aspect 2 A plurality of third electrodes formed on a surface of the first fixed substrate facing the movable substrate; A plurality of fourth electrodes formed on a surface of the movable substrate facing the first fixed substrate;
  • One of the third electrode and the fourth electrode is the vibration power generator according to aspect 1, which is an electrode having a film holding electric charge. According to the vibration power generator of the aspect 2, the output can be further stabilized by suppressing the fluctuation of the output power due to the centrifugal force.
  • Aspect 3 The direction in which the first electrode, the second electrode, the third electrode, and the fourth electrode are aligned is a direction parallel to the direction in which the movable substrate vibrates,
  • the first electrodes are arranged so that the distances D1 between the centers of two adjacent first electrodes are equal to each other, being parallel to each other.
  • the second electrodes are arranged so that they are parallel to each other and the distance D2 between the centers of two adjacent second electrodes is equal.
  • the third electrodes are arranged so that the distances D3 between the centers of two adjacent third electrodes are equal to each other in parallel with each other,
  • the fourth electrodes are arranged so that the distances D4 between the centers of two adjacent fourth electrodes are equal to each other in parallel with each other,
  • Aspect 4 The first electrode, the second electrode, the third electrode, and the fourth electrode have a rectangular shape when viewed from a direction perpendicular to the surface of the first substrate;
  • the direction in which the first electrode, the second electrode, the third electrode, and the fourth electrode are aligned is a direction parallel to the direction in which the movable substrate vibrates,
  • Aspect 5 A fixed structure connecting the first fixed substrate and the second fixed substrate; A spring connected to the fixed structure and the movable substrate; The movable substrate is held hollow by the spring,
  • the vibration power generator of aspect 5 when the vibration in the rotation axis direction of the rotating body acts, the movable substrate is vibrated even with a small acceleration, and the displacement of the movable substrate is suppressed even when a large acceleration is applied in the centrifugal force direction. It can be made smaller. As a result, the vibration power generator of aspect 5 can operate stably by vibration during rotation regardless of the rotational speed of the rotating body.
  • Aspect 6 Any one of the vibration generators according to aspects 1 to 5; A circuit for converting an alternating current output voltage from the vibration power generator and outputting a direct current voltage; And a vibration power generator.
  • Aspect 7 is the vibration power generation apparatus according to aspect 6 further including a battery.
  • Aspect 8 is a rotating body having a vibration power generator,
  • the vibration power generator includes a vibration power generator, and a circuit that converts an alternating current output voltage from the vibration power generator and outputs a direct current voltage,
  • the vibration generator is A first fixed substrate;
  • a second fixed substrate disposed to face the first fixed substrate;
  • a movable substrate that can vibrate A plurality of first electrodes formed on a surface of the second fixed substrate facing the movable substrate; A plurality of second electrodes formed on a surface of the movable substrate facing the second fixed substrate; Either one of the first electrode and the second electrode is an electrode having a film holding electric charge,
  • the first fixed substrate, the second fixed substrate, and the movable substrate are arranged perpendicular to the radial direction of the rotating body,
  • the vibration power generator is fixed to the rotating body such that the first fixed substrate is positioned on the rotating shaft side of the rotating body. It is a rotating body.
  • the rotating body according to aspect 8 is a rotating body in which the vibration power generator according to aspect 1 is fixed so that the first fixed substrate is positioned in a predetermined manner.
  • the vibration generator is A plurality of third electrodes formed on a surface of the first fixed substrate facing the movable substrate; A plurality of fourth electrodes formed on a surface of the movable substrate facing the first fixed substrate; One of the third electrode and the fourth electrode is the rotating body according to aspect 8, which is an electrode having a film holding electric charge.
  • the vibration power generator in the rotating body according to aspect 9 is the vibration power generator according to aspect 2.
  • Aspect 10 In the vibration power generator, The direction in which the first electrode, the second electrode, the third electrode, and the fourth electrode are aligned is a direction parallel to the direction in which the movable substrate vibrates, The first electrodes are arranged so that the distances D1 between the centers of two adjacent first electrodes are equal to each other, being parallel to each other. The second electrodes are arranged so that they are parallel to each other and the distance D2 between the centers of two adjacent second electrodes is equal.
  • the third electrodes are arranged so that the distances D3 between the centers of two adjacent third electrodes are equal to each other in parallel with each other,
  • the fourth electrodes are arranged so that the distances D4 between the centers of two adjacent fourth electrodes are equal to each other in parallel with each other,
  • the vibration power generator in the rotating body according to aspect 10 is the vibration power generator according to aspect 3.
  • the first electrode, the second electrode, the third electrode, and the fourth electrode have a rectangular shape when viewed from a direction perpendicular to the surface of the first substrate;
  • the direction in which the first electrode, the second electrode, the third electrode, and the fourth electrode are aligned is a direction parallel to the direction in which the movable substrate vibrates,
  • the vibration power generator in the rotating body according to aspect 11 is the vibration power generator according to aspect 4.
  • Aspect 12 The vibration generator is A fixed structure connecting the first fixed substrate and the second fixed substrate; A spring connected to the fixed structure and the movable substrate; The movable substrate is held hollow by the spring, The spring is a spring whose dimension in the vibration direction of the movable substrate is smaller than the dimension in the radial direction of the rotating body.
  • the vibration power generator in the rotating body according to aspect 12 is the vibration power generator according to aspect 5.
  • Aspect 13 The vibration power generator A first rectifier circuit connected to the first electrode and the second electrode of the vibration power generator; Having at least a second rectifier circuit connected to the third electrode and the fourth electrode of the vibration power generator; The rotating body according to any one of aspects 9 to 11, wherein the voltage of one of the first rectifier circuit and the second rectifier circuit is supplied to a load.
  • Aspect 14 The vibration power generator A voltage conversion circuit that converts the DC voltage output from the rectifier circuit to a desired voltage level; When the output from the vibration power generator is unnecessary, a power storage circuit that stores the power generated by the vibration power generator, A voltage control circuit for controlling an output voltage from the voltage conversion circuit or the storage circuit to a predetermined voltage; It is a rotary body of the aspect 8 which has an output switching circuit which switches the output of the said voltage conversion circuit to an electrical storage circuit or a voltage control circuit.
  • Aspect 15 is the rotating body according to any one of aspects 8 to 14, which is a rotating body for a vehicle.
  • Aspect 16 is a communication apparatus having the vibration power generation apparatus of aspect 6 or 7.
  • Aspect 17 is an electronic apparatus having the vibration power generation device of aspect 6 or 7.
  • FIG. 1 is a diagram showing a rotating body 100 according to Embodiment 1 of the present invention.
  • 2a to 2d are frequency spectra of acceleration when a tire for a passenger car, which is an example of a rotating body, is rotating
  • FIGS. 2a and 2b are tangent lines when the tire is rotating at a low speed and a high speed.
  • Fig. 2c and Fig. 2d are spectra of axial vibration when the tire is rotating at low speed and high speed.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing the structure of the vibration power generator 110 of FIG. 1
  • FIG. 4 is a perspective view showing a spring of the vibration power generator 110.
  • the wiring structure and the like are not shown for simplicity.
  • Rotating body 100 having a vibration power generation apparatus according to Embodiment 1 has a configuration in which vibration power generation apparatus 102 is installed on rotation body 101.
  • the vibration power generation apparatus 102 includes a vibration power generator 110 and a circuit 103.
  • the rotating body 101 is a member (for example, an automobile tire) that rotates around a rotation axis, and can also be referred to as a “rotating body” or a “rotating member”.
  • the vibration power generator 102 rotates together with the rotating body 101.
  • vibration in the axial direction of the rotating body 101 is applied to the vibration power generator 110 as external vibration, which is converted into electric energy. Convert to generate electricity.
  • the generated electric power is rectified by the circuit 103 and further used for load operation (for example, data transmission, LED lighting operation).
  • FIGS. 2a to 2d show the frequency spectrum of acceleration of tangential vibration of a tire of a passenger car as a rotating body
  • FIGS. 2c and 2d show the frequency spectrum of acceleration of axial vibration of the tire.
  • the vehicle is driven with two traveling patterns of speed A and speed B for each of the tangential vibration and the axial vibration, and the tire is rotated to obtain the respective speeds.
  • the spectrum is shown.
  • Speed A is slower than speed B.
  • FIGS. 2a to 2d Accelerations are shown on the same scale in FIGS. 2a to 2d. Therefore, in FIG. 2b, although the peak is not visible, the spectrum peak appears at the frequency indicated by the arrow in FIG. 2b. From these figures, it is understood that, in the tire vibration spectrum in the tangential direction, the peak of vibration shifts to the higher frequency side when the speed of the automobile increases. This is because the rotational speed of the tire is increased. Moreover, this frequency corresponds with the rotational speed of the tire. 2a to 2d, the horizontal axis corresponds to frequencies from 0 to several hundred Hz, and the frequency indicated by the arrow in FIG. 2b is about three times the frequency at which the peak appears in FIG. 2a.
  • the magnitude of vibration changes when the tire speed changes, but the remarkable peak as seen in the frequency spectrum of tangential vibration is low speed. And no high speed operation. Also, the magnitude of the vibration in the axial direction is smaller than the magnitude of the vibration in the tangential direction.
  • the rotating body described in the present embodiment includes a vibration power generator that generates power by vibration in the axial direction in which the change in vibration is small with respect to the change in rotation speed as described above.
  • the vibration level increases with the rotational speed, but the peak value does not shift significantly, and the acceleration peak value and the magnitude of acceleration at other frequencies are substantially the same. From the above, it is possible to provide a rotator that stably provides an output regardless of the rotation speed of the rotator.
  • the vibration in the tangential direction is such that the frequency at which the acceleration reaches a peak changes as the rotational speed of the rotating body increases, and the vibration power generation resonates at the frequency at which the acceleration reaches a peak. If the design of the vessel is performed, the output drops rapidly at other frequencies.
  • a vibration power generator designed to resonate at the smallest frequency using acceleration in the tangential direction when the rotation speed of the rotating body changes and the acceleration peaks, the applied vibration (acceleration) is It will be 10 times larger than the design value.
  • an applicable frequency range is a range from a frequency that is ⁇ 10% lower than a resonance frequency to a frequency that is 10% higher (0.9 ⁇ resonance frequency ⁇ 1. 1 ⁇ resonance frequency).
  • the expansion of the applicable frequency range and the amount of power generation due to vibration are in a trade-off relationship, and cannot cope with a frequency change of three times.
  • a vibration power generator that uses the tangential vibration of a rotating body must be used in a region where the change in acceleration is small, taking into account that the peak shifts when the rotating speed of the rotating body changes. It means you have to.
  • the vibration power generator that generates power by the axial vibration of the rotating body as in the present embodiment, the frequency at which the acceleration reaches the peak (or the maximum value) and the other frequencies regardless of the speed of the rotating body.
  • the difference in acceleration is small, at most about 3 times. Therefore, the acceleration does not differ by a factor of 10 at a certain frequency and at a different frequency, so that the increase in size as described above is not required when designing a vibration power generator.
  • the vibration power generator using the vibration in the axial direction of the rotating body can be designed so that the usable frequency range is wide compared with that using the vibration in the tangential direction.
  • the vibration power generator 110 includes a fixed substrate 111L as a first fixed substrate, a fixed substrate 111U as a second fixed substrate, and a movable substrate 112 disposed between the fixed substrates 111L and 111U.
  • the fixed substrates 111L and 111U and the movable substrate 112 are all disposed perpendicular to the radial direction of the rotating body, and therefore their surfaces (main surfaces) are perpendicular to the radial direction of the rotating body.
  • the fixed structures 116L and 116R are supported on the fixed substrate 111L via the connection portion, and the fixed substrate 111U is supported via the connection portion. That is, the two fixed substrates 111L and 111U are connected via the fixed structures 116L and 116R.
  • the movable substrate 112 is held hollow by the springs 115L and 115R connected to the fixed structures 116L and 116R.
  • the surfaces (main surfaces) of the fixed substrates 111L and 111U and the movable substrate 112 all have a substantially square shape and are parallel to each other.
  • the fixed substrate 111L is disposed closer to the rotation axis of the rotating body (that is, the rotation center of the rotating body) than the fixed substrate 111U.
  • a plurality of first electrodes 119a are formed on one surface of the fixed substrate 111U (the main surface below the fixed substrate 111U in FIG. 3), and the surface of the movable substrate 112 facing the fixed substrate 111U (in FIG. 3)
  • a plurality of second electrodes 119b are formed at positions facing the first electrodes 119a, respectively.
  • one of the first electrode 119a and the second electrode 119b is an electret electrode including a film holding electric charge, and the other is a collector electrode.
  • Each of the first electrode 119a and the second electrode 119b has a rectangular shape when viewed from a direction perpendicular to the surfaces of the fixed substrates 111L and 111U, and has substantially the same dimensions.
  • the plurality of first electrodes 119a and the plurality of second electrodes 119b are arranged in a direction parallel to the direction in which the movable substrate 112 vibrates (the direction indicated by the double-headed arrow in the drawing).
  • the distance between the fixed substrate 111U and the movable substrate 112 (gap, more precisely, the distance between the surface of the first electrode 119a and the surface of the second electrode 119b) is applied during the rotation of the rotating body.
  • the movable substrate 112 is designed to be held hollow even when the movable substrate 112 is displaced by the centrifugal force toward the fixed substrate 111U (in a direction away from the rotation center of the rotating body) as shown in FIG. 3B.
  • the gap G1 formed by the fixed substrate 111L and the movable substrate 112 may be smaller than the gap G2 formed by the fixed substrate 111U and the movable substrate 112. Thereby, the vibration power generator 110 can be made thinner.
  • the movable substrate 112 is displaced by an action (vibration) from the outside. Thereafter, the movable substrate 112 receives a force in a direction to return to a desired position by the repulsive force of the springs 115L and 115R, and is displaced in a direction to return to a predetermined position. The repetition of these displacements causes the movable substrate 112 to vibrate in the uniaxial direction with respect to the fixed substrates 111L and 111U. The movable substrate 112 continues to vibrate as long as the action from the outside continues. When the external action stops, the vibration is attenuated and the movable substrate 112 stops.
  • the vibration power generator 110 When the movable substrate 112 is displaced, the overlapping area of the first electrode 119a and the second electrode 119b changes, and the charge induced in one electrode (an electrode that is not an electret electrode, that is, a collector electrode) The amount changes.
  • the vibration power generator 110 generates power by outputting the change in the charge amount as AC power.
  • FIG. 4 shows an example of a spring structure that can hold the movable substrate in a hollow state and can reduce the amount of displacement of the movable substrate in the radial direction of the rotating body when a centrifugal force is applied.
  • the dimension (thickness) of the spring in the direction in which the centrifugal force is applied is larger than the dimension (width) of the spring in the vibration direction of the movable substrate 112.
  • a large aspect ratio dimension in the direction of centrifugal force / dimension in the vibration direction).
  • the displacement of the movable substrate 112 is suppressed in the direction in which the centrifugal force is applied, and the movable substrate 112 is forcibly vibrated in the rotation axis direction of the rotating body to generate power. It can be performed.
  • the movable substrate 112 is held hollow by the springs 115R and L as described above. For this reason, there is no sliding portion, there is no problem of a change in sliding resistance due to centrifugal force, and power can be stably output.
  • the springs 115R and L are formed to have a structure with a high aspect ratio (specifically, greater than 1) of dimensions in the centrifugal force direction / dimensions in the vibration direction. Therefore, it is possible to vibrate the movable substrate 112 even with a small acceleration when vibration in the rotation axis direction of the rotating body acts, and to reduce the displacement of the movable substrate 112 even when a large acceleration is applied in the centrifugal force direction. Thereby, the movable substrate 112 can be vibrated in a predetermined direction even under centrifugal force. As a result, the vibration power generator 110 can operate stably by vibration during rotation regardless of the rotational speed of the rotating body. Thus, the vibration power generator 110 is useful as a power generator fixedly installed on the rotating body.
  • the electret material constituting the electret electrode a polymer material such as polypropylene, polyester terephthalate, or polyvinyl chloride, or an inorganic material such as silicon oxide can be used.
  • silicon oxide excellent in withstand voltage and heat resistance may be used.
  • the periphery of silicon oxide that is a charge retention film may be completely covered with an insulating film such as a silicon nitride film.
  • an insulating film such as a silicon nitride film.
  • the rotating body of the present embodiment is configured by installing a vibration power generator on the rotating body. Therefore, for example, when the vibration power generator is attached to the outer peripheral surface of the rotating body, the vibration power generating device can be a member protruding from the outer peripheral surface. Since the member protruding from the outer peripheral surface may hinder smooth rotation of the rotating body, the vibration power generation apparatus may be installed with the protruding amount appropriately reduced. The same applies to the case where the vibration power generator is attached to another part of the rotating body. Since the vibration power generator provided in the rotating body of the present embodiment is thin, it is advantageous in that the amount of protrusion can be reduced.
  • the vibration power generation apparatus 102 has been shown as an example having a size that does not exceed the width of the rotating body 101. In a modification of the present embodiment or other embodiments, when it is necessary to obtain high output power from the vibration power generation apparatus 102, the vibration power generation apparatus 102 has a size exceeding the width of the rotating body 101. May be.
  • the first electrode 119a extends to a region beyond the second electrode 119b (outside the second electrode 119b). Up to). That is, when all of the second electrodes 119b completely overlap with the first electrode 119a when viewed from the direction perpendicular to the surface (main surface) of the fixed substrate 111U, the second electrode 119b does not overlap. The first electrode 119a is always present. This is because the second electrode 119b contributes as much as possible to the power generation so that more power is supplied.
  • the first electrode 119a may be formed up to the vibration limit of the movable substrate 112 (particularly, the first electrode 119a) (a range that can be displaced by vibration). Thereby, while the movable substrate 112 is vibrating, all of the second electrodes 119b can contribute to power generation. Accordingly, since the number of the overlapping first electrodes 119a and second electrodes 119b does not increase or decrease during the vibration of the movable substrate 112, power generation is further stabilized.
  • the shape of the surface (main surface) of the movable substrate 112 is not limited to a square, and may be a rectangle or another shape.
  • Embodiment 2 As a second embodiment, another vibration power generator that can be installed on a rotating body will be described.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing the structure of the vibration power generator 210 according to the second embodiment. In FIG. 5, the wiring structure and the like are not shown for simplicity.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing another embodiment of the vibration power generator mounted on the vibration power generation apparatus shown in FIG.
  • FIG. 5 is also a cross-sectional view taken along A-A ′ of FIG. 1 and shows a cross section parallel to the vibration direction and the thickness direction of the movable substrate.
  • the vibration power generator 210 shown in FIG. 5 includes a fixed substrate 211L as a first fixed substrate, a fixed substrate 211U as a second fixed substrate, and a movable substrate 212, similar to that of FIG.
  • All of the fixed substrates 211L and 211U and the movable substrate 212 are arranged perpendicular to the radial direction of the rotating body, and therefore their surfaces (main surfaces) are perpendicular to the radial direction of the rotating body.
  • the fixed structures 216L and 216R are supported on the fixed substrate 211L via the connection portion, and the fixed substrate 211U is further supported via the connection portion. That is, the two fixed substrates 211L and 211U are connected via the fixed structures 216L and 216R.
  • the movable substrate 212 is held hollow by the springs 215L and 215R connected to the fixed structures 216L and 216R.
  • the surfaces (main surfaces) of the fixed substrates 211L and 211U and the movable substrate 212 all have a substantially square shape and are parallel to each other.
  • the fixed substrate 211L is disposed closer to the rotating shaft of the rotating body (that is, the rotation center of the rotating body) than the fixed substrate 211U.
  • a plurality of first electrodes 219aU are formed on one surface of the fixed substrate 211U (the main surface below the fixed substrate 211U in FIG. 5), and the surface of the movable substrate 212 facing the fixed substrate 211U (in FIG. 5)
  • On the upper main surface a plurality of second electrodes 219bU are formed at positions facing the first electrodes 219aU, respectively.
  • one of the first electrode 219aU and the second electrode 219bU is an electret electrode including a film holding electric charge, and the other is a collector electrode.
  • a plurality of third electrodes 219aL are formed on one surface of the fixed substrate 211L (in FIG. 5, the main surface on the upper side of the fixed substrate 211L), and the surface of the movable substrate 212 facing the fixed substrate 211L (FIG. 5).
  • a plurality of fourth electrodes 219bL are formed at positions facing the third electrode 219aL.
  • one of the third electrode 219aL and the fourth electrode 219bL is an electret electrode including a film holding electric charge, and the other is a collector electrode.
  • Each of the first electrode 219aU, the second electrode 219bU, the third electrode 219aL, and the fourth electrode 219bL has a rectangular shape when viewed from a direction perpendicular to the surfaces of the fixed substrates 211L and 211U. And have substantially the same dimensions.
  • the plurality of first electrodes 219aU, the plurality of second electrodes 219bU, the plurality of third electrodes 219aL, and the plurality of fourth electrodes 219bL are parallel to the direction in which the movable substrate 212 vibrates (in the drawing, In the direction indicated by the double arrows).
  • the distance between the fixed substrate 211U and the movable substrate 212 is such that the movable substrate 112 is held hollow even when the movable substrate 212 is displaced toward the fixed substrate 211U due to the centrifugal force applied during the rotation of the rotating body. Designed. By forming the gap in this way, it is possible to avoid contact between the fixed substrate 211U and the movable substrate 212 due to centrifugal force.
  • the gap GA formed by the fixed substrate 211L and the movable substrate 212 is smaller than the gap GB formed by the fixed substrate 211U and the movable substrate 212.
  • the gap GA formed by the fixed substrate 211L and the movable substrate 212 is smaller than the gap GB formed by the fixed substrate 211U and the movable substrate 212.
  • the principle of power generation in the vibration power generator structure 210 is the same as that of the vibration power generator 110 shown in the first embodiment. However, power generation is performed above and below the movable substrate 212, that is, between the first electrode 219aU and the second electrode 219bU, and between the third electrode 219aL and the fourth electrode 219bL.
  • power generation is mainly performed between the third electrode 219aL and the fourth electrode 219bL having a small gap when the rotational speed of the rotating body is slow and the centrifugal force is small (power generation A).
  • power generation B power generation is mainly performed between the first electrode 219aU and the second electrode 219bU (power generation B). Therefore, according to the vibration power generator 210 used in the present embodiment, the following effects can be obtained when power is generated by vibration when the rotating body rotates.
  • the power generation amount can be further stabilized. (5) will be described in detail.
  • the gap (gap GA) between the fixed substrate 211L and the movable substrate 212 and the gap (gap GB) between the fixed substrate 211U and the movable substrate 212 are gap GA ⁇ gap GB. It is comprised so that.
  • the power generation A is larger than the power generation B in the region where the rotation speed is low.
  • the gap GA increases and the power generation A decreases, and the power generation B increases as the gap GB decreases.
  • the power generation B becomes larger than the power generation A.
  • the first electrode 219aU is formed up to a region beyond the second electrode 219bU in the vibration direction of the movable substrate 212 (outward from the second electrode 219bU). ing.
  • the first electrode 219aU may be formed up to the vibration limit of the movable substrate 212 (particularly the second electrode 219bU) (a range that can be displaced by vibration). The same applies to the relationship between the third electrode 219aL and the fourth electrode 219bL.
  • the shape of the surface (main surface) of the movable substrate 212 is not limited to a square, and may be a rectangle or other shapes.
  • the springs 215L and R have a structure with a high aspect ratio shown in FIG.
  • the springs 215L and R may be other springs. Even when other springs are used, the effect of the vibration power generator having the configuration shown in FIG. 5 can be obtained.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view (FIG. 6A) showing the structure of the vibration power generator 310 according to the third embodiment, and shows a state in which a part of the movable substrate 312 is tilted and displaced toward the rotating shaft side of the rotating body. It is sectional drawing (FIG.6 (b)). In FIG. 6, the wiring structure and the like are not shown for simplicity.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view showing another embodiment of the vibration power generator mounted on the vibration power generation apparatus shown in FIG.
  • FIG. 6 is also a cross-sectional view taken along the line A-A ′ of FIG. 1, and shows a cross section parallel to the vibration direction and the thickness direction of the movable substrate 312.
  • the vibration power generator 310 shown in FIG. 6 has substantially the same configuration as the vibration power generator 210 shown in FIG. That is, the vibration power generator 310 includes a fixed substrate 311L as a first substrate, a fixed substrate 311U as a second substrate, fixed structures 316L and R that connect these fixed substrates, a movable substrate 312, and a fixed structure.
  • the springs 315L and R are connected to 316L and R and hold the movable substrate 312 in a hollow state.
  • the first electrode 319 a U is provided on one surface of the fixed substrate 311 U (in FIG. 6, the main surface below the fixed substrate 311 U).
  • the second electrodes 319bU are formed at positions facing the first electrodes 319aU, respectively.
  • a third electrode 319aL is formed on one surface of the fixed substrate 311L (in FIG. 6, the main surface on the upper side of the fixed substrate 311L), and the surface of the movable substrate 312 facing the fixed substrate 311L (in FIG. 6).
  • fourth electrodes 319bL are formed at positions facing the third electrodes 319aL, respectively.
  • any one of the first electrode 319aU and the second electrode 319bU, and any one of the third electrode 319aL and the fourth electrode 319bL is an electret electrode including a film holding electric charge, and the other Is a current collecting electrode.
  • the vibration power generator 310 is different from the vibration power generator 210 of FIG. 5 in that a protrusion 313 is formed on the upper main surface of the fixed substrate 311L.
  • the protrusion 313 is formed by patterning an insulating film such as a silicon oxide film or a silicon nitride film, for example.
  • the protrusion 313 is formed by cutting the fixed substrate by etching or the like. Other structures and operations are the same as those of the vibration power generator 210.
  • vibration power generator 310 According to vibration power generator 310 according to the present embodiment, the following effects can be obtained when power is generated by vibration when the rotating body rotates. (6) Avoiding stiction
  • the protrusion 313 is formed on the upper surface of the fixed substrate 311L as described above.
  • the surface of the movable substrate 312 can be kept parallel to the surfaces of the fixed substrates 311L and 311U.
  • the vibration power generator 310 even if vibration that is not applied when the rotating body is rotating normally (for example, vibration that is applied when a tire of an automobile steps on a stone roller) is applied to the vibration power generator 310, the third electrode 319aL and the second electrode Stiction can be avoided with respect to the fourth electrode 319bL.
  • the gap between the fixed substrate 311L and the movable substrate 312 is smaller than the gap between the fixed substrate 311U and the movable substrate 312. Since stiction is likely to occur when the gap between the fixed substrate and the movable substrate is small, in FIG. 6, the protrusions 313 are formed on the surface of the fixed substrate 311L. Alternatively, the protrusions may be provided on the surface of the movable substrate 312.
  • the protrusion may be formed on the surface of the fixed substrate 311U facing the movable substrate 312.
  • the movable substrate 312 may be provided on the fixed substrate 311U side surface (main surface on the fixed substrate 311U side). Since stiction is more likely to occur when the gap is small, the protrusions are advantageously formed on the small gap side (between the fixed substrate 311L and the movable substrate 312).
  • the first electrode 319aU is formed up to a region beyond the second electrode 319bU (outside the second electrode 319bU) in the vibration direction of the movable substrate 312. ing.
  • the first electrode 319aU may be formed up to the vibration limit (a range displaceable by vibration) of the movable substrate 312 (particularly the second electrode 319bU). The same applies to the relationship between the third electrode 319aL and the fourth electrode 319bL.
  • the shape of the surface (main surface) of the movable substrate 312 is not limited to a square, and may be a rectangle or another shape.
  • FIG. 7 a is a diagram illustrating a vibration power generation apparatus 400 according to the fourth embodiment.
  • the vibration power generator 210 is as shown in the second embodiment.
  • a rectifier circuit 401 is connected between the first electrode 219aU and the second electrode 219bU.
  • another rectifier circuit 402 is connected between the third electrode 219aL and the fourth electrode 219bL.
  • the operation of the vibration power generator configured as described above will be described.
  • the rotation speed of the rotating body is low, the power generation amount of the third electrode 219aL and the fourth electrode 219bL is larger than the power generation amount of the first electrode 219aU and the second electrode 219bU from the vibration power generator 210,
  • the output voltage from the rectifier circuit 402 becomes larger than the output voltage from the rectifier circuit 401.
  • the voltage of the rectifier circuit 402 is applied to the load.
  • the power generation amount of the first electrode 219aU and the second electrode 219bU is larger than the power generation amount of the third electrode 219aL and the fourth electrode 219bL.
  • the output voltage becomes larger than the output voltage from the rectifier circuit 402.
  • the voltage of the rectifier circuit 401 is applied to the load.
  • vibration power generation apparatus 400 According to vibration power generation apparatus 400 according to the present embodiment, the following effects can be obtained when power generation is performed by vibration when the rotating body rotates. (7) Stable supply of power to the load
  • the vibration power generator 400 shown in the present embodiment is configured such that the larger one of the two outputs obtained during the rotation of the rotating body can be supplied to the load. As a result, even when the rotating body rotates at a low speed or at a high speed, a relatively constant power is sent to the load, and fluctuations in power propagation to the load can be reduced.
  • the distance and the distance between the centers of two adjacent fourth electrodes 219bL are all the same.
  • the vibration power generator 220 is of the form shown.
  • a plurality of rectangular first electrodes 219 a U are arranged in parallel to each other in a direction parallel to the vibration direction of the movable substrate 212.
  • the vibration power generator 410 shown in FIG. 7b a set of electrodes (specifically, used for power generation during high-speed rotation) so that the change in the frequency of the output voltage becomes small even if the vibration speed of the movable substrate 212 changes.
  • the distance between the centers of two adjacent electrodes is made larger, and the electrode set (specifically, the third electrode set) used for power generation during low-speed rotation. In this example, the distance between the centers of two adjacent electrodes is made smaller.
  • the vibration power generation apparatus 420 shown in FIG. 7c is the same as that shown in FIG. 7b except that the vibration power generator 230 is of the form shown in the figure.
  • the vibration power generator 230 a plurality of rectangular first electrodes 219 a U are arranged in parallel to each other in a direction parallel to the vibration direction of the movable substrate 212. The same applies to the second electrode 219bU, the third electrode 219aL, and the fourth electrode 219bL.
  • the vibrating body 212 since the vibration applied at the time of high-speed rotation becomes larger, the vibrating body 212 operates with a larger amplitude than at the time of low-speed rotation, so that the increase / decrease of the overlapping area of the electrodes becomes faster.
  • the electrode width (W1, W2) since the electrode width (W1, W2) is large, the change in the period of the output voltage is smaller than that during low-speed rotation. Therefore, according to this modified example, more stable power can be obtained from the vibration power generator regardless of the speed of the rotating body.
  • the rotating body described above is provided as a rotating body for a vehicle, for example.
  • the vehicle rotating body is used for, for example, two-wheeled vehicles, three-wheeled vehicles, automobiles (including passenger cars and buses), industrial vehicles (for example, trucks), agricultural vehicles (for example, tractors), and construction vehicles (for example, crane vehicles). It is a rotating body.
  • the rotating body is, for example, a tire used for these vehicles.
  • the rotating body may be a rotating body included in the prime mover, for example, a rotating body included in an engine and an electric motor, or may be a rotating body included in a generator.
  • the electric power from the rotating body may be used, for example, to evaluate the performance of the rotating body itself. Specifically, for example, the air pressure of the tire may be monitored and the monitoring result may be transmitted. Or you may use the electric power from a rotary body in order to light a light source (for example, LED lamp).
  • a light source for example, LED lamp
  • Embodiment 5 As a fifth embodiment, a vibration power generator that can be installed on a rotating body will be described.
  • FIG. 8 is a block diagram of the vibration power generator according to the fifth embodiment. In FIG. 8, the vibration power generator indicates any one of the vibration power generators shown in the first to fourth embodiments.
  • the vibration power generation apparatus 500 includes a vibration power generator 501, a rectifier circuit 502, a voltage conversion circuit 503, an output switching circuit 504, a power storage circuit 505, and a voltage control circuit 506.
  • the AC voltage output from the vibration power generator 501 is converted into a DC voltage by the rectifier circuit 502.
  • the DC voltage is input to the voltage conversion circuit 503 and converted to the output voltage level of the vibration power generator 500, and the converted voltage is input to the voltage control circuit 506 or the storage circuit 505 by the output switching circuit 504. .
  • the voltage control circuit 506 the voltage is controlled so that the output voltage becomes constant, and the voltage is output.
  • an alternating voltage is output from the vibration power generator 501.
  • the description will be made assuming that the output voltage is a sine wave.
  • the output voltage of the vibration power generator 501 includes the vibration amplitude of the movable substrate, the gap between the movable substrate and the fixed substrate, and the amount of charge retained in the electret film. And the voltage waveform varies depending on the magnitude of the external impedance viewed from the vibration power generator 501.
  • the AC voltage output from the vibration power generator 501 is converted into the DC voltage VDC1 by the rectifier circuit 502.
  • the DC voltage VDC1 is voltage-converted by the voltage conversion circuit 503 up to the output voltage level VDC2 of the vibration power generator 500.
  • the operation of the output switching circuit 504 does not output to the voltage control circuit 506, but stores the generated power in the power storage circuit 505.
  • the vibration power generator 500 When the power output is small and the amount of power generation is small, switching is performed so that the power stored in the power storage circuit 505 is output.
  • the output from the output switching circuit 504 is controlled to a desired output voltage VOUT by the voltage control circuit 506 and output is performed.
  • the output voltage of the vibration power generator 500 varies due to various factors.
  • the output voltage level VDC2 may be set to a voltage slightly higher than the finally output voltage VOUT. By performing the setting in this way, the output voltage can be made constant even with a minute voltage fluctuation.
  • VDC2 is set to 2V, it is possible to sufficiently control even a voltage decrease of 0.2V.
  • FIG. 9 is a block diagram illustrating the structure of the vibration power generation apparatus according to the sixth embodiment.
  • the vibration power generator represents any one of the vibration power generators shown in the first to fourth embodiments.
  • the vibration power generation apparatus 600 includes a vibration power generator 601, a rectifier circuit 602, a voltage conversion circuit 603, an output switching circuit 604, a power storage circuit 605, and a voltage control circuit 606.
  • the AC voltage output from the vibration power generator 601 is converted into a DC voltage by the rectifier circuit 602.
  • the DC voltage is input to the voltage conversion circuit 603 and converted into a voltage level that can be controlled by the vibration power generation apparatus 600.
  • the converted voltage is controlled by the voltage control circuit 606 to be a desired voltage, and the storage circuit 605 is converted. Is input.
  • the output control circuit 604 the electric power stored in the power storage circuit 605 is controlled according to the state of the load and output.
  • the same effect as that of the vibration power generation apparatus 500 can be obtained.
  • the operation of the vibration power generation apparatus 600 is substantially the same as that of the vibration power generation apparatus 500, but the output voltage of the voltage control circuit 606 is set to be controlled to an optimum voltage to the power storage circuit 605.
  • the output control circuit 604 controls the output from the vibration power generation apparatus 600 in accordance with the load state.
  • FIG. 10 is a block diagram of a communication device 700 used in a tire pressure monitoring system mounted on an automobile.
  • the communication device 700 is configured to operate by being supplied with electric power generated by the tire. Therefore, in FIG. 10, the power generation device 701 is the vibration power generation device shown in the fifth embodiment or the sixth embodiment.
  • the communication device 700 switches between a power generation device 701 that generates power by vibration, a main power source of the communication device, or a battery 702 as a sub power source of the power generation device 701, an output from the power generation device 701 and an output from the battery 702.
  • Power supply control unit 703 for supplying to the circuit unit, pressure sensor 704 for measuring tire air pressure, processing unit 705 for processing the output from the pressure sensor and transmitting it to the communication unit, and converting the input signal from the processing unit 705 into a high frequency signal
  • the communication unit 706 for transmitting to the antenna 707 and the antenna 707 are provided.
  • the operation of communication apparatus 700 configured as described above will be described. Electric power necessary for the operation of the pressure sensor 704, the processing unit 705, and the communication unit 706 is supplied from the power generation device 701 or the battery 702 by the power supply control unit 703.
  • the pressure sensor 704 measures the tire air pressure, converts the measurement result into a voltage signal, and inputs the voltage signal to the processing unit 705.
  • the signal processed by the processing unit 705 is input to the communication unit 706 and propagated from the antenna 707 as a high frequency signal.
  • the vibration power generation device when used as the power source of the communication device, the number of maintenance work such as battery replacement can be reduced, or battery replacement can be made unnecessary. These improve the convenience of the communication device itself and contribute to resource saving and environmental protection.
  • the vibration power generation device and the battery are used in combination. If the output power from the vibration power generator can sufficiently cover the power consumed by the circuits such as the pressure sensor, the processing unit, the communication unit, and the power necessary for communication, only the vibration power generation device may be used as the power source. In this case, the battery and the power supply control unit are unnecessary, which is advantageous in terms of downsizing the device.
  • a block diagram of a communication device equipped with only a pressure sensor is shown.
  • the same effect can be obtained also in a communication device in which a sensor for detecting an operation state of an automobile and performing power control and a control circuit are mounted.
  • the example using the vibration power generation device shown in the fifth or sixth embodiment has been described.
  • the vibration power generation device that converts external vibration acting due to rotation of the rotating body into electric power. Then, the same effect can be obtained even with other vibration power generators.
  • FIG. 11 is a block diagram of an electronic device 800 that produces sound.
  • the power generation device 801 is the vibration power generation device shown in the fifth embodiment or the sixth embodiment.
  • an electronic device 800 switches between a power generation device 801 that generates power by vibration, a main power source of a communication device, or a battery 802 as a sub power source of the power generation device 801, an output from the power generation device 801 and an output from the battery 802.
  • Power supply control unit 803 supplied to the circuit unit, sensor 804 for detecting an external response (for example, button push, tilt, etc.), processing unit 805 for processing output from the sensor and transmitting it to the communication unit, and processing unit 805
  • the control unit 806 that transmits to the speaker 807 by the input signal and the speaker 807.
  • the communication apparatus (electronic device) 800 configured as described above will be described. Power necessary for the operation of the sensor 804, the processing unit 805, and the control unit 806 is supplied from the power generation device 801 or the battery 802 by the power supply control unit 803.
  • the sensor 804 detects a response from the outside and inputs the detection result to the processing unit 805. When the signal processed by the processing unit 805 exceeds a desired value, the signal is input to the control unit 806 and a sound is output from the speaker 807.
  • the vibration power generator when used as a power source for electronic equipment, the number of maintenance work such as battery replacement can be reduced, or battery replacement can be made unnecessary. These improve the convenience of the communication device itself and contribute to resource saving and environmental protection.
  • the vibration power generation device and the battery are used in combination. If the output power from the vibration power generator can sufficiently cover the power consumed by circuits such as the sensor, processing unit, and control unit, and the power necessary for communication, only the vibration power generation device may be used as a power source. In that case, a battery and a power supply control unit are unnecessary, which is effective in reducing the size of the device.
  • the rotating body according to the embodiment of the present invention is useful because the vibration power generator generates power with a stable output voltage, and can provide stable output power to an electronic device or the like regardless of the rotational speed of the rotating body. is there.
  • the rotating body according to the embodiment of the present invention can be used integrally with a low-power wireless communication module or the like, and is very useful as, for example, a vehicle tire including a tire air pressure sensor. is there.
  • Rotating body 101 which has vibration power generator Rotating body 102 Vibration power generators 110, 210, 220, 310 Vibration power generator 111, 211, 311 Fixed substrate 112, 212, 312 Movable substrate 115, 215, 315 Spring 116, 216, 316 Fixed structure 400, 410 Vibration power generation device 500 Vibration power generation device 600 Vibration power generation device 700 Communication device 800 Electronic device

Landscapes

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Abstract

　第１の固定基板１１１Ｌと、第２の固定基板１１１Ｕと、第１および第２の固定基板に対して振動可能である可動基板１１２と、第２の固定基板に形成された複数の第１の電極１１９ａと、可動基板に形成された、第１の電極と対向する複数の第２の電極１１９ｂとを有し、第１の電極１１９ａおよび第２の電極１１９ｂのいずれか一方が電荷を保持した膜を有する振動発電器１１０を、第１の固定基板１１１Ｌ、第２の固定基板１１１Ｕおよび可動基板１１２が、回転体の径方向に対して垂直となり、かつ第１の固定基板が前記回転体の前記回転軸側に位置するように、回転体に固定されている。

Description

振動発電器、回転体および通信装置
　本発明は、回転体に固定的に設置するのに適した振動発電器、これを用いた回転体、およびこれを用いた通信装置に関する。
　従来、回転体に設置された発電装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
　図１２は、発電装置をホイール（回転体）に固定的に配置して使用する場合の発電装置の一例である、特許文献１（同文献の図４および００２１段～００２２段参照）に記載された発電装置の回転体への配置例を示した図である。特許文献１には、回転体に設置された発電器として、略円弧形状の移動経路を有する固定部と、前記移動経路に沿って移動可能に配置されるとともに、前記固定部に対する移動により発電が行われるように構成された可動部とを備え、前記移動経路の曲率半径は、前記回転体の曲率半径よりも小さい、発電装置が開示されている。
　図１３は、特許文献１（同文献の図２および００１２段～００２０段参照）に記載された発電装置５０の断面図である。
　発電装置５０は、内部空間を有するとともに、互いに対向する内部空間の上面および下面が略円弧形状に形成された筐体としての固定部１と、固定部１に対して移動可能な可動部２とを備えている。固定部１の内部には、第１発電部１０と第２発電部２０とが構成されている。
　固定部１には、内部空間の上面および下面の表面に沿って、それぞれ、略円弧形状の固定基板１ａが設けられている。各固定基板１ａ上には、それぞれ、集電部３ａおよび連結部３ｂからなる集電電極３と、集電部４ａおよび連結部４ｂからなる集電電極４とが形成されている。集電電極３および集電電極４は、それぞれ、集電部３ａおよび集電部４ａが互いに所定の間隔を隔てて隣接し合うように配置されている。連結部３ｂおよび４ｂは、それぞれ、集電電極３ａ同士および集電電極４ａ同士を連結している。また、集電電極３の連結部３ｂと、集電電極４の連結部４ｂとは、それぞれ、負荷５を介して接続されている。
　可動部２は、固定部１の円弧形状に沿うようにして上面および下面が略円弧形状に形成された錘２ａを備えている。錘２ａには、上面および下面の表面上に、それぞれ、円弧形状に沿って形成されるとともに錘２ａに伴って移動可能な可動基板２ｂが設けられている。各可動基板２ｂの表面上には、それぞれ、シリコン酸化膜２ｃが形成されている。
　シリコン酸化膜２ｃの表面上には、所定の間隔を隔ててガード電極２ｄが形成されている。シリコン酸化膜２ｃのガード電極２ｄ間における領域には、電荷を注入することにより形成されたエレクトレット２ｅが設けられている。エレクトレット２ｅは、一定の電荷を半永久的に保持する機能を有する。また、ガード電極２ｄは接地されている。
　ホイール（回転体）が回転運動を行うことにより、可動部２が固定部１に対してＡ方向に往復移動をする際、各エレクトレット２ｅと各集電電極３および４とは、それぞれ、対向状態を維持しながら相対的に略円弧形状に移動する。この動きにより、エレクトレット材料領域と、対向する導電性表面領域との重なり面積の増減が生じ、導電性表面領域に電荷の変化が生じる。発電装置（静電誘導型の発電装置）１０は、この電荷の変化を電気エネルギーとして取り出すことにより発電を行う。
特開２０１０－４１８１３号公報
　本発明は、一つの要旨において、回転体の回転速度に大きく依存せず、低速回転時でも高速回転時でも出力電力を安定化させた振動発電器を提供する。本発明は別の要旨において、該振動発電器を備えた振動発電装置を有する回転体を提供する。本発明はさらに別の要旨において、該回転体から発電される電力が供給されるように構成された通信装置を提供する。
　本発明の一実施形態は、
　第１の固定基板と、
　前記第１の固定基板と対向するように配置された第２の固定基板と、
　前記第１の固定基板と前記第２の固定基板との間に、前記第１および前記第２の固定基板と対向するように配置された、前記第１および前記第２の固定基板に対して振動可能である可動基板と、
　前記第２の固定基板の前記可動基板と対向する面に形成された複数の第１の電極と、
　前記可動基板の前記第２の固定基板と対向する面に形成された複数の第２の電極と
を有し、
　前記第１の電極および前記第２の電極のいずれか一方は電荷を保持した膜を有する電極であり、
　前記第１の固定基板と前記可動基板との間の間隔を第１の間隔、および前記第２の固定基板と前記可動基板との間の間隔を第２の間隔としたときに、前記第１の間隔は前記第２の間隔よりも小さい
振動発電器である。
　本発明の一実施形態に係る回転体によれば、回転体の回転速度による出力電力への影響が小さく、安定して出力電力を得ることが可能である。
実施の形態１に係る（ａ）回転体を説明する図、（ｂ）回転体と発電装置の配置を説明する図 乗用車に取り付けられたタイヤが低速で回転しているときのタイヤの接線方向振動の加速度の周波数スペクトラムを示すグラフ 乗用車に取り付けられたタイヤが高速で回転しているときのタイヤの接線方向振動の加速度の周波数スペクトラムを示すグラフ 乗用車に取り付けられたタイヤが低速で回転しているときのタイヤの軸方向振動の加速度の周波数スペクトラムを示すグラフ 乗用車に取り付けられたタイヤが高速で回転しているときのタイヤの軸方向振動の加速度の周波数スペクトラムを示すグラフ 実施の形態１における（ａ）振動発電器の断面図、（ｂ）（ａ）の振動発電器に遠心力が印加された状態の断面図 実施の形態１における振動発電器のバネ構造を説明する一部断面斜視図 実施の形態２に係る振動発電器の断面図 実施の形態３に係る（ａ）振動発電器の断面図、（ｂ）（ａ）の振動発電器において基板３１２が外力により変位した時の断面図 実施の形態４に係る振動発電装置を示す模式図 実施の形態４の変形例に係る振動発電装置を示す模式図 実施の形態４の別の変形例に係る振動発電装置を示す模式図 実施の形態５に係る振動発電装置を示すブロック図 実施の形態６に係る振動発電装置を示すブロック図 実施の形態７に係る、振動発電装置を用いた通信装置を示すブロック図 実施の形態８に係る、振動発電装置を用いた電子機器を示すブロック図 従来の回転体に固定された振動発電装置を示す図 図１２に示す振動発電装置の断面図
（本発明の一実施形態を得るに至った経緯）
　本発明者らが研究したところ、特許文献１に開示された従来の発電装置は、回転加速度により発電量が決まるため、低速で回転体が回転している場合の発電量が小さいという問題、および遠心力の大きさが変化することにより摺動抵抗が増加して、発電量が制限されるという問題を有することがわかった。そこで、本発明者らは、鋭意研究の結果、振動発電器による発電が、回転速度の変化に対して振動の変化が小さい軸方向の振動によって行われるように回転体を構成すると、回転速度によらず安定に出力を与えることができることを見出した。さらに、そのような回転体は、使用可能な周波数範囲が広くなるように設計できる。以下に、本発明者ら、これらの知見に基づいて、下記本発明の態様を得るに到った。
（態様１）
　態様１は、
　第１の固定基板と、
　前記第１の固定基板と対向するように配置された第２の固定基板と、
　前記第１の固定基板と前記第２の固定基板との間に、前記第１および前記第２の固定基板と対向するように配置された、前記第１および前記第２の固定基板に対して振動可能である可動基板と、
　前記第２の固定基板の前記可動基板と対向する面に形成された複数の第１の電極と、
　前記可動基板の前記第２の固定基板と対向する面に形成された複数の第２の電極と
を有し、
　前記第１の電極および前記第２の電極のいずれか一方は電荷を保持した膜を有する電極であり、
　前記第１の固定基板と前記可動基板との間の間隔を第１の間隔、および前記第２の固定基板と前記可動基板との間の間隔を第２の間隔としたときに、前記第１の間隔は前記第２の間隔よりも小さい
振動発電器である。態様１は、回転体に取り付けるのに適した振動発電器であり、回転速度の変化に対して振動の変化が小さい軸方向の振動によって発電可能なものである。態様１においては、可動基板が他の部材と接触しないので、回転中の遠心力による摺動抵抗の変化の問題もない。
（態様２）
　態様２は、
　前記第１の固定基板の前記可動基板と対向する面に形成された複数の第３の電極と、
　前記可動基板の前記第１の固定基板と対向する面に形成された複数の第４の電極と
をさらに有し、
　前記第３の電極および前記第４の電極のいずれか一方は電荷を保持した膜を有する電極である
態様１の振動発電器である。態様２の振動発電器によれば、遠心力による出力電力の変動を抑えて、出力をさらに安定にすることができる。
（態様３）
　態様３は、
　前記第１の電極、前記第２の電極、前記第３の電極および前記第４の電極が並ぶ方向は、前記可動基板が振動する方向と平行な方向であり、
　前記第１の電極は、互いに平行となり、かつ隣り合う２つの前記第１の電極の中心間の距離Ｄ１が等距離となるように配置されており、
　前記第２の電極は、互いに平行となり、かつ隣り合う２つの前記第２の電極の中心間の距離Ｄ２が等距離となるように配置されており、
　前記第３の電極は、互いに平行となり、かつ隣り合う２つの前記第３の電極の中心間の距離Ｄ３が等距離となるように配置されており、
　前記第４の電極は、互いに平行となり、かつ隣り合う２つの前記第４の電極の中心間の距離Ｄ４が等距離となるように配置されており、
　前記Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４が、
　Ｄ１＝Ｄ２＞Ｄ３＝Ｄ４
の関係を満たす
態様２の振動発電器である。態様３の振動発電器によれば、回転体の速度によらず、より安定した電力を得ることができる。
（態様４）
　態様４は、
　前記第１の電極、前記第２の電極、前記第３の電極および前記第４の電極が、前記第１の基板の面に垂直な方向から見たときに矩形を有し、
　前記第１の電極、前記第２の電極、前記第３の電極および前記第４の電極が並ぶ方向は、前記可動基板が振動する方向と平行な方向であり、
　前記可動基板が振動する方向における、前記第１の電極の幅、前記第２の電極の幅、前記第３の電極の幅、および前記第４の電極の幅を、それぞれＷ１、Ｗ２、Ｗ３、およびＷ４としたときに、
　Ｗ１＝Ｗ２＞Ｗ３＝Ｗ４
の関係を満たす
態様２の振動発電器である。態様４の振動発電器によれば、回転体の速度によらず、振動発電器からより安定した電力を得ることができる。
（態様５）
　態様５は、
　前記第１の固定基板と前記第２の固定基板とを接続する固定構造体と、
　前記固定構造体と前記可動基板とに接続されたバネと
をさらに有し、
　前記バネにより、前記可動基板が中空に保持され、
　前記バネは、前記可動基板の振動方向における寸法が、前記可動基板の厚さ方向における寸法よりも小さいバネである
態様１の振動発電器である。態様５の振動発電器においては、回転体の回転軸方向の振動が作用するおときには、小さい加速度でも可動基板を振動させること、および遠心力方向において大きな加速度が印加されても可動基板の変位を小さくすることが可能である。その結果、態様５の振動発電器は、回転体の回転速度によらず、回転時の振動により安定に動作ができる。
（態様６）
　態様６は、
　態様１～５のいずれか１つの振動発電器と、
　前記振動発電器からの交流出力電圧を変換して直流電圧を出力する回路と、
と有する振動発電装置である。
（態様７）
　態様７は、さらに電池を有する態様６の振動発電装置である。
（態様８）
　態様８は、振動発電装置を有する回転体であって、
　前記振動発電装置は、振動発電器と、前記振動発電器からの交流出力電圧を変換して直流電圧を出力する回路とを有し、
　前記振動発電器が、
　第１の固定基板と、
　前記第１の固定基板と対向するように配置された第２の固定基板と、
　前記第１の固定基板と前記第２の固定基板との間に、前記第１および前記第２の固定基板と対向するように配置された、前記第１および前記第２の固定基板に対して振動可能である可動基板と、
　前記第２の固定基板の前記可動基板と対向する面に形成された複数の第１の電極と、
　前記可動基板の前記第２の固定基板と対向する面に形成された複数の第２の電極と
を有し、
　前記第１の電極および前記第２の電極のいずれか一方は電荷を保持した膜を有する電極であり、
　前記第１の固定基板と前記可動基板との間の間隔を第１の間隔、および前記第２の固定基板と前記可動基板との間の間隔を第２の間隔としたときに、前記第１の間隔は前記第２の間隔よりも小さく、
　前記第１の固定基板、前記第２の固定基板および前記可動基板は、前記回転体の径方向に対して垂直に配置されており、
　前記振動発電器は、前記第１の固定基板が前記回転体の前記回転軸側に位置するように、前記回転体に固定されている、
回転体である。態様８の回転体は、態様１の振動発電器を、第１の固定基板が所定のように位置するように固定した回転体である。
（態様９）
　態様９は、
　前記振動発電器が、
　前記第１の固定基板の前記可動基板と対向する面に形成された複数の第３の電極と、
　前記可動基板の前記第１の固定基板と対向する面に形成された複数の第４の電極と
をさらに有し、
　前記第３の電極および前記第４の電極のいずれか一方は電荷を保持した膜を有する電極である
態様８の回転体である。態様９の回転体における振動発電器は、態様２の振動発電器である。
（態様１０）
　態様１０は、
　前記振動発電器において、
　前記第１の電極、前記第２の電極、前記第３の電極および前記第４の電極が並ぶ方向は、前記可動基板が振動する方向と平行な方向であり、
　前記第１の電極は、互いに平行となり、かつ隣り合う２つの前記第１の電極の中心間の距離Ｄ１が等距離となるように配置されており、
　前記第２の電極は、互いに平行となり、かつ隣り合う２つの前記第２の電極の中心間の距離Ｄ２が等距離となるように配置されており、
　前記第３の電極は、互いに平行となり、かつ隣り合う２つの前記第３の電極の中心間の距離Ｄ３が等距離となるように配置されており、
　前記第４の電極は、互いに平行となり、かつ隣り合う２つの前記第４の電極の中心間の距離Ｄ４が等距離となるように配置されており、
　前記Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４が、
　Ｄ１＝Ｄ２＞Ｄ３＝Ｄ４
の関係を満たす
態様９の回転体である。態様１０の回転体における振動発電器は、態様３の振動発電器である。
（態様１１）
　態様１１は、
　前記振動発電器において、
　前記第１の電極、前記第２の電極、前記第３の電極および前記第４の電極が、前記第１の基板の面に垂直な方向から見たときに矩形を有し、
　前記第１の電極、前記第２の電極、前記第３の電極および前記第４の電極が並ぶ方向は、前記可動基板が振動する方向と平行な方向であり、
　前記可動基板が振動する方向における、前記第１の電極の幅、前記第２の電極の幅、前記第３の電極の幅、および前記第４の電極の幅を、それぞれＷ１、Ｗ２、Ｗ３、およびＷ４としたときに、
　Ｗ１＝Ｗ２＞Ｗ３＝Ｗ４
の関係を満たす
態様１０の回転体である。態様１１の回転体における振動発電器は、態様４の振動発電器である。
（態様１２）
　態様１２は、
　前記振動発電器が、
　前記第１の固定基板と前記第２の固定基板とを接続する固定構造体と、
　前記固定構造体と前記可動基板とに接続されたバネと
をさらに有し、
　前記バネにより、前記可動基板が中空に保持され、
　前記バネは、前記可動基板の振動方向における寸法が、前記回転体の径方向における寸法よりも小さいバネである、
態様８の回転体である。態様１２の回転体における振動発電器は、態様５の振動発電器である。
（態様１３）
　態様１３は、
　前記振動発電装置は、
　前記振動発電器の前記第１の電極と前記第２の電極に接続された第１の整流回路と、
　前記振動発電器の前記第３の電極と前記第４の電極に接続された第２の整流回路とを少なくとも有しており、
　前記第１の整流回路と前記第２の整流回路のいずれか一方の電圧を負荷へ供給する
態様９～１１のいずれかの回転体である。
（態様１４）
　態様１４は、
　前記振動発電装置は、
　前記整流回路から出力された直流電圧を所望の電圧レベルに変換する電圧変換回路と、
　前記振動発電装置からの出力が不要な場合、振動発電器により発電された電力を蓄える蓄電回路と、
　前記電圧変換回路、或いは前記蓄電回路からの出力電圧を所定の電圧に制御する電圧制御回路と、
　前記電圧変換回路の出力を蓄電回路、或いは電圧制御回路に切り替える出力切替回路とを有する態様８の回転体である。
（態様１５）
　態様１５は、車両用回転体である、態様８～１４のいずれかの回転体である。
（態様１６）
　態様１６は、態様６または７の振動発電装置を有する通信装置である。
（態様１７）
　態様１７は、態様６または７の振動発電装置を有する電子機器である。
　以下、図面に基づいて本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、以下の説明では、必要に応じて特定の方向や位置を示す用語（例えば、「上」、「下」、「右」、「左」及びそれらの用語を含む別の用語）を用いるが、それらの用語の使用は図面を参照した発明の理解を容易にするためであって、それらの用語の意味によって本発明の技術的範囲が制限されるものではない。また、複数の図面に表れる同一符号の部分は同一の部分又は部材を示す。
　１．実施の形態１
　図１は、本発明の実施の形態１に係る回転体１００を示す図である。図２ａ～図２ｄは回転体の一例である乗用車用のタイヤが回転しているときの加速度の周波数スペクトラムであって、図２ａおよび図２ｂはタイヤが低速および高速で回転しているときの接線方向振動のスペクトラムであり、図２ｃおよび図２ｄはタイヤが低速および高速で回転しているときの軸方向振動のスペクトラムである。図３は図１の振動発電器１１０の構造を示す断面図であり、図４は振動発電器１１０のバネを示す斜視図である。なお、図１、図３、および図４では、簡単のため配線構造などを図示していない。
　実施の形態１に係る、振動発電装置を有する回転体１００は、回転体１０１に振動発電装置１０２が設置された構成を有する。振動発電装置１０２は、振動発電器１１０と、回路１０３とを有する。本実施の形態１において、回転体１０１は回転軸の周囲で回転する部材（例えば自動車のタイヤ）であり、「回転本体」または「回転部材」と称することもできる。
　回転体１０１が回転方向（図中矢印の方向）に回転を行う際、振動発電装置１０２は回転体１０１と一体となって回転を行う。このとき、回転体１０１の軸方向（図１の（ａ）においては紙面に対して垂直な方向）の振動が外部振動として振動発電器１１０に与えられ、振動発電器１１０はこれを電気エネルギーに変換して発電を行う。発電された電力は回路１０３により整流され、さらに負荷の動作（例えば、データ送信、ＬＥＤ等の点灯動作）に使用される。
　回転体の軸方向振動については、図２ａ～図２ｄを用いて説明を行う。
　図２ａおよび図２ｂは、回転体として乗用車のタイヤの接線方向振動の加速度の周波数スペクトラムを示し、図２ｃおよび図２ｄは、タイヤの軸方向振動の加速度の周波数スペクトラムを示す。図２ａ～図２ｄでは、接線方向振動および軸方向振動のそれぞれについて、速度Ａと速度Ｂの２つの走行パターンで自動車を運転して、それぞれの速度が得られるようにタイヤを回転させたときのスペクトラムを示している。速度Ａは速度Ｂよりも低速である。
　図２ａ～図２ｄにおいて、加速度は同じスケールで示している。そのため、図２ｂにおいては、ピークが見えないものの、スペクトラムのピークは図２ｂにて矢印で示した周波数において現れる。これらの図から、タイヤの接線方向の振動のスペクトラムにおいては、自動車の速度が大きくなると振動のピークが周波数の高い側へシフトすることが理解される。これはタイヤの回転速度が速くなるためである。また、この周波数はタイヤの回転速度と一致する。なお、図２ａ～図２ｄにおいて、横軸は０～数百Ｈｚまでの周波数に該当し、図２ｂにて矢印で示した周波数は、図２ａにおいてピークが現れる周波数の約３倍である。
　一方、軸方向振動の周波数スペクトラムにおいては、タイヤの速度が変化したときに、振動（加速度）の大きさは変化するものの、接線方向振動の周波数スペクトラムにおいて見られるような顕著なピークは、低速度および高速度運転のいずれの場合にも現れない。また、軸方向の振動の大きさは、接線方向の振動の大きさよりも小さい。
　つまり、回転体の軸方向の振動を使用する本実施の形態にかかる回転体１００によれば、以下のような効果を得ることができる。
　（１）安定に出力することができる
　（２）使用周波数の範囲が広い
　（１）について詳細な説明を行う。
　ここでは、接線方向の振動を用いた場合と比較して説明を行う。接線方向の振動を利用する振動発電器においては、自動車の速度（タイヤの回転速度）が異なるとそれに応じて加速度がピークとなる周波数が変化する。また、ピークとなる周波数以外での加速度の大きさは、ピーク値に比べ1/10程度と非常に小さい。さらに、共振を利用した振動発電器においては、共振点以外の外部振動が与えられたときの発電量は非常に小さくなる。そのため、接線方向の振動を利用した振動発電器においては、ある速度で共振点と周波数スペクトラムのピークが一致して発電量が高くなっても、別の速度で振動の加速度が減少し、発電量が大幅に減少することがある。即ち、接線方向の振動を利用した振動発電器においては、タイヤの回転速度により発電量が大きく増減することになる。
　一方、本実施の形態に示す回転体は、上述のように回転速度の変化に対して振動の変化が小さい軸方向の振動により発電を行う振動発電器を有する。この場合、回転速度により振動のレベルは増加するが、ピーク値が大幅にシフトすることはなく、また、加速度のピーク値とそれ以外の周波数での加速度の大きさもほぼ同程度である。
　以上のことから、回転体の回転速度によらず安定に出力を与える回転体を提供することができる。
　（２）について詳細な説明を行う。
　（１）の説明で述べたように、接線方向の振動は、回転体の回転速度が大きくなると加速度がピークとなる周波数は変化し、また、加速度がピークとなる周波数で共振するように振動発電器の設計を行うと、それ以外の周波数では出力が急激に低下する。接線方向の振動を利用し、加速度が一番小さい周波数で共振するように設計された振動発電器において、回転体の回転速度が変化して加速度がピークとなると、印加される振動（加速度）は設計値よりも10倍大きいものとなると考えられる。設計値の10倍の加速度に耐えうるためには、振動発電器の振動体の大振幅動作に対して弾性歪みを緩和するように、振動発電器を大型化することなどを行わねばならず、デメリットも大きい。さらに、一般に、機械的な共振を利用する振動発電器において、適応可能な周波数範囲は、共振周波数よりも－１０％小さい周波数から１０％大きい周波数までの範囲（０．９×共振周波数～１．１×共振周波数）である。適用可能な周波数範囲の拡大と、振動による発電量はトレードオフの関係にあり、３倍もの周波数変化に対応できるものではない。これらのことは、回転体の接線方向の振動を利用する振動発電器は、回転体の回転速度が変化したときにピークがシフトすることも考慮して、加速度の変化が小さい領域で使用されなければならないことを意味する。
　一方、本実施の形態のように、回転体の軸方向の振動により発電する振動発電器においては、回転体の速度によらず、加速度がピーク（あるいは最大値）となる周波数とそれ以外の周波数において、加速度の差が小さく、せいぜい3倍程度である。したがって、ある周波数と別の周波数において、加速度が10倍も異なることもないから、振動発電器の設計に際し、前記のような大型化は必要とされない。以上のことから、回転体の軸方向の振動を利用する振動発電器は、接線方向の振動を利用するそれと比較して、使用可能な周波数範囲が広くなるように設計できる。
　上記（１）および（２）の効果は、振動発電装置が回転体の軸方向の振動により発電を行うよう配置されている限りにおいて達成され、振動発電装置が後述する形態のものでない場合にも達成される。
（振動発電器）
　次に振動発電器について説明を行う。
　図３（ａ）および（ｂ）は、図１に記載の振動発電装置１０２に搭載されている振動発電器１１０Ａ－Ａ’の断面図であり、図３（ｂ）は遠心力が加わって、可動基板が回転体の回転軸から遠ざかる方向に変位している状態を示す。振動発電器１１０は、第１の固定基板としての固定基板１１１Ｌ、第２の固定基板としての固定基板１１１Ｕ、および固定基板１１１Ｌと１１１Ｕとの間に配置された可動基板１１２を有する。固定基板１１１Ｌ、１１１Ｕ、および可動基板１１２はいずれも、回転体の径方向に対して垂直に配置され、したがって、それらの面（主表面）は回転体の径方向に対して垂直である。固定基板１１１Ｌ上に接続部を介して、固定構造体１１６Ｌ、１１６Ｒが支持され、さらに接続部を介して固定基板１１１Ｕが支持される。即ち、２つの固定基板１１１Ｌおよび１１１Ｕは、固定構造体１１６Ｌ、１１６Ｒを介して接続されている。また、固定構造体１１６Ｌ、１１６Ｒに接続されたバネ１１５Ｌ、１１５Ｒにより可動基板１１２は中空に保持されている。固定基板１１１Ｌ、１１１Ｕ、および可動基板１１２の面（主表面）はいずれも略正方形の形状を有し、互いに平行である。
　固定基板１１１Ｌは、固定基板１１１Ｕよりも回転体の回転軸（即ち、回転体の回転中心）の側に配置される。固定基板１１１Ｕの一方の面（図３では、固定基板１１１Ｕの下側の主表面）には、第１の電極１１９ａが複数形成され、固定基板１１１Ｕに対向する可動基板１１２の面（図３では上側の主表面）上には、複数の第２の電極１１９ｂが、それぞれ第１の電極１１９ａに対向する位置に形成される。ここで、第１の電極１１９ａと第２の電極１１９ｂのいずれか一方は、電荷を保持した膜を含むエレクトレット電極であり、他方は集電電極である。第１の電極１１９ａおよび第２の電極１１９ｂはいずれも、固定基板１１１Ｌ、１１１Ｕの面に対して垂直な方向から見たときに、矩形を有しており、略同じ寸法を有している。また、複数の第１の電極１１９ａおよび複数の第２の電極１１９ｂは、可動基板１１２が振動する方向（図において両矢印で示す方向）と平行な方向に並んでいる。
　固定基板１１１Ｕと可動基板１１２との間の距離（ギャップ、より厳密には、第１の電極１１９ａの表面と第２の電極１１９ｂの表面との間の距離）は、回転体の回転中に加わる遠心力によって、可動基板１１２が図３（ｂ）に示すように固定基板１１１Ｕ側（回転体の回転中心から遠ざかる方向）に変位したときでも、可動基板１１２が中空に保持されるように設計される。このようにギャップ形成を行うことで、遠心力により固定基板１１１Ｕと可動基板１１２が接触するのを回避することが可能となる。
　また、図３に示すように、固定基板１１１Ｌと可動基板１１２により形成されるギャップＧ１は、固定基板１１１Ｕと可動基板１１２により形成されるギャップＧ２よりも小さくてよい。それにより、振動発電器１１０をより薄くすることができる。
　次に、振動発電器１１０の動作について説明を行う。
　上述のように本実施の形態に示す振動発電器構造では、外部からの作用（振動）により可動基板１１２が変位を行う。その後、バネ１１５Ｌ、１１５Ｒの反発力により可動基板１１２は所望の位置に戻る方向に力を受け、所定の位置に戻る方向へ変位する。これらの変位の繰り返しは、可動基板１１２を、固定基板１１１Ｌ、１１１Ｕに対して、一軸方向で振動させることとなる。可動基板１１２は、外部からの作用が継続する限り振動を続けることとなる。外部からの作用が停止すると振動は減衰し、可動基板１１２は停止する。
　可動基板１１２が変位を行うことにより、第１の電極１１９ａと第２の電極１１９ｂとの重なり面積が変化し、一方の電極（エレクトレット電極でない電極、即ち、集電電極）に誘起される電荷の量が変化する。この電荷量の変化を、交流電力として出力することにより、振動発電器１１０は発電を行う。
　図４に、可動基板を中空に保持することができ、かつ、遠心力が加わったときに、可動基板が回転体の径方向において変位する量を小さくし得るバネ構造の一例を示す。本構造は、可動基板１１２の振動方向のバネの寸法（幅）よりも、遠心力が加わる方向（図４では上方向、可動基板１１２の厚さ方向に相当する）のバネの寸法（厚さ）が大きくなるように形成されており、大きなアスペクト比（遠心力の方向の寸法／振動方向の寸法）を有する。このようにバネを形成することで、遠心力が加わる方向に対しては、可動基板１１２の変位を抑制するとともに、回転体の回転軸方向において、可動基板１１２を強制的に振動させて、発電を行うことができる。
　図３および図４を参照して説明した振動発電器１１０によれば、回転体が回転する際の軸方向の振動により発電を行う場合、以下のような効果を得ることができる。
　（３）遠心力の影響が小さい
　（４）遠心力下でも動作できる
　（３）について詳細な説明を行う。本実施の形態に示す振動発電器１１０では、上述したように可動基板１１２は、ばね１１５Ｒ、Ｌにより中空に保持されている。そのため、摺動部が存在せず、遠心力による摺動抵抗の変化の問題が無くなり、安定に電力を出力することが可能となる。
　（４）について詳細な説明を行う。本実施の形態に示す振動発電器１１０では、バネ１１５Ｒ、Ｌを遠心力方向の寸法／振動方向の寸法のアスペクト比が高い（具体的には１よりも大きい）構造となるように形成する。そのため、回転体の回転軸方向の振動が作用するときには小さい加速度でも可動基板１１２を振動させるとともに、遠心力方向において大きな加速度が印加されても可動基板１１２の変位を小さくすることが可能である。これにより、遠心力下においても可動基板１１２を所定の方向に振動させることが可能となる。その結果、振動発電器１１０は、回転体の回転速度によらず、回転時の振動により安定に動作ができる。このように、振動発電器１１０は、回転体に固定的に設置される発電器として有用である。
　ここで、上記において説明していない部材または要素を説明する。エレクトレット電極を構成するエレクトレット材料としては、ポリプロピレン、ポリエステルテレフタレート、またはポリビニルクロライドなどの高分子材料、或いは酸化シリコンなどの無機材料を利用することができる。例えば、絶縁耐圧、および耐熱性に優れた酸化シリコンを特に用いてよい。
　また、耐湿性を向上させるため、電荷保持膜である酸化シリコンの周囲はシリコン窒化膜等の絶縁膜で完全に覆う構造としてよい。例えば酸化シリコンを用いる場合、シリコン窒化膜等の絶縁膜で酸化シリコンの周囲を完全に覆う構造とすることによって、絶縁耐圧、耐熱性、さらには耐湿性に優れたエレクトレット電極を得ることが可能となる。
　本実施の形態の回転体は、回転体に振動発電装置を設置して構成する。そのため、振動発電装置は、例えば、回転体の外周面に取り付けると、外周面から突出する部材となり得る。外周面から突出する部材は、回転体の円滑な回転を妨げる可能性があるから、振動発電装置は、適宜、突出する量を少なくして設置してよい。回転体の別の部分に振動発電装置を取り付ける場合も同じである。本実施の形態の回転体に備えられる振動発電装置は、薄型化されているため、突出量を小さくできる点において有利である。
　なお、本実施の形態では、振動発電装置１０２は、回転体１０１の幅を超えない大きさの例を示した。本実施の形態の変形例または他の実施の形態において、振動発電装置１０２から高い出力電力を得る必要がある場合、振動発電装置１０２は、回転体１０１の幅を超えた大きさのものであってもよい。
　また、本実施の形態に示す振動発電器１１０において、可動基板１１２の振動方向において、第１の電極１１９ａは、第２の電極１１９ｂを超えた領域にまで（第２の電極１１９ｂよりも外側にまで）形成している。即ち、固定基板１１１Ｕの面（主表面）に対して垂直な方向から見て、第２の電極１１９ｂがすべて第１の電極１１９ａと完全に重なっているときに、第２の電極１１９ｂと重ならない第１の電極１１９ａが常に存在する。これは、第２の電極１１９ｂが、できるだけ多く発電に寄与して、より多くの電力が供給されるようにするためである。
　第１の電極１１９ａは、可動基板１１２（特に第１の電極１１９ａ）の振動限界（振動により変位可能な範囲）まで形成してよい。それにより、可動基板１１２が振動している間、第２の電極１１９ｂはすべて発電に寄与することができる。また、それにより、可動基板１１２の振動中、重なっている第１の電極１１９ａと第２の電極１１９ｂの数が増減しないので、発電がより安定化される。
　また、可動基板１１２の面（主表面）の形状は、正方形に限られず、矩形であっても、或いは他の形状であってもよい。
　２．実施の形態２
　実施の形態２として、回転体に設置可能な別の振動発電器を説明する。図５は、実施の形態２に係る振動発電器２１０の構造を示す断面図である。なお、図５では、簡単のため配線構造などを図示していない。
　図５は、図１に記載の振動発電装置に搭載されている振動発電器の他の実施形態を示す断面図である。図５もまた、図１のＡ－Ａ’に沿って切断した断面図であり、可動基板の振動方向および厚さ方向に平行な断面を示している。図５に示す振動発電器２１０は、図３のそれと同様に、第１の固定基板としての固定基板２１１Ｌ、第２の固定基板としての固定基板２１１Ｕ、および可動基板２１２を有する。固定基板２１１Ｌ、２１１Ｕ、および可動基板２１２はいずれも、回転体の径方向に対して垂直に配置され、したがって、それらの面（主表面）は回転体の径方向に対して垂直である。固定基板２１１Ｌ上に接続部を介して、固定構造体２１６Ｌ、２１６Ｒが支持され、さらに接続部を介して固定基板２１１Ｕが支持される。即ち、２つの固定基板２１１Ｌおよび２１１Ｕは、固定構造体２１６Ｌ、２１６Ｒを介して接続されている。また、固定構造体２１６Ｌ、２１６Ｒに接続されたバネ２１５Ｌ、２１５Ｒにより可動基板２１２は中空に保持されている。固定基板２１１Ｌ、２１１Ｕ、および可動基板２１２の面（主表面）はいずれも略正方形の形状を有し、互いに平行である。
　固定基板２１１Ｌは、固定基板２１１Ｕよりも回転体の回転軸（即ち、回転体の回転中心）の側に配置される。固定基板２１１Ｕの一方の面（図５では、固定基板２１１Ｕの下側の主表面）には、第１の電極２１９ａＵが複数形成され、固定基板２１１Ｕに対向する可動基板２１２の面（図５では上側の主表面）上には、複数の第２の電極２１９ｂＵが、それぞれ第１の電極２１９ａＵに対向する位置に形成される。ここで、第１の電極２１９ａＵと第２の電極２１９ｂＵのいずれか一方は電荷を保持した膜を含むエレクトレット電極であり、他方は集電電極である。
　また、固定基板２１１Ｌの一方の面（図５では、固定基板２１１Ｌの上側の主表面）には、第３の電極２１９ａＬが複数形成され、固定基板２１１Ｌに対向する可動基板２１２の面（図５では下側の主表面）上には、第４の電極２１９ｂＬが複数、それぞれ第３の電極２１９ａＬに対向する位置に形成される。ここで、第３の電極２１９ａＬと第４の電極２１９ｂＬのいずれか一方は、電荷を保持した膜を含むエレクトレット電極であり、他方は集電電極である。
　第１の電極２１９ａＵ、第２の電極２１９ｂＵ、第３の電極２１９ａＬ、および第４の電極２１９ｂＬはいずれも、固定基板２１１Ｌ、２１１Ｕの面に対して垂直な方向から見たときに、矩形を有しており、略同じ寸法を有している。また、複数の第１の電極２１９ａＵ、複数の第２の電極２１９ｂＵ、複数の第３の電極２１９ａＬ、および複数の第４の電極２１９ｂＬは、可動基板２１２が振動する方向と平行な方向（図において両矢印で示す方向）に並んでいる。
　固定基板２１１Ｕと可動基板２１２との間の距離は、回転体の回転中に加わる遠心力によって、可動基板２１２が固定基板２１１Ｕ側に変位したときでも、可動基板１１２が中空に保持されるように設計される。このようにギャップ形成を行うことで、遠心力により固定基板２１１Ｕと可動基板２１２が接触するのを回避することが可能となる。
　また、図５に示すように、固定基板２１１Ｌと可動基板２１２により形成されるギャップＧＡは、固定基板２１１Ｕと可動基板２１２により形成されるギャップＧＢよりも小さい。実施の形態１で説明したように、このようにギャップ形成を行うことで、後述するように、可動基板２１２の上側に形成された、エレクトレット電極と集電電極の組における発電を効率よく実施することができ、さらに後述する効果を得ることができる。
　次に、振動発電器２１０の動作について説明を行う。
　この振動発電器構造２１０における発電の原理は、実施の形態１に示す振動発電器１１０のそれと同様である。但し、発電は、可動基板２１２の上下、即ち、第１の電極２１９ａＵと第２の電極２１９ｂＵとの間、および第３の電極２１９ａＬと第４の電極２１９ｂＬとの間で行われる。
　具体的には、発電は、回転体の回転速度が遅く、遠心力が小さい場合は、ギャップの小さい第３の電極２１９ａＬと第４の電極２１９ｂＬの間で主に行われる（発電Ａ）。遠心力が増加するに従い、固定基板２１１Ｕと可動基板２１２のギャップが狭まると、発電は、第１の電極２１９ａＵと第２の電極２１９ｂＵの間で主に行われる（発電Ｂ）。そのため、本実施の形態において用いる振動発電器２１０によれば、回転体が回転する際の振動により発電を行う場合、以下のような効果を得ることができる。
　（５）発電量をさらに安定させることができる
　（５）について詳細な説明を行う。本実施の形態に示す振動発電器２１０では、上述したように固定基板２１１Ｌと可動基板２１２のギャップ（ギャップＧＡ）と固定基板２１１Ｕと可動基板２１２のギャップ（ギャップＧＢ）は、ギャップＧＡ＜ギャップＧＢとなるように構成されている。その結果、回転速度の遅い領域では、発電Ａの方が発電Ｂと比較して大きい。回転速度が増加するに従い、ギャップＧＡが増加して発電Ａは減少し、ギャップＧＢの減少に伴い発電Ｂが増加する。さらに回転速度が増すと、発電Ｂが発電Ａよりも大きい状態となる。したがって、低速回転時には発電Ａを利用し、高速回転時には発電Ｂを利用することにより、回転体の回転速度が変わっても発電量の変化を小さくすることができ、遠心力による出力電力の変動を抑えて、出力をさらに安定にすることが可能となる。
　なお、実施の形態１と同様に、第１の電極２１９ａＵは、可動基板２１２の振動方向において、第２の電極２１９ｂＵを超えた領域にまで（第２の電極２１９ｂＵよりも外側にまで）形成している。第１の電極２１９ａＵは、可動基板２１２（特に第２の電極２１９ｂＵ）の振動限界（振動により変位可能な範囲）まで形成してよい。第３の電極２１９ａＬと第４の電極２１９ｂＬの関係も同様である。
　また、可動基板２１２の表面（主表面）の形状は、正方形に限られず、矩形であっても、或いは他の形状であってもよい。
　上記において説明しなかった部材または要素は、実施の形態１と同様のものである。例えば、バネ２１５Ｌ、Ｒは、図４で示したアスペクト比の高い構造のものである。尤も、バネ２１５Ｌ、Ｒは、他のバネであってもよい。他のバネを用いる場合でも、図５に示す構成の振動発電器による効果を得ることができる。
　３．実施の形態３
　実施の形態３として、回転体に設置可能な別の振動発電器を説明する。図６は、実施の形態３に係る振動発電器３１０の構造を示す断面図（図６（ａ））、および可動基板３１２の一部が傾いて回転体の回転軸側に変位した状態を示す断面図（図６（ｂ））である。なお、図６では、簡単のため配線構造などを図示していない。
　図６は、図１に記載の振動発電装置に搭載されている振動発電器の他の実施形態を示す断面図である。図６もまた、図１のＡ－Ａ’に沿って切断した断面図であり、可動基板３１２の振動方向および厚さ方向に平行な断面を示している。図６に示す振動発電器３１０は、図５に示す振動発電器２１０とほぼ同じ構成を有する。即ち、振動発電器３１０は、第１の基板としての固定基板３１１Ｌ、第２の基板としての固定基板３１１Ｕ、これらの固定基板を接続する固定構造体３１６Ｌ、Ｒ、可動基板３１２、および固定構造体３１６Ｌ、Ｒに接続され、可動基板３１２を中空に保持するバネ３１５Ｌ、Ｒを有する。
　また、図５の振動発電器２１０と同様、振動発電器３１０においても、固定基板３１１Ｕの一方の面（図６では、固定基板３１１Ｕの下側の主表面）には、第１の電極３１９ａＵが形成され、固定基板３１１Ｕに対向する可動基板３１２の面（図６では上側の主表面）上には、第２の電極３１９ｂＵが、それぞれ第１の電極３１９ａＵに対向する位置に形成される。また、固定基板３１１Ｌの一方の面（図６では、固定基板３１１Ｌの上側の主表面）には、第３の電極３１９ａＬが形成され、固定基板３１１Ｌに対向する可動基板３１２の面（図６では下側の主表面）上には、第４の電極３１９ｂＬが、それぞれ第３の電極３１９ａＬに対向する位置に形成される。ここで、第１の電極３１９ａＵと第２の電極３１９ｂＵのいずれか一方、および第３の電極３１９ａＬと第４の電極３１９ｂＬのいずれか一方は、電荷を保持した膜を含むエレクトレット電極であり、他方は集電電極である。
　振動発電器３１０が、図５の振動発電器２１０と異なる点は、固定基板３１１Ｌの上側の主表面に、突起体３１３が形成されていることである。突起体３１３は、例えば、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜等の絶縁膜を成膜し、パターニングにより形成される。あるいは、突起体３１３は、固定基板をエッチング等により削って形成される。
　その他の構造、および動作に関しては、振動発電器２１０のそれらと同様である。
　本実施の形態に係る振動発電器３１０によれば、回転体が回転する際の振動により発電を行う場合、以下のような効果を得ることができる。
　（６）スティクションの回避
　（６）について詳細な説明を行う。本実施の形態に示す振動発電器３１０では、上述したように固定基板３１１Ｌの上面に突起体３１３が形成されている。その結果、可動基板３１２が変形するように変位した場合、あるいはバネ３１５Ｌ、３１５Ｒの一部が変形または変位して、可動基板３１２の面を固定基板３１１Ｌ、３１１Ｕの面と平行に保つことができなくなった場合（図６（ｂ）を参照）、可動基板３１２の周辺部（振動中、大きな加速度を有する部分）が、固定基板３１１Ｌの側に変形または変位したときでも、突起体により変形量または変位量を最小限に抑えることができる。その結果、回転体が通常回転しているときには加わらないような振動（例えば、自動車のタイヤが石ころを踏んだときに加わる振動）が振動発電器３１０に加わっても、第３の電極３１９ａＬと第４の電極３１９ｂＬとの間でスティクションを回避することが可能となる。
　本実施の形態においては、固定基板３１１Ｌと可動基板３１２との間のギャップが、固定基板３１１Ｕと可動基板３１２との間のギャップより小さい。スティクションは、固定基板と可動基板との間のギャップが小さいときに生じやすいため、図６においては、突起体３１３を固定基板３１１Ｌの面に形成している。あるいは、突起体は、可動基板３１２の面に設けてもよい。
　或いは、突起体は、固定基板３１１Ｕの可動基板３１２に面した面に形成してもよい。あるいはまた、可動基板３１２の固定基板３１１Ｕ側の面（固定基板３１１Ｕ側の主表面）に設けても良い。スティクションはギャップが小さいときにより生じやすいので、突起体は、有利にはギャップの小さい側（固定基板３１１Ｌと可動基板３１２の間）に形成される。
　なお、実施の形態１と同様に、第１の電極３１９ａＵは、可動基板３１２の振動方向において、第２の電極３１９ｂＵを超えた領域にまで（第２の電極３１９ｂＵよりも外側にまで）形成している。第１の電極３１９ａＵは、可動基板３１２（特に第２の電極３１９ｂＵ）の振動限界（振動により変位可能な範囲）まで形成してよい。第３の電極３１９ａＬと第４の電極３１９ｂＬの関係も同様である。
　また、可動基板３１２の面（主表面）の形状は、正方形に限られず、矩形であっても、或いは他の形状であってもよい。
　４．実施の形態４
　実施の形態４として、回転体に設置可能な振動発電装置を説明する。図７ａは、実施の形態４に係る振動発電装置４００を示す図である。
　図７ａにおいて、振動発電器２１０は、実施の形態２に示すものである。振動発電装置４００において、第１の電極２１９ａＵと第２の電極２１９ｂＵ間には整流回路４０１が接続される。また、第３の電極２１９ａＬと第４の電極２１９ｂＬ間には別の整流回路４０２が接続される。
　このように構成された振動発電装置の動作について説明を行う。
　回転体の回転速度が遅い時は、振動発電器２１０からは、第３の電極２１９ａＬと第４の電極２１９ｂＬの発電量が第１の電極２１９ａＵと第２の電極２１９ｂＵの発電量よりも大きく、整流回路４０２からの出力電圧が整流回路４０１からの出力電圧よりも大きくなる。その結果、負荷へは整流回路４０２の電圧が印加される。また、回転体の回転速度が速い時は、第１の電極２１９ａＵと第２の電極２１９ｂＵの発電量が第３の電極２１９ａＬと第４の電極２１９ｂＬの発電量よりも大きく、整流回路４０１からの出力電圧が整流回路４０２からの出力電圧よりも大きくなる。その結果、負荷へは整流回路４０１の電圧が印加される。
　本実施の形態に係る振動発電装置４００によれば、回転体が回転する際の振動により発電を行う場合、以下のような効果を得ることができる。
　（７）負荷への電力の安定供給
　（７）について詳細な説明を行う。本実施の形態に示す振動発電装置４００では、上述したように、回転体の回転中に得られる２つの出力の内、大きい方を負荷へ供給できるように構成されている。その結果、回転体の低速回転時においても高速回転時においても、比較的一定の電力が負荷に送られ、負荷への電力伝搬の変動を小さくすることが可能となる。
　本実施の形態では、隣り合う２つの第１の電極２１９ａＵの中心間の距離、および隣り合う２つの第２の電極２１９ｂＵの中心間の距離、隣り合う２つの第３の電極２１９ａＬの中心間の距離、および隣り合う２つの第４の電極２１９ｂＬの中心間の距離がすべて同じとなるように構成される例を示した。回転体の回転速度の違いによる出力電圧の周波数変動を低減するためには、図７ｂに示す変形例のように、隣り合う２つの第１の電極２１９ａＵの中心間の距離Ｄ１、隣り合う２つの第２の電極２１９ｂＵの中心間の距離Ｄ２、隣り合う２つの第３の電極２１９ａＬの中心間の距離Ｄ３、および隣り合う２つの第４の電極２１９ｂＬの中心間の距離Ｄ４は、Ｄ１＝Ｄ２＞Ｄ３＝Ｄ４となるように設定してよい。この構成により、さらに電力の安定化を図ることができる。
　図７ｂに示す振動発電装置４１０は、振動発電器２２０が図示した形態のものである点を除いては図７ａに示すそれと同じである。振動発電器２２０においては、複数の矩形の第１の電極２１９ａＵが互いに平行に、可動基板２１２の振動方向に平行な方向に並べられている。第２の電極２１９ｂＵ、第３の電極２１９ａＬ、および第４の電極２１９ｂＬも同様である。上記のとおり、各基板に形成された電極において、隣り合う２つの電極の中心間の距離は、Ｄ１＝Ｄ２＞Ｄ３＝Ｄ４を満たしている。これは、低速回転時の振動の大きさ（加速度の大きさ）が、高速回転時の振動の大きさよりも小さいことによる。振動の大きさ（加速度の大きさ）がより大きいほど、振動発電器２２０における可動基板２１２が受ける力はより大きくなり、その結果、可動基板２１２はより大きく、即ち、より速く振動することとなる。可動基板２１２の振動速度が大きいほど、振動発電器４１０から出力される電圧の周波数はより高くなり、インピーダンスはより低くなる。
　一方、振動発電器と負荷との間でインピーダンスを整合させるためには、振動発電器から出力される電圧の周波数を変動させず、一定とするのが有利である。そこで、図７ｂに示す振動発電器４１０においては、可動基板２１２の振動速度が変化しても、出力電圧の周波数の変化が小さくなるように、高速回転時の発電に用いられる電極の組（具体的には第１の電極および第２の電極の組）において、隣り合う２つの電極の中心間の距離をより大きくし、低速回転時の発電に用いられる電極の組（具体的には第３の電極および第４の電極の組）において、隣り合う２つの電極の中心間の距離をより小さくしている。この構成により、回転体の速度によらず、振動発電器４１０からより安定した電力を得ることができる。
　あるいは、図７ｂに示す振動発電器４１０において、矩形の電極の幅を、高速回転時の発電に用いられる電極の組においてより大きくし、低速回転時の発電に用いられる電極の組においてより小さくしてよい。即ち、可動基板の振動方向における、第１の電極の幅、第２の電極の幅、第３の電極の幅、および第４の電極の幅を、それぞれＷ１、Ｗ２、Ｗ３、およびＷ４としたときに、Ｗ１＝Ｗ２＞Ｗ３＝Ｗ４の関係を満たすように、電極を設計してよい。そのような変形例を図７ｃに示す。
　図７ｃに示す振動発電装置４２０は、振動発電器２３０が図示した形態のものである点を除いては図７ｂに示すそれと同じである。振動発電器２３０においては、複数の矩形の第１の電極２１９ａＵが互いに平行に、可動基板２１２の振動方向に平行な方向に並べられている。第２の電極２１９ｂＵ、第３の電極２１９ａＬ、および第４の電極２１９ｂＬも同様である。また、上記のとおり、各基板に形成された電極において、第１の電極２１９ａＵの幅Ｗ１、第２の電極２１９ｂＵの幅（Ｗ２）、第３の電極２１９ａＬの幅（Ｗ３）、および第４の電極２１９ｂＬの幅（Ｗ４）は、Ｗ１＝Ｗ２＞Ｗ３＝Ｗ４を満たしている。このように構成することにより、低速回転時には印加される振動が小さく振動体２１２の振幅も小さいが、電極幅（Ｗ３、Ｗ４）が小さいため小振幅でも発電が可能になる。また、高速回転時には印加される振動が大きくなることにより低速回転時に比べ振動体２１２は大振幅で動作することになるため、電極の重なり面積の増減が速くなる。しかしながら、図７ｃに示すような電極構成により、電極幅（Ｗ１、Ｗ２）が大きいため出力される電圧の周期は低速回転時と比べて変化が小さくなる。よって、この変形例によっても、回転体の速度によらず、振動発電器からより安定した電力を得ることができる。
　以上において説明した回転体は、例えば、車両用回転体として提供される。車両用回転体は、例えば、二輪車、三輪車、自動車（乗用車、バスを含む）、産業用車両（例えば、トラック）、農業用車両（例えば、トラクター）、建設用車両（例えば、クレーン車）に用いられる回転体である。回転体は、例えば、これらの車両に用いられるタイヤである。あるいは、回転体は、原動機に含まれる回転体であってよく、例えば、エンジンおよび電気モータに含まれる回転体であってよく、あるいは発電機に含まれる回転体であってよい。回転体からの電力は、例えば、回転体それ自体の性能を評価するために用いてよく、具体的には、例えば、タイヤの空気圧をモニタリングして、モニタ結果を送信するために用いてよい。あるいは、回転体からの電力は、光源（例えばＬＥＤランプ）を点灯するために用いてよい。
５．実施の形態５
　実施の形態５として、回転体に設置可能な振動発電装置を説明する。図８は、実施の形態５の振動発電装置のブロック図である。図８において、振動発電器は、実施の形態１から実施の形態４で示された振動発電器のいずれか１つを示す。
　図８において、振動発電装置５００は、振動発電器５０１、整流回路５０２、電圧変換回路５０３、出力切替回路５０４、蓄電回路５０５、および電圧制御回路５０６からなる。振動発電器５０１から出力された交流電圧は、整流回路５０２により直流電圧に変換される。直流電圧は、電圧変換回路５０３に入力され、振動発電装置５００の出力電圧レベルまで電圧変換し、変換された電圧は、出力切替回路５０４により、電圧制御回路５０６、或いは蓄電回路５０５に入力される。電圧制御回路５０６では、出力電圧が一定となるように電圧制御されて出力される。
　以上のように構成された振動発電装置５００の動作について、説明を行う。
　振動発電器５０１からは、交流の電圧が出力される。ここでは、出力電圧は正弦波を想定して説明を行うが、実際には振動発電器５０１の出力電圧は、可動基板の振動振幅、可動基板－固定基板間のギャップ、エレクトレット膜の保持電荷量、及び振動発電器５０１から見た外部インピーダンスの大きさなどにより電圧波形は異なる。振動発電器５０１から出力された交流電圧は、整流回路５０２により直流電圧ＶＤＣ１に変換される。直流電圧ＶＤＣ１は、振動発電装置５００の出力電圧レベルＶＤＣ２まで電圧変換回路５０３で電圧変換される。出力切替回路５０４の動作は、振動発電装置５００からの電圧出力が必要ないときは、電圧制御回路５０６には出力を行わず、蓄電回路５０５に発電された電力を蓄える、また、振動発電装置５００からの電圧出力が必要であり、発電量が小さい時には、蓄電回路５０５に蓄えられた電力を出力するように切替を行う。出力切替回路５０４からの出力は、電圧制御回路５０６により所望の出力電圧ＶＯＵＴに制御されて出力が行われる。
　また、前述したように、振動発電器５００の出力電圧は、さまざまな要因で変動する。これに対応するため、出力電圧レベルＶＤＣ２は、最終的に出力される電圧ＶＯＵＴよりも若干高い電圧に設定してよい。このように設定を行うことで、微小な電圧変動に対しても、出力電圧は一定とすることが可能となる。例として１．８Ｖの出力を行う場合について説明を行うと、ＶＤＣ２を１．８Ｖに設定した場合、振動発電器の出力電圧が減少すると、振動発電器５００の出力電圧も減少するが、例えば、ＶＤＣ２を２Ｖに設定しておけば、０．２Ｖの電圧減少に対しても十分に制御が可能となるなど、利用上の効果は大きい。
　６．実施の形態６
　実施の形態６として、回転体に設置可能な振動発電装置を説明する。図９は、実施の形態６の振動発電装置の構造を示すブロック図である。図９において、振動発電器は、実施の形態１から実施の形態４で示された振動発電器のいずれか１つを示す。
　図９において、振動発電装置６００は、振動発電器６０１、整流回路６０２、電圧変換回路６０３、出力切替回路６０４、蓄電回路６０５、および電圧制御回路６０６からなる。振動発電器６０１から出力された交流電圧は、整流回路６０２により直流電圧に変換される。直流電圧は、電圧変換回路６０３に入力され、振動発電装置６００の電圧制御可能な電圧レベルに電圧変換し、変換された電圧は、電圧制御回路６０６で所望の電圧となるよう制御され蓄電回路６０５に入力される。出力制御回路６０４では、蓄電回路６０５に蓄えられた電力を負荷の状態に合わせて制御して、出力する。
　このような構成を有する振動発電装置６００においても、振動発電装置５００と同様の効果が得られる。振動発電装置６００の動作は、振動発電装置５００のそれと概略同様であるが、電圧制御回路６０６の出力電圧は、蓄電回路６０５への最適な電圧に制御するように設定を行う。また、出力制御回路６０４は、負荷の状態に合わせて振動発電装置６００からの出力を制御する。
　７．実施の形態７
　図１０は、自動車に搭載されるタイヤ空気圧モニタリングシステムで使用される通信装置７００のブロック図である。通信装置７００は、例えば、自動車のタイヤが本発明の実施の形態の回転体である場合には、タイヤが発電する電力が供給されて、動作するように構成されている。よって、図１０において、発電装置７０１は実施の形態５、または実施の形態６で示された振動発電装置を示す。
　図１０において、通信装置７００は、振動により発電を行う発電装置７０１、通信装置の主電源、或いは発電装置７０１のサブ電源としての電池７０２、発電装置７０１からの出力と電池７０２からの出力を切り替えて回路部に供給する電源制御部７０３、タイヤの空気圧を測定する圧力センサ７０４、圧力センサからの出力を処理し、通信部に伝える処理部７０５、処理部７０５からの入力信号を高周波信号に変換してアンテナ７０７へ伝える通信部７０６と、アンテナ７０７からなる。
　以上のように構成された通信装置７００の動作について説明を行う。
　圧力センサ７０４、処理部７０５、通信部７０６が動作するために必要な電力を、電源制御部７０３により発電装置７０１、或いは電池７０２から供給する。圧力センサ７０４は、タイヤの空気圧を測定し、測定結果を電圧信号に変換して処理部７０５へ入力する。処理部７０５で処理された信号は、通信部７０６へ入力され高周波信号としてアンテナ７０７から伝搬される。
　このように、振動発電装置を通信装置の電源として利用する場合、電池交換等のメンテナンス作業回数を低減することができ、或いは電池交換を不要にすることができる。これらのことは、通信装置それ自体の利便性を向上させるとともに、省資源および環境保護にも寄与する。
　また、本実施の形態では、振動発電装置と電池との併用を行う例を示した。振動発電装置からの出力電力が圧力センサ、処理部、通信部等の回路で消費する電力、および通信に必要な電力を十分にまかなうことができれば、振動発電装置のみを電源として用いてよい。その場合、電池、及び電源制御部が不要となり機器の小型化の点で有利である。
　本実施の形態では、圧力センサのみを装備した通信装置のブロック図を示した。自動車の動作状況を検出して電力制御を行うためのセンサ、及び制御回路が搭載された通信装置においても同様の効果が得られる。
　さらに、本実施の形態では、実施の形態５、または６に示す振動発電装置を用いる例を示したが、回転体の回転に起因して作用する外部からの振動を電力に変換する振動発電装置であれば、他の振動発電装置であっても同様の効果が得られる。
　８．実施の形態８
　図１１は、音の出る電子機器８００のブロック図である。図１１において、発電装置８０１は実施の形態５、または実施の形態６で示された振動発電装置を示す。
　図１１において、電子機器８００は、振動により発電を行う発電装置８０１、通信装置の主電源、或いは発電装置８０１のサブ電源としての電池８０２、発電装置８０１からの出力と電池８０２からの出力を切り替えて回路部に供給する電源制御部８０３、外部からの応答（例えば、ボタンプッシュ、傾きなど）を検出するセンサ８０４、センサからの出力を処理し、通信部に伝える処理部８０５、処理部８０５からの入力信号によりスピーカー８０７へ伝える制御部８０６、およびスピーカー８０７からなる。
　以上のように構成された通信装置（電子機器）８００の動作について説明を行う。
　センサ８０４、処理部８０５、制御部８０６が動作するために必要な電力を、電源制御部８０３により発電装置８０１、或いは電池８０２から供給する。センサ８０４は、外部からの応答を検出し、検出結果を処理部８０５へ入力する。処理部８０５で処理された信号が所望の値を超えると、制御部８０６へ入力されて、スピーカー８０７から音を出力する。
　このように、振動発電装置を電子機器の電源として利用する場合、電池交換等のメンテナンス作業回数を低減することができ、或いは電池交換を不要にすることができる。これらのことは、通信装置それ自体の利便性を向上させるとともに、省資源および環境保護にも寄与する。
　また、本実施の形態では、振動発電装置と電池との併用を行う例を示した。振動発電装置からの出力電力がセンサ、処理部、制御部等の回路で消費する電力、および通信に必要な電力を十分にまかなうことができれば、振動発電装置のみを電源として用いてよい。その場合、電池、及び電源制御部が不要となり、機器の小型化の点で有効である。
　また、本実施の形態では、実施の形態５、および実施の形態６で示された振動発電装置を用いる例を示したが、回転体の回転に起因して作用する外部からの振動を電力に変換可能な振動発電器であれば、他の振動発電装置であっても同様の効果が得られることは言うまでもない。
　なお、今回開示された実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
　本発明の実施の形態に係る回転体は、振動発電器が安定した出力電圧で発電することにより、回転体の回転速度によらず安定した出力電力を電子機器等に与えることができ、有用である。また、本発明の実施の形態に係る回転体は、小電力の無線通信モジュールなどと一体で使用することが可能であり、例えば、タイヤの空気圧センサを備えた車両用タイヤとして、非常に有用である。
１００　振動発電装置を有する回転体
１０１　回転体
１０２　振動発電装置
１１０、２１０、２２０、３１０　振動発電器
１１１、２１１、３１１　固定基板
１１２、２１２、３１２　可動基板
１１５、２１５、３１５　バネ
１１６、２１６、３１６　固定構造体
４００、４１０　振動発電装置
５００　振動発電装置
６００　振動発電装置
７００　通信装置
８００　電子機器

Claims (17)

  1. 　第１の固定基板と、
    　前記第１の固定基板と対向するように配置された第２の固定基板と、
    　前記第１の固定基板と前記第２の固定基板との間に、前記第１および前記第２の固定基板と対向するように配置された、前記第１および前記第２の固定基板に対して振動可能である可動基板と、
    　前記第２の固定基板の前記可動基板と対向する面に形成された複数の第１の電極と、
    　前記可動基板の前記第２の固定基板と対向する面に形成された複数の第２の電極と
    を有し、
    　前記第１の電極および前記第２の電極のいずれか一方は電荷を保持した膜を有する電極であり、
    　前記第１の固定基板と前記可動基板との間の間隔を第１の間隔、および前記第２の固定基板と前記可動基板との間の間隔を第２の間隔としたときに、前記第１の間隔は前記第２の間隔よりも小さい
    振動発電器。
  2. 　前記第１の固定基板の前記可動基板と対向する面に形成された複数の第３の電極と、
    　前記可動基板の前記第１の固定基板と対向する面に形成された複数の第４の電極と
    をさらに有し、
    　前記第３の電極および前記第４の電極のいずれか一方は電荷を保持した膜を有する電極である
    請求項１に記載の振動発電器。
  3. 　前記第１の電極、前記第２の電極、前記第３の電極および前記第４の電極が並ぶ方向は、前記可動基板が振動する方向と平行な方向であり、
    　前記第１の電極は、互いに平行となり、かつ隣り合う２つの前記第１の電極の中心間の距離Ｄ１が等距離となるように配置されており、
    　前記第２の電極は、互いに平行となり、かつ隣り合う２つの前記第２の電極の中心間の距離Ｄ２が等距離となるように配置されており、
    　前記第３の電極は、互いに平行となり、かつ隣り合う２つの前記第３の電極の中心間の距離Ｄ３が等距離となるように配置されており、
    　前記第４の電極は、互いに平行となり、かつ隣り合う２つの前記第４の電極の中心間の距離Ｄ４が等距離となるように配置されており、
    　前記Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４が、
    　Ｄ１＝Ｄ２＞Ｄ３＝Ｄ４
    の関係を満たす
    請求項２に記載の振動発電器。
  4. 　前記第１の電極、前記第２の電極、前記第３の電極および前記第４の電極が、前記第１の基板の面に垂直な方向から見たときに矩形を有し、
    　前記第１の電極、前記第２の電極、前記第３の電極および前記第４の電極が並ぶ方向は、前記可動基板が振動する方向と平行な方向であり、
    　前記可動基板が振動する方向における、前記第１の電極の幅、前記第２の電極の幅、前記第３の電極の幅、および前記第４の電極の幅を、それぞれＷ１、Ｗ２、Ｗ３、およびＷ４としたときに、
    　Ｗ１＝Ｗ２＞Ｗ３＝Ｗ４
    の関係を満たす
    請求項２に記載の振動発電器。
  5. 　前記第１の固定基板と前記第２の固定基板とを接続する固定構造体と、
    　前記固定構造体と前記可動基板とに接続されたバネと
    をさらに有し、
    　前記バネにより、前記可動基板が中空に保持され、
    　前記バネは、前記可動基板の振動方向における寸法が、前記可動基板の厚さ方向における寸法よりも小さいバネである
    請求項１に記載の振動発電器。
  6. 　請求項１～５のいずれか１項に記載の振動発電器と、
    　前記振動発電器からの交流出力電圧を変換して直流電圧を出力する回路と、
    と有する振動発電装置。
  7. 　さらに電池を有する請求項６に記載の振動発電装置。
  8. 　振動発電装置を有する回転体であって、
    　前記振動発電装置は、振動発電器と、前記振動発電器からの交流出力電圧を変換して直流電圧を出力する回路とを有し、
    　前記振動発電器が、
    　第１の固定基板と、
    　前記第１の固定基板と対向するように配置された第２の固定基板と、
    　前記第１の固定基板と前記第２の固定基板との間に、前記第１および前記第２の固定基板と対向するように配置された、前記第１および前記第２の固定基板に対して振動可能である可動基板と、
    　前記第２の固定基板の前記可動基板と対向する面に形成された複数の第１の電極と、
    　前記可動基板の前記第２の固定基板と対向する面に形成された複数の第２の電極と
    を有し、
    　前記第１の電極および前記第２の電極のいずれか一方は電荷を保持した膜を有する電極であり、
    　前記第１の固定基板と前記可動基板との間の間隔を第１の間隔、および前記第２の固定基板と前記可動基板との間の間隔を第２の間隔としたときに、前記第１の間隔は前記第２の間隔よりも小さく、
    　前記第１の固定基板、前記第２の固定基板および前記可動基板は、前記回転体の径方向に対して垂直に配置されており、
    　前記振動発電器は、前記第１の固定基板が前記回転体の前記回転軸側に位置するように、前記回転体に固定されている、
    回転体。
  9. 　前記振動発電器が、
    　前記第１の固定基板の前記可動基板と対向する面に形成された複数の第３の電極と、
    　前記可動基板の前記第１の固定基板と対向する面に形成された複数の第４の電極と
    をさらに有し、
    　前記第３の電極および前記第４の電極のいずれか一方は電荷を保持した膜を有する電極である
    請求項８に記載の回転体。
  10. 　前記振動発電器において、
    　前記第１の電極、前記第２の電極、前記第３の電極および前記第４の電極が並ぶ方向は、前記可動基板が振動する方向と平行な方向であり、
    　前記第１の電極は、互いに平行となり、かつ隣り合う２つの前記第１の電極の中心間の距離Ｄ１が等距離となるように配置されており、
    　前記第２の電極は、互いに平行となり、かつ隣り合う２つの前記第２の電極の中心間の距離Ｄ２が等距離となるように配置されており、
    　前記第３の電極は、互いに平行となり、かつ隣り合う２つの前記第３の電極の中心間の距離Ｄ３が等距離となるように配置されており、
    　前記第４の電極は、互いに平行となり、かつ隣り合う２つの前記第４の電極の中心間の距離Ｄ４が等距離となるように配置されており、
    　前記Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４が、
    　Ｄ１＝Ｄ２＞Ｄ３＝Ｄ４
    の関係を満たす
    請求項９に記載の回転体。
  11. 　前記振動発電器において、
    　前記第１の電極、前記第２の電極、前記第３の電極および前記第４の電極が、前記第１の基板の面に垂直な方向から見たときに矩形を有し、
    　前記第１の電極、前記第２の電極、前記第３の電極および前記第４の電極が並ぶ方向は、前記可動基板が振動する方向と平行な方向であり、
    　前記可動基板が振動する方向における、前記第１の電極の幅、前記第２の電極の幅、前記第３の電極の幅、および前記第４の電極の幅を、それぞれＷ１、Ｗ２、Ｗ３、およびＷ４としたときに、
    　Ｗ１＝Ｗ２＞Ｗ３＝Ｗ４
    の関係を満たす
    請求項１０に記載の回転体。
  12. 　前記振動発電器が、
    　前記第１の固定基板と前記第２の固定基板とを接続する固定構造体と、
    　前記固定構造体と前記可動基板とに接続されたバネと
    をさらに有し、
    　前記バネにより、前記可動基板が中空に保持され、
    　前記バネは、前記可動基板の振動方向における寸法が、前記回転体の径方向における寸法よりも小さいバネである、
    請求項８に記載の回転体。
  13. 　前記振動発電装置は、
    　前記振動発電器の前記第１の電極と前記第２の電極に接続された第１の整流回路と、
    　前記振動発電器の前記第３の電極と前記第４の電極に接続された第２の整流回路とを少なくとも有しており、
    　前記第１の整流回路と前記第２の整流回路のいずれか一方の電圧を負荷へ供給する
    請求項９～１１のいずれか１項に記載の回転体。
  14. 　前記振動発電装置は、
    　前記整流回路から出力された直流電圧を所望の電圧レベルに変換する電圧変換回路と、
    　前記振動発電装置からの出力が不要な場合、振動発電器により発電された電力を蓄える蓄電回路と、
    　前記電圧変換回路、或いは前記蓄電回路からの出力電圧を所定の電圧に制御する電圧制御回路と、
    　前記電圧変換回路の出力を蓄電回路、或いは電圧制御回路に切り替える出力切替回路とを有する請求項８に記載の回転体。
  15. 　車両用回転体である、請求項８～１４のいずれか１項に記載の回転体。
  16. 　請求項６または請求項７に記載の振動発電装置を有する通信装置。
  17. 　請求項６または請求項７に記載の振動発電装置を有する電子機器。
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